JP2014080594A - ポリエステルフィルム - Google Patents

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Abstract

【課題】ラミネート強度が大きく、厚みムラの小さいペットボトルリサイクルポリエステル樹脂を用いたフィルムを提供すること。
【解決手段】ペットボトルからリサイクルされたポリエステル樹脂を50重量%以上95重量%以下含有するポリエステルフィルムであって、ポリエステルフィルムを構成する全ポリエステル樹脂中の全ジカルボン酸成分に対するイソフタル酸成分の含有率が0.5モル%以上5.0モル%以下であり、特定の極限粘度、熱収縮率、厚み方向の屈折率、厚みムラ、ナトリウム含有量、及びカリウム含有量を有するポリエステルフィルム。
【選択図】なし

Description

本発明は、ペットボトルからリサイクルされたポリエステル樹脂を用いたポリエステルフィルムに関する。更に詳しくは、ペットボトルからリサイクルされ、リサイクル原料を作る際に使用する洗浄液成分の残存が少なく熱安定性に優れた樹脂を含み、低熱収縮性、高ラミネート強度を有し、厚みムラの小さいポリエステルフィルムに関する。
従来、ペットボトルからリサイクルされたポリエステル樹脂を用いることにより、オリゴマー含有量の少ないポリエステルから、かつ生産性、品位を損なうことなく静電気によるトラブルが少ない胴巻ラベル用ポリエステルフィルムにするという技術が知られていた(例えば特許文献1参照)。しかし、かかる従来技術は極限粘度の高い原料レジン(IV=0.70)を使用し、低い押出温度で押出(280℃)し、極限粘度の低いフィルム(IV=0.62)を作製するため、フィルム内部の組成にバラツキがあり、ラミネート面のバラツキの発生や厚みムラの不良になる。また、高いラミネート強度を得るために、二軸延伸後のフィルムを高温で熱処理しているが、室温への冷却が急激なため、フィルムの緩和が面内でバラツキがあり、厚みムラが不良となる、という問題点があった。
また、フィルムの配向を制御することにより、蒸着膜とポリエステルフィルムとの接着性やボイル、レトルト処理に好適な透明蒸着用ポリエステルフィルムとするという技術が知られていた(例えば特許文献2参照)。しかし、かかる従来技術は、ペットボトルからリサイクルされたポリエステル樹脂を使用しないポリエチレンテレフタレートの例であるが、同リサイクル樹脂からなる極限粘度が0.63の樹脂を使用してフィルムを作成した場合にはフィルム内部の組成にバラツキがあるため、ラミネート面のバラツキの発生や厚みムラの不良になる。また、高いラミネート強度を得るために、二軸延伸後のフィルムを高温で熱処理しているが、室温への冷却が急激なため、フィルムの緩和が面内でバラツキがあり、厚みムラが不良となる、という問題点があった。
さらに、フィルム中の粒子および製膜条件を制御するにより、磁気記録媒体用において、スリット性とカレンダー工程での削れ性を良好にするという技術が知られていた(例えば特許文献3参照)。しかし、かかる従来技術は、ペットボトルからリサイクルされたポリエステル樹脂を使用しないポリエチレンテレフタレートの例であるが、同リサイクル樹脂からなる極限粘度が0.62の樹脂を使用してフィルムを作成した場合には、フィルム内部の組成にバラツキがあるため、ラミネート面のバラツキの発生や厚みムラの不良になる。また、高いラミネート強度を得るために、二軸延伸後のフィルムを高温で熱処理しているが、室温への冷却が急激なため、フィルムの緩和が面内でバラツキがあり、厚みムラが不良となる、という問題点があった。
また、フィルムの縦、横の延伸条件と熱処理条件の最適化で、熱収縮特性を最適化する離形シート用におけるセラミックシート作製時の加熱寸法安定性を良好にする技術が知られていた(例えば特許文献4参照)。しかし、かかる従来技術は、ペットボトルからリサイクルされたポリエステル樹脂を使用しないポリエチレンテレフタレートの例であるが、同リサイクル樹脂からなる極限粘度が0.62の樹脂を使用してフィルムを作成した場合にはフィルム内部の組成にバラツキがあるため、ラミネート面のバラツキの発生や厚みムラの不良になる。また、高いラミネート強度を得るために、二軸延伸後のフィルムを高温で熱処理しており、かつ任意として熱処理後の冷却の技術思想が開示されている。しかし、イソフタル酸を0.5モル%以上5モル%以下含有するフィルムとしては本技術をそのまま転用しても、フィルムの緩和が面内でバラツキがあり、厚みムラが不良となる。また、厚み方向の屈折率(Nz)を制御することでフィルムの平面性を維持することが開示されているが、本文献は原料としてポリエチレンテレフタレートが100%の場合に、かつNzが1.493
以下の場合が想定されている。イソフタル酸を0.5モル%以上5モル%以下含有したフィルムは0モル%のポリエチレンテレフタレートフィルムに比べ、ラミネート強度が出やすいという利点があるが、ラミネート強度と厚みムラを共に良好にするにはNzが高すぎるため、この技術をそのまま転用することはできない、という問題点があった。
また、リサイクルされたペットボトルは、異物が付着、混入している場合が多く、また、薬品や溶剤などの化学物質を使用済みのペットボトルに充填した場合なども考えられるため、回収されたペットボトルは粉砕したフレークの状態で水洗いされたり、アルカリ金属水酸化物の水溶液を用いて洗浄される場合もある(例えば、特許文献5参照)。ペットボトルリサイクル原料の使用比率を高めたいという要望に対し、異物の混入防止や安全性確保のため、十分な洗浄を施された安全性が高く、品質の優れたペットボトルリサイクル原料が望まれる。
特開2012−91862号公報 特開2001−342267号公報 特開平7−114721号公報 特開2010−260315号公報 特開2002−117119号公報
本発明は、かかる従来技術の課題を背景になされたもので、すなわち、本発明の目的は、以下のようなポリエステルフィルムを提供することである。
1.イソフタル酸を0.5モル%以上5.0モル%以下含有し、溶融粘度が高く、固相重合を施し、高結晶化核剤などを添加することの多いペットボトルをリサイクルすることで得たリサイクル樹脂を用いても、押出の温度を最適化することで樹脂の押出が安定させ、またフィルム中の樹脂、添加剤および粒子などが均一化することにより、フィルムの厚みムラを小さくし、ラミネートのバラツキをなくしラミネート強度を向上させること。
2.高温で高倍率の縦延伸とすることで、押出後の樹脂の溶融粘度が高くても、高倍率の横延伸ができ、フィルムの厚みムラを小さくすること。
3.高温での横延伸とすることで、押出後の樹脂の溶融粘度が高くても、高倍率の横延伸ができ、フィルムの厚みムラを小さくすること。
4.高温の熱処理を行うことで、フィルムの縦横の熱収縮率を低くすること。
5.高温、高倍率の延伸と高温の熱処理でフィルムの厚み方向の屈折率を適切にし、高いラミネート強度を実現すること。
6.熱処理後の冷却を徐冷とすることで、酸成分として、イソフタル酸を0.5モル%以上5.0モル%以下含有するフィルムの厚みムラを小さくすること。
