JP2005513225A - 二軸延伸ポリエステルフィルム - Google Patents

Abstract

【課題】ひねり包装に好適な二軸延伸ポリエステルフィルムの提供。
【解決手段】本発明による二軸延伸ポリエステルフィルムはグラス転移温度６０℃以上のポリエステル系シートを縦方向及び横方向に二軸延伸して製造され、比重が１．３８以下であることを特徴とする。

Description

本発明は、ひねり包装用として用いられる二軸延伸ポリエステルフィルムに関する。

ひねり包装とは、チョコレートやキャンディーのようなお菓子類の個別包装に多用されており、フィルムの一端又は両端を捻って内容物を包装する方法をいう。従来、このようなひねり包装には、セロファンフィルム、一軸延伸ポリエチレン（ＰＥ）フィルム、ポリビニルクロリド（ＰＶＣ）フィルム等が広く使用されている。しかし、前記セロファンフィルムは製造工程上、環境汚染を誘発する可能性が高いため、環境汚染を防ぐための設備投資による製造コストが高くなるという短所がある。また、一軸延伸ポリエチレン（ＰＥ）フィルム及びポリビニルクロリド（ＰＶＣ）フィルムは、ひねり固定性が充分でないという問題がある。

そこで、機械的、化学的特性に優れると共に、環境親和性及び食品衛生安全性を兼備した良好なひねり包装性のポリエステルフィルムを製造しようとする多くの試みが行われている。

例えば、日本国特開平２−１２７０２２号は、極限粘度が０．５〜１．０であり、２６５℃における溶融粘度が２３００ポイズ以上のポリエステル系樹脂を加熱溶融し、ドロー比を２以上１５０以下で押出し、冷却する際に第１クエンチロールの温度を４０℃〜ガラス転移点（Ｔｇ）とし、その反対面を冷却する第２クエンチロールの温度を、Ｔｇ〜Ｔｇ＋１５℃の範囲で冷却することを特徴とするひねり包装用フィルムの製造方法を開示している。

さらに、日本国特開昭６１−２７７４２２号は、酸成分としてテレフタル酸を用い、ジオール成分として１，４−ブタンジオールと分子量１０６以上５５０以下のポリエチレングリコールとを用いて得られた共重合ポリエステルをフィルム状として溶融押出した後、溶融フィルムを表面温度５０℃以上８０℃以下に設定された冷却ドラム上で８秒以上接触させ、かつフィルムヘイズ（ｈａｚｅ）が６％以上となるようにするポリエステルフィルムの製造方法を開示している。

しかし、前記特許出願に開示された方法は作業性及び印刷性に劣るという問題がある。さらに、日本国特開昭５７−１０２３１７号は、極限粘度が０．８以上のポリエステル系樹脂からなる管状フィルム素材を縦及び横に各々３〜４倍延伸して製造されてなることを特徴とするひねり包装用ポリエステル系フィルムを開示しており、日本国特開昭５７−６６９３３号は極限粘度が０．７２以上であり、２６５℃における溶融粘度が６０００ポイズ以上の熱可塑性ポリエステルを溶融して環状ダイスから押出し、次いで１以上のブロー比でブローして、冷却巻取りを行うことにより厚さ６０μ以下の低配向ポリエステルフィルムを製造する方法を開示している。しかし、前記特許出願に開示された管状フィルムもまた厚さ不良による作業性の低下及び印刷性不良などの問題を持っている。

日本国特開昭５１−１９０４９号は、融点１８０℃以上のポリエステル９５〜３０重量％及び固有粘度０．３５以下の低重合ポリエステル５〜７０重量％からなる二軸配向フィルムを開示しているが、フィルムの結晶化度が高いため、横方向に切断され易いという問題がある。
日本国特開平２−１２７０２２号 日本国特開昭６１−２７７４２２号 日本国特開昭５７−１０２３１７号 日本国特開昭５７−６６９３３号 日本国特開昭５１−１９０４９号

