JP2006192666A - シール機能を有する生分解性多層フィルム - Google Patents

シール機能を有する生分解性多層フィルム Download PDF

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Abstract

【課題】広いシール温度範囲を有し、かつ実用上十分な接着強度を有する上に、シール部の密閉性や気密性に優れるヒートシール機能を有する生分解性多層フィルムを提供及びこのフィルムを用袋状物品やエアー緩衝材の提供を課題とする。
【解決手段】190℃、2.16kgにおけるMFR(JIS−K−7210に準拠)が9g/10分以上50g/10分以下で、かつ示差走査熱量測定(JIS−K−7121及び7122に準拠)で溶融状態から10℃/分で降温時に求めた、結晶化温度(Tc)が40℃以上、結晶化熱量(ΔHc2)が5J/g以上である生分解性脂肪族ポリエステル及び/または芳香族−脂肪族ポリエステルを主成分とするシール層を有し、シール強度が10N/15mm以上であることを特徴とする生分解性多層フィルム。
【選択図】なし

Description

本発明は、優れたシール機能を有する生分解性多層フィルムに関するものであり、さらには、生分解性多層フィルムの製造方法、生分解性袋状物品、生分解性エアー緩衝材に関するものである。
合成高分子化合物は、その優れた特性からプラスチックとして広範囲に使用されるようになったが、その使用量の増加と共に廃棄物量も増大しており、この廃棄プラスチックをどの様に処理するかが大きな社会問題になっている。焼却処理すると発熱量が大きいため焼却炉を傷めやすいことや、有害物質を生成するおそれがあること等の問題点があり、埋め立て処理すると腐らないためいつまでも環境中に残留するという問題点もある。更に、分別・回収、再生のコストを考えるとリサイクルだけでは完全な問題解決は困難である。
この様な環境問題への高まりの中で、環境への負荷を低減して、社会を持続可能なものにするために、廃棄後に自然環境下で分解する生分解性プラスチックが求められるようになっている。
一方、一般包装材、食品包装材をはじめ、プラスチックフィルムの幅広い用途において、ヒートシール性に優れるフィルムが要求されている。ヒートシールとは、加熱バーや加熱板あるいは加熱ロール等を用いて、複数のフィルムを重ねた上で、加熱、加圧しフィルムを接着させることである。ヒートシール性に優れるフィルムとは広い温度範囲において接着可能で、かつ、実用上十分な接着強度を有すものである。さらに、液体や気体の内容物を密閉し、保存、保持することを目的とするようなシール機能を有するフィルム用途、例えば食品や一般の包装用袋やゴミ袋、またはエアー緩衝材などの場合においては、内容物である液体や気体のシール部からの漏洩を防止するために、シール部の密閉性や気密性も非常に重要なシール機能の一つである。殊に、重ねられたフィルムの枚数が部分的に異なるヒートシール部では、内容物である液体や気体がより漏洩しやすくなるため、このような箇所でも、漏洩のない確実なヒートシール性が求められている。
このような状況の中で、特許文献1(特開平8−323946号公報)には、最外層の生分解性プラスチックフィルムの融解温度Tmが、ポリ乳酸系重合体を主成分とする組成物からなるフィルムよりも10℃以上低いことを特徴とする多層生分解性プラスチックフィルムが、また特許文献2(特開平10−100353号公報)には、ポリ乳酸系重合体を主成分とする組成物からなる延伸フィルム層に、ポリ乳酸系重合体とは異なる生分解性脂肪族ポリエステルとを含有する未延伸フィルム層を設けた生分解性積層フィルムが、特許文献3(特開2003−170560号公報)や特許文献4(特開2003−127312号公報)にはヒートシール性を有するポリ乳酸系二軸延伸積層フィルムが開示されている。
さらには、特許文献5(特開平10−151715号公報)には結晶化された乳酸系ポリマーからなる基材層に、基材層よりも低い軟化点を有する非晶性の乳酸系ポリマーからなるシール層を設けた乳酸系ポリマー積層体が、特許文献6(特開2004−322624号公報)には低融点層が熱溶着性を有する生分解性多層フィルムが、特許文献7(特開2003−72010号公報)には、ポリ乳酸からなる基材層と、基材層よりも低い融点または軟化点を有する生分解性ポリマーを含有するヒートシール層を有する熱収縮性ポリ乳酸系フィルムが開示されている。
しかしながら、これら開示されている生分解性多層フィルムに関する技術は、基材層とシール層の融点もしくは軟化点の差に基づくものであるため、広いシール温度範囲を有するシール機能はあるものの、密閉性や気密性という特定のシール機能やフィルムの気体透過度に関しては開示されてはいなかった。
このような、多層フィルムを用いた袋状物として、特許文献8(特開平10−146936号公報)に、多層フィルムからなるチャック付き袋が開示されているが、前記チャック付き袋も、前述したようなシール部の密閉性や気密性という特定のシール機能やフィルムの気体透過度に関しては開示されていなかった。
エアー系緩衝材として、特許文献9(実願昭57−104753号公報)にはプラスチック製包装用緩衝体が開示されている。該公報では、中空ユニットを連結して成形する事でユニット相互が一体として作用すると共に少ない原料で得られる安価な緩衝材とすることを目的としているが、空気の保持性を示すための、シール材の機能やフィルムの酸素透過度に関しては開示されておらず、素材も生分解性ポリマーについては何も開示されていない。また、特許文献10(特開平4−154570号公報)には、膨張可能でセルフシール型の弁を備えたエアーバッグ緩衝材シートに関する開示があり、ヒートシール性があり、非通気性で、可撓性とある程度の機械的強度を有する材料として、ナイロンとポリエチレンのラミネートフィルムが開示されているが、特定のシール機能やフィルムの気体透過度からなる生分解性フィルムを用いたエアーバッグ緩衝材は開示されていなかった。
