JP5663582B2 - 形状保持フィルム及びその製造方法、積層フィルム・テープ、粘着フィルム・テープ、並びに異方性熱伝導フィルム - Google Patents

形状保持フィルム及びその製造方法、積層フィルム・テープ、粘着フィルム・テープ、並びに異方性熱伝導フィルム Download PDF

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Description

本発明は、形状保持フィルム及びその製造方法、積層フィルム・テープ、粘着フィルム・テープ、異方性熱伝導フィルム、並びに形状保持繊維に関する。
カップラーメンやプリン等の食品を入れる容器には、蓋を開けたときにはその開けた形状を保持でき、かつ蓋を閉じたときには閉じた形状を保持できること(形状保持性)が求められる。このような容器に用いられる蓋材としては、従来、アルミニウム等が用いられている。しかしながら、アルミニウムは、分別廃棄の手間が掛かること、容器に水等を入れて電子レンジで加熱する製品には使用できないこと等の理由から、樹脂製の形状保持フィルムが検討されている。
樹脂製の形状保持フィルムとしては、例えばポリエチレンを一軸延伸して得られるフィルムが提案されている(例えば、特許文献1参照)。また、ポリエチレンの一軸延伸フィルムは、形状保持フィルムの他にも、食品包装用の易引裂性フィルムとしても用いられることが知られている(例えば、特許文献2参照)。
ところで、光沢層を積層した一軸延伸ポリエチレンフィルムをマイクロスリットすることにより、形状保持性を有する樹脂繊維が得られると報告されている(例えば、特許文献3参照)。
特開2007−153361号公報 特開2004−181878号公報 特開2009−30219号公報
しかしながら、特許文献1等で提案された形状保持フィルムであっても、形状保持性や引張弾性は必ずしも十分に高いとは言えなかった。また、これらの形状保持フィルムは、その延伸方向(縦方向)に沿って裂け易いという問題があった。
なお、形状保持繊維には、より高い形状保持性が求められるほか、その用途に応じた適切な弾性率や熱伝導率等が求められる。例えば、織物を構成する繊維として用いられる形状保持繊維には、編込みが可能な程度の弾性率が求められる。また、その織物を衣服等として用いる場合には、形状保持繊維に高い熱伝導率が求められることがある。
熱伝導性の高い繊維として、炭素繊維、超高分子量ポリエチレン繊維等が知られている。ところが、これらは高価であるばかりか、弾性率が非常に高い繊維であり、織物として編みこむことは困難である。
一方、安価な汎用ポリエチレンは極限粘度[η]が低く、低弾性率の繊維とすることができると考えられるが、溶融紡糸性が悪い。そのため、汎用ポリエチレンは、芯鞘構造の繊維の芯材料又は鞘材料とすることはあったが、ポリエチレン単体で繊維にすることは一般的に困難であった。また、鞘材料をポリエチレンとする芯鞘構造の繊維は、一定の熱伝導性を有するものの十分ではなく、更に芯材料又は鞘材料をポリエチレンとする芯鞘構造の繊維に形状保持性を付与することは困難である。
本発明は、このような従来技術の有する問題点に鑑みてなされたものである。即ち、第一の発明の課題とするところは、形状保持性に優れているとともに、引張弾性率が高く、かつ耐縦裂け性の良好な形状保持フィルム、それを用いた積層フィルム・テープ、粘着フィルム・テープ及び異方性熱伝導フィルム、並びに当該形状保持フィルムの製造方法を提供することにある。また、第二の発明の課題とするところは、形状保持性に優れているとともに、織物として編むことが可能な範囲で引張弾性率を有し、かつ高い熱伝導率を有する形状保持繊維を提供することにある。
即ち、本発明によれば、以下に示す形状保持フィルム、形状保持フィルムの製造方法、積層テープ、異方性熱伝導フィルム、及び形状保持繊維が提供される。
[1]密度が900kg/m以上であり、重量平均分子量(Mw)/数平均分子量(Mn)が5〜20であるエチレン系重合体を含む少なくとも一層の基材層と、高分子材料を含む少なくとも一層の軟質層と、を備え、前記エチレン系重合体は、エチレン単独重合体又は炭素数3〜6のα−オレフィン単位の含有量が2重量%未満であるエチレン−α−オレフィン共重合体であり、前記高分子材料の融点Tm2は、前記エチレン系重合体の融点Tm1よりも低く、引張弾性率が10〜50GPaであり、180°曲げ試験による戻り角度が65°以下である、形状保持フィルム。
[2]前記基材層の一方の面上に前記軟質層が直接積層された積層体である、前記[1]に記載の形状保持フィルム。
[3]前記基材層を二層有するとともに、二層の前記基材層の間に前記軟質層が挟持された積層体である、前記[1]に記載の形状保持フィルム。
[4]前記高分子材料の融点Tm2が、前記エチレン系重合体の融点Tm1よりも5℃以上低い、前記[1]〜[3]のいずれかに記載の形状保持フィルム。
[5]前記高分子材料の融点Tm2が125℃以下である、前記[1]〜[4]のいずれかに記載の形状保持フィルム。
[6]前記高分子材料が、炭化水素系プラスチック、ビニル系プラスチック、及び熱可塑性エラストマーからなる群より選択される少なくとも一種である、前記[1]〜[5]のいずれかに記載の形状保持フィルム。
[7]前記軟質層の厚さの総和が、前記基材層の厚さの総和の5〜40%である、前記[1]〜[6]のいずれかに記載の形状保持フィルム。
[8]一軸延伸フィルムである、前記[1]〜[7]のいずれかに記載の形状保持フィルム。
[9]延伸方向における引張弾性率が10〜50GPaであり、前記延伸方向と略直交する方向における引張弾性率が6GPa以下である、前記[8]に記載の形状保持フィルム。
[10]厚さが20〜100μmである、前記[1]〜[9]のいずれかに記載の形状保持フィルム。
[11]前記[1]〜[10]のいずれかに記載の形状保持フィルムの製造方法であって、密度が900kg/m以上であり、重量平均分子量(Mw)/数平均分子量(Mn)が5〜20であるエチレン系重合体を含む少なくとも一層の基材層と、高分子材料を含む少なくとも一層の軟質層と、を備え、前記エチレン系重合体は、エチレン単独重合体又は炭素数3〜6のα−オレフィン単位の含有量が2重量%未満であるエチレン−α−オレフィン共重合体であり、前記高分子材料の融点Tm2は、前記エチレン系重合体の融点Tm1よりも低い原反フィルムを得る第一の工程と;前記原反フィルムを延伸倍率が10〜30倍となるように延伸する第二の工程と;を含む、形状保持フィルムの製造方法。
[12]前記[1]〜[10]のいずれかに記載の形状保持フィルムと、前記形状保持フィルムの少なくとも一方の面の一部又は全部に配置された粘着層と、を備えた、積層テープ。
[13]前記[1]〜[10]のいずれかに記載の形状保持フィルムを含む、異方性熱伝導フィルム。
[14]密度が900kg/m以上であり、重量平均分子量(Mw)/数平均分子量(Mn)が5〜20であるエチレン系重合体を含む少なくとも一層の基材層と、高分子材料を含む少なくとも一層の軟質層と、を備え、前記エチレン系重合体は、エチレン単独重合体又は炭素数3〜6のα−オレフィン単位の含有量が2重量%未満であるエチレン−α−オレフィン共重合体であり、前記高分子材料の融点Tm2は、前記エチレン系重合体の融点Tm1よりも低く、繊維方向の引張弾性率が10〜50GPaであり、繊維方向に対する90°曲げ試験による戻り角度が35°以下である、形状保持繊維。
本発明の形状保持フィルムは、形状保持性に優れているとともに、引張弾性率が高く、かつ耐縦裂け性が良好なものである。また、本発明の形状保持繊維は、形状保持性に優れているとともに、織物として編むことが可能な範囲で引張弾性率を有し、かつ高い熱伝導率を有するものである。
180°曲げ試験による戻り角度の測定方法を示す模式図である。 包装材の一例を示す斜視図である。 熱源、異方性熱伝導フィルム、及び放熱体の位置関係の一例を示す模式図である。 本発明の異方性熱伝導フィルムを組み込んだ電子機器の一例を示す模式図である。 本発明の異方性熱伝導フィルムを組み込んだ電子機器の一例を示す模式図である。 90°曲げ試験による戻り角度の測定方法を示す模式図である。 実施例1で得た一軸延伸フィルムの断面を表す光学顕微鏡写真である。 フィルム中の低融点材料の割合(重量%)に対して引裂強度(mN)をプロットしたグラフである。 フィルム中の低融点材料の割合(重量%)に対して戻り角度(°)をプロットしたグラフである。
1.形状保持フィルム
本発明の形状保持フィルムは、特定のエチレン系重合体を含む少なくとも一層の基材層と、その融点が、前記エチレン系重合体の融点に比して低い高分子材料(低融点材料)を含む少なくとも一層の軟質層とを備える。以下、それぞれの構成要件ごとに説明する。
(基材層)
