JP2006312313A - 積層構造体 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ビニルエステル系モノマーと一般式(1)で示される化合物との共重合体をケン化して得られる側鎖1,2−ジオール構造を含有するポリビニルアルコール系樹脂(A)を含有する層と、熱可塑性樹脂(B)を含有する層を有してなる。
【化1】
[式中、R1、R2、及びR3はそれぞれ独立して水素または有機基を示し、Xは単結合または結合鎖を示し、R4、R5、及びR6はそれぞれ独立して水素原子または有機基を示し、R7及びR8はそれぞれ独立して水素原子またはR9−CO−(式中、R9はアルキル基である)を示す]
【選択図】なし
Description
なお、式中のR1、R2、及びR3はそれぞれ独立して水素または有機基を示し、Xは単結合、すなわちビニル構造部分の炭素と1,2−ジオール構造部分の炭素が直接結合したもの、または結合鎖を示し、R4、R5、及びR6はそれぞれ独立して水素原子または有機基を示し、R7及びR8はそれぞれ独立して水素原子またはR9−CO−(式中、R9はアルキル基である)である。
すなわち、側鎖の1,2−ジオール構造によってPVA系樹脂の結晶性が阻害され、融点を下げることで熱分解温度よりはるか低温で安定して溶融成形することが可能になり、さらに、かかる1,2−ジオール構造を導入するためのコモノマーとして一般式(1)で示される化合物を用いたことにより、積層構造体としたときに隣接する層との接着性が改善され、その結果、延伸や繰り返し屈曲による層間剥離が起こらず、優れた外観やガスバリヤー性を有する積層構造体が得られたものである。
本発明で用いられる側鎖に1,2−ジオール構造を含有するPVA系樹脂(A)は、ビニルエステル系モノマーと下記一般式(1)で示される化合物との共重合体をケン化して得られたPVA系樹脂である。
なお、式中のR1、R2、及びR3はそれぞれ独立して水素または有機基を示し、Xは単結合、すなわちビニル構造部分の炭素と1,2−ジオール構造部分の炭素が直接結合したもの、または結合鎖を示し、R4、R5、及びR6はそれぞれ独立して水素原子または有機基を示し、R7及びR8はそれぞれ独立して水素原子またはR9−CO−(式中、R9はアルキル基である)である。
なお、一般式(1)で示される化合物中のR1、R2、R3、およびR4、R5、R6は代表的には水素であり、本発明の効果を阻害しない範囲であればアルキル基等の有機基であってもよい。
かかる不飽和モノマーとしては、例えばエチレンやプロピレン、イソブチレン、α−オクテン、α−ドデセン、α−オクタデセン等のオレフィン類、アクリル酸、メタクリル酸、クロトン酸、マレイン酸、無水マレイン酸、イタコン酸等の不飽和酸類、その塩、モノエステル、あるいはジアルキルエステル、アクリロニトリル、メタアクリロニトリル等のニトリル類、ジアセトンアクリルアミド、アクリルアミド、メタクリルアミド等のアミド類、エチレンスルホン酸、アリルスルホン酸、メタアリルスルホン酸等のオレフィンスルホン酸類あるいはその塩、アルキルビニルエーテル類、ジメチルアリルビニルケトン、N−ビニルピロリドン、塩化ビニル等のビニル化合物、酢酸イソプロペニル、1−メトキシビニルアセテート等の置換酢酸ビニル類、塩化ビニリデン、1,4−ジアセトキシ−2−ブテン、、ビニルエチレンカーボネート、グリセリンモノアリルエーテル、ビニレンカーボネート、アセトアセチル基含有モノマー等が挙げられる。
又、重合温度を100℃以上にすることにより、PVA主鎖中に1,2−ジオール結合を1.6〜3.5モル%程度導入したものを使用することが可能である。
