JP7835331B2 - 積層フィルム及び包装材料 - Google Patents
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Description
つまり、前記の環境に優しい包装材料に求められる性能としての(1)リサイクルできる材料を構成材料として含むこと、(2)各種ガスを遮断し賞味期限を延長できるガスバリア性能を有すること、(3)リサイクルしやすく環境負荷が少ないラミネート構成にすること(モノマテリアル化) の3点をいずれも満足する材料は、従来はなかった。
すなわち、本発明の課題はポリプロピレンフィルムを主体とした環境負荷が少ないほぼ単一の樹脂種から構成されたラミネート構成を形成することができるフィルムであるとともに、包装材料に求められるガスバリア性や接着性、さらには加工適性等の必要性能を有する積層フィルムを提供することである。
また、加工適正向上の観点から加熱収縮率の小さいポリプロピレンフィルムを用いることで印刷、ラミネート加工時の品位はさらに向上することが出来る。
1.基材フィルムの少なくとも片面にポリビニルアルコール系共重合体および無機層状化合物を有する被覆層を設けた積層フィルムであって、前記積層フィルムが下記(a)~(d)の要件を満足することを特徴とする積層フィルム。
(a) 前記基材フィルムが、プロピレン系共重合体を用いた延伸フィルムであること。
(b) 前記被覆層の付着量が0.10g/m2以上0.50g/m2以下であること。
(c) 前記積層フィルムの全反射赤外吸収スペクトルにおいて、1040±10cm-1
の領域に吸収極大を持つピーク強度(P1)と3000±10cm-1の領域に吸収極大
を持つピーク強度(P2)の比(P1/P2)が3.0~25.0の範囲内であること。
(d)前記積層フィルムの150℃×5分の加熱収縮率がMD方向、TD方向いずれも10%以下であること。
2.前記積層フィルム上の被覆層の2μm四方における算術平均粗さが2.0~8.0nmの範囲内であることを特徴とする1.に記載の積層フィルム。
3.前記積層フィルムの120℃×5分の加熱収縮率がMD方向、TD方向いずれも1%以下であることを特徴とする1.又は2.に積層フィルム。
4.前記積層フィルムの23℃×65%RH環境下における酸素透過度が50ml/m2・d・MPa以下かつ40℃×90%RH環境下における水蒸気透過度が4g/m2・d以下であることを特徴とする1.~3.のいずれかに記載の積層フィルム。
5.前記被覆層の無機層状化合物がモンモリロナイト系化合物を構成成分として含有することを特徴とする1.~4.のいずれかに記載の積層フィルム。
6.前記1.~5.のいずれかに記載の積層フィルムの片面にオレフィン系シーラント層を積層してなる包装材料。
[基材フィルム層]
本発明で基材フィルムとして用いるプロピレン系樹脂延伸フィルムは、二軸延伸フィルムであることが好ましい。二軸延伸ポリプロピレン系樹脂フィルムはとして、公知の二軸延伸ポリプロピレン系樹脂フィルムを使用することが可能であり、その原料、混合比率などは特に限定されない。例えばポリプロピレンホモポリマー(プロピレン単独重合体)であるほか、プロピレンを主成分としてエチレン、ブテン、ペンテン、ヘキセンなどのα-オレフィンから選ばれる1種又は2種以上とのランダム共童合体やブロック共重合体など、あるいはこれらの重合体を2種以上混合した混合体によるものであってもよい。また物性改質を目的として酸化防止剤、帯電防止剤、可塑剤など、公知の添加剤が添加されていてもよく、例えば石油樹脂やテルペン樹脂などが添加されていてもよい。
本発明においては、基材フィルムのガスバリア性能や接着性を向上させる目的として被覆層を有する。ただし、本発明では、被覆層を設けることで工程が増えることによるコストアップや、膜厚によってはリサイクルが困難になる等の、環境への負荷が生じることに留意して設計する必要がある。
例えば、下記一般式:
(X,Y)2~3Z4O10(OH)2・mH2O・(Wω)
