JP5672735B2 - 空洞含有ポリエステルフィルム - Google Patents

Description

本発明は、ポリエステルフィルムに関する。さらに詳しくは、空洞含有ポリエステルフィルム、特に熱寸法安定性と低比重を兼ね備えた空洞含有ポリエステルフィルムに関する。

空洞含有ポリエステルフィルムは、インクジェット、感熱転写、オフセット印刷などの印刷記録受容シートの基材や太陽電池のバックシート、液晶ディスプレイ用バックライトユニットの反射板などとして広く用いられている。この空洞含有ポリエステルフィルムは、ポリエステルに無機微粒子または／および非相溶樹脂を含有させて製造することが一般的である。

無機粒子または／および非相溶樹脂を含有させる方法では、フィルム内部の空洞部分により、見かけ比重が軽くなる傾向があり、クッション性や絶縁性などが高く、単位面積あたりのコスト面でも有利である反面、熱寸法安定性に劣ることが多い。特許文献１には、熱寸法安定性が比較的良好であり、かつ低比重の白色ポリエステルフィルムが記載されているが、現在の市場の要求に合致できるものではない。高レベルの熱寸法安定性と低比重性およびそれに付随する特性を同時に、かつ安定して達成することが求められている。

特開平３−１７８４２１号公報

本発明は、かかる従来技術の問題点を解決することを課題とし、優れた熱寸法安定性と低比重およびそれに付随する特性を同時に、かつ安定して達成することができ、太陽電池のバックシートや液晶ディスプレイ用バックライトユニットの反射板などとして好適に用いることのできる、空洞含有ポリエステルフィルムを提供することを目的とする。

かかる目的を達成するため、本発明の空洞含有ポリエステルフィルムは下記の構成からなるものである。すなわち本発明の空洞含有ポリエステルフィルムは、ポリエステルとポリエステルに非相溶な成分としてポリメチルペンテンを含有する層（Ｂ層）と、Ｂ層の両面に、ポリエステルを含有する層（Ａ層）を有するフィルムであって、Ｂ層に対してポリメチルペンテンを５重量％以上３５重量％以下含有し、フィルム全体の見かけ比重が０．６５ｇ／ｃｍ^３以下であり、１５０℃３０分での熱収縮率が長手方向、幅方向ともに０．６％以下であり、部分放電電圧Ｕｍａｘ（Ｖ）とフィルム厚みＴ（μｍ）が下記式を満足し、部分放電電圧Ｕｍａｘ（Ｖ）が１０４０〜１３００であることを特徴とする空洞含有ポリエステルフィルム、である。
Ｕｍａｘ≧Ｔ×２＋６００

本発明によれば、優れた熱寸法安定性と低比重性およびそれに付随する特性を同時に、かつ安定して達成することができ、太陽電池のバックシートや液晶ディスプレイ用バックライトユニットの反射板などとして好適に用いることのできる、空洞含有ポリエステルフィルムを提供することができる。

以下、本発明を詳細に説明する。

［層構成］
本発明の空洞含有ポリエステルフィルムは、ポリエステルとポリエステルに非相溶な成分を含有する層（Ｂ層）と、該Ｂ層の両側に、ポリエステルを含有する層（Ａ層）を有する積層フィルムである。Ａ層とそれに隣接するＢ層を有する積層フィルムは、いくつの層から構成されてもよい。例えば、Ａ層／Ｂ層／Ａ層の３層構成、あるいは４層以上の構成であってもよいが、製膜上の容易さと製膜安定性を考慮するとＡ層／Ｂ層／Ａ層の３層構成が好ましい。

［ポリエステル］
本発明に用いるポリエステルとしては、ジカルボン酸成分とジオール成分とからなるポリエステルを用いる。ジカルボン酸としては、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、４，４’−ジフェニルジカルボン酸、アジピン酸、セバシン酸を挙げることができる。ジオールとしては、例えばエチレングリコール、１，４−ブタンジオール、１，４−シクロヘキサンジメタノール、１，６−ヘキサンジオールを挙げることができる。本発明では、これらのポリエステルの中で、製膜安定性が高く安価なポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）またはポリエチレン２，６−ナフタレートを基本構成とすることが好ましく、特にポリエチレンテレフタレートが好ましい。ポリエステルの含有量は、単層フィルムの場合は、フィルムに対して、６５重量％以上が好ましく、さらに好ましくは７０重量％以上である。積層フィルムの場合は、各層におけるポリエステルの含有量が、それぞれ、各層に対して６５重量％以上であることが好ましく、さらに好ましくは７０重量％以上である。ポリエステルの含有量を上記範囲内とすることにより、製膜安定性を向上させることができる。

