(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022097439
(43)【公開日】2022-06-30
(54)【発明の名称】結晶性樹脂シートの製造方法
(51)【国際特許分類】
B29C 43/58 20060101AFI20220623BHJP
C08J 5/18 20060101ALI20220623BHJP
B29C 43/46 20060101ALI20220623BHJP
B29C 48/08 20190101ALI20220623BHJP
B29C 48/305 20190101ALI20220623BHJP
B29C 48/88 20190101ALI20220623BHJP
B29C 55/18 20060101ALI20220623BHJP
【FI】
B29C43/58
C08J5/18
B29C43/46
B29C48/08
B29C48/305
B29C48/88
B29C55/18
【審査請求】未請求
【請求項の数】6
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2021204313
(22)【出願日】2021-12-16
(31)【優先権主張番号】P 2020210354
(32)【優先日】2020-12-18
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(71)【出願人】
【識別番号】597021842
【氏名又は名称】サンアロマー株式会社
(71)【出願人】
【識別番号】520501193
【氏名又は名称】株式会社滑疑舎
(74)【代理人】
【識別番号】100141139
【弁理士】
【氏名又は名称】及川 周
(74)【代理人】
【識別番号】100152272
【弁理士】
【氏名又は名称】川越 雄一郎
(74)【代理人】
【識別番号】100152146
【弁理士】
【氏名又は名称】伏見 俊介
(74)【代理人】
【識別番号】100181722
【弁理士】
【氏名又は名称】春田 洋孝
(72)【発明者】
【氏名】丸山 真範
(72)【発明者】
【氏名】池田 正幸
(72)【発明者】
【氏名】水谷 容子
(72)【発明者】
【氏名】梶岡 寛
(72)【発明者】
【氏名】坂井 和彦
(72)【発明者】
【氏名】田頭 克春
(72)【発明者】
【氏名】岡田 聖香
(72)【発明者】
【氏名】彦坂 正道
【テーマコード(参考)】
4F071
4F204
4F207
4F210
【Fターム(参考)】
4F071AA20
4F071AA81
4F071AA84
4F071AA89
4F071AC09
4F071AE05
4F071AE22
4F071AF11
4F071AF20Y
4F071AF30Y
4F071BA01
4F071BB04
4F071BC01
4F071BC12
4F204AA11
4F204AC03
4F204AG01
4F204AR08
4F204AR12
4F204FA06
4F204FB02
4F204FG08
4F204FJ09
4F204FN11
4F204FN21
4F204FQ31
4F207AA11
4F207AB08
4F207AG01
4F207AR06
4F207AR08
4F207AR12
4F207KA01
4F207KA17
4F207KK64
4F207KL84
4F207KM15
4F207KM16
4F210AA11
4F210AB08
4F210AG01
4F210AR06
4F210AR08
4F210AR12
4F210QA04
4F210QC02
4F210QG01
4F210QG18
4F210QN01
4F210QN21
4F210QN22
(57)【要約】
【課題】伸長ひずみ速度を従来よりも小さくしながらも、NOCを含み、機械的特性及び透明性が高い結晶性樹脂シートの製造方法を提供する。
【解決手段】溶融状態のシート状の結晶性樹脂組成物を一対の挟持ロールに挟んで圧延する、結晶性樹脂シートの製造方法であって、前記結晶性樹脂組成物は、結晶性樹脂及び溶融型核剤を含み、前記一対の挟持ロールの半径をR、圧延後のシートの平均厚さをL、前記一対の挟持ロールにおけるシート引取速度をVとしたとき、特定の式で表されるシート伸長方向の平均伸長ひずみ速度ε(R,L,V)が1.0s-1~30s-1になるように調整する、結晶性樹脂シートの製造方法。
【選択図】なし
【特許請求の範囲】
【請求項1】
溶融状態のシート状の結晶性樹脂組成物を一対の挟持ロールに挟んで圧延する、結晶性樹脂シートの製造方法であって、
前記結晶性樹脂組成物は、結晶性樹脂及び溶融型核剤を含み、
前記一対の挟持ロールの半径をR、圧延後のシートの平均厚さをL、前記一対の挟持ロールにおけるシート引取速度をVとしたとき、
下記式(1)で表されるシート伸長方向の平均伸長ひずみ速度ε(R,L,V)が1.0s
-1~30s
-1になるように調整する、結晶性樹脂シートの製造方法。
【数1】
【請求項2】
前記結晶性樹脂組成物をスリット状の開口部を有するダイから吐出させることにより、前記溶融状態のシート状の結晶性樹脂組成物を得る、請求項1に記載の結晶性樹脂シートの製造方法。
【請求項3】
圧延後のシートを前記挟持ロールから剥離させ、圧延後のシートが前記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又は2に記載の結晶性樹脂シートの製造方法。
【請求項4】
前記一対の挟持ロールのうち少なくとも一方の周面をあらかじめ離型処理する、請求項1~3の何れか一項に記載の結晶性樹脂シートの製造方法。
【請求項5】
圧延直前の前記結晶性樹脂組成物の温度をTe、前記一対の挟持ロールの温度をTr、DSCにより測定される前記結晶性樹脂組成物の結晶化温度をTc、融点をTmとしたとき、
前記温度Teと前記温度Trを調整することにより、(Te-Tm)の値の範囲を-15~130℃、および(Tc-Tr)の値の範囲を-10~130℃にする、請求項1~4の何れか一項に記載の結晶性樹脂シートの製造方法。
