JP2001521452A - ポリエステル被覆の増強接着 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、下地上へのポリエステルの被覆の接着を親水性側基を有する水分散性変性ポリエステル下塗剤を用いて増強させる方法に関する。この下塗剤はポリエステル被覆を薄くし、それによって種々の被覆物品のプラスチック含量を減らすことを可能にする。

Description

【発明の詳細な説明】 ポリエステル被覆の増強接着 発明の分野 本発明はポリエステル被覆の下地への接着を増強する方法、それから得られる 複合体及びその複合体を含む物品に関する。この複合体は下地、下塗剤及びポリ エステル被覆からなる。 発明の背景 ポリエステル被覆は包装のような用途に対して特有の性質を有することが知ら れている。そのような性質としては、高耐熱性、耐脂性、低臭及び低味インピン ジメントなどである。従ってポリエステルホモポリマー、ポリエステルコポリマ ー及びポリエステルブレンドは共通的に種々の下地上に押出被覆して様々な包装 用途に有用な複合体構造を形成する。そのような用途の例としては、対流式オー ブン及びマイクロウェーブオーブン中で調理することができる食品を含む成形ト レイとして使用するためのポリエステル被覆板紙（paperboard）構造体である。 ポリエステル被覆と板紙とから成る構造体の一つの主要な欠点は、被覆の下地 に対する接着性が劣ること、特にクレイ被覆板紙や金属箔のような平滑仕上の下 地への接着性に劣ることである。これらの、そして他の下地へのポリエステル被 覆の適当な接着を得るために、ポリエステル被覆の重量又は被覆厚を増大しなけ ればならないか、そして／又は押出被覆積層スピードを減速しなければならない 。これらのアプローチはいずれも経済的に好ましくない。 一部の国ではプラスチック／板紙構造体におけるプラスチックの 量を規制する法律も通過している。例えばドイツでは、押出被覆構造体のプラス チックを５重量％以下に規制している。板紙に対するポリエステル被覆の良好な 接着を達し得る最小被覆重量は40ｇ／ｍ²であると考えられており、典型的なカ ートングレードボード(300〜400ｇ／ｍ²）に被覆する場合には、５％の法的規制 を超える。ポリエステルと板紙との良好な接合は一般に200ｇ／インチ（80ｇ／ ｍ）又はそれ以上であると考えられるか、又は被覆を剥そうと試みた場合にファ イバーの引裂きを生ずるに十分な量であると考えられている。これらのプラスチ ック含量に対する法的規制は、そうでなければ優れた被覆物品を有する製造業者 に重大な問題を生ずる。 このように、ポリエステルの薄い被覆を許容しつつ、下地に対するポリエステ ル被覆の接着性を改良することは著るしく望まれている。 発明の要約 本発明は、種々の下地（基材）に対するポリエステル押出被覆の接着性を高め るために、水分散性非晶質ポリエステル下塗剤（プライマー）を使用するプロセ スに関する。この下塗剤は下地上に塗布し、次いでこの下塗表面上にポリエステ ルを押出被覆する。下塗剤は、ポリエステルを水分散性にする親水性基によって 変性されたポリエステルである。これらの下塗剤は、これらの下塗剤を使用する ことなく達成できるのより薄いポリエステルの被覆を可能にする。本発明は前述 の方法によって製造された複合体、及びその複合体を含む物品にも関する。 従って、本発明の目的は、水分散性非晶質ポリエステルプライマーであって、 ポリエステルに親水性部分を取り付けることによって変性したポリエステルであ るプライマーを得ることにある。 本発明の別の目的は、種々の下地にポリエステルからなる押出被覆を接着させ るのに有用な下塗剤を記載することであり、ここでポリエステルはポリエステル ホモポリマー、ポリエステルコポリマー及びポリエステルブレンドである。 本発明の更に別の目的は、下塗り下地上に薄ポリエステルを被覆してなる、複 合体及び前記複合体からなる物品を記載することにあり、この被覆は下地に対す る優れた接着性を有する。 