JP3168370B2 - ラミネート気泡巻き込み抑制法 - Google Patents

ラミネート気泡巻き込み抑制法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は高速ラミネートの気泡巻
き込み抑制法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】容器分野ではめっき鋼板あるいはアルミ
板に塗装を施したものが現在主流となっているが、溶剤
による環境汚染に対し法規制化の方向にあり、また塗装
・焼き付け工程の能率アップ及び省エネルギーに限界が
ある事から、塗装の代わりに溶剤を用いない方法として
樹脂フィルムを平板にラミネートし、その後製缶加工し
て使用する方法が今後の趨勢になると考えられている。
【0003】今まで包装材料としてのフィルムと金属箔
のラミネートあるいは樹脂フィルムの多層ラミネート、
いわゆる軟包装材はすでに技術的に完成し、今日多くの
需要に答えているが、食品缶用途のいわゆる缶用材料の
分野にまで適用するには至っていない。現在、鋼板ある
いはアルミ板をベースとして樹脂フィルムをラミネート
しその後製缶加工する開発が進められている。特に塗装
の数倍の速度で高速ラミネートする事は安価で安定した
材料供給のために必須であるが、高速ラミネート時に鋼
板あるいはアルミ板と樹脂フィルム間に空気を巻き込む
事が大きな課題である。
【0004】特公昭61−3676号公報では、有機樹
脂フィルムを鋼帯にはりつけるラミネート法が開示され
ている。この方法においては、錫めっきされた鋼帯を予
熱し、そこに樹脂フィルムを圧着ロールで仮圧着し、次
いで鋼帯を昇温して樹脂フィルムをさらに圧着ロールで
本圧着する。しかし、このように樹脂フィルムを鋼帯表
面に向けて送給すると、樹脂フィルムの表面近傍にある
空気が樹脂フィルムの走行に随伴されて圧着部に持ち込
まれる事がある。持ち込まれた空気は鋼帯と樹脂フィル
ムの間に気泡として残留し、大きい気泡の場合はふくれ
となる。このふくれは積層鋼帯の商品価値を下げるが、
外観上ふくれに見えない程度の微小な気泡でも絞り、し
ごき加工等の製缶加工を受けると加工後のフィルム密着
性が著しく劣る事となり、缶用素材として用をなさな
い。
【0005】この様な気泡巻き込みを防止するため、特
開昭63−233824号公報では、鋼帯と樹脂フィル
ム間の角度を30〜90度に維持しながら樹脂フィルム
を鋼帯に向けて送給して圧着ロールにより圧着する方法
が開示されている。これは空気流体のくさび効果を防止
する事と理解されるが、鋼帯走行速度200m/min
以上の高速ラミネートを行うとやはり気泡巻き込みが発
生し、この対策では不十分である。
【0006】より抜本的な解決策としては、圧着部の空
気あるいは気体を除去して減圧状態とする事が考えられ
る。この例として特開昭63−118241号公報で
は、圧着ロールの上流側に減圧室を設け、内部は真空ポ
ンプにより100〜200トルに減圧する事としてい
る。減圧室の入り側はシールロールによってシールさ
れ、出側は圧着ロール及びシールロールによりシールさ
れる。この減圧室内で金属箔及びキャリアフィルムをラ
ミネートし、気泡巻き込みのない電気用積層板を得る。
【0007】また、真空蒸着の分野では、フィルムへの
アルミの蒸着や鋼帯への亜鉛の蒸着が今日広く行われて
いるが、0.1トル以下の高真空に保つためには多段の
差動減圧室を真空室の前後に設けるか、あるいは処理材
コイルも含んだ装置全体をバッチ式に真空に引く事とな
る。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】この様な方法は原理的
には最善策と考えられるが、鋼帯への樹脂フィルムラミ
ネートに適用した場合、以下の実操業上の問題がある。
【0009】まず、現場操業では金属帯あるいはフィル
ムに付着した異物が圧着部で圧着ロールに固着する事が
不可避的に発生し、この様な場合、高真空室内にある圧
着ロールを外部から手入れし異物を除去する手段がない
ため、高真空を大気圧へ戻す事となり、高速ラミネート
設備の能率を著しく阻害する事となる。
【0010】また、鋼帯と鋼帯との繋ぎ溶接部やアルミ
帯同士のステッチャー接合部が圧着ロールを通過する時
に圧着ロール表面に圧痕を生じ、その後のラミネート時
に圧着ロールの圧痕がラミネート面の外観不良を引き起
こす。このため接合部や溶接部が圧着ロールを通過する
際には圧着ロールを鋼帯あるいはアルミ帯から離す必要
があるが、圧着ロールが高真空室内にある場合、圧着ロ
ールの移動機構を設けると真空シール部に機械的なクリ
アランスが避けられないため高真空度が維持できない。
また、真空度を維持するための真空ポンプの電力費、減
圧装置の設備費など経済的に高速ラミネートを行うメリ
ットが減り得策でない。特に鋼帯走行速度が200m/
min以上の高速ラミネートになると、真空ポンプ電力
