JP6645006B2 - 積層体 - Google Patents
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Description
[1]脂肪族ポリエステルを含有する樹脂組成物からなるポリエステル層とセルロース成分を含有する基材層とを有する積層体であって、JIS K7127に準拠した引張試験により測定した、ポリエステル層の樹脂流れの方向(MD)の引張破断ひずみが220%以下であることを特徴とする積層体。
[2]JIS K7127に準拠した引張試験により測定した、ポリエステル層の樹脂流れに対する垂直方向(TD)の引張破断ひずみが50%以下である、[1]に記載の積層体。
[3]JIS K7127に準拠した引張試験により測定した、ポリエステル層の樹脂流れの方向(MD)の引張破断強度が36MPa以下であり、樹脂流れに対する垂直方向(TD)の引張破断強度が32MPa以下である、[1]又は[2]に記載の積層体。
[4]脂肪族ポリエステルが、脂肪族ジカルボン酸単位と脂肪族ジオール単位とを主たる構造単位として含むものである、[1]〜[3]のいずれかに記載の積層体。
[5]脂肪族ポリエステルが、コハク酸単位と1,4−ブタンジオール単位とを主たる構造単位として含むものである、[1]〜[4]のいずれかに記載の積層体。
[6]樹脂組成物がフィラーを含有するものである、[1]〜[5]のいずれかに記載の積層体。
[7]樹脂組成物の引張弾性率が400MPa以上である、[1]〜[6]のいずれかに記載の積層体。
[8]基材層が紙である、[1]〜[7]のいずれかに記載の積層体。
[9]厚みが300μm以下である、[1]〜[8]のいずれかに記載の積層体。
[10][1]〜[9]のいずれかに記載の積層体が少なくとも一部に使用されてなる袋。
[11][1]〜[9]のいずれかに記載の積層体が少なくとも一部に使用されてなる液体用容器。
本発明の積層体は、生分解性を有し、積層体への加工性にも優れるとともに、積層体の二次加工性が優れるものであり、袋や容器として特に好適に用いることができる。
<ポリエステル層の引張物性>
先ず、本発明において、「引張破断ひずみ」とは、積層体の基材層から剥離したポリエステル層を一定速度で試験片を引っ張り、その間に試験片にかかる伸びを測定し、それを「引張ひずみ」と定義したものである。また、「引張破断強度」とは、破断時の荷重を測定し破断時の強度を意味する。これら引張物性は、JIS K7127に準拠した引張試験により測定される値であり、試験に用いた試験片はJIS2号ダンベル、試験速度は500mm/min、チャック間距離は80mmとする。上記条件以外の測定方法の詳細は、実施例の項において説明する。
引張破断強度を上記範囲とすることにより、積層体の打抜き性等の二次加工性をさらに向上させることができる。
ポリエステル層は、脂肪族ポリエステルを含有するとともに、脂肪族ポリエステル以外のその他樹脂や各種フィラーなどの添加剤を任意に含む樹脂組成物からなる層である。脂肪族ポリエステル以外のその他樹脂や添加剤の含有比率もまた任意であるが、脂肪族ポリエステルを主成分とすることが好ましい。ここで主成分とは、樹脂組成物における脂肪族ポリエステルの含有比率が最大比率となるものである。また、脂肪族ポリエステルの含有
比率は、好ましくは50質量%を超え、より好ましくは70質量%以上であり、通常99.5質量%以下、好ましくは90質量%以下である。
脂肪族ポリエステルは、1種を単独で用いてもよいし、2種以上を任意の組み合わせ、および比率で併用してもよい。
また、脂肪族ポリエステルは、生分解性を有するものが好ましい。、
脂肪族ポリエステルは一部または全てがバイオマス資源から得られる原料を用いて製造されたものが好ましい。
