JP6854121B2 - フィルム又はラミネート用ポリブチレンテレフタレート系樹脂 - Google Patents
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Description
一方で、PBT樹脂はガスバリア性や保香性にも優れるため、包装用等のフィルムや、金属板へのラミネート材料等としても需要がある。しかしながらPBT樹脂は溶融張力(溶融した樹脂を引っ張った際に生じる張力)が低いため、包装用等のフィルムや、金属板へのラミネート材料を製造する際には、以下のような問題が生じていた。
(1)Tダイ法にて樹脂フィルムを製造する際又は金属板等に樹脂をラミネートする際に、ネックイン現象(ドローダウン現象とも称する。)と呼ばれる、製品フィルム幅がダイ出口幅より狭くなる現象が生じ、歩留まりが低い。
(2)Tダイ法にてフィルムを製造する際又は金属板等にラミネートする際に、フィルム幅の変動(以下、膜揺れと称する。)と、それに伴う膜厚の変動が生じやすい。特にフィルム製造の際のライン速度が大きいと膜揺れが大きくなるため、ライン速度を上げられず、生産性が低い。
図6に、ネックイン、膜揺れの模式図を示す。
例えば特許文献2では、ポリエステル樹脂において溶融張力を上昇させる方法として、3価以上の多価カルボン酸または多価アルコール化合物の少なくとも1種の成分を共重合し、極限粘度[η]と溶融張力を規定したポリエステル樹脂からなる押出成形品を開示しているが、フィルム又は金属板等へのラミネートについては開示されていない。
特許文献4は、高速の押出しラミネート法によって金属板にラミネートした場合にも膜揺れや脈動が生じることなく、均一な膜厚で密着性よく金属板に被覆することが可能な樹脂フィルムを製造するため、共重合成分としてイソフタル酸を一定量含有するPET系樹脂を開示している。
すなわち、特許文献3、4はPBT系樹脂ではなくPET系樹脂に関する開示であるが、そのままPBT系樹脂に適用しても要求される特性を満たすものではない。
また、特許文献1はPBT系樹脂に関する開示であるが、射出成形用の製品を最終的な達成課題とするものであり、本発明者らが求める押出成形でフィルムやラミネート製品を製造するためのPBT系樹脂に要求される特性を満たすものではない。
特許文献2も同様に、本発明者らが求めるフィルムやラミネート製品については記載がない。
以上のとおり本発明者らは上記問題点に鑑み鋭意検討した結果、本発明を想到するに至った。
(A)多官能成分を共重合したポリブチレンテレフタレートを主成分とした樹脂であって、
前記多官能成分の含有量および樹脂の固有粘度が下記式(1)を満たし、
かつ溶融張力が5mN以上である、フィルムまたはラミネート用ポリブチレンテレフタレート系樹脂。
IV<1×10-4×(M/(1-(1/(f×(φ/100)-2×φ/100+1))0.5))0.87 ・・・(1)
IV:固有粘度(dl/g)
M :ポリブチレンテレフタレート系樹脂の繰り返し単位の分子量
f :多官能成分の官能基数
φ :多官能成分の含有量(モル%)
(B)前記式(1)において、φが0.6モル%を超えることを特徴とする(A)に記載のポリブチレンテレフタレート系樹脂。
(C)前記式(1)において、IV≧0.7dl/gであることを特徴とする(A)又は(B)に記載のポリブチレンテレフタレート系樹脂。
(D)前記多官能成分が、トリメリット酸、無水トリメリット酸、ピロメリット酸、無水ピロメリット酸、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトールから選択される1種類又は2種類以上であることを特徴とする(A)〜(C)のいずれかに記載のポリブチレンテレフタレート系樹脂。
(E)(A)〜(D)のいずれかに記載のポリブチレンテレフタレート系樹脂からなるフィルム。
(F)(A)〜(D)に記載のポリブチレンテレフタレート系樹脂と、該樹脂とは異なる樹脂を含有する樹脂組成物からなるフィルム。
(G)(E)又は(F)に記載の樹脂フィルムを金属基材と接するようにラミネートしてなることを特徴とするラミネート材。