【請求項6】
圧延直前の前記結晶性樹脂組成物の温度をTe、前記一対の挟持ロールの温度をTr、DSCにより測定される前記結晶性樹脂組成物の結晶化温度をTc、融点をTmとしたとき、
前記温度Teと前記温度Trを調整することにより、(Te-Tm)の値の範囲を0~90℃、および(Tc-Tr)の値の範囲を10~110℃にする、請求項1~5の何れか一項に記載の結晶性樹脂シートの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、結晶性樹脂シートの製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、ポリプロピレン等の結晶性樹脂の融液を圧延してシート(厚さ0.1mm程度のフィルムも含む)を成形する際に、伸長ひずみ速度を調整することにより、融液中の高分子鎖の配向を揃えて結晶性を高める技術が開示されている(例えば、特許文献1~4、非特許文献1および2)。
特許文献2には、伸長ひずみ速度を臨界値以上に設定することにより、ナノメートル単位のサイズで配向した結晶(NOC;Nano-oriented crystal)を高い割合で含むシートを工業規模で生産可能な製造方法が開示されている。
NOCを含むシートは、その機械的強度、耐熱性、透明性等が優れるので、エンジニアリングプラスチックの代替品として活用することが期待されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特許第5339350号公報
【特許文献2】特許第5534458号公報
【特許文献3】特許第5765707号公報
【特許文献4】特許第5995201号公報
【非特許文献】
【0004】
【非特許文献1】K. Okada et al., Polym. J., 42, 464-473 (2010)
【非特許文献2】K. Okada et al., Polym. J., 50, 167-176 (2018)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
NOCに関する従来の研究開発では、結晶性樹脂の融液に不純物を混入させず、その組成を単純化したうえで、融液中の高分子を配向させて結晶化させるべく、圧延に供する樹脂温度、挟持ロールの半径、圧延伸長後のシート厚さ、及びシート引取速度を調整する方針が採用されてきた。これにより、例えば特許文献2に開示された伸長ひずみ速度の条件に従えば、NOCを含む結晶内高分子鎖の配向度を示す配向関数fcや結晶化度χcが0.9を超え、引張弾性率等の機械的特性や透明性に優れたシートの製造も可能となっている。
【0006】
ところで、上記のような究極的に優れた特性のシートが得られる従来の伸長ひずみ速度は数百s-1程度である。これを数十s-1程度に下げたときにも、ある程度優れた特性を有するシートが得られれば、伸長ひずみ速度に関する製造条件を緩和する又は広くすることができるので望ましい。
【0007】
そこで、本発明は、伸長ひずみ速度を従来よりも小さくしながらも、NOCを含み、機械的特性及び透明性が高い結晶性樹脂シートの製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明は、以下の態様を有する。
[1] 溶融状態のシート状の結晶性樹脂組成物を一対の挟持ロールに挟んで圧延する、結晶性樹脂シートの製造方法であって、
前記結晶性樹脂組成物は、結晶性樹脂及び溶融型核剤を含み、
前記一対の挟持ロールの半径をR、圧延後のシートの平均厚さをL、前記一対の挟持ロールにおけるシート引取速度をVとしたとき、
下記式(1)で表されるシート伸長方向の平均伸長ひずみ速度ε(R,L,V)が1.0s-1~30s-1になるように調整する、結晶性樹脂シートの製造方法。
【0009】
【0010】
[2] 前記結晶性樹脂組成物をスリット状の開口部を有するダイから吐出させることにより、前記溶融状態のシート状の結晶性樹脂組成物を得る、[1]に記載の結晶性樹脂シートの製造方法。
[3] 圧延後のシートを前記挟持ロールから剥離させ、圧延後のシートが前記挟持ロールから離れる部分に向けて気体を噴射する、[1]または[2]に記載の結晶性樹脂シートの製造方法。
[4] 前記一対の挟持ロールのうち少なくとも一方の周面をあらかじめ離型処理する、[1]~[3]の何れか一項に記載の結晶性樹脂シートの製造方法。
[5] 圧延直前の前記結晶性樹脂組成物の温度をTe、前記一対の挟持ロールの温度をTr、DSCにより測定される前記結晶性樹脂組成物の結晶化温度をTc、融点をTmとしたとき、前記温度Teと前記温度Trを調整することにより、(Te-Tm)の値の範囲を-15~130℃、および(Tc-Tr)の値の範囲を-10~130℃にする、[1]~[4]の何れか一項に記載の結晶性樹脂シートの製造方法。
[6] 圧延直前の前記結晶性樹脂組成物の温度をTe、前記一対の挟持ロールの温度をTr、DSCにより測定される前記結晶性樹脂組成物の結晶化温度をTc、融点をTmとしたとき、前記温度Teと前記温度Trを調整することにより、(Te-Tm)の値の範囲を0~90℃、および(Tc-Tr)の値の範囲を10~110℃にする、[1]~[5]の何れか一項に記載の結晶性樹脂シートの製造方法。
【発明の効果】
【0011】
本発明の製造方法によれば、圧延に供する結晶性樹脂組成物が溶融型核剤を含んでいるので、従来と比べて小さい伸長ひずみ速度であっても、NOCを含み、機械的特性及び透明性が高い結晶性樹脂シートを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【
図1】溶融状態のシート状の結晶性樹脂組成物を一対の挟持ロールで圧延している様子を示す概略図である。
【
図2】圧延後のシートの向きと、そのシートから切り出した試料片の部位を区別するための符号を示す模式的な斜視図である。
【
図3】実施例1-1の測定データであり、(a)は試料片の偏光顕微鏡像(edge view)であり、(b)は試料片の厚さ(ND)に対するL
