(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
密度が０．９３５ｇ／ｃｍ３以上０．９７ｇ／ｃｍ３未満、メルトフローレートが０．０３〜０．１０ｇ／１０分の中低圧法高密度ポリエチレンを、引き取り速度が８０ｍ／分以上１２０ｍ／分未満でインフレーション成形を行うときに、歪み硬化パラメーターが０．３０以上１．０未満である樹脂を選択して行う偏肉が３μｍ以下であるインフレーションフィルムの高速成形方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、空冷インフレーションフィルム成形時の偏肉精度が良好であり、かつ高速成形可能な、インフレーションフィルム成形用ポリエチレン樹脂を選択する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ポリエチレン樹脂を溶融状態で管状ダイから管状に押出し、内圧で膨張させながら冷却固化し連続的に巻き取る空冷インフレーションフィルムの成形においては、高生産性を確保するため高速成形が要求されている。しかし、高速成形のため高押出量にすると、溶融バブルを冷却固化させるための冷却風量を増量する必要があるため、溶融バブルが不安定となり、さらに局所的に溶融バブルが偏平状となるためフィルムの偏肉調整が困難となる。このとき、冷却風を増量することにより発生する溶融バブルの揺れを防止し、成形されたフィルムの厚み偏差を小さくするために、バブル安定体を用いることが一般的である（例えば特公昭５５−２１８０号公報）。
しかし、生産性を上げるためには高押出量が必要であり、高押出量にするとダイス出口部での樹脂の剪断速度が大きくなるため、ダイス内部での樹脂のスパイラル流動がそのままダイス出口部からの流動に現れるいわゆるスパイラルマークが発生する。このとき、ダイスリップ出口においてはスパイラルマークが発生した部分とそれ以外の部分とでは樹脂の流量偏差が大きくなり、バブル安定体を用いて成形してもフィルムの厚み偏差を解消することは困難であった。このため、フィルムの原反に皺やタルミが発生し、フィルムの二次加工工程における印刷性やスリット性またはフィルム製袋時の製袋速度の低下やヒートシール不良をおこす等種々の問題を抱えていた。
【０００３】
特に高密度ポリエチレン樹脂は、長鎖分岐を有する低密度ポリエチレンに比較すると、空冷インフレーションフィルム成形を行った場合伸長変形を十分に受けた膜厚の薄い部分の粘度に対する伸長変形を十分に受けた膜厚の薄い部分の粘度の比が大きくないため、溶融バブルの薄い部分が選択的に延伸されてしまい、偏肉精度が著しく悪い。この問題を解決するためにフィルムの厚み偏差を経時的に分散させる目的で、インフレーションフィルム成形用ダイス本体自身を一定周期で回転させるロータリーダイスを用いる方法も採用されているが、上記問題の本質的な解決にはならず、さらに既存の設備を改造するための費用が高いという問題があった。
【０００４】
空冷インフレーション成形の高速化のために開発された内部冷却方式は、溶融バブルの内部循環空気により溶融バブルの冷却効率を高め安定した高速成形を実現しようとするものであるが、成形されたフィルムの厚み偏差は必ずしも小さくはならなかった。
【０００５】
ダイス出口部における樹脂のスパイラルマークの発生を抑制するためにはダイスのリップギャップを狭くすることが有効であるが、高密度ポリエチレン樹脂の空冷インフレーションフィルム成形においては、ダイスのリップギャップは通常０．８〜１．５ｍｍ程度で成形されているが、ダイスのリップギャップを狭くすることにより樹脂のメルトフラクチャーが発生し易くなり、成形されたフィルムの透明性が著しく低下してしまうという問題があった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、空冷インフレーションフィルムの高速成形においても、フィルムの厚み偏差を小さくすることができ、二次加工工程での種々のトラブルもないインフレーションフィルムを製造するに際し、特定の中低圧法高密度ポリエチレンの内これに適したポリエチレンを選択する方法の提供を課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、密度が０．９３５ｇ／ｃｍ３以上０．９７ｇ／ｃｍ３未満、メルトフローレートが０．０３〜０．１０ｇ／１０分の中低圧法高密度ポリエチレンを、引き取り速度が８０ｍ／分以上１２０ｍ／分未満でインフレーション成形を行うときに、歪み硬化パラメーターが０．３０以上１．０未満である樹脂を選択して行う偏肉が３μｍ以下であるインフレーションフィルムの高速成形方法、により解決される。
