JP2004250542A - 酸素捕捉性樹脂組成物の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】ポリアミド樹脂と遷移金属化合物の溶融混練時にポリアミド樹脂の劣化及び酸素捕捉性能の低下が少ない酸素捕捉性樹脂組成物の製造方法を提供する。
【解決手段】特定のポリアミド樹脂と遷移金属化合物を、特定の二軸押出機を用い、かつシリンダー内の空隙を減圧することで酸素と溶融したポリアミド樹脂との接触を抑えて溶融混練する。
【選択図】 無
【解決手段】特定のポリアミド樹脂と遷移金属化合物を、特定の二軸押出機を用い、かつシリンダー内の空隙を減圧することで酸素と溶融したポリアミド樹脂との接触を抑えて溶融混練する。
【選択図】 無
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ポリアミド樹脂と遷移金属化合物からなる酸素捕捉性樹脂組成物の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、医薬品、飲料、食品、化学品などの包装材として、金属、ガラス、あるいは熱可塑性樹脂からなる容器などが使用されている。中でも熱可塑性樹脂からなる容器はその軽量性、成形加工性で優れている。しかしながら、一般に熱可塑性樹脂からなる容器は、金属やガラスからなる容器と比較して容器壁を通しての酸素透過が無視し得ないオーダーで生じ、内容物の保存性の点で課題が残っている。
【0003】
上記課題を解決するために、熱可塑性樹脂からなる容器では容器壁を多層構造とし、そのうちの少なくとも1層に、ポリメタキシリレンアジパミド(以下「ポリアミドMXD6」という)、エチレン−ビニルアルコール共重合体、ポリアクリロニトリル等の酸素バリア性の高い樹脂、あるいはアルミ箔等の酸素バリア性の層を設ける方法、あるいは容器壁を構成する熱可塑性樹脂に上記酸素バリア性樹脂をブレンドする方法が用いられているが、上記方法では容器内に侵入する酸素量を低減することは出来るものの、容器内に残存する酸素を除去することは出来ず、該酸素による内容物の劣化を防止できない課題があった。
【0004】
容器内に残存する酸素を除去する方法の一つとして、鉄粉と無機塩からなる物質を通気性包材に封入した酸素吸収剤の使用が挙げられるが、酸素吸収剤を用いた場合、容器内部の残存酸素の除去速度は満足できる性能を有するが、容器を開封した際に酸素吸収剤による異物感がある。他の方法として、ポリアミドMXD6に少量の遷移金属化合物を添加して酸素捕捉機能を付与した材料を容器や包装材料を構成するガスバリア材料として利用する方法が挙げられる。この方法を利用することで、容器外部から透過してくる酸素を該材料が吸収すると共に、容器内部に残存する酸素についても該材料が吸収するため、内容物の保存性を高めることができ、且つ酸素吸収剤の欠点であった、容器を開封した際の酸素吸収剤による異物感を解決することができる。
【0005】
酸素捕捉機能を有するポリアミドMXD6の製造方法としては、ポリアミドMXD6を含む熱可塑性樹脂ペレットと遷移金属化合物を含む溶液を混合した後に溶媒を揮発させることでポリアミドMXD6ペレットに遷移金属化合物を付着させてマスターバッチを得る方法が知られている(例えば、特許文献1参照。)が、該製造方法では残留溶媒を乾燥させる必要があり溶媒の飛散など環境面で問題があった。また、ポリアミドMXD6を含む熱可塑性樹脂ペレットと遷移金属化合物を混合後、溶融混練してストランドを押し出し、ペレット化してマスターバッチを得る方法が知られている(例えば、特許文献2参照。)が、該製造方法では、押出機シリンダー内の空隙部の圧力が減圧されないため、シリンダー内の空隙部に存在する酸素が溶融樹脂と接触し、ポリアミドMXD6が酸化分解されてポリアミドMXD6の分子量が低下したり、ポリアミドMXD6の樹脂劣化による着色が起こったり、また、酸素捕捉性樹脂組成物の酸素捕捉性能が低下する問題があった。
【0006】
【特許文献1】
特許第2991437号公報
【特許文献2】
特表平11−514385号公報
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、上記の課題を解消し、ポリアミド樹脂と遷移金属化合物の溶融混練時にポリアミド樹脂の劣化及び酸素捕捉性能の低下が少ない酸素捕捉性樹脂組成物の製造方法を提供することである。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記の従来技術の問題点に鑑み鋭意検討を重ねた結果、特定のポリアミド樹脂と遷移金属化合物を、特定の二軸押出機を用い、かつシリンダー内の空隙を減圧することで酸素と溶融したポリアミド樹脂との接触を抑えて溶融混練することにより、ポリアミド樹脂の劣化及び酸素捕捉性能の低下が少ない酸素捕捉性樹脂組成物が得られることを見出し、本発明を完成させた。
【0009】
すなわち、本発明は、メタキシリレンジアミンを70モル%以上含むジアミン成分とアジピン酸を70モル%以上含むジカルボン酸成分とを重合して得たポリアミド樹脂と遷移金属化合物からなる酸素捕捉性樹脂組成物を製造する方法において、(1)シリンダー長Lとシリンダー直径Dの比(L/D)が50以下の二軸押出機を用いてポリアミド樹脂と遷移金属化合物を溶融混練し、(2)押出機シリンダー内部において、樹脂供給部に最も近い位置で溶融樹脂が充満する部分Aと押出機ヘッド部Bの間の距離Cが押出機シリンダー長Lの30%以上となるようにし、かつ(3)AB間の空隙部分の圧力を60kPa以下とすることを特徴とする酸素捕捉性樹脂組成物の製造方法に関する。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下に本発明を詳しく説明する。
