JP2021006598A - Composite containing ethylene-modified polyvinyl alcohol - Google Patents

Composite containing ethylene-modified polyvinyl alcohol Download PDF

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啓之 小西
Hiroyuki Konishi
啓之 小西
眞 安達
Makoto Adachi
眞 安達
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Abstract

To provide a composite containing ethylene modified polyvinyl alcohol having high moisture barrier property.SOLUTION: A composite contains ethylene-modified polyvinyl alcohol (A) and graphene (B), in which a content of an ethylene unit of the ethylene-modified polyvinyl alcohol(A) is 2 to 20 mol%.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、エチレン変性ポリビニルアルコール含有コンポジットに関する。より詳細には、本発明は、エチレン変性ポリビニルアルコール(A)及びグラフェン(B)を含有する、コンポジット及びその製造方法に関する。 The present invention relates to ethylene-modified polyvinyl alcohol-containing composites. More specifically, the present invention relates to a composite containing ethylene-modified polyvinyl alcohol (A) and graphene (B) and a method for producing the same.

食品包装材料においては、ガラス瓶や金属缶といった材料と比較して、軽量化、低コスト化、取扱上の安全性等に利点があるポリマー基材のバリアフィルムが広く用いられている。中でもポリビニルアルコール(以下、「PVA」と略記することがある。)は、酸素バリア性が高い、被膜強度が高い、透明性が高い等の理由から、ポリオレフィン等のフィルムと薄膜で積層した状態で、バリアフィルムとして用いられている。しかしながら、PVAは水酸基を有する親水性の樹脂であるが故に、高い酸素バリア性を発現する一方で、水蒸気バリア性が低いという課題を有していた。 In food packaging materials, barrier films based on a polymer base, which have advantages in weight reduction, cost reduction, handling safety, etc., are widely used as compared with materials such as glass bottles and metal cans. Among them, polyvinyl alcohol (hereinafter, may be abbreviated as "PVA") is in a state of being laminated with a film such as polyolefin as a thin film for reasons such as high oxygen barrier property, high film strength, and high transparency. , Used as a barrier film. However, since PVA is a hydrophilic resin having a hydroxyl group, it has a problem that it exhibits a high oxygen barrier property and a low water vapor barrier property.

一方で、特徴的な電磁気学的特性や力学物性を発現する二次元炭素材料として、グラフェン類が注目を集めている。特に、Hummers法に代表されるグラファイトの酸化的剥離により合成できる酸化グラフェンは、水中に容易に分散する特徴がある。その特徴を利用し、水に溶解したPVAと酸化グラフェンの分散液を混合することで、酸化グラフェンとPVAとのコンポジット材料の作製が可能である。特許文献1には、酸化グラフェン粒子を含有する高ヤング率のPVA系コンポジット繊維が開示されている。また、グラフェンの物質を透過させないという特徴を利用し、コンポジット化によりポリマー材料のバリア性を高める取り組みがなされている。特許文献2にはグラフェンとポリマーと架橋基とを含む透明ナノコンポジットバリアフィルムが開示されている。 On the other hand, graphenes are attracting attention as a two-dimensional carbon material that exhibits characteristic electromagnetic properties and mechanical properties. In particular, graphene oxide, which can be synthesized by oxidative exfoliation of graphite represented by the Hummers method, has a characteristic of being easily dispersed in water. Utilizing this feature, it is possible to prepare a composite material of graphene oxide and PVA by mixing a dispersion of PVA dissolved in water and graphene oxide. Patent Document 1 discloses a PVA-based composite fiber having a high Young's modulus containing graphene oxide particles. In addition, efforts are being made to enhance the barrier properties of polymer materials by compositing, taking advantage of the characteristic of graphene that does not allow substances to permeate. Patent Document 2 discloses a transparent nanocomposite barrier film containing graphene, a polymer, and a cross-linking group.

また、非特許文献1には、PVAと酸化グラフェンのコンポジット材料において、水蒸気バリア性が向上することが報告されているが、バリア性の十分な向上のためには酸化グラフェンを多量に添加しなければならず、コンポジット材料の透明性が損なわれてしまうという課題があった。一方で、非特許文献2では、in−situ重合法によりPVAの単量体成分と酸化グラフェンを混合して重合、けん化してコンポジットを作製することで、少量の酸化グラフェンの添加であっても高い水蒸気バリア性を発現することが開示されている。しかしながら、同手法でコンポジットを製造するためには、PVA重合工程においてグラフェンを加える必要があり、小ロットでの対応が難しい、重合工程に異物が混入するため銘柄の切替にコストがかかる等の製造上の課題があった。 Further, Non-Patent Document 1 reports that the water vapor barrier property is improved in the composite material of PVA and graphene oxide, but in order to sufficiently improve the barrier property, a large amount of graphene oxide must be added. There is a problem that the transparency of the composite material is impaired. On the other hand, in Non-Patent Document 2, the monomer component of PVA and graphene oxide are mixed by the in-situ polymerization method, polymerized and saponified to prepare a composite, so that even a small amount of graphene oxide is added. It is disclosed that it exhibits a high water vapor barrier property. However, in order to manufacture a composite by the same method, it is necessary to add graphene in the PVA polymerization process, which makes it difficult to handle in small lots, and it costs money to switch brands because foreign substances are mixed in the polymerization process. There was the above problem.

特開2013−155461号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2013-155461 特表2018−503541号公報Special Table 2018-503541

“High barrier graphene oxide nanosheet/poly(vinyl alcohol) nanocomposite films,” Hua-Dong Huang, Peng-Gang Ren, Jun Chen, Wei-Qin Zhang, Xu Ji, Zhong-Ming Li, Journal of Membrane Science Vol.409-410 (2012) Pages.156-163“High barrier graphene oxide nanosheet / poly (vinyl alcohol) nanocomposite films,” Hua-Dong Huang, Peng-Gang Ren, Jun Chen, Wei-Qin Zhang, Xu Ji, Zhong-Ming Li, Journal of Membrane Science Vol.409- 410 (2012) Pages.156-163 “Poly(vinyl alcohol)/graphene oxide nanocomposites prepared by in situ polymerization with enhanced mechanical properties and water vapor barrier properties,” Jiaojiao Ma, Ying Li, Xiande Yin, Yu Xu, Jia Yue, Jianjun Bao and Tao zhou, RSC Advances, 2016, 6, 49448-49458“Poly (vinyl alcohol) / graphene oxide nanocomposites prepared by in situ filtration with enhanced mechanical properties and water vapor barrier properties,” Jiaojiao Ma, Ying Li, Xiande Yin, Yu Xu, Jia Yue, Jianjun Bao and Tao zhou, RSC Advances, 2016, 6, 49448-49458

本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、水蒸気バリア性の高いエチレン変性ポリビニルアルコール含有コンポジットを提供することにある。本発明では、工業的に製造されたPVAを利用して簡便な方法でコンポジットを作製することができる。 The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide an ethylene-modified polyvinyl alcohol-containing composite having a high water vapor barrier property. In the present invention, a composite can be produced by a simple method using industrially manufactured PVA.

本発明者らは、上記課題を解決するため鋭意検討した結果、特定範囲のエチレン単位の含有率を有するPVAにおいて、少量のグラフェンを添加することで高い水蒸気バリア性が得られることを見出し、本発明を完成させた。 As a result of diligent studies to solve the above problems, the present inventors have found that a high water vapor barrier property can be obtained by adding a small amount of graphene in PVA having a content of ethylene units in a specific range. Completed the invention.

