JP2009527347A - ヒートシール可能な、水性分散液からの組成物 - Google Patents

Abstract

（Ａ）エチレン−酸コポリマー；（Ｂ）中和剤；及び（Ｃ）水を含み、該中和剤が成分（Ａ）中のカルボキシル基の５５重量％より多くを中和するために十分な量で存在する、分散液が開示される。また、（Ａ）エチレン−酸コポリマー；（Ｂ）ｐＫＡが約１０以上の強塩基；（Ｃ）水を含み、該強塩基が唯一の中和剤であって、成分（Ａ）中のカルボキシル基の５５重量％より多くを中和するために十分な量で存在する、分散液も開示される。

Description

関連出願の相互参照
本出願は、その開示が参照により本明細書に組み込まれる、２００６年２月１７日出願の米国特許仮出願第６０／７７４，９３３号に対し優先権を主張する。

本発明は、一般に、ヒートシール可能な配合物として有用な水性分散液及び分散配合物に関する。

分散液から得られるコーティングの特定の使途の一つに、包装及び貯蔵容器用途がある。実用的なものとするために、性能特性のバランス、例えば低いヒートシール開始温度、高い熱間接着強度、広いホットシールウインドウ、良好な層間接着、及び高い軟化点が望ましい。

バランスのとれたシーラント性が商業的に重要であることは十分に理解されているところである。すなわち、シール速度の改善及びエネルギー利用の低減のために、ヒートシール開始温度の低いことが重要である。広いシールウインドウは、パッケージの統合性、シール装備の柔軟性及びパッケージのリーク率の低さを保証するために重要である。

米国特許第６，８５２，７９２号及び同第５，４１９，９６０号は、ヒートシール可能な配合物を配合するための先行技術組成物を開示している。これらの特許は参照によりその全文が本明細書に組み込まれる。

良好な層間接着も、良好なパッケージまたは容器の美学と同様に良好なパッケージ統合性のために重要である。ホットフィル適用の際など高温で物品がパッケージされる場合には、高い軟化点または軟化温度が望ましい。伝統的に、バランスのとれたシーラント性を達成しようとする場合、１種類の特定の樹脂特性を向上させるには別の重要な特性に対して何らかの犠牲が必要とされてきた。

例えば、エチレンα−オレフィンポリマーを用いて、低いヒートシール開始温度は、一般に樹脂のコモノマー含量を増加させることにより達成される。逆に、高いビカー軟化点及び低レベルのｎ−ヘキサン抽出物は、一般に樹脂のコモノマー含量を低下させることにより達成される。よって、ヒートシール開始温度を低下させると、一般に、比例的に減少したビカー軟化温度及び比例的に増加した抽出レベルが結果的にもたらされる。本発明の譲受人に譲渡し、参照によりその全文が本明細書に明確に組み込まれる、米国特許第５，８７４，１３９号は、包装適用時のポリオレフィンの総合的な考察を提供する。

いくつかの重要な多層包装及び貯蔵構造は、ポリプロピレン層、特に、２軸延伸ポリプロピレンホモポリマー（ＢＯＰＰ）ベースまたはコア層からなる。多くの場合、ＢＯＰＰ構造はポリプロピレンコポリマー及びターポリマーをシーラント材料（及び／または接着剤層）として利用してＢＯＰＰベース層との良好な層間接着を確保する。ポリプロピレンコポリマー及びターポリマーは実際にＢＯＰＰベース層との良好な層間接着ならびに良好なヒートシール強度性能をもたらすが、これらのコポリマー及びターポリマーは望ましくない高いヒートシール開始温度を示すことがある。

その他の材料も多層包装及び貯蔵構造のためのシーラント材料として使用されている。しかし、概して、公知のシーラント材料は、所望の全体的な特性のバランス及び／または加工業者及び包装者の望む加工の柔軟性をもたらさない。

一態様では、本明細書に開示される実施形態は、（Ａ）エチレン−酸コポリマー；（Ｂ）中和剤；及び（Ｃ）水を含み、中和剤は、成分（Ａ）中のカルボキシル基の８０重量％より多くを中和するために十分な量で存在する、分散液に関する。

別の態様では、本明細書に開示される実施形態は、（Ａ）エチレン−酸コポリマー；（Ｂ）ｐＫＡが約１０又はそれ以上の強塩基；及び（Ｃ）水を含み、前記強塩基は唯一の中和剤であり、成分（Ａ）中のカルボキシル基の５５重量％より多くを中和するために十分な量で存在する、分散液に関する。

別の態様では、本発明は、２０重量％より多くの固体を有し、５５重量％より多くが中和されている、粘度１０００ｃｐｓ未満の、そして弱塩基を処理のどの工程にも必要とせずに強塩基（１０より大きいｐＫａ）で直接中和することにより調製される、エチレンアクリル酸もしくはメタクリル酸コポリマー水性分散液に関する。

本発明のその他の態様及び利点は以下の説明及び添付の請求項から明らかとなる。

本発明の実施形態は、水性分散液、及び、ヒートシール可能な組成物として有用な水性分散液から製造された配合物に関する。本発明の実施形態で使用される分散液は、水、（Ａ）エチレン−酸コポリマー、及び（Ｂ）中和剤を含み、前記中和剤は、成分（Ａ）中のカルボキシル基の８０重量％より多くを中和するために十分な量で存在する。これらは下でより詳細に考察される。

ベースポリマー

本発明によれば、ポリマーフィルム、例えば、配向ポリプロピレンなどの支持体が、例えば、ポリマーの重量に基づいて約６５〜９５重量％のエチレンと約５〜３５重量％のアクリル酸もしくはメタクリル酸（「エチレン−酸コポリマー」）のコポリマーを含み、かつ、例えば、約８０％より多いカルボキシル基が周期表のＩａ、ＩＩａ、またはＩＩｂ族（ＣＡＳ版）の金属イオンで中和されている、組成物で被覆されている塗布フィルムが提供される。

