JP2023014436A - 二軸延伸ポリアミドフィルム - Google Patents

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Abstract

【課題】 本発明の目的は、耐衝撃性及び耐屈曲ピンホール性と耐摩擦ピンホール性に優れるとともに、環境負荷を低減できる二軸延伸ポリアミドフィルムを提供することにある。【解決手段】ポリアミド樹脂として、ポリアミド6を70~99質量%と、原料の少なくとも一部がバイオマス由来であるポリアミドを1~30質量%含み、前記ポリアミド6が、ポリアミド6を100質量部としてケミカルリサイクルにより得られたポリアミド6を5~100質量部含む、二軸延伸ポリアミドフィルム。【選択図】 なし

Description

本発明は、耐衝撃性及び耐屈曲ピンホール性と耐摩擦ピンホール性が同時に優れるとともに、バイオマス(植物などの生物由来の有機物資源)由来の原料と廃棄ポリアミド製品からケミカルリサイクルしたポリアミド6を同時に用いた二軸延伸ポリアミドフィルムに関するものである。本発明の二軸延伸ポリアミドフィルムは、食品包装用フィルムなどに好適に使用される。
従来から、ポリアミド6に代表される脂肪族ポリアミドからなる二軸延伸フィルムは、耐衝撃性と耐屈曲ピンホール性に優れており、各種の包装材料フィルムとして広く使用されている。
上記の耐屈曲ピンホール性を向上させる手段として脂肪族ポリアミドにポリアミド系エラストマーを混合したフィルムが知られている(例えば、特許文献1参照)。このフィルムは、低温環境下での耐屈曲ピンホール性、耐衝撃性が良好であり、低温環境下でも屈曲疲労によるピンホールが発生にくい。しかし、フィルム製造時に添加したポリアミド系エラストマーが熱劣化するために、ダイスのリップ出口に目ヤニと呼ばれる劣化物を生成しやすく、フィルム厚みの精度を悪化させる原因になることがわかった。また、劣化物はそれ自体が落下することで不良製品を生み、フィルム連続生産時の生産効率を低下させる問題があった。
ピンホールは、屈曲によって発生する他に摩擦(擦れ)によっても発生する。屈曲によるピンホールと摩擦によるピンホールの改善方法は相反する場合が多い。例えば、フィルムの柔軟性を高くすると、屈曲ピンホールは発生しにくくなるが、柔らかくなった分だけ摩擦によるピンホールが生じ易くなる傾向がある。これに対して二軸延伸ポリアミドフィルムの外面に表面コート剤を設けることによって、耐屈曲性や耐摩擦ピンホール性に優れた包装用の積層体が提案されている(例えば、特許文献2参照)。しかし、この方法では摩擦ピンホールの発生防止効果が少ない。また、コーティング工程が必要となる。
近年、循環型社会の構築のため、材料分野において化石燃料の原料に代わりバイオマスの利用が注目されている。バイオマスは、二酸化炭素と水から光合成された有機化合物であり、それを利用することにより、再度二酸化炭素と水になる、いわゆるカーボンニュートラルな(環境中での二酸化炭素の排出量と吸収量が同じであるので温室効果ガスである二酸化炭素の増加を抑制できる)原料である。昨今、これらバイオマスを原料としたバイオマスプラスチックの実用化が急速に進んでおり、汎用高分子材料であるポリエステルをこれらバイオマス原料から製造する試みも行われている。
また、プラスチックごみの排出量削減のため、リサイクル素材の利用が求められている。ポリアミド6をリサイクルする方法としては、焼却して熱エネルギーとして回収するサーマルリサイクル法、溶融した後に再成型して再利用するマテリアルリサイクル法、および化学的に解重合してポリアミドの原料にまで戻し、ポリアミド製造等に再利用するケミカルリサイクル法がある。
これらのうち、ケミカルリサイクル法はポリアミド6を原料のカプロラクタムにまで分解してから回収し、ポリアミド6の原料として再利用できることから、産業上有用なリサイクル方法といえる。
例えば特許文献3では、ポリアミド製衣料製品の使用済み品を回収した後、解重合を行ってε-カプロラクタムを回収し、精製し、重合し、溶融紡糸や成形によりポリアミド繊維やポリアミド成形品へと、リサイクル方法が開示されている。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ポリアミド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。
上述したケミカルリサイクル法によってリサイクルされたポリアミド樹脂は、これまで主に繊維や成形品の原料として用いられてきたが、食品包装用のフィルムとしては実用化されていなかった。
特開平11-254615号公報 特開2001-205761号公報 特開平7-310204号公報
本発明は、かかる従来技術の問題点に鑑み創案されたものである。本発明の目的は、耐衝撃性及び耐屈曲ピンホール性と耐摩擦ピンホール性に優れるとともに、環境負荷を低減できる二軸延伸ポリアミドフィルムを提供することにある。
即ち、本発明は、以下の構成よりなる。
[1] ポリアミド樹脂として、ポリアミド6を70~99質量%と、原料の少なくとも一部がバイオマス由来であるポリアミドを1~30質量%含み、
前記ポリアミド6が、ポリアミド6を100質量部としてケミカルリサイクルにより得られたポリアミド6を5~100質量部含む、二軸延伸ポリアミドフィルム。
[2] 前記ポリアミド6が、ポリアミド6を100質量部として、ケミカルリサイクルにより得られたポリアミド6に加えて、メカニカルリサイクルにより得られたポリアミド6を5~50質量部含む、[1]に記載の二軸延伸ポリアミドフィルム。
[3] 前記二軸延伸ポリアミドフィルム中の全炭素に対して、放射性炭素(C14)測定によるバイオマス由来の炭素の含有量が1~15%であることを特徴とする[1]又は[2]に記載の二軸延伸ポリアミドフィルム。
[4] 前記原料の少なくとも一部がバイオマス由来であるポリアミド樹脂が、ポリアミド11、ポリアミド410、ポリアミド610、及びポリアミド1010からなる群から選ばれる少なくとも1種のポリアミド樹脂である、[1]~[3]のいずれかに記載の二軸延伸ポリアミドフィルム。
[5] 前記二軸延伸ポリアミドフィルムの少なくとも片面に1層以上積層された二軸延伸ポリアミドフィルムであって、前記積層された層はポリアミド6を70~100質量%含み、前記ポリアミド6が、ポリアミド6を100質量部としてケミカルリサイクルにより得られたポリアミド6を5~100質量部含む、[1]~[4]のいずれかに記載の二軸延伸ポリアミドフィルム。
[6] 前記ポリアミド6が、ポリアミド6を100質量部として、ケミカルリサイクルにより得られたポリアミド6に加えて、メカニカルリサイクルにより得られたポリアミド6を5~50質量部含む、[5]に記載の二軸延伸ポリアミドフィルム。
[7] 前記積層された層の厚みが、フィルム全体の厚みに対して7~50%である、[5]又は[6]に記載の二軸延伸ポリアミドフィルム。
[8] 下記の(a)及び(b)を満足することを特徴とする[1]~[7]のいずれかに記載の二軸延伸ポリアミドフィルム。
(a)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10個以下、
(b)耐摩擦ピンホール性試験におけるピンホール発生までの距離が2900cm以上
