PE通気性膜の構造特性とプロセスフロー

PE通気性膜は、新しいタイプの防水ポリマー材料です。製造プロセスから見ると、その技術的要件は一般的な防水材料よりもはるかに高いものです。同時に、品質の観点から見ても、通気性膜には他の防水材料にはない機能性があります。.

PE通気性フィルムは世界で急速に発展している新素材です。通気性フィルムと呼ばれ、その通気性と防浸水性の特性からさまざまな分野で広く利用されています。.

1. PE通気性膜の構造

PE通気性膜の主成分はポリエチレンで、これはポリエチレンを原料として合成されたポリマー材料です。ポリエチレンの製造過程では、少量の4炭素または8炭素のαオレフィンが共重合体として添加されます。しかし、使用されるαオレフィンの量はごくわずかであるため、多くのポリエチレンの特性は依然として維持されています。.

ポリエチレンは白色のワックス状半透明の材料で、柔軟性があり耐久性に優れ、低密度ポリエチレン（LDPE）と高密度ポリエチレン（HDPE）に分けられます。.

LDPEは高圧（98～250MPa）下でエチレンから作られ、密度は約0.91～0.92g/m³です。HDPEは1.0MPaの圧力下で重合したエチレンから作られ、密度が高く、どこでも0.94～0.96g/m³です。.

ポリエチレンは無毒で優れた誘電特性を持ちます。ガラス転移温度は約-125℃です。ポリエチレンは優れた化学的安定性を持ち、常温では酸やアルカリに耐えますが、光や熱によって酸化されやすく、紫外線下では光分解も起こります。また、ポリエチレンは優れた機械的特性も備えています。結晶部分はポリエチレンに高い強度を与え、非結晶部分は優れた柔軟性をもたらします。.

2. PE通気性膜の特徴

非通気性膜と比較すると、PE通気性膜には以下の特徴があります：

1. 気体は透過するが水は透過しないので、防湿性のある防水材料として利用できます；;

2. 人の環境における空気対流を適切に改善できるため、皮膚の呼吸に有益です；;

3. 原材料の特性から、PE通気性膜は新しく環境に優しい材料であり、環境を汚染しません。.

3. PE通気性フィルムのプロセスフロー

加工技術の観点から見ると、通気性膜の主な加工方法は二つあります：フラットフィルムキャスティング法とブロー法で、そのうちキャスティング法がより多く使われています。.

キャスティング法の主なプロセスフローは以下の通りです：

PE原料＋発泡剤混合・計量・押出成形・押出キャスティング・延伸・定着・冷却・トリミング・巻取り。.

PET通気性フィルムの生産工程において、延伸プロセスは PE通気性フィルム生産ライン フィルム性能に大きな影響を与えます。.

延伸プロセス中、発泡剤CaCO3粒子と周囲のPEポリマー間の結合力が、延伸によるPEポリマーの変形力よりも小さい場合、ポリマーはCaCO3の縁に沿って分離し、微小な粒子が生成されます。この空洞は液体分子は通さず、気体分子のみを通すため、延伸フィルムは防水かつ通気性を持つようになります。.

空洞のサイズは、CaCO3粒子のサイズ、形状、延伸方法、延伸率などのプロセス条件によって調整可能です。.

延伸温度が特定の値にあるとき、延伸率が上がるとPE通気性フィルムの空洞径が大きくなり、空気透過性が向上しますが、延伸性能は悪化します。一方、厚みが増すと空気透過性は低下します。.

4. PE通気性フィルムの生産工程でよく遭遇する問題と対策。.

1 コンポジットの強度が低い

PE通気性フィルムの複合強度は非常に低いかゼロで、顧客の要求をまったく満たせず、製品の廃棄につながります。PE通気性フィルムの生産プロセスの特殊性から、表面張力が低く、滑剤含有量が多い、表面汚染があるとコンポジットが弱くなる可能性があります。.

低い表面張力

通常、乾式複合用のPE通気性フィルムの表面張力は38dyn/cm以上でなければ使用できません。.

実践によると、PE通気性膜の表面張力値が38dyn/cm未満の場合、複合強度が低い現象が起こり得ます。36dyn/cm以下になると、複合力は極端に低いかゼロになります。.

