JP3852671B2

JP3852671B2 - 二軸延伸ポリエステルフィルムの製造方法

Info

Publication number: JP3852671B2
Application number: JP2000370443A
Authority: JP
Inventors: 雅幸春田; 正規杉本; 修古田
Original assignee: Toyobo Co Ltd
Current assignee: Toyobo Co Ltd
Priority date: 2000-12-05
Filing date: 2000-12-05
Publication date: 2006-12-06
Anticipated expiration: 2020-12-05
Also published as: JP2002172696A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、少なくとも寸法安定性に優れかつ幅方向の物性差の小さい二軸延伸ポリエステルフィルムの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
二軸延伸ポリエステルフィルムは、機械的強度や熱的寸法安定性などが優れていることから磁気記録用の基材、電子・電気材料、各種包装材料などに広く使用されている。
二軸延伸ポリエステルフィルムは、一般に速度の異なる複数のロール間を通過させる事によりロールの速度差を利用して長手方向に延伸した後、テンター式横延伸機で幅方向に延伸した後熱固定を行う逐次二軸延伸法によって製造されている。
【０００３】
しかし、従来の製造方法では製品フィルムの幅方向の物性を均一にすることは極めて困難であった。この理由は、延伸工程の横延伸装置内においてフィルムの両端はクリップに把持されていて、幅方向延伸によって生じる長手方向の延伸応力と熱によって生じる収縮応力、そして、熱固定工程によって発生する収縮応力は、フィルムの端部においては把持手段であるクリップによって拘束されているに対し、フィルムの中央部は把持手段の影響が低く拘束力が弱くなり、上記の応力の影響によってクリップで把持されている端部に対してフィルムの中央部分は遅れが生じるためである。そして、幅方向延伸と熱固定を連続に同一の横延伸装置で行う場合において、横延伸装置に入る前のフィルムの面上に幅方向に沿って直線を描いておくと、この直線は横延伸装置内で変形してフイルムの進行方向に対して延伸工程の始めの領域で凸型に変形し、延伸工程の終わり直前の領域で直線に戻り、延伸工程終了後には凹型に変形する。さらに熱固定工程の領域で凹形の変形は最大値に達し、このまま曲線は変化しないでその後の横延伸装置を通過し、横延伸装置を出たフィルムには凹形の変形が残る。この現象はボーイング現象と称されているものであるが、このボーイング現象はフィルムの物性値を幅方向に不均一にする原因となっている。ボーイング現象によって、幅方向両端部のフィルムには長手方向に対して傾斜した配向主軸が生じ、その配向主軸の角度は幅方向で異なる傾向がある。この結果、例えば熱収縮率の縦方向から±４５°方向の物性値の差がフィルムの幅方向で異なってくる。このボーイング現象は、包装用途を一例とすると、印刷ラミネート加工、製袋工程等において印刷ピッチずれ、斑の発生、カーリング、蛇行などのトラブルの原因になっている。
【０００４】
さらに詳しく述べると、幅方向延伸と熱固定間に冷却工程を設ける従来技術としては、特公昭３５−１１７７４号公報には幅方向延伸と熱固定工程の間に２０℃〜１５０℃の弛緩工程を介在させ、実質冷却工程を設けた製造方法が提案されている。しかし、この冷却工程の長さについては全く記載されていないばかりか、ボーイング現象の抑制の効果も全く不明である。
【０００５】
さらに、ボーイング現象を抑制ないし解消する技術として、特開昭５０−７３９７８号公報には延伸工程と熱固定工程との間にニップロール群を設置するフィルムの製造方法が提案されている。しかし、この技術ではニップロールを設置する中間帯の温度がガラス転移点以上なので、ニップ点でのフイルムの剛性が低いため改良効果が少ない。
【０００６】
また、特公昭６３−２４４５９号公報には横延伸完了後のフイルムの両端部を把持しながら中央付近の狭い範囲のみをニップロールによって強制的な前進をもたらす工程が提案されている。しかし、この技術ではニップロールを横延伸装置内の高温領域に設置する必要があり、ロール及びその周辺装置を冷却する必要があり、またフィルムが高温であるためロールによる傷が発生するおそれあり、実用面で制約される。
