JP2021181513A - ガスバリア性ラミネート接着剤、積層体及び包装体 - Google Patents

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Abstract

【課題】高いガスバリア性と優れた接着強度とを両立するラミネート接着剤、並びに、該接着剤を用いてなる、高いガスバリア性と優れた接着強度とを両立する積層体及び包装体の提供。【解決手段】上記課題は、多価アルコールと多価カルボン酸から構成されるポリエステルポリオール成分を含むポリオールと、ポリイソシアネートとを含み、前記多価アルコールがジエチレングリコールを、多価アルコール全量を基準として50〜100モル%含み、前記多価カルボン酸が、イソフタル酸及びテレフタル酸からなる群から選ばれる少なくとも1種を、多価カルボン酸全量を基準として50〜90モル%含む、ガスバリア性ラミネート接着剤によって解決される。【選択図】 なし

Description

本発明は、食品、医薬品、化粧品、洗剤等の用途に有用な、ガスバリア性ラミネート接着剤、積層体及び包装体に関する。
近年、食品の廃棄によるフードロスとして、食品保存期限を過ぎた食品が廃棄されることによる資源の無駄な消費が大きな社会問題となっており、食品保存期限を伸ばす様々な取り組みが検討されている。食品保存期限を延ばす方法としては、従来、ラミネートフィルムのガスバリア性を高めることによって酸素ガス等の食品を傷める気体の食品包装内部への侵入を阻害する方法が検討され、アルミ蒸着フィルムといったバリア性フィルムや、フィルムにバリア性等の機能性を付与するための機能性コート剤の開発・改良がなされてきた。
一方、フィルムを貼り合わせるためのラミネート用接着剤のガスバリア性を高めることで、ラミネートフィルム全体のガスバリア性を高めることが提案されている。
このようなガスバリア性接着剤として、特許文献1には、比較的低分子量のジオール化合物と、3価以上のポリイソシアネート化合物と、ジイソシアネート化合物との混合物である接着剤が開示されている。また、特許文献2には、ポリイソシアネートとして芳香族環を分子内に有する3価以上のポリイソシアネート化合物と、芳香族環を分子内に有しないポリイソシアネート化合物との混合物を用いる接着剤が開示されている。
特開2014−101422号公報 特開2016−130169号公報
しかしながら、特許文献1及び2に記載の接着剤は、接着剤をより固くしてガスバリア性を向上させるという設計思想であるため、柔軟性が不足し接着強度が低下するという課題がある。そして、特に基材としてアルミ蒸着フィルムやアルミ箔等のような変形し難い金属薄膜を用いた場合に、接着強度は大きく低下する。すなわち、ポリオールとポリイソシアネートとを含む2液硬化型のウレタン系ラミネート接着剤において、高いガスバリア性と優れた接着強度とを両立する接着剤は未だ実現していない。
したがって、本発明の課題は、高いガスバリア性と優れた接着強度とを両立するラミネート接着剤、並びに、該接着剤を用いてなる、高いガスバリア性と優れた接着強度とを両立する積層体及び包装体を提供することにある。
本発明者は前記課題に対して鋭意研究を重ねた結果、以下に記載のラミネート接着剤を用いることで解決することを見出し、本発明に至った。
本発明の第1の態様は、多価アルコールと多価カルボン酸から構成されるポリエステルポリオール成分を含むポリオールと、ポリイソシアネートとを含むガスバリア性ラミネート接着剤であって、前記多価アルコールがジエチレングリコールを、多価アルコール全量を基準として50〜100モル%含み、前記多価カルボン酸が、イソフタル酸及びテレフタル酸からなる群から選ばれる少なくとも1種を、多価カルボン酸全量を基準として50〜90モル%含む、ガスバリア性ラミネート接着剤に関する。
本発明の別の態様は、前記多価カルボン酸が、イソフタル酸及びテレフタル酸からなる群から選ばれる少なくとも1種を、多価カルボン酸全量を基準として70〜90モル%含む、上記ガスバリア性ラミネート接着剤に関する。
本発明の別の態様は、前記ポリエステルポリオール成分の数平均分子量が、1,000〜6,000である、上記ガスバリア性ラミネート接着剤に関する。
本発明の別の態様は、さらに、分子量150以下の単官能アルコールを、前記ポリエステルポリオール成分を基準として0.3〜2質量%含む、上記ガスバリア性ラミネート接着剤に関する。
本発明の別の態様は、上記ガスバリア性ラミネート接着剤からなる接着剤層が、少なくとも2つの基材の間に配置された積層体に関する。
本発明の別の態様は、金属蒸着層、金属酸化物蒸着層、及びアルミニウム箔層からなる群から選ばれる少なくとも1種のバリア層を有し、前記バリア層に接して、前記接着剤層が設けられている、上記積層体に関する。
本発明の別の態様は、上記積層体を用いた包装体に関する。
本発明により、高いガスバリア性と優れた接着強度とを両立するラミネート接着剤、並びに、該接着剤を用いてなる、高いガスバリア性と優れた接着強度とを両立する積層体及び包装体を提供することができる。
<ラミネート接着剤>
本発明のラミネート接着剤は、多価アルコールと多価カルボン酸から構成されるポリエステルポリオール成分を含むポリオールと、ポリイソシアネートとを含み、前記多価アルコールがジエチレングリコールを、多価アルコール全量を基準として50〜100モル%含み、前記多価カルボン酸が、イソフタル酸及びテレフタル酸からなる群から選ばれる少なくとも1種を、多価カルボン酸全量を基準として50〜90モル%含み、該接着剤から形成される接着剤層がガスバリア性を有することを特徴とする。
まず、ポリエステルポリオールの構成成分として、イソフタル酸及びテレフタル酸からなる群から選ばれる少なくとも1種を50〜90モル%という配合比率で含むことにより、高いガスバリア性付与と接着強度の維持とを満たすことができる。さらに、ポリエステルポリオールの構成成分として、非常に柔軟な骨格を有するジエチレングリコールを50〜100モル%という高い配合比率で用いることにより、接着剤に柔軟性が付与され接着強度が向上する。そして、この接着強度向上効果は、金属蒸着フィルム、金属酸化物蒸着フィルム、アルミ箔といった基材に対して顕著に表れる。
