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WO2010084766A1 - 結晶性樹脂フィルムまたはシートの製造方法および製造装置 - Google Patents

結晶性樹脂フィルムまたはシートの製造方法および製造装置 Download PDF

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WO2010084766A1
WO2010084766A1 PCT/JP2010/000375 JP2010000375W WO2010084766A1 WO 2010084766 A1 WO2010084766 A1 WO 2010084766A1 JP 2010000375 W JP2010000375 W JP 2010000375W WO 2010084766 A1 WO2010084766 A1 WO 2010084766A1
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WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
sheet
crystalline resin
film
roll
sandwiching
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/JP2010/000375
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
鷲山潤一郎
木村秀治
山田浩司
中島武
大坪彰博
彦坂正道
岡田聖香
渡辺香織
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hiroshima University NUC
Japan Science and Technology Agency
SunAllomer Ltd
Original Assignee
Hiroshima University NUC
Japan Science and Technology Agency
SunAllomer Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hiroshima University NUC, Japan Science and Technology Agency, SunAllomer Ltd filed Critical Hiroshima University NUC
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Priority to CN201080005315.5A priority patent/CN102300696B/zh
Priority to US13/146,009 priority patent/US9138933B2/en
Priority to EP10733373.4A priority patent/EP2390080B1/en
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    • B29K2025/04Polymers of styrene
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    • B29K2027/06PVC, i.e. polyvinylchloride
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    • B29K2995/00Properties of moulding materials, reinforcements, fillers, preformed parts or moulds
    • B29K2995/0037Other properties
    • B29K2995/0041Crystalline
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    • B29L2007/008Wide strips, e.g. films, webs
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    • C08JWORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J2323/00Characterised by the use of homopolymers or copolymers of unsaturated aliphatic hydrocarbons having only one carbon-to-carbon double bond; Derivatives of such polymers
    • C08J2323/02Characterised by the use of homopolymers or copolymers of unsaturated aliphatic hydrocarbons having only one carbon-to-carbon double bond; Derivatives of such polymers not modified by chemical after treatment
    • C08J2323/10Homopolymers or copolymers of propene
    • C08J2323/12Polypropene

Definitions

  • the present invention relates to a method and an apparatus for producing a crystalline resin film or sheet having excellent properties such as mechanical properties, heat resistance and transparency.
  • This application claims priority based on Japanese Patent Application No. 2009-013295 for which it applied to Japan on January 23, 2009, and uses the content here.
  • PE Polyethylene
  • PP polypropylene
  • PS polystyrene
  • PVC polyvinyl chloride
  • This “general-purpose plastic” is easy to mold, and its weight is a fraction of that of metal fittings and Scherrer mixes. Furthermore, the price is very low. Therefore, it is often used as a material for various daily necessities such as bags, various packaging, various containers, sheets, etc., industrial parts such as automobiles and electricity, daily necessities, and miscellaneous goods.
  • this general-purpose plastic has insufficient mechanical strength and low heat resistance. That is, the above-mentioned general-purpose plastic does not have necessary and sufficient characteristics required for materials used for various industrial products such as machinery products such as automobiles and electrical / electronic / information products. Therefore, the application range is limited at present.
  • the softening temperature is usually about 90 ° C.
  • Even PP with relatively high heat resistance is usually softened at 130 ° C. or lower.
  • PP has insufficient transparency as compared with polycarbonate (hereinafter referred to as “PC”), polyethylene terephthalate (hereinafter referred to as “PET”), PS, and the like. Therefore, it cannot be used as an optical material, a bottle, or a transparent container.
  • PET, PC, fluororesin (Teflon (registered trademark), etc.), nylon, polymethylpentene, polyoxymethylene, acrylic resin, etc. are called “engineering plastics”.
  • This “engineering plastic” is excellent in mechanical properties, heat resistance, transparency and the like, and usually does not soften at 150 ° C. Therefore, engineering plastics are used as materials for various industrial products and optical materials that require high performance such as automobiles, mechanical products, and electrical products.
  • this engineering plastic has the following serious drawbacks.
  • This engineering plastic has a relatively large specific gravity and is expensive. The amount of carbon dioxide emission in the life cycle assessment is also large, and further, it is difficult or impossible to recycle the monomer, so the environmental burden is very large.
  • the general-purpose plastic can be used as an alternative material for engineering plastics and further as an alternative material for metals by greatly improving the material properties of general-purpose plastics such as mechanical properties, heat resistance, and transparency.
  • PET is currently used for bottles for beverages such as soft drinks. If this PET can be replaced with PP, the cost of the bottle can be greatly reduced.
  • PET can be recycled monomer, it is not easy, so used PET bottles are cut and discarded after being reused once or twice for low-quality uses such as clothing fibers and films. Has been.
  • PP is easy to recycle monomers, complete recycling can be realized. That is, consumption of fossil fuels such as petroleum and generation of carbon dioxide (CO 2 ) can be suppressed.
  • general-purpose plastics As described above, in order to use general-purpose plastics as an alternative material for engineering plastics and metals, it is necessary to improve the mechanical properties, heat resistance, transparency and other properties of general-purpose plastics. Specifically, it is required to significantly increase the proportion of crystal in PP or PE (crystallinity), and more preferably to produce a crystal body composed only of crystals containing almost no PP or PE amorphous.
  • Non-Patent Document 1 As a method for improving the crystallinity of a polymer, “a method for reducing the cooling rate of a polymer melt” is known (see Non-Patent Document 1). However, this method has drawbacks. For example, since the increase in crystallinity is very insufficient, the productivity of the product is remarkably reduced, or the crystal grain size becomes coarse and the mechanical properties are reduced. As another method, “a method of increasing the crystallinity by cooling a polymer melt under high pressure” has been proposed (see Non-Patent Document 1). However, in this method, it is necessary to pressurize the polymer melt to several hundreds of atmospheres or more, and it is difficult to design a manufacturing apparatus in industrial scale production, resulting in an increase in production cost.
  • Non-Patent Document 2 As another method for improving the crystallinity of a polymer, “a method of adding a nucleating agent to a polymer melt” is known (see Non-Patent Document 2). However, in this current method, (a) the mixing of the nucleating agent as an impurity cannot be avoided, (b) the crystallinity is not increased sufficiently, and the nucleating agent is significantly more expensive than the resin, so the cost There are drawbacks such as up. From the above, a method for dramatically improving the degree of crystallinity in polymers such as general-purpose plastics and a method for producing polymer crystals have not been completed so far.
  • a polymer melt (referred to as an “isotropic melt”) in which molecular chains in the melt exist in a disordered form (for example, a string shape (random coil))
  • a disordered form for example, a string shape (random coil)
  • the characteristic crystalline form of a thin fiber with a thickness of several ⁇ m oriented along the flow (shish), and a thin plate-like crystal with a thickness of 10 nm skewed to it and a non-product
  • the form (kebab) laminated in a sandwich shape is sparsely formed in the melt (see Non-Patent Document 3).
  • the above state is referred to as “shish-kebab” (meaning “kushi” and “meat” of yakitori).
  • the structure of the shih is “extended chain crystal (ECC)” in which the molecular chain is extended and crystallized (see Non-Patent Document 4).
  • the structure of the crystal part of kebab is considered to be a “folded chain crystal (FCC)” in which the molecular chain is folded on the surface of the thin plate crystal.
  • FCC folded chain crystal
  • the molecular generation mechanism of shish-kebab was not clear because there were no studies based on kinetic studies. Folded chain crystals are thin plate crystals (referred to as lamellar crystals) that are most commonly found in polymer crystals.
  • the present inventors have studied kinetics of the mechanism of shish generation for the first time.
  • some of the molecular chains in the melt expand at the foreign substance interface due to “topological interaction” with the interface, and have a liquid crystal alignment order (“alignment melt”).
  • alignment melt liquid crystal alignment order
  • This “topological interaction” means that “the polymer chains in a string characterized by a one-dimensional topology (mathematical topology) are entangled with each other, so that the polymer chains are mutually connected in a flow field. "The effect of pulling and sliding on each other”.
  • This topological interaction is known as an intrinsic interaction of the polymer.
  • the present inventors have proposed the theory of topological crystallization mechanism of polymers for the first time, and have elucidated the origin of extended chain crystals and folded chain crystals. This theory is called “slip diffusion theory” and is recognized worldwide (see Non-Patent Document 8).
  • the present inventors have elucidated the formation mechanism of “spiral crystals” in shear flow crystallization of a polymer at a low shear strain rate of 0.01 to 0.1 s ⁇ 1 . Furthermore, the present inventors have verified experimentally for the first time from this generation mechanism that in shear crystallization, molecular chains are elongated at a foreign substance interface and an oriented melt is generated. This proposed a universal mechanism in which nucleation and growth rates are significantly accelerated (see Non-Patent Document 9).
  • the entire polymer melt can be made into an oriented melt, the crystallization of the polymer becomes remarkably easy and the crystallinity can be increased.
  • the polymer melt as a whole is referred to as “bulk alignment melt”.
  • the entire polymer melt can be crystallized in the state of an oriented melt, a crystal having a structure in which most of the molecular chains of the polymer are oriented (this is called a bulk "polymer oriented crystal" It is expected that it can be produced.
  • nucleation is further promoted significantly, and drastic change to “homogeneous nucleation” in which nucleation occurs innumerably between molecular chains without adding a nucleating agent, so that contamination of impurities can be avoided.
  • the crystal size can be reduced to the nanometer order. That is, it is expected that a polymer having high transparency and greatly improved mechanical properties and heat resistance can be obtained.
  • This “homogeneous nucleation” refers to the case where nucleation occurs spontaneously without the aid of a foreign substance such as a nucleating agent in the well-known classical nucleation theory (see Non-Patent Document 10).
  • nucleation occurs on the surface of a foreign material with the help of a foreign material such as a nucleating agent, it is called “heterogeneous nucleation”.
  • crystallization from bulk melts is “heterogeneous nucleation”.
  • Patent Document 1 describes “a method for obtaining a crystal by crushing rod-shaped polypropylene at a crystallization temperature at high speed”.
  • the strain rate in the rod varies and the uniformity is low.
  • Patent Document 2 describes a highly crystalline polymer crystal.
  • the polymer crystal described in Patent Document 2 contains a nucleating agent. Therefore, the difference between the melt and the crystallization temperature is reduced and the molding conditions are reduced.
  • Patent Document 3 describes “a method of obtaining a sheet by continuously narrowing and transferring ultrahigh molecular weight powdered polypropylene with a roll”.
  • the temperature is higher than the temperature of the DSC curve peak indicating melting obtained at the time of temperature rise, it is processed at a temperature lower than the crystal melting point and is not heated above the crystal melting point.
  • the crystal melting point indicates the temperature at the bottom of the peak high temperature side where the crystal is completely melted in the DSC curve, that is, the melting end temperature).
  • Patent Document 4 describes “a method for producing a transparent sheet by forming a smectic-structure polypropylene and then rolling it”. That is, the method described in Patent Document 4 includes at least two steps of obtaining a sheet having a smectic structure and a rolling step. However, in the step of obtaining the sheet having the smectic structure, it was necessary to use an ethylene copolymer of polypropylene, add a petroleum resin, and rapidly cool. It is difficult for the sheet finally obtained through such steps to exhibit high rigidity.
  • Patent Document 5 describes a method in which a polypropylene raw sheet is sandwiched and rolled between a pair of rolls. However, it is difficult to generate uniform nucleation from a bulk oriented melt when obtaining a polypropylene raw sheet and rolling. Therefore, it is difficult to obtain high transparency and rigidity.
  • Yamazaki M.Hikosaka et a1, Polymer, 46, 2005, 1675-1684.
  • M.Hikosaka Polymer 1987 28 1257-1264 K. Watanabe et a1, Macromolecules 39 (4), 2006, 1515-1524.
  • W.B.Hillig Acta Metallurgica, 14, 1966, 1868-1869
  • the present invention has been made in view of the above-described circumstances, and is a manufacturing method for continuously manufacturing a crystalline resin film or sheet having excellent properties such as mechanical properties, heat resistance, and transparency in large quantities. It is an object to provide a method and a manufacturing apparatus.
