JP2015505757A - 基材上にイオノマーコーティングを形成する方法 - Google Patents

基材上にイオノマーコーティングを形成する方法 Download PDF

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Abstract

基材上にイオノマーコーティングを形成する方法であって、このイオノマー組成物は、親酸コポリマーの全重量に基づいて約１８〜約３０重量％のアクリル酸またはメタクリル酸の共重合単位を含むエチレン酸コポリマーを含み、この酸コポリマーは、約２００〜約１０００ｇ／１０分のメルトフローレートを有し、このコポリマーの全カルボン酸基の約５０％〜約７０％は、ナトリウムカチオン、カリウムカチオンまたはそれらの混合物を含むカルボン酸塩に中和されている方法が開示される。

Description

この出願は、２０１１年１２月１２日に出願された米国仮出願第６１／５６９，３６５号明細書に対する優先権を主張する。
本発明は、基材上にイオノマーを含むコーティングを形成する方法に関する。
α，β−エチレン性不飽和カルボン酸とのエチレンコポリマーのイオノマーは、当技術分野で公知であり、コポリマーのカルボン酸基の少なくとも一部は、中和されて、アルカリ金属、アルカリ土類金属または遷移金属のカチオンを含むカルボン酸塩を形成する。例えば、米国特許第３，２６４，２７２号明細書；米国特許第３，３３８，７３９号明細書：米国特許第３，３５５，３１９号明細書；米国特許第５，１５５，１５７号明細書；米国特許第５，２４４，９６９号明細書；米国特許第５，３０４，６０８号明細書；米国特許第５，５４２，６７７号明細書；米国特許第５，５９１，８０３号明細書；米国特許第５，６８８，８６９号明細書；米国特許第６，１００，３３６号明細書；米国特許第６，２４５，８５８号明細書；米国特許第６，５１８，３６５明細書；および米国特許出願公開第２００９／０２９７７４７号明細書を参照されたい。
イオノマーの水性分散液も、当技術分野で公知である。例えば、米国特許第３，８９６，０６５号明細書；米国特許第３，９０４，５６９号明細書；米国特許第４，１３６，０６９号明細書；米国特許第４，５０８，８０４号明細書；米国特許第５，４０９，７６５号明細書；ならびに日本国特許出願特開平０１−００９３３８号公報および特開平０５−０７５７６９号公報を参照されたい。それらは、酸コポリマー前駆体を溶媒に溶解させ、酸官能基を一般にアンモニア、アミンまたはアルカリ金属イオンで中和し、その溶液を水中に希釈し、続いて、溶媒を一部または完全に除去することによって製造されている。例えば、米国特許第２，３１３，１４４号明細書；米国特許第３，２９６，１７２号明細書；米国特許第３，３８９，１０９号明細書；米国特許第３，５６２，１９６号明細書；米国特許第５，４３０，１１１号明細書；米国特許第５，５９１，８０６号明細書；英国特許第１２４３３０３号明細書；日本国特許出願特開昭５０−０８４６８７号公報および特開２００９−０９１４２６号公報を参照されたい。
水性イオノマー分散液は、酸コポリマー前駆体またはイオノマーを熱アンモニア水および他の中和剤中で加熱することによっても製造されている。例えば、米国特許第３，６４４，２５８号明細書；米国特許第３，６７４，８９６号明細書；米国特許第３，８２３，１０８号明細書；米国特許第３，９７０，６２６号明細書；米国特許第４，５４０，７３６号明細書；米国特許第５，３３０，７８８号明細書；米国特許第５，５５０，１７７号明細書；米国特許出願公開第２００７／０１１７９１６号明細書；日本国特許出願特開平０６−０００８７２号公報；およびＰＣＴ特許出願公開国際公開第２０００／０４４８０１号パンフレットを参照されたい。
水性イオノマー分散液は、オートクレーブおよび押出機などの圧力容器の使用を必要として、酸コポリマー前駆体を中和剤の水溶液中に高剪断プロセス条件下で水の沸点を超える温度で分散させることによっても製造されている。例えば、米国特許第４，７７５，７１３号明細書；米国特許第４，９７０，２５８号明細書；米国特許第４，９７８，７０７号明細書；米国特許第５，３７４，６８７号明細書；米国特許第５，４４５，８９３号明細書；米国特許第７，２７９，５１３号明細書；米国特許第７，５２８，０８０号明細書；米国特許出願公開第２００５／０１００７５４号明細書；米国特許出願公開第２００６／０１２４５５４号明細書；米国特許出願公開第２００７／０１４１３２３号明細書；米国特許出願公開第２００７／０１４４６９７号明細書；米国特許出願公開第２００７／０２９２７０５号明細書；米国特許出願公開第２００７／０２９５４６４号明細書；米国特許出願公開第２００７／０２９５４６５号明細書；米国特許出願公開第２００８／００００５９８号明細書；米国特許出願公開第２００８／００００６０２号明細書；米国特許出願公開第２００８／００４１５４３号明細書；同第２００８／００７３０４５号明細書；米国特許出願公開第２００８／００７３０４６号明細書；米国特許出願公開第２００８／０１１８７２８号明細書；米国特許出願公開第２００８／０１３５１９５号明細書；米国特許出願公開第２００８／０１７６９６８号明細書；米国特許出願公開第２００８／０１８２０４０号明細書；米国特許出願公開第２００８／０２１６９７７号明細書；米国特許出願公開第２００８／０２３０１９５号明細書；米国特許出願公開第２００８／０２９２８３３号明細書；米国特許出願公開第２００８／０２９５９８５号明細書；米国特許出願公開第２００９／０１９４４５０号明細書；米国特許出願公開第２００９／０２５３３２１号明細書；欧州特許出願特許第１１６３２７６号明細書；ＰＣＴ特許出願国際公開第２０１１／０５８１１９号パンフレット；国際公開第２０１１／０５８１２１号パンフレット；国際公開第２０１１／０６８５２５号パンフレット；ならびに日本国特許出願特許第２９５８１２０号公報；特開平１０−００６６４０号公報；および特開昭５０−１３５１４１号公報を参照されたい。
水性イオノマー分散液は、オートクレーブおよび押出機などの圧力容器の使用を必要として、イオノマーを水溶液に高剪断プロセス条件下で水の沸点を超える温度で分散させることによっても製造されている。例えば、米国特許第４，１７３，６６９号明細書；米国特許第４，３２９，３０５号明細書；米国特許第４，４１０，６５５号明細書；米国特許第４，４４０，９０８号明細書；米国特許第６，４５８，８９７号明細書；日本国出願特開平１１−１５８３３２号公報；特開２０００−３２８０４６号公報；特開平２００５−０７５８７８号公報；およびＰＣＴ特許出願公開国際公開第１９９９／１０２７６号パンフレットを参照されたい。
水性イオノマー分散液は、高度に中和された、低メルトインデックス（ＭＩ）イオノマーを高温水に分散させることによっても製造されている。例えば、米国特許第３，３２１，８１９号明細書；米国特許第３，４７２，８２５号明細書および米国特許第４，１８１，５６６号明細書を参照されたい。
アンモニア中和イオノマー水性分散液は、ある種の基材をコーティングするために使用されてきた。例えば、米国特許第３，８７２，０３９号明細書；米国特許第３，８９９，３８９号明細書；米国特許第３，９８３，２６８号明細書；米国特許第４，３４０，６５９号明細書；米国特許第４，４００，４４０号明細書；米国特許第４，７１４，７２８号明細書；米国特許第５，３３６，５２８号明細書および米国特許第６，８５２，７９２号明細書を参照されたい。当技術分野で周知であるとおりに、アンモニア中和イオノマーは、乾燥後にアンモニアを放出して、親酸コポリマーを再生し、高温水に再分散性でない。
低分子量イオノマーワックスは、高温水で除去可能な一時的コーティングとして使用されてきた。例えば、米国特許第５，２９２，７９４号明細書を参照されたい。
ある種のイオノマー物品は、苛性水溶液に分散されている。例えば、米国特許第６，１６２，８５２号明細書を参照されたい。
ある種のイオノマー分散液は、ＰＥＴ、二軸配向ポリプロピレン（ＢＯＰＰ）およびアルミホイルのフィルムなどの基材のためのプライマーコーティングとして使用されてきた。例えば、米国特許第５，４１９，９６０号明細書；米国特許第６，０１３，３５３号明細書；米国特許第７，３６４，８００号明細書；米国特許第７，４７０，７３６号明細書；及び米国特許出願公開第２００５／０２７１８８８号明細書を参照されたい。
高度に中和されたイオノマー分散液は、ファブリック（ｆａｂｒｉｃ）または紙処理剤として使用されてきた。例えば、米国特許第５，０８２，６９７号明細書；米国特許第５，２０６，２７９号明細書；および米国特許第５，３８７，６３５号明細書を参照されたい。
