JP6279973B2 - 成形用包装材及び成形ケース - Google Patents

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Description

本発明は、例えば、ノートパソコン用、携帯電話用、車載用、定置型の二次電池(リチウムイオン二次電池)のケースとして好適に用いられ、また食品の包装材、医薬品の包装材として好適に用いられる成形用包装材及び成形ケースに関する。
リチウムイオン二次電池等の電池は、装着対象の電気機器等の機器の外観と色彩を統一させるために、着色することを要求されることが多くなってきている。例えば、重厚感、高級感の付与のために、機器を黒色とすることが多く、この場合には電池も黒色にすることが多くなってきている。
この種の電池は、電池本体が包装材(成形ケース)で包装されたものからなり、該包装材としては、金属箔の両面に基材樹脂層を積層した積層体が一般的である。而して、電池を着色するには、電池の包装材に使用されている基材樹脂層を着色する、基材樹脂層の下に着色印刷層を設ける、基材樹脂層と金属箔との間の接着剤層を着色する、基材樹脂層が複数層で構成されている場合はこれら層間の接着剤層を着色する、等の手段がある。
従来、着色層を有する電池用包装材としては、基材層、接着剤層、金属箔層、熱接着性樹脂層がこの順に積層された構造を有し、基材層、接着剤層、金属箔層のいずれかの層に識別標識としてのパール顔料や蛍光顔料を含有せしめた構成のもの(特許文献1参照)、基材層、接着剤層、金属箔層、熱接着性樹脂層がこの順に積層された構造を有し、基材層、接着剤層、金属箔層のいずれかの層に識別標識としての顔料が添加されたもの(特許文献2参照)が公知である。
また、電池の放熱性向上のために、金属箔層と外層フィルムの間に炭素材料等の黒体材料層を備えた電池用外装材(特許文献3参照)が公知である。
国際公開第2011/016506号パンフレット 特開2011−054563号公報 特開2011−096552号公報
一般に、フィルム材、シート材を黒色に着色する場合には、カーボンブラック等の無機顔料を含む印刷インキで印刷層を設けることが一般的である。
しかしながら、電池を黒色に着色するべく、電池包装材を構成する外側樹脂層の内面にカーボンブラックを顔料として含む黒色印刷層を設けた場合には、次のような問題があった。
即ち、上記黒色包装材を深絞り成形や張り出し成形により容器(ケース)形状に成形する際に、包装材の黒色印刷層から外側樹脂層が剥離するという問題があった。
このような外側樹脂層の剥離は、電極や電解液を封入した後の黒色包装材のシール時や、黒色包装材で包装された電池が高温多湿等のやや苛酷な環境下で使用された時にも発生する。
上記諸問題は、カーボンブラックを用いた黒色包装材に限らず、他の無機顔料で同様にして各種の色に着色してなる着色包装材においても生じる。
本発明は、かかる技術的背景に鑑みてなされたものであって、成形時及びシール時において、また高温多湿等のやや苛酷な環境下で使用された時であっても、耐熱性樹脂層が剥離することのない成形用包装材を提供することを目的とする。
前記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。
[1]外側層としての耐熱性樹脂層と、内側層としての熱可塑性樹脂層と、これら両層間に配設された金属箔層と、該金属箔層と前記耐熱性樹脂層との間に配設された着色インキ層とを含む成形用包装材であって、
前記着色インキ層は、
主剤としてのポリエステル樹脂と硬化剤としての多官能イソシアネート化合物とによる二液硬化型ポリエステルウレタン樹脂バインダーと、
無機顔料を含む着色顔料と、を含む着色インキ組成物からなり、
前記主剤としてのポリエステル樹脂は、数平均分子量(Mn)が8000〜25000であり、質量平均分子量(Mw)が15000〜50000であり、これらの比率(Mw/Mn)が1.3〜2.5であり、
前記硬化剤としての多官能イソシアネート化合物の50モル%以上が芳香族系多官能イソシアネート化合物であることを特徴とする成形用包装材。
[2]前記着色インキ層において、前記主剤としてのポリエステル樹脂と前記着色顔料の合計質量に対する着色顔料の含有質量の割合が5質量%〜60質量%である前項1に記載の成形用包装材。
[3]前記着色顔料の50モル%以上が前記無機顔料で構成されている前項1または2に記載の成形用包装材。
[4]前記二液硬化型ポリエステルウレタン樹脂バインダーは、前記主剤と前記硬化剤とが反応した後の硬化膜の引張試験(JIS K7162)によるヤング率が70MPa〜400MPaである前項1〜3のいずれか1項に記載の成形用包装材。
[5]前記金属箔層の少なくとも一方の面に化成皮膜が形成されている前項1〜4のいずれか1項に記載の成形用包装材。
[6]前項1〜5のいずれか1項に記載の成形用包装材を深絞り成形または張り出し成形してなる成形ケース。
[7]電池ケースとして用いられる前項6に記載の成形ケース。
[1]の発明では、金属箔層と耐熱性樹脂層との間に着色インキ層が設けられているから、成形用包装材の外面側に有色が付与される。また、着色インキ層は、主剤としてのポリエステル樹脂と硬化剤としての多官能イソシアネート化合物とによる二液硬化型ポリエステルウレタン樹脂バインダーと、無機顔料を含む着色顔料と、を含む着色インキ組成物からなり、前記主剤としてのポリエステル樹脂は、数平均分子量(Mn)が8000〜25000、質量平均分子量(Mw)が15000〜50000、これらの比率(Mw/Mn)が1.3〜2.5である構成であるから、着色インキ層(着色インキ塗膜)として適性な強度と伸び、優れた耐熱性が得られる。更に、多官能イソシアネート化合物の50モル%以上が芳香族系多官能イソシアネート化合物で構成されているので、硬化後の接着強度を増大させることができる。従って、この包装材に深絞り成形、張り出し成形等の成形を行った時、封止のために包装材をシールした時に、耐熱性樹脂層が着色インキ層から剥離することがない。また、高温多湿等のやや苛酷な環境下で使用された時であっても、耐熱性樹脂層が着色インキ層から剥離することがない。
