JP2023528248A - 溶媒系ラミネート接着剤 - Google Patents
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Abstract
(a)少なくとも1つのイソシアネート成分と、(b)少なくとも1つの結晶性ポリエステル-ポリカーボネート化合物を含む少なくとも1つのイソシアネート反応性成分と、を含む、接着剤ラミネート構造体を生成するための結晶性ポリエステル-ポリカーボネートに基づく2成分溶媒系ポリウレタン接着剤組成物、及び接着剤組成物を調製するためのプロセス。【選択図】なし
Description
本発明は、溶媒系ラミネート接着剤組成物、及びこのようなラミネート接着剤組成物を調製するプロセスに関する。
ラミネート接着剤を使用して、異なる基材を一緒に結合する。このような結合基材の一般的な使用は、可撓性食品包装用途におけるものである。ラミネート接着剤は、典型的には、2つの高分子基材層の表面に塗布されて、2つの基材層間に結合層を形成する。接着剤は、基材層間に結合層を形成して、2つの基材層間に強い結合を提供する。接着剤結合基材構造体は、包装構造体をそのまま保ち、包装構造体内の食品を安全かつ安心に保つのに役立つ。可撓性食品包装業界では、可撓性食品包装の層状構造体を通る酸素透過性を低減させるような、良好なガスバリア特性を有するラミネート接着剤の需要が高まっている。低減された酸素透過性を呈する層状食品包装構造体を生成するために使用されるラミネート接着剤は、包装構造体を潜在的に簡素化し、使用時のコストを低減し、食品包装をリサイクル可能にし得る。したがって、標準的な接着剤と比較して低酸素透過性を示す接着剤などの、強化された酸素バリア性能を有するラミネート接着剤を提供することが望ましい。特に、接着剤がガスバリア効果/特性を有するように、結晶性ポリエステル-ポリカーボネート化合物に基づくラミネート接着剤を提供することが望ましい。
本発明の目的は、可撓性包装用途に有用なラミネート接着剤であって、標準的な接着剤と比較して強化された酸素バリア性能を有する、ラミネート接着剤と、このようなラミネート接着剤を生成するためのプロセスと、を提供する。
一実施形態では、本発明は、2成分溶媒系ポリウレタン接着剤組成物に関し、接着剤組成物は結晶性ポリエステル-ポリカーボネートに基づき、接着剤組成物は接着剤ラミネート構造体を生成するのに有用である。接着剤組成物は、例えば、(a)少なくとも1つのイソシアネート成分と、(b)少なくとも1つの結晶性ポリエステル-ポリカーボネート化合物を含む少なくとも1つのイソシアネート反応性成分と、を含む。
別の実施形態では、本発明は、上記接着剤組成物を調製するためのプロセスに関する。
更に別の実施形態では、本発明は、(A)少なくとも第1の層と、(B)少なくとも第2の層と、(C)第1の層と第2の層との間に配置された上記接着剤組成物の少なくとも1つの層と、を含み、接着剤組成物を硬化させて、第1の層を第2の層に結合させる、多層ラミネート生成物に関する。
更に別の実施形態では、本発明は、上記多層ラミネート生成物を生成するためのプロセスに関する。
更に別の実施形態では、本発明は、上記多層ラミネート生成物を使用して生成された包装製品に関する。
本明細書全体にわたって使用される場合、以下の略称は、文脈上別途明確に指示されない限り、以下の意味を有する:「<」は、「未満」を意味し、「>」は、「よりも大きい」を意味し、「≦」は、「以下」を意味し、「≧」は、「以上」を意味し、「@」は、「において」を意味し、μm=マイクロメートル、g=グラム、mg=ミリグラム、L=リットル、g/cc=1立方センチメートル当たりのグラム、mL=ミリリットル、g/mL=1ミリリットル当たりのグラム、g/mol=1モル当たりのグラム、g/m2=1平方メートル当たりのグラム、ppm=百万分率、ppmw=重量百万分率、rpm=1分間当たりの回転数、m=メートル、mm=ミリメートル、cm=センチメートル、cm/分=1分間当たりのセンチメートル、min=分、s=秒、hr=時、℃=摂氏温度、N=ニュートン、mmHg=水銀柱ミリメートル、psig=1平方インチ当たりのポンド、ccO2/m2/日=[平方メートル・日]当たりの酸素の立方センチメートルN/15mm=15ミリメートル当たりのニュートン、kPa=キロパスカル、%=パーセント、体積%=体積パーセント、及び重量%=重量パーセント。
別途明記されない限り、全てのパーセンテージ、部、比などの量は、重量によって定義される。例えば、本明細書に記載される全てのパーセンテージは、別途指示されない限り、重量パーセンテージ(重量%)である。
温度は、摂氏(℃)であり、「周囲温度」及び/又は「室温」は、別途指定されない限り、20℃~25℃の温度を意味する。
本発明は、新規な2成分溶媒系ポリウレタン接着剤組成物に関し、接着剤組成物は結晶性ポリエステル-ポリカーボネートに基づき、接着剤組成物は接着剤ラミネート構造体を生成するのに有用である。1つの広い実施形態では、本発明の接着剤組成物は、(a)少なくとも1つのイソシアネート成分と、(b)少なくとも1つの結晶性ポリエステル-ポリカーボネート化合物を含む少なくとも1つのイソシアネート反応性成分と、を含む。
2液型接着剤組成物を調製するためには、イソシアネート成分、成分(a)を含む第1の液を提供することと、ポリオール成分、成分(b)を含む第2の液を提供することと、次いで、成分(a)と成分(b)とを組み合わせて又は混合して、2液型接着剤系又は2液型接着剤組成物を形成することと、を含む。
本発明のイソシアネート成分、成分(a)は、1つ以上のイソシアネート化合物を含み得る。例えば、イソシアネート化合物としては、脂肪族系イソシアネート、芳香族系イソシアネート、及びそれらの混合物を挙げることができる。脂肪族系ポリイソシアネートは、芳香環を含有しないイソシアネートである。本発明において有用な好適な脂肪族イソシアネートの例としては、ヘキサメチレンジイソシアネート(hexamethylene diisocyanate、HDI)、ジイソシアネートジシクロヘキシルメタン(H12MDI)、キシリレンジイソシアネート(xylylene diisocyanate、XDI)、1,4-又は1,3-ビス(イソシアネートメチル)シクロヘキサン(H6XDI)、テトラメチルキシリレンジイソシアネート、二量体、三量体、誘導体、及びそれらの2つ以上の混合物が挙げられるが、これに限定されない。