オートクレーブまたは押出しプロセスによって製造されたイオノマー分散液は、内部および外部の紙サイズ剤または紙添加剤として使用されてきた。例えば、米国特許第５，９９３，６０４号明細書；米国特許第６，４８２，８８６号明細書；米国特許第７，５８８，６８２号明細書；米国特許出願公開第２００７／０１３７８０８号明細書；米国特許出願公開第２００７／０１３７８０９号明細書；米国特許出願公開第２００７／０１３７８１０号明細書；米国特許出願公開第２００７／０１３７８１１号明細書；米国特許出願公開第２００７／０１３７８１３号明細書；米国特許出願公開第２００７／０１４１９３６号明細書；米国特許出願公開第２００７／０２４３３３１号明細書：および米国特許出願公開第２００７／０２８４０６９号明細書を参照されたい。
ある種のイオノマー分散液は、再パルプ化可能な紙組成物に使用されてきた。例えば、米国特許第５，１６０，４８４号明細書を参照されたい。
本発明は、基材上にイオノマー層を含む、または基材上のイオノマー層から本質的になるコーテッド基材であって、
（ａ）この基材は、紙、板紙、厚紙、パルプ成形物（ｐｕｌｐ−ｍｏｌｄｅｄ ｓｈａｐｅ）、テキスタイル（ｔｅｘｔｉｌｅ）、合成繊維スパンファブリックから作られている材料、フィルム、連続気泡フォーム、独立気泡フォーム、または金属ホイルを含み；および
（ｂ）このイオノマー層は、エチレンの共重合単位と、親酸コポリマーの全重量に基づいて１８〜３０重量％のアクリル酸またはメタクリル酸の共重合単位とを含む親酸コポリマーを含むイオノマー組成物を含み、この親酸コポリマーは、２００〜１０００ｇ／１０分のメルトフローレート（ＭＦＲ）を有し、非中和親酸コポリマーについて計算してこの親酸コポリマーの全カルボン酸含有量に基づいて、このコポリマーのカルボン酸基の５０％〜７０％は、ナトリウムカチオン、カリウムカチオン、またはそれらの混合物を含むカルボン酸塩に中和されており、このイオノマー組成物は、１〜２０ｇ／１０分のＭＦＲを有し、それぞれのＭＦＲは、２１６０ｇの荷重を用いて１９０℃でＡＳＴＭ Ｄ１２３８に従って測定されている、コーテッド基材を提供する。
本発明はまた、基材上にイオノマーを含むコーティングを形成する方法を提供する。
一方法は、
（ａ）エチレンの共重合単位と、親酸コポリマーの全重量に基づいて１８〜３０重量％のアクリル酸またはメタクリル酸の共重合単位とを含む親酸コポリマーを含む固体イオノマー組成物であって、この親酸コポリマーは、２００〜１０００ｇ／１０分のメルトフローレート（ＭＦＲ）を有し、非中和親酸コポリマーについて計算してこの親酸コポリマーの全カルボン酸含有量に基づいて、このコポリマーのカルボン酸基の５０％〜７０％は、ナトリウムカチオン、カリウムカチオン、またはそれらの混合物を含むカルボン酸塩に中和されており、このイオノマー組成物は、１〜２０ｇ／１０分のＭＦＲを有し、それぞれのＭＦＲは、２１６０ｇの荷重を用いて１９０℃でＡＳＴＭ Ｄ１２３８に従って測定されている、固体イオノマー組成物を準備する工程と、
（ｂ）この固体イオノマー組成物を、８０〜１００℃の温度に加熱された水と混合して、加熱水性イオノマー分散液を与える工程であって、このイオノマー組成物は、この水性イオノマー分散液の０．００１〜５０重量％を構成する工程と、
（ｃ）この加熱水性イオノマー分散液を２０〜３０℃の温度に冷却してもよい工程であって、このイオノマーは液体相に分散されたままである工程と、
（ｄ）この基材を準備する工程と、
（ｅ）この水性イオノマー分散液をこの基材上にコーティングする工程と、
（ｆ）このコーテッド基材を２０〜１５０℃の温度で乾燥させる工程と
を含む、またはこれらから本質的になる。
この方法の一実施形態は、（ｂ）が、（ｉ）前形成固体イオノマー組成物から形成された物品を水に２０〜３０℃の温度で添加して、固体イオノマーおよび水の混合物を形成する工程と、その後に（ｉｉ）この混合物を８０〜１００℃の温度に加熱する工程とを含むものである。別の実施形態は、（ｂ）が、前形成固体イオノマー組成物から形成された物品を、８０〜１００℃の温度に予熱された水に添加する工程を含むものである。
コーテッド基材を調製する別の方法は、
（ａ）エチレンの共重合単位と、親酸コポリマーの全重量に基づいて１８〜３０重量％のアクリル酸またはメタクリル酸の共重合単位とを含む親酸コポリマーを含む固体イオノマー組成物であって、この親酸コポリマーは、２００〜１０００ｇ／１０分のメルトフローレート（ＭＦＲ）を有し、非中和親酸コポリマーについて計算してこの親酸コポリマーの全カルボン酸含有量に基づいて、このコポリマーのカルボン酸基の５０％〜７０％は、ナトリウムカチオン、カリウムカチオン、またはそれらの混合物を含むカルボン酸塩に中和されており、このイオノマー組成物は、１〜２０ｇ／１０分のＭＦＲを有し、それぞれのＭＦＲは、２１６０ｇの荷重を用いて１９０℃でＡＳＴＭ Ｄ１２３８に従って測定されている、固体イオノマー組成物を準備する工程と、
（ｂ）この固体イオノマー組成物を８０〜３００℃の温度で溶融して、溶融流動性イオノマー組成物を与える工程と、
（ｃ）この基材を準備する工程と、
（ｄ）この溶融イオノマー組成物をこの基材上にコーティングする工程と、
（ｅ）このコーテッド基材を２０〜３０℃の温度に冷却する工程と
を含む、またはそれらから本質的になる。
コーテッド基材を調製する別の方法は、
（ａ）エチレンの共重合単位と、親酸コポリマーの全重量に基づいて１８〜３０重量％のアクリル酸もしくはメタクリル酸の共重合単位とを含む親酸コポリマーを含みまたはそれから本質的になり、この酸コポリマーは、２１６０ｇの荷重を用いて１９０℃でＡＳＴＭ Ｄ１２３８に従って測定された２００〜１０００ｇ／１０分のメルトフローレート（ＭＦＲ）を有し、非中和親酸コポリマーについて計算してこの親酸コポリマーの全カルボン酸含有量に基づいて、このコポリマーのカルボン酸基の５０％〜７０％は、ナトリウムカチオン、カリウムカチオン、またはそれらの混合物を含むカルボン酸塩に中和されているイオノマー組成物の予備成形フィルムを準備する工程と、
（ｂ）この基材層に隣接してこのイオノマーフィルム層の層を含むプレラミネート構造を作成する工程と、
（ｃ）このイオノマーフィルム層をこの基材層に５０〜１５０℃の温度で、場合によって印加圧力とともに、ラミネートする工程と、
（ｄ）このコーテッド基材を２０〜３０℃の温度に冷却する工程と
を含む、またはそれらから本質的になる。
特に定義のない限り、本明細書で使用される技術的および科学的用語のすべては、本発明が属する当業者によって一般的に理解されるのと同じ意味を有する。矛盾する場合、定義を含めて、本明細書により規定される。
本明細書で記載されるものと類似のまたは等しい方法および材料が本発明の実施または試験において使用され得るが、適切な方法および材料は、本明細書で記載される。
特に断りのない限り、パーセント、部、比などはすべて、重量によっている。
量、濃度、または他の値もしくはパラメータが、範囲、好ましい範囲、または下側の好ましい値と上側の好ましい値の列挙として示される場合、これは、範囲が別個に開示されているかどうかにかかわらず、任意の下側の範囲限界または好ましい値と任意の上側の範囲限界または好ましい値との任意の対から形成される範囲のすべてを具体的に開示すると理解されるべきである。数値の範囲が本明細書で列挙される場合、特に断りのない限り、その範囲は、その端点、ならびにその範囲内の整数および分数のすべてを含むことが意図される。範囲を規定する場合、本発明の範囲は列挙されるその具体的値に限定されることは意図されない。
「約」という用語が、値または範囲の端点を記載する際に使用される場合、その開示は、言及された具体的な値または端点を含むことが理解されるべきである。
本明細書で使用される場合、「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」、「含んでいる（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｅｓ）」、「含んでいる（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、「含有する（ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ）」、「特徴とする（ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚｅｄ ｂｙ）」、「有する（ｈａｓ）」、「有している（ｈａｖｉｎｇ）」またはそれらのいかなる他の変化形も、非排他的な包含を対象とすることが意図される。例えば、構成要素の列挙を含むプロセス、方法、物品、または装置は、必ずしもそれらの構成要素のみに限定されるわけではなく、明示的に列挙されていないかまたはそのようなプロセス、方法、物品、もしくは装置に本来備わっている他の構成要素を含んでもよい。さらに、そうでないと明示的に断りのない限り、「または（ｏｒ）」は、包含的論理和を指し、排他的論理和を指さない。
