JP2016160406A - Gas barrier film, fluid dispersion of cellulosic material and manufacturing method of gas barrier film - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ガスバリア膜とガスバリア膜を製造するためのセルロース系材料の分散液およびその分散液を用いたガスバリア膜の製造方法に関する。 The present invention relates to a gas barrier film, a dispersion of a cellulosic material for producing the gas barrier film, and a method for producing a gas barrier film using the dispersion.
従来、食品、医薬品、エレクロトニクス部品等の包装に用いられる包装材料は、内容物の変質を防止するため、酸素等の気体を遮断するガスバリア性を備えることが求められている。現在、包装材料としては、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、エチレンビニルアルコール共重合体（ＥＶＯＨ）等のＰＶＡ系樹脂を用いたガスバリア性フィルムや、ポリ塩化ビニリデン（ＰＶＤＣ）系樹脂を用いたガスバリア性フィルムが多用されている。しかし、ＰＶＡ系樹脂を用いたガスバリア性フィルムは湿度依存性が大きく、湿度の上昇に従い、吸湿・膨潤等によってガスバリア性が大幅に低下する問題がある。ＰＶＤＣ系樹脂を用いたガスバリア性フィルムは、酸素透過度に対する湿度依存性はほとんどないものの、分子構造中に塩素原子を含むことから、焼却によるダイオキシン発生のおそれがあり、環境への影響が懸念されている。さらに、ＰＶＡ系樹脂やＰＶＤＣ系樹脂は、化石資源由来の材料をもとに製造されており、資源の枯渇や温暖化ガス削減の観点から好ましくない。 2. Description of the Related Art Conventionally, packaging materials used for packaging foods, pharmaceuticals, and electronic parts are required to have a gas barrier property that blocks gas such as oxygen in order to prevent deterioration of contents. Currently, packaging materials include gas barrier films using PVA resins such as polyvinyl alcohol (PVA) and ethylene vinyl alcohol copolymer (EVOH), and gas barrier films using polyvinylidene chloride (PVDC) resins. It is used a lot. However, a gas barrier film using a PVA-based resin has a large humidity dependency, and there is a problem that the gas barrier property is significantly lowered due to moisture absorption and swelling as the humidity increases. Gas barrier film using PVDC resin has almost no humidity dependency on oxygen permeability, but it contains chlorine atoms in its molecular structure, so there is a risk of dioxin generation due to incineration, and there is concern about the impact on the environment. ing. Furthermore, PVA-based resins and PVDC-based resins are manufactured based on fossil resource-derived materials, which are not preferable from the viewpoint of resource depletion and greenhouse gas reduction.
一方、近年、これまでの環境負荷型技術から環境保全型への技術転換が世界中で巻き起こる中、再生可能な天然資源が注目されてきている。これは、ほとんどの天然資源は石油由来のプラスチックより燃焼熱が低い上に、生分解性もあり土に戻すことができ、廃棄物処理の心配がないためである。そこで、天然資源を有効利用した材料を使用することは、環境問題の深刻化する中で、最優先課題となっている。その中でも木材の主成分であるセルロースは、地球上に最も大量に蓄積された天然高分子材料であることから、将来目指すべき資源循環型社会の中核を担う物質として期待が寄せられている。 On the other hand, in recent years, renewable natural resources have been attracting attention as a technological change from the conventional environmental load type technology to the environmental conservation type has occurred all over the world. This is because most natural resources have lower combustion heat than petroleum-derived plastics, are biodegradable and can be returned to the soil, and there is no concern about waste disposal. Thus, the use of materials that make effective use of natural resources has become a top priority as environmental problems become more serious. Among them, cellulose, which is the main component of wood, is a natural polymer material accumulated in large quantities on the earth, and is expected as a material that will play a central role in a resource recycling society that should be aimed at in the future.
例えば特許文献１においては、カルボキシ基が導入されたセルロースパウダーを含むガスバリア膜形成用コーティング剤が提案されている。 For example, Patent Document 1 proposes a coating agent for forming a gas barrier film containing cellulose powder having a carboxy group introduced therein.
また、非特許文献１においては、木材中のセルロース繊維にカルボキシ基を導入したのち、水中で軽微な機械解繊処理を施すことによってセルロースをシングルミクロフィブリル単位で分散させたセルロースシングルナノファイバー（以下ＣＳＮＦ；Ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ Ｓｉｎｇｌｅ Ｎａｎｏｆｉｂｅｒ、とも称する。）の調製に成功している。このようにして得られるＣＳＮＦは、短軸径が３ｎｍ前後と微細であることから、得られるＣＳＮＦ水分散液、および水分を除去して得られる成型体の透明度が非常に高い。ＣＳＮＦをガスバリア材料として用いれば、透明性の高いガスバリア用積層体を得ることも可能である（例えば特許文献２参照）。 In Non-Patent Document 1, cellulose single nanofibers (hereinafter referred to as cellulose single nanofibers) in which cellulose is dispersed in units of single microfibrils by introducing a carboxy group into cellulose fibers in wood and then performing a slight mechanical fibrillation treatment in water. CSNF (also called Cellulose Single Nanofiber) has been successfully prepared. Since CSNF obtained in this way has a minor axis diameter as fine as about 3 nm, the obtained CSNF aqueous dispersion and the molded product obtained by removing water have very high transparency. If CSNF is used as a gas barrier material, it is possible to obtain a highly transparent gas barrier laminate (see, for example, Patent Document 2).
しかし、これらの上記セルロース系材料を用いたガスバリア膜については、実用上の様々な課題が残されたままであり、産業化に至っていないのが現状である。 However, as for the gas barrier films using these cellulose-based materials, various practical problems remain, and the present situation is that they have not been industrialized.
例えば特許文献１記載のコーティング剤にあっては含まれるガスバリア材料の粒子径が大きいため緻密なガスバリア膜の形成が難しく、実用上十分なガスバリア性を得られるとは言いがたい。また、透明性を全く有していないため、透明包装材用途への適用も難しい。 For example, in the coating agent described in Patent Document 1, it is difficult to form a dense gas barrier film because the gas barrier material contained therein has a large particle diameter, and it is difficult to say that a practically sufficient gas barrier property can be obtained. Moreover, since it does not have transparency at all, it is difficult to apply to transparent packaging materials.
一方、特許文献２に記載のＣＳＮＦを利用したガスバリア膜の場合、ＣＳＮＦが緻密な膜を形成することで高いガスバリア性と透明性を両立する膜を形成可能である。しかしな
がら、本発明者が前記ＣＳＮＦガスバリア膜の実用性を検証したところ、前記ガスバリア膜は脆性を有していることが明らかとなった。すなわち、前記ガスバリア膜を包装材料として用いた場合、製袋や折り曲げなどの加工の再にガスバリア膜に微小なクラックが発生してガスバリア性が著しく劣化してしまう。
On the other hand, in the case of a gas barrier film using CSNF described in Patent Document 2, it is possible to form a film having both high gas barrier properties and transparency by forming a dense film of CSNF. However, when the present inventors verified the practicality of the CSNF gas barrier film, it was revealed that the gas barrier film was brittle. That is, when the gas barrier film is used as a packaging material, minute cracks are generated in the gas barrier film after processing such as bag making or folding, and the gas barrier property is remarkably deteriorated.
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、セルロース系材料を用いたガスバリア膜であって、そのガスバリア膜を屈曲させた場合でもクラックを生じることなくガスバリア性を維持可能なガスバリア膜とその製造方法およびガスバリア膜を製造するための分散液を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and is a gas barrier film using a cellulosic material, and a gas barrier film capable of maintaining gas barrier properties without causing cracks even when the gas barrier film is bent. It is an object of the present invention to provide a manufacturing method and a dispersion for manufacturing a gas barrier film.
本発明者は、上記課題の解決のため鋭意検討を重ねたところ、カルボキシ基が導入されたセルロース系材料を溶媒中で機械解繊処理して得られるセルロース系材料の分散液の光線透過率を一定の範囲になるように制御することによって、前記分散液を用いて形成したガスバリア膜の耐屈曲性が改善することを見出し、本発明を達成するに至った。具体的には、非特許文献２に記載されたバルーン膨潤構造を形成したセルロース系材料を含むガスバリア膜とすることで、ガスバリア性と耐屈曲性の両立を可能とした。
本発明は、上記知見に基づくものであり、以下の態様を有する。
The present inventor made extensive studies to solve the above problems, and as a result, obtained a light transmittance of a cellulose-based material dispersion obtained by mechanically defibrating a cellulose-based material introduced with a carboxy group in a solvent. It has been found that by controlling to be within a certain range, the bending resistance of the gas barrier film formed using the dispersion is improved, and the present invention has been achieved. Specifically, by using a gas barrier film containing a cellulosic material having a balloon swelling structure described in Non-Patent Document 2, it is possible to achieve both gas barrier properties and bending resistance.
The present invention is based on the above findings and has the following aspects.
