JP5286458B2 - 包装袋用材料の製造方法、製造装置及び包装袋 - Google Patents

Description

本発明は、包装袋用材料の製造方法、製造装置及び包装袋に関する。

包装袋はポリオレフィン等の熱可塑性樹脂フィルムから形成されているが、これらの樹脂の多くは疎水性であるため、表面に印刷を良好に施すことが困難である。そこで、従来、印刷適性を高めるため、熱可塑性樹脂フィルムをコロナ放電等で表面処理することが行われている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０００−２９６５６６号公報

しかし、従来の表面処理では、処理された表面に優れた印刷特性が付与される反面、その表面同士の融着が困難であり、また仮に融着しても接合力が弱く、容易に剥離してしまうという問題がある。

本発明は、以上の実情に鑑みてなされたものであり、印刷特性及び融着性のバランスに優れる包装袋用材料の製造方法及び包装袋用材料の製造装置、並びにこの製造方法で製造される包装袋用材料から形成される包装袋を提供することを目的とする。

本発明者らは、紫外線照射により生成する活性酸素を介して表面処理を行うことで、印刷特性及び融着性を所望に調節できることを見出し、本発明を完成するに至った。具体的に、本発明は以下のようなものを提供する。

（１） 包装袋用材料の製造方法であって、
熱可塑性樹脂フィルムの少なくとも一面を、酸素又はオゾンを含む雰囲気に配置し、
前記酸素又はオゾンに紫外線を照射し、生成される活性酸素に前記熱可塑性樹脂フィルムの少なくとも一面を曝すことで、表面処理を行う工程を有する製造方法。

（２） 前記オゾンは、熱可塑性樹脂フィルムの少なくとも一面を、酸素を含む雰囲気に配置し、前記酸素に紫外線を照射することで生成する（１）記載の製造方法。

（３） 前記紫外線の照射を、非照射期間を挟んで間欠的に行う（１）又は（２）記載の製造方法。

（４） 前記紫外線の照射を、非照射期間を挟まず連続して行う（１）又は（２）記載の製造方法。

（５） 前記表面処理された面に印刷を行う工程を更に有する（１）から（４）いずれか記載の製造方法。

（６） 前記熱可塑性樹脂は、ポリオレフィン系樹脂である（１）から（５）いずれか記載の製造方法。

（７） 包装袋用材料の製造装置であって、
熱可塑性樹脂フィルムの少なくとも一面が露出する空間に対して紫外線を照射する紫外線照射手段と、
前記熱可塑性樹脂フィルムを前記空間に対して相対移動させる搬送手段と、を備える製造装置。

（８） 前記紫外線照射手段は、複数の波長の紫外線を照射可能である（７）記載の製造装置。

（９） 前記紫外線照射手段による紫外線の照射及び非照射を選択する選択手段を更に備える（７）又は（８）記載の製造装置。

（１０） 前記紫外線照射手段が所定距離をあけて複数設けられている（７）から（９）いずれか記載の製造装置。

（１１） （１）から（６）いずれか記載の製造方法で製造される包装袋用材料から形成された包装袋。

（１２） 前記表面処理された面が外側に位置する（１１）記載の包装袋。

（１３） 前記表面処理された面の上に位置する印刷層を更に備える（１１）又は（１２）記載の包装袋。

（１４） 前記表面処理された部分同士が融着されている（１１）から（１３）いずれか記載の包装袋。

（１５） 前記表面処理された部分同士で融着された部分は、非開封用開口を塞いでいる（１４）記載の包装袋。

（１６） 前記表面処理された部分同士で融着された部分は、開封用開口を塞いでいる（１４）記載の包装袋。

本発明によれば、紫外線照射により生成する活性酸素を介して表面処理を行うので、その条件を適宜選択することで、印刷特性及び融着性を所望に調節できる。これにより、印刷特性及び融着性のバランスに優れる包装袋用材料を製造することができる。

本発明の一実施形態に係る包装袋用材料の製造装置を示す図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。ただし、この実施形態が本発明を限定するものではない。

