JP2019218542A - 熱成形可能な透明二軸延伸ポリエステルフィルム、その製造方法ならびにその使用 - Google Patents

熱成形可能な透明二軸延伸ポリエステルフィルム、その製造方法ならびにその使用 Download PDF

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Abstract

【課題】良好な熱成形性、良好な光学的特性、高められた機械的安定性、良好な耐擦傷性を有する透明二軸延伸ポリエステルフィルムを提供する。【解決手段】本発明は、ジカルボン酸成分が85〜94モル%のテレフタル酸系単位と6〜15モル%のイソフタル酸系単位から成る共重合ポリエステル85重量%以上から成る熱成形可能な透明二軸延伸ポリエステルフィルムであって、フィルムは、a)面弾性率が4500〜6400N/mm2であり、b)長手方向と横方向の合計のσ5応力が170〜220MPaであり、c)密度が1390kg/m3未満であり、d)ヘーズが2.0%未満、透明度が85%以上、グロスが120以上であり、e)厚さが50〜300μmであることを特徴とする透明二軸延伸ポリエステルフィルム、そのフィルムの製造方法およびそのフィルムの使用。【選択図】なし

Description

本発明は、ベース層および任意にベース層に形成された外層とから成る高透明性で熱成形可能な二軸延伸フィルムに関する。熱成形可能な二軸延伸ポリエステルフィルムは、芳香族酸および脂肪族ジオールに基づくポリエステルから成る。本発明のフィルムは良好な熱成形性、良好な光学的特性、高められた機械的安定性、良好な耐擦傷性に顕著である。本発明は、更にこのフィルムの製造方法および使用に関する。
熱成形可能な(熱成形性)または熱形成可能なフィルムは公知であり、多数の異なる出願がある。真空形成または加圧空気形成あるいはダイを使用した機械的作用の場合において、フィルム全体が高温下で成形(延伸)準備をすることで知られている。熱成形性の代表的なフィルムは、PVC、PET、PS、PP及び特にPCである。また、しばしば、多層フィルム系(PS/EVOH/PE又はPP/EVOH/PE)も使用され、例えば、食品分野の場合、品質を維持向上させるためにより良いヒートシール性またはガスバリア性を有する。熱成形性フィルムの代表的な応用分野は、インモールド装飾/インモールドラベリング(IMD/IML)、食肉または鶏肉などの食品包装、ブリスターパック、外側が固いケース、家具または金属積層体(缶の裏地)がある。フィルムの成形に含まれる技術的なプロセスは、上述の分野において類似であり、それ故この点について、2つの代表的な分野を以下に簡単に記載する。
インモールド装飾/インモールドラベリング(例えばFoliotec)の場合、フィルムは先ず、それぞれの形成温度に曝され、この温度は形状を付与されるべきポリマーのガラス転移温度よりもかなり高い温度である必要がある。これは、例えば、IR照射装置や熱源に接触させることによる。予備加熱フィルム/予備加熱中間体の底部を真空吸引する(標準的には50mbar程度)。圧力差により形状変形が発展し、フィルム/中間体は、上部の大気圧部から真空面に引き伸ばされて中空成形(負形状)される。形状を付与されたフィルムは、引き続いて常温に冷却される。冷却工程における冷却跡などの製品の欠陥は、成形の熱コンディションを適切にすることにより防げる。装飾を保護するために、通常、上部のダイを使用せずに操作される。
この変種の方法として、高圧形成(HPF)プロセスがあり、Bayer社およびNiebling社(例えば、米国特許第5217563号明細書)によって開発され特許化されている。これは主として図柄などの装飾表面が使用される場合に使用され、引続く射出成形での見当合わせとなる。このプロセスにより製造される代表的な製品は、自動車のラジオパネルである。これらのパネルに関し、個々のファンクションキーの図柄表示が正しい位置の見当合わせとして配置されていることを確実にすることが重要である。同じようにタコグラフパネルにも適用される。
このプロセスに関し、300bar程度の空気が接触することなく、フィルムをモールドに押し付ける。この技術を利用する際、更に、使用されるポリマーの軟化点より低い温度でフィルムに形状を付与できる。これは、図柄が見当合わせとして残り、変形がフィルム上のマーク無しで起きるという利点がある。更に、ポリマーに熱的な負荷が低いため、フィルムのグロスが変化しない。製造サイクルに要する時間は比較的短く、製造コストも低くなる。
真空および加圧空気を利用した包装材用途の代表的な例としては、例えばa−PET、変成boPET又はPA/PET積層体から製造される透明食品トレーが挙げられる。食品を充填した後、食品トレーは、食品トレーのリム部にヒートシールされるフィルムによって加熱によりシールされる。この種の包装品は、特に、肉、魚、鶏肉および乾燥調理済み食品(例えば、サンドイッチ、ハンバーガー、ラップ等)に使用される。そのような包装体における製品の提供は、清潔で、衛生的であるとされ、絶大な人気を得ている。
新鮮な肉、魚、鶏肉の加工のための清潔で、衛生的である包装体の特に経済的な製造方法は、Multivac機械を使用した真空プロセスである。
市場は、熱成形のためのフィルムに高度な光学的特性、特にフィルムのヘーズ、明瞭度およびグロスを要求する。包装内容物または熱成形フィルム(例えば、パネル)の後方に位置する射出成形品(例えば、ラジオ部材)が容易に視認可能であるために、フィルムのヘーズ(熱成形前および後)hが2%未満であり、包装体の明瞭度(透明度)が85%を超える必要がある。更に、フィルムは、視覚的に見る人にアピール(魅力的である)できる必要がある。このため、高いフィルムのグロス値が目標となる。
熱成形品は、更にダメージ無く移送に耐え得るため、及び製品の機能を製品寿命内において維持し得るために高い耐穿刺性および耐擦傷性を示すことが必要である。
従来技術:
熱成形用途に使用されるフィルムは公知である。
特許文献1は、メタルラミネート用、食品包装材用、例えば包装材から予め食品を取り出さないでオーブン内で調理するため(パッケージ内で調理)のアンチモンを含まない、熱成形可能で温度安定性の二軸延伸ポリエステルフィルムが記載されている。特許文献1のフィルムでこの目的に好適なのは、アンチモンフリーポリエステル及びラジカル捕捉剤から製造されるポリエステルフィルムを有するからである。二軸延伸ポリエステルフィルムは、1つ以上の層から成り、この層は95モル%未満のホモポリマーと300ppmのラジカル捕捉剤とをこの層に含有し、フィルムは、蓋、フィルムパウチ、フィルムホース又は金属ラミネートフィルムの製造に使用される。
製造されたこのフィルムは、低い熱成形率の熱成形可能なフィルムパウチの製造に好適である。このフィルムは熱成形性および耐穿刺性だけでなく光学的性質(ヘーズ、明瞭度)に改良の余地がある。
特許文献2は、熱成形可能なフィルム積層体が記載され、この積層体は、熱成形可能なフィルム層(a)、構造フィルム層(b)、熱適応性層(c)及び任意にバリア層(d)から成る。熱成形可能なフィルム層(a)の第1表面に隣接するのは構造フィルム層(b)で、ヒートシール層(c)では反対面の第2表面に配置され、包装材の内側に面している。熱成形可能なフィルム層(a)は80重量%以上のエチレンテレフタレートから成るポリマー組成物を有する。この積層体は上記の特定用途に好適であるが、熱成形性および耐穿刺性だけでなく光学的性質(ヘーズ、明瞭度)に改良の余地がある。
特許文献3は、魚または肉を包装する方法が記載されており、この方法は(i)熱成形可能なポリマー製受け皿フィルム(底面フォイル)とポリマー製カバーフィルム(上面フォイル)を提供する工程から成る。受け皿フィルムは単層のポリエステルまたはポリアミド基材のみから成り、カバーフィルムは好ましくはポリエステルポリマーから成る。受け皿フィルム及びカバーフィルムの2面の少なくとも1つは熱適応性表面である。次いで、(ii)受け皿フィルムに、高められた外側部分と低められた中央部分を熱成形手段によって付与する。次いで、(iii)肉または魚を受け皿フィルムの内部表面(第1表面)に配置する。次いで、(iv)肉または魚の上部にカバーフィルムを配置し、フィルムの内部表面(第1表面)が受け皿フィルムの内部表面(第1表面)に向き合うようにする。(v)が受け皿フィルムの第1表面とカバーフィルムの第1表面のリム部を接触させ、それらの間にヒートシール結合を形成する。そして(vi)任意に包装された肉または魚を冷凍する。このプロセスは上記の特定用途に好適であるが、特許文献3に詳細に記載されるフィルムは熱成形性および耐穿刺性だけでなく光学的性質(ヘーズ、明瞭度)に改良の余地がある。
他の例としては、特許文献4に、融点が210〜245℃、面配向度が0.10〜0.16、収縮率が10%以下、密度が1.385g/cm未満のポリエステルフィルムの使用が記載されている。このフィルムは良好な変形性および金属への効果的な接着に特徴付けられ、例えば缶のラミネートに使用される目的を有する。このプロセスは上記の用途に好適であるが、特許文献4に詳細に記載されるフィルムは光学的性質(ヘーズ、グロス、明瞭度)に改良の余地がある。
欧州特許出願公開第2810776号明細書 欧州特許第1697129号明細書 欧州特許第1945512号明細書 欧州特許出願公開第0415383号明細書
本発明の目的は、上述の用途のため、熱成形性に特に優れたフィルムを提供することである。更に、フィルムは、特に鮮明な光学的性質(特に高透明度)を示し、耐穿刺性を有し、熱成形可能なPCフィルムと比較してより高められた耐擦傷性を有する。フィルムは従来技術のフィルムの欠点が解消され、以下の点/性質により区別される。
(1)フィルムの熱成形性は、代表的な市販品(肉、鶏肉または魚)の包装に、問題なく所望の包装デザインで使用できる必要がある。市場の要求に従い、少なくとも70mmの深さまで熱成形可能であるべきである。
(2)更に、フィルムは非常に優れた機械的性質を有する。本発明において特に重要な機械的性質は耐穿刺性である。耐穿刺性は、ダメージを受けることなく最終製品を輸送、貯蔵できるよう十分に高い必要がある。
(3)フィルムは鮮明な光学的性質を有する必要がある。これはヘーズ及びグロス、とりわけフィルムの透明度に関して要求される。フィルムは、2%未満のヘーズ、85%を超える透明度および120を超えるグロス(全ての光学的数値は、フィルム製造後に直接測定される)を有することが望ましい。
(4)更に、フィルムは、優れたガスバリア性、特に、酸素、水蒸気および異なる香りに対するガスバリア性を有する。
(5)更に、包装材は、優れたガスバリア性、特に、酸素および水蒸気に対するガスバリア性を有する。比較の尺度として、従来技術に従って製造される市販の二軸延伸PETフィルムの透過数値(例えば、http://www.bfr.bund.de/cm/343/barrierewirkung−ausgewaehlter−kunststoffmaterialien−gegen−die−migration−von−mineraloelfraktionen−in−lebensmittel.pdfを参照)を超えないか、あるいはわずかに超える(5%未満)程度である。100μmの厚さのPETフィルムの透過率は、OTR=15cm/(md bar)及びWVTR=2g/(md)である。
(6)フィルムは添加剤濃度が低く(耐ブロッキング剤の濃度は以下を参照)高い透明性を有し、良好な巻取りおよび加工特性を有すべきである。フィルムの巻取り及び巻戻しの間に、例えば50又は60℃の上昇した温度においてでさえフィルムのそれぞれの層が他の層に付着しない。フィルムの個々の層間での付着は、フィルムの巻戻しを妨害したり、巻戻し不可能となったりする。
(7)フィルムは経済性に優れて製造できる。すなわち、フィルムは、工業的に従来の製造方法によって製造できることを意味する。
