JPWO2014069236A1 - ポリエステルフィルム、該フィルムを用いた積層体、および該積層体とシーラント層を含む構成体 - Google Patents

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Abstract

【課題】電池外装用、医薬包装用として、金属箔との成形性追従性、成形後の耐反り性に優れ、かつ外装フィルムと金属箔間のデラミを抑制できる積層体を提供すること。【解決手段】最表面A側の最大表面高さ(SRmaxA)が1500nm以上7000nm以下、最表面B側の最大表面高さ(SRmaxB)が5nm以上7000nm未満、かつSRmaxAとSRmaxBが下記式(1)を満たすポリエステルフィルムであって、25℃における長手方向および、幅方向の破断点強度が供に200MPa以上330MPa以下であるポリエステルフィルム。SRmaxA>SRmaxB・・・(1)【選択図】なし

Description

本発明は電池外装用ポリエステルフィルム、医薬包装用ポリエステルフィルム、該フィルムを用いた積層体、および該積層体とシーラント層とを含む構成体に関し、特に電池外装用、医薬包装用に好適に使用できるポリエステルフィルム、積層体および構成体に関する。
リチウム電池とは、リチウム2次電池ともいわれ、液状、ゲル状高分子、固体高分子、ポリマー電解質などを持ち、リチウムイオンの移動で電流を発生する電池であって、正極・負極活性物質が高分子からなるものを含むものである。リチウム2次電池の構成としては、正極集電材(アルミ、ニッケル)/正極活性物質層(金属酸化物、カーボンブラック、金属硫化物、電解液、ポリアクリロニトリル等の高分子正極材料)/電解質層(プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、炭酸ジメチル、エチレンメチルカーボネート等のカーボネート系電解液、リチウム塩からなる無機固体電解質、ゲル電解質)/負極活性物質層(リチウム金属、合金、カーボン、電解液、ポリアクリロニトリル等の高分子負極材料)/負極集電材(銅、ニッケル、ステンレス)及びそれらを包装する外装体からなる。近年ではリチウム電池は、その高い体積効率、重量効率から多岐に渡って使用されており、パソコン、携帯端末装置(携帯電話、PDA等)、ビデオカメラ、電気自動車、エネルギー貯蔵用蓄電池、ロボット、衛星等に小型大容量電源として用いられている。
リチウム電池の外装体としては、金属をプレス加工し円筒状または直方体状に容器化した金属製缶、あるいは、最外層/アルミニウム/シーラント層から構成される多層フィルムを袋状にしたものが用いられている。しかしながら、金属製缶においては容器外壁が剛直であるため、電池自体の形状が決められてしまい、ハードウエア側を電池に合わせ設計するため、該電池を用いるハードウエアの寸法が電池により決定されてしまうなどデザインに制約ができてしまうという問題があるため、多層フィルムからなる袋状の外装体が好まれるようになってきている。リチウム電池の外装体として要求される物性・機能としては防湿性、耐内容物性(内容物として使用する電解液などの化合物に対する耐性、つまり内容物に対する安定性)、成形性等であるが、これらを満足するフィルム素材として現在使用されているものとしては、例えばポリアミドフィルムなどが用いられている(例えば特許文献1参照)。しかしながらポリアミドフィルムは防湿性、内容物に対する安定性が十分ではなく、加工時に内容物が付着した際にポリアミドフィルムが劣化してしまう場合があり改善が求められていた。また、ポリエステルフィルムを用いた検討も行われている(例えば特許文献2参照)。しかしながら、提案されているポリエステルフィルムは、成形性が必ずしも十分ではなく、深絞成形への対応は難しかった。また、深絞成形性を向上させたポリエステルフィルムも提案されている(例えば特許文献3参照)。
また、医薬包装についても、内容物の劣化を防ぐために、アルミニウムを始めとする金属箔を有する包装形態のニーズが高まっており、内容物の形状に合わせて金属箔の成形性向上が求められている。
特開2006−236938号公報 特開2004−362953号公報 特開2011−204674号公報
上記ポリエステルフィルムは、深絞成形性は改良されているものの、金属箔と張り合わせた積層体を成形した後に成形体がポリエステルフィルム側へ反るという課題、ポリエステルフィルムと金属箔の間にデラミが発生するという課題を同時に解決するに至っていない。本発明のポリエステルフィルムは両表面の最大表面高さを特定範囲とすることによって成形後の成形体のシワ抑制および耐反り性に優れるだけでなく金属箔とポリエステル面とのデラミを抑制することができる。
上記課題を解決するため、本発明では以下の構成とする。
(1)最表面A側の最大表面高さ(SRmaxA)が1500nm以上7000nm以下、最表面B側の最大表面高さ(SRmaxB)が5nm以上7000nm未満、かつSRmaxAとSRmaxBが下記式を満たすポリエステルフィルムであって、25℃における長手方向および、幅方向の破断点強度が供に200MPa以上330MPa以下であるポリエステルフィルム。
SRmaxA>SRmaxB・・・(1)
(2)フィルムの内部ヘイズが10%以上70%以下、表面ヘイズが2%以上20%以下であることを特徴とする(1)に記載のポリエステルフィルム。
(3)60%伸張時の歪方向と直行する方向のフィルム幅収縮率が25%以上40%以下である(1)又は(2)に記載のポリエステルフィルム。
(4)厚みが15μm以上40μm以下である(1)〜(3)のいずれかに記載のポリエステルフィルム。
(5)グリコール単位の95モル%以上がエチレングリコール由来の構造単位であり、かつ、ジカルボン酸単位の95モル%以上がテレフタル酸由来の構造単位である(1)〜(4)のいずれかに記載のポリエステルフィルム。
(6)グリコール単位の95モル%以上が1,4−ブタンジール由来の構造単位であり、かつ、ジカルボン酸単位の95モル%以上がテレフタル酸由来の構造単位である(1)〜(5)のいずれかに記載のポリエステルフィルム。
(7)ポリエステルA層とポリエステルB層を有する積層フィルムであって、ポリエステルB層の含有粒子濃度が、ポリエステルA層よりも低い(1)〜(6)のいずれかに記載のポリエステルフィルム。
(8)電池外装用に用いられる(1)〜(7)のいずれかに記載のポリエステルフィルム。
(9)医薬包装用に用いられる(1)〜(7)のいずれかに記載のポリエステルフィルム。
(10)厚みが10μm以上100μm以下の金属箔(A)の少なくとも片側に、最外層として(1)〜(7)のいずれかに記載のポリエステルフィルムが設けられてなる積層体であって、少なくとも一方向の25℃における破断伸度が20%以上である積層体。
(11)(10)に記載の積層体にさらにシーラント層が設けられたポリエステルフィルム/金属箔/シーラント層の順となるように配置された構成体であって、2%伸張時開口部長さが40mm以上、100mm以下である構成体。
本発明のポリエステルフィルムは両表面の最大表面高さを特定範囲とすることによって成形後の成形体のシワ抑制および耐反り性に優れるだけでなく金属箔とポリエステル面とのデラミを抑制し、かつ25℃における破断点強度が高いため、金属箔を積層した積層体の成形追従性が良好であり、高容量化対応の電池外装用構成体、様々な形状に対応可能な医薬包装用構成体に好適に使用することができる。
成形追従性の評価において成形できた構成体を真上からみた図である。(a)、(a)’および(b)〜(m)はそれぞれ成形できた構成体における位置を示す。(a)、(a)’:構成体の縁から10mmと50mm離れた図1に示す箇所に位置する。(b)、(c)、(d)、(e):成形できた構成体の凸部内に位置し、それぞれ凸部の端部より内側5mmに位置する。(f)、(g)、(h)、(i)(j)、(k)、(l)、(m):それぞれ(b)、(c)、(d)、(e)から左右上下15mm離れた箇所に位置する。 矩形状雄型、矩形状雌型から成る口金を側面からみた概略図である。 2%伸張時開口部長さの測定に用いるサンプルの概略図である。