本発明の請求項１に記載の発明は、セルロース系材料を含むガスバリア膜であって、そのセルロース系材料が、カルボキシ基を有し、且つミクロフィブリル単位で分散したセルロースシングルナノファイバー部分と未解繊状態のセルロースナノファイバー部分が緻密に絡み合った構造を形成したセルロース系材料であることを特徴とするガスバリア膜である。 The invention according to claim 1 of the present invention is a gas barrier film containing a cellulosic material, wherein the cellulosic material has a carboxy group and a cellulose single nanofiber portion dispersed in microfibril units. A gas barrier film characterized in that it is a cellulosic material in which a cellulose nanofiber portion in a fine state is densely entangled.
また請求項２に記載の発明は、前記セルロース系材料の結晶構造がセルロースＩ型であることを特徴とする請求項１に記載のガスバリア膜である。 The invention according to claim 2 is the gas barrier film according to claim 1, wherein the crystal structure of the cellulosic material is cellulose I type.
また請求項３に記載の発明は、前記セルロース系材料の形状が天然セルロースのミクロフィブリル構造単位で解繊された繊維状部分を含むことを特徴とする請求項１または２に記載のガスバリア膜である。 The invention according to claim 3 is the gas barrier film according to claim 1 or 2, wherein the cellulosic material includes a fibrous portion in which the shape of the cellulosic material is fibrillated with a microfibril structure unit of natural cellulose. is there.
また請求項４に記載の発明は、カルボキシ基を有するセルロース系材料の分散液であって、そのセルロース系材料の固形分濃度を溶媒に対して０．５質量％として単独で分散させ、機械解繊処理を行うことで、光路長１０ｍｍにおける６６０ｎｍでの光線透過率が３０％以上８０％以下に調整したことを特徴とするセルロース系材料の分散液である。 The invention according to claim 4 is a dispersion of a carboxy group-containing cellulosic material, wherein the cellulosic material has a solid content concentration of 0.5% by mass with respect to the solvent, and is dispersed alone. By carrying out a fiber treatment, the light transmittance at 660 nm at an optical path length of 10 mm is adjusted to 30% or more and 80% or less.
また請求項５に記載の発明は、前記セルロース系材料の結晶構造がセルロースＩ型であることを特徴とする請求項４に記載のセルロース系材料の分散液である。 The invention according to claim 5 is the cellulose-based material dispersion according to claim 4, wherein the crystal structure of the cellulose-based material is cellulose I type.
また請求項６に記載の発明は、セルロース系材料にカルボキシ基を導入する工程と、
カルボキシ基が導入されたセルロース系材料を機械解繊処理によって溶媒に単独で分散させ、溶媒に対する固形分濃度が０．５％である時に、光路長１０ｍｍにおける６６０ｎｍでの光線透過率が３０％以上８０％以下となるように分散液を調整する工程と、
その分散液を使用してキャスト法により膜状成型体を得る工程と、を具備することを特徴とするガスバリア膜の製造方法である。
The invention according to claim 6 introduces a step of introducing a carboxy group into the cellulosic material,
Cellulosic material introduced with a carboxy group is dispersed in a solvent alone by mechanical defibration, and when the solid content concentration relative to the solvent is 0.5%, the light transmittance at 660 nm at an optical path length of 10 mm is 30% or more. Adjusting the dispersion to be 80% or less;
And a step of obtaining a film-like molded body by a casting method using the dispersion liquid, and a method for producing a gas barrier film.
また請求項７に記載の発明は、セルロース系材料にカルボキシ基を導入する工程と、
カルボキシ基が導入されたセルロース系材料を機械解繊処理によって溶媒に単独で分散させ、溶媒に対する固形分濃度が０．５％である時に、光路長１０ｍｍにおける６６０ｎｍでの光線透過率が３０％以上８０％以下となるように分散液を調整する工程と、
基材上にその分散液を塗布し、溶媒を除去して積層体を得る工程と、を具備することを特徴とするガスバリア膜の製造方法である。
The invention according to claim 7 includes a step of introducing a carboxy group into the cellulosic material,
Cellulosic material introduced with a carboxy group is dispersed in a solvent alone by mechanical defibration, and when the solid content concentration relative to the solvent is 0.5%, the light transmittance at 660 nm at an optical path length of 10 mm is 30% or more. Adjusting the dispersion to be 80% or less;
And a step of applying the dispersion on a substrate and removing the solvent to obtain a laminate.
また請求項８に記載の発明は、前記セルロース系材料にカルボキシ基を導入する工程が、Ｎ−オキシル化合物を用いた酸化反応に基づく工程であることを特徴とする請求項６または７に記載のガスバリア膜の製造方法である。 The invention according to claim 8 is characterized in that the step of introducing a carboxy group into the cellulosic material is a step based on an oxidation reaction using an N-oxyl compound. It is a manufacturing method of a gas barrier film.
また請求項９に記載の発明は、前記セルロース系材料にカルボキシ基を導入する工程において、カルボキシ基の含有量が、セルロース系材料１ｇ当たり０．２ｍｍｏｌ以上３．０ｍｍｏｌ以下であることを特徴とする請求項６〜８のいずれかに記載のガスバリア膜の製造方法である。 The invention according to claim 9 is characterized in that, in the step of introducing a carboxy group into the cellulose material, the content of the carboxy group is 0.2 mmol or more and 3.0 mmol or less per 1 g of the cellulose material. It is a manufacturing method of the gas barrier film in any one of Claims 6-8.
また請求項１０に記載の発明は、前記セルロース系材料の原料として木材漂白クラフトパルプを用いることを特徴とする請求項６〜９のいずれかに記載のガスバリア膜の製造方法である。 The invention according to claim 10 is the method for producing a gas barrier film according to any one of claims 6 to 9, wherein wood bleached kraft pulp is used as a raw material of the cellulosic material.
本発明によれば、カルボキシ基が導入されたセルロース系材料を用いて、実用上の耐屈曲性を備えたガスバリア膜とセルロース系材料の分散液およびガスバリア膜の製造方法を提供できる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the manufacturing method of the gas barrier film provided with practical bending resistance using the cellulose material into which the carboxy group was introduce | transduced, the dispersion liquid of a cellulose material, and a gas barrier film can be provided.
以下、本発明のガスバリア膜とその製造方法の詳細を説明する。
本発明のガスバリア膜は、カルボキシ基を有するセルロース系材料の固形分濃度を溶媒に対して０．５質量％として単独で分散させ、機械解繊処理を行うことで、光路長１０ｍｍにおける６６０ｎｍでの光線透過率が３０％以上８０％以下に調整した分散液を使用して作製される。
Hereinafter, details of the gas barrier film of the present invention and the manufacturing method thereof will be described.
The gas barrier film of the present invention has a carboxy group-containing cellulose-based material having a solid content concentration of 0.5% by mass with respect to the solvent, and is dispersed alone and subjected to mechanical defibrating treatment, so that the optical path length at 660 nm is 10 mm. It is produced using a dispersion whose light transmittance is adjusted to 30% or more and 80% or less.
本発明では、前項のように光線透過率を制御することによって非特許文献２に示されるようなバルーン膨潤（バルーン状に膨潤した状態）したセルロース系材料を製造し、前記バルーン膨潤したセルロース系材料によって形成されたガスバリア膜が提供される。すな
わち、本発明において用いられるセルロース系材料は、ミクロフィブリル単位で分散したセルロースシングルナノファイバー部分と未解繊状態のセルロースナノファイバー部分が緻密に絡み合った構造を形成していることが特徴であり、前記ネットワーク構造によって、ガスバリア膜を形成した際にガスバリア性と耐屈曲性を両立することが可能となる。
バルーン膨潤構造とは、図２に示されるように、酸化された木材セルロース繊維を解繊する際、繊維の端部あるいは中央部からシングルミクロフィブリル化が進行する過程で形成される構造である。
In the present invention, a cellulosic material that is balloon-swelled (swelled in a balloon-like shape) as shown in Non-Patent Document 2 is manufactured by controlling the light transmittance as described above, and the cellulosic material that is swelled by the balloon The gas barrier film formed by is provided. That is, the cellulosic material used in the present invention is characterized in that a cellulose single nanofiber portion dispersed in microfibril units and a cellulose nanofiber portion in an unfibrillated state form a densely entangled structure, The network structure makes it possible to achieve both gas barrier properties and bending resistance when a gas barrier film is formed.
As shown in FIG. 2, the balloon swelling structure is a structure formed in the process of single microfibril formation from the end or center of the fiber when the oxidized wood cellulose fiber is defibrated.
さらに、本発明ではセルロース系材料の解繊をバルーン膨潤段階に留めているため、特許文献２に開示されているように完全ナノ分散させたＣＳＮＦを用いた場合ほどの高透明性は達成されないが、一部分はＣＳＮＦ化しているため、特許文献１に比較すれば透明性ははるかに向上しており、グラシン紙程度のレベルの透明性は十分達成可能である。 Further, in the present invention, the fibrillation of the cellulosic material is kept at the balloon swelling stage, so that the high transparency as in the case of using completely nano-dispersed CSNF as disclosed in Patent Document 2 is not achieved. Since a part is converted to CSNF, the transparency is much improved as compared with Patent Document 1, and a level of transparency comparable to that of glassine paper can be sufficiently achieved.
