JP6967020B2 - 多層フィルム、それを含む物品、多層フィルムの製造方法 - Google Patents

多層フィルム、それを含む物品、多層フィルムの製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、多層フィルムに関し、具体的には、少なくとも機械方向に配向された多層フィルムに関する。このようなフィルムは、軟包装などの物品において特に有用であり得る。本発明はまた、多層フィルムを製造する方法にも関する。
新鮮な農産物や新鮮なカット農産物の品質と貯蔵寿命を改善することは、長い間、食品産業の目的とされてきた。制御雰囲気貯蔵(CA)、調整雰囲気包装(MAP)、およびエチレン吸収剤やエチレンアンタゴニスト(1−MCP)などの熟成制御技術などの技術が開発され、延長された農産物の貯蔵寿命および改善された農産物品質を得るために、選択的に使用されている。果物の種類、品種、成熟度、栽培地域、気候応答などの生物学的変化を理解することは、農産物を包装、貯蔵、輸送することに適した技術を選択する際に重要である。
ほとんどの農産物は、包装体内の水分レベルが高すぎて結露が発生する場合、真菌およびカビから著しい損傷を受ける。ほとんどの農産物は、包装体内の水分レベルが低すぎてしおれをもたらす脱水が発生する場合、著しい損傷を受ける。ほとんどの農産物は、それが熟すにつれて、酸素(O)を消費し、二酸化炭素(CO)を生成する。ほとんどの農産物は、包装体内のCOレベルが高すぎる(典型的には5%を超える)場合、損傷を受ける。特定の種類の果物および野菜については、包装体内の所望の雰囲気環境を得るためには、より高いCO/Oの透過率比が好ましい。同時に、特定の種類の果物および野菜については、高いCOおよびO透過率もまた望ましい。多くの場合、高いCO/O選択比を有するポリマー(例えば、EVA、ポリエーテルブロックアミドなど)は、単層フィルムとして提供されるのに十分な機械的強度を有さない。このようなポリマーは、多層フィルムに組み込むことができるが、追加の層を含む場合には、所望のCO/O選択性を維持することが困難になる。
したがって、COおよびOの所望の透過率を有し、一方で、農産物包装用途に好適な所望のCO/O透過率比を維持するフィルムの必要性が存在する。MAP環境の利点を可能にすることができる好適な透過特性を有する農産物包装用フィルムの必要性がさらに存在する。
本開示は、十分な機械的強度も有しながら、望ましいCOおよびO透過率を提供する多層フィルムを提供する。いくつかの実施形態では、本発明の多層フィルムは、農産物包装用途に望ましい、二酸化炭素透過率比対酸素透過率の比を示す。
一態様では、本発明は、少なくとも3つの層を含む多層フィルムを提供し、各層は、反対側にある外表面を有し、A/B/Cの順に配置され、層Aは、トリプル検出器GPCによって測定される、少なくとも6.0のMw,cc/Mn,cc、少なくとも500,000グラム/molのMz,abs、および0.957〜0.970g/cmの密度を有する高密度ポリエチレンを含み、高密度ポリエチレンは、層Aの少なくとも90重量パーセントを構成し、層Bは、ガス透過層を含み、層Bの上側外表面は、層Aの下側外表面と接着接触し、層Cは、トリプル検出器GPCによって測定される、少なくとも6.0のMw,cc/Mn,cc、少なくとも500,000グラム/molのMz,abs、および0.957〜0.970g/cm3の密度を有する高密度ポリエチレンを含み、高密度ポリエチレンは、層Cの少なくとも90重量パーセントを構成し、層Cの上側外表面は、層Bの下側外表面と接着接触し、フィルムは、機械方向に配向され、フィルムは、23℃、0%の相対湿度、および1気圧で、ASTM F−2476に準拠して測定される場合、少なくとも3000cm・mil/100in/日の正規化二酸化炭素透過率を示し、フィルムは、酸素透過率が、23℃、0%の相対湿度、および1気圧で、ASTM D3985に準拠して測定される場合、少なくとも4.0の二酸化炭素透過率対酸素透過率の比を示す。
本発明の実施形態はまた、本明細書に開示されるフィルムから形成される物品(例えば、軟包装体、パウチ、起立パウチなど)も提供する。
本発明の実施形態はまた、多層フィルムの製造方法にも関する。一実施形態では、多層フィルムの製造方法は、少なくとも3つの層を含むフィルムを提供することであって、各層が反対側にある外表面を有し、A/B/Cの順に配置され、層Aが、トリプル検出器GPCによって測定される、少なくとも6.0のMw,cc/Mn,cc、少なくとも500,000グラム/molのMz,abs、および0.957〜0.970g/cm3の密度を有する高密度ポリエチレンを含み、高密度ポリエチレンが、層Aの少なくとも90重量パーセントを構成し、層Bが、ガス透過層を含み、層Bの上側外表面が、層Aの下側外表面と接着接触し、層Cが、トリプル検出器GPCによって測定される、少なくとも6.0のMw,cc/Mn,cc、少なくとも500,000グラム/molのMz,abs、および0.957〜0.970g/cm3の密度を有する高密度ポリエチレンを含み、高密度ポリエチレンが、層Cの少なくとも90重量パーセントを構成し、層Cの上側外表面が、層Bの下側外表面と接着接触している、フィルムを提供することと、フィルムを、機械方向に、10℃〜50℃の範囲の温度で、25%〜150%の冷延伸パーセント:
Figure 0006967020
まで冷延伸することと、冷延伸の後、フィルムを機械方向に、90℃〜110℃の範囲の温度で、50%〜500%の熱延伸パーセント:
Figure 0006967020
まで熱延伸することと、を含む。
これらおよび他の実施形態は、発明を実施するための形態でより詳細に説明される。
本明細書において別段の定めがない限り、パーセントは、重量パーセント(wt%)であり、温度は、℃である。
本明細書で使用される場合、「組成物」という用語は、材料(複数可)を含み、それは、組成物、ならびに組成物の材料から形成される反応生成物および分解生成物を含む。
「含む」という用語およびその派生語は、追加的な成分、工程、または手順の存在を、これらが本明細書に開示されるか否かにかかわらず、除外することを意図しない。疑義が生じないようにするために、「含む」という用語の使用を通して、本明細書で特許請求されるすべての組成物は、相反する記載がない限り、任意の追加的な添加剤、補助剤、または高分子もしくはそうでない化合物を含んでもよい。対照的に、「本質的に〜からなる」という用語は、操作性に必須ではないものを除いて、あらゆる後続の記載の範囲から、任意の他の構成要素、ステップ、または手順を除外する。「〜からなる」という用語は、具体的に描写または列挙されていない任意の構成要素、ステップ、または手順を除外する。
「ポリマー」という用語は、同じかまたは異なるタイプのモノマーを重合することによって調製されたポリマー化合物を指す。したがって、ポリマーという一般的な用語は、ホモポリマーという用語(微量の不純物がポリマー構造に組み込まれ得るという理解の下に、唯一の種類のモノマーから調製されるポリマーを指すために用いられる)、および本明細書において以下に定義されるようなインターポリマーという用語を包含する。微量の不純物は、ポリマーに組み込まれてもよく、かつ/またはポリマー内にあってもよい。
本明細書で使用される「インターポリマー」という用語は、少なくとも2種の異なる種類のモノマーの重合によって調製されるポリマーを指す。したがって、インターポリマーという総称は、(2種の異なる種類のモノマーから調製されるポリマーを指すことに用いられる)コポリマー、および3種以上の異なる種類のモノマーから調製されるポリマーを含む。「ポリマー」という用語は、同じかまたは異なるタイプのモノマーを重合することによって調製されたポリマー化合物を指す。したがって、ポリマーという総称は、1種類のみのモノマーから調製されるポリマーを指すために通常用いられる「ホモポリマー」という用語、ならびに2種以上の異なるモノマーから調製されるポリマーを指す「コポリマー」を包含する。
本明細書で使用される場合、「オレフィン系ポリマー」または「ポリオレフィン」という用語は、ポリマー形態で、(ポリマーの重量を基準として)過半量のオレフィンモノマー、例えばエチレン、またはプロピレンを含み、任意選択で1種以上のコモノマーを含むことができる、ポリマーを指す。
「ポリエチレン」または「エチレン系ポリマー」は、50重量%を超えるエチレンモノマーから誘導された単位を含むポリマーを意味する。これは、ポリエチレンホモポリマーまたは(2種以上のコモノマーから誘導される単位を意味する)コポリマーを含む。当該技術分野において既知のポリエチレンの一般的な形態としては、低密度ポリエチレン(LDPE)、直鎖状低密度ポリエチレン(LLDPE)、超低密度ポリエチレン(ULDPE)、超低密度ポリエチレン(VLDPE)、直鎖状および実質的に直鎖状低密度樹脂(m−LLDPE)の両方を含むシングルサイト触媒直鎖状低密度ポリエチレン、中密度ポリエチレン(MDPE)、および高密度ポリエチレン(HDPE)が挙げられる。これらのポリエチレン材料は、当該技術分野において一般的に既知であるが、以下の記載は、これらの異なるポリエチレン樹脂のいくつかの間の相違を理解するのに役立ち得る。