本発明のポリエステルフィルムは耐反り性と成形後のシワを抑制させるために最表面A側の最大表面高さ(SRmaxA)を1500nm以上7000nm以下とする必要がある。最表面A側の最大表面高さが1500nm未満であると金属箔を積層した後の冷間プレスなどの成形時に金型とフィルムの摩擦抵抗が大きくなり、フィルムの局部変形を招くことによって反りが大きくなる。また、7000nmを超えると金型との摩擦抵抗が小さくなりすぎ、成形後の成形体にシワが入る。最表面A側の最大表面高さ(SRmax)を上記範囲とすることで成形体にシワが入ることなく反りを抑制させることができる。好ましくは1800nm以上7000nm以下、さらに好ましくは2000nm以上7000nm以下、最も好ましくは5000nm以上7000nm以下である。
上記ポリエステルフィルム最表面A側の最大表面高さを上記範囲とする方法は特に限定されないが、例えば、平均粒径0.005μm以上10μm以下の無機粒子、および/または有機粒子を0.05質量%以上含有する層を有することが好ましく、最大表面高さ7000nm以下とさせるために3質量%以下含有する層を有することが好ましい。より好ましくは0.1質量%以上2質量%以下、さらに好ましくは0.2質量%以上1.5質量%以下、最も好ましくは0.4質量%以上1.0質量%以下である。上記したような、比較的大粒径の粒子を特定濃度含有する層を有することで最表面A側の最大表面高さ(SRmaxA)を1500nm以上7000nm以下に制御することが可能となる。ただし、粒子を添加し過ぎると積層体の破断伸度を低下させることや、フィルムの破断強度を低下させることがある。フィルムの破断強度を考慮するとフィルム中の粒子濃度は0.2質量%以下とすることが好ましい。最表面A側の最大表面高さを本発明の範囲としてフィルム中の粒子濃度を最小限にするには、粒子未添加層の表層に粒子添加層を積層した粒子添加層/未添加層/粒子添加層などの積層構成とすればよい。また、成形時のシワを極力抑制し、粒子添加濃度を最小限にするには粒子低濃度層/粒子高濃度層/粒子低濃度層などの積層構成とすればよい。ここで粒子低濃度とは製膜時のフィルム巻取りの際、シワ等の問題なく巻き取れる範囲の濃度である。このため、本発明を阻害しない範囲にて粒子を添加させることが重要である。
なお、本発明において粒子として、平均一次粒径として0.005μm以上のものを用いる。ここでいう粒径とは数平均粒径のことを示し、フィルムの断面内において観察される粒子径を意味する。形状が真円でない場合には同面積の真円に変換した値を粒子径とする。ここで、数平均粒径Dnは次の(1)〜(4)の手順により求めることができる。
(1)まず、ミクロトームを用いて、フィルム断面を厚み方向に潰すことなく切断し、走査型電子顕微鏡を用いて、任意の三箇所を10000倍に拡大し観察画像を得る。このとき、切断はフィルムTD方向(横方向)と平行方向になるよう行う。
(2)次いで、該画像中の断面内に観察される各粒子について、その断面積Sを求め、次式にて粒径dを求める。
d=2×(S/π)1/2
(3)得られた粒径dと、樹脂粒子の個数nを用いて、次式によりDnを求める。
Dn=Σd/n
但し、Σdは観察面内における粒子の粒径の総和、nは観察面内の粒子の総数。
(4)上記(1)〜(3)を、5箇所場所を変えて実施し、その平均値を粒子の数平均粒径とする。なお、観察点1箇所に付き、2500μm以上の領域にて上記評価を実施する。
無機粒子としては、例えば、湿式および乾式シリカ、コロイダルシリカ、金、銀、銅、白金、パラジウム、レニウム、バナジウム、オスミウム、コバルト、鉄、亜鉛、ルテニウム、プラセオジウム、クロム、ニッケル、アルミニウム、スズ、亜鉛、チタン、タンタル、ジルコニウム、アンチモン、インジウム、イットリウム、ランタニウム等の金属、酸化亜鉛、酸化チタン、酸化セシウム、酸化アンチモン、酸化スズ、インジウム・スズ酸化物、酸化イットリウム
、酸化ランタニウム、酸化ジルコニウム、酸化アルミニウム、酸化ケイ素等の金属酸化物、フッ化リチウム、フッ化マグネシウム、フッ化アルミニウム、氷晶石等の金属フッ化物、リン酸カルシウム等の金属リン酸塩、炭酸カルシウム等の炭酸塩、硫酸バリウム等の硫酸塩、ステアリン酸バリウム、ステアリン酸リチウム、ステアリン酸ステアリン酸カルシウム、ステアリン酸マグネシウム、ステアリン酸亜鉛などの金属石鹸、その他、酢酸ナトリウム、酢酸マグネシウム、モンタン酸ナトリウム、タルク、カオリン、マイカ、カーボン、フラーレン、カーボンファイバーおよびカーボンナノチューブなどの炭素系材料などを使用することができる。また、有機粒子としては、スチレン、シリコーン、アクリル酸類、メタクリル酸類、ポリエステル類、ジビニル化合物などを構成成分とする粒子を使用することができる。なかでも、湿式および乾式シリカ、アルミナ、二酸化チタン、ステアリン酸バリウムなどの無機粒子およびスチレン、シリコーン、アクリル酸、メタクリル酸、ポリエステル、ジビニルベンゼンなどを構成成分とする粒子を使用することが好ましい。さらに、これらの無機粒子および有機粒子は二種以上を併用してもよい。また、最大表面高さを制御するためにフィルム表面にエンボス加工、サンドブラスト加工といった凹凸加工を施すことも好ましい。
本発明のポリエステルフィルムは金属箔との耐デラミネーション性の観点から最表面B側の最大表面高さ(SRmaxB)を5nm以上7000nm未満とする必要がある。下限を5nmとしているがフィルムに粒子未添加である場合や、表面処理がない場合などにおいて通常フィルムの最大表面高さは5nm程度になる。一方、最表面B側の最大表面高さが7000nmを超えると金属箔との接着面積が減少し、耐デラミネーション性が不良となる。最表面B側の最大表面高さ(SRmax)を上記範囲とすることでデラミネーションを抑制することができる。フィルム製造時の巻き取り性と耐デラミネーション両立の観点から好ましくは300nm以上7000nm未満、さらに好ましくは500nm以上7000nm未満、最も好ましくは1000nm以上7000nm未満である。
上記最表面B側の最大表面高さを5nm程度にするには粒子など表面形状に影響を与える物質を含有させず、表面処理を施さなければよい。また、最大表面高さを300nm以上7000nm未満とするには例えば、平均粒径0.005μm以上10μm以下の無機粒子、および/または有機粒子を0.01質量%以上3質量%以下含有する層を有することが好ましい。
本発明では、耐反り性、成形後のシワ抑制および金属箔との耐デラミネーション性を両立させる上で有利である観点からポリエステルフィルム最表面A側の最大表面高さ(SRmaxA)と最表面B側の最大表面高さ(SRmaxB)は以下の式(1)を満たす。
SRmaxA>SRmaxB・・・(1)
本発明ではポリエステルフィルムの25℃における長手方向および幅方向の破断強度は共に200MPa以上330MPa以下である。なお、ここでフィルムの長手方向と、幅方向は、フィルムの任意の一方向(0°)、該方向から15°、30°、45°、60°、75°、90°、105°、120°、135°、150°、165°の方向の屈折率を測定し、最も屈折率の高かった方向を幅方向とし、幅方向と直交する方向を長手方向とした。ここで、屈折率はJIS−K7105(1999)に従って、アタゴ(株)製アッベ式屈折率計を用いて20℃における値を得た。破断強度を上記範囲とすることでフィルムの強度が大きくなり金属箔と張り合わせた積層体の破断伸度を向上させることができる。フィルムの強度が上昇して積層体の破断伸度が大きくなるのは、伸張時に金属箔に応力集中し難くなるためである。すなわち伸張時応力が金属箔だけでなくフィルムに分散するためである。破断強度を上記範囲とするためにはポリエステルフィルム製膜時に高延伸倍率とする方法が好ましく用いられ、具体的には面倍率で10倍以上延伸すれば良い。この延伸方法は同時二軸延伸、逐次二軸延伸など公知の延伸方法でよい。
本発明ではポリエステルフィルムの長手方向と幅方向の150℃熱収縮率が合計で3.0%以下であることが好ましい。さらに、長手方向と幅方向の200℃熱収縮率が合計で10%以下であることが好ましい。この範囲とすることでヒートシールした際のポリエステル/金属箔間のデラミを抑制することができる。150℃および200℃熱収縮率を上記範囲とするためには二軸延伸した後の熱処理温度を220℃以上とする方法が好ましく挙げられる。
