JP2004528395A - ビスシラン添加剤を有するアルキレンイミン/有機バリアコーティング - Google Patents
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Abstract
Description
[発明の分野]
本発明は、包装用途に有用なバリア特性を有する、ポリアミン、ビスシランおよびエチレン性不飽和酸を含有するコーティングに関する。
【0002】
[発明の背景]
ポリアミンシラン化合物およびイタコン酸を含有するコーティングが、有機ポリマーフィルム基材の気体、油、および香りバリア性能を改善する(PCT/BE98/00009、それに相当する米国特許出願第09/341,252号(1999年7月15日に提出)を参照)ことは既知である。さらに、フィルム表面へのコーティングの付着ならびにシランコーティングにより提供される改良されたバリア特性は、このコーティングされたフィルムを電子線照射に曝露させることにより多いに高められる。
【0003】
これらのコーティングは、当該技術において有意な前進を表す。しかしながら、従来技術のコーティングのバリア特性は、80%以下の相対湿度での環境において優れているものの、90%以上の相対湿度では、それらの性能は有意に損なわれるということが観察されている。
【0004】
本発明者等は、驚くべきことに、ポリアミン、エチレン性不飽和酸、およびビスシランの組合せが、低い相対湿度値から中程度の相対湿度値での優れた気体バリア特性、ならびに90%以上の非常に高い相対湿度値での優れた気体バリア特性を提供することを発見した。重要な改良点は、ビスシランの添加であり、90%を超える湿度での優れたバリアを生じる結果となる。組成物は、バリアをさらに改良するために、架橋されてもよい。本明細書中で用いる「バリア」という用語は、ASTM D3985−81で測定されるような、0%の相対湿度で測定される酸素に対する透過性1191cc/m2/日、および90%の相対湿度で測定される酸素に対する透過性1238cc/m2/日を有する30μmのコーテングしていない二軸延伸コロナ処理ポリエチレンフィルムを少なくとも750cc/m2/日にまで改良することを意味する。
【0005】
どの従来技術も本発明を教示していない。例えば、米国特許第4,761,435号は、ポリアミン樹脂と併用したUV硬化性ポリエチレン性不飽和組成物を(特許)請求し、それは、アリールケトン光増感剤を使用している。’435特許は、組成物中の酸官能性は、望ましくないと教示する(欄5の24行目)。特許権者は、光増感剤はアミンのみと反応し、アミン塩とは反応しないので、アミン塩の形成は避けられるべきであると示している。このことが、本発明と対照的であり、本発明は、酸塩の形成は望ましく、優秀なバリア特性を生じる結果となることを教示する。
【0006】
別の例である米国特許第4,943,600号は、第三アミン含有樹脂、アリル末端樹脂、およびマレエート官能性樹脂の組合せを教示する。同様に、特許権者は、組成物が、カルボキシル官能性を最小限にするか、または除去するように配合されることを教示しており、本発明とまさに対照的である。
【0007】
米国特許第5,017,406号は、反応性の不飽和化合物を含有するUV硬化性組成物を(特許)請求するが、本発明のように、ポリアミンまたは不飽和な酸の使用を教示していない。
【0008】
1995年1月20日に公開された日本国(公開)公報第7−18221号は、アミノシランおよび芳香環またはハロゲン化環を有する化合物を含む気体バリア用表面処理組成物を教示する。しかしながら、本発明は、芳香環を有する環状化合物の添加を必要とせず、またその参照文献は、エチレン性不飽和酸の添加を教示していないので、区別できる。
【0009】
従来技術はいずれも、気体バリア特性を達成するためのポリアミン、ビスシランおよびエチレン性不飽和酸の使用を教示していないので、本発明は、従来技術と区別可能である。
【0010】
[発明の概要]
本発明は、基材に、気体、香り、および香気バリアを提供する組成物を教示し、ここで組成物は、エチレン性不飽和酸、ビスシランおよびポリアミンを混合することにより形成され、上記ポリアミンは、任意にその中に反応した架橋剤を有し、上記ポリアミンは、4つまたはそれ以上のA、BまたはCユニット(ここで、
Aは、−R2−N(R1)2ユニットであり、Bは、−R1−N(R2−)2ユニットであり、Cは、(−R2)3N−ユニットである(式中、
R1は、独立して、水素、アルキル、置換アルキル、アリール、置換アリール、アリールアルキル、およびアルキルアリールから選択され、R2は、独立して、1〜18個の炭素原子を有する線状もしくは分岐状アルキレン基または置換アルキレン基、および6〜18個の炭素原子を有するアリーレン基または置換アリーレン基からなる群から選択される))
を有する。
【0011】
組成物は、基材上にコーティングされ、フリーラジカル反応を開始するために任意に処理される。本発明は、包装用途に用いられる様々な基材に対するコーティングとして適用され得る。
【0012】
ポリアミン
本発明のポリアミンは、4つまたはそれ以上のA、BまたはCユニットを有する高分子のホモポリマー(ポリアミン)またはコポリマーポリアミンであり、ここで、Aは、−R2−N(R1)2ユニットであり、Bは、−R1−N(R2−)2ユニットであり、Cは、(−R2)3N−ユニットである(式中、
R1は、独立して、水素、アルキル、置換アルキル、アリール、置換アリール、アリールアルキル、およびアルキルアリールから選択され、R2は、独立して、1〜18個の炭素原子を有する線状もしくは分岐状アルキレン基または置換アルキレン基、および6〜18個の炭素原子を有するアリーレン基または置換アリーレン基からなる群から選択される)。
【0013】
