JP2013209491A - Aqueous coating liquid, gas barrier coating layer and multilayer structure obtained by using the aqueous coating liquid - Google Patents

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Ikuhiro Asano
育洋 浅野
Kaoru Inoue
馨 井上
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an aqueous coating liquid by which coating layer excellent in gas barrier performance in high humidity can be obtained.SOLUTION: Zirconium ammonium carbonate is blended as a cross-linking agent into PVA-based resin that contains the structural unit shown by general formula (1) [In the formula, RR, and Reach independently show hydrogen atoms or organic groups, X shows a single bond or a joining chain, and R, Rand Reach independently show hydrogen atoms or organic groups].

Description

本発明はポリビニルアルコール系樹脂と架橋剤を含有する水性塗工液に関し、さらに詳しくは、ポリビニルアルコール系樹脂の架橋構造が形成され、しかも高湿度下でのガスバリア性に優れる塗工層を得ることができる水性塗工液、さらにかかる水性塗工液を用いて得られるガスバリア性塗工層、および多層構造体に関する。   The present invention relates to an aqueous coating solution containing a polyvinyl alcohol-based resin and a crosslinking agent, and more specifically, to obtain a coating layer in which a crosslinked structure of a polyvinyl alcohol-based resin is formed and excellent in gas barrier properties under high humidity. Further, the present invention relates to a water-based coating solution that can be used, a gas barrier coating layer obtained by using the aqueous coating solution, and a multilayer structure.

ポリビニルアルコール系樹脂(以下、PVA系樹脂と略記する。)は透明で、かつ優れたガスバリア性を有することから、食品、薬品、化粧品など、酸素が変質要因となる物品の包装用素材として広く用いられている。
しかしながら、PVA系樹脂は吸湿しやすい上に、吸湿によってガスバリア性が大きく低下するため、水蒸気バリア性に優れた熱可塑性樹脂層でPVA系樹脂層の表面を保護した多層構造体として用いられている。
なお、かかるPVA系樹脂を含有する層は、PVA系樹脂が熱溶融成形に適さないことから、通常、PVA系樹脂を含有する水性塗工液を基材上に塗工、乾燥して形成されている。
Polyvinyl alcohol-based resin (hereinafter abbreviated as PVA-based resin) is transparent and has excellent gas barrier properties, so it is widely used as a packaging material for products such as foods, medicines, and cosmetics in which oxygen is a factor of alteration. It has been.
However, PVA-based resins are easy to absorb moisture and gas barrier properties are greatly reduced by moisture absorption. Therefore, they are used as multilayer structures in which the surface of the PVA-based resin layer is protected with a thermoplastic resin layer having excellent water vapor barrier properties. .
The layer containing the PVA-based resin is usually formed by applying an aqueous coating solution containing the PVA-based resin on the substrate and drying it because the PVA-based resin is not suitable for hot melt molding. ing.

しかしながら、熱可塑性樹脂層等で保護したとしても、高湿度下での使用、あるいは内容物が水分を多く含む場合、さらにはボイル・レトルト処理が必要な場合において水分の影響を完全に除くことは困難であり、PVA系樹脂層自体の耐水性、耐湿性の向上は必須の課題となっている。   However, even if it is protected with a thermoplastic resin layer, etc., it is not possible to completely eliminate the effects of moisture when used under high humidity, or when the contents contain a lot of moisture, or when boil / retort treatment is required. It is difficult to improve the water resistance and moisture resistance of the PVA resin layer itself.

PVA系樹脂に耐水性を付与する方法として、架橋剤によって架橋構造とする方法が知られており、PVA系樹脂層を含む多層構造体においても、かかる技術が検討されている。
例えば、PVA系樹脂、無機層状化合物、およびPVA系樹脂の架橋剤を含む水系塗工液を基材に塗工することで、耐熱水性に優れたガスバリア性フィルムを得る技術が提案されている。(例えば、特許文献1参照。)
As a method for imparting water resistance to a PVA-based resin, a method for forming a crosslinked structure with a crosslinking agent is known, and such a technique is also being studied for a multilayer structure including a PVA-based resin layer.
For example, a technique for obtaining a gas barrier film excellent in hot water resistance by applying an aqueous coating solution containing a PVA-based resin, an inorganic layered compound, and a PVA-based resin crosslinking agent to a substrate has been proposed. (For example, refer to Patent Document 1.)

また、近年提案された側鎖に1,2−ジオール構造を有するPVA系樹脂は、一般的なPVA系樹脂にない様々な特徴を有するものであるが、水分の影響による特性の低下は一般のPVA系樹脂よりも大きいため、その用途によっては耐水化が必須の技術であり、例えば、かかるPVA系樹脂に対する好適な架橋剤としてジルコニウム化合物が提案されている。(例えば、特許文献2参照。)   Further, recently proposed PVA-based resins having a 1,2-diol structure in the side chain have various characteristics not found in general PVA-based resins. Since it is larger than PVA-based resin, water resistance is an essential technique depending on its use. For example, a zirconium compound has been proposed as a suitable crosslinking agent for such PVA-based resin. (For example, see Patent Document 2.)

特開2003−205582号公報JP 2003-205582 A 特開2006−299238号公報JP 2006-299238 A

PVA系樹脂の優れたガスバリア性は、単純な樹脂構造による結晶性の高さと、水酸基間の水素結合による強固な結晶構造形成によるものと考えられている。
従って、PVA系樹脂を架橋すると、結晶性は低下するので、ガスバリア性も低下すると考えるのが一般的である。
The excellent gas barrier property of the PVA resin is considered to be due to the high crystallinity due to a simple resin structure and the formation of a strong crystal structure due to hydrogen bonding between hydroxyl groups.
Therefore, it is general that when the PVA-based resin is cross-linked, the crystallinity is lowered, so that the gas barrier property is also lowered.

実際に、特許文献1の実施例では、PVA系樹脂を架橋剤によって架橋することで耐水性は向上しているが、ガスバリア性の向上は認められていない。
すなわち、PVA系樹脂において架橋構造の形成による耐水性の向上と、ガスバリア性、特に高湿度下でのガスバリア性を両立させることは困難であるというのが、当業者の共通の見解であった。
Actually, in the example of Patent Document 1, the water resistance is improved by cross-linking the PVA resin with a cross-linking agent, but the gas barrier property is not improved.
That is, the common view of those skilled in the art is that it is difficult to achieve both improvement in water resistance due to the formation of a crosslinked structure and gas barrier properties, particularly gas barrier properties under high humidity, in PVA-based resins.

本発明は、上述の事情に鑑みてなされたものであり、その目的は架橋構造形成による耐水性を有し、しかも高湿度下でのガスバリア性に優れた塗工層が得られる水性塗工液を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and its purpose is an aqueous coating liquid that has a water resistance due to the formation of a crosslinked structure and that provides a coating layer that is excellent in gas barrier properties under high humidity. Is to provide.

本発明は、上記事情に鑑み、鋭意検討した結果、下記一般式(1)で表される構造単位を含有するPVA系樹脂に対し、その架橋剤として炭酸ジルコニウムアンモニウムを用い、これらを含有する水性塗工液によって本発明の目的が達成されることを見出し、本発明を完成した。   As a result of intensive studies in view of the above circumstances, the present invention uses an ammonium zirconium carbonate as a crosslinking agent for a PVA-based resin containing a structural unit represented by the following general formula (1), and an aqueous solution containing these. The inventors have found that the object of the present invention can be achieved by a coating solution, and have completed the present invention.

