二軸延伸PET（BOPET）フィルムの特性

ポリエステルフィルムは、総合的な性能に優れた高分子フィルム素材です。高強度、良好な透明性、非毒性、優れたバリア性、優れた電気絶縁性を特徴としており、エレクトロニクス、電気機器、磁気記録、包装、加飾、製版・印刷、感光材料などに広く使用されています。

英国のインペリアル・ケミカル・インダストリーズ（ICI）と米国のデュポン社は1948年に初めてポリエステルフィルムを応用し、1953年には二軸延伸ポリエステルフィルム（BOPET）の工業生産を達成した。

ポリエステルフィルムの加工には主にキャストフィルム、インフレーションフィルム、平面二軸延伸フィルムの 3 つの方法があり、それぞれに長所と短所があります。中でも平面二軸延伸ポリエステルフィルム（BOPET）は最高の品質を誇り、最も広く使用されており、工業生産量も最大です。

II. BOPETの特性

BOPET フィルムは、優れた靭性、機械的特性、透明性、電気的特性を示します。水蒸気透過率は低密度ポリエチレンに匹敵するほど低く、空気や臭気の透過性はポリアミドに次いで非常に低いです。希酸やアルカリには耐性がありますが、濃酸やアルカリには耐性がありません。油や脂肪だけでなく、ほとんどの溶剤にも耐性があります。光透過率は最大 90% です。熱固定後のフィルムは、-70℃～150℃の温度範囲で長期使用が可能で、短期間の高温にも耐えることができ、焼成食品の二層包装に適しています。

Ⅲ．機械的性質

BOPET フィルムは、特定の温度範囲内で優れた機械的特性を維持します。 130℃で長期間使用でき、-120℃の液体窒素中でも柔軟性を保ちます。窒素で保護された条件下では、温度が 280°C を超えるまで分解しません。空気中125℃で1,000時間加熱した後でも、フィルムの引張強度と弾性率は10～15％しか低下しません。

引張特性試験では、引張強さ、破断伸び、降伏応力、降伏ひずみなどのデータが得られます。メーカーは通常、BOPET フィルムの引張強度と破断伸びに重点を置いています。引張特性試験は通常、ASTM D638 (一般)、ASTM D882 (フィルム)、および GB 13022-1991 で指定された方法を使用して実施されます。

弾性率も重要な機械的特性です。これは、弾性範囲内の応力とひずみの比を表し、プラスチック フィルムの剛性または剛性を特徴付けます。 BOPET フィルムの弾性率は 4000 MPa 以上です。プラスチック フィルムの前述の機械的特性の試験方法は、GB/T 1040.3「プラスチックの引張特性の決定 - パート 3」に従って行われます。

IV.光学特性

プラスチック包装材料として、フィルムはヘイズ、光沢、光透過率などの光学特性に関して高い要件が求められます。非結晶性で添加剤を含まない BOPET フィルムは、優れた光学特性を示します。ただし、PET 自体の結晶性により、製造プロセス中に特定の添加剤を組み込む必要があり、その結果、BOPET の光学特性が低下します。

ヘイズ：透過光束に対する入射光の方向から逸れた散乱光束の割合を指します。ヘイズは、透明なマテリアルの透明度または不透明度を特徴付けます。 GB/T 16958 国家規格では、ポリエステルフィルムのヘイズは 3% 未満でなければならないと規定しています。

光透過率：フィルム表面に入射する光束に対するフィルムを透過する光束の割合を指します。 GB/T 16958 国家規格では、汎用ポリエステルフィルムの光透過率は 85% 以上でなければならないと規定しています。

ヘイズおよび光透過率の測定は、GB/T 2410「透明プラスチックの光透過率およびヘイズの試験方法」の規定に従って実施するものとする。測定器としては、球状ヘイズメーターを用いることができる。

光沢: フィルム表面の平滑性と明るさの程度を示し、光を反射する能力によって決定できます。光沢計は、材料表面から 20°、30°、45°、および 60°の角度での鏡面反射を測定することによって、これを特徴付けます。試験は通常、ASTM D2457、GB 8807-1988、および GB/T 16958 に記載されている方法を使用して実施されます。

GB/T 16958 国家規格では、ポリエステル フィルムの光沢は 85% 以上でなければならないと規定しています。

PET樹脂は結晶性ポリマーです。結晶構造は微細な球晶からなり、粒径が可視光の波長より小さい場合には透明であるが、延伸配向したポリエステルフィルムの結晶化度は約50%となる。粒子サイズが大きくなると、光学特性に一定の影響を与える可能性があります。

結晶構造が光学特性に及ぼす影響を排除または軽減するには、共重合反応において PTA の一部を IPA に置き換えて PET 樹脂の結晶化度を低下させ、それによって延伸後のフィルムの光学特性を向上させることができます。

