JP4780758B2 - 積層体 - Google Patents
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Description
従来の包装・容器に用いられている積層体は、ヒートシール性、防湿性などを有する容器として必要な特性付与の観点から、紙、二軸延伸したポリアミド、ポリエステル、ポリプロピレン等を基材とし、この基材にヒートシール層樹脂として高圧法低密度ポリエチレン(LDPE)、エチレン・酢酸ビニル共重合体(EVA)等からなるポリエチレン系樹脂を積層したものが用いられていた。
しかしながら、近年、これら積層体のヒートシール強度、低温ヒートシール性、ホットタック性、耐衝撃性、耐ピンホール性等を向上させるため直鎖状低密度ポリエチレン(LLDPE)、特にメタロセン触媒で重合されたLLDPEの使用が提案されてきている。
かかる問題を解決する試みは多くなされており、例えば、メタロセン触媒で重合されたLLDPEとチーグラー触媒で重合されたLLDPEの積層体が提案されている(例えば、特許文献1参照。)が、この積層体は、チーグラー触媒により重合されたLLDPEにより引裂き性は、多少は改善されるものの、依然としてメタロセン触媒で重合されたLLDPE層の伸びは解消できず、何よりヒートシール性を大きく犠牲にするため望ましい方法とはいえない。また、メタロセン触媒で重合されたLLDPEに非晶性樹脂であるシクロオレフィン重合体を添加する方法が提案されている(例えば、特許文献2参照。)が、この方法では、加熱時の透明性の低下が問題となる。さらに、メタロセン触媒で重合されたLLDPEに特定のスウェル比を有するLDPEを配合する発明が開示されている(例えば、特許文献3参照。)が、ヒートシール強度と引裂きバランスでは満足いえるものではなかった。
(A)下記(a−1)〜(a−4)の特性を有する、エチレン、プロピレン、及び、1−ヘキセン又は1−オクテンのエチレン系三元共重合体10〜95重量%、および(B)下記(b−1)〜(b−3)の特性を有する、高圧ラジカル重合法により得られた低密度ポリエチレン5〜90重量%を含有する層
を有する積層体が提供される。
(a−1)メルトフローレートが0.1〜100g/10分
(a−2)密度が0.87〜0.92g/cm3
(a−3)エチレン含有量が80〜99モル%
(a−4)プロピレンのモル分率(Mp)と1−ヘキセン又は1−オクテンのモル分率(Mh)との比Mp/Mhが1.5以上
(b−1)メルトフローレートが0.1〜20g/10分
(b−2)密度が0.915〜0.93g/cm3
(b−3)メモリーエフェクトが1.6以上
(a−5)密度(d)と融点(Tm)とが式(1)を満たす
1220×d−1019≦Tm≦1220×d−1005 …(1)
(式(1)中、融点(Tm)はDSCによって測定されるセカンドスキャンの融点で、最高ピーク高さの融点である。)
(1)ポリエチレン系三元共重合体(A)
本発明のポリエチレン組成物層に用いるエチレン系三元共重合体(A)は、エチレン、プロピレン及び1−ヘキセン又は1−オクテンの三元共重合体であり、次の(a−1)〜(a−4)、必要に応じてさらに、(a−5)の特性を有する共重合体である。
本発明に用いるエチレン系三元共重合体のメルトフローレート(MFR:190℃、21.18N荷重)は、0.1〜100g/10分であり、好ましくは1〜60g/10分であり、より好ましくは5〜50g/10分である。MFRが0.1g/10分未満であると成形時の延展性が悪くなり、押出機内のモーター負荷が高くなるため好ましくない。一方、MFRが100g/10分を超えると成形時の溶融膜の状態が不安定になるので好ましくない。エチレン系三元共重合体のMFRを調節するには、例えば、重合温度、触媒量、分子量調節剤としての水素の供給量などを適宜調節する方法がある。
ここで、MFRは、JIS−K7210(190℃、21.18N荷重)に準拠して測定する値である。