本発明の組成物に用いられるエチレン−酸コポリマーは、例えば、約６５〜９５重量％、好ましくは、約７５〜８５重量％のエチレンと、例えば、約５〜３５重量％、好ましくは、約１５〜２５重量％のアクリル酸（ＡＡ）またはメタクリル酸（ＭＡ）のコポリマーであってよい。エチレン−酸コポリマーの数平均分子量（Ｍｎ）は、例えば、約２，０００〜５０，０００、好ましくは約４，０００〜１０，０００であってよい。

エチレン−酸コポリマーは、アンモニア水溶液中のコポリマーのアンモニウム塩の溶液または微細な分散液として供給され得る。エチレン−酸コポリマーが乾燥している場合、アンモニアは放出され、次いでイオン化され、感水性カルボキシレート基は大部分が非イオン化され、感水性遊離カルボキシル基が少なくなる。しかし、その他の実施形態では、アンモニアが全くなくても中和は起こり得る。本発明の実施において、エチレン−酸コポリマーの溶液または分散液に、ある量の、周期表のＩａ、ＩＩａ、またはＩＩｂ族の少なくとも１種類の金属のイオン、好ましくは、ナトリウム、カリウム、リチウム、カルシウムまたは亜鉛イオン、そして最も好ましくは、ナトリウムイオンが、例えば、その水酸化物の形態で添加される。そのような金属イオンの量は、例えば、コポリマー中の全カルボキシル基の８０重量％より多く、好ましくは、約９０％〜１５０重量％を中和するために十分な範囲内であってよい。言い換えれば、過剰な強塩基を場合によっては添加してもよい。その他の実施形態では、強塩基は、２００重量％までを中和するために十分な量で添加されてよく、それより多い量を添加してもよい。他の実施形態では、強塩基は、５５％、６０％、６５％、７０％、７５％、８５％、９０％、９５％、１００％、１０５％、１１０％、１１５％、１２０％、１２５％、１３５重量％のポリマー中のカルボキシル基を中和するために十分な量で添加され得る。そのような金属イオンの存在は、結果として、その他の特性、例えば、低い最低シール温度（ＭＳＴ）を受け入れ難いほど犠牲にすることなく、特定の特性、例えば、摩擦係数（ＣＯＦ）、熱間接着性、及びブロッキングの改良をもたらすことが見出された。

従って、本発明の実施形態は、部分的から完全に中和されたエチレン−酸コポリマーを用いる。上に記したように、本発明の実施形態に有用なポリマーとしては、エチレン−アクリル酸（ＥＡＡ）及びエチレン−メタクリル酸（ＥＭＡ）コポリマー、例えばＰＲＩＭＡＣＯＲ（商標）（Ｔｈｅ Ｄｏｗ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏｍｐａｎｙの商標）、ＮＵＣＲＥＬ（商標）（Ｅ．Ｉ．ＤｕＰｏｎｔ ｄｅ Ｎｅｍｏｕｒｓの商標）、及びＥＳＣＯＲ（商標）（ＥｘｘｏｎＭｏｂｉｌの商標）などの商標で入手可能なもの、ならびに、その各々が参照によりその全文を本明細書に組み込まれる、米国特許第４，５９９，３９２号、同第４，９８８，７８１号、及び同第５，９３８，４３７号に記載されるものが挙げられる。その他のエチレン−カルボン酸コポリマーを使用してもよい。当業者には、多数のその他のポリマーも使用され得ることが理解される。

中和剤

本発明の実施形態は、強塩基を中和剤として使用する。選択された実施形態では、強塩基のｐＫａは約１０よりも大きい。選択された実施形態では、強塩基は金属塩基を含み、金属は周期表のＩａ、ＩＩａ、またはＩＩｂ族から選択される少なくとも１種類の金属である。選択された実施形態では、安定化剤は水酸化カリウムであってよい。他の実施形態では、本発明はＩａ族の塩、例えば炭酸ナトリウム、ケイ酸カリウム、リン酸ナトリウムなどを強塩基として使用してよい。

特定の実施形態では、ベースポリマーの中和は、約８０重量％より多くの中和可能な基が中和されるように行われる。他の実施形態では、９０％〜１５０重量％が中和され得る。他の実施形態では、強塩基は、５５％、６０％、６５％、７０％、７５％、８５％、９０％、９５％、１００％、１０５％、１１０％、１１５％、１２０％、１２５％、１３５重量％の、ポリマー中のカルボキシル基を中和するために十分な量で添加され得る。一部の実施形態では、強塩基の混合物、または強塩基と弱塩基の混合物を、より高い中和率のために用いてよい。この場合も、本明細書において、「強塩基」とは、ｐＫＡが約１０以上の化合物または配合物を指す。例えば、ＥＡＡに関して、中和剤は水酸化カリウムであってよい。その他の中和剤としては、例えば、水酸化リチウムまたは水酸化ナトリウムが挙げられ得る。当業者には、適切な中和剤の選択が配合される特定の組成物によって決まり、そのような選択は当業者の知識の範囲内であることが理解される。

さらにその他の実施形態では、ベースポリマーの中和は、約５５重量％より多くの中和可能な基が中和されるように行われる。

本発明の実施に有用であり得るさらなる界面活性剤としては、カチオン性界面活性剤、アニオン性界面活性剤、または非イオン性界面活性剤が挙げられる。アニオン性界面活性剤の例としては、スルホネート、カルボキシレート、及びフォスフェートが挙げられる。カチオン性界面活性剤の例としては、第四級アミンが挙げられる。非イオン性界面活性剤の例としては、エチレンオキシド及びシリコーン界面活性剤を含有するブロックコポリマーが挙げられる。本発明の実施に有用な界面活性剤は、外部界面活性剤であっても内部界面活性剤であってもよい。外部界面活性剤は、分散液調製中に化学的に反応してポリマー中に入ってこない界面活性剤である。本明細書において有用な外部界面活性剤の例としては、ドデシルベンゼンスルホン酸及びラウリルスルホン酸の塩が挙げられる。内部界面活性剤は、分散液調製中に化学的に反応してポリマー中に入ってくる界面活性剤である。本明細書において有用な内部界面活性剤の例としては、２，２−ジメチロールプロピオン酸及びその塩が挙げられる。

