CN110382232B - 具备具有呋喃二甲酸单元的聚酯膜和热密封性树脂层的层叠体以及包装袋 - Google Patents
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Abstract
本发明的课题在于提供层压强度优异的层叠体、及具备该层叠体的包装袋,所述层叠体具备具有呋喃二甲酸单元的聚酯膜和热密封性树脂层。一种层叠体,其特征在于,具备聚酯膜和热密封性树脂层,上述聚酯膜为包含利用呋喃二甲酸和乙二醇形成的聚呋喃二甲酸乙二醇酯树脂的双轴取向聚酯膜,上述膜的面取向系数ΔP为0.005以上且0.200以下,上述膜的厚度为1μm以上且300μm以下,上述膜的150℃下加热30分钟时的热收缩率为10%以下,上述层叠体的层压强度为2.0N/15mm以上。
Description
技术领域
本发明涉及具备具有呋喃二甲酸单元的聚酯膜和热密封性树脂层的层压强度优异的层叠体、以及具备该层叠体的包装袋。
背景技术
就作为耐热性、机械物性优异的热塑性树脂的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)等聚酯树脂而言,其已被用于塑料膜、电子技术、能源、包装材料、汽车等非常广泛的领域。塑料膜中,双轴拉伸PET膜由于机械特性强度、耐热性、尺寸稳定性、耐化学药品性、光学特性等与成本的平衡优异,因此被广泛用于工业用领域、包装用领域中。
在工业用膜的领域中,由于具有优异的透明性,而可以作为面向液晶显示器、等离子体显示器等平板显示器(FPD)的功能膜使用。另外,赋予了耐水解性的PET膜还被用作太能阳电池背板用膜,而作为功能性膜、基膜以各种目的被使用。
在包装用膜的领域中,被用于食品包装用途、瓶用收缩性标签、阻气膜用途。特别是阻气性优异的膜作为食品、药品、电子部件等要求气密性的包装材料、或气体阻隔材料使用,近年来需要在增高。
另一方面,作为环保型或环境持续型材料,具有生物降解性的树脂或使用了源自生物质的原料的树脂受到关注。从上述的观点出发,正在以提供代替PET等石油衍生物的可再生的聚合物为目标进行大量研究。作为有可能代替作为PET的主链骨架的对苯二甲酸的化合物,提出了呋喃二甲酸(FDCA),提出了使FDCA与二醇缩聚而成的呋喃系的PET类似物(专利文献1、非专利文献1)。
另外,关于以呋喃二甲酸丁二醇酯(PBF)为中心的多种具有呋喃二甲酸单元的热塑性树脂组合物,提出规定了聚合度且能够用于电气、电子部件等用途的高分子化合物(专利文献2)。还提出规定了比浓粘度、末端酸值的机械强度优异的聚酯(专利文献3、4)。
另外,研究了通过PEF衍生物与共聚聚酯等的掺混物而得到的片的单轴拉伸膜(专利文献5、6)。
另外,专利文献7公开了一种机械强度优异的PEF膜。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:美国专利第2551731号公报
专利文献2:日本专利第4881127号公报
专利文献3:日本特开2013-155389号公报
专利文献4:日本特开2015-098612号公报
专利文献5:日本特表2015-506389号公报
专利文献6:日本特开2012-229395号公报
专利文献7:国际公开第2016/032330号
非专利文献1:Y.Hachihama,T.Shono,and K.Hyono,Technol.Repts.OsakaUniv.,8,475(1958)
发明内容
发明要解决的课题
但是,专利文献1中公开的高分子的物性仅仅为熔点,机械强度不明确,具有呋喃二甲酸单元的热塑性树脂组合物是否能够用于工业用膜、包装用膜的领域这一点尚不明确。
另外,专利文献2中公开的PBF的热压成形品的透明性低,在工业用膜、包装用膜的领域中的应用受到限制。关于专利文献3、4中公开的聚呋喃二甲酸乙二醇酯(PEF)结构的200μm片制品的机械特性,断裂伸长率、断裂强度均低,无法考虑用于工业用膜、包装用膜的领域。
专利文献5中记载了:根据配合物的种类、配合比率,与利用具有呋喃二甲酸单元的热塑性树脂组合物形成的片相比,将其单轴拉伸而得到的膜的断裂伸长率提高。但是,只要不配合广为知晓的提高断裂伸长率的环己烷二甲醇共聚PET,就确认不到断裂伸长率的大幅提高,不得不说是限定性的配合比率所带来的效果,也未在工业用膜、包装用膜的领域中使用。
专利文献6中公开了使用压延辊以1.6倍程度进行单轴拉伸而得到的PEF膜。虽然表现为阻气性优异的塑料膜,但不过是表现出了源自PEF所具有的化学结构的阻隔性的优点,作为包装材料而言重要的机械强度还不明确,也未在具有呋喃二甲酸单元的包装用阻气膜的领域中使用。
专利文献7中,仅研究了包含呋喃二甲酸单元的双轴拉伸聚酯膜、和具有热密封性的膜的特性提高。
如此,正在研究用上述专利文献所提出的具有呋喃二甲酸单元的树脂组合物代替PET。但是,层叠了具有制袋所需的热密封性的膜的层叠体的研究尚未进行,作为工业用膜、包装用膜是否可以适用尚不明确。
本发明的课题在于,提供具备具有呋喃二甲酸单元的聚酯膜和热密封性树脂层的层压强度优异的层叠体、以及具备该层叠体的包装袋。优选的是,课题还在于提供阻气性优异的层叠体以及具备该层叠体的包装袋。
用于解决课题的方案
本发明的构成如下。
1.一种层叠体,其特征在于,具备聚酯膜和热密封性树脂层,
上述聚酯膜为包含利用呋喃二甲酸和乙二醇形成的聚呋喃二甲酸乙二醇酯树脂的双轴取向聚酯膜,
上述膜的面取向系数ΔP为0.005以上且0.200以下,上述膜的厚度为1μm以上且300μm以下,上述膜的150℃下加热30分钟时的热收缩率为10%以下,
上述层叠体的层压强度为2.0N/15mm以上。
2.上述1所述的层叠体,其中,在温度23℃、相对湿度65%下的氧气透过率为1mL/m2/天/MPa以上且200mL/m2/天/MPa以下。
3.一种包装袋,其特征在于,具备上述1或2中任一项所述的层叠体。
发明效果
本发明的层叠体的层压强度优异,因此可以适宜地作为包装材料来使用。而且,本发明的层叠体优选阻气性优异,因此可以提供食品、药品、电子部件等的要求气密性的包装材料。
附图说明
图1示出本发明中使用的膜的制膜装置的TD拉伸工序的俯视图的一例。
具体实施方式
(1)聚酯膜
本发明中使用的聚酯膜是包含利用呋喃二甲酸和乙二醇形成的聚呋喃二甲酸乙二醇酯树脂的双轴取向聚酯膜。
上述聚酯膜包含利用呋喃二甲酸和乙二醇形成的聚呋喃二甲酸乙二醇酯(以下有时称为PEF)树脂。即,聚呋喃二甲酸乙二醇酯树脂由包含二羧酸成分(呋喃二甲酸)和二醇成分(乙二醇)的组合物形成。在上述聚酯的全部构成单元100摩尔%中,呋喃二甲酸乙二醇酯单元的含量优选为超过50摩尔%且100摩尔%以下,只要在不妨碍本发明的目的的范围内,则也可以是共聚有其它的二羧酸成分、二醇成分的聚呋喃二甲酸乙二醇酯系树脂。呋喃二甲酸乙二醇酯单元的含量更优选为70摩尔%以上且100摩尔%以下,进一步优选为80摩尔%以上且100摩尔%以下,更进一步优选为90摩尔%以上且100摩尔%以下,特别优选为95摩尔%以上且100摩尔%以下,最优选为100摩尔%。
关于其它二羧酸成分和二醇成分的共聚量,在上述聚酯的全部构成单元100摩尔%中优选为20摩尔%以下,更优选为10摩尔%以下,特别优选为5摩尔%以下。
作为上述的其它二羧酸成分,可列举:对苯二甲酸、间苯二甲酸、邻苯二甲酸、萘二羧酸、4,4’-二羧基联苯、间苯二甲酸-5-磺酸钠等芳香族二羧酸、1,4-环己烷二羧酸、1,3-环己烷二羧酸、1,2-环己烷二羧酸、2,5-降冰片烯二羧酸、四氢邻苯二甲酸等脂环族二羧酸、草酸、丙二酸、琥珀酸、己二酸、壬二酸、癸二酸、十一烷二酸、十二烷二酸、十八烷二酸、富马酸、马来酸、衣康酸、中康酸、柠康酸、二聚酸等脂肪族二羧酸等。
