JP4537673B2 - ラミネート金属板の製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、食品缶などの容器材料として用いられる金属板の表裏に，融点の異なる２種類の樹脂をラミネートしたラミネート金属板の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば食品缶などの容器材料においては、容器外側面には印刷性、耐食性、レトルト密着性が要求され、容器内側面にはミートリリース性、耐食性、レトルト密着性が要求される。このため、金属板の片側には容器外側面に要求される特性を備えたＰＥＴ樹脂をラミネートし、反対面には容器内側面に要求される特性を備えたポリプロピレン樹脂をラミネートしたラミネート金属板が求められている。この場合、金属板としては一般的に鋼板およびアルミニウム板が使用されている。
【０００３】
一般にラミネート金属板は、加熱された金属板と樹脂フィルムとを重ね合わせ、ラミネートロールにより加圧して接着させる方法（熱ラミネーション法）で製造されている。接着させるためには金属板と接するフィルム表面温度がその溶融開始点Ｔｓｍ（通常、融点より０〜３０℃程度低い温度）以上、より好ましくは融点ＭＰ以上である必要があるが、その一方ではラミネートロールと接するフィルム表面温度が溶融開始点以上となると、フィルムがラミネートロールに巻きついて製造が不可能となってしまう。
【０００４】
従ってラミネート部の金属板温度はフィルムの融点との関係において厳密に管理する必要があるが、上記の例ではＰＥＴ樹脂の融点は例えば２６５℃であるのに対して、ポリプロピレン樹脂の融点は例えば１６８℃であって、大きく相違している。このため、金属板の温度をＰＥＴ樹脂の融点に合わせて高温にするとポリプロピレン樹脂がラミネートロールに巻きつき、逆に金属板の温度をポリプロピレン樹脂の融点に合わせて低温にするとＰＥＴ樹脂が接着できないという矛盾があった。
【０００５】
このため特許文献１に示されるように、まず融点の高い樹脂フィルムのラミネートを行ない、金属板の温度が低下した後工程で融点の低い樹脂フィルムのラミネートを行なうという２段階のラミネート方法が提案されている。しかしこの方法では２ヵ所にラミネート設備を設置しなければならず、設備コストが嵩むという問題があった。
【特許文献１】
特開昭６３−２３１９２６号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記した従来の問題点を解決して、融点が異なる２種類のフィルムをラミネートロールに巻き付かせることなく、金属板の両面に同時にラミネートすることができるラミネート金属板の製造方法を提供するためになされたものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するためになされた請求項１の発明のラミネート金属板の製造方法は、融点が異なる２種類のフィルムを金属板の両面にラミネートするラミネート金属板の製造方法において、融点の低い側のフィルムの厚みｄ２を、前記の数１で規定される範囲としたことを特徴とするものである。なお、フィルム内部の融点が厚み方向位置により異なる場合には、一方のフィルムのロールに接する側の表面融点のうち低い方をＭＰ２とし、他のフィルムの金属板面側フィルム融点をＭＰ１としたとき、ＭＰ１≧ＭＰ２の関係が成り立てば同様に計算することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の好ましい実施形態を示す。
