JP4751511B2 - 顔料含有量の低いポリエステルフィルムおよびその製造方法 - Google Patents

顔料含有量の低いポリエステルフィルムおよびその製造方法 Download PDF

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Description

【0001】
(発明の技術背景)
本発明は、顔料含有量の低いポリエステルフィルム、ならびにその製造方法に関する。
【0002】
顔料、特に白色顔料は、フィルムに不透明度または特定の光透過性を付与するために広く用いられる周知の添加剤である。制御された曇り度、光透過、不透明度などが所望の最終性質である適用例においてそのようなフィルムが求められているが、しかしながら現在、(白色)顔料を含むことを単独の目的として設計されたフィルムはない。
【0003】
充填剤、特に顔料を混和することにより、有益な光透過性が付与されるが、充填剤を混和する前のホストポリマーに比べて、最終フィルムの機械的性質が低下するという欠点を生じるので、単に顔料を含む層からなるフィルムは満足できるものではない。
【0004】
フィルムは広く知られており、共に結合される異なる層の多様な性質を合わせ持つことができる。たとえば、ポリエステルをベースとするフィルムが知られている。
【0005】
JP−A−8290539(Diafoil Hoechst Co(ダイアホイルへキスト株式会社))は、内層が蛍光微粒子を含み、外層が白色顔料を含むポリエステルフィルムを開示している。前記フィルムは、磁気記録媒体に適応されると述べられている。しかしながら、白色顔料の量は非常に低い。
【0006】
同様に、JP−A−8045067(Diafoil Hoechst Co)は、内層が再生原材料を含み、外層が白色顔料を含むポリエステルフィルムを開示している。前記フィルムは、パチンコの磁気カードとして適用されると述べられている。しかしながら、白色顔料の量は非常に低い。
【0007】
JP−A−4110147およびJP−A−4110148(Diafoil Hoechst Co)は、層の1つが0.1から5重量%の量の微粉末を含むポリエステルフィルムを開示している。このフィルムは、高度につや消しされた表面を有し、トランスファー成形に用いられる。
【0008】
JP−A−6000859(Diafoil Hoechst Co)は、層の1つが0.001から20重量%、特に0.01から10重量%の量の微粉末を含むポリエステルフィルムを開示している。このフィルムは、磁気記録媒体、ならびに包装フィルム、つや消しフィルムなどに適用されると述べられている。しかしながらすべての例は、非常に低量、典型的には約1重量%の充填剤を用いている。さらに、前記特許出願に明記された方法は、(i)押出貼合せ、(ii)連続重合法の結果を直接供給すること、および(iii)押出し段階において充填剤または添加剤を混合することを主体としている。この方法は、ポリエステルの「チップ」を用いず、押出し段階における充填剤または添加剤の供給によって、高量の、たとえば5重量%を超える充填剤または添加剤の均一な分散を得ることはほぼ不可能となる。
【0009】
1つの層が顔料を含むフィルムは前述の開示により知られているが、これらのフィルムは白色顔料を含むことを単独の目的として設計されていないことが強調される。高い不透明度を付与するために要する高量の顔料を混和するときに直面する問題は、最終フィルムの機械的性質が低減することである。高い不透明度と高い機械的性質とを同一のフィルムに見出せないことは、実のところ十分に証明されている。さらに、高い不透明度が、高い顔料含有量を要することも十分に証明されている。したがって、良好な不透明性に加えて良好な機械的性質を示し、同時に顔料の総量が最少となるフィルムが求められている。
【0010】
(発明の概要)
本発明はしたがって、(i)5重量%を超える顔料を含む少なくとも1つのポリエステル層と、(ii)実質的に顔料を含まない少なくとも1つのポリエステル層とを含むフィルムの形であって、着色層に対する顔料を含まない層の、それぞれの厚さの比が少なくとも1であるようなフィルムを提供する。
【0011】
本発明は、実質的に顔料を含まない層の従来の機械的性質に加えて、高い顔料含有量を有する層の光透過性を合わせ持つことを可能にする。
【0012】
(発明の実施形態の説明)
