JP4261187B2 - ビニル芳香族ポリマーと実質的に非球形のゴム粒子を含んでなる低光沢二軸延伸フィルム - Google Patents
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Description
本発明はビニル芳香族ポリマー(vinyl aromatic polymer)と実質的に非球形のゴム粒子を含んでなる低光沢二軸延伸フィルムに関する。「低光沢」(low-gross)フィルムは、米国材料試験協会(ASTM)方法D−2457により測定される80よりも小さな60度(°)光沢度(60°gloss)を有する。
【0002】
低光沢フィルムは郵便封筒用の窓フィルムとして有用である。窓フィルムは封筒の開口部を覆う透明ポリマーフィルムである。窓フィルムは封筒内に同封される宛先の読取りを可能とするものである。自動郵便物仕分けシステムにおける宛先の読取りには光学式文字読取(OCR)装置が有用であるが、OCRの正確度はフィルムの光沢度により影響を受ける。窓フィルムの光沢度が増大すると、典型的には、OCR装置の正確度は低下する。したがって、低光沢窓フィルムは、OCR装置を使用するときの郵便物の正確な仕分けを促進する。
【0003】
ポリマーフィルムの表面を部分変化させるか又は粗くすることは、その光沢度を減少させる一つの方法である。残念なことに、表面を粗くすることは、典型的には、フィルムの曇り(haze)を同時に増大させ、該フィルムを通じての光学的透明度を減少させる。
【0004】
ゴム改質剤(modifier)や無機充填剤(filler)等の添加剤も、ポリマーフィルムの光沢度を減少し得る。添加剤は、通常、フィルム重量を基準として2重量%(wt%)以上で含まれる。添加剤は、光沢以外のフィルム特性にも影響を及ぼす傾向にある。例えば、フィルムのポリマー改質剤の濃度が増大するに伴い、典型的にはフィルムの曇りが増大する。添加剤はまた、フィルムの方向光沢差(directional gloss differential:DGD)および表面光沢差(surface gloss differential)も増大させ得る。DGDは、単一のフィルム表面での横方向(TD)に対する機械方向(MD)の光沢度の差である。MDは製造時にフィルムが移動する方向と平行な方向である。TDはMDと垂直かつフィルム表面と平行な方向である。表面光沢差(SGS)は、両側のフィルム表面間の光沢度の差である。方向が両表面で同じである限り、MDまたはTDの一方でSGDを測定する。SGD値およびDGD値を増大させることは、フィルム光沢度の均一性が少なくなることに対応するので、魅力的でない。また、曇度を増大させることは、該フィルムを通じての可視性を妨げるので、窓フィルムにとって魅力的でない。
【0005】
フィルム重量を基準として2wt%未満の添加剤を含んでなる低光沢フィルムが望ましい。以下の特性の少なくとも一つを更に有するようなフィルムがより一層好ましい:25以下のSGD;15以下のDGD;1.15ミル(mil)(29.2μm)の厚さのフィルムで測定したときに30以下の曇度(haze value)。
【0006】
第一の面において本発明は、ビニル芳香族ポリマーとゴム粒子を含んでなるポリマーフィルムであって、前記ゴム粒子が:(a)5よりも大きなアスペクト比を有し;(b)2.5マイクロメートル以上の非拘束粒径(unconstrained particle size)を有し;(c)フィルム重量を基準として2重量%未満の濃度で存在し;さらに、前記ポリマーフィルムが二軸延伸されていて、フィルムの両面で機械方向および横方向の両方において、米国材料試験協会方法D−2457により測定される60度光沢度が80よりも小さいポリマーフィルムである。
【0007】
第二の面において本発明は、汎用ポリスチレンと耐衝撃性ポリスチレンのブレンドを含んでなるポリマーフィルムであって、前記フィルムがゴム粒子を含有し、該ゴム粒子が:(a)5よりも大きなアスペクト比を有し;(b)2.5マイクロメートル以上の非拘束粒径を有し;(c)フィルム重量を基準として2重量%未満の濃度で存在し;さらに、前記ポリマーフィルムが二軸延伸されていて、フィルムの両面で機械方向および横方向の両方向において、米国材料試験協会方法D−2457により測定される60度光沢度が80よりも小さいポリマーフィルムである。