作为上述的其它二醇成分,可列举:1,2-丙二醇、1,3-丙二醇、1,2-丁二醇、1,3-丁二醇、1,4-丁二醇、2-甲基-1,3-丙二醇、2-氨基-2-乙基-1,3-丙二醇、2-氨基-2-甲基-1,3-丙二醇、1,10-癸二醇、二羟甲基三环癸烷、二乙二醇、三乙二醇等脂肪族二醇、双酚A、双酚S、双酚C、双酚Z、双酚AP、4,4’-联苯酚的环氧乙烷加成物或环氧丙烷加成物、1,2-环己烷二甲醇、1,3-环己烷二甲醇、1,4-环己烷二甲醇等脂环族二醇、聚乙二醇、聚丙二醇等。
作为这样的聚呋喃二甲酸乙二醇酯系树脂的聚合方法,可利用:使呋喃二甲酸与乙二醇、以及根据需要的其它二羧酸成分和二醇成分直接反应的直接聚合法;以及使呋喃二甲酸的二甲酯(根据需要包含其它二羧酸的二甲酯)与乙二醇(根据需要包含其它二醇成分)进行酯交换反应的酯交换法等任意的制造方法。
作为本发明的聚酯膜的树脂成分,可以包含聚酰胺、聚苯乙烯、聚烯烃、上述以外的聚酯等其它树脂,从机械特性、耐热性方面出发,其它树脂的含量相对于聚酯膜的全部构成单元优选为30摩尔%以下,更优选为20摩尔%以下,进一步优选为10摩尔%以下,更进一步优选为5摩尔%以下,最优选为0摩尔%。需要说明的是,本说明书中,在包含聚酯以外的树脂时也称为“聚酯膜”。
本发明中使用的PEF膜的面取向系数(ΔP)为0.005以上且0.200以下,优选为0.020以上且0.195以下,更优选为0.100以上且0.195以下,进一步优选为0.110以上且0.195以下,进一步更优选为0.120以上且0.195以下,进一步更加优选为0.130以上且0.195以下,特别优选为0.140以上且0.190以下,最优选为0.140以上且0.160以下。
面取向系数(ΔP)小于0.005时,膜的机械特性变得不充分,担心发生下述情况:膜的印刷、制袋等后加工变得困难;进行后续的印刷或涂布时,膜在印刷机或涂布机上断开等,因此不优选。与此相对,通过将面取向系数(ΔP)设为0.005以上,除了可解决上述问题以外,PEF膜的阻气性也提高。另外,通过将面取向系数(ΔP)最优选设为0.160以下,可得到充分的机械强度。
面取向系数可以如下算出。可以基于JIS K 7142-1996 5.1(A法),以钠D线为光源,利用阿贝折光仪测定膜面内的机械方向(MD方向、纵向)的折射率(nx)、和其垂直方向(TD方向、横向)的折射率(ny)、厚度方向的折射率(nz),由下述式算出面取向系数(ΔP)。
ΔP={(nx+ny)-2nz}÷2
关于本发明中使用的PEF膜,其在150℃下加热30分钟时的加热收缩率(以下简称为热收缩率)在MD方向和TD方向均为10%以下。优选为8%以下,更优选为4.5%以下,进一步优选为3.5%以下,进一步更优选为3.2%以下,再进一步优选为2.8%以下,更进一步优选为2.4%以下。热收缩率大时,则发生:由于印刷时的色偏、膜在印刷机或涂布机上发生伸长所导致的印刷或涂布的难以实施、以及高热化时的膜变形所致的外观不良等。特别是,在用印刷机、涂布机进行加工的工序中,由于用于输送膜的辊之间没有约束,因此容易发生TD方向收缩,容易产生外观不良。因此,TD方向的热收缩率按照再进一步优选的顺序为1.8%以下、1.5%以下、1.2%以下、0.9%以下,最优选为0.6%以下。上述热收缩率越低越好,从制造的角度出发,MD方向和TD方向均优选为0.01%以上。
本发明中使用的具有呋喃二甲酸单元的聚酯膜的厚度为1μm以上且300μm以下,优选为5μm以上且200μm以下,更优选为10μm以上且100μm以下。厚度超过300μm时,成本方面存在问题,作为包装材料使用时辨识性容易下降。另外,厚度不足1μm时,机械特性下降,担心无法发挥作为膜的功能,另外担心层压强度下降。
关于本发明中使用的PEF膜,温度23℃、相对湿度65%下的氧气透过率优选为1mL/m2/天/MPa以上且1000mL/m2/天/MPa以下,更优选为500mL/m2/天/MPa以下,进一步优选为200mL/m2/天/MPa以下,进一步更优选为120mL/m2/天/MPa以下。超过1000mL/m2/天/MPa时,物质由于氧而劣化、或者食品的保存性变得不良。另外,从制造上的角度出发,优选为1mL/m2/天/MPa以上。
关于本发明中使用的PEF膜,温度23℃、相对湿度65%下的每50μm厚度的氧气透过率优选为1mL/m2/天/MPa以上且200mL/m2/天/MPa以下,更优选为50mL/m2/天/MPa以下,进一步优选为40mL/m2/天/MPa以下,进一步更优选为30mL/m2/天/MPa以下。超过200mL/m2/天/MPa时,物质由于氧而劣化、或者食品的保存性变得不良。另外,从制造上的角度出发,优选为1mL/m2/天/MPa以上。
需要说明的是,本项所记载的是基材膜本身的氧气透过率,当然可以对基材膜实施涂布、金属蒸镀、利用金属氧化物的蒸镀、溅射等方法、和基于共挤出等的方法等来进一步改善氧气透过率。
关于本发明中使用的PEF膜,温度37.8℃、相对湿度90%下的水蒸气透过率优选为0.1g/m2/天以上且40g/m2/天以下,更优选为30g/m2/天以下,进一步优选为20g/m2/天以下。超过40g/m2/天时,物质会由于水蒸气而劣化,或食品的保存性变得不良。另外,从制造上的角度出发,优选为0.1g/m2/天以上。
关于本发明中使用的PEF膜,温度37.8℃、相对湿度90%下的每50μm厚度的水蒸气透过率优选为0.1g/m2/天以上且10g/m2/天以下,更优选为8g/m2/天以下,进一步优选为5g/m2/天以下,进一步更优选为4g/m2/天以下。超过10g/m2/天时,物质会由于水蒸气而劣化,或食品的保存性变得不良。另外,从制造上的角度出发,优选为0.1g/m2/天以上。
需要说明的是,本项所记载的是基材膜本身的水蒸气透过率,当然可以对基材膜实施涂布、金属蒸镀、利用金属氧化物的蒸镀、溅射等方法、和基于共挤出等的方法等来进一步改善水蒸气透过率。
就本发明中使用的膜而言,PEF本身具有高的氧阻隔性(即,低氧气透过率)的特性,且通过引入后文所述的拉伸工序从而氧阻隔性进一步提高。
上述PEF的特性粘度优选为0.30dl/g以上且1.20dl/g以下的范围,更优选为0.55dl/g以上且1.00dl/g以下,进一步优选为0.70dl/g以上且0.95dl/g以下。特性粘度低于0.30dl/g时,膜变得容易破裂,高于1.20dl/g时,过滤压力的上升变大,高精度过滤变得困难,难以将树脂经由过滤器挤出。
膜面内的MD方向的折射率(nx)和MD方向的垂直方向(ny)的折射率优选为1.5700以上,更优选为1.5800以上,进一步优选为1.5900以上,进一步更优选为1.6000以上,再进一步优选为1.6100以上,最优选为1.6200以上。若nx和ny为1.5700以上,则得到充分的膜断裂强度、断裂伸长率,因此膜的机械特性变得充分,膜的印刷或制袋等后加工变得容易,进行后续的印刷或涂布时,不易发生膜在印刷机或涂布机上断开的情况等,因此是优选的。需要说明的是,从制造上的角度和热收缩率的角度出发,上限优选低于1.7000。
关于本发明中使用的PEF膜,其断裂强度在MD方向和TD方向均优选为75MPa以上。断裂强度的更优选的下限为100MPa,进一步优选的下限为150MPa,进一步更优选的下限为200MPa,再进一步优选的下限为220MPa。断裂强度小于75MPa时,膜的力学强度变得不充分,在膜的加工工序中容易发生伸长、偏移等不良情况,因此不优选。考虑到制造方面,上限优选为1000MPa。
关于本发明中使用的PEF膜,其断裂伸长率在MD方向和TD方向均优选为10%以上。断裂伸长率的优选的下限为15%,进一步优选的下限为20%,特别优选的下限为30%。断裂伸长率小于10%时,膜的力学上的伸长率变得不充分,在膜的加工工序中容易发生破裂、破损等不良情况,因此不优选。考虑到制造方面,断裂伸长率的上限优选为300%。断裂伸长率的上限更优选为150%,进一步优选为100%,进一步更优选为80%。
