JP7334729B2 - 積層体及びそれを用いた包装体 - Google Patents
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Description
1.少なくとも2層以上の異なる層を有する積層体であって、下記要件(1)~(4)を満たすことを特徴とする積層体。
(1)少なくとも積層体のどちらか一方の最表層にヒートシール層を有しており、該ヒートシール層がエチレンテレフタレートを主たる構成成分とするポリエステル系成分からなり、該ヒートシール層同士を140℃、0.2MPa、2秒でシールしたときのシール強度が8N/15mm以上30N/15mm以下
(2)ヒートシール層以外の少なくとも1層が無機薄膜層である
(3)温度40℃、相対湿度90%RH環境下での水蒸気透過度が0.1g/m2・d以上6g/m2・d以下
(4)温度23℃、相対湿度65%RH環境下での酸素透度が5ml/m2・d・MPa以上30ml/m2・d・MPa以下
(5)98℃温湯中に3分浸漬した後の熱収縮率が長手方向、幅方向いずれも-5%以上5%以下である
2.前記無機薄膜層を構成する無機物の主たる成分が酸化ケイ素または酸化アルミニウムまたはアルミニウムであることを特徴とする上記1に記載の積層体。
3.前記ヒートシール層、前記無機薄膜層以外に耐熱層を有しており、該耐熱層がエチレンテレフタレートを主たる構成成分とするポリエステル系成分からなることを特徴とする上記1または2に記載の積層体。
4.折りたたみ保持角度が20度以上70度以下であることを特徴とする上記1~3のいずれかに記載の積層体。
5.ヒートシール層を構成するポリエステル系成分のモノマー成分として、エチレングリコール以外のジオール成分、及び/又はテレフタル酸以外の酸成分を含有し、該ジオール成分がネオペンチルグリコール、1,4-シクロヘキサンジメタノール、1,4-ブタンジオール、及びジエチレングリコールからなる群より選択されてなる1種以上であり、該酸成分はイソフタル酸であることを特徴とする上記1~4のいずれかに記載の積層体。
6.上記1~5のいずれかに記載の積層体を少なくとも1層に有していることを特徴とする包装体。
7.上記1~5のいずれかに記載の積層体において、無機物からなる層の上にオーバーコート層が積層されていることを特徴とする積層体。
8.上記7に記載の積層体を少なくとも1層に有していることを特徴とする包装体。
(1)少なくとも積層体のどちらか一方の最表層にヒートシール層を有しており、該ヒートシール層がエチレンテレフタレートを主たる構成成分とするポリエステル系成分からなり、該ヒートシール層同士を140℃、0.2MPa、2秒でシールしたときのシール強度が8N/15mm以上30N/15mm以下
(2)ヒートシール層以外の少なくとも1層が無機薄膜層である
(3)温度40℃、相対湿度90%RH環境下での水蒸気透過度が0.1g/m2・d以上6g/m2・d以下
(4)温度23℃、相対湿度65%RH環境下での酸素透度が5ml/m2・d・MPa以上30ml/m2・d・MPa以下
(5)98℃温湯中に3分浸漬した後の熱収縮率が長手方向、幅方向いずれも-5%以上5%以下である
1.積層体の層構成、厚み、層比率
本発明の積層体は、ヒートシール性とガスバリア性とを両立させるため、ヒートシール層と無機薄膜層の各層を少なくとも一層ずつ有していなければならない。さらに、所定のヒートシール強度を満たすため、ヒートシール層は積層体における最表層のどちらか一方に設けなければならない。無機薄膜層は、積層体の最表層、中間層(3層以上の場合)いずれに位置しても構わない。
本発明の積層体の層構成は前記の2層に加えて、耐熱層を設けた3層構成であると好ましい。耐熱層はエチレンテレフタレートを主たる構成成分とするポリエステル系樹脂から構成されることが好ましく、最表層、中間層いずれに位置しても構わない。各層に関する構成要件は後述するが、ヒートシール層と耐熱層を含む構成の場合、エチレンテレフタレート成分含有量の最も多い層が耐熱層となる。
本発明の積層体は、ヒートシール層と反対側の最表層にオーバーコート層を設けることもできる。この場合、ヒートシール層/耐熱層/無機薄膜層/オーバーコート層の順で4層が積層されている構成が好ましい。オーバーコート層を設けることにより、ガスバリア性が向上するだけでなく、他素材と積層するときのラミネート強度が向上する、擦れや屈曲によるクラックの発生が抑制できる等のメリットが生まれる。
耐熱層の層比率は、20%以上~80%以下であることが好ましい。耐熱層の層比率が20%より少ない場合、フィルムの耐熱性が低下してしまうため好ましくない。耐熱層の層比率が80%よりも高くなると、その分だけ積層体のヒートシール層の比率が低下してしまい、ヒートシール性が犠牲となって悪化してしまうため好ましくない。耐熱層の層比率は、30%以上~70%以下がより好ましい。
