JP2023143695A - 二軸延伸ポリエチレンフィルム、ラミネートフィルム - Google Patents

二軸延伸ポリエチレンフィルム、ラミネートフィルム Download PDF

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Abstract

【課題】積層体のモノマテリアル化に対応した二軸延伸フィルムにおいて、耐ブロッキング性に優れた延伸ポリエチレンフィルムを提供する。【解決手段】少なくとも基材層とその一側に配された表層Aとを備えた複数層からなる積層フィルムが縦(MD)方向及び横(TD)方向の二軸方向に延伸されてなる二軸延伸フィルムであって、前記基材層及び前記表層Aはポリエチレン系樹脂からなり、前記表層Aの三次元表面粗さにおけるスキューネス(Ssk)が1.0よりも大きいことを特徴とする。【選択図】なし

Description

本発明は、一般包装用途に用いられる積層体に関し、特に、ポリエチレンを主体とする二軸延伸ポリエチレンフィルム、ラミネートフィルムに関する。
一般に、合成樹脂フィルムからなる包装用資材は、印刷加工等が施された基材フィルムとシーラントフィルムとが接着剤等により貼り合わされて積層(ラミネート加工)された積層体で構成される。積層体の基材フィルムには、耐熱性、剛性、耐ピンホール性等の性能が要求され、主にポリエステル、ポリアミド、ポリプロピレンを成分とした二軸延伸フィルムが使用される。また、積層体のシーラントフィルムには、ポリプロピレン、ポリエチレンを成分とした無延伸フィルムが使用され、特に優れたヒートシール適性からポリエチレン系無延伸フィルムが好ましく用いられる。
上記のように、合成樹脂製の包装資材では、複数種類の樹脂が積層され複合化される傾向がある。しかしながら、近年の環境問題への関心の高まりにより廃プラスチックのリサイクルが望まれているものの、複数種類の樹脂が積層されたフィルムでは樹脂ごとに分けてリサイクルすることが困難であった。そこで、この種の合成樹脂製包装資材では、基材フィルムとシーラントフィルムとが単一素材(モノマテリアル)による構成からなることが求められるようになった。
基材フィルムとシーラントフィルムとを単一素材とした包装資材では、例えばシーラントフィルムとして好ましく採用されるポリエチレン系素材を基材フィルムに使用したポリエチレン系積層体が知られている(特許文献1参照)。このポリエチレン系積層体は、基材フィルムである延伸ポリエチレンフィルムと、シーラントフィルムであるヒートシール性ポリエチレンフィルムとを備え、環境負荷低減の観点から接着層が無溶剤型接着剤を含むように構成される。
また、耐摩耗性に優れたポリエチレン系フィルムが提案されている(例えば、特許文献2参照。)。当該フィルムは、表面粗さ(RaA)が4.0~10.0であり、表面の荒れが小さく、耐ブロッキング性能に劣ると考えられる。
特開2019-189333号公報 特開2015-93885号公報
本発明は、上記状況に鑑み提案されたものであり、積層体のモノマテリアル化に対応した延伸フィルムにおいて、耐ブロッキング性に特に優れた二軸延伸ポリエチレンフィルム、ラミネートフィルムを提供する。
すなわち、第1の発明は、少なくとも基材層とその一側に配された表層Aとを備えた複数層からなる積層フィルムが縦(MD)方向及び横(TD)方向の二軸方向に延伸されてなる二軸延伸フィルムであって、前記基材層及び前記表層Aはポリエチレン系樹脂からなり、前記表層Aの三次元表面粗さにおけるスキューネス(Ssk)が1.0よりも大きいことを特徴とする二軸延伸ポリエチレンフィルムに係る。
第2の発明は、第1の発明において、前記表層Aの三次元表面粗さにおけるスキューネス(Ssk)が4.0よりも大きい二軸延伸ポリエチレンフィルムに係る。
第3の発明は、第1の発明において、前記表層Aの三次元表面粗さにおける算術平均粗さ(SRa)が0.01μmよりも大きい二軸延伸ポリエチレンフィルムに係る。
第4の発明は、第3の発明において、前記表層Aの三次元表面粗さにおける算術平均粗さ(SRa)が0.04μmよりも大きい二軸延伸ポリエチレンフィルムに係る。
第5の発明は、第1又は3の発明において、前記表層Aの三次元表面粗さにおける十点平均粗さ(SRz)が1.00μmよりも大きい二軸延伸ポリエチレンフィルムに係る。
第6の発明は、第5の発明において、前記表層Aの三次元表面粗さにおける十点平均粗さ(SRz)が1.30μmよりも大きい二軸延伸ポリエチレンフィルムに係る。
第7の発明は、第1又は3の発明において、前記表層Aの三次元表面粗さにおける最大高さ(SRmax)が1.00μmよりも大きい二軸延伸ポリエチレンフィルムに係る。
第8の発明は、第7の発明において、前記表層Aの三次元表面粗さにおける最大高さ(SRmax)が1.70μmよりも大きい二軸延伸ポリエチレンフィルムに係る。
