JP3623681B2

JP3623681B2 - 三層共押出方式で得られる厚み２５〜２５０ミクロン二軸延伸ポリプロピレン（ｂｏｐｐ）パール光沢合成紙の製造方法

Info

Publication number: JP3623681B2
Application number: JP01536599A
Authority: JP
Inventors: 林豊欽
Original assignee: 南亜塑膠工業股▲ふん▼有限公司
Priority date: 1999-01-25
Filing date: 1999-01-25
Publication date: 2005-02-23
Anticipated expiration: 2019-01-25
Also published as: JP2000211008A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は三層共押出方式で得られる厚み２５〜２５０ミクロン二軸延伸ポリプロピレンパール光沢合成紙の製造方法に関するもので、とくに三層共押出方法により、それぞれフィーダーを持つトゥイン・スクリュー主押出機１台とフィーダーを持つトゥイン・スクリュー副押出機２台から押出されたポリプロピレン樹脂と無機物の混合押出物を合流させ、１つのＴダイヘッドを経て紙状層または樹脂層／発泡中間層／紙状層または樹脂層の三層シートとし、さらに冷却成形、二軸延伸、コロナ処理、巻取りなどのステップを経て、２５〜２５０ミクロンの厚みを持つ紙状層／発泡中間層／紙状層の三層共押出両面紙状面パール光沢合成紙、紙状層／発泡中間層／樹脂層の三層共押出単面紙状面パール光沢合成紙、樹脂層／発泡中間層／樹脂層の三層共押出両面光沢面パール光沢合成紙を製造し、塗布用合成紙の塗布紙とするものを指す。
【０００２】
【従来の技術】
現在ポリオレフィン合成紙は天然パルプ抄造紙に取って代わろうとしている。ポリプロピレンの二軸延伸フィルムを基材層（中間層）とし、裏表に８〜６５重量％の無機微細粉末を含むポリプロピレン１軸延伸フィルムを紙状層とする合成紙が出願され、実用化されている。王子油化合成紙株式会社は特公昭４６−４０７９４号、特開昭５６−１４１３３９号、特開昭５６−１１８４３７号、特開平３−８７２５５号などの特許出願を提出している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
これらの製造方法では、基材層を縦方向延伸装置と横方向延伸装置の間に置き、２台の押出機を利用し、上下フィルムを作り紙状層を完成している。紙状層は横方向にだけ延伸でき、紙状層の強度は低い。紙状層の印刷性を高めるため添加されている無機微細粉末は印刷加工工程において脱落するため、印刷機器を清掃する必要がある。また、一軸延伸で得られた紙状層と二軸延伸で得られた基材層とは総延伸率が異なり、このため加熱時に、紙状層と基材層の収縮率も異なり、紙がウェーブ状に変形してしまう。さらに製造工程と製品品質の安定性を高めるため、２台の押出機で上下フィルムを完成する紙状層の製造工程では生産速度が制限され、延伸後の完成品の幅が最大６メートルにすぎない。単一の紙状層の厚みが少なくとも１０ミクロン（通常は３０ミクロン）必要なため、製品の厚みはつねに６０ミクロン以上となる。さもなくば、製品の厚みが不均一となり、印刷加工に影響が出てしまう。総体的に製造工程の難度が高く、生産コストも高いため、製品が普及しにくく、応用がむずかしい。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決するため、本発明出願人は新しい三層構造合成紙の製造方法を提出する。