また、本発明の積層体の最表層(ヒートシール層を含む)には、フィルム表面の印刷性や滑り性を良好にするためにコロナ処理、コーティング処理や火炎処理などを施した層を設けることも可能であり、本発明の要件を逸しない範囲で任意に設けることができる。
以下の説明では、ヒートシール層や耐熱層といったポリエステル系樹脂からなる層の総称を「ポリエステル系樹脂層」と記載し、無機薄膜層やオーバーコート層と区別する。
2.1.ヒートシール強度
本発明の積層体のヒートシール層同士を温度140℃、シールバー圧力0.2MPa、シール時間2秒でヒートシールした際のヒートシール強度が8N/15mm以上30N/15mm以下であることが好ましい。
ヒートシール強度が8N/15mm未満であると、シール部分が容易に剥離されるため、包装体として用いることができない。ヒートシール強度は9N/15mm以上が好ましく、10N/15mm以上がより好ましい。ヒートシール強度は大きいことが好ましいが、現状得られる上限は30N/15mm程度である。
本発明の積層体は、温度40℃、相対湿度90%RH環境下での水蒸気透過度が0.1g/m2・d以上2g/m2以下でなければならない。水蒸気透過度が3g/m2・dを超えると、内容物を含む袋状体として使用した場合に、内容物のシェルフライフが短くなってしまうため好ましくない。一方、水蒸気透過度が0.1g/m2・dより小さい場合はガスバリア性が高まり、内容物のシェルフライフは長くなるため好ましいが、現状の技術水準では0.1g/m2・dが下限である。水蒸気透過度の下限が0.1g/m2・dであっても実用上は十分といえる。水蒸気透過度の上限は2.8g/m2・dであると好ましく、2.6g/m2・dであるとより好ましい。
本発明の積層体は、温度23℃、相対湿度65%RH環境下での酸素透過度が5ml/m2・d・MPa以上30ml/m2・d・MPa以下でなければならない。酸素透過度が30ml/m2・d・MPaを超えると、内容物のシェルフライフが短くなってしまうため好ましくない。一方、酸素透過度が5ml/m2・d・MPaより小さい場合はガスバリア性が高まり、内容物のシェルフライフは長くなるため好ましいが、現状の技術水準では酸素透過度が5ml/m2・d・MPaが下限である。酸素透過度の下限が5ml/m2・d・MPaであっても実用上は十分といえる。酸素透過度の上限は28ml/m2・d・MPaであると好ましく、26ml/m2・d・MPaであるとより好ましい。
本発明の積層体は、98℃の温湯中で3秒間に亘って処理した場合における幅方向、長手方向の温湯熱収縮率がいずれも-5%以上5%以下であると好ましい。温湯熱収縮率が5%を超えると、積層体を用いて作製した袋をレトルト処理などの加熱処理をした場合に、袋の変形が大きくなって元の形状を保てなくなるだけでなく、無機物からなる層にクラックが生じてガスバリア性が低下してしまうため好ましくない。温湯熱収縮率は4%以下であるとより好ましく、3%以下であるとさらに好ましい。一方、温湯熱収縮率が-5%を下回る場合、積層体が伸びることを意味しており、収縮率が高い場合と同様に袋が元の形状を維持できにくくなるため好ましくない。積層体の温湯熱収縮率は-4%以上4%以下であるとより好ましく、-3%以上3%以下であるとさらに好ましい。
本発明の積層体は、後述する方法で測定される折りたたみ保持角度が20度以上70度以下であると好ましい。折りたたみ保持角度が70度を超えると、袋としたときに折り目がつきにくくなるため外観が悪くなってしまい好ましくない。一方、折りたたみ保持角度は小さければ小さいほど好ましいが、本発明のカバーできる範囲は20度が下限であり、折りたたみ保持角度が25度以上であっても、実用上は好ましいものといえる。折りたたみ保持角度の上限は65度であるとより好ましく、60度であるとさらに好ましい。
3.1.ポリエステル系樹脂層の原料種
本発明の積層体を構成するポリエステル系樹脂層の原料種は、エチレンテレフタレートユニットを主たる構成成分とするものである。ここで、「主たる構成成分とする」とは、全構成成分量を100モル%としたとき、50モル%以上含有することを指す。
また、本発明のポリエステル系樹脂層に使用するポリエステルにエチレンテレフタレート以外の成分を1種以上含むことが好ましい。エチレンテレフタレート以外の成分が存在することによって、ヒートシール層のヒートシール強度が向上するためである。耐熱層においては、エチレンテレフタレート以外の成分は少ない方が好ましいが、エチレンテレフタレート以外の成分を含むことによって、ヒートシール層との収縮率差を少なくすることができ、積層体のカールを小さくする効果がある。各成分の含有量はヒートシール層と耐熱層で異なるため後述する。エチレンテレフタレートを構成するテレフタル酸以外の成分となりうるジカルボン酸モノマーとしては、例えばイソフタル酸、1,4-シクロヘキサンジカルボン酸、2,6-ナフタレンジカルボン酸、オルトフタル酸等の芳香族ジカルボン酸、アジピン酸、アゼライン酸、セバシン酸、デカンジカルボン酸等の脂肪族ジカルボン酸、および脂環式ジカルボン酸が挙げられる。ただし、3価以上の多価カルボン酸(例えば、トリメリット酸、ピロメリット酸およびこれらの無水物等)はポリエステル中に含有させないことが好ましい。
