JP2022104863A - エチレン-ビニルアルコール共重合体およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明は、エチレン-ビニルアルコール共重合体ペレットを提供する。エチレン-ビニルアルコール共重合体ペレットは、エチレン-ビニルアルコール共重合体のラメラスタックを有し、前記ラメラスタックが少なくとも8.35nmの小角X線散乱によって測定された場合に長周期を有する。エチレン-ビニルアルコール共重合体のラメラスタックは、少なくとも6nmの平均結晶層厚を有し得る。追加または代替として、エチレン-ビニルアルコール共重合体のラメラスタックは、少なくとも2.35nmの平均非晶層厚を有し得る。本発明は、例えば上記の好ましいラメラスタック特性を有するものなどのエチレン-ビニルアルコール共重合体ペレットの製造方法も提供する。
【選択図】図1
Description
(a)は平均直径100cm以下の粒子堆積厚を使用してエチレン-ビニルアルコール共重合体粒子を3段階乾燥処理するエチレン-ビニルアルコール共重合体粒子の乾燥工程であり;前記3段階乾燥処理が第1段階、第1段階後の第2段階、および第2段階後の第3段階を含み、
(i)第1段階には、予備乾燥された粒子を少なくとも65℃の温度に少なくとも2時間加熱することが含まれ;
(ii)第2段階には、予備乾燥された粒子を少なくとも95℃の温度に少なくとも16時間加熱することが含まれ;
(iii)第3段階には、予備乾燥された粒子を少なくとも105℃の温度に12時間加熱することが含まれ;
前提は、第2段階の温度は第1段階の温度よりも高く、第3段階の温度が第2段階の温度よりも高い;
(b)はエチレン-ビニルアルコール共重合体粒子をペレット化して、エチレン-ビニルアルコール共重合体のラメラスタック体を有するペレットを得る工程である。
方法1において、長周期Lは、ローレンツ補正の小角度散乱プロファイル「I(q)q2およびq」によって測定され、ここでI(q)は散乱強度、qは散乱ベクトルであり、q=4πsin(θ/2)/λで定義され、ここでλはX線の波長、θは散乱角である。長周期は、次の式から得られる。
L=2π/q*
ここで、q*は、ローレンツ補正のSAXプロファイルのピーク位置である。例えば、この方法は、特許文献1に記載されている。
方法2において、良好な結晶-非晶交互スタッキングが存在する場合、長周期は、小角X線散乱データで確定される相関関数によって決定される。一次元相関関数(γ(z))はSAXSデータから得られる。長周期(L)、平均非晶層厚(La)、平均結晶層厚(Lc)は、それぞれ、次の式を有する小角X線の生データから得られる1次元相関関数γ(z)によって決定される。
γ(z)=(1γ(0))∫0 ∞q2[I(q)-I(q)b]cos(qz)dq
ここで、zは、電子密度分布を測定する方向に沿った相対距離である。q値の定義は上記の通りである。I(q)値は散乱強度である。実験的に得られるqの範囲が限られているため、データをより低いq値とより高いq値に拡張しなければならない。I(q)b値は、バックグラウンド散乱強度である。「qに対する強度」データは、最小測定値のq値からゼロ点まで線形外挿される。非特許文献1と非特許文献に記載されるように、Porod-Ruland理論を使用して大きなq値を無限のqに減衰させ、これらの文献はすべて参照により本明細書に組み込まれる。
1.50℃で平衡に達し;
2.1回目の加熱速度は5℃/分で、250℃に加熱し;
3.250℃で平衡に達し;
4.冷却速度は5℃/分で、50℃まで冷却し;
5.50℃で平衡に達し;
6.2回目の加熱速度は50℃/分で、250℃に加熱する。
(a)は平均直径100cm以下の粒子堆積厚を使用してエチレン-ビニルアルコール共重合体粒子を3段階乾燥処理するエチレン-ビニルアルコール共重合体粒子の乾燥工程であり;前記3段階乾燥処理が第1段階、第1段階後の第2段階、および第2段階後の第3段階を含み、
