JP2007245635A - ポリ乳酸延伸材料の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ポリ乳酸を主成分とする成形材を延伸する際、成形材がロールに付着することがなく、良好な延伸製品を安定して製造できるようにすることにある。
【解決手段】ポリ乳酸を主成分とする成形材Ｂを延伸装置本体１１に導入して延伸する。延伸装置本体１１は、加熱炉１２内に第１ロール１３と第２ロール１４を互いに平行にかつ離間して配置したもので、第２ロール１４の周速を第１ロール１３の周速よりも大きくし、これらロール１３、１４に成形材ＢをＳ字掛けまたはＺ字掛けに架け渡して引き取り、一軸延伸を行う。
【選択図】図３

Description

この発明は、ポリ乳酸を素材とする梱包用延伸バンドなどのポリ乳酸延伸材料を製造するための製造方法に関する。

従来から、梱包用延伸バンドには、機械的強度、価格などの点からポリプロピレン製のものが専ら用いられている。ところが、最近ではエコロジーの観点から生分解性を有するポリ乳酸を主成分とする延伸バンドが検討されている。（特開平１１−１６５３３８号公報参照）
ポリ乳酸からなる延伸バンドの製造に際しては、ポリ乳酸からなる成形材の延伸が必要になってくる。

ポリ乳酸からなる成形材の延伸に関しては、特許第２９９０２７８号公報において、ポリ乳酸のガラス転移温度以上の温度条件下で、一対の加熱圧延ロールの間に、ポリ乳酸を主成分とする成形材を通し、この成形材を圧延ロールで加圧して圧延しつつ引っ張り、張力を掛け、一軸方向に３倍以上の延伸比で引張引抜延伸する方法が提案されている。

しかしながら、この圧延ロールを用いる方法では、ポリ乳酸からなる成形材が圧延温度において粘着性を発現し、圧延ロールに成形材が付着し、良好な延伸製品を安定して得られないことが、本出願人の検討によって明らかになった。
特開平１１−１６５３３８号公報 特許第２９９０２７８号公報

よって、本発明における課題は、ポリ乳酸を主成分とする成形材を延伸する際、成形材がロールに付着することがなく、良好な延伸製品を安定して製造できるようにすることにある。

かかる課題を解決するため、
請求項１にかかる発明は、加熱炉内に第１ロールと第２ロールとからなる一対の延伸ロールが配置され、第１ロールと第２ロールとが、互いに離間して平行に配置され、第１ロールの周速が第２ロールの周速よりも小さくなるように構成された延伸装置を用い、ポリ乳酸を主成分とする長尺の成形材を、ポリ乳酸のガラス転移温度以上の温度条件下で、この延伸装置の第１ロールと第２ロールに両ロール横断面でＳ字状をなすように架け渡し、引取ロール群によって引き取り、一軸延伸することを特徴とするポリ乳酸延伸材料の製造方法である。

請求項２にかかる発明は、成形材として、粘着性指数が３０％以上であるものを用いることを特徴とする請求項１記載のポリ乳酸延伸材料の製造方法である。

請求項３にかかる発明は、第１のロールの周速を第２のロールのそれに比して１／７〜１／２とするとともに第１のロールと第２のロールの表面間距離を５〜２０ｃｍとし、この表面間領域において成形材のネッキングを生じさせつつ、延伸倍率で３〜８倍に一軸延伸することを特徴とする請求項１または２記載のポリ乳酸延伸材料の製造方法である。

請求項４にかかる発明は、成形材が第１および第２のロールの各々の周長の１／３以上の周面に密着するようにこれらロールを配置することを特徴とする請求項１、２または３記載の ポリ乳酸延伸材料の製造方法である。
なお、本発明での粘着性指数の定義については、後で詳しく説明する。

本発明によれば、延伸時に延伸ロールにポリ乳酸を主成分とする成形材が付着することがなく、均一な延伸が行われ、良好な延伸製品を安定して製造することができる。
これは、従来の圧延延伸のように、成形材を圧延ロールに挟んで強圧することがなく、単に成形材をその長手方向に引っ張るだけであるので、成形材自体が粘着性を有していても、延伸ロールに付着することがないためである。