(H)(A)〜(D)に記載のポリブチレンテレフタレート系樹脂または、(A)〜(D)に記載のポリブチレンテレフタレート系樹脂と該樹脂とは異なる樹脂を含有する樹脂組成物を溶融樹脂の状態で、Tダイよりフィルム状に押出し、前記溶融樹脂が固化する前に金属基材と接着することを特徴とするラミネート材の製造方法。
本実施形態にかかるポリブチレンテレフタレート系樹脂は、ポリブチレンテレフタレートを主成分とした樹脂の一部において多官能成分を有することを特徴とする。
すなわち、本実施形態のポリブチレンテレフタレート系樹脂は、テレフタル酸あるいはテレフタル酸ジメチルと1,4−ブチレングリコールからなるポリブチレンテレフタレート中に多官能成分を共重合させることにより、ポリブチレンテレフタレート主鎖に枝分かれを付与し、溶融押出法(Tダイ法)において樹脂フィルム等の成形時に溶融張力を上昇させることを目的とするものである。
図1に、線状高分子に3官能性モノマー(多官能成分)を導入した場合の模式図を示す。
3以上の官能基を有する多価カルボン酸としては、例えば、トリメリット酸、無水トリメリット酸、ピロメリット酸、無水ピロメリット酸、等を挙げることができる。この中で、入手しやすさ及びコストの観点から、無水トリメリット酸が好適に使用されるが、これに限定されるものではない。
また、3以上の官能基を有する多価アルコールとしては例えば、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール、等を挙げることができるが、これらに限定されるものではない。
一方、上限については、多官能成分の官能基数(f)、多官能成分の含有量(φ)、樹脂の固有粘度(IV)、樹脂の繰り返し単位の分子量(M)が式(1)を満たす範囲とする必要がある。
なお、式(1)はFloryのゲル化の理論(非特許文献1)を参照して導出した。
式(1)を満たさない場合、樹脂がゲル化し、フィルムにゲルが混入するほか、最悪の場合、樹脂の重合反応時や押出時に樹脂が流動しなくなり、重合装置や押出機は破損するなどの恐れがある。
樹脂がゲル化する例としては、多官能成分の含有量(φ)が多く、樹脂の固有粘度(IV)が低くても式(1)を満たさなくなる場合や、多官能成分の含有量が少なくても、樹脂の固有粘度(IV)が高く、式(1)を満たさない場合が挙げられる。
多官能成分を複数使用する場合、多官能成分の官能基数fは、各多官能成分の官能基数の、当該多官能成分含有量の多官能成分全体の含有量に対する割合を重みとした加重平均となる。また、多官能成分の含有量(φ)は各多官能成分の含有量の総和である。
また、樹脂の繰り返し単位の分子量Mは、樹脂が複数の繰り返し単位を有する場合、その平均の分子量となる。
IV<1×10-4×(M/(1-(1/(f×(φ/100)-2×φ/100+1))0.5))0.87 ・・・(1)
IV:固有粘度(dl/g)
M :ポリブチレンテレフタレート系樹脂の繰り返し単位の分子量
f :多官能成分の官能基数
φ :多官能成分の含有量(モル%)
ポリブチレンテレフタレート系樹脂中における多官能成分の含有量が0.05モル%未満の場合、溶融張力を上げるためには樹脂の分子量すなわち固有粘度(IV)を大きくする必要があるが、IVが高すぎると樹脂の溶融粘度が大きくなり、樹脂を押出機で溶融混練する際の負荷が大きくなる等、成形加工しにくくなるため好ましくない。
上記のようなケース(いわゆるマスターバッチとして使用する場合)においては、多官能成分の含有量は0.6モル%を超えることが好ましい。一方、多官能成分量が多い場合、式(1)を満たすためには、樹脂の固有粘度(IV)を下げる必要があるが、下げすぎると樹脂の溶融粘度や機械強度が低下するため、多官能成分の含有量は3モル%以下とすることが好ましい。
2官能成分としては、ジカルボン酸成分、ジオール成分、ヒドロキシカルボン酸成分が挙げられる。具体的には例えば、イソフタル酸成分、5−スルホイソフタル酸ナトリウム成分、2,6−ナフタレンジカルボン酸成分、シュウ酸成分、アジピン酸成分、セバシン酸成分、4,4‘−ビフェニレンジカルボン酸成分、エチレングリコール成分、プロピレングリコール成分、ネオペンチルグリコール成分、ヒドロキシ安息香酸成分、ヒドロキシナフトエ酸成分等が挙げられる。
