JP2012024681A - 無溶剤型接着剤組成物の塗工方法及び塗工装置 - Google Patents

Abstract

【課題】無溶剤型接着剤組成物を介して積層される複合フィルムおいて、該無溶剤型接着剤組成物の塗工均一性、塗工量を確保し、層間接着性や印刷絵柄の意匠、塗工外観品質を維持し、且つ生産性を向上させる塗工方法および塗工装置を提供する。
【解決手段】コーティング部の無溶剤型接着剤組成物を選択的に加熱することによって、被塗工基材に熱によるダメージを与えることなく、空気同伴や糸引きによる欠陥発生を抑え、被塗工基材上に均一で安定した塗工が出来る塗工方法及び塗工装置。
【選択図】 図２

Description

本発明は、加熱溶融された無溶剤型接着剤組成物を被塗工基材に連続して塗工する、塗工方法および塗工装置に関する。

従来から、包装材料分野においては各種プラスチックフィルム、金属蒸着プラスチックフィルムおよび金属箔等をラミネート接着剤で貼り合わせた複合フィルムが広く使用されている。上記ラミネート接着剤としては、ポリエステルポリオール、ポリエーテルポリオール、ポリウレタンポリオール又はこれらの任意の混合物を含む主剤と、有機ポリイソシアネート化合物を含む硬化剤と、有機溶剤とを配合した２液硬化型ラミネート接着剤が広く使用されている。

しかし、近年、環境負荷の低減および作業環境の改善の観点から、有機溶剤の使用が規制されつつあり、ラミネート複合フィルムの製造においても、それに伴って、有機溶剤を含有した接着剤から無溶剤型接着剤への移行が進んでいる。このような無溶剤型ラミネート用接着剤としては、ポリオール成分とポリイソシアネート成分とを配合した無溶剤型接着剤組成物が使用されている。

一般に、前記無溶剤型接着剤組成物（以降は、単に接着剤と記す）を用いたラミネート複合フィルムは、加熱溶融させた接着剤をロールコートで被塗工基材に塗工する装置を具備した無溶剤型ラミネート装置によって製造される。この前記接着剤の塗工装置について、本発明の実施形態に係るラミネート装置の図である図１を参照して説明する。

通常、ポリオール成分を含む主剤とポリイソシアネート成分を含む硬化剤とは別々のタンク（不図示）から供給され、ラミネート装置の塗工部に至る前にミキサー（不図示）によって混合される。その混合された接着剤１は、互いに反対方向に回転するドクターロール２とメタリングロール３との間に供給される。供給された接着剤１はメタリングロール３からコーティングロール４に転移され、コーティングロール４と圧胴ロール５との間に供給された被塗工基材７に塗工される。

接着剤１が塗工された被塗工基材７を被ラミネート基材８と貼り合わせ、巻き取り機により巻き取られて二層構造のラミネート複合フィルム９とする。また、必要に応じて、同様の操作で、三層以上のラミネート複合フィルムを作製する場合もある。なお、ドクターロール２、メタリングロール３、コーティングロール４の塗工部分の形状および配置、また、接着剤１を供給する供給部のコーティングロール４までのロール本数および形状、配置は装置によって異なり、図１の構成は一例である。

ここで、接着剤は、有機溶剤が無くても塗工できる程度に低粘度にしなくてはならず、少なくともドクターロールからコーティングロールまで搬送する金属ロールと、ラミニップ部の金属ロールは加温し、接着剤を温度によって溶融させ粘度を下げて塗工および貼り合わせ加工を行うのが前提となる。

多くの場合、被塗工基材にはあらかじめ絵柄印刷が施されており、前記接着剤を介して被ラミネート基材と貼り合せた場合の被塗工基材の意匠性や、複合フィルムにおける接着性などの機能品質を確保するために接着剤をより均一に塗工する必要がある。そのためには、接着剤の溶融温度及び粘度の設定、コーティングロールから被塗工基材への塗工方法に工夫が求められる。