[2]の発明では、着色インキ層において、ポリエステルウレタン樹脂バインダーと着色顔料の合計質量に対する着色顔料の含有割合が5質量%〜60質量%であり、5質量%以上であることで金属箔層を隠蔽する効果が十分に得られて金属光沢が視認されることがなくて重厚感、高級感を十分に付与できると共に、60質量%以下であることで耐熱性樹脂層に対する着色インキ層の接着力を十分に確保できる。
[3]の発明では、着色顔料の50質量%以上が無機顔料で構成されているから、金属箔層を隠蔽する隠蔽力がより十分に得られ、これにより、重厚感、高級感をより十分に付与できる特定の色調の着色インキ層を形成できる。なお、従来は、一般的に、隠蔽力を向上させるべく、着色顔料における無機顔料の含有率を50質量%以上に設計すると、当該着色インキ層の密着力が低下するという問題が生じていたが、本発明では、「主剤としてのポリエステル樹脂は、数平均分子量(Mn)が8000〜25000、質量平均分子量(Mw)が15000〜50000、これらの比率(Mw/Mn)が1.3〜2.5であり、且つ、多官能イソシアネート化合物の50モル%以上が芳香族系多官能イソシアネート化合物で構成されている」という限定構成が採用されているので、着色顔料の50質量%以上が無機顔料で構成されている構成を採用しても、着色インキ層として十分な密着力を確保することができるものである。
[4]の発明では、上記効果(成形時及びシール時において、また高温多湿等のやや苛酷な環境下で使用された時において、耐熱性樹脂層が着色インキ層から剥離することがないという効果)が特に優れている。
[5]の発明では、金属箔層の少なくとも一方の面に化成皮膜が形成されているから、金属箔の腐食を十分に防止できて耐食性に優れた成形用包装材が提供される。
[6]の発明では、シール時は勿論のこと、高温多湿等のやや苛酷な環境下で使用された時であっても、耐熱性樹脂層が着色インキ層から剥離することのない成形ケースが提供される。
[7]の発明では、シール時は勿論のこと、高温多湿等のやや苛酷な環境下で使用された時であっても、耐熱性樹脂層が着色インキ層から剥離することのない電池ケースが提供される。
本発明に係る成形用包装材の一実施形態を示す断面図である。 本発明に係る成形用包装材の他の実施形態を示す断面図である。 二液硬化型ポリエステルウレタン樹脂バインダーの硬化膜のS−S曲線図である。
本発明に係る成形用包装材1の一実施形態を図1に示す。この成形用包装材1は、リチウムイオン2次電池ケース用包材として用いられるものである。即ち、前記成形用包装材1は、深絞り成形等の成形に供されて2次電池ケースとして用いられるものである。
前記成形用包装材1は、金属箔層4の上面に第1接着剤層5を介して耐熱性樹脂層(外側層)2が積層一体化されると共に、前記金属箔層4の下面に第2接着剤層6を介して熱可塑性樹脂層(内側層)3が積層一体化された構成からなる。また、前記金属箔層4と前記耐熱性樹脂層2との間に着色インキ層10が配置されている(図1参照)。本実施形態では、前記金属箔層4の上面に第1接着剤層5を介して前記着色インキ層10が積層され、該着色インキ層10の上面に前記耐熱性樹脂層2が積層されている(図1参照)。また、本実施形態では、前記耐熱性樹脂層2の下面に印刷により前記着色インキ層10が積層されている。
次に、本発明における各構成層について詳述する。
(耐熱性樹脂層)
前記耐熱性樹脂層(外側層)2としては、特に限定されるものではないが、例えば、ポリアミドフィルム、ポリエステルフィルム等が挙げられ、これらの延伸フィルムが好ましく用いられる。中でも、前記耐熱性樹脂層2としては、成形性および強度の点で、二軸延伸ポリアミドフィルム、二軸延伸ポリブチレンテレフタレート(PBT)フィルム、二軸延伸ポリエチレンテレフタレート(PET)フィルムまたは二軸延伸ポリエチレンナフタレート(PEN)フィルムを用いるのが特に好ましい。前記ポリアミドフィルムとしては、特に限定されるものではないが、例えば、6ナイロンフィルム、6,6ナイロンフィルム、MXDナイロンフィルム等が挙げられる。なお、前記耐熱性樹脂層2は、単層で形成されていても良いし、或いは、例えばPETフィルム/ポリアミドフィルムからなる複層で形成されていても良い。
前記耐熱性樹脂層2の厚さは、9μm〜50μmであるのが好ましい。ポリエステルフィルムを用いる場合には厚さは9μm〜50μmであるのが好ましく、ポリアミドフィルムを用いる場合には厚さは10μm〜50μmであるのが好ましい。上記好適下限値以上に設定することで包装材として十分な強度を確保できるとともに、上記好適上限値以下に設定することで張り出し成形時や絞り成形時の応力を小さくできて成形性を向上させることができる。
(熱可塑性樹脂層)
前記熱可塑性樹脂層(内側層)3は、リチウムイオン二次電池等で用いられる腐食性の強い電解液などに対しても優れた耐薬品性を具備させるとともに、包材にヒートシール性を付与する役割を担うものである。
前記熱可塑性樹脂層3としては、特に限定されるものではないが、熱可塑性樹脂未延伸フィルム層であるのが好ましい。前記熱可塑性樹脂未延伸フィルム層は、特に限定されるものではないが、耐薬品性およびヒートシール性の点で、ポリエチレン、ポリプロピレン、オレフィン系共重合体、これらの酸変性物及びアイオノマーからなる群より選ばれた少なくとも1種の熱可塑性樹脂からなる未延伸フィルムにより構成されるのが好ましい。
前記熱可塑性樹脂層3の厚さは、20μm〜80μmに設定されるのが好ましい。20μm以上とすることでピンホールの発生を十分に防止できるとともに、80μm以下に設定することで樹脂使用量を低減できてコスト低減を図り得る。中でも、前記熱可塑性樹脂層3の厚さは30μm〜50μmに設定されるのが特に好ましい。なお、前記熱可塑性樹脂層3は、単層であってもよいし、複層であってもよい。複層構成の熱可塑性樹脂層3として、ブロックポリプロピレンフィルムの両面にランダムポリプロピレンフィルムを積層した三層フィルム等を例示できる。