本発明の水性塗工液はPVA系樹脂の架橋構造を有し、しかも高湿度下でのガスバリア性に優れる塗工層が得られることから、各種基材に対するガスバリア性保護層として、あるいは食品、薬品、農薬、化粧品、電子部品などの包装材料、特にボイル・レトルト処理が必要な包装材料として用いられる多層構造体中のガスバリア層として好適である。   Since the aqueous coating liquid of the present invention has a crosslinked structure of PVA-based resin, and a coating layer having excellent gas barrier properties under high humidity can be obtained, as a gas barrier protective layer for various substrates, or a food, It is suitable as a gas barrier layer in a multilayer structure used as a packaging material for chemicals, agricultural chemicals, cosmetics, electronic parts and the like, particularly as a packaging material requiring boil / retort treatment.

これは、本願発明の水性塗工液を基材等に塗工し、その加熱乾燥工程において、架橋剤として配合された炭酸ジルコニウムアンモニウム中の炭酸、およびアンモニウムが加熱乾燥時に揮発してジルコニウムのみとなり、かかるジルコニウムとPVA系樹脂の側鎖1,2−ジオール構造との間で共有結合が生成、かかるジルコニウムがPVA系樹脂の分子鎖の間で配列することによって、気体の透過を阻害しているものと推測される。
なお、このような効果は特許文献2において挙げられている他のジルコニウム化合物では得られず、炭酸ジルコニウムアンモニウムを用いた場合においてのみ得られる、特異的な現象である。
This is because the aqueous coating solution of the present invention is applied to a substrate and the like, and in the heating and drying process, carbonic acid in ammonium ammonium carbonate blended as a crosslinking agent and ammonium are volatilized during heating and drying to become only zirconium. A covalent bond is formed between the zirconium and the side chain 1,2-diol structure of the PVA resin, and the zirconium is arranged between the molecular chains of the PVA resin to inhibit gas permeation. Presumed to be.
Such an effect is a specific phenomenon that cannot be obtained with other zirconium compounds listed in Patent Document 2 but can be obtained only when ammonium zirconium carbonate is used.

以下に記載する構成要件の説明は、本発明の実施態様の一例(代表例)であり、これらの内容に特定されるものではない。
以下、本発明について詳細に説明する。
The description of the constituent requirements described below is an example (representative example) of an embodiment of the present invention, and is not limited to these contents.
Hereinafter, the present invention will be described in detail.

〔PVA系樹脂〕
まず、本発明で用いられるPVA系樹脂について説明する。
本発明の樹脂組成物に用いられるPVA系樹脂は、下記一般式(1)で示される1,2−ジオール構造単位を有するもので、一般式(1)におけるR、R、及びRはそれぞれ独立して水素原子または有機基を示し、Xは単結合または結合鎖を示し、R、R、及びRはそれぞれ独立して水素原子または有機基を示すものである。
[PVA resin]
First, the PVA resin used in the present invention will be described.
The PVA-based resin used in the resin composition of the present invention has a 1,2-diol structural unit represented by the following general formula (1), and R 1 , R 2 , and R 3 in the general formula (1). Each independently represents a hydrogen atom or an organic group, X represents a single bond or a bond chain, and R 4 , R 5 , and R 6 each independently represent a hydrogen atom or an organic group.

Figure 2013209491
Figure 2013209491

特に、一般式(1)で表わされる1,2−ジオール構造単位中のR〜R、及びR〜Rがすべて水素原子であり、Xが単結合であるものが最も好ましく、下記一般式(1’)で表わされる構造単位を有するPVA系樹脂が好適に用いられる。

Figure 2013209491
Particularly, it is most preferable that R 1 to R 3 and R 4 to R 6 in the 1,2-diol structural unit represented by the general formula (1) are all hydrogen atoms, and X is a single bond. A PVA resin having a structural unit represented by the general formula (1 ′) is preferably used.
Figure 2013209491

なお、かかる一般式(1)で表わされる構造単位中のR〜R、及びR〜Rは、樹脂特性を大幅に損なわない程度の量であれば有機基であってもよく、その有機基としては、例えばメチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、イソブチル基、tert−ブチル基等の炭素数1〜4のアルキル基が挙げられ、かかる有機基は、必要に応じて、ハロゲン基、水酸基、エステル基、カルボン酸基、スルホン酸基等の官能基を有していてもよい。 In addition, R 1 to R 3 and R 4 to R 6 in the structural unit represented by the general formula (1) may be an organic group as long as the resin characteristics are not significantly impaired. Examples of the organic group include an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms such as a methyl group, an ethyl group, an n-propyl group, an isopropyl group, an n-butyl group, an isobutyl group, and a tert-butyl group. May have a functional group such as a halogen group, a hydroxyl group, an ester group, a carboxylic acid group, or a sulfonic acid group, if necessary.

また、一般式(1)で表わされる1,2−ジオール構造単位中のXは熱安定性の点や高温下や酸性条件下での安定性の点で単結合であるものが最も好ましいが、本発明の効果を阻害しない範囲であれば結合鎖であってもよく、かかる結合鎖としては、アルキレン、アルケニレン、アルキニレン、フェニレン、ナフチレン等の炭化水素(これらの炭化水素はフッ素、塩素、臭素等のハロゲン等で置換されていても良い)の他、−O−、−(CHO)−、−(OCH−、−(CHO)CH−、−CO−、−COCO−、−CO(CHCO−、−CO(C)CO−、−S−、−CS−、−SO−、−SO−、−NR−、−CONR−、−NRCO−、−CSNR−、−NRCS−、−NRNR−、−HPO−、−Si(OR)−、−OSi(OR)−、−OSi(OR)O−、−Ti(OR)−、−OTi(OR)−、−OTi(OR)O−、−Al(OR)−、−OAl(OR)−、−OAl(OR)O−、等(Rは各々独立して任意の置換基であり、水素原子、またはアルキル基が好ましく、またmは自然数である)が挙げられる。中でも製造時あるいは使用時の安定性の点で炭素数6以下のアルキレン基、特にメチレン基、あるいは−CHOCH−が好ましい。 Further, X in the 1,2-diol structural unit represented by the general formula (1) is most preferably a single bond in terms of thermal stability and stability under high temperature or acidic conditions. A bonded chain may be used as long as it does not inhibit the effects of the present invention. Examples of such a bonded chain include hydrocarbons such as alkylene, alkenylene, alkynylene, phenylene, and naphthylene (these hydrocarbons include fluorine, chlorine, bromine, and the like). other, -O of may be substituted by a halogen) -, - (CH 2 O ) m -, - (OCH 2) m -, - (CH 2 O) m CH 2 -, - CO-, -COCO -, - CO (CH 2 ) m CO -, - CO (C 6 H 4) CO -, - S -, - CS -, - SO -, - SO 2 -, - NR -, - CONR-, -NRCO-, -CSNR-, -NRCS-, -NRNR-, HPO 4 -, - Si (OR ) 2 -, - OSi (OR) 2 -, - OSi (OR) 2 O -, - Ti (OR) 2 -, - OTi (OR) 2 -, - OTi (OR) 2 O—, —Al (OR) —, —OAl (OR) —, —OAl (OR) O—, and the like (R is each independently an optional substituent, preferably a hydrogen atom or an alkyl group, M is a natural number). Among them, an alkylene group having 6 or less carbon atoms, particularly a methylene group or —CH 2 OCH 2 — is preferable from the viewpoint of stability during production or use.

本発明で用いられるPVA系樹脂の製造法としては、特に限定されないが、(i)ビニルエステル系モノマーと下記一般式(2)で示される化合物との共重合体をケン化する方法や、(ii)ビニルエステル系モノマーと下記一般式(3)で示される化合物との共重合体をケン化及び脱炭酸する方法や、(iii)ビニルエステル系モノマーと下記一般式(4)で示される化合物との共重合体をケン化及び脱ケタール化する方法が好ましく用いられる。   Although it does not specifically limit as a manufacturing method of PVA-type resin used by this invention, (i) The method of saponifying the copolymer of a vinyl ester type monomer and the compound shown by following General formula (2), ( ii) a method of saponifying and decarboxylating a copolymer of a vinyl ester monomer and a compound represented by the following general formula (3); or (iii) a vinyl ester monomer and a compound represented by the following general formula (4): The method of saponifying and deketalizing the copolymer with is preferably used.