7.十分な洗浄が施され、安全性が高く、品質の優れたペットボトルからリサイクルされたポリエステル樹脂を含むポリエステルフィルムを提供すること。
また、ラミネート強度がフィルム内部でばらつくことも無くなるペットボトルからリサイクルされたポリエステル樹脂を用いた優れたポリエステルフィルムを提供することにある。
本発明者は、かかる目的を達成するために鋭意検討した結果、本発明の完成に至った。すなわち本発明は、以下の構成よりなる。
1. 少なくとも1度のアルカリ洗浄が施されてなるペットボトルリサイクル樹脂を50重量%以上95重量%以下含有し、二軸延伸されてなるポリエステルフィルムであって、以下の要件を満足することを特徴とするポリエステルフィルム。
(1)ポリエステルフィルムを構成する全ポリエステル樹脂中の全ジカルボン酸成分に対するイソフタル酸成分の含有率が0.5モル%以上5.0モル%以下
(2)ポリエステルフィルムを構成している樹脂の極限粘度が0.64dl/g以上0.80dl/g以下
(3)縦方向及び横方向の150℃熱収縮率が0.1%以上1.5%以下
(4)ポリエステルフィルムの厚み方向の屈折率が1.4930以上1.4995以下
(5)縦方向および横方向のフィルム1m長を各々5mm毎に測定した各厚みTn(n=1〜200)(単位:μm) 200点を測定し、この時の最大厚みをTmax,最小厚みをTmin,平均厚みをTave とするときの下記の式で求める厚みムラが、縦方向および横方向の各々で16%以下
厚みムラ={(Tmax−Tmin)/Tave}×100 (%)
(6)ポリエステルフィルムに含まれるナトリウム含有量及びカリウム含有量が0ppmより大きく150ppm以下
2. ポリエステルフィルム中に無機粒子が、0.01重量%以上1重量%以下含有されていることを特徴とする上記1.に記載のポリエステルフィルム。
本発明によるペットボトルからリサイクルされたポリエステル樹脂を用いたポリエステルフィルムは以下の効果を奏する。
1.イソフタル酸を0.5モル%以上5.0モル%以下含有し、溶融粘度が高く、固相重合を施し、高結晶化核剤を添加することの多いペットボトルをリサイクルすることで得たリサイクル樹脂を用いても、押出の温度を最適化することで樹脂の押出が安定し、またフィルム中の樹脂、添加剤および粒子などが均一化するために、フィルムの厚みムラが小さくなり、ラミネートのバラツキがなくなりラミネート強度が向上する。
2.高温で高倍率の縦延伸とすることで、押出後の樹脂の溶融粘度が高くても、高倍率の横延伸ができ、フィルムの厚みムラが小さくなる。
3.高温での横延伸とすることで、押出後の樹脂の溶融粘度が高くても、高倍率の横延伸ができ、フィルムの厚みムラが小さくなる。
4.高温の熱処理を行うことで、フィルムの縦横の熱収縮率を低くできる。
5.高温、高倍率の延伸と高温の熱処理でフィルムの厚み方向の屈折率が適切になり、高いラミネート強度が実現する。
6.熱処理後の冷却を徐冷とすることで、酸成分として、イソフタル酸を0.5モル%以上5.0モル%以下含有するフィルムの厚みムラが小さくなる。
7.十分な洗浄が施され、安全性が高く、品質の優れたペットボトルからリサイクルされたポリエステル樹脂を含むポリエステルフィルムを提供できる。
また、ラミネート強度がフィルム内部でばらつくことも無くなる。
本発明における製膜設備の押出機内部の一態様を示す模式図である。
二軸延伸方法としては特に限定されるものではなく、チューブラー法や同時二軸延伸法などが採用できる。逐次二軸延伸方式が好ましい。
フィルムを測定して得られるフィルムを構成している樹脂の極限粘度の下限は0.64dl/gであることが好ましく、より好ましくは0.65dl/gである。0.64dl/g未満であると、ペットボトルからなるリサイクル樹脂は極限粘度が0.70を超えるものが多く、それを用いてフィルムを作製する際に粘度を低下させると厚みムラ不良となることがあるので好ましくない。また、フィルムが着色する場合があるため好ましくない。上限は0.80dl/gであることが好ましく、より好ましくは0.70dl/gである。0.80dl/gを超えると押出機からの樹脂が吐出しにくくなり生産性が低下することがあるので好ましくない。
厚みの下限は好ましくは8μmであり、より好ましくは10μmであり、さらに好ましくは12μmである。8μm未満であるとフィルムとしての強度が不足となることがあるので好ましくない。上限は好ましくは200μmであり、より好ましくは50μmであり、さらに好ましくは30μmである。200μmを超えると厚くなりすぎて加工が困難となることがある。
縦方向(MDと記載することがある)及び横方向(TDと記載することがある)の熱収縮率の下限は好ましくは0.1%であり、より好ましくは0.3%である。0.1%未満であると改善の効果が飽和するほか、力学的に脆くなってしまうことがあるので好ましくない。上限は好ましくは1.5%であり、より好ましくは1.2%である。1.5%を超えると印刷などの加工時の寸法変化により、ピッチズレなどが起こることがあるので好ましくない。また、1.5%を超えると印刷などの加工時の寸法変化により、幅方向での縮みなどが起こることがあるため好ましくない。
厚み方向の屈折率の下限は好ましくは1.493 であり、より好ましくは1.494である。1.493未満であると配向が高すぎるため、ラミネート強度が得られない場合がある。上限は好ましくは1.4995 であり、より好ましくは1.498である。1.4995を超えるとフィルムの分子配向が十分でなく、力学的特性が不足することがあるので好ましくない。
縦および横方向のフィルム1m長を5mm毎に測定した各厚みTn(n=1〜200)(単位:μm)まで200点測定し、この時の最大厚みをTmax,最小厚みをTmin,平均厚みをTave とするときの下記の式で求める厚みムラが、縦および横方向の各々で16%以下が好ましく、12%以下がより好ましく、10%以下が更に好ましい。16%を超えると、フィルムロールとしたときに巻きズレが生じたり、ラミネートした部分をはく離したときにはく離面の外観不良が発生し、商品価値が下がることがあるので、あまり好ましくない。
厚みムラ={(Tmax−Tmin)/Tave}×100 (%)
ラミネート強度の下限は好ましくは4.0N/15mmであり、より好ましくは4.5N/15mmであり、さらに好ましくは5N/15mmである。4.0N/15mm未満であると袋とした場合に、ラミネート部がはく離しやすくなることがあるので好ましくない。上限は好ましくは20N/15mmであり、より好ましくは15N/15mmであり、さらに好ましくは10N/15mmである。20N/15mmを超えると実質的にはく離時にフィルムが破壊される場合があり、あまり好ましくない。
ラミネート後の外観評価は、ラミネートはく離後のサンプルを目視で行う。評価は、以下のとおりである。○レベルとは、はく離後の面の接着剤の微小な抜けが無いこと、△レベルとは、微小な抜けが全はく離面積の10%以下であること、×レベルとは、微小な抜けが全はく離面積の10%を超えることである。好ましくは△であり、より好ましくは○でる。×では、ラミネート部のはく離後の外観不良で商品価値が下がるため好ましくない。なお、ラミネート強度が4N/15mm未満の場合は、本発明における基本特性を満たさないため、例え○レベルであったとしても、好ましくないフィルムである。
