JP2022007785A - 樹脂組成物、その製造方法、成形体及び積層体 - Google Patents
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Abstract
Description
[1]エチレン-ビニルアルコール共重合体(A)、アルミニウムイオン(B)及び非イオン界面活性剤(N)を含有する樹脂組成物であって、エチレン-ビニルアルコール共重合体(A)の少なくとも一部が、重合体末端に位置するカルボン酸類単位(I)及びラクトン環単位(II)の少なくとも一方を有し、エチレン-ビニルアルコール共重合体(A)1gあたりのカルボン酸類単位(I)及びラクトン環単位(II)の合計含有量(i+ii)が14μmol/g以上78μmol/g以下であり、エチレン-ビニルアルコール共重合体(A)1gあたりのアルミニウムイオン(B)の含有量(b)が0.002μmol/g以上0.17μmol/g以下であり、非イオン界面活性剤(N)のエチレン-ビニルアルコール共重合体(A)に対する含有量(n)が0.1ppm以上1,000ppm以下である、樹脂組成物;
[2]カルボン酸類単位(I)及びラクトン環単位(II)の合計含有量(i+ii)とアルミニウムイオン(B)の含有量(b)との比率((i+ii)/b)が、180以上20,000以下である、[1]の樹脂組成物;
[3]アルミニウムイオン(B)が炭素数5以下の脂肪酸アルミニウム塩に由来する、[1]又は[2]の樹脂組成物;
[4]桂皮酸類及び分子量1,000以下の共役ポリエン化合物からなる群より選ばれる少なくとも一種の化合物(C)をさらに含有し、化合物(C)のエチレン-ビニルアルコール共重合体(A)に対する含有量(c)が1ppm以上1,000ppm以下である、[1]~[3]のいずれかの樹脂組成物;
[5]カルボン酸類単位(I)及びラクトン環単位(II)の合計含有量(i+ii)に対するラクトン環単位(II)の含有量(ii)の比率(ii/(i+ii))が40mol%以上である、[1]~[4]のいずれかの樹脂組成物;
[6]非イオン界面活性剤(N)が、エーテル型、アミノエーテル型、エステル型、エステル・エーテル型及びアミド型からなる群から選択される少なくとも一種である、[1]~[5]のいずれかの樹脂組成物;
[7]非イオン界面活性剤(N)が、ポリオキシアルキレンアルキルエーテル、ポリオキシアルキレンアルケニルエーテル、ポリオキシエチレンスチレン化フェニルエーテル、ポリオキシアルキレンアルキルアミン、ポリオキシアルキレンアルケニルアミン、ポリオキシアルキレンアルキルエステル、ポリオキシアルキレンアルケニルエステル、ソルビタンアルキルエステル、ソルビタンアルケニルエステル、ポリオキシエチレンソルビタンアルキルエステル、ポリオキシエチレンソルビタンアルケニルエステル、グリセロールアルキルエステル、グリセロールアルケニルエステル、ポリグリセリンアルキルエステル、ポリグリセリンアルケニルエステル及び高級脂肪酸アミドからなる群から選択される少なくとも一種である、[1]~[6]のいずれかの樹脂組成物;
[8]さらに、酸化防止剤、紫外線吸収剤、可塑剤、帯電防止剤、滑剤及び充填剤からなる群から選択される少なくとも1種の添加剤を0.005質量%以上50質量%以下含有する、[1]~[7]のいずれかの樹脂組成物;
[9][1]~[8]のいずれかの樹脂組成物から成形される成形体;
[10][1]~[8]のいずれかの樹脂組成物からなる層と、少なくとも1つの他の層とを有する積層体;
[11]エチレン-ビニルアルコール共重合体(A)、非イオン界面活性剤(N)及び水を含む混合物を溶融混練する工程を備える、[1]~[8]のいずれか樹脂組成物の製造方法;
[12]上記混合物における、エチレン-ビニルアルコール共重合体(A)100質量部に対する水の含有量が0.1質量部以上50質量部以下である、[11]の樹脂組成物の製造方法;
[13]非イオン界面活性剤(N)を含む水溶液又は水分散体をエチレン-ビニルアルコール共重合体(A)に添加することにより上記混合物を得る工程をさらに備える、[11]又は[12]の樹脂組成物の製造方法;
のいずれかを提供することで達成される。
本発明の樹脂組成物は、エチレン-ビニルアルコール共重合体(A)(以下、「EVOH(A)」と称することがある。)、アルミニウムイオン(B)及び非イオン界面活性剤(N)を含有する。EVOH(A)の少なくとも一部は、重合体末端に位置するカルボン酸類単位(I)及びラクトン環単位(II)の少なくとも一方を有する。EVOH(A)1gあたりのカルボン酸類単位(I)及びラクトン環単位(II)の合計含有量(i+ii)は14μmol/g以上78μmol/g以下である。EVOH(A)1gあたりのアルミニウムイオン(B)の含有量(b)は0.002μmol/g以上0.17μmol/g以下である。非イオン界面活性剤(N)のエチレン-ビニルアルコール共重合体(A)に対する含有量(n)は0.1ppm以上1,000ppm以下である。
