JP4604329B2

JP4604329B2 - ２軸配向ポリエステルフィルムの製造方法

Info

Publication number: JP4604329B2
Application number: JP2000303935A
Authority: JP
Inventors: 善紀武川; 祐輔清水; 勝也伊藤; 啓冶森; 一元今井
Original assignee: Toyobo Co Ltd
Current assignee: Toyobo Co Ltd
Priority date: 2000-10-03
Filing date: 2000-10-03
Publication date: 2011-01-05
Anticipated expiration: 2020-10-03
Also published as: JP2002103444A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、引裂き直進性に優れ、かつ、優れた強度、耐熱性、寸法安定性を有し、菓子、漬物、味噌、スープ、ジャム、冷凍、冷蔵、レトルトパウチなどの食品をはじめ、医薬品、日用品、コスメティクスなどの包装材料として有用なフィルムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
食品、医薬品、雑貨の包装には各種のプラスチックフィルムを用いた包装袋が多く使用されており、ニ軸延伸プラスチックフィルムとヒートシール可能な無配向プラスチックフィルムを２層或いは３層以上ラミネートした包装袋が広く使用されている。ニ軸延伸ポリエステルフィルムは耐久性、防湿性、力学的強度、耐熱性、耐油性に優れており、チューブラー法、フラット式同時ニ軸延伸法、フラット式逐次ニ軸延伸法などを用いて製造したニ軸延伸ポリエステルフィルムが食品包装分野に於いて幅広く使用されている。
【０００３】
しかしながら、ニ軸延伸ポリエステルフィルムを用いた包装袋は、引裂き開封性が悪いという問題点を有している。開封性を良くする為にノッチを付与する方法があるが、ノッチから引裂いた際に直線的に引裂けない現象がしばしば発生し、内容物が飛散して無駄になるばかりではなく、クッキーなどの柔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場合がある。
【０００４】
フィルムを引裂いた際の直進性に優れる易開封性包装材料としては、一軸延伸ポリオレフィンフィルムを中間層としてラミネートしたものがある。このようなものとしては、例えば、ニ軸延伸ポリエステルフィルム／一軸延伸ポリオレフィンフィルム／無延伸ポリオレフィンフィルムの３層ラミネートフィルムがあるが、わざわざ中間層を設けなければならずコスト的に問題があり用途が限定されていた。
【０００５】
このような問題を解決するために、単層の引裂き直進性に優れたポリエステルフィルムが考案されている。かかるポリエステルフィルムはボリマーブレンドの相分離構造の異方性を利用して引裂き直進性を発現させている。このフィルムの異方性を制御するために、例えば特開平０８−１６９９６２では未延伸状態のシートにおける異方性を規定している。しかし特定の樹脂組成物を用い、かかる押し出し条件を用いても、確実に異方性を安定制御することが難しかった。またフィルムが完成に至るまでには更に延伸工程、緩和処理工程、熱セット工程等がはいるため、その後に経験する工程によって異方性が変化し、最終的に望ましい異方性に制御することが難しかった。
【０００６】
