JP2022038958A - ガスバリア性ポリアミドフィルム。 - Google Patents
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Abstract
Description
また近年では、海洋プラスチック汚染が大きな問題となっている。
海洋ごみのうちプラスチックが海へと流出すると、紫外線や物理的な摩耗によって破片となり、微小なプラスチック粒子(マイクロプラスチック)となる。海洋生物がこうした粒子を捕食することで、粒子中に含まれる、あるいは吸着している化学物質に曝露される可能性、さらには食物連鎖を通して、上位の捕食者にも影響が及ぶ可能性があり、このことが地球規模での問題となっている。
上記の海洋プラスチックごみの多くは陸から流れ着いたもので、そのほとんどは使い捨てを想定したプラスチック容器包装である一方、釣り糸や漁網なども含まれている。
このような背景から、海洋プラスチックごみを減らすにはこれらのプラスチックごみをリサイクルし、有効活用することでプラスチックごみを削減することが重要である。
かかる技術によれば、回収された衣料製品を素材原料まで戻して再利用するというリサイクルが可能となる。また、回収衣料製品を分解し精製することによって高純度で品質良
好な素材原料(原料モノマ)を得ることができるので、リサイクル使用により品質良好なナイロン6製品が得られるし、繰り返しリサイクルも可能となる。さらにまた、回収衣料製品の回収・選別作業が大幅に軽減されるといったものである。
〔1〕ポリアミド6を70質量%以上含むポリアミド樹脂からなり、前記ポリアミド6のうち4~90質量%がケミカルリサイクルしたポリアミド6である二軸延伸ポリアミドフィルムの少なくとも片面に無機薄膜層が積層されたことを特徴とするガスバリア性ポリアミドフィルム。
〔2〕二軸延伸ポリアミドフィルムが、メカニカルリサイクルしたポリアミド6を5~60質量%含むことを特徴とする〔1〕に記載のガスバリア性ポリアミドフィルム。
〔3〕基材層(A層)の少なくとも片面に表面層(B層)が積層された二軸延伸ポリアミドフィルムの少なくとも片面に無機薄膜層が積層されたガスバリア性ポリアミドフィルムであって、基材層(A層)は前記の二軸延伸ポリアミドフィルムであり、B層がポリアミド6を70質量%以上含むポリアミド樹脂組成物からなることを特徴とするガスバリア性ポリアミドフィルム。
〔4〕基材層(A層)がメカニカルリサイクルしたポリアミド6を5~80質量%含有し、表面層(B層)がメカニカルリサイクルしたポリアミド6を0~30質量%含むことを特徴とする〔3〕に記載のガスバリア性ポリアミドフィルム
〔5〕ガスバリア性ポリアミドフィルムが下記の(a)~(c)を満足することを特徴とする前記〔1〕~〔4〕いずれか1項に記載のガスバリア性ポリアミドフィルム。
(a)突刺し強度が0.65N/μm以上、
(b)衝撃強度が0.9J/15μm以上。
(c)耐摩擦ピンホールテストでピンホール発生までの距離が2900cm以上。
〔6〕ガスバリア性ポリアミドフィルムが下記の(d)及び(e)を満足することを特徴とする前記〔1〕~〔5〕いずれか1項に記載のガスバリア性ポリアミドフィルム。
(d)ヘイズが2.6%以下、
(e)動摩擦係数が1.0以下。
〔7〕ポリエチレン系シーラントフィルムと貼り合わせた後の耐水ラミネート強度が4.0N/15mm以上であることを特徴とする〔1〕~〔6〕いずれか1項に記載のガスバリア性ポリアミドフィルム。
〔8〕〔1〕~〔7〕いずれか1項に記載のガスバリア性ポリアミドフィルムにシーラントフィルムを積層した積層フィルム。
〔9〕〔8〕に記載された積層フィルムを用いた包装袋。
2:段ボール板
3:サンプル保持用の台紙
4:4つ折りしたフィルムサンプル
5:擦る振幅方向
本発明のガスバリア性ポリアミドフィルムは、ポリアミド6を70質量%以上含むポリアミド樹脂からなり、前記ポリアミド6のうち5~90質量%がケミカルリサイクルしたポリアミド6である二軸延伸ポリアミドフィルム(A層)の少なくとも片面に無機薄膜層を有することを特徴とするガスバリア性ポリアミドフィルムである。また、前記A層の少なくとも片面にB層が積層された二軸延伸ポリアミドフィルムの少なくとも片面に無機薄膜層が積層されたガスバリア性ポリアミドフィルムであって、B層はポリアミド6樹脂70質量%以上を含むことを特徴とするガスバリア性ポリアミドフィルムである。
本発明における二軸延伸ポリアミドフィルム又は基材層(A層)は、ポリアミド6樹脂を70質量%以上含むことで、ポリアミド6樹脂からなる二軸延伸ポリアミドフィルムが本来持つ、優れた衝撃強度などの機械的強度や酸素などのガスバリア性が得られる。
本発明における二軸延伸ポリアミドフィルム又は基材層(A層)は、A層は、少なくともポリアミド6を70質量%以上含むポリアミド樹脂層であって、前記ポリアミド6のうち5~90質量%が廃棄プラスチック製品、廃棄タイヤゴム、繊維、漁網などの廃棄ポリアミド6製品からケミカルリサイクルしたポリアミド6からなる。
