JP2019090006A - フィルム、および積層体 - Google Patents
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Abstract
Description
フィルムの表面及び裏面が、少なくとも1つ以上の区画に区分されており、
前記区画は、前記区画を区分する縁を有し、
前記区画の少なくとも1つにおいて、
前記区画の表面において、前記縁と前記縁の間で延在する山状の表面稜線及び谷状の表面稜線を有し、
前記区画の裏面において、前記表面の山状の表面稜線と対応する位置に谷状の裏面稜線を有し、また前記表面の谷状の表面稜線と対応する位置に山状の裏面稜線を有し、
フィルム厚みが500μm以下のフィルムであり、
前記山状の表面稜線と前記谷状の表面稜線との高低差は、前記フィルム厚みよりも、大きいことを特徴とするフィルムとする。
本明細書で用いる「区画」とは、フィルムの表面または裏面に設けられた領域を示す用語であり、それぞれの区画の最外周を「縁」と称する。一連のフィルムに存在する、区画は1つでも良いし、複数であっても良い。複数の区画が存在する場合には、それぞれの区画の縁は相互に接していても良いし、離間していても良い。縁については、縁に固有の形状や領域が存在している必要は無いが、存在していても良い。
図1は、本実施形態のフィルムにおける断面図の一例を示す断面図であり、図2は斜視図であって、フィルムは図の左右方向に延在しているものとする。本実施形態にかかるフィルムは、表裏面に周期的な凹凸構造を有する。かかる凹凸構造は、以下に述べるように山状稜線と谷状稜線とを有する。「稜線」とは面と面との境界線をいい、より具体的には凹凸構造の表面断面又は裏面断面における線の交点又は変曲点を複数の断面ごとに求め、各々を繋いで得られる線をいう。
このフィルム1は、その高低差Hがフィルム厚みT(図1参照)よりも大きいという特徴を持つ。
本実施形態にかかる高延展性を持つフィルム1によれば、図1の左右方向、すなわち周期的な凹凸構造の並び方向に引っ張っていくと、まず、弾性変形による形状変形が生じ、その後、形状変形の一部に塑性変形を生じる。さらに引っ張り続けると引っ張り応力により凹凸構造の高低差が小さくなりフラットに近づくことで形状変形できなくなり、最終的には引張変形が主効果になり、ネッキングが発生し破断する。一方、通常のフラットなフィルムでは、同じ引っ張り条件で引張変形しか生じない。そのため、本実施形態の高延展性を持つフィルム1は、上述のように複数の段階からなる形状変形を行うことで、通常のフィルムに比較して容易に伸ばすことができるといえる。この形状変形領域では、同じ伸度を得るのに必要な力は小さくできる。ただし最終的には、引張変形が支配的になるため、破断強度は同じ厚みのフィルムとほぼ同等である。
このとき、フィルムの高低差Hがフィルム厚みTよりも大きいと、上記のような形状変形を有効に生じさせることができ、伸びの効果を十分に得ることが出来る。フィルムの高低差Hがフィルム厚みT以下である場合は、引張った際に十分な形状変形が生じない。
図4(a)は、例えば図3に示すような高延展性を持つフィルム1における凹凸構造の1ピッチ分につき、図の左右方向に引っ張った場合の局所的な歪み量を計算して図示した図であり、図4(b)は、比較例としてフラットな従来のフィルムを、図の左右方向に引っ張った場合の局所的な歪み量を計算して図示した図である。かかる計算には、汎用非線形有限要素解析ソリューションMarc(登録商標)を用いた。図4に示すフィルム断面において、白からグレー、さらに黒になるにつれて歪が大きくなっていることを示す。上記計算結果を比較すると、図4(b)に示すようにフラットなフィルムの場合、引っ張り応力は一様である。これに対し、図4(a)に示すように本実施形態のフィルム1では、頂点を挟んだ両側において高い歪を発生する箇所が生じており、そのため、それ以外のフィルムの部位における引っ張り応力を低減させる効果があることがわかる。
図5は、フィルムの凹凸構造の形状を変えた場合における、全体の伸びと局所的な歪みの最大値との関係を示したものであり、縦軸が局所的な歪みの最大値であり、横軸がフィルム全体の伸びであって、点線で示す凹凸構造を持たない(形状なしと称する)フィルムを比較例としている。また、図5の演算で用いた高延展性を持つフィルム1の断面形状を、図6に示す。図6(a)に示す形状Aは、凹凸構造の山谷の高低差Hが比較的大きく、図6(c)に示す形状Cは、凹凸構造の山谷の高低差Hが比較的小さく(ただしフィルム厚さより大きく)なっており、図6(b)に示す形状Bは、凹凸構造の山谷の高低差Hがその中間程度である。図5より、本実施形態の高延展性を持つフィルム1は、その凹凸構造により全体の伸びと局所的な歪みの最大値の関係が大きく変化することが分かる。
なお、このような形状の場合も歪みは局所的にしか掛からないため、破断伸度は通常のフィルムよりも大きくなる。