このため、ポリ乳酸を主成分とする成形材が、その粘着性指数３０％以上の粘着性の高いものであっても、良好な延伸製品を安定して得ることができる。
またこのことは、成型時に高い粘着性を有するために通常の一軸延伸、いわゆる通常の圧延延伸が危ぶまれる場合、その粘着性の程度を、本発明が教示する粘着性指数によって判定することによって、通常の圧延延伸法の採用が不適当であると知ることができる。

しかも、特にその粘着性指数が３０％を越える場合には、通常の圧延延伸法に依らず本発明の特定の延伸方法を採用することの的確性を教示するとともに所望の一軸延伸が何らの困難なく実現可能とされることが意味されるので、当業者に極めて有益な知見を与えるものである。

まず、本発明における粘着性指数について説明する。
この粘着性指数の算出にあたっては、初めに図１に示す測定装置を用いて、ポリ乳酸を主成分とする成形材（以下、単に成形材と略称することがある。）の粘着力を計測する。

なお、この発明でのポリ乳酸を主成分とする成形材とは、乳酸系ポリマーよりなる成形材であって、この乳酸系ポリマーとは、重合に供するモノマーの重量に換算して、乳酸成分を５０ｗｔ％以上含むポリマーを含有する。具体的には例えば、ａ．ポリ乳酸、ｂ．乳酸と他の脂肪族ヒドロキシカルボン酸とのコポリマー、ｃ．乳酸、脂肪族多価アルコールと脂肪族多塩基酸とのコポリマー、ｄ．ａ〜ｃのいずれかの組み合わせによる混合物、等が挙げられる。ポリ乳酸の原料である乳酸の具体例としては、Ｌ−乳酸、Ｄ−乳酸、ＤＬ−乳酸またはそれらの混合物、または、乳酸の環状２量体であるラクチドを挙げることができる。また、この成形材とは、前記乳酸系ポリマーに加工助剤その他の各種助剤を加えたものに対して押出成形などの成形を施した成形物を言う。また、ポリ乳酸の融点は、１７２〜１７５℃、ガラス転移温度は６６〜７０℃である。

図１において、符号１は上側治具を、２は下側治具を示す。上側治具１は、四角形の鏡面板１ａと、この鏡面板１ａの一方の面に固着された固定板１ｂとからなっている。この鏡面板１ａの他方の面は、試料シート３に接触する接触面となっており、クロームメッキが施され、表面粗さは、評価パラメータＲａおよびＲｚがそれぞれ概ね１０ｎｍ以下および６０ｎｍ以下の平坦かつ平滑な鏡面となっている。

下側治具２も、上側治具１と同様の構造となっており、鏡面板２ａの他方の件は、試料シート３を載せる載置面となっている。
上側治具１は、その固定板１ｂによって、図示しない引張試験器（例えば、「オートグラフ」商品名 島津製作所製、「インストロン」、商品名 インストロン社製など）の上側チャックに取り付けられ、下側治具２は、同様に下側チャックに取り付けられている。

上側治具１の鏡面板１ａと下側治具２の鏡面板２ａとの間にポリ乳酸を主成分とする試料シート３を挟み込む。試料シート３の寸法は、厚さ２ｍｍ、横５０ｍｍ、縦５０ｍｍとされる。
上側治具１および下側治具２の全体を図示しない恒温槽内に収容し、槽内温度を８０℃とし、試料シート３を加熱し、その温度を８０℃とする。

ついで、試料シート３を両方の鏡面板１ａ、２ａに密着させるため、上側治具１に１ｋｇの荷重を５分間印加する。
その後、上側治具１のみを速度１０ｍｍ／分の引き上げ速度で上方に引き上げ、この時上側治具１にかかる荷重をロードセルで計測し、引き上げ距離−荷重の関係を示すチャートを記録する。

図２は、このチャートの一例を模式的に示すもので、縦軸は荷重を、横軸は引き上げ距離を表す。
このチャートにおけるピークＰは、試料シート３と両方の鏡面板１ａ，２ａとの間に作用する粘着力によるものであり、平坦部Ｆは上側治具１の自重を示す。
ピークＰの荷重をＷ１とし、平坦部Ｆの荷重をＷ２とすると、粘着性指数Ｓは、次式で表される。
Ｓ＝｛（Ｗ１−Ｗ２）／Ｗ２｝×１００（％）