共重合時のモノマー成分の仕込み方法としては特に制限されず、一括仕込み、分割仕込み、連続仕込み等任意の方法が採用されるが、一般式(1)で示される化合物に由来する構造単位がポリビニルエステル系ポリマーの分子鎖中に均一に分布させられる点や、重合物中の未反応モノマーの残存を極力低減する意味から滴下重合が好ましく、特にはHANNA法に基づく重合方法が好ましい。
溶媒の使用量は、目的とする共重合体の重合度に合わせて溶媒の連鎖移動定数を考慮して適宜選択すればよく、例えば、溶媒がメタノールの時はS(溶媒)/M(モノマー)=0.01〜10(重量比)、好ましくは0.05〜3(重量比)程度の範囲から選択される。
また、共重合反応の反応温度は使用する溶媒や圧力により30℃〜沸点程度で行われ、より具体的には35〜150℃、好ましくは40〜75℃の範囲で行われる。
また、ケン化反応の反応温度は特に限定されないが、10〜60℃が好ましく、より好ましくは20〜50℃である。
なお、本発明のPVA系樹脂(A)は、ケン化時にビニルエステル系モノマーのエステル部分と式一般(1)で示される化合物のアシロキシ部分を同時に水酸基へ変換することによって製造される。
なお、本発明におけるケン化度とは、ビニルエステルモノマーのエステル部分と一般式(1)で示される化合物に由来する構造単位中のアシロキシ部分との総量の水酸基への変化率(モル%)で表示される。
更に、諸特性を大幅に損なわない範囲で、他の熱可塑性樹脂や添加剤を配合することも可能で、熱可塑性樹脂としては、MXD−6ナイロン、ポリカーボネート、ポリアリレート、液晶ポリマー等が挙げられる。
また、本発明の積層構造体の各層には、成形加工性や諸物性の向上のために、前述の各種添加剤や改質剤、充填材、他樹脂等を本発明の効果を阻害しない範囲で添加することもできる。
延伸が終了した後、次いで熱固定を行うことも好ましい。熱固定は周知の手段で実施可能であり、上記延伸フィルムを緊張状態を保ちながら50〜170℃、好ましくは70〜160℃で2〜600秒間程度熱処理を行う。
なお、例中「部」、「%」とあるのは、断りのない限り重量基準を意味する。
[PVA系樹脂(A1)の製造]
還流冷却器、滴下漏斗、撹拌機を備えた反応缶(1m3)に、酢酸ビニル250kg、メタノール250kg、3,4−ジアセトキシ−1−ブテン23.76kgを仕込み、アゾビスイソブチロニトリルを0.09モル%(対仕込み酢酸ビニル)投入し、撹拌しながら窒素気流下で温度を上昇させ、重合を開始した。その後、3,4−ジアセトキシ−1−ブテンの20%メタノール溶液をHANNA法に従って10時間かけて33.10 kg滴下し、酢酸ビニルの重合率が95%となった時点で、重合禁止剤としてm−ジニトロベンゼン10ppm(対仕込み酢酸ビニル)を加え、重合を終了した。続いて、メタノール蒸気を吹き込む方法により未反応の酢酸ビニルモノマーを系外に除去し共重合体のメタノール溶液を得た。
次いで、該溶液をメタノールで希釈して濃度40%に調整してニーダーに仕込み、溶液温度を40℃に保ちながら、水酸化ナトリウムの2%メタノール溶液を共重合体中の酢酸ビニル及び3,4−ジアセトキシ−1-ブテンの合計量1モルに対して8ミリモルとなる割合で加えてケン化を行った。ケン化が進行すると共にケン化物が析出して、粒子状となった時点で濾別し、メタノールでよく洗浄して熱風乾燥機中で乾燥し、PVA系樹脂(A1)を得た。
得られたPVA系樹脂(A1)のケン化度は、残存酢酸ビニル及び残存3,4−ジアセトキシ−1−ブテンの加水分解に要するアルカリ消費量で分析を行ったところ99.0モル%であり、平均重合度はJIS K6726に準じて分析を行ったところ500であった。また、1,2−ジオール構造を含有する側鎖の導入量は、1H−NMR(内部標準:テトラメチルシラン、溶媒:DMSO−d6)で測定して算出したところ6モル%であり、融点は185℃であった。
