(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１表面と第２表面とを有する二軸延伸ポリマーフィルムウェブを第１部分と第２部分に切断する工程と、第１部分と第２部分の分子配向プロフィールを同定する工程と、第１部分と第２部分の分子配向プロフィールが一致しない様に且つ第１部分の第２表面が第２部分の第１表面に近接して配置される様に第２部分の上に第１部分を配置し、第２部分の上に第１部分を直接積層する工程とから成り、切断工程と積層工程とが連続インライン法によって行われることを特徴とする耐衝撃性および耐引裂き性強化ポリマーフィルムの製造方法。
【請求項２】
第１部分と第２部分とが実質的に同一の幅を有する請求項１に記載の製造方法。
【請求項３】
第１部分と第２部分とが、ポリマーフィルムウェブのそれぞれの端部を含んでいる請求項１に記載の製造方法。
【請求項４】
第１表面、第２表面、元から存在する第１の端部、元から存在する第２の端部、切断により生じた第１の端部、切断により生じた第２の端部、光学的異方性及びこれらの組合せから成る群より選択される部分の属性を同定することにより、分子配向プロフィールを同定する請求項１に記載の製造方法。
【請求項５】
更に、製膜シートを形成する工程と、当該製膜シートを長手方向および横方向に二軸延伸して光学的異方性を形成する工程とを有し、延伸工程において製膜シートの端部における光学的異方性の角度を増加させる請求項１に記載の製造方法。
【請求項６】
更に、二軸延伸工程において光学的異方性の配向角度をより負の窪みに近づけるようにする工程を有する請求項５に記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、耐衝撃性および耐引裂き性に優れたフィルムの製造方法および得られるフィルムに関する。詳しくは、本発明は、商業的に実施可能な耐衝撃性および耐引裂き性に優れた積層フィルムの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】  耐衝撃性安全フィルムは、強化を必要とする場所、特にガラスを保護するのに使用するものとして商業的に入手できる。そのような使用において、ガラスシートに単層または積層フィルムを接着し、典型的にはガラスとガラスの間にフィルムを挟む。安全フィルムによって保護されるガラスとしては、特に制限されないが、窓ガラス、浴室（シャワー）ドア、ディスプレイケース等が例示される。安全フィルムはガラスに種々の接着剤を介して接着され、このようなフィルムの使用をデイライト法（daylight method）と呼ばれる。この方法は、ガラス面に対し、さらなるアンカー部分（接着面におけるアンカー部分）を有することなく（キャッチバー（catch bar）の有無にかかわりなく）フィルムを接着できる。また、窓枠にフィルムを接合することにより、ガラスが割れた際に安全性を高めることができるので好ましい。【０００３】  フィルム及び付随する窓枠構造は、嵐による外界からの破片などによる衝撃や、強盗の侵入による破壊や、テロリストによる爆弾の炸裂で生じる爆風などの衝撃をガラスが受けた際、保護される部屋や内部の物品に対し、ダメージや損傷を小さくすることができる。安全フィルムによって保護されていないガラスは、暴風や爆風によってガラス片が建築物内部に入り、ガラスの小片が住人に降り注ぎ、重症を負ったりあるいは死亡することもある。さらに、安全フィルムによって保護されていないガラスが暴風によって破壊された場合、風水により建築物内部が被害を受け、内装品などの多大な損失や取り換え、修繕に多大なコストがかかる。【０００４】  安全フィルムによってガラスを保護することは（単層フィルムであっても、多層フィルムであっても、いずれにおいても）、フィルムに遮られたガラスの粘着性の効果により、ガラスが小片となって破壊されるのを大幅に防ぐことが出来る。また、窓枠と接合した構造を使用すれば、建築物内部にガラスが入ることを防ぎ、住人の怪我を防ぎ、内装品にダメージを与えることが少なくなる。