JP2016199724A

JP2016199724A - ２軸延伸ポリエステルフィルムの表面処理方法

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Publication number: JP2016199724A
Application number: JP2015082606A
Authority: JP
Inventors: 矢島　俊輔; Shunsuke Yajima; 俊輔矢島
Original assignee: Toppan Printing Co Ltd
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 2015-04-14
Filing date: 2015-04-14
Publication date: 2016-12-01
Anticipated expiration: 2035-04-14
Also published as: JP6094619B2

Abstract

【課題】高効率で安全性の高い、２軸配向ポリエステルフィルムのヒートシール性付与方法を提供する。
【解決手段】２軸配向ポリエステル単層、または２軸配向ポリエステル層を表面に含む積層体からなるフィルムの所定の領域において、２軸配向ポリエステルの層に、照射するエネルギーが２Ｊ／ｃｍ^２以上１５Ｊ／ｃｍ^２以下となるようにレーザー光を照射することにより、２軸配向ポリエステルの層の所定の領域にヒートシール性を付与する。
【選択図】図１

Description

本発明は、２軸配向ポリエステル等のフィルムに表面処理を行い、ヒートシール性を付与する方法と、ヒートシール性を付与したフィルムと、これを用いた包装袋と、包装袋の製造方法に関する。

２軸配向ポリエチレンテレフタレートフィルム等の２軸配向ポリエステルフィルムは、強度、耐熱性、寸法安定性、耐薬品性、保香性等に優れることから、各種の包装用素材として有用である。そこで、このようなフィルムどうしをヒートシールして形成したフレキシブルパウチ等の包装袋が期待されている。

しかしながら、配向性を有するフィルムは、ヒートシール性に乏しい。そこで例えば、特許文献１は、電磁波を２軸配向ポリエステルフィルムの表面に短パルス照射し、表面を改質することによりヒートシール性を付与する方法を開示している。

特公平４−２６３３９号公報

特許文献１が開示するような短パルス照射方法では、２軸配向ポリエステルフィルムの内部の配向性を損なわないようにするため、キセノンガスランプ等を用いて高出力の短パルスを発生させる必要がある。このような高出力な装置は、エネルギー効率が低く、また、安全性の確保が困難であるため、このような装置を用いた方法は実用化に向けての取り組みがなされていなかった。

それ故に、本発明は、高効率で安全性の高い、２軸配向ポリエステルフィルムのヒートシール性付与のための表面処理方法を提供することを目的とする。

本発明の一局面は、２軸配向ポリエステル単層、または２軸配向ポリエステル層を表面に含む積層体からなるフィルムの所定の領域において、２軸配向ポリエステルの層に、照射するエネルギーが２Ｊ／ｃｍ^２以上１５Ｊ／ｃｍ^２以下となるようにレーザー光を照射することにより、２軸配向ポリエステルの層の所定の領域にヒートシール性を付与する、表面処理方法である。

本発明によれば、高効率で安全性の高い、２軸配向ポリエステルフィルムのヒートシール性付与のための表面処理方法を提供できる。

本発明の実施形態に係る方法を示す図本発明の実施形態に係るフィルムの平面図本発明の実施形態に係る方法を示す図本発明の実施形態に係るフィルムの微細構造の変形例を示す平面図本発明の実施形態に係るフィルムの微細構造の変形例を示す平面図本発明の実施形態に係るフィルム及び包装袋の平面図

以下に本発明の実施形態に係る、２軸配向ポリエステルフィルムにヒートシール性を付与する方法を説明する。本方法は、２軸配向ポリエステルの単層からなるフィルム、および、２軸配向ポリエステルの層を表面に含む積層体からなるフィルムのいずれにも適用できる。２軸配向ポリエステルは、例えば２軸配向ポリエチレンテレフタレートであるが、これに限られない。また、２軸配向ポリエステルの層の代わりに他の熱可塑性樹脂を有するフィルムにも適用しうる。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る方法を説明する図である。図１には、一例として２軸配向ポリエチレンテレフタレートの層（以下、ＰＥＴ層という）を両表面（表面及び裏面）にそれぞれ含む積層体からなるフィルム１の平面図及びそのＡ−Ａ’線に沿った断面図を示す。フィルム１は、２枚のＰＥＴ層３１、３２の間に積層されたレーザー光を反射するアルミニウム層４を含んでいる。

