JP2016514181A - ポリビニルアルコール及びエチレンビニルアルコール共重合体バリアコーティング - Google Patents
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Abstract
Description
本出願は、2013年2月27日に出願された米国特許仮出願第61/769,814号の優先権を主張する。これら全ての出願は、本出願においてあらゆる目的のために参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
本発明は、速乾性バリアコーティング配合物を形成する水性配合物において、より高い含量比率の有機溶媒、特に低級アルコールを許容できる低分子量ポリビニルアルコール(PVOH)及びエチレンビニルアルコール(EVOH)共重合体溶液に関する。
−フレキソ及びグラビア塗布粘度でのより高い固形分含量溶液に適する;
−より低い未乾燥塗膜重量から同等の乾燥塗膜重量が得られる;
−低級アルコールのより高い許容性(例えば、約45%以上の、例えば、エタノール、2−プロパノール、1−プロパノールなどの低級アルコールを許容する溶液);
−低表面エネルギープラスチックフィルムのよりすぐれた濡れ性;
−市販のPVOH及びEVOH共重合体の使用;
−共通圧胴型フレキソ印刷機に適用される溶媒系インキを使ってインラインで使用できる。インラインは、同じ印刷及びコーティング操作により、印刷機へのベア基材の供給から、印刷機の端部でコーティングされ印刷された基材の巻き取りまでの全プロセスが完了することを意味する;
−場合により、単一包装として納入可能(使用前の印刷機側ミキシングなし);
−速乾性、生産性の高いコーティング;及び
−低分子量ポリマー及び高アルコール溶解度にもかかわらずバリア特性が損なわれない。
%不揮発分(%NVC)
試験は、約1gのコーティングをペトリ皿に秤取し、実際の重量を小数第2位まで記録することを含む。その後、これを電気加熱ファン付きオーブン中に、150℃で30分間入れる。次に、試料を室温まで冷却し、再秤量する。%NVCを次のように計算する:
%NVC=ドライコーティングの最終重量(g)÷未乾燥塗膜の初期重量(g)×100
セタ(Seta)ザーンカップ#2を使って23℃でコーティング溶液の初期粘度を測定する。100gのコーティング溶液を4℃に設定した冷蔵庫中の堅く密閉したガラスジャー中に入れる。試料を定期的に(4日毎に)取り出して、粘度を測定した。粘度変化又は外観の変化と均質性の変化を負の因子と見なす。初期の測定値(塗布粘度に設定)に対し、20秒の#2ザーンカップ流下時間を超える粘度の増加は、相分離が認められるので、貯蔵安定性に関し失敗と見なす(相分離は溶液中に形成された2つ以上の別個の層として認められ、溶媒配合物中の成分の低い相溶性又は不完全な溶解度を示している)。
ポリエステルフィルムに塗布される場合のコーティングの酸素透過速度(OTR)を、Mocon Oxtran 2/21ガス透過テスターを使って、23℃、相対湿度0/65%で測定した。この条件は、乾燥食品包装用の標準的試験プロトコルであり、透過性ガス(O2)を65%RH(23℃)に調節し、キャリアガス(100%N2)を0%RH(23℃)に調節する。
以下の実施例では、有望なバリアコーティング配合物を40ミクロンコロナ放電処理フィルムに塗布し、フィルム(例えば、ポリエチレン(PE)又はポリプロピレン(PP))及び場合によりコーティングを通って移行する可能性がある多くのインキ関連化学物質に対してバリア特性を移行セル(図1参照)中で試験した。試験は、食品が、印刷されていないポリエチレン(又はポリプロピレン)密閉バッグ(フローラップ)で包装され、カートンに挿入されるという一般的状況を再現するように設計された。通常、カートンは印刷された堅い包装を形成する。また、この試験は、プラスチックフィルムが食品包装の外面上に印刷される別の一般的状況にも適している。
コーティング溶液を0番のKバー(RK Print Coat UK Ltd.製)を使って新たにコロナ処理した12ミクロンのMelinex Sに塗布する。0番のKバーを使って、約4g/m2の未乾燥塗膜重量で、コーティングを塗布する。コーティングフィルムを引き延ばした直後に、ストップウォッチをスタートさせ、5秒間隔でコーティングが乾燥した感じになり、未乾燥塗膜が指先に移行しなくなるか、又は明らかに粘着性がなくなるまで手で触ることによりコーティングの表面を検査し、その状態になるまでの時間を記録する。