本発明は、以下の発明を包含する。
[1]エチレン変性ポリビニルアルコール(A)及びグラフェン(B)を含有し、エチレン変性ポリビニルアルコール(A)のエチレン単位の含有率が2〜20mol%である、コンポジット。
[2]エチレン変性ポリビニルアルコール(A)の粘度平均重合度が300〜4000の範囲である、[1]に記載のコンポジット。
[3]エチレン変性ポリビニルアルコール(A)のけん化度が90mol%以上である、[1]又は[2]に記載のコンポジット。
[4]グラフェン(B)が酸化グラフェンである、[1]〜[3]のいずれかに記載のコンポジット。
[5]グラフェン(B)の平均粒子径が0.01μm以上300μm以下である、[1]〜[4]のいずれかに記載のコンポジット。
[6]グラフェン(B)とエチレン変性ポリビニルアルコール(A)の質量比(B/A)が0.01〜1である、[1]〜[5]のいずれかに記載のコンポジット。
[7][1]〜[6]のいずれかに記載のコンポジットからなるフィルム。
[8][7]に記載のコンポジットからなるフィルムと、基板フィルムとを備える、複層フィルム。
[9]グラフェン(B)と、エチレン変性ポリビニルアルコール(A)との混合溶液を調製し、コンポジットを得る工程と、得られたコンポジットを基板フィルム上に塗工する工程を備える、[7]に記載のフィルム又は[8]に記載の複層フィルムの製造方法。
The present invention includes the following inventions.
[1] A composite containing ethylene-modified polyvinyl alcohol (A) and graphene (B), wherein the ethylene unit content of the ethylene-modified polyvinyl alcohol (A) is 2 to 20 mol%.
[2] The composite according to [1], wherein the ethylene-modified polyvinyl alcohol (A) has a viscosity average degree of polymerization in the range of 300 to 4000.
[3] The composite according to [1] or [2], wherein the degree of saponification of the ethylene-modified polyvinyl alcohol (A) is 90 mol% or more.
[4] The composite according to any one of [1] to [3], wherein graphene (B) is graphene oxide.
[5] The composite according to any one of [1] to [4], wherein the graphene (B) has an average particle size of 0.01 μm or more and 300 μm or less.
[6] The composite according to any one of [1] to [5], wherein the mass ratio (B / A) of graphene (B) to ethylene-modified polyvinyl alcohol (A) is 0.01 to 1.
[7] A film composed of the composite according to any one of [1] to [6].
[8] A multi-layer film comprising the composite film according to [7] and a substrate film.
[9] A step of preparing a mixed solution of graphene (B) and ethylene-modified polyvinyl alcohol (A) to obtain a composite, and a step of coating the obtained composite on a substrate film are provided in [7]. The film according to the above or the method for producing a multilayer film according to [8].

本発明のコンポジットは、高い水蒸気バリア性を有する。さらに、従来のPVA系樹脂の特性である高い透明性や被膜物性を維持することができる。したがって、このような特性を生かして、本発明のコンポジットはバリア性を有する塗膜等として様々な用途に好適に用いられる。また、本発明の製造方法によれば、エチレン変性PVA(A)とグラフェン(B)を溶液系で混合し、基板フィルム上に塗工乾燥するなどの方法で複層バリアフィルムを効率よく製造できる。 The composite of the present invention has a high water vapor barrier property. Further, it is possible to maintain the high transparency and the physical characteristics of the coating film, which are the characteristics of the conventional PVA-based resin. Therefore, taking advantage of such characteristics, the composite of the present invention is suitably used for various applications as a coating film having a barrier property. Further, according to the production method of the present invention, a multi-layer barrier film can be efficiently produced by a method such as mixing ethylene-modified PVA (A) and graphene (B) in a solution system and coating and drying on a substrate film. ..

本発明のコンポジットは、好ましくは、エチレン変性PVA(A)を主とするポリマーに対して、グラフェン(B)が分散した形態である。エチレン変性PVA(A)とグラフェン(B)が溶液中で混合され、グラフェン(B)が溶液中で分散した形態であってもよく、固体状のエチレン変性PVA(A)の中に固体状のグラフェン(B)が分散した形態であってもよい。グラフェン(B)は、それ自体ガスを透過させない特性を有する二次元材料である。したがって、ポリマー中の水分子の拡散、移動による透過を抑制し、水蒸気バリア性を改善できる。一方で、グラフェン(B)の添加量を少量とすることで、本来PVAが有している被膜物性や光学特性を維持することができる。 The composite of the present invention is preferably in a form in which graphene (B) is dispersed in a polymer mainly composed of ethylene-modified PVA (A). The form in which the ethylene-modified PVA (A) and graphene (B) are mixed in a solution and the graphene (B) is dispersed in the solution may be used, and the solid form is contained in the solid ethylene-modified PVA (A). Graphene (B) may be in a dispersed form. Graphene (B) is a two-dimensional material that has the property of impermeable to gas by itself. Therefore, it is possible to suppress the permeation due to the diffusion and movement of water molecules in the polymer and improve the water vapor barrier property. On the other hand, by adding a small amount of graphene (B), it is possible to maintain the physical characteristics and optical properties of the film originally possessed by PVA.

[エチレン変性ポリビニルアルコール(A)]
本発明のコンポジットに用いられるエチレン変性ポリビニルアルコール(A)(以下、エチレン変性PVA(A)ともいう。)は、エチレン−ビニルエステル共重合体をケン化することによって得ることができる。
[Ethylene-modified polyvinyl alcohol (A)]
The ethylene-modified polyvinyl alcohol (A) (hereinafter, also referred to as ethylene-modified PVA (A)) used in the composite of the present invention can be obtained by saponifying an ethylene-vinyl ester copolymer.

前記エチレン−ビニルエステル共重合体の製造に用いられるビニルエステル系単量体としては、例えば、ギ酸ビニル、酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、酪酸ビニル、イソ酪酸ビニル、ピバリン酸ビニル、バーサチック酸ビニル、カプロン酸ビニル、カプリル酸ビニル、ラウリン酸ビニル、パルミチン酸ビニル、ステアリン酸ビニル、オレイン酸ビニル、安息香酸ビニル等が挙げられる。中でもコスト面から酢酸ビニルが最も好ましい。
エチレン変性PVA(A)は上記したビニルエステル系単量体単位を含んでもよく、上記したビニルエステル系単量体単位のけん化物を含んでもよい。例えば、エチレン変性PVA(A)として、酢酸ビニル単量体単位とビニルアルコール単位を含むものが挙げられる。エチレン変性PVA(A)におけるビニルエステル系単量体単位の含有率は10mol%以下が好ましく、5mol%以下がより好ましい。
Examples of the vinyl ester-based monomer used in the production of the ethylene-vinyl ester copolymer include vinyl formate, vinyl acetate, vinyl propionate, vinyl butyrate, vinyl isobutyrate, vinyl pivalate, vinyl versatic acid, and capron. Examples thereof include vinyl acetate, vinyl caprylate, vinyl laurate, vinyl palmitate, vinyl stearate, vinyl oleate, vinyl benzoate and the like. Of these, vinyl acetate is most preferable from the viewpoint of cost.
The ethylene-modified PVA (A) may contain the above-mentioned vinyl ester-based monomer unit, or may contain the above-mentioned saponified product of the above-mentioned vinyl ester-based monomer unit. For example, examples of the ethylene-modified PVA (A) include those containing a vinyl acetate monomer unit and a vinyl alcohol unit. The content of the vinyl ester-based monomer unit in the ethylene-modified PVA (A) is preferably 10 mol% or less, more preferably 5 mol% or less.

上記エチレン変性PVA(A)を構成する全単量体単位に対するエチレン単位の含有率は、2〜20mol%の範囲内であることがグラフェン(B)と組み合わせた際の水蒸気バリア性の点から重要であり、2〜18mol%の範囲内であることが好ましく、2〜15mol%の範囲内であることがより好ましく、2〜10mol%の範囲内であることがさらに好ましい。上記エチレン単位の含有率が2mol%以上であることにより、グラフェン(B)との親和性が向上し、水蒸気バリア性に優れるコンポジットが得られる。また、上記エチレン単位の含有率が20mol%以下であることにより、水蒸気バリア性に優れ、かつ溶液としての取り扱いに優れる。 It is important that the content of ethylene units with respect to all the monomer units constituting the ethylene-modified PVA (A) is in the range of 2 to 20 mol% from the viewpoint of water vapor barrier property when combined with graphene (B). It is preferably in the range of 2 to 18 mol%, more preferably in the range of 2 to 15 mol%, and further preferably in the range of 2 to 10 mol%. When the content of the ethylene unit is 2 mol% or more, the affinity with graphene (B) is improved, and a composite having excellent water vapor barrier property can be obtained. Further, since the content of the ethylene unit is 20 mol% or less, the water vapor barrier property is excellent and the handling as a solution is excellent.

