JP2020158747A - ポリエステル樹脂 - Google Patents
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Abstract
Description
シーラントフィルム用に用いる樹脂としては、低密度ポリエチレン、中密度ポリエチレン、高密度ポリエチレン、直鎖状低密度ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレン/ポリプロピレン共重合体、エチレン−酢酸ビニル共重合体、アイオノマー樹脂、エチレン−アクリル酸/メタクリル酸共重合体、エチレン−アクリル酸/メタクリル酸エステル共重合体、ポリ酢酸ビニル系樹脂等が挙げられ、ヒートシール強力や材質そのものの強度が高いポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレン/ポリプロピレン共重合体等のポリオレフィン系樹脂が好ましいとされ、広く使用されている。
特許文献2では、高温環境下でも収縮が少なく、厚み精度、透明性、衛生性に優れたシーラント用途のポリエステル系フィルムが開示されている。しかしながら、このポリエステル系フィルムにおいても100℃を超えるような高温環境下で長期間使用した際に突刺強力、ヒートシール強力を十分に保持することができなかった。
すなわち、本発明は、次の(1)〜(2)を要旨とするものである
(1)全酸成分の合計量を100mol%としたとき、テレフタル酸を80〜100mol%含有し、全グリコール成分の合計量を100mol%としたとき、1,4−ブタンジオールを10〜90mol%含有し、ガラス転移温度が30〜70℃、結晶融点が165〜210℃、かつ、テトラヒドロフランの含有量が50ppm以下であることを特徴とするポリエステル樹脂。
(2)結晶融点より20℃高い温度で5分保持した後、周波数10Hzで測定したときの動的複素粘性率G*が102〜103Pa・sである、(1)記載のポリエステル樹脂。
本発明のポリエステル樹脂は、全酸成分の合計量を100mol%としたとき、テレフタル酸を80〜100mol%含有していることが必要である。テレフタル酸の含有量が80mol%未満では、得られるポリエステル樹脂の結晶性が低下するため、このポリエステル樹脂から得られるフィルムは突刺強力が不十分となる。また、ポリエステル樹脂の充分な乾燥が困難となり、テトラヒドロフランの含有量が多くなり、製膜工程上のトラブルが生じることもある。
なお、本発明のポリエステル樹脂において、ガラス転移温度を調整するには、ポリエステル樹脂の共重合成分を種々変更することにより可能である。
本発明においては、後述するような製造方法を採用することにより、ポリエステル樹脂中のテトラヒドロフランの含有量を50ppm以下にすることが可能となる。
結晶融点が165℃未満であると、得られるポリエステルフィルムは、高温環境下で長期間使用すると、突刺強力、ヒートシール強力を保持することが困難となる。
一方、結晶融点が210℃を超えると、得られるポリエステルフィルムは、ヒートシール処理時の温度を高温とする必要があり、コスト的に不利となる。
動的複素粘性率は、溶融時のポリマーの柔らかさを表し、この値が大きいほど樹脂は硬く流動しにくく、この値が小さいほど樹脂が柔らかく流動しやすいものとなる。
ポリエステル樹脂の動的複素粘性率が102Pa・s未満では、溶融時に樹脂が流動しやすく、フィルムの製膜性が悪化することがある。また、得られるポリエステルフィルムは、突刺強力に劣るものとなりやすい。
一方、ポリエステル樹脂の動的粘性率が103Pa・sを超える場合は、樹脂の流動性が低すぎるため、押出機に負荷がかかり、製膜が難しい。また、製膜できた場合であっても、得られるポリエステルフィルムは、厚み斑が生じたものとなり、ヒートシール強力に劣るものとなりやすい。
まず、前記のような酸成分とグリコール成分を原料とし、溶融重合反応と固相重合反応を特定範囲の温度と時間で行うことが重要である。溶融重合反応は、220℃〜245℃の低温で、1〜5時間反応させることが好ましい。溶融重合反応時の温度が高い、または反応時間が長いと、副生するテトラヒドロフランの含有量が増えることがあり好ましくない。
次に、溶融重合反応後のポリエステル樹脂を、結晶融点(溶融重合反応後のポリエステル樹脂より測定する)より20〜100℃低い温度で、5〜15分間乾燥熱処理を行い、結晶化させた後、固相重合反応を行う。
乾燥熱処理工程の後に行う固相重合反応は、減圧下あるいは窒素などの不活性ガス流通下にて、ポリエステル樹脂の結晶融点(溶融重合反応後のポリエステル樹脂より測定する)より10〜30℃低い温度で、1〜5時間反応器内にてポリエステルを反応させることにより行うことが好ましい。
本発明のポリエステル樹脂を溶融押出機に供給し、溶融押し出しし、冷却ロールなどにより冷却固化させて、未延伸フィルムを製造するか、もしくは、円形ダイより押し出して水冷あるいは空冷により固化させて未延伸フィルムを得る。
実施例及び比較例における、ポリエステル樹脂、ポリエステルフィルムの特性値の測定や評価は次の通りに行った。
日本電子社製ECZ400R型NMR装置にて、1H−NMRを測定し、得られたチャートの各共重合成分のプロトンのピーク積分強度比から求めた。
B.ガラス転移温度(Tg)・結晶融点(Tm)
得られたポリエステル樹脂を、パーキンエルマー社製、示差走査熱量計(Diamond DSC)を用いて、昇温速度20℃/minで測定した。