本発明における二軸延伸ポリアミドフィルム又はA層は、廃棄プラスチック製品、廃棄タイヤゴム、繊維、漁網などの廃棄ポリアミド6製品からケミカルリサイクルしたポリアミド6を5~90質量%含むことで、従来ごみとして廃棄されていたポリアミド製品からリサイクルされた原料を用いた環境負荷が低減された二軸延伸ポリアミドフィルムであることに加え、特定の延伸方法を選択することにより耐突き刺し性や耐摩擦ピンホール性が同時に優れたガスバリア性ポリアミドフィルムが得られる。
[ポリアミド6]
本発明に使用するポリアミド6は、通常、ε-カプロラクタムの開環重合によって製造される。開環重合で得られたポリアミド6は、通常、熱水でラクタムモノマーを除去した後、乾燥してから押出し機で溶融押出しされる。
本発明に使用するポリアミド6の相対粘度は、1.8~4.5であることが好ましく、より好ましくは、2.6~3.2である。相対粘度が1.8より小さい場合は、フィルムの衝撃強度が不足する。4.5より大きい場合は、押出機の負荷が大きくなり延伸前の未延伸フィルムを得るのが困難になる。
A層に使用する上記ポリアミド6としては、通常使用されている化石燃料由来のモノマーから重合されたものに加え、廃棄プラスチック製品、廃棄タイヤゴム、繊維、漁網などの廃棄ポリアミド6製品からケミカルリサイクルしたポリアミド6が用いられる。
A層に用いるケミカルリサイクルしたポリアミド6を製造する際に行う解重合においては、通常、ポリアミド6繊維は加熱により解重合される。解重合は、触媒を用いても用いなくても良い。また解重合は、水の不存在下(乾式)でも、存在下(湿式)でも実施することができる。
湿式解重合を行う場合は、生成したカプロラクタムを反応装置から水とともに留出させ、回収カプロラクタム水溶液を得る。解重合反応が終了してから、減圧蒸留によりカプロラクタムを取り出しても良い。あるいは反応の進行とともに、連続的に取り出しても良い。
さらに高純度のカプロラクタムを得る方法としては、回収したカプロラクタムを精密蒸留する方法、微量の水酸化ナトリウムを添加して減圧蒸留する方法、活性炭処理する方法、イオン交換処理する方法、再結晶する方法などの精製方法と組み合わせることができる。
A層には、さらに二軸延伸ポリアミドフィルムの製造工程や加工工程で発生した廃材をメカニカルリサイクルしたポリアミド6を添加することができる。
A層に添加するメカニカルリサイクルしたポリアミド6の添加量の上限としては50質量%が好ましく、さらに好ましくは40質量%、さらに好ましくは30質量%である。添加するメカニカルリサイクルポリアミドの添加量が上記を超えると、フィルムの着色が強くなる場合やヘイズ値が高く場合など、フィルムの外観を損ねる可能性がある。あるいはフィルムの製造中に劣化物が増え、製膜性を悪化させてしまう可能性がある。
本発明における二軸延伸ポリアミドフィルム又は基材層(A層)には、他の熱可塑性樹脂、滑剤、熱安定剤、酸化防止剤、帯電防止剤や防曇剤、紫外線吸収剤、染料、顔料等の各種の添加剤を必要に応じて含有させることができる。
本発明における二軸延伸ポリアミドフィルム又は基材層(A層)には、本発明の目的を損なわない範囲で、上記のポリアミド6と少なくとも原料の一部がバイオマス由来であるポリアミド樹脂の他に熱可塑性樹脂を含むことができる。例えば、ポリアミド12、ポリアミド66、ポリアミド6・12共重合体、ポリアミド6・66共重合体、ポリアミドMXD6、などのポリアミド系樹脂が挙げられる。
必要に応じてポリアミド系以外の熱可塑性樹脂、例えば、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、ポリエチレン-2,6-ナフタレート等のポリエステル系重合体、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン系重合体等を含有させてもよい。
これらの熱可塑性樹脂の原料はバイオマス由来であると、地上の二酸化炭素の増減に影響を与えないので、環境負荷を低減できるので好ましい。
本発明における二軸延伸ポリアミドフィルム又は基材層(A層)には、滑り性を良くして取扱い易くするために、滑剤として微粒子や脂肪酸アミドなどの有機潤滑剤を含有させることが好ましい。
前記微粒子の好ましい平均粒子径は0.5~5.0μmであり、より好ましくは1.0~3.0μmである。平均粒子径が0.5μm未満であると、良好な滑り性を得るのに多量の添加量が要求される。一方、5.0μmを超えると、フィルムの表面粗さが大きくなりすぎて外観が悪くなる傾向がある。
本発明における二軸延伸ポリアミドフィルム又は基材層(A層)の脂肪酸アマイド及び/又は脂肪酸ビスアマイドの含有量は、好ましくは0.01~0.40質量%であり、さらに好ましくは0.05~0.30質量%である。脂肪酸アマイド及び/又は脂肪酸ビスアマイドの含有量が上記範囲未満となると、滑り性が悪くなる傾向がある。一方、上記範囲を越えると、濡れ性が悪くなる傾向がある。
本発明における二軸延伸ポリアミドフィルム又は基材層(A層)には、酸化防止剤を含有させることができる。
酸化防止剤としては、フェノール系酸化防止剤が好ましい。フェノール系酸化防止剤は、完全ヒンダードフェノール系化合物又は部分ヒンダードフェノール系化合物が好ましい。例えば、テトラキス-〔メチレン-3-(3′,5′-ジ-t-ブチル-4′-ヒドロキシフェニル)プロピオネート〕メタン、ステアリル-β-(3,5-ジ-t-ブチル-4-ヒドロキシフェニル)プロピオネート、3,9-ビス〔1,1-ジメチル-2-〔β-(3-t-ブチル-4-ヒドロキシ-5-メチルフェニル)プロピオニルオキシ〕エチル〕2,4,8,10-テトラオキサスピロ〔5,5〕ウンデカン等が挙げられる。