上記目的は、以下のフィルムにより達成できる。即ち本発明の要旨は、ジカルボン酸成分が85〜94モル%のテレフタル酸系単位と6〜15モル%のイソフタル酸系単位から成る共重合ポリエステル85重量%以上から成る熱成形可能な透明二軸延伸ポリエステルフィルムであって、フィルムは、a)面弾性率(表面弾性率:surface elasticity modulus)が4500〜6400N/mmであり、b)長手方向と横方向の合計のσ応力が170〜220MPaであり、c)密度が1390kg/m未満であり、d)ヘーズが2.0%未満、透明度が85%以上、グロスが120以上であり、e)厚さが50〜300μmであることを特徴とする透明二軸延伸ポリエステルフィルムに存する。
本発明のフィルムは良好な熱成形性、良好な光学的特性、高められた機械的安定性、良好な耐擦傷性に顕著である。
図1は、熱成形性の評価を行うために作られた殻部のための型を示す。
上記および以下において、特に断りの無い限り、重量%はその示されているデータが関与するそれぞれの層または系の質量を参照するものとする。
本発明のフィルムは、熱成形可能で透明で二軸延伸された1層のポリエステルフィルム(A)から成るか、又は熱成形可能で透明で二軸延伸された多層共押出ポリエステルフィルム(例えば、A’A’’A’’’)から成る。
二軸延伸ポリエステルフィルムは、85重量%以上の熱可塑性共重合ポリエステルから成る。本発明に従い、この共重合ポリエステルは、ジカルボン酸成分が85〜94モル%のテレフタル酸系単位と6〜15モル%のイソフタル酸系単位から成る。好ましくは、この共重合ポリエステルは、ジカルボン酸成分が86〜93モル%のテレフタル酸系単位と7〜14モル%のイソフタル酸系単位から成る。本発明に従い、熱可塑性共重合ポリエステルにおける好ましいジオールはエチレングリコールである。
フィルムの0〜15重量%が更なるポリマー/ポリマーフラクション及び/又は他の基質から成っていてもよく、更なるポリマー/ポリマーフラクションは他の芳香族および/または脂肪族ジカルボン酸およびジオールにそれぞれ由来する。本発明のフィルムの熱可塑性ポリエステルとして、上述したホモポリマー及び/又はコポリマーの混合物またはブレンドを使用することも好ましい。
好適な他の芳香族ジカルボン酸としては、テレフタル酸、2,5−フランジカルボン酸(FDCA)、ビフェニル−4,4’−ジカルボン酸、ナフタレンジカルボン酸(例えば、例えば、ナフタレン−1,4−又は1,6−ジカルボン酸あるいはナフタレン−2,6−ジカルボン酸)、ビフェニル−x,x’−ジカルボン酸(特に、ビフェニル−4,4’−ジカルボン酸)、ジフェニルアセチレン−x,x’−ジカルボン酸(特に、ジフェニルアセチレン−4,4’−ジカルボン酸)またはスチルベン−x,x’−ジカルボン酸が挙げられる。好適な脂肪族ジカルボン酸としては、アルカン部位が直鎖又は分岐鎖であるC−C19アルカン二酸が挙げられる。
好適な他の脂肪族ジオールとしては、例えば、エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、一般式HO−(CH−OHで表される脂肪族グリコール(式中、nは、3〜6の整数を示す;特に、プロパン−1,3−ジオール、ブタン−1,4−ジオール、ペンタン−1,5−ジオール及びヘキサン−1,6−ジオール等)および炭素数6以下の分岐鎖脂肪族グリコール、及び任意にヘテロ原子含有してもよい、1つ以上の環を有する脂環式ジオールが挙げられる。これらの脂環式ジオールの中では、シクロヘキサンジオール(特に、シクロヘキサン−1,4−ジオール)が好ましい。好適な他の芳香族ジオールとしては、例えば、式HO−C−X−C−OHで表される芳香族ジオール(式中、Xは、−CH−、−C(CH−、−C(CF−、−O−、−S−又は−SO−)が挙げられる。
テレフタル酸系およびイソフタル酸系単位から誘導される本発明の共重合ポリエステル中の成分割合の選択を通じて、二軸延伸ポリエステルフィルムの所望の優れた機械的性質が得られるだけでなく、特に所望の優れた熱成形性が得られる。イソフタル酸系単位から誘導されるジカルボン酸成分の割合が6重量%未満の場合、フィルムの優れた熱成形性が得られない場合がある。他方、この割合が15重量%を超える場合、以下に記載するプロセスによる本発明のフィルムの確実な製造が保証できなくなる。フィルムはイソフタル酸系単位から誘導される成分を高い比率で含有するので、例えばフィルムそれ自身が固着したり、例えば、長手方向延伸でのロールや横方向延伸の後の工程で使用されるロール等の機械部品に固着したりする等、製造工程において非常に強い影響を与える。
ポリエステルは、エステル交換反応プロセスによって製造することも出来る。先ず、ジカルボン酸エステル及びジオールを、例えば、亜鉛、カルシウム、リチウム及びマンガンの塩などのエステル交換反応触媒を使用して反応させる。中間生成物は、通常、三酸化アンチモン、酸化チタンまたはゲルマニウム化合物などの公知の重縮合触媒の存在下で、重縮合される。製造工程は、重縮合触媒の存在下で直接エステル化法と同じである。これはジカルボン酸およびジオールから直接製造される。
中間体を二酸化チタン又はゲルマニウム化合物の存在下で重縮合させるか、二酸化チタン又はゲルマニウム化合物などの重縮合触媒の存在下で直接エステル化反応を行わせることが、極めて好ましいことがわかった。すなわち、二軸延伸ポリエステルフィルムはアンチモンを含まない。アンチモンを含まないとは、本発明ではアンチモンの含有量が20ppm以下を意味する(アンチモンフリー原料は、通常アンチモン含有/3酸化アンチモン触媒化原料が製造される反応器内で製造されるため、アンチモン含有量20ppm以下がポリエステル原料として許容される。それ故、必ずしもアンチモンの痕跡を完全に除去する必要はない)。このような特に好ましい場合、アンチモンを含まないためにフィルムが食品に直接触れるような包装用途で使用できる二軸延伸ポリエステルフィルムを提供できる。