本明細書で使用される場合、「プロピレン系ポリマー」という用語は、ポリマー形態で、(ポリマーの重量を基準として)過半量のプロピレンモノマーを含み、任意選択で1種以上のコモノマーを含むことができる、ポリマーを指す。
「LDPE」という用語はまた、「高圧エチレンポリマー」または「高分岐ポリエチレン」とも称することができ、ポリマーが、14,500psi(100MPa)を超える圧力で、過酸化物などのフリーラジカル開始剤(例えば、参照により本明細書に組み込まれる、US4,599,392を参照されたい)を使用して、オートクレーブまたは管状反応器中で部分的または完全にホモ重合または共重合されることを意味すると定義される。LDPE樹脂は、典型的には0.916〜0.935g/cmの範囲の密度を有する。
「LLDPE」という用語は、従来のチーグラー−ナッタ触媒系、ならびにビス−メタロセン触媒(「m−LLDPE」と称されることもある)、および拘束幾何触媒を含むがこれらに限定されない、シングルサイト触媒を用いて生成される両方の樹脂を含み、直鎖状、実質的に直鎖状、または不均一ポリエチレンコポリマーもしくはホモポリマーを含む。LLDPEは、LDPEよりも長鎖分岐が少なく、米国特許第5,272,236号、米国特許第5,278,272号、米国特許第5,582,923号および米国特許第5,733,155号にさらに定義されている実質的に直鎖状のエチレンポリマー、米国特許第3,645,992号に記載されているものなどの均一に分岐した直鎖状エチレンポリマー組成物、米国特許第4,076,698号に開示されているプロセスに従って調製されるものなどの不均一に分岐したエチレンポリマー、および/またはこれらのブレンド(US3,914,342またはUS5,854,045に開示されているものなど)が挙げられる。LLDPEは、気相およびスラリー層反応器が最も好ましい、当該技術分野において既知の任意の種類の反応器または反応器構成を用いて、気相、液相、またはスラリー重合、またはこれらの任意の組み合わせを介して生成することができる。
「MDPE」という用語は、0.926〜0.935g/cmの密度を有するポリエチレンを指す。「MDPE」は、典型的にはクロムまたはチーグラー−ナッタ触媒を用い、またはビス−メタロセン触媒および拘束幾何触媒を含むがこれらに限定されないシングルサイト触媒を用いて生成され、典型的には2.5を超える分子量分布(「MWD」)を有する。
「HDPE」という用語は、一般に、チーグラー−ナッタ触媒、クロム触媒、またはビス−メタロセン触媒および拘束幾何触媒を含むがこれらに限定されないシングルサイト触媒を用いて調製される、約0.935g/cmを超える密度を有するポリエチレンを指す。
「ULDPE」という用語は、一般に、チーグラー−ナッタ触媒、クロム触媒、またはビス−メタロセン触媒および拘束幾何触媒を含むがこれらに限定されないシングルサイト触媒を用いて調製される、0.880〜0.912g/cmの密度を有するポリエチレンを指す。
「多峰性」は、分子量分布を示すGPCクロマトグラム中に少なくとも2つの別個のピークを有することを特徴とすることができる樹脂組成物を意味する。多峰性としては、2つのピークを有する樹脂ならびに3つ以上のピークを有する樹脂が挙げられる。多峰性樹脂は、一般に6.0を超える(本明細書に定義される)MWDを有する。それに関連して、多峰性樹脂はまた、一般に10を超えるI10/I値も有する。対照的に、「単峰性」という用語は、分子量分布を示すGPCクロマトグラム中に1つのピークを有することを特徴とすることができる樹脂組成物を指す。単峰性樹脂は、一般に、6.0以下のMWD、および12以下のI10/I値を有する。
ある種のポリマーは、「シングルサイト触媒」の存在下で調製されること、または「シングルサイト触媒」作用を受けることを特徴とする。高効率シングルサイト触媒(SSC)の3つの主要なファミリーが、ポリエチレンコポリマーの調製に商業的に使用されている。これらは、ビス−シクロペンタジエニルシングルサイトメタロセン触媒(Kaminsky触媒としても知られている)、ハーフサンドイッチ拘束幾何モノシクロペンタジエニルシングルサイト触媒(Dow Chemical Companyより、INSITE(商標)技術の商標で、拘束幾何触媒、CGCとして知られている)、およびポストメタロセン触媒である。シングルサイト触媒の存在下で調整されること、またはシングルサイト触媒作用を受けることを特徴とするポリマーが、このような触媒の1つ以上の存在下で調製されることを理解されたい。
「ブレンド」、「ポリマーブレンド」などの用語は、2種以上のポリマーの組成物を意味する。そのようなブレンドは、混和性であっても、そうでなくてもよい。そのようなブレンドは、相分離していても、そうでなくてもよい。そのようなブレンドは、透過電子分光法、光散乱、X線散乱、および当該技術分野で既知の任意の他の方法から決定されるような、1つ以上のドメイン構成を含んでも含まなくてもよい。ブレンドは、積層体ではないが、積層体の1つ以上の層は、ブレンドを含有することができる。
用語「接着接触」および同様の用語は、1つの層の1つの外表面と別の層の1つの外表面が接触して、1つの層が、両方の層の接触外表面に損傷を与えることなく、もう一方の層から取り除くことができないように、互いに結合接触していることを意味する。
一実施形態では、本発明の多層フィルムは、少なくとも3つの層を含み、各層は、反対側にある外表面を有し、A/B/Cの順に配置され、層Aは、トリプル検出器GPCによって測定される、少なくとも6.0のMw,cc/Mn,cc、少なくとも500,000グラム/molのMz,abs、および0.957〜0.970g/cmの密度を有する高密度ポリエチレンを含み、高密度ポリエチレンは、層Aの少なくとも90重量パーセントを構成し、層Bは、ガス透過層を含み、層Bの上側外表面は、層Aの下側外表面と接着接触し、層Cは、トリプル検出器GPCによって測定される、少なくとも6.0のMw,cc/Mn,cc、少なくとも500,000グラム/molのMz,abs、および0.957〜0.970g/cmの密度を有する高密度ポリエチレンを含み、高密度ポリエチレンは、層Cの少なくとも90重量パーセントを構成し、層Cの上側外表面は、層Bの下側外表面と接着接触し、フィルムは、機械方向に配向され、フィルムは、23℃、0%の相対湿度、および1気圧で、ASTM F−2476に準拠して測定される場合、少なくとも3000cm・mil/100in/日の正規化二酸化炭素透過率を示し、フィルムは、酸素透過率が、23℃、0%の相対湿度、および1気圧で、ASTM D3985に準拠して測定される場合、少なくとも4.0の二酸化炭素透過率対酸素透過率の比を示す。
いくつかの実施形態では、層Bの酸素および二酸化炭素透過率は、層Aおよび層Cの酸素および二酸化炭素透過率よりも低い。
いくつかの実施形態では、ガス透過層は、ポリエーテルブロックアミド、ポリ(エチレン−酢酸ビニル)、プロピレン系オレフィンブロックコポリマー、ポリオレフィンプラストマー、ポリオレフィンエラストマー、またはこれらの組み合わせを含む。
いくつかの実施形態では、層Aおよび層Cは、同じ組成物を有する。
いくつかの実施形態では、多層フィルムは、層Dおよび層Eをさらに含み、層Dの上側外表面は、層Cの下側外表面と接着接触しており、層Eの上側外表面は、層Dの下側外表面と接着接触しており、層Dは、ガス透過層を含む。さらなる実施形態では、層Eは、層Aと同じ組成物を有し、かつ/または層BおよびDは、同じ組成物を有する。
機械方向へのフィルムの延伸に関して、いくつかの実施形態では、フィルムは、機械方向に冷延伸され、冷延伸の後、フィルムは、機械方向に熱延伸される。冷延伸の間、いくつかの実施形態では、冷延伸パーセント:
Figure 0006967020
は、25%〜150%である。いくつかの実施形態では、冷延伸は、10℃〜50℃の範囲の温度で実行される。熱延伸の間、いくつかの実施形態では、熱延伸パーセント:
Figure 0006967020
は、50%〜500%である。いくつかの実施形態では、熱延伸は、90℃〜110℃の範囲の温度で実行される。
いくつかの実施形態では、フィルムは一軸配向される(例えば、機械方向のみに配向される)。
いくつかの実施形態では、フィルムはまた、横方向または横断方向にも配向される。横断方向への冷延伸の間、いくつかの実施形態では、冷延伸パーセント:
Figure 0006967020
は、25%〜150%である。いくつかの実施形態では、冷延伸は、10℃〜50℃の範囲の温度で実行される。横断方向への熱延伸の間、いくつかの実施形態では、熱延伸パーセント:
Figure 0006967020
は、50%〜500%である。いくつかの実施形態では、熱延伸は、90℃〜110℃の範囲の温度で実行される。
いくつかの実施形態では、層Aは、フィルムの総重量を基準として、多層フィルムの少なくとも10重量%を構成する。いくつかの実施形態では、層Aは、フィルムの総重量を基準として、多層フィルムの少なくとも30重量%を構成する。
層Aは、いくつかの実施形態では、層Aの総重量を基準として、少なくとも90重量%の高密度ポリエチレンを含む。
いくつかの実施形態では、層Cは、フィルムの総重量を基準として、多層フィルムの少なくとも10重量%を構成する。層Cは、フィルムの総重量を基準として、多層フィルムの少なくとも30重量%を構成する。