本発明に用いるエチレン系三元共重合体の密度は、0.87〜0.92g/cm3であり、好ましくは0.88〜0.915g/cm3であり、より好ましくは0.89〜0.91g/cm3である。密度が0.870g/cm3未満であると、ブロッキングが不良になるので好ましくない。一方、密度が0.92g/cm3を超えると、低温ヒートシール性が不良となるので好ましくない。
ここで、密度は、JIS−K7112に準拠して測定する値である。
本発明に用いるエチレン系三元共重合体は、エチレンを主成分とし、それとプロピレン及び1−ヘキセン又は1−オクテンを共重合させたものである。三元共重合体中のエチレン含有量は、80〜99モル%であり、好ましくは83〜98モル%であり、より好ましくは85〜97モル%である。エチレン含有量が80モル%未満であると、ブロッキングが不良になるので好ましくない。99モル%を超えると、低温ヒートシール性が不良となるので好ましくない。
ここで、エチレン含有量は、13C−NMRによる測定方法に準拠して測定する値である。
本発明に用いるエチレン系三元共重合体中のプロピレンのモル分率(Mp)と1−ヘキセン又は1−オクテンのモル分率(Mh)との比(Mp/Mh)は、1.5以上であり、好ましくは1.8〜6.5であり、より好ましくは2.0〜5.5である。Mp/Mhが1.5未満であると、易引裂き性に劣り開封性が悪化するので好ましくない。
ここで、プロピレンのモル分率(Mp)と1−ヘキセン又は1−オクテンのモル分率(Mh)は、Macromolecules(1982)15,1150−1152頁に記載されている13C−NMRによる測定方法に準拠して次の条件で測定する値である。
装置:バリアン社製UnityPlus400
溶媒:o−ジクロロベンゼン(75)/ベンゼン−d6(25)
測定濃度:15(wt/v)%
測定温度:120℃
パルスシーケンス:1H完全デカップリング法
パルス角:90°
パルス間隔:20秒
本発明に用いるエチレン系三元共重合体中の密度(d)(g/cm3)と融点(Tm)(℃)とは、好ましくは式(1)を満たし、
1220×d−1019≦Tm≦1220×d−1005 …(1)
(式(1)中、融点(Tm)はJIS−K7121に準拠し、DSCによって測定されるセカンドスキャンの融点で、最高ピーク高さの融点である。)
より好ましくは式(1’)を満たす。
1220×d−1015≦Tm≦1220×d−1007 …(1’)
(式(1’)中、融点(Tm)はJIS−K7121に準拠し、DSCによって測定されるセカンドスキャンの融点で、最高ピーク高さの融点である。)
なお、式(1)、(1’)は数多くの実験結果に基づき導かれた式であって、結晶性分布の広さを表す指標であって、該式を満たすエチレン系三元共重合体は結晶性分布が狭いことを意味し、Tmが上限を外れると引裂き性が悪くなり、下限を外れると低温ホットタック性が悪くなる。
気相重合法においては、反応温度は50〜100℃程度、反応圧力は10〜40kgf/cm2程度で行うことが好ましい。
溶液重合法においては、反応温度は100〜300℃程度、反応圧力は10〜60kgf/cm2程度、溶媒としてシクロヘキサンを用いて行うことが好ましい。
高圧重合法においては、反応温度は150〜300℃程度、反応圧力は200〜1500kgf/cm2程度で行うことが好ましい。
本発明のポリエチレン組成物層に用いる低密度ポリエチレン(B)は、次の(b−1)〜(b−3)の特性を有する高圧ラジカル重合法低密度ポリエチレンであり、好ましくは長鎖分岐状低密度ポリエチレンである。
本発明に用いる低密度ポリエチレンのメルトフローレート(MFR)は、0.1〜20g/10分であり、好ましくは1〜15g/10分であり、より好ましくは2〜15g/10分である。MFRが0.1g/10分未満では延展性が不十分となり高速成形時に膜切れを生じる。一方、MFRが20g/10分を超えると溶融膜が不安定となる。