本発明に係る包装袋用材料の製造装置１０は、紫外線処理装置２０及び搬送部３０を備える。

紫外線処理装置２０は、紫外線照射手段としての紫外線照射部２３を有し、この紫外線照射部２３は熱可塑性樹脂フィルムＰの少なくとも一面（図１では上面）が露出する空間Ｓに対して紫外線を照射する。空間Ｓには酸素又はオゾンが存在しており、酸素又はオゾンから生成される活性酸素が熱可塑性樹脂フィルムＰの一面に作用し、表面処理がされる。その条件を適宜選択することで、印刷特性及び融着性を所望に調節できる。なお、本実施形態では、熱可塑性樹脂フィルムＰの一面のみを処理しているが、これに限られず、両面を処理してもよく、もしくは面の一部のみを処理してもよい（この場合には、処理しない部分を被覆等により保護する）。

本実施形態における紫外線処理装置２０は、紫外線照射部２３を囲む筐体２１を有しており、この筐体２１により活性酸素の拡散が抑制され、空間Ｓ中に活性酸素を効率的に蓄積することができる。また、筐体２１は紫外線を遮蔽し、周囲の安全性をより向上できる点でも有利である。必要に応じ、筐体２１のうち外気に連通している部分（図１では熱可塑性樹脂フィルムＰが入る部分及び出される部分）に吸引装置（ダクト）を設け、この吸引装置によりオゾンガスを吸引することで、紫外線処理装置２０外へのオゾンガスの流出を抑制してもよい。

紫外線照射部２３（光源）から熱可塑性樹脂フィルムＰまでの距離を変更することで、熱可塑性樹脂フィルムＰの表面上のオゾンガス濃度が増減するため、表面処理された面の融着力を微細な範囲で調節することもできる。この距離（最短距離）は光源の出力によって適宜選択されてよいが、一般的には１〜１０ｃｍ程度であってよく、「ＳＵＶ１１０ＧＳ−３６」（セン特殊光源社製）の場合、３ｃｍ前後が好ましい。

搬送部３０は、熱可塑性樹脂フィルムＰを空間Ｓに対して相対移動させる。その移動を調節することにより、熱可塑性樹脂フィルムＰが活性酸素に曝される時間を適宜設定することができる。なお、本実施形態における搬送部３０は熱可塑性樹脂フィルムＰを搬送するローラであるが、これに限られず、筐体２１を移動させてもよい。

紫外線による、オゾンから活性酸素の生成は、それ自体、従来公知の技術であり、常法に従って行えばよく、具体的には２５４ｎｍの波長の紫外線をオゾンに照射すればよい。ここで、オゾンは、２４０ｎｍ以下（通常１７５ｎｍ超）の波長の紫外線を酸素に照射することで生成してもよく、外部から供給してもよい。なお、酸素に波長１７５ｎｍ以下の紫外線を照射して、酸素から活性酸素を直接生成することもできる。

本実施形態では、紫外線照射部２３が複数の波長の紫外線を照射可能であり、また空間Ｓが外気に開放されている。紫外線照射部２３が空間Ｓに１８５ｎｍの紫外線を照射することで、空気中の酸素からオゾンが生成され、紫外線照射部２３が２５４ｎｍの波長の紫外線をオゾンに照射することで、活性酸素を生成する。なお、各波長の紫外線照射に適した光源は従来周知であるため、説明を省略する。

紫外線の照射（ここで言う紫外線の照射とは、熱可塑性樹脂フィルムＰ全体ではなく、熱可塑性樹脂フィルムＰの各部位に対する紫外線の照射を指す）は、非照射期間を挟んで間欠的に行ってもよく、また非照射期間を挟まず連続して行ってもよい。用いる熱可塑性樹脂フィルムＰの素材によっても異なるが、一般的には、前者は融着力の低下を高度に抑制できるため、例えば非開封用開口を塞ぐ部分について有用であり、後者は融着力の低下を穏やかに抑制できるため、例えば開封用開口を塞ぐ部分について有用である。

