JP2007203652A

JP2007203652A - ニ軸延伸ポリエステルフイルムおよび包装体

Info

Publication number: JP2007203652A
Application number: JP2006026733A
Authority: JP
Inventors: Katsushi Yamamoto; 克史山本; Hidenori Shimizu; 秀紀清水
Original assignee: Toyobo Co Ltd
Current assignee: Toyobo Co Ltd
Priority date: 2006-02-03
Filing date: 2006-02-03
Publication date: 2007-08-16

Abstract

【課題】ニ軸延伸ポリエステル樹脂フイルムの優れた特性を失うことなく実用面の特性を維持し、良好なひねり性と折り曲げ性を具備した、実用性と経済性および生産性に優れたひねり包装用フイルムとして有用なニ軸延伸ポリエチレンテレフタレート樹脂フイルムおよび被包装物をひねり包装または折り畳み包装してなる包装体を提供すること。
【解決手段】実質的にポリエチレンテレフタレートを主成分とする樹脂からなるフイルムであって、該フイルム密度が１．３５０〜１．３６４ｇ／ｃｍ³、かつ長手方向の破断点伸度が８０〜１５０％であり、長手方向の破断点応力が２００〜３００ＭＰａであり、さらにひねり保持角度が２４０度以上であることを特徴とするニ軸延伸ポリエチレンテレフタレート樹脂フイルム。
【選択図】図１

Description

本発明は、ひねり包装用または折り畳み包装用ニ軸延伸ポリエチレンテレフタレート樹脂フイルムに関する。更に詳しくは、ニ軸延伸ポリエチレンテレフタレート樹脂フイルムの優れた特性維持しつつ、良好なひねり性と折り曲げ性を具備した、実用性と経済性および生産性に優れたひねり包装用または折り畳み包装用フイルムとして提供するものである。

従来からひねり性と折り曲げ性に優れたフイルムとして、セロファンが知られている。セロファンはその優れた透明性とひねり性、折り曲げ性からひねり包装をはじめとする各種包装材料として使用されている。しかし、一方でセロファンは吸湿性を有するために特性が季節により変動し、一定品質を維持しながら供給するこが困難である。また、セロファンは製造工程に過大なエネルギーを要することから環境保全上にも問題があった。これに対し、ポリエチレンテレフタレートをベースフイルムとした包装材は、延伸されたポリエチレンテレフタレートフイルムの強靭性、耐熱性、耐水性、透明性等の優れた特性により各種用途にて好適に使用されているが、その反面ひねり性や折り曲げ性が要求される用途では腰が強いゆえに包装後その形状保持ができず内容物が出でくるといった問題があり、セロファン代替フイルムとして使用することは困難であった。

また、これまでにセロファン代替としてポリプロピレンや一軸延伸高密度ポリエチレンなどが検討されてはいるが、セロファンと比較するとひねり性や折り曲げ性が著しく劣る。すなわち、食品等を包装した後、ひねり包装や折り畳み包装の際に形状が保てず、包装した中身が出てしまうトラブルが発生する。こうしたトラブル防止策としてある程度堅くフイルムを設計する手段が用いられている。しかしながら、堅いフイルムを用いて例えば角張ったチョコレートやキャンディーを包装すると、その角部でフイルムが裂けてしまい効率良く包装ができないといった問題も発生しており、いまだセロファン代替フイルムとして充分ではない。

上記欠点を解決する方法として、応力―ひずみ曲線において降伏点を有し、かつ該共重合物の未延伸フイルムの平均屈折率をＮ０、ニ軸延伸フイルムの平均屈折率をＮ１とした時、０．００３≦Ｎ１―Ｎ０≦０．０２１を満足することを特徴とする易折り曲げポリエステルフイルム（例えば、特許文献１参照。）が報告されている。
特許第２５０５４７４号公報

しかしながら上記従来技術において、ポリエチレンテレフタレートの共重合物からなる二軸延伸フイルムであって、応力−ひずみ曲線において降伏点を有し、かつ該共重合物の未延伸フイルムの平均屈折率をＮ₀、ニ軸延伸フイルムの平均屈折率をＮ₁とした時、０．００３≦Ｎ₁−Ｎ₀≦０．０２１とする方法は、必要となるひねり後または折り曲げ後の包装形状維持を得るには充分でなく、またイソフタル酸等の共重合物の使用および二軸延伸後の熱処理工程にて熱収縮率を小さくすることが記載されてはいるが、共重合物の使用はコストや耐熱性、加工性などの点で好ましくない。