図１において、１０は左右一対のラミネートロールであり、融点の高い側のフィルム１と融点の低い側のフィルム２とが金属板３の両面に重ね合わせられ、ラミネートロール１０により加圧接着される。金属板３は例えば鋼板であり、融点の高い側のフィルム１は例えばＰＥＴ樹脂（融点２６５℃）であり、融点の低い側のフィルム２は例えばポリプロピレン樹脂（融点１６８℃で、鋼板面側に鋼板との接着を得るための極性樹脂層を付与した樹脂）である。なおＡは金属板３とフィルムとが接触する直前の点、Ｂはフィルムがラミネートロール１０から離れる直前の点である。
【００１１】
本発明では、金属板３を予め融点の高い側のフィルム１の溶融開始点以上で、好ましくは融点+５０℃以下の温度、例えば２７０℃に加熱しておく。この結果、フィルム１、フィルム２ともに金属板３との接触面の温度は溶融開始点以上となり、金属板３と接着する。このときフィルム１、２ともに金属板３からの伝熱により反対面（ラミネートロール１０と接する面）の温度も上昇するが、フィルム１についてはロール出側の金属板温度Ｔｄ（＝Φ・Ｔｉ、Φはラミネート時の抜熱条件で定まる定数で０.７５≦Φ＜１）をフィルム１の溶融開始点以下にするような条件で一般的に接着させることができるので、その条件下ではラミネートロール１０に巻き付くことはない。
【００１２】
図２には、説明のために融点が同じフィルム１を金属板３の両面に接着した場合において、ロールがフィルムから離れる直前の、金属板とフィルム内の温度分布を模式的に示す。金属板とフィルムがロールによって接触する直前の点Ａにおける金属板の温度Ｔｉは、フィルムの溶融開始点Ｔｓｍ１より高くするが、ロールがフィルムから離れる直前の点Ｂにおける金属板の温度Ｔｄ（＝Φ・Ｔｉ）は、フィルムの溶融開始点Ｔｓｍ１よりも通常低くなっている。従って、この時点でのフィルム表面の温度はフィルムの溶融開始点Ｔｓｍ１より低くなり、ロール１０に巻き付くことはない。
【００１３】
通常、フィルムの厚みは例えば成膜の下限が１０μｍであるとか、耐食性を保つためには２０μｍ以上必要であるとの理由で決められている。そして決定された厚みに応じてラミネート条件を選ぶことにより、巻き付きを回避することができる。ロールにフィルムが付着しないようにする条件とは、ロールとフィルムが接触している間中、常にフィルム厚さ位置Ｃ点における温度が溶融開始点Ｔｓｍ１以下になるような条件であり、ラミネート条件を選定すれば達成することができる。具体的には、融点の違う２種類のフィルムを金属板にラミネートする場合、食缶用途で耐食性を考慮すると高融点側のフィルムの厚みは２０〜３０μｍ程度が一般的であるが、その他の用途についてはそれ以上の厚みも取り得る。
【００１４】
また金属板の温度は、フィルムと接触する時は通常フィルムの溶融開始点Ｔｓｍ１より高くするが、ロールがフィルムから離れる時点では図２に示すようにフィルムの溶融開始点Ｔｓｍ１より通常低くなる。これはフィルムを通じてロール側に抜熱されるためである。金属板とフィルムが接触する直前の点Ａにおける温度（Ｔｉ）がフィルムの溶融開始点Ｔｓｍ１より高いことを考慮すると、経験的に数１中に示したように０＜ＭＰ１−Ｔｄ＝ＭＰ１−Φ・Ｔｉ≦５０（℃）の条件が必要になる。すなわち、ＭＰ１−Φ・Ｔｉが５０℃以上になると、ＴｉがＴｓｍ１以下になり、接着が十分でない場合がある。この条件は、融点の違う２種類のフィルムをラミネートする時の高い融点のフィルムを金属板に接着させるためのロール入側温度Ｔｉの必要条件になる。なお、Φはラミネート時の抜熱条件で決まり、具体的にはラミネートロールの表面温度や圧下力を調整することで決まる。Φ＜１であり,一般的に０.７５≦Φ＜１に調整可能である。
【００１５】
さらに、金属板とフィルムが接着する温度Ｔｉは高い方が金属板と高い融点のフィルムの密着性がよくなる。Ｔｉを高めるとＴｄ（＝Φ・Ｔｉ）も高くなることから、密着性をより高めるためには、経験的には接着下限温度よりも１０℃程度Ｔｉを高くすればよく、概ね０＜ＭＰ１−Φ・Ｔｉ≦４０程度とすることで達成できる。フィルムの密着性を高めることにより、フィルムの剥離強度、耐食性、レトルト密着性などを向上させることができる。