基材層には特定のエチレン系重合体が含まれる。なお、基材層はエチレン系重合体からなる層であることが好ましい。このエチレン系重合体は、エチレン単独重合体、又はエチレン−α−オレフィン共重合体である。エチレンに少量のα−オレフィンを共重合させることで、成形加工性を高めることができる。エチレンに共重合させるα−オレフィンは、炭素数3〜6のα−オレフィンである。炭素数3〜6のα−オレフィンの例には、プロピレン、1−ブテン、及び1−ヘキセン等が含まれ、好ましくはプロピレンである。エチレン−α−オレフィン共重合体に含まれるα−オレフィン単位の割合は2重量%未満であり、好ましくは0.05〜1.5重量%である。
エチレン系重合体の密度は900kg/m以上であり、好ましくは930kg/m以上、更に好ましくは950kg/m以上であり、汎用の高密度ポリエチレン(HDPE)であってもよい。密度が900kg/m未満であると、延伸により形状保持性が得られ難くなる。一方、密度が高過ぎると、溶融製膜によりフィルム状に成形し難くなる。このため、エチレン系重合体の密度の上限については特に限定されないが、実質的には970〜980kg/m程度である。なお、基材層がエチレン系重合体からなる層である場合には、エチレン系重合体の密度は、基材層の密度である。エチレン系重合体(基材層)の密度は、JIS K7112 D法に準拠し、エタノール/水を浸漬液として使用して測定することができる。
エチレン系重合体の分子量分布を表す重量平均分子量(Mw)と数平均分子量(Mn)との比(Mw/Mn)は5〜20であり、好ましくは6〜16、更に好ましくは7〜14である。分子量分布が狭過ぎると延伸性が低下するため、高い延伸倍率で延伸し難くなる。一方、分子量分布が広過ぎると低分子量成分が多くなるため、得られるフィルムの機械的強度が低下したり、延伸機を汚染して生産性が低下したりすることがある。
エチレン系重合体の分子量分布(Mw/Mn)は、ゲル浸透クロマトグラフィ(GPC)により測定することができる。
エチレン系重合体の190℃、2160g荷重におけるメルトフローレート(MFR)は、好ましくは0.1〜3.0g/10min、より好ましくは0.5〜1.5g/10minである。エチレン系重合体のMFRが上記数値範囲内であると、溶融製膜時に適度な流動性を有するため、均一な膜厚のフィルムが得られ易い。
このように比較的高密度で適当な分子量分布を有するエチレン系重合体は、フィルム状に成形し易く、かつ高延伸可能であるため優れた形状保持性が得られ易い。
基材層には、本発明の効果を損なわない範囲で、上記エチレン系重合体以外の熱可塑性樹脂を更に含んでいてもよいし、各種添加剤を更に含んでいてもよい。各種添加剤の例には、着色顔料、無機充填剤、酸化防止剤、中和剤、滑剤、帯電防止剤、アンチブロッキング剤、耐水剤、撥水剤、抗菌剤、加工助剤(ワックス等)等が含まれる。
無機充填剤は、例えばガラス繊維、ガラスビーズ、タルク、シリカ、マイカ、炭酸カルシウム、水酸化マグネシウム、アルミナ、酸化亜鉛、酸化マグネシウム、水酸化マグネシウム、水酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化カルシウム、ケイ酸カルシウム、硫化モリブデン、酸化アンチモン、クレー、ケイソウ土、硫酸カルシウム、アスベスト、酸化鉄、硫酸バリウム、炭酸マグネシウム、ドロマイト、モンモリロマイト、ベントナイト、鉄粉、アルミニウム粉、カーボンブラック等である。加工助剤は、例えば低分子量ポリオレフィン、脂環族ポリオレフィン等のワックス等である。
加工助剤や帯電防止剤の含有割合は、例えば5重量%以下、好ましくは1重量%以下とすることができる。無機充填剤や着色顔料の含有割合は、例えば10重量%以下、好ましくは5重量%以下とすることができる。
(軟質層)
軟質層には高分子材料が含まれる。なお、軟質層は高分子材料からなる層であることが好ましい。
高分子材料の融点Tm2は、基材層を構成するエチレン系重合体の融点Tm1よりも低い。このように、基材層の構成材料に比して低融点の高分子材料(低融点材料)を用いて軟質層を形成することで、得られる形状保持フィルムの耐縦裂け性が著しく向上する。
高分子材料の融点Tm2は、エチレン系重合体の融点Tm1よりも5℃以上低いことが好ましく、40℃以上低いことが更に好ましい。高分子材料の融点Tm2とエチレン系重合体の融点Tm1との差が小さ過ぎると、得られる形状保持フィルムの耐縦裂き性が向上し難くなる。また後述するように、基材層が溶融しにくく軟質層は溶融しやすい温度で一軸延伸することが難しくなる傾向にある。なお、高分子材料の融点Tm2は、通常125℃以下であり、好ましくは90℃以下である。
高分子材料としては、炭化水素系プラスチック、ビニル系プラスチック、及び熱可塑性エラストマーを挙げることができる。これらの高分子材料は、一種単独で又は二種以上を組み合わせて用いることができる。
炭化水素系プラスチックの具体例としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブテン、ポリスチレン、ポリブタジエン等を挙げることができる。ビニル系プラスチックの具体例としては、ポリ塩化ビニル、ポリ酢酸ビニル、ポリ塩化ビニリデン、エチレン酢酸ビニル共重合体、ポリメチルメタクリレート等を挙げることができる。また、熱可塑性エラストマーの具体例としては、スチレン・ブタジエン系、ポリオレフィン系、ウレタン系、ポリエステル系、ポリアミド系、ポリ塩化ビニル系、アイオノマー等を挙げることができる。
加工性の観点からは、高分子材料は、その融点が基材層を構成するエチレン系重合体の融点に近いものが好ましい。具体的には、ポリエチレン、エチレン酢酸ビニル共重合、ポリオレフィン系熱可塑性エラストマーが好ましい。一方、接着性の観点からは、高分子材料は、その分子構造が、基材層を構成するエチレン系重合体の分子構造と近似しているものが好ましい。具体的には、ポリエチレン、エチレン酢酸ビニル共重合、ポリオレフィン系熱可塑性エラストマーが好ましい。また、軟質層を粘着層として機能させるためには、タック性を有する高分子材料が好ましい。具体的には、ポリエチレン、エチレン酢酸ビニル共重合、ポリオレフィン系熱可塑性エラストマーが好ましい。
なかでも、高分子材料としては熱可塑性エラストマーが好ましく、具体的にはエチレン、プロピレン、1−ブテン、及び1−ヘキセンからなる群より選択される少なくとも二種のα−オレフィンを共重合させたα−オレフィン共重合体が好ましい。このα−オレフィン共重合体としては、エチレン・α−オレフィン共重合体、プロピレン・α−オレフィン共重合体、またはエチレン・プロピレン共重合体が好ましい。エチレンまたはプロピレンと共重合させるα−オレフィン共重合体の炭素数は4〜6である。このα−オレフィン共重合体としてより具体的には、エチレン・プロピレン共重合体、エチレン・1−ブテン共重合体、エチレン・1−ヘキセン共重合体、プロピレン・1−ブテン共重合体、プロピレン・1−ヘキセン共重合体、1−ブテン・1−ヘキセン共重合体が更に好ましい。より具体的には、商品名「タフマーA」(三井化学社製、登録商標)、商品名「タフマーP」(三井化学社製、登録商標)を挙げることができる。
軟質層には、本発明の効果を損なわない範囲で、上記高分子材料以外の熱可塑性樹脂を更に含んでいてもよいし、各種添加剤を更に含んでいてもよい。各種添加剤の具体例、及びそれらの含有割合は、前述の基材層の場合と同様である。
(形状保持フィルム)
本発明の形状保持フィルムは、前述の基材層と軟質層とを有する。基材層と軟質層は、接着層を介して積層されていてもよく、接着層等の中間層を介在させずに直接積層されていてもよい。なお、接着層等の形状保持性に寄与しない層を介在させることなく、基材層の一方の面上に軟質層が直接積層されていることが、形状保持性が高まるために好ましい。
また、形状保持フィルムは、基材層を二層有するとともに、二層の基材層(例えば、基材層(A)と基材層(B))の間に軟質層が挟持された積層体としてもよい。このような三層構造の積層体とすることで、延伸時にロールに軟質層が張り付いてしまう等の不具合が生じ難く、製造効率が高まるために好ましい。なお、基材層を二層有する場合において、これら二層の基材層を構成するエチレン系重合体の種類は同一であっても異なっていてもよい。
本発明の形状保持フィルムは、エチレン系重合体を含む基材層で優れた形状保持性を発現させるとともに、この基材層と、高分子材料(低融点材料)を含む軟質層とを組み合わせる(積層させる)ことにより、優れた耐縦裂け性を発現させている。一般的に、形状保持性のフィルムに耐縦裂き性を付与すべく、フィルムの構成材料に低融点材料等を配合すると、得られるフィルムの耐縦裂き性は向上する一方で、形状保持性が損なわれる傾向にある。これに対して、本発明の形状保持フィルムにおいては、基材層の構成材料に低融点材料を配合する(混ぜ込む)のではなく、低融点材料を含む軟質層と基材層とを積層している。これにより、本発明の形状保持フィルムは、耐縦裂き性が著しく向上しながらも、形状保持性が損なわれることなく高いレベルで維持されている。
