JP2024040295A - 低吸着性シーラントフィルム、積層体および包装袋 - Google Patents
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Abstract
Description
しかし、特許文献1に記されているようなポリオレフィン系樹脂からなる無延伸のシーラントフィルムは、油脂や香料等の有機化合物からなる成分を吸着しやすいため、シーラントフィルムを最内層、すなわち内容物と接する層としている包装材は内容物の香りや味覚を変化させやすいという欠点を持っている。化成品、医薬品、食品等の包装袋の最内層としてポリオレフィン系樹脂からなるシーラント層を使用する場合、あらかじめ内容物の有効成分を多めに含ませる等の対策が必要であるため、使用に適さないケースが多い。
このような問題に鑑みて、特許文献3には有機化合物の非吸着性をもったシーラント用途のポリエステル系フィルムが開示されている。しかし、特許文献3のポリエステル系フィルムは100℃ヒートシール強度が高いため、包装袋として使用して内容物をお湯で茹でて温めようとした際に、最内層のヒートシール層同士が粘着しやすく包装袋を開封しにくくなる問題があった。
本願第一の発明は、100℃ヒートシール強度が低く包装袋として使用して内容物をお湯で茹でて温めようとした際もヒートシール層同士が粘着しにくい前記(A)のシーラントフィルムを提供するものである。
本願第二の発明は、低温の120℃ヒートシール性にも優れるため、高速自動充填包装でも十分なヒートシール強度を有する前記(A)のシーラントフィルムを提供するものである。
また、本発明は、前記の本願第一の発明又は本願第二の発明のシーラントフィルムを少なくとも一層として含む積層体、及びそれを用いた包装袋を提供しようとするものである。
本発明は、以下の構成よりなる。
1.少なくとも1層のポリエステル系成分からなるヒートシール層を有しており、以下(1)~(3)を満たすことを特徴とする低吸着性シーラントフィルム。
(1)ヒートシール層同士を100℃、0.2MPa、2秒間でシールしたときのシール強度が0N/15mm以上5N/15mm以下
(2)ヒートシール層同士を140℃、0.2MPa、2秒間でシールしたときのシール強度が8N/15mm以上30N/15mm以下
(3)全層を含んだフィルムの密度が1.20以上1.39未満
2.少なくとも1層のポリエステル系成分からなるヒートシール層を有しており、以下(4)~(6)を満たすことを特徴とする低吸着性シーラントフィルム。
(4)ヒートシール層同士を120℃、0.2MPa、2秒間でシールしたときのシール強度が4N/15mm以上15N/15mm以下
(5)ヒートシール層同士を140℃、0.2MPa、2秒間でシールしたときのシール強度が8N/15mm以上30N/15mm以下
(6)ヒートシール層において、X線電子分光法(ESCA)で求めた酸素原子の存在比率が26.6%以上31.0%以下
3.三次元粗さ計から求めた表面粗さの要素の平均長さRSmが18μm以上29μm以下である1.又は2.のいずれかに記載の低吸着性シーラントフィルム。
4.前記ヒートシール面同士の動摩擦係数が0.30以上0.80以下である1.~3.のいずれかに記載の低吸着性シーラントフィルム。
5.フィルムを構成する成分が、エチレンテレフタレートを主たる構成成分とするポリエステルからなる1.~4.のいずれかに記載の低吸着性シーラントフィルム。
6.ヒートシール層を構成するポリエステル系成分を構成するモノマーのうち、エチレングリコール以外のジオールモノマー成分を含有し、該ジオールモノマー成分がネオペンチルグリコール、1,4-シクロヘキサンジメタノール、1,4-ブタンジオール、ジエチレングリコールのいずれか1つ以上である1.~5.のいずれかに記載の低吸着性シーラントフィルム。
7.80℃温湯中で10秒間にわたって処理したときの熱収縮率が長手方向、幅方向いずれも0%以上10%以下である1.~6.のいずれかに記載の低吸着性シーラントフィルム。
8.前記1.~7.のいずれかに記載のシーラントフィルムを少なくとも1層は含むことを特徴とする積層体。
9.前記1.~7.のいずれかに記載のシーラントフィルム、又は8.に記載の積層体を少なくとも一部に用いたことを特徴とする包装袋。
さらに、前記の本願第一の発明又は第二の発明のシーラントフィルムを少なくとも一層として含む積層体と、それを用いた包装袋を提供できる。
(1)ヒートシール層同士を100℃、0.2MPa、2秒間でシールしたときのシール強度が0N/15mm以上5N/15mm以下
(2)ヒートシール層同士を140℃、0.2MPa、2秒間でシールしたときのシール強度が8N/15mm以上30N/15mm以下
(3)全層を含んだフィルムの密度が1.20以上1.39未満
以下、本発明のシーラントフィルムの特性、層構成、層比率、シーラントフィルムを構成する原料、シーラントフィルムの製造方法、内容物の種類、及び包装体の構成、製袋方法について詳述する。
1.1.100℃ヒートシール強度
本願第一の発明のシーラントフィルムは、ヒートシール層同士を温度100℃、シールバー圧力0.2MPa、シール時間2秒でヒートシールした際のヒートシール強度が0N/15mm以上5N/15mm以下である必要がある。
100℃ヒートシール強度が5N/15mmを超えると、包装袋として使用して内容物を温めようとした際に、最内層のヒートシール層同士が粘着しやすく、開封性が損なわれるため、包装袋として適さない。100℃ヒートシール強度は4.5N/15mm以下であるとより好ましく、4.0N/15mm以下であるとさらに好ましい。
