JPH0237941B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

ヒートシール法による柔軟なフイルムパツケー
ジの製造において、種々のフイルム材料による同
じパツケージにおいて永久的及び剥離可能なシー
ルを再現性をもつて行なうことができる十分に広
いヒートシール温度範囲を示すヒートシール組成
物に対する要求は久しく続いている。かかるパツ
ケージにおける永久的シールは好ましくはパツケ
ージングフイルムを引裂くことによつてシール破
損（seal failure）が起こる程強いことが好まし
く、そして剥離可能なシールはパツケージの内容
物を保持するのに十分強いが適度の力によるパツ
ケージ壁の分離を可能とするように十分に弱いこ
とが好ましい。剥離可能なシールの破断
（rupture）はヒートシール組成物自体の凝集破損
（cohesine failure）であることが好ましく、そ
してこの破損はヒートシール組成物のばらばらの
砕片（loose debris）を伴なわずクリーンである
ことが好ましい。剥離可能なシールと永久的なシ
ールの形成間の温度範囲は、広いことが重要であ
る。何故ならば、広い温度範囲の場合には、高度
に鋭敏な温度制御装置をヒートシール装置に内蔵
する必要なく剥離可能な及び永久的シールを行な
うために単一のヒートシール装置を使用すること
ができるからである。 1980年２月12日に発行された米国特許第
4188441号は剥離可能なヒートシールを形成する
ための高密度ポリエチレンフイルムと有用な重合
体のブレンドを開示している。上記特許のブレン
ドは、エチレン酢酸ビニル又はアクリル酸エステ
ル２成分共重合体及びナトリウム中和アイオノマ
ーであることを開示している。開示された目的は
剥離可能なシールのみをつくることであり、永久
的シールは望ましくないとして回避されている。 マクドナルド（McDonald）の出願に対して
1972年12月26日に発行された米国特許第3707393
号は、アイオノマーと特定の例においてターポリ
マーの組合わせのヒートシール用途を開示してい
る。材料の組合わせは単に物理的混合物であり、
両重合体の部分的中和を伴なうブレンドではな
い。 イワミ（Iwami）等の出願に対して1974年１月
29日に発行された米国特許第3789035号は、１つ
の重合体材料のカルボン酸基は他の重合体材料の
中和されたカルボン酸基との反応接触（reaction
contact）により中和することができる方法を開
示する。上記特許はそのように中和された重合体
の分離も開示する。 フレツシヤ−（Freshour）等の出願に対して
1970年２月17日に発行された米国特許第3496061
号は少なくとも１つのシールが400g／インチよ
り大きい剥離強度を示すように少なくとも２つの
異なつた材料を使用して製造されたヒートシール
されたパツケージを開示している。 チツクナー（Ticknor）の出願に対して1980年
２月19日発行された米国特許第4189519号は１つ
の必要な化合物がアイソタクチツクポリブチレン
であるヒートシール組成物として作用する重合体
材料のブレンドを開示する。 本発明は種々の支持体材料に対する制御された
強度のヒートシールを達成するのに広い有効温度
範囲を示すヒートシール組成物を包含する。該組
成物は約20〜80重量部のターポリマー及び20−80
重量部のアイオノマーを含む部分的に中和された
アイオノマーとターポリマーのブレンドである。
両重合体は単量体成分として不飽和モノカルボン
酸を含有する。ブレンド中の全カルボン酸は５〜
40％中和されている。 本発明のヒートシール組成物は種々の強度のヒ
ートシールを形成するための広い温度範囲を示
す。この発明の組成物は永久的な側部又は底部シ
ール及び剥離可能な頂部シールを有するフイル
ム、箔又は紙パツケージの製造を可能とする。 ヒートシール組成物はフイルム、箔及び紙から
パツケージを形成するのに長く使用されてきた。
包装材料支持体は一側をヒートシール組成物で通
常被覆され、次いで被覆された側が面同志で合わ
せられ、合わせられた材料は意図されるシーム区
域で加熱されてヒートシール組成物を溶融しそし
てパツケージシームを生じる。 本発明に従えば、単量体成分としてエチレン、
アルカン酸ビニル又は不飽和アルキルエステル及
び部分的に中和された不飽和カルボン酸を有する