Figure 2013209491
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Figure 2013209491
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Figure 2013209491
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上記一般式(2)、(3)、(4)中のR、R、R、X、R、R、Rは、いずれも一般式(1)の場合と同様である。また、R及びRはそれぞれ独立して水素原子またはR−CO−(式中、Rは炭素数1〜4のアルキル基である)である。R10及びR11はそれぞれ独立して水素原子または炭素数1〜4のアルキル基である。 In the general formulas (2), (3) and (4), R 1 , R 2 , R 3 , X, R 4 , R 5 and R 6 are all the same as in the case of the general formula (1). . R 7 and R 8 are each independently a hydrogen atom or R 9 —CO— (wherein R 9 is an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms). R 10 and R 11 are each independently a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms.

(i)、(ii)、及び(iii)の方法については、例えば、特開2006−95825に説明されている方法を用いることができる。
なかでも、共重合反応性および工業的な取り扱い性に優れるという点から、(i)の方法において、一般式(2)で表わされる化合物として3,4−ジアシロキシ−1−ブテンを用いることが好ましく、特に3,4−ジアセトキシ−1−ブテンが好ましく用いられる。
なお、ビニルエステル系モノマーとして酢酸ビニルを用い、これと3,4−ジアセトキシ−1−ブテンを共重合させた際の各モノマーの反応性比は、r(酢酸ビニル)=0.710、r(3,4−ジアセトキシ−1−ブテン)=0.701、であり、これは(ii)の方法で用いられる一般式(3)で表される化合物の一例であるビニルエチレンカーボネートの場合の、r(酢酸ビニル)=0.85、r(ビニルエチレンカーボネート)=5.4、と比較して、3,4−ジアセトキシ−1−ブテンが酢酸ビニルとの共重合反応性に優れることを示すものである。
As the methods (i), (ii), and (iii), for example, the method described in JP-A-2006-95825 can be used.
Of these, it is preferable to use 3,4-diacyloxy-1-butene as the compound represented by the general formula (2) in the method (i) from the viewpoint of excellent copolymerization reactivity and industrial handleability. In particular, 3,4-diacetoxy-1-butene is preferably used.
In addition, the reactive ratio of each monomer when vinyl acetate is used as the vinyl ester monomer and 3,4-diacetoxy-1-butene is copolymerized is r (vinyl acetate) = 0.710, r ( 3,4-diacetoxy-1-butene) = 0.701, which is r in the case of vinyl ethylene carbonate which is an example of the compound represented by the general formula (3) used in the method (ii). Compared with (vinyl acetate) = 0.85 and r (vinyl ethylene carbonate) = 5.4, 3,4-diacetoxy-1-butene is excellent in copolymerization reactivity with vinyl acetate. is there.

また、3,4−ジアセトキシ−1−ブテンの連鎖移動定数は、Cx(3,4−ジアセトキシ−1−ブテン)=0.003(65℃)であり、これはビニルエチレンカーボネートのCx(ビニルエチレンカーボネート)=0.005(65℃)や、(iii)の方法で用いられる一般式(4)で表される化合物の一例である2,2−ジメチル−4−ビニル−1,3−ジオキソランのCx(2,2−ジメチル−4−ビニル−1,3−ジオキソラン)=0.023(65℃)と比較して、重合度が上がりにくくなったり、重合速度低下の原因となることがないことを示すものである。   The chain transfer constant of 3,4-diacetoxy-1-butene is Cx (3,4-diacetoxy-1-butene) = 0.003 (65 ° C.), which is Cx (vinyl ethylene) of vinyl ethylene carbonate. Carbonate) = 0.005 (65 ° C.) and 2,2-dimethyl-4-vinyl-1,3-dioxolane which is an example of a compound represented by the general formula (4) used in the method (iii). Compared with Cx (2,2-dimethyl-4-vinyl-1,3-dioxolane) = 0.023 (65 ° C.), the degree of polymerization is less likely to increase and the polymerization rate is not reduced. Is shown.

また、かかる3,4−ジアセトキシ−1−ブテンは、その共重合体をケン化する際に発生する副生物が、ビニルエステル系モノマーとして多用される酢酸ビニルに由来する構造単位からケン化時に副生する化合物と同一であり、その後処理や溶剤回収系に敢えて特別な装置や工程を設ける必要がなく、従来からの設備を利用出来るという点も、工業的に大きな利点である。   In addition, such 3,4-diacetoxy-1-butene is a by-product generated when saponifying the copolymer, and a by-product generated during the saponification from a structural unit derived from vinyl acetate frequently used as a vinyl ester monomer. It is an industrially significant advantage that it is the same as the resulting compound, and it is not necessary to provide any special equipment or process for the subsequent treatment or solvent recovery system, and conventional equipment can be used.

なお、上記の3,4−ジアセトキシ−1−ブテンは、例えば、WO00/24702、USP5,623,086、USP6,072,079などに記載されたエポキシブテン誘導体を経由する合成方法や、1,4−ブタンジオール製造工程の中間生成物である1,4−ジアセトキシ−1−ブテンを塩化パラジウムなどの金属触媒を用いて異性化する反応によって製造することができる。
また、試薬レベルではアクロス社の製品を市場から入手することができる。
The above 3,4-diacetoxy-1-butene can be synthesized by, for example, a synthesis method via an epoxybutene derivative described in WO 00/24702, USP 5,623,086, USP 6,072,079, -It can manufacture by the reaction which isomerizes 1,4-diacetoxy-1-butene which is an intermediate product of a butanediol manufacturing process using metal catalysts, such as palladium chloride.
At the reagent level, Across products can be obtained from the market.

なお、(ii)や(iii)の方法によって得られたPVA系樹脂は、脱炭酸あるいは脱アセタール化が不充分であると、側鎖にカーボネート環あるいはアセタール環が残存し、そのようなPVA系樹脂を溶融成形すると、かかる環状基によってPVA系樹脂が架橋し、ゲル状物などが発生する場合がある。
よって、かかる点からも、(i)の方法によって得られたPVA系樹脂が本発明においては好適に用いられる。
If the PVA resin obtained by the method (ii) or (iii) is insufficiently decarboxylated or deacetalized, a carbonate ring or an acetal ring remains in the side chain, and such a PVA resin When the resin is melt-molded, the cyclic group may cause the PVA-based resin to be cross-linked to generate a gel-like material.
Therefore, also from this point, the PVA resin obtained by the method (i) is preferably used in the present invention.

上記ビニルエステル系モノマーとしては、ギ酸ビニル、酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、バレリン酸ビニル、酪酸ビニル、イソ酪酸ビニル、ピバリン酸ビニル、カプリン酸ビニル、ラウリン酸ビニル、ステアリン酸ビニル、安息香酸ビニル、バーサチック酸ビニル等が挙げられるが、経済的に酢酸ビニルが好ましく用いられる。
また上述のモノマー(ビニルエステル系モノマー、一般式(2)、(3)、(4)で示される化合物)の他に、樹脂物性に大幅な影響を及ぼさない範囲、具体的には10モル%以内であれば、共重合成分として、エチレンやプロピレン等のαーオレフィン;3−ブテン−1−オール、4−ペンテン−1−オール、5−ヘキセン−1,2−ジオール等のヒドロキシ基含有α−オレフィン類、およびそのアシル化物などの誘導体;イタコン酸、マレイン酸、アクリル酸等の不飽和酸類あるいはその塩あるいはモノ又はジアルキルエステル;アクリロニトリル等のニトリル類、メタクリルアミド、ジアセトンア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、AMPS等のオレフィンスルホン酸あるいはその塩などの化合物、などが共重合されていてもよい。
Examples of the vinyl ester monomers include vinyl formate, vinyl acetate, vinyl propionate, vinyl valelate, vinyl butyrate, vinyl isobutyrate, vinyl pivalate, vinyl caprate, vinyl laurate, vinyl stearate, vinyl benzoate, versatic. Although vinyl acid acid etc. are mentioned, vinyl acetate is preferably used economically.
In addition to the above-mentioned monomers (vinyl ester monomers, compounds represented by the general formulas (2), (3), (4)), a range that does not significantly affect the physical properties of the resin, specifically 10 mol% If within, α-olefin such as ethylene or propylene as a copolymerization component; hydroxy group-containing α- such as 3-buten-1-ol, 4-penten-1-ol, 5-hexene-1,2-diol Derivatives such as olefins and acylated products thereof; unsaturated acids such as itaconic acid, maleic acid and acrylic acid or salts or mono- or dialkyl esters thereof; nitriles such as acrylonitrile; amides such as methacrylamide and diacetone acrylamide; Olefin sulfonic acid such as ethylene sulfonic acid, allyl sulfonic acid, methallyl sulfonic acid, AMPS or the like A compound such as a salt thereof may be copolymerized.