ここで、MFRは、JIS−K7210(190℃、21.18N荷重)に準拠して測定する値である。
本発明に用いる低密度ポリエチレンの密度は、0.915〜0.93g/cm3であり、好ましくは0.916〜0.926g/cm3であり、より好ましくは0.917〜0.925g/cm3である。密度が0.915g/cm3未満ではベタツキが多くなる。一方、0.93g/cm3を超えると低温ヒートシール性が不良となる。
ここで、密度は、JIS−K7112に準拠して測定する値である。
本発明に用いる低密度ポリエチレンのメモリーエフェクト(ME)は、1.6以上であり、好ましくは1.8〜3であり、より好ましくは1.9〜2.6である。メモリーエフェクトが1.6未満では溶融膜が不安定となる。
ここで、MEは、JIS−K7210で使用されるメルトインデクサーを使用し、測定条件をシリンダー温度240℃、定速押出量3g/分に設定して、以下のように実施される。装置にサンプルを充填し、ピストンのみを乗せ、6分後に規定の荷重をかける。次に、エチルアルコールを入れたメスシリンダーをオリフィス直下に置き、まっすぐな押出物を採取する。採取した押出物の直径(D)をマイクロメーターで測定し、ダイスのオリフィス径をD0として次式によりMEが求められる。
ME=D/D0
本発明で用いるポリエチレン組成物層において、エチレン系三元共重合体(A)と高圧ラジカル重合法低密度ポリエチレン(B)との比率は、10〜95重量%:5〜90重量%であり、好ましくは20〜90重量%:10〜80重量%であり、より好ましくは30〜85重量%:15〜70重量%である。エチレン系三元共重合体が多すぎると、溶融膜の安定性が悪く、高圧ラジカル重合法低密度ポリエチレンが多いとヒートシール強度が低下する。
本発明で用いるポリエチレン組成物層には、必要に応じて、ポリエチレン系樹脂に通常使用されるフェノール系、りん系等の酸化防止剤、金属石鹸等の安定剤、アンチブロッキング剤、滑剤、分散剤、有機系または無機系の着色剤等顔料、不飽和脂肪酸エステル等の防曇剤、帯電防止剤、紫外線吸収剤、光安定剤、核剤などの添加剤を配合しても良い。
また、ポリエチレン組成物層の特性を損ねない範囲で、LDPE、C4−LLDPE、HAO−LLDPE、エチレン−酢酸ビニル共重合体(EVA)、エチレン−アクリル酸共重合体(EAA)、エチレン−メタアクリル酸共重合体(EMAA)、エチレン−アクリル酸エステル共重合体(EEA、EMA、EMMA等)、高密度ポリエチレン(HDPE)等のポリエチレン系樹脂、エチレン−無水マレイン酸共重合体などの接着性樹脂、ポリプロピレン系樹脂、ポリスチレン樹脂等、他の熱可塑性樹脂を配合しても構わない。
本発明に用いる基材層としては、ナイロン、ポリエステル、ポリプロピレン、ポリエチレン、エチレン・ビニルアルコール共重合体等の単層フィルムまたはこれらの同種若しくは異種材料からなる積層フィルムが例示できる。前記フィルムは延伸フィルムであることが好ましい。また、クラフト紙などの紙、アルミ、銅などの金属の箔、金属または無機物、有機物を蒸着したプラスチック製フィルム等の単層基材または積層基材が挙げられる。
本発明の積層体は、基材層の少なくとも一方の面にポリエチレン組成物層が形成されている積層体である。
積層体の製造方法としては、特に限定されないが、例えば、基材層に、ポリエチレン組成物を溶融押出しし積層するいわゆる押出しコーティング法が好ましい。また、上記押出しコーティングは単層、サンドイッチラミネート、共押出ラミネート、タンデムラミネート等の方法により一層以上積層されることが好ましい。ポリエチレン組成物層は、表層のシーラントとして使用できるうえ、接着層としても使用することができる。本発明によれば、溶融膜が安定して押し出されるため、高速成形が可能となる。
(1)MFR:JIS−K7210に準拠(190℃、21.18N荷重)して測定した(単位:g/10分)。