  • the method for producing a crystalline resin film or sheet according to the present invention is a method for producing a crystalline resin film or sheet in which a molten film-like or sheet-like crystalline resin is rolled between a pair of sandwiching rolls.
  • the thickness of the film-like or sheet-like crystalline resin supplied to the sandwiching roll is 1.3 to 8.0 times the thickness of the film or sheet after rolling, and the temperature of the sheet-like crystalline resin during rolling
  • the crystallization temperature is adjusted to the melting point or lower and the roll speed is adjusted so that Z represented by the following formula (1) is 0.09 or lower.
  • Formula (1) Z [(radius of holding roll [mm] ⁇ film or sheet thickness after rolling [mm]) 1/2 ] / roll speed [m / min]
  • the roll speed means a moving speed of the roll surface caused by rotation.
  • the film-like or sheet-like crystalline resin after rolling is peeled off from the sandwiching roll, and the film-like or sheet-like crystalline resin after rolling is obtained. It is preferable to inject the gas toward the part away from the pinching roll.
  • the peripheral surface of each sandwiching roll is subjected to a release treatment in advance.
  • the method for producing a crystalline resin film or sheet of the present invention is such that the temperature of the film-like or sheet-like crystalline resin during rolling is T, the crystallization temperature is T c , and the melting point is T m.
  • the temperature T of the crystalline resin is preferably adjusted so that the range of the value of X obtained by the following formula (2) is 0.05 to 0.90.
  • Formula (2) X (T m ⁇ T) / (T m ⁇ T c )
  • an extruder for supplying the crystalline resin while melting it, a gear pump provided on the downstream side of the extruder, and a downstream side of the gear pump.
  • a die having a slit-shaped opening, a cooling means for cooling a molten film-like or sheet-like crystalline resin discharged from the die to a melting point or higher and a melting point or lower; and
  • a pair of sandwiching rolls that are rolled with the film-like or sheet-like crystalline resin passed between, and the pair of sandwiching rolls has a thickness of the film-like or sheet-like crystalline resin that has passed through the cooling means, It is arranged to be 1.3 to 8.0 times the thickness of the rolled film or sheet.
  • Z represented by the following formula (1) is preferably 0.09 or less.
  • Formula (1) Z [(radius of holding roll [mm] ⁇ film or sheet thickness after rolling [mm]) 1/2 ] / roll speed [m / min]
  • a take-up means for taking up the rolled film or sheet is provided on the downstream side of the pair of sandwiching rolls.
  • the crystalline resin film or sheet manufacturing apparatus of the present invention includes an anti-winding means for injecting gas toward a portion where the rolled film-like or sheet-like crystalline resin is away from the sandwiching roll. Is preferred.
  • the peripheral surface of each sandwiching roll is subjected to a release treatment.
  • the molecular chains of the crystalline resin can be oriented in a large amount and continuously with high orientation. That is, a crystalline resin film or sheet excellent in mechanical properties, heat resistance and transparency can be produced industrially.
  • the manufacturing apparatus 1 of this embodiment is a manufacturing apparatus for rolling a sheet-like crystalline resin in a molten state to obtain a crystalline resin sheet.
  • the manufacturing apparatus 1 includes an extruder 10, a gear pump 20 provided on the downstream side of the extruder 10, a slit die 30 provided on the downstream side of the gear pump 20, and a sheet-like crystal discharged from the slit die 30.
  • Cooling means 40 that cools the crystalline resin A, a pair of sandwiching rolls 50a and 50b that are rolled by sandwiching the crystalline resin sheet B that has passed through the cooling means 40, and sheet-like crystallinity transferred from the sandwiching rolls 50a and 50b
  • a guide roll 60 that bends the transfer direction of the resin C, a take-up roll 70 that takes up the sheet-like crystalline resin D transferred from the guide roll 60, a peripheral surface of one sandwiching roll 50a, and a sheet-like crystal after rolling.
  • positioned between adhesive resin C is comprised.
  • the extruder 10 is configured to supply the crystalline resin while melting it.
  • the extruder 10 is a heatable and horizontally arranged cylinder 11, a screw 12 provided in the cylinder 11, a motor 13 for driving the screw 12, and a crystalline resin to the upstream side of the cylinder 11. And a hopper 14 for the purpose.
  • the cylinder 11 may be divided into a plurality of blocks. Since the cylinder 11 is divided into a plurality of blocks, the temperature can be adjusted for each block. There may be one screw 12 or two screws 12. When the number of screws 12 is one (in the case of a single screw extruder), as the screw 12, for example, a full flight type, a dull image type, or the like can be used.
  • the gear pump 20 is configured to make the supply amount of the crystalline resin in a molten state to the slit die 30 constant.
  • the gear pump 20 in this embodiment is accommodated in a heatable housing 21.
  • the gear pump 20 may be a circumscribed type or an inscribed type. In the case of a circumscribed gear pump, the number of gears may be two, or three or more.
  • the slit die 30 is a die having a slit-shaped wide opening.
  • a die called a T die is used.
  • the opening is arranged downward.
  • the opening degree of the lip of this opening is, for example, 0.3 to 3.0 mm.
  • the cooling means 40 is a structure for cooling the molten sheet-like crystalline resin B to a crystallization temperature or higher and a melting point or lower. In order to cool the sheet-like crystalline resin B in the molten state to the crystallization temperature or higher and the melting point or lower, the cooling capacity of the cooling means 40 must be high.
  • the cooling means 40 includes a chamber 41 having an inlet and an outlet for the sheet-like crystalline resin B, a cooling gas supply pipe 42 for supplying a cooling gas to the chamber 41, and a gas for discharging the gas in the chamber 41. And a discharge pipe 43.
  • the temperature of the cooling gas is preferably 0 ° C. or lower, and more preferably ⁇ 50 ° C. or lower.
  • the flow rate of the cooling gas is 7 / L c (L c is the length [m] of the chamber 41 in the flow direction of the crystalline resin B) [m / sec].
  • L c is the length [m] of the chamber 41 in the flow direction of the crystalline resin B) [m / sec].
  • it is preferably 10 / L c [m / sec] or more. If the flow rate of the cooling gas is 7 / L c [m / sec] or more, sufficient cooling capacity can be obtained.
  • the flow rate of the cooling gas is preferably 20 / L c [m / sec] or less. If the flow rate of the cooling gas is 20 / L c [m / sec] or less, the crystalline resin B can be stably run in the chamber 41.
  • cooling gas examples include nitrogen gas obtained by vaporizing liquid nitrogen, air containing nitrogen gas obtained by vaporizing liquid nitrogen, and the like.
  • the supply amount of the cooling gas is adjusted so that the temperature of the sheet-like crystalline resin B is not less than the crystallization temperature and not more than the melting point.
  • the sandwiching rolls 50a and 50b are arranged so that the thickness of the sheet-like crystalline resin B that has passed through the cooling means 40 is 1.3 to 8.0 times the interval between the sandwiching rolls 50a and 50b.
  • the material of the pinching rolls 50a and 50b is not particularly limited. However, a metal is preferable because the molten crystalline sheet B can be reliably rolled. It is preferable that the peripheral surfaces of the sandwiching rolls 50a and 50b have been subjected to a release treatment in advance. Thereby, even when the sandwiching rolls 50a and 50b are rotated at high speed, the rolled sheet-like crystalline resin C can be easily peeled from the sandwiching rolls 50a and 50b.
  • Examples of the release treatment include a method of applying or spraying a release agent such as silicone or fluororesin to the peripheral surfaces of the sandwiching rolls 50a and 50b.
  • the sandwiching rolls 50a and 50b are fixed using, for example, an air cylinder. It is preferable that the pressure of the air cylinder is set high so that the fluctuation of the interval between the sandwiching rolls 50a and 50b is small even when the sheet-like crystalline resin is supplied at high speed.
  • the winding prevention means 80 is a structure for injecting gas toward the part where the rolled sheet-like crystalline resin C is away from the sandwiching roll 50a.
  • the sandwiching rolls 50a and 50b are rotated at a high speed, the sheet-like crystalline resin C is easily wound around the sandwiching roll 50a.
  • the gas jetted from the wrapping preventing means 80 assists the peeling of the sheet-like crystalline resin C from the sandwiching roll 50a, and therefore the wrapping of the sheet-like crystalline resin C can be prevented.
  • the pressure of the crystalline resin in a molten state from the gear pump 20 to the slit die 30 is measured by a pressure measuring device, and the motor 13 of the extruder 10 is made constant so that the measured pressure becomes constant at a predetermined pressure. It is preferable to control the rotation speed. It is preferable to control the number of rotations of the sandwiching rolls 50a and 50b according to the number of rotations of the gear pump 20. According to such control of the extruder 10 and the sandwiching rolls 50a and 50b, the crystalline resin sheet can be manufactured stably and continuously.
  • a certain amount of crystalline resin in a molten state is supplied by the gear pump 20 to form a molten sheet-like crystalline resin A, and by cooling the sheet-like crystalline resin A,
  • the sheet-like crystalline resin B supplied to the sandwiching rolls 50a and 50b can be set at a crystallization temperature or higher and a melting point or lower.
  • the sheet-like crystalline resin adjusted to such a temperature is rolled between a pair of sandwiching rolls 50a and 50b and taken up, whereby a large strain can be given to the molecular chain of the crystalline resin.
  • the resin sheet obtained becomes high in crystallinity. Since the obtained crystalline resin sheet has a high degree of crystallinity, it is excellent in mechanical properties, heat resistance, and transparency.
  • Step 1 The manufacturing method of the crystalline resin sheet using the said manufacturing apparatus 1 is demonstrated.
  • the following steps are performed in order.
  • the cylinder 11 is heated, the motor 13 is driven to rotate the screw 12, and the crystalline resin pellets are supplied from the hopper 14.
  • the crystalline resin supplied into the cylinder 11 is supplied toward the gear pump 20 by the screw 12 while melting.
  • Step 2 The melted crystalline resin is passed through the gear pump 20 to make the supply amount of the crystalline resin constant.
  • Step 3 The crystalline resin is discharged from the slit die 30 to form a molten sheet-like crystalline resin A.
  • Step 4 The sheet-like crystalline resin A in the molten state is cooled by the cooling gas in the chamber 41 of the cooling means 40.
  • Step 5 As shown in FIG. 2, the cooled sheet-like crystalline resin B is rolled between a pair of sandwiching rolls 50a and 50b.
  • Step 6 The rolled sheet-like crystalline resin C is wound around the sandwiching roll 50a for about 1/3 turn.
  • Step 7 The rolled sheet-like crystalline resin C is peeled from the sandwiching roll 50a, transferred to the guide roll 60, and the transfer direction is bent by the guide roll 60 and transferred to the take-up roll 70.
  • Step 8 The crystalline resin D in the form of a sheet is taken up by the take-up roll 70 to obtain a crystalline resin sheet.
  • the thickness of the sheet-like crystalline resin B supplied to the sandwiching rolls 50a and 50b is 1.3 to 8.0 times, preferably 1.3 to 8.0 times the interval between the sandwiching rolls 50a and 50b. It is adjusted to 5.0 times, more preferably 1.4 to 3.5 times. If the thickness of the sheet-like crystalline resin B is less than 1.3 times the distance between the sandwiching rolls 50a and 50b, no great distortion occurs during rolling, and the molecular chain of the crystalline resin cannot be oriented. When the thickness of the sheet-like crystalline resin B is larger than 8.0 times the interval between the sandwiching rolls 50a and 50b, all of the supplied sheet-like crystalline resin B is passed between the sandwiching rolls 50a and 50b.
  • the sheet-like crystalline resin B cannot be rolled.
  • the lip opening of the slit die 30, the supply amount of the crystalline resin by the gear pump 20, the interval between the sandwiching rolls 50a and 50b, and the like may be appropriately adjusted.
