JP6032450B1 - 基材におけるシーラントの層の選定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ピロー袋、ガセット袋のような段差のあるヒートシールの貫通孔を残存させない手段を提供する。【解決手段】上記課題は、基材層とシーラント層を有する積層材において、基材層の塑性変形領域とシーラント層の剥がれシール領域を求め、両領域の少なくとも一部が重複するシーラント層を選定することを特徴とするシーラント層の選定方法によって解決できる。【選択図】図９

Description

本発明はプラスチックのフイルムやシートを適用した包装商品のヒートシール面の易開封と密封の性能を両立させるプラスチック包装材料の接着層（シーラント層）の選定方法に関するものである。

（ヒートシールの説明）
プラスチックのフイルムやシートを使った袋の製袋や容器に製品を充填した後の封緘には、プラスチックの熱可塑性を利用した熱接着（ヒートシール）が使われている。

（包装形態）
包装容器は固形型と柔軟型がある。前者はカップやトレー容器に代表されるもので、固形の容器の開口部（フランジ部）に柔軟体の蓋材がヒートシールされる。後者は柔軟なシートやフイルム同士をヒートシールで製袋するものである。

（開封方法）
従来、袋状の包装品の開封は胴部のたるみ部分を摘まんで、内側のヒートシール線から開封している。カップやトレーの場合には、蓋材の一部にタブを加工し、これを摘まんで外側から開口する方法が利用されている。

（ノッチ開封）
袋物包装品のヒートシール面の開封方法には課題が多く、別の開封方法として、袋の上端付近のヒートシール面に切り口（ノッチ）を別に加工して、これを起点にして包装の一部を切り裂く方法がある。ノッチの加工には切り口の細工、切り裂きの方向性を規制する付加加工等が要求される。

（ヒートシール特性の説明）
プラスチックの接着現象は接着面温度の上昇(温度帯；Tp)と共に、接着面のみの界面接着で始まり、接着力（ヒートシール強さ）は順次上昇する。(図1参照)
各加熱温度のサンプルを短冊状に切って、非接着部位の端を摘まんで引張試験をすると接着面が剥離する剥がれシール強さが計測できる。
標本のカット幅を10〜15mmに規制すると、＜JIS Z0238＞が規定するヒートシール強さになる。（図2（a）、(c)参照）

加熱温度帯（Tb）では接着層（シーラント）が溶融状態になり、シーラントは混合状態になり、冷却すると接着層全体がモールド状態の凝集接着となって、接着面は喪失する。従って、接着面の端を引張っても剥離は起こらない。（図2（b）,(c)参照）
凝集接着状態の引張強さは材料の伸び強さ又は接着エッジの破断強さとなる。従来は凝集接着の状態を良好なヒートシールとする慣行的な常識がある。
凝集接着状態では接着面の剥離を利用した開封は実施できない。

（ヒートシール面を利用した開封の期待）
ヒートシール面の剥がれを利用した開封では、特別な加工等をせずにヒートシール幅、ヒートシール強さ、接着状態等の調節で開封ができる。ヒートシール強さの国際的な評価規格のASTM
F88(1968年制定)が要請しているように、この技術の開発は包装界の長年の課題になっているが、今日においても満足すべき結果は得られていない。

（平面接着の易開封と密封の達成状況）
材料が２枚の重ね合わせの平面な接着面では、適用するプラスチック材料の工夫によって、易開封が可能な技術が既に開発されているが、ピロー包装袋に代表される重ね段差のある熱接着では段差部の密着が巧くできないので、平面接着の常識は通用しない。

（段差のあるピロー包装の普及）
図３に示したようにフイルムの折り方と接着部位を変えて各種の包装形態（四方袋、三方袋、ピロー袋、ガセット袋、封筒袋）が作られている。（a）の四方シール袋(パウチ)以外は屈曲部や4枚と2枚重ねの混在部を擁する特徴が分る。

（ピロー袋に発生する段差）
（ｃ）ピロー袋、（ｄ）ガセット袋ではボトムと開口部の封止の際に、合掌貼り部はシール部と直交した重ね合わせ部が形成される。ヒートシール面には２枚部と４枚部が構成される。更に合掌貼りの１枚は180度の屈曲状態になって、折り重ね部の段差は拡大する。