本発明の更に別の目的は、ポリエステルで押出被覆した下地を含んで成り、ポ リエステルを含むプラスチックの重量が５重量％未満の物品を記載することにあ る。 本発明の更に別の目的は、ポリエステルを含む組成物で押出被覆された下塗り 板紙下地を含む、プラスチックが５重量％未満の複合体を記載することにあり、 その被覆の下地に対する接着力は被覆を剥そうとしたときにファイバーの引裂き が生ずるのに十分なものである。 本発明のこれらの、そして他の目的、構成及び利点は、以下の詳細な記載、好 ましい態様及び具体的実施例を参照すれば明らかとなろう。 発明の詳細な説明 本発明に従ったプロセスは、親水性部分を結合させることによって変性したポ リエステルの水分散液を含んでなる。好ましいポリエステルは−SO₃Mを結合させ ることによって変性したものである。Ｍは、水素、NH₄ ⁺、又はNa⁺のような金属 イオンとすることができ、そしてポリエステルはこのようなイオンの混合物によ って変性することができる。このようなポリエステルは、例えば、米国特許第5, 543,488号（引用によってその全文を本明細書の開示に組み入れ る）に記載の縮合プロセスによって製造することができる。米国特許第5,543,48 8号に記載のプロセスは、芳香族ジカルボン酸を脂肪族又は脂環族グリコールと 反応させてポリエステル化学種を生成せしめる。このポリエステル化学種に約５ 〜８側基を付加する。側基は−SO₃M基である。本明細書において使用する用語「 変性ポリエステル」は−SO₃M基のような親水性部分で変性されたポリエステルで ある。この基はＨ⁺，NH₄ ⁺及び金属イオンのようなカチオン側基をポリエステル の表面内又は表面上に存在させることができる。好ましい変性ポリエステルは非 晶質である。有用な変性ポリエステルの追加の例は米国特許第3,734,874号、同 第3,779,993号及び同第5,543,488号（これらのすべてを引用により本明細書に組 み入れる）に記載されている。 勿論、変性ポリエステルは、−PO₃M，−SiOMなどのような−SO₃M部分以外の基 で変性することができる。本発明において、変性ポリエステルは変性ポリエステ ルホモポリマー、変性ポリエステルコポリマー及びこれらの混合物又はブレンド とすることができ、そして親水性部分の混合物とすることができる。更に、種々 の添加剤及び充填剤を組み入れることができる。このような物質は、抗菌剤及び 抗殺菌剤や保存期限を高める薬剤などが物性を高めるのに有用なものとしてそれ 自体業界で公知である。また尿素ホルムアルデヒドのような分散性架橋剤を生成 最終製品の強度を高めるために添加することができる。 好ましい態様において、前記変性ポリエステルはソジオスルホ置換基、−SO₃N a⁺、を有する。更に好ましいソジオスルホ置換ポリエステルは約28°Ｆ（−２℃ ）〜約100°Ｆ（＋38℃）のガラス転移温度（Tg）を有する。このイオン性置換 基はポリエステルを水分散性にし、それによって種々の下地に対する押出被覆用 下塗剤とし て使用できるようにする。 前記変性ポリエステル下塗剤は、例えばグラビアアプリケーターロールを備え た液体下塗りステーションを用いて、下地に適用される。下地に下塗り剤を適用 する多くの方法はそれ自体公知である。同様に、押出被覆（１回又は複数回）は それ自体業界公知の方法で下塗り下地に適用される。本明細書の開示に接した当 業者であれば、過度の実験をすることなく、本発明に従って下塗剤を適用し、続 いて押出被覆することは容易である。下塗り、そして乾燥器、そして押出被覆を 含むインラインプロセスを用いるのが好ましい。押出被覆は任意の押出可能なプ ラスチックを含むが、ポリエステルホモポリマー、ポリエステルコポリマー及び ポリエステルのブレンドを含むのが好ましい。 下地は押出被覆、特にポリエステル被覆を加えることが望まれる任意の下地と することができる。