【０００５】  本発明において、ガラスに対して使用される安全フィルム又は積層フィルムとして、フィルム又は積層フィルムの耐引裂き性と耐衝撃性（耐爆風性）との関係について研究されている。多層安全フィルムは、同じ厚さの単層フィルムと比較して耐引裂き性に優れていることが明らかである。耐引裂き性フィルムは、ビデオテープの包装や、耐引裂き性に優れていることが有利な他のフィルムなど、多方面への応用が可能である。【０００６】  安全フィルムは透明であることが好ましく、これにより、ガラスや他の透明製品への応用が可能となる。その点で、ポリマーフィルムは、しばしば、これらの用途に対し好適である。安全フィルムは、フィルムを切断したかあるいは切断してないフィルムを使用した多層ポリマーフィルムによって形成されている。このような多層フィルムは厚さが厚いほど耐衝撃性および耐引裂き性が、単層フィルムと比較して優れている。しかしながら、層の数が多くなると、透明性が悪くなり、ガラスに適用することが困難になる。また、層の数が多いとコスト高になるため、フィルムの厚さには限界がある。したがって耐衝撃性および耐引裂き性に優れ、厚さが最小である積層安全フィルムが望��れている。【０００７】  クロスに積層したフィルムは公知である。このようなフィルムにおいて、２つ以上のフィルムウェブは、完全に又は主として同方向に延伸される。次いで、主として延伸されている方向が２つのフィルムの間で直角になるように、ウェブをそれぞれ直角（またはほぼ直角に）に配置する。次いで、フィルムが交差している部分を切取り、使用する。しかしながら、このウェブの積層体は商業的には実用的であるといえない。この方法では、オートメーション化で不要となる短いウェブが副生する。また、積層およびフィルムの切断に労力を要する。さらに、一方向延伸のフィルムでは、二軸延伸フィルムと比較して引裂き易く、使用に堪えない。したがって、この種の積層フィルムの製造方法において、これらの問題点の１つ以上が解消されることが望ましい。
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】  本発明の目的は、耐衝撃性が高められた積層安全フィルム及びその製造方法を提供することである。
【０００９】  本発明の他の目的は、耐引裂き性が高められた積層安全フィルムを提供することである。
【００１０】  本発明の他の目的は、１つの二軸延伸ウェブから耐衝撃性および耐引裂き性が高められた積層ウェブを経済的に製造する方法を提供することである。
【００１１】  本発明の他の目的は、実質的に透明な安全フィルムを提供することである。
【００１２】  本発明の他の目的は、数層の個々の層から成る、好ましくは２層のフィルム層から成る安全フィルムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】  上記目的は以下の方法によって達成される。すなわち、本発明の要旨は、第１表面と第２表面とを有する二軸延伸ポリマーフィルムウェブを第１部分と第２部分に切断する工程と、第１部分と第２部分とを同定する工程と、第１部分の第２表面が第２部分の第１表面に近接して配置される様に第２部分の上に第１部分を配置する工程とから成る強化ポリマーフィルムの製造方法に存する。
【００１４】  本発明の他の要旨は、二軸延伸フィルムの第１の部分と第２の部分の分子配向プロフィールを同定する工程と、第１の部分と第２の部分の分子配向プロフィールが一致しないように第１の部分と第２の部分とを積層する工程とから成るポリマーフィルムの製造方法に存する。さらに、好ましいフィルム構成についても記載する。
【発明の実施の態様】
【００１５】  本発明は、特異で商業的に実施可能であり、一貫して予測可能な改良された特性を有する積層安全フィルムの製造方法を開示する。本発明のフィルムの均一な耐衝撃性および耐引裂き性は、商品として入手できるフィルムと比較して実質的に向上している。
【００１６】  本発明の方法において、２つ以上の二軸延伸ポリマーウェブを使用する。積層体は、分子配向プロフィールが異なるポリマーウェブを重ね合わせて形成する。この特異な積層体はほとんどの部分で各層が交差した状態、つまり分子配向（すなわち引裂かれ易い方向）が２層以上（近隣のそれぞれの２つの層に対して）において配列しない構造を有する。これにより、優れた特性を有する強化フィルムを提供できる。
