JP2014512413A - 樹脂組成物およびその成形品 - Google Patents
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Abstract
Description
しかしながら、通常のPVA系樹脂は融点と分解温度が近接しているため、実質的に溶融成形は不可能であり、その成形法としては、水溶液とした後、これを流延・乾燥してフィルム化したり、各種基材表面に塗工・乾燥する方法を採用せざるをえず、この制約がPVA系樹脂を包装材用途に広範に展開する際の大きな障害となっていた。
PVA系樹脂が高融点であり、ガスバリア性に優れるのは、分子構造が単純であるため結晶性が高いことと、結晶部および非晶部において、分子鎖が水酸基同士の水素結合によって強く拘束されていることによるものである。かかる特許文献1に記載のPVA系樹脂は、側鎖の立体障害によって結晶性が低下し、低融点化されるにもかかわらず、非晶部における側鎖水酸基による強い水素結合によって結晶性低下によるガスバリア性の低下が抑制されているものと推測される。
しかしながら、PVA系樹脂は上述の通り結晶性の高さと非晶部の水素結合による拘束力の強さなどから、他の熱可塑性樹脂と比較して柔軟性に劣り、この点もPVA系樹脂の包装材料への展開の障害となっている。
例えば、かかるPVA系樹脂はガスバリア性に優れるものであるが、そのフィルムを繰り返し屈曲するとピンホールが生じ、それによってガスバリア性が一気に低下する場合があった。
PVA系樹脂に対してもこれらの検討が行われているが、可塑剤を配合するとPVA系樹脂の結晶性が阻害されるためガスバリア性が低下し、海島構造型ポリマーアロイとする方法では、海成分と島成分の屈折率の差や界面の密着性不良により透明性が損なわれる傾向があるため、良好な特性を備えたものは未だ見出されていない。
即ち、本発明は以下の態様を含む。
a1)40〜75mol%の少なくとも1種の脂肪族ジカルボン酸もしくはそのエステル形成誘導体またはそれらの混合物
a2)25〜60mol%の少なくとも1種の芳香族ジカルボン酸もしくはそのエステル形成誘導体またはそれらの混合物
a3)0〜5mol%のスルホネート化合物
c1)エーテル基を有し、下記式(I)で表される構造を有する少なくとも1種のジヒドロキシ化合物
c4)少なくとも1種のジアミノ−C1〜C8アルカン、
d1)エステル形成が可能な基を少なくとも3個有する化合物、
d2)ジまたはポリイソシアネート、
d3)ジまたはポリオキシド、
樹脂組成物。
[3] 前記ポリビニルアルコール系樹脂(i)に含有される前記一般式(1)で表される構造単位の含有量が1〜15mol%である、[1]記載の樹脂組成物。
[4] 前記ポリビニルアルコール系樹脂(i)に含有される前記一般式(1)で表される構造単位の含有量が1〜15mol%である、[2]記載の樹脂組成物。
[6] [1]〜[4]のいずれかに記載の樹脂組成物から形成された層と、他の生分解性ポリマーから形成された層とを有する積層フィルム。
[7] [1]〜[4]のいずれかに記載の樹脂組成物から形成された層と、他の生分解性ポリマーから形成された層とを有する共押出フィルム。
また、本発明の樹脂組成物による成形品は、海成分と島成分の界面状態が良好であると推測され、それが柔軟性に寄与するとともに、良好な透明性が得られた要因であるものと推測される。
さらに、本発明で用いられるPVA系樹脂(i)、およびAAPE(ii)のいずれも生分解性であることから、これらを含有する本発明の樹脂組成物も生分解性である。
以下、各順に説明する。
まず、本発明で用いられるPVA系樹脂(i)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)で示される構造単位を有するもので、一般式(1)におけるR1、R2、及びR3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、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すものである。
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。
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。
