JPWO2018159248A1 - 積層フィルム - Google Patents
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Abstract
Description
(1)基材フィルムの少なくとも片面に被覆層を有し、前記被覆層はオキサゾリン基を有する樹脂を構成成分として含有する被覆層用樹脂組成物からなり、前記被覆層上に無機薄膜層を有すると共に、該無機薄膜層上にウレタン樹脂を有する保護層を有し、前記積層フィルムの保護層の表面硬度が350〜700N/mm2であり、かつ前記保護層の2μm四方における算術平均粗さが0.5〜2.0nmであることを特徴とする積層フィルム。
(2)前期保護層が芳香族または芳香脂肪族成分を含有することを特徴とする(1)に記載の積層フィルム。
(3)前記保護層がメタキシリレンジイソシアネート成分を含有することを特徴とする(1)または(2)に記載の積層フィルム。
(4)前記被覆層用樹脂組成物中のオキサゾリン基を含有する樹脂は、そのオキサゾリン基量が5.1〜9.0mmol/gである(1)〜(3)のいずれかに記載の積層フィルム。
(5)前記被覆層中に酸価10mgKOH/g以下のアクリル樹脂を含む(1)〜(4)のいずれかに記載の積層フィルム。
(6)前記無機薄膜層が、酸化ケイ素と酸化アルミニウムの複合酸化物の層である(1)〜(5)のいずれかに記載の積層フィルム。
本発明で用いる基材フィルム(以下「基材フィルム」と称することがある)としては、例えば、プラスチックを溶融押出しし、必要に応じ、長手方向および/または幅方向に延伸、冷却、熱固定を施したフィルムを用いることができる。プラスチックとしては、ナイロン4・6、ナイロン6、ナイロン6・6、ナイロン12等に代表されるポリアミド;ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレン−2,6−ナフタレート等がに代表されるポリエステル;ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブテン等に代表されるポリオレフィン;のほか、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリビニルアルコール、全芳香族ポリアミド、ポリアミドイミド、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリスルホン、ポリスチレン、ポリ乳酸等が挙げられる。これらの中でも、耐熱性、寸歩安定性、透明性の点でポリエステルが好ましく、特にポリエチレンテレフタレートやポリエチレンテレフタレートに他の成分を共重合した共重合体が好ましい。
基材フィルムの透明度は、特に限定されるものではないが、透明性が求められる包装材料として使用する場合には、50%以上の光線透過率をもつものが望ましい。
また基材フィルムには、本発明の目的を損なわない限りにおいて、コロナ放電処理、グロー放電、火炎処理、表面粗面化処理等の表面処理が施されていてもよく、また、公知のアンカーコート処理、印刷、装飾等が施されてもよい。
本発明における被覆層は、オキサゾリン基を有する樹脂を含む。特に被覆層中に未反応のオキサゾリン基が存在するのが好ましい。オキサゾリン基は金属酸化物といった無機薄膜との親和性が高く、また、無機薄膜層形成時に発生する無機酸化物の酸素欠損部分や金属水酸化物と反応できるため、無機薄膜層と強固な密着性を示す。また、被覆層中に存在する未反応のオキサゾリン基は、基材フィルムおよび被覆層の加水分解により発生したカルボン酸末端と反応し、架橋を形成することができ、被覆層の耐水性を維持できる。
(オキサゾリン基を有する樹脂(A))
本発明の被覆層には、オキサゾリン基を有する樹脂を含有する。オキサゾリン基を有する樹脂としては、例えば、オキサゾリン基を有する重合性不飽和単量体を、必要に応じその他の重合性不飽和単量体とともに従来公知の方法(例えば溶液重合、乳化重合等)で共重合させることにより得られるオキサゾリン基を有する重合体等を挙げることができる。