(式中、Xは、Al、Fe(III)、又はCr(III)を表す。Yは、Mg、Fe(II)、Mn(II)、Ni、Zn、又はLiを表す。Zは、Si、又はAlを表す。Wは、K、Na、又はCaを表す。H2Oは、層間水を表す。m及びωは、正の実数を表す。)
これらの中でも、式中のWがNaであるものが水性媒体中でへき開する点から好ましい。
算術平均粗さの値を前記の所定の数値範囲とするには、前述の材料を使用して前述の所定の付着量とし、さらには材料の配合比を前述の適性範囲とし、後述の塗工液の希釈条件、乾燥・熱処理条件と組み合わせることが必要である。
本発明の積層フィルムを包装材料として用いる場合には、シーラントと呼ばれるヒートシール性樹脂層を形成した積層体とすることが好ましい。ヒートシール性樹脂層は通常、被覆層上に設けられるが、基材フィルム層の外側(被覆層形成面の反対側の面)に設けることもある。ヒートシール性樹脂層の形成は、通常押出しラミネート法あるいはドライラミネート法によりなされる。ヒートシール性樹脂層を形成する熱可塑性重合体としては、シーラント接着性が充分に発現できるものであればよいが、オレフィン系のHDPE、LDPE、LLDPEなどのポリエチレン樹脂類、ポリプロピレン樹脂、エチレン-酢酸ビニル共重合体、エチレン-α-オレフィンランダム共重合体、アイオノマー樹脂等を使用できる。この中でも耐久性、シール強度、価格、モノマテリアル化の観点から汎用性が高いLLDPEまたはポリプロピレン樹脂が特に好ましい。シーラント層の厚みは20~100μmが好ましく、さらに好ましくは30~90μm、より好ましくは40~80μmである。厚みが20μmより薄いと十分なシール強度が得られないことや、腰感がなく取り扱いづらい可能性がある。一方、厚みが100μmを超えると腰感が強く袋としての取り扱い性が低下する他、価格も高額になる恐れがある。
本発明で用いられる接着剤層は、汎用的なラミネート用接着剤が使用できる。たとえば、ポリ(エステル)ウレタン系、ポリエステル系、ポリアミド系、エポキシ系、ポリ(メタ)アクリル系、ポリエチレンイミン系、エチレン-(メタ)アクリル酸系、ポリ酢酸ビニル系、(変性)ポリオレフィン系、ポリブタジェン系、ワックス系、カゼイン系等を主成分とする(無)溶剤型、水性型、熱溶融型の接着剤を使用することができる。この中でも、耐熱性と、各基材の寸法変化に追随できる柔軟性を考慮すると、ウレタン系またはポリエステル系が好ましい。上記接着剤層の積層方法としては、たとえば、ダイレクトグラビアコート法、リバースグラビアコート法、キスコート法、ダイコート法、ロールコート法、ディップコート法、ナイフコート法、スプレーコート法、フォンテンコート法、その他の方法で塗布することができ、十分な接着性を発現するため、乾燥後の塗工量は1~8g/m2が好ましい。より好ましくは2~7g/m2、さらに好ましくは3~6g/m2である。塗工量が1g/m2未満であると、全面で貼り合せることが困難になり、接着力が低下する。また、8g/m2以上を超えると、膜の完全な硬化に時間がかかり、未反応物が残りやすく、接着力が低下する。
JIS K7130-1999 A法に準拠し、ダイアルゲージを用いて測定した。
JISK7136に準じてヘイズメーターNDH-2000(日本電色工業製)を用いて測定した。
各実施例および比較例において、基材フィルム上に被覆層を積層した段階で得られた各積層フィルムを試料とし、この試料から100mm×100mmの試験片を切り出し、エタノールによる被覆層の拭き取りを行い、拭き取り前後のフィルムの質量変化から付着量を算出した。
各実施例および比較例において、基材フィルム上に被覆層を積層した段階で得られた各積層フィルム単体の被覆層の面について、全反射吸収赤外分光法で全反射赤外吸収スペクトルを測定し、1040±10cm-1の領域に吸収極大を持つピーク強度(P1)および3000±10cm-1の領域に吸収極大を持つピーク強度(P2)を求め、その強度比(P1/P2)を算出した。各ピーク強度の算出は、吸光度ゼロのベースラインと、各ピークトップを、垂直に結んだピーク高さから行った。