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。
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−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。
かかる平均重合度が小さすぎると得られた成形物の機械的強度が不足する場合があり、逆に平均重合度が大きすぎると、流動性が不足して成形性が低下する場合があり、成形時せん断発熱が異常発生して樹脂が熱分解しやすくなる傾向がある。
次に、本発明において用いられるAAPE(ii)について説明する。
AAPE(ii)は、下記A)〜B)を必須成分とし、所望により下記C)〜D)から選択される1種以上の成分を含有するポリエステルを含み、
a1)40〜75mol%の少なくとも1種の脂肪族ジカルボン酸もしくはそのエステル形成誘導体またはそれらの混合物
a2)25〜60mol%の少なくとも1種の芳香族ジカルボン酸もしくはそのエステル形成誘導体またはそれらの混合物
a3)0〜5mol%のスルホネート化合物
c1)エーテル基を有し、下記式(I)で表される構造を有する少なくとも1種のジヒドロキシ化合物
Gはフェニレン、o−ヒドロキシフェニレン、−(CH2)q−(qは1〜5の整数を示す)、C(R)H−及び−C(R)HCH2(Rはメチル基またはエチル基を示す)からなる群から選択されるラジカルを示す〕
c4)少なくとも1種のジアミノ−C1〜C8アルカン、
d1)エステル形成が可能な基を少なくとも3個有する化合物、
d2)ジまたはポリイソシアネート、
d3)ジまたはポリオキシド、
特に好ましいのは、アジピン酸または、そのアルキルエステルなどのそのエステル形成誘導体、もしくはそれらの混合物、または、セバシン酸、またはセバシン酸とアジピン酸との混合物を用いることである。
本発明の樹脂組成物は、上述のPVA系樹脂(i)と、上述のAAPE(ii)を含有するものである。
かかる押出機を用いて溶融混練し、本発明の樹脂組成物を得る条件としては、PVA系樹脂(i)の融点などに応じて適宜調節する必要があるが、通常、160〜230℃の範囲が採用される。
かかる混合によって得られた本発明の樹脂組成物は、成形材料として使用するために、通常はペレットや粉末などの形状とされる。中でも成形機への投入や、取扱い、微粉発生の問題が小さい点から、ペレット形状とすることが好ましい。
なお、かかるペレット形状への成形は公知の方法を用いることができるが、上述の押出機からストランド状に押出し、冷却後所定の長さに切断し、円柱状のペレットとする方法が効率的である。
本発明の樹脂組成物は、成形性、特に溶融成形性に優れていることから、成形材料として有用である。溶融成形方法としては、押出成形、インフレーション成形、射出成形、ブロー成形、真空成形、圧空成形、圧縮成形、カレンダー成形、など公知の成形法を用いることができる。
また、本発明の樹脂組成物から得られる成形品としては、フィルム、シート、パイプ、円板、リング、袋状物、ボトル状物、繊維状物など、多種多用の形状のものを挙げることができる。
特に、本発明の樹脂組成物はPVA系樹脂を主体とするものであり、低湿度条件下では優れたガスバリア性が得られるものの、吸湿によってその特性は大きく変化する場合があるため、水蒸気バリア性が高い素材を表面に配した積層構造体としての使用が望ましい。
本発明の樹脂組成物を含む成形品は、各種気体に対する優れたバリア性を有し、さらに優れた柔軟性、曲げ亀裂耐性を有しているので、これらの特性が要求される物品に使用することができる。かかる用途例としては、飲食品用包装材、容器、バッグインボックス用内袋、容器用パッキング、医療用輸液バッグ、有機液体用容器、有機液体輸送用パイプ、各種ガスの容器、チューブ、ホースなどが挙げられる。多層複合材は、例えば、飲料、野菜、果実、食肉、惣菜、コーヒー、茶、化粧品、医薬用の食品包装用として興味深い。
また、各種電気部品、自動車部品、工業用部品、レジャー用品、スポーツ用品、日用品、玩具、医療器具などに用いることも可能である。