具体的な下地としては、これらに限定するものではないが、 天然クラフト紙、写真印画紙、クレイ被覆及び天然板紙原紙、ポリマーフィルム 並びにアルミ箔のような金属箔である。 実施例 以下の例は本発明を例示せんとするものである。数多くの改良や変更が可能で あり、本明細書に具体的に記載された以外で本発明を実施することが付属の請求 の範囲内であることはいうまでもない。 実験室試験において、多くの下地を本発明の変性ポリエステルで押出被覆した 。前述の米国特許第5,543,488号に記載のようにして製造した変性基としてソジ オスルホネート部分を有する３種のポリエステルを製造した。これらの変性ポリ エステルはガラス転移温度（Tg）が28°Ｆ（−２℃）、84°Ｆ（＋28℃）及び10 0°Ｆ（＋38 ℃）によって特徴づけられるものであった。各下地の３種の試料を先ず、３種の 水分散性ポリエステル下塗剤での一つで個別に下塗りした。 これらの試験から発明者は予想外にも紙から金属箔に至る各下地において、ポ リエステル被覆接着性を最大にし、かつポリエステル被覆重量を最小にするのに は、或るポリエステル下塗剤が他のポリエステル下塗剤が好ましいことを見出し た。例えば、40−lbクラフト紙に対するポリエステルの接着製はTg100°Ｆ（＋3 8℃）のポリエステル下塗剤を用いることによって最大とすることができるのに 対し、他の２種類の下塗剤を用いることによってはクラフト紙によって好ましい 下塗剤の接着力の約１／３より良くはなかった。 ３種の水性ポリエステル下塗剤の使用の評価を以下のようにして実施した。 各プライマーは先ず185°Ｆ（85℃）の水に分散させた（75重量％水、25重量 ％ポリエステル）。各水分散液はグラビアアプリケーターロールを備えた液体下 塗りステーションを用いて以下の下地のそれぞれに適用し、次に302°Ｆ（150℃ ）の強制循環空気オーブン中で乾燥した。 （ｉ）40−lbクラフト紙、（ii）イーストマンコダック社からの写真印画紙、 （iii）160−lb漂白板紙（paperboard）、（iv）185−lb漂白板紙、（ｖ）154− lbクレイ被覆板紙、及び（vi）アルミ箔（即ち、それぞれ、以下の表１の下地Ａ 〜Ｆ） 各下地上の下塗剤重量は乾燥後０−ｇ／ｍ²及び0.49ｇ／ｍ²であった。 次に各下塗り下地を、イーストマンケミカル社（テネシー州、キングスポート ）から市販の押出被覆用ポリマーである、極限粘度数 押出被覆した。このポリエステルを各下塗り下地上に、引取連続425fpm(130ｍ／ min)でポリエステル被覆重量24ｇ／ｍ²を達成するのに十分な吐出量で、溶融温 度590°Ｆ(310℃)デスロットダイから押出によって適用した。溶融ポリエステル は各下地に当たる（striking）する前に5.25インチ（14cm）のエアーギャップで 引き取り、64°Ｆ（18℃）の艶消し仕上チルロールで急冷した。 更にTgが100°Ｆ（38℃）の単一の水分散性プライマーを用いて３種類の下塗 り剤被覆量0.33ｇ／ｍ²、0.49ｇ／ｍ²及び0.66ｇ／ｍ²で接着困難な154 lbクレ イ被覆板紙を下塗りした。このクレイ被覆板紙の３種類の下塗りサンプルは、次 に、極限粘度数0.80の同 覆した。これらの３種類の下塗り下地の、それぞれに、それぞれ引取速度510fpm (157ｍ／min)、340fpm(104ｍ／min)及び255fpm(78ｍ／min)で３種類の異なった ポリエステル被覆重量20ｇ／ｍ²、30ｇ／ｍ²及び40ｇ／ｍ²を達成するのに十分 な吐出量で、溶融温度５90°Ｆ(310℃)でスロットダイから押出によって適用し た。溶融ポリエステルは、各下地に当たる前に5.25インチ（14cm）のエアーギャ ップを通して引き取り、そして64°Ｆ（18℃）の艶消し仕上のチルロール上で急 冷した。 各例において以下の通りとした。 ガラス転移温度（Tg）はASTM D5に準拠して測定する。極限粘度数はASTM D460 3に準拠して測定する。 