JPH04173229A - 二軸配向ポリアミドフィルム及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、二軸配向ポリアミドフィルム及びその製造方
法に関わる。さらに詳しくは、横延伸、熱固定時に発生
するボーイング現象を抑制し、横方向に物理的、化学的
及び物理化学的に均一な性質を有して、かつ厚さが均一
な二軸配向ポリアミドフィルムで、実質的に無配向のポ
リアミドフィルムを横方向に延伸した後、縦方向に延伸
し、次いて、二段熱固定をする二軸配向ポリアミドフィ
ルムの製造方法に関わる。

（従来の技術） ポリアミドフィルム、特に二軸配向されたポリアミドフ
ィルムは、包装及びその他の用途に供せられており、フ
ィルムの横方向のどの部分でも同じ物性値であることが
望ましい。しかし、従来のテンターを用いる製造方法で
は製品フィルムの横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、テンター内においてフィ
ルムの両端はクリップに把持されていて、延伸工程によ
って生じる縦方向の延伸応力や、熱固定工程によって発
生する収縮応力は、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
クリップて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ことがわかっている。この現象はボ
ーイング現象と称されているものであるか、このボーイ
ング現象はフィルムの横方向の物性値を不均一・にする
原因になっている。ボーイング現象によって、フィルム
の側端部分てはボーイング線に対して傾斜した配向主軸
が生じて、横方向で配向主軸の角度が異なる傾向がある
。この結果、例えば熱収縮率、沸水収縮率、吸湿伸ひ率
等の縦方向から±４５°方向の物性値の差がフィルムの
横方向で異なってくる。このボーイング現象によって、
包装用途の一例として、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、吸湿図柄歪み等のトラブルの原因になっている。

さらに詳しく述べると、横延伸後幅延伸を行う技術とし
ては、特開昭５１−１１４４７５号公報に特定の相対粘
度を存するポリアミドフィルムの原反を用い、延伸の際
の温度、倍率、速度を限定した製造方法が提案されてい
る。しかし、この技術には横延伸工程と縦延伸工程間の
長さ並ひに温度については全く記載されていない。さら
に、ボーイング現象を減少ないし解消する技術として、
特公昭３９−２９２１４号公報には延伸工程後２個のニ
ップロール群を設置した縦方向への多段熱固定を行う製
造方法が提案されている。また、特公昭４．４−７１５
９号公報には、上記特公昭３９−２９２１４号公報に加
え熱固定後弛緩させる熱処理方法が提案されている。し
かし、これらの技術では共に縦方向のみの熱処理方法が
記載されており、横方向への熱処理については提案され
ていない。また、特公平１２５６９４号公報、特公平１
−２５６９８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、オフラインでの製
造方法であるため生産性の面で制約を受ける等の問題点
がある。

このように、ボーイング現象を減少さぜる試みはこれま
て行われてきているがこれらの提案は製造方法や装置に
関するもので、フィルムの物性（分子配向状態等）に注
目した発明は行われてい一５＝ ない。例えば、特開昭５８−２１５３１８号公報や特開
昭６１−８３２６号公報に見られるように、ボーイング
現象の程度に関係なくフィルム中央部では、フィルムの
分子配向状態は配向主軸のずれがほとんど無いためボー
イング現象の程度を知るためにはフィルム全幅の試料が
必要であり、フィルムの任意の場所での試料からはボー
イング現象の大小を判別することは不可能であった。

また、ポリアミドフィルムに含水させる技術としては、
特公昭４３−９９１．９号公報、特公昭４５−３５８７
９号公報に、未延伸ポリアミドフィルムに含水させ予熱
時のフィルムの伝熱効果を向上し、次いで同時二軸延伸
することで均一なフィルムを得ようとする技術か提案さ
れている。また、特公昭４６−１１９９７号公報には、
未延伸フィルムの縦延伸と同時に吸水させ同時二軸延伸
を行なう際に縦方向の延伸をやや伸び難くしフィルムの
縦方向の延伸斑を防止する技術が提案されている。しか
し、これらの技術は、いずれも同時三軸延伸法に関する
もので、より生産性の優れた逐時−６＝ 二軸延伸法については何ら記載されていない。