原料としては酸成分としてイソフタル酸成分を含有するペットボトルからなるリサイクルポリエステル樹脂を使用することが好ましい。ペットボトルに使用されているポリエステルにはボトル外観を良好にするため、結晶性の制御が行われており、その結果、10モル%以下のイソフタル酸成分を含むポリエステルが用いられていることがある。リサイクル樹脂を活用するためには、イソフタル酸成分を含む材料を使用することになる場合がある。
フィルム中に含まれるポリエステル樹脂を構成する全ジカルボン酸成分に占めるテレフタル酸成分の量の下限は好ましくは95モル%であり、より好ましくは96モル%であり、さらに好ましくは96.5モル%であり、特に好ましくは97モル%である。95モル%未満であると結晶性が低下するため、熱収縮率が高くなることがあり、あまり好ましくない。また、フィルム中に含まれるポリエステル樹脂のテレフタル酸成分の量の上限は好ましくは99.5モル%であり、より好ましくは99モル%である。ペットボトルからなるリサイクルポリエステル樹脂は、イソフタル酸に代表されるテレフタル酸以外のジカルボン酸成分を有するものが多いため、フィルム中のポリエステル樹脂を構成するテレフタル酸成分が99.5モル%を超えることは、リサイクル樹脂の比率の高いポリエステルフィルムの製造が結果として困難になり、あまり好ましくない。
フィルム中に含まれるポリエステル樹脂を構成する全ジカルボン酸成分に占めるイソフタル酸成分の量の下限は好ましくは0.5モル%であり、より好ましくは0.7モル%であり、さらに好ましくは0.9モル%であり、特に好ましくは1モル%である。ペットボトルからなるリサイクルポリエステル樹脂は、イソフタル酸成分を多く含むものがあるため、フィルム中のポリエステル樹脂を構成するイソフタル酸成分が0.5モル%未満であることは、リサイクル樹脂の比率の高いポリエステルフィルムの製造が結果として困難になり、あまり好ましくない。フィルム中に含まれるポリエステル樹脂を構成する全ジカルボン酸成分に占めるイソフタル酸成分の量の上限は好ましくは5モル%であり、より好ましくは4モル%であり、さらに好ましくは3.5モル%であり、特に好ましくは3モル%である。5モル%を超えると結晶性が低下するため、熱収縮率が高くなることがあり、あまり好ましくない。また、イソフタル酸成分の含有率を上記範囲とすることでラミネート強度、収縮率、厚みムラに優れたフィルムの作成が容易となり好ましい。
ペットボトルからなるリサイクル樹脂の極限粘度の上限は好ましくは0.9dl/gであり、より好ましくは0.8dl/gでり、さらに好ましくは0.77dl/gであり、特に好ましくは0.75dl/gである。る。0.9dl/gを超えると押出機からの樹脂が吐出しにくくなって生産性が低下することがあり、あまり好ましくない。
フィルムに対するペットボトルからリサイクルされたポリエステル樹脂の含有率の下限は好ましくは50重量%であり、より好ましくは65重量%であり、さらに好ましくは75重量%である。50重量%未満であるとリサイクル樹脂の活用としては、含有率に乏しく、環境保護への貢献の点であまり好ましくない。ペットボトルからリサイクルされたポリエステル樹脂の含有率の上限は好ましくは95重量%であり、より好ましくは90重量%であり、さらに好ましくは85重量%である。95重量%を超えるとフィルムとして機能向上のために無機粒子などの滑剤や添加剤を十分に添加することができない場合があり、あまり好ましくない。なお、フィルムとして機能向上のために無機粒子などの滑剤や添加剤を添加する場合に用いるマスターバッチ(高濃度含有樹脂)としてペットボトルからリサイクルされたポリエステル樹脂を用いることもできる。
滑剤種としてはシリカ、炭酸カルシウム、アルミナなどの無機系滑材のほか、有機系滑剤が好ましく、シリカ、炭酸カルシウムがより好ましい。これらにより透明性と滑り性を発現することができる。
フィルム中の滑剤含有率の下限は好ましくは0.01重量%であり、より好ましくは0.015重量%であり、さらに好ましくは0.02重量%である。0.01重量%未満であると滑り性が低下することがある。上限は好ましくは1重量%であり、より好ましくは0.2重量%であり、さらに好ましくは0.1重量%である。1重量%を超えると透明性が低下することがあり、あまり好ましくない。
ここで、該フィルムに好ましく使用されるペットボトルのリサイクル原料は、ポリエチレンテレフタレートを主体とする容器のリサイクル品を主体とするものであり、例えば、茶飲料、清涼飲料などの飲料用容器のリサイクル品が好ましく使用でき、適宜配向されていても良く、無色のものが好ましいが、若干の着色成分を含んでいても良い。
好ましく利用できるペットボトルからなるリサイクル原料は、通常の重合法及び固相重合法で製造、成型されたポリエステルであり、好ましくはポリエチレンテレフタレートを主体とするものであり、イソフタル酸成分が共重合されたポリエステルであることが好ましい。触媒としてアンチモン、ゲルマニウム、チタンなどの金属化合物、安定剤としてのリン化合物などを含んでいてもよい。通常ペットボトル用のポリエステルには触媒としてゲルマニウムが用いられることが多く、ペットボトルリサイクル原料を使用してフィルム化すれば、フィルム中にゲルマニウムが1ppm以上含まれるものとなる。しかしながら、あくまでも触媒の含有量であるので、通常高々100ppm以下であり、普通は50ppm以下である。
集められた使用済のリサイクルペットボトルは、他の材料やごみが混ざらないように選別され、ラベルなどを除去した後、粉砕されフレークとなる。これらのフレークには、異物が付着、混入している場合が多くある。また、薬品や溶剤などの化学物質を消費者が使用済みのペットボトルに充填して使用している場合も考えられる。例えば、食器などの洗剤、殺虫剤、除草剤、農薬や各種オイル類などが考えられる。通常の洗浄ではペットボトル表面に吸着した化学物質を十分に取り除くことができないため、アルカリ洗浄が取り入れられている。この洗浄工程で用いるアルカリ金属水酸化物の溶液としては水酸化ナトリウム溶液、または水酸化カリウム溶液を用いる。このような洗浄工程では、アルカリ洗浄の前に予備洗浄を行っても良い。
洗浄工程で用いるアルカリ金属水酸化物の水溶液の濃度は、温度、時間、攪拌の状態にもよるが、通常は1〜10重量%の範囲である。また、洗浄に要する時間は10〜100分の範囲であり、効果を高めるため攪拌しながら行うのが好ましい。
アルカリ洗浄に続いて、すすぎ洗浄、乾燥を行うことが好ましい。アルカリ洗浄やすすぎ洗浄は数回繰り返して行っても良い。
アルカリ洗浄工程において洗浄で用いるアルカリ金属水酸化物の水溶液成分がフレークに残存することにより、その後のペレット造粒工程における溶融押出工程やフィルム製膜時における溶融押出工程を経由することにより、最終的に得られるフィルムの物性に影響を与えることがある。