上記フェノール系酸化防止剤を含有させることにより、二軸延伸ポリアミドフィルム又は基材層(A層)の製膜操業性が向上する。特に、原料にリサイクルしたフィルムを用いる場合、樹脂の熱劣化が起こりやすく、これに起因する製膜操業不良が発生し、生産コスト上昇を招く傾向にある。これに対して、酸化防止剤を含有させることで、樹脂の熱劣化が抑制され操業性が向上する。
本発明におけるB層は、ポリアミド6を70質量%以上含む層である。
本発明におけるB層は、ポリアミド6を70質量%以上含むことで優れた衝撃強度などの機械的強度や酸素などのガスバリア性を持った二軸延伸ポリアミドフィルム得られる。
上記ポリアミド6としては、前記のA層で使用するポリアミド6と同様に新たな原料から重合されたポリアミド6、ケミカルリサイクルしたポリアミド6、メカニカルリサイクルしたポリアミド6が使用できる。
本発明におけるB層には、他の熱可塑性樹脂、滑剤、熱安定剤、酸化防止剤、帯電防止剤や防曇剤、紫外線吸収剤、染料、顔料等の各種の添加剤をB層の表面に持たせる機能に応じて含有させることができる。
B層を包装袋の外側に用いる場合は、耐摩擦ピンホール性が必要なので、ポリアミド系エラストマーやポリオレフィン系エラストマーのような軟らかい樹脂やボイドを多量に発生させる物質を含有させることは好ましくない。また、耐摩擦ピンホール性を良くしたい場合は、メカニカルリサイクルしたポリアミド6の含有量を30質量%より少なくした方が良く、15質量%以下がより好ましい。
必要に応じてポリアミド系以外の熱可塑性樹脂、例えば、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、ポリエチレン-2,6-ナフタレート等のポリエステル系重合体、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン系重合体等を含有させてもよい。
滑り性を良くすることで、フィルムの取扱い性が向上するとともに、擦れによる包装袋の破袋を減少させる。
B層に添加する脂肪酸アマイド及び/又は脂肪酸ビスアマイドの含有量は、好ましくは0.01~0.40質量%であり、さらに好ましくは0.05~0.30質量%である。脂肪酸アマイド及び/又は脂肪酸ビスアマイドの含有量が上記範囲未満となると、滑り性が悪くなる傾向がある。一方、上記範囲を越えると、濡れ性が悪くなる傾向がある。
ポリアミドMXD6樹脂はメタキシリレンジアミンとアジピン酸の重縮合で製造される。
上記のポリアミドMXD6の相対粘度は、1.8~4.5であることが好ましく、より好ましくは、2.0~3.2である。相対粘度が1.8より小さい場合や4.5より大きい場合は、押出機でポリアミド樹脂との混練がしにくい場合がある。
本発明のガスバリア性ポリアミドフィルムは、二軸延伸ポリアミドフィルムの表面に無機薄膜層(C層)を設けることで、ガスバリア性を付与することが出来る。
無機薄膜層は金属又は無機酸化物からなる薄膜である。無機薄膜層を形成する材料は、薄膜にできるものなら特に制限はないが、ガスバリア性の観点から、酸化ケイ素(シリカ)、酸化アルミニウム(アルミナ)、酸化ケイ素と酸化アルミニウムとの混合物等の無機酸化物が好ましく挙げられる。特に、薄膜層の柔軟性と緻密性を両立できる点からは、酸化ケイ素と酸化アルミニウムとの複合酸化物が好ましい。この複合酸化物において、酸化ケイ素と酸化アルミニウムとの混合比は、金属分の質量比でAlが20~70質量%の範囲であることが好ましい。Al濃度が20質量%未満であると、水蒸気バリア性が低くなる場合がある。一方、70質量%を超えると、無機薄膜層が硬くなる傾向があり、印刷やラミネートといった二次加工の際に膜が破壊されてガスバリア性が低下する虞がある。なお、ここでいう酸化ケイ素とはSiOやSiO2等の各種珪素酸化物又はそれらの混合物であり、酸化アルミニウムとは、AlOやAl2O3等の各種アルミニウム酸化物又はそれらの混合物である。
本発明においては、無機薄膜層(C層)の上に保護層を形成させることもできる。無機薄膜層は完全に密な膜ではなく微小な欠損部分が点在している場合がある。そこで無機薄膜層上に後述する特定の保護層用樹脂組成物を塗布して保護層を形成することにより、無機薄膜層の欠損部分に保護層用樹脂組成物中の樹脂が浸透し、結果としてガスバリア性が安定するという効果が得られる。加えて、保護層そのものにもガスバリア性を持つ材料を使用することで、積層フィルムのガスバリア性能も大きく向上することになる。
前記ウレタン樹脂は、ウレタン結合の極性基が無機薄膜層と相互作用するとともに、非晶部分の存在により柔軟性をも有するため、屈曲負荷がかかった際にも無機薄膜層へのダメージを抑えることができるため好ましい。
前記ウレタン樹脂の酸価は10~60mgKOH/gの範囲内であるのが好ましい。より好ましくは15~55mgKOH/gの範囲内、さらに好ましくは20~50mgKOH/gの範囲内である。ウレタン樹脂の酸価が前記範囲であると、水分散液とした際に液安定性が向上し、また保護層は高極性の無機薄膜上に均一に堆積することができるため、コート外観が良好となる。
