JP3703795B2 - 溶断シール性に優れたポリ乳酸系二軸延伸フィルム - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、本、ノート等文具用品、カレンダー、ダイレクトメール、カタログ等軽量物の包装、あるいは野菜、パン、菓子等の食品包装、衣料包装、日用雑貨全般の包装を目的としたポリ乳酸系二軸延伸フィルムに関し、溶断シール強度が高く、ひげやしわのない製袋加工安定性を有する溶断シール性に優れたポリ乳酸系二軸延伸フィルムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、食品、衣料品、各種雑貨品の包装材として、ポリオレフィンやポリ塩化ビニル等の熱可塑性樹脂からなるフィルムが用いられている。この中でも、ヒートシール性が良好なポリオレフィン系樹脂は、溶断シールによる製袋に適している。しかし、これらのフィルムは、自然環境中に廃棄されると、その化学的安定性のため分解せずゴミとして蓄積する一方であり、将来的にはゴミ処分場、埋立地の確保が益々困難になり、また自然環境，野生動物に悪影響を及ぼすなどの問題が懸念されている。
【０００３】
これらのプラスチックフィルムに代わり、土壌中において加水分解次いで微生物分解により無害な分解物となり得る、いわゆる生分解性を有する素材の一つとしてポリ乳酸からなるフィルムが注目されている。ポリ乳酸は、各種デンプンや糖類などを発酵して得られる乳酸を重縮合した植物由来の樹脂であり、最終的には再び炭酸ガスと水となって地球的規模で環境リサイクルされる理想的な樹脂として各種用途に利用され始めている。
【０００４】
そこで、生分解性樹脂からなる包装用フィルムとして、例えば特許文献１には、高結晶性のポリ乳酸系重合体とＴｇが０℃以下の脂肪族ポリエステルからなる延伸フィルムが開示されている。また、特許文献２には、結晶性ポリ乳酸系重合体からなり、フィルムの面配向指数、昇温時の結晶融解熱量と結晶化熱量などが規定されたフィルムからなる包装袋が開示されている。これらはポリ乳酸系の二軸延伸フィルムについての記述であるが、いずれも溶断シール性が十分とは言えず、また溶断シール袋製袋加工時においてシール強度の安定性に欠けるものであった。
【０００５】
【特許文献１】
特開平９−１５７４０８号公報
【０００６】
【特許文献２】
特許３１６７５９５号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、ポリ乳酸系二軸延伸フィルムに関し、従来の上記課題を解決し、溶断シール強度が高く、ひげやしわのない製袋加工安定性を有する溶断シール性に優れたポリ乳酸系二軸延伸フィルムを提供しようとするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは上記課題を解決するために鋭意研究を重ねた結果、本発明に至ったものである。すなわち本発明は、ポリ乳酸（Ａ）と共重合ポリエステル（Ｂ）とからなるポリ乳酸系二軸延伸フィルムであって、ポリ乳酸（Ａ）はＬ−乳酸とＤ−乳酸とが、Ｌ−乳酸／Ｄ−乳酸＝１００／０〜８０／２０（モル％）の割合で構成され、共重合ポリエステル（Ｂ）は芳香族及び脂肪族ジカルボン酸成分ならびに脂肪族ジオール成分から構成され、ポリ乳酸（Ａ）と共重合ポリエステル（Ｂ）との質量比が、（Ａ）／（Ｂ）＝９８／２〜５０／５０であり、ポリ乳酸系二軸延伸フィルムのＭＤ方向の引張伸度が１００〜２００％であり、かつ引張弾性率が３．０ＧＰａ以下であることを特徴とする溶断シール性に優れたポリ乳酸系二軸延伸フィルムを要旨とするものである。また、本発明は、ポリ乳酸（Ａ）がその構成成分として、Ｌ−乳酸／Ｄ−乳酸＝９４／６〜８０／２０（モル％）であるポリ乳酸（Ａ´）を含有し、その含有量がフィルム全体の５〜４０質量％であることを特徴とする上記溶断シール性に優れたポリ乳酸系二軸延伸フィルムを要旨とするものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を説明する。