得られたPVA系樹脂(A1)を2軸同方向押出機に供給し、以下の条件でペレット化を行った。
スクリュー内径 30mm
L/D 30
スクリュー回転数 100rpm
押出温度 C1:185℃
C2:195℃
C3:195℃
C4:190℃
H(ヘッド):190℃
D(ダイ):190℃
得られたPVA系樹脂(A1)ペレット、および熱可塑性樹脂(B)として直鎖状低密
度ポリエチレン(MFR1.5g/10分(190℃、2160g)、密度0.920g/cm3)および接着性樹脂として無水マレイン酸変性直鎖状低密度ポリエチレン(MFR
2.0g/10分(190℃、2160g))をもちい、これらを5層の多層Tダイを備え
た多層押出装置に供給して、熱可塑性樹脂(B)層/接着性樹脂層/PVA系樹脂(A1
)層/接着性樹脂層/熱可塑性樹脂(B)層(厚み80/20/40/20/80μm)
の層構成を有する積層構造体を得た。成形条件は以下の通り。
スクリュー内径 40mm〔熱可塑性樹脂(B)、PVA系樹脂(A1)〕
30mm〔接着性樹脂〕
L/D 25
スクリュー圧縮比 3.2
スクリュー回転数 40rpm〔熱可塑性樹脂(B)〕
20rpm〔PVA系樹脂(A1)、接着性樹脂〕
ダイ 5層コンバイニングアダプター付きTダイ
ダイ幅 450mm
押出温度 C1:180℃〔PVA系樹脂(A1)〕
C2:198℃〔〃〕
C3:198℃〔〃〕
C4:198℃〔〃〕
C1:190℃〔熱可塑性樹脂(B)、接着性樹脂〕
C2:200℃〔〃〕
C3:210℃〔〃〕
C4:210℃〔〃〕
A(アダプター):200℃
D(ダイ):200℃
上記条件でロングラン成形を行い、得られた積層構造体の外観およびダイリップ付近の状況を目視観察して、以下の基準で評価を行った。結果を表1に示す。
(外観)
◎・・・2日以上成形を行ってもゲルの発生が認められない
○・・・1日以上、2日未満の成形でゲルの発生が認められた
△・・・3時間以上、1日未満の成形でゲルの発生が認められた
×・・・3時間未満の成形でゲルの発生が認められた
(目やに)
◎・・・3日以上成形を行っても目やにが認められない
○・・・2日以上、3日未満の成形で目やにが認められた
△・・・3時間以上、2日未満の成形で目やにが認められた
×・・・3時間未満の成形で目やにが認められた
得られた積層構造体の流れ方向(MD)に平行に短冊状の試験片(幅15mm、長さ150mm)を切り出し、23℃、50%RHの雰囲気下で、島津製作所社製『オートグラフIS−5000』を用い、PVA系樹脂(A1)層と接着性樹脂層との層間剥離強度(g/15mm)をTピール法(剥離速度200mm/分)にて測定した。結果を表1に示す。
得られた積層構造体を100℃で5分間予熱し、同じ温度で、延伸速度100mm/秒、縦方向6倍、横方向6倍の同時ニ軸延伸を行い、延伸の後、100℃で5分間の熱固定を行って、多層延伸フィルムを得た。得られた多層延伸フィルムの外観を目視観察し、以下の基準で評価を行った。結果を表1に示す。
(外観)
◎・・・平滑かつ透明である
×・・・白化あるいはフィブリル化が認められる
(延伸むら)
◎・・・スジが認められない
○・・・スジが1〜2本認められた
×・・・3本以上のスジが認められた
得られた多層延伸フィルムの酸素透過度を、MOCON社製『OXTRAN2/20』を用い、20℃、65%RHの条件下で測定した。結果を表1に示す。
得られた多層延伸フィルムから21cm×30cmの試験片を50枚切り出し、20℃、65%RHで5日間調湿した後、理学工業社製『ゲルボフレックステスター』を用い、屈曲試験後の酸素透過度が急激に大きくなるまでの回数を測定し、以下の基準で評価した。結果を表1に示す。
◎・・・2000回以上
○・・・1000回以上、2000回未満
×・・・1000回未満