上記のカルボン酸成分の中でも、イソフタル酸を用いることでヒートシール層同士のヒートシール強度を8N/15mm以上としやすくなるので好ましい。
さらに、ポリエステルを構成する成分として、ε-カプロラクトンやテトラメチレングリコールなどを含むポリエステルエラストマーを含んでいてもよい。ポリエステルエラストマーは、ポリエステル系樹脂層の融点を下げる効果があるため、特にヒートシール層に好適に使用することができる。
本発明の積層体の構成するヒートシール層に用いるポリエステルは、エチレンテレフタレートを構成するテレフタル酸およびエチレングリコール以外の成分となるジカルボン酸モノマーおよび/又はジオールモノマーの含有量が30モル%以上であることが好ましく、32モル%以上がより好ましく、34モル%以上が特に好ましい。また、前記エチレンテレフタレート以外の成分となるモノマー含有量の上限は50モル%である。
ヒートシール層に含まれる前記エチレンテレフタレート以外の成分となるモノマーが30モル%より低い場合、溶融樹脂をダイから押し出した後に例え急冷固化したとしても、後の延伸および熱固定工程で結晶化してしまうため、ヒートシール強度を8N/15mm以上とすることが困難となってしまうため好ましくない。
一方、ヒートシール層に含まれる前記エチレンテレフタレート以外の成分となるモノマーが50モル%以上である場合、フィルムのヒートシール強度を高くすることができるものの、ヒートシール層の耐熱性が極端に低くなるため、ヒートシールするときにシール部の周囲がブロッキング(加熱用部材からの熱伝導によって、意図した範囲よりも広い範囲でシールされてしまう現象)してしまうため、適切なヒートシールが困難となる。エチレンテレフタレート以外の成分となるモノマーの含有量は48モル%以下であるとより好ましく、46%以下であると特に好ましい。
本発明の積層体を構成しうる耐熱層に用いるポリエステルは、エチレンテレフタレートを構成するテレフタル酸およびエチレングリコール以外の成分となるジカルボン酸モノマーおよび/又はジオールモノマーの含有量が9モル%以上であることが好ましく、10モル%以上がより好ましく、11モル%以上が特に好ましい。また、前記エチレンテレフタレート以外の成分となるモノマー含有量の上限は20モル%である。
耐熱層に含まれる前記エチレンテレフタレート以外の成分となるモノマーが9モル%より低い場合、ヒートシール層との熱収縮率差が大きくなり、積層体のカールが大きくなってしまうため好ましくない。耐熱層とヒートシール層に含まれる前記エチレンテレフタレート以外の成分となるモノマー含有量の差が大きくなると、熱固定中の各層における熱収縮率差が大きくなってしまい、たとえ熱固定後の冷却を強化してもヒートシール層側への収縮が大きくなり、カールが大きくなってしまう。
一方、耐熱層に含まれる前記エチレンテレフタレート以外の成分となるモノマーが20モル%以上である場合、ヒートシールの際にかかる熱によって穴あきが生じるといったように、シーラントの耐熱性が低下してしまうため好ましくない。前記エチレンテレフタレート以外の成分となるモノマーの含有量は19モル%以下であるとより好ましく、18%以下であると特に好ましい。
また、カールを制御するための前記エチレンテレフタレート以外の成分となるモノマー含有量は、上記の各層単体での量に加えて、ヒートシール層と耐熱層との差が20モル%以上35モル%以下であるとより好ましく、21モル%以上34モル%以下であるとさらに好ましい。
本発明の積層体を構成する無機薄膜層の原料種は特に限定されず、従来から公知の材料を使用することができ、所望のガスバリア性等を満たすために目的に合わせて適宜選択することができる。無機薄膜層の原料種としては、例えば、ケイ素、アルミニウム、スズ、亜鉛、鉄、マンガン等の金属、これら金属の1種以上を含む無機化合物があり、該当する無機化合物としては、酸化物、窒化物、炭化物、フッ化物等が挙げられる。これらの無機物または無機化合物は単体で用いてもよいし、複数で用いてもよい。特に、酸化ケイ素、酸化アルミニウムを単体(一元体)または併用(二元体)で使用することにより、積層体の透明性を向上させることができるため好ましい。無機化合物の成分が酸化ケイ素と酸化アルミニウムの二元体からなる場合、酸化アルミニウムの含有量は20質量%以上80質量%以下であると好ましく、25質量%以上70質量%以下であるとより好ましい。酸化アルミニウムの含有量が20質量%以下の場合、無機薄膜層の密度が下がり、ガスバリア性が低下する恐れがあるため好ましくない。また、酸化アルミニウムの含有量が80質量%以上であると、無機薄膜層の柔軟性が低下してクラックが発生しやすくなり、結果としてガスバリア性が低下する恐れが生じるため好ましくない。