（段差部＋屈曲部の圧接が困難）
通常のヒートシールは平行な固形加熱体で圧着加熱するので、ガセット袋のヒートシールでは図４に示したように、屈曲部6と４枚部8が主たる受圧面になり、２枚部は不圧着部7になる構造的欠陥ができる。従来、２枚部の接着完成は、高温又は加熱の長時間化によって、材料の熱伝導や輻射熱でシーラントを溶かして流動化させ、モールド状態にして接着完成を補完していた。従って、接着面が剥がれる界面接着を適用できなかった。

(ポリ玉による段差部の増幅)
重ね合わせ段差部9の貫通孔の生成には折り返しの屈曲部6が大きく関与している。更に屈曲部6-1には合掌張り部のシーラントがはみ出すポリ玉が形成されるので、貫通孔の生成はより大きくなる。

(各種材料の屈曲力相違)
屈曲部6の剛性は材料毎に異なる特徴がある。材料の剛性を表す指標の一つであるヤング率を汎用文献から収集した。代表的な包装材料のヤング率（MPa）を表１に示した。
汎用のプラスチックのヤング率は一桁から数千迄存在しているので、個別的な対応を要求している。

（剛性の影響）
大きいヤング率の材料は包装袋の仕上がり形状の維持を目的に利用されているが、ヒートシールの段差部9の貫通孔の生成に大きく関与していることは、ほとんど認識されていない。特に汎用的に利用されている材料のOPP、ONYとPETの硬さは非常に大きい。しかしPETは10〜20μmの薄い物が適用されているので、実際にはあまり問題にならない。しかし、OPPは数十μm以上の厚さが多く利用されているので、段差部の制御視点から見ると密封性への影響は非常に大きい。

実際の多くの包装材料は、印刷適性、突き刺し強さの補完、ガスバリア性の向上等の機能を付加するためにシーラントの外側に２種以上のフイルムを重ね合わせるラミネーション技術が適用される。

（ラミネーション材料の剛性）
包装袋の成形仕上げのために材料の剛性を高めている。重ね合わせ材料の中には延伸して、硬くしたものが適用されることも多く、このような場合には合掌貼の折り曲げ部はより屈強になって、段差部の密着を更に困難にしている。

以上のようにヒートシール面の段差部9の密着が不十分で、数十〜200μm程度の貫通孔が形成され、微量な漏れが発生する。しかし、この漏れ量は包装材料のガスバリア性に対して数百〜数万倍になっていて看過できない状態を発明者は既に提示している。（参考文献：第24回日本包装学会年次大会発表）

（剥がれシール帯の密着化の確認）
本発明者は溶着面温度測定法：“ＭＴＭＳ”（特許文献１）を適用して、±０.５〜1℃の精密な加熱温度調節（従来は５℃ステップ；ASTM F2029）でヒートシール現象を詳細に解析した結果、平面接着において、微弱な接着強さ（≒0.5N/15mm）状態でも密着が完成していることを「探傷液法」の漏れ試験で突き止めた。

本発明者は剥がれシール状態で段差部があるヒートシール面を微細条突起の圧着の塑性変形を利用した密着方法を考案している。同時にその周辺の５mm以上を界面接着の剥がれシールを施し、弱い条密着状態を保護する新技術を既に完成している。これは、包装体に剥がれシールを帯状に設け、該帯状剥がれシール内の長尺方向に線条ヒートシールの剥がれシールを付加した複合ヒートシール構造である（特許文献２）。

特許第３４６５７４１号公報 特許第５７７９２９１号公報

しかるに、本発明者が先に開発した線条ヒートシールを含む複合ヒートシール構造を適用しても貫通孔が残ってしまう包装材料があることを本発明者は発見した。

（ヒートシール面の密着現象の確認実験）
本発明者は直鎖状低密度ポリエチレン（LLDPE）の単一フイルムの平面接着において、初期の軟化状態の約0.5N/15mmの接着力で密着が完成していることを確認し、密着には溶融温度以上の加熱の強い接着帯が必要であるとされていた従来の常識を覆す発見をしている。

