JP7398042B2 - ポリエステルフィルム、およびその製造方法 - Google Patents
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- Extrusion Moulding Of Plastics Or The Like (AREA)
- Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
Description
カリウム元素の含有量25ppm以上の第一ポリエステル、およびカリウム元素の含有量0ppm以上10ppm未満の第二ポリエステルを含む原料を溶融押出しして、カリウム元素の含有量が100ppm未満のポリエステルフィルムを得る工程を含み、
前記原料中、前記第二ポリエステルの量が、前記第一ポリエステルの量よりも多い、
ポリエステルフィルムの製造方法。
------
ポリエステル中のカリウム元素は、ポリエステルを製造する際、たとえばポリエステルを重合する際に添加されるカリウム化合物に由来する。
ポリエステルを水の存在下で加熱すると、エステル結合部分に触媒残渣が配位結合し、エステルの加水分解反応が起こるところ、カリウム化合物は、触媒残渣の活性(具体的には、エステル結合部分に配位結合して、加水分解反応の速度を増加させる能力)を低下させる。なぜなら、カリウム化合物が、重合時や押出し時に、触媒残渣に配位結合することによって、触媒残渣が、エステル結合部分に配位結合することが難しくなるためである。
カリウム化合物の量が多いほど、触媒残渣に配位結合するカリウム化合物の量が増加するため、活性が低下した触媒残渣の割合が増加する。
カリウム化合物の量に関して、第二ポリエステルにおけるカリウム元素の含有量が、第一ポリエステルにおけるカリウム元素の含有量よりも少ないため、第二ポリエステルにおけるカリウム化合物の量は、第一ポリエステルにおけるカリウム化合物の量よりも少ない。
第二ポリエステルにおけるカリウム化合物の量が、第一ポリエステルにおけるカリウム化合物の量よりも少ないため、第二ポリエステルにおける活性が低下した触媒残渣の割合は、第一ポリエステルのそれよりも低い。
よって、第二ポリエステルにおける触媒残渣の活性は、第一ポリエステルにおける触媒残渣の活性よりも高い。
------
前記第二ポリエステルにおけるカリウム元素の含有量が0ppmである、項1に記載のポリエステルフィルムの製造方法。
前記第一ポリエステルにおけるカリウム元素の含有量が5000ppm未満である、項1または2に記載のポリエステルフィルムの製造方法。
これに対して、項3によれば、第一ポリエステルにおけるカリウム元素の含有量が5000ppm未満であることによって、触媒本来の作用(つまり、重合反応の速度を増加させる作用)がカリウム化合物で過度に低下することを抑制できる。その結果、ポリエステルの粘度が過度に低下することを抑制できるので、キャスティングを安定的におこなうことができる。
前記第一ポリエステルおよび前記第二ポリエステルの合計100質量%中の前記第二ポリエステルの量が80質量%以上である、項1~3のいずれかに記載のポリエステルフィルムの製造方法。
前記第一ポリエステルが、酢酸カリウム、炭酸カリウム、安息香酸カリウム、リン酸カリウム、ホスホン酸カリウムおよび水酸化カリウムからなる群より選ばれた少なくとも1種のカリウム化合物を含む、項1~4のいずれかに記載のポリエステルフィルムの製造方法。
これに対して、項5によれば、これらのうち少なくとも1種のカリウム化合物を第一ポリエステルが含む場合に、レトルト処理におけるアセトアルデヒドの溶出量を低減することができる。
前記ポリエステルフィルムが、飲食品用の容器用である、項1~5のいずれかに記載のポリエステルフィルムの製造方法。
前記ポリエステルフィルムが缶用である、項1~6のいずれかに記載のポリエステルフィルムの製造方法。
項1~7のいずれかに記載の方法で得られたポリエステルフィルム。
本実施形態におけるポリエステルフィルムの製造方法は、第一ポリエステルおよび第二ポリエステルを含む原料を溶融押出しして、カリウム元素の含有量が100ppm未満のポリエステルフィルムを得る工程を含む。
