JP4402773B2 - 易引裂性二軸延伸ポリ乳酸系フィルム - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、優れた機械的強度、耐熱性、寸法安定性を有し、かつ引裂直線性、特に手切り引裂性に優れる包装用フィルムやテープ用フィルムとして有用なポリ乳酸系フィルムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
機械的強度、耐熱性、寸法安定性に優れる包装材料としては、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルム、ポリプロピレンフィルム等のポリオレフィンフィルム、ナイロンフィルム等が広く使用されている。
【０００３】
しかしながら、これらのプラスチックフィルムは、自然環境中に廃棄されると、その化学的安定性のために、分解せずにゴミとして蓄積する一方である。将来的にはゴミ処分場、埋立地の確保が益々困難となり、また自然環境や野生動物に悪影響を及ぼすなどの問題が懸念されている。
これらのプラスチックフィルムに代わって、土壌中において加水分解され、次いで微生物により分解されて無害な分解物となり得る生分解性のフィルムが求められており、このようなフィルムの代表的なものとして、ポリ乳酸系のフィルムがある。
【０００４】
ポリ乳酸の無延伸フィルムあるいはシートは強度、伸度が低く、耐衝撃性に劣るため、実用性が不足していた。そこで、ポリ乳酸の脆性を向上させるために、一軸あるいは二軸延伸し、分子配向させる方法が知られている。
ポリ乳酸系二軸延伸フィルムは、情報記録材料（磁気カード）、工業用パッケージ、農業用マルチフィルムなどの分野に展開され、一部は実用化に到っているものもある。
また、一軸あるいは二軸延伸フィルムの滑り性、柔軟性を改良したポリ乳酸系フィルムが提案されている（特開平９−１５７４０８号公報、特開平９−２７２７９４号公報）。
【０００５】
しかしながら、これらのポリ乳酸系延伸フィルムにおいて、食品、医療品等の包装材料に使用される際の引裂開封性を付与したものはなかった。
包装材料の引裂開封性を与えるために、袋の一端にノッチを付与する方法があるが、ノッチから引き裂いた際に直線的に引き裂けない場合には、内容物が飛散して無駄になるばかりでなく、クッキーなどの軟らかい菓子は開封時に割れたり、内容物が液体の場合には、衣服を汚したりするトラブルが起こることがあった。
【０００６】
一方、切断性の優れたフィルムテープとしては、ビスコースからなるセルロースにグリセリン等の軟化剤を付与した薄膜であるセロハンが使用されている。セロハンは生分解性を有しているが、約５％程度の吸湿性があり、さまざまな環境下で特性が変動するため、その利用は制限されたものである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、このような問題点を解決しようとするものであり、機械的強度、耐熱性、寸法安定性を有し、かつフィルムの引裂直線性、特に手切り引裂性に優れる包装材料として有用な易引裂性二軸延伸ポリ乳酸系フィルムを提供しようとするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、ポリ乳酸系フィルムに引裂直線性を付与して包装材料等としての価値を高めるための検討を行った結果、ポリ乳酸にエチレンテレフタレート及び／またはエチレンイソフタレート単位を主成分とするポリエステルを特定量配合して得られる樹脂組成物を用いて製造した二軸延伸フィルムが優れた引裂直線性を有することを見出し、本発明に到達した。
【０００９】