本願第二の発明のシーラントフィルムは、ヒートシール層同士を温度120℃、シールバー圧力0.2MPa、シール時間2秒でヒートシールした際のヒートシール強度が4N/15mm以上15N/15mm以下である必要がある。
120℃ヒートシール強度が4N/15mm未満であると、高速自動充填包装時にヒートシール強度が不足するため、包装袋の生産性を高めることができない。120℃ヒートシール強度は大きいことが好ましいが、本発明の技術水準では現状得られる上限は15N/15mm程度であるが、実用上は十分である。120℃ヒートシール強度は5N/15mm以上であるとより好ましく、6N/15mm以上であるとさらに好ましい。
本発明のシーラントフィルムは、ヒートシール層同士を温度140℃、シールバー圧力0.2MPa、シール時間2秒でヒートシールした際のヒートシール強度が8N/15mm以上30N/15mm以下である必要がある。
140℃ヒートシール強度が8N/15mm未満であると、シール部分が容易に剥離されるため、包装袋として用いることが困難である。140℃ヒートシール強度は大きいことが好ましいが、本発明の技術水準では現状得られる上限は30N/15mm程度である。140℃ヒートシール強度は9N/15mm以上であるとより好ましく、10N/15mm以上であるとさらに好ましい。
本願第一の発明のシーラントフィルムは、全層を含んだフィルムの密度が1.20以上1.39未満である必要がある。全層を含んだフィルムの密度と吸着性および耐熱性、140℃ヒートシール強度は相関している。密度が高いほど低吸着性および耐熱性に優れたシーラントフィルムとなる。これは密度が高いほど結晶性が高い傾向にあり、結晶性が高いほど耐薬品性および耐熱性が高くなるためである。そのため、全層を含んだフィルムの密度が1.20未満であると、耐薬品性が悪くなるために吸着性が高くなり、かつ耐熱性が低くなってヒートシール時にフィルムに穴あきがしやすくなるため、包装袋として適さない。
また、密度が1.39以上となると低吸着性や耐熱性には優れるが、140℃のヒートシール性が損なわれるため、シーラントフィルムとして適さない。密度の範囲は1.25以上1.38以下であるとより好ましく、1.30以上1.37以下であるとさらに好ましい。
本発明のシーラントフィルムは、カットオフ0.250mm、測定速度0.2mm/秒の条件で測定したヒートシール層の表面粗さの要素の平均長さRSmが18μm以上29μm以下であることが好ましい。ヒートシール層の表面粗さの要素の平均長さRSmは、100℃ヒートシール強度およびヒートシール面同士の動摩擦係数と相関している。ヒートシール層の表面粗さの要素の平均長さRSmが長いほど、ヒートシール面の凹凸が少なくなり平滑化するため、接触面積が大きくなって100℃ヒートシール強度が高くなり、ヒートシール面同士の動摩擦係数も高くなる。
ヒートシール層の表面粗さの要素の平均長さRSmが29μm以上であると、100℃ヒートシール強度が高くなり包装袋として使用して内容物を温めようとした際に、最内層のヒートシール層同士が粘着しやすく、開封性が損なわれるため、包装袋として適さない。一方、表面粗さの要素の平均長さRSmが18μm未満であると、ヒートシール面同士の接触面積が極端に小さくなるため、140℃シール強度が低くなり、シーラントフィルムとして適さない。ヒートシール層の表面粗さの要素の平均長さRSmの範囲は19μm以上28μm以下であるとより好ましく、20μm以上27μm以下であるとさらに好ましい。
本発明のシーラントフィルムは、ヒートシール面同士の動摩擦係数が0.30以上0.80以下であることが好ましい。
動摩擦係数が0.30未満であるとフィルムが滑りすぎてしまいハンドリング性が悪化する。一方、動摩擦係数が0.80を超えると、滑り性が悪いためにフィルムをロールに巻き取る際にシワが生じやすくなり巻き品質が下がるおそれがある。ヒートシール層の動摩擦係数の範囲は0.35以上0.75以下であるとより好ましく、0.40以上0.70以下であるとさらに好ましい。
本願第二の発明のシーラントフィルムは、ヒートシール層において、X線電子分光法(ESCA)で求めた酸素原子の存在比率が26.6%以上31.0%以下である必要がある。非特許文献1には表面処理で酸素含有基を導入することで、電荷密度の偏りが大きくなって分子間力や強くなり、接着力を向上させられることが紹介されている。これは、プラスチックを中心とした接着は分子間力による結合により起こるとされているためである。本発明のシーラントフィルムにおいても、ヒートシール層表面の酸素原子の存在比率が高いほど電荷密度の偏りも大きくなるため、120℃ヒートシール強度も強くなると考えられる。そのため、ヒートシール層表面の酸素原子の存在比率が26.6%未満であると、120℃ヒートシール強度が小さくなり、高速自動充填包装時にヒートシール強度が不足する。また、ヒートシール層表面の酸素原子の存在比率が31.0%を超えると、電荷密度の偏りが大きく常温下で密着しやすくなるため、ロールに巻き取ったフィルム同士がブロッキングし、フィルムをスムーズに巻きだせなくなる。ヒートシール層表面の酸素原子の存在比率の範囲は26.7%以上30.5%以下であるとより好ましく、26.8%以上30.0%以下であるとさらに好ましい。