「から本質的になる」という移行句は、特定された材料または工程および請求された発明の基本的および新規な１つまたは複数の特徴に実質的に影響を与えないものに請求項の範囲を限定する。出願人が「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」などの制限のない用語（ｏｐｅｎ−ｅｎｄｅｄ ｔｅｒｍ）で本発明またはその一部を定義した場合、特に断りのない限り、その記載は、「から本質的になる」という用語を使用してそのような発明を記載するようにも解釈されるべきである。
「１つ（ａ）」または「１つ（ａｎ）」の使用は、本発明の構成要素および成分を記載するために用いられる。これは、単に便宜上、本発明の一般的な意味を与えるためのものである。この記載は、１つまたは少なくとも１つを含むように読まれるべきであり、その単数形は、別に意味されることが明らかでない限り、複数形も含む。
ある種のポリマーの記載において、本出願人は、ポリマーを製造するために用いられるモノマー、またはポリマーを製造するために用いられるモノマーの量によって、ポリマーに言及していることもあることが理解されるべきである。このような記載は、最終ポリマーを記載するために使用される特定の命名法を含まないことがあることも、プロダクトバイプロセスの用語を含まないことがあることもあるが、モノマーおよび量へのこのような言及はいずれも、ポリマーがそれらのモノマーの共重合単位またはモノマーのその量、ならびにそれらの対応するポリマーおよび組成物を含むことを意味するように解釈されるべきである。
「コポリマー」という用語は、２種以上のモノマーの共重合によって形成されるポリマーを指すために使用される。このようなコポリマーは、２種の共重合コモノマーから本質的になるジポリマーを含む。
本明細書で使用される場合、「分散する（ｄｉｓｐｅｒｓｅ）」、「分散している（ｄｉｓｐｅｒｓｉｎｇ）」および関連用語は、ポリマーのペレットなどの固体物品が、水と混合され、短時間の間に液相中に見えなくなる過程を指す。「水性分散液」および「分散液」という用語は、人の目に見える固体がない自由流動性液体を記載する。このような水性分散液中のポリマー分子と水分子の相互作用に関して特徴付けは行われない。「自己分散性」は、材料が、追加の分散剤または反応剤を必要とすることなく、高温（８０〜１００℃）の水に容易に分散することを意味する。
イオノマーを含む水性分散液を製造する方法が、本明細書で開示される。驚くべきことに、本発明者らは、ある種の組成的特性を有するイオノマーが、高温水と低剪断条件下で混合される場合、水性分散液を容易に形成することを見出した。対照的に、従来方法は、分散液を形成するために相当により厳しい条件を必要とした。
このコーティング方法は、従来技術で開示された分散方法、例えば、高圧、高剪断のオートクレーブプロセスまたは押出しプロセスに比べてあまりエネルギーを必要としないプロセス簡単化を与え、かつ強塩基の取扱いおよび使用を回避して、本質的により安全なプロセスを与える。
本明細書で開示されるとおりの基材上のイオノマーコーティングは、基材の中へのまたはそれを通っての流体の浸透に対するバリヤとして機能するモノリシック膜の形態であることができる。モノリシック膜は、高い水侵入圧力を有し、耐水性かつ耐液体性である。イオノマーコーティングはまた、熱封可能でない基材上に熱封可能な面を与えることを可能にする。印刷適性は、イオノマーコーティングによって紙の表面をより疎水性にするように紙の表面を変えることによって、改善され得る。
コーテッド基材を含む物品は、例えば、コーテッド紙、板紙などのパルプ再生によって、容易に再生利用可能な商品を与える。
イオノマー組成物
本明細書で使用されるイオノマーは、エチレンの共重合単位と、約１８〜約３０重量％のα，β−エチレン性不飽和カルボン酸、例えば、アクリル酸またはメタクリル酸の共重合単位とを含むある種の親酸コポリマーに由来する。好ましくは、本明細書で使用される親酸コポリマーは、コポリマーの全重量に基づいて、約１９〜約２５重量％、より好ましくは約１９〜約２３重量％のα，β−エチレン性不飽和カルボン酸を含む。
好ましくは、α，β−エチレン性不飽和カルボン酸は、メタクリル酸である。とりわけ、エチレンの共重合単位と、α，β−エチレン性不飽和カルボン酸の共重合単位と、０重量％の追加のコモノマーとから本質的になる酸コポリマー；すなわち、エチレンとα，β−エチレン性不飽和カルボン酸とのジポリマーが注目すべきである。好ましい酸コポリマーは、エチレンメタクリル酸ジポリマーである。
本明細書で使用される親酸コポリマーは、米国特許第３，４０４，１３４号明細書；米国特許第５，０２８，６７４号明細書；米国特許第６，５００，８８８号明細書；および米国特許第６，５１８，３６５号明細書で開示されるとおりに重合され得る。
本明細書で使用される親酸コポリマーは、好ましくは、２１６０ｇの荷重を用いて１９０℃でＡＳＴＭ Ｄ１２３８に従って測定して、約２００〜約１０００グラム／１０分のメルトフローレート（ＭＦＲ）を有する。同様のＩＳＯ試験は、ＩＳＯ１１３３である。あるいは、親酸コポリマーは、２００、２５０または３００グラム／１０分の下限〜４００、５００、６００または１０００グラム／１０分、例えば２５０〜４００グラム／１０分の上限のＭＦＲを有する。親酸コポリマーの好ましいメルトフローレートは、高温水中で迅速な自己分散性をなお可能としながら、最終造形物品において最適の物理的特性を有するイオノマーを与える。約２００グラム／１０分未満のメルトフローレートを有する親酸コポリマー由来のイオノマーは、最低の高温水自己分散性を有するが、一方で約１０００グラム／１０分を超えるメルトフローレートを有する親酸コポリマー由来のイオノマーは、目的とする最終用途における物理的特性を低減させ得る。
一部の実施形態において、２種以上のエチレン酸コポリマーのブレンドが用いられてもよいが、ブレンドの凝集体成分および特性が、エチレン酸コポリマーについて上に記載された範囲内に入ることを条件とする。例えば、メタクリル酸の合計重量％が全ポリマー材料の約１８〜約３０重量％であり、ブレンドのメルトフローレートが、約２００〜約１０００グラム／１０分であるように、２種のエチレンメタクリル酸ジポリマーが用いられてもよい。
本明細書で開示されるイオノマーは、親酸コポリマーから製造され、非中和親酸コポリマーについて計算して、親酸コポリマーの全カルボン酸基の約５０〜約７０％、好ましくは約５５〜約６０％、例えば、約６０％が中和されて、ナトリウムイオン、カリウムイオンまたはそれらの混合物を有するカルボン酸塩を形成する。好ましくは、本明細書で開示されるイオノマーは、親酸コポリマーのカルボン酸基が中和されて、ナトリウムイオンを有するカルボン酸塩を形成する親酸コポリマーから製造される。親酸コポリマーは、例えば、米国特許第３，４０４，１３４号明細書に開示された方法を用いて中和されてもよい。
重要なことには、イオノマー組成物では、高温水中で自己分散性である特性と、熱可塑性であり、商業の多くの物品への製作を可能とすることとがともに組み合わされている。イオノマー組成物は、水性分散液または溶融組成物のいずれかとして基材上にコーティングされ、コーテッド物品の製造の大きな柔軟性を可能にし得る。好ましくは、本明細書で使用されるイオノマーは、２１６０ｇの荷重を用いて１９０℃でＡＳＴＭ Ｄ１２３８に従って測定して、少なくとも１グラム／１０分、例えば、約１〜約２０グラム／１０分のメルトフローレート（ＭＦＲ）を有する。より好ましくは、イオノマー組成物は、約１〜約１０グラム／１０分のＭＦＲを有し、最も好ましくは約１〜約５グラム／１０分のＭＦＲを有する。上記親酸コポリマーのメルトフローレートと中和レベルの組合せは、高温水中で容易に自己分散性である特性と、商業の物品に容易に溶融製作される特性とが組み合わされているイオノマーを与える。
好ましくは、イオノマー組成物は、少なくとも１１重量％のメタクリル酸塩を含み、少なくとも１ｇ／１０分のＭＦＲを有する。
一部の実施形態において、２種以上のイオノマーのブレンドが用いられてもよいが、但し、ブレンドの凝集体成分および特性が、イオノマーについて上に記載された範囲内に入ることを条件とする。
イオノマー組成物は、当技術分野で知られた他の添加剤を含有してもよい。添加剤には、限定されるものではないが、加工助剤、流れ向上性添加剤（ｆｌｏｗ ｅｎｈａｎｃｉｎｇ ａｄｄｉｔｉｖｅ）、滑剤、顔料、染料、難燃剤、耐衝撃性改良剤、核形成剤、ブロッキング防止剤（シリカなど）、熱安定性剤、ＵＶ吸収剤、ＵＶ安定剤、界面活性剤、キレート剤、およびカップリング剤が含まれ得る。
基材材料
基材は、その構造の機能性および取扱い性を高める、支持、形状、美的効果、保護、表面テクスチャ、バルク体積、重量、またはそれらの２種以上の組合せを与えるいずれの材料であってもよい。本質的に当技術分野で知られたいずれの基材材料が用いられてもよい。