【００１７】  この知見は、二軸延伸におけるポリマーフィルム中の特異な分子配向パターンの利用に基づいている。製造方法における要点は、連続二軸延伸において、「光学的異方性（optical bow、ボーイングともいう）」が形成される点である。分子配向方向（配向角度またはθと表記する）はウェブの中心においては０°に近いが、ウェブの端部では約１７〜４５°の角度を有する（図１を参照）。フィルムの各部分の引裂かれ易い方向は、この光学的異方性角度と密接に関係する。それ故、ウェブを半分に切断し、裏返すことなく（又は両方を裏返して）重ね合わせて積層すると、引裂かれ易い個々の方向が反対となり、或いは整列しなくなって、複合フィルムは容易に引裂かれなくなる（各層同士で引裂かれにくく協調する）。理想的な積層体としては、Δθが約９０°の構造を有する積層体である。しかしながら、このような理想的な構造は、生産面に於て延伸工程を非常に特殊化しなければならず、商業的に実現が困難である。本発明において、商業的に実現可能な、Δθを最大にする方法を開示する。
【００１８】  さらに、本発明において、フィルム端部の配向角度（extinction angle）を増加させることによりΔθを増加させるには、通常の標準ベースフィルムの製造を変更すればよいことが明らかになった。ウェブの横方向の種々の配向角度の形態が、本発明の効果に影響を与える。すなわち、ウェブのより多くの部分で配向角度を有すること（配向角度が本発明において好ましい結果となるように、すなわち配向角度曲線の窪みがより大きくなるような形態）が、本発明の効果を達成する上で好ましい。図１に示すように、低い位置の曲線（窪みの小さい曲線）と、本発明の効果を達成する２つのより高い位置の曲線（窪みの大きい曲線）とを比較することにより、配向角度曲線の窪みの変化を明らかにすることができる。図２は、種々の非線形配向角度とΔθの例を示しており、Δθが約４０〜６０°であることが本発明において好ましい。
【００１９】  上述のように、フィルムの引裂きが容易な方向は、実質的に光学的異方性に沿っている。分子配向の方向は、フィルムが引裂かれ易く、フィルムの弱い方向に反映している。分子配向の方向から９０°の方向が最も耐引裂き性に優れるフィルムとなる。
【００２０】  本発明の好ましい態様として、１枚の二軸延伸ポリマーウェブ、好ましくはポリエステルウェブを使用する。ウェブは両方向（長手方向および横方向）に実質的に同一の延伸比で延伸されることが好ましい（元の大きさの約３倍の延伸比）。この１枚のポリマーウェブの未切断の端部から等距離のほぼ中心部分を切断する。切断された２つの部分を互いに上下に重ね合わせる。この際、最初のウェブの表裏を維持しながら（又は両者を逆さまにする）配置する。すなわち、切断された第１の部分の表の面（第１表面、最初のウェブの位置において表の面）が、切断された第２の部分の裏の面（第２表面、最初のウェブの位置において裏の面）に近接するように、好ましくはこの配置で積層する。もし、片方の部分の最初に裏の面であった面と他の部分の最初に裏の面であった面とを近接して積層した場合、積層したそれぞれの層の分子配向が追従するようになる。この場合、共通の光学的異方性に沿って各層が同じ引裂け易さを有するため、耐引裂き性および耐衝撃性の改良効果は付与されない。他方、半分に切断したウェブを他のウェブに本質的に上面に近接させることにより、実用的な面から各層の分子配向の差を最大にすることができる。この相対的分子配向を行なうことにより、ウェブの横方向に実質的な無駄な部分を生じることなく、２つのフィルム部分の分子配向を適切に相殺することができる。
【００２１】  本発明の方法により、横幅の大きい強化フィルムのウェブの連続形成が、商業的な規模で容易に行なうことが出来る。一軸方向に延伸されたウェブの部分を他の一軸方向に延伸されたウェブに交差して配置することにより、少なくとも１つの層に於てある幅を有する積層部分を形成する最初と最後の工程を除いて、本発明の方法は、２つの幅広の同一または異なる二軸延伸フィルムをインライン又はオフラインで連続的に積層することができる。
