JP5941045B2 - 収縮フィルム及びその製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、食品包装用フィルム及びその製造方法に関し、柔軟性、透明性、生分解性に優れながらも、金属蒸着層との接着性にも優れて、水分遮断性に優れる食品包装用フィルム及びその製造方法に関する。
通常のプラスチック収縮フィルムとしては、石油系であるポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン、ポリエステルなどが用いられる。このような収縮フィルムは、化学/生物学的に非常に安定しているため、分解されるには相応の期間がかかり、深刻な環境問題を引き起こす。
現在、幅広く用いられているポリ乳酸を主原料とする生分解性収縮フィルムの場合、収縮率が低く、フィルムの製造過程における結晶化現象による脆い(brittle)特性により、その用途が制限される。このような結晶化現象を改善するために、ガラス転移温度が0℃以下である生分解性脂肪族ポリエステルをブレンドしてフィルムを製造する場合もあるが、使用性が劣り、フィルムの不透明度が増加するためその用途が制限される。また、ブレンドされる樹脂自体の熱的特性により、生産性が劣り、最終製品の収縮率を制御することが困難であるため、その用途が制限される。
また、最終フィルムを製造する過程でその他の加工工程を経ないため、食品包装用などで用いるためのアルミニウム蒸着工程を経た後に、蒸着させたアルミニウムが脱離される現象が発生するため、さらにその用途が制限される。
本発明は、透明性、柔軟性及び生分解性に優れており、水分遮断性に優れた食品包装用フィルムを提供することを目的とする。
具体的には、本発明は、乳酸を主成分とする生分解性柔軟/収縮フィルムの一面に金属蒸着層を形成することにより、水分遮断性に優れた食品包装用フィルムを提供することを目的とする。この際、金属蒸着層を形成した後、印刷及び積層による脱離が起こらない食品包装用フィルムを提供することを目的とする。
具体的には、本発明は、乳酸の含量が10〜99重量%であり、脂肪族または脂肪族‐芳香族ポリエステル樹脂の含量が1〜90重量%である生分解性フィルムであって、生分解度が95%以上であり、水槽(Water Bath)で90℃、10秒間収縮させた時における機械方向及びその垂直方向の収縮率が5〜60%であり、引張強度が100〜600Kg/cmである生分解性フィルムと、その一面に形成されたポリウレタンコーティング層によって金属蒸着層との接着性が向上された食品包装用フィルムを提供することを目的とする。
具体的には、本発明は、水分遮断性に優れた食品包装用フィルム及びその製造方法に関するものであって、本発明による食品包装用フィルムは、乳酸10〜99重量%、脂肪族または脂肪族‐芳香族ポリエステル樹脂1〜90重量%を含有する生分解性フィルムと、前記生分解性フィルムの一面に水分散ポリウレタンコーティング組成物が塗布されて形成されたポリウレタンコーティング層と、前記ポリウレタンコーティング層の上部に形成される金属蒸着層と、を含む。
本発明の食品包装用フィルムは、生分解性フィルムと金属蒸着層の接着力を向上させるためにポリウレタンコーティング層を形成したことを特徴とする。特に、ポリウレタンコーティング層を形成するにあたり、生分解性フィルムの延伸工程でインラインコーティング法を利用して形成することにより、生分解性フィルムとの接着性に優れるだけでなく、後工程で金属蒸着層との接着性に非常に優れ、水分透過度が低く、全体的な物性に優れる食品包装用フィルムを提供することができる。
また、本発明の水分遮断性に優れた食品包装用フィルムの製造方法は、a)乳酸10〜99重量%、脂肪族または脂肪族‐芳香族ポリエステル樹脂1〜90重量%を溶融押出することにより、未延伸フィルムを製造する段階と、b)前記未延伸フィルムの一面に、水分散ポリウレタンコーティング組成物をインラインコーティング工程により塗布する段階と、c)前記水分散ポリウレタンコーティング組成物が塗布された未延伸フィルムを幅方向(TD)に一軸延伸する段階と、d)前記一軸延伸されたフィルムを50〜100℃で熱処理する段階と、e)前記一軸延伸フィルムのポリウレタンコーティング層の上部に金属蒸着層を形成する段階と、を含む。
以下、本発明についてより具体的に説明する。