EVOH(A)は、エチレン単位とビニルアルコ-ル単位とを有する共重合体である。EVOH(A)は、通常、エチレン-ビニルエステル共重合体のケン化反応で得られる。従って、EVOH(A)は、残存するビニルエステル単位をさらに有していてよい。すなわち、EVOH(A)は、エチレン単位とビニルアルコール単位とを有し、任意の単量体単位としてのビニルエステル単位をさらに有する又は有さない共重合体である。エチレン-ビニルエステル共重合体の製造及びケン化は公知の方法により行うことができる。ビニルエステルとしては酢酸ビニルが代表的であるが、ギ酸ビニル、プロピオン酸ビニル、バレリン酸ビニル、カプリン酸ビニル、ラウリン酸ビニル、ステアリン酸ビニル、ピバリン酸ビニル及びバーサティック酸ビニル等のその他の脂肪酸ビニルエステルであってもよい。
本発明の樹脂組成物に含有されるアルミニウムイオン(B)は、アニオンから解離した状態で存在していてもよく、アニオンと結合した塩の状態で存在していてもよい。また、EVOH(A)やその他の任意成分が有する基等(例えば、カルボキシ基、水酸基等)に配位した状態で存在していてもよい。
なお、本明細書において、「ppm」は質量基準の含有量(含有比率)を示す。
本発明の樹脂組成物は、化合物(C)をさらに含有することが好ましい。化合物(C)は、桂皮酸類及び共役ポリエン化合物からなる群より選ばれる少なくとも一種である。該樹脂組成物がこのよう化合物(C)をさらに含有することで、ブツの発生抑制、耐熱耐光性及びマイクロプラスチック化耐性をより改善できる。この理由は定かではないが、アルミニウムイオン(B)がさらに化合物(C)とも相互作用することにより、耐熱性や耐光性が向上すること等が推測される。
イソプレン、2,3-ジメチル-1,3-ブタジエン、2,3-ジエチル-1,3-ブタジエン、2-t-ブチル-1,3-ブタジエン、1,3-ペンタジエン、2,3-ジメチル-1,3-ペンタジエン、2,4-ジメチル-1,3-ペンタジエン、3,4-ジメチル-1,3-ペンタジエン、3-エチル-1,3-ペンタジエン、2-メチル-1,3-ペンタジエン、3-メチル-1,3-ペンタジエン、4-メチル-1,3-ペンタジエン、1,3-ヘキサジエン、2,4-ヘキサジエン、2,5-ジメチル-2,4-ヘキサジエン、1,3-オクタジエン、1,3-シクロペンタジエン、1,3-シクロヘキサジエン、1-フェニル-1,3-ブタジエン、1,4-ジフェニル-1,3-ブタジエン、1-メトキシ-1,3-ブタジエン、2-メトキシ-1,3-ブタジエン、1-エトキシ-1,3-ブタジエン、2-エトキシ-1,3-ブタジエン、2-ニトロ-1,3-ブタジエン、クロロプレン、1-クロロ-1,3-ブタジエン、1-ブロモ-1,3-ブタジエン、2-ブロモ-1,3-ブタジエン、オシメン、フェランドレン、ミルセン、ファルネセン、ソルビン酸、ソルビン酸エステル、ソルビン酸塩等の共役ジエン化合物;
1,3,5-ヘキサトリエン、2,4,6-オクタトリエン-1-カルボン酸、エレオステアリン酸、桐油、コレカルシフェロール、フルベン、トロポン等の共役トリエン化合物;
シクロオクタテトラエン、2,4,6,8-デカテトラエン-1-カルボン酸、レチノール、レチノイン酸等の共役ポリエン化合物等が挙げられる。
本発明の樹脂組成物は、上記のようにEVOH(A)に対して0.1ppm以上1,000ppm以下の非イオン界面活性剤(N)を含有することによって、溶融成形する際の樹脂の吐出量を増加させることができ、且つ得られる成形体の着色を抑制することができる。非イオン界面活性剤(N)の含有量(n)が0.1ppm未満の場合には、上記樹脂組成物の吐出量が増加する効果が十分得られず、着色を抑制する効果も十分得られない。上記含有量(n)は0.5ppm以上が好ましく、1ppm以上がより好ましい。一方、上記含有量(n)が1,000ppmを超える場合、経済的に不利であるうえに、樹脂がすべることで押出機への樹脂の供給が不十分となり、上記樹脂組成物の吐出量も低下することに加え、押出機内での上記樹脂組成物の滞留時間が長くなり樹脂及び得られる成形体が黄変する傾向にある。また、上記含有量(n)が1,000ppmを超える場合、得られた積層体の層間接着性が低下する傾向にある。上記含有量(n)は、400ppm以下が好ましく、300ppm以下がより好ましく、150ppm以下がさらに好ましい。
エーテル型の非イオン界面活性剤としては、ポリオキシアルキレンアルキルエーテル、ポリオキシアルキレンアルケニルエーテル、及びポリオキシエチレンスチレン化フェニルエーテルが好ましい。
R-O-(AO)nH ・・・(i)
アミノエーテル型の非イオン界面活性剤としては、ポリオキシアルキレンアルキルアミン、ポリオキシアルキレンアルケニルアミン等が好ましい。ポリオキシアルキレンアルキルアミンとしては、ココアルキルアミン-酸化エチレン付加物、ポリオキシエチレンステアリルアミン、ポリオキシエチレンラウリルアミン、ポリオキシエチレンポリオキシプロピレンラウリルアミン、ポリオキシエチレンステアリルアミン等が好適である。ポリオキシアルキレンアルケニルアミンとしては、ポリオキシエチレンオレイルアミン等が好適である。前記ポリオキシアルキレンアルキルアミンのエチレンオキサイド付加数は1~40モルであることが好適である。
エステル型の非イオン界面活性剤としては、ポリオキシアルキレンアルキルエステル、ポリオキシアルキレンアルケニルエステル、ソルビタンアルキルエステル、ソルビタンアルケニルエステル、ポリオキシエチレンソルビタンアルキルエステル、ポリオキシエチレンソルビタンアルキレンエステル、グリセロールアルキルエステル、グリセロールアルケニルエステル、ポリグリセリンアルキルエステル、ポリグリセリンアルケニルエステル等が好適である。
