JP2010174135A - ポリエステルフィルム - Google Patents

Abstract

【課題】インクジェット法による環境負荷、コストなどの問題を解決し、安価で簡便な紫外線照射によってカラーチェンジすることが可能であり、屋外向けの建材など様々な用途で紫外線強度測定に利用でき、また、電子部品におけるＵＶ感光マーカーや光センサー技術としての用途への適用もできるポリエステルフィルムを提供する。
【解決手段】紫外線照射で可逆的に変色する有機フォトクロミック化合物を０．０５〜１．００重量％含有することを特徴とするポリエステルフィルム。
【選択図】なし

Description

本発明は、紫外線（以下、ＵＶと略記することがある）照射で可逆的にカラ−チェンジを引き起こす有機フォトクロミック化合物を含むポリエステルフィルムであり、ＵＶ照射後に可視範囲でカラーチェンジの機能を有するポリエステルフィルムに関するものである。

近年、太陽電池や電子機器、さらには建材などの生活装飾品関連に至るまで多方面で機能性ポリエステルフィルムが使われている。これらの用途では安価で、環境に優しく、高機能性のポリエステルフィルムが望まれている。

既存のポリエステルフィルムでは、生活用品装飾における建材用途として、主流のインクジェット法によるプリントが施されたポリエステルフィルムが知られている。インクジェット法の問題点としては、様々なポリマーや顔料を多量に使用することから環境への負荷が大きい、また、汚染などのメンテナンスや設備投資費の大きさ、ランニングコスト、さらには、乾燥工程や、フィルム厚みの変化などの技術的な難点が挙げられる。

従来のインクジェット法ではなく、例えば、ＵＶ感光型のカラーチェンジ性能を有するポリエステルフィルムは、光触媒をコーティングした窓ガラスに貼ることで、紫外線強度測定の目安になること、また、同様の用途として、太陽電池における紫外線強度測定の目安になることなどから、その活用が期待されている。

さらなる例としては、電子部品におけるＵＶ感光マーカーや光センサー技術としての用途可能性があるばかりではなく、ＵＶ感光着色技術を用いた美しい生活用品への応用の可能性もある。

そこで、ポリエステルフィルムに、ある種のＵＶ感光着色機能を付与できたならば、インクジェット法に代わる新しい新規なポリエステルフィルムを提供することができる。

特開２００７−１４６０１４号公報

本発明は、上記実情に鑑みなされたものであって、その解決課題は、インクジェット法による環境負荷、コストなどの問題を解決し、安価で簡便な紫外線照射によってカラーチェンジすることが可能であり、屋外向けの建材など様々な用途で紫外線強度測定に利用でき、また、電子部品におけるＵＶ感光マーカーや光センサー技術としての用途への適用もできるポリエステルフィルムを提供することにある。

本発明者は、上記実情に鑑み鋭意検討した結果、特定の構成を有するポリエステルフィルムによれば、上記課題を容易に解決できることを見いだし、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明の要旨は、紫外線照射で可逆的に変色する有機フォトクロミック化合物を０．０５〜１．００重量％含有することを特徴とするポリエステルフィルムに存する。

以下、本発明をさらに詳細に説明する。
本発明におけるポリエステルフィルムを構成する、ポリエステルフィルムは単層構成であっても多層構成であってもよく、２層、３層構成以外にも本発明の要旨を越えない限り、４層またはそれ以上の多層であってもよく、特に限定されるものではない。

本発明において使用するポリエステルは、ホモポリエステルであっても共重合ポリエステルであってもよい。ホモポリエステルからなる場合、芳香族ジカルボン酸と脂肪族グリコールとを重縮合させて得られるものが好ましい。芳香族ジカルボン酸としては、テレフタル酸、２，６−ナフタレンジカルボン酸などが挙げられ、脂肪族グリコールとしては、エチレングリコール、ジエチレングリコール、１，４−シクロヘキサンジメタノール等が挙げられる。代表的なポリエステルとしては、ポリエチレンテレフタレート等が例示される。一方、共重合ポリエステルのジカルボン酸成分としては、イソフタル酸、フタル酸、テレフタル酸、２，６−ナフタレンジカルボン酸、アジピン酸、セバシン酸、オキシカルボン酸（例えば、ｐ−オキシ安息香酸など）等の一種または二種以上が挙げられ、グリコール成分として、エチレングリコール、ジエチレングリコール、プロピレングリコール、ブタンジオール、１，４−シクロヘキサンジメタノール、ネオペンチルグリコール等の一種または二種以上が挙げられる。

