JP7287450B1 - ポリエステルからなる延伸フィルム及びその改質処理方法 - Google Patents

ポリエステルからなる延伸フィルム及びその改質処理方法 Download PDF

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Abstract

【課題】シール強度を制御するに際して、シール強度のばらつきを抑制して、所望のシール強度が得られるようにする。【解決手段】フィルムの表面に赤外域波長のレーザー光が照射されたヒートシール領域を有する延伸ポリエステルフィルムを備え、ヒートシール領域は、レーザー光が照射された面側からフィルム厚み方向に向けて、ヒートシール前駆部、中間部、非改質部が順に形成されており、ヒートシール前駆部の複屈折度が５×１０－３以下であり、中間部の厚みが２μｍ以下であり、非改質部の複屈折度が、レーザー光の未照射部に対して２０％以下の変化率である。【選択図】図２

Description

本発明は、ポリエステルからなる延伸フィルムとその改質処理方法に関するものである。
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、保香性等に優れており、包装用フィルムとして有用であるが、ヒートシール性が乏しい性質があり、この性質が延伸ポリエステルフィルムを包装用容器の内面フィルムとして利用することへの妨げになっていた。
これに対して、延伸ポリエステルフィルムにヒートシール性を付与する改質処理方法が提案されている。この改質処理方法は、基本的には、レーザー光を延伸フィルムの表面に照射することで、結晶化度が低下したヒートシール領域を形成するものである。また、イージーピール性（易剥離性）に対応するために、レーザー光照射による線状パターンを形成して、線状パターンの間隔調整を行うことで、ヒートシール強度を制御することが提案されている（下記特許文献１参照）。
特開２０１８－５８９７３号公報
前述した従来技術は、イージーピール性の要求に対して、レーザー光照射による線状パターンの間隔調整でヒートシール強度の制御を行っている。これによると、レーザー光が照射されて処理部となる線状パターンと線状パターンの間にレーザー光が照射されていない未処理部が存在することになり、ヒートシール領域内に処理部と未処理部が混在することになる。
このような従来技術によると、一対のフィルムのヒートシール領域を互いに対面接触させたときに、相互の線状パターンにずれが生じて、処理部と未処理部とが重なる状態になり得る。この状態になると、その重なり状態のずれ度合いに起因して、調整すべきシール強度にばらつきが生じ易くなる問題が懸念される。
本発明は、このような問題を解消することを課題としている。すなわち、ポリエステルからなる延伸フィルムにヒートシール性を付与したヒートシール領域を形成し、そこでのシール強度を制御するに際して、シール強度のばらつきを抑制して、所望のシール強度が得られるようにすること、が本発明の課題である。
このような課題を解決するために、本発明は、以下の構成を具備するものである。
フィルムの表面に赤外域波長のレーザー光が照射されたヒートシール領域を有する延伸ポリエステルフィルムを備え、前記ヒートシール領域は、前記レーザー光が照射された面側からフィルム厚み方向に向けて、ヒートシール前駆部、中間部、非改質部が順に形成されており、前記ヒートシール前駆部の複屈折度が５×１０－３以下であり、前記中間部の厚みが２μｍ以下であり、前記非改質部の複屈折度が、前記レーザー光の未照射部に対して２０％以下の変化率であることを特徴とする延伸フィルム。
本発明によると、ポリエステルからなる延伸フィルムに赤外域波長のレーザー光を照射してヒートシール領域を形成するに際して、フィルムの厚み方向に向けて形成されるヒートシール前駆部、中間部、非改質部のうち、ヒートシール前駆部の厚みを調整して、ヒートシール強度の制御を行うことが可能となり、さらに、ヒートシール強度のばらつきが抑制され、所望のシール強度を得ることができる。
本発明の実施形態に係る延伸フィルムの平面図。 本発明の実施形態に係る延伸フィルムを説明する断面説明図（図１におけるＡ－Ａ断面図）。 実施例の積層フィルムを説明する断面説明図。 実施例と比較例の結果を示したグラフ。
