JP6786853B2 - フィルムのヒートシール性の評価方法 - Google Patents

Description

本発明は、ヒートシール性が付与された２軸延伸ポリエステルフィルムに関する。

２軸延伸ポリエチレンテレフタレートフィルム等の２軸延伸ポリエステルフィルムは、強度、耐熱性、寸法安定性、耐薬品性、保香性等に優れることから、各種の包装用素材として有用である。そこで、このようなフィルムどうしをヒートシールして形成したフレキシブルパウチ等の包装袋が期待されている。

しかしながら、配向性を有するフィルムは、ヒートシール性に乏しい。そこで例えば、特許文献１には、電磁波を２軸配向ポリエステルフィルムの表面に短パルス照射し、表面を改質することによりヒートシール性を付与する方法が開示されている。

特公平４−２６３３９号公報

特許文献１が開示する短パルス照射方法は、２軸配向ポリエステルフィルムの内部配向性を損なわないようにするため、キセノンガスランプ等を用いて高出力の短パルスを発生させる必要がある。このような高出力な装置はエネルギー効率が低く、また、安全性の確保が困難である。このため、２軸配向ポリエステルフィルムにヒートシール性を付与する方法は実用化に向けての取り組みがなされていなかった。

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、高効率で安全性の高い方法によりヒートシール性を付与されたフィルム及びこれを用いた包装袋を提供することを目的とする。

本発明の一局面は、２軸延伸ポリエステルの層単体、または、２軸延伸ポリエステルの層を表面に含む金属箔層を含まない積層体からなり、２軸延伸ポリエステルの層の表面は、微細な凹凸構造を有する領域であるシール部とヒートシール性を有しない領域である非シール部とを含むフィルムのヒートシール性の評価方法であって、フィルムの背後にリッチブラックで印刷した黒色チャートを設置して、シール部および非シール部を測色し、シール部のＬ＊値が非シール部のＬ＊値より５以上大きければ前記シール部がヒートシール性を有すると評価する、フィルムのヒートシール性の評価方法である。

本発明により、高効率で安全性の高い方法により効果的にヒートシール性を付与されたフィルム及びこれを用いた包装袋を提供することができる。

本発明の一実施形態に係るフィルムの平面図および断面図 フィルムの製造方法を示す平面図および断面図 本発明の一実施形態に係る積層体フィルムの平面図および断面図 本発明の一実施形態に係る包装袋の平面図、側面図および包装袋の製造に用いられるフィルムの平面図

（フィルム）
図１に、一実施形態に係るフィルム１０の平面図およびそのＡ−Ａ’線に沿った断面図を示す。フィルム１０は、２軸延伸ポリエステル層３０単体からなる。フィルム１０の所定の領域２０には、結晶性を低下させることによりヒートシール性の付与されたシール部４０が形成されている。

図２に、フィルム１０の製造方法を示す。領域２０にシール部４０を形成するために、レーザー光を走査しながら連続的に照射する。図２に示す例では、レーザー光の照射スポットＳが、所定の間隔の複数の平行な直線状の軌跡を描くように照射される。レーザー光は、エネルギーが効率的に２軸延伸ポリエステル層３０に吸収されやすい赤外線波長を有する炭酸ガスレーザー光を用いることが好ましい。赤外線波長を有するレーザー光であれば、他のレーザー光を用いることもできる。

２軸延伸ポリエステル層３０のレーザー光が照射された領域２０は、レーザー光の照射によって融点以上に加熱され、照射後に融点以下に冷却されることによって、結晶性が低下し、ヒートシール性が発現する。レーザー光が走査照射された後の領域２０は結晶性が低下していればよく、レーザー光の照射により、図１の断面図に示すような複数の線状の凸条が所定の間隔で平行に形成された微細構造が形成される。また、レーザー光の照射スポットの形状や、走査軌跡は、任意のものから適宜選択できる。微細構造は、レーザー光の照射の態様や、２軸延伸ポリエステル層３０の厚さによって、多様な態様をとりうるが、一般に表面に凹凸構造によるざらつきが生じ、拡散反射による白化がみられる。

