(57)【要約】【課題】二軸延伸ポリアミドフィルムを高い操業性で経済的に生産する方法を提供する。【解決手段】未延伸ポリアミドシートの端部をフラット式同時二軸延伸機のクリップで把持して縦横二軸方向に同時に延伸する方法において、上下一対のクリップでシート端部を直接把持する接触面の少なくとも片方の材質にゴムを用い、且つ、ゴム面がシート延伸応力で回転しないように回転止めを設けたものであって、その実質把持力が４００Ｎ以上である同時二軸延伸ポリアミドフィルムの製造方法。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
未延伸ポリアミドシートの端部をフラット式同時二軸延伸機のクリップで把持して縦横二軸方向に同時に延伸する延伸方法において、上下一対のクリップでシート端部を直接把持する接触面の少なくとも片方の材質にゴムを用い、且つ、ゴム面がシート延伸応力で回転しないように回転止めを設けたものであって、その実質把持力が４００Ｎ以上であることを特徴とする同時二軸延伸ポリアミドフィルムの製造方法。
【請求項２】
クリップが少なくとも駆動装置に固定するホルダーとゴムグリップと別々の部品で構成される組立分解可能な構造であることを特徴とする請求項１に記載の同時二軸延伸ポリアミドフィルムの製造方法。
【請求項３】
フラット式同時二軸延伸機のクリップがリニアモータ方式で駆動されていることを特徴とする請求項１または２に記載の同時二軸延伸ポリアミドフィルムの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、優れた透明性、引張強度、耐ピンホール性、寸法安定性を有した包装用二軸配向ポリアミドフィルムの製造方法に関するものである。更に詳しくは、同時二軸延伸工程におけるフィルム破断や掴み外れなどのトラブルを回避し、操業安定性を確保する改良された同時二軸延伸機のクリップに関する。
【０００２】
【従来の技術】
食品、医薬品、雑貨等の包装には、プラスチックフィルムからなる包装袋が大量に使用されており、これには各種の熱可塑性高分子化合物、いわゆるプラスチック製のフィルムをべースに用いることが多い。特にこの包装分野では、べースとなるフィルムには高強度の熱可塑性樹脂からなる二軸延伸フィルムが好適に用いられている。
さて、包装袋の素材としては、引張強度、透明性、耐ピンホール性、寸法安定性、などの特性を兼備していることが必要であるため、とりわけポリアミド樹脂の二軸延伸フィルムヘの要望が一段と加速している。
前記した熱可塑性樹脂からなる二軸延伸フィルムの製造法には、フラット式同時二軸延伸法、フラット式逐次二軸延伸法、チューブラ式同時二軸延伸法があるが、フラット式逐次二軸延伸法では、フィルム物性に縦方向と横方向の異方性が強く残り、また、チューブラ式同時二軸延伸法では、フィルムの厚みの均一性などに劣るという欠点が指摘されている。一方、フラット式同時二軸延伸法では、機械的特性、光学特性、熱寸法安定性、耐ピンホール性などの実用特性を兼備させるのに特に好適な製造方法として知られている。
しかしながら、優れた二軸延伸フィルムを製造するフラット式同時二軸延伸法においては、連続生産を阻害するトラブルを極力少なくして、操業性よく経済的に二軸延伸フィルムを製造することは容易ではない。
【０００３】
フラット式同時二軸延伸法とは、未延伸シートの両端部を連続配列したクリップで把持してＭＤ（縦：機械方向）及びＴＤ（横：機械方向と直角の巾方向）の二軸方向に同時に延伸する延伸方法であるために、クリップには、ＭＤ延伸応力とＴＤ延伸応力がベクトル合成された強い合成力（引張荷重）が掛かる。それに加え特に延伸ゾーンでは、急激な延伸応力変化とベクトル角変化（回転モーメント）が作用することが判っている。