その中でも、メタキシリレンジイソシアネート成分を含有することが特に好ましい。上記樹脂を用いることで、芳香環同士のスタッキング効果によりウレタン結合の凝集力を一層高めることができ、結果として良好なガスバリア性が得られる。
溶媒(溶剤)としては、例えば、ベンゼン、トルエン等の芳香族系溶剤;メタノール、エタノール等のアルコール系溶剤;アセトン、メチルエチルケトン等のケトン系溶剤;酢酸エチル、酢酸ブチル等のエステル系溶剤;エチレングリコールモノメチルエーテル等の多価アルコール誘導体等が挙げられる。
本発明のガスバリア性ポリアミドフィルムは、本発明における二軸延伸ポリアミドフィルムに前記の方法で無機薄膜層を形成することで製造する。
<二軸延伸ポリアミドフィルムの製膜方法>
本発明における二軸延伸ポリアミドフィルムは、公知の製造方法により製造することができる。例えば、逐次二軸延伸法、同時二軸延伸法が挙げられる。逐次二軸延伸法は、製膜速度が上げられるので、製造コスト的に有利であるので好ましい。
本発明における二軸延伸ポリアミドフィルムの作製方法についてさらに説明する。
まず、押出機を用いて原料樹脂を溶融押出しし、Tダイからフィルム状に押出し、冷却ロール上にキャストして冷却し、未延伸フィルムを得る。
樹脂の溶融温度は好ましくは200~300℃である。上記未満であると未溶融物などが発生し、欠点などの外観不良が発生することがあり、上記を超えると樹脂の劣化などが観察され、分子量低下、外観低下が発生することがある。
基材層(A層)に表面層(B層)を積層する場合は、フィードブロックやマルチマニホールドなどを使用した共押出法で未延伸フィルムを得ることが好ましい。
Tダイから押出されたフィルム状溶融物を回転冷却ドラムにキャストし冷却して未延伸フィルムを得るには、例えば、エアナイフを使用する方法や静電荷を印荷する静電密着法等が好ましく適用できる。特に後者が好ましく使用される。
逐次二軸延伸法におけるMD方向の延伸は、ロール延伸が好ましい。
MD方向の延伸温度の上限は好ましくは120℃であり、より好ましくは115℃であり、さらに好ましくは110℃である。120℃を超えると樹脂が軟らかくなりすぎ安定した延伸ができないことがある。
MD方向の延伸倍率の上限は好ましくは5.0倍であり、より好ましくは4.5倍であり、最も好ましくは4.0倍である。5.0倍を超えると後続の延伸が困難となることがある。
TD方向の延伸温度の下限は好ましくは50℃であり、より好ましくは55℃であり、さらに好ましくは60℃である。50℃未満であると樹脂が軟化せず、延伸が困難となることがある。
TD方向の延伸温度の上限は好ましくは190℃であり、より好ましくは185℃であり、さらに好ましくは180℃である。190℃を超えると結晶化してしまい、延伸が困難となることがある。
TD方向の延伸倍率の上限は好ましくは5.5倍であり、より好ましくは5.0倍であり、さらに好ましくは4.7であり、特に好ましくは4.5であり、最も好ましくは4.3倍である。5.5倍を超えると著しく生産性が低下することがある。
熱固定温度の上限は好ましくは230℃であり、より好ましくは220℃である。熱固定温度が高すぎると、衝撃強度が低下する傾向がある。
リラックス率の上限は好ましくは20%であり、より好ましくは15%であり、さらに好ましくは10%である。20%を超えるとテンター内でたるみが発生し、生産が困難になることがある。
本発明におけるガスバリア性ポリアミドフィルムの厚みは、特に制限されるものではないが、包装材料として使用する場合、通常100μm以下であり、一般には5~50μmの厚みのものが使用され、特に8~30μmのものが使用される。
本発明のガスバリア性ポリアミドフィルムは、実施例に記載した測定方法によるゲルボフレックステスターを用いたひねり屈曲試験を温度1℃で1000回実施した時のピンホール欠点数が20個未満であることが好ましい。より好ましくは10個未満である。屈曲試験後のピンホール欠点数が少ないほど耐屈曲ピンホール性が優れており、ピンホール数が10個以下であれば、輸送時などに包装袋に負荷がかかってもピンホールが発生しにくい包装袋が得られる。
本発明においては、A層とB層の原料組成物を適正化することで、上記の耐屈曲ピンホール性と耐摩擦ピンホール性の両方の特性が優れているガスバリア性ポリアミドフィルムを得ることができる。これらの特性を持った本発明のガスバリア性ポリアミドフィルムは、輸送時にピンホールが発生しにくいので包装用フィルムとして極めて有用である。
本発明の易接着性ポリアミドフィルムの突刺し強度は、0.65N/μm以上が好ましい。より好ましい耐突刺し強度は、0.70N/μm以上である。突刺し強度は、大きい方が好ましいが、1.0N/μmより大きくすることは難しい。
本発明の易接着性ポリアミドフィルムの面配向係数は、0.045以上が好ましい。より好ましい面配向係数は、0.050以上である。面配向係数は大きい方が衝撃強度及び突刺し強度が大きくなり好ましいが、0.080より大きくするには延伸倍率をより高くする必要があり、延伸工程で破断しやすくなり難しい。
ヘイズ値が小さいと透明性や光沢が良いので、包装袋に使用した場合、きれいな印刷ができ商品価値を高める。