ポリエステル押出被覆の各下地への接着力は、10 lb(4540ｇ)負荷セル及びTes tworksコンピューターソフトウェア、バージョン3.0を備えたインストロンテン サイルテスター（Instron Tensile Testor）モデルNo.1122で測定する。接着力 は押出被覆された１インチ（2.54cm）幅のストリップ片で測定する。被覆を下地 からO.1イ ンチ／分(0.254cm／min)の速度で180°で引き剥す。 結果は以下の表１に示す。表において、数値は下地に対する被覆の接着強度を 測定したもので、単位はｇ／2.54cm（又はｇ／インチ）である。 表１ 下塗り下地への24−ｇ／ｍ²ポリエステル被覆の接着力 （At 0.49−ｇ／ｍ²下塗剤重量） 例１ 表１、欄Ａ参照 下塗り40−lbクラフト紙への最大ポリエステル接着力はTg 100°Ｆ（38℃）の 水分散性下塗剤を用いて達成される。例２ 表１、欄Ｂ参照 下塗り写真印画紙に対する最大ポリエステル接着力はTg 28°Ｆ（−２℃）の 水分散性下塗剤を用いて達成される。例３ 表１、欄Ｃ参照 下塗り160−lb漂白板紙への最大ポリエステル接着力はTg100゜Ｆ（38℃）の水 分散性下塗剤を用いて達成される。例４ 表１、欄Ｄ参照 下塗りクラフト紙への最大ポリエステル接着力はTg 28°Ｆ（−２℃）の水分 散性下塗剤を用いて達成される。例５ 表１、欄Ｅ参照 下塗り154−lb紙への最大ポリエステル接着力はTg 28°Ｆ（−２℃）の水分散 性下塗剤を用いて達成される。例６ 表１、欄Ｆ参照 アルミ箔紙への最大ポリエステル接着力はTg 100°Ｆ（38℃）の水分散性下塗 剤を用いて達成される。 上記例１〜６は所定の下地へのポリエステル押出被覆に受け入れられる水分散 性ポリエステル下塗剤に対する水分散性ポリエステル下塗剤の選択は所定の下地 の組成に依存することを示している。これらの例は、それぞれの場合において、 ポリエステル下地が満足のいく接着力を達成するために必須であることを示して いる。これは、更に抄紙機へのインライン下塗り、即ち仕上げ板紙の巻取り時の 下塗りの可能性に通じる。 更に、例１〜６は、予想外にも、所定の下地に対する水分散性下塗剤の有効性 はそのガラス転移温度からは推測できないことを示している。一般にはTg 84° Ｆ（29℃）の下塗剤によって与えられる接着強度は28°Ｆ（−２℃）及び100° Ｆ（38℃）の間のTgを有する下塗剤によって与えられる接着強度の間に入ると推 測される。これに反し、３種類の下塗剤のうち最も弱い接着力を与えることがし めされている。それにも拘らず、その低い接着強度は或る種のポリエステルへの 適用に対しては受け入れ可能であると考えられ、その 使用によって下塗り剤を使用しない場合に比較して明らかに優れた結果が得られ る。 更に、本発明に従った下塗剤の使用によって、より薄いポリエステル被覆が得 られ、被覆製品に対して必要なプラスチック含有率を減少させることができる。 これは以下の表に示される通りである。表１の数値は、単位ｇ／インチであり、 被覆を下地から180°で剥離するのに必要な力の測定値である。 表２ 154-lbクレイ被覆板紙に対する接着力に及ぼす下塗剤重量の影響 （Tg＝38℃の下塗剤使用） 例７ 表２参照 表２は、水分散性ポリエステルプライマーを使用することによって、（ａ）ポ リエステル被覆重量が20ｇ／ｍ²まで著しく薄くすることができ、そして（ｂ） 予想外にも、押出被覆機がクレイ被覆板紙にポリエステルを例えば40ｇ／ｍ²の 重被覆で適用することを望む場合には、下塗被覆重量が約0.5ｇ／ｍ²を超えない ようにされる。この例は、クレイ被覆板紙上の重ポリエステル被覆（約0.39ｇ／ ｍ²〜約0.5ｇ／ｍ²）に対し下塗被覆重量の臨界範囲が存することを示している 。 即ち、本発明者らは親水性側基を有する水分散性変性ポリエステルを含む下塗 り剤は下地に対するポリエステル被覆の強度を高めることができることそしてポ リエステルのより薄い被覆を可能にすることを見だした。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｂ２９Ｋ 67:00 Ｂ２９Ｋ 67:00 (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＣＡ，ＪＰ，ＭＸ (72)発明者 ファーナム，ダイアン ハインズ アメリカ合衆国，テキサス 75604，ロン グビュー，フレンチ ドライブ 3712 (72)発明者 エドワーズ，レイ アメリカ合衆国，テキサス 75652，ヘン ダーソン，サンディ レーン 406