R1は、独立して、水素、アルキル、置換アルキル、アリール、置換アリール、アリールアルキル、アルキルアリールから選択され、R2は、独立して、1〜18個の炭素原子を有する線状もしくは分岐状アルキレン基または置換アルキレン基、および6〜18個の炭素原子を有するアリーレン基または置換アリーレン基からなる群から選択される。例えば、R1またはR2は、水酸基で置換され得る。
【0014】
本発明のアミンは、本来、重合体であり、好ましくは150〜2,000,000の分子量を有し、400〜400,000がより好ましく、最も好ましいのは600から80,000である。アミンの高度の重合は、最終組成物に低度の粘着性を提供する。低分子量のポリアミンは、ハロゲン化ジアルキル(すなわち、二塩化エチレン)、ジイソシアネート(例えば、トリルジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート)、ジ(メタ)アクリレートエステル(例えば、ヘキセンジオールジアクリレートペンタエリスリトールジアクリレート)、ジエポキシド(エチレングリコールグリシジルエーテル)を用いた反応によるような、当該技術にて既知の方法により、高分子量ポリアミンを形成するようにさらに重合され得る。
【0015】
本発明に有用なポリアミンの例としては、ポリビニルアミン、アミノ官能性ポリアクリルアミド、ポリDADMACのポリビニルピロリドンコポリマー、ポリエチレンイミン、ならびにエチレンジアミンおよびエピクロロヒドリンコポリマーの反応生成物が挙げられる。
【0016】
様々な程度の粘着性を達成するために使用され得る好ましいポリアミンは、ポリエチレンイミンのような、ポリアルキレンイミンと称されるポリアミン類であり、それは、広範囲の分子量および種々の分岐度で容易に入手可能である。ポリエチレンイミンは、様々な分子量および化学修飾度を有する水溶性、すなわち、親水性のポリアミンの大ファミリーから構成される。エチレンイミンの重合は、線状構造を有するユニットから完全に構成されるポリマーを生じない結果となることだけでなく、またポリエチレンイミンにおける分岐度が、重合中の酸濃度および温度に依存することは一般的に既知である。この分岐度は、例えば、12〜38%の間で変化し得る。ポリエチレンイミンの式は、A、B、またはCユニットの形態で表すことができ、ここで、
Aは、−R2−N(R1)2ユニットであり、Bは、−R1−N(R2−)2ユニットであり、Cは、(−R2)3N−ユニットである(式中、R1は水素であり、R2は、−CH2CH2−基である)。A:B:Cユニット比は、1:0.5:0.5〜1:2:1であり得るが、好ましくは、1:1:1〜1:2:1である。
【0017】
基材に対するコーティングの親和性または接着性を変化させるために、当該技術にて既知の方法を用いて、さらなる基がポリエチレンイミン上へグラフトされてもよい。ポリエチレンイミン修飾の例としては、水酸基を導入するためのエチレンオキシド構造(エチレンオキシド、グリシドール)を用いた反応、カルボン酸基を導入するためのシアニドおよびアルデヒドを用いた反応とそれに続く加水分解(「ストレッカー合成」)、ホスホン酸またはスルホン酸基のグラフト、および硫酸ジメチルのようなアルキル化剤を用いた親油性アルキル鎖のグラフトが挙げられる。
【0018】
ポリエチレンイミンの好ましい分子量は、600〜80,000である。ポリエチレンイミンの最も好ましい分子量は、600〜25,000である。
【0019】
典型的なポリエチレンイミンは、Dow Corning Toray Silicone(Japan)から入手可能なシラングラフトポリエチレンイミンであるSZ−6050、およびNippon Shokubai(Japan)から入手可能な600および1000の分子量のポリエチレンイミンであるSP−103およびSP−110である。
【0020】
エチレン性不飽和酸
既定量のエチレン性不飽和酸もまた、組成物に添加される。「エチレン性不飽和酸」とは、ビニル不飽和を有する任意の酸を意味する。エチレン性不飽和酸は、組成物の80重量部以下の量で添加されがちであり、5〜75重量部が最も好ましい。本発明での使用のための最も好ましいエチレン性不飽和酸は、イタコン酸であるが、フマル酸、マレイン酸、シトラコン酸、アクリル酸、メタクリル酸、ケイ皮酸、イタコン酸モノメチルエステル、ビニルホスホン酸、ソルビン酸、メサコン酸、およびビニルスルホン酸のような他の酸も同様に使用してもよい。本明細書で用いる「エチレン性不飽和酸」という用語は、1つまたはそれ以上の上述の酸の混合物を含むことを意味する。好ましくは、ポリアミンにおける窒素のグラム原子と、酸上の酸基とのモル比は、10:1〜1:100であり、5:1〜1:10がより好ましく、2:1〜1:4が最も好ましい。実際には、酸は、エチレン性不飽和酸の溶解性限界量まで添加することができ、それは典型的に、組成物の80重量部以下の量で到達する。
【0021】
ビスシラン
本発明の重要な添加剤は、下記一般式:
R3 bX3−bSi−Z−SiX3−bR3 b
(式中、Zは、R4NH(R4NH)pR4である)
により表されるビスシランである。この式において、Rは好ましくはそれぞれ、1〜10個の炭素原子を有する炭化水素基、例えば、飽和もしくは不飽和の脂肪族または芳香族基、例えば、アルキル、アルケニルまたはフェニル基であり、好ましい基は、メチルおよびエチルであり、そのうち最も好ましいのは、メチル基である。Xがそれぞれ、1〜4個の炭素原子を有するアルコキシ基、ハロゲン原子、オキシム基、またはアシルオキシ基であり、これらのうちでメトキシおよびエトキシ基が好ましく、最も好ましいのは、メトキシ基である。R4は、1〜12個の炭素原子を有する二価の炭化水素基であり得、好ましくはR4はそれぞれ、2〜3個の炭素原子を有する。bはそれぞれ、0〜3であるが、最も好ましくは0であり、pは、0または1である。最良の結果は、Xがそれぞれ、メトキシ基であり、R4がそれぞれ、メチレン基であり、bが0であり、pが0である化合物の使用により、すなわち、化合物がビス−(γ−トリメトキシシリルプロピル)アミンである場合に得られる。