本発明において有用な芳香族系イソシアネートは、例えば、1,3-及び1,4-フェニレンジイソシアネート、1,5-ナフチレンジイソシアネート、2,6-トルエンジイソシアネート(2,6-toluene diisocyanate、2,6-TDI)、2,4-トルエンジイソシアネート(2,4-toluene diisocyanate、2,4-TDI)、2,4’-ジフェニルメタンジイソシアネート(2,4'-diphenylmethane diisocyanate、2,4’-MDI)、4,4’-ジフェニルメタンジイソシアネート(4,4'-diphenylmethane diisocyanate、4,4’-MDI)、高分子イソシアネート、並びにそれらの2つ以上の混合物が挙げられるが、これに限定されない、例えば、1つ以上のポリイソシアネート化合物を挙げることができる。
好ましい一実施形態では、本発明において有用なイソシアネート成分は、XDI系ポリイソシアネート、HDI系ポリイソシアネート、MDI系ポリイソシアネート、TDI系ポリイソシアネート、及びそれらの混合物であり得る。
本発明において有用ないくつかの市販のイソシアネート成分の例としては、TAKENATE(登録商標)D-110N及びTAKENATE(登録商標)D-120N(両方とも三井化学から入手可能)、DESMODUR(登録商標)N 3300、DESMODUR(登録商標)Quix 175、及びDESMODUR(登録商標)E 2200/76(全てCovestro Companyから入手可能)、並びにISONATE(商標)125 M、ADCOTE(商標)L76-204、COREACTANT CT、及びCATALYST F(全てThe Dow Chemical Companyから入手可能)、並びにそれらの混合物を挙げることができる。
イソシアネートは、2超のイソシアネート基/分子の平均官能価を有する。一実施形態では、例えば、イソシアネートは、2.1~4.0の平均官能価を有し得る。
本発明のイソシアネート成分(a)などのイソシアネート基を有する化合物はまた、化合物の総重量に基づくイソシアネート基(NCO)の重量パーセンテージによって特徴付けられ得る。イソシアネート基の重量パーセンテージは、「NCO%」と称され、ASTM D2572-97に従って測定される。一実施形態では、成分(a)のNCO含有量は、7%以上であり、別の実施形態では、10%以上である。更に別の実施形態では、成分(a)のNCO含有量は、30%以下であり、更に別の実施形態では、25%以下である。
本発明のプロセスにおいて使用されるイソシアネート成分の量は、例えば、一実施形態では2重量%~40重量%、別の実施形態では3重量%~30重量%、更に別の実施形態では4重量%~20重量%である。
本発明のイソシアネート反応性成分、成分(b)(又はB側成分)は、少なくとも1つの結晶性ポリエステル-ポリカーボネート化合物であるイソシアネート反応性組成物を含む。好ましい実施形態では、少なくとも1つの結晶性ポリエステル-ポリカーボネート化合物は、イソシアネート反応性組成物を形成するための他の化合物を含み得る。例えば、イソシアネート反応性組成物は、(b1)所定量の少なくとも1つの結晶性ポリエステル-ポリカーボネート化合物と、(b2)所定量の少なくとも1つのアクリルポリマー化合物と、(b3)所定量の少なくとも1つの溶媒と、の混合物、組み合わせ、又はブレンドであり得る。上記3つの成分(b1)~(b3)のブレンド又は混合物は、イソシアネート成分(a)と混合されるイソシアネート反応性成分(b)を形成する。接着剤ラミネート構造体を生成するための結晶性ポリエステル-ポリカーボネートに基づくポリウレタン接着剤組成物は、成分(a)と成分(b)との混合によって形成される。
成分(a)は、一実施形態では4:100~30:100、別の実施形態では5:100~25:100、また別の実施形態では6:100~20:100の重量比で、成分(b)と混合され得る。
結晶性ポリエステル-ポリカーボネートジオールは、ポリエステル官能性、ポリカーボネート官能性、及びヒドロキシル末端基の構造を有し、10℃~40℃の範囲を含む温度範囲にわたって固体である化合物である。一般に、本発明のポリエステル-ポリカーボネートジオールは、(bi)少なくとも1つのポリエステルポリオール前駆体と(bii)少なくとも1つのポリカーボネートポリオール前駆体との反応生成物である。例えば、ポリエステルポリオール前駆体は、エチレングリコール、ジエチレングリコール、1,4-ブタンジオール、1,6-ヘキサンジオール、アジピン酸、アゼライン酸、セバシン酸、テレフタル酸、及びそれらの組み合わせに基づくポリエステル樹脂からなる群から選択され得る。例えば、ポリカーボネートポリオール前駆体は、エチレングリコール、ジエチレングリコール、1,4-ブタンジオール、1,6-ヘキサンジオール、1,4-シクロヘキサンジメンタノール(cyclohexanedimentanol)、アルキレンカーボネート、ジアリールカーボネート、ジアルキルカーボネート、及びそれらの組み合わせに基づくポリカーボネート樹脂からなる群から選択され得る。
本発明において有用な好適な結晶性ポリエステル-ポリカーボネートジオールの例としては、(1)ポリ(1,4-ブタンジオール-アジピン酸)とポリ(1,4-ブタンジオール-ジメチルカーボネート)との反応生成物、(2)ポリ(1,6-ヘキサンジオール-アジピン酸)とポリ(1,4-ブタンジオール-ジメチルカーボネート)との反応生成物、及び(3)それらの2つ以上の混合物が挙げられるが、これらに限定されない。本発明において有用な好ましい結晶性ポリエステル-ポリカーボネートジオールは、35℃~60℃の溶融温度及び500g/mol~3,500g/molの分子量を有する結晶性ポリエステル-ポリカーボネートジオールである。
本発明において有用な市販のポリエステルジオール化合物のいくつかの例としては、例えば、BESTER(商標)86(The Dow Chemical Companyから入手可能)、STEPANPOL(登録商標)PC-105P-110、STEPANPOL(登録商標)PC-102P-110、及びSTEPANPOL(登録商標)PC-205P-056(全てStepan Companyから入手可能)、並びにそれらの混合物を挙げることができる。