本発明のフィルムは、以下の式にしたがった面弾性率が4500〜6400N/mmであることによって特徴付けられる。
Figure 2019218542
MDは機械の長手方向において測定されるフィルムの弾性率であり、ETDは機械の横方向において測定されるフィルムの弾性率である。この性質は、基本的に、以下に記載する本発明の製造プロセスと上記の本発明のポリエステルとを組合せることにより達成できる。驚くべきことに、面弾性率が4500N/mm未満の場合、フィルムは所望の機械的性質を有さず、記載された用途において不適となることを見出した。不十分な面弾性率ゆえ、例えば、フィルムを満足に巻取ることが出来ず、皺が形成され、それらは望ましいものではない。更に、本発明との関連で、フィルムの面弾性率が6400N/mmを超えると、本発明の目的である熱成形性が達成できない。
更に、本発明のフィルムは、長手方向(MD)と横方向(TD)の(σ)応力の合計が170〜220MPaの範囲であることは特徴付けられる。この性質は、基本的に、以下に記載する本発明の製造プロセスと上記の本発明のポリエステルとを組合せることにより達成できる。(σ)応力の合計が170MP未満の場合、フィルムは所望の機械的性質を有さず、記載された用途において不適となることを見出した。不十分な(σ)応力の合計ゆえ、例えば、フィルムを熱成形機械に満足に移送することは出来ない。一方、(σ)応力の合計が220MPaを超えると、本発明の目的である熱成形性が達成できない。
更に、本発明のフィルムは、1390kg/m未満の密度を有することが特徴付けられる。この性質は、以下に示す本発明の製造方法および上述の本発明のポリエステルと併せて従うことにより達成できる。フィルムの密度が1390kg/mを超えると、本発明の目的とする熱成形性を可能にするにはあまりにも結晶化が進み過ぎる。
フィルムの所望の優れた機械的性質を達成するためだけでなく、特に所望の優れた熱成形性を達成するために、フィルムのSV値が所定範囲にあることが要求される。本発明において、フィルムのSV値は、680〜1000の範囲、好ましくは710〜950の範囲、特に好ましくは740〜900の範囲である。ただし、それぞれの溶融ポリマーのSV値(ベース層および外層)が100単位以下、好ましくは75単位以下、特に好ましくは50単位以下の差である。
フィルムのSV値が680未満の場合、熱成形の深さ70mmで要求されるフィルムの良好な熱成形性を達成出来ない。一方SV値が1000を超える場合、ポリエステルの粘度が高過ぎて経済的な押出しが出来ない。
a)フィルムの更なる加工特性を改良するために、フィルムに粒子を含有させることが好ましい。その場合には、以下の状態が好ましく、改良させる。すなわち、粒子の平均粒径d50が1.5〜5.0μmである。粒子の粒径d50が好ましくは1.7〜4.5μm、更に好ましくは2.0〜4.0μmの粒子を使用することが特に有効である。
b)フィルム中に存在させる粒子の濃度は0〜0.1重量%(1000ppm)である。フィルム中の粒子濃度は、好ましくは1.0×10−5〜0.075重量%、更に好ましくは1.1×10−5〜0.05重量%である。
使用する粒子の粒径d50が1.5μm未満の場合、粒子による有利な影響は望めない、例えば、フィルムの巻取り特性においてである。この場合、フィルムは、巻戻しの際に望ましくない引裂きが生じたり、連続的な引裂きが生じたりする。粒子の粒径d50が5.0μmを超えると、フィルムを延伸した際に、空胞が増大するという問題が生じ、これはフィルムのヘーズに悪影響を及ぼす。フィルムが濃度0.1重量%を超えて粒子を含有する場合、フィルムのヘーズは本発明の範囲内にはならない。
従来の耐ブロッキング剤としては、無機および/または有機粒子が挙げられ、例えば、炭酸カルシウム、非晶質シリカ、タルク、炭酸マグネシウム、炭酸バリウム、硫酸カルシウム、硫酸バリウム、リン酸リチウム、リン酸カルシウム、リン酸マグネシウム、酸化アルミニウム、フィルムで使用されるジカルボン酸の誘導体でのカルシウム塩、バリウム塩、亜鉛塩またはマンガン塩、二酸化チタン、カオリン、或いは架橋ポリスチレン粒子またはアクリル酸誘導体に基づく架橋ポリマー粒子が挙げられる。
本発明において好ましい粒子は、合成コロイド形態の非晶SiO粒子である。この粒子はポリマーマトリックス中に極めて効果的に添加でき、空胞がほとんど生じない。
インモールド/インモールドラベリング、家具製造、ブリスターまたは金属ラミネート(缶ライナー)等の熱成形されるフィルムの用途において、例えばフィルムは、比較的短時間、高温に曝される。温度負荷は基本的に成形操作に制限を受け、数秒の範囲、220℃以下の成形温度なら十分可能である。この場合、本発明の処方に従ったフィルムの熱安定性は十分であり、更なる添加剤は不要である。
上記と異なる状況で使用する場合、例えば、食品包装材において、用途によってはフィルムの耐熱性が改良される必要がある(この場合としては、例えばクックイン法(パッケージ内調理法)(これに関し、欧州特許出願公開第1697129号または2810776号明細書を参照))。
プロセスの一部において、熱成形可能なフィルムの大部分の面積においては、高温負荷が行われない。包装材のリム部分、特に包装材のコーナー(シール部分)にのみ、フィルムに高温負荷が行われる。熱成形されるフィルムの残りの部分に負荷される温度(例えば水蒸気を介して)は160℃未満であり、包装材のコーナー部分は調理時間の間オーブンの温度に曝される。
ここで、極端な事例において、コーナー部分の温度は、熱的に220℃の温度で2時間を超えて曝される、このような高い温度では酸素がポリマー中を透過できる。
この結果、包装材およびフィルム、特にコーナー部分は脆化し始め、分裂する傾向が見られる。これは極めて不都合であり、避けるべきである。
