東洋鋼鈑Vol.41

18L 缶向けラミネート鋼板用 PE フィルムの開発
逸見勇介＊１・末永昌巳＊２・佐々木康介＊３・織田将史＊１
Development of PE Film Laminated Steel for 18-Liter Can
Yusuke HEMMI，Masami SUENAGA，Kosuke SASAKI，Masashi ODA

S y n o p s i s ：PET film laminated steel sheets are applied to 18 L can, but cannot correspond to contentsof strong acid and strong alkali aqueous solutions. On the other hand, PE resin shows
excellent corrosion resistance against strong acid and alkali. So we developed new PE film
for steel strip laminating application.
New PE film consist of two layers to achieve both adhesive performance with steel strip
and corrosion resistance with contents. The main layer was selected LLDPE resin, becauseof the processing aptitude and the appearance after heat laminating. The adhesion layer wasblended two resins, those are high adhesive resin with steel strip and thermally stable resin
against heat shrinkage.
Key Words：18L can ; PE film ; LLDPE ; adhesive resin ; thermally stable resin

１．緒

２．実言

２．１

18L 缶は様々な内容物に広く使用され，ぶりき，塗装

験

検討樹脂

検討に用いた樹脂と，それぞれの樹脂で開示されてい材，ラミネート材が適用されている．当社では PET フィ
１）

ルムラミネート鋼板を開発しており ，18L 缶にも適用る物性値について Table1 に示す．なお，樹脂の供給先されている２）．PET フィルムラミネート鋼板は食品用途から物性が非開示のものがあり，表においては空欄（－）など弱酸性から弱アルカリ性の内容物には優れた内容物とした．これらの樹脂を用いて，樹脂メーカーや製膜メー適性を示すが，強酸や強アルカリ水溶液などには耐性がカーにて製膜したフィルムサンプルを試験に供した．

なく不適である．そのような強酸，強アルカリの内容物に対しては，ポリエチレン (PE) やポリプロピレン (PP)２．２などのポリオレフィン樹脂がラミネート鋼板用フィルム

ラミネートサンプル作製

ラミネートサンプルは Fig.1 に示すラミネート装置に３）として適用されている ．PE ラミネート材についてはより作製した．所定の金属板を設定温度まで加熱した後，厚膜の PE フィルムを枚葉でラミネートした物などが実一対のゴム製ラミネートロールによりフィルムを熱圧着用化されている４）．しかしながら，フィルム歩留まりがし，熱圧着後には直ちに水冷してラミネートサンプルを低く，また生産効率が悪いため，製缶数量の増加などへ作製した．金属板としては電解クロム酸処理鋼板（以下の対応が困難な状況である．当社のユーザーである製缶ECCS と略す）を用いた．フィルムには Table1 に示し

メーカー各社より，PE ラミネート材の強い開発要請がた樹脂を用いて製膜した各種フィルムを使用した．

あり，当社の連続ラミネートライン５）でラミネート可能な PE フィルムの開発を行った．

＊１ 技術研究所

機能化技術研究部＊２ 生産技術部

ラミネート技術グループ＊３ 冷間圧延工場

ラミネート課

樹脂材料グループ
グループリーダー

ラミネート係

係長

1

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Table1 Characteristics of test resin

２．３

TMA8310）を用いて測定を行った．フィルム片表面にフィルムと鋼板の密着強度鋼板に対するフィルムの密着性は 180°
ピール試験によ1.0mm φの石英製針を 0.5 N の荷重で設置し，雰囲気り鋼板に対するフィルムの剥離強度を測定することで評

温度を 5.0℃ /min の昇温速度で加熱し，加熱に伴うフィ６）価した ．180°ピールには Fig.2 に示す試験片を用いて，引張試験機（島津製作所製

ルムの軟化による針の針入度で熱変形挙動を測定した．

AGS-5kNX）により試験速度 20mm/min にて室温 (25℃ ) でフィルムのみを剥離２．６

させたときの荷重を 180°ピール値としてフィルムと鋼動摩擦係数測定

製膜したフィルムを巻き取る際のブロッキングの程板との密着性の指標とした．

度を確認するため，フィルム表裏面での動摩擦係数をFig.4 に示す表面性測定機（新東科学製

２．４TRIBOGEAR)で測定した．フィルム 1 枚をステージにセットし，もう井桁エリクセン張り出しJIS K 6744 に準拠し，ラミネートサンプルのフィル

1 枚のフィルムを先のフィルムと異なる面で接するようムにカッターナイフで鋼板に達するように井桁型の切に上部治具にセットした後，200g の重りを載せた．それ込みを入れ，JIS B 7729 記載のエリクセン試験機での後，移動速度 100mm/min でステージを動かし，26mm のエリクセン張り出しを行った．張り出し加工し枚のフィルムを擦り合せ，動摩擦係数を測定した．

