JP7205116B2 - ヒートシール性フィルムの製造方法 - Google Patents
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例えば、特許文献3には、カップ状容器のフランジを予熱した後、レーザー光を照射して加熱するという手段が提案されているが、かかる手段は、フランジをレーザー光の加熱により熱結晶化するというものであり、延伸されているフィルムの結晶化度を低下させることによりヒートシール前駆部を形成するというものではない。
少なくとも一方の面が前記延伸ポリエステル製表面となっている原反フィルムを用意し、
前記ヒートシール前駆部予定領域を含む前記延伸ポリエステル製表面を、補助加熱によって、60℃以上で該ポリエステルの融点未満の温度に昇温している状態で、該ヒートシール前駆部予定領域に赤外レーザー光を走査照射して該領域の温度を該ポリエステルの融点以上の温度に加熱し、
前記赤外レーザー光の走査照射が終了した後、急冷することによりヒートシール前駆部を形成すること、
を特徴とするヒートシール性フィルムの製造方法が提供される。
(1)前記補助加熱を、非接触加熱により行うこと。
(2)前記赤外レーザー光が走査照射された領域のラマン分光法による結晶化度が10%以下となるように、急冷を行うこと。
(3)前記原反フィルムの、赤外レーザー光照射側面とは反対側の面から補助加熱を行うこと。
(4)前記原反フィルムの両面側から補助加熱を行うこと。
(5)前記延伸ポリエステルが、ポリエチレンテレフタレートであること。
(6)前記原反フィルムが、前記延伸ポリエステルの単層フィルムであるか、或いは前記延伸ポリエステルのフィルムがアルミニウム製フィルムに貼着されている積層フィルムであること。
(7)前記赤外レーザー光が、赤外線波長を有する炭酸ガスレーザー光であること。
後述する実施例によれば、例えば30Wの出力で延伸ポリエチレンテレフタレート表面に赤外レーザー光を照射する場合、20~40℃に保持されている表面に照射する場合には、2500mm/秒の走査照射速度が限界であり、これを超えると、ヒートシール性不足の部分が生成し、ヒートシール強度が低下してしまうが、60℃に保持されている表面に照射する場合には、その走査照射速度2727mm/秒に速めた場合においてもヒートシール性不足の部分は生成しておらず、ヒートシール強度が低下していないことが確認されている。
本発明において、原反フィルム1は、少なくとも表面が延伸ポリエステルにより形成されているものであり、本発明は、この延伸ポリエステルの表面にヒートシール前駆部を形成するものである。具体的には、表面の延伸を維持しながら、表面の一部の領域に低結晶化されたヒートシール前駆部を形成するものである。
さらに、ポリエステルのガラス転移点は、延伸成形性等の観点から、65~85℃であることが好ましく、その融点は250~270℃であることが好ましい。ガラス転移点および融点は、JIS K7121に基づき、示差走査熱量分析装置(DSC)を用いて測定することができる。
本発明において、ヒートシール前駆部となるヒートシール前駆部形成予定部3は(以下、単に予定部3と呼ぶことがある)、ヒートシール性フィルムのヒートシールされる位置に応じた部分に設定される。
本発明においては、赤外レーザー光の走査照射に先立って、補助加熱を行い、ヒートシール前駆部形成予定部3が一定の昇温状態に保持された状態で、赤外レーザー光の走査照射が行われるようにする。
尚、工業的に実施する際は、通常、ロール・ツー・ロール方式で、ローラに巻回保持された原反フィルム1を、連続的或いは間欠的に巻き取りローラにより巻き取る際に、補助加熱、赤外レーザー光の走査照射及び急冷が行われることから、上記の手段に中でも非接触加熱により補助加熱行うことが好適である。接触加熱では、擦れ等によりフィルム表面が荒れる恐れがあるからである。
但し、この予定部3の表面温度が過度に高い温度に維持された状態で赤外レーザー光の走査照射が行われると、照射後の急冷を効果的に行うことが困難となり、再結晶化を生じるおそれがあるので、この温度は、通常、250℃以下、特に160℃以下が好ましい。