フィルム１の表面の一部の領域２にヒートシール性を付与する場合、領域２内にレーザー光を走査しながら照射する。図１に示す例では、レーザー光の照射スポットＳが、所定の間隔の複数の平行な直線状の軌跡を描くように照射される。レーザー光は、エネルギーが効率的にＰＥＴ層に吸収されやすい赤外線波長を有する炭酸ガスレーザー光を用いることが好ましい。赤外線波長を有するレーザー光であれば、他のレーザー光を用いることもできる。

レーザー光が照射されたＰＥＴ層３１は、レーザー光のエネルギーによって一時的に融解することによって変質する。レーザー光の照射によって領域２には、例えば照射の軌跡に応じて、平坦さが失われ、凹部または凸部を有する微細構造が形成される。図１に示す例では、断面図に示すように、微細構造として、複数の連続した線状の凸条が所定の間隔で平行に形成される。微細構造は、レーザー光の出力や照射スポット内のエネルギー密度、走査軌跡の形状、走査速度等に応じて多様な形態をとりうる。また、このような微細構造が生じない場合もありうる。また、微細構造の形成とともにあるいは微細構造の形成の代わりに、照射された箇所が例えば白化し、光の反射率が、他の領域より大きくなる場合もありうる。

このように、レーザー光が照射された箇所には、変質によってヒートシール性が発現する。変質の内容として、例えば、ＰＥＴ層３１の分子の配向性の少なくとも部分的な低下または消失が考えられる。また、これ以外の要因が関係している可能性も考えられる。そして、領域２全体を走査照射することにより、領域２へのヒートシール性の付与が完了する。図２に、ヒートシール性の付与が完了したフィルム１の平面図及び断面図を示す。

アルミニウム層４は、例えば、９μｍ程度のアルミニウム箔を用いて形成される層であり、レーザー光の照射にともないＰＥＴ層３１、３２が融解、収縮してフィルム状態を維持できなくなることを防止する機能を有する。

一般に、２軸配向ポリエチレンテレフタレートは、例えば、２０μｍ以下程度の比較的薄い単体のフィルムである場合、レーザー光の照射にともなう温度上昇により照射箇所が融解、収縮等してフィルム状態を維持することが困難となりやすい。しかし、アルミニウム層４を積層することにより、レーザー光が照射されたＰＥＴ層３１の収縮を抑制することができる。また、アルミニウム層４は、レーザー光を反射するため、黒色等のレーザー光を吸収する材質に比べ、温度上昇しにくい。そのためアルミニウム層４を設けても、ＰＥＴ層３１、３２が必要以上に加熱されるのを防ぐことができる。また、アルミニウム層４がレーザー光を遮断するため、レーザー光が照射された側の反対側のＰＥＴ層３２は変質されず、フィルム１の片面のみにヒートシール性を付与することができる。

フィルム１には、アルミニウム層４の両面に直接ＰＥＴ層３１、３２を形成したが、アルミニウム層４とＰＥＴ層３１または３２との間に、あるいはアルミニウム層４に代えて、例えば、ポリエチレン等の、レーザー光が透過しやすく、加熱されにくい樹脂層を１つ以上含んでもよい。また、レーザー光を反射する層の材質には、アルミニウムを用いたが、レーザー光を反射できれば他の材質を適宜用いることも可能である。また、レーザー光が照射された側の反対側の層は、ＰＥＴ層に限定されず、ＰＥＴ層３２の代わりに他の層を１つ以上含んでもよい。