[9] ヘイズが10%以下、動摩擦係数が1.0以下であることを特徴とする[1]~[8]のいずれかに記載の二軸延伸ポリアミドフィルム。
[10] 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]~[8]のいずれかに記載の二軸延伸ポリアミドフィルム。
[11] [1]~[10]のいずれかに記載の二軸延伸ポリアミドフィルムの少なくとも片面にシーラントフィルムを積層した積層フィルム。
[12] [11]に記載された積層フィルムを用いた包装袋。
本発明の二軸延伸ポリアミドフィルムは、ポリアミド6樹脂を主成分とし、特定のバイオマス由来の原料から重合されたポリアミド樹脂をブレンドすることおよび特定の製膜条件を採用することで、耐衝撃性、耐屈曲ピンホール性、耐摩擦ピンホール性、シーラントフィルムとの接着性が発現するとともに、カーボンニュートラルなポリアミドフィルムが得られる。
本発明の二軸延伸ポリアミドフィルムはさらに、廃棄ポリアミド製品からケミカルリサイクルしたポリアミド6を使用し又はブレンドすることにより環境負荷低減が可能なポリアミドフィルムが得られる。
さらに本発明によれば、バイオマス由来原料のポリアミドが耐屈曲ピンホール性の改善に効果を発揮するため、ポリアミド系エラストマーを添加する必要が無い。そのためポリアミド系エラストマーにより発生するダイス内面への劣化物の付着やダイスリップ出口への目ヤニの付着を抑制できる。その結果、フィルムの厚み斑の悪化を防止し、かつ長時間の連続生産を可能にすることができる。
耐摩擦ピンホール性評価装置の概略図
[二軸延伸ポリアミドフィルム]
本発明の二軸延伸ポリアミドフィルムは、ポリアミド樹脂として、ポリアミド6を70~99質量%と、原料の少なくとも一部がバイオマス由来であるポリアミドを1~30質量%含む。さらにポリアミド6が、ポリアミド6を100質量部としてケミカルリサイクルにより得られたポリアミド6を5~100質量部含むことを特徴とする。ポリアミド6を70質量%以上含むことで、ポリアミド6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。
本発明の二軸延伸ポリアミドフィルムは、原料の少なくとも一部がバイオマス由来であるポリアミド樹脂を1~30質量%含むことで、耐屈曲ピンホール性及び耐摩耗ピンポール性が向上する。従来使用されている耐屈曲ピンホール性の改良剤である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場合、耐屈曲ピンホール性は向上するが、耐摩擦ピンホール性が悪くなる。原料の少なくとも一部がバイオマス由来であるポリアミド樹脂を含むことで、耐屈曲ピンホール性と耐摩擦ピンホール性が同時に優れた二軸延伸ポリアミドフィルムが得られる。また、カーボンニュートラルな地上の二酸化炭素の増減に影響が少ないフィルムが得られる。
本発明の二軸延伸ポリアミドフィルムで用いられるポリアミド6は、全てのポリアミド6を100質量部として、5~100質量部がケミカルリサイクルから得られたポリアミド6であることが好ましい。ケミカルリサイクルの原料は、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製品が例示されるが、これに限定されない。ケミカルリサイクルしたポリアミド6を用いることで、環境負荷低減が可能な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樹脂は、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樹脂は、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。
ポリアミド6樹脂の相対粘度は、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。
本発明の二軸延伸ポリアミドフィルム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。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を得る方法としては、例えば、ポリアミド製製品の使用済み品を回収した後、解重合を行ってε-カプロラクタムを得てこれを精製してからポリアミド6を重合する方法を用いることができる。
<解重合条件>
本発明の二軸延伸ポリアミドフィルムで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製品は加熱すること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。
上記解重合の圧力は、減圧、常圧、加圧のいずれであっても良い。解重合の温度は、通常、100℃から400℃であり、好ましくは、200℃から350℃、さらに好ましくは220℃から300℃である。温度が低いと、ポリアミド6製品が溶融しないため解重合速度が遅くなる。温度が高いと、不必要なポリアミド6のモノマー(すなわちカプロラクタム)の分解が起こり、回収カプロラクタムの純度が低下する恐れがある。
上記解重合において触媒を用いる場合は、通常、酸触媒、あるいは塩基触媒などが用いられる。酸触媒としては、りん酸、ホウ酸、硫酸、有機酸、有機スルホン酸、固体酸、およびこれらの塩、また塩基触媒としては、アルカリ水酸化物、アルカリ塩、アルカリ土類水酸化物、アルカリ土類塩、有機塩基、固体塩基などが挙げられる。好ましくは、リン酸、ホウ酸、有機酸、アルカリ水酸化物、アルカリ塩などが挙げられる。さらに好ましくはリン酸、リン酸ナトリウム、リン酸カリウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸水素カリウムなどが挙げられる。
上記解重合において用いる酸触媒の使用量は、通常、ポリアミド6成分に対して、0.01~50質量%である。好ましくは0.01~20質量%、さらに好ましくは、0.5~10質量%である。触媒使用量は少ないと、反応速度が遅くなり、多いと、副反応が多くなるうえ、触媒コストがかさみ経済的に不利になる。
上記解重合は、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。湿式解重合の場合の水の使用量は繊維などのポリアミド6製品成分に対して、0.1~50質量倍である。好ましくは、0.5~20質量倍、さらに好ましくは、1~10質量倍である。水の使用量は、少ないと、反応速度が遅くなり、多いと、回収カプロラクタム水溶液の濃度が低くなり、カプロラクタムの取得上、不利になる。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すことができる。あるいは反応の進行とともに、連続的に取り出すことができる。乾式解重合を行う場合、生成したカプロラクタムを反応装置から減圧蒸留により留出させ、回収カプロラクタムを得る。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すことができる。あるいは反応の進行とともに、連続的に取り出すことができる。
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。
