JP2007100102A - 二軸延伸ポリエステルフィルム - Google Patents
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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。
【選択図】 図4
【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。
【選択図】 図4
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。
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。
式中、Xcはフィルムの結晶化度(%)、dはフィルムの比重、dc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)、da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。
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。
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。
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。
測定条件:試料長さ100mm、幅15mm、室温(23±2℃)、引張速度200mm/min。
式中、Tmaxはフィルムの最大厚さ、Tminはフィルムの最小厚さ、Tave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。
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。
Claims (11)
- 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って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。
- 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2に記載の二軸延伸ポリエステルフィルム。
- 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3に記載の二軸延伸ポリエステルフィルム。
- 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2に記載の二軸延伸ポリエステルフィルム。
- 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5に記載の二軸延伸ポリエステルフィルム。
- 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。
- 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に記載の特徴とする二軸延伸ポリエステルフィルム。
- 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に記載のポリエステルフィルム。
- 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。
- 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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