特開平8−323946号公報 特開平10−100353号公報 特開2003−170560号公報 特開2003−127312号公報 特開平10−151715号公報 特開2004−322624号公報 特開2003−72010号公報 特開平10−146936号公報 実願昭57−104753号公報 特開平4−154570号公報
本発明は、広いシール温度範囲を有し、かつ実用上十分な接着強度を有する上に、シール部の密閉性や気密性に優れるヒートシール機能を有する生分解性多層フィルムを提供することを目的とする。さらには、気体の保持性に優れたフィルム及び袋状物品、エアー緩衝材を提供することを目的とする。
本発明者達は、前記課題を解決するために、鋭意研究を重ねた結果、生分解性ポリマーからなる多層フィルムにおいて、特定の溶融特性をもつ生分解性樹脂を含むシール層を有することで、密閉性や気密性に優れたシール機能が発現する事を見出し、本発明をなすに至った。さらに、特定の酸素透過度をも有することで、気体の保持性に優れたシール機能付き多層フィルム及び袋状物品、エアー緩衝材を見出し、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明は、以下のとおりである。
(1)基材層とシール層の少なくとも二層を有する生分解性多層フィルムであって、シール層は190℃、2.16kgにおけるメルトフローレイト(以下、MFRという)(JIS−K−7210に準拠)が9g/10分以上50g/10分以下で、かつ示差走査熱量測定(JIS−K−7121及び7122に準拠)で溶融状態から10℃/分で降温時に求めた、結晶化温度(Tc)が40℃以上、結晶化熱量(ΔHc2)が5J/g以上である生分解性脂肪族ポリエステル及び/または芳香族−脂肪族ポリエステルを含み、かつフィルムのシール強度が10N/15mm以上であることを特徴とする生分解性多層フィルム。
(2)基材層が、10℃/分で昇温時に示差走査熱量測定(JIS−K−7121及び7122に準拠)で求めた融点(Tm)が90℃以上で、かつ融解熱量(ΔHm)と結晶化熱量(ΔHc1)の関係(ΔHm−ΔHc1)が15J/g以上である熱可塑性生分解性樹脂を含むことを特徴とする(1)記載の生分解性多層フィルム。
(3)基材層が、光学純度90%以上のポリ乳酸(A1)とガラス転移温度Tgが10℃以下で190℃、2.16kgのMFR(JIS−K−7210に準拠)が10g/10分未満である脂肪族ポリエステル系樹脂(B1)及び/または芳香族−脂肪族ポリエステル系樹脂(C1)と結晶核剤(D)の混合物からなり、その混合質量比がA1/(B1又はC1又はB1+C1)=98/2〜70/30であり、A1+(B1又はC1又はB1+C1)=100質量部に対して、(D)が0.5〜30質量部であることを特徴とする(1)または(2)記載の生分解性多層フィルム。
(4)バリア層を少なくとも一層含み、23℃、相対湿度65%の雰囲気下で測定した酸素透過度が300cc/(m・day・atm)以下であることを特徴とする(1)〜(3)いずれかに記載の生分解性多層フィルム。
(5)190℃、2.16kgにおけるMFR(JIS−K−7210に準拠)が9g/10分未満で、かつ示差走査熱量測定(JIS−K−7121及び7122に準拠)で溶融状態から10℃/分で降温時に求めた、結晶化温度(Tc)が40℃以上、結晶化熱量(ΔHc2)が5J/g以上である生分解性脂肪族ポリエステル及び/または芳香族−脂肪族ポリエステルを含むシール補助層を有し、該シール補助層は前記シール層と隣接することを特徴とする(1)〜(4)のいずれかに記載の生分解性多層フィルム。
(6)共押出しの溶融延伸法で製膜され、その面積倍率が40倍以上200倍以下であることを特徴とする(3)〜(5)のいずれかに記載の生分解多層フィルムの製造方法。
(7)(1)〜(5)のいずれかに記載の生分解性多層フィルムを用いた袋状物品。
(8)(1)〜(5)のいずれかに記載の生分解性多層フィルムを用いた生分解性エアーバッグ緩衝材。
本発明の生分解性多層フィルムは、広いシール温度範囲において接着可能で、かつ、実用上十分な接着強度を有すものである上に、内容物の密閉性や気密性に優れたシール部を形成することができる効果があり、殊に、重ねられたフィルムの枚数が部分的に異なるヒートシール部でも、内容物である気体や液体の漏洩がない着実なヒートシールを達成する効果がある。さらに、本発明の生分解性多層フィルムは、特定の酸素透過度とすることで気体の保持性を向上させる効果がる。前述したフィルムを用いた袋状物品では、内容物の液体や気体の漏洩を抑制する事ができ、内容物の長期保存や保持を可能にする効果がある。また同様に、前述したフィルムを用いたエアー緩衝材では、荷重を受けた状態でも長期間エアー緩衝材中の気体を保持することができるので、優れた耐圧縮クリープ性や耐圧強度を有し、実用上十分な緩衝性能を長期間持続できる効果がある。