(金属箔層)
前記金属箔層4は、成形用包装材1に酸素や水分の侵入を阻止するガスバリア性を付与する役割を担うものである。前記金属箔層4としては、特に限定されるものではないが、例えば、アルミニウム箔、銅箔、ステンレス箔等が挙げられ、アルミニウム箔が一般的に用いられる。前記金属箔層4の厚さは、20μm〜100μmであるのが好ましい。20μm以上であることで金属箔を製造する際の圧延時のピンホール発生を防止できるとともに、100μm以下であることで張り出し成形時や絞り成形時の応力を小さくできて成形性を向上させることができる。
前記金属箔層4は、少なくとも内側の面4a(第2接着剤層6側の面)に、化成処理が施されているのが好ましい(図1、2参照)。このような化成処理が施されていることによって内容物(電池の電解液、食品、医薬品等)による金属箔表面の腐食を十分に防止できる。例えば次のような処理をすることによって金属箔に化成処理を施す。即ち、例えば、脱脂処理を行った金属箔の表面に、
1)リン酸と、クロム酸と、フッ化物の金属塩及びフッ化物の非金属塩からなる群より選ばれる少なくとも1種の化合物と、を含む混合物の水溶液
2)リン酸と、アクリル系樹脂、キトサン誘導体樹脂及びフェノール系樹脂からなる群より選ばれる少なくとも1種の樹脂と、クロム酸及びクロム(III)塩からなる群より選ばれる少なくとも1種の化合物と、を含む混合物の水溶液
3)リン酸と、アクリル系樹脂、キトサン誘導体樹脂及びフェノール系樹脂からなる群より選ばれる少なくとも1種の樹脂と、クロム酸及びクロム(III)塩からなる群より選ばれる少なくとも1種の化合物と、フッ化物の金属塩及びフッ化物の非金属塩からなる群より選ばれる少なくとも1種の化合物と、を含む混合物の水溶液
のいずれかを塗工した後、乾燥することにより化成処理を施す。
(着色インキ層)
前記着色インキ層10は、前記金属箔層4と前記耐熱性樹脂層2との間に配置される層であり、上記実施形態では、前記第1接着剤層5と前記耐熱性樹脂層2との接合を担うと共に、成形用包装材1の外面側に色(無彩色を含む)を付与する層である。
前記着色インキ層10は、主剤としてのポリエステル樹脂と硬化剤としての多官能イソシアネート化合物とによる二液硬化型ポリエステルウレタン樹脂バインダー(B)と、無機顔料を含む着色顔料(A)と、を含む着色インキ組成物の硬化膜からなる。
前記着色顔料(A)としては、少なくとも無機顔料を含む構成が採用される。前記着色顔料としては、前記無機顔料以外に、例えば、アゾ系顔料、フタロシアニン系顔料、縮合多環系顔料等が挙げられる。また、前記無機顔料としては、特に限定されるものではないが、例えば、カーボンブラック、炭酸カルシウム、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化鉄、アルミニウム粉等が挙げられる。中でも、前記無機顔料としては、カーボンブラックを用いるのが好ましい。前記無機顔料としては、平均粒径が0.1μm〜5μmのものを使用するのが好ましく、平均粒径が0.5μm〜2.5μmであるものを使用するのが特に好ましい。前記着色顔料を分散する際には、顔料分散機を用いて着色顔料を分散させるのが好ましい。前記着色顔料を分散するに際し、界面活性剤等の顔料分散剤を使用することもできる。
前記着色顔料(A)の50質量%以上が前記無機顔料で構成されているのが好ましい。この場合には、金属箔層4を隠蔽する隠蔽力がより十分に得られて重厚感、高級感を十分に付与できる特定の色調の着色インキ層10を形成できる。中でも、前記着色顔料(A)の60質量%以上が前記無機顔料で構成されているのがより好ましい。
前記二液硬化型ポリエステルウレタン樹脂バインダー(B)について説明する。前記主剤としてのポリエステル樹脂は、ジカルボン酸およびジアルコールを原料とする共重合体であり、好ましい材料および組成は、以下のとおりである。
前記ジカルボン酸としては、脂肪族ジカルボン酸と芳香族ジカルボン酸の両方を用いるのが好ましい。また、脂肪族ジカルボン酸のメチレン鎖のメチレン数の奇偶は、樹脂の結晶性に影響を及ぼす因子であり、偶数のメチレンを有するカルボン酸は、結晶性の高い硬い樹脂を生成するので、偶数のメチレンを有する脂肪族ジカルボン酸を用いるのが好ましい。メチレン数が偶数の脂肪族ジカルボン酸として、コハク酸(メチレン数2)、アジピン酸(メチレン数4)、スベリン酸(メチレン数6)、セバシン酸(メチレン数8)等を例示できる。前記芳香族ジカルボン酸として、イソフタル酸、テレフタル酸、ナフタレンジカルボン酸、無水フタル酸等を例示できる。
また、脂肪族ジカルボン酸と芳香族ジカルボン酸の合計量に対する芳香族ジカルボン酸の含有率を40モル%〜80モル%の範囲とすることにより、換言すると、脂肪族ジカルボン酸の含有率を20モル%〜60モル%の範囲にとどめることにより、接着強度が高くかつ成形性の良い樹脂を生成し、成形性が良く側壁の高いケースへの成形が可能であり、かつ耐熱性樹脂層2の着色インキ層10からの剥離を十分に防止しうる成形用包装材となし得る。芳香族ジカルボン酸の含有率が40モル%未満では、膜物性が低下して凝集剥離が発生しやすくなって、耐熱性樹脂層2の着色インキ層10からの剥離が発生し易くなるので、好ましくない。一方、芳香族ジカルボン酸の含有率が80モル%を超えると、樹脂が硬くなって密着性能が低下する傾向があるので、好ましくない。中でも、脂肪族ジカルボン酸と芳香族ジカルボン酸の合計量に対する芳香族ジカルボン酸の含有率を50モル%〜70モル%の範囲とするのが特に好ましい。