本願第二の発明のシーラントフィルムは、ヒートシール層表面のぬれ張力が38mN/m以上55mN/m以下であることが好ましい。ヒートシール層表面の酸素原子の存在比率が高いほどヒートシール層表面のぬれ張力も高くなり、120℃ヒートシール強度が大きくなる。ヒートシール層表面のぬれ張力が38mN/m未満であると、120℃ヒートシール強度が小さくなり、高速自動充填包装時にヒートシール強度が不足する。一方、ヒートシール層表面のぬれ張力が55mN/mを超えると、ロールに巻き取ったフィルム同士がブロッキングし、フィルムをスムーズに巻きだせなくなる。ヒートシール層表面のぬれ張力の範囲は39mN/m以上54mN/m以下であるとより好ましく、40mN/m以上53mN/m以下であるとさらに好ましい。
本発明のシーラントフィルムは、80℃の温湯中に10秒間に亘って処理した場合における幅方向、長手方向の温湯熱収縮率がいずれも0%以上10%以下であることが好ましい。
熱収縮率が10%を超えると、フィルムをヒートシールしたときに収縮が大きくなり、シール後の平面性が悪化してしまう。一方、熱収縮率がゼロを下回る場合、フィルムが伸びることを意味しており、収縮率が高い場合と同様にフィルムが元の形状を維持できにくくなるため好ましくない。熱収縮率の上限は9%以下であるとより好ましく、8%以下であるとさらに好ましい。
本発明のシーラントフィルムは、ヘイズが0%以上10%未満であることが好ましい。ヘイズが10%以上であると、透明性が損なわれて包装袋として使用した際に内容物が視認しにくくなるため好ましくない。ヘイズの上限は9%以下であるとより好ましく、8%以下であるとさらに好ましい。
本発明のシーラントフィルムの厚みは特に限定されないが、3μm以上200μm以下が好ましい。
フィルムの厚みが3μmより薄いとヒートシール強度の不足や印刷等の加工が困難になるおそれがあるためあまり好ましくない。また、フィルム厚みが200μmより厚くても構わないが、フィルムの使用重量が増えてケミカルコストが高くなるので好ましくない。フィルムの厚みは5μm以上160μm以下であるとより好ましく、7μm以上120μm以下であるとさらに好ましい。
2.1.シーラントフィルムの層構成・ヒートシール層比率
本発明のシーラントフィルムは、ヒートシール層だけの単層であっても構わないし、2層以上の積層構成であっても構わない。ただし、ヒートシール性と耐熱性は二律背反の関係にあるため、本願第一の発明においてはヒートシール層の140℃ヒートシール性は保持したまま、ヒートシール層以外の層(以下、耐熱層と称する場合がある)で耐熱性を高めることができるので積層構成が好ましく、本願第二の発明においてはヒートシール層の120℃ヒートシール性は保持したまま、ヒートシール層以外の層で耐熱性を高めることができるので積層構成が好ましい。
好ましい積層構成は、ヒートシール層を少なくともフィルム片面の表層に有する構成であり、ヒートシール層/耐熱層の2層構成、ヒートシール層/耐熱層/ヒートシール層の3層構成等が挙げられるが、ヒートシール層/耐熱層の2層構成がより好ましい。
本発明のシーラントフィルムを積層構成にする場合は、ヒートシール層の層比率は、20%以上80%以下であることが好ましい。ヒートシール層の層比率が20%より少ない場合、フィルムのヒートシール強度が低下してしまうため好ましくない。ヒートシール層の層比率が80%よりも高くなると、フィルムのヒートシール性が向上するが、耐熱性が低下してしまうため好ましくない。ヒートシール層の層比率は、30%以上70%以下がより好ましい。
本発明のシーラントフィルムを積層構成とする場合は、ヒートシール層がフィルム面の少なくともどちらか一方の表層になければならない。フィルムを原料が樹脂である層(樹脂層)と積層するには、共押出しでインライン製膜する方法、製膜後に貼りあわせて積層する等、高知の方法を用いることができる。前者の方法にはマルチマニホールドTダイやインフレーション法による共押出し、後者の方法には押出ラミネート、ウェットまたはドライラミネート、ホットメルトによる接着等がある。ドライラミネートの場合は市販のドライラミネーション用接着剤を用いることができる。代表例としては、DIC社製ディックドライ(登録商標)LX-703VL、DIC社製KR-90、三井化学社製タケネート(登録商標)A-4、三井化学社製タケラック(登録商標)A-905などである。ヒートシール層は無延伸、一軸延伸、二軸延伸のいずれであっても構わないが、強度の観点からは少なくとも一方向に延伸されていること(一軸延伸)が好ましく、ニ軸延伸であることがより好ましい。ニ軸延伸の場合の好適な製造方法は後述する。
本願第一の発明のシーラントフィルムは、ヒートシール層、それ以外の層に関わらず、コーティング処理や火炎処理などを施した層を設けることが可能であり、無機物の蒸着等を行っても構わない。ただし、コロナ処理やプラズマ処理は100℃ヒートシール強度が5N/15mm以上となる懸念があるため、ヒートシール層には実施しないのが好ましい。
本願第二の発明のシーラントフィルムは、ヒートシール層、それ以外の層に関わらず、コロナ処理やプラズマ処理、コーティング処理、火炎処理などを施した層を設けることが可能であり、無機物の蒸着等を行っても構わない。コロナ処理とプラズマ処理は表面の酸素原子の存在比率を高めることが可能なため、ヒートシール層表面に実施するのが好ましい。特にコロナ処理が好ましい。
本発明のシーラントフィルムは、ヒートシール層と耐熱層以外にバリア性を向上させることを目的として、無機薄膜層を少なくとも1層は有した、3層以上の構成としてもよい。無機薄膜層を有することでガスバリア性を付与することができる。無機薄膜層と耐熱層は、どの位置にあっても構わないが、必要なヒートシール強度を発現させるためには、ヒートシール層を最外層にする必要がある。好ましい層の順番は、両最外層をシール層と無機薄膜層とし、耐熱層を中間に有した構成である。