ターポリマー、及び単量体成分としてエチレン及
び部分的に中和された不飽和カルボン酸を有する
アイオノマーを含有して成る重合体材料の実質的
に均質なブレンドがヒートシール組成物として提
供される。 上記ターポリマーは約65〜95重量％のエチレ
ン、約４〜30重量％のアルカン酸ビニル又は不飽
和アルキルエステル及び約0.5〜20重量％の不飽
和カルボン酸を有する。アルカン酸ビニル又は不
飽和アルキルエステル単量体成分はターポリマー
中に存在して、フイルム、箔及び紙支持体への接
着力を増加させるための成分を与え、又組成物に
対して増加した柔軟性を与え、そして有効なヒー
トシール温度範囲を広くする。不飽和アルキルエ
ステルは、アルキル基が１個乃至４個の炭素原子
を有するアルキルアクリレート及びアルキルメタ
クリレートを含む。例としてメチルアクリレー
ト、エチルアクリレート、メチルメタクリレー
ト、エチルメタクリレート、イソブチルアクリレ
ート等が挙げられる。アルカン酸ビニルにはアル
カン酸ビニルのアルカン酸部分が１個乃至４個の
炭素原子を有する酢酸ビニル、プロピオン酸ビニ
ル、酪酸ビニル等が包含される。紙及び箔支持体
に対しては酢酸ビニル10〜30重量％が好ましく、
重合体フイルム支持体に対してはイソブチルアク
リレート５〜25重量％が好ましい。アルカン酸ビ
ニル又は不飽和エステル成分が余りにも少な過ぎ
るターポリマーは一般に不十分な接着力及び狭い
ヒートシール温度範囲を示すが、その成分が過剰
であるとヒートシール組成物の粘着性
（tackiness）が過剰になる。 ターポリマーは追加の成分が本発明の実施に必
要なこれらの３種の成分の機能を妨害しない限り
において３種より多くの単量体成分を有すること
ができる。 カルボン酸単量体成分はターポリマー中に存在
してアイオノマー中の酸成分と同様な成分を与え
る。ブレンド重合体の各々におけるカルボン酸成
分の存在によつて重合体間の共調性
（cooperation）が実現されると考えられる。その
機構は完全には理解されていないけれども、ブレ
ンド重合体の各々におけるカルボン酸成分の存在
は、先ず第一に剥離可能なヒートシールを形成す
ることができる温度範囲を広げることによつて、
第二に、共通のカルボン酸成分のない類似した材
料のブレンドにより得ることができる最大ヒート
シール強度を実質的に増加させることにより証明
される重合体間の或る程度の相容性を生ぜしめる
と考えられる。 望ましいカルボン酸にはアクリル酸及びメタク
リル酸が包含される。これらの成分はターポリマ
ー成分の0.5〜20重量％の量で使用することがで
き、そしていずれかの酸0.8〜15重量％が好まし
い。余りにも低い酸含有率においては、上記した
相容化効果は失なわれ、そして余りにも高い酸含
有率においては、ターポリマーは望ましくない高
い弾性率を示す。 カルボン酸成分を含みそして本発明の実施にお
いて使用するのに適したターポリマーは米国特許
第3264272号に記載されている。 アイオノマーは約75〜99重量％のエチレン及び
約１〜25重量％の不飽和カルボン酸を有する。本
発明に使用するため、アイオノマーは好ましくは
３〜20重量％の不飽和カルボン酸を有するべきで
ある。アイオノマー中の約５％乃至約75％のカル
ボン酸基は亜鉛金属イオンにより中和されるべき
である。 本発明の実施において使用するのに好適なアイ
オノマーは米国特許第3355319号に記載されてい
る。 述べた如く、ターポリマー中のアクリル酸又は
メタクリル酸及びアイオノマー中のアクリル酸又
はメタクリル酸とアルカン酸ビニル又はアルキル
アクリレートもしくはメタクリレートの組合わせ
は改良された接着性、改良された重合体相容性及
び広くなつたヒートシール温度範囲の釣合いをも
たらす。その釣合いの十分な利益を得るために、
アクリル酸又はメタクリル酸成分とアルカン酸ビ
ニル又は不飽和アルキルエステルの合わせた重量
百分率がアイオノマー中の不飽和酸の重量百分率
より少なくとも８％（eight percentage points）
大きいターポリマー材料を与えることが必要であ
ることが見出された。これらの利益は大部分ブレ
ンドの軟化又は溶融温度の改変に関するので、成
分比要件は20重量％以上80重量％以下の各材料が
ブレンド中に存在しなければならないという全体
の要件内で使用されるターポリマー及びアイオノ
