JP5214838B2 - 積層体及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、熱融着性を付与することを可能とした二軸延伸飽和ポリエステル系フィルムを用いた積層体及びその製造方法に関する。

例えば飽和ポリエチレンテレフタレート（以下「ＰＥＴ」と略称する）フィルムなどの二軸延伸飽和ポリエステル系フィルムは、優れた諸特性を有し、広範囲の分野で使用されている。例えば、高透明性、気体透過率が小さい、安全衛生的な特長を活用した食品等の包装用途や、強靭性、優れた電気的特性を活用したコンデンサ用途など、周知の通りである。

ところが、優れた諸特性をもつ二軸延伸飽和ポリエステル系フィルムは、延伸時に分子が配向結晶化しているため、融点（例えばＰＥＴでは２６５℃）以下の温度では、ＰＥＴ同士あるいは異種のフィルムや金属箔などと直接熱融着させることができない事情がある。つまり、いわゆるヒートシール性がないことは公知である。そのため、従来では、食品包装用フィルムとして使用する場合、ヒートシール性を付与するために、ＰＥＴフィルムの片面に、共重合ポリエステル樹脂などをコーティングした厚さ約１μｍ程度のヒートシール層を設けることが提案されている（例えば非特許文献１参照）。

また、別の方法として、アルミ箔とＰＥＴフィルムとを貼り合わせるため、ＰＥＴフィルムにポリブタジエン系やウレタン系のアンカーコート剤を塗布し、その後ヒートシール性を有するＬＤＰＥ（低密度ポリエチレン）でアルミ箔を接着することが考えられている（例えば非特許文献２参照）。更に、別の方法として、ＰＥＴフィルムの表面を低温プラズマ処理した上で熱融着性接着剤層を設け、ＰＥＴフィルム同士、もしくは金属、アルミニウム箔、ポリカーボネートなどと加熱加圧して積層する方法が提案されている（例えば特許文献１参照）。
月刊誌「コンバーテック」２００２年９月号 株式会社加工技術協会（Ｐ４０） 月刊誌「コンバーテック」２００３年５月号 株式会社加工技術協会（Ｐ６８、表３） 特公平３−１９０５２号公報

しかしながら、上記した従来技術は、いずれも、ＰＥＴフィルムにヒートシール性を付与するために、ＰＥＴフィルム上に、異種材料からなる接着剤層を設ける必要があった。この場合、一般に、この種の接着剤は有機溶剤系のものが多用されているため、大気環境汚染防止のため、乾燥工程で溶剤を回収しなければならない問題がある。また、この種プラスチック材料は、使用後に回収し樹脂材料として再生することが望まれるが、ＰＥＴフィルム上に異種の樹脂層が存在するため、再生の際の障害となっていた。

尚、二軸延伸法により製造されるＰＥＴフィルムにあって、安定して製造できる厚み寸法の上限としては、高々厚み１２５μｍ程度であり、この場合、無理をすれば、厚み３５０〜５００μｍ程度のものを製造することも不可能ではないが、厚みむらの大きいものとなってしまう。そこで、ＰＥＴによる厚み０．５ｍｍ、１．０ｍｍ、２．０ｍｍといったいわゆる厚物の板を製造する場合には、無延伸あるいは型成形による製造方法が用いられる。しかし、そのような製法により製造されたＰＥＴの板は、耐熱性がかなり低く（１００度程度）、また、物理的な強度も極めて低いものとなっており、ほとんど実用に供されなかった。従って、二軸延伸法によりＰＥＴの厚物の板を製造することができれば、その用途も大いに広がるものと予想される。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、同種のフィルム同士あるいは金属箔や異種のプラスチックフィルムとの融点以下の温度での熱融着が可能な二軸延伸飽和ポリエステル系フィルムを用いて接着剤を使用せずに貼り合わせられる積層体及びその製造方法を提供することにある。