【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、ニ軸延伸ポリエステルフィルムの特徴である力学特性、保香性、耐熱性、耐油性、低吸湿性及び特に食品包装材料に要求される乾熱、湿熱環境下での寸法安定性を保持したまま、異方性が高く、優れた引裂き直進性ニ軸延伸ポリエステルフィルムを安定して提供しようとするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者らはこのような課題を解決する為に鋭意検討した結果、本発明に到達した。すなわち、本発明の２軸配向ポリエステルフィルムは、２種以上のポリエステルの混合物からなるポリエステルフィルムであって、空間的及び又は時間的にせん断速度を急激に増加させるような樹脂溶融押出し工程とその後の延伸工程によって得られる、相分離構造を有し、かつ等方性評価値が０．７０以下であることを特徴とする。
この場合において、上記２軸配向ポリエステルフィルムは機械の流れ方向の引裂き直進性に優れることが好適である。
またこの場合において、上記層分離構造は糸引き島状であることが好適である。
さらにまた、この場合において、上記ポリエステルの混合物がテレフタル酸を８０mol％以上含有する結晶性ポリエステル樹脂（Ａ）９０〜７０wt％と融点１７０℃以上の結晶セグメント及び融点又は軟化点が１００℃以下、分子量が４００〜８０００の軟質重合体からなるブロック共重合ポリエステル（Ｂ）１０〜３０wt％の混合物であるることが好適である。
さらにまた、この場合において、上記ポリエステルの混合物がテレフタル酸を８０mol％以上含有する結晶性ポリエステル樹脂（Ａ）と融点１７０℃以上の結晶セグメント及び融点又は軟化点が１００℃以下、分子量が４００〜８０００の軟質重合体からなるブロック共重合ポリエステル（Ｂ）とポリブチレンテレフタレート（Ｃ）の混合物であり、かつ（Ａ）が９０〜７０wt％、（Ｂ）と（Ｃ）の合計量が１０〜３０wt％であることが好適である。
さらにまた、この場合において、上記２軸配向ポリエステルフィルムが空間的及び又は時間的にせん断速度を急激に増加させるような樹脂溶融押出し工程とその後の延伸工程によって得られることが好適である。
さらにまた、この場合において、空間的及び又は時間的にせん断速度を急激に増加させるような樹脂溶融押出し工程とその後の延伸工程を含むことを特徴とする２軸配向ポリエステルフィルムの製造方法が好適である。
【０００８】
本発明における結晶性ポリエステル（Ａ）はテレフタル酸を８０mol％以上含有するが、エチレンテレフタレートを主たる繰り返し単位とするポリエステルであり、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）が最適であるが、ＰＥＴとポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ＰＥＴとポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）などとの共重合体、或いはこれらの混合物を用いることができる。
【０００９】
前記ポリエステルとしては極限粘度０．６０dl/g以上のものが好ましく、さらには０.６２dl/g以上０．９０dl/g以下のものが適当である。極限粘度が０．６２dl/g未満のものを用いた場合、衝撃強度、引き裂き直進性ともに優れない。極限粘度が０．９０dl/gより大きなものを用いた場合押し出し成形性に劣る。結晶性ポリエステル（Ａ）の重合方法は特に限定されないが、極限粘度を好適な範囲にするために固相重合法を併用することが出来る。
【００１０】
本発明におけるブロック共重合ポリエステル（Ｂ）において、融点１７０℃以上の結晶セグメントは、その成分だけで重合体としたときに、融点が１７０℃以上のものであるが、例えばテレフタル酸、イソフタル酸、２・６−ナフタレンジカルボン酸等の芳香族ジカルボン酸の残基と、エチレングリコール、プロピレングリコール、ブタンジオール、ペンタメチレングリコール、Ｐ−キシレングリコール、シクロヘキサンジメタノール等の脂肪族、芳香族、脂環族ジオールの残基とからなるポリエステル等を用いることができるが、特にテレフタル酸残基が８０mol％以上を占めることが望ましい。