本発明の溶断シール性に優れたポリ乳酸系二軸延伸フィルムは、ポリ乳酸（Ａ）と共重合ポリエステル（Ｂ）とからなる二軸延伸フィルムである。
【００１０】
本発明のフィルムを構成する主成分であるポリ乳酸（Ａ）は、構成単位がＬ−乳酸であるポリＬ−乳酸、構成単位がＤ−乳酸であるポリＤ−乳酸、Ｌ−乳酸とＤ−乳酸との共重合体であるポリＤＬ−乳酸、またはこれらの混合体からなる。
ポリ乳酸（Ａ）を構成するＬ−乳酸とＤ−乳酸の比率（Ｌ−乳酸／Ｄ−乳酸）は、１００／０〜８０／２０（モル％）であることが必要である。ポリ乳酸を構成するＬ−乳酸とＤ−乳酸の比率がこの範囲にあると、低温での溶断シールが可能になり、シール部が伸びやすくなり応力集中が起こりにくいといった良い特徴が強化される。
【００１１】
また、ポリ乳酸（Ａ）の数平均分子量は５万〜３０万の範囲であることが好ましく、より好ましくは８万〜１５万である。数平均分子量が５万以下の場合、得られるフィルムの機械的強度が不十分となり、かつ延伸、巻き取り工程中での切断も頻繁に起こり操業性の低下を招く。一方、数平均分子量が３０万を超えると加熱溶融時の流動性が乏しくなって製膜性が低下する。
【００１２】
ポリ乳酸を得るための重合法としては、縮合重合法及び開環重合法のいずれの方法を採用することも可能であり、分子量増大を目的として少量の鎖延長剤、例えばジイソシアネート化合物、ジエポキシ化合物、酸無水物等を使用してもよい。
【００１３】
上記ポリ乳酸（Ａ）とともに本発明のフィルムを構成する共重合ポリエステル（Ｂ）とは、芳香族及び脂肪族ジカルボン酸成分、ならびに脂肪族ジオール成分からなる共重合ポリエステルを指す。ジカルボン酸成分のうち、芳香族ジカルボン酸としては、テレフタル酸、イソフタル酸、ナフタレンジカルボン酸等が挙げられ、脂肪族ジカルボン酸としては、コハク酸、アジピン酸、スベリン酸、セバシン酸、ドデカンジ酸、ダイマー酸等が挙げられる。脂肪族ジオールとしては、エチレングリコール、プロピレングリコール、１，４−ブタンジオール、シクロヘキサンジメタノール、両端にアルコール性水酸基を有するビスフェノールＡのエチレンオキサイド付加物等が挙げられる。共重合ポリエステル（Ｂ）の好ましい具体例としては、脂肪族成分がアジピン酸と１，４−ブタンジオールであり、芳香族成分がテレフタル酸である共重合ポリエステルが挙げられる。
【００１４】
なお、生分解性に影響を与えない範囲で、共重合ポリエステル（Ｂ）にウレタン結合、アミド結合、エーテル結合等を導入してもよい。また、製造工程あるいは二次加工工程でのハンドリング、フィルム走行性の面から滑剤を添加してもよい。滑剤としては、シリカ、二酸化チタン、タルク、アルミナ等の安定な金属酸化物、炭酸カルシウム、リン酸カルシウム、硫酸バリウム等の安定な金属塩、またはポリ乳酸に対して不活性な有機樹脂からなるいわゆる有機系ビーズが好適に用いることが出来る。これらの滑剤はいずれか１種類を単独で用いてもよく、また２種類以上を併用してもよい。
【００１５】