従来より、二軸延伸飽和ポリエステル系フィルムは、延伸時に分子が配向結晶化しているため、融点以下の温度では同種フィルム同士あるいは金属箔や異種のフィルムと直接熱融着させることはできないことが知られていた。これに対し、本発明者らは、本来熱融着性を有しない二軸延伸飽和ポリエステル系フィルムに熱融着性を付与すべく様々な試験、研究を重ねた結果、フィルム表面に対し低温プラズマ処理を施して表面の改質を行うことにより、融点以下の比較的低温での熱融着性を付与することができることを見出し、本発明を成し遂げたのである。

即ち、本発明の請求項１の積層体は、二軸延伸飽和ポリエステル系フィルムを用いた積層体であって、前記二軸延伸飽和ポリエステル系フィルムは、フィルム表面が低温プラズマ処理されていることにより、該フィルム表面における酸素原子（Ｏ）と炭素原子（Ｃ）との組成比（Ｏ／Ｃ）が、貼り合わせ時において、理論値の１０５％以上、１１５％以下となっており、加熱温度１００℃ないし２００℃にて熱融着可能とされていると共に、前記二軸延伸飽和ポリエステル系フィルムと、金属箔とが、接着剤を用いずに、熱融着により貼り合わされているところに特徴を有する（請求項１の発明）。これにより、接着剤を用いずとも、二軸延伸飽和ポリエステル系フィルムと金属箔とが、二軸延伸飽和ポリエステル系フィルムの融点以下の温度での熱融着が可能となったのである。

これは、低温プラズマ処理がなされることにより、フィルム表面に酸素原子が取込まれ、具体的にはフィルム表面にＣＯＯＨ基やＯＨ基が付加されるようになり、このことが、本来熱融着性を有しない二軸延伸飽和ポリエステル系フィルムに、加熱温度１００℃ないし２００℃での熱融着性を付与するものと推測される。

より具体的には、フィルム表面における酸素原子（Ｏ）と炭素原子（Ｃ）との組成比（Ｏ／Ｃ）が、２．５％〜２０％の範囲で、理論値よりも大きくなっていることにより、良好な熱融着性を得ることができる。ここで、組成比とは、フィルム表面をＸＰＳ（Ｘ線電子光分光法）で測定した炭素原子数（Ｃ）と、酸素原子数（Ｏ）との比（Ｏ／Ｃ）をいう。また、その理論値とは、フィルムを構成する樹脂組成における理論値をいう。例えばＰＥＴの場合、（Ｃ₁₀Ｏ₄Ｈ₈）ｎであるから、組成比の理論値は、４／１０＝０．４となる。尚、通常は、この種フィルムの表面には炭化水素系のものが極微量付着しているため、実測値は理論値よりも小さいとされる。

本発明者らの研究によれば、上記組成比（Ｏ／Ｃ）が、２．５％〜２０％の範囲で理論値よりも大きい、つまり、理論値の１０２．５％〜１２０％の範囲内であれば、良好な熱融着性を得ることができた。より好ましくは、１０５％以上、１１５％以下である。組成比が、理論値の１０２．５％未満であれば、良好な熱融着性は得られず、また、理論値の１２０％を越えた場合でも、良好な熱融着性は得られなかった。

また、上記したような二軸延伸飽和ポリエステル系フィルムを製造する方法としては、飽和ポリエステル樹脂を主原料とした二軸延伸フィルムに対し、内部電極方式の低温プラズマ処理機で、その表面を低温プラズマ処理する方法を採用することができる。これにより、融点以下の比較的低温での熱融着性を有する二軸延伸飽和ポリエステル系フィルムを容易に製造することができる。

尚、本発明における二軸延伸飽和ポリエステル系フィルムとは、主錯にエステル結合をもつ直鎖状の熱可塑性のポリマーを、二軸延伸したフィルムを言い、代表的なものとして、例えばＰＥＴ、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリブタジエンテレフタレート（ＰＢＴ）などがある。この場合、フィルムには、共重合成分や、例えば特性改良のための添加剤（有機または無機のフィラー等）、可塑剤などが含まれていても良く、あるいは、それらを含まないピュアなものでも良いことは勿論である。