第9の発明は、第1又は3の発明において、前記表層Aの三次元表面粗さにおける山高さ0.1μm以上の山数が100個以上である二軸延伸ポリエチレンフィルムに係る。
第10の発明は、第9の発明において、前記表層Aの三次元表面粗さにおける山高さ0.1μm以上の山数が170個以上である二軸延伸ポリエチレンフィルムに係る。
第11の発明は、第1の発明において、前記基材層の他側に表層Bが配されてなり、少なくとも前記表層Aにアンチブロッキング剤を含有する二軸延伸ポリエチレンフィルムに係る。
第12の発明は、第1又は3の発明の二軸延伸ポリエチレンフィルムにポリエチレン樹脂からなるシーラントフィルムが積層されてなるラミネートフィルムに係る。
第13の発明は、第5の発明の二軸延伸ポリエチレンフィルムにポリエチレン樹脂からなるシーラントフィルムが積層されてなるラミネートフィルムに係る。
第14の発明は、第7の発明の二軸延伸ポリエチレンフィルムにポリエチレン樹脂からなるシーラントフィルムが積層されてなるラミネートフィルムに係る。
第15の発明は、第9の発明の二軸延伸ポリエチレンフィルムにポリエチレン樹脂からなるシーラントフィルムが積層されてなるラミネートフィルムに係る。
第1の発明に係る二軸延伸ポリエチレンフィルムによると、少なくとも基材層とその一側に配された表層Aとを備えた複数層からなる積層フィルムが縦(MD)方向及び横(TD)方向の二軸方向に延伸されてなる二軸延伸フィルムであって、前記基材層及び前記表層Aはポリエチレン系樹脂からなり、前記表層Aの三次元表面粗さにおけるスキューネス(Ssk)が1.0よりも大きいため、積層体のモノマテリアル化に対応しつつ、耐ブロッキング性に特に優れた二軸延伸ポリエチレンフィルムとすることができる。
第2の発明に係る二軸延伸ポリエチレンフィルムによると、第1の発明において、前記表層Aの三次元表面粗さにおけるスキューネス(Ssk)が4.0よりも大きいため、耐ブロッキング性にさらに優れた二軸延伸ポリエチレンフィルムとすることができる。
第3の発明に係る二軸延伸ポリエチレンフィルムによると、第1の発明において、前記表層Aの三次元表面粗さにおける算術平均粗さ(SRa)が0.01μmよりも大きいため、耐ブロッキング性により優れた二軸延伸ポリエチレンフィルムとすることができる。
第4の発明に係る二軸延伸ポリエチレンフィルムによると、第3の発明において、前記表層Aの三次元表面粗さにおける算術平均粗さ(SRa)が0.04μmよりも大きいため、耐ブロッキング性にさらに優れた二軸延伸ポリエチレンフィルムとすることができる。
第5の発明に係る二軸延伸ポリエチレンフィルムによると、第1又は3の発明において、前記表層Aの三次元表面粗さにおける十点平均粗さ(SRz)が1.00μmよりも大きいため、耐ブロッキング性により優れた二軸延伸ポリエチレンフィルムとすることができる。
第6の発明に係る二軸延伸ポリエチレンフィルムによると、第5の発明において、前記表層Aの三次元表面粗さにおける十点平均粗さ(SRz)が1.30μmよりも大きいため、耐ブロッキング性にさらに優れた二軸延伸ポリエチレンフィルムとすることができる。
第7の発明に係る二軸延伸ポリエチレンフィルムによると、第1又は3の発明において、前記表層Aの三次元表面粗さにおける最大高さ(SRmax)が1.00μmよりも大きいため、耐ブロッキング性により優れた二軸延伸ポリエチレンフィルムとすることができる。
第8の発明に係る二軸延伸ポリエチレンフィルムによると、第7の発明において、前記表層Aの三次元表面粗さにおける最大高さ(SRmax)が1.70μmよりも大きいため、耐ブロッキング性にさらに優れた二軸延伸ポリエチレンフィルムとすることができる。
第9の発明に係る二軸延伸ポリエチレンフィルムによると、第1又は3の発明において、前記表層Aの三次元表面粗さにおける山高さ0.1μm以上の山数が100個以上であるため、耐ブロッキング性により優れた二軸延伸ポリエチレンフィルムとすることができる。
第10の発明に係る二軸延伸ポリエチレンフィルムによると、第9の発明において、前記表層Aの三次元表面粗さにおける山高さ0.1μm以上の山数が170個以上であるため、耐ブロッキング性にさらに優れた二軸延伸ポリエチレンフィルムとすることができる。
第11の発明に係る二軸延伸ポリエチレンフィルムによると、第1の発明において、前記基材層の他側に表層Bが配されてなり、少なくとも前記表層Aにアンチブロッキング剤を含有するため、所望の物性を備え、少なくとも一側において耐ブロッキング性に優れた二軸延伸ポリエチレンフィルムとすることができる。
第12の発明に係るラミネートフィルムによると、第1又は3の発明の二軸延伸ポリエチレンフィルムにポリエチレン樹脂からなるシーラントフィルムが積層されてなるため、モノマテリアルを達成し、既存のラミネートフィルムの代替として有望である。