上記エチレン単位の含有率は、例えば、該エチレン変性PVAの前駆体又は再酢化物であるエチレン−ビニルエステル共重合体の1H−NMRから求められる。すなわち、エチレン−ビニルエステル共重合体をn−ヘキサン/アセトンで再沈精製を十分に(例えば、3回以上)行った後、80℃での減圧乾燥を3日間して分析用のエチレン−ビニルエステル共重合体を作製する。該ポリマーをDMSO−d6に溶解し、1H−NMR(例:500MHz)を用いて80℃で測定する。ビニルエステルの主鎖メチレンに由来するピーク(4.7〜5.2ppm)とエチレン、ビニルエステル及び第3成分の主鎖メチレンに由来するピーク(0.8〜1.6ppm)を用いてエチレン単位の含有率を算出することができる。 The content of the ethylene unit can be determined, for example, from 1 H-NMR of an ethylene-vinyl ester copolymer which is a precursor or a revinegared product of the ethylene-modified PVA. That is, the ethylene-vinyl ester copolymer was sufficiently reprecipitated with n-hexane / acetone (for example, 3 times or more), and then dried under reduced pressure at 80 ° C. for 3 days to analyze ethylene-vinyl. An ester copolymer is prepared. The polymer is dissolved in DMSO-d 6 and measured at 80 ° C. using 1 H-NMR (eg 500 MHz). Ethylene unit using a peak derived from the main chain methylene of vinyl ester (4.7 to 5.2 ppm) and a peak derived from ethylene, vinyl ester and the main chain methylene of the third component (0.8 to 1.6 ppm). Content rate can be calculated.

上記エチレン変性PVA(A)は、他の共重合可能な単量体に由来する単量体単位を含んでいてもよい。エチレン変性PVA(A)を構成する全単量体単位に対する上記他の共重合可能な単量体に由来する単量体単位の含有率は、10mol%以下であることが好ましく、5mol%以下であることがより好ましい。上記他の共重合可能な単量体としては、例えば、ピバリン酸ビニルのようなビニルエステル系単量体、(メタ)アクリル酸メチルのような(メタ)アクリル酸エステル系単量体、(メタ)アクリルアミドのような(メタ)アクリルアミド系単量体などが挙げられる。このようなモノマーの導入法は共重合による方法でも、後反応による導入法でもよい。 The ethylene-modified PVA (A) may contain monomeric units derived from other copolymerizable monomers. The content of the monomer unit derived from the other copolymerizable monomer with respect to all the monomer units constituting the ethylene-modified PVA (A) is preferably 10 mol% or less, preferably 5 mol% or less. More preferably. Examples of the other copolymerizable monomer include a vinyl ester-based monomer such as vinyl pivalate, a (meth) acrylate-based monomer such as methyl (meth) acrylate, and (meth). ) Examples thereof include (meth) acrylamide-based monomers such as acrylamide. Such a monomer introduction method may be a copolymerization method or a post-reaction introduction method.

エチレン変性PVA(A)は例えば、エチレン−ビニルエステル共重合体をけん化触媒(例えば、アルカリけん化触媒)でけん化反応させることで得られる。エチレン変性PVA(A)は分子中にエチレン単位及びビニルエステル系単量体由来の低極性部位と、けん化後のビニルアルコール単位に由来する高極性部位を有している。そのため、エチレン単位の含有率に応じてポリマーの極性を制御することができる。グラフェン(B)の溶解度パラメータと一致するようにエチレン単位の含有率を選択することにより、グラフェン(B)とエチレン変性PVA(A)の親和性を高め、グラフェン(B)のエチレン変性PVA(A)中における分散安定性を高め、低添加量で水蒸気バリア性を改善することができる。 The ethylene-modified PVA (A) can be obtained, for example, by subjecting an ethylene-vinyl ester copolymer to a saponification reaction with a saponification catalyst (for example, an alkali saponification catalyst). The ethylene-modified PVA (A) has a low-polarity moiety derived from an ethylene unit and a vinyl ester-based monomer and a high-polarity moiety derived from a saponified vinyl alcohol unit in the molecule. Therefore, the polarity of the polymer can be controlled according to the content of ethylene units. By selecting the content of ethylene units to match the solubility parameter of graphene (B), the affinity between graphene (B) and ethylene-modified PVA (A) is enhanced, and the ethylene-modified PVA (A) of graphene (B) is enhanced. ), The dispersion stability in the medium can be improved, and the water vapor barrier property can be improved with a low addition amount.

本発明に用いるエチレン変性PVA(A)の粘度平均重合度P(以下、「重合度」と略記することがある。)はJIS K 6726(1994年)に準じて測定される。すなわち、該エチレン変性PVAをけん化度99.5mol%以上に再けん化し、精製した後、30℃の水中で測定した極限粘度[η](リットル/g)から次式により求めることができる。
P=([η]×10000/8.29)(1/0.62)
上記エチレン変性PVA(A)の重合度としては、300以上4000未満であることが好ましく、500以上3000未満であることがより好ましい。該エチレン変性PVA(A)の重合度は、900以上であってもよく、1000以上であってもよい。重合度が300未満であると被膜物性が低くなってしまい、重合度が4000以上であるとグラフェン(B)と複合した時の溶液粘度が高くなりすぎて、水溶液濃度を下げざるを得ず、生産性が低下するという問題がある。
The viscosity average degree of polymerization P (hereinafter, may be abbreviated as "degree of polymerization") of the ethylene-modified PVA (A) used in the present invention is measured according to JIS K 6726 (1994). That is, the ethylene-modified PVA can be re-saponified to a saponification degree of 99.5 mol% or more, purified, and then obtained from the ultimate viscosity [η] (liter / g) measured in water at 30 ° C. by the following formula.
P = ([η] x 10000 / 8.29) (1 / 0.62)
The degree of polymerization of the ethylene-modified PVA (A) is preferably 300 or more and less than 4000, and more preferably 500 or more and less than 3000. The degree of polymerization of the ethylene-modified PVA (A) may be 900 or more, or 1000 or more. If the degree of polymerization is less than 300, the physical properties of the film will be low, and if the degree of polymerization is 4000 or more, the viscosity of the solution when combined with graphene (B) will be too high, and the concentration of the aqueous solution will have to be lowered. There is a problem that productivity is reduced.

本発明に用いるエチレン変性PVA(A)のけん化度はJIS K 6726(1994年)に準じて測定される。上記エチレン変性PVA(A)のけん化度は、90mol%以上であることが好ましく、95mol%以上であることがより好ましく、98mol%以上であることがさらに好ましい。エチレン変性PVA(A)のけん化度が90mol%以上であることにより、水蒸気バリア性及び透明性により優れる本発明のコンポジットが得られる。前記エチレン変性PVA(A)は、1種を単独で用いてもよいし、2種以上組み合わせて用いてもよい。 The saponification degree of ethylene-modified PVA (A) used in the present invention is measured according to JIS K 6726 (1994). The saponification degree of the ethylene-modified PVA (A) is preferably 90 mol% or more, more preferably 95 mol% or more, and further preferably 98 mol% or more. When the saponification degree of the ethylene-modified PVA (A) is 90 mol% or more, the composite of the present invention having excellent water vapor barrier property and transparency can be obtained. The ethylene-modified PVA (A) may be used alone or in combination of two or more.

[グラフェン(B)]
グラフェン(B)は様々な手法で得ることができ、例えば市販のグラフェンを用いてもよい。グラフェンの製造方法としては、高配向熱分解グラファイトの機械的剥離や、熱分解化学気相成長法等を用いてもよい。また、例えば、グラファイトを特定の方法で酸化することにより製造した酸化グラフェンや、それを化学的に還元した還元型酸化グラフェンをグラフェン(B)として用いてもよい。酸化グラフェンを得るためのグラファイトの酸化法としては、公知のBrodie法(硝酸、塩素酸カリウムを使用)、Staudenmaier法(硝酸、硫酸、塩素酸カリウムを使用)、Hummers法(硫酸、硝酸ナトリウム、過マンガン酸カリウムを使用)などやこれらの方法に改良を加えた方法を利用できる。これらのうち、特に酸化が進行しやすいHummers法(W. S. Hummers, Offeman, R. E. Preparation of Graphitic Oxide. J Am Chem Soc, 1958 80 (6) pp.1339-1339)もしくはその改良法(特許第5098064号)が特に推奨される。グラフェン(B)の中でも、酸化グラフェンが好ましい。例えば、東京化成工業株式会社製の酸化グラフェン等が挙げられる。
[Graphene (B)]
Graphene (B) can be obtained by various methods, and for example, commercially available graphene may be used. As a method for producing graphene, mechanical peeling of highly oriented pyrolytic graphite, pyrolytic chemical vapor deposition, or the like may be used. Further, for example, graphene oxide produced by oxidizing graphite by a specific method or reduced graphene oxide obtained by chemically reducing the graphene oxide may be used as graphene (B). Known methods for oxidizing graphite to obtain graphene oxide include the known Brodie method (using nitrate and potassium chlorate), the Studio method (using nitrate, sulfuric acid and potassium chlorate), and the Hummers method (using sulfuric acid, sodium nitrate and excess). (Using potassium manganate) and other methods with improvements to these methods can be used. Of these, the Hummers method (WS Hummers, Offeman, RE Preparation of Graphitic Oxide. J Am Chem Soc, 1958 80 (6) pp.1339-1339) or an improved method thereof (Patent No. 5098064), in which oxidation is particularly likely to proceed. Is especially recommended. Among graphene (B), graphene oxide is preferable. For example, graphene oxide manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd. can be mentioned.