本発明で用いられるPVA系樹脂のケン化度(JIS K6726に準拠して測定)は、通常、95〜100モル%であり、特に98〜99.9モル%、さらに99〜99.8モル%のものが好ましく用いられる。かかるケン化度が低すぎると、得られた塗工層のガスバリア性が不充分になる場合がある。   The degree of saponification (measured in accordance with JIS K6726) of the PVA resin used in the present invention is usually 95 to 100 mol%, particularly 98 to 99.9 mol%, and further 99 to 99.8 mol%. Are preferably used. If the degree of saponification is too low, the resulting coating layer may have insufficient gas barrier properties.

また、PVA系樹脂の平均重合度(JIS K6726に準拠して測定)は、通常、300〜2000であり、特に800〜1500、さらに1000〜1300のものが好ましく用いられる。
かかる平均重合度が大きすぎると、水性塗工液の粘度が高くなり、塗工作業性が低下する場合があり、逆に小さすぎると、塗工層の機械強度が不十分となる傾向がある。
Moreover, the average degree of polymerization (measured according to JIS K6726) of the PVA-based resin is usually 300 to 2000, particularly 800 to 1500, and more preferably 1000 to 1300.
If the average degree of polymerization is too large, the viscosity of the aqueous coating solution may increase and the coating workability may decrease. Conversely, if it is too small, the mechanical strength of the coating layer tends to be insufficient. .

PVA系樹脂に含まれる1,2−ジオール構造単位の含有量は、通常、2〜10モル%であり、特に3〜8モル%、さらに5〜7モル%のものが好ましく用いられる。かかる含有量が低すぎても、逆に高すぎても、得られた塗工層の高湿度下でのガスバリア性が不十分となる傾向がある。   The content of the 1,2-diol structural unit contained in the PVA-based resin is usually 2 to 10 mol%, particularly 3 to 8 mol%, and more preferably 5 to 7 mol%. If the content is too low or too high, the resulting coating layer tends to have insufficient gas barrier properties under high humidity.

なお、PVA系樹脂中の1,2−ジオール構造単位の含有率は、PVA系樹脂を完全にケン化したもののH−NMRスペクトル(溶媒:DMSO−d6、内部標準:テトラメチルシラン)から求めることができ、具体的には1,2−ジオール単位中の水酸基プロトン、メチンプロトン、およびメチレンプロトン、主鎖のメチレンプロトン、主鎖に連結する水酸基のプロトンなどに由来するピーク面積から算出すればよい。 The content of the 1,2-diol structural unit in the PVA resin is determined from a 1 H-NMR spectrum (solvent: DMSO-d6, internal standard: tetramethylsilane) of a completely saponified PVA resin. Specifically, if calculated from the peak area derived from the hydroxyl proton, methine proton, and methylene proton in the 1,2-diol unit, the methylene proton in the main chain, the proton in the hydroxyl group linked to the main chain, etc. Good.

また、本発明で用いられるPVA系樹脂は、一種類であっても、二種類以上の混合物であってもよいが、混合物を用いる場合には、重合度、ケン化度、1,2−ジオール構造単位の含有量の平均値が上述の範囲内であることが好ましい。
また、PVA系樹脂として側鎖に1,2−ジオール成分を含有しないPVA系樹脂、例えば、未変性のPVAを併用することも可能であるが、その場合には、側鎖に1,2−ジオール成分を有するPVA系樹脂が主体、具体的にはPVA系樹脂の総量の50重量%以上、特に80重量%以上であることが好ましい。
In addition, the PVA resin used in the present invention may be one kind or a mixture of two or more kinds. When a mixture is used, the degree of polymerization, the degree of saponification, and 1,2-diol are used. It is preferable that the average value of the content of the structural unit is in the above range.
In addition, it is possible to use a PVA resin that does not contain a 1,2-diol component in the side chain as the PVA resin, for example, unmodified PVA, but in that case, 1,2- PVA-based resin having a diol component is the main component, specifically 50% by weight or more, particularly preferably 80% by weight or more of the total amount of PVA-based resin.

〔炭酸ジルコニウムアンモニウム〕
次に、本発明の水性塗工液において、PVA系樹脂の架橋剤として配合される炭酸ジルコニウムアンモニウムについて説明する。
かかる炭酸ジルコニウムアンモニウムは、一般に、化学式(NHZrO(COOで表される化合物であり、樹脂の架橋剤として広く用いられているものである。
[Ammonium zirconium carbonate]
Next, the ammonium zirconium carbonate blended as a cross-linking agent for the PVA resin in the aqueous coating solution of the present invention will be described.
Such ammonium zirconium carbonate is generally a compound represented by the chemical formula (NH 4 ) 2 ZrO (CO 3 ) 2 H 2 O, and is widely used as a crosslinking agent for resins.

炭酸ジルコニウムアンモニウムは、公知の製造法によるものを用いることができ、その市販品としては、第一稀元素化学工業社製「ジルコゾールAC−7」、日本軽金属社製「ベイコート20」などを挙げることができる。   Zirconium ammonium carbonate can be produced by a known production method, and examples of commercially available products include “Zircosol AC-7” manufactured by Daiichi Rare Element Chemical Industries, “Baycoat 20” manufactured by Nippon Light Metal Co., Ltd. Can do.

〔水性塗工液〕
本発明の水性塗工液は、上述のPVA系樹脂を主要成分とし、これに炭酸ジルコニウムアンモニウムが配合されたものであり、その他、必要に応じて他の成分を含有することも可能である。
[Water-based coating solution]
The aqueous coating liquid of the present invention comprises the above-mentioned PVA resin as a main component and is blended with ammonium zirconium carbonate, and may contain other components as required.

本発明の水性塗工液中の濃度は、通常2.5〜40重量%であり、特に5〜40重量%、殊に5〜10重量%の範囲が好適に用いられる。かかる濃度が高すぎると塗工液の粘度が高くなりすぎて塗工作業性が低下したり、塗工液中の気泡が抜けにくくなったり、均一な塗工層を得ることが難しくなる場合がある。また、かかる濃度が低すぎると所望の厚さの塗工層を得るために複数回の塗工が必要になったり、乾燥に長時間を要するなど、生産性が低下する場合がある。   The concentration in the aqueous coating solution of the present invention is usually from 2.5 to 40% by weight, preferably from 5 to 40% by weight, particularly preferably from 5 to 10% by weight. If the concentration is too high, the viscosity of the coating solution may become too high, resulting in poor coating workability, bubbles in the coating solution may be difficult to escape, and it may be difficult to obtain a uniform coating layer. is there. On the other hand, if the concentration is too low, productivity may be lowered, for example, multiple coatings are required to obtain a coating layer having a desired thickness, and drying takes a long time.