本発明のフィルム中には、易滑性の付与および各工程での傷発生防止を主たる目的として、粒子を配合することが好ましい。配合する粒子の種類は、易滑性付与可能な粒子であれば特に限定されるものではなく、具体例としては、例えば、シリカ、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、炭酸バリウム、硫酸カルシウム、リン酸カルシウム、リン酸マグネシウム、カオリン、酸化アルミニウム、酸化チタン等の粒子が挙げられる。また、特公昭５９−５２１６号公報、特開昭５９−２１７７５５号公報等に記載されているような耐熱性有機粒子を用いてもよい。この他の耐熱性有機粒子の例として、熱硬化性尿素樹脂、熱硬化性フェノール樹脂、熱硬化性エポキシ樹脂、ベンゾグアナミン樹脂等が挙げられる。さらに、ポリエステル製造工程中、触媒等の金属化合物の一部を沈殿、微分散させた析出粒子を用いることもできる。

一方、使用する粒子の形状に関しても特に限定されるわけではなく、球状、塊状、棒状、扁平状等のいずれを用いてもよい。また、その硬度、比重、色等についても特に制限はない。これら一連の粒子は、必要に応じて２種類以上を併用してもよい。

また、用いる粒子の平均粒径は、通常０．０１〜３μｍ、好ましくは０．１〜２μｍの範囲である。平均粒径が０．０１μｍ未満の場合には、易滑性を十分に付与できなかったり、粒子が凝集して、分散性が不十分となり、フィルムの透明性を低下させたりする場合がある。一方、３μｍを超える場合には、フィルムの表面粗度が粗くなりすぎて、後工程においてプリズム層や光拡散層等の機能層を形成させる場合等に不具合が生じる場合がある。

さらにポリエステル中の粒子含有量は、通常０．００１〜５重量％、好ましくは０．００５〜３重量％の範囲である。粒子含有量が０．００１重量％未満の場合には、フィルムの易滑性が不十分な場合があり、一方、５重量％を超えて添加する場合には、フィルムの透明性が不十分な場合がある。

ポリエステル層中に粒子を添加する方法としては、特に限定されるものではなく、従来公知の方法を採用しうる。例えば、各層を構成するポリエステルを製造する任意の段階において添加することができるが、好ましくはエステル化もしくはエステル交換反応終了後、添加するのが良い。

また、ベント付き混練押出機を用い、エチレングリコールまたは水などに分散させた粒子のスラリーとポリエステル原料とをブレンドする方法、または、混練押出機を用い、乾燥させた粒子とポリエステル原料とをブレンドする方法などによって行われる。

なお、本発明におけるポリエステルフィルム中には、上述の粒子以外に必要に応じて従来公知の酸化防止剤、帯電防止剤、熱安定剤、潤滑剤、染料、顔料等を添加することができる。

本発明におけるポリエステルフィルムの厚みは、フィルムとして製膜可能な範囲であれば特に限定されるものではないが、通常１０〜３５０μｍ、好ましくは５０〜２５０μｍの範囲である。