分散液の配合

特定の実施形態では、ＥＡＡを押出機の中で水及び金属系中和剤、例えば水酸化カリウムとともに溶融混練して、分散液配合物を形成する。当業者には、多数のその他の金属系中和剤が使用され得ることが理解される。

当分野で公知の任意の溶融混練手段が使用されてよい。一部の実施形態では、混練機、ＢＡＮＢＵＲＹ（登録商標）ミキサー、一軸スクリュー押出機、または多軸スクリュー押出機が使用される。本発明に従って分散液を製造するプロセスは特に制限されていない。一つの好ましいプロセスは、例えば、米国特許第５，７５６，６５９号及び米国特許第６，４５５，６３６号に従う、前出の成分を溶融混練することを含むプロセスである。これらの特許は参照によりその全文が組み込まれる。

図１は、本発明の実施形態で使用され得る押出装置を模式的に図解する。特定の実施形態では２軸スクリュー押出機である押出機２０は、背圧調整器、溶融ポンプ、またはギアポンプ３０と連結されている。実施形態はまた、塩基リザーバ４０及び初期水リザーバ５０を提供し、その各々がポンプを含む（図示せず）。所望の量の塩基及び初期水が塩基リザーバ４０及び初期水リザーバ５０からそれぞれ提供される。任意の適したポンプを使用してよいが、一部の実施形態では、２４０バールの圧力で約１５０ｃｃ／分の流量を供給するポンプが塩基及び初期水を押出機２０に供給するために使用される。他の実施形態では、液体噴射ポンプが２００バールで３００ｃｃ／分または１３３バールで６００ｃｃ／分の流量を供給する。一部の実施形態では、塩基及び初期水は予熱器で予熱される。

ペレット、粉末またはフレークの形態の樹脂は、フィーダ８０から押出機２０の入口９０へ供給され、そこで樹脂が溶融または配合される。一部の実施形態では、分散剤は樹脂を通して樹脂とともに樹脂に添加され、他の実施形態では、分散剤は別々に２軸スクリュー押出機２０に供給される。樹脂溶融物は、次に押出機の混合及び運搬ゾーンから乳化ゾーンまで送達され、そこで初期量の水及び塩基がリザーバ４０及び５０から入口５５を通して添加される。一部の実施形態では、分散剤は追加的にまたは単独で水流に添加され得る。一部の実施形態では、乳化した混合物は、押出機２０の希釈及び冷却ゾーンでリザーバ６０から入口９５を通して添加されたさらなる水でさらに希釈される。一般に、分散液は冷却ゾーンで少なくとも３０重量パーセントの水に希釈される。さらに、希釈混合物は、所望の希釈レベルに達するまで何回でも希釈されてよい。一部の実施形態では、水は２軸スクリュー押出機２０の中に添加されるのではなく、むしろ溶融物が押出機を出た後に樹脂溶融物を含む流れに添加される。このようにして、押出機２０内の蒸気圧の発生を排除する。

有利には、特定の実施形態において押出機を使用することにより、ベースポリマー及び安定化剤を単一プロセスでブレンドし分散液を形成することができる。また、有利には、上に掲載した１種又はそれ以上の安定化剤を使用することにより、分散液は添加剤に関して安定している。

しかし、本発明のその他の実施形態では、分散液を形成するためのその他の技法が用いられ得る。特に、特定の実施形態では、分散液の成分を処理タンクに入れ、加熱して分散液を形成することができる。本発明の実施形態では、分散液のブルックフィールド粘度は１０００ｃＰ未満であってよい（ＲＶ３スピンドル、２１．５℃、５０ｒｐｍ）。他の実施形態では、粘度は約５００ｃＰ未満であってよい。選択された実施形態では、全配合固体（すなわちベースポリマー＋強塩基＋添加剤）は、約２０重量％より多くてよい。その他の実施形態では、配合固体は約２５重量％より多くてよい。

添加剤

部分的に中和したエチレン−酸コポリマーに加えて、本発明のコーティングには、さらに比較的大きな粒径のマイクロクリスタリンワックスが抗ブロッキング剤として含有されていてもよい。マイクロクリスタリンワックスは、コーティング中に、例えば、ベースポリマーの約２〜１２％、好ましくはベースポリマーの約３〜５％の量で存在してよく、該ワックス粒子の平均サイズは、例えば、約０．１〜０．６ミクロン、好ましくは約０．１２〜０．３０ミクロンの範囲内である。

ブロッキング防止材料として機能するのに加えて、マイクロクリスタリンワックスは、本発明のコーティングに組み込まれると、それとともに塗布されているフィルムの「コールドスリップ」特性、すなわちほぼ室温で表面を満足に滑るフィルムの性能を改善する働きもする。

本発明のコーティングには、室温でのコーティングの粘着性をさらに低下させる目的でヒュームドシリカを含有してもよい。ヒュームドシリカは小型の粒子の凝集塊である粒子からなり、平均粒度は、例えば、約２〜９ミクロン、好ましくは約３〜５ミクロンであり、コーティング中に、例えば、ベースポリマーの約０．１〜２．０％、好ましくはベースポリマーの約０．２〜０．４％の量で存在する。

その他の使用され得る任意の添加剤としては、微粒子材料、例えばタルク（例えば、ベースポリマーの約０〜２％の量で存在してよい）、架橋剤、例えばメラミンホルムアルデヒド樹脂（例えば、ベースポリマーの０〜２０％の量で存在してよい）、及び帯電防止剤、例えばポリ（オキシエチレン）ソルビタンモノオレエート（例えば、ベースポリマーの約０〜６％の量で存在してよい）、が挙げられる。