  • the temperature of the sheet-like crystalline resin B at the time of rolling is adjusted to crystallization temperature or more and below melting
  • the temperature of the sheet-like crystalline resin B is preferably (crystallization temperature + 5 ° C.) or higher (melting point ⁇ 5 ° C.), more preferably (crystallization temperature + 10 ° C.) or higher (melting point ⁇ 10 ° C.). Adjust.
  • the crystalline resin B under this temperature condition is in a supercooled state.
  • the temperature of the sheet-like crystalline resin B at the time of rolling is adjusted to be less than the lower limit value, it becomes difficult to form the sheet. When adjusting so as to exceed the upper limit, it becomes difficult to orient the molecular chain.
  • the cooling temperature of the sheet-like crystalline resin A in the molten state may be appropriately adjusted by the cooling means 40.
  • the resin temperature T is 0.05 to 0.90.
  • the upper limit of X is more preferably 0.70, and particularly preferably 0.50.
  • T in the formula (2) is the temperature of the crystalline resin when rolling with the sandwiching rolls 50a and 50b
  • Tc is the crystallization temperature of the crystalline resin measured by DSC
  • Tm is the crystal measured by DSC.
  • the value of X is 0.90 or less, the stability of forming the sheet is improved.
  • Formula (2) X (T m ⁇ T) / (T m ⁇ T c )
  • the roll speed of the take-up roll 70 is adjusted so that a parameter Z (hereinafter referred to as Z) represented by the following formula (1) is 0.09 or less.
  • Z [(the radius of the sandwiching roll [mm] ⁇ the thickness of the sheet after rolling [mm]) 1/2 ] / roll speed [m / min] If the roll speed is adjusted so that Z exceeds 0.09, a crystalline resin sheet cannot be obtained.
  • the roll speed of the take-up roll 70 is preferably adjusted so that Z represented by the formula (1) is 0.017 or more in terms of practical production.
  • gas is injected from the wrapping preventing means 80 toward the portion where the rolled sheet-like crystalline resin C is away from the pinching roll 50a. Thereby, winding of the sheet-like crystalline resin C around the pinching roll 50a is prevented.
  • the gas injection speed is preferably 50 to 200 m 3 / min. If this injection speed is 50 m 3 / min or more, the sheet-like crystalline resin C can be reliably peeled off. If this injection speed is 200 m 3 / min or less, damage to the sheet-like crystalline resin C due to excessive gas injection can be prevented.
  • a method for measuring the thickness of the sheet-like crystalline resin B there are the following methods.
  • a laser camera is used to capture the light transmitted through a CMOS camera and measure from the obtained image
  • a method using a long focus microscope for example, K2 manufactured by Infiniti
  • a CCD laser displacement meter for example, a measurement method using “Keyence Corporation LK-G series or the like” is used.
  • Examples of the crystalline resin to which the production method is applied include polyalkylene, polyamide, polyether, and liquid crystal polymer.
  • polyolefins such as polyethylene, isotactic polypropylene, syndiotactic polypropylene, polybutene-1 and poly-4-methylpentene, or crystalline ethylene / propylene copolymers
  • polyamides such as nylon 6, nylon 66 and nylon 12
  • Polyesters such as polybutylene terephthalate, polyethylene terephthalate, syndiotactic polystyrene, isotactic polystyrene, polyphenylene sulfide, polyether ether ketone, wholly aromatic polyamide, wholly aromatic polyester, polytetrafluoroethylene, polyvinylidene fluoride
  • Fluorine resin such as polyethylene succinate, aliphatic polyester such as polybutylene succinate, polylactic acid, polyvinyl alcohol, poly Acetal, polyether nitriles
  • the crystalline resin to which the above manufacturing method is applied is not limited to these resins. These crystalline polymers may be used alone, may be used in combination with the same type and different in molecular weight, or may be used in combination with an amorphous polymer. When combining the same kind or different kinds of crystalline resins, each crystalline resin is molded so as to satisfy the relationship of the above formula (2).
  • isotactic polypropylene one having higher rigidity is preferable.
  • the isotactic fraction mmmm of the isotactic polypropylene used is preferably 95% or more, and more preferably 97% or more.
  • the molten crystalline sheet-like resin is sandwiched between a pair of sandwiching rolls under specific conditions, and is rolled and taken, so that the molecular chain of the crystalline resin is greatly strained during rolling. Can do. Since the molecular chain can be oriented with high orientation due to the large strain, the resulting resin sheet has a high crystallinity. That is, the obtained crystalline resin sheet is excellent in mechanical properties, heat resistance, and transparency. Furthermore, according to this manufacturing method, a crystalline resin sheet can be obtained continuously in large quantities. That is, this manufacturing method is useful industrially.
  • the thickness L of the obtained crystalline resin sheet is preferably 10 ⁇ m to 3 mm, and more preferably 20 to 300 ⁇ m.
  • a crystalline resin sheet having a thickness L of 10 ⁇ m or more can be easily molded. If thickness L is 3 mm or less, the crystalline resin sheet in which the molecular chain of the crystalline resin is oriented can be easily produced.
  • the width of the sheet is preferably 0.3 to 2.0 m.
  • the crystalline resin sheet may contain not only a crystalline resin but also an amorphous resin.
  • the crystalline resin sheet is preferably free from impurities such as a nucleating agent.
  • the crystalline resin sheet has excellent mechanical properties even if it does not contain a nucleating agent because uniform nucleation occurs. Since the nucleating agent is significantly more expensive than the crystalline resin, a significant increase in cost can be avoided by not including the nucleating agent.
  • the “nucleating agent” used here means a substance that becomes a nucleus of crystal formation, and is a general term for substances added for the purpose of increasing the crystallinity.
  • the storage elastic modulus E ′ of the crystalline resin sheet is preferably 2.5 GPa or more, more preferably 3.0 GPa or more.
  • E ′ a Vibron made by Toyo Baldwin (RHEOVIBRON DDV-II-EA) is used as a measuring machine, and a measuring specimen having a length of 30 mm and a width of 2 mm (the length direction is the sheet take-up direction) is used. Then, the storage elastic modulus E ′ is measured at a frequency of 110 Hz, a position amplitude of 0.025 mm, and a measurement temperature of 25 ° C.
  • the heat resistant temperature is preferably 135 ° C. or higher, more preferably 145 ° C. or higher, and particularly preferably 150 ° C. or higher.
  • Violon manufactured by Toyo Baldwin RHEOVIBRON DDV-II-EA
  • a measurement test piece having a length of 30 mm and a width of 2 mm (the length direction is the sheet take-up direction) is used. Then, under the conditions of a frequency of 110 Hz and a position amplitude of 0.025 mm, while applying a tension of 5 gf to the test piece, the measurement temperature is increased from 25 ° C.
  • the temperature at which the elongation becomes 1% is defined as the heat resistant temperature.
  • the elongation is ⁇ [(length of test piece at measurement) ⁇ (length of test piece before heating)] / (length before heating) ⁇ ⁇ 100 (%). .
  • the crystalline resin sheet obtained by the above production method can be used as interior / exterior materials for vehicles such as automobiles, aircraft, rockets, trains, ships, motorcycles, and bicycles, or parts and machine members for machine tools. .
  • the crystalline resin sheet can be used as a diaphragm for a speaker or a microphone by taking advantage of high rigidity and light weight.
  • the crystalline resin sheet can be used as a CD or DVD as an alternative to a PC by taking advantage of high transparency.
  • the crystalline resin sheet can be used as a mask for liquid crystal or plasma display by taking advantage of high transparency.
  • the crystalline resin sheet can be used as a medical article or device such as a disposable syringe, an infusion device, or a chemical container by making use of high transparency.
  • the crystalline resin sheet can be used as various bottles, glasses, small domestic water tanks, and large water tanks for business use as an alternative material for glass by taking advantage of high transparency.
  • the crystalline resin sheet can be used as a contact lens, a lens for eyeglasses, and various optical lenses by taking advantage of high transparency.
  • the crystalline resin sheet can be used as glass for buildings and houses by taking advantage of high transparency.
  • the crystalline resin sheet can be used as a wide range of sporting goods such as ski shoes, skis, boards, rackets, various nets, tents, rucksacks, etc., taking advantage of high rigidity, high toughness and light weight.
  • the crystalline resin sheet can be used as handicrafts and decorative items such as needles, scissors, and sewing machines by utilizing high rigidity, high toughness, and light weight.
  • the crystalline resin sheet can be used as a commercial product such as a show window or a display component.
  • the crystalline resin sheet can be used as equipment or facilities for parks, amusement parks, theme parks such as swings, seesaws, and roller coasters.
  • crystalline resin sheets are used as structural materials and box materials for parts of precision instruments such as electrical, electronic, information equipment, and watches; stationery such as files, folders, pencil cases, writing utensils, scissors; dishes such as kitchen knives, balls, etc. Tools; packaging materials for food, confectionery, tobacco, etc .; food containers, tableware, disposable chopsticks, toothpicks; furniture for household furniture, office furniture, etc .; building materials, interior materials, and exterior materials for buildings and houses; for roads and bridges Materials for toys; Super-strength fibers and yarns; Fishing gear, fishing nets, fishing tools; Agricultural tools, non-work supplies; Plastic bags, garbage bags; Pipes; Garden supplies; and transport containers, pallets, boxes; Etc. can be used.
  • the application range of the crystalline resin sheet of the present invention is not limited to the above uses.
  • this invention is not limited to the said embodiment.
  • the method of cooling the crystalline resin in the present invention to the supercooling temperature is not limited to the method shown in FIG.
  • the solid resin sheet obtained by the method described in Patent Document 5 is continuously heated to the melting point or higher using a heating tunnel or the like, and then cooled to the crystallization temperature or lower. You may roll with a pair of clamping roll on the conditions of Formula (1). Even in this method, a crystalline resin sheet having the same physical properties as in the above embodiment can be obtained.
  • the production of the crystalline resin sheet has been described.
  • the same manufacturing apparatus and manufacturing method can be applied to the production of the crystalline resin film.
  • the use of the crystalline resin film is the same as that of the crystalline resin sheet.
  • the melting point and crystallization temperature of the crystalline resin used in the following examples were measured as follows. Measuring device: Perkin Elmer diamond DSC Sample mass: about 5 mg Measurement temperature pattern: (1) Hold at 230 ° C. for 5 minutes, (2) Cool at 10 ° C. per minute, measure crystallization temperature, (3) Hold at 30 ° C. for 10 minutes, (4) The temperature is raised at 10 ° C. for 10 minutes, and the melting point is measured. (5) The peak apex is measured.
  • the isotactic fraction mmmm in the pentad unit of the methyl group in the molecular chain which is an index of the stereoregularity of the polypropylene polymer, was measured by NMR (JNM-GSX400 ( 13C nuclear resonance manufactured by JEOL Ltd.). It was determined from the measurement at a frequency of 100 MHz.
  • the NMR measurement conditions are as follows.
  • Measurement mode proton decoupling method, pulse width: 8.0 ⁇ sec, pulse repetition time: 3.0 ⁇ sec, integration number: 20000 times, solvent: 1,2,4-trichlorobenzene (75% by volume) / heavy benzene ( 25 volume%) mixed solvent, internal standard: hexamethyldisiloxane sample concentration: 300 mg / 3.0 ml solvent, measurement temperature: 120 ° C.
  • each signal is A.D. The property was assigned based on the description of Zambelli et al., Macromolecules, 13, 267, 1980.
  • Example 1 A crystalline resin sheet was obtained using the manufacturing apparatus 1 shown in FIG. However, the guide roll 60 and the take-up roll 70 are not used.
  • a slit die 30 having a width of 10 mm and a lip opening of 0.5 mm was used.
  • the sandwiching rolls 50a and 50b those having a diameter of 200 mm were used.
  • Step 1 The cylinder 11 was heated to 200 ° C., the gear pump 20 and the slit die 30 were heated to 190 ° C., the motor 13 was driven to rotate the screw 12, and then polypropylene pellets were supplied from the hopper 14. Thereby, the polypropylene was supplied toward the gear pump 20 while melting.
  • Step 2 Melted polypropylene was passed through the gear pump 20 and supplied at a discharge rate of 330 g / hour.