(2)密度:ペレットを熱プレスして2mm厚のプレスシートを作成し、該シートを1000ml容量のビーカーに入れ蒸留水を満たし、時計皿で蓋をしてマントルヒーターで加熱した。蒸留水が沸騰してから60分間煮沸後、ビーカーを木製台の上に置き放冷した。この時60分煮沸後の沸騰水は500mlとし室温になるまでの時間は60分以下にならないように調整した。また、試験シートはビーカー及び水面に接しないように水中のほぼ中央部に浸漬した。シートを23℃、湿度50%の条件で16時間以上24時間以内でアニーリングを行った後、タテヨコ2mmになるように打ち抜き、試験温度23℃でJIS−K7112に準拠して測定した(単位:g/cm3)。
(3)プロピレンのモル分率(Mp)とヘキセンのモル分率(Mh)との比Mp/Mh:以下の条件でMp、Mhを測定し計算によって求めた。
装置:バリアン社製UnityPlus400
溶媒:o−ジクロロベンゼン(75)/ベンゼン−d6(25)
測定濃度:15(wt/v)%
測定温度:120℃
パルスシーケンス:1H完全デカップリング法
パルス角:90°
パルス間隔:20秒
(4)融点:JIS−K7121に準拠し、ペレットを熱プレスでシートとし、パンチで打抜いてサンプルとした。測定は、下記の条件で、第一昇温、降温、第二昇温の手順で実施し、第二昇温の最高ピーク高さの温度を融点とした(単位:℃)。
装置:セイコーインスツルメンツ製DSC RDC220
昇降温条件:第一昇温 50℃から170℃までを100℃/分
降温 170℃から−10℃までを10℃/分
第二昇温 −10℃から170℃までを10℃/分
温度保持時間:第一昇温後 5分間、降温後 1分
サンプル量:5mg
リファレンス:アルミニウム
(5)メモリーエフェクト:上記記載の方法でテクノセブン製メルトインデクサーを使用して求めた(単位:−)。
(6)トラウザー引裂強度:JIS−K7128−1に準拠して、200mm/minの引取速度でフィルムの引取方向と直角方向(TD方向)を測定し、引裂き荷重を求めた。サンプルは実施例記載の膜厚50μmをPET基材に積層した積層体を用いた(単位:N)。
(7)エルメンドルフ引裂強度:JIS−K7128−2に準拠してフィルムの引取方向と直角方向(TD方向)を測定し、エルメンドルフ引裂き荷重を厚みで除した。サンプルは実施例記載の膜厚50μmをPET基材に積層した積層体を用いた(単位:N/mm)。
(8)ヒートシール強度:東洋精機製熱板式ヒートシーラーにてシール温度120℃、140℃、シール圧力2kg/cm2、シール時間1秒でヒートシールした後に15mm幅の短冊片を作成し、引張試験機にてヒートシール強度を測定した。サンプルは実施例記載の膜厚20μmをPET基材に積層した積層体を用いた(単位:kgf)。
(9)溶融膜安定性:押出機40mmφ、Tダイス360mm幅、リップ幅0.8mm、エアーギャップ100mm、成形温度290℃、押出量8kg/hr、引取速度20m/minにて溶融膜の安定性を目視にて観察した。
○:溶融膜が安定しており、サンプル採取可能
×:溶融膜が不安定でサンプルの採取ができない
(10)トラウザー引裂強度−2:JIS−K7128−1に準拠して、200mm/minの引取速度でフィルムの引取方向と直角方向(TD方向)を測定し、引裂き最大荷重を求めた。サンプルは実施例7記載の膜厚20μmをクラフト基材に積層した積層体を用いた(単位:N)。
(1)エチレン系重合体(A)
次の製造例1〜7で得られた(PE−1)〜(PE−7)を成分(A)のエチレン系共重合体として用いた。その物性値を表1に示す。