本発明において有用な市販のポリカーボネートジオール化合物のいくつかの例としては、例えば、ETERNACOLL(登録商標)UH-100、ETERNACOLL(登録商標)UH-200、及びETERNACOLL(登録商標)UH-300(全てUBE Industries,Inc.から入手可能)を挙げることができる。
本発明に使用される結晶性ポリエステル-ポリカーボネート化合物、成分(b)の量は、例えば、一実施形態では10重量%~50重量%、別の実施形態では15重量%~45重量%、更に別の実施形態では20重量%~40重量%である。
前述のように、本発明の好ましい一実施形態は、(bi)所定量の少なくとも1つの結晶性ポリエステル-ポリカーボネート化合物と、(bii)所定量の少なくとも1つのアクリルポリマー化合物と、(biii)所定量の少なくとも1つの溶媒と、のイソシアネート反応性組成物の混合物、組み合わせ、又はブレンドを含む。
イソシアネート反応性組成物ブレンドを形成するのに有用な少なくとも1つの結晶性ポリエステル-ポリカーボネート化合物、成分(bi)は、上記に記載されている。
本発明において有用な少なくとも1つのアクリルポリマー化合物、成分(bii)は、粉末コーティングにおいてクレータリングを抑制し、オレンジピール特性を低減させるために典型的に使用される流動性調整剤又は流動性制御剤である。流動性調整剤は、接着剤の界面張力及び表面張力を制御するのに役立つ。
本発明において有用な流動性調整剤は、1つ以上の一般的な流動性調整剤を含み得る。流動性調整剤の例としては、ポリラウリルアクリレート、ポリブチルアクリレート、ポリ(2-エチルヘキシル)アクリレート、ポリ(エチルアクリレート-2-エチルヘキシルアクリレート)、ポリラウリルメタクリレート、及びメチルアクリレート、エチルアクリレート、ブチルアクリレート、2-エチルヘキシルアクリレート、ラウリルアクリレート、メチルメタクリレート、アクリル酸、メタクリル酸、スチレン、酢酸ビニル、ブタジエンなどを含む2つ以上のモノマーから作製されるアクリルコポリマー、並びにそれらの混合物などの低ガラス転移温度アクリルが挙げられる。本発明において有用な他の流動性調整剤としては、ケイ素含有ポリマー及びフッ素化ポリマー、例えば、ポリエチレングリコールのエステル、ポリプロピレングリコールのエステル、フッ素化脂肪酸、及びそれらの混合物を挙げることができる。
本発明のプロセスのイソシアネート反応性共反応物、成分(b)を作製するために使用されるアクリルポリマー化合物の量は、例えば、一実施形態では0.05重量%~4重量%、別の実施形態では0.1重量%~3重量%、更に別の実施形態では0.2重量%~2重量%である。
本発明の少なくとも1つの溶媒化合物、成分(biii)としては、例えば、酢酸エチル、メチルエチルケトン、酢酸プロピル、トルエン、及びそれらの混合物を含む1つ以上の化合物を挙げることができる。当業者に既知の他の従来の溶媒も使用され得る。好ましい一実施形態では、本発明において有用な溶媒化合物としては、例えば、酢酸エチル、メチルエチルケトン、及びそれらの混合物を挙げることができる。
本発明のイソシアネート反応性共反応物、成分(b)を作製するために使用される溶媒化合物の量は、例えば、一実施形態では10重量%~90重量%、別の実施形態では30重量%~85重量%、更に別の実施形態では50重量%~80重量%である。
いくつかの実施形態では、本発明の接着剤組成物は、例えば、粘着付与剤、触媒可塑剤、レオロジー調整剤、接着促進剤、酸化防止剤、充填剤、着色剤、界面活性剤、溶媒、及びそれらの2つ以上の組み合わせが挙げられるが、これらに限定されない、1つ以上の任意選択的な添加剤を含み得る。
接着剤組成物において有用な任意選択的な成分の量は、例えば、一実施形態では0重量%~3重量%、別の実施形態では0重量%~2重量%、更に別の実施形態では0.01重量%~1重量%であり得る。
一般的には、ラミネート接着剤組成物を作製するプロセスは、(I)少なくとも1つのポリエステルポリオールと少なくとも1つのポリカーボネートポリオールとを、180℃~250℃の温度で、少なくとも2時間~8時間の一定時間反応させることによって、結晶性ポリエステル-ポリカーボネートジオールを合成するステップと、(II)ステップ(I)からの結晶性ポリエステル-ポリカーボネートジオールを50℃~70℃の温度で溶融するステップと(結晶性ポリエステル-ポリカーボネートジオールは、15℃~40℃の温度で固体である)、(III)ステップ(II)からの溶融ジオールを反応器に注入し、反応器を50℃~60℃の温度で予熱するステップと、(II)溶媒及び任意の他の任意選択的な添加剤を反応器に充填するステップと、(IV)得られた均一に混合された完全に透明な溶液が形成されるまで、反応器内の全ての成分を撹拌しながら混合するステップと、(V)得られた完全に透明な溶液を反応器から取り出すステップと、を含む。
本発明の結晶性ポリエステル-ポリカーボネートに基づく溶媒系ポリウレタン接着剤組成物の層を含む多層ラミネート生成物が形成され得る。任意の数の層を使用して、ラミネート生成物を形成し得る。好ましい一実施形態では、ラミネートは、接着剤組成物を2つの基材層(例えば、基材は、同じ材料又は異なる材料から作製され得る)のうちの少なくとも1つに塗布するステップと、接着剤組成物が2つの基材の表面間の層として配置されるように、基材を一緒に組み合わせ、次いで、接着剤組成物を硬化させて、2つの基材間に結合層を形成するステップと、によって形成される。一般的には、2つの基材の各々は、例えば、2つの別個のポリマーフィルムを含み得る。本明細書で使用される場合、「フィルム」は、層構造体の1つの寸法が0.5mm以下であり、層構造体の他の2つの寸法が両方とも1cm以上である、任意の層構造体である。「ポリマーフィルム」は、ポリマー又はポリマーの混合物から作製されるフィルムである。ポリマーフィルムの組成物は、典型的には、80重量パーセント以上の1つ以上のポリマーである。
ラミネート構造体を形成するのに使用される好適な基材としては、紙、織布及び不織布、ポリマーフィルム、金属コーティング(メタライズ)されたポリマーフィルム、及びそれらの組み合わせなどのフィルムが挙げられる。本発明による接着剤組成物が基材のうちの1つ以上を一緒に接着している状態で、基材を層状化して、ラミネート構造体を形成する。
