(57)【要約】【課題】接着剤を用いずに接合可能で、しかも融点以下の比較的低温で熱融着が可能なポリプロピレン系フィルムを得る。【解決手段】ポリプロピレン系フィルムの表面（接着面）に対し、内部電極方式のプラズマ処理機１により、低温プラズマ処理を施す。この場合の処理強度（Ｅ値）は、１５０Ｗ・ｍｉｎ／ｍ2 〜１２００Ｗ・ｍｉｎ／ｍ2 範囲とされる。プラズマ処理後のフィルム表面における酸素原子数（Ｏ）と炭素原子数（Ｃ）との組成比の値（Ｏ／Ｃ）が、０．１以上、０．５以下の範囲とされる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
フィルム表面が低温プラズマ処理されていることにより、融点以下の温度で熱融着が可能とされていることを特徴とするポリプロピレン系フィルム。
【請求項２】
前記低温プラズマ処理が施されたフィルム表面における、酸素原子数（Ｏ）と炭素原子数（Ｃ）との組成比の値（Ｏ／Ｃ）が、０．１以上、０．５以下とされていることを特徴とする請求項１記載のポリプロピレン系フィルム。
【請求項３】
請求項１又は２記載のポリプロピレン系フィルムを製造するための方法であって、
ポリプロピレン系フィルムに対し、内部電極方式の低温プラズマ処理機で、その表面を低温プラズマ処理することを特徴とするポリプロピレン系フィルムの製造方法。
【請求項４】
前記低温プラズマ処理機における低温プラズマ処理の強度（Ｅ値）が、１５０Ｗ・ｍｉｎ／ｍ2 ないし１２００Ｗ・ｍｉｎ／ｍ2の範囲とされることを特徴とする請求項３記載のポリプロピレン系フィルムの製造方法。
【請求項５】
請求項１又は２記載のポリプロピレン系フィルムと、異種材料とが熱融着により貼り合わされていることを特徴とする積層体。
【請求項６】
前記異種材料は、金属箔、ガラス、セラミックス或いは二軸延伸飽和ポリエステルフィルムなど異種のプラスチックフィルムであることを特徴とする請求項５記載の積層体。
【請求項７】
請求項１又は２記載のポリプロピレン系フィルム同士が、複数枚熱融着により貼り合わされていることを特徴とする積層体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、融点以下の温度で熱融着が可能なポリプロピレン系フィルム及びその製造方法、並びにそのポリプロピレン系フィルムを用いた積層体に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えばスナック菓子の袋等の食品包装用のフィルムとして、ポリプロピレン系フィルムとポリエステル系（ＰＥＴ）フィルムとを、接着剤を介して貼合せた、いわゆるドライラミネートの製品が用いられている。例えば、特許文献１では、ポリプロピレン系樹脂組成物の接着性等を向上させるために、紫外線処理を行う技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平８−４１２２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来では、ポリプロピレン系フィルムは、融点（例えば１６５℃）以下の温度で熱融着させることは困難であると考えられていたため、ポリプロピレン系フィルムを含む積層フィルムを得るためには、一般に接着剤が用いられていた。これに対し、コストダウン等を実現するためには、ポリプロピレン系フィルムを、接着剤を用いずに、且つ、融点以下の比較的低温で熱融着を可能とすることが要望される。尚、二軸延伸ポリプロピレンフィルムは、厚みが高々８０μｍ程度で、厚みの大きいものが製造できないため、厚みの大きいものを得るためには、複数枚の二軸延伸ポリプロピレンフィルムを貼り合わせることが望ましい。
【０００５】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、接着剤を用いずに接合可能で、しかも融点以下の比較的低温で熱融着が可能なポリプロピレン系フィルム及びその製造方法、並びに、そのポリプロピレン系フィルムを用いた積層体を提供するにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者は、上記した目的を達成するために、つまり、ポリプロピレン系フィルムにおいて、接着剤を用いることなく比較的低温での熱融着性を付与するべく、様々な試験、研究を重ねた。その結果、フィルム表面に対し低温プラズマ処理を施して表面の改質を行うことにより、融点以下の比較的低温での熱融着性を付与することができることを見出し、本発明を成し遂げたのである。