【０００８】
本発明で対象となるポリエチレン樹脂は、エチレンの単独重合体、またはエチレンとＣ３  〜Ｃ１０のα−オレフィンとの共重合体である。α−オレフィンとしてはプロピレン、ブテン−１、ヘキセン−１等が挙げられ、α−オレフィンは複数用いてもよい。本発明で用いられるポリエチレン樹脂は、いわゆるチーグラー触媒やフィリップス触媒等を用いて製造され、電子線架橋やパーオキサイドの添加による架橋等の処理により一部を変性したものであっても良い。
【０００９】
本発明で用いられるポリエチレン樹脂の密度は０．９３５ｇ／ｃｍ３  以上０．９７０ｇ／ｃｍ３  未満であることが必要であり、０．９３７ｇ／ｃｍ３  以上０．９６５ｇ／ｃｍ３  未満が好ましく、０．９３８ｇ／ｃｍ３  以上０．９６０ｇ／ｃｍ３  未満が特に好ましい。密度が０．９３５ｇ／ｃｍ３  未満の樹脂ではフィルムの腰が小さくなり、一方、密度が０．９７０ｇ／ｃｍ３  以上のポリエチレン樹脂を製造することは困難である。
【００１０】
一方メルトフローレート（ＪＩＳ  Ｋ７２１０で測定され、以後ＭＦＲという。）は０．０３ｇ／１０分以上０．１ｇ／１０分が好ましい。ＭＦＲが０．０３ｇ／１０分未満のポリエチレン樹脂を用いて空冷インフレーション成形した場合、高速成形のために高押出量にするとダイス出口部での樹脂のメルトフラクチャーが顕著となり高品質なフィルムが得られない。またＭＦＲが０．１ｇ／１０分以上のポリエチレン樹脂は溶融張力が小さいため、冷却風量による溶融バブルの揺れが大きく高速成形が難しい。
【００１１】
分子量分布（ゲルパーミエイションクロマトグラフィーを用いて測定したＭＷ  ／ＭＮ  をもって分子量分布の指標とする。この値が大きいほど分子量分布が広いことになる。）は一般に２以上７０未満であり、５以上６０未満が好ましく、１０以上５０未満が特に好ましい。ＭＷ  ／ＭＮ  が２未満ではフィルムの成形性が著しく低下してしまい、ＭＷ  ／ＭＮ  が７０以上では成形したフィルムのヒートシール強度が著しく低下する。
【００１２】
また、示差走査熱量計（以後、ＤＳＣという。）を用いて樹脂の融解挙動における熱量を測定した場合、ピークが少なくとも１箇所に現れ、そのうちの最高融点が一般に１２０℃以上１４０℃未満であり、１２５℃以上１３５℃未満が好ましく、１２７℃以上１３３℃未満が特に好ましい。最高融点が１２０℃未満では成形されたフィルムの腰が弱くなり、最高融点が１４０℃以上ではフィルムが脆くなり引裂強度が低下する。
【００１３】
本発明に用いられるポリエチレンの歪み硬化パラメータは０．３０以上１．０未満が好ましく、０．４０以上０．８０未満が特に好ましい。歪み硬化パラメータが０．２０未満では空冷インフレーション成形したフィルムの厚み偏差が大きくなり、二次加工が困難となり、高品質なフィルムが得られない。歪み硬化パラメータが１．０以上の樹脂を空冷インフレーションした場合フィルムにゲルが多く発生し、やはり高品質なフィルムが得られない。この歪み硬化パラメータが０．３０以上であると、溶融バブルの厚い部分がバブルの内圧により選択的に延伸され、薄い部分は歪み硬化現象により伸長粘度が高くなるため、内圧によりあまり延伸されず、成形されたフィルムの厚み偏差が少なくなる。
【００１４】
ここで歪み硬化パラメータの定義について説明する。
先ず歪み硬化パラメータを求めるために必要な伸長粘度の測定を行う。直径が均一なストランド状に作成したポリエチレン樹脂を１５０℃の恒温槽に１０分間保持したのち、ストランドの両端から一定歪み速度で延伸し、その際の張力とストランドの径を経時的に求め、これにより各歪み量における伸長粘度を求める。
【００１５】