従って、本発明の目的は、ポリエステル固有の優れた機械的、化学的性質、環境親和性及び食品衛生安全性を有すると共に、印刷作業性に優れ、良好なひねり包装が可能であり、加工性のよいフィルムを提供することである。

前記技術的課題を達成するために、本発明はガラス転移温度６０℃以上のポリエステル系シートを縦方向及び横方向に二軸延伸して製造され、比重が１．３８以下であることを特徴とする二軸延伸ポリエステルフィルムを提供する。

本発明による二軸延伸ポリエステルフィルムは、ポリエステルが有する固有の特性である優れた耐熱性、耐薬品性、耐溶剤性、耐候性、及び機械的特性などの基本物性を保有するばかりではなく折畳み保持率に優れるため、チョコレートやキャンディーなどのひねり包装する際、包装後、時間の経過、若しくは運送時の振動によって内容物が露出するなどの問題を最小化できる。

以下、本発明を詳しく説明する。

本発明による二軸延伸ポリエステルフィルムは、縦方向又は横方向のいずれか１方向において下記式により定義される折畳み保持率が６０％以上であることを特徴とする。

式中、θはポリエステルフィルムの試片を折り畳んで室温で３０ｐｓｉの圧力を３秒間加えてから垂直に立てて１時間放置した後、試片の折畳み部分が保持している角度である（図３参照）。

本発明による二軸延伸ポリエステルフィルムは、縦延伸比と横延伸比との積が４〜２０になるように延伸することが好ましい。

本発明の実施例によると、縦延伸はポリエステルシートのガラス転移温度（Ｔｇ）〜Ｔｇ＋３０℃の温度で行われ、横延伸はポリエステルシートのＴｇ＋１０℃〜Ｔｇ＋４０℃の温度で行われることが好ましい。

本発明による二軸延伸ポリエステルフィルムは縦方向及び横方向の屈折率が各々１．６以上であることが好ましい。

本発明による二軸延伸ポリエステルフィルムは、芳香族ジカルボン酸を主成分とする酸成分とアルキレングリコールを主成分とするグリコール成分とを重縮合して製造したポリエステル樹脂から製造されたシートを縦方向及び横方向に二軸延伸して製造される。

好ましい実施形態によると、芳香族ジカルボン酸は、ジメチルテレフタレート又はテレフタル酸である。また、フィルムの性質を大きく変化しない範囲内で、他の芳香族ジカルボン酸成分、例えば、イソフタル酸、ナフタレンジカルボン酸、ジメチルイソフタル酸、ジメチル−２，６−ナフタレンジカルボン酸をさらに含んでもよい。

好ましいアルキレングリコールの具体的な例としてはエチレングリコールが挙げられ、それらの性質を大きく変化しない範囲内で、他のグリコール成分、例えば、ジメチレングリコール、トリメチレングリコール、テトラメチレングリコール、１，４−シクロヘキサンジメタノール、２，２−ジメチル（−１，３−プロパン）ジオールをさらに含んでもよい。

好ましい実施形態によると、本発明に用いられるポリエステル樹脂のガラス転移温度は６０℃以上である。ポリエステル樹脂のガラス転移温度が６０℃より低くなると、ポリエステルの機械的特性及び熱的性質が低下する。

本発明に用いられるポリエステルシートは、前述したような芳香族ジカルボン酸及びグリコール成分を重合して得られたポリエステル樹脂ブレンドから製造できる。

本発明による二軸延伸ポリエステルフィルムを製造する際、公知の添加剤、例えば重縮合触媒、分散剤、静電印加剤、帯電防止剤、ブロッキング防止剤、及びその他の無機滑剤を本発明の効果を損なわない範囲内でさらに添加してもよい。

本発明による二軸延伸ポリエステルフィルムは、ガラス転移温度が６０℃以上のポリエステル樹脂からなるシートを二軸延伸して製造され、比重が１．３８以下であることを特徴とする。

ポリエステルフィルムの比重はフィルムの結晶化度を示す尺度として用いられ、比重及び結晶化度は下記式のような相関関係を示す。

式中、Ｘ_cはフィルムの結晶化度（％）、ｄはフィルムの比重、ｄ_cは１００％結晶の比重（ポリエチレンテレフタレートの場合１．４５５）、ｄ_aは１００％アモルファスの比重（ポリエチレンテレフタレートの場合１．３３５）である。