【００１６】
融点が高いフィルム１と融点が低いフィルム２とをラミネートする際、フィルム厚みを考慮せず、フィルム１の融点に見合ったラミネート条件を適用すると、金属板３からの伝熱によりフィルム２のラミネートロール１０と接する面の温度がフィルム２の溶融開始点を越え、ラミネートロール１０へ巻きついてしまうケースが発生する。しかし本発明では、融点の低い側のフィルムの厚みｄ２を調整することによって、具体的にはｄ２≧ｋ（△ＭＰ−△Ｔ）／Ｖとすることによって、この問題を解決した。ここで、△ＭＰ＝ＭＰ１−ＭＰ２であり、ＭＰ１は高い融点のフィルムの融点（℃）、ＭＰ２は低い融点のフィルムの融点（℃）、Ｖは通板速度（ｍ/ｓ）である。また△Ｔ＝ＭＰ１−Φ・Ｔｉである。
【００１７】
ここでｋは、伝熱法則に従うと数２で表わされる係数である。
【数２】

【００１８】
以下に、この数２の式の内容について説明する。先ず図３に示すように横軸ｘをフィルム厚みとし、縦軸を温度Ｔとしたフィルム内部の１次元伝熱解析モデルを作成する。ｘ＝０の温度はある時間ｔにおける金属板の温度である。そしてフィルムのロールに接する面の温度が溶融開始点Ｔｓｍ１以下ならばロールに付着しないものとする。ロールに付着しない距離ｄが必要なフィルム厚みとなる。
【００１９】
本発明では２種類のフィルムを金属板にラミネートするので図４のように２本の曲線となるが、それぞれの熱伝導度λ、比熱CPは大幅には異ならない（オーダーが変わることは少ない）ので、距離ｘをλで割ってCpを乗ずることでパラメーター化し、２本の曲線を図５のように１本に近似する。そして図５においてＴｓｍ１，Ｔｓｍ２から引いた水平線とこの曲線との交点のｘ座標(dCp/λ)1と(dCp/λ)２とを求め、これらの値にλ1（λ２）を乗じてCp１（Cp２）で割ることによって、ロールに付着する厚みd1,d2が計算できる。
【００２０】
図５の曲線を直線で近似すると、Ｔ＝Ａ−Ｂ（Cpｘ/λ）で表される。ｘ＝0のときＴ＝Ｔd＝Φ・Ｔｉ＝Ａであるから、Ｔ＝Φ・Ｔｉ−Ｂ（Cpｘ/λ）である。
従ってロールに付着しないためにはΦ・Ｔｉ−Ｂ（Cpｘ/λ）≦Ｔｓｍ、故にｘ≧λ/（Cp・Ｂ）（Φ・Ｔｉ−Ｔｓｍ）となる。いま問題にしているのは低融点側のフィルムがロールに付着しない条件であるので、ｄ２≧λ２/（Cp2・Ｂ）（Φ・Ｔｉ−Ｔｓｍ２）となる。
【００２１】
時間ｔは接触時間であるので、ｔ＝L／V（Ｖは通板速度、Ｌは接触長さ）であり、傾きＢは接触時間に反比例する（接触時間が長くなると均温化する）と考えると、B＝α（V／L）となる。従ってｄ２≧λ２・Ｌ/（Cp2・α・Ｖ）（Φ・Ｔｉ−Ｔｓｍ２）であり、λ２・Ｌ/（Cp2・α）＝ｋとすると、ｄ２≧ｋ（Φ・Ｔｉ−Ｔｓｍ２）/Ｖとなる。
【００２２】
このｄ２≧ｋ（Φ・Ｔｉ−Ｔｓｍ２）/Ｖの式は、Ｔｓｍ１−Ｔｓｍ２≒ＭＰ１−ＭＰ２＝△ＭＰ、△Ｔ´＝Ｔｓｍ１−Φ・Ｔｉの関係からｄ２≧ｋ（△ＭＰ−△Ｔ´）／Ｖと略等価である。ΔＴ＝ＭＰ１−Φ・Ｔｉ≧△Ｔ´なので、ｄ２≧ｋ（△ＭＰ−△Ｔ´）／Ｖ≧ｋ（△ＭＰ−ΔＴ）／Ｖとなり、図６に示すように融点の低い側のフィルム２のラミネートロール１０と接する面の温度を、フィルム２の融点以下に維持するための条件を表した式となる。なお図２では単純化した温度勾配を記載したが、フィルム１，２がラミネートロール１０、１０間を通過する時間は数十ｍｓｅｃ程度の短時間で非定常的な熱移動が生ずるため、実際の熱移動現象の正確な解析はきわめて困難である。さらにロールの押し力やフィルムの表面状態などで金属板とフィルム間、フィルムとロール間の接触状態が変化してそれにより、フィルムの表面温度も変化するので温度勾配も変化する。