前記被覆層用樹脂組成物には、被覆層の耐水性や耐溶剤性を向上させるためにアクリル樹脂を含有させてもよい。アクリル樹脂としては、アルキルアクリレート及び/又はアルキルメタクリレート(以下、纏めて「アルキル(メタ)アクリレート」と称することがある)を主要な成分とするアクリル樹脂が用いられる。アクリル樹脂としては、具体的には、アルキル(メタ)アクリレート成分を通常40〜95モル%の含有割合で含み、必要に応じて、共重合可能でかつ官能基を有するビニル単量体成分を通常5〜60モル%の含有割合で含む水溶性または水分散性の樹脂が挙げられる。アクリル系樹脂におけるアルキル(メタ)アクリレートの含有割合を40モル%以上とすることにより、塗布性、塗膜の強度、耐ブロッキング性が特に良好になる。一方、アルキル(メタ)アクリレートの含有割合を95モル%以下とし、共重合成分として特定の官能基を有する化合物をアクリル系樹脂に5モル%以上導入することにより、水溶化ないし水分散化を容易にするとともに、その状態を長期にわたり安定化することができ、その結果、被覆層と基材フィルムとの接着性や、被覆層内での反応による被覆層の強度、耐水性、耐溶剤性などの改善を図ることができる。アルキル(メタ)アクリレートの含有割合の好ましい範囲は50〜90モル%であり、より好ましくは60〜85%である。
共重合可能でかつ官能基を有するビニル単量体における官能基としては、例えば、カルボキシル基、酸無水物基、スルホン酸基またはその塩、アミド基またはアルキロール化されたアミド基、アミノ基(置換アミノ基を含む)、アルキロール化されたアミノ基またはその塩、水酸基、エポキシ基などが挙げられ、特に、カルボキシル基、酸無水物基、エポキシ基が好ましい。これらの官能基は、1種のみでもよいし2種以上であってもよい。
ビニル単量体として用いることのできる、スルホン酸基またはその塩を有する化合物としては、例えば、ビニルスルホン酸、スチレンスルホン酸、これらスルホン酸の金属塩(ナトリウム等)やアンモニウム塩などが挙げられる。
ビニル単量体として用いることのできる、アミノ基、アルキロール化されたアミノ基またはそれらの塩を有する化合物としては、例えば、ジエチルアミノエチルビニルエーテル、2−アミノエチルビニルエーテル、3−アミノプロピルビニルエーテル、2−アミノブチルビニルエーテル、ジメチルアミノエチルメタクリレート、ジメチルアミノエチルビニルエーテル、およびこれらのアミノ基をメチロール化したものや、ハロゲン化アルキル、ジメチル硫酸、サルトン等により4級化したもの等が挙げられる。
被覆層を構成する樹脂組成物は、ウレタン樹脂を含有することが好ましい。
ウレタン樹脂としては、例えば、ポリヒドロキシ化合物(ポリオール成分)とポリイソシアネート化合物とを常法に従って反応させることにより得られる水溶性または水分散性樹脂を用いることができる。特に、水性ポリウレタン樹脂は水媒体との親和性を高めるため、カルボキシル基またはその塩等を含有するものが好ましく用いられる。なお、これらウレタン樹脂の構成成分は、核磁気共鳴分析などにより特定することが可能である。
本発明の積層フィルムは、前記被覆層の上に無機薄膜層を有する。
ルミニウムとは、AlOやAl2O3等の各種アルミニウム酸化物又はそれらの混合物である。
本発明においては、前記無機薄膜層の上に保護層を有する。プラスチックフィルム上に積層した無機薄膜層は完全に密な膜ではなく、微小な欠損部分が点在している。無機薄膜層上に後述する特定の保護層用樹脂組成物を塗工して保護層を形成することにより、無機薄膜層の欠損部分に保護層用樹脂組成物中の樹脂が浸透し、結果としてガスバリア性が安定するという効果が得られる。加えて、保護層そのものにもガスバリア性を持つ材料を使用することで、積層フィルムのガスバリア性能も大きく向上することになる。
ウレタン樹脂(D)は、下記ポリイソシアネート成分(E)に下記ポリオール成分(F)を、通常の方法により反応させることにより得られる。さらに、ジオール化合物(例えば1,6−ヘキサンジオール等)やジアミン化合物(例えばヘキサメチレンジアミン等)等の2個以上の活性水素を有する低分子化合物を鎖延長剤として反応させることにより鎖延長することも可能である。
ウレタン樹脂(D)の合成に用いることのできるポリイソシアネート成分(E)としては、芳香族ポリイソシアネート、脂環族ポリイソシアネート、脂肪族ポリイソシアネート等が含まれる。ポリイソシアネート化合物としては、通常、ジイソシアネート化合物が使用される。
