【発明の詳細な説明】
ヒートシール可能なフィルム及び製品 発明の分野
本発明はヒートシール可能なフィルム及びこれらのフィルムから形成された製
品に関する。本発明のフィルムは種々の材料及びアイオノマーを含むポリマーに
対してヒートシール可能である。発明の背景
ヒートシールを使用して製造された多くの製品が現在市場で入手可能である。
一般に、そのような製品上のシールは製品の分かれた部分を１つに溶接すること
によって使用される。例えば、機会及び玩具中において有用に使用されるプラス
チック部品は、２つの個々のプラスチック片の一方又は両方を加熱すること、そ
れらを一緒にプレスすること、及びその後それらを冷却することによって結合さ
せて組み立てることができる。具体的には、ヒートシールは包装の用途において
非常に重要である。ヒートシールによって形成されたパッケージはパッケージ内
の消費品の効率的な輸送を提供し、販売を促進する消費品のディスプレーを提供
し、そして、食品工業においては、パッケージは消費品の新鮮さを保つために使
用される。最も重要なことはそして実際のヒートシール方法に関して、そのよう
なパッケージ又はシールを必要とするその他の類似品の製造業者は低いシール温
度で強いシールを形成するという点に関して優れた加工性を要求する。
様々な種類のポリマーが、熱及び／又は圧力をかけることによって結合される
か又はシールされる製品（パッケージを含む）を形成するのに使用されている。
これらの製品を製造するのに使用されるポリマー又はポリマーブレンドは、強い
シールを提供するので選択され、このシールは熱及び／又は圧力の単一の短い適
用によって容易にかつ急速に形成される。全体的な熱シールされた製品が同じか
又は異なる共押出し（coextrusion）によって同じポリマー又はポリマーのブレ
ンドから構成されることもある。
より頻繁には、製品は様々な面積又は層の異なる材料から構成され、良好な熱
シール特性を与えるポリマーは、熱シールが最終的に必要な面積又は層のみにお
いて使用される。例えば多層フィルムの場合、製品がヒートシール特性に加えて
透明性、強度、破裂及び引き裂きに対する抵抗のような望ましい物理的及び機械
的特性を有し、そして高速装置によって容易に加工できなければならないため、
この種の構成が使用される。多くのプラスチック材料が良好な物理的及び機械的
特性を有することが知られているが、それらは良好なヒートシール特性を有して
いないことが多い。例えば、ポリプロピレンは良好な強度と透明性を有し引き裂
きに対する抵抗性を有するが、市販のシーリング機械において好ましい温度では
良好なシールを容易に形成しない。逆に、ある種のポリマーは良好なヒートシー
ル特性を有するが、適切な強度や透明性を有していない。
従って、包装の分野では、良好な機械的及び物理的特性を与える同じか又はブ
レンドされたか又は共押出しされた異なる種類のポリマーから成る１つ以上の層
を含み、さらに製造される製品に良好なヒートシール特性を与えるポリマーから
形成された１つ以上の追加の層を設けた多層フィルムのような多層製品が開発さ
れた。このようにして、例えば、強度と透明性を与えるためのポリプロピレンの
支持体層と良好なヒートシール特性を与えるためのポリエチレンの層を有するフ
ィルムが製造できる。フィルムに加えてその他の製品も複数の材料を使用して同
様に構成でき、各々の材料は最終製品の所望の特性の１つ以上に寄与するように
選択される。
アイオノマーは、フィルム、成形部品、押出し生成物、及び包装用の発泡体の
形成、並びに広範な消費財及び工業製品において広く使用されている強靭で、耐
久性のある透明熱可塑性プラスチックである。包装の分野において、特に食品包
装フィルムはアイオノマーの最も大きい単独の市場を形成している。アイオノマ
ーは優れたヒートシール特性を有し、高い熱間粘着度と低いシール温度での高い
ヒートシール強度を示す。アイオノマーは、共押出し、押出しコーティング、積
層、及びこれらの技術の組み合わせによって製造された種々の屈曲性包装複合体
中のヒートシール層として広く使用されている。使用例には、肉、チーズ、スナ
ック食品、及び医薬品の包装が含まれる。
複数のポリマーがお互いにシールされたときに良好なヒートシール性能を有す
るためには、それらのポリマーが適度に相溶性でなければならない。有効な強い
シールの形成は一般にシールされる２つのフィルムの部分的な溶融とシール界面
でのこれらの溶融したフィルムのある程度の内部混合を必要とする。この内部混
合は、シールが依然として部分的に溶融状態にあるときにシール強度が測定され
る熱間粘着度に対して重要である。しかしながら、アイオノマーはその強いイオ
ン性／極性官能基のために従来的チーグラー−ナッタ触媒で製造された線状ポリ
エチレンと特に相溶性ではない。従って、アイオノマーと有効にヒートシールさ
れるフィルムに対する要望が産業界に存在する。発明の要約
本発明は一般にアイオノマーから製造されたフィルムに対してシール可能なポ
リマーフィルムに関し、そのような組み合わせから製造された製品に関する。
１つの実施態様において、本発明は、少なくとも２つの層を含むポリマーフィ
ルムであって、前記層の第１の層が3.0未満の分子量分布と約2.0未満のＭｚ／Ｍ
ｗを有するポリマーを含んで成り、そして前記層の第２の層がアイオノマーを含
んで成り、前記第１及び第２の層が一緒にプレスされてシールを形成するフィル
ムに関する。
もう１つの実施態様において、本発明は、シールを含む製品であって、前記シ
ールが前記製品の少なくとも２つの部分を製品の部分の少なくとも一方を軟化さ
せるのに十分な温度で一緒にプレスすることによって形成され、少なくとも１つ
の部分が約2.0未満のＭｚ／Ｍｗと3.0未満のＭＷＤを有する少なくとも１種のポ
リマーから形成され、前記部分のもう１つが少なくとも１種のアイオノマーを含
む製品に関する。図面の簡単な説明
本発明の上述の面、特徴、及び利点は添付の図面を参照しながら以下の詳細な
説明を読むとき、より明瞭かつ完全に理解されるだろう。
第１図は、第２表からのデータを説明するシール温度の関数としての熱間粘着
力のグラフである。
第２図は、第３表からのデータを説明するシール温度の関数としてのヒートシ
ール力のグラフである。
第３図は、ポリマー１に関する第５表からのデータを説明するシール温度の関
数としての熱間粘着力のグラフである。
第４図は、ポリマー１に関する第６表からのデータを説明するシール温度の関
数としてのヒートシール力のグラフである。
第５図は、ポリマー２に関する第５表からのデータを説明するシール温度の関
数としての熱間粘着力のグラフである。
第６図は、ポリマー２に関する第６表からのデータを説明するシール温度の関
数としてのヒートシール力のグラフである。
第７図は、ポリマー３に関する第５表からのデータを説明するシール温度の関
数としての熱間粘着力のグラフである。
第８図は、ポリマー３に関する第６表からのデータを説明するシール温度の関
数としてのヒートシール力のグラフである。発明の詳細な説明 序
本発明は特定のクラスのポリマー、それらのフィルムの製造、及びそれらの用
途に関する。これらのポリマーはポリマーフィルム中での使用に特に適するユニ
ークな特性を有している。これらのフィルムは、ヒートシール適性を必要とする
用途、特にアイオノマーフィルムに対してフィルムがシールされる用途において
非常に有用である。
メタロセン触媒系から誘導されたポリマーが、従来的なチーグラー−ナッタ触
媒によって製造されたポリマーと比較して、驚くべきほど良好にアイオノマー（
ionomer）として知られているポリマーの群に対してヒートシールされることが
判明した。ポリマーの製造
本発明のポリマーは、気相、スラリー相、溶液相、又は高圧相中の重合又は共
重合プロセスにおいてメタロセン触媒系を使用して製造される。
重合又は共重合プロセスは、２乃至20の炭素原子、好ましくは２乃至15の炭素
原子を有するアルファ−オレフィンモノマーの１種以上を重合することを含む。
本発明は、１種以上のモノマー、例えば、エチレン、プロピレン、ブテン-1、ペ
ンテン-1、4-メチルペンテン-1、ヘキセン-1、オクテン-1、デセン-1、及びスチ
レンのような環式オレフィンから成るアルファ−オレフィンモノマーの重合を含
む共重合反応に特に適している。その他のモノマーには極性ビニル、ジエン、ノ
ルボルネン、アセチレン、及びアルデヒドモノマーが含まれる。エチレンのコポ
リマーは、所望のポリマー生成物が製造されるように調整されたエチレンとコモ
ノマーの量で製造されるのが好ましい。コモノマーは３乃至15個の炭素原子を有
するアルファ−オレフィンであるのが好ましく、４乃至12個の炭素原子を有する
アルファ−オレフィンであるのがより好ましく、４乃至10個の炭素原子を有する
アルファ−オレフィンであるのが最も好ましい。もう１つの実施態様においては
、エチレンを少なくとも２種類のコモノマーと重合させてターポリマーなどを形
成する。コモノマーが使用される場合、モノマーは一般に70.0〜99.99モル％、
好ましくは70〜90モル％、より好ましくは80〜95又は90〜95モル％の比率で重合
され、コモノマーは0.01〜30モル％、好ましくは３〜30モル％、より好ましくは