還流冷却器、滴下漏斗、撹拌機を備えた反応缶(1m3)に、酢酸ビニル400kg、メタノール20kg、3,4−ジアセトキシ−1−ブテン38.02kgを仕込み、アゾビスイソブチロニトリルを0.04モル%(対仕込み酢酸ビニル)投入し、撹拌しながら窒素気流下で温度を上昇させ、重合を開始した。その後、3,4−ジアセトキシ−1−ブテンの20%メタノール溶液をHANNA法に従って11時間かけて52.83kg滴下し、酢酸ビニルの重合率が95%となった時点で、重合禁止剤としてm−ジニトロベンゼン10ppm(対仕込み酢酸ビニル)を加え、重合を終了した。続いて、メタノール蒸気を吹き込む方法により未反応の酢酸ビニルモノマーを系外に除去し共重合体のメタノール溶液を得た。
次いで、該溶液をメタノールで希釈して濃度40%に調整してニーダーに仕込み、溶液温度を40℃に保ちながら、水酸化ナトリウムの2%メタノール溶液を共重合体中の酢酸ビニル及び3,4−ジアセトキシ−1-ブテンの合計量1モルに対して9ミリモルとなる割合で加えてケン化を行った。ケン化が進行すると共にケン化物が析出して、粒子状となった時点で濾別し、メタノールでよく洗浄して熱風乾燥機中で乾燥し、PVA系樹脂(A2)を得た。
得られたPVA系樹脂(A2)のケン化度は、残存酢酸ビニル及び残存3,4−ジアセトキシ−1−ブテンの加水分解に要するアルカリ消費量で分析を行ったところ99.5モル%であり、平均重合度はJIS K6726に準じて分析を行ったところ1100であった。また、1,2−ジオール構造を含有する側鎖の導入量は、1H−NMR(内部標準:テトラメチルシラン、溶媒:DMSO−d6)で測定して算出したところ6モル%であり、融点は190℃であった。
かかるPVA系樹脂(A2)を用い、実施例1と同様にして積層構造体を得て、同様に評価を行った。結果を表1に示す。
還流冷却器、滴下漏斗、撹拌機を備えた反応缶(1m3)に、酢酸ビニル260kg、メタノール52kg、3,4−ジアセトキシ−1−ブテン15.08kgを仕込み、アゾビスイソブチロニトリルを0.06モル%(対仕込み酢酸ビニル)投入し、撹拌しながら窒素気流下で温度を上昇させ、重合を開始した。その後、3,4−ジアセトキシ−1−ブテンの20%メタノール溶液をHANNA法に従って11時間かけて28.7kg滴下し、酢酸ビニルの重合率が95%となった時点で、重合禁止剤としてm−ジニトロベンゼン10ppm(対仕込み酢酸ビニル)を加え、重合を終了した。続いて、メタノール蒸気を吹き込む方法により未反応の酢酸ビニルモノマーを系外に除去し共重合体のメタノール溶液を得た。
次いで、該溶液をメタノールで希釈して濃度40%に調整してニーダーに仕込み、溶液温度を40℃に保ちながら、水酸化ナトリウムの2%メタノール溶液を共重合体中の酢酸ビニル及び3,4−ジアセトキシ−1-ブテンの合計量1モルに対して8ミリモルとなる割合で加えてケン化を行った。ケン化が進行すると共にケン化物が析出して、粒子状となった時点で濾別し、メタノールでよく洗浄して熱風乾燥機中で乾燥し、PVA系樹脂(A3)を得た。
得られたPVA系樹脂(A3)のケン化度は、残存酢酸ビニル及び残存3,4−ジアセトキシ−1−ブテンの加水分解に要するアルカリ消費量で分析を行ったところ97.2モル%であり、平均重合度はJIS K6726に準じて分析を行ったところ1000であった。また、1,2−ジオール構造を含有する側鎖の導入量は、1H−NMR(内部標準:テトラメチルシラン、溶媒:DMSO−d6)で測定して算出したところ4.0モル%であり、融点は182℃であった。
かかるPVA系樹脂(A3)を用い、実施例1と同様にして積層構造体を得て、同様に評価を行った。結果を表1に示す。