一方、ポリアミド樹脂は、他の熱可塑性樹脂、例えば、ポリエステル樹脂やポリプロピレン樹脂などと比較しても、延伸変形に対して高い応力特性を示すために、著しく高い延伸応力と回転モーメントが作用する。ポリアミド樹脂では、この強い延伸応力にクリップ把持力が耐えかねて掴み外れを起こしたり、また、未延伸シートを把持しているクリップ際を起点としたフィルム破断を起こすなどのクリップに関連した、或いはクリップに起因したトラブルが頻発するといった問題がある。こういった連続生産を阻害するトラブルが頻発すると多大な操業ロスタイムを招き、操業性を著しく損なうことになる。
【０００４】
その対策として、クリップ自身及びクリップで把持した未延伸シート端部の掴み跡を強烈に冷却して延伸変形されないようにする方法、または、未延伸シート端部を意識的に中央部より厚みを厚くして延伸変形されないようにする方法、などは容易に考えられる（例えば、特許文献１参照。）。
しかしながら、通常、延伸変形−応力特性の温度依存性が高い熱可塑性樹脂は、クリップ自体を事前に冷却することでクリップで掴んだシート部分を低温に保ち、クリップ掴み跡の変形を抑えることができるが、ポリアミド樹脂の特徴として、この延伸変形−応力特性の温度依存性が低いために、クリップで掴んでいるシート部分が冷却されていても、クリップの掴み跡が容易に延伸されることが問題となる。
また、クリップは供給口から予熱・延伸ゾーンを通過、更に高温の熱処理ゾーンを経由して、再び予熱供給口に戻る連続往復運動をしているので、実際にはクリップの冷却効率や熱ロスが難問であり、大規模な冷却設備が必要になるといった設備コスト間題が浮上する。
他方、未延伸シート端部を厚くすることは、クリップと隣のクリップの間に掛かるＭＤ延伸応力が増大する弊害が起きることや、隣のクリップ間の延伸倍率がばらつく結果となり、延伸フィルムの物性不均一性を招くことになるので、これらの手法はポリアミド樹脂については適用できない。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１１−１０５１３１号公報
【０００６】
このように、ポリアミド樹脂固有の問題から同時二軸延伸フィルムを操業性よく製造することの実現には少なくない問題があり、同時二軸延伸ポリアミドフィルムを製造する方法は、工業的に充分完成されていなかった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、フラット式同時二軸延伸法におけるクリップに関わるポリアミド樹脂特有の欠点を解消して、優れた包装用二軸配向ポリアミドフィルムを高い操業性で経済的に生産する方法を提供するものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、前記の課題を解決するために鋭意検討した結果、クリップに作用する延伸応力に対抗した把持力を確保し、且つ、フィルム切断を起こし難いクリップ材質及び構造にすることで、この目的が達成されることを見出し、本発明を完成した。
すなわち、本発明の要旨は下記のとおりである。
未延伸ポリアミドシートの端部をフラット式同時二軸延伸機のクリップで把持して縦横二軸方向に同時に延伸する延伸方法において、上下一対のクリップでシート端部を直接把持する接触面の少なくとも片方の材質にゴムを用い、且つ、ゴム面がシート延伸応力で回転しないように回転止めを設けたものであって、その実質把持力が４００Ｎ以上であることを特徴とする同時二軸延伸ポリアミドフィルムの製造方法である。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について詳細に説明する。
本発明でいうクリップとは、未延伸シートの左右両端部を上下から挟んで掴み、二軸延伸変形軌道を走行移動する掴み素子部分をいい、また、特に直接シートを把持する接触面をグリップといい、クリップ駆動装置に装着する部分をホルダーという。