本发明中使用的PEF膜的静摩擦系数(μs)优选为1.0以下,动摩擦系数(μd)优选为1.0以下。静摩擦系数(μs)更优选为0.8以下,进一步优选为0.6以下。动摩擦系数(μd)更优选为0.8以下,进一步优选为0.6以下。当静摩擦系数(μs)或动摩擦系数(μd)超过1.0时,易滑性变差,担心在膜行进中由于摩擦而产生伤痕或褶皱。需要说明的是,静摩擦系数(μs)是本发明中使用的PEF膜的一面与另一面间的静摩擦系数,动摩擦系数(μd)是本发明中使用的PEF膜的一面与另一面间的动摩擦系数。
本发明中使用的PEF膜的总透光率优选为85%以上。为了提高作为膜的缺点的内部异物的检测精度,期望透明性高。因此,本发明的具有呋喃二甲酸单元的聚酯膜的总透光率优选为85%以上,更优选为87%以上,进一步优选为89%以上。为了提高作为膜的缺点的内部异物的检测精度,总透光率越高越好,但100%的总透光率在技术上是难以达成的。
本发明中使用的PEF膜的雾度优选为15%以下。在食品包装用途中,为了进行内容物的缺点检查而期望膜的浊度低。因此,本发明中使用的PEF膜的雾度优选为15%以下,更优选为7%以下,进一步优选为3%以下,特别优选为1%以下。雾度低较好,但由于PEF膜固有的折射率而优选为0.1%以上。
本发明中使用的PEF膜的15μm换算的冲击(impact)强度(抗冲击性)的下限优选为0.4J/15μm,更优选为0.6J/15μm,进一步优选为0.8J/15μm。小于0.4J/15μm时,作为袋使用时有时强度不足。冲击强度的上限优选为3.0J/15μm。超过3.0J/15μm时,改善的效果达到饱和。
(2)热密封性树脂层
本发明中使用的热密封性树脂层只要包含与包装设备的热密封条件相适应的树脂即可。即,热密封性树脂只要是在制袋等加工时,能够通过利用热密封棒的热和压力而热粘接的方法、通过脉冲密封、超声波密封等方法进行密封的树脂即可,可使用例如:低密度聚乙烯、中密度聚乙烯、高密度聚乙烯、直链状低密度聚乙烯等聚乙烯、聚丙烯等聚烯烃、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚乙烯醇、乙烯-乙烯醇共聚物、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、乙烯-丙烯酸共聚物、乙烯-丙烯酸乙酯共聚物、离聚物等。
(3)其它层
(3-1)覆盖层
为了对本发明中使用的PEF膜赋予高透明性和优异的易滑性等,本发明的层叠体可以具备覆盖层。设置覆盖层的情况下,优选上述聚酯膜的至少一面具备覆盖层。覆盖层可以位于上述聚酯膜的两面,还可以采取在覆盖层上进一步设置覆盖层的多层层叠构成。覆盖层为多层的情况下,优选更靠外侧(聚酯膜的相反侧)的覆盖层中含有后述的粒子、更优选含有后述的无机粒子。
覆盖层优选含有选自聚酯系树脂、氨基甲酸酯系树脂和丙烯酸类树脂中的至少1种树脂。聚酯树脂、氨基甲酸酯树脂、丙烯酸类树脂对聚酯膜具有粘接性。上述的树脂可以单独使用,也可以将两种以上的不同树脂、例如聚酯树脂与氨基甲酸酯树脂、聚酯树脂与丙烯酸类树脂、或者氨基甲酸酯树脂与丙烯酸类树脂组合使用。
(3-1)(a)聚酯树脂
在使用共聚聚酯作为覆盖层的聚酯树脂时,作为二羧酸成分,优选以芳香族二羧酸成分作为构成成分,作为二醇成分,优选以乙二醇和支链状二醇作为构成成分。支链状二醇可列举例如:2,2-二甲基-1,3-丙二醇(新戊二醇)、2-甲基-2-乙基-1,3-丙二醇、2-甲基-2-丁基-1,3-丙二醇、2-甲基-2-丙基-1,3-丙二醇、2-甲基-2-异丙基-1,3-丙二醇、2-甲基-2-正己基-1,3-丙二醇、2,2-二乙基-1,3-丙二醇、2-乙基-2-正丁基-1,3-丙二醇、2-乙基-2-正己基-1,3-丙二醇、2,2-二正丁基-1,3-丙二醇、2-正丁基-2-丙基-1,3-丙二醇、2,2-二正己基-1,3-丙二醇等。
支链状二醇成分的摩尔比的下限相对于全部二醇成分优选为10摩尔%,更优选为20摩尔%,进一步优选为30摩尔%。另一方面,上限优选为90摩尔%,更优选为80摩尔%。另外,根据需要,也可以组合使用二乙二醇、丙二醇、丁二醇、己二醇或1,4-环己烷二甲醇等。
作为芳香族二羧酸成分,最优选对苯二甲酸、间苯二甲酸或呋喃二甲酸。芳香族二羧酸成分可以仅由对苯二甲酸、间苯二甲酸和呋喃二甲酸构成。另外,也可以相对于全部二羧酸成分以10摩尔%以下的范围加入其它芳香族二羧酸、特别是二苯基羧酸、2,6-萘二羧酸等芳香族二羧酸并进行共聚。
另外,在将聚酯树脂制成水系涂液使用时,使用水溶性或水分散性的聚酯系树脂,为了这样的水溶性化或水分散化,优选使包含磺酸盐基(日文:スルホン酸塩基)的化合物、包含羧酸盐基(日文:カルボン酸塩基)的化合物共聚。除了二羧酸成分以外,为了对聚酯赋予水分散性,例如,优选相对于全部二羧酸成分以1~10摩尔%的范围使用磺基对苯二甲酸、5-磺基间苯二甲酸、4-磺基萘间苯二甲酸-2,7-二羧酸、5-(4-磺基苯氧基)间苯二甲酸或它们的碱金属盐等,更优选使用5-磺基间苯二甲酸或其碱金属盐。
(3-1)(b)聚氨酯树脂
覆盖层的聚氨酯树脂中,作为构成成分,至少包含多元醇成分和多异氰酸酯成分,此外可以根据需要包含扩链剂。在使用热反应型聚氨酯树脂时,可列举例如:末端异氰酸酯基被活性氢基封链(以下称为封端)的水溶性或水分散性聚氨酯等。
作为多元醇成分,可列举:由多元羧酸(例如丙二酸、琥珀酸、己二酸、癸二酸、富马酸、马来酸、对苯二甲酸、间苯二甲酸等)或它们的酸酐与多元醇(例如乙二醇、二乙二醇、三乙二醇、丙二醇、丁二醇、1,3-丁二醇、1,4-丁二醇、2,3-丁二醇、新戊二醇、1,6-己二醇等)的反应得到的聚酯多元醇类;聚乙二醇、聚丙二醇、聚乙二醇/丙二醇(日文:ポリエチレンプロピレングリコール)、聚四亚甲基醚二醇、聚六亚甲基醚二醇等聚醚多元醇类;聚碳酸酯多元醇类;聚烯烃多元醇类;丙烯酸多元醇类等。
就作为氨基甲酸酯树脂的构成成分的多异氰酸酯而言,可列举例如:甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷-4,4-二异氰酸酯等芳香族二异氰酸酯类;苯二亚甲基二异氰酸酯等芳香族脂肪族二异氰酸酯类;异佛尔酮二异氰酸酯和4,4-二环己基甲烷二异氰酸酯、1,3-双(异氰酸根合甲基)环己烷等脂环式二异氰酸酯类;六亚甲基二异氰酸酯、2,2,4-三甲基六亚甲基二异氰酸酯等脂肪族二异氰酸酯类;或这些化合物中的一种或两种以上与三羟甲基丙烷等预先加成而成的多异氰酸酯类。从阻隔性的观点出发,优选芳香族二异氰酸酯类、芳香脂肪族二异氰酸酯类、脂环式二异氰酸酯类。此外,环状部具有取代基的情况下,芳香环、脂环的侧链优选为短链。另外,二异氰酸酯成分具有对称性时,内聚力提高,因此是优选的。
作为异氰酸酯基的封端剂,可列举:亚硫酸氢盐类、酚类、醇类、内酰胺类、肟类、丙二酸二甲酯等酯类、乙酰乙酸甲酯等二酮类、硫醇类、脲类、咪唑类、琥珀酰亚胺等酰亚胺类、二苯胺等胺类、亚胺类、2-噁唑烷等氨基甲酸酯系等。水溶性或水分散性聚氨酯优选在分子中具有亲水性基。因此,优选的是:在所使用的于分子内具有至少1个以上活性氢原子的化合物中具有亲水性基、或者使用具有亲水性的化合物作为封端剂。作为在所使用的于分子内具有至少1个以上的活性氢原子的化合物中具有亲水性基的例子,可列举:牛磺酸、二羟甲基丙酸、具有羧酸基或磺酸基的聚酯多元醇、聚氧亚烷基多元醇等。另外,就作为封端剂的具有亲水性的化合物而言,可列举亚硫酸氢盐类、和含有磺酸基的酚类等。在膜制造时的干燥或热定型过程中,若对上述树脂给预热能,则封端剂从异氰酸酯基脱离,因此,上述树脂将混合到自交联而成的网络的水分散性共聚聚酯树脂固定化,并且与上述树脂的末端基团等也发生反应。特别是,作为水溶性或水分散性聚氨酯,优选为使用具有亲水性的化合物作为封端剂的聚氨酯。就这些聚氨酯而言,虽然涂布液制备中的树脂为亲水性故耐水性差,但进行涂布、干燥、热定型而热反应完成时,氨基甲酸酯树脂的亲水基即封端剂脱离,因此得到耐水性良好的涂膜。
作为聚氨酯树脂中所使用的氨基甲酸酯预聚物的化学组成,为使下述(i)、(ii)和根据需要而含有的(iii)反应而得到的具有末端异氰酸酯基的化合物,所述(i)为:在分子内具有至少2个活性氢原子且分子量为200~20,000的化合物,所述(ii)为:在分子内具有2个以上的异氰酸酯基的有机多异氰酸酯,所述(iii)为:在分子内具有至少2个活性氢原子的扩链剂。