Windmoller & Holscher(6色共通圧胴型)Soloflexフレキソ印刷機を使ってコーティング実施例を評価した。印刷ユニット1に評価対象コーティングを送出し、最後の印刷ユニット6に代表的包装インキを送出した。印刷機の乾燥気温を60℃に設定し、新たにコロナ処理したMelinex(登録商標)Sを供給リールから印刷機を通り送出リールに供給した。ユニット6の包装インキがユニット1から塗布したコーティングにそれ以上満足に転写しなくなる時点まで、印刷機の速度を徐々に高めていく。この時点で、試験を停止し、転写低下が起こる直前の速度を記録する。問題なく印刷機の最大速度に到達した場合は、包装インキをユニット6から取り出し、ユニット5に入れて、適切に転写できなくなる速度まで試験を継続する。速度(m/分で測定)が高くなるほど、印刷ユニット番号が小さくなり、より優れた速乾性の実施例であることを示す。
ポリエステルフィルムの処理側にコーティングを塗布することにより積層体を調製し、接着剤を乾燥したコーティングの上端上に塗布した後、30μmゲージポリ(エテン)の処理側に積層した。使った接着剤NC250/CA350はCOIMから入手した。メーカーのインストラクションに従って調製し、2.5gsmの最終の乾燥塗膜重量になるように塗布した。その後、積層体を25℃で10日間貯蔵してイソシアナート系接着剤を確実に完全硬化させた。JJ Lioyd LRX張力計を使って、T字ピール剥離条件下、30mm/分のクロスヘッド速度で接着強度を測定した。積層体試料は、15mm幅とし、結果をグラム重/15mmで表した。
Aquaseal(登録商標)X2281は、オランダParamelt B.V.から供給されるポリビニルアルコール水溶液である。ポリマー溶液は約20〜22%の不揮発分含量で供給される。工業用変性アルコール(IMS*;TSDAとしても販売されている)と水の混合物を使って、ボルテックス攪拌棒で軽く撹拌しながらAquaseal(登録商標)X2281を研究室でさらに希釈した(表1参照)。
Mowiol(登録商標)2−97は、Kuraray Specialties Europeにより供給されるポリビニルアルコール樹脂である。その分子量は5000ダルトンの範囲区分である。Kurarayにより示された粘度は、4%水溶液として20℃で2.2〜2.3mPa.sである。メーカーにより概略説明を受けた溶解技術を使って、このポリマーから次の溶液(表3参照)を作製し、エタノール(IMS*)、2−プロパノール及び1−プロパノールを含む低級アルコールで希釈した。
Poval(登録商標)102は、Kuraray Europeにより供給される低分子量ポリビニルアルコール樹脂である。これは、98〜99%に高度に加水分解されており、分子量10.000ダルトン未満、4%水溶液による20℃の粘度2.7〜2.8mPa.sである。ポリマーを最初に脱イオン水に溶解し、その後、次のように希釈した(表5参照)。
市販の酸素バリアコーティング、SunBar(登録商標)Gen1.0(Sun Chemical Limitedから入手)を比較用に使用した。このコーティングは、通常、2つの成分(AとB)として提供される。A部は、水と1−プロパノール中のポリビニルアルコールとエチレンビニルアルコール共重合体の溶液から構成される(表10参照)。B部は薄片化されたモンモリロナイト粘土の水性分散液で、この分散液は、塗布直前にA部と混合されることが意図されている。この実験では、A部のみを使用した。SunBar(登録商標)Gen1.0中の高粘度グレードポリマーMowiol(登録商標)4−98に起因して、溶液は高レベルの低級アルコールを許容できず、有用な貯蔵安定性及びポリマー固形分含有量のために20%で最適化される。
SunBar(登録商標)Gen1.1は、Sun Chemical Limitedから入手可能な市販の2成分酸素バリアコーティングである。このコーティングのA部は、比較例4で使用したものと同じエチレンビニルアルコール共重合体系であるが、さらに、Sokalan(登録商標)CP13Sの溶液(BASFから提供される無水マレイン酸共重合体溶液)を含む(表9を参照)。この配合物で許容される低級アルコールのレベルは、より高く、ここでは、比較目的のために、B部(粘土分散)なしで評価した。