層Cは、いくつかの実施形態では、層Cの総重量を基準として、少なくとも90重量%の高密度ポリエチレンを含む。
層Bは、いくつかの実施形態では、フィルムの総重量を基準として、多層フィルムの1%〜80重量%を構成する。いくつかの実施形態では、層Bは、フィルムの総重量を基準として、多層フィルムの5%〜60重量%を構成する。いくつかの実施形態では、層Bは、フィルムの総重量を基準として、多層フィルムの10%〜40重量%を構成する。
いくつかの実施形態では、層Aおよび層Cはそれぞれ、10重量パーセント未満のCaCOを含む。層Aおよび層Cはそれぞれ、いくつかの実施形態では、5重量パーセント未満のCaCOを含む。いくつかの実施形態では、層Aおよび層Cはそれぞれ、2重量パーセント未満のCaCOを含む。層Aおよび層Cはそれぞれ、いくつかの実施形態では、1重量パーセント未満のCaCOを含む。いくつかの実施形態では、層Aおよび層Cは、CaCOを含まない。
いくつかの実施形態では、本発明の多層フィルムは、23℃、0%の相対湿度、および1気圧で、ASTM D3985に準拠して測定される場合、500cm・mil/100in/日以上の酸素透過率を示す。
いくつかの実施形態では、フィルムにおける二酸化炭素透過率対酸素透過率の比が、5を超える。フィルムの二酸化炭素透過率対酸素透過率の比は、いくつかの実施形態では、7を超える。
本発明のいくつかの実施形態は、本明細書に開示される多層フィルムのいずれかを含む包装体に関する。いくつかの実施形態では、包装体は、食品包装体である。
本発明のいくつかの実施形態は、多層フィルムの製造方法に関する。一実施形態では、多層フィルムの製造方法は、少なくとも3つの層を含むフィルムを提供することであって、各層が反対側にある外表面を有し、A/B/Cの順に配置され、層Aが、トリプル検出器GPCによって測定される、少なくとも6.0のMw,cc/Mn,cc、少なくとも500,000グラム/molのMz,abs、および0.957〜0.970g/cmの密度を有する高密度ポリエチレンを含み、高密度ポリエチレンが、層Aの少なくとも90重量パーセントを構成し、層Bが、ガス透過層を含み、層Bの上側外表面が、層Aの下側外表面と接着接触し、層Cが、トリプル検出器GPCによって測定される、少なくとも6.0のMw,cc/Mn,cc、少なくとも500,000グラム/molのMz,abs、および0.957〜0.970g/cmの密度を有する高密度ポリエチレンを含み、高密度ポリエチレンが、層Cの少なくとも90重量パーセントを構成し、層Cの上側外表面が、層Bの下側外表面と接着接触している、フィルムを提供することと、フィルムを、機械方向に、10℃〜50℃の範囲の温度で、25%〜150%の冷延伸パーセント:
Figure 0006967020
まで冷延伸することと、冷延伸の後、フィルムを機械方向に、90℃〜110℃の範囲の温度で、50%〜500%の熱延伸パーセント:
Figure 0006967020
まで熱延伸することと、を含む。
本発明の多層フィルムの様々な実施形態における異なる層の成分については、層AおよびCはそれぞれ、それぞれの層の重量を基準として、少なくとも90重量パーセントの高密度ポリエチレン(HDPE)を含有する。いくつかの実施形態では、層AおよびCは、同じHDPEを含むことができるが、他の実施形態では、層Cは、層Aとは異なるHDPEを含むことができる。いくつかの実施形態では、層AおよびCは、同じ組成物を有することができる。
層AおよびCに使用されるHDPEの密度は、典型的には0.957g/cm〜0.970g/cmの範囲である。0.957g/cm以上のすべての個々の値および部分範囲が、本明細書に含まれ、開示される。例えば、ポリエチレンの密度は、0.960g/cm以上、あるいは0.962g/cm以上、あるいは0.963g/cm以上、あるいは0.964g/cm以上であり得る。特定の実施形態では、HDPEは、0.970g/cm以下の密度を有する。0.970g/cm以下のすべての個々の値および部分範囲が、本明細書に含まれ、開示される。例えば、いくつかの実施形態では、HDPEの密度は、0.968g/cm以下であり得る。
層Aおよび層C中で使用されるHDPEは、少なくとも6.0の(以下に記載されるように測定される)Mw,cc/Mn,ccを有する。いくつかの実施形態では、層AおよびC中で使用されるHDPEは、少なくとも7.0のMw,cc/Mn,ccを有することができる。いくつかの実施形態では、層AおよびC中で使用されるHDPEは、少なくとも8.0のMw,cc/Mn,ccを有することができる。いくつかの実施形態では、層Aおよび層C中で使用されるHDPEは、最大15のMw,cc/Mn,ccを有することができる。
層Aおよび層C中で使用されるHDPEは、少なくとも500,000グラム/molの(以下に記載されるように測定される)Mz,absを有する。いくつかの実施形態では、層AおよびC中で使用されるHDPEは、少なくとも600,000グラム/molのMz,absを有することができる。層AおよびC中で使用されるHDPEは、いくつかの実施形態では、少なくとも700,000グラム/molのMz,absを有することができる。いくつかの実施形態では、層AおよびC中で使用されるHDPEは、最大2,000,000グラム/molのMz,absを有することができる。層AおよびC中で使用されるHDPEは、いくつかの実施形態では、最大1,500,000グラム/molのMz,absを有することができる。
いくつかの実施形態では、HDPEは、20g/10分以下のメルトインデックス(I)を有する。最大20g/10分のすべての個々の値および部分範囲が、本明細書に含まれ、本明細書に開示される。例えば、HDPEは、0.1、0.2、0.25、0.5、0.75、1、2、4、5、10、または15g/10分の下限〜1、2、4、5、10、または15g/10分の上限のメルトインデックスを有することができる。いくつかの実施形態では、HDPEは、最大5g/10分のメルトインデックス(I)を有する。いくつかの実施形態では、HDPEは、最大2g/10分のメルトインデックス(I)を有する。いくつかの実施形態では、HDPEは、1g/10分未満のメルトインデックス(I)を有する。
本発明の実施形態で使用できる市販のHDPEの例としては、The Dow Chemical Companyから市販されている、DOW(商標)HDPE樹脂、UNIVAL(商標)DMDA−6400、UNIVAL(商標)DMDA−6200、およびELITE(商標)5960G、ならびに他の高密度ポリエチレンが挙げられる。
層AおよびCはそれぞれ、層の重量を基準として、少なくとも90重量パーセントの高密度ポリエチレンを含む。いくつかの実施形態では、層Aおよび/またはCはそれぞれ、層の重量を基準として、少なくとも95重量パーセントの高密度ポリエチレンを含む。いくつかの実施形態では、層Aおよび/層Cはそれぞれ、層の重量を基準として、少なくとも98重量パーセントの高密度ポリエチレンを含む。いくつかの実施形態では、層Aおよび/またはCはそれぞれ、層の重量を基準として、少なくとも99重量パーセントの高密度ポリエチレンを含む。いくつかの実施形態では、層Aおよび/層Cは、層の重量を基準として、実質的にすべての高密度ポリエチレンを含む。90〜100重量%のすべての個々の値および部分範囲が、本明細書に含まれ、開示される。例えば、層Aおよび/または層C中の高密度ポリエチレンの量は、90、91、92、93、94、95、96、97、98、または99重量%の下限〜94、95、96、97、98、99、または100重量%の上限であり得る。
いくつかの実施形態では、高密度ポリエチレンに加えて、層Aおよび/または層Cは、追加のポリエチレンをさらに含むことができる。一般に、このような実施形態では、層Aおよび/または層Cは、当業者には既知の任意のポリエチレンを含むことができる。例えば、層Aおよび/または層C中で任意選択で使用されるポリエチレンは、超低密度ポリエチレン(ULDPE)、低密度ポリエチレン(LDPE)、直鎖状低密度ポリエチレン(LLDPE)、中密度ポリエチレン(MDPE)、エチレン−プロピレンコポリマー、ポリオレフィンプラストマー、およびこれらの組み合わせから選択することができる。層Aおよび/または層CがHDPEおよび追加のポリエチレンを含むこのような実施形態では、層Aおよび/または層Cは、層の総重量を基準として10重量パーセント以下の追加のポリエチレンを含むか、あるいは5重量パーセント未満、あるいは4重量パーセント未満、あるいは3重量パーセント未満、あるいは2重量パーセント未満の追加のポリエチレンを含む。
いくつかの実施形態では、層Aおよび/または層Cは、例えば、酸化防止剤、着色剤、スリップ剤、ブロッキング防止剤、加工助剤、核形成剤、およびこれらの組み合わせを含む、当業者には既知である1種以上の添加剤をさらに含むことができる。いくつかの実施形態では、層Aおよび/または層Cは、最大5重量パーセントのこのような添加剤を含む。0〜5重量%のすべての個々の値および部分範囲が、本明細書に含まれ、開示される。例えば、層Aおよび/または層C中の添加剤の総量は、0.5、1、1.5、2、2.5、3、3.5、4、または4.5重量%の下限〜1、2、3、4、または5重量%の上限であり得る。