本発明で使用するポリアミド樹脂は、ジアミン成分とジカルボン酸成分とを重合して得られる。ジアミン成分中には、メタキシリレンジアミンが70モル%以上含まれることが好ましく、80モル%以上含まれるとより好ましく、さらに好ましくは90モル%以上含まれる。ジアミン成分中のメタキシリレンジアミンが70モル%以上であると、それから得られるポリアミドは優れたガスバリア性を発現することができ、かつ優れた酸素捕捉機能を発現することができる。メタキシリレンジアミン以外に使用できるジアミンとしては、パラキシリレンジアミン、1,3−ビス(アミノメチル)シクロヘキサン、1,4−ビス(アミノメチル)シクロヘキサン、テトラメチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミン、ノナメチレンジアミン、2−メチル−1,5−ペンタンジアミン等が例示できるが、これらに限定されるものではない。
【0011】
ジカルボン酸成分中には、アジピン酸が70モル%以上含まれることが好ましく、より好ましくは80モル%以上、さらに好ましくは90モル%以上含まれる。ジカルボン酸成分中のアジピン酸を70モル%以上含むことでガスバリア性の低下や結晶性の過度の低下を避けることができる。アジピン酸以外に使用できるジカルボン酸として、スベリン酸、アゼライン酸、セバシン酸、1,10−デカンジカルボン酸、テレフタル酸、イソフタル酸、2,6−ナフタレンジカルボン酸等が例示できるが、これらに限定されるものではない。また、本ポリアミド樹脂重合時に分子量調整剤として少量のモノアミン或いはモノカルボン酸を加えてもよい。
【0012】
上記のポリアミド樹脂は既知の方法で製造できる。例えば、ナイロン塩水溶液を用いる方法、ナイロン塩を供給原料とする方法、少量の水を含んだジアミンを常圧下220℃以下の温度で滴下して反応を行う方法、溶融状態にあるジカルボン酸にジアミンを常圧下滴下し直接反応させる方法などが挙げられる。本発明で使用するポリアミド樹脂の相対粘度(ポリアミド樹脂1gを96%硫酸水溶液100mlに溶解し、25℃で測定した値、以下同じ)は、1.8から4.2が望ましい。ポリアミド樹脂の相対粘度がこの範囲であると、本発明の製造方法で遷移金属化合物と溶融混練し、酸素捕捉性樹脂組成物を製造した場合、製造された酸素捕捉性樹脂組成物を成形してなるフィルム、シート、中空容器の性能、特に耐衝撃性を含む機械的性能が良好となる。
【0013】
本発明の酸素捕捉性樹脂組成物の製造方法では、使用する遷移金属化合物が粉体であることが好ましい。遷移金属化合物を粉体とすることで、樹脂組成物中に遷移金属化合物が均一に分散した酸素捕捉性樹脂組成物が得られる。また、製造された酸素捕捉性樹脂組成物の製膜性を考慮すると、遷移金属化合物は最大粒径300μm以下が好ましく、最大粒径200μm以下がより好ましく、さらに好ましくは最大粒径100μm以下である。
【0014】
本発明に使用する遷移金属化合物は、金属成分として、コバルト、鉄、ロジウム等の周期律表第VIII属の遷移金属、銅、銀等の第IB族金属、亜鉛等の第IIB族金属、チタン、ジルコニウム等の第IVA族金属、バナジウム等の第VA族、クロム等のVIA族、或いはマンガン等のVIIA族の金属等を含むものが好ましい。酸素捕捉性樹脂組成物とした際の酸素捕捉性能が優れるため、この中でも、コバルト、鉄、亜鉛、銅、マンガン或いはロジウムを含むものがより好ましく、コバルトを含むものが特に好ましい。
【0015】
遷移金属化合物は、上記遷移金属の低価数の無機酸塩、有機酸塩或いは錯塩の形で一般に使用される。遷移金属化合物としては、アセチルアセトン亜鉛、アセチルアセトンコバルト、アセチルアセトン鉄、アセチルアセトン銅、アセチルアセトンマンガン、アセチルアセトンロジウム、塩化亜鉛、塩化コバルト、塩化鉄、炭酸亜鉛、炭酸コバルト、炭酸マンガン、酸化コバルト、酸化鉄、酢酸亜鉛、酢酸コバルト、酢酸銅、酢酸マンガン、酢酸ロジウム、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸コバルト、ステアリン酸マンガン、乳酸亜鉛、乳酸鉄等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。この中でも、酢酸コバルト、炭酸コバルト、アセチルアセトンコバルトおよびステアリン酸コバルトが特に好ましい。
【0016】
酸素捕捉性樹脂組成物中の遷移金属化合物の濃度は、ポリアミド樹脂単位重量当たり遷移金属量として10乃至10000ppm、好ましくは70乃至5000ppm、より好ましくは200ppm乃至3000ppmである。遷移金属濃度が10ppmより低いと酸素捕捉性能が十分に発現せず、10000ppmより高いと溶融混練時及び成形加工時に樹脂劣化等の問題が発生する。また、本発明の酸素捕捉性樹脂組成物の製造方法で使用される遷移金属化合物は、1種類でも良いし、2種類以上を併用してもかまわない。
【0017】
本発明の酸素捕捉性樹脂組成物の製造方法では、シリンダー長Lとシリンダー直径Dの比(L/D)が50以下の二軸押出機をポリアミド樹脂と遷移金属化合物の溶融混練に使用するのが好ましく、遷移金属化合物のポリアミド樹脂中での分配混合が容易になるため、同方向回転型二軸押出機を使用するのがより好ましい。L/Dが50より大きいと、ポリアミド樹脂の押出機中での滞留時間が長くなりポリアミド樹脂の分解が促進されるため、好ましくない。
【0018】