また、本発明でいうクリップの把持力とは、シート面方向の二軸に掛かる延伸応力のベクトル合成力に対抗する力であって、シート破れや掴み外れを起こさない最大値をいう。
【００１０】
本発明における同時二軸延伸ポリアミドフィルムの製造方法について工程順に説明する。
押出機にてポリアミド樹脂を熔融した後、溶融シートとしてダイ（例えば、Ｔダイ又はＩダイ）より押し出し、表面温度０〜２５℃に温調した冷却ドラム上に密着させて急冷し、連続した未延伸シートを得る。次に、得られた未延伸シートを２０〜８０℃に温調した温水槽に送り、１０分間以下の調湿処理を施す。この未延伸シート端部をフラット式同時二軸延伸機のクリップに把持させ、Ｔｇ（ガラス転移点）〜Ｔｍ（融点）−１５℃の延伸温度で延伸倍率としてＭＤ及びＴＤそれぞれ２．０〜４．０倍に延伸した後、ＭＤ方向及びＴＤ方向の弛緩率を２〜８％として、Ｔｇ（ガラス転移点）＋５０〜Ｔｍ（融点）−１０℃で１〜１０秒間の熱処理を施し冷却して、二軸延伸ポリアミドフィルムを得る。この二軸延伸ポリアミドフィルムを巻取機で６０〜２００ｍ／ｍｉｎの速度で巻取り、フィルム製品ロールとする。
【００１１】
図１にこのクリップに掛かるフィルム面方向の延伸応力成分とベクトル角の関係を示す。
クリップ走行移動の接線進行方向に延伸変形が進行すると、クリップには、ＭＤ方向の応力成分ＦＭＤ（逆方向を−ＦＭＤ）とＴＤ方向の応力成分ＦＴＤ、合成応力ＦＣＰ、ベクトル角φが作用する。この延伸応力とそのベクトル角は、延伸変形軌道の進行と共に激しく、また、大きく変化し、クリップに引張加重と回転モーメントが掛かることになる。フィルム破断が起きると、その破断先端クリップには、更に厳しい応力負担が掛かる。この延伸応力の常用値・最大値を実測の結果、ポリアミド樹脂シートの把持力は、該クリップに掛かる合成応力ＦＣＰに抗して４００Ｎ以上必要である。
【００１２】
本発明では、上下一対のクリップでシート端部を直接把持する接触面の少なくとも片方の材質にゴムを用いることが重要である。
上下一対のクリップの両方共が金属製のグリップでは、クリップの押圧力を幾ら強くしても、二軸延伸応力に対して把持力が耐えられず掴み外れを起こす。ポリアミド樹脂の特徴として、延伸変形−応力特性の温度依存性が低いために、たとえクリップが冷却されていても、クリップの掴み跡が容易に延伸されて簡単に掴み外れを起こす。
更に詳しく現象を説明すると、クリップで掴んでいる未延伸シートと延伸された部分との境にネッキングによる括れが生じ、その括れは徐々に内側に浸蝕して、掴んでいる部分が繰り出される現象が起きるからである。その実質把持力は精々２００Ｎが限界である。
【００１３】
その解決策として、上下一対のクリップの少なくとも片方のグリップにゴムを用いることで、この実質把持力を高水準に維持することができ、掴み外れの問題は回避できる。
また、クリップの掴み跡は正円形状であることが好ましい。上下の少なくとも片方に正円形を用い、クリップの掴み跡は正円形状になるようにするとよい。掴み跡の廻りに集中応力が生じ難くなる結果、フィルム破断トラブル頻度を抑えることができる。
【００１４】
クリップ及び、或いは掴み跡の大きさは、クリップピッチと延伸倍率で適正値を選択すればよいが、直径１０〜５０ｍｍ、更に好ましくは１５〜３５ｍｍである。
本発明に用いるグリップのゴム材質は、特に限定されるものではないが、エチレン・プロピレンゴム、ブチルゴム、クロロプレンゴム、ニトリルゴム等が挙げられ、引張強度と耐熱老化性に優れたエチレン・プロピレンゴムが好ましい。また、ゴムの硬度は、６０〜８５Ｈｓが好ましい。
更に、ゴムグリップのゴム面の中央部に僅かな凹みを設けることで、クリップ掴み跡から繰り出される部分も強く掴むことができ、実質的な把持力が向上する効果に加え、繰り出され難くなることでゴム面に対する局部異常変形が抑えられ、ゴムの亀裂や欠けが起こり難いといった効果もあるのでより好ましい。この凹みの量は、シート端部の厚み〜その１／２で、凹みの範囲は、クリップ掴み跡の面積の１／２〜１／４が好ましい。