レーザー光の種類、照射エネルギー、照射スポット径、走査軌跡、走査速度等は、ＰＥＴ層３１及びアルミニウム層４の材質等に応じて、好適にヒートシール性が発現するよう、適宜設定すればよい。ヒートシール性が発現する好適な条件の一例として、レーザー光の照射エネルギー（密度）が２Ｊ／ｃｍ^２以上１５Ｊ／ｃｍ^２以下であることが挙げられる。

このように、第１の実施形態に係る方法によれば、２枚のＰＥＴ層３１、３２の間に積層されたレーザー光を反射するアルミニウム層４を含む積層体からなるフィルム１の所定の領域において、レーザー光を走査しながら照射することで、レーザー光の照射による融解、収縮等を防ぎながら一方のＰＥＴ層３１の所定領域にヒートシール性を付与することができる。

また、第１の実施形態に係る方法によれば、一定出力のレーザー光を連続的に描画照射するため、高出力の電磁波を短パルスで照射する場合に比べて、エネルギー効率が高く、また、安全性を確保しやすくことができ、例えば２軸配向ポリエステルフィルムどうしをヒートシールして形成した包装袋の実用化を推進することができる。

（第２の実施形態）
図３は、第２の実施形態に係る方法を説明する図である。本実施形態に係るフィルム５は、ＰＥＴ層３３単体からなる。図３には、フィルム５の平面図及びそのＢ−Ｂ’線に沿った断面図を示す。以下の説明では、第１の実施形態と重複する説明は、適宜省略をする。

第２の実施形態においても第１の実施形態と同様に、フィルム５の表面の一部の領域２にヒートシール性を付与する場合、領域２内にレーザー光を走査しながら照射する。レーザー光が照射されたＰＥＴ層３３は、少なくともレーザー光の入射側の表面がレーザー光のエネルギーによって一時的に融解することによって変質して、微細構造が形成されるとともにヒートシール性が発現する。

このように、第２の実施形態に係る方法によれば、フィルム５の領域２において、一表面側からレーザー光を走査しながら照射することで、少なくとも一表面側にヒートシール性を付与することができる。なお、フィルム５の他の表面側に１つ以上の他の層を設けてもよい。

（変形例）
図４、５は、微細構造の変形例を示す平面図である。第１および第２の実施形態で説明した微細構造は、図１〜３に示したような、複数の凸条が所定の間隔で平行に形成された連続線状以外の構造とすることもできる。微細構造として、連続線状、断続線状及び点状の少なくとも１つの凸形状または凹形状が複数形成された構造が挙げられる。例えば、断続線状の凸形状（図４の（ａ）、（ｂ））、点状の凸形状（図４の（ｃ））、または断続線状および点状の凸形状（図５の（ｄ））が形成されていてもよい。このような微細構造のパターンは、レーザー光を走査しながら照射する際の出力、走査軌跡等に応じて多様に形成されうる。あるいは、微細構造は、図５の（ｅ）に示す、四角形のような面的な形状単位が配列された構造であってもよい。このような構造は、レーザー光のスポット径、スポット形状を適宜設定して、面的にレーザー光を照射することによって形成されうる。また、形状単位は四角形に限らず例えば三角形状、円形状、帯形状等、任意の形状とすることができる。

また、レーザー光の照射は、連続照射ではなくパルス照射を重ねることで行ってもよい。この場合、各パルスの照射エネルギーは、例えば０．１Ｊ以上１Ｊ以下であることが好ましい。あるいは、パルス速度（頻度）は、例えば１０００パルス／秒以上５０００００パルス／秒以下であることが好ましい。このような範囲内であれば、一般的な炭酸ガスレーザー装置を用いて安定的かつ充分にエネルギー照射を行うことができる。