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下の説明で、異なる図における同一符号は同一機能の部位を示しており、各図における重複説明は適宜省略する。
図１に示すように、延伸フィルム１は、ポリエステルからなる２軸延伸フィルムを備え、フィルムの表面に赤外域波長のレーザー光が照射されたヒートシール領域１Ａを有する。図示の延伸フィルム１の２軸延伸ポリエステルフィルムにおいて、ヒートシール領域１Ａ以外の領域はレーザー光の未照射部（未処理部）１Ｂである。
図２の断面図に示すように、延伸フィルム１は、ヒートシール領域１Ａが、レーザー光が照射された面側からフィルム厚み方向に向けて、ヒートシール前駆部Ｔ１、中間部Ｔ２、非改質部Ｔ３を有している。
ここで、延伸フィルム１は、１軸延伸又は２軸延伸されたポリエステルフィルムである。ポリエステルフィルムを構成するポリエステル樹脂としては、具体的には、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリブチレンナフタレート、共重合ポリエステル、ポリカーボネート等が挙げられる。
延伸ポリエステルフィルムの一例は、２軸延伸ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルムである。２軸延伸ＰＥＴフィルムなどの２軸延伸ポリエステルフィルムは公知であり、その製造方法についても公知である。具体的には、２軸延伸ポリエステルフィルムは、例えば、ポリエステルを含む原料からなる未延伸原反フィルムに対して、流れ方向（ＭＤ）及び垂直方向（ＴＤ）のそれぞれの延伸倍率が２．０～６．０倍となる条件で２軸延伸した後、２１０～２３０℃で熱処理することによって得ることができる。２軸延伸方法としては、チューブラー方式やテンター方式による同時２軸延伸又は逐次２軸延伸を採用することができる。
また、延伸フィルム１は、延伸ポリエステルフィルムの単体、延伸ポリエステルフィルムの層と他の樹脂層との積層体、延伸ポリエステルフィルムの層と金属（例えば、アルミニウム箔）層との積層体、延伸ポリエステルフィルムの層と金属（例えば、アルミニウム箔）層と他の樹脂層との積層体のいずれであってもよい。積層体の場合には、延伸ポリエステルフィルムの層がレーザー照射層になり、ヒートシール前駆部Ｔ１が露出するようにして、他のフィルムと積層する。
ヒートシール領域１Ａは、フィルムの表面に赤外域波長のレーザー光を照射して、延伸フィルム１を非晶化することで形成される。フィルムの結晶状態は、複屈折度で評価することができ、高結晶性のフィルムは複屈折度の値が大きく、非晶性のフィルムでは複屈折度の値が小さくなる。
また、ヒートシール強度の制御には、ヒートシール領域１Ａは、平面的な全領域が処理部であり、図１に示すようにヒートシール領域１Ａを平面視した際に、その領域内に未処理部が存在しないことが望ましいが、ヒートシール強度の制御を行うことが可能な範囲において、ヒートシール領域１Ａに未処理部が存在してもよい。ヒートシール領域１Ａ内の処理部の割合は、６０％以上が好ましく、７０％以上がさらに好ましく、８０％以上が特に好ましい。ヒートシール領域１Ａを形成するレーザー光の照射として、照射面上のスポット径が所定値のレーザービームを用い、照射面上を繰り返し走査してヒートシール領域１Ａを形成する場合があるが、この場合には、走査線間隔（スポット径の中心間距離）スポット径より小さくすることで、平面視のヒートシール領域１Ａにおいて未処理部の割合を小さくすることができる。
ヒートシール前駆部Ｔ１は、ヒートシール領域１Ａにおけるレーザー光照射側の最表面層であり、その下層に中間部Ｔ２と非改質部Ｔ３が存在する。ヒートシール前駆部Ｔ１の複屈折度は、ヒートシール性を発現させるために、５×１０－３以下である。
ヒートシール前駆部Ｔ１の下層に中間部Ｔ２と非改質部Ｔ３が形成されるには、照射するレーザー光の照射条件を特定する必要がある。比較的波長の長い赤外域波長のレーザー光を照射した場合には、フィルム全体の厚さが複屈折度５×１０－３以下になる場合がある。比較的波長の短い赤外域波長のレーザー光を照射することで、フィルム全体の厚さ方向でヒートシール前駆部Ｔ１の厚みを制御することが可能になり、その下層に中間部Ｔ２と非改質部Ｔ３が形成される。