さらに、公知の滑剤、熱安定剤、紫外線吸収剤、顔料、カーボンブラック、ケッチェンブラック、黒鉛、酸化防止剤、帯電防止剤等の添加剤を添加する場合は、反応開始時または、低分子量PBTプレポリマーとした後のいずれかで添加することが通常行われる。
次に、本実施形態におけるポリブチレンテレフタレート系樹脂フィルムについて説明する。
本実施形態におけるポリブチレンテレフタレート系樹脂は、上記構成を有するため、高速度で、薄く均一なムラのない樹脂フィルムを得ることができる。また、一般的にPBT樹脂が有する特性である耐熱性や耐薬品性を有するため、例えばユニットバスの壁面等に好適に使用される。
通常エンボス加工を施す際は、Tダイとチルロールの間隔が長くなるため、エンボスロールなしの場合よりネックインが大きくなり、歩留まりが悪化する問題がある。しかしながら、溶融張力が高い、本発明のポリブチレンテレフタレート系樹脂を用いることで、ネックインを抑え、歩留まりを上げることができる。
本実施形態におけるポリブチレンテレフタレート系樹脂をラミネートする金属基材としては、公知の各種表面処理鋼板やアルミニウム等の軽金属板或いはこれらの箔等が使用される。
表面処理鋼板としては、冷圧延鋼板を焼鈍後調質圧延または二次冷間圧延した鋼板、すなわち、SR材やDR材に、亜鉛メッキ、錫メッキ、ニッケルメッキ、電解クロム酸処理、クロム酸処理等の表面処理の一種又は二種以上行ったものを用いることができる。
軽金属板としては、いわゆる純アルミニウム板の他にアルミニウム合金板が使用される。軽金属板の場合も、クロム酸処理或いはクロム酸/リン酸処理が行われていることが望ましい。
押出ラミネーション法に使用する装置の配置を示す図5において、金属基材20の通路に沿って、ポリブチレンテレフタレート系樹脂10の押出機52、ポリブチレンテレフタレート系樹脂を膜状に供給するダイ53、ダイ53から押出された溶融膜を受けたフィルムFを、溶融膜が固化する前に金属基材20と接着させるプレロール54、金属基材20、ポリブチレンテレフタレート系樹脂10及びフィルムFを接着させるラミネートロール55、形成されるラミネート材Lを急冷させる急冷手段56、が順に配置される。
こうして製造したラミネート材を、必要に応じて、表面に凹凸加工を施したエンボスロールの間に通すことで、ラミネート材の表面にエンボス加工を施すことができる。
上記の方法で製造されたラミネート材に印刷加工を施したフィルム等を接着することで化粧鋼鈑が製造される。この製造方法は特に限定されるものではなく、公知の方法が用いられる。
以下に、実施例を挙げて本発明についてより具体的に説明する。
フェノールと1,1.2,2−テトラクロロエタンを1:1(重量比)で混合した液に、樹脂を1g/dl、0.5g/dl、0.3g/dlの濃度となるように加え、130℃で約15分間溶解した。これらの溶液の相対粘度を、相対粘度計(Viscotek社製、Model Y-501 Relative Viscometer)にて30℃で測定した。次いで、これらの相対粘度から比粘度を求め、比粘度を溶液濃度で割った値を溶液濃度に対してプロットした直線を、濃度0に外挿して求めた。
キャピログラフ1D(東洋精機製作所製)にて、250℃で溶融させた樹脂を、剪断速度121.6sec−1にて、直径1mmのノズルより索状に押出し、この索を20m/分で巻き取った時に、索にかかる張力をロードセルで測定した。
樹脂をクロロホルムに溶解し、ゲルパーミュエーションクロマトグラフ〔装置:HLC−8220GPC、カラム:TSKgel SuperHZM(2本)+TSKgel SuperHZ2500〕(東ソー製)にて測定した分子量分布で、高分子量側のショルダーピーク(ゲルの存在を示す)の有無で評価した。
ネックイン及び膜揺れを次のように定義し(図6参照)、ネックイン及び膜揺れの値を測定した。
ネックイン:Tダイのリップ幅と製造したフィルムの幅との差。
膜揺れ:フィルム製造時のフィルム幅方向の位置変動の最大値。
樹脂フィルム製造後、目視にてフィルムのムラの有無を確認した。