（包装袋）
第１〜第３の実施形態に係る方法によってヒートシール性を付与された積層体からなるフィルムを用いて例えば包装袋を製造することができる。包装袋の製造方法は、１枚以上のフィルムにヒートシール性を付与する工程と、１枚以上のフィルムのヒートシール性を付与された領域どうしをヒートシールする工程とを含む。図６に、フィルム及び包装袋の一例を示す。フィルム１１、１２、１３は、周縁部のハッチングで示した箇所が本方法によってヒートシール性を付与されている。フィルム１１、１２の間に、２つ折りにしたフィルム１３を挟み、ヒートシール処理を行うことで、包装袋２０を製造することができる。包装袋は、包装袋２０に限らず、１枚以上のフィルムを用いて多様に構成することができる。このような包装袋は、最内層に耐熱性、耐薬品性、保香性等に優れたポリエステルフィルムを用いているため、内容物を好適に収納することができる。

（実施例１）
本実施例に係るフィルムは、表面から、２軸配向ポリエチレンテレフタレート（厚さ１２μｍ）／アルミニウム（厚さ９μｍ）／２軸配向ポリエチレンテレフタレート（厚さ１２μｍ）の層構成の積層体からなるフィルムである。キーエンス社製の炭酸ガスレーザー装置ＭＬ−Ｚ９５１０を用いて、このフィルムの一表面側から赤外線レーザー光の照射を行った。照射エネルギーは２Ｊ／ｃｍ^２とした。レーザー光の照射を行った入射面側の領域どうしを２秒間、温度１４０℃、圧力０．２ＭＰａの熱及び圧力を加えてヒートシールを行った。ヒートシール領域を１５ｍｍ幅に切り出したサンプルのシール強度を測定した結果、１０Ｎ／１５ｍｍであった。

（実施例２）
本実施例は、照射エネルギーを１０Ｊ／ｃｍ^２とした点のみ実施例１と異なる。シール強度は、１５Ｎ／１５ｍｍであった。

（実施例３）
本実施例は、照射エネルギーを１５Ｊ／ｃｍ^２とした点のみ実施例１と異なる。シール強度は、１５Ｎ／１５ｍｍであった。

（実施例４）
本実施例に係るフィルムは、表面から、２軸配向ポリエチレンテレフタレート（厚さ１２μｍ）／アルミニウム（厚さ９μｍ）／ポリエチレン（厚さ２０μｍ）／２軸配向ポリエチレンテレフタレート（厚さ１２μｍ）の層構成の積層体からなるフィルムである。本フィルムに対して、実施例１と同じ装置を用いて、裏面側から赤外線レーザー光の照射を行った。照射エネルギーは２Ｊ／ｃｍ^２とした。また、レーザー光照射を行った裏面の領域どうしを、実施例１と同じ条件でヒートシールした。ヒートシール領域のシール強度を実施例１と同様にして測定した結果、１０Ｎ／１５ｍｍであった。

（実施例５）
本実施例は、照射エネルギーを１０Ｊ／ｃｍ^２とした点のみ実施例４と異なる。シール強度は、１５Ｎ／１５ｍｍであった。

（実施例６）
本実施例は、照射エネルギーを１５Ｊ／ｃｍ^２とした点のみ実施例４と異なる。シール強度は、１５Ｎ／１５ｍｍであった。

（実施例７）
本実施例に係るフィルムは、２軸配向ポリエチレンテレフタレート（厚さ５０μｍ）の単層フィルムである。本フィルムに対して、実施例１と同じ装置を用いて、一表面側から赤外線レーザー光の照射を行った。照射エネルギーは２Ｊ／ｃｍ^２とした。また、レーザー光照射を行った入射面側の領域どうしを、実施例１と同じ条件でヒートシールした。ヒートシール領域のシール強度を実施例１と同様にして測定した結果、１１Ｎ／１５ｍｍであった。