押出機のT−ダイから出た溶融膜の幅が基材と接するまでの空間で狭くなる現象を言い、T−ダイ出口の溶融膜の幅と基材上にラミネートされたラミネート膜の幅との差で示す。)が大きくなったり、端部の膜厚と中心部の厚みの差が大きくなり、安定した製品が得られなかったりする場合がある。また、上限を上回ると重合反応中にゲル化する可能性が増大したり、押出機のモーターへの負荷が著しく増加し、成形性が劣ったりする場合がある。
脂肪族ジオールと脂肪族ジカルボン酸を主成分とする脂肪族ポリエステルとしては、例えば、三菱化学社製のGS Pla(登録商標)AZシリーズ、ADシリーズ、FZシリーズ(ポリブチレンサクシネート系樹脂)、FDシリーズ(ポリブチレンサクシネートアジペート系樹脂)、昭和電工社製のビオノーレ(登録商標)、オキシカルボン酸を主成分とする脂肪族ポリエステルとしては三井化学社製のレイシア(登録商標)、ネイチャーワークス社製のインジオ(登録商標)等が挙げられる。
上述の脂肪族ポリエステルは、該ポリエステルを含有する樹脂組成物をポリエステル層
として、基材層に積層することにより積層体となる。ポリエステル層には、脂肪族ポリエステル以外のその他の樹脂が含有されていてもよい。
本発明において、ポリエステル層は、脂肪族ポリエステルが含まれていれば特に制限されず、公知の酸化防止剤、滑剤、改質剤、核剤などの各種添加剤を含有させることもできる。特に、ポリエステル層には、各種フィラーを含有させることが好ましい。
シウム、ケイ藻土、アロフェン、ベントナイト、チタン酸カリウム、ゼオライト、セピオライト、スメクタイト、カオリン、カオリナイト、ガラス、石灰石、カーボン、ワラステナイト、焼成パーライト、珪酸カルシウム、珪酸ナトリウム等の珪酸塩、酸化アルミニウム、炭酸マグネシウム、水酸化カルシウム等の水酸化物、炭酸第二鉄、酸化亜鉛、酸化鉄、リン酸アルミニウム、硫酸バリウム等の塩類等が挙げられる。中でも、タルク、炭酸カルシウム、酸化チタン、無水シリカ、ワラステナイトが好ましく、タルク、炭酸カルシムがより好ましい。
これら無機系フィラーは市販品を用いることができる。具体的には、例えば、日本タルク社製のナノタルク[ナノエース(登録商標)シリーズ]、微粉タルク[ミクロエース(登録商標)シリーズ]、富士タルク工業社製のLMS100、PKPシリーズ等が挙げられる。
本発明の積層体は、ポリエステル層とともに、少なくともセルロース成分を含有する基材層を有するものである。基材としては、セルロース成分を含むものであれば特に限定されないが、紙、不織布、セルロースナノファイバーシートから選ばれるものが好ましく、中でも紙が特に好ましい。基材として、生分解性である脂肪族ポリエステル樹脂製のフィルムやシート体を、紙等のセルロース成分を含む基材とともに使用する場合、得られる積層フィルム(積層体)は全体として生分解性となり、環境に配慮した包材を形成することができる。具体的な紙基材としては、クラフト紙、模造紙、ロール紙、中質紙、ボード、グラシン紙、パーチメント、アート紙、板目紙、ダンボール原紙等の板紙を挙げることができる。これらの紙基体の坪量(日本工業規格 JIS P8124)は、紙質によっても異なるが、一般に10〜1000g/m2、特に30〜700g/m2の範囲にあることが好ましい。
本発明において、積層体の製造方法は特に限定されないが、例えば、押出成形により製造するのが好ましい。
成物を溶融させ、Tダイなどのスリットダイからフィルム上に押出したものを基材に塗る押出コーティング方法、(b)樹脂組成物を溶融させ、Tダイなどのスリットダイからフィルム上に押出したものをある層に塗り、サンド繰出し機と呼ばれるアンワインダーから別の層を供給して、同時に貼り合わせる方法である押出ラミネーション方法、(c)Tダイや丸ダイにて数種の樹脂組成物を押出し、1工程で多層フィルムが製造できる共押出成形ラミネーション法等が挙げられる。