当該合成紙は紙状層または樹脂層／発泡中間層／紙状層または樹脂層から構成され、発泡中間層のポリプロピレン樹脂混合物を１台のフィーダーを持つトゥイン・スクリュー主押出機から、紙状層または樹脂層の樹脂混合物を２台のフィーダーを持つトゥイン・スクリュー副押出機からそれぞれ押出し、これらの押出物を合流させ、１つのＴダイヘッドを経て三層シートとし、さらに冷却成形、二軸延伸、コロナ処理、巻取りなどのステップを経て、２５〜２５０ミクロンの厚みを持つ三層共押出単／両面紙状面および両面光沢面のパール光沢合成紙を得る。本発明の製造方法は三層共押出方式を採用する。各層の押出物を合流させた後に共押出し、さらに二軸圧延して得られた合成紙は、従来の方法により二軸延伸した中間層に一軸延伸した紙状面を貼付して得られた合成紙とは構造、製造方法とも異なる。同時に副押出機から押出す原料を、無機充填剤を使用した紙状層と無機充填剤を添加していない樹脂層から選ぶことで、紙状層／発泡中間層／紙状層の三層共押出両面紙状面パール光沢合成紙、紙状層／発泡中間層／樹脂層の三層共押出単面紙状面パール光沢合成紙、樹脂層／発泡中間層／樹脂層の三層共押出両面光沢面パール光沢合成紙を製造し、塗布用合成紙の塗布紙とすることができる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明の技術内容を明確に示すため、ポリプロピレン樹脂混合物と製造工程（押出し、三層共押出、冷却、二軸延伸、コロナ処理、巻取り）について以下に説明する。本発明の二軸延伸ポリプロピレンパール光沢合成紙は三層構造を有する。その発泡中間層は１台のサイドフィーダーを持つトゥイン・スクリュー主押出機で押出す。アイソタクチック度９７％以上の高結晶性ポリプロピレン３９〜９５重量％、静電気防止剤１〜５重量％を主押出機の前方にあるホッパーで均一に攪拌し、主押出機に入れる。さらに炭酸カルシウム粉末０〜４０重量％と二酸化チタン粉末０〜２０重量％を計量後、１台または２台のサイドフィーダーで主押出機に入れる。主押出機のトゥイン・スクリューで均一に混練した後、樹脂と無機粉末の混合物をＴダイヘッドの中間ラナー（runner）に押し入れる。また、紙状層はサイドフィーダーを持つトゥイン・スクリュー副押出機２台で押出す。ポリプロピレン２０〜９９．５重量％、ポリエチレン０〜１２重量％、静電気防止剤０〜３重量％、粘着防止剤０．５〜３重量％、紫外線吸収剤０〜２重量％を副押出機前方にあるホッパーで均一に攪拌した後、副押出機に入れる。さらに炭酸カルシウム粉末０〜４０重量％と二酸化チタン粉末０〜２０重量％を計量後、１台または２台のサイドフィーダーで副押出機に入れる。副押出機のトゥイン・スクリューで均一に混練した後、樹脂と無機粉末の混合物をＴダイヘッドの両側道に押し入れる。上述の押出機３台からの押出物を合流させ、Ｔダイヘッドで共押出し、樹脂層または紙状層／発泡中間層／樹脂層または紙状層のシートを形成する。二軸延伸、コロナ処理、巻取のステップを経て、厚み２０〜２５０ミクロンの両／単面紙状面のパール光沢合成紙を製造する。本発明の製造方法で製造された合成紙は文化紙に適しており、高結晶性ポリプロピレンを主要原料としている。本発明で使用されるポリプロピレン樹脂は溶融指数（ＭＦＩ）が０．５〜８（２３０℃／２．１６ｋｇＡＳＴＭＤ１２３８）で、大部分がアイソタクチックな均一重合物とする。この種の高分子構造は分子同士が配列正しく結合している。原料の分子量とその分布状況により、パール光沢合成紙の機械強度と品質の均一性を制御することができる。本発明の製造方法で得られたパール光沢合成紙は三層構造を呈している。