  • Step 3 Polypropylene was discharged from the slit die 30 to form a molten sheet-like crystalline resin A.
  • Step 3 The sandwiching rolls 50a and 50b were adjusted to 120 ° C., and the spacing between the sandwiching rolls 50a and 50b when sandwiching the sheets was adjusted to 100 ⁇ m.
  • Step 4 After the interval between the sandwiching rolls 50a and 50b was increased to 50 mm, the molten sheet-like crystalline resin B (length: about 60 cm) was wound around the circumferential surface of the sandwiching roll 50a, and the resin temperature was measured. Five seconds after winding the molten sheet-like crystalline resin B around the circumferential surface of the sandwiching roll 50a, the roll speed was set to 50 m / min.
  • Step 5 After the sandwiching rolls 50a and 50b were closed and the spacing between the sandwiching rolls 50a and 50b was 100 ⁇ m, the molten sheet-like crystalline resin B (thickness 500 ⁇ m) was rolled.
  • the surface temperatures of the sandwiching rolls 50a and 50b are substantially the same as the resin temperature of the sheet-like crystalline resin B during rolling.
  • the interval between the sandwiching rolls 50a and 50b was increased to 50 mm, and the crystalline resin sheet C obtained by rolling was peeled off from the surface of the sandwiching roll 50a.
  • the thickness of the obtained crystalline resin sheet C was 155 ⁇ m.
  • the sheet thickness was measured in accordance with ISO4591.
  • the obtained heat resistant temperature and storage elastic modulus E ′ of the crystalline resin sheet were measured as follows.
  • the measurement results are shown in Table 1.
  • [Heat-resistant temperature] Toyo Baldwin Vibron (RHEOVIBRON DDV-II-EA) is used as the measuring instrument, and the measurement specimen is 30 mm long, 2 mm wide, and approximately 0.3 mm thick (the length direction is the sheet take-up direction). The thing of was used. Then, under the conditions of a frequency of 110 Hz and a position amplitude of 0.025 mm, the test temperature was increased from 23 ° C. at a temperature increase rate of 2 ° C./min while applying a tension of 5 gf to the test piece, and the elongation percentage of the test piece was measured.
  • the temperature at which the elongation rate reached 1% was defined as the heat resistant temperature.
  • Storage elastic modulus E ′ As a measuring instrument, Toyo Baldwin Vibron (RHEOVIBRON DDV-II-EA) was used, and as a measurement test piece, a length of 30 mm, a width of 2 mm, and a thickness of about 0.3 mm (the length direction was a sheet) The sheet was taken out from the center in the width direction of the sheet). And storage elastic modulus E 'of 25 degreeC, 120 degreeC, and 180 degreeC was measured on the conditions of frequency 110Hz, position amplitude 0.025mm, and the temperature increase rate of 2 degree-C / min.
  • Example 2 A sheet was obtained in the same manner as in Example 1 except that the production conditions were changed as shown in Table 1. The sheet thus obtained was measured for heat resistant temperature and storage elastic modulus in the same manner as in Example 1. The measurement results are shown in Table 1.
  • Example 1 The production conditions were the same as in Example 1 except that the roll speed was changed to 16 m / min. In this case, the sandwiching rolls 50a and 50b were closed, and at the same time, the crystalline resin was blown off by the centrifugal force of the roll rotation, and a solidified sheet was not obtained.
  • Example 2 The production conditions were the same as in Example 1 except that the roll surface temperature was changed to 165 ° C. In this case, the sandwiching rolls 50a and 50b were closed, and at the same time, the crystalline resin was blown off by the centrifugal force of the roll rotation, and a solidified sheet was not obtained.
  • Example 3 The production conditions were the same as in Example 1 except that the roll surface temperature was changed to 110 ° C. In this case, as soon as it was wound around the pinching roll 50a, solidification of the molten sheet-like crystalline resin ⁇ started, and no crystalline resin was obtained.
  • Example 4 Using a single-screw extruder with a cylinder diameter of 25 mm and a cast film molding machine equipped with a 300-mm wide T-die, the same polypropylene as in Example 1 was extruded at 220 ° C., and a cast roll and an air knife were used. Cast film formation. In that case, the temperature of the cast roll was 30 degreeC. The thickness of the sheet thus obtained was 356 ⁇ m. About the obtained sheet
  • Step 2 The molten sheet-like crystalline resin A is cooled by a cooling gas (air that has been passed through liquid nitrogen) in the chamber 41 of the cooling means 40, and the cooled sheet-like crystalline resin B is paired with a pair of It pinched and rolled between the clamping rolls 50a and 50b (surface temperature 40 degreeC). In addition, it was 150 degreeC when the resin temperature of the sheet-like crystalline resin B before being pinched
  • the rolled sheet-like crystalline resin C was peeled from the sandwiching roll 50a, transferred to the guide roll 60, bent in the transfer direction by the guide roll 60, and transferred to the take-up roll 70.
  • the manufacturing methods of Examples 1 to 4 were adjusted to the following manufacturing conditions.
  • the thickness of the sheet-like crystalline resin B supplied to the sandwiching rolls 50a and 50b was 1.3 to 8.0 times the thickness of the sheet after rolling.
  • the temperature of the sheet-like crystalline resin during rolling was set to the crystallization temperature or higher and the melting point or lower.
  • the roll speed was adjusted to the range of the formula (1).
  • the heat resistant temperature and storage elastic modulus E ′ of the obtained sheets were high.
  • the storage elastic modulus of the sheets obtained using the production methods of Examples 1 to 4 is 2 to 2 of the sheets obtained using the general production method shown in Comparative Example 4 at 25 ° C.
  • the value was 3 times.
  • the storage elastic modulus of the sheets obtained by using the general production methods shown in Comparative Examples 4 to 6 was lowered to a level at which the practicality was lost depending on the use at 120 ° C.