なお、ポリエステルには、必要に応じてその他の成分を共重合させてもよい。ジカルボン酸成分としては、２，６−ナフタレンジカルボン酸やイソフタル酸の他に、４，４’−ジフェニルジカルボン酸、アジピン酸、セバシン酸を挙げることができる。ジオール成分としては、エチレングリコールの他に、１，４−ブタンジオール、１，４−シクロヘキサンジメタノール、１，６−ヘキサンジオールを挙げることができる。

これらのポリエステル樹脂中には、本発明の効果を阻害しない範囲内で各種添加物、例えば蛍光増白剤、架橋剤、耐熱安定剤、耐酸化安定剤、紫外線吸収剤、有機の滑剤、無機の微粒子、充填剤、耐光剤、帯電防止剤、核剤、染料、分散剤、カップリンブ剤などが添加されていてもよい。

［非相溶成分］
本発明に用いるポリエステルに非相溶な成分としては、ポリエステルに非相溶な樹脂や無機粒子が挙げられる。該非相溶樹脂としては、ポリメチルペンテン（ＰＭＰ）を用いる。また、環状ポリオレフィン樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリアクリレート樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリアクリロニトリル樹脂、ポリフェニレンスルフィド樹脂、フッ素樹脂などが好適に用いられる。これらは単独重合体であっても共重合体であってもよく、２種以上を併用してもよい。また、無機粒子としては、酸化チタン、硫酸バリウム、炭酸カルシウム、二酸化珪素、特に好ましくは、硫酸バリウムを用いるが、ポリエステルに非相溶な樹脂の方がフィルムの空洞部分が多く、見かけ比重が軽くなるため、好ましい。

非相溶成分の含有量としては、Ｂ層に対して、５重量％以上３５重量％以下であり、好ましくは１０重量％以上３０重量％以下である。

これより少ないと、空洞の数が不十分となり、見かけ比重が十分に軽くならないため、好ましくない。また、これより多いと、製膜安定性が劣るため、好ましくないことがある。

また、Ｂ層以外の層（たとえばＡ層）についても、非相溶成分を含有させることができるが、その含有量は、非相溶成分を含有する層に対して、３０重量％以下が好ましく、さらに好ましくは２０重量％以下である。これより多いと、製膜安定性が劣るため、好ましくないことがある。もちろん、製膜性を向上させるために、Ａ層に非相溶成分を含有させず、Ａ層をポリエステルのみからなる層としても良い。

本発明のフィルムは、非相溶成分を含有することが必要であるため、Ｂ層におけるポリエステルの含有量は、Ｂ層に対して、９５重量％以下が好ましいこととなり、より好ましくは９０重量％以下である。

［製造方法］
以下、本発明のフィルムを製造する方法の一例を説明する。

まず、ダイから溶融したポリエステルと非相溶成分の混合体を、フィードブロックを用いた同時多層押出法により、押出し、積層未延伸シートを製造する。すなわちＡ層を形成するポリエステルおよび非相溶成分の混合物とＢ層を形成するポリエステルおよび非相溶成分の混合物を、溶融し、フィードブロックを用いて、例えばＡ層／Ｂ層／Ａ層となるように積層し、その積層構成を維持しながら、ダイに展開して押出す。なお、マルチマニホールドダイでも製造できるが、積層フィルムの界面での密着性、製造上の簡便さからフィードブロックを用いる方が、好ましい。