【００２２】  更に耐引裂き性および耐衝撃性を向上させる別の実施態様としては、一方のフィルムの端部の近く（第１の部分）及び他方のフィルムの端部の近く（第２の部分）をそれぞれ細い幅で切断し、第１の部分の裏の面を第２の部分の表の面に近接させるように（表裏をそのままの状態で）積層させる。このような積層体の向上された効果は、ウェブの光学的異方性に交差する分子配向の方向の変化に基づいている。
【００２３】  上述のそれぞれの方法に於て、積層されるべきフィルム部分の少なくとも元の部分および空間的な配向について分子配向プロフィールを同定する。この同定は、適切に本発明の積層を行なうために必要である。この同定工程を行なわないと、本発明の効果が本質的に信ぴょう性よく得られない。この同定に関しては種々の方法が採用できる。ウェブの切断後にただちに積層を行なう場合、切断されたウェブを適切な配向に積層されるように製造装置を組み立てる。また、切断されたウェブ部分を、外側部分または内側部分に一貫して特殊な面を有するロールで巻取ることによって同定してもよい。切断したフィルムの左部分からのフィルムか、右部分からフィルムかを同定するためにラベリングを行なってもよく、例えば、フィルムの左部分の第２部分と同定できるようにラベリングを行なってもよい。このような方法だと、２つ以上のロールを後で組合せることができる。フィルム製造の最後のロールにおけるフィルムの表裏および左右を、フィルムの端部にマーキングすることにより区別することも出来る。フィルムの表裏切断同定機を使用し、切断部分とフィルムの外側の端部とを区別することも出来る。タグ、ラベル、ラップ、押印、非塗布部分、塗布部分等を設けることにより、同定のためのウェブのマーキングに使用できる。上述の方法はすべてラベルとして認識される。
【００２４】  さらに、切断されたフィルムの光学的異方性の検査および同定ならびにその結果により積層を行なうことにより、本発明を実現することができる。
【００２５】  上述の同定法により、本発明の効果を達成できる２層以上の積層体の構築を可能とする。例えば、２つの半分に切断されたウェブをそれぞれＡ、Ｂとラベリングした場合、Ａ−Ｂ−Ａ構造またはＢ−Ａ−Ｂ構造とすることにより、各層の元々の分子配向が維持されているのであれば、本発明の効果である優れた耐衝撃性および耐引裂き性を有する３層積層体を構築することができる。しかしながら、Ａ−Ｂ−Ｂのような構造であっても、２層の間で光学的異方性が整列してないため、本発明の範囲内とする。さらに、分子配向が同定されていない又は分子配向がランダムであるようなＣ層を有するＡ−Ｃ−Ｂのような積層体も本発明の範囲内とする。この場合、分子配向が整列してない層がただちに近接していなくてもよい。同様に、３層以上の積層体については上記のパターンに従って構築すればよい。
【００２６】  ポリマーフィルム：
本発明のフィルムと製造方法において、ポリマーフィルム基材を使用することが特に好ましい。ポリマーフィルムは、軽量、実質的に透明、低コスト、使い捨て可能、リサイクル可能という優れた性質を有し、安全フィルムとして多くの物品への適用が可能である。さらに、塗布層を有するポリマーフィルムは、ガラス基材として商品化されているガラスやポリマー板などの種々の他の基材に熱接着や接着剤の使用により積層することができる。
【００２７】  本発明のフィルムと製造方法において、二軸延伸可能な種々のポリマーフィルムを使用することができる。適用可能なポリマーとして、ナイロン等のポリアミド、ポリプロピレン及びポリエチレン等のポリオレフィン、ポリエチレンテレフタレート等のポリエステル、ポリアセタール、ポリカーボネート等が例示される。中でも、ポリエステルが好ましく、ポリエステルとしては、特にポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート及びポリブチレンテレフタレートが好ましい。さらに、ポリエチレンテレフタレート−イソフタレート等の共重合ポリエステルも使用することができる。