JP2024510646A - コーティング組成物 - Google Patents
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Abstract
直径4ミクロン以下の中央重量平均粒径及び450メガパスカル以上の表面ヤング率を有する複数の第1のアクリル粒子を含む複数の架橋粒子を有する、少なくとも1つのアクリル分散体を含む、水性艶消し仕上げコーティング組成物と、上記水性艶消しコーティング組成物を製造するためのプロセスと、上記水性艶消しコーティング組成物を使用して作製される乾燥コーティングでコーティングされたコーティング基材。
Description
本発明は、コーティング組成物に関し、より詳細には、本発明は、艶消しコーティング組成物に関する。コーティング組成物は、フィルム基材に適用され、包装用途に使用するための艶消しコーティングフィルムを形成し得る。
フィルム構造体のための艶消し仕上げ剤は、包装用途において一般的に使用されており、包装フィルムに更なる機能、例えば、光学的外観、手触り又は触覚応答、直接印刷のためのインク及び画像保護、包装耐久性の向上、並びに包装加工の改善を追加する。ほとんどの艶消し仕上げ剤は、シリカ又は酸化チタンなどの無機充填剤と、アクリル及びポリウレタンなどのポリマー結合剤(溶媒系又は水系)と、から配合されている。しかしながら、艶消し仕上げ剤中に存在する無機顔料は、耐摩耗性を低下させ、フィルムの触感を低下させるが、このような顔料は、フィルムのその他の性能特性に悪影響を及ぼす場合がある。これまで、無機顔料によって引き起こされる悪影響を解決するために、ポリマー有機ビーズ粒子が艶消しコーティング配合物に使用されてきた。例えば、米国特許出願公開第20190315994(A1)号、国際公開第2020076577(A1)号、及び米国仮特許出願公開第63/122,686号は、アクリルポリマービーズを含有する水性艶消しコーティング組成物をフィルム基材上に適用することによって、包装用のコーティング基材を形成することを開示している。上記の先行技術文献は、4.5ミクロン超のアクリルビーズを含む組成物を用いて艶消しコーティング製品を形成することを記載している。しかしながら、上記参考文献に開示されている艶消しコーティング製品は、様々な包装コーティング用途において有利に使用され得る2つのプロセスであるフレキソ(凸版輪転)印刷プロセス及びオフセット印刷プロセスによって適用されるには大きすぎる、粒径が大きなビーズであるため、グラビア(写真凹版)プロセスによってしか適用され得ない。
更に、無機顔料を使用して調製された艶消し仕上げコーティングフィルム基材は、特に、一次包装用途における必要性を満たす艶消し仕上げコーティングフィルムを提供するための、包装産業にとってコーティングフィルムの重要な管理特性である、オーバープリントワニス(overprinting vanish、OPV)の低い色適合度及び弱い耐摩耗性を提供してしまう。近年、卓越した艶消し外観及びソフトタッチ特性を提供する、ポリウレタン(PU)ビーズ系の艶消し仕上げ剤が開発されている。しかしながら、このようなワニス(すなわち、コーティング配合物)のPU構成成分は、艶消しコーティング配合物の製造にかなり高いコストを加える。
艶消し包装用途に使用されるその他の艶消しコーティング配合物は、元の配合物が個々の包装製造業者によって改質又は再配合されて、このような個々の包装製造業者に特有の、個々の包装製造業者の特定の用途要件を満たすことを必要とする。また、いくつかの艶消しコーティング配合物は、高い摩擦係数(coefficient of friction、COF)を有するコーティングを提供する。いくつかのすぐに使用できる艶消しコーティング配合物は、元の配合物を再配合する必要なしに、ソフトタッチ、色保持、耐摩耗性、及び塗布レオロジーなどの特性に関連する性能改善を提供することにおいては、十分成功しているとは言えない。しかしながら、すぐに使用できる艶消しコーティング配合物は、依然として高いCOFを有しており、このような配合物は、配合物中に使用される4.5ミクロン(μm)より大きい粒径のアクリルビーズ及びより低い固形分含有量の使用故に、グラビア印刷プロセスにのみ適している。配合物はより大きな粒径及び低い固形分含有量を有するが、このことは、アニロックスロールから印刷ロールへの転写効率の低さ故に、フレキソ印刷プロセス及びオフセット印刷プロセスによる配合物の適用を制限してしまう。
したがって、包装産業においては、グラビア印刷プロセス、フレキソ印刷プロセス、及びオフセット印刷プロセスを含む全ての種類の適用プロセスで使用するための艶消しコーティング配合物を開発することが望まれている。また、包装産業においては、艶消しコーティングの性能を向上させることが望まれている。更に、包装産業においては、低いCOFを有する艶消しコーティングを提供することが望まれている。