フィルムの滑り性を良くするために微粒子を添加するとヘイズ値が大きくなるので、微粒子は表面層のB層のみに入れるかより多く含有させ、A層の含有量は少なくする方が、滑り性が良くヘイズ値が小さいフィルムが得られるので好ましい。
本発明のガスバリア性ポリアミドフィルムは、通常シーラントフィルムとラミネートしてから包装袋に加工される。上記のラミネート強度が4.0N/15mm以上であれば、各種の積層構成で本発明のガスバリア性ポリアミドフィルムを使用して包装袋を作製した場合に、シール部の強度が十分に得られ、破れにくい強い包装袋が得られる。
ラミネート強度を4.0N/15mm以上にするために、本発明のガスバリア性ポリアミドフィルムは、コロナ処理、コーティング処理、火炎処理等を施すことができる。
シーラントフィルムとしては、未延伸線状低密度ポリエチレンフィルム、未延伸ポリプロピレンフィルム、エチレン-ビニルアルコール共重合樹脂フィルムなどが挙げられる。
本発明のガスバリア性ポリアミドフィルムを使用した積層フィルムの層構成としては、本発明の実施形態に係るガスバリア性ポリアミドフィルムを積層フィルム中に有するものであれば特に限定されない。また、積層フィルムに使用するフィルムは、石化由来原料でもバイオマス由来原料でも良いが、バイオマス由来の原料を用いて重合されたポリ乳酸、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンサクシネート、ポリエチレン、ポリエチレンフラノエートなどの方が環境負荷の低減という点で好ましい。
なお上記層構成に用いた各略称は以下の通りである。
ONY:本発明のガスバリア性ポリアミドフィルム、PET:延伸ポリエチレンテレフタレートフィルム、LLDPE:未延伸線状低密度ポリエチレンフィルム、CPP:未延伸ポリプロピレンフィルム、OPP:延伸ポリプロピレンフィルム、PE:押出しラミネート又は未延伸の低密度ポリエチレンフィルム、Al:アルミニウム箔、EVOH:エチレン-ビニルアルコール共重合樹脂、接:フィルム同士を接着させる接着剤層、アルミ又は無機酸化物蒸着はアルミニウム又は無機酸化物が蒸着されていることを表わす。
フィルムのリサイクル比率はフィルム全体の原料に対して、ケミカルリサイクルした原料とメカニカルリサイクルした原料の割合を計算して%で示した。
(2)フィルムの厚み
フィルムのTD方向に10等分して(幅が狭いフィルムについては厚みを測定できる幅が確保できる幅になるよう当分する)、MD方向に100mmのフィルムを10枚重ねで切り出し、温度23℃、相対湿度65%の環境下で2時間以上コンディショニングする。テスター産業製厚み測定器で、それぞれのサンプルの中央の厚み測定し、その平均値を厚みとした。
(株)東洋精機製作所社製の直読ヘイズメーターを使用し、JIS-K-7105に準拠し測定した。
(4)フィルムの動摩擦係数
JIS-C2151に準拠し、下記条件によりフィルム巻外面同士の動摩擦係数を評価した。なお、試験片の大きさは、幅130mm、長さ250mm、試験速度は150mm/分で行った。
(株)東洋精機製作所製のフィルムインパクトテスターを使用し測定した。測定値は、厚み15μm当たりに換算してJ(ジュール)/15μmで表した。
(6)フィルムの面配向度
サンプルについてJIS K 7142-1996 A法により、ナトリウムD線を光源としてアッベ屈折計によりフィルム長手方向の屈折率(Nx)、幅方向の屈折率(Ny)、厚み方向の屈折率(Nz)を測定し、式(1)の計算式により面配向係数を算出した。
面配向係数(ΔP)=(Nx+Ny)/2-Nz (1)
(7)フィルムの突刺し強度
得られたポリエステルフィルムを5cm角にサンプリングし、株式会社イマダ製デジタルフォースゲージ「ZTS-500N」、電動計測スタンド「MX2-500N」及び突刺し治具「TKS-250N」を用いて、JIS Z1707に準じてフィルムの突刺し強度を測定した。単位はN/μmで示した。
理学工業社製のゲルボフレックステスターを使用し、下記の方法により屈曲疲労ピンホール数を測定した。
実施例で作製したガスバリア性ポリアミドフィルムの無機薄膜層の面にポリエステル系接着剤を塗布後、厚み40μmの線状低密度ポリエチレンフィルム(L-LDPEフィルム:東洋紡株式会社製、L4102)をドライラミネートし、40℃の環境下で3日間エージングを行いラミネートフィルムとした。得られたラミネートフィルムを12インチ×8インチに裁断し、直径3.5インチの円筒状にし、円筒状フィルムの一方の端をゲルボフレックステスターの固定ヘッド側に、他方の端を可動ヘッド側に固定し、初期の把持間隔を7インチとした。ストロークの最初の3.5インチで440度のひねりを与え、その後2.5インチは直線水平運動で全ストロークを終えるような屈曲疲労を、40回/分の速さで1000回行い、ラミネートフィルムに発生したピンホール数を数えた。なお、測定は1℃の環境下で行った。テストフィルムのL-LDPEフィルム側を下面にしてろ紙(アドバンテック、No.50)の上に置き、4隅をセロテープ(登録商標)で固定した。インク(パイロット製インキ(品番INK-350-ブルー)を純水で5倍希釈したもの)をテストフィルム上に塗布し、ゴムローラーを用いて一面に延展させた。不要なインクをふき取った後、テストフィルムを取り除き、ろ紙に付いたインクの点の数を計測した。