従来、適度な融着力を有する部分は、融着しにくいフィルム層と融着しやすいフィルム層とを積層したり、融着しやすいフィルムを積層したりしておき、熱融着する際に加熱及び非加熱を交互に行うという煩雑な方法により、意図的に融着力を低下させて製造されてきた。しかし、本発明の方法によれば、紫外線の照射条件を適宜選択するだけで簡便に融着性を調節することができる。

一般的に、印刷特性は、総照射時間又は各照射時間が長くなるにつれて向上し、融着力は、総照射時間又は各照射時間がある程度までは高いが、過剰に長いと低下する傾向を有する。このため、印刷特性及び融着力の双方が高いことが望まれる場合には、総照射時間を長くしつつ、非照射時間を多く挟んで各照射時間を短くすることが好ましい。また、印刷特性が高い一方、融着力が適度であることが望まれる場合には、総照射時間を長くしつつ、非照射時間を挟まず又は挟む回数を少なくすることが好ましい。具体的な照射時間は、特に限定されず、用いる熱可塑性樹脂フィルムＰの素材に応じて適宜設定されてよい。

なお、各非照射時間の長さは、用いる熱可塑性樹脂フィルムＰの素材に応じて適宜設定されてよいが、一般的には各照射時間の０．１倍以上（例えば約１倍）であればよい。

本実施形態では、紫外線照射部２３ａ，２３ｂが、搬送方向（図１における矢印方向）に関して所定距離をあけて複数設けられている。紫外線照射部２３の個数に応じて照射時間及び非照射時間を繰り返すことができ、空間Ｓの搬送方向に関する長さ及び所定距離に応じて照射時間及び非照射時間の比率を調節することができる。ただし、これに限られず、紫外線照射部２３を稼動及び非稼動するように制御することで、紫外線の照射及び非照射を選択してもよい。かかる選択を行う手段は、従来周知の制御装置であればよい。

本発明で用いる熱可塑性樹脂としては、高密度ポリエチレン、低密度ポリエチレン等のエチレン系樹脂、プロピレン系樹脂等のポリオレフィン系樹脂、ポリメチル−１−ペンテン、エチレン−環状オレフィン共重合体、ナイロン−６、ナイロン−６，６、ナイロン−６，１０、ナイロン−６，１２等のポリアミド系樹脂、ポリエチレンテレフタレートやその共重合体、ポリエチレンナフタレート、脂肪族ポリエステル等の熱可塑性ポリエステル系樹脂、ポリカーボネート、アタクティックポリスチレン、シンジオタクティックポリスチレン、ポリフェニレンスルフィド等の熱可塑性樹脂等の１種又は２種以上が挙げられる。中でも、本発明がより有用である点で、非極性であるポリオレフィン系樹脂が好ましく、より具体的にはエチレン系樹脂である。

本発明の製造方法は、表面処理された面に印刷を行う工程を更に有してもよい。前述のようにして表面処理された面は優れた印刷特性を有するため、強固な印刷層を形成することができる。印刷の方法は、特に限定されず、グラビア印刷等であってよい。

本発明は、前述の包装袋用材料から形成された包装袋を包含する。この包装袋は、一般的には包装袋用材料が部分的に融着されて形成されている。表面処理された面の融着性悪化が抑制されているため、融着される部分は、表面処理された面同士の間、表面処理されていない面同士の間、又は表面処理された面と表面処理されていない面との間のいずれであってもよく、袋の形状（包装袋用材料の折りたたみ方）や融着部分の用途に応じて適宜選択されてよい。

表面処理された部分同士で融着された部分は、袋の底部のように一般的に開封されない非開封用開口を塞ぐものであってよい。この場合、表面処理された部分同士は強い融着力で接合することが望ましいので、非照射時間を多く挟んで各照射時間が短い条件で紫外線照射された包装袋用材料を用いることが好ましい。また、表面処理された部分同士で融着された部分は、袋の上辺のように一般的に開封される開封用開口を塞ぐものであってよい。この場合、表面処理された部分同士は適度の融着力で接合することが望ましいので、総照射時間を長くしつつ、非照射時間を挟まず又は挟む回数が少ない条件で紫外線照射された包装袋用材料を用いることが好ましい。