図1は、本発明の積層体の製造に使用される溶融押出コーティング・ラミネート装置100の概略図である。但し、本発明の積層体は、必ずしも図1に記載された処理や部品を全て含む装置で製造される必要はなく、適宜、工程を増やしたり、減らしたりすることができる。
ー22内スクリュー部と、クロスヘッド部(図示せず)と、アダプター部23とダイス部24とを有する押出機25からなる溶融樹脂供給系統20と、基材上に溶融押出された樹脂層(ポリエステル層)と基材とを押圧ラミネートするラミネート加工部系統30とを有している。
ダイスは、その大きさにもよるが、温度を制御するために複数個のヒートブロックを有している。ヒートブロックの温度調整は、各ヒートブロック部分から流れ出る溶融樹脂温度を測定し、設定温度との乖離状況とポリエステル層の厚み測定に基づいて実施する。
端部が中央部より厚い場合、中央部の樹脂温度を一定とし、端部の樹脂温度を低くするため、該当するヒートブロックの温度設定を低くして安定化を待つ。中央部と端部の間にも複数のヒートブロックがある場合、温度設定を傾斜的に設定するほうが好ましい。
ロール32に接触すると樹脂が冷却固化され、接着力が得られないことがある。好ましくは溶融樹脂が基材と冷却ロール32とに同時に接触するものである。
本発明の積層体において、樹脂層(ポリエステル層)の厚みは特に限定されないが、好ましくは5μm以上、より好ましくは8μm以上、さらに好ましくは15μm以上である。上限は、通常100μm以下、好ましくは50μm以下、より好ましくは30μm以下、さらに好ましくは20μm以下である。上限を超えると、ラミネート品の巻き癖や、離ロール性、ヒートシール性の悪化、打ち抜きの際に樹脂層が伸び、切れ残りが生じる場合がある。また、下限を下回ると押出し機の性能に左右されるが、吐出が安定しなく、厚みムラが生じたり、接着強度やヒートシール強度が不足する場合がある。
本発明の積層体は、加工することによって、包装容器資材、農業・土木・水産用資材などに用いられる。
ルム、雑草防止シート、テープやヤーンからなる植生ネットなどの農業・土木・水産分野で用いられる資材が挙げられる。その他、ゴミ袋、コンポストバッグとしても用途も挙げられ、広範囲における材料として好適に使用し得る。
本発明の積層体において、樹脂層(ポリエステル層)と紙とからなる積層紙を回収する際には、アルカリ溶液に積層紙を浸漬することにより、脂肪族ポリエステルが紙よりも早く分解されるため、開繊した紙繊維を容易に回収することができる。ポリエチレンフィルムの場合は分解しないため、フィルムと紙繊維を分別する必要があり困難であったが、脂肪族ポリエステルを用いた本発明の構成の積層体とすることにより、低コストに容易に紙リサイクルを行うことが可能である。なお、この際、分解を促進するため、脂肪族ポリエステルの分解を促進する酵素を作用させてもよい。また、本発明では基材に樹脂層を有しているため、樹脂層(ポリエステル層)に使用した樹脂成分を溶解させる溶剤を使用することにより、容易に基材とポリエステル層とを剥離させることができる。
樹脂(脂肪族ポリエステル);三菱化学社製 GS Pla FZ71PL MFR=22g/10min(@190℃、2.16kgf)
無機系フィラー;
フィラーA:日本タルク社製 ミクロエース(登録商標)K−1 粒子径D50(レーザー回折法)8.0μm、見かけ密度(JIS K5101)0.25g/mL、比表面積(BET法)7.0m2/g
フィラーB:日本タルク社製 ミクロエース(登録商標)SG−95 粒子径D50(レーザー回折法)2.5μm、見かけ密度(JIS K5101)0.11g/mL、比表面積(BET法)15.0m2/g
<溶融膜の外観および安定性>
ダイス出口から溶融膜の状態を目視で評価した。評価基準は下記の通りとした。