層Aおよび層Cの厚さは、例えば、層B(ガス透過層)の組成物、層Bの厚さ、多層フィルム中の任意の他の層の厚さ、多層フィルムの所望の全体の厚さ、多層フィルムの意図された用途、フィルムが包装用途および他の要因で使用される際に包装される食品または他の品目を含む数多くの要因次第で変動し得る。多層フィルムの全体の厚さに対する層Aおよび層Cの寄与は、重量パーセントの点を特徴とすることができる。いくつかの実施形態では、層Aは、フィルムの総重量を基準として、多層フィルムの少なくとも10重量%を構成する。層Aは、いくつかの実施形態では、フィルムの総重量を基準として、多層フィルムの少なくとも30重量%を構成する。いくつかの実施形態では、層Aは、フィルムの総重量を基準として、多層フィルムの最大90重量%を構成する。例えば、3層フィルム(A/B/C)において、層Aは、層BおよびCがそれぞれ5重量%を構成するフィルムの、90重量%を構成することができる。いくつかの実施形態では、層Aは、フィルムの総重量を基準として、多層フィルムの最大80重量%を構成する。例えば、3層フィルム(A/B/C)において、層Aは、層BおよびCがそれぞれ10重量%を構成するフィルムの、80重量%を構成することができる。いくつかの実施形態では、層Aは、フィルムの総重量を基準として、多層フィルムの最大60重量%を構成する。例えば、3層フィルム(A/B/C)において、層Aは、層BおよびCがそれぞれ20重量%を構成するフィルムの、60重量%を構成することができる。いくつかの実施形態では、層Aは、フィルムの総重量を基準として、多層フィルムの最大49重量%を構成する。層Aは、いくつかの実施形態では、フィルムの総重量を基準として、多層フィルムの最大45重量%を構成する。
いくつかの実施形態では、層Cは、フィルムの総重量を基準として、多層フィルムの少なくとも10重量%を構成する。層Cは、いくつかの実施形態では、フィルムの総重量を基準として、多層フィルムの少なくとも30重量%を構成する。いくつかの実施形態では、層Cは、フィルムの総重量を基準として、多層フィルムの最大49重量%を構成する。層Cは、いくつかの実施形態では、フィルムの総重量を基準として、多層フィルムの最大45重量%を構成する。
層Aおよび層Cはそれぞれ、上側外表面および下側外表面を有する。層Bは、層Aと層Cとの間に配置され、層Aの外表面および層Cの外表面にそれぞれ接着接触している上側外表面および下側外表面を含む。例えば、A/B/Cフィルム構成において、層Bの上側外表面が層Aの下側外表面と接着接触し、層Bの下側外表面が層Cの上側外表面と接着接触している。
層Bは、ガス透過層である。ガス透過層は、一般にフィルムを通る酸素(O)、および二酸化炭素(CO)、または他のガスの通過を制御する。例えば、食品包装体に関して、OおよびCOが包装体に出入りする速度、ならびに相対的な透過率を制御することが望ましい。OおよびCOの相対的な透過率は、特定の食品(例えば、果物および野菜)にとって、包装体内の所望の雰囲気環境を提供するために特に重要であり得る。本明細書で使用される「ガス透過層」は、23℃、0%の相対湿度、および1気圧で、ASTM F−2476に準拠して測定される場合、少なくとも500cm・mil/100in/日の二酸化炭素透過率有し、23℃、0%の相対湿度、および1気圧で、ASTM F−2476に準拠して測定される場合、少なくとも100cm・mil/100in/日の酸素透過率を有する。
当業者は、本明細書の教示に基づき、また、所望の二酸化炭素透過率、所望の酸素透過率、所望のCO/O透過率比、所望の水蒸気透過率、ガス透過層の所望の厚さ、フィルムの所望の全体厚さ、フィルムの意図される用途、フィルムが包装用途、ポリエチレンとの相溶性、および他の要因で使用される際に包装される食品または他の品目を含み得るがこれらに限定されない要因次第で、好適なガス透過層を特定することができる。
様々な実施形態では、ガス透過層は、ポリエーテルブロックアミド、ポリ(エチレン−酢酸ビニル)、プロピレン系オレフィンブロックコポリマー、ポリオレフィンプラストマー、ポリオレフィンエラストマー、またはこれらの組み合わせを含む。
本発明のいくつかの実施形態では、ガス透過層に使用することができる市販のポリエーテルブロックアミドの例としては、Arkemaから市販されているPebaxポリエーテルブロックアミド、例えばPebax 2533 SD 02などが挙げられる。本発明のいくつかの実施形態では、ガス透過層に使用することができるエチレン−酢酸ビニルポリマー(ポリ(エチレン−酢酸ビニル))の例としては、DuPontから市販されているElvaxエチレン−酢酸ビニルポリマー、例えばElvax 3135およびElvax 3190などが挙げられる。本発明のいくつかの実施形態では、ガス透過層に使用することができるポリオレフィンプラストマーの例としては、The Dow Chemical Companyから市販されているAFFINITY(商標)およびVERSIFY(商標)ポリオレフィンプラストマー、例えばAFFINITY(商標)PL 1880Gなどが挙げられる。本発明のいくつかの実施形態では、ガス透過層に使用することができるポリオレフィンエラストマーの例としては、The Dow Chemical Companyから市販されているENGAGE(商標)ポリオレフィンエラストマー、AFFINITY(商標)ポリオレフィンエラストマー、およびVERSIFY(商標)ポリオレフィンエラストマー、例えばVERSIFY(商標)2000などが挙げられる。本発明のいくつかの実施形態では、ガス透過層に使用されるプロピレン系オレフィンブロックコポリマーの例としては、The Dow Chemical Companyから市販されているINTUNE(商標)プロピレン系オレフィンブロックコポリマーが挙げられる。
層Bの厚さは、例えば、層B(ガス透過層)の組成物、層Aおよび層Cの組成物、層Aおよび層Cの所望の厚さ、多層フィルムの所望の全体の厚さ、多層フィルムの意図された用途、フィルムが包装用途および他の要因で使用される際に包装される食品または他の品目を含む数多くの要因次第で変動し得る。多層フィルムの全体の厚さに対する層Bの寄与は、重量パーセントで特徴づけることができる。いくつかの実施形態では、層Bは、フィルムの総重量を基準として、多層フィルムの少なくとも1重量%を構成する。層Bは、いくつかの実施形態では、フィルムの総重量を基準として、多層フィルムの少なくとも5重量%を構成する。いくつかの実施形態では、層Bは、フィルムの総重量を基準として、多層フィルムの少なくとも10重量%を構成する。いくつかの実施形態では、層Bは、フィルムの総重量を基準として、多層フィルムの最大80重量%を構成する。層Bは、いくつかの実施形態では、フィルムの総重量を基準として、多層フィルムの最大60重量%を構成する。いくつかの実施形態では、層Bは、フィルムの総重量を基準として、多層フィルムの最大40重量%を構成する。層Bは、いくつかの実施形態では、フィルムの総重量を基準として、多層フィルムの1〜80重量%を構成する。いくつかの実施形態では、層Bは、フィルムの総重量を基準として、多層フィルムの5〜60重量%を構成する。層Bは、いくつかの実施形態では、フィルムの総重量を基準として、多層フィルムの10〜40重量%を構成する。
本発明の多層フィルムのいくつかの実施形態は、上記に記載されたもの以外の層を含むことができる。例えば、他の層は、層Aおよび/または層Cと接着接触して提供することができる。例えば、多層フィルムは、例えばシーラント層、結合層、ポリプロピレン層、他のポリエチレン層などを含む用途次第で、典型的に多層層に含まれる他の層をさらに含むことができる。加えて、印刷層、高弾性層、高光沢層などの他の層を、本発明の多層フィルムに積層することができる。
いくつかの実施形態では、多層フィルムは、各層が反対側にある外表面を有する最大10,001の層を有することができる。いくつかの実施形態では、多層フィルムのいくつかの層は、同じ組成物を有することができる。例えば、多層フィルムは、各層が反対側にある外表面を有し、A/B/Aの順に配置された3層フィルムであり得る。別の例として、多層フィルムは、各層が反対側にある外表面を有し、A/B/A/B/Aの順に配置された5層フィルムであり得る。別の例として、多層フィルムは、各層が反対側にある外表面を有し、A/B/A/B/A/B/A/B/A/B/Aの順に配置された9層フィルムであり得る。別の例として、多層フィルムは、各層が反対側にある外表面を有し、n=4,998であるA/B/(A/B)/A/B/Aの順に配置された10,001層フィルムであり得る。
上記に記載された層のいずれも、例えば、酸化防止剤、紫外線安定剤、熱安定剤、スリップ剤、ブロッキング防止剤、顔料または着色剤、加工助剤、架橋触媒、難燃剤、核形成剤、充填剤および発泡剤などの当業者には既知の1つ以上の添加剤をさらに含むことができることを理解されたい。しかしながら、以下により詳細に議論されるように、炭酸カルシウム(CaCO)の量は、本発明の実施形態では、存在する場合は、一般的には非常に少ない。