  • the sheets obtained using the production methods of Examples 1 to 4 showed a sufficient storage modulus.
  • the storage elastic modulus is measured while applying stress, it is generally difficult to measure at a temperature exceeding the melting point.
  • the sheets obtained in Examples 1 to 4 were able to maintain the shape even at 180 ° C. and exhibited a high elastic modulus. It was found that the elongation rate exceeding 1% was around 200 ° C. exceeding the melting point and had high heat resistance.
  • Comparative Example 3 As a result of the roll surface temperature being too low, the temperature of the sheet-like crystalline resin B before rolling was equal to or lower than the crystallization temperature. For this reason, the crystalline resin B is solidified immediately after being wound around the sandwiching roll 50a and cannot be obtained as a sheet.
  • the manufacturing method of Comparative Example 4 is a general sheet forming method in which a molten crystalline resin is cooled by a roll and solidified. Both the heat-resistant temperature and the storage elastic modulus of the sheet obtained using this production method were low.
  • Comparative Examples 5 and 6 Although rolling was performed by the sandwiching rolls 50a and 50b, the roll speed was not sufficiently high. As a result, since the value of Z became large, both the heat-resistant temperature and the storage elastic modulus of the obtained sheet were low.
  • the molecular chains of the crystalline resin can be oriented in a large amount and continuously with high orientation. That is, a crystalline resin film or sheet excellent in mechanical properties, heat resistance and transparency can be produced industrially.

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Abstract

 本発明は、結晶性樹脂フィルムまたはシートの製造方法および製造装置である。この製造装置は、結晶性樹脂を溶融しながら供給する押出機(10)と、この押出機(10)より下流側に設けられたギアポンプ(20)と、このギアポンプ(20)より下流側に設けられた、スリット状の開口部を有するダイ(30)と、このダイ(30)から吐出された溶融状態のフィルム状またはシート状の結晶性樹脂(A)を、結晶化温度以上融点以下に冷却する冷却手段(40)と、この冷却手段(40)を通過したフィルム状またはシート状の結晶性樹脂(B)を挟んで圧延する一対の挟持ロール(50a、50b)とを具備し、前記一対の挟持ロール(50a、50b)は、冷却手段(40)を通過したフィルム状またはシート状の結晶性樹脂(B)の厚みが、圧延後のフィルムまたはシート(C、D)の厚みの1.3~8.0倍になるように配置されている。

Description

結晶性樹脂フィルムまたはシートの製造方法および製造装置
 本発明は、機械的特性、耐熱性、透明性等の特性が優れた結晶性樹脂フィルムまたはシートを製造するための方法および装置に関する。
本願は、2009年1月23日に日本に出願された特願2009-013295号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
 ポリエチレン(以下「PE」という)、ポリプロピレン(以下「PP」という)、ポリスチレン(以下「PS」という)、ポリ塩化ビニル(以下「PVC」という)等は、「汎用プラスチック」と呼ばれる。この「汎用プラスチック」は、成形が容易であり、金具およびシェラーミックスに比べてその重さが数分の一と軽い。さらに、その価格は、非常に安価である。そのため、袋や各種包装、各種容器、シート類等の多様な生活用品材料や、自動車、電気などの工業部品や日用品、雑貨用等の材料として、よく利用されている。
 しかしながら、この汎用プラスチックは、機械的強度が不十分であり、耐熱性が低い。すなわち、上記の汎用プラスチックは、自動車等の機械製品や、電気・電子・情報製品等の各種工業製品に用いられる材料に対して要求される必要十分な特性を有していない。そのために、現状において、その適用範囲が制限されている。例えばPEの場合、軟化温度が通常90℃で程度である。比較的耐熱性が高いとされるPPであっても、通常130℃以下で軟化する。また、PPは、ポリカーボネート(以下「PC」という)、ポリエチレンテレフタレート(以下「PET」という)やPSなどに比して透明性が不十分である。そのために、光学用材料やボトルや透明容器としては使用できない。
 一方、PET、PC、フッ素樹脂(テフロン(登録商標)等)やナイロン、ポリメチルペンテン、ポリオキシメチレン、アクリル樹脂等は「エンジニアリングプラスチック」と呼ばれる。この「エンジニアリングプラスチック」は、機械的特性と耐熱性や透明性等に優れており、通常150℃では軟化しない。よって、エンジニアリングプラスチックは、自動車や機械製品および電気製品等の高性能が要求される各種工業製品用材や光学用材料として利用されている。
 しかしながら、このエンジニアリングプラスチックは、以下のような重大な欠点を有している。このエンジニアリングプラスチックは、比較的比重が大きく、高価である。ライフサイクルアセスメントにおける二酸化炭素排出量も多く、さらにモノマーリサイクルが困難または不可能なため、環境負荷が非常に大きい。
 したがって、汎用プラスチックの機械的特性、耐熱性、および透明性等の材料特性を大幅に改善することによって、この汎用プラスチックがエンジニアリングプラスチックの代替材料、さらには金属の代替材料として利用することができる。その結果、高分子製や金属製の各種工業製品や生活用品のコストを大幅に削減することが可能になる。さらに、前記各種工業製品や生活用品を軽量化させることが可能となり、大幅にエネルギー消費を抑制できると共にその操作性を向上させることができる。例えば、PETは、現在、清涼飲料水等の飲料用のボトルなどに利用されている。このPETをPPに置き換えることが可能になれば、大幅にボトルのコストを削減することが可能となる。また、PETはモノマーリサイクルが可能ではあるが容易ではないため、使用済みのPETボトルは裁断された後、衣料用繊維等やフィルム等の低品質な用途に1、2度再利用された後に廃棄されている。一方、PPはモノマーリサイクルが容易なため、完全なリサイクルが実現可能となる。すなわち、石油などの化石燃料の消費および二酸化炭素(CO)の発生を抑えることができる。
 上記のように、エンジニアリングプラスチックや金属の代替材料として汎用プラスチックを利用するためには、汎用プラスチックの機械的特性、耐熱性、および透明性等の特性を向上させる必要がある。具体的には、PPやPEにおける結晶の割合(結晶化度)を著しく高める、より好ましくはPPやPEの非晶質を殆ど含まない結晶だけからなる結晶体を作製することが求められる。
 高分子の結晶性を向上させる方法として、「高分子の融液の冷却速度を低下させる方法」が知られている(非特許文献1参照)。しかしながら、この方法には、欠点がある。例えば、結晶化度の増加が非常に不十分であるため、製品の生産性が著しく低下したり、結晶粒径が粗大化して機械的特性が低下したりする。また、その他の方法としては、「高分子の融液を高圧下で冷却して結晶化度を増大させる方法」が提案されている(非特許文献1参照)。しかしながら、この方法は、高分子の融液を数百気圧以上に加圧する必要があり、工業規模の生産では製造装置の設計が困難であり、生産コストが高くなる。よって、上記方法は、理論的には実現可能だが現実的には実現が困難である。さらに、高分子の結晶性を向上させるその他の方法としては、「核剤を高分子融液に添加する方法」が知られている(非特許文献2参照)。しかしながら、現行のこの方法では、(a)不純物である核剤の混入を避けることができない、(b)結晶化度の増加が十分でなく、核剤が樹脂よりも著しく高価であるため、コストアップが生じる等の欠点がある。以上より、汎用プラスチック等の高分子において結晶化度を飛躍的に向上させる方法、および高分子の結晶体を生産する方法は、現在までに完成されていない。
 ところで、これまでの多くの研究により、融液中の分子鎖が無秩序な形態(例えば、糸鞠状(ランダムコイル))で存在する高分子の融液(「等方融液」という)を、せん断流動場において結晶化させることにより、流れに沿って配向した太さ数μmの細い繊維状の特徴的な結晶形態(shish)と、それに串刺しにされた十nm厚の薄板状結晶と非品とがサンドイッチ状に積層した形態(kebab)とが、融液中にまばらに生成することが明らかにされている(非特許文献3参照)。上記の状態は、「shish-kebab (シシ-ケバブ=焼き鳥の“串”と“肉”との意)」と称される。
 shish-kebab生成初期にはshishのみがまばらに生成する。shishの構造は、分子鎖が伸び切って結晶化した「伸びきり鎖結晶(Extended chain crystal:ECC)」である(非特許文献4参照)。kebabの結晶部分の構造は、分子鎖が薄板状結晶の表面で折りたたんでいる「折りたたみ鎖結晶(Folded chain crystal:FCC)」であると考えられている。shish-kebabの分子論的生成メカニズムは、速度論的研究に基づく研究例が無く、明らかではなかった。折りたたみ鎖結晶は、高分子結晶で最も広く見られる薄板状結晶(ラメラ結晶という)である。また、金型へ射出成形した場合に、結晶の表面に“skin”と呼ばれる数百μm厚の薄い結晶性皮膜が形成される。さらに、その内部には“core”と呼ばれる折りたたみ鎖結晶と非晶との「積層構造(積層ラメラ構造という)」の集合体が形成される(非特許文献5参照)。skinは、shish-kebabからなっていると考えられているが、shishはまばらにしか存在していないことが確認されている。
 本発明者らは、shishの生成メカニズムを初めて速度論的に研究した。その結果、融液中の一部の分子鎖が、異物界面において、界面との「トポロジー的相互作用」のために伸長して互いに液晶的に配向秩序を持った融液(「配向融液」または「Oriented melt」という)になるために、shishが融液の一部に生成するメカニズムを明らかにした(例えば非特許文献6および7参照)。この「トポロジー的相互作用」とは、「1次元のトポロジー(数学の位相幾何学)で特徴付けられるひも状の高分子鎖は、互いに絡まり合っているために、流動場において高分子鎖がお互いに引っ張り合ったり滑り合ったりする効果」を指す。このトポロジー的相互作用は、高分子固有の相互作用として公知である。本発明者らは、高分子のトポロジー的結晶化メカニズム理論を初めて提唱し、伸びきり鎖結晶と折りたたみ鎖結晶の起源を解明した。この理論は「滑り拡散理論」と呼ばれ、世界的に認められている(非特許文献8参照)。
 本発明者らは、高分子の低せん断ひずみ速度=0.01~0.1s-1のせん断流動結晶化において「渦巻き結晶(spiralite)」の生成メカニズムを解明した。さらに、本発明者らは、この生成メカニズムから、せん断結晶化において、異物界面で分子鎖が伸長されて配向融液が発生していることを実験的に初めて検証した。これにより、核生成および成長速度が著しく加速される、という普遍的メカニズムを提唱した(非特許文献9参照)。
 従って、高分子融液全体を配向融液にすることができれば、高分子の結晶化が著しく起こり易くなり、結晶化度を高めることができる。ここで高分子融液全体が配向融液となったものを「バルクの配向融液」という。さらに高分子融液全体を配向融液の状態のままで結晶化することができれば、高分子の大部分の分子鎖が配向した構造を有する結晶体(これをバルクの「高分子配向結晶体」と呼ぶ)を生産し得ることが期待される。この場合には、さらに核生成が著しく促進され、核剤を添加せずとも分子鎖間で核生成が無数に起こる「均一核生成」へと激変するため、不純物の混入を回避することができるとともに、結晶サイズをナノメートルオーダーにすることが可能となる。すなわち、高い透明性を有し、飛躍的に機械的特性と耐熱性が増大した高分子を得ることができると期待される。この「均一核生成」とは、よく知られた古典的核生成理論において、核剤等の異物の助けを借りずに自発的に核生成する場合を指す(非特許文献10参照)。これに対して、核剤などの異物の助けを借りて異物表面に核生成する場合は「不均一核生成」と呼ばれる。従来は、全ての物質において、バルクの融液からの結晶化は「不均一核生成」である。