（密着と剥がれの性質）
従来、密着の完成は材料の熱特性に依存するものとしてきたが、上記の発見はヒートシール面の機械的操作によって密着が制御できることを明らかにした。すなわち密着は荷重操作、剥がれは包装材料の配向力特性に依存していることを本発明者は掴んだ。

（圧着圧と密着性の検討）
市場に出ている代表的なピロー袋３種を買い求め、「探傷液法」の検査で、段差部に漏れがあることを確認した。これらの材料の一部（約4cm）を切り取り、重ねと折り曲げで、ピロー袋のセンターシール部に模して、４枚部、２枚部と屈曲部16のある標本13を作った。（図５参照）

（条突起による密着性の検討）
この標本を図５に示した試験装置で条圧着シールした。ヒートジョーの一方に0.6mmの半丸の条突起10を構成した。この微細線状の条突起10を有する加熱体11を空気シリンダ17で圧着した。加熱温度と空気圧を変化して塑性変形密着部15の密着試験をした。
圧着圧は一定にして、２枚部と４枚部の割合は同一として、試験標本の長さ（L）を変化して圧着圧の調整を行った。この操作は、材料の軟化状態の約2枚部以上の塑性変形を与え、段差部の密着状態を確認する。この密着状態の標本のヒートシールエッジの内側に「探傷液」を点滴して、漏れ試験を行った。

（探傷液試験法）
「探傷液法」の探傷液は例えば、醸造用アルコールに食用赤色染料を添加した市販の「探傷液」を用い、これを注射器に入れる。室温に冷却した標本のヒートシール線の内側に「探傷液」を点滴し、数分経ったら「探傷液」のシール部へ浸透状態を目視とルーペ観察で調べたものである。詳細は、特許文献２に示されている。

（高圧着による密着の完成確認）
表2に検証結果を示したように、圧接荷重を125N、42N、25N／10mmの３段階になるようにした。加熱温度は各材料のシーラントの剥がれシール強さが低、中のヒートシール強さの発現する温度と溶融温度付近の３レベルを適用した。各材料の融点と軟化点は表2に付記した。

（塑性変形密着の是非の検証）
標本＜２＞、＜３＞は加熱温度の上昇と圧接荷重の増加に伴って剥がれシールの中間帯で密着が成立している。本発明が提示する密着の実現性を明らかにできた。しかし、＜１＞の密着はシーラントの剥がれシール温度帯（102〜108℃）より高温（約118℃以上）の加熱を必要としている。（この記述の解析は後述）
共通的に、剥がれシール帯の密着には約20N／10mm以上の荷重が必要であることが分った。

（従来法で密封ができない検証）
表２で示した＜１＞の密着不成功を次の２点で検証した。
（1）シーラント（LLDPE）のヒートシール強さの発現特性の計測
（2）密着が完成する温度域の詳細な計測
これらの計測結果のまとめを図６に示した。この実験では、加熱体を材料に直接接触させて、最速の加熱条件とし、加熱速さの影響を極小化した。
シーラント(LLDPE)のヒートシール強さ[a]の発現は平衡溶着面温度の100℃付近から立ち上がり、108℃付近で界面接着と凝集接着の境界になっている。他方、常温では剛性の大きい基材（OPP）の塑性変形は、軟化の始まる118℃付近から起こり、条突起の集中圧接によって、密着が始まっている。基材の塑性変形密着が容易に完成する128℃付近ではシーラント（LLDPE）はほぼ溶融して、モールド接着になっているから密封は完成するが、接着面からの剥離はできない。延伸加工されているこの基材（OPP）は124℃付近からシュリンクが始まっているのでこれ以上高い温度帯の加熱は不適当となる。

（密着シールの阻害要因の確認）
別に、この組み合わせ材料を平面接着して、密着の不完全領域を調べてみるとシーラントだけの場合は（≒0.5N/15mm）の圧接荷重でも密着が完成している。 しかしOPPフイルムとのラミネーション状態では3N/15mm以下では漏れが起こっている。すなわち基材のミクロの撓み力がシーラントの接着力を上回り、シーラントが固結する前に熱間剥離現象（ホットタック）が起こっていることを確認した。すなわち、剥がれシール帯の密封を確立するためには、基材の反発力が小さくなる軟化域で、剥がれシールが起こるシーラントが必要であることを確認した。