また、ジエチレングリコール由来のC−O−C結合が相互作用し、ポリエステルポリオールの密度が高まることで、柔軟な骨格を有するジエチレングリコールを高い配合比率で用いているにも関わらず、優れたガスバリア性を発揮することができる。
加えて、ポリエステルポリオール成分中には、ポリエステルジエチレングリコールと、イソフタル酸及びテレフタル酸からなる群から選ばれる少なくとも1種の多価カルボン酸とに由来する環状化合物が存在し、この環状化合物が、ガスバリア性発現に寄与していると考えられる。具体的には、Π電子が非局在化した酸素原子を環内に複数有する環状化合物の酸素原子が、金属蒸着フィルム、金属酸化物蒸着フィルム、アルミ箔といった基材や溶剤に含まれる金属に配位し安定化することで、接着剤層と基材との界面における環状化合物の存在密度が高まり、ガスバリア性を発揮していると推察される。
すなわち、ジエチレングリコールと、イソフタル酸及びテレフタル酸からなる群から選ばれる少なくとも1種とを、特定の配合比率で用い組み合わせたポリエステルポリオール成分を用いることで、柔軟性とガスバリア性とを共に付与することが可能となり、高いガスバリア性と優れた接着強度とを両立することができる。これにより、本発明のラミネート接着剤を用いた積層体及び包装体は、食品、医薬品、化粧品、洗剤、雑貨等の様々な用途における包装体として利用することができる。
以下に本発明の実施の形態を詳細に説明するが、以下に記載する構成要件の説明は、本発明の実施態様の一例であり、本発明はその要旨を超えない限りこれらの内容に限定されない。
<ポリオール>
本発明のガスバリア性ラミネート接着剤は、ポリオールとポリイソシアネートとを含む2液硬化型のウレタン系ラミネート接着剤であり、ポリオールとして、ジエチレングリコールを50〜100モル%含む多価アルコールと、イソフタル酸及びテレフタル酸からなる群から選ばれる少なくとも1種を50〜90モル%含む多価カルボン酸とから構成されるポリエステルポリオール成分を含むものである。
<ポリエステルポリオール成分>
本発明におけるポリエステルポリオール成分は、多価カルボン酸と多価アルコールとを反応させて得られるものであり、多価アルコールが、ジエチレングリコールを、多価アルコール全量を基準として50〜100モル%含み、多価カルボン酸が、イソフタル酸及びテレフタル酸からなる群から選ばれる少なくとも1種を、多価カルボン酸全量を基準として50〜90モル%含んでいればよく、1種を単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
ジエチレングリコール以外に用いてもよい多価アルコールとしては、例えば、エチレングリコール、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール、トリエチレングリコール、ブチレングリコール、ネオペンチルグリコール、ジネオペンチルグリコール、トリメチロールプロパン、グリセリン、1,6−ヘキサンジオール、1,4−ブタンジオール、1,4−シクロヘキサンジメタノール、3−メチル−1,5−ペンタンジオール、3,3′−ジメチロールヘプタン、1,9−ノナンジオール、ポリオキシエチレングリコール、ポリオキシプロピレングリコール、ポリテトラメチレンエーテルグリコール、ポリエーテルポリオール、ポリカーボネートポリオール、ポリオレフィンポリオール、アクリルポリオール、ポリウレタンポリオール等のジオール類若しくはそれらの混合物が挙げられる。
イソフタル酸及びテレフタル酸以外に用いてもよい多価カルボン酸としては、例えば、ナフタレンジカルボン酸、無水フタル酸、アジピン酸、アゼライン酸、セバシン酸、コハク酸、グルタル酸、無水テトラヒドロフタル酸、無水ヘキサヒドロフタル酸、無水マレイン酸、無水イタコン酸等の二塩基酸若しくはそれらのジアルキルエステル又はそれらの混合物が挙げられる。
これらの多価カルボン酸及び多価アルコールは、各々1種を単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
ジエチレングリコールの含有量は、多価アルコール全量を基準として、好ましくは60〜90モル%であり、より好ましくは60〜80モル%である。イソフタル酸及びテレフタル酸の合計含有量は、多価カルボン酸全量を基準として、好ましくは60〜90モル%であり、より好ましくは70〜90モル%である。上記配合比率とすることで、良好なガスバリア性を発現するため好ましい。
本発明におけるポリエステルポリオール成分は変性されていてもよく、ポリエステルポリオールにジイソシアネートを反応させたポリエステルウレタンポリオールであってもよいし、ポリエステルポリオールに酸無水物を反応させてカルボキシル基を導入したものであってもよい。
上記ジイソシアネートとしては、例えば、2,4−トリレンジイソシアネート、2,6−トリレンジイソシアネート、キシリレンジイソシアネート、ジフェニルメタンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、1,5−ナフタレンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、水添化ジフェニルメタンジイソシアネートが挙げられる。
上記酸無水物としては、例えば、無水ピロメリット酸、無水メリト酸、無水トリメリット酸、トリメリット酸エステル無水物が挙げられる。トリメリット酸エステル無水物としては、例えば、炭素数2〜30のアルキレングリコール又はアルカントリオールを無水トリメリット酸でエステル化反応させてなるエステル化合物が挙げられ、具体的には、エチレングリコールビスアンヒドロトリメリテート、プロピレングリコールビスアンヒドロトリメリテート等が挙げられる。
ポリエステルポリオール成分の数平均分子量(Mn)は、塗工性の観点から、好ましくは1,000〜6,000であり、より好ましくは5,000以下である。数平均分子量が1,000〜6,000の範囲であると、塗工性に優れラミネートフィルムの外観に優れるため好ましい。