押出し工程では、第一ポリエステル(すなわち、カリウム元素の含有量25ppm以上のポリエステル)および第二ポリエステル(すなわち、カリウム元素の含有量0ppm以上10ppm未満のポリエステル)を含む原料を、押出機で溶融押出し、ポリエステルシートを形成する。なお、原料については、後ほど詳述する。
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ポリエステル中のカリウム元素は、ポリエステルを製造する際、たとえばポリエステルを重合する際に添加されるカリウム化合物に由来する。
ポリエステルを水の存在下で加熱すると、エステル結合部分に触媒残渣が配位結合し、エステルの加水分解反応が起こるところ、カリウム化合物は、触媒残渣の活性(具体的には、エステル結合部分に配位結合して、加水分解反応の速度を増加させる能力)を低下させる。なぜなら、カリウム化合物が、重合時や押出し時に、触媒残渣に配位結合することによって、触媒残渣が、エステル結合部分に配位結合することが難しくなるためである。
カリウム化合物の量が多いほど、触媒残渣に配位結合するカリウム化合物の量が増加するため、活性が低下した触媒残渣の割合が増加する。
カリウム化合物の量に関して、第二ポリエステルにおけるカリウム元素の含有量が、第一ポリエステルにおけるカリウム元素の含有量よりも少ないため、第二ポリエステルにおけるカリウム化合物の量は、第一ポリエステルにおけるカリウム化合物の量よりも少ない。
第二ポリエステルにおけるカリウム化合物の量が、第一ポリエステルにおけるカリウム化合物の量よりも少ないため、第二ポリエステルにおける活性が低下した触媒残渣の割合は、第一ポリエステルのそれよりも低い。
よって、第二ポリエステルにおける触媒残渣の活性は、第一ポリエステルにおける触媒残渣の活性よりも高い。
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冷却工程では、ポリエステルシートに電圧を印加しながらポリエステルシートを冷却ドラムに密着させる。ポリエステルシートに電圧を印加することによって、ポリエステルシートの表面に静電気を発生させることができるので、ポリエステルシートの冷却ドラムに対する密着性を向上させることができる。
延伸工程では、冷却ドラムを経たポリエステルシートを二軸延伸して、ポリエステルフィルムを得る。二軸延伸は、縦横同時二軸延伸であってもよく、逐次二軸延伸であってもよい。なかでも、逐次二軸延伸が好ましい。逐次二軸延伸では、たとえば、冷却ドラムで冷却されたポリエステルシートを、縦方向すなわちMachine Direction(以下、「MD」と言う。)方向に延伸し、MD方向延伸後のポリエステルシートを、横方向すなわちTransverse Direction(以下、「TD」と言う。)方向に延伸することが好ましい。MD方向の延伸倍率は2.3倍~4.2倍が好ましく、2.6倍~3.8倍がより好ましい。MD方向の延伸温度は80℃~110℃が好ましく、90℃~105℃がより好ましい。TD方向の延伸倍率は2.8倍~4.8倍が好ましく、3.0倍~4.5倍がより好ましい。TD方向の延伸温度は110℃~140℃が好ましく、110℃~135℃がより好ましい。なお、一回目の延伸(たとえばMD方向の延伸)と、二回目の延伸(たとえばTD方向の延伸)との間に、必要に応じてポリエステルシートに表面処理のような加工を施してもよい。
原料は、上述のとおり、第一ポリエステルおよび第二ポリエステルを含む。原料が、添加剤(たとえば滑剤、カリウム加工物)をさらに含んでいてもよい。原料が、第一ポリエステルおよび第二ポリエステル以外の重合体を含んでいてもよい。そのような重合体として、たとえば、カリウム元素の含有量10ppm以上25ppm未満のポリエステルや、複数のエステル結合を有さない重合体を挙げることができる。
