WO2012108534A1 - ヒートシール性積層体及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
しかし、ポリエチレンは水蒸気バリア性に優れているがガスバリア性が劣る。そこで、これを補うためにガスバリア性に優れたポリエチレンテレフタレートをさらに積層することが、食品包装用途として保存性及び保香性等に優れた手段と想定できる。
また、包装用容器の基材として用いるには、積層体の外層はヒートシール性を備える必要があるが、従来からの加工方法に於いては延伸ポリエチレンテレフタレートフィルムを使用するためヒートシール性を有しない。このため包装用容器の基材として用いるには、当該ポリエチレンテレフタレート層の上にさらにポリエチレン層をラミネート等で被膜する必要があった。
特許文献1は、接着剤を用いずに、紙製基材にポリエチレンテレフタレート層とポリエチレン層を接着する加工方法が開示されている。
また、上記文献によれば、容器自体のガスバリア性改良のために延伸ポリエチレンテレフタレートフィルムを使用しているが、そのために紙製基材との接着工程が必要となり、更にはヒートシールを目的とするポリエチレン押出し工程を併せて2工程4層の積層体となるため、製造コストの低減を図りにくいという難点が有る。
しかしながら、何れの方法にせよ前述の接着剤に於ける残存溶剤問題、或いはコスト増問題は解決されない。
又、ポリエチレンテレフタレートを特定の条件で溶融押出しラミネートすることにより均質且つ安定した製膜を得ることが出来、ポリエチレンテレフタレート面同士のヒートシールが可能となった。
すなわち、本願第一の発明は、紙製基材の少なくとも一方の面に、ポリエチレンが被膜されており、当該ポリエチレン被膜に対してポリエチレンテレフタレートが直接に被膜されていることを特徴とするヒートシール性積層体、である。
1.ポリエチレンテレフタレートがホモポリエチレンテレフタレートであること、
2.ポリエチレンテレフタレートからなる被膜が、押出しラミネート法により施されたものであること、
3.ポリエチレンテレフタレートの固有粘度が0.72ないし0.88dL/gの範囲あること、
4.ポリエチレンテレフタレートからなる被膜が10ないし60μmの厚みを有すること、
が好適である。
本願第三の発明は、紙製基材の少なくとも一方の面にポリエチレンが被膜され、該ポリエチレン被膜に押出ラミネート法によりポリエチレンテレフタレートを被膜する紙製積層体の製造方法において、ダイのリップ開口部からポリエチレンの面までの距離で表されるエアギャップが25cm以下であることを特徴とするヒートシール性積層体の製造方法、である。
上記第三の発明においては、前記押出しラミネート法において、溶融押出し時のポリエチレンテレフタレートの押出し温度が、ポリエチレンテレフタレートの融点(Tm)を基準として、Tm+25℃以上、Tm+70℃未満の範囲にあり、押出し圧力が3.5ないし6.5MPaの範囲内であることが好適である。
また本発明のヒートシール性積層体は、水蒸気バリア性及びガスバリア性にも優れていると共に、ポリエチレンテレフタレート層がヒートシール性を有しているため、この積層体をヒートシールにより容器等に成形でき、この容器等は食品包装用材料に要求される長期保存性にも優れている。
更に本発明のヒートシール性積層体の製造方法においては、ポリエチレンテレフタレートを特定の条件で押出しラミネートすることにより均質且つ安定して製膜することができるため、紙/ポリエチレン/ポリエチレンテレフタレートをアンカーコート剤及び接着剤を用いることなく積層でき、上記積層体を安価に提供することができる。
ポリエチレンテレフタレート(以下、「PET」という場合がある。)とは、ジオール成分としてエチレングリコール
とジカルボン酸成分としてテレフタル酸の脱水縮合により作られ、エステル結合が連なっているポリエステルを主成分とする。
尚、このエステル結合の生成は、テレフタル酸ジメチルとのエステル交換反応でも可能である。
本発明の積層体に用いるポリエチレンテレフタレートとしては、汎用性があり安価で要求が容易なホモポリエチレンテレフタレートであることが好ましい。
ホモポリエチレンテレフタレートは、ジオール成分としてエチレングリコールとジカルボン酸成分としてテレフタル酸を重縮合してなる成るものであり、積極的に他の共重合成分を含有しない、汎用のポリエチレンテレフタレートを意味するものであり、ポリエチレンテレフタレート調製の際に副生する不純物成分まで排除するものではない。