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．下地上に下塗剤として親水性側基を有する水分散性変性ポリエステルを適 用して下塗り下地表面を生成せしめ、次に 前記下塗下地表面上にポリエステルを押出被覆することを含んでなる下地への ポリエステル被覆の接着増強方法。 ２．前記水分散性変性ポリエステルが水素、NH₄ ⁺、金属イオン及びこれらの混 合物からなる群から選ばれたカチオンを有する側基で変性されたポリエステルで ある請求の範囲第１項に記載の方法。 ３．前記水分散性変性ポリエステルが基SO₃Naで変性されたポリエステルであ る請求の範囲第１項に記載の方法。 ４．前記水分散性変性ポリエステルが約−２℃〜約38℃のTgを有し、ソジオス ルホ置換基を有するポリエステルである請求の範囲第１項に記載の方法。 ５．前記下地がクラフト紙、写真印画紙、クレイ被覆板紙原紙、天然板紙原紙 、ポリマーフィルム及び金属箔からなる群から選ばれたものである請求の範囲第 １項に記載の方法。 ６．前記下地が、クラフト紙、写真印画紙、クレイ被覆板紙原紙、天然板紙原 紙、ポリマーフィルム及び金属箔からなる群から選ばれたものである請求の範囲 第４項に記載の方法。 ７．下地上に下塗剤、そして次にポリエステル層を被覆してなり、前記下塗剤 が少なくとも一つの親水性側基を有する水分散性変性ポリエステルである複合体 。 ８．前記下塗剤が水素、NH₄ ⁺、金属イオン及びこれらの混合物からなる群から 選ばれたカチオンを含む親水性側基を有する水分散性変性ポリエステルである請 求の範囲第７項に記載の複合体。 ９．前記下塗剤がSO₃Na基を有する水分散性変性ポリエステルで ある請求の範囲第７項に記載の複合体。 10．前記水分散性変性ポリエステルが約−２℃〜約38℃のTgを有し、ソジオス ルホ置換基を有するポリエステルである請求の範囲第７項に記載の複合体。 11．前記下地がクラフト紙、写真印画紙、クレイ被覆板紙原紙、天然板紙原紙 、ポリマーフィルム及び金属箔からなる群から選ばれたものである請求の範囲第 ７項に記載の複合体。 12．前記下地がクラフト紙、写真印画紙、クレイ被覆板紙原紙、天然板紙原紙 、ポリマーフィルム及び金属箔からなる群から選ばれたものである請求の範囲第 10項に記載の複合体。 13．下地上に下塗剤を被覆し、そして次に水分散性変性ポリエステルを被覆し てなり、前記下塗剤が親水性側基を有する水分散性変性ポリエステルである物品 。 14．前記水分散性変性ポリエステルが水素、NH₄ ⁺、金属イオン及びこれらの混 合物からなる群から選ばれたカチオンを含む親水性側基を有する請求の範囲第13 項に記載の物品。 15．前記水分散性変性ポリエステルがSO₃Na基で変性されたポリエステルであ る請求の範囲第13項に記載の物品。 16．前記水分散性変性ポリエステルが約−２℃〜約38℃のTgを有し、ソジオス ルホ置換基を有するポリエステルである請求の範囲第13項に記載の物品。 17．前記下地がクラフト紙、写真印画紙、クレイ被覆板紙原紙、天然板紙原紙 、ポリマーフィルム及び金属箔からなる群から選ばれたものである請求の範囲第 13項に記載の物品。 18．前記下地がクラフト紙、写真印画紙、クレイ被覆板紙原紙、天然板紙原紙 、ポリマーフィルム及び金属箔からなる群から選ばれたものである請求の範囲第 16項に記載の物品。