これらの所望の特性を満たすいずれの支持体または基材も、自己分散性イオノマー組成物と一緒に用いられてもよい。例えば、ペーパーウェブ（例えば、クラフト紙またはライスペーパー）などのセルロース材料、合成繊維スパン織物から作られている材料、フィルム、連続気泡フォーム、独立気泡フォーム、微小孔性フィルム、またはさらには有孔ＰＥフィルムなどの大きな割合の空き領域を有する有孔フィルムが、基材のための材料として用いられもよい。アルミホイルなどの金属ホイルも、基材として用いられてもよい。
セルロース材料としては、紙、板紙、厚紙、およびパルプ成形物が挙げられる。紙、板紙、厚紙などは、パルプとして処理され、熱および／または圧力によってシートに形成された、セルロースまたはその誘導体に由来する物理的形態を指す。紙は、いくらか軟質または半硬質であるセルロースパルプから作られている薄いシートを表す。一般に、板紙および厚紙は、紙をベースとしたより厚く、硬いシートまたは構造物である。通常は、板紙は、２２４ｇ／ｍ2を超える坪量を有する紙と定義される。本開示によれば、基材で用いられる紙層または板紙層は、約３０〜６００μｍの厚さおよび約２５〜５００ｇ／ｍ2、または１００〜３００ｇ／ｍ2の坪量を有し得る。厚紙は、モノシリックシートであり得るか、または波形などのより複雑な構造を有し得る。段ボール紙は、平坦な２枚の紙間に付着して挟まれた１枚の波形紙を含む。パルプ成形物は、通常は、セルロースパルプが圧力および／または熱の印加によって硬質成形物に成形される、非平面成形物である。パルプ成形物の一例は、卵用カートンである。
基材の例としては、テキスタイルまたは多孔性シート材料も挙げられる。テキスタイルとしては、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレートなどのポリエステル、またはそれらの混合物から調製された不織テキスタイル、および他のスパンボンドポリマーファブリックが挙げられてもよい。不織テキスタイルなどの合成繊維スパンファブリックから作られているシートが、テキスタイル基材として用いられてもよい。織られている、編まれているなどのクロス（ｃｌｏｔｈ）も、テキスタイル基材として適している。単独でのまたは人造繊維と組み合わせた天然繊維も、テキスタイル基材で用いることができる。ファブリックは、難燃剤、充填剤、または上に開示された添加剤を含んでもよい。
基材材料は、フィルム、シート、織物、不織布などの形態であってもよい。基材材料は、配向されていなくても、または単軸にもしくは二軸に配向されていてもよい。基材材料は、ポリマーまたは金属の組成物を含んでもよい。基材は、例えば、コーティングとの接着性を増強するために処理されてもよい。この処理は、例えば、接着剤、プライマーもしくはカップリング剤処理、または塩素処理などの表面処理、火炎処理（例えば、米国特許第２，６３２，９２１号明細書；米国特許第２，６４８，０９７号明細書；米国特許第２，６８３，８９４号明細書；および米国特許第２，７０４，３８２号明細書を参照されたい）、プラズマ処理（例えば、米国特許第４，７３２，８１４号明細書を参照されたい）、電子ビーム処理、酸化処理、化学的処理、クロム酸処理、高温空気処理、オゾン処理、紫外線処理、サンドブラスト処理、溶剤処理またはコロナ処理、および上記の組合せなどの、当技術分野で知られたいずれの形態を取ってもよい。
基材材料の具体例としては、ポリ（エチレンテレフタレート）（ＰＥＴ）フィルム、二軸配向ポリ（プロピレン）（ＢＯＰＰ）フィルム、ポリアミドフィルム、アルミホイル、紙、板紙などが挙げられる。好ましくは、基材材料は、使用後の再パルプ化を可能にする紙、板紙などである。
基材材料は、任意の厚さであってもよいが、一般的には約０．１〜約２０ミル厚、より一般的には約０．５〜約１０ミル厚の範囲である。
分散液コーティング方法
本発明は、基材上にイオノマーを含むコーティングを形成する方法であって、
（ａ）上に記載されたとおりの固体イオノマー組成物を準備する工程と、
（ｂ）この固体イオノマー組成物を、約８０〜約１００℃の温度に加熱された水と（好ましくは低剪断条件下で）混合して、加熱水性イオノマー分散液を与える工程と、
（ｃ）この加熱水性イオノマー分散液を約２０〜約３０℃の温度に冷却してもよい工程であって、このイオノマーは液相中に分散されたままである工程と、
（ｃ）この水性イオノマー分散液を基材上にコーティングする工程と、
（ｅ）このコーテッド基材を約２０〜約１５０℃の温度で乾燥させる工程と
を含む、またはそれらから本質的になる方法を提供する。
本明細書で記載される分散方法の工程（ｂ）は、驚くべきことに、従来技術の分散プロセスに比べてあまりエネルギーを必要とせずに、大気圧で、固体イオノマーの大きな粒子と水との良好な接触を維持するのに少なくとも十分な混合物を与える低い剪断（例えば、高温水と固体イオノマーとの混合物を単に撹拌する）および低い温度（水の沸点未満）などの非常に温和なプロセス条件下で、水性イオノマー組成物分散液の製造を可能にする。この分散方法はまた、分散プロセスの間に、水性水酸化ナトリウム（苛性）などの強塩基の回避を可能にすることによって、前形成イオノマー組成物の使用を介して、本質的により安全な分散プロセスを提供する。
この分散方法は、イオノマー組成物を含む物品を水と約８０〜約１００℃の温度で接触させることを含む。一部の実施形態において、温度は、約８５〜約９０℃の範囲であるが、他の実施形態においては、温度は、好ましくは約８０〜約８５℃の範囲である。驚くべきことに、本明細書で記載されるイオノマーは、従来技術に基づいて予想されるものよりも低い、８０〜９０℃で水に分散させることができ、かつ有意にエネルギーをあまり必要としない。しかしながら、イオノマーがその温度範囲で分散するとしても、それらは、９０℃を超える温度で分散させることもできることが理解され得る。
イオノマー組成物の物品は、所望された任意の物理的形態、例えば、粉末、ペレット、溶融切断ペレット、コーティング、フィルム、シート、成形品などを取ってもよい。イオノマー分散液は、任意の適切な容器、例えば、タンク、バット、ペールなどで製造されてもよい。バルクイオノマー物品と水との有効な接触を与えるために、撹拌が有用である。高い剪断条件が用いられてもよいが、必ずしも必要でないことも、理解され得る。好ましくは、分散液は、約１時間以下、例えば、約３０分または約２０分以下で製造される。イオノマー組成物を含む物品の、驚くほど迅速な分散性のために、分散液の成分が、パイプラインの一端で投入され、それらがパイプラインの長さを下って進むにつれて分散液を形成するパイプライン内で、プロセスが進行し得ることがさらに企図される。例えば、物品は、水と混合し、例えば、静的ミキサーを通して、追加の混合とともにまたはそれなしで、加熱帯域を通過させてもよい。あるいは、物品は、高温水と混合し、例えば、静的ミキサーを通して、追加の混合とともにまたはそれなしで、パイプラインを通過させてもよい。
一実施形態において、イオノマー組成物を含む物品は、室温（約２０〜２５℃）で水と低剪断条件下で混合され、温度は約８０〜約１００℃に上昇される。別の実施形態において、イオノマー組成物を含む物品は、室温で水と低剪断条件下で混合され、温度は約８５〜約９０℃に上昇される。
別の実施形態において、イオノマー組成物を含む物品は、約８０〜約１００℃の温度に予熱された水と低剪断条件下で混合される。別の実施形態において、イオノマー組成物を含む物品は、約８５〜約９０℃の温度に予熱された水と低剪断条件下で混合される。
非常に好ましい実施形態において、物品が、非中和親酸コポリマーについて計算して親酸コポリマーの全カルボン酸含有量に基づいて、ナトリウムイオンによって約５５〜約６０％のレベルに中和されたイオノマー組成物を含む場合、それは、室温で水と低剪断条件下で混合され、温度は約８０〜約８５℃に上昇されて、分散液を与えてもよい。
別の非常に好ましい実施形態において、物品が、非中和親酸コポリマーについて計算して親酸コポリマーの全カルボン酸含有量に基づいて、ナトリウムイオンによって約５５〜約６０％のレベルに中和されたイオノマー組成物を含む場合、それは、約８０〜約８５℃の温度に予熱された水と低剪断条件下で混合されて、分散液を与えてもよい。
水性イオノマーコーティング分散液は、好ましくは、イオノマー組成物および水の全重量に基づいて、約０．００１または約１重量％の下限から、約１０、約２０、約３０または約５０重量％の上限、例えば、約１〜約２０重量％のイオノマー組成物を含む。
イオノマー分散液コーティング組成物は、当技術分野で知られた他の添加剤を含んでもよい。例えば、組成物は、最終のコーテッド基材の摩擦係数を改善するのに加えてブロッキング防止剤として機能するワックス添加剤、例えば、マイクロクリスタリンワックスまたはポリエチレンワックスを含んでもよい。他の種類の添加剤としては、ヒュームドシリカ（これは、室温でコーティングのタックを低下させる）、炭酸カルシウム、タルク、架橋剤、静電防止剤、消泡剤、染料、光沢剤、充填剤、加工助剤、流れ向上性添加剤、潤滑剤、染料、顔料、難燃剤、衝撃改質剤、核形成剤、ブロッキング防止剤、熱安定剤、ＵＶ吸収剤、ＵＶ安定剤、界面活性剤、キレート剤、およびカップリング剤などが挙げられる。