堅牢度試験機(東洋精機製作所)を使用し、下記の方法により摩擦試験を行い、ピンホール発生距離を測定した。
上記耐屈曲ピンホール性評価で作製したものと同様のラミネートフィルムを、四つ折りにして角を尖らせたテストサンプルを作製し、堅牢度試験機にて、振幅:25cm、振幅速度:30回/分、加重:100g重で、段ボール内面に擦りつけた。段ボールは、K280×P180×K210(AF)=(表材ライナー×中芯材×裏材ライナー(フルートの種類))を使用した。
ピンホール発生距離は、以下の手順に従い算出した。ピンホール発生距離が長いほど、耐摩擦ピンホール性が優れている。
まず、振幅100回距離2500cmで摩擦テストを行った。ピンホールが開かなかった場合は振幅回数20回距離500cm増やして摩擦テストを行った。またピンホールが開かなかった場合は更に振幅回数20回距離500cm増やして摩擦テストを行った。これを繰り返しピンホールが開いた距離に×をつけて水準1とした。振幅100回距離2500cmでピンホールが開いた場合は振幅回数20回距離500cm減らして摩擦テストを行った。またピンホールが開いた場合は更に振幅回数20回距離500cm減らして摩擦テストを行った。これを繰り返しピンホールが開かなかった距離に○をつけて水準1とした。
次に水準2として、水準1で最後が○だった場合は、振幅回数を20回増やして摩擦テストを行い、ピンホールが開かなかったら○、ピンホールが開いたら×を付けた。水準1で最後が×だった場合は、振幅回数を20回減らして摩擦テストを行い、ピンホールが開かなかったら○、ピンホールが開いたら×を付けた。
更に水準3~20として、前の水準で○だった場合は、振幅回数を20回増やして摩擦テストを行い、ピンホールが開かなかったら○、ピンホールが開いたら×を付ける。前の水準で×だった場合は、振幅回数を20回減らして摩擦テストを行い、ピンホールが開かなかったら○、ピンホールが開いたら×を付ける。これを繰り返し、水準3~20に○又は×をつける。
例えば、表1のような結果が得られた。表1を例にしてピンホール発生距離の求め方を説明する。
各距離の○と×の試験数を数える。
最もテスト回数の多かった距離を中央値とし、係数をゼロとする。それより距離が長い場合は、500cmごとに係数を+1、+2、+3・・・、距離が短い場合は、500cmごとに係数を-1、-2、-3・・・とした。
水準1~20までの全ての試験で、穴が開かなかった試験数と穴が開いた試験数を比較して、次のA及びBの場合についてそれぞれの式で摩擦ピンホール発生距離を算出した。
A;全ての試験で、穴が開かなかった試験数が穴が開いた試験数以上の場合
摩擦ピンホール発生距離=中央値+500×(Σ(係数×穴が開かなかった試験数)/穴が開かなかった試験数)+1/2)
B:全ての試験で、穴が開かなかった試験数が穴が開いた試験数未満の場合
摩擦ピンホール発生距離=中央値+500×(Σ(係数×穴が開いた試験数)/穴が開いた試験数)-1/2)
試験温度160℃、加熱時間10分間とした以外は、JIS C2318に記載の寸法変化試験法に準じて下記式によって熱収縮率を測定した。
熱収縮率=[(処理前の長さ-処理後の長さ)/処理前の長さ]×100(%)
耐屈曲ピンホール性評価の説明に記載した方法と同様にして作製したラミネートフィルムを幅15mm×長さ200mmの短冊状に切断し、ラミネートフィルムの一端をポリアミドフィルムと線状低密度ポリエチレンフィルムとの界面で剥離し、(株式会社島津製作所製、オートグラフ)を用い、温度23℃、相対湿度50%、引張り速度200mm/分、剥離角度90°の条件下でラミネート強度をMD方向とTD方向にそれぞれ3回測定しその平均値で評価した。
(11)のラミネート強度を測定する際に、上記短冊状ラミネートフィルムの剥離界面に水をスポイトで垂らしながらラミネート強度を測定した。MD方向とTD方向にそれぞれ3回測定し平均値で評価した。
0.25gのポリアミドを25mlのメスフラスコ中で1.0g/dlの濃度になるように96%硫酸で溶解したポリアミド溶液を20℃にて相対粘度を測定した。
(14)原料ポリアドの融点
JIS K7121に準じてセイコーインスルメンツ社製、SSC5200型示差走査熱量測定器を用いて、窒素雰囲気中で、試料重量:10mg、昇温開始温度:30℃、昇温速度:20℃/分で測定し、吸熱ピーク温度(Tmp)を融点として求めた。
ガスバリア性ポリアミドフィルムを10cm×10cmの面積に切り出し、フィルムの接着性改質層面をメチルエチルケトン/トルエン=1/1の混合有機溶剤を染み込ませた布で拭き取り、拭き取り前後の重量を精密天秤(島津製作所社製AUW120D)で測定した。測定した重量差から平方メートル当たりに換算し、塗布量(g/m2 )を算出した。
石油化学由来の原料から新たに重合したポリアミド6(a-1)としては、東洋紡株式会社製、相対粘度2.8、融点220℃のポリアミド6を使用した。
[ケミカルリサイクルしたポリアミド6(a-2)の製造]
廃材から回収したポリアミド6繊維と、解重合触媒である75質量%のリン酸水溶液を解重合装置に仕込み、窒素雰囲気下で260℃まで加熱した。過熱水蒸気を解重合装置へ吹き込みながら反応を開始し、解重合装置から連続的に留出するε-カプロラクタム・水蒸気を冷却して、ε-カプロラクタム留出液を回収した。回収した留出液をエバポレーターで濃縮し得られたε-カプロラクタムを再重合してケミカルリサイクルポリアミド6を得た。ポリアミド6(a-2)の相対粘度は、2.7、融点は221℃であった。