peakの分布図であり、(c)は試料片のφ
azimuthとNDに対するに対するI
WAXD,
(040)の分布図である。
【
図4】実施例1-1の試料片の各部位におけるSAXSパターン(edge view)である。
【
図5】実施例1-1の測定データであり、(a)は試料片の各部位におけるWAXDパターン(edge view)であり、(b)は散乱角2θに対するI
WAXDであり、(c)はq(散乱ベクトル)に対するI
SAXSである。
【
図6】実施例2-1の測定データであり、(d)は試料片の偏光顕微鏡像(edge view)であり、(e)は試料片の厚さに対するL
peakの分布図であり、(f)は試料片のφ
azimuthと厚さ(ND)に対するに対するI
WAXD,
(040)の分布図である。
【
図7】実施例2-1の試料片の各部位におけるSAXSパターン(edge view)である。
【
図8】実施例2-1の測定データであり、(d)は試料片の各部位におけるWAXDパターン(edge view)であり、(e)は散乱角2θに対するI
WAXDであり、(f)はq(散乱ベクトル)に対するI
SAXSである。
【
図9】実施例3-3の試料片の偏光顕微鏡像(through、edge、end view)である。
【
図10】実施例3-2の試料片のSAXSパターン(through、edge、end view)である。
【
図11】実施例3-2の試料片のWAXDパターン(through、edge、 end view)である。
【発明を実施するための形態】
【0013】
本発明の第一態様は、溶融状態のシート状の結晶性樹脂組成物を一対の挟持ロールに挟んで圧延する、結晶性樹脂シートの製造方法である。
【0014】
本明細書において、「シート」は「フィルム」を含む概念の用語である。一般に、厚さ0.1mm程度のものをフィルム、厚さ0.15mm以上のものをシートと呼称して両者を区別する場合があるが、本明細書では特に明記しない限り、両者を呼称で区別しない。
【0015】
本態様の製造方法で使用するシート成形装置は、シート状の結晶性樹脂組成物の融液を一対の挟持ロールへ供給し、これを圧延することが可能なものであれば特に制限されず、公知の装置を適用することができる。例えば特許文献2に概略が例示された連続成形機10やバッチ成形機20等が挙げられる。前記一対の挟持ロールのうち少なくとも一方はシートの伸長方向に回転可能に備えられている。また、前記一対の挟持ロールの半径Rは互いに等しくされている。
【0016】
前記シート成形装置は、溶融した結晶性樹脂組成物を吐出するダイを有するものが好ましい。前記一対の挟持ロールに前記結晶性樹脂組成物をシート状で供給することが容易であることから、前記ダイは、スリット状の開口部(吐出部)を有することが好ましい。
前記スリット状の開口部の幅(リップギャップ)、すなわち前記一対の挟持ロールに供給されるシート状の結晶性樹脂組成物の厚さは、例えば、0.1mm~5mm程度が挙げられ、0.5mm~1.5mm程度が好ましい。
【0017】
本態様の結晶性樹脂組成物の溶融状態の温度は、シート状にして前記一対の挟持ロールに供給でき、圧延によってシートに成形可能な圧延する前の温度であればよく、DSCにより測定される前記結晶性樹脂の融点以上であってもよいし、DSCにより測定される前記結晶性樹脂の融点未満の温度(過冷却状態になる温度)であってもよい。
【0018】
前記一対の挟持ロールにおける圧延直前(ダイから吐出した後であって圧延する直前)の前記結晶性樹脂組成物の温度をTe、前記一対の挟持ロールの温度をTr、DSCにより測定される前記結晶性樹脂組成物の結晶化温度をTc、融点をTmとする。このとき、前記温度Teと前記温度Trを調整することにより、(Te-Tm)の値の範囲を-15~130℃にするとともに(Tc-Tr)の値の範囲を30~130℃にすることが好ましく、(Te-Tm)=30~120℃および(Tc-Tr)=50~120℃にすることがより好ましく、(Te-Tm)=60~110℃および(Tc-Tr)=70~110℃にすることがさらに好ましく、(Te-Tm)=70~100℃および(Tc-Tr)=80~110℃にすることが特に好ましく、(Te-Tm)=80~100℃および(Tc-Tr)=90~110℃にすることが最も好ましい。各温度が上記範囲であると、NOCを含み、機械的特性及び透明性が高い結晶性樹脂シートがより容易に得られる。
また、他の好ましい態様として、(Te-Tm)の値の範囲を-15~130℃にするとともに(Tc-Tr)の値の範囲を-10~130℃にすることが好ましく、(Te-Tm)=-5~110℃および(Tc-Tr)=-5~120℃にすることがより好ましく、(Te-Tm)=0~90℃および(Tc-Tr)=0~110℃にすることがさらに好ましく、(Te-Tm)=10~70℃および(Tc-Tr)=5~110℃にすることが特に好ましく、(Te-Tm)=20~50℃および(Tc-Tr)=10~110℃にすることが最も好ましい。各温度が上記範囲であると、NOCを含み、機械的特性及び透明性が高い結晶性樹脂シートがより容易に得られる。
【0019】
前記結晶性樹脂組成物の温度Teは、ダイから吐出した後であって圧延する直前の樹脂組成物の温度の値である。
前記一対の挟持ロールの温度Trは、各挟持ロールの表面温度の値である。前記一対の挟持ロールの温度Trは互いに等しくされている。
TeおよびTrは任意の方法で測定できるが、放射温度計等の非接触型温度計を使用して測定することが好ましい。
【0020】
本態様の製造方法において、前記結晶性樹脂組成物の圧延後のシートが前記一対の挟持ロールの何れかに巻き付くことを防止するために、圧延後のシートを後段に送るべく前記挟持ロールから剥離させたときに、圧延後の前記シートが前記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。噴射速度は、例えば50~200m3/分が挙げられる。