た部分の，フィルムの浮きの有無とフィルムの白色の変色（白化という）の有無を目視で確認し，加工の追従性を評価した．
２．５

熱機械特性

フィルムの熱変形挙動を評価するため Fig.3 に示す方法で，熱機械特性測定装置（リガク製

Thermo plus

Fig.2 Model of 180° peeling test

Fig.1 Schematic diagram oflaminating process

Fig.3 Model of Penetoration method using
thermomechanical analysis

2

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ルムの浮きに関して支持層樹脂の違いによる差異が認められた．LDPE，LLDPE においてはともにフィルム浮きは発生せず，HDPE ではフィルム浮きが発生した．これは先に述べた通り，HDPE は他の 2 種と比べて曲げ弾性率が大きく剛直なフィルムであることが原因と考えら
Fig.4 Model of dynamic friction coefficient measurementれる．このため，HDPE では張り出し加工においてフィルムが加工に追従できずフィルム浮きが発生したと考え

３．結果と考察
３．１

られる．

フィルム構成一方，LDPE については基材との貼り合せ後に，表鋼板とフィルムとの貼り合せは，接着剤塗工工程が不面の荒れやシワが発生し表面外観が悪かった．これは要となる熱融着で行うことが望ましい．このため，フィLDPE の融点が低いため，鋼板との接着が可能な温度域

ルムは内容物と接する主たる層（支持層）と鋼板と接す

では支持層樹脂まで軟化し，ラミネート時のロールとのる側に熱融着性の接着性樹脂を用いた接着層を設けた複接触で，シワや押え跡，ロール目の転写などが発生して層構成のフィルムである必要がある．そこで，支持層にいた．また，いずれの PE 樹脂でも，井桁エリクセン張適用する PE 樹脂と接着層に適用する接着性樹脂を選定

り出しの結果，加工白化による外観の変化は認められなするため，検討を行った．

かった．

３．２を考慮すると，ラミネート材の特性として LLDPE が

こ れ ら 密 着 性， 加 工 性， ラ ミ ネ ー ト 後 の 表 面 外 観
支持層 PE 樹脂の選定

支持層樹脂の選定のため，接着層樹脂に A を使用し支LDPE，HDPE よりも適していると考えられ，支持層樹持層に HDPE，LDPE，LLDPE を同じ厚みで複層製膜

脂として LLDPE を選定した．

したフィルムサンプルを作製した．これらフィルムは，実験用切り板ラミネート装置を用いて，厚み 0.32mm の３．３

ECCS と貼り合せてラミネートサンプルを作製し，ラミ接着層樹脂の選定

次 に， 接 着 層 樹 脂 を 選 定 す る た め， 支 持 層 樹 脂 をネート材としての特性評価を行った．

LLDPE に固定し，接着層樹脂を変更したフィルムサン

評価結果を Table2 に示す．接着層樹脂が同じである

プルを作製した．フィルムサンプルの製膜時には複層製にもかかわらず，支持層樹脂の違いにより 180°ピール膜性と巻取り時のブロッキングを確認した．作製した値に違いが見られた．いずれのフィルムでもラミネー

フィルムサンプルは実験用切り板ラミネート装置で厚さ

ト温度が高い程 180°ピール値が大きくなる傾向を示し

0.32mm の ECCS と貼り合せたラミネートサンプルを作たが，特にラミネート温度 220℃では 180°ピール値製した後，鋼板との密着強度を測定し，井桁カットエリの差が大きくなった．実験に用いた各樹脂の曲げ弾性

クセン張り出し加工で加工密着性を確認した．

率 が そ れ ぞ れ HDPE：900 MPa，LDPE：310 MPa，

接着層樹脂として異なるメーカーの接着性ポリオレ

LLDPE：210 MPa であり，HDPE は他の 2 種と比べてフィン樹脂 A と樹脂 B を使用して確認を行った．樹脂

曲げ弾性率が大きい．180°ピール試験では一定以上の密A は無水マレイン酸が導入された変性ポリオレフィンで着力があると，フィルムの引張強度が加算されるため，あり，樹脂 B はカルボキシル基が導入された変性ポリオ

HDPE では 180°ピール値が大きくなったと考えられる．

レフィンである．樹脂 B は酸変性度の異なる 4 種類の樹

井桁カットエリクセン張り出し加工においては，フィ脂を使用した．樹脂 B1 が酸変性度の最も低い樹脂であTable2 Result of evaluated laminating samples
Erichsen test

3

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Table3 Result of evaluated adhesion of each adhesive resin