無機薄膜層に使用する金属酸化物の酸素/金属の元素比は、1.3以上1.8未満であればガスバリア性のバラツキが少なく、常に優れたガスバリア性が得られるため好ましい。酸素/金属の元素比は、酸素および金属の各元素の量をX線光電子分光分析法(XPS)で測定し、酸素/金属の元素比を算出することで求めることができる。
本発明の積層体を構成しうるオーバーコート層の種類は特に限定されないが、ウレタン系樹脂とシランカップリング剤からなる組成物、有機ケイ素およびその加水分解物からなる化合物、ヒドロキシル基またはカルボキシル基を有する水溶性高分子等、従来から公知の材料を使用することができ、所望のガスバリア性等を満たすために目的に合わせて適宜選択することができる。これらの中でも、ウレタン系樹脂とシランカップリング剤からなる組成物は、積層体の柔軟性を維持しながらガスバリア性を向上させることができるため好ましい。
また、オーバーコート層は、本発明の目的を損なわない範囲で、帯電防止性、紫外線吸収性、着色、熱安定性、滑り性等を付与する目的で、各種添加剤が1種類以上添加されていてもよく、各種添加剤の種類や添加量は、所望の目的に応じて適宜選択することができる。
4.1.ポリエステル系樹脂層の製膜条件
4.1.1.溶融押し出し
本発明の積層体を構成するポリエステル系樹脂層(以下、単にフィルムと記載することがある)は、上記3.1.「ポリエステル系樹脂層の原料種」で記載したポリエステル原料を、押し出し機により溶融押し出しして未延伸の積層フィルムを形成し、それを以下に示す所定の方法により延伸することによって得ることができる。なお、フィルムがヒートシール層と耐熱層、またはそれ以外の層を含む場合、各層を積層させるタイミングは延伸の前後いずれであっても構わない。延伸前に積層させる場合、各層の原料となる樹脂をそれぞれ別々の押し出し機によって溶融押し出しし、樹脂流路の途中でフィードブロック等を用いて接合させる方法を採用するのが好ましい。延伸後に積層させる場合、それぞれ別々に製膜したフィルムを接着剤によって貼りあわせるラミネート、単独または積層させたフィルムの表層に溶融させたポリエステル樹脂を流して積層させる押出ラミネートを採用するのが好ましい。これらの中でも、延伸前に各層を積層させる方法が好ましい。
原料樹脂を溶融押し出しするとき、各層のポリエステル原料をホッパードライヤー、パドルドライヤー等の乾燥機、または真空乾燥機を用いて乾燥するのが好ましい。そのように各層のポリエステル原料を乾燥させた後、押出機を利用して200~300℃の温度で溶融して積層フィルムとして押し出す。押し出しはTダイ法、チューブラー法等、既存の任意の方法を採用することができる。
縦方向(長手方向)の延伸は、未延伸フィルムを複数のロール群を連続的に配置した縦延伸機へと導入するとよい。縦延伸にあたっては、予熱ロールでフィルム温度が65℃~90℃になるまで予備加熱することが好ましい。フィルム温度が65℃より低いと、縦方向に延伸する際に延伸しにくくなり、破断が生じやすくなるため好ましくない。また90℃より高いとロールにフィルムが粘着しやすくなり、ロールへのフィルムの巻き付きや連続生産によるロールの汚れやすくなるため好ましくない。
フィルム温度が65℃~90℃になったら縦延伸を行う。縦延伸倍率は、1倍以上5倍以下とすると良い。1倍は縦延伸をしていないということなので、横一軸延伸フィルムを得るには縦の延伸倍率を1倍に、二軸延伸フィルムを得るには1.1倍以上の縦延伸となる。また縦延伸倍率の上限は何倍でも構わないが、あまりに高い縦延伸倍率だと横延伸しにくくなって破断が生じやすくなるので5倍以下であることが好ましい。
長手方向へのリラックス(リラックスを行わない場合は縦延伸)の後は、一旦フィルムを冷却することが好ましく、表面温度が20~40℃の冷却ロールで冷却することが好ましい。
縦延伸の後、テンター内でフィルムの幅方向(長手方向と直交する方向)の両端際をクリップによって把持した状態で、65℃~110℃で3~5倍程度の延伸倍率で横延伸を行うことが好ましい。横方向の延伸を行う前には、予備加熱を行っておくことが好ましく、予備加熱はフィルム表面温度が75℃~120℃になるまで行うとよい。
横延伸の後は、フィルムを積極的な加熱操作を実行しない中間ゾーンを通過させることが好ましい。テンターの横延伸ゾーンに対し、その次の最終熱処理ゾーンでは温度が高いため、中間ゾーンを設けないと最終熱処理ゾーンの熱(熱風そのものや輻射熱)が横延伸工程に流れ込んでしまう。この場合、横延伸ゾーンの温度が安定しないため、フィルムの厚み精度が悪化するだけでなく、ヒートシール強度や収縮率などの物性にもバラツキが生じてしまう。そこで、横延伸後のフィルムは中間ゾーンを通過させて所定の時間を経過させた後、最終熱処理を実施するのが好ましい。この中間ゾーンにおいては、フィルムを通過させていない状態で短冊状の紙片を垂らしたときに、その紙片がほぼ完全に鉛直方向に垂れ下がるように、フィルムの走行に伴う随伴流、横延伸ゾーンや最終熱処理ゾーンからの熱風を遮断することが重要である。中間ゾーンの通過時間は、1秒~5秒程度で充分である。1秒より短いと、中間ゾーンの長さが不充分となって、熱の遮断効果が不足する。一方、中間ゾーンは長い方が好ましいが、あまりに長いと設備が大きくなってしまうので、5秒程度で充分である。