好ましい実施形態では、本発明の接着剤組成物を使用して調製された多層ラミネート生成物は、(A)少なくとも第1の層と、(B)少なくとも第2の層と、(C)第1の層と第2の層との間に配置された接着剤組成物の少なくとも1つの層と、を含み、接着剤を硬化させて、第1の層を第2の層に結合させる。
一般的な一実施形態では、多層ラミネート生成物は、接着剤組成物と一緒に組み合わされた2つ以上のフィルム基材又はフィルム層であり得る。いくつかの実施形態では、ラミネート生成物は、第1のフィルム層と、第2のフィルム層と、第1のフィルム層と第2のフィルム層との中間に配置されたバリア接着剤層と、を含むラミネートフィルム構造体である。例えば、好ましい実施形態では、多層ラミネート生成物は、第1のフィルム層(又は外部層)と、第2のフィルム層(又は内部層)、及び第1の層と第2の層との間に配置された接着剤組成物を含む結合層と、を含む3つの層から作製され得る。
本発明の3層ラミネート生成物は、A/B/Aの層状構造体を有し得、Aは、同じ材料である第1及び第2の層を表し、Bは、接着剤組成物の結合層を表す。3層ラミネートフィルム生成物が本明細書で参照されるが、本発明は、多層フィルム部材の少なくとも1層が接着剤組成物の結合層であり、結合層が適切なガスバリア性を有するという条件で、任意の数のフィルム層を有する多層ラミネート部材を含む。前述のように、多層フィルム部材の構造体は、A/B/Aであり得、Aで表される両方の層は、同じポリマー材料から作製されるか、又は多層フィルム部材の構造体は、A/B/Cであり得、Cは、Aの層とは異なる材料から作製されるフィルム層を表すか、又は多層フィルム部材の構造体は、ラミネート作製の当業者に明らかであるA、B、及びC層の任意の組み合わせであり得る。
本発明のラミネート生成物の第1の層は、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリアミド、ポリスチレン、シクロオレフィンコポリマー、ポリ塩化ビニル、スチレンブタジエンなどが挙げられる、1つ以上の材料から作製され得る。好ましい一実施形態では、本発明において有用な第1の層の材料は、ポリプロピレン、ポリエチレン、及びそれらの組み合わせであり得る。本発明の第1の層において有用な市販材料のいくつかの例としては、例えば、二軸延伸ポリプロピレン(FILMTECH,INC.から入手可能)、及びポリエチレン(Berry Plasticsから入手可能)、並びにそれらの混合物を挙げることができる。別の好ましい実施形態では、第1のフィルム層は、例えば、0.89g/cc~0.92g/ccの密度を有するポリプロピレンから作製され得る。
本発明のラミネート生成物において使用される第1の層の厚さは、例えば、一実施形態では10μm~200μm、別の実施形態では15μm~150μm、更に別の実施形態では20μm~125μmである。
前述のように、本発明のラミネート生成物の第2の層は、より容易にリサイクル可能であるという利点を有する第1の層と同じ材料から作製され得る。別の実施形態では、第2の層は、第1の層とは異なる1つ以上の材料から作製され得る。
ラミネート生成物の第2の層が第1の層とは異なるポリマーから作製される場合、第2の層としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリアミド、ポリスチレン、シクロオレフィンコポリマー、ポリ塩化ビニル、スチレンブタジエン、及びそれらの混合物を挙げることができる。好ましい一実施形態では、本発明において有用な第2の層の材料は、ポリエチレン、ポリプロピレン、及びそれらの混合物であり得る。本発明の第2の層において有用な市販材料のいくつかの例としては、例えば、ポリエチレン(Berry Plasticsから入手可能)、及び二軸延伸ポリプロピレン(FILMTECH,INC.から入手可能)、並びにそれらの混合物を挙げることができる。別の好ましい実施形態では、第2のフィルム層は、第1の層とは異なる場合、例えば、0.915g/cc~0.967g/ccの密度を有するポリエチレンから作製され得る。
本発明のフィルムにおいて使用される第2の層の厚さは、例えば、一実施形態では10μm~200μm、別の実施形態では15μm~150μm、及び更に別の実施形態では20μm~125μmである。
一般的には、上記のような多層ラミネート生成物を生成するための1つのプロセスは、
(I)本発明の接着剤組成物を、第1の層及び/又は第2の層の表面の少なくとも一部分に塗布するステップと、
(II)接着剤が、第1の層と第2の層との間に配置されるように、第1の層と第2の層とを接触させるステップと、
(III)接着剤を硬化させて、硬化接着剤を介して第2の層に接合した第1の層を含む多層ラミネート生成物を形成するステップと、を含む。
(I)本発明の接着剤組成物を、第1の層及び/又は第2の層の表面の少なくとも一部分に塗布するステップと、
(II)接着剤が、第1の層と第2の層との間に配置されるように、第1の層と第2の層とを接触させるステップと、
(III)接着剤を硬化させて、硬化接着剤を介して第2の層に接合した第1の層を含む多層ラミネート生成物を形成するステップと、を含む。
本発明のラミネートフィルム構造体は、標準的な接着剤組成物の代わりにバリア接着剤組成物を使用して、一緒に結合されたポリマーから作製されたフィルムを含み、本発明のラミネートフィルム構造体は、依然として同様又は強化されたバリア特性を達成する。本発明の上記プロセスによって作製されたラミネート生成物によって呈される有利な特性のうちの1つは、例えば、改善された(すなわち、低減された)酸素透過率(oxygen transmission rate、OTR)を有するラミネートを含み得る。いくつかの実施形態では、ラミネートフィルム構造体は、「ccO2/m2/日」と省略される[平方メートル・日]当たり750立方センチメートル以下のOTRを有し、ASTM法D3985に準拠して測定される。
ラミネートフィルム構造体は、様々な層材料、層の数、フィルムの厚さ、及び他の特性を用いて設計され得るため、特定のラミネート構造体のOTRは、例えば、第1及び第2の層の様々な特性に依存する。例示として、それによって限定されるものではないが、本発明のラミネート構造体のOTRは、一般的に、一実施形態では標準的な接着剤組成物を使用したラミネートよりも15%低く、別の実施形態では標準的な接着剤組成物を使用したラミネートよりも25%低く、更に別の実施形態では、標準的な接着剤組成物を使用したラミネートよりも50%低い。更に別の実施形態では、本発明のラミネート構造体のOTRは、標準的な接着剤組成物を使用したラミネートよりも10%~95%低い。