本発明におけるグラフェン(B)としては、グラフェンそのものに加えて、酸化グラフェンに代表される、組成変化及び構造変化を起こす処理(例えば還元処理、化学修飾(酸化グラフェンに含有されるカルボキシ基などの官能基を利用して有機物を化学的に結合させる)など)を行ったグラフェンも含む。組成変化及び構造変化を起こす処理は、グラフェン(B)とエチレン変性PVA(A)を複合する前あるいはエチレン変性PVA(A)と複合した後に行うことができる。酸化グラフェンを複合する前の処理としては、例えば、酸化グラフェン含有溶液に対して行う加熱処理、光照射処理、還元剤を添加した後の加熱処理などが挙げられる。エチレン変性PVA(A)と複合した後に行う処理としては、加熱処理、還元雰囲気にさらす処理、光照射処理などが挙げられる。 The graphene (B) in the present invention includes, in addition to graphene itself, a treatment typified by graphene oxide that causes compositional changes and structural changes (for example, reduction treatment, chemical modification (functionality such as carboxy group contained in graphene oxide). It also includes graphene that has undergone) (such as chemically binding organic substances using groups). The treatment that causes the composition change and the structural change can be performed before combining graphene (B) and ethylene-modified PVA (A) or after combining with ethylene-modified PVA (A). Examples of the treatment before conjugating graphene oxide include heat treatment performed on a graphene oxide-containing solution, light irradiation treatment, and heat treatment after adding a reducing agent. Examples of the treatment performed after combining with ethylene-modified PVA (A) include heat treatment, treatment of exposure to a reducing atmosphere, and light irradiation treatment.

グラフェン(B)は、水酸基、エポキシ基、カルボニル基などの酸素含有基を有していてもよい。グラフェン(B)において、元素分析による酸素原子の含有率は、例えば、5〜60質量%の範囲であることができる。酸素原子の含有率が5質量%未満では、エチレン変性PVA(A)との強い相互作用が得られにくくなる傾向があり、好ましくは10質量%以上、より好ましくは20質量%以上、さらに好ましくは30質量%以上である。一方、グラフェン(B)の酸素原子の含有率が60質量%を超えると、酸化グラフェンとしての構造が維持できなくなる傾向がある。但し、これらの範囲に限定される意図ではない。なお、酸素原子の含有率はXPS(X線光電子分光法)やSEM(走査電子顕微鏡)、TEM(透過型電子顕微鏡)と組み合わせたエネルギー分散型X線分析により評価することが可能である。 Graphene (B) may have an oxygen-containing group such as a hydroxyl group, an epoxy group, or a carbonyl group. In graphene (B), the content of oxygen atoms by elemental analysis can be, for example, in the range of 5 to 60% by mass. When the content of oxygen atoms is less than 5% by mass, it tends to be difficult to obtain a strong interaction with ethylene-modified PVA (A), preferably 10% by mass or more, more preferably 20% by mass or more, still more preferably. It is 30% by mass or more. On the other hand, if the oxygen atom content of graphene (B) exceeds 60% by mass, the structure of graphene oxide tends to be unmaintainable. However, it is not intended to be limited to these ranges. The oxygen atom content can be evaluated by energy dispersive X-ray analysis combined with XPS (X-ray photoelectron spectroscopy), SEM (scanning electron microscope), and TEM (transmission electron microscope).

グラフェン(B)は、黒鉛由来のグラファイト構造を残した部分とアモルファス構造部分を有するといわれており、アモルファス構造部分の存在によりグラファイトとは異なる機能が発現すると考えられる。アモルファス構造部分の存在はラマンスペクトルで確認できる。 Graphene (B) is said to have a portion that retains a graphite structure derived from graphite and an amorphous structure portion, and it is considered that the presence of the amorphous structure portion causes a function different from that of graphite. The presence of the amorphous structure can be confirmed by Raman spectrum.

グラフェン(B)が板状の場合、その厚みはできるだけ薄いものほど、単位添加量当たりのグラフェン(B)によるバリア性向上効果が上がるため好ましい。そこで、板状のグラフェン(B)の厚みを減らすため、グラフェン(B)に超音波照射機、精密乳化機等の機械的な処理を行ってもよい。いいかえると、グラフェン(B)は、超音波照射機、精密乳化機等の機械的な処理後のものを用いてもよい。 When the graphene (B) is plate-shaped, it is preferable that the thickness is as thin as possible because the effect of improving the barrier property of the graphene (B) per unit addition amount is enhanced. Therefore, in order to reduce the thickness of the plate-shaped graphene (B), the graphene (B) may be mechanically treated with an ultrasonic irradiator, a precision emulsifier, or the like. In other words, the graphene (B) may be a graphene (B) after mechanical treatment such as an ultrasonic irradiator or a precision emulsifier.

グラフェン(B)の粒子(好適には酸化グラフェンの粒子)の平均粒子径は、好ましくは0.01μm以上300μm以下、より好ましくは0.5μm以上200μm以下、1μm以上100μm以下であることがさらに好ましい。粒子径が0.01μmよりも小さくなると水蒸気バリア性改善効果が小さくなるといった問題がある。一方で、粒子径が300μmよりも大きくなると、原料に大きな黒鉛を使用する必要があり、酸化に要する時間が長くなるといった問題がある。ここで、平均粒子径とはレーザー回折法で測定したメジアン径(d50)を意味する。本明細書における平均粒子径の測定方法は、後記する実施例に記載のとおりである。なお、グラフェン(B)は、超音波処理などの機械的処理で小さくすることができる。 The average particle size of the graphene (B) particles (preferably graphene oxide particles) is preferably 0.01 μm or more and 300 μm or less, more preferably 0.5 μm or more and 200 μm or less, and 1 μm or more and 100 μm or less. .. If the particle size is smaller than 0.01 μm, there is a problem that the effect of improving the water vapor barrier property becomes small. On the other hand, when the particle size is larger than 300 μm, it is necessary to use a large graphite as a raw material, and there is a problem that the time required for oxidation becomes long. Here, the average particle diameter means the median diameter (d 50 ) measured by the laser diffraction method. The method for measuring the average particle size in the present specification is as described in Examples described later. Graphene (B) can be reduced by mechanical treatment such as ultrasonic treatment.

グラフェン(B)単層の厚みは、好ましくは約1nmであり、アスペクト比が極めて高い二次元材料であるため、少量添加でエチレン変性PVA(A)との組み合わせで極めて高い水蒸気バリア性改善効果が得られる。 The thickness of the graphene (B) single layer is preferably about 1 nm, and since it is a two-dimensional material having an extremely high aspect ratio, a very high effect of improving the water vapor barrier property can be obtained by adding a small amount in combination with ethylene-modified PVA (A). can get.