この温度での用途において熱安定性を向上させることが必要とされる場合、フィルム(好ましくはアンチモンフリーのポリエステルから形成される)は1つ以上のラジカル捕捉剤を含有する。このラジカル捕捉剤またはスカベンジャーは、好ましくはフェノール系酸化防止剤である。
1種以上のラジカル捕捉剤を含有するフィルムは高温耐熱性に優れ、このフィルムから製造された包装材は、220℃を超える温度のオーブン内で1時間脆化せずに曝すことができることがわかった。
ある好ましい実施態様において、本発明のフィルムは、ラジカル捕捉剤を500〜3000ppm、好ましくは600〜2500pp、更に好ましくは700〜2000ppm含有する。ラジカル捕捉剤の含有量が500ppm未満の場合、オーブン中での不具合(例えば、フィルムの分裂)を導く傾向があり、3000ppmを超えるとフィルムの更なる効果は期待できず、経済的に無駄となり、安定剤がフィルムから包装食品に染み出すおそれがある。更に3000ppmを超える場合、ゲルの形成やフィルムの好ましくない黄変が生じることがある。
ラジカル捕捉剤は、1種の化合物として又は異なるラジカル捕捉剤の混合物としてのいずれで使用してもよいが、1種の化合物をラジカル捕捉剤として使用することが好ましい。使用されるラジカル捕捉剤またはスカベンジャーは、好ましくはフェノール系酸化防止剤から選択される。
好ましいラジカル捕捉剤としては、ペンタエリスリトールテトラキス[3−(3,5−ジ−tert−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート](CAS No.6683−19−8)及び1,3,5−トリメチル−2,4,6−トリス(3,5−ジ−tert−ブチル−4−ヒドロキシベンジル)ベンゼン)(CAS No.1709−70−2)が挙げられ、商品名Irgnox 1010及びIrgnox 1330(BASF社製)として入手できる。
ラジカル捕捉剤の効果は、例えばオーブンから包装材を取出した後に、包装材を直接テストしてもよい。本発明のフィルムは、分裂がいかなる場所にも発見されない場合に、ここでは包装材が良好とランク付けされる(すなわち、用途に適している)。
フィルムは単層または多層(すなわち2層以上)から構成されていてもよい。前述の性質、特にポリエステルフィルムに必要とされる良好な光学的性質を達成するために、フィルムの単層構成が有利であるとして挙げられる。しかしながら、フィルムの2層または3層構成、例えば、A’A’’の2層構成、A’A’’A’又はA’A’’A’’’の3層構成もまた好適である。例えば、3層フィルムのベース層A’’の粒子含有量は2つの層A’(及びA’’’)の粒子含有量(同じであっても、異なってもよい)より少なくすることが出来る。
層(A’’)の粒子含有量は、フィルムのヘーズやグロスに好影響を及ぼすように選択される。上述の3層フィルムの場合、層(A’’)の粒子含有量は0〜0.08重量%、好ましくは0〜0.05重量%、更に好ましくは0〜0.02重量%である。
外層(A’及び/又はA’’’)及びベース層(A’’)の粒子含有量の選択の際、フィルム中の粒子含有量の総量が0.1重量%を超えないようにすべきである。
2層A’(又はA’及びA’’’)の厚さは、同じであっても異なっていてもよい。これらの厚さは通常0.2〜5μmである。フィルムは、更に、製造で推奨される濃度の通常の添加剤、例えば安定剤(UV又は加水分解)を含有してもよい。添加剤は、通常、押出機内の溶融プロセス前にポリマー又はポリマー混合物に添加される。
本発明のポリエステルフィルムの総厚さは幅広い範囲が取れ、50〜300μm、好ましくは55〜300μm、更に好ましくは60〜300μmである。フィルムの厚さが50μm未満の場合、熱成形フィルムの機械的性質およびバリア性が十分ではない。他方、フィルムの厚さが300μmを超えると、フィルムの熱成形性が損なわれ、フィルムの製造コストも上昇し、いずれも好ましくない。
同様に、本発明の課題は、熱成形可能なフィルムの製造方法を提供することである。このプロセスは、押出しまたは共押出し(例えば、(A’A’’A’’’)層の製造)工程、フィルムの二軸延伸工程およびフィルムの熱固定と巻取り工程によってフィルムを製造することから成る。
共押出し法の場合、別々の押出機内でそれぞれの溶融体を押出した後、それらは多層ダイ中で成形されて互いに積層され、溶融平坦フィルムが形成される。多層フィルムは冷却ロール及び適当な更なるロールで引取られ、冷却固化される。異なる成分の混合のため、フィルムまたは多層フィルム(A’A’’A’’’)用のポリマーの押出しは、1つ以上のベント機構を有する二軸押出機で行われることが好ましい。これにより、曇りや縞などの視覚的欠陥の無いフィルムを製造できる。
フィルムの二軸延伸は逐次連続的に行われる。逐次行う場合、先ず長手方向の延伸が行われ、連続して横方向に延伸が行われる。長手方向の延伸は、所望の延伸比に対応する回転スピードの異なる2つのロールの手段により行われる。横方向延伸は、通常対応するテンターフレームの使用によってなされる。
二軸延伸における温度は特定の範囲内で変更でき、基本的には所望の性質、特に本発明のフィルムの所望の熱成形性による。驚くべきことに、所望の熱成形性は、通常の従来技術よりも狭い条件で延伸することにより達成できることが明らかになった。
フィルムの熱成形性を達成するために、長手方向の延伸は特定の条件で行われる。延伸中のフィルムの温度は70〜100℃(ロール加熱温度は60〜110℃)である。長手方向延伸比は、2.2:1〜3.8:1、好ましくは2.3:1〜3.6:1、更に好ましくは2.4:1〜3.4:1の範囲から選択される。フィルムの延伸比が2.2:1未満の場合、例えば厚さプロファイルが劣り、フィルムの延伸比が3.8:1を超える場合、熱成形性が不十分となる。