調製後、イオノマー組成物は、上に記載されたとおりの基材上にコーティングされる。
一部の実施形態において、イオノマー組成物は、含浸およびコーティング法を用いて基材上に直接コーティングされ得る。例えば、イオノマー組成物は、基材上に直接適用されるコーティングである（押出しコーティング、噴霧、塗装または他の適当な適用方法によって）。このようなコーティングは、ゴム製ドクターブレードまたはスリット押出機などによって、当技術分野で知られた延展方法（ｓｐｒｅａｄｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ）を用いて適用され得る。
組成物は、基材の片面または両面に適用され得る。基材が片面にコーティングまたはラミネートされる場合、組成物は、環境に直接露出されている面に適用されて、液体不浸透性外面を与える。代替として、機械的摩耗（ｗｅａｒ）または摩損（ａｂｒａｓｉｏｎ）があり得る適用において、組成物は、ポリマー組成物の保護を与えるために機械的摩耗に曝される面の反対の基材の面に適用されてもよい。
他の実施形態において、組成物は、基材中に含浸され得るか、または基材がポリマー中に含浸され得る。
イオノマー組成物は、基材に水性分散液としてイオノマーを含浸させることによって、または溶融組成物を基材に適用し、次いで、それが基材の細孔と接触している状態のままで、組成物を冷却することによって基材中に少なくとも部分的に形成されてもよい。
組成物は、組成物が基材中の空隙を満たし、基材の表面上に単に付着するだけでない場合、緩く織られたファブリックなどの基材全体にわたって分散され得る。基材は、ラミネーションまたは共押出しプロセスによってイオノマー組成物の内側に含浸されて、基材の両面上にイオノマー組成物を有することができる。
水性分散液としてのコーティングは、グラビアコーティング、ロールコーティング、ワイヤロッドコーティング、ディップコーティング、フレキソ印刷、スプレーコーティングなどを含めて、当技術分野で知られた任意の適切な方法で基材に適用され得る。過剰な水性分散液コーティング組成物は、必要に応じて、絞りロール、ドクターナイフなどで除去され得る。
好ましい紙および板紙基材の場合、基材は、上に記載されたとおりに、または紙もしくは板紙基材の製造中に、例えば、パドルサイズプレス、計量サイズプレス、垂直サイズプレス、および水平サイズプレスなどのサイズプレス、ロールコーター、ゲートロールコーター、ブレードコーター、ビルブレードコーター、および噴霧器を用いて、予備成形された紙または板紙基材に適用されて、紙または板紙基材上にコーティング組成物をコーティングしてもよい。
コーティング組成物は、基材の片面または両面に適用され得る。
基材をコーティング後、水性分散液は乾燥されて、基材上にイオノマーの固体コーティングを与える。本明細書で使用される場合、「乾燥（ｄｒｙｉｎｇ）」は、例えば、蒸発、凍結乾燥などによって、水性分散液からの水を除去することを意味する。乾燥は、分散液を周囲条件（２０〜３０℃の温度および大気圧）下で乾燥させることを含み得る。代替として、乾燥は、高温（例えば、オーブンまたは加熱トンネル中最高１００℃まで）および／または減圧の適用を含んでもよい。凍結乾燥は、急速な凍結および高真空中での乾燥を含む。
非分散液コーティング方法
これらの非分散液コーティング方法は、イオノマー組成物の優れた熱可塑性を利用する。調製後、次いで、コーテッド基材は、例えば、再生利用可能性を可能にするために、水中でのイオノマー組成物の即時分散性を利用し得る。
したがって、本発明は、基材上にイオノマーを含むコーティングを形成する方法であって、
（ａ）上に記載されたとおりの固体イオノマー組成物を準備する工程と、
（ｂ）この固体イオノマー組成物を約８０〜約３００℃の温度で溶融させて、溶融流動性イオノマー組成物を与える工程と、
（ｃ）この溶融イオノマー組成物を基材上にコーティングする工程と、
（ｄ）このコーテッド基材を約２０〜約３０℃の温度に冷却する工程と
を含む、またはそれらから本質的になる方法を提供する。
イオノマー組成物は、任意の既知の技術の方法によって基材上に押出しコーティングされ得る。例えば、イオノマー組成物のペレットは、単軸または二軸押出機を通して供給されて、溶融イオノマー組成物を与え得る。溶融組成物は、スロットダイを通して供給されて、基材が下を通過するときに基材と接触する溶融イオノマーのカーテンを与える。溶融イオノマーでコーティングされた基材は、ニップおよび／またはオーバーチルロールを通過させて、溶融イオノマーコーティングを冷却し得る。コーテッド基材は、さらなる使用のために巻取機ロール上に収集されてもよいか、またはさらに操作されて、完成品を与えることができる。
さらに、イオノマーコーティング層は、追加の熱可塑性材料の１つまたは複数の層と一緒に共押出しコーティングされて、多層コーティングを与え得る。このような共押出しプロセスにおいて、イオノマーコーティング層は、基材と直接接触しているように適用されてもよいか、またはそれは、基材とイオノマー層との間に介在する層と接触しているように適用されてもよい。
イオノマー組成物は、基材の片面または両面に適用され得る。好ましくは、イオノマー組成物層は、約０．１ミル〜約２０ミルの厚さ、より好ましくは約０．３ミル〜約１０ミルの厚さ、最も好ましくは約０．５ミル〜約５ミルの厚さを有する。
代替として、本発明は、基材上にイオノマーを含むコーティングを形成する方法であって、
（ａ）上に記載されたとおりのイオノマー組成物の予備成形フィルムを準備する工程と；
（ｂ）基材層に隣接してイオノマーフィルム層を含むプレラミネート構造を作成する工程と；
（ｃ）このイオノマーフィルム層をこの基材層に約５０〜約１５０℃で、場合によって印加圧力とともに、ラミネートする工程と；
（ｄ）このコーテッド基材を約２０〜約３０℃の温度に冷却する工程と
を含む、またはそれらから本質的になる方法を提供する。
イオノマー組成物の予備成形フィルムは、任意の既知技術の方法によって作成されてもよい。例えば、薄いフィルムは、ディップコーティング；圧縮成形；溶融押出し；メルトブローイング；または当業者に知られた任意の他のプロセスによって作成され得る。イオノマー組成物のフィルムは、好ましくは、例えば、押出しキャスティングおよびブローンフィルムプロセスを含めて、押出し方法で形成される。
フィルムラミネーション法において、イオノマーコーティング層は、追加の材料の１つまたは複数の層と一緒に多層構造に含まれて、多層コーティングを与え得る。このようなプロセスでは、イオノマーコーティング層は、それが基材と直接接触しているように適用されてもよいか、またはそれが、基材とイオノマー層との間に介在する層と接触しているように適用されてもよい。
フィルム、多層フィルム、および対応するフィルム構造の実際の製造は、一般に当技術分野で実施されるようないずれの方法にもよることができる。したがって、フィルムおよびフィルム構造は、通常は、様々な方法論（例えば、ブローンフィルム、バブル技術、機械的伸張など、またはラミネーション）による配向（軸方向または二軸方向にのいずれか）を含めて、キャスティング、押出し、共押出しなどされ得る。当技術分野で一般に実施されるとおりの様々な添加剤が、タイ層などの存在も含めて（但し、それらの存在がフィルムまたはフィルム構造の特性を実質的に変更しないことを条件とする）、それぞれのフィルム層に存在し得ることが理解されるべきである。したがって、例えば、酸化防止剤および熱安定剤、紫外（ＵＶ）線安定剤、顔料および染料、充填剤、滑り止め剤、可塑剤、他の加工助剤などの様々な添加剤が有利には用いられてもよいことが企図される。
イオノマー組成物の予備成形フィルムは、基材の片面または両面に適用され得る。好ましくは、イオノマー組成物層は、約０．１ミル〜約２０ミルの厚さ、より好ましくは約０．３ミル〜約１０ミルの厚さ、最も好ましくは約０．５ミル〜約５ミルの厚さを有する。
ラミネート構造は、任意の既知技術の方法によって作成されてもよい。例えば、プレラミネート構造は、イオノマー組成物の予備成形フィルムを基材とプライし（ｐｌｙｉｎｇ）、続いて加熱ニップロールまたはオーブンを通して、ラミネートを形成することによって作成され得る。
これらの非分散液コーティング方法において、基材をコーティング後、コーテッド基材は、冷却されて、基材上に固体イオノマー組成物を与える。本明細書で使用される場合、「冷却（ｃｏｏｌｉｎｇ）」は、溶融イオノマーコーティングを周囲条件（２０〜３０℃の温度および周囲圧力）下で、またはチルロールなどの使用などによって低下した温度の適用によって冷却させることを含む。