基材フィルムの好ましい製造方法としては、Ｃｕｌｂｅｒｔｓｏｎらの米国特許公報第５３５０６０１号公報に記載されており、本発明に援用する。ポリエステルフィルムを形成するポリエステルは、通常、グリコール又はジオールとジカルボン酸（またはエステル形成体）との重縮合反応により得られる。ジカルボン酸としては、テレフタル酸、イソフタル酸、セバシン酸、マロン酸、アジピン酸、アゼライン酸、グルタル酸、スベリン酸、琥珀酸等が例示され、これらは２種以上組合せて使用してもよい。グリコールとしては、エチレングリコール、ジエチレングリコール、ポリエチレングリコールや、プロパンジオール及びブタンジオール等のポリオールが例示され、これらは２種以上組合せて使用してもよい。
【００２８】  基材ポリマーフィルムは公知の添加剤を含有してもよい。公知の添加剤は、酸化防止剤、艶消し剤、顔料、シリカ等フィラー、炭酸カルシウム、カオリン、二酸化チタン及び帯電防止剤等が例示され、これらは２種以上組合せて使用してもよい。本発明のフィルムは公知の塗布を施してもよい。塗布層としては、顔料、染料、又は他の着色剤、安定剤、帯電防止剤および接着促進剤等を含有する塗布液をフィルム上に塗布して形成してもよい。
【００２９】  最終生成品として、ポリマーフィルム基材が共押出されたポリエステル複合体であってもよい。共押出基材フィルムの製造に当たっては、種々の延伸可能な共押出ポリマーフィルムの製造方法が採用できる。
【００３０】  フィルムは公知の方法によって製造され、延伸される。例えば、ポリエステルを溶融し、非晶シートとして鏡面回転ドラム上に押出し、ポリマーの製膜シートを形成する。シートを急冷し、一方向、次いでそれとは別の方向に延伸し、フィルムを頑健にし、強度を付与する。延伸比は、一方向または別の方向において、通常、製膜シートの約２〜４倍である。一般的に、延伸は、ポリマーの第２転移温度から軟化または溶融温度の間で行われる。必要であれば、延伸後にさらにフィルムを熱処理し、フィルムを結晶化させることにより、フィルムの性質を保持させる。結晶化により、フィルムに安定性および優れた引張力を付与する。ポリエステルフィルムの熱処理は、通常、約１９０〜２４０℃で行われる。
【００３１】  複合フィルム：
上述のように、本発明のフィルム及びその製造方法は、上記の好ましい実施態様に制限されるわけではない。フィルムの積層方法は、安全ガラスの製造方法において使用される方法が採用できる。通常の安全ガラスの製造法としては、最初にフィルムをガラス上に積層し、さらにガラス板を積層することにより、２枚のガラス板の間にフィルムをサンドイッチ状に積層する。２枚のガラス板の間にフィルムを挟んだ本発明の方法により、一枚のガラス板よりもさらに強度を高めることができる。
【００３２】  本発明の複合フィルムは、他にも、金属やポリマー成型品を強化するために使用することができる。さらに、本発明のポリマーフィルムは、他の表面（平滑でない表面も含む）に適応することもでき、その表面を強化することができる。フィルムは、熱接着または共押出により積層するか、接着剤やクリップ等の使用により機械的に積層してもよい。基材に積層してない場合の本発明のフィルムにおいては引裂き強度が高められているため、様々な応用が可能である。
【００３３】  基材ポリマーフィルムの表面修飾は特に必要とされないが、行なってもよい。公知の表面修飾法としては、基材ポリマーフィルムの表面修飾法として最も一般的であるコロナ処理が挙げられる。コロナ処理は、通常、約１．０Ｗ／ｆｔ２・分
の強度で行なうことにより十分な効果を得ることができる。
【００３４】  製造方法の好ましい改変：
上述のように、本発明の方法を改変することにより、延伸ポリマーフィルムの光学的異方性を高くし、本発明の効果を高めることができる。
【００３５】  積層フィルムの幅は、好ましくは約５０インチより大きいか、又は約３０インチより大きい。このようなフィルムの長さは、好ましくは約５０００〜１００００フィートである。また、このように幅広のフィルムのΔθの値は、好ましくは約４０〜６０°（またはより大きい）である。