本明細書の数平均分子量は、昭和電工社製GPC(ゲルパーミエーションクロマトグラフィー)「ShodexGPCSystem−21」を用い、溶媒としてテトロヒドロフランを用いて、標準ポリスチレン換算した値である。ポリエステルポリオール成分が、複数のポリエステルポリオールを含む場合、ポリエステルポリオール成分の数平均分子量は、各々のポリエステルポリオールの数平均分子量とその質量比率から求めることができる。
ポリエステルポリオール成分の酸価は、好ましくは0.1〜10mgKOH/gであり、より好ましくは0.1〜5mgKOH/gである。酸価が0.1mgKOH/g以上であるとアルミ基材に対する接着性が向上し、5mgKOH/g以下であると、基材塗工後の外観が向上するため好ましい。ポリエステルポリオール成分が複数のポリエステルポリオールを含む場合、ポリエステルポリオールの酸価は、各々のポリエステルポリオールの酸価とその質量比率から求めることができる。
ポリエステルポリオール成分は、ポリオール全量を基準として、好ましくは90質量%以上であり、より好ましくは95質量%以上である。95質量%以上含むことで、ラミネート接着剤に、十分な柔軟性とガスバリア性とが付与されるため、好ましい。
<その他ポリオール>
本発明におけるポリオールは、本発明の効果を損なわない範囲で、上記ポリエステルポリオール成分以外のポリオールを含有することができる。含んでもよいその他のポリオールとしては、例えば、ポリカプロラクトン、ポリバレロラクトン、ポリ(β−メチル−γ−バレロラクトン)等のラクトン類を開環重合して得られるポリエステルポリオール、ポリカーボネートポリオール、ポリカプロラクトンポリオール、ポリエーテルポリオール、ポリオレフィンポリオール、アクリルポリオール、シリコーンポリオール、ヒマシ油系ポリオール、フッ素系ポリオールが挙げられ、ポリオール中の水酸基の一部が酸変性された酸変性物であってもよいし、酸無水物を反応させてカルボキシ基を導入したものや、ジイソシアネートを反応させてウレタン結合を導入したものであってもよい。
これらのその他のポリオールは、1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
<ポリイソシアネート>
本発明のポリイソシアネートは、イソシアネート基を2つ以上有する化合物であればよく、公知のポリイソシアネートから選択することができる。ポリイソシアネートとしては、例えば、芳香族ポリイソシアネート、芳香脂肪族ポリイソシアネート、脂肪族ポリイソシアネート、又は脂環族ポリイソシアネートが挙げられ、変性された変性体であってもよい。これらのポリイソシアネートは1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
芳香族ポリイソシアネートとしては、例えば、ジフェニルメタンジイソシアネート、カルボジイミド変性ジフェニルメタンジイソシアネート、フェニレンジイソシアネート、トリレンジイソシアネート、ナフタレンジイソシアネートのような芳香族ジイソシアネート;ポリメチレンポリフェニルポリイソシアネートのような芳香族ポリイソシアネート;が挙げられる。
芳香脂肪族ポリイソシアネートとしては、例えば、1,3−又は1,4−キシリレンジイソシアネート若しくはその混合物、ω,ω′−ジイソシアネート−1,4−ジエチルベンゼン、1,3−又は1,4−ビス(1−イソシアネート−1−メチルエチル)ベンゼン若しくはその混合物等の芳香脂肪族ジイソシアネート;が挙げられる。
脂肪族ポリイソシアネートとしては、例えば、トリメチレンジイソシアネート、テトラメチレンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、1,2−プロピレンジイソシアネート、1,2−ブチレンジイソシアネート、2,3−ブチレンジイソシアネート、1,3−ブチレンジイソシアネート、2,4,4−又は2,2,4−トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート、2,6−ジイソシアネートメチルカプロエート、リジンジイソシアネート、ダイマー酸ジイソシアネートのような脂肪族ジイソシアネート;が挙げられる。
脂環族ポリイソシアネートとしては、例えば、1,4−シクロヘキサンジイソシアネート、1,3−シクロヘキサンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、4,4′−メチレンビス(シクロヘキシルイソシアネート)、メチル2,4−シクロヘキサンジイソシアネート、メチル2,6−シクロヘキサンジイソシアネート、1,4−ビス(イソシアネートメチル)シクロヘキサン、1,3−ビス(イソシアネートメチル)シクロヘキサン、ノルボルネンジイソシアネート等の脂環式ジイソシアネート;が挙げられる。
ポリイソシアネートの変性体としては、例えば、アロファネート型変性体、イソシアヌレート型変性体、ビウレット型変性体、アダクト型変性体のほか、上記ポリイソシアネート成分とポリオールとをイソシアネート基過剰の条件下に反応させたイソシアネート基とウレタン結合とを有する反応生成物が挙げられる。
上記ポリイソシアネートの変性体を形成するポリオールとしては、特に制限されず、公知のポリオールから選択することができ、例えば、ポリエステルポリオール、ポリエステルウレタンポリオール、ポリカーボネートポリオール、ポリカプロラクトンポリオール、ポリエーテルポリオール、ポリエーテルウレタンポリオール、ポリオレフィンポリオール、アクリルポリオール、シリコーンポリオール、ヒマシ油系ポリオール、フッ素系ポリオールが挙げられる。
ポリイソシアネートは、接着性とガスバリア性の観点から、好ましくは、芳香族ポリイソシアネート及び芳香脂肪族ポリイソシアネートからなる群から選ばれる少なくとも1種のポリイソシアネートの変性体であり、より好ましくは、トリレンジイソシアネート又はキシリレンジイソシアネートのトリメチロールプロパンとのアダクト体である。