前記ジアルコールとしては、特に限定されるものではないが、例えば、エチレングリコール、プロピレングリコール、1,3ブタンジオール、1,4−ブタンジオール、ジエチレングリコール、ジプロピレングリコール、ネオペンチルグリコール、1,5−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、オクタンジオール、1,4−シクロヘキサンジオール、2−ブチル−2−エチル−1,3−プロパンジオール等を例示できる。
前記ポリエステル樹脂(主剤)の分子量は、数平均分子量(Mn)を8000〜25000、重量平均分子量(Mw)を15000〜50000の範囲にそれぞれ規定し、さらにこれらの比率(Mw/Mn)を1.3〜2.5とする。数平均分子量(Mn)が8000以上であり、重量平均分子量(Mw)が15000以上であることで、適性な塗膜強度と耐熱性が得られ、数平均分子量(Mn)が25000以下であり、重量平均分子量(Mw)が50000以下であることで、硬くなり過ぎずに適性な塗膜伸びが得られる。また、これらの比率(Mw/Mn)が1.3〜2.5であることで、適性な分子量分布となり接着剤塗布適性(分布が広い)と性能(分布が狭い)のバランスを保つことができる。前記ポリエステル樹脂の特に好ましい数平均分子量(Mn)は10000〜23000であり、特に好ましい重量平均分子量(Mw)は20000〜40000であり、特に好ましい(Mw/Mn)は1.5〜2.3である。
前記ポリエステル樹脂(主剤)の分子量は、多官能性のイソシアネートで鎖伸長することで調整することができる。即ち、主剤中のポリエステル成分をNCOで連結すると末端が水酸基のポリマーが生成され、イソシアネート基とポリエステルの水酸基との当量比の調整によりポリエステル樹脂(主剤)の分子量を調整することができる。本発明においては、これらの当量比(OH/NCO)が1.01〜10となるように連結したものを用いることが好ましい。また、他の分子量調整方法として、ジカルボン酸とジアルコールの共重合反応の反応条件(ジカルボン酸とジアルコールの配合モル比)の調整を挙げることができる。
前記主剤の添加剤(着色インキ組成物の添加剤)として、エポキシ系樹脂やアクリル系樹脂を添加しても良い。
なお、前記ポリエステル樹脂(主剤)として、好適な構成として挙げた限定構成のいずれか1つ以上を採用した場合には、着色顔料の50質量%以上が無機顔料で構成されている構成を採用しても、着色インキ層としてより十分な密着力を確保することができる利点がある。前記ポリエステル樹脂(主剤)の好適な構成は、このような効果が得られる点において、特に技術的に重要である。
前記硬化剤としての多官能イソシアネート化合物は、芳香族系、脂肪族系、脂環族系の各種多官能イソシアネート化合物を使用できる。具体例としては、例えば、脂肪族系のヘキサメチレンジイソシアネート(HDI)、イソホロンジイソシアネート(IPDI)、芳香族系のトリレンジイソシアネート(TDI)、ジフェニルメタンジイソシアネート(MDI)等のジイソシアネートの1種類又は2種類以上をベースにして変性した多官能イソシアネート変性体が挙げられる。変性手段として、水、グリセリン、トリメチロールプロパン等の多官能活性水素化合物とのアダクト体の他に、イソシアヌレート化、カルボジイミド化、ポリメリック化等の多量化反応による多官能イソシアネート変性体が挙げられ、これらの1種または2種以上を混合して用いることもできる。
前記硬化剤としての多官能イソシアネート化合物としては、その50モル%以上(50モル%以上100モル%以下)を芳香族系多官能イソシアネート化合物で構成する。即ち、多官能イソシアネート化合物の全量100モル%に対して50モル%以上を芳香族系多官能イソシアネート化合物で構成する。50モル%以上を芳香族系多官能イソシアネート化合物で構成することによって、硬化後の接着強度を増大させることができるので、より深い成形を行った場合であっても、成形時やシール時において、さらに高温多湿等のやや苛酷な環境下で使用された時において、耐熱性樹脂層2が着色インキ層10から剥離することを十分に防止できる。中でも、前記硬化剤としての多官能イソシアネート化合物としては、その70モル%以上を芳香族系多官能イソシアネート化合物で構成するのが好ましく、さらにその80モル%以上を芳香族系多官能イソシアネート化合物で構成するのが特に好ましい。
なお、前記多官能イソシアネート化合物(硬化剤)として、好適な構成として挙げた限定構成のいずれか1つ以上を採用した場合には、着色顔料の50質量%以上が無機顔料で構成されている構成を採用しても、着色インキ層としてより十分な密着力を確保することができる利点がある。前記多官能イソシアネート化合物(硬化剤)の好適な構成は、このような効果が得られる点において、特に技術的に重要である。
前記二液硬化型ポリエステルウレタン樹脂バインダーにおいて、主剤と硬化剤との配合割合はポリオール水酸基(OH)1モルに対してイソシアネート官能基(NCO)2〜25モルの割合で配合されていることが好ましい。これらのモル比(NCO)/(OH)が2未満でイソシアネート官能基(NCO)が少なくなると、十分な硬化反応が行われずに適性な塗膜強度および耐熱性が得られなくなるおそれがある。一方、(NCO)/(OH)が25を超えてイソシアネート官能基(NCO)が多くなると、ポリオール以外の官能基との反応が進み過ぎて塗膜が硬くなりすぎて適性な伸びが得られなくなるおそれがある。特に好ましいポリオール水酸基とイソシアネート官能基のモル比(NCO)/(OH)は5〜20である。