【0022】
これらの物質は、本発明で用いられるジシリル化第二アミンと称してもよく、米国特許第2,832,754号、2,920,095号および5,101,055号に開示されるように、当該技術にて既知のプロセスにより調製され得る。
【0023】
溶媒
本発明の構成成分は、溶媒の存在下にて任意に組み合わされ得る。一般に、水、アルコール、およびそれらのブレンドは、ポリアミンおよびエチレン性不飽和酸がその中に可溶性であるので、適切な溶媒として作用するであろう。別の非常に好ましい類の溶媒は、モノもしくはポリアルキレンオキシドのようなモノまたはポリグリコールのエーテル誘導体であり、エチレングリコールジメチルエーテルのような溶媒が挙げられる。さらに、選択した溶媒は、好ましくは基材を湿潤するであろう。好ましくは、溶媒は、無毒性であるべきであり、商業的に許容可能なものを超えて、コーティングの乾燥時間を延長しないであろう。溶媒の量は、20〜99%の範囲であり得て、好ましくは組成物の60〜95重量部である。好ましい溶媒は、メタノール、エタノール、n−プロパノール、イソプロパノール、ブタノール、および1−メトキシ−2−プロパノール(The Dow Chemical Company, Midland, Michiganから「Dowanol PM」として入手可能)である。
【0024】
任意の架橋剤
ポリアミン、エチレン性不飽和酸、およびビスシランを組み合わせて、本発明の組成物を形成し得るものの、バリア特性を改良し、ディウェッティングを減少し、外観を改良するために、架橋剤を添加することが非常に好ましい。高架橋密度が、これらの特性の改良をもたらすと考えられている。本明細書中で用いる「架橋剤」という用語は、さらにポリアミンを連鎖伸長および/または架橋することができる作用物質を意味する。架橋剤は、有機架橋剤、あるいはより好ましくは、反応性シラン架橋剤、またはそれらの混合物であり得る。
【0025】
有機架橋剤
ポリアミン、エチレン性不飽和酸、およびビスシランを単に組み合わせて、本発明の組成物を形成し得るものの、さらにポリアミン鎖を連鎖伸長および架橋するであろう化合物を添加することが好ましい。ポリアミンの高い重合度および架橋が、本発明のコーティングのバリア特性および外観の改良を提供するのに望ましいと考えられている。ポリアミン鎖を連鎖伸長および架橋するのに有用な化合物としては、多官能性アクリレート、メタクリレート、エポキシド、イソシアネート、チオシアネート、酸ハロゲン化物、酸無水物、エステル、ハロゲン化アルキル、アルデヒド、キノンまたはそれらの組合せが挙げられるが、それらに限定されない。具体的な例としては、ヘキサンジオールジアクリレート、グリシジルメタクリレート、エチレングリコールジグリシジルエーテル、トリルジイソシアネート、ならびにオルトおよびパラ−ベンゾキノンが挙げられるが、これらに限定されない。
【0026】
ポリアミンは、基材上に組成物をコーティングする前に、または後に、連鎖伸長および架橋され得る。ポリアミンコーティングを連鎖伸長および架橋するのに有用な化合物としては、トリスメチロールフェノール、ホルムアルデヒドおよびグリオキサールのようなアルデヒド、ならびにマンニッヒ反応を受けるであろうホルムアルデヒドおよび活性メチレン化合物の混合物のような、ポリアミンの窒素原子との酸触媒縮合反応を受けるであろう物質が挙げられる。
【0027】
エチレン性不飽和酸は、エチレン性不飽和酸と共重合するであろう多官能性化合物の添加により、ポリアミンとは無関係に架橋され得る。これらの化合物としては、多官能性アクリレートおよびメタクリレートが挙げられる。さらに、エチレン性不飽和酸は、アクリレートおよびメタクリレート官能性シランの添加により、架橋ポリアミン構造に直接架橋されてもよい。アクリルオキシプロピルトリメトキシシランおよびメタクリルオキシプロピルトリメトキシシランのようなアクリレートおよびメタクリレート官能性シラン化合物を、ポリ酸を架橋するために、エチレン性不飽和酸の前に、または後に、本発明の組成物に添加してもよい。コーティング後のアルコキシまたはアシルオキシ基の加水分解および縮合は、エチレン性不飽和酸と共重合するであろう多官能性基を有する高分子材料を形成するであろう。
【0028】
有機架橋剤は、好ましくは、100:1〜1:10のポリアミン/有機架橋剤比で添加され、より好ましい比は、10:1〜1:1であり、最も好ましい比は、5:1〜2:1である。
【0029】
反応性シラン架橋剤
最も好ましい化合物は、本発明の組成物へのエチレン性不飽和酸の添加より前にポリアミン鎖上の窒素原子と反応するであろう官能基、ならびに任意の溶媒含有水を利用して、本発明の組成物をコーティングした後に加水分解および縮合反応を受けるであろうトリアルコキシ基またはトリアシルオキシシラン基の両方を含有する化合物である。
【0030】
分子のシラン部分は、水酸基またはアルコキシ基を末端に有するので、それは、他のシリコーン末端分子の水酸基またはアルコキシ部分と縮合して、Si−O−Si基を形成することができる。Si−O−Si結合は、組成物の架橋密度を増加させる。反応性シランは、一般式QSiRm(OR)3−m(式中、Qは、1つまたはそれ以上のアクリレート、アルデヒド、メタクリレート、アクリルアミド、メタクリルアミド、イソシアネート、イソチオシアネート、酸無水物、エポキシド、酸塩化物、線状または分岐状ハロゲン化アルキル、およびハロゲン化アリールを含有する任意の基であり、mは、0、1または2であり、Rは、1〜4個の炭素原子を有する基である)を有してもよい。具体的に、反応性シランとしては、γ−アクリルオキシプロピルトリメトキシシラン、γ−メタクリルオキシプロピルトリメトキシシラン、3−グリシドオキシプロピルトリメトキシシラン、クロロプロピルトリメトキシシラン、クロロプロピルトリエトキシシラン、γ−イソシアナトプロピルトリエトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニル−トリス−(2−エポキシシクロヘキシル)シラン、エチルトリメトキシシラン、クロロプロピルトリエトキシシラン、クロロプロピルエチルジメトキシシラン、メチルジメトキシシランおよびグリシドオキシプロピルメチルジメトキシシランのような分子が挙げられる。