（発明が解決しようとする課題） かかる課題に対し、フィルム横方向の物性値（特に吸湿
伸び率等）が均一なフィルムと、その工業的に有利な製
造方法を提供することにある。

（課題を解決するための手段） 本発明者らは、テンター内におけるボーイング線の変化
を観察し、種々の研究からボーイング現象の発生過程を
解明し、このボーイング現象を減少する手段を検討して
、フィルムの横方向の物性値を分析して本発明に到達し
た。

本発明は、マイクロ波によって測定されるフィルム横方
向の分子配向角の差の最大値が（１）式を満足し、かつ
、フィルム横方向の単位長さ当りの該分子配向角の変化
率ｄθＯＲ／ｄＷｆが０式を満足することを特徴とする
二軸゛配向ポリアミドフィルムがボーイング現象の少な
い均一な物性を有していることを見いだし本発明に至っ
た。

（θＯＲ）　ＭＡＹ−（θＯＲ）旧Ｎ≦６０（″）　・
・・（１）ｄθＯＲ／　ｄ　Ｗ　ｆ≦１５　（’　／ｍ
）　　　　　・＝・■ここて、例えば横方向に比へて縦
方向に配向が強いフィルムの分子配向角は、第１図に示
すように縦方向に対して時計周りの方向をプラス（＋）
とし、縦方向に対して反時計周りの方向をマイナス（−
）とし、縦方向となす挟角とする。また、縦方向に比べ
て横方向に配向が強いフィルムの分子配向角は、上記と
同様に、横方向に対して時計周りの方向をプラス（＋）
とし、横方向に対して反時計周りの方向をマイナス（−
）とし、縦方向となす挟角とする。ここで、横方向とは
フィルムの走行方向に対して直角方向、縦方向とは走行
方向を意味する。ここで、（１）式により、フィルム横
方向に対する分子配向角の変化が連続あるいは不連続の
場合でも、フィルム全幅に渡り均一な物性値を得ること
ができる。

また、０式により、フィルム横方向に対する分子配向角
の変化が連続の場合、フィルム横方向のどの部分におい
ても均一な物性値を得ることができる。また、（１）式
において、（θＯＲ）　ＭＡＸ−（θＯＲ）　ＭＩＮが
６０″より大きくなると、フィルム全幅に対し、分子配
向状態の歪みの回転により、フィルム全幅に渡り、横方
向の物性値に差が生じ、フィルムの歩留りが問題となる
。また、０式において、ｄθＯＲ／ｄＷｆが１５°／ｍ
より大きくなると、フィルム横方向の微少部分に対し、
分子配向状態の歪みの回転により、横方向の微少部分に
対する物性値に差が生じ、吸湿図柄歪み等が問題となる
。

このフィルムの製造方法とは、実質的に無配向のポリア
ミドフィルムを横方向に延伸した後、縦方向に延伸し、
次いで（Ｔｍ、−２０）”Ｃ以下の温度で横方向に１０
％以下の範囲で弛緩又は延伸しながら第１段の熱固定を
行い、さらに（Ｔｍ−６０）℃以上の温度で縦方向に１
０％以下の範囲で弛緩又は延伸しながら第２段の熱固定
を行う際に、０．５重量％以上の水分を含有している無
配向又は／及び一軸配向のポリアミドフィルムを横方向
又は／及び縦方向に延伸することを特徴とする二軸配向
ポリアミドフィルムの製造方法である。そして、本実態
様は熱固定時での横方向に延伸及び緩和しない場合も含
む。

また、この製造方法において１、実質的に無配向のポリ
アミドフィルムを横方向に延伸した後、（Ｔｇ＋２０）
℃以下に冷却した冷却工程を導入することにより、さら
にボーイング現象を減少することができる。