第13の発明に係るラミネートフィルムによると、第5の発明の二軸延伸ポリエチレンフィルムにポリエチレン樹脂からなるシーラントフィルムが積層されてなるため、モノマテリアルを達成し、既存のラミネートフィルムの代替として有望である。
第14の発明に係るラミネートフィルムによると、第7の発明の二軸延伸ポリエチレンフィルムにポリエチレン樹脂からなるシーラントフィルムが積層されてなるため、モノマテリアルを達成し、既存のラミネートフィルムの代替として有望である。
第15の発明に係るラミネートフィルムによると、第9の発明の二軸延伸ポリエチレンフィルムにポリエチレン樹脂からなるシーラントフィルムが積層されてなるため、モノマテリアルを達成し、既存のラミネートフィルムの代替として有望である。
本発明に係る二軸延伸ポリエチレンフィルムは、少なくとも基材層とその一側に配された表層Aとを備えた複数層からなる積層フィルムであって、縦(MD)方向又は横(TD)方向の二軸方向に延伸されてなる二軸延伸フィルムである。積層フィルムを構成する各層の原料樹脂は、ポリエチレン系樹脂からなることが好ましく、単一素材(モノマテリアル)で構成される二軸延伸ポリエチレンフィルムとされることにより、リサイクルに適するフィルムとなる。該二軸延伸ポリエチレンフィルムは、例えば食品、日用品、部品等の種々の物品の包装用資材として好適に使用される。なお、積層されるフィルムの樹脂原料を限定する趣旨ではなく、所望される物性や用途に応じてポリプロピレン樹脂やポリエステル樹脂からなる他のフィルムが積層されることもある。
本発明の二軸延伸ポリエチレンフィルムに用いられる樹脂原料としてのポリエチレン系樹脂は、石油由来、バイオマス由来、マテリアルリサイクル由来、ケミカルリサイクル由来等のポリエチレン系樹脂から適宜選択され、エチレンの単独重合体又はエチレンと炭素数3以上のα-オレフィン、例えば、プロピレン、1-ブテン、1-ヘプテン、1-ヘキセン、1-オクテン等のα-オレフィンとのランダム共重合体である。ポリエチレン系樹脂は、上記の1種ないし2種以上の混合物を用いることもできる。
ポリエチレン系樹脂のメルトフローレート(MFR)は特に制限されない。例えば、JIS K 7210に準拠し、190℃、荷重2.16kgの条件で測定されたMFRが0.1~30g/10分、特には0.1~20g/10分のポリエチレン系樹脂が好ましく用いられる。使用されるポリエチレン系樹脂のMFRが低すぎる場合、押出機の圧力が過度に高くなり、生産性が低下するきらいがある。MFRが高すぎる場合、樹脂の溶融粘度が低くなり、延伸時に破断しやすくなり、フィルム化が難しくなるきらいがある。
樹脂原料には、本発明の目的を損なわない範囲で、エチレン・α-オレフィンランダム共重合体エラストマー等のポリオレフィン系エラストマーが適宜配合されることができる。また、同様に酸化防止剤、中和剤、帯電防止剤、防曇剤、滑剤、核剤、着色剤等の添加剤も適宜配合されることができる。
本発明の二軸延伸ポリエチレンフィルムは、耐ブロッキング性に優れたものとするため、表層Aの各種物性により規定される。その指標としては、三次元表面粗さにおけるスキューネス(Ssk)、三次元表面粗さにおける算術平均粗さ(SRa)、三次元表面粗さにおける十点平均粗さ(SRz)、三次元表面粗さにおける最大高さ(SRmax)、三次元表面粗さにおける山高さ0.1μm以上の山数が挙げられ、以下のように特定される。
二軸延伸ポリエチレンフィルムに優れた耐ブロッキング性を付与するため、表層Aの三次元表面粗さにおけるスキューネス(Ssk)は1.0よりも大きいと規定される。後述の実施例に示される通り、より好ましくはスキューネス(Ssk)は4.0より大きいと耐ブロッキング性はさらに良好となる。
三次元表面粗さにおけるスキューネス(Ssk)とは、高さ方向のパラメータであって、高さの統計量を数値化したものである。三次元表面粗さにおけるスキューネス(Ssk)は、二乗平均平方根粗さ(SRq)の三乗によって無次元化した基準長さにおけるZ(x)の三乗平均であって、下記式(i)により導かれる。
Figure 2023143695000001
次に、二軸延伸ポリエチレンフィルムに優れた耐ブロッキング性を付与するため、表層Aの三次元表面粗さにおける算術平均粗さ(SRa)は0.01μmよりも大きいことが好ましい。後述の実施例に示される通り、より好ましくは、算術平均粗さ(SRa)は0.04μm以上である。上限は特に規定されないものの、透視感の悪化が懸念されることから、0.10μm以下であることが望ましい。
さらには、二軸延伸ポリエチレンフィルムの耐ブロッキング性は、三次元表面粗さにおける十点平均粗さ(SRz)でも規定されることができ、1.00μmよりも大きいことが好ましい。後述の実施例に示される通り、より好ましくは、十点平均粗さ(SRz)は1.30μm以上である。上限は特に規定されないものの、透視感の悪化が懸念されることから、5.00μm以下であることが望ましい。