本発明の酸素捕捉性樹脂組成物の製造方法では、押出機シリンダー内部において、樹脂供給部に最も近い位置で溶融樹脂が充満する部分(樹脂充満部)Aと押出機ヘッド部Bの間の距離Cが押出機シリンダー長Lの30%以上(C/Lが0.3以上)であることが好ましく、40%以上であることがより好ましく、50%以上であることがさらに好ましい。距離Cをシリンダー長Lの30%以上とすることで、樹脂供給部から樹脂充満部Aまでの距離が短くなり、溶融した酸素捕捉性樹脂組成物と酸素の接触が抑えられるため、遷移金属化合物によるポリアミド樹脂の分解及び樹脂劣化による着色、酸素捕捉性樹脂組成物の酸素捕捉性能の低下が抑えられる。また、樹脂充満部Aは溶融樹脂が滞留しやすい部分を有する構成のスクリューを用いることで作製できる。例えば、スクリュー内にニーディングディスクや逆目のエレメントを導入することで樹脂充満部Aができる。図1は前記押出機の一態様であり、図1において、樹脂充満部Aと押出機ヘッド部Bの間の距離C(4)がシリンダー長L(5)の30%以上となる。
【0019】
また、樹脂充満部Aと押出機ヘッド部B間の空隙部分の圧力は60kPa(450Torr)以下が好ましく、48kPa(360Torr)以下がより好ましく、さらに好ましくは35kPa(260Torr)以下である。押出機のベント部分に、真空ポンプ、アスピレーター等を接続して減圧することによりこの部分の圧力を60kPa以下とすることができる。また、この部分の圧力を60kPa以下とすることでシリンダー内の空隙部分の酸素が溶融樹脂中へ混入することを防ぐことができるため、遷移金属化合物によるポリアミド樹脂の分解及び樹脂劣化による着色、酸素捕捉性樹脂組成物の酸素捕捉性能の低下が抑えられる。図2は本発明の一態様を示す。図2において、ベント(12)に真空ポンプ(11)を接続して減圧することで、二軸押出機(10)シリンダー内部を所定の圧力にすることができる。
【0020】
さらに、溶融混練時の樹脂の押出機内での滞留時間は5分以下が好ましく、4分以下がより好ましく、3分以下が特に好ましい。押出機内での滞留時間を5分以下としてポリアミド樹脂が熱分解を起こしやすい溶融状態である時間を短くすることで、ポリアミド樹脂の分解及び樹脂劣化による着色が抑えられる。
【0021】
本発明の酸素捕捉性樹脂組成物の製造方法では、上記ポリアミド樹脂と遷移金属化合物は、上記ポリアミド樹脂の融点〜(融点+50℃)、或いはガラス転移温度〜(ガラス転移温度+50℃)の範囲内の樹脂温度での溶融混練するのが好ましく、融点〜(融点+40℃)或いはガラス転移温度〜(ガラス転移温度+40℃)の範囲内の樹脂温度で溶融混練するのがより好ましい。ポリアミド樹脂の融点〜(融点+50℃)、或いはガラス転移温度〜(ガラス転移温度+50℃)の範囲内の温度で溶融混練することにより、ポリアミド樹脂の熱分解が抑えられ、酸素捕捉能力をはじめとする各種性能の低下が少ない酸素捕捉性樹脂組成物が製造できる。
【0022】
本発明の方法で製造される酸素捕捉性樹脂組成物は、各種包装材料や包装容器に成形加工して使用することができる。包装材料としては、フィルム状、またはシート状の成形体に加工することができ、さらに包装容器としてはボトル、トレイ、カップ、チューブ、平袋やスタンディングパウチ等の各種パウチ等の少なくとも一部を構成する材料として使用することができる。さらに上記包装材料または包装容器の構成は、前記酸素捕捉性樹脂組成物からなる単層であっても良く、他の熱可塑性樹脂と組み合わせた多層構造であっても良い。また前記酸素捕捉性樹脂組成物は、その性質を改善するためにナイロン6やナイロン66等のポリアミド、ポリエチレンテレフタレートやポリブチレンテレフタレート等に代表されるポリエステル、ポリエチレンやポリプロピレンに代表されるポリオレフィン、ポリスチレン、ポリカーボネート、エチレンビニルアルコール共重合体等、各種熱可塑性樹脂と混合して使用することもできる。また、これらの混合物は包装材料や包装容器にも利用することができる。また、必要に応じて、滑剤、離型剤、耐熱安定剤、耐候安定剤、酸化防止剤、老化防止剤、充填剤、光安定剤、紫外線吸収剤、耐電防止剤、有機染料、無機染料及び顔料等の着色剤、着色防止剤等の添加剤を加えることができる。
【0023】
本発明の製造方法で製造される酸素捕捉性樹脂組成物からなる包装容器には、例えば、牛乳、ジュース、酒類、コーヒー、茶、ゼリー飲料、健康飲料等の液状飲料、調味液、ソース、醤油、ドレッシング、液体だし、マヨネーズ、味噌、すりおろし香辛料等の調味料、ジャム、クリーム、チョコレートペースト等のペースト状菓子、液体スープ、煮物、漬け物、シチュー等の液状加工食品、そば、うどん、ラーメン等の生麺及びゆで麺等の高水分食品、精米、調湿米、無洗米等の調理前の米類や調理された炊飯米、五目飯等の加工米製品類、粉末スープ、だしの素等の粉末調味料、その他高水分及び液体系物品としては、工業材料、農薬や殺虫剤等の固体状や溶液状の化学薬品並びに乳液、液体およびペースト状の医薬品、化粧水、化粧クリーム、化粧乳液、整髪料、染毛剤、シャンプー等が保存できる。
【0024】
【実施例】
本発明を実施例に沿って具体的に説明する。尚、本発明はこれら実施例に限定されない。以下に実施例等における評価条件等を記す。
(イ)ポリアミド樹脂の相対粘度
ポリアミド樹脂あるいは酸素捕捉性樹脂組成物1gを精秤し、96%硫酸100ccに20〜30℃で攪拌溶解した。完全に溶解した後、速やかにキャノンフェンスケ型粘度計に溶液5ccを取り、25℃±0.03℃の恒温槽中で10分間放置後、落下時間(t)を測定した。また、96%硫酸そのものの落下時間(t0)も同様に測定した。tおよびt0から次式(A)により相対粘度を求めた。