本発明に用いられるポリエステルは、その主要部が任意の芳香族繰り返しエステル単位からなる任意のポリエステルである。本発明でポリエステルという用語は、テレフタル酸、または2,6−ナフタレンジカルボン酸のような芳香族ジカルボン酸と、エチレングリコール、1,4−ブタンジオール、または1,4−シクロヘキサンジメタノールのような脂肪族テレフタル酸グリコールとの縮合重合によって得られるポリマーを指す。このようなポリマーは、ホモポリマーであることに加えて、第三の成分またはいくつかの成分を有するコポリマーであることもできる。この場合、ジカルボン酸成分は、たとえば、イソフタル酸、フタル酸、テレフタル酸、2,6−ナフタレンジカルボン酸、4,4′−ジフェニルジカルボン酸、アジピン酸、セバシン酸、デカンジカルボン酸、および1,4−シクロヘキサンジカルボン酸であることができ、オキシカルボン酸成分は、たとえば、p−オキシ安息香酸であることができ、グリコール成分は、たとえば、エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリ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、ネオペンチルグリコール、1,4−シクロヘキサンジメタノール、ポリエチレングリコール、およびポリテトラメチレングリコールであることができる。そのようなポリエステルの例は、ポリエチレンナフタレート(PEN)、ポリブチレンテレフタレート(PBT)、ポリエチレンテレフタレート(PET)であり、後者が好ましいポリエステルである。混合物も可能であり、任意選択でポリエステルと異なる他のポリマーとの混合物も可能である。本発明で用いられるポリエステルの極限粘度は、30℃においてフェノールテトラクロロエタン中で測定したとき、たとえば0.45から、たとえば0.7まで、多様であることができる。分子量は広い範囲内、たとえば10000と30000g/molの間で、多様であることができる。
【0013】
顔料の例は、TiO2、SiO2、CaCO3、Al23、BaSO4、カーボンブラック、ゼオライト、カオリンであり、好ましい顔料はTiO2である。混合物も可能である。好ましくは、顔料は白色顔料である。EP−A−0688814に教示されるとおり、顔料粒子の周囲に気孔を提供することもできる。1種を超える顔料を用いるとき、用いられる顔料は着色層中で同一である、または異なることができる。顔料は通例0.01と5μmの間、たとえば0.02と1.0μmの間に包含される粒径を有する。
【0014】
以下の説明は、ただ便宜上の目的によりPETおよびTiO2に関して述べられるが、これらの実施形態に限定されるものと解釈されない。
【0015】
顔料を含む層は、少なくとも5重量%、好ましくは少なくとも10重量%、特には少なくとも15重量%の顔料、もっとも好ましくは20重量%を超える顔料を含有し、同時に実質的に顔料を含まない層は、1重量%未満の顔料を含有し、好ましくは顔料を含まない。
【0016】
顔料含有量の上限は、顔料50重量%未満、好ましくは顔料40重量%未満であることができる。
【0017】
したがって、顔料含有量の範囲は、たとえば15〜50重量%、好ましくは20〜40重量%である。
【0018】
通常の添加剤を、通常の量で、本フィルムの層に混和することができる。それらの例には、抗酸化剤、抗紫外線剤などがある。混合物も可能である。
【0019】
種々の層で形成された本フィルムは種々の構造をとることができ、用いられるポリエステルは1つの層と別の層によって多様であることができる。たとえば、顔料を含まない内層および/または着色外層は、再循環が可能であり、スクラップ材料を含む出発生成物から得ることができる。たとえば、内層がスクラップ材料を含有し、同時に着色層がスクラップ材料を含有しないことができる。内層は、顔料の含有量が1重量%未満であるという条件で、本発明の最終フィルムのスクラップ材料を含有することさえできる。スクラップの含有量は、当業者に知られる広い範囲内で多様である。1つの着色層がつや消しであり、他方が光沢であることができる。さらに、ポリエステルは1つの層と別の層によって異なる性質を有することができ、あるいは同じであることも可能である。すべての層が結晶性ポリエステルからなることができ、あるいはすべての層が非晶質コポリエステルからなることができ、あるいは1つの層が結晶性で、他の層が非晶質であることも可能である。特に、本発明は、内層が結晶性(すなわちPET)で、外層の1つまたは2つが非晶質(すなわちコポリエステル)であるフィルムを提供する。これにより、結晶性ポリエステルの特定の機械的性質と、コポリエステルの接着性とを合わせ持つことが可能となる。各層を2つまたはそれ以上の下層で形成できること、たとえば、着色外層がPETの1つの下層とコポリエステルの1つの下層とで形成され、前者が内層と接触している状態が可能であることが、さらに予見できる。
【0020】