【００１１】
また、分子量４００〜８０００の軟質重合体は、前記セグメント構成成分だけで測定した場合の融点或いは軟化点が１００℃以下のものをいう。分子量が４００以下のものを用いた場合は、得られるブロック共重合ポリエステルは融点が低く粘着性が大であり、フィルムへの配合加工性に困難となる。また、分子量が８０００を越える場合は、軟質重合体が層分離し、極めて高い溶融粘度を示し、硬く脆い性質となり、共重合反応後重合釜からの取り出しが困難となったり、また、このブロック共重合ポリエステルをフィルム成形に用いた場合、透明性が不良であったりして好ましくない。好ましくは８００〜１２００の分子量のものである。
【００１２】
また、ブロック共重合ポリエステル中での低融点軟質重合体の割合は１〜１２mol％の範囲が好ましい。１mol％未満の場合軟質重合体としての特性が得られず、１２mol％を越えた場合、結晶性ポリエステル（Ａ）との混合溶融時にブロック共重合ポリエステル（Ｂ）の分散が大きくなり引裂き直進性が得られず、また透明性も悪化する。さらに３〜８mol％の範囲が好ましく、特に２〜４mol％の範囲が好ましい。
【００１３】
このような低融点軟質重合体としては、ポリエチレンオキサイドグリコール、ポリテトラメチレンオキサイドグリコール、ポリプロピレンオキサイドグリコール、エチレンオキサイドとプロピレンオキサイドとの共重合グリコール、エチレンオキサイドとテトラヒドロフランとの共重合グリコール等のポリエーテル、ポリネオペンチルアゼレート、ポリネオペンチルアジペート、ポリネオペンチルセパケート等の脂肪族ポリエステル、ポリ−ε−カプロラクトン、ポリピバロラクトン等のポリラクトンを示すことができる。好ましくはポリエチレンオキサイドグリコール、ポリテトラメチレンオキサイドグリコール等が実用的である。これらのブロック共重合ポリエステルは通常の縮合重合法によって製造することができる。
【００１４】
本発明において用いるブロック共重合体ポリエステルの具体例としては、ポリエチレンテレフタレート−ポリエチレンオキサイドブロック共重合体、ポリエチレンテレフタレート−ポリテトラメチレンオキサイドブロック共重合体、ポリブチレンテレフタレート−ポリエチレンオキサイドブロック共重合体、ポリブチレンテレフタレート−ポリテトラメチレンオキサイドブロック共重合体、ポリエチレンテレフタレート−ポリエチレンオキサイド、ポリプロピレンオキサイドブロック共重合体、ポリテトラメチレンテレフタレート・イソフタレート−ポリテトラメチレンオキサイドブロック共重合体、ポリエチレンテレフタレート−ポリ−ε−カプロラクトンブロック共重合体、ポリエチレンテレフタレート−ポリネオペンチルセパケートブロック共重合体、ジ（４−カルボキシフェノキシ）エタンとエチレングリコールとからのポリエステルとポリエチレングリコールとのブロック共重合体、ビス（Ｎ−パラカルボエトキシフェニル）アジパミドとエチレングリコールとからのポリエステルとポリエチレングリコールとのブロック共重合体などを上げることができる。
【００１５】
本発明に於いて結晶性ポリエステル（Ａ）とブロック共重合ポリエステル（Ｂ）との配合比は結晶性ポリエステル（Ａ）９０〜７０wt％に対してブロック共重合ポリエステル（Ｂ）を１０〜３０wt％の割合で配合することが必要であり、好ましくは結晶性ポリエステル（Ａ）９０〜７５wt％、ブロック共重合ポリエステル（Ｂ）１０〜２５wt％、さらに好ましくは結晶性ポリエステル（Ａ）９０〜８０wt％、ブロック共重合ポリエステル（Ｂ）１０〜２０wt％である。ブロック共重合ポリエステル（Ｂ）が１０wt％未満の場合、引裂き直進性が得られない。また、ブロック共重合ポリエステル（Ｂ）が３０wt％を越えた場合、ニ軸延伸ポリエステルフィルムの引張り強度が低下したり寸法安定性や剛性が低下して使用に耐えない。