作为上述(i)即在分子内具有至少2个活性氢原子且分子量为200~20,000的化合物,优选通常已知的在末端或分子中包含2个以上的羟基、羧基、氨基或巯基的化合物,作为特别优选的化合物,可列举聚醚多元醇、聚酯多元醇等。
作为聚酯多元醇,可以通过使琥珀酸、己二酸、邻苯二甲酸、马来酸酐等多元的饱和或不饱和羧酸、或者该羧酸的羧酸酐等与乙二醇、二乙二醇、1,4-丁二醇、新戊二醇、1,6-己二醇、三羟甲基丙烷等多元的饱和或不饱和的醇类、较低分子量的聚乙二醇、聚丙二醇等聚亚烷基醚二醇类、或者这些醇类的混合物缩合来得到。
作为聚酯多元醇,也可以使用:使环氧乙烷或环氧丙烷等加成至由内酯和羟基酸得到的聚酯类、预先制造的聚酯类而成的聚酯多元醇类。
作为上述(ii)的有机多异氰酸酯,可列举:甲苯二异氰酸酯的异构体类、4,4-二苯基甲烷二异氰酸酯等芳香族二异氰酸酯类;苯二亚甲基二异氰酸酯等芳香族脂肪族二异氰酸酯类;异佛尔酮二异氰酸酯、4,4-二环己基甲烷二异氰酸酯等脂环式二异氰酸酯类;六亚甲基二异氰酸酯、2,2,4-三甲基六亚甲基二异氰酸酯等脂肪族二异氰酸酯类;或使这些化合物中的一种或两种以上与三羟甲基丙烷等加成而得到的多异氰酸酯类。
作为上述(iii)即在分子内具有至少2个活性氢原子的扩链剂,可列举:乙二醇、二乙二醇、1,4-丁二醇、1,6-己二醇等二醇类;甘油、三羟甲基丙烷、季戊四醇等多元醇类;乙二胺、六亚甲基二胺、哌嗪等二胺类;单乙醇胺、二乙醇胺等氨基醇类;硫代二乙二醇等硫代二乙二醇类;或者水。
氨基甲酸酯预聚物通常如下合成:通过使用了上述(i)、上述(ii)以及根据需要的上述(iii)的一段式或多段式异氰酸酯加聚方法,在150℃以下、优选为70~120℃的温度下反应5分钟或数小时,由此合成。上述(ii)的异氰酸酯基相对于上述(i)和上述(iii)的活性氢原子之比为1以上即可,但需要使所得到的氨基甲酸酯预聚物中残留有游离的异氰酸酯基。此外,游离的异氰酸酯基的含量相对于所得到的氨基甲酸酯预聚物的总质量为10质量%以下即可,考虑到封端后的氨基甲酸酯聚合物的水溶液的稳定性,优选为7质量%以下。
对于氨基甲酸酯预聚物而言,优选使用亚硫酸氢盐来进行末端异氰酸酯基的封端。将氨基甲酸酯预聚物与亚硫酸氢盐水溶液混合,边充分搅拌约5分钟~1小时边进行反应。反应温度优选设为60℃以下。然后,将反应混合物用水稀释而达到适当的浓度,从而制成热反应型水溶性氨基甲酸酯树脂组合物。该组合物在使用时调整为适当的浓度和粘度,通常加热到80~200℃左右时,作为封端剂的亚硫酸氢盐解离,再生出活性的末端异氰酸酯基,因此具有下述性质:通过在预聚物的分子内或分子间发生的加聚反应,生成聚氨酯聚合物,或者引起对其它官能团的加成。
(3-1)(c)丙烯酸类树脂
作为覆盖层的丙烯酸类树脂,可以使用水分散性或水溶性的丙烯酸类树脂。水分散性或水溶性的丙烯酸类树脂可列举例如:丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯树脂中的至少1者;或者,它们与苯乙烯等具有不饱和双键且能够与丙烯酸类树脂共聚的脂肪族化合物或芳香族化合物形成的共聚物。作为亲水性优异的丙烯酸类-苯乙烯共聚树脂,最优选为利用乳液聚合得到的水分散性丙烯酸类-苯乙烯无规共聚树脂。
(3-1)(d)粒子
为了改善耐擦划性、卷绕成卷状时或退卷时的处理性(滑动性、移动性、粘连性、卷取时的伴随空气的空气脱除性等),优选覆盖层中含有粒子。由此,本发明的层叠聚酯膜在保持高透明性的同时,可以得到滑动性、卷取性、耐擦划性。
作为粒子,可列举无机粒子、有机粒子(耐热性高分子粒子)等。作为无机粒子,可以使用将碳酸钙、磷酸钙、非晶性二氧化硅、结晶性的玻璃填料、高岭土、滑石、二氧化钛、氧化铝、二氧化硅-氧化铝复合氧化物、硫酸钡、氟化钙、氟化锂、沸石、硫化钼、云母等制成粒子而得的无机粒子。另外,作为有机粒子,可列举交联聚苯乙烯粒子、交联丙烯酸类树脂粒子、交联甲基丙烯酸甲酯系粒子、苯并胍胺-甲醛缩合物粒子、三聚氰胺-甲醛缩合物粒子、聚四氟乙烯粒子等耐热性高分子粒子。
这些粒子中,从由于与树脂成分的折射率比较接近故容易得到高透明的膜的角度出发,优选二氧化硅粒子。另外,粒子的形状没有特别限制,但从赋予易滑性的角度出发,优选接近球状的粒子。
粒子在覆盖层总量中所占的含量优选为20质量%以下,更优选为15质量%以下,特别优选为10质量%以下。覆盖层中的粒子的含量超过20质量%时,透明性变差,膜的粘接性也容易变得不充分。另一方面,粒子的含量的下限优选为0.1质量%,更优选为1质量%,特别优选为3质量%。
当粒子为一种时或为两种以上时,作为主体的粒子P的平均粒径优选为10~10000nm,特别优选为200~1000nm。粒子P的平均粒径小于10nm时,耐擦划性、滑动性、卷绕性有时会变差。另一方面,粒子P的平均粒径超过10000nm时,不仅粒子容易脱落,而且有雾度变大的倾向。在使用两种以上的粒子时,辅助性地添加平均粒径小的粒子Q的情况下,粒子Q的平均粒径优选为20~150nm,更优选为40~60nm。平均粒径小于20nm时,难以得到充分的耐粘连性,另外有耐擦划性变差的倾向。
另外,当粒子P为二氧化硅粒子时,如果粒子P的平均粒径为10~10000nm,则通过干式法制作的二氧化硅所形成的平均一次粒径40~60nm的聚集体不易从覆盖层脱落,因此是优选的。推测其原因在于,在制膜工序中,涂布覆盖层后,经过了拉伸工序、热固定工序而形成了平坦、稳定的形状。此外,从耐擦划性的角度出发,作为粒子P,优选使用聚集状态下的平均粒径与平均一次粒径之比(聚集状态下的平均粒径/平均一次粒径)为4倍以上的粒子。
粒子可以含有两种以上的不同种类的粒子,也可以含有平均粒径不同的同种粒子。
覆盖层中,还可以出于提高涂布时的流平性、使涂布液脱泡的目的而含有表面活性剂。表面活性剂可以是阳离子系、阴离子系、非离子系等中的任一者,优选为硅酮系、乙炔二醇系或氟系表面活性剂。优选以不损害与聚酯膜的粘接性的程度的范围、例如在覆盖层形成用涂布液中为0.005~0.5质量%的范围含有这些表面活性剂。
覆盖层中,还可以为了赋予其它功能性而含有各种添加剂。作为添加剂,可列举例如:荧光染料、荧光增白剂、增塑剂、紫外线吸收剂、颜料分散剂、抑泡剂、消泡剂、防腐剂、抗静电剂等。
(3-2)薄膜层
本发明的层叠体可以具备薄膜层,用以提高PEF膜的阻气性、对PEF膜赋予挠性。薄膜层以无机化合物为主要成分。无机化合物为氧化铝和氧化硅中的至少一者。这里的“主要成分”是指:相对于构成薄膜层的成分100质量%,氧化铝和氧化硅的合计量超过50质量%,优选为70质量%以上,更优选为90质量%以上,最优选为100质量%(作为构成薄膜层的成分,不含除氧化铝、氧化硅以外的成分)。这里所称的氧化铝包含AlO、Al2O、Al2O3等各种铝氧化物中的至少1种以上,各种铝氧化物的含有率可以通过薄膜层的制作条件来控制。氧化硅包含SiO、SiO2、Si3O2等各种硅氧化物中的至少1种以上,各种硅氧化物的含有率可以通过薄膜层的制作条件来控制。氧化铝或氧化硅中,成分中可以以不损害特性的范围包含微量(相对于全部成分最多为3质量%)的其它成分。
薄膜层的厚度没有特别限定,从膜的阻气性和挠性的角度出发,优选为5~500nm,更优选为10~200nm,进一步优选为15~50nm。薄膜层的膜厚小于5nm时,有难以得到所期望的阻气性之虞,另一方面,即使超过500nm,也得不到与此相当的阻气性提高效果,在耐弯曲性、制造成本方面反而是不利的。
(3-3)其它
本发明的层叠体可以为了特性提高而根据需要具备上述PEF膜、覆盖层、和薄膜层以外的层。可列举例如:双轴拉伸聚酰胺膜、聚偏氯乙烯膜、聚己二酰间苯二胺膜、对提高抗冲强度有效的双轴拉伸聚对苯二甲酸乙二醇酯膜等。
(4)层叠体