＜セルロース系材料を含む分散体の製造方法＞
本発明のガスバリア膜に含まれるセルロース系材料は、セルロースにカルボキシ基を導入する工程と、機械解繊処理し分散液化する工程と、により得られる。導入されるカルボキシ基量は０．２ｍｍｏｌ／ｇ以上３．０ｍｍｏｌ／ｇ以下が好ましく、０．５ｍｍｏｌ／ｇ以上２．０ｍｍｏｌ／ｇ以下がより好ましい。カルボキシ基量が０．２ｍｍｏｌ／ｇ未満であると、セルロースミクロフィブリル間に静電的な反発が働かないため、セルロースミクロフィブリルの解繊が促進しない。また、３．０ｍｍｏｌ／ｇを超えると化学処理に伴う副反応によりセルロースミクロフィブリルが低分子化するため、バルーン膨潤構造を形成することが出来ない。
<Method for producing dispersion containing cellulosic material>
The cellulosic material contained in the gas barrier film of the present invention is obtained by a step of introducing a carboxy group into cellulose and a step of mechanical defibration treatment to form a dispersion. The amount of carboxy group introduced is preferably 0.2 mmol / g or more and 3.0 mmol / g or less, and more preferably 0.5 mmol / g or more and 2.0 mmol / g or less. When the amount of carboxy group is less than 0.2 mmol / g, electrostatic repulsion does not work between the cellulose microfibrils, so that the fibrillation of the cellulose microfibrils is not promoted. On the other hand, if it exceeds 3.0 mmol / g, cellulose microfibrils are reduced in molecular weight due to side reactions accompanying chemical treatment, so that a balloon swelling structure cannot be formed.
また、前記セルロース系材料は、溶媒に対し固形分濃度を０．５％となるように単独で分散させた際の、光路長１０ｍｍにおける６６０ｎｍでの光線透過率が３０％以上８０％以下であればよい。前記光線透過率が３０％以上８０％以下の範囲であれば、バルーン膨潤状態のセルロース系材料を効率的に得ることが可能となる。前記バルーン膨潤状態のセルロース系材料を用いてガスバリア膜を形成すれば、セルロースシングルナノファイバー部分と未解繊のセルロースナノファイバー部分が緻密に絡み合った構造により、連続的に形成されたネットワーク構造を形成可能となり、ガスバリア性と耐屈曲性を両立したガスバリア膜を提供することが可能となる。 The cellulosic material may have a light transmittance of 30% or more and 80% or less at 660 nm at an optical path length of 10 mm when dispersed alone so that the solid concentration in the solvent is 0.5%. That's fine. When the light transmittance is in the range of 30% to 80%, a cellulosic material in a balloon-swelled state can be efficiently obtained. When a gas barrier film is formed using the cellulose material in the balloon swelling state, a continuous network structure is formed by a structure in which the cellulose single nanofiber part and the undefined cellulose nanofiber part are intertwined closely. Therefore, it is possible to provide a gas barrier film having both gas barrier properties and bending resistance.
（セルロース系材料）
前記のセルロース系材料の原料として用いることが出来るセルロースの種類や結晶構造は特に限定されないが、セルロースＩ型結晶構造から成る原料が好ましい。
(Cellulosic material)
The type and crystal structure of cellulose that can be used as the raw material for the cellulose material are not particularly limited, but a raw material having a cellulose I-type crystal structure is preferred.
セルロースＩ型結晶を用いれば、カルボキシ基を導入後に機械解繊をした際に、セルロースＩ型構造由来のミクロフィブリル単位で解繊が進むため、セルロースシングルナノファイバー部位を容易に形成することが可能となり、バリア性が向上する。セルロースＩ型結晶から成る原料としては、例えば木材系天然セルロースに加えて、コットンリンター、竹、麻、バガス、ケナフ、バクテリアセルロース、ホヤセルロース、バロニアセルロースといった非木材系天然セルロースを用いることができる。材料調達の容易さから木材漂白クラフトパルプを原料とすることが好ましい。 When cellulose I-type crystals are used, when mechanical defibration after introduction of a carboxy group, fibrillation proceeds in units of microfibrils derived from the cellulose I-type structure, making it possible to easily form cellulose single nanofiber parts. Thus, the barrier property is improved. As a raw material comprising cellulose I-type crystals, for example, in addition to wood-based natural cellulose, non-wood-based natural cellulose such as cotton linter, bamboo, hemp, bagasse, kenaf, bacterial cellulose, squirt cellulose, and valonia cellulose can be used. It is preferable to use wood-bleached kraft pulp as a raw material because of easy procurement of materials.
（セルロース系材料へのカルボキシ基の導入）
前記セルロース系材料にカルボキシ基を導入する方法としては特に限定されない。例えば高濃度アルカリ水溶液中でセルロースをモノクロロ酢酸又はモノクロロ酢酸ナトリウムと反応させることによりカルボキシメチル化を行っても良い。また、オートクレーブ中でガス化したマレイン酸やフタル酸等の無水カルボン酸系化合物とセルロースを直接反応させてカルボキシ基を導入しても良い。さらには、水系の比較的温和な条件で、可能な限り
構造を保ちながら、アルコール性一級炭素の酸化に対する選択性が高い、ＴＥＭＰＯをはじめとするＮ−オキシル化合物の存在下、共酸化剤を用いた手法を用いてもよい。カルボキシ基導入部位の選択性および環境負荷の問題からＴＥＭＰＯ酸化がより好ましい。前記Ｎ−オキシル化合物としては、ＴＥＭＰＯ（２，２，６，６−テトラメチルピペリジニル−１−オキシラジカル）、２，２，６，６−テトラメチル−４−ヒドロキシピペリジン−１−オキシル、４−メトキシ−２，２，６，６−テトラメチルピペリジン−Ｎ−オキシル、４−エトキシ−２，２，６，６−テトラメチルピペリジン−Ｎ−オキシル、４−アセトアミド−２，２，６，６−テトラメチルピペリジン−Ｎ−オキシル、等が挙げられる。その中でも、ＴＥＭＰＯが好ましい。Ｎ−オキシル化合物の使用量は、触媒としての量でよく、特に限定されない。通常、酸化処理する木材系天然セルロースの固形分に対して０．０１〜５．０質量％程度である。
(Introduction of carboxy group into cellulosic materials)
A method for introducing a carboxy group into the cellulose material is not particularly limited. For example, carboxymethylation may be carried out by reacting cellulose with monochloroacetic acid or sodium monochloroacetate in a high concentration alkaline aqueous solution. Further, a carboxy group may be introduced by directly reacting a carboxylic anhydride compound such as maleic acid or phthalic acid gasified in an autoclave with cellulose. Furthermore, a co-oxidant is used in the presence of N-oxyl compounds such as TEMPO, which has high selectivity to the oxidation of alcoholic primary carbon while maintaining the structure as much as possible under relatively mild conditions in water. The method used may be used. TEMPO oxidation is more preferable from the viewpoint of selectivity of a carboxy group introduction site and environmental load. Examples of the N-oxyl compound include TEMPO (2,2,6,6-tetramethylpiperidinyl-1-oxy radical), 2,2,6,6-tetramethyl-4-hydroxypiperidine-1-oxyl, 4-methoxy-2,2,6,6-tetramethylpiperidine-N-oxyl, 4-ethoxy-2,2,6,6-tetramethylpiperidine-N-oxyl, 4-acetamido-2,2,6 6-tetramethylpiperidine-N-oxyl and the like. Among these, TEMPO is preferable. The amount of the N-oxyl compound used is not particularly limited, and may be an amount as a catalyst. Usually, it is about 0.01-5.0 mass% with respect to solid content of the wood type natural cellulose to oxidize.
Ｎ−オキシル化合物を用いた酸化方法としては、木材系天然セルロースなどのセルロース系材料を水中に分散させ、Ｎ−オキシル化合物の共存下で酸化処理する方法が挙げられる。このとき、Ｎ−オキシル化合物とともに、共酸化剤を併用することが好ましい。この場合、反応系内において、Ｎ−オキシル化合物が順次共酸化剤により酸化されてオキソアンモニウム塩が生成し、前記オキソアンモニウム塩によりセルロースが酸化される。かかる酸化処理によれば、温和な条件でも酸化反応が円滑に進行し、カルボキシ基の導入効率が向上する。酸化処理を温和な条件で行うと、セルロースの結晶構造を維持しやすい。前記共酸化剤としては、ハロゲン、次亜ハロゲン酸、亜ハロゲン酸や過ハロゲン酸、またはそれらの塩、ハロゲン酸化物、窒素酸化物、過酸化物など、酸化反応を推進することが可能であれば、いずれの酸化剤も用いることができる。 Examples of the oxidation method using an N-oxyl compound include a method in which a cellulosic material such as wood-based natural cellulose is dispersed in water and oxidized in the presence of the N-oxyl compound. At this time, it is preferable to use a co-oxidant together with the N-oxyl compound. In this case, in the reaction system, the N-oxyl compound is sequentially oxidized by a co-oxidant to produce an oxoammonium salt, and cellulose is oxidized by the oxoammonium salt. According to such oxidation treatment, the oxidation reaction proceeds smoothly even under mild conditions, and the introduction efficiency of the carboxy group is improved. When the oxidation treatment is performed under mild conditions, it is easy to maintain the crystal structure of cellulose. As the co-oxidant, it is possible to promote an oxidation reaction such as halogen, hypohalous acid, halous acid or perhalogen acid, or a salt thereof, halogen oxide, nitrogen oxide, or peroxide. Any oxidizing agent can be used.
