JPH08509672A - 良好な低温シール特性及び熱間粘着性を有する被覆されたフィルム - Google Patents
良好な低温シール特性及び熱間粘着性を有する被覆されたフィルムInfo
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Abstract
(57)【要約】
ポリマーの重量基準で65〜95重量%のエチレンと5〜35重量%のアクリル酸若しくはメタクリル酸とを含んで成るコポリマー(「エチレンコポリマー」)を含んで成る組成物で被覆されたベースポリマーフィルム(例えば延伸アイソタクティックポリプロピレン)であって、カルボキシレート基の2〜80%が周期表のIa,IIa、またはIIb族からの金属イオンによって中和されている、新規な被覆フィルムが開示される。好ましくは、被覆はミクロクリスタリンワックス及びヒュームドシリカをも含む。被覆されたフィルムは良好な低温封止特性並びに満足すべき熱間粘着性及び水浸漬に対するシールの抵抗を示す。
Description
【発明の詳細な説明】
良好な低温シール特性及び熱間粘着性を有する被覆されたフィルム
本発明は、良好な熱間粘着性、及び低いブロッキング、並びに満足すべき低温
シール特性等を有する延伸ポリプロピレンのような新規な被覆されたフィルムに
関する。
エチレンとアクリル酸(EAA)とのコポリマーを含む被覆は種々の従来使用
されていた被覆を越えた、低温シール特性、耐水性シール、及び屈曲時のひび割
れに対する抵抗性のような利点を有する。しかし、これらの被覆を延伸ポリプロ
ピレン(OPP)のようなベースポリマーフィルムのシール可能な側に適用した
ときは、いくつかの場合、特に被覆フィルムを比較的高速の包装機械上で利用す
るときに、改善された熱間粘着及びブロッキング特性を有することが望ましいこ
とが分かっている。したがって、前述の改善を達成する手段は有益である。
本発明にしたがい、ポリマーの重量基準で65〜95重量%のエチレンと5〜
35重量%のアクリル酸若しくはメタクリル酸とを含んで成るコポリマー(「エ
チレンコポリマー」)を含んで成る組成物で被覆されたベースポリマーフィルム
であって、カルボキシレート基の2〜80%が周期表のIa,IIa、またはI
Ib族からの金属イオンによって中和されている前記の被覆されたフィルムが提
供される。
適切には、コポリマーはベースポリマーフィルム上に直接被覆されている。
前述の被覆されたフィルム(ベースポリマーフィルムが例えば延伸ポリプロピ
レン)が良好な熱間粘着及びブロッキング特性並びに満足すべき低温シール及び
水中の浸漬に対してのシールの抵抗性を提供することが発見された。
本発明の組成物中に利用されるエチレンコポリマーは65〜95重量%、好ま
しくは75〜85重量%のエチレン、及び5〜35重量%、好ましくは15〜2
5重量%のアクリル酸(AA)若しくはメタクリル酸(MA)のコポリマーであ
ることができる。このコポリマーは例えば2,000〜50,000、好ましく
は4,000〜10,000の数平均分子量(Mn)を有し得る。
このエチレンコポリマーはしばしば、アンモニア性水溶液中のコポリマーのア
ンモニウム塩の溶液または微分散液として供給される。コポリマーが乾いたとき
、アンモニアは放たれ、そしてイオン化されかつ水感受性のカルボキシレート基
は、大部分イオン化しておらずかつ水感受性の低い遊離のカルボキシル基に転化
される。しかし、本発明の実施においては、周期表のIa,IIaまたはIIb
族からの少なくとも1種の、ある量の金属のイオン、好ましくはナトリウム、カ
リウム、リチウム、カルシウムまたは亜鉛イオン、そして最も好ましくはナトリ
ウムイオンがエチレンコポリマーの溶液または分散物に、例えばそれらの水酸化
物の形態で加えられる。そのような金属イオンの量は例えばコポリマー中の全カ