尚、本実施例中、「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、攪拌機を備えた反応容器に、酢酸ビニル68.0部、メタノール23.8部、3,4−ジアセトキシ−1−ブテン8.2部を仕込み、アゾビスイソブチロニトリルを0.3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90%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。
〔AAPE(B1)の製造〕
ポリエステルB1を調製するために、87.3kgのジメチルテレフタレート、80.3kgのアジピン酸、117kgの1,4−ブタンジオールおよび0.2kgのグリセロールを、0.028kgのテトラブチルオルトチタナート(TBOT)と混合し、アルコール成分と酸成分との間のモル比を1.30にした。この反応混合物を、180℃の温度まで加熱し、この温度で6時間反応させた。次いで、温度を240℃に上昇させ、過剰のジヒドロキシ化合物を3時間にわたって真空下で蒸留によって除去した。次に、0.9kgのヘキサメチレンジイソシアナートを1時間以内で240℃でゆっくり計量しながら供給した。
得られたポリエステルB1は、融点が119℃で、分子質量(Mn)は23000g/モルであった。
〔樹脂組成物の作製〕
製造例1で得られたPVA系樹脂(A1)80重量部と、製造例2で得られたAAPE(B1)20重量部をドライブレンドした後、これを二軸押出機にて下記条件で溶融混練し、ストランド状に押出してペレタイザーでカットし、円柱形ペレットの樹脂組成物を得た。
直径(D)15mm
L/D=60
スクリュ回転数:200rpm
設定温度:C1/C2/C3/C4/C5/C6/C7/C8/D=
120/150/180/195/200/200/210/210/210℃
スクリューパターン:3箇所混練スクリュー
スクリーンメッシュ:90/90mesh
吐出量:1.5kg/hr
得られたペレットを、押出機にて下記条件で製膜し、厚さ約30μmの単層フィルムを作製し、下記の評価を行った。結果を表1に示す。
直径(D)15mm、
L/D=60
スクリュ回転数 :200rpm
設定温度:C1/C2/C3/C4/C5/C6/C7/C8/D=
150/180/190/195/200/210/210/210/210℃
吐出量:1.5kg/hr
スクリーンメッシュ:90/90mesh
ダイ:幅300mm、コートハンガータイプ
引取速度:2.6m/min
ローラー温度:50℃
エアーギャップ:1cm
得られたフィルムの23℃、65%RHでの酸素透過度を、酸素透過度試験機(MOCON社製「Oxtran2/20」)を用いて測定した。結果を表1に示す。
得られたフィルムを、ゲルボフレックステスター(理学工業社製)を用い、下記条件にて曲げ亀裂試験を行った。
試験環境:23℃、50%RH
曲げ亀裂条件:2.5インチ進んだ後、3.5インチ進みながら440°捻る
サイクル:40サイクル/分
曲げ亀裂回数:100回
試験後のフィルムの中央部から28cm×17cmの試料を切り出し、ピンホール数を数えた。かかるテストを5回試行し、その平均値を求めた。結果を表1に示す。
得られたフィルムの内部ヘイズをヘイズメーター(日本電色工業社製「Haze Meter NDH2000」)を用いて測定した。結果を表1に示す。
ISO14851に記載の生分解性評価方法に準じ、大阪市の下水処理場の活性汚泥を30mg/lの濃度で含む標準試験培養液300mL中に得られたフィルムを100mg/Lとなるように添加し、25±1℃で68日間培養し、生分解に消費された酸素量を閉鎖系酸素消費量測定装置(大倉電気社製「クーロンメーターOM3001A」)を用いて測定し、その値から生分解率を求めた。結果を図1に示す。また、60日後の生分解率を表1に示す。
実施例1において、PVA系樹脂(A1)の配合量を70重量部、AAPE(B1)の配合量を30重量部とした以外は実施例1と同様に樹脂組成物、フィルムを作製し、同様に評価した。結果を表1に示す。
実施例1において、AAPE(B1)を配合しなかった以外は実施例1と同様に樹脂組成物、フィルムを作製し、同様に評価した。結果を表1に示す。
実施例1において、PVA系樹脂(A1)とAAPE(B1)から製造された組成物に代えて、ポリ乳酸(ネイチャーワークス社製4032D)を用いた以外は実施例1と同様に樹脂組成物、フィルムを作製し、同様にその生分解性を評価した。結果を表1に示す。