印刷層が通常外側に形成されるため、印刷特性に優れる表面処理された面が外側に位置することが好ましいが、内側に位置してもよい。また、印刷層は表面処理された面の上に形成されることが好ましいが、表面処理されていない面の上であってもよい。なお、印刷層の形成は、前述のように包装袋用材料の製造過程で行ってもよく、包装袋に対して行ってもよい。

図１に示す包装袋用材料の製造装置１０において、光源として「ＳＵＶ１１０ＧＳ−３６」（セン特殊光源社製）を用い、光源の出力を安定させるために３０〜６０分間程度の予備照射を行った後、以下の各実施例を行った。

＜実施例１＞
熱可塑性樹脂フィルムとして高密度ポリエチレンフィルムを使用し、光源から３ｃｍ離れた位置において、１８５ｎｍ及び２５４ｎｍの波長の紫外線をフィルムに向けて６０秒間に亘り照射し、包装袋用材料を製造した。

＜実施例２＞
２０秒間の照射、２０秒間の非照射（光源の消灯）、２０秒間の照射、２０秒間の非照射、２０秒間の照射を順次行った点を除き、実施例１と同様の手順で包装袋用材料を製造した。

＜実施例３＞
紫外線を１２０秒間照射した点を除き、実施例１と同様の手順で包装袋用材料を製造した。

＜実施例４＞
熱可塑性樹脂フィルムとして低密度ポリエチレンフィルムを使用し、紫外線を４０秒間照射した点を除き、実施例１と同様の手順で包装袋用材料を製造した。

＜実施例５＞
２０秒間の照射、２０秒間の非照射（光源の消灯）、２０秒間の照射を順次行った点を除き、実施例４と同様の手順で包装袋用材料を製造した。

＜実施例６＞
１３秒間の照射、１３秒間の非照射（光源の消灯）、１３秒間の照射、１３秒間の非照射、１３秒間の照射を順次行った点を除き、実施例４と同様の手順で包装袋用材料を製造した。

＜実施例７＞
１０秒間の照射、１０秒間の非照射（光源の消灯）、１０秒間の照射、１０秒間の非照射、１０秒間の照射、１０秒間の非照射、１０秒間の照射を順次行った点を除き、実施例４と同様の手順で包装袋用材料を製造した。

（比較例１）
放電ワット数４００Ｗ、放電ワイヤの長さ３００ｍｍとし、電極から１ｍｍ離れた位置に高密度ポリエチレンフィルムをおき、フィルムの搬送速度３３ｍ／分の条件でコロナ放電を行い、包装袋用材料を製造した。

（比較例２）
放電ワット数を３００Ｗとし、低密度ポリエチレンフィルムを用いた点を除き、比較例１と同様の手順で包装袋用材料を製造した。

［評価］
実施例及び比較例で製造した包装袋用材料にグラビア印刷機によりポリアミド樹脂系のグラビアインクの印刷層を形成した。この印刷層を、紙製ウエスにより２ｋｇの過重をかけながら２０回往復して擦り、その後の状態を以下の基準で評価した。その結果を表１に示す。
◎：印刷層に損傷が全く確認されなかった
○：印刷層に擦り傷が確認された
△：印刷層がわずかに剥離した
×：印刷層が重度に剥離した

実施例及び比較例で製造した包装袋用材料のうち、表面処理された面同士を２００℃で１秒間貼りあわせ、熱融着させた。この融着部分を互いに離間させる方向に同じ力で引っ張り、そのときの状態を以下の基準で評価した。その結果を表１に示す。
◎：融着部分には変化がなく、フィルムが破断した
○：融着部分が剥離し、フィルムが破断した
△：フィルムが伸び破断する前に融着部分が剥離した
×：抵抗なく融着部分が剥離した