本発明の二軸延伸ポリアミドフィルムには、さらに二軸延伸ポリアミドフィルムの製造工程から出された廃材をメカニカルリサイクルしたポリアミド6を併用することができる。
上記のメカニカルリサイクルしたポリアミド6とは、例えば、二軸延伸ポリアミフィルムを製造する際に生成する規格外の出荷できないフィルムや切断端材(耳トリム)として発生する屑材を回収し、溶融押し出しや圧縮成形でペレット化させた原料である。
本発明の二軸延伸ポリアミドフィルムに添加するメカニカルリサイクルしたポリアミド6の使用割合は、下限は特に限定されない。上限としては、全てのポリアミド6を100質量部として、50質量部が好ましく、さらに好ましくは40質量部、さらに好ましくは30質量部である。添加するメカニカルリサイクルポリアミドの使用割合が上記を超えると、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。
[原料の少なくとも一部がバイオマス由来であるポリアミド樹脂]
本発明に使用する、原料の少なくとも一部がバイオマス由来であるポリアミド樹脂としては、例えば、ポリアミド11、ポリアミド410、ポリアミド610、及びポリアミド1010、ポリアミドMXD10樹脂、ポリアミド11・6T共重合樹脂などが挙げられる。
ポリアミド11は、炭素原子数11である単量体がアミド結合を介して結合された構造を有するポリアミド樹脂である。通常、ポリアミド11は、アミノウンデカン酸又はウンデカンラクタムを単量体として用いて得られる。とりわけアミノウンデカン酸は、ヒマシ油から得られる単量体であるため、カーボンニュートラルの観点から望ましい。これらの炭素原子数が11である単量体に由来する構成単位は、ポリアミド11内において全構成単位のうちの50モル%以上が好ましく、80%モル以上が更に好ましく、100モル%であってもよい。ポリアミド11としては、通常、前述したウンデカン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11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。ポリアミド11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、2.4~3.2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。
ポリアミド610は、炭素原子数6であるジアミンと炭素原子数10であるジカルボン酸とが重合された構造を有するポリアミド樹脂である。通常、ヘキサメチレンジアミンとセバシン酸が利用される。このうちセバシン酸は、ヒマシ油から得られる単量体であるため、カーボンニュートラルの観点から望ましい。これらの炭素原子数6である単量体に由来する構成単位と、炭素原子数10である単量体に由来する構成単位とは、PA610内においてその合計が、全構成単位のうちの50モル%以上が好ましく、80%モル以上が更に好ましく、100モル%であってもよい。
ポリアミド1010は、炭素原子数10であるジアミンと炭素原子数10であるジカルボン酸とが重合された構造を有するポリアミド樹脂である。通常、ポリアミド1010には、1,10-デカンジアミン(デカメチレンジアミン)とセバシン酸とが利用される。デカメチレンジアミン及びセバシン酸は、ヒマシ油から得られる単量体であるため、カーボンニュートラルの観点から望ましい。これらの炭素原子数10であるジアミンに由来する構成単位と、炭素原子数10であるジカルボン酸に由来する構成単位とは、PA1010内においてその合計が、全構成単位のうちの50モル%以上が好ましく、80モル%以上が更に好ましく、100モル%であってもよい。
ポリアミド410は、炭素数4である単量体と炭素原子数10であるジアミンとが共重合された構造を有するポリアミド樹脂である。通常ポリアミド410には、セバシン酸とテトラメチレンジアミンとが利用される。セバシン酸としては、環境面から植物油のヒマシ油を原料とするものが好ましい。ここで用いるセバシン酸としては、ヒマシ油から得られるものが環境保護の観点(特にカーボンニュートラルの観点)から望ましい。
本発明の二軸延伸ポリアミドフィルムにおける、原料の少なくとも一部がバイオマス由来であるポリアミド樹脂の含有量の下限は特に限定されないが、1質量%が好ましく、3質量以上がより好ましい。含有量の上限は30質量%であり、20質量%がより好ましい。原料の少なくとも一部がバイオマス由来であるポリアミド樹脂の含有量が30質量%を超えると、溶融フィルムをキャスティングする時に溶融フィルムが安定しなくなり均質な未延伸フィルムを得るのが難しくなる場合がある。
[副材料、添加剤]
本発明の二軸延伸ポリアミドフィルムには、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。
<他の熱可塑性樹脂>
本発明の二軸延伸ポリアミドフィルムには、本発明の目的を損なわない範囲で、上記のポリアミド6及び原料の少なくとも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樹脂、ポリアミド66樹脂、ポリアミド6・12共重合樹脂、ポリアミド6・66共重合樹脂、ポリアミドMXD6樹脂、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。
<滑剤>
本発明の二軸延伸ポリアミドフィルムには、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。本発明の二軸延伸ポリアミドフィルムは、滑り性を良くすることで、摩擦による包装袋の破袋を減少させる効果もある。
前記微粒子としては、シリカ、カオリン、ゼオライト等の無機微粒子、アクリル系、ポリスチレン系等の高分子系有機微粒子等の中から適宜選択して使用することができる。なお、透明性と滑り性の面から、シリカ微粒子を用いることが好ましい。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。
前記シリカ微粒子を使用する場合、シリカの細孔容積の範囲は、0.5~2.0ml/gであると好ましく、0.8~1.6ml/gであるとより好ましい。細孔容積が0.5ml/g未満であると、ボイドが発生し易くなりフィルムの透明性が悪化し、細孔容積が2.0ml/gを超えると、微粒子による表面の突起ができにくくなる傾向がある。
本発明の二軸延伸ポリアミドフィルムには、滑り性を良くする目的で脂肪酸アマイド及び/又は脂肪酸ビスアマイドを含有させることができる。脂肪酸アマイド及び/又は脂肪酸ビスアマイドとしては、エルカ酸アマイド、ステアリン酸アマイド、エチレンビスステアリン酸アマイド、エチレンビスベヘン酸アマイド、エチレンビスオレイン酸アマイドなどが挙げられる。
本発明の二軸延伸ポリアミドフィルム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。
本発明の二軸延伸ポリアミドフィルムには、滑り性を良くする目的でポリアミドMXD6樹脂、ポリアミド12樹脂、ポリアミド66樹脂、ポリアミド6・12共重合樹脂、ポリアミド6・66共重合樹脂などのポリアミド樹脂を添加することができる。特にポリアミドMXD6樹脂が好ましく、1~10質量%添加することが好ましい。