なお、上記においてＴｇはポリアミドフィルムのガラス
転移点（℃）を意味する。

この横延伸後の冷却工程においては（３）式を満足する
冷却行程の長さしを選択することが好ましい。

Ｌ／Ｗ≧０．５　　　　　　　　　　　　　　・・・（
３）なお、（３）式において、Ｗはテンター出口でのテ
ンターのクリップ間距離（ｍ）を、Ｌは冷却工程の長　
さ（ｍ）を意味する。この（３）式における冷却工程の
長さＬとフィルム幅Ｗとの比Ｌ／Ｗの値が大きいほどボ
ーイング現象の減少の効果が向」ニし、冷却工程の長さ
Ｌとフィルム幅Ｗとの比をＬ／Ｗ≧１．０で冷却工程の
長さＬを選択することがより好ましい。ここて、冷却工
程の長さＬは、実質的に横延伸温度より低くなった箇所
から実質的に冷却工程での温度より晶くなる箇所まての
最も長いフィルムの長さを意味するもので、例えば、横
延伸後冷却した後のロール延伸機において冷却工程での
温度以下であればその長さも含まれる。

さらに、冷却工程での温度は（Ｔｇ＋２０）℃以下であ
るが、この冷却温度は低いほどボーイング現象の減少の
効果が向上し、ガラス転移点以下を選択することが好ま
しい。また、冷却工程の長さＬとフィルム幅Ｗとの比Ｌ
／Ｗの値はテンター速度に本質的には依存しないが、テ
ンターの速度が増加すると、フィルムの温度が実質的に
効果のある冷却温度に到達するまでに時間がかかり、冷
却工程の長さしとフィルム幅Ｗとの比Ｌ／Ｗの値は実質
的に小さくなる。そこで、テンター速度を増加する場合
には、冷却工程の長さしとフィルム幅Ｗとの比Ｌ／Ｗの
値を大きくするほと効果が向」ニする。例えば、テンタ
ー速度を２倍にした場合には、冷却工程の長さＬとフィ
ルム幅Ｗとの比Ｌ／Ｗの値は増速前の値の１．５倍以上
を選択することが好ましい。

さらに、横延伸後の冷却工程及び熱固定後の冷却工程に
おいては、フィルムを速度制御可能なニップロール群に
通すことが好ましく、その効果は著しく向」二する。こ
のニップロールの祠質は、金属鏡面とエラストマー物質
との組合せで、ニップロールはテンターのクリップとの
相対的な速度でフィルムを緊張させることから速度制御
が容易であることが条件である。また、熱固定前後のニ
ップロールは両方相互に制御可能であることが好ましい
。

また、第１段の熱固定においては、延伸温度量」二（Ｔ
ｍ−２０）℃以下で行うことが好ましく、さらに好まし
くは（Ｔ　ｇ　−１−８０）　℃以上（Ｔｍ−２０）　
”Ｃ以下の温度である。さらに、第２段目の熱固定にお
いて縦方向に弛援又は延伸する際には、ロールによる方
法あるいは収縮テンターによる方法等があるが、好まし
くはロールによる方法である。第２段目の熱固定をロー
ルによる方法で行うことにより、縦横両方向に均一な物
性を有し、十分な結晶化が施されたフィルムを製造する
ことかできるため、第１段目の熱固定で発生する熱収縮
応力を抑制し、ボーイング現象を減少させ横方向に均一
な物性を有したフィルムを得ることができる。この第２
段の熱固定においては、（Ｔｍ　　４０）℃Ｃ１０（Ｔ
ｍ　−２０）　℃未ｆｌｔｔｖ温度で行つノが好ましく
、例えばロールによって熱固定を行う場合においては、
（Ｔｍ−２０）℃以上の温度で行うとスティック等が発
生し製膜が困難になる。

さらに、横方向又は／及び縦方向に延伸する際に、０．
５重量％以上の水分を含有している無配向又は／及び一
軸配向のポリアミドフィルムを用イルことで、予熱工程
においてフィルムへの均一な熱伝達効果を有し、かつ延
伸工程において水による可塑化効果により延伸応力を減
少せしめ、厚さ斑の少ない延伸フィルムを供給すること
ができる。