上記のように調製されたラミネートは、例えば、可撓性包装用途、並びに家庭及びパーソナルケア用途において使用され得る。好ましい一実施形態では、ラミネートは、食品を包装するための包装体、パウチ、又は容器などの多層ラミネート構造体生成物又は物品を作製するために使用される。好ましい実施形態では、ラミネートは、2つのポリマーフィルムを一緒に結合する2つのフィルム層間に配置された接着剤層を有する高分子フィルムの2つの層から作製される。食品包装物品などの物品を作製するプロセスは、食品包装製造の当業者によって実行され得る。
上記のように、標準的な接着剤の代わりに本発明のバリア接着剤層を使用することによって、ラミネート構造体を通る酸素の透過性の減少があり、したがって、上記のラミネートを使用して作製される物品は、上記のラミネートが呈する改善された(すなわち低減された)OTRなどの、同じ有利なガスバリア特性を有するであろう。
加えて、ABA構造体を有する多層ラミネートは、有利なことに、単純で容易に製造可能な構造体であり得、ラミネートから作製された食品包装が環境に配慮するように有益にリサイクル可能でもあり得る。
以下の実施例は、本発明を更に詳細に説明するために提示されるが、特許請求の範囲の範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。別途指示されない限り、全ての部及びパーセンテージは、重量による。
発明実施例(Inv.Ex.)及び比較実施例(Comp.Ex.)において使用される様々な材料又は原料は、以下のように説明される。
MOR-FREE(商標)C33は、脂肪族系イソシアネートであり、The Dow Chemical Company(Dow)から入手可能である。
ADCOTE(商標)577は、イソシアネート末端化合物であり、Dowから入手可能である。
ADCOTE(商標)577Bは、ヒドロキシル末端化合物であり、Dowから入手可能である。
BESTER(商標)86は、1,000の分子量(Mw)、約50℃の融点、及び112のOHNを有するポリ(ブタンジオール-アジペート)であり、Dowから入手可能である。
MODAFLOW(登録商標)は、流動性調整剤として有用なアクリルコポリマー樹脂であり、Allnex Inc.から入手可能である。
DOWTHERM(商標)は、熱伝導流体であり、Dowから入手可能である。
TYZOR(登録商標)TPT(テトライソプロピルチタネート(tetra-isopropyl titanate))は、100%活性含有量を有する高度反応性有機アルコキシチタネートであり、ルイス酸触媒として作用し、Dorf Ketalから入手可能である。
「BOPP」は、二軸配向ポリプロピレンを表す。BOPPは、20μmの厚さを有するフィルムであり、Filmtech Inc.から入手可能である。
MOR-FREE(商標)C33は、脂肪族系イソシアネートであり、The Dow Chemical Company(Dow)から入手可能である。
ADCOTE(商標)577は、イソシアネート末端化合物であり、Dowから入手可能である。
ADCOTE(商標)577Bは、ヒドロキシル末端化合物であり、Dowから入手可能である。
BESTER(商標)86は、1,000の分子量(Mw)、約50℃の融点、及び112のOHNを有するポリ(ブタンジオール-アジペート)であり、Dowから入手可能である。
MODAFLOW(登録商標)は、流動性調整剤として有用なアクリルコポリマー樹脂であり、Allnex Inc.から入手可能である。
DOWTHERM(商標)は、熱伝導流体であり、Dowから入手可能である。
TYZOR(登録商標)TPT(テトライソプロピルチタネート(tetra-isopropyl titanate))は、100%活性含有量を有する高度反応性有機アルコキシチタネートであり、ルイス酸触媒として作用し、Dorf Ketalから入手可能である。
「BOPP」は、二軸配向ポリプロピレンを表す。BOPPは、20μmの厚さを有するフィルムであり、Filmtech Inc.から入手可能である。
ポリエステル-ポリカーボネート樹脂
合成実施例1-1、4-ブタンジオール-カーボネート樹脂(「PC-1」)の調製
この合成実施例1では、約2,000の分子量を有する1,4-ブタンジオール(btanediol)-カーボネート樹脂(本明細書では「PC-1」)を、表Iに記載される成分を使用して、以下の手順を使用して調製した。
合成実施例1-1、4-ブタンジオール-カーボネート樹脂(「PC-1」)の調製
この合成実施例1では、約2,000の分子量を有する1,4-ブタンジオール(btanediol)-カーボネート樹脂(本明細書では「PC-1」)を、表Iに記載される成分を使用して、以下の手順を使用して調製した。
114リットル(L)の316Lステンレス鋼容器(反応器)を使用した。反応器は、20インチ(50.8cm)の内径を有し、内部バッフル、可変速度の12インチ(30.5cm)タービンインペラ、スパージリング、独立したホットループ及びコールドループを有する混合DOWTHERM*システムからなる閉ループシステム、及び24インチ(61cm)の充填カラムを備える。反応器に、67,958.0gのブタンジオール(butanediol、BDO)を添加し、窒素(N2)で掃気しながら摂氏150度(℃)に加熱して、反応器を不活性化し、ブタンジオール中に存在する水を除去した。TYZOR(登録商標)TPT触媒(21.6g)を反応器に添加した。流量計及び制御バルブを使用して、6時間~8時間かけてジメチルカーボネート(Dimethyl carbonate、DMC)も反応器に添加し、カラム内の温度を65度に維持した。DMC添加が完了したら、反応器の温度を195℃に上げ、反応器内の反応の進行を、末端基分析のために反応混合物のOH価及び1H-NMRを測定することによって追跡した。195℃で8時間後、反応混合物のOH価は、1H-NMRによって決定される25パーセント(%)のカーボネート末端基で30.7であることが見出され、反応器の温度を150℃に減少させ、反応混合物に1,860gのBDOを添加した。次いで、反応混合物の温度を195℃に上げ、8時間の反応後、得られた反応生成物のヒドロキシル価は、1%未満のカーボネート末端基で54mgKOH/gであることが見出された。得られたカーボネート樹脂は、以下の最終物理的特性:54のOHN及び1,960の分子量(molecular weight、Mw)を有していた。