【００３６】  連続二軸延伸フィルムの製造方法において、長手方向延伸比（ＭＤＤＲ）、横方向延伸比（ＴＤＤＲ）、横方向延伸温度（Ｔｄ）、長手方向および横方向の延伸変形比（延伸比）などのファクターが（これらに限定はされないが）光学的異方性に影響を与えることが見出された。
【００３７】  例えば、ＭＤＤＲを約２．８から増加させ、他のファクターは変更しない場合、ＭＤＤＲが約３．４に達するまで、フィルムの端部の光学的異方性角度が増加し、約３．４で最大となる。さらに、ＭＤＤＲを増加させると、第１の延伸（長手方向の延伸）の後にフィルムにさらなる結晶化等の構造変化が生じ、フィルム端部の光学的異方性角度が減少し、第２の延伸（横方向の延伸）の際、フィルムの破断や、亀裂が増加する。それ故、長手方向延伸比は、好ましくは約２．８〜３．４、特に好ましくは約３．１〜３．４である。
【００３８】  横方向延伸温度（Ｔｄ）においても同様の効果が認められる。すなわち、Ｔｄを高くすると（他のファクターは変更しない）、最大光学的異方性角度が増加し、その後、破断や亀裂等によりしばしばフィルム製造の中断が生じるようになる。Ｔｄは、好ましくは約８０〜１２０℃、特に好ましくは９５〜１１０℃である。
【００３９】  なお、当業者であれば、製造方法の各ファクターを維持しながら光学的異方性角度を最大にする製造方法は、使用する機械にもよるが、しかし、光学的異方性角度が一般的になるように製造方法を変更できることが理解できるであろう。
【実施例】
【００４０】  ポリエチレンテレフタレート樹脂を押出し、シートに成型し、二軸延伸を行なった。本発明の好ましい態様を示すために、種々の長手方向延伸比（ＭＤＤＲ）及び横方向延伸温度（Ｔｄ）でフィルムを製造した。【００４１】  実施例１〜９：
実施例１では、長手方向延伸比を３．２で、横方向の延伸温度を１０１℃（ＳＯＣ）で延伸を行い、光学的異方性のベースラインを確立した。実施例４及び７は、最大光学的異方性角度と横方向の延伸温度の増加との関係およびΔθ（単純な計算により）を検討した。実施例２、５及び８は、長手方向延伸比（ＭＤＤＲ）と横方向延伸温度（Ｔｄ）をそれぞれ変化させ、製造装置の最適条件で行なった実施例であり、この条件またはこれより低い条件下で、安定した製造およびが可能であり、本発明の効果が高められることを示した。実施例３、６、９は、上記の製造装置の最適条件であるＭＤＤＲ＝３．４よりもＭＤＤＲを増加させた実施例であり、フィルムの端部における最大光学的異方性角度は減少している。この場合、二軸延伸フィルム及びそれを使用した複合体は、高いΔθを示さないだろう。【００４２】  表２は、Ｔｄを増加させたことによる光学的異方性角度への効果を、２つの実施例の値を比較することによって示した表である。最上段の項は比較した実施例の番号を示す。最下段は、ウェブ中のすべての位置における光学的異方性角度の変化の合計を示す。正の数は、光学的異方性角度が増加していることを意味する。【００４３】  表３は、ＭＤＤＲとＴｄをそれぞれ変化させた場合の、ウェブを横切る方向の光学的異方性角度プロフィールへの効果を示す。表３の最上段の項は比較した実施例の番号を示す。最下段は、ウェブ中のすべての位置における光学的異方性角度の変化の合計を示す。【００４４】  本発明は、上述のように好ましい実施態様によって説明したが、当業者ならば本発明の要旨を逸脱すること無く種々の変更が可能である。【００４５】
【表１】
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【００４６】
【表２】
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【００４７】
【表３】
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【図面の簡単な説明】
【図１】  配向角度プロフィール
【図２】  配向角度およびΔθプロフィール
【図１】
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【図２】
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