<単官能アルコール>
本発明のラミネート接着剤は、ポリオールとポリイソシアネート以外に、さらに分子量150以下の単官能アルコールを含有してもよい。分子量150以下の単官能アルコールを含有することで、単官能アルコールとポリイソシアネートとが反応し塗膜が柔軟化し、ラミネート強度が向上するため好ましい。
分子量150以下の単官能アルコールの含有量は、好ましくはポリエステルポリオール成分を基準として0.3〜2質量%である。0.3質量%以上であると接着強度が向上し、2質量%以下であるとガスバリア性が向上するため好ましい。これら単官能アルコールは、1種を檀独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
分子量150以下の単官能アルコールとしては、例えば、1−ブタノール、1−プロパノール、1−ペンタノール、1−ヘキサノール、1−ヘプタノール、1−オクタノール、2−エチルヘキサノール、1−ノナノール、ベンジルアルコールが挙げられる。
<溶剤>
本発明の接着剤は、溶剤型又は無溶剤型の接着剤として使用することができ、必要に応じて溶剤を含有してもよい。なお本発明の「溶剤」とは、上記ポリオールやポリイソシアネートを溶解可能な溶解性の高い有機溶剤を指す。
上記溶解性の高い有機溶剤としては、例えば、トルエン、キシレン、塩化メチレン、テトラヒドロフラン、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸n−ブチル、アセトン、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン、トルオール、キシロール、n−ヘキサン、シクロヘキサンが挙げられる。有機溶剤として好ましくは、ポリイソシアネートに対して不活性なものであり、例えば、酢酸エチル等のエステル系;メチルエチルケトン等のケトン系;トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素系;が挙げられる。
本発明のラミネート接着剤の粘度は、常温〜150℃において好ましくは100〜10,000mPa・s、より好ましくは100〜5,000mPa・sであり、さらに好ましくは常温〜100℃において100〜10,000mPa・s、より好ましくは100〜5,000mPa・sである。常温〜100℃において100〜5,000mPa・sである場合は、無溶剤型の接着剤として用いることができる。
接着剤の粘度が上記範囲より高い場合は、上記有機溶剤で希釈してもよい。有機溶剤の含有量は所要される粘度によるが、一般的に接着剤樹脂に対して50〜70質量%の範囲で含有することが望ましい。
本発明のラミネート接着剤は、特定のポリエステルポリオール成分を含むポリオール及びポリイソシアネートを配合して得られる2液硬化型のウレタン系接着剤であって、ポリオールとポリイソシアネートとの配合割合は特に制限されないが、好ましくは、前記イソシアネートが含有する全イソシアネート基と、前記ポリオールが含有する全水酸基とのモル当量比[NCOモル数/OHモル数]が0.3〜5.0の範囲であり、より好ましくは0.3〜2.0の範囲、さらに好ましくは0.5〜1.5の範囲である。
また、ポリイソシアネートの配合量は、ポリオール100質量部を基準として、好ましくは10〜50質量部である。10質量部以上であると良好なガスバリア性を発揮し、50質量部以下であると、良好な接着強度を発揮するため好ましい。
本発明のラミネート接着剤は、ポリオール及びポリイソシアネートを配合した直後の酸価が、0.1〜9mgKOH/gであることが好ましく、より好ましくは0.1〜8mgKOH/gであり、さらに好ましく0.1〜5mgKOH/gである。上記範囲内であると、接着強度がより向上するため好ましい。
<その他成分>
本発明のラミネート接着剤は、接着剤又は包装材料に要求される各種物性を満たすために、ポリオール及びポリイソシアネート以外のその他成分を含有してもよい。これらのその他成分は、ポリオール又はポリイソシアネートのいずれに配合してもよいし、ポリオールとポリイソシアネートとを配合する際に配合してもよい。これらのその他成分は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
(シランカップリング剤)
本発明のラミネート接着剤は、耐熱水性を高めるため、さらにシランカップリング剤を含有することができる。シランカップリング剤としては、例えば、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシランのようなビニル基を有するトリアルコキシシラン;3−アミノプロピルトリエトキシシラン、N−(2−アミノエチル)3−アミノプロピルトリメトキシシランのようなアミノ基を有するトリアルコキシシラン;3−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、2−(3,4−エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン、3−グリシドキシプロピルトリエトキシシランのようなグリシジル基を有するトリアルコキシシラン;が挙げられる。シランカップリング剤の配合量は、接着剤の固形分を基準として、好ましくは0.1〜5質量%であり、より好ましくは0.5〜3質量%である。
(リンの酸素酸又はその誘導体)
本発明のラミネート接着剤は、耐酸性を高めるため、さらにリンの酸素酸又はその誘導体を含有することができる。リンの酸素酸又はその誘導体の内、リンの酸素酸としては、遊離の酸素酸を少なくとも1個有しているものであればよく、例えば、次亜リン酸、亜リン酸、オルトリン酸、次リン酸のようなリン酸類;メタリン酸、ピロリン酸、トリポリリン酸、ポリリン酸、ウルトラリン酸のような縮合リン酸類;が挙げられる。また、リンの酸素酸の誘導体としては、例えば、上記のリンの酸素酸を遊離の酸素酸を少なくとも1個残した状態でアルコール類と部分的にエステル化されたものが挙げられる。これらのアルコールとしては、メタノール、エタノール、エチレングリコール、グリセリンのような脂肪族アルコール;フェノール、キシレノール、ハイドロキノン、カテコール、フロログリシノールのような芳香族アルコール;が挙げられる。リンの酸素酸又はその誘導体の配合量は、接着剤の固形分を基準として、好ましくは0.01〜10質量%であり、より好ましくは0.05〜5質量%であり、さらに好ましくは0.1〜1質量%である。