軟質層の厚さの総和は、基材層の厚さの総和の5〜40%であることが好ましく、10〜35%であることが更に好ましく、15〜30%であることが特に好ましい。基材層の厚さの総和に対する軟質層の厚さの総和の割合を上記の数値範囲内とすることで、形状保持性と耐縦裂き性のバランスが良好となる。このため、軟質層が厚過ぎると形状保持性が低下する傾向にある。一方、軟質層が薄過ぎると耐縦裂き性が低下する傾向にある。
形状保持フィルムの厚さは20〜100μmであることが好ましく、25〜70μmが好ましい。
前述のような基材層と軟質層とを有する原反フィルムを一定以上の高い延伸倍率で延伸(好ましくは一軸延伸)して得られる形状保持フィルムは、高い引張弾性率を有する。形状保持フィルムの引張弾性率は、好ましくは10〜50GPaであり、更に好ましくは13〜50GPaである。形状保持フィルムの引張弾性率が10GPa未満であると、十分な形状保持性が得られ難くなる。一方、引張弾性率が50GPa超であると、フィルムが脆くなることがある。形状保持フィルムの引張弾性率は、延伸倍率により調整することができる。例えば、延伸倍率を高めれば、形状保持フィルムの引張弾性率を高めることができる。
また、前述のような基材層と軟質層とを有する原反フィルムを一定以上の高い延伸倍率で延伸(好ましくは一軸延伸)して得られる形状保持フィルムは、延伸方向(X方向)における引張弾性率が高く、X方向と略直交する方向(Y方向)における引張弾性率が低い。なお、形状保持フィルムが一軸延伸フィルムである場合は、X方向とは一軸延伸方向であり、Y方向とは前記一軸延伸方向と略直交する方向である。本発明において「略直交」とは、交差角度が実質的に90°であることを意味し、90°だけでなく、90°から若干ずれた範囲も含むものとする。本発明の形状保持フィルムの延伸方向は、例えば光学顕微鏡等で観察されるポリエチレン系重合体の分子鎖の伸びきり方向として確認することができる。
形状保持フィルムのX方向(高引張弾性率方向)の引張弾性率は、好ましくは10〜50GPaであり、更に好ましくは13〜40GPaである。X方向の引張弾性率が上記数値範囲内であると、形状保持フィルムを後述する異方性熱伝導フィルムとして好適に用いることができる。X方向の引張弾性率が10GPa未満であると、十分な形状保持性や高い熱伝導性が得られ難い。一方、X方向の引張弾性率が50GPa超であると、フィルムが脆くなることがある。
形状保持フィルムのY方向(低引張弾性率方向)の引張弾性率は、好ましくは6GPa以下である。6GPaを超えると、X方向の熱伝導率に対するY方向の熱伝導性が相対的に高くなり、熱伝導度の異方性が低下するので、後述する異方性熱伝導フィルムとして使用し難くなる。なお、形状保持フィルムのY方向の引張弾性率は、形状保持フィルムに主成分として含まれる樹脂の種類に依存するものであり、(X方向の)延伸倍率によって大きく変化するものではない。
形状保持フィルムの引張弾性率は、JIS K7161に準拠した方法で測定できる。即ち、形状保持フィルムをカットして、幅(ポリエチレンの分子鎖の伸びきり方向と直交する方向)10mm、長さ(ポリエチレンの分子鎖の伸びきり方向)120mmの短冊状の試験片を準備し;引張試験機を用いて、温度23℃、チャック間距離100mm、引張速度100mm/分の条件下で、試験片の引張弾性率を測定すればよい。
本発明の形状保持フィルムは、高い引張弾性率を有することから、優れた形状保持性を有する。形状保持フィルムの180°曲げ試験による戻り角度は65°以下であり、好ましくは50°以下である。なお、戻り角度の下限値については特に限定されないが、実質的には5°程度である。
形状保持フィルムの180°曲げ試験による戻り角度は、以下のようにして測定できる。即ち、(1)幅(延伸方向と直交する方向)10mm、長さ(延伸方向)50mmの試料片を準備し、(2)試料片を、板材の下面、端面及び上面に沿って180°に折り曲げた状態で約30秒間保持し(図1(A)参照)、(3)折り曲げ状態の保持を解除して30秒後の、試料片が板材の上面となす角度θを測定する(図1(B)参照)ことで測定することができる。180°戻り角度の測定は、温度23℃、湿度55%RHの条件下で行うことができる。
本発明の形状保持フィルムは、優れた耐縦裂き性を有する。具体的には、本発明の形状保持フィルムの引裂強度(ポリエチレンの分子鎖の伸びきり方向と略平行に引裂くのに要する力)は、好ましくは50mN以上であり、更に好ましくは200mN以上である。なお、上記引裂強度の上限については特に限定されず、高いほど好ましいが、実質的には2000mN程度である。
形状保持フィルムの引裂強度は、以下のようにして測定できる。即ち、引裂き試験機(例えば、エルメンドルフ引裂き試験機(東洋精機製作所社製、F.S=1000mN)等)を使用し、寸法:63mm幅×75mm長のフィルム片に長さ20mmのスリットを入れたものを16枚重ねた試験片を、ポリエチレンの分子鎖の伸びきり方向と平行に引き裂いたときに要する力を測定すればよい。
2.形状保持フィルムの製造方法
本発明の形状保持フィルムは、(1)エチレン系重合体を含む少なくとも一層の基材層と、高分子材料を含む少なくとも一層の軟質層と、を備えた原反フィルムを得る第一の工程と、(2)この原反フィルムを延伸倍率が10〜30倍となるように延伸(好ましくは一軸延伸)する第二の工程と、を有する製造方法により製造することができる。
原反フィルムは、例えば、基材層と軟質層を構成する原料を押出機でそれぞれ溶融混練させた後、ダイから吐出させ、次いで冷却ロールで冷却固化することにより得ることができる。冷却ロールの温度は、溶融樹脂をある程度固化できる温度であればよいが、例えば80〜120℃程度である。原反フィルムの厚みは、例えば200〜1000μm程度である。
得られた原反フィルムを、ロール延伸機に繰り出して、予熱ロールで予熱した後、MD方向に延伸する。製造効率を高める点では、原反フィルムを予熱した後、直ちにMD方向に延伸することが好ましい。延伸は、好ましくは引張一軸延伸である。本明細書にいう「一軸延伸」とは一軸方向の延伸を意味するが、本発明の効果を損なわない程度に、一軸方向とは異なる方向に延伸されてもよい。用いる延伸設備によっては、一軸方向に延伸しようとしても、一軸方向とは異なる方向にも実質的に延伸されることがあるからである。
延伸倍率は10倍以上であり、好ましくは15〜30倍である。延伸倍率が10倍よりも低いと、引張弾性率が十分に高まらず、十分な形状保持性が得られない。
このような高い延伸倍率での延伸を実現するためには、予熱・延伸時の加熱温度を適切に調整すること;特にフィルムの厚み方向に均一に加熱できるようにすることが重要となる。予熱ロールによる予熱温度は、原反シートを延伸に適した柔らかさにすることができる温度であればよく、例えば120〜140℃とすることができる。
延伸時の温度は、(2)軟質層に含まれる高分子材料の融点Tm2超、かつ(1)基材層中に含まれるエチレン系重合体の融点Tm1未満である温度が好ましい。軟質層に含まれる高分子材料の融点Tm2より延伸時の温度が低いと、軟らかい軟質層が溶融せず、形状保持性を十分付与できるほどの倍率まで、原反フィルムを延伸するのが難しくなる。一方、基材層中に含まれるエチレン系重合体の融点Tm1よりも延伸時の温度が高いと、前記エチレン系重合体の分子鎖を延伸によって、延伸方向と略平行に伸ばすことができず、延伸後のフィルムの形状保持性を高めることができない。延伸は例えば原反フィルムを120〜140℃に加熱しながら、延伸直前の予熱ロールと、延伸ロールとの間に周速差を設けることにより行うことができる。延伸速度は、特に制約はないが、100〜1000%/秒とすることができる。延伸時のフィルムの加熱は、ロール加熱であっても、光加熱であってもよいが、フィルムの厚み方向に均一に加熱し易くする点から、光加熱が好ましい。
光加熱は、原反フィルムの表面に、光源から光を照射することにより行うことができる。光源は、原反フィルムの厚み方向にできるだけ均一に加熱できるものが好ましく、例えば近赤外領域の波長成分が多いハロゲンランプ、レーザー、及び遠赤外線ヒーター等である。また、高い延伸倍率でも安定した延伸を行うために、原反フィルムに照射する光を、曲面反射板等によりMD方向(延伸方向)に1cm以下に集光して、原反フィルムのTD方向(幅方向)に線状に加熱することが好ましい。
延伸中にフィルムが滑らないようにするために、予熱ロールと延伸ロールには、それぞれピンチロールを押し当てることが好ましい。また、延伸後の延伸フィルムに、必要に応じてアニール処理を施してもよい。アニール処理は、延伸シートを加熱ロールに接触させて行うことができる。