R-COO(AO)nH ・・・(ii)
エステル・エーテル型の非イオン界面活性剤としては、ポリオキシエチレンソルビタンアルキルエステル、ポリオキシエチレンソルビタンアルケニルエステル等が挙げられる。
アミド型の非イオン界面活性剤としては、高級脂肪酸アミドが好ましく、高級脂肪酸アルカノールアミドがより好ましい。
本発明の樹脂組成物は、本発明の効果を阻害しない範囲であれば、EVOH(A)、アルミニウムイオン(B)、化合物(C)及び非イオン界面活性剤(N)以外の他の成分を含有していてもよい。当該樹脂組成物中の上記他の成分の含有量は0.005質量%以上50質量%以下が好ましい。当該含有量は、20質量%以下がより好ましく、10質量%以下がさらに好ましく、5質量%以下が特に好ましく、1質量%以下が最も好ましい。ここで、2種以上の成分が用いられる場合には、合計含有量が前記範囲であればよい。
カルボン酸:シュウ酸、コハク酸、安息香酸、クエン酸、酢酸、乳酸等
リン酸化合物:リン酸、亜リン酸等の各種の酸やその塩等
ホウ素化合物:ホウ酸、ホウ酸エステル、ホウ酸塩、水素化ホウ素等
本発明の樹脂組成物の温度210℃、荷重2,160gにおけるメルトフローレートの下限としては、1.0g/10分が好ましく、2.0g/10分がより好ましい。一方、このメルトフローレートの上限としては、30g/10分が好ましく、20g/10分がより好ましく、10g/10分がさらに好ましい。本発明の樹脂組成物のメルトフローレートが上記範囲内であると、溶融成形性や加工性等が良好となる。
本発明の樹脂組成物の製造方法としては、EVOH(A)とアルミニウムイオン(B)とを含む樹脂組成物を製造した後、この樹脂組成物と非イオン界面活性剤(N)とを混合する方法、EVOH(A)、アルミニウムイオン(B)及び非イオン界面活性剤(N)を一括して混合する方法などが挙げられる。
本発明の樹脂組成物は、溶融成形等により、フィルム、シート、チューブ、袋、容器等の成形体に成形できる。すなわち、本発明の成形体は、本発明の樹脂組成物から成形される成形体である。本発明の成形体は、本発明の樹脂組成物のみから形成されていてもよく、他の材料から形成された部分を有していてもよい。例えば後述する積層体(多層構造体)も、成形体の一形態である。
本発明の積層体は、本発明の樹脂組成物からなる層を少なくとも一層有する。該積層体は、通常、本発明の樹脂組成物からなる層と、他の成分からなる層とを有する。本発明の積層体の層数の下限は例えば2であり、3であってよく、4であってよい。この層数の上限は例えば1,000であり、100であってよく、20であってもよい。
装置名:日本電子製 超伝導核磁気共鳴装置ECZ-600
観測周波数:600MHz(1H)
(1)溶媒:重ジメチルスルホキシド(DMSO-d6) ポリマー濃度:5質量% 測定温度:25℃、80℃
フリップ角:30°積算回数:256s
内部標準物質:テトラメチルシラン(TMS)
(2)溶媒:重水(D2O)+重メタノール(MeOD)(質量比4/6) ポリマー濃度:5質量% 測定温度:80℃
フリップ角:30°積算回数:1024s
内部標準物質:テトラメチルシラン(TMS)
EVOHのエチレン単位含有量(Et Cont.)、ケン化度(SP)、末端カルボン酸類単位含有量(α)及び末端ラクトン環単位含有量(β)は1H-NMR測定(DMSO-d6溶媒:25℃、80℃での測定結果、D2O+MeOD溶媒での測定結果)を用いて下記式により算出した。なお、化学シフト値はTMSのピーク0ppmを基準とした。また、式中、VAc、VAl及びEtはそれぞれ酢酸ビニル単位、ビニルアルコール単位及びエチレン単位を表す。
I1、I3:0.4~2.35ppmのメチレン水素の積分値(I1:DMSO-d625℃での測定値、I3:DMSO-d680℃での測定値)
I9::0.4~2.8ppmのメチレン水素の積分値(D2O+MeOD溶媒での測定値)
I2:3.4~4.0ppmのビニルアルコール単位のメチン水素(同単位の両隣がビニルアルコールのメチン水素)の積分値(DMSO-d625℃での測定値)
I4:3.15~3.45ppmのビニルアルコール単位のメチン水素(同単位の両隣がビニルアルコールのメチン水素)の積分値(DMSO-d680℃での測定値)
I5:酢酸ビニル単位中の末端メチル基の水素に由来の積分値(DMSO-d680℃での測定値)
I6:1.8~1.85付近の積分値(DMSO-d680℃での測定値)
I7:EVOHの重合体末端に存在する-CH(OH)CH3基におけるメチル基の水素に由来の積分値(DMSO-d680℃での測定値)
I8:EVOHの重合体末端に存在する-CH2CH3基におけるメチル基の水素に由来の積分値(DMSO-d680℃での測定値)
I10:0.8~0.95付近の積分値(D2O+MeOD溶媒での測定値)
I11:末端ラクトン環単位のカルボニル基に隣接するCH2単位の水素に由来の積分値(D2O+MeOD溶媒での測定値)
I12:末端カルボン酸類単位の直鎖COOH基に由来の積分値(D2O+MeOD溶媒での測定値)
I13、I14:末端カルボン酸類単位のカルボン酸塩に由来の積分値(D2O+MeOD溶媒での測定値)