入手の容易さや反応性から、次亜塩素酸ナトリウムが好ましい。前記共酸化剤の使用量は、酸化反応を促進することができる量でよく、特に限定されない。通常、酸化処理する木材系天然セルロースなどのセルロース系材料の固形分に対して１〜２００質量％程度である。 Sodium hypochlorite is preferred because of its availability and reactivity. The amount of the co-oxidant used is not particularly limited, and may be an amount that can promote the oxidation reaction. Usually, it is about 1-200 mass% with respect to solid content of cellulosic materials, such as wood type natural cellulose to oxidize.
前記Ｎ−オキシル化合物および共酸化剤とともに、臭化物およびヨウ化物からなる群から選ばれる少なくとも１種の化合物をさらに併用してもよい。これにより、酸化反応を円滑に進行させることができ、カルボキシ基の導入効率を改善することができる。前記化合物としては、臭化ナトリウムまたは臭化リチウムが好ましく、コストや安定性から、臭化ナトリウムがより好ましい。前記化合物の使用量は、酸化反応を促進することができる量でよく、特に限定されない。通常、酸化処理する木材系天然セルロースの固形分に対して１〜５０質量％程度である。 Along with the N-oxyl compound and the co-oxidant, at least one compound selected from the group consisting of bromide and iodide may be further used in combination. Thereby, an oxidation reaction can be advanced smoothly and the introduction efficiency of a carboxy group can be improved. As the compound, sodium bromide or lithium bromide is preferable, and sodium bromide is more preferable from the viewpoint of cost and stability. The amount of the compound used is not particularly limited, and may be an amount that can promote the oxidation reaction. Usually, it is about 1-50 mass% with respect to solid content of the wood type natural cellulose to oxidize.
前記酸化反応の反応温度は、４〜８０℃が好ましく、１０〜７０℃がより好ましい。４℃未満であると、試薬の反応性が低下し反応時間が長くなってしまう。８０℃を超えると副反応が促進して試料が低分子化して高結晶性の剛直な微細化セルロース繊維構造が崩壊し、金属微粒子の異方成長を十分に促進することができない。前記酸化処理の反応時間は、反応温度、所望のカルボキシ基量等を考慮して適宜設定でき、特に限定されないが、通常、１０分〜５時間程度である。 4-80 degreeC is preferable and, as for the reaction temperature of the said oxidation reaction, 10-70 degreeC is more preferable. If it is lower than 4 ° C., the reactivity of the reagent is lowered and the reaction time is prolonged. If the temperature exceeds 80 ° C., the side reaction is promoted, the sample is reduced in molecular weight, the highly crystalline rigidly refined cellulose fiber structure is collapsed, and the anisotropic growth of the metal fine particles cannot be sufficiently promoted. The reaction time of the oxidation treatment can be appropriately set in consideration of the reaction temperature, the desired amount of carboxy group, and the like, and is not particularly limited, but is usually about 10 minutes to 5 hours.
前記酸化反応時の反応系のｐＨは、９〜１１が好ましい。ｐＨが９以上であると反応を効率よく進めることができる。ｐＨが１１を超えると副反応が進行し、試料の分解が促進されてしまうおそれがある。前記酸化処理においては、酸化が進行するにつれて、カルボキシ基が生成することにより系内のｐＨが低下してしまうため、酸化処理中、反応系のｐＨを９〜１１に保つことが好ましい。反応系のｐＨを９〜１１に保つ方法としては、ｐＨの低下に応じてアルカリ水溶液を添加する方法が挙げられる。アルカリ水溶液としては、水酸化ナトリウム水溶液、水酸化リチウム水溶液、水酸化カリウム水溶液、アンモニア水
溶液、水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液、水酸化テトラエチルアンモニウム水溶液、水酸化テトラブチルアンモニウム水溶液、水酸化ベンジルトリメチルアンモニウム水溶液などの有機アルカリなどが挙げられる。コストなどの面から水酸化ナトリウム水溶液が好ましい。
The pH of the reaction system during the oxidation reaction is preferably 9-11. When the pH is 9 or more, the reaction can be efficiently carried out. If the pH exceeds 11, side reactions may progress and the decomposition of the sample may be accelerated. In the oxidation treatment, as the oxidation proceeds, the pH in the system is lowered due to the formation of a carboxy group. Therefore, the pH of the reaction system is preferably maintained at 9 to 11 during the oxidation treatment. Examples of a method for maintaining the pH of the reaction system at 9 to 11 include a method of adding an alkaline aqueous solution in accordance with a decrease in pH. Examples of alkaline aqueous solutions include sodium hydroxide aqueous solution, lithium hydroxide aqueous solution, potassium hydroxide aqueous solution, ammonia aqueous solution, tetramethylammonium hydroxide aqueous solution, tetraethylammonium hydroxide aqueous solution, tetrabutylammonium hydroxide aqueous solution, and benzyltrimethylammonium hydroxide aqueous solution. And organic alkalis. A sodium hydroxide aqueous solution is preferable from the viewpoint of cost.
前記Ｎ−オキシル化合物による酸化反応は、反応系にアルコールを添加することにより停止させることができる。このとき、反応系のｐＨは前記の範囲内に保つことが好ましい。添加するアルコールとしては、反応をすばやく終了させるためメタノール、エタノール、プロパノールなどの低分子量のアルコールが好ましく、反応により生成される副産物の安全性などから、エタノールが特に好ましい。 The oxidation reaction with the N-oxyl compound can be stopped by adding alcohol to the reaction system. At this time, the pH of the reaction system is preferably maintained within the above range. The alcohol to be added is preferably a low molecular weight alcohol such as methanol, ethanol or propanol in order to quickly terminate the reaction, and ethanol is particularly preferred from the viewpoint of safety of by-products generated by the reaction.
（酸化セルロースの回収と洗浄）
酸化処理後の反応液は、そのまま微細化工程に供してもよいが、Ｎ−オキシル化合物等の触媒、不純物等を除去するために、反応液に含まれる酸化セルロースを回収し、洗浄液で洗浄することが好ましい。酸化セルロースの回収は、ガラスフィルターや２０μｍ孔径のナイロンメッシュを用いたろ過等の公知の方法により実施できる。酸化セルロースの洗浄に用いる洗浄液としては純水が好ましい。
(Oxidized cellulose recovery and washing)
The reaction solution after the oxidation treatment may be directly subjected to a refinement process, but in order to remove a catalyst such as an N-oxyl compound, impurities, etc., the oxidized cellulose contained in the reaction solution is recovered and washed with a washing solution. It is preferable. Oxidized cellulose can be collected by a known method such as filtration using a glass filter or a nylon mesh having a 20 μm pore size. As a cleaning liquid used for cleaning oxidized cellulose, pure water is preferable.
（微細化工程；機械解繊処理）
次にセルロース系材料を機械解繊処理する方法について説明する。
セルロース系材料の機械解繊処理については、解繊強度を調節することによって、溶媒に対し固形分濃度を０．５％となるように単独で分散させた際の、光路長１０ｍｍにおける６６０ｎｍでの光線透過率が３０％以上８０％以下となるように制御することが出来ればとくに限定されず、高圧ホモジナイザー、超高圧ホモジナイザー、ボールミル、ロールミル、カッターミル、遊星ミル、ジェットミル、アトライター、グラインダー、ジューサーミキサー、ホモミキサー、超音波ホモジナイザー、ナノジナイザー、水中対向衝突などの機械的処理を用いることができる。解繊強度は例えば高圧ホモジナイザーの場合、処理圧力や処理時間によって制御することが可能である。
(Miniaturization process; mechanical defibration process)
Next, a method for mechanically defibrating the cellulosic material will be described.
For the mechanical defibrating treatment of the cellulosic material, by adjusting the defibration strength, the solid content concentration with respect to the solvent was singly dispersed so that the solid content concentration would be 0.5%. The light transmittance is not particularly limited as long as the light transmittance can be controlled to be 30% or more and 80% or less. High-pressure homogenizer, ultra-high pressure homogenizer, ball mill, roll mill, cutter mill, planetary mill, jet mill, attritor, grinder, Mechanical treatments such as a juicer mixer, homomixer, ultrasonic homogenizer, nanogenizer, and underwater collision can be used. For example, in the case of a high-pressure homogenizer, the fibrillation strength can be controlled by the processing pressure and the processing time.