<酸化防止剤>
本発明の二軸延伸ポリアミドフィルムには、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。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。
[表面層]
本発明において、二軸延伸ポリアミドフィルムの片面又は両面に、同一もしくは異なる樹脂組成部からなる1層以上の表面層を積層することができる。少なくとも1層の表面層を積層することにより、表面の特性を改善することができる。
表面層は、ポリアミド6を70~100質量%含む樹脂組成物からなる層であることが好ましい。好ましくはポリアミド6が80質量%以上であり。より好ましくはポリアミド6が90質量%以上である。上限は100質量%であり、好ましくは99質量%であり、より好ましくは97質量%である。ポリアミド6を70質量%以上含むことにより、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。
さらに、ポリアミド6を100質量部として、ポリアミド6を100質量部としてケミカルリサイクルにより得られたポリアミド6を5~100質量部含むことが好ましい。ケミカルリサイクルにより得られたポリアミド6に加えて、メカニカルリサイクルにより得られたポリアミド6を併用することができる。メカニカルリサイクルにより得られたポリアミド6の使用割合は、ポリアミド6を100質量部として、0~50質量部であることが好ましい。メカニカルリサイクルポリアミドの使用割合が上記を超えると、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。
表面層には、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表面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。表面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。
表面層には、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MXD6樹脂、ポリアミド11樹脂、ポリアミド12樹脂、ポリアミド66樹脂、ポリアミド6・12共重合樹脂、ポリアミド6・66共重合樹脂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。
表面層には、フィルムの滑り性を良くするために、滑剤として微粒子や有機潤滑剤などを含有させることが好ましい。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が減少する。
前記の微粒子としては、シリカ、カオリン、ゼオライト等の無機微粒子、アクリル系、ポリスチレン系等の高分子系有機微粒子等の中から適宜選択して使用することができる。なお、透明性と滑り性の面から、シリカ微粒子を用いることが好ましい。
前記の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。
前記のシリカ微粒子を使用する場合、シリカの細孔容積の範囲は、0.5~2.0ml/gであると好ましく、0.8~1.6ml/gであるとより好ましい。細孔容積が0.5ml/g未満であると、ボイドが発生し易くなりフィルムの透明性が悪化する。細孔容積が2.0ml/gを超えると、微粒子による表面の突起ができにくくなる傾向がある。
前記の有機潤滑剤としては、脂肪酸アマイド及び/又は脂肪酸ビスアマイドを含有させることができる。脂肪酸アマイド及び/又は脂肪酸ビスアマイドとしては、エルカ酸アマイド、ステアリン酸アマイド、エチレンビスステアリン酸アマイド、エチレンビスベヘン酸アマイド、エチレンビスオレイン酸アマイドなどが挙げられる。表面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。
表面層には、フィルムの滑り性を良くする目的でポリアミド6以外のポリアミド系樹脂、例えば、ポリアミドMXD6樹脂、ポリアミド11、ポリアミド12樹脂、ポリアミド66樹脂、ポリアミド6・12共重合樹脂、ポリアミド6・66共重合樹脂などを添加することができる。特にポリアミドMXD6樹脂が好ましく、1~10質量%添加することが好ましい。1質量%未満ではフィルムの滑り性改善効果が少ない。10質量%より多い場合は、フィルムの滑り性改善効果が飽和する。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。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。
表面層にフィルムの滑り性を良くする目的で、微粒子、有機潤滑剤、又はポリアミドMXD6樹脂などのポリアミド系樹脂を添加する場合、基材となる二軸延伸ポリアミドフィルムへのこれらの添加量を少なくすると、透明性に優れ、かつ滑り性も優れるフィルムが得られるので、好ましい。
また、表面層には接着性を良くする目的でポリアミド6以外のポリアミド系樹脂を添加することもできる。この場合、ポリアミド6・12共重合樹脂、ポリアミド6・66共重合樹脂などの共重合ポリアミド樹脂が好ましい。
本発明の基材となる二軸延伸ポリアミドフィルム及び表面層に滑剤や酸化防止剤などの副材料や添加剤を添加する方法としては、樹脂重合時や押出し機での溶融押出し時に添加できる。高濃度のマスターバッチを作製してマスターバッチをフィルム生産時にポリアミド樹脂に添加してもよい。こうした公知の方法により行うことができる。
[二軸延伸ポリアミドフィルム]
本発明の二軸延伸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。
本発明の二軸延伸ポリアミドフィルムの少なくとも方面に表面層となる1層以上を積層させた積層フィルムとする場合、表面層の厚みがフィルム総厚みの大部分を占めると、耐屈曲ピンホール性が低下する。積層された層の厚みは、フィルム全体の厚みに対して、7~50%であることが好ましく、7~30%であることがより好ましい。
本発明の二軸延伸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10個以下である。より好ましくは5個以下である。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。
更に、本発明の二軸延伸ポリアミドフィルムは、実施例に記載した耐摩擦ピンホール性試験において、ピンホール発生までの距離が2900cm以上である。より好ましくは3100cm以上、更に好ましくは3300cm以上である。ピンホールが発生する距離が長いほど耐摩擦ピンホール性に優れており、ピンホールが発生する距離が2900cm以上であれば、輸送時などに包装袋が段ボール箱などと擦れてもピンホールが発生しにくい包装袋が得られる。
本発明の二軸延伸ポリアミドフィルムは、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ことに特徴がある。これらの特性を持った本発明の二軸延伸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。