最終的にこれらのペットボトルリサイクル原料を使用して得られるフィルム中のナトリウム及びカリウムの濃度が0ppmより大きく150ppm以下であることが好ましく、より好ましくは3〜120ppmであり、更に好ましくは5〜80ppmである。フィルム中に含まれるナトリウムまたはカリウム濃度が150ppmより高くなるとフィルムの耐熱性、熱安定性が低下したり、着色したりするので好ましくない。また、全くない状態であるとジエチレングリコールの生成を抑えるなどの効果が薄れるため好ましくない。また、ペットボトル再生原料には若干量はこれらの成分が含有されている場合があり全くなしとするのは困難である。
このような洗浄工程では、アルカリ金属水酸化物の水溶液により、ペットボトルフレークの一部が加水分解される。また、ペットボトルを成形する際の加熱により樹脂の重合度が低下する。さらに、回収したペットボトルを再利用するため粉砕した後、再度溶融してペレット化する際に加わる熱や水分の影響により重合度が低下する。そのままでも再利用できるが、使用する用途によっては重合度が低下した場合、成形性や強度、透明性や耐熱性などが劣り、そのままでは再利用することができないことがある。
そのような場合、低下した重合度を回復させるため、粉砕して洗浄されたペットボトルのフレークもしくはフレークを溶融し、ペレット化したものを固相重合することが好ましい。
固相重合工程では、洗浄したフレーク、もしくはフレークを溶融押出してペレット化したものを180〜245℃、好ましくは200〜240℃の窒素ガス、希ガスなどの不活性気体中で連続固相重合することにより行うことができる。
本発明のフィルムの製造方法は特に限定されないが、例えば、以下のような製造方法が推奨される。押出機内の樹脂を溶融、押出するための温度設定が重要になる。基本的な考え方は、(1)ペットボトルに使用されるポリエステル樹脂はイソフタル酸成分を含有することから、できるだけ低い温度で押出することで劣化を抑えながら、(2)極限粘度や微細な高結晶性部分を十分かつ均一に溶融するために、高温や高圧力などで溶融する部分を有することにある。イソフタル酸成分の含有は、ポリエステルの立体規則性の低下となり、融点の低下につながる。そのため、高い温度での押出しでは、熱による溶融粘度の大幅な低下や劣化となり、機械的強度低下や劣化異物の増大となる。また、押出し温度を下げるだけでは、十分な溶融混練ができず、厚みムラの増大やフィッシュアイなどの異物が問題となる場合がある。以上のとこから、推奨する製造方法としては、例えば、押出機を2台タンデムで使用することやフィルタ部での圧力を上げる方法、スクリュー構成の一部に剪断力の強いスクリューを用いる方法などが挙げられる。以下に、一台の押出機を使用し、温度制御する例を挙げる。
図1は本発明における製膜設備の押出機内部の一態様を示している。バレル3の間にフライト2をもつスクリュー1において、スクリュー根元から先端までに供給部4、圧縮部5、計量部6がある。圧縮部5はスクリュー1とバレル3の間が狭くなっていく領域であり、本発明では、供給部4と計量部6の設定温度はできるだけ低くし、圧縮部5の設定温度を高くすることで、せん断の高い圧縮部5で十分に溶融混練し、供給部4と計量部6では熱劣化を防ぐ工夫をすることが好ましい。
押出機内の樹脂溶融部の設定温度(押出機内のスクリューの圧縮部の最高の設定温度を除く)の下限は好ましくは270℃であり、上限は好ましくは290℃である。270℃未満では押出が困難であり、290℃を超えると樹脂の劣化が起こることがあり、あまり好ましくない。
押出機内のスクリューの圧縮部の最高の設定温度の下限は好ましくは295℃である。ペットボトルに使用されるポリエステル樹脂は、透明性の点から高融点の結晶(260℃〜290℃)が存在していることが多い。また、添加剤や結晶化核剤などが添加されており、樹脂材料内の微細な溶融挙動にバラツキがみられる。295℃未満であるとそれらを十分に溶融させることが困難となり、あまり好ましくない。押出機内のスクリューの圧縮部の最高の設定温度の上限は好ましくは310℃である。310℃を超えると樹脂の劣化が起こる場合があり、あまり好ましくない。
押出機内のスクリューの圧縮部の最高の設定温度の領域を樹脂が通過する時間の下限は好ましくは10秒であり、より好ましくは15秒である。10秒未満であるとペットボトルに使用されるポリエステル樹脂を十分に溶融させることができず、あまり好ましくない。上限は好ましくは60秒、より好ましくは50秒である。60秒を超えると樹脂の劣化が起こり易くなり、あまり好ましくない。押出機の設定をこのような範囲にすることで、ペットボトルからリサイクルされたポリエステル樹脂を多く用いながら、厚みムラやフィッシュアイなどの異物、着色の少ないフィルムを得ることができる。
このようにして溶融された樹脂は、冷却ロール上にシート状に押し出された後、二軸延伸される。延伸方法としては同時二軸延伸方式でも構わないが、特に逐次二軸延伸方式が好ましい。これらにより生産性と本発明に求める品質とを満たすことが容易になる。
本発明においてフィルムの延伸方法は特に限定されないが、以下のような点が重要となる。極限粘度が0.64dl/g以上でイソフタル酸成分を含有する樹脂を延伸するには、縦方向(MD)延伸と横方向(TD)延伸の倍率と温度が重要である。MD延伸倍率や温度が適切でないと、均一に延伸の力がかからず、分子の配向が不十分となり、厚みムラの増大や力学特性が不十分となる場合がある。また、次のTD延伸工程でフィルムの破断が発生したり、極端な厚みムラの増大が発生したりする場合がある。TD延伸倍率や温度が適切でないと、均一に延伸されず、縦横の配向バランスが悪く、力学特性が不十分となる場合がある。また、厚みムラが大きい状態や分子鎖の配向性が不十分な状態で次の熱固定の工程に進んだ場合、均一に緩和ができず、厚みムラの更なる増大や力学特性が不十分となる問題が起こる。そのため、基本的には、MD延伸では以下に述べる温度調節を行って段階的に延伸を行い、TD延伸では配向バランスが極端に悪くならないように適切な温度で延伸することが推奨される。以下の態様に限定されるものではないが、一例を挙げて説明する。
縦方向(MD)延伸方法としてはロール延伸方式、IR加熱方式が好ましい。
MD延伸温度の下限は好ましくは100℃であり、より好ましくは110℃であり、さらに好ましくは120℃である。100℃未満であると極限粘度が0.64dl/g以上のポリエステル樹脂を延伸し、縦方向に分子配向させても、次の横延伸工程でフィルムの破断が発生したり、極端な厚み不良が発生したりして好ましくない。上限は好ましくは140℃であり、より好ましくは135℃であり、さらに好ましくは130℃である。140℃を超えると分子鎖の配向性が不十分となり、力学特性が不十分となる場合があるので、あまり好ましくない。
MD延伸倍率の下限は好ましくは2.5倍であり、より好ましくは3.5倍であり、さらに好ましくは4倍である。2.5倍未満であると極限粘度が0.64dl/g以上のポリエステル樹脂を延伸し、縦方向に分子配向させても、次の横延伸工程でフィルムの破断が発生したり、極端な厚み不良が発生する場合があり、あまり好ましくない。上限は好ましくは5倍であり、より好ましくは4.8倍であり、さらに好ましくは4.5倍である。5倍を超えると力学強度や厚みムラ改善の効果が飽和することがあり、あまりその意義がない。