加えて、二軸延伸ポリエチレンフィルムの耐ブロッキング性は、三次元表面粗さにおける最大高さ(SRmax)でも規定されることができ、1.00μmよりも大きいことが好ましい。後述の実施例に示される通り、より好ましくは、最大高さ(SRmax)は1.70μm以上である。上限は特に規定されないものの、透視感の悪化が懸念されることから、6.00μm以下であることが望ましい。
三次元表面粗さにおける算術平均粗さ(SRa)、三次元表面粗さにおける十点平均粗さ(SRz)、三次元表面粗さにおける最大高さ(SRmax)は、以下の通り定義される。各数値は、フィルム表面の凹凸、すなわちフィルム表面がどの程度荒れているかを示す指標である。
三次元表面粗さにおける算術平均粗さ(SRa)は、高さ方向のパラメータであって、粗さ曲面からその中心面上に直行座標軸X,Y軸をおき、中心面に直行する軸をZ軸とし、粗さ曲面と中心面で囲まれた部分の体積を測定範囲で除した値である。
三次元表面粗さにおける十点平均粗さ(SRz)は、高さ方向のパラメータであって、曲面の平均面に対し、高い方から5番目までの山頂の平均高さと深い方から5番目までの平均深さの間隔を表す値である。
三次元表面粗さにおける最大高さ(SRmax)は、高さ方向のパラメータであって、曲面の平均面に平行な2平面で曲面をはさんだ時の間隔を表す値である。
そして、二軸延伸ポリエチレンフィルムの耐ブロッキング性は、三次元表面粗さにおける山高さ0.1μm以上の山数によっても規定されることができ、0.1μm以上の山数が100個以上とされるのが良い。より好ましくは170個以上である。上限は特に規定されないものの、透視感の悪化が懸念されることから、3000個以下であることが望ましい。該山数は、フィルム表面の0.1μm以上の山(凸状部)が単位面積(1mm)あたりに存する数を指し、フィルム表面の粗さの指標となる。なお、本発明においては、山数は、実施例に記載の測定方法によって、単位面積に相当する範囲における測定で得られた値である。
表層Aに対する耐ブロッキング性の付与は、アンチブロッキング剤の添加によりなされる。アンチブロッキング剤の添加量は特に制限されないが、添加量が多すぎる場合にはコストの増大やフィルムの透視感の悪化、フィルム成形後のアンチブロッキング剤の脱落等が生ずるきらいがある。このため、例えば、アンチブロッキング剤の適切な添加量は500ppm以上30000ppm以下、好ましくは1000ppmより大きく20000ppm以下の濃度となる程度が良いと考えられる。
アンチブロッキング剤の種類は、特に制限されないが、有機系又は無機系の粒子、あるいはこれらの混合物が好ましく用いられる。有機系粒子は、例えば、乳化重合又は懸濁重合等により得られる。有機系粒子として、ポリメチルメタクリレート、ポリスチレン、ポリアミド等が挙げられる。無機微粒子として、例えば、シリカ、ゼオライト、タルク等が挙げられる。これらのアンチブロッキング剤は1種又は2種以上を組み合わせて用いられても良い。フィルムの耐ブロッキング性、透視感の観点から、有機系粒子はポリメチルメタクリレート、また、無機系粒子はシリカ、ゼオライトが好ましく用いられる。アンチブロッキング剤の平均粒径は特に制限されないが、1~15μm、好ましくは1~13μmが挙げられる。粒子径が小さすぎると、表面粗さが小さくなり、耐ブロッキング性に劣るきらいがあり、粒子径が大きすぎると、アンチブロッキング剤の脱落の発生や、フィルムの透視感が悪化するきらいがある。
本発明の二軸延伸ポリエチレンフィルムにおいて、表層Aの他側に表層Bが配されることも考えられる。アンチブロッキング剤は、少なくとも表層Aに含有されればよく、また、両表層に含有されてもよい。表層Bについて表層Aと同様の上記物性を備えさせることにより、良好な耐ブロッキング性を付与させることができる。両表層に添加するアンチブロッキング剤の種類や添加量は同じでも、異なっていても良く、所望の物性に応じて適宜種類の選定や添加量の調整が可能である。アンチブロッキング剤の添加方法は特に制限されず、例えば、高濃度のマスターバッチを、フィルムの樹脂原料に混合したり、ドライブレンドで混合する等、公知の方法で添加することができる。
表層Aないし表層Bの厚みは、0.3~5.0μm、好ましくは0.4~4.5μmとされるのが良い。表層が薄すぎる場合には、加工時にフィルムがロールを通過する際に、アンチブロッキング剤の脱落のきらいがあり、厚すぎる場合にはアンチブロッキング剤の添加量が多くなってフィルムの透視感に劣るきらいがある。なお、二軸延伸ポリエチレンフィルムの厚さについては、特に制限されず、需要や用途に応じて適宜決定され、5~100μm、好ましくは10~70μmとされるのが良い。
そして、二軸延伸ポリエチレンフィルムは、透視感の観点から写像性が80%以上であることが好ましいと考えられる。写像性とはフィルムを通して見られる像の鮮明度を示し、透視感の指標となる。