（従来のヒートシール法の反省）
従来、ヒートシールの不具合が発生すると常套手段一つとして、シーラントの接着の発現温度帯を低温側に移行する方法が30〜40年前から世界的に行われていた。シーラントの接着発現温度と密着が可能な温度帯との乖離が大幅に進み、すなわち凝集接着帯への偏重が世界的に行われていた。そして密封と易開封が背反する論理の定着してしまった。本発明の提示するシーラントの剥がれシール温度帯を基材の軟化温度域に上昇させる方策はお呼びもつかなかった。

（本発明の発案）
この不具合事例において、図６中に付記したように、シーラントのヒートシール強さ[a]を基材の密着が可能な軟化温度帯（118〜128℃）[b]へ移行するシーラントを用意すれば剥がれシール帯における密着の達成ができる。
本発明者はこの論理の実施に成功した。
すなわち、本発明は、基材層とシーラント層を有する積層材において、基材層の塑性変形領域とシーラント層の剥がれシール領域を求め、両領域の少なくとも一部が重複するシーラント層を選定することを特徴とするシーラント層の選定方法を提供するものである。

（発明の達成方法）
本発明者は既に微細条突起を持つ加熱体ともう一方に耐熱性の弾性体を装着して、密着と剥がれシールの面加熱を同時にできる新ヒートシール技法を提示している。（特許第5779291号）
上記のような構成の包装材料を新ヒートシール技法に適用することによって、密封と易開封の達成は容易になった。
従って、本発明は、基材層とシーラント層を有する積層材において、基材層の塑性変形温度領域とシーラント層の剥がれシール温度領域を求め、両領域の少なくとも一部が重複するシーラント層を選定し、この積層材のヒートシールに、帯状に設けられる剥がれシールと、該帯状剥がれヒートシール内でその長尺方向に線条ヒートシールが剥がれシールで付加されている複合ヒートシール構造を適用することを特徴とするヒートシール方法をも提供するものである。

本発明の効果を次に列挙する。
（１）開封用のノッチの加工を省略できる。
（２）ヒートシール面を利用した易開封が可能になった。
（３）ヒートシール用シーラントの設計方法の合理化が図れた。
（４）ヒートシール製品の製造工程を簡略化できる。
（５）段差部の貫通孔ができる長年月の密封と易開封の課題を解消した。
（６）高齢者／障碍者の開封操作を容易にし、易開封のユニバーサルデザインに反映できる。
（７）包装のコストダウンが図れる

加熱温度とヒートシール強さの発現の様子の説明図である。 ヒートシール強さ試験と発現状況の説明図である。 代表的な製袋形態とヒートシール面の断面の説明図である。 平板加熱による重ね部が混在する時の圧着加熱が困難になる解析説明図である。 重ねシール部の局部押し潰し効果の確認方法の説明図である。 剥がれシール帯の段差部シールを失敗した市販製品の解析事例の説明図である。 密封と易開封を同時に達成する新ヒートシール方法の説明図である。 基材の密着特性に合わせた種々のシーラントの適合設計の実施説明図である。 密封と易開封を両立させるシーラントの設計法の説明図である。 密封と易開封の複合シールの剥離パターンの説明図である。

本発明が適用される積層材は、ヒートシールされる包装材であり、基材層とシーラント層よりなる。

基材層は、包装材の突き刺し強度、ガスバリヤ性、成形性(剛性)、印刷適正等を高く求められ種々の材料が用いられるが、代表的なものは、ポリエチレン、特に高密度ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート等のポリエステル、ナイロン等のポリアミド等であり、延伸フィルムも用いられる。厚みは１０〜２００μｍ程度、通常１０〜１２０μｍ程度である。ヤング率は、材料や処理によって大きく異なっている。本発明で重要な要素である剛性について、代表的な包装材料の特性を表１にまとめて示した。