長手方向延伸の後、横方向延伸が対応するテンターフレーム内で行われる。テンターフレーム内の加熱フィールドの温度は70〜120℃(フィルム温度:60〜110℃)である。横方向の延伸は、90℃(延伸開始)〜140℃(延伸の最後)の温度範囲で行われる。本発明における横方向延伸比は、2.2:1〜3.8:1、好ましくは2.4:1〜3.7:1、更に好ましくは2.6:1〜3.6:1の範囲である。フィルムの延伸が2.2:1未満の場合、例えば厚さプロファイルが劣り、フィルムの延伸比が3.8:1を超える場合、熱成形性が不十分となる。
二軸延伸後、フィルムは熱固定される。上述の所望の良好なフィルムの熱成形性を達成するために、本発明に従って特定の条件で熱固定を行うことが必要であることが明らかにされた。本発明における熱固定の時間は5〜25秒、好ましくは6〜22秒、更に好ましくは7〜20秒である。また、本発明における熱固定は、温度175〜220℃、好ましくは178〜215℃、更に好ましくは180〜210℃の範囲で行われる。
熱固定後、フィルムは公知の方法で冷却され、巻取られる。
本発明のフィルムを製造するためには、上述の製造条件が認められることが重要である。フィルムの長手方向および横方向延伸ならびに熱固定の間、上述の本発明の製造条件が認められない場合、本発明のフィルムの性質が、構造的にも、所望の熱成形性や耐穿刺性にも実現できなくなり、好ましくない。
好ましい実施態様において、低含有量のフィラーを有する透明フィルムの巻取り特性を改良するために、フィルムの少なくとも片面に、インライン又はオフラインで、ポリ(アルキルアクリレート)及び/又はポリアルキルメタクリレート)及び/又はポリ(アルキルアクリレート−co−メタクリレート)エステルから成る更なる層(C)を塗布される。更に、アクリル及び/又はメタクリル共重合ポリエステルは、ポリマーの架橋を引き起すような部分を有していてもよい。この場合、この共重合体を製造する際にN−メチロールアクリルアミドを使用し、このアクリルアミドが架橋単位となる。更に、例えばメラミン等の他の架橋剤の使用もできる。塗布は好ましくはインラインで行われる。
本発明の塗布層(C)は、包括的に欧州特許出願公開第0144948号明細書に記載されており、参照により本発明に引用される。
好ましいアクリレート塗布は、フィルムの少なくとも片面に塗布され、巻取り特性を改良するのに効果的であり、特に貯蔵(温度上昇での)後のフィルムの巻き戻しを改良する。塗布組成は、帯電防止剤、濡れ剤、界面活性剤、pH調整剤、酸化防止剤、染料、顔料、コロイドSiO等の耐ブロッキング剤などの公知の添加剤を含めることが出来る。ポリエステルキャリアフィルムへの水性塗布剤の濡れ性を増加させるため及びアクリル/メタクリル酸の共重合体から成る粒子の安定化のために、界面活性剤を添加することが通常推奨される。
アクリル系架橋層(C)の塗布は、好ましくは第1延伸と第2延伸との間に塗布されるインライン法、または二軸延伸フィルムが製造された後に塗布されるオフライン法のいずれで行ってもよい。
最終的なポリエステルフィルム上の塗布層の厚さが好ましくは5〜100nm、更に好ましくは10〜90nm、特に好ましくは15〜80nmとなるように、ポリエステルフィルムに機能塗布層が塗布される。特に好ましくは、層(C)の塗布がリヴァースグラヴィアロールコーティング法によって行われ、これは200nmの厚さまで極めて均一に塗布を行うことが出来る。塗布剤は好ましくは溶液、懸濁液または分散液、更に好ましくは水性溶液、懸濁液または分散液として塗布される。
上述の基質は、希薄水性溶液または分散液の形態で二つのフィルム表面の一方に塗布され、次いで溶媒が蒸発させられる。塗布剤がインライン法の横方向延伸の前に塗布される場合、横方向延伸の処理温度および引き続く熱固定の熱で溶媒を十分に蒸発でき、塗布層を乾燥できる。
上述の本発明の製造方法で製造された本発明のフィルムは一連の性質を有し、そのもっとも重要な性質を以下に纏める。
本発明のフィルムは非常に優れた機械的性質を有し(例えば、面弾性率、応力の総計など)、それらは所望の優れた熱成形性および所望の優れた耐穿刺性が達成できることを可能にする。
本発明のフィルムは極めて鮮明な光学的性質を有する。フィルムのヘーズは2.0%未満、好ましくは1.5%未満、更に好ましくは1.0%未満である。透明度(透過度)は85%を超え、好ましくは90%を超え、更に好ましくは95%を超える。グロスは120を超え、好ましくは150を超え、更に好ましくは180を超える。
用途において重要なフィルムの耐穿刺性F[N]は、本発明のフィルムから製造された包装体がダメージを受けることなく、輸送および貯蔵できるレベルである。厚さの規定範囲内で、フィルムが有するフィルムの厚さdと関係する耐穿刺性Fは以下の式で表される。
FNdμm>0.35
F/dは好ましくは0.37より大きく、更に好ましくは0.38より大きい。
フィルムは、70mm以上の熱成形性および2.5以上の熱成形比率を有する。熱成形性は、好ましくは73mmを超え、更に好ましくは76mmを超える。熱成形比率は、好ましくは2.6を超え、更に好ましくは2.7を超える。
フィルムは要求される良好なガスバリア性を示し、特に酸素および水蒸気のガスバリア性を有する。
高透明性フィルムは良好な巻取り特性および加工特性を有する。フィルムを巻取る際、50又は60℃の上昇温度でさえ、個々のフィルム層が他の層に付着しない。
本発明の熱成形可能なポリエステルフィルムは、食品や他の消費物品の包装に極めて好適である。従来技術の製法で製造されていた深底熱成形食品トレーにおける食品や他の消費物品の包装に特に好適である。
表1に纏められた性質は、本発明のフィルムの最も重要な性質である。
Figure 2019218542
測定方法:
原料およびフィルムの特性付けのために、以下の測定方法を用いた。
弾性率:
弾性率は、100mm×15mmのフィルム片で、DIN EN ISO 572−1及び−3(タイプ2の試料)に従って決定された。面弾性率は、以下の式より計算される。
Figure 2019218542
σ
σ値は、100mm×15mmのフィルム片で、DIN EN ISO 572−1及び−3(タイプ2の試料)に従って決定された。