本発明の請求項１の積層体によれば、二軸延伸飽和ポリエステル系フィルムが、融点以下の比較的低温での熱融着性を有しているので、フィルムと異種材料とを、接着剤を用いずに、１００℃ないし２００℃の比較的低い加熱温度で貼り合わせることが可能となる。この場合、有機溶剤系の接着剤等が不要となるので、環境保護のために溶剤を回収する設備や工程が不要となる。また、フィルムの回収、再生も容易となる。そして、この積層体は、包装用をはじめ各種の用途に利用することができる。

本発明の請求項２の積層体は、二軸延伸飽和ポリエステル系フィルムを用いた積層体であって、前記二軸延伸飽和ポリエステル系フィルムは、フィルム表面が低温プラズマ処理されていることにより、該フィルム表面における酸素原子（Ｏ）と炭素原子（Ｃ）との組成比（Ｏ／Ｃ）が、貼り合わせ時において、理論値の１０５％以上、１１５％以下となっており、加熱温度１００℃ないし２００℃にて熱融着可能とされていると共に、前記二軸延伸飽和ポリエステル系フィルム同士が、接着剤を用いずに、複数枚熱融着により貼り合わされており、全体の厚みが０．５ｍｍ以上とされているところに特徴を有する。これによれば、二軸延伸飽和ポリエステル系フィルムが、融点以下の比較的低温での熱融着性を有しているので、複数枚のフィルム同士を、接着剤を用いずに、１００℃ないし２００℃の比較的低い加熱温度で貼り合わせることが可能となる。この場合、有機溶剤系の接着剤等が不要となるので、環境保護のために溶剤を回収する設備や工程が不要となり、フィルムの回収、再生も容易となる。そして、二軸延伸法により製造された多数枚のフィルムの貼り合わせによって、二軸延伸飽和ポリエステル系樹脂による厚物の板を得ることができ、このとき、十分な耐熱性を有し物理的な強度も大きいものとすることができる。

本発明の積層体の製造方法は、上記二軸延伸飽和ポリエステル系フィルムと金属箔とを、あるいは、二軸延伸飽和ポリエステル系フィルム同士を、接着剤を用いずに、熱プレスあるいは熱ロールを用いて熱融着させることにより、上記請求項１記載の積層体あるいは請求項２記載の積層体を製造するところに特徴を有する（請求項３、４の発明）。これにより、上記した各積層体を容易に製造することができる。尚、上記貼り合せの際には、相手となる異種材料（金属箔あるいは異種のプラスチックフィルム）、また同種のフィルムの表面（貼り合せ面）に、接着性改良のための表面処理（コロナ処理等）を施したり、表面処理層を有していたりすることが好ましい。金属箔の場合、防錆処理を施しておくこともできる。

本発明の積層体及びその製造方法によれば、二軸延伸飽和ポリエステル系フィルムを用いて接着剤を使用せずに貼り合わせることが可能となり、ひいては、環境保護のために溶剤を回収する設備や工程を不要とすることができ、リサイクル性にも優れ、多様な用途に利用することが可能となるものである。

以下、本発明の実施の形態について、図１も参照して説明する。後に掲載する表１に示すように、実施例１〜実施例９は、特許請求の範囲に記載された通りの本発明に係る二軸延伸飽和ポリエステル系フィルムであり、フィルム表面が低温プラズマ処理されていることにより、加熱温度１００℃ないし２００℃にて熱融着可能とされている。このとき、これら実施例１〜実施例９の二軸延伸飽和ポリエステル系フィルムは、フィルム表面における酸素原子数（Ｏ）と炭素原子数（Ｃ）との組成比Ｘ（Ｏ／Ｃ）が、２．５％〜２０％の範囲で、理論値よりも大きくなっている。

詳細には、実施例１〜実施例８は、厚み１００μｍの二軸延伸ＰＥＴフィルム（商品名「ルミラー」、東レ株式会社製）の片面（貼り合せ面）に対し、内部電極方式の低温プラズマ処理機で、条件を変えて低温プラズマ処理を施したものであり、実施例９は、厚み１００μｍの二軸延伸ＰＥＮフィルム（商品名「テオネックス」、帝人・デュポン株式会社製）の片面（貼り合せ面）に対し、同様に低温プラズマ処理を施したものである。