グラフェン(B)とエチレン変性PVA(A)の質量比(B/A)は、0.005以上が好ましく、0.01以上がより好ましく、0.015以上がさらに好ましく、0.02以上が特に好ましく、1以下が好ましく、0.8以下がより好ましく、0.6以下がさらに好ましく、0.5以下が特に好ましい。当該質量比(B/A)が0.005以上であることで、水蒸気バリア性に優れる本発明のコンポジットが得られる。一方、当該質量比(B/A)が1未満であることで、コンポジット及びそれから得られるフィルムの高い透明性を維持することができる。 The mass ratio (B / A) of graphene (B) to ethylene-modified PVA (A) is preferably 0.005 or more, more preferably 0.01 or more, further preferably 0.015 or more, and particularly 0.02 or more. Preferably, it is preferably 1 or less, more preferably 0.8 or less, further preferably 0.6 or less, and particularly preferably 0.5 or less. When the mass ratio (B / A) is 0.005 or more, the composite of the present invention having excellent water vapor barrier properties can be obtained. On the other hand, when the mass ratio (B / A) is less than 1, the high transparency of the composite and the film obtained from the composite can be maintained.

本発明のコンポジットは、例えば、エチレン変性PVA(A)とグラフェン(B)とを溶液系で混合することにより得られた混合溶液から、溶媒を除去することにより製造できる。溶媒としては、ポリマーが溶解し、グラフェン(B)が分散するものであれば特に限定されないが、水、ジメチルスルホキシド、ジメチルホルムアミド、N−メチルピロリドンなどの極性溶媒、メタノール、エタノール、n−プロパノール、i−プロピルアルコール等の脂肪族アルコール、及びそれらの混合溶媒を用いることができる。さらに、取扱の容易さから、水が好適に用いられる。 The composite of the present invention can be produced, for example, by removing a solvent from a mixed solution obtained by mixing ethylene-modified PVA (A) and graphene (B) in a solution system. The solvent is not particularly limited as long as it dissolves the polymer and disperses graphene (B), but is limited to water, polar solvents such as dimethyl sulfoxide, dimethylformamide, and N-methylpyrrolidone, methanol, ethanol, n-propanol, and the like. An aliphatic alcohol such as i-propyl alcohol and a mixed solvent thereof can be used. Further, water is preferably used because of its ease of handling.

エチレン変性PVA(A)とグラフェン(B)との溶液系としての混合方法は、両者が均一に混合される条件であれば特に限定されるものではないが、グラフェン(B)の分散液にエチレン変性PVA(A)の溶液を混合する方法;グラフェン(B)の分散液に固体(例えば、粉末状)のエチレン変性PVA(A)を添加して溶解する方法;固体のグラフェン(B)をエチレン変性PVA(A)の溶液に添加する方法が挙げられる。さらに、より短時間で均一に分散させるため、超音波照射機、精密分散乳化機やホモジナイザー等の装置を用いることもできる。 The mixing method of the ethylene-modified PVA (A) and the graphene (B) as a solution system is not particularly limited as long as the two are uniformly mixed, but ethylene is added to the dispersion of the graphene (B). A method of mixing a solution of the modified PVA (A); a method of adding a solid (for example, powder) ethylene-modified PVA (A) to a dispersion of the graphene (B) and dissolving the solution; the solid graphene (B) is ethylene. Examples include a method of adding to a solution of modified PVA (A). Further, in order to disperse uniformly in a shorter time, an apparatus such as an ultrasonic irradiator, a precision dispersion emulsifier or a homogenizer can be used.

エチレン変性PVA(A)とグラフェン(B)との混合溶液にはエチレン変性PVA(A)とグラフェン(B)と溶媒以外にも目的に応じて種々の添加剤を所要量添加してもよい。添加剤としては、例えば分散剤、顔料などの着色剤、凍結防止剤、酸化防止剤、架橋剤、紫外線吸収剤、界面活性剤、還元剤、pH調整剤などが挙げられる。コンポジット中の当該添加物の量は、好ましくは全体の20質量%以下、より好ましくは10質量%以下、さらに好ましくは5質量%以下である。前記架橋剤としては、アルキルジアルデヒド、アジポアルデヒド、ケイ酸オルトアルキル等が挙げられる。アルキルジアルデヒドとしては、例えば、グルタルアルデヒド、スクシンアルデヒド等が挙げられる。ケイ酸オルトアルキルとしては、オルトケイ酸テトラアルキル(例えば、オルトケイ酸テトラメチル、オルトケイ酸テトラエチル、オルトケイ酸テトライソプロピル、及び/又はオルトケイ酸テトラ−t−ブチル等)等が挙げられる。本発明のある実施形態では、本発明のコンポジットは、前記架橋剤を含まないものであってもよい。言い換えると、本発明のコンポジットは、エチレン変性ポリビニルアルコール(A)とグラフェン(B)の間に架橋基(例えば、Si−O結合を含有する架橋基)を有しなくてもよい。そのため、製造工程において、架橋するための電磁線照射や架橋反応工程を必要としない。 In addition to the ethylene-modified PVA (A), graphene (B) and solvent, various additives may be added to the mixed solution of the ethylene-modified PVA (A) and graphene (B) in a required amount depending on the purpose. Examples of the additive include a dispersant, a colorant such as a pigment, an antioxidant, an antioxidant, a cross-linking agent, an ultraviolet absorber, a surfactant, a reducing agent, a pH adjuster and the like. The amount of the additive in the composite is preferably 20% by mass or less, more preferably 10% by mass or less, still more preferably 5% by mass or less of the whole. Examples of the cross-linking agent include alkyldialdehyde, adipaldehyde, orthoalkyl silicate and the like. Examples of the alkyldialdehyde include glutaraldehyde and succinaldehyde. Examples of the orthoalkyl silicate include tetraalkyl orthosilicate (for example, tetramethyl orthosilicate, tetraethyl orthosilicate, tetraisopropyl orthosilicate, and / or tetra-t-butyl orthosilicate, etc.). In certain embodiments of the present invention, the composite of the present invention may be free of the cross-linking agent. In other words, the composite of the present invention does not have to have a cross-linking group (for example, a cross-linking group containing a Si—O bond) between the ethylene-modified polyvinyl alcohol (A) and graphene (B). Therefore, in the manufacturing process, no electromagnetic beam irradiation or cross-linking reaction step for cross-linking is required.

本発明のコンポジットは、エチレン変性PVA(A)を80質量%以上含有することが好ましく、90質量%以上含有することがより好ましく、99.99質量%以下含有することが好ましい。また、グラフェン(B)を0.01質量%以上含有することが好ましく、1質量%以下含有することが好ましい。 The composite of the present invention preferably contains ethylene-modified PVA (A) in an amount of 80% by mass or more, more preferably 90% by mass or more, and preferably 99.99% by mass or less. Further, graphene (B) is preferably contained in an amount of 0.01% by mass or more, and preferably 1% by mass or less.

本発明の他の実施形態としては、本発明のコンポジットからなる成形体が挙げられる。成形体に特に制限はないが、フィルムが好ましい。また、本発明の他の実施形態としては、本発明のコンポジットからなる層と、基板フィルムとを備える、複層フィルムが挙げられる。本発明のフィルム又は複層フィルムの製造方法としては、特に限定されないが、例えば、グラフェン(B)と、エチレン変性ポリビニルアルコール(A)との混合溶液を調製し、コンポジットを得る工程と、得られたコンポジットを基板フィルム上に塗工する工程を備える製造方法が挙げられる。本発明のフィルム又は複層フィルムの製造方法として、基板フィルム上に被膜を形成する手段は特に限定されないが、コート製膜法やキャスト製膜法が挙げられる。コンポジットを基板フィルム上に塗工した後、必要に応じて乾燥してもよい。例えば、上記工程後、基板フィルムからコンポジットからなるフィルムを剥がすことで、単層フィルムを得ることができる。 Other embodiments of the present invention include molded articles made of the composite of the present invention. The molded product is not particularly limited, but a film is preferable. In addition, another embodiment of the present invention includes a multilayer film including a layer made of the composite of the present invention and a substrate film. The method for producing the film or the multilayer film of the present invention is not particularly limited, and is, for example, a step of preparing a mixed solution of graphene (B) and ethylene-modified polyvinyl alcohol (A) to obtain a composite. Examples thereof include a manufacturing method including a step of coating the composite on a substrate film. The method for producing the film or the multilayer film of the present invention is not particularly limited as a means for forming a film on the substrate film, and examples thereof include a coat film forming method and a cast film forming method. After coating the composite on the substrate film, it may be dried if necessary. For example, a single-layer film can be obtained by peeling a film made of a composite from a substrate film after the above step.