また、本発明の水性塗工液における炭酸ジルコニウムアンモニウムの配合量は、通常、PVA系樹脂100重両部に対して2〜20重量部であり、特に3〜20重量部、殊に3〜6重量部の範囲が好ましく用いられる。かかる含有量が多すぎても少なすぎても、得られた塗工層の高湿度下でのガスバリア性が不十分になる傾向がある。   In addition, the amount of ammonium zirconium carbonate in the aqueous coating solution of the present invention is usually 2 to 20 parts by weight, particularly 3 to 20 parts by weight, especially 3 to 6 parts per 100 parts by weight of the PVA resin. A range of parts by weight is preferably used. If the content is too much or too little, the resulting coating layer tends to have insufficient gas barrier properties under high humidity.

本発明の水性塗工液の20℃におけるpHは、通常6〜14であり、特に8〜12、殊に8〜10の範囲が好ましく用いられる。かかるpHが酸性側でありすぎると、塗工液や得られた塗工層が白濁しやすくなり、アルカリ性側でありすぎると塗工層の耐水性が不足する場合がある。
なお、水性塗工液のpHを調整する方法としては、公知の酸性化合物、アルカリ性化合物を所望のpHとなるように配合すればよいが、特に水酸化ナトリウムが好ましく用いられる。
The pH of the aqueous coating solution of the present invention at 20 ° C. is usually 6 to 14, and particularly preferably 8 to 12, particularly 8 to 10. If the pH is too acidic, the coating solution and the resulting coating layer are likely to become cloudy, and if it is too alkaline, the water resistance of the coating layer may be insufficient.
In addition, as a method for adjusting the pH of the aqueous coating solution, a known acidic compound or alkaline compound may be blended so as to have a desired pH, but sodium hydroxide is particularly preferably used.

本発明の水性塗工液の製造法としては、複数の水溶性化合物を含有する水性液を調製する公知の方法を採用することができ、例えば、(1)PVA系樹脂の水溶液、炭酸ジルコニウムアンモニウムの水溶液をそれぞれ調製し、混合する方法、(2)PVA系樹脂水溶液を調製し、これに炭酸ジルコニウムアンモニウムを配合し、溶解する方法、(3)PVA系樹脂と炭酸ジルコニウムアンモニウムを水中に投入し、同時に溶解する方法、などを挙げることができる。中でも、均一で良好な水性液が得られ易いことから(2)の方法が好ましく用いられる。   As a method for producing the aqueous coating liquid of the present invention, a known method for preparing an aqueous liquid containing a plurality of water-soluble compounds can be employed. For example, (1) an aqueous solution of PVA resin, ammonium zirconium carbonate (2) A method of preparing an aqueous solution of PVA resin and mixing and dissolving ammonium zirconium carbonate, (3) An aqueous solution of PVA resin and ammonium zirconium carbonate are poured into water. And a method of dissolving at the same time. Among them, the method (2) is preferably used because a uniform and good aqueous liquid can be easily obtained.

かかる水性塗工液の製造では、PVA系樹脂の溶解、炭酸ジルコニウムアンモニウムとの混合均一化のいずれにおいても攪拌操作が重要であり、公知の攪拌機を用いることができるが、例えば、低速回転型攪拌機、中速回転型攪拌機、高速回転せん断型攪拌機などを挙げることができる。   In the production of such an aqueous coating solution, a stirring operation is important in both dissolution of the PVA resin and mixing and homogenization with ammonium zirconium carbonate, and a known stirrer can be used. , Medium speed rotating type stirrer, high speed rotating shear type stirrer and the like.

なお、本発明の水性塗工液には、本発明の効果を阻害しない範囲内であれば、本願発明特定のPVA系樹脂以外の水溶性樹脂を配合することも可能である。かかる水溶性樹脂としては、未変性PVA、各種変性PVA系樹脂、ポリビニルピロリドン、ポリアクリル酸などを挙げることができる。また、各種水性エマルジョンを配合することも可能である。   In addition, if it is in the range which does not inhibit the effect of this invention, it is also possible to mix | blend water-soluble resin other than PVA-type resin specific to this invention with the aqueous coating liquid of this invention. Examples of such water-soluble resins include unmodified PVA, various modified PVA resins, polyvinyl pyrrolidone, and polyacrylic acid. Various aqueous emulsions can also be blended.

中でも、塗工液中、および塗工層とした場合の相分離の懸念が小さいことから、PVA系樹脂が好ましく用いられ、特に、新たな機能を付与する目的で、各種変性PVA系樹脂を用いることができる。
かかる変性PVA系樹脂は、ビニルエステル系モノマーと各種モノマーとの共重合体をケン化して得られた物であり、かかるモノマーとしては、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、3−ブテン−1−オール、4−ペンテン−1−オール、5−ヘキセン−1−オール等のヒドロキシ基含有α−オレフィン類およびそのアシル化物などの誘導体、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、ウンデシレ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等が挙げられる。
Among these, since there is little concern about phase separation in the coating liquid and in the coating layer, PVA resins are preferably used, and various modified PVA resins are used particularly for the purpose of imparting new functions. be able to.
Such a modified PVA resin is a product obtained by saponifying a copolymer of a vinyl ester monomer and various monomers. Examples of such a monomer include ethylene, propylene, isobutylene, α-octene, α-dodecene, α -Olefins such as octadecene, hydroxy group-containing α-olefins such as 3-buten-1-ol, 4-penten-1-ol, 5-hexen-1-ol and derivatives thereof such as acylated products, acrylic acid, Unsaturated acids such as methacrylic acid, crotonic acid, maleic acid, maleic anhydride, itaconic acid, undecylenic acid, its salts, monoesters, dialkyl esters, nitriles such as acrylonitrile, methacrylonitrile, diacetone acrylamide, acrylamide, methacryl Amides such as amides, ethylene Olefin sulfonic acids such as acid, allyl sulfonic acid, methallyl sulfonic acid or salts thereof, alkyl vinyl ethers, dimethylallyl vinyl ketone, N-vinyl pyrrolidone, vinyl compounds such as vinyl chloride, isopropenyl acetate, 1-methoxyvinyl acetate And substituted vinyl acetates such as

また、本発明の水性塗工液におけるPVA系樹脂の架橋剤として、炭酸ジルコニウムアンモニウム以外の公知の架橋剤を、本発明の効果を阻害しない範囲内で併用しても良い。 そのような架橋剤としては、例えば、炭酸ジルコニウムアンモニウム以外のオキシ塩化ジルコニウム、オキシ硝酸ジルコニウム等のジルコニウム化合物、乳酸チタンなどのチタン化合物、グリオキザールなどのアルデヒド化合物、メチロール化メラミンなどのメチロール化合物、ホウ酸、ホウ砂などのホウ素化合物などを挙げることができる。   Moreover, you may use together well-known crosslinking agents other than zirconium carbonate ammonium in the range which does not inhibit the effect of this invention as a crosslinking agent of PVA-type resin in the aqueous coating liquid of this invention. Examples of such cross-linking agents include zirconium compounds other than ammonium zirconium carbonate, zirconium compounds such as zirconium oxynitrate, titanium compounds such as titanium lactate, aldehyde compounds such as glyoxal, methylol compounds such as methylolated melamine, and boric acid. And boron compounds such as borax.

本発明の水性塗工液は、本発明の効果を損なわない範囲内で、消泡剤、界面活性剤、紫外線吸収剤、酸化防止剤、着色剤、蛍光染料、防腐剤、防黴剤などの、従来公知の添加剤や、ガスバリア性をさらに向上させるための層状無機化合物などを含有していてもよい。また、基材への濡れ性改善や、乾燥速度調節などの目的で水以外の有機溶剤類を含んでいてもよく、具体的には水との混和性を有する炭素数が1〜4のアルコール類、ケトン類を挙げることができる。   The aqueous coating liquid of the present invention is within the range not impairing the effects of the present invention, such as an antifoaming agent, a surfactant, an ultraviolet absorber, an antioxidant, a colorant, a fluorescent dye, an antiseptic, and an antifungal agent. In addition, a conventionally known additive or a layered inorganic compound for further improving gas barrier properties may be contained. Further, it may contain an organic solvent other than water for the purpose of improving the wettability to the substrate or adjusting the drying speed, and specifically, an alcohol having 1 to 4 carbon atoms that is miscible with water. And ketones.