【0008】
好ましくは、第一および第二の面に係るフィルムが、以下の追加的特性:(d)25よりも小さな表面光沢差;(e)15よりも小さな方向光沢差;(f)1.15ミル(mil)(29.2マイクロメートル)の厚さのフィルムで測定したときに30以下の曇度;の少なくとも一つを有する。
【0009】
第三の面において本発明は、少なくとも2種の材料を含んでなる封筒であって、前記材料の少なくとも1つが上記第一または第二の面に係るフィルムである封筒である。
【0010】
本発明は、フィルム重量を基準として2重量%(wt%)未満の添加剤を含んでなる低光沢フィルムを提供することによって、当該技術分野のニーズを満たすものである。
【0011】
本願において特定される範囲は、特に明記しない限り範囲の端点を含む。
【0012】
本発明は、ビニル芳香族ポリマー(VAP)と実質的に非球形のゴム粒子を含んでなる二軸延伸低光沢ポリマーフィルムである。
【0013】
本発明のフィルムは、フィルムの両面で機械方向および横方向の両方向において、80よりも小さな、好ましくは75以下の、より好ましくは70以下の、最も好ましくは65以下の60°光沢度を有する。80よりも小さな光沢度を有するフィルムは、80以上の光沢度を有するフィルムに比べて、OCR装置がそれを通じてより正確に読取ることを可能とする。
【0014】
これに付随して、本発明のフィルムは、MDおよびTDの両方において25以下の、好ましくは20以下の、より好ましくは15以下のSGDを有することが好ましい。フィルムはまた、各面において15以下の、好ましくは10以下の、より好ましくは7以下のDGDを有することが好ましい。25よりも大きなSGD値および15よりも大きなDGD値を有するフィルムは、その光沢がフィルムの向きに高度に依存し、その結果かかるフィルムを通じて読取時のOCR正確度がフィルムの向きに依存することになるので、魅力的ではない。
【0015】
本発明のフィルムは、ASTM方法D−1003により1.15ミル(mil)(29.2μm)の厚さのフィルムで測定したときに30以下の、好ましくは27以下の、より好ましくは24以下の曇度を有する。
【0016】
本発明の二軸延伸フィルムは、実質的に非球形のゴム粒子を含む。実質的に非球形のゴム粒子は、最大寸法(L)、最小寸法(T)および第三の寸法(W)を有する。L、TおよびWは相互に垂直であって該粒子の中心を通る。LおよびWはフィルム表面に平行であるか、又は本質的に平行である。「本質的に平行」とは平行から45°以内を意味する。Tはフィルム表面に垂直であるか、又は本質的に垂直である。「本質的に垂直」とは垂直から45°以内を意味する。実質的に非球形のゴム粒子は各々がアスペクト比および主断面積(major cross sectional area:MCSA)を有する。アスペクト比はL/Tに等しい。MCSAはπ(L+W)2 /16である。
【0017】
実質的に非球形のゴム粒子は、機械方向および横方向(下で定義される)の両方において5よりも大きな、好ましくは10よりも大きな、より好ましくは30よりも大きな、より一層好ましくは50よりも大きなアスペクト比を有する。理論的には、アスペクト比について最大限度はない。高いアスペクト比は低いフィルム光沢に対応するのが典型的であるので、フィルム内の粒子にとって、低いアスペクト比よりも高いアスペクト比の方が望ましい。
【0018】
ゴム粒子の断面の透過型電子顕微鏡(TEM)画像を使用して、ゴム粒子のアスペクト比を測定する。この断面は、フィルムをフィルム表面に垂直かつ機械方向(下で定義される)または横方向(下で定義される)のいずれかに平行に切断することによって露出させる。フィルムを機械方向に平行に切断することは、機械方向のアスペクト比を明らかにする。フィルムを横方向に平行に切断することは、横方向のアスペクト比を明らかにする。
【0019】