還流冷却器、滴下漏斗、撹拌機を備えた反応缶(1m3)に、酢酸ビニル260kg、メタノール78.0kg、3,4−ジアセトキシ−1−ブテン20.81kgを仕込み、アゾビスイソブチロニトリルを0.06モル%(対仕込み酢酸ビニル)投入し、撹拌しながら窒素気流下で温度を上昇させ、重合を開始した。その後、3,4−ジアセトキシ−1−ブテンの20%メタノール溶液をHANNA法に従って11時間かけて31.75kg滴下し、酢酸ビニルの重合率が95%となった時点で、重合禁止剤としてm−ジニトロベンゼン10ppm(対仕込み酢酸ビニル)を加え、重合を終了した。続いて、メタノール蒸気を吹き込む方法により未反応の酢酸ビニルモノマーを系外に除去し共重合体のメタノール溶液を得た。
次いで、該溶液をメタノールで希釈して濃度40%に調整してニーダーに仕込み、溶液温度を40℃に保ちながら、水酸化ナトリウムの2%メタノール溶液を共重合体中の酢酸ビニル及び3,4−ジアセトキシ−1-ブテンの合計量1モルに対して9ミリモルとなる割合で加えてケン化を行った。ケン化が進行すると共にケン化物が析出して、粒子状となった時点で濾別し、メタノールでよく洗浄して熱風乾燥機中で乾燥し、PVA系樹脂(A4)を得た。
得られたPVA系樹脂(A4)のケン化度は、残存酢酸ビニル及び残存3,4−ジアセトキシ−1−ブテンの加水分解に要するアルカリ消費量で分析を行ったところ99.6モル%であり、平均重合度はJIS K6726に準じて分析を行ったところ800であった。また、1,2−ジオール構造を含有する側鎖の導入量は、1H−NMR(内部標準:テトラメチルシラン、溶媒:DMSO−d6)で測定して算出したところ5モル%であり、融点は192℃であった。
かかるPVA系樹脂(A4)を用い、実施例1と同様にして積層構造体を得て、同様に評価を行った。結果を表1に示す。
実施例3のPVA系樹脂(A3)の製造において、ケン化時の水酸化ナトリウムの2%メタノール溶液の添加量を、共重合体中の酢酸ビニル及び3,4−ジアセトキシ−1-ブテンの合計量1モルに対して5ミリモルとした以外は実施例3と同様にしてPVA系樹脂(A5)を得た。
得られたPVA系樹脂(A5)のケン化度は、残存酢酸ビニル及び残存3,4−ジアセトキシ−1−ブテンの加水分解に要するアルカリ消費量で分析を行ったところ90モル%であり、平均重合度はJIS K6726に準じて分析を行ったところ1000であった。また、1,2−ジオール構造を含有する側鎖の導入量は、1H−NMR(内部標準:テトラメチルシラン、溶媒:DMSO−d6)で測定して算出したところ4モル%であり、融点は163℃であった。
かかるPVA系樹脂(A5)を用い、実施例1と同様にして積層構造体を得て、同様に評価を行った。結果を表1に示す。
還流冷却器、滴下漏斗、撹拌機を備えた反応缶(1m3)に、酢酸ビニル260kg、メタノール10.4kg、3,4−ジアセトキシ−1−ブテン59.59kgを仕込み、アゾビスイソブチロニトリルを0.10モル%(対仕込み酢酸ビニル)投入し、撹拌しながら窒素気流下で温度を上昇させ、重合を開始した。その後、3,4−ジアセトキシ−1−ブテンの20%メタノール溶液をHANNA法に従って12時間かけて87.58kg滴下し、酢酸ビニルの重合率が95%となった時点で、重合禁止剤としてm−ジニトロベンゼン10ppm(対仕込み酢酸ビニル)を加え、重合を終了した。続いて、メタノール蒸気を吹き込む方法により未反応の酢酸ビニルモノマーを系外に除去し共重合体のメタノール溶液を得た。
次いで、該溶液をメタノールで希釈して濃度40%に調整してニーダーに仕込み、溶液温度を40℃に保ちながら、水酸化ナトリウムの2%メタノール溶液を共重合体中の酢酸ビニル及び3,4−ジアセトキシ−1-ブテンの合計量1モルに対して8ミリモルとなる割合で加えてケン化を行った。ケン化が進行すると共にケン化物が析出して、粒子状となった時点で濾別し、メタノールでよく洗浄して熱風乾燥機中で乾燥し、PVA系樹脂(A4)を得た。