本発明のフィルムは、160℃、10分での熱収縮率が流れ方向(以下MD方向と略記する)及び幅方向(以下TD方向と略記する)ともに0.6~3.0%の範囲であり、好ましくは、0.6~2.5%である。熱収縮率が、3.0%を超える場合には、ラミネートや印刷など、次工程で熱がかかる場合にカールや収縮が発生する場合がある。また、シーラントフィルムとのラミネート強度が弱くなる場合がある。熱収縮率を0.6%未満とすることは可能ではあるが、力学的に脆くなる場合がある。また、生産性が悪化するので好ましくない。
耐衝撃性に優れることが二軸延伸ポリアミドフィルムの特長であるので、本発明の二軸延伸ポリアミドフィルムの衝撃強度は、0.7J/15μm以上が好ましい。より好ましい衝撃強度は、0.9J/15μm以上である。
本発明の二軸延伸ポリアミドフィルムのヘイズ値は、10%以下であることが好ましい。より好ましくは7%以下、更に好ましくは5%以下である。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、フィルムが2層以上である場合、微粒子は表面層のみに入れる方が、ヘイズ値を小さくできる。
本発明の二軸延伸ポリアミドフィルムの動摩擦係数は、1.0以下であることが好ましい。より好ましくは0.7以下、更に好ましくは0.5以下である。フィルムの動摩擦係数が小さいと滑り性を良くなり、フィルムのハンドリングがしやすくなる。フィルムの動摩擦係数が小さすぎると、滑りすぎてハンドリングがしにくくなるので本発明の二軸延伸ポリアミドフィルムの動摩擦係数は0.15以上が好ましい。
本発明の二軸延伸ポリアミドフィルムは、ASTM D6866-16の放射性炭素(C14)測定によるバイオマス由来の炭素の含有量(バイオマス度ともいう)が、ポリアミドフィルム中の全炭素に対して1~15%含まれることが好ましい。大気中の二酸化炭素には、C14が一定割合(105.5pMC)で含まれているため、大気中の二酸化炭素を取り入れて成長する植物、例えばトウモロコシ中のC14含有量も105.5pMC程度であることが知られている。また、化石燃料中にはC14が殆ど含まれていないことも知られている。したがって、ポリエステル中の全炭素原子中に含まれるC14の割合を測定することにより、バイオマス由来の炭素の割合を算出することができる。
本発明の二軸延伸ポリアミドフィルムは、実施例に記載したポリエチレン系シーラントと貼り合わせた後のラミネート強度は、4.0N/15mm以上である。二軸延伸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二軸延伸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、本発明の二軸延伸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。
[フィルムの作製方法]
本発明の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。
本発明の二軸延伸ポリアミドフィルムの作製方法について説明する。
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。
基材となるフィルムの少なくとも片面に表面層が積層された二軸延伸ポリアミドフィルムを作製する場合は、積層した未延伸フィルムを得るため、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が好ましい。共押出法以外に、ドライラミネート法、押出ラミネート法等を選ぶこともできる。共押出法で積層する場合、それぞれの層に使用するポリアミド樹脂組成物は、溶融粘度の差が少なくなるようにすることが望ましい。
樹脂の溶融温度は好ましくは220~350℃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。ダイ温度は250~350℃が好ましい。
冷却ロール温度は、-30~80℃が好ましく、更に好ましくは0~50℃である。
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。
また、キャストした未延伸フィルムの冷却ロールの反対面も冷却することが好ましい。例えば、未延伸フィルムの冷却ロールの反対面に、槽内の冷却用液体を接触させる方法、スプレーノズルで蒸散する液体を塗布する方法、高速流体を吹き付けて冷却する方法等を併用することが好ましい。このようにして得られた未延伸フィルムを二軸方向に延伸して本発明の二軸延伸ポリアミドフィルムを得る。
延伸方法としては同時二軸延伸法、逐次二軸延伸法のいずれでもよい。いずれの場合においても、MD方向の延伸方法としては一段延伸又は二段延伸等の多段延伸が使用できる。後述するように、一段での延伸ではなく、二段延伸などの多段のMD方向の延伸が物性面およびMD方向及びTD方向の物性の均一さ(等方性)の面で好ましい。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。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(多段で延伸する場合は、それぞれの倍率を乗じた全延伸倍率)の下限は好ましくは2.2倍であり、より好ましくは2.5倍であり、さらに好ましくは2.8倍である。2.2倍未満であるとMD方向の厚み精度が低下するほか、結晶化度が低くなりすぎて衝撃強度が低下することがある。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。
また、MD方向の延伸を多段で行う場合には、それぞれの延伸で上述のような延伸が可能であるが、倍率については、全MD方向の延伸倍率の積は5.0以下となるよう、延伸倍率を調整することが必要である。例えば、二段延伸の場合であれば、一段目の延伸を1.5~2.1倍、二段目の延伸を1.5~1.8倍が好ましい。
MD方向に延伸したフィルムは、テンターでTD方向に延伸し、熱固定し、リラックス処理(緩和処理ともいう)する。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(多段で延伸する場合は、それぞれの倍率を乗じた全延伸倍率)の下限は好ましくは2.8であり、より好ましくは3.2倍であり、さらに好ましくは3.5倍であり、特に好ましくは3.8倍である。2.8未満であるとTD方向の厚み精度が低下するほか、結晶化度が低くなりすぎて衝撃強度が低下することがある。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。
熱固定温度の選択は本発明において重要な要素である、熱固定温度を高くするに従い、フィルムの結晶化および配向緩和が進み、衝撃強度を向上させ、熱収縮率を低減させることができる。一方、熱固定温度が低い場合には結晶化および配向緩和が不十分で熱収縮率を十分に低減させることができない。)また、熱固定温度が高くなりすぎると、樹脂の劣化が進み、急速に衝撃強度などフィルムの強靱性が失われる。