前記二液硬化型ポリエステルウレタン樹脂バインダーは、反応後の硬化膜が以下の物性を有していることが好ましい。即ち、前記主剤と前記硬化剤とが反応した後の硬化膜の引張試験(JIS K7162)によるヤング率が70MPa〜400MPaである構成が好ましい。特に好ましいヤング率は100MPa〜300MPaである。また、前記硬化膜の破断強度が20MPa〜70MPaであり、前記硬化膜の破断伸びが50%〜400%であることが好ましい。特に好ましい破断強度は30MPa〜50MPaであり、特に好ましい破断伸びは100%〜300%である。さらに、二液硬化型ポリエステルウレタン樹脂バインダーの硬化膜の引張応力−歪み曲線(S−S曲線)が破断前に強度低下を示さないことが好ましい。図3は、S−S曲線の3つのパターンを示している。引張応力に対してパターンAは歪み量が小さくパターンBは歪み量が大きいがいずれも引張応力の増加に伴って歪み量が増加しており、破断前の強度低下は見られない。一方、パターンCは、歪み量の増加の過程で引張応力が低下しており、破断前に強度低下を示している。本発明においては、二液硬化型接着剤の硬化膜がS−S曲線において強度低下がないことが好ましい。さらに好ましくは、S−S曲線において強度が急激に変化する屈曲点がないことが好ましい。
前記二液硬化型ポリエステルウレタン樹脂を含む接着剤は、ポリエステル樹脂の原料であるジカルボン酸およびジアルコールを縮重合し、要すればさらに多官能性であるイソシアネートで鎖伸長し、溶媒及びウレタン化反応触媒、接着力向上の為のカップリング剤やエポキシ樹脂、消泡剤、レベリング剤、紫外線吸収剤、酸化防止剤等の各種添加剤を混合して流動状のポリエステル樹脂液とし、これに硬化剤である多官能イソシアネート化合物あるいはさらに溶媒を配合して低粘度流動状物として調製することができる。
前記着色インキ層10において、前記ポリエステル樹脂(二液硬化型ポリエステルウレタン樹脂バインダーの主剤)と前記着色顔料の合計質量(当然に、溶媒は含まない)に対する着色顔料の含有質量の割合が5質量%〜60質量%に設定されるのが好ましい。5質量%以上であることで金属箔層4を隠蔽する効果が十分に得られて金属光沢が視認されることがなく重厚感、高級感を十分に付与できると共に、成形した時に該成形部において部分的な色ムラを生じることもない。また、60質量%以下であることで、着色インキ層10が硬くなったり、脆くなったりすることがなく、耐熱性樹脂層2に対する着色インキ層10の接着力を十分に確保できて、成形時及びシール時において、また高温多湿等のやや苛酷な環境下で使用された時において、耐熱性樹脂層2が着色インキ層10から剥離することを十分に防止できる。中でも、前記着色インキ層10において、前記ポリエステル樹脂と前記着色顔料の合計質量に対する着色顔料の含有質量の割合は15質量%〜50質量%に設定されるのが特に好ましい。
前記着色インキ層(硬化膜)10の厚さは、1μm〜5μmに設定されるのが好ましい。
(第1接着剤層)
前記第1接着剤層5は、前記金属箔層4と前記耐熱性樹脂層2(上記実施形態では着色インキ層10)との接合を担う層である。前記第1接着剤層5としては、特に限定されるものではないが、例えば、2液硬化型接着剤により形成された接着剤層等が挙げられる。前記2液硬化型接着剤としては、例えば、ポリウレタン系ポリオール、ポリエステル系ポリオール、ポリエーテル系ポリオール及びポリエステルウレタン系ポリオールからなる群より選ばれるポリオールの1種または2種以上からなる第1液と、イソシアネートからなる第2液(硬化剤)とで構成される2液硬化型接着剤などが挙げられる。中でも、ポリエステル系ポリオール及びポリエステルウレタン系ポリオールからなる群より選ばれるポリオールの1種または2種以上からなる第1液と、イソシアネートからなる第2液(硬化剤)とで構成される2液硬化型接着剤を用いるのが好ましい。前記第1接着剤層5は、例えば、前記2液硬化型接着剤等の接着剤が、前記金属箔層4の上面に又は/及び前記耐熱性樹脂層2の下面(例えば着色インキ層10の下面)に、グラビアコート法等の手法により塗布されることによって形成される。
前記金属箔層4と前記耐熱性樹脂層2との貼り合わせ方法は、特に限定されないが、ドライラミネートと呼ばれる方法を推奨できる。具体的には、金属箔層4の上面または耐熱性樹脂層2の下面(上記実施形態では着色インキ層10の下面)、あるいはこれらの両方の面に、調製した第1接着剤を塗布し、溶媒を蒸発させて乾燥皮膜とした後に、金属箔層4と耐熱性樹脂層2とを貼り合わせる。その後、第1接着剤の硬化条件に従って硬化させる。これにより、金属箔層4と耐熱性樹脂層2とが第1接着剤層5を介して接合される。なお、第1接着剤の塗布手法としては、グラビアコート法、リバースロールコート法、リップロールコート法等を例示できる。
(第2接着剤層)
前記第2接着剤層6としては、特に限定されるものではないが、例えば、ポリウレタン系接着剤、アクリル系接着剤、エポキシ系接着剤、ポリオレフィン系接着剤、エラストマー系接着剤、フッ素系接着剤、酸変性ポリプロピレン接着剤等により形成された接着剤層が挙げられる。中でも、アクリル系接着剤、ポリオレフィン系接着剤を用いるのが好ましく、この場合には、成形用包装材1の耐電解液性及び水蒸気バリア性を向上させることができる。
前記金属箔層4と前記熱可塑性樹脂層3との貼り合わせ方法は、特に限定されないが、上述した金属箔層4と耐熱性樹脂層2との貼り合わせと同様に、第2接着剤を塗布して乾燥させた後に、金属箔層4と熱可塑性樹脂層3とを貼り合わせるドライラミネート法を例示できる。
本発明の成形用包装材1は、図1に示した積層構造に特に限定されるものではなく、さらに層を追加して包装材として機能を向上させることもできる。図2に示した成形用包装材1は、図1の構成の包装材における耐熱性樹脂層2の外面にさらにマットコート層20を形成したものである。
(マットコート層)
前記マットコート層20は、成形用包装材1の表面に良好な滑り性を付与して成形性を向上させるために設けられた表面層である。
前記マットコート層20は、耐熱性樹脂成分中に無機微粒子が分散含有された樹脂組成物からなるマットコート層である。中でも、前記マットコート層20は、二液硬化型の耐熱性樹脂に、平均粒径が1μm〜10μmの無機微粒子が0.1質量%〜1質量%含有された樹脂組成物からなる構成であるのが好ましい。前記耐熱性樹脂としては、例えば、アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂、ポリエステル系樹脂、ウレタン系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、フッ素系樹脂、フェノキシ系樹脂等が挙げられるが、耐熱性、耐薬品性に優れる点で、テトラフルオロエチレン又はフルオロエチレンビニルエーテルをベースにしたフッ素系樹脂を用いるのが好ましい。前記無機微粒子としては、特に限定されるものではないが、例えば、シリカ、アルミナ、酸化カルシウム、炭酸カルシウム、硫酸カルシウム、ケイ酸カルシウム等が挙げられ、中でもシリカを用いるのが好ましい。