さらに、ポリエチレンテレフタレートからなるフイルムであって、密度が１．３５〜１．３７５ｇ／ｃｍ³の範囲にあり、１２０℃の熱収縮率が少なくとも１０％以上であり、かつフイルム厚みが６〜３０μｍであるひねり包装用食品フイルム（例えば、特許文献２参照。）などが提案されている。
特公昭５９−１２５４４公報

上記従来技術は、必要となるひねり後または折り曲げ後の包装形状維持をフイルムの低密度化によりフイルムを堅くすること、さらにはポリエチレンテレフタレート使用することでその強靭性により、角張ったチョコレートやキャンディー包装でフイルムが裂けてしまうトラブル発生の防止を可能としている。しかしながら、上記従来技術のみでは実際にひねり包装や折り畳み包装した場合、長手方向のフイルム破断応力が強く、フイルム伸度が大きいため、個包装する直前でのフイルム裁断不良による機械詰まり等のトラブル発生や、裁断刃の磨耗が早く機械メンテナンスにかなりの時間を要するということによる生産効率が悪いといった問題もあり、更なる改良が求められていた。

本発明者らは、上記従来技術の問題点に鑑み実用性を有しつつ、さらにはコスト的にも有利で生産性良好な実質的にポリエチレンテレフタレートを主成分とする樹脂からなるひねり包装用または折り畳み包装用フイルムを得ることを目的として鋭意研究した結果、本発明に至った。

本発明は、実質的にポリエチレンテレフタレートを主成分とする樹脂からなるフイルムであって、該フイルム密度が１．３５０〜１．３６４ｇ／ｃｍ³、かつ該フイルムの長手方向の破断点伸度が８０〜１５０％であり、該フイルムの長手方向の破断点応力が２００〜３００ＭＰａであり、さらにひねり保持角度が２４０度以上であることを特徴とするニ軸延伸ポリエチレンテレフタレート樹脂フイルムである。

本発明においては、フイルム密度が１．３６４ｇ／ｃｍ³を超えると、折り曲げ性が低下して好ましくない。フィルム密度が１．３５０ｇ／ｃｍ³未満であると、耐熱性が低下して好ましくない。さらに、１．３６０ｇ／ｃｍ³以上であることが好ましい。
また、ひねり保持角度が２４０度未満であると、チョコレートやキャンデーなどの個包装に適さない。

ここでいうフイルム密度は密度勾配管法（例えば硝酸カルシウムの溶解液など）、または浮沈法等の手段により３０℃で測定した値を意味する。また、破断点応力と破断点伸度はＪＩＳＣ−２３１８法に準拠して測定した値を意味する。このように特定の組成を有するポリエステルを使用し、フイルム密度を上記特定の範囲にすること、さらにはフイルム破断点応力と破断点伸度を上記特定範囲にすることが経済性と生産性を満足させ、かつ実用性にも優れ、ひねり性と折り曲げ性を得る上で好ましく、ひねり包装用または折り畳み包装用フイルムとして有用である。

ここでいう、ひねり保持角度は、テンチ社製ひねり包装機ＴＡ３００型を用い、２００個／分の速度にて、フイルムが１．５回転（５４０度）ひねられて個包装となった後若干の戻りがあった後のひねりが保持された角度を測定した値を意味する。（以下「ひねり保持角度」と表記する）

本発明において、フイルムの長手方向の破断点応力が２００ＭＰａ未満であると上記包装速度ではフイルムが巻き出し部から裁断部の間で切れてトラブルが発生しやすい。また、破断点応力が３００ＭＰａを超えると、裁断部で使用するカッター刃の磨耗が大きく、カッター刃交換が頻繁となり経済性が悪く問題となる。
さらに長手方向の破断点伸度については、破断点伸度が８０％未満では上記同様にフイルムが巻き出し部から裁断部の間で切れるトラブルの原因となる。また、破断点伸度が１５０％を超えると、裁断部で切れにくく、多くの不良率発生原因となり問題が生じる。
というのも、ひねり包装や折り畳み包装に見られる固体物を包装するフイルムは包装する機械に容易に扱えられるものでなければならない。つまり１台の機械で１分間あたり２００〜１０００個の固体物を包装する際に包装するのに必要な面積を切り取る工程への適応性が求められ、これは機械適性として満足しなければならない要素である。よってフイルムは上記包装速度での裁断性を良好とする特性が必要とされることになる。