相対粘度=t/t0・・・・・・・・・・(A)
(ロ)黄色度
JIS K7105に準じて測定した。測定は、日本電色工業製、色差計Σ80型を用いた。
(ハ)酸素吸収速度
フィルムサンプルを400cm2に切り出し、アルミ箔積層フィルムからなる25cm×18cmの3方シール袋に、水3ccと共に封入し、空気量400ccとして密封した。40℃下で14日保存後に、袋内の酸素濃度を酸素濃度計(東レエンジニアリング(株)製、形式LC−700F)で測定し、この酸素濃度から酸素吸収量を計算し、1日当たりの酸素吸収量を酸素吸収速度とした。
【0025】
[実施例1]
酸素捕捉性樹脂組成物の原料となるポリアミドとして、三菱ガス化学(株)製MXナイロン、S6007を使用した。この原料ポリアミドを分析した結果、相対粘度は2.60、黄色度は−1.1、DSCで測定した融点は237℃であった。
【0026】
原料ポリアミドに対して、ステアリン酸コバルトをコバルト濃度で400ppmとなるように添加しタンブラーで混合した。得られた混合物を図2に示した、ベント(12)、真空ポンプ(11)、ストランドダイ(13)を備えた37mmφ同方向回転型二軸押出機(東芝機械(株)製TEM37BS)(10)、冷却水槽(8)、ペレタイザー(7)からなる混練装置を用いて溶融混合しペレット1を得た。二軸押出機(10)のL/Dは42、使用したスクリューは、全長1558mmのスクリューの根本から518mm〜670mmの部分にニーディングディスクにより樹脂の滞留部を設けた構成であった(C/L=0.57)。また、溶融混練時の押出機シリンダーの温度は245℃、樹脂の押出機内での滞留時間は2分、押出機シリンダー内部において溶融樹脂が充満する部分(樹脂充満部)から押出機ヘッド部までの空隙部分の圧力は7kPaだった。また、押出機ヘッド部での樹脂温度を測定したところ、樹脂温度は247℃だった。得られたペレット1について、相対粘度及び黄色度を測定し、原料ポリアミドペレットとの差異を求めた。結果を表1に示す。
【0027】
得られたペレット1から20mmφ単軸押出機、Tダイからなる押出装置を用いて、厚み約60μmの単層フィルム1を作製した。得られた単層フィルム1について、黄色度及び酸素吸収速度を測定した結果を表1に示す。
【0028】
[実施例2]
溶融混合時に押出機シリンダー内部において溶融樹脂が充満する部分(樹脂充満部)から押出機ヘッド部までの空隙部分の圧力を48kPaとした以外は、実施例1と同様にしてペレット2及び単層フィルム2を得た。得られたペレット2及び単層フィルム2の測定結果を表1に示す。
【0029】
[比較例1]
溶融混合時に押出機シリンダー内部において溶融樹脂が充満する部分(樹脂充満部)から押出機ヘッド部までの空隙部分の圧力を75kPaとした以外は、実施例1と同様にして比較ペレット1及び比較単層フィルム1を得た。得られた比較ペレット1及び比較単層フィルム1の測定結果を表1に示す。
【0030】
[比較例2]
実施例1の溶融混練に使用した、二軸押出機スクリューから518mm〜670mmの部分のニーディングディスクを外しフルフライトのエレメントとすることにより樹脂充満部が出来ないようにした以外は、実施例1と同様にして比較ペレット2及び比較単層フィルム2を得た。得られた比較ペレット2及び比較単層フィルム2の測定結果を表1に示す。
【0031】
[実施例3]
溶融混合時の樹脂の押出機内での滞留時間を4分とした以外は、実施例1と同様にしてペレット3及び単層フィルム3を得た。得られたペレット3及び単層フィルム3の測定結果を表1に示す。
【0032】
[実施例4]
溶融混合時の押出機シリンダーの温度を280℃とした以外は、実施例1と同様にしてペレット4及び単層フィルム4を得た。押出機ヘッド部での樹脂温度は280℃だった。得られたペレット4及び単層フィルム4の測定結果を表1に示す。
【0033】
【表1】
【0034】
本発明の酸素捕捉性樹脂組成物の製造方法の条件内で製造した実施例1乃至4では、ポリアミド樹脂の劣化が少なく、酸素捕捉性能も良好な酸素捕捉性樹脂組成物が得られた。一方、溶融混合時に押出機シリンダー内部において溶融樹脂が充満する部分(樹脂充満部)から押出機ヘッド部までの空隙部分の圧力が本発明の範囲より高すぎる比較例1では、ポリアミド樹脂の劣化による相対粘度の低下や着色があり、酸素捕捉性樹脂組成物の酸素捕捉性能も大きく低下した。
【0035】
また、押出機シリンダー内に樹脂充満部が出来ないようにした比較例2では、ポリアミド樹脂の劣化による相対粘度の低下や着色があり、酸素捕捉性樹脂組成物の酸素捕捉性能も大きく低下した。
【0036】
【発明の効果】
本発明の酸素捕捉性樹脂組成物の製造方法を用いることにより、ポリアミド樹脂の劣化が少なく、酸素捕捉性樹脂組成物の酸素捕捉性能の低下が少ない酸素捕捉性樹脂組成物が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の酸素捕捉性樹脂組成物の製造方法に用いられる押出機の一態様を示す。
【図2】本発明の酸素捕捉性樹脂組成物の製造方法の一態様を示す。
【符号の説明】
1 樹脂供給部
2 シリンダー内に溶融樹脂が充満する部分(樹脂充満部)A
3 押出機ヘッド部B
4 距離C
5 シリンダー長L
6 ベント
7 ペレタイザー
8 冷却水槽
9 ストランド
10二軸押出機
11真空ポンプ
12ベント
13ストランドダイ
【発明の属する技術分野】