前記式によると、フィルムの比重が１．３８のポリエチレンテレフタレートの場合、結晶化度は約４０％となる。

ポリエステルフィルムの結晶化度はフィルムの折畳み保持率及びひねり包装の特性に大きな影響を及ぼす要素であって、結晶化度が４０％を超えると堅いポリエステル分子鎖の影響で折畳み保持率及びひねり包装の特性が低下する。

ポリエステルフィルムの結晶化度はフィルム延伸工程における延伸比及び延伸温度のような工程条件によって大部分決定される。本発明によるポリエステルフィルムの縦延伸はポリエステルのガラス転移温度（Ｔｇ）ないしガラス転移温度より３０℃高い温度範囲でロールとロールとの間の周速差によって行われる。横延伸はポリエステルのガラス転移温度より１０℃高い温度ないしガラス転移温度より４０℃高い温度範囲で行われる。

もし、縦延伸をガラス転移温度より低い温度で行うか、横延伸をガラス転移温度＋１０℃より低い温度で行う場合、冷延伸によるフィルム表面の白濁現象が起こる。反面、縦延伸をＴｇ＋３０℃より高い温度で行うか、若しくは横延伸をＴｇ＋４０℃より高い温度で行う場合、配向と共に結晶化が急速に進行するため、ひねり包装の特性が低下する。

さらに、横延伸比は２倍以上、縦延伸と横延伸比との積は４倍以上２０倍以下になるように延伸することが好ましい。このように延伸比を調節して製造された二軸延伸ポリエステルフィルムは、結晶化度４０％以下（ポリエチレンテレフタレートの場合、比重１．３８以下）になり良好なひねり包装特性を示す。横延伸比が２倍未満になると良好な厚さ均一性を有さず、さらに商業的に適用可能な水準のフィルム幅を保持するためには横延伸比は最小２倍以上にならなければならない。

さらに、縦延伸比と横延伸比との積が４未満になると、縦方向のフィルム配向が十分に起こらないため、横方向に切断し易くなって製膜工程中に破断が起こる。逆に、縦延伸比と横延伸比との積が２０を超えると、フィルムの配向が進行し過ぎて結晶化を誘導して結晶化度が過度に高くなり、結局ひねり包装の特性が低下する。

また、二軸配向ポリエステルフィルムは、縦方向及び横方向の屈折率が各々１．６以上になるように十分に延伸されたフィルムであれば、さらに好ましい。

本発明のポリエステルフィルムは縦方向及び横方向の、少なくとも一方向の折畳み保持率が６０％以上、さらに好ましくは７０％以上であることを特徴とする。もし折畳み保持率が６０％未満になるとひねり包装されたフィルムがほどけり易くなって内容物が露出するなどの包装不良が生じる。

さらに、フィルムの横方向へのひねり特性は縦方向の折畳み保持率によって示され、縦方向へのひねり特性は横方向の折畳み保持率によってその特性が発現されるので、フィルムの用途によって縦方向および横方向の少なくとも一方向の折畳み保持率が６０％以上であることが好ましい。しかし方向性の区別なしに便利に使用するためには縦方向及び横方向のいずれも折畳み保持率が６０％以上であることがさらに好ましい。