最も好ましい反応性シランは、Z−6076としてDow Corning Corporationから入手可能なクロロプロピルトリメトキシシラン、1−6376としてDow Corning Corporationから入手可能なクロロプロピルトリエトキシシラン、およびZ−6040としてDow Corning Corporationから入手可能なγ−トリメトキシシリルプロピルグリシジルエーテルである。ナトリウムメトキシドを添加して、生じた沈殿物を濾別することによるように、ポリアミン中のハロアルキル官能性架橋剤の反応後に、ポリアミンを中和することが必要であり得る。
【0031】
反応性シランは、好ましくは、100:1〜1:10のポリアミン/反応性シランの重量比で添加され、より好ましい比は10:1〜1:1であり、最も好ましい比は、5:1〜2:1である。
【0032】
コーティング厚
コーティングは、任意の所望の量で塗布され得るが、コーティングは、コート重量が全面的に20μm厚以下であるような量で塗布されることが好ましく、最も好ましいコーティング厚は、0.5〜10μmである。コーティング厚は、走査型電子顕微鏡(SEM)分析により決定することができる。コーティングは、スプレーコーティング、ロールコーティング、スロットコーティング、メニスカスコーティング、浸漬コーティング、ならびに、直接、オフセットおよび逆グラビアコーティングのような任意の従来方法によって基材に塗布され得る。
【0033】
基材
コーティングは、延伸ポリプロピレン(OPP)、キャストポリプロピレン、ポリエチレンおよびポリエチレンコポリマーのようなポリオレフィン、ポリスチレン、ポリエチレンテレフタレート(PET)またはポリエチレンナフタレート(PEN)のようなポリエステル、エチレン酢酸ビニル、エチレンアクリル酸およびエチレンビニルアルコール(EVOH)のようなポリオレフィンコポリマー、ポリビニルアルコールおよびそれらのコポリマー、ナイロンおよびMXD6のようなポリアミド、ポリイミド、ポリアクリロニトリル、ポリ塩化ビニル、ポリ二塩化ビニリデン、およびポリアクリレート、アイオノマー、再生セルロースのような多糖、およびゴムまたはシーラントのようなシリコーン、他の天然または合成ゴム、グラシンまたはクレー被覆紙、板紙またはクラフト紙、およびAlOx、SiOxまたはTiOxのような金属化ポリマーフィルムおよび蒸着酸化金属被覆ポリマーフィルムを含むが、これらに限定されない様々な基材上に配置される。
【0034】
上述の基材は、フィルムまたはシートの形態であると思われるが、これは必須ではない。基材は、コポリマー、積層品、同時押出品、ブレンド、コーティングまたは互いの材料の相溶性にしたがった上記基材のいずれかの組合せであり得る。さらに、基材は、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリアミド、PET、EVOHまたはかかる材料を含有する積層品のような材料から作製される硬質容器の形態であってもよい。
【0035】
上述の基材はまた、コロナ処理、プラズマ処理、酸処理および火炎処理による、コーティング前に、前処理されてもよく、それらすべてが当該技術で既知である。
【0036】
さらに、本発明の組成物は、パウチ、チューブ、ボトル、バイアル、バッグインボックス、スタンドアップパウチ、ゲーブルトップカートン、熱成形トレー、ブリックパック、ボックス、シガレットパック等のような様々な包装容器上のバリア層として使用することができる。本発明の組成物は、貼り合わせ用接着剤として使用してもよい。
【0037】
当然のことながら、本発明は、包装用途だけに限定されず、タイヤ、ライフベスト、概して空気入れ装置等のような気体または香気バリア特性が望ましいいかなる用途でも使用され得る。
【0038】
上述の基材のいずれも、それらの上に下塗剤を塗布してもよい。下塗剤は、スプレーコーティング、ロールコーティング、スロットコーティング、メニスカスコーティング、浸漬コーティング、および直接、オフセットおよび逆グラビアコーティングのような当該分野で既知の方法により基材に塗布される。適切な下塗剤としては、カルボジイミド、ポリエチレンイミン、およびN−(2−アミノエチル)−3−アミノプロピルトリメトキシシランおよびアミノプロピルトリエトキシシランなどのシランが挙げられるが、これらに限定されない。
【0039】
硬化
本発明の組成物は、周囲の条件下にてフィルムを形成するであろうが、最適な結果は、加熱および/またはフリーラジカル硬化により達成される。
【0040】
組成物は、好ましくは紫外線、電子線またはガンマ線のようなフリーラジカル発生体、あるいはアゾ化合物および過酸化物のような化学的フリーラジカル発生体により硬化される。低エネルギー電子線は、コバルトM−60のようなガンマ源よりも安価であるので、好ましい硬化方法である。硬化システムとしての紫外線照射を超えるその利点は、光開始剤なしでフリーラジカルを生成するその能力にある。また、それは、基材へのコーティングの高い収量の架橋密度および化学的グラフトを提供する。ファンデグラーフ型、共振変圧器型、線形型、ダイナミトロン型、および高周波型のような様々な型の電子線加速器が、電子線源として使用され得る。5〜2000KeV、好ましくは50〜300KeVの放出エネルギーを有する電子線は、0.1〜10Mrad(Mr)の線量で照射されてもよい。最も好ましい線量は、150KeVの少なくとも5Mrである。低電子線電圧は、基材が真空中で処理される場合に使用してもよい。市販の電子線源は、Energy Sciences, Inc. (Wilmington, MA)から入手可能なElectrocureCB−150である。