ここで、図１は、低温プラズマ処理機１により低温プラズマ処理を行っている様子を模式的に示している。この低温プラズマ処理機１は、密閉可能な処理室２を有して構成されており、その処理室２内には、上部電極３及び下部電極４が上下に配置されている。上部電極３には高周波電源５が接続され、下部電極４はアース接続されている。また、処理室２内は、真空ポンプに接続されたバルブ６の開放によって減圧されるようになっており、ガス供給源に接続されたバルブ７の開放によって、処理室２内部に処理用のガスが供給されるようになっている。処理室２内の圧力を計測する圧力計８も設けられている。そして、ロール状に巻回された処理前のフィルム（原反）Ｆは、供給部９から引出され、処理室２内の上部電極３と下部電極４との間を通され、ここでプラズマ処理が行われた後、巻取部１０において再び巻き取られるようになっている。

これにより、実施例１のフィルムは、表面組成比Ｘ（Ｏ／Ｃ）が理論値の１０２．５％、実施例２のフィルムは、表面組成比Ｘが理論値の１０４．８％、実施例３のフィルムは、表面組成比Ｘが理論値の１０７．５％、実施例４、６、７、８のフィルムは、表面組成比Ｘが理論値の１１２．５％、実施例５のフィルムは、表面組成比Ｘが理論値の１２０．０％とされ、実施例９のフィルムは、表面組成比Ｘが理論値の１０５．０％とされるようになっている。

そして、上記実施例１〜９のフィルムは、夫々被着体が熱融着により（接着剤を用いずに）貼り合わせられて積層体とされる。即ち、実施例１〜５並びに実施例９のフィルムに関しては、各々と同等のフィルムを被着体として貼り合せている。実施例６に関しては、プラズマ処理が行われていない二軸延伸ＰＥＴフィルム（表面組成比Ｘが理論値の９５．０％）を貼り合せている。実施例７に関しては、厚み２０μｍの金属箔たるアルミニウム箔を貼り合せている。実施例８に関しては、異種のプラスチックフィルムこの場合厚み１００μｍのフッ素樹脂フィルム（例えばＰＴＦＥ）を貼り合せている。

貼り合わせにあたっては、フィルム及び被着体の双方を２５ｃｍ角に裁断した試料を重ね合わせ、熱プレス機を用い、共に１４０℃に加熱した上下の熱板間に挟み、圧力１０ＭＰａで３０分間加圧した後、積層体を取出して室温まで自然冷却した。尚、このとき、上記貼り合せの際に、被着体となるフィルムやアルミ箔の表面には、接着性改良のための表面処理（コロナ処理等）が施されている。

これに対し、比較例１〜比較例６は、低温プラズマ処理を行わない或いは過剰に行うことにより、特許請求の範囲から外れた二軸延伸飽和ポリエステル系フィルムである。これらは、やはり、厚み１００μｍの二軸延伸ＰＥＴ（あるいはＰＥＮ）フィルムであって、表面組成比Ｘ（Ｏ／Ｃ）が実施例１〜９に比べ過小あるいは過大とされたものであり、表１に示すように、表面組成比Ｘが理論値の、９５％、１０２％、１２２％、９８％とされている。そして、上記実施例１〜９と同様にして、比較例１〜３並びに比較例６に関しては、各々と同等のフィルムを被着体として貼り合せており、比較例４に関しては厚み２０μｍのアルミニウム箔を貼り合せており、比較例５に関しては厚み１００μｍのフッ素樹脂フィルムを貼り合せている。

さて、上記した実施例１〜９並びに比較例１〜６に関して、フィルムと被着体との間の剥離力を調べる試験を行った。この試験は、テンシロン（引張試験機）を用いて９０度剥離力を測定することにより行っており、その試験結果を表１に示す。尚、ここでは、剥離力が１０ｇ／ｃｍ以上であればヒートシール性を有するものとし、１０ｇ／ｃｍ未満をヒートシール性なしと評価している。