費はますます増加する。
【0011】そこで本発明は、高速ラミネートにおいて
気泡の巻き込みを安価に抑制する方法を提供する事を目
的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】本発明の要旨は以下の
〜の通りである。
【0013】 走行する金属帯の両面あるいは片面に
樹脂フィルムを連続ラミネートする際、圧着ロール部に
おいて該フィルムと該金属帯により挟まれる空間に、分
子量44以下の純気体を加熱したものあるいは分子量4
4以下の純気体を混合した気体を加熱したものを吹き付
ける事を特徴とするラミネート気泡巻き込み抑制法。
【0014】 前記のラミネート気泡巻き込み抑制
法において、分子量44以下の純気体が水蒸気である
を特徴とするラミネート気泡巻き込み抑制法。
【0015】 前記またはのラミネート気泡巻き
込み抑制法において、加熱気体の最高温度を該樹脂フィ
ルムの空気中での酸化分解温度以下にする事を特徴とす
るラミネート気泡巻き込み抑制法。
【0016】
【作用】以下、本発明を詳細に説明する。
【0017】本発明では金属帯は鋼帯及びアルミ帯を含
み、鋼帯としては、めっき原板、錫めっき鋼板、ニッケ
ルめっき鋼板、クロムめっき鋼板すなわちティンフリー
スティール、アルミめっき鋼板やこれらの合金めっき鋼
板、アルミ帯としては缶用アルミ板を使用する。
【0018】熱接着可能な樹脂フィルムとしては、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、ポリエチレンイソフタレートなどのポリエステル樹
脂、ポリエチレン、ポリプロピレンなどの酸変成ポリオ
レフィン樹脂、ナイロンなどのポリアミド樹脂、ポリア
クリロニトリルなどを使用する。また、これら樹脂フィ
ルムに接着剤をつけてラミネートするいわゆるドライラ
ミネートも本発明の範囲内である。
【0019】熱圧着時の金属帯温度はラミネートする樹
脂フィルムの融点から降温結晶化温度までの範囲とし、
樹脂フィルムが高粘性流動状態となる温度領域で圧着を
行う。通常、金属帯から樹脂フィルムに向かって熱を与
えるが、これは熱圧着法の常法である。
【0020】高速走行する金属帯に対してラミネートを
行う場合に、気泡巻き込みを抑制するためには以下の条
件を満足する事が必要である。
【0021】圧着ロールの線圧を上げると気泡巻き込み
量が減少する事は既に知られているが、ラミネート速度
が200mpm以上の高速になると線圧を上げても効果
が飽和し、気泡巻き込みを完全になくす事は困難とな
る。ここで気泡巻き込み部の存在場所を詳細に観察する
と、金属帯表面の凹凸すなわち表面粗度の凹部に気泡が
生じる事が判明したが、表面粗度は金属帯取り扱いに時
に生じるすり疵防止のため人為的に施すものであり、表
面粗度をなくして全く平坦な表面とする事は実用上問題
が生じる。
【0022】そこで、気泡巻き込みを抑制するため、ラ
ミネート圧着部において図1に示す様に樹脂フィルム3
と金属帯5とで挟まれる空間に加熱気体吹き出しノズル
4を配置し、気泡としてフィルム−金属帯間に取り込ま
れる気体の温度が高温状態となる様にした。この様にす
れば,気泡として取り込まれた高温気体がラミネート終
了後冷却した時に体積収縮して気泡巻き込み体積を減少
させる事になる。この体積収縮代は簡単に気体の状態方
程式から計算できる。特に、ラミネートの圧着線圧や圧
着面圧の効果が飽和する様な高速ラミネート条件下で
は、この体積収縮による気泡巻き込み抑制効果は非常に
大きい。
【0023】加熱気体の金属帯5への吹き付け角度は、
樹脂フィルム3と金属帯5がなす空間の範囲内で圧着部
入り側点、つまり樹脂フィルム3と金属帯5とが始めて
接触する点に向けて加熱気体を噴出させる様にノズル4
を配置する。圧着部入り側点とノズル4との間隔は短い
程少ない噴出量で効果が上がるが、操業上の金属帯5、
フィルム3の振動、ノズル4の厚みを考慮して10mm
程度が限界である。この場合、噴出量として2Nm3
分、噴出速度として30m/秒程度あれば十分である。
【0024】この方法で加熱気体として空気を用いた場
合は気泡巻き込み量を完全に0にする事は難しいが、実
用的には製缶加工の程度に合わせて限界気泡巻き込み量
を設定できるので、ラミネート製造面で簡単な装置で安
価に、高速でラミネート材を製造できる点が優れてい
る。
【0025】加熱気体として通常の空気を用いても上記
効果は得られるが、さらに樹脂フィルムに対して透過性
の良い気体、例えば空気よりも分子量の小さい水素ガス
やヘリウムガス、特に水蒸気を使用すれば、ラミネート
終了後製缶開始までの間に気泡部の気体は樹脂皮膜を透
過して外部に拡散し、気泡巻き込み量はさらに低減す
る。PET(ポリエチレンテレフタレート)樹脂に対す
る気体の透過性の例を表1に示した。
【0026】
【表1】
【0027】一方、加熱気体の上限温度は、使用する樹