また、積層体の層構成は、ヒートシール層と耐熱層と無機薄膜層以外の層を1つ以上有していても構わない。具体的には、無機薄膜層の下に設けるアンカーコート層、無機薄膜層の上に設けるオーバーコート層や、本発明のシーラントフィルムを構成する樹脂層以外の樹脂層(フィルム)等である。
3.1.シーラントを構成する原料の種類
本発明のシーラントフィルムは少なくとも1層のポリエステル系成分からなるヒートシール層を有している必要があり、前記ヒートシール層のポリエステル系成分はエステルユニット1単位あたりの酸素原子数が2個以上6個以下であることが好ましい。特にエチレンテレフタレートを主たる構成成分とするポリエステル原料が好ましい。ここで、「主たる構成成分とする」とは、全構成成分量を100モル%としたとき、50モル%以上含有することを指す。本発明に用いるポリエステルにエチレンテレフタレートユニット以外の成分として、非晶成分となりうる1種以上のモノマー成分(以下、単に非晶成分と記載する)を含むことが好ましい。これは、非晶成分の存在によりヒートシール強度が向上するためである。
非晶成分となりうるジカルボン酸成分のモノマーとしては、例えばイソフタル酸、1,4-シクロヘキサンジカルボン酸、2,6-ナフタレンジカルボン酸が挙げられる。
これらの非晶性ジカルボン酸成分、ジオール成分のうち、イソフタル酸、ネオペンチルグリコール、1,4-シクロヘキサンジメタノール、ジエチレングリコールを用いることが好ましい。これらの成分を用いることでフィルムの非晶性が高まり、ヒートシール強度を向上させやすくなる。
本発明のヒートシール層に用いるポリエステルは、エチレンテレフタレートを構成するテレフタル酸およびエチレングリコール以外の成分となるジカルボン酸モノマーおよび/又はジオールモノマーの含有量が20モル%以上であることが好ましく、25モル%以上がより好ましく、30モル%以上が特に好ましい。非晶成分が多いほど密度が低下し、ヒートシール強度を向上させやすくなる。また、前記エチレンテレフタレート以外の成分となるモノマー含有量の上限は50モル%である。
本発明のシーラントフィルムにおいて耐熱層を設ける場合、耐熱層に用いるポリエステルは、エチレンテレフタレートを構成するテレフタル酸およびエチレングリコール以外の成分となるジカルボン酸モノマーおよび/又はジオールモノマーの含有量が9モル%以上であることが好ましく、10モル%以上がより好ましく、11モル%以上が特に好ましい。また、前記エチレンテレフタレート以外の成分となるモノマー含有量の上限は20モル%である。
また、カールを制御するための前記エチレンテレフタレート以外の成分となるモノマー含有量は、上記の各層単体での量に加えて、シール層と耐熱層との差が10モル%以上45モル%以下であるとより好ましく、11モル%以上44モル%以下であるとさらに好ましい。
本発明のシーラントフィルムにおいて無機薄膜層を設ける場合、無機薄膜層の原料種は特に限定されず、従来から公知の材料を使用することができ、所望のガスバリア性等を満たすために目的に合わせて適宜選択することができる。無機薄膜層の原料種としては、例えば、ケイ素、アルミニウム、スズ、亜鉛、鉄、マンガン等の金属、これら金属の1種以上を含む無機化合物があり、該当する無機化合物としては、酸化物、窒化物、炭化物、フッ化物等が挙げられる。これらの無機物または無機化合物は単体で用いてもよいし、複数で用いてもよい。特に、酸化ケイ素、酸化アルミニウムを単体(一元体)または併用(二元体)で使用することにより、積層体の透明性を向上させることができるため好ましい。無機化合物の成分が酸化ケイ素と酸化アルミニウムの二元体からなる場合、酸化アルミニウムの含有量は20質量%以上80質量%以下であると好ましく、25質量%以上70質量%以下であるとより好ましい。酸化アルミニウムの含有量が20質量%以下の場合、無機薄膜層の密度が下がり、ガスバリア性が低下する恐れがあるため好ましくない。また、酸化アルミニウムの含有量が80質量%以上であると、無機薄膜層の柔軟性が低下してクラックが発生しやすくなり、結果としてガスバリア性が低下する恐れが生じるため好ましくない。
4.1.溶融押し出し
本発明のシーラントフィルムは、上記3.「シーラントフィルムを構成する原料」で記載したポリエステル原料を、押出機により溶融押し出しして未延伸の積層フィルムを形成し、それを以下に示す所定の方法により一軸延伸または二軸延伸することによって得ることができる。二軸延伸により得られたフィルムがより好ましい。なお、ポリエステルは、前記のように、エチレンテレフタレート以外の成分となり得るモノマーを適量含有するように、ジカルボン酸成分とジオール成分の種類と量を選定して重縮合させることで得ることができる。また、チップ状のポリエステルを2種以上混合してフィルムの原料として使用することもできる。
縦方向の延伸は、無延伸フィルムを複数のロール群を連続的に配置した縦延伸機へと導入するとよい。縦延伸にあたっては、予熱ロールでフィルム温度が65℃~90℃になるまで予備加熱することが好ましい。フィルム温度が65℃より低いと、縦方向に延伸する際に延伸しにくくなり、破断が生じやすくなるため好ましくない。また90℃より高いとロールにフィルムが粘着しやすくなり、ロールへのフィルムの巻き付きや連続生産によるロールの汚れやすくなるため好ましくない。