５〜20又は５〜10モル％の比率で重合される。
本発明の目的に関して、「メタロセン(metallocene)」という用語は、本明細
書中において、元素の周期表の遷移金属と組み合わされた１つ以上のシクロペン
タジエニル部分を含むものとして定義される。メタロセン触媒成分は一般式（Ｃ
ｐ）mＭＲnＲ′pによって表され、式中、Ｃｐは置換又は未置換のシクロペンタ
ジエニル環であり、Ｍは第IV、Ｖ、又はVI族の遷移金属であり、Ｒ及びＲ′はハ
ロゲン、１〜20の炭素原子を有するヒドロカルビル基又はヒドロカルボキシル基
から独立に選択され、ｍ＝１〜３、ｎ＝０〜３、ｐ＝０〜３、そしてｍ＋ｎ＋ｐ
の合計はＭの酸化状態に等しい。メタロセンは主としてヒドロカルビル置換基に
よって置換できるが、ゲルマニウム、燐、珪素、又は窒素原子含有基、又は未置
換、架橋又は非架橋、又はそれらのあらゆる組み合わせを除外するものではない
。メタロセン型の触媒系の種々の形態を本発明の重合プロセスにおいて使用する
ことができる。エチレンの重合用のこれらのメタロセン触媒の発展の例が、ホエ
ル(Hoel)の米国特許第4,871,705号、イーウェン(Ewen)らの米国特許第4,937,299
号、及びウェルボーン・ジュニア(Welborn Jr.)の1989年７月26日に公開された
欧州特許公開公報第0 129 368号、米国特許第5,017,714号及び第5,120,867号に
見られる。これらは全て引用によって本明細書中に組み入
れられる。これらの刊行物は助触媒としてアルモキサンを含むメタロセン触媒の
構造を教示している。様々なアルモキサンの調製方法が存在し、その内の１つが
米国特許第4,665,208号に記載されている。
トリアルキルアルミニウム又は、中性のメタロセン化合物をイオン化するトリ
（n-ブチル）アンモニウムテトラ（ペンタフルオロフェニル）硼素のようなイオ
ン化イオン性活性剤又は化合物のようなその他の助触媒もメタロセンと使用でき
る。そのようなイオン化化合物は活性プロトン、又はイオン化イオン性化合物の
残留イオンに配位しないか又は緩やかにのみ配位するある種のその他のカチオン
を含むことができる。そのような化合物は1988年８月３日に公開された欧州特許
公開公報第0 520 732号、第0 277 003号、及び第0 277 004号、並びに米国特許
第5,153,151号及び第5,198,401号に記載されており、これらは全て引用によって
本明細書中に完全に組み入れられている。
さらに、メタロセン触媒成分はモノシクロペンタジエニルヘテロ原子含有化合
物でもよい。このヘテロ原子はアルモキサン又はイオン性活性剤によって活性化
されて本発明において有用なポリマーを製造するための活性な重合触媒系を形成
する。これらの種類の触媒系は、例えば、1992年１月９日に公開されたＰＣＴ国
際公開ＷＯ92／00333、米国特許第5,096,867号及び第5,055,438号、欧州特許公
開公報第0 420 436号、及びＷＯ91／04257に記載されており、これらは全て引用
によって本明細書中に完全に組み入れられている。
さらに、本発明において有用なメタロセン触媒は非シクロペンタジエニル触媒
成分、又は遷移金属と組み合わされたボロール(boroles)又はカルボリド(carbol
lides)のような補助配位子を含むことができる。さらに、米国特許第5,064,802
号及び1993年４月29日に公開されたＰＣＴ国際公開ＷＯ93／08221及びＷＯ93／0
8199（これらは全て引用によって本明細書中に完全に組み入れられている）に記
載されている触媒及び触媒系は本発明の範囲を越えるものではない。上述の触媒
は全て、所望により、触媒の生産性を改善する添加剤又は掃去剤成分と組み合わ
せて重合において使用できる。
気相プロセス中の触媒粒子は、ポリマー性支持体又はシリカ、アルミナ、又は
その両方のような無機酸化物などの適切な粒状物質の上に担持させることができ
る。本発明の触媒の担持方法は、米国特許第4,808,561号、第4,897,455号、第4,
937,301号、第4,937,217号、第4,912,075号、第5,008,228号、第5,086,025号、
及び第5,147,949号並びに1992年６月15日に出願した米国特許出願番号第898,255
号及び1992年５月18日に出願した米国特許出願番号第885,170号に記載されてお
り、これらは全て引用によって本明細書中に組み入れられている。本発明のポリマーの特性
本発明のポリマーの重要な特徴はその組成分布である。当業者には良く知られ
ているように、コポリマーの組成分布はコポリマーの分子内のコモノマーの分布
の均一性に関係する。メタロセン触媒は、それによって製造されるポリマー分子
内にコモノマーを非常に均一に組み入れることが知られている。従って、単一の
メタロセン成分を有する触媒系から製造されたコポリマーは非常に狭い組成分布
を有し、ポリマー分子の大部分はほぼ同じコモノマー含有率を有し、そして各分
子内においてコモノマーはランダムに分布している。一方、チーグラー−ナッタ
触媒は一般にかなり広い組成分布を有するコポリマーを生成する。コモノマー含
有率はポリマー分子によって大きく変化する。
組成分布の目安は「組成分布幅指数(Composition Distribution Breadth Inde
x)」（ＣＤＢＩ）である。ＣＤＢＩは中央の総コモノマーモル含有率の50％以内
（即ち、片側25％以内）のコモノマー含有率を有するポリマー分子の重量パーセ
ントとして定義される。コポリマーのＣＤＢＩは、コポリマーのサンプルの個々
のフラクションを単離する公知の技術を使用して容易に決定される。そのような
技術の１つは、ワイルド(Wild)らのJ．Poly．Sci.，Poly．Phys．Ed.，第20巻、
441頁(1982)及び米国特許第5,008,204号（これらは引用によって本明細書中に組
み入れられている）に記載されている温度上昇溶離分別(Temperature Rising El
ution Fraction）（ＴＲＥＦ）である。
ＣＤＢＩを決定するために、溶解度分布曲線をコポリマーについて初めに作成
する。これは上述のＴＲＥＦ技術から得られたデータを使用して行うことができ
る。この溶解度分布曲線は、温度の関数としての溶解するコポリマーの重量フラ
クションのプロットである。これは重量フラクション対組成分布の曲線に変換さ
れる。溶離温度との組成の相関を簡略化する目的で、15,000未満の重量フラクシ
ョンを無視する。これらの低重量フラクションは一般に本発明の樹脂中には極僅
かしか存在しない。本明細書の以下の部分及び添付の請求の範囲においては、Ｃ
ＤＢＩの測定において変換は15,000未満の重量フラクションを無視したものであ
る。
重量フラクション対組成分布の曲線から、中央コモノマー含有率の片側25％以
内のコモノマー含有率を有するサンプルの重量％を求めることによってＣＤＢＩ
が決定される。コポリマーのＣＤＢＩの決定についての詳細は当業者に公知であ
る。例えば、1993年２月18日に公開されたＰＣＴ公開公報ＷＯ93／03093を参照
されたい。
本発明のポリマーは一般に80〜98％の範囲内のＣＤＢＩを有し、通常は85〜98
％の範囲内のＣＤＢＩを有し、最も典型的には90〜95％の範囲内のＣＤＢＩを有
する。使用されるプロセスの運転条件を変化させるとともにその他の触媒を使用
することによってより高いか又はより低いＣＤＢＩが得られることは明らかであ
る。
本発明のフィルムはそれらの分子量分布（ＭＷＤ）に基づいてもチーグラー−
ナッタ触媒による樹脂から製造された公知のフィルムと区別することができる。
本発明のポリマーのＭＷＤは従来的チーグラー−ナッタ触媒を使用して製造され
たポリマーのＭＷＤよりも実質的に狭い。本発明のポリマーの多分散性指数（Ｍ
ｗ／Ｍｎ）は典型的には1.5〜３の範囲内であるのに対して、公知のチーグラー
触媒で製造されたポリマーのほとんどは３以上である。この点で本発明の樹脂は
チーグラー−ナッタ触媒を使用して製造された多くの市販のポリマーとは異なる
。さらに、本発明のポリマーの分子量分布曲線のテール(tail)は公知の公知のチ
ーグラー−ナッタ触媒で製造されたＬＬＤＰＥのものよりもかなり小さい。この
相違は、Ｍｚ／Ｍｗ（三次モーメントの二次モーメントに対する比）とＭｚ＋１
／Ｍｗ（四次モーメントの二次モーメントに対する比）の比率を比較することに
よって容易に明らかになる。本発明を使用して、2.5未満、通常は2.0未満、そし
て最も典型的には1.4〜1.9の範囲内のＭｚ／Ｍｗを有するポリマーを製造するこ
とができる。これと対照的に、チーグラー−ナッタポリマーのＭｚ／Ｍｗの
比は典型的には2.5より大きい。同様に、本発明のポリマーのＭｚ＋１／Ｍｗの
値は4.0未満、通常は3.0未満、そして最も典型的には2.0〜3.0の範囲内である。
チーグラー−ナッタポリマーについては、Ｍｚ＋１／Ｍｗは一般にかなり大きく
、典型的には4.0より大である。第１表に本発明のポリマーと幾つかの市販のポ
リマーに関するＭｚ、Ｍｗ、Ｍｚ＋１のより詳細なデータを示す。
当業者は、ポリエチレンサンプルの分子量分布を決定するのに利用できる方法
が幾つかあることを認識している。第１表と本明細書及び添付の請求の範囲中に