本発明は、ポリアミド樹脂と遷移金属化合物からなる酸素捕捉性樹脂組成物の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、医薬品、飲料、食品、化学品などの包装材として、金属、ガラス、あるいは熱可塑性樹脂からなる容器などが使用されている。中でも熱可塑性樹脂からなる容器はその軽量性、成形加工性で優れている。しかしながら、一般に熱可塑性樹脂からなる容器は、金属やガラスからなる容器と比較して容器壁を通しての酸素透過が無視し得ないオーダーで生じ、内容物の保存性の点で課題が残っている。
【0003】
上記課題を解決するために、熱可塑性樹脂からなる容器では容器壁を多層構造とし、そのうちの少なくとも1層に、ポリメタキシリレンアジパミド(以下「ポリアミドMXD6」という)、エチレン−ビニルアルコール共重合体、ポリアクリロニトリル等の酸素バリア性の高い樹脂、あるいはアルミ箔等の酸素バリア性の層を設ける方法、あるいは容器壁を構成する熱可塑性樹脂に上記酸素バリア性樹脂をブレンドする方法が用いられているが、上記方法では容器内に侵入する酸素量を低減することは出来るものの、容器内に残存する酸素を除去することは出来ず、該酸素による内容物の劣化を防止できない課題があった。
【0004】
容器内に残存する酸素を除去する方法の一つとして、鉄粉と無機塩からなる物質を通気性包材に封入した酸素吸収剤の使用が挙げられるが、酸素吸収剤を用いた場合、容器内部の残存酸素の除去速度は満足できる性能を有するが、容器を開封した際に酸素吸収剤による異物感がある。他の方法として、ポリアミドMXD6に少量の遷移金属化合物を添加して酸素捕捉機能を付与した材料を容器や包装材料を構成するガスバリア材料として利用する方法が挙げられる。この方法を利用することで、容器外部から透過してくる酸素を該材料が吸収すると共に、容器内部に残存する酸素についても該材料が吸収するため、内容物の保存性を高めることができ、且つ酸素吸収剤の欠点であった、容器を開封した際の酸素吸収剤による異物感を解決することができる。
【0005】
酸素捕捉機能を有するポリアミドMXD6の製造方法としては、ポリアミドMXD6を含む熱可塑性樹脂ペレットと遷移金属化合物を含む溶液を混合した後に溶媒を揮発させることでポリアミドMXD6ペレットに遷移金属化合物を付着させてマスターバッチを得る方法が知られている(例えば、特許文献1参照。)が、該製造方法では残留溶媒を乾燥させる必要があり溶媒の飛散など環境面で問題があった。また、ポリアミドMXD6を含む熱可塑性樹脂ペレットと遷移金属化合物を混合後、溶融混練してストランドを押し出し、ペレット化してマスターバッチを得る方法が知られている(例えば、特許文献2参照。)が、該製造方法では、押出機シリンダー内の空隙部の圧力が減圧されないため、シリンダー内の空隙部に存在する酸素が溶融樹脂と接触し、ポリアミドMXD6が酸化分解されてポリアミドMXD6の分子量が低下したり、ポリアミドMXD6の樹脂劣化による着色が起こったり、また、酸素捕捉性樹脂組成物の酸素捕捉性能が低下する問題があった。
【0006】
【特許文献1】
特許第2991437号公報
【特許文献2】
特表平11−514385号公報
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、上記の課題を解消し、ポリアミド樹脂と遷移金属化合物の溶融混練時にポリアミド樹脂の劣化及び酸素捕捉性能の低下が少ない酸素捕捉性樹脂組成物の製造方法を提供することである。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記の従来技術の問題点に鑑み鋭意検討を重ねた結果、特定のポリアミド樹脂と遷移金属化合物を、特定の二軸押出機を用い、かつシリンダー内の空隙を減圧することで酸素と溶融したポリアミド樹脂との接触を抑えて溶融混練することにより、ポリアミド樹脂の劣化及び酸素捕捉性能の低下が少ない酸素捕捉性樹脂組成物が得られることを見出し、本発明を完成させた。
【0009】
すなわち、本発明は、メタキシリレンジアミンを70モル%以上含むジアミン成分とアジピン酸を70モル%以上含むジカルボン酸成分とを重合して得たポリアミド樹脂と遷移金属化合物からなる酸素捕捉性樹脂組成物を製造する方法において、(1)シリンダー長Lとシリンダー直径Dの比(L/D)が50以下の二軸押出機を用いてポリアミド樹脂と遷移金属化合物を溶融混練し、(2)押出機シリンダー内部において、樹脂供給部に最も近い位置で溶融樹脂が充満する部分Aと押出機ヘッド部Bの間の距離Cが押出機シリンダー長Lの30%以上となるようにし、かつ(3)AB間の空隙部分の圧力を60kPa以下とすることを特徴とする酸素捕捉性樹脂組成物の製造方法に関する。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下に本発明を詳しく説明する。
本発明で使用するポリアミド樹脂は、ジアミン成分とジカルボン酸成分とを重合して得られる。ジアミン成分中には、メタキシリレンジアミンが70モル%以上含まれることが好ましく、80モル%以上含まれるとより好ましく、さらに好ましくは90モル%以上含まれる。ジアミン成分中のメタキシリレンジアミンが70モル%以上であると、それから得られるポリアミドは優れたガスバリア性を発現することができ、かつ優れた酸素捕捉機能を発現することができる。メタキシリレンジアミン以外に使用できるジアミンとしては、パラキシリレンジアミン、1,3−ビス(アミノメチル)シクロヘキサン、1,4−ビス(アミノメチル)シクロヘキサン、テトラメチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミン、ノナメチレンジアミン、2−メチル−1,5−ペンタンジアミン等が例示できるが、これらに限定されるものではない。