本発明の二軸延伸ポリエチレンフィルムは、Tダイ法やインフレーション法等の公知のフィルムの成形方法により得られる。特には、Tダイ法により賦形されたシートが延伸されて成形されることが好ましい。Tダイ法によるフィルムの成形では、基材フィルムとして求められる高い厚薄精度が得られる点で優位である。二軸延伸フィルムは、フィルムの縦(MD)方向及び横(TD)方向の二軸方向に延伸された二軸延伸フィルムとされる。二軸延伸は逐次二軸延伸又は同時二軸延伸のどちらも良好に用いられる。
例として、縦(MD)延伸及び横(TD)延伸の逐次二軸延伸フィルムの製造方法を説明する。ポリエチレン系樹脂を押出機で溶融、混練して、Tダイからシート状に押出し、温度10~70℃のチルロールで冷却させる。70~130℃の延伸ロールでシートをロール間延伸で縦(MD)方向に3~8倍延伸させる。次いで、横(TD)方向に100~160℃の温度で5~15倍延伸させ、少なくとも一方の表面にコロナ放電処理を施し、ワインダーで二軸延伸ポリエチレンフィルムを巻取る。
縦(MD)延伸倍率の下限は、おおむね3倍である。3倍未満であると膜厚ムラが生ずるおそれがある。縦(MD)延伸倍率の上限は8倍であり、好ましくは7倍である。8倍を超えると横(TD)延伸がし難くなるおそれがある。縦(MD)延伸温度の下限は70℃、好ましくは80℃である。70℃未満であると均一に延伸されず、膜厚ムラが生ずるおそれがある。縦(MD)延伸温度の上限は130℃である。130℃を超えるとシートとロールの密着性が向上し、延伸できなくなるおそれがある。横(TD)延伸倍率の下限は5倍であり、好ましくは6倍である。5倍未満であると膜厚ムラが生ずるおそれがある。横(TD)延伸倍率の上限は15倍であり、好ましくは14倍、さらに好ましくは13倍である。15倍を超えると延伸時に破断が生ずるおそれがある。横(TD)延伸温度の下限は100℃である。100℃未満であると膜厚ムラが生ずるおそれがある。横(TD)延伸温度の上限は160℃である。160℃を超えると延伸時にフィルムの破断が生ずるおそれがある。
本発明の二軸延伸ポリエチレンフィルムでは、基材フィルムとしての利用範囲を広げるために、少なくとも一方の表面が表面処理される。表面処理された表面は、36mN/m以上のぬれ張力を備えることが好ましい。表面処理としては、例えば、大気圧プラズマ処理、火炎処理、コロナ放電処理等が挙げられる。また、ぬれ張力は、JIS K 6768(1999)に準拠したぬれ張力試験方法により測定される。ぬれ張力が36mN/m未満の場合、印刷不良やラミネート不良の原因となるため、好ましくない。
本発明の二軸延伸ポリエチレンフィルムはフィルム表面に印刷加工がされることがある。二軸延伸ポリエチレンフィルム表面への印刷は、公知のスクリーン印刷、フレキソ印刷、オフセット印刷やグラビア印刷等の方法が用いられる。また、本発明の二軸延伸ポリエチレンフィルムに印刷が行われる場合には、印刷に先立ちフィルム表面をコロナ放電処理等で上述した表面処理がなされてインキのなじみや密着性の向上が図られる。
また、水蒸気や酸素等へのバリア性を付与する目的で、表面層上に直接又はアンカーコート層を介してガスバリア層を配しても良い。本発明の二軸延伸ポリエチレンフィルムにガスバリア層を配する場合には、フィルム表面をコロナ放電処理等で予め表面処理がなされることによりアンカーコート層やガスバリア層に対するぬれ性、密着性の向上が図られる。
アンカーコート層は特に制限されず、ポリウレタン系樹脂、ポリエステル系樹脂等が挙げられる。ガスバリア層も特に制限されず、金属薄膜層や無機酸化物層等が挙げられる。金属薄膜層はアルミニウム、金、銀、銅、クロム等の公知の金属からなる薄膜層であり、これら金属の酸化物、硫化物、窒化物の薄膜層とされても良い。また、金属箔層は1層や、異種又は同種の2種以上の複数層とされても良い。無機酸化物層は、酸化アルミニウム、酸化珪素、フッ化マグネシウム、酸化マグネシウム等の公知の無機酸化物からなり、1種又は2種以上の無機酸化物が用いられた薄膜層とされる。
また、本発明の二軸延伸ポリエチレンフィルムには、ポリエチレン樹脂よりなるシーラント層が配されてラミネートフィルムとされることができる。基材フィルムとなる二軸延伸ポリエチレンフィルムと同じくポリエチレン樹脂からなるシーラント層とすることにより、単一素材(モノマテリアル)を達成してリサイクルを容易としつつ、耐ブロッキング性を向上させたラミネートフィルムを得ることができる。さらに、該ラミネートフィルムを用いた包装体とすることもできる。これにより既存のラミネートフィルムや包装体につき、リサイクルが容易に可能なフィルムや包装体としての代替品として有望である。
[二軸延伸ポリエチレンフィルムの作製]