ルボキシレート基の2〜80%、好ましくは10〜50%を中和するのに十分な
ものであり得る。このような金属イオンの存在はある種の性質、例えば摩擦係数
(COF)、熱間粘着、及びブロッキングにおける改善を、他の性質例えば低い
最小シール温度(MST)の受容できない犠牲なしに生じることが発見された。
エチレンコポリマーが80重量%のエチレンと20重量%のアクリル酸のコポ
リマーであり、かつ中和金属イオンが水酸化ナトリウムとして添加されるナトリ
ウムイオンであるとき、中和されるカルボキシレート基の前述の百分率に相当す
る添加される水酸化ナトリウムの量は例えば0.33〜8.8phr、好ましく
は1.1〜5.5phr(ここで「phr」は全樹脂100部あたりの重量部数
を表す)であり、これは他の樹脂が存在しないときのエチレンコポリマーと同じ
である。被覆中に存在する種々の添加剤の全てのphrを決定する目的のために
、エチレンコポリマーの全てのカルボキシレート基がその遊離カルボキシル(-C
00H)形態にあると仮定する。
部分的に中和したエチレンコポリマーに加えて、本発明の被覆は好ましくは比
較的大きな粒子サイズのミクロクリスタリンワックスを粘着防止剤として含む。
ミクロクリスタリンワックスは被覆中に例えば2〜12phr、好ましくは3〜
5phrの量で存在することができ、ワックス粒子は例えば0.1〜0.6ミク
ロン、好ましくは0.12〜0.30ミクロンの範囲の平均サイズを有する。
粘着防止物質として機能することに加えて、本発明の被覆に組み込まれたとき
にミクロクリスタリンワックスはそれをもって被覆されたフィルムの「常温滑り
(cold slip)」特性、すなわちほぼ室温において表面を横切って十分に滑るフ
ィルムの能力を改善するために機能する。
本発明の被覆は好ましくは、室温における被覆の粘着性をさらに減じる目的の
ためにヒュームドシリカをも含む。ヒュームドシリカは、より小さい粒子の凝集
物である粒子から成り、そして例えば2〜9ミクロン、好ましくは3〜5ミクロ
ンの平均粒子サイズと有し、かつ例えば0.1〜2.0phr、好ましくは0.
2〜0.4phrの量で被覆中に存在する。
他の所望の使用できる添加剤は、例えば0〜2phrの量で存在し得るタルク
のような粒状物質、例えば0〜20phrの量で存在し得るメラミンホルムアル
デヒド樹脂のような架橋剤、及び例えば0〜6phrの量で存在し得るポリ(オ
キシエチレン)ソルビタンモノオレエートのような帯電防止剤を含む。
本発明の被覆組成物で有利に被覆できる特定のタイプの熱可塑性フィルムは分
子的に配向した、アイソタクティックポリプロピレンである。慣用の押出技術を
利用したベースポリプロピレンフィルムの押出の後、フィルムを加熱し、そして
縦及び横方向の両方に延伸することによって分子的に配向させる。生じた延伸フ
ィルムは非常に改善された引張及び剛性の特性を示す。しかし、必要なシール温
度において、すなわち約35°Fのオーダーでフィルムの脱配向(disorientati
on)及び収縮(これらはフィルムの破断及び引裂分離を起こし得る)が起こるの
で慣用の技術によってヒートシールすることは困難である。このような延伸フィ
ルムが以下に述べるように表面処理に付されそして続いて本被覆組成物で被覆さ
れるとき、本発明の利点はそれらが支持体、すなわち延伸ポリプロピレンフィル
ムの収縮を防止するのに十分に低い温度でシールできることである。
大きい比率のポリプロピレンを含むベースフィルムの前述の記載は、ポリマー
が完全にアイソタクティックなポリプロピレンホモポリマーから成るフィルムだ
けではなく、少なくとも1つの層のポリマーがアイソタクティックポリプロピレ
ンホモポリマーであり、そして1つ若しくは両方の外層のポリマーがポリマー、
好ましくはアイソタクティックポリプロピレンホモポリマーよりも良好なヒート
シール適性を有するオレフィンポリマーである同時押出多層フィルムを含む意図