(i)第1段階には、予備乾燥された粒子を少なくとも65℃の温度に少なくとも2時間加熱することが含まれ;
(ii)第2段階には、予備乾燥された粒子を少なくとも95℃の温度に少なくとも16時間加熱することが含まれ;
(iii)第3段階には、予備乾燥された粒子を少なくとも105℃の温度に12時間加熱することが含まれ;
前提は、第2段階の温度は第1段階の温度よりも高く、第3段階の温度が第2段階の温度よりも高い;
(b)はエチレン-ビニルアルコール共重合体粒子をペレット化して、エチレン-ビニルアルコール共重合体のラメラスタック体を有するペレットを得る工程である。
(EVOHペレットの製造)
異なるエチレン含有量を有するエチレン-ビニルアルコール共重合体を調製してから造粒することで、エチレン-ビニルアルコール共重合体ペレット(本明細書では「EVOHペレット」とも呼ばれる)を形成する。より具体的にエチレンおよび酢酸ビニルモノマーからエチレン酢酸ビニル(ethylene vinyl acetate、EVAC)を重合することで、エチレン-ビニルアルコール共重合体(本明細書では「EVOH共重合体」とも呼ばれる)を調製する。EVAC共重合体を鹸化してEVOH共重合体を形成した。
(EVOHペレットの評価)
実施例1に記載の3段階乾燥工程の後、EVOHペレットの融点特性および性質を評価した。具体的にEVOHペレットを評価して、EVOHペレットの融点特性を確認した。本実施例では、EVOHペレットのラメラスタッキングの長周期、ラメラの厚さ、および非晶厚さも評価した。なお、EVOHペレットの水分含有量を測定した。
EVOHペレットの融点特性は、ISO 11357-3:2011に従って決定され、ISO 11357-3:2011の全内容があらゆる目的のために参照により本明細書に組み込まれる。具体的にTA Instrument DSC Q200でEVOHペレットの融点特性を測定し、TA Instruments Universal analysis 2000で分析し、ここで、示差走査熱量測定法(DSC)は次のパラメータを利用した。
1.50℃で平衡に達し;
2.1回目の加熱速度は5℃/分で、250℃に加熱し;
3.250℃で平衡に達し;
4.冷却速度は5℃/分で、50℃まで冷却し;
5.50℃で平衡に達し;
6.2回目の加熱速度は50℃/分で、250℃に加熱する。
上記と類似する工程と機器でEVOHペレットの長周期、ラメラの厚さ、および非晶の厚さを評価した。本実施例において、両側でカプトンテープ(Kapton tape)((黒色の耐熱テープ)を使用して、実施例1~30のEVOHペレットおよび比較例1~21のEVOHペレットの粒子をサンプルホルダに固定することで、X線散乱角度データを得た。真空引き後、サンプルをX線に300秒間照射し、2D散乱スペクトルで分析した。2D散乱スペクトルを積分することで、2θの1Dマップを生成した。2層カプトンテープをブランクグループとして測定し、上記方法で2θの1Dマップに対するサンプル強度をバックグラウンド値として得た。
γ(z)=(1γ(0))∫0 ∞q2[I(q)-I(q)b]cos(qz)dq
ここで、zは、電子密度分布を測定する方向に沿った相対距離である。I(q)値は散乱強度である。実験的に得られるqの範囲が限られているため、データをより低いq値とより高いq値に拡張しなければならない。I(q)b値は、バックグラウンド散乱強度である。「qに対する強度」データは、最小測定値のq値からゼロ点まで線形外挿される。
本明細書において用いられる場合、水分含有量は、ペレット中の揮発性成分の重量パーセントを指す。ペレットの水分含有量は、以下の方法で測定される。まず、アルミカップ1個の重量(重量:C1)を測定した。2gのペレットをアルミカップに入れ、ペレット(重量:P1)が入っているアルミカップの重量(C1+P1)をMettler toledo XPE504を用いて測定した。次に、ペレットが入ったアルミカップをFD56オーブン(Binderから入手可能)に入れ、210℃の温度で30分間加熱した。