ダイより押出された積層未延伸シートは、キャスティングドラム上で冷却固化され、未延伸積層フィルムとなる。この未延伸積層フィルムを、例えばロール加熱、赤外線加熱といった加熱手段で加熱し、まず長手方向（以降、縦方向と呼ぶこともある）に延伸して縦延伸フィルムを得る。この延伸は、２本以上のロールの周速差を利用して行うことが好ましい。延伸温度はポリエステルのガラス転移点（Ｔｇ）以上の温度とし、延伸倍率は、２．５〜４．０倍とすることが好ましい。

縦延伸後のフィルムは、続いて、縦方向と直交する方向（以降、横方向と呼ぶこともある）の延伸、熱固定の工程を順次経て、二軸配向フィルムとするが、これらの処理はフィルムを走行させながら行う。横延伸の処理はポリエステルのガラス転移点（Ｔｇ）より高い温度から始める。そしてＴｇより５〜７０℃高い温度まで昇温しながら行う。横延伸過程での昇温は連続的でも段階的（逐次的）でもよいが逐次的に昇温することが好ましい。例えばテンターの横延伸ゾーンをフィルム走行方向に沿って複数に分け、ゾーン毎に所定温度の加熱媒体を流すことで昇温する。横延伸の倍率は、２．５〜４．５倍とすることが好ましい。

得られた二軸延伸フィルムの結晶配向を完了させて、平面性と寸法安定性を付与するために、引き続きテンター内にて１２０〜２２０℃の温度で１〜３０秒間の熱固定を行い、均一に徐冷後、室温まで冷却し、巻き取る。上記熱固定工程中では、必要に応じて横方向あるいは縦方向に３〜１２％の弛緩処理を施してもよい。

得られる二軸延伸フィルムは、非相溶成分の周りに空洞を形成しており、これにより従来のポリエステルフィルムよりも見かけ比重が低下している。この空洞含有ポリエステルフィルムは、従来のポリエステルフィルムと比較して、熱収縮率が大きい傾向がある。熱収縮率を小さくするためには、横延伸後の熱固定の温度を高くすることが一般的に有効であるが、熱固定の温度を高くしたならば、ポリエステルおよび非相溶樹脂が軟化してしまい、空洞がつぶれてしまったり、あるいは消滅してしまうため、見かけ比重が大きくなり、本来の目的が果たせなくなってしまう。ポリエステルフィルムは空気透過性が低いため、横延伸により空洞が発生した直後は空洞内に空気が十分に充填されていない（つまり、真空状態に近い）。この状態で、高温での熱固定により、ポリエステルおよび非相溶樹脂が軟化すると、空洞が真空状態であるがゆえに、空洞がつぶれてしまうのである。

そこで、空洞内に空気を充填するために、二軸延伸の完了したフィルムを一定時間大気圧（90000Pa）以上の圧力条件下にて空気中に据え置く。据え置きする環境の温度は、ポリエステルのＴｇ以下の温度であることが好ましく、具体的には、７０℃以下が好ましく、より好ましくは５５℃以下、さらに好ましくは４０℃以下である。温度が７０℃を超えると、ポリエステルおよび／または非相溶樹脂が軟化する可能性があり、この後の熱処理の効果が薄れるため、また、コスト面でも好ましくない。温度の下限は特に限定されるものではないが、コストの観点から−５℃以上が好ましい。また、静置する時間は、空洞に空気を十分に充填させるために、２４時間以上が好ましい。

上記のようにフィルムを据え置いて、空洞に空気を充填させた後、オーブンなどで熱処理を行う。この熱処理により、熱収縮率を小さくすることができるだけでなく、空洞内に充填された空気が膨張し、空洞を拡張させることにより、見かけ比重を低下させることができる。熱処理の温度は、ポリエステルの融点（Ｔｍ）以下であることが好ましく、具体的には、１７０〜２３０℃が好ましく、より好ましくは１８０〜２２０℃である。熱処理の温度が１７０℃よりも低いと熱収縮率が十分に小さくならず、２３０℃よりも高いと見かけ比重が十分に低下しないため、好ましくない。また、熱処理の時間は、５〜５０秒間が好ましく、より好ましくは１０〜４０秒間である。熱処理の時間が５秒間よりも短いと熱収縮率が十分に小さくならず、５０秒間よりも長いと見かけ比重が十分に低下しないため、好ましくない。このような熱処理により、従来の手法では成し得なかった低比重と熱寸法安定性の両立を達成することができる。つまり、従来の手法では、フィルムの見かけ比重を小さくするために、非相溶成分を多量に含有せしめていたが、非相溶成分の含有量を多くすればするほど、製膜性は悪化してしまう。これに対し、本願発明の製造方法は、製膜安定性に影響を与えずに、見かけ比重を低下させることができるため、非常に有効である。