3.形状保持フィルムの用途
本発明の形状保持フィルムは、前述のように、優れた形状保持性を有する。このため、本発明の形状保持フィルムは、各種包装材、特に食品用の包装材として好ましく用いられる。食品用の包装材は、カップラーメンやプリン等の容器を密閉する蓋材であってもよいし、スナック菓子やレトルト食品等を包装する袋材であってもよい。
(積層フィルム・テープ)
また、形状保持フィルムの少なくとも一方の面の一部又は全部に粘着層、接着層、ヒートシール層、断熱層、耐熱層、耐候(耐光)層、耐薬品層、ガスバリア層、クッション層、印刷層、導電層、剥離(離型)層、光反射層、光触媒層、発泡体、紙、木材、不織布、金属、セラミック等、様々な機能を付与した層を配置した積層フィルム・テープとすることも好ましい。
(粘着フィルム・テープ)
更に、積層フィルム・テープの中でも、特に、粘着層を配置した粘着フィルム・テープは、本発明の形状保持フィルムの優れた形状保持性及び耐縦裂き性を生かし、例えば、シュリンクテープ、梱包用テープ、結束用テープ(ワイヤーハーネス結束用等)、包装用テープ、事務用テープ、生活用品用テープ(紙おむつ用、スポーツ用等)、マスキングテープ(塗装用、養生用等)、表面保護用テープ(光学用、FPC用プロテクトフィルム等)、防食用テープ、電気絶縁用テープ、両面テープ、医療用テープ(絆創膏等)、電気・電子機器用テープ、識別用テープ、装飾用テープ(メディア用、グラフィックディスプレイ用、マーキング用等)、建築・建材用テープ(熱線遮へい用、防音用、ガラス飛散防止用)、自動車用テープ、熱伝導テープ(放熱テープ等)、ラベル、シール等に用いることができる。
(包装材)
本発明の形状保持フィルムは優れた形状保持性及び耐縦裂き性を有するため、例えば食品類や洗剤類等の包装材、各種詰め替え用の包装材として好適である。更に、アルミニウム箔等の金属箔を含まない包装材とすれば、電子レンジでの加熱調理用の包装材としても好適である。
即ち、包装材は、前述の形状保持フィルムを含む袋状体又は筒状体である。袋の形態は特に制限されず、コーヒー、茶葉、ラーメン等に使用されているガゼット袋、レトルト食品、シャンプー等に使用されているスタンディングパウチ(自立性包装袋)、スナック菓子等に使用されているピロー包装等が含まれる。
図2は、袋状の包装材の一例を示す斜視図である。図2に示されるように、包装材15の開口面Pは、包装材を構成する形状保持フィルムの延伸方向と交差するように(好ましくは略直交するように)設けられる。包装材15の開口面Pとは、開口部15Aを含む平面である。略直交するとは、交差角度が90°である場合を含むことはもちろん、90°から若干ずれた範囲も含む。
包装材15を構成する形状保持フィルムは、延伸方向と平行な方向において、高い形状保持性を示す。このため、包装材15の開口部15Aを、その開口面Pが形状保持フィルムの延伸方向と好ましくは略直交するように形成することで、包装材15を自立させた状態で置いたり、開口部15Aを折り曲げるだけで袋を閉じたりすることができる。
このような包装材は、(1)形状保持フィルムを準備する工程と、(2)形状保持フィルム同士を重ね合わせるか、又は形状保持フィルムと他のフィルム(シート)とを重ね合わせる工程と、(3)重ね合わせた形状保持フィルムの一部をシールして包装材を得る工程と、を経て得ることができる。他のフィルム(シート)は、例えば熱可塑性樹脂のシート等であってよい。
形状保持フィルム同士を重ね合わせる方法には、一枚の形状保持フィルムを折り曲げて重ね合わせる方法と;二枚の形状保持フィルムを貼り合わせる方法とが含まれる。
重ね合わせた形状保持フィルムの一部をシールして包装材とする。シールは、接着剤によるシールでも、ヒートシールでもよいが、好ましくはヒートシールである。ヒートシール温度は、形状保持フィルム同士、又は形状保持フィルムと他のフィルム(シート)とを接着できる温度であればよく、例えば100〜300℃程度である。シール強度は、ヒートシール温度、ヒートシール回数、ヒートシール時間等により調整できる。
ヒートシール方法は、公知の方法であってよく、例えばバーシール、回転ロールシール、インパルスシール、高周波シール、及び超音波シール等であってよい。
本発明の形状保持フィルムを含む包装材は、高い形状保持性及び耐縦裂き性を有する。このため、自立させた状態で置いたり、袋の開口部を折り曲げるだけで袋を閉じたりすることができる。
上記のような包装材に用いられる形状保持フィルムの少なくとも一方の面上には、例えば、ガスバリア層、保護層、ヒートシール層等の他の層が配置されていてもよい。ガスバリア層は、金属層又は樹脂層であってよいが、軽量でガスバリア性が高い等の点から、好ましくはアルミニウム箔層である。アルミニウム箔層の厚みは、ガスバリア性が得られる程度であればよく、5〜20μm程度としうる。
保護層を構成する樹脂は、特に制限されないが、印刷性や強度を高めることができる等の点から、好ましくはポリエステル、ポリエチレン、ポリプロピレン、及びナイロン等である。ポリエステルは、好ましくはポリエチレンテレフタレート(PET)であり、ポリプロピレンは、好ましくは二軸延伸ポリプロピレン(OPP)であり、ナイロンは、好ましくは二軸延伸ナイロン(ONy)である。
なかでも、保護層として二軸延伸PETフィルムが好ましく用いられる。しかしながら、二軸延伸PETフィルムは反発弾性(スプリングバック性)が高いため、厚くすると形状保持性が損なわれ易い。一方、二軸延伸ポリプロピレンフィルム(OPP)は剛性が高いが反発弾性は低いため、形状保持性を損なうことなく形状保持フィルムの剛性や耐破袋性を高めうる。このため、二軸延伸ポリプロピレンフィルムを含み、かつ二軸延伸PETフィルムをできるだけ薄くすることで、形状保持性を保持しつつ、剛性と機械的強度に優れた形状保持フィルムを得ることができる。
保護層は、単層であっても、多層であってもよい。保護層(単層)の厚みは、ポリエステルであれば5〜20μm程度とし、ポリプロピレンであれば10〜30μm程度としうる。
ヒートシール層を構成する樹脂は、直鎖状低密度ポリエチレン(LLDPE)、低密度ポリエチレン(LDPE)、無延伸ポリプロピレン(CPP)、アイオノマー、及びポリスチレン等であってよい。ヒートシール層の厚みは10〜70μmが好ましい。
包装材に用いられる形状保持フィルムは、用途にもよるが、形状保持フィルムからなる層(形状保持フィルム層)と、保護層とを含むことが好ましく、ガスバリア層を更に含むことが好ましい。形状保持フィルム層は最表面に配置されても、中間に配置されてもよいが、最表面に配置されることが好ましい。形状保持フィルム層は、高い形状保持性を有するだけでなく、ヒートシール性や、(表面の凸凹構造による)印刷性も示すからである。例えば、形状保持フィルム層を包装材の内表面に配置すれば、包装材をヒートシールしたり、包装材の内側の面に印刷を施したりすることができる。形状保持フィルム層を包装材の外表面に配置すれば、包装材の外側の面に印刷を容易に施すことができる。
(異方性熱伝導フィルム)
更に、本発明の形状保持フィルムは、X方向(延伸方向)に高い引張弾性率を有することから、X方向に高い熱伝導率を有する。このため、本発明の形状保持フィルムは、異方性熱伝導フィルムとして用いることができる。異方性熱伝導フィルムのX方向(延伸方向)の熱伝導率は、通常、3.0W/mKを超えるので、熱伝導性のフィラー等を添加しなくても高い熱伝導率を達成できる。このため、本発明の形状保持フィルムを用いた異方性熱伝導フィルムは、熱伝導性フィラー等を添加した従来の熱伝導フィルムに比べて柔軟であり、薄くても十分な熱伝導性を有する。
異方性熱伝導フィルムの、熱を異方的に伝える性質は、X方向の熱伝導率とY方向の熱伝導率とから導かれる比(X方向の熱伝導率/Y方向の熱伝導率)に依存する。このため、異方性熱伝導フィルムのX方向の熱伝導率/Y方向の熱伝導率は、1超60以下であることが好ましい。
異方性熱伝導フィルムのX方向の熱伝導率は、以下のようにして測定される。(1)異方性熱伝導フィルムをカットして、長さ(延伸方向:X方向)30mm、幅(延伸方向と垂直方向:Y方向)3mmの短冊状サンプルを準備する。(2)短冊状サンプルの片面に、受光膜(Bi薄膜、厚み:約1000Å)を蒸着して試験サンプルとする。(3)光交流法を原理とする熱拡散率測定装置(LaserPIT、アルバック理工社製)を用いて、温度25℃における試験サンプルの長さ方向(X方向)の熱拡散率α(m/s)を測定する。(4)一方、示差走査熱量測定(DSC)法により、短冊状サンプルの比熱Cp(J/(kg・K))及び密度ρ(kg/m)を測定する。(5)各測定値を下記式にあてはめて、熱伝導率λ(W/mK)を求める。
熱伝導率λ=α×ρ×Cp