本発明について、以下具体的に説明する。本発明でシール層に用いられる生分解性樹脂は、190℃、2.16kgのMFR(JIS−K−7210に準拠)が9g/10分以上50g/10分以下であることが肝要である。このような溶融特性を有することで、ヒートシール時に樹脂が容易に溶融流動し、密閉性や気密性に優れたシール部を形成することができる。MFRが9g/10分未満であるとシール時の樹脂が溶融流動不足になる傾向にあり、密閉性や気密性が不十分なシールとなる場合があるため、例えば該フィルムを袋状物とした場合は、内容物の漏洩が起こったり、エアー緩衝材として用いた場合は、長期間の使用で緩衝性能の低下が発生することがある。また、MFRが50g/10分を超える場合は、十分なシール強度を発揮しにくい傾向にある。従って、より好ましいMFRは12g/10分以上45g/10分以下で、さらに好ましいMFRは20g/10分以上35g/10分以下である。
また、実用上十分なシール強度を発現するためには、示差走査熱量測定(JIS−K−7121および7122)で溶融状態から10℃/分で降温時に求めた結晶化温度(Tc)と結晶化熱量(ΔHc2)において、結晶化温度(Tc)が高く、結晶化熱量(ΔHc2)が大きい方が、より強いシール強度を発現しやすい傾向にある。従って、結晶化温度(Tc)は、40℃以上であり、基材層の融点から20℃低い温度よりも低いことが好ましく、より好ましくは、50℃以上で基材層の融点から30℃低い温度よりも低く、さらに好ましくは60℃以上で基材層の融点から40℃低い温度よりも低い温度である。結晶化温度(Tc)が40℃未満では、ヒートシール後のシール層は室温では実質的に結晶化することができないため、実用上十分なシール強度を発現しにくく、また基材層の融点から20℃低い温度よりも高い結晶化温度(Tc)を有するシール層であると、シール層の樹脂組成物の溶融流動そのものが困難となりやすい傾向にある。結晶化熱量(ΔHc2)は5J/g以上65J/g以下が好ましく、より好ましくは10J/g以上60J/g以下、さらに好ましくは30J/g以上50J/g以下である。結晶化熱量(ΔHc2)が5J/g未満であれば、シール層が実用上十分なシール強度を発現するために十分な結晶化状態ではなく、さらに結晶化熱量が65J/gよりも大きい場合は、フィルムの可撓性が抑制されるため好ましくない。
本発明におけるシール層は、シール性という特性を損ねない限り、他の熱可塑性生分解性樹脂をブレンドすることができる。従って、前述した特性を有する樹脂が50%以上、好ましくは60%以上、より好ましくは75%以上、さらに好ましくは85%以上含有されていればよい。
本発明におけるシール層に用いられる熱可塑性生分解性樹脂としては、熱可塑性の澱粉系ポリマー、微生物によって生産された脂肪族ポリエステル系樹脂、化学合成による脂肪族ポリエステル系樹脂及び芳香族−脂肪族ポリエステル系樹脂、及びそれらの化学構造を一部変性したタイプの樹脂、及びこれらの樹脂同士をブレンドした樹脂混合物などが挙げられる。脂肪族ポリエステル系樹脂は、脂肪族ジカルボン酸と脂肪族ジオールを主成分として重縮合した脂肪族ポリエステル、環状ラクトン類を開環重合した脂肪族ポリエステルや環状酸無水物から化学合成によって得られた脂肪族ポリエステル、及び菌体内で生合成されるポリ(ヒドロキシアルカン酸)などの脂肪族ポリエステルから選ばれた少なくとも1種である。また、芳香族−脂肪族ポリエステルは、前記生分解性脂肪族ポリエステルの一部が生分解性を失わない範囲で芳香族化合物に置換された構造を持つポリエステルから選ばれた少なくとも1種である。脂肪族ジカルボン酸と脂肪族ジオールを主成分として重縮合した脂肪族ポリエステルとしては、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、スベリン酸、アゼライン酸、セバシン酸、ドデカン二酸等の脂肪族カルボン酸(生分解性を妨げない範囲で、テレフタル酸、イソフタル酸等の芳香族カルボン酸を含んでも良い)と、エチレングリコール、1,3−プロピオングリコール、1,4−ブタンジオール、1,4−シクロヘキサンジメタノール等の脂肪族ジオールの中からそれぞれ1種以上選んだ重縮合が例として挙げられる。環状ラクトン類を開環重合した脂肪族ポリエステルとしては、ε−カプロラクトン、δ−バレロラクトン、β−メチル−δ−バレロラクトン等の環状モノマーの中から1種以上選んだ開環重合体が例として挙げられる。環状酸無水物から化学合成によって得られた脂肪族ポリエステルとしては、無水コハク酸とエチレンオキサイド、プロピレンオキサイド等のオキシラン類との共重合体が例として挙げられる。上記の内で、結晶化速度や結晶化度を考慮すると、好ましい例としてポリブチレンサクシネート、ポリ(ブチレンサクシネート/アジペート)、ポリエチレンサクシネート、ポリ(エチレンサクシネート/アジペート)、ポリ(ブチレンテレフタレート/アジペート)などが挙げられる。
また、前述したシール層にブレンド可能な熱可塑性生分解性樹脂組成物とは、190℃、2.16kgのMFR(JIS−K−7210に準拠)が9g/10分未満の前述した熱可塑性生分解性樹脂やポリ乳酸や乳酸系共重合体が挙げられる。MFRが9g/10分未満の熱可塑性生分解性樹脂を加えることで、より高いフィルム強度やシール強度を発現させやすくなるし、ポリ乳酸や乳酸系共重合体を加えることで、全体として植物由来原料の比率を増すことになる上、前述と同様の理由でシール層そのもののフィルム強度を向上させやすい。さらに、基材層にポリ乳酸を用いているときに、シール層にポリ乳酸や乳酸系共重合体を用いると、基材層とシール層の層間強度を向上させることもできる。また、このとき用いるポリ乳酸や乳酸系共重合体はできるだけ非晶状態に近いものが好ましく、そのために、前記ポリ乳酸や乳酸系共重合体は光学純度94%以下であり、より好ましくは88%以下、さらには78%以下である。これは、ポリ乳酸の融点と結晶化速度が光学純度に依存して、光学純度が高いほど融点が高く、結晶化しやすいものとなるからである。そのため、光学純度が94%を超えると、ポリ乳酸系樹脂組成物が製膜条件よっては容易に結晶化し、シール温度で融解しにくくなることから、シール強度を低下させやすい働きがある。ここでいう、ポリ乳酸の光学純度とはポリマーを構成するL−乳酸及び/又はD−乳酸単量体単位の構成比率から下記式により計算されるもの(OP:単位%)である。