コーティングの適用条件

分散液は、製造された後、支持体の上に塗布される。コーティングの厚さに関して、塗布したコーティングの厚さは完成したフィルムの熱間接着性及びシール強度の制御において重要である。一般に包装適用に適した強度である２００ｇ／インチより大きいシール強度を生じるためには、コーティングの厚さが１〜２ミクロンであることが必要とされる。乾燥したコーティングの好ましい厚さは０．５〜７５ミクロンである。特定の実施形態では、乾燥したコーティングの厚さは０．５〜２５ミクロンである。他の実施形態では、乾燥したコーティングの厚さは０．７５〜５、または０．７５〜２ミクロンである。

一部の実施形態では、乾燥したコーティングのシール強度は、シール温度７０℃及び厚さ１〜２ミクロンで少なくとも１５０ｇ／インチであり得る。他の実施形態では、乾燥したコーティングのシール強度は、シール温度７０℃及び厚さ１〜２ミクロンで少なくとも１６０ｇ／インチ；他の実施形態では少なくとも１７０ｇ／インチ；さらに他の実施形態では少なくとも１８０ｇ／インチであってよい。

他の実施形態では、乾燥したコーティングのシール強度は、シール温度８０℃及び厚さ１〜２ミクロンで少なくとも３００ｇ／インチであってよい。他の実施形態では、乾燥したコーティングのシール強度は、シール温度８０℃及び厚さ１〜２ミクロンで少なくとも４００ｇ／インチ；他の実施形態では少なくとも４５０ｇ／インチ；さらに他の実施形態では少なくとも５００ｇ／インチであってよい。

本発明の実施形態は、配向された支持体とともに使用するために特に適している。しかし、支持体は、用途に応じて配向されていてもいなくてもよい。当業者には任意の数の支持体を使用してよいことが理解される。本明細書において「固体状態配向」とは、構造の大部分を構成する樹脂の最高Ｔｇ（ガラス転移温度）よりも高く、フィルム樹脂の少なくとも一部の最高融点よりも低い温度、すなわち、構造を構成する樹脂の少なくとも一部が溶融状態でない温度で行われる配向プロセスを指す。固体状態配向は、溶融したポリマーフィルムが押出ダイから出現するとすぐに延伸が起こるホットインフレーションフィルムを含む「溶融状態配向」と対比され得る。

本明細書において「固体状態配向された」とは、一次厚手シートまたはチューブ（一次テープ）を得るために異なる層の樹脂の同時押出かまたは押出被覆によって得られたフィルムを指し、一次厚手シートまたはチューブ（一次テープ）は、固体状態まで素早く冷却されてポリマーの結晶化を停止または遅延させ、それにより固体の一次フィルムシートを供給し、次に固体の一次フィルムシートをいわゆる配向温度まで再加熱し、その後、配向プロセス（例えば気泡捕捉法）において、あるいは同時または順次テンターフレームプロセスを用いて再加熱したフィルムシートを２軸延伸し、最後に延伸されたフィルムを急速に冷却して熱収縮性フィルムを提供する。捕捉気泡の固体状態配向プロセスにおいて、一次テープは、気泡を生じる空気圧を用いる膨張により横方向（ＴＤ）に延伸され、さらに気泡を含有する２組のニップロール間の速度差により縦方向（ＬＤ）に延伸される。テンターフレームプロセスにおいて、シートまたは一次テープは、シートを前方に加速させることにより縦方向に延伸され、さらに熱軟化シートを末広がりの(diverging)形状のフレームを介して誘導することにより横方向への同時にまたは順次に延伸される。

支持体、例えばフィルム及びフィルム構造は、特に本明細書に記載される新規なコーティング法及びコーティング組成物からの利益を享受し、それら支持体は従来のホットインフレーションフィルム二次加工技法またはその他の２軸配向プロセス、例えばテンターフレームまたはダブルバブルプロセスを用いて作製され得る。従来のホットインフレーションフィルムプロセスは、例えば、The Encyclopedia of Chemical Technology, Kirk-Othmer, Third Edition, John Wiley & amp; Sons, New York, 1981, Vol. 16, pp. 416-417及びVol. 18, pp. 191-192に記載されている。２軸配向フィルム製造プロセス、例えば、米国特許第３，４５６，０４４（Ｐａｈｌｋｅ）の「ダブルバブル」プロセスに記載のプロセス、ならびに米国特許第４，３５２，８４９号（Ｍｕｅｌｌｅｒ）、米国特許第４，５９７，９２０号（Ｇｏｌｉｌｃｅ）、米国特許第４，８２０，５５７号（Ｗａｒｒｅｎ）、米国特許第４，８３７，０８４号（Ｗａｒｒｅｎ）、米国特許第４，８６５，９０２号（Ｇｏｌｉｋｅ ｅｔ ａｌ．）、米国特許第４，９２７，７０８号（Ｈｅｒｒａｎ ｅｔ ａｌ．）、米国特許第４，９５２，４５１号（Ｍｕｅｌｌｅｒ）、米国特許第４，９６３，４１９号（Ｌｕｓｔｉｇ ｅｔ ａｌ．）、及び米国特許第５，０５９，４８１号（Ｌｕｓｔｉｇ ｅｔ ａｌ．）に記載のプロセスも、本明細書に記載される新規なコーティング法及びコーティング組成物による塗布のための支持体を作製するために使用され得る。支持体フィルム構造はまた、テンターフレーム技法、例えば配向ポリプロピレンに使用されるものなどに記載されるように作製することもできる。

食品包装用途のためのその他の多層フィルム製造技術は、Packaging Foods With Plastics, Wilmer A. Jenkins及びJames P. Harrington (1991), pp. 19-27、及び「Coextrusion Basics」, Thomas I. Butler, Film Extrusion Manual: Process, Materials, Properties pp. 31-80 (TAPPI Press発行 (1992))に記載されている。