である。このような表面層ポリマーは例えばポリプロピレンと少量の1種以上の
他の1−オレフィン(例えばエチレンまたはエチレンとブチレンまたは高密度ポ
リエチレン)とのコポリマーであることができる。
本発明にしたがい被覆され得る他のベースポリマーフィルムはポリプロピレン
以外のポリオレフィン(例えばポリエチレン)から成るもの、及び非−炭化水素
ポリマー(例えば、ポリエチレンテレフタレート(PET)及びポリアミド(ナ
イロン類))のようなポリエステルから成るものである。
一般に、本発明の実施において使用される被覆されていない支持体フィルムは
通常0.5〜3.0ミルの厚さである。特に重要なものは、同時押出3層フィル
ムであって、中央コア層のポリマーが例えばフィルムの全厚の70〜98%の厚
さを有するアイソタクティックポリプロピレンホモポリマーであり、残部が実質
的に同一の厚さの2つの薄い外層(このポリマーはアイソタクティックコポリマ
ーであって、ポリプロピレン、コポリマーの例えば1〜5重量%の量のエチレン
、及び所望によって例えばコポリマーの0.5〜2重量%の量のブチレンのアイ
ソスタティックコポリマーである)である同時押出3層フィルムである。また、
かなり重要なものは同時押出5層フィルムであって、その中央コア層のポリマー
は、アイソタクティックポリプロピレンホモポリマーよりも高い融点の物質でか
つ不混和性の球形粒子(例えば米国特許第4,632,869及び4,720,
416号に示されるようなポリブチレンテレフタレート)を含む層を伸張延伸す
ることによって製造されるボイド(voids)を有する不透明アイソタクティ
ックポリプロピレンホモポリマーであり、このコア層は例えばフィルムの全厚の
70〜90%の厚さを有し;中央コア層に隣接する層のポリマーはボイドをもた
ないアイソタクティックポリプロピレンホモポリマーであって、これらの層の厚
さは実質的に同じでありそして例えばフィルムの全厚の2〜10%であり;そし
て外層のポリマーは3同フィルムと関連して前述したようなプロピレン、エチレ
ン及び所望によってブチレンのコポリマーであって、各々の外層が例えばフィル
ムの全厚さの1〜5%である実質的に同じ厚さを有する、同時押出5層フィルム
である。
本発明の被覆は、例えば約125〜200フィート/分(fpm)の速度で稼
働する比較的高速の水平型充填及びシール(horizontal form fill and seal:H
FFS)包装機に供給されることが意図される、例えば1〜2ミルの、厚めフィル
ムに前述の範囲内で適用されたときに特に有用である。この目的のために、例え
ばナトリウムで中和されるべきエチレンコポリマー中のカルボキシレート基の百
分率は、低い熱間粘着、高いブロッキング、及び高いCOFによるフィルムの包
装操作の失敗を防止するために例えば2.7〜27%、好ましくは約13.5%
である。エチレンコポリマーが80重量%のエチレン及び20重量%のアクリル
酸から成るとき、前述の範囲に相当するエチレンコポリマーに加えるべき水酸化
ナトリウムの量は0.3〜3.0phr、好ましくは1.5phrである。
被覆されたフィルムがHFFS機よりも幾分遅い速度、例えば25〜75fp
mで稼働する鉛直型充填及びシール(vertical form fill and seal:VFFS)包
装機に供給されるとき、中和されるべきエチレンコポリマー中のカルボキシレー
ト基の百分率は、フィルムがHFFS機械へ供給されるときよりも幾分高い、例
えば18〜45%、好ましくは約31.5%であり、これはコポリマーが80重
量%のエチレンと20重量%のアクリル酸から成るときにエチレンコポリマーに
加えられる水酸化ナトリウムの量2〜5phr、好ましくは約3.5phrに相
当する。包装操作において、フィルムの性能をさらに改善するため、フィルムの