(レベリング剤又は消泡剤)
本発明のラミネート接着剤は、積層体の外観を向上させるため、さらにレベリング剤又は消泡剤を含有することができる。レベリング剤としては、例えば、ポリエーテル変性ポリジメチルシロキサン、ポリエステル変性ポリジメチルシロキサン、アラルキル変性ポリメチルアルキルシロキサン、ポリエステル変性水酸基含有ポリジメチルシロキサン、ポリエーテルエステル変性水酸基含有ポリジメチルシロキサン、アクリル系共重合物、メタクリル系共重合物、ポリエーテル変性ポリメチルアルキルシロキサン、アクリル酸アルキルエステル共重合物、メタクリル酸アルキルエステル共重合物、レシチンが挙げられる。
消泡剤としては、例えば、シリコーン樹脂、シリコーン溶液、アルキルビニルエーテルとアクリル酸アルキルエステルとメタクリル酸アルキルエステルとの共重合物が挙げられる。
(反応促進剤)
本発明のラミネート接着剤は、ポリオールとポリイソシアネートとのウレタン化硬化反応を促進するため、さらに反応促進剤を含有することができる。反応促進剤としては、例えば、ジブチルチンジアセテート、ジブチルチンジラウレート、ジオクチルチンジラウレート、ジブチルチンジマレートのような金属系触媒;1,8−ジアザ−ビシクロ(5,4,0)ウンデセン−7、1,5−ジアザビシクロ(4,3,0)ノネン−5、6−ジブチルアミノ−1,8−ジアザビシクロ(5,4,0)ウンデセン−7のような3級アミン;トリエタノールアミンのような反応性3級アミン;が挙げられる。
(板状無機化合物)
本発明のラミネート接着剤は、より高いガスバリア性を付与する目的で、さらに板状無機化合物を含有してもよい。板状無機化合物を併用した場合、形状が板状であることにより、バリア性だけでなくラミネート強度が向上する傾向がある。本発明で使用してもよい板状無機化合物としては、例えば、含水ケイ酸塩(フィロケイ酸塩鉱物等)、カオリナイト−蛇紋族粘土鉱物(ハロイサイト、カオリナイト、エンデライト、ディッカイト、ナクライト等、アンチゴライト、クリソタイル等)、パイロフィライト−タルク族(パイロフィライト、タルク、ケロライ等)、スメクタイト族粘土鉱物(モンモリロナイト、バイデライト、ノントロナイト、サポナイト、ヘクトライト、ソーコナイト、スチブンサイト等)、バーミキュライト族粘土鉱物(バーミキュライト等)、雲母又はマイカ族粘土鉱物(白雲母、金雲母等の雲母、マーガライト、テトラシリリックマイカ、テニオライト等)、緑泥石族(クッケアイト、スドーアイト、クリノクロア、シャモサイト、ニマイト等)、ハイドロタルサイト、板状硫酸バリウム、ベーマイト、ポリリン酸アルミニウムが挙げられる。
これらの鉱物は天然粘土鉱物であっても合成粘土鉱物であってもよい。
上記板状無機化合物を用いる際は、ラミネート接着剤中に分散されていることが好ましい。分散方法は特に制限されないが、分散機を用いて分散することが好ましく、分散機としては、例えば、超音波ホモジナイザー、高圧ホモジナイザー、ペイントコンディショナー、ボールミル、ロールミル、サンドミル、サンドグラインダー、ダイノーミル、ディスパーマット、ナノミル、SCミル、ナノマイザーが挙げられる。分散機としてより好ましくは、高い剪断力を発生させることのできる機器であり、例えば、ヘンシェルミキサー、加圧ニーダー、バンバリーミキサー、プラネタリーミキサー、二本ロール、三本ロールが挙げられる。
これら分散機は、1種の装置を単独で用いてもよいし、2種類以上の装置を組み合わせて用いてもよい。
(添加剤)
本発明のラミネート接着剤は、本発明の効果を損なわない範囲で、各種の添加剤を含有してもよい。添加剤としては、例えば、シリカ、アルミナ、マイカ、タルク、アルミニウムフレーク、ガラスフレーク等の無機充填剤、安定剤(酸化防止剤、熱安定剤、紫外線吸収剤、加水分解防止剤等)、防錆剤、増粘剤、可塑剤、帯電防止剤、滑剤、ブロッキング防止剤、着色剤、フィラー、結晶核剤、硬化反応を調整するための触媒が挙げられる。
本発明の接着剤は、被接着物同士の貼り合わせた後、20℃〜60℃の温度条件下にて硬化させることにより接着剤の硬化反応が進行し硬化物となる。接着剤の用途は、特定されるべきものではないが、複数のフィルム等の基材をラミネートして積層体とする際の接着剤として有用である。
<積層体>
本発明の積層体は、上述のラミネート接着剤からなる接着剤層が、少なくとも2つの基材の間に配置されたものであり、接着剤による優れたガスバリア性を示す。該積層体は、例えば、ラミネート接着剤を第1の基材に塗布し、必要に応じて乾燥工程を経た後に、第2の基材を貼り合わせ、両基材の間に位置する前記接着剤層を硬化して形成することができるが、この構成に限定されず、さらに接着剤層等を介して別の層が配置されていてもよい。
接着剤の乾燥後塗布量は任意であるが、接着強度とガスバリア性発現の観点から、無溶剤型接着剤の場合は、好ましくは1〜4g/m、より好ましくは1〜2g/mの範囲であり、溶剤型接着剤の場合は、好ましくは1〜6g/m、より好ましくは2〜4g/mの範囲である。また、積層体の厚みは、包装材としての強度や耐久性の観点から、好ましくは10μm以上である。
[基材]
基材は特に制限されず、包装体用途に一般的に使用される、プラスチックフィルム、紙、ガスバリア基材、シーラント等が挙げられ、2つの基材は同種であってもよく、異種であってもよい。