【0041】
組成物はまた、1つまたはそれ以上の光開始剤が硬化前に添加される場合に、紫外光硬化され得る。光開始剤は、光エネルギー吸収によりラジカルを発生することができる限りは特別な制限はない。本組成物のUV硬化において使用される紫外光感受性光開始剤または開始剤のブレンドとしては、EM Chemicalsで販売されている2−ヒドロキシ−2−メチル−1−フェニル−プロパン−1−オン(Darocure 1173)、およびCiba−Geigy Corporation, Hawthorne, New Yorkにより販売されている2,2−ジメトキシ−2−フェニル−アセトール−フェノン(Irgacure 651)が挙げられる。本発明の目的のためには、組成物の全固形分に基づいて0.05〜5重量%の本明細書に記載の光開始剤が、組成物を硬化させるであろうことが見出された。
【0042】
促進過酸化物、アゾ化合物等のような当業者に既知の他の型のフリーラジカル発生体もまた用いてもよい。
【0043】
さらに、架橋剤が組成物に添加される場合、他の硬化方法が必要である可能性がある。例えば、反応性シラン架橋剤が添加される場合、組成物は、縮合反応を介して硬化することが可能であり、それには水分の存在を必要とする。水分は、コーティング溶液自体の中に存在してもよく、またはスチームにより、もしくは高湿度オーブン中で添加されてもよい。反応は、例えば140℃以下の温度でオーブン中で加熱することにより、熱の存在を通じて促進されてもよく、60℃〜120℃の温度がより好ましく、90℃〜110℃の温度が最も好ましい。加熱時間は、温度依存性であり、コーティングは、1〜10秒のうちに不粘着時間に到達するであろう。加熱工程は、溶媒を蒸発させ、シラノール基間の縮合反応を促進するのに役立つ。必要とされるさらなる硬化化学は、用いられる特定の架橋システムに依存し、それらは当該技術にて既知である。
【0044】
任意の添加物
必要とされるような様々な特性を改良するために、様々な任意の添加物を組成物に添加することができる。これらの添加物は、本明細書中に記載するようなバリアコーティングの性能を減少させない限りは、所望のように、いかなる量で添加してもよい。かかる添加物としては、ステアルアミド、オレアミドのような粘着防止および滑り助剤、またはエポキシド、アクリレート、メタクリレート、ポリオール、グリシドール、グリシジルメタクリレート、エチレングリコールジグリシジルエーテル、ビスフェノールAジグリシジルエーテルのような極性添加物、もしくはポリエチレンイミンなどのポリアミン、および他のシランが挙げられる。ポリエトキシル化フェノールのような湿潤剤もまた添加してもよい。
【0045】
好ましい実施形態
水(7g)およびイタコン酸(3.02g)を、攪拌しながらN−(イソプロポキシ、メトキシ)シリルプロピルポリエチレンイミン(2g)に添加し、これを15分間攪拌した。パートA8gをこの混合物に添加し、これを2時間攪拌する(ここで、パートAは、N−(イソプロポキシ、メトキシ)シリルプロピルポリエチレンイミン15g、イソプロピルアルコール74gおよびイタコン酸11gをともに混合することにより作製される)。コーティング、乾燥および硬化後、複合材の透過性は、51.6cc(乾燥)、17.1cc(80%RHにて)および26.1cc(湿潤)であると測定され、コーティング厚は、2.5μであると決定された。
【0046】
実施例
実験1〜10・・・ITAレベルを混合物中で一定に保っている1−6601/ITA(29:71(重量比))配合物へのA1170およびビスTMSEDA添加(ここで、ITAは、イタコン酸である)
実験1〜10では、(1−6601/A1170/ビスTMSEDA):ITA配合物を、全固形分30%で、29:71重量比で利用した。以下の実験すべてに用いた溶媒は、標準的な工業用グレードのイソプロパーノールおよび蒸留水であった。N−(イソプロポキシ、メトキシ)シリルプロピルポリエチレンイミン(イソプロピルアルコール中に固形分45%)(「1−6601」)を、Dow Corning Corporation(Midland, MI)から、ビス−(γ−トリメトキシシリルプロピル)アミン(SilquestA1170または「A1170」)を、Witcoから、ビス[(3−トリメトキシシリル)プロピル]エチレンジアミン(「ビスTMSEDA」)をGelestから、イタコン酸(「ITA」)を、Acros Chemicalsから得た。コーティング溶液はすべて、#18マイヤーロッド(Myer rod)を利用して、UCB Filmsから得られるコロナ処理した30μm厚の「Rayopp」延伸ポリプロピレンフィルムに塗布した。コーティングしたフィルムをオーブン中で60℃で10分間、および周囲条件下にてさらに2時間乾燥させた。次にコーティングし、乾燥したそのフィルムを、10メガラドおよび165KvにてEB機により「硬化」させた。
【0047】
cc/m2/24時間の単位で、各フィルムに関する酸素透過性値を測定して記録し、「乾燥」値は、MOCON Oxtran2/20シリーズを用いて、0%相対湿度で測定し、「湿潤」値は、90%相対湿度にて測定した。コーティングしたフィルムの幾つかはまた、80%RHでも評価した。MOCON機器は、Modern Controls Corporationから得た。比較のために、ポリエチレンベースフィルムは、測定したすべての相対湿度にて、1200/cc/m2/24時間の透過性を有していた。コーティング層厚は、走査電子顕微鏡法(SEM)を用いて測定した。
【0048】
実験1・・・A1170なし
水(7g)を、1−6601(3.86g)およびIPA(イソプロピルアルコール、4.87g)の溶液に添加し、この混合物を5分間攪拌した。イタコン酸(4.26g)をこの溶液に添加し、この混合物を2時間攪拌した。コーティング、乾燥および硬化後に、複合材の透過性は、107.5cc(乾燥)、53.3cc(80%RHにて)および650.6cc(湿潤)であると測定され、コーティング厚は、2.4μmであると決定された。