以下、本発明を下記の実施例によってさらに詳しく説明する。但し、下記実施例は本発明を例示するためのものであり、本発明の範囲を限定しない。

二軸延伸ポリエステルフィルムに対する物性測定及び性能評価は次のように行った。

（１）比重：密度勾配管法（ＡＳＴＭＤ１５０５、ＪＩＳＫ７１１２）。

（２）屈折率：アッベ（Ａｂｂｅ）屈折計を用いて縦方向及び横方向の屈折率を測定。

（３）折畳み保持率（Retainability of Dead-Fold、％）。

イ．横方向折畳み保持率
図１に示すように、フィルム試片（１０）を横方向１０ｃｍ、縦方向１ｃｍの大きさに裁断した後、横方向９ｃｍの地点で直線表示をして折り畳む。図２に示すように、加圧手段（２０）を用いて（Sentinel Brand Machine(Hot-Press, Packaging Industries Group, Inc., Hyannis, MA 02601, USAのModel No.12-AS、圧力部位の上下面材質はシリコンゴム）、フィルム試片（１０）の折畳部分の全体に一定の圧力（３０ｐｓｉ）を室温（２３〜２５℃）で３秒間加える。図３に示すように垂直受け（３０）を用いて試片（１０）を垂直に立てて１時間放置した後、試片の折畳部分が保持している角度（θ）を測定した。次の式によって折畳み保持率を計算した。

ロ．縦方向折畳み保持率
フィルム試片を縦方向１０ｃｍ、横方向１ｃｍの大きさに裁断した後、縦方向９ｃｍの地点に直線表示をして折ることを除いては横方向折畳み保持率測定と同一な方法で測定した。

（４）横方向ひねり固定率
図４に示すように、試片を横方向１０ｃｍ、縦方向７ｃｍの大きさに裁断した後、キャンディー（Hard candy）を入れて横方向に掴んで５４０度（１．５回り）ひねり包装を行って室温（２３〜２５℃）で２４時間放置した後保存されたひねり角度を測定した。下記式によってひねり固定率を求めた。

（５）ガラス転移温度（Ｔｇ）：示差走査熱量計（パーキンエルマー社ＤＳＣ−７）、測定条件：昇温速度２０℃／分。

（６）フィルムの強度（ＡＳＴＭ Ｄ８８２）：
測定条件：試料長さ１００ｍｍ、幅１５ｍｍ、室温（２３±２℃）、引張速度２００ｍｍ／ｍｉｎ。

（７）フィルムの厚さ偏差：縦方向及び横方向に５ｃｍの間隔で各々５０ポイントずつフィルムの厚さを測定して下記式によって計算した。

式中、Ｔ_maxはフィルムの最大厚さ、Ｔ_minはフィルムの最小厚さ、Ｔ_aveはフィルムの平均厚さである。

［実施例１］
ジメチルテレフタレート１００モル部に対してエチレングリコール１８０モル部を蒸留機付きのオートクレーブに投入し、エステル交換反応触媒として酢酸マンガン（ジメチルテレフタレートに対して０．０５重量％に相当する量）を１５０℃で投入した。１２０分間２２０℃まで昇温しながら副産物であるメタノールを除去しながら反応を行った。エステル交換反応が終了した後、安定化剤としてトリメチルホスフェートをジメチルテレフタレートに対して０．０４５重量％、ブロッキング防止剤として平均粒径２μｍの二酸化ケイ素をジメチルテレフタレートに対して０．１重量％の量で投入し、１０分後、重合触媒としてアンチモントリオキシドをジメチレンテレフタレートに対して０．０３重量％の量で投入し、５分後、真空設備付きの第２反応器へ移送した。第２反応器では２８０℃で約１４０分間重合して極限粘度が０．６６ｄｌ／ｇであるポリエチレンテレフタレート（Ｔｇ７８℃）を得た。

このように製造したポリエステル樹脂を２８０℃で溶融押出してダイ幅８２０ｍｍのＴダイを介して３０℃に冷却されたキャストロールに密着させ、幅７８０ｍｍ、厚さ２２５μｍのアモルファスシートを得た。このように得られたアモルファスシートを連続的に９４℃の温度で延伸ロールに通して３倍縦延伸し、１００℃で３倍横延伸して製品幅２，２５０ｍｍ、厚さ２５μｍの二軸延伸フィルムを得た。

前記方法で製造されたフィルムの延伸条件を表１に示し、ポリエステルフィルムの強度、比重、結晶化度、屈折率、折畳み保持率及びひねり固定率のような物性及び特性評価結果を表２に示す。