【０００７】
また、特公昭６２−４３８５６号公報には、横延伸直後のフイルムをガラス転移点以下に冷却した後、多段に熱固定を行ない熱固定と同時に幅方向に伸張する技術が提案されている。しかし、この技術では冷却工程でボーイング現象の抑制が少ないためか、又は熱固定でボーイング現象が再発生しやすいためか冷却工程に加えて多段に熱固定する工程と再延伸との複雑な工程となっている。そのため横延伸装置内の雰囲気湿度やフィルム温度を長時間にわたり安定して制御することが困難ではないかと懸念される。
【０００８】
また、この技術も特公昭３５−１１７７４号公報と同様に冷却工程の長さなどは記載されていない。
【０００９】
また、特開平１−１６５４２３号公報には幅方向延伸後のフィルムを幅方向延伸温度以下に冷却した後、多段に昇温しながら幅方向に再度伸張する技術が提案されている。しかし、この技術では、特公昭６２−４３８５６号公報の場合と同様に冷却工程でのボーイング現象の抑制効果が少ないためか、また、熱固定工程でボーイングが発生しやすいためか、冷却工程に加えて多段に熱固定する工程と再延伸する工程との複雑な工程となっている。そのため横延伸装置内の雰囲気温度やフィルム温度を長時間にわたり安定して制御することが困難ではないかと懸念される。また、冷却温度はガラス転移点以上延伸温度以下が好ましいとの記載がある。しかし、この程度の冷却工程の長さや冷却工程の温度がガラス転移点以上では、ボーイング現象の抑制効果が少ないことが危惧され、上記のような複雑な工程を採用せざるを得なかったと推測される。
【００１０】
また、特公平１−２５６９４号公報、特公平１−２５６９６号公報には、フィルムの走行方向を逆転させて横延伸、熱固定をする技術が提案されている。しかし、この技術ではフィルムの走行方向を逆転させるのにフィルムを一旦巻き取る必要があり、オンラインでの製造方法であるため生産性の面で制約を受けるなどの問題点がある。
【００１１】
さらに、特開昭３２−１８３３２７号公報には縦延伸後、横延伸装置で横延伸、熱固定する際に、横延伸工程と熱固定工程との間に側端部分のみガラス転移点以上熱固定温度以下の温度の予熱工程を設置する技術が提案されている。しかし、この技術では、予熱工程の温度を幅方向に温度勾配を持たせながら制御しなければならないため、フィルム温度を長時間にわたり制御することが困難ではないかと懸念される。なお、この技術の実施例ではこの予熱工程の長さがフイルム幅の半分と短いことからボーイング現象の抑制の効果が少ないと推測される。
【００１２】
また、特公平２−４５９７６号公報には、熱固定工程を２段階に分けて、第２段階目でフイルム幅方向に温度分布を付与する熱処理方法が提案されている。しかし、この技術では熱処理工程で発現するボーイング現象の抑制に効果があるものの、延伸工程で発現するボーイング現象の抑制効果がなく、最終的に得られるボーイング現象の抑制効果が少ないことが推測される。
【００１３】
さらに、これを解決するため幅方向延伸方法や熱固定方法に関する工夫が提案されているが、十分とはいえない。（特開平１−１５０５２１、特開昭５７−８７３３１）
【００１４】
つまり、従来の逐次二軸延伸ポリエステルフィルムの製造方法においては幅方向端部の製品は熱収縮率などの物性に異方性がありかつ斜めに歪んでいるためそれを用いた最終製品でも問題が生じている。
【００１５】
一方、従来の逐次二軸延伸ポリエステルフィルムの製造方法における長手方向の延伸方法としては、フィルムをその軟化温度付近まで予備加熱したのち，速度の異なるロール間にフィルム移動方向に交差するように配置した近赤外線ヒータによりフィルムを延伸温度まで加熱しながらロールの速度差を利用して長手方向に延伸する方法が知られている。
【００１６】
上記従来技術を利用して長手方向に延伸すると幅方向にフィルムの中央と端部で物性差が生じ，更にそれを幅方向に延伸することによって得られる二軸延伸ポリエステルフィルムは中央と端部の物性差が拡大され、端部のフィルムは熱収縮率などの物性に歪みがあるという問題がみられた。特に、スケールの大きな工程（例えば、生産実機など）においては、上記の問題が顕著であった。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記問題を解決するためになされたものであり、ボーイング現象を低減することによって、幅方向に延伸した二軸延伸後フィルムの中央と端部の物性差が小さく端部のフィルムの歪みが少ない二軸延伸ポリエステルフィルムの製造方法を目的とするものである。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明者は上記目的を解決するため鋭意研究した結果、本発明に至った。