図１に示す通り、紙状層の紙模倣効果を高めるため、ポリエチレン、無機粉末を配合し、その用量で光沢度、筆記性、印刷性を調整することができる。ポリエチレンのＭＦＩは０．１〜７のものを採用する。ポリエチレンのＭＦＩで紙状面の強度を調整できる。本発明で使用される無機粉末は、発泡中間層の密度を下げる（延伸工程における微細孔発生を利用）ほか、紙状層にプラスチック紙とは異なる優れた筆記性と印刷性をもたらすことができる。無機粉末は炭酸カルシウム、けい藻土、クレー、酸化カルシウム、硫酸バリウム、二酸化チタンなどのグループから１種類または多種類を選んで使用する。その粒径は０．１〜１０ミクロンとし、用量は製品の需要によって決定する。本発明は側方から配合料を給送するトゥイン・スクリュー押出機で製造する。その無機粉末はサイドフィーダーから押出機に入れる。トゥイン・スクリューを利用した押出機で均一に混練することができる。このほか、無機粉末と樹脂を先に混練した複合粒を最前方のホッパーに入れ、各種樹脂と混合した後さらに押出機に入れることもできる。本発明では製品の不透明度、白色度、抗紫外線性を調整するため、二酸化チタン粉末を使用している。本発明の静電気防止剤は、通常の二軸延伸ポリプロピレン（ＢＯＰＰ）で使用されている静電気防止剤をすべて使用することができる。三級アミン類が主に使用されている。三級アミンは電荷移行性を有するため、加工摩擦で発生した静電気を除去することができる。本発明において、合成紙を巻き取る時互いに粘着するため、粘着防止剤を添加する必要がある。通常の二軸延伸ポリプロピレンで使用されているシリカ、クレー、ポリメチルアクリル酸メチルエステル（ＰＭＭＡ）、ガラスビーズなどから１種類を選ぶことができる。本発明で得られるポリプロピレンパール光沢合成紙の比重は０．７５以下であり、混合物の組成比で調整することができる。これは特開平３―８７２５５号の合成紙の０．７９に比べて低く、同じ重さでより広い面積の合成紙を製造することができるため、経済性が高い。本発明で得られる二軸延伸ポリプロピレンパール光沢合成紙は、紙状層／発泡中間層／紙状層または樹脂層の三層構造を有し、物性、生産能力は材料の配合、設備、操作と深い関係がある。通常のポリプロピレン膜の二軸延伸製品は、ほとんどが充填剤を添加していない、透明な製品である。本発明では紙を模倣するため、製造工程において大量の無機充填剤を添加する必要があり、二軸延伸製造工程の生産性、生産能力、品質安定に関して問題を克服しなければならない。本発明のポリプロピレンパール光沢合成紙（厚み２５〜２５０ミクロン）で使用する製造工程の装置とステップを図４に示す。
押出機装置（図４の(1)）：サイドフィーダーを持つトゥイン・スクリュー主押出機１台とサイドフィーダーを持つトゥイン・スクリュー副押出機２台から成る。その温度設定条件は樹脂混合物の組成、ＭＦＩ、結晶度、粘度、生産ラインの速度、製品の厚みによって異なるが、通常は１８０〜２８０℃とする。１８０℃以下では樹脂の可塑化が進まず、Ｔダイヘッドで押出すことができない。２８０℃以上では樹脂が過度に可塑化し、亀裂が入ってしまう。本発明では三層共押出方式で三層合成紙（紙状層または樹脂層／発泡中間層／紙状層または樹脂層）を製造する。Ｔダイヘッドの流道設計により三層の押出物を合流させ、Ｔダイヘッドで三層を共押出する。
冷却成形ロール装置（図４の(2)）：水冷式またはガス冷却式の冷却装置とする。１８０〜２８０℃で三層共押出された溶融共押出物を冷却し、成形する。冷却温度の制御は、その後のステップが順調にいくかどうかを大きく左右する。冷却温度は通常１５〜６０℃に設定し、合成紙板の厚みと生産ラインの速度によりこの範囲で調整できる。