さらに、第２段の熱固定を行なう前、途中、後の少なく
とも一つの工程において、フィルムを水蒸気で処理する
ことにより、熱固定によるフィルムの結晶化を促進し寸
法安定性の改善、あるいは製袋時の耐吸湿性の向上等の
効果がある。

以下、本発明の詳細な説明する。

本発明では、ポリアミド樹脂をその融点以」二の温度に
加熱Φ溶融し、スリットダイを含む押出し手段から冷却
ドラム表面へフィルム状に押出し、テンターで横方向に
延伸し、縦方向にロール速度が異なるロール群により縦
延伸し、要すれば熱固定され、フィルムワインダー等に
よって巻き取られることは公知である。本発明では、製
膜・延伸条件として、このような樹脂の溶融・押出し条
件、キャスティング条件、横方向延伸条件、縦方向延伸
条件、熱固定条件、巻き条件等を適宜選択できる。

本発明に適用されるポリアミド樹脂としては、ナイロン
−４、ナイロン−６、ナイロン−９、−１−イロン−１
１、ナイロン−６−６、ナイロン−６φ１０、ナイロン
−１０・１０等の脂肪族ポリアミド樹脂、及びポリへキ
サメチリレンアジパミド等の芳香族ポリアミド樹脂、イ
ソフタル酸とへキサメチレンジアミンからなる半芳香族
アモルファスナイロン等、その他多くの単体、共重合体
、混合体、複合体等が挙げられる。

また、本発明において、横延伸後冷却したフィルムを縦
方向に延伸することにより横延伸時における縦方向の延
伸応力を制御することができるため、ボーイング現象が
さらに抑制されるものと考えられる。また、その後の二
段熱固定により縦方向への熱収縮応力を抑制しつつ十分
な寸法安定性を有した二軸配向ポリアミドフィルムを製
造することができる。

また、延伸する際に用いられるポリアミドフィルムへの
吸水方法は、フィルムを水又は温水中に浸漬させる方法
、高湿度の雰囲気中に放置する方法等いろいろ考えられ
るが、いずれの方法においても水分率の調整は、吸湿時
間とその後の乾燥時間及び温度を制御することにより得
られる。この吸湿方法において、含水率が大きいほど、
水による可塑化効果により延伸応力が低下し厚さ斑の少
ないフィルムを得ることができるが、水分が余りにも多
く、飽和含水量以上の水分を含存させると、フィルム表
面に付着水が存在するため、温度斑が生じ、それにより
延伸斑が発生し、均一なフィルムを得ることができなく
なる。一方、フィルムの含水量が低すぎると、例えば、
０．５重量％未満であるとその効果を十分に発揮できな
い。そこで、フィルムの含水率は、０．５重量％以上で
しかも該フィルムの飽和含水率以下が好ましい。

また、本発明では、横延伸、冷却、縦延伸、熱固定工程
が連接している場合や、上記工程間に再延伸及び弛緩及
び定長工程が含まれる場合は当然含まれる。さらに、縦
二段延伸を含む延伸方式、横延伸後のフィルムの両端を
トリミングして縦延伸する延伸方式等その要旨を越えな
い限り上記に限定されるものではない。

一般的にフィルムの物性はフィルムの結晶部のみでなく
、非晶部の状態によっても規定され、特にフィルムの熱
収縮挙動等はこの非晶部の状態によって左右されるとい
われている。そこで、分子配向状態の測定については、
マイクロ波を利用した非品鎖の配向性を評価する装置を
用いた。この評価法により、包装用途において印刷ラミ
ネート加工、製袋工程等での印刷ピッチずれ、斑の発生
、カーリング、蛇行、吸湿図柄歪み等のトラブルの原因
になっている熱収縮率、沸水収縮率、吸湿伸び率等の物
性値の異方性と、マイクロ波による分子配向状態との関
係を明確にして、ボーイング現象が少なく横方向に物性
値の均一なフィルムの分子配向状態を解明して本発明に
至った。