【０００７】
即ち、本発明のポリプロピレン系フィルムは、フィルム表面が低温プラズマ処理されていることにより、融点以下の温度で熱融着が可能とされているところに特徴を有する（請求項１の発明）。これにより、接着剤を用いずとも、融点（１６５℃）以下の低温、例えば１２０〜１４０℃で、同種のフィルム同士あるいは金属箔や異種のプラスチックフィルム等との熱融着が可能となったのである。これは、フィルム表面に低温プラズマ処理が施されることにより、そのフィルム表面に酸素原子が取込まれ、具体的にはフィルム表面にＣＯＯＨ基やＯＨ基が付加されるようになり、このことが、ポリプロピレン系フィルムに低温での熱融着性を付与するものと推測される。
【０００８】
また、本発明のポリプロピレン系フィルムでは、プラズマ処理後の平均表面粗さＲａが、未処理のものと比べて、小さくなることも明らかとなった。さらには、本発明のポリプロピレン系フィルムでは、融点以下の温度で熱融着が可能である効果が、長期間（数年〜十数年）にわたって維持されることも明らかとなった。
【０００９】
本発明におけるポリプロピレン系フィルムとは、プロピレン単独を重合して得られる、融点が１６５℃前後のホモポリマー、エチレンやブテンを共重合することにより得られたランダムコポリマーやターポリマーなどであっても良い。この場合、フィルムには、例えば耐久性や接着性等の特性改良のための添加剤（有機または無機のフィラー等）などが含まれていても良く、それらを含まないピュアなものでも良いことは勿論である。
【００１０】
本発明における低温プラズマ処理とは、電極間に直流または交流の高電圧を印加することによって開始持続する放電、例えば大気圧下でのコロナ放電あるいは真空でのグロー放電などに処理基材を曝すことによって成される処理をいう。このとき、特に限定されないが、処理ガスの選択が広い真空での処理が好ましい。処理ガスとしては、特に限定されないが、Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ、窒素、酸素、炭酸ガス、空気、水蒸気等が単独あるいは混合した状態で使用される。なかでも、水蒸気や酸素が、特に良好な結果を得ることができた。処理圧力は特に限定されないが、０．１Ｐａないし１３３０Ｐａの圧力範囲で持続放電するグロー放電処理、いわゆる低温プラズマ処理が処理効率の点で好ましい。さらに好ましくは、１Ｐａないし２６６Ｐａの範囲である。
【００１１】
本発明においては、より具体的には、前記低温プラズマ処理が施されたフィルム表面における、酸素原子数（Ｏ）と炭素原子数（Ｃ）との組成比の値（Ｏ／Ｃ）が、０．１以上、０．５以下とされていることにより、良好な熱融着性を付与することができる（請求項２の発明）。
【００１２】
ここで、組成比とは、フィルム表面をＸＰＳ（Ｘ線電子光分光法）で測定した炭素原子数（Ｃ）と、酸素原子数（Ｏ）との比の値（Ｏ／Ｃ）をいう。この場合、ポリプロピレンの分子式は、（Ｃ３Ｈ６）ｎであるから、本来酸素原子は存在しないはずであるが、上記のように、低温プラズマ処理によって酸素原子が付加されたものと考えられる。本発明者の研究によれば、上記組成比の値（Ｏ／Ｃ）が、０．１以上、０．５以下とされていることにより、低温での良好な熱融着性を得ることができた。組成比の値が、０．１未満では、低温での良好な熱融着性は得られず、また、０．５を越えた場合でも、低温での良好な熱融着性は得られなかった。より好ましくは、０．２５以上、０．４以下である。
【００１３】
上記したようなポリプロピレン系フィルムを製造する方法としては、ポリプロピレン系フィルムに対し、内部電極方式の低温プラズマ処理機で、その表面を低温プラズマ処理する方法を採用することができる（請求項３の発明）。これにより、融点以下の比較的低温での熱融着性を有するポリプロピレン系フィルムを容易に製造することができる。
【００１４】