後述の各材料を配合して溶融、混練して、Tダイ法により3層(表層A、基材層及び表層B)に押出し、二軸延伸して製膜して、表層Aにコロナ放電処理により表面処理を施して、試作例1~11及び比較例1の二軸延伸ポリエチレンフィルムを得た。なお、各試作例1~11及び比較例1において、樹脂の配合割合は、基材層又は表層の各層ごとに100重量%となるように配合した。
[使用材料]
・ポリエチレン樹脂1(PE-1):直鎖状低密度ポリエチレン(ダウ・ケミカル製;TF80)、密度0.926g/cm、MFR(190℃/2.16kg):1.7g/10min
・ポリエチレン樹脂2(PE-2):高密度ポリエチレン(日本ポリエチレン株式会社製;HY430)、密度0.956g/cm、MFR(190℃/2.16kg):0.8g/10min
・ポリエチレン樹脂3(PE-3):エチレン・α-オレフィンランダム共重合体エラストマー(三井化学株式会社製;A-4085S)、密度0.885g/cm、MFR(190℃/2.16kg):3.6g/10min、コモノマー炭素数4
・アンチブロッキング剤1(AB-1):富士シリシア化学株式会社製;SYLYSIA430、平均粒子径4.1μm、かさ密度55mL/5g
・アンチブロッキング剤2(AB-2):富士シリシア化学株式会社製;SYLYSIA350、平均粒子径3.9μm、かさ密度90mL/5g
・アンチブロッキング剤3(AB-3):富士シリシア化学株式会社製;SYLYSIA550、平均粒子径3.9μm、かさ密度30mL/5g
[試作例1]
表層Aの使用材料を樹脂(PE-1)を99.9重量%、アンチブロッキング剤(AB-1)を0.1重量%とし、基材層に樹脂(PE-1)100.0重量%とし、表層Bの使用材料を樹脂(PE-1)を99.9重量%、アンチブロッキング剤(AB-1)を0.1重量%とし、表層A:基材層:表層B=1:18:1の比率で20μmの厚さとなるよう押出成形されて縦(MD)方向及び横(TD)方向の二軸延伸により製膜されたものであって、表層Aにコロナ処理による表面処理が施されて試作例1の二軸延伸ポリエチレンフィルムを得た。
[試作例2]
表層Aに樹脂(PE-1)を99.7重量%、アンチブロッキング剤(AB-1)を0.3重量%を使用し、表層Bに樹脂(PE-1)を99.7重量%、アンチブロッキング剤(AB-1)を0.3重量%を使用した以外は試作例1と同様とし、試作例2の二軸延伸ポリエチレンフィルムを得た。
[試作例3]
表層Aに樹脂(PE-1)を99.5重量%、アンチブロッキング剤(AB-1)を0.5重量%を使用し、表層Bに樹脂(PE-1)を99.5重量%、アンチブロッキング剤(AB-1)を0.5重量%を使用した以外は試作例1と同様とし、試作例3の二軸延伸ポリエチレンフィルムを得た。
[試作例4]
表層A:基材層:表層B=3:14:3の比率とした以外は試作例2と同様とし、試作例4の二軸延伸ポリエチレンフィルムを得た。
[試作例5]
表層A及び表層Bに添加するアンチブロッキング剤(AB-1)を(AB-2)とした以外は試作例2と同様とし、試作例5の二軸延伸ポリエチレンフィルムを得た。
[試作例6]
表層A及び表層Bに添加するアンチブロッキング剤(AB-1)を(AB-3)とした以外は試作例2と同様とし、試作例6の二軸延伸ポリエチレンフィルムを得た。
[試作例7]
表層Aに樹脂(PE-1)84.7重量%、(PE-2)15.0重量%、アンチブロッキング剤(AB-1)0.3重量%を使用した以外は試作例2と同様とし、試作例7の二軸延伸ポリエチレンフィルムを得た。
[試作例8]
表層Aに樹脂(PE-1)79.7重量%、(PE-3)20.0重量%、アンチブロッキング剤(AB-1)0.3重量%を使用した以外は試作例2と同様とし、試作例8の二軸延伸ポリエチレンフィルムを得た。
[試作例9]
表層A及び表層Bに樹脂(PE-1)99.8重量%、アンチブロッキング剤(AB-1)0.2重量%を使用した以外は試作例1と同様とし、試作例9の二軸延伸ポリエチレンフィルムを得た。
[試作例10]
表層A:基材層:表層B=2:17:1の比率とした以外は試作例9と同様とし、試作例10の二軸延伸ポリエチレンフィルムを得た。
[試作例11]
表層Bに樹脂(PE-1)100重量%を使用した以外は試作例2と同様とし、試作例11の二軸延伸ポリエチレンフィルムを得た。
[比較例1]
表層A及び表層Bにアンチブロッキング剤を添加せず、それぞれ樹脂(PE-1)100.0重量%とした以外は試作例1と同様とし、比較例1の二軸延伸ポリエチレンフィルムを得た。
各試作例及び比較例の二軸延伸ポリエチレンフィルムの評価として、ヘーズ(%)、写像性(%)、三次元表面粗さにおけるスキューネス(Ssk)、三次元表面粗さにおける算術平均粗さ(SRa)(μm)、三次元表面粗さにおける十点平均粗さ(SRz)(μm)、三次元表面粗さにおける最大高さ(SRmax)(μm)、三次元表面粗さにおける山数(個)、ブロッキング強度(N/4cm)を測定ないし算出した。
[ヘーズの測定]