熱固定温度の下限は好ましくは210℃であり、より好ましくは212℃である。熱固定温度が低いと熱収縮率が大きくなりすぎてラミネート後の外観が低下する、ラミネート強度が低下する傾向がある。熱固定温度の上限は好ましくは220℃であり、より好ましくは218℃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。
熱固定の時間は0.5~20秒であることが好ましい。さらには1~15秒である。熱固定時間は熱固定温度や熱固定ゾーンでの風速とのかね合いで適正時間とすることができる。熱固定条件が弱すぎると、結晶化及び配向緩和が不十分となり上記問題が起こる。熱固定条件が強すぎるとフィルム強靱性が低下する。
熱固定処理した後にリラックス処理をすることは熱収縮率の制御に有効である。リラックス処理する温度は熱固定処理温度から樹脂のガラス転移温度(Tg)までの範囲で選べるが、熱固定処理温度-10℃~Tg+10℃が好ましい。リラックス温度が高すぎると、収縮速度が速すぎて歪みなどの原因となるため好ましくない。逆にリラックス温度が低すぎるとリラックス処理とならず、単に弛むだけとなり熱収縮率が下がらず、寸法安定性が悪くなる。
リラックス処理のリラックス率の下限は、好ましくは0.5%であり、より好ましくは1%である。0.5%未満であると熱収縮率が十分に下がらないことがある。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。
さらに、本発明の二軸延伸ポリアミドフィルムは、用途に応じて寸法安定性を良くするために熱処理や調湿処理を施すことも可能である。加えて、フィルム表面の接着性を良好にするためにコロナ処理、コーティング処理や火炎処理等を施したり、印刷加工、金属物や無機酸化物等の蒸着加工を施したりすることも可能である。なお蒸着加工にて形成される蒸着膜としては、アルミニウムの蒸着膜、ケイ素酸化物やアルミニウム酸化物の単一物もしくは混合物の蒸着膜が好適に用いられる。さらにこれらの蒸着膜上に保護層などをコーティングすることにより、酸素バリア性などを向上させることができる。
[積層フィルム及び袋]
本発明の二軸延伸ポリアミドフィルムは、シーラントフィルムなどを積層した積層フィルムにしてから、ボトムシール袋、サイドシール袋、三方シール袋、ピロー袋、スタンディングパウチ、ガゼット袋、角底袋などの包装袋に加工される。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。
本発明の二軸延伸ポリアミドフィルムを使用した本発明の積層フィルムの層構成としては、本発明の二軸延伸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。
本発明の積層フィルムの層構成の例としては、例えば、ONY/接着剤/LLDPE、ONY/接着剤/CPP、ONY/接着剤/Al/接着剤/CPP、ONY/接着剤/Al/接着剤/LLDPE、ONY/PE/Al/接着剤/LLDPE、ONY/接着剤/Al/PE/LLDPE、PET/接着剤/ONY/接着剤/LLDPE、PET/接着剤/ONY/PE/LLDPE、PET/接着剤/ONY/接着剤/Al/接着剤/LLDPE、PET/接着剤/Al/接着剤/ONY/接着剤/LLDPE、PET/接着剤/Al/接着剤/ONY/PE/LLDPE、PET/PE/Al/PE/ONY/PE/LLDPE、PET/接着剤/ONY/接着剤/CPP、PET/接着剤/ONY/接着剤/Al/接着剤/CPP、PET/接着剤/Al/接着剤/ONY/接着剤/CPP、ONY/接着剤/PET/接着剤/LLDPE、ONY/接着剤/PET/PE/LLDPE、ONY/接着剤/PET/接着剤/CPP、ONY/接着剤/Al/接着剤/PET/接着剤/LLDPE、ONY/接着剤/Al/v/PET/PE/LLDPE、ONY/PE/LLDPE、ONY/PE/CPP、ONY/PE/Al/PE、ONY/PE/Al/PE/LLDPE、OPP/接着剤/ONY/接着剤/LLDPE、ONY/接着剤/EVOH/接着剤/LLDPE、ONY/接着剤/EVOH/接着剤/CPP、ONY/接着剤/アルミ蒸着PET/接着剤/LLDPE、ONY/接着剤/アルミ蒸着PET/接着剤/ONY/接着剤/LLDPE、ONY/接着剤/アルミ蒸着PET/PE/LLDPE、ONY/PE/アルミ蒸着PET/PE/LLDPE、ONY/接着剤/アルミ蒸着PET/接着剤/CPP、PET/接着剤/アルミ蒸着PET/接着剤/ONY/接着剤/LLDPE、CPP/接着剤/ONY/接着剤/LLDPE、ONY/接着剤/アルミ蒸着LLDPE、ONY/接着剤/アルミ蒸着CPPなどが挙げられる。
なお上記層構成に用いた各略称は以下の通りである。
/ :層の境界を表わす
ONY:二軸延伸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
接着剤:フィルム同士を接着させる接着剤層
アルミ蒸着:アルミニウムが蒸着されていることを表わす
次に、実施例により本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。なお、フィルムの評価は次の測定法によって行った。特に記載しない場合は、測定は23℃、相対湿度65%の環境の測定室で行った。
(1)フィルムのヘイズ値
(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 K7105に準拠し測定した。
(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。
(3)フィルムのバイオマス度
得られたフィルムバイオマス度は、ASTM D6866-16 Method B (AMS)に示された放射性炭素(C14)測定により行った。
(4)フィルムの熱収縮率
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(%)
(5)フィルムの衝撃強度
(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。
(7)フィルムの耐屈曲ピンホール性
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。
実施例で作製したフィルム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。
(8)フィルムの耐摩擦ピンホール性
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)
Figure 2023014436000001
(9)ポリエチレン系シーラントとのラミネート強度
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二軸延伸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。
(10)キャスト時の製膜安定性
Tダイから溶融樹脂を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工程を目視で観察し、製膜安定性を以下のとおり評価した。
A:製膜が安定していて均質な未延伸フィルムが得られた。
B:製膜が少し不安定で、未延伸フィルムの幅などに変動がみられたが、二軸延伸することができた。
C:製膜が不安定で未延伸フィルムが不均質なため二軸延伸フィルムを得られなかった。