このとき、内部電極方式のプラズマ処理機を採用して低温プラズマ処理を行う場合にあっては、ポリプロピレン系フィルムに対する低温プラズマ処理の処理強度（Ｅ値）を、１５０Ｗ・ｍｉｎ／ｍ2 ないし１２００Ｗ・ｍｉｎ／ｍ2 の範囲とすることが好ましい（請求項４の発明）。これにより、融点以下の比較的低温での良好なる熱融着性が得られる。より好ましくは、２５０Ｗ・ｍｉｎ／ｍ2 ないし１０００Ｗ・ｍｉｎ／ｍ2 の範囲である。
【００１５】
本発明の積層体は、上記した請求項１又は２記載のポリプロピレン系フィルムと、異種材料とが熱融着により貼り合わされているところに特徴を有する（請求項５の発明）。このとき、上記異種材料として、金属箔、ガラス、セラミックス或いは二軸延伸飽和ポリエステルフィルムなど異種のプラスチックフィルムを採用することができる（請求項６の発明）。
【００１６】
これによれば、ポリプロピレン系フィルムが、融点以下の比較的低温での熱融着性を有しているので、ポリプロピレン系フィルムと異種材料とを、接着剤を用いずに、例えば１２０℃から１４０℃の比較的低い加熱温度で貼り合わせることが可能となる。この場合、例えば有機溶剤系の接着剤等が不要となるので、環境保護のために溶剤を回収する設備や工程が不要となり、フィルムの回収、再生も容易となる等の利点を得ることができる。
【００１７】
ところで、例えば二軸延伸ポリプロピレンフィルムは、１枚の厚みが比較的薄い（８０μｍ程度）ので、１枚の二軸延伸ポリプロピレンフィルムでは、目的とする厚みのものが得られない事情がある。そこで、本発明の積層体は、上記した請求項１又は２記載のポリプロピレン系フィルム同士が、複数枚熱融着により貼り合わせることにより、任意の厚みに構成することができる（請求項７の発明）。これにより、ポリプロピレン系フィルムが、融点以下の比較的低温での熱融着性を有しているので、複数枚のフィルム同士を、接着剤を用いずに、例えば１２０℃から１４０℃の比較的低い加熱温度で貼り合わせることが可能となる。多数枚の同種のポリプロピレン系フィルムの貼り合わせによって、ポリプロピレン系フィルムの厚物のシート（板）を得ることができる。
【００１８】
尚、本発明の積層体を得る方法としては、特に限定されるものではないが、例えば熱プレスによる方法、熱ロールによる方法など公知の方法を目的に応じ、適宜選定すれば良い。これにより、上記した各積層体を容易に製造することができる。また、上記貼り合わせの際には、相手となる異種材料（金属箔あるいは異種のプラスチックフィルム）、また同種のフィルムの表面（貼り合わせ面）に、接着性改良のための表面処理（コロナ処理等）を施したり、表面処理層を有していたりすることが好ましい。金属箔の場合、防錆処理を施しておくこともできる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明のポリプロピレン系フィルム及びその製造方法、並びに、積層体によれば、ポリプロピレン系フィルムのフィルム表面が低温プラズマ処理されていることにより、接着剤を用いずに接合可能で、しかも融点以下の比較的低温で熱融着が可能となるという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施形態を示すもので、低温プラズマ処理機の構成を模式的に示す図
【図２】１８０℃剥離強度試験の結果を示す図
【図３】低温プラズマ処理の処理強度（Ｅ値）と組成比の値（Ｏ／Ｃ）との関係を示す図
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。後に掲載する表１に示すように、実施例１〜実施例６は、本発明に係るポリプロピレン系フィルムであり、特許請求の範囲に記載された通りの構成を備えていると共に、特許請求の範囲に記載された通りの製造方法により製造されたものである。これら実施例１〜実施例６は、例えば厚み寸法が６０μｍのノンフィラーの二軸延伸ポリプロピレンフィルムからなり、その表面（接着面）に対し、低温プラズマ処理が施されている。尚、低温プラズマ処理を施す面は、フィルムの片面でも両面でも良い。
【００２２】