なお、求めたエチレン単位含有量(Et Cont.)、末端カルボン酸類単位含有量(α)及び末端ラクトン環単位含有量(β)は、いずれもエチレン単位、ビニルエステル単位及びビニルアルコール単位の合計量(mol)に対する各単位の量(mol)の百分率(mol%)である。但し、エチレン単位、ビニルエステル単位及びビニルアルコール単位以外の単位の含有量は、これらの単位に比べて極めて微量である。従って、求めたエチレン単位含有量(Et Cont.)、末端カルボン酸類単位含有量(α)及び末端ラクトン環単位含有量(β)は、いずれも全構造単位の合計量(mol)に対する各単位の量(mol)の百分率(mol%)と実質的に等しい。
各参考例及び参考比較例で得られた乾燥樹脂組成物ペレットを、メルトインデクサーL244(宝工業株式会社製)の内径9.55mm、長さ162mmのシリンダーに充填し、210℃で溶融した後、溶融した樹脂組成物に対して、質量2,160g、直径9.48mmのプランジャーを使用して均等に荷重をかけた。シリンダーの中央に設けた径2.1mmのオリフィスより単位時間当たりに押出される樹脂組成物量(g/10分)を測定し、これをMFRとした。
各参考例及び参考比較例で得られた乾燥樹脂組成物ペレット0.5gをテフロン(登録商標)製圧力容器に入れ、ここに濃硝酸5mLを加えて室温で30分間分解させた。30分後に蓋をし、湿式分解装置(株式会社アクタック製「MWS-2」)を用いて150℃で10分間、次いで180℃で5分間加熱することで分解させ、その後室温まで冷却した。この処理液を50mLのメスフラスコ(TPX(登録商標)製)に移し純水でメスアップした。この溶液について、ICP発光分光分析装置(パーキンエルマー社製「OPTIMA4300DV」)で含有金属の分析を行い、ナトリウムイオン(ナトリウム元素)、リン酸の含有量に関してはリン酸根換算値として、ホウ酸の含有量についてはホウ素元素換算値として算出した。なお、定量に際しては、それぞれ市販の標準液を使用して作成した検量線を用いた。
各参考例及び参考比較例で得られた乾燥樹脂組成物ペレット20gをイオン交換水100mlに投入し、95℃で6時間加熱抽出した。フェノールフタレインを指示薬として、1/50規定のNaOHで抽出液を中和滴定し、酢酸含有量を定量した。
各参考例及び参考比較例で得られた乾燥樹脂組成物ペレットを凍結粉砕後、呼び寸法0.150mm(100メッシュ)のふるい(JIS規格Z8801-1~3準拠)によって粗大粒子を除去して得た粉砕物22gをソックスレー抽出器に充填し、クロロホルム100mLを用いて16時間抽出処理した。得られたクロロホルム抽出液中のソルビン酸の量を高速液体クロマトグラフィーにて定量分析して、樹脂組成物中のソルビン酸の含有量を定量した。なお、定量に際しては、ソルビン酸の標品を用いて作成した検量線を使用した。
各参考例及び参考比較例で得られた乾燥樹脂組成物ペレットを凍結粉砕後、呼び寸法0.150mm(100メッシュ)のふるい(JIS規格Z8801-1~3準拠)によって粗大粒子を除去して得た粉砕物22gをソックスレー抽出器に充填し、アセトン100mLを用いて16時間抽出処理した。得られたアセトン抽出液中の桂皮酸の量を高速液体クロマトグラフィーにて定量分析して、樹脂組成物中の桂皮酸の含有量を定量した。なお、定量に際しては、桂皮酸の標品を用いて作成した検量線を使用した。
各参考例及び参考比較例で得られた乾燥樹脂組成物ペレット15gを白金るつぼに量り取り、硝酸と硫酸とを用いて乾式分解を行った。灰化した試料に塩酸2mLを加え、50mL容ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)製メスフラスコに定容し、孔径0.45μmのPTFEフィルターでろ過して試料溶液を調製した。該溶液を用いて、高周波プラズマ発光分析(ジャーレルアッシュ製ICP発光分光分析装置「IRIS AP」)により樹脂組成物中のアルミニウムイオン含有量を測定した。
ジャケット、撹拌機、窒素導入口、エチレン導入口及び開始剤添加口を備えた200L加圧反応槽に、酢酸ビニル(以下、VAcと称することがある)を75.0kg、メタノール(以下、MeOHと称することがある。)を7.2kg仕込み、30分間窒素バブリングして反応槽内を窒素置換した。次いで、反応槽内の温度を65℃に調整した後、反応槽圧力(エチレン圧力)が4.13MPaとなるようにエチレンを導入し、開始剤として9.4gの2,2’-アゾビス(2,4-ジメチルバレロニトリル)(富士フィルム和光純薬工業株式会社製「V-65」)を添加し、重合を開始した。重合中はエチレン圧力を4.13MPaに、重合温度を65℃に維持した。4時間後にVAcの転化率(VAc基準の重合率)が49.7%となったところで冷却するとともに、酢酸銅0.2gを20kgのメタノールに溶解させた物を容器内に投入して重合を停止した。反応槽を開放して脱エチレンした後、窒素ガスをバブリングして脱エチレンを完全に行った。次いで重合液を容器から抜き取り、20LのMeOHで希釈した。この液を塔型容器の塔頂よりフィードし、塔底よりMeOHの蒸気をフィードして、重合液内に残る未反応モノマーをMeOH蒸気と共に除去して、エチレン-酢酸ビニル共重合体(以下、EVAcと称することがある。)のMeOH溶液を得た。