本発明におけるこの基材層の塑性変形領域（軟化領域）とは、折り重ねの屈曲部の相互面に外部からの１０〜３５ＭＰａ程度、好ましくは１０〜２０ＭＰａ程度の応力で１０〜２０μmに接近できる範囲である。

それは融点未満の範囲である。但し、軟化開始点付近では、ヒートシールの際に貫通孔が残存しないように圧着条件を高めなければならず、また、融点近傍になると積層材自体の形崩れがしやすくなるので、材料毎に圧着圧を小さくする配慮が必要になる。
汎用のOPPでは軟化点より１０℃以上、好ましくは１５℃以上高い温度で、融点より１５℃以下好ましくは２０℃以下の低い温度範囲が好適である。

シーラント層は、包装材のヒートシール層として機能する層であり、種々の材料が用いられるが、代表的なものは低密度ポリエチレンと直鎖状低密度ポリエチレンである。その外、ポリプロピレンや非晶質のポリエステルやポリアミドも使用できる。厚みは３〜８０μｍ程度、通常１０〜５０μｍ程度である。

このシーラント層の剥がれシール領域とは、シーラント層同士を向い合わせてヒートシールした際に両層が剥離可能な界面接着する状態であり、図１、図２に界面接着と表示されている接着範囲である。包装体として使用した際に、内容物の密封性を充分に確保し、かつ、内容物の取出し時に剥離が容易な点で、界面接着の開始温度（図１、図２の立上り開始温度）より３℃以上、好ましくは１℃以上高く、界面接着と凝集接着の境界温度（図１、図２のピーク温度）より１℃以下、好ましくは２℃以下の低い温度範囲が好適である。

本発明では、基材層の塑性変形領域とシーラント層の剥がれシール領域が少なくとも一部で重複するようにシーラント層を選定するか、この重複する温度範囲は４℃以上、好ましくは１０℃以上あることが望ましい。そして、特に、両領域がいずれも好適な範囲で重複することが好ましく、好適な範囲で４℃以上、好ましくは１０℃以上重複することがさらに望ましい。

本発明の積層材は、基材層とシーラント層が直接積層されていてもよく、接着層を介して積層されていてもよい。積層方法も共押出法であってもよく、基材フィルムにシーラント層を塗布してもよく、また、別途に作製されたフィルム同士を貼り合わせてもよい。
そして、基材層とシーラント層以外層も含まれていてもよい。例えば、ガスバリア性や遮光性を向上させるアルミフォイルや不透明材等を含んでいてもよい。

本発明は、以下の方法で適用基材とシーラント材のヒートシールの際に密着して、貫通孔が形成されない温度域の確認を行い、適合するシーラント材の選択を行うことができる。
（１）使いたい基材層となる材料を用意する。
（２）薄手（10〜20μm）のLLDPEフイルムを用意する。（市販の汎用品でよい）
（３）ピロー袋のセンターシールを模して、LLDPEフイルムをシーラントの位置になるように当該材に挟み込む。LLDPEフイルムの挟み込みは、基材の軟化塑性変形の密着が10μm程度以下に到達したセンサとして利用する。
（４）図５の圧着装置を用い、表２の圧接荷重を参照して、温度を２℃ステップで微細円弧状で局部加熱する。常温に冷却後、「探傷液法」によって密着状態を検査する。200倍程度の顕微鏡を用いれば、数μm程度の着色した貫通孔を目視検査できる。
（５）検討するシーラント材に就いて（２）と（３）を除いて、シーラント材の密着性を同様に試験する。
（６）検査結果をグラフにして、＜１＞2〜10N／15mm以上のヒートシール強さ範囲、＜２＞密着が完成する上限圧接荷重以下（材料毎に異なる）を確認して、当該材料毎の加熱温度と圧着範囲を選定する。
（７）基材の密着が可能となる開始温度で、約1N／15mm以上のヒートシール強さが発現するようなシーラント材を選択するのが好ましい。

本発明の積層材のヒートシール方法は、基本的に基材層の塑性変形領域とシーラント層の剥がれシール領域の重なる温度域で行う。ヒートシール条件は、基材層が充分に変形してヒートシール面間に貫通孔が残存せず、かつ所定の剥がれシール強さになるように定められるが、これは予め実験をして定めることができる。