錯体であるエチレンビス(4,5,6,7−テトラヒドロインデニル)ジルコニウムジクロライド2.0ミリモルに、東洋ストウファー製メチルアルミノキサンを上記錯体に対して1000モル倍加え、トルエンで10リットルに希釈して触媒溶液を調製した。この触媒溶液を内容積1.5リットルの攪拌式オートクレーブ型連続反応器内に入れ、更にこの反応器内にエチレンとプロピレンと1−ヘキセンとの混合物をエチレン/プロピレン/1−ヘキセン=70/21/9(重量%)となるように供給し、反応器内の圧力を800kg/cm2に保ち、220℃で反応を行った。反応終了後、MFRが30g/10分、密度が0.907g/cm3、Mw/Mnが2.1、プロピレンのモル分率が5.3モル%、1−ヘキセンのモル分率が1.9モル%、プロピレンのモル分率(Mp)と1−ヘキセンのモル分率(Mh)との比Mp/Mhが2.8であるエチレン・プロピレン・1−ヘキセン三元共重合体(PE−1)を得た。
製造例1において、エチレン/プロピレン/1−ヘキセンの供給量比を変化させたこと、及び反応温度、反応圧力を調整したこと以外は製造例1と同様な条件で重合を行い、エチレン・プロピレン・1−ヘキセン三元共重合体(PE−2)、(PE−3)、(PE−5)、(PE−6)を得た。
製造例1において、プロピレンを供給せずエチレン/1−ヘキセンの供給量比を変化させたこと、及び反応温度、反応圧力を調整したこと以外は製造例1と同様な条件で重合を行い、エチレン・1−ヘキセン共重合体(PE−4)を得た。
製造例1において、プロピレンの代わりにブテンを用い、反応温度、反応圧力を調整したこと以外は製造例1と同様な条件で重合を行い、エチレン・ブテン・1−ヘキセン共重合体(PE−7)を得た。
表2に示す物性値を有する低密度ポリエチレン(LDPE−1)〜(LDPE−3)を用いた。
エチレン系三元共重合体としてPE−1 80重量%とMFRが4g/10分、密度が0.918g/cm3、MEが2.4の高圧ラジカル重合法長鎖分岐状低密度ポリエチレン(LDPE−1)20重量%からなるポリエチレン組成物を40mm単軸押出機で造粒しポリエチレン系組成物のペレットを得た。
上記で得られたペレットを用い、40mmΦ単軸押出機を用いて290℃の成形温度で、幅360mmのダイスより押出し、あらかじめアンカーコート剤(日本曹達製T−180:メタノール=1:9)を塗布した厚さ12μmのPET(三菱化学ポリエステルフィルム製ダイヤホイル12μm)に膜厚50μm及び20μmとなるよう押出し、積層体を得た。また、溶融樹脂へはオゾン処理を施した。積層体の評価結果を表3に示す。
実施例1において、低密度ポリエチレンとして、MFRが8g/10分、密度が0.918g/cm3、MEが2.2の高圧ラジカル重合法長鎖分岐状低密度ポリエチレン(LDPE−2)を40重量%使用した以外は、実施例1と同様に成形し、評価した。評価結果を表3に示す。
実施例2において、LDPE−2を60重量%使用した以外は、実施例1と同様に成形し、評価した。評価結果を表3に示す。
実施例3において、エチレン系三元共重合体として、PE−2を使用した以外は、実施例1と同様に成形し、評価した。評価結果を表3に示す。
実施例1において、エチレン系三元共重合体として、PE−5を使用し、高圧ラジカル重合法長鎖分岐状低密度ポリエチレンとしてLDPE−2を使用した以外は、実施例1と同様に成形し、評価した。評価結果を表3に示す。
実施例4において、エチレン系三元共重合体として、PE−6を使用した以外は、実施例1と同様に成形し、評価した。評価結果を表3に示す。
実施例2において、エチレン系三元共重合体を用いない以外は、実施例1と同様に成形し評価した。評価結果を表3に示す。
実施例1において、LDPEを用いない以外は、実施例1と同様に成形し評価した。評価結果を表3に示す。
実施例1において、エチレン系三元共重合体として、PE−3を使用した以外は、実施例1と同様に成形し、評価した。評価結果を表3に示す。
実施例1において、PE−1に代えてPE−4(チレン・1−ヘキセン二元共重合体)を用いる以外は、実施例1と同様に成形し、評価した。評価結果を表3に示す。
実施例2において、PE−1に代えてPE−4(チレン・1−ヘキセン二元共重合体)を用いる以外は、実施例2と同様に成形し評価した。評価結果を表3に示す。
実施例1において、LDPE−1に代えてLDPE−3を用いる以外は、実施例1と同様に成形し評価した。評価結果を表3に示す。