異方性熱伝導フィルムのY方向の熱伝導率は、前記(1)における異方性熱伝導フィルムの短冊状サンプルとは別に、長さ(延伸方向と垂直方向:Y方向)30mm、幅(延伸方向:X方向)3mmの短冊状サンプルを準備し;それを用いた試験サンプルの長さ方向(Y方向)の熱拡散率を測定する以外は、前述と同様にして測定すればよい。
異方性熱伝導フィルムの厚さは、20〜100μmであることが好ましく、30〜40μmであることが更に好ましい。異方性熱伝導フィルムの厚さが20μmよりも薄いと、異方性熱伝導フィルムを曲げたり、折ったりして収納する際にフィルムが破損し易くなる。一方、異方性熱伝導フィルムの厚さが100μmよりも厚いと、フィルムが剛直になり、電子機器等の狭いスペースに折り曲げた状態で収納し難くなる。
異方性熱伝導フィルムの形状は、理論上は、X方向の熱伝導率/Y方向の熱伝導率の比に基づいて決定されうる。異方性熱伝導フィルムのX方向(高引張弾性率方向)の長さL1と、Y方向(低引張弾性率方向)の長さW1の比L1/W1は60以下であることが好ましい。L1/W1が60を超えると、熱源から生じた熱が、異方性熱伝導フィルムのX方向の端部まで伝わらず、放熱できないからである。また、W1が小さ過ぎると、異方性熱伝導フィルムのY方向の熱の伝導を抑制できないからである。
但し、異方性熱伝導フィルムの形状は、実際には、後述のように熱源温度と環境温度;熱源と放熱体の配置によっても変わる。例えば、100℃の熱源を異方性熱伝導フィルムの中央部に配置し;室温(約23℃)下にて異方性熱伝導フィルムのX方向の両端部から(放熱体で)放熱することを想定した場合には、異方性熱伝導フィルムのX方向(高引張弾性率方向)の長さL1と、Y方向(低引張弾性率方向)の長さW1の比L1/W1が2.0以下、好ましくは1.9以下であれば、選択的に異方性熱伝導フィルムのX方向に熱放散させることができ、Y方向には熱を放散させ難くすることができる。
このように、異方性熱伝導フィルムは、X方向とY方向とで熱伝導度が異なるため、L1/W1が上記範囲となるような形状に切り出されることが好ましい。このような形状に切り出された異方性熱伝導フィルムは、X方向(高引張弾性率方向)には熱を伝導させつつ、Y方向(低引張弾性率方向)への熱の伝導を抑制できる。
また異方性熱伝導フィルムのX方向(高引張弾性率方向)の長さL1と、Y方向(低引張弾性率方向)の長さW1の比L1/W1は、X方向の熱伝導率/Y方向の熱伝導率の比から1.0超であることが好ましく、1.6以上であることが好ましい。電子機器などの熱源の周辺の異方性熱伝導フィルムの配置スペースが限られる場合、異方性熱伝導フィルムのY方向長さW1が(X方向長さX1に対して)大き過ぎると、熱源の周辺に異方性熱伝導フィルムを収納し難くなるからである。
異方性熱伝導フィルムの形状は、矩形状であっても、矩形状以外の形状であってもよい。異方性熱伝導フィルムのX方向の長さL1は、X方向のうち最大の長さを示し;Y方向の長さW1は、Y方向のうち最大長さを示す。
異方性熱伝導フィルムのX方向の長さとY方向の長さは、熱源の温度によって適宜変更することができる。熱源の温度が高ければ、熱源から生じた熱の伝導領域が大きくなるため、異方性熱伝導フィルムのX方向の長さとY方向の長さは(前記L1/W1の比を保ちつつ)大きくなる。熱源の温度が低ければ、熱源から生じた熱の伝導領域が小さくなるため、異方性熱伝導フィルムのX方向の長さとY方向の長さは(前記L1/W1の比を保ちつつ)小さくなる。いずれにせよ、異方性熱伝導フィルムのX方向の長さが、少なくとも放熱体まで熱を伝導させることができる長さであればよい。
本発明の形状保持フィルムを用いた異方性熱伝導フィルムは、前述のように、高い形状保持性と熱伝導性とを有し、かつ柔軟性を有するため収納性にも優れる。このため、本発明の異方性熱伝導フィルムは、各種電子機器;特に熱源の周辺に十分なスペースがない電子機器における放熱装置に好ましく用いることができる。このような放熱装置では、熱に弱い回路へ熱源からの熱を伝えることを防ぎつつ、放熱体へ効率良く熱を伝えることができる。
異方性熱伝導フィルムが用いられる電子機器の例には、各種家電、照明、PC、携帯電話、スマートフォン、デジカメ、ゲーム機、電子ペーパー、電気自動車、及びハイブリッド車等が含まれる。電子機器における熱源は、特に制限されないが、例えばトランジスタ、CPU、IC、LED、及びパワーデバイス等が挙げられる。
また、異方性熱伝導フィルムは、良好な形状保持性と、高い熱伝導率とを有するだけでなく、更には実質的に樹脂からなるため冷感、触感に優れる。このため、本発明の異方性熱伝導フィルムは、前記電子機器に限らず、衣料(スーツ、作業着)、マスク、帽子、及び寝装等の日用品にも用いることができる。
更に、本発明の異方性熱伝導フィルムは、極低温の用途にも用いることができる。具体的には、液体天然ガスや液体水素の輸送、貯蔵、ハンドリングに使用するバルブ等の接続機器や手袋等の構成材料;リニアモーターカーの低温部分の構成材料;血液成分、骨髄液、精子の体液や細胞等を保存する冷凍保存容器;超伝導磁気共鳴装置等の構成材料;ロケット、宇宙輸送システムに使用する構成材料;超高密度メモリー、医用診断装置、加速器、核融合炉の構成材料が挙げられる。
なかでも、本発明の異方性熱伝導フィルムは、発熱素子等の熱源を有する電子機器における放熱装置として好ましく用いられる。即ち、放熱装置は、熱源で生じた熱を伝導する異方性熱伝導フィルムと、この異方性熱伝導フィルムを伝導した熱を除去する放熱体と、を有する。
放熱体は、異方性熱伝導フィルムのX方向(高引張弾性率方向)の一端又は両端に配置されることが好ましい。放熱体は、異方性熱伝導フィルムのX方向(高引張弾性率方向)端部だけでなく、異方性熱伝導フィルムの平面内にX方向に複数配置されてもよい。これにより、放熱装置の放熱効率を向上させることができる。
放熱体は、特に限定されず、公知の放熱体を用いることができる。放熱体の例には、放熱ファン等の冷却装置、冷却配管、金属等の熱伝導が高い材料で作製された大面積の部材(例えば放熱板、ヒートシンク等)等が挙げられる。電子機器における放熱体は、例えば電子機器の筐体そのものであってもよい。
このような放熱装置は、任意の方法で製造することができる。具体的には、異方性熱伝導フィルムと放熱体とを公知の方法で接続することにより製造することができる。異方性熱伝導フィルムと放熱体との接続方法には、例えば異方性熱伝導フィルムを放熱体に加熱融着させる方法;公知の接着剤を用いて固定する方法;異方性熱伝導フィルムを、放熱体に設けられた固定手段で挟み固定する方法等が含まれる。なお、放熱体と異方性熱伝導フィルムは、異方性熱伝導フィルム(形状保持フィルム)の基材層が放熱体と接するように接続されることが好ましい。
熱源と異方性熱伝導フィルムとは、必ずしも接している必要はないが、熱源からの放熱効率を高めるためには、熱源と異方性熱伝導フィルムとが接していることが好ましい。
異方性熱伝導フィルム、熱源、及び放熱体の好ましい位置関係は、前述の通り、理論上は、X方向の熱伝導率/Y方向の熱伝導率との比に基づいて決定されうる。このため、異方性熱伝導フィルムのX方向における、熱源の異方性熱伝導フィルムへの投影部の中心、又は異方性熱伝導フィルムの熱源との接触部の中心から放熱体までの距離L2と;前記投影部の中心又は接触部の中心を通る、異方性熱伝導フィルムのY方向の一方の端部から他方の端部までの距離W2との比L2/W2が30以下であることが好ましい。L2/W2が30超であると、L2が大き過ぎて、異方性熱伝導フィルムのX方向の端部に配置された放熱体まで熱を伝導させ難くなったり;W2が小さ過ぎて、異方性熱伝導フィルムのY方向の熱伝導を抑制できなかったりするからである。
但し、異方性熱伝導フィルム、熱源、及び放熱体の実際の位置関係は、熱源温度と環境温度によっても変わる。例えば、100℃の熱源で生じる熱を、室温(約23℃)下で異方性熱伝導フィルムを用いて放熱させる場合、異方性熱伝導フィルムのX方向における、熱源の異方性熱伝導フィルムへの投影部の中心又は異方性熱伝導フィルムの熱源との接触部の中心から放熱体までの距離L2と;前記投影部の中心又は接触部の中心を通る、異方性熱伝導フィルムのY方向の一方の端部から他方の端部までの距離W2との比L2/W2が1.0以下、好ましくは0.95以下であれば、選択的に異方性熱伝導フィルムのX方向に熱を放散させることができ、Y方向には熱を放散させ難くすることができる。
本発明の異方性熱伝導フィルムは、前述の通り、X方向(高引張弾性率方向)とY方向(低引張弾性率方向)とで熱伝導率が異なる。このため、L2/W2が上記範囲となるように、異方性熱伝導フィルムの形状や;熱源、異方性熱伝導フィルム、及び放熱体の位置関係を調整することで、熱源から発生する熱を、異方性熱伝導フィルムのX方向には放熱体まで効率よく伝わり易くし、Y方向には伝わり難くすることができる。