ヒートシール前駆部Ｔ１の厚みは、照射する赤外域レーザー光が延伸フィルム１に吸収され易いか否かで厚みに違い生じると考えられる。延伸ポリエステルフィルムに吸収され易い赤外域波長のレーザー光を照射すると、吸収によってレーザー光による改質が延伸フィルム１の厚さ方向に進行し難くなり、ヒートシール前駆体Ｔ１の下層側に中間部Ｔ２と非改質部Ｔ３が形成される。
具体的には、フィルム全体の厚さが１２μｍの延伸ポリエステルフィルム（２軸延伸ＰＥＴフィルム）の表面に、赤外域の波長１０．６μｍの炭酸ガスレーザーを照射すると、厚さ１２μｍの全層に複屈折度５×１０－３以下の層が形成される。
これに対して、延伸ポリエステルフィルム（２軸延伸ＰＥＴフィルム）の光減衰率が波長１０．６μｍのレーザー光より大きい波長１０．２μｍ或いは波長９．３μｍのレーザー光を照射した場合、複屈折度５×１０－３以下のヒートシール前駆部Ｔ１は、フィルムの厚さ１２μｍの表面のみを処理することが可能であり、その下層側には、中間部Ｔ２と非改質部Ｔ３が形成される。
赤外域波長のレーザー光の波長と２軸延伸ＰＥＴフィルムの光減衰率との関係は下記の表１に示すとおりである。
Figure 0007287450000002
ここでの減衰係数は、被照射体（２軸延伸ＰＥＴフィルム）の厚みによらず、被照射体のレーザー光に対する吸収性を表している。厚みｄの媒体に光強度Ｉ０のレーザー光を入射したとき、被照射体を透過後の光強度をＩとすると、減衰係数μは、ランベルトの法則によって以下のように表すことができる。
ｌｏｇ（Ｉ０／Ｉ）＝μｄ
また、透過度Ｔは、Ｔ＝Ｉ／Ｉ０
吸光度Ｅ＝-ｌｏｇＴ＝ｌｏｇ（Ｉ０／Ｉ）となるので、
減衰係数μは、μ＝Ｅ／ｄ
減衰係数μを用いてレーザー光の照射条件を設定する場合、波長１０．６μｍ（減衰係数０．００７６μｍ－１）と波長１０．２μｍ（減衰係数０．０２３μｍ－１）の間に閾値があると考えられるので、例えば、減衰係数が０．０２μｍ－１以上を示すレーザー光を照射することで、ヒートシール前駆部Ｔ１の下層側に、中間部Ｔ２と非改質部Ｔ３を得ることができる。しかしながら、ここでのレーザー光の照射条件は一例であり、延伸ポリエステルフィルムに対する光減衰率がある程度高い赤外域波長のレーザー光を照射することで、下層側に中間部Ｔ２と非改質部Ｔ３が形成されるヒートシール前駆部Ｔ１を得ることができる。
中間部Ｔ２は、複屈折度がヒートシール前駆部Ｔ１と非改質部Ｔ３の中間的な値になり、複屈折度が５×１０-３より大きく且つ非改質部の複屈折度より小さく、例えば、連続的に複屈折度が変化した状態（傾斜構造）であってもよい。これに対して、非改質部Ｔ３は、複屈折度５×１０－３以下のヒートシール前駆部Ｔ１をフィルムの厚みの途中までで止めた場合に、レーザー光の照射方向に沿って中間部Ｔ２に隣接して形成される。非改質部Ｔ３の複屈折度は、レーザー光の未照射部１Ｂに対しての変化率が２０％以下になる。このとき、中間部Ｔ２は、ヒートシール前駆部Ｔ１と非改質部Ｔ３に強固に接合されている。
例えば、中間部Ｔ２が存在しない場合、ヒートシール前駆部Ｔ１と非改質部Ｔ３の界面で剥離してしまい膜残りなどの不具合を生じる虞があり、また、中間部Ｔ２の厚みが厚すぎると、ヒートシール強度の制御が困難となるため、例えば、中間部Ｔ２の厚みは、フィルムの全体厚さの大小に係らず、０．１μｍ以上、且つ２μｍ以下であることが好ましい。
以下に実施例を説明する。
［実施例］
延伸フィルム１として、図３に示す積層フィルムを用意した。この積層フィルムは、厚さ１２μｍの２軸延伸ＰＥＴフィルム１０を、ポリウレタン接着剤１１を用いて厚さ７μｍのアルミニウム箔１２の両面にラミネートした積層体である。この積層フィルムに対して、下記の改質処理方法にて処理を行うことで、２軸延伸ＰＥＴフィルム１０にヒートシール領域（処理部）１Ａを形成した。また、ヒートシール領域１Ａにおけるヒートシール前駆部Ｔ１、中間部Ｔ２、非改質部Ｔ３の各層の厚み及び複屈折度を、下記方法にて測定して算出した。
＜改質処理方法＞