本発明のフィルムを構成するポリ乳酸（Ａ）と共重合ポリエステル（Ｂ）の質量比（Ａ／Ｂ）は９８／２〜５０／５０であることが必要である。ポリ乳酸（Ａ）の含有量がこの範囲を超えると、フィルムの腰が強くなり過ぎるため、すなわち、フィルムの引張弾性率が高くなるため、溶断シール部に応力が集中し破袋し易くなる。つまり溶断シール部の伸びに乏しいものになる。また共重合ポリエステル（Ｂ）の含有量がこの範囲を超えるとフィルムの柔軟性は増すが、延伸性や滑り性を含めた操業性を悪化させ、また、フィルムが容易に伸び過ぎるため、製袋時にしわやひげが多くなりシール外観不良を招くことになる。ポリ乳酸（Ａ）と共重合ポリエステル（Ｂ）の質量比（Ａ／Ｂ）を上記範囲とすることにより、ＭＤ方向のフィルムの引張伸度を１００〜２００％に、また引張弾性率を３．０ＧＰａ以下に制御することができ、溶断シール強度の向上及び安定化、並びに製袋時の高速化等を実現することが可能となる。
【００１６】
本発明のフィルムは、ポリ乳酸（Ａ）と共重合ポリエステル（Ｂ）とからなるが、前記ポリ乳酸（Ａ）はその構成成分として、Ｌ−乳酸とＤ−乳酸の比率（Ｌ−乳酸／Ｄ−乳酸）が９４／６〜８０／２０（モル％）であるポリ乳酸（Ａ´）を、フィルム中に５〜４０質量％含有することが好ましい。ポリ乳酸（Ａ´）のフィルム中の含有量が５質量％未満であると、製袋は可能であるがシール強度及びシール伸度を上げる効果が小さく、また含有量が４０質量％を超えると収縮しわが著しくなり外観を損ねることがある。
【００１７】
本発明のポリ乳酸系二軸延伸フィルムは上記の構成であるため、溶断シール性に優れるものとなる。具体的な溶断シール性としては、溶断シール部の引張破断強度（溶断シール強度）が１０Ｎ／ｃｍ以上、かつ破断伸度が５〜５０％であることが好ましく、さらに溶断シール部の引張破断強度が１５Ｎ／ｃｍ以上、かつ破断伸度が２０〜５０％であることがさらに好ましい。このような溶断シール性を有するフィルムであると、袋にした場合、比較的重量のある雑誌、あるいはカレンダーのような鋭利な角をもつ内容物に対して破袋し難く、実用性の高い袋を実現できる。
【００１８】
本発明のポリ乳酸系二軸延伸フィルムにおいては、必要に応じて顔料、酸化防止剤、可塑剤、紫外線吸収剤、滑剤、結晶核剤、帯電防止剤等を任意の割合で添加あるいは表面塗布することができる。本発明のポリ乳酸系二軸延伸フィルムの厚みは特に制限なく、用途、要求性能、価格等によって適宜設定すればよい。一般的には、１０〜１００μｍ程度の厚さが適当である。
【００１９】
以下に、本発明のポリ乳酸系二軸延伸フィルムの製造方法について、一例を挙げて説明する。
【００２０】
本発明のポリ乳酸系二軸延伸フィルムの製造方法は、Ｔダイ法、インフレーション法、カレンダー法等が例示できるが、Ｔダイを用いて溶融混練して押し出すＴダイ法が好ましい。Ｔダイ法により製造する場合には、ポリ乳酸（Ａ）、共重合ポリエステル（Ｂ）、さらに必要に応じて滑剤、帯電防止剤、可塑剤を適量配合したポリ乳酸系樹脂組成物を押出機に供給し、例えばシリンダー温度１８０〜２５０℃、Ｔダイ温度２００〜２５０℃で溶融混練し、２０〜４０℃に制御された冷却ロールで冷却して、厚さ１００〜５００μｍの未延伸シートを得る。
【００２１】