第一ポリエステルにおけるカリウム元素の含有量は25ppm以上であり、30ppm以上が好ましく、40ppm以上がより好ましく、50ppm以上がさらに好ましい。25ppm以上であることによって、第一ポリエステルの配合割合を低減することができる。その結果、ポリエステルシートの冷却ドラムに対する密着性を向上させることができる。第一ポリエステルにおけるカリウム元素の含有量は、5000ppm未満が好ましく、3000ppm未満がより好ましく、2000ppm未満がさらに好ましく、1000ppm未満がさらに好ましく、600ppm未満がさらに好ましい。5000ppm未満であると、カリウム化合物によって、触媒本来の作用(つまり、重合反応の速度を増加させる作用)が過度に低下することを抑制できる。その結果、第一ポリエステルの粘度が過度に低下することを抑制できるので、キャスティングを安定的におこなうことができる。
第二ポリエステルにおけるカリウム元素の含有量は0ppm以上10ppm未満であるところ、5ppm未満が好ましく、3ppm未満がより好ましく、1ppm未満がさらに好ましい。10ppm未満であることによって、レトルト処理におけるアセトアルデヒドの溶出量を低減することができる。なぜなら、第二ポリエステルにおけるカリウム化合物の含有量が少ないので、第二ポリエステルの触媒残渣が加水分解反応の速度を増大させることができるためである。第二ポリエステルにおけるカリウム元素の含有量は0ppmが特に好ましい。0ppmであると、レトルト処理におけるアセトアルデヒドの溶出量をいっそう効果的に低減することができる。なぜなら、第二ポリエステルがカリウム化合物を含有しない、または実質的に含有しないので、第二ポリエステルの触媒残渣が加水分解反応の速度を効果的に増大させることができるためである。
添加剤としては、たとえば、酸化防止剤、熱安定剤、粘度調整剤、可塑剤、色相改良剤、滑剤、核剤、紫外線吸収剤、カリウム化合物などを挙げることができる。これらのうち一種または二種以上を使用することができる。滑剤としては、たとえば、無機系滑剤、無機系滑剤を挙げることができる。無機系滑剤としては、たとえば、シリカ、アルミナ、酸化チタン、炭酸カルシウム、硫酸バリウムなどを挙げることができる。有機系滑剤としてはシリコーン樹脂粒子、架橋ポリスチレン粒子などを挙げることができる。なかでも、無機系滑剤が好ましい。なお、これらのうち一種または二種以上の滑剤を使用することができる。カリウム化合物としては、第一ポリエステルで説明したカリウム化合物を例示することができる。なお、添加剤を押出機へ投入する態様は特に限定されず、添加剤自身を押出機に投入してもよく、添加剤含有マスターバッチを押出機に投入してもよい。たとえば、添加剤が第一ポリエステルに分散した混合物を押出機に投入してもよく、添加剤が第二ポリエステルに分散した混合物を押出機に投入してもよい。
原料中、第二ポリエステルの量が、第一ポリエステルの量よりも質量基準で多い。第二ポリエステルの量が、第一ポリエステルの量よりも多いことによって、活性が低下した触媒残渣の割合を制限することができるため、レトルト処理におけるアセトアルデヒドの溶出量を効果的に低減することができる。
このようにして得られたポリエステルフィルムは単層であることができる。
上述の実施形態におけるポリエステルフィルムの製造方法には、種々の変更を加えることができる。たとえば、以下の変形例から、一つまたは複数を選択して、上述の実施形態に変更を加えることができる。
(1)カリウム元素の含有量(以下、「カリウム含有量」と言うことがある。)
ポリエステル(IA10PET、IA12PET、NDC10PETおよびPET)またはポリエステルフィルムを灰化後、0.5N塩酸に溶解して、原子吸光分析装置(HITACHI製Z-2300)でカリウム含有量を測定した。カリウム含有量は、灰化前の質量を基準とした値で示す。
ポリエステル(IA10PET、IA12PET、NDC10PETおよびPET)を溶融成型したのち、蛍光X線(リガク社製ZSX10e)用いて測定した。これらの含有量は、ポリエステルの質量を基準とした値で示す。
ポリエステルやポリエステルフィルムの固有粘度は、o-クロロフェノール/テトラクロロエタン(40/60質量比)の混合溶媒を用いて、35℃の雰囲気下で測定した。