この試験結果から明らかなように、表面組成比Ｘ（Ｏ／Ｃ）が、２．５％〜２０％の範囲で理論値よりも大きい、つまり、理論値の１０２．５％〜１２０％の範囲内である実施例１〜９のフィルム（積層体）は、同種のフィルム同士、アルミ箔、フッ素樹脂フィルムと接着し、全て良好なヒートシール性を有することが理解できる。これに対し、表面組成比Ｘ（Ｏ／Ｃ）が、理論値の１０２．５％未満、あるいは理論値の１２０％を越えている比較例１〜６のフィルム（積層体）では、全てヒートシール性が得られなかった。

尚、上記した実施の形態では、フィルムと被着体とを熱プレス機を用いて熱融着させるようにしたが、熱ロールを用いて熱融着させることも可能であり、その他にも熱風による方法なども採用することができる。このときの加熱温度としても、１４０℃に限らず、１００℃〜２００℃の範囲で適切な温度を選択することができる。そして、２枚の貼り合せに限らず、３層（３種）以上のフィルムの貼り合せも可能であり、この場合、例えば同種のＰＥＴフィルムを多数枚積層することにより、十分な耐熱性を有し物理的な強度も大きいＰＥＴ製の厚物の板を得ることができる。例えば、厚み１００μｍのＰＥＴフィルムを１０枚積層することにより、厚み１．０ｍｍの板を得ることができる。

その他、フィルムに対する低温プラズマ処理は、両面に対して行うようにしても良く、また、フィルムや被着体の厚み寸法などについても一例を示したに過ぎず、更には、異種のプラスチックフィルムとしてもフッ素樹脂フィルムに限らず様々な種類のプラスチックフィルムとの貼合せが可能であり、そして、本発明に係るフィルムは、被着体（異種材料）として、例えば板状のガラスやセラミックスとも熱融着による貼り合せが可能であることが確認されているなど、本発明は要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施し得るものである。

本発明の実施の形態を示すもので、低温プラズマ処理機の構成を概略的に示す縦断面図である。

符号の説明

図面中、１は低温プラズマ処理機、２は処理室、３は上部電極、４は下部電極、Ｆはフィルムを示す。

Claims (4)

1. 二軸延伸飽和ポリエステル系フィルムを用いた積層体であって、
   前記二軸延伸飽和ポリエステル系フィルムは、フィルム表面が低温プラズマ処理されていることにより、該フィルム表面における酸素原子（Ｏ）と炭素原子（Ｃ）との組成比（Ｏ／Ｃ）が、貼り合わせ時において、理論値の１０５％以上、１１５％以下となっており、加熱温度１００℃ないし２００℃にて熱融着可能とされていると共に、
   前記二軸延伸飽和ポリエステル系フィルムと、金属箔とが、接着剤を用いずに、熱融着により貼り合わされていることを特徴とする積層体。
2. 二軸延伸飽和ポリエステル系フィルムを用いた積層体であって、
   前記二軸延伸飽和ポリエステル系フィルムは、フィルム表面が低温プラズマ処理されていることにより、該フィルム表面における酸素原子（Ｏ）と炭素原子（Ｃ）との組成比（Ｏ／Ｃ）が、貼り合わせ時において、理論値の１０５％以上、１１５％以下となっており、加熱温度１００℃ないし２００℃にて熱融着可能とされていると共に、
   前記二軸延伸飽和ポリエステル系フィルム同士が、接着剤を用いずに、複数枚熱融着により貼り合わされており、全体の厚みが０．５ｍｍ以上とされていることを特徴とする積層体。
3. 請求項１記載の積層体を製造するための方法であって、
   前記二軸延伸飽和ポリエステル系フィルムと、前記金属箔とを、接着剤を用いずに、熱プレスあるいは熱ロールを用いて熱融着させることを特徴とする積層体の製造方法。
4. 請求項２記載の積層体を製造するための方法であって、
   前記二軸延伸飽和ポリエステル系フィルムを、複数枚積層し、接着剤を用いずに、熱プレスあるいは熱ロールを用いて全体を一括して熱融着させることを特徴とする積層体の製造方法。

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