本発明における前記生分解性フィルムは、ポリ乳酸樹脂を主成分とする一軸延伸フィルムであって、乳酸を10重量%以上含有するポリ乳酸樹脂を含む。より具体的には、10〜99重量%の乳酸を含有する。乳酸の含量が10重量%未満である場合には、結晶性が低くなるため耐熱性が著しく低下し、収縮応力の上昇による均一収縮を起こすことができなくなる。乳酸の含量は70重量%以上であることが好ましく、90重量%以上であることがさらに好ましい。その他に、本発明による生分解性フィルムが発現する特性を阻害しない範囲内で、酸化防止剤、熱安定剤、UV遮断剤などが添加されてもよい。
原料樹脂の他に、ガラス転移温度が−60〜60℃である脂肪族または脂肪族‐芳香族ポリエステル樹脂をブレンドして用いることができる。脂肪族ポリエステル樹脂の場合、固有の生分解性を阻害しない含量内で、フタル酸ジカルボン酸、ジフエニルエーテルジカルボン酸などの群から選択された1種以上を用いることができる。ジカルボン酸成分として、生分解性脂肪族/芳香族コポリエステル樹脂は、テレフタル酸ジメチル、テレフタル酸のようなベンゼン環を有する芳香族ジカルボン酸と、コハク酸及びアジピン酸のような脂肪族ジカルボン酸、及び1,4‐ブタンジオールとエチレングリコールのうち選択された何れか一つ以上を含む脂肪族(環状脂肪族を含む)グリコールの縮重合により製造される。この際、脂肪族ジカルボン酸と芳香族ジカルボン酸は、60:40〜50:50のモル比で構成されることができる。
本発明における前記生分解性脂肪族ポリエステル樹脂の例としては、ポリラクトン、ポリブチレンサクシネートなどを用いることができるが、これに制限されるものではない。
前記脂肪族または脂肪族‐芳香族ポリエステル樹脂の含量は、原料の総重量に対して1〜90重量%であることが好ましい。前記含量が90重量%を超過する場合には、ポリ乳酸との混練性が劣るためフィルムの形成が困難であり、熱的特性が劣り、最終フィルムの不透明度が増加するという問題がある。また、前記含量が1重量%未満である場合には、柔軟性を付与することが困難となる。前記脂肪族または脂肪族‐芳香族ポリエステル樹脂の含量は5〜80重量%であることが好ましく、30〜60重量%であることが、透明性及び柔軟性に優れるためさらに好ましい。
本発明による生分解性フィルムは、不透明度が30%以下で、生分解度が95%以上であり、水槽で90℃、10秒間収縮させた時における機械方向(MD)及びその垂直方向(TD)の収縮率が5〜60%であって、引張強度が100〜600Kg/cmであるものを用いることが好ましい。
前記不透明度が30%を超過する場合、内部が見えなければならない包装用途としては用いられることができず、その用途が制限される。また、水槽で90℃、10秒間収縮させた時における機械方向(MD)及びその垂直方向(TD)の収縮率が5〜60%であることが好ましい。前記収縮率が5%未満である場合には、収縮が小さすぎるため多様な形態の容器に適用できないだけでなく、収縮されるとしても外観上の問題が発生する。また、前記収縮率が60%を超過する場合には、収縮速度が速いため外観上の問題が発生する恐れがある。引張強度は100〜600Kg/cmであることが好ましい。引張強度が100Kg/cm未満である場合には、印刷や積層などの後工程で機械的な張力によって皺による印刷不良が発生したり、後工程で破断が発生する恐れがある。一方、引張強度が600Kg/cmを超過する場合には、フィルムが脆く(brittle)なって外部衝撃によって破断されたり割れやすいため好ましくない。引張強度は200Kg/cm〜550Kg/cmであることが好ましく、300Kg/cm〜500Kg/cmであることがさらに好ましい。
次に、本発明における前記ポリウレタンコーティング層は、生分解性フィルムと金属蒸着層との間の接着力を向上させるための構成であり、水分散ポリウレタンコーティング組成物を用いてインラインコーティング工程により塗布して形成することが好ましい。この際、塗布厚さは乾燥塗布厚さで0.01〜0.1μmであることが、フィルムの水分遮断性などの物性を阻害しない範囲で接着性に優れるため好ましい。より具体的には、水分散ポリウレタンコーティング組成物は、ポリウレタン系バインダー樹脂0.5〜1.0重量%、シリコーン系濡れ剤0.01〜0.5重量%及び残りは水を含有する。