図１は各歪み量における伸長粘度の測定例である。この測定において得られる粘度曲線には、線形部１と非線形部２とがある。図２は図１に例示される測定データを歪み速度０．０３／秒及び歪み速度０．０５／秒の２種類の歪み速度で各々測定した場合の例である。歪み速度０．０５／秒で測定した場合の粘度曲線は歪み速度０．０３／秒で測定した場合の粘度曲線に比較し、非線形部３が測定開始から早い時間に表れる。図３は歪み速度０．０３／秒で測定した場合の粘度曲線が線形部で、歪み速度０．０５／秒で測定した場合の粘度曲線が非線形部である測定時間範囲（図２における４）において、測定開始から同一時間における歪み速度０．０３／秒での測定時の粘度に対する歪み速度０．０５／秒での測定時の粘度の比を経時的に測定し、歪み速度０．０５／秒での測定時の歪み量に対してグラフ化したものであり、直線関係が成立する。このグラフの勾配が歪み硬化パラメータである。
【００１６】
歪み硬化パラメータは樹脂の中に緩和時間の長い分子成分があることにより大きくなる。従って、歪み硬化パラメータが０．３０以上であるポリエチレン樹脂を得る手段としては、パーオキサイドの添加、電子線架橋、超高分子量ポリエチレン樹脂や架橋ポリエチレン等の添加などにより緩和時間の長い分子成分を導入することが挙げられる。従来の高密度ポリエチレンは、例えば二段重合等により製造される分子量分布の広いもので、ある程度緩和時間の長い分子成分を含んでいるが、歪み硬化パラメータを０．３０以上とするには不十分であった。またパーオキサイドの添加や電子線等による架橋の方法はほとんど試みられていない。
【００１７】
本発明のポリエチレン樹脂を用いて、インフレーションフィルムを成形加工するには、成形温度１６０〜２６０℃の溶融状態で管状押出ダイから管状に押出し、ブローアップ比１．１〜６．０の範囲において内圧で膨張させながら冷却固化し、成形速度８０ｍ／分以上で連続的に巻き取ればよい。成形温度が１６０℃未満では樹脂が十分に溶融しないため成形が困難であり、成形温度が２６０℃を超えると樹脂が劣化してしまい高品質のフィルムが得られない。
【００１８】
また、ブローアップ比はダイスの径に対するバブル最大径の比をいい、ブローアップ比が１．１未満であっても、ブローアップ比が６．０を超えても、縦横の強度のバランスの良い高品質のフィルムが得られない。
【００１９】
本発明のポリエチレン樹脂は高速成形できることが特徴の一つである。従来フィルム厚み５〜２００μｍのフィルムを成形する際の成形速度は５〜６０ｍ／分であり、本発明のポリエチレン樹脂はこの成形速度で成形できることはもとより６０ｍ／分以上の成形速度で成形することも可能である。本発明でいう高速成形とは、フィルムの成形速度が８０ｍ／分〜１２０ｍ／分である成形を言う。
【００２０】
すなわち、引取り速度は一般に、５ｍ／分以上１５０ｍ／分未満であり、８０ｍ／分以上１２０ｍ／分未満が特に好ましい。引取速度が５ｍ／分未満では、フィルムの腰が著しく弱くなってしまい、引取速度が１２０ｍ／分以上では、フィルムのＴＤの強度が著しく低下する。
【００２１】
本発明のポリエチレン樹脂を用いて、インフレーションフィルム成形するとフィルムの厚み偏差が著しく優れているインフレーションフィルムが得られる。フィルムの偏肉性とは、フィルムの厚み偏差を小さくすることの容易さをいい、フィルムの厚み偏差をできるだけ小さくしたときのフィルム厚みの最大値と最小値の差をもって定義する。フィルムの偏肉性はフィルムの成形性の指標としてよく用いられる。
【００２２】
従来、高生産量を目的として押出量を上げるために、冷却風を増量させるとバブルが局所的に偏平状になった。また、押出量を上げると、樹脂のスパイラルマークが顕著化し、フィルムの厚み偏差が大きくなった。このフィルムの偏肉調整はダイスリップ間隔を調整ボルトにより調整することで行うが、この方法ではダイスリップの対称方向での調整しか行えず、高押出量での成形においては厚み偏差の小さいフィルムを得ることは困難であった。本発明のポリエチレン樹脂を用いるとダイスリップ間隔を調整ボルトにより調整する方法と併用することによりフィルムの厚み偏差を著しく小さくすることができ、冷却風を増量させてもバブルが局所的に偏平状になることは無い。
【００２３】
【実施例】
以下、実施例及び比較例を挙げて、本発明をさらに詳細に説明する。
なお、フィルムの耐衝撃強度はＪＩＳ  Ｐ８１３４に準拠し、１インチ半球の衝撃球がクランプされた試験片の中心部を打ち抜く際の衝撃強さにより求めた。また、フィルムの厚み偏差は成形されたフィルムの厚みを円周方向に連続的に測定した最大値と最小値との差で求めた。
なお、成形性（バブル安定性）の評価は次の基準で表示した。
◎：バブルが長時間にわたり安定し、良好なフィルムが得られる。
○：バブルに微動が生じるが、安定成形が可能である。