【００１６】
またブロック共重合ポリエステル（Ｂ）の混合分の一部をポリブチレンテレフタレートに置き換えても良い。
【００１７】
本発明のニ軸延伸ポリエステルフィルムの熱収縮率は１５０℃×３０分の条件で機械の流れ方向（ＭＤ方向）、巾方向（ＴＤ方向）共に３％以下であることが好ましい。熱収縮率が３％を越えると印刷適性が悪化するので好ましくない。
【００１８】
また、本発明のニ軸延伸フィルムの等方性評価値は０．７０以下であることが好ましく、０．６０以下がより好ましい。更に０．３０以下となるとポリエステル（Ｂ）が１９wt％のとき２００mm引き裂いたときの反れ巾が±１mm程度となった。等方性評価値が０．７０を越えると、機械の流れ方向の引裂き直進性が得られない。
【００１９】
フィルムの等方性評価値を０．７０以下にする方法としては、樹脂溶融押し出し工程に於いて、空間的及び又は時間的なせん断速度の急峻に増加する工程を設ける事、更にこの工程を押し出しの完了する時点の近くに設ける事が有効である。これによって発生する糸引き島状相分離構造の特徴又は痕跡を安定して形成することが出来る。更に先に述べたポリエステル組成物を用いる事、例えばポリエステル（Ｂ）を多目にする、二軸延伸にて延伸、熱固定の温度を高目の範囲に設定する、等も有効なことが解った。
【００２０】
本発明のフィルムの製膜方法としては、例えば、結晶性ポリエステル（Ａ）とブロック共重合ポリエステル（Ｂ）、あるいはこれらにポリブチレンテレフタレートをチップ状で混合したものを押出し機に投入し、加熱溶融した後、Ｔダイのダイオリフィスからシート状に押出吐出する。
【００２１】
この樹脂溶融押し出しの完了する時点の近くに空間的及び又は時間的なせん断速度の急峻に増加する工程を設けるためには、例えば、シーティングのプロファイルが急峻であるかまたは、階段的にリップを絞ったダイスを用いる事、ダイス入り口付近の溶融パイプラインをそれ以前のパイプ径より急峻に十分絞っておく事、フィルターをダイスの近くに設ける事、等を必要に応じ適宜組み合わせ実施されることが望ましい。この際、ダイオリフィスでの樹脂のせん断速度は２００sec^-1以上であることが上記効果の点から好ましい。さらに３００sec^-1以上が好ましい。
【００２２】
次にこの軟化状態にあるシートは、冷却ドラムに密着して巻きつけられて冷却される。続いて、得られた未延伸シートを９０〜１１０℃の温度にて縦方向に３〜４倍の延伸倍率にて延伸する。続いて８０〜１１０℃の温度にて横方向に３．５〜４．５倍の延伸倍率にて延伸する。延伸倍率がそれぞれの温度未満の場合は均質な延伸フィルムを得ることができない場合があり、また、それぞれの温度を越えた場合は結晶性ポリエステル（Ａ）の結晶化が促進されて透明性が悪くなる場合がある。ニ軸延伸されたフィルムは、続いて、２１０〜２５０℃の温度にて熱処理される。熱処理温度が２１０℃より低いとフィルムの収縮率が大きくなり、袋として使用した場合に変形する原因となる。また、２５０℃より高い場合はフィルムが融解し製膜困難となる。
【００２３】
尚、ニ軸延伸方法としては特に限定されないが、ロールとテンターによる逐次ニ軸方式によるものが好ましい。本発明のフィルムを製造するにあたり、あらかじめ適当な酸化防止剤、アンチブロッキング剤、紫外線吸収剤、滑剤、相溶化剤等の添加剤を添加しても支障はない。本発明のニ軸延伸フィルムには、コロナ放電処理、火炎処理、表面硬化処理或いは各種のコーティングによる表面処理を行うことができる。
【００２４】
【実施例】
次に、本発明を実施例によって具体的に説明する。尚、実施例及び比較例の測定方法は次の通りである。
【００２５】
（測定方法）
１．還元粘度及び極限粘度
ウベローデ型粘度管を用い、フェノール/テトラクロルエタンの重量比６/４の混合溶媒に、サンプルを溶液濃度０.４g/dlで溶解し、温度３０℃で測定した値から還元粘度を求め、さらに必要に応じ極限粘度に換算する。