実施例1において、AAPE(B1)に代えて、酸変性スチレン/エチレン/ブチレンブロック共重合体(旭化成社製「タフテックM1913」)を用いた以外は実施例1と同様に樹脂組成物、フィルムを作製し、同様に評価した。結果を表1に示す。
さらに、表1および図1の60日後の生分解性比の結果から明らかなように、実施例1のフィルムが水に不溶性のAAPEを含むのにもかかわらず、このフィルムは、水溶性でありかつ生分解性である比較例1のフィルムの場合にほぼ等しい、水中の生分解性を示す。他方では、水に不溶性であるポリ乳酸のみからできている比較例2のフィルムは、水の中で示す生分解性が劣っている。
一方、AAPE(B1)を配合しなかった比較例1のフィルムは、ガスバリア性、透明性は優れるものの、柔軟性が極めて乏しかった。
またAAPE(B1)に変えてPVA系樹脂の柔軟性改善剤として広く用いられているスチレン/エチレン/ブチレンブロック共重合体を配合した比較例3のフィルムは、柔軟性は優れているものの、ガスバリア性と透明性の点で不十分であった。
また、本発明の樹脂組成物は生分解性であることから、生分解性が求められる各種成形品の材料として、特にポリ乳酸などの生分解性樹脂との積層構造体とすることによって、完全生分解性でガスバリア性の優れる包装材料とすることが可能である。
Claims (7)
- 下記一般式(1)で表される構造単位を有するポリビニルアルコール系樹脂(i)と、脂肪族−芳香族ポリエステル(ii)とを含有する樹脂組成物であって、
該脂肪族−芳香族ポリエステル(ii)は、下記A)〜B)を必須成分とし、所望により下記C)〜D)から選択される1種以上の成分を含有するポリエステルを含み、
A)下記で構成される酸成分
a1)40〜75mol%の少なくとも1種の脂肪族ジカルボン酸もしくはそのエステル形成誘導体またはそれらの混合物
a2)25〜60mol%の少なくとも1種の芳香族ジカルボン酸もしくはそのエステル形成誘導体またはそれらの混合物
a3)0〜5mol%のスルホネート化合物
B)少なくとも1種のC2〜C12のアルカンジオールまたはそれらの混合物で構成されるジオール成分
C)下記c1)〜c6)から選択される成分、又はこれらの混合物
c1)エーテル基を有し、下記式(I)で表される構造を有する少なくとも1種のジヒドロキシ化合物
c2)下記式(II)で表される構造の少なくとも1種のヒドロキシカルボン酸、
c3)少なくとも1種のアミノ−C2〜C12アルカノール、少なくとも1種のアミノ−C5〜C10シクロアルカノール、またはそれらの混合物、
c4)少なくとも1種のジアミノ−C1〜C8アルカン、
c5)下記式(III)で表される構造の少なくとも1種の2,2‘−ビスオキサゾリン、
c6)天然アミノ酸、4〜6個の炭素原子を有するジカルボン酸と4〜10個の炭素原子を有するジアミンの縮重合によって得られるポリアミド、下記式(IV)で表される化合物からなる群から選択される、少なくとも1種のアミノカルボン酸
D)下記d1)〜d3)から選択される成分、又はこれらの混合物
d1)エステル形成が可能な基を少なくとも3個有する化合物、
d2)ジまたはポリイソシアネート、
d3)ジまたはポリオキシド、
該脂肪族−芳香族ポリエステル(ii)に対するポリビニルアルコール系樹脂(i)の含有比率(i)/(ii)が、重量比で98/2〜50/50である、
樹脂組成物。 - 前記一般式(1)中、R1〜R6は水素原子を示し、Xは単結合を示す、請求項1に記載の樹脂組成物。
- 前記ポリビニルアルコール系樹脂(i)に含有される前記一般式(1)で表される構造単位の含有量が1〜15mol%である、請求項1に記載の樹脂組成物。
- 前記ポリビニルアルコール系樹脂(i)に含有される前記一般式(1)で表される構造単位の含有量が1〜15mol%である、請求項2に記載の樹脂組成物。
- 請求項1〜4のいずれかに記載の樹脂組成物の溶融成形物を含む成形品。
- 請求項1〜4のいずれかに記載の樹脂組成物から形成された層と、他の生分解性ポリマーから形成された層とを有する積層フィルム。
- 請求項1〜4のいずれかに記載の樹脂組成物から形成された層と、他の生分解性ポリマーから形成された層とを有する共押出フィルム。
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