ポリオール成分(特にジオール成分)としては、低分子量のグリコールから高分子量のものまで用いることはできるが、ガスバリア性および非晶部による柔軟性の観点から、アルキレングリコール(例えば、エチレングリコール、プロピレングリコール、トリメチレングリコール、1,3−ブタンジオール、1,4−ブタンジオール、ペンタンジオール、ヘキサンジオール、ネオペンチルグリコール、ヘプタンジオール、オクタンジオール等の直鎖状または分岐鎖状C2-10アルキレングリコール)、(ポリ)オキシC2-4アルキレングリコール(ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、テトラエチレングリコール、ジプロピレングリコール等)等の低分子量グリコールが使用される。好ましいグリコール成分は、C2-8ポリオール成分[例えば、C2-6アルキレングリコール(特に、エチレングリコール、1,2−または1,3−プロピレングリコール、1,4−ブタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、3−メチル−1,5−ペンタンジオール)等]、ジまたはトリオキシC2-3アルキレングリコール(ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、ジプロピレングリコール等)であり、特に好ましいジオール成分はC2-8アルキレングリコール(特にC2-6アルキレングリコール)である。
ウレタン樹脂の酸価は10〜60mgKOH/gの範囲内であるのが好ましい。より好ましくは15〜55mgKOH/gの範囲内、さらに好ましくは20〜50mgKOH/gの範囲内である。ウレタン樹脂の酸価が前記範囲であると、水分散液とした際に液安定性が向上し、また保護層は高極性の金属酸化物層上に均一に堆積することができるため、コート外観が良好となる。
本発明の積層フィルムを用いてなる無機薄膜層を備えたガスバリア性積層フィルムには、上記基材フィルム、被覆層、無機薄膜層、保護層のほかに、必要に応じて、公知のガスバリア性積層フィルムが備えている種々の層を設けることができる。
例えば、無機薄薄膜層を備えたガスバリア性積層フィルムを包装材料として用いる場合には、シーラントと呼ばれるヒートシール性樹脂層を形成することが好ましい。ヒートシール性樹脂層は通常、無機薄膜層上に設けられるが、基材フィルムの外側(被覆層形成面の反対側の面)に設けることもある。ヒートシール性樹脂層の形成は、通常押出しラミネート法あるいはドライラミネート法によりなされる。ヒートシール性樹脂層を形成する熱可塑性重合体としては、シーラント接着性が充分に発現できるものであればよく、HDPE、LDPE、LLDPEなどのポリエチレン樹脂類、ポリプロピレン樹脂。エチレン−酢酸ビニル共重合体、エチレン−α−オレフィンランダム共重合体、アイオノマー樹脂等を使用できる。
実施例および比較例で得られた各積層フィルムの保護層面側(保護層がない場合は蒸着層面側)に、ウレタン系2液硬化型接着剤(三井化学社製「タケラック(登録商標)A525S」と「タケネート(登録商標)A50」とを13.5:1(質量比)の割合で配合)を用いて、ヒートシール性樹脂層として厚さ70μmの無延伸ポリプロピレンフィルム(東洋紡社製「P1147」)をドライラミネート法により貼り合わせ、40℃で4日間エージングを施すことによって、評価用のラミネートガスバリア性積層体(以下「ラミネート積層体」と称することもある)を得た。なお、ウレタン系2液硬化型接着剤で形成された接着剤層の乾燥後の厚みは、濃度を変えることで約2μmまたは5μmの2種類に調整した。
得られた積層フィルム単体に対して、JIS−K7126−2の電解センサー法(付属書A)に準じて、酸素透過度測定装置(MOCON社製「OX−TRAN 2/20」)を用い、温度23℃、相対湿度65%の雰囲気下で、常態での酸素透過度を測定した。なお、酸素透過度の測定は、被覆層・保護層を積層していない基材フィルム側から被覆層・保護層側に酸素が透過する方向で行った。
上記(1)で作製したラミネート積層体に対して、130℃の熱水中に30分間保持する湿熱処理を行い、未乾燥のままの状態で、幅15mm、長さ200mmに切り出して試験片とし、温度23℃、相対湿度65%の条件下で、テンシロン万能材料試験機(東洋ボールドウイン社製「テンシロンUMT−II−500型」)を用いてラミネート強度(レトルト後)を測定した。ラミネート強度は、引張速度を200mm/分とし、剥離角度90度で剥離させたときの強度とした。
保護層の算術平均粗さの測定は、走査型プローブ顕微鏡(SPM)(株式会社島津製作所製「SPM9700」)を使用して(カンチレバー:オリンパス社から提供されるOMCL―AC200TSを使用、観察モード:位相モード)実施した。詳しくは、被覆層表面の視野角2μm四方においてSPM画像を得た。得られた画像において、SPM付属のソフトウエアの機能である傾き補正を使用し、X方向・Y方向・Z方向の傾き補正を行った後、算術平均粗さの値を算出した。