支持体フィルムは単層または多層フィルムであってよい。塗布される支持体フィルムは、他の層と同時押出されてもよく、または該フィルムは別の層の上に二次工程で積層されて塗布される支持体を形成してもよい。例えばPackaging Foods With Plastics, Wilmer A. Jenkins及びJames P. Harrington (1991)または「Coextrusion For Barrier Packaging」, W. J. Schrenk及びC. R. Finch, Society of Plastics Engineers RETEC Proceedings, Jun. 15-17(1981), pp. 211-229に記載されるものなどが挙げられる。単層支持体フィルムが、K. R. Osborn及びW. A. Jenkinsにより「Plastic Films, Technology and Packaging Applications」(Technomic Publishing Co., Inc. (1992))に記載されるように管状フィルム（すなわち、インフレートフィルム技法）またはフラットダイ（すなわち、キャストフィルム）を経て製造されるならば、そのフィルムは、支持体として使用される予定の多層構造を形成するために、さらなる押出後の他の包装材料層との接着もしくは押出積層工程を経る必要がある。支持体フィルムが２又はそれ以上の層の同時押出である場合（これもK. R. Osborn及びW. A. Jenkinsにより記載されている）、そのフィルムは、最終フィルムのその他の物理的要件に応じて包装材料の追加の層にさらに積層され得る。

D. Dumbletonによる「Laminations Vs. Coextrusion」(Converting Magazine (September 1992))も、同時押出と対比して積層を考察している。単層及び同時押出フィルムもまた、その他の押出後技法、例えば２軸配向プロセスなどを経てよい。

押出コーティングは、本明細書に記載される新規なコーティング法及び塗料組成物を用いて、多層フィルム構造を塗布される支持体として製造するまた別の技法である。この新規なコーティング組成物は、塗布フィルム構造の少なくとも１つの層を含む。キャストフィルムに類似して、押出被覆はフラットダイ技法である。

本発明のフィルム及びフィルム層は、垂直または水平形充填シール（ＨＦＦＳまたはＶＦＦＳ）用途において有用である。これらの適用を記載する関連特許には、米国特許第５，２２８，５３１号、同第５，３６０，６４８号、同第５，３６４，４８６号、同第５，７２１，０２５号、同第５，８７９，７６８号、同第５，９４２，５７９号、及び同第６，１１７，４６５号が含まれる。

本発明の実施形態はまた、多層フィルムにも有用である。この場合、少なくとも１つの開示される組成物は、多層フィルム構造全体のうちの少なくとも１つの層を形成するために用いられる。多層構造のその他の層としては、限定されるものではないがバリア層、及び／または接合層、及び／または構造層が挙げられ得る。

様々な材料がこれらの層に使用されてよく、そのうちの一部は同じフィルム構造中で１層よりも多くの層として使用される。これらの材料の一部としては、箔、ナイロン、エチレン／ビニルアルコール（ＥＶＯＨ）コポリマー、ポリ塩化ビニリデン（ＰＶＤＣ）、ポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）、ポリプロピレン、配向ポリプロピレン（ＯＰＰ）、エチレン／酢酸ビニル（ＥＶＡ）コポリマー、エチレン／アクリル酸（ＥＡＡ）コポリマー、エチレン／メタクリル酸（ＥＭＡＡ）コポリマー、ＬＬＤＰＥ、ＨＤＰＥ、ＬＤＰＥ、ナイロン、グラフト接着ポリマー（例えば、無水マレイン酸グラフトポリエチレン）、及び紙が挙げられる。一般に、多層フィルム構造は２〜７の層を含む。

支持体フィルムは、当分野で周知の技法によって、キャスト押出（単層フィルム用）または同時押出（多層フィルム用）により作製することができる。フィルムを急冷し、２０〜３５キログレイの線量での電子ビーム照射により照射し、その配向温度まで再加熱し、次いで１．５：１まで、または２：１まで、または３：１まで、または４：１まで、または５：１までの比で縦方向（機械方向とも呼ばれる）及び横方向（クロス方向とも呼ばれる）のそれぞれに配向させる。一実施形態では、配向は、横方向に約５：１、縦方向に約１０：１である。もう１つの実施形態では、配向は縦方向及び横方向それぞれに約７：１である。

支持体フィルムは、同時押出、積層、押出コーティング、またはコロナボンドを含む任意の適したプロセスによって作製することができ、管状円柱同時押出、例えば米国特許第４，５５１，３８０号（Ｓｃｈｏｅｎｂｅｒｇ）に示されるものによって作製することもできる。フィルムから作製された袋は、任意の適したプロセス、例えば米国特許第３，７４１，２５３号（Ｂｒａｘ ｅｔ ａｌ．）に示されるものによって作製することができる。側面または末端がシールされた袋は一重または二重に巻かれたフィルムから作製することができる。

支持体フィルムは、捕捉気泡プロセスまたは同時もしくは順次テンターフレームプロセスを含む任意の適したプロセスにより配向されてよい。フィルムは、フィルムを使用する特定の包装操作に望ましい特性をフィルムが提供する限り、所望する任意の合計厚さを有してよい。最終フィルム厚は、プロセス、最終使用用途、その他によって変動し得る。典型的な厚さの範囲は０．１〜２０ミル、好ましくは０．２〜１５ミル、より好ましくは０．３〜１０ミル、より好ましくは０．３〜５ミル、より好ましくは０．３〜２ミル、例えば０．３〜１ミルである。

当業者には、多数の支持体を使用してよいことが理解される。上記に引用される参照文献は多数の適した支持体を開示する。開示されるものに加えて、限定されるものではないが、配向及び非配向ポリオレフィン、配向ポリエステル、及び／または配向ナイロンを使用してもよい。