また、フィルム1の厚さは500μm以下であると好ましく、より好ましくは100μm以下である。なお、フィルムの厚さは、必ずしも均一である必要は無い。凹凸形状加工後のフィルムにあっては、稜線付近のフィルムの厚さは、他の部分のフィルムの厚さと異なっていても良い。
さらに、フィルム1の厚さTは凹凸構造の山谷の高低差Hの半分以下である。こうすることで、より良好な伸度を得ることができる。
また、本実施形態の高延展性を持つフィルム1は、応力をかけた際に伸びる効果があるため、衝撃耐性も高く、凹凸構造が潰れることによる衝撃吸収性も高い。さらに、本実施形態の高延展性を持つフィルム1はラミネートした場合、フィルム1の凹凸形状により、フィルムの上下に空隙、つまり空気層を有していることから、断熱性が高いという特性も有している。
フィルム1の材料としては、熱可塑性樹脂、硬化樹脂(熱硬化性樹脂、UV硬化性樹脂等)であると好ましい。熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリメタクリル酸メチル、エチレン酢酸ビニル、ポリビニルアルコール、エチレン−ビニルアルコール共重合体、ポリ塩化ビニリデン、ポリアクリロニトリル、ポリ乳酸、環状ポリオレフィン、ポリカーボネート、ポリアミド、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、及び、これらの誘導体などが挙げられるが、特に限定されるものではない。また、硬化樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂、ポリウレタン、ポリイミド、及び、これらの誘導体などが挙げられるが、特に限定されるものではない。これらの材料は単独で用いられてもよいし、これらのうちの複数の材料が組み合わされて用いられてもよい。また、複数の層が重ね合わさった多層構成(積層体ともいう)を形成しても良い。
製造方法については、例えば、熱プレスによる方法や押出成形による方法を用いることができる。
その他、射出成形など、凹凸構造を付加するいずれかの方法が選択可能であり、特に方法が限定されるものではない。
高延展性を持つフィルム1は、図1のように1層であっても良いし、さらに図9に示すように、層構成を増やすことで複数のフィルム1を積層して積層体とすることもできる。例えば、1層目を気体バリア層や薬剤非吸着層とし、2層目を安価な樹脂層(嵩増し層)や高剛性層や1層目の物性を補う層とすること等が考えられる。もちろん、フィルムの積層は3層以上であってよい。また、高延展性を持つフィルム1に対して、後工程で蒸着層や、ハードコート層、反射防止層などの機能層を積層した積層体とすることもできる。
たとえば高延展性を持つフィルム1やそれを用いた積層体を、バリアフィルム、包装材、湿布などの貼付剤の支持体として利用することが考えられる。その他、本フィルムを加飾した伸びる加飾フィルムや、本フィルムの構造を利用することで見る方向により見え方を変えることができるフィルム、更に伸ばすことで形状を変化させることにより見え方を変化させるフィルムなどへの応用が考えられるが、用途はこれらに限られるものではない。
図10〜12は、一連のフィルムにおいて、複数の区画を有する場合の実施形態を示す表面図であり、山状稜線を一点鎖線または実線で示し、谷状稜線を点線で示している。図10(a)において、フィルム1は、それぞれ縁Frにより囲まれた16つの区画1Aを有しており、各区画1Aの一つの縁Fr(「縁端」とも言う)から、これと対向する他の縁端へと山状稜線2aと谷状稜線2bがストレートに延在している。ただし、隣接する区画1A同士においては、山状稜線2aと谷状稜線2bとが異なる方向に延在している。図示していないが、裏面側の山状稜線と谷状稜線も同様である。
また、図10(b)に示すフィルム1では、それぞれ縁Frにより囲まれた2つの区画1Aの一方(図中右半分)において、山状稜線2aと谷状稜線2bが縦方向に延在し、他方(図中左半分)において山状稜線2aと谷状稜線2bが横方向に延在している。この例では、例えばフィルムの半分(左右方向に引っ張る場合は左半分)を固定し、残りの半分(左右方向に引っ張る場合は右半分)のみを伸縮させたい場合などに効果がある。
実施例1,2の高延展性を持つフィルム1は、押出成形により、凹凸のついたロールでニップし、製膜した。フィルム1の材料は、NatureWorks社製のポリ乳酸(PolyLactic Acid、PLA)であるIngeo 3052D(商品名)とした。凹凸構造は、図14に示すように、(a)比較例1として形状なし、(b)実施例1として波形断面形状、(c)実施例2として台形断面形状を周期的に並べたフィルム構成とした。