MD延伸方法としては上記の一段延伸でも構わないが、延伸を二段以上に分けることがより好ましい。二段以上に分けることで、極限粘度が高く、イソフタル酸を含有するリサイクル樹脂からなるポリエステル樹脂を良好に延伸することが可能となり、厚みムラやラミネート強度、力学的特性などが良好となる。
好ましい一段目のMD延伸温度の下限は110℃であり、より好ましくは115℃である。110℃未満であると熱不足となり、十分に縦延伸できず、平面性が乏しくなって好ましくない。好ましい一段目のMD延伸温度の上限は125℃であり、より好ましくは120℃である。125℃を超えると分子鎖の配向性が不十分となり、力学特性が低下する場合があるのであまり好ましくない。
好ましい一段目のMD延伸倍率の下限は1.1倍であり、より好ましくは1.3倍である。1.1倍以上であると一段目の弱延伸とすることで、最終的に極限粘度が0.64dl/g以上のポリエステル樹脂を十分に縦延伸し、生産性を上げることができる。好ましい一段目のMD延伸倍率の上限は2倍であり、より好ましくは1.6倍である。2倍を超えると縦方向の分子鎖の配向性が高くなりすぎるため、二段目以降の延伸がしづらくなることや厚みムラが不良のフィルムとなることがあり、あまり好ましくない。
好ましい二段目(または最終段)のMD延伸温度の下限は好ましくは110℃であり、より好ましくは115℃である。110℃以上であると極限粘度が0.64以上のポリエステル樹脂を十分に縦延伸し、次工程での横延伸が可能となり、縦横方向の厚みムラが良好となる。となることがある。上限は好ましくは130℃であり、より好ましくは125℃である。130℃を超えると結晶化が促進され、横延伸が困難になったり、厚みムラが大きくなることがあり、あまり好ましくない。
好ましい二段目(または最終段)のMD延伸倍率の下限は好ましくは2.1倍であり、より好ましくは2.5倍である。2.1倍未満であると極限粘度が0.64以上のポリエステル樹脂を延伸し、縦方向に分子配向させても、次の横延伸工程でフィルムの破断が発生したり、極端な厚み不良が発生する場合があり、あまり好ましくない。上限は好ましくは3.5倍であり、より好ましくは3.1倍である。3.5倍を越えると縦配向が高くなりすぎるため、二段目以降の延伸ができなくなったり、厚みムラが大きいフィルムとなることがあり、あまり好ましくない。
TD延伸温度の下限は好ましくは110℃であり、より好ましくは120℃であり、さらに好ましくは125℃である。110℃未満であると横方向への延伸応力が高くなり、フィルムの破断が発生したり、厚みムラが極端に大きくなる場合があり、あまり好ましくない。上限は好ましくは150℃であり、より好ましくは145℃であり、さらに好ましくは140℃である。150℃を超えると分子鎖の配向性が高まらないため力学特性が低下することがあり、あまり好ましくない。
横方向(TD)延伸倍率の下限は好ましくは3.5倍であり、より好ましくは3.9倍である。3.5倍未満であると、分子配向が弱く、力学強度が不十分となる場合があり、あまり好ましくない。また、縦方向の分子鎖の配向性が大きく、縦横のバランスが悪くなることで、厚みムラが大きくなり、あまり好ましくない。上限は好ましくは5.5倍であり、より好ましくは4.5倍である。5.5倍を超えると破断することがあり、あまり好ましくない。
本発明のフィルムを得るためには、TD延伸終了後引き続きテンター内で行われる熱固定および、その後フィルムを室温まで低下するときの条件を適切に設定することが望ましい。イソフタル酸を含有するペットボトルからなるリサイクル樹脂を含むポリエステルフィルムは通常のイソフタル酸を含まないポリエチレンテレフタレートフィルムに比べると結晶性が低く、また極微小に溶融しやすくなっており、また力学的強度も低い。そのため延伸終了後に急激に緊張下で高温にさらされる場合やまた高温の熱固定終了後に急激に緊張下で冷却すると、避けがたいフィルムの幅方向での温度差により幅方向での張力バランスが乱れ、厚みムラや力学的特性が不良となる。一方、熱固定温度を下げてこの現象に対応しようとすると十分なラミネート強度が得られない場合がある。本発明においては、延伸終了後に、やや低温の熱固定1と十分高温な熱固定2(必要に応じて熱固定3)、その後に徐冷工程を設けて室温まで下げることが推奨される。ただし、この方法に限定されるものではなく、例えばテンター内での熱風の速度や各ゾーンの温度に合わせフィルム張力を制御する方法、延伸終了後に炉長が十分にある比較的温度が低い熱処理をする方法および熱固定終了後に加熱ロールで緩和させる方法なども挙げられる。
一例として、テンターの温度制御による方法を以下に示す。
熱固定1の温度の下限は好ましくは160℃であり、より好ましくは170℃である。160℃未満であると最終的に熱収縮率が大きくなり、加工時のズレや縮みが起こるとなることがあり、あまり好ましくない。上限は好ましくは215℃であり、より好ましくは210℃である。215℃を超えると急激に高温がフィルムにかかることになり、厚みムラが大きくなったり、破断したりすることがあるので、あまり好ましくない。
熱固定1の時間の下限は好ましくは0.5秒であり、より好ましくは2秒である。0.5秒未満であるとフィルム温度上昇不足となることがある。上限は好ましくは10秒であり、より好ましくは8秒である。10秒を超えると生産性が低下する場合があり、あまり好ましくない。
熱固定2の温度の下限は好ましくは220℃であり、より好ましくは227℃である。220℃未満であると熱収縮率が大きくなり、加工時のズレや縮みとなることがあり、あまり好ましくない。上限は好ましくは240℃であり、より好ましくは237℃である。240℃を超えるとフィルムが融けてしまう場合があるほか、融けない場合でも脆くなるとなることがあり、あまり好ましくない。
熱固定2の時間の下限は好ましくは0.5秒であり、より好ましくは3秒である。0.5秒未満であると熱固定時に破断が起こりやすくなるとなることがあり、あまり好ましくない。上限は好ましくは10秒であり、より好ましくは8秒である。10秒を超えると、たるみなどが生じて厚みムラが発生することがあり、あまり好ましくない。
必要に応じて、熱固定3を設ける場合の温度の下限は好ましくは205℃であり、より好ましくは220℃である。205℃未満であると熱収縮率が大きくなり、加工時のズレや縮みとなることがあり、あまり好ましくない。上限は好ましくは240℃であり、より好ましくは237℃である。240℃を超えるとフィルムが融けてしまうほか、融けない場合でも脆くなるとなることがあり、あまり好ましくない。
必要に応じて、熱固定3を設ける場合の時間の下限は好ましくは0.5秒であり、より好ましくは3秒である。0.5秒未満であると熱固定時に破断が起こりやすくなるとなることがあり、あまり好ましくない。上限は好ましくは10秒であり、より好ましくは8秒である。10秒を超えるとたるみなどが生じて厚みムラが発生することがあり、あまり好ましくない。