また、前記一対の挟持ロールのうち少なくとも一方の周面は、圧延後のシートが前記周面から容易に剥離させるために、予め離型処理されていることが好ましい。離型処理としては、例えば、シリコーンやフッ素樹脂等の離型剤を前記周面に塗布または噴霧する方法などが挙げられる。
【0021】
前記結晶性樹脂組成物は、結晶性樹脂及び溶融型核剤を含む。
【0022】
前記結晶性樹脂は、伸長成形することが可能な熱可塑性樹脂であり、例えば、ポリオレフィン(またはポリアルキレン)、ポリアミド、ポリエステル、ポリエーテル、液晶ポリマー、フッ素樹脂、ビニル樹脂、ポリフェニレンスルフィド、ポリ乳酸、ポリアセタール、ポリエーテルニトリル等が挙げられる。
ポリオレフィンとしては、例えば、ポリエチレン、アイソタクチックポリプロピレン(iPP)、シンジオタクチックポリプロピレン、ポリ(1-ブテン)、ポリ(4-メチルペンテン)、結晶性エチレン・プロピレン共重合体等が挙げられる。前記iPPの剛性を表すアイソタクチック分率mmmmは93%以上が好ましく、97%以上がより好ましい。
ポリアミドとしては、例えば、ナイロン6、ナイロン66、ナイロン12;全芳香族ポリアミド等が挙げられる。
ポリエステルとしては、例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート等の脂肪族芳香族ポリエステル;全芳香族ポリエステル;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が挙げられる。
ポリエーテルとしては、例えば、ポリエーテルエーテルケトン等が挙げられる。
液晶ポリマーとしては、例えば、液晶ポリエステル等が挙げられる。
フッ素樹脂としては、例えば、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が挙げられる。
ビニル樹脂としては、例えば、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、ポリビニルアルコール、ポリ塩化ビニル等が挙げられる。
これらの結晶性樹脂は単独で使用してもよいし、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い。
【0023】
前記溶融型核剤としては、結晶性樹脂と溶融状態で相溶して相溶融液を形成し、結晶性樹脂が固化する前にゲル化して3次元(3D)網目構造を形成するものであれば限定されないが、ノニトール系核剤、キシリトール系核剤、ソルビトール系核剤、およびトリアミド系核剤から選択されることが好ましい。ノニトール系の構造を有する核剤として、例えば、1,2,3―トリデオキシ-4,6:5,7-ビス-[(4-プロピルフェニル)メチレン]-ノニトール、キシリトール系の構造を有する核剤として、例えば、ビス-1,3:2,4-(5’,6’,7’,8’-テトラヒドロ-2-ナフトアルデヒドベンジリデン)1-アリルキシリトール、ビス-1,3:2,4-(3’,4’-ジメチルベンジリデン)1-プロピルキシリトール、ソルビトール系の構造を有する核剤として、例えば、ビス-1,3:2,4-(4’-エチルベンジリデン)1-アリルソルビトール、ビス-1,3:2,4-(3'-メチル-4'-フルオロ-ベンジリデン)1-プロピルソルビトール、ビス-1,3:2,4-(3',4'-ジメチルベンジリデン)1'-メチル-2'-プロペニルソルビトール、ビス-1,3,2,4-ジベンジリデン2',3'-ジブロモプロピルソルビトール、ビス-1,3,2,4-ジベンジリデン2'-ブロモ-3'-ヒドロキシプロピルソルビトール、ビス-1,3:2,4-(3'-ブロモ-4'-エチルベンジリデン)-1-アリルソルビトール、モノ2,4-(3'-ブロモ-4'-エチルベンジリデン)-1-アリルソルビトール、ビス-1,3:2,4-(4'-エチルベンジリデン)1-アリルソルビトール、ビス-1,3:2,4-(3',4'-ジメチルベンジリデン)1-メチルソルビトール、ビス(P-メチルベンジリデン)ソルビトール、1,3:2,4-ビス-o-(4-メチルベンジリデン)-D-ソルビトール、トリアミド系の構造を有する核剤として、例えば、1,3,5-トリス(2,2-ジメチルプロパンアミド)ベンゼン、1,2,3-プロパントリカルボン酸N,N',N''-トリス(2-メチルシクロヘキシル)アミド等が挙げられる。
本発明の組成物に用いられるノニトール系の市販の溶融型核剤として、例えば、Millad NX8000(ミリケン社製)、ソルビトール系の市販の溶融型核剤として、例えば、RiKAFAST R-1(新日本理化株式会社製)、Millad 3988(ミリケン社製)、ゲルオールE-200(新日本理化株式会社製)、ゲルオールMD(新日本理化株式会社製)、トリアミド系の市販の溶融型核剤として、例えば、IRGACLEAR XT386(BASF社製)、リカクリア PC1(新日本理化株式会社製)等が挙げられる。溶融型核剤は1種を単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
結晶性樹脂が溶融型透明核剤の添加により著しく容易にNOCを生成する理由は、相溶融液の伸長下で核剤が3D網目を自己組織化する過程で、核剤の3D網目に結晶性樹脂の高分子鎖がepitaxialに不均一核生成するとともに、3D網目がMD(Machine Direction)に効率よく伸長されることによって、結晶性樹脂の高分子鎖が核生成・成長の前にエントロピー緩和することを抑制するためと考えられる。しかし、この仮説に限定されない。
【0024】
前記結晶性樹脂組成物の総質量に対する前記溶融型核剤の含有量としては、0.01~5質量%が好ましく、0.1~2質量%がより好ましく、0.2~1質量%がさらに好ましい。上記範囲であると本発明の効果がより一層得られる。前記範囲の上限値を超えて含有しても、効果は頭打ちであり、経済性の観点から好ましくない。
【0025】
本発明の結晶性樹脂組成物は、任意成分として、本発明の効果を損なわない範囲で、前記結晶性樹脂以外の合成樹脂又は合成ゴム、前記溶融型核剤以外の添加剤が含まれてもよい。これらの任意成分は1種のみでもよいし、2種以上でもよい。含有量は公知の量としてよい。