本発明のポリエステルフィルムは内部ヘイズが10%以上70%以下、表面ヘイズが2%以上20%以下であることが好ましい。内部ヘイズ、表面ヘイズと、成形追従性、成形後の耐反り性との関係性については明確にはなっていないが、本発明者らは、鋭意検討を行った結果、内部ヘイズと表面ヘイズを上記した範囲とすることで、成形追従性と成形後の耐反り性を両立できることを見出した。内部ヘイズは20%以上65%以下であればさらに好ましく、30%以上60%以下であれば最も好ましい。また、表面ヘイズは、3%以上15%以下であればさらに好ましく、4%以上10%以下であれば最も好ましい。
本発明のポリエステルフィルムの内部ヘイズを10%以上70%以下、表面ヘイズを2%以上20%以下とする方法は特に限定されないが、例えば、ポリエステルフィルム全体を100質量%として、数平均粒径1μm以上10μm以下の無機粒子および/または、有機粒子を0.1質量%以上3質量%以下含有することが好ましい。上記したような、比較的大粒径の粒子を、特定濃度含有する層を有することで、内部ヘイズを10%以上70%以下、表面ヘイズを2%以上20%以下に制御することが可能となる。
本発明のポリエステルフィルムは、内部ヘイズ10%以上70%以下、表面ヘイズ2%以上20%以下、25℃における長手方向および、幅方向の破断点強度が200MPa以上を同時に満たすために、ポリエステルA層とポリエステルB層を有する積層フィルムであって、ポリエステルB層の含有粒子濃度が、ポリエステルA層よりも低いことが好ましい。ポリエステルB層は、ポリエステルA層よりも含有粒子濃度が低ければ特に限定されないが、無機粒子および/または有機粒子の含有量は、ポリエステルB層全体を100質量%として、0質量%以上2.5質量%以下であることが好ましく、0質量%以上2質量%以下であればさらに好ましく、0.01質量%以上1質量%以下であれば最も好ましい。
本発明のポリエステルフィルムは金属箔と貼り合せた積層体としたときの成形後の反り抑制の観点から60%伸張時の伸張方向と直行する方向のフィルム幅収縮率が25%以上40%以下であることが好ましい。ここで、フィルム幅収縮率測定方法は後述の評価方法(17)60%伸張時フィルム幅収縮率に記載の方法である。ポリエステルフィルムはある一方向に伸張させると、その直行方向に縮む特性を有しており、弾性変形の範囲内では一般的にポアソン比として該特性を数値化して現すことがある。本発明者らは、鋭意検討を行った結果、金属箔と積層した積層体を成形した後に起こる反りの原因の一つは、変形方向の歪とその直行方向の歪であることを突き止め、60%伸張時の歪方向と直行方向の幅収縮率を特定範囲とすることで反りを低減させることを見出した。フィルム幅収縮率は0%が理想であるが、ポリエステルフィルムの特性上25%以下とすることは技術的に困難である。また、フィルム幅収縮率が40%以上であると反りが大きくなることがある。好ましくは37%以下、更に好ましくは35%以下、最も好ましくは30%以下である。フィルム幅収縮率を25%以上40%以下とするには、本発明者らが鋭意検討を行った結果、ポリエステルフィルム中に0.1μm以上15μm以下の粒子をポリエステルフィルムに対して0.15質量%以上20質量%以下の範囲で含むことで調整可能であり、粒子サイズが大きいほどその効果も大きい。また、ここでいう粒子とは無機粒子や有機粒子などが挙げられる。
本発明のポリエステルフィルムを構成するポリエステルはグリコール単位の90モル%以上がエチレングリコール由来の構造単位であり、かつ、ジカルボン酸単位の90モル%以上がテレフタル酸由来の構造単位であることが好ましく、グリコール単位の95モル%以上がエチレングリコール由来の構造単位であり、かつ、ジカルボン酸単位の95モル%以上がテレフタル酸由来の構造単位であることがさらに好ましい。上記のような組成とすることで、ホモのポリエチレンテレフタレートに近い組成となるため、分子鎖が均一配向するため、破断点強度を高めることが可能となる。
本発明のポリエステルフィルムを構成するポリエステルとは、主鎖における主要な結合をエステル結合とする高分子化合物の総称である。そして、ポリエステル樹脂は、通常ジカルボン酸あるいはその誘導体とグリコールあるいはその誘導体を重縮合反応させることによって得ることができる。なお、ここで、ジカルボン酸単位(構造単位)あるいはジオール単位(構造単位)とは、重縮合によって除去される部分を除かれた2価の有機基を意味し、以下の一般式で表される。
ジカルボン酸単位(構造単位): −CO−R−CO−
ジオール単位(構造単位): −O−R’―O−
(ここで、R、R’は二価の有機基。RとR’は同じであっても異なっていてもよい。)
本発明に用いるポリエステルを与える、グリコールあるいはその誘導体としては、エチレングリコール以外に、1,2−プロパンジオール、1,3−プロパンジオール、1,3−ブタンジオール、1,5−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、ネオペンチルグリコールなどの脂肪族ジヒドロキシ化合物、ジエチレングリコール、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリテトラメチレングリコールなどのポリオキシアルキレングリコール、1,4−シクロヘキサンジメタノール、スピログリコールなどの脂環族ジヒドロキシ化合物、ビスフェノールA、ビスフェノールSなどの芳香族ジヒドロキシ化合物、並びに、それらの誘導体が挙げられる。
また、本発明に用いるポリエステルを与えるジカルボン酸あるいはその誘導体としては、テレフタル酸以外には、イソフタル酸、フタル酸、2,6−ナフタレンジカルボン酸、ジフェニルジカルボン酸、ジフェニルスルホンジカルボン酸、ジフェノキシエタンジカルボン酸、5−ナトリウムスルホンジカルボン酸などの芳香族ジカルボン酸、シュウ酸、コハク酸、アジピン酸、セバシン酸、ダイマー酸、マレイン酸、フマル酸などの脂肪族ジカルボン酸、1,4−シクロヘキサンジカルボン酸などの脂環族ジカルボン酸、パラオキシ安息香酸などのオキシカルボン酸、並びに、それらの誘導体を挙げることができる。ジカルボン酸の誘導体としてはたとえばテレフタル酸ジメチル、テレフタル酸ジエチル、テレフタル酸2−ヒドロキシエチルメチルエステル、2,6−ナフタレンジカルボン酸ジメチル、イソフタル酸ジメチル、アジピン酸ジメチル、マレイン酸ジエチル、ダイマー酸ジメチルなどのエステル化物を挙げることができる。
同様に、ポリエステルフィルムは25℃における破断点強度を高めるために、グリコール単位の90モル%以上が1,4−ブタンジオール由来の構造単位であり、かつ、ジカルボン酸単位の90モル%以上がテレフタル酸由来の構造単位であることが好ましく、グリコール単位の95モル%以上が1,4−ブタンジール由来の構造単位であり、かつ、ジカルボン酸単位の95モル%以上がテレフタル酸由来の構造単位であることがさらに好ましい。上記のような組成とすることで、ホモのポリブチレンテレフタレートに近い組成となるため、分子鎖が均一配向するため、破断点強度を高めることが可能となる。
ポリエステルA層とポリエステルB層を有する積層フィルムである場合、各ポリエステル層を構成する組成は同一であっても構わないし、異なっても良い。ただし、ポリエステル層Aがポリエチレンテレフタレート、ポリエステル層Bがポリブチレンテレフタレートで構成される積層体といった各層のガラス転移温度Tgが10℃以上異なる場合は、どちらか一方の組成がポリエステル層に対して60mol%以上の割合で構成されることが、破断点強度を高める観点で好ましい。
本発明のポリエステルフィルムは、金属箔積層後の成形追従性、成形後の耐反り性の観点から、厚みは、12μm以上40μmであることが好ましく、16μm以上38μm以下がさらに好ましく18μm以上30μm以下であれば最も好ましい。