（実施例８）
本実施例は、照射エネルギーを１０Ｊ／ｃｍ^２とした点のみ実施例７と異なる。シール強度は、１５Ｎ／１５ｍｍであった。

（実施例９）
本実施例は、照射エネルギーを１５Ｊ／ｃｍ^２とした点のみ実施例８と異なる。シール強度は、１５Ｎ／１５ｍｍであった。

（比較例１）
本比較例は、照射エネルギーを１Ｊ／ｃｍ^２とした点のみ実施例１と異なる。シール強度は、１Ｎ／１５ｍｍであった。

（比較例２）
本比較例は、照射エネルギーを１６Ｊ／ｃｍ^２とした点のみ実施例１と異なる。レーザー光の照射を行った側のＰＥＴ層が、熱により蒸発して消失し、ヒートシールすることができなかった。

（比較例３）
本実施例は、照射エネルギーを１Ｊ／ｃｍ^２とした点のみ実施例４と異なる。シール強度は、１Ｎ／１５ｍｍであった。

（比較例４）
本比較例は、照射エネルギーを１６Ｊ／ｃｍ^２とした点のみ実施例４と異なる。レーザー光の照射を行った側のＰＥＴ層が、熱により蒸発して消失し、ヒートシールすることができなかった。

（比較例５）
本比較例は、照射エネルギーを１Ｊ／ｃｍ^２とした点のみ実施例７と異なる。シール強度は、１Ｎ／１５ｍｍであった。

（比較例６）
本比較例は、照射エネルギーを１６Ｊ／ｃｍ^２とした点のみ実施例７と異なる。ＰＥＴ層が、熱により蒸発して消失し、ヒートシールすることができなかった。

以上の結果を、以下の表１にまとめて示す。表１に示す通り、各実施例においては１０Ｎ／１５ｍｍ以上の充分なシール強度が得られた（判定○）。これに対し、各比較例においては、ＰＥＴ層が消失して、ヒートシールすることができないか、ヒートシールすることができても１Ｎ／１５ｍｍのシール強度しか得られなかった（判定×）。これにより、本発明の効果を確認することができた。

本発明は、包装袋等に用いられるフィルムのヒートシール性向上に有用である。

１、５、１１、１２、１３フィルム
２ヒートシール性を付与する領域
３１、３２、３３２軸ポリエチレンテレフタレート層（ＰＥＴ層）
４アルミニウム層
２０包装袋

本発明の一局面は、２軸延伸ポリエステル単層、または２軸延伸ポリエステル層を表面に含む積層体からなるフィルムの所定の領域において、２軸延伸ポリエステルの層に、照射するエネルギーが２Ｊ／ｃｍ^２以上１５Ｊ／ｃｍ^２以下となるようにレーザー光を照射することにより、２軸延伸ポリエステルの層の所定の領域にヒートシール性を付与する、表面処理方法である。

本発明の一局面は、厚さが１２μｍ以上の２軸延伸ポリエステル単層、または厚さが１２μｍ以上の２軸延伸ポリエステル層を表面に含む積層体からなるフィルムの所定の領域において、２軸延伸ポリエステルの層に、照射するエネルギーが２Ｊ／ｃｍ^２以上１５Ｊ／ｃｍ^２以下となるようにレーザー光を照射することにより、２軸延伸ポリエステルの層の所定の領域にヒートシール性を付与する、表面処理方法である。

Claims

２軸配向ポリエステル単層、または２軸配向ポリエステル層を表面に含む積層体からなるフィルムの所定の領域において、前記２軸配向ポリエステルの層に、照射するエネルギーが２Ｊ／ｃｍ^２以上１５Ｊ／ｃｍ^２以下となるようにレーザー光を照射することにより、前記２軸配向ポリエステルの層の前記所定の領域にヒートシール性を付与する、表面処理方法。
前記レーザー光は、赤外線波長のパルス光であり、各パルスの全照射エネルギーは０．１Ｊ以上１Ｊ以下である、請求項１に記載の表面処理方法。
前記パルス光の最大パルス速度は、１０００パルス／秒以上５０００００パルス／秒以下である、請求項２に記載の表面処理方法。