プラスチックフィルムとしては、例えば、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(PEN)、ポリ乳酸(PLA)等のポリエステル樹脂フィルム;ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)等のポリオレフィン樹脂フィルム;ポリスチレン樹脂フィルム;ナイロン6、ポリ−p−キシリレンアジパミド(MXD6ナイロン)等のポリアミド樹脂フィルム;ポリカーボネート樹脂フィルム;ポリアクリルニトリル樹脂フィルム;ポリイミド樹脂フィルム;これらの複層体(例えば、ナイロン6/MXD6/ナイロン6、ナイロン6/エチレン−ビニルアルコール共重合体/ナイロン6)や混合体等が用いられる。中でも、機械的強度や寸法安定性を有するものが好ましい。
プラスチックフィルムは、好ましくは5〜50μm、より好ましくは10〜30μmの厚さを有するものである。
紙としては、天然紙や合成紙等が挙げられる。
ガスバリア基材としては、アルミニウム箔の他、アルミニウム、シリカ、アルミナ等の蒸着層を有するプラスチックフィルムが好ましい。例えばアルミニウム箔の場合は、経済的な面から3〜50μmの範囲の厚みが好ましい。
シーラントとしては、例えば、低密度ポリエチレン(LDPE)、直鎖状低密度ポリエチレン(LLDPE)や高密度ポリエチレン(HDPE)等のポリエチレン、酸変性ポリエチレン、ポリプロピレン(PP)、酸変性ポリプロピレン、共重合ポリプロピレン、エチレン−ビニルアセテート共重合体、エチレン−(メタ)アクリル酸エステル共重合体、エチレン−(メタ)アクリル酸共重合体、アイオノマー等のポリオレフィン樹脂等が挙げられる。中でもレトルト時の耐熱性の観点から、ポリプロピレン系樹脂が好ましく、ヒートシール性の観点から未延伸ポリプロピレンが特に好ましい。
シーラントの厚みは特に限定されないが、包装体への加工性やヒートシール性等を考慮して10〜60μmの範囲が好ましく、15〜40μmの範囲がより好ましい。また、シーラントに高低差5〜20μmの凸凹を設けることで、シーラントに滑り性や包装体の引き裂き性を付与することが可能である。
また、各種シーラントはアルミニウム箔の他、アルミニウム、シリカ、アルミナ等の蒸着層を有していてもよい。
基材は、基材上に印刷層を有していてもよい。印刷層は、装飾、内容物の表示、賞味期間の表示、製造者、販売者などの表示、その他などの表示や美感の付与のために、文字、数字、絵柄、図形、記号、模様などの所望の任意の印刷模様を形成する層であり、ベタ印刷層も含む。印刷層は、従来公知の顔料や染料を用いて形成することができ、印刷層の形成方法は特に限定されない。
一般的には、印刷層は、顔料や染料等の着色剤を含む印刷インキを用いて形成される。印刷インキの塗工方法は特に限定されず、グラビアコート法、フレキソコート法、ロールコート法、バーコート法、ダイコート法、カーテンコート法、スピンコート法、インクジェット法等の方法により塗布することができる。これを放置するか、必要により送風、加熱、減圧乾燥、紫外線照射等を行うことにより印刷層を形成することができる。
印刷層は、好ましくは0.1〜10μm、より好ましくは1〜5μm、さらに好ましくは1〜3μmの厚さを有するものである。
積層体の構成は特に限定されないが、少なくとも1層以上のプラスチックフィルムやガスバリア基材と、シーラントとを積層した構成であることが好ましい。
具体的な積層体構成としては、レトルトパウチ等に好適に用いることが可能な、2軸延伸ポリプロピレン(OPP)/接着剤層/無延伸ポリプロピレン(CPP)、OPP/接着剤層/AL蒸着CPP、ナイロン(NY)/接着剤層/PE、NY/接着剤層/CPP、PET/接着剤層/NY/接着剤層/CPP、透明蒸着PET/接着剤層/NY/接着剤層/CPP、PET/接着剤層/AL/接着剤層/CPP、PET/接着剤層/AL/接着剤層/PE、PET/接着剤層/NY/接着剤層/AL/接着剤層/CPP、PET/接着剤層/AL/接着剤層/NY/接着剤層/CPP等が挙げられる。
これら積層体は、必要に応じて、プライマー層やトップコート層等を有していてもよい。
本発明の積層体は、良好なガスバリア性を有することから、食品包装用パウチの他、洗剤、薬剤等の詰め替え用パウチ等に好適に用いることができる。
以下、実施例及び比較例を挙げて本発明を更に具体的に説明する。実施例及び比較例中の「部」及び「%」は、特に断りの無い限り「質量部」及び「質量%」を意味する。
<酸価の測定>
酸価の測定は以下の手順で行った。まず、共栓三角フラスコ中に試料約1gを精密に量り採り、トルエン/エタノール(容量比:トルエン/エタノール=2/1)混合液100mlを加えて溶解し、フェノールフタレイン試液を指示薬として加え、30秒間保持した。その後、溶液が淡紅色を呈するまで0.1Nアルコール性水酸化カリウム溶液で滴定し、次式により酸価を求めた。
酸価(mgKOH/g)=(5.611×a×F)/S
S:試料の採取量(g)
a:0.1Nアルコール性水酸化カリウム溶液の消費量(ml)
F:0.1Nアルコール性水酸化カリウム溶液のファクター
<ポリエステルポリオール成分の製造>
(製造例1)ポリエステルポリオール(P−1)
四つ口セパラブルフラスコにイソフタル酸320部、アジピン酸31部、ジエチレングリコール212部、エチレングリコール23部、ネオペンチルグリコール13部を仕込み、220〜260℃でエステル化反応を行った。所定量の水の留出後、徐々に減圧し1mmHg以下で240〜260℃で5時間脱グリコール反応を行い、次いで不揮発分50%になるまで酢酸エチルで希釈することで、数平均分子量5,000、酸価0.3mgKOH/gのポリエステルポリオール(P−1)溶液を得た。
(製造例2)ポリエステルポリオール(P−2)
四つ口セパラブルフラスコにイソフタル酸161部、テレフタル酸161部、アジピン酸31部、ジエチレングリコール214部、エチレングリコール31部を仕込み、220〜260℃でエステル化反応を行った。所定量の水の留出後、徐々に減圧し1mmHg以下で240〜260℃で5時間脱グリコール反応を行い、次いで不揮発分50%になるまで酢酸エチルで希釈することで、数平均分子量6,000、酸価0.3mgKOH/gのポリエステルポリオール(P−2)溶液を得た。
(製造例3)ポリエステルポリオール(P−3)