本发明的层叠体具备利用聚呋喃二甲酸乙二醇酯系树脂形成的双轴取向聚酯膜、和热密封性树脂层。另外,本发明的层叠体如上所述还可以具备其它层。即,本发明的层叠体不限于2层,也可以是3层以上的层叠结构。
在将本发明中的具有呋喃二甲酸单元的聚酯膜设为PEF,将蒸镀有氧化铝、氧化硅的PEF膜设为蒸镀PEF,将直链状低密度聚乙烯系膜设为LLDPE,将未拉伸聚丙烯膜设为CPP时,本发明的层叠体的2层结构可列举PEF/LLDPE、PEF/CPP、蒸镀PEF/LLDPE、蒸镀PEF/CPP等结构。
此外,在将Al设为铝箔,将DPET设为双轴拉伸聚对苯二甲酸乙二醇酯膜,将蒸镀DPET设为蒸镀有氧化铝、氧化硅的DPET膜,将ONY设为双轴拉伸聚酰胺膜,将PVDC设为聚偏氯乙烯膜,将EVOH设为乙烯-乙烯醇共聚物膜时,本发明的层叠体的3层结构可列举:PEF/Al/LLDPE、PEF/Al/CPP、DPET/PEF/LLDPE、DPET/PEF/CPP、PEF/ONY/LLDPE、PEF/ONY/CPP、ONY/PEF/LLDPE、ONY/PEF/CPP、蒸镀DPET/PEF/LLDPE、蒸镀DPET/PEF/CPP、PEF/蒸镀DPET/LLDPE、PEF/蒸镀DPET/CPP、DPET/蒸镀PEF/LLDPE、DPET/蒸镀PEF/CPP、蒸镀PEF/DPET/LLDPE、蒸镀PEF/DPET/CPP、ONY/蒸镀PEF/LLDPE、ONY/蒸镀PEF/CPP、蒸镀PEF/ONY/LLDPE、蒸镀PEF/ONY/CPP、PEF/PVDC/LLDPE、PEF/PVDC/CPP、PEF/EVOH/LLDPE、PEF/EVOH/CPP、PEF/MXD6/LLDPE等结构。
此外,在将MXD6设为聚己二酰间苯二胺膜时,本发明的层叠体的4层结构可列举:PEF/ONY/Al/LLDPE、PEF/ONY/Al/CPP、DPET/Al/PEF/CPP、DPET/Al/PEF/LLDPE、PEF/MXD6/CPP等结构。
本发明的层叠体的层压强度为2.0N/15mm以上,优选为2.5N/15mm以上,更优选为3.0N/15mm以上,进一步优选为3.5N/15mm以上。小于2.0N/15mm时,在进行热密封并将制袋后的填充有内容物的袋以堆叠状态搬运时,当由于彼此接触而施加压力时、或袋从高处落下时,袋变得容易破损。另外,上限优选为15N/15mm。
本发明的层叠体在温度23℃、相对湿度65%下的氧气透过率优选为1mL/m2/天/MPa以上且200mL/m2/天/MPa以下,更优选为150mL/m2/天/MPa以下,进一步优选为120mL/m2/天/MPa以下,进一步更优选为90mL/m2/天/MPa以下,特别优选80mL/m2/天/MPa以下。
超过200mL/m2/天/MPa时,物质会由于氧而劣化、或者食品的保存性变得不良。另外,从制造上的角度出发,优选为1mL/m2/天/MPa以上。
本发明的层叠体在温度37.8℃、相对湿度90%下的水蒸气透过率优选为0.1g/m2/天以上且10g/m2/天以下,更优选为8.0g/m2/天以下,进一步优选为6g/m2/天以下,进一步更优选为4g/m2/天以下。超过10g/m2/天时,物质由于水蒸气而劣化或食品的保存性变得不良。另外,从制造上的角度出发,优选为0.1g/m2/天以上。
对于本发明的层叠体的热密封强度而言,对本发明的具有呋喃二甲酸单元的聚酯膜的表面实施某些处理,也能够得到充分的值,通过进行电晕处理、等离子体处理、锚定涂布能够提高粘接强度。
(5)包装袋
通过将本发明的层叠体制袋,可以得到包装袋。作为包装体,可列举袋、盖材、杯、管、自立袋、托盘等。其形状、种类没有特别限制,例如,作为袋的包装形态,可列举枕形、三侧密封、四侧密封等。作为这些包装材料、包装体的全部或一部分,使用本发明的层叠体。
(6)层叠体的制造方法
然后,对制造本发明的层叠体的方法进行说明。首先,对本发明中使用的具有呋喃二甲酸单元的聚酯膜的制造方法进行说明。对于使用PEF颗粒的代表例进行详细说明,但当然不限于此。
首先,按照水分率达到小于100ppm的方式对膜原料进行干燥或热风干燥。然后,将各原料计量、混合并供给于挤出机,熔融挤出成片状。进一步地,使用静电施加法使熔融状态的片密合于旋转金属辊(流延辊)而冷却固化,得到未拉伸PEF片。
另外,在熔融树脂被保持为220~300℃的任意场所,为了除去树脂中所含的异物而进行高精度过滤。熔融树脂的高精度过滤中使用的滤材没有特别限定,在不锈钢烧结体的滤材的情况下,以Si、Ti、Sb、Ge、Cu为主要成分的聚集物及高熔点有机物的除去性能优异,是优选的。
在将表层(a层)和中间层(b层)共挤出并层叠时,使用2台以上的挤出机,将各层的原料挤出,使用多层供料头(例如具有方形合流部的合流头)使两层合流,从狭缝状的模头挤出为片状,在流延辊上使其冷却固化,从而制作未拉伸膜。或者,可以使用多歧管模头来代替使用多层供料头的方式。
然后,对通过上述的方法得到的未拉伸膜进行双轴拉伸,然后进行热固定。
例如,制造具有呋喃二甲酸单元的双轴取向聚酯膜的情况下,可以采用:在MD方向或TD方向进行单轴拉伸、接着在正交方向进行拉伸的逐次双轴拉伸方法;在MD方向和TD方向同时进行拉伸的、进行同时双轴拉伸的方法;以及使用直线电动机作为进行同时双轴拉伸时的驱动方法的方法。逐次双轴拉伸方法的情况下,关于MD拉伸,通过使用加热辊来赋予速度差,从而能够在MD方向进行拉伸。加热中也可以组合使用红外线加热器等。对于紧接着进行的TD拉伸,可以将经纵拉伸的片引导至拉幅机,用夹具把持两端,一边加热一边沿着TD方向进行拉伸。TD拉伸后的膜在拉幅机内紧接着进行热固定。热固定可以在通过TD拉伸而拉拽的状态下进行,也可以一边在TD方向进行松弛一边进行处理。热固定后的膜也可以将两端切掉并用卷绕机卷起。
专利文献5、6中公开了进行了1.6~5.0倍的单轴拉伸的PEF膜的制造方法。但是,上述公开的方法不能实现可以用于工业用途、包装用途的机械特性。因此,本申请发明人进行了深入研究,结果通过进行以下所述的拉伸方法实现了高机械特性。
(6-1)膜的MD方向的拉伸倍率的控制
为了得到本发明中使用的聚酯膜,优选以1.1~10.0倍的范围沿着MD方向进行拉伸。通过沿着MD方向拉伸1.1倍以上,可以制作面取向系数ΔP为0.005以上的膜。MD方向的拉伸倍率更优选为1.5倍以上,进一步优选为2.5倍以上,进一步更优选为3.5倍以上,再进一步优选为3.8倍以上,特别优选为4.0倍以上,最优选为4.5倍以上。通过设为2.5倍以上,从而ΔP为0.02以上,而且MD和TD方向的折射率nx、ny达到1.5700以上,可以制成膜断裂强度为100MPa以上且膜断裂伸长率为15%以上的力学特性优异的膜。MD方向的拉伸倍率为10.0倍以下时,断裂的频度降低,因此是优选的。MD方向的拉伸倍率越高则越可以将热固定工序的温度设为较高,可以降低热收缩率。
(6-2)膜的MD方向的拉伸温度的控制
为了得到本发明中使用的聚酯膜,优选在90℃以上且150℃以下的范围内沿着MD方向进行拉伸。更优选为100℃以上且125℃以下。MD方向的拉伸温度为90℃以上时,断裂的频度降低,是优选的。当为150℃以下时,可以均匀地拉伸,因此是优选的。
然后,使用图1来说明MD方向的拉伸之后的工序。图1是本发明中使用的膜的制膜装置的TD方向的拉伸工序的俯视图的一例。MD方向拉伸后的膜,其两端被夹具7把持,经过预热区1、拉伸区2、热固定区3、松弛区4和5、冷却区6被导入到下游的卷取工序。但是,上述工序不限于此。
(6-3)膜的TD方向的拉伸倍率的控制
为了得到本发明的具有呋喃二甲酸单元的聚酯膜,优选以1.1~10.0倍的范围沿着TD方向进行拉伸。通过沿着TD方向拉伸1.1倍以上,可以制作面取向系数ΔP为0.005以上的膜。更优选TD方向的拉伸倍率为3.0倍以上,进一步优选为3.5倍以上,进一步更优选为4倍以上,特别优选为4.5倍以上。通过设为3.0倍以上,从而面取向系数ΔP为0.02以上,而且MD方向和TD方向的折射率nx、ny达到1.5700以上,可以制成膜断裂强度为75MPa以上且膜断裂伸长率为15%以上的力学特性优异的膜。当TD方向的拉伸倍率为10.0倍以下时,断裂的频度降低,因此是优选的。