与えられているＭｗ、Ｍｚ、及びＭｚ＋１に関して、分子量分布は、145℃で運
転されるウルトラスチロ(ultrastyro)ゲルカラムを備えたウォーターズ・ゲル・
パーミエーシヨン・クロマトグラフ(Waters Gel Permeation Chromatograph)を
使用して決定される。トリクロロベンゼンを溶離溶媒として使用する。較正標準
は、500の分子量から5,200,000の分子量の範囲内の公知の正確な分子量を有する
16種のポリスチレンである。ＮＢＳ 1475ポリスチレンも較正標準として使用し
た。
本発明の樹脂のメルトインデックスは一般に0.1〜1000 dg/minの範囲内であり
、好ましくは0.1〜100 dg/min、より好ましくは0.1〜20 dg/min、さらに好まし
くは0.1〜10 dg/min、そして最も好ましくは0.1〜５ dg/minである。アイオノマーの特性
アイオノマーは、鎖間のイオン結合を含むポリマーに対する総括的な用語であ
る。これらのイオン架橋は長鎖ポリマー分子間にランダムに起こって通常高い分
子量に関連した固体状態特性を生じる。
しかしながら、アイオノマーを通常の熱可塑性プラスチックの加工温度まで加
熱するとイオンカが減少して、従来的装置中での加工が可能になる。一般に、ア
イオノマーはエチレン／メタクリル酸コポリマー又はアクリル酸コポリマーの金
属塩に基づき、長鎖半結晶性構造を有する。
広範囲の特性を有する50種を越える市販のアイオノマーグレードが存在する。
新しい低モジュラス樹脂の出現にともない、市販の未強化のアイオノマーの曲げ
弾性モジュラスは2000psi（以前の最も柔軟なグレードのものは約15,000psiであ
った）から約85,000psiまでの範囲内である。
特性は、金属カチオンの種類と量、分子量、ベース樹脂の組成（即ち、エチレ
ンとメタクリル酸基の相対含有量）、及び強化材又は添加剤のような添加された
成分によって変化する。長鎖半結晶性ポリマー構造は、ポリオレフィンにとって
通常の特性、即ち、良好な化学的不活性さ、熱安定性、低い誘電性、及び低い水
蒸気透過性を与える。カルボキシル塩構造はポリエチレンとは異なる特性を付与
する。
アイオノマーの調製に関する詳細な情報については、米国特許第3,552,638号
、第3,597,887号、第3,610,501号、第4,351,931号、第4,766,174号、第4,690,98
1号、第4,174,358号、第4,663,383号、第4,550,141号、第4,539,263号、第4,469
,754号、第4,387,188号、及び第4,235,980号を参照されたい。これらは全て引用
によって本明細書中に組み入れられている。本発明の実施態様の１つにおいて、
アイオノマーは、デラウエア州、ウィルミングトンのイー・アイ・デュポン・カ
ンパニー(E．I．Dupont Company)から入手可
は、AD-8143、8144、8255、8066、EC-8577、8585、7930、7940、1555、1557、15
58、1559、1560、1601、1604、1605、1652、1650、1655、1603、1606、1702、17
05、1706、1707、1800、及び1855である。
もう１つの実施態様においては、アイオノマーはテキサス州、ベイタウンのエ
クソン・ケミカル・カンパニー(Exxon Chemical Company)から入手できる商標名
IOTEKTMである。幾つかの代表的IOTEKTMアイオノマーグレード樹脂は、3110、40
00、4200、7010、7020、7030、8000、8020、及び8030である。ポリマーから製造されたフィルムの特性
上述のメタロセン触媒を使用して製造されたポリマーは多くの用途において市
販の生成物よりも著しく優れている。これらのフィルムはフィルムの用途におい
て特に有用である。第１表は本発明のフィルム（ポリマー１〜５）の特性を示し
ている。
本発明のポリマーによる特別の寄与は抽出可能成分の非常に低い濃度である。
ポリマーのほとんどのグレードの抽出可能物濃度は5.5％乃至0.1％未満の範囲内
であり、好ましくは2.6％未満であり、より好ましくは1.0％未満であり、さらに
好ましくは0.8％未満であり、最も好ましくは0.5％未満である。
所望のポリマーの抽出可能物濃度は一般に分子量が減少し密度が低下するにつ
れて増加する。与えられた分子量と密度（又は側鎖枝分かれ）において、本発明
の樹脂は、対応するチーグラー−ナッタグレードよりもかなり低い抽出可能物濃
度を有する。本明細書及び添付の請求の範囲に関して、抽出可能物濃度は、ポリ
マーから製造されたフィルムを50℃のn-ヘキサンに２時間さらすことによって測
定される。この方法は、21 CFR 177.1520(d)(3)(ii)FDA要件に詳細に記載されて
いる。抽出可能物試験がかなりの変動にさらされることは当業者には理解される
だろう。この変動はフィルムの厚さ（最大４ミル）又は表面積の体積に対する比
率を変えるその他の変動要素によるものである。フィルムの加工方法（例えば、
インフレート、キャスト）及び加工条件も抽出可能物量を変化させる。本発明の
樹脂から製造されたフィルムの低い抽出可能物量は本発明のフィルムを食品用途
に適するものにする。
良好なヒートシール性ポリマーには幾つの重要な特徴がある。重要な特徴の１
つはヒートシール開始温度（heat seal initiation temperature）である。これ
は、ポリマーが圧力下でそれ自身又はその他のポリマーに有用に結合される前に
加熱されなければならない温度である。従って、シール開始温度より高いヒート
シール温度はかなりのそして測定可能なシール強度を有するヒートシールをもた
らす。比較的低いヒートシール開始温度は工業的ヒートシール装置において望ま
しい。より低い温度は装置上での包装のより高い生産速度をもたらす。なぜなら
ば、シールを形成するためにポリマーをそれ程高い温度まで加熱する必要がない
からである。ヒートシールにおいて生産速度を制御する重要な要素は、熱を境界
面まで移動させポリマーフィルムを溶融させるのに必要な時間である。より低い
シール開始温度は熱を移動させポリマーを溶融させる時間を短くする。また、適
切な強度を得るためシールの冷却も速くなる。
シール開始温度（ＳＩＴ）はヒートシールの測定可能な強度を発生させるのに
必要な最低温度として定義される。工業的ヒートシール操作において生産性（パ
ッケージ数／単位時間）を制御する制限要素は熱を境界面まで移動させてシーリ
ングに望ましい温度を達成するのに必要な時間である。ＳＩＴは低ければ
低いほど、表面をシールするために熱を境界面まで移動させるのに必要な時間が
短くなる。定量的には、ＳＩＴが10℃低くなっただけでも生産性は30％改善する
だろう。詳細な説明は、1993年２月18日に公開されたＰＣＴ国際公開ＷＯ93/030
93を参照されたい。これは引用によって本明細書中に組み入れられている。この
引用例は、幾つかのポリマーのフィルムに加工されたときのヒートシール特性に
ついて議論している。しかしながら、この引用例はこれらのフィルムをアイオノ
マーにシールすることは開示していない。
もう１つの特徴は、シールを形成するのに許容可能な温度の範囲であるシーリ
ングウインドウ(sealing window)である。シーリングウインドウはシール強度が
本質的に一定である運転温度の許容可能範囲を決定する。この範囲内の低い方の
温度はシール開始温度であり、上の方の温度はシール強度が許容可能水準より下
がるか又はポリマーが劣化し始める温度である。
もう１つのシーリング特性は、ヒートシールが固化する前の冷却段階中の凝集
強さの目安である。シールを形成した直後で冷却する前にサンプルを引き離し、
シール強さを測定する。この強さは本技術分野においては熱間粘着度として知ら
れており、単位シール幅当たりの力として測定される。熱間粘着度は高ければ高
いほど好ましい。本発明のエチレンコポリマーを形成するのに使用されるコモノ
マーが熱間粘着度に影響を与えることも発見された。コモノマーの線状炭素原子
の数が例えばブテン-1からヘキセン-1、オクテン-1へと増加するにつれて熱間粘
着度は大幅に増加する。この劇的な効果はコモノマーのブテン-1とヘキセン-1の
間で特に見られる。
これら３つの重要なシーリング特性、シール開始温度（ＳＩＴ）、シール強度
（ＳＳ）、シーリングウインドウと熱間粘着度の間の相互作用はフィルム又は類
似物のユーザーにとって極めて重要である。特に、バッグ又は類似物が非常に高
速で加工され製造される包装の分野においては、これらの特性が非常に重要にな
る。低いＳＩＴによって包装業者はシールを形成するためにより少ない熱及び／
又は圧力を使用することができ、高いシール強度はより強く速やかなシールの形
成をもたらし、高い熱間粘着度は高いパッケージング速度においてシールの破壊
、開裂、及び包装された製品の損失を防ぐ。これら全てを組み合わせることによ
っ
て、包装業者は与えられた装置で生産速度を増加させることができる。包装業者
は増加した生産速度で利益を得るだけでなく、大幅に低い温度でプロセスを運転
することによってコストの節約による利益も受ける。
ヒートシール温度は、ポリマーを部分的に溶融／軟化させてポリマーがシール
