[发明专利]聚乳酸薄膜的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种解决了在制造添加有增塑剂的具有柔软特性的较薄的聚乳酸(polylactic acid)薄膜时，以往的聚烯烃系树脂、聚酯树脂上未发生过的成膜时的问题，从而能稳定地制造薄膜的新颖技术。

背景技术

以往，广泛使用了以聚乙烯、聚丙烯为原料而形成的薄膜。这些薄膜大多被应用到食品、杂货、机械、电子、药品以及化妆品等的包装上，使用后被废弃。但是，这些原料发热量较高，进行焚烧处理时会损伤燃烧炉。另外，虽然也有将这些废弃物填埋处理的方法，但是如何确保填埋场地还是问题。

因此，期望一种具有焚烧时燃烧热量较低的特性、可用焚烧以外的方法减少容积的树脂。因此，研究出将以来自植物的乳酸作为主原料的聚乳酸系树脂用于薄膜原料。聚乳酸的燃烧热量为聚乙烯的燃烧热量的一半以下，聚乳酸具有如下特性：在混合肥料(compost)等水分丰富的条件下可水解，其水解物会被微生物分解而分解为无毒物质。

聚乳酸系树脂具有与聚苯乙烯相近的高刚性而又具有易碎的特性。由于包装薄膜大多需要具有像聚乙烯薄膜那样柔软且高强度的特性，因而需要将聚乳酸树脂改进为具有上述特性。为此，作为柔软化技术，已知有与软质成分进行共聚、添加软质树脂、增塑剂的技术(专利文献1)。另外，作为改进机械强度的方法，可举出拉伸处理方法。特别是通过双轴定向拉伸，能够得到优良的机械强度(专利文献2)。

作为将聚乳酸系树脂拉伸成膜的方法，工业上具有逐次双轴拉伸法、同时双轴拉伸法、多轴拉伸法。逐次双轴拉伸法通常是指在对熔融挤压出的薄膜进行急冷后，使用多级辊对该薄膜进行纵向拉伸，然后使用拉幅机(tenter)进行横向拉伸。同时双轴拉伸法大多使用将熔融挤压出并急冷后的薄膜导入到拉幅机中、并沿着流动方向和宽度方向同时扩大用于把持薄膜的夹具之间的间隔的装置。多轴拉伸法通常是指将熔融树脂挤压为筒状，一次急冷后进行再加热，对筒状的内部进行加压来进行拉伸的吹塑薄膜法。同时双轴拉伸法装置复杂且投资成本高，并且生产线(line)速度的上限值较低，因而生产率较差。若采用吹塑薄膜法，在对聚乳酸树脂进行必要的拉伸后在宽度方向上固定为规定长度的状态下，难以对聚乳酸树脂进行热固定处理，因此，实际应用困难。

聚乳酸系树脂的拉伸成膜通常通过逐次双轴拉伸工艺来进行。在逐次双轴拉伸法(例如参照专利文献3)中，将由挤压机熔融后的树脂从T型模头挤压为片状。使该片状树脂与旋转的铸轧辊(casting roll)相接触而发生急冷。

接着，用纵向拉伸机对该急冷后的挤出薄膜沿流动方向拉伸。通常使用采用了周向速度不同的旋转辊组的辊式拉伸机。这些辊由预热辊组、拉伸辊组和冷却辊组构成。薄膜通过与已加热了的预热辊相接触而被预热。其后，薄膜通过周向速度不同的前后的辊而被沿流动方向拉伸。薄膜通过与已加热了的拉伸辊接触而被加热到拉伸温度。也有使用红外线、远红外线等装置来加热拉伸部分的方法。在周向速度不同的辊的组合中，可以使用一组辊来实施，但通常多使用多组辊来实施多级拉伸。被沿流动方向拉伸了的薄膜通过与冷却辊相接触而被冷却、固化。

使用横向拉伸机对该被沿流动方向拉伸了的薄膜沿宽度方向拉伸。通常使用在环形链上安装有夹具的拉幅机式拉伸机。这些夹具沿着导轨通过预热区域、拉伸区域、热固定区域和冷却区域。在拉幅机入口处被夹具把持住两端的薄膜在预热区域被热风等预热。在拉伸区域中，扩宽两端的夹具之间的间隔，对薄膜沿宽度方向拉伸。然后，以高于拉伸温度的温度按拉伸宽度或小于拉伸宽度的宽度对薄膜进行热固定处理。在热固定温度与拉伸温度相差很大的情况下，为了避免相互间的热风干扰而大多设置有中性层。在热固定区域中完成薄膜的晶化之后，在冷却区域中用冷风进行冷却。然后，将薄膜从夹具上取下，移送到卷取机。

聚乳酸的玻化温度大约为60℃，在添加了10wt％以上的增塑剂时，玻化温度进一步降低为40℃以下。并且，聚乳酸具有非晶状态下的刚性与结晶状态下的刚性相比极低的特性。即，在对添加了增塑剂的聚乳酸系薄膜进行拉伸的工序中，需要对处于玻化温度以上且非晶状态的、具有极软质的特性的薄膜进行处理。

尤其是在逐次双轴拉伸工艺中，在使用拉幅机的夹具把持被纵向拉伸后的薄膜时会发生本质性的问题。

如图1所示，在纵向拉伸工序中，当对薄膜进行纵向拉伸时，会在薄膜上作用有沿横向收缩的力。薄膜的中央部周围的约束会相互起作用，但其端部会发生自由收缩。即，被纵向拉伸后的薄膜的横向收缩量在中央部与端部不同，结果使薄膜的平面性降低。在沿着导辊对所述薄膜施加张力时，虽然可进行平面矫正，但在薄膜较薄的情况下，当张力降低时，会沿着宽度方向形成为圆弧状。