TDリラックスは、熱固定の任意の箇所で実施できる。下限は好ましくは0.5%であり、より好ましくは3%である。0.5%未満であると特に横方向の熱収縮率が大きくなり、加工時のズレや縮みとなることがあり、あまり好ましくない。上限は好ましくは10%であり、より好ましくは8%である。10%を超えるとたるみなどが生じて厚みムラが発生することがあり、あまり好ましくない。
TD熱固定後の徐冷温度の下限は好ましくは90℃であり、より好ましくは100℃である。90℃未満であるとイソフタル酸を含有するフィルムであることから、急激な温度変化による収縮などにより厚みムラが大きくなったり、破断が発することがあり、あまり好ましくない。徐冷温度の上限は好ましくは150℃であり、より好ましくは140℃である。150℃を超えると十分な冷却効果が得られないことがあり、あまり好ましくない。
熱固定後の徐冷時間の下限は好ましくは2秒であり、より好ましくは4秒である。2秒未満であると十分な徐冷効果が得られないことがあるので、あまり好ましくない。上限は好ましくは20秒であり、より好ましくは15秒である。20秒を超えると生産性の点で不利になり易く、あまり好ましくない。
次に、実施例および比較例を用いて本発明を詳細に説明するが、本発明は当然以下の実施例に限定されるものではない。また、本発明で用いた評価方法は以下の通りである。
(1)原料ポリエステル及びフィルムを構成するポリエステル中に含まれるテレフタル酸及びイソフタル酸成分の含有率
クロロホルムD(ユーリソップ社製)とトリフルオロ酢酸D1(ユーリソップ社製)を10:1(体積比)で混合した溶媒に溶解させて、試料溶液を調製し、NMR(「GEMINI−200」;Varian社製)を用いて、温度23℃、積算回数64回の測定条件で試料溶液のプロトンのNMRを測定した。NMR測定では、所定のプロトンのピーク強度を算出して、酸成分100モル%中のテレフタル酸成分およびイソフタル酸成分の含有率(モル%)を算出した。
(2)原料樹脂およびフィルムを構成している樹脂の極限粘度(IV)
試料を130℃で一昼夜真空乾燥後、粉砕又は切断し、その80mgを精秤して、フェノール/テトラクロロエタン=60/40(体積比)の混合溶液に80℃で30分間、加熱溶解した。同じ混合溶液で20mlにした後、30℃で測定した(単位:dl/g)。
(3)厚み
PEACOCKダイアルゲージ(尾崎製作所製)で測定した。
(4)縦、横方向の熱収縮率
幅10mmにサンプリングして、200mmの間隔に標線をマークして、標線の間隔を測定(L 0)した後、そのフィルムを紙の間に挟み、150℃の温度に制御した熱風オーブンに入れ、30分処理した後、取り出した後、標線の間隔を測定(L)して、次式から熱収縮率を求めた。縦方向と横方向の双方向についてそれぞれ試料を採取して実施する。実施する。他は、JIS−C−2318に準拠して行った。
熱収縮率(%)={(L 0−L)/L 0}×100
(5)厚み方向の屈折率
JIS K7105に準拠して、アッベ屈折計NAR-1T(株式会社アタゴ製)を用いて、厚み方向の屈折率(Nz)を求めた。光源は、ナトリウムD線とし、屈折率1.74のテストピースを使用し、中間液としてヨウ化メチレンを使用した。
(6)ラミネート強度
製膜した二軸延伸ポリエステルフィルムと厚さ40μmのポリエチレンフィルム(東洋紡績株式会社製「L4102」)をウレタン系の接着剤(東洋モートン社製、TM569、CAT10L、酢酸エチルを33.6:4.0:62.4(重量比))を用いてドライラミネート法により貼り合わせ、40℃にて4日間エージングを施すことにより、ラミネート強度評価用積層体を得た。尚、貼り合わせ条件は、ライン速度20m/min、ドライヤー温度80℃、乾燥後の塗布量3g/m2となるように実施した。積層体を、幅15mm、長さ200mmに切り出して試験片とし、東洋ボールドウイン社製の「テンシロンUMT−II−500型」を用いて、温度23℃、相対湿度65%の条件下で、ポリエステルフィルムの未処理面とポリオレフィン樹脂層との接合面での剥離強度(N/15mm)を測定した。なお、引張速度は20cm/分、剥離角度は180度とした。
(7)ラミネートはく離後の外観評価
(6)の評価後のサンプルを目視する。○レベルとは、はく離後の面の接着剤の微小な抜けが無いこと、△レベルとは、微小な抜けが全はく離面積の10%以下であること、×レ
ベルは10%を超えること、×レベルとは、微小な抜けが全はく離面積の10%を超えることである。
(8)厚みムラ
PEACOCKダイアルゲージ(尾崎製作所製)を用いて、縦および横方向のフィルム1m長を5mm毎に測定した厚みTn(n=1〜200)(μm)を200点測定し、この時の最大厚みをTmax,最小厚みをTmin,平均厚みをTave として、下記の式(1)より求めた。
厚みムラ={(Tmax−Tmin)/Tave}×100 (%)・・・ (1)
(9)熱酸化安定性パラメータ(TOS)
フィルム試料(上記(2)のIV測定法に沿ってIVを測定したデータを[IV]iとする)を冷凍粉砕して20メッシュ以下の粉末にした。この粉末を130℃で12時間真空乾燥し、粉末300mgを内径約8mm、長さ約140mmのガラス試験管に入れ70℃で12時間真空乾燥した。次いで、シリカゲルを入れた乾燥管を試験管上部につけて乾燥した空気下で、230℃の塩バスに浸漬して15分間加熱した後の[IV]f1を測定した(既に粉砕されていること以外は、上記(2)のIV測定法による)。TOSは、下記のように求めた。ただし、[IV]iおよび[IV]f1はそれぞれ加熱試験前と加熱試験後のIV(dl/g)を指す。冷凍粉砕は、フリーザーミル(米国スペックス社製、6750型)を用いて行った。専用セルに約2gのレジンチップ又はフィルムと専用のインパクターを入れた後、セルを装置にセットし液体窒素を装置に充填して約10分間保持し、次いでRATE10(インパクターが1秒間に約20回前後する)で5分間粉砕を行った。
TOS=0.245{[IV]f1 -1.47−[IV]i -1.47
TOSが0.3以下を○、0.3より大きい場合を×とした。
(10)熱安定性パラメータ(TS)
フィルム(上記(2)のIV測定法に沿ってIVを測定したデータを[IV]iとする )を1mm辺以下に細砕し、得られたフィルム試料1gを内径約14mmのガラス試験管に入れ130℃で12時間真空乾燥した後、ガラス試験管を真空ラインに接続し、減圧と窒素封入を5回以上繰り返した後に100Torrとなるように窒素を封入して封管した。この試験管を300℃の塩バスに浸漬して2時間溶融状態に維持した後、サンプルを取り出して上記方法にて冷凍粉砕し、真空乾燥後、IV(溶融試験後;[IV]f2)を測定した(既に粉砕されていること以外は、上記(2)のIV測定法による)。この[IV]f2から、下記計算式を用いてTSを求めた。
TS=0.245{[IV]f2 -1.47 −[IV]i -1.47
TSが0.3以下を○、0.3より大きい場合を×とした。
(実施例1)
(ペットボトルからリサイクルされたポリエステル樹脂の調整)