後述する実施例1で示した方法により得られた延伸フィルムから出た規格外フィルムおよび切断端材(耳トリム)として発生した屑材を回収・粉砕し、シリンダー温度270℃の押出機で混練り、ペレット化させた後、100℃、減圧下で乾燥してメカニカルリサイクルしたポリアミド6を得た。ポリアミド6(a-3)の相対粘度は2.6、融点は221℃であった。
押出機1台と380mm巾の単層Tダイよりなる装置を使用し、Tダイから下記の樹脂組成物の溶融樹脂をフィルム状に押出し、20℃に温調した冷却ロールにキャストし静電密着させて厚み200μmの未延伸フィルムを得た。
樹脂組成物はポリアミドA(ポリアミド6、東洋紡株式会社製、相対粘度2.8、融点220℃)85質量部、及びポリアミドBが5.0質量部、多孔質シリカ微粒子(富士シリシア化学株式会社製、平均粒子径2.0μm、細孔容積1.6ml/g)0.45質量部及び脂肪酸ビスアマイド(共栄社化学株式会社製エチエンビスステアリン酸アミド)0.15質量部からなるポリアミド樹脂組成物である。
なお、二軸延伸ポリアミドフィルムの厚みは、合計厚みが15μmになるように押出し機の吐出量を調整した。
得られた未延伸フィルムを、ロール式延伸機に導き、ロールの周速差を利用して、80℃でMD方向に1.73倍延伸した後、70℃でさらに1.85倍延伸した。引き続き、連続的にテンター式延伸機に導き、110℃で予熱した後、TD方向に120℃で1.2倍、130℃で1.7倍、160℃で2.0倍延伸して、218℃で熱固定処理した後、218℃で7%緩和処理を行い、ついで無機薄膜層を積層する側の表面をコロナ放電処理してフィルムをロール状に巻き取った後スリットし、400mmの幅のフィルムロールを得た。
以上のようにして、二軸延伸ポリアミドフィルム/無機薄膜層/保護層の順に積層されたガスバリア性ポリアミドフィルムを作製した。
ポリアミド樹脂組成物、延伸倍率、熱固定温度などの製膜条件を表2のように変更した以外は、実施例1と同様の方法でガスバリア性ポリアミドフィルムを得た。得られたガスバリア性ポリアミドフィルムの評価結果を表2に示した。
フィルムを連続式真空蒸着機の巻出し側にセットし、連続式真空蒸着機を10-4Torr以下に減圧し、冷却金属ドラムを介して走行させ、冷却ドラムの下部よりアルミナ製るつぼに純度99.99%の金属アルミニウムを装填し、金属アルミニウムを加熱蒸発させ、その蒸気中に酸素を供給し酸化反応させながらフィルム上に付着堆積させ、厚さ30nmの酸化アルミニウム膜を形成した。
実施例8においては、以下の同時二軸延伸方法を用いてガスバリア性ポリアミドフィルムを得た。
押出機1台と380mm巾の単層Tダイよりなる装置を使用し、Tダイから実施例4と同じ樹脂組成物の溶融樹脂をフィルム状に押出し、20℃に温調した冷却ロールにキャストし静電密着させて厚み160μmのシートを得た。得られたシートを50℃に調整した温水槽に送り2分間の浸水処理を施して水分率約4%に調整した。このシートの幅方向の端部をテンター式同時二軸延伸機のクリップに保持させ、180℃で縦横両軸方向に3.3倍に延伸した後、210℃で熱固定処理し、さらに210℃で5%横方向に緩和処理を行い、ついで無機薄膜層を積層する側の表面をコロナ放電処理してフィルムをロール状に巻き取った後スリットし、400mmの幅のフィルムロールを得た。
ポリアミド樹脂組成物、延伸倍率、熱固定温度などの製膜条件を表2のように変更した以外は、実施例1と同様の方法で、石油化学由来の原料から新たに重合したポリアミド6(a-1)のみを原料として使用した無機薄膜層を持たない二軸延伸ポリアミドフィルムを得た。
一方、比較例1のリサイクルしていない石油化学由来の原料から新たに重合したポリアミド6(a-1)のみを原料として使用した無機薄膜層を持たない二軸延伸ポリアミドフィルムは、実施例と同等の衝撃強度や突刺し強度を持った二軸延伸ポリアミドフィルムを得ることができたが、酸素透過度が高くガスバリア性が要求される包装用フィルムには適していなかった。
押出機2台と380mm巾の共押出Tダイよりなる装置を使用し、フィードブロック法でB層/A層/B層の構成で積層してTダイから溶融樹脂をフィルム状に押出し、20℃に温調した冷却ロールにキャストし静電密着させて厚み200μmの未延伸フィルムを得た。
A層とB層の樹脂組成物は以下のとおりである。
A層を構成する樹脂組成物:ポリアミド樹脂(a-1)としてポリアミド6(東洋紡株式会社製、相対粘度2.8、融点220℃)95質量部、及びポリアミド樹脂(a-2)5質量部からなるポリアミド樹脂組成物。
B層を構成する樹脂組成物:ポリアミド樹脂(a-1)としてポリアミド6(東洋紡株式会社製、相対粘度2.8、融点220℃)95質量部、及びポリアミド樹脂(a-2)5.0質量部、多孔質シリカ微粒子(富士シリシア化学株式会社製、平均粒子径2.0μm、細孔容積1.6ml/g)0.45質量部及び脂肪酸ビスアマイド(共栄社化学株式会社製エチエンビスステアリン酸アミド)0.15質量部からなる樹脂組成物。