〔塗工層〕
かくして得られた本発明の水性塗工液は、各種基材に塗工され、乾燥させることで塗工層とすることができる。
かかる基材としては特に制限はなく、その素材としては熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂などの合成樹脂、ガラス、アルミ箔などの金属材料、紙、木などの天然材料、その形状としては、フィルム、シート、不織布、各種成形品などを挙げることができる。
中でも、フィルム状、あるいはシート状の基材に塗工して塗工層とし、さらに他の層を積層することで多層構造体としたものが好ましく用いられ、実用上、重要である。
以下、フィルム状基材を用いた例を中心に説明する。
[Coating layer]
The aqueous coating solution of the present invention thus obtained can be applied to various substrates and dried to form a coating layer.
The base material is not particularly limited, and the material is a thermoplastic resin, a synthetic resin such as a thermosetting resin, a metal material such as glass or aluminum foil, a natural material such as paper or wood, and the shape is a film. , Sheets, nonwoven fabrics, various molded products, and the like.
Of these, a multilayer structure is preferably used by coating a film- or sheet-like substrate to form a coating layer, and further laminating other layers, which is practically important.
Hereinafter, an example using a film-like substrate will be mainly described.

上記の熱可塑性樹脂としては、低密度ポリエチレン、超低密度ポリエチレン、高密度ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−プロピレン共重合体、エチレン−ブテン共重合体、エチレン−酢酸ビニル共重合体、エチレン−メチルメタクリレート共重合体、アイオノマー樹脂等のポリオレフィン系樹脂;ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート等の芳香族ポリエステル系樹脂;ポリ乳酸、ポリブチレンサクシネート、ポリブチレンサクシネートアジペート等の脂肪族ポリエステル系樹脂;ナイロン−6、ナイロン6,6、メタキシリレンジアミン−アジピン酸縮重合物等のポリアミド系樹脂;ポリメタクリレート、ポリメチルメタクリレート等のアクリル系樹脂;ポリスチレン、スチレン−アクリロニトリル等のスチレン系樹脂;トリ酢酸セルロース、ジ酢酸セルロースなどのセルロース系樹脂;
ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリフッ化ビニリデン等のハロゲン含有樹脂;ポリカーボネート樹脂、ポリサルホン樹脂、ポリエーテルサルホン樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、ポリフェニレンオキシド樹脂、液晶ポリマー等のエンジニアリングプラスチック;等と挙げることができる。
Examples of the thermoplastic resin include low density polyethylene, ultra low density polyethylene, high density polyethylene, polypropylene, ethylene-propylene copolymer, ethylene-butene copolymer, ethylene-vinyl acetate copolymer, ethylene-methyl methacrylate copolymer. Polyolefin resins such as polymers and ionomer resins; aromatic polyester resins such as polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate and polyethylene naphthalate; aliphatic polyester resins such as polylactic acid, polybutylene succinate and polybutylene succinate adipate; Polyamide resins such as nylon-6, nylon 6,6, metaxylylenediamine-adipic acid condensation polymer; acrylic resins such as polymethacrylate and polymethylmethacrylate; polystyrene, styrene Styrene resins such as acrylonitrile; cellulose triacetate, cellulose resins such as di cellulose acetate;
Halogen-containing resins such as polyvinyl chloride, polyvinylidene chloride, and polyvinylidene fluoride; engineering plastics such as polycarbonate resin, polysulfone resin, polyether sulfone resin, polyether ether ketone resin, polyphenylene oxide resin, and liquid crystal polymer; Can do.

これらの熱可塑性樹脂の中でも、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ナイロン等が好ましく用いられ、特に、これらのフィルム、およびさらに二軸延伸してなるフィルム、さらにその表面にシリカ、アルミナ等を蒸着してなるフィルム等が好ましく用いられる。
なお、フィルム基材を用いる場合には、その厚みは10〜1000μm程度が適当である。
Among these thermoplastic resins, polypropylene, polyethylene terephthalate, nylon and the like are preferably used. In particular, these films, a film formed by biaxial stretching, and a film formed by vapor-depositing silica, alumina or the like on the surface thereof. Etc. are preferably used.
In addition, when using a film base material, about 10-1000 micrometers is suitable for the thickness.

上述の基材に本発明の水性塗工液を塗工する方法としては、ダイレクトグラビア法、リバースグラビア法などのグラビア法;2本ロールビートコート法、ボトムフィード3本ロール法等のロールコーティング法、ドクターナイフ法、ダイコート法、ディップコート法、バーコート法;など、公知の塗工法を用いることができる。
また、基材によっては、本発明の水性塗工液による塗工層との接着性を向上させるため、プラズマ処理、コロナ処理、電子線処理などの表面処理を施したり、プライマー処理、アンカー処理などを施したものを用いることが好適である。
As a method for applying the aqueous coating liquid of the present invention to the above-mentioned substrate, a gravure method such as a direct gravure method or a reverse gravure method; a roll coating method such as a two-roll beat coating method or a bottom feed three-roll method A known coating method such as a doctor knife method, a die coating method, a dip coating method, or a bar coating method can be used.
In addition, depending on the substrate, surface treatment such as plasma treatment, corona treatment, electron beam treatment, primer treatment, anchor treatment, etc. is performed in order to improve the adhesion with the coating layer by the aqueous coating solution of the present invention. It is preferable to use those subjected to.

本発明の水性塗工液を基材に塗工した後、乾燥によって水分やその他の揮発分が除かれる。その際の乾燥温度は塗工層の厚さによって適宜調節すべきものであるが、通常は、10〜200℃であり、特に20〜150℃、殊に30〜120℃の範囲が好適に用いられる。また、乾燥時間も、揮発分が所定量以下になるように、上述の乾燥温度に応じて適宜調節されるものであるが、通常は0.1〜120分であり、特に0.5〜60分の範囲で行われる。
かかる加熱、乾燥の過程で、本発明のPVA系樹脂は、炭酸ジルコニウムアンモニウムによって架橋され、架橋構造体が形成される。
After the aqueous coating liquid of the present invention is applied to a substrate, moisture and other volatile components are removed by drying. The drying temperature at that time should be appropriately adjusted depending on the thickness of the coating layer, but is usually 10 to 200 ° C., and particularly preferably 20 to 150 ° C., particularly 30 to 120 ° C. . Further, the drying time is appropriately adjusted according to the above-mentioned drying temperature so that the volatile component is a predetermined amount or less, but is usually 0.1 to 120 minutes, and particularly 0.5 to 60. Done in minutes.
In the process of heating and drying, the PVA resin of the present invention is crosslinked with ammonium zirconium carbonate to form a crosslinked structure.

かくしてPVA系樹脂の架橋構造体を含有する塗工層が形成されるわけであるが、その膜厚は、通常0.05〜50μmであり、特に0.1〜30μm、殊に1〜20μmの範囲が好ましく用いられる。かかる膜厚が薄すぎると、充分なガスバリア性が得られなくなる場合があり、一方、膜厚が厚すぎると、多層構造体としたときの柔軟性が損なわれる傾向がある。   Thus, a coating layer containing a crosslinked structure of PVA-based resin is formed, and the film thickness is usually 0.05 to 50 μm, particularly 0.1 to 30 μm, particularly 1 to 20 μm. A range is preferably used. If the film thickness is too thin, sufficient gas barrier properties may not be obtained. On the other hand, if the film thickness is too thick, the flexibility of a multilayer structure tends to be impaired.