またこのとき、これら実施例１〜実施例６のポリプロピレンフィルムは、プラズマ処理後のフィルム表面における酸素原子数（Ｏ）と炭素原子数（Ｃ）との組成比の値（Ｏ／Ｃ）が、０．１以上、０．５以下の範囲にある。この組成比の値とは、フィルム表面をＸＰＳ（Ｘ線電子光分光法）で測定した炭素原子数（Ｃ）と、酸素原子数（Ｏ）との比の値（Ｏ／Ｃ）をいう。
【００２３】
これら実施例１〜実施例６は、二軸延伸ポリプロピレンフィルムの表面に対し、後述するような内部電極方式の低温プラズマ処理機１により、処理強度（Ｅ値）を変えて低温プラズマ処理を施したものである。この場合の処理強度（Ｅ値）は、１５０Ｗ・ｍｉｎ／ｍ2 〜１２００Ｗ・ｍｉｎ／ｍ2 範囲であり、実施例１〜実施例６の順に、２００、３９０、４９０、６７０、８５０、１０８０（Ｗ・ｍｉｎ／ｍ2 ）とされている。
【００２４】
ここで、図１は、内部電極方式の低温プラズマ処理機１により、ポリプロピレンフィルムＦに対し、低温プラズマ処理を行っている様子を模式的に示している。この低温プラズマ処理機１は、密閉可能な処理室２を有して構成されており、その処理室２内には、処理用ローラ３が設けられると共に、その処理用ローラ３の上部の周囲を僅かな隙間を空けて囲むような電極４が設けられている。電極４には、高周波電源５が接続されており、また図示はしないが、処理用ローラ３はアース接続されている。処理室２内は、真空ポンプに接続されたバルブ６の開放によって減圧されるようになっていると共に、ガス供給源に接続されたバルブ７の開放によって、処理（放電）部分に処理用のガス（例えばＣＯ2 ）が供給される。処理室２内の圧力を計測する圧力計８も設けられている。
【００２５】
そして、ロール状に巻回された処理前のポリプロピレン系フィルム（原反）Ｆは、供給部９から引出され、処理室２内の複数個の案内ローラ１０により案内されながら処理用ローラ３に一周近く巻付けられるようにして、電極４との間の処理部分を通され、ここでプラズマ処理が行われた後、案内ローラ１０により案内されながら巻取部１１において再び巻取られる。尚、本実施形態では、例えば、処理室２内の圧力は３５Ｐａ、ガスの供給量は２０ｃｃ／ｍｉｎ、フィルムＦの送り速度は２ｍ／ｍｉｎとされている。
【００２６】
これにより、実施例１〜実施例６のポリプロピレンフィルムは、プラズマ処理後のフィルム表面の、酸素原子数（Ｏ）と炭素原子数（Ｃ）との組成比の値（Ｏ／Ｃ）が、順に、０．２、０．２５、０．３１、０．３５、０．２７、０．４５とされている。これら実施例１〜実施例６のポリプロピレンフィルムは、接着剤を用いずとも、融点（１６５℃）以下の低温、例えば１２０〜１４０℃で、同種のフィルム同士あるいは金属箔や異種のプラスチックフィルム等との熱融着が可能となったのである。
【００２７】
この場合、ポリプロピレンの分子式は、（Ｃ３Ｈ６）ｎであるから、フィルム表面に本来酸素原子は存在しないはずであるが、低温プラズマ処理によってフィルム表面に酸素原子が取込まれ、具体的にはフィルム表面にＣＯＯＨ基やＯＨ基が付加されたものと考えられる。そして、上記のように、フィルム表面に酸素原子が取込まれることによって、ポリプロピレン系フィルムに低温での熱融着性を付与したものと推測される。
【００２８】
これに対し、比較例１〜比較例４は、実施例と同等のポリプロピレンフィルムに対し、低温プラズマ処理を行わない、或いは、処理強度を上記範囲外としたプラズマ処理を行なうことにより、特許請求の範囲から外れたものである。そのうち比較例１は低温プラズマ処理を行わないものである。比較例２〜比較例４は、上記低温プラズマ処理機１により低温プラズマ処理を行っているが、その処理強度（Ｅ値）を、順に、１２０、１３３０、１９６０（Ｗ・ｍｉｎ／ｍ2 ）としている。これにより、比較例１〜比較例４のポリプロピレンフィルムは、フィルム表面の酸素原子数（Ｏ）と炭素原子数（Ｃ）との組成比の値（Ｏ／Ｃ）が、順に、０、０．０３、０．５５、０．６２となっている。
【００２９】
さて、本発明者は、本発明の適正を検証するため、上記した実施例１〜６及び比較例１〜４のポリプロピレンフィルムに対し、接着力を調べるための１８０℃剥離強度試験を行った。試験を行うにあたっては、上記実施例１〜６及び比較例１〜４の各フィルム（厚み６０μｍ）に、被着体として二軸延伸ポリエステル系フィルム例えば厚み１００μｍのＰＥＴフィルムを、接着剤を用いずに、熱融着により貼り合わせて積層フィルム（積層体）とした。