実施例1において、エチレン系三元共重合体として、PE−7を使用し、高圧ラジカル重合法長鎖分岐状低密度ポリエチレンとしてLDPE−2を使用した以外は、実施例1と同様に成形し評価した。評価結果を表3に示す。
一方、Mp/Mhが1.5未満であるエチレン系三元共重合体又はエチレン・1−ヘキセン共重合体を用いたポリエチレン系フィルムでは易引裂性に劣り(比較例3、4、5)、三元共重合体を用いないポリエチレン系フィルムでは衝撃強度と易引裂性のバランスに劣る(比較例1)。MEが低い低密度ポリエチレンを配合したポリエチレン組成物は溶融膜が不安定である(比較例6)。
エチレン系三元共重合体としてPE−1 60重量%とMFRが4g/10分、密度が0.918g/cm3、MEが2.4の長鎖分岐状低密度ポリエチレン(LDPE−1)40重量%からなるポリエチレン組成物を40mm単軸押出機で造粒しポリエチレン系組成物のペレットを得た。
上記で得られたペレットを用い、40mmΦ単軸押出機を用いて320℃の成形温度で、幅360mmのダイスより75g/m2のクラフト紙に膜厚20μmとなるよう押出し、積層体を得た。また、基材へはインラインでコロナ処理を施した。積層体の評価結果を表4に示す。
エチレン系三元共重合体を使用せず、LDPE−2を使用し、実施例7と同様に成形し評価した。評価結果を表4に示す。
実施例7において、PE−1に代えてPE−4(エチレン・1−ヘキセン二元共重合体)を用いる以外は実施例7と同様に成形し評価した。評価結果を表4に示す。
一方、三元共重合体を用いないポリエチレン系フィルムでは衝撃強度と易引裂性のバランスに劣る(比較例8)。エチレン・1−ヘキセン共重合体を用いたポリエチレン系フィルムでは引き裂き性に劣る(比較例9)。
Claims (6)
- 基材層と、
(A)下記(a−1)〜(a−4)の特性を有する、エチレン、プロピレン、及び、1−ヘキセン又は1−オクテンのエチレン系三元共重合体10〜95重量%、および(B)下記(b−1)〜(b−3)の特性を有する、高圧ラジカル重合法により得られた低密度ポリエチレン5〜90重量%を含有する層
を有する積層体。
(a−1)メルトフローレートが0.1〜100g/10分
(a−2)密度が0.87〜0.92g/cm3
(a−3)エチレン含有量が80〜99モル%
(a−4)プロピレンのモル分率(Mp)と1−ヘキセン又は1−オクテンのモル分率(Mh)との比Mp/Mhが1.5以上
(b−1)メルトフローレートが0.1〜20g/10分
(b−2)密度が0.915〜0.93g/cm3
(b−3)メモリーエフェクトが1.6以上 - 低密度ポリエチレン(B)が、長鎖分岐状の低密度ポリエチレンであることを特徴とする請求項1に記載の積層体。
- エチレン系三元共重合体(A)が、メタロセン触媒を用いて製造されることを特徴とする請求項1又は2に記載の積層体。
- エチレン系三元共重合体(A)が、さらに、下記(a−5)の特性を有することを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の積層体。
(a−5)密度(d)と融点(Tm)とが式(1)を満たす
1220×d−1019≦Tm≦1220×d−1005 …(1)
(式(1)中、融点(Tm)はDSCによって測定されるセカンドスキャンの融点で、最高ピーク高さの融点である。) - エチレン系三元共重合体(A)および低密度ポリエチレン(B)を含む層が、押出コーティング法により形成されていることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の積層体。
- 積層体が易引裂き性であることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の積層体。
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