第2の面、すなわち本発明の組成物によって被覆されている面以外の面は、米国
特許第3,753,769号中に記述されるように2〜15重量%のアクリル若
しくはメタクリル酸、10〜80重量%のメチル若しくはエチルアクリレート、
及び10〜80重量%のメチルメタクリレートのターポリマー、並びにコロイ状
シリカ及びカルナバロウを含んで成る組成物で被覆され得る。このような被覆は
摩擦係数を減じる滑りの効果及びフィルムの当該面のインキ接着を改善もする効
果を有する。
適切な支持体に組成物を被覆する前に、被覆が強くフィルムに接着することを
確実にして、被覆の剥離やフィルムから剥がれる可能性を除去するために支持体
フィルムの表面を処理することができる。この処理は例えばフィルムの塩素化、
すなわちフィルムのガス状塩素への暴露、クロム酸のような酸化剤での処理、熱
空気若しくは水蒸気処理、火炎処理等のような既知の従来技術を使用することに
よって達成できる。これらの技術のいずれでもフィルム表面を予備処理するため
に有効に使用できるが、処理の特に望ましい方法はいわゆる電気的処理法で、こ
れは間隔をおいた一対の電極の間にフィルムを通すと同時にフィルム表面を高電
圧コロナ放電にさらすことから成る。支持体フィルム表面の電気的処理の後に、
それを本発明の被覆組成物によって被覆でき、この被覆は処理されたフィルム表
面により強く接着する傾向を示す。
さらに大きな、すなわち前述の方法のいずれかによるフィルム表面の処理から
生じたものよりも大きな被覆−フィルム接着が望まれる用途においては、中間プ
ライマー被覆が使用できる。この場合には、フィルムを最初に前述の方法の一つ
(電気的処理が好ましい)によって処理して、その上に増加した活性接着部位(
これによってプライマーの接着を促進する)を与え、そしてこのように処理した
フィルム表面に対してプライマー物質の連続被覆を適用する。適切なプライマー
材料は本技術分野において周知であり、そして例えばチタネート及びポリ(エチ
レンイミン)を含む。プライマーは電気的に処理されたベースフィルムに慣用の
溶液被覆手段によって適用される。ここで特に有効なプライマーは、水性または
有機溶媒溶液(例えば約0.5重量%のイミンを含むエタノールの溶液)のいず
れかとして適用されたポリ(エチレンイミン)である。
被覆組成物はポリマーフィルムの処理された表面に、グラビア塗布、ロール塗
布、浸漬、スプレー等のようなすべての適切な方法で適用される。過剰の水溶液
はスクィーズロール、ドクターナイフ等によって除去できる。本被覆組成物は通
常は、付着した、乾燥後に滑らかな均等に分布した0.02〜0.10ミル厚の
層が存在するような量で適用される。一般に、適用された被覆の厚さは望まれる
ヒートシール適性、摩擦係数(COF)、及び熱間滑り特性を支持体ポリマーフ
ィルムに与えるのに十分なものである。
一旦フィルムに適用された被覆は続いて熱空気、輻射熱または他の適切な手段
によって乾燥されて、それによって例えば包装用フィルムとして有用な、水不溶
性の、透明な、接着性の、光沢のある被覆されたフィルムを与える。
以下の実施例は本発明をさらに例示する。
実施例1〜33
33種類の被覆組成物を、80重量%のエチレン及び20重量%のアクリル酸
のコポリマー(MichelmanによってPrimacor 4983として
販売)のアンモニウム塩の25重量%の水溶液または微細分散物に種々の量の水
酸化ナトリウム(NaOH)、ポリ(オキシメチレン)ソルビタンモノオレエー
ト帯電防止剤(Glycosperese 0−20として販売)、平均サイズ
約0.12〜0.2ミクロン(MWX)のミクロクリスタリンワックス(Mic
helmanにより41540として販売)、及びメラミン−ホルムアルデヒド
架橋剤(M−F)(Cymel 385として販売)を加えることによって製造
した。さらに、0.4phrのタルク及び平均粒子サイズ3〜5ミクロンの0.