合成実施例2-1、4-ブタンジオール-カーボネート樹脂(本明細書では「PC-2」)の調製
この合成実施例2では、約1,000の分子量を有する1,4-ブタンジオール-カーボネート樹脂(本明細書では「PC-2」)を、表IIに記載される成分を使用して、以下の手順を使用して調製した。
この合成実施例2では、約1,000の分子量を有する1,4-ブタンジオール-カーボネート樹脂(本明細書では「PC-2」)を、表IIに記載される成分を使用して、以下の手順を使用して調製した。
ポリカーボネート樹脂を、表IIに記載される成分4及び5を、テフロン撹拌ブレードを備えた2Lの4つ口フラスコに充填することによって調製した。フラスコ内の得られた混合物を、撹拌しながら210℃に加熱した。次いで、撹拌された混合物を窒素パージ下で、210℃で4時間維持した。4時間後、得られた樹脂は、以下の最終物理的特性:112.0のOHN及び1,000のMwを有していた。
ポリエステル-ポリカーボネート樹脂
合成実施例3-ポリエステル-ポリカーボネートポリオール1(PE-PC-1)の調製
この合成実施例3では、約1,000の分子量を有するポリエステル-カーボネート-ポリオール樹脂(本明細書では、「PE-PC-1」)を、表IIIに記載される成分を使用して、以下の手順を使用して調製した。
合成実施例3-ポリエステル-ポリカーボネートポリオール1(PE-PC-1)の調製
この合成実施例3では、約1,000の分子量を有するポリエステル-カーボネート-ポリオール樹脂(本明細書では、「PE-PC-1」)を、表IIIに記載される成分を使用して、以下の手順を使用して調製した。
PE-PC-1樹脂を、成分6~8を、テフロン撹拌ブレードを備えた2Lの4つ口フラスコに充填することによって調製した。フラスコ内の得られた混合物を撹拌しながら210℃に加熱し、撹拌された混合物を窒素パージ下で、210℃で4時間維持した。4時間後、得られた樹脂は、以下の最終物理的特性:112.0のOHN、1,000のMw、及び43℃の溶融温度を有していた。
合成実施例4-ポリエステル-ポリカーボネートポリオール2樹脂(PE-PC-2)の調製
この合成実施例4では、約1,000の分子量を有するポリエステル-カーボネート-ポリオール樹脂(本明細書では、「PE-PC-2」)を、表IVに記載される成分を使用して、以下の手順を使用して調製した。
この合成実施例4では、約1,000の分子量を有するポリエステル-カーボネート-ポリオール樹脂(本明細書では、「PE-PC-2」)を、表IVに記載される成分を使用して、以下の手順を使用して調製した。
PE-PC-2樹脂を、成分9~11を、テフロン撹拌ブレードを備えた2Lの4つ口フラスコに充填することによって調製した。フラスコ内の得られた混合物を、撹拌しながら210℃に加熱した。次いで、撹拌された混合物を窒素パージ下で、210℃で4時間維持した。4時間後、得られた樹脂は、以下の最終物理的特性:112.0のOHN、1,000のMw、及び40℃の溶融温度を有していた。
合成実施例5-ポリエステル-ポリカーボネートポリオール3(PE-PC-3)の調製
この合成実施例5では、約1,000の分子量を有するポリエステル-カーボネート-ポリオール樹脂(本明細書では、「PE-PC-3」)を、表Vに記載される成分を使用して、以下の手順を使用して調製した。
この合成実施例5では、約1,000の分子量を有するポリエステル-カーボネート-ポリオール樹脂(本明細書では、「PE-PC-3」)を、表Vに記載される成分を使用して、以下の手順を使用して調製した。
PE-PC-3樹脂を、成分12及び13を、テフロン撹拌ブレードを備えた2Lの4つ口フラスコに充填することによって調製した。フラスコ内の得られた混合物を、撹拌しながら210℃に加熱した。次いで、撹拌された混合物を窒素パージ下で、210℃で4時間維持した。4時間後、得られた樹脂は、以下の最終物理的特性:112.0のOHN、1,000のMw、及び42℃の溶融温度を有していた。
イソシアネート共反応物
イソシアネート共反応物(Co-Reactant、CR)を調製するための一般的な手順
表VIに記載される組成物を使用した3つのイソシアネート反応性共反応物(CR-1、CR-2、及びCR-3)を、上記合成実施例3~5に記載されるような結晶性ポリエステル-ポリカーボネートポリオール化合物を使用して、以下のように調製した。ポリエステル-ポリカーボネートポリオールを、最初に60℃のオーブン内で溶融させ、次いで、溶融した結晶性又は非結晶性ポリエステル-ポリカーボネートポリオール化合物を、酢酸エチル及びModaflowと60℃で1時間混合して、表VIに記載される様々なイソシアネート反応性組成物を形成する。
イソシアネート共反応物(Co-Reactant、CR)を調製するための一般的な手順
表VIに記載される組成物を使用した3つのイソシアネート反応性共反応物(CR-1、CR-2、及びCR-3)を、上記合成実施例3~5に記載されるような結晶性ポリエステル-ポリカーボネートポリオール化合物を使用して、以下のように調製した。ポリエステル-ポリカーボネートポリオールを、最初に60℃のオーブン内で溶融させ、次いで、溶融した結晶性又は非結晶性ポリエステル-ポリカーボネートポリオール化合物を、酢酸エチル及びModaflowと60℃で1時間混合して、表VIに記載される様々なイソシアネート反応性組成物を形成する。
接着剤配合物
実施例1~3及び比較実施例A
接着剤配合物を調製するための一般的な手順
表VIIに記載される接着剤配合物を、表VIIに列挙される成分を以下の条件下で混合することによって調製する。
実施例1~3及び比較実施例A
接着剤配合物を調製するための一般的な手順
表VIIに記載される接着剤配合物を、表VIIに列挙される成分を以下の条件下で混合することによって調製する。