図3は、熱源、異方性熱伝導フィルム、及び放熱体の位置関係の一例を示す模式図である。このうち図3(A)は側面図であり、図3(B)は上面図である。図3に示されるように、発熱素子等の熱源22の近くに、異方性熱伝導フィルム24と放熱体26とを有する放熱装置20が配置される。異方性熱伝導フィルム24のX方向における、熱源22の異方性熱伝導フィルム24への投影部の中心22Aから放熱体26までの距離がL2で示され;熱源22の異方性熱伝導フィルム24への投影部の中心22Aを通る、異方性熱伝導フィルム24のY方向の一方の端部から他方の端部までの距離がW2で示される。
L2/W2が上記範囲となるように、熱源22、異方性熱伝導フィルム24、及び放熱体26を配置することで、熱源22で発生した熱が、異方性熱伝導フィルム24のX方向(高引張弾性率方向)に良好に伝わり、放熱体26で除去される。一方、異方性熱伝導フィルム24のY方向(低引張弾性率方向)には熱が伝わり難いため、異方性熱伝導フィルム24の近傍の他の電気回路(不図示)が熱により破損しにくい。
異方性熱伝導フィルムのX方向の長さ及びY方向の長さは、熱源の温度によって、適宜変更することができる。熱源の温度が高ければ、熱源から生じた熱の伝導領域が大きくなるため、異方性熱伝導フィルムのX方向の長さ及びY方向の長さは前記比率を保ちながら大きくなる。熱源の温度が低ければ、熱源から生じた熱の伝導領域が小さくなるため、異方性熱伝導フィルムのX方向の長さ及びY方向の長さは小さくなる。
前記L2/W2は、X方向の熱伝導率/Y方向の熱伝導率の比から0.5超であることが好ましく、0.8以上であることが更に好ましい。電子機器等の熱源周辺におけるスペースが十分でない場合、異方性熱伝導フィルムのY方向の長さW2が(X方向の長さL2に対して)大き過ぎると、熱源の周辺に異方性熱伝導フィルムを収納し難いからである。
異方性熱伝導フィルムのY方向長さW2は、X方向の位置によって異なっていてもよい。例えば、熱に弱いデバイスに近い箇所の異方性熱伝導フィルムのY方向長さを大きくし、他の箇所の異方性熱伝導フィルムのY方向の長さを小さくしてもよい。
図4は、本発明の異方性熱伝導シートを組み込んだ電子機器の一例を示す模式図である。図4に示されるように、放熱構造30は、プリント基板31上に配置された発熱素子等の熱源32と接して配置され、かつプリント基板31面と平行に配置された異方性熱伝導フィルム34と、異方性熱伝導フィルム34の、熱源32と接する面とは反対側の面に接するように配置された放熱体36とを有する。異方性熱伝導フィルム34を、本発明の異方性熱伝導フィルムとすることができる。図4における、異方性熱伝導フィルム34の長手方向がX方向(高引張弾性率方向)となる。
このような放熱構造30では、異方性熱伝導フィルム34はX方向の熱導電性が高いため、矢印に示されるように熱源32で発生する熱がX方向に流れてスムーズに放熱体36まで伝わる。そして、異方性熱伝導フィルム34を伝わった熱は放熱体36で除去される。
図5は、本発明の異方性熱伝導シートを組み込んだ電子機器の一例を示す模式図である。図5において、図4と同一の機能または部材に同一の符号を付す。図5に示されるように、放熱構造30’は、プリント基板31の両面に配置された熱源32A〜32Dと離間し、かつプリント基板31と交差するように配置された放熱体36と、熱源32A及び32Bと放熱体36とを連結するように折り曲げられて配置された異方性熱伝導フィルム34Aと;熱源32C及び32Dと放熱体36とを連結するように折り曲げられて配置された異方性熱伝導フィルム34Bとを有する。図5における、異方性熱伝導フィルム34Aと異方性熱伝導フィルム34Bの長手方向がX方向(高引張弾性率方向)となる。
このような放熱構造30’では、プリント基板31の一方の面に配置された複数の熱源32A及び32Bで生じた熱は、異方性熱伝導フィルム34AをそのX方向(矢印方向)にスムーズに伝わり、放熱体36で除去される。同様に、プリント基板31の一方の面に配置された複数の熱源32C及び32Dで生じた熱は、異方性熱伝導フィルム34BをX方向(矢印方向)に伝わって放熱体36で除去される。このように、異方性熱伝導フィルム34A及び34Bは、柔軟性が高く、形状保持性も高いので、図5に示されるように折り曲げられた形状を保持することができる。
4.形状保持繊維
本発明の形状保持繊維は、エチレン系重合体を含む少なくとも一層の基材層と、高分子材料を含む少なくとも一層の軟質層とを備える。この「エチレン系重合体」は、前述の形状保持フィルムの基材層を構成するエチレン系重合体と同一である。また、「高分子材料」は、前述の形状保持フィルムの軟質層を構成する高分子材料と同一である。
本発明の形状保持繊維の太さは、200デニール以下、好ましくは100デニール以下であり、更に細くしてもよい。マイクロマルチフィラメントとする場合には、数デニールとすることが好ましい。デニールとは、9000メートルの繊維の質量をグラム単位で表したものである。形状保持繊維の太さは、繊維を織物としたときの織物の風合い(例えば、やわらかさ)に強く影響する。また、形状保持繊維の長さは、その用途に応じて適宜調整すればよい。
本発明の形状保持繊維は、優れた形状保持性を有する。形状保持性は、90°曲げ試験による戻り角度で示される。本発明の形状保持繊維の繊維方向に対する90°曲げ試験による戻り角度は35°以下である。形状保持繊維の繊維方向に対する90°曲げ試験による戻り角度は、繊維に裁断される前のフィルム(形状保持フィルム)の90°曲げ試験による戻り角度であるとみなされる。そして、形状保持フィルムの90°曲げ試験による戻り角度は、以下のようにして測定できる。即ち、形状保持フィルムをカットして、幅(ポリエチレンの分子鎖の伸びきり方向と直交する方向)10mm、長さ(ポリエチレンの分子鎖の伸びきり方向)50mmの試料片60を準備する。そして、試料片60を、鋼材62の角部(二つの面62A,62Bで構成される角部)に沿って90°に折り曲げた状態で約5秒間保持した後(図6(A)参照)、角部を構成する一方の面62Aに試料片60を密着させたまま、角部を構成する他方の面62Bから試料片60を剥離させて折り曲げ状態を解除したときの、他方の面62Bと試料片60とのなす角度θを測定すればよい(図6(B)参照)。90°戻り角度の測定は、温度23℃、湿度55%RHの条件下で行うことができる。
本発明の形状保持繊維の引張弾性率は10〜50GPaであり、好ましくは13〜50GPaである。形状保持繊維の引張弾性率が10GPa未満であると、十分な形状保持性が得られ難い。一方、引張弾性率が50GPa超であると繊維が脆くなり、織物に成形することができなくなることがある。なお、形状保持繊維の引張弾性率は、繊維に裁断される前のフィルム(形状保持フィルム)の引張弾性率であるとみなされる。
本発明の形状保持繊維は、前述の形状保持フィルムを裁断することで得られる。形状保持フィルムの一軸延伸の延伸倍率を調整することで、得られる形状保持繊維の引張弾性率を調整することができる。一軸延伸の延伸倍率が高いほど、ポリエチレンの分子鎖を伸ばし延伸ポリエチレンフィルムの引張弾性率を高めることができる。
本発明の形状保持繊維は、繊維長さ方向に高い熱伝導性を有する。具体的には、繊維の長さ方向の熱伝導率を3〜30W/mKとすることができ、更には10〜30W/mKとすることができる。なお、形状保持繊維の熱伝導率は、繊維に裁断される前のフィルム(形状保持フィルム)の熱伝導率とみなされる。
形状保持繊維の繊維長さ方向の熱伝導性は、繊維の製造プロセス(後述)における一軸延伸の延伸倍率によって調整されうる。一軸延伸することによって、形状保持繊維に含まれるポリエチレンが、延伸方向とそれに垂直な方向とで異方性を示す。一軸延伸の延伸倍率が高いほど、異方性が高くなる。異方性を有するポリマー(特に結晶性ポリマー)の延伸方向の熱伝導性は、等方性を有するポリマーの熱伝導性と比較して向上する。
本発明の形状保持繊維は、種々の用途に用いられうる。針金のように止め具として用いてもよいし;織物を構成する繊維として用いれば、織物に形状保持性を付与することもできる。
5.形状保持繊維の用途