追加の非イオノマー層が、コーティングに続いてイオノマーコーテッド基材に適用されてもよい。例えば、イオノマーを含まない追加の水性または溶媒系分散液が、コーテッド基材に適用されてもよい。代替として、多層構造は、押出しコーティング、ラミネーションなどによってイオノマー層の上に適用される追加の熱可塑性材料を含んでもよい。このような場合、イオノマーは、多層構造中の内層になる。
イオノマーコーティング組成物はまた、サンドイッチ様の様式の基材の２層間に収容され得る。いくつかの層アセンブリも、上下にアセンブルされ得る。例えば、この配置は、構造の所望の用途に依存して、イオノマー層、基材層、別のイオノマー層、別の基材層、などを含み得る。他の配置は、複数のイオノマー層、複数の基材層など（それらの混合物を含む）を含めて、上述のサンドイッチ配置の変形形態を含み得る。
このような場合、水性分散液コーティング方法において、イオノマーコーティングは、層状化構造のアセンブリ、続いて乾燥の間、水性状態で維持されてもよい。代替として、押出しコーティング法において、イオノマーコーティングは、層状化構造のアセンブリ、続いて冷却の間、溶融状態で維持されたてもよい。得られた層状化構造において、イオノマーコーティングは、基材層を一緒に結合する接着層として機能し得る。
本明細書で記載されるコーテッド基材は、様々な最終用途のためのフィルムまたはシート品として使用されてもよい。代替として、当初に調製されたコーテッド基材は、より完成された物品を与えるためにさらに処理されてもよい。
例えば、コーテッド基材は、コーテッド基材を含む包装の一部であってもよい。包装は、包装製品の周りに包まれたコーテッド基材のフィルムまたはシートを含んでもよく、他の包装材料を含んでもよい。包装は、例えば、熱封によって一緒に結合されたコーテッド基材の１つまたは複数の部分から形成されていてもよい。イオノマーコーティングは、容易に熱封可能であり、封止のための追加の接着剤を必要としないコーテッド紙基材を含む包装の製造を可能とする。このような包装または容器は、ポーチ、バッグ、箱、カートン、カップ、小包などの形態であってもよい。
コーテッド基材を含むフィルムまたはシートは、成形品に熱成形することによってさらに加工され得る。例えば、本明細書で記載されるとおりのコーテッド基材を含むフィルムまたはシートは、包装の際に含めることができる成形片に形成され得る。熱成形品は通常、１枚の材料が、トレイ、カップ、缶、バケット、タブ、箱またはボウルなどの陥凹面を形成する形状を有する。熱成形品はまた、その中に形成されたカップ様凹部を有するフィルムまたはシートを含んでもよい。場合によっては、熱成形フィルムまたはシートは、その中に包装される材料の形状に適合させるように成形される。可撓性フィルムは、記載されるとおりに熱成形される場合、得られる成形品においていくらかの可撓性を保持する。熱成形シートが厚ければ厚いほど、半硬質または硬質の物品を与え得る。熱成形品は、追加の要素、例えば、一般に熱成形品に封じられる蓋として機能する平面フィルムなどと組み合わされてもよい。
好ましくは、容器は、スナック食品、例えば、ポテトフライ、クラッカー、クッキー、シリアルまたはナッツ；乾めん、スープミックス、コーヒー、フレンチフライ、サンドイッチ、ペットフードなどを含めて、油脂または油を含み得る食品の収容、輸送または貯蔵に適する。アイスクリーム、野菜、ワッフルなどの冷凍または冷蔵食品も、コーテッド基材を含む包装に包装されてもよい。洗浄剤および石鹸などの非食品品目も、コーテッド基材を含む包装に包装されてもよい。食物を給仕するための製品、例えば、清涼飲料用カップ、プレート、ボウルなどもコーテッド基材から調製されてもよい。
ポーチは、コーテッドウェブストックの別個の片を切断および熱封することによって、ならびに／または折り畳みおよび熱封と切断との組み合せによってコーテッドウェブストックから形成される。コーテッド基材は、基材の端部を重層および熱封し、シールを形成し、次いで、チューブの長手方向にかけて熱封（横断シール）することによって、ポーチに形成されてもよい。他の包装は、容器を含み、本明細書で記載されるとおりのコーテッド基材から調製されるカップまたはタブなどの蓋をするフィルム、ならびに剛性および外観などの特性を改善するためにコーテッド基材を別のウェブストックにラミネートすることによって作製される可撓性包装をさらに含んでもよい、容器を含む。
好ましい包装は、本明細書で記載されるとおりの１つまたは複数の好ましいまたは注目すべきフィルムまたは構造を含む。好ましい包装製品は、本明細書で記載されるとおりの１つまたは複数の好ましいまたは注目すべきフィルムまたは構造を含む。
包装または食べ物の給仕などのためのその意図された目的に一旦使用されると、コーテッド基材は、高温水による処理によって容易に再生利用可能である。イオノマーコーティングは、高温水に容易に分散され、それが基材から除去されることを可能にする。
本明細書で開示される容器に含まれる基材材料からイオノマーコーティングを分離するプロセスは、容器を水と約８０℃程度に低い温度で接触させる工程を含んでもよい。一部の実施形態において、温度は、約８０〜９０℃、または約８０〜８５℃、または約８５〜９０℃の範囲である。しかしながら、水分散性イオノマー組成物がこのような温度で分散し得る場合、それらは約９０℃を超える温度でも分散され得ることが理解される。また、一部の実施形態において、容器は、水と接触させる前に断片に切断されてもよい。
通常の状況において、水分散性イオノマー組成物は、約１時間以下、例えば、約３０分以下または約２０分以下で温水に分散され得る。水分散性イオノマー組成物が水に完全に分散されると、基材材料は、水性イオノマー分散液から分離され得る。次いで、容器に含まれる非イオノマー材料、例えば、板紙ベース材料またはアルミホイルは、再生利用のために、例えば、ろ過によって水相から分離され得る。場合によっては、紙パルプから分散イオノマーを完全に分離することが必要でないこともあり得る。再生利用紙は、通常いくらか小さい割合の分散「プラスチック」、ワックス、ホットメルト成分などを含有するので、繊維は再使用することができ、粒径が小さい場合、最小量が許容され得る。
一実施形態において、基材材料からコーティングを除去するために、本明細書で開示される容器（好ましくは使用後の）は、最初に室温（約２０〜２５℃）で水と低剪断条件下で混合され、次いで、混合物の温度は約８０〜９０℃に上昇される。
さらなる実施形態において、基材材料からコーティングを除去するために、本明細書で開示される容器（好ましくは使用後の）は、室温で水と低剪断条件下で混合され、次いで、混合物の温度は、約８５〜９０℃に上昇される。
なおさらなる実施形態において、基材材料からコーティングを除去するために、本明細書で開示される容器（好ましくは使用後の）は、約８０〜９０℃の温度に予熱されている水と低剪断条件下で混合される。
なおさらなる実施形態において、基材材料からコーティングを除去するために、本明細書で開示される容器（好ましくは使用後の）は、約８５〜９０℃の温度に予熱されている水と低剪断条件下で混合される。
基材材料は、収集され、新たな物品に再生利用され得る。例えば、紙および板紙材料は、当技術分野で知られた方法によって再パルプ化され、新たな物品に加工され得る。
水性イオノマー分散液は、イオノマーを回収するためにさらに処理することもできる。例えば、過剰の水は、蒸留、蒸発、凍結乾燥などによって除去されて、固体形態のイオノマーを与えることができる。代替として、イオノマーは、水性分散液に酸処理を施すことによって他の水溶性材料から精製され、水に不溶性であるベースエチレン酸コポリマーを与えることができる。固体酸コポリマーは、本明細書で開示された方法に従って再中和されて、イオノマーを与えることができる。
表１は、表２のイオノマーを調製するために用いた、全酸コポリマーの示された重量％でメタクリル酸の共重合単位を有するエチレンメタクリル酸ジポリマーを要約するものである。イオノマーは、標準的な条件を用いてこれらの酸コポリマーから調製した。メルトフローレート（ＭＦＲ）は、２１６０ｇの荷重を用いて１９０℃でＡＳＴＭ Ｄ１２３８に従って測定した。同様のＩＳＯ試験は、ＩＳＯ１１３３である。
表 1
Figure 2015505757
表２は、エチレンメタクリル酸ジポリマー由来のイオノマーを要約するものであり、カルボン酸基の示されたパーセントが水酸化ナトリウムで中和されてナトリウム塩を、またはカルボン酸カリウムで中和されてカリウム塩を形成している。水分散性は、以下の一般手順に従って決定した。
一般手順は、非中和酸コポリマーまたはイオノマーの加熱水への添加を説明する。