そこで、ｋの値の範囲を伝熱法則をもとに操業的に求めたところ、ｋ≧２の範囲にあることがわかった。ｋの値は大きければ大きいほど、フィルムの巻き付き抑制効果大であるが、実用的には５程度で十分である。
【００２３】
ここでｄ２の求め方を再度説明する。
1）２種類のフィルムを選ぶ。
2）低融点側のＭＰ２、λ２、Cp２を調べる。
3）高融点側のＭＰ１、λ１を調べる。
（通常操業している実績があればλ１、Cpは不明でも良い）
4）ＭＰ１よりＴｉの値とΦの条件を求める。
通常はＭＰ１−Φ・Ｔｉ＝△Ｔとした時、△Ｔ≦５０℃とする。
5）ｄ２≧ｋ（△ＭＰ−△Ｔ）／Ｖの式よりｄ２を求める。
この場合、ｄ２の最小値はｋ＝２のときになる。この値は低融点フィルムのλ２とCp２や操業条件を参考にして決める。なお、ｄ１の値は耐食性等の機能により決定する。
【００２４】
また上式によれば、通板速度Ｖを大きくすればフィルムの厚みｄ２を薄くすることができるが、フィルムの通板性や金属板の均一加熱を行なうためには通板速度Ｖをあまり高めることは好ましくなく、通常は２.５〜３.５ｍ/ｓ程度で運転される。しかし設備によっては、３.５ｍ/ｓを越える値とすることもできることはいうまでもない。金属板としては、容器用材料として一般に使用されているアルミニウム板や、軟鋼板、各種メッキ鋼板、ステンレス鋼板等の各種金属を用いることができる。フィルムとしては、ポリエステル系樹脂（ＰＥＴ，ＰＢＴ等）、ポリオレフィン系樹脂（ＰＥ，ＰＰ等）などの熱可塑性樹脂であれば原理的に適用可能である。また、密着性向上の目的で、金属板表面へクロム酸化物皮膜を付与したもの、樹脂の鋼板接着面に極性を有する接着層を付与したもの等を組み合わせて使用することも可能である。
以下に本発明の好ましい実施形態を示す。
【００２５】
【実施例】
表１に示す各種のフィルム１（融点ＭＰ１、厚みｄ１）と、各種のフィルム２（融点ＭＰ２、厚みｄ２）とを、表１に示したラミネート条件でクロムメッキ鋼板の両面にラミネートした。実施例１〜８はいずれも、ラミネート条件から計算されたｄ２計算値よりも、フィルム２の厚みｄ２を大きくしたものである。各実施例におけるフィルム１のロール巻き付きと、フィルム２の鋼板への密着性を評価し、表２に示した。また本発明の条件を外れた例を、比較例１〜５として同様に表１、表２に示した。
【００２６】
なお、表１中にＰＰとして示したのはポリプロピレンフィルムであるが、純粋なＰＰは無極性で熱ラミネーションによっては十分に接着できないので、金属接着面側に厚み４μmの極性を有する変性ＰＰ接着層（融点１６６℃）を付与したものを使用した。また、ＰＥとして示したポリエチレンフィルムも純粋なものは無極性で熱ラミネーションによっては十分に接着できないので、金属接着面側に厚み１０μmのエチレンアクリル酸共重合体樹脂接着層（融点９９℃）を付与したものを使用した。
【００２７】
実施例１によれば、蒸気中で１２５℃×３０分のレトルト処理を行ってもフィルム剥離のない良好な密着性が得られた。比較例１は、他の条件を実施例１と同一にしたまま、フィルム２の厚みをｄ２の計算値である２５.５μｍよりも小さい２５μｍにしたもので、ラミネートロールへの巻き付きが生じた。そこで他の条件を同一としたまま比較例１の通板速度を２.９ｍ/ｓまで高めたのが実施例２である。これによりｄ２の計算値は２２μｍとなり、フィルム２の厚みの２５μｍ以下となった。この結果、ラミネートロールへの巻き付きを回避することができた。
【００２８】
比較例２は、Ｔｉを下げてＴｄ＝ΦＴｉ＝１７５℃まで下げた結果、△Ｔ＝ＭＰ１−ΦＴｉを５１℃とした例である。この場合には接着ができなくなった。更に比較例３はΦＴｉをフィルム１の融点ＭＰ１と等しい２２６℃まで上げた例で、フィルム２がラミネートロールに巻きついた。