すなわち、本発明の逐次二軸延伸ポリエステルフィルムの製造方法は、実質的に無配向のポリエステルフィルムを長手方向に延伸して得られた一軸延伸フィルムの長手方向の熱収縮応力が全幅において 6.0N/mm²以下、かつ幅方向の熱収縮応力の差が10%以下を満たす長手方向一軸延伸フィルムを更に幅方向に延伸するものである。
【００１９】
この場合において、前記製造方法において、長手方向に延伸する直前に、フィルム端部を加熱することが好適である。
【００２０】
またこの場合において、前記製造方法において、長手方向に延伸する直前、幅方向フィルム温度に温度分布を与えることが好適である。
【００２１】
さらにまた、この場合において、前記製造方法において、、長手方向に延伸する際に、端部の温度の方が中央部より１〜１０℃高いことが好適である。
【００２２】
さらにまた、この場合において、前記製造方法において、、長手方向に延伸する際に、フィルム端部の延伸点手前３０〜１０００ｍｍの位置を遠赤外線ヒータ又は近赤外線ヒータで加熱することが好適である。
【００２３】
さらにまた、この場合において、前記製造方法において、、長手方向に延伸直後の一軸延伸フィルムの加熱した位置を冷却ファン等の冷却手段で冷却することが好適である。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下，本発明を詳細に説明する。
【００２５】
本発明に使用されるポリエステルとは，ポリエチレンテフタレート、ポリブチレンテフタレート、ポリエチレンナフタレートなどのポリエステル類であり、これらの混合物あるいは共重合ポリエステルでも構わない。前記ポリエステルは、上記ポリエステル以外に本発明の効果を損なわない範囲で、有機もしくは無機の滑剤、酸化防止剤、熱安定剤、紫外線吸収剤、帯電防止剤などの添加物を含むポリエステル組成物を用いることができる。
【００２６】
本発明におけるポリエステルを押出機に代表される周知の溶融押出装置に供給し、前記ポリエステルの軟化点以上の温度で加熱溶融する。溶融した該組成物は、Tダイなどのスリット状ダイから押し出し、冷却ロール上に密着せしめ冷却固化し、実質的に無配向のポリエステルフィルムを得る。
実質的に無配向のポリエステルフィルムを複数のロール間に供給することにより、連続的に長手方向に延伸した一軸延伸フィルムを得る。すなわち低周速回転に設定した複数のロール（以下、ロール群という）と高周速回転に設定したロール群を通過させることにより、各ロール群の速度差によってフィルムに張力を与えて長手方向に延伸する。
本発明の方法は、実質的に無配向のポリエステルフィルムを長手方向に延伸する際、長手方向に延伸した後の一軸延伸フィルムの長手方向熱収縮応力が全幅において6.0N/mm²以下、かつ幅方向で長手方向熱収縮応力の差が10%以下を満たすことが必要である。この範囲外の時は二軸延伸後フィルムの端部の熱収縮率(150℃×30分)の斜め差が大きくなり、本特許の目的を満足しない。
【００２７】
長手方向への延伸に際し、長手方向に延伸した後の一軸延伸フィルムの長手方向熱収縮応力が全幅において6.0N/mm²以下、かつ幅方向で長手方向熱収縮応力の差が10%以下にするためには、低周速回転に設定されたロール群の最終のロールと高周速回転に設定されたロール群の最初のロールとの間の延伸区間の直前にフィルム端部を加熱する手段を配設することが好ましい。
このとき、ポリエステル樹脂の押出し後の未延伸シートは端部の厚みを中央部より厚くすることでクリップで把持しやすくしている。フィルム端部を加熱する手段を配設する位置と幅は、横延伸工程でフィルムをクリップに把持しやすいようにするため、無配向フィルムの端部の厚さを中央部の厚さより厚くしている部分に相当する位置と幅が適している。
このとき、フィルムの厚みが中央部の厚みの１．１倍以上の位置を加熱するのが好ましい。さらに、１．３倍以上の位置を加熱するのが好ましい。