中間ゾーンの通過後は最終熱処理ゾーンにて、横延伸温度以上 250℃以下で熱処理を行うことが好ましい。熱処理温度は横延伸温度以上でなければ熱処理としての効果を発揮しない。この場合、フィルムの80℃温湯収縮率が5%よりも高くなってしまうため好ましくない。熱処理温度が高くなるほどフィルムの収縮率は低下するが、250℃よりも高くなるとフィルムのヘイズが15%よりも高くなったり、最終熱処理工程中にフィルムが融けてテンター内に落下する場合があるため好ましくない。
最終熱処理の際、テンターのクリップ間距離を任意の倍率で縮めること(幅方向へのリラックス)によって幅方向の収縮率を低減させることができる。そのため、最終熱処理では、0%以上10%以下の範囲で幅方向へのリラックスを行うことが好ましい(リラックス率0%はリラックスを行わないことを指す)。幅方向へのリラックス率が高いほど幅方向の収縮率は下がるものの、リラックス率(横延伸直後のフィルムの幅方向への収縮率)の上限は使用する原料や幅方向への延伸条件、熱処理温度によって決まるため、これを超えてリラックスを実施することはできない。本発明のポリエステル系シーラントにおいては、幅方向へのリラックス率は10%が上限である。
最終熱処理通過後は冷却ゾーンにて、10℃以上30℃以下の冷却風でフィルムを冷却することが好ましい。このとき、テンター出口のフィルムの実温度が、ヒートシール層もしくは耐熱層いずれか低い方のガラス転移温度より低い温度になるよう、冷却風の温度を下げたり風速を上げたりして冷却効率を向上させることが好ましい。なお実温度とは、非接触の放射温度計で測定したフィルム表面温度のことである。テンター出口のフィルムの実温度がガラス転移温度を上回ると、クリップで把持していたフィルム両端部が解放されたときにフィルムが熱収縮してしまう。このとき、フィルムは熱収縮率の大きいヒートシール層へカールしてしまうため、曲率半径が小さくなり好ましくない。
冷却ゾーンの通過時間は2秒以上20秒以下が好ましい。通過時間が2秒以下であると、フィルムの表面温度がガラス転移温度に到達しないまま冷却ゾーンを通過してしまうため、曲率半径が小さくなってしまう。通過時間は長ければ長いほど冷却効果が上がるため、2秒以上であることが好ましく、5秒以上であることがさらに好ましい。ただし、通過時間を長くしようとすると、設備が巨大化してしまうため、実用上は20秒以下であれば充分である。後は、フィルム両端部を裁断除去しながら巻き取れば、フィルムロールが得られる。
本発明の積層体における無機薄膜層の成膜方法は特に限定されず、本発明の目的を損なわない限り公知の製造方法を採用することができる。例えば真空蒸着法、スパッター法、イオンブレーティングなどのPVD法(物理蒸着法)、あるいは、CVD法(化学蒸着法)などが挙げられる。特に生産の速度や安定性の面から真空蒸着法が好ましい。真空蒸着法における加熱方式としては、抵抗加熱、高周波誘導加熱、電子ビーム加熱等を用いることができる。また、反応性ガスとして、酸素、窒素、水蒸気等を導入したり、オゾン添加、イオンアシスト等の手段を用いた反応性蒸着を用いたりしてもよい。また、基板にバイアス等を加える、基板温度を上昇あるいは冷却する等、本発明の目的を損なわない限りは成膜条件を変更してもよい。
本発明の積層体におけるオーバーコートを積層する方法は特に限定されず、グラビアコート法、リバースコート法、ディッピング法、ローコート法、エアナイフコート法、コンマコート法、スクリーン印刷法、スプレーコート法、グラビアオフセット法、ダイコート法、バーコート法等、従来公知のコーティング方法が使用でき、所望の目的に応じて適宜選択することができる。
乾燥方法は、熱風乾燥、熱ロール乾燥、高周波照射、赤外線照射、UV照射など、熱をかける方法を1種類あるいは2種類以上組み合わせて用いることができる。乾燥方法において、加熱温度は、60℃以上200℃以下程度の範囲内が好ましく、80℃以上180℃以下程度の範囲内がより好ましい。乾燥温度が60℃以上であると、所望のバリア性が発現され良好である。乾燥温度が180℃以下であると、蒸着短時間であれば、基材の変形や蒸着膜にクラックが発生することがないため好ましい。
5.包装体の構成、製袋方法