同時に、複合強度はPE通気性フィルムの厚みにも関連しています。30ミクロン未満の場合、36～38dyn/cm程度の表面張力でやっと複合可能ですが、厚みが30～50ミクロンで表面張力値が37dyn/cmの場合、OPP/PEのような複合構造は要求を満たします。しかし、厚みが50ミクロンを超えると、表面張力が38dyn/cm未満では使用不可となります。.

参考となるデータをいくつか示します：

PE通気性膜は製造直後は非常に高い表面張力値を示しますが、時間が経つにつれて徐々に低下していきます。一般的に、PE通気性膜は3～6カ月保存可能ですが、夏場は3～6カ月保存可能です。湿度の高い季節の保存期間は2カ月を超えないことが望ましいです。.

実践によると、PE通気性フィルムの表面張力値はその厚みや周囲の環境と非常に密接な関係があります。環境の温度と湿度が高いほど、表面張力値の低下が速く、フィルムが厚いほど低下が早まります。.

そのため、PE通気性フィルムの保管期間は一般的に3カ月を超えないようにすべきです。特に雨季には注意が必要です。保管期間が長すぎる場合は、保管中の換気と通風に特に留意し、再使用時にはロールごとの検査に加えて、混合製品の用途に応じて複合製品の継続使用を総合的に判断し、損失を避ける必要があります。.

添加剤の影響

PE通気性フィルムをフィルムにする際、一般にその用途に応じて静電防止剤、滑剤、抗静電剤などの特定の添加剤を加える必要があります。.

これらの添加剤はフィルム形成後や複合後に静止しません。特に滑剤は一般的にエラカミドやオレアミドを使用します。.

滑剤による複合強度低下の原因は二つあります：

① PE通気性フィルムを置いて短時間経つと、滑剤がPE通気性フィルムの表面に移動し、薄くて密な層を形成します。この厚い層が接着剤とPE通気性フィルムの特性を遮断し、接着がPE通気性フィルムの表面と相互作用できなくなります。PE分子同士が接触し、初期の複合接着は浅いものとなり、硬化時間が進むにつれて複合強度はあまり変わらず、常に低いかゼロのままです。.

特別な要件がある場合には高滑剤のPE通気性フィルムを使用する必要があり、通常の状況では長期間放置しない方がよいです。もし何らかの理由でPE通気性膜を長期間使用する場合は、複合前に60～70℃の温度で8時間以上放置するのが最善です。この時、滑剤は一部分解するため、再度処理を行います。ラミネート加工では複合強度が低い問題はありませんが、PE通気性膜はもはや高い滑剤特性を保持しなくなります。.

② 初期の複合接着は許容範囲ですが、硬化時間が進むにつれて複合強度はどんどん低下し、二層間に白い粉状物質が現れます。.

これは、PE通気フィルムの製造に滑り性の高いPE原料を使用しているためです。フィルム内の滑剤含有量が多いため、高温（40～50℃）での硬化プロセス中、フィルム内の滑剤分子の動きが活発になります。多くの滑剤分子がフィルムの両側へ移動します。時間が経つにつれて、表面への移行量は徐々に増加していきます。この移行により、接着剤とPE分子間の物理的結合プロセスが破壊され、弱い結合力が形成されます。時間が長くなるほど、その破壊力は強まり、複合強度は低下していきます。.

この場合、一般的には硬化温度を上げることで接着剤の架橋速度を速め、反応速度が滑剤の移行速度を超えるようにし、PE通気フィルムに過剰な滑剤がもたらす悪影響を補います。.

表面汚染

PE通気膜は一般的に製造工程中に汚染されることはありませんが、一つ見落とされやすいのが、ダイネ液による汚染です。.

多くのPE通気膜メーカーは、自作のダイネ溶液を用いて膜の表面張力をテストしています。このダイネ液は一般にエチレングリコールモノエチルエーテルの混合液で、無色透明な液体です。揮発速度が遅いため誤ってガイドローラーに付着すると、フィルムがガイドローラーを通る際に劣化します。ダイネ液はPE通気膜の表面に侵入し、PE分子と密接に結合します。複合後にバインダー分子と架橋せず、局所的な複合強度がゼロになるのです。この状況は事前検査では見つけにくいものです。.

2 結合白点。.