飲料用ペットボトルから残りの飲料などの異物を洗い流した後、粉砕してフレークを得た。得られたフレークをフレーク濃度10重量%、85℃、30分の条件で3.5重量%の水酸化ナトリウム溶液で攪拌下で洗浄を行った。アルカリ洗浄後、フレークを取り出し、フレーク濃度10重量%、25℃、20分の条件で蒸留水を用いて攪拌下で洗浄を行った。この水洗を蒸留水を交換してさらに2回繰り返し実施した。水洗後、フレークを乾燥した後、押出機で溶融し、順次目開きサイズの細かなものにフィルタを変えて2回更に細かな異物を濾別し、3回目に50μmの最も小さな目開きサイズのフィルタで濾別して、ポリエステル再生原料を得た。得られた樹脂の構成は、テレフタル酸/イソフタル酸//エチレングリコール=97.0/3.0//100(モル%)で、樹脂の極限粘度は0.70dl/gであった。これをポリエステルAとする。
(フィルムの作製)
ポリエステルBとしてテレフタル酸//エチレングリコール=100//100(モル%)からなる極限粘度0.62dl/gのポリエチレンテレフタレート樹脂を、ポリエステルCとして、ポリエステルBに平均粒子径1.5μmの不定形シリカを0.3%含有するマスターバッチとしてものを作製した。各原料は、33Paの減圧下、125℃で8時間乾燥した。それらをA/B/C=70/20/10(重量比)となるよう混合したものを、一軸押出機に投入した。押出機から、メルトライン、フィルタおよびT−ダイまでは樹脂の温度が280℃となるように温度設定した。ただし、押出機のスクリューの圧縮部の開始点から30秒間は樹脂の温度が305℃となるように設定し、その後は再び、280℃となるようにした。
T−ダイから押し出された溶融物を冷却ロールに密着させ、未延伸シートとし、それを引き続き118℃に加熱した周速差のあるロールにて縦方向に1.41倍延伸し(MD1)、さらに128℃に加熱した周速差のあるロールにて縦方向に2.92倍延伸(MD2)した。その縦延伸したシートをテンターに導き、121℃で予熱した後に、131℃で4.3倍横延伸した。引き続き熱固定として、180℃、リラックスなし(0%)で2.5秒行った(TS1)後に引き続き231℃、リラックス5%、3.0秒行った(TS2)後に引き続き222℃、リラックスなしで2.5秒行った(TS3)。引き続き、同じテンター内で、120℃で6秒間の冷却を行い、最終的にワインダーで巻き取ることで厚さ18μmの二軸延伸ポリエステルフィルムを得た。
(実施例2)
ポリエステル原料を A/B/C=80/10/10(重量比)となるよう混合したものとした以外は、実施例1と同様の方法にて厚さ18μmの二軸延伸ポリエステルフィルムを得た。
(実施例3)
押出機のスクリューの圧縮部の開始点から45秒間は樹脂の温度が305℃となるように設定し、最終的に厚さ12μmのフィルムとした以外は、実施例2と同様の方法において二軸延伸ポリエステルフィルムを得た。
(実施例4、5)
(ペットボトルからリサイクルされたポリエステル樹脂の調整)
実施例1とは異なる飲料用ペットボトルから実施例1と同様のアルカリ洗浄、水洗を施し、粉砕して得たフレークを押出機で溶融し、順次目開きサイズの細かなものにフィルタを変えて2回更に細かな異物を濾別し、3回目に50μmの最も小さな目開きサイズのフィルタで濾別して、ポリエステル再生原料を得た。得られた樹脂の構成は、テレフタル酸/イソフタル酸//エチレングリコール=95.0/5.0//100(モル%)で、樹脂の極限粘度は0.70dl/gであった。これをポリエステルDとする。
(フィルムの作成)
ポリエステル原料をD/B/C=60/30/10(実施例4)、=80/10/10(実施例5)とした以外は、実施例1と同様の方法にて最終的に厚さ18μmの二軸延伸ポリエステルフィルムを得た。
(比較例1)
横延伸終了後のフィルムを引き続き熱固定として、231℃、リラックス5%、3.0秒行った(TS2)後に引き続き222℃、リラックスなしで2.5秒行った(TS3)とし、TS1および冷却工程を設けなかった以外は、実施例2と同様の方法において、厚さ18μmの二軸延伸ポリエステルフィルムを得た。
(比較例2)
押出機から、メルトライン、フィルタおよびT−ダイの全ての領域において樹脂の温度が280℃となるように温度設定した以外は、実施例2と同様の方法において、厚さ18μmの二軸延伸ポリエステルフィルムを得た。
(比較例3)
通常の重合方法にて、テレフタル酸/イソフタル酸//エチレングリコール=90.0/10.0//100(モル%)で、樹脂の極限粘度は0.70dl/gを作成した。これをポリエステルEとする。ポリエステル原料として、E/B/C=55/35/10(重量比)した以外は、実施例2と同様の方法において厚さ18μmの二軸延伸ポリエステルフィルムを得た。
(比較例4)
押出機から、メルトライン、フィルタおよびT−ダイまでは樹脂の温度が280℃となるように温度設定した。ただし、押出機のスクリューの圧縮部の開始点から90秒間は樹脂の温度が305℃となるように設定し、その後は再び、280℃となるようにした。フィルムの製膜条件として、ロール群及び赤外線ヒーターで100℃に加熱し、その後周速差のあるロール群で4.1倍縦延伸した後に、130℃で4.2倍横延伸した。その後に熱固定として、229℃、リラックス6.0%で2.6秒間(TS2)および200℃、リラックスなしで2.5秒間処理し、TS1および冷却工程を設けなかった以外は、実施例2と同様の方法において、厚さ18μmの二軸延伸ポリエステルフィルムを得た。
(比較例5)
押出機から、メルトライン、フィルタおよびT−ダイまでは樹脂の温度が280℃となるように温度設定した。ただし、押出機のスクリューの圧縮部の開始点から90秒間は樹脂の温度が305℃となるように設定し、その後は再び、280℃となるようにした。T−ダイから押し出された溶融物を冷却ロールに密着させ、未延伸シートとし、それを引き続き110℃に加熱した周速差のあるロールにて縦方向に1.2倍延伸し(MD1)、さらに120℃に加熱した周速差のあるロールにて縦方向に2.8倍延伸(MD2)した。その縦延伸したシートをテンターに導き、100℃で予熱した後に、105℃で3.9倍横延伸した。その後に熱固定として、228℃、リラックスなしで3.0秒間(TS2)および228℃、リラックス5.0%で2.5秒間処理し、TS1および冷却工程を設けなかった以外は、実施例2と同様の方法において、厚さ18μmの二軸延伸ポリエステルフィルムを得た。
(比較例6)
通常の重合方法にて、テレフタル酸/イソフタル酸//エチレングリコール=97.0/3.0//100(モル%)で、樹脂の極限粘度は0.65dl/gを作成した。これをポリエステルFとする。ポリエステル原料として、F/B/C=80/10/10(重量比)し、押出機から、メルトライン、フィルタおよびT−ダイの全ての領域において樹脂の温度が310℃となるように温度設定した。 T−ダイから押し出された溶融物を冷却ロールに密着させ、未延伸シートとし、それを引き続き126℃に加熱した周速差のあるロールにて縦方向に1.6倍延伸し(MD1)、さらに126℃に加熱した周速差のあるロールにて縦方向に1.3倍延伸し(MD2)、さらに118℃に加熱した周速差のあるロールにて縦方向に2.3倍延伸(MD3)した。その縦延伸したシートをテンターに導き、110℃で予熱した後に、120℃で4.6倍横延伸した。その後に熱固定として、205℃、リラックスなしで5.0秒間(TS2)処理し、TS1、TS3および冷却工程を設けなかった以外は、実施例2と同様の方法において、厚さ18μmの二軸延伸ポリエステルフィルムを得た。