 特許文献1には、「結晶化温度にしたロッド状のポリプロピレンを高速で押しつぶして、結晶体を得る方法」が記載されている。しかしながら、特許文献1に記載の方法では、ロッド内の歪み速度にばらつきが生じ、均一性が低い。さらに、高分子の結晶体を大量にかつ連続的に製造することは困難であり、工業的ではない。
 特許文献2には、高い結晶性の高分子結晶体について記載されている。しかしながら、特許文献2に記載の高分子結晶体は、核剤を含んでいる。そのため、融液と結晶化温度の差が小さくなり、成形条件が狭くなる
 ところで、特許文献3には、「超高分子量粉末ポリプロピレンを連続的にロールで狭窄移送してシートを得る方法」が記載されている。しかしながら、特許文献3に記載の方法では、昇温時に得られる、融解を示すDSC曲線ピークの温度以上ではあるが、結晶融点よりも低い温度で加工しており、結晶融点以上に加熱しないため、完全に融解していない結晶が存在する(ここで、結晶融点とは、DSC曲線にて結晶が完全に融解したピーク高温側の裾の温度、すなわち融解終了温度を示している。)。そのため、プロセシングスピードに制限が生じ生産性が低く、また、上記「バルクの配向融液」を生成できず、不均一核生成を生じるため、充分な透明性および剛性を発現することは困難である。
 特許文献4には、「スメチカ構造のポリプロピレンを形成した後、圧延して、透明なシートを製造する方法」が記載されている。すなわち、特許文献4に記載の方法では、スメチカ構造のシートを得る工程と、圧延する工程との少なくとも2つの工程を有する。ただし、このスメチカ構造のシートを得る工程では、ポリプロピレンのエチレン共重合体を使用し、石油樹脂を添加し、急冷する必要があった。このような工程を経て最終的に得られたシートでは高い剛性を発現することは困難である。
 特許文献5では、ポリプロピレンの原反シートを一対のロールで挟んで圧延する方法が記載されている。しかしながら、ポリプロピレンの原反シートを得る際および圧延する際に、バルクの配向融液から均一核生成を発生させることは困難である。したがって、高い透明性および剛性を得ることは困難である。
国際公開WO2008/108251明細書 特開2008-248039号公報 特開平5-104620号公報 特開昭55-27203号公報 特開昭56-33924号公報
Leo Mandelkern著、中島章夫ら訳、「高分子の結晶化」、化学同人、1966年、p.191-193 エドワード・P・ムーア・Jr.著、保田哲男ら訳、「ポリプロピレンハンドブック」、工業調査会、p.222-223 A.Keller, M.J.Machin, J.Macromol.Sci, Phys., B2, 501 (1968) B. Wunderlich, T. Arakawa, J. Polym. Sci., 2, 3697-3706(1964) 藤山光美、「ポリプロピレン射出成形物のスキン層の構造」、高分子論文集、32(7),PP411-417(1975) S. Yamazaki, M.Hikosaka et a1, Polymer, 46, 2005, 1675-1684. S. Yamazaki, M.Hikosaka et a1, Polymer, 46, 2005, 1685-1692. M.Hikosaka, Polymer 1987 28 1257-1264 K.Watanabe et a1, Macromolecules 39(4), 2006, 1515-1524. W.B.Hillig, Acta Metallurgica, 14, 1966, 1868-1869
 現時点では、汎用プラスチック等の高分子において、その結晶化度を飛躍的に向上させた結晶体を大量にかつ連続的に製造する方法が確立されていない。
 本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、機械的特性、耐熱性、透明性等の特性が優れた結晶性樹脂フィルムまたはシートを大量にかつ連続的に製造するための製造方法および製造装置を提供することを目的とする。
 本発明者が、結晶性樹脂の分子鎖を大量にかつ高い配向性で配向させる方法について検討した結果、結晶性樹脂の溶融物を、大きな歪み速度で変形するように特定の温度にて挟持ロールで圧延し、引き取ると、分子鎖が高い配向性で一方向に配向して結晶性が高くなることを見出した。そして、歪み速度が大きくなる条件について検討して、以下の結晶性樹脂フィルムまたはシートの製造方法および製造装置を発明した。
 上記課題を解決するために、この発明は以下の手段を提供している。
[1] 本発明の結晶性樹脂フィルムまたはシートの製造方法は、溶融状態のフィルム状またはシート状の結晶性樹脂を一対の挟持ロールに挟んで圧延する結晶性樹脂フィルムまたはシートの製造方法であって、挟持ロールに供給するフィルム状またはシート状の結晶性樹脂の厚みを、圧延後のフィルムまたはシートの厚みの1.3~8.0倍に、圧延時のシート状の結晶性樹脂の温度を結晶化温度以上融点以下に、ロール速度を、下記式(1)で表されるZが0.09以下になるように調整する。
 式(1) Z=[(挟持ロールの半径[mm]×圧延後のフィルムまたはシートの厚み[mm])1/2]/ロール速度[m/分]
 ここで、ロール速度とは、回転によって生じるロール表面の移動速度を意味する。
[2] 前記本発明の結晶性樹脂フィルムまたはシートの製造方法では、溶融させた結晶性樹脂を、スリット状の開口部を有するダイから吐出させて得ることが好ましい。
[3] 前記本発明の結晶性樹脂フィルムまたはシートの製造方法では、圧延後のフィルム状またはシート状の結晶性樹脂を挟持ロールから剥離させ、圧延後のフィルム状またはシート状の結晶性樹脂が挟持ロールから離れる部分に向けて気体を噴射することが好ましい。
[4] 前記本発明の結晶性樹脂フィルムまたはシートの製造方法では、各挟持ロールの周面をあらかじめ離型処理することが好ましい。
[5] 前記本発明の結晶性樹脂フィルムまたはシートの製造方法は、圧延時のフィルム状またはシート状の結晶性樹脂の温度をT、結晶化温度をT、融点をTとした際に、下記式(2)で求められるXの値の範囲を0.05~0.90にするように結晶性樹脂の温度Tを調整することが好ましい。
 式(2) X=(T-T)/(T-T
[6] 本発明の結晶性樹脂フィルムまたはシートの製造装置では、結晶性樹脂を溶融しながら供給する押出機と、この押出機より下流側に設けられたギアポンプと、このギアポンプより下流側に設けられた、スリット状の開口部を有するダイと、このダイから吐出された溶融状態のフィルム状またはシート状の結晶性樹脂を、結晶化温度以上融点以下に冷却する冷却手段と、この冷却手段を通過したフィルム状またはシート状の結晶性樹脂を挟んで圧延する一対の挟持ロールとを具備し、前記一対の挟持ロールは、冷却手段を通過したフィルム状またはシート状の結晶性樹脂の厚みが、圧延後のフィルムまたはシートの厚みの1.3~8.0倍になるように配置されている。
[7] 前記本発明の結晶性樹脂フィルムまたはシートの製造装置では、下記式(1)で表されるZが0.09以下であることが好ましい。
 式(1) Z=[(挟持ロールの半径[mm]×圧延後のフィルムまたはシートの厚み[mm])1/2]/ロール速度[m/分]
[8] 前記本発明の結晶性樹脂フィルムまたはシートの製造装置では、一対の挟持ロールの下流側に、圧延したフィルムまたはシートを引き取る引き取り手段を具備することが好ましい。
[9] 前記本発明の結晶性樹脂フィルムまたはシートの製造装置では、圧延後のフィルム状またはシート状の結晶性樹脂が挟持ロールから離れる部分に向けて気体を噴射させる巻き付き防止手段を具備することが好ましい。
[10] 前記本発明の結晶性樹脂フィルムまたはシートの製造装置では、各挟持ロールの周面が離型処理されていることが好ましい。
 本発明の結晶性樹脂フィルムまたはシートの製造方法および製造装置によれば、結晶性樹脂の分子鎖を大量にかつ連続的に高い配向性で配向させることができる。すなわち、機械的特性、耐熱性および透明性に優れた結晶性樹脂フィルムまたはシートを工業的に製造することができる。
本発明の結晶性樹脂フィルムまたはシートの製造装置の一実施形態例を示す模式図である。 シート状の結晶性樹脂を圧延している状態を示す図である。
(結晶性樹脂シートの製造装置)
 本発明の結晶性樹脂シートの製造装置(以下、製造装置と略す。)の一実施形態について説明する。
 本実施形態の製造装置1は、溶融状態にあるシート状の結晶性樹脂を圧延して結晶性樹脂シートを得るための製造装置である。この製造装置1は、押出機10と、押出機10より下流側に設けられたギアポンプ20と、ギアポンプ20より下流側に設けられたスリットダイ30と、スリットダイ30から吐出されたシート状の結晶性樹脂Aを冷却する冷却手段40と、冷却手段40を通過した結晶性樹脂シートBを挟んで圧延する一対の挟持ロール50a,50bと、挟持ロール50a,50bから移送されたシート状の結晶性樹脂Cの移送方向を屈曲させるガイドロール60と、ガイドロール60から移送されたシート状の結晶性樹脂Dを引き取る引き取りロール70と、一方の挟持ロール50aの周面と圧延後のシート状の結晶性樹脂Cとの間に配置された巻き付き防止手段80とを具備する。
 押出機10は、結晶性樹脂を溶融しながら供給するための構成である。この押出機10は、加熱可能で水平に配置されたシリンダー11と、シリンダー11内に設けられたスクリュー12と、スクリュー12を駆動させるモータ13と、シリンダー11の上流側に結晶性樹脂を供給するためのホッパ14とを具備する。
 シリンダー11は、複数のブロックに分割されていてもよい。シリンダー11が複数のブロックに分割されていることで、ブロック毎に温度調節を行うことが可能になる。
 スクリュー12は、1本であってもよく、2本であってもよい。スクリュー12が1本である場合(単軸押出機の場合)には、スクリュー12として、例えば、フルフライト型、ダルメージ型などを用いることができる。
 ギアポンプ20は、スリットダイ30への溶融状態にある結晶性樹脂の供給量を一定にするための構成である。本実施形態におけるギアポンプ20は、加熱可能なハウジング21内に収容されている。
 このギアポンプ20は、外接型であってもよく、内接型であってもよい。外接型のギアポンプの場合には、ギアの数は2個であってもよく、3個以上であってもよい。
 スリットダイ30は、スリット状の幅広の開口部を有するダイである。例えば、Tダイと称されるダイが使用される。本実施形態のスリットダイ30では、開口部を下方に向けて配置している。この開口部のリップ開度は、例えば、0.3~3.0mmである。
 冷却手段40は、溶融状態のシート状の結晶性樹脂Bを結晶化温度以上融点以下に冷却するための構成である。
 溶融状態にあるシート状の結晶性樹脂Bを結晶化温度以上融点以下に冷却するためには、冷却手段40の冷却能力が高くなければならない。この冷却手段40は、シート状の結晶性樹脂Bの入口および出口を有するチャンバ41と、チャンバ41に冷却ガスを供給するための冷却ガス供給管42と、チャンバ41内のガスを排出するための排出管43とを具備する。
 冷却ガスの温度は、0℃以下であることが好ましく、-50℃以下であることがより好ましい。
 チャンバ41が直方体の箱状である場合、冷却ガスの流速は、7/L(Lは結晶性樹脂Bの流れ方向におけるチャンバ41の長さ[m]である。)[m/秒]以上であることが好ましく、10/L[m/秒]以上であることがより好ましい。冷却ガスの流速が7/L[m/秒]以上であれば、充分な冷却能力を得ることができる。また、冷却ガスの流速は、20/L[m/秒]以下であることが好ましい。冷却ガスの流速が20/L[m/秒]以下であれば、結晶性樹脂Bをチャンバ41内で安定して走行させることができる。
 冷却ガスとしては、例えば、液体窒素を気化させた窒素ガス、液体窒素を気化させた窒素ガスを含む空気などが挙げられる。
 冷却ガスの供給量は、シート状の結晶性樹脂Bの温度が結晶化温度以上融点以下になるように調節される。
 挟持ロール50a,50bは、冷却手段40を通過したシート状の結晶性樹脂Bの厚みが挟持ロール50a,50b同士の間隔の1.3~8.0倍になるように配置されている。
 挟持ロール50a,50bの材質は、特に制限されない。ただし、溶融状態のシート状の結晶性樹脂Bを確実に圧延できることから、金属が好ましい。
 挟持ロール50a,50bの周面は、あらかじめ離型処理されていることが好ましい。これにより、挟持ロール50a,50bを高速回転させた際でも圧延後のシート状の結晶性樹脂Cを挟持ロール50a,50bから容易に剥離させることが可能になる。
 離型処理には、例えば、シリコーンやフッ素樹脂等の離型剤を挟持ロール50a,50bの周面に塗布または噴霧する方法などがある。
 挟持ロール50a,50bは、例えば、エアシリンダなどが用いられて固定されている。エアシリンダの圧力は、シート状の結晶性樹脂を高速で供給した場合でも挟持ロール50a,50bの間隔の変動が小さくなるように、高く設定されていることが好ましい。
 巻き付き防止手段80は、圧延後のシート状の結晶性樹脂Cが挟持ロール50aから離れる部分に向けて気体を噴射させるための構成である。本発明では、後述するように、挟持ロール50a,50bを高速で回転させるため、シート状の結晶性樹脂Cが挟持ロール50aに巻き付きやすい状態になる。しかし、本実施形態では、巻き付き防止手段80から噴射した気体によって、挟持ロール50aからのシート状の結晶性樹脂Cの剥離を補助するため、シート状の結晶性樹脂Cの巻き付きを防止できる。