未延伸シートの二軸延伸方法としては、テンター方式による同時二軸延伸法、金属ロールテンターによる逐次二軸延伸いずれでもよい。例えば、未延伸フィルムを逐次二軸延伸法によってフィルム化する場合には、得られた未延伸フィルムを駆動ロールの回転速度比によってロール表面温度５０〜８０℃で縦方向に延伸し、引き続き連続して延伸温度７０〜１００℃で横方向に延伸する。延伸倍率は、特に限定されるものではないが、フィルムの機械的特性を考慮すると、少なくとも縦延伸倍率は２．５倍以上が好ましく、かつ面倍率８倍以上が好ましい。縦横の延伸倍率が２．５倍未満であると十分な機械的物性が得られず、実用性に劣るものとなる。また延伸倍率の上限は特に限定されるものではないが、８倍を超えるとフィルム破断が起こりやすくなるため、縦横共に２．５倍以上、８倍以下とすることが好ましく、縦延伸倍率が２．５〜５．０倍、横延伸倍率が２．５〜８．０倍であることが好ましい。上記の延伸処理が行われた後、温度１００〜１５０℃で熱処理が施され、リラックス率２〜８％の条件下で熱弛緩処理が行われる。
【００２２】
上記のように製造したフィルムから、食品用や工業用の包装袋を作製するには、溶断シールによる製袋が行われる。溶断シールによる製袋は、例えば長帯状のフィルムを巾方向に半折にして送り出し、回転するリング状のシール刃や上下動する伝熱線や溶断刃を用いて、フィルムの搬送方向に沿って所定の間隔を開けてフィルムの巾方向に溶断シールすることで行われる。
得られた包装袋は、上述のようにその溶断シール部の強力が高く、しかも熱収縮によるしわの発生などを抑えた外観性の良いものとなるため、食品や衣料品や各種商品などの包装袋として好適に使用できる。
【００２３】
【実施例】
次に、本発明を実施例により説明するが、本発明は下記実施例により制限されるものでない。なお、実施例、比較例における各種物性値の測定は以下の方法により実施した。
【００２４】
（１）引張伸度及び引張弾性率：
ＡＳＴＭ−Ｄ８８２に記載の方法に準じて、長さ１００ｍｍ、幅１０ｍｍの試料を用いて、島津製作所製のオートグラフにて測定した。本発明においては、ＭＤ方向の引張伸度が１００〜２００％、かつ引張弾性率が３．０ＧＰａ以下のものを合格とした。
【００２５】
（２）溶断シール部の引張破断強度及び破断伸度：
刃角が９０°である熱刃を装備した三方サイドシール機（トタニ技研工業社製ＨＫ−４０Ｖ）を用い、シール温度３８０℃、１ピッチ２００ｍｍ、ショット数１００ｒｐｍで製袋された袋のシール部からシール巾１５ｍｍの試験片を切り出し、引張速度３００ｍｍ／分で１８０°剥離による引張試験を行った。
【００２６】
（３）包装袋評価：
上記に記載の方法により包装袋を作製し、シール部外観の良いものを○、しわやひげが発生して外観に劣るものを×とした。
【００２７】
比較例Ａ
ポリ乳酸（Ａ）として、カーギル・ダウ・ポリマー社製ポリ乳酸（Ｌ−乳酸／Ｄ−乳酸＝９８．５／１．５（モル％）、融点１６５℃、数平均分子量１０５０００）（Ａ−１）９５質量部、共重合ポリエステル（Ｂ）として、イーストマンケミカル社製イースタバイオウルトラ（Ｂ−１）５質量部、アンチブロッキング剤として不定形シリカ（富士シリシア化学製、サイリシア３１０Ｐ、平均粒径が１．４μｍ）０．１質量部を配合したポリ乳酸系樹脂組成物を、９０ｍｍφの単軸押出機にてＴダイ温度２３０℃で溶融押出し、２０℃に温度制御されたキャストロールに密着急冷し、厚さ２３０μｍの未延伸フィルムを作製した。得られた未延伸フィルムを同時二軸延伸機に導き、ステンター内では予熱温度７８℃、延伸温度７５℃で３．０倍×３．０倍の同時二軸延伸を行い、続いて横方向の弛緩率を５％として１２５℃で１０秒間熱固定処理を施し、厚さ２５μｍの二軸延伸フィルムを得た。
得られたフィルムを片側に２０ｍｍの糊代分が出るようにして幅方向に半折し、糊代部が開口部に、半折部が包装袋の底部となるように、フィルムのＭＤ方向に所定の間隔を空けて温度３８０℃でＴＤ方向にショット数１００ｒｐｍで溶断シールして、縦２５０ｍｍ、横２００ｍｍの包装袋を作製した。得られたフィルムと包装袋の物性などを表１に示す。