さらにまた、この場合において、前記フイルムの厚み方向の屈折率Ｎｚが１．５０１以上であることが好適である。

本発明において、フイルムの厚み方向の屈折率Ｎｚが１．５０１未満であるとフイルムの面配向が高くなり角張ったチョコレートやキャンディー包装でフイルムが裂けてしまう。

さらにまた、この場合において、１０５℃での長手方向および横方向の熱収縮率が１５％以上、２５％以下であることが好適である。
前記フイルムの１０５℃での長手方向における熱収縮率が２５％以上であると、フィルムの加工性が劣る。１５％程度であれば、特に問題なく使用できる。

さらにまた、この場合において、ひねりまたは折り畳み包装用として用いるのが好適である。

さらにまたこの場合において、前記フィルムが被包装物をひねり包装または折り畳み包装してなる包装体が好適である。

本発明により、良好なひねり性と折り曲げ性を具備し、さらには加工時の破断や裁断不不良や包装後のフィルムの裂けによるトラブルの少ない極めて実用性に優れたニ軸延伸ポリエチレンテレフタレート樹脂フイルムを提供することができる。

本発明を構成する実質的にポリエチレンテレフタレートを主成分とする樹脂とは、テレフタル酸とエチレングリコールを直接エステル化反応させたものであって、副生成物としてジエチレングリコールやオリゴマーや環状オリゴマー等さらには未反応物として線状モノマーやオリゴマー等が含まれていても良い。また実質的にポリエチレンテレフタレートを主成分とする樹脂の固有粘度は、好ましくは０．５５〜１．３０ｄｌ／ｇであり、さらに好ましくは０．６０〜１．２０ｄｌ／ｇである。このとき、樹脂密度は１．３５０〜１．４５０ｇ／ｃｍ³のものが好適である。

本発明では、フィルムを構成するポリエステルは、その目的を阻害しない範囲で他の共重合成分を含むことができる。使用できる他の共重合成分のうち、ジカルボン酸成分として、ナフタレンジカルボン酸、ジフェニルスルホンジカルボン酸、５−ナトリウムスルホイソフタル酸等の芳香族ジカルボン酸、シュウ酸，コハク酸，アジピン酸，セバシン酸，デカンジカルボン酸，マレイン酸，フマル酸，ダイマー酸等の脂肪族ジカルボン酸、ｐ−オキシ安息香酸等のオキシカルボン酸、シクロヘキサンジカルボン酸等の脂環族ジカルボン酸が使用できる。また、グリコール成分として、プロパンジオール、ブタンジオール、ペンタンジオール、ヘキサンジオール、ネオペンチルグリコール等の脂肪族グリコール、シクロヘキサンジメタノール等の脂環族グリコール、ビスフェノールＡのエチレンオキサイド付加物，ビスフェノールＳのエチレンオキサイド付加物等の芳香族グリコール、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリテトラメチレングリコール等が使用できる。このほか少量のアミド結合、ウレタン結合、エーテル結合、カーボネート結合等を含有する化合物を含んでいてもよい。
ここでいう実質的にポリエチレンテレフタレートを主成分とする樹脂とは、構成成分のうち９０モル％以上がエチレンテレフタレート単位よりなることが好ましく、より好ましくは９５モル％以上である樹脂を意味する。

上記実質的にポリエチレンテレフタレートを主成分とする樹脂は、従来の方法により製造され得ることができる。例えば、酸性分とグリコール成分とを直接反応させる直接エステル化法、酸成分としてのエステルとグリコール成分とを反応させるエステル交換法などが挙げられるが、特に限定はされない。