Erichsen test

り，樹脂 B4 が酸変性度の最も高い樹脂である．樹脂 B4と樹脂 B3 を接着層樹脂として選定した．

は溶融粘度が小さく単体での製膜が困難なため，基本となる樹脂系が同系統である樹脂 B2 と重量比で１：１と３．４なるように混合して使用した．

実機ラミネート試験１LLDPE を支持層として，樹脂 A と樹脂 B3 を接着層評価結果を Table3 に示す．鋼板ラミネートサンプルに使用した実機製膜試験を行い，続けて実機ラミネートでの鋼板との密着強度の結果では，樹脂 A と樹脂 B3 が試験を行った．

良好な密着性を示した．樹脂 B については，密着強度に実機製膜試験において，いずれのフィルムも複層製膜

樹脂 B1 ＜ 樹脂 B2 ＜ 樹脂 B3 の序列が認められた．まは問題なく実施できたが，樹脂 A はフィッシュアイを製た，樹脂 B2 に樹脂 B4 を混合した系では密着力の向上

膜時に制御することが出来ず，外観的に適用が困難であが認められた．これは，樹脂 B の中で酸変性度の高い物ることが明らかとなった．

ほど密着性が増加すると考えられる．井桁カットエリク

実機ラミネート試験においては，樹脂 A を使用した

セン張り出し加工においてはフィルムと鋼板との密着強フィルムは問題なく鋼板ラミネートが可能であった．し度が小さい物ほどフィルム剥離が大きくなる傾向が見らかしながら，樹脂 B3 を使用したフィルムは鋼板ラミれ，樹脂 A と樹脂 B3 では良好な加工密着性を示した．

ネート時に鋼板端部でラミネートロールに付着物が堆積

製膜試験の状況では，樹脂 A，樹脂 B1，樹脂 B2 でし，長時間の作業が困難な状況となった．付着物発生のは支持層の LLDPE 側の吐出が安定しない傾向が見られ原因を調査するため，付着物の発生しなかった樹脂 A 使た．また，巻き取られたフィルムサンプルで若干ブロッ用フィルムのラミネート材と樹脂 B3 使用フィルムのラキングが見られ，樹脂 A は樹脂 B よりフィッシュアイ

ミネート材の鋼板端部の断面を観察した．(Fig.5)が多い傾向が見られた．樹脂 B3 の製膜状態は良好であB3 使用フィルムラミネート鋼板では接着層が支持層より，巻取りフィルムのブロッキングも良好であった．樹りも外側にはみ出していることが分かった．一方，樹脂

脂 B2 と樹脂 B4 を混合した系では製膜時に搬送系のローＡ使用フィルムラミネート鋼板ではそのような形態は認ル上での滑りが悪くシワが発生しやすい傾向が見られめられなかった．( 黄色矢印 )た．また，巻取りフィルムはブロッキングが顕著で巻き樹脂

次に樹脂 A と樹脂 B3 の熱機械特性を TMA ペネト

ほどけない状況であり，適用は困難であると判断した．

レーション法で測定した結果を Fig.6 に示す．樹脂 A は

これらの試験結果より，フィルムと鋼板との密着力が融点近傍まで軟化は見られず，融点近傍で急激に変形し良好であり LLDPE との複層製膜も可能である，樹脂 Aているのに対し，樹脂 B3 は加熱とともに徐々に変形し，Fig.5 Cross Section view of the laminated film edge

4

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Table4 Composition ratio and evaluation result

95℃付近から変形が大きくなる挙動を示した．ラミネー

MFR の小さい樹脂を混合することで接着層の熱変形挙

ト時のラミネートロール表面温度は 105 ～ 130℃であ動の抑制と密着性を両立できる組成を見出すことを検討

り，樹脂 B3 は十分変形する温度域にあると考えられる．

した．また，2 種の樹脂を混合するため，製膜時におけ断面観察と熱機械特性の測定結果より，樹脂 B3 は加熱る混練性や，フィルムのブロッキングも確認を行う必要

による軟化の度合いが大きく，ラミネート時の熱によりがある．

軟化し，ロール圧力により接着層が押し潰されて外には樹脂 B3 に混合する樹脂として，単純に MFR の小さみ出し，ラミネートロールに付着・堆積したと推測されい樹脂である樹脂 C を選定した．また，樹脂 B3 と同系

る．樹脂 B3 は MFR が 6.5 と大きく , 溶融時の粘度が低統の接着性樹脂の中で MFR の小さい物として樹脂 B2い樹脂であることが原因と考えられる．

を選定した．さらに，樹脂 B3 と基本の構造が同じ系統いずれの樹脂にも改善が必要な点が見られたが，樹脂であり，密着性の低下が小さいであろうとの予測から樹A のフィッシュアイの改善は樹脂特性として困難なた