【００２６】
引裂き直進性：ニ軸延伸フィルムより、ＭＤ方向に２００mm、ＴＤ方向に４０mmの短冊状のフィルム片を切りだし、このフィルム片の一方の短辺の中央部に長さ５mmの切りこみを入れた試料を１０本作成する。次に、切り込みよりＭＤ方向に手で引裂き、引裂き伝播端が切り込みを入れた辺に向かい合う短辺の中央部から２mm以内に到達したものを◎、２〜５mm以内に到達したものを○、５mm以上にて到達したものを△、向かい合う短辺に到達しなかったものを×とした。図１に概念図を示す。
【００２７】
２．等方性評価
携帯形光電比色計（柴田化学機器工業社製、ＣＯＬＯＲＩＭＥＴＥＲＭＯＤＥＬＣ−２）を用い、サンプルホルダーを外し、受光用フォトダイオードの入力線を切り離す。可視光用ブルーセンシティブフォトダイオード（ＢＳ１２０）のセンサー面が、５mmφの比色計の入射光絞りの中心から入射光軸の出射側に対し仰角６０度、距離２１mmとなる位置に取り付け、その信号出力を比色計のフォトダイオード入力を切り離したあとに接続する。漏光を完全に除去した後測定に移る。入射光（白色光）を遮断した状態にてゼロ調整ダイアルにてメーターの０％をあわせる。比色計の５mmφ入射光絞りの上に試料フィルムを１〜１０枚（標準２〜５枚）、切り出した方向を揃え重ねて固定する。このとき光軸とセンサーの中心を含む平面に試料フィルムのＭＤ方向が垂直となるようにする。入射光を当て、１００％調整ダイアルにてメーターの１００％をあわせる。次に試料フィルムを入射光絞りを中心に９０度まわし、光軸とセンサーの中心を含む平面に試料フィルムのＴＤ方向が垂直になるようにし、メーターを読む（ａ％）。さらに同じ向きにフィルムを９０度まわしては１００％あわせ、ａ％読みを５回繰り返す。最後にフィルムを取り外し、入射光を当てメーターを読む（Ｂ％）。５回のａ％読みの平均をＡ％とすると、等方性評価値Ｉは下記式（１）で表される。
Ｉ＝（Ａ−Ｂ）/（１００−Ｂ）
【００２８】
異方性が大きい程Ｉは０に近い値をとる。異方性が小さい程Ｉは１に近い値をとる。この評価法を行う場合、光学的に等価であって感度が類似するものであれば機器の選択は上記に限定されない。
【００２９】
３．相分離構造評価
フィルムサンプルを切り出し、ＭＤ及びＴＤ断面の切片を作成するためにエポキシ樹脂に包埋した。これをトリミングし、面出しした後にＲuＯ４蒸気中で１６時間染色した。それぞれの染色されたブロックから、ＭＤ、ＴＤ断面の超薄切片を作成してメッシュにとり、カーボン蒸着を施して観察用試料とした。
観察は日本電子製ＪＥＭ−２０１０透過型電子顕微鏡で、加速電圧２００ｋＶ、直接倍率１００００倍で観察、写真撮影を行った。
ＭＤ断面の切片１０μｍ平方の範囲に５００ｎｍ以上の長さの相分離構造が５本以上見出されるものを糸引き島状相分離構造有りと判断した。
【００３０】
（実施例１）
結晶性ポリエステル（Ａ）として東洋紡績社製ＲＥ５５３(極限粘度０．６３dl/g) を用い、ブロック共重合ポリエステル（Ｂ）として、ジカルボン酸成分としてテレフタル酸１００mol％、ジオール成分としてブタンジオール９６．７mol％、ポリテトラメチレングリコール（分子量１０００）３．３mol％からなるポリエステル（還元粘度１．３３dl/g）を８８／１５wt％の割合で混合したものを調製した。これを９０mmφ押出し機を使用して２８０℃の樹脂温度にてフィルターを通し、ダイ部への入り口径１０mmφ及びリップ出口を２mmから階段状に１mmに絞ったＴダイより溶融押出しし、２５℃に調温されたキャストロールに密着急冷し、厚さ約２００μmの未延伸シートを得た。このときのリップ先端でのせん断速度は約５００sec-1であった。
【００３１】