本発明において、ボーイング現象の少ないフィルムの特
徴としては、分子配向角はフィルムの中央部からフィル
ムの端部にかけて横方向にほぼ直線的に変化しているの
で、フィルムの任意の横方向における分子配向角の変化
が請求項（１）の範囲内であれば、フィルムの全幅にわ
たり分子配向角の変化が少ないフィルムとなるので、物
性値の均一なフィルムの歩留まりが良好となる。また、
分子配向角の変化が請求項（１）の範囲を越えると、分
子配向状態の歪みが回転することによって物性値の異方
性が問題となる。例えば、フィルムの走行方向に対して
±４５°の２方向の物性値の絶対値の比を異方性指標と
し、その値が１．０に近いほどフィルムの横方向での物
性差が少ないものと判定基準を定めた。この異方性指標
の一例として熱収縮率、沸水収縮率、吸湿伸び率等の異
方性に関与する製袋時の吸湿図柄歪みを評価した場合、
請求項（１）記載の条件を満足するフィルムがフィルム
全幅にわたり吸湿図柄歪みの少ないフィルムであること
が判った。

なお、吸湿図柄歪みの測定方法としては、ロール状に巻
きとられたポリアミドフィルムの表層部を除去して、内
部より全幅の試料をサンプリングした後すぐに３０℃Ｘ
１．ＯｍｍＨｇ以下に調整された真空乾燥機を用いて、
６時間試料を乾燥し、それを取り出してすぐデシケータ
に入れて、２０℃×３０％ＲＨの部屋で２４時間調整し
た後、目標の箇所（通常は、中央と両端部）に円のマー
クを入れ、その後、その試料を３０　℃Ｘ　８０％ＲＨ
の部屋で２４時間調整した後、その試料の円の形状の変
化を目視判定し、それを吸湿図柄歪みと定義した。

−１８＝ 本発明がボーイング現象の少ないフィルムを製造するに
際して工業的に有利な効果が得られる理由については、
ボーイング現象を減少するのに必要な冷却工程の長さの
決定において、有限要素法を適用しうる数式モデルを設
定し数値解析によって延伸応力の伝播を推定し、実機で
裏付けして、いかなる場合も適用可能なことを見いだせ
たためである。

次に実施例を示す。

（実施例） 本発明において使用される装置の一例について説明する
。Ｔダイより押出されたポリ−ε−カプラミド樹脂はチ
ルロールによって急冷されフィルム状に成形される。そ
のフィルムは、テンターのクリップによってその両端を
把持されつつ、予熱ゾーンを通って横延伸ゾーンに入り
横延伸される。

次いて、フィルムは冷却され、ロール延伸機によって縦
方向に延伸される。そして、再度テンターによって両端
を把持し、第１段の熱固定をされた後、クリップから外
されテンターを出て、ロールによって第２段の熱固定を
された後、巻取り機によって巻取られる。

また、本発明において、製膜］−程終了後のフィルムの
マイクロ波による分子配向状態の測定については、神崎
製紙［１２ｊ製の分子配向針（ＭＯＡ−２００１Ａ）を
用いて分子配向角（ＡＮＧＬＥ）を測定した。この分子
配向状態をフィルムの横方向の任意の位置について測定
した。

以下、いくつかの例を挙げて説明する。

実施例１ ポリ−ε−カプラミド樹脂を溶融してＴダイより押出し
、チルロール」二でフィルム状に成形し、実質的に無配
向なフィルムに水を浸漬したのちテンターによって横方
向に３．８倍延伸し、フィルムを４５℃に冷却し、その
後ロール延伸機によって縦方向に３．７倍延伸し、次い
て横方向に第１段の熱固定を１９０℃て行い、次いて縦
方向に第２段の熱固定を１８５℃て行うことにより、二
軸配向ポリアミドフィルムを得た。テンター内における
温度を、予熱温度を５０℃５延伸温度を６５℃とし、そ
の後のロール延伸機での予熱温度を６５℃１延伸温度を
８５℃とした。その後、通常のようにしてフィルムを巻
き取った。なお、冷却ゾーンの長さＬとフィルム幅Ｗと
の比Ｌ／Ｗ＝１゜０として冷却を行い、冷却の際には冷
風を吹き付けた。