実施例1及び比較例4の溶液を薄片化されたベントナイト粘土の添加によりさらに改質した。粘土は、Southern Clay IncからCloisite(登録商標)Na+として入手した。コーティングの配合は、それぞれ実施例6A及び比較例6Bとして下記に示す(表11参照)。各ケースで溶液又は粘土分散液の不安定化の原因とならないように、正確な量のアルコールが存在することを確実にするように注意した。Windmoeller and Holscher 6色Soloflex共通圧胴型フレキソ印刷機を使って、これらの2種の粘土複合材料配合物を、実施例1と比較例4の未改質溶液と並べて比較した。比較例6Bは、市販の製品、SunBar Gen1.0(成分AとBの組み合わせ)である。
ポリビニルアルコールとエチレンビニルアルコール共重合体(Kuraray Specialties Europeから入手)ベースの4種のコーティングを試験用として表13に示すように作製した。選択したポリマーのグレードは、可能な最高未乾燥塗膜重量塗布に適する低塗布粘度(50〜100mPa.s)で適切な固形物を有し、また、重要なこととして、97〜99%の高レベルの加水分解度(高レベルの水素結合と、ある程度の結晶性を生じ、これは、バリア特性を高めることが知られている)を有するように選択した。
本発明の低分子量PVOHと薄片化されたナトリウムベントナイト粘土(Cloisite(登録商標)Na+ ex Rockwood、Altana−BYK)をベースにした次のバリアコーティングを移行試験用に調製した。ポリマーを最初に90℃で脱イオン水の一部に溶解した後、IMSと1−プロパノールを加えた。残存する水と2−プロパノール中に加えて撹拌することにより、Cloisite(登録商標)Na+の分散液を調製した後、ポリマー溶液と混合した。
実施例8で使用したのと同じコーティングを全く同じ方法で、再度、コロナ放電処理したポリエチレンフィルムに塗布した。しかし、次の一連の試験では、食品包装に使われる市販エネルギー硬化性フレキソ及びオフセット印刷インキで用いられる典型的な成分の混合物を濾紙にドープした。他の全ての試験条件は実施例8で記載のものと同じとした。結果を表17に示す。
食品包装に使われる再生カートン用板紙を、脂肪族(MOSH)と芳香族(MOAH)の両方のミネラルオイル炭化水素の供給源として使用した。別の分析で、カートン用板紙からの合計ミネラルオイル抽出物は、2000ppmであるいう結果が得られた。3種の異なるK0、K1、K2塗布器バー(RK Print UKから入手。これにより、それぞれ4、6、及び12g/m2未乾燥塗膜を塗布する)を使って、コーティングを15ミクロンポリプロピレンのコロナ放電処理表面上に塗布した。再生ボール紙試料(50cm2)をポリプロピレンフィルム試料の非コーティング側と接触させて配置した。次に、これらを1gの模擬食品(テナックス)を添加した移行セル(図1参照)に取り付け、60℃で10日間インキュベーター中に入れた。高温で貯蔵後、暴露テナックス(それぞれのセルから1g)を取り出し、酢酸エチルで抽出した。次に、GC−MSを使って抽出物を定量分析した。結果を下表19に示す。結果は、50cm2のカートンから移行した合計ミネラルオイルのmgで示され、また、この値は、EU包装モデルに変換された。EU包装モデルは、平均食品包装設計を基準としており、これは、6dm2(600cm2)の包装材料を使用して、1kgの食品を包装する。実験の時点では、欧州における食品に許容されるミネラルオイルの最大レベルに関する提案された法案(BfR)は、0.6ppm(MOSH)及び0.15ppm(MOAH)であった。EU包装モデル列中の数値は、MOSHとMOAHの合計である。明らかに、0.75ppmを超えるいずれのレベルも提案された推奨基準の外側になるであろう。
低加水分解度のポリビニルアルコール樹脂を使って次の4種のコーティングを調製し、本発明の組成物に比較して、これらのポリマーが通常示す劣ったバリア特性を実証した。Poval(登録商標)PVOH樹脂をKuraray Specialties Europeから入手した。配合を表20に、酸素透過結果を表21に示す。
実施例3のIMS成分を異なる溶媒混合物で置換して、実施例3を繰り返して行い、表22に示す実施例12Aと12Bを作製する。
Claims (27)
- 少なくとも45%の1種又は複数種の有機溶媒を含む水性混合物中に溶解されたポリビニルアルコール及び/又はエチレンビニルアルコール共重合体を含むバリアコーティング組成物。