本発明のフィルムにとってフィルム光沢度は、その内部のゴム粒子のMCSAの関数である。フィルム内のゴム粒子のMCSAを増大させると、典型的には、フィルム光沢度は減少する。ゴム粒子のアスペクト比を増大させることも、MCSAを増大させる傾向にある。
【0020】
フィルムを一方向に延伸すること、好ましくはフィルム表面に平行な2つの直交方向に延伸することによって、フィルム内のゴム粒子のMCSAおよびアスペクト比は典型的には増大する。したがって、フィルムを二軸延伸することは、フィルム内のゴム粒子のMCSAおよびアスペクト比を増大させ、それによりフィルム光沢度を低減させる。
【0021】
フィルムの延伸を延伸比(draw ratio)で特徴付ける。延伸比は延伸後の距離を延伸前の距離で割ったものである。例えば、フィルムはある一定の延伸前の長さLおよび延伸前の幅Wを有する。フィルムをその長さおよび幅に沿って延伸した後に、延伸後の長さはL’であり、延伸後の幅はW’である。従って、L’/Lがフィルムの長さ方向の延伸比であり、W’/Wが幅方向の延伸比である。
【0022】
本発明のフィルムは二軸延伸されている。二軸延伸は、フィルム表面を含む平面における2つの直交軸において2以上の、好ましくは3以上の延伸比までフィルムを延伸することの結果である。本発明の範囲内のフィルムにとって、高い延伸比は、典型的には、低い延伸比よりも光沢を低くすることになるので、より高い延伸比が望ましい。2よりも低い延伸比では実質的に非球形のゴム粒子を生じない場合が多い。一方、延伸比が高過ぎるとフィルムが破断する傾向にある。通常、各方向における延伸比は15よりも低い。
【0023】
一組はMDに平行であり、他の組はTDに平行である2組の線を用いてフィルムに印を付けることにより、製造後の二軸延伸フィルムの延伸比を測定する。線の長さを測定してアニール前の長さを確定し、次に該フィルム中のVAPのガラス転移温度よりも15℃高い温度においてオーブン中で1時間アニールする。再び線の長さを測定してアニール後の長さを決定する。線のアニール前の長さをそのアニール後の長さで割ったものが、二軸延伸フィルムについてその線が延伸された軸の方向の延伸比である。
【0024】
二軸延伸フィルムはその中でゴム粒子を非球形形状にして拘束する。ゴム粒子は、フィルムにより拘束されていない(unconstrained)ときは実質的に球形である。「実質的に球形」(substantially spherical)粒子は5よりも小さなアスペクト比を有する。
【0025】
適当なゴム粒子は、2.5μm以上、好ましくは3μm以上、より好ましくは4μm以上の非拘束粒径(unconstrained particle size)を有する。2.5μmよりも小さな非拘束粒径を有するゴム粒子は、本発明のゴム濃度において所望される範囲の光沢を生じさせるには小さ過ぎる。実際の上限はないが、非拘束粒径は一般的に10μm以下である。これら非拘束ゴム粒子はマルチモーダル(多モード)またはモノモーダル(単モード)の粒径分布を有してもよい。
【0026】
大きなゴム粒子(粒径2.5μm以上)を含有する低光沢フィルムは、小さなゴム粒子(粒径2.5μm未満)のみを含有する低光沢フィルムと比較して、二以上の性能利点を有する。等しい光沢度(ASTM方法D−2457による)を有するフィルム(一方は小さなゴム粒子のみを用いて調製されたものであり、一方は大きなゴム粒子を用いて調製されたものである)について比較すると、大きなゴム粒子を用いたフィルムは、一般に、(1)必要なゴム濃度が低く、(2)加工処理条件の影響を受け難く、それ故に一貫した光沢度をもって製造することが容易であり、さらに(3)柔らかな梨地(satin)外観を有し、フィルム中の不均質性を目立たなくする。
【0027】
フィルム内のゴム粒子についての非拘束粒径は、ジメチルホルムアミド中のチオシアン酸アンモニウムの1wt%溶液中にフィルムを十分に溶解させて濁った溶液を形成し、次に、30μm孔(aperture)を使用するベックマン−コールターマルチサイザー(Beckman-Coulter multisizer)2Eを使用して粒径を測定することによって決定する。
【0028】