【0026】
本発明の結晶性樹脂組成物が含有してもよい、前記溶融型核剤以外の添加剤としては、例えば、無機充填材、酸化防止剤、中和剤、前記溶融型核剤以外の核剤、耐候剤、顔料(有機または無機)、内部滑剤、外部滑剤、アンチブロッキング剤、帯電防止剤、塩素吸収剤、耐熱安定剤、光安定剤、紫外線吸収剤、スリップ剤、防曇剤、難燃剤、分散剤、銅害防止剤、可塑剤、発泡剤、気泡防止剤、架橋剤、過酸化物、油展等が挙げられる。
これらの添加剤は1種のみでもよいし、2種以上でもよい。含有量は公知の量としてよい。
【0027】
前記溶融状態のシート状の結晶性樹脂組成物は、前記結晶性樹脂及び前記溶融型核剤、必要に応じて前記任意成分を公知の方法で混合することにより得られる。
本態様の製造方法を容易に実施する観点から、前記結晶性樹脂組成物は、任意成分を含まず、前記結晶性樹脂及び前記溶融型核剤のみを含むことが好ましい。
【0028】
前記溶融状態のシート状の結晶性樹脂組成物を圧延する前記挟持ロールの半径をR、圧延後のシートの平均厚さをL、前記挟持ロールにおけるシート引取速度をVとする。
このとき、前記式(1)で表されるシート伸長方向の平均伸長ひずみ速度ε(R,L,V)が1.0s-1以上30s-1以下になるように調整することにより、目的の結晶性樹脂シートを得ることができる。前記平均伸長ひずみ速度εは25s-1以下が好ましい。
【0029】
本態様の平均伸長ひずみ速度εは、例えば、1.0~30s-1が好ましく、1.5~30s-1がより好ましく、2.0~30s-1がさらに好ましい。
本態様の平均伸長ひずみ速度εは、次の範囲が特に好ましい。すなわち、1.0~25s-1が好ましく、1.5~25s-1がより好ましく、2.0~25s-1がさらに好ましい。
上記範囲であると、NOCを含む結晶性樹脂シートをより容易に得ることができる。
本態様の結晶性樹脂組成物には前記溶融型核剤が含まれるので、平均伸長ひずみ速度εを従来の毎秒数百のオーダーから一桁下げた毎秒数十のオーダーに設定したときにも、結晶性樹脂組成物から成形する結晶性樹脂シートにNOCを含ませることができる。
したがって、前記式(1)の分子として規定されるシート引取速度Vを従来よりも下げて低速で製造することができる。また、前記式(1)の分母の平方根内に規定される挟持ロールの半径Rを大きくして製造することができるし、シートの平均厚さLを増やして製造することができる。
【0030】
ここで、前記式(1)で表される平均伸長ひずみ速度εは、特許文献2や上記の岡田らの論文(非特許文献2)で挟持ロールが変形しないという条件に対して導出された通りである。特許文献2のシート製造方法では、製造される高分子シートに観察されるNOCに由来する光学的特徴が一変する(NOC含有率が急激に高まる)平均伸長ひずみ速度εを、特に臨界伸長ひずみ速度ε*と定義している。
本態様においては、製造される結晶性樹脂シートがNOCを含むものであればよく、特許文献2で説明されたように、その光学的特徴が一変するほどの高い割合でNOCを含むことを必須の要件とはしない。なお、結晶性樹脂シートがNOCを含むか否かは、偏光顕微鏡観察又はSAXS測定により公知の判断基準に基づいて容易に判別することができる。
後述の実施例および比較例で示すように、本態様の製造方法によれば平均伸長ひずみ速度εを小さくしてもNOCを含む結晶性樹脂シートが得られており、本態様の製造方法における臨界伸長ひずみ速度ε*は、特許文献2や上記の岡田らの論文(非特許文献1)の臨界伸長ひずみ速度ε*よりも小さくなっている。
【0031】
前記(1)において、シート引取速度Vは、例えば0.5~100m/分とすることができ、1.0~50m/分が好ましく、2.0~25m/分がより好ましく、4.0~15m/分がさらに好ましい。ここで、シート引取速度Vは回転によって生じるロール表面の移動速度から算出された値である。
前記式(1)において、一対の挟持ロールの半径Rは、例えば50~250mmとすることができ、70~200mmが好ましく、80~180mmがより好ましく、90~180mmがさらに好ましい。ここで、挟持ロールの半径Rはスチール製の巻き尺を用いて測定された挟持ロールの直径の1/2の値である。
前記式(1)において、圧延後のシートの平均厚さLは、例えば100~3000μmとすることができ、200~3000μmが好ましく、200~1500μmがより好ましく、200~1000μmがさらに好ましい。ここで、圧延後のシートの平均厚さLはベータ線膜厚計等の公知の方法により測定された値である。
以上の好適なV,R,Lであると、前記式(1)で表されるシート伸長方向の平均伸長ひずみ速度ε(R,L,V)が1.0s-1以上になるように調整することが容易である。
【0032】
本態様の製造方法によって得られた結晶性樹脂シートは以下の物性を有することが好ましい。
【0033】
前記結晶性樹脂シートの平均厚さは、0.3mm以上が好ましく、0.4mm以上がより好ましく、0.5mm以上がさらに好ましい。厚いほど機械的物性を高めることができる。厚さの上限値は特に制限されず、例えば5mm程度が目安として挙げられる。
【0034】
前記結晶性樹脂シートのMD(Machine Direction)及びTD(Transverse Direction)のうち少なくとも一方の引張弾性率は、1300MPa以上が好ましく、1400MPa以上がより好ましく、1500MPa以上がさらに好ましい。その上限値は特に制限されず、例えば5000MPa程度が目安として挙げられる。ここで、引張弾性率はJIS K7161-2に準拠して、室温23℃で測定された値である。
【0035】
前記結晶性樹脂シートの全ヘーズと内部ヘーズはそれぞれ次の範囲が好ましい。ヘーズが低いほど透明性が高いシートである。
全ヘーズは4%以下が好ましく、3.5%以下がより好ましく、3%以下がさらに好ましく、2.5%以下が特に好ましい。
内部ヘーズは3%以下が好ましく、2.5%以下がより好ましく、2%以下がさらに好ましく、1.5%以下が特に好ましい。