【0049】
実験2・・・1%A1170
1−6601(3.71g)およびIPA(4.6g)を10分間ともに撹拌した。水(7g)およびITA(4.21g)を上記混合物に添加し、これを15分間攪拌した。パートA0.48gをこの混合物に添加し、これを2時間攪拌した(ここで、パートAは、A1170 15g、IPA74gおよびITA11gをともに混合することにより作製された)。コーティング、乾燥および硬化後、複合材の透過性は、118.3cc(乾燥)、44.8cc(80%RHにて)および594.3cc(湿潤)であると測定され、コーティング厚は、2.35μmであると決定された。
【0050】
実験3・・・4%A1170
1−6601(3.33g)およびIPA(4g)を10分間ともに撹拌した。水(7g)およびITA(4.08g)を上記混合物に添加し、これを15分間攪拌した。パートA1.6gをこの混合物に添加し、これを2時間攪拌した(ここで、パートAは、A1170 15g、IPA74gおよびITA11gをともに混合することにより作製された)。コーティング、乾燥および硬化後、複合材の透過性は、121.6cc(乾燥)、25.2cc(80%RHにて)および424.9cc(湿潤)であると測定され、コーティング厚は、2.8μmであると決定された。
【0051】
実験4・・・10%A1170
1−6601(2.53g)およびIPA(2.65g)を10分間ともに撹拌した。水(7g)およびITA(3.82g)を上記混合物に添加し、これを15分間攪拌した。パートA4gをこの混合物に添加し、これを2時間攪拌した(ここで、パートAは、A1170 15g、IPA74gおよびITA11gをともに混合することにより作製された)。コーティング、乾燥および硬化後、複合材の透過性は、68.8cc(乾燥)、33.1cc(80%RHにて)および61.5cc(湿潤)であると測定され、コーティング厚は、2.2μmであると決定された。
【0052】
実験5・・・13%A1170
1−6601(2.13g)およびIPA(1.98g)を10分間ともに撹拌した。水(7g)およびITA(3.69g)を上記混合物に添加し、これを15分間攪拌した。パートA5.2gをこの混合物に添加し、これを2時間攪拌した(ここで、パートAは、A1170 15g、IPA74gおよびITA11gをともに混合することにより作製された)。コーティング、乾燥および硬化後、複合材の透過性は、37.9cc(乾燥)、27.4cc(80%RHにて)および85.4cc(湿潤)であると測定され、コーティング厚は、2.1μmであると決定された。
【0053】
実験6・・・16%A1170
1−6601(1.73g)およびIPA(1.31g)を10分間ともに撹拌した。水(7g)およびITA(3.56g)を上記混合物に添加し、これを15分間攪拌した。パートA6.4gをこの混合物に添加し、これを2時間攪拌した(ここで、パートAは、A1170 15g、IPA74gおよびITA11gをともに混合することにより作製された)。コーティング、乾燥および硬化後、複合材の透過性は、6.3cc(乾燥)、46.7cc(80%RHにて)および578.6cc(湿潤)であると測定され、コーティング厚は、1.7μmであると決定された。
【0054】
実験7・・・19%A1170
1−6601(1.33g)およびIPA(0.65g)を10分間ともに撹拌した。水(7g)およびITA(3.42g)を上記混合物に添加し、これを15分間攪拌した。パートA7.6gをこの混合物に添加し、これを2時間攪拌した(ここで、パートAは、A1170 15g、IPA74gおよびITA11gをともに混合することにより作製された)。コーティング、乾燥および硬化後、複合材の透過性は、4.2cc(乾燥)、136.2cc(80%RHにて)および792.1cc(湿潤)であると測定され、コーティング厚は、2.3μmであると決定された。
【0055】
実験8・・・4%ビスTMSEDA
1−6601(3.33g)およびIPA(4g)を10分間ともに撹拌した。水(7g)およびITA(4.08g)を上記混合物に添加し、これを15分間攪拌した。パートB1.6gをこの混合物に添加し、これを2時間攪拌した(ここで、パートBは、ビスTMSEDA24.2g、IPA64.8gおよびITA11gをともに混合することにより作製された)。コーティング、乾燥および硬化後、複合材の透過性は、77.8cc(乾燥)および472.1cc(湿潤)であると測定され、コーティング厚は、2.7μmであると決定された。
【0056】
実験9・・・10%ビスTMSEDA
1−6601(2.53g)およびIPA(2.65g)を10分間ともに撹拌した。水(7g)およびITA(3.82g)を上記混合物に添加し、これを15分間攪拌した。パートB4gをこの混合物に添加し、これを2時間攪拌した(ここで、パートBは、ビスTMSEDA24.2g、IPA64.8gおよびITA11gをともに混合することにより作製された)。コーティング、乾燥および硬化後、複合材の透過性は、33cc(乾燥)および332.9cc(湿潤)であると測定され、コーティング厚は、1.05μmであると決定された。
【0057】
実験10・・・19%ビスTMSEDA
1−6601(1.33g)およびIPA(0.65g)を10分間ともに混合した。水(7g)およびITA(3.42g)を上記混合物に添加し、これを15分間攪拌した。パートB7.6gをこの混合物に添加し、これを2時間攪拌した(ここで、パートBは、ビスTMSEDA24.2g、IPA64.8gおよびITA11gをともに混合することにより作製された)。コーティング、乾燥および硬化後、複合材の透過性は、7.9cc(乾燥)および209cc(湿潤)であると測定され、コーティング厚は、1.95μmであると決定された。
【0058】
実施例1〜10に関するバリアデータを表1にて以下に示す。