本発明のポリエステルフィルムは、金属箔との密着性の観点から、金属箔と積層される面に易接着層を設けることが好ましい。これにより優れた密着性や接着強度の向上を図ることができる。特に限定されないが、易接着層の形成方法としては、樹脂をフィルム表面に被覆(複合溶融押出法、ホットメルトコート法、水以外の溶媒、水溶性および/または水分散性樹脂からのインライン、オフラインコート法など)する方法が挙げられる。なかでも、配向結晶化が完了する前のフィルムの一方の面に被膜塗剤を塗布し、少なくとも一方向に延伸し、熱処理して、配向結晶化を完了させるインラインコーティング法が均一な被膜形成や生産性の点で好ましい。また、易接着層を設ける場合、易接着性を付与する樹脂としては、特に限定されるものではないが、たとえば、アクリル系樹脂、ウレタン系樹脂、ポリエステル系樹脂、オレフィン系樹脂、フッ素系樹脂、ビニル系樹脂、塩素系樹脂、スチレン系樹脂、各種グラフト系樹脂、エポキシ系樹脂、シリコーン系樹脂などを使用することができ、これらの樹脂の混合物を使用することもできる。密着性の観点からポリエステル系樹脂、アクリル系樹脂、またはウレタン系樹脂を用いるのが好ましい。ポリエステル系樹脂を水系塗液として用いる場合には、水溶性あるいは水分散性のポリエステル樹脂が用いられるが、このような水溶性化あるいは水分散化のためには、スルホン酸塩基を含む化合物や、カルボン酸塩基を含む化合物を共重合させることが好ましい。またアクリル樹脂を水性塗液として用いる場合には、水に溶解あるいは分散された状態にする必要があり、乳化剤として界面活性剤(例えば、ポリエーテル系化合物などが挙げられるが、限定されるものではない。)を使用する場合がある。
また、本発明に用いられる易接着層には、さらに接着性を向上させるために、樹脂に各種の架橋剤を併用することができる。架橋剤樹脂としては、メラミン系、エポキシ系、オキサゾリン系樹脂が一般に用いられる。
本発明の易接着層に含有される粒子としては、無機系粒子や有機系粒子を挙げることができるが、易滑性や耐ブロッキング性が向上するので、無機粒子がより好ましい。この無機粒子としては、シリカ、アルミナ、カオリン、タルク、マイカ、炭酸カルシウム、チタンなどを用いることができる。
本発明に用いられるポリエステルフィルムには金属箔(A)との接着性を向上させるために、表面に、コロナ処理、プラズマ処理、オゾン処理、易接着処理を施すことも好ましい方法として挙げられる。
本発明の積層体は厚みが10μm以上100μm以下の金属箔(A)をポリエステルフィルムの少なくとも片面に有する積層体とすることが好ましい。金属箔を構成する金属としては、アルミニウム、ステンレス、銅、ニッケル、チタン、錫、銀、金、亜鉛、鉄など目的に応じて使用することができる。中でも、成形性、ガスバリア性、水蒸気バリア性、強度、経済性の観点からアルミニウムを含有する層であることが好ましい。金属箔は、アルミニウム単体であってもよく、銅、亜鉛、マンガン、マグネシウム、シリコン、リチウム、鉄などが添加されたアルミニウム合金であってもよい。金属箔に対してアルミニウムの含有量が95質量%以上であることが好ましく、純アルミニウム系または、アルミニウム/鉄合金が好ましく用いられる。厚みが10μm未満であると冷間プレスなどによる成形性に劣る。また、100μmを超えると特性向上が見込めない上に経済性の点で劣る。
本発明の積層体は少なくとも一方向の25℃における破断伸度が20%以上であることが必要である。ここで、破断伸度とは、試験長50mmの矩形型に切り出したフィルムサンプルを25℃、63%Rhの条件下で、300mm/分のひずみ速度で引張試験を行った際、フィルムが破断した時点の伸度を示す。深絞り追従性の観点から、破断伸度は長手方向と幅方向が共に20%以上であることが好ましい。さらに長手方向と幅方向の破断伸度は共に30%以上であればより好ましく、38%以上であれば製膜時のフィルム破れも少なく、生産性と成形追従性の点から最も好ましい。45%を超える場合、成形性追従性には最も好ましいがポリエステルフィルムの製造時の延伸倍率が高くなりすぎて製膜中に破れが発生し、生産性が低下することがある。一方、どの方向においても破断点伸度が20%未満であると金属箔との成形追従性が低く、成形時に金属箔が破断する成形不良が生ずる。少なくとも一方向の破断点伸度を20%以上とするにはポリエスルフィルムの破断強度を200MPa以上とするのが好ましい。また、長手方向と幅方向の破断点伸度を共に30%以上とするにはポリエステルフィルムの破断強度を250MPa以上330MPa以下とするのが好ましく、38%以上とするには破断強度を280MPa以上330MPa以下とするのが好ましい。破断伸度45%以上とするにはポリエステルフィルムの破断強度を330MPa以上にすればよく、このとき、延伸面積倍率は17倍以上でありかつ、樹脂の固有粘度を0.9以上にするのが好ましい方法である。
本発明において、金属箔はポリエステルフィルムもしくは、その他の層との密着性を向上させるために、少なくとも片面に化成処理を施すことが好ましい。化成処理の方法としては、クロム酸クロメート処理、リン酸クロメート処理、塗布型クロメート処理、ジルコニウム、チタン、リン酸亜鉛等の非クロム系(塗布型)化成処理、ベーマイト処理等が用いられる。
本発明のポリエステルフィルムと金属箔(A)とを積層する方法としては、特に限定されないが、密着性の観点から接着剤を用いたドライラミネーションが好ましく用いられる。用いる接着剤としては、熱硬化タイプでも熱可塑タイプでも構わないが、熱硬化タイプが好ましい。例えば、ポリウレタン系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリ塩化ビニル系樹脂、スチレン−ブタジエン共重合体、アクリルニトリル−
ブタジエン共重合体、メチルメタアクリレート− ブタジエン共重合体、クロロプレン、ポリブタジェン等のゴム系樹脂、ポリアクリル酸エステル系樹脂、ポリ塩化ビニリデン系樹脂、ポリブタジエン、あるいはこれらの樹脂のカルボキシル変性物、エポキシ系樹脂、セルロース系誘導体、エチレン酢酸ビニル系共重合体、ポリエチレンオキサイド、アクリル系樹脂、リグニン誘導体等からなる接着剤が挙げられる。ポリエステルフィルムと金属箔との密着性の点からは、ポリウレタン系樹脂、ポリエステル系樹脂からなる接着剤が好ましい。
本発明では、シール性付与、耐電解液性およびバリア性向上の観点から積層体にさらにシーラント層が設けられたポリエステルフィルム/金属箔(A)/シーラント層の順となるように配置された構成体とすることが好ましい。シーラントフィルムとしては、例えば、低密度ポリエチレン、中密度ポリエチレン、高密度ポリエチレン、線状低密度ポリエチレン、エチレン−ブテン共重合体等のエチレン系樹脂、ホモポリプロピレン、エチレン−プロピレン共重合体、エチレン−プロピレン−ブテン共重合体等のプロピレン系樹脂、メチルペンテン樹脂、環状オレフィン系樹脂等のポリオレフィン樹脂、ポリ塩化ビニル、塩化ビニル単量体と共重合し得るエチレン、プロピレン、酢酸ビニル、塩化アリル、アリルグリシジルエーテル、アクリル酸エステル、メタクリル酸エステル、ビニルエーテル等と塩化ビニルとの共重合体及びこれらの混合物等の塩化ビニル系樹脂が好ましく用いられる。
また、金属箔とシーラントフィルムとの密着性を向上させるために、金属箔とシーラントフィルムの間に変性ポリオレフィン樹脂を介在させる方法も好ましく用いられる。ここで、変性ポリオレフィン樹脂とは、ポリオレフィン樹脂の片末端、両末端及び内部の少なくともいずれかに一つ以上の極性基を含有するポリオレフィン樹脂のことを指す。ここで、極性基とは、酸素原子、窒素原子など電気陰性度の大きな原子を含む官能基であり、具体的には、アミド基、カルボキシル基、ヒドロキシル基などの官能基、およびそれら官能基を含む置換基である。
かかる変性ポリオレフィン樹脂としては、不飽和ジカルボン酸による変性、もしくは樹脂の酸化分解により変性されたポリオレフィン樹脂であることが好ましく、不飽和ジカルボン酸により変性された変性ポリオレフィン樹脂がより好ましい。具体的には低密度ポリエチレン、中密度ポリエチレン、高密度ポリエチレン、線状低密度ポリエチレン、メタロセン触媒を使用して重合したエチレン−α・オレフィン共重合体、ポリプロピレン、エチレン−プロピレン共重合体、メチルペンテンポリマー、その他α−オレフィンモノマーからなるランダム共重合体、ブロック共重合体等のポリオレフィン系樹脂を、アクリル酸、メタクリル酸、無水マレイン酸、フマル酸等の不飽和ジカルボン酸で変性した変性ポリオレフィン樹脂であることが、ポリエステルフィルムとの層間密着性の点から好ましい。不飽和ジカルボン酸としては、無水マレイン酸が特に好ましく、つまりポリオレフィン樹脂を無水マレイン酸で変性した変性ポリオレフィン樹脂が特に好ましい。