縦方向延伸装置（図４の(3)）：冷却成形を経た紙板を縦方向延伸装置に入れる。先ず１１５〜１５０℃（紙板の厚みと生産ラインの速度で選択する）に加熱し、紙板を軟化させ、さらに低速および高速の２段階で延伸し、合成紙に縦方向強度を与える。また、アニーリングで成形する。縦方向の延伸率は通常３〜６倍に設定する。
横方向延伸装置（図４の(4)）：縦方向延伸処理で薄くなった紙板を１４０〜１９５℃（紙板の厚みと生産ラインの速度で選択する）に加熱して軟化させ、横方向に延伸し、さらにアニーリングで成形し、パール合成紙の部分収縮によりサイズの安定性を高める。通常、横方向延伸倍率は５〜１２倍に設定する。製品の特性により選ぶことができる。
コロナ処理装置（図４の(5)）：コロナ処理はポリプロピレンパール光沢合成紙の物性を改善するために行われ、印刷、塗布、コーティングなどの加工が容易になる。処理効率を２０〜１２０ＫＷとする高周波放電装置（生産ラインの速度により調整）でコロナ処理を行う。これにより表面の湿潤張力は３６〜４８ダイン／ｃｍに達する。
巻取装置（図４の(6)）：鉄パイプを利用し、完成したパール光沢合成紙を巻き取り、幅８メートルの完成品とする。必要により縦または横にカットし、包装して、厚み２５〜２５０ミクロンのロール状またはシート状製品とする。本発明の製造方法で得られた厚み２５〜２５０ミクロン二軸延伸ポリプロピレンパール光沢合成紙における三層の厚みを表１に示す。紙状層と樹脂層の厚みは１〜３０ミクロンの範囲で調整できる。
【０００７】
本発明の技術内容を明確に説明するため、以下に筆記用、印刷用、包装用及び各種用途の合成紙を製造した本発明の実施例を示す。ただし、本発明の特許範囲はこれに限定されない。
［実施例１］厚み２５０ミクロン以下の単面紙状面パール光沢合成紙
ポリプロピレン（ＭＦＩ：２．４）６７重量％、静電気防止剤３重量％を混合した後、ホッパーからサイドフィーダーを持つトゥイン・スクリュー主押出機に入れ、さらに炭酸カルシウム粉末２０重量％及び二酸化チタン１０重量％を計量後、それぞれフィーダーを持つトゥイン・スクリュー主押出機に入れる。また、ポリプロピレン（ＭＦＩ：５）６２重量％、ポリエチレン（ＭＦＩ：１）１２重量％、静電気防止剤２重量％、粘着防止剤３重量％、紫外線吸収剤１重量％をミキサーで混合した後、ホッパーからサイドフィーダーを持つトゥイン・スクリュー＃１副押出機に入れる。さらに炭酸カルシウム粉末１０重量％及び二酸化チタン１０重量％を計量後、それぞれ２つのフィーダーからトゥイン・スクリュー＃２副押出機に入れる。別に、ポリプロピレン（ＭＦＩ：２．４）９７重量％、粘着防止剤３重量％をミキサーで混合した後、ホッパーからサイドフィーダーを持つトゥイン・スクリュー＃２副押出機に入れる。押出機の温度を２００〜２８０℃に設定し、三層共押出方式によりＴダイヘッドから押出す。１５〜６０℃に設定された冷却ロールを経て、ポリプロピレンパール光沢合成紙板が冷却、成形される。成形された紙板は縦方向延伸装置に入れ、１２０〜１５０℃に加熱した後、縦方向に５倍延伸を行う。延伸後はアニーリングを行う。冷却後に再び横方向延伸装置に入れ、１５０〜１８５℃に加熱し、再び横方向に９倍延伸を行う。延伸後はアニーリングを行い、合成紙の収縮率を制御する。横方向延伸装置を出た後、コロナ処理装置に入れ、合成紙の印刷性を向上し、最後に巻取装置で巻き取る。上記の方法で得られた厚み２５０ミクロン以下の単面紙状面パール光沢合成紙は、筆記、印刷、包装およびその他の用途に汎用することができる。本実施例で選られた厚み６０ミクロン、１００ミクロン、１２０ミクロンの単面紙状面パール光沢合成紙の物性を表２に示す。
［実施例２］厚み２５０ミクロン以下の両面紙状面パール光沢合成紙