この理由として、中央より厚みが大きい部分は、温度が上がりにくいためである。
前記フィルム端部の加熱手段は、フィルムの表裏面の片面あるいは両面いずれに位置させてもよい。
【００２８】
前記フィルム端部の加熱手段としては熱風、ロール、近赤外線ヒータ、遠赤外線ヒータ等種々の熱源を使用することができる。また、幅方向にフィルム全体を加熱することができる長尺のヒータの中央部に遮蔽板を設置してもよい。
該フィルム端部の加熱は、フィルム温度が中央部より１〜１０℃高くなるように加熱することが好ましい。この理由として、中央より温度を上げることで、一軸延伸後のフィルムの長手方向の熱収縮応力の幅方向の差を小さくすることができる。
【００２９】
本発明の方法は，長手方向への延伸手段として一段延伸、二段以上で延伸する多段延伸のどちらでもよいが、幅方向に物性差が大きい一段延伸方法に用いると効果的である。
【００３０】
上記方法で得られた該一軸延伸フィルムは、通常の予熱、幅方向延伸、熱固定、冷却を行う横延伸装置を用いて二軸延伸フィルムにする。この際、前記二軸延伸ポリエステルフィルムの熱収縮率の斜め差は横延伸条件や熱固定条件の影響を受けるので、適宜公知の方法で条件を選択することができる。
【００３１】
【作用】
実質的に無配向のポリエステルフィルムを長手方向に延伸する際に、一軸延伸後フィルムの中央と端部の熱収縮応力に差が生じる。該一軸延伸フィルムを幅方向に延伸することにより二軸延伸フィルムの中央と端部の物性の差が拡大される。そこで長手方向に延伸する際、長手方向の延伸点直前でフィルムの端部を加熱することにより長手方向一軸延伸フィルムの長手方向熱収縮応力が全幅において6.0N/mm²以下、かつ幅方向で長手方向熱収縮応力の差が10%以下にすることで、前記一軸延伸フィルムを幅方向に延伸し熱固定した後の二軸延伸フィルムのボーイング現象を抑制できるとともに幅方向の熱収縮率の差を小さくでき、結果として熱収縮率の斜め差を小さくすることができる。
【００３２】
【実施例】
次に本発明を実施例によって具体的に説明する。なお，実施例及び比較例の評価に用いた測定方法は次の通りである。
【００３３】
１．熱収縮率
フィルムの中央部、及び中央から両側にそれぞれ幅方向に45%(フィルムの全幅を100%として) 離れた位置のフィルムを，23℃×65%RHの雰囲気中で、幅方向に15mm、長さ方向に200mmの寸法にカットし、標線間の寸法（Ｌ₀）を読取顕微鏡によって正確に測定した後、150℃のオーブン内30分間入れ、オーブンからフィルムを出した後、23℃×65%RHの雰囲気中に15分以上放置して平衝に達してから前期標線間の寸法（Ｌ₁）を測定し、次式より求めた。
熱収縮率（％）＝ [（Ｌ₀−Ｌ₁）／Ｌ₀] × 100
【００３４】
２．熱収縮率の斜め差
フィルムの中央部、及び端部すなわち中央から両側にそれぞれ幅方向に45%(フィルムの全幅を100%として) 離れた位置のフィルムについてフィルム幅方向に対して斜め45°と135°方向の熱収縮率を測定し、その差を求めた。
測定サンプルは上記斜め方向に沿って幅15mm×長さ200mmの寸法にカットし、150℃のオーブン内に30分間入れ、オーブンからフィルムを出した後、23℃×65%RHの雰囲気中に15分以上放置してから寸法を測定し、処理前の寸法に対する収縮率を求めた。各斜め方向の収縮率の差の絶対値を熱収縮率の斜め差とした。
熱収縮率の斜め差が大きいフィルムほど高温に晒された時にカールしやすいなどの不具合が生じる。
【００３５】
３．熱収縮応力
フィルムの中央部、及び端部すなわち中央から両側にそれぞれ幅方向に45%(フィルムの全幅を100%として) 離れた位置の一軸延伸後フィルムを、23℃×65%RHの雰囲気中で，幅方向に4mm，長手方向に10mmの寸法にカットし、厚みＴ(mm)を測定した。それをセイコー電子工業(株) SSC-5200型を用いて長さを固定したまま 5℃／分で昇温して熱収縮力Ｇ(N)を測定し、次式より熱収縮応力を求めた。
熱収縮応力（Ｎ/mm²）＝Ｇ／(４×Ｔ)
【００３６】
（比較例１）