接着剤配合物、イソシアネート反応性成分、イソシアネート成分を調製するための適切な原料を、表VIIに記載する。接着剤配合物試料調製のための例として、発明実施例1の接着剤を使用して、約2,541gのイソシアネート反応性成分(成分B)、約459gのイソシアネート成分(成分A)をプラスチック容器に充填する。材料を、機械的ミキサを使用して室温(約25℃)で30分間混合して、発明実施例1の配合接着剤を得る。
表VIIは、全ての接着剤が同じ量の過剰なイソシアネートを有する、選択された実施例の接着剤配合物を記載する。
コーティングされたラミネート
実施例4~6及び比較実施例B
コーティングされたラミネートを調製するための一般的な手順
発明実施例1~3及び比較実施例Aのポリウレタン接着剤配合物を、接着剤配合物を調製するための一般的な手順を使用し、表VIIに記載される配合原料を使用して、上記のように調製する。次いで、接着剤配合物を、最初にグラビアシリンダを介して一次基材上にコーティングする。次いで、コーティングされたフィルムを3つのゾーンオーブンに通して、コーティングされたフィルムを乾燥させ、酢酸エチル溶媒を除去する。次いで、コーティングされたフィルムを、90℃の温度で加熱されたスチールロール下で別の基材にニップし、ニップ圧力を40PSI(275.8kPa)に設定する。次いで、ラミネート構造体を温度制御室に配置して、23℃、50%の相対湿度(RH)で7日間硬化させる。次いで、ラミネートの各々の上の接着剤コーティング重量を測定し、記録する。
実施例4~6及び比較実施例B
コーティングされたラミネートを調製するための一般的な手順
発明実施例1~3及び比較実施例Aのポリウレタン接着剤配合物を、接着剤配合物を調製するための一般的な手順を使用し、表VIIに記載される配合原料を使用して、上記のように調製する。次いで、接着剤配合物を、最初にグラビアシリンダを介して一次基材上にコーティングする。次いで、コーティングされたフィルムを3つのゾーンオーブンに通して、コーティングされたフィルムを乾燥させ、酢酸エチル溶媒を除去する。次いで、コーティングされたフィルムを、90℃の温度で加熱されたスチールロール下で別の基材にニップし、ニップ圧力を40PSI(275.8kPa)に設定する。次いで、ラミネート構造体を温度制御室に配置して、23℃、50%の相対湿度(RH)で7日間硬化させる。次いで、ラミネートの各々の上の接着剤コーティング重量を測定し、記録する。
実施例4~6
コーティングされたラミネートを、上記の表VIIにおける発明実施例1~3のポリウレタン接着剤組成物を使用し、上記のようなコーティングされたラミネートを調製する一般的な手順を使用して製造した。発明実施例4~6の得られたラミネートの各々は、3.5g/m2の接着剤コーティング重量を有していた。
コーティングされたラミネートを、上記の表VIIにおける発明実施例1~3のポリウレタン接着剤組成物を使用し、上記のようなコーティングされたラミネートを調製する一般的な手順を使用して製造した。発明実施例4~6の得られたラミネートの各々は、3.5g/m2の接着剤コーティング重量を有していた。
比較実施例B
この比較実施例Bでは、コーティングされたラミネートを、上記表VII中の比較実施例Aのポリウレタン接着剤配合物を使用し、コーティングされたラミネートを、温度制御室に配置し、23℃、50%のRHで7日間硬化させることを除いて、上記のようなコーティングされたラミネートを調製するための同じ一般的な手順を使用して生成した。比較実施例Bの得られたラミネートは、3.5g/m2の接着剤コーティング重量を有していた。
この比較実施例Bでは、コーティングされたラミネートを、上記表VII中の比較実施例Aのポリウレタン接着剤配合物を使用し、コーティングされたラミネートを、温度制御室に配置し、23℃、50%のRHで7日間硬化させることを除いて、上記のようなコーティングされたラミネートを調製するための同じ一般的な手順を使用して生成した。比較実施例Bの得られたラミネートは、3.5g/m2の接着剤コーティング重量を有していた。
ラミネート/接着性能
以下の試験:90°T-剥離試験及び酸素透過率(OTR)測定を、上記で調製されたコーティングされたラミネート試料を使用して実行した。試験結果を表VIIIに記載する。
以下の試験:90°T-剥離試験及び酸素透過率(OTR)測定を、上記で調製されたコーティングされたラミネート試料を使用して実行した。試験結果を表VIIIに記載する。
90°T-剥離試験
90°T-剥離試験を、一次フィルム及び二次フィルムを接着剤で一緒に接着した2つのフィルムからなるラミネート試料で行った。ラミネート試料を15mm幅の細片に切断し、試料の各々を50Nのローディングセルを備えたThwing Albert(商標)QC-3A剥離試験機で引っ張った。ラミネート試料を、15mmの細片について、4インチ/分(10cm/分)の速度で剥離試験機で引っ張った。ラミネート中の2つのフィルムが分離(剥離)するときの、引張中の力の平均を記録した。フィルムのうちの1つが延伸又は破断した場合、最大の力又は破断時の力を記録した。ラミネート試料の最終値は、試験された3つの別個の試料細片の平均値である。破壊モード(failure mode、FM)又は破壊のモード(mode of failure、MOF)を以下のように記録した。AS(接着剤分割)又は凝集破壊は、接着剤が一次フィルム及び二次フィルムの両方の上に見られることを示す。
90°T-剥離試験を、一次フィルム及び二次フィルムを接着剤で一緒に接着した2つのフィルムからなるラミネート試料で行った。ラミネート試料を15mm幅の細片に切断し、試料の各々を50Nのローディングセルを備えたThwing Albert(商標)QC-3A剥離試験機で引っ張った。ラミネート試料を、15mmの細片について、4インチ/分(10cm/分)の速度で剥離試験機で引っ張った。ラミネート中の2つのフィルムが分離(剥離)するときの、引張中の力の平均を記録した。フィルムのうちの1つが延伸又は破断した場合、最大の力又は破断時の力を記録した。ラミネート試料の最終値は、試験された3つの別個の試料細片の平均値である。破壊モード(failure mode、FM)又は破壊のモード(mode of failure、MOF)を以下のように記録した。AS(接着剤分割)又は凝集破壊は、接着剤が一次フィルム及び二次フィルムの両方の上に見られることを示す。
酸素透過率(OTR)測定