脂フィルムの空気中における酸化分解温度により制約を
受ける。圧着時巻き込まれた高温気体は冷却速度が樹脂
の固体よりも小さいため、気泡は周辺の樹脂よりも高温
状態となる。ここで加熱気体の温度が樹脂フィルムの酸
化分解温度よりも高いと、気泡部の樹脂は分解し、分子
量が低下するため気泡部の樹脂の機械的特性が劣化し、
製缶加工時に樹脂皮膜欠陥を生じる事になる。
【0028】
【実施例】実施例で使用した金属帯は電解クロム酸処理
した鋼帯である。ラミネートフィルムは厚み20μのホ
モPETである。ホモPETの熱特性は、融点265
℃、空気中の酸化分解開始温度が320℃である。ラミ
ネート圧着温度は圧着直後の鋼帯温度として265℃と
し、ラミネートロールはシリコンゴムライニングのロー
ルを用いた。
【0029】ラミネート板における気泡面積率(%)は
顕微鏡(×200倍)の視野で認められる気泡部の面積
率を画像処理により求めた。気泡面積率は5%以下が実
用的に望ましい。密着性の評価は、ラミネート板を通常
の圧延機で冷間圧延し厚みを50%減少させた後、18
0°ピール試験で剥離強度を試験片の幅で除し、幅10
mm当たりの強度(g)で表示した。フィルム破断の場
合は「超」の表示を付した。圧延を行わないと全てフィ
ルム破断し、密着力の測定が出来なかった。一部、絞り
加工で皮膜欠陥の出ない限界を絞り比(H/D)で示し
た。ここでHは缶高さ、Dは缶径である。絞り缶用途で
実用的な絞り比1.5以上の性能を示すラミネート鋼板
の場合には「超」の表示を付した。表2に実施例および
比較例の評価結果をまとめた。
【0030】
【表2】
【0031】比較例1は従来の圧着力増加ラミネートで
の限界気泡面積率を示し、絞り缶用途にも適用が難し
い。
【0032】実施例1は空気を加熱して用いた場合で、
比較例1と比較して気泡面積率が半減し、絞り缶用途に
適用可能となる。
【0033】実施例2は加熱気体としてヘリウムを用い
た場合で、気泡巻き込み量は大幅に低減し、圧延やしご
き加工にも耐えるレベルとなる。
【0034】実施例3、4は加熱気体として水蒸気を用
いた場合で、高速ラミネートにおいても圧延やしごき加
工に耐える。
【0035】比較例2は加熱気体の温度が樹脂フィルム
の酸化分解温度を越える場合で、気泡部の樹脂が酸化分
解し、機械的特性が劣るため、絞り缶用途にも適用が困
難となる。
【0036】このように、従来法では気泡巻き込みを抑
制するため圧着力を増加するとゴムライニングの圧着ロ
ールのゴム−基材ロール間の接着が高温・高圧力に耐え
きれず剥離を生じる事から、高圧下に限界があり、また
圧下力増加の効果も高圧下になる程飽和するため、比較
例1の気泡面積率が従来法で得られる限界であった。ま
た減圧ラミネート法は真空シール装置が設備的に高価と
なり、得策でなかった。本発明では、加熱気体の噴出ノ
ズルを設置するのみで簡単、安価に大きな効果が得られ
た。
【0037】
【発明の効果】樹脂ラミネート法による製缶用素材の製
造は現在の塗装・焼き付け工程における溶剤による環境
汚染を防止でき、また溶剤揮発エネルギー消費も皆無に
できる。特に、本発明による高速ラミネートでは大量生
産可能で、安価に安定して製缶素材を供給できると同時
に、錫めっきやティンフリーめっき等のめっきラインの
ライン速度とラミネート速度がマッチングするため、め
っきライン内にラミネート設備を設置でき、さらに安価
に製造できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の方法を示す図である。
【符号の説明】
1 圧着ロール 2 フィルムコイル 3 樹脂フィルム 4 加熱気体吹き出しノズル 5 金属帯
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B32B 31/26 B32B 15/08

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 走行する金属帯の両面あるいは片面に樹
    脂フィルムを連続ラミネートする際、圧着ロール部にお
    いて該フィルムと該金属帯により挟まれる空間に、分子
    量44以下の純気体を加熱したものあるいは分子量44
    以下の純気体を混合した気体を加熱したものを吹き付け
    る事を特徴とするラミネート気泡巻き込み抑制法。
  2. 【請求項2】 請求項1記載のラミネート気泡巻き込み
    抑制法において、分子量44以下の純気体が水蒸気であ
    事を特徴とするラミネート気泡巻き込み抑制法。
  3. 【請求項3】 請求項1または2記載のラミネート気泡
    巻き込み抑制法において、加熱気体の最高温度を該樹脂
    フィルムの空気中での酸化分解温度以下にする事を特徴
    とするラミネート気泡巻き込み抑制法。
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