- 前記有機溶媒が、低級アルコールである、請求項1に記載のバリアコーティング組成物。
- 前記低級アルコールが、エタノール、工業用変性アルコール、及びこれらの混合物からなる群から選択される、請求項2に記載のバリアコーティング組成物。
- 前記有機溶媒が、テトラヒドロフラン、1,3−ジオキソラン(Dioxalane)、アセトニトリル、酢酸エチル、酢酸n−プロピル、酢酸イソプロピル、アセトン、メチルエチルケトン(MEK)、シクロヘキサノン、イソホロン、ヘキサン、ヘプタン、トルエン、エチレングリコール、アルキルセロソルブ、及びジグリセロールジメチルエーテル(DGME)、からなる群から選択される、請求項1に記載のバリアコーティング組成物。
- 前記有機溶媒がテトラヒドロフランである、請求項4に記載のバリアコーティング組成物。
- フィラー及び/又は体質顔料をさらに含む、請求項1に記載のバリアコーティング組成物。
- 前記フィラー又は体質顔料が、20を超えるアスペクト比を有する、請求項6に記載のバリアコーティング組成物。
- ガス及び/又は有害物質に対するバリアとして機能する、請求項1に記載のバリアコーティング組成物。
- ポリビニルアルコール又はエチレンビニルアルコール共重合体が、16,000ダルトン未満の分子量分布を有する、請求項1に記載のバリアコーティング組成物。
- 前記ポリビニルアルコール又はエチレンビニルアルコール共重合体が、4%固形分の場合に、4mPa.s未満の粘度を有する、請求項1に記載のバリアコーティング組成物。
- 前記ポリビニルアルコール又はエチレンビニルアルコール共重合体が、4%固形分の場合に、3mPa.s未満の粘度を有する、請求項1に記載のバリアコーティング組成物。
- 前記ポリビニルアルコール又はエチレンビニルアルコール共重合体が、少なくとも95%の加水分解度を有する、請求項1に記載のバリアコーティング組成物。
- 14日を超える期間安定である、請求項1〜12のいずれか一項に記載のバリアコーティング組成物。
- 7.5重量%を超える固形分含有量、及び23℃で30秒未満(ザーンカップ#2での流下時間)のコーティング粘度を有する、請求項13に記載のバリアコーティング組成物。
- 8重量%を超える固形分含有量、及び23℃で30秒未満(ザーンカップ#2での流下時間)のコーティング粘度を有する、請求項13に記載のバリアコーティング組成物。
- 9重量%を超える固形分含有量、及び23℃で30秒未満(ザーンカップ#2での流下時間)のコーティング粘度を有する、請求項13に記載のバリアコーティング組成物。
- 未乾燥塗膜としてコーティングした場合、次記のルール:wfm÷%NVC×η≦12(式中、wfmは、前記未乾燥塗膜重量(g/m2);%NVCは、前記バリアコーティング組成物中の乾燥ポリマー含量の重量%;及びηは、秒23℃での(#2ザーンカップ流下時間)で表した前記コーティングの粘度である)に従う、請求項1〜16のいずれか一項に記載のバリアコーティング組成物。
- フレキソ印刷機及びグラビア印刷機に適する粘度を有する、請求項1〜17のいずれか一項に記載のバリアコーティング組成物。
- ガス及び/又は有害物質に対するバリアを形成するコーティングの作製方法であって、ポリビニルアルコール及び/又はエチレンビニルアルコール共重合体を、少なくとも45%の1種又は複数種の有機溶媒を含む水性混合物中に溶解することを含む、方法。
- 前記有機溶媒が、低級アルコールである、請求項19に記載の方法。
- 前記水性混合物に、必要に応じて、20を超えるアスペクト比を有するフィラー及び/又は体質顔料を添加することをさらに含む、請求項19に記載の方法。
- ガス及び有害物質に対するバリアで物品をコーティングする方法であって、請求項1〜18のいずれか一項に記載のバリアコーティング組成物を前記物品に印刷することを含む方法。
- 前記バリアコーティング組成物が、印刷インキを使ってインライン印刷される、請求項22に記載の方法。
- 前記物品が、モノウエブ表面印刷構造又は積層体裏刷り構造を含む、請求項22に記載の方法。
- 請求項1〜18のいずれか一項に記載のバリアコーティング組成物でコーティングされた物品。
- プラスチック包装物品である、請求項25に記載の物品。
- ガス及び/又は有害物質に対するバリアとして機能する、請求項25に記載の物品。
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