される材料に粘着するのに十分なほど高くなければならない。ヒートシール温度
はコポリマーの融点以上でもよいが、このように高い温度ではシーリング接触時
間は短縮されなければならない。本発明のフィルム
本発明のフィルムは本発明のポリマーとアイオノマーから本技術分野で公知の
方法を使用して形成できる。例えば、形成操作には、フィルム、シート、及びそ
の他の繊維の押出し及び共押出し、並びにインフレート成形、射出成形、及び回
転成形が含まれる。フィルムには単層のインフレートフィルム又はキャストフィ
ルム或いは共押出し又は積層又は押出しコーティングによって形成される多層構
造体が含まれる。
例えば、本発明のポリマーは溶融状態でフラットダイを通して押出しその後冷
却してシート又はキャストフィルムを形成することができる。或いは、本発明の
ポリマーは溶融状態で管状のダイを通して押出しその後空気を吹き込み冷却して
チューブ状のフィルムを形成することができる。チューブ状のフィルムは軸方向
にスリットされ開いて平らなフィルムに形成される。本発明のフィルムは未配向
でよく、或いは一軸又は二軸方向に配向していてもよい。
本発明のフィルムは単層でも多層フィルムでもよい。多層フィルムは、本発明
のポリマーから形成された１つ以上の層から成り、フィルムの少なくとも１つの
層又はフィルムの１つがアイオノマーである。フィルムは、その他のポリマーで
あるＬＬＤＰＥ、ＬＤＰＥ、ＨＤＰＥ、ＰＰ、ＰＢ、ＥＶＡ、ポリエステル、Ｅ
ＶＯＨ、及び例えば金属箔、紙、及び類似物のようなその他の材料から形成され
た１つ以上の追加の層も有することができる。
多層フィルムは本技術分野で公知の方法によって形成できる。全ての層がポリ
マーである場合、ポリマーは共押出し供給ブロック及びダイ組立て体を通して共
押出しして接着しているが組成は異なる２つ以上の層を有するフィルムを製造す
ることができる。多層フィルムは、また、支持体物質をポリマーをダイから排出
させながら溶融したポリマーでコーティングする押出しコーティングによっても
形成できる。押出しコーティングは、支持体が天然又は合成の繊維又は糸から織
られた又は編まれたもの（例えば、布）であるとき、又は支持体がガラス、セラ
ミック、紙、又は金属のような非ポリマー物質から製造されたものであるとき有
用である。
多層フィルムは、また、上述のようにして製造された単層フィルムの２つ以上
を一緒にすることによっても形成できる。このようにして形成されたフィルムの
２つの層は接着剤を使用して又は熱と圧力を加えることによって接着させること
ができる。
本発明のシールのピーク熱間粘着力は約２Ｎ乃至約10Ｎの範囲内であり、約２
Ｎ乃至約８Ｎが好ましく、約2.5Ｎ乃至約７Ｎが最も好ましい。１つの実施態様
においては、シールは約80乃至約110℃のシール温度で約２Ｎより大きいピーク
熱間粘着力を有する。もう１つの実施態様においては、シールは約80乃至約105
℃のシール温度で約２Ｎより大きいピーク熱間粘着力を有する。さらに別の実施
態様においては、シールは約85乃至約100℃のシール温度で約2.5Ｎより大きいピ
ーク熱間粘着力を有する。
好ましい実施態様においては、本発明のフィルムは、本発明のポリマーによっ
て製造された少なくとも１つの層を少なくとも１つのアイオノマーの層にヒート
シールすることによって形成される。第２〜７表は本発明の種々のポリマーをそ
あるDowlex 2056にシールすることから得られた結果を示している。これらの表
には、上記アイオノマーとDowlex 2056のそれら自身へのシールとお互い同志の
間のシールのデータも示している。実施例
本発明の利点を含めて本発明のより良好な理解を与えるために、以下の実施例
を提供する。
第２〜７表に示した全てのフィルムは、シール層のポリマーが本発明のポリマ
ーであるか、Dowlex 2056であるか、又はアイオノマーであるかを除いて、実
質的に同一である。これらのフィルムはＡ／Ｂ／Ｃ構成で共押出ししたが、Ａは
ＨＤＰＥであり、Ｂは結合層であり、そしてＣがシール層である。使用したＨＤ
ＰＥはアライド・シグナル・インク(Allied Signal Inc.)から入手可能なPAXON
4700であり、結合層はテキサス州、ベイタウンのエクソン・ケミカル・カンパニ
ーから入手可能なESCOR ATX-310酸ターポリマーである。フィルムは１インチ・
キリオン・ミニ・キャスト・フィルム・ライン（1-inch Killion Mini Cast Fil
m Line)KLB 100型上で約３ミルの厚さを有するフィルムにキャスト成形したが、
３つの層Ａ／Ｂ／Ｃの各々の厚さが約１ミルになるようにした。
これらのフィルムに２つの試験を施した。結果を第２〜７表に示す。
1) 熱間粘着力を以下の標準と設定を使用してＤＴＣモデル52Ｄ熱間粘着度試
験機(DTC Model 52D Hot Tack Tester)上で試験した。
サンプル幅＝15 mm、シール深さ＝5 mm
シールを横方向（ＴＤ）にフィルムを横切って形成し、縦方向（ＭＤ）に引張
った。
シール圧力＝72 psi（0.5 Ｎ／mm2）
シール時間＝0.5秒
遅延時間（シール棒を開いてからシール試験までの時間）＝0.4秒
熱間粘着度値は試験中に測定した８つの最も高い負荷の平均である。表中の各
々の値は３〜５回のこれらの試験の平均である。
2) ヒートシール強度は、テラー・モデル・ＥＢ実験用ヒートシーラー(Thell
er Model EB laboratory heat sealer)上のフィルムから行った。約１秒の保圧
時間と72 psi（0.5 Ｎ／mm2）のシール圧力を使用してシールを行った。シール
はＴＤに行いＭＤに引張った。シールサンプルは幅５インチで深さ3/8インチで
あった。ユナイテッド・６・ステーション・テンシル・テスター(United 6 Stat
ion Tensile Tester)上で、２インチのジョー設定を使用し20インチ／分の歪み
速度（剥離速度）でシールを引張った。シール強度試験用にサンプルを１インチ
(2.54cm)幅の片に断裁した。サンプルの自由端をジョーに固定し、シールが破壊
されるまで上述の歪み速度でジョーを離した。本明細書中において、ピーク熱間
粘着力は達成された最高の熱間粘着力である。
3) 表中のヒートシール剥離／引裂き値は、ヒートシール試験中のシールの破
壊の目安である。剥離はシールが剥がれたこと、即ち、シールそのものがフィル
ムの層の間で境界面にそって分離したことを意味する。引裂きはフィルムがシー
ルの一方の端で破断したが、シールは密着したままであったことを意味する。剥
離−引裂きは、試験中にあるサンプルは剥離しあるサンプルは引裂かれたか又は
あるサンプルは剥がれ初めその後引裂かれたことを意味する。表中の各々の値は
２〜５個のサンプルの平均である。
各表に対応するのは代表的な図である。
第１図は第２表に対応し、第２図は第３表に対応する。
第３図は第５表のポリマー１に対応し、第４図は第６表のポリマー１に対応す
る。
第５図は第５表のポリマー２に対応し、第６図は第６表のポリマー２に対応す
る。
第７図は第５表のポリマー３に対応し、第８図は第６表のポリマー３に対応す
る。
第３〜８図において、曲線は第１表及び第２表から誘導したSurlyn/Surlyn、S
urlyn/Dowlex、及びDowlex/Dowlexのフィルムを表している。各図中において曲
線は比較の目的で示されている。
第２〜７表及び第１〜８図から、アイオノマーに対してヒートシールされたと
き、ポリマー１〜４が低いシール温度で高い熱間粘着度と良好なヒートシール強
度を示すことが分かる。これらの結果は、従来的ＬＬＤＰＥをアイオノマーにシ
ールしたときに得られる結果とはかなり異なり予期し得なかったことである。
第１図に示されているように、そして比較のために第３、５、及び７図に再現
されているように、アイオノマー(Surlyn 1652)は自分自身にシールされ（白丸
）、従来的ＬＬＤＰＥ(Dowlex 2056)も自分自身にシールされ（白四角）、いず
れも高い熱間粘着度を有するが、ＬＬＤＥＰの例においては比較的高いシール温
度が必要とされる。アイオノマーを従来的ＬＬＤＰＥにシールしたときは（破線
）、極めて低い熱間粘着度が測定された。これら２つの非相溶性ポリマーのピー
ク熱間粘着度は、各々のポリマーがそれら自身へシールされた場合のピー
ク熱間粘着度の約５分の１である。
第１図は、アイオノマーにシールされたとき（黒丸）のポリマー４の優れた熱
間粘着度を明瞭に示している。この場合、ポリマー４のアイオノマーへのシール
の熱間粘着度はアイオノマーの自分自身へのシールの熱間粘着度に本質的に等し
い。
熱間粘着度の比較の類似の組み合わせがポリマー１につ第３表に与えられてい
る。ここでも、ポリマー１のアイオノマーへのシール（黒丸）のピーク熱間粘着
度はアイオノマーの自分自身へのシールのピーク熱間粘着度に本質的に等しいが
、温度はより低い。
ポリマー２同志の熱間粘着度性能が第５図に示されている（白三角）。ポリマ
ー２の熱間粘着度は従来的ＬＬＤＰＥとほぼ同じであるが、ポリマー２のアイオ
ノマーへのシール（黒丸）の熱間粘着度は従来的ＬＬＤＰＥのアイオノマーへの
シール（破線）の熱間粘着度の約３倍である。