温調可能なステンレス製の加熱ステージ上に、ポリエステルフィルムを厚み150μmとなるように重ね合わせた。その上(つまり、ポリエステルフィルムの積層体の上)に、電極としての50mm角の銅板を載せた。その後、加熱ステージの温度を、表1に示す温度まで昇温して、ポリエステルフィルムを溶融させた。加熱ステージと電極との間に、60HzのAC100Vの電圧を加え、電流量を測定した。電流量に基づいて、抵抗値、つまり溶融比抵抗を算出した。
ダイから冷却ドラムまでの区間において、冷却ドラムと、ポリエステルシートを介して冷却ドラムに対向するように配置された電極との間に6kVの直流電圧を印加しながら、キャスト速度を少しずつ上昇させ、印加ムラが発生したときのキャスト速度(m/min)を求めた。印加ムラが発生したときのキャスト速度によって、静電キャスト性を、以下の基準で判定した。なお、判定A~Dのうち、判定Aがもっとも優れる。
判定A:60m/min以上
判定B:50m/min以上60m/min未満
判定C:30m/min以上50m/min未満
判定D:30m/min未満
適当な大きさにカットしたポリエステルフィルム1gに対して、2ccの蒸留水を用い、120℃で1時間浸漬溶出した。アセトアルデヒドの定量分析は、溶出抽出液を、2,4-ジニトロフェニルヒドラジン(DNPH)を用いて誘導体化して、高速クロマトグラフィーで測定した。
(1)ポリエステルAとしてのIA10PETの作製
ビス-(β-ヒドロキシエチル)テレフタレート入りのエステル化反応容器に、イソフタル酸およびエチレングリコールをモル比1:2で混練することによって得た第一スラリーを、目標のイソフタル酸の共重合量(表1参照)となるように仕込んだ。このエステル化反応容器に、酢酸カリウムがエチレングリコール中に分散した第二スラリーを、最終生成ポリエステル(すなわちIA10PET)中のカリウム含有量が表1に示す量となるように加えた。このエステル化反応容器に、重縮合反応触媒としてのトリメリット酸チタンを、最終生成ポリエステル中のチタン含有量が表1に示す量となるように加えた。このエステル化反応容器に第一スラリーを連続的に供給しながら、250℃でエステル化反応を行ない、生成する水を精製塔頂部から留出させた。第一スラリーの供給が終了した後、さらにエステル化反応を続け、実質的に反応を完結させた。
このようにして得られたエステル化反応の反応生成物を重縮合反応容器に移行した後、反応生成物に、重縮合反応触媒としての二酸化ゲルマニウムを、最終生成ポリエステル中のゲルマニウム含有量が表1に示す量となるように添加し、トリエチルホスホノアセテートをさらに添加し、30Pa以下の高真空下で、270℃~300℃にて重縮合反応を行ない、ポリエステルAとしてのIA10PETを得た。
なお、トリメリット酸チタンは、次に示す手順で作製した。
エチレングリコール2.5質量部に無水トリメリット酸0.8質量部を溶解した。これによって得られたエチレングリコール溶液にチタンテトラブトキシド0.7質量部(無水トリメリット酸のモル量を基準として0.5モル%)を滴下し、この反応系を空気中、常圧下、80℃で60分間保持してチタンテトラブトキシドと無水トリメリット酸とを反応させ、トリメリット酸チタンを生じさせた。その後反応系を常温に冷却し、アセトン15質量部を加えて析出物をNo.5濾紙で濾過した後、100℃の温度で2時間乾燥した。このような手順で、トリメリット酸チタンを含有する生成物を得た。生成物中のチタン含有量は11.2質量%であった。
酢酸カリウムを使用せずに、表1にしたがった以外は、ポリエステルAと同じ要領でポリエステルBとしてのIA10PETを作製した。
ポリエステルAおよびポリエステルBを、表1に表すブレンド比で混合し、押出機で溶融押出しした。押出機に取り付けられたダイから押出されたポリエステルシートに、ワイヤ電極で6kVの直流電流を印加しながら、ポリエステルシートを冷却ドラムに接触させた。冷却ドラムを経たポリエステルシートを、表1に示す温度および倍率でロール延伸し、続いて、表1に示す温度および倍率でTD方向に延伸した。その後、200℃で2秒間熱固定して、厚み19μmのポリエステルフィルムを得た。ポリエステルフィルムの各特性を表1に示す。