上記特性を有する積層体は、包装体として好適に使用することができる。本発明の積層体は単独で袋にすることもできるが、他の材料を積層してもよい。積層体を構成する他の層としては、例えば、ポリエチレンテレフタレートを構成成分に含む無延伸フィルム、他の非晶性ポリエステルを構成成分に含む無延伸、一軸延伸または二軸延伸フィルム、ナイロンを構成成分に含む無延伸、一軸延伸または二軸延伸フィルム、ポリプロピレンを構成成分に含む無延伸、一軸延伸または二軸延伸フィルム等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。包装体に積層体を用いる方法は特に限定されず、塗布形成法、ラミネート法、ヒートシール法といった従来公知の製造方法を採用することができる。
包装体は、少なくとも一部が本発明に係る積層体で構成されていてもよいが、包装体の全部に上述の積層体が存在している構成が、包装体のガスバリア性が向上するため好ましい。また、包装体は、本発明の積層体がどの層にきてもよいが、内容物に対する非吸着性、袋を製袋するときのシール強度を考慮すると、本発明の積層体のヒートシール層が袋の最内層となる構成が好ましい。
本発明の積層体を有する包装体を製袋する方法は特に限定されず、ヒートバー(ヒートジョー)を用いたヒートシール、ホットメルトを用いた接着、溶剤によるセンターシール等の従来公知の製造方法を採用することができる。
本発明の積層体を有する包装体は、食品、医薬品、工業製品等の様々な物品の包装材料として好適に使用することができる。
積層体の評価方法は以下の通りである。なお、積層体の面積が小さいなどの理由で長手方向と幅方向が直ちに特定できない場合は、仮に長手方向と幅方向を定めて測定すればよく、仮に定めた長手方向と幅方向が真の方向に対して90度違っているからといって、とくに問題を生ずることはない。
[ヒートシール強度]
ヒートシール強度はJIS Z1707に準拠して測定した。具体的な手順を示す。ヒートシーラーにて、サンプルのヒートシール面同士を接着した。ヒートシール条件は、上バー温度140℃、下バー温度30℃、圧力0.2MPa、時間2秒とした。接着サンプルは、シール幅が15mmとなるように切り出した。剥離強度は、万能引張試験機「DSS-100」(島津製作所製)を用いて引張速度200mm/分で測定した。剥離強度は、15mmあたりの強度(N/15mm)で示す。
水蒸気透過度はJIS K7126 B法に準じて測定した。水蒸気透過度測定装置(PERMATRAN-W3/33MG MOCON社製)を用いて、温度40℃、湿度90%RHの雰囲気下において、積層体のヒートシール層側から無機薄膜層側に調湿ガスが透過する方向で水蒸気透過度を測定した。なお、測定前には湿度65%RH環境下で、サンプルを4時間放置して調湿した。
酸素透過度はJIS K7126-2法に準じて測定した。酸素透過量測定装置(OX-TRAN 2/20 MOCOM社製)を用いて、温度23度、湿度65%RHの雰囲気下において、積層体のヒートシール層側から無機薄膜層側に酸素が透過する方向で酸素透過度を測定した。なお、測定前には湿度65%RH環境下で、サンプルを4時間放置して調湿した。
サンプルを10cm×10cmの正方形に裁断し、98±0.5℃の温水中に無荷重状態で3分間浸漬して収縮させた後、25℃±0.5℃の水中に10秒間浸漬し、水中から出した。その後、サンプルの縦および横方向の寸法を測定し、下式1にしたがって各方向の熱収縮率を求めた。なお、測定は2回行い、その平均値を求めた。
収縮率={(収縮前の長さ-収縮後の長さ)/収縮前の長さ}×100(%) 式1
縦および横方向の熱収縮率を以下の基準で評価した。判定基準は以下の通りである。
判定○ 熱収縮率 5%以下
判定× 熱収縮率 5%以上
28℃50%RH環境の恒温室でサンプルを24時間放置した。その後直ちに、サンプルを20℃65%RH環境で10cm×10cmの正方形に裁断し、4つ折にした(5cm×5cmの正方形)。サンプルを折りたたむ際は、最初の2つ折りで出来た長方形の短辺が長手方向になるようにし、ヒートシール層が山折りとなるようにした。その後、大きさが10cm×15cmで厚みが2mmであるガラス2枚に4つ折りのサンプルを挟み、5kgのおもりをガラスの上に置いて10秒間プレスした。4つ折りのサンプルからおもりを外した後、最後にできた折目を基点としてサンプルが開いた角度を図1のようにして測定した。なお、サンプルが完全に折畳まれた状態は0度、完全に開いた角度は180度である。
サンプルのヒートシール層(面)と未延伸のポリエチレンテレフタレートシート(200μm、コーティング処理やコロナ処理等の表面処理は行っていない)とが向かい合うようにし、ヒートシーラーのバーで熱シールした。ヒートシール条件は、上バー温度230℃、下バー温度30℃、圧力0.6MPa、時間1秒とした。接着したサンプルのシール線から目視で耐熱性を評価した。耐熱性は、サンプルの穴あきの有無で評価した。判定基準は以下の通りである。
判定○ 穴あきなし
判定× 穴あきあり