ここで、内部ヘーズは、シート表面に流動パラフィンを塗布した状態で測定したヘーズであり、全ヘーズは、シート表面に流動パラフィンを塗布せずに無処理の状態で測定したヘーズである。各ヘーズは、JIS K 7136に準拠して、シート厚さ400μmの試験片について測定した値である。
以下に実施例及び比較例を示すが、本発明は以下の実施例だけに限定されない。
【実施例0036】
[実施例1-1]
〔圧延用樹脂組成物の作製1〕
サンアロマー社製のアイソタクチックポリプロピレン(iPP)(Mw=33.3×104、Mw/Mn=6.0、キシレン可溶分(XS)=2.2wt%、立体規則性(pentad: mmmm)=93.7%)を樹脂材料として用い、これに溶融型透明核剤(ノニトール系のミリケン社製Millad NX8000)を0.5wt%、酸化防止剤(BASF社製B225)を0.24wt%および中和剤(淡南化学工業株式会社製カルシウムステアレート)を0.05wt%とともにブレンドし、押出機を用いて230℃で溶融混練して、圧延用樹脂組成物1(S1)とした。
【0037】
樹脂材料の「Mw」は質量平均分子量を意味し、「Mn」は数平均分子量を意味する。以下のように、数平均分子量(Mn)と重量平均分子量(Mw)の測定を行い、質量平均分子量(Mw)を数平均分子量(Mn)で除して分子量分布(Mw/Mn)を求めた。
装置としてポリマーラボラトリーズ社製PL GPC220を使用し、酸化防止剤を含む1,2,4-トリクロロベンゼンを移動相とし、カラムとして昭和電工株式会社製UT-G(1本)、UT-807(1本)、UT-806M(2本)を直列に接続したものを使用し、検出器として示差屈折率計を使用した。また、試料溶液の溶媒としては移動相と同じものを使用し、1mg/mLの試料濃度で、150℃の温度で振とうさせながら2時間溶解して測定試料を調製した。これにより得た試料溶液500μLをカラムに注入し、流速1.0mL/分、温度145℃、データ取り込み間隔1秒で測定した。カラムの較正には、分子量580~745万のポリスチレン標準試料(shodex STANDARD、昭和電工株式会社製)を使用し、三次式近似で行った。Mark-Houwink-Sakuradaの係数は、ポリスチレン標準試料に関しては、K=1.21×10-4、α=0.707、プロピレン系重合体に関しては、K=1.37×10-4、α=0.75を使用した。
【0038】
樹脂材料のキシレン可溶分(XS)は、ISO 16152;first edition;2005-07-01に準拠した方法で測定した。
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。
【0039】
挟持ロールで圧延する結晶性樹脂の結晶化温度(Tc)、及び前記結晶性樹脂の融点(Tm)をDSCで測定した。その測定条件は、下記の測定装置、試料の質量、測定温度パターンとした。
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℃、5分保持、(2)10℃/分で冷却して、結晶化ピークの頂点の温度(Tc)を測定。(3)30℃で10分保持、(4)10℃/分で昇温して、融解ピークの頂点の温度(Tm)を測定。
【0040】
〔ポリプロピレンシートの成形1〕
図1に模式的に示される対向ロール型シート成形機を用いて、上記S1の融液を金属製の一対の挟持ロール間で圧延伸長し、平均厚さ400μmのシートを成形した。図中、MDはMachine Direction、TDはTransverse Direction、NDはNormal Directionを表す。成形条件は、S1の圧延直前の樹脂組成物温度(Te)230℃、挟持ロール温度(Tr)60℃、引取速度(V)1.1m/分とした。
成形時のMDの平均伸長ひずみ速度εは2.6s
-1であった。
【0041】
その他の成形条件を表1に示す。表1の「挟持ロール」は、
図1に示すロール(touch roll, cast roll)の両方を指す。表1の「リップギャップ」は、溶融した樹脂組成物を吐出するダイが有するスリット状の開口部の幅(スリット幅)を意味する。表1の「ゲル化剤」は溶融型核剤を意味する。
【0042】
成形したシートの厚さ方向の異なる場所での結晶構造を観測するために、シートの幅中央部分からTDの厚さ15μmと25μmの 試料片を切り出した。
15μm厚の試料片について、クロスニコル下で鋭敏色板(sensitive color plate; scp)を使用して偏光顕微鏡観察を行った。
25μm厚の試料片について、SPring-8のBL03XUのX線(波長=0.1nm、ビーム径=φ8μm)を用いて、試料片を7μmずつNDに沿って動かしてSAXS及びWAXDを測定した。SAXSの検出器としてPILATUSを使用し、カメラ長=約1.7m、露光時間=10秒で測定した。WAXDの検出器としてSOPHIASを使用し、カメラ長=約8cm、露光時間=10秒で測定した。SAXS/WAXDの2次元パターンからバックグラウンドを除去した後、散乱強度の円環積分を行い、SAXS強度(ISAXS)及びWAXD強度(IWAXD)を得た。ISAXS―q(散乱ベクトル)における反射ピークのqpeakから最近接結晶間距離Lpeak(=2π/qpeak)を求めた。
後述するように、成形したシートの結晶構造がα晶だったので、040反射の強度を方位角(φazimuth)に沿って積分してIWAXD, (040)を得た。ここで、NDをφazimuth =0°とした。
偏光顕微鏡観察及びX線回折測定は試料片のTDを見通す方向(edge view)で行った。
【0043】
成形して得られた厚さ400μmのシートからJIS K7139に規定するタイプA2の多目的試験片を機械加工し、JIS K7161-2に従い、株式会社島津製作所製精密万能試験機(オートグラフAG-X 10kN)を用い、温度23℃、相対湿度50%、試験速度1mm/分の条件で引張弾性率を測定した。
また、成形して得られたシート厚さ400μmの試験片について、JIS K7136に従い、ヘーズ測定装置(株式会社村上色彩技術研究所製HM-150)を用いて全ヘーズと内部ヘーズを測定した。