従来の無溶剤型ラミネート装置において、コーティングロールから被塗工基材に接着剤を塗工すると、塗工する際に空気同伴によって空気を巻き込んで、複合フィルムの接着剤層に微細な気泡を生じる場合がある。また、コーティングロールから被塗工基材が離間する際に糸引き現象が発生することが知られている。ラミネート条件によっては、糸引き現象が発生すると、被塗工基材における接着剤の塗工面が荒らされて、複合フィルムの接着剤層に微細な空隙が生じる。さらには糸引き切断した接着剤はミスト状となって飛散(ミスチング)し、周辺環境に付着し汚染の原因となり、人体に吸引されることにより害をもたらす懸念もあり、作業環境の観点からも局所排気などの対策が問題となる。

このような問題に対し、無溶剤型ラミネート装置を改良する方法として、例えば特許文献１では、コーティングロールをフィルム走行方向と逆方向に回転させることによって、糸引き現象の発生を抑える方法が提案されている。この方法を採用すると、被塗工基材がコーティングロールから離間する際、空気同伴や糸引き現象は抑えられる。しかし、塗工する接着剤に対し摩擦熱などによりダメージを与え、熱によりロールそのものが変形することで、塗工均一性を阻害するなどの不具合が生じるという問題が発生する。また、既存のラミネート装置を改造するなどの費用発生は否めず、経済的に膨大な負担がかかる。

一方、接着剤は、前述した糸引き現象も低い粘度の方が出にくい傾向であることは知られている。このため、主剤および硬化剤の平均分子量を、有機溶剤が配合される場合に比べて、はるかに小さくしたり、ある程度平均分子量を高めにして、塗工の際に、接着剤を高温で低粘度化して塗工する方法などさまざまな方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。

接着剤の平均分子量を小さくして低粘度化すると硬化時の接着力も平均分子量が高めのものに比べると低くなってしまう。また、ロール加熱により接着剤をより高温にして低粘度化する方法もあるが、コーティングロールがゴム製の場合は加熱に限界があり、金属製の場合も低粘度過ぎるとロールにより接着剤を持ち上げることが困難となり、特に２００ｍ／ｍｉｎを超える加工速度にして生産性を上げようとすると、塗工量が安定せず、接着力が低下するという機能的な品質問題が生じる。

また、特許文献３ではラミネート製品に生じる斑点状（梨肌状、ゆず肌状）の外観を改善するために、一方の基材に接着剤を塗工してから、もう一方の基材とラミネートされる間に加熱処理を行う方法が提案されている。この方法を採用すると、斑点状の外観はある程度抑えられるが、被塗工基材がコーティングロールから離間する際の空気同伴や糸引き現象は抑えられず、被塗工基材へ熱によるダメージを与えてしまう。

特開２００８−３０３２７４号公報 特開平１１−５８５８５号公報 特開２００３−１９７５３号公報

本発明は、上述のような課題に対しなされたもので、上記従来技術の問題点、すなわち加熱溶融され塗工される接着剤を介して積層される複合フィルムにおいて、該接着剤の塗工均一性などの品質向上、糸引きによるミスト飛散の抑制による生産性向上、更には、被塗工基材への熱によるダメージの低減ができる塗工方法および塗工装置を提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明者らが鋭意検討した結果、コーティング部の接着剤を選択的に加熱することによって、被塗工基材に熱によるダメージを与えることなく、空気同伴や糸引きによる欠陥発生を抑え、被塗工基材上に均一で安定した塗工が出来ることを見出し、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明のうち請求項１に記載した発明は、接着剤を連続して塗工する方法において、被塗工基材に該接着剤が転移される直前直後に、電磁波による選択的加熱処理を施した塗工方法を提供するものである。

次に、請求項２に記載した発明は、前記電磁波が赤外線又はマイクロ波であることを特徴する請求項１に記載の塗工方法を提供するものである。

次に、請求項３に記載した発明は、接着剤を連続して塗工する方法において、被塗工基材に該接着剤が転移される直前直後に、電磁波を用いた加熱装置を具備したことを特徴とする塗工装置を提供するものである。