以下に記載されるように、本発明の実施形態による多層フィルムは、少なくとも機械方向に配向される。本明細書に記載されるような多層膜の配向は、CO、O、または他の関連するガスの通過を可能にする層AおよびCへ多孔性を提供し、ガス透過層(層B)がCO透過率、O透過率、およびCO透過率対O透過率の比を制御することを可能にする。したがって、少なくとも機械方向への多層フィルムの配向後、いくつかの実施形態では、層Bの酸素および二酸化炭素透過率は、層Aおよび層Cの酸素および二酸化炭素透過率よりも低い。さらなる利点は、層Aおよび層C中で使用される特定のHDPEが、配向後に所望の多孔性を提供し、一方で層Aおよび層Cが、多層フィルム全体の構造的支持を提供するようにその強度も保持することである。
本発明のいくつかの実施形態は、存在する場合、少量の炭酸カルシウム(CaCO)を有利に使用する。いくつかの実施形態では、層AおよびCはそれぞれ、層の総重量を基準として、10重量パーセント未満のCaCOを含む。層Aおよび層Cはそれぞれ、いくつかの実施形態では、5重量パーセント未満のCaCOを含む。いくつかの実施形態では、層Aおよび層Cはそれぞれ、2重量パーセント未満のCaCOを含む。層および層Cはそれぞれ、いくつかの実施形態では、1重量パーセント未満のCaCOを含む。いくつかの実施形態では、層AおよびCはそれぞれ、0.1重量%未満のCaCOを含む。いくつかの実施形態では、層Aおよび層Cは、CaCO3を含まない。
少なくとも機械方向への配向後、本発明の多層フィルムは、いくつかの実施形態では、23℃、0%の相対湿度、および1気圧で、ASTM F−2476に準拠して測定される場合、少なくとも3000cm・mil/100in/日の正規化二酸化炭素透過率を示す。いくつかの実施形態では、本発明の多層フィルムは、23℃、0%の相対湿度、および1気圧で、ASTM F−2476に準拠して測定される場合、少なくとも4000cm・mil/100in/日の正規化二酸化炭素透過率を示す。いくつかの実施形態では、本発明の多層フィルムは、23℃、0%の相対湿度、および1気圧で、ASTM F−2476に準拠して測定される場合、少なくとも5000cm・mil/100in/日の正規化二酸化炭素透過率を示す。本発明の多層フィルムは、いくつかの実施形態では、23℃、0%の相対湿度、および1気圧で、ASTM F−2476に準拠して測定される場合、最大100,000cm・mil/100in/日の正規化二酸化炭素透過率を示す。
少なくとも機械方向への配向後、本発明の多層フィルムは、いくつかの実施形態では、23℃、0%の相対湿度、および1気圧で、ASTM D3985に準拠して測定される場合、少なくとも500cm・mil/100in/日の正規化酸素透過率を示す。いくつかの実施形態では、本発明の多層フィルムは、23℃、0%の相対湿度、および1気圧で、ASTM D3985に準拠して測定される場合、少なくとも700cm・mil/100in/日の正規化酸素透過率を示す。いくつかの実施形態では、本発明の多層フィルムは、23℃、0%の相対湿度、および1気圧で、ASTM D3985に準拠して測定される場合、少なくとも1,000cm・mil/100in/日の正規化酸素透過率を示す。本発明の多層フィルムは、いくつかの実施形態では、23℃、0%の相対湿度、および1気圧で、ASTM D3985に準拠して測定される場合、最大20,000cm・mil/100in/日の正規化酸素透過率を示す。
少なくとも機械方向への配向後、本発明の多層フィルムは、いくつかの実施形態では、少なくとも4.0の二酸化炭素透過率対酸素透過率の比を示す。いくつかの実施形態では、本発明の多層フィルムは、少なくとも5.0の二酸化炭素透過率比対酸素透過率の比を示す。いくつかの実施形態では、本発明の多層フィルムは、少なくとも7.0の二酸化炭素透過率比対酸素透過率の比を示す。本発明の多層フィルムは、いくつかの実施形態では、最大15の二酸化炭素透過率対酸素透過率の比を示す。
少なくとも機械方向への配向後、本発明の多層フィルムは、いくつかの実施形態では、38℃、100%の相対湿度で、ASTM F−1249−06に準拠して、Mocon W3/33試験器を用いて測定される場合、少なくとも2g・mil/100in/日の正規化水蒸気透過率を示す。いくつかの実施形態では、本発明の多層フィルムは、38℃、100%の相対湿度で、ASTM F−1249−06に準拠して、Mocon W3/33試験器を用いて測定される場合、少なくとも5g・mil/100in/日の正規化水蒸気透過率を示す。いくつかの実施形態では、本発明の多層フィルムは、38℃、100%の相対湿度で、ASTM F−1249−06に準拠して、Mocon W3/33試験器を用いて測定される場合、少なくとも10g・mil/100in/日の正規化水蒸気透過率を示す。いくつかの実施形態では、本発明の多層フィルムは、38℃、100%の相対湿度で、ASTM F−1249−06に準拠して、Mocon W3/33試験器を用いて測定される場合、少なくとも50g・mil/100in/日の正規化水蒸気透過率を示す。本発明の多層フィルムは、いくつかの実施形態では、38℃、100%の相対湿度で、ASTM F−1249−06に準拠して、Mocon W3/33試験器を用いて測定される場合、最大100g・mil/100in/日の正規化水蒸気透過率を示す。
本発明の教示に従って様々な多層フィルムが、形成され得る。特定の樹脂の組み合わせが、ある望ましい特性を有するフィルムを提供することができる。
多層フィルムは、当該技術分野において既知の任意の方法に従って形成することができる。例えば、本明細書に記載される樹脂の組み合わせは、キャストフィルムプロセス、インフレーションフィルムプロセス、ラミネーションまたは他のプロセスを用いて多層フィルムに形成することができる。いくつかの実施形態では、本発明の多層フィルムは、インフレーションフィルムまたはキャストフィルムである。このような多層フィルム中の層の総数は、例えば、フィルムの所望の特性、フィルムの最終用途、各層に使用される所望のポリマー、フィルムの所望の厚さなどを含む数多くの要因次第であり得る。
形成後、多層フィルムは、アニーリングされる。多層フィルムは、当業者には既知の任意の数の技術を用いてアニーリングすることができる。いくつかの実施形態では、多層フィルムは、28インチ水銀柱の真空レベルの真空オーブン中、110℃〜125℃の温度で24時間アニーリングすることができる。
アニーリング後、多層フィルムは、少なくとも機械方向に配向される。フィルムウェブは、テンターフレームプロセスまたは機械方向配向装置などの当業者には既知の技術を用いることのみで、機械方向に配向させることができる。フィルムは、冷延伸とそれに続く熱延伸によって配向されることが好ましい。いくつかの実施形態では、フィルムは、25℃の温度で、100%/秒の延伸速度(例えば、100mmの長さのフィルムについては、延伸速度は100mm/秒である)で、25%〜150%の間で冷延伸され、延伸パーセントは、
Figure 0006967020
で定義され、長さは、延伸方向のフィルムの長さである。
いくつかの実施形態では、フィルムは、少なくとも50%まで冷延伸される。冷延伸後、フィルムは、機械方向に熱延伸される。いくつかの実施形態では、フィルムは、70℃〜100℃の温度で、4%/秒の延伸速度(例えば、100mmの長さのフィルムについては、延伸速度は4mm/秒である)で、50%〜500%の間で熱延伸され、延伸パーセントは、
Figure 0006967020
で定義され、長さは、延伸方向のフィルムの長さである。
いくつかの実施形態では、フィルムは、少なくとも200%まで熱延伸される。
いくつかの実施形態では、多層フィルムはまた、横方向にも配向させることができる。フィルムウェブは、テンターフレームプロセスまたは機械方向配向装置などの当業者には既知の技術を用いて、横方向に配向させることができる。フィルムは、冷延伸とそれに続く熱延伸によって配向されることが好ましい。いくつかの実施形態では、フィルムは、10℃〜50℃の範囲の温度で、100%/秒の速度(例えば、100mmの長さのフィルムについては、延伸速度は100mm/秒である)で、25%〜150%の間で冷延伸され、延伸パーセントは、
Figure 0006967020
で定義され、長さは、延伸方向のフィルムの長さである。いくつかの実施形態では、フィルムは、25℃で、少なくとも50%まで冷延伸される。冷延伸後、フィルムは、横方向に熱延伸される。いくつかの実施形態では、フィルムは、70℃〜110℃の温度で、4%/秒の速度(例えば、100mmの長さのフィルムについては、延伸速度は4mm/秒である)で、50%〜500%の間で熱延伸され、延伸パーセントは、
Figure 0006967020
で定義され、長さは、延伸方向のフィルムの長さである。いくつかの実施形態では、フィルムは、100℃で、少なくとも200%まで熱延伸される。
本発明の実施形態はまた、本明細書に記載される多層フィルムのいずれかから形成される包装体も提供する。そのような包装体の例としては、軟包装体、調整雰囲気包装、パウチ、起立パウチ、および既製の包装体またはパウチを挙げることができる。このような包装体は、本明細書の教示を考慮して当業者には既知の技術を用いて形成することができる。
試験方法
本明細書において別段の指示がない限り、以下の分析方法は、本発明の記載態様において使用される:
密度