脂 D を選定した．
Table4 に検討サンプルの混合比率と評価結果を示す．

め，樹脂 B3 で発生したラミネートロール付着性の改善について検討を行った．

樹脂 B3 を基準として，3 種類の選定樹脂をそれぞれ20%，40%，60% 混合して単層膜を製膜した．そして，

３．５

製膜性 ( フィッシュアイ )，鋼板との密着強度の変化，支接着層改良検討

３．４の実機試験の結果より，改良材の検討をラボ製

持層 (LLDPE) との滑り性の変化 ( ブロッキング性 )，熱膜および切り板ラミネートによって行った．樹脂 A と変形挙動の変化を確認した．

樹脂 B3 の熱変形挙動の比較より，接着層樹脂は樹脂 A

製膜性 ( フィッシュアイ ) と ECCS とラミネートしたの熱変形挙動に近づけることでラミネート時の接着層樹時の密着強度，支持層である LLDPE との接触時の動摩脂のはみ出しが改善できると推測した．これまでに検討擦係数を測定した結果を Table4 に示す．製膜性についを行った接着性樹脂で考えると MFR が小さい樹脂ではては，いずれの樹脂の混合でもフィッシュアイの発生は密着性が十分でないため，そのまま適用することは困難見られず，良好であった．鋼板との密着強度についてであると推察できる．そこで，樹脂 B3 を基準として，は，いずれの樹脂の混合でも 20% 添加までは大きな差異は見られなかった．樹脂 C については 40%，60% と添加量の増加に伴う密着力の低下が顕著に認められた．
LLDPE との滑り性を確認した動摩擦係数の測定では，ピール強度の測定結果と同様に，20% 添加まではいずれの樹脂でも大きな変化は見られなかった．樹脂 C については 40% 以上の添加で添加量の増加に伴う動摩擦係数の上昇が顕著になる傾向が見られた．ピール強度と動摩擦係数の変化からは，樹脂 C の混合は不適である考えられる結果が得られた．
各樹脂を接着層に添加した時の熱変形挙動の変化をFig.7 に示す．樹脂 B2 の添加では添加量の増加に伴い

Fig.6 Thermal deformation profile of A and B35

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Table5 Composition ratio and result of laminated steel sheet
Laminateroll adhesion
10.2
ー
10.3

熱変形する温度の高温側への移動が顕著に見られた．樹ピール強度の低下の程度を考慮し，樹脂 B3 を基本とし

脂 C の添加でも添加量の増加に伴い熱変形する温度の高た接着層に樹脂 B2 を 20% と 40% 添加した 2 水準で，温側への移動は認められるが，樹脂 B2 よりもその度合支持層 (LLDPE) との 2 層フィルムを製膜した．これをいが小さかった．これらに対し，樹脂 D の添加では熱変実機ラミネートに供し，ラミネートロールへの付着・堆形する温度に大きな変化が見られなかった．積とラミネート強度の比較を行った．

樹脂 B3 への MFR の小さい樹脂の添加について，密実機ラミネート試験の結果を Table5 に示す．樹脂

着性，滑り性，熱変形挙動の変化の傾向を考慮すると，

B2 20% 添加ではラミネートロールへの付着が発生し，添加する樹脂は樹脂 B2 が最適であることが示唆された．

40% 添加ではラミネートロールへの付着が改善された．
樹脂 B2 40% 添加品のラミネートサンプルで密着力を測３．６定した結果，樹脂 B3 100% 時の試作材と密着力に差は実機ラミネート試験２（接着層改良試験結果）３．５のラボ評価の結果から，再度実機での製膜，ラ見られず良好であった．以上の結果より，接着層の組成ミネート試験を行った．熱変形温度の変化の度合いとは樹脂 B3 60% ／樹脂 B2 40% が最適であると判断した．

４．結言

当社の連続ラミネートラインで鋼板とのラミネートが可能となる 18L 缶向け PE フィルムを開発した．フィル
ムは 2 層構成であり，支持層は LLDPE を使用し，接着層は密着性を担保する MFR の大きい樹脂と，ラミネート時の熱変形を抑制する MFR の小さい樹脂を混合した構成とした．今後，ラミネート材を客先に提出し，客先での製缶試験等の実用試験を進める予定である．
引用文献
１）今津勝宏，佐藤信行：材料とプロセス，6(1993)，
540-543．
２）古高武士，三宅勝也，中村琢司：東洋鋼鈑，37(2013)，21-26.
３）吉原良一，和気亮介，溝口良平，三好宏二，奈須野孝洋：
新日鉄技報，371(1999)，58-62．
４）前田龍典：特開 2003-025450
５）中村琢司 , 伊藤昌祐 , 野村勝則 , 安仲健二：材料とプロセス，10(1997)，1224．
６）森田俊一 , 吉本隆司 , 坂本宣樹 , 石田正説 , 毎田知正 ,岩下寛之：東洋鋼鈑 , 33(2002), 1-15．

Fig.7 Thermal deformation profile of mixedeach adhesive resin with B36