フィルム温度が65℃~90℃になったら縦延伸を行う。縦延伸倍率は、1倍以上5倍以下とすると良い。1倍は縦延伸をしていないということなので、横一軸延伸フィルムを得るには縦の延伸倍率を1倍に、二軸延伸フィルムを得るには1.1倍以上の縦延伸となる。また縦延伸倍率の上限は何倍でも構わないが、あまりに高い縦延伸倍率だと横延伸しにくくなって破断が生じやすくなるので5倍以下であることが好ましい。
縦延伸の後、テンター内でフィルムの幅方向の両端際をクリップによって把持した状態で、65℃~110℃で3~5倍程度の延伸倍率で横延伸を行うことが好ましい。横方向の延伸を行う前には、予備加熱を行っておくことが好ましく、予備加熱はフィルム表面温度が75℃~120℃になるまで行うとよい。
中間ゾーンの通過後は最終熱処理ゾーンにて、延伸温度以上250℃以下で熱処理を行うことが好ましい。熱処理を行うことでフィルムの熱収縮率を小さくすることができるが、延伸温度以上でなければ熱処理としての効果を発揮しない。この場合、フィルムの80℃温湯収縮率が10%よりも高くなり、ヒートシールを行う際にシワが入りやすくなってしまうため好ましくない。熱処理温度が高くなるほどフィルムの収縮率は低下するが、250℃よりも高くなるとフィルムのヘイズが15%よりも高くなったり、最終熱処理工程中にフィルムが融けてテンター内に落下してしまったりするため好ましくない。熱処理温度の範囲は120℃以上240℃以下がより好ましく、150℃以上220℃以下が特に好ましい。
最終熱処理通過後は冷却ゾーンにて、10℃以上30℃以下の冷却風でフィルムを冷却することが好ましい。このとき、テンター出口のフィルムの実温度が、ヒートシール層のガラス転移温度より低い温度になるよう、冷却風の温度を下げたり風速を上げたりして冷却効率を向上させることが好ましい。なお実温度とは、非接触の放射温度計で測定したフィルム表面温度のことである。テンター出口のフィルムの実温度がガラス転移温度を上回ると、クリップで把持していたフィルム両端部が解放されたときにフィルムが熱収縮するため好ましくない。
後は、フィルム両端部を裁断除去しながら巻き取れば、シーラントフィルムロールが得られる。
本願第二の発明において、冷却後はコロナ処理装置により、ヒートシール層表面をコロナ処理することが好ましい。コロナ処理度は、シーラントフィルムのライン速度やコロナ処理電圧、ロール温度によって決まる。そのため、これらの好ましい条件範囲を一義的に決めることはできないが、コロナ処理後のヒートシール層表面のぬれ張力を38mN/m以上とすることで、ヒートシール層表面の酸素原子の存在比率を26.5%よりも高くすることができる。また、コロナ処理は空気中で行うのが好ましい。
本発明のシーラントフィルムは化成品、医薬品、食品等に含まれる有機化合物を吸着しにくい特徴があり、後述する内容物の包装に好ましい。前記内容物としては、例えばd-リモネン、シトラール、シトロネラール、p-メンタン、ピネン、テルピネン、ミルセン、カレン、ゲラニオール、ネロール、シトロネラール、テルピネオール、l-メントール、ネロリドール、ボルネオール、dl-カンファー、リコピン、カロテン、トランス-2-ヘキセナール、シス-3-ヘキセノール、β-イオノン、セリネン、1-オクテン-3-オール、ベンジルアルコール、オクタールツロブテロール塩酸塩、酢酸トコフェロールなどの香気成分や薬効成分が挙げられる。
本発明のシーラントフィルムは、包装体として好適に使用することができる。本発明のシーラントは単独で袋にすることもできるが、他の材料を積層した積層体としてもよい。シーラントを構成する他の層としては、例えば、ポリエチレンテレフタレートを構成成分に含む無延伸フィルム、他の非晶性ポリエステルを構成成分に含む無延伸、一軸延伸または二軸延伸フィルム、ナイロンを構成成分に含む無延伸、一軸延伸または二軸延伸フィルム、ポリプロピレンを構成成分に含む無延伸、一軸延伸または二軸延伸フィルム等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。包装体にシーラントを用いる方法は特に限定されず、塗布形成法、ラミネート法、ヒートシール法といった従来公知の製造方法を採用することができる。
本発明のシーラントを有する包装体は、食品、医薬品、工業製品等の様々な物品の包装材料として好適に使用することができる。
フィルムの評価方法は以下の通りである。なお、フィルムの面積が小さいなどの理由で長手方向と幅方向が直ちに特定できない場合は、仮に長手方向と幅方向を定めて測定すればよく、仮に定めた長手方向と幅方向が真の方向に対して90度違っているからといって、とくに問題を生ずることはない。
[密度]
JIS K7112に従って、フィルムを密度勾配液(硝酸カルシウム水溶液)に浸して求めた。
JIS B0601:2013に従って、小坂研究所社製の三次元微細形状測定器「ET4000A」を使用し、測定速度0.2mm/秒、カットオフ0.25mmの条件でヒートシール面を測定した。
JIS Z1707に準拠してヒートシール強度を測定した。具体的な手順を簡単に示す。ヒートシーラーにて、サンプルのコート処理等を実施していないヒートシール面同士を接着した。ヒートシール条件は、ヒートシール幅10mm、上バー温度100℃、下バー温度30℃、圧力0.2MPa、時間2秒とした。接着サンプルは、シール幅が15mmとなるように切り出した。剥離強度は、島津製作所社製の万能引張試験機「DSS-100」を用いて引張速度200mm/分で測定した。剥離強度は、15mmあたりの強度(N/15mm)で示す。
上バー温度を120℃に変更した以外は100℃ヒートシール強度評価方法と同様に評価した。
上バー温度を140℃に変更した以外は100℃ヒートシール強度評価方法と同様に評価した。