次に本発明におけるポリエステルフィルムの製造例について具体的に説明するが、以下の製造例に何ら限定されるものではない。すなわち、先に述べたポリエステル原料を使用し、ダイから押し出された溶融シートを冷却ロールで冷却固化して未延伸シートを得る方法が好ましい。この場合、シートの平面性を向上させるためシートと回転冷却ドラムとの密着性を高めることが好ましく、静電印加密着法および／または液体塗布密着法が好ましく採用される。次に得られた未延伸シートは二軸方向に延伸される。その場合、まず、前記の未延伸シートを一方向にロールまたはテンター方式の延伸機により延伸する。延伸温度は、通常７０〜１２０℃、好ましくは８０〜１１０℃であり、延伸倍率は通常２．５〜７倍、好ましくは３．０〜６倍である。次いで、一段目の延伸方向と直交する方向に延伸するが、その場合、延伸温度は通常７０〜１７０℃であり、延伸倍率は通常３．０〜７倍、好ましくは３．５〜６倍である。そして、引き続き１８０〜２７０℃の温度で緊張下または３０％以内の弛緩下で熱処理を行い、二軸配向フィルムを得る。上記の延伸においては、一方向の延伸を２段階以上で行う方法を採用することもできる。その場合、最終的に二方向の延伸倍率がそれぞれ上記範囲となるように行うのが好ましい。

また、本発明のポリエステルフィルム製造に関しては、同時二軸延伸法を採用することもできる。同時二軸延伸法は、前記の未延伸シートを通常７０〜１２０℃、好ましくは８０〜１１０℃で温度コントロールされた状態で機械方向および幅方向に同時に延伸し配向させる方法であり、延伸倍率としては、面積倍率で４〜５０倍、好ましくは７〜３５倍、さらに好ましくは１０〜２５倍である。そして、引き続き、１７０〜２５０℃の温度で緊張下または３０％以内の弛緩下で熱処理を行い、延伸配向フィルムを得る。上述の延伸方式を採用する同時二軸延伸装置に関しては、スクリュー方式、パンタグラフ方式、リニアー駆動方式等、従来公知の延伸方式を採用することができる。

本発明において使用することのできる有機フォトクロミック化合物として、スピロピラン系化合物、スピロオキサジン系化合物、ジヒドロピレン系化合物、スピロチオピラン系化合物、１，４−２Ｈ−オキサジン、トリフェニルメタン系化合物、ビオロゲン系化合物、ナフトピラン系化合物、ベンゾピラン系化合物などの有機フォトクロミック物質が挙げられるが、これらの中でもスピロピラン系化合物、スピロオキサジン系化合物、ナフトピラン系化合物、ベンゾピラン系化合物が好ましい。

有機フォトクロミック化合物の具体例としては、１，３，３−トリメチルスピロ［インドリン−２，３’−（３Ｈ）−ナフト−（２，１−ｂ）（１，４）−オキサジン］、６’−インドリノ−１，３，３−トリメチルスピロ［インドリン−２，３’−（３Ｈ）−ナフト−（２，１−ｂ）（１，４）−オキサジン］、５−クロル−１，３，３−トリメチルスピロ［インドリン−２，３’−（３Ｈ）−ナフト−（２，１−ｂ）（１，４）−オキサジン］、６’−ピペリジノ−１，３，３−トリメチルスピロ［インドリン−２，３’−（３Ｈ）−ナフト−（２，１−ｂ）（１，４）−オキサジン］、１−ベンジル−３，３−ジメチルスピロ［インドリン−２，３’−（３Ｈ）−ナフト−（２，１−ｂ）（１，４）−オキサジン］、１，３，５，６−テトラメチル−３−エチルスピロ［インドリン−２，３’−（３Ｈ）−ナフト−（２，１−ｂ）（１，４）−オキサジン］、１，３，３，５，６−ペンタメチルスピロ［インドリン−２，３’−（３Ｈ）−ナフト−（２，１−ｂ）（１，４）−オキサジン］、１，３，５，６−テトラメチル−３−エチルスピロ［インドリン−２，３’−（３Ｈ）−ピリド−（３，２−ｆ）（１，４）−ベンゾオキサジン］、１，３’，３′−トリメチルスピロ（２Ｈ−１−ベンゾピラン−２，２’−インドリン）、１，３，３−トリフェニルスピロ［インドリン−２，３’−（３Ｈ）−ナフト−（２，１−ｂ）−ピラン］、１−（２，３，４，５，６−ペンタメチルベンジル）−３，３−ジメチルスピロ［インドリン−２，３’−（３Ｈ）−ナフト−（２，１−ｂ）−ピラン］、１−（２−ニトロベンジル）−３，３−ジメチルスピロ［インドリン−２，３’−（３Ｈ）−ナフト−（２，１−ｂ）−ピラン］、２，２−ジフェニルナフト−（２，１−ｂ）−ピラン、２，２−ジ（ｐ−メトキシフェニル）ナフト−（２，１−ｂ）−ピラン、スピロ［２Ｈ−クロメン−２，２’−トリシクロ［３．３．１．１３．７］デカン］、スピロ［２Ｈ−ナフト−（２，１−ｂ）−ピラン−２，２’−トリシクロ［３．３．１．１３．７］デカン］、５，７−ジメチル−スピロ［２Ｈ−クロメン−２，２’−トリシクロ［３．３．１．１３．７］デカン］、６−（４−メトキシフェニル）−９−メトキシ−スピロ［２Ｈ−ナフト−（１，２−ｂ）−ピラン−２，２’−トリシクロ］［３．３．１．１３．７］デカン］、６−クロロ−スピロ［２Ｈ−ナフト−（１，２−ｂ）−ピラン−２，２’−トリシクロ［３．３．１．１３．７］デカン］等が挙げられる。