OP =|[L ]−[D ]|,但し、[L ]+[D ]=100
(ここで、[L]はポリ乳酸重合体を構成するL−乳酸の質量%、[D]はポリ乳酸重合体を構成するD−乳酸の質量%、||は計算値の絶対値を表す。)
さらに、シール層は、可塑剤や結晶核剤、無機フィラー、アンチブロッキング剤、滑り剤、熱安定剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、防曇剤、帯電防止剤、および防錆剤などの公知の添加剤を、本発明の要件と特性を損なわない範囲で配合することが可能である。特にフィルムに柔軟性が必要となる用途の場合には、必要に応じて可塑剤などを添加してフィルムに柔軟性を付与することが好ましい。可塑剤としては、当業界で一般に用いられているものから選択使用でき、樹脂組成物に10質量%程度添加してもブリードアウトしないものが好ましい。例えば、脂肪族多価カルボン酸エステル、脂肪酸多価アルコールエステル、オキシ酸エステル、エポキシ系可塑剤等が含まれる。具体例としては、トリアセチン(TA)、トリブチリン(TB)、ブチルフタリルブチルグリコレート(BPBG)、アセチルクエン酸トリブチル(ATBC)、ジオクチルセバケート(DBS)、トリエチレングリコールジアセテート、グリセリンエステル類、オレイン酸ブチル(BO)、アジピン酸エーテル・エステル、エポキシ化大豆油(ESO)、等が挙げられる。
ここで、前述したシール層を用いることで得られる生分解性多層フィルムの実用上十分なシール強度は10N/15mm以上であることが好ましい。10N/15mm未満では包装フィルムやエアー緩衝材としての機能が果たせない場合がある。好ましいシール強度は、15N/15mm以上であり、さらに好ましくは20N/15mm以上である。
本発明における基材層に用いられる熱可塑性生分解性樹脂としては、熱可塑性の澱粉系ポリマー、微生物によって生産された脂肪族ポリエステル系樹脂、化学合成による脂肪族ポリエステル系樹脂、及びそれらの化学構造を一部変性したタイプの樹脂、生分解性の芳香族−脂肪族ポリエステル系樹脂、およびこれらの樹脂同士をブレンドした樹脂混合物などが挙げられる。脂肪族ポリエステル系樹脂は、ヒドロキシカルボン酸として乳酸を主成分とする脂肪族ポリエステル、脂肪族ジカルボン酸と脂肪族ジオールを主成分として重縮合した脂肪族ポリエステル、環状ラクトン類を開環重合した脂肪族ポリエステルや環状酸無水物から化学合成によって得られた脂肪族ポリエステル、菌体内で生合成されるポリ(ヒドロキシアルカン酸)などの脂肪族ポリエステルから選ばれた少なくとも1種である。また、芳香族−脂肪族ポリエステルは、前記生分解性脂肪族ポリエステルの一部が生分解性を失わない範囲で芳香族化合物に置換された構造を持つポリエステルから選ばれた少なくとも1種である。乳酸を主成分とする脂肪族ポリエステルとしては、乳酸単独重合体及び/または乳酸単量体単位を50%以上含有する共重合体であって、乳酸と他のヒドロキシカルボン酸及び/またはラクトン類からなる群より選ばれた化合物との共重合体である。乳酸との共重合成分として用いられる単量体として、ヒドロキシカルボン酸としては、グリコール酸、3−ヒドロキシ酪酸、4−ヒドロキシ酪酸、3−ヒドロキシ吉草酸、4−ヒドロキシ吉草酸、6−ヒドロキシカプロン酸等が挙げられる。また、脂肪族環状エステルとしては、グリコリド、ラクチド、β−プロピオラクトン、γ−ブチロラクトン、δ−バレロラクトン、ε−カプロラクトンおよびこれらにメチル基などの種々の基が置換したラクトン類が挙げられる。
脂肪族ジカルボン酸と脂肪族ジオールを主成分として重縮合した脂肪族ポリエステルとしては、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、スベリン酸、アゼライン酸、セバシン酸、ドデカン二酸等の脂肪族カルボン酸(生分解性を妨げない範囲で、テレフタル酸、イソフタル酸等の芳香族カルボン酸を含んでも良い)と、エチレングリコール、1,3−プロピオングリコール、1,4−ブタンジオール、1,4−シクロヘキサンジメタノール等の脂肪族ジオールの中からそれぞれ1種以上選んだ重縮合が例として挙げられる。
環状ラクトン類を開環重合した脂肪族ポリエステルとしては、ε−カプロラクトン、δ−バレロラクトン、β−メチル−δ−バレロラクトン等の環状モノマーの中から1種以上選んだ開環重合体が例として挙げられる。環状酸無水物から化学合成によって得られた脂肪族ポリエステルとしては、無水コハク酸とエチレンオキサイド、プロピレンオキサイド等のオキシラン類との共重合体が例として挙げられる。