四つ口セパラブルフラスコにイソフタル酸260部、アジピン酸98部、ジエチレングリコール193部、エチレングリコール48部を仕込み、220〜260℃でエステル化反応を行った。所定量の水の留出後、徐々に減圧し1mmHg以下で240〜260℃で5時間脱グリコール反応を行い、次いで不揮発分50%になるまで酢酸エチルで希釈することで、数平均分子量3,000、酸価0.3mgKOH/gのポリエステルポリオール(P−3)溶液を得た。
(製造例4)ポリエステルポリオール(P−4)
四つ口セパラブルフラスコにイソフタル酸279部、アジピン酸61部、ジエチレングリコール259部を仕込み、220〜260℃でエステル化反応を行った。所定量の水の留出後、徐々に減圧し1mmHg以下で240〜260℃で5時間脱グリコール反応を行い、次いで不揮発分50%になるまで酢酸エチルで希釈することで、数平均分子量5,000、酸価0.3mgKOH/gのポリエステルポリオール(P−4)溶液を得た。
(製造例5)ポリエステルポリオール(P−5)
四つ口セパラブルフラスコにイソフタル酸324部、アジピン酸32部、ジエチレングリコール133部、エチレングリコール31部、ネオペンチルグリコール79部を仕込み、220〜260℃でエステル化反応を行った。所定量の水の留出後、徐々に減圧し1mmHg以下で240〜260℃で5時間脱グリコール反応を行い、次いで不揮発分50%になるまで酢酸エチルで希釈することで、数平均分子量9,000、酸価0.3mgKOH/gのポリエステルポリオール(P−5)溶液を得た。
(製造例6)ポリエステルポリオール(P−6)
四つ口セパラブルフラスコにイソフタル酸144部、テレフタル酸144部、アジピン酸63部、ジエチレングリコール215部、エチレングリコール31部を仕込み、220〜260℃でエステル化反応を行った。所定量の水の留出後、徐々に減圧し1mmHg以下で240〜260℃で5時間脱グリコール反応を行い、次いで不揮発分50%になるまで酢酸エチルで希釈することで、数平均分子量5,000、酸価0.3mgKOH/gのポリエステルポリオール(P−6)溶液を得た。
(製造例7)ポリエステルポリオール(P−7)
四つ口セパラブルフラスコにイソフタル酸178部、アジピン酸156部、ジエチレングリコール265部を仕込み、220〜260℃でエステル化反応を行った。所定量の水の留出後、徐々に減圧し1mmHg以下で240〜260℃で5時間脱グリコール反応を行い、次いで不揮発分50%になるまで酢酸エチルで希釈することで、数平均分子量2,000、酸価0.3mgKOH/gのポリエステルポリオール(P−7)溶液を得た。
(比較製造例1)ポリエステルポリオール(P−8)
四つ口セパラブルフラスコにイソフタル酸356部、アジピン酸35部、ジエチレングリコール88部、エチレングリコール120部を仕込み、220〜260℃でエステル化反応を行った。所定量の水の留出後、徐々に減圧し1mmHg以下で240〜260℃で5時間脱グリコール反応を行い、次いで不揮発分50%になるまで酢酸エチルで希釈することで、数平均分子量6,000、酸価0.3mgKOH/gのポリエステルポリオール(P−8)溶液を得た。
(比較製造例2)ポリエステルポリオール(P−9)
四つ口セパラブルフラスコにイソフタル酸358部、ジエチレングリコール133部、エチレングリコール31部、ネオペンチルグリコール78部を仕込み、220〜260℃でエステル化反応を行った。所定量の水の留出後、徐々に減圧し1mmHg以下で240〜260℃で5時間脱グリコール反応を行い、次いで不揮発分50%になるまで酢酸エチルで希釈することで、数平均分子量6,000、酸価0.3mgKOH/gのポリエステルポリオール(P−9)溶液を得た。
(比較製造例3)ポリエステルポリオール(P−10)
四つ口セパラブルフラスコにイソフタル酸72部、テレフタル酸72部、アジピン酸190部、ジエチレングリコール267部を仕込み、220〜260℃でエステル化反応を行った。所定量の水の留出後、徐々に減圧し1mmHg以下で240〜260℃で5時間脱グリコール反応を行い、次いで不揮発分50%になるまで酢酸エチルで希釈することで、数平均分子量1,500、酸価0.3mgKOH/gのポリエステルポリオール(P−10)溶液を得た。
(比較製造例4)ポリエステルポリオール(P−11)
四つ口セパラブルフラスコにイソフタル酸300部、アジピン酸113部、エチレングリコール186部を仕込み、220〜260℃でエステル化反応を行った。所定量の水の留出後、徐々に減圧し1mmHg以下で240〜260℃で5時間脱グリコール反応を行い、次いで不揮発分50%になるまで酢酸エチルで希釈することで、数平均分子量5,000、酸価0.3mgKOH/gのポリエステルポリオール(P−11)溶液を得た。
(比較製造例5)ポリエステルポリオール(P−12)
四つ口セパラブルフラスコにイソフタル酸350部、アジピン酸34部、エチレングリコール101部、ネオペンチルグリコール113部を仕込み、220〜260℃でエステル化反応を行った。所定量の水の留出後、徐々に減圧し1mmHg以下で240〜260℃で5時間脱グリコール反応を行い、次いで不揮発分50%になるまで酢酸エチルで希釈することで、数平均分子量5,000、酸価0.3mgKOH/gのポリエステルポリオール(P−12)溶液を得た。
(比較製造例6)ポリエステルポリオール(P−13)
四つ口セパラブルフラスコにイソフタル酸386部、エチレングリコール100部、ネオペンチルグリコール112部を仕込み、220〜260℃でエステル化反応を行った。所定量の水の留出後、徐々に減圧し1mmHg以下で240〜260℃で5時間脱グリコール反応を行い、次いで不揮発分50%になるまで酢酸エチルで希釈することで、数平均分子量9,000、酸価0.3mgKOH/gのポリエステルポリオール(P−13)溶液を得た。
(比較製造例7)ポリエステルポリオール(P−14)