手順により、水と１０重量％の固体負荷（水への添加前に秤量して）との混合物が生成した。加熱マントル要素中に置かれた１クォート（９４６．４ｍｌ）の金属缶中に、５００ｍＬの蒸留水を加えた。オーバーヘッドパドルスターラ（３−パドルプロペラ式スターラ）を金属缶の中央部に位置づけ、スイッチを入れて、ゆっくりした混合を与える。熱電対を、パドルスターラと金属缶表面の間で水面より下に位置付けた。パドルスターラを、通常は工程の開始時に約１７０ｒｐｍの速度に設定し、分散液形成の間に粘度が徐々に増すにつれて、概して約３００〜４７０ｒｐｍに上昇させた。次いで、蒸留水を８０または９０℃の温度にＯｍｅｇａ温度制御器によって加熱した。次いで、表２に示した非中和酸コポリマー樹脂ＡＣＲ−１またはイオノマー（５５．５グラム、溶融切断ペレットの形態）を、一度に添加し、得られた混合物を合計２０分間撹拌した。次いで、得られた混合物を室温に冷却させた。
示した温度で分散液を形成しなかった材料は、以下に、表２で「否」として示した。分散液を形成した材料（以下の表２中「良」として示す）について、分散液は概して１０分未満で形成され、室温に冷却された後でも安定であった。本明細書で使用される場合、「安定な」は、目に見える固体がない液体である分散液が、初期の冷却後にまたは室温での貯蔵時に目に見える変化をまったく示さなかったことを意味する。実施例の分散液は、室温で数週間以上の期間保存後に沈殿がない液体としてのままであった。
表 2
Figure 2015505757
表２のデータは、１５重量％のメタクリル酸を有する酸コポリマーから調製したイオノマーが、この手順を用いて、さらには高い中和レベルによっても、水性分散液を形成しなかったことを示す（イオノマーＩＯＮ−１、ＩＯＮ−２およびＩＯＮ−１１）。５０％未満の中和レベルを有するイオノマーは、酸コポリマーの１９重量％を超える酸コモノマーによっても、分散液を形成しなかった（イオノマーＩＯＮ−３、ＩＯＮ−４およびＩＯＮ−６）。イオノマーＩＯＮ−５、ＩＯＮ−７、ＩＯＮ−１２およびＩＯＮ−１４は、同じ重量％のメタクリル酸を有し、同じレベルに中和されているが、異なるメルトフローを有する酸コポリマーを含んだ。それぞれ、６０のＭＦＲを有し、１未満のＭＦＲを有する親酸コポリマーに由来する、ＩＯＮ−５およびＩＯＮ−１２は、分散液を与えなかった。しかしながら、それぞれ、４００のＭＦＲを有し、１を超えるＭＦＲを有する親酸コポリマーに由来する、ＩＯＮ−７およびＩＯＮ−１４は、分散液を与えた。
より高い中和レベルの同じ親エチレン酸コポリマーをベースとした同等の組成物（それぞれ、ＩＯＮ−１７およびＩＯＮ−１６）が同じ利点を実証しなかったにもかかわらず、ＩＯＮ−８およびＩＯＮ−１５は、８０℃のより低い温度で分散液を形成する非常に好ましい実施形態を実証する。
試料１８
加熱マントル要素中に置かれた１クォート（９４６．４ｍｌ）の金属缶中に、５００ｍｌの蒸留水を加えた。オーバーヘッドパドルスターラを金属缶の中央部に位置づけ、スイッチを入れて、ゆっくりした混合を与えた（約１７０ｒｐｍであると推定される）。熱電対を、パドルスターラと金属缶表面の間で水面より下に位置付けた。次いで、蒸留水を９０℃に、その温度へのＯｍｅｇａ温度制御器によって加熱した。次いで、ＩＯＮ−８（１２５グラム、溶融切断ペレットの形態）を一度に添加し、得られた混合物を合計で２０分間撹拌して、分散液を形成させた。次いで、得られた分散液を室温に冷却させた。分散液は、室温に冷却後でも安定であった。
試料１９〜２２は、イオノマーを冷水に添加し、続いて以下の一般手順に従って加熱することを例証する。
加熱マントル要素中に置かれた１クォート（９４６．４ｍｌ）の金属缶中に、５００ｍｌの蒸留水を加えた。オーバーヘッドパドルスターラを金属缶の中央部に位置づけ、スイッチを入れて、ゆっくりした混合を与えた。次いで、熱電対を、パドルスターラと金属缶表面と間で水面より下に位置付けた。次いで、溶融切断ペレットの形態のイオノマーを一度に添加した。次いで、得られた撹拌混合物を９０℃に、その温度に設定したＯｍｅｇａ温度制御器によって加熱した。分散が終了した後、混合物を室温に冷却させた。分散液は、室温に冷却した後でも安定であった。
試料１９
ＩＯＮ−８（５５．５グラム）を一度に添加した。温度が９０℃に近づくにつれて、混合物は、水性分散液に完全に変化した。
試料２０
ＩＯＮ−８（２６．３グラム）を一度に添加した。温度が８８℃に近づくにつれて、混合物は、水性分散液に完全に変化した。
試料２１
ＩＯＮ−８（１２．８グラム）を一度に添加した。温度が８８℃に近づくにつれて、混合物は、水性分散液に完全に変化した。
試料２２
金属缶の中央部に位置付けたオーバーヘッドパドルスターラにスイッチを入れて、１７０ｒｐｍの速度を与えた。次いで、ＩＯＮ８（５５．５グラム）を一度に添加した。９０℃の温度に到達後２分以内に、混合物は水性分散液に完全に変化した。
実施例１
この実施例は、板紙を水性分散液でコーティングすることを実証する。ＩＯＮ−８の水性分散液を、上の一般手順に従って調製した（１０重量％の固体を添加した）。基材は、ＲｏｃｋＴｅｎｎ Ｃｏｖｅｒｔｉｎｇ Ｃｏｍｐａｎｙ、Ｄｅｍｏｐｏｌｉｓ ＡＬからＣａｒｔｏｎＭａｔｅ（登録商標）漂白ボードとして市販の、印刷適性のためにクレーで片面をコーティングされた、０．２２インチキャリパー、名目７７ポンド坪量の板紙であった。基材の８インチ×１１インチの試料を、以下の方法でクレーコーティングの反対の面にコーティングした。試料を秤量し、次いで、一端にバネ押しクリップを有する合板の平らな一片に取り付けた。上で調製した、おおよそ８０ｍｌの分散イオノマーをクリップされた端部に適用し、巻線型のロッドを用いて一動作で分散液を延展および平滑化して、紙試料の残りの部分にわたらせた。過剰の分散液を延展操作で除去した。恒量までの乾燥が困難なために、コーティング重量は、試料を直ちに再秤量して、湿潤コーティング重量を決定することによって評価した。ロッドの周りに巻かれたワイヤの直径に依存して、コーティング重量は、１平方メートル当たりほぼ４〜１２グラムであった。この実施例において、コーティング重量は、１平方メートル当たり８グラムであった。
湿潤コーテッド試料を、強制空気オーブンセット中１００℃で５分間乾燥させた。乾燥後、試料を室温で冷却させ、次いで、追加の試験のために必要に応じてさらに調整した。イオノマーコーティングは、無色で、一様に、かつ非コーテッド対照に比べてわずかに光沢があるように見えた。
コーテッド試料を、耐油脂性についてキット試験（ＴＡＰＰＩ Ｔ５５９）で試験した。Ｋｉｔ試験は、粘度および表面張力が低下する順に、１（１００％ヒマシ油）〜１２（４５／５５ トルエン／ｎ−ヘプタン比）まで番号付けした、一連の混合溶媒（ひまし油、ｎ−ヘプタンおよびトルエンの組合せ）を用いる。報告した数字は、１５秒の接触後に試験材料の汚染の徴候をまったく示さない最も高い数字の溶媒である。
コーティング試料は、耐水性についてコッブ試験（ＴＡＰＰＩ Ｔ４４１）で試験した。この試験は、標準条件下で水吸収による増量を測定する。コッブ試験時間は、紙の種類によって変わり得る。本明細書で用いた試験は、１００平方センチメートルを囲む輪の下にクランプ固定した紙試料の上に１００ｍｌの水を注ぎ、２分曝露後に、水を捨てることによって行った。増量に１００を掛けて、グラム／平方メートル単位で結果を報告する。
キット試験とコッブ試験の両方の結果を表３に要約する。それらは、非コーテッド基材を上回ってかなりの改善を示す。
表 3
Figure 2015505757
実施例２
コーテッド基材（板紙上ＩＯＮ−８の１．８ミルのコーティング）の試料を、実施例１に従って調製し、以下の手順に従って再パルプ化性について試験した。コーテッド板紙の６．１１ｇの試料をＷａｒｉｎｇブレンダー中２００ｍｌの水中に入れた。水と板紙の混合物を高速で６〜１０分間処理した。非コーテッド基材は、６分で完全に脱繊維された。処理後、脱繊維された紙は、底に沈降し、ポリマー材料は上部に浮いた。表４は、示された条件下の結果を要約する。
表 4
Figure 2015505757
実施例３
コーテッド基材（板紙上ＩＯＮ−８の１．８ミルのコーティング）の試料を、以下の手順により押出しコーティングによって調製した。コーティング基材は、ロールからの５０ポンドのベース紙、および押出しコーティングライン上の間紙として実施例１に記載した板紙であった。板紙を、光沢がある面（クレーコーティング）と光沢がない面の両方にコーティングした。基材は、コーティング前に火炎処理した。実験は、プロセスを急ぎ、比較のための試料を得るために、ＩＯＮ−２で開始した。加工条件は、すなわち、
バレル温度 ４７５°Ｆ
ダイ温度 ４７５°Ｆ
スクリュー速度ｒｐｍ １１０ｒｐｍ
ライン速度 １５０フィート／分
ダイ型枠設定 ３０インチ
であった。
ネックインは、約２〜３インチであり、１．８ミルのコーティングを得た。
同じバレルおよびダイ温度プロファイルを用い、他の設定はすべて変えずに維持して、ＩＯＮ−８を基材上に押出しコーティングして、約２ミルのコーティングを得た。押出機スクリュー速度を１１０ｒｐｍから５６、次いで２８ｒｐｍに低下させることによって、コーティング厚さは、約１ミル、次いで、約０．６ミルに減少した。コーティングは一様かつ平滑であり、気泡はみられなかった。ネックインは、約６インチに増加した。