【００２８】
実施例１
ポリ乳酸（Ａ−１）６０質量部、ポリ乳酸（Ａ´）として、カーギル・ダウ・ポリマー社製ポリ乳酸（Ｌ−乳酸／Ｄ−乳酸＝８８／１２（モル％）、融点なし、数平均分子量９５０００）（Ａ−３）１０質量部、共重合ポリエステル（Ｂ−１）３０質量部、不定形シリカ０．１質量部を配合したポリ乳酸系樹脂組成物を、９０ｍｍφの単軸押出機にてＴダイ温度２２０℃で溶融押出し、２０℃に温度制御されたキャストロールに密着急冷し、厚さ２３０μｍの未延伸フィルムを作製した。得られた未延伸フィルムを同時二軸延伸機に導き、ステンター内では予熱温度７６℃、延伸温度７４℃で３．０倍×３．０倍の同時二軸延伸を行い、続いて横方向の弛緩率を５％として１２５℃で１０秒間熱固定処理を施し、厚さ２５μｍの二軸延伸フィルムを得た。比較例Ａと同様にして作製した包装袋の物性を表１に示す。
【００２９】
実施例２
ポリ乳酸（Ａ−２）（カーギル・ダウ・ポリマー社製、Ｌ−乳酸／Ｄ−乳酸＝９６．０／４．０（モル％）、融点１５０℃、数平均分子量１０５０００）７０質量部、ポリ乳酸（Ａ−３）１０質量部、共重合ポリエステル（Ｂ−２）（ＢＡＳＦ社製、エコフレックスＦ、融点１０５℃）２０質量部、不定形シリカ０．１質量部を配合したポリ乳酸系樹脂組成物を、９０ｍｍφの単軸押出機にてＴダイ温度２２０℃で溶融押出し、２０℃に温度制御されたキャストロールに密着急冷し、厚さ２３０μｍの未延伸フィルムを作製した。得られた未延伸フィルムを同時二軸延伸機に導き、ステンター内では予熱温度７８℃、延伸温度７６℃で３．０倍×３．０倍の同時二軸延伸を行い、続いて横方向の弛緩率を５％として１１５℃で１０秒間熱固定処理を施し、厚さ２５μｍの二軸延伸フィルムを得た。比較例Ａと同様にして作製した包装袋の物性を表１に示す。
【００３０】
実施例３
表１に示す樹脂組成とし、比較例Ａと同様にして押出及び製膜された２５０μｍの未延伸フィルムを、予熱ロール６５℃、延伸ロール７４℃で縦方向に２．５倍延伸し、引き続いて８２℃の延伸温度で横方向に４．０倍延伸した後、横方向の弛緩率を７％として１２０℃で１０秒間熱固定処理を施し、厚さ２５μｍの二軸延伸フィルムを得た。比較例Ａと同様にして作製した包装袋の物性を表１に示す。
【００３１】
実施例４
表１に示す樹脂組成とし、比較例Ａと同様にして押出及び製膜された３１０μｍの未延伸フィルムを、予熱ロール６８℃、延伸ロール７６℃で縦方向に２．８倍延伸し、引き続いて８６℃の延伸温度で横方向に４．５倍延伸した後、横方向の弛緩率を７％として１２０℃で１０秒間熱固定処理を施し、厚さ２５μｍの二軸延伸フィルムを得た。比較例Ａと同様にして作製した包装袋の物性を表１に示す。
【００３２】
比較例１〜３
表１に示す樹脂組成とする以外は全て比較例Ａと同様にして厚さ２５μｍの二軸延伸フィルムを得た。比較例Ａと同様にして作製した包装袋の物性を表１に示す。
【００３３】
比較例４
ポリ乳酸（Ａ−４）（カーギル・ダウ・ポリマー社製、Ｌ−乳酸／Ｄ−乳酸＝７８．０／２２．０（モル％）、融点なし、数平均分子量８５０００）９５質量部、共重合ポリエステル（Ｂ−１）５質量部、不定形シリカ０．１質量部を配合したポリ乳酸系樹脂組成物を用い、実施例３と同様にして厚さ２５μｍの二軸延伸フィルムを得た。比較例Ａと同様にして作製した包装袋の物性を表１に示す。
【００３４】
比較例５