このような不飽和ジカルボン酸による変性ポリオレフィン樹脂としては、例えば、三洋化成製“ユーメックス”、三井化学製“アドマー”、三菱化学製“モディック”、アルケマ製“オレバック”、“ロタダー”、東洋化成製“トーヨータック”などの各種樹脂が挙げられる。また、樹脂の酸化分解により変性された変性ポリオレフィン樹脂としては、三洋化成製“ビスコール”、“サンワックス”などが挙げられる。
本発明の構成体は成形後の反り抑制の観点から2%伸張時開口部長さが40mm以上、100mm以下であることが好ましい。好ましくは50mm以上100mm以下、最も好ましくは75mm以上100mm以下である。ここで、2%伸張時開口部長さは評価方法(18)に記載の方法で得られた値をする。40mm未満であると冷間プレス成形した後の反りが大きくなることがある。一方、100mmであれば、2%伸張したあとも金属箔(A)にかかる歪が小さいことを示し、冷間プレス成形後の反りも小さくなる。2%伸張時開口部長さを40mm以上100mm以下とするには、積層体を構成する金属箔としてアルミニウム箔を、ポリエステルフィルムとして60%伸張時の伸張方向と直行する方向のフィルム幅収縮率が25%以上37%以下であるポリエステルフィルムを用いることが好ましい方法として挙げられる。
本発明のポリエステルフィルムは電池外装用に好ましく用いられる。電池外装には、電池性能維持のために、水蒸気の進入を防ぐ水蒸気バリア性、電解液で膨潤しない耐電解液性、高容量化へのニーズに対応する深絞成形性が求められる。本発明のポリエステルフィルムを用いることにより、金属箔を積層した積層体の成形追従性が良好であり、電池外装用途に適用することで高容量化に対応することができる。また、本発明の構成体は本発明のポリエステルを用いることにより成形後の耐反り性に優れる点からも工程不具合なく使用することができる。
また、本発明のポリエステルフィルムは、医薬包装用途にも好ましく用いられる。医薬包装は、内容物の劣化を防ぐために、ガスバリア性、水蒸気バリア性が必要であり、印刷を施す仕様に対応できるように印刷適性が求められる。さらに、様々な形状な内容物に対応できるような深絞成形性へのニーズが高まっている。高度なガスバリア性、水蒸気バリア性を達成するためには、金属箔を有していることが好ましいが、金属箔は深絞成形が困難なため、フィルムを積層させ、フィルムに追従して成形させる必要がある。本発明のポリエステルフィルムを用いることにより、金属箔を積層した積層体の成形追従性が良好であり、さらに成形後の耐反り性も両立していることから、医薬包装用途に適用することで、様々な形状に医薬品に対応することができる非常に優れた医薬包装用積層体を得ることが可能である。
本発明のポリエステルフィルム、積層体および構成体製造方法の概略を例示する。まずポリエステフィルムを製膜する。そのために、まず上述のポリエステル原料を公知の方法で溶融押出してポリエステルが結晶化しないように10℃〜35℃程度に調整されたキャスティングドラム上に密着性させてキャストシートを得る。密着方法は静電印加法やエアーナイフ法など公知の方法でよい。次いで、得られたキャストシートを公知の方法で二軸に延伸して配向させる。二軸延伸は逐次二軸、同時二軸、チューブラー法など公知の方法でよい。延伸の際、場合によっては一軸延伸後に金属箔との易接着層をコーティングしてもよい。ここで、一軸目と二軸目の延伸倍率の積である延伸面積倍率を10倍以上にすることは少なくとも積層体一方向の破断伸度を20%以上にさせる上で重要である。また、同様の理由により延伸温度をTg以上Tg+25℃以下とすることが好ましい。ただし、本発明の効果が得られるのであればこの限りではない。二軸延伸後は寸法安定性など観点から熱処理を施すことが好ましい。ポリエステル原料がポリエチレンテレフタレートを主たる構成成分とする場合は190℃〜250℃以下の範囲で1秒〜120秒以下の範囲で熱処理することが好ましく、ポリブチレンテレフタレートを主たる構成成分とする場合は185℃〜220℃以下の範囲で1秒〜120秒以下の範囲で熱処理することが好ましい。熱処理をした後は必要に応じてコロナなどの表面処理をしてポリエステルフィルムを得る。
次いで、得られたポリエステルフィルムと金属箔を接着させることで積層体を得る。特に限定されないが、接着にはドライラミネート法を用いるのが好ましい。接着剤はウレタン系、アクリル系、エーテル系、エポキシ系などを用いればよい。接着後は接着力向上を目的に必要に応じてエージング処理を施せばよい。その後、シーラントを公知のドライラミネート法や熱ラミネート法を用いて接着して構成体を得る。
(評価方法)
以下の方法でポリエステルフィルムの製造、評価を行った。
(1)ポリエステルの組成
ポリエステル樹脂およびフィルムをヘキサフルオロイソプロパノール(HFIP)に溶解し、H−NMRおよび13C−NMRを用いて各モノマー残基や副生ジエチレングリコールについて含有量を定量した。
(2)フィルム厚み、層厚み
フィルム全体の厚みを測定する際は、ダイヤルゲージを用いて、フィルムを200mm×300mmに切り出し、各々の試料の任意の場所5ヶ所の厚みを測定し、平均して求めた。また、積層フィルムの各層厚みについては、フィルムをエポキシ樹脂に包埋し、フィルム断面をミクロトームで切り出し、該断面を透過型電子顕微鏡(日立製作所製TEM
H7100)で5000倍の倍率で観察することによって求めた。
(3)粒子平均粒径
平均一次粒径として5nm以上のものを粒子の平均粒径の測定に用いる。ここでいう粒径とは数平均粒径のことを示し、フィルムの断面内において観察される粒子径を意味する。形状が真円でない場合には同面積の真円に変換した値を粒子径とする。ここで、数平均粒径は次の(a)〜(d)の手順により求める。
(a)まず、ミクロトームを用いて、フィルム断面を厚み方向に潰すことなく切断し、走査型電子顕微鏡を用いて、拡大観察画像を得る。このとき、切断はフィルムTD方向(横方向)と平行方向になるよう行なう。
(b)次いで、該画像中の断面内に観察される各粒子について、その断面積Sを求め、次式にて粒径dを求める。
d=2×(S/π)1/2
(c)得られた粒径dと、樹脂粒子の個数nを用いて、次式によりDnを求める。
Dn=Σd/n
但し、Σdは観察面内における粒子の粒径の総和、nは観察面内の粒子の総数。
(d)上記(a)〜(c)を5箇所場所を変えて実施し、その平均値を粒子の数平均粒径とする。なお、観察点1箇所に付き、2500μm以上の領域にて上記評価を実施する。
(4)フィルム中の粒子含有量
フィルム1gを1N−KOHメタノール溶液200mlに投入して加熱還流し、ポリマーを溶解した。溶解が終了した該溶液に200mlの水を加え、ついで該液体を遠心分離器にかけて粒子を沈降させ、上澄み液を取り除いた。粒子にはさらに水を加えて洗浄、遠心分離を2回繰り返した。このようにして得られた粒子を乾燥させ、その質量を量ることで粒子の含有量を算出した。
(5)ポリエステルフィルム最大表面高さ(SRmax)
小坂研究所製の3次元表面粗さ計ETB−30HKを用い、触針式で以下の条件で測定した。ポリエステルフィルムの測定範囲における最大の山と最深の谷を平均面と平行となる線で挟むよう画像処理し、最大の山および最深の谷の平行線が成す間隔を最大高さSRmaxとする。また、フィルムと金属箔とが接着した積層体である場合はフィルムと金属箔を剥がして金属箔接着面側表面の最大表面高さを測定する。このとき、フィルム表面を傷つけないよう適切な溶剤にてフィルム−金属箔の接着剤を溶かした上で剥がすのが好ましい。
触針先端径 :2μm、触針加重 :10mg、測定長 :1mm送り
ピッチ :50μm、測定本数 :40本、カットオフ値:0.25mm。
(6)ポリエステルフィルムの長手方向と幅方向
本発明では、フィルムの任意の一方向(0°)、該方向から15°、30°、45°、60°、75°、90°、105°、120°、135°、150°、165°の方向の屈折率を測定し、最も屈折率の高かった方向を幅方向とし、幅方向と直交する方向を長手方向とした。なお、屈折率はナトリウムD線(波長589nm)を光源として、アッベ屈折計を用いて測定した。
(7)ポリエステルフィルムの破断強度