前記マットコート層20の形成は、上述した無機微粒子と耐熱性樹脂とを含むマットコート組成物を、前記耐熱性樹脂層2の表面に塗布して硬化させることにより行うことができる。
前記マットコート層20の厚さ(硬化後の厚さ)は、0.5μm〜5μmであるのが好ましい。前記好適下限値以上であることで滑り性向上効果が十分に得られると共に、前記好適上限値以下であることでコストを抑制できる。中でも、前記マットコート層20の厚さ(硬化後の厚さ)は、1μm〜3μmであるのが特に好ましい。
前記マットコート層20の表面のグロス値は、JIS Z8741に基づく60°反射角測定値で1%〜15%に設定されるのが好ましい。前記グロス値は、BYK社製のグロス測定器「micro−TRI−gloss−s」により60°反射角で測定して得られた値である。
なお、前記マットコート層20を形成する工程の実施時期(実施順序)は、特に限定されないが、金属箔層4に(第1接着剤層5、着色インキ層10を介して)耐熱性樹脂層2を貼り合わせる工程に続けて行うのが好ましい。
上記実施形態では、耐熱性樹脂層2の上面にマットコート層20が積層された構成を採用しているが、このマットコート層20は、必須の構成層ではなく、図1に示すように、マットコート層20を有しない構成を採用してもよい。
また、上記実施形態では、第1接着剤層5と第2接着剤層6を設けた構成を採用しているが、これら両層5、6は、いずれも必須の構成層ではなく、これらを設けない構成を採用することもできる。
本発明の成形用包装材1は、各層の貼り合わせ方法等を含めて上記例示した製造方法で製造されるものに限定されるものではなく、他の製造方法で製造されたものも本発明に含まれる。
本発明の成形用包装材1を成形(深絞り成形、張り出し成形等)することにより、成形ケース(電池ケース等)を得ることができる。
また、本発明に係る成形用包装材1は、リチウムイオン二次電池ケース用包材として好適に用いられるが、特にこのような用途に限定されるものではない。
次に、本発明の具体的実施例について説明するが、本発明はこれら実施例のものに特に限定されるものではない。
<実施例1>
厚さ35μmのアルミニウム箔(A8079アルミニウム箔)4の両面に、ポリアクリル酸、三価クロム化合物、水、アルコールからなる化成処理液を塗布し、150℃で乾燥を行うことによって、両面に化成皮膜を形成したアルミニウム箔を準備した。この化成皮膜によるクロム付着量は、片面で5mg/m2であった。
二液硬化型ポリエステルウレタン樹脂バインダーの主剤であるポリエステル樹脂(ポリエステルポリオール)を作製する。ネオペンチルグリコール30モル部、エチレングリコール30モル部、1,6−ヘキサンジオール40モル部を80℃で溶融し、攪拌しながら、脂肪族ジカルボン酸であるアジピン酸30モル部と芳香族ジカルボン酸であるイソフタル酸70モル部とからなるジカルボン酸混合物を210℃で20時間縮重合反応させて、主剤としてのポリエステルポリオール(ポリエステル樹脂)を得た。このポリエステルポリオールは、数平均分子量(Mn)が12000、重量平均分子量(Mw)が20500、これらの比率(Mw/Mn)が1.71である。更に、前記得られたポリエステルポリオール40質量部に、酢酸エチル60質量部を加えて、流動状のポリエステルポリオール樹脂溶液を得た。このポリエステルポリオール樹脂溶液においてポリエステルポリオールの水酸基価は2.2mgKOH/g(溶液値)であった。
次に、平均粒子径1.0μmのカーボンブラック13.3質量部、上記ポリエステルポリオール樹脂溶液100質量部(ポリエステルポリオールが40質量部)、酢酸エチル64.4質量部を混合した後、顔料分散機を使用してカーボンブラック顔料を分散することによって、主剤インキ組成物を得た。前記主剤インキ組成物における固形成分(ポリエステルポリオール及びカーボンブラック)の含有率は30質量%であり、固形成分における着色顔料(カーボンブラック)の含有率は25質量%である。
前記主剤インキ組成物100質量部に対して、硬化剤として、トリレンジイソシアネート(TDI)とトリメチロールプロパンとのアダクト体(NCO%:13.0%、固形分75質量%;芳香族系多官能イソシアネート化合物)を7.1質量部配合し、さらに酢酸エチル34.1質量部を配合して撹拌することによって、着色インキ組成物を得た。
前記着色インキ組成物において、イソシアネート官能基(NCO)とポリエステルポリオール水酸基(OH)のモル比(NCO/OH)は、10である。
次に、厚さ15μmの二軸延伸ナイロンフィルム(耐熱性樹脂層)2の一方の面に、前記着色インキ組成物を塗布して乾燥させることによって、着色インキ層10を形成した。この着色インキ層10の乾燥後の厚さは3μmであった。
次に、前記両面に化成皮膜を形成したアルミニウム箔4の一方の面に、二液硬化型ポリエステルウレタン樹脂接着剤を塗布して乾燥させて第1接着剤層5を形成し、該第1接着剤層5の表面に前記二軸延伸ナイロンフィルム2の着色インキ層10側を貼り合わせると共に、アルミニウム箔4の他方の面にポリアクリル接着剤を塗布して乾燥させて第2接着剤層6とし、第2接着剤層6の表面に厚さ30μmの未延伸ポリプロピレンフィルム(熱可塑性樹脂層)3を貼り合わせた。この積層体を40℃環境下で5日間放置することよって、図1に示す構成の成形用包装材1を得た。
<実施例2>