JIS K7125に準拠し、引張試験機(ORIENTEC社製テンシロン)を用い、23℃・65%RH環境下で、ヒートシール面同士を接合させた場合の動摩擦係数μdを求めた。なお、上側のフィルムを巻き付けたスレッド(錘)の重量は、1.5kgであり、スレッドの底面積の大きさは、縦63mm×横63mmであった。また、摩擦測定の際の引張速度は、200mm/min.であった。
Thermo Fisher Scientific社製のXPS分光計「K-Alpha+」を用いて、炭素、窒素、酸素、ケイ素のナロースキャンを行い、ヒートシール層表面の酸素原子の存在比率を評価した。励起X線にはモノクロ化AlKα線を用い、X線出力12kV、6mA、光電子脱出角度90°、スポットサイズ400μmφ、パスエネルギー50eV(ナロースキャン)、ステップ0.1eV(ナロースキャン)で評価した。
JIS K6768:1999に従って、ヒートシール層表面のぬれ張力を評価した。
JIS-K-7136に準拠し、ヘイズメータ(日本電色工業株式会社製、300A)を用いて測定した。なお、測定は2回行い、その平均値を求めた。
フィルムを10cm×10cmの正方形に裁断し、80±0.5℃の温水中に無荷重状態で10秒間浸漬して収縮させた後、25℃±0.5℃の水中に10秒間浸漬し、水中から出した。その後、フィルムの縦および横方向の寸法を測定し、下式1にしたがって各方向の収縮率を求めた。なお、測定は2回行い、その平均値を求めた。
収縮率={(収縮前の長さ-収縮後の長さ)/収縮前の長さ}×100(%) 式1
フィルムを10cm×10cmの正方形に裁断し、ヒートシール面を内側にした状態で2枚を重ね、フィルム端部より1cmの位置をヒートシールして袋を作成した。袋に内容物0.5mlの入ったアルミカップを入れ、フィルム端部より1cmの位置をヒートシールして袋を閉じて密閉した。前記内容物にはD-リモネン(東京化成工業株式会社製)、D-カンファー(ナカライテスク株式会社製)を使用した。30℃環境下で20時間保持した後、フィルム袋のアルミカップの口部に接する面より5cm×5cmの正方形を切り取り、切り取ったフィルムを抽出溶媒4mlに浸した状態で、超音波で30分間抽出した。D-リモネンの抽出溶媒には99.8%エタノール(富士フイルム和光純薬株式会社製)を、D-カンファーの抽出溶媒には99.8%メタノール(富士フイルム和光純薬株式会社製)を用いた。島津製作所社製のガスクロマトグラフ「GC-14B」を用いて抽出溶液中の内容物の濃度を定量した。ガスクロマトグラフは、カラムに「GC-14A Glass I.D.2.6φx1.1m PET-HT 5% Uniport HP 80/100(ジーエルサイエンス社製)」、検出器にFID,キャリアガスにN2を用い、キャリアガス流量35ml/分、注入量1μlにて面積百分率法で定量した。吸着量はヒートシール面1cm2あたりの吸着量(μg/cm2)で示し、低吸着性を以下のように判定した。
判定○ 0μg/cm2以上、2μg/cm2未満
判定△ 2μg/cm2以上、10μg/cm2未満
判定× 10μg/cm2以上
フィルムを10cm×10cmの正方形に裁断し、ヒートシール面と非ヒートシール面が接する状態で5枚を重ね、その上に5kgの重りを載せて40℃環境下で2時間静置した。静置後、重りを外し、手でフィルムを1枚ずつ取り出したときのフィルムの状態に応じて、以下のように判定した。
判定○ 5枚すべてのフィルムでブロッキング痕やフィルム破れなし
判定× 5枚中、1枚以上のフィルムにブロッキング痕やフィルム破れあり
フィルムを12cm×12cmの正方形に裁断し、ヒートシール面を内側にした状態で2枚を重ね、袋の内径が10cm×10cmとなるようにヒートシールして袋を作成した。ヒートシール条件は、ヒートシール幅10mm、上バー温度140℃、下バー温度30℃、圧力0.2MPa、時間2秒とした。作成した袋を100℃の沸騰水で30分間加熱して冷却した。ハサミで袋の一辺を切り取って袋内面の状態を確認して以下のように判定した。
判定○ 袋内面同士の粘着がなく、容易に袋を開封できる。
判定× 袋内面同士が粘着しており、袋を開封することができない。
フィルムを20cm×20cmの正方形に裁断し、ヒートシール面を内側にした状態で2枚を重ね、フィルム端部より1cmの位置をヒートシールして袋を作成した。ヒートシール条件は、ヒートシール幅10mm、上バー温度120℃、下バー温度30℃、圧力0.2MPa、時間2秒とした。袋に水を吸わせて重量を100gに調整したキムタオル(日本製紙クレシア製)2枚を丸めて袋に入れ、袋開放部の端部より1cmの位置を製袋時と同じヒートシール条件でヒートシールして袋を閉じて密閉した。
作製した密閉袋を1mの高さから繰り返し5回落下させ、以下に示すように、袋が破れるまでの回数を落袋スコアとして求めた。なお、落袋スコアは5回試行後の和として算出した(最高4点×5回=20点満点)。
1回目で破袋 0点
2回目で破袋 1点
3回目で破袋 2点
4回目で破袋 3点
5回目で破袋 4点
また、落袋スコアの点数により以下のように判定した。
判定○ 落袋スコア10点以上
判定× 落袋スコア9点以下
[合成例1]