本発明の形状保持繊維の用途の具体例としては、各種衣料(シャツ、スーツ、ブレザー、ブラウス、コート、ジャケット、ブルゾン、ジャンパー、ベスト、ワンピース、ズボン、スカート、作業服、各種ユニフォーム、パンツ、下着(スリップ、ペチコート、キャミソール、ブラジャー)、靴下、足袋、和服、帯地、金襴)、冷感衣料、ネクタイ、ハンカチーフ、テーブルクロス、手袋、サポーター、コルセット、履物(スニーカー、ブーツ、サンダル、草履、パンプス、ミュール、スリッパ、バレエシューズ、カンフーシューズ)、マフラー、スカーフ、ストール、アイマスク、タオル、袋物、バッグ(トートバッグ、ショルダーバッグ、ハンドバッグ、ポシェット、ショッピングバッグ、エコバック、リュックサック、デイパック、スポーツバッグ、ボストンバッグ、ウエストバッグ、ウエストポーチ、セカンドバック、クラッチバッグ、バニティ、アクセサリーポーチ、マザーバッグ、パーティバッグ、和装バッグ)、ポーチ・ケース(化粧ポーチ、ティッシュケース、めがねケース、ペンケース、ブックカバー、ゲームポーチ、キーケース、パスケース、たばこケース、ライターケース)、財布、帽子(ハット、キャップ、キャスケット、ハンチング帽、テンガロンハット、チューリップハット、サンバイザー、ベレー帽)、ヘルメット、頭巾、ベルト、エプロン、テーブルクロス、コースター、リボン、コサージュ、ブローチ、カーテン、壁布、シートカバー、シーツ、布団、布団カバー、毛布、枕、枕カバー、ソファー、ベッド、かご、各種ラッピング材料、室内装飾品、自動車用品、自転車用品、ベビーカー、チャイルドシート、玩具、手芸用品、造花、マスク、ガーゼ、包帯、おむつ、ロープ、傘、レインコート、スポーツ用品、介護用品、乳幼児用品、医療用品、生理用品、各種ネット、魚網、セメント補強材、スクリーン印刷用メッシュ、各種フィルター(自動車用、家電用)、各種メッシュ、敷布(農業用、レジャーシート)、土木工事用織物、建築工事用織物、ろ過布等を挙げることができる。なお、上記具体例の全体を本発明の形状保持繊維で構成してもよいし、形状保持性が要求される部位のみ本発明の形状保持繊維で構成してもよい。また、他素材と貼り合わせたり、縫い合わせたりして、組み合わせて構成してもよい。例えば、布、不織布等と組み合わせて用いることができる。
また、本発明の形状保持繊維は、軽量、強靭、及び変形容易等の特性を有するものである。よって、本発明の形状保持繊維及びその織物は、例えば、ガラス繊維、炭素繊維、アラミド繊維等が採用されている各種の補強材としての用途に適用することができる。具体的には、航空機、自動車、電車等の補強、及びこれらの装備品等に用いることができる。特に、本発明の形状保持繊維及びその織物は、自動車のボディ、エアバッグ、シートベルト、ドア、バンパー、コックピットモジュール、コンソールボックス、グローブボックス等に用いることができる。
6.形状保持繊維の製造方法
本発明の形状保持繊維は、(1)エチレン系重合体を含む少なくとも一層の基材層と、高分子材料を含む少なくとも一層の軟質層と、を備えた原反フィルムを得る第一の工程と、(2)この原反フィルムを延伸倍率が10〜30倍となるように、高分子材料の融点Tm2よりも高い温度で延伸(好ましくは一軸延伸)する第二の工程と、(3)延伸して得られた形状保持フィルムをマイクロスリット法と称される手法で裁断する第三の工程と、を有する製造方法により製造することができる。高密度のポリエチレンは溶融紡糸が困難な場合があるため、フィルムを解繊することで繊維化することが好ましい。なお、上記の第一の工程及び第二の工程は、前述の形状保持フィルムの製造方法における第一の工程及び第二の工程と同様である。
第三の工程において裁断される形状保持フィルムは、基材層を二層有するとともに、二層の基材層の間に軟質層が挟持された、三層構造を有する積層体であることが好ましい。このような三層構造を有する積層体は、基材層と軟質層の二層からなる積層体に比して裁断加工し易いためである。また、このような三層構造を有する積層体を裁断して得られる形状保持繊維は、織物等に加工することが容易である。
また、第三の工程において裁断される形状保持フィルムは、その表面に他の層を積層した積層フィルムであってもよい。他の層は、製造される形状保持繊維に意匠性を付与するための層でありうる。意匠性を付与するための層とは、例えば、金属光沢や色相を有する層をいう。例えば、形状保持フィルムに金属層を積層してもよい。金属層は従来の手法を用いて形成され、真空蒸着法やスパッタリング法等を用いて形成されうる。
形状保持フィルム、又はそれに任意の層を積層したフィルムを、マイクロスリット法によって裁断することで形状保持繊維を得ることができる。マイクロスリット法とは、裁断されるフィルムをレーザー刃やロータリーシャー(回転刃)等のスリット刃を備えたマイクロスリッターに送り込み、裁断する手法である。
形状保持フィルムを繊維に裁断するときの裁断方向は、形状保持フィルムのポリエチレンの分子鎖の伸びきり方向(主たる延伸方向)と平行にすることが好ましい。これにより、形状保持性と熱伝導性に優れた形状保持繊維が得られる。
スリット刃のスリット幅は、100〜500μmであることが好ましい。スリット幅は、得られる形状保持繊維の断面の長辺に対応する。
7.織物
本発明の形状保持繊維を一定の規則によって交錯させ、フィルム状に仕上げることによって織物とすることができる。なお、織物を構成する繊維の全部が本発明の形状保持繊維であっても、一部のみが本発明の形状保持繊維であってもよい。織物を構成する繊維の一部又は全部を本発明の形状保持繊維とすることで、織物に形状保持性を付与することができる。
織物の組織構造に特に制限はない。例えば、平織り、綾織り、朱子織り等の基本的な組織構造であってもよく、横編み、縦編み、丸編み、クロス編み等の立体的構造であってもよい。また、織物は、三次元的構造を有する織物であってもよい。三次元的構造を有する織物とは、二次元的構造に加えて、その厚み方向にも繊維を編み込むことで立体的に仕上げた織物である。
三次元的構造を有する織物を構成する繊維のうち、少なくとも、その厚み方向に編み込まれた繊維や縫ったりした繊維の一部又は全部を、本発明の形状保持繊維とすることが好ましい。前記の通り、本発明の形状保持繊維は、繊維長さ方向に高い熱伝導性を有する。そのため、本発明の形状保持繊維が、織物の厚み方向に配向していれば、織物の厚み方向への熱伝導性が高まる。
三次元的構造を有する織物の例は、例えば、特表2001−513855号公報に記載されている。特表2001−513855号公報には、平面構造を構成する2組の直角の横糸と、厚み方向の縦糸とを有する三次元織物が記載されている。この厚み方向の縦糸を本発明の形状保持繊維とすれば、厚み方向への熱伝導性が高まる。
また、本発明の形状保持繊維を撚糸としてもよい。撚糸とする手段は特に限定されない。撚糸を得るための手段の具体例としては、(1)本発明の形状保持繊維1本を単独で撚る、(2)本発明の形状保持繊維の複数本をまとめて撚る、(3)本発明の形状保持繊維と、他の単独または複数種の繊維とを撚る、(4)本発明の形状保持繊維1本を単独で撚った後、芯糸に巻きつける、(5)本発明の形状保持繊維の複数本をまとめて芯糸に巻きつける、(6)本発明の形状保持繊維と、他の繊維とをまとめて芯糸に巻きつける、(7)他の繊維を撚った後、本発明の形状保持繊維(芯糸)に巻きつける、等を挙げることができる。なお、得られた撚糸を織物にすることもできる。撚糸とすることで、繊維の長さ方向がランダム化される。このため、撚糸とした本発明の形状保持繊維を織物とすれば、織物のフィルム厚み方向への熱伝導性が高まる。また、本発明の形状保持繊維を撚糸とすることで、織物への加工が容易となる。
また、本発明の形状保持繊維を束ねることで、マイクロマルチフィラメントとしてもよい。マイクロマルチフィラメントとされる繊維は、通常、数デニールにまで細繊化することが好ましい。マイクロマルチフィラメントを織物とすることで、織物の感触と透明性を調整することができる。
本発明の織物の密度は特に限定されないが、本発明の形状保持繊維の密度が高まれば、熱伝導性を高めることができる。
本発明の織物は、種々の用途に用いられうるが、例えば衣服などに用いられることで放熱性の高い衣服が得られる。
以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説明する。本発明の技術的範囲はこれらの実施例に限定されるものではない。
1.各種原料
HDPE:高密度ポリエチレン(商品名「ノバッテックHD HB530」、日本ポリエチレン社製)、密度:965kg/m、Mw/Mn:15.8、MFR(190℃):0.36g/10min
LLDPE(1):直鎖状低密度ポリエチレン(商品名「エボリューH SP4505」、プライムポリマー社製)、
LLDPE(2):直鎖状低密度ポリエチレン(商品名「モアテック 0278G」、プライムポリマー社製)
熱可塑性エラストマー:α−オレフィン共重合体(商品名「タフマーA4090」、三井化学社製)、融点Tm2:77℃
2.形状保持フィルムの製造(実施例1)
HDPEを基材層(A)及び(B)の原料として用いるとともに、熱可塑性エラストマーを軟質層の原料として用いた。フルフライト型のスクリューを備えた三種三層押出機を使用して、それぞれの層の原料を溶融した。三種類の溶融樹脂を多層ダイ内で、基材層(A)/軟質層/基材層(B)の積層順となるように260℃で共押し出しして積層し、原反フィルムを得た。得られた原反フィルムを、ロール一軸延伸機を使用して120℃で一軸延伸し、延伸倍率15倍、総厚40μmの一軸延伸フィルムを得た。