本発明における最終フィルムの水分遮断性をより向上させるために、フィルムの一面に、より具体的には前記ポリウレタンコーティング層の上部に、アルミニウムなどの金属蒸着層を形成する。蒸着方法としてはスパッタリングなどの方法を用いることができ、金属蒸着層の蒸着厚さは200Å以上であることが好ましく、具体的には200Å〜1000Åであることが好ましく、500Å〜1000Åであることがさらに好ましい。金属蒸着層の厚さが200Å未満である場合、要求される水分遮断性を満たすことができないため、その用途が制限される。
本発明の食品包装用フィルムは、アルミニウムなどの蒸着後、金属蒸着層の剥離強度が常温及び熱水処理(95℃、30分)で100g/cm以上でなければならない。前記剥離強度が100g/cm未満である場合には、蒸着後、製品の移送、保管などの過程中に蒸着層が脱離される場合がある。金属蒸着層の剥離強度は120g/cmであることが好ましく、150g/cmであることがさらに好ましい。また、水分透過率が1×10−2〜1×10−4(g/m×day)であるものが、食品包装用フィルムとして用いるに適する。
次に、本発明の食品包装用フィルムを製造する過程について具体的に説明する。本発明の食品包装用フィルムを製造する工程は、生分解性樹脂を溶融押出することにより未延伸フィルムを製造する段階と、前記未延伸フィルムを一軸延伸する段階と、熱固定段階と、冷却段階と、前記一軸延伸フィルムに金属蒸着層を形成する段階と、に分けられる。
より具体的には、a)乳酸10〜99重量%、脂肪族または脂肪族‐芳香族ポリエステル樹脂1〜90重量%を溶融押出することにより、未延伸フィルムを製造する段階と、b)前記未延伸フィルムの一面に、水分散ポリウレタンコーティング組成物をインラインコーティング工程により塗布する段階と、c)前記水分散ポリウレタンコーティング組成物が塗布された未延伸フィルムを幅方向(TD)に一軸延伸する段階と、d)前記一軸延伸されたフィルムを50〜100℃で熱処理する段階と、e)前記一軸延伸フィルムのポリウレタンコーティング層の上部に200Å〜1000Å厚さの金属蒸着層を形成する段階と、を含む。
本発明で、前記a)段階の溶融押出過程で、前記原料樹脂を180〜220℃の押出機で溶融混練押出した後、冷却ローラを介して急冷させることにより固形化された未延伸フィルムを得る。この際、冷却ローラの温度は10〜60℃であることが好ましい。冷却ローラの温度が10℃未満である場合には、結晶化速度が速すぎて不透明度が増加し、冷却ローラに密着されないため冷却のバラツキによる表面欠点が発生する。また、冷却ローラの温度が60℃を超過する場合には、冷却ローラに粘着が発生してフィルムの製造が困難となる。冷却ローラの温度は20〜50℃であることが好ましく、25〜40℃であることがさらに好ましい。
次に、前記未延伸フィルムが機械方向(MD;Mechanical Direction)に移送されるローラを通過し、インラインコーティング(ILC)工程を経て、70〜90℃の温度の予熱区間を通過して、60〜80℃で幅(TD;Transverse Direction)に3〜6倍延伸された後、50〜100℃の熱処理区間を通過することにより、フィルムが製造される。熱処理温度が50℃未満である場合には収縮率が過度に上昇し、熱処理温度が100℃を超過する場合には要求される収縮率が得られないため、その用途が制限される。
前記未延伸フィルムを一軸延伸する過程中に、インラインコーティング(ILC)は水分散ポリウレタンコーティング組成物を用い、水分散ポリウレタンコーティング組成物は、ポリウレタン樹脂の固形分含量0.5〜1.0重量%、シリコーン系濡れ剤0.01〜0.5重量%及び残りは水を含有する。
本発明による食品包装用フィルムは、均一収縮性、透明性、柔軟性、蒸着優秀性を有するため、蒸着層の脱離による不良や移送/保管時の外部衝撃によって割れることなく、固有の柔軟性によって様々な種類の包装材として用いられることができる。
以下、本発明を具体的に説明するために一例を挙げて説明するが、本発明が下記実施例に限定されるものではない。
以下、実施例及び比較例で用いられるポリ乳酸樹脂は、ネイチャーワークス社(NatureWorks LLC)の4032Dであり、溶融温度が170℃、ガラス転移温度が62℃、乳酸の含量が98.5%のものを用いた。
[実施例1]
原料樹脂であるポリ乳酸樹脂とポリラクトン(株式会社ダイセル、Celgreen)60重量%及び平均粒径2.7μmの二酸化ケイ素を、最終フィルムで450ppmになるように添加し、ブレンドしてマスターバッチを製造した。前記マスターバッチを熱風乾燥器で110℃で2時間乾燥した後、これを200℃で溶融押出し、25℃の冷却ローラを介して急冷させることにより、固形化された未延伸フィルムを製造した。