この現象はPE乳白色フィルムで起こりやすく、一般的に乳白色フィルムには一定量の白色マスターバッチ：濃縮二酸化チタンが添加されています。カラーマスターバッチの品質が異なるため、含まれる二酸化チタンの粒子サイズや硬度が異なり、複合後の乳白色フィルムの品質や表面輝度にも差が生じます。もし乳白色フィルムの表面がざらつき、側面からくぼみが見られる場合は、このようなフィルムを複合した製品の多くに白点が現れます。この問題を解決する一般的な方法は以下の通りです：一つ目は接着剤の量を増やすこと。二つ目は白インクの層を再印刷することです。いずれの方法を採用してもコストが上昇するため、PEフィルムは使用前に厳密に検査する必要があります。.

3 複合後、完成品が渋くなる

この現象は多くのメーカーで発生しています。複合製品の自動包装機がスムーズに動作しない、あるいは袋が開けにくくなるといった症状です。.

乾式複合では一般的に二成分反応型接着剤を使用し、複合後に高温で硬化させることで最高の複合強度を得ます。PE通気フィルム内の滑剤は硬化温度の変化によって変化します。特定の温度になると、滑剤は化学変化を起こし、滑り効果を失います。気温が高いほどその差は顕著になり、損失が大きくなるほど最終製品は渋くなり、使用できなくなります。.

そのため、硬化室の温度は厳密に約40℃に管理し、むやみに上げてはいけません。また、製品の用途に応じて他の成分を選択し、樹脂グレードの不適切な選択による製品の渋さを避ける必要があります。.

4 熱シール不良

複合品が最後の加工機を経て顧客の手元に届く際、時として局部的な熱シール温度が高すぎたり、熱シールが正しく行われなかったりするなど、ひどい場合には救えないケースもあります。この結果の原因としては、コロナ放電、滑剤含有量の高さ、リサイクル材の過剰添加などが挙げられます。.

コロナ放電

PE通気フィルムが製造工程で高圧放電ローラーを通る際、さまざまな理由によりフィルムが部分的に破壊されることがあります。この現象は通常縦方向の帯状で、位置はほぼ固定されています。表面張力値は通常非常に高くなります。破壊されたホットカバーは複合表面と同じ極性基を持つ物質を形成するため、この物質は熱シール性を持ちません。そのため、袋作りや自動包装時に不良な部分的熱シールが発生します。PE通気膜は工場に入荷する際に複合表面張力値の検査項目を追加し、この現象を回避しています。.

滑剤含有量の高さ

PE通気フィルムの熱シール層に滑剤が多量に含まれているため、大量の滑剤がPE通気フィルムの表面に析出して緻密な層を形成し、PE通気フィルムの熱シールを妨げます。.

これは期限切れのPE通気膜を使用した場合に起こることがあります。そのため、顧客の具体的な要件に応じて適切な樹脂グレードを選定し、高滑剤製品には死んだフィルムを使わないよう努める必要があります。この現象が起きた後は、溶剤を用いてホットカバーを繰り返し拭くことをおすすめします。そうすることで改善が見られます。.

リサイクル材の過剰添加

コストを抑えるため、PE通気膜の製造には一定量のリサイクル材がよく添加されます。リサイクル材は一般に2回以上高温再生されています。そのため、一定量の不純物が含まれています。再製されたフィルムは熱シール性能が大幅に向上します。そのため、熱シール温度は一般に5～10℃上昇します。実験によると、熱シール層のリサイクル材添加量が30%の場合、PE通気フィルムの熱シール温度は3～5℃上昇します。添加量が50%の場合、熱シール温度は6～10℃上昇し、フィルムメーカーはできるだけ熱シール層にリサイクル材を添加しないよう推奨されます。.

5. PE通気膜の用途範囲

柔らかく快適な物理・機械的特性を持つため、PE通気膜は優れた引張強度と伸び率を備えています。.

代表的な用途分野は以下の通りです：

• 日用品：レインコート、スーツカバー、アイマスク、テーブルクロス、シャワーキャップ、シャワーカーテン、水袋、テーブルクロスなど；;
• 衛生用品：紙おむつ、生理用ナプキン、医療用ガウン、医療および食品包装用特殊包装など；;
• 包装資材：パソコン、空調機器、防塵カバー、車カバー、化粧品ソフト包装、ショッピングバッグ、ギフトバッグ、ファイルフォルダーなど；;
• ファッション包装：化粧品バッグ、高級文房具、唾液肩掛け、ワードローブ、釣りバッグ、ハンドバッグ、バッグなど。.