本発明者らの知見によると、このようにして求められた粘着性指数が３０％以上である成形体では、温度８０℃以上で、粘着性の発現が著しく、従来の圧延ロールによる延伸では良好な延伸製品が得られないことが判明した。

図３は、本発明の製造方法で用いられる延伸装置の一例を示すものである。
図３において、符号１１は、延伸装置本体を示す。この延伸装置本体１１は、大型の加熱炉１２を有するもので、この加熱炉１２内には、図示しないヒータが設けられ、その炉内の温度を２００〜２４０℃に範囲の一定温度に保持するようになっている。

この加熱炉１２内には、第１ロール１３と第２ロール１４とからなる一対の延伸ロール１５が配置されている。
第１ロール１３は、直径が５〜１０ｃｍ程度の鋼製のロールであって、図示しない回転駆動装置により、図中矢印方向に回転するようになっている。
この第１ロール１３から、表面間距離で、５〜２０ｃｍ程度離れた位置には、これと平行に第２ロール１４が設けられている。この第２ロール１４は、直径が５〜１５ｃｍ程度の鋼製のロールであって、図示しない回転駆動装置により、図中矢印方向に回転するようになっている。両ロール１３、１４の直径は同等であっても良いが、ロール１４の直径を他方より大としても良い。

ここで、第１ロール１３の周速Ｒ１は、第２ロール１４の周速Ｒ２よりも小さくなるように決められており、目的とする延伸倍率によって左右されるが、通常Ｒ１：Ｒ２＝１：１．１〜８、好ましくは１：２〜７となるように定められている。

また、加熱炉１２内には、ガイドロール１６が延伸ロール１５と平行に配置されており、このガイドロール１６は、加熱炉１２の入口部１７を通って送り込まれる成形体Ｂを第１ロール１３の上側に案内するためのものである。
さらに、加熱炉１２には、出口部１８が形成されており、第２ロール１４から導き出された成形体Ｂをこの出口部１８を介して、延伸装置本体１１の後段に配された引取装置２１に送り込むようになっている。

この引取装置２１は、複数のロールを有するもので、延伸された成形材Ｂを所定の速度で引き取ると同時に成形材Ｂに引張力を印加するものである。
また、延伸装置本体１１の前段には、前加熱炉３１が配置され、ここで成形材Ｂが加熱されて、延伸装置本体１１に送り込まれるようになっているが、加熱炉１２内の温度管理を適切に行うことにより、前加熱炉３１を省くこともできる。

さらに、前加熱炉３１の前段には、送出装置４１が配置されている。この送出装置４１は、複数のロールを備えたもので、予め成形された成形体Ｂを引き出して前加熱炉３１に送り込むものである。また、この送出装置４１の前段に押出成形機を設けておき、押出成形した成形材Ｂを直接連続的に送出装置４１に供給するようにしてもよい。

次に、この延伸装置を用いて、ポリ乳酸延伸材料を製造する方法を説明する。
まず、送出装置４１から長尺のテープ状あるいはシート状の成形材Ｂを送出速度５〜１５ｍ／分で前加熱炉３１に送り込む。前加熱炉３１内は、温度２００〜２４０℃とポリ乳酸のガラス転移温度以上になっており、成形材Ｂは温度８０〜１２０℃に加熱されて、延伸装置本体１１の入口部１７から導入される。前加熱炉３１が省かれた場合には、成形材Ｂは入口部１７から直接延伸装置本体１１に導入される。

延伸装置本体１１内の温度も２００〜２４０℃とポリ乳酸のガラス転移温度以上に加熱されており、入口部１７から導入された成形材Ｂはガイドロール１６を経て第１ロール１３の上側に送られる。成形材Ｂは、第１ロール１３の周面の少なくとも１／３以上に接しつつ移動し、ついで第２ロール１４の上側に送られ、ここでも第２ロール１４の周面の１／３以上に接しつつ移動し、出口部１８に至るように、いわゆるＳ字掛けあるいはＺ字掛けと呼ばれる形式で架け渡される。