本発明の複層フィルムに用いられる基板フィルムは特に限定されないが、ポリエチレンテレフタレート等のポリエステルフィルム、ポリエチレンやポリプロピレン等のポリオレフィンフィルム、ナイロン等のポリアミドフィルム等が用いられる。必要な物性に応じて、基板フィルムは延伸処理やコロナ処理、平滑化処理等を施したものを選択することができる。また、同複層フィルムは、本発明のコンポジットからなるフィルムと基板フィルムの他に、密着性を改善するための層(例えば、接着層)などを含んだ多層フィルムとしてもよい。 The substrate film used for the multilayer film of the present invention is not particularly limited, but a polyester film such as polyethylene terephthalate, a polyolefin film such as polyethylene and polypropylene, and a polyamide film such as nylon are used. The substrate film may be stretched, corona-treated, smoothed, or the like, depending on the required physical properties. Further, the multilayer film may be a multilayer film including a layer (for example, an adhesive layer) for improving adhesion in addition to the composite film and substrate film of the present invention.

本発明のコンポジットは、水蒸気バリア性を必要とする包装材料(例えば、食品包装材料、医薬品包装材料、化粧品包装材料)、電子部品材料、電池材料等に使用でき、食品包装材料、医薬品包装材料として好適に使用できる。 The composite of the present invention can be used for packaging materials (for example, food packaging materials, pharmaceutical packaging materials, cosmetic packaging materials), electronic component materials, battery materials, etc. that require water vapor barrier properties, and can be used as food packaging materials and pharmaceutical packaging materials. Can be suitably used.

本発明は、本発明の効果を奏する限り、本発明の技術的思想の範囲内において、上記の構成を種々組み合わせた実施形態を含む。 The present invention includes embodiments in which the above configurations are variously combined within the scope of the technical idea of the present invention as long as the effects of the present invention are exhibited.

次に、実施例を挙げて本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例により何ら限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で多くの変形が当分野において通常の知識を有する者により可能である。なお、実施例、比較例中の「%」及び「部」は特に断りのない限り、それぞれ「質量%」及び「質量部」を表す。以下の実施例及び比較例における分析及び評価は次のようにして行った。 Next, the present invention will be described in more detail with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples, and many modifications are applicable within the scope of the technical idea of the present invention. It is possible by someone with ordinary knowledge in the field. Unless otherwise specified, "%" and "part" in Examples and Comparative Examples represent "% by mass" and "part by mass", respectively. The analysis and evaluation in the following examples and comparative examples were performed as follows.

[平均粒子径の算出]
レーザー回折/散乱式粒子径分布測定装置LA−950(堀場製作所)を用いて、グラフェンの平均粒子径(メジアン径(d50)、体積基準)を求めた。具体的には、バッチ式セルを用いて、光線透過率が90%以上となるように、各実施例で得られたエチレン変性PVA(A)とグラフェン(B)の溶解液をイオン交換水で希釈して測定した。
[Calculation of average particle size]
The average particle size of graphene (median size (d 50 ), volume basis) was determined using a laser diffraction / scattering type particle size distribution measuring device LA-950 (HORIBA, Ltd.). Specifically, using a batch cell, the solution of ethylene-modified PVA (A) and graphene (B) obtained in each example was mixed with ion-exchanged water so that the light transmittance was 90% or more. It was diluted and measured.

[水蒸気バリア性改善率]
JIS Z 0208:1976防湿包装材料の透湿度試験方法(カップ法)を参考に、23℃・90%RH条件で単位時間あたりにフィルムを通過した水蒸気の量を、カップ中の塩化カルシウムに吸着した質量により測定し透湿度を算出した。24時間毎に測定して安定した時点の値を採用した(n=2平均値)。水蒸気バリア性改善率(%)は以下の式で求めた。
水蒸気バリア性改善率(%)=100−100×(Wa/Wb)
Wa:コンポジットからなるフィルムの透湿度(g/day/m2
Wb:グラフェン(B)を添加しないコンポジットの材料として用いたビニルアルコール系樹脂からなるフィルムの透湿度(g/day/m2
[Water vapor barrier improvement rate]
JIS Z 0208: 1976 With reference to the moisture permeability test method (cup method) for moisture-proof packaging materials, the amount of water vapor that passed through the film per unit time under the conditions of 23 ° C and 90% RH was adsorbed on calcium chloride in the cup. The moisture permeability was calculated by measuring by mass. The value at the time when it was measured every 24 hours and became stable was adopted (n = 2 average value). The water vapor barrier property improvement rate (%) was calculated by the following formula.
Water vapor barrier improvement rate (%) = 100-100 x (Wa / Wb)
Wa: Moisture permeability of composite film (g / day / m 2 )
Wb: Moisture permeability (g / day / m 2 ) of a film made of a vinyl alcohol-based resin used as a composite material to which graphene (B) is not added.

〔全光線透過率〕
フィルムの全光線透過率は、JIS K 7361(1997年)に記載の方法に準拠し、日本電色工業株式会社製ヘーズメーターNDH5000を用いて、厚み100μmのフィルムを測定し、3回の測定値の平均値を採用した。
[Total light transmittance]
The total light transmittance of the film conforms to the method described in JIS K 7361 (1997), and a film having a thickness of 100 μm is measured using a haze meter NDH5000 manufactured by Nippon Denshoku Industries Co., Ltd., and the measured values are measured three times. The average value of was adopted.

〔引張強さ〕
フィルムの引張強さは、JIS K 7161(1994年)に記載の方法に準拠し、島津製作所製精密万能試験機オートグラフAG―Xplusを用いて、厚み100μmのフィルムを、チャック間距離70mm、速度500mm/minの条件で測定し、5回の測定値の平均値を採用した。
〔Tensile strength〕
The tensile strength of the film conforms to the method described in JIS K 7161 (1994), and a film having a thickness of 100 μm is subjected to a chuck distance of 70 mm and a speed using a precision universal testing machine Autograph AG-Xplus manufactured by Shimadzu Corporation. The measurement was performed under the condition of 500 mm / min, and the average value of the measured values of 5 times was adopted.

〔重合度〕
各エチレン変性PVA(A)の粘度平均重合度は、JIS K 6726(1994年)に記載の方法により求めた。
[Degree of polymerization]
The viscosity average degree of polymerization of each ethylene-modified PVA (A) was determined by the method described in JIS K 6726 (1994).

〔けん化度〕
各エチレン変性PVA(A)のけん化度は、JIS K 6726(1994年)に記載の方法により求めた。
[Saponification degree]
The degree of saponification of each ethylene-modified PVA (A) was determined by the method described in JIS K 6726 (1994).

〔ビニルアルコール系樹脂〕
以下の材料を使用した:
・エチレン変性PVA1(エチレン単位の含有率4mol%、重合度1700、けん化度98mol%)
・エチレン変性PVA2(エチレン単位の含有率7mol%、重合度1000、けん化度99mol%)
・PVA3(エチレン単位の含有率0mol%、重合度1700、けん化度98mol%)
・PVA4(エチレン単位の含有率0mol%、重合度1700、けん化度88mol%)
・エチレン‐ビニルアルコール共重合体5(エチレン単位の含有率32mol%、重合度800、けん化度99.9mol%)
なお、上記エチレン変性PVA1〜4の重合度は、JIS K 6726(1994年)に準じて測定した値である。上記エチレン‐ビニルアルコール共重合体5の重合度は、GPC(ゲルパーミエ―ションクロマトグラフィー)を用いて測定した値である。
[Vinyl alcohol resin]
The following materials were used:
-Ethylene-modified PVA1 (ethylene unit content 4 mol%, polymerization degree 1700, saponification degree 98 mol%)
-Ethethylene modified PVA2 (ethylene unit content 7 mol%, polymerization degree 1000, saponification degree 99 mol%)
-PVA3 (ethylene unit content 0 mol%, polymerization degree 1700, saponification degree 98 mol%)
PVA4 (ethylene unit content 0 mol%, polymerization degree 1700, saponification degree 88 mol%)
Ethylene-vinyl alcohol copolymer 5 (ethylene unit content 32 mol%, degree of polymerization 800, degree of saponification 99.9 mol%)
The degree of polymerization of the ethylene-modified PVA1 to 4 is a value measured according to JIS K 6726 (1994). The degree of polymerization of the ethylene-vinyl alcohol copolymer 5 is a value measured by using GPC (gel permeation chromatography).