けた。

実施例２ 実施例１において、第１段の熱固定の際に横方向に３．
６％、第２段の熱固定の際に縦方向に３゜０％の弛緩を
する以外は実施例１と同様にして二軸配向ポリアミドフ
ィルムを得た。

実施例３ 実施例１において、一軸配向フィルムに水を浸漬し、第
２段の熱固定後にフィルムに水蒸気処理する以外は実施
例１七同様にして二軸配向ポリアミドフィルムを得た。

比較例１ 実施例１において、第１段の熱固定の際に横方向に３．
６％の弛緩をし、実質的に無配向なフィルムへの水の浸
漬を行わない以外は実施例１と同様にして二軸配向ポリ
アミドフィルムを得た。

比較例２ 実施例１において、第１段の熱固定温度を２２０℃とし
、実質的に無配向なフィルムへの水の浸漬を行わないの
と第２段の熱固定を行なわない以外は実施例１と同様に
して二軸配向ポリアミドフィルムを得た。

実施例１．２．３におけるフィルム横力向の分子配向角
の差の最大値　（θＯＲ）　ＭＡＸ−（００Ｒ）ＭＩＮ
は６０°以下であり、比較例１．２におけるフィルム横
方向の該分子配向角の差の最大値は６０°　より大きな
値を得た。

実施例と比較例における製膜条件と分子配向角の任意の
フィルム横方向での１ｍ当りの変化及び吸湿図柄歪みの
程度の測定結果を表１に示す。

（発明の効果） 比較例は、分子配向角の任意のフィルム横方向での１ｍ
当りの変化が大きいが、本発明の実施例（二段熱固定を
行うか、縦横両方向に弛緩を行うか、フィルムに吸水さ
せるか、水蒸気処理を行な−２２＝ う場合）ではポリアミドフィルムを横延伸、熱固定する
工程において発生するボーイング現象を抑制し、フィル
ムの横方向に均一な物性（分子配向角の任意のフィルム
横方向での１ｍ当りの変化が小さい）を有し、吸湿図柄
歪みの少ないフィルムを製造できることがわかる。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）実質的に無配向のポリアミドフィルムを横方向に
   延伸した後、縦方向に延伸し、次いで（Ｔｍ−２０）℃
   以下の温度で横方向に１０％以下の範囲で弛緩又は延伸
   しながら第１段の熱固定を行い、さらに（Ｔｍ−６０）
   ℃以上の温度で縦方向に１０％以下の範囲で弛緩又は延
   伸しながら第２段の熱固定を行う際に、０．５重量％以
   上の水分を含有している無配向又は／及び一軸配向のポ
   リアミドフィルムを横方向又は／及び縦方向に延伸する
   ことを特徴とする、マイクロ波によって測定されるフィ
   ルム横方向の分子配向角の差の最大値が（１）式を満足
   し、かつ、フィルム横方向の単位長さ当りの該分子配向
   角の変化率ｄθＯＲ／ｄＷｆが（２）式を満足する二軸
   配向ポリアミドフィルム。 （θＯＲ）ＭＡＸ−（θＯＲ）ＭＩＮ≦６０（゜）・・
   ・（１）ｄθＯＲ／ｄＷｆ≦１５（゜／ｍ）・・・（２
   ）なお、上記においてＴｍはポリアミドフィルムの融点
   （℃）であり、また、θＯＲはマイクロ波によって測定
   された分子配向角（゜）であり、（θＯＲ）ＭＡＸ、（
   θＯＲ）ＭＩＮは、それぞれ、フィルム全幅における該
   分子配向角の測定値の最大値と最小値を表す。また、Ｗ
   ｆはフィルムの横方向の距離（ｍ）であり、ｄは微分演
   算子を示す。
2. （２）請求項（１）記載の第２段の熱固定を行なう前、
   途中、後の少なくとも一つの工程において、水蒸気で処
   理することを特徴とする請求項（１）記載の二軸配向ポ
   リアミドフィルムの製造方法。