JP7449688B2 - 易開封性フィルムおよび包装体 - Google Patents
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Description
中でも食品包装容器の蓋材フィルムのシール層には内容物を密封するためのヒートシール性の他に開封性が必要であり、容易に開封できる軽剥離(イージーピール)であること、剥離面の膜引き、糸引きがないこと、幅広いヒートシール温度における剥離力が一定であることなど、その要求レベルは非常に高いものとなっている。
また、特許文献2で開示されている高圧重合法低密度ポリエチレン樹脂とポリプロピレン-エチレンランダムコポリマーとの組合せの第1層(シール層)は、非相溶のポリマーブレンドにおけるマトリックス中のドメインが比較的大きいため、良好な易開封性を得るためのドメイン数量、即ち両者樹脂の配合比にすると、製膜されたフィルムのシール層表面は外部ヘーズが大きくなり、十分な透明性が得られないものであった。
また、特許文献3で開示されているシール層は、ポリプロピレンのMFRが10~40g/10分と高いため、フィルム製膜時の押出温度を高くできず、そのためシール層が結晶化しやすい。また、同じくポリプロピレンのMFRが高いため、ポリプロピレンのマトリックス中におけるポリエチレンのドメインが大きくなる。それら要因から、透明性が不十分であった。
また、本発明のフィルムは透明性を有するので、本発明の包装体は内容物の視認性が良好となり、包装体の製造・輸送・保管・販売等の際に内容物状態の確認のし易さに優れる。
本願において、イージーピール性は易開封性、易剥離性と同義である。また、シーラントフィルムは、ヒートシールフィルム、ヒートシール性フィルムと呼称する場合がある。剥離強度は、シール強度、開封強度と同義であり、易開封性、密封シール性の尺度となる。
また、「ポリプロピレン系樹脂底材用」とは、ポリプロピレン系樹脂からなる、特に形状は限定されないが例えば容器、カップ、トレー等の底材や、底材の内容物側の内面がポリプロピレン系樹脂からなる底材に対し、その底材のフランジ部に、本発明のフィルムをヒートシールして蓋材として用い得ることを意味する。
「主成分として含む」とは、構成する全量に対して50質量%以上を意味し、50質量%超が好ましく、60質量%以上がより好ましく、70質量%以上がさらに好ましい。数値範囲を「~」で示した場合は、以上以下を意味する。
本フィルムはシール層を有するフィルムであり、シール層は、シングルサイト触媒を用いて製造されたポリプロピレン系樹脂(a)を主成分として含み、且つメルトフローレート(MFR)1.0g/10分未満の低密度ポリエチレン系樹脂(b)とMFR5.0g/10分超の低密度ポリエチレン系樹脂(c)とを含む樹脂組成物で構成される。本フィルムの形態は、当該シール層を有すればよく、シール層のみからなる単層フィルムでも、他の層も設けた多層フィルムでもよい。
本フィルムのシール層を構成するポリプロピレン系樹脂(a)は、シングルサイト触媒を用いて製造される。特に制限なく、ホモポリプロピレン、ランダムポリプロピレン等を用いることができる。柔軟性、透明性の観点からプロピレン-エチレンランダム共重合体であることが好ましい。シングルサイト触媒を用いて重合されるポリプロピレン系樹脂は、チーグラー・ナッタ触媒を用いた場合よりも、分子量分布が狭く、組成分布が狭く、低規則性成分が少ない。そのため、製膜されたフィルムは、低温シール性に優れ、剛性が強く、引張強度、耐衝撃強度が高く、また空冷インフレーション製膜法においても高い透明性を現す特徴を有する。さらに耐ブロッキング性に優れる特徴も有する。
140~180℃の幅広い温度範囲において短時間のヒートシール工程で十分密着するシール性を得るためには、ポリプロピレン系樹脂(a)の融点は120~160℃が好ましく、上限は150℃以下がより好ましく、140℃以下が更に好ましい。ポリプロピレン系樹脂(a)の密度は、一般に880~920kg/m3が好ましく、890~910kg/m3がより好ましい。
融点は、JIS K7121:2012法に基づき測定する。
密度は、JIS K7112:1999法に基づき測定する。