上記のようにして、カルボキシ基が導入されたセルロース系材料を含み、溶媒に対し前記セルロース系材料の固形分濃度を０．５％となるように単独で分散させた際の、光路長１０ｍｍにおける６６０ｎｍでの光線透過率が３０％以上８０％以下となることを特徴とする分散体を得ることが出来る。前記分散体は、そのまま、または希釈、濃縮等を行って、ガスバリア膜形成用組成物として用いることができる。 As described above, when the cellulosic material having a carboxyl group introduced therein is contained, and the solid content concentration of the cellulosic material is 0.5% alone in the solvent, the optical path length is 10 mm. A dispersion having a light transmittance at 660 nm of 30% to 80% can be obtained. The dispersion can be used as a gas barrier film-forming composition as it is or after being diluted or concentrated.
前記ガスバリア膜形成用組成物は、必要に応じて、本発明の効果を損なわない範囲で、セルロースおよびｐＨ調整に用いた成分以外の他の成分を含有してもよい。前記他の成分としては、特に限定されず、用途等に応じて、公知の添加剤のなかから適宜選択できる。具体的には、アルコキシシラン等の有機金属化合物またはその加水分解物、無機層状化合物、無機針状鉱物、消泡剤、無機系粒子、有機系粒子、潤滑剤、酸化防止剤、帯電防止剤、紫外線吸収剤、安定剤、磁性粉、配向促進剤、可塑剤、架橋剤、等が挙げられる。 The gas barrier film-forming composition may contain other components than cellulose and components used for pH adjustment as needed, as long as the effects of the present invention are not impaired. The other components are not particularly limited, and can be appropriately selected from known additives depending on applications and the like. Specifically, organometallic compounds such as alkoxysilanes or hydrolysates thereof, inorganic layered compounds, inorganic needle minerals, antifoaming agents, inorganic particles, organic particles, lubricants, antioxidants, antistatic agents, Examples thereof include an ultraviolet absorber, a stabilizer, magnetic powder, an alignment accelerator, a plasticizer, and a crosslinking agent.
＜ガスバリア膜の製造方法＞
次に本発明のガスバリア膜の製造方法について説明する。
本発明のガスバリア膜は、前記セルロース系材料を含むガスバリア膜形成用組成物から溶媒を除去することによって製造することができる。
<Method for producing gas barrier film>
Next, the manufacturing method of the gas barrier film of this invention is demonstrated.
The gas barrier film of the present invention can be produced by removing the solvent from the gas barrier film-forming composition containing the cellulose material.
溶媒の除去方法としては特に限定されず、例えば前記ガスバリア膜形成用組成物を平滑な容器に流し込み、乾燥させることによって目的のガスバリア膜を得ることができる。前記容器の材質も特に限定されず、例えばシリコン製の容器を用いることができる。 The method for removing the solvent is not particularly limited. For example, the target gas barrier film can be obtained by pouring the composition for forming a gas barrier film into a smooth container and drying it. The material of the container is not particularly limited, and for example, a silicon container can be used.
また、適当な基材上に前記ガスバリア膜形成用組成物を塗布したのち乾燥させることによって、前記基材の片面または両面に目的のガスバリア膜を形成することも出来る。前記ガスバリア膜は基材から剥離して用いても良く、剥離せずにそのまま積層体として用いても良い。 Moreover, the target gas barrier film | membrane can also be formed in the one or both surfaces of the said base material by apply | coating the said composition for gas barrier film formation on a suitable base material, and making it dry. The gas barrier film may be peeled off from the base material, or may be used as it is as a laminate without being peeled off.
前記基材としては、特に制限は無く、公知の種々のシート状の基材を用いることができ、例えばプラスチックフィルム、ガラス板、セルロース系基材、等が挙げられる。 There is no restriction | limiting in particular as said base material, A well-known various sheet-like base material can be used, For example, a plastic film, a glass plate, a cellulose base material, etc. are mentioned.
プラスチックフィルムを構成するプラスチック材料としては、例えば、ポリオレフィン系（ポリエチレン、ポリプロピレン等）、ポリエステル系（ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート等）、セルロース系（トリアセチルセルロース、ジアセチルセルロース、セロファン等）、ポリアミド系（６−ナイロン、６，６−ナイロン等）、アクリル系（ポリメチルメタクリレート等）、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、ポリイミド、ポリビニルアルコール、ポリカーボネート、エチレンビニルアルコール等の有機高分子化合物が挙げられる。また、前述の有機高分子化合物の中から、少なくとも１種以上の成分を持つ、或いは共重合成分に持つ、或いはそれらの化学修飾体を成分に有する有機高分子材料も可能である。また、ポリ乳酸、バイオポリオレフィンなど植物から化学合成されるバイオプラスチック、ヒドロキシアルカノエートなど微生物が生産するプラスチック等を用いることも可能である。 Examples of the plastic material constituting the plastic film include polyolefin (polyethylene, polypropylene, etc.), polyester (polyethylene terephthalate, polyethylene naphthalate, etc.), cellulose (triacetylcellulose, diacetylcellulose, cellophane, etc.), polyamide ( 6-nylon, 6,6-nylon, etc.), acrylic (polymethyl methacrylate, etc.), polystyrene, polyvinyl chloride, polyimide, polyvinyl alcohol, polycarbonate, ethylene vinyl alcohol, and other organic polymer compounds. Also, an organic polymer material having at least one or more components from among the above-mentioned organic polymer compounds, having a copolymer component, or having a chemical modification thereof as a component is also possible. It is also possible to use bioplastics chemically synthesized from plants such as polylactic acid and biopolyolefins, plastics produced by microorganisms such as hydroxyalkanoates, and the like.
セルロース系基材は、セルロース系材料から構成される基材であり、セルロース系材料としては、セロハン、アセチル化セルロース、セルロース誘導体、微細化セルロース繊維等が挙げられる。 The cellulosic substrate is a substrate composed of a cellulosic material, and examples of the cellulosic material include cellophane, acetylated cellulose, cellulose derivatives, and fine cellulose fibers.
環境等への配慮から基材にも環境負荷の少ないものが求められる場合、基材としては、上記のうち、植物から化学合成されるバイオプラスチックを含む基材、微生物が生産するプラスチックを含む基材、セルロース系基材等が好ましい。基材は、可塑剤、酸化防止剤、難燃剤、充填剤、帯電防止剤、結晶化促進剤、発泡剤、光沢剤、濡れ性改良剤等の添加剤を含有してもよい。基材は、コロナ放電、プラズマ処理、酸化処理等の表面処理が施されていてもよい。基材の厚さは、当該ガスバリア性積層体の用途等に応じて適宜設定でき特に限定されないが、通常、１〜１００μｍ程度である。 When environmentally friendly substrates are also required due to environmental considerations, among the above, the substrates include those containing bioplastics chemically synthesized from plants and those containing plastics produced by microorganisms. A material, a cellulose base material, etc. are preferable. The base material may contain additives such as a plasticizer, an antioxidant, a flame retardant, a filler, an antistatic agent, a crystallization accelerator, a foaming agent, a brightener, and a wettability improver. The substrate may be subjected to surface treatment such as corona discharge, plasma treatment, oxidation treatment and the like. Although the thickness of a base material can be suitably set according to the use etc. of the said gas-barrier laminated body, it is not specifically limited, Usually, it is about 1-100 micrometers.
前記基材上にガスバリア膜形成用組成物を塗布する方法としては、公知の塗布方法を用いて実施できる。例えば、ロールコーター、リバースロールコーター、グラビアコーター、マイクログラビアコーター、ナイフコーター、バーコーター、ワイヤーバーコーター、ダイコーター、ディップコーター、スピンコーター等のコーターを用いて塗布できる。前記ガスバリア膜形成用組成物を含む塗膜の乾燥は、熱風乾燥、熱ロール乾燥、赤外線照射など、公知の乾燥方法を用いて実施できる。乾燥条件としては、特に限定しないが、乾燥温度としては２０℃以上２００℃以下が好ましく、３０℃以上１５０℃以下がより好ましい。２０℃以下では溶媒の除去に時間がかかりすぎてしまい、２００度以上ではセルロース系材料が熱分解してしまうおそれがある。 As a method of applying the gas barrier film-forming composition on the substrate, a known coating method can be used. For example, it can apply | coat using coaters, such as a roll coater, a reverse roll coater, a gravure coater, a micro gravure coater, a knife coater, a bar coater, a wire bar coater, a die coater, a dip coater, a spin coater. The coating film containing the gas barrier film-forming composition can be dried using a known drying method such as hot air drying, hot roll drying, or infrared irradiation. Although it does not specifically limit as drying conditions, As a drying temperature, 20 to 200 degreeC is preferable and 30 to 150 degreeC is more preferable. If it is 20 ° C. or less, it takes too much time to remove the solvent, and if it is 200 ° C. or more, the cellulosic material may be thermally decomposed.