サンプルを10cm×10cmの正方形に裁断し、サンプルの重さを測定した。次に、リモネン(ナカライテスク株式会社製)、メントール(ナカライテスク株式会社製)をそれぞれ濃度30%となるようにエタノールを加えて調製した溶液500mlを入れた容器中にサンプルを浸透させ、1週間後に取り出した。
取り出したサンプルはベンコットで押さえて溶液をとり、温度23℃・湿度60%RHの部屋で1日乾燥させた。乾燥後、サンプルの重さを測定し、下式2より求められたサンプル重さの差を吸着量とした。
吸着量= 浸透後のサンプル重さ- 浸透前のサンプル重さ・・・式2
この吸着量は以下のように判定した。
判定○ 0mg以上5mg以下
判定△ 5mgより高く、10mg以下
判定× 10mgより高い
[合成例1]
撹拌機、温度計および部分環流式冷却器を備えたステンレススチール製オートクレーブに、ジカルボン酸成分としてジメチルテレフタレート(DMT)100モル%と、多価アルコール成分としてエチレングリコール(EG)100モル%とを、エチレングリコールがモル比でジメチルテレフタレートの2.2倍になるように仕込み、エステル交換触媒として酢酸亜鉛を0.05モル%(酸成分に対して)用いて、生成するメタノールを系外へ留去しながらエステル交換反応を行った。その後、重縮合触媒として三酸化アンチモン0.225モル%(酸成分に対して)を添加し、280℃で26.7Paの減圧条件下、重縮合反応を行い、固有粘度0.75dl/gのポリエステル(A)を得た。このポリエステル(A)は、ポリエチレンテレフタレートである。ポリエステル(A)の組成を表1に示す。
合成例1と同様の手順でモノマーを変更したポリエステル(B)~(E)を得た。各ポリエステルの組成を表1に示す。表1において、TPAはテレフタル酸、BDは1,4-ブタンジオール、NPGはネオペンチルグリコール、CHDMは1,4-シクロヘキサンジメタノール、DEGはジエチレングリコールである。なお、ポリエステル(E)の製造の際には、滑剤としてSiO2(富士シリシア社製サイリシア266)をポリエステルに対して7,000ppmの割合で添加した。各ポリエステルは、適宜チップ状にした。ポリエステル(B)~(E)の組成を表1に示す。
ヒートシール層の原料としてポリエステルAとポリエステルBとポリエステルDとポリエステルEを質量比10:60:24:6で混合し、耐熱層の原料としてポリエステルAとポリエステルBとポリエステルDとポリエステルEを質量比57:31:6:6で混合した。
ヒートシール層及び耐熱層の混合原料はそれぞれ別々の二軸スクリュー押出機に投入し、いずれも270℃で溶融させた。それぞれの溶融樹脂は、流路の途中でフィードブロックによって接合させてTダイより吐出し、表面温度30℃に設定したチルロール上で冷却することによって未延伸の積層フィルムを得た。積層フィルムは片側がヒートシール層、もう片側が耐熱層(ヒートシール層/耐熱層の2種2層構成)となるように溶融樹脂の流路を設定し、ヒートシール層と耐熱層の厚み比率が50/50となるように吐出量を調整した。
冷却固化して得た未延伸の積層フィルムを複数のロール群を連続的に配置した縦延伸機へ導き、予熱ロール上でフィルム温度が78℃になるまで予備加熱した後に4.1倍に延伸した。縦延伸直後のフィルムを熱風ヒータで100℃に設定された加熱炉へ通し、加熱炉の入口と出口のロール間の速度差を利用して、長手方向に20%リラックス処理を行った。その後、縦延伸したフィルムを、表面温度25℃に設定された冷却ロールによって強制的に冷却した。
その後、中間ゾーンを通過したフィルムを最終熱処理ゾーンに導き、190℃で5秒間熱処理した。このとき、熱処理を行うと同時にフィルム幅方向のクリップ間隔を狭めることにより、幅方向に3%リラックス処理を行った。最終熱処理ゾーンを通過後はフィルムを30℃の冷却風で5秒間冷却した。このとき、テンター出口のフィルム実温度は45℃であった。両縁部を裁断除去して幅500mmでロール状に巻き取ることによって、厚さ30μmの二軸延伸フィルムを所定の長さにわたって連続的に製造した。得られたフィルムの特性は上記の方法によって評価した。製造条件を表2示す。
フィルム2~6もフィルム1と同様にして、原料の配合比率、層構成、縦延伸、長手方向へのリラックス、横延伸、最終熱処理、冷却条件を種々変更したポリエステル系フィルムを製膜した。各フィルムの製造条件を表2に示す。なお、フィルム2、3はフィルム1と同様の積層フィルム、フィルム4、5はヒートシール層もしくは耐熱層の単層フィルムである。
[フィルム7]
フィルム7は、東洋紡株式会社製パイレンフィルム-CT(登録商標)P1128-20μmを使用した。フィルム1~6と併せて表2に示す。
フィルム1の耐熱層側に、蒸着源としてアルミニウムを用いて、真空蒸着機にて酸素ガスを導入しながら真空蒸着法で酸化アルミニウム(Al2O3)薄膜を成膜して積層体を作製した。Al2O3層の厚みは10nmであった。
得られた積層体の特性は上記の方法によって評価した。層構成と評価結果を表3に示す。