一実施形態では、本発明は、コーティング配合物を製造するために4.5μm超のサイズのアクリルビーズを使用する代わりに、艶消し外観を有するコーティングを生じさせるための原料として、450メガパスカル(MPa)以上(≧)の表面ヤング率を有する4.0μm以下(≦)の平均粒径(例えば、3μmの平均粒径)を有するポリマー多段架橋ビーズを含む水性艶消しコーティング組成物を配合することによって、先行技術の上記問題を解決する。なお、本発明のコーティング配合物の固形分含有量は、フレキソ印刷プロセス及びオフセット印刷プロセスの転写効率を改善するために増加される(例えば、35重量パーセント[wt%]を超える[>])。
別の実施形態では、直径が4μm以下の中央重量平均粒径を有し、また一般的な一実施形態では500MPa以上の表面ヤング率を有する複数の第1のアクリル粒子を含む、水性艶消し仕上げコーティング配合物が調製される。
更に別の実施形態では、前述の多段架橋3μmサイズビーズ配合物は、(1)1μmサイズ未満のビーズなどの、サイズがより小さい別の多段架橋ビーズと、(2)アクリル系結合剤と、(3)低COF(例えば、1.0未満[<]のCOF-コーティング/コーティング-静的)をもたらし得る艶消しコーティング材料を形成するための独自の添加剤パッケージと、で更に配合され得る。そして、本発明の水性艶消しコーティング組成物は、良好な艶消し外観、耐摩耗性、色保持、及びソフトタッチなどの良好な特性を有するコーティングを提供する。なお、本発明の水性艶消しコーティング組成物は、グラビアプロセスを使用することに限定されないが、代わりに、リバースグラビアプロセス及びロータリグラビアプロセスを含むグラビアプロセス、フレキソ印刷プロセス、及びオフセット印刷プロセスとともに使用され得る。更に、より高い固形分含有量を有する3μmサイズの多段架橋アクリルビーズは、仕上げ剤配合物の固形分含有量を増加させ、フレキソ印刷加工及びオフセット印刷の転写効率を改善する。本発明は、新規コーティング組成物に関し、以前の艶消しコーティング組成物製品のプロセス課題及び性能ギャップを解決する。
更に別の実施形態では、本発明は、多段架橋アクリルビーズ分散体、アクリル系結合剤、及び添加剤を含む新規艶消しコーティング組成物又は配合物に関する。上記構成成分の新規組合せは、特別に設計されたポリマー材料、並びにポリマー材料の適用加工レオロジー特性及び乾燥仕上げ表面形態の範囲を提供する。本発明のコーティングの艶消し仕上げ剤は、艶消し外観、したがって60°での低い光沢、耐摩耗性、良好な接着性、優れた色適合度、優れたソフトタッチ、及び低いCOF、並びに配合組成物のより良好な貯蔵安定性などの有益な性能特性を有する。更に、本発明の新規艶消しコーティング組成物は、リバースグラビア及びロータリグラビアを含むグラビア印刷、フレキソ印刷、及びオフセット印刷などのいくつかの適用プロセスとともに使用され得る。
その他の様々な実施形態では、本発明の艶消しコーティング配合物は、異なる脱泡剤などの様々な添加剤と、異なるレオロジー改質剤と、艶消しコーティング配合物の性能を更に向上させるためのシリコーンエマルション及びワックス分散体などの異なるスリップ添加剤と、を含有してもよい。艶消しコーティング配合物は、コーティングが適用される直前に添加されるポリイソシアネートなどの、様々な1種以上の異なる水分散性ポスト架橋剤と組み合わせられ得るが、これらに限定されない。
本発明の艶消しコーティング組成物は、有利には、プレミアム包装用の艶消し包装材料を製造するために、グラビア加工印刷、フレキソ印刷、及びオフセット印刷を使用して適用され得る。本発明のコーティング組成物は、例えば、ソフトタッチ、低COF、色保持、耐摩耗性、防眩(より低い光沢)等を含む独特の性能を、有益に提供する。
その他の実施形態では、本発明の艶消しコーティング組成物は、有利には、再利用可能なポリオレフィン包装を構築するためにポリオレフィン基材上に適用され得る。
例えば、1つの広範な実施形態では、本発明の艶消し仕上げ配合物は、(A)4.0μm以下の平均粒径を有し、450MPa以上の表面ヤング率を有する多段架橋粒子を有する、少なくとも1種のアクリル系分散体と、(B)少なくとも1種のレオロジー改質剤と、(C)少なくとも1種の脱泡剤と、(D)配合物のpHを7.5~9.0のレベルに調節するための、少なくとも1種の中和剤と、(E)少なくとも1種の湿潤添加剤と、(F)少なくとも1種のスリップ添加剤と、(G)少なくとも1種の水分散性ポスト架橋剤と、を含む。