第７図はポリマー３のアイオノマーへのシール（黒丸）の優れた熱間粘着度を
示している。
第２図は、第１図に示した熱間粘着度曲線を作成するのに使用したのと同じポ
リマーフィルムの組み合わせに関して、シール温度の関数としてヒートシール強
度を表したものである。３つのポリマー（ポリマー４、アイオノマー、及び従来
的ＬＬＤＰＥ）の全てのプラトー（最大）シール強度は自分自身にシールされた
場合同等である。従来的ＬＬＤＰＥはその他のポリマーよりも高いシール開始温
度を示す。従来的ＬＬＤＰＥがアイオノマーにシールされる場合、高いシール温
度に到達するまでシール強度は平坦域まで達しないが、ポリマー４のアイオノマ
ーへのヒートシールはずっと低いシール温度でそれらの最大強度になる。ポリマ
ー４のアイオノマーへのシールと従来的ＬＬＤＰＥのアイオノマーへのシールの
最大シール強度が低くなったのは、第４表に示されているように、それらの剥離
破損態様対引裂き態様によるものである。
第４、６、及び８は、ポリマー１、２、又は３をアイオノマーにシールしたと
き同様なヒートシール性能が得られることを示している。これらの場合の全てに
おいて、最大シール強度が従来的ＬＬＤＰＥのアイオノマーへのシールの場合よ
りもずっと低いシール温度で得られた。
本発明のフィルムは、食品と接触する用途及び食品と接触しない用途において
、シュリンクフィルム、粘着フィルム、延伸フィルム、シーリングフィルム、配
向フィルム、スナックのパッケージ、丈夫な袋、野菜袋、焼成及び冷凍食品の包
装、医療用包装、工業用ライナー、膜、その他として有用である。繊維形成操作
には、溶融紡糸、溶液紡糸、及び溶融ブロー繊維操作が含まれる。そのような繊
維は織物又は不織布の形態で使用してフィルター、おむつ布、医療用衣服、地盤
用シート、その他を製造できる。一般的押出し製品には、医療用チューブ、ワイ
ヤー及びケーブルのコーティング、地盤用膜(geomembranes)、及びポンドライナ
ー(pond liner)が含まれる。成形品には、瓶、タンク、大型中空製品、堅い食品
容器、玩具、及び類似物の形態の単層又は多層構造体が含まれる。
本発明を特定の実施態様によって記載し説明してきたが、本発明は本明細書中
には必ずしも記載されていない態様も含むことは当業者には理解されるだろう。
例えば、本発明のフィルムに添加剤を含有させること、又は本発明のフィルムを
その他のポリマーとブレンド又は共押出しすること、あるいはさらに本発明のフ
ィルムを金属箔、紙、その他のポリマーフィルムなどのようなその他の材料と積
層することは本発明の範囲を越えるものではない。このため、本発明の範囲を決
定するためには添付の請求の範囲のみを参照しなければならない。
【手続補正書】特許法第１８４条の８
【提出日】１９９５年８月７日
【補正内容】
いて使用される。例えば多層フィルムの場合、製品がヒートシール特性に加えて
透明性、強度、破裂及び引き裂きに対する抵抗のような望ましい物理的及び機械
的特性を有し、そして高速装置によって容易に加工できなければならないため、
この種の構成が使用される。多くのプラスチック材料が良好な物理的及び機械的
特性を有することが知られているが、それらは良好なヒートシール特性を有して
いないことが多い。例えば、ポリプロピレンは良好な強度と透明性を有し引き裂
きに対する抵抗性を有するが、市販のシーリング機械において好ましい温度では
良好なシールを容易に形成しない。逆に、ある種のポリマーは良好なヒートシー
ル特性を有するが、適切な強度や透明性を有していない。
ＷＯ93/11940には、オレフィンポリマーと30重量％までの非常に低密度のエチ
レン／アルファ−オレフィンコポリマーとのブレンドを含むベースフィルム層と
ベース層の片側又は両側に設けられたシール層によってより良好なシール特性を
達成することが教示されており、ここではシール層はエチレンとアルファ−オレ
フィンコモノマーとの非常に低密度のコポリマーを含んで成る。
従って、包装の分野では、良好な機械的及び物理的特性を与える同じか又はブ
レンドされたか又は共押出しされた異なる種類のポリマーから成る１つ以上の層
を含み、さらに製造される製品に良好なヒートシール特性を与えるポリマーから
形成された１つ以上の追加の層を設けた多層フィルムのような多層製品が開発さ
れた。このようにして、例えば、強度と透明性を与えるためのポリプロピレンの
支持体層と良好なヒートシール特性を与えるためのポリエチレンの層を有するフ
ィルムが製造できる。フィルムに加えてその他の製品も複数の材料を使用して同
様に構成でき、各々の材料は最終製品の所望の特性の１つ以上に寄与するように
選択される。
アイオノマーは、フィルム、成形部品、押出し生成物、及び包装用の発泡体の
形成、並びに広範な消費財及び工業製品において広く使用されている強靭で、耐
久性のある透明熱可塑性プラスチックである。包装の分野において、特に食品包
装フィルムはアイオノマーの最も大きい単独の市場を形成している。アイオノマ
ーは優れたヒートシール特性を有し、高い熱間粘着度と低いシール温度での高い
ヒートシール強度を示す。アイオノマーは、共押出し、押出しコーティング、
積層、及びこれらの技術の組み合わせによって製造された種々の屈曲性包装複合
体中のヒートシール層として広く使用されている。使用例には、肉、チーズ、ス
ナック食品、及び医薬品の包装が含まれる。
複数のポリマーがお互いにシールされたときに良好なヒートシール性能を有す
るためには、それらのポリマーが適度に相溶性でなければならない。有効な強い
シールの形成は一般にシールされる２つのフィルムの部分的な溶融とシール界面
でのこれらの溶融したフィルムのある程度の内部混合を必要とする。この内部混
合は、シールが依然として部分的に溶融状態にあるときにシール強度が測定され
る熱間粘着度に対して重要である。しかしながら、アイオノマーはその強いイオ
ン性／極性官能基のために従来的チーグラー−ナッタ触媒で製造された線状ポリ
エチレンと特に相溶性ではない。従って、アイオノマーと有効にヒートシールさ
れるフィルムに対する要望が産業界に存在する。発明の要約
本発明は一般にアイオノマーから製造されたフィルムに対してシール可能なポ
リマーフィルムに関し、そのような組み合わせから製造された製品に関する。
１つの実施態様において、本発明は、少なくとも２つの層を含むポリマーフィ
ルムであって、前記層の第１の眉が3.0未満の分子量分布と約2.0未満のＭｚ／Ｍ
ｗを有するポリマーを含んで成り、そして前記層の第２の層がアイオノマーを含
んで成り、前記第１及び第２の層が一緒にプレスされてシールを形成するフィル
ムに関する。
もう１つの実施態様において、本発明は、シールを含む製品であって、前記シ
ールが前記製品の少なくとも２つの部分を製品の部分の少なくとも一方を軟化さ
せるのに十分な温度で一緒にプレスすることによって形成され、少なくとも１つ
の部分が約2.0未満のＭｚ／Ｍｗと3.0未満のＭＷＤを有する少なくとも１種のポ
リマーから形成され、前記部分のもう１つが少なくとも１種のアイオノマーを含
む製品に関する。図面の簡単な説明
本発明の上述の面、特徴、及び利点は添付の図面を参照しながら以下の詳細な
説明を読むとき、より明瞭かつ完全に理解されるだろう。
第１図は、第２表からのデータを説明するシール温度の関数としての熱間粘着
力のグラフである。
第２図は、第３表からのデータを説明するシール温度の関数としてのヒートシ
ール力のグラフである。
第３図は、ポリマー１に関する第５表からのデータを説明するシール温度の関
数としての熱間粘着力のグラフである。
第４図は、ポリマー１に関する第６表からのデータを説明するシール温度の関
数としてのヒートシール力のグラフである。
第５図は、ポリマー２に関する第５表からのデータを説明するシール温度の関
数としての熱間粘着力のグラフである。
第６図は、ポリマー２に関する第６表からのデータを説明するシール温度の関
数としてのヒートシール力のグラフである。
第７図は、ポリマー３に関する第５表からのデータを説明するシール温度の関
数としての熱間粘着力のグラフである。
第８図は、ポリマー３に関する第６表からのデータを説明するシール温度の関
数としてのヒートシール力のグラフである。発明の詳細な説明 序
本発明は特定のクラスのポリマー、それらのフィルムの製造、及びそれらの用
途に関する。これらのポリマーはポリマーフィルム中での使用に特に適するユニ
ークな特性を有している。これらのフィルムは、ヒートシール適性を必要とする
用途、特にアイオノマーフィルムに対してフィルムがシールされる用途において
非常に有用である。
メタロセン触媒系から誘導されたポリマーが、従来的なチーグラー−ナッタ触
媒によって製造されたポリマーと比較して、驚くべきほど良好にアイオノマー（
ionomer）として知られているポリマーの群に対してヒートシールされることが
判明した。ポリマーの製造
本発明のポリマーは、気相、スラリー相、溶液相、又は高圧相中の重合又は共
重合プロセスにおいてメタロセン触媒系を使用して製造される。
重合又は共重合プロセスは、２乃至20の炭素原子、好ましくは２乃至15の炭素
原子を有するアルファ−オレフィンモノマーの１種以上を重合することを含む。
本発明は、１種以上のモノマー、例えば、エチレン、プロピレン、ブテン-1、ペ