マーの量には実質的に無関係であると考えられ
る。 ヒートシール組成物の種々の成分を組合わせて
材料の分子混合物（molecular mixture）を形成
する。その組合わせは材料をブレンドする普通の
方法の何れによつても行なうことができる。たと
えば該材料の溶液を混合し、その後に溶媒を除去
することができ、該材料は押出機中で溶融ブレン
デイングによる如き溶融形態で一緒に混合するこ
とができ、又は該材料は、たとえば二本ロール機
（two−roll mill）又はバンバリブレンダにより
相互に混練することができる。ブレンデイングの
主要な要件は得られるブレンドが実質的に均質で
なければならないこと及びブレンデイングがター
ポリマー及びアイオノマーのカルボン酸基間の中
和の均等化（equalizing）を許容するように十分
に緊密である材料混合を生じなければならないと
いうことである。押出しブレンデイングは適切で
あり、そして本発明のブレンドを製造するのに好
ましいことが見出された。 該ブレンドにおいては、ターポリマーは部分的
に中和されているカルボン酸基を含有すること、
従つてターポリマーはアイオノマーとして同定さ
れ得ることが理解される。事実、本発明のブレン
ドは２つのアイオノマーから又は３成分アイオノ
マー及び中和されていない共重合体から又は所望
によりかかる成分の適当な組合わせから製造する
こともできる。更に、該ブレンドは中和されてい
ない共重合体及びターポリマーを溶融ブレンド
し、次いでブレンドした混合物を中和することに
よつて製造することができる。かかる中和を行な
うための適当な方法は米国特許第3404134号及び
第3969434号に開示されている。カルボン酸基に
関する限り、仕上げられたブレンドは必要な程度
に中和された各重合体成分中のカルボン酸基を含
まなければならいことのみが必要である。 本発明の利益はブレンド中のすべてのカルボン
酸基の中和度が５％乃至40％である場合に見出さ
れることが見出された。ターポリマー及びアイオ
ノマー材料は、ブレンドされていない、中和され
た材料の中和度がブレンデイング基間中に中和さ
れていない材料で平均される場合には得られる全
体の中和が必要な範囲にあるように選ばれる。 本発明のヒートシール組成物は、ヒートシール
組成物が普通使用される方法で使用することがで
きる。それはたとえばシート、ストリツプ又はウ
エブの形態の自己支持構造体（self−supporting
structure）として使用することができる。それ
は溶液又はエマルジヨンとして支持体包装材料に
被覆することができ、支持体包装フイルム材料と
同時押出しすることができ、そして接着剤を使用
して支持体材料にラミネートすることができる。 本発明のヒートシール組成物は種々の支持体包
装材料に関して使用することができる。先に述べ
た如く、ターポリマー及びアイオノマーの単量体
成分は特に支持体包装材料へのヒートシール組成
物の接着性を増加させるように特に選ぶことがで
きる。更に、高密度ポリエチレン、ポリプロピレ
ン、ポリエステル、ポリアミド等が支持体包装材
料として使用されるべき場合には、ヒートシール
組成物のカルボン酸基を中和するために１より大
きい原子価を有する金属イオンを使用することが
重要であることが見出された。亜鉛は好ましい金
属イオンであり、このような場合に最も普通に使
用される。何故ならば亜鉛は必要とされる広いヒ
ートシール温度範囲を与えることが見出されたか
らである。 柔軟パツケージに対する剥離可能なヒートシー
ルを形成する際に、シールの破断がヒートシール
組成物内で起こることは通常望ましくそしてしば
しば必要とされる。故に、ヒートシール組成物は
ヒートシール組成物層が剥離可能なヒートシール
が形成されるときそれ自体に接着するよりも強く
支持体材料に接着するべきことは重要である。永
久的又は融着したヒートシールが形成される場合
には、ヒートシール組成物は相互に融着されるべ
きこと及び支持体材料の引裂きがヒートシールの
破断の前に起こる程強く支持体材料に接着すべき
こと、及びいずれにせよ、シールは融着したヒー
トシール組成物の分離によつては破断しないこと
が望ましい。中和用金属イオンとして亜鉛の使用
及びターポリマー中の適当なアルカン酸ビニル又
は不飽和エステル特に酢酸ビニル又はイソブチル
アクリレートの使用は種々の支持体包装材料に関
して最大融着ヒートシール強度を得ることにおい