本フィルムのシール層を構成するポリエチレン系樹脂は、メルトフローレート(MFR)1.0g/10分未満の低密度ポリエチレン系樹脂(b)と、MFR5.0g/10分超の低密度ポリエチレン系樹脂(c)とを含む。
低密度ポリエチレン樹脂は、密度910~930kg/m3のポリエチレン樹脂であればよく、密度915~925kg/m3が好ましい。この範囲であれば良好なイージーピール性が得られる。また、石油由来原料から製造されたものでも、植物由来原料から製造されたものでもよい。また、重合法や分岐構造は特に限定されず、高圧ラジカル重合法や、チーグラー系、フィリップス型又はメタロセン触媒を用いた高中低圧法及びその他の公知の方法で製造された低密度ポリエチレン樹脂を用いることができる。中でも、フィルム製膜時のフィッシュアイが少ない点で、高圧重合法により得られた低密度ポリエチレンが好ましい。高圧重合法による低密度ポリエチレンは、側鎖の分岐が長いことから、前記ポリプロピレン系樹脂(a)との非相溶性が強く、ドメインを形成することができる。
本発明は、構成樹脂の構造と機能発現機構を検討した結果、特定のメルトフローレート(MFR)の範囲で表される、溶融粘度の大きい低密度ポリエチレン樹脂と、溶融粘度の小さい低密度ポリエチレン樹脂との2種を用いることにより、透明性と、比較的低温のシール温度でヒートシールした場合に良好な凝集破壊イージーピール性が得られることを見出したものである。具体的には、MFR1.0g/10分未満の低密度ポリエチレン系樹脂(b)と、MFR5.0g/10分超の低密度ポリエチレン系樹脂(c)の2種を用いる。
低密度ポリエチレン樹脂(c)のメルトフローレート(MFR)は、5.0g/10分超であり、好ましくは6.0g/10分以上、より好ましくは7.0g/10分以上、さらに好ましくは7.0g/10分超である。溶融粘度の小さい、MFRの大きいポリエチレン樹脂(c)を用いることにより、より微細な分散粒子が生成し、透明性を増すことができる。
融点は、JIS K7121:2012法に基づき測定する。
密度は、JIS K7112:1999法に基づき測定する。
ポリプロピレン系樹脂(a)のMFRに対するポリエチレン樹脂(b)のMFRの比(b/a)は、0.01~1.0が好ましい。下限は0.05以上がより好ましく、0.08以上が更により好ましい。この範囲により凝集破壊タイプのイージーピール性が発現しやすい。また、フィルムの易開封性(凝集破壊性)の点からは、MFRの比(b/a)は0.2以下が好ましい。
ポリプロピレン系樹脂(a)のMFRに対するポリエチレン樹脂(c)のMFRの比(c/a)は、0.25~20が好ましい。下限は0.5以上がより好ましく、上限は10以下がより好ましい。フィルムの透明性の点からは、MFRの比(c/a)は1.0以上が好ましい。
本フィルムのシール層に2種類のMFR比が存在する構成であることから、透明性とイージーピール性を両立できる。
本フィルムのシール層は、シングルサイト触媒を用いて製造されたポリプロピレン系樹脂(a)を主成分として含み、メルトフローレート(MFR)1.0g/10分未満の低密度ポリエチレン樹脂(b)とMFR5.0g/10分超の低密度ポリエチレン樹脂(c)とを含む樹脂組成物で構成される。
シール層を構成する樹脂全量を100質量%とした場合、ポリプロピレン系樹脂(a)と、ポリエチレン樹脂(b)およびポリエチレン樹脂(c)の合計量との質量比は、(a):(b+c)=50:50~90:10が好ましく、60:40~80:20がより好ましい。ポリプロピレン系樹脂(a)が50質量%以上とすることにより、ポリプロピレン系樹脂からなる被着体に対し十分な密着性が得られ、耐熱性も付与できる。また、ポリプロピレン系樹脂(a)が90質量%以下とすることにより、良好なイージーピール性を得やすい。
ポリエチレン樹脂(b)とポリエチレン樹脂(c)との質量比は、(b):(c)=1:5~5:1が好ましく、1:3~3:1がより好ましく、1:2~2:1がさらに好ましい。この範囲とすることにより、イージーピール性と透明性の両立が得やすい。
更に好ましくは、ポリプロピレン系樹脂(a)と低密度ポリエチレン樹脂(b)と低密度ポリエチレン系樹脂(c)との質量比は、a:b:c=(80~60):(5~20):(5~20)である。