密度測定のための試料を、ASTM D1928に従って調製する。ポリマー試料は、190℃、30,000psi(207MPa)で3分間、次いで21℃、207MPaで1分間プレスされる。測定は、ASTM D792、方法Bを使用して、試料に1時間以内のプレスを行う。
メルトインデックス
メルトインデックスI(またはI2)およびI10(またはI10)はそれぞれ、190℃、2.16kg、10kg荷重で、ASTM D−1238に準拠して測定される。それらの値は、g/10分で報告される。「メルトフローレート」は、ポリプロピレン系樹脂に使用され、ASTM D1238(230℃、2.16kg)に準拠して決定される。
トリプル検出器ゲル浸透クロマトグラフィー(「トリプル検出器GPC」またはTDGPC)−従来のGPCおよび光散乱GPC
本明細書で使用されるGPC技術(従来のGPC、光散乱GPC、およびgpcBR)については、トリプル検出器ゲル浸透クロマトグラフィー(3D−GPCまたはTDGPC)システムが使用される。このシステムは、Precision Detectors(現在はAgilent Technologies)の2角レーザー光散乱(LS)検出器モデル2040、IR5赤外線検出器、およびPolymerChar(Valencia,Spain)の4つの毛細管粘度計検出器を備えた、PolymerCharのGPC−IR高温クロマトグラフからなる。データ収集は、PolymerCharの「Instrument Control」ソフトウェアを用いて実行される。このシステムはまた、Agilent Technologies(CA,USA)のオンライン溶媒脱気装置も装備されている。
GPCカラムセットからの溶離液は、IR5検出器、LS検出器、次いで粘度計検出器の順序で直列に配置された各検出器を通って流動する。マルチ検出器オフセットの決定のための体系的な手法は、Balke、Moureyらによって公開された方法(MoureyおよびBalke,Chromatography Polym.,Chapter12,(1992))(Balke,Thitiratsakul,Lew,Cheung,Mourey,Chromatography Polym.,Chapter13,(1992))と一致した方法で、式(5)に続く段落の、以下の光散乱(LS)GPCの項で概説されているように、広いポリエチレン標準物質を用いた結果、トリプル検出器ログ(MWおよび固有粘度)を最適化して実行される。
4つの20ミクロンの混合孔サイズのパッキング(「Mixed A」、Agilent Technologies)が、分離に使用される。PolymerChar Autosamplerオーブンコンパートメントが、160℃で3時間低速振とうしながら操作され、カラムコンパートメントが、150℃で操作される。試料が、「2ミリグラム/ミリリットル」の濃度で調製される。クロマトグラフィー溶媒および試料調製溶媒は、200ppmの2,6−ジ−tert−ブチル−4−メチルフェノール(BHT)を含有する1,2,4−トリクロロベンゼン(TCB)である。溶媒は、窒素でスパージングされる。注入量は、200マイクロリットルである。GPCを通る流量は、1ml/分に設定される。従来のGPCデータおよび光散乱GPCデータが記録される。
従来のGPC
従来のGPCについては、IR5検出器(「測定センサ」)が使用され、GPCカラムセットは、21の狭い分子量分布のポリスチレン標準物質を実行することによって較正される。標準物質の分子量(MW)は、580g/mol〜8,400,000g/molの範囲であり、標準物質は6種の「カクテル」混合物に含まれている。各標準物質混合物は、個々の分子量の間に少なくとも1桁の分離を有する。標準物質混合物は、Polymer Laboratories(現Agilent Technologies)から購入される。ポリスチレン標準物質は、1,000,000g/mol以上の分子量について「50ミリリットルの溶媒中0.025グラム」、および1,000,000g/mol未満の分子量について「50ミリリットルの溶媒中0.05グラム」で調製される。ポリスチレン標準物質を80℃で穏やかに撹拌しながら30分間溶解する。狭い標準物質混合物を最初に、および最高分子量成分を減少させる順序で実行して、分解を最小限に抑える。ポリスチレン標準物質ピーク分子量は、式1を用いてポリエチレン分子量に変換される(Williams and Ward,J.Polym.Sci.,Polym.Letters、6、621(1968))において記載されるように)
MWPE=A×(MWPS (式1)
式中、MWは、印があるように、ポリエチレン(PE)またはポリスチレン(PS)の分子量であり、Bは1.0に等しい。A値が標準物質(SRM)1475aについて52,000のMWPEをもたらすように、Aが約0.38〜約0.44の範囲内にあり得ることが当業者には知られている。分子量分布(MWDまたはMw/Mn)、および関連する統計値などの分子量値を得るためのこのポリエチレン較正法の使用は、ここではWilliamsおよびWardの修正された方法として定義される。数平均分子量、重量平均分子量、およびz−平均分子量は、以下の式から計算される。
Figure 0006967020
式中、Mn,cc、Mw,ccおよびMz,ccは、それぞれ従来の較正から得られた数−、重量−、およびz−平均分子量である。wは、保持容量Vで溶出されたポリエチレン分子の重量画分である。Mcc,iは、従来の較正(式(1)を参照されたい)を用いて得られた保持容量Vで溶出されたポリエチレン分子の分子量である。
従来の較正では、wは、log10(Mcc,i)に対してプロットすることができる。分子量が10,000以下を有する分子の重量画分は、
Figure 0006967020
光散乱(LS)GPC
LS GPCについて、Precision Detector PDI2040検出器モデル2040、15°の角度が使用される。分子量データは、Zimm(Zimm,B.H.,J.Chem.Phys.,16,1099(1948))、およびKratochvil(Kratochvil,P.,Classical Light Scattering from Polymer Solutions,Elsevier,Oxford,NY(1987))によって公開された方法と一致した方法で得られる。分子量の決定に使用される全体的な注入濃度は、好適な直鎖状ポリエチレンホモポリマー、または既知の重量平均分子量のポリエチレン標準物質のうちの1つ、から誘導される、質量検出器(IR5)面積および質量検出器定数から得られる。計算された分子量は、以下に言及されるポリエチレン標準物質のうちの1つ以上から誘導される、光散乱定数、および0.104の屈折率濃度係数dn/dcを用いて得られる。一般に、質量検出器応答および光散乱定数は、約50,000g/moleを超える分子量を有する直鎖状標準物質から決定されるべきである。粘度計の較正は、製造業者によって記載された方法を用いるか、あるいは標準物質(SRM)1475a(National Institute of Standards and Technology(NIST)から入手可能)などの好適な直鎖状標準物質の公開された値を用いて達成することができる。クロマトグラフィー濃度は、第2のウイルス係数効果(分子量に対する濃度効果)に対処することを排除するのに十分に低いと推定される。
3D−GPCでは、以下の式(6)および(7)を用い、高正確性と高精度のための「ピーク面積」法(検出器較正後、質量と質量−分子量生成物に関連する面積)を用いて、絶対重量平均分子量(「Mw,abs」)および絶対z−平均分子量(「Mz,abs」)が決定される。「LS.Area」および「Concentration.Area」は、クロマトグラフ/検出器の組み合わせによって生成される。
Figure 0006967020
式中、Cは、保持容量Vでの溶離液中のポリエチレン分子の濃度であり、Mabs,iは、保持容量Vでのポリエチレン分子の絶対分子量であり、ΣLS(LS.Area)は、光散乱の総応答であり、ΣC(Concentration.Area)は、総濃度である。
各LSプロファイルについて、x−軸(log MWcc−GPC)(ccは、従来の検量線を指す)が以下のように決定される。最初に、ポリスチレン標準物質(上記を参照されたい)が使用されて、保持容量を「log MWPS」に較正する。次に、式(1)(MWPE=A×(MWPS)が使用されて、「log MWPS」を「log MWPE」に変換する。「log MWPE」スケールは、実験項のLSプロファイルのx−軸として供する(log MWPEは、log MW(cc−GPC)と等しい)。各LSプロファイルのy軸は、注入された試料質量によって正規化されたLS検出器応答である。まず、SRM1475aまたは同等物などの直鎖状ホモポリマーポリエチレン標準試料の分子量および固有粘度が、溶出体積の関数として分子量および固有粘度の両方のための従来の較正(「cc」)を用いて決定される。
GPC溶出曲線の低分子量領域において、酸化防止剤または他の添加剤の存在によって引き起こされることが知られている顕著なピークの存在は、ポリマー試料の数平均分子量(Mn)の過小評価を引き起こし、Mw/Mn(Mwは重量平均分子量)と定義される試料多分散性の過大評価を与える。したがって、真のポリマー試料分子量分布は、この余分なピークを排除することによってGPC溶出から計算することができる。このプロセスは、液体クロマトグラフィー分析におけるデータ処理手順において、ピークスキム機能として通常説明されている。このプロセスにおいて、この追加ピークは、試料分子量計算がGPC溶出曲線から実行される前に、GPC溶出曲線からスキムオフされる。