て重要であると考えられる。 本発明のヒートシール組成物の１つの重要な特
徴は低強度の剥離可能なヒートシールを達成する
のに必要なその温度乃至合わせられた材料からの
ヒートシール組成物が完全に相互に融着した最大
強度の永久的ヒートシールに必要なその温度まで
及ぶ広いヒートシール温度範囲である。 本発明のヒートシール組成物を使用して形成さ
れたヒートシールに対する広い温度範囲はヒート
シール組成物の自己支持フイルム（self−supp−
orted films）を製造し、次いで一連の温度でこ
れらのフイルムに関して一連のヒートシールを形
成する標準化されたヒートシール試験により証明
することができる。そのように形成されたヒート
シールは剥離強度に関して試験され、そして
118g／cm（300g／インチ）、275g／cm（700g／イ
ンチ）の剥離強度及び引裂きシール（tear seal）
を生じる温度を記録する。引裂きシールは所定の
支持体材料に関して得ることができる最大シール
を示す。何故ならばそのシール強度は実際には支
持体材料の引裂き強度又は融着したヒートシール
組成物の凝集強度（cohesine strength）を表わ
すからである。ヒートシール組成物のフイルムを
使用して剥離強度試験を遂行する場合に、引裂き
シールは組成物が十分に溶融する温度で起こる。
ヒートシールがなされた温度を決定する際に、ヒ
ートシールジヨー又はバー温度よりはむしろヒー
トシール組成物層間の界面の温度を決定すること
は重要である。ヒートシーリング装置における検
定誤差又は熱移動の変動によりシールジヨー温度
は予言できない量だけ実際の界面温度より高く又
は低くすることができる。 本発明の目的に対して、少なくとも７℃、好ま
しくは８℃より多い温度範囲が剥離シールゾーン
（peel seal zone）（118〜275g／cm）に対して許
容されることが決定された。引裂きシールゾーン
（引裂きに対して275g／cm）に対して少なくとも
８℃、好ましくは10℃より多い温度範囲を有する
ことは必要ではないとしても望ましいことが見出
された。 充填剤、染料、酸化防止剤、非付着剤、
（antistick agent）等の如き常用の添加物を本発
明のヒートシール組成物に加えることができる。
その際の唯一の要件は添加剤の存在が組成物の性
能に不利に影響しないということである。シリカ
及び置換脂肪アミドの如きスリツプ剤は通常の量
で加えることができる添加剤の例である。添加剤
はブレンデイング期間中ヒートシール組成物に便
利に且つ慣用的に加えられ、そして通常は全組成
物の５重量％を越える量では存在しない。 以下の本発明の実施例においては、ヒートシー
ル組成物の成分材料は先ず第一に下記表に示され
た量で粒状形態にある材料を混合し、次いで溶融
ブレンドし、そして28ミリメートル ウエルナー
アンドプフライデラー二軸スクリユー押出機
（Werner＆Pfleiderer twin−screw extru−der）
の如き押出機中で混合物を液化させる
（devolatilize）ことによつて相互にブレンドし
た。押出されたブレンドをペレツトにし、そして
試験用フイルムを製造するために、ペレツトを
2.5cm（1.0インチ）ダイを備えた1.9cm（0.75イン
チ）ブラベンダ押出機によりブロー成形されたフ
イルムに転化する。フイルムは一般にブローアツ
プ比2.5を有する0.05mm（２ミリ）厚さであり、
そして190−210℃の溶融温度でキヤストした。 フイルムを試験のため2.5cm（１インチ）巾に
切断し、そして試料の対を相互にヒートシールし
て2.5cm（１インチ）剥離長さを与える。シール
は２つの加熱式ジヨー2.5cm（１インチ）巾を有
する装置でなされ、そしてこのヒートシールは約
275キロパスカル（ｋ Pascals）（40psi）のクラ
ンピング圧で約３秒間なされた。界面シール温度
はシールされるフイルム試料間に熱電対を置きそ
してこれらの試料に対してシール装置をそれから
検定することによつて決定された。 剥離強度は12.7cm／分（５インチ／分）の速度
で引張試験装置において23℃及び50％相対湿度で
シールされた試料を引張ることにより決定され
た。剥離強度は界面シール温度の関数として評価
され、そして剥離シールゾーン及び引裂きシール
ゾーンはそれから決定された。これらの決定は下
記表に記録されている。