なお、溶融重合反応後のポリエステル樹脂の融点についても、上記と同様にして測定した。
C.テトラヒドロフランの測定
ポリエステル樹脂を0.5g採取し、ヘッドスペース中で125℃で30分間加熱した後、発生したガスを、ヘッドスペース−ガスクロマトグラフ−質量分析計(Agilent Technologies社製、6890/5973N)にて測定し、試料の重量に対して発生ガスの重量をppmで示した。
D.動的複素粘性率(G*)
得られたポリエステル樹脂を、結晶融点より20℃高い温度で5分間保持した後、ユービーエム社製、レオメーター(RheosolG−5000)を用いて、歪み0.1%、周波数10Hz、降温速度2℃/min、温度範囲:100〜240℃で測定した。
なお、結晶融点を有していないポリエステル樹脂においては、200℃で5分保持した後、測定を行った。
得られたポリエステルフィルムを、引張試験機AG−IR(島津製作所社製)により、直径1.0mm、先端形状半径0.5mmの半円形の針を用いて、試験速度100mm/min、23℃×50%RH条件にて、突刺強力を測定し、各厚みで割ることにより、1μmあたりの突刺強力(N/μm)を得た。
F.150℃×1週間後の突刺強力
得られたポリエステルフィルムを、熱風乾燥機FC−62(東洋精機製作所製)を用いて150℃条件で1週間保管後、F.と同様の方法により突刺強力を測定し、1μmあたりの突刺強力(N/μm)を得た。
[積層サンプル作製]
まず、ナイロンフィルム〔ユニチカ社製ON−25(厚み25μm)〕にドライラミネート用エステル系接着剤(DIC株式会社製ディックドライ LX−401A/SP−60)を塗布量が4g/m2となるように塗布し、80℃で10秒間乾燥した。その接着剤塗布面に、ポリエステルフィルム〔ユニチカ社製PET−12(厚み12μm)〕を貼り合わせ、巻き取った。次にこの積層体のナイロンフィルム側に同種の接着剤を同様の条件で塗布し、得られたポリエステルフィルムを貼り合わせ、40℃、2日間養生して接着剤層を硬化させ、「PET−12/ON−25/得られたポリエステルフィルム(シーラントフィルム)」の順に積層された積層サンプルを得た。
[ヒートシール方法]
得られた積層サンプルを2枚用意し、シーラントフィルム面同士をヒートシールテスター(TP−701G;テスター産業社製)にて、シール温度200℃、シールバー圧力1kg/cm2、シール時間2秒の条件で熱融着させ、ヒートシールサンプルを得た。
[測定方法]
ヒートシールサンプル作成後、23℃×50%RH条件にて24時間放置した後、JIS Z 0238に従って、得られたヒートシールサンプルを15mm幅の試験片に切り出し、ヒートシール部を中央にして180°に開き、チャック間距離を50mmとして、引張試験機AG−IR(島津製作所社製)に取り付けた。そして23℃×50%RH条件にて、ヒートシール部が破断するまで引張荷重を加え、その間の最大荷重を求めてヒートシール強力とした。
H.150℃×1週間後のヒートシール強力
G.と同様に積層サンプルを得、ヒートシールサンプルを得た後、ヒートシールサンプルを熱風乾燥機FC−62(東洋精機製作所社製)を用いて、150℃条件で1週間保管後、G.と同様の測定方法により、ヒートシール強力を測定した。
ビス(β−ヒドロキシエチル)テレフタレート及びそのポリエステル低重合体の存在するエステル化反応缶にテレフタル酸(以下、TPA)とエチレングリコール(以下、EG)のEG/TPAのモル比1.5としたスラリーを連続的に供給し、温度250℃、圧力0.1MPaの条件で反応させ、滞留時間を8時間として、反応率95%のエステル化反応物(以下、PETオリゴマー)を連続的に得た。
ポリエステル樹脂を構成する酸成分とジオール成分を表1に示すものとなるように変更し、また、溶融重合反応と固相重合反応の温度と時間を表1に示す時間に変更した以外は、実施例1と同様にしてポリエステル樹脂を得た。
その後、シート状に押し出す前の温度を、各樹脂の融点より20℃高い温度とした以外は、実施例1と同様にして未延伸シートを得た。次に、予熱温度を各樹脂のTgより10℃高い温度とし、延伸温度を各樹脂のTgより20℃高い温度とした以外は実施例1と同様にして同時二軸延伸を行い、厚さ25μmのポリエステルフィルムを得た。
比較例2のポリエステル樹脂は、1,4−ブタンジオールの含有量が90mol%を超えるため、また、比較例3のポリエステル樹脂は、1,4−ブタンジオールの含有量が10mol%未満であるため、ともに結晶融点が高かった。このため、得られたポリエステルフィルムは、200℃条件でのヒートシールが十分に行えず、ヒートシール強力に劣るものであった。
Claims (2)
- 全酸成分の合計量を100mol%としたとき、テレフタル酸を80〜100mol%含有し、全グリコール成分の合計量を100mol%としたとき、1,4−ブタンジオールを10〜90mol%含有し、ガラス転移温度が30〜70℃、結晶融点が165〜210℃、かつ、テトラヒドロフランの含有量が50ppm以下であることを特徴とするポリエステル樹脂。
- 結晶融点より20℃高い温度で5分保持した後、周波数10Hzで測定したときの動的複素粘性率G*が102〜103Pa・sである、請求項1記載のポリエステル樹脂。
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