中でもポリオレフィン系樹脂を分析する手法としてはTREFが好適に用いられる。溶媒に溶解させた樹脂を所定の温度に温められたTREFカラムへ注入した後、一定の速度で降温してカラム担体に結晶化させる。この時、結晶性の高い分岐の少ない成分が最初に結晶化され、温度の低下に伴って結晶性の低い分岐の多い成分が結晶化される。その後、昇温させることで結晶性の低い成分から高い成分へ順に溶出し、短鎖分岐度による分別が行われる。更にサイズ排除クロマトグラフ(GPC)の特徴を持ち合わせたCFCにTREFカラムを用いることで、ポリオレフィン系樹脂の結晶性と分子量の二次元の分布を決定することができ、結晶性や溶融粘度の異なるポリエチレン系樹脂、ポリプロピレン系樹脂の分離が可能となる。また、測定温度領域を-20℃まで拡張することで、結晶性の低い熱可塑性エラストマーも分離することができる。
本フィルムは、シール層に隣接してポリオレフィン系樹脂層を有することで、シール層の強度を保持したり、凝集破壊を効果的に発現させたりすることができる。
隣接層に用いるポリオレフィン系樹脂は、特に限定されないが、上述のシール層を構成するポリプロピレン系樹脂(a)、低密度ポリエチレン樹脂(b)、低密度ポリエチレン樹脂(c)、または、これら樹脂(b)、樹脂(c)以外の低密度ポリエチレン樹脂を用いると、シール層と隣接層との層間密着力が高まり好ましい。中でも、低密度ポリエチレン(LDPE)、エチレンとαオレフィンとの共重合体からなる直鎖状低密度ポリエチレン(LLDPE)が共押出フィルム製膜性の観点から好ましい。例えば、インフレーション法により共押出フィルムを成形する場合に、バブルが安定し、任意のブローアップを行いやすい。
本発明のフィルムは、少なくともシール層と、該シール層に隣接して上述の隣接層を有すればよいが、該隣接層のシール層側とは反対側に、さらに他の層を有していてもよい。
他の層を構成する樹脂としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン系樹脂、エチレン-酢酸ビニル共重合体鹸化物や芳香族ポリアミドに代表されるガスバリア性樹脂、ポリアミド6、ポリアミド66、ポリアミド6,66共重合体等のポリアミド系樹脂、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリブチレンテレフタレート等のポリエステル系樹脂、粘着性樹脂等をフィルム要求機能に応じて用いることができる。またその他の層は複数設けてもよい。
本発明のフィルムの各層は、その特性を阻害しない範囲であれば、適宜、添加剤を含有することができる。例えば、着色剤、無機充填剤、有機充填剤、紫外線吸収剤、光安定剤、熱安定剤、酸化防止剤、滑剤、耐ブロッキング剤、加水分解防止剤、可塑剤、難燃剤、帯電防止剤、防曇剤などを挙げることができる。これらの添加剤の添加量は特に限定されるものではなく、本発明の所望とする物性を阻害することのない範囲において適宜決定することができる。
本発明のフィルムの製造方法は、特に限定されず、公知のTダイ法やインフレーション法などにより製造することができる。
シール層に隣接してポリオレフィン系樹脂層(隣接層)を設けてフィルムを製造する方法は、特に限定されないが、公知のフィードブロック方式、マルチマニホールド方式、或いはそれらの組み合わせを用いた共押出法を好適に用いることができる。
該隣接層のシール層側とは反対側に他の層を設けてフィルムを製造する方法は、同様に共押出法を用いたり、熱ラミネート法、押出ラミネート法、ドライラミネート法で形成することもできる。
本発明のフィルムは、無延伸でもよく、一軸延伸、同時二軸延伸、逐次二軸延伸でもよい。
また、本発明のフィルムは必要に応じて、コロナ処理、印刷、コーティング、蒸着などの表面処理や表面加工を行うこともできる。
本フィルムが共押出フィルム等に代表される、隣接層等の他の層を含む多層フィルムの場合は、ヒートシール性と、糸引き、膜引きのない良好な易剥離性との両立、透明性の点から、シール層の厚みは1~10μmが好ましく、2~8μmがより好ましく、凝集破壊がフィルム水平方向に伝播しやすく易開封性がより良好となる点から、2~5μmが更に好ましい。
また、隣接層は、フィルム全体の強度や取扱い性の点から、1~30μmが好ましい。