ヒートシール強さと剥がし力の関係は［（実際のヒートシール幅／15mm）×ヒートシール強さ］が標準化されている。摘み代開封（特願2015−30337）によれば、剥がれシール強さの約２倍が開封力になる。摘み開封では4〜20Nが適正範囲である。ヒートシール幅を15mmに選んだ場合は所望の開封力から、剥がれシール強さを選択する。ヒートシールの安定性を配慮して、最低の剥がれシール強さを約２N/15mm以上とする。

本発明で設計された積層材のヒートシールには本発明者が先に開発した、帯状の剥がれシールの長尺方向に線条シールを付加した複合ヒートシール構造を適用することが極めて有効である。
その場合、線条シール部は接着面積が小さいので外力に対する耐破袋性が非常に小さい。周辺に通常５mm幅以上の剥がれシールの面接着帯を設けて、剥離エネルギーを利用した、耐破袋性能を高める必要がある。

この複合シール構造を適用すると面接着部も確実な剥がれシールの熱接着が完成できるので、容易に密封と易開封の目的を果たすことができる。（図7参照）

この複合ヒートシール構造は、剥がれシールで帯状に設けられた帯状剥がれヒートシールと、その内に長尺方向に設けられた線条剥がれヒートシールよりなる。

帯状剥がれヒートシールは包装袋の場合には開封しようとする辺に設けられ、その幅は、一般に３〜３０ｍｍ程度、典型的には５〜１５ｍｍ程度である。剥がれ強さである接着強度（ヒートシール強さ）は通常２〜１２Ｎ／１５ｍｍ程度、一般的には２〜１０Ｎ／１５ｍｍ程度が好ましい。この範囲に設定すれば例えばこどもでは開け難い制限のある用途別の易開封にも対応できる。

一方、線条シールの幅は0.05〜２ｍｍ程度、好ましくは0.1〜１．５ｍｍ程度であり、また深さは0.05〜2ｍｍ程度、好ましくは0.1〜1.5ｍｍ程度である。線条シールの接着強さは２〜１５Ｎ／１５ｍｍ程度、好ましくは２〜１２Ｎ／１５ｍｍ程度とするのがよい。

この線条シールは帯状剥がれヒートシールの長手方向に設けられ、ヒートシール面の中央ではなく外縁に寄せて線条シールを帯状剥がれヒートシールの中央に設けるよりも剥がれシール面を包装袋の内側により大きく設けることが好ましく、例えば、内縁から全幅の60〜90％程度の範囲が適当である。

線条シールは、原則として1本であるが、本発明の作用効果を損なわない範囲で、局部圧着荷重を増加して複数、例えば２本あるいは３本設けることも可能である。
この複合ヒートシール構造は、図５に示すヒートシール機で形成できる。

（ポリ玉の障害の補完機能）
合掌貼り部の作成時に接着面の内側のヒートシール線には溶融したシーラントがはみ出すと屈曲部の段差は増幅され、段差部の密封が阻害されるが軟化温度帯にシーラントの剥がれシール帯を選べば不具合は解消できる。

段差のあるピロー袋のセンターシール部において、本発明の新規性を確認するために、剛性が非常に大きく(表1参照)通常のヒートシール操作では密封が困難な２軸延伸ポリプロピレン(OPP)基材を共通にして、一般的な３種のシーラントを使って密封と易開封ができることを検証した。
（1）基材仕様：市販品の２軸延伸ポリプロピレン（OPP）50μm
（2）密着検知シーラント：LLDPE；≒10μm（市販品）
（3）適合性試験の対象に選んだシーラント
1）PP Co-polymer:20μm
2）層間剥離シーラント：30μm
3）凝集剥離シーラント：30μm