積層フィルムの表面粗さの測定は、走査型プローブ顕微鏡(SPM)(株式会社島津製作所製「SPM9700」)を使用して(カンチレバー:オリンパス社から提供されるOMCL―AC200TSを使用、観察モード:位相モード)実施した。詳しくは、フィルム表面の視野角2μm四方においてSPM画像を得た。得られた画像において、SPM付属のソフトウエアの機能である傾き補正を使用し、X方向・Y方向・Z方向の傾き補正を行った後、算術平均粗さの値を算出した。算術平均粗さは、断面曲線から所定の波長より長い表面うねり成分を高域通過フィルタで除去した粗さ曲線からその平均線の方向に基準長さだけを抜き取り、その抜き取り部分の平均線の方向にX軸を縦倍率の方向にY軸を取り、粗さ曲線をy=f(X)で表したときに、次の式によって求められる値を二次元に拡張した値とした。
Ra=1/L∫L0 |f(x)|dx L:基準長さ
各実施例および比較例において、基材フィルム上に被覆層を積層した段階で得られた各積層フィルムを試料とし、JIS-K7126 B法に準じて、酸素透過度測定装置(MOCON社製「OX-TRAN(登録商標)1/50」)を用い、温度23℃、湿度65%RHの雰囲気下で酸素透過度を測定した。なお、酸素透過度の測定は、基材フィルム側から被覆層側に酸素が透過する方向で行った。
各実施例および比較例において、基材フィルム上に被覆層を積層した段階で得られた各積層フィルムを試料とし、JIS-K7129 B法に準じて、水蒸気透過度測定装置(MOCON社製「PERMATRAN-W 3/33MG」)を用い、温度40℃、湿度90%RHの雰囲気下で水蒸気透過度を測定した。なお、水蒸気透過度の測定は、基材フィルム側から被覆層側に水蒸気が透過する方向で行った。
各実施例および比較例において、基材フィルム上に被覆層を積層した段階で得られた各積層フィルムを試料とし、巾15mm、長さ200mmの短冊状にカットした試料を2セット準備して、片側の試料の被覆層面に水1滴(約0.02g)を滴下した後、もう一方の試料の被覆層面を合わせるように重ね合わせ、ガラス板で挟み込み、40℃保温で24時間乾燥して、水分を蒸発させたあと、2枚の短冊を剥離して、フィルムの付着状態を確認した。剥離する際にフィルムが切れるほど付着しているものは×判定、フィルムが切れずにスムーズに剥離できたものは〇判定とした。
各実施例および比較例において、基材フィルム上に被覆層を積層した段階で得られた各積層フィルムを試料とし、被覆層をペーパータオルで軽く押さえた時に、ペーパータオルに被覆層が付着してしまうものを溶媒揮発が不十分として×判定、ペーパータオルに被覆層が付着しないものを溶媒揮発が十分として〇判定とした。
各実施例および比較例において、基材フィルム上に被覆層を積層した段階で得られた各積層フィルムを試料とし、目視確認で被覆層の抜けやスジ、ムラ等が分かるものを外観不良として×判定、上記がないものを外観良好として〇判定とした。
各実施例および比較例において、作成したフィルムの測定方向(MD or TD)が長辺となるよう巾20mm、長さ300mmの試験片を作成し、試験片の中央部に200mmの距離を置いて標点をつける。その後、標点間の距離を金尺で少数点第一位まで読取り、加熱前の標点間距離Aを求める。その後、この試験片の端部をクリップで挟み、金属バーにつるした状態で150℃±1℃に温調した加熱オーブン内へ5分投入する。加熱後、取り出した試験片の標点間距離を加熱前同様に金尺で読取り、加熱後の標点間距離Bを求める。求めた各値を元に下記計算式で加熱収縮率を求める。
加熱収縮率(%)=(A-B)/A×100
(12)120℃、5分加熱収縮率評価