【0044】
〔ポリプロピレンシートの評価1〕
図2に切り出した試料片の模式的な斜視図を示す。試料片のA~Eの符号は、成形したシートのNDに沿った観察位置である。A,Eは表面近傍、B,C,Dは内部を指す。
図3(a)に示す実施例1-1の偏光顕微鏡写真の分解能(約1μm)では球晶が観察されなかった。(c)にφ
azimuthと厚さ(ND)に対するI
WAXD,
(040)の分布を示した。レタデーションから結晶構造のc軸は、内部ではMDに平行であり、表面近傍では無配向であった。
図4に示す実施例1-1のSAXSパターンは、内部ではMDに2点像を、表面近傍ではリング状パターンと弱い2点像を示した。よって、シートの表面近傍を除き、NOCが主体であることが確認された。これらの測定結果から、平均伸長ひずみ速度εが2.6s
-1でNOCが生成したことが分かった。よって、本発明の製造方法における臨界伸長ひずみ速度ε
*は2.6s
-1未満であることが分かった。この値は従来(例えば上記の岡田らの論文(非特許文献1)に記載)の臨界伸長ひずみ速度ε
*の値(200s
-1)より著しく小さい。
図5に示す実施例1-1のWAXDパターンとI
WAXD―散乱角2θから、結晶構造はα晶であった。試料片の内部では結晶構造のc軸はMDに平行であり、表面近傍では無配向だった。
また、引張弾性率とヘーズは表1に示す通りであった。
以上の評価結果から、実施例1-1の製造方法によれば、結晶性樹脂組成物が溶融型核剤を含んでいるので、従来と比べて小さい伸長ひずみ速度であっても、NOCを含み、機械的強度及び透明性が高いポリプロピレンシートを製造できることが分かった。
【0045】
[実施例1-2]
S1を用い、Teを250℃、Trを30℃とした以外は、実施例1-1と同様にシートを成形し、評価した。
表1に記載した通り、実施例1-1と同様にMDに配向した2点像を示したことから、実施例1-2においても、従来と比べて小さい伸長ひずみ速度であっても、NOCを含み、機械的特性及び透明性が高いポリプロピレンシートを製造できることが分かった。
【0046】
[比較例1-1]
実施例1-1と同じ圧延用樹脂組成物S1を用いたが、ゴム製のフレックスロールに変更し、挟持ロールの半径、圧延後のシート厚さ、引取り速度等を表1の条件に変更して、実施例1-1と同様にシートを成形し、評価した。
比較例1-1の製造方法では、挟持ロールが変形するために(式(1)による伸長ひずみ速度の算出は出来ず、平均伸長ひずみ速度εが過度に小さかったので、得られたシートは、NOCを含まず、機械的強度及び透明性が実施例1-1のシートよりも劣っていた。その結果を表1に示す。
【0047】
[比較例1-2]
圧延用樹脂組成物S1に溶融型透明核剤を添加しないこと以外は、実施例1-1と同様にシートを成形し、評価した。
比較例1-2の製造方法で得たシートは、NOCを含まず、機械的強度及び透明性が実施例1-1のシートよりも劣っていた。その結果を表1に示す。
【0048】
[実施例2-1]
〔圧延用樹脂組成物の作製2〕
サンアロマー社製のプロピレン・エチレンランダム共重合体(RACO)(エチレン含量:0.5wt%、Mw=37.1×104、Mw/Mn=8.0、XS=1.5wt%、mmmm=97.4%)を樹脂材料として用い、これに上記の溶融型透明核剤(製品名:ミリケン社製Millad NX8000)を0.5wt%、酸化防止剤(BASF社製B225)を0.24wt%および中和剤(淡南化学工業株式会社製カルシウムステアレート)を0.05wt%とともにブレンドし、押出機を用いて230℃で溶融混練して、圧延用樹脂組成物2(S2)とした。
S1をS2に変更したこと以外は、実施例1-1と同様にシートを成形し、評価した。
【0049】
図6に示す実施例2-1の偏光顕微鏡写真の分解能(約1μm)では球晶が観察されなかった。(c)にφ
azimuthと厚さ(ND)に対するI
WAXD, (040)を示した。レタデーションから結晶構造のc軸は、内部ではMDに平行であり、表面近傍では無配向であった。
図7に示す実施例2-1のSAXSパターンは、内部ではMDに2点像を、表面近傍ではリング状パターンと弱い2点像を示した。よって、シートの表面近傍を除き、NOCが主体であることが確認された。これらの測定結果から、平均伸長ひずみ速度εが2.6s
-1でNOCが生成したことが分かった。よって、本発明の製造方法における臨界伸長ひずみ速度ε
*は2.6s
-1未満であることがわかった。この値は従来(例えば上記の岡田らの論文(非特許文献1)に記載)の臨界伸長ひずみ速度ε
*の値(200s
-1)より著しく小さい。
図8に示す実施例2-1のWAXDパターンとI
WAXD―散乱角2θから、結晶構造はα晶であった。試料片の内部では結晶構造のc軸はMDに平行であり、表面近傍では無配向だった。
また、引張弾性率とヘーズは表1に示す通りであった。
以上の評価結果から、実施例2-1の製造方法によれば、結晶性樹脂組成物が溶融型核剤を含んでいるので、従来と比べて小さい伸長ひずみ速度であっても、NOCを含み、機械的特性及び透明性が高いポリプロピレンシートを製造できることが分かった。
【0050】
[実施例2-2]
S2を用い、Teを250℃、Trを30℃とした以外は、実施例2-1と同様にシートを成形し、評価した。
表1に記載した通り、実施例2-1と同様にMDに配向した2点像を示したことから、実施例2-2においても、従来と比べて小さい伸長ひずみ速度であっても、NOCを含み、機械的特性及び透明性が高いポリプロピレンシートを製造できることが分かった。
【0051】
[実施例2-3]
〔圧延用樹脂組成物の作製2’〕
サンアロマー社製のプロピレン・エチレンランダム共重合体(RACO)(エチレン含量:0.5wt%、Mw=37.1×104、Mw/Mn=8.0、XS=1.5wt%、mmmm=97.4%)を樹脂材料として用い、これに上記の溶融型透明核剤(製品名:BASF社製IRGACLEAR XT386)を0.015wt%、酸化防止剤(BASF社製B225)を0.24wt%および中和剤(淡南化学工業株式会社製カルシウムステアレート)を0.05wt%とともにブレンドし、押出機を用いて230℃で溶融混練して、圧延用樹脂組成物2’(S2’)とした。