上記組成物中には、実質的にポリエチレンテレフタレートを主成分とする樹脂の他に必要に応じて各種添加剤が含有されても良い。添加剤としては二酸化チタン、微粒子シリカ、カオリン、炭酸カルシウム等の無機滑剤やアクリル系架橋高分子よりなる微粒子の材料として、アクリル酸、メタアクリル酸、アクリル酸エステル、メタアクリル酸エステル等のアクリル系単量体からなる架橋高分子等の有機滑剤が挙げられる。また、帯電防止剤、老化防止剤、紫外線防止剤、着色剤、染料等を単独で含有しても良く、２種以上を併用しても良い。

本発明に用いる添加剤としては微粒子シリカが好ましいが特に限定はされない。微粒子シリカの組成は二酸化ケイ素（ＳｉＯ₂）を主成分としたものであり、さらに形状は不定形、球状、凝集状などいずれであっても良いが、本発明においては結晶構造を持たない不定形が好ましい。更に平均粒径（高速撹拌機を使用して所定の回転速度（約５０００ｒｐｍ）で撹拌したイオン交換水中にシリカ微粒子を分散させ、その分散液をイソトン（生理食塩水）に加えて超音波分散機でさらに分散した後に、コールターカウンター法によって粒度分布を求め、重量累積分布の５０％における粒子径を平均粒子径として算出した。）は１．４〜４．５μｍが好ましく、より好ましくは１．８〜３．０μｍである。平均粒径が１．４μｍ未満ではフイルム間でのブロッキングが発生し問題になる。また、平均粒径が４．５μｍより大きいとフイルム加工時にて微粒子シリカの脱落が発生する問題や耐スクラッチ性が悪化するといった問題が発生する。本発明においては、富士シリシア社製サイリシア（グレード：３１０Ｐ、形状：不定形、平均粒径：２．７μｍ）を用いた。

本発明の実質的にポリエチレンテレフタレートを主成分とする樹脂フイルムは、例えば押出し機により溶融混練された樹脂をキャストして未延伸フイルムを得た後、同時ニ軸延伸法または逐次二軸延伸法等のニ軸延伸を行い次いで熱固定する方法が用いられる。
押出し条件は適宜選択することができ、特に限定はされない。

本発明では、公知の押出機で溶融押出したポリエステルを冷却固化したシートをポリエステルのガラス転移温度以上の温度で３．０〜４．５倍横方向に第１段目延伸を行い、次いで、ポリエステルのガラス転移温度以上の温度で３．０〜４．０倍縦方向に第２段目延伸を行い、さらに、公知の巾方向を一定長とした熱固定処理（例えば、フィルムの両端をクリップで把持して行う熱固定処理）を８０〜１３０℃で１〜２０秒間実施することが好ましい。さらに、第２段目延伸倍率（Ｍ（倍率））と熱固定温度（ＨＳＴ（℃））の積（Ｍ×ＨＳＴ）を２５０〜３５０に制御することが好ましい。

本発明では、第３段目延伸としてポリエステルのガラス転移温度以上の温度で１．０５〜１．４倍の再横延伸を行ってもよく、また、巾方向を一定長とした熱固定の後、巾方向に緩和処理（１００〜１４０℃で巾方向に０．５〜８％緩和させる処理）を行ってもよい。

本発明の実質的にポリエチレンテレフタレートを主成分とする樹脂フイルムには、目的に応じて例えばコロナ放電処理，プラズマ処理，オゾン処理，薬品処理等の従来公知の方法による表面処理や、公知のアンカー処理剤を用いたアンカー処理等が施されていてもよい。また、帯電防止用コート剤としては例えば、アルキルスルホン酸、グリセリンエステル、ポリグリセンエステル等であり、帯電防止性を付与できるものであれば特に限定されない。コート方法は、従来公知の方法であるバースロールコーティング法、ロールナイフコーティング法、ダイコーティング法、グラビアコーティング法等などであれば特に限定はされない。さらには、インラインによるコーティングによるコートであってもかまわない。

以下、本発明を実施例により説明するが、本発明はこれらの実施例により限定されるものではない。なお、実施例および比較例で得られたフイルムの物性の測定方法は、以下の通りである。