なお、評価がB以上で実用性がある。
(11)ダイリップ出口に生成する熱劣化物の発生周期
ダイスのリップの掃除を行ってからフィルムの製膜を開始し、ダイスのリップに熱劣化物が発生するまでの時間を観察した。
(12)原料ポリアミドの相対粘度
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。
(13)原料ポリアミドの融点
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。
[ポリアミド6]
実施例、比較例で使用したポリアミド6は以下の通りである。
ポリアミド6(a-1)
相対粘度2.8、融点220℃、東洋紡社製
ケミカルリサイクルにより得られたポリアミド6(a-2)
相対粘度2.7、融点221℃
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樹脂を得た。
メカニカルリサイクルにより得られたポリアミド6(a-3)
相対粘度が2.6、融点221℃
実施例1で製造し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。
[実施例1-1]
押出機と380mm巾のTダイよりなる装置を使用し、Tダイから溶融した下記の樹脂組成物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)
ポリアミド6(a-1):92質量部
ポリアミド6(a-2):5質量部
ポリアミド11(アルケマ社製、相対粘度2.5、融点186℃):3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%
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%
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を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、200℃で7%緩和処理を行い、ついで線状低密度ポリエチレンフィルムとドライラミネートする側の表面をコロナ放電処理して二軸延伸ポリアミドフィルムを得た。得られた二軸延伸フィルムの評価結果を表2に示した。
[実施例1-2~1-12]
原料樹脂組成物と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1-1と同様の方法で二軸延伸フィルムを得た。得られた二軸延伸フィルムの評価結果を合わせて表2に示した。実施例及び比較例において、原料の少なくとも一部がバイオマス由来であるポリアミド樹脂として、下記のものを用いた。
ポリアミド410:(DSM社製、ECOPaXX Q150-E、融点250℃)
ポリアミド610:(アルケマ社製、RilsanS SMNO、融点222℃)
ポリアミド1010:(アルケマ社製、RilsanT TMNO、融点202℃)
Figure 2023014436000002
Figure 2023014436000003
表2に示すとおり、実施例のフィルムは耐屈曲ピンホール性と耐摩擦ピンホール性の両方が良好なフィルムが得られた。また、ヘイズが低く透明性が良好で、衝撃強度も強く、シーラントフィルムとのラミネート強度も高く、包装用フィルムとして優れていた。
[比較例1-1~1-5]
原料樹脂組成物と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1-1と同様の方法で二軸延伸フィルムを得た。得られた二軸延伸フィルムの評価結果を表3に示した。ただし、比較例1-4においてはTダイから溶融樹脂をフィルム状に安定して押出すことができず、均質な未延伸フィルムが得られなかったため二軸延伸ができなかった。
Figure 2023014436000004
表3に示すとおり、比較例1-1及び1-2の耐屈曲ピンホール性を改質する材料を含まない二軸延伸ポリアミドフィルムと比較例1-3のポリアミド11の含有量が少なすぎる二軸延伸ポリアミドフィルムは、耐屈曲ピンホール性が劣っていた。比較例1-4は、ポリアミド11の含有量が多すぎるため、Tダイから溶融樹脂をフィルム状に安定して押出すことができず、均質な未延伸フィルムが得られず、二軸延伸ポリアミドフィルムが得られなかった。比較例1-5では、耐屈曲ピンホール性を改質する材料として従来使用されているポリアミドエラストマーを使用したところ、耐屈曲ピンホール性は良好であるが耐摩擦ピンホール性が劣っていた。また、長時間の生産をした時にダイスに劣化物が付着しやすく、長時間の連続生産ができないという欠点があった。
[実施例2-1]
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。 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、基材層(A層)の厚みが12μm、表裏の表層(B層)の厚みがそれぞれ1.5μmずつになるように、フィードブロックの構成と押出し機の吐出量を調整した。
実施例2で使用した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6(a-1):92質量部
ケミカルリサイクルされたポリアミド6(a-2):5質量部
ポリアミド11(集盛社製、相対粘度2.5、融点186℃):3質量部
(B層を構成する樹脂組成物)
ポリアミド6(a-1):90質量部
ケミカルリサイクルされたポリアミド6(a-2):5質量部
ポリアミドMXD6(三菱瓦斯化学株式会社製、相対粘度2.1、融点237℃):5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):0.54質量%
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%
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を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、ついで線状低密度ポリエチレンフィルムとドライラミネートする側の表面をコロナ放電処理して二軸延伸ポリアミドフィルムを得た。得られた二軸延伸フィルムの評価結果を表4に示した。
[実施例2-2~2-12]
A層とB層の樹脂組成物、熱固定温度などの製膜条件を表4のように変更した以外は、実施例2-1と同様の方法で二軸延伸フィルムを得た。得られた二軸延伸フィルムの評価結果を合わせて表4に示した。
Figure 2023014436000005
Figure 2023014436000006
表4に示すとおり、実施例のフィルムは耐屈曲ピンホール性と耐摩擦ピンホール性の両方が良好なフィルムが得られた。また、ヘイズが低く透明性が良好で、衝撃強度も強く、シーラントフィルムとのラミネート強度も高く、包装用フィルムとして優れていた。
[比較例2-1~2-7]
A層とB層の樹脂組成物、熱固定温度などの製膜条件を表5のように変更した以外は、実施例2-1と同様の方法で二軸延伸フィルムを得た。得られた二軸延伸フィルムの評価結果を合わせて表5に示した。ただし、比較例2-4においてはTダイから溶融樹脂をフィルム状に安定して押出すことができず、均質な未延伸フィルムが得られなかったため二軸延伸ができなかった。