尚、本発明の技術的範囲の問題から意図的に微量の第三成分を混入するような場合も本発明にいう“ホモポリエチレンテレフタレート”に含まれることはいうまでもない。
また本発明の積層体に用いるホモポリエチレンテレフタレートは、固有粘度(IV)が0.72ないし0.88dL/g、特に0.80ないし0.83dL/gの範囲にあることが製膜性の点で重要であり、上記範囲よりも固有粘度が低い場合には製膜性に劣るようになり、一方、上記範囲よりも固有粘度が高い場合には、押出性に劣るようになる。
積層体に用いる紙製基材は、従来、紙器等に使用されている板紙であれば、全て使用することができ、用途に応じて種々のものを採用することができる。
例えば、これに限定されないが、アイボリー原紙、カップ原紙、マニラボール紙、カード紙等の他、合成紙等も使用することができる。
使用する原紙の坪量は、特に限定されないが、概ね180~500g/m2の範囲であることが好適である。
また、紙製基材には、後述するようにポリエチレンが溶融押出しラミネートされているが、その上にポリエチレンテレフタレートを押出しラミネートする際、ポリエチレンとの接着性を向上させるため該基材に対して、コロナ放電処理、フレーム処理、プラズマ処理、オゾン処理等の表面処理を施すことが好ましい。
本発明においては紙製基材にポリエチレン(以下、「PE」という場合がある。)を溶融押出しラミネートした面上に、ポリエチレンテレフタレートの溶融押出しラミネート加工を実施して製造する。
紙製基材にポリエチレンを被膜する方法は溶融押出しラミネーション法として汎用されており、これらの方法に従って行えばよい。
紙製基材にラミネートするポリエチレンとしては、紙製基材に押出ラミネート可能である限り、従来公知の高密度ポリエチレン(HDPE)、中密度ポリエチレン(MDPE)、低密度ポリエチレン(LDPE)、線状低密度ポリエチレン(LLDPE)等を制限なく使用できるが、紙製基材に容易にラミネートできる点で中密度ポリエチレン又は低密度ポリエチレンを用いることが好ましい。
ポリエチレン層の厚みは特に限定されないが、概ね10μm~60μmであれば好適である。
紙製基材及びポリエチレン積層体のポリエチレン面については、後述するポリエチレンテレフタレートの押出しラミネートの際の接着性を高めるために表面処理を実施することが好ましい。具体的には、コロナ放電処理、オゾン処理、フレーム処理、プラズマ処理等の表面処理が挙げられる。
本発明においては、上述したポリエチレンテレフタレートが、紙製基材に押出しラミネートされたポリエチレン層の上に押出しラミネートされ積層されている。
一般にポリエチレンは、水蒸気バリア性・耐薬品性が優れているが、ガスバリア性・臭気性に劣ることはよく知られている。
一方、ポリエチレンテレフタレートはガスバリア性に優れているが、水蒸気バリア性に劣る傾向にある。
そこで、このように紙製基材に対してポリエチレン及びポリエチレンテレフタレートを積層することで水蒸気バリア性及びガスバリア性等に優れた積層体とすることができる。
このため、従来の積層体においては、ヒートシール性を付与するために、延伸ポリエチレンテレフタレート層上に更にポリエチレンを接着剤等によりラミネートする必要が生じていた。
本発明により得られる積層体は、当該ポリエチレンテレフタレート面がヒートシール性を有するため、更なるポリエチレン層を付加することなく、ポリエチレンテレフタレート面同士をヒートシールすることによって所定の形状に成形することが可能となった。
また、本発明においてはアンカーコート剤及び接着剤を使うことなく各層を接着することができるため、接着剤等、塗布工程を含むコスト増の課題、またアンカーコート剤及び接着剤に使用する有機溶剤等の問題を共に解決することができる。
本発明の積層体の製造方法においては、上述したポリエチレンテレフタレートを、接着剤等を用いることなく直接、紙/ポリエチレンの積層体のポリエチレン面に安定して被覆させる必要がある。
このためには、押出ラミネート法(押出しラミネーション法)によりポリエチレンテレフタレートの溶融樹脂膜を、紙/ポリエチレンの積層体のポリエチレン面にラミネートする際の加工条件の選択が重要である。特にダイのリップ開口部と紙/ポリエチレンの積層体のポリエチレン面までの距離が重要になる。すなわち、ダイのリップ開口部からポリエチレン層の表面までの距離(エアギャップ)が25cm以下、好ましくは5ないし20cmの範囲に設定することが重要になる。