ポリプロピレン（ＭＦＩ：２．４）６８重量％、静電気防止剤２重量％を混合した後、ホッパーからサイドフィーダーを持つトゥイン・スクリュー主押出機に入れ、さらに炭酸カルシウム粉末１５重量％及び二酸化チタン１５重量％を計量後、それぞれ２つのフィーダーからトゥイン・スクリュー主押出機に入れる。また、ポリプロピレン（ＭＦＩ：５）５８重量％、ポリエチレン（ＭＦＩ：１）１２重量％、静電気防止剤２重量％、粘着防止剤３重量％、紫外線吸収剤１重量％をミキサーで混合した後、ホッパーからそれぞれ＃１、＃２のサイドフィーダーを持つトゥイン・スクリュー副押出機２台に入れる。さらに炭酸カルシウム粉末１２重量％及び二酸化チタン１２重量％を計量後、それぞれ２つのサイドフィーダーから＃１、＃２トゥイン・スクリュー副押出機に入れる。押出機の温度を２００〜２８０℃に設定し、三層共押出方式によりＴダイヘッドから押出す。２５〜６０℃に設定された冷却ロールを経て、ポリプロピレンパール光沢合成紙板が冷却、成形される。成形された紙板は縦方向延伸装置に入れ、１２０〜１５０℃に加熱した後、縦方向に４．５倍延伸を行う。延伸後はアニーリングを行う。冷却後に再び横方向延伸装置に入れ、１５５〜１９０℃に加熱し、再び横方向に８．５倍延伸を行う。延伸後はアニーリングを行い、合成紙の収縮率を制御する。横方向延伸装置を出た後、コロナ処理装置に入れ、合成紙の印刷性を向上し、最後に巻取装置で巻き取る。上記の方法で得られた厚み２５０ミクロン以下の両面紙状面パール光沢合成紙は、筆記、印刷、包装およびその他の用途に汎用することができる。本実施例で選られた厚み６０ミクロン、１００ミクロン、１５０ミクロンの両面紙状面パール光沢合成紙の物性を表３に示す。
［実施例３］厚み２５０ミクロン以下の両面光沢面パール光沢合成紙
ポリプロピレン（ＭＦＩ：２．４）６２重量％、静電気防止剤３重量％を混合した後、ホッパーからサイドフィーダーを持つトゥイン・スクリュー主押出機に入れ、さらに炭酸カルシウム粉末２０重量％及び二酸化チタン１５重量％を計量後、それぞれ２つのフィーダーからトゥイン・スクリュー主押出機に入れる。また、ポリプロピレン（ＭＦＩ：３．０）９６重量％、静電気防止剤２重量％、粘着防止剤２重量％をミキサーで混合した後、それぞれ＃１、＃２のサイドフィーダーを持つトゥイン・スクリュー副押出機に入れる。押出機の温度を２００〜２８０℃に設定し、三層共押出方式によりＴダイヘッドから押出す。１５〜６０℃に設定された冷却ロールを経て、ポリプロピレンパール光沢合成紙板が冷却、成形される。成形された紙板は縦方向延伸装置に入れ、１２０〜１５０℃に加熱した後、縦方向に５倍延伸を行う。延伸後はアニーリングを行う。冷却後に再び横方向延伸装置に入れ、１５０〜１８５℃に加熱し、再び横方向に９倍延伸を行う。延伸後はアニーリングを行い、合成紙の収縮率を制御する。横方向延伸装置を出た後、コロナ処理装置に入れ、合成紙の印刷性を向上し、最後に巻取装置で巻き取る。上記の方法で得られた厚み２５０ミクロン以下の両面光沢面パール光沢合成紙は、筆記、印刷、包装およびその他の用途に汎用することができる。本実施例で選られた厚み７０ミクロン、１１０ミクロン、１４０ミクロンの両面光沢面パール光沢合成紙の物性を表４に示す。
【０００８】
【発明の効果】
本発明の製造方法で得られた合成紙は、紙状層を縦方向に延伸したが、横方向延伸していないフィルムを一軸延伸層とする従来の製品とは、製造工程、使用原料の配合に関して大きな差がある。これにより、天然紙に取って代わり用途を広げることができ、以下の長所を持つ。
紙状層の原料はポリプロピレン、ポリエチレン、二酸化チタン、無機粉末を主成分とし、マッドな光沢を持ち、白色度と遮蔽度は従来の紙を上回る。