有機フォトクロミック化合物は、単独で使用することも可能であるが、変色機能を向上させることや耐光性を向上させることを目的として、高沸点タイプの溶媒、可塑剤、合成樹脂、ヒンダードアミン系化合物、ヒンダードフェノール系化合物などの助剤を併用することが好ましい。これらの化合物は、フォトクロミック化合物と併用する材料として公知のものであり、芳香族ジカルボン酸としては、テレフタル酸、２，６−ナフタレンジカルボン酸などが挙げられ、脂肪族グリコールとしては、エチレングリコール、ジエチレングリコール、１，４−シクロヘキサンジメタノール等が挙げられる。代表的なポリエステルとしては、ポリエチレンテレフタレート等が例示される。一方、共重合ポリエステルのジカルボン酸成分としては、イソフタル酸、フタル酸、テレフタル酸、２，６−ナフタレンジカルボン酸、アジピン酸、セバシン酸、オキシカルボン酸（例えば、p-オキシ安息香酸など）等の一種または二種以上が挙げられ、グリコール成分として、エチレングリコール、ジエチレングリコール、プロピレングリコール、ブタンジオール、１，４−シクロヘキサンジメタノール、ネオペンチルグリコール等の一種または二種以上が挙げられる。

有機フォトクロミック化合物のフィルム中の含有量は、０．０５〜１．０重量％の範囲である。含有量が０．０５重量％未満では、フィルムの変色効果が劣る。一方、１．０重量％を超えて含有する場合、フィルム中での劣化物により、不具合が生じる。

次に本発明におけるＵＶで可逆的にカラ−チェンジを引き起こす有機フォトクロミック化合物のポリエステルへの練り込みについて説明する。それらの化合物はポリエステルレジンに練り込んだマスターバッチとして用いる方が好ましいが、ポリエステルレジンへのそれらの化合物の直接添加でもよい。

さらに本発明におけるＵＶによりカラーチェンジ性能を有するポリエステルフィルムについて、有機フォトクロミック化合物の練り込みの層構成について説明する。有機フォトクロミック化合物はポリエステルフィルムの表層、もしくは中間層どちらへの練り込みでも構わない。フィルム全体として、上記の含有量となるように表層あるいは中間層の含有量を調整すればよい。

本発明のＵＶによりカラーチェンジ性能を有するポリエステルフィルムによれば、有機フォトクロミック化合物を適量範囲内で表層でも中間層でもどちらに練り込んでも透明性が高い可逆的なカラーチェンジ性能を持つポリエステルフィルムを提供することができる。本発明のＵＶによりカラーチェンジ性能を有するポリエステルフィルムは、屋外向けの建材など様々な用途で、紫外線強度測定の目安になること、また、電子部品におけるＵＶ感光マーカーや光センサー技術としての用途可能性があるばかりではなく、ＵＶ感光着色技術を用いた美しい生活用品への応用が期待できるため、その工業的価値は高い。