ゴム粒子は、少なくとも1種のアルカジエンポリマーを含んでなるのが典型的である。適当なアルカジエンは、1,3−共役ジエン、例えばブタジエン、イソプレン、クロロプレンまたはピペリレン等である。好ましくは、該ポリマーは、1,3−共役ジエンの単独重合体であり、1,3−ブタジエンの単独重合体が特に好ましい。しかし、少量、例えば15重量%未満、好ましくは10重量%未満のモノビニリデン芳香族等の他のモノマーを含有するアルカジエン共重合体も適当である。
【0029】
ゴム粒子は、芯−殻構造(そこで粒子はポリマー芯相および少なくとも1つのポリマー殻相を有するもの。)(例えば米国特許第5,237,004号の第7欄第1行ないし第9欄第2行を参照)を含まないことが好ましい。
【0030】
本願に開示されるフィルム中の適当なゴム粒子濃度は、フィルム重量を基準として2wt%未満、好ましくは1.8重量%以下、より好ましくは1.5重量%以下である。
【0031】
ゴム粒子濃度の下限は、そのゴムの非拘束粒径に依存する。大きな非拘束粒径を有する粒子は、小さな非拘束粒径を有する粒子に比べて、低濃度において許容できる光沢および曇り特性を有するフィルムを生じさせることができる。ゴム粒子の濃度は、全フィルム重量を基準として0.5wt%よりも高いことが一般的であり、0.8wt%よりも高いことが有利であり、1.0wt%よりも高いことが好ましい。本発明のフィルムは、ゴム粒子以外の他の充填剤を、フィルム重量を基準として0.5wt%よりも少なく含むことが好ましい。
【0032】
適当なVAPとして、スチレンおよびパラ−メチルスチレン、パラ−tert−ブチルスチレン等のアルキルもしくはアリール環置換スチレン等のような、ビニル芳香族モノマーのポリマーが含まれる。適当なVAPとして、ビニル芳香族モノマーと、アクリロニトリル、メタクリロニトリル、メタクリル酸、メタクリル酸メチル、アクリル酸、アクリル酸メチル、マレイミド、フェニルマレイミドおよび無水マレイン酸等のモノマーとの共重合体も含まれる。好ましくは、VAPはポリスチレンである。
【0033】
本発明の一つの変形例は、耐衝撃性ポリスチレン(high impact polystyrene:HIPS)を含むものである。HIPSはポリスチレン中のアルカジエンゴムのブレンドである。HIPSはアルカジエンゴムと共重合されるか又は混合されたポリスチレンである。典型的には、HIPSは樹脂重量を基準として2wt%よりも高いゴム濃度を有する。汎用ポリスチレンをHIPSとブレンドすることは、本発明のフィルムを形成するために適当なVAP−ゴム粒子の組合せを形成するための一方法である。
【0034】
後続の二軸延伸を伴う溶液キャスト(solution cast)法、キャストテンター法(cast tentering)およびブローン(blown)法を含む任意のフィルム製造法が本発明のフィルムの調製のために適当である。ブローン法としては、ポリマー泡を上方、下方、水平を含む任意の方向にブローするものが含まれる。ブローンフィルムはブローン法の生成物である。
【0035】
本発明のフィルムは、典型的には10μm以上、望ましくは20μm以上、好ましくは30μm以上であって、典型的には250μm以下、好ましくは100μm以下、より好ましくは80μm以下の厚さを有する。250μmよりも厚いフィルムでは、所望範囲内のゴム粒子アスペクト比を実現することが困難である。10μmよりも薄いフィルムでは、製造時に破断する傾向にある。
【0036】
本発明のフィルムは封筒の窓フィルムとして特に有用である。窓フィルム付き封筒は主要包装材料および窓フィルムを含む少なくとも2種の材料を含んでなるのが典型的である。主要包装材料としては、紙だけでなく、ポリエステル等の織ポリマー及び不織ポリマーも含まれる。
【0037】
以下の例は本発明を更に例示するものであって、本発明の範囲を何ら限定するものではない。
【0038】
実施例1.ブローンフィルム