ンテン-1、4-メチルペンテン-1、ヘキセン-1、オクテン-1、デセン-1、及びスチ
レンのような環式オレフィンから成るアルファ−オレフィンモノマーの重合を含
む共重合反応に特に適している。その他のモノマーには極性ビニル、ジエン、ノ
ルボルネン、アセチレン、及びアルデヒドモノマーが含まれる。エチレンのコポ
リマーは、所望のポリマー生成物が製造されるように調整されたエチレンとコモ
ノマーの量で製造されるのが好ましい。コモノマーは３乃至15個の炭素原子を有
するアルファ−オレフィンであるのが好ましく、４乃至12個の炭素原子を有する
アルファ−オレフィンであるのがより好ましく、４乃至10個の炭素原子を有する
アルファ−オレフィンであるのが最も好ましい。もう１つの実施態様においては
、エチレンを少なくとも２種類のコモノマーと重合させてターポリマーなどを形
成する。コモノマーが使用される場合、モノマーは一般に70.0〜99.99モル％、
好ましくは70〜90モル％、より好ましくは80〜95又は90〜95モル％の比率で重合
され、コモノマーは0.01〜30モル％、好ましくは３〜30モル％、より好ましくは
５〜20又は５〜10モル％の比率で重合される。
本発明の目的に関して、「メタロセン(metallocene)」という用語は、本明細
書中において、元素の周期表の遷移金属と組み合わされた１つ以上のシクロペン
タジエニル部分を含むものとして定義される。メタロセン触媒成分は一般式（Ｃ
ｐ）mＭＲnＲ′pによって表され、式中、Ｃｐは置換又は未置換のシクロペンタ
ジエニル環であり、Ｍは第IV、Ｖ、又はVI族の遷移金属であり、Ｒ及びＲ′はハ
ロゲン、１〜20の炭素原子を有するヒドロカルビル基又はヒドロカルボキシル基
から独立に選択され、ｍ＝１〜３、ｎ＝０〜３、ｐ＝０〜３、そしてｍ＋ｎ＋ｐ
の合計はＭの酸化状態に等しい。メタロセンは主としてヒドロカルビル置換基に
よって置換できるが、ゲルマニウム、燐、珪素、又は窒素原子含有基、又は未置
換、架橋又は非架橋、又はそれらのあらゆる組み合わせを除外するものではない
。メタロセン型の触媒系の種々の形態を本発明の重合プロセスにおいて使用す
ることができる。エチレンの重合用のこれらのメタロセン触媒の発展の例が、ホ
エル(Hoel)の米国特許第4,871,705号、イーウェン(Ewen)らの米国特許第4,937,2
99号、及びウェルボーン・ジュニア(Welborn Jr.)の1989年７月26日に公開され
た欧州特許公開公報第0 129 368号、米国特許第5,017,714号及び第5,120,867号
に見られる。これらの刊行物は助触媒としてアルモキサンを含むメタロセン触媒
の構造を教示している。様々なアルモキサンの調製方法が存在し、その内の１つ
が米国特許第4,665,208号に記載されている。
トリアルキルアルミニウム又は、中性のメタロセン化合物をイオン化するトリ
（n-ブチル）アンモニウムテトラ（ペンタフルオロフェニル）硼素のようなイオ
ン化イオン性活性剤又は化合物のようなその他の助触媒もメタロセンと使用でき
る。そのようなイオン化化合物は活性プロトン、又はイオン化イオン性化合物の
残留イオンに配位しないか又は緩やかにのみ配位するある種のその他のカチオン
を含むことができる。そのような化合物は1988年８月３日に公開された欧州特許
公開公報第0 520 732号、第0 277 003号、及び第0 277 004号、並びに米国特許
第5,153,151号及び第5,198,401号に記載されている。
さらに、メタロセン触媒成分はモノシクロペンタジエニルヘテロ原子含有化合
物でもよい。このヘテロ原子はアルモキサン又はイオン性活性剤によって活性化
されて本発明において有用なポリマーを製造するための活性な重合触媒系を形成
する。これらの種類の触媒系は、例えば、1992年１月９日に公開されたＰＣＴ国
際公開ＷＯ92／00333、米国特許第5,096,867号及び第5,055,438号、欧州特許公
開公報第0 420 436号、及びＷＯ91／04257に記載されており、これらは全て引用
によって本明細書中に完全に組み入れられている。
さらに、本発明において有用なメタロセン触媒は非シクロペンタジエニル触媒
成分、又は遷移金属と組み合わされたボロール(boroles)又はカルボリド(carbol
lides)のような補助配位子を含むことができる。さらに、米国特許第5,064,802
号及び1993年４月29日に公開されたＰＣＴ国際公開ＷＯ93／08221及びＷＯ93／0
8199に記載されている触媒及び触媒系は本発明の範囲を越えるものではない。上
述の触媒は全て、所望により、触媒の生産性を改善する添加剤又は掃去剤成分と
組み合わせて重合において使用できる。
気相プロセス中の触媒粒子は、ポリマー性支持体又はシリカ、アルミナ、又は
その両方のような無機酸化物などの適切な粒状物質の上に担持させることができ
る。本発明の触媒の担持方法は、米国特許第4,808,561号、第4,897,455号、第4,
937,301号、第4,937,217号、第4,912,075号、第5,008,228号、第5,086,025号、
及び第5,147,949号並びに1992年６月15日に出願した米国特許出願番号第898,255
号及び1992年５月18日に出願した米国特許出願番号第885,170号に記載されてい
る。本発明のポリマーの特性
本発明のポリマーの重要な特徴はその組成分布である。当業者には良く知られ
ているように、コポリマーの組成分布はコポリマーの分子内のコモノマーの分布
の均一性に関係する。メタロセン触媒は、それによって製造されるポリマー分子
内にコモノマーを非常に均一に組み入れることが知られている。従って、単一の
メタロセン成分を有する触媒系から製造されたコポリマーは非常に狭い組成分布
を有し、ポリマー分子の大部分はほぼ同じコモノマー含有率を有し、そして各分
子内においてコモノマーはランダムに分布している。一方、チーグラー−ナッタ
触媒は一般にかなり広い組成分布を有するコポリマーを生成する。コモノマー含
有率はポリマー分子によって大きく変化する。
組成分布の目安は「組成分布幅指数(Composition Distribution Breadth Inde
x)」（ＣＤＢＩ）である。ＣＤＢＩは中央の総コモノマーモル含有率の50％以内
（即ち、片側25％以内）のコモノマー含有率を有するポリマー分子の重量パーセ
ントとして定義される。コポリマーのＣＤＢＩは、コポリマーのサンプルの個々
のフラクションを単離する公知の技術を使用して容易に決定される。そのような
技術の１つは、ワイルド(Wild)らのJ．Poly．Sci.，Poly．Phys．Ed.，第20巻、
441頁(1982)及び米国特許第5,008,204号に記載されている温度上昇溶離分別(Tem
perature Rising Elution Fraction)（ＴＲＥＦ）である。
ＣＤＢＩを決定するために、溶解度分布曲線をコポリマーについて初めに作成
する。これは上述のＴＲＥＦ技術から得られたデータを使用して行うことができ
る。この溶解度分布曲線は、温度の関数としての溶解するコポリマーの重量フラ
クションのプロットである。これは重量フラクション対組成分布の曲線に変換さ
れる。溶離温度との組成の相関を簡略化する目的で、15,000未満の重量フラクシ
ョンを無視する。これらの低重量フラクションは一般に本発明の樹脂中には極僅
かしか存在しない。本明細書の以下の部分及び添付の請求の範囲においては、Ｃ
ＤＢＩの測定において変換は15,000未満の重量フラクションを無視したものであ
る。
重量フラクション対組成分布の曲線から、中央コモノマー含有率の片側25％以
内のコモノマー含有率を有するサンプルの重量％を求めることによってＣＤＢＩ
が決定される。コポリマーのＣＤＢＩの決定についての詳細は当業者に公知であ
る。例えば、1993年２月18日に公開されたＰＣＴ公開公報ＷＯ93／03093を参照
されたい。
本発明のポリマーは一般に80〜98％の範囲内のCDBIを有し、通常は85〜98％の
範囲内のCDBIを有し、最も典型的には90〜95％の範囲内のCDBIを有する。使用さ
れるプロセスの運転条件を変化させるとともにその他の触媒を使用することによ
ってより高いか又はより低いCDBIが得られることは明らかである。
本発明のフィルムはそれらの分子量分布（ＭＷＤ）に基づいてもチーグラー−
ナッタ触媒による樹脂から製造された公知のフィルムと区別することができる。
本発明のポリマーのＭＷＤは従来的チーグラー−ナッタ触媒を使用して製造され
たポリマーのＭＷＤよりも実質的に狭い。本発明のポリマーの多分散性指数（Ｍ
ｗ／Ｍｎ）は典型的には1.5〜３の範囲内であるのに対して、公知のチーグラー
触媒で製造されたポリマーのほとんどは３以上である。この点で本発明の樹脂は
チーグラー−ナッタ触媒を使用して製造された多くの市販のポリマーとは異なる
。さらに、本発明のポリマーの分子量分布曲線のテール(tail)は公知の公知のチ
ーグラー−ナッタ触媒で製造されたＬＬＤＰＥのものよりもかなり小さい。この
相違は、Ｍｚ／Ｍｗ（三次モーメントの二次モーメントに対する比）とＭｚ＋１
／Ｍｗ（四次モーメントの二次モーメントに対する比）の比率を比較することに