ヘーズ(%)は、JIS K 7136(2000)に準拠し、「NDH-5000(日本電色工業株式会社製)」を用いて測定した。値が低いほど、フィルムの透視感が優れていることを示す。
[写像性の測定]
写像性(%)は、JIS K 7374(2007)に準拠し、「ICM-1T(スガ試験機株式会社製)を」用い、光学くし幅0.125mmとして測定した。値が高いほど、フィルムの透視感が優れていることを示す。
[スキューネス(Ssk)、各種粗さ(SRa,SRz,SRmax)、山数の測定]
スキューネス(Ssk)、各種粗さ(SRa,SRz,SRmax)(μm)及び山数(個)は、三次元表面粗さ測定器「SE3500K(株式会社小坂研究所製)」及び解析装置「TDA-22(株式会社小坂研究所製)」を使用し、以下の測定条件で測定を行った。スキューネス(Ssk)、各種粗さ(SRa,SRz,SRmax)、山数は、それぞれJIS B 0601の測定規格を参照した。山数は、粒子解析(複数レベル)を使用し、ヒステリシス幅0μm、スライスレベル等間隔0.1μmの条件にて算出した。
測定方向:縦(MD)方向
X測定長さ:2mm
X送りピッチ:4μm
X送り速さ:0.2mm/s
Y測定長さ:0.5mm
Y送りピッチ:10μm
Z倍率:20000
極性:正
レベリング:最小二乗法
低域カットオフ:0.250mm
高域カットオフ:0.000mm
位相特性:ガウシャン
Yライン数:51
検出器:PU-DJ2S
触針先端半径:2μm
触針の頂角:60℃
測定力:0.7mN以下
[ブロッキング強度の測定]
ブロッキング強度(N/4cm)は、各二軸延伸ポリエチレンフィルムの表層同士を重ね合わせ、試験片4cmに荷重1kgfを加えて30℃で24時間放置した。その後、引張試験機「オートグラフAGS-X 50N(株式会社島津製作所製)」を用いて剪断剥離強度を測定し、ブロッキング強度とした。このブロッキング強度は、フィルムが引張試験機の引張速度50mm/minによって剪断剥離した際の最大強度をいう。表中「-」は、試験片の重ね合わせ箇所が剪断剥離する前に別の箇所が破断したため測定不能であったことを示す。
試作例1~11及び比較例1の二軸延伸ポリエチレンフィルムの樹脂及びアンチブロッキング剤の種類とその重量比、アンチブロッキング剤(表中、「AB剤」と表記する。)の濃度、厚みを各層ごとに表1及び2に示し、さらには測定ないし算出結果について、表3及び4に示した。
Figure 2023143695000002
Figure 2023143695000003
Figure 2023143695000004
Figure 2023143695000005
[結果と考察]
各表に示される比較例1及び試作例1~3に示されるように、アンチブロッキング剤の添加量が増加すると、スキューネス(Ssk)や各種粗さ(SRa,SRz,SRmax)、山数の値が大きくなり、それに伴いブロッキング強度が低下し、耐ブロッキング性に優れたフィルムとなることがわかった。また、アンチブロッキング剤の添加量の増加に比例して、ヘーズが高くなり写像性が低くなって透視感に劣ることとなるため、二軸延伸ポリエチレンフィルムを透明フィルムとする場合においては、アンチブロッキング剤の添加量を多くしすぎない方が良いことが示された。
表層A,Bの厚みを変化させた試作例2及び4とを比較すると、表層A,Bが厚い試作例4の方が、各表層中に存するアンチブロッキング剤の総量が多くなるため、スキューネス(Ssk)や各種粗さ、山数の値が大きくなったと考えられる。このため、ヘーズが高くなり写像性が低下して透視感には劣るものの、ブロッキング強度が小さくなって耐ブロッキング性により優れたフィルムとなることが示された。
表層Aの厚みを変化させた試作例9及び10とを比較すると、表層Aの厚みが厚いほど、表層A中に存するアンチブロッキング剤の総量が多くなり、スキューネス(Ssk)や各種粗さ、山数の値が大きくなり、それに伴うブロッキング強度が低下し、耐ブロッキング性に優れたフィルムとなることがわかった。また、表層Aの厚みが厚いほど、ヘーズが高くなり写像性が低くなって透視感に劣ることとなるため、二軸延伸ポリエチレンフィルムを透明フィルムとして用いる場合においては、表層の厚みを厚くしすぎない方が良いことが示された。
アンチブロッキング剤の種類を変化させた試作例2,5及び6とを比較すると、アンチブロッキング剤のかさ密度が小さい方がスキューネス(Ssk)や各種粗さ、山数が大きくなる傾向があることが分かった。また、表面の粗さの程度の指標となるスキューネス(Ssk)や各種粗さ、山数におおよそ比例して、写像性が低くなる傾向があること、ブロッキング強度が低くなって耐ブロッキング性が向上する傾向があることが理解される。