ガスバリア膜の厚み（乾燥後の厚み）は、所望のガスバリア性に応じて適宜設定でき特に限定されないが、０．１〜５．０μｍが好ましく、０．２〜３．０μｍがより好ましい。該厚みが０．１μｍ以上であると、ガスバリア膜を設けることによるガスバリア性の向上効果が充分に得られ、５．０μｍ以下であると、内容物の視認性および生産性が良好である。ガスバリア膜の厚みは、前記水性分散液の塗布量、塗布回数等によって調整できる。 The thickness of the gas barrier film (thickness after drying) can be appropriately set according to the desired gas barrier properties and is not particularly limited, but is preferably 0.1 to 5.0 μm, more preferably 0.2 to 3.0 μm. When the thickness is 0.1 μm or more, the effect of improving the gas barrier property by providing the gas barrier film is sufficiently obtained, and when it is 5.0 μm or less, the visibility and productivity of the contents are good. The thickness of the gas barrier film can be adjusted by the coating amount of the aqueous dispersion, the number of coatings, and the like.
本発明のガスバリア膜は、前記基材および前記ガスバリア膜に加えて、シール層を設けても良い。シール層は、袋状包装体などを形成する際に密封層として設けられるものである。シール層としては例えばヒートシール可能な熱可塑性樹脂層（以下、ヒートシール層ともいう。）が好ましい。ヒートシール層としては、公知のものを用いることができ、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−酢酸ビニル共重合体、エチレン−メタクリル酸共重合体、エチレン−メタクリル酸エステル共重合体、エチレン−アクリル酸共重合体、エチレン−アクリル酸エステル共重合体またはそれらの金属架橋物等の樹脂の１種からなるフィルムが用いられる。ヒートシール層の厚さは、目的に応じて決められるが、一般的には１５〜２００μｍの範囲である。また、本発明のガスバリア膜は、別途シール層を設けなくともガスバリア膜間でのシールが可能である。具体的には超音波シール法によるガスバリア膜同士の接着が可能である。 The gas barrier film of the present invention may be provided with a seal layer in addition to the base material and the gas barrier film. The sealing layer is provided as a sealing layer when a bag-shaped package or the like is formed. As the seal layer, for example, a heat-sealable thermoplastic resin layer (hereinafter also referred to as a heat seal layer) is preferable. As the heat seal layer, known materials can be used, for example, polyethylene, polypropylene, ethylene-vinyl acetate copolymer, ethylene-methacrylic acid copolymer, ethylene-methacrylic acid ester copolymer, ethylene-acrylic acid. A film made of one kind of resin such as a copolymer, an ethylene-acrylic acid ester copolymer, or a metal cross-linked product thereof is used. The thickness of the heat seal layer is determined according to the purpose, but is generally in the range of 15 to 200 μm. Further, the gas barrier film of the present invention can be sealed between the gas barrier films without providing a separate seal layer. Specifically, the gas barrier films can be bonded to each other by an ultrasonic sealing method.
本発明のガスバリア膜は、必要に応じて、前記基材、前記ガスバリア膜および前記シール層以外の他の層をさらに有してもよい。ただしシール層を有する場合、該シール層は、当該ガスバリア膜を含む積層体の少なくとも一方の最外層に配置される。本発明のガスバリア膜が有してもよい他の層としては、たとえば、前記ガスバリア膜または基材とシール層との間に設けられる中間フィルム層、印刷層等が挙げられる。また、各層をドライラミネート法やウェットラミネート法で積層する場合には、該積層のための接着層（ラミネート用接着剤層）を有してもよい。また、ヒートシール層を溶融押し出し法で積層する場合には、該積層のためのプライマー層やアンカーコート層などを有してもよい。 The gas barrier film of the present invention may further have a layer other than the base material, the gas barrier film, and the seal layer as necessary. However, when it has a sealing layer, this sealing layer is arrange | positioned in the outermost layer of at least one of the laminated body containing the said gas barrier film | membrane. Examples of other layers that may be included in the gas barrier film of the present invention include an intermediate film layer and a printed layer provided between the gas barrier film or the substrate and the sealing layer. Moreover, when laminating | stacking each layer by the dry lamination method or the wet lamination method, you may have the contact bonding layer (adhesive layer for lamination) for this lamination | stacking. Moreover, when laminating | stacking a heat seal layer by the melt extrusion method, you may have a primer layer for this lamination | stacking, an anchor coat layer, etc.
前記中間フィルム層は、ボイルおよびレトルト殺菌時の破袋強度を高めるために設けられる。中間フィルム層を構成するフィルムとしては、機械強度及び熱安定性の面から、二軸延伸ナイロンフィルム、二軸延伸ポリエチレンテレフタレートフィルム、二軸延伸ポリプロレンフィルムの内から選ばれる少なくとも１種が好ましい。フィルムの厚さは、材質や要求品質等に応じて決められるが、通常、１０〜３０μｍの範囲内である。 The intermediate film layer is provided to increase the bag breaking strength at the time of boil and retort sterilization. The film constituting the intermediate film layer is preferably at least one selected from a biaxially stretched nylon film, a biaxially stretched polyethylene terephthalate film, and a biaxially stretched polyprolene film from the viewpoints of mechanical strength and thermal stability. The thickness of the film is determined according to the material, required quality, etc., but is usually in the range of 10 to 30 μm.
前記印刷層は、包装袋などとして実用的に用いるために形成される。印刷層は、ウレタン系、アクリル系、ニトロセルロース系、ゴム系、塩化ビニル系等の従来から用いられているインキバインダー樹脂に各種顔料、体質顔料及び可塑剤、乾燥剤、安定剤等の添加剤などが添加されてなるインキにより構成される層であり、文字、絵柄等が形成された様態となっている。 The printed layer is formed for practical use as a packaging bag or the like. The printing layer is made of conventional ink binder resins such as urethane, acrylic, nitrocellulose, rubber, vinyl chloride, and other additives such as various pigments, extenders, plasticizers, desiccants, and stabilizers. Is a layer composed of ink to which characters and the like are added, and has a form in which characters, pictures, and the like are formed.
前記ラミネート用接着剤層として用いられる接着剤としては、積層される各層の材質に応じてアクリル系、ポリエステル系、エチレン−酢酸ビニル系、ウレタン系、塩化ビニル−酢酸ビニル系、塩素化ポリプロピレン系などの公知の接着剤を用いることができる。 As an adhesive used as the adhesive layer for laminating, acrylic, polyester, ethylene-vinyl acetate, urethane, vinyl chloride-vinyl acetate, chlorinated polypropylene, etc., depending on the material of each layer to be laminated Any known adhesive can be used.
本発明のガスバリア膜を含む積層体の層構成は、前記積層体の用途等を考慮して適宜設定できる。前記積層体を包装材料として用いる場合の好ましい層構成例（ａ）〜（ｅ）を以下に示す。ただし本発明のガスバリア膜を含む積層体はこれらの層構成例に限定されるものではない。
（ａ）ガスバリア膜（単膜）。
（ｂ）基材／ガスバリア膜。
（ｃ）ガスバリア膜／ラミネート用接着剤層／ヒートシール層。
（ｄ）基材／ガスバリア膜／ラミネート用接着剤層／ヒートシール層。
（ｅ）基材／ガスバリア膜／ラミネート用接着剤層／中間フィルム層／印刷層／ラミネート用接着剤層／ヒートシール層。
The layer structure of the laminate including the gas barrier film of the present invention can be appropriately set in consideration of the use of the laminate. Preferred layer configuration examples (a) to (e) when the laminate is used as a packaging material are shown below. However, the laminate including the gas barrier film of the present invention is not limited to these layer configuration examples.
(A) Gas barrier film (single film).
(B) Substrate / gas barrier film.
(C) Gas barrier film / laminate adhesive layer / heat seal layer.
(D) Substrate / gas barrier film / laminate adhesive layer / heat seal layer.
(E) Substrate / gas barrier film / laminate adhesive layer / intermediate film layer / printing layer / laminate adhesive layer / heat seal layer.
本発明のガスバリア膜は、前記本発明のセルロース系材料を含むガスバリア膜形成用組成物から形成されたガスバリア膜であることから、優れたガスバリア性と耐屈曲性を両立
する。前記ガスバリア性は、低湿度条件下はもちろん、高湿度条件下でも良好である。具体的には、相対湿度４０％、３０℃の条件下で１０ｃｃ（ｃｍ３／ｍ２・ｄａｙ・Ｐａ）以下の酸素バリア性を成型加工後も有していれば、例えば食品、医薬品、エレクトロニクス部品等の包装材料として実用化の可能性がある。本発明におけるガスバリア膜は後述の実施例において前記条件を十分に満たしている。
Since the gas barrier film of the present invention is a gas barrier film formed from the composition for forming a gas barrier film containing the cellulose-based material of the present invention, it has both excellent gas barrier properties and flex resistance. The gas barrier property is good not only under low humidity conditions but also under high humidity conditions. Specifically, as long as it has an oxygen barrier property of 10 cc (cm 3 / m 2 · day · Pa) or less under conditions of relative humidity of 40% and 30 ° C., for example, food, medicine, electronics It may be put into practical use as a packaging material for parts. The gas barrier film according to the present invention sufficiently satisfies the above conditions in the examples described later.