次いで、ジャケット、撹拌機、窒素導入口、還流冷却器及び溶液添加口を備えた300L反応槽にEVAcの20質量%MeOH溶液150kgを仕込んだ。この溶液に窒素ガスを吹き込みながら60℃に昇温し、水酸化ナトリウムの濃度が2規定のMeOH溶液を450mL/分の速度で2時間添加した。水酸化ナトリウムMeOH溶液の添加を終えた後、系内の温度を60℃に保ち、反応槽外にMeOH及びケン化反応で生成した酢酸メチルを流出させながら、2時間撹拌してケン化反応を進行させた。その後酢酸を8.7kg添加してケン化反応を停止した。
その後、80℃で加熱攪拌しながら、イオン交換水120Lを添加し、反応槽外にMeOHを流出させ、EVOHを析出させた。デカンテーションで析出したEVOHを収集し、粉砕機で粉砕した。得られたEVOH粉末を1g/Lの酢酸水溶液(浴比20:粉末1kgに対して水溶液20Lの割合)に投入して2時間攪拌洗浄した。これを脱液し、さらに1g/Lの酢酸水溶液(浴比20)に投入して2時間攪拌洗浄した。これを脱液したものを、イオン交換水(浴比20)に投入して攪拌洗浄を2時間行い脱液する操作を3回繰り返して精製を行った。洗浄液の電気伝導度は、3μS/cm(東亜電波工業株式会社の「CM-30ET」で測定)であった。次いで、酢酸0.5g/L及び酢酸ナトリウム0.1g/Lを含有する水溶液250Lに4時間攪拌浸漬してから脱液し、これを60℃で16時間乾燥させることでEVOHの粗乾燥物を16.1kg得た。上記操作を再度行い、EVOHの粗乾燥物を15.9kg得ることで、合計32.0kgのEVOH(EVOH-A)の粗乾燥物を得た。
[参考例1~6及び参考比較例1~3]
ジャケット、撹拌機及び還流冷却器を備えた60L撹拌槽に、合成例1で得たEVOH(EVOH-A)の粗乾燥物2kg、水0.8kg及びMeOH2.2kgを仕込み、60℃で5時間攪拌し完全に溶解させた。得られた溶液に酢酸アルミニウムを添加し、さらに1時間攪拌して酢酸アルミニウムを完全に溶解させ、樹脂組成物溶液を得た。なお、参考比較例3では酢酸アルミニウムは添加せずに樹脂組成物溶液を得た。この溶液を径4mmの金板を通して-5℃に冷却した水/MeOH=90/10の混合液中に押し出してストランド状に析出させ、このストランドをストランドカッターでペレット状にカットすることでEVOHの含水ペレットを得た。得られたEVOHの含水ペレットの含水率をメトラー社製ハロゲン水分計「HR73」で測定したところ、52質量%であった。得られたEVOHの含水ペレットを1g/Lの酢酸水溶液(浴比20)に投入して2時間撹拌洗浄した。これを脱液し、さらに1g/Lの酢酸水溶液(浴比20)に投入して2時間撹拌洗浄した。脱液後、酢酸水溶液を更新し同様の操作を行った。酢酸水溶液で洗浄してから脱液したものを、イオン交換水(浴比20)に投入して撹拌洗浄を2時間行い脱液する操作を3回繰り返して、洗浄液の電気伝導度が、3μS/cm(東亜電波工業株式会社の「CM-30ET」で測定)まで精製を行い、ケン化反応時の触媒残渣が除去された、EVOHの含水ペレットを得た。
該含水ペレットを酢酸ナトリウム濃度0.510g/L、酢酸濃度0.8g/L、及びリン酸濃度0.04g/Lである水溶液(浴比20)に投入し、定期的に撹拌しながら4時間浸漬させ化学処理を行った。このペレットを脱液し、酸素濃度1体積%以下の窒素気流下80℃で3時間、及び105℃で16時間乾燥させることで、EVOH-A、酢酸、ナトリウムイオン(ナトリウム塩)、リン酸及びアルミニウムイオン(アルミニウム塩)を含有した円柱状の平均直径2.8mm、平均長さ3.2mmの乾燥樹脂組成物ペレットを得た。なお、各参考例及び参考比較例においてアルミニウムイオン含有量は、酢酸アルミニウムの添加量を調節することで、表3に記載の通りとなるように調整した。得られた乾燥樹脂組成物ペレット中のEVOH-Aのエチレン含有量、ケン化度、末端ラクトン環単位含有量、末端カルボン酸類単位含有量、末端カルボン酸類単位及び末端ラクトン環単位の合計含有量、ラクトン環単位比率、MFR及びホウ酸含有量は、アルミニウムイオン含有量が0.3ppmの乾燥樹脂組成物ペレットを試料として、上記定量方法を用いて定量した(以下、同様である。)。エチレン含有量、ケン化度、末端ラクトン環単位含有量、末端カルボン酸類単位含有量、末端カルボン酸類単位及び末端ラクトン環単位の合計含有量、ラクトン環単位比率、MFR及びホウ酸含有量を表2に示す。また、いずれの乾燥樹脂組成物ペレットでも、ナトリウムイオン含有量は90~110ppmであり、リン酸含有量はリン酸根換算値で35~45ppm、酢酸含有量は190~210ppmであった。また、図1に、溶媒DMSO-d6、測定温度25℃の条件で測定したEVOH-Aの1H-NMRスペクトルを示す。図2に、溶媒DMSO-d6、測定温度80℃の条件で測定したEVOH-Aの1H-NMRスペクトルを示す。図3に、溶媒D2O+MeOD、測定温度:80℃の条件で測定したEVOH-Aの1H-NMRスペクトルを示す。
EVOHの重合に用いる原料の添加量、重合条件、ケン化処理における仕込み量、及び2規定の水酸化ナトリウムMeOH溶液の添加速度を表1に示す通りとし、合成を1回のみとした以外は合成例1と同様にして各EVOH(EVOH-B~EVOH-K)の粗乾燥物10.1~11.5kgを得た。