密度:
フィルムの密度はASTM−D 1505−68,Method Cに従って決定した。
ヘーズ及び透明度:
ポリエステルフィルムのこの測定は、Hazegard XL−211 Hazemeter(BYK−Gardner GmbH社製(ドイツ))を使用して行われる。ヘーズはASTM−D 1003−61,Method Aによって決定された。透明度は、装置の「clarity port」を使用し、ASTM−D1003に従って測定される。測定はフィルムの製造後に直接行われた。
20°におけるグロス:
グロスはDIN 67530に従って決定する。反射率を測定し、これをフィルム表面の光学的特性値とする。ASTM D523−78規格およびISO 2813規格を基にした方法を使用し、入射角を20°にセットする。光線はセットした入射角度から平面の試料表面を照射し、表面から反射および/または散乱する。光電子検出器に当たる光線が比例電気変数が映し出される。測定値は無次元であり、入射角とともに報告されるべきである。
標準粘度SV:
希薄溶液中の標準粘度(SV)は、ジクロロ酢酸(DCA)を溶媒とし、ウベロ−デ型粘度計を用い、25±0.05℃で、DIN 53728 Part 3に記載の方法に従って測定した。ポリマ−濃度は、ポリマ−1g/100ml純溶媒である。溶解には60℃で1時間を必要とする。この後、サンプルがなお完全に溶解していない場合は、80℃で40分間を2回繰り返し、溶液を4100分−1の回転速度の遠心分離で1時間処理する。
無次元のSV値は、相対粘度(ηrel=η/η)を用いて以下の式から決定する。
SV=(ηrel−1)×1000
フィルム又はポリマー原料中の粒子の量は灰化法により決定し、粒子量によって投入した重量の増加した分を補正する。
投入重量=(100%ポリマーに相当する投入重量)/[(100−粒子濃度(重量%))・0.01)]
平均粒径d50
平均ポリマー粒径d50は、Malvern Mastersizer 2000の測定器により決定した。この測定に関し、使用する粒子を水中に分散させ、測定器で分析されるセル中に入れ、粒径はレーザー回折の手段により測定される。一般論として、検出器は回折されたレーザー光の強度曲線を記録し、数学的な相間関数が、回折されたレーザー光の角度依存光強度から粒径分布を決定するのに使用される。粒径分布は、メジアン値d50(=中央値の位置を示す)と、SPAN98として知られる散乱度(=粒径の散乱を示す)との2つのパラメータによって特性付けされる。測定は自動的に行われ、d50値の数学的計算も含まれる。
上記の粒子を使用することによって製造されたフィルムにおける測定は、使用する粒子の粒径よりも15〜25%低いd50値を与える。
耐穿刺性(突刺し試験):
耐穿刺性(突刺し試験)は、EN 14477(欧州規格)に従い測定される。包装材の項目において、固い物への曝露、刺し方および角度は重要な変数である。フィルムが食品の包装材または鋭利な刃の部分に使用される場合、耐穿刺性を知ることは有利である。EN 14477突刺し試験は0.8mm径のチップに関しての挙動を測定する。試験はParkerペン試験/Parkerボールペン試験としても知られている。
熱成形性の評価:
フィルムの熱成形性の評価のため、フィルムは、Multivac装置(例えば、R245/SN:166619)を用い、(加熱時間:2〜3秒、爆発成形/圧縮空気リザーバー:2bar、成形圧力:2barで試験、成形:2秒)の成形条件で熱成形された。作られた殻部のための型は図1より明らかである。本発明のフィルムの熱成形性を特徴付ける2つの性質は以下の通りである。
・本発明のフィルムの最大熱成形性深さ(mm)(=シェルの深さ)
・熱成形深さ比率Ashell/Afilm(Ashell=熱成形された殻の表面積、Afilm=使用された本発明のフィルムの表面積)
ガスバリア性の評価:
ISO 15106−3に従い、種々のフィルム厚さにおいて、23℃で相対湿度85%の水蒸気透過率(WVTR)が測定された。酸素バリア性(OTR)は、OXTRAN(登録商標)100(Mocon Modern Controls社製、米国)を使用し、ISO 15105−2、Annex Aに従い、23.0℃/相対湿度50%で測定された。OTRは、種々のフィルム厚さにおいて再度測定された。
本発明を以下に実施例を用いて更に詳述する。
実施例1:
本発明の製造方法が、エチレンテレフタレート−エチレンイソフタレート共重合体から成る二軸延伸フィルムの製造に使用された。フィルムの厚さは96μmであった。フィルムの製造のために、押出機に共重合体のチップを供給した。以下の表に示す製造条件に従って、共重合体は溶融され、押出機内で均一化された。
濾過後、溶融体はスロットダイ中で成形され、ダイリップを介して押出された。溶融フィルムは冷却され、逐次縦方向および横方向の延伸、引き続いて熱固定を行うことにより透明で単層のフィルムが製造された。
フィルムの良好な巻取り特性を得るために、リヴァースグラヴィア法の手段で、長手方向および横方向延伸の間に、フィルムは水性分散体を塗布された。テンターフレーム中の架橋性アクリル系の塗布層(C)は、60重量%のメチルメタクリレート、35重量%のエチルアクリレート及び5重量%のN−メチロールアクリルアミドから成る共重合体と界面活性剤とから成るラテックスの4.5重量%分散体から成る。塗布層の乾燥重量は(二軸延伸フィルムを基準として)、約0.035g/mであった。
本発明のフィルムの共重合体の組成を以下に示す。
エチレンイソフタレート単位:89モル%
エチレンイソフタレート単位:11モル%
個々の工程における製造条件を以下に示す。
Figure 2019218542
フィルムの組成およびフィルムの情報、特に本発明のフィルムの特性に関して表3に示す。
実施例2:
実施例1において、フィルムの製造方法を変更した。熱固定における収縮を1.75%とした(実施例1では0%であった)。それ以外は同じであり、フィルムの耐穿刺性がわずかに向上した。