撹拌機、温度計および部分環流式冷却器を備えたステンレススチール製オートクレーブに、ジカルボン酸成分としてジメチルテレフタレート(DMT)100モル%と、多価アルコール成分としてエチレングリコール(EG)100モル%とを、エチレングリコールがモル比でジメチルテレフタレートの2.2倍になるように仕込み、エステル交換触媒として酢酸亜鉛を0.05モル%(酸成分に対して)用いて、生成するメタノールを系外へ留去しながらエステル交換反応を行った。その後、重縮合触媒として三酸化アンチモン0.225モル%(酸成分に対して)を添加し、280℃で26.7Paの減圧条件下、重縮合反応を行い、固有粘度0.75dl/gのポリエステル(A)を得た。このポリエステル(A)は、ポリエチレンテレフタレートである。ポリエステル(A)の組成を表1に示す。
合成例1と同様の手順でモノマーを変更したポリエステル(B)~(G)を得た。各ポリエステルの組成を表1に示す。表1において、TPAはテレフタル酸、IPAはイソフタル酸、EGはエチレングリコール、BDは1,4-ブタンジオール、NPGはネオペンチルグリコール、CHDMは1,4-シクロヘキサンジメタノール、DEGはジエチレングリコールである。なお、ポリエステル(G)の製造の際には、滑剤としてSiO2(富士シリシア社製サイリシア266)をポリエステルに対して7,000ppmの割合で添加した。各ポリエステルは、適宜チップ状にした。各ポリエステルの固有粘度は、それぞれ、B:0.73dl/g,C:0.69dl/g,D:0.73dl/g,E:0.74dl/g,F:0.80dl/g、G:0.75dl/gであった。ポリエステル(B)~(G)の組成を表1に示す。
ヒートシール層の原料としてポリエステルAとポリエステルBとポリエステルFとポリエステルGを質量比10:60:24:6で混合し、耐熱層の原料としてポリエステルAとポリエステルBとポリエステルFとポリエステルGを質量比51:37:6:6で混合した。
ヒートシール層及び耐熱層の混合原料はそれぞれ別々の二軸スクリュー押出機に投入し、いずれも270℃で溶融させた。それぞれの溶融樹脂は、流路の途中でフィードブロックによって接合させてTダイより吐出し、表面温度30℃に設定したチルロール上で冷却することによって未延伸の積層フィルムを得た。積層フィルムは片側がヒートシール層、もう片側が耐熱層(ヒートシール層/耐熱層の2種2層構成)となるように溶融樹脂の流路を設定し、ヒートシール層と耐熱層の厚み比率が50:50となるように吐出量を調整した。
冷却固化して得た未延伸の積層フィルムを複数のロール群を連続的に配置した縦延伸機へ導き、予熱ロール上でフィルム温度が80℃になるまで予備加熱した後に4.1倍に延伸した。縦延伸直後のフィルムを熱風ヒータで90℃に設定された加熱炉へ通し、加熱炉の入口と出口のロール間の速度差を利用して、長手方向に20%リラックス処理を行った。その後、縦延伸したフィルムを、表面温度25℃に設定された冷却ロールによって強制的に冷却した。
その後、中間ゾーンを通過したフィルムを最終熱処理ゾーンに導き、180℃で5秒間熱処理した。このとき、熱処理を行うと同時にフィルム幅方向のクリップ間隔を狭めることにより、幅方向に3%リラックス処理を行った。最終熱処理ゾーンを通過後はフィルムを冷却し、両縁部を裁断除去して幅500mmでロール状に巻き取ることによって、厚さ30μmの二軸延伸フィルムを所定の長さにわたって連続的に製造した。このフィルムを実施例1とした。
得られたフィルムの特性は上記の方法によって評価した。製造条件および評価結果を表2及び表3に示す。
実施例2~5、比較例1、2も実施例1と同様の方法でヒートシール層と耐熱層を積層させ、原料の配合比率、最終熱処理条件を種々変更したポリエステル系シーラントを製膜し、評価した。各実施例および比較例のフィルム製造条件と評価結果を表2に示す。
実施例8~11、比較例8も実施例7と同様の方法でヒートシール層と耐熱層を積層させ、原料の配合比率、最終熱処理条件、コロナ処理条件(比較例8はコロナ処理なし)を種々変更したポリエステル系シーラントを製膜し、評価した。各実施例および比較例のフィルム製造条件と評価結果を表3に示す。
ヒートシール層の原料としてポリエステルAとポリエステルBとポリエステルFとポリエステルGを質量比10:60:24:6で混合し、後の工程は実施例1と同様の方法で最終熱処理温度のみ200℃に変更したA層のみの厚さ15μmのポリエステル系シーラントフィルムを製膜した。また、耐熱層の原料としてポリエステルAとポリエステルGを質量比94:6で混合し、後の工程は実施例1と同様の方法で最終熱処理温度のみ230℃に変更したB層のみの厚さ45μmのポリエステル系フィルムを製膜した。前記A層のみのポリエステル系シーラントフィルムをヒートシール層とし、前記B層のみのポリエステル系フィルムを耐熱層として2つのフィルムをドライラミネーション用接着剤(三井化学社製タケラック(登録商標)A-950)で接着させた。製造条件と評価結果を表2に示す。
ヒートシール層の原料としてポリエステルAとポリエステルBとポリエステルFとポリエステルGを質量比10:60:24:6で混合し、後の工程は実施例1と同様の方法で最終熱処理温度を200℃、コロナ処理電力を2.7kWに変更したA層のみのポリエステル系シーラントフィルムを製膜した。また、耐熱層の原料としてポリエステルAとポリエステルGを質量比94:6で混合し、後の工程は実施例1と同様の方法で最終熱処理温度を230℃に変更したB層のみのポリエステル系フィルムを製膜した。前記A層のみのポリエステル系シーラントフィルムをヒートシール層とし、前記B層のみのポリエステル系フィルムを耐熱層として2つのフィルムをドライラミネーション用接着剤(三井化学社製タケラック(登録商標)A-950)で接着させた。製造条件と評価結果を表3に示す。