[参考例7~27、34及び参考比較例4~23]
上記合成例2~11で得られた各EVOH(EVOH-B~EVOH-K)の粗乾燥物を用い、化学処理における水溶液に含まれる各成分を表1に示す通りとした以外は、参考例1と同様にして各乾燥樹脂組成物ペレットを得た。また、参考例1等と同様に、アルミニウムイオン含有量は、酢酸アルミニウムの添加量を調節することで、表3~12、14に記載の通りになるように調整した。各種測定も参考例1と同様に上記定量方法を用いて定量した。エチレン含有量、ケン化度、末端ラクトン環単位含有量、末端カルボン酸類単位含有量、末端カルボン酸類単位及び末端ラクトン環単位の合計含有量、ラクトン環単位比率、MFR及びホウ酸含有量を表2に示す。また、いずれの乾燥樹脂組成物ペレットでもナトリウムイオン含有量は90~110ppmであり、リン酸含有量はリン酸根換算値で35~45ppm、酢酸含有量は190~210ppmであった。
[参考例28~33及び参考比較例24]
上記合成例1で得たEVOH(EVOH-A)の粗乾燥物2kg、水0.8kg及びMeOH2.2kgを仕込み、60℃で5時間攪拌し完全に溶解させた。得られた溶液に酢酸アルミニウム、ソルビン酸又は桂皮酸を添加し、さらに1時間攪拌して酢酸アルミニウム、及びソルビン酸又は桂皮酸を完全に溶解させ、樹脂組成物溶液を得た。なお、参考比較例24では、酢酸アルミニウムは添加せずソルビン酸のみ添加して樹脂組成物溶液を得た。この後の処理は参考例1と同様にして各乾燥樹脂組成物ペレットを得た。アルミニウムイオンは酢酸アルミニウムの添加量を調節することで、ソルビン酸又は桂皮酸の含有量はこれらの添加量を調節することで、表13に記載の通りとなるように乾燥樹脂組成物ペレットを得た。各種測定も参考例1と同様に上記定量方法を用いて定量した。いずれの乾燥樹脂組成物ペレットでもナトリウムイオン含有量は90~110ppmであり、リン酸含有量はリン酸根換算値で35~45ppm、酢酸含有量は190~210ppmであった。
[実施例1]
参考例2で得られたEVOH-Aを含む樹脂組成物ペレット、及び非イオン界面活性剤(N)としてポリオキシエチレン(7)ステアリルエーテル(非イオン界面活性剤(N)の化合物名中の括弧内の数字は、ポリオキシエチレン単位の縮合度を表す。以下同様である。)が分散した水分散液(非イオン界面活性剤の含有量:10.0g/L)を準備した。100質量部の上記樹脂組成物ペレットと1質量部の上記水分散液とをブレンドした。得られた混合物を以下の条件で溶融混練した後、ペレット化してさらに乾燥させることにより、樹脂組成物ペレットを得た。
装置:25mmφ二軸押出機(東洋精機製作所製の「ラボプラストミル4C150」)
L/D:25
スクリュー:同方向完全噛合型
ダイスホール数:2ホール(3mmφ)
押出温度:C1=200℃、C2からC5=220℃、ダイ=220℃
乾燥:真空乾燥90℃/20hr
得られた樹脂組成物ペレット10gを1,1,1,3,3,3-ヘキサフルオロ-2-プロパノールに溶解した後、当該溶液をメタノールに滴下した。この液体をフィルターでろ過して析出物を除去した後に濃縮した。得られた濃縮液をWaters社の「UPLC H-Class」を用いて測定することにより、樹脂組成物ペレット中の非イオン界面活性剤(N)の含有量を算出した。なお、定量に際しては各非イオン界面活性剤を用いて作成した検量線を用いた。測定された含有量を表15に示す。
参考例2、17、20及び参考比較例1、2で得られたEVOH-A、EVOH-E、又はEVOH-Fを含む樹脂組成物ペレットを用い、表15に示すように、EVOH(A)の種類、並びに非イオン界面活性剤(N)の種類及び含有量を変更したこと以外は、実施例1と同様にして樹脂組成物のペレットを作製した。いずれも非イオン界面活性剤(N)は市販品を用いた。なお、比較例3は、非イオン界面活性剤(N)をブレンドさせることなく再度溶融混練を行い、樹脂組成物ペレットを得た。
<単層フィルム作製条件>
参考例1~34、参考比較例1~24、実施例1~10及び比較例1~4で得られた各樹脂組成物ペレットを下記条件で製膜し、厚さ20μmの単層フィルムを得た。
・装置:20mmφ単軸押出機(D2020、東洋精機製作所社製)
・L/D:20
・スクリュー:フルフライト
・ダイス幅:30cm
・引取りロール温度:80℃
・スクリュー回転数:40rpm
・引取りロール速度:3.0~3.5m/分
・設定温度:C1/C2/C3/D=180℃/210℃/210℃/210℃
運転開始50時間後に作製された単層フィルムのゲル状ブツ(肉眼で確認できる150μm以上のもの)の個数を数え、1.0m2あたりに換算した。1.0m2あたりのブツの個数によって以下のように判定した。評価結果を表3~14、16に示す。
A:20個未満
B:20個以上40個未満
C:40個以上100個未満
D:100個以上
評価結果がA~Bの場合はブツの発生が十分に抑制されており、問題が発生しないレベルである。評価結果がCの場合もブツの発生は抑制されており、用途等によってはブツが問題となることもあるが、使用可能なレベルである。評価結果がDの場合、ブツが多量にあり使用できないレベルである。