すなわち、本発明の要旨は、ポリ乳酸系重合体（Ａ）９９．５〜６０重量％と、エチレンテレフタレート及び／またはエチレンイソフタレート単位を主成分とするポリエステル（Ｂ）０．５〜４０重量％とを溶融混練して得られる樹脂組成物からなる易引裂性二軸延伸ポリ乳酸系フィルムである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について詳細に説明する。
本発明において、ポリ乳酸系重合体（Ａ）とはＬ−乳酸を主構成単位とするホモポリマー、あるいはＬ−乳酸とＤ−乳酸を主構成単位とするポリ乳酸系共重合体をいう。
ポリ乳酸系重合体は、二軸延伸により配向結晶化を促進させ、実用強度を発現させるためには、Ｌ−乳酸／Ｄ−乳酸＝１００／０〜９０／１０（モル比）の割合であることが好ましい。Ｄ−乳酸が１０モル％よりも多いとポリ乳酸の融点が低くなり、得られるフィルムの耐熱性、寸法安定性が低下するので好ましくない。
また、ポリ乳酸系共重合体の数平均分子量は５〜３０万が好ましく、より好ましくは８〜１５万である。数平均分子量が５万より小さいとフィルムの機械的強度が不十分となり、また、フィルム製造時の延伸、巻取工程中での切断が起こりやすくなり、操業性の低下を招く。一方、数平均分子量が３０万を超えると加熱溶融時の流動性が乏しくなって製膜性が低下する。
【００１１】
ポリ乳酸を合成するための重合法としては、縮合重合法及び開環重合法のいずれの方法を採用することもでき、また、分子量を増大させるために少量の高分子架橋剤、例えば、ジイソシアネート化合物、ジエポキシ化合物、酸無水物等を添加してもよい。
【００１２】
本発明においては、ポリ乳酸系重合体（Ａ）にエチレンテレフタレート及び／またはエチレンイソフタレート単位を主成分とするポリエステル（Ｂ）を混合する。
ポリエステル（Ｂ）の重合法としては、テレフタル酸とエチレングリコール、あるいは、テレフタル酸とイソフタル酸とエチレングリコールを溶融重合する直接エステル化法、あるいは、テレフタル酸ジメチルとエチレングリコール、あるいは、テレフタル酸ジメチルとイソフタル酸ジメチルとエチレングリコールを溶融重合するエステル交換法が挙げられる。また、溶融重合後に、固相重合してもよい。
【００１３】
本発明のポリエステル（Ｂ）は、効果を損なわない範囲であれば他の成分を共重合することができる。
他の共重合成分としては、フタル酸、２，６−ナフタレンジカルボン酸、５−ナトリウムスルホイソフタル酸、シュウ酸、コハク酸、アジピン酸、セバシン酸、アゼライン酸、ドデカン二酸、ダイマー酸、無水マレイン酸、マレイン酸、フマール酸、イタコン酸、シトラコン酸、メサコン酸、シクロヘキサンジカルボン酸等のジカルボン酸、４−ヒドロキシ安息香酸、ε−カプロラクトンや乳酸などのオキシカルボン酸があげられる。また、ジエチレングリコール、１,３−プロパンジオール、１、４−ブタンジオール、ネオペンチルグリコール、１,６−ヘキサンジオール、シクロヘキサンジメタノール、トリエチレングリコール、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリテトラメチレングリコール、ビスフェノールＡやビスフェノールＳのエチレンオキシド付加体等のグリコ−ル等があげられる。さらに、トリメリット酸、トリメシン酸、ピロメリット酸、トリメチロールプロパン、グリセリン、ペンタエリスリトール等の３官能化合物等を少量用いてもよい。
【００１４】
本発明のフィルムを製造するためには、ポリ乳酸系共重合体（Ａ）とポリエステル（Ｂ）の配合比を、Ａ／Ｂ＝９９．５／０．５〜６０／４０（重量比）、好ましくは９９／１〜８０／２０（重量比）とすることが必要である。
ポリエステル（Ｂ）が４０重量％を超えると、機械的強度が低下するため好ましくない。また、ポリエステル（Ｂ）が０．５重量％未満では引裂直線性が得られない。