さらに、表層を構成するポリエチレン系樹脂の種類ないし配合量を変化させた試作例2,7及び8とを比較すると、配合される樹脂の種類ないし量により、アンチブロッキング剤の粒子が表層Aの表面からの露出する程度が変化したと考察される。このため、それぞれの例により、スキューネス(Ssk)や各種粗さ、山数は変化し、透視感、耐ブロッキング性に多少の変化があったと考えられる。多少の変化はあったものの、これらはすべて良好な耐ブロッキング性を備えたフィルムであるといえることから、表層を構成するポリエチレン系樹脂の種類や配合量等よりもアンチブロッキング剤の添加量や濃度の方が、耐ブロッキング性への影響は大きいと考えられる。
試作例2と表層Bにアンチブロッキング剤が添加されていない試作例11とを対比する。フィルム製膜における巻取り時にスキューネス(Ssk)や各種粗さの小さい表層Bから表層Aへの粗さ転写が小さくなることにより、試作例11の表層Aのスキューネス(Ssk)が高くなり、三次元表面粗さにおける算術平均粗さ(SRa)が小さくなったと考えられる。よって、試作例2と比較して算術平均粗さ(SRa)が小さい試作例11の方がブロッキング強度が高くなったと考えられる。
また、各試作例のスキューネス(Ssk)とブロッキング強度をみると、おおよそスキューネス(Ssk)が4以上とすると、ブロッキング強度が大きく変化する閾値があると考えることができるため、フィルム表層のスキューネス(Ssk)が4.0よりも大きくすることにより、ブロッキング強度が一定以下となり、耐ブロッキング性に優れた二軸延伸ポリエチレンフィルムとすることができると考えられる。
[ラミネートフィルムの作製]
試作例1,2,7,8の二軸延伸ポリエチレンフィルムを用いてラミネートフィルムを作製した。コロナ処理面に2液硬化型のポリエステル系接着剤を約3g/mを塗布し、ポリエチレン系無延伸フィルム(フタムラ化学株式会社製;LL-XMTN♯50)とドライラミネーション法により貼着し、ラミネートフィルムをそれぞれ作製した。各ラミネートフィルムの外観を目視で確認したところ、シワ等はなく、良好であった。
以上のとおり、本発明の二軸延伸ポリエチレンフィルムは、積層体のモノマテリアル化に対応しつつ、耐ブロッキング性に優れたフィルムとして好適に使用することができる。

Claims (15)

  1. 少なくとも基材層とその一側に配された表層Aとを備えた複数層からなる積層フィルムが縦(MD)方向及び横(TD)方向の二軸方向に延伸されてなる二軸延伸フィルムであって、
    前記基材層及び前記表層Aはポリエチレン系樹脂からなり、
    前記表層Aの三次元表面粗さにおけるスキューネス(Ssk)が1.0よりも大きい
    ことを特徴とする二軸延伸ポリエチレンフィルム。
  2. 前記表層Aの三次元表面粗さにおけるスキューネス(Ssk)が4.0よりも大きい請求項1に記載の二軸延伸ポリエチレンフィルム。
  3. 前記表層Aの三次元表面粗さにおける算術平均粗さ(SRa)が0.01μmよりも大きい請求項1に記載の二軸延伸ポリエチレンフィルム。
  4. 前記表層Aの三次元表面粗さにおける算術平均粗さ(SRa)が0.04μmよりも大きい請求項3に記載の二軸延伸ポリエチレンフィルム。
  5. 前記表層Aの三次元表面粗さにおける十点平均粗さ(SRz)が1.00μmよりも大きい請求項1又は3に記載の二軸延伸ポリエチレンフィルム。
  6. 前記表層Aの三次元表面粗さにおける十点平均粗さ(SRz)が1.30μmよりも大きい請求項5に記載の二軸延伸ポリエチレンフィルム。
  7. 前記表層Aの三次元表面粗さにおける最大高さ(SRmax)が1.00μmよりも大きい請求項1又は3に記載の二軸延伸ポリエチレンフィルム。
  8. 前記表層Aの三次元表面粗さにおける最大高さ(SRmax)が1.70μmよりも大きい請求項7に記載の二軸延伸ポリエチレンフィルム。
  9. 前記表層Aの三次元表面粗さにおける山高さ0.1μm以上の山数が100個以上である請求項1又は3に記載の二軸延伸ポリエチレンフィルム。
  10. 前記表層Aの三次元表面粗さにおける山高さ0.1μm以上の山数が170個以上である請求項9に記載の二軸延伸ポリエチレンフィルム。
  11. 前記基材層の他側に表層Bが配されてなり、少なくとも前記表層Aにアンチブロッキング剤を含有する請求項1に記載の二軸延伸ポリエチレンフィルム。
  12. 請求項1又は3の二軸延伸ポリエチレンフィルムにポリエチレン樹脂からなるシーラントフィルムが積層されてなるラミネートフィルム。
  13. 請求項5の二軸延伸ポリエチレンフィルムにポリエチレン樹脂からなるシーラントフィルムが積層されてなるラミネートフィルム。
  14. 請求項7の二軸延伸ポリエチレンフィルムにポリエチレン樹脂からなるシーラントフィルムが積層されてなるラミネートフィルム。
  15. 請求項9の二軸延伸ポリエチレンフィルムにポリエチレン樹脂からなるシーラントフィルムが積層されてなるラミネートフィルム。
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