表1に示す組成および物性を有するポリエステルAおよびBを得るように変更したこと以外は、実施例1と同じ要領でポリエステルAおよびBを作製した。ポリエステルAおよびポリエステルBを、表1に表すブレンド比で混合し、押出機で溶融押出しした。押出機に取り付けられたダイから押出されたポリエステルシートに、ワイヤ電極で6kVの直流電流を印加しながら、ポリエステルシートを冷却ドラムに接触させた。冷却ドラムを経たポリエステルシートを、表1に示す温度および倍率でロール延伸し、続いて、表1に示す温度および倍率でTD方向に延伸した。その後、200℃で2秒間熱固定して、厚み19μmのポリエステルフィルムを得た。ポリエステルフィルムの各特性を表1に示す。
表1に示す組成および物性を有するポリエステルAを得るように変更したこと以外は、実施例1と同じ要領でポリエステルAを作製した。ポリエステルAを、押出機で溶融押出しした。押出機に取り付けられたダイから押出されたポリエステルシートに、ワイヤ電極で6kVの直流電流を印加しながら、ポリエステルシートを冷却ドラムに接触させた。冷却ドラムを経たポリエステルシートを、表1に示す温度および倍率でロール延伸し、続いて、表1に示す温度および倍率でTD方向に延伸した。その後、200℃で2秒間熱固定して、厚み19μmのポリエステルフィルムを得た。ポリエステルフィルムの各特性を表1に示す。
表1に示す組成および物性を有するポリエステルBを得るように変更したこと以外は、実施例1と同じ要領でポリエステルBを作製した。ポリエステルBを、押出機で溶融押出しした。押出機に取り付けられたダイから押出されたポリエステルシートに、ワイヤ電極で6kVの直流電流を印加しながら、ポリエステルシートを冷却ドラムに接触させた。冷却ドラムを経たポリエステルシートを、表1に示す温度および倍率でロール延伸し、続いて、表1に示す温度および倍率でTD方向に延伸した。その後、200℃で2秒間熱固定して、厚み19μmのポリエステルフィルムを得た。ポリエステルフィルムの各特性を表1に示す。
PET ポリエチレンテレフタレート
IA10PET 全繰返し単位中、イソフタル酸およびエチレングリコー
ルで構成される単位を10モル%含む共重合ポリエチレ
ンテレフタレート
IA12PET 全繰返し単位中、イソフタル酸およびエチレングリコー
ルで構成される単位を12モル%含む共重合ポリエチレ
ンテレフタレート
NDC10PET 全繰返し単位中、2,6-ナフタレンジカルボン酸およ
びエチレングリコールで構成される単位を10モル%含
む共重合ポリエチレンテレフタレート
Claims (8)
- カリウム元素の含有量25ppm以上の第一ポリエステル、およびカリウム元素の含有量0ppm以上10ppm未満の第二ポリエステルを含む原料を溶融押出しして、カリウム元素の含有量が100ppm未満のポリエステルフィルムを得る工程を含み、
前記原料において、前記第一ポリエステルおよび前記第二ポリエステルの合計100質量%中の前記第二ポリエステルの量が82質量%以上98質量%以下であり、
前記第一ポリエステルが触媒を含み、前記触媒がチタン化合物を含む、
ポリエステルフィルムの製造方法。 - 前記第二ポリエステルにおけるカリウム元素の含有量が0ppmである、請求項1に記載のポリエステルフィルムの製造方法。
- 前記第一ポリエステルにおけるカリウム元素の含有量が5000ppm未満である、請求項1または2に記載のポリエステルフィルムの製造方法。
- 前記第一ポリエステルが、酢酸カリウム、炭酸カリウム、安息香酸カリウム、リン酸カリウム、ホスホン酸カリウムおよび水酸化カリウムからなる群より選ばれた少なくとも1種のカリウム化合物を含む、請求項1~3のいずれかに記載のポリエステルフィルムの製造方法。
- 前記ポリエステルフィルムが、飲食品用の容器用である、請求項1~4のいずれかに記載のポリエステルフィルムの製造方法。
- 前記ポリエステルフィルムが缶用である、請求項1~5のいずれかに記載のポリエステルフィルムの製造方法。
- 前記ポリエステルフィルムは、レトルト処理したときのアセトアルデヒドの溶出量が1.00ppm以下である、請求項1~6のいずれかに記載のポリエステルフィルムの製造方法。
- 請求項1~7のいずれかに記載の方法で得られたポリエステルフィルム。
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