【表1】
【0059】
ここで、
1:OTRは、酸素透過速度または酸素気体透過性である。
2:OTR予測は、一般的複合材透過性の方程式:Tt/Pt=Ts/Ps+Tc/Pc(式中、Tは、μmでの厚さを指し、Pは、複合材(Tt、Pt)、基材(Ts、Ps)および接着剤(Tc、Pc)の透過係数を指す)を用いて計算した。基材OPPは、30μm厚であると測定され、90%RHで測定する場合には1238cc/m2/日のOTRを有する。
3:透過性が80%RHにて1266cc/m2/日であると測定された以外は、2と同じ。
4:透過性が0%RHにて1191cc/m2/日であると測定された以外は、2と同じ。
【0060】
上記表からわかるように、ビスシランを用いると、ビスシランを有さない対照を超える酸素透過性における実質的な改良が達成された。
【0061】
実験11〜14・・・ITAレベルを混合物中で一定に保っている1−6601/ITA(35:65(重量比))配合物へのA1170およびビスTMSEDA添加(ここで、ITAは、イタコン酸である)
実験11〜14では、(1−6601/A1170/ビスTMSEDA):ITA配合物を、全固形分30%で、35:65重量比で利用した。以下の実験すべてに用いた溶媒は、標準的な工業用グレードのイソプロパーノールおよび蒸留水であった。1−6601を、Dow Corning Corporation(Midland, MI)から、SilquestA1170を、Witcoから、ビスTMSEDAをGelestから、イタコン酸を、Acros Chemicalsから得た。コーティング溶液はすべて、#18マイヤーロッドを利用して、UCB Filmsから得られるコロナ処理した30μm厚の「Rayopp」延伸ポリプロピレンフィルムに塗布した。コーティングしたフィルムをオーブン中で60℃で10分間、および周囲条件下にてさらに2時間乾燥させた。次に乾燥したそのコーティングしたフィルムを、10メガラドおよび165KvにてEB機により「硬化」させた。
【0062】
実験11・・・A1170なし
水(7g)を、1−6601(4.67g)およびIPA(4.43g)の溶液に添加し、この混合物を5分間攪拌した。イタコン酸(3.9g)を溶液に添加し、この混合物を2時間攪拌した。コーティング、乾燥および硬化後に、複合材の透過性は、84.1cc(乾燥)、155.6cc(80%RHにて)および993.9cc(湿潤)であると測定され、コーティング厚は、2μmであると決定された。
【0063】
実験12・・・15%A1170
1−6601(2.67g)およびIPA(1.09g)を10分間ともに混合した。水(7g)およびITA(3.24g)を上記混合物に添加し、これを15分間攪拌した。パートA6gをこの混合物に添加し、これを2時間攪拌した(ここで、パートAは、A1170 15g、IPA74gおよびITA11gをともに混合することにより作製された)。コーティング、乾燥および硬化後、複合材の透過性は、559.7cc(湿潤)であると測定され、コーティング厚は、2.1μmであると決定された。
【0064】
実験13・・・20%A1170
水(7g)およびITA(3.02g)を、攪拌しながら1−6601(2g)に添加し、これを15分間攪拌した。パートA8gをこの混合物に添加し、これを2時間攪拌した(ここで、パートAは、A1170 15g、IPA74gおよびITA11gをともに混合することにより作製された)。コーティング、乾燥および硬化後、複合材の透過性は、51.6cc(乾燥)、17.1cc(80%RHにて)および26.1cc(湿潤)であると測定され、コーティング厚は、2.5μmであると決定された。
【0065】
実験14・・・20%ビスTMSEDA
水(7g)およびITA(3.02g)を、攪拌しながら1−6601(2g)に添加し、これを15分間攪拌した。パートB8gをこの混合物に添加し、これを2時間攪拌した(ここで、パートBは、ビスTMSEDA24.2g、IPA64.8gおよびITA11gをともに混合することにより作製された)。コーティング、乾燥および硬化後、複合材の透過性は、28cc(乾燥)および689.7cc(湿潤)であると測定され、コーティング厚は、1.4μmであると決定された。
【0066】
表2は、実験11〜14に関するバリアデータを示す。
【0067】
【表2】
【0068】
上記表からわかるように、ビスシランを用いると、ビスシランを有さない対照を超える酸素における実質的な改良が達成された。
Claims (17)
- エチレン性不飽和酸およびポリアミンであり任意にその中に反応した架橋剤を有するポリアミン、ならびにビスシランを含む組成物であって、前記ポリアミンは、4つまたはそれ以上のA、BまたはCユニット(ここで、
Aは、−R2−N(R1)2ユニットであり、Bは、−R1−N(R2−)2ユニットであり、Cは、(−R2)3N−ユニットである(式中、
R1は、独立して、水素、アルキル、置換アルキル、アリール、置換アリール、アリールアルキル、およびアルキルアリールから選択され、R2は、独立して、1〜18個の炭素原子を有する線状もしくは分岐状アルキレン基または置換アルキレン基、および6〜18個の炭素原子を有するアリーレン基または置換アリーレン基からなる群から選択される))
を有し、前記ビスシランは、下記式:
R3 bX3−bSi−Z−SiX3−bR3 b
(式中、Zは、R4NH(R4NH)pR4であり、R3はそれぞれ、炭化水素基であり、Xはそれぞれ、1〜4個の炭素原子を有するアルコキシ基、ハロゲン基、オキシム基またはアシルオキシ基であり、R4はそれぞれ、1〜12個の炭素原子を有する二価の炭化水素基であり、bは、0〜3であり、pは、0または1である)
を有する組成物。 - 水、アルコール、モノおよびポリグリコールのエーテル誘導体、ならびにそれらの混合物からなる群から選択される溶媒をさらに含む、請求項1に記載の組成物。