さらに、押出しの際の押出圧力を3.5ないし6.5MPa、特に4.0ないし6.0MPaとすることが好ましい。
尚、各温度設定に対する実際の測定温度のずれは小さい方が好ましい。また、圧力調整についても精密に行うことが好ましい。
上記の範囲に設定することで、前述したように、膜揺れの発生が抑制され、膜厚の均一性、及び被覆の接着性に優れた積層体を製造することが可能になる。このことは後述する実施例の結果からも明らかである。
(比較例2及び3、表2)。更に押出圧力が6.5MPaを超える場合にも、この範囲にある場合に比して、耳揺れ及び膜厚の均一性の点で満足するものでないことが明らかである(比較例4、表3)。
図1は、本発明の積層体の製造方法に用いる装置の一例の概略図であり、ポリエチレンテレフタレートは押出機(図示せず)で溶融混練され、Tダイ1のリップ2から溶融樹脂膜Pとして紙/ポリエチレンの積層体Bのポリエチレン表面に押出される。その後チルロール3及びプレッシャーロール4の間でニップされて、本発明の積層体が製造される。尚、エアギャップは、Tダイのリップ2から紙/ポリエチレンの積層体Bのポリエチレン表面までの距離Lで表わされている。
ポリエチレンテレフタレートを押出すためのダイとしては、樹脂の押出ラミネートに一般に使用されているダイを用いることができ、ダイリップの開口幅が0.4ないし1.4mm、ダイの幅が90ないし180cmの範囲にあることが好ましい。
更に本発明条件においては、50ないし100m/minのライン速度でラミネートすることが、均一な膜厚やポリエチレンテレフタレート層の接着性の点から好適である。
本発明により得られる紙/ポリエチレン/ポリエチレンテレフタレート積層体については、ポリエチレンテレフタレート層がヒートシール性を有するので、当該ポリエチレンテレフタレート面同士をヒートシールすることで積層体同士を接着させることができる。
本発明の積層体においては、ポリエチレンテレフタレート層同士を重ね合せ、この重ね合わせた部分をヒートシールする等により、カップ型、トレイ型、パウチ型等従来公知の形状の容器に成形することができる。
(実施例1)
(1)紙に対するポリエチレンのラミネート
カップ原紙(坪量320g/m2)に対して常法により低密度ポリエチレン(密度:0.918、融点108℃、宇部興産株式会社製のUBEポリエチレンC410)を押出しラミネートし、カップ原紙の両面にポリエチレン層を形成させた。ポリエチレンのコーティング厚みは40μm及び60μmとした。
上記、紙/ポリエチレン積層体のポリエチレンコーティング厚み40μmの面に対しコロナ放電処理を施し、以下の条件でポリエチレンテレフタレートを押出しラミネートした。
リップの開口巾を0.8mmに調整したダイ(幅約110cm)からエアギャップ(Tダイのリップ開口部からポリエチレンラミネート紙製積層体までの距離)が10cm、押出圧力4.0MPaに設定し、前記ダイから押出温度315℃としたホモポリエチレンテレフタレートを、紙/ポリエチレン積層体のポリエチレン層(40μm)面にコロナ放電処理を行いながら押出しラミネートを行った。
BK6180)を用いた。
ポリエチレンテレフタレートのコーティング厚みは30μm、コーティングライン速度は63m/minで行った。紙/ポリエチレン積層体へのコーティングと同時にチルロール(表面温度:35℃)とニップ(ゴム)ロールの間を通して、紙/ポリエチレン/ポリエチレンテレフタレート積層体を完成させた。これらの工程について押出しラミネートの状態について評価した。さらに、押し出しの条件等を検討するため、エアギャップ、押出温度、押出圧力を以下のように変えて実験を行った。
エアギャップを表1に示す距離としたこと以外は実施例1と同様に行った。押出しラミネートの状態について評価した。結果を表1に示す。
エアギャップを15cmとしたこと、及びホモポリエチレンテレフタレートの押出温度を280℃とすること以外は実施例1と同様に行った。押出しラミネートの状態について評価した。結果を表2に示す。
ポリエチレンテレフタレートの押出温度を表2に示す温度としたこと以外は実施例6と同様に行った。押出しラミネートの状態について評価した。結果を表2に示す。