形成されたラミネートの酸素透過率(OTR)を、ASTM法D3985(「電量センサーを使用したプラスチックフィルム及びシートを通る酸素ガス透過率の標準試験方法」)に記載される手順に従って、MOCON OXTRAN 2/21を使用して測定した。OTRデータを、標準単位「cc/(m2・日)」で報告する。OTR測定値を得るための試験に使用された条件は、23℃及び85%の相対湿度(relative humidity、RH)であった。
形成されたラミネートの酸素透過率(OTR)を、ASTM法D3985(「電量センサーを使用したプラスチックフィルム及びシートを通る酸素ガス透過率の標準試験方法」)に記載される手順に従って、MOCON OXTRAN 2/21を使用して測定した。OTRデータを、標準単位「cc/(m2・日)」で報告する。OTR測定値を得るための試験に使用された条件は、23℃及び85%の相対湿度(relative humidity、RH)であった。
表VIIIに記載されているデータから、結晶性ポリエステル-ポリカーボネートを含有する、発明実施例1、2、及び3の接着剤配合物でそれぞれコーティングされた発明実施例4、5、及び6のラミネートは、非結晶性ポリエステル骨格を含有する接着剤配合物(比較実施例A)でコーティングされた比較実施例Bのラミネートに対して、改善されたOTRバリア性能を示したことがわかる。
Claims (14)
- 接着剤ラミネート構造体を生成するための結晶性ポリエステル-ポリカーボネートに基づくポリウレタン接着剤組成物であって、
(a)少なくとも1つのイソシアネート成分と、
(b)
(bi)少なくとも1つの結晶性ポリエステル-ポリカーボネートジオール化合物、
(bii)少なくとも1つのアクリルポリマー化合物、及び
(biii)少なくとも1つの溶媒のブレンドを含む、少なくとも1つのイソシアネート反応性成分と、を含む、ポリウレタン接着剤組成物。 - 成分(a)対成分(b)の重量比が、4:100~30:100である、請求項1に記載の接着剤組成物。
- 結晶性ポリエステル-ポリカーボネート化合物が、
(bi)少なくとも1つのポリエステルポリオール前駆体と、
(bii)少なくとも1つのポリカーボネートポリオール前駆体と、の反応生成物である、請求項1に記載の接着剤組成物。 - 前記ポリエステルポリオール前駆体が、エチレングリコール、ジエチレングリコール、1,4-ブタンジオール、1,6-ヘキサンジオール、アジピン酸、アゼライン酸、セバシン酸、テレフタル酸、及びそれらの組み合わせに基づくポリエステル樹脂からなる群から選択される、請求項3に記載の接着剤組成物。
- 前記ポリカーボネートポリオール前駆体が、エチレングリコール、ジエチレングリコール、1,4-ブタンジオール、1,6-ヘキサンジオール、1,4-シクロヘキサンジメンタノール、アルキレンカーボネート、ジアリールカーボネート、ジアルキルカーボネート、及びそれらの組み合わせに基づくポリカーボネート樹脂からなる群から選択される、請求項3に記載の接着剤組成物。
- 前記少なくとも1つのイソシアネート成分が、キシリレンジイソシアネート系ポリイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート系ポリイソシアネート、ジフェニルメタンジイソシアネート系ポリイソシアネート、トルエンジイソシアネート系ポリイソシアネート、及びそれらの混合物からなる群から選択される、請求項1に記載の接着剤組成物。
- 少なくとも1つの結晶性ポリエステル-ポリカーボネート化合物が、(1)ポリ(1,4-ブタンジオール-アジピン酸)とポリ(1,4-ブタンジオール-ジメチルカーボネート)との反応生成物、(2)ポリ(1,6-ヘキサンジオール-アジピン酸)とポリ(1,4-ブタンジオール-ジメチルカーボネート)との反応生成物、及び(3)それらの混合物からなる群から選択される、請求項1に記載の接着剤組成物。
- 前記少なくとも1つのアクリルポリマー化合物が、ポリラウリルアクリレート、ポリブチルアクリレート、ポリ(2-エチルヘキシル)アクリレート、ポリ(エチルアクリレート-2-エチルヘキシルアクリレート)、ポリラウリルメタクリレート、メチルアクリレート、エチルアクリレート、ブチルアクリレート、2-エチルヘキシルアクリレート、ラウリルアクリレート、メチルメタクリレート、アクリル酸、メタクリル酸、スチレン、酢酸ビニル、ブタジエンを含む2つ以上のモノマーから作製されるアクリルコポリマー、及びそれらの混合物を含む、請求項1に記載の接着剤組成物。
- 前記少なくとも1つの溶媒が、酢酸エチル、メチルエチルケトン、及びそれらの混合物である、請求項1に記載の接着剤組成物。
- 接着剤組成物が、[平方メートル・日]当たり750立方センチメートル未満の酸素透過率を有するラミネートを形成するために使用される、請求項1に記載の接着剤組成物。
- 接着剤ラミネート構造体を生成するための結晶性ポリエステル-ポリカーボネートに基づくポリウレタン接着剤組成物を生成するためのプロセスであって、
(a)少なくとも1つのイソシアネート成分と、
(b)
(bi)少なくとも1つの結晶性ポリエステル-ポリカーボネートジオール化合物、
(bii)少なくとも1つのアクリルポリマー化合物、及び
(biii)少なくとも1つの溶媒のブレンドを含む、少なくとも1つのイソシアネート反応性成分と、を混合することを含む、プロセス。 - 多層ラミネート生成物であって、
(A)少なくとも第1の層と、
(B)少なくとも第2の層と、
(C)前記第1の層と前記第2の層との間に配置された、請求項1に記載の硬化接着剤の少なくとも1つの層と、を含み、前記硬化接着剤が、前記第1の層を前記第2の層に結合させ、[平方メートル・日]当たり750立方センチメートル未満の酸素透過率(OTR)を有するラミネートを提供する、多層ラミネート生成物。 - 多層ラミネート生成物を生成するためのプロセスであって、
(I)請求項1に記載の接着剤を、第1の層及び/又は第2の層の表面の少なくとも一部分に塗布するステップと、
(II)前記接着剤が、前記第1の層と前記第2の層との間に配置されるように、前記第1の層と前記第2の層とを接触させるステップと、
(III)前記接着剤を硬化させて、前記硬化接着剤を介して前記第2の層に結合した前記第1の層を含む多層ラミネート生成物を形成するステップと、を含む、プロセス。 - 請求項12に記載のラミネートを含む、包装容器物品。
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