[物性]
本発明の空洞含有ポリエステルフィルム全体の見かけ比重は０．６５ｇ／ｃｍ ^３ 以下であり、好ましくは０．６ｇ／ｃｍ ^３ 以下、より好ましくは０．５５ｇ／ｃｍ ^３ 以下である。フィルム全体の見かけ比重が０．７５ｇ／ｃｍ ^３ を超えると、クッション性や絶縁性などが不十分となり、また、コストの観点からも好ましくない。見かけ比重の下限は特に限定されるものではないが、製膜安定性の観点から０．４ｇ／ｃｍ ^３ 以上であることが好ましい。上記範囲の見かけ比重は、二軸延伸してフィルム内に空洞を発生せしめることにより達成できる。

本発明の空洞含有ポリエステルフィルムの１５０℃３０分での熱収縮率は、長手方向、幅方向ともに０．６％以下であり、さらに好ましくは０．４％以下である。１５０℃３０分での熱収縮率が１．０％を超えると、熱寸法安定性が不十分となる。熱収縮率の下限は特に限定されるものではないが、コストの観点から−０．２％以上であることが好ましい。上記範囲の熱収縮率は、上述した製法（二軸延伸後のフィルムに適切な据置処理と熱処理を施す製法）を採用することにより達成できる。

本発明の空洞含有ポリエステルフィルムの部分放電電圧Ｕｍａｘは、Ｕｍａｘ（Ｖ）≧フィルム厚みＴ（μｍ）×２＋６００を満たす。部分放電電圧ＵｍａｘがＵｍａｘ（Ｖ）＜フィルム厚みＴ（μｍ）×２＋４００であると、絶縁性が不十分となるため、好ましくない。部分放電電圧Ｕｍａｘの上限は特に限定されるものではないが、コストの観点からＵｍａｘ（Ｖ）＜フィルム厚みＴ（μｍ）×２＋１０００であることが好ましい。上記範囲の部分放電電圧は、上述した製法（二軸延伸後のフィルムに適切な据置処理と熱処理を施す製法）を採用することにより達成できる。

本発明の空洞含有ポリエステルフィルム長手方向の最大熱収縮応力は、１８０ｇ／ｍｍ^２以下であることが好ましく、より好ましくは１６０ｇ／ｍｍ^２以下、さらに好ましくは１４０ｇ／ｍｍ^２以下である。最大熱収縮応力が１８０ｇ／ｍｍ^２を超えると、貼り合わせ加工などをした時に変形しやすいため、好ましくない。最大熱収縮応力の下限は特に限定されるものではないが、コストの観点から８０ｇ／ｍｍ^２以上であることが好ましい。上記範囲の最大熱収縮応力は、上述した製法（二軸延伸後のフィルムに適切な据置処理と熱処理を施す製法）を採用することにより達成できる。

このように、本発明によれば、優れた熱寸法安定性と低比重性およびそれに付随する特性を同時に、かつ安定して達成することができ、太陽電池のバックシートや液晶ディスプレイ用バックライトユニットの反射板などとして好適に用いることのできる、空洞含有ポリエステルフィルムを提供することができる。

なお、各特性値は以下の方法で測定する。

（１）フィルム厚み
フィルムサンプルを、ダイアルゲージ（三豊製作所製Ｎｏ．２１０９−１０）に直径１０ｍｍの測定子（Ｎｏ．７００２）を取り付けたものにて、１０点厚みを測定し、平均値をフィルムの厚みとした。