レーザー光の光源として、赤外域の波長９．３μｍ（減衰係数０．０３５μｍ－１）のレーザー光を出射する炭酸ガスレーザー発振装置（ＣＯ２レーザー）を用いて、出力１００Ｗ、照射表面上のスポット径が約１ｍｍ、走査速度１１０００～２４０００ｍｍ／ｓｅｃ、走査線間隔（スポット径の中心間距離）０．２～０．７ｍｍにて、レーザー光を延伸フィルム１における２軸延伸ＰＥＴフィルム１０の表面に照射し、未処理部が存在しない、幅１００ｍｍ、長さ１０ｍｍのヒートシール領域１Ａを形成した。
＜複屈折度（Δｎ）の算出、各層の厚みの測定＞
複屈折度の算出にあたり、ミクロトームを用いてヒートシール領域１Ａから切片厚５μｍのサンプル片を切削し、ティルティングコンペンセータを導入した偏光顕微鏡（カールツァイス社製；Ａｘｉｏｐｌａｎ２ ｉｍａｇｉｎｇ）を用いてリタデーション値の測定を行なった。
回転ステージで測定する層（例えばヒートシール前駆部Ｔ１）が最も明るく見える位置（対角位）に設定し、コンペンセータの目盛りを回して測定する層のリタデーションとコンペンセータのリタデーションが打ち消し合い、最も暗く見える角度値を読み取り、角度値に対応するリタデーション値を得た。この操作をヒートシール領域１Ａにおけるヒートシール前駆部Ｔ１、中間部Ｔ２、非改質部Ｔ３のそれぞれで行い、各々のリタデーション値を得た。得られたリタデーション値に基づいて、複屈折度を下記式にて算出した。
複屈折度（Δｎ）＝Ｒ／ｄ（Ｒ：リタデーション、ｄ：切片厚）
また、リタデーション値を測定する際に、各層（例えばヒートシール前駆部Ｔ１）が暗く見える範囲を各層の厚みとして測長を行ない、ヒートシール前駆部厚み、中間部厚み、非改質部厚みをそれぞれ測定した。
＜光減衰率％Ｅの測定＞
フーリエ変換赤外分光光度計（ＦＴＩＲ、ＶＡＲＩＡＮ社製；ＦＴＳ７０００）を用いて測定した１２μｍ厚の２軸延伸ＰＥＴフィルムの赤外スペクトルにより、９．３μｍ波長、１０．６μｍ波長に当たる９４３ｃｍ－１、１０７５ｃｍ－１の吸光度Ａを求め、光の透過率％Ｔを％Ｔ＝１０－Ａから算出した。光減衰率％Ｅは、％Ｅ＝１００－％Ｔで求められ、表１に示した。
＜ヒートシール強度の測定＞
ヒートシール領域１Ａが形成された延伸フィルム１のサンプルを２枚用意し、ヒートシール領域１Ａを重ねて、ヒートシールバー温度１８０℃、加熱時間１秒、ヒートシール圧力０．２ＭＰａの条件でヒートシールして得られた試料から、１５ｍｍ巾の短冊を５点切り出し、テンシロン万能試験機（オリエンテック社製；ＵＣＴ－５Ｔ）を用いてＴピール法により引張速度３００ｍｍ／分にてシール強度を測定し、上記５点の平均値から算出した。
［比較例］
下記の改質処理方法を採用した以外は、実施例と同様にヒートシール領域を有する延伸フィルムを得た。
＜比較例の改質処理方法＞
レーザー光の光源として、波長１０．６μｍの炭酸ガスレーザー発振装置（ＣＯ２レーザー）を用いて、出力３０Ｗ、照射表面上のスポット径約１ｍｍ、走査速度１５２８～１９１０ｍｍ／ｓｅｃ、走査線間隔（スポット径の中心間距離）０．７ｍｍにて、レーザー光を延伸フィルムの表面に照射し、幅１００ｍｍ、長さ１０ｍｍのヒートシール領域を形成した。
実施例の測定結果を表２に示し、比較例の測定結果を表３に示す。表２における「非改質部の変化率［％］」は、未照射部１Ｂの複屈折度に対する非改質部Ｔ３の複屈折度の変化率であって、１００×（未照射部の複屈折度－非改質部の複屈折度）／（未照射部の複屈折度）で求めている。
Figure 0007287450000003
Figure 0007287450000004
実施例で使用した波長９．３μｍ（光減衰率：６２％、減衰係数：０．０３５μｍ－１）のレーザー光は、比較例で使用した波長１０．６μｍ（光減衰率１９％、減衰係数：０．００７６μｍ－１）のレーザー光に対して、光吸収性が高い。これによって、実施例は、２軸延伸ＰＥＴフィルム１０の１２μｍの厚さに対して、１．２３μｍ～１０．４０μｍのヒートシール前駆部Ｔ１（表２の「前駆部」）を形成している。この結果は、光吸収性が高いレーザー光を使用すると、レーザー光照射面側での吸収が強く起こるため、２軸延伸ＰＥＴフィルム１０の深さ方向での吸収が表面側よりも弱くなることに起因していると考えられる。これに対して、比較例では、厚み全体が改質されてしまい、実施例のようにヒートシール前駆部Ｔ１、中間部Ｔ２及び非改質部Ｔ３が形成されない。