よって容易に明らかになる。本発明を使用して、2.5未満、通常は2.0未満、そし
て最も典型的には1.4〜1.9の範囲内のＭｚ／Ｍｗを有するポリマーを製造するこ
とができる。これと対照的に、チーグラー−ナッタポリマーのＭｚ／Ｍｗの比は
典型的には2.5より大きい。同様に、本発明のポリマーのＭｚ＋１／Ｍｗの
値は4.0未満、通常は3.0未満、そして最も典型的には2.0〜3.0の範囲内である。
チーグラー−ナッタポリマーについては、Ｍｚ＋１／Ｍｗは一般にかなり大きく
、典型的には4.0より大である。第１表に本発明のポリマーと幾つかの市販のポ
リマーに関するＭｚ、Ｍｗ、Ｍｚ＋１のより詳細なデータを示す。
当業者は、ポリエチレンサンプルの分子量分布を決定するのに利用できる方法
が幾つかあることを認識している。第１表と本明細書及び添付の請求の範囲中に
与えられているＭｗ、Ｍｚ、及びＭｚ＋１に関して、分子量分布は、145℃で運
転されるウルトラスチロ(ultrastyro)ゲルカラムを備えたウォーターズ・ゲル・
パーミエーシヨン・クロマトグラフ(Waters Gel Permeation Chromatograph)を
使用して決定される。トリクロロベンゼンを溶離溶媒として使用する。較正標準
は、500の分子量から5,200,000の分子量の範囲内の公知の正確な分子量を有する
16種のポリスチレンである。ＮＢＳ 1475ポリスチレンも較正標準として使用し
た。
本発明の樹脂のメルトインデックスは一般に0.1〜1000 dg/minの範囲内であり
、好ましくは0.1〜100 dg/min、より好ましくは0.1〜20 dg/min、さらに好まし
くは0.1〜10 dg/min、そして最も好ましくは0.1〜５ dg/minである。アイオノマーの特性
アイオノマーは、鎖間のイオン結合を含むポリマーに対する総括的な用語であ
る。これらのイオン架橋は長鎖ポリマー分子間にランダムに起こって通常高い分
子量に関連した固体状態特性を生じる。
しかしながら、アイオノマーを通常の熱可塑性プラスチックの加工温度まで加
熱するとイオンカが減少して、従来的装置中での加工が可能になる。一般に、ア
イオノマーはエチレン／メタクリル酸コポリマー又はアクリル酸コポリマーの金
属塩に基づき、長鎖半結晶性構造を有する。
広範囲の特性を有する50種を越える市販のアイオノマーグレードが存在する。
新しい低モジュラス樹脂の出現にともない、市販の未強化のアイオノマーの曲げ
弾性モジュラスは139バール(2000psi)(以前の最も柔軟なグレードのものは約104
2バール(15,000psi)であった)から約5900バール(85,000psi)までの範囲内である
。
特性は、金属カチオンの種類と量、分子量、ベース樹脂の組成（即ち、エチレ
ンとメタクリル酸基の相対含有量）、及び強化材又は添加剤のような添加された
成分によって変化する。長鎖半結晶性ポリマー構造は、ポリオレフィンにとって
通常の特性、即ち、良好な化学的不活性さ、熱安定性、低い誘電性、及び低い水
蒸気透過性を与える。カルボキシル塩構造はポリエチレンとは異なる特性を付与
する。
アイオノマーの調製に関する詳細な情報については、米国特許第3,552,638号
、第3,597,887号、第3,610,501号、第4,351,931号、第4,766,174号、第4,690,98
1号、第4,174,358号、第4,663,383号、第4,550,141号、第4,539,263号、第4,469
,754号、第4,387,188号、及び第4,235,980号を参照されたい。本発明の実施態様
の１つにおいて、アイオノマーは、デラウエア州、ウィルミングトンのイー・ア
イ・デュポン・カンパニー(E．I．Dupont
ノマーグレード樹脂は、AD-8143、8144、8255、8066、EC-8577、8585、7930、79
40、1555、1557、1558、1559、1560、1601、1604、1605、1652、1650、1655、16
03、1606、1702、1705、1706、1707、1800、及び1855である。
もう１つの実施態様においては、アイオノマーはテキサス州、ベイタウンのエ
クソン・ケミカル・カンパニー(Exxon Chemical Company)から入手できる商標名
IOTEKTMである。幾つかの代表的IOTEKTMアイオノマーグレード樹脂は、3110、40
00、4200、7010、7020、7030、8000、8020、及び8030である。ポリマーから製造されたフィルムの特性
上述のメタロセン触媒を使用して製造されたポリマーは多くの用途において市
販の生成物よりも著しく優れている。これらのフィルムはフィルムの用途におい
て特に有用である。第１表は本発明のフィルム（ポリマー１〜５）の特性を示し
ている。
本発明のポリマーによる特別の寄与は抽出可能成分の非常に低い濃度である。
ポリマーのほとんどのグレードの抽出可能物濃度は5.5％乃至0.1％未満の範囲内
であり、好ましくは2.6％未満であり、より好ましくは1.0％未満であり、さらに
好ましくは0.8％未満であり、最も好ましくは0.5％未満である。
所望のポリマーの抽出可能物濃度は一般に分子量が減少し密度が低下するにつ
れて増加する。与えられた分子量と密度（又は側鎖枝分かれ）において、本発明
の樹脂は、対応するチーグラー−ナッタグレードよりもかなり低い抽出可能物濃
度を有する。本明細書及び添付の請求の範囲に関して、抽出可能物濃度は、ポリ
マーから製造されたフィルムを50℃のn-ヘキサンに２時間さらすことによって測
定される。この方法は、21 CFR 177.1520(d)(3)(ii)FDA要件に詳細に記載されて
いる。抽出可能物試験がかなりの変動にさらされることは当業者には理解される
だろう。この変動はフィルムの厚さ（最大101ミクロン（４ミル））又は表面積
の体積に対する比率を変えるその他の変動要素によるものである。フィルムの加
工方法（例えば、インフレート、キャスト）及び加工条件も抽出可能物量を変化
させる。本発明の樹脂から製造されたフィルムの低い抽出可能物量は本発明のフ
ィルムを食品用途に適するものにする。
良好なヒートシール性ポリマーには幾つの重要な特徴がある。重要な特徴の１
つはヒートシール開始温度（heat seal initiation temperature）である。これ
は、ポリマーが圧力下でそれ自身又はその他のポリマーに有用に結合される前に
加熱されなければならない温度である。従って、シール開始温度より高いヒート
シール温度はかなりのそして測定可能なシール強度を有するヒートシールをもた
らす。比較的低いヒートシール開始温度は工業的ヒートシール装置において望ま
しい。より低い温度は装置上での包装のより高い生産速度をもたらす。なぜなら
ば、シールを形成するためにポリマーをそれ程高い温度まで加熱する必要がない
からである。ヒートシールにおいて生産速度を制御する重要な要素は、熱を境界
面まで移動させポリマーフィルムを溶融させるのに必要な時間である。より低い
シール開始温度は熱を移動させポリマーを溶融させる時間を短くする。また、適
切な強度を得るためシールの冷却も速くなる。
シール開始温度（ＳＩＴ）はヒートシールの測定可能な強度を発生させるのに
必要な最低温度として定義される。工業的ヒートシール操作において生産性（パ
ッケージ数／単位時間）を制御する制限要素は熱を境界面まで移動させてシーリ
ングに望ましい温度を達成するのに必要な時間である。ＳＩＴは低ければ低いほ
ど、表面をシールするために熱を境界面まで移動させるのに必要な時間
が短くなる。定量的には、ＳＩＴが10℃低くなっただけでも生産性は30％改善す
るだろう。詳細な説明は、1993年２月18日に公開されたＰＣＴ国際公開ＷＯ93/0
3093を参照されたい。この引用例は、幾つかのポリマーのフィルムに加工された
ときのヒートシール特性について議論している。しかしながら、この引用例はこ
れらのフィルムをアイオノマーにシールすることは開示していない。
もう１つの特徴は、シールを形成するのに許容可能な温度の範囲であるシーリ
ングウインドウ(sealing window)である。シーリングウインドウはシール強度が
本質的に一定である運転温度の許容可能範囲を決定する。この範囲内の低い方の
温度はシール開始温度であり、上の方の温度はシール強度が許容可能水準より下
がるか又はポリマーが劣化し始める温度である。
もう１つのシーリング特性は、ヒートシールが固化する前の冷却段階中の凝集
強さの目安である。シールを形成した直後で冷却する前にサンプルを引き離し、
シール強さを測定する。この強さは本技術分野においては熱間粘着度として知ら
れており、単位シール幅当たりの力として測定される。熱間粘着度は高ければ高
いほど好ましい。本発明のエチレンコポリマーを形成するのに使用されるコモノ
マーが熱間粘着度に影響を与えることも発見された。コモノマーの線状炭素原子
の数が例えばブテン-1からヘキセン-1、オクテン-1へと増加するにつれて熱間粘
着度は大幅に増加する。この劇的な効果はコモノマーのブテン-1とヘキセン-1の
間で特に見られる。
これら３つの重要なシーリング特性、シール開始温度（ＳＩＴ）、シール強度
（ＳＳ）、シーリングウインドウと熱間粘着度の間の相互作用はフィルム又は類