各実施例および比較例において、作成したフィルムの測定方向(MD or TD)が長辺となるよう巾20mm、長さ300mmの試験片を作成し、試験片の中央部に200mmの距離を置いて標点をつける。その後、標点間の距離を金尺で少数点第一位まで読取り、加熱前の標点間距離Aを求める。その後、この試験片の端部をクリップで挟み、金属バーにつるした状態で120℃±1℃に温調した加熱オーブン内へ5分投入する。加熱後、取り出した試験片の標点間距離を加熱前同様に金尺で読取り、加熱後の標点間距離Bを求める。求めた各値を元に下記計算式で加熱収縮率を求める。
加熱収縮率(%)=(A-B)/A×100
実施例、比較例で得られた積層体の上に、白インキ(東洋インキ株式会社製NEWLPスーパーR631AD白N)を乾燥時最高温度120℃の乾燥処理後のインキ層が0.1g/m2になるよう塗布した後、40℃にて1日間保管してそれぞれの印刷品を得た。
(13)印刷時の仕上がり性評価
上記で作製した印刷品を目視確認して、基材に目立つしわやたるみがあるものを仕上がり性が悪いとして×判定、上記がないものを仕上がり性が良好として〇判定とした。
実施例、比較例で得られた積層体の上に、ポリウレタン系接着剤(三井化学株式会社製タケラックA525S/タケネートA50)を乾燥時最高温度120℃の乾燥処理後の厚みが3μmになるよう塗布した後、未延伸ポリプロピレンフィルム(東洋紡製P1128;厚み30μm;CPPとする)を60℃に加熱した金属ロール上でドライラミネートし、40℃にて4日間エージングを施すことにより、評価用のラミネートガスバリア性積層体(以下「ラミネート積層体a」と称することもある)を得た。
上記で作製したラミネート積層体を幅15mm、長さ200mmに切り出して試験片とし、温度23℃、相対湿度65%の条件下で、テンシロン万能材料試験機(東洋ボールドウイン社製「テンシロンUMT-II-500型」)を用いてラミネート強度(常態)を測定した。なお、ラミネート強度の測定は、引張速度を200mm/分とし、実施例および比較例で得られた各積層フィルムの積層フィルム層とヒートシール性樹脂層とを剥離角度90度で剥離させたときの強度を測定した。
(15)ドライラミ時の仕上がり性評価
上記で作製したラミネート積層体を目視確認して、基材に目立つしわやたるみがあるものを仕上がり性が悪いとして×判定、上記がないものを仕上がり性が良好として〇判定とした。
上記で作製したラミネート積層体を用いて、A4サイズのカットシートを作成した。このカットシートのCPP側が向き合うように半分に折りたたみ、四方を西部機械株式会社製テストシーラー「タイプTYB-300」を用いて下記シール条件にて加圧、加熱シールして製袋品を作成した。シール条件(シールバーの巾:10mm、シールバー:加熱温度
60±1℃、シールバー圧力:0.2MPa、シール時間:2秒、冷却時間:1秒)
(16)製袋シール時の仕上がり性評価
上記で作製した製袋品のシール部近傍を目視確認して、基材に目立つしわやたるみがあるものを仕上がり性が悪いとして×判定、上記がないものを仕上がり性が良好として〇判定とした。
精製水90質量部に、完全けん化ポリビニルアルコール樹脂(日本合成化学社製、商品名:GポリマーOKS8049Q、(けん化度99.0%以上、平均重合度450)、10質量部を加え、攪拌しながら80℃に加温し、その後約1時間攪拌させた。その後、常温になるまで冷却し、これにより固形分10%のほぼ透明なポリビニルアルコール溶液(PVA溶液)を得た。
無機層状化合物であるモンモリロナイト(商品名:クニピアF、クニミネ工業社製)5質量部を精製水95質量部中に攪拌しながら添加しホモジナイザーにて1500rpmの設定にて充分に分散した。その後、23℃にて1日間保温し固形分5%の無機層状化合物分散液を得た。
下記の配合比率で各材料を混合し、塗布液(被覆層用樹脂組成物)を作成した。
イオン交換水 20.00質量%
イソプロピルアルコール 15.00質量%
ポリビニルアルコール樹脂(A) 35.00質量%
無機層状化合物分散液(B) 30.00質量%
下記の配合比率で各材料を混合し、塗布液(被覆層用樹脂組成物)を作成した。
イオン交換水 15.00質量%
イソプロピルアルコール 15.00質量%