 製造装置1では、ギアポンプ20からスリットダイ30までの溶融状態にある結晶性樹脂の圧力を圧力計測器により測定し、測定した圧力が所定の圧力で一定になるように押出機10のモータ13の回転数を制御することが好ましい。
 ギアポンプ20の回転数に応じて、挟持ロール50a,50bの回転数を制御することが好ましい。
 このような押出機10および挟持ロール50a,50bの制御によれば、安定して連続的に結晶性樹脂シートを製造することができる。
 上記製造装置1では、ギアポンプ20で溶融状態にある結晶性樹脂を一定量供給して溶融状態のシート状の結晶性樹脂Aを形成し、そのシート状の結晶性樹脂Aを冷却することにより、挟持ロール50a,50bに供給するシート状の結晶性樹脂Bを結晶化温度以上融点以下にできる。そして、そのような温度に調整したシート状の結晶性樹脂を一対の挟持ロール50a,50bに挟んで圧延し、引き取ることによって、結晶性樹脂の分子鎖に大きな歪みを与えることができる。これにより、分子鎖を高い配向性で配向させることができるため、得られる樹脂シートは結晶化度が高くなる。得られた結晶性樹脂シートは、結晶化度が高いため、機械的特性、耐熱性、透明性に優れる。
(結晶性樹脂シートの製造方法)
 上記製造装置1を用いた結晶性樹脂シートの製造方法について説明する。本実施形態の製造方法では、以下のような工程を順に実施する。
[工程1] シリンダー11を加熱し、モータ13を駆動させてスクリュー12を回転させ、ホッパ14から結晶性樹脂のペレットを供給する。これにより、シリンダー11内に供給された結晶性樹脂を溶融しながら、スクリュー12によってギアポンプ20に向けて供給する。
[工程2] 溶融した結晶性樹脂をギアポンプ20に通して、結晶性樹脂の供給量を一定にする。
[工程3] 結晶性樹脂をスリットダイ30から吐出させて、溶融状態のシート状の結晶性樹脂Aを形成する。
[工程4] 溶融状態にあるシート状の結晶性樹脂Aを冷却手段40のチャンバ41内の冷却ガスにより冷却する。
[工程5] 図2に示すように、冷却されたシート状の結晶性樹脂Bを一対の挟持ロール50a,50bに挟んで圧延する。
[工程6] 圧延されたシート状の結晶性樹脂Cを挟持ロール50aに約1/3周掛け回す。
[工程7] 圧延されたシート状の結晶性樹脂Cを挟持ロール50aから剥離し、ガイドロール60に移送し、ガイドロール60にて移送方向を屈曲させて引き取りロール70に移送する。
[工程8] 引き取りロール70によりシート状の結晶性樹脂Dを引き取って結晶性樹脂シートを得る。
 上記製造方法では、挟持ロール50a,50bに供給されるシート状の結晶性樹脂Bの厚みを、挟持ロール50a,50b同士の間隔の1.3~8.0倍に、好ましくは1.3~5.0倍に、より好ましくは1.4~3.5倍になるように調整する。
 シート状の結晶性樹脂Bの厚みを挟持ロール50a,50b同士の間隔の1.3倍未満にすると、圧延時に大きな歪みが生じないため、結晶性樹脂の分子鎖を配向させることができない。前記シート状の結晶性樹脂Bの厚みを挟持ロール50a,50b同士の間隔の8.0倍より大きくすると、供給したシート状の結晶性樹脂Bの全てを挟持ロール50a,50bの間に通すことが困難になるため、シート状の結晶性樹脂Bを圧延することができない。
 シート状の結晶性樹脂Bの厚みを調整するためには、スリットダイ30のリップ開度、ギアポンプ20による結晶性樹脂の供給量、挟持ロール50a,50bの間隔等を適宜調整すればよい。
 上記製造方法では、圧延時のシート状の結晶性樹脂Bの温度を、結晶化温度以上融点以下に調整する。好ましくは(結晶化温度+5℃)以上(融点-5℃)以下、より好ましくは(結晶化温度+10℃)以上(融点-10℃)以下になるように、シート状の結晶性樹脂Bの温度を調整する。この温度条件の結晶性樹脂Bは、過冷却状態になっている。
 圧延時のシート状の結晶性樹脂Bの温度を前記下限値未満に調整すると、シートの成形が困難になる。前記上限値を超えるように調整すると、分子鎖を配向させることが困難になる。
 圧延時のシート状の結晶性樹脂Bの温度を調整するためには、冷却手段40により溶融状態のシート状の結晶性樹脂Aの冷却温度を適宜調整すればよい。
 圧延時のシート状の結晶性樹脂Bは、下記式(2)で求められるパラメータXの値の範囲が0.05~0.90になるように樹脂温度Tを調整することが好ましい。Xの上限は0.70であることがより好ましく、0.50であることが特に好ましい。ここで、式(2)におけるTは、挟持ロール50a,50bで圧延する際の結晶性樹脂の温度、TはDSCで実測した結晶性樹脂の結晶化温度、TはDSCで実測した結晶性樹脂の融点である。Xの値が0.05以上であれば、配向メルトが緩和しにくく、充分な核生成速度が得られる。すなわち、透明性および剛性の高いシートをより容易に得ることができる。一方、Xの値が0.90以下であれば、シートの成形の安定性が向上する。
 式(2) X=(T-T)/(T-T
 上記製造方法では、引き取りロール70のロール速度を、下記式(1)で表されるパラメータZ(以下Zと称する)が0.09以下になるように調整する。
 式(1) Z=[(挟持ロールの半径[mm]×圧延後のシートの厚み[mm])1/2]/ロール速度[m/分]
 ロール速度を、Zが0.09を超えるように調整すると、結晶性樹脂シートは得られない。
 引き取りロール70のロール速度は、実用的に製造できる点では、式(1)で表されるZが 0.017以上になるように調整することが好ましい。
 上記製造方法では、圧延後のシート状の結晶性樹脂Cが挟持ロール50aから離れる部分に向けて、巻き付き防止手段80より気体を噴射する。これにより、挟持ロール50aへのシート状の結晶性樹脂Cの巻き付きを防止する。
 気体の噴射速度は50~200m/分であることが好ましい。この噴射速度が50m/分以上であれば、確実にシート状の結晶性樹脂Cを剥離できる。この噴射速度が200m/分以下であれば、過度の気体の噴射によるシート状の結晶性樹脂Cの損傷を防止することができる。
 上記製造方法では、挟持ロール50a,50bに供給するシート状の結晶性樹脂Bの厚みを適宜測定することが好ましい。シート状の結晶性樹脂Bの厚さの測定方法としては、下記のような方法がある。例えば、レーザー光を当てて透過した光をCMOSカメラで撮像し、得られた画像から測定する方法、長焦点顕微鏡(例えば、インフニティ社製K2等)を用いて測定する方法、CCDレーザー変位計(例えば、「キーエンス社製LK-Gシリーズ等)を用いて測定する方法などである。
 上記製造方法が適用される結晶性樹脂としては、例えば、ポリアルキレン、ポリアミド、ポリエーテル、液晶ポリマー等が挙げられる。具体的には、ポリエチレン、アイソタクティックポリプロピレン、シンジオタクチックポリプロピレン、ポリブテン-1、ポリ4メチルペンテン等のポリオレフィン類あるいは結晶性エチレン・プロピレン共重合体、ナイロン6、ナイロン66、ナイロン12等のポリアミド類、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンテレフタレート等のポリエステル類、シンジオタクチックポリスチレン、アイソタクチックポリスチレン、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルエーテルケトン、全芳香族ポリアミド、全芳香族ポリエステル、ポリテトラフルオロエチレン、ポリビニリデンフルオロライド等のフッ素樹脂、ポリエチレンサクシネート、ポリブチレンサクシネート等の脂肪族ポリエステル、ポリ乳酸、ポリビニルアルコール、ポリアセタール、ポリエーテルニトリル等が挙げられる。ただし、上記製造方法が適用される結晶性樹脂は、これらの樹脂に限定されるものではない。
 これらの結晶性高分子は単独で使用してもよく、同種のもので分子量が異なるものを組み合わせて使用してもよく、非晶性の高分子と組み合わせて使用してもよい。同種または異種の結晶性樹脂を組み合わせる場合には、各結晶性樹脂について上記式(2)の関係を満足するように成形する。
 アイソタクティックポリプロピレンを使用する場合には、より高い剛性があるものが好ましい。具体的には、使用するアイソタクティックポリプロピレンのアイソタクチック分率mmmmが、95%以上であることが好ましく、97%以上であることがより好ましい。
 以上に説明した製造方法では、溶融状態のシート状の結晶性樹脂を特定の条件下で一対の挟持ロールに挟んで圧延して引き取るため、圧延時に結晶性樹脂の分子鎖に大きな歪みを与えることができる。その大きな歪みにより分子鎖を高い配向性で配向させることができるため、得られる樹脂シートは結晶化度が高くなる。すなわち、得られた結晶性樹脂シートは、機械的特性、耐熱性、透明性に優れる。
 さらに、この製造方法によれば、大量にかつ連続的に結晶性樹脂シートを得ることができる。すなわち、この製造方法は、工業的にも有用である。
 得られる結晶性樹脂シートの厚みLは10μm~3mmであることが好ましく、20~300μmであることがより好ましい。厚みLが10μm以上の結晶性樹脂シートは容易に成形できる。厚みLが3mm以下であれば、結晶性樹脂の分子鎖が配向した結晶性樹脂シートを容易に製造できる。
 得られる結晶性樹脂シートの実用性を考慮すると、シートの幅は0.3~2.0mであることが好ましい。
 結晶性樹脂シートは、結晶性樹脂のみならず非晶質(アモルファス)の樹脂が含まれていてもよい。
 結晶性樹脂シートは、特に不純物である核剤等を含まない態様が好ましい。結晶性樹脂シートは、均一核生成が起こっているために、核剤を含まなくても優れた機械的特性を有する。核剤は結晶性樹脂よりも著しく高価である為、核剤を含まないことで著しいコストアップを回避することができる。なお、ここで使用する「核剤」とは、結晶形成の核となる物質のことを意味し、結晶化度の増加を目的として添加される物質の総称である。
 結晶性樹脂シートの貯蔵弾性率E’は、好ましくは2.5GPa以上、より好ましくは3.0GPa以上である。
 E’は、測定機として、東洋ボールドウィン製バイブロン(RHEOVIBRON DDV-II-EA)を用い、測定試験片として、長さ30mm、幅2mm(長さ方向がシートの引き取り方向)のものを用いる。そして、周波数110Hz、位振幅0.025mm、測定温度25℃で貯蔵弾性率E’を測定する。
 結晶性樹脂がポリプロピレンである場合、耐熱温度は、好ましくは135℃以上、より好ましくは145℃以上、特に好ましくは150℃以上である。
 耐熱温度は、測定機として、東洋ボールドウィン製バイブロン(RHEOVIBRON DDV-II-EA)を用い、測定試験片として、長さ30mm、幅2mm(長さ方向がシートの引き取り方向)のものを用いる。そして、周波数110Hz、位振幅0.025mmの条件下、張力5gfを試験片にかけながら、測定温度を25℃から昇温速度2℃/分で昇温させて、ポリプロピレンの伸び率を測定する。この伸び率が1%になったときの温度を耐熱温度とする。
 ここで、伸び率とは、{[(測定時の試験片の長さ)-(加熱前の試験片の長さ)]/(加熱前の長さ)}×100(%)のことである。
 上記製造方法により得られた結晶性樹脂シートは、自動車、航空機、ロケット、電車、船舶、バイク、および自転車など乗り物の内装・外装材、または工作機械用の部品や機械部材として利用が可能である。
 また、結晶性樹脂シートは、高剛性・軽量を活かしてスピーカーやマイク用振動板として利用が可能である。
 また、結晶性樹脂シートは、高透明性を活かしてPCの代替としてCDやDVDとして利用が可能である。
 また、結晶性樹脂シートは、高透明性を活かして液晶やプラズマディスプレイ用マスクなどとして利用が可能である。
 また、結晶性樹脂シートは、高透明性を活かしてディスポーザブル注射器、点滴用器具、薬品容器などの医療用品または機器として利用が可能である。
 また、結晶性樹脂シートは、高透明性を活かしてガラスの代替材料として各種瓶、グラス、家庭用小型水槽、業務用大型水槽として利用が可能である。
 また、結晶性樹脂シートは、高透明性を活かしてコンタクトレンズ、めがね用レンズ、各種光学レンズとして利用が可能である。
 また、結晶性樹脂シートは、高透明性を活かしてビル用・住宅用ガラスとして利用が可能である。
 また、結晶性樹脂シートは、高剛性や高靭性や軽量を活かして、スキー靴、スキー板、ボード、ラケット、各種ネット、テント、リュックサックなどの広範なスポーツ用品として利用が可能である。
 また、結晶性樹脂シートは、高剛性や高靭性や軽量を活かして、針、はさみ、ミシンなどの手芸用品や装飾用品として利用が可能である。
 また、結晶性樹脂シートは、ショーウィンドウやディスプレイ部品などの商業用品として利用が可能である。
 また、結晶性樹脂シートは、ブランコ、シーソー、ジェットコースターなどの公園、遊園地、テーマパーク用器具または設備として利用が可能である。
 さらに、結晶性樹脂シートは、電気・電子・情報機器、または時計等精密機器の部品の構造材や箱材;ファイル、フォルダ、筆箱、筆記用具、はさみなどの文房具;包丁、ボール、などの料理用具;食品、お菓子、タバコなどの包装材;食品容器、食器、割り箸、楊枝;家庭用家具、オフィス家具などの家具;ビルや住宅用の建材、内装材、および外装材;道路または橋梁用の材料;玩具用の材料;超強力繊維や糸;漁業用漁具、漁網、つり用具;農業用具、無業用品;レジ袋、ゴミ袋;各種パイプ;園芸用品;および運輸用コンテナ、パレット、箱;等として利用が可能である。
 本発明の結晶性樹脂シートの適用範囲は上記の用途に限定されるものではない。
 なお、本発明は、上記実施形態に限定されない。本発明における結晶性樹脂を過冷却温度(結晶化温度以上融点以下)に冷却する方法は、図1に記載の方法に限定されない。
 また、特許文献5に記載の方法で得た固体状の樹脂シートを、連続的に、加熱トンネル等を用いて融点以上に加熱した後、結晶化温度以下に冷却し、その冷却したものを、式(1)の条件で一対の挟持ロールで圧延してよい。この方法にでも、上記実施形態と同様の物性の結晶性樹脂シートを得ることができる。
 上記の実施形態では、結晶性樹脂シートの製造について説明した。しかしながら、結晶性樹脂フィルムの製造も同様の製造装置および製造方法を適用できる。なお、結晶性樹脂フィルムの用途は結晶性樹脂シートの用途と同様である。