◎(優秀):溶融膜は透明または半透明あるいは乳白色であり、FE(フィッシュアイ)や異物、フィラーの著しい凝集がなく気泡がない正常な状態である。またレゾナンスも無
く優れている。
○(良好):溶融膜は透明または半透明あるいは乳白色であり、FE(フィッシュアイ)や異物、フィラーの著しい凝集がなく気泡が少しあるが、成形に問題ないレベルでレゾナンスも許容される範囲内である。
△(可):溶融膜はFE(フィッシュアイ)や異物が少ないフィラーの著しい凝集がない状態であるが、レゾナンスは悪い。
×(不可):溶融膜がFE(フィッシュアイ)や異物が多いもしくはフィラーの著しい凝集があり、気泡が多く膜割れが多発し、加工できない状態である。
ダイス出口からの発煙の状態と臭気の官能試験を実施した。評価基準は下記の通りとした。
◎(優秀):発煙がほとんどなく、鼻や目につく刺激がない。
○(良好):発煙が多少あり、鼻や目につく刺激が多少あるが、作業上問題にならない
レベル。
△(可):発煙が多少あり、鼻や目につく刺激があり、作業がやや困難。
×(不可):発煙が多く、鼻や目につく刺激があり、成形できない。
冷却ロール表面から積層体が離れる際のロールへの張り付き具合を観測した。同一の押出し条件にて、引取り速度を徐々に変更しながら、剥離音、フィルム性状を確認した。評価基準は下記の通りとした。
◎(優秀):15m/分以上で成形した場合、フィルムが冷却ロールから剥離音なくはがれ、フィルム表面がきれいである状態。
○(良好):15m/分以上で成形した場合、積層体の剥離音が小さく、積層体の表面が少し荒れた状態。
△(可):15m/分以上で成形した場合は積層体が冷却ロールから剥がれず、10m/分以下で成形した場合でも、積層体が冷却ロールから少し離れ難くなっており、フィルム積層体の表面に糸引きが見られたり、冷却ロールから断続的に剥離して積層体に横筋が入ったりする状態。
×(不可):積層体が冷却ロールから剥がれず、運転ができない状態。
<打ち抜き性>
打ち抜き性は2穴パンチ(鑽孔能力:64g/m2普通紙16枚)を使用し、打ち抜き試験を実施した。刃の打抜き方向としては積層体の基材面から樹脂層に向けて円柱状のパンチ刃が進行するように打ち抜きを実施し、測定回数を10回とした。打ち抜きの状態を総合的に判断する。
◎(優秀):押し切り刃により綺麗に切れる。
○(良好):押し切り刃により少し糸引きが出る程度である。
△(可):押し切り刃により糸引きが出ており、周囲から分離できていないものが10個中5個以下である。
×(不可):押し切り刃で周囲から分離できないものが10個中5個以上ある。
得られた積層体の樹脂層フィルム部分(ポリエステル層)の引張試験を実施し、引張破断ひずみおよび引張破断強度を評価した。
積層体から樹脂層の剥離は次の手順で実施した。
積層体を室温で水に浸漬させ、十分に紙が膨潤したところで、樹脂層に無理な力がかからないように丁寧に剥離し、23℃、50%RHの調湿された部屋にて1日間放置して、
引張試験用のフィルムを準備した。試験方法はJIS K7127に準拠した伸び試験を実施した。試験片はJIS2号ダンベルで打抜いた。試験方向は、樹脂流れの方向(MD)、樹脂流れに対する垂直方向(TD)各5枚とした。引張試験機は島津製作所製、AGS100であり、試験速度は500mm/min、チャック間距離は80mmとした。引張物性は各方向の引張破断強度、引張破断ひずみを測定し、それらの値から、平均引張破断ひずみ、平均引張破断強度を求めた。単位はそれぞれ%とMPaとで表示した。引張破断ひずみは下記式にて計算した。
引張破断ひずみ(%)=[移動距離(mm)/チャック間距離(80mm)]×100
平均引張破断ひずみ、平均引張破断強度は、MDとTDで求めた値及びその平均値で示した。
<樹脂組成物の製造>