これらの中でも、特に、10℃/分で昇温時に示差走査熱量測定(JIS−K−7121及び7122に準拠)で求めた融点(Tm)が90℃以上で、かつ融解熱量(ΔHm)と結晶化熱量(ΔHc1)の関係(ΔHm−ΔHc1)が15J/g以上である熱可塑性生分解樹脂が、基材層として好ましく用いられる。融点(Tm)が90℃以上で、かつ融解熱量(ΔHm)と結晶化熱量(ΔHc1)の関係(ΔHm−ΔHc1)が15J/g以上であることで、シール時の温度に対して、基材層が耐熱性を示すことができ、製袋の安定性を付与することができる。好ましい(ΔHm−ΔHc1)は20J/g以上であり、より好ましくは30J/gである。また、好ましいTmは100℃以上、より好ましくは120℃以上、さらに好ましくは150℃以上である。このような熱可塑性生分解樹脂として、光学純度90%以上のポリ乳酸や、ポリブチレンサクシネート、ポリ(ブチレンサクシネート/テレフタレート)などが挙げられる。さらに、前述したようにポリ乳酸の融点や結晶化速度は、ポリ乳酸の光学純度に依存するため、より高い融点を得るためには、光学純度95%以上のポリ乳酸がより好ましい。
前記基材層は、シール層と同様に可塑剤や結晶核剤、無機フィラー、アンチブロッキング剤、滑り剤、熱安定剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、防曇剤、帯電防止剤、防錆剤、および耐衝撃性改良剤などの公知の添加剤を、本発明の要件と特性を損なわない範囲で配合することが可能である。
さらに、前記基材層が、光学純度90%以上のポリ乳酸(より好ましくは光学純度95%以上)を含む場合、ポリ乳酸の結晶化を促進させやすくするために、結晶化促進剤や結晶核剤(D)を加えることができる。結晶化促進剤として、前述した可塑剤やTgが10℃以下の生分解性ポリエステル樹脂をも同時に添加することもできる。このような生分解性ポリエステル樹脂としては、例えば脂肪族ポリエステル系樹脂としてポリブチレンサクシネート、ポリ(ブチレンサクシネート/アジペート)、ポリエチレンサクシネート、ポリ(エチレンサクシネート/アジペート)などであり、芳香族−脂肪族ポリエステル系樹脂としてポリ(ブチレンテレフタレート/アジペート)などである。また、乳酸と他のヒドロキシカルボン酸及び/またはラクトン類からなる群より選ばれた化合物との共重合体やポリ乳酸と生分解性ポリエステルのブロック共重合体なども用いることができる。この場合、シール時の加工安定性を維持するためには、好ましくは、前述したMFRが9g/10分未満、より好ましくは5g/10分以下のものが用いられる。MFRの下限は押出し性によって制限され、0.01g/10分以上が好ましい。同様に結晶化促進剤の添加量がポリ乳酸に対して30質量%を超えるとシール時の加工安定性を損なうことがある。従って、好ましい結晶化促進剤の添加量はポリ乳酸に対して2質量%以上30質量%以下、より好ましくは5質量%以上15質量%以下である。また、前記結晶化促進剤は耐衝撃改良剤としての機能もある。
好ましい結晶核剤としては、粒径10μm以下の無機フィラーや層状ケイ酸塩類である。無機フィラーとしてはタルクやシリカを用いることができ、層状ケイ酸塩類としては、モンモリロナイト、雲母などである。また、分散性向上を目的に、無機フィラーの表面をシランカップリングなどによる表面処理を行ったフィラーも用いることもできる。また、二種類以上の結晶核剤を併用することができる。この際用いる結晶核材の添加量は樹脂100質量部に対して0.5質量部以上30質量部以下であり、より好ましくは1質量部以上20質量部以下、さらに好ましくは2質量部以上15質量部以下である。もしも、添加量が30質量部を超えるとフィルムの透明性や可撓性という観点から好ましくない。
さらに本発明の生分解性多層フィルムは、ASTM D3985に準拠して、23℃、相対湿度65%の雰囲気下で測定した酸素透過度が300cc/(m・day・atm)以下とするために、前述したシール層や基材層だけではなくバリア層を有することができる。該バリア性を持つことで、本発明の生分解性多層フィルムはより、気密性を有するフィルムとなり、袋上物品やエアー緩衝材に用いた場合、内容物の保持や緩衝性能の保持において長期間の保持が可能となる。より好ましい酸素透過度は250cc/(m・day・atm)以下であり、さらに好ましくは200cc/(m・day・atm)以下のフィルムであり、更に好ましくは150cc/(m・day・atm)以下のフィルムである。
前記酸素透過度を達成するために、バリア性の高い熱可塑性生分解樹脂としては、ポリグリコール酸、ポリ(グリコール酸/乳酸)共重合体、生分解性のポリビニルアルコール(PVA)、ポリエチレンサクシネ−ト(PES)、生分解性のポリエチレンテレフタレート変性物、生分解性のポリブチレンテレフタレート変性物、ポリ乳酸とポリエチレンサクシネートとの混合物、ポリ乳酸とポリグリコール酸との混合物、ポリ乳酸と生分解性のポリビニルアルコールとの混合物、ポリ乳酸に雲母やモンモリロナイトなどの層状ケイ酸塩をナノ分散させたポリマー、およびこれらのポリマーの複数混合物などが挙げられる。ポリ乳酸とポリエチレンサクシネートとの混合物においてはポリ乳酸とポリエチレンサクシネートとの混合比率が重量比で90:10から10:90の範囲が好ましい。ポリ乳酸の比率が90重量%を超えるとガスバリア性が低下し、ポリエチレンサクシネートの比率が90重量%を超えると引張強度が低下する傾向にある。より好ましくはポリ乳酸とポリエチレンサクシネートとの混合比率が重量比で85:15から15:85の範囲であり、特に好ましくはポリ乳酸とポリエチレンサクシネートとの混合比率が重量比で75:25から25:75の範囲で、ポリエチレンサクシネート100%の場合のガスバリア性を上回る傾向にある。