本発明の新規性を次の条件でヒートシールの検証した。
（4）標本寸法：２枚部；10mm（折り曲げ）、４枚部；（内部折り曲げ）10mm、２枚部；10mm（端部開放）［図５(a)参照］
（5）加熱面幅：15mm
（6）条突起：0.6mm丸棒 （長さ；≒40mm）
（7）圧接荷重：20、40、60、80、100N／10mm
（8）加熱温度：加熱体表面温度：100〜140℃（精度±0.4℃）
（9）加熱時間：3ｓ（平衡温度到達の最少時間）
（10）加熱標本の冷却：加熱後2ｓ以内に室温のアルミ体で軽く圧接し強制冷却
（11）密着試験：「探傷液」を条突起線に点滴し、「探傷液」の浸透を×10〜20のルーペで目視確認

基材の密着特性の測定）
加熱温度と圧接荷重をパラメータにして、基材の密着確認を10μmのLLDPEを密着センサとして挟んで、約20μm以内の密着が完成する範囲を試験した。
この検証結果を表３にまとめた。

当該材料の密着は100N／10mmの荷重で、112℃から密着が発現している。60N／10mmでは114℃となっている。軟化が進む118〜126℃では20N／10mmの圧接荷重で容易に密着している。この結果から、密着完成のパラメータが分った。

（基材のシュリンクの説明）
当該材料は２軸延伸が掛けられているので、延伸時の温度に近づくと元の容積に戻るためシュリンクが起こる。従って、延伸フイルムはシュリンク前の温度帯で利用する必要がある。当該材料では124℃付近で観察された。
本試験の結果、当該材料の密着が可能な適正温度帯は約10℃幅の114〜124℃付近が得られた。この温度帯に一致するようなシーラントの選択又は設計が求められる。

（適合性の評価定義）
密封と易開封の適合性の制約条件は
（1）易開封適正はヒートシールの安定性の視点から、ヒートシール強さを2Ｎ／15mm以上、開封力の最大値制限から10Ｎ／15mmの範囲の適用が要求される。
（2）圧接荷重は装置の発生荷重の制約から80Ｎ／10mmの上限を設定した。
（3）延伸の掛かった材料では延伸時の温度より高くなると溶融状態の容積に戻るのでシュリンクが発生する。本試験に適用した基材で124℃付近に制限温度がある。

他方、3種のシーラント材の密着性試験結果を表４、表５、表６に列挙した

（界面剥離シーラント＜PP Co-polymer＞の評価）
このシーラントは、規則配列(アイソタクチック)、不規則配列(アタクチック)のco-polymerを配合して、ヒートシール強さの発現温度や剥がれシール温度帯を拡張した材料である。

このシーラントは116〜124℃帯で20N／10mmもしくは以下の小さな圧接で密着していることを先ず確認し、適合性を評価した。基材との密封と易開封の相性の図解を図８(a）に示した。124℃の加熱ではヒートシール強さが13N／15mmになっているので、開封力を20N以下にするためにヒートシール幅は12mm以下にすれば、（13×12／15≒10N）となるので利用できる。
本ケースの密封と易開封の適正加熱範囲は、約6℃幅の117〜123℃が得られた。

（層間剥離シーラントの評価）
層間剥離シーラントの本発明への適用性を検討するために＜層間剥離シーラント：30μm＞を選んだ。この材料は基材、層間剥離層とシーラントで構成していて、シーラントは約10μmで薄い。

（層間剥離シーラントの機能）
層間剥離のシーラントの特徴は、ヒートシール強さ発現初期はシーラントの界面接着面強さが現れ、シーラントが凝集接着温度まで加熱されるとシーラントの隣接するラミネーション材が熱変性して、接着力を微小になるように設計されている。この温度以上に加熱された後に、常温にして、この接着エッジに開封力が付与するとエッジは破断して、熱変性して接着力が低下した加熱面部の開封となる。 本ケースではシーラントの破断力は6Ｎ／15mmであり、加熱の熱変性でデラミ部は約1.5Ｎ／15mmになっていて、低い易開封を獲得している。

（基材とシーラントの相性の実際）
シーラントは112〜126℃帯で20N／10mmもしくは以下で密着していて、基材との極めて良好な相性を示している。基材との密封と易開封の相性の図解を図８(b）に示した。加熱温度が112〜120℃ではシーラントの界面接着の剥がれ特性を示している。120℃に到達するとシーラントは凝集接着状態となる。この付近の温度帯に到達すると層間剥離層は熱分解によって、接着力を失うデラミ状態になる。