前記未延伸フィルムの一面に、ポリウレタン樹脂(DKC、Superflex210)の固形分含量が0.8重量%、シリコーン系濡れ剤(DowCorning、Q2‐5212)0.1重量%及び残りは水を含有する水分散ポリウレタンコーティング組成物をインラインコーティング(ILC)工程により乾燥塗布厚さ0.04μmとなるように塗布した。
前記水分散ポリウレタンコーティング組成物が塗布された未延伸フィルムが、機械方向(MD;Mechanical Direction)に移送されるローラを介して80℃の予熱区間を通過し、70℃で幅方向(TD;Transverse Direction)に4.0倍延伸された後、90℃の熱処理区間を通過することにより、フィルムが製造される。製造されたフィルムの物性を下記表1に示した。
前記製造されたフィルムの一面に、金属蒸着機を利用して1000Å厚さのアルミニウム蒸着層を形成することにより、最終フィルムを製造した。製造された蒸着フィルムの物性を下記表1に示した。
[実施例2]
ポリラクトンの含量を45重量%にしてマスターバッチを製造したことを除き、上記の実施例1と同様の方法でフィルムを製造して、フィルムの物性を表1に示した。
[実施例3]
ポリラクトンの含量を30重量%にしてマスターバッチを製造したことを除き、上記の実施例1と同様の方法でフィルムを製造して、フィルムの物性を表1に示した。
[実施例4]
ポリラクトンの代りにポリブチレンサクシネート樹脂を用いてマスターバッチを製造したことを除き、上記の実施例1と同様の方法でフィルムを製造して、フィルムの物性を表1に示した。
[実施例5]
金属蒸着層の厚さが200Åであることを除き、上記の実施例1と同様の方法でフィルムを製造して、フィルムの物性を表1に示した。
[比較例1]
インラインコーティング工程を省略し、熱処理区間の温度が30℃であることを除き、上記の実施例1と同様の方法でフィルムを製造して、フィルムの物性を表1に示した。
[比較例2]
インラインコーティング工程を省略し、熱処理区間の温度が150℃であることを除き、上記の実施例1と同様の方法でフィルムを製造して、フィルムの物性を表1に示した。
前記実施例1〜5、比較例1〜2で製造されたフィルムに対して、次のような方法により特性評価を行った。
1.乳酸の含有量
自動旋光計(Automatic Polarimeter、P‐1020)を用いてナトリウムランプの589nm波長で測定した値をソフトウェアで計算して乳酸の含有量を計算した。
2.引張強度
ASTM D 882に基づいて測定し、引張試験機(Tensile Test Machine)を利用してフィルムの幅方向に対する引張強度を測定した。
3.収縮率
フィルムの長さ方向(MD)と幅方向(TD)に対して15mm(MD)×400mm(TD)サイズの長方形に裁断し、TD方向の両端から50mm地点でMD方向に実線を引いて有効測定長さが300mmの試験片を製作した。その後、ピンセットなどを用いて、左右に関わらず試験片の一端から50mm以内の地点を取って、全体試験片を90℃±0.5℃の温水中に無荷重状態にして完全に浸した状態で10秒間熱収縮させた後、常温で1分間放置した。初期の実線で表示したTD方向の300mm間隔の減少された長さを測定し、フィルムの幅(TD)方向の熱収縮率を下記式1で求めた。
[式1]
熱収縮率(%)=(300mm−収縮後の長さ)/300mm×100
4.不透明度
ASTM D‐1003に基づいて測定し、生分解性柔軟/収縮フィルムの辺部2ヶ所、中心部1ヶ所で無作為に七つの部分を抽出し、それぞれ5cm×5cmのサイズに切片した後、不透明度測定機(Film Haze Meter、NDH‐5000)に入れて不透明度(Haze、%)を測定し、最大値及び最小値を除いた五つの値の平均値を求めることにより、不透明度(Haze、%)を算出した。
5.生分解度
KS M3100‐1(2003)に基づいて測定した生分解度値の標準物質との比を下記式2で求めた。
[式2]
生分解率(%)=(試験片の生分解度/標準物質の生分解度)*100
6.剥離強度