フィルムを長手方向および幅方向に長さ150mm×幅10mmの矩形に切り出しサンプルとした。25℃、63%Rhの条件下で、引張試験機(オリエンテック製テンシロンUCT−100)を用いてクロスヘッドスピード300mm/分、幅10mm、試料長50mmとしてフィルムの長手方向、幅方向について、引張試験を行い、破断した際のフィルムにかかる荷重を読み取り、試験前の資料の断面積(積層体厚み×10mm)で除した値を破断強度とする。各測定はそれぞれ5回ずつ行い、その平均を用いた。
(8)ポリエステルフィルムおよび積層体の破断伸度
フィルムおよび積層体を長手方向および幅方向に長さ150mm×幅10mmの矩形に切り出しサンプルとした。25℃、63%Rhの条件下で、引張試験機(オリエンテック製テンシロンUCT−100)を用いてクロスヘッドスピード300mm/分、幅10mm、試料長50mmとしてフィルムの長手方向、幅方向について、引張試験を行い、破断した際の伸度を読み取った値を破断伸度とする。測定は5回行い、その平均を用いた。
(9)構成体の作成方法
本発明の積層体を構成する金属箔(A)の上に、シーラントとしてマレイン酸変性ポリプロピレン樹脂とポリプロピレンとを共押出しした2層共押出しフィルム(マレイン酸変性ポリプロピレン樹脂層:20μm、ポリプロピレン樹脂層:60μm)を、マレイン酸変性ポリプロピレン樹脂層がアルミニウム箔側に位置するようにし、ラミネーターを用いて実施例、比較例に記載のポリエステルフィルムと加熱圧着(150℃、0.3MPa、2m/min)させることで積層させ、ポリエステルフィルム/金属箔/シーラントとなる構成体を作成した。
(10)構成体の成形追従性
(9)で得られた構成体を、100mm×100mm大に切り出し、50mm×30mmの矩形状の雄型(構成体と接触する面と側面が成す角のR:2mm、図2)とこの雄型とのクリアランスが0.5mmの雌型(構成体と接触する面と側面が成す角のR:2mm、図2)からなる金型を用いて、雄型側にシーラント側がくるように雌型上に構成体をセットし、プレス成形(加圧:0.1MPa)を行い、下記の基準で評価を行った。
S:7mm以上で成形できた(破損なし)
A:5m以上7mm未満で破損が発生
B:4mm以上5mm未満で破損が発生
C:4mm未満で破損が発生。
(11)構成体の耐反り性
(10)の成形性追従性評価で破損せずに成形できた構成体を凸部が上になるように水平な台に置く。構成体の4角(図1(w)、(x)、(y)、(z))が前記台を起点に浮き上がった高さ平均値を、下記の基準で評価を行った。
S:反り高さ平均値が1cm未満であるもの
A:反り高さ平均値が1cm以上2cm未満であるもの
B:反り高さ平均値が2cm以上3cm未満であるもの
C:反り高さ平均値が3cm以上4cm未満であるもの
D:反り高さ平均値が4cm以上であるもの。
(12)耐デラミネーション
(10)の成形追従性評価で破損せずに成形できた構成体をタバイエスペック(株)製プレッシャークッカーにて温度60℃、相対湿度90%RHの条件下にて168時間処理を行い、その後ポリエステルフィルム/金属箔(A)間におけるデラミネーションの発生状態を確認する。状態は目視で確認し、明らかにデラミが発生しているものについては不良と判定する。目視で判定できない場合は、成形によってできた凹凸部任意5点の断面をSEM(500倍)で観察し、ポリエステルフィルム/金属箔(A)間が100μm以上離れている箇所があるかないかで以下のように判定した。
A:100μm以上離れている箇所がない
C:100μm以上離れている箇所が1箇所でもある。
以下に本発明のポリエステルフィルムの具体的製造例を記載する。
(13)成形後のシワ
(10)の成形追従性評価で破損せずに成形できた構成体の概略を図1に示す。まず、(a)および(a)’の厚みを測定する。(a)および(a)’のうち厚みの薄い方を基準厚みとする。次いで、成形できた構成体の凸部内であり、凸部の端部より内側5mmに位置する図1の(b)、(c)、(d)、(e)から15mm離れた(f)、(g)、(h)、(i)(j)、(k)、(l)、(m)において、(f)−(g)間、(h)−(i)間、(j)−(k)間、(l)−(m)間の厚みを測定し、シワを以下のように判定した。
A:基準厚みに対して(f)−(g)間、(h)−(i)間、(j)−(k)間、(l)−(m)間の厚みが全て±10%以下である。
C:基準厚みに対して(f)−(g)間、(h)−(i)間、(j)−(k)間、(l)−(m)間の厚みにおいて±10%を超える厚みが一箇所でも存在する。
(14)ポリエステルフィルム幅方向、長手方向150℃熱収縮率の合計値
フィルムを長手方向および幅方向に長さ150mm×幅10mmの矩形に切り出しサンプルとした。サンプルに100mmの間隔で標線を描き、3gの錘を吊して150℃に加熱した熱風オーブン内に30分間設置し加熱処理を行った。熱処理後の標線間距離を測定し、加熱前後の標線間距離の変化から熱収縮率を算出し、熱収縮率とした。測定は長手方向および幅方向に5サンプル実施して平均値で評価を行った。この長手方向平均値と幅方向平均値の合計を150℃熱収縮率の合計値とした。
(15)ポリエステルフィルム幅方向、長手方向200℃熱収縮率の合計値
フィルムを長手方向および幅方向に長さ150mm×幅10mmの矩形に切り出しサンプルとした。サンプルに100mmの間隔で標線を描き、3gの錘を吊して200℃に加熱した熱風オーブン内に10分間設置し加熱処理を行った。熱処理後の標線間距離を測定し、加熱前後の標線間距離の変化から熱収縮率を算出し、熱収縮率とした。測定は長手方向および幅方向に5サンプル実施して平均値で評価を行った。この長手方向平均値と幅方向平均値の合計を200℃熱収縮率の合計値とした。
(16)内部ヘイズ、表面ヘイズ
JISK 7105(1985年)に基づいて、ヘイズメーター(スガ試験機製HGM−2DP)を用いて、フィルムヘイズを測定した。その後、液体測定用ガラスセルにフィルムを入れ、その周辺に1,2,3,4−テトラヒドロナフタレンを充填し、フィルムヘイズと同様にヘイズメーター(スガ試験機製HGM−2DP)を用いて、内部ヘイズを測定した。得られたフィルムヘイズから内部ヘイズを引いた値を表面ヘイズとした。なお、フィルムヘイズ、内部ヘイズは任意の5ヶ所で測定を行い、その平均値を採用した。
(17)60%伸張時フィルム幅収縮率
ポリエステルフィルムを長手方向および幅方向に長さ150mm×幅10mmの矩形に切り出しサンプルとした。25℃、63%Rhの条件下で、引張試験機(オリエンテック製テンシロンUCT−100)を用いてクロスヘッドスピード300mm/分、幅10mm、試料長50mmとしてフィルムの長手方向、幅方向について、30mm(元の長さの160%)伸張した時点で停止させ、フィルムを取り出す。引っ張り前の幅をH0、引っ張り後の最も幅が狭い箇所をH1として、下記式よりフィルム幅収縮率を算出する。これをMDとTDそれぞれ5回繰り返し、MDとTDの平均値をもってフィルム幅収縮率とした。
フィルム幅収縮率=H1/H2×100(%)・・・・(2)
(18)2%伸張時開口部長さ
(9)にて作成した構成体を長手方向および幅方向に長さ100mm×幅10mmの矩形に切り出しサンプルとした。25℃、63%RHの条件下で、引張試験機(オリエンテック製テンシロンUCT−100)を用いてクロスヘッドスピード10mm/分、試料長50mmとしてサンプルの引張試験を行い、2%引っ張った時点で停止する。その後、チャックを開放してサンプルを取り出し、1時間以上放置してサンプルの反りが安定するのを待つ。その後、図3(6)に示す反ったサンプルの両端が成す2点間距離である開口部長さを測定する。ここで、測定開始点となる端部は、ポリエステルフィルム上面側とする。反りが発生しない場合、開口部長さはサンプルの長さである100mmとする。これを長手方向、幅方向についてそれぞれ5回ずつ繰り返し、MDとTDの平均値をもって2%伸張時開口部長さとした。
(ポリエステルの製造)
製膜に供したポリエステル樹脂は各実施例および比較例につき以下のように準備した。
(ポリエステルA)実施例1〜11、比較例1〜3
ジカルボン酸成分としてテレフタル酸成分が100モル%、グリコール成分としてエチレングリコール成分が99モル%、ジエチレングリコール成分が1モル%であるポリエチレンテレフタレート樹脂(固有粘度0.65)。
(ポリエステルB)実施例12