次に、請求項４に記載した発明は、前記電磁波が赤外線又はマイクロ波であることを特徴する請求項３に記載の塗工装置を提供するものである。

本発明は、加熱溶融させた接着剤を連続して塗工する方法において、該接着剤がコーティングロールから被塗工基材へ転移する直前直後に、電磁波により選択的に加熱することで、該接着剤の粘度を低下させ、その結果、被塗工基材に均一な塗膜形成が可能となり、この接着剤を介してラミネートされる複合フィルムの層間接着性や印刷絵柄の意匠、塗工外観品質を維持し、且つ生産性を向上させることができる。また、接着剤の低粘度化によりコーティングロールから被塗工基材が離間する際に発生する糸引き現象を抑制し、ミスト飛散による周辺環境や作業環境を改善することができる。

本発明に基づく実施形態に係る接着剤の塗工装置の説明用概略図である。 本発明に基づく実施形態に係る塗工部の斜視模式図である。 本発明に基づく実施形態に係る塗工部の拡大概略図である。

次に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。本実施形態では、ラミネート装置に設けられた接着剤の塗工装置を例に、また、包装材料などに用いられる複合フィルムの製造工程を例に挙げて本実施形態を説明する。接着剤の塗工装置を備えるラミネート装置は、図１に示すような構成となっていて、その基本的構成は、上記背景技術で説明した通りである。

すなわち、図１中、符号１は加熱溶融された接着剤で、符号２はドクターロール、符号３はメタリングロール、符号４はコーティングロール、符号５は圧胴ロール、符号６ａ、６ｂは電磁波を具備した加熱装置、符号７はシート状の被塗工基材、符号８はラミネート相手基材フィルム、符号９は複合フィルム、符号１０はラミロール、符号１１はバックロールである。被塗工基材７としては、ポリオレフィン基材を例示出来る。

上記加熱装置６ａ、６ｂは、図２に示すように、コーティングロール４と圧胴ロール５の間の塗工部にて接着剤を加熱できる位置に設置する。塗工直前、塗工直後の２箇所に設
置した場合を図示したが、どちらか一方でも、３箇所以上に設置しても良く設置方法を限定するものではない。

次に、上記のように構成されたロールコートによる塗工工程について説明する。図１において、ドクターロール２とメタリングロール３で形成された液留部に接着剤１が塗工工程の消費量に見合った量が供給されている。供給される接着剤１と塗工工程のロールは加熱されており、接着剤１の粘度を下げて流動性を保させている。

液溜部の接着剤１がメタリングロール３からコーティングロール４に転移して持ち上げられ、コーティングロール４と圧胴ロール５でシート状の被塗工基材７を加圧ニップし塗工する。

図３のように塗工部ではコーティングロール４と被塗工基材７が離れるときに接着剤が糸を引きながら分裂し、被塗工基材７へ転移することで塗工され、ラミロール１０とバックロール１１とのラミネート部で相手基材フィルム８と貼り合せて、複合フィルム９を得て巻取り、スリッター加工や製袋加工を経て包装材製品にする。

ここで、接着剤が高粘度であったり、加工速度が速い場合には糸引きの発生が多く、被塗工基材７へ転移した後の平滑性を欠く結果となり、糸引き切断した接着剤がミストとして飛散してしまう。

これに対し本実施形態では、コーティングロール４と圧胴ロール５の間に設けられた、電磁波を具備した加熱装置６ａ、６ｂによって接着剤のみを選択的に加熱することで粘度を下げられる。この結果、コーティングロール４と被塗工基材７が離れるときに接着剤の糸引きが抑えられ、被塗工基材７への塗工均一性が確保でき、接着剤のミスト飛散を防ぐことができる。

ここで使用される電磁波を具備した加熱装置６ａ、６ｂは、図２に示すように、コーティングロール４と圧胴ロール５の間を局部的に加熱することにより、接着剤が低粘度化することにより、メタリングロール３、コーティングロール４で持ち上げられない状況を避けることができる。