次いで、得られた未延伸シートをロール式縦延伸機で１００℃にて３．７倍、テンター式横延伸機で１０５℃にて４．５倍に延伸した後、２４０℃で熱処理を行い、室温まで冷却し、厚さ１２μmのニ軸延伸フィルムを得た。得られたニ軸延伸フィルムの等方性評価及び引裂き直進性を測定し、結果を表１に示した。
【００３２】
（実施例２）
実施例１と同様にして得られた未延伸シートをテンター式横延伸機で１０５℃にて４．５倍に延伸し、ロール式縦延伸機で１００℃にて３．７倍延伸した後、２４０℃で熱処理を行い、室温まで冷却し、厚さ１２μmのニ軸延伸フィルムを得た。
【００３３】
（比較例１）
実施例１に於いて、ダイ部への入り口径３０mmφ及びリップ出口を２mmのままとしたＴダイより溶融押出しした以外実施例１と同様の工程にてニ軸延伸フィルムを得た。
【００３４】
（比較例２）
実施例２に於いて、ダイ部への入り口径３０mmφ及びリップ出口を２mmのままとしたＴダイより溶融押出しした以外実施例１と同様の工程にてニ軸延伸フィルムを得た。
【００３５】
（実施例３）
実施例１と同様にして得られた未延伸シートを同時２軸延伸法を用い１００℃にて機械の流れ方向に４．１倍、巾方向に４．１倍延伸した、２４０℃で熱処理を行い、室温まで冷却し、厚さ１２μmのニ軸延伸フィルムを得た。
【００３６】
（実施例４）
ブロック共重合ポリエステル（Ｂ）の配合量を１９ｗｔ％とした以外は実施例１と同様にしてニ軸延伸フィルムを得た。
【００３７】
（実施例５）
ブロック共重合ポリエステル（Ｂ）の配合量を１９ｗｔ％とした以外は実施例２と同様にしてニ軸延伸フィルムを得た。
【００３８】
（実施例６）
結晶性ポリエステル（Ａ）として東洋紡績社製ＲＥ５５３(極限粘度０．６３dl/g)を８２ｗｔ％用い、ブロック共重合ポリエステルＢとしてジカルボン酸成分としてテレフタル酸１００mol％、ジオール成分としてブタンジオール９３．３mol％、ポリテトラメチレングリコール６．７mol％からなるポリエステル（還元粘度１．５０dl/g）９wt％、ポリブチレンテレフタレート９wt％、の割合でペレット同時混合したものを用いた以外は実施例１と同様にニ軸延伸フィルムを得た。
【００３９】
（実施例７）
結晶性ポリエステル（Ａ）として東洋紡績社製ＲＥ５５３(極限粘度０．６３dl/g)を８２ｗｔ％用い、ブロック共重合ポリエステルＢとしてジカルボン酸成分としてテレフタル酸１００mol％、ジオール成分としてブタンジオール９３．３mol％、ポリテトラメチレングリコール６．７mol％からなるポリエステル（還元粘度１．５０dl/g）９wt％、ポリブチレンテレフタレート９wt％、の割合でペレット同時混合したものを用いた以外は実施例２と同様にニ軸延伸フィルムを得た。
【００４０】
（比較例３）
実施例６に於いて、ダイ部への入り口径３０mmφ及びリップ出口を２mmのままとしたＴダイより溶融押出しした以外実施例１と同様の工程にてニ軸延伸フィルムを得た。
【００４１】
（比較例４）
実施例７に於いて、ダイ部への入り口径３０mmφ及びリップ出口を２mmのままとしたＴダイより溶融押出しした以外実施例１と同様の工程にてニ軸延伸フィルムを得た。
【００４２】
上記結果を表１に示す。
【００４３】
【表１】

【００４４】
【発明の効果】
本発明によれば、ニ軸延伸ポリエステルフィルムの特徴である、耐久性、防湿性、力学的性質、耐熱性、耐油性を有すると共に光学的、機械的に高い異方性を有し、フィルムのＭＤ方向に極めて高い引裂き直進性を有する、改良されたニ軸延伸ポリエステルフィルムが安定的に提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】引き裂き直進性の評価の概要図

Claims

２軸配向ポリエステル製造の方法であって、階段的にリップを絞ったダイスを用いてせん断速度を増加させて行う樹脂溶融押出し工程とその後の延伸工程を含むことを特徴とする２軸配向ポリエステルフィルムの製造方法。