(6-4)膜的TD方向的拉伸温度的控制
为了得到本发明的具有呋喃二甲酸单元的聚酯膜,优选在80℃以上且200℃以下的范围内沿着TD方向进行拉伸。更优选为95℃以上且135℃以下。宽度方向的拉伸温度为80℃以上时,断裂的频度降低,因此是优选的。为200℃以下时,可以均匀地拉伸,因此是优选的。
(6-5)膜的热固定温度的控制
为了得到本发明的具有呋喃二甲酸单元的聚酯膜,优选在110℃以上且210℃以下的范围内进行热固定处理。热固定处理的温度为210℃以下时,膜不易变得不透明,熔融断裂的频度降低,因此是优选的。另一方面,当提高热固定温度时,热收缩率降低,因此优选为110℃以上,更优选为120℃以上,进一步优选为140℃以上,进一步更优选为160℃以上,特别优选为175℃以上。通过热固定处理,面取向系数ΔP有变大的倾向。
本发明中,在上述热固定处理之后,进行下述处理:TD方向的缓和处理、TD方向或MD方向的松弛处理中的至少任意一者。具体而言,可列举:在热固定处理后,仅进行TD方向的缓和处理的方法;在热固定处理后,仅进行TD方向或MD方向的松弛处理的方法;在热固定处理后,进行TD方向的缓和处理,然后进行TD方向或MD方向的松弛处理的方法。
(6-6)TD方向的缓和温度的控制
在进行TD方向的缓和处理时,为了得到本发明的具有呋喃二甲酸单元的聚酯膜,优选在100℃以上且200℃以下的范围内沿着TD方向进行缓和处理。更优选为165℃以上且195℃以下。由此,可以降低热收缩率,因此是优选的。
(6-7)TD方向的缓和率的控制
进行TD方向的缓和处理时,为了得到本发明的具有呋喃二甲酸单元的聚酯膜,优选在TD方向的缓和率为0.5%以上且10.0%以下的范围内进行。更优选为2%以上且6%以下。通过将缓和率设为0.5%以上,可以降低热收缩率,因此是优选的。
(6-8)松弛处理
针对经历热固定区3的最高温度而实施了结晶化的膜进行松弛处理时,可以适度除去其残留拉伸应力,因此是优选的。例如,不进行缓和处理而仅进行松弛处理的情况下优选的是:如图1所示,在经过热固定区3的热固定处理所带来的最高温度部后,立即在松弛区4中分离膜端部,沿着MD方向和TD方向进行热固定(这种情况下,在下一松弛区5中不进行膜端部的分离);或者,在松弛区4中进行松弛后,立即在松弛区5中分离膜端部,沿着MD方向和TD方向实施松弛处理。由此,可以将热收缩率抑制为较低。另外,也可以在冷却后使卷取工序的牵引速度比TD方向的拉伸的制膜速度慢而进行TD方向的松弛处理,但是优选在经历热固定区3的最高温度后不对膜进行冷却而对膜进行松弛处理。
(6-8)(A)松弛处理温度的控制
松弛区4或5的温度优选为140℃以上且200℃以下,更优选为160℃以上且180℃以下。松弛区4或5的温度为140℃以上且200℃以下时,在150℃下加热30分钟时的热收缩率最大值变小,是优选的。低于140℃的松弛处理的情况下,难以降低在150℃下加热30分钟时的全方位的收缩率,超过200℃的松弛处理的情况下,膜的弹性模量降低,由此膜的平面性变差。
(6-8)(B)松弛处理率的控制
在经过热固定区3的热固定处理所带来的最高温度部后,不对膜进行冷却而将膜端部分离时,由于在横向上自由地进行松弛,因此通过上述松弛处理温度的控制,横向的热收缩率变得极低。另外,下述式(1)所定义的纵向松弛率与纵向的热收缩率相关,因此纵向松弛率优选为1.0%以上且15.0%以下,更优选为3.0%以上且10.0%以下。当纵向松弛率为15.0%以下时,膜的平面性优异,因此是优选的。纵向松弛率为1.0%以上时,热收缩率最大值变小,是优选的。
纵向松弛率=((端部分离前的膜速度-卷取工序的膜速度)÷端部分离前的膜速度)×100(%) (1)
(6-8)(C)工序内松弛处理的膜端部的分离方法
膜端部的分离方法没有特别限制,可以使用下述方法:在松弛区4或5设置切割刀,切割分离端部的方法;在松弛区4内将膜端部由夹具移除的方法等。就在松弛区4或5内将膜端部由夹具移除的方法而言,不论纵向松弛率如何均可以稳定地进行松弛处理,因此更优选。
本发明中使用的膜是利用上述方法制造的,只要在上述技术思想的范围内,则不限于上述具体公开的方法。对于制造本发明中使用的膜而言,重要的是基于上述技术思想在极窄的范围内对上述的制造条件进行高精度的控制。
能够以独立的方式组合上述的拉伸和热固定条件来控制本发明中使用的膜的断裂强度、断裂伸长率和热收缩率。它们是任意选择的,通过将上述的优选条件组合,能够制成面取向系数(ΔP)为0.005以上、热收缩率为10%以下、优选为8%以下、膜断裂强度优选为75MPa以上、断裂伸长率优选为10%以上的膜。例如,增大纵向的拉伸倍率和横向的拉伸倍率、在更高的温度下进行热固定处理的方式是有效的。
在本膜的拉伸工序中或拉伸结束后,也可以进行电晕处理、等离子体处理。另外,通过在本膜中加入润滑剂粒子,从而可以赋予滑动性。另外,通过涂布将树脂、交联剂、粒子等适宜混合、并用溶剂溶解而成的液体或分散液,从而能够赋予滑动性、抗粘连性、抗静电性、易粘接性等。另外,也可以在本发明所使用的膜中加入各种稳定剂、颜料、UV吸收剂等。
另外,通过对结束了拉伸、热固定的膜进行表面处理,可以提高功能。可列举例如印刷、涂布、金属蒸镀、金属氧化物蒸镀、溅射处理等。
热密封性树脂层的层压方法没有特别限定,优选干式层压、挤出层压法等。此外,可以为了装饰或说明内容物而实施印刷、或者与设计用膜或增强材料等贴合。
本发明中,作为层压所使用的粘接剂,只要是发挥用于将聚酯膜等和热密封性树脂层(密封材料膜)粘接的作用的粘接剂即可,作为粘接剂,通常使用聚氨酯系、聚酯系、聚乙烯亚胺、钛酸烷基酯等。
就本发明的层叠体中优选使用的覆盖层而言,可以在层叠体的制造工序中的任意阶段,在例如聚酯膜的至少单面涂布含有溶剂、粒子、树脂的覆盖层形成用涂布液,从而形成覆盖层。另外,优选在未拉伸或单轴拉伸后的聚酯膜上涂布覆盖层形成用涂布液并干燥后,至少沿着一轴方向进行拉伸,然后进行热处理而形成覆盖层。作为溶剂,可列举甲苯等有机溶剂、水、或者水与水溶性有机溶剂的混合体系,从环境问题方面出发,优选单独的水、或在水中混合水溶性的有机溶剂而成的溶剂。
用于将该覆盖层形成用涂布液涂布在膜上的方法,可以使用公知的任意方法。可列举例如反向辊涂布法、凹版涂布法、吻合涂布法、模涂法、辊刷法、喷涂法、气刀涂布法、线棒涂布法、管刀法(日文:パイプドクター法)、含浸涂布法、幕帘涂布法等。单独或组合使用这些方法来进行涂布。
在制作本发明的层叠体中优选使用的薄膜层时,适合使用真空蒸镀法、溅射法、离子镀等PVD法(物理蒸镀法)、或CVD法(化学蒸镀法)等公知的制法,优选物理蒸镀法,其中更优选真空蒸镀法。例如,在真空蒸镀法中,作为蒸镀源材料,可以使用Al2O3与SiO2的混合物、Al与SiO2的混合物等,作为加热方式,可以使用电阻加热、高频感应加热、电子束加热等。另外,也可以采用导入氧气、氮气、水蒸气等作为反应性气体、或者利用臭氧添加、离子辅助等手段的反应性蒸镀。另外,可以对基板施加偏压等、或者使基板温度上升或冷却等,而在不损害本发明的目的的限度内变更制作条件。对于溅射法、CVD法等其它制作方法而言也同样。
本申请基于2017年3月1日提出申请的国际专利申请第PCT/JP2017/008201号要求优先权的权益。2017年3月1日提出申请的国际专利申请第PCT/JP2017/008201号的说明书的全部内容援引到本申请中,供参考。
实施例
然后,使用实施例和比较例说明本发明的效果。首先,将本发明中使用的特性值的评价方法示于以下。
(1)断裂强度、断裂伸长率
对膜的MD方向和TD方向,用单刃剃刀将试样分别切成长度140mm且宽度10mm的长条状。然后,使用Autograph AG-IS(株式会社岛津制作所制)将长条状试样拉拽,根据所得载荷-应变曲线求出各方向的断裂强度(MPa)和断裂伸长率(%)。