ジカルボン酸成分としてテレフタル酸成分が100モル%、グリコール成分としてエチレングリコール成分が99モル%、ジエチレングリコール成分が1モル%であるポリエチレンテレフタレート樹脂(固有粘度0.94)。
(ポリエステルC)実施例13〜17
ジカルボン酸成分としてテレフタル酸成分が100モル%、グリコール成分として1,4−ブタンジオール成分が100モル%であるポリブチレンテレフタレート樹脂(固有粘度1.22)。
(粒子マスターA)実施例1〜7、12、比較例1〜3
ポリエステルA中に平均粒子径4μmの凝集シリカ粒子を粒子濃度6質量%で含有したポリエチレンテレフタレート粒子マスター(固有粘度0.65)。
(粒子マスターB)実施例8
ポリエステルA中に平均粒子径1μmの凝集シリカ粒子を粒子濃度6質量%で含有したポリエチレンテレフタレート粒子マスター(固有粘度0.65)。
(粒子マスターC)実施例9
ポリエステルA中に平均粒子径6μmの凝集シリカ粒子を粒子濃度6質量%で含有したポリエチレンテレフタレート粒子マスター(固有粘度0.65)。
(粒子マスターD)実施例10、11
ポリエステルA中に平均粒子径0.2μmのルチル型二酸化チタン粒子を粒子濃度9質量%で含有したポリエチレンテレフタレート粒子マスター(固有粘度0.65)。
(粒子マスターE)実施例13〜15
ポリエステルC中に平均粒子径4μmの凝集シリカ粒子を粒子濃度2質量%で含有したポリブチレンテレフタレート粒子マスター(固有粘度1.22)。
(粒子マスターF)実施例16
ポリエステルC中に平均粒子径1μmの凝集シリカ粒子を粒子濃度2質量%で含有したポリブチレンテレフタレート粒子マスター(固有粘度1.22)。
(粒子マスターG)実施例17
ポリエステルC中に平均粒子径6μmの凝集シリカ粒子を粒子濃度2質量%で含有したポリブチレンテレフタレート粒子マスター(固有粘度1.22)。
(粒子マスターH)実施例24〜26
ポリエステルA中に平均粒子径0.1μmのステアリン酸バリウムを粒子濃度5質量%で含有したポリエチレンテレフタレート粒子マスター(固有粘度0.65)。
(粒子マスターI)実施例
ポリエステルA中に平均粒子径2μmの凝集シリカ粒子を粒子濃度4質量%で含有したポリエチレンテレフタレート粒子マスター(固有粘度0.65)。
(粒子マスターJ)実施例
ポリエステルC中に平均粒子径2μmの凝集シリカ粒子を粒子濃度4質量%で含有したポリブチレンテレフタレート粒子マスター(固有粘度1.22)。
(塗剤A)実施例1〜31、比較例1〜3
・メチルメタクリレート/エチルアクリレート/アクリル酸/N−メチロールアクリルアミド=63/35/1/1質量%の共重合組成から成るアクリル樹脂: 3.00質量%
・メラミン架橋剤: 0.75質量%
・コロイダルシリカ粒子(平均粒径:80nm): 0.15質量%
・ヘキサノール: 0.26質量%
・ブチルセロソルブ: 0.18質量%
・水: 95.66質量%
(実施例1〜12、32、33比較例1〜2)
表1−1、表1−2、表1−3、表1−4に示したポリエステル種、粒子マスターをそれぞれ真空乾燥機にて180℃4時間乾燥し、水分を十分に除去した後、単軸の押出機1に表1−1、表1−2、表1−3、表1−4に示した含有量で供給、280℃で溶融し、フィルター、ギヤポンプを通し、異物の除去、押出量の均整化を行った後、Tダイより20℃に温度制御した冷却ドラム(最大高さ0.2μmのハードクロムメッキ)上にシート状に吐出し、未延伸フィルムを得た。その際、Tダイのリップと冷却ドラム間の距離は35mmに設定し、直径0.1mmのワイヤー状電極を使用して14kVの電圧で静電印加させ、冷却ドラムに密着をさせた。また、シートの冷却ドラムの通過速度は25m/分、シートの冷却ドラムとの接触長さは、2.5mとした。
続いて、該未延伸単層フィルムを60〜80℃の温度に加熱したロール群で予熱した後、88℃の温度の加熱ロールを用いて長手方向(縦方向)にそれぞれ表2−1、2−4に示した倍率に延伸し、25℃の温度のロール群で冷却して一軸延伸フィルムを得た。
この一軸延伸フィルムに空気中でコロナ放電処理を施し、その処理面に易接着層として以下の塗剤Aを超音波分散させながら混合し、#4メタリングバーにて均一に塗布した。
次いで、一軸延伸フィルムの両端をクリップで把持しながらテンター内の90℃の温度の予熱ゾーンに導き、引き続き連続的に100℃に保たれた加熱ゾーンで長手方向に直角な方向(幅方向)にそれぞれ表2−1、2−4に示した倍率に延伸した。さらに引き続いて、テンター内の熱処理ゾーンで240℃にて20秒間の熱処理を施し、さらに240℃で4%幅方向に弛緩処理を行った。次いで、均一に徐冷し、厚さ25μm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特性は表2−1、表2−2、表2−4、表2−5に示したとおりである。
得られたポリエステルフィルムと厚さ40μmのアルミニウム箔(住軽アルミ箔株式会社製“ベスパ”8021)をドライラミネート法によって三井化学ポリウレタン株式会社製の“タケラックA−910(ポリオール系主剤)”/“タケネートA−3(イソシアネート系硬化剤)”二液タイプ(100重量部/10重量部)接着剤を用いて張り合わせた。ここで、接着剤塗布量は固形分としてポリエステルフィルム易接着コート面側に5g/mとし、張り合わせ後に40℃、72時間のエージング処理をして積層体を得た。積層体の特性は表2−1、表2−4に示したとおりである。
得られた積層体のアルミニウム箔上に、シーラントとしてマレイン酸変性ポリプロピレン樹脂とポリプロピレンとを共押出しした2層共押出しフィルム(マレイン酸変性ポリプロピレン樹脂層:20μm、ポリプロピレン樹脂層:60μm)を、マレイン酸変性ポリプロピレン樹脂層がアルミニウム箔側に位置するようにし、ラミネーターを用いて加熱圧着(160℃、0.3MPa、2m/min)させることで積層させ、ポリエステルフィルム/アルミニウム箔/シーラントとなる構成体を作成した。得られた構成体の評価をした結果は表2−3、表2−6に示したとおりであり、実施例1〜12、32、33については耐デラミネーション、成形追従性、成形体のシワ抑制および成形後の反りが全て優れていることが確認できた。
実施例2は両表面とも最大表面高さが1800nm以上であったためさらに成形後の反りに優れており、実施例4、6、8、11、13、15は最大表面高さが2000nm以上であったためさらに成形後の反りに優れており、実施例7、9、14、16、33は両表面とも最大表面高さが5000nm以上であったため最も成形後の反りに優れていた。
実施例3、6、8、11、32は積層体の長手方向および幅方向の両方向破断伸度が30%以上であったため、さらに構成体の成形追従性に優れており、実施例5および実施例11は長手方向と幅方向の両方向の破断伸度が38%以上であったためさらに構成体の成形追従性に優れていた。
実施例12は破断強度が330MPa以上であったため、最も構成体の成形追従性に優れていたものの、ポリエステルフィルムの製造時の延伸倍率が高くなりすぎて製膜中に破れが多発したため生産性が低下した。
一方、比較例については以下の理由で不良であった。
比較例1は最大表面高さが両表面とも1500nm未満であったため成形後の反りが不良であった。
比較例2は積層体の破断伸度が20%未満であったため構成体の成形追従性が不良であった。
(実施例13〜17、34、35)
表1−1、表1−2、表1−3、表1−4に示したポリエステル種、粒子マスターをそれぞれ真空乾燥機にて150℃4時間乾燥し、水分を十分に除去した後、単軸押出機に表1−1、表1−2、表1−3、表1−4に示した含有量で供給、255℃で溶融し、溶融管状薄膜を環状ダイより下方に押出した。次いで冷却マンドレルの外径を通し、ロールで折りたたんだ後、ニップロールにより引き取り未延伸シートを得た。次いで、未延伸シートをチューブラー同時二軸延伸装置にて縦横同時二軸延伸を行った。各実施例の延伸温度は60℃、延伸倍率は表2−1、表2−2に示したとおりである。次いでこの二軸延伸フィルムをテンター式熱処理装置にて210℃で熱処理し、コロナ処理をすることによってポリエステルフィルムを得たこと以外は実施例1と同様に積層体を得た。得られた構成体の評価をした結果は表2−3、表2−6に示したとおりであり、実施例12〜16については耐デラミネーション、成形追従性、成形体のシワ抑制および成形後の反り、が全て優れていることが確認できた。