酸素透過率(OTR)測定
フィルムの酸素透過率(OTR)は、23℃、0%の相対湿度、および1気圧で、ASTM D−3985に準拠して、MOCON OXTRAN 2/21MLモジュールを用いて測定される。
未延伸(例えば、キャスト)フィルムについては、9cm×10cmの長方形試験片が切り取られ、測定のためにMOCON OXTRAN 2/21MLユニットに直接装填される。有効な試験面積は、50cmである。透過率がMOCON OXTRAN 2/21 MLモジュールの検出範囲を超えないように、2%の酸素および98%の窒素を含有する試験ガスが使用される。試料のOTRは、次の式:OTR=OTR(2%)/2%(式中、OTR(2%)は、2%の酸素および98%の窒素を含有する試験ガスを用いて得られたフィルムのOTRである)に従って得られる。
延伸フィルム(配向フィルム)については、1つの試験片が延伸フィルムの中央部分から切り取られ、両面が接着性アルミニウム箔でマスクされる。OTR試験の有効試料面積は、5cmである。透過率がMOCON OXTRAN 2/21 MLモジュールの検出範囲を超えないように、10%の酸素および90%の窒素を含有する試験ガスが使用される。試料のOTRは、OTR=OTR(2%)/2%(式中、OTR(2%)は、2%の酸素および98%の窒素を含有する試験ガスを用いて得られたフィルムのOTRである)に従って得られた。
正規化されたOTRは、次の式:正規化されたOTR=OTR×フィルムの厚さ、に従って得られる。各試料について2回の反復試験の平均値が報告される。MOCON OXTRAN 2/21 MLモジュールの上限検出限界は、マスクされた試料では、5cmの試験面積で、酸素濃度2%の試験ガスを用いて、6500cc/100in/日である。「NM」は、フィルムのOTRが6500cc/100in/日より大きいことを示す。
二酸化炭素透過率(COTR)の測定
フィルムの二酸化炭素透過率(COTR)は、23℃、0%の相対湿度、および1気圧で、ASTM F−2476に準拠して、MOCON PERMATRAN−C 4/41モジュールを用いて測定される。
未延伸(例えば、キャスト)フィルムについては、9cm×10cmの長方形試験片が切り取られ、測定のためにMOCON PERMATRAN−C 4/41モジュールに直接装填される。有効な試験面積は、50cmである。透過率がMOCON PERMATRAN−C 4/41モジュールの検出範囲を超えないように、10%の二酸化炭素および90%の窒素を含有する試験ガスが使用される。試料のCOTRは、COTR=COTR(10%)/10%(式中、COTR(10%)は、10%の二酸化炭素および90%窒素を含有する試験ガスを用いて得られたフィルムのCOTRである)に従って得られる。
延伸フィルム(配向フィルム)については、試験片が各延伸フィルムの中央部分から切り取られ、両面が接着性アルミニウム箔でマスクされる。COTR試験の有効な試料面積は、5cmである。透過率がMOCON PERMATRAN−C 4/41モジュールの検出範囲を超えないように、10%の二酸化炭素および90%の窒素を含有する試験ガスが使用される。試料のCOTRは、COTR=COTR(10%)/10%(式中、COTR(10%)は、10%の二酸化炭素および90%窒素を含有する試験ガスを用いて得られたフィルムのCOTRである)に従って得られる。正規化されたCOTRは、次の式:正規化されたCOTR=COTR×フィルムの厚さ、に従って得られる。各試料について2回の反復試験の平均値が報告される。MOCON PERMATRAN−C 4/41モジュールの上限検出限界は、マスクされた試料では、5cmの試験面積で、二酸化炭素濃度10%の試験ガスで、51500cc/100in/日である。「NM」は、フィルムのCOTRが51500cc/100in/日より大きいことを示す。
水蒸気透過率(WVTR)測定
フィルムのWVTRの範囲次第で、フィルムのWVTRは、ASTM F1249−06に準拠してMocon W3/33を用いて、またはASTM D6701−01に準拠してMOCON 101Kを用いて測定される。
未延伸(例えば、キャスト)フィルムについては、9cm×10cmの長方形試験片がキャストフィルムから切り取られる。WVTRは、38℃、100%の相対湿度(RH)で、ASTM F1249−06に準拠して、Mocon W3/33を用いて測定される。有効な試験フィルム面積は、50cmである。各フィルムについて2回の反復試験の平均値が報告される。
延伸フィルム(配向フィルム)については、1つの試験片が各延伸フィルムの中央部分から切り取られ、両面が接着性アルミニウム箔でマスクされる。WVTR試験の有効な試料面積は、5cmである。より低いWVTR値(すなわち、64.5g/100in/日未満)については、WVTRは、38℃、100%の相対湿度(RH)で、ASTM F1249−06に準拠して、Mocon W3/33を用いて測定される。より高いWVTR値(すなわち、32g/100in/日超)については、WVTRは、38℃、100%RHで、ASTM D6701−01に準拠して、MOCON 101Kを用いて測定される。正規化されたWVTRは、正規化されたWVTR=WVTR×フィルムの厚さ、に従って得られる。
さらなる特性および試験方法は、本明細書にさらに記載される。
ここで、本発明のいくつかの実施形態を、以下の実施例において詳細に記載する。
多数の3層フィルム(A/B/C)を評価のために作製する。フィルムの組成物およびフィルムの厚さを表1に示す。
Figure 0006967020
UNIVAL(商標)DMDA−6400(密度=0.961g/cm、I=0.8g/10分)、UNIVAL(商標)DMDA−6200(密度=0.953g/cm、I=0.38g/10分)、およびELITE(商標)5960G(強化ポリエチレン、密度=0.962g/cm、I=0.85g/10分)は、The Dow Chemical Companyから市販されている高密度ポリエチレンである。Elvax 3135およびElvax 3190は、DuPontから市販されているエチレン酢酸ビニルである。Pebax 2533 SD 02は、Arkemaから市販されているポリエーテルブロックアミドである。AFFINITY(商標)PL 1880Gは、The Dow Chemical Companyから市販されているポリオレフィンプラストマーである。
上記フィルムに使用される高密度ポリエチレンは、以下の追加特性を有する。
Figure 0006967020
UNIVAL(商標)DMDA−6400およびUNIVAL(商標)DMDA−6200はそれぞれ、トリプル検出器GPCによって測定される、少なくとも6.0のMw,cc/Mn,ccおよび少なくとも500,000グラム/molのMz,absを有する。
3層フィルムを、Dr.Collinキャストフィルムラインを用いて作製する。このラインは、溝付き供給ゾーンを備えた3つの25:1L/D単軸スクリュー押出成形機から構成される。スクリューの直径は、2つの表面層押出成形機については25mm、コア層押出成形機については30mmである。スリットダイ幅は10インチであり、ダイギャップは20ミルである。加工条件の詳細は表3に記載されている。
Figure 0006967020
正規化された酸素透過率、正規化された二酸化炭素透過率、および正規化された水蒸気透過率を測定する。
フィルムの酸素透過率(OTR)を、23℃、0%の相対湿度、および1気圧で、ASTM D−3985に準拠して、MOCON OXTRAN 2/21 MLモジュールを用いて測定する。フィルム1〜8については、キャストフィルムから9cm×10cmの長方形試験片を切り取り、測定のためにMOCON OXTRAN 2/21 MLユニットに直接装填する。有効な試験面積は、50cmである。透過率がMOCON OXTRAN 2/21 MLモジュールの検出範囲を超えないように、2%の酸素および98%の窒素を含有する試験ガスを使用する。試料のOTRを、OTR=OTR(2%)/2%(式中、OTR(2%)は、2%の酸素および98%の窒素を含有する試験ガスを用いて得られたフィルムのOTRである)に従って得る。
正規化されたOTRを、次の:正規化されたOTR=OTR×フィルムの厚さ、に従って得る。各試料について2回の反復試験の平均値を表4に報告する。結果を以下の表4に提供する。
フィルムの二酸化炭素透過率(COTR)を、23℃、0%の相対湿度、および1気圧で、ASTM F−2476に準拠して、MOCON PERMATRAN−C 4/41モジュールを用いて測定する。フィルム1〜8については、キャストフィルムから9cm×10cmの長方形試験片を切り取り、測定のためにMOCON PERMATRAN−C 4/41モジュールに直接装填する。有効な試験面積は、50cmである。透過率がMOCON PERMATRAN−C 4/41モジュールの検出範囲を超えないように、10%の二酸化炭素および90%の窒素を含有する試験ガスを使用する。試料のCOTRを、COTR=COTR(10%)/10%(式中、COTR(10%)は、10%の二酸化炭素および90%窒素を含有する試験ガスを用いて得られたフィルムのCOTRである)に従って得る。