乾燥条件

分散液が所望の支持体上に塗布されるとすぐに、コーティングを乾燥させて水分を除去し、ポリマー粒子を実質的に連続したフィルムに凝集する。一実施形態では、乾燥プロセスを加速させるためにオーブンを用いてよい。ポリマー粒子を正しく凝集させるために、コーティングは、その温度から分散液が得られるポリマーの融点よりもおよそ２０℃高い温度に達することが許容されることが好ましい。

選択された実施形態では、使用される温度範囲は分散液のベースポリマーのピーク融点からベースフィルムの軟化点までの範囲である。特定の実施形態では、塗布された支持体は、分散液のベースポリマーのピーク融点よりも１０℃高い温度からベースフィルムの軟化点よりも１０℃低い温度で乾燥オーブンを出てよい。他の実施形態では、支持体は、分散液のベースポリマーのピーク融点よりも２０℃高い温度からベースフィルムの軟化点よりも２０℃低い温度で乾燥オーブンを出てよい。

アクリル酸含量２０．５重量％、密度約０．９５８ｇ／ｃｍ³（ＡＳＴＭ Ｄ−７９２）及びメルトインデックス１３．５ｇ／１０分（ＡＳＴＭ Ｄ１２３８に従って１２５℃及び２．１６ｋｇで測定）、Ｍｗ／Ｍｎが約３．７、及び融点が約７７℃（ＤＳＣにより走査速度約１０℃／分で測定）の、Ｔｈｅ Ｄｏｗ Ｃｈｅｍｉｃａｌ ＣｏｍｐａｎｙからＰＲＩＭＡＣＯＲ ５９８０Ｉとして市販されている、１００重量部の熱可塑性エチレン／アクリル酸コポリマーを、２軸スクリュー押出機において９．１ｋｇ／時の速度で１２５℃にて溶融混練する。

溶融混練した樹脂に、水酸化カリウムの４５重量％水溶液を、下流の注入ポートに１．８ｋｇ／時の速度で（混合物全体の１６．５重量％の割合で）連続的に供給する。得られる水性分散液を、その後、押出機を出る前に２６．９ｋｇ／時の速度にてさらなる水で希釈する。固体含量２６．６重量％、ｐＨ９．９、及びブルックフィールド粘度２２４ｃｐ（ＲＶ３スピンドル、２１．５℃、５０ｒｐｍ）の水性分散液がこのようにして得られる。

厚さ１．２ミルのコロナ処理ＢＯＰＰフィルム（Ｍｏｂｉｌ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ製ＢＩＣＯＲ ＬＢＷ）を１２インチ×１４インチのシートに切断する。各々のシートを平らな発泡プラスチックボードにテープで貼り、上記に記載される分散液を４番のワイヤーラウンドロッドを用いてＢＯＰＰ（スリップ剤を含まない面）上に塗布する。発泡プラスチックボードの目的はより一貫したコーティング厚を達成するためである。塗布されたシートを１３５℃の対流式オーブンの中に５分間入れて分散液コーティングを乾燥させる。得られるコーティング厚を重量測定法で測定する。１０片（１インチ×１インチ）の塗布されたフィルムサンプルを個別に秤量し、ベースＢＯＰＰ支持体の重量を減算することによりコーティング厚を決定する。重量差に基づくコーティング厚を計算するために０．９９ｇ／ｃｃの密度を使用する。コーティング厚は１．６ｇ／ｍ²であると決定される。

上記の塗布サンプルに対し、裏打ちのない個々の細片（１インチ幅）を、シール圧４０ｐｓｉで休止時間０．５秒に設定したＰａｃｋｆｏｒｓｋ Ｈｏｔ Ｔａｃｋ Ｔｅｓｔｅｒを用いて、１０℃の増分で５０〜１４０℃でヒートシールする。シールしたサンプルを、７０°Ｆ（２１．１℃）及び相対湿度５０％に設定したＡＳＴＭ室で少なくとも１日間平衡させ、その後Ｉｎｓｔｒｏｎ４５０１型引張試験装置にて１０インチ／分の速度で引っ張る。本明細書において、ヒートシール開始温度は、２２７ｇ／インチ（０．５ポンド／インチ）のシール強度が達成される温度と定義される。このサンプルセット中のコーティングのヒートシール開始温度は、図２に示されるように約７０℃である。

比較例

１．２ミルのコロナ処理ＢＯＰＰ（Ｍｏｂｉｌ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ製ＢＩＣＯＲ ＬＢＷ）を１２インチ×１４インチのシートに切断する。各々のシートを平らな発泡プラスチックボードにテープで貼り、アクリル酸含量２０．５重量％、密度約０．９５８ｇ／ｃｍ³（ＡＳＴＭ Ｄ−７９２）かつメルトインデックス１３．５ｇ／１０分（ＡＳＴＭ Ｄ１２３８に従って１２５℃及び２．１６ｋｇで測定）を有するエチレン／アクリル酸コポリマーのアンモニア中和分散液を用いて塗布し、４番のワイヤーラウンドロッドを用いてＢＯＰＰ（スリップ剤を含まない面）にＭｉｃｈｅｌｍａｎ，Ｉｎｃ．製のＭＩＣＨＥＭ Ｐｒｉｍｅ ４９８３Ｒとして供給される。塗布されたシートを１３５℃の対流式オーブンの中に５分間入れて分散液コーティングを乾燥させる。得られるコーティング厚を重量測定法で測定する。１０片（１インチ×１インチ）の塗布されたフィルムサンプルを個別に秤量し、ベースＢＯＰＰ支持体の重量を減算することによりコーティング厚を決定する。重量差に基づくコーティング厚を計算するために０．９６ｇ／ｃｃの密度を使用する。コーティング厚は１．７ｇ／ｍ²であると決定される。