水分含有量(重量%)=[{(C1+P1)-(C1+P2)}/{(C1+P1)-C1}]×100={(P1-P2)/P1}×100
(多層EVOHフィルムの製造)
実施例1~30のEVOHペレットおよび比較例1~21のEVOHペレットによって多層EVOHフィルムを製造した。実施例1~30のEVOHペレットおよび比較例1~21のEVOHペレットを乾燥させた後、EVOHペレットを3層共押出機に投入して、(I)/(III)/(II)の層状構造を有する多層EVOHフィルムを製造した。層Iは、実施例1~30のEVOHペレットおよび比較例1~21のEVOHペレットから形成された。層IIは、ポリエチレン(特にLotrene FD0274)から形成された。層IIIは、ADMER NF408E(日本三井化学株式会社が独自に開発した樹脂)から形成された。したがって、多層EVOHフィルムは、実施例1~30のEVOHペレットまたは比較例1~21のEVOHペレットのうちの1つから成る外層も呼ばれる第1層を有し、ADMER NF408Eを中間層とも呼ばれる第2層とし、ポリエチレンを外層の構造も呼ばれる第3層とする。
(多層EVOHフィルムの評価)
多層EVOHフィルムを評価して、各多層EVOHフィルムの外観、均一性、および電流安定性を判定した。各多層EVOHフィルムの10cm×10cmのサイズの5つの部分に対し、上記の特性の評を実施した。
la 平均非晶層厚
lc 平均結晶層厚
Claims (24)
- 少なくとも8.35nmの小角X線散乱によって測定された長周期のラメラスタックを有するエチレン-ビニルアルコール共重合体を備える、エチレン-ビニルアルコール共重合体ペレット。
- 前記エチレン-ビニルアルコール共重合体のラメラスタックの平均結晶層厚が、少なくとも6nmである、請求項1に記載のペレット。
- 前記エチレン-ビニルアルコール共重合体のラメラスタックの平均非晶層厚が、少なくとも2.35nmである、請求項1に記載のペレット。
- 融点温度Tm2、Tm3、および任意選択でTm1を含み、前記3つの融点温度がISO 11357-3:2011に従って示差走査熱量測定法(differential scanning calorimetry、DSC)で測定され、かつ、
Tm1が存在する場合に、Tm1は1回目のDSC実行での2本の接線の第1交点を表し、
Tm2は1回目のDSC実行での融解ピークの最高点を表し、
Tm3は2回目のDSC実行での融解ピークの最高点を表し、ここでTm1<Tm2<Tm3である請求項1に記載のペレット。 - Tm1とTm2との間の差が、65℃以内である、請求項4に記載のペレット。
- Tm1とTm2との間の差が、40℃以内である、請求項4に記載のペレット。
- Tm2とTm3との間の差が、4.5℃以内である、請求項4に記載のペレット。
- 前記ペレットの全重量に対して0.3重量%以下の水分含有量を含む、請求項1に記載のペレット。
- 前記エチレン-ビニルアルコール共重合体のエチレン含有量が、29~44モル%である、請求項8に記載のペレット。
- エチレン-ビニルアルコール共重合体と、ペレットの全重量に対して0.3重量%以下の水分含有量を含むエチレン-ビニルアルコール共重合体ペレットであって、前記エチレン-ビニルアルコール共重合体のエチレン含有量は、29~44モル%であり、
平均直径100cm以下で、少なくとも8.35nmの小角X線散乱によって測定された長周期のラメラスタックを有するエチレン-ビニルアルコール共重合体を備える、エチレン-ビニルアルコール共重合体ペレットであって、
ISO 11357-3:2011に従って示差走査熱量測定法(DSC)で測定された融点温度Tm2、Tm3、ならびに任意選択でTm1と、を含み、