ジメチルテレフタレート88.2重量部とブチレングリコール57.3重量部、およびチタン(IV)n−ブトキシドモノマー0.046重量部を反応槽に入れ、室温から210℃まで昇温し、溜出するメタノールを抜きながら反応を行った。メタノールの溜出がほぼなくなった後、無水トリメリット酸(TMA)0.52重量部をブチレングリコールに溶解した溶液5.2重量部を添加し、250℃に昇温し、真空下で重合反応を行った。樹脂が所定の粘度になった後、反応槽より冷却水中に押出し、ペレット状に切断し、固有粘度(IV)が0.8dl/gの樹脂を得た。
こうして得られたペレット状の樹脂を撹拌しながら、真空下で190℃に加熱して固相重合を行い、IVが1.23dl/gの樹脂を得た。得られた樹脂の溶融張力は28mNと高く、ゲル化はみられなかった。
無水トリメリット酸量、固有粘度(IV)を表2のように変更した以外は、実施例1と同様に樹脂を得た。溶融張力、ゲル化の有無を表1に示す。
無水トリメリット酸を添加しない、あるいは、無水トリメリット酸を添加し、かつ式(1)を満たさないIVとしたこと以外は、実施例1と同様に樹脂を得た。表1に示すように無水トリメリット酸を添加しない場合、樹脂の溶融張力は4mNと低かった(比較例1)。一方、式(1)を満たさない場合は溶融張力は高いものの、ゲル化が認められた(比較例2)
実施例2の樹脂と比較例1の樹脂、およびカラーマスター(比較例1の樹脂に顔料を混合した樹脂)を表2に示す割合で混合し、押出機に供給し、260℃で溶融混練した。押出機に取り付けた1320mm幅のTダイから樹脂を200kg/hrで押出し、Tダイから約100mm下方のチルロールで樹脂を固化させて、ライン速度30m/分でフィルム作製した。この時のフィルムのネックイン、膜揺れ、フィルムのムラの有無を表2に示す。
実施例2の樹脂を含まない比較例3は従来技術に相当し、比較例3とネックインおよび膜揺れが同等以下のものは成膜性評価×、比較例3より良好なものは成膜性評価○とした。実施例2の樹脂を51%および25%含むものは、ネックインおよび膜揺れが小さく良好であった(実施例4〜5)。またいずれの場合も、フィルムのムラはみられなかった。
比較例1の樹脂とカラーマスター(比較例1の樹脂に顔料を混合した樹脂)、および鎖延長剤(ジョンクリルMB(Joncryl ADR4300S、BASF製を30%含むマスターバッチ))を表3に示す割合で混合し、押出機に供給し、260℃で溶融混練した。押出機に取り付けた1500mm幅のTダイから樹脂を250kg/hrで押出し、Tダイから約50mm下方のチルロールで樹脂を固化させて、ライン速度40m/分でフィルム作製した。この時のフィルムのネックイン、膜揺れ、フィルムのムラの有無を表3に示す。
比較例1の樹脂とカラーマスターから成る比較例4は、材料組成としては比較例3と同じであり、従来技術に相当する。比較例1の樹脂とカラーマスターに鎖延長剤を加えると、比較例4と対比してネックインおよび膜揺れは小さく成膜性評価は良好なものの、フィルムにムラがあり、総合評価は不良であった(比較例5)。
2 :ラミネート材
10:ポリブチレンテレフタレート系樹脂
20:金属基材
52:押出機
53:ダイ
54:プレロール
55:ラミネートロール
56:急冷手段
F :基材フィルム
L :ラミネート材
Claims (1)
- 多官能成分を共重合したポリブチレンテレフタレートを主成分とした樹脂であって前記多官能成分の含有量および樹脂の固有粘度が下記式(1)を満たし且つ溶融張力が5mN以上であるポリブチレンテレフタレート系樹脂、または、前記ポリブチレンテレフタレートを主成分とした樹脂と該樹脂とは異なる樹脂を含有する樹脂組成物を、溶融樹脂の状態でTダイよりフィルム状に押出し、
前記溶融樹脂が固化する前に金属基材と接着してフィルムの厚みを35〜250μmとすることを特徴とするラミネート材の製造方法。
IV<1×10 -4 ×(M/(1-(1/(f×(φ/100)-2×φ/100+1)) 0.5 )) 0.87 ・・・(1)
IV:固有粘度(dl/g)
M :ポリブチレンテレフタレート樹脂の繰り返し単位の分子量
f :多官能成分の官能基数
φ :多官能成分の含有量(モル%)
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