1phrのヒュームドシリカ(Syloid 72として販売)をそれぞれの組
成物に加えた。全ての成分を、純粋な液体として加えた帯電防止剤を除き水分散
物または溶液として加えた。次に水を加えて最終被覆組成物の固体含量(%SO
L)を11〜15重量%の間にした。
前述の被覆組成物の各々を全厚約0.9ミルを有する同時押出3層二軸延伸ポ
リプロピレンフィルム試料の一つの表面に適用した。各々のフィルムのコア層の
ポリマーは高いアイソタクティック含量及び約3.0のメルトインデックスを有
するポリプロピレンホモポリマーであり、このコア層は約0.856ミルの厚さ
であった。外層のポリマーはプロピレンと、コポリマーの重量基準で約3.55
重量%のエチレンの、約6.8のメルトインデックスを有するアイソタクティッ
クコポリマーであった。各々の外層の厚さは約0.022ミルであった。
33種のフィルム試料の各々の他の表面を、米国特許第2,753,769号
に記述されるように全固体含量約13重量%のメチルメタクリレート、メチルア
クリレート及びメタクリル酸のターポリマー、コロイドシリカ、カルナバロウの
から成る組成物で被覆した。
被覆は標準的なグラビア塗布装置及び技術を利用して適用した。被覆の前に、
フィルムの両面を電気的処理に付し、そして電気的に処理した表面をポリ(エチ
レンイミン)の、水85%及びエタノール15%の混合物中の0.5重量%溶液
で下塗りすることによってフィルムを処理した。延伸され、処理され、下塗りさ
れたフィルム表面のフィルムの乾燥後の全被覆重量は、本発明の組成物で被覆さ
れた面上でフィルムの約0.5〜0.9g/1000インチ2、米国特許第2,
753,769号の組成物で被覆された表面上でフィルムの約0.76g/10
00インチ2であった。
phr単位での添加剤の量並びに各々の組成物の固体含量は組成物中で変化し
、被覆の乾燥温度は°F(温度)単位で表1に示す。
これらの実施例の被覆されたフィルムを種々の性質について試験し、そのうち
示した見出しのものを以下に表2に示す。表2及び3中の非クリンプ(non−
crimp)シール強さをSuter 試験機、または引張試験機によって、A
scoナインステーションヒートシーラーで、200°F〜280°Fで変化す
る温度において5psi及び2秒の保圧時間で製造したシールについて測定した
。MST−100g/インチのシール強度に到達するための°Fでの温度
DELTA−シール強度が100から300g/インチ(°F)へ上昇するた
めの温度増加
SS−260、270及び280°F(g/インチ)で測定したシール強度の
平均
COF−6インチ/分で運転している、ASTM承認ゴムを底に有する2.5
インチ×2.5インチの200gのそり(sled)を有するImass滑り/
剥離試験機で決定した摩擦係数(ASTM D1894)
BL−本発明の被覆側対本発明の被覆側の140°F、750psi、1時間
後のg/インチでのブロッキング。引張試験機上で試料を引きはがすことによっ
て測定
HAZE−ガードナー曇り計によって決定したシール被覆上の%曇り値。前方
散乱の結果として入射ビームから外れた、フィルムを通って透過された光の百分
率を測定する。
示された見出しの次の追加の性質を表3に示す。ここでクリンプシール強度は
、Campbell ラッパー(水平型及び充填)のものと類似のアゴ形状を有
するWrap Ade クリンプシーラーで20psi及び3/4秒で製造した
クリンプシールで測定した。
HT−200、220、240及び260°Fで得た値の平均としての被覆の
熱間粘着(g/インチ)。クリンプシールができた後、直ちに既知の力にヒート
シールした試料をさらす較正されたバネを使用して測定
CR−MST−100g/インチのシール強度を得るためのクリンプシール温
度(°F)
CRDL−クリンプシール強度が100から300g/インチに増加するため
の温度増加(°F)
CRIMP−240、260及び280°Fのクリンプシール強度の平均(g
/インチ)
SS−H2O−室温での24時間の水浸漬後の260、270及び280°F
での平均シール強度(g/インチ)
D−MST−150fpmで走行しているDoboy HFFS機上のクリン