押出しコーティング条件の同じ設定、および押出しスクリュー速度１１０ｒｐｍで開始して、ライン速度を１００フィート／分の増加で１５０フィート／分から約２０００フィート／分に増加させて、ＩＯＮ−８の延伸性（ｄｒａｗａｂｉｌｉｔｙ）を評価した。コーティング厚さは、約０．１５ミルに減少した。ライン速度のさらなる増加は、２０５０フィート／分で止めた。コーティングは、速度増加にわたって平滑に見えた。この高いライン速度は、通常の押出しコーティング条件と比較して驚くべきである。別の驚くべき特徴は、ライン速度が増加するにつれて、ネックインが６インチから４インチに減少したことであった。これは、ネックインが延伸速度（ｄｒａｗ ｓｐｅｅｄ）の増加とともに増加する通常の場合と反対である。
接着性は、基材からコーティングを手で剥離することによって定性的に評価した。ＩＯＮ−２の接着性は、紙の上で、または板紙のいずれの面上でも良好でなかった。ＩＯＮ−８の接着性は、板紙の光沢のない（非コーテッド）面上で非常に良好であり；繊維は、フィルムを剥離後にフィルムにくっついていた。板紙の光沢のある面での接着性は、良好でなかった。紙の上での接着性は、板紙の光沢のない面上ほど良好ではなかったが、光沢のある面上よりは良好であった。
いずれの理論によっても拘束されることなしに、ＩＯＮ−８の高い割合のメタクリル酸、高い中和、およびベース樹脂の高いＭＩの組合せは、押出しコーティングについて予想外のレオロジー的挙動および加工性を与える。

Claims (15)

  1. 基材上にイオノマー層を含むコーテッド基材であって、
    （ａ）前記基材は、紙、板紙、厚紙、パルプ成形物、テキスタイル、合成繊維スパンファブリックから作られている材料、フィルム、連続気泡フォーム、独立気泡フォーム、または金属ホイルを含み；および
    （ｂ）前記イオノマー層は、エチレンの共重合単位と、親酸コポリマーの全重量に基づいて１８〜３０重量％のアクリル酸またはメタクリル酸の共重合単位とを含む親酸コポリマーを含むイオノマー組成物を含み、前記親酸コポリマーは、２００〜１０００ｇ／１０分のメルトフローレート（ＭＦＲ）を有し、非中和親酸コポリマーについて計算して前記親酸コポリマーの全カルボン酸含有量に基づいて、前記コポリマーのカルボン酸基の５０％〜７０％は、ナトリウムカチオン、カリウムカチオン、またはそれらの混合物を含むカルボン酸塩に中和されており、前記イオノマー組成物は、１〜２０ｇ／１０分のＭＦＲを有し、それぞれのＭＦＲは、２１６０ｇの荷重を用いて１９０℃でＡＳＴＭ Ｄ１２３８に従って測定されているコーテッド基材。
  2. 前記酸コポリマーが、１８〜２５重量％のメタクリル酸の共重合単位を有し、好ましくは２５０〜４００ｇ／１０分のＭＦＲを有するエチレンメタクリル酸ジポリマーである、請求項１に記載のコーテッド基材。
  3. 前記イオノマーが、少なくとも１１重量％のメタクリル酸塩を含む、請求項１または２に記載のコーテッド基材。
  4. 前記コポリマーの全カルボン酸基の５５％〜６０％が、カルボン酸塩に中和されている、請求項１〜３のいずれか一項に記載のコーテッド基材。
  5. 前記基材が、紙、板紙、厚紙、またはパルプ成形物を含む、請求項１〜４のいずれか一項に記載のコーテッド基材。
  6. 前記コーテッド基材が、熱成形品、容器、ポーチ、バッグ、箱、カートン、カップ、小包、プレート、ボウル、トレイ、缶、バケットまたはタブを含む、フィルム、シート、成形品または包装を含む、請求項１〜５のいずれか一項に記載のコーテッド基材。
  7. 前記コーテッド基材が、前記イオノマー層の上に適用された追加の非イオノマー層をさらに含む、請求項１〜６のいずれか一項に記載のコーテッド基材。
  8. 前記イオノマー層が、基材の２層間に収容されている、請求項１〜７のいずれか一項に記載のコーテッド基材。
  9. 請求項１〜８のいずれか一項に記載のコーテッド基材を調製する方法であって、
    （ａ）エチレンの共重合単位と、親酸コポリマーの全重量に基づいて１８〜３０重量％のアクリル酸またはメタクリル酸の共重合単位とを含む親酸コポリマーを含む固体イオノマー組成物であって、前記親酸コポリマーは、２００〜１０００ｇ／１０分のメルトフローレート（ＭＦＲ）を有し、非中和親酸コポリマーについて計算して前記親酸コポリマーの全カルボン酸含有量に基づいて、前記コポリマーのカルボン酸基の５０％〜７０％は、ナトリウムカチオン、カリウムカチオン、またはそれらの混合物を含むカルボン酸塩に中和されており、前記イオノマー組成物は、１〜２０ｇ／１０分のＭＦＲを有し、それぞれのＭＦＲは、２１６０ｇの荷重を用いて１９０℃でＡＳＴＭ Ｄ１２３８に従って測定されている、固体イオノマー組成物を準備する工程と、
    （ｂ）前記固体イオノマー組成物を、８０〜１００℃の温度に加熱された水と混合して、加熱水性イオノマー分散液を与える工程であって、前記イオノマー組成物は、前記水性イオノマー分散液の０．００１〜５０重量％を構成する工程と、
    （ｃ）前記加熱水性イオノマー分散液を２０〜３０℃の温度に冷却してもよい工程であって、前記イオノマーは液体相に分散されたままである工程と、
    （ｄ）前記基材を準備する工程と、
    （ｅ）前記水性イオノマー分散液を前記基材上にコーティングする工程と、
    （ｆ）前記コーテッド基材を２０〜１５０℃の温度で乾燥させる工程と
    を含む方法。
  10. （ｂ）が、（ｉ）前形成固体イオノマー組成物から形成された物品を水に２０〜３０℃の温度で添加して、固体イオノマーおよび水の混合物を形成する工程と、その後に（ｉｉ）前記混合物を８０〜１００℃の温度に加熱する工程とを含む、請求項９に記載の方法。
  11. （ｂ）が、前形成固体イオノマー組成物から形成された物品を、８０〜１００℃の温度に予熱された水に添加する工程を含む、請求項９に記載の方法。
  12. 前記コポリマーの全カルボン酸基の５５％〜６０％が、カルボン酸塩に中和されており、かつ前記加熱が、８０〜８５℃の温度である、請求項９〜１１のいずれか一項に記載の方法。
  13. 前記イオノマー組成物が、前記水性イオノマー分散液の１〜２０重量％を構成する、請求項９〜１２のいずれか一項に記載の方法。
  14. 請求項１〜８のいずれか一項に記載のコーテッド基材を調製する方法であって、
    （ａ）エチレンの共重合単位と、親酸コポリマーの全重量に基づいて１８〜３０重量％のアクリル酸またはメタクリル酸の共重合単位とを含む親酸コポリマーを含む固体イオノマー組成物であって、前記親酸コポリマーは、２００〜１０００ｇ／１０分のメルトフローレート（ＭＦＲ）を有し、非中和親酸コポリマーについて計算して前記親酸コポリマーの全カルボン酸含有量に基づいて、前記コポリマーのカルボン酸基の５０％〜７０％は、ナトリウムカチオン、カリウムカチオン、またはそれらの混合物を含むカルボン酸塩に中和されており、前記イオノマー組成物は、１〜２０ｇ／１０分のＭＦＲを有し、それぞれのＭＦＲは、２１６０ｇの荷重を用いて１９０℃でＡＳＴＭ Ｄ１２３８に従って測定されている、固体イオノマー組成物を準備する工程と、
    （ｂ）前記固体イオノマー組成物を８０〜３００℃の温度で溶融して、溶融流動性イオノマー組成物を与える工程と、
    （ｃ）前記基材を準備する工程と、
    （ｄ）前記溶融イオノマー組成物を前記基材上にコーティングする工程と、
    （ｅ）前記コーテッド基材を２０〜３０℃の温度に冷却する工程と
    を含む方法。
  15. 請求項１〜８のいずれか一項に記載のコーテッド基材を調製する方法であって、
    （ａ）エチレンの共重合単位と、親酸コポリマーの全重量に基づいて１８〜３０重量％のアクリル酸もしくはメタクリル酸の共重合単位とを含む親酸コポリマーを含みまたはそれから本質的になり、前記酸コポリマーは、２１６０ｇの荷重を用いて１９０℃でＡＳＴＭ Ｄ１２３８に従って測定された２００〜１０００ｇ／１０分のメルトフローレート（ＭＦＲ）を有し、非中和親酸コポリマーについて計算して前記親酸コポリマーの全カルボン酸含有量に基づいて、前記コポリマーのカルボン酸基の５０％〜７０％は、ナトリウムカチオン、カリウムカチオン、またはそれらの混合物を含むカルボン酸塩に中和されている、イオノマー組成物の予備成形フィルムを準備する工程と、
    （ｂ）前記基材層に隣接して前記イオノマーフィルム層の層を含むプレラミネート構造を作成する工程と、
    （ｃ）前記イオノマーフィルム層を前記基材層に５０〜１５０℃の温度で、場合によって印加圧力とともに、ラミネートする工程と、
    （ｄ）前記コーテッド基材を２０〜３０℃の温度に冷却する工程と
    を含む方法。
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