四つ口セパラブルフラスコに無水フタル酸206部、エチレングリコール150.6部、コハク酸60部を仕込み、220〜260℃でエステル化反応を行った。所定量の水の留出後、徐々に減圧し1mmHg以下で240〜260℃で5時間脱グリコール反応を行い、次いで不揮発分50%になるまで酢酸エチルで希釈することで、数平均分子量1,800、酸価0.9mgKOH/gのポリエステルポリオール(P−14)溶液を得た。
得られたポリエステルポリオールを表1に示す。表1中の多価カルボン酸及び多価アルコールの数値は、多価カルボン酸又は多価アルコール全量を基準とした場合の、各成分の含有量(モル%)を表す。
Figure 2021181513
<ラミネート接着剤の製造>
[実施例1〜10、比較例1〜8]
製造例1〜7及び比較製造例1〜7で得られたポリエステルポリオール溶液、ポリイソシアネート、単官能アルコール及びその他の成分を、表2に示す割合(質量比)で配合し、酢酸エチルを加えて不揮発分30%の接着剤溶液を調整した。
<ラミネート接着剤の評価>
得られた接着剤溶液を用いて積層体を作製し、以下の評価を行った。結果を表2に示す。
(積層体の作製)
ラミネーターを用いて、接着剤溶液を常温にてPETフィルム(東洋紡株式会社製:E5102、厚み12μm)に塗布し、溶剤を揮散させた後、塗布面をアルミ蒸着CPPフィルム(東レフィルム加工株式会社製:VMCPP2203、厚み25μm)のアルミ蒸着側と貼り合わせた。次いで、得られた積層体を40℃で3日間保温し、接着剤を硬化させて、PETフィルム/接着剤層/アルミ蒸着CPPフィルムの構成である積層体を得た。接着剤の塗布量は、3.5g/mとした。
(外観評価)
得られた積層体の外観を目視で観察し、下記基準で評価を行った。
◎:外観に気泡、濡れムラが全く確認されない(非常に良好)
○:外観に気泡は若干あるものの、濡れムラは確認されない(良好)
△:若干の気泡が確認される(使用可能)
×:多くの気泡が確認される(使用不可)
(ラミネート強度)
得られた積層体から、15mm×300mmの大きさの試験片を切り出し、引張り試験機を用い、温度20℃、相対湿度65%の条件下で、T型剥離により剥離速度30cm/分で、PETフィルム/アルミ蒸着CPPフィルム間のラミネート強度(N/15mm)を測定し、下記基準で評価した。
◎:ラミネート強度が1.0N/15mm以上(非常に良好)
○:ラミネート強度が0.8N/15mm以上、1.0N/15mm未満(良好)
△:ラミネート強度が0.5N/15mm以上、0.8N/15mm未満(使用可能)
×:ラミネート強度が0.5N/15mm未満(使用不可)
(ガスバリア性)
得られた積層体について、温度23℃、相対湿度0%RH条件の酸素透過度を測定し、以下の基準で評価した。酸素透過度の測定は、MOCON社製酸素透過率測定装置 OX−TRAN2/21を用い、JIS K 7126に準拠して、等圧法にて行った。
◎:酸素透過度が1.0cc/m・day・atm未満(非常に良好)
○:酸素透過度が1.0cc/m・day・atm以上、1.5cc/m・day・atm未満(良好)
△:酸素透過度が1.5cc/m・day・atm以上、2.0cc/m・day・atm未満(使用可能)
×:酸素透過度が2.0cc/m・day・atm以上(使用不可)
Figure 2021181513
表2中の略称を以下に示す。
2−エチルヘキサノール:分子量130.2
ベンジルアルコール:分子量108.1
CAT−RT1: 東洋モートン社製、脂環族ポリイソシアネート
CAT−RT8: 東洋モートン社製、芳香脂肪族ポリイソシアネート
CAT−10L: 東洋モートン社製、芳香族ポリイソシアネート
表2の結果によれば、ジエチレングリコールと、イソフタル酸及びテレフタル酸からなる群から選ばれる少なくとも1種とを、特定の配合比率で用い組み合わせたポリエステルポリオール成分を用いた実施例1〜12は、高いガスバリア性と優れた接着強度とを示した。特にジエチレングリコールを、多価アルコール全量を基準として60モル%以上含有する実施例1〜6、8〜10は良好なガスバリア性を示した。また、分子量150以下の単管能アルコールを含む実施例4及び実施例5は、含まない実施例3と比較して、ラミネート強度に優れていた。
一方、ジエチレングリコールと、イソフタル酸及びテレフタル酸からなる群から選ばれる少なくとも1種と、を特定の配合比率で用いていない比較例1〜8は、高いガスバリア性と優れた接着強度とを両立しなかった。

Claims (7)

  1. 多価アルコールと多価カルボン酸から構成されるポリエステルポリオール成分を含むポリオールと、ポリイソシアネートとを含むガスバリア性ラミネート接着剤であって、
    前記多価アルコールがジエチレングリコールを、多価アルコール全量を基準として50〜100モル%含み、
    前記多価カルボン酸が、イソフタル酸及びテレフタル酸からなる群から選ばれる少なくとも1種を、多価カルボン酸全量を基準として50〜90モル%含む、ガスバリア性ラミネート接着剤。
  2. 前記多価カルボン酸が、イソフタル酸及びテレフタル酸からなる群から選ばれる少なくとも1種を、多価カルボン酸全量を基準として70〜90モル%含む、請求項1に記載のガスバリア性ラミネート接着剤。
  3. 前記ポリエステルポリオール成分の数平均分子量が、1,000〜6,000である、請求項1又は2に記載のガスバリア性ラミネート接着剤。
  4. さらに、分子量150以下の単官能アルコールを、前記ポリエステルポリオール成分を基準として0.3〜2質量%含む、請求項1〜3いずれか1項に記載のガスバリア性ラミネート接着剤。
  5. 請求項1〜4いずれか1項に記載のガスバリア性ラミネート接着剤からなる接着剤層が、少なくとも2つの基材の間に配置された積層体。
  6. 金属蒸着層、金属酸化物蒸着層、及びアルミニウム箔層からなる群から選ばれる少なくとも1種のバリア層を有し、前記バリア層に接して、前記接着剤層が設けられている、請求項5に記載の積層体。
  7. 請求項5又は6に記載の積層体を用いた包装体。
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