表１に示す樹脂組成とし、比較例Ａと同様にして押出及び製膜された３１０μｍの未延伸フィルムを、予熱ロール５３℃、延伸ロール７０℃で縦方向に２．８倍延伸し、引き続いて８０℃の延伸温度で横方向に４．５倍延伸した後、横方向の弛緩率を７％として１２０℃で１０秒間熱固定処理を施し、厚さ２５μｍの二軸延伸フィルムを得た。共重合ポリエステル（Ｂ−２）が多量に含まれており、かつポリ乳酸（Ａ−３）がポリ乳酸（Ａ−２）を上回っているので混練むらや延伸切断つまりは溶断を引き起こし、フィルムサンプルが採取できなかった。
【００３５】
【表１】
【００３６】
実施例に代表される本発明のポリ乳酸系二軸延伸フィルムは、いずれもフィルム製造時の操業性、厚み精度は良好であり、溶断シールによる製袋を実施した場合にもひげや収縮しわなどが発生せず、高いシール強度を有していた。
一方、比較例に代表される本発明を満足しないポリ乳酸系二軸延伸フィルムは、フィルム製造時の操業性（切断、厚み精度）悪化を招いたり、あるいは溶断シール強度不足やシール外観不良（ひげ、収縮しわ）を引き起こした。すなわち、比較例１では、このフィルムから得られる袋は見栄えはよいものの、共重合ポリエステル（Ｂ）の質量比が少ないためシール強度、シール伸度が低く、実用性に乏しい。比較例２では、このフィルムから得られる袋は、共重合ポリエステル（Ｂ）質量がポリ乳酸（Ａ）質量を超えているために柔軟性は増すが、延伸性や滑り性を含めた操業性を悪化させる。また、フィルムが容易に伸び過ぎるため、製袋時にしわやひげが多くなりシール外観不良を招いた。比較例３では、共重合ポリエステル（Ｂ）を含有しないため、このフィルムから得られる袋はひげ及び収縮しわの発生が著しく、シール強度、シール伸度が共に低いので実用性に乏しい。比較例４では、ポリ乳酸（Ａ）のＬ−乳酸／Ｄ−乳酸が７８／２２であるため、収縮しわやひげの発生のみならず、シール強度が不足した。
【００３７】
【発明の効果】
本発明によれば、ポリ乳酸（Ａ）が、Ｌ−乳酸／Ｄ−乳酸＝１００／０〜８０／２０（モル％）の割合で構成され、共重合ポリエステル（Ｂ）が芳香族及び脂肪族ジカルボン酸成分ならびに脂肪族ジオール成分から構成され、ポリ乳酸（Ａ）と共重合ポリエステル（Ｂ）との質量比が、（Ａ）／（Ｂ）＝９８／２〜５０／５０であるポリ乳酸系二軸延伸フィルムとすることで、ＭＤ方向の伸度を上げかつ弾性率を下げることができ、ひげやしわのない高い溶断シール強度を有するポリ乳酸系二軸延伸フィルムが得られる。このようなフィルムからなる包装袋は、溶断シールによって容易に作製でき、溶断シール強度が高く、しかもひげやしわなどの発生を抑えたシール外観の良いものとなるため、食料品、衣料品、各種商品などの包装袋として好適に使用できる。

Claims (1)

1. ポリ乳酸（Ａ）と共重合ポリエステル（Ｂ）とからなるポリ乳酸系二軸延伸フィルムであって、ポリ乳酸（Ａ）はＬ−乳酸とＤ−乳酸とが、Ｌ−乳酸／Ｄ−乳酸＝１００／０〜８０／２０（モル％）の割合で構成され、共重合ポリエステル（Ｂ）は芳香族及び脂肪族ジカルボン酸成分ならびに脂肪族ジオール成分から構成され、ポリ乳酸（Ａ）と共重合ポリエステル（Ｂ）との質量比が、（Ａ）／（Ｂ）＝９８／２〜５０／５０であり、ポリ乳酸（Ａ）がその構成成分として、Ｌ−乳酸／Ｄ−乳酸＝９４／６〜８０／２０（モル％）であるポリ乳酸（Ａ´）を含有し、その含有量がフィルム全体の５〜４０質量％であり、ポリ乳酸系二軸延伸フィルムのＭＤ方向の引張伸度が１００〜２００％であり、かつ引張弾性率が３．０ＧＰａ以下であり、溶断シール部の引張破断強度が１５Ｎ／ｃｍ以上であり、かつ破断伸度が２０〜５０％であることを特徴とする溶断シール性に優れたポリ乳酸系二軸延伸フィルム。