試験方法
（１）ひねり性
テンチ社製ひねり包装機ＴＡ３００型を用い、２００個／分の速度にてひねり包装を行った。フイルムは１．５回転（５４０度）ひねられて個包装となる。その後若干の戻りがあった後のひねりが保持された角度を測定。（以下「ひねり保持角度」と表記する）
この保持角度が大きいほどひねり性は優れており、下記のとおり分類評価した。
○：ひねり保持角度が２４０度以上
△：ひねり保持角度が１８０度以上、２４０度未満
×：ひねり保持角度が１８０度未満

（２）折り曲げ性
１０ｃｍ四方のフイルムサンプルを軽く四折りにし、面方向に０．５Ｋｇ×１秒の荷重をかける。その後サンプルをガラス板上に図１の様に設置する。開き角度＝折れ角度として１分後に測定。この角度が小さいほど折り曲げ性は優れており、下記のとおり分類した。
○：折れ角度が５０度未満
△：折れ角度が５０度以上、８０度未満
×：折れ角度が８０度以上

（３）屈折率
試料の状態調節と測定温度を３０℃とした以外はＪＩＳ−Ｋ−７１４２に準じアッベ屈折率計により、ＮａＤ線光で測定した。マウント液はヨウ化メチレンを用い、厚み方向の屈折率（Ｎｚ）を測定した。

（４）Ｔｍ（融点）
ロボットＤＳＣ（示差走査熱量計）ＤＳＣ−６０（島津製作所（株）製）にＴＡ６０ＷＳディスクステーション（島津製作所（株）製）を接続して測定した。試料１０ｍｇをアルミニウムパンに調整後、ＤＳＣ装置にセットし（リファレンス：試料を入れていない同タイプのアルミニウムパン）、この試料を１０℃／分の速度で昇温した。２８５℃の温度で１５分間加熱した後、液体窒素を用いて急冷処理した。その後この試料を１０℃／分の速度で再昇温して、そのＤＳＣチャートから融点（Ｔｍ）を測定した。

（５）熱収縮率
熱収縮率評価は、収縮条件を１０５℃、１５分とした以外は、ＪＩＳＣ−２３１８法に順じて測定した。

（６）固有粘度
チップサンプル０．１ｇを精秤し、２５ｍｌのフェノール／テトラクロロエタン＝６／４（質量比）の混合溶媒に溶解し、オストワルド粘度計を用いて３０℃で測定した。なお、測定は３回行い、その平均値を求めた。

（７）フイルム密度
フイルム密度は硝酸カルシウムの溶解液を濃度調整して得た密度勾配管により３０℃で測定した。

（８）平均粒径
サンプルの水分散液をコールターカウンターマルチサイザーII（ベックマン・コール
ター株）を用い、体積中位径を測定した。

（９）破断点強度と破断点伸度
破断点強度と破断点伸度は、ＪＩＳＣ―２３８１法に順じて測定した。この時、試験片の引張り速度は２００ｍｍ／分とした。

（１０）フイルム厚み斑
幅（横延伸）方向に３ｍ、長手（縦延伸）方向に５ｃｍの長さの連続したテープ状サンプルを巻き取り、フイルム厚み連続測定機（アンリツ株式会社製）にてフイルムの厚みを測定し、レコーダーに記録した。チャートより、フイルム厚みの最大値（ｄｍａｘ）、最小値（ｄｍｉｎ）、平均値（ｄ）を求め、下記式にて厚み斑（％）を算出した。なお、測定は３回行い、その平均値を求めた。また、幅方向の長さが３ｍに満たない場合は、つなぎ合わせて行う。なお、つなぎの部分はデータから削除する。
厚み斑（％）＝（（ｄｍａｘ―ｄｍｉｎ）／ｄ）×１００

（１１）機械適性
ひねり包装機械テンチ社製ＴＡ−７００型にてフイルム巻き出しから裁断部までのフイルム走行性について評価した。ひねり包装機械のフイルム走行速度は３．２ｍ／分であった。結果を下記のとおり分類評価した。なお、評価したフイルム長さは３２０ｍである。
○：フイルム破断なし
×：フイルム破断発生し問題あり