似物のユーザーにとって極めて重要である。特に、バッグ又は類似物が非常に高
速で加工され製造される包装の分野においては、これらの特性が非常に重要にな
る。低いＳＩＴによって包装業者はシールを形成するためにより少ない熱及び／
又は圧力を使用することができ、高いシール強度はより強く速やかなシールの形
成をもたらし、高い熱間粘着度は高いパッケージング速度においてシールの破壊
、開裂、及び包装された製品の損失を防ぐ。これら全てを組み合わせることによ
って、包装業者は与えられた装置で生産速度を増加させることができる。包装業
者は増加した生産速度で利益を得るだけでなく、大幅に低い温度でプロセスを運
転
することによってコストの節約による利益も受ける。
ヒートシール温度は、ポリマーを部分的に溶融／軟化させてポリマーがシール
される材料に粘着するのに十分なほど高くなければならない。ヒートシール温度
はコポリマーの融点以上でもよいが、このように高い温度ではシーリング接触時
間は短縮されなければならない。本発明のフィルム
本発明のフィルムは本発明のポリマーとアイオノマーから本技術分野で公知の
方法を使用して形成できる。例えば、形成操作には、フィルム、シート、及びそ
の他の繊維の押出し及び共押出し、並びにインフレート成形、射出成形、及び回
転成形が含まれる。フィルムには単層のインフレートフィルム又はキャストフィ
ルム或いは共押出し又は積層又は押出しコーティングによって形成される多層構
造体が含まれる。
例えば、本発明のポリマーは溶融状態でフラットダイを通して押出しその後冷
却してシート又はキャストフィルムを形成することができる。或いは、本発明の
ポリマーは溶融状態で管状のダイを通して押出しその後空気を吹き込み冷却して
チューブ状のフィルムを形成することができる。チューブ状のフィルムは軸方向
にスリットされ開いて平らなフィルムに形成される。本発明のフィルムは未配向
でよく、或いは一軸又は二軸方向に配向していてもよい。
本発明のフィルムは単層でも多層フィルムでもよい。多層フィルムは、本発明
のポリマーから形成された１つ以上の層から成り、フィルムの少なくとも１つの
層又はフィルムの１つがアイオノマーである。フィルムは、その他のポリマーで
あるＬＬＤＰＥ、ＬＤＰＥ、ＨＤＰＥ、ＰＰ、ＰＢ、ＥＶＡ、ポリエステル、Ｅ
ＶＯＨ、及び例えば金属箔、紙、及び類似物のようなその他の材料から形成され
た１つ以上の追加の層も有することができる。
多層フィルムは本技術分野で公知の方法によって形成できる。全ての層がポリ
マーである場合、ポリマーは共押出し供給ブロック及びダイ組立て体を通して共
押出しして接着しているが組成は異なる２つ以上の層を有するフィルムを製造す
ることができる。多層フィルムは、また、支持体物質をポリマーをダイから排出
させながら溶融したポリマーでコーティングする押出しコーティングによっても
形成できる。押出しコーティングは、支持体が天然又は合成の繊維又は糸から織
られた又は編まれたもの（例えば、布）であるとき、又は支持体がガラス、セラ
ミック、紙、又は金属のような非ポリマー物質から製造されたものであるとき有
用である。
多層フィルムは、また、上述のようにして製造された単層フィルムの２つ以上
を一緒にすることによっても形成できる。このようにして形成されたフィルムの
２つの層は接着剤を使用して又は熱と圧力を加えることによって接着させること
ができる。
本発明のシールのピーク熱間粘着力は約２Ｎ乃至約10Ｎの範囲内であり、約２
Ｎ乃至約８Ｎが好ましく、約2.5Ｎ乃至約７Ｎが最も好ましい。１つの実施態様
においては、シールは約80乃至約110℃のシール温度で約２Ｎより大きいピーク
熱間粘着力を有する。もう１つの実施態様においては、シールは約80乃至約105
℃のシール温度で約２Ｎより大きいピーク熱間粘着力を有する。さらに別の実施
態様においては、シールは約85乃至約100℃のシール温度で約2.5Ｎより大きいピ
ーク熱間粘着力を有する。
好ましい実施態様においては、本発明のフィルムは、本発明のポリマーによっ
て製造された少なくとも１つの層を少なくとも１つのアイオノマーの層にヒート
シールすることによって形成される。第２〜７表は本発明の種々のポリマーをそ
あるDowlex 2056にシールすることから得られた結果を示している。これらの表
には、上記アイオノマーとDowlex 2056のそれら自身へのシールとお互い同志の
間のシールのデータも示している。実施例
本発明の利点を含めて本発明のより良好な理解を与えるために、以下の実施例
を提供する。
第２〜７表に示した全てのフィルムは、シール層のポリマーが本発明のポリマ
ーであるか、Dowlex 2056であるか、又はアイオノマーであるかを除いて、実質
的に同一である。これらのフィルムはＡ／Ｂ／Ｃ構成で共押出ししたが、ＡはＨ
ＤＰＥであり、Ｂは結合層であり、そしてＣがシール層である。使用した
ＨＤＰＥはアライド・シグナル・インク(Allied Signal Inc.)から入手可能なPA
XON 4700であり、結合層はテキサス州、ベイタウンのエクソン・ケミカル・カン
パニーから入手可能なESCOR ATX-310酸ターポリマーである。フィルムは１イン
チ・キリオン・ミニ・キャスト・フィルム・ライン(1-inch Killion Mini Cast
Film Line)KLB 100型上で約76ミクロン（３ミル）の厚さを有するフィルムにキ
ャスト成形したが、３つの層Ａ／Ｂ／Ｃの各々の厚さが約１ミルになるようにし
た。
これらのフィルムに２つの試験を施した。結果を第２〜７表に示す。
1) 熱間粘着力を以下の標準と設定を使用してＤＴＣモデル52Ｄ熱間粘着度試
験機(DTC Model 52D Hot Tack Tester)上で試験した。
サンプル幅＝15 mm、シール深さ＝5 mm
シールを横方向（ＴＤ）にフィルムを横切って形成し、縦方向（ＭＤ）に引張
った。
シール圧力＝５バール（72 psi）
シール時間＝0.5秒
遅延時間（シール棒を開いてからシール試験までの時間）＝0.4秒
熱間粘着度値は試験中に測定した８つの最も高い負荷の平均である。表中の各
々の値は３〜５回のこれらの試験の平均である。
2) ヒートシール強度は、テラー・モデル・ＥＢ実験用ヒートシーラー(Thell
er Model EB laboratory heat sealer)上のフィルムから行った。約１秒の保圧
時間と５バール（72 psi）のシール圧力を使用してシールを行った。シールはＴ
Ｄに行いＭＤに引張った。シールサンプルは幅12.7cm（５インチ）で深さ0.95cm
（3/8インチ）であった。ユナイテッド・６・ステーション・テンシル・テスタ
ー(United 6 Station Tensile Tester)上で、5.08cm（２インチ）のジョー設定
を使用し50.8cm/分（20インチ/分）の歪み速度（剥離速度）でシールを引張った
。シール強度試験用にサンプルを2.54cm（１インチ）幅の片に断裁した。サンプ
ルの自由端をジョーに固定し、シールが破壊されるまで上述の歪み速度でジョー
を離した。本明細書中において、ピーク熱間粘着力は達成された最高の熱間粘着
力である。
請求の範囲
１．少なくとも２つの層を含むポリマーフィルムであって、
i) 前記層の第１の層がエチレンと少なくとも１種のアルファ−オレフィンの
コポリマーを含んで成り、前記コポリマーはメタロセン触媒を使用して製造され
、前記コポリマーは3.0未満の分子量分布（ＭＷＤ）を有し、Ｍｚ／Ｍｗは2.0未
満であること、及び
ii) 前記層の第２の層がアイオノマーを含んで成ること、
を特徴とし、前記第１及び第２の層が一緒にプレスされてシールを形成するフィ
ルム。
２．シールが80乃至110℃のシール温度で２Ｎより大きいピーク熱間粘着力を有
する、請求項１のフィルム。
３．ポリマーがＣ2〜Ｃ20の炭素原子を有する少なくとも１種のアルファ−オレ
フィン及びそれらの組み合わせ、好ましくはエチレン及び少なくとも１種のＣ4
〜Ｃ20アルファ−オレフィンモノマーを含む、請求項１又は２のフィルム。
４．フィルムが約90℃より低いシール開始温度を有する、請求項１乃至３のいず
れか１請求項のフィルム。
５．層がお互いに積層されている、請求項１乃至４のいずれか１請求項のフィル
ム。
６．ポリマー及び／又はアイオノマーがその他のポリオレフィンとブレンドされ
ている、請求項１乃至５のいずれか１請求項のフィルム。
７．ポリマーが60％より大きい組成分布幅指数（ＣＤＢＩ）、好ましくは90％よ
り大きいＣＤＢＩ、より好ましくは70％より大きいＣＤＢＩを有する、請求項１
乃至６のいずれか１請求項のフィルム。
８．シールを含む製品であって、前記シールが前記製品の少なくとも２つの部分
を製品の部分の少なくとも一方を軟化させるのに十分な温度で一緒にプレスする
ことによって形成され、製品の前記少なくとも１方の部分が請求項１乃至７のい
ずれか１請求項のフィルムから成ることを特徴とする、製品。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 ハリス、ジュニア・チャールズ・レイ
アメリカ合衆国、テキサス州 77580、モ
ン・ベルビュー、ピー・オー・ボックス
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