以下、本発明を実施例によりさらに詳細に説明するが、本発明はその要旨を越えない限り、以下の実施例に限定されるものではない。また、本発明で用いた測定法および評価方法は次のとおりである。

（１）ポリエステルフィルムの透過率測定
透明性の基準として、目視による透明性の評価と透過率測定が挙げられる。次のような基準で判断する。
・目視に関して
○：ほぼ透明である
△：透明であるが、少し桃色に着色している
×：黄色や赤色が強く曇っている
・透過率測定に関して
ＪＩＳ − Ｋ７１０５に準じ、日本電色工業社製積分球式濁度計ＮＤＨ−３００Ａによりフィルムの全光線透過率を測定した。一般的なポリエステルフィルムの透過率に対して、０．５〜１％の範囲内の透過率の低下を◎、１〜２％の範囲内の透過率の低下を○、２〜４％の範囲内の透過率の低下を△、４％を超える透過率の低下を×として評価した。

（２）ポリエステルフィルムのＵＶ照射後の着色強度のコントラスト評価
輝度計を用いて、ＵＶ照射前のフィルムの非着色部分とＵＶ照射後の着色部分のコントラスト比の評価を行った。具体的には、電通産業製フラットイルミネーター：ＨＦ−ＳＬ−Ａ４８ＬＣＦにサンプルを置き、さらに、コニカミノルタセンシング社製：ＣＳ−２００を用い、測定視野角１°、サンプルと輝度計との距離を５００ｍｍとし、輝度値（ｃｄ／ｍ^２）を測定した。なお、相対輝度（％）を下記式より求めた。

相対輝度＝（ＵＶ未照射部分の測定値）÷（ＵＶ照射部分の測定値）×１００
得られた相対輝度の値から下記基準で評価した。

◎：１０５を超える（強い着色）
○：１０２〜１０５（着色している）
△：１０１〜１０２（薄い着色）
×：１０１未満（ほとんど着色していない）

（３）ポリエステルフィルムのＵＶ照射後の着色強度のＬ＊ａ＊ｂ＊色差評価
得られたＵＶ照射後のポリエステルフィルムについて、色差計を用いて、ＵＶ照射前のフィルムの非着色部分とＵＶ照射後の着色部分のL＊ａ＊ｂ＊色差の評価を行った。具体的には、ＪＩＳ Ｚ ８７２９に従い、コニカミノルタ製色彩色差計ＣＲ−４１０（サンプル径５０ｍｍ）を用いて、ＵＶ照射部分と非照射部分のＬ＊ａ＊ｂ＊色差値を測定した。このとき、光源はＣ／Ｄ６５で、背面を白色とし、反射法にて測定を行った。測定回数は３回行い、平均値を採用した。その後、ΔＬ＊（照射部分のＬ＊値−非照射部分Ｌ＊値）、Δａ＊（照射部分のａ＊値−非照射部分ａ＊値）、Δｂ＊（照射部分のｂ＊値−非照射部分ｂ＊値）をそれぞれ求め、ΔＥ値を算出し、評価した。
なお、ΔＥ値を下記式より求めた。

ΔＥ＝｛（ΔＬ＊）^２＋（Δａ＊）^２＋（Δｂ＊）^２｝^１／２
得られたΔＥの値から下記基準で評価した。

◎：２０．０を超える（強い着色）
○：１０．０〜２０．０（着色している）
△：５〜１０．０（薄い着色）
×：５未満（ほとんど着色していない）

（４）ポリエステルフィルムのＵＶ照射後の着色強度の目視評価
ＵＶによる不可逆的なカラーチェンジ（着色）性能を有するポリエステルフィルムにおいて、本発明は将来的には工業的生産を目的としていて、目視で変化が見て取れる事が第一条件となるため、得られたＵＶ照射後のポリエステルフィルムについて、目視による強度の判断を行った。次のような基準で判断する。
◎：強い着色
○：着色している
△：薄い着色
×：着色していない