実施例の結果では、レーザー光の光吸収性に加えて、レーザー走査速度を変化させることで、ヒートシール前駆部Ｔ１の厚みを調整できることが示唆される。概ね、レーザー走査速度が遅い場合に、ヒートシール前駆部Ｔ１の厚みは大きくなり、レーザー走査速度が速い場合に、ヒートシール前駆部Ｔ１の厚みは小さくなる。これに対して、中間部Ｔ２の厚みは、ヒートシール前駆部Ｔ１の厚みの大小に依存せず概ね２μｍ以下になっている。
実施例の結果からみて、ヒートシール前駆部Ｔ１の厚みによってヒートシール強度の制御が可能になる。図４は、実施例と比較例の結果を、横軸にヒートシール前駆部の厚み、縦軸にヒートシール強度をとってグラフ化したものである。実施例においては、概ね、ヒートシール前駆部Ｔ１の厚みに応じてヒートシール強度が高くなっていると言える。そして、実施例は、比較例に対してヒートシール強度が低くなっており、イージーピール性に対応できるヒートシール強度の制御が可能であることを示している。
以上説明したように、ヒートシール領域１Ａを形成するに際して、本発明の実施形態に係る延伸フィルム１又は延伸フィルム１の改質処理方法によって、前述したように、減衰係数が０．０２μｍ－１以上を示す光吸収性が高いレーザー光を照射して、延伸ポリエステルフィルムの中に、レーザー光が照射される側から順に、ヒートシール前駆部Ｔ１、中間部Ｔ２、非改質部Ｔ３が形成される。
これにより、ヒートシール領域１Ａを平面的に一様に処理した場合であっても、ヒートシール前駆部Ｔ１の厚みを変えて、ヒートシール強度を制御することができ、ヒートシール強度のばらつきを抑制して、所望のシール強度を得ることができる。
特に、イージーピール性に対応するためには、ヒートシール前駆部Ｔ１の厚みは、延伸ポリエステルフィルム全体厚みの１％以上６０％以下の範囲で調整することが好ましく、更に１％以上４５％以上の範囲が好ましく、１％以上２５％以下の範囲で調整することが特に好ましい。ヒートシール前駆部Ｔ１の厚みが全体厚みの１％に満たない場合は、適正なヒートシール性を付与することができず、ヒートシール前駆部Ｔ１の厚みが全体厚みの６０％を超える場合には、イージーピール性を実感することができなくなる。また、図４のグラフをみても、ヒートシール前駆部Ｔ１の厚みが全体の１％以上６０％以下の範囲（全体厚み１２μｍで０．１２～７．２μｍ）でヒートシール強度が適正に調整できることが示されている。
１：延伸フィルム，１Ａ：ヒートシール領域，１Ｂ：未照射部（未処理部），
Ｔ１：ヒートシール前駆部，Ｔ２：中間部，Ｔ３：非改質部，
１０：２軸延伸ＰＥＴフィルム，１１：ポリウレタン接着剤，
１２：アルミニウム箔

Claims (5)

  1. フィルムの表面に赤外域波長のレーザー光が照射されたヒートシール領域を有する延伸ポリエステルフィルムを備え、
    前記ヒートシール領域は、前記レーザー光が照射された面側からフィルム厚み方向に向けて、ヒートシール前駆部、中間部、非改質部が順に形成されており、
    前記ヒートシール前駆部の複屈折度が５×１０-3以下であり、
    前記中間部の厚みが２μｍ以下であり、
    前記非改質部の複屈折度が、前記レーザー光の未照射部に対して２０％以下の変化率であることを特徴とする延伸フィルム。
  2. 前記ヒートシール前駆部の厚みが前記フィルムの全体の厚みの１％以上６０％以下であることを特徴とする、請求項１記載の延伸フィルム。
  3. 前記延伸ポリエステルフィルムは、延伸ポリエチレンテレフタレートフィルムである請求項１記載の延伸フィルム。
  4. 前記延伸フィルムを、前記ヒートシール前駆部が露出するようにして、他のフィルムと積層している、請求項１記載の延伸フィルム。
  5. フィルムの表面の全面或いは一部に赤外域波長のレーザー光を照射してヒートシール領域を形成する処理方法であって、
    前記レーザー光として、減衰係数が０．０２μｍ-1以上を示すレーザー光を用いることを特徴とする延伸ポリエステルフィルムの処理方法。
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