保護層の表面硬度の測定は、ダイナミック超微小硬度計(株式会社島津製作所製「DUH−211」)を使用して実施した。詳しくは、ガラスプレートに接着剤で固定保持した積層フィルム単体の保護層面に対して、稜間角115°ダイヤモンド三角すい圧子(バーコビッチ型)を用い、負荷除荷試験にて硬さ測定試験を行い、得られたマルテンス硬さを表面硬度の値とした。試験条件は、試験力0.1mN、負荷速度0.02mN/秒、保持時間2秒で行った。
得られた積層フィルム単体に対して、溶剤系インキ(東洋インキ社製「リオアルファ(登録商標)R641白」を用いて2μmの印刷層を積層した。得られた印刷層を綿棒を用いて5回擦り、インキ剥がれがないものを密着○、一部剥がれるものを密着△、全面で剥がれるものを密着×とした。また、インキ転移性に関して、前述のインキを用いて濃度60%にて半調印刷を行い、光学顕微鏡にて×50倍の倍率にて印刷層の表面観察をした際に、インキが繋がり網目状になっているものを転移性○、インキが一部繋がっていないものを転移性△、インキが全く繋がっておらずドット状になっているものを転移性×とした。
各実施例および比較例において、基材フィルム上に保護層を積層した段階で得られた各積層フィルムを試料とし、この試料から100mm×100mmの試験片を切り出し、1−メトキシ−2−プロパノールまたはジメチルホルムアミドによる保護層の拭き取りを行い、拭き取り前後のフィルムの質量変化から付着量を算出した。
オキサゾリンを含有する樹脂を凍結乾燥し、ヴァリアン社製核磁気共鳴分析計(NMR)ジェミニ−200を用いて1H−NMRスペクトルを測定し、オキサゾリン基に由来する吸収ピーク強度と、その他のモノマーに由来する吸収ピーク強度とを求め、それらのピーク強度からオキサゾリン基量(mmol/g)を算出した。
試料を減圧乾燥し、ヴァリアン社製核磁気共鳴分析計(NMR)ジェミニ−200を用いて1H−NMRスペクトルを測定し、各イソシアネート成分に由来するピーク強度の積分比からイソシアネート成分のモル%比を決定した。
[オキサゾリン基を有する樹脂(A)]
オキサゾリン基を有する樹脂として、市販の水溶性オキサゾリン基含有アクリレート(日本触媒社製「エポクロス(登録商標)WS−300」;固形分10%)を用意した。この樹脂のオキサゾリン基量は7.7mmol/gであった。
アクリル樹脂として、市販のアクリル酸エステル共重合体の25質量%エマルジョン(ニチゴー・モビニール(株)社製「モビニール(登録商標)7980」を用意した。このアクリル樹脂(B)の酸価(理論値)は4mgKOH/gであった。
ウレタン樹脂として、市販のポリエステルウレタン樹脂のディスパージョン(三井化学社製「タケラック(登録商標)W605」;固形分30%)を用意した。このウレタン樹脂の酸価25mgKOH/gであり、DSCで測定したガラス転移温度(Tg)は100℃であった。また、1H−NMRにより測定したポリイソシアネート成分全体に対する芳香族または芳香脂肪族ジイソシアネートの割合は、55モル%であった。
ウレタン樹脂として、市販のメタキシリレン基含有ウレタン樹脂のディスパージョン(三井化学社製「タケラック(登録商標)WPB341」;固形分30%)を用意した。このウレタン樹脂の酸価25mgKOH/gであり、DSCで測定したガラス転移温度(Tg)は130℃であった。また、1H−NMRにより測定したポリイソシアネート成分全
体に対する芳香族または芳香脂肪族ジイソシアネートの割合は、85モル%であった。
[ウレタン樹脂(D2)]
ウレタン樹脂として、市販のポリカーボネートウレタン樹脂のディスパージョン(三井化学社製「タケラック(登録商標)WS4000」;固形分30%)を用意した。このウレタン樹脂のDSCで測定したガラス転移温度(Tg)は130℃であった。
[ウレタン樹脂(D3)]
ウレタン樹脂として、市販のポリエステルウレタン樹脂のディスパージョン(三井化学社製「タケラック(登録商標)WS4022」;固形分30%)を用意した。このウレタン樹脂のDSCで測定したガラス転移温度(Tg)は110℃であった。
[シランカップリング剤(G)]
シランカップリング剤として、市販の信越化学社製「(登録商標)KBM603」;固形分30%)を用意した。
[ガスバリア性ビニルアルコール系樹脂(H)]
ガスバリア性を有するビニルアルコール系樹脂として、市販の水溶性ビニルアルコール樹脂(日本合成化学社製「Nichigo G-Polymer(登録商標)OKS−8049」;粉末)を水に溶解し、固形分5%の水溶液を用意した。