この塗工層には、通常、さらに他の熱可塑性樹脂が積層され、多層構造体が形成されるが、かかる熱可塑性樹脂としては前述と同様のものを用いることができ、層構成としては、PVA系樹脂層をa(a1、a2、・・・)、熱可塑性樹脂層をb(b1、b2、・・・)とするとき、a/bの二層構造のみならず、b/a/b、a/b/a、a1/a2/b、a/b1/b2、b2/b1/a/b1/b2、b1/b2/a/b3/b4、a1/b1/a2/b2等任意の組み合わせが可能で、特にb/a/bまたはb2/b1/a/b1/b2の層構成が好ましい。
なお、かかるPVA系樹脂層(a)と熱可塑性樹脂層(b)との間には、接着剤層を設けることも好ましい実施態様である。
In this coating layer, usually, another thermoplastic resin is further laminated to form a multilayer structure, but such a thermoplastic resin can be the same as described above. When the PVA-based resin layer is a (a1, a2,...) And the thermoplastic resin layer is b (b1, b2,...), Not only a two-layer structure of a / b but also b / a / b, a / b / a, a1 / a2 / b, a / b1 / b2, b2 / b1 / a / b1 / b2, b1 / b2 / a / b3 / b4, a1 / b1 / a2 / b2, etc. Combinations are possible, and a layer structure of b / a / b or b2 / b1 / a / b1 / b2 is particularly preferable.
In addition, it is also a preferable embodiment to provide an adhesive layer between the PVA resin layer (a) and the thermoplastic resin layer (b).

さらに、これらの多層構造体の表面、あるいは各層の界面に、金属や無機成分による蒸着層を設けることも好ましい実施態様である。   Furthermore, it is also a preferred embodiment to provide a vapor deposition layer made of a metal or an inorganic component on the surface of the multilayer structure or the interface between the layers.

かかる多層構造体の膜厚は、通常0.1〜100μmであり、特に1〜50μm、殊に2〜30μmの範囲である。かかる膜厚が薄すぎると充分なガスバリア性が得られなくなる傾向があり、逆に厚すぎると柔軟性が損なわれる傾向がある。
また、多層構造体におけるPVA系樹脂層(a)と熱可塑性樹脂層(b)の厚さの比(a/b)は、各層が複数ある場合は最も厚みの厚い層同士の比にて、通常1/99〜50/50であり、特に1/99〜30/70、殊に5/95〜30/70の範囲が好ましく用いられる。
The film thickness of such a multilayer structure is usually from 0.1 to 100 μm, in particular from 1 to 50 μm, in particular from 2 to 30 μm. If the film thickness is too thin, sufficient gas barrier properties tend not to be obtained. Conversely, if the film thickness is too thick, flexibility tends to be impaired.
Moreover, the ratio (a / b) of the thicknesses of the PVA resin layer (a) and the thermoplastic resin layer (b) in the multilayer structure is the ratio of the thickest layers when there are a plurality of layers. The ratio is usually 1/99 to 50/50, and particularly preferably in the range of 1/99 to 30/70, particularly 5/95 to 30/70.

以下に、本発明の実施例を挙げて説明するが、本発明はその要旨を超えない限り、実施例の記載に限定されるものではない。
尚、例中、「部」、「%」とあるのは、断りのない限り重量基準を意味する。
Examples of the present invention will be described below, but the present invention is not limited to the description of the examples unless it exceeds the gist.
In the examples, “parts” and “%” mean weight basis unless otherwise specified.

実施例1
<PVA系樹脂の作製>
還流冷却器、攪拌機を備えた反応容器に、酢酸ビニル1500部、メタノール75部、3,4−ジアセトキシ−1−ブテン180部を仕込み、アゾビスイソブチロニトリルを0.05モル%(対仕込み酢酸ビニル)投入し、攪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。酢酸ビニルの重合率が75%となった時点で、m−ジニトロベンゼンを添加して重合を終了し、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とした。
ついで、上記メタノール溶液をさらにメタノールで希釈し、濃度35%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構造単位および3,4−ジアセトキシ−1−ブテン構造単位の合計量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ともにケン化物が析出し、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、目的とするPVA系樹脂を作製した。
Example 1
<Production of PVA resin>
A reaction vessel equipped with a reflux condenser and a stirrer was charged with 1500 parts of vinyl acetate, 75 parts of methanol, and 180 parts of 3,4-diacetoxy-1-butene, and 0.05 mol% of azobisisobutyronitrile (as opposed to the preparation). (Vinyl acetate) was added and the temperature was raised under a nitrogen stream while stirring to initiate polymerization. When the polymerization rate of vinyl acetate reaches 75%, m-dinitrobenzene is added to complete the polymerization, and then unreacted vinyl acetate monomer is removed from the system by blowing methanol vapor. A combined methanol solution was obtained.
Next, the methanol solution was further diluted with methanol, adjusted to a concentration of 35%, charged into a kneader, and while maintaining the solution temperature at 40 ° C., a 2% methanol solution of sodium hydroxide was used as a vinyl acetate structural unit in the copolymer. Further, saponification was carried out by adding 8 mmol per 1 mol of the total amount of 3,4-diacetoxy-1-butene structural units. As saponification progressed, when saponified substances were precipitated and formed into particles, they were separated by filtration, washed well with methanol and dried in a hot air drier to produce the intended PVA resin.

得られたPVA系樹脂のケン化度は、残存酢酸ビニルおよび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にて分析したところ、99.5モル%であった。また、平均重合度は、JIS K 6726に準じて分析を行ったところ、1200であった。また、一般式(1)で表される1,2−ジオール構造単位の含有量は、1H−NMR(300MHzプロトンNMR、d6−DMSO溶液、内部標準物質;テトラメチルシラン、50℃)にて測定した積分値より算出したところ、6モル%であった。   The saponification degree of the obtained PVA-based resin was 99.5 mol% when analyzed by the alkali consumption required for hydrolysis of residual vinyl acetate and 3,4-diacetoxy-1-butene. The average degree of polymerization was 1200 when analyzed according to JIS K 6726. The content of the 1,2-diol structural unit represented by the general formula (1) is measured by 1H-NMR (300 MHz proton NMR, d6-DMSO solution, internal standard substance: tetramethylsilane, 50 ° C.). The calculated value was 6 mol%.

<水性塗工液の作製>
得られたPVA系樹脂36.1部を常温の精製水665部に攪拌しながら添加し、分散液とする。この分散液を、攪拌しながら80℃まで加熱昇温し、30分間攪拌した後、冷却し、5%のPVA水溶液を得た。
得られたPVA系水溶液100部に炭酸ジルコニウムアンモニウム(第一稀元素化学工業社製「ジルコゾールAC−7」)7.69部(ZrO換算でPVA系樹脂の10重量%)を加え、10分間攪拌混合した後、0.1N水酸化ナトリウムH水溶液を用いてpHを8.8に調整を行い、水性塗工液を得た。
<Preparation of aqueous coating solution>
36.1 parts of the obtained PVA-based resin is added to 665 parts of purified water at room temperature with stirring to obtain a dispersion. The dispersion was heated to 80 ° C. with stirring, stirred for 30 minutes, and then cooled to obtain a 5% PVA aqueous solution.
To 100 parts of the obtained PVA aqueous solution, 7.69 parts of ammonium zirconium carbonate (“Zircosol AC-7” manufactured by Daiichi Rare Element Chemical Co., Ltd.) (10% by weight of PVA resin in terms of ZrO 2 ) was added for 10 minutes. After stirring and mixing, the pH was adjusted to 8.8 using 0.1N sodium hydroxide H aqueous solution to obtain an aqueous coating solution.