本発明のフィルムは、さらなる多層フィルム内の個々の層として用いることができる。必要であれば、本フィルムをさらなる多層配合に混和するために、当業者に知られているバインダを用いることができる。
【0021】
各層の厚さは、広い範囲内で多様であることができ、たとえば1と200μmの間、好ましくは2と50μmの間である。ある特定の実施形態では、実質的に顔料を含まない層がPETの厚さの大部分に相当するフィルムであり、特に(PETの厚さ)/(PET+TiO2 の厚さ)の比が、1と10の間、好ましくは2と5の間に包含されることが可能である。
【0022】
本発明はさらに、層が共押出しされる、本フィルムの製造方法を提供する。共押出し操作条件は、当業者の一般的な知識範囲内である。貼合せ、圧延などの他の方法も考慮できる。
【0023】
1つの好ましい方法はマスターバッチを用い、顔料はたとえば50重量%である。前記マスターバッチのペレットまたはチップを、次に純粋なポリエステルペレットまたはチップと混合し、押出機に供給する。マスターバッチは、再循環(共押出し)フィルムのチップと混合することもでき、したがってすでに少量の顔料を含有していることもある。これによってポリエステル中に非常に均一な分散を有することが可能となり、これは別の方法で押出機に顔料を直接供給することによって得ることはできない。
【0024】
以下の例は例示のために提供されるにすぎず、本発明の範囲を限定するものであるとみなされない。
【0025】
(比較例)
比較例1
PET95重量%とアナターゼ型酸化チタン5重量%とからなる樹脂組成物を、二軸スクリュー押出機によってT型ダイを経て280℃で溶融押出しし、30℃で水冷した冷却ロール上で冷却した。その後、この未延伸シートをロール延伸機により80℃で縦方向(MD)に延伸倍率3.4、次に幅出機により130℃で横方向(TD)に延伸倍率3.8で延伸し、シートを変化率4%で弛緩させながら、熱により230℃で固定した。結果として得られたフィルムは、厚さ20μm、酸化チタン微粒子の平均粒径は0.5μm未満であった。
【0026】
比較例2
PET92.5重量%とアナターゼ型酸化チタン7.5重量%とからなる樹脂組成物を用いる以外は比較例1と同じ手順により、20μmのフィルムを得た。
【0027】
比較例3
PET90重量%とアナターゼ型酸化チタン10重量%とからなる樹脂組成物を用いる以外は比較例1と同じ手順により、20μmのフィルムを得た。
【0028】
比較例4
PET86重量%とアナターゼ型酸化チタン14重量%とからなる樹脂組成物を用いる以外は比較例1と同じ手順により、20μmのフィルムを得た。
【0029】
比較例5
PET95重量%とアナターゼ型酸化チタン5重量%とからなる樹脂組成物を用いる以外は比較例1と同じ手順により、40μmのフィルムを得た。
【0030】
比較例6
PET91重量%とアナターゼ型酸化チタン9重量%とからなる樹脂組成物を用いる以外は比較例1と同じ手順により、40μmのフィルムを得た。
【0031】
比較例7
PET95重量%とアナターゼ型酸化チタン5重量%とからなる樹脂組成物を用いる以外は比較例1と同じ手順により、12μmのフィルムを得た。
【0032】
比較例8
PET90重量%とアナターゼ型酸化チタン10重量%とからなる樹脂組成物を用いる以外は比較例1と同じ手順により、12μmのフィルムを得た。
【0033】
(実施例)
実施例1
PET95重量%とアナターゼ型酸化チタン5重量%とからなる樹脂組成物I、およびPET100重量%とからなる樹脂組成物IIを、樹脂Iが2つの溶融流に分離し、樹脂IIを内層としてサンドイッチ構造を形成するように、2基の二軸スクリュー押出機において共押出しフィードブロックを経て280℃で溶融押出しする。この3層キャストを、30℃で水冷した冷却ロール上で冷却した。その後、未延伸3層キャストを比較例のとおりに延伸する。結果として得られたフィルムは厚さ15μm、(PET/TiO2)/PET/(PET/TiO2)の厚さの分布は3.5/8/3.5である。(PET厚さ)/(PET+TiO2厚さ)の全体比は1.14、3層フィルム中のTiO2の総含有量は2.33重量%である。
【0034】
実施例2
樹脂Iの組成がポリエチレンテレフタレート93重量%およびアナターゼ型TiO27重量%であった以外は実施例1と同じ手順により、15μmの共押出し白色フィルムを得た。(PET厚さ)/(PET+TiO2厚さ)の全体比は1.14、3層フィルム中のTiO2の総含有量は3.27重量%である。
【0035】
実施例3