本発明の電磁波を具備した加熱装置によれば、赤外線やマイクロ波の波長を選択することで、被塗工基材７を加熱せずに、接着剤だけを加熱でき、被塗工基材７に熱によるダメージを与えることがなく適切な塗工膜厚を均一に付与することができる。

被塗工基材７やラミネート相手基材フィルム８に関しては種々の材質のものでもよいが、本発明の効果が十分に発現されることを考慮するならば、被塗工基材７には、厚み２０〜４０μｍの延伸ポリプロピレン、厚み１０〜３０μｍのポリエチレンテレフタレートが適しており、ラミネート相手基材フィルム８には、厚み２０〜４０μｍの無延伸ポリプロピレン、金属蒸着された無延伸ポリプロピレンが好適である。

図１に示す塗工装置および赤外線を具備した加熱装置６ａ、６ｂから成るラミネート機で貼り合わせを実施した。接着剤１として、東洋モートン社製「ＡＤ−Ｎ３６９Ａ」１００質量部に対して、東洋モートン社製「ＡＤ−Ｎ３６９Ｂ」３３質量部を２液混合供給装置で混合し、液温７０℃で準備した。被塗工基材７として延伸ポリプロピレン（２０μｍ厚）を用い、あらかじめグラビア印刷法によって絵柄印刷を施した。次に前記ラミネート機の加工速度２５０ｍ／ｍｉｎ、ドクターロール２およびコーティングロール４温度７０℃の条件で、該絵柄印刷面に該接着剤１の塗布量が２．０ｇ/ｍ²になるように塗工し、ラ
ミネート相手基材フィルム８としてアルミ蒸着無延伸ポリプロピレン（２０μｍ厚）と貼り合せ、複合フィルム９を得た。なお、前記赤外線を具備した加熱装置には、２０００ｃｍ^−１（波長５μｍ）〜２５００ｃｍ^−１（波長４μｍ）の赤外線を用いた。接着剤には吸収があり、被塗工基材には吸収がない赤外線として２０００ｃｍ^−１〜２５００ｃｍ^−１の
波数の赤外線を用いた。

図１に示す塗工装置および赤外線を具備した加熱装置６ａ、６ｂから成るラミネート機で貼り合わせを実施した。接着剤１として、東洋モートン社製「ＡＤ−Ｎ３６９Ａ」１００質量部に対して、東洋モートン社製「ＡＤ−Ｎ３６９Ｂ」３３質量部を２液混合供給装置で混合し、液温７０℃で準備した。被塗工基材７として延伸ポリプロピレン（２０μｍ厚）を用い、あらかじめグラビア印刷法によって絵柄印刷を施した。次に前記ラミネート機の加工速度１５０ｍ／ｍｉｎ、ドクターロール２およびコーティングロール４温度７０℃の条件で、該絵柄印刷面に該接着剤１の塗布量が２．０ｇ/ｍ²になるように塗工し、ラミネート相手基材フィルム８としてアルミ蒸着無延伸ポリプロピレン（２０μｍ厚）と貼り合せ、複合フィルム９を得た。前記赤外線を具備した加熱装置には２０００ｃｍ^−１（波長５μｍ）〜２５００ｃｍ^−１（波長４μｍ）の赤外線を用いた。

（比較例１）
実施例１と同様に図１に示す塗工装置および赤外線を具備した加熱装置６ａ、６ｂから成るラミネート機で、赤外線を具備した加熱装置６ａ、６ｂを使用せずに貼り合わせを実施した。接着剤１として、東洋モートン社製「ＡＤ−Ｎ３６９Ａ」１００質量部に対して、東洋モートン社製「ＡＤ−Ｎ３６９Ｂ」３３質量部を２液混合供給装置で混合し、液温７０℃で準備した。被塗工基材７として延伸ポリプロピレン（２０μｍ厚）を用い、あらかじめグラビア印刷法によって絵柄印刷を施した。次に前記ラミネート機の加工速度２５０ｍ／ｍｉｎ、ドクターロール２およびコーティングロール４温度７０℃の条件で、該絵柄印刷面に該接着剤１の塗布量が２．０ｇ/ｍ²になるように塗工し、ラミネート相手基材フィルム８としてアルミ蒸着無延伸ポリプロピレン（２０μｍ厚）と貼り合せ、複合フィルム９を得た。