得られた未延伸フィルムを、ロール式延伸機に導き、ロールの周速差を利用して、80℃でMD方向に1.73倍延伸した後、70℃でさらに1.85倍延伸した。引き続き、この一軸延伸フィルムにロールコーターで下記の塗布液(A)を塗布した後、70℃の温風で乾燥させつつ、連続的にテンター式延伸機に導き、110℃で予熱した後、TD方向に120℃で1.2倍、130℃で1.7倍、160℃で2.0倍延伸して、218℃で熱固定処理した後、218℃で7%緩和処理を行い、ついで無機薄膜層を積層する側の表面をコロナ放電処理してフィルムをロール状に巻き取った後スリットし、400mmの幅のフィルムロールを得た。
ポリアミド樹脂組成物、延伸倍率、熱固定温度などの製膜条件を表3のように変更した以外は、実施例9と同様の方法でガスバリア性ポリアミドフィルムを得た。得られたガスバリア性ポリアミドフィルムの評価結果を表3に示した。
ただし、実施例16においては、無機薄膜層として実施例7と同じく酸化アルミニウム薄膜層を積層した。
また、実施例17においては、実施例8と同じく同時二軸延伸法を用いて、ガスバリア性ポリアミドフィルムを得た。
ポリアミド樹脂組成物、延伸倍率、熱固定温度などの製膜条件を表3のように変更した以外は、実施例1と同様の方法で、石油化学由来の原料から新たに重合したポリアミド6(a-1)のみを原料として使用した無機薄膜層を持たない二軸延伸ポリアミドフィルムを得た。
ポリアミド樹脂組成物、延伸倍率、熱固定温度などの製膜条件を表3のように変更した以外は、実施例9と同様の方法で、表面層(B層)にメカニカルリサイクルしたポリアミド6(a-3)を多く配合したガスバリア性ポリアミドフィルムを得た。得られたガスバリア性ポリアミドフィルムの評価結果を表3に示した。
一方、比較例2のリサイクルしていない石油化学由来の原料から新たに重合したポリアミド6(a-1)のみを原料として使用した無機薄膜層を持たない二軸延伸ポリアミドフィルムは、実施例と同等の衝撃強度や突刺し強度を持った二軸延伸ポリアミドフィルムを得ることができたが、酸素透過度が高くガスバリア性が要求される包装用フィルムには適していなかった。
実施例1-2で作製したガスバリア性ポリアミドフィルムを使用して以下の(1)~(9)の構成の積層体を作製し、(1)~(9)の積層体を使用して三方シールタイプ及びピロータイプの包装袋を作製した。外観が良好で落下衝撃テストで破れにくい包装袋を作製できた。
(1)ガスバリア性ポリアミドフィルム層/印刷層/ポリウレタン系接着剤層/直鎖状低密度ポリエチレンフィルムシーラント層。
(2)ガスバリア性ポリアミドフィルム層/印刷層/ポリウレタン系接着剤層/無延伸ポリプロピレンフィルムシーラント層。
(3)二軸延伸PETフィルム層/印刷層/ポリウレタン系接着剤層/ガスバリア性ポリアミドフィルム層/ポリウレタン系接着剤層/無延伸ポリプロピレンフィルムシーラント層。
(4)二軸延伸PETフィルム層/印刷層/ポリウレタン系接着剤層/ガスバリア性ポリアミドフィルム層/ポリウレタン系接着剤層/直鎖状低密度ポリエチレンフィルムシーラント層。
Claims (9)
- ポリアミド6を70質量%以上含むポリアミド樹脂からなり、前記ポリアミド6のうち4~90質量%がケミカルリサイクルしたポリアミド6である二軸延伸ポリアミドフィルムの少なくとも片面に無機薄膜層が積層されたことを特徴とするガスバリア性ポリアミドフィルム。
- 二軸延伸ポリアミドフィルムが、メカニカルリサイクルしたポリアミド6を5~60質量%含むことを特徴とする請求項1に記載のガスバリア性ポリアミドフィルム。
- 基材層(A層)の少なくとも片面に表面層(B層)が積層された二軸延伸ポリアミドフィルムの少なくとも片面に無機薄膜層が積層されたガスバリア性ポリアミドフィルムであって、基材層(A層)は前記の二軸延伸ポリアミドフィルムであり、B層がポリアミド6を70質量%以上含むポリアミド樹脂組成物からなることを特徴とするガスバリア性ポリアミドフィルム。
- 基材層(A層)がメカニカルリサイクルしたポリアミド6を5~80質量%含有し、表面層(B層)がメカニカルリサイクルしたポリアミド6を0~30質量%含むことを特徴とする請求項3に記載のガスバリア性ポリアミドフィルム
- ガスバリア性ポリアミドフィルムが下記の(a)~(c)を満足することを特徴とする前記請求項1~4いずれか1項に記載のガスバリア性ポリアミドフィルム。
(a)突刺し強度が0.65N/μm以上、
(b)衝撃強度が0.9J/15μm以上。
(c)耐摩擦ピンホールテストでピンホール発生までの距離が2900cm以上。 - ガスバリア性ポリアミドフィルムが下記の(d)及び(e)を満足することを特徴とする前記請求項1~5いずれか1項に記載のガスバリア性ポリアミドフィルム。
(d)ヘイズが2.6%以下、
(e)動摩擦係数が1.0以下。 - ポリエチレン系シーラントフィルムと貼り合わせた後の耐水ラミネート強度が4.0N/15mm以上であることを特徴とする請求項1~6いずれか1項に記載のガスバリア性ポリアミドフィルム。
- 請求項1~7いずれか1項に記載のガスバリア性ポリアミドフィルムにシーラントフィルムを積層した積層フィルム。
- 請求項8に記載された積層フィルムを用いた包装袋。
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