樹脂Iの組成がポリエチレンテレフタレート91重量%およびアナターゼ型TiO29重量%であった以外は実施例1と同じ手順により、15μmの共押出し白色フィルムを得た。(PET厚さ)/(PET+TiO2厚さ)の全体比は1.14、3層フィルム中のTiO2の総含有量は4.2重量%である。
【0036】
実施例4
樹脂Iの組成がポリエチレンテレフタレート89重量%およびアナターゼ型TiO211重量%であった以外は実施例1と同じ手順により、15μmの共押出し白色フィルムを得た。(PET厚さ)/(PET+TiO2厚さ)の全体比は1.14、3層フィルム中のTiO2の総含有量は5.13重量%である。
【0037】
実施例5
樹脂Iの組成がポリエチレンテレフタレート86重量%およびアナターゼ型TiO214重量%であった以外は実施例1と同じ手順により、15μmの共押出し白色フィルムを得た。(PET厚さ)/(PET+TiO2厚さ)の全体比は1.14、3層フィルム中のTiO2の総含有量は12.25重量%である。
【0038】
実施例6
樹脂Iの組成がポリエチレンテレフタレート81重量%およびアナターゼ型TiO219重量%であった以外は実施例1と同じ手順により、16μmの共押出し白色フィルムを得た。(PET−TiO2)/PET/(PET−TiO2)の厚さの比は2μM/12μm/2μmである。(PET厚さ)/(PET+TiO2厚さ)の全体比は3、3層フィルム中のTiO2の総含有量は4.75重量%である。
【0039】
実施例7
樹脂Iの組成がポリエチレンテレフタレート74重量%およびアナターゼ型TiO226重量%であった以外は実施例1と同じ手順により、15μmの共押出し白色フィルムを得た。(PET−TiO2)/PET/(PET−TiO2)の厚さの比は2μm/11μm/2μmである。(PET厚さ)/(PET+TiO2厚さ)の全体比は2.75、3層フィルム中のTiO2の総含有量は6.93重量%である。
【0040】
実施例8
樹脂Iの組成がポリエチレンテレフタレート75重量%およびアナターゼ型TiO225重量%であった以外は実施例1と同じ手順により、20μmの共押出し白色フィルムを得た。(PET−TiO2)/PET/(PET−TiO2)の厚さの比は2μm/16μm/2μmである。(PET厚さ)/(PET+TiO2厚さ)の全体比は4、3層フィルム中のTiO2の総含有量は5重量%である。
【0041】
実施例9
樹脂Iの組成がポリエチレンテレフタレート86重量%およびアナターゼ型TiO214重量%であった以外は実施例1と同じ手順により、20μmの共押出し白色フィルムを得た。(PET−TiO2)/PET/(PET−TiO2)の厚さの比は3.5μm/13μm/3.5μmである。(PET厚さ)/(PET+TiO2厚さ)の全体比は1.86、3層フィルム中のTiO2の総含有量は4.9重量%である。
【0042】
実施例10
樹脂Iの組成がポリエチレンテレフタレート86重量%およびアナターゼ型TiO214重量%であった以外は実施例1と同じ手順により、40μmの共押出し白色フィルムを得た。(PET−TiO2)/PET/(PET−TiO2)の厚さの比は3.5μm/33μm/3.5μmである。(PET厚さ)/(PET+TiO2厚さ)の全体比は4.71、3層フィルム中のTiO2の総含有量は2.45重量%である。
【0043】
実施例11
樹脂Iの組成がポリエチレンテレフタレート85重量%およびアナターゼ型TiO215重量%であった以外は実施例1と同じ手順により、40μmの共押出し白色フィルムを得た。(PET−TiO2)/PET/(PET−TiO2)の厚さの比は5μm/30μm/5μmである。(PET厚さ)/(PET+TiO2厚さ)の全体比は3、3層フィルム中のTiO2の総含有量は3.75重量%である。
【0044】
実施例12
樹脂Iの組成がポリエチレンテレフタレート86重量%およびアナターゼ型TiO214重量%であった以外は実施例1と同じ手順により、20μmの共押出し白色フィルムを得た。(PET−TiO2)/PET/(PET−TiO2)の厚さの比は5μm/10μm/5μmである。(PET厚さ)/(PET+TiO2厚さ)の全体比は1、3層フィルム中のTiO2の総含有量は7重量%である。
【0045】
比較例のいくつかのフィルムおよび実施例のいくつかのフィルムで、以下の性質を測定した。なお、実施例1〜5、9および12は、本発明の範囲外の参考例である。
【0046】
(1)不透明度
不透明度は不透明材料の隠ぺい力である。不透明度は、Hunterlab Colorquest分光光度計によって、光源IIIVC(波長400から680nm)を用い、反射モードで測定した。黒色および白色基準を採用し、パーセントで示される不透明度を求めた。完全に透明なフィルムは、不透明度0%に相当する。
【0047】
(2)白色指数