 以下の例で用いた結晶性樹脂の融点および結晶化温度は、以下のようにして測定した。
 測定装置:パーキンエルマー製ダイヤモンドDSC
 試料の質量:約5mg
 測定温度パターン:(1)230℃で5分間保持する、(2)毎分10℃で冷却していき、結晶化温度を測定する、(3)30℃で10分間保持する、(4)毎分10℃で昇温していき、融点を測定する、(5)ピークの頂点を測定する。
 また、ポリプロピレン系重合体の立体規則性の指標である、分子鎖中のメチル基のペンタッド単位でのアイソタクチック分率mmmmを、NMR(日本電子(株)製JNM-GSX400(13C核共鳴周波数100MHz)の測定から求めた。
 NMRの測定条件は下記の通りである。
 測定モード:プロトンデカップリング法、パルス幅:8.0μ秒、パルス繰り返し時間:3.0μ秒、積算回数:20000回、溶媒:1,2,4-トリクロロベンゼン(75容量%)/重ベンゼン(25容量%)の混合溶媒、内部標準:ヘキサメチルジシロキサン試料濃度:300mg/3.0ml溶媒、測定温度:120℃
 なお、各シグナルは、A.Zambelliら、Macromolecules,13,267,1980年、の記載に基づいて帰属した。
(実施例1)
 図1に示す製造装置1を用いて結晶性樹脂シートを得た。ただし、ガイドロール60および引き取りロール70は用いていない。製造装置1における押出機10としては、シリンダー11の口径が40mm、スクリュー12がフルフライト型、L/D=30の単軸押出機(クリエイトプラスチックス(株)製)を用いた。スリットダイ30としては、幅10mm、リップ開度0.5mmのものを用いた。挟持ロール50a,50bとしては、直径200mmのものを用いた。
 結晶性樹脂としては、サンアロマー(株)製サンアロマーPM802A(ホモポリプロピレン、MFR:20g/10分、融点:162.4℃、結晶化温度:116.0℃、立体規則性mmmm:98.3%)を用いた。
 具体的な製造方法として、下記の工程1~6を順に実施した。
[工程1] シリンダー11を200℃に、ギアポンプ20とスリットダイ30を190℃に加熱し、モータ13を駆動させてスクリュー12を回転させた後、ホッパ14からポリプロピレンのペレットを供給した。これにより、ポリプロピレンを溶融しながらギアポンプ20に向けて供給した。
[工程2] 溶融したポリプロピレンをギアポンプ20に通して、吐出量330g/時間で供給した。
[工程3] ポリプロピレンをスリットダイ30から吐出させて、溶融状態のシート状の結晶性樹脂Aを形成させた。
[工程3] 挟持ロール50a,50bを120℃に調整し、シートを挟む際の挟持ロール50a,50b同士の間隔が100μmになるように調整した。
[工程4] 挟持ロール50a,50bの間隔を50mmに広げた後、溶融状態のシート状結晶性樹脂B(長さ約60cm)を挟持ロール50aの周面に巻き付け、樹脂温度を測定した。溶融状態のシート状結晶性樹脂Bを挟持ロール50aの周面に巻き付けてから5秒後にロール速度を50m/分とした。
[工程5] 挟持ロール50a,50bを閉じ、挟持ロール50a,50bの間隔を100μmにした後、溶融状態のシート状結晶性樹脂B(厚み500μm)を圧延した。本実施例では、挟持ロール50a,50bの表面温度が圧延時のシート状結晶性樹脂Bの樹脂温度とほぼ同じになる。
[工程6] 挟持ロール50a,50bの間隔を50mmに広げ、圧延されて得られた結晶性樹脂シートCを挟持ロール50a表面から剥がし取った。得られた結晶性樹脂シートCの厚みは155μmであった。なお、シートの厚さはISO4591に従って測定した。
 得られた結晶性樹脂シートの耐熱温度、貯蔵弾性率E’を下記のようにして測定した。測定結果を表1に示す。
[耐熱温度] 測定機として、東洋ボールドウィン製バイブロン(RHEOVIBRON DDV-II-EA)を用い、測定試験片として、長さ30mm、幅2mm、厚み約0.3mm(長さ方向がシートの引き取り方向)のものを用いた。そして、周波数110Hz、位振幅0.025mmの条件で、張力5gfを試験片にかけながら測定温度を23℃から昇温速度2℃/分で昇温させ、試験片の伸び率を測定した。この伸び率が1%になったときの温度を耐熱温度とした。
[貯蔵弾性率E’]測定機として、東洋ボールドウィン製バイブロン(RHEOVIBRON DDV-II-EA)を用い、測定試験片として、長さ30mm、幅2mm、厚み約0.3mm(長さ方向がシートの引き取り方向であり、シートの幅方向の中心から切り取った)のものを用いた。そして、周波数110Hz、位振幅0.025mm、昇温速度2℃/分の条件で、25℃、120℃、180℃の貯蔵弾性率E’を測定した。
(実施例2~4)
 製造条件を表1に示すように変更した以外は、実施例1と同様にしてシートを得た。このようにして得られたシートは、実施例1と同様に耐熱温度および貯蔵弾性率を測定した。測定結果を表1に示す。
(比較例1)
 ロール速度を16m/分に変更した以外は実施例1と同様の製造条件とした。この場合、挟持ロール50a,50bを閉じると同時に、ロール回転の遠心力により結晶性樹脂が吹き飛び、固化したシートが得られなかった。
(比較例2)
 ロール表面温度を165℃に変更した以外は実施例1と同様の製造条件とした。この場合、挟持ロール50a,50bを閉じると同時に、ロール回転の遠心力により結晶性樹脂が吹き飛び、固化したシートが得られなかった。
(比較例3)
 ロール表面温度を110℃に変更した以外は実施例1と同様の製造条件とした。この場合、挟持ロール50aに巻き付けると直ちに溶融状態のシート状結晶性樹脂βの固化が始まり、結晶性樹脂は得られなかった。
(比較例4)
 シリンダーの口径が25mmの単軸押出機、300mm幅のTダイを備えたキャストフィルム成形機を用い、220℃で実施例1と同様のポリプロピレンを押出成形し、キャストロールとエアナイフを用いた一般的なキャストフィルム成形を行った。その際、キャストロールの温度は30℃とした。
 このようにして得られたシートの厚さは、356μmであった。得られたシートについて実施例1と同様にして、このシートの耐熱温度および貯蔵弾性率を測定した。測定結果を表1に示す。
(比較例5,6)
 比較例1のようにロール温度が低く、Zが大きい場合は、圧延時に固化しない。その為、ロール表面温度を低くし、溶融樹脂を冷却しつつ連続的に成形を行った。
 具体的には、以下のような工程1~4を順に実施した。
[工程1] 実施例1と同様に図1に示す製造装置1を用い、実施例1と同様のポリプロピレンをスリットダイ30から吐出させて、溶融状態のシート状の結晶性樹脂Aを形成させた。
[工程2] 溶融状態のシート状の結晶性樹脂Aを冷却手段40のチャンバ41内の冷却ガス(液体窒素中を通した空気)により冷却し、冷却したシート状の結晶性樹脂Bを一対の挟持ロール50a,50b(表面温度40℃)に挟んで圧延した。なお、赤外線温度センサーにより、挟持ロール50a,50bに挟まれる前のシート状の結晶性樹脂Bの樹脂温度を測定したところ、150℃であった。
[工程3] 圧延後のシート状の結晶性樹脂Cを挟持ロール50aから剥離し、ガイドロール60に移送し、ガイドロール60にて移送方向を屈曲させて、引き取りロール70に移送した。
[工程4] 引き取りロール70によりシート状の結晶性樹脂Dを引き取った。得られたシートについて実施例1と同様にして、耐熱温度および貯蔵弾性率を測定した。測定結果を表1に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
 上述のように、実施例1~4の製造方法は、以下のような製造条件に調整した。[1]挟持ロール50a,50bに供給するシート状の結晶性樹脂Bの厚みを、圧延後のシートの厚みの1.3~8.0倍にした。
[2]圧延時のシート状の結晶性樹脂の温度を結晶化温度以上融点以下にした。[3]ロール速度を式(1)の範囲に調整した。
その結果、この実施例1~4の製造方法では、得られたシートの耐熱温度および貯蔵弾性率E’が高かった。
 具体的には、実施例1~4の製造方法を用いて得られたシートの貯蔵弾性率は、25℃において、比較例4に示す一般的な製造方法を用いて得られたシートの2~3倍の値であった。また、比較例4~6に示す一般的な製造方法を用いて得られたシートの貯蔵弾性率が、120℃において、用途によっては実用性を失う程度まで低下した。しかしながら、実施例1~4の製造方法を用いて得られたシートは、充分な貯蔵弾性率を示した。
 また、貯蔵弾性率は応力を付与しながら測定するため、一般的には融点を超える温度では測定困難である。ただし、実施例1~4で得られたシートでは180℃においても形状を維持することができ、高い弾性率を示した。1%を超える伸び率を示したのは融点を超えた200℃付近であり、高い耐熱性を有することが判明した。
 これに対し、比較例1~4の製造方法では、以下のような結果になった。
(比較例1)ロール速度が遅かった結果、Zの値が大きくなった。そのため、結晶性樹脂は固化せず、シートは得ることができなかった。挟持ロール50a,50bの間隔からZの値を見積もると0.198となり、Zが0.09以下になっていないと推測できる。
(比較例2)ロール表面温度が高すぎた結果、圧延時のシート状の結晶性樹脂の温度が融点を超えていた。そのため、ロール速度が速くても結晶性樹脂は固化せず、シートを得ることができなかった。
(比較例3)ロール表面温度が低すぎた結果、圧延前のシート状の結晶性樹脂Bの温度が結晶化温度以下であった。そのため、挟持ロール50a周面に巻き付けた直後に結晶性樹脂Bが固化し、シートとして得ることができなかった。
(比較例4)比較例4の製造方法は、溶融した結晶性樹脂をロールにより冷却して固化させる一般的なシート成形方法である。この製造方法を用いて得られたシートの耐熱温度および貯蔵弾性率は、共に低かった。
(比較例5,6)挟持ロール50a,50bにより圧延したが、ロール速度が充分に速くなかった。その結果、Zの値が大きくなったため、得られたシートの耐熱温度および貯蔵弾性率が共に低かった。
本発明の結晶性樹脂フィルムまたはシートの製造方法および製造装置によれば、結晶性樹脂の分子鎖を大量にかつ連続的に高い配向性で配向させることができる。すなわち、機械的特性、耐熱性および透明性に優れた結晶性樹脂フィルムまたはシートを工業的に製造することができる。
 1 製造装置
 10 押出機
 11 シリンダー
 12 スクリュー
 13 モータ
 14 ホッパ
 20 ギアポンプ
 21 ハウジング
 30 スリットダイ
 40 冷却手段
 41 チャンバ
 42 冷却ガス供給管
 43 排出管
 50a,50b 挟持ロール
 60 ガイドロール
 70 引き取りロール
 80 巻き付き防止手段

Claims (10)

  1.  溶融状態のフィルム状またはシート状の結晶性樹脂を一対の挟持ロールに挟んで圧延する結晶性樹脂フィルムまたはシートの製造方法であって、
     挟持ロールに供給するフィルム状またはシート状の結晶性樹脂の厚みを、圧延後のフィルムまたはシートの厚みの1.3~8.0倍に、
    圧延時のシート状の結晶性樹脂の温度を結晶化温度以上融点以下に、
    ロール速度を、下記式(1)で表されるZが0.09以下になるように、
    調整する結晶性樹脂フィルムまたはシートの製造方法。
     式(1) Z=[(挟持ロールの半径[mm]×圧延後のフィルムまたはシートの厚み[mm])1/2]/ロール速度[m/分]
  2.  溶融状態のフィルム状またはシート状の結晶性樹脂は、溶融させた結晶性樹脂を、スリット状の開口部を有するダイから吐出させて得る請求項1に記載の結晶性樹脂フィルムまたはシートの製造方法。
  3.  圧延後のフィルム状またはシート状の結晶性樹脂を挟持ロールから剥離させ、圧延後のフィルム状またはシート状の結晶性樹脂が挟持ロールから離れる部分に向けて気体を噴射する請求項1に記載の結晶性樹脂フィルムまたはシートの製造方法。
  4.  各挟持ロールの周面をあらかじめ離型処理する請求項1に記載の結晶性樹脂フィルムまたはシートの製造方法。
  5.  圧延時のフィルム状またはシート状の結晶性樹脂の温度をT、結晶化温度をT、融点をTとした際に、下記式(2)で求められるXの値の範囲を0.05~0.90にするように結晶性樹脂の温度Tを調整する請求項1に記載の結晶性樹脂フィルムまたはシートの製造方法。
     式(2) X=(T-T)/(T-T
  6.  結晶性樹脂を溶融しながら供給する押出機と、
     この押出機より下流側に設けられたギアポンプと、
     このギアポンプより下流側に設けられた、スリット状の開口部を有するダイと、
     このダイから吐出された溶融状態のフィルム状またはシート状の結晶性樹脂を、結晶化温度以上融点以下に冷却する冷却手段と、
     この冷却手段を通過したフィルム状またはシート状の結晶性樹脂を挟んで圧延する一対の挟持ロールとを具備し、
     前記一対の挟持ロールは、冷却手段を通過したフィルム状またはシート状の結晶性樹脂の厚みが、圧延後のフィルムまたはシートの厚みの1.3~8.0倍になるように配置されている結晶性樹脂フィルムまたはシートの製造装置。
  7.  下記式(1)で表されるZが0.09以下である請求項6に記載の結晶性樹脂フィルムまたはシートの製造装置。
     式(1) Z=[(挟持ロールの半径[mm]×圧延後のフィルムまたはシートの厚み[mm])1/2]/ロール速度[m/分]
  8.  一対の挟持ロールの下流側に、圧延したフィルムまたはシートを引き取る引き取り手段を具備する請求項6に記載の結晶性樹脂フィルムまたはシートの製造装置。
  9.  圧延後のフィルム状またはシート状の結晶性樹脂が挟持ロールから離れる部分に向けて気体を噴射させる巻き付き防止手段を具備する請求項8に記載の結晶性樹脂フィルムまたはシートの製造装置。
  10.  各挟持ロールの周面が離型処理されている請求項6に記載の結晶性樹脂フィルムまたはシートの製造装置。
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