また、得られた一軸延伸フィルムを片刃剃刀で切断し、その断面をマイクロスコープ(キーエンス社製)で観察した。図7に実施例1で得た一軸延伸フィルムの断面を表す光学顕微鏡写真を示す。図7においては、一軸延伸フィルムの延伸方向に直交する断面が示されている。図7に示すように、得られた一軸延伸フィルムにおいては、基材層(B)42、軟質層45、及び基材層(A)40がこの順で積層されている。なお、図7中、符号50,52はフィルム表面を示し、符号54,56はフィルムを固定するための治具を示す。
(実施例2)
延伸倍率20倍に原反フィルムを延伸したこと以外は、前述の実施例1と同様にして一軸延伸フィルムを得た。なお、得られた一軸延伸フィルムの延伸方向(X方向)の熱伝導率は7.86W/mKであり、X方向と略直交する方向(Y方向)の熱伝導率は0.289w/mKであった。
(比較例1)
HDPEを原料とし、押出機を使用して260℃で溶融混錬した。溶融混練した原料をTダイから吐出させ、厚さ600μmの原反シートを得た。得られた原反フィルムを、加熱ロールを使用して120℃で一軸延伸し、延伸倍率15倍、総厚40μmの一軸延伸フィルムを得た。
(比較例2)
100重量部のHDPEに対して3重量部のLLDPE(1)を添加した混合物を原料として用いるとともに、単層の原反フィルムを押し出して得たこと以外は、前述の実施例1と同様にして一軸延伸フィルムを得た。
(比較例3)
100重量部のHDPEに対して10重量部のLLDPE(1)を添加した混合物を原料として用いたこと以外は、前述の比較例2と同様にして一軸延伸フィルムを得た。
(比較例4)
100重量部のHDPEに対して3重量部のLLDPE(2)を添加した混合物を原料として用いたこと以外は、前述の比較例2と同様にして一軸延伸フィルムを得た。
(比較例5)
100重量部のHDPEに対して10重量部のLLDPE(2)を添加した混合物を原料として用いたこと以外は、前述の比較例2と同様にして一軸延伸フィルムを得た。
3.各種評価方法
(1)密度
JIS K7112 D法に準拠し、浸漬液としてエタノール/水を使用して基材層の密度を測定した。
(2)引張弾性率
形状保持フィルムをカットして、幅(一軸延伸フィルムの延伸方向と直交する方向)10mm、長さ(一軸延伸フィルムの延伸方向)120mmの短冊状の試料片を得た。JIS K7161に準拠し、引張試験機を用いてチャック間距離100mm、引張速度100mm/分で、得られた試料片の延伸方向の引張弾性率を測定した。5つの試料片について引張弾性率を測定し、平均値を算出した。なお、測定は温度23℃、湿度55%RHの条件下で実施した。
(3)戻り角度
形状保持フィルムをカットして、幅(一軸延伸フィルムの延伸方向と直交する方向)10mm、長さ(一軸延伸フィルムの延伸方向)50mmの試料片を得た。図1(A)に示すように、試料片10を、厚みが1.2mmの板材12の下面、端部及び上面にわたって巻き付けた。このようにして、試料片10を180°に折り曲げて、(手で押さえて、または1kgの重りを載せて)折り曲げ状態を約30秒間保持した。その後、図1(B)に示すように、(手を離してまたは1kgの重りを外して)折り曲げ状態を解除した。折り曲げ状態を解除して30秒間後の、板材の上面12Aと試料片10のなす角θを「戻り角度」として測定した。なお、測定は温度23℃、湿度55%RHの条件下で実施した。
(4)引裂強度
エルメンドルフ引裂き試験機(東洋精機製作所社製、F.S=1000mN)を使用し、寸法:63mm幅×75mm長のフィルム片に長さ20mmのスリットを入れたものを16枚重ねた試験片を、フィルムの延伸方向と平行に引き裂いたときに要する力を測定した。
4.評価結果
実施例1及び比較例1〜5の形状保持フィルムについて、引張弾性率、戻り角度、及び引裂強度を測定した。結果を表1に示す。また、フィルム中の低融点材料の割合(重量%)に対して引裂強度(mN)をプロットしたグラフを図8に示す。更に、フィルム中の低融点材料の割合(重量%)に対して戻り角度(°)をプロットしたグラフを図9に示す。
表1及び図8に示すように、実施例1で得た一軸延伸フィルム(形状保持フィルム)は、比較例1〜5で得た一軸延伸フィルム(形状保持フィルム)に比して、引裂強度が顕著に高いことが明らかである。また、図8及び9に示すように、フィルム中の低融点材料(LLDPE)の割合が増加すると、引裂強度が向上する一方で、戻り角度が増加する傾向にあることが分かる(比較例1〜5を参照)。これに対して、実施例1及び2の結果から明らかなように、基材層の構成材料に低融点材料を実質的に混ぜ込まず、低融点材料(熱可塑性エラストマー)を含む軟質層と基材層とを積層したことで、引裂強度が著しく向上するとともに、戻り角度はほとんど増加せず、形状保持性が高いレベルで維持された。なお、実施例2で得られた一軸延伸フィルムは、実施例1で得られた一軸延伸フィルムよりもフィルムの厚さが厚いため、延伸倍率が高くなっても引裂強度が高くなっている。
本発明の形状保持フィルムは、形状保持性に優れているとともに、引張弾性率が高く、かつ耐縦裂け性が良好であるため、各種の電子機器に組み込まれる放熱装置用の異方性熱伝導フィルムや、形状保持繊維の材料として好適である。
10,60 試料片
12 板材
12A 板材の上面
15 包装材
15A 開口部
20 放熱装置
22 熱源
24,34,34A,34B 異方性熱伝導フィルム
26,36 放熱体
31 プリント基板
32,32A,32B,32C,32D 熱源
30,30’ 放熱構造
40 基材層(A)
42 基材層(B)
45 軟質層
50,52 フィルム表面
54,56 治具
62 鋼材
12A,12B 面

Claims (13)

  1. 密度が900kg/m以上であり、重量平均分子量(Mw)/数平均分子量(Mn)が5〜20であるエチレン系重合体を含む少なくとも一層の基材層と、
    高分子材料を含む少なくとも一層の軟質層と、を備え、
    前記エチレン系重合体は、エチレン単独重合体又は炭素数3〜6のα−オレフィン単位の含有量が2重量%未満であるエチレン−α−オレフィン共重合体であり、
    前記高分子材料の融点Tm2は、前記エチレン系重合体の融点Tm1よりも低く、
    引張弾性率が10〜50GPaであり、180°曲げ試験による戻り角度が65°以下である、形状保持フィルム。
  2. 前記基材層の一方の面上に前記軟質層が直接積層された積層体である、請求項1に記載の形状保持フィルム。
  3. 前記基材層を二層有するとともに、二層の前記基材層の間に前記軟質層が挟持された積層体である、請求項1に記載の形状保持フィルム。
  4. 前記高分子材料の融点Tm2が、前記エチレン系重合体の融点Tm1よりも5℃以上低い、請求項1に記載の形状保持フィルム。
  5. 前記高分子材料の融点Tm2が125℃以下である、請求項1に記載の形状保持フィルム。
  6. 前記高分子材料が、炭化水素系プラスチック、ビニル系プラスチック、及び熱可塑性エラストマーからなる群より選択される少なくとも一種である、請求項1に記載の形状保持フィルム。
  7. 前記軟質層の厚さの総和が、前記基材層の厚さの総和の5〜40%である、請求項1に記載の形状保持フィルム。
  8. 一軸延伸フィルムである、請求項1に記載の形状保持フィルム。
  9. 延伸方向における引張弾性率が10〜50GPaであり、前記延伸方向と略直交する方向における引張弾性率が6GPa以下である、請求項8に記載の形状保持フィルム。
  10. 厚さが20〜100μmである、請求項1に記載の形状保持フィルム。
  11. 請求項1に記載の形状保持フィルムの製造方法であって、
    密度が900kg/m以上であり、重量平均分子量(Mw)/数平均分子量(Mn)が5〜20であるエチレン系重合体を含む少なくとも一層の基材層と、
    高分子材料を含む少なくとも一層の軟質層と、を備え、
    前記エチレン系重合体は、エチレン単独重合体又は炭素数3〜6のα−オレフィン単位の含有量が2重量%未満であるエチレン−α−オレフィン共重合体であり、
    前記高分子材料の融点Tm2は、前記エチレン系重合体の融点Tm1よりも低い原反フィルムを得る第一の工程と;
    前記原反フィルムを延伸倍率が10〜30倍となるように延伸する第二の工程と;
    を含む、形状保持フィルムの製造方法。
  12. 請求項1に記載の形状保持フィルムと、
    前記形状保持フィルムの少なくとも一方の面の一部又は全部に配置された粘着層と、を備えた、積層テープ。
  13. 請求項1に記載の形状保持フィルムを含む、異方性熱伝導フィルム。
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