十分に乾燥した無機滑剤を０．１重量％含むポリエチレンテフタレートペレット（極限粘度０．６２）を押し出し機に供給し、２８５℃で溶融し、Ｔダイよりフィルム状に押し出し、直流高電圧を印加した電極を用いて冷却ロールに静電密着させ冷却固化せしめて厚さ２００μｍの無配向フィルムを得た。横延伸工程でフィルムをクリップに把持しやすいようにするため、この無配向フィルムの端部の厚さは中央部の厚さの１．５倍にした。この無配向フィルムをＦｉｇ．１に示す縦延伸装置に導いた。この装置は低速回転ロール１ａ〜１ｃ、高速回転ロール２ａ〜２ｃを具備し、低速回転ロール１ｃと高速回転ロール２ａ間に赤外線ヒータ−Ａが設置されている。近赤外線ヒータ−Ａと低速回転ロール１ｃ間にフィルム端部のみを加熱する近赤外線ヒータ−Ｂ、高速回転ロール２ａ上に端部加熱した位置のみを冷却する冷却ファンが設置されている。低速回転ロール１ａ〜１ｃの表面温度は７６℃に設定され、高速回転ロール２ａ〜２ｃの表面温度は２５℃に設定されている。また近赤外線ヒータ−Ａの出力は１７ＫＷに設定されている。なお低速回転ロール、高速回転ロールの温度変化、近赤外線ヒータ−Ａ、近赤外線ヒータ−Ｂ、冷却ファンの出力変化は可能である。
【００３７】
無配向シートを低速回転ロール１ａ〜１ｃ（表面温度７６℃）で予備加熱した後、中央に比べ厚みの厚い端部の位置のみ近赤外線ヒータ−Ｂで加熱した。幅方向の温度が均一又は端部が中央部より３℃〜９℃高くなった無配向フィルムをフィルム幅方向より長い近赤外線ヒータ−Ａ（出力１７ＫＷ）を用いて更に加熱して３．７倍長手方向に延伸し、高速回転ロール（表面温度２５℃）と冷却ファン（温度１５℃，出力１ＫＷ）で冷却し、一軸延伸フィルムを得た。
【００３８】
引き続き一軸延伸フィルムを予熱、延伸、熱固定、冷却工程からなる横延伸装置を用いて幅方向延伸温度120〜150℃で4倍に幅方向に延伸した後、熱固定温度235℃、幅方向リラックス率５％で熱固定して厚さ12μmの二軸延伸フィルムを得た。
【００３９】
（実施例１、２、３、４、比較例２）
フィルム両端部に設置した近赤外線ヒータＢの出力を表１のとおりにし、冷却ファンの使用の有無も表１のとおりにした以外は比較例１と同様である。
【００４０】
（比較参考例１）
低速回転ロール１ｃと近赤外線ヒータ−Ａの間に近赤外線ヒータ−Ｂがない以外は比較例１と同様である。
【００４１】
これら実施例，比較例の延伸製膜のし易さを次のようにランク付けした。
○；破断なく製膜できた。
△；数回破断した。
×；破断が頻発した。
【００４２】
【表１】

【００４３】
実施例からわかるように，長手方向への延伸の際，一軸延伸後フィルムの幅方向の中央と端部の熱収縮応力差を減少するようにフィルム端部を加熱することによって幅方向延伸後の二軸延伸フィルムの中央と端部の物性差を減少することができた。また長手方向への延伸直後に延伸直前に加熱したフィルム端部の冷却を行うことで破断を減少する事ができた。
【００４４】
【発明の効果】
本発明によれば、フィルムを長手方向に延伸する際、長手方向の延伸点直前でフィルムの端部を加熱することにより長手方向延伸後の幅方向の中央と端部のフィルム物性差を減少させ、該一軸延伸フィルムを幅方向に延伸することによって寸法安定性に優れ、かつ幅方向の物性差の小さい二軸延伸ポリエステルフィルムを製造することができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の二軸延伸ポリエステルフィルム製造方法を説明するための長手方向一軸延伸装置の模式図である。
【符号の説明】
１a 低周速回転ロール
１b 低周速回転ロール
１c 低周速回転ロール
２a 高周速回転ロール
２b 高周速回転ロール
２c 高周速回転ロール
３長手方向延伸前のフィルム
４長手方向延伸後のフィルム
５近赤外線ヒータ-A
６近赤外線ヒータ-B(端部加熱手段)
７冷却ファン

Claims

逐次二軸延伸ポリエステルフィルムの製造方法であって、実質的に無配向のポリエステルフィルムを延伸して長手方向の一軸延伸フィルムにする際に、低周速回転に設定されたロール群の最終のロールと高周速回転に設定されたロール群の最初のロールとの間において、実質的に無配向のポリエステルフィルムの端部の延伸点手前３０〜１０００ｍｍの位置を遠赤外線ヒータ又は近赤外線ヒータで加熱し、延伸した直後の一軸延伸フィルムの加熱した位置を冷却ファン等の冷却手段で冷却することを特徴とする二軸延伸ポリエステルフィルムの製造方法。
請求項１に記載の逐次二軸延伸ポリエステルフィルムの製造方法であって、前記実質的に無配向のポリエステルフィルム端部の端部の温度が前記フィルムの中央部の温度より１〜１０℃高くなるように加熱することを特徴とする二軸延伸ポリエステルフィルムの製造方法。