ポリビニルアルコール樹脂(A) 30.00質量%
無機層状化合物分散液(B) 40.00質量%
下記の配合比率で各材料を混合し、塗布液(被覆層用樹脂組成物)を作成した。
イオン交換水 10.00質量%
イソプロピルアルコール 15.00質量%
ポリビニルアルコール樹脂(A) 25.00質量%
無機層状化合物分散液(B) 50.00質量%
下記の配合比率で各材料を混合し、塗布液(被覆層用樹脂組成物)を作成した。
イオン交換水 5.00質量%
イソプロピルアルコール 15.00質量%
ポリビニルアルコール樹脂(A) 20.00質量%
無機層状化合物分散液(B) 60.00質量%
下記の配合比率で各材料を混合し、塗布液(被覆層用樹脂組成物)を作成した。
イオン交換水 35.00質量%
イソプロピルアルコール 15.00質量%
ポリビニルアルコール樹脂(A) 50.00質量%
下記の配合比率で各材料を混合し、塗布液(被覆層用樹脂組成物)を作成した。
イオン交換水 30.00質量%
イソプロピルアルコール 15.00質量%
ポリビニルアルコール樹脂(A) 45.00質量%
無機層状化合物分散液(B) 10.00質量%
下記の配合比率で各材料を混合し、塗布液(被覆層用樹脂組成物)を作成した。
イソプロピルアルコール 15.00質量%
ポリビニルアルコール樹脂(A) 15.00質量%
無機層状化合物分散液(B) 70.00質量%
下記の材料を下記に示す質量比で混合し、30分以上攪拌して溶解させた。次いで、公称ろ過精度が50μmのフィルターを用いて未溶解物を除去して、塗布液(被覆層用樹脂組成物)を作成した。
イオン交換水 37.50質量%
ポリ塩化ビニリデン樹脂(C) 62.50質量%
(旭化成ケミカルズ製サランラテックスL557、固形分比率48%)
上記調製した塗工液をグラビアロールコート法によって、基材フィルムのコロナ処理面上に塗布し、90℃×4秒で予備乾燥した後、130℃×4秒で本乾燥させ、被覆層を得た。乾燥後の塗布量は0.25g/m2(Dry)であった。その後、40℃2日間の後加熱処理を施した。被覆層を構成する塗工液、および前記の本乾燥の温度と後加熱処理条件を、各実施例、比較例で表1に示したように変更した。
得られた積層フィルムについて、評価を実施した。結果を表1に示す。
Claims (4)
- 基材フィルムの少なくとも片面にポリビニルアルコール系共重合体および無機層状化合物を有する被覆層を設けた積層フィルムであって、前記積層フィルムが下記(a)~(f)の要件を満足することを特徴とする積層フィルム。
(a) 前記基材フィルムが、プロピレン系樹脂を用いた延伸フィルムであること。
(b) 前記被覆層の付着量が0.10g/m2以上0.50g/m2以下であること。
(c) 前記積層フィルムの全反射赤外吸収スペクトルにおいて、1040±10cm-1の領域に吸収極大を持つピーク強度(P1)と3300±10cm-1の領域に吸収極大を持つピーク強度(P2)の比(P1/P2)が3.0~25.0の範囲内であること。
(d)前記積層フィルムの150℃×5分の加熱収縮率がMD方向、TD方向いずれも8%以下であること。
(e)前記積層フィルム上の被覆層の2μm四方における算術平均粗さが2.0~8.0nmの範囲内であること。
(f)前記積層フィルムの23℃×65%RH環境下における酸素透過度が50ml/m2・d・MPa以下かつ40℃×90%RH環境下における水蒸気透過度が4g/m2・d以下であること。 - 前記積層フィルムの120℃×5分の加熱収縮率がMD方向、TD方向いずれも1%以下であることを特徴とする、請求項1に記載の積層フィルム。
- 前記被覆層の無機層状化合物がモンモリロナイト系化合物を構成成分として含有することを特徴とする、請求項1又は2に記載の積層フィルム。
- 請求項1~3のいずれかに記載の積層フィルムの片面にオレフィン系シーラント層を積層してなる包装材料。
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