Figure 2023014436000007

比較例2-1及び2-2の耐屈曲ピンホール性を改質する材料を含まない二軸延伸ポリアミドフィルムと比較例2-3のポリアミド11の含有量が少なすぎる二軸延伸ポリアミドフィルムは、耐屈曲ピンホール性が劣っていた。比較例2-4は、ポリアミド11の含有量が多すぎるため、Tダイから溶融樹脂をフィルム状に安定して押出すことができず、均質な未延伸フィルムが得られず、二軸延伸ポリアミドフィルムが得られなかった。比較例2-5においては、A層の厚み及び厚み率が小さいため、フィルムの耐屈曲ピンホール性が劣っていた。比較例2-6においては、B層のポリアミドMXD6の量が多くポリアミド6樹脂の量が少ないため、フィルムの耐屈曲ピンホール性と耐摩擦ピンホール性が劣っていた。比較例2-7は、耐屈曲ピンホール性を改質する材料として従来使用されているポリアミドエラストマーを使用したところ、耐屈曲ピンホール性は良好であるが耐摩擦ピンホール性が劣っていた。また、長時間の生産をした時にダイスに劣化物が付着しやすく、長時間の連続生産ができないという欠点があった。
[実施例3及び実施例4]
実施例1-2及び実施例2-2で作製した二軸延伸ポリアミドフィルムを使用して以下の(1)~(9)の構成の積層フィルムを作製し、(1)~(9)の積層フィルム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)二軸延伸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)二軸延伸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/二軸延伸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/二軸延伸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
(5)二軸延伸ポリアミドフィルム層/アンカーコート層/無機薄膜層/無機薄膜保護層/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
(6)直鎖状低密度ポリエチレンフィルムシーラント層/ポリウレタン系接着剤層/二軸延伸ポリアミドフィルム層/アンカーコート層/無機薄膜層/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
(7)直鎖状低密度ポリエチレンフィルム層/ポリウレタン系接着剤層/二軸延伸ポリアミドフィルム層/アンカーコート層/無機薄膜層/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層/低密度ポリエチレン/紙/低密度ポリエチレン/直鎖状低密度ポリエチレンフィルムシーラント層
(8)二軸延伸ポリアミドフィルム層/アンカーコート層/無機薄膜層/無機薄膜保護層/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
(9)二軸延伸PETフィルム層/無機薄膜層/無機薄膜保護層/印刷層/ポリウレタン系接着剤層/二軸延伸ポリアミドフィルム層/ポリウレタン系接着剤層/イージーピールタイプ無延伸ポリプロピレンフィルムシーラント層
本発明の二軸延伸ポリアミドフィルムは、耐衝撃性及び耐屈曲ピンホール性と耐摩擦ピンホール性が同時に優れていることから、食品包装等の包装材料の用途に好適に用いることができる。更に、元来地上にあるバイオマス由来の原料から重合された樹脂を用いているので、カーボンニュートラルなフィルムであり、地上の二酸化炭素の増減に影響が少ない点で環境負荷を低減できる。さらに、廃棄ポリアミド製品からケミカルリサイクルしたポリアミド6を含むことから、従来では廃棄されていたプラスチック製品の再利用されることとなり、環境負荷を低減できるとともにプラスチックごみの排出量低減にも寄与することができる。
1:堅牢度試験機のヘッド部
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

Claims (10)

  1. 基材層及び表面層の少なくとも2層を有する二軸延伸ポリアミドフィルムであり、
    前記基材層は、ポリアミド樹脂として、第1のポリアミド6樹脂を70~99質量%と、原料の少なくとも一部がバイオマス由来であるポリアミド樹脂を1~30質量%含み、
    前記第1のポリアミド6樹脂は、ポリアミド6樹脂を100質量部としてケミカルリサイクルにより得られたポリアミド6樹脂を5~100質量部含み、
    前記原料の少なくとも一部がバイオマス由来であるポリアミド樹脂は、ポリアミド11樹脂、ポリアミド410樹脂、ポリアミド610樹脂、及びポリアミド1010樹脂からなる群より選ばれる1種以上のポリアミド樹脂であり、
    前記表面層は、ポリアミド樹脂として、第2のポリアミド6樹脂を90~99質量%と、ポリアミドMXD6樹脂を1~10質量%含み、
    前記第2のポリアミド6樹脂は、ポリアミド6樹脂を100質量部としてケミカルリサイクルにより得られたポリアミド6樹脂を5~100質量部含む、
    二軸延伸ポリアミドフィルム。
  2. 前記第1のポリアミド6樹脂が、ポリアミド6樹脂を100質量部として、ケミカルリサイクルにより得られたポリアミド6樹脂に加えて、メカニカルリサイクルにより得られたポリアミド6樹脂を0~50質量部含む、請求項1に記載の二軸延伸ポリアミドフィルム。
  3. 前記基材層および前記表面層が、表面層/基材層/表面層の順に積層されている、請求項1又は2に記載の二軸延伸ポリアミドフィルム。
  4. 前記二軸延伸ポリアミドフィルム中の全炭素に対して、放射性炭素(C14)測定によるバイオマス由来の炭素の含有量が1~15%であることを特徴とする請求項1~3のいずれか一項に記載の二軸延伸ポリアミドフィルム。
  5. 前記表面層の厚みが、フィルム全体の厚みに対して7~50%である、請求項1~4のいずれか一項に記載の二軸延伸ポリアミドフィルム。
  6. 下記の(a)及び(b)を満足することを特徴とする請求項1~5のいずれか一項に記載の二軸延伸ポリアミドフィルム。
    (a)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10個以下、
    (b)耐摩擦ピンホール性試験におけるピンホール発生までの距離が2900cm以上
  7. ヘイズが10%以下、動摩擦係数が1.0以下であることを特徴とする請求項1~6のいずれか一項に記載の二軸延伸ポリアミドフィルム。
  8. ポリエレン系シーラントフィルムと貼り合わせた後のラミネート強度が4.0N/15mm以上であることを特徴とする請求項1~7のいずれか一項に記載の二軸延伸ポリアミドフィルム。
  9. 請求項1~8のいずれか一項に記載の二軸延伸ポリアミドフィルムの少なくとも片面にシーラントフィルムを積層した積層フィルム。
  10. 請求項9に記載された積層フィルムを用いた包装袋。
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