隣接層、その他の層を含めた多層フィルムの総厚は、フィルム強度、ハンドリング性、二次加工性の点から、下限は3μm以上が好ましく、5μm以上がより好ましく、10μm以上が更に好ましい。上限は100μm以下が好ましく、80μm以下がより好ましく、50μm以下が更に好ましい。
単層フィルムの厚み、および、多層フィルムの総厚や各層厚は、触針式厚み系計、フィルム断面観察から計測することができる。
本発明のフィルムおよび多層フィルム(以下、これらをまとめて、「本フィルム」という場合がある。)は、以下の特性を有することが好ましい。
(ヒートシール性、易開封性)
本フィルムは、ポリオレフィン系樹脂、特にポリプロピレン系樹脂からなる被着体に対して優れたヒートシール密着性と、開封剥離時に優れた凝集破壊タイプの易開封性とを有することが好ましい。すなわちポリプロピレン系樹脂からなる被着体とシール温度140~180℃でヒートシールし剥離させた場合に凝集破壊する特徴を有する。更に、シール温度140~180℃でヒートシールし剥離させた場合に、何れのシール温度条件においても凝集破壊すること、剥離面において糸引き等がなく美麗になることがより好ましい。被着体のポリプロピレン系樹脂には、ホモポリプロピレン、ランダム共重合ポリプロピレンが挙げられる。本フィルムは、被着体が高融点であるホモポリプロピレンであっても、良好なヒートシール性と易開封性を発現することができる。
本フィルムの透明性は、内容物の視認性、美観性、意匠性等の観点から、全ヘーズと外部ヘーズは15%以下が好ましく、下限は特に限定されず、値がより小さいと透明性が良好であり好ましい。
ヘーズは、JIS K7136:2000に基づき測定される。
本フィルムは、良好なヒートシール性、易剥離性を有するので、収容物に応じた形状で被着体とヒートシールし包装体を為すことができる。特に、本フィルムから構成される蓋材と、ポリプロピレン系樹脂から構成される底材(被着体)とをヒートシールした包装体が有用である。
なお、多層フィルムを用いる場合は、シール層側を、被着体(例えば、底材)側にして、底材とヒートシールして、包装体が作製される。底材を構成するポリプロピレン系樹脂には、ホモポリプロピレン、ランダム共重合ポリプロピレンが挙げられる。本フィルムでは、被着体が高融点であるホモポリプロピレンであっても、良好なヒートシール性と易開封性を発現することができる。また、本フィルムは、他のプラスチックフィルム及びシート、金属箔、紙などと、例えばドライラミネート等の公知の方法で積層し、包装材料とすることもでき、それらからなる蓋材を用いて包装体を作製できる。
下記の原材料を用いて、各実施例および比較例に記載の方法によりフィルムを作製し、該フィルムを用いて試験、評価を行った。結果を表1にまとめた。
(ポリプロピレン系樹脂)
PP1: メタロセン触媒で重合したプロピレン-エチレン共重合体 ポリプロピレン樹脂(MFR:7.0g/10分、融点:124℃、密度900kg/m3)
(ポリエチレン樹脂)
PE1: 高圧重合法で重合したポリエチレン樹脂(MFR:0.7g/10分、融点:112℃、密度924kg/m3)
PE2: 高圧重合法で重合したポリエチレン樹脂(MFR:2.2g/10分、融点:115℃、密度925kg/m3)
PE3: 高圧重合法で重合したポリエチレン樹脂(MFR:4.0g/10分、融点:111℃、密度923kg/m3)
PE4: 高圧重合法で重合したポリエチレン樹脂(MFR:8.4g/10分、融点:107℃、密度919kg/m3)
PE5: 高圧重合法で重合したポリエチレン樹脂(MFR:12g/10分、融点:110℃、密度925kg/m3)
直鎖状低密度ポリエチレン樹脂(MFR:1.5g/10分、融点:121℃、密度923kg/m3)
上記原材料を用い、シール層は表1に示した配合で、各層用の各押出機に原材料を供給し、Tダイ共押出法により押出温度200℃の条件で、シール層、隣接層を共押出し、40℃の水冷金属冷却ロールで冷却し、シール層5μm厚/隣接層25μm厚の共押出フィルムを得た。
次いで、共押出フィルムの隣接層表面をコロナ放電処理し、エーテル系ポリウレタン接着剤を用いて、12μm厚の二軸延伸ポリエチレンテレフタレートフィルムとドライラミネートして積層フィルムを得た。
(1)ヒートシール試験、剥離試験