（比較例２）
実施例１と同様に図１に示す塗工装置および赤外線を具備した加熱装置６ａ、６ｂから成るラミネート機で、赤外線を具備した加熱装置６ａ、６ｂを使用せずに貼り合わせを実施した。接着剤１として、東洋モートン社製「ＡＤ−Ｎ３６９Ａ」１００質量部に対して、東洋モートン社製「ＡＤ−Ｎ３６９Ｂ」３３質量部を２液混合供給装置で混合し、液温７０℃で準備した。被塗工基材７として延伸ポリプロピレン（２０μｍ厚）を用い、あらかじめグラビア印刷法によって絵柄印刷を施した。次に前記ラミネート機の加工速度１５０ｍ／ｍｉｎ、ドクターロール２およびコーティングロール４温度７０℃の条件で、該絵柄印刷面に該接着剤１の塗布量が２．０ｇ/ｍ²になるように塗工し、ラミネート相手基材フィルム８としてアルミ蒸着無延伸ポリプロピレン（２０μｍ厚）と貼り合せ、複合フィルム９を得た。

（評価）
実施例１，２および比較例１，２で加工中にコーティングロール４と被塗工基材７が離間する際の糸引きによるミスト飛散の有無を目視により観察した。
得られた複合フィルムに対して、加工直後の目視による絵柄外観評価と、４０℃４８時間の条件でエージングを行った後、層間強度を計測した。その結果を表１に示す。

層間強度に関しては、複合フィルムを１５ｍｍ×１００ｍｍに切り、被塗工基材７とラ
ミネート相手基材フィルム８を引張試験機で、引張速度３００ｍｍ／ｍｉｎでＴ型剥離で引き剥がした荷重を測定した。

表１から分かるように、加工速度が１５０ｍ／ｍｉｎの比較例２の場合は、本発明の加熱装置を用いなくても接着剤のミスト飛散は無く、絵柄外観と層間強度とも良好な結果が得られるが、加工速度を２５０ｍ／ｍｉｎに上げた比較例１では、接着剤のミスト飛散が発生し、絵柄外観と層間強度共に劣る。本発明に基づき、電磁波を具備した加熱装置を用いた実施例１および実施例２においては、接着剤のミスト飛散が無く、絵柄外観と層間強度は共に優れていることが確認された。

本発明の塗工方法および塗工装置は、包装材料分野における複合フィルムを製造するために有用であり、特に、層間接着性や印刷絵柄の意匠、塗工外観品質を維持し、且つ生産性も十分に満足し得るものであり、周辺環境、作業環境の改善にもつながるものである。

１・・・・・・・・無溶剤型接着剤組成物（接着剤）
２・・・・・・・・ドクターロール
３・・・・・・・・メタリングロール
４・・・・・・・・コーティングロール
５・・・・・・・・圧胴ロール
６ａ及び６ｂ・・・電磁波を具備した加熱装置
７・・・・・・・・被塗工基材
８・・・・・・・・被ラミネート基材
９・・・・・・・・ラミネート複合フィルム
１０・・・・・・・ラミロール
１１・・・・・・・バックロール

Claims (4)

1. 無溶剤型接着剤組成物を連続して塗工する塗工方法において、被塗工基材に該無溶剤型接着剤組成物が転移される直前直後に、電磁波による選択的加熱処理を施すことを特徴とする塗工方法。
2. 前記電磁波が赤外線又はマイクロ波であることを特徴する請求項１に記載の塗工方法。
3. 無溶剤型接着剤組成物を連続して塗工する装置において、被塗工基材に該無溶剤型接着剤組成物が転移される直前直後の位置に、電磁波を用いた加熱装置を設置したことを特徴とする塗工装置。
4. 前記電磁波が赤外線又はマイクロ波であることを特徴する請求項３に記載の塗工装置。

Images