プラスチックフィルム製造：避けられないゲル粒子問題

よく知られているように、ゲル粒子はフィルムメーカーにとって一般的な課題です。透明なプラスチック袋では、ゲル粒子が外観に明らかに影響します。高い印刷品質が求められるプラスチック袋、特に大面積のプラスチック袋の印刷では、ゲル粒子によって発生する「白点」不良が、プラスチック袋業界の生産工程におけるロスの比較的大きな割合を占めています。したがって、ゲル粒子の発生を管理し、その原因を除去することは、プラスチック袋業界の技術水準を向上させるうえで重要な工程です。

1. ゲル粒子とは何ですか

ゲル粒子は実際には「過重合ポリマー」であり、つまり、「ゲル粒子」におけるポリマーの分子量は、同じ種類の周囲のポリマーよりも高い。分子量が高いため、ゲル粒子内のポリマーは融点が高く、溶融すると融液の粘度が高い。ブリムフィルムやキャストフィルムの押出工程中、ゲル粒子内のポリマーは、同じ種類の周囲のポリマーと均一に分散・混合できない。また、融液がフィルムとして吹き出、またはキャストされると、周囲の同じ種類のポリマーよりも先に固化します。

したがって、「矢印状」または「球状」の過重合ポリマーが固化した塊は、通常「ゲル粒子」と称される。

1. ゲル粒子の発生原因

(1) ポリマー中に残留する触媒；

(2) ポリマー溶融物が製造装置（重合装置および吹出成膜機を含む）の金属面に付着し、高温で残留する；

(3) 触媒が引き続きポリマーの重合を触媒作用し、それによって過重合ポリマーが生成する；

ポリマーに含まれる酸素は、ポリマー溶融体にゲル粒子を生じさせる原因ともなります（酸化防止剤を一定量添加すると、酸素によるゲル粒子の生成を防止できます）。

重合プロセスによって生じるゲル粒子。重合設備や重合プロセスによって、ゲル粒子の形成への影響は異なる。例えば、一部のブランド原材料は、先進的な生産技術、ポリマー中の残留触媒量が少ないこと、良好な設備構造などにより、ゲル粒子をほとんど含まない。一方、品質の低い一部の原材料は、生産技術や設備の問題により、ゲル粒子を多く含む。

(2) 工程に起因するゲル粒子。例えば、優れた成形設備で生産されたフィルムはゲル粒子が少なく、性能の低い設備で生産されたフィルムはゲル粒子が多い。

1. ゲル粒子を低減またはほぼ完全に除去する方法

要するに、フィルム吹込工程でゲル粒子を除去する方法は主に2つある。

(1) 加工設備のフィルタースクリーンの目の細かさを上げる（例えば、スクリーンを120メッシュに変更する。超薄膜の場合は150メッシュにする）。

(2) 製造中に表面潤滑剤を添加し、加工中のポリマー溶融物がブロー成形機の表面に付着しないようにする。

製造工程の観点から見ると、より目の細かいフィルター網は、ポリマー中にもともと存在するゲル粒子の大部分をろ過除去できます。また、装置のスクリューとバレル部でポリマーがスクリュー表面に付着することで生じるゲル粒子も除去できますが、それに応じて装置の背圧が上昇し、一部の旧型成形機では実現が難しいという問題があります。そのため、フィルター網を頻繁に交換することで、ゲル粒子を制御することもできます。

これまで、ゲル粒子の制御には、高性能フッ素系重合体加工助剤の使用が比較的効果的な手段となっているこれらの重合体分子は高極性であるため、高性能フッ素系重合体加工助剤は、オレフィン系重合体（PEやPPなど）の溶融物中から迅速に移行して、装置の金属表面に付着し、それによって金属表面上の重合体溶融物の滞留層を除去する。

その結果、溶融ポリマーを連続的かつ均一な速度で前進させ、金属表面に付着した溶融ポリマーの長時間加熱を解消するとともに、残留触媒によるポリマーの重合継続を防ぎ、最終的にフィルム成形工程で発生するゲル粒子の生成を防止できます。

一方、フッ素系ポリマー加工助剤はフィルタースクリーンの表面にも付着するため、スクリーンを通過するポリマー溶融体の流動抵抗が低減されます。したがって、フッ素系ポリマー加工助剤を使用することで、より目の細かいフィルタースクリーンを使用できるプロセス条件が得られます。より目の細かいフィルタースクリーンの使用は、ポリマー生産時に発生する本来的なゲル粒子をろ過除去するための重要なプロセス手段です。