【００１５】
次に、ゴムグリップを用いても、ゴム面が二軸延伸応力で回転しないようにしなければ、１／２〜１／３に著しく把持力は低下を起こす。その理由は、引張力に加え回転剪断力が阻止できずに回転すると、他方のグリップが滑り易くなり、実質的に把持力が低下するものと考える。
通常、ゴムグリップとホルダーを一体成形する方法やゴムグリップをホルダーに接着剤で接着、または、熱溶着する方法が容易に行われるが、それでも、ゴムグリップは、厳しい延伸応力に加え、加熱・冷却の熱負荷サイクルを受けて、ゴムの弾性低下と共にゴム自体の痩せが生じて、接着界面剥離を起こして動き易くなるので、クリップには、ゴム面が容易に回転しない機能、回転止めを具備することが重要である。
【００１６】
回転止めを設ける方法としては、例えば、ホルダーにピンや針を設けて固定する方法、ホルダーの台座にジグザグ加工を設け、ゴムグリップを喰い込ませる方法、ホルダーの台座に凸部・ゴムグリップに凹部を設けて、相互のはめ込み形状を、例えば、キー加工やスプライン加工などの非円形にして回転を阻止する方法など、いずれの方法も用いることができる。
本発明によると、ゴムの劣化による回転運動が抑制でき、実質把持力の低下を防ぐことができる。更に、ゴム面の異常磨耗や欠けといったゴムグリップの不具合発生率も低減できる。従来、この異常摩耗や欠けは、集中応力に起因する問題と考えられていたが、そうではなく、ゴムグリップの回転を抑えることでクリップの寿命が大幅に延びることが判った。
【００１７】
本発明において、クリップは少なくとも駆動装置に固定するホルダーとゴムグリップと別々の部品で構成される組立分解可能な構造であることが好ましい。ゴムグリップとホルダーの別々の部品を機械構造的に回転しないように組み付ける構造が挙げられる。
ホルダーとゴムグリップを別々の部品にする理由は、クリップ不良品の再生にゴムグリップのみを交換することで簡単にできる利点があるからである。
【００１８】
図２にはめ込め式の組立分解可能なクリップの一例を示すが、特にこの構造に限定するものではない。ホルダー１の台座に金型成形されたゴムグリップ２をはめ込み、アダプターカラー３で押さえ、Ｃ型止め輪４で固定している。なお、クリップ駆動装置にはホルダーをネジ止めすればよい。
【００１９】
本発明におけるポリアミド樹脂とは、以下に列挙するものを指すが、これらに限定されるものではない。
ポリアミド（アミド結合−ＣＯＮＨ−を有する高分子化合物）、たとえば、ポリε−カプラミド（ナイロン６と略称する）、ポリヘキサメチレンセバカミド（ナイロン６１０）、ポリアミノウンデカミド（ナイロン１１）、ポリラウラミド（ナイロン１２）、ポリメタキシリレンアジパミド（ＭＸナイロン）などが例示される。
もちろん、共重合体としてもよく、そのために用いるモノマーとしては、テレフタル酸、イソフタル酸等のジカルボン酸、ヘキサメチレンジアミン、メタキシリレンジアミン、４，４’−ジアミノ−３，３’−ジメチル−ジシクロ−ヘキシレンメタン等のジアミン、各種ラクタム類、４，４’−ジフェニルメタンジイソシアネート等のイソシアネート類が例示できる。
他のポリアミド、たとえば、アモルファスナイロン、すなわち、結晶性がないものか、結晶性の乏しいポリアミドも有用であり、一般には、結晶化を阻害するような構造、すなわち側鎖や環状構造を有するモノマー成分からなるポリアミド、コポリアミドである。
このようなモノマー成分としては、テレフタル酸、４，４’−ジアミノ−３，３’−ジメチル−ジシクロ−ヘキシレンメタンをはじめとする前記モノマーを構成成分としたポリアミドが例示できる。
ポリアミド樹脂には公知の添加剤、たとえば安定剤、酸化防止剤、充填剤、滑剤、帯電防止剤、ブロッキング防止剤、着色剤などを含有させてもよい。
【００２０】