【００１５】
ポリ乳酸系共重合体（Ａ）あるいはポリエステル（Ｂ）には、滑剤のほか、必要に応じて、フィルムの静電ピニング性付与剤としての金属化合物、あるいは難燃剤、消泡剤等の添加剤を含有してもよい。
【００１６】
本発明のフィルムを製造する際、ポリ乳酸系共重合体（Ａ）とポリエステル（Ｂ）との混合方法としては、押出機での加熱溶融混練が挙げられる。
【００１７】
本発明のフィルムの製造方法としては、フラットＴダイ法、インフレーション法、カレンダー法等を用いることができるが、厚み精度のよいフラットＴダイ法が好ましい。
フラットＴダイ法で製造する場合、例えば、ポリ乳酸系共重合体（Ａ）とポリエステル（Ｂ）混合物を押出機に投入し、１８０〜２８０℃で加熱溶融した後、Ｔダイを備えた押出機よりシート状に押出し、静電印加キャスト法などにより、４０℃程度以下に温度調節した冷却ドラム上に密着させて急冷し、所望の厚みの未延伸シートを得る。
【００１８】
次に、未延伸シートをテンター方式による同時二軸延伸法、ロールとテンターによる逐次二軸延伸法により延伸する。
逐次二軸延伸法により製造する場合には、まず未延伸シートを駆動ロールの回転速度比によって、ＭＤ方向にロール表面温度５０〜８０℃、延伸倍率１．５〜５．０倍で延伸し、引き続きＴＤ方向に延伸温度５０〜９０℃、延伸倍率１．５〜８．０倍に延伸し、次に温度１００〜１５０℃熱処理することによって製造することができる。
【００１９】
本発明の易引裂性を有するポリ乳酸系フィルムを製造するためには、ＭＤ方向のＴＤ方向に対する延伸倍率の比を０．５〜２．０とすることが好ましい。
上記の延伸倍率比とすることにより、フィルムのＭＤ、ＴＤ両方向の機械的強度、寸法安定性のバランスに優れるフィルムを安定して製造することができる。
延伸倍率の比が０．５未満の場合には、フィルムのＭＤ方向の配向が不十分となり、また、２．０を超えるとＴＤ方向の配向が不十分となり、上記の性能が低下する。
【００２０】
延伸後の熱処理は、フィルムの熱収縮率を小さくするために必要な工程であり、
熱処理は、熱風を吹き付ける方法、赤外線を照射する方法、マイクロ波を照射する方法等公知の方法を行うことができるが、均一に精度良く加熱できることから熱風を吹き付ける方法が最適である。
【００２１】
本発明に、さらに特定の性能を付与するために従来公知の紫外線、α線、β線、
γ線あるいは電子線等の照射、コロナ処理、プラズマ照射、火炎処理等の各種加工処理、またはポリアミド、ポリオレフィン等の樹脂の塗布、ラミネートあるいは酸化アルミニウム等金属の蒸着、あるいは酸化珪素、酸化チタン等のコーティング等を施す場合もある。
【００２２】
フィルム製造時や工程通過性をさらによくするため、シリカ、アルミナ、カオリン等の無機滑剤を、必要量添加して製膜し、フィルム表面にスリップ性を付与することが望ましい。さらに、フィルムの印刷加工性を向上させるため、例えば、帯電防止剤等を含有させることもできる。
【００２３】
本発明のフィルムの厚みは特に限定されないが、通常１０〜２００μｍ程度であり、用途、要求性能、価格等によって適宜設定すればよい。
【００２４】
本発明のポリ乳酸系フィルムは、食品、医薬品の包装用フィルムやテープとして好適であるが、生ごみ包装用袋、ラミネート用フィルム、電気・電子部品等のラッピング、農業用フィルム等の用途にも好適に使用できる。
【００２５】
【作用】
本発明のポリ乳酸系フィルムは、ポリ乳酸系重合体（Ａ）のマトリックス中にポリエステル（Ｂ）が微細に分散した形態を有しているため、引裂直線性、特に手切り性に優れ、かつ機械強度、耐熱性、寸法安定性に優れた性能を有するものである。