△：バブルが上下に変動し、フィルム幅の変動等が生じる。
×：バブルが安定せず、安定成形が不可能である。
【００２４】
（実施例１）
密度が０．９４５ｇ／ｃｍ３  、ＭＦＲが０．０５ｇ／１０分、歪み硬化パラメータが０．３５であり、コモノマーとしてヘキセン−１を用いた高密度ポリエチレン（ポリエチレンＡという）の空冷インフレーションフィルムの成形を行った。
インフレーションフィルムの成形は、スクリュー口径７５ｍｍφの押出機に設けたダイスリップ口径１２０ｍｍφのダイスからバブルを押出し、ブローアップ比３．０で厚み３０μｍのフィルムを引取速度３０ｍ／分、６０ｍ／分及び８０ｍ／分で行った。
結果は表１に示す通り、８０ｍ／分の成形も問題無く、得られたフィルムの厚み偏差も３μｍと良好であり、フィルムの耐衝撃強度（フィルムインパクト）は５４０ｋｇ・ｃｍ／ｍｍであった。
【００２５】
（実施例２）
ポリエチレンＡをパーオキサイドにより架橋させ、歪み硬化パラメータが０．６０であるもの（ポリエチレンＢ）を用いた以外は実施例１と同様にインフレーションフィルムの成形を行った。ポリエチレンＢの密度は０．９４２ｇ／ｃｍ３  、ＭＦＲは０．０４ｇ／１０分であった。
結果は表１に示す通り、８０ｍ／分の成形も問題無く、得られたフィルムの厚み偏差も２μｍと良好であり、フィルムの耐衝撃強度（フィルムインパクト）は５２０ｋｇ・ｃｍ／ｍｍであった。
【００２６】
（実施例３）
密度が０．９４３ｇ／ｃｍ３  、ＭＦＲが０．１ｇ／１０分、歪み硬化パラメータが０．４０であり、コモノマーとしてブテン−１を用いた高密度ポリエチレン（ポリエチレンＣという）空冷インフレーションフィルムの成形を行い、成形性及び成形されたフィルムの厚み偏差を測定した。
インフレーションフィルムの成形は、スクリュー口径７５ｍｍφの押出機に設けたダイスリップ口径１２０ｍｍφのダイスからバブルを押出し、ブローアップ比３．０で厚み３０μｍのフィルムを引取速度３０ｍ／分、６０ｍ／分及び８０ｍ／分で行った。
結果は表１に示す。フィルムの成形性が良好であった。またフィルムの厚み偏差が２μｍと良好であり、フィルムの耐衝撃強度（フィルムインパクト）は４４０ｋｇ・ｃｍ／ｍｍであった。
【００２７】
（実施例４）
ポリエチレンＣを電子線により架橋処理した、密度が０．９４０ｇ／ｃｍ３  、ＭＦＲが０．０８ｇ／１０分、歪み硬化パラメータが０．６５の中密度ポリエチレン（ポリエチレンＤという）を用いて、実施例３と同じ条件で空冷インフレーションフィルムの成形を行った。フィルムの厚み偏差は１．５μｍと小さく良好であり、フィルムの耐衝撃強度（フィルムインパクト）は４１０ｋｇ・ｃｍ／ｍｍであった。
【００２８】
（比較例１）
密度が０．９４５ｇ／ｃｍ３  、ＭＦＲが０．０５ｇ／１０分、歪み硬化パラメータが０．１５であり、コモノマーとしてヘキセン−１を用いた高密度ポリエチレン（ポリエチレンＥという）を用いて、実施例１と同一条件で空冷インフレーションフィルムの成形を行った。
結果は表１に示す通り、フィルムの成形性が悪く、フィルムの厚みの最大値と最小値の差が６μｍと大きく、フィルムの耐衝撃強度（フィルムインパクト）は５９０ｋｇ・ｃｍ／ｍｍであった。
【００２９】
【表１】
0003602568.tif 000002
【００３０】
【発明の効果】
本発明は、インフレーションフィルムの高速成形する際に、中低圧法高密度ポリエチレン樹脂の内歪み硬化パラメーターが０．０３以上１．０未満である樹脂を選択することにより、高速成形においても成形されたフィルムの厚み偏差を著しく小さくすることができ、高品質フィルムの高速インフレーションフィルム成形が可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】一定歪み速度で延伸したポリエチレン樹脂の伸長粘度の経時変化の測定例である。
【図２】歪み速度０．０３／秒及び歪み速度０．０５／秒で延伸したポリエチレン樹脂の伸長粘度の経時変化の測定例である。
【図３】歪み硬化パラメータを求める方法の説明図である。
【符号の説明】
１  伸長粘度曲線の線形部
２  伸長粘度曲線の非線形部
３  歪み速度０．０５／秒で測定した伸長粘度曲線の非線形部
４  歪み硬化パラメータの測定時間範囲
【図１】
0003602568.tif 000003
【図２】
0003602568.tif 000004
【図３】
0003602568.tif 000005