このように、レーザー光の照射によりヒートシール性を付与する方法は、高出力の電磁波を短パルスで照射してヒートシール性を付与する方法に比べて、エネルギー効率を高くすることができ、また、安全性の確保が可能である。

２軸延伸ポリエステル層３０の厚みは特に限定されず、ポリエステルをフィルム成形可能な厚みであればよい。このような厚みは、一般的には２〜３μｍ以上であるが、これに限定されるものではない。また、厚みが大きすぎる場合は、ヒートシール時に、接合界面に充分な熱を伝達するのに時間を要するため、包装袋としての使用上、現実的ではない場合がある。一般的には１０００μｍ以下の厚みが望ましいが、これに限定されるものではない。２軸延伸ポリエステル層３０の厚みは使用の目的に応じて適宜設定することができる。

（積層体フィルム）
２軸延伸ポリエステルを表面に含む積層体フィルムにレーザー光を照射してヒートシール性を付与することもできる。図３に、積層体フィルム１１の平面図およびそのＢ−Ｂ’線に沿った断面図を示す。積層体フィルム１１は、２軸延伸ポリエステル層３１と、他の層５０、３２とを含む積層体である。積層体フィルム１１の所定の領域２１には、２軸延伸ポリエステル層３１にレーザー光を照射して結晶度を低下させることによりヒートシール性の付与されたシール部４１が形成されている。他の層５０、３２は、例えば、それぞれアルミニウム層、２軸延伸ポリエステル層を用いることができるが、これに限定されず、材質、層数は特に限定されない。

（ポリエステル）
フィルム１０、積層体フィルム１１の２軸延伸ポリエステル層３０、３１、３２に用いられるポリエステルは、ジカルボン酸とジオール成分の縮合法によって得られるエステル基を含有するポリマーより形成されるものであり、ジカルボン酸としては、テレフタル酸、イソフタル酸、オルソフタル酸、２，６−ナフタレンジカルボン酸、ビフェニルジカルボン酸、コハク酸、アジピン酸、アゼライン酸、セバシン酸、ドデカンジカルボン酸、ダイマー酸、１，４−シクロへキサンジカルボン酸、１，３−シクロヘキサンジカルボン酸、１，２−シクロヘキサンジカルボン酸とその酸無水物、フマル酸、マレイン酸、無水マレイン酸、イタコン酸、シトラコン酸等のα，β−不飽和ジカルボン酸；２，５−ノルボルネンジカルボン酸無水物、テトラヒドロ無水フタル酸、２，５−ノルボルネンジカルボン酸無水物などが例示できる。

また、ジオールとしては、エチレングリコール、１，２−プロピレングリコール、１，３−プロパンジオール、１，４−ブタンジオール、１，５−ペンタンジオール、ネオペンチルグリコール、１，６−ヘキサンジオール、３−メチル−１，５−ペンタンジオール、１，９−ノナンジオール、２−エチル−２−ブチルプロパンジオール、１，４−シクロヘキサンジメタノール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、ジプロピレングリコール、２，２−ビス（４−ヒドロキシエトキシフェニル）プロパン、エチレングリコール変性ビスフェノールＡ、ポリエチレングリコールなどが例示できる。当然２種類以上のジカルボン酸やジオールから得た共重合体や、さらに他のモノマーやポリマーを共重合させたものでも良い。

具体的な例としては、テレフタル酸とエチレングリコールとから成るポリエチレンテレフタレート、テレフタル酸と１，４−タンジオールから成るポリブチレンテレフタレート、２，６−ナフタレンジカルボン酸とエチレングリコールとから成るポリエチレンナフタレート、２，６−ナフタレンジカルボン酸と１，４−ブタンジオールから成るポリブチレンナフタレート、或いはそれらを共重合、乃至ブレンドしたものなどが挙げられるが、特にこれらに限定はされない。