この時、第２ロール１４の周速が第１ロール１３の周速よりも大きくされ、かつ引取装置２１によって成形材Ｂが引っ張られているため、成形材Ｂは第１ロール１３と第２ロール１４との間において急速にその長手方向に引っ張られて、ネッキングを生じつつ一軸方向に延伸倍率３〜８倍で延伸されることになる。

第２ロール１４を離れた成形材Ｂは、その移動速度が第１ロール１３に接した時の移動速度よりも、延伸倍率に応じた早い速度で、出口部１８から引取装置２１に引き取られる。この際、引取装置２１は、第２ロール１４の周速よりも速い速度で成形材Ｂを引き取るようになっており、これにより第２ロール１４の周面に位置する成形材Ｂに引張力が作用することになる。
引取装置２１からの成形材Ｂは、ポリ乳酸延伸材料となって、図示しないリールに巻き取られるなどして製品とされる。

このような製造方法にあっては、成形材Ｂの延伸にあたって、従来の圧延延伸のように成形材を圧延ロールに挟んで強圧することがなく、単に第１ロール１３と第２ロール１４との間でその長手方向に引っ張るだけであるので、成形材Ｂが粘着性を有していても、第１ロール１３あるいは第２ロール１４の周面に付着することがなく、均一で良好な延伸が行われることになる。

このため、粘着性指数が３０％以上の粘着性が高い成形材であっても、ロールへの付着現象が生じることがなく、良質の延伸材料を製造することができる。

以下、具体例を示す。
ポリ乳酸として、カーギルダウＬＬＣ社製「Ｎａｔｕｒｅ Ｗｏｒｋｓ ４０３１Ｄ」を用いた。このポリ乳酸は、上述の測定によりその粘着性指数が５２％のものである。このポリ乳酸を押出成形機により押出成形し、幅約３０ｍｍ、厚さ約０．８ｍｍのテープ状の成形材Ｂを得た。
この成形材Ｂを送出装置４１に速度１０ｍ／分で送り込み、前加熱炉３１にて８０℃に加熱した。

ついで、前加熱炉３１からの成形材Ｂを延伸装置本体１１に送り込んだ。延伸装置本体１１内の温度を２００℃とし、第１ロール１３の周速を１６ｍ／分、第２ロール１４の周速を４０ｍ／分とし、引取装置２１の引取速度を６０ｍ／分として一軸延伸を行った。

この結果、成形材Ｂは、延伸倍率６倍に延伸され、幅約１４ｍｍ、厚さ約０．３５ｍｍとなった。また、成形材Ｂが第１ロール１３あるいは第２ロール１４の周面に付着することはなく、１０時間以上連続して安定に延伸作業を行うことができた。

本発明における粘着性指数を求めるために用いられる測定装置の要部を示す概略構成図である。 粘着性指数を求める際の粘着力測定チャートの例を示す図表である。 本発明の製造方法に用いられる製造装置の一例を示す概略構成図である。

符号の説明

１１・・延伸装置本体、１２・・加熱炉、１３・・第１ロール、１４・・第２ロール

Claims (4)

1. 加熱炉内に第１ロールと第２ロールとからなる一対の延伸ロールが配置され、第１ロールと第２ロールとが、互いに離間して平行に配置され、第１ロールの周速が第２ロールの周速よりも小さくなるように構成された延伸装置を用い、
   ポリ乳酸を主成分とする長尺の成形材を、ポリ乳酸のガラス転移温度以上の温度条件下で、この延伸装置の第１ロールと第２ロールに両ロール横断面でＳ字状をなすように架け渡し、引取ロール群によって引き取り、一軸延伸することを特徴とするポリ乳酸延伸材料の製造方法。
2. 成形材として、粘着性指数が３０％以上であるものを用いることを特徴とする請求項１記載のポリ乳酸延伸材料の製造方法。
3. 第１のロールの周速を第２のロールのそれに比して１／７〜１／２とするとともに第１のロールと第２のロールの表面間距離を５〜２０ｃｍとし、この表面間領域において成形材のネッキングを生じさせつつ、延伸倍率で３〜８倍に一軸延伸することを特徴とする請求項１または２記載のポリ乳酸延伸材料の製造方法。
4. 成形材が第１および第２のロールの各々の周長の１／３以上の周面に密着するようにこれらロールを配置することを特徴とする請求項１、２または３記載の ポリ乳酸延伸材料の製造方法。
   

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