〔グラフェン(B)〕
以下の材料を使用した。
・酸化グラフェン1:酸化グラフェン(水酸基、エポキシ基、及びカルボニル基を有し、酸素原子の含有率は45〜55%(元素分析値);東京化成工業株式会社製) (10mg/ml分散液)
・酸化グラフェン2:酸化グラフェン(酸素原子の含有率58%未満(炭素原子の含有率が42〜52%である)(元素分析値);Sigma−Aldrich製) (2mg/ml分散液)
・酸化グラフェン3:酸化グラフェンナノコロイド(酸素原子の含有率58%未満(元素分析値);Sigma−Aldrich製) (2mg/ml分散液)
[Graphene (B)]
The following materials were used.
-Graphene oxide 1: Graphene oxide (having hydroxyl groups, epoxy groups, and carbonyl groups, oxygen atom content is 45 to 55% (elemental analysis value); manufactured by Tokyo Kasei Kogyo Co., Ltd.) (10 mg / ml dispersion)
-Graphene oxide 2: Graphene oxide (oxygen atom content less than 58% (carbon atom content is 42 to 52%) (elemental analysis value); manufactured by Sigma-Aldrich) (2 mg / ml dispersion)
-Graphene oxide 3: Graphene oxide nanocolloid (oxygen atom content less than 58% (elemental analysis value); manufactured by Sigma-Aldrich) (2 mg / ml dispersion)

[実施例1]
酸化グラフェン1を用い、グラフェンの量が0.04質量%となるようにコンポジットを作製した。
具体的には、酸化グラフェン1の10mg/ml分散液0.4mlをイオン交換水90ml中に添加したのち、エチレン変性PVA1の粉末10gを添加し、95℃に加熱してポリマーを完全に溶解させた。得られた溶解液の一部を別途10倍希釈し、レーザー回折/散乱式粒子径分布測定装置にてグラフェンの平均粒子径を測定したところ、8.8μmであった。結果を表1に示す。
得られた溶解液の一部を100μm厚みのPETフィルム上に塗工し、40℃の熱風乾燥機で10分間乾燥させたのち、PETフィルムから剥離して30μmのコンポジットからなるフィルムを得た。同様にして同じフィルムをさらに1枚作製した。2枚のフィルムそれぞれで透湿度を測定した結果、平均値は165g/day/m2であった。一方、グラフェンを添加しない以外は同様の方法でフィルムを2枚作製し透湿度を測定した結果、平均値は380g/day/m2であった。測定結果を比較して水蒸気バリア性改善率を算出した結果57%であった。結果を表1に示す。
また、同様にして得られたコンポジットからなる100μm厚みのフィルムを作製した。これについて、引張強さを測定したところ、58MPaであり、全光線透過率を測定したところ、92%であった。
[Example 1]
Using graphene oxide 1, a composite was prepared so that the amount of graphene was 0.04% by mass.
Specifically, 0.4 ml of a 10 mg / ml dispersion of graphene oxide 1 was added to 90 ml of ion-exchanged water, then 10 g of ethylene-modified PVA1 powder was added, and the mixture was heated to 95 ° C. to completely dissolve the polymer. It was. A part of the obtained solution was diluted 10-fold separately, and the average particle size of graphene was measured with a laser diffraction / scattering type particle size distribution measuring device and found to be 8.8 μm. The results are shown in Table 1.
A part of the obtained solution was coated on a PET film having a thickness of 100 μm, dried in a hot air dryer at 40 ° C. for 10 minutes, and then peeled off from the PET film to obtain a film composed of a composite of 30 μm. In the same manner, one more film of the same was produced. As a result of measuring the moisture permeability of each of the two films, the average value was 165 g / day / m 2 . On the other hand, as a result of preparing two films by the same method except that graphene was not added and measuring the moisture permeability, the average value was 380 g / day / m 2 . The result of comparing the measurement results and calculating the water vapor barrier property improvement rate was 57%. The results are shown in Table 1.
Further, a film having a thickness of 100 μm made of the composite obtained in the same manner was produced. When the tensile strength was measured, it was 58 MPa, and when the total light transmittance was measured, it was 92%.

[実施例2]
酸化グラフェン1を用い、グラフェンの量が0.08質量%となるようにコンポジットを作製した。
具体的には、実施例1において酸化グラフェン1の分散液の使用量を0.4mlから0.8mlに変更した。それ以外は実施例1と同様にしてフィルムを得、評価を行った。結果を表1に示す。また、引張強さを測定したところ、59MPaであり、全光線透過率を測定したところ、87%であった。
[Example 2]
Using graphene oxide 1, a composite was prepared so that the amount of graphene was 0.08% by mass.
Specifically, in Example 1, the amount of the dispersion liquid of graphene oxide 1 used was changed from 0.4 ml to 0.8 ml. A film was obtained and evaluated in the same manner as in Example 1 except for the above. The results are shown in Table 1. Moreover, when the tensile strength was measured, it was 59 MPa, and when the total light transmittance was measured, it was 87%.

[実施例3]
酸化グラフェン1を用い、グラフェンの量が0.25質量%となるようにコンポジットを作製した。
具体的には、実施例1において酸化グラフェン1の分散液の使用量を0.4mlから2.5mlに変更した。それ以外は実施例1と同様にしてフィルムを得、評価を行った。結果を表1に示す。
[Example 3]
Using graphene oxide 1, a composite was prepared so that the amount of graphene was 0.25% by mass.
Specifically, in Example 1, the amount of the dispersion liquid of graphene oxide 1 used was changed from 0.4 ml to 2.5 ml. A film was obtained and evaluated in the same manner as in Example 1 except for the above. The results are shown in Table 1.

[実施例4]
酸化グラフェン1を用い、グラフェンの量が0.5質量%となるようにコンポジットを作製した。
具体的には、実施例1において酸化グラフェン1の分散液の使用量を0.4mlから5.0mlに変更した。それ以外は実施例1と同様にしてフィルムを得、評価を行った。結果を表1に示す。
[Example 4]
Using graphene oxide 1, a composite was prepared so that the amount of graphene was 0.5% by mass.
Specifically, in Example 1, the amount of the dispersion liquid of graphene oxide 1 used was changed from 0.4 ml to 5.0 ml. A film was obtained and evaluated in the same manner as in Example 1 except for the above. The results are shown in Table 1.

[実施例5]
酸化グラフェン2を用い、グラフェンの量が0.04質量%となるようコンポジットを作製した。
具体的には、実施例1における酸化グラフェン1の10mg/ml分散液0.4mlに代えて、酸化グラフェン2の2mg/ml分散液2.0mlを使用した。それ以外は実施例1と同様にしてフィルムを得、評価を行った。結果を表1に示す。
[Example 5]
Using graphene oxide 2, a composite was prepared so that the amount of graphene was 0.04% by mass.
Specifically, 2.0 ml of a 2 mg / ml dispersion of graphene oxide 2 was used instead of 0.4 ml of the 10 mg / ml dispersion of graphene oxide 1 in Example 1. A film was obtained and evaluated in the same manner as in Example 1 except for the above. The results are shown in Table 1.

[実施例6]
酸化グラフェン3を用い、グラフェンの量が0.04質量%となるようにコンポジットを作製した。
具体的には、実施例1における酸化グラフェン1の10mg/ml分散液0.4mlに代えて、酸化グラフェン3の2mg/ml分散液2.0mlを使用した。それ以外は実施例1と同様にしてフィルムを得、評価を行った。結果を表1に示す。
[Example 6]
Using graphene oxide 3, a composite was prepared so that the amount of graphene was 0.04% by mass.
Specifically, 2.0 ml of a 2 mg / ml dispersion of graphene oxide 3 was used instead of 0.4 ml of the 10 mg / ml dispersion of graphene oxide 1 in Example 1. A film was obtained and evaluated in the same manner as in Example 1 except for the above. The results are shown in Table 1.

[実施例7]
酸化グラフェン1を用い、グラフェンの量が0.04質量%となるようにコンポジットを作製した。
実施例7では、実施例1と同様に95℃に加熱してポリマーを完全に溶解させた後、精密乳化分散機ClearMixを用いて、20,000rpmで5分間処理を追加で行い、溶解液を得た。それ以外は実施例1と同様にしてフィルムを得、評価を行った。結果を表1に示す。
[Example 7]
Using graphene oxide 1, a composite was prepared so that the amount of graphene was 0.04% by mass.
In Example 7, the polymer was completely dissolved by heating to 95 ° C. in the same manner as in Example 1, and then an additional treatment was performed at 20,000 rpm for 5 minutes using the precision emulsion disperser ClearMix to prepare the solution. Obtained. A film was obtained and evaluated in the same manner as in Example 1 except for the above. The results are shown in Table 1.