（ヒートシール性と白化との関係）
レーザー光が照射された２軸延伸ポリエステル層の表面は上述したように、結晶化度の低下によって微細構造が発現して、ヒートシール性が付与されるとともに、光の拡散反射率が大きくなり白化度が高くなる場合があることが判明した。すなわち、２軸延伸ポリエステルフィルムにおいて、レーザー光照射後の表面の白化度の変化を評価することによって、ヒートシール性を評価することができる。

フィルムの白化度の測定は、例えば測色計を用いて行うことができる。レーザー光を照射した領域と照射していない領域とにおいて、ＳＣＥ（正反射光除去）方式の測色計を用いて測色し、ＣＩＥ（Ｌ＊ａ＊ｂ＊）表色系でのＬ＊値を測定した場合に、レーザー光を照射した領域におけるＬ＊値が照射していない領域におけるＬ＊値より大きい場合、レーザー光を照射した領域に白化が生じていると判断できる。なお、フィルムがアルミニウム層等の金属層を含まない場合、レーザー光を照射しない部分の透明度が高いため、所定の全面１色のカラーチャート上にフィルム全体を配置し、背景の色を統一して測定し測定値のばらつきを抑制することが好ましい。また、白化の程度を評価しやすくするため、カラーチャートの色は暗い色とくに黒色が好ましい。

なお、測定は、測色計の代わりにデジタルカメラ等を用いて行うこともできる。例えば、白色光源下で、露出量を適切に調整したデジタルカメラでフィルムを撮影し、画像のＲＡＷデータを、Ｌ＊値と線形に対応するよう調整されたグレースケールに変換し、レーザー光を照射した領域とそれ以外の領域とにおいて、それぞれの画素のグレースケールの平均値を算出することで、Ｌ＊値を算出してもよい。この場合、各領域のグレースケール値として例えば５ｍｍ四方の領域から例えば１００画素以上の画素データを用いればよい。

（包装袋）
図４に、一実施形態に係る包装袋１００の平面図、側面図および包装袋１００の製造に用いられるフィルム１２の平面図を示す。包装袋１００は、２枚のフィルム１２を後述する領域２２が向かい合うように重ねて、周縁部にヒートシール処理を行うことで製造される四方シール袋である。フィルム１２の周縁部のハッチングで示した領域２２は、上述の方法によりヒートシール性を付与されている。フィルム１２は、フィルム１０のような単層体フィルムであっても、フィルム１１のような積層体フィルムであってもよい。

包装袋１００の形状は、四方シール袋に限定されず任意の形状を採用できる。例えば、１枚のフィルム１２を２つ折りにして、合わせた周縁部をヒートシールして形成される三方シール袋や、２枚のフィルム１２の間に２つ折りにした１枚のフィルム１２を挟み、周縁部をシールして形成される自立性を有するフレキシブル包装袋等が採用可能である。

３種類のフィルムを用意し、相異なる条件でレーザー照射を行い、シール強度と白化度との関係を調査した。

厚さ５０μｍのポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）の層単体の各領域１〜５に、出力３０Ｗのレーザー照射装置を用いて、それぞれ以下の条件でレーザー照射を行った。
領域１：出力１０％、スキャンスピード１０００ｍｍ／秒
領域２：出力３０％、スキャンスピード１０００ｍｍ／秒
領域３：出力５０％、スキャンスピード４０００ｍｍ／秒
領域４：出力７５％、スキャンスピード６０００ｍｍ／秒
領域５：出力９０％、スキャンスピード１２０００ｍｍ／秒

厚さ１２μｍのＰＥＴ層／厚さ７μｍのアルミニウム層／厚さ１２μｍのＰＥＴ層からなる積層体の各領域６〜１０に、出力３０Ｗのレーザー照射装置を用いて、それぞれ以下の条件でレーザー照射を行った。
領域６：出力１０％、スキャンスピード１０００ｍｍ／秒
領域７：出力３０％、スキャンスピード１０００ｍｍ／秒
領域８：出力５０％、スキャンスピード４０００ｍｍ／秒
領域９：出力７５％、スキャンスピード６０００ｍｍ／秒
領域１０：出力９０％、スキャンスピード１２０００ｍｍ／秒