[ガスバリア性保護層溶液(I)]
テトラエトキシシランを0.02mol/Lの塩酸で加水分解した溶液をけん化度99%、重合度2400のポリビニルアルコール樹脂(PVA)の5重量%水溶液に、重量比でSiO2/PVA=60/40となる割合で加え、ガスバリア性保護層溶液(I)とした。
(1)被覆層に用いる塗工液1の調整
下記の配合比率で各材料を混合し、塗布液(被覆層用樹脂組成物)を作成した。なお、得られた塗布液中のオキサゾリン基を有する樹脂(A)、アクリル樹脂(B)、ウレタン樹脂(C)の固形分換算の質量比は表1に示す通りである。
水 54.40%
イソプロパノール 25.00%
オキサゾリン基含有樹脂 (A) 15.00%
アクリル樹脂 (B) 3.60%
ウレタン樹脂 (C) 2.00%
下記の塗剤を混合し、塗工液2を作成した。ここでウレタン樹脂(D1)の固形分換算の質量比は表1に示す通りである。
水 58.33%
イソプロパノール 30.00%
ウレタン樹脂(D1) 11.67%
(3)ポリエステル基材フィルムの製造および塗工液1のコート(被覆層の積層)
極限粘度0.62dl/g(30℃、フェノール/テトラクロロエタン=60/40)のポリエチレンテレフタレート樹脂を予備結晶化後、本乾燥し、Tダイを有する押出し機を用いて280℃で押出し、表面温度40℃のドラム上で急冷固化して無定形シートを得た。次に得られたシートを加熱ロールと冷却ロールの間で縦方向に100℃で4.0倍延伸を行った。そして、得られた一軸延伸フィルムの片面に、上記塗工液1をファウンテンバーコート法によりコートした。乾燥しつつテンターに導き、100℃で予熱、120℃で4.0倍横方向に延伸し、6%の横方向の弛緩を行いながら225℃で熱処理を行い、厚さ12μmの二軸延伸ポリエステルフィルムに0.020g/m2の被覆層が形成され
た積層フィルムを得た。
次に、上記(2)で得られた積層フィルムの被覆層面に、無機薄膜層として、二酸化ケイ素と酸化アルミニウムの複合無機酸化物層を電子ビーム蒸着法で形成した。蒸着源としては、3mm〜5mm程度の粒子状SiO2(純度99.9%)とA12O3(純度99.9%)とを用いた。ここで複合酸化物層の組成は、SiO2/A12O3(質量比)=60/40であった。また無機薄膜層(SiO2/A12O3複合酸化物層)の膜厚は13nmであった。
(5)蒸着フィルムへの塗工液2のコート(保護層の積層)
塗工液2をワイヤーバーコート法によって(4)で得られた蒸着フィルムの無機薄膜層上に塗布し、200℃で15秒乾燥させ、保護層を得た。乾燥後の塗布量は0.210g/m2(Dry)であった。
以上のようにして、基材フィルムの上に被覆層/金属酸化物層/保護層を備えた積層フィルムを作製した。得られた積層フィルムについて、上記の通り、酸素透過度、ラミネート強度、印刷性を評価した。結果を表1に示す。
保護層形成用の塗工液を調製するにあたり、樹脂の配合量、付着量および種類を表1に示す通りとなるよう変更したこと以外は、実施例1と同様にして積層フィルムを作製し、酸素透過度、ラミネート強度、印刷性を評価した。結果を表1に示す。
Claims (6)
- 基材フィルムの少なくとも片面に被覆層を有し、前記被覆層はオキサゾリン基を有する樹脂を構成成分として含有する被覆層用樹脂組成物からなり、前記被覆層上に無機薄膜層を有すると共に、該無機薄膜層上にウレタン樹脂を含有する保護層を有し、前記積層フィルムの保護層の表面硬度が350〜700N/mm2であり、かつ前記保護層の2μm四方における算術平均粗さが0.5〜2.0nmであることを特徴とする積層フィルム。
- 前記保護層に含有される前記ウレタン樹脂が芳香族または芳香脂肪族成分を含有することを特徴とする請求項1に記載の積層フィルム。
- 前記保護層に含有される前記ウレタン樹脂がメタキシリレン成分を含有することを特徴とする請求項1または2に記載の積層フィルム。
- 前記被覆層用樹脂組成物中の前記オキサゾリン基を含有する樹脂は、そのオキサゾリン基量が5.1〜9.0mmol/gである請求項1〜3のいずれかに記載の積層フィルム。
- 前記被覆層中に酸価10mgKOH/g以下のアクリル樹脂を含む請求項1〜4のいずれかに記載の積層フィルム。
- 前記無機薄膜層が、酸化ケイ素と酸化アルミニウムの複合酸化物の層である請求項1〜5のいずれかに記載の積層フィルム。
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