正規化されたCOTRを、次の式:正規化されたCOTR=COTR×フィルムの厚さ、に従って得る。各試料について2回の反復試験の平均値を報告する。結果を以下の表4に提供する。
COTR/OTRの比を、正規化されたCOTRを正規化されたOTRで割ることによって計算する。結果を以下の表4に提供する。
フィルム1〜8については、キャストフィルムから9cm×10cmの長方形試験片を切り取る。WVTRを、38℃、100%の相対湿度(RH)で、ASTM F1249−06に準拠して、Mocon W3/33を用いて測定する。有効な試験フィルム面積は、50cmである。各フィルムについて2回の反復試験の平均値を報告する。WVTR結果を以下の表4に示す。
Figure 0006967020
フィルム1〜8を、真空オーブン(Precision Scientific、CR−00643)中、所定の温度(以下の表5に示す)、28インチHgの真空下で、24時間、アニーリングする。
アニーリング後、各フィルムを、5インチ(機械方向、MD)×6インチ(横方向、TD)の寸法の断片に切り取る。金属シムを、テープを用いて機械方向に沿ってフィルムの両端に取り付ける。金属シムを、延伸力がフィルム幅にわたって均一に分配されるように使用する。次に、金属シムを有するフィルムを、Iwamoto二軸延伸機のグリッド上に装填する。延伸前の各フィルムの初期のフィルム長さは100mmである。このフィルムを50%冷延伸する。これは、100mm/sの速度で(100%/秒、100mmのフィルムの元の長さを考慮して)
Figure 0006967020
によって定義される。その後、試料室の扉を閉め、試料室を100℃に加熱し、続いて、この温度で1分間保持する。続いて、フィルムを200%(または本発明5については50%)熱延伸する。これは、固体フィルムについて、4mm/sの速度で(4%/秒、100mmのフィルムの元の長さを考慮して)
Figure 0006967020
によって定義される。これらの加工条件を以下に要約する。
Figure 0006967020
正規化された酸素透過率、正規化された二酸化炭素透過率、および正規化された水蒸気透過率を測定する。
フィルムの酸素透過率(OTR)を、23℃、0%の相対湿度、および1気圧で、ASTM D−3985に準拠して、MOCON OXTRAN 2/21 MLモジュールを用いて測定する。1つの試験片を各延伸フィルムの中央部分から切り取り、両面を接着性アルミニウム箔でマスクする。OTR試験の有効試料面積は、5cmである。透過率がMOCON OXTRAN 2/21 MLモジュールの検出範囲を超えないように、10%の酸素および90%の窒素を含有する試験ガスを使用する。試料のOTRを、OTR=OTR(2%)/2%(式中、OTR(2%)は、2%の酸素および98%の窒素を含有する試験ガスを用いて得られたフィルムのOTRである)に従って得る。正規化されたOTRを、次の:正規化されたOTR=OTR×フィルムの厚さ、に従って得る。MOCON OXTRAN 2/21 MLモジュールの上限検出限界は、マスクされた試料では、5cmの試験面積で、酸素濃度2%の試験ガスを用いて、6500cc/100in/日である。「NM」は、フィルムのOTRが6500cc/100in/日より大きいことを示す。結果を以下の表6に提供する。
フィルムの二酸化炭素透過率(COTR)を、23℃、0%の相対湿度、および1気圧で、ASTM F−2476に準拠して、MOCON PERMATRAN−C 4/41モジュールを用いて測定する。試験片を各延伸フィルムの中央部分から切り取り、両面を接着性アルミニウム箔でマスクする。COTR試験の有効な試料面積は、5cmである。透過率がMOCON PERMATRAN−C 4/41モジュールの検出範囲を超えないように、10%の二酸化炭素および90%の窒素を含有する試験ガスを使用する。試料のCOTRを、COTR=COTR(10%)/10%(式中、COTR(10%)は、10%の二酸化炭素および90%窒素を含有する試験ガスを用いて得られたフィルムのCOTRである)に従って得る。正規化されたCOTRを、次の式:正規化されたCOTR=COTR×フィルムの厚さ、に従って得る。各試料について2回の反復試験の平均値を報告する。MOCON PERMATRAN−C 4/41モジュールの上限検出限界は、マスクされた試料では、5cmの試験面積で、二酸化炭素濃度10%の試験ガスで、51500cc/100in/日である。「NM」は、フィルムのCOTRが51500cc/100in/日より大きいことを示す。結果を以下の表6に提供する。
COTR/OTRの比を、正規化されたCOTRを正規化されたOTRで割ることによって計算する。結果を以下の表6に提供する。
実施例1〜5および比較例1〜2については、試験片を各延伸フィルムの中央部分から切り取り、両面を接着性アルミニウム箔でマスクする。WVTR試験の有効な試料面積は、5cmである。次に、WVTRを、38℃、100%の相対湿度(RH)で、ASTM F1249−06に準拠して、Mocon W3/33を用いて測定した。
比較例3のWVTRを、38℃、100%の相対湿度で、ASTM D6701−01に準拠して、MOCON 101Kを用いて試験する。1つの試験片を延伸フィルムの中央部分から切り取る。MOCON 101Kの下限検出限界は、32g/(inch・日)である。
正規化されたWVTRを、正規化されたWVTR=WVTR×フィルムの厚さ、に従って得る。各試料について2回の反復試験の平均値を表6に報告する。
Figure 0006967020

Claims (9)

  1. 少なくとも3つの層を含む多層フィルムであって、各層が反対側にある外表面を有し、A/B/Cの順に配置され、
    層Aが、トリプル検出器GPCによって測定される、少なくとも6.0のMw,cc/Mn,cc、少なくとも500,000グラム/molのMz,abs、および0.957〜0.970g/cmの密度を有する高密度ポリエチレンを含み、前記高密度ポリエチレンが、層Aの少なくとも90重量パーセントを構成し、
    層Bが、ガス透過層を含み、前記ガス透過層が、ポリエーテルブロックアミド、ポリ(エチレン−酢酸ビニル)、プロピレン系オレフィンブロックコポリマー、ポリオレフィンプラストマー、ポリオレフィンエラストマー、またはこれらの組み合わせを含み、層Bの上側外表面が、層Aの下側外表面と接着接触し、
    層Cが、トリプル検出器GPCによって測定される、少なくとも6.0のMw,cc/Mn,cc、少なくとも500,000グラム/molのMz,abs、および0.957〜0.970g/cmの密度を有する高密度ポリエチレンを含み、前記高密度ポリエチレンが、層Cの少なくとも90重量パーセントを構成し、層Cの上側外表面が、層Bの下側外表面と接着接触し、
    前記フィルムが、機械方向に配向され、前記フィルムが、23℃、0%の相対湿度、および1気圧で、ASTM F−2476に準拠して測定される場合、少なくとも3000cm・mil/100in/日の正規化二酸化炭素透過率を示し、前記フィルムが、酸素透過率が、23℃、0%の相対湿度、および1気圧で、ASTM D3985に準拠して測定される場合、少なくとも4.0の前記二酸化炭素透過率対前記酸素透過率の比を示す、多層フィルム。
  2. 層Bの前記酸素および二酸化炭素透過率が、層Aおよび層Cの前記酸素および二酸化炭素透過率よりも低い、請求項1に記載の多層フィルム。
  3. 請求項1または2に記載の多層フィルムを製造する方法であって、
    前記フィルムが、機械方向に冷延伸され、前記冷延伸の後、前記フィルムが、機械方向に熱延伸される、方法
  4. 請求項1または2に記載の多層フィルムを製造する方法であって、
    前記フィルムが横方向に冷延伸され、前記冷延伸の後、前記フィルムが横方向に熱延伸される、方法
  5. 前記冷延伸パーセント
    Figure 0006967020

    が、25%〜150%であり、前記冷延伸が、10℃〜50℃の範囲の温度で実行される、請求項またはに記載の方法
  6. 前記熱延伸パーセント
    Figure 0006967020

    が、50%〜500%であり、前記熱延伸が、90℃〜110℃の範囲の温度で実行される、請求項に記載の方法
  7. 層Aが、前記フィルムの総重量を基準として、前記多層フィルムの少なくとも10重量%を構成し、層Cが、前記フィルムの総重量を基準として、前記多層フィルムの少なくとも10重量%を構成する、請求項1または2に記載の多層フィルム。
  8. 層Dおよび層Eをさらに含み、層Dの上側外表面が、層Cの下側外表面と接着接触しており、層Eの上側外表面が、層Dの下側外表面と接着接触しており、層Dが、ガス透過層を含み、層Eが、層Aと同じ組成を有する、請求項1、2、および7のいずれか一項に記載の多層フィルム。
  9. 請求項1、2、7、および8のいずれか一項に記載の多層フィルムを含む包装体。
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