蒸着フィルムのアルミニウム蒸着層において、熱硬化性ポリウレタン系接着剤(Neoforce、KUB‐338S)50wt%と、溶剤として酢酸エチル50wt%を用いて、ポリウレタン系硬化剤(Neoforce、CL‐100)を接着剤100wt%に対して11wt%を用いる。ラミネート時、5Kgのロールを用いてラミネート区間を二回往復することにより1次ラミネートした後、1次ラミネートされたサンプルをラミネータに無熱、Speed Level3で2次ラミネートする。このサンプルを16g/cmの圧力下で60℃の熱風オーブンで15時間硬化させる。このようにラミネートされたサンプルを幅1cm間隔で切片した後、摩擦係数測定機を利用して180゜peel方式でアルミニウム蒸着層とポリウレタンコーティング層との間の剥離強度(g/cm)を測定した。
7.水分透過率
ASTM D‐3985に基づいて測定し、最終蒸着フィルムをA4サイズに切片した後、透湿度測定機(Permatran‐W、Model3/61)に入れて38℃±2℃、100RH%で水分透過率(g/m×day)を7回測定して、最大値及び最小値を除いた五つの値の平均値を求めることにより、水分透過率(g/m×day)を算出した。
Figure 0005941045
前記表1の結果から、本発明による生分解性柔軟/収縮フィルムは優れた収縮性、透明性、柔軟性、蒸着性などを有することが分かる。一方、本発明の範囲から外れる比較例1の場合、生分解性フィルムの熱処理温度が低すぎて収縮率が低くなり、生分解性フィルムと金属蒸着層との間にポリウレタンコーティング層を形成していないことにより、金属蒸着層の剥離強度が非常に低下するということが分かる。比較例2は、熱処理区間の温度が高すぎて収縮率が低すぎるということが分かる。
本発明による食品包装用フィルムは、均一収縮性、透明性、柔軟性、蒸着優秀性を有するため、蒸着層の脱離による不良や移送/保管時の外部衝撃によって割れることなく、固有の柔軟性によって様々な種類の包装材として用いられることができる。

Claims (8)

  1. ポリ乳酸樹脂10〜99重量%、脂肪族または脂肪族‐芳香族ポリエステル樹脂1〜90重量%を含有する生分解性フィルムと、
    前記生分解性フィルムの一面に水分散ポリウレタンコーティング組成物が塗布されて形成されたポリウレタンコーティング層と、
    前記ポリウレタンコーティング層の上部に形成される金属蒸着層と、
    を含み、
    前記生分解性フィルムは、不透明度が30%以下で、生分解度が95%以上であり、水槽で90℃、10秒間収縮させた時における機械方向(MD)及びその垂直方向(TD)の収縮率が5〜60%であって、引張強度が100〜600Kg/cm である、収縮フィルム。
  2. 前記水分散ポリウレタンコーティング組成物は、ポリウレタン系バインダー樹脂0.5〜1.0重量%、シリコーン系濡れ剤0.01〜0.5重量%及び残りは水を含有する、請求項1に記載の収縮フィルム。
  3. 前記金属蒸着層はアルミニウム蒸着層であり、厚さが200Å〜1000Åである、請求項1に記載の収縮フィルム。
  4. 前記収縮フィルムは、前記生分解性フィルムと金属蒸着層との間の剥離強度が常温及び熱水処理(95℃、30分)で100g/cm以上であり、水分透過率が38℃±2℃、100RH%で1×10−2〜1×10−4g/m×dayである、請求項1乃至の何れか一項に記載の収縮フィルム。
  5. a)ポリ乳酸樹脂10〜99重量%、脂肪族または脂肪族‐芳香族ポリエステル樹脂1〜90重量%を溶融押出することにより、未延伸フィルムを製造する段階と、
    b)前記未延伸フィルムの一面に、水分散ポリウレタンコーティング組成物をインラインコーティング工程により塗布する段階と、
    c)前記水分散ポリウレタンコーティング組成物が塗布された未延伸フィルムを幅方向(TD)に一軸延伸する段階と、
    d)前記一軸延伸されたフィルムを50〜100℃で熱処理する段階と、
    e)前記一軸延伸フィルムのポリウレタンコーティング層の上部に200Å〜1000Å厚さの金属蒸着層を形成する段階と、
    を含む収縮フィルムの製造方法。
  6. 前記a)段階の後に、前記未延伸フィルムを10〜60℃の冷却ローラを介して急冷させる段階をさらに含む、請求項に記載の収縮フィルムの製造方法。
  7. 前記c)段階の延伸は、60〜80℃で3〜6倍延伸する、請求項に記載の収縮フィルムの製造方法。
  8. 前記水分散ポリウレタンコーティング組成物は、ポリウレタン系バインダー樹脂0.5〜1.0重量%、シリコーン系濡れ剤0.01〜0.5重量%及び残りは水を含有する、請求項に記載の収縮フィルムの製造方法。
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