- 前記エチレン性不飽和酸が、イタコン酸、フマル酸、マレイン酸、シトラコン酸、アクリル酸、メタクリル酸、およびケイ皮酸、イタコン酸モノメチルエステル、ビニルホスホン酸、メサコン酸、ソルビン酸、およびビニルスルホン酸、ならびにそれらの混合物からなる群から選択される、請求項1に記載の組成物。
- 前記ビスシランが、ビス−(γ−トリメトキシシリルプロピル)アミンまたは(ビス−[(3−トリメトキシシリル)プロピル]エチレンジアミン)である、請求項1に記載の組成物。
- 前記ポリアミンが、600〜25,000の範囲内の分子量を有するポリエチレンイミンである、請求項1に記載の組成物。
- 前記ポリアミン上の窒素原子と、前記エチレン性不飽和酸上の酸基とのモル比が、10:1〜1:100である、請求項1に記載の組成物。
- 前記組成物が、ポリオレフィン、延伸ポリプロピレン、キャストポリプロピレン、ポリエチレンおよびポリエチレンコポリマー,ポリスチレン、ポリエステル、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリオレフィンコポリマー、エチレン酢酸ビニル、エチレンアクリル酸、エチレンビニルアルコール、ポリビニルアルコールおよびそれらのコポリマー、ポリアミド、ナイロン、およびMXD6、ポリイミド、ポリアクリロニトリル、ポリ塩化ビニル、ポリ二塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリアクリレート、アイオノマー、多糖、再生セルロース、シリコーン、ゴムまたはシーラント、天然または合成ゴム、グラシンまたはクレー被覆紙、板紙、クラフト紙、金属化フィルム、および蒸着酸化金属被覆ポリマーフィルムからなる群から選択される基材上にコーティングされる、請求項1に記載の組成物。
- 前記コーティングされた組成物が、積層体を形成するための1つまたはそれ以上のさらなる基材上に配置され、前記さらなる基材(複数可)は、任意に下塗りされる、請求項7に記載の組成物。
- 前記積層品を形成するのに用いられる1つまたはそれ以上の前記さらなる基材が、ポリオレフィン、延伸ポリプロピレン、キャストポリプロピレン、ポリエチレンおよびポリエチレンコポリマー、ポリスチレン、ポリエステル、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリオレフィンコポリマー、エチレン酢酸ビニル、エチレンアクリル酸、エチレンビニルアルコール、ポリビニルアルコールおよびそれらのコポリマー、ポリアミド、ナイロン、およびMXD6、ポリイミド、ポリアクリロニトリル、ポリ塩化ビニル、ポリ二塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリアクリレート、アイオノマー、多糖、再生セルロース、シリコーン、ゴムまたはシーラント、天然または合成ゴム、グラシンまたはクレー被覆紙、板紙、クラフト紙、金属化フィルム、および蒸着酸化金属被覆ポリマーフィルムからなる群から選択される、請求項8に記載の組成物。
- 前記下塗剤が、シラン、ポリエチレンイミンおよびカルボジイミドからなる群から選択される、請求項8に記載の組成物。
- 前記架橋剤が存在し、それは、一般式QSiRm(OR)3−m(式中、Qは、アクリレート、アルデヒド、メタクリレート、アクリルアミド、メタクリルアミド、イソシアネート、イソチオシアネート、酸無水物、エポキシド、酸塩化物、線状または分岐状ハロゲン化アルキル、およびハロゲン化アリールからなる群から選択される基を含有し、mは、1、2、または3であり、Rは、1〜4個の炭素原子を有する基である)を有する反応性シランであり、前記組成物は、任意に中和されている、請求項1に記載の組成物。
- 前記コーティングされた基材は、水分の存在下にて加熱される、請求項7に記載の組成物。
- (I)エチレン性不飽和酸、ビスシラン、およびポリアミンであり任意にその中に反応した架橋剤を有するポリアミン(ここで、前記ポリアミンは、4つまたはそれ以上のA、BまたはCユニット(ここで、
Aは、−R2−N(R1)2ユニットであり、Bは、−R1−N(R2−)2ユニットであり、Cは、(−R2)3N−ユニットである(式中、
R1は、独立して、水素、アルキル、置換アルキル、アリール、置換アリール、アリールアルキル、およびアルキルアリールから選択され、R2は、独立して、1〜18個の炭素原子を有する線状もしくは分岐状アルキレン基または置換アルキレン基、および6〜18個の炭素原子を有するアリーレン基または置換アリーレン基からなる群から選択される))
を有し、前記ビスシランは、下記式:
R3 bX3−bSi−Z−SiX3−bR3 b
(式中、Zは、R4NH(R4NH)pR4であり、R3はそれぞれ、炭化水素基であり、Xはそれぞれ、1〜4個の炭素原子を有するアルコキシ基、ハロゲン原子、オキシム基またはアシルオキシ基であり、R4はそれぞれ、1〜12個の炭素原子を有する二価の炭化水素基であり、bは、0〜3であり、pは、0または1である)
を有する)を混合する工程と、
(II)工程(I)の混合物で基材をコーティングする工程と、
(III)フリーラジカル反応を開始するために、工程(II)のコーティングされた基材を処理する工程
とを含む方法。 - 前記フリーラジカル反応が、任意的に光開始剤の存在下にて、電子線照射、γ線照射または紫外線照射により開始されるか、または前記フリーラジカル反応は、フリーラジカル発生体の存在下にて熱的に開始される、請求項13に記載の方法。
- 工程(II)の前記コーティングされた基材が加熱される、請求項13に記載の方法。
- 前記架橋剤が存在し、それは有機架橋剤である、請求項13に記載の組成物。
- 包装容器の不可欠部分を形成する少なくとも1つのバリア層を含む改良された包装容器であって、前記バリア層は、請求項13に記載の方法により形成される包装容器。
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