上の塗布された比較サンプルに対し、裏打ちのない個々の細片（１インチ幅）を、シール圧４０ｐｓｉで休止時間０．５秒に設定したＰａｃｋｆｏｒｓｋ Ｈｏｔ Ｔａｃｋ Ｔｅｓｔｅｒを用いて、１０℃の増分で５０〜１４０℃でヒートシールする。シールしたサンプルを、７０°Ｆ（２１．１℃）及び相対湿度５０％に設定したＡＳＴＭ室で少なくとも１日間平衡させ、その後Ｉｎｓｔｒｏｎ４５０１型引張試験装置にて１０インチ／分の速度で引っ張る。比較サンプルセット中のコーティングのヒートシール開始温度は、図２に示されるように約９０℃である。

塗布されたサンプル及び塗布された比較サンプルのヒートシール強度を、図２において図表によって比較する。示されるように、最低シール温度（ゼロ以外のシール強度）は、塗布されたサンプルに対してより低い温度で起こる。さらに、シール温度にかかわらず、塗布されたサンプルのシール強度（厚さ１．６ｇ／ｍ²）は塗布された比較サンプルのシール強度（厚さ１．７ｇ／ｍ²）よりも大きい。塗布されたサンプルは、広い温度範囲にわたって、塗布された比較サンプルよりも大きなシール強度に匹敵する。これらの結果は、塗布されたサンプルは、より速い包装ライン速度（より低いヒートシール開始温度による）を可能にすることができ、塗布された比較サンプルよりも広いオペレーションウインドウにわたって包装をシールする能力を提供し得ることを示す。

有利には、本発明者らは、驚くべきことに、８０重量％より多くが金属塩基で中和されたエチレン−酸コポリマーの使用により、最小シール温度に有意な負の影響を及ぼすことなく、改良された熱間接着性能がもたらされることを見出した。驚くべきことに、特定の実施形態では、最小ヒートシール温度はさらに低くなり得る。

他の実施形態では、本発明者らは、弱塩基の非存在下でエチレン−酸コポリマーの約５５重量％より多くを強塩基で中和することにより、改良された熱間接着性能がもたらされ得ることを見出した。

従って、有利には、本発明の１又はそれ以上の実施形態は、より高い包装ライン速度（より低いヒートシール開始温度による）を可能にすることができ、広いオペレーションウインドウにわたって包装をシールする能力をもたらし、良好なパッケージ統合性をもたらす、ヒートシール可能なフィルムを提供する。

言い換えれば、本発明の１又はそれ以上の実施形態は、パッケージを広いオペレーションウインドウにわたってシールする能力を提供する。包装ラインの始動及び運転停止の間、シール装置の温度は時には設定点から大幅に逸脱する場合が多い。ヒートシール開始温度の低い包装フィルムでは、シール装置が所望の範囲よりもいくらか冷たい場合にもなお十分なシールを生成することができる。

他の実施形態では、本明細書に開示される中和された水性分散液は、任意の数のその他の用途に使用され得る。当業者には、上記に開示される方法または組成物に従って形成された分散液に多数の用途が存在することが理解される。特に、そのような分散液には、先行技術の分散液（エチレン−酸コポリマーで作製されていてもいなくてもよい）が用いられ得るいずれの適用にも有用性が見出され得る

本発明は限定された数の実施形態に関して説明されたが、本開示の利益を得る当業者には、本明細書に開示される本発明の範囲を逸脱しないその他の実施形態が考案され得ることが理解される。従って、本発明の範囲は添付の特許請求の範囲によってのみ制限されるべきである。

本発明の実施形態にかかる分散液を配合する際に使用され得る押出機を示す。 ヒートシール強度を、本明細書に開示される実施形態にかかる塗布されたフィルムサンプル及び比較の塗布されたフィルムサンプルのヒートシール温度の関数として比較するグラフである。

Claims (50)