（２）各層の厚み
フィルムを三角形に切り出し、包埋カプセルに固定後、エポキシ樹脂にて包埋する。そして、包埋されたフィルムサンプルをミクロトーム（ＵＬＴＲＡＣＵＴ−Ｓ）で縦方向に平行な断面を５０ｎｍ厚の薄膜切片にした後、日立製作所製Ｓ−２１００Ａ形走査電子顕微鏡を用いて、倍率３００倍、加速電圧３．０ｋｖにて観察撮影し、写真から各層の厚みを測定し、平均厚みを求めた。

（３）製膜安定性
フィルムが、二軸延伸製膜工程において、安定して製膜できるか、下記基準で評価した。
○：１日以上破断が発生せず、安定して製膜できる。
△：１時間以上１日以内に破断が発生する。
×：１時間以内に破断が発生し、安定な製膜ができない。

（４）見かけ比重
フィルムを１００ｍｍ×１００ｍｍの大きさにカットし、ダイアルゲージ（三豊製作所製Ｎｏ．２１０９−１０）に直径１０ｍｍの測定子（Ｎｏ．７００２）を取り付けたものにて１０点の厚みを測定し、厚みの平均値ｄ（μｍ）を計算した。また、このフィルムを直示天秤にて秤量し、重さｗ（ｇ）を読みとり、下記の式で計算される値を、見かけ比重とした。
見かけ比重＝ｗ／ｄ×１００ （ｇ／ｃｍ^３）。

（５）熱収縮率
温度を１５０℃に設定したオーブン中でフィルムサンプルを無緊張状態で３０分間保持し、加熱処理前後の標点間距離を測定し、長手方向と幅方向それぞれ下記式により熱収縮率を算出した（ＡＳＴＭ Ｄ１２０４ １９８４年版に準ずる）。この測定を５回繰り返し、平均値をフィルムの熱収縮率とした。
熱収縮率（％）＝（（Ｌ０−Ｌ）／Ｌ０）×１００
Ｌ０：熱処理前の標点間距離
Ｌ ：熱処理後の標点間距離
（６）部分放電電圧
サンプルを２３℃、６５％Ｒｈの室内で一晩放置した後に、部分放電試験器ＫＰＤ２０５０（菊水電子工業製）を用い、部分放電電圧を１０回測定し、その平均値をフィルムの部分放電電圧とした。なお試験条件は下記のとおりとする。
・出力シートにおける出力電圧印加パターンは、１段階目が０Ｖから所定の試験電圧までの単純に電圧を上昇させるパターン、２段階目が所定の試験電圧を維持するパターン、３段階目が所定の試験電圧から０Ｖまでの単純に電圧を降下させるパターンの３段階からなるパターンのものを選択する。
・周波数は５０Ｈｚとする。
・試験電圧は１ｋＶとするが、部分放電が観測されなかった場合には、１ｋＶずつ試験電圧を上昇させて、部分放電が観測されるまで測定する。
・１段階目の時間Ｔ１は１０ｓｅｃ、２段階目の時間Ｔ２は２ｓｅｃ、３段階目の時間Ｔ３は１０ｓｅｃとする。
・パルスカウントシートにおけるカウント方法は「＋」（プラス）、検出レベルは５０％とする。
・レンジシートにおける電荷量はレンジ１０００ｐＣとする。
・プロテクションシートでは、電圧のチェックボックスにチェックを入れた上で５ｋＶを入力する。また、パルスカウントは１０００００とする。
・計測モードにおける開始電圧は１０ｐＣ、消滅電圧は１０ｐＣとする。

（７）最大熱収縮応力
アルバック理工製ＴＭ−９３００を使用し、サンプルサイズ幅１０ｍｍ×長さ１００ｍｍのものを用い、４５℃での初期荷重を３０ｇに調整し、昇温速度１０℃／分で４５℃から２５０℃まで昇温しながら応力測定を行った。応力が最大となった点での最大熱収縮応力をフィルム断面積あたりの値に換算した。この測定を１０回繰り返し、平均値をフィルムの最大熱収縮応力とした。