得られたPVA系樹脂(A4)のケン化度は、残存酢酸ビニル及び残存3,4−ジアセトキシ−1−ブテンの加水分解に要するアルカリ消費量で分析を行ったところ99.8モル%であり、平均重合度はJIS K6726に準じて分析を行ったところ500であった。また、1,2−ジオール構造を含有する側鎖の導入量は、1H−NMR(内部標準:テトラメチルシラン、溶媒:DMSO−d6)で測定して算出したところ12モル%であり、DSCのセカンドランによる融点ピークは存在しない。
かかるPVA系樹脂(A4)を用い、実施例1と同様にして積層構造体を得て、同様に評価を行った。結果を表1に示す。
PVA系樹脂(A2)に第二リン酸カリウム150ppm、酢酸カリウム150ppmを加え、実施例1と同様にペレット化を行い、同様に積層構造体を得て、評価を行った。結果を表1に示す。
実施例1において、PVA系樹脂(A1)に替えてケン化度99.0モル%、平均重合度1100、融点230℃の未変性PVAを用い、実施例1と同様にして積層構造体を得て、同様に評価を行った。結果を表1に示す。
ただし、ガスバリア性については、延伸時にクラックが生じたため測定不能であった。
なお、ペレット化および積層構造体の製造における押出温度条件は、PVA系樹脂の融点に応じて下記のように条件を変更して行った。
[ペレット化]
押出温度 C1:220℃
C2:225℃
C3:230℃
C4:230℃
H(ヘッド):220℃
D(ダイ):220℃
[積層構造体の製造]
押出温度 C1:220℃〔PVA系樹脂(A5)〕
C2:198℃〔〃〕
C3:198℃〔〃〕
C4:198℃〔〃〕
A(アダプター):200℃
D(ダイ):200℃
Claims (12)
- 一般式(1)で示される化合物が、3,4−ジアシロキシ−1−ブテンであることを特徴とする請求項1記載の積層構造体。
- ポリビニルアルコール系樹脂(A)の融点が200℃以下であるか、または無定形であることを特徴とする請求項1または2記載の積層構造体。
- ポリビニルアルコール系樹脂(A)中の1,2−ジオール構造を含有する構造単位の含有量が、全ビニル構造単位に対して4〜15モル%であることを特徴とする請求項1〜3いずれか記載の積層構造体。
- ポリビニルアルコール系樹脂(A)のケン化度が95モル%以上であることを特徴とする請求項1〜4いずれか記載の積層構造体。
- ポリビニルアルコール系樹脂(A)を含有する層が、さらにアルカリ金属塩および/またはアルカリ土類金属塩を含有することを特徴とする請求項1〜5いずれか記載の積層構造体。
- アルカリ金属塩および/またはアルカリ土類金属塩の含有量が、ポリビニルアルコール系樹脂(A)に対して5〜3000ppmであることを特徴とする請求項6記載の積層構造体。
- 熱可塑性樹脂(B)がポリオレフィン系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリエステル系樹脂からなる群より選ばれる少なくとも1種であることを特徴とする請求項1〜7いずれか記載の積層構造体。
- 中間層がポリビニルアルコール系樹脂(A)を含有する層であり、両外層が熱可塑性樹脂(B)を含有する層であることを特徴とする請求項1〜8いずれか記載の積層構造体。
- ポリビニルアルコール系樹脂(A)を含有する層と熱可塑性樹脂(B)を含有する層の間に、接着性樹脂層が設けられてなることを特徴とする請求項1〜9いずれか記載の積層構造体。
- 共押出成形によって得られたことを特徴とする請求項1〜10いずれか記載の積層構造体。
- 少なくとも一軸方向に延伸されてなることを特徴とする請求項1〜11いずれか記載の積層構造体。
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