実施例1と同じ出発材料を用いて、ジカルボン酸全量に対するジオール成分全量の配合モル比を実施例1より多く調整することにより、数平均分子量(Mn)が8900、重量平均分子量(Mw)が15000、これらの比率(Mw/Mn)が1.69であるポリエステルポリオールを得た。
実施例1のポリエステルポリオールに代えて、上記ポリエステルポリオールを用いると共に、硬化剤として、トリレンジイソシアネート(TDI)とトリメチロールプロパンとのアダクト体(NCO%:13.0%、固形分75質量%;芳香族系多官能イソシアネート化合物)を4.8質量部配合し、着色インキ組成物において硬化剤のイソシアネート官能基(NCO)とポリエステルポリオール水酸基(OH)のモル比(NCO/OH)を5とした以外は、実施例1と同様にして、図1に示す成形用包装材1を得た。
<実施例3>
実施例1の硬化剤のジイソシアネート成分を、芳香族のトリレンジイソシアネート(TDI)70モル%と脂肪族イソシアネート化合物であるヘキサメチレンジイソシアネート(HDI)30モル%とからなる混合イソシアネートにトリメチロールプロパンを反応させて得たアダクト体である多官能イソシアネート化合物(NCO%:13.0%、固形分75質量%)に変更した以外は、実施例1と同様にして、図1に示す成形用包装材1を得た。
<実施例4>
実施例1の平均粒子径1.0μmのカーボンブラック13.3質量部、ポリエステルポリオール樹脂溶液100質量部、酢酸エチル64.4質量部を混合するのに代えて、平均粒子径1.0μmのカーボンブラック4.4質量部、ポリエステルポリオール樹脂溶液100質量部、酢酸エチル43.6質量部を混合することによって、ポリエステル樹脂とカーボンブラックの合計質量に対するカーボンブラックの含有割合を10質量%に設定した以外は、実施例1と同様にして、図1に示す成形用包装材1を得た。
<実施例5>
実施例1の主剤インキ組成物100質量部に対して、硬化剤として、トリレンジイソシアネート(TDI)とトリメチロールプロパンとのアダクト体(NCO%:13.0%、固形分75質量%;芳香族系多官能イソシアネート化合物)を7.1質量部配合し、さらに酢酸エチル34.1質量部を配合して着色インキ組成物を得るのに代えて、主剤インキ組成物100質量部に対して、硬化剤として、トリレンジイソシアネート(TDI)とトリメチロールプロパンとのアダクト体(NCO%:13.0%、固形分75質量%;芳香族系多官能イソシアネート化合物)を3.6質量部配合し、さらに酢酸エチル31質量部を配合して着色インキ組成物を得たことにより、硬化剤のイソシアネート官能基(NCO)とポリエステルポリオール水酸基(OH)のモル比(NCO/OH)を5とした以外は、実施例1と同様にして、図1に示す成形用包装材1を得た。
<実施例6>
フルオロエチレンビニルエステル(耐熱性樹脂)80質量部、硫酸バリウム(無機微粒子)10質量部、粉状シリカ(無機微粒子)10質量部を混合してマットコート組成物を得た。このマットコート組成物を、実施例1の工程における二軸延伸ナイロンフィルム(耐熱性樹脂層)2の貼り合わせに続いて、二軸延伸ナイロンフィルム(耐熱性樹脂層)2の表面に塗布して、乾燥後の厚さが2μmのマットコート層20を形成せしめた以外は、実施例1と同様にして、図2に示す構成の成形用包装材1を得た。
前記マットコート層20の表面について、BYK社製のグロス測定器「micro−TRI−gloss−s」により60°反射角で光沢度を測定したところ、マットコート層20の表面のグロス値(JIS Z8741に基づく60°反射角測定値)は、1.9%であった。
<比較例1>
実施例1と同じ出発材料を用いて、反応条件を変える(ジカルボン酸全量に対するジオール成分全量の配合モル比を実施例1より多く調整する)ことにより、数平均分子量(Mn)が6700、重量平均分子量(Mw)が8400、これらの比率(Mw/Mn)が1.25であるポリエステルポリオールを得た。
実施例1のポリエステルポリオールに代えて、上記ポリエステルポリオールを用いた以外は、実施例1と同様にして、成形用包装材を得た。なお、着色インキ組成物において、イソシアネート官能基(NCO)とポリエステルポリオール水酸基(OH)のモル比(NCO/OH)は4であった。
<比較例2>
硬化剤として、実施例1のトリレンジイソシアネート(TDI)とトリメチロールプロパンとのアダクト体(NCO%:13.0%、固形分75質量%;芳香族系多官能イソシアネート化合物)7.1質量部に代えて、トリレンジイソシアネート(TDI)30モル%とヘキサメチレンジイソシアネート(HDI)70モル%とからなる混合イソシアネートにトリメチロールプロパンを反応させて得たアダクト体(NCO%:13.0%、固形分75質量%;多官能イソシアネート化合物)7.1質量部を用いた以外は、実施例1と同様にして、成形用包装材を得た。
<比較例3>
硬化剤として、実施例2のトリレンジイソシアネート(TDI)とトリメチロールプロパンとのアダクト体(NCO%:13.0%、固形分75質量%;芳香族系多官能イソシアネート化合物)4.8質量部に代えて、トリレンジイソシアネート(TDI)30モル%とヘキサメチレンジイソシアネート(HDI)70モル%とからなる混合イソシアネートにトリメチロールプロパンを反応させて得たアダクト体(NCO%:13.0%、固形分75質量%;多官能イソシアネート化合物)4.8質量部を用いた以外は、実施例2と同様にして、成形用包装材を得た。
上記のようにして得られた各成形用包装材について下記評価法に基づいて評価を行った。これらの結果を表1に示す。
Figure 0006279973
<成形品の外観(色むら有無)の評価法>
各実施例毎、各比較例毎に、それぞれ30個の成形用包装材を製造し、これらにおいて耐熱性樹脂層2がアルミニウム箔4から剥離していないことを肉眼で確認した後、パンチとダイス等を用いて、内側の熱可塑性樹脂層3をパンチと接触させる態様で、縦50mm×横35mm×深さ5.5mmの直方体形状に深絞り成形を行って、周囲にフランジ部を有する成形ケースを作製した。