[実施例8]
変性PVA2と、酸化グラフェン1を用い、グラフェンの量が0.04質量%となるようコンポジットを作製した。
具体的には、実施例1におけるエチレン変性PVA1に代えて、エチレン変性PVA2を使用した。それ以外は実施例1と同様にしてフィルムを得、評価を行った。結果を表1に示す。
[Example 8]
Using modified PVA2 and graphene oxide 1, a composite was prepared so that the amount of graphene was 0.04% by mass.
Specifically, ethylene-modified PVA2 was used instead of ethylene-modified PVA1 in Example 1. A film was obtained and evaluated in the same manner as in Example 1 except for the above. The results are shown in Table 1.

[比較例1]
実施例1におけるエチレン変性PVA1に代えて、PVA3を使用した以外は、実施例1と同様の操作を実施し、フィルムを得、評価を行った。結果を表1に示す。また、得られたフィルムについて、曲げ強さを測定したところ、55MPaであり、全光線透過率を測定したところ、93%であった。
[Comparative Example 1]
The same operation as in Example 1 was carried out except that PVA3 was used instead of the ethylene-modified PVA1 in Example 1, and a film was obtained and evaluated. The results are shown in Table 1. Further, the bending strength of the obtained film was measured to be 55 MPa, and the total light transmittance was measured to be 93%.

[比較例2]
実施例1におけるエチレン変性PVA1に代えて、PVA4を使用した以外は、比較例1と同様の操作を実施し、フィルムを得、評価を行った。結果を表1に示す。また、得られたフィルムについて、曲げ強さを測定したところ、39MPaであり、全光線透過率を測定したところ、92%であった。
[Comparative Example 2]
The same operation as in Comparative Example 1 was carried out except that PVA4 was used instead of the ethylene-modified PVA1 in Example 1, and a film was obtained and evaluated. The results are shown in Table 1. Further, when the bending strength of the obtained film was measured, it was 39 MPa, and when the total light transmittance was measured, it was 92%.

[比較例3]
実施例5におけるエチレン変性PVA1に代えて、PVA4を使用した以外は、実施例5と同様の操作を実施し、フィルムを得、評価を行った。結果を表1に示す。また、得られたフィルムについて、曲げ強さを測定したところ、40MPaであり、全光線透過率を測定したところ、92%であった。
[Comparative Example 3]
The same operation as in Example 5 was carried out except that PVA4 was used instead of ethylene-modified PVA1 in Example 5, and a film was obtained and evaluated. The results are shown in Table 1. Further, when the bending strength of the obtained film was measured, it was 40 MPa, and when the total light transmittance was measured, it was 92%.

[比較例4]
実施例7におけるエチレン変性PVA1に代えて、エチレン‐ビニルアルコール共重合体5を使用しに変更し、イオン交換水に代えて水/プロパノール混合溶媒を用いた以外は、実施例7と同様の操作を実施し、フィルムを得、評価を行った。結果を表1に示す。
[Comparative Example 4]
The same operation as in Example 7 except that the ethylene-vinyl alcohol copolymer 5 was used instead of the ethylene-modified PVA1 in Example 7 and water / propanol mixed solvent was used instead of the ion-exchanged water. Was carried out, a film was obtained, and evaluation was performed. The results are shown in Table 1.

[比較例5]
比較例2において酸化グラフェン1の分散液の使用量を0.4mlから1.8mlに変更した以外は、比較例2と同様の操作を実施し、フィルムを得、評価を行った。結果を表1に示す。
[Comparative Example 5]
The same operation as in Comparative Example 2 was carried out except that the amount of the dispersion liquid of graphene oxide 1 used was changed from 0.4 ml to 1.8 ml in Comparative Example 2, and a film was obtained and evaluated. The results are shown in Table 1.

Figure 2021006598
Figure 2021006598

表1に示されるように、実施例1〜8のコンポジットからなるフィルムは、水蒸気バリア性に優れており、また、水蒸気バリア性改善率も優れていた。比較例1〜3及び5では、水蒸気バリア性改善率が低く、得られたフィルムの水蒸気バリア性も低かった。比較例4では、水蒸気バリア性は高かったが、グラフェン(B)を添加したことによる水蒸気バリア性の改善は見られなかった。 As shown in Table 1, the films made of the composites of Examples 1 to 8 were excellent in water vapor barrier property and also in the improvement rate of water vapor barrier property. In Comparative Examples 1 to 3 and 5, the improvement rate of the water vapor barrier property was low, and the water vapor barrier property of the obtained film was also low. In Comparative Example 4, the water vapor barrier property was high, but the addition of graphene (B) did not improve the water vapor barrier property.

上記結果から、本発明のコンポジットは、高い水蒸気バリア性を有することが確認できた。 From the above results, it was confirmed that the composite of the present invention has a high water vapor barrier property.

本発明のコンポジットは、水蒸気バリア性を有するフィルムとして有用である。特に、水蒸気バリア性を必要とする包装材料(例えば、食品包装材料、医薬品包装材料、化粧品包装材料)、電子部品材料、電池材料等に有用である。 The composite of the present invention is useful as a film having a water vapor barrier property. In particular, it is useful for packaging materials (for example, food packaging materials, pharmaceutical packaging materials, cosmetic packaging materials), electronic component materials, battery materials, etc. that require a water vapor barrier property.

Claims (9)

エチレン変性ポリビニルアルコール(A)及びグラフェン(B)を含有し、エチレン変性ポリビニルアルコール(A)のエチレン単位の含有率が2〜20mol%である、コンポジット。 A composite containing ethylene-modified polyvinyl alcohol (A) and graphene (B), wherein the ethylene unit content of ethylene-modified polyvinyl alcohol (A) is 2 to 20 mol%. エチレン変性ポリビニルアルコール(A)の粘度平均重合度が300〜4000の範囲である、請求項1に記載のコンポジット。 The composite according to claim 1, wherein the ethylene-modified polyvinyl alcohol (A) has a viscosity average degree of polymerization in the range of 300 to 4000. エチレン変性ポリビニルアルコール(A)のけん化度が90mol%以上である、請求項1又は2に記載のコンポジット。 The composite according to claim 1 or 2, wherein the ethylene-modified polyvinyl alcohol (A) has a saponification degree of 90 mol% or more. グラフェン(B)が酸化グラフェンである、請求項1〜3のいずれか1項に記載のコンポジット。 The composite according to any one of claims 1 to 3, wherein the graphene (B) is graphene oxide. グラフェン(B)の平均粒子径が0.01μm以上300μm以下である、請求項1〜4のいずれか1項に記載のコンポジット。 The composite according to any one of claims 1 to 4, wherein the graphene (B) has an average particle size of 0.01 μm or more and 300 μm or less. グラフェン(B)とエチレン変性ポリビニルアルコール(A)の質量比(B/A)が0.01〜1である、請求項1〜5のいずれか1項に記載のコンポジット。 The composite according to any one of claims 1 to 5, wherein the mass ratio (B / A) of graphene (B) to ethylene-modified polyvinyl alcohol (A) is 0.01 to 1. 請求項1〜6のいずれか1項に記載のコンポジットからなるフィルム。 A film comprising the composite according to any one of claims 1 to 6. 請求項7に記載のコンポジットからなるフィルムと、基板フィルムとを備える、複層フィルム。 A multi-layer film comprising the composite film according to claim 7 and a substrate film. グラフェン(B)と、エチレン変性ポリビニルアルコール(A)との混合溶液を調製し、コンポジットを得る工程と、得られたコンポジットを基板フィルム上に塗工する工程を備える、請求項7に記載のフィルム又は請求項8に記載の複層フィルムの製造方法。 The film according to claim 7, further comprising a step of preparing a mixed solution of graphene (B) and ethylene-modified polyvinyl alcohol (A) to obtain a composite, and a step of coating the obtained composite on a substrate film. Alternatively, the method for producing a multilayer film according to claim 8.
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US11981488B2 (en) * 2019-11-15 2024-05-14 Toraphene Limited Biodegradable container

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