【0011】
ジカルボン酸成分中には、アジピン酸が70モル%以上含まれることが好ましく、より好ましくは80モル%以上、さらに好ましくは90モル%以上含まれる。ジカルボン酸成分中のアジピン酸を70モル%以上含むことでガスバリア性の低下や結晶性の過度の低下を避けることができる。アジピン酸以外に使用できるジカルボン酸として、スベリン酸、アゼライン酸、セバシン酸、1,10−デカンジカルボン酸、テレフタル酸、イソフタル酸、2,6−ナフタレンジカルボン酸等が例示できるが、これらに限定されるものではない。また、本ポリアミド樹脂重合時に分子量調整剤として少量のモノアミン或いはモノカルボン酸を加えてもよい。
【0012】
上記のポリアミド樹脂は既知の方法で製造できる。例えば、ナイロン塩水溶液を用いる方法、ナイロン塩を供給原料とする方法、少量の水を含んだジアミンを常圧下220℃以下の温度で滴下して反応を行う方法、溶融状態にあるジカルボン酸にジアミンを常圧下滴下し直接反応させる方法などが挙げられる。本発明で使用するポリアミド樹脂の相対粘度(ポリアミド樹脂1gを96%硫酸水溶液100mlに溶解し、25℃で測定した値、以下同じ)は、1.8から4.2が望ましい。ポリアミド樹脂の相対粘度がこの範囲であると、本発明の製造方法で遷移金属化合物と溶融混練し、酸素捕捉性樹脂組成物を製造した場合、製造された酸素捕捉性樹脂組成物を成形してなるフィルム、シート、中空容器の性能、特に耐衝撃性を含む機械的性能が良好となる。
【0013】
本発明の酸素捕捉性樹脂組成物の製造方法では、使用する遷移金属化合物が粉体であることが好ましい。遷移金属化合物を粉体とすることで、樹脂組成物中に遷移金属化合物が均一に分散した酸素捕捉性樹脂組成物が得られる。また、製造された酸素捕捉性樹脂組成物の製膜性を考慮すると、遷移金属化合物は最大粒径300μm以下が好ましく、最大粒径200μm以下がより好ましく、さらに好ましくは最大粒径100μm以下である。
【0014】
本発明に使用する遷移金属化合物は、金属成分として、コバルト、鉄、ロジウム等の周期律表第VIII属の遷移金属、銅、銀等の第IB族金属、亜鉛等の第IIB族金属、チタン、ジルコニウム等の第IVA族金属、バナジウム等の第VA族、クロム等のVIA族、或いはマンガン等のVIIA族の金属等を含むものが好ましい。酸素捕捉性樹脂組成物とした際の酸素捕捉性能が優れるため、この中でも、コバルト、鉄、亜鉛、銅、マンガン或いはロジウムを含むものがより好ましく、コバルトを含むものが特に好ましい。
【0015】
遷移金属化合物は、上記遷移金属の低価数の無機酸塩、有機酸塩或いは錯塩の形で一般に使用される。遷移金属化合物としては、アセチルアセトン亜鉛、アセチルアセトンコバルト、アセチルアセトン鉄、アセチルアセトン銅、アセチルアセトンマンガン、アセチルアセトンロジウム、塩化亜鉛、塩化コバルト、塩化鉄、炭酸亜鉛、炭酸コバルト、炭酸マンガン、酸化コバルト、酸化鉄、酢酸亜鉛、酢酸コバルト、酢酸銅、酢酸マンガン、酢酸ロジウム、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸コバルト、ステアリン酸マンガン、乳酸亜鉛、乳酸鉄等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。この中でも、酢酸コバルト、炭酸コバルト、アセチルアセトンコバルトおよびステアリン酸コバルトが特に好ましい。
【0016】
酸素捕捉性樹脂組成物中の遷移金属化合物の濃度は、ポリアミド樹脂単位重量当たり遷移金属量として10乃至10000ppm、好ましくは70乃至5000ppm、より好ましくは200ppm乃至3000ppmである。遷移金属濃度が10ppmより低いと酸素捕捉性能が十分に発現せず、10000ppmより高いと溶融混練時及び成形加工時に樹脂劣化等の問題が発生する。また、本発明の酸素捕捉性樹脂組成物の製造方法で使用される遷移金属化合物は、1種類でも良いし、2種類以上を併用してもかまわない。
【0017】
本発明の酸素捕捉性樹脂組成物の製造方法では、シリンダー長Lとシリンダー直径Dの比(L/D)が50以下の二軸押出機をポリアミド樹脂と遷移金属化合物の溶融混練に使用するのが好ましく、遷移金属化合物のポリアミド樹脂中での分配混合が容易になるため、同方向回転型二軸押出機を使用するのがより好ましい。L/Dが50より大きいと、ポリアミド樹脂の押出機中での滞留時間が長くなりポリアミド樹脂の分解が促進されるため、好ましくない。
【0018】
本発明の酸素捕捉性樹脂組成物の製造方法では、押出機シリンダー内部において、樹脂供給部に最も近い位置で溶融樹脂が充満する部分(樹脂充満部)Aと押出機ヘッド部Bの間の距離Cが押出機シリンダー長Lの30%以上(C/Lが0.3以上)であることが好ましく、40%以上であることがより好ましく、50%以上であることがさらに好ましい。距離Cをシリンダー長Lの30%以上とすることで、樹脂供給部から樹脂充満部Aまでの距離が短くなり、溶融した酸素捕捉性樹脂組成物と酸素の接触が抑えられるため、遷移金属化合物によるポリアミド樹脂の分解及び樹脂劣化による着色、酸素捕捉性樹脂組成物の酸素捕捉性能の低下が抑えられる。また、樹脂充満部Aは溶融樹脂が滞留しやすい部分を有する構成のスクリューを用いることで作製できる。例えば、スクリュー内にニーディングディスクや逆目のエレメントを導入することで樹脂充満部Aができる。図1は前記押出機の一態様であり、図1において、樹脂充満部Aと押出機ヘッド部Bの間の距離C(4)がシリンダー長L(5)の30%以上となる。
【0019】