実施例1と同様の方法で、フィルムと無機薄膜層の金属種を変更して積層体を作製した。得られた積層体の特性は上記の方法によって評価した。層構成と評価結果を表3に示す。
表3より、実施例1から4までの積層体はいずれも、ヒートシール強度、水蒸気透過度、酸素透過度、熱収縮率、折りたたみ保持角度、耐熱性、非吸着性に優れており、良好な評価結果が得られた。
一方、比較例1の積層体は、ヒートシール強度、熱収縮率、耐熱性、吸着性には優れるものの、金属薄膜層がないため、ガスバリア性が低くなった。
比較例2のシーラントはヒートシール強度、水蒸気透過度、酸素透過度、折りたたみ保持角度、非吸着性には優れるが、熱収縮率が大きく、耐熱性評価が×となった。
比較例3のシーラントは、水蒸気透過度、酸素透過度、熱収縮率、耐熱性、非吸着性には優れるものの、ヒートシール強度、折りたたみ保持角度に劣っていた。
比較例4のシーラントは、ヒートシール強度、水蒸気透過度、酸素透過度、折りたたみ保持角度、非吸着性には優れるが、熱収縮率が大きく、耐熱性評価が×となった。
比較例5のシーラントは、ヒートシール強度、水蒸気透過度、酸素透過度、熱収縮率、耐熱性には優れるが、折りたたみ保持角度が70度を超えており、また、ヒートシール層にオレフィン系素材を使用したため非吸着性に劣っていた。
Claims (6)
- 少なくともヒートシール層、耐熱層、及び無機薄膜層を有する積層体であって、下記要件(1)~(5)を満たすことを特徴とする積層体。
少なくとも積層体のどちらか一方の最表層にヒートシール層を有しており、該ヒートシール層及び耐熱層はいずれもポリエステル系成分からなり、エチレンテレフタレート成分を50モル%以上含有すると共に、エチレンテレフタレートを構成するテレフタル酸以外のジカルボン酸モノマー成分及び/又はエチレンテレフタレートを構成するエチレングリコール以外のジオールモノマー成分を含み、
前記テレフタル酸以外のジカルボン酸モノマー成分は、イソフタル酸、1,4-シクロヘキサンジカルボン酸、2,6-ナフタレンジカルボン酸、オルトフタル酸、アジピン酸、アゼライン酸、セバシン酸、及びデカンジカルボン酸からなる群より選択されてなる1種以上であり、
前記エチレングリコール以外のジオールモノマー成分は、ネオペンチルグリコール、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、2,2-ジエチル1,3-プロパンジオール、2-n-ブチル-2-エチル-1,3-プロパンジオール、2,2-イソプロピル-1,3-プロパンジオール、2,2-ジ-n-ブチル-1,3-プロパンジオール、ヘキサンジオール、1,4-ブタンジオール、ヘキサンジオール、及びビスフェノールAからなる群より選択されてなる1種以上であり、
前記耐熱層に含まれるエチレンテレフタレート成分含有量は、ヒートシール層に含まれるエチレンテレフタレート成分含有量よりも多く、
前記ヒートシール層に含まれるエチレンテレフタレート以外の成分となるモノマー含有量から前記耐熱層に含まれるエチレンテレフタレート以外の成分となるモノマー含有量を引いた差が20モル%以上35モル%以下であり、
前記積層体の厚みは3μm以上200μm以下であり、前記ヒートシール層の前記積層体に対する厚み比率は20%以上80%以下であり、
(1)該ヒートシール層同士を140℃、0.2MPa、2秒でシールしたときのシール強度が8N/15mm以上30N/15mm以下
(2)前記無機薄膜層を構成する無機物の主たる成分が酸化ケイ素または酸化アルミニウムまたはアルミニウムで、該層の厚みは2nm以上100nm以下
(3)温度40℃、相対湿度90%RH環境下での水蒸気透過度が0.1g/m2・d以上6g/m2・d以下
(4)温度23℃、相対湿度65%RH環境下での酸素透度が5ml/m2・d・MPa以上30ml/m2・d・MPa以下
(5)98℃温湯中に3分浸漬した後の熱収縮率が長手方向、幅方向いずれも-5%以上5%以下である - 折りたたみ保持角度が20度以上70度以下であることを特徴とする請求項1に記載の積層体。
- 前記エチレングリコール以外のジオール成分がネオペンチルグリコール、1,4-シクロヘキサンジメタノール、1,4-ブタンジオール、及びジエチレングリコールからなる群より選択されてなる1種以上であり、前記テレフタル酸以外のジカルボン酸成分はイソフタル酸であることを特徴とする請求項1または2に記載の積層体。
- 請求項1~3のいずれかに記載の積層体を少なくとも1層に有していることを特徴とする包装体。
- 請求項1~3のいずれかに記載の積層体において、前記無機薄膜層の上にオーバーコート層が積層されていることを特徴とする積層体。
- 請求項5に記載の積層体を少なくとも1層に有していることを特徴とする包装体。
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