需要说明的是,测定是在25℃的气氛下、在卡盘间距离40mm、十字头速度100mm/分钟、测力计1kN的条件下进行的。需要说明的是,该测定进行5次,使用平均值。
(2)面取向系数(ΔP)
利用以下的方法算出面取向系数(ΔP)。通过JIS K 7142-1996 5.1(A法),将钠D线作为光源,利用阿贝折光仪测定膜面内的纵向的折射率(nx)、和其垂直方向的折射率(ny)、厚度方向的折射率(nz),通过下式算出面取向系数(ΔP)。
ΔP={(nx+ny)-2nz}÷2
(3)总透光率、雾度
基于JIS K 7136-2000“塑料透明材料的雾度的求法”测定。作为测定仪,使用日本电色工业公司制NDH-5000型浊度计。
(4)热收缩率(MD方向和TD方向的热收缩率)
基于JIS C 2318-1997 5.3.4(尺寸变化)来测定。对于要测定的方向,将膜切成宽度10mm、长度250mm,以150mm间隔加上标记,在5gf的固定张力下测定标记的间隔(A)。然后,将膜放入150℃的气氛中的烘箱中,在无载荷下以150±3℃进行30分钟加热处理后,在5gf的固定张力下测定标记的间隔(B)。通过下式求出热收缩率。
热收缩率(%)=(A-B)/A×100
(5)氧气透过率(OTR)
使用氧气透过率测定装置(MOCON公司制OX-TRAN2/21),在温度23℃、相对湿度65%的条件下从PEF侧供给氧气来进行测定。
(6)水蒸气透射率(WVTR)
关于水蒸气透过量,使用水蒸气透过率测定装置(MOCON公司制PERMATRAN-W3/333),在温度37.8℃、相对湿度90%的条件下,从PEF侧供给水蒸气而进行测定。
(7)特性粘度(IV)
将聚酯树脂粉碎并干燥后,溶解于对氯苯酚/四氯乙烷=75/25(重量比)的混合溶剂。使用乌式粘度计,在30℃下测定0.4g/dl的浓度的溶液的流下时间和仅溶剂的流下时间,由它们的时间比率,使用Huggins式、且假定Huggins的常数为0.38来算出特性粘度。
(8)膜厚
使用Millitron,从需要测定的膜的TD方向的中央向两侧、相当于整个宽度的60%的范围内的任意4个位置切出4片5cm见方的样品,使用Mahr公司制的厚度计“Millitron1254”对于每片测定各5个点(共20个点),将平均值作为厚度。
(9)冲击强度
使用株式会社东洋精机制作所制的冲击测试仪,测定23℃气氛下膜相对于冲击冲孔的强度。使用直径1/2英寸的冲击球面。单位为J,将测定值除以所测定的膜厚,使用每15μm厚度的评价值。
(10)包装袋的透氧性试验
i)包装袋的制作
在实施例中制作的聚酯膜上涂布聚酯系粘接剂后,干式层压厚度40μm的直链状低密度聚乙烯膜(L-LDPE膜:东洋纺织公司制、L4102),在40℃的环境下进行3天熟化,从而制成层压膜。使用层压膜制作内部尺寸:横向70mm×纵向105mm的三侧密封的包装袋。
ii)显色液的制作
将水2L和琼脂粉末6.6g放入玻璃容器中,将容器浸泡在95℃的热水中,加热1小时以上而使琼脂完全溶解。使用50目的金属网过滤溶液,去除凝胶化的异物。向溶液中添加亚甲基蓝0.04g。在事先流通了15分钟以上氮气的手套箱内,向溶液中添加连二亚硫酸钠1.25g并均匀混合,由此得到显色液(未显色)。
iii)显色液的填充
在事先流通了15分钟以上氮气的手套箱内,向三侧密封的包装袋中加入约30mL的显色液,在填充氮气后用封口机将袋封闭,得到填充有显色液的包装袋(装有亚甲基蓝显色液的包装袋)。
iv)透氧性试验
使琼脂在室温下凝固后,将装有亚甲蓝显色液的包装袋转移到40℃、相对湿度90%的恒温室中,观察72小时后的颜色变化。对于颜色变化,基于下述A、B的基准进行判定,将A作为合格(良好)。
A:几乎没有颜色变化
B:颜色变化大。
(11)层压强度
关于层压强度,将层叠体切成宽15mm、长200mm而制成试验片,将聚酯膜与热密封性树脂层的剥离强度设为在拉伸速度200mm/分钟的条件下以剥离角度90度进行剥离时的强度。
(12)耐破袋性评价
使用上述(10)中制作的装有亚甲蓝显色液的包装袋,通过以下的方法进行耐破袋性试验。在5℃、相对湿度40%的条件下,将包装袋20袋在高度方向上排成1列后,使其从1m的高度落到钢铁的地板上。将此作为1次处理,重复进行20次处理后,将包装袋破损者、内容物从包装袋漏出者、或虽然外观看不到损伤但在40℃、相对湿度90%的条件下保存3天后包装袋内的亚甲蓝琼脂溶液显著显色者判断为破袋。关于评价方法,按照下述的A、B、C的基准进行判定,将A、B的情况评价为实用上没有问题(良好)。
A:破袋率小于10%
B:破袋率为10%以上且小于20%
C:破袋率为20%以上
(实施例1)
作为原料,使用Avantium公司制聚(2,5-呋喃二甲酸乙二醇酯)、IV=0.90。在100℃下减压干燥(1Torr)24小时而使水分率为100ppm以下后,供给于双螺杆挤出机(螺杆直径30mm、L/D=25)。对于供给于双螺杆挤出机的原料,将挤出机的熔融部、混炼部、配管、齿轮泵为止的树脂温度设为270℃,在其后的配管处设为275℃,从管头熔融挤出成片状。
然后,将挤出后的树脂流延在表面温度20℃的冷却鼓上,使用静电施加法使其与冷却鼓表面密合而进行冷却固化,从而制作厚度250μm的未拉伸膜。
对于所得到的未拉伸片,用加热到120℃的辊组使膜温度升高后,用存在圆周速度差的辊组沿着MD方向拉伸至5.0倍。
然后,将得到的单轴拉伸膜引导至拉幅机,用夹具把持,进行TD方向的拉伸。输送速度设为5m/分钟。TD方向的拉伸温度设为105℃,TD方向的拉伸倍率设为5.0倍。然后,在200℃下进行12秒的热固定,在190℃下进行5%的缓和处理,得到具有呋喃二甲酸单元的聚酯膜。将MD方向的拉伸温度设为120℃,沿着MD方向拉伸至5倍,将TD方向的拉伸温度设为105℃,沿着TD方向拉伸至5倍,从而可以将热固定温度提高到200℃。将得到的膜的物性示于表1。
如表1所示,可以得到具有优异的耐热尺寸稳定性、抗冲强度特性、机械物性、透明性、阻气性的聚酯膜。
然后,在所得到的双轴拉伸聚酯膜的单面,使用氨基甲酸酯系双组分固化型粘接剂(将三井化学公司制“Takelac(注册商标)A525S”和“TAKENATE(注册商标)A50”以13.5:1(质量比)的比例进行配合),通过干式层压法贴合作为热密封性树脂层的厚度70μm的未拉伸聚丙烯膜(东洋纺公司制“P1147”)(CPP),在40℃下实施4天熟化,从而得到评价用的层叠体。需要说明的是,用氨基甲酸酯系双组分固化型粘接剂形成的粘接剂层的干燥后的厚度为约4μm。将得到的层叠体的物性示于表1。
本实施例中得到的层叠体的层压强度为3.9N/15mm,层压强度优异。此外,氧气透过率为100mL/m2/天/MPa,水蒸气透过率为3.8g/m2/天,包装袋的透氧性试验良好,破袋性试验的评价也良好。
(实施例2)
在除了将未拉伸膜的厚度设为300μm以外、通过与实施例1记载同样的方法得到的聚酯膜上,与实施例1同样地层压未拉伸聚丙烯膜,从而得到层叠体。将得到的膜和层叠体的物性示于表1。
如表1所示,可以得到具有优异的耐热尺寸稳定性、抗冲强度特性、机械物性、透明性、阻气性的聚酯膜。
如表1所示,得到的层叠体的层压强度为4.0N/15mm,层压强度优异。另外,氧气透过率为75mL/m2/天/MPa,水蒸气透过率为3.4g/m2/天,包装袋的透氧性试验良好,破袋性试验的评价也良好。
(实施例3)
在原料中使用了作为添加剂的二氧化硅粒子(富士Silysia化学制、Sylysia310)2000ppm,除此以外通过与实施例2同样的方法得到厚度300μm的未拉伸膜。
然后,对于得到的未拉伸膜,用加热到120℃的辊组使膜温度升高后,用存在圆周速度差的辊组沿着MD方向拉伸至5倍,得到单轴拉伸膜。