被着体として300μm厚のホモポリプロピレンシートと、実施例および比較例で得られた積層フィルムのシール層面を対向させて重ね、その一端を、ヒートシール機を用いてシール幅5mm、シール圧0.2MPa、シール時間1秒の条件でヒートシールした。設定シール温度は140℃、150、160℃、180℃の4通りで試験した。
その後、長さ50mm、幅15mmの短冊片に切り出し、JIS Z0238:1998に準拠して、ヒートシール部を中央にして2枚のフィルムの端を引張試験機の掴み具に取り付け、剥離角度180度、剥離速度300mm/分の条件で、短冊片の長さ方向に剥離又は破断するまで引張り、測定された最大応力をヒートシール強度(単位:N/15mm幅)として測定し、ヒートシール強度が8N/15mm幅以上、20N/15mm幅以下の場合を密着性と易剥離性が良好と評価した。
○:凝集破壊していて、糸引き等がない
△:凝集破壊しているが、糸引き、膜引き、毛羽立ち、樹脂千切れがある
▲:凝集破壊不十分で、顕著な糸引き等がある
■:剥離せず、フィルムが破れる
×:フィルムと被着体で密着していない
これらのヒートシール試験、剥離試験を、実施例および比較例で得た共押出フィルムのフィルム流れ方向(MD)と、その垂直方向(TD)の両方向について行い、剥離強度の比(TD/MD)を算出した。剥離強度の比(TD/MD)は、1.5未満であれば、易開封性の等方性が高いといえる。
実施例および比較例で得られた共押出フィルムについて、JIS K7136:2000に準拠して全ヘーズを、また内部ヘーズはJIS K7105に準拠して測定を行った。測定器としては、日本電飾工業製のヘーズメーターNDH5000を使用した。内部ヘーズはフィルムの凹凸の影響を除外するために、フィルムの両面に純度99.5%のエタノールを滴下し、スライドガラスでフィルムを挟み、内部ヘーズを測定した。外部ヘーズは全ヘーズと内部ヘーズの値から算出した。
全ヘーズが15%以下であるものを良好と判断とした。
比較例2は、シール層がポリエチレン樹脂(b)のみで構成され、シール層表面の外部ヘーズが高い影響で全ヘーズが高く、透明性不良であった。
比較例3は、全ヘーズが高く透明性が不良であった。また、シール温度140℃、150℃および160℃において、剥離強度比(TD/MD)が1.5以上で易開封性の等方性が不十分であった。
比較例4は、シール温度140℃、160℃および180℃において凝集破壊が不十分で糸引き等の発生があり、またシール温度180℃で剥離強度が大きく、易開封性が不良であった。
比較例5は、シール温度140℃の低い温度領域から剥離強度が大きく、易開封性が不良であった。また、シール温度140℃、150℃および160℃において、易開封性の等方性が不十分であった。
Claims (7)
- 少なくともシール層を有するフィルムにおいて、該シール層がシングルサイト触媒を用いて製造されたポリプロピレン系樹脂(a)を主成分として含み、且つメルトフローレート(MFR)1.0g/10分未満の高圧重合法による低密度ポリエチレン樹脂(b)とMFR5.0g/10分超、密度が910kg/m3以上の高圧重合法による低密度ポリエチレン樹脂(c)とを含む樹脂組成物で構成されることを特徴とする易開封性フィルム。
- 前記ポリプロピレン系樹脂(a)のメルトフローレート(MFR)が1.0g/10分以上20g/10分以下である請求項1に記載の易開封性フィルム。
- 前記ポリプロピレン系樹脂(a)、前記低密度ポリエチレン樹脂(b)および前記低密度ポリエチレン樹脂(c)の合計量を100質量%とした場合、前記ポリプロピレン系樹脂(a)が90~50質量%、前記低密度ポリエチレン樹脂(b)が5~25質量%であり、前記低密度ポリエチレン樹脂(c)が5~25質量%である請求項1または2に記載の易開封性フィルム。
- 前記シール層に隣接してポリオレフィン系樹脂層を有する請求項1~3のいずれかに記載の易開封性フィルム。
- 前記シール層の厚みが1~10μmである請求項1~4のいずれかに記載の易開封性フィルム。
- 請求項1~5のいずれかに記載の易開封性フィルムを用いてなる包装体。
- 請求項1~5のいずれかに記載の易開封性フィルムを用いた蓋材と、ポリプロピレン系樹脂からなる底材とをヒートシールしてなる包装体。
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