作製した成形ケースの外観を耐熱性樹脂層の側から目視観察し、成形箇所等における色むらの有無を下記判定基準に基づいて評価した。
(判定基準)
「○」…30個全てにおいて色むらは認められなかった
「△」…色むらが少し認められるものが存在した
「×」…顕著な色むらが認められるものが存在した。
<剥離の有無の評価法>
各実施例毎、各比較例毎に、それぞれ30個の成形用包装材を製造し、これらについて耐熱性樹脂層の剥離の有無等を肉眼で、下記a)、b)、c)の3つの状態時において調べ、下記判定基準に基づいて評価した。
(判定基準)
「◎」…耐熱性樹脂層がアルミニウム箔から剥離したものが、30個中0個である
「○」…耐熱性樹脂層がアルミニウム箔から剥離したものが、30個中、1個又は2個である
「△」…耐熱性樹脂層がアルミニウム箔から剥離したものが、30個中、3個〜5個である
「×」…耐熱性樹脂層がアルミニウム箔から剥離したものが、30個中、6個〜30個である。
a)深絞り成形した直後の成形用包装材(即ち上記の成形品外観評価を行った後の成形ケース)
b)上記a)の成形ケースと同一構成の成形前のフラットな成形用包装材(以下、「蓋材」という)を準備した。一方、上記a)の成形ケースから耐熱性樹脂層の剥離のなかったもののみを選び出し、この剥離の無い成形ケースのフランジ部に上記蓋材(の周縁部)を重ねて、200℃×0.3MPa×6秒の条件でヒートシールした。このヒートシール直後の成形用包装材
c)上記a)の成形ケースから耐熱性樹脂層の剥離のなかったもののみを選び出し、この剥離の無い成形ケースを、60℃×95%RHの高温高湿試験機の中に72時間入れ続けた後、取り出して常温で5日経過後の成形用包装材。
<硬化膜の物性評価>
実施例1〜6、比較例1〜3で使用した二液硬化型ポリエステルウレタン樹脂バインダーの硬化膜(即ち各着色インキ組成物から着色剤のカーボンブラックを取り除いた組成の組成物の硬化膜;換言すれば、主剤と硬化剤とが反応した硬化膜)を作成し、この硬化膜の物性を評価した。
即ち、非接着性の未処理PPフィルムに、乾燥後の厚さが50μmになるように二液硬化型ポリエステルウレタン樹脂バインダーを塗布し、溶媒を乾燥させた後、残存イソシアネートが5%以下になるまで60℃でエージングを行って硬化させて硬化膜を形成した。硬化膜を未処理PPフィルムから剥離した後、該硬化膜を15mm幅、長さ100mmの長尺材に切断してこれを試験片とした。
作成した試験片に対して、標点間距離50mm、引張速度200mm/分の条件で、JIS K7162に準拠して引張試験を行い、ヤング率、破断強度および破断伸びを測定した。また、この引張試験におけるS−S曲線を求めたところ、そのパターンは、実施例1〜6では図3で示すパターンAであり、比較例1〜3では図3で示すパターンBであった。
表1から明らかなように、本発明の実施例1〜6の成形用包装材は、成形時及びヒートシール時において、耐熱性樹脂層が剥離することがないし、高温多湿の環境下で使用された時でも、耐熱性樹脂層が剥離することが殆どない。
これに対し、主剤としてのポリエステル樹脂の分子量等が、本発明の規定範囲を逸脱する比較例1の成形用包装材では、ヒートシール時及び高温多湿の環境下で使用された後では、耐熱性樹脂層が剥離するものが多かった。また、硬化剤としての多官能イソシアネート化合物中の芳香族系多官能イソシアネート化合物の含有率が50モル%未満である比較例2、3の成形用包装材では、ヒートシール時及び高温多湿の環境下で使用された後では、耐熱性樹脂層が剥離するものが多かった。
本発明に係る成形用包装材は、ノートパソコン用、携帯電話用、車載用、定置型のリチウムイオンポリマー二次電池等の電池のケースとして好適に用いられ、これ以外にも、食品の包装材、医薬品の包装材として好適であるが、特にこれらの用途に限定されるものではない。中でも、電池ケース用として特に好適である。
1…成形用包装材
2…耐熱性樹脂層(外側層)
3…熱可塑性樹脂層(内側層)
4…金属箔層
10…着色インキ層

Claims (7)

  1. 外側層としての耐熱性樹脂層と、内側層としての熱可塑性樹脂層と、これら両層間に配設された金属箔層と、該金属箔層と前記耐熱性樹脂層との間に配設された着色インキ層とを含む成形用包装材であって、
    前記着色インキ層は、
    主剤としてのポリエステル樹脂と硬化剤としての多官能イソシアネート化合物とによる二液硬化型ポリエステルウレタン樹脂バインダーと、
    無機顔料を含む着色顔料と、を含む着色インキ組成物からなり、
    前記主剤としてのポリエステル樹脂は、数平均分子量(Mn)が8000〜25000であり、質量平均分子量(Mw)が15000〜50000であり、これらの比率(Mw/Mn)が1.3〜2.5であり、
    前記硬化剤としての多官能イソシアネート化合物の50モル%以上が芳香族系多官能イソシアネート化合物であることを特徴とする成形用包装材。
  2. 前記着色インキ層において、前記主剤としてのポリエステル樹脂と前記着色顔料の合計質量に対する着色顔料の含有質量の割合が5質量%〜60質量%である請求項1に記載の成形用包装材。
  3. 前記着色顔料の50質量%以上が前記無機顔料で構成されている請求項1または2に記載の成形用包装材。
  4. 前記二液硬化型ポリエステルウレタン樹脂バインダーは、前記主剤と前記硬化剤とが反応した後の硬化膜の引張試験(JIS K7162)によるヤング率が70MPa〜400MPaである請求項1〜3のいずれか1項に記載の成形用包装材。
  5. 前記金属箔層の少なくとも一方の面に化成皮膜が形成されている請求項1〜4のいずれか1項に記載の成形用包装材。
  6. 請求項1〜5のいずれか1項に記載の成形用包装材を深絞り成形または張り出し成形してなる成形ケース。
  7. 電池ケースとして用いられる請求項6に記載の成形ケース。
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