白色指数は、対象が白色と認められる色空間の領域または量に関連する。白色度は完全白色(理想白色は青みを帯びている)からの離脱度によって測定される。Hunterlab Colorquest分光光度計によって、光源IIICを用い、透過モードで測定した。
【0048】
(3)等温収縮
5×5インチ(約12.7×12.7cm)のサンプルの寸法を、異なる温度、すなわち150℃および200℃のオーブンで熱処理した前後に測定した。寸法の差を測定して、%で表し、安定性を示す。
【0049】
(4)機械的性質
弾性率、引張り強さ、伸び3%における力(F3)、伸び5%における力(F5)、および破断点伸びを、インストロン機器を用いて室温で求めた。
【0050】
表1および表2はそれぞれ、比較例および実施例に関するデータを示し、Thは厚さ、Th共押出しは着色層の厚さ、TiO2共押出しは着色層中のTiO2の%、TiO2総量はフィルム中のTiO2の%である。表3は、比較例1および2、実施例7および8のフィルムに関する機械的データを示す。
【0051】
【表1】
Figure 0004751511
【0052】
【表2】
Figure 0004751511
【0053】
【表3】
Figure 0004751511
【0054】
表1および表2を比較することによって、以下の事柄を結論づけることができる。
【0055】
所与のTiO2総含有量および厚さに関して、不透明度は完全に充填された単層フィルムより共押出し3層フィルムのほうが高い。
【0056】
所与の不透明度に関して、白色指数は完全に充填された単層フィルムよりも本発明のフィルムのほうが高く、共押出しフィルムがより少ない顔料を要することを明示している。
【0057】
所与の不透明度に関して、共押出しフィルムの等温収縮は単層フィルムの等温収縮よりも小さく、本発明のフィルムがより安定であることを明示している。
【0058】
表3の内容を分析することによって、共押出し3層フィルムに関して得られたすべての機械的数値が、単層フィルムに関して得られた機械的数値よりも高いことを結論づけることができ、本フィルムが優れていることを明示している。
【0059】
本発明は上述の実施形態によって限定されず、添付の特許請求の範囲に従って解釈される。

Claims (16)

  1. (i)5重量%を超える顔料を含む少なくとも1つの結晶性ポリエステル層と、(ii)1重量%未満の顔料を含む少なくとも1つの結晶性ポリエステル層とを含み、該1重量%未満の顔料を含む少なくとも1つの結晶性ポリエステル層が結晶性ポリエステルから構成され、着色層に対する該1重量%未満の顔料を含む層の、それぞれの厚さの比が2と5の間に包含されることを特徴とするフィルム。
  2. 顔料を含む2つの外層と、1重量%未満の顔料を含む1つの内層とを含むことを特徴とする請求項1に記載のフィルム。
  3. 顔料を含む層が、10重量%を超える顔料を含むことを特徴とする請求項1または2に記載のフィルム。
  4. 顔料を含む層が、15重量%を超える顔料を含むことを特徴とする請求項3に記載のフィルム
  5. 顔料を含む層が、20重量%を超える顔料を含むことを特徴とする請求項4に記載のフィルム
  6. 顔料を含む層が、50重量%未満の顔料を含むことを特徴とする請求項1から5のいずれか一項に記載のフィルム。
  7. 顔料を含む層が、40重量%未満の顔料を含むことを特徴とする請求項6に記載のフィルム。
  8. 各層が、1と200μmの間に包含される厚さを有することを特徴とする請求項1から7のいずれか一項に記載のフィルム。
  9. 各層が、2と50μmの間に包含される厚さを有することを特徴とする請求項8に記載のフィルム
  10. 顔料が、0.01と5μmの間に包含される粒径を有することを特徴とする請求項1から9のいずれか一項に記載のフィルム。
  11. 顔料が、0.02と1.0μmの間に包含される粒径を有することを特徴とする請求項10に記載のフィルム。
  12. 層が共押出しされた層であることを特徴とする請求項1から11のいずれか一項に記載のフィルム。
  13. 顔料が二酸化チタンであることを特徴とする請求項1から12のいずれか一項に記載のフィルム。
  14. ポリエステルがPETであることを特徴とする請求項1から12のいずれか一項に記載のフィルム。
  15. 種々の層を共押出しするステップを含むことを特徴とする請求項1から14のいずれかに記載のフィルムを製造する方法。
  16. マスターバッチを用いるステップを含むことを特徴とする請求項15に記載の方法。
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