実施例3:
実施例1において、押出し機に供給する原料混合物の組成のみ変更した。原料混合物は、更に、ポリエチレンテレフタレートを基準とするマスターバッチの形状で計って1500ppmのラジカル捕捉剤(Irganox 1010)を含む。新たな原料混合物は以下の表より明らかである。原料混合物は更に、10.18モル%のエチレンイソフタレート単位を含む。
Figure 2019218542
表3に本発明のフィルムの性質を示す。
実施例3のフィルムを熱成形可能な底部フィルム(受け皿フィルム)とし、Hostaphan(登録商標)RPSM 40 AFIをシール性で剥離性ポリエステル蓋フィルムとして、それぞれをMultivac装置(R 245/SN:166619)に挟み込んだ。受け皿フィルムは、成形温度210℃、加熱時間:2〜3秒、爆発成形/圧縮空気リザーバー:2bar、成形圧力:2barで試験、成形:2秒)の成形条件で熱成形された。作られた殻部のための型は図1より明らかである。受け皿フィルムの熱成形の深さは70mmであり、熱成形深さ比率は2.6である。
豚肉の一部分をキャビティの中に配置し、蓋フィルムのヒートシール表面を受け皿フィルムに接触するように、蓋フィルムを受け皿フィルムの上に配置した。ヒートシールは、同様の機械で2bаrの圧力下、温度160℃で2秒間行った。
豚肉の一部分の重さは約1000gであった。包装体を通常の家庭用オーブンに入れ、220℃で70分調理した。
調理終了後、包装体の受け皿フィルムから蓋フィルムを手で剥がし、本発明のフィルムについて脆化が認められるかを調べた。フィルムのコーナー部分でさえもフィルムの脆化(分裂、破砕など)は認められなかった。
比較例1
実施例1において、フィルム中のイソフタレート単位の量を5.0モル%に低減した以外は実施例1と同様に操作を行った。表3にフィルムの特性を示す。
比較例2:
欧州特許第1697129号明細書の実施例1を追試した。表3にフィルムの特性を示す。ラミネートは上記の用途には適していたものの、熱成形性、耐穿刺性および特に光学的特性(ヘーズ)に関して改良の必要がある。
比較例3:
欧州特許第1945512号明細書の実施例1を追試した。このプロセスは上記の用途には適していた。欧州特許第1945512号明細書に詳細が記載されているフィルムは、しかしながら、熱成形性、耐穿刺性および特に光学的特性(ヘーズ)に関して改良の必要がある。
比較例4:
欧州特許出願第2810776号明細書の実施例3を追試した。表3にフィルムの特性を示す。フィルムは上記の用途、例えば、低い熱成形性比率の熱成形性フィルムパウチに適している。延伸装置が選択される製造条件によりフィルムは、更にクックイン法(パッケージ内調理法)にも適している。しかしながら、熱成形性および耐穿刺性に関して改良の必要がある。それに増して、欧州特許出願第2810776号明細書の実施例3のフィルムは光学的特性(ヘーズ)の改良の必要がある。
Figure 2019218542
本発明の熱成形可能なポリエステルフィルムは、食品や他の消費物品の包装に極めて好適である。従来技術の製法で製造されていた深底熱成形食品トレーにおいける食品や他の消費物品の包装に特に好適である。

Claims (7)

  1. ジカルボン酸成分が85〜94モル%のテレフタル酸系単位と6〜15モル%のイソフタル酸系単位から成る共重合ポリエステル85重量%以上から成る熱成形可能な透明二軸延伸ポリエステルフィルムであって、フィルムは、a)面弾性率が4500〜6400N/mmであり、b)長手方向と横方向の合計のσ応力が170〜220MPaであり、c)密度が1390kg/m未満であり、d)ヘーズが2.0%未満、透明度が85%以上、グロスが120以上であり、e)厚さが50〜300μmであることを特徴とする透明二軸延伸ポリエステルフィルム。
  2. ジカルボン酸成分が85〜94モル%のテレフタル酸系単位と6〜15モル%のイソフタル酸系単位から成る共重合ポリエステル85重量%以上から成る熱成形可能な透明二軸延伸ポリエステルフィルムであって、フィルムは、a)面弾性率が4500〜6300N/mmであり、b)長手方向と横方向の合計のσ応力が170〜220MPaであり、c)密度が1390kg/m未満であり、d)ヘーズが2.0%未満、透明度が85%以上、グロスが120以上であり、e)厚さが50〜300μmであることを特徴とする透明二軸延伸ポリエステルフィルム。
  3. ポリエステルフィルムが1つ以上のラジカル捕捉剤を含有する請求項1又は2に記載の透明ポリエステルフィルム。
  4. ラジカル捕捉剤/捕捉剤が酸化防止剤であり、好ましくはフェノール系酸化防止剤であり、更に好ましくはペンタエリスリトールテトラキス[3−(3,5−ジ−tert−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート]及び1,3,5−トリメチル−2,4,6−トリス(3,5−ジ−tert−ブチル−4−ヒドロキシベンジル)ベンゼンの群より選択される酸化防止剤である請求項3に記載の透明ポリエステルフィルム。
  5. ポリエステルフィルムがアンチモンを含まない請求項1〜4の何れかに記載の透明ポリエステルフィルム。
  6. 各層のポリマー溶融体を押出す工程と、温度70〜100℃、延伸比2.2:1〜3.8:1で長手方向延伸を行ない、温度90〜140℃で延伸比2.2:1〜3.8:1で横方向延伸を行なう二軸延伸工程と、175〜220℃で5〜25秒間熱固定を行なう工程と、延伸フィルムを巻取る工程とから成る請求項1〜5の何れかに記載のフィルムの製造方法。
  7. 請求項1〜5の何れかに記載のフィルムのインモールド装飾フィルム、食品包装材、リスター、外側の固いケース、家具ラミネート又は金属ラミネート(缶ライナー)への使用。
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