<多層構造体の作製>
得られた水性塗工液を、コロナ処理ポリエステルフィルム(フタムラ化学社製「太閤ポリエステルフィルムFE2001」)のコロナ処理面へ、バーコータ#30を用い、乾燥後の塗布厚が3μmとなるように塗布した。150℃で10分間乾燥し、多層構造体を得た。
<Production of multilayer structure>
The obtained aqueous coating solution was applied to the corona-treated surface of a corona-treated polyester film ("Taiko Polyester Film FE2001" manufactured by Futamura Chemical Co., Ltd.) using a bar coater # 30 so that the coating thickness after drying was 3 μm. . Drying was performed at 150 ° C. for 10 minutes to obtain a multilayer structure.

<酸素透過度>
得られた多層構造体の23℃、80%RHの雰囲気下における30分間の酸素透過度を、酸素透過試験器(MOCON社製「OXTRAN2/20」)を用いて測定した。得られた測定値から、下記式に従って、塗工層の酸素透過度(塗工層の酸素透過度)を求め、さらに厚さ3μmの換算値を算出した。
結果を表1に示す。
1/Ptotal=1/Psample+1/Pbase
total:多層構造体の酸素透過度
sample:塗工層の酸素透過度
base:基材フィルムの酸素透過度
<Oxygen permeability>
The oxygen permeability of the obtained multilayer structure in an atmosphere of 23 ° C. and 80% RH for 30 minutes was measured using an oxygen permeation tester (“OXTRAN 2/20” manufactured by MOCON). From the obtained measured value, the oxygen permeability of the coating layer (oxygen permeability of the coating layer) was determined according to the following formula, and a converted value of 3 μm thickness was further calculated.
The results are shown in Table 1.
1 / P total = 1 / P sample + 1 / P base
P total : Oxygen permeability of the multilayer structure P sample : Oxygen permeability of the coating layer P base : Oxygen permeability of the base film

比較例1
実施例1において、炭酸ジルコニウムアンモニウムを用いなかった以外は実施例1と同様に水性塗工液、多層構造体を作製し、同様に評価した。結果を表1に示す。
Comparative Example 1
In Example 1, an aqueous coating solution and a multilayer structure were prepared and evaluated in the same manner as in Example 1 except that ammonium zirconium carbonate was not used. The results are shown in Table 1.

比較例2
実施例1において、炭酸ジルコニウムアンモニウムに代えて、乳酸チタン(マツモト交商社製「オルガチックス TC−310」)を2.27部(Ti換算でPVA系樹脂の10重量%)用いた以外は実施例1と同様に水性塗工液、多層構造体を作製し、同様に評価した。結果を表1に示す。
Comparative Example 2
Example 1 Example 2 except that 2.27 parts (10% by weight of PVA-based resin in terms of Ti) of titanium lactate (“Orgatics TC-310” manufactured by Matsumoto Trading Co., Ltd.) was used in place of ammonium zirconium carbonate. An aqueous coating solution and a multilayer structure were prepared in the same manner as in Example 1 and evaluated in the same manner. The results are shown in Table 1.

比較例3
実施例1において、炭酸ジルコニウムアンモニウムに代えて、オキシ硝酸ジルコニウム(第一稀元素化学工業社製「ZN」)を3.95部(ZrO換算でPVA系樹脂の10重量%)用いた以外は実施例1と同様に水性塗工液、多層構造体を作製し、同様に評価した。結果を表1に示す。
Comparative Example 3
In Example 1, in place of ammonium zirconium carbonate, zirconium oxynitrate (“ZN” manufactured by Daiichi Rare Element Chemical Industries, Ltd.) was used except that 3.95 parts (10% by weight of PVA resin in terms of ZrO 2 ) was used. An aqueous coating solution and a multilayer structure were prepared in the same manner as in Example 1 and evaluated in the same manner. The results are shown in Table 1.

比較例4
実施例1において、炭酸ジルコニウムアンモニウムに代えて、オキシ塩化ジルコニウム(第一稀元素化学工業社製「ZC−20」)を4.94部(ZrO換算でPVA系樹脂の10重量%)用いた以外は実施例1と同様に水性塗工液、多層構造体を作製し、同様に評価した。結果を表1に示す。
Comparative Example 4
In Example 1, instead of ammonium zirconium carbonate, 4.94 parts of zirconium oxychloride ("ZC-20" manufactured by Daiichi Rare Element Chemical Industry Co., Ltd.) (10% by weight of PVA resin in terms of ZrO 2 ) was used. Except for the above, an aqueous coating solution and a multilayer structure were prepared in the same manner as in Example 1 and evaluated in the same manner. The results are shown in Table 1.

[表1]

Figure 2013209491
[Table 1]
Figure 2013209491

上記結果から、実施例1の側鎖に1,2−ジオール構造を有するPVA系樹脂に炭酸ジルコニウムアンモニウムを配合した水性塗工液による塗工層を有する多層構造体は、高湿度下でのガスバリア性に優れたものであった。
一方、架橋剤を用いなかったり、側鎖に1,2−ジオール構造を有するPVA系樹脂に対する金属系架橋剤として公知の金属化合物では、充分なガスバリア性は得られなかった。
From the above results, the multilayer structure having a coating layer of an aqueous coating solution in which ammonium carbonate is blended with a PVA resin having a 1,2-diol structure in the side chain of Example 1 is a gas barrier under high humidity. It was excellent in properties.
On the other hand, a sufficient gas barrier property was not obtained with a metal compound known as a metal-based crosslinking agent for a PVA-based resin having no 1,2-diol structure in the side chain without using a crosslinking agent.

本発明の水性塗工液は、高湿度下でのガスバリア性に優れる塗工層が得られることから、各種基材に対するガスバリア性保護層として、あるいは食品、薬品、農薬、化粧品、電子部品などの包装材料、特にボイル・レトルト処理が必要な包装材料として用いられる多層構造体中のガスバリア層として好適である。   Since the aqueous coating liquid of the present invention provides a coating layer having excellent gas barrier properties under high humidity, it can be used as a gas barrier protective layer for various substrates, or for foods, chemicals, agricultural chemicals, cosmetics, electronic parts, etc. It is suitable as a gas barrier layer in a multilayer structure used as a packaging material, particularly as a packaging material requiring boil / retort treatment.

Claims (5)

下記一般式(1)で表される構造単位を含有するPVA系樹脂に、架橋剤として炭酸ジルコニウムアンモニウムを配合してなる水性塗工液。
Figure 2013209491
[式中、R、R及びRはそれぞれ独立して水素原子または有機基を示し、Xは単結合または結合鎖を示し、R、R、及びRはそれぞれ独立して水素原子または有機基を示す。]
An aqueous coating solution obtained by blending ammonium zirconium carbonate as a crosslinking agent in a PVA resin containing a structural unit represented by the following general formula (1).
Figure 2013209491
[Wherein R 1 , R 2 and R 3 each independently represents a hydrogen atom or an organic group, X represents a single bond or a bond chain, and R 4 , R 5 and R 6 each independently represent hydrogen. Indicates an atom or an organic group. ]
炭酸ジルコニウムアンモニウムの配合量が、PVA系樹脂100重量部に対して2〜20重量部である請求項1記載の水性塗工液。 The aqueous coating solution according to claim 1, wherein the compounding amount of ammonium zirconium carbonate is 2 to 20 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the PVA resin. 20℃におけるpHが6〜14である請求項1または2記載の水性塗工液。 The aqueous coating solution according to claim 1 or 2, wherein the pH at 20 ° C is 6 to 14. 請求項1〜3いずれか記載の水性塗工液を支持基材上に塗工、乾燥してなるガスバリア性塗工層。 A gas barrier coating layer obtained by coating and drying the aqueous coating solution according to any one of claims 1 to 3 on a support substrate. 請求項4記載の塗工層を少なくとも一層有する多層構造体。
A multilayer structure having at least one coating layer according to claim 4.
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