【表】

【表】

【表】

【表】

【表】

【表】 実施例及び表においては、重合体成分材料は下
記の如く同定される。Ｅ／10IBA／10MMAはエ
チレン及び10重量％イソブチルアクリレート及び
10重量％メタクリル酸を有するターポリマーであ
り、Ｅ／28VA／1MAAはエチレン及び28重量％
の酢酸ビニル及び１重量％のメタクリル酸を有す
るターポリマーであり、そしてＥ／XMMAはエ
チレン及び表の“Ｘ”に対して置換えられた数に
より示される重量％のメタクリル酸を有する共重
合体である。 下記する本発明の実施例においては、前記実施
例からのブレンドを高密度ポリエチレンと同時押
出しして、ブレンドの１つのフイルムがヒートシ
ール組成物として支持体包装材料に接着した、支
持体包装材料として高密度ポリエチレンのフイル
ムの柔軟な包装材料を得る。次いで被覆されたポ
リエチレンをブレンドのフイルムを先に試験した
如くしてヒートシール強度に対して試験した。支
持体材料に被覆されたブレンドのかかる包装材料
はヒートシール層を有する被覆された材料の２枚
のシートをヒートシール層を向かい合わせて置
き、次いで制御された温度のヒートシールジヨー
を使用することによつて種々の又は所望の強度に
よりヒートシールを形成することによつてパツケ
ージを製造するのに使用される。

【表】

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ａ 単量体成分として エチレン65−95重量％、 アルカン酸部分が１個乃至４個の炭素原子
   を有するアルカン酸ビニル又はアルキル基が
   １個乃至４個の炭素原子を有するアルキルア
   クリレート及びアルキルメタクリレートから
   成る群から選ばれたエステル４〜30重量％お
   よび アクリル酸及びメタクリル酸から成る群よ
   り選ばれたエチレン系不飽和モノカルボン酸
   0.5〜20重量％ を有するターポリマー20〜80重量％と、 ｂ 単量体成分として、 エチレン75〜99重量％および アクリル酸及びメタクリル酸から成る群よ
   り選ばれたエチレン系不飽和モノカルボン酸
   １〜25重量％ を有するアイオノマー20〜80重量％とを含有して
   成り、該ターポリマー中の共重合体及びの重
   量百分率の合計がアイオノマー中の共単量体の
   重量百分率より少なくとも８％高く、且つブレン
   ド中のカルボン酸の５〜40％が亜鉛イオンにより
   中和されている重合体材料の実質的に均質なブレ
   ンド。 ２ 該ターポリマーの単量体がアルカン酸ビニ
   ルであり、該アルカン酸ビニルが酢酸ビニルであ
   る特許請求の範囲第１項記載のブレンド。 ３ 該ターポリマーの単量体がアルキルアクリ
   レートであり、アルキル基がイソブチルである特
   許請求の範囲第１項記載のブレンド。 ４ 該ブレンド材料の自己支持フイルムが少なく
   とも７℃の剥離シール（118〜275g／cm）温度範
   囲を示す特許請求の範囲第１項記載のブレンド。 ５ 該ブレンド材料の自己支持フイルムが少なく
   とも８℃の引裂シール（引裂きに対して275g／
   cm）温度範囲を示す特許請求の範囲第４項記載の
   ブレンド。