次に、本発明における同時二軸延伸法としては、パンタグラフ方式、スクリュー方式などの機械式テンター、個々のクリップがリニアモータ方式で単独に駆動されているテンターのいずれの方法も用いることができる。機械式テンターに比べ高速化が可能であることから後者が最も好ましい。
【００２１】
【実施例】
以下、実施例により、本発明をさらに具体的に説明する。
本発明において用いた下記の特性値は、次の方法により測定した。
（１）クリップ不良品発生率
６か月間の連続運転を行ない、延伸機クリップ総数に対して、クリップの欠け、或いは掴み外れを起こして交換したクリップ数の割合をクリップ不良品発生率として求めた。
（２）操業性
６か月間の操業状況を観察し、掴み外れとクリップに起因するフィルム破断の回数を１日平均で求め、操業性とした。
【００２２】
実施例
Ｔダイを用いて、押出機よりユニチカ社製ナイロン６（グレードＡ１０３０ＢＲＦ）を温度２３５℃で熔融して、未延伸シートとして押し出し、表面温度１５℃に温調した冷却ドラム上に密着させて冷却し、１５０μｍの厚みの未延伸シートを得た。
得られたシートを７０℃に温調した温水槽に送り、１分間の調湿処理を施した。このシートの端部を８５℃に制御したフラット式同時二軸延伸機のクリップに把持させ、１９５℃の条件下、延伸倍率としてＭＤ３．０倍、ＴＤ３．３倍に同時二軸延伸装置で延伸した後、ＴＤ弛緩率を５％として、２１０℃で熱処理を施した後、フィルムを冷却して巻取機で巻取り、厚さが１５μｍの同時二軸延伸ポリアミドフィルムを得た。
クリップには、組立分解可能なφ２０ｍｍのクリップを用い、ホルダーの台座とゴムグリップ（材質：エチレン・プロピレンゴム、硬度：６５Ｈｓ）のはめ込み形状を正円形を適当に切り欠いた多角形状で回転止めとした。なお、クリップ温度は、８５℃とした。その実質把持力は、４８０Ｎであった。
クリップ不良品発生率は、０．０８％で、掴み外れとクリップに起因するフィルム破断の回数は、０．２回であった。クリップ不良品発生率、操業性共に好ましかった。
【００２３】
比較例１
クリップには、回転止めを設けていない以外は、実施例と同様の方法で同時二軸延伸ポリアミドフィルムを得た。
当初クリップの実質把持力は４８０Ｎであったが、クリップ不良品の実質把持力は２８０Ｎに低下していた。クリップ不良品発生率は、８．０％で、掴み外れとクリップに起因するフィルム破断の回数は、４．０回であった。クリップ不良品発生率、操業性共に好ましくなかった。
【００２４】
比較例２
クリップには、金属製のグリップを用いた以外は、実施例と同様の方法を実施したが、クリップの実質把持力は２００Ｎであり、同時二軸延伸ポリアミドフィルムを安定して得ることができなかった。
【００２５】
【発明の効果】
本発明の方法により、優れた透明性、引張強度、耐ピンホール性、寸法安定性を有する包装用二軸延伸ポリアミドフィルムが高い操業率で経済的に製造できる。すなわち、未延伸シート端部を把持して縦横同時に二軸延伸するフラット式同時二軸延伸法において、ポリアミド樹脂固有の問題に対して、クリップの材質及び構造を改良することで、クリップに作用する延伸応力に対抗した把持力を維持し、且つ、不良クリップ発生率の低減とフィルム破断や掴み外れなどのクリップに関連起因したトラブルを削減できる。
また、得られたフィルムはコストパフォーマンスに優れた包装フィルムとして、産業上の利用価値は極めて高い。
【００２６】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のクリップに掛かる延伸応力成分とベクトル角の関係を示す図である。
【図２】本発明の組立分解可能なクリップの一例を示す断面図である。
【符号の説明】
１  ホルダー
２  ゴムグリップ
３  アダプターカラー
４  Ｃ型止め輪
【図１】
2004148640.tif 000002
【図２】
2004148640.tif 000003