【００３０】
貼り合わせの条件としては、例えば熱ローラを用い、この場合、熱ローラの表面温度が１３０℃で、送り速度が０．５ｍ／ｍｉｎ、線圧２．５ｋｇ／ｃｍとされている。また、被着体のＰＥＴフィルムの表面に対しても、接着性を向上させるためのプラズマ処理が行われている。上記各積層フィルムを、幅１０ｍｍ、長さ１２０ｍｍに裁断した試料とし、それら各試料に対し、テンシロン試験機を用いて、下側のＰＥＴフィルムの端部と上側のポリプロピレンフィルムの端部とを夫々クランプし、引張速度１００ｍ／ｍｉｎで、１８０℃剥離強度試験（ピール強度試験）を行った。
【００３１】
その１８０℃剥離強度試験の結果を表１に示す。尚、表中、実用性の評価の項は、良好なもの（２．０Ｎ／ｃｍ以上）を丸「○」、普通のもの（０．７Ｎ／ｃｍ以上２．０Ｎ／ｃｍ未満）を三角「△」、不可のもの（０．７Ｎ／ｃｍ未満）及び評価不能のものをかける「×」、で示している。また、この結果を、図２に棒グラフで表している。
【００３２】
【表１】
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【００３３】
この結果から明らかなように、フィルム表面に適度な処理強度で低温プラズマ処理を行った実施例１〜実施例６のポリプロピレンフィルムは、融点（１６５℃）以下の低温（１３０℃）で、被着体（ＰＥＴフィルム）との間で熱融着が可能となり、高い剥離強度（接着力）を得ることができた。この場合、フィルム表面の酸素原子数（Ｏ）と炭素原子数（Ｃ）との組成比の値（Ｏ／Ｃ）が、０．１〜０．５の範囲とされることにより、融点以下の比較的低温での良好な熱融着性が付与されたものと推測される。
【００３４】
これに対し、フィルム表面の酸素原子数（Ｏ）と炭素原子数（Ｃ）との組成比の値（Ｏ／Ｃ）が、０．１〜０．５の範囲から外れている比較例１〜４のポリプロピレンフィルムでは、良好な熱融着性が得られなかった。
【００３５】
更に、図３は、ポリプロピレンフィルムに対する低温プラズマ処理の処理強度（Ｅ値）と、フィルム表面の酸素原子数（Ｏ）と炭素原子数（Ｃ）との組成比の値（Ｏ／Ｃ）との関係を調べた試験結果を示したものである。この場合、処理ガスとして、ＣＯ2 及びＡｒを採用した場合を夫々示している。この結果からも、フィルム表面の組成比の値（Ｏ／Ｃ）を適度な値にするためには、低温プラズマ処理の処理強度（Ｅ値）を、比較的低い所定範囲とすることが望ましいことが理解できる。処理強度（Ｅ値）を徒に大きくしても、熱融着性の向上にはさほど繋がらない。
【００３６】
尚、本発明のポリプロピレンフィルムは、上記したＰＥＴフィルム以外に、同種のポリプロピレン系フィルムや、異種材料、例えば金属箔、ガラス、セラミックス或いは別のプラスチックフィルム等とも、比較的低温で熱融着が可能であることが確認されており、様々な積層体を得ることができる。２枚の貼り合わせに限らず、３層（３種）以上のフィルムの貼り合せも可能である。同種のポリプロピレン系フィルムを多数枚熱融着により積層することにより、厚物のポリプロピレンフィルム（シート）を得ることもできる。
【００３７】
また、上記した実施形態では、ポリプロピレンフィルムと被着体とを熱ロールを用いて熱融着させるようにしたが、熱プレス機を用いて熱融着させることも可能であり、その他にも熱風による方法なども採用することができる。このときの加熱温度としても、１３０℃に限らず、１２０〜１４０℃の範囲で適切な温度を選択することができる。その他、低温プラズマ処理機の構成としても、様々な変更が可能である等、本発明は要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施し得るものである。
【符号の説明】
【００３８】
図面中、１は低温プラズマ処理機、２は処理室、４は電極、Ｆはポリプロピレン系フィルムを示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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