本発明では、上記のように所定の温度に昇温維持されている予定部3に、炭酸ガスレーザービームに代表される赤外線波長を有する赤外レーザー光を、走査しながら照射する。赤外レーザー光が照射された領域は、短時間で急激に融点以上の温度となり、ポリマーの結晶性が低下する。
出力:10~400W、特に30~400W
スポット径:0.14~15mm
走査線間隔:0.05~15mm
照射エネルギー密度:0.5~8J/cm2
本発明では、赤外レーザー光照射終了後に、上記の予定部3を、急冷することにより、この予定部3の低結晶化が画定し、この予定部3がヒートシール前駆部となる。即ち、急冷を行わなかった場合には、再結晶化を生じ、低結晶化が不十分となり、得られるヒートシール前駆部のヒートシール性が不均質となってしまう。
この冷却手段としては、冷却ロール、エアカーテンなどが代表的であり、冷却の程度は、赤外レーザー光の照射条件、予定部3の表面温度等に応じて設定されるが、通常、ラマン分光法による結晶化度が10%以下、特に5%以下となるように、予めラボ実験を行って急冷の程度を設定することが好適である。
例えば、後述する実験例では、150℃の表面温度に設定されたとき、走査照射の完了から10秒以内で100℃まで表面温度が低下するように急冷している。
かくして得られたヒートシール性フィルムは、その表面にヒートシール前駆部を有している。
厚さ12μmの2軸延伸PETフィルム(ガラス転移点77℃、融点260℃)を、ポリウレタン接着材を用いて厚さ7μmのアルミニウム箔の両面にラミネートした積層フィルムを長辺70mm、短辺50mmの大きさに裁断し、4つの辺端の10mm幅の帯状域を、ヒートシール前駆予定部とした。
補助加熱装置としては、丸屋神奈川製作所製の遠赤外線セラミックヒーター(セラミックプレート式 PLR-610)を用いた。
ヒーターの加熱面より10mm離した位置に原反フィルムを、スペーサーを用いて配置して、上記の補助加熱装置を用いて補助加熱を行った。
なお、フィルムのヒートシール前駆部予定領域のある側とは反対の側の面が、ヒーターの加熱面と向き合うように配置した。そして、室温が約20℃の屋内にて、フィルムの表面温度が任意の温度となるように遠赤外線セラミックヒーターを用いて加熱した。
上記の補助加熱装置を用いて原反フィルムを補助加熱しながら、赤外レーザービームを一方の2軸延伸PETフィルムの表面のヒートシール前駆予定部に走査照射し、走査終了後、直ちにヒーターの加熱面より外して送風機を用いて赤外レーザービームが照射されたヒートシール前駆予定部を急冷して、ヒートシール性フィルムを作製した。
急冷の程度は、150℃の表面温度に設定されたとき、走査照射の完了から10秒以内で100℃まで表面温度が低下するように、20℃の空気の吹き付けにより行った。
走査速度を増大したときにヒートシール前駆部が不均一に形成できる場合は、フィルム表面温度を増加させてヒートシール前駆部が均一に形成できるかを確認した。
作製されたヒートシール性フィルムは、引張り試験機にてシール強度を測定した。
尚、ヒートシールは、2枚のヒートシール性積層フィルムのヒートシール前駆部同士を向かい合わせに重ね、設定温度は180℃、圧力は0.2MPa、時間は1秒にてヒートシールを実施した。ヒートシールされたフィルムのシール強度を引張り試験機(引張速度300mm/秒)にて測定した。
どの部分でもシール強度が10N/15mm幅を超えていたとき、ヒートシール性が良好であると判断した。
任意のフィルム表面温度、任意の走査速度におけるヒートシール前駆部形成が可能であるとの判断は、ヒートシール前駆部においてバラつきなく均一にヒートシール前駆部を形成することが確認できたときとした。
また、ヒートシール前駆部領域においてヒートシール前駆部が不均一であることが確認できたとき形成は不可とした。
さらに、ヒートシール前駆部について、複数箇所でラマン法による結晶化度を求めた。
補助加熱を行わず、フィルム表面温度は20℃、走査速度2500mm/秒にてレーザー照射を施し、ヒートシール性フィルムを作製したとき、ヒートシール前駆部では均一なヒートシール性を示した。
しかし、走査速度を2727mm/秒に速くすると、ヒートシール性は不均一となり、ヒートシール前駆部は不均一に形成された。
フィルム表面温度は40℃、走査速度2500mm/秒にてレーザー照射を施すと、ヒートシール前駆部予定領域において均一にヒートシール前駆部が形成された。