（層間剥離の動作説明）
薄いシーラント（≒10μm）で構成されているので、内側のヒートシールエッジに開封力（≒6N／15mm）が作用すると容易に破断して、層間の剥離に移行する。122〜126℃の層間剥離力は（1.2〜2.5N／15mm）となっている。この場合の開封は、ヒートシール幅が15mmなら開封力は、一旦、約12Nに上がって、プッツン！と切れて、その後は直ちに3〜4Nの低開封力に移行する。

（最適範囲の決定）
本ケースの場合の制約条件は圧接荷重の上限（80Ｎ／10mm）温度とシュリンク開始温度が制約条件となり、約8℃幅の116〜124℃付近が密封と易開封の適正加熱範囲となる。層間剥離の発現温度を116℃以下に設定すれば、基材が密着する116〜124℃の全域で低い開封力の易開封が実施できる。（図9参照）

（凝集剥離のシーラントの適応試験）
凝集剥離のシーラントは2種以上の高分子の相溶性を利用している。
お互いに接着しない異種のプラスチックをシーラントに混合して作成する。この面を合わせて、混合した高分子の一方のみが接着する温度帯で加熱するとシーラント内の粒子間で接着の不揃いが起こる。冷却後の開封力で層内に破壊剥離が起こる。
一定値迄の加熱温度の接着力は混合分子の割合や分子の種類の選択で、ほぼ一定な間引き接着力を示す特徴がある。加熱温度が更に上昇するともう一方の混合分子も接着状態になるので層内の破壊剥離はなくなり、全体が凝集接着状態になる。本例では低ヒートシール強さの材料を適用した。所望の開封力を得るには異種分子の混合割合で調節する。

（本発明の汎用性の証明）
実施例において本発明が３種のシーラントに対応できることを示し、その汎用性を検証した。そして本実施例の検証法を適用して、適格なシーラントの合理的な設計法が確認できた。

（発明の方法のモデル化説明）
以上の検討結果をまとめ、密封と易開封を両立させる本発明の包装材料の設計法のモデル化を図９に示した。

（発明の剥がれシール状態の完成の説明）
実施例の基材とシーラントを組み合わせた複合シール材料を特許（5779291）法でヒートシールを行った。引張試験の実測剥離パターンを図１０に示した。
この結果、密着部に剥がれシール帯を共存させる本発明の設計法が有効に機能して、弱い密着部が周辺の剥がれシールの剥離エネルギーによって、破袋が防御されている様子を確認できた。

１ 加熱体1
２ 加熱体2
３ 材料
４ ガセット折部
５ センターシール
６ 屈曲部
７ 不圧着部
８ ４枚部
９ 段差部
１０ 条突起
１１ 加熱体
１２ 加熱体
１３ 標本
１４ 押し潰し荷重
１５ 成形密着部
１６ 屈曲点
１７ 空気シリンダ
１８ 線条突起
１９ 加熱体
２０ 加熱体
２１ 材料
２２ 弾性体
２３ 押し潰し荷重
２４ ４枚部
２５ ２枚部

本発明で設計された積層材は、基材層の軟化状態でヒートシールできるので貫通孔のない完全な密封シールができ、幅広くヒートシール材料として利用できる。そして、ピロー袋、ガセット袋のように段差のある部位を有するヒートシールに特に好ましく利用できる。

Claims (2)

1. 基材層とシーラント層を有する積層材において、基材層の塑性変形温度領域とシーラント層の剥がれシール温度領域を求め、両領域の少なくとも一部が重複するシーラント層を選定することを特徴とするシーラント層の選定方法
2. 基材層とシーラント層を有する積層材において、基材層の塑性変形温度領域とシーラント層の剥がれシール温度領域を求め、両領域の少なくとも一部が重複するシーラント層を選定し、この積層材のヒートシールに、帯状に設けられる剥がれシールと、該帯状剥がれヒートシール内でその長尺方向に線条ヒートシールが剥がれシールで付加されている複合ヒートシール構造を適用することを特徴とするヒートシール方法

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