実施例 1：
ポリエステルと有機フォトクロミック化合物であるフォトピアイエロー（株式会社松井色素化学工業所）を９９．９５：０．０５の割合で混合した混合原料を中間層の原料として、表層のポリエステルと中間層の混合原料を１：９の割合で２台の押出機に各々を供給し、各々２９０℃で溶融した後、４０℃に設定した冷却ロール上に、２種３層（表層／中間層／表層）の層構成で共押出し、冷却固化させて未延伸シートを得た。次いで、ロール周速差を利用してフィルム温度８５℃で縦方向に３．４倍延伸した後、テンターに導き、横方向に１２０℃で４．０倍延伸し、２２５℃で熱処理を行った後、横方向に２％弛緩し、厚さ１００μｍ（表層５μｍ、中間層９０μｍ）の黄色透明ポリエステルフィルムを得た。得られたポリエステルフィルムは、薄黄色透明なフィルムであった。そのポリエステルフィルムについて、高圧水銀灯によるＵＶ（ウシオ電気株式会社：ＵＶＣ−４０２／１ＨＮ：３０２／１ＭＮ：ＪＣ０１）光照射（１８１ｍＷ／ｃｍ^２，１０ｍ／分，ｄ＝１００ｍｍ）を行い、カラーチェンジ性能を評価したところ、黄色着色状態への変化は良好なものであった。得られたフィルムの相対輝度は１０７％、ΔＥは１５．４（Ｌ＊＝８７．０９，ａ＊＝−１．２８，ｂ＊＝１２．９４）であった。

実施例２：
原料と有機フォトクロミック化合物の比をそれぞれ９９．０：１．０の割合で混合した混合原料を中間層の原料として用いること以外は実施例１と同様の方法でフィルムを得た。得られたポリエステルフィルムは、薄黄色透明なフィルムであった。そのポリエステルフィルムについて、実施例１と同様の方法でＵＶ照射を行い、カラーチェンジ（着色）性能を評価したところ、黄色着色状態への変化は良好なものであった。薄黄色着色状態（強度）であり、透明性についても良好なものであった。得られたフィルムの相対輝度は１０６％、ΔＥは２３．０（Ｌ＊＝６．２８，ａ＊＝−１．４４，ｂ＊＝２３．８０）であった。

比較例１：
原料と有機フォトクロミック化合物の比をそれぞれ９９．９７：０．０３の割合で混合した混合原料を中間層の原料として用いて、ポリエステルフィルムを得るということ以外は実施例１と同様の方法でフィルムを得た。得られたポリエステルフィルムは、透明なフィルムであった。そのポリエステルフィルムについて、実施例１と同様の方法でＵＶ照射行い、カラーチェンジ（着色）性能を評価したところ、黄色着色状態への変化は確認できなかった。得られたフィルムの相対輝度は１０１％未満であり、ΔＥは１．２（Ｌ＊＝８９．５９，ａ＊＝２．３０，ｂ＊＝−１．３５）であった。

比較例２：
原料と有機フォトクロミック化合物の比をそれぞれ９８．５：１．５の割合で混合した混合原料を中間層の原料として用いて、ポリエステルフィルムを得るということ以外は実施例１と同様の方法でフィルムを得た。得られたポリエステルフィルムは、透明性が失われた黄色のフィルムであった。そのポリエステルフィルムについて、実施例１と同様の方法でＵＶ照射を行い、カラーチェンジ（着色）性能を評価したところ、黄色着色状態への変化は顕著であった。得られたフィルムの相対輝度は１０６％、ΔＥは２３．０（Ｌ＊＝８６．２８，ａ＊＝−１．４４，ｂ＊＝２３．８０）であった。

本発明のポリエステルフィルムは、屋外向けの建材など様々な用途で、紫外線強度測定の目安になること、また、電子部品におけるＵＶ感光マーカーや光センサー技術としての用途可能性があるばかりではなく、ＵＶ感光着色技術を用いた美しい生活用品への応用が期待できる。

Claims (1)

1. 紫外線照射で可逆的に変色する有機フォトクロミック化合物を０．０５〜１．００重量％含有することを特徴とするポリエステルフィルム。