S2をS2’に変更したこと以外は、実施例2-1と同様にシートを成形し、評価した。
表1に記載した通り、実施例2-1と同様にMDに配向した2点像を示したことから、実施例2-3においても、従来と比べて小さい伸長ひずみ速度であっても、NOCを含み、機械的特性及び透明性が高いポリプロピレンシートを製造できることが分かった。
【0052】
[比較例2-1]
実施例2-1と同じ圧延用樹脂組成物S2を用いたが、ゴム製のフレックスロールに変更し、挟持ロールの半径、圧延後のシート厚さ、引取り速度等を表1の条件に変更して、実施例2-1と同様にシートを成形し、評価した。
比較例2-1の製造方法では、挟持ロールが変形するために(式(1)による伸長ひずみ速度の算出は出来ず、平均伸長ひずみ速度εが過度に小さかったので、得られたシートは、NOCを含まず、機械的強度及び透明性が実施例2-1のシートよりも劣っていた。その結果を表1に示す。
【0053】
[比較例2-2]
圧延用樹脂組成物S2に溶融型透明核剤を添加しないこと以外は、実施例2-1と同様にシートを成形し、評価した。
比較例2-2の製造方法で得たシートは、NOCを含まず、機械的強度及び透明性が実施例2-1のシートよりも劣っていた。その結果を表1に示す。
【0054】
【0055】
[実施例3-1]
〔圧延用樹脂組成物の作製3〕
サンアロマー社製のアイソタクチックポリプロピレン(iPP)(Mw=32.6×104、Mw/Mn=11.4、キシレン可溶分(XS)=1.6wt%、立体規則性(pentad: mmmm)=97.5%)を樹脂材料として用い、これに溶融型透明核剤(ノニトール系のミリケン社製Millad NX8000)を1.0wt%、酸化防止剤(BASF社製B225)を0.24wt%および中和剤(淡南化学工業株式会社製カルシウムステアレート)を0.05wt%とともにブレンドし、押出機を用いて230℃で溶融混練して、圧延用樹脂組成物3(S3)とした。
【0056】
〔ポリプロピレンシートの成形2〕
図1に模式的に示される対向ロール型シート成形機を用いて、上記S3の融液を金属製の一対の挟持ロール間で圧延伸長し、平均厚さ415μmのシートを成形した。成形条件は、S3の圧延直前の樹脂組成物温度(Te)197℃、挟持ロール温度(Tr)110℃、引取速度(V)7m/分とした。
成形時のMDの平均伸長ひずみ速度εは16s
-1であった。
その他の成形条件を表2に示す。
【0057】
[実施例3-2]及び[実施例3-3]
S3を用い、表2に示した成形条件とした以外は、実施例3-1と同様にシートを成形し、評価した。
【0058】
成形したシートの3次元的な結晶構造を観測するため、偏光顕微鏡観察及びX線回折測定を、得られたシートのND、TD、MDを見通す方向(それぞれthrough、edge、end view)で行った。
偏光顕微鏡観察は、上記と同様にクロスニコル下で鋭敏色板(sensitive color plate; scp)を使用して行った。
X線回折測定は、SPring-8のBL03XUのX線(波長=0.15nm、ビーム径=φ約35μm)を用いて、SAXS及びWAXDを測定して2次元パターンを得た。SAXSの検出器としてPILATUSを使用し、カメラ長=約3m、露光時間=3秒で測定した。WAXDの検出器としてSOPHIASを使用し、カメラ長=約26cm、露光時間=3秒で測定した。
【0059】
〔ポリプロピレンシートの評価2〕
図9に示す実施例3-3の偏光顕微鏡写真の分解能(約1μm)では球晶が観察されなかった。消光角では全ての観察方向で赤紫色であり、光学的等方性を示した(a、c、e)。一方、MDと鋭敏色板(sensitive color plate; scp)を平行に置くと、throughとedge viewでは光学的異方性が最大になったが(b、d)、TDと鋭敏色板を平行においても、end viewでは等方的であった(f)。よって、主に伸長方向(MD)にc軸が配向していることが示唆された。
図10に示す実施例3-2のSAXSパターンは、through viewでは、MDに2点像、TDに非常に弱い2点像、非常に弱いリング状パターンを示し(a)、edge viewでは、MDに2点像とNDに非常に弱い2点像を示し(b)、end viewでは、中心散漫散乱を示した(c)。よって、NOC(MDへの配列が主体)の生成が確認された。これらの測定結果から、平均伸長ひずみ速度εが23s
-1でNOCが生成したことが分かった。よって、本発明の製造方法における臨界伸長ひずみ速度ε
*は23s
-1未満であることがわかった。この値は従来(例えば上記の岡田らの論文(非特許文献1)に記載)の臨界伸長ひずみ速度ε
*の値(200s
-1)より著しく小さい。また、非特許文献1の記載に従いSAXSの2点像を用いて算出したNOCを構成する結晶(NC;Nano crystal)の平均サイズは、約18nmであった。
図11に示す実施例3-2のWAXDパターンは、through viewとedge viewでは、c軸が主にMDに配向し(a、b)、end viewでは、リング状パターンを示した(c)。よって、NOC(MDに配列)の生成が検証された。
また、引張弾性率とヘーズは表2に示す通りであった。
以上の評価結果から、実施例3-2の製造方法によれば、結晶性樹脂組成物が溶融型核剤を含んでいるので、従来と比べて小さい伸長ひずみ速度であっても、NOCを含み、機械的強度及び透明性が高いポリプロピレンシートを製造できることが分かった。また、表2に記載した通り、実施例3-1と実施例3-3についても、SAXSパターンがMDに配向した2点像を示したことから、これらの実施例においても、従来と比べて小さい伸長ひずみ速度であっても、NOCを含み、機械的特性及び透明性が高いポリプロピレンシートを製造できることが分かった。
【0060】