本発明の生分解性多層フィルムはシール層と隣接する層に、190℃、2.16kgにおけるMFR(JIS−K−7210に準拠)が9g/10分未満で、かつ示差走査熱量測定(JIS−K−7121及び7122に準拠)で溶融状態から10℃/分で降温時に求めた、結晶化温度(Tc)が40℃以上、結晶化熱量(ΔHc2)が5J/g以上である生分解性脂肪族ポリエステル及び/または芳香族−脂肪族ポリエステルを含むシール補助層を有することができる。シール補助層を有する事で、ヒートシール部は低粘度の熱可塑性生分解性樹脂からなるシール層によって密閉性や気密性を発現しながら、高粘度の熱可塑性生分解性樹脂によるシール補助層によって、高いシール強度が発現できるようになる。MFRが9g以上ではシール補助層による高いシール強度の発現が得られにくく、より好ましいMFRは5g/10分以下で、さらに好ましくは2g/10分以下である。
示差走査熱量測定(JIS−K−7121および7122)で溶融状態から10℃/分で降温時に求めた結晶化温度(Tc)と結晶化熱量(ΔHc2)において、結晶化温度(Tc)が高く、結晶化熱量(ΔHc2)が大きい方が、より強いシール強度を発現しやすい傾向にある。従って、結晶化温度(Tc)は、40℃以上であり、基材層の融点から20℃低い温度よりも低いことが好ましく、より好ましくは、50℃以上で基材層の融点から30℃低い温度よりも低く、さらに好ましくは60℃以上で基材層の融点から40℃低い温度よりも低い温度である。結晶化温度(Tc)が40℃未満では、ヒートシール後のシール層は室温では実質的に結晶化することができないため、実用上十分なシール強度を発現しにくく、また基材層の融点から20℃低い温度よりも高い結晶化温度(Tc)を有するシール補助層であると、シール補助層の樹脂そのものの溶融流動が困難となりやすい傾向にある。
結晶化熱量(ΔHc2)は5J/g以上65J/g以下が好ましく、より好ましくは10J/g以上60J/g以下、さらに好ましくは30J/g以上50J/g以下である。結晶化熱量(ΔHc2)が5J/g未満であれば、シール補助層が実用上十分なシール強度を発現するために十分な結晶化状態ではなく、さらに結晶化熱量が65J/gよりも大きい場合は、フィルムの可撓性が抑制されるため好ましくない。これらシール補助層に用いられる熱可塑性生分解性樹脂組成物は、前述したシール層と同様の樹脂組成物が用いられ、その中でも、例えばポリブチレンサクシネート、ポリ(ブチレンサクシネート/アジペート)、ポリエチレンサクシネート、ポリ(エチレンサクシネート/アジペート)、ポリ(ブチレンテレフタレート/アジペート)などが好適に用いられる。
前述した、バリア層やシール補助層には、必要に応じて各層の機能を損なわない範囲で、可塑剤や無機フィラー、熱安定剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤および耐衝撃改良剤などの公知の添加剤を用いても良い。
本発明の生分解性多層フィルムは、ASTM D 1709−91(A法)に準拠して測定した衝撃強度が、単位厚みあたり2mJ/μm以上であることが好ましい。多層フィルムの用途によって必要とされる衝撃強度は異なるが、2mJ/μm未満であると、一般的な包装フィルムにおける実用上十分な衝撃強度が得られにくい。より好ましくは3mJ/μm以上であり、さらに好ましくは10mJ/μm以上、もっとも好ましくは25mJ/μm以上である。
本発明の生分解性多層フィルムは、ヒートシール温度での熱収縮率(ASTM D 2732に準拠)がMD方向(フィルム長手方向)、TD方向(フィルム幅方向)ともに15%以下であることが好ましい。熱収縮率が15%を超えると、シール時のフィルムに生じる歪の関係で密閉性や気密性に優れたシールを得ることが困難となる。より好ましい熱収縮率は10%以下、さらに好ましくは5%以下、もっとも好ましくは2%以下である。
次に、本発明の生分解多層フィルムの製造方法について説明する。本発明の生分解多層フィルムの製膜方法としては、共押出しで多層フィルムを製膜する方法と、フィルムをラミネート(押出しラミネートやドライラミネート)によって製造する方法がある。フィルムの製膜方法としては、Tダイより冷却ロールにキャストされる方法やインフレーション法やテンター法などの従来公知の製膜方法にて、未延伸、一軸延伸、或いは、同時又は逐次二軸延伸する方法がある。より詳しく説明すると、下記の様な方法によって得られる。
(1)押出されたチューブ状またはシート状の樹脂を溶融状態からインフレーション法又はキャスト法により溶融延伸して製膜する方法。
(2)押出されたチューブ状又はシート状の樹脂を溶融状態から急冷して非晶状態に近い状態で固化させた後、続いてそのチューブ状又はシート状の樹脂をガラス転移温度以上融点以下に再加熱してインフレーション法又はロール・テンター法で延伸する冷間延伸法で製膜する方法、そして必要に応じて、溶融延伸又は冷間延伸の後に、フィルムの熱収縮性抑制の為にフィルムを把持した状態等で熱処理を行ってフィルムを得る様な方法。
ここでいう溶融延伸法は、生分解性樹脂の結晶成分が融解した状態で、融点以上の温度で延伸される製法であり、冷間延伸法と比較すると、一般的に延伸配向が弱く、フィルム強度は低いが、共押し出し製膜では層間剥離しにくいフィルムが得られる。
一方、冷間延伸法は、部分的に結晶化が進んだ状態(非完全な非晶状態)で、樹脂混合物のガラス転移温度以上融点以下に再加熱して延伸される製法であり、溶融延伸法よりは延伸配向が強い為に、強いフィルムが得られるが、共押出し時の層構成の組成によっては層間剥離を起こしやすいこともある。