（実施例１）
ポリエチレンテレフタレート（固有粘度は０．６３ｄｌ／ｇ）に対し０．０３重量％となるようにシリカ（富士シリシア社製サイリシア（グレード：３１０Ｐ、形状：不定形、平均粒径：２．７μｍ）を添加剤として加えポリエチレンテレフタレート樹脂組成物を得た。該ポリエチレンテレフタレート樹脂組成物を押出し機にて溶融混練し、溶融混錬したものをＴダイに供給し、Ｔダイ内部より樹脂温度２８５℃になるように押出し、更に温度２５℃のキャスティングロールにてキャスティングし後、該フイルムを一方向（横方向）に９０℃で３．９倍延伸して一軸延伸ポリエステルフイルムを得た。次いで、該フイルムを前記延伸方向に対して直角方向（縦方向）に８０℃で３．３倍延伸し、９０℃にて熱処理して厚さ１８μｍとなるニ軸延伸ポリエステル樹脂フイルムを得た。

（実施例２）
フイルムを一方向（縦方向）に８０℃で３．９倍延伸して一軸延伸ポリエステルフイルムを得たこと以外は実施例１と同様にして厚さ１８μｍとなるニ軸延伸ポリエチレンテレフタレート樹脂フイルムを得た。

（比較例１）
フイルムを一方向（縦方向）に８０℃で３．９倍延伸して一軸延伸ポリエステルフイルムを得た。次いで、該フイルムを前記延伸方向に対して直角方向（横方向）に１００℃で４．０倍延伸し、１００℃にて熱処理したこと以外は実施例１と同様にして厚さ１８μｍとなるニ軸延伸ポリエチレンテレフタレート樹脂フイルムを得た。

（比較例２）
フイルムを一方向（縦方向）に８０℃で３．５倍延伸して一軸延伸ポリエステルフイルムを得た。次いで、該フイルムを前記延伸方向に対して直角方向（横方向）に９０℃で４．０倍延伸し、１００℃にて熱処理したこと以外は実施例１と同様にして厚さ１８μｍとなるニ軸延伸ポリエチレンテレフタレート樹脂フイルムを得た。

（比較例３）
熱処理温度を１１０℃としたこと以外は実施例１と同様にして厚さ１８μｍとなるニ軸延伸ポリエチレンテレフタレート樹脂フイルムを得た。

（比較例４）
熱処理温度を１５０℃としたこと以外は実施例１と同様にして厚さ１８μｍとなるニ軸延伸ポリエチレンテレフタレート樹脂フイルムを得た。

（比較例５）
フイルムを一方向（縦方向）に８０℃で２．４倍延伸して一軸延伸ポリエステルフイルムを得たこと以外は実施例１と同様にして厚さ１８μｍとなるニ軸延伸ポリエチレンテレフタレート樹脂フイルムを得た。

本発明は、ひねり包装用または折り畳み包装用ニ軸延伸ポリエチレンテレフタレート樹脂フイルムは、ニ軸延伸ポリエチレンテレフタレート樹脂フイルムの優れた特性維持しつつ、良好なひねり性と折り曲げ性を具備した、実用性と経済性および生産性に優れたひねり包装用または折り畳み包装用フイルムとして包装用途分野に利用でき、ひねり包装の産業界に寄与することが大である。

本願発明のニ軸延伸ポリエステル樹脂フイルムの折り角度の測定方法の説明図である。

Claims

実質的にポリエチレンテレフタレートを主成分とする樹脂からなるフイルムであって、該フイルム密度が１．３５０〜１．３６４ｇ／ｃｍ³、かつ長手方向の破断点伸度が８０〜１５０％であり、長手方向の破断点応力が２００〜３００ＭＰａであり、さらにひねり保持角度が２４０度以上であることを特徴とするニ軸延伸ポリエチレンテレフタレート樹脂フイルム。
請求項１記載のフイルムであって、該フイルムの厚み方向の屈折率Ｎｚが１．５０１以上であることを特徴とするニ軸延伸ポリエチレンテレフタレート樹脂フイルム。
請求項１記載のフイルムであって、１０５℃での長手方向および横方向の熱収縮率が１５％以上、２５％以下であることを特徴とするひねりまたは折り畳み包装用ニ軸延伸ポリエチレンテレフタレート樹脂フイルム。
請求項１記載のフィルムであって、ひねりまたは折り畳み包装用として用いられることを特徴とするニ軸延伸ポリエチレンテレフタレート樹脂フイルム。
請求項１記載のフィルムが被包装物をひねり包装または折り畳み包装してなることを特徴とする包装体。