Tm1が存在する場合に、Tm1は、1回目のDSC実行での2本の接線の第1交点を表し、
Tm2は1回目のDSC実行での融解ピークの最高点を表し、
Tm3は2回目のDSC実行での融解ピークの最高点を表し、
ここでTm1<Tm2<Tm3であり、
Tm1とTm2との間の差は65℃以内であり、
Tm2とTm3との間の差は4.5℃以内である、
エチレン-ビニルアルコール共重合体ペレット。 - 次の工程(a)と工程(b)と、を含む、請求項1に記載のエチレン-ビニルアルコール共重合体ペレットの製造方法であって、
(a)は平均直径100cm以下の粒子堆積厚を使用してエチレン-ビニルアルコール共重合体粒子を3段階乾燥処理するエチレン-ビニルアルコール共重合体粒子の乾燥工程であり;前記3段階乾燥処理が第1段階、第1段階後の第2段階、および第2段階後の第3段階を含み、
(i)第1段階には、予備乾燥された粒子を少なくとも65℃の温度に少なくとも2時間加熱することが含まれ;
(ii)第2段階には、予備乾燥された粒子を少なくとも95℃の温度に少なくとも16時間加熱することが含まれ;
(iii)第3段階には、予備乾燥された粒子を少なくとも95℃の温度に12時間加熱し;
ここで、第2段階の温度は第1段階の温度よりも高く、第3段階の温度が第2段階の温度よりも高い;
(b)はエチレン-ビニルアルコール共重合体粒子をペレット化して、エチレン-ビニルアルコール共重合体のラメラスタック体を有するペレットを得る工程である、方法。 - 前記乾燥が、ベルト式乾燥機を使用して実施される、請求項11に記載の方法。
- 前記ベルト式乾燥機の気体流速が、少なくとも15トン/時である、請求項12に記載の方法。
- 前記ペレットは、前記ペレットの全重量に対して0.3重量%以下の水分含有量を含む、請求項11に記載の方法。
- 前記エチレン-ビニルアルコール共重合体のエチレン含有量が、29~44モル%である、請求項14に記載の方法。
- 前記エチレン-ビニルアルコール共重合体のラメラスタックが、少なくとも8.35nmの小角X線散乱によって測定された場合に長周期を有する、請求項11に記載の方法。
- 前記エチレン-ビニルアルコール共重合体のラメラスタックの平均結晶層厚が、少なくとも6nmである、請求項16に記載の方法。
- 前記エチレン-ビニルアルコール共重合体のラメラスタックの平均非晶層厚が、少なくとも2.35nmである、請求項16に記載の方法。
- 前記ペレットは融点温度Tm2、Tm3、および任意選択でTm1を含み、前記3つの融点温度がISO 11357-3:2011に従って示差走査熱量測定法(DSC)で測定され、かつ、
Tm1が存在する場合に, Tm1は1回目のDSC実行での2本の接線の第1交点を表し、
Tm2は1回目のDSC実行での融解ピークの最高点を表し、
Tm3は2回目のDSC実行での融解ピークの最高点を表し、ここでTm1<Tm2<Tm3である請求項11に記載の方法。 - Tm1とTm2との間の差が、65℃以内である、請求項19に記載の方法。
- Tm1とTm2との間の差が、40℃以内である、請求項20に記載の方法。
- Tm2とTm3との間の差が、4.5℃以内である、請求項18に記載の方法。
- (i)第1段階には、予備乾燥された粒子を少なくとも65℃の温度に少なくとも2時間加熱することが含まれ;
(ii)第2段階には、予備乾燥された粒子を少なくとも95℃の温度に少なくとも16時間加熱することが含まれ;
(iii)第3段階には、予備乾燥された粒子を少なくとも110℃の温度に16時間加熱することが含まれる、請求項11の方法。 - 第1段階、第2段階、および第3段階のうちの少なくとも1つの間、温度が20℃の範囲内に維持される、請求項23に記載の方法。
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