【００２６】
【実施例】
以下、本発明を実施例により説明する。
なお、本発明におけるフィルムの特性値の測定方法は、次の通りである。
【００２７】
（１）厚み
ハイデンハイン社製マイクロメータを用いて測定した。
（２）引張強伸度
ＡＳＴＭ Ｄ−８８２に準じて、幅１０ｍｍ、長さ１００ｍｍの試料（ｎ＝５）で測定した。
（３）引裂直線性（ノッチあり）
ＭＤ方向に２０５ｍｍ、ＴＤ方向に４０ｍｍの短冊状のフィルム片を切り出し、短辺中央部に長さ５ｍｍの切り込みを入れた試料を手で引き裂いた。引裂伝播端が切り込みを入れた辺に向かい合う短辺に到達した本数を評価値とした。
ＴＤ方向の引裂直線性は、ＴＤ方向に２０５ｍｍ、ＭＤ方向に４０ｍｍの短冊状のフィルム片を切り出し、これを試料とした以外は上記と同様に測定した。
試料はＭＤ、ＴＤ各１０本ずつとした。
評価法は次の通りとした。
◎：８本以上
○：６〜７本
×：５本以下
（４）手切り引裂性（ノッチなし）
切り込みを入れない以外は上記と同様にしてフィルム片の短辺中央部を手で引き裂いた。
評価法は次の通りとした。
◎：容易に手で引き裂け、直線性がある。
○：手で引き裂けるが、引き裂く際の抵抗が大きい。
×：手で引き裂けない。
【００２８】
実施例１
Ｌ体／Ｄ体＝９９／１（モル比）、数平均分子量９５，０００のポリ乳酸系重合体（Ａ−１）と、エチレンテレフタレート／エチレンイソフタレート＝９０／１０（モル比）のポリエステル（Ｂ−１）（極限粘度：０．７５（フェノールと四塩化エタンとの等量混合物を溶媒とし、濃度０．５ｇ／ｄｌ、２０℃で測定））を（Ａ−１）／（Ｂ−１）＝９０／１０の重量比で混合した組成物を、Ｔダイを具備した２００ｍｍφの押出機を使用して樹脂温度２５０℃で溶融押出し、表面温度２８℃の冷却ドラム上に密着させて冷却し、厚さ２００μｍの未延伸シートを得た。
次いで、得られた未延伸シートを、予熱ロール温度６０℃、延伸ロール温度７０℃でＭＤ方向に３．０倍延伸し、次いで、延伸温度８０℃でＴＤ方向に３．５倍延伸した後、横方向の弛緩率を５％として１５０℃で熱処理を施し、室温まで冷却し、厚さ１５μｍの二軸延伸フィルムを得た。
得られたフィルムの特性を評価した結果を表１に示した。
【００２９】
実施例２〜１１、比較例１〜３
ポリ乳酸系重合体（Ａ）のＬ体／Ｄ体の重合単位比率、ポリエステル（Ｂ）のエチレンテレフタレート／エチレンイソフタレートの重合単位比率、ポリ乳酸系重合体（Ａ）とポリエステル（Ｂ）の配合比率を変更した以外は、実施例１と同様にして二軸延伸フィルムを得た。
【００３０】
実施例１〜１１では、引裂直線性、手切り引裂性に優れるとともに、機械的強度、寸法安定性にも優れていた。
これに対し、比較例１では、引裂直線性および手切り引裂性に著しく劣るものであった。比較例２、３はある程度の引裂直線性を有するが、機械的強度、特に寸法安定性が劣っていた。
【００３１】
【表１】

【００３２】
【発明の効果】
本発明のポリ乳酸系フィルムは、引裂直線性、特に手切り引裂性に優れているため、食品、医薬品等の包装材料、テープ用フィルムとして有用性が高い。また、ゴミとして廃棄された場合、土壌中で微生物により分解され、自然環境、野生動物に対する環境問題を軽減することができる。

Claims (2)

1. ポリ乳酸系重合体（Ａ）９９．５〜６０重量％と、エチレンテレフタレート及び／またはエチレンイソフタレート単位を主成分とするポリエステル（Ｂ）０．５〜４０重量％とを溶融混練して得られる樹脂組成物からなることを特徴とする易引裂性二軸延伸ポリ乳酸系フィルム。
2. フィルムの横方向（ＴＤ）に対する縦方向（ＭＤ）の延伸倍率が０．５〜２．０倍であることを特徴とする請求項１記載の易引裂性二軸延伸ポリ乳酸系フィルム。