また、樹脂充満部Aと押出機ヘッド部B間の空隙部分の圧力は60kPa(450Torr)以下が好ましく、48kPa(360Torr)以下がより好ましく、さらに好ましくは35kPa(260Torr)以下である。押出機のベント部分に、真空ポンプ、アスピレーター等を接続して減圧することによりこの部分の圧力を60kPa以下とすることができる。また、この部分の圧力を60kPa以下とすることでシリンダー内の空隙部分の酸素が溶融樹脂中へ混入することを防ぐことができるため、遷移金属化合物によるポリアミド樹脂の分解及び樹脂劣化による着色、酸素捕捉性樹脂組成物の酸素捕捉性能の低下が抑えられる。図2は本発明の一態様を示す。図2において、ベント(12)に真空ポンプ(11)を接続して減圧することで、二軸押出機(10)シリンダー内部を所定の圧力にすることができる。
【0020】
さらに、溶融混練時の樹脂の押出機内での滞留時間は5分以下が好ましく、4分以下がより好ましく、3分以下が特に好ましい。押出機内での滞留時間を5分以下としてポリアミド樹脂が熱分解を起こしやすい溶融状態である時間を短くすることで、ポリアミド樹脂の分解及び樹脂劣化による着色が抑えられる。
【0021】
本発明の酸素捕捉性樹脂組成物の製造方法では、上記ポリアミド樹脂と遷移金属化合物は、上記ポリアミド樹脂の融点〜(融点+50℃)、或いはガラス転移温度〜(ガラス転移温度+50℃)の範囲内の樹脂温度での溶融混練するのが好ましく、融点〜(融点+40℃)或いはガラス転移温度〜(ガラス転移温度+40℃)の範囲内の樹脂温度で溶融混練するのがより好ましい。ポリアミド樹脂の融点〜(融点+50℃)、或いはガラス転移温度〜(ガラス転移温度+50℃)の範囲内の温度で溶融混練することにより、ポリアミド樹脂の熱分解が抑えられ、酸素捕捉能力をはじめとする各種性能の低下が少ない酸素捕捉性樹脂組成物が製造できる。
【0022】
本発明の方法で製造される酸素捕捉性樹脂組成物は、各種包装材料や包装容器に成形加工して使用することができる。包装材料としては、フィルム状、またはシート状の成形体に加工することができ、さらに包装容器としてはボトル、トレイ、カップ、チューブ、平袋やスタンディングパウチ等の各種パウチ等の少なくとも一部を構成する材料として使用することができる。さらに上記包装材料または包装容器の構成は、前記酸素捕捉性樹脂組成物からなる単層であっても良く、他の熱可塑性樹脂と組み合わせた多層構造であっても良い。また前記酸素捕捉性樹脂組成物は、その性質を改善するためにナイロン6やナイロン66等のポリアミド、ポリエチレンテレフタレートやポリブチレンテレフタレート等に代表されるポリエステル、ポリエチレンやポリプロピレンに代表されるポリオレフィン、ポリスチレン、ポリカーボネート、エチレンビニルアルコール共重合体等、各種熱可塑性樹脂と混合して使用することもできる。また、これらの混合物は包装材料や包装容器にも利用することができる。また、必要に応じて、滑剤、離型剤、耐熱安定剤、耐候安定剤、酸化防止剤、老化防止剤、充填剤、光安定剤、紫外線吸収剤、耐電防止剤、有機染料、無機染料及び顔料等の着色剤、着色防止剤等の添加剤を加えることができる。
【0023】
本発明の製造方法で製造される酸素捕捉性樹脂組成物からなる包装容器には、例えば、牛乳、ジュース、酒類、コーヒー、茶、ゼリー飲料、健康飲料等の液状飲料、調味液、ソース、醤油、ドレッシング、液体だし、マヨネーズ、味噌、すりおろし香辛料等の調味料、ジャム、クリーム、チョコレートペースト等のペースト状菓子、液体スープ、煮物、漬け物、シチュー等の液状加工食品、そば、うどん、ラーメン等の生麺及びゆで麺等の高水分食品、精米、調湿米、無洗米等の調理前の米類や調理された炊飯米、五目飯等の加工米製品類、粉末スープ、だしの素等の粉末調味料、その他高水分及び液体系物品としては、工業材料、農薬や殺虫剤等の固体状や溶液状の化学薬品並びに乳液、液体およびペースト状の医薬品、化粧水、化粧クリーム、化粧乳液、整髪料、染毛剤、シャンプー等が保存できる。
【0024】
【実施例】
本発明を実施例に沿って具体的に説明する。尚、本発明はこれら実施例に限定されない。以下に実施例等における評価条件等を記す。
(イ)ポリアミド樹脂の相対粘度
ポリアミド樹脂あるいは酸素捕捉性樹脂組成物1gを精秤し、96%硫酸100ccに20〜30℃で攪拌溶解した。完全に溶解した後、速やかにキャノンフェンスケ型粘度計に溶液5ccを取り、25℃±0.03℃の恒温槽中で10分間放置後、落下時間(t)を測定した。また、96%硫酸そのものの落下時間(t0)も同様に測定した。tおよびt0から次式(A)により相対粘度を求めた。
相対粘度=t/t0・・・・・・・・・・(A)
(ロ)黄色度
JIS K7105に準じて測定した。測定は、日本電色工業製、色差計Σ80型を用いた。
(ハ)酸素吸収速度
フィルムサンプルを400cm2に切り出し、アルミ箔積層フィルムからなる25cm×18cmの3方シール袋に、水3ccと共に封入し、空気量400ccとして密封した。40℃下で14日保存後に、袋内の酸素濃度を酸素濃度計(東レエンジニアリング(株)製、形式LC−700F)で測定し、この酸素濃度から酸素吸収量を計算し、1日当たりの酸素吸収量を酸素吸収速度とした。
【0025】
[実施例1]
酸素捕捉性樹脂組成物の原料となるポリアミドとして、三菱ガス化学(株)製MXナイロン、S6007を使用した。この原料ポリアミドを分析した結果、相対粘度は2.60、黄色度は−1.1、DSCで測定した融点は237℃であった。
【0026】