以下、実施例により本発明を詳述する。

［実施例１〜３６、比較例６〜１５、１７〜３０］
表１に示すＡ層用の原料と、Ｂ層用の原料を、２８０℃に加熱された２台の押出機にそれぞれ供給し、Ａ層とＢ層がＡ層／Ｂ層／Ａ層となるような３層フィードブロック装置を使用して合流させ、その積層状態を保持したままダイスよりシート状に成形した。さらにこのシートを表面温度２５℃の冷却ドラムで冷却固化して得た未延伸フィルムを、８５〜９８℃に加熱したロール群に導き、長手方向（縦方向）に３．４倍延伸し、２５℃のロール群で冷却した。続いて、縦延伸したフィルムの両端をクリップで保持しながらテンターに導き１２０℃に加熱された雰囲気中で長手方向に垂直な方向（横方向）に３．７の倍率で延伸した。その後テンター内において１９０℃にて熱固定を行い、室温まで冷やして空洞含有二軸延伸フィルムを得た。このフィルムに表２に示す条件で据置処理を施した後、オーブンにて表２に示す条件で熱処理を加え、空洞含有ポリエステルフィルムを得た。得られたフィルムの物性は表２のとおりであった。

［比較例１６］
フィルムの層構成を単層とし、条件を表１、２に記載したとおりとすること以外は実施例１と同様にして空洞含有ポリエステルフィルムを得た。層構成を単層のものにするために押出機は、１台のみ用いた。得られたフィルムの物性は表２のとおりであった。

［比較例１］
表１、２に記載した条件をとる他は実施例１と同様にして空洞含有ポリエステルフィルムを作製した。二軸延伸後に、静置処理と熱処理を実施していないため、縦方向、横方向ともに熱収縮率が高かった。

［比較例２］
表１、２に記載した条件をとる他は実施例１と同様にして空洞含有フィルムを作製した。無機粒子の含有量が多量であったため、見かけ比重が大きくなった。

［比較例３］
二軸延伸時の熱固定温度を２３０℃とし、表１、２に記載した条件をとる他は実施例１と同様にしてポリエステルフィルムを作製した。二軸延伸時の熱固定温度を高くすることにより熱収縮率を小さくすることができたが、空洞がつぶれてしまったため、見かけ比重が大きくなってしまった。

［比較例４］
表１、２に記載した条件をとる他は実施例１と同様にしてフィルムを作製した。非相溶成分を多量に添加して比重を小さくしようとしたが、製膜安定性が極めて悪く、製膜時の破断の多発により、フィルムを作製できなかった。

［比較例５］
表１、２に記載した条件をとる他は実施例１と同様にして空洞含有フィルムを作製した。非相溶成分が少なく、空洞が少ないため、二軸延伸後の静置処理と熱処理を施しても、見かけ比重が大きかった。

本発明の空洞含有ポリエステルフィルムは、優れた熱寸法安定性と低比重性およびそれに付随する特性を同時に、かつ安定して達成することができるため、太陽電池のバックシートや液晶ディスプレイ用バックライトユニットの反射板などとして好適に用いることができる。

Claims (3)

1. ポリエステルとポリエステルに非相溶な成分としてポリメチルペンテンを含有する層（Ｂ層）と、Ｂ層の両面に、ポリエステルを含有する層（Ａ層）を有するフィルムであって、Ｂ層に対してポリメチルペンテンを５重量％以上３５重量％以下含有し、フィルム全体の見かけ比重が０．６５ｇ／ｃｍ^３以下であり、１５０℃３０分での熱収縮率が長手方向、幅方向ともに０．６％以下であり、部分放電電圧Ｕｍａｘ（Ｖ）とフィルム厚みＴ（μｍ）が下記式を満足し、部分放電電圧Ｕｍａｘ（Ｖ）が１０４０〜１３００であること特徴とする空洞含有ポリエステルフィルム。
   Ｕｍａｘ≧Ｔ×２＋６００
2. フィルム長手方向の最大熱収縮応力が１８０ｇ／ｍｍ^２以下である請求項１に記載の空洞含有ポリエステルフィルム。
3. ポリエステルとポリエステルに非相溶な成分を含有するフィルムを、二軸延伸し、フィルム内に空洞を発生せしめた後、７０℃以下の環境下に２４時間以上据え置き、１７０〜２３０℃で５〜５０秒間熱処理する請求項１または２に記載の空洞含有ポリエステルフィルムの製造方法。