フィルム又はシートの延伸倍率としては、延伸方法に関わらず、押出し口金(ダイリップ)間隔に対して、最終の延伸フィルム又はシートの厚みが1/200倍〜1/40 倍の範囲になる様に、即ち、押出し口金(ダイリップ)出口直後のフィルム又はシートの面積に対して、最終の延伸フィルム又はシートの面積が40倍〜200倍になる様に、少なくとも1軸方向に延伸することが好ましい。(以下、(押出し口金(ダイリップ)出口直後のフィルム又はシートの面積)/(最終の延伸フィルム又はシートの面積)の比を、「面積倍率」という。)
本発明の生分解多層フィルムの製造方法は、前述したように冷間延伸によって得られた基材層のフィルムにシール層のフィルムをドライラミや押出しラミで貼りあわせる方法や共押出しで冷間延伸する方法で製膜することができる。また、基材層に、ポリ乳酸と結晶核剤(タルクや層状ケイ酸塩等)、結晶化速度向上剤(Tgが10℃以下のポリエステル樹脂や可塑剤)を用いて、溶融延伸でダイ出口からの面積倍率40倍〜200倍の延伸を行うと、得られた基材層は十分に結晶化しており、本発明の生分解多層フィルムとして十分な機能を発揮できる。より好ましい溶融延伸時のダイ出口からの面積倍率は60倍から150倍で、さらに好ましくは80倍から140倍である。
以上のようにして得られた生分解性多層フィルムを袋状物品に用いると、内容物の液体や気体がシール部から漏洩せずに、長期間の保存、保持が可能な袋が得られる。
また、エアー緩衝材に用いると、空気の漏洩が少なく、優れた耐圧縮クリープ性や耐圧強度を有し、実用上十分な緩衝性能を長期間持続できるエアー緩衝材が得られる。
本発明を実施例に基づいて説明する。
実施例および比較例で用いた評価方法について以下に説明する。
(1)MFR
JIS−K−7210に準拠して、190℃、2.16kgで10分間に押出された試料の量(g)として求めた。
(2)ポリ乳酸重合体のD、L乳酸組成、光学純度
ポリ乳酸重合体の光学純度は、前述の通りポリ乳酸重合体を構成するL−乳酸及び/又
はD−乳酸単量体単位の構成比率から下記式により計算される。
光学純度(%)=|[L]−[D]|、但し、[L]+[D]=100
(|[L]−[D]|は[L]−[D]の絶対値を表す。)
ポリ乳酸重合体を構成するL−乳酸及び/又はD−乳酸単量体単位の構成比率は、試料を1N−NaOHでアルカリ分解後に1N−HClで中和して蒸留水で濃度調整した加水分解試料(液)について、光学異性体分離カラムを装着した島津製作所製の高速液体クロマトグラフィー(商品名、HPLC:LC−10A−VP)にて、紫外線UV254nmでのL−乳酸とD−乳酸の検出ピーク面積比(垂線法による面積測定)から、ポリ乳酸重合体を構成するL−乳酸の重量比率[L](単位%)、ポリ乳酸重合体を構成するD−乳酸の重量比率[D](単位%)を求め、1重合体当り3点の算術平均(四捨五入)をもって測定値とした。
(3)融解熱量(ΔHm)、結晶化熱量(ΔHc)、結晶化温度(Tc)、融点(Tm)
JIS−K−7121及び7122に準拠して、パーキンエルマー(Perkin−Elmer)社製の示差走査熱量計(DSC)を用いて、窒素ガス流量25ml/分で、0℃から200℃まで10℃/分で昇温し、2分保持した後、200℃から0℃まで10℃/分で降温し、昇温時の結晶化熱量ΔHc1、融解熱量ΔHm、融点Tmを測定した。また降温時の結晶化温度Tcと結晶化熱量ΔHc2を測定した。
(4)フィルムの全層厚み、各層厚み(μm)
フィルムの全層厚みは、JIS−K−7130に従い、マイクロメータを用いて測定、各層厚みは顕微鏡で多層フィルムの断面を観察して測定した。
(5)酸素透過度(cc/(m・day・atm))
フィルムの酸素透過度はASTM D3985に従って、23℃、相対湿度65%の雰囲気下で測定した。
(6)シール強度(N/15mm)
フィルムのシール強度はJIS Z1707に従い、シール圧力を0.5MPa、シール時間を0.2秒として、80℃からフィルムが溶断するまでの温度範囲で10℃ごとにシール強度を測定し、その最大値をそのフィルムのシール強度とした。シールバーは1/2インチ(約12.7ミリ)幅の物を用いた。また、シール強度はMD方向(フィルム長手方向)とTD方向(フィルム幅方向)の両方の値を測定した。
(7)シールの密着性
フィルムのシール面に実施例2で作成したフィルムをシール面が外側になるように二つ折りにして挟み込み、(6)のシール強度測定で最大値のシール強度が得られた温度で、シール圧力を0.5MPa、シール時間を0.2秒でシールを行った後、エージレスチェッカー(商品名:三菱ガス化学株式会社製)を用いて、シールの密閉性を下記の基準で評価した。
A:n=50のシールテストを行い、シール漏れの個数が5個以下の場合
B:n=50のシールテストを行い、シール漏れの個数が10個以下の場合
C:n=50のシールテストを行い、シール漏れの個数が25個以下の場合
D:n=50のシールテストを行い、シール漏れの個数が25個より多い場合
(8)シールバーへの付着性
(6)のシール強度測定で最大値のシール強度が得られた温度で、シール圧力を0.5MPa、シール時間を0.2秒でシールを行った際のシールバーへのフィルム付着性を下記の基準で評価した
A:n=50のシールテストを行い、シールバーへの付着が5回以下の場合
B:n=50のシールテストを行い、シールバーへの付着が10回以下の場合
C:n=50のシールテストを行い、シールバーへの付着が25回以下の場合
D:n=50のシールテストを行い、シールバーへの付着が25回より多い場合