原料ポリアミドに対して、ステアリン酸コバルトをコバルト濃度で400ppmとなるように添加しタンブラーで混合した。得られた混合物を図2に示した、ベント(12)、真空ポンプ(11)、ストランドダイ(13)を備えた37mmφ同方向回転型二軸押出機(東芝機械(株)製TEM37BS)(10)、冷却水槽(8)、ペレタイザー(7)からなる混練装置を用いて溶融混合しペレット1を得た。二軸押出機(10)のL/Dは42、使用したスクリューは、全長1558mmのスクリューの根本から518mm〜670mmの部分にニーディングディスクにより樹脂の滞留部を設けた構成であった(C/L=0.57)。また、溶融混練時の押出機シリンダーの温度は245℃、樹脂の押出機内での滞留時間は2分、押出機シリンダー内部において溶融樹脂が充満する部分(樹脂充満部)から押出機ヘッド部までの空隙部分の圧力は7kPaだった。また、押出機ヘッド部での樹脂温度を測定したところ、樹脂温度は247℃だった。得られたペレット1について、相対粘度及び黄色度を測定し、原料ポリアミドペレットとの差異を求めた。結果を表1に示す。
【0027】
得られたペレット1から20mmφ単軸押出機、Tダイからなる押出装置を用いて、厚み約60μmの単層フィルム1を作製した。得られた単層フィルム1について、黄色度及び酸素吸収速度を測定した結果を表1に示す。
【0028】
[実施例2]
溶融混合時に押出機シリンダー内部において溶融樹脂が充満する部分(樹脂充満部)から押出機ヘッド部までの空隙部分の圧力を48kPaとした以外は、実施例1と同様にしてペレット2及び単層フィルム2を得た。得られたペレット2及び単層フィルム2の測定結果を表1に示す。
【0029】
[比較例1]
溶融混合時に押出機シリンダー内部において溶融樹脂が充満する部分(樹脂充満部)から押出機ヘッド部までの空隙部分の圧力を75kPaとした以外は、実施例1と同様にして比較ペレット1及び比較単層フィルム1を得た。得られた比較ペレット1及び比較単層フィルム1の測定結果を表1に示す。
【0030】
[比較例2]
実施例1の溶融混練に使用した、二軸押出機スクリューから518mm〜670mmの部分のニーディングディスクを外しフルフライトのエレメントとすることにより樹脂充満部が出来ないようにした以外は、実施例1と同様にして比較ペレット2及び比較単層フィルム2を得た。得られた比較ペレット2及び比較単層フィルム2の測定結果を表1に示す。
【0031】
[実施例3]
溶融混合時の樹脂の押出機内での滞留時間を4分とした以外は、実施例1と同様にしてペレット3及び単層フィルム3を得た。得られたペレット3及び単層フィルム3の測定結果を表1に示す。
【0032】
[実施例4]
溶融混合時の押出機シリンダーの温度を280℃とした以外は、実施例1と同様にしてペレット4及び単層フィルム4を得た。押出機ヘッド部での樹脂温度は280℃だった。得られたペレット4及び単層フィルム4の測定結果を表1に示す。
【0033】
【表1】
【0034】
本発明の酸素捕捉性樹脂組成物の製造方法の条件内で製造した実施例1乃至4では、ポリアミド樹脂の劣化が少なく、酸素捕捉性能も良好な酸素捕捉性樹脂組成物が得られた。一方、溶融混合時に押出機シリンダー内部において溶融樹脂が充満する部分(樹脂充満部)から押出機ヘッド部までの空隙部分の圧力が本発明の範囲より高すぎる比較例1では、ポリアミド樹脂の劣化による相対粘度の低下や着色があり、酸素捕捉性樹脂組成物の酸素捕捉性能も大きく低下した。
【0035】
また、押出機シリンダー内に樹脂充満部が出来ないようにした比較例2では、ポリアミド樹脂の劣化による相対粘度の低下や着色があり、酸素捕捉性樹脂組成物の酸素捕捉性能も大きく低下した。
【0036】
【発明の効果】
本発明の酸素捕捉性樹脂組成物の製造方法を用いることにより、ポリアミド樹脂の劣化が少なく、酸素捕捉性樹脂組成物の酸素捕捉性能の低下が少ない酸素捕捉性樹脂組成物が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の酸素捕捉性樹脂組成物の製造方法に用いられる押出機の一態様を示す。
【図2】本発明の酸素捕捉性樹脂組成物の製造方法の一態様を示す。
【符号の説明】
1 樹脂供給部
2 シリンダー内に溶融樹脂が充満する部分(樹脂充満部)A
3 押出機ヘッド部B
4 距離C
5 シリンダー長L
6 ベント
7 ペレタイザー
8 冷却水槽
9 ストランド
10二軸押出機
11真空ポンプ
12ベント
13ストランドダイ
Claims (4)
- メタキシリレンジアミンを70モル%以上含むジアミン成分とアジピン酸を70モル%以上含むジカルボン酸成分とを重合して得たポリアミド樹脂と遷移金属化合物からなる酸素捕捉性樹脂組成物を製造する方法において、(1)シリンダー長Lとシリンダー直径Dの比(L/D)が50以下の二軸押出機を用いてポリアミド樹脂と遷移金属化合物を溶融混練し、(2)押出機シリンダー内部において、樹脂供給部に最も近い位置で溶融樹脂が充満する部分Aと押出機ヘッド部Bの間の距離Cが押出機シリンダー長Lの30%以上となるようにし、かつ(3)AB間の空隙部分の圧力を60kPa以下とすることを特徴とする酸素捕捉性樹脂組成物の製造方法。
- 押出機内での樹脂の滞留時間を5分以下とする請求項1に記載の酸素捕捉性樹脂組成物の製造方法。
- ポリアミド樹脂の融点〜(融点+50℃)、或いはガラス転移温度〜(ガラス転移温度+50℃)の範囲内の樹脂温度で溶融混練する請求項1または2に記載の酸素捕捉性樹脂組成物の製造方法。
- 遷移金属化合物が粉体である請求項1〜3のいずれかに記載の酸素捕捉性樹脂組成物の製造方法。
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