400°F(204℃)の押出機内で汎用ポリスチレン(例えば The Dow Chemical Company からのSTYRON* 685 ポリスチレン樹脂)と粒径4.5μmのゴム粒子を有するHIPS(例えば樹脂重量に対して8.5重量%のゴム粒子濃度を有する The Dow Chemical CompanyからのATEK* 1170 HIPS樹脂)のブレンドを調製して、溶融ポリマーブレンドを形成する。汎用ポリスチレン/HIPSの比は、全ブレンド重量を基準として溶融ポリマーブレンド中の1.28wt%のゴム粒子濃度を実現するために十分なものである。
【0039】
その溶融ポリマーブレンドをブローしてフィルムにすることにより実施例1を調製する。溶融ポリマーブレンドを2.5ないし125フィート/分(0.76ないし38.1m/分)のポリマー流量で環状ダイを通じてブローして、最大泡直径をもった泡を形成する。環状ダイは、最大泡直径/環状ダイ直径の比が3となるような直径を有する。80℃よりも低い温度の空気を泡の上方に一様に流して、フィルムを回収前に100℃よりも低い温度に冷却する。その結果得られたフィルムを、巻取り速度/ポリマー流量の比が4となるように10ないし500フィート/分(3ないし152m/分)の巻取り速度で回収する。その結果得られたフィルムは1.15ミル(29.2μm)の厚さを有する。
【0040】
実施例1を室温まで放冷し、ASTM方法D1003による曇度とASTM方法D2457による60°光沢度を測定する。フィルムの両面(面1および面2)について機械方向(MD)および横方向(TD)の両方において60°光沢度を測定する。フィルム表面に平行なフィルム断面を見るTEM画像を使用してゴム粒子アスペクト比を測定する。115℃のアニール温度を用いて延伸比を測定する。表1は実施例1についての結果を示す。
【0041】
【表1】
【0042】
実施例1は本発明のポリスチレン系フィルムを例示するものである。
【0043】
実施例1は1つのフィルム組成の単なる例に過ぎない。他の開示された組成および製造方法も本発明のフィルムを形成することになる。
Claims (9)
- ビニル芳香族ポリマーとゴム粒子を含んでなるポリマーフィルムであって、前記ゴム粒子が:
(a)5よりも大きなアスペクト比を有し;
(b)2.5マイクロメートル以上の非拘束粒径を有し;
(c)フィルム重量を基準として2重量%未満の濃度で存在し;さらに、
前記ポリマーフィルムが二軸延伸されていて、フィルム表面を含む平面における2つの直交軸の各々において2以上の延伸比を有し、該フィルムの両面で機械方向および横方向の両方において、米国材料試験協会方法D−2457により測定される60度光沢度が80よりも小さいポリマーフィルム。 - 25以下の表面光沢差を有する請求項1のフィルム。
- 15以下の方向光沢差を有する請求項1または請求項2のフィルム。
- 1.15ミル(29.2マイクロメートル)の厚さのフィルムで測定したときに30以下の曇度を有する、請求項1、請求項2または請求項3のフィルム。
- フィルム表面を含む平面における2つの直交軸の各々において3以上の延伸比を有する、請求項1ないし請求項4のいずれか一項のフィルム。
- 前記ビニル芳香族ポリマーがポリスチレンである、請求項1ないし請求項5のいずれか一項のフィルム。
- 前記ゴム粒子が、ポリブタジエン、ポリブタジエン−ポリスチレン共重合体およびスチレン−アクリロニトリル−ブタジエン共重合体から成る群より選択される、請求項1ないし請求項6のいずれか一項のフィルム。
- 汎用ポリスチレンと耐衝撃性ポリスチレンのブレンドを含んでなるポリマーフィルムであって、前記フィルムがゴム粒子を含有し、該ゴム粒子が:
(a)5よりも大きなアスペクト比を有し;
(b)2.5マイクロメートル以上の非拘束粒径を有し;
(c)フィルム重量を基準として2重量%未満の濃度で存在し;さらに、
前記ポリマーフィルムが二軸延伸されていて、フィルム表面を含む平面における2つの直交軸の各々において2以上の延伸比を有し、フィルムの両面で機械方向および横方向の両方向において、米国材料試験協会方法D−2457により測定される60度光沢度が80よりも小さいポリマーフィルム。 - 少なくとも2種の材料を含んでなる封筒であって、前記材料の少なくとも1つが請求項1または請求項8のフィルムである封筒。
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