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COLUMN技術コラム

フィルム成形時のブロッキング対策!原因・発生メカニズムと改善方法を徹底解説

Tダイフィルム成形

フィルム成形において、製膜したフィルム同士が貼り付き
スムーズに剥がれなくなる【ブロッキング】は非常に
代表的なトラブルの一つです。

特に、ポリエチレン(PE)やポリプロピレン(PP)
等のフィルムでは、巻き取り後のフィルム同士が密着し、
フィルムを繰り出せない、加工機で安定して搬送出来ない
印刷やラミネート工程でトラブルが発生するといった
問題に繋がる事があります。

ブロッキングは単純に【フィルムが柔らかいから発生する】
という訳ではありません。

樹脂の種類、添加剤、表面状態、フィルム温度、冷却条件
巻き取り圧力、保管温度、フィルムの表面の粗さ 等
複数の要因が関係しています。

本記事では、フィルム成形時に発生するブロッキングの原因と
その改善方法について詳しく解説します。

■フィルムの【ブロッキング】とは?

〇ブロッキングとは、フィルム同士が接触した際に貼り付き
 剥離しにくくなる現象です。

 フィルムをロール状に巻き取る場合、フィルムの表面と
 裏面が何層にも重なります。

 この時、
 フィルム同士が密着 
 ↓
 時間の経過とともに密着が強くなる
 ↓
 ロールからフィルムを繰り出す際に剥がれにくくなる

 という状態が発生します。

 軽度であればフィルムを手で剥がす事が出来ますが
 ブロッキングが強くなると、

  • フィルムが破れる
  • フィルムが伸びる
  • ロールが正常に繰り出せない
  • 自動包装機で搬送不良が発生する
  • 印刷工程でフィルムが重送する
  • ラミネート工程で影響する

  等の問題に繋がります。

■フィルムのブロッキングが発生する主な原因

〇ブロッキングの原因は大きく分けると
 以下のように整理出来ます。

 主な原因

 1. フィルム表面が滑らかすぎる
 2. フィルム温度が高い
 3. 巻き取り時の圧力が高い
 4. 冷却が不十分
 5. 樹脂の種類、グレードによる影響
 6. 添加剤の種類、配合量
 7. フィルム表面への添加剤の移行
 8. フィルムの厚みや成形条件
 9. 保管温度が高い
 10. 経時変化

 つまり、ブロッキング対策では【材料】と【成形条件】
 の両方を見る必要があります。

①フィルムが滑らかすぎる

〇フィルム表面が非常に平滑になると、フィルム同士の
 接触面積が増加します。

 接触面積が大きくなる事で、フィルム同士が
 密着しやすくなります。

 特に透明性を重視してフィルム表面を非常に平滑にすると
 ブロッキングが発生しやすくなるケースがあります。

 その為、フィルム用途によっては、
 【透明性】と【部ロッキング性】のバランスを
 考える必要があります。

②フィルム温度が高い

〇フィルム温度が高い状態で巻き取ると、ブロッキングが
 発生しやすくなります。

 特にPE等の比較的柔らかい樹脂では、冷却が不十分な状態で
 巻き取ると、フィルム同士が圧着されやすくなります。

 その為、
 ダイ → 冷却 → 引取 →巻取り
 までの温度管理が重要になります。

 フィルムを十分に冷却してから巻き取る事で
 ブロッキングを低減できる場合があります。

③巻取り圧力が高い

〇フィルムをロール状に巻き取る際、巻取り張力や
 ニップ圧が高すぎると、フィルム同士が強く押し付けられます。

 すると、
 接触面積増加+圧力増加+フィルム温度
 の組み合わせによって、ブロッキングが発生しやすくなります。

 特に、柔らかいフィルムでは巻き取り条件の生協が大きくなります。

 したがって、ブロッキングが発生した場合には、材料だけを
 見るのではなく、

  • 巻き取り張力
  • 巻き取り速度
  • ニップ圧
  • ロール硬さ
  • フィルム温度

 等も確認する事が重要です。

④冷却不足

〇フィルム成形では、押出された溶融樹脂を冷却し
 安定したフィルム状態にする必要があります。

 冷却不足の場合、フィルムが十分に固化しないまま
 巻き取られる事があります。

 その状態でフィルム同士が重なると、ブロッキングが
 発生しやすくなります。

 改善方法:

  • 冷却ロール温度の見直し
  • 冷却能力の確認
  • エアー冷却条件の見直し
  • ライン速度の調整
  • フィルム温度の確認

 等が考えられます。

⑤樹脂の種類・グレード

〇ブロッキング性は樹脂そのものの性質に大きく左右されます。

 例えば、PE系フィルムでは、樹脂の種類や密度、分子量
 MIなどによって

  • 柔軟性
  • 表面状態
  • 粘着性
  • 結晶化挙動
  • 摩擦特性

 等が変化します。

 同じ【PEフィルム】であっても、使用するグレードによって
 ブロッキング性が大きく変わる事があります。

 その為、材料変更によってブロッキングを改善する事も
 有効な手段です。

⑥アンチブロッキング剤の不足

〇ブロッキング対策として代表的なのが、
 【アンチブロッキング剤(AB剤)】です。

 アンチブロッキング剤には、フィルム表面に微細な凹凸を
 形成する事で、フ

 フィルム同士の実質的な接触面積を減らす
 働きがあります。

  • シリカ
  • タルク
  • 炭酸カルシウム
  • その他無機微粒子

 等があります。

 フィルム表面に微細な凹凸が形成される事で、
 フィルム同士が完全に密着する事を防ぎます。

■アンチブロッキング剤を入れれば良いわけではない

〇ここが重要なポイントです。

 アンチブロッキング剤は、添加量を増やせば増やすほど
 良いというわけではありません。

 添加量が多すぎると

  • 透明性低下
  • ヘーズ上昇
  • 表面状態の悪化
  • フィルム強度への影響
  • 印刷性への影響
  • シール性への影響

 等が発生する可能性があります。

 つまり、

  • ブロッキング性
  • 透明性
  • ヘーズ
  • 滑り性
  • シール性
  • 機械的強度

 等を総合的に評価しながら、最適な添加量を決める
 必要があります。

■スリップ剤との組み合わせ

〇ブロッキング対策では、アンチブロッキング剤だけでなく
 スリップ剤も重要です。

 スリップ剤はフィルム表面の摩擦を低減し、フィルム同士や
 フィルムと加工機との滑り性を改善する目的で使用されます。

 代表的なものとして、脂肪酸アミド系などがあります。

 ただし、スリップ剤はフィルム表面への移行(ブリード)
 によって効果を発現するものもある為、添加量や成形条件
 によって性能が変化します。

 したがって、
 アンチブロッキング剤=フィルム同士の密着を抑える
 スリップ剤=摩擦を低減する

 というように、それぞれの役割を理解して処方を設計
 する事が重要です。

■ブロッキング対策として見直したい成形条件

〇ブロッキングが発生した場合、まずは以下の条件を
 確認する事をお勧めします。

①フィルム温度

〇巻取り前のフィルム温度を確認します。
 温度が高い場合は、冷却条件やライン速度を見直します。

②冷却条件

〇冷却ロール、エアー冷却 等の条件を確認します。

③巻取り張力

〇張力が高すぎないか確認します。

④ニップ圧

〇ロール同士の圧力が高すぎないか確認します。

⑤ライン速度

〇ライン速度が速すぎる場合、冷却不足に繋がる可能性があります。

⑥フィルム厚み

〇厚みが変化すると冷却挙動やフィルムの柔軟性も変化する為
 厚み条件も確認します。

■材料面からのブロッキング改善

〇成形条件を調整しても改善しない場合は、材料側からの
 アプローチが有効です。

 例えば、

  • 樹脂グレードの変更
  • アンチブロッキング剤の追加
  • AB剤の種類変更
  • AB剤の添加量追加
  • スリップ剤の追加
  • スリップ剤の添加量変更
  • 添加剤の組み合わせ変更
  • マスターバッチ化

 等が考えられます。

 ただし、材料を変更すると透明性や機械特性、シール性
 等にも影響する可能性があります。

 その為、ブロッキングだけを見て材料を決めるのではなく
 最終製品として必要な性能を総合的に評価する事が重要です。

■ブロッキング対策の評価方法

〇ブロッキング対策では、【はがれやすくなった】という感覚的な
 評価だけでなく、可能な限り数値化する事が重要です。

 例えば、

  • ブロッキング強度
  • 摩擦係数(COF)
  • ヘーズ
  • 全光線透過率
  • フィルム厚み
  • 引張強度
  • 伸び
  • シール強度

 等を評価します。

 特にフィルム製品では、
 【ブロッキング性を改善した結果、透明性が悪化した】
 というようなトレードオフが起こる事があります。

 その為、複数の評価項目を組み合わせて最適条件を探す事が
 重要です。

■ブロッキング対策の基本的な考え

〇ブロッキングが発生した場合は、いきなり添加剤を増やすのではなく、

 ①材料
 ↓
 ②押出・成形条件
 ↓
 ③冷却条件
 ↓
 ④巻き取り条件
 ↓
 ⑤添加剤

 というように、原因を一つずつ切り分けていくことが重要です。

 例えば、
 【巻取り時のフィルム温度が高い】
 事が原因なのに、アンチブロッキング剤を増量してしまうと
 本来必要のない添加剤を増やすことになります。

 逆に冷却条件を改善してもブロッキングが残るのであれば
 材料や添加剤の処方を検討する、といったアプローチが有効です。

■まとめ

〇フィルム成形時のブロッキングは、フィルム同士が密着して
 剥がれにくくなる代表的な成形トラブルです。

 主な原因として、

  • フィルム表面の平滑性
  • フィルム温度
  • 冷却不足
  • 巻き取り張力
  • ニップ圧
  • 樹脂グレード
  • アンチブロッキング剤
  • スリップ剤
  • ほかの温度

 等が挙げられます。

 特に重要なのは、【ブロッキング=添加剤の問題】と
 決めつけない事です。

 成形条件、冷却条件、巻き取り条件、材料処方を総合的に
 確認する事で、より効果的な改善に繋がります。

 また、アンチブロッキング剤やスリップ剤を使用する場合も
 添加量を増やせばいいわけではありません。

 ブロッキング性・透明性・ヘーズ・摩擦係数・シール性・機械物性
 等のバランスを見ながら、最適な材料と成形条件を見つける事が
 重要です。

 フィルム成形では、わずかな材料や温度、巻き取り条件の違いが
 製品品質に大きく影響します。

 その為、実際の成形試験を通じて条件を一つずつ切り分け
 最適条件を見つける事がブロッキング改善への近道となります。

 【なぜ貼り付くのか】を材料と成形条件の両面から考える事!
 これが、フィルムのブロッキング対策において最も重要なポイントです。