得られた単層フィルムをTD方向150mm、MD方向70mmのサイズにカットし、同じサイズで厚さ0.3mmのPTFE製のシートに張り付け、幅135mm高さ55mmの開口部を持つサンプルホルダーにセットした。スガ試験機株式会社製スーパーキセノンウェザーメーターSX75を用いて、放射照度150W/m2、ブラックパネル温度83℃、槽内湿度50%RHの条件で48時間紫外線を連続して照射した。照射後、フィルム周囲の未照射部分を切り落とし、幅135mm高さ55mmの耐熱耐光性試験のフィルムサンプルを得た。
得られた単層フィルムをTD方向150mm、MD方向70mmのサイズにカットしたフィルムサンプルに予め15mm間隔の切り込みをカミソリ刃で入れ、該フィルムサンプルに上記耐熱耐光性試験と同様に紫外線を照射した。紫外線照射後のサンプルを幅15mm、長さ50mmに切断し、引張試験用のサンプルを作製し、温度23℃、湿度50%RHで該サンプルを5日間調湿した。調湿後のサンプルを引張試験機(島津製作所製「AUTOGRAPH AGS-H」)にて、チャック間距離30mm、引張速度500mm/minでMD方向に引張試験をN=5で行い、破断伸度を測定した(耐熱耐光性試験後評価)。また、紫外線照射を行わなかったフィルムサンプルについても同様にして破断伸度を測定した(耐熱耐光性試験前評価)。耐熱耐光性試験前の破断伸度に対する耐熱耐光性試験後の破断伸度の減少率(%)を算出した。これらの評価結果を表3~14、16に示す。破断伸度減少率が低いほど、耐熱耐光性に優れると判断した。
耐熱耐光性試験処理後のフィルムサンプルを4枚用意し、60℃で24時間真空乾燥した後、後述する粉砕処理前のフィルムサンプル4枚の合計乾燥質量(W1)を測定した。容量300mLのアルミナ製セラミックポットミルに計量した耐熱耐光性試験後のフィルムサンプル4枚、直径3mmのジルコニアボール500g及び100mLの脱イオン水を投入した。密閉したポットミルをアズワン社製卓上型ポットミル架台「PM-001」に設置し、200rpmの回転速度で運転し、室温で4時間粉砕処理を行った。粉砕処理を行ったポットミルの内容物を水と共に取出し、脱イオン水を加えて撹拌しデカンテーションする作業をくり返してジルコニアボールを粉砕物と水から分離した。ジルコニアボールを除去した内容物を目開き46μmのナイロンメッシュで減圧濾過し、濾物を60℃で真空乾燥した。ナイロンメッシュでろ過されて残った46μm以上の破砕物の質量(W2)を測定し、下記の式(x)に従って質量損失(M)を算出した(耐熱耐光性試験後評価)。
M(%)=(W1-W2)/W1×100・・・(x)
また、紫外線照射試験を行わなかったフィルムサンプルについても同様にして質量損失を測定した(耐熱耐光性試験前評価)。これらの評価結果を表3~14、16に示す。
耐熱耐光性試験後評価における質量損失の値をマイクロプラスチック化の指標とし、該値が小さいほどマイクロプラスチックス化が抑制できる。
実施例1~10及び比較例1~4で得られた各樹脂組成物ペレットを、下記条件で製膜し、厚さ20μmの単層フィルムを得た。このときの1時間あたりの単層フィルムの生産量を樹脂組成物の吐出量として評価した。吐出量が0.5kg/hr以上であれば実用可能である。結果を表16に示す。
・装置:20mmφ単軸押出機(D2020、東洋精機製作所社製)
・L/D:20
・スクリュー:フルフライト
・ダイス幅:30cm
・引取りロール温度:80℃
・スクリュー回転数:40rpm
・設定温度:C1/C2/C3/D=160℃/180℃/210℃/210℃
上記吐出量評価試験で作製された単層フィルムを紙管に巻き取り、フィルム端面の着色を肉眼で以下の基準により評価した。結果を表16に示す。A~Cであれば、着色が抑制された成形体が得られたと判断した。
A :着色は確認されなかった
B :わずかに黄変していた
C :黄変していたが実用可能な程度であった
D :激しく黄変して実用不可能であった
実施例1~10及び比較例1~4で得られた各樹脂組成物ペレット、直鎖状低密度ポリエチレン(LLDPE:三井化学社製ウルトゼックス2022L)及び接着性樹脂(SUMICA.ATOCHEM Co.Ltd製Bondine TX8030、以下Adと略することがある)を用いて、以下のとおり、3種5層の多層フィルム(LLDPE/Ad/樹脂組成物/Ad/LLDPE=50μm/10μm/10μm/10μm/50μm)を得た。得られた多層フィルム(積層体)を、多層製膜直後にMD方向に150mm、TD方向に10mmで切り出した後、直ちにオートグラフ(島津製作所社製DCS-50M)によりT型剥離モードで樹脂組成物層/Ad層間の剥離強度を測定して、以下の基準により評価した。結果を表16に示す。
〈多層製膜条件〉
押出機:
EVOH用 :20mmφ押出機 ラボ機ME型CO-EXT(東洋精機社製)
Ad用 :25mmφ押出機 P25-18AC(大阪精機社製)
LLDPE用:32mmφ押出機 GF-32-A(プラスチック工学研究所社製)
EVOH設定温度:C1/C2/C3/D=175℃/210℃/220℃/220℃
Ad設定温度:C1/C2/C3/D=100℃/160℃/220℃/220℃
LLDPE設定温度:C1/C2/C3/D=150℃/200℃/210℃/220℃
ダイ 300mm幅コートハンガーダイ(プラスチック工学研究所社製)