厚さ１２μｍの第１のＰＥＴ層／厚さ７μｍのアルミニウム層／厚さ３０μｍのポリエチレン層／厚さ１２μｍの第２のＰＥＴ層からなる積層体の各領域１１〜１５に、出力３０Ｗのレーザー照射装置を用いて、第１のＰＥＴ層側から、それぞれ以下の条件でレーザー照射を行った。
領域１１：出力１０％、スキャンスピード１０００ｍｍ／秒
領域１２：出力３０％、スキャンスピード１０００ｍｍ／秒
領域１３：出力５０％、スキャンスピード４０００ｍｍ／秒
領域１４：出力７５％、スキャンスピード６０００ｍｍ／秒
領域１５：出力９０％、スキャンスピード６０００ｍｍ／秒

各フィルムの各領域およびレーザー光の未照射領域を、測色計を用いて、Ｄ６５光源、４５°／０°円環配置照明、測定径５ｍｍのＳＣＥ方式の条件で測色した。なお、アルミニウム層を有しないＰＥＴ層単体フィルムの測定の際は、フィルムの背後にリッチブラック（Ｃ４０、Ｍ４０、Ｙ４０、Ｋ１００）で印刷した黒色チャートを配置した。

同一領域どうしを、ヒートシール処理し、シール強度を測定し、ヒートシール性を評価した。ヒートシール条件は、荷重：０．２ＭＰａ、加重時間：１．０秒間、温度：１６０℃とした。

以上の結果を表１に示す。ヒートシール強度が０Ｎ／１５ｍｍ、すなわちヒートシールができなかった領域は、「−」で示す。ヒートシール性が発現した場合、ヒートシール強度が０Ｎ／１５ｍｍより大きく、１０Ｎ／１５ｍｍ未満である領域は「＋」で示し、１０Ｎ／１５ｍｍ以上の領域は、「＋＋」で示す。レーザー光の出力が小さかったり、大きくてもスキャンスピードが速すぎる場合は、フィルム表面の結晶化度の低下が不充分でありヒートシール性が発現しなかった。また、レーザー光の出力が大きい場合は、結晶化度が低下した部分が直ちに蒸発してしまいフィルムに少量しか残らず、ヒートシール性が発現しないことも考えられる。

表１に示すように、レーザー照射領域のＬ＊値が未照射領域のＬ＊値より大きく、その差が５以上であれば、ヒートシール性が確認できた。また、差が１７以上であれば、ヒートシール強度が特に良好に得られることが確認できた。

本発明は、フィルムをヒートシールして製造される包装袋等に有用である。

１０、１２ フィルム
１１ 積層体フィルム
２０、２１、２２ 領域
３０、３１、３２ ２軸延伸ポリエステル層
４０、４１ シール部
５０ アルミニウム層
１００ 包装袋

Claims (2)

1. ２軸延伸ポリエステルの層単体、または、前記２軸延伸ポリエステルの層を表面に含む金属箔層を含まない積層体からなり、
   前記２軸延伸ポリエステルの層の表面は、微細な凹凸構造を有する領域であるシール部とヒートシール性を有しない領域である非シール部とを含むフィルムのヒートシール性の評価方法であって、
   前記フィルムの背後にリッチブラックで印刷した黒色チャートを設置して、前記シール部および前記非シール部を測色し、前記シール部のＬ＊値が前記非シール部のＬ＊値より５以上大きければ前記シール部がヒートシール性を有すると評価する、フィルムのヒートシール性の評価方法。
2. ２軸延伸ポリエステルの層を表面に含み、前記２軸延伸ポリエステルの層に積層されたアルミニウム層を有する積層体からなり、
   前記２軸延伸ポリエステルの層の表面は、微細な凹凸構造を有する領域であるシール部とヒートシール性を有しない領域である非シール部とを含むフィルムのヒートシール性の評価方法であって、
   前記シール部および前記非シール部を測色し、前記シール部のＬ＊値が前記非シール部のＬ＊値より５以上大きければ前記シール部がヒートシール性を有すると評価する、フィルムのヒートシール性の評価方法。

Images