表面処理された面に１．５μＬの水滴を滴下し、接触角計「ＤＭ５００」（協和界面科学社製）を用い、通常の方法により接触角を測定した。また、基準物質をアルミナ粉末として３０℃から１５０℃まで５℃／分の昇温速度で昇温し、熱分析装置「ＤＳＣ８２３０」（リガク社製）を用い、通常の方法によりガラス転移温度を測定した。その結果を表１に示す。

表１に示されるように、未処理品では印刷特性が不良であり、比較例では融着性が不良であったのに対し、実施例では印刷特性及び融着性のバランスが優れていた。これにより、紫外線照射により生成する活性酸素を介して表面処理を行うことで、印刷特性及び融着性のバランスに優れる包装袋用材料を製造できることが確認された。これは、コロナ放電はフィルムに過大なエネルギーを与え、分子を破壊している一方、紫外線照射は、フィルムに与えるエネルギーが小さく、分子が被る損傷が小さいため、本来の融着性が保持されることによると推測される。

実施例１及び２の対比により、高密度ポリエチレンフィルムは、非照射時間を挟まず連続して紫外線照射することで、印刷特性をより向上できる一方、非照射時間の有無が融着性に大きな影響を及ぼさない（ガラス転移温度の変化が小さいことによると推測される）ことが分かった。また、実施例１及び３の対比により、高密度ポリエチレンフィルムは、総照射時間の長さに応じて、融着力を調節できることも分かった。

実施例４〜７の対比により、低密度ポリエチレンフィルムは、非照射時間を挟む回数及び／又は各照射時間の長さに応じて、融着力を調節できる（ガラス転移温度の変化が大きいことによると推測される）ことが分かった。また、低密度ポリエチレンフィルムも、総照射時間の長さに応じて、融着力を調節できることも分かった。

１０ 包装袋用材料の製造装置
２０ 紫外線処理装置
２１ 筐体
２３ 紫外線照射部（紫外線照射手段）
３０ 搬送部（搬送手段）
Ｐ フィルム
Ｓ 空間

Claims (13)

1. 包装袋用材料の製造方法であって、
   熱可塑性樹脂フィルムの少なくとも包装袋の非開封用開口又は開封用開口となる部分を、酸素又はオゾンを含む雰囲気に配置し、
   前記酸素又はオゾンに紫外線を照射し、生成される活性酸素に前記部分を曝すことで、表面処理を行う工程を有する製造方法。
2. 前記オゾンは、前記部分を、酸素を含む雰囲気に配置し、前記酸素に紫外線を照射することで生成する請求項１記載の製造方法。
3. 前記紫外線の照射を、非照射期間を挟んで間欠的に行う請求項１又は２記載の製造方法。
4. 前記紫外線の照射を、非照射期間を挟まず連続して行う請求項１又は２記載の製造方法。
5. 前記表面処理された部分に印刷を行う工程を更に有する請求項１から４いずれか記載の製造方法。
6. 前記熱可塑性樹脂は、ポリオレフィン系樹脂である請求項１から５いずれか記載の製造方法。
7. 包装袋の製造方法であって、
   請求項１から６いずれか記載の製造方法で製造される包装袋用材料を用い、前記表面処理された部分のうち、包装袋の非開封用開口又は開封用開口となる部分同士を融着させる工程を有する製造方法。
8. 前記表面処理された部分同士で融着された部分は、非開封用開口を塞いでいる請求項７記載の製造方法。
9. 前記表面処理された部分同士で融着された部分は、開封用開口を塞いでいる請求項７記載の製造方法。
10. 請求項１から６いずれか記載の製造方法で製造される包装袋用材料から形成された包装袋。
11. 前記表面処理された部分の一部が外側に位置する請求項１０記載の包装袋。
12. 前記表面処理された部分の一部の上に位置する印刷層を更に備える請求項１０又は１１記載の包装袋。
13. 前記表面処理された部分同士が融着されている請求項１０から１２いずれか記載の包装袋。

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