1. 支持体に、（Ａ）エチレン−酸コポリマー；（Ｂ）ｐＫＡが約１０よりも大きい強塩基；及び（Ｃ）水を含む水性ポリマー分散液であって、前記強塩基は唯一の中和剤であり、成分（Ａ）中のカルボキシル基の５５重量％より多くを中和するために十分な量で存在する水性ポリマー分散液を塗布する工程と、
   前記分散液中の水分の少なくとも一部を除去して第１の層を形成する工程とを含む、ヒートシール可能なコーティングを支持体上に形成する方法。
2. 前記第１の層の厚さは０．５〜７５ミクロンである、請求項１に記載の方法。
3. 前記第１の層の厚さは０．５〜２５ミクロンである、請求項２に記載の方法。
4. 前記第１の層の厚さは０．７５〜２ミクロンである、請求項３に記載の方法。
5. 前記支持体は配向ポリマーを含む、請求項１に記載の方法。
6. 前記強塩基は、周期表のＩａ、ＩＩａ、またはＩＩｂ族から選択される少なくとも１種類の金属イオンを含む、請求項１に記載の方法。
7. 前記強塩基はＩａ族の塩を含む、請求項６に記載の方法。
8. 前記エチレン−酸コポリマーは、エチレン−アクリル酸コポリマー及びエチレン−メタクリル酸コポリマーの少なくとも１種類を含む、請求項１に記載の方法。
9. 前記分散液はマイクロクリスタリンワックスをさらに含む、請求項１に記載の方法。
10. 前記分散液の粘度は５００ｃＰ未満である（ＲＶ３スピンドル、２１．５℃、５０ｒｐｍ）、請求項１に記載の方法。
11. 前記分散液は２０重量パーセント以上の成分（Ａ）を含む、請求項１に記載の方法。
12. 前記強塩基は、成分（Ａ）中のカルボキシル基の８０重量％より多くを中和するために十分な量で存在する、請求項１に記載の方法。
13. 前記第１の層のヒートシール開始温度は８０℃以下である、請求項１に記載の方法。
14. 前記第１の層のシール強度は、シール温度７０℃で厚さが１〜２ミクロンの間で、少なくとも１７０ｇ／インチである、請求項１に記載の方法。
15. 前記第１の層のシール強度は、シール温度８０℃で厚さが１〜２ミクロンの間で、少なくとも４００ｇ／インチである、請求項１に記載の方法。
16. 支持体及びコーティングを含むフィルムであって、
    前記コーティングは、約５５重量％より多くのカルボキシル基が、周期表のＩａ、ＩＩａ、またはＩＩｂ族から選択される少なくとも１種類の金属イオンで中和されている、エチレン−酸コポリマー分散液から得られた、フィルム。
17. 前記コーティングの厚さは０．５〜７５ミクロンである、請求項１６に記載のフィルム。
18. 前記コーティングの厚さは０．５〜２５ミクロンである、請求項１７に記載のフィルム。
19. 前記コーティングの厚さは０．７５〜２ミクロンである、請求項１６に記載のフィルム。
20. 前記支持体は配向ポリマーを含む、請求項１６に記載のフィルム。
21. 前記エチレン−酸コポリマーは、エチレン−アクリル酸コポリマー及びエチレン−メタクリル酸コポリマーの少なくとも１種類を含む、請求項１６に記載のフィルム。
22. 前記コーティングはマイクロクリスタリンワックスをさらに含む、請求項１６に記載のフィルム。
23. 約８０重量％より多くのカルボキシル基が、周期表のＩａ、ＩＩａ、またはＩＩｂ族から選択される少なくとも１種類の金属イオンで中和されている、請求項１６に記載のフィルム。
24. 前記コーティングのヒートシール開始温度は８０℃以下である、請求項１６に記載のフィルム。
25. 前記コーティングのシール強度は、シール温度７０℃で厚さが１〜２ミクロンの間で、少なくとも１７０ｇ／インチである、請求項１６に記載のフィルム。
26. 前記コーティングのシール強度は、シール温度８０℃で厚さが１〜２ミクロンの間で、少なくとも４００ｇ／インチである、請求項１６に記載のフィルム。
27. （Ａ）エチレン−酸コポリマー;
    （Ｂ）中和剤；及び
    （Ｃ）水
    を含み、前記中和剤は、成分（Ａ）中のカルボキシル基の５５重量％より多くを中和するために十分な量で存在する、分散液。
28. 前記中和剤は、周期表のＩａ、ＩＩａ、またはＩＩｂ族から選択される少なくとも１種類の金属イオンを含む、請求項２７に記載の分散液。
29. 前記中和剤はＩａ族の塩を含む、請求項２８に記載の分散液。
30. 前記エチレン−酸コポリマーは、エチレン−アクリル酸コポリマー及びエチレン−メタクリル酸コポリマーの少なくとも１種類を含む、請求項２７に記載の分散液。
31. 前記分散液はマイクロクリスタリンワックスをさらに含む、請求項２７に記載の分散液。
32. 前記分散液の粘度は５００ｃＰ未満である（ＲＶ３スピンドル、２１．５℃、５０ｒｐｍ）、請求項２７に記載の分散液。
33. 前記分散液は、２０重量パーセント以上の成分（Ａ）を含む、請求項２７に記載の分散液。
34. 前記分散液は、２５重量パーセント以上の成分（Ａ）を含む、請求項２７に記載の分散液。
35. 前記強塩基は、成分（Ａ）中のカルボキシル基の８０重量％より多くを中和するために十分な量で存在する、請求項２７に記載の分散液。
36. ｐＫＡが約１０以上の強塩基を、弱塩基の非存在下で、エチレン−酸コポリマー及び水を含む混合物に、エチレン−酸コポリマー中のカルボキシル基の５５重量％より多く中和するために十分な量で添加する工程を含む、分散液を中和するための方法。
37. 前記強塩基は、エチレン−酸コポリマー中のカルボキシル基の８０重量％より多くを中和するために十分な量で添加される、請求項３６に記載の方法。
38. 前記強塩基は、周期表のＩａ、ＩＩａ、またはＩＩｂ族から選択される少なくとも１種類の金属イオンを含む、請求項３６に記載の方法。
39. 前記強塩基は、Ｉａ族の塩を含む、請求項３８に記載の方法。
40. 前記エチレン−酸コポリマーは、エチレン−アクリル酸コポリマー及びエチレン−メタクリル酸コポリマーの少なくとも１種類を含む、請求項３６に記載の方法。
41. マイクロクリスタリンワックスを前記混合物に添加する工程をさらに含む、請求項３６に記載の方法。
42. （Ａ）エチレン−酸コポリマー;
    （Ｂ）ｐＫＡが約１０以上の強塩基；
    （Ｃ）水
    を含み、前記強塩基は、唯一の中和剤であり、成分（Ａ）中のカルボキシル基の５５重量％より多くを中和するために十分な量で存在する、分散液。
43. 前記中和剤は、周期表のＩａ、ＩＩａ、またはＩＩｂ族から選択される少なくとも１種類の金属イオンを含む、請求項４２に記載の分散液。
44. 前記中和剤はＩａ族の塩を含む、請求項４３に記載の分散液。
45. 前記エチレン−酸コポリマーは、エチレン−アクリル酸コポリマー及びエチレン−メタクリル酸コポリマーの少なくとも１種類を含む、請求項４２に記載の分散液。
46. 前記分散液はマイクロクリスタリンワックスをさらに含む、請求項４２に記載の分散液。
47. 前記分散液の粘度は５００ｃＰ未満である（ＲＶ３スピンドル、２１．５℃、５０ｒｐｍ）、請求項４２に記載の分散液。
48. 前記分散液は、２０重量パーセント以上の成分（Ａ）を含む、請求項４２に記載の分散液。
49. 前記分散液は、２５重量パーセント以上の成分（Ａ）を含む、請求項４２に記載の分散液。
50. 前記強塩基は、成分（Ａ）中のカルボキシル基の８０重量％より多く中和するために十分な量で存在する、請求項４２に記載の分散液。