エアギャップを15cmとしたこと、及び押出圧力を3.5MPaとしたこと以外は実施例1と同様に行った。押出しラミネートの状態について評価した。結果を表3に示す。
押出圧力を表3に示す圧力としたこと以外は実施例10と同様に行った。押出しラミネートの状態について評価した。結果を表3に示す。
1.ラミネート膜の耳揺れ幅
○…耳揺れ幅2mm以内
△…耳揺れ幅4mm未満
×…耳揺れ幅4mm以上
耳揺れ幅4mm未満が実用可能
○…PET層の膜厚の変動幅が目標膜厚の±15%以内
△…PET層の膜厚の変動幅が目標膜厚の±20%未満
×…PET層の膜厚の変動幅が目標膜厚の±20%以上
変動幅が±20%未満のものが実用可能
○…PET層とポリエチレン層の間に十分な接着性がある
△…PET層とポリエチレン層の間に接着性がある
×…PET層とポリエチレン層の間にやや剥がれる場合がある
PET層とポリエチレン層の間に剥がれのないものが実用可能
実施例1~15及び比較例1~2で得られた各積層体について、ポリエチレンテレフタレートをラミネートした面同士を重ね合わせ、インパルスシーラーにより、160℃,170℃,190℃,220℃の各ヒートシール温度に調節された熱板を2秒間、圧力2kg/cm2で保持することにより、ヒートシールを行った。
次いで、ヒートシールを行った積層体のヒートシール面を引き剥がし、紙製基材との破
壊状態を観察した。評価基準は下記の通りである。
◎…紙製基材面での破壊が溶着面積の90%以上
○…紙製基材面での破壊が溶着面積の60%以上90%未満
△…紙製基材面での破壊が溶着面積の30%以上60%未満
×…紙製基材面での破壊が溶着面積の30%未満
結果を表5に示す。
ポリエチレンテレフタレート樹脂として、固有粘度0.88dL/g及び融点250℃のホモポリエチレンテレフタレート(ユニチカ株式会社製NEH-2070)(実施例16)、固有粘度0.80dL/g及び融点236℃のホモポリエチレンテレフタレート(SKケミカル株式会社製BR8040)(実施例17)、固有粘度0.76dL/g及び融点252℃のホモポリエチレンテレフタレート(帝人化成株式会社製TRN-8550FF)(実施例18)、及び固有粘度0.72dL/g及び融点251℃のホモポリエチレンテレフタレート(ユニチカ株式会社製NES-2040)(実施例19)を、それぞれ用いた。
また、押出し条件としては、全て実施例1と同様の条件で積層体を製作し、実施例1と同様にしてヒートシール性の評価を行った。結果を表6に示す。
また本発明の積層体の製造方法においては、アンカーコート剤及び接着剤を用いることなく紙/ポリエチレン/ポリエチレンテレフタレートの三層積層体を安価に提供することができるため、汎用包装材料の製造に好適に利用できる。
Claims (8)
- 紙製基材の少なくとも一方の面に、ポリエチレンが被膜されており、当該ポリエチレン被膜に対してポリエチレンテレフタレートが直接に被膜されていることを特徴とするヒートシール性積層体。
- 前記ポリエチレンテレフタレートがホモポリエチレンテレフタレートである請求項1に記載のヒートシール性積層体。
- 前記ポリエチレンテレフタレートからなる被膜が、押出しラミネート法により施されたものである請求項1記載のヒートシール性積層体。
- 前記ポリエチレンテレフタレートの固有粘度が0.72ないし0.88dL/gの範囲にある請求項1記載のヒートシール性積層体。
- 前記ポリエチレンテレフタレートからなる被膜が10ないし60μmの厚みを有する請求項1記載のヒートシール性積層体。
- 請求項1記載のヒートシール性積層体のポリエチレンテレフタレート被膜同士を重ね合わせ、ヒートシールすることにより成形される容器。
- 紙製基材の少なくとも一方の面にポリエチレンが被膜され、該ポリエチレン被膜に押出ラミネート法によりポリエチレンテレフタレートを被膜する紙製積層体の製造方法において、ダイのリップ開口部からポリエチレンの面までの距離で表されるエアギャップが25cm以下であることを特徴とするヒートシール性積層体の製造方法。
- 前記押出しラミネート法において、溶融押出し時のポリエチレンテレフタレートの押出し温度が、ポリエチレンテレフタレートの融点(Tm)を基準として、Tm+25℃以上、Tm+70℃未満の範囲にあり、押出し圧力が3.5ないし6.5MPaの範囲内である請求項7記載の積層体の製造方法。
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