以下の実施例および比較例に用いた生分解性ポリマーを下記に示す。ただし、本発明における樹脂の組成がこれに限定されるものではない。
P1:ポリ乳酸(カーギルダウ株式会社製 4032D(商品名)、D含量=1.4%、Tm=166℃)
P2:ポリ乳酸(カーギルダウ株式会社製 4042D(商品名)、D含量=4.3%、Tm=153℃)
P3:ポリ乳酸(カーギルダウ株式会社製 4060D(商品名)、D含量=12.6%、Tm、Tcを示さない)
B1:ポリブチレンサクシネートアジペート(昭和高分子株式会社製 ビオノーレ#3001(商品名)、190℃、2.13kgのMFR=1.8g/10分、結晶化温度Tc=66℃、ΔHc2=37J/g)
B2:ポリブチレンサクシネートアジペート(昭和高分子株式会社製 ビオノーレ#3020(商品名)、190℃、2.13kgのMFR=24g/10分、結晶化温度Tc=61℃、ΔHc2=43J・g)
L1:ポリエチレンサクシネート(日本触媒株式会社製 ルナーレSE−P5000(商品名))
タルク:富士タルク工業社製 LMS200(商品名)
[実施例1]
表1に示した組成なるように各原料をドライブレンドした後、単軸押出機を用いて表1に示した層構成、各層厚みになる様に各層の押出機をコントロールして、3層ダイを用いて溶融樹脂を押出した。押出時には、外側ダイリップ直径110ミリ、内側ダイリップ直径を105ミリ、リップクリアランス2.5ミリの円筒ダイより押出し、チューブ状に押出された溶融樹脂に冷却リングより約25℃のエアーを吹き付けながらチューブ内へエアーを注入してバブルを形成し、得られたフィルムをピンチロールへ導きチューブ状のフィルムをフラット状2枚のフィルムとして巻き取りロールで巻き取った。次に、バブルが安定してから、樹脂押出速度、バブル中へのエアー注入量、ピンチロールにおけるフィルム巻き取り速度を微調整し、表1に示した最終厚みのフィルムを得た。
[実施例2〜4、比較例1〜3]
実施例1と同様に、表1に示した組成、及び層構成で、実施例1と同様にフィルムを作成した。
Figure 2006192666
本発明の生分解性多層フィルムは、広いシール温度範囲を有し、かつ実用上十分な接着強度を有する上に、シール部の密閉性や気密性に優れる機能を有するので、内容物である液体や気体の長期保存や保管が必要な袋状物品に好適に利用できる。また、気体の保持性に優れるため、優れた緩衝性能を長期間にわたって維持するエアー緩衝材に好適に利用できる。

Claims (8)

  1. 基材層とシール層の少なくとも二層を有する生分解性多層フィルムであって、シール層は190℃、2.16kgにおけるMFR(JIS−K−7210に準拠)が9g/10分以上50g/10分以下で、かつ示差走査熱量測定(JIS−K−7121及び7122に準拠)で溶融状態から10℃/分で降温時に求めた、結晶化温度(Tc)が40℃以上、結晶化熱量(ΔHc2)が5J/g以上である生分解性脂肪族ポリエステル及び/または芳香族−脂肪族ポリエステルを含み、かつフィルムのシール強度が10N/15mm以上であることを特徴とする生分解性多層フィルム。
  2. 基材層が、10℃/分で昇温時に示差走査熱量測定(JIS−K−7121及び7122に準拠)で求めた融点(Tm)が90℃以上で、かつ融解熱量(ΔHm)と結晶化熱量(ΔHc1)の関係(ΔHm−ΔHc1)が15J/g以上である熱可塑性生分解性樹脂を含むことを特徴とする請求項1記載の生分解性多層フィルム。
  3. 基材層が、光学純度90%以上のポリ乳酸(A1)とガラス転移温度Tgが10℃以下で190℃、2.16kgのMFR(JIS−K−7210に準拠)が10g/10分未満である脂肪族ポリエステル系樹脂(B1)及び/または芳香族−脂肪族ポリエステル系樹脂(C1)と結晶核剤(D)の混合物からなり、その混合質量比がA1/(B1又はC1又はB1+C1)=98/2〜70/30であり、A1+(B1又はC1又はB1+C1)=100質量部に対して、(D)が0.5〜30質量部であることを特徴とする請求項1または2に記載の生分解性多層フィルム。
  4. バリア層を少なくとも一層含み、23℃、相対湿度65%の雰囲気下で測定した酸素透過度が300cc/(m・day・atm)以下であることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の生分解性多層フィルム。
  5. 190℃、2.16kgにおけるMFR(JIS−K−7210に準拠)が9g/10分未満で、かつ示差走査熱量測定(JIS−K−7121及び7122に準拠)で溶融状態から10℃/分で降温時に求めた、結晶化温度(Tc)が40℃以上、結晶化熱量(ΔHc2)が5J/g以上である生分解性脂肪族ポリエステル及び/または芳香族−脂肪族ポリエステルを含むシール補助層を有し、該シール補助層は前記シール層と隣接することを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の生分解性多層フィルム。
  6. 共押出しの溶融延伸法で製膜され、その面積倍率が40倍以上200倍以下であることを特徴とする請求項3〜5のいずれかに記載の生分解性多層フィルムの製造方法。
  7. 請求項1〜5のいずれかに記載の生分解性多層フィルムを用いた袋状物品
  8. 請求項1〜5のいずれかに記載の生分解性多層フィルムを用いた生分解性エアーバッグ緩衝材。
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