以下、本発明を実施例に基づいて詳細に説明するが、本発明の技術範囲はこれらの実施形態に限定されるものではない。以下の各例において、「％」は、特に断りのない限り、質量％（ｗ／ｗ％）を示す。また、本実施例においては、パルプという名称も使用する。パルプは木材などを原料とする植物繊維であり、主にセルロースから構成されている。 EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated in detail based on an Example, the technical scope of this invention is not limited to these embodiment. In the following examples, “%” indicates mass% (w / w%) unless otherwise specified. In this embodiment, the name pulp is also used. Pulp is a plant fiber made of wood or the like, and is mainly composed of cellulose.
＜実施例１＞
（木材セルロースのＴＥＭＰＯ酸化）
針葉樹クラフトパルプ７０ｇを蒸留水３５００ｇに懸濁し、蒸留水３５０ｇにＴＥＭＰＯを０．７ｇ、臭化ナトリウムを７ｇ溶解させた溶液を加え、２０℃まで冷却した。ここに２ｍｏｌ／Ｌ、濃度１．１５ｇ／ｍＬの次亜塩素酸ナトリウム水溶液４５０ｇを滴下により添加し、酸化反応を開始した。系内の温度は常に２０℃に保ち、反応中のｐＨの低下は０．５Ｎの水酸化ナトリウム水溶液を添加することでｐＨ１０に保ち続けた。セルロースの重量に対して、水酸化ナトリウムの添加量の合計が３．５０ｍｍｏｌ／ｇに達した時点で、約１００ｍＬのエタノールを添加し反応を停止させた。その後、ガラスフィルターを用いて蒸留水によるろ過洗浄を繰り返し、酸化パルプを得た。
<Example 1>
(TEMPO oxidation of wood cellulose)
70 g of softwood kraft pulp was suspended in 3500 g of distilled water, and a solution of 0.7 g of TEMPO and 7 g of sodium bromide dissolved in 350 g of distilled water was added and cooled to 20 ° C. To this, 450 g of an aqueous sodium hypochlorite solution having a concentration of 2 mol / L and a concentration of 1.15 g / mL was added dropwise to initiate an oxidation reaction. The temperature in the system was always kept at 20 ° C., and the decrease in pH during the reaction was kept at pH 10 by adding a 0.5N aqueous sodium hydroxide solution. When the total amount of sodium hydroxide added reached 3.50 mmol / g based on the weight of cellulose, about 100 mL of ethanol was added to stop the reaction. Thereafter, filtration and washing with distilled water were repeated using a glass filter to obtain oxidized pulp.
（酸化パルプのカルボキシ基量測定）
上記ＴＥＭＰＯ酸化で得た酸化パルプおよび再酸化パルプを固形分重量で０．１ｇ量りとり、１％濃度で水に分散させ、塩酸を加えてｐＨを２．５とした。その後０．５Ｍ水酸化ナトリウム水溶液を用いた電導度滴定法により、カルボキシ基量（ｍｍｏｌ／ｇ）を求めた。結果は１．６ｍｍｏｌ／ｇであった。
(Measurement of carboxy group content in oxidized pulp)
Oxidized pulp and re-oxidized pulp obtained by the TEMPO oxidation were weighed in an amount of 0.1 g by solid content, dispersed in water at a concentration of 1%, and hydrochloric acid was added to adjust the pH to 2.5. Thereafter, the amount of carboxy groups (mmol / g) was determined by conductivity titration using a 0.5 M aqueous sodium hydroxide solution. The result was 1.6 mmol / g.
（酸化パルプの機械解繊処理）
上記ＴＥＭＰＯ酸化で得た酸化パルプ１ｇを９９ｇの蒸留水に分散させ、ジューサーミキサーで５分間微細化処理し、固形分濃度１％のセルロース系材料の水分散液を得た。前記水分散液に対し、レオメーターを用いて定常粘弾性測定を行ったところ、チキソトロピック性を示した。
(Mechanical defibration processing of oxidized pulp)
1 g of oxidized pulp obtained by the above TEMPO oxidation was dispersed in 99 g of distilled water, and refined with a juicer mixer for 5 minutes to obtain an aqueous dispersion of a cellulosic material having a solid content concentration of 1%. When a steady viscoelasticity measurement was performed on the aqueous dispersion using a rheometer, it showed thixotropic properties.
（機械解繊パルプの分光透過率測定）
前記の酸化パルプの機械解繊処理により得た水分散液を、水で希釈して固形分濃度を０．５％としたのち、光路長１０ｍｍの石英セルを用いて分光光度計による透過スペクトルの測定を行った。結果を図１に示す。その結果、６６０ｎｍにおける光線透過率は７１％を示した。
(Measurement of spectral transmittance of mechanical defibrated pulp)
The aqueous dispersion obtained by mechanical defibration treatment of the oxidized pulp is diluted with water to a solid content concentration of 0.5%, and then the transmission spectrum of the spectrophotometer is measured using a quartz cell having an optical path length of 10 mm. Measurements were made. The results are shown in FIG. As a result, the light transmittance at 660 nm was 71%.
（機械解繊パルプの光学顕微鏡観察）
前記水分散液をスライドグラスにキャスト後、カバーガラスをかぶせて光学顕微鏡観察を行ったところ、バルーン膨潤構造を形成していることが確認された。
(Optical microscope observation of mechanical defibrated pulp)
When the aqueous dispersion was cast on a slide glass and then covered with a cover glass and observed with an optical microscope, it was confirmed that a balloon swelling structure was formed.
（ガスバリア膜の作製）
前記固形分濃度１％のセルロース系材料の水分散液を、テフロン(登録商標)製の各皿（内寸１００ｍｍ×１００ｍｍ×１０ｍｍ）に１０ｇキャストしたのち、８０℃で２４時間乾燥して水分を除去しシート状のガスバリア膜を得た。前記成型体をＵＶ硬化樹脂で包埋し、ミクロトームで断面切削サンプルを作製してＳＥＭ観察を行ったところ、膜厚は約１μｍである
ことが確認された。
(Production of gas barrier film)
After casting 10 g of the aqueous dispersion of the cellulose-based material having a solid content concentration of 1% to each Teflon (registered trademark) dish (inner dimensions: 100 mm × 100 mm × 10 mm), it is dried at 80 ° C. for 24 hours to obtain moisture. This was removed to obtain a sheet-like gas barrier film. When the molded body was embedded with a UV curable resin, a cross-sectional cut sample was prepared with a microtome, and SEM observation was performed, it was confirmed that the film thickness was about 1 μm.
＜実施例２＞
実施例１にて作製した固形分濃度１％のセルロース系材料の水分散液を、膜厚２５μｍのポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルム上にバーコーター＃１００を用いて塗布し、１２０℃で１０分乾燥して、ガスバリア膜を含む積層体を作製した。前記積層体をＵＶ硬化樹脂で包埋し、ミクロトームで断面切削サンプルを作製してＳＥＭ観察を行ったところ、積層体のガスバリア膜部分の膜厚は約１μｍであることが確認された。
<Example 2>
The aqueous dispersion of cellulose material having a solid content concentration of 1% prepared in Example 1 was applied onto a polyethylene terephthalate (PET) film having a film thickness of 25 μm using a
＜比較例１＞
実施例１に記載の酸化パルプの機械解繊工程において、ジューサーミキサーによる処理時間を３０分間としたこと以外は実施例１と同様の方法にてガスバリア膜を作製した。なお、分光透過率測定の結果、６６０ｎｍにおける光線透過率は９９％を示した。
<Comparative Example 1>
In the mechanical defibration process of oxidized pulp described in Example 1, a gas barrier film was produced in the same manner as in Example 1 except that the treatment time by the juicer mixer was 30 minutes. As a result of measuring the spectral transmittance, the light transmittance at 660 nm was 99%.
＜比較例２＞
実施例１に記載の酸化パルプの機械解繊工程において、ジューサーミキサーによる処理時間を１分間としたこと以外は実施例１と同様の方法にてガスバリア膜を作製した。なお、分光透過率測定の結果、６６０ｎｍにおける光線透過率は２５％を示した。
<Comparative example 2>
In the mechanical pulping process of oxidized pulp described in Example 1, a gas barrier film was produced in the same manner as in Example 1 except that the processing time by the juicer mixer was set to 1 minute. As a result of measuring the spectral transmittance, the light transmittance at 660 nm was 25%.
各実施例および比較例で得られたガスバリア膜について、下記の評価を行った。結果を表１に示す。 The gas barrier film obtained in each example and comparative example was evaluated as follows. The results are shown in Table 1.