［実施例２〜１０及び比較例１〜５］
表１に示す様々な延伸条件を用いたことを除いては実施例１と同様に行って延伸フィルムを得た。二軸延伸フィルムの物性及び特性評価結果を表２に示す。

実施例１〜１０及び比較例１〜５で製造した二軸延伸ポリエステルフィルムを用いてひねり包装機で６００固／分の速度でキャンディー（Hard candy）をひねり包装した。包装工程中フィルムが破断（引裂）すると不良と評価し、破断しない状態でひねり包装され２４時間経った後、ひねりがほどけて内容物が露出される不良率が５％未満であれば良好、不良率が５％以上であれば不良と評価した。その結果、実施例１〜１０のフィルムは、ひねり包装用として良好な結果を示したが、比較例１〜５の場合は不良と評価された。

本発明の実施形態に従ってポリエステルフィルムの折畳み保持率を測定する方法を概略的に示す。 本発明の実施形態に従ってポリエステルフィルムの折畳み保持率を測定する方法を概略的に示す。 本発明の実施形態に従ってポリエステルフィルムの折畳み保持率を測定する方法を概略的に示す。 本発明の実施形態に従ってポリエステルフィルムの横方向ひねり固定率を測定する方法を概略的に示す。

Claims (13)

1. ガラス転移温度（Ｔｇ）が６０℃以上のポリエステル系シートを縦方向及び横方向に二軸延伸して製造され、比重が１．３８以下である二軸延伸ポリエステルフィルム。
2. 縦方向又は横方向のいずれか１方向において、下記式により定義される折畳み保持率が６０％以上であることを特徴とする請求項１に記載の二軸延伸ポリエステルフィルム。
   

   

   （式中、θはポリエステルフィルムの試片を折り畳んで室温で３０ｐｓｉの圧力を３秒間加えてから垂直に立てて１時間放置した後、試片の折畳み部分が保持している角度である。）
3. ポリエステルシートが、ジカルボン酸成分及びアルキレングリコール成分の縮重合により得られた少なくとも１つの樹脂から製造されたものであることを特徴とする請求項１に記載の二軸延伸ポリエステルフィルム。
4. ジカルボン酸成分が、ジメチルテレフタレート又はテレフタル酸を含むことを特徴とする請求項３に記載の二軸延伸ポリエステルフィルム。
5. ジカルボン酸成分が、イソフタル酸、ナフタレンジカルボン酸、ジメチルイソフタル酸、ジメチル−２，６−ナフタレンジカルボン酸からなる群から選択される少なくとも１つの芳香族カルボン酸をさらに含むことを特徴とする請求項４に記載の二軸延伸ポリエステルフィルム。
6. アルキレングリコール成分がエチレングリコールを含むことを特徴とする請求項３に記載の二軸延伸ポリエステルフィルム。
7. アルキレングリコール成分が、ジエチレングリコール、トリメチレングリコール、テトラメチレングリコール、１，４−シクロヘキサンジメタノール、２，２−ジメチル（−１，３−プロパン）ジオールからなる群から選択される少なくとも１つのアルキレングリコールをさらに含むことを特徴とする請求項６に記載の二軸延伸ポリエステルフィルム。
8. 結晶化度が４０％以下であることを特徴とする請求項１に記載の二軸延伸ポリエステルフィルム。
9. 縦延伸比と横延伸比との積が４〜２０であることを特徴とする請求項１に記載の二軸延伸ポリエステルフィルム。
10. 縦延伸が、ポリエステルシートのガラス転移温度（Ｔｇ）〜Ｔｇ＋３０℃の温度で行われることを特徴とする請求項１に記載の二軸延伸ポリエステルフィルム。
11. 横延伸が、ポリエステルシートのＴｇ＋１０℃〜Ｔｇ＋４０℃の温度で行われることを特徴とする請求項１に記載の二軸延伸ポリエステルフィルム。
12. 縦方向及び横方向の屈折率が各々１．６以上であることを特徴とする請求項１に記載の二軸延伸ポリエステルフィルム。
13. ひねり包装材として用いられることを特徴とする請求項１に記載の二軸延伸ポリエステルフィルム。

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