〈接着性の判定基準〉
A :600g/15cm以上
B :450g/15cm以上600g/15cm未満
C :300g/15cm以上450g/15cm未満
D :300g/15cm未満
表3に示されるように、アルミニウムイオンが含有されていない参考比較例3の樹脂組成物は、ブツの発生の抑制効果が不十分であり、耐熱耐光性(破断伸度減少率)及びマイクロプラスチック化耐性(耐熱耐光性試験後評価における質量損失)も比較的大きかった。これに対し、少量のアルミニウムイオンを含有させた参考比較例1の樹脂組成物は、参考比較例3の樹脂組成物に対して、これらが改善された傾向にあるものの、その改善効果は低かった。また、多量のアルミニウムイオンを含有させた参考比較例2の樹脂組成物は、ブツの発生抑制効果が改善されなかった。これらに対し、EVOH(A)1gあたりのアルミニウムイオン(B)の含有量(b)が0.002μmol/g以上0.17μmol/g以下の範囲内である参考例1~6の各樹脂組成物は、少量のアルミニウムイオンを含有させた参考比較例1の樹脂組成物より、さらにブツの抑制効果、耐熱耐光性及びマイクロプラスチック化耐性が改善されたことがわかる。
Claims (13)
- エチレン-ビニルアルコール共重合体(A)、アルミニウムイオン(B)及び非イオン界面活性剤(N)を含有する樹脂組成物であって、
エチレン-ビニルアルコール共重合体(A)の少なくとも一部が、重合体末端に位置するカルボン酸類単位(I)及びラクトン環単位(II)の少なくとも一方を有し、
エチレン-ビニルアルコール共重合体(A)1gあたりのカルボン酸類単位(I)及びラクトン環単位(II)の合計含有量(i+ii)が14μmol/g以上78μmol/g以下であり、
エチレン-ビニルアルコール共重合体(A)1gあたりのアルミニウムイオン(B)の含有量(b)が0.002μmol/g以上0.17μmol/g以下であり、
非イオン界面活性剤(N)のエチレン-ビニルアルコール共重合体(A)に対する含有量(n)が0.1ppm以上1,000ppm以下である、樹脂組成物。 - カルボン酸類単位(I)及びラクトン環単位(II)の合計含有量(i+ii)とアルミニウムイオン(B)の含有量(b)との比率((i+ii)/b)が、180以上20,000以下である、請求項1に記載の樹脂組成物。
- アルミニウムイオン(B)が炭素数5以下の脂肪酸アルミニウム塩に由来する、請求項1又は2に記載の樹脂組成物。
- 桂皮酸類及び分子量1,000以下の共役ポリエン化合物からなる群より選ばれる少なくとも一種の化合物(C)をさらに含有し、
化合物(C)のエチレン-ビニルアルコール共重合体(A)に対する含有量(c)が1ppm以上1,000ppm以下である、請求項1~3のいずれか1項に記載の樹脂組成物。 - カルボン酸類単位(I)及びラクトン環単位(II)の合計含有量(i+ii)に対するラクトン環単位(II)の含有量(ii)の比率(ii/(i+ii))が40mol%以上である、請求項1~4のいずれか1項に記載の樹脂組成物。
- 非イオン界面活性剤(N)が、エーテル型、アミノエーテル型、エステル型、エステル・エーテル型及びアミド型からなる群から選択される少なくとも一種である、請求項1~5のいずれか1項に記載の樹脂組成物。
- 非イオン界面活性剤(N)が、ポリオキシアルキレンアルキルエーテル、ポリオキシアルキレンアルケニルエーテル、ポリオキシエチレンスチレン化フェニルエーテル、ポリオキシアルキレンアルキルアミン、ポリオキシアルキレンアルケニルアミン、ポリオキシアルキレンアルキルエステル、ポリオキシアルキレンアルケニルエステル、ソルビタンアルキルエステル、ソルビタンアルケニルエステル、ポリオキシエチレンソルビタンアルキルエステル、ポリオキシエチレンソルビタンアルケニルエステル、グリセロールアルキルエステル、グリセロールアルケニルエステル、ポリグリセリンアルキルエステル、ポリグリセリンアルケニルエステル及び高級脂肪酸アミドからなる群から選択される少なくとも一種である、請求項1~6のいずれか1項に記載の樹脂組成物。
- さらに、酸化防止剤、紫外線吸収剤、可塑剤、帯電防止剤、滑剤及び充填剤からなる群から選択される少なくとも1種の添加剤を0.005質量%以上50質量%以下含有する、請求項1~7のいずれか1項に記載の樹脂組成物。
- 請求項1~8のいずれか1項に記載の樹脂組成物から成形される成形体。
- 請求項1~8のいずれか1項に記載の樹脂組成物からなる層と、少なくとも1つの他の層とを有する積層体。
- エチレン-ビニルアルコール共重合体(A)、非イオン界面活性剤(N)及び水を含む混合物を溶融混練する工程を備える、請求項1~8のいずれか1項に記載の樹脂組成物の製造方法。
- 上記混合物における、エチレン-ビニルアルコール共重合体(A)100質量部に対する水の含有量が0.1質量部以上50質量部以下である、請求項11に記載の樹脂組成物の製造方法。
- 非イオン界面活性剤(N)を含む水溶液又は水分散体をエチレン-ビニルアルコール共重合体(A)に添加することにより上記混合物を得る工程をさらに備える、請求項11又は12に記載の樹脂組成物の製造方法。
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