実施例14、16は最大表面高さが両表面とも2000nm以上であったためさらに成形後の反りに優れており、実施例15、17、35は最大表面高さが両表面とも5000nm以上であったため最も成形後の反りに優れていた。
実施例13、16、34は積層体の長手方向および幅方向の両方向破断伸度が30%以上であったため、さらに構成体の成形追従性に優れており、実施例15は長手方向と幅方向の両方向の破断伸度が38%以上であったためさらに構成体の成形追従性に優れていた。
(実施例18〜29)
押出機1および押出機2を用い、押出機1にP1層用原料、押出機2にはP2層およびP3層用原料として表1−1、表1−2、表1−3、表1−4に示すポリエステル種および粒子マスター種をそれぞれ投入して溶融した。次いで各押出機から溶融押出された樹脂をフィードブロックへ導き、P2層/P1層/P3層の順に表1−2、表1−4に示す積層比に積層されるように合流させ、口金から吐出された樹脂をキャストドラム上に冷却固化して積層シートを得た。また、シートの冷却ドラムの通過速度は25m/分、シートの冷却ドラムとの接触長さは、2.5mとした。
続いて、該未延伸単層フィルムを60〜80℃の温度に加熱したロール群で予熱した後、88℃の温度の加熱ロールを用いて長手方向(縦方向)にそれぞれ表2−1、表2−4に示した倍率に延伸し、25℃の温度のロール群で冷却して一軸延伸フィルムを得た。
この一軸延伸フィルムに空気中でコロナ放電処理を施し、その処理面に易接着層として以下の塗剤Aを超音波分散させながら混合し、#4メタリングバーにて均一に塗布した。
次いで、一軸延伸フィルムの両端をクリップで把持しながらテンター内の90℃の温度の予熱ゾーンに導き、引き続き連続的に100℃に保たれた加熱ゾーンで長手方向に直角な方向(幅方向)にそれぞれ表2−1、表2−4に示した倍率に延伸した。さらに引き続いて、テンター内の熱処理ゾーンで225℃にて20秒間の熱処理を施し、さらに225℃で5%幅方向に弛緩処理を行った。次いで、均一に徐冷し、厚さ25μmのポリエステルフィルムを得たこと以外は実施例1と同様に積層体を得た。得られた構成体の評価をした結果は表2−3、表2−6に示したとおりであり、実施例18〜29については耐デラミネーション、成形追従性、成形体のシワ抑制および成形後の反りが全て優れていることが確認できた。
実施例18、19、26、28、29は最大表面高さが両表面とも2000nm以上であったためさらに成形後の反りに優れており、実施例20は最大表面高さが両表面とも5000nm以上であったため最も成形後の反りに優れていた。
実施例20、21、22、23、29は積層体の長手方向および幅方向の両方向破断伸度が30%以上であったため、さらに構成体の成形追従性に優れており、実施例18、19、24〜28は長手方向と幅方向の両方向の破断伸度が38%以上であったためさらに構成体の成形追従性に優れていた。
(実施例30、31)
押出機1および押出機2を用い、押出機1にP1層用原料、押出機2にはP2層およびP3層用原料として表1−3に示すポリエステル種および粒子マスター種をそれぞれ投入して溶融した。次いで各押出機から溶融押出された樹脂をフィードブロックへ導き、P2層/P1層/P3層の順に表1−4に示す積層比に積層されるように合流させ、溶融管状薄膜を環状ダイより下方に押出したこと以外は実施例13と同様に積層体を得た。得られた構成体の評価をした結果は表2−6に示したとおりであり、実施例30、31については耐デラミネーション、成形追従性、成形体のシワ抑制および成形後の反り、が全て優れていることが確認できた。
実施例30、31は最大表面高さが両表面とも2000nm以上であったためさらに成形後の反りに優れていた。
実施例30、31は積層体の長手方向および幅方向の両方向破断伸度が30%以上であったため、さらに構成体の成形追従性に優れていた。
(比較例3、4)
押出機1および押出機2を用い、それぞれの押出機に表1−3に記載のポリエステル種、粒子マスターをそれぞれ真空乾燥機にて180℃4時間乾燥し、水分を十分に除去した後280℃にて溶融した。次いで押出機1から溶融押出された層が金属箔との接着層でありP1層、押出機2が金属箔との非接着層でありP2層として、P1層/P2層の順に積層し、P1層とP2層が表1−4に示す厚みとなるようにマルチマニホールドにて各層を合流させ、口金から吐出された樹脂をキャストドラム上に冷却固化して積層シートを得たこと以外は実施例1と同様にして積層体を得た。
比較例3は金属箔(A)との非接着面側表面のポリエステルフィルム最大表面粗さ(SRmax)が7000nmを超えていたため成形後のシワが不良であった。
比較例4は金属箔(A)との接着面側表面のポリエステルフィルム最大表面粗さ(SRmax)が7000nmを超えていたため耐デミラネーションが不良であった。
Figure 2014069236
Figure 2014069236
Figure 2014069236
Figure 2014069236
Figure 2014069236
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Figure 2014069236
Figure 2014069236
Figure 2014069236
Figure 2014069236
本発明の積層体は金属箔と接するポリエステル面の最大表面高さを特定範囲とすることによって成形後の成形体のシワ抑制および耐反り性に優れるだけでなく金属箔とポリエステル面とのデラミを抑制し、かつ少なくとも積層体の一方向の破断伸度を20%以上とすることによって成形性に優れるため高容量化対応の電池外装用構成体、様々な形状に対応可能な医薬包装用構成体に好適に使用することができる。
1 成形体
2 構成体
3 雄型金型
4 雌型金型
5 2%引っ張り前の構成体
6 2%引っ張り後の構成体

Claims (11)

  1. 最表面A側の最大表面高さ(SRmaxA)が1500nm以上7000nm以下、最表面B側の最大表面高さ(SRmaxB)が5nm以上7000nm未満、かつSRmaxAとSRmaxBが下記式を満たすポリエステルフィルムであって、25℃における長手方向および、幅方向の破断点強度が供に200MPa以上330MPa以下であるポリエステルフィルム。
    SRmaxA>SRmaxB・・・(1)
  2. フィルムの内部ヘイズが10%以上70%以下、表面ヘイズが2%以上20%以下であることを特徴とする請求項1に記載のポリエステルフィルム。
  3. 60%伸張時の歪方向と直行する方向のフィルム幅収縮率が25%以上40%以下である請求項1に記載のポリエステルフィルム。
  4. 厚みが15μm以上40μm以下である請求項1に記載のポリエステルフィルム。
  5. グリコール単位の95モル%以上がエチレングリコール由来の構造単位であり、かつ、ジカルボン酸単位の95モル%以上がテレフタル酸由来の構造単位である請求項1に記載のポリエステルフィルム。
  6. グリコール単位の95モル%以上が1,4−ブタンジール由来の構造単位であり、かつ、ジカルボン酸単位の95モル%以上がテレフタル酸由来の構造単位である請求項1に記載のポリエステルフィルム。
  7. ポリエステルA層とポリエステルB層を有する積層フィルムであって、ポリエステルB層の含有粒子濃度が、ポリエステルA層よりも低い請求項1に記載のポリエステルフィルム。
  8. 電池外装用に用いられる請求項1に記載のポリエステルフィルム。
  9. 医薬包装用に用いられる請求項1に記載のポリエステルフィルム。
  10. 厚みが10μm以上100μm以下の金属箔(A)の少なくとも片側に、最外層として請求項1に記載のポリエステルフィルムが設けられてなる積層体であって、少なくとも一方向の25℃における破断伸度が20%以上である積層体。
  11. 請求項10に記載の積層体にさらにシーラント層が設けられたポリエステルフィルム/金属箔/シーラント層の順となるように配置された構成体であって、2%伸張時開口部長さが40mm以上、100mm以下である構成体。
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