プシールの後縁上で200g/インチのシールを得るために必要な温度
表1に示した生成物及び方法条件並びに表2及び3に示した性質の値は、本発
明の被覆されたフィルムが良好な熱間粘着及びブロッキング特性、並びに満足す
べき低温シーリング及び水浸漬に対するシールの良好な抵抗性を有することを示
す。さらに、得られた改善された熱間粘着及びブロッキングが、より厚い被覆フ
ィルムを高速HFFT機及び幾分低速のVFFT機へフィルムの引裂なしに供給
できる。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1.ポリマーの重量基準で65〜95重量%のエチレンと5〜35重量%のア クリル酸若しくはメタクリル酸とを含んで成るコポリマーを含む組成物で被覆さ れたベースポリマーフィルムであって、カルボキシレート基の2〜80%が周期 表のIa、IIa、またはIIb族からの金属イオンによって中和されている、 前記の被覆されたフィルム。 2.ベースポリマーフィルムが延伸されたアイソタクティックポリプロピレン を含んで成る請求項1に記載の被覆されたフィルム。 3.ベースポリマーフィルムが多層フィルムであり、少なくとも1つの層がア イソタクティックポリプロピレンホモポリマーを含んで成り、そして少なくとも 1つの外層がアイソタクティックポリプロピレンホモポリマーよりも良好なヒー トシール適性を有するポリマーを含んで成る、請求項1または2に記載の被覆さ れたフィルム。 4.ベースポリマーフィルムが3層フィルムであり、中央コア層がアイソタク ティックホモポリマーを含んで成り、そして複数の外層は同一であっても異なっ てもよいが、プロピレンとエチレンとのアイソタクティックコポリマーまたはプ ロピレン、エチレン及びブチレンのアイソタクティックターポリマーを含んで成 る、請求項1〜3のいずれかに記載の被覆されたフィルム。 5.中央コア層がボイドを含む不透明のアイソタクティックポリプロピレンホ モポリマーを含んで成る、請求項1〜4のいずれかに記載の被覆されたフィルム 。 6.ベースポリマーフィルムが5層フィルムであり、中央コア層はボイドを含 む不透明のアイソタクティックポリプロピレンホモポリマーを含んで成り;中央 コア層に隣接する複数の層は同じでも異なってもよいが、ボイドを含まないアイ ソタクティックポリプロピレンホモポリマーを含んで成り;そして複数の外層は 同一であっても異なってもよいが、プロピレンとエチレンとのアイソタクティッ クコポリマーまたはプロピレン、エチレン及びブチレンのアイソタクティックタ ーポリマーを含んで成る、請求項5に記載の被覆されたフィルム。 7.エチレンコポリマーが75〜85重量%のエチレン及び15〜25重量% のアクリル酸若しくはメタクリル酸を含んで成る、請求項1〜6のいずれかに記 載の被覆されたフィルム。 8.エチレンコポリマーのカルボキシレート基の10〜50%が中和されてい る、請求項1〜7のいずれかに記載の被覆されたフィルム。 9.中和がナトリウム、カリウム、カルシウムまたは亜鉛イオンによって行わ れる、請求項8に記載の被覆されたフィルム。 10.被覆がさらにミクロクリスタリンワックス及びヒュームドシリカを含む 、請求項1〜9のいずれかに記載の被覆されたフィルム。 11.ミクロクリスタリンワックスが2〜12phrの量存在し、そして0. 1〜0.6ミクロンの平均粒子サイズを有する、請求項10に記載の被覆された フィルム。 12.ヒュームドシリカが0.1〜2.0phrの量存在し、そして2〜9ミ クロンの平均粒子サイズを有する請求項10または11に記載の被覆されたフィ ルム。 13.A)ポリマーの重量基準で65〜95重量%のエチレン及び5〜35重 量%のアクリル酸若しくはメタクリル酸を含んで成るコポリマー(「エチレンコ ポリマー」)、ここでカルボキシレート基の2〜80%が周期表のIa.IIa 、またはIIb族からの金属イオンによって中和されており;B)ミクロクリス タリンワックス;並びにC)ヒュームドシリカを含んで成る組成物。 14.請求項13に記載の組成物の被覆ベースポリマーフィルムへの使用。
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