しかし、走査速度を2727mm/秒に速くすると、ヒートシール前駆部は不均一に形成された。
補助加熱により、フィルム表面温度を60℃に昇温させた状態で、走査速度2727mm/秒にてレーザー照射を施すと、ヒートシール前駆部予定領域において均一にヒートシール前駆部が形成された。
補助加熱により、フィルム表面温度を60℃に昇温させた状態で、走査速度3000mm/秒にてレーザー照射を施すと、ヒートシール前駆部予定領域においてヒートシール前駆部は不均一に形成された。
しかし、フィルム表面温度を70℃、走査速度3000mm/秒にてレーザー照射を施すと、ヒートシール前駆部予定領域において均一にヒートシール前駆部が形成された。
補助加熱により、フィルム表面温度を70℃に昇温させた状態で、走査速度3333mm/秒にてレーザー照射を施すと、ヒートシール前駆部予定領域においてヒートシール前駆部は不均一に形成された。
しかし、フィルム表面温度が120℃、走査速度3333mm/秒または3750mm/秒にてレーザー照射を施すと、ヒートシール前駆部予定領域において均一にヒートシール前駆部が形成された。
補助加熱により、フィルム表面温度を120℃に昇温させた状態で、走査速度4286mm/秒にてレーザー照射を施すと、ヒートシール前駆部予定領域においてヒートシール前駆部は不均一に形成された。
しかし、フィルム表面温度が140℃または145℃または150℃、走査速度4286mm/秒にてレーザー照射を施すと、ヒートシール前駆部予定領域において均一にヒートシール前駆部が形成された。
また、フィルム温度が140℃及び145℃のとき、走査速度5000mm/秒にてレーザー照射を施すと、ヒートシール前駆部予定領域においてヒートシール前駆部は不均一に形成された。
各フィルム表面温度、各走査速度および処理時間において、ヒートシール前駆部が均一に形成されたときを「○」、不均一に形成されたときを「×」で示し、表1にまとめた。尚、ヒートシール前駆部が均一に形成されたときの結晶化度を、表中の記号「〇」の下に記載した。
また、各フィルム表面温度における最も速い走査速度(●)の値をそれぞれプロットしたグラフを図2に示す。
3:ヒートシール前駆予定領域
Claims (8)
- 延伸ポリエステル製表面を有しており且つ該延伸ポリエステル表面にヒートシール前駆部が形成されているヒートシール性フィルムの製造方法において、
少なくとも一方の面が前記延伸ポリエステル製表面となっている原反フィルムを用意し、
前記ヒートシール前駆部予定領域を含む前記延伸ポリエステル製表面を、補助加熱によって、60℃以上で該ポリエステルの融点未満の温度に昇温している状態で、該ヒートシール前駆部予定領域に赤外レーザー光を走査照射して該領域の温度を該ポリエステルの融点以上の温度に加熱し、
前記赤外レーザー光の走査照射が終了した後、急冷することによりヒートシール前駆部を形成すること、
を特徴とするヒートシール性フィルムの製造方法。 - 前記補助加熱を、非接触加熱により行う、請求項1に記載のヒートシール性フィルムの製造方法。
- 前記赤外レーザー光が走査照射された領域のラマン分光法による結晶化度が10%以下となるように、急冷を行う、請求項1または2に記載のヒートシール性フィルムの製造方法。
- 前記原反フィルムの、赤外レーザー光照射側面とは反対側の面から補助加熱を行う、請求項1~3の何れかに記載のヒートシール性フィルムの製造方法。
- 前記原反フィルムの両面側から補助加熱を行う、請求項1~3の何れかに記載のヒートシール性フィルムの製造方法。
- 前記延伸ポリエステルが、ポリエチレンテレフタレートである請求項1~5の何れかに記載のヒートシールフィルムの製造方法。
- 前記原反フィルムが、前記延伸ポリエステルの単層フィルムであるか、或いは前記延伸ポリエステルのフィルムがアルミニウム製フィルムに貼着されている積層フィルムである、請求項1~6の何れかに記載のヒートシール性フィルムの製造方法。
- 前記赤外レーザー光が、赤外線波長を有する炭酸ガスレーザー光である、請求項1~7の何れかに記載のヒートシール性フィルムの製造方法。
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