フィルム1の材料として、ポリプラスチックス社製の環状オレフィン・コポリマー(COC)であるTOPAS 8007F−600(商品名)を採用し、凹凸構造は、図18に示すように、(a)比較例2として形状なし、(b)実施例3として波形断面形状を周期的に並べたフィルム構成とした。それ以外については、実施例1,2や比較例1と同様とした。
フィルム1の材料として、日本合成化学工業社製のエチレン・ビニルアルコール共重合樹脂(EVOH)であるソアールDT2904(商品名)を採用し、凹凸構造は、図20に示すように、(a)比較例3として形状なし、(b)比較例4として厚肉の片面三角断面形状・片面形状なし、(c)比較例5として厚肉の片面台形断面形状(かまぼこ状)・片面形状なし、(d)実施例4として波形断面形状、(e)実施例5として台形断面形状を周期的に並べたフィルム構成とした。それ以外については、実施例1,2や比較例1と同様とした。
フィルム1は、断面カット後、株式会社キーエンス製レーザーマイクロスコープ(VHX−1000)を用いてフィルム断面を観察した。観察結果は図14,18,20に示すとおりである。厚肉のフィルム(比較例4,5)を除き、フィルム厚みTは厚みの最大値とした。
実施例1,2及び比較例1の透明性評価のため、フィルム下に方眼紙をおき、フィルムを透過して観察されるマス目の鮮鋭度を視覚により評価した。この透明性評価は目視とした。実施例1,2と比較例1のフィルム下に方眼紙をおいた状態で撮影した図を、図15に例として示す。その他の実施例及び比較例についても、同様な態様で透明性評価を行った。
各実施例及び比較例におけるフィルム1の延展性能を評価するため、引張試験評価を実施した。延展性評価は、JISK7127:1999に基づき、株式会社島津製作所製引張試験機(AGS−500NX)を用いて、ゼロの状態からフィルムが破断するまで引っ張り力を付与しつつ、適時フィルムの伸びを求めることで実施した。測定条件については、サンプル幅は15mm、チャック間距離は50mm、引張速度は100mm/minとした。その延展性評価結果を図16、17,19,21に示す。図16は、図17の実験結果をまとめたものである。図17,19,21は、縦軸にフィルム全体にかかる応力、横軸にフィルム全体の伸度をとって、それぞれ比較例と実施例の引っ張り特性を比較したグラフである。
実施例と比較例の仕様及び評価結果を、表1に示す。
表1の総合判定に示すように、実施例1〜5は、形状性、透明性、延展性のすべてにおいて良好(評価○)であるのに対し、比較例1〜5はいずれかの評価が不良(評価×)であることから、実施例のフィルムの優位性を確認できた。
1A 区画
2 表面
2a、3b 山状稜線
3 裏面
2b、3a 谷状稜線
5 積層体
6 別のフィルム
7 接着剤層(または粘着剤層)
Fr 縁
Claims (10)
- フィルムの表面及び裏面が、少なくとも1つ以上の区画に区分されており、
前記区画は、前記区画を区分する縁を有し、
前記区画の少なくとも1つにおいて、
前記区画の表面において、前記縁と前記縁の間で延在する山状の表面稜線及び谷状の表面稜線を有し、
前記区画の裏面において、前記表面の山状の表面稜線と対応する位置に谷状の裏面稜線を有し、また前記表面の谷状の表面稜線と対応する位置に山状の裏面稜線を有し、
フィルム厚みが500μm以下のフィルムであり、
前記山状の表面稜線と前記谷状の表面稜線との高低差は、前記フィルム厚みよりも、大きいことを特徴とするフィルム。 - 前記山状の表面稜線と前記谷状の表面稜線とは、交互に並んで形成されていること
を特徴とする請求項1に記載のフィルム。 - 複数の前記山状の表面稜線の一群と、複数の前記谷状の表面稜線の一群とは、交互に並んで形成されていること
を特徴とする請求項1に記載のフィルム。 - 前記山状の表面稜線と前記谷状の表面稜線は、それぞれ直線であること
を特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載のフィルム。 - 前記山状の表面稜線と前記谷状の表面稜線は、それぞれ曲線であること
を特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載のフィルム。 - 前記区画は複数個設けられて、互いに接していること
を特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載のフィルム。 - 前記高低差は、5μm〜500μmであること
を特徴とする請求項1〜6の何れか1項に記載のフィルム。 - 前記山状の表面稜線と前記谷状の表面稜線は、等間隔で並んでいること
を特徴とする請求項1〜7の何れか1項に記載のフィルム。 - 請求項1〜8のいずれか1項に記載されたフィルムの少なくとも1方の面に機能層を積層したこと
を特徴とする積層体。 - 請求項1〜8のいずれか1項に記載されたフィルムを複数枚積層したこと
を特徴とする積層体。
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