(比較例7)
押出機から、メルトライン、フィルタおよびT−ダイまでは樹脂の温度が280℃となるように温度設定した。ただし、押出機のスクリューの圧縮部の開始点から70秒間は樹脂の温度が300℃となるように設定し、その後は再び、280℃となるようにした。T−ダイから押し出された溶融物を冷却ロールに密着させ、未延伸シートとし、それを引き続き107℃に加熱した周速差のあるロールにて縦方向に3.9倍延伸し(MD1)した。その縦延伸したシートをテンターに導き、105℃および115℃で各2秒間予熱した後に、120℃、130℃、145℃および155℃の4つの延伸ゾーンで各2秒間で最終的に4.1倍横延伸した。引き続き熱固定として、220℃、リラックスなし(0%)で2.0秒行った(TS1)後に引き続き235℃、リラックスなし、2.0秒行った(TS2)後に引き続き195℃、リラックス2.0%、2.5秒行った(TS3)。冷却工程は設けずに、最終的にワインダーで巻き取ることでそれ以外は、実施例2と同様の方法において、厚さ18μmの二軸延伸ポリエステルフィルムを得た。
(比較例8)
ポリエステル原料をB/C=90/10(重量比)とし、押出機から、メルトライン、フィルタおよびT−ダイまでは樹脂の温度が280℃となるように温度設定した。ただし、押出機のスクリューの圧縮部の開始点から30秒間は樹脂の温度が300℃となるように設定し、その後は再び、280℃となるようにした。最終的に厚みは、31μmとした以外は、比較例7と同様の方法において、二軸延伸PETフィルムを得た。
比較例7と8を比較するとわかるとおり、イソフタル酸を0.5モル%以上5モル%以下含有しないポリエチレンテレフタレート(PET)フィルムでは、押出機や熱固定を本発明の推奨する条件にしなくても厚みムラは良好になるが、本発明の目的の一つであるラミネート強度は発現しにくい。
(比較例9)
(ペットボトルからリサイクルされたポリエステル樹脂の調整)
ポリエステルAの製法において、アルカリ洗浄後、フレークを取り出し、フレーク濃度50重量%、25℃、3分の条件で蒸留水を用いて攪拌下で洗浄を行った後、取り出した。その後、フレークを乾燥した後、押出機で溶融し、順次目開きサイズの細かなものにフィルターを変えて2回更に細かな異物を濾別し、3回目に50μmの最も小さな目開きサイズのフィルターで濾別してポリエステルGを得た。ポリエステル原料を G/B/C=80/10/10(重量比)となるよう混合したものとした以外は、実施例1と同様の方法にて厚さ18μmの二軸延伸ポリエステルフィルムを得た。
(比較例10)
(ペットボトルからリサイクルされたポリエステル樹脂の調整)
ポリエステルDの製法において、アルカリ洗浄で使用する溶液を水酸化カリウム溶液とした以外は同様の方法でポリエステルHを得た。ポリエステル原料を H/B/C=80/10/10(重量比)となるよう混合したものとした以外は、実施例1と同様の方法にて厚さ18μmの二軸延伸ポリエステルフィルムを得た。
実施例1〜5で得られた二軸延伸PETフィルムは、厚みムラや熱安定性が良好であり、ラミネート強度に優れ、ラミネート後の外観も良好であった。
一方、比較例1はTS1および冷却工程がないため、急激な温度変化による収縮などにより厚みムラが大きかった。比較例2は、スクリューの圧縮部の温度が低いため、十分な溶融ができず、厚みムラが大きかった。比較例3は、イソフタル酸成分の含有率が高く、結晶性が低いため、樹脂が柔らかく、延伸で十分な力がかからず厚みムラが大きかった。比較例4は特許文献1の内容を追試した実験であり、TS3温度が低いために厚み方向の屈折率が低く、ラミネート強度が不十分であった。比較例5は特許文献2の内容を追試した実験であり、TD延伸温度が低く、熱固定後の冷却工程がないため、急激な冷却により厚みムラが大きかった。比較例6は特許文献3の内容を追試した実験であり、MD延伸を3段で実施しているが、押出し温度が310℃と高く、フィルムの極限粘度が低くなり、熱固定での緩和が不十分で熱収縮率が高かった。比較例7は特許文献4の内容を追試した実験であり、熱固定後の冷却工程がないため、急激な冷却により厚みムラが悪かった。比較例8はペットボトルからなるリサイクル原料を用いていないため、TS3温度を低くすることで徐冷し、厚みムラは小さかったが、TS3の温度不足により厚み方向の屈折率が低く、ラミネート強度が不十分であった。また、比較例9及び10は、ペットボトルからリサイクルされたポリエステルの洗浄方法を変更した結果、熱安定性の不十分なフィルムとなった。
本発明によって、ペットボトルからリサイクルされたポリエステル樹脂を含む高品位なポリエステルフィルムの提供が可能となり、更に詳しくは、ペットボトルからリサイクルされ、リサイクル原料を作る際に使用する洗浄液成分の残存が少なく熱安定性に優れた樹脂を含み、低熱収縮性、高ラミネート強度および厚みムラの小さいポリエステルフィルムの提供を可能とした。
1・・・スクリュー
2・・・フライト
3・・・バレル
4・・・供給部
5・・・圧縮部
6・・・計量部

Claims (2)

  1. 少なくとも1度のアルカリ洗浄が施されてなるペットボトルリサイクル樹脂を50重量%以上95重量%以下含有し、二軸延伸されてなるポリエステルフィルムであって、以下の要件を満足することを特徴とするポリエステルフィルム。
    (1)ポリエステルフィルムを構成する全ポリエステル樹脂中の全ジカルボン酸成分に対するイソフタル酸成分の含有率が0.5モル%以上5.0モル%以下
    (2)ポリエステルフィルムを構成している樹脂の極限粘度が0.64dl/g以上0.80dl/g以下
    (3)縦方向及び横方向の150℃熱収縮率が0.1%以上1.5%以下
    (4)ポリエステルフィルムの厚み方向の屈折率が1.4930以上1.4995以下
    (5)縦方向および横方向のフィルム1m長を各々5mm毎に測定した各厚みTn(n=1〜200)(単位:μm) 200点を測定し、この時の最大厚みをTmax,最小厚みをTmin,平均厚みをTave とするときの下記の式で求める厚みムラが、縦方向および横方向の各々で16%以下
    厚みムラ={(Tmax−Tmin)/Tave}×100 (%)
    (6)ポリエステルフィルムに含まれるナトリウム含有量及びカリウム含有量が0ppmより大きく150ppm以下
  2. ポリエステルフィルム中に無機粒子が、0.01重量%以上1重量%以下含有されてい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。
JP2013197930A 2012-09-27 2013-09-25 ポリエステルフィルム Active JP6167798B2 (ja)

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