脂肪族ポリエステル(GS Pla)とフィラーAとフィラーBとを用いて、表1に記載された組成比となるように2軸混練機(日本製鋼所社製TEX30α)にて樹脂組成物を製造した。混練条件はシリンダー設定温度190℃とし回転数200rpm、吐出25kg/hの条件とした。得られた樹脂組成物は溶融ストランドを水冷後にペレット化し、70℃、窒素気流下にて乾燥して、フィルム積層体用原料に使用した。
上記樹脂組成物を、基材繰り出し機、引取り機を備えた単層Tダイ成型機(ダイスリップ幅300mm、スクリュー径50mmφ、L/D 28)にて積層体を製造した。押出条件は、押出機シリンダー設定温度をC1(ホッパー側温度)200℃、C2(ダイス側温度)250℃、ダイス部樹脂温度(端250℃、中央部250℃、端250℃)に設定した。押出機回転数を15rpmとし、エアギャップ巾を120mmとして半径150mmのセミマットロールを冷却ロールとして、引取り速度15m/minで積層体を製造した。この時の冷却温度は50℃に設定した。
表1に示す条件以外は実施例1と同様にし、積層体を製造し、評価した。その結果を表1に示す。
尚、本発明における全ての実施例・比較例の樹脂と基材層(紙)との接着性は、手で樹脂層を剥離したとき、十分な抵抗感があり、接着性は高いレベルであった。
10 基材供給系統
11 基材繰出部
12 アンカーコート部
20 溶融樹脂供給系統
21 ホッパー
22 加熱シリンダー
23 アダプター部
24 ダイス部
25 押出機
30 ラミネート加工部系統
31 ニップロール
32 冷却ロール
100 溶融押出コーティング・ラミネート装置
Claims (10)
- 脂肪族ジカルボン酸単位と脂肪族ジオール単位とを主たる構造単位として含む脂肪族ポ
リエステルと添加剤からなる樹脂組成物からなるポリエステル層とセルロース成分を含有
する基材層とを有する積層体であって、
該脂肪族ポリエステルのメルトフローレイト(MFR;190℃、2.16Kg荷重)
が3g/10分以上、45g/10分以下であり、
該添加剤が、酸化防止剤、滑剤、改質剤、核剤及び各種フィラーから選ばれる添加剤で
あり、
該積層体が脂肪族ジカルボン酸単位と脂肪族ジオール単位とを主たる構造単位として含
む脂肪族ポリエステルと添加剤からなる樹脂組成物を、押出機を用いて基材上に押出積層
する方法(押出しコーティング法)によって得られたものであり、
JIS K7127に準拠した引張試験により測定した、ポリエステル層の樹脂流れの
方向(MD)の引張破断ひずみが220%以下であることを特徴とする積層体。 - JIS K7127に準拠した引張試験により測定した、ポリエステル層の樹脂流れに
対する垂直方向(TD)の引張破断ひずみが50%以下である、請求項1に記載の積層体
。 - JIS K7127に準拠した引張試験により測定した、ポリエステル層の樹脂流れの
方向(MD)の引張破断強度が36MPa以下であり、樹脂流れに対する垂直方向(TD
)の引張破断強度が32MPa以下である、請求項1又は2に記載の積層体。 - 樹脂組成物がフィラーを含有するものである、請求項1〜3のいずれか1項に記載の積
層体。 - 前記フィラーの粒子径D50(レーザー解析法)が、0.5μm以上、25μm以下で
ある、請求項4に記載の積層体。 - 樹脂組成物の引張弾性率が400MPa以上である、請求項1〜5のいずれか1項に記
載の積層体。 - 基材層が紙である、請求項1〜6のいずれか1項に記載の積層体。
- 厚みが300μm以下である、請求項1〜7のいずれか1項に記載の積層体。
- 請求項1〜8のいずれか1項に記載の積層体が少なくとも一部に使用されてなる袋。
- 請求項1〜8のいずれか1項に記載の積層体が少なくとも一部に使用されてなる液体用
容器。
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