二軸延伸の紙状層は優れた剛性を持ち、無機粉末の定着性も良好で、印刷過程において粉末が脱落することはない。
紙状層及び樹脂層と発泡中間層は同じ延伸率を持ち、紙の収縮が均一となるため、加熱された面がウェーブ状に変形しにくい。また同じ延伸率を持つ紙状層と発泡中間層は剥離しにくい。
紙状層及び樹脂層の厚みは１〜３０ミクロンの範囲で副押出機からの押出量により制御することができる（製品の厚みは需要と用途により変化させることができる）。
製造工程の生産速度が速く、最大３．５トン／時間に達する。最大幅は８メートルで、厚みも２５〜２５０ミクロンと選択範囲が広い。
紙状層、樹脂層及び発泡中間層は側面にフィーダーを持つトゥイン・スクリュー押出機から押出され、原料の混練が均一なため、製品の厚みを±２％以内に制御することができる。押出機は粉末状の無機粉末を側面のフィーダーに入れることができるため、無機粉末の複合粒（マスターバッチ）だけを使用する必要がなく、原料コストを大幅に削減できる。このほか、無機粉末の複合粒を単ねじ棒押出機で生産することもできる。ただし、押出機のねじ棒のＬ／Ｄ率（長さ／直径）を高めて、原料の混練を均一にする必要がある。
生産コストが低く、市場競争力を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】三層共押出方式で得られる厚み２５〜２５０ミクロン二軸延伸ポリプロピレンパール光沢合成紙の三層構造（紙状層／発泡中間層／紙状層）
【図２】三層共押出方式で得られる厚み２５〜２５０ミクロン二軸延伸ポリプロピレンパール光沢合成紙の三層構造（紙状層／発泡中間層／樹脂層）
【図３】三層共押出方式で得られる厚み２５〜２５０ミクロン二軸延伸ポリプロピレンパール光沢合成紙の三層構造（樹脂層／発泡中間層／樹脂層）
【図４】本発明の製造装置説明図
押出機装置
冷却成形ロール装置
縦方向延伸装置
横方向延伸装置
コロナ処理装置
巻取装置
【表１】

【表２】

【表３】

【表４】

Claims

三層共押出方式で得られる厚み２５〜２５０ミクロン二軸延伸ポリプロピレン（ＢＯＰＰ）パール光沢合成紙の製造方法において、アイソタクチック度９７％以上の高結晶性ポリプロピレン（ＭＦＩ：０．５〜８）３９〜９５重量％及び炭酸カルシウム粉末０〜４０重量％、二酸化チタン０〜２０重量％、静電気防止剤１〜５重量％から成るポリプロピレン樹脂混合物と、ポリプロピレン２２〜９９．５重量％、ポリエチレン樹脂０〜１２重量％、二酸化チタン粉末０〜２０重量％、該炭酸カルシウム粉末０〜４０重量％、該静電気防止剤０〜３重量％、粘着防止剤０．５〜３重量％、紫外線吸収剤０〜２重量％から成る樹脂混合物を、それぞれサイドフィーダーを持つトゥイン・スクリュー主押出機１台と該サイドフィーダーを持つトゥイン・スクリュー副押出機２台のホッパーとフィーダーからそれぞれ入れ、押出機の温度を１８０〜２８０℃に設定し、合流後にＴダイヘッドから押出し、パール光沢合成紙シートとし、１５〜６０℃の冷却ロールで冷却、成形し、その後二軸延伸する紙シートを、１１５〜１５０℃に加熱した後、延伸、アニーリングして縦方向に３〜６倍延伸を行い、さらに１４０〜１９５℃に加熱し、延伸、該アニーリングして横方向に５〜１２倍延伸を行い、次に２０〜１２０ＫＷ効率の高周波コロナ処理を行い、巻取装置で巻き取り、厚み２５〜２５０ミクロンの紙状層／発泡中間層／該紙状層、該紙状層／該発泡中間層／樹脂層、該樹脂層／該発泡中間層／該樹脂層の３種類の三層共押出ポリプロピレンパール光沢合成紙とすることを特徴とする、三層共押出方式で得られる厚み２５〜２５０ミロン二軸延伸ポリプロピレンパール光沢合成紙の製造方法。