ヒートシール層の原料としてポリエステルAとポリエステルBとポリエステルFとポリエステルGを質量比5:66:24:5で混合し、後の工程は実施例1と同様の方法で最終熱処理温度のみ170℃に変更したA層のみのポリエステル系シーラントを製膜し、評価した。製造条件と評価結果を表2に示す。
ヒートシール層の原料としてポリエステルAとポリエステルGを質量比94:6で混合し、後の工程は実施例1と同様の方法で最終熱処理温度のみ230℃に変更したA層のみのポリエステル系シーラントを製膜し、評価した。製造条件と評価結果を表2に示す。
比較例4は、東洋紡株式会社製リックスフィルム(登録商標)L4102-25μmを用いた。評価結果を表2に示す。
比較例5は、東洋紡株式会社製パイレンフィルム-CT(登録商標)P1128-25μmを用いた。評価結果を表2に示す。
ヒートシール層の原料としてポリエステルAとポリエステルBとポリエステルFとポリエステルGを質量比9:75:10:6で混合し、耐熱層の原料としてポリエステルAとポリエステルBとポリエステルFとポリエステルGを質量比47:37:10:6で混合した。積層フィルムは表面がヒートシール層、内側の層が耐熱層(ヒートシール層/耐熱層/ヒートシール層の2種3層構成)となるように溶融樹脂の流路を設定し、各層の厚み比率が25:50:25となるように吐出量を調整して最終熱処理温度を115℃に変更し、コロナ処理を行わなかった以外の工程は実施例1と同様の方法で、ポリエステル系シーラントを製膜し、評価した。製造条件と評価結果を表3に示す。
比較例10は、東洋紡株式会社製リックスフィルム(登録商標)L4102-25μmを用いた。評価結果を表3に示す。
比較例11は、東洋紡株式会社製パイレンフィルム-CT(登録商標)P1128-25μmを用いた。評価結果を表3に示す。
表2より、実施例1から6までのフィルムはいずれも密度とヒートシール層の表面粗さの要素の平均長さRSmが所定の範囲となり、100℃ヒートシール強度および140℃ヒートシール強度、ヒートシール層の動摩擦係数、ヘイズ、80℃温湯収縮率、低吸着性、包装袋でのボイル適性に優れており、良好な評価結果が得られた。
一方、比較例1のフィルムは、100℃ヒートシール強度、ヒートシール層の動摩擦係数、ヘイズ、80℃温湯収縮率、低吸着性、包装袋でのボイル適性には優れているが、最終熱処理温度が低いために140℃ヒートシール強度が低かった。
比較例4のフィルムは密度が1.394と大きく、140℃ヒートシール強度が低いため、シーラントフィルムとして適さない。
比較例5および6のフィルムはオレフィン系フィルムを使用しているため、低吸着性に劣る。また、比較例5のフィルムは140℃ヒートシール強度も低い。
一方、比較例7のフィルムは、140℃ヒートシール強度、ヒートシール層の動摩擦係数、ヘイズ、80℃温湯収縮率、低吸着性、包装袋でのボイル適性には優れているが、ヒートシール層表面の酸素原子の存在比率が26.5%以下であるために120℃ヒートシール強度が低く、落袋評価において破袋しやすい結果であった。
比較例9のフィルムは、ヒートシール層表面の酸素原子の存在比率が31.0%以上であるため、120℃ヒートシール強度に優れているが、フィルム同士がブロッキングした。
本願第二の発明は、種々の有機化合物を吸着しにくく、140℃のヒートシール性に優れ、さらに低温の120℃ヒートシール性にも優れるため、高速自動充填包装でも十分なヒートシール強度を有するシーラントフィルムを提供することができる。
また、本発明は、前記のシーラントフィルムを少なくとも一層として含む積層体とすることもでき、そのような積層体から包装袋とすることもできる。
Claims (8)
- 少なくとも1層のポリエステル系成分からなるヒートシール層を有しており、以下(1)~(3)を満たすことを特徴とする低吸着性シーラントフィルム。
(1)ヒートシール層同士を120℃、0.2MPa、2秒間でシールしたときのシール強度が4N/15mm以上15N/15mm以下
(2)ヒートシール層同士を140℃、0.2MPa、2秒間でシールしたときのシール強度が8N/15mm以上30N/15mm以下
(3)ヒートシール層において、X線電子分光法(ESCA)で求めた酸素原子の存在比率が26.6%以上31.0%以下 - 三次元粗さ計から求めた表面粗さの要素の平均長さRSmが18μm以上29μm以下である請求項1に記載の低吸着性シーラントフィルム。
- 前記ヒートシール面同士の動摩擦係数が0.30以上0.80以下である請求項1又は2に記載の低吸着性シーラントフィルム。
- フィルムを構成する成分が、エチレンテレフタレートを主たる構成成分とするポリエステルからなる請求項1~3のいずれかに記載の低吸着性シーラントフィルム。
- ヒートシール層を構成するポリエステル系成分を構成するモノマーのうち、エチレングリコール以外のジオールモノマー成分を含有し、該ジオールモノマー成分がネオペンチルグリコール、1,4-シクロヘキサンジメタノール、1,4-ブタンジオール、ジエチレングリコールのいずれか1つ以上である請求項1~4のいずれかに記載の低吸着性シーラントフィルム。
- 80℃温湯中で10秒間にわたって処理したときの熱収縮率が長手方向、幅方向いずれも0%以上10%以下である請求項1~5のいずれかに記載の低吸着性シーラントフィルム。
- 請求項1~6のいずれかに記載のシーラントフィルムを少なくとも1層は含むことを特徴とする積層体。
- 請求項1~6のいずれかに記載のシーラントフィルム、又は請求項7に記載の積層体を少なくとも一部に用いたことを特徴とする包装袋。
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