将得到的单轴拉伸膜引导至拉幅机,用夹具把持,进行TD拉伸。输送速度设为5m/分钟。拉伸区2的拉伸温度设为105℃,TD拉伸倍率设为5倍。然后,在热固定区3中在200℃下进行12秒的热固定处理,如表1所示在190℃下进行5%的缓和处理后,立即在松弛区5中在松弛温度180℃下由夹具移除膜端部,按照9%的纵向松弛率进行松弛处理,从而得到聚酯膜。将得到的膜的物性示于表1。
如表1所示,可以得到具有优异的耐热尺寸稳定性、抗冲强度特性、机械物性、透明性、阻气性的聚酯膜。
在得到的聚酯膜上,与实施例1同样地层压未拉伸聚丙烯膜,从而得到层叠体。将得到的层叠体的物性示于表1。
得到的层叠体的层压强度为4.2N/15mm,层压强度优异。此外,氧气透过率为77mL/m2/天/MPa,水蒸气透过率为3.5g/m2/天,包装袋的透氧性试验良好,破袋性试验的评价也良好。
(实施例4)
在原料中使用了作为添加剂的二氧化硅粒子(富士Silysia化学制、Sylysia310)1000ppm,除此以外通过与实施例3同样的方法得到厚度300μm的未拉伸膜。
对于得到的未拉伸膜,用加热到110℃的辊组使膜温度升高后,用存在圆周速度差的辊组沿着MD方向拉伸至3.8倍,得到单轴拉伸膜。将得到的单轴拉伸膜引导至拉幅机,用夹具把持,横向拉伸温度设为105℃,横向拉伸倍率设为4.5倍,接下来在190℃下进行12秒的热固定,在190℃下进行8%的缓和处理,除此以外通过与实施例1同样的方法得到双轴拉伸聚酯膜。另外,与实施例1的记载同样地层压未拉伸聚丙烯膜,从而得到层叠体。将得到的聚酯膜的物性、层叠体的物性示于表1。
如表1所示,可以得到具有优异的耐热尺寸稳定性、抗冲强度特性、机械物性、透明性、阻气性的聚酯膜。
得到的层叠体的层压强度为5.4N/15mm,层压强度优异。此外,氧气透过率为60mL/m2/天/MPa,水蒸气透过率为3.0g/m2/天,包装袋的透氧性试验良好,破袋性试验的评价也良好。
(实施例5)
在通过与实施例1的记载同样的方法得到的聚酯膜的单面,使用氨基甲酸酯系双组分固化型粘接剂(将三井化学公司制“Takelac(注册商标)A525S”和“TAKENATE(注册商标)A50”以13.5:1(质量比)的比例配合),通过干式层压法贴合作为热密封性树脂层的厚度40μm的直链状低密度聚乙烯膜(东洋纺公司制“L4102”)(LLDPE),在40℃下实施4天熟化,从而得到评价用的层叠体。需要说明的是,由氨基甲酸酯系双组分固化型粘接剂形成的粘接剂层的干燥后的厚度均为约4μm。将得到的聚酯膜的物性、层叠体的物性示于表1。
得到的层叠体的层压强度为2.4N/15mm,层压强度优异。此外,氧气透过率为105mL/m2/天/MPa,水蒸气透过率为6.8g/m2/天,包装袋的透氧性试验良好,破袋性试验的评价也良好。
(实施例6)
在通过与实施例2的记载同样的方法得到的聚酯膜上,与实施例5同样地层压直链状低密度聚乙烯膜,从而得到层叠体。将得到的聚酯膜的物性、层叠体的物性示于表1。
得到的层叠体的层压强度为2.3N/15mm,层压强度优异。此外,氧气透过率为82mL/m2/天/MPa,水蒸气透过率为5.8g/m2/天,包装袋的透氧性试验良好,破袋性试验的评价也良好。
(实施例7)
在通过与实施例3的记载同样的方法得到的聚酯膜上,与实施例5同样地层压直链状低密度聚乙烯膜,从而得到层叠体。将得到的聚酯膜的物性、层叠体的物性示于表1。
得到的层叠体的层压强度为2.8N/15mm,层压强度优异。此外,氧气透过率为81mL/m2/天/MPa,水蒸气透过率为5.7g/m2/天,包装袋的透氧性试验良好,破袋性试验的评价也良好。
(实施例8)
在通过与实施例4的记载同样的方法得到的聚酯膜上,与实施例5同样地层压直链状低密度聚乙烯膜,从而得到层叠体。将得到的聚酯膜的物性、层叠体的物性示于表1。
得到的层叠体的层压强度为4.0N/15mm,层压强度优异。此外,氧气透过率为78mL/m2/天/MPa,水蒸气透过率为5.2g/m2/天,包装袋的透氧性试验良好,破袋性试验的评价也良好。
(比较例1)
(1)PET树脂(A)的制造
将酯化反应罐升温,在达到200℃的时间点,加入由对苯二甲酸86.4质量份和乙二醇64.4质量份构成的浆料,边搅拌边添加作为催化剂的三氧化锑0.017质量份和三乙胺0.16质量份。然后进行加压升温,在表压3.5kgf/cm2、240℃的条件下进行加压酯化反应。然后使酯化反应罐内恢复常压,添加乙酸镁四水合物0.071质量份,然后添加磷酸三甲酯0.014质量份。再用15分钟升温到260℃,添加磷酸三甲酯0.012质量份,然后添加乙酸钠0.0036质量份。15分钟后,将得到的酯化反应产物移送到缩聚反应罐中,在减压下从260℃缓慢升温到280℃,在285℃下进行缩聚反应。
缩聚反应结束后,用95%截留直径(日文:カット径)为5μm的尼龙制过滤器进行过滤处理,从喷嘴挤出成股线状,用预先进行了过滤处理(孔径:1μm以下)的冷却水进行冷却而使其固化,切成颗粒状。所得到的PET树脂(A)的熔点为257℃、特性粘度为0.62dl/g,实质上不含非活性粒子和内部析出粒子。
(2)PET树脂(B)的制造
通过与PET(A)树脂同样的制法,制作含有2000ppm的二氧化硅粒子(富士Silysia化学株式会社制、Sylysia310、平均粒径2.7μm)作为添加剂的聚对苯二甲酸乙二醇酯。
(3)双轴拉伸聚对苯二甲酸乙二醇酯膜的制造
将作为表层(a)的原料的PET树脂(A)70质量份和PET树脂(B)30质量份进行颗粒混合,在135℃下减压干燥(1Torr)6小时后,供给于挤出机1。另外,将作为中间层(b)层的原料的PET树脂(A)82质量份和PET树脂(B)18质量份进行颗粒混合,在135℃减压干燥(1Torr)6小时后,供给于挤出机2。对于供给于挤出机2和挤出机1的各原料,将挤出机的熔融部、混炼部、配管、齿轮泵、过滤器为止的树脂温度设为280℃,在其后的聚合物管处设为275℃,使用3层合流头以a/b/a形式层叠,从管头熔融挤出成片状。需要说明的是,使用各层的齿轮泵按照a层与b层的厚度比率为a/b/a=8/84/8的方式进行控制。另外,上述的过滤器均使用不锈钢烧结体的滤材(标称过滤精度:对于10μm粒子,截留95%)。另外,按照挤出的树脂温度为275℃的方式控制管头的温度。
然后,将挤出后的树脂流延到表面温度30℃的冷却鼓上,使用静电施加法使其与冷却鼓表面密合而进行冷却固化,从而制作出厚度170μm的未拉伸膜。
对于所得到的未拉伸片,用加热到78℃的辊组使膜温度升高到100℃后,使用存在圆周速度差的辊组,沿着MD方向拉伸至3.5倍。
然后,将得到的单轴拉伸膜用夹具把持,沿着TD方向进行拉伸。TD方向的拉伸温度设为120℃、拉伸倍率设为4.0倍。然后,在240℃下进行15秒的热固定,在185℃下进行4%的缓和处理,得到厚度12μm的双轴拉伸聚对苯二甲酸乙二醇酯膜。在得到的聚酯膜上,与实施例1同样地层压未拉伸聚丙烯膜,从而得到层叠体。将得到的膜的物性、层叠体的物性示于表1。
(比较例2)
在通过与比较例1同样的方法得到的聚酯膜上,通过与实施例5同样的方法层压直链状低密度聚乙烯膜,从而得到层叠体。将得到的膜的物性、层叠体的物性示于表1。
[表1]
符号说明
1 预热区
2 拉伸区
3 热固定区
4、5 松弛区
6 冷却区
7 夹具
Claims (3)
1.一种层叠体,其特征在于,具备聚酯膜和热密封性树脂层,
所述聚酯膜为包含利用呋喃二甲酸和乙二醇形成的聚呋喃二甲酸乙二醇酯树脂的双轴取向聚酯膜,
所述聚酯膜的面取向系数ΔP为0.005以上且0.147以下,所述聚酯膜的厚度为1μm以上且300μm以下,
所述聚酯膜的150℃下加热30分钟时的热收缩率为10%以下,
所述层叠体的层压强度为2.0N/15mm以上。
2.根据权利要求1所述的层叠体,其中,在温度23℃、相对湿度65%下的氧气透过率为1mL/m2/天/MPa以上且200mL/m2/天/MPa以下。
3.一种包装袋,其特征在于,具备权利要求1或2所述的层叠体。
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