【００２９】
実施例３は実施例１から、フィルム２の種類をＰＥに変更した例であり、ラミネートロールへの巻きつきを発生させることなくラミネート金属板が製造できた。比較例４は実施例３と同一条件でフィルム２の厚みをｄ２の計算値である７０.４μｍより薄い６０μｍとしたもので、フィルム２のラミネートロールへの巻きつきが生じた。
【００３０】
比較例５も、フィルム２の厚みをｄ２の計算値より薄い４０μｍとしたもので、フィルム２のラミネートロールへの巻きつきが生じた。そこで実施例４では、他の条件を比較例５と同一としたままで、フィルム２の厚みを７０μｍとした。その結果、ラミネートロールへの巻きつきがなくなり、得られたラミネート金属板をレトルト殺菌処理しても、フィルム１の剥離は生じなかった。
【００３１】
実施例５は、フィルム２の厚みをｄ２の計算値と一致させた例である。これは低融点フィルム厚が上限に近い例であるが、この場合のｋ値を低密度ポリエチレンフィルムの厚みである８５μｍを利用して計算すると、およそｋ=５になる。この程度のｋの値が実用上の上限と考えられる。
【００３２】
実施例６は、通板速度を下限値である１ｍ/ｓとしても、支障なくラミネートできた例である。また実施例７は、通板速度を設備上の上限値である３.５ｍ/ｓとしても、支障なくラミネートできた例である。実施例８は、フィルム１として２層ＰＥＴフィルムを用いた例である。この２層ＰＥＴフィルムは、外側が厚さ７μｍで融点が２６５℃のＰＥＴ、内側が厚さ６μｍで融点が２２６℃のＰＥＴ-ＩＡからなるものである。
【００３３】
上記の実施例及び比較例では、金属板としてクロムメッキ鋼板を用いたが、メッキをしない鋼板、アルミニウム板、銅板等でも必要に応じて表面処理を施すことにより、同様の結果となることを実験により確認した。
【００３４】
【表１】

【００３５】
【表２】

【００３６】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明のラミネート金属板の製造方法によれば、融点の低い側のフィルムの厚みを調整することによって、融点が異なる２種類のフィルムを、ラミネートロールに巻き付かせることなく、金属板の両面に同時にラミネートすることができる。このため既存のラミネート装置をそのまま使用することができる利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】ラミネート装置の説明図である。
【図２】融点が同じフィルムを金属板の両面にラミネートした場合におけるロールがフィルムから離れる直前の温度分布図である。
【図３】伝熱解析モデルを示すグラフである。
【図４】２種類のフィルム内の温度勾配を示すグラフである。
【図５】フィルムがロールに付着しない厚みを求める方法を示すグラフである。
【図６】本発明におけるラミネートロール出口での温度分布図である。
【符号の説明】
１ 融点の高い側のフィルム
２ 融点の低い側のフィルム
３ 金属板
１０ ラミネートロール

Claims (2)

1. 融点が異なる２種類のフィルムを金属板の両面にラミネートするラミネート金属板の製造方法において、融点の低い側のフィルムの厚みｄ２を、下記の数１で規定される範囲としたことを特徴とするラミネート金属板の製造方法。
   

   
2. フィルム内部の融点が厚み方向位置により異なる場合には、一方のフィルムのロールに接する側の表面融点のうち低い方をＭＰ２とし、他のフィルムの金属板面側フィルム融点をＭＰ１として計算することを特徴とする請求項１記載のラミネート金属板の製造方法。

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