（酸素透過度（等圧法）の測定）
ガスバリア膜またはガスバリア膜を含む積層体の酸素透過度（ｃｍ３／ｍ２・ｄａｙ・Ｐａ）を、酸素透過度測定装置ＭＯＣＯＮ−ＯＸＴＲＡＮ（モダンコントロール社製）を用いて、３０℃、４０％ＲＨ雰囲気下で測定した。前述の通り、測定値が１０ｃｃ（ｃｍ３／ｍ２・ｄａｙ・Ｐａ）以下であればガスバリア性は良好と評価できる。
(Measurement of oxygen permeability (isobaric method))
The oxygen permeability (cm 3 / m 2 · day · Pa) of the gas barrier film or the laminate including the gas barrier film was measured at 30 ° C. and 40% RH using an oxygen permeability measuring apparatus MOCON-OXTRAN (manufactured by Modern Control). Measured under atmosphere. As described above, if the measured value is 10 cc (cm 3 / m 2 · day · Pa) or less, the gas barrier property can be evaluated as good.
（耐屈曲性の評価）
前記ガスバリア膜に対しＪＩＳに記載の耐屈曲性試験（ＪＩＳ−Ｋ５６００−５−１：円筒形マンドレル法）を行った。具体的には、直径８ｍｍの金属棒に前記ガスバリア膜を巻きつけた状態で１０秒保持してから金属棒から取り外し、前項と同様に酸素透過度を評価し、ガスバリア性の変化を比較した。
(Evaluation of bending resistance)
The gas barrier film was subjected to a bending resistance test (JIS-K5600-5-1: cylindrical mandrel method) described in JIS. Specifically, the gas barrier film was held for 10 seconds in a state where the gas barrier film was wound around a metal rod having a diameter of 8 mm, and then removed from the metal rod, and the oxygen permeability was evaluated in the same manner as in the previous section to compare the change in gas barrier properties.
表１の分光透過スペクトル測定の透過率測定の結果、実施例１、２においては波長６６０ｎｍにおける透過率が７１％であり、光学顕微鏡観察の結果、バルーン膨潤構造を形成していることが確認された。一方、比較例１においては６６０ｎｍにおける透過率が９９％となっており、酸化パルプの全てがシングルミクロフィブリル単位にまで解繊されてしまったことが示唆された。光学顕微鏡観察においてもバルーン膨潤構造は確認できなかった。また、比較例２においては、６６０ｎｍにおける透過率が２５％となっており、ミクロフィブリル単位での解繊がほとんど進んでいないことが示唆された。光学顕微鏡観察においては酸化パルプの繊維構造が維持されており、バルーン膨潤は確認できなかった。 As a result of the transmittance measurement of the spectral transmission spectrum measurement of Table 1, in Examples 1 and 2, the transmittance at a wavelength of 660 nm was 71%, and as a result of observation with an optical microscope, it was confirmed that a balloon swelling structure was formed. It was. On the other hand, in Comparative Example 1, the transmittance at 660 nm was 99%, suggesting that all of the oxidized pulp was defibrated to single microfibril units. The balloon swelling structure could not be confirmed even by observation with an optical microscope. Moreover, in the comparative example 2, the transmittance | permeability in 660 nm was 25%, and it was suggested that the defibrillation in a microfibril unit has hardly advanced. In the optical microscope observation, the fiber structure of the oxidized pulp was maintained, and balloon swelling could not be confirmed.
表１の酸素透過度測定の結果、実施例１、２においては金属棒への巻付け前において良好な酸素バリア性が確認された。これはバルーン膨潤構造において一部解繊されたセルロースナノファイバー部分が、残存しているミクロフィブリル構造間の空隙を埋めることによって酸素バリア性が発現したものと考えられる。また、比較例１においては金属棒への巻き付け前において実施例１、２よりも高い酸素バリア性が確認された。これは酸化パルプが全てセルロースシングルナノファイバーにまで解繊されたことにより緻密な膜を形成することが可能となったためである。一方、比較例２においては酸素バリア性が全く発現しなかった。これは解繊処理が不十分のためミクロフィブリル単位での十分な解繊が進行せず、ミクロフィブリル間の空隙を埋めることができなかったためと考えられる。 As a result of the oxygen permeability measurement in Table 1, in Examples 1 and 2, good oxygen barrier properties were confirmed before winding on a metal bar. This is presumably because the cellulose nanofiber portion that was partially defibrated in the balloon swelling structure filled in the gaps between the remaining microfibril structures, thereby exhibiting oxygen barrier properties. In Comparative Example 1, an oxygen barrier property higher than that in Examples 1 and 2 was confirmed before winding around a metal bar. This is because all the oxidized pulp has been disentangled into cellulose single nanofibers, so that a dense film can be formed. On the other hand, in Comparative Example 2, no oxygen barrier property was exhibited. This is presumably because the fibrillation treatment was insufficient and sufficient fibrillation did not proceed in units of microfibrils, and the gaps between the microfibrils could not be filled.
次に、耐屈曲性試験の結果、実施例１、２においては金属棒への巻付け後であってもバリア性が維持され、耐屈曲性を有したガスバリア膜を形成していることが示唆された。一方、比較例１においては金属棒への巻付け後では酸素バリア性が劣化し、バリア性を維持することが出来なかった。これは実施例１、２においてはセルロースシングルナノファイバー部位と未解繊のセルロースナノファイバー部分が緻密に絡み合って形成された連続的なネットワーク構造がガスバリア膜内で形成されているために、屈曲時であってもマイクロファイバー部分がガスバリア膜を補強することによって、微小なクラックの発生が抑制されたためであると考えられる。 Next, as a result of the bending resistance test, it was suggested that in Examples 1 and 2, the barrier property was maintained even after winding on a metal rod, and a gas barrier film having bending resistance was formed. It was done. On the other hand, in Comparative Example 1, the oxygen barrier property deteriorated after winding on the metal rod, and the barrier property could not be maintained. This is because, in Examples 1 and 2, since a continuous network structure in which the cellulose single nanofiber part and the undelivered cellulose nanofiber part are closely entangled is formed in the gas barrier film, Even so, it is considered that the microfiber portion reinforces the gas barrier film to suppress the generation of minute cracks.
上記のとおり、カルボキシ基が導入されたセルロース系材料を溶媒中で機械解繊処理して得られるセルロース系材料の分散液の透過率を一定の範囲になるように制御することによって、前記分散液を用いて形成したガスバリア膜の耐屈曲性が改善することを見出した。その改善効果は、セルロースシングルナノファイバー構造とセルロースナノファイバー構造が緻密に絡み合って形成された、連続的に存在するバルーン膨潤構造に由来する。したがって、本発明により、セルロース系材料を用いて、低環境負荷プロセスでカーボンニュートラルな実用上の成型加工に耐えうる耐屈曲性を備えたガスバリア膜およびその製造方法の提供が可能となる。 As described above, the dispersion liquid is controlled by controlling the transmittance of the dispersion liquid of the cellulose material obtained by mechanically defibrating the cellulose material introduced with a carboxy group in a certain range. It has been found that the bending resistance of the gas barrier film formed by using this improves. The improvement effect is derived from the continuously existing balloon swelling structure in which the cellulose single nanofiber structure and the cellulose nanofiber structure are closely entangled. Therefore, according to the present invention, it is possible to provide a gas barrier film having a bending resistance capable of withstanding a carbon neutral practical molding process using a cellulosic material and a manufacturing method thereof.
Claims (10)
カルボキシ基が導入されたセルロース系材料を機械解繊処理によって溶媒に単独で分散させ、溶媒に対する固形分濃度が０．５％である時に、光路長１０ｍｍにおける６６０ｎｍでの光線透過率が３０％以上８０％以下となるように分散液を調整する工程と、
その分散液を使用してキャスト法により膜状成型体を得る工程と、を具備することを特徴とするガスバリア膜の製造方法。 Introducing a carboxy group into the cellulosic material;
Cellulosic material introduced with a carboxy group is dispersed in a solvent alone by mechanical defibration, and when the solid content concentration relative to the solvent is 0.5%, the light transmittance at 660 nm at an optical path length of 10 mm is 30% or more. Adjusting the dispersion to be 80% or less;
And a step of obtaining a film-like molded product by a casting method using the dispersion.
カルボキシ基が導入されたセルロース系材料を機械解繊処理によって溶媒に単独で分散させ、溶媒に対する固形分濃度が０．５％である時に、光路長１０ｍｍにおける６６０ｎｍでの光線透過率が３０％以上８０％以下となるように分散液を調整する工程と、
基材上にその分散液を塗布し、溶媒を除去して積層体を得る工程と、を具備することを特徴とするガスバリア膜の製造方法。 Introducing a carboxy group into the cellulosic material;
Cellulosic material introduced with a carboxy group is dispersed in a solvent alone by mechanical defibration, and when the solid content concentration relative to the solvent is 0.5%, the light transmittance at 660 nm at an optical path length of 10 mm is 30% or more. Adjusting the dispersion to be 80% or less;
Applying the dispersion onto a substrate and removing the solvent to obtain a laminate, and a method for producing a gas barrier film.
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