界面活性剤を含むマスターバッチ ペレットの場合、界面活性剤の屈折率が PET の屈折率に近づくほど、フィルムの光学特性への影響は小さくなります。シリカの屈折率はポリエステルの屈折率に非常に近いため、BOPET フィルムでは通常、界面活性剤としてシリカが使用されます。

V. 表面特性

ポリエステルフィルムの表面特性とは、表面の湿潤引張強度、摩擦係数、表面粗さなどの特性を指します。

表面湿潤引張強度：プラスチックフィルムの表面自由エネルギーの大きさを表します。包装用プラスチックフィルムの主な用途はカラー印刷と真空蒸着であり、どちらもフィルムの表面湿潤引張強度に高い要求を課します。 GB/T 16958 国家規格では、ポリエステルフィルムの表面濡れ張力が 50 mN/m (コロナ処理後) であると規定されています。表面ぬれ張力の測定は、GB/T 14216「プラスチックフィルムおよびシートのぬれ張力試験方法」に従って行われます。

表面張力はフィルムポリマーの化学構造に依存します。無極性ポリオレフィンフィルム (LDPE、HDPE、LLDPE、PP) は、表面自由エネルギーと表面湿潤引張強度が低く、通常はわずか約 30 mN/m です。通常の印刷インキや接着剤はまったく接着できません。極性ポリエステルフィルム (PET、PBT、PTT、PEN、PETG) は高い表面自由エネルギーを持ち、表面湿潤引張強度は最大 42 mN/m に達します。しかし、高速印刷の場合、またはポリエステルフィルムへの金属化層の接着性を高めるためには、湿潤引張強度をさらに高める必要がある。これは、コロナ処理または表面コーティングプロセスによって実現できます。コロナ処理後のポリエステルフィルムの表面張力は52dyn/cm以上に達することがあります。

摩擦係数: 2 つの物体を互いに押し付ける垂直抗力に対する、2 つの物体間の相対運動に抵抗する摩擦力の比として定義されます。一般に、2 つのフィルム間の摩擦係数は、DIN 53375 および GB 10006-1988 に記載されている方法を使用してテストされます。

摩擦係数は、フィルムの開封の容易さを定量的に示す指標です。その値は、添加剤の選択と投与量によって制御できます。ポリエステルフィルムの摩擦係数は一般的に0.4～0.6程度に管理されています。

表面粗さ: このパラメータはフィルム表面の粗さの程度を特徴付け、通常、Ra (プロファイルの算術偏差の平均)、Rz (凹凸の平均高さ)、および Rat (山から谷までの高さ) を使用して表されます。表面粗さ計は、PETフィルムなどの材料の表面粗さや表面形態を測定するために使用されます。

表面粗さは包装用フィルムの暗黙のパラメータです。 PET包装フィルムの場合、表面粗さは一般的にRa=0.08～0.16の範囲内に制御されます。

アンチブロッキング剤を添加すると、フィルムの表面粗さが増し、表面摩擦が減少し、巻き取り性能が向上します。

VI.電気的特性

BOPET フィルムの電気的特性は、主に電気絶縁性と静電気帯電特性を指します。重要な性能指標には、導電率、誘電率、誘電損失 (誘電損失角の正接)、および電気絶縁破壊が含まれます。

誘電率と誘電損失角は、高周波 (1 MHz) Q メーターと低周波 (電源周波数) の高電圧円筒ブリッジを使用して測定されます。誘電率は、サンプルの静電容量と標準参照 (通常は空気) の静電容量の比から決定され、そこから誘電正接が計算されます。

室温では、PET は非晶質のガラス状態で存在するため、電場の双極子が整列することが困難になります。したがって、ポリエステルは優れた電気絶縁特性を示します。

PETの導電性に影響を与える要因には、温度、湿度、周波数などの外部条件だけでなく、複雑な内部組成や構造要因も含まれます。たとえば、結晶化度と配向は導電性に影響を与える可能性があります。ポリエステルフィルムの導電率は、結晶化度（密度）が増加するにつれて増加します。

BOPET の電気特性の測定は、GB 13950-1992「電気絶縁用ポリエステルフィルム」の第 5 章に指定された試験方法に従って行われます。

VII.化学的安定性

BOPET フィルムを太陽光や大気に長期間さらしたり、高温で使用したりすると、ポリエステル分子が活性化して劣化し、徐々に老化が進みます。

光と熱の影響: 温度と暴露時間は、老化に影響を与える重要な要素です。一般に、ポリエステルフィルムは、-60℃～150℃の温度範囲内で安定性を保ち、良好な耐老化性を示します。ただし、温度が上昇すると、フィルムの耐老化性は低下します。たとえば、150°C で 168 時間加熱した後でも、製品は変色せず、強度低下も 30% 未満です。 1,000 時間の加熱後でも、わずかな変色と 50% を超えない強度低下が見られます。

大気中の酸素と水の影響: 大気中に酸素と水が存在するため、ポリエステルは光と熱の複合作用により酸化と加水分解を受けます。酸素の存在下では、PET フィルムの破断伸びと引張強度の低下速度が大幅に加速されます。