別の実施形態では、本発明の艶消し仕上げ配合物は、例えば、(A)(Ai)ガラス転移温度(Tg)が摂氏(℃)20℃以下である第1段のポリマー相と、Tgが30℃以上である第2段のポリマー相と、を有し、平均粒径が1μm~4.0μm、表面ヤング率が450MPa以上である多段架橋粒子を有する第1のアクリルビーズ分散体と、(Aii)第1のアクリルビーズ分散体とは異なり、Tgが20℃以下である第1段のポリマー相と、Tgが30℃以上である第2段のポリマー相と、を有し、平均粒径が0.2μm~0.99μmである、第2のアクリル多段架橋ビーズ分散体と、(Aiii)第1のアクリルビーズ分散体及び第2のアクリルビーズ分散体とは異なり、Tgが-30℃~60℃でありz-平均粒径分布が0.05μm~0.3μmである結合剤として使用される、第3のアクリル系結合剤エマルションと、の組合せと、(B)一般的な実施形態では少なくとも1種のレオロジー改質剤であり、好ましい一実施形態では、レオロジー改質剤が2種以上の異なるレオロジー改質剤の組合せを含み得る、レオロジー改質剤と、(C)一般的な実施形態では少なくとも1種の脱泡剤であり、好ましい一実施形態では、脱泡剤が2種以上の異なる脱泡剤の組合せを含み得る、脱泡剤と、(D)配合物のpHを7.5~9.0のpHレベルに調節するための中和剤と、(E)一般的な実施形態では少なくとも1種の湿潤添加剤であり、好ましい一実施形態では、湿潤添加剤が2種以上の異なる湿潤添加剤の組合せを含み得る、湿潤添加剤と、(F)一般的な実施形態では少なくとも1種のスリップ添加剤であり、好ましい一実施形態では、スリップ添加剤が2種以上の異なるスリップ添加剤の組合せを含み得る、スリップ添加剤と、(G)ポスト架橋剤として使用される水分散性ポリイソシアネートと、(H)所望により、希釈剤として使用される水と、を含む。
更に別の実施形態では、本発明の艶消し仕上げ配合物は、例えば、(A)(Ai)Tgが20℃以下である第1段のポリマー相と、Tgが30℃以上である第2段のポリマーと、を有し、配合物の総乾燥重量に基づいて、30乾燥重量%~70乾燥重量%の充填濃度で、平均粒径が1μm~4.0μm、表面ヤング率が450MPa以上である多段架橋粒子を有する第1のアクリルビーズ分散体と、(Aii)第1のアクリル系分散体とは異なり、Tgが20℃以下である第1段のポリマー相と、Tgが30℃以上である第2段のポリマー相と、を有し、配合物の総乾燥重量に基づいて10乾燥重量%~40乾燥重量%の固形分に基づいた充填濃度で平均粒径が0.2μm~0.99μmである、第2の多段架橋アクリルビーズ分散体と、(Aiii)第1のアクリル系分散体及び第2のアクリル系分散体とは異なり、Tgが-30℃~60℃である結合剤として使用され、配合物の総乾燥重量に基づいて10乾燥重量%~30乾燥重量%の濃度での使用において、z-平均粒径が0.05μm~0.3μmである、第3のアクリルエマルションと、の組合せと、(B)一般的な実施形態では少なくとも1種のレオロジー改質剤であり、好ましい一実施形態では、レオロジー改質剤が、最大2.0乾燥重量%の総充填濃度で、2種以上の異なるレオロジー改質剤の組合せを含み得、充填量は、配合物の総乾燥重量に基づく、レオロジー改質剤と、(C)一般的な実施形態では少なくとも1種の脱泡剤であり、好ましい一実施形態では、脱泡剤が、配合物の総乾燥重量に基づいて最大0.5重量%の充填濃度で、2種以上の異なる脱泡剤の組合せを含み得る、脱泡剤と、(D)配合物のpHを7.5~9.0のpHレベルに調節するための中和剤と、(E)一般的な実施形態では少なくとも1種の湿潤添加剤であり、好ましい一実施形態では、湿潤添加剤が、最大1.0乾燥重量%の総充填濃度で、2種以上の異なる湿潤添加剤の組合せを含み得、充填量は、配合物の総乾燥重量に基づく、湿潤添加剤と、(F)一般的な実施形態では少なくとも1種のスリップ添加剤であり、好ましい一実施形態では、スリップ添加剤が、配合物の総乾燥重量に基づいて最大7.0乾燥重量%の総充填濃度で、2種以上の異なるスリップ添加剤の組合せを含み得る、スリップ添加剤と、(G)10.0乾燥重量%までの充填濃度でポスト架橋剤として使用される水分散性ポリイソシアネートであって、充填量は、配合物の総乾燥重量に基づく、水分散性ポリイソシアネートと、(H)所望により、希釈剤として使用される水と、を含む。
更に別の実施形態では、本発明は、上記水性艶消しコーティング組成物を基材に適用するための方法を含み、本方法は、(I)(a)450MPa以上の表面ヤング率を有する4μm以下の平均粒径を有する少なくとも1種のアクリルビーズと、(b)少なくとも1種のポリマー結合剤と、(c)シリコーンエマルション及びワックス分散体を含む、少なくとも1種のスリップ添加剤と、(d)水分散性ポスト架橋剤と、を含む、水性艶消しコーティング組成物を形成することと、(II)水性艶消しコーティング組成物を基材に適用することと、(III)適用された水性艶消しコーティング組成物を乾燥すること、又は乾燥させることと、を含む。
依然として更に別の実施形態では、本発明は、上記水性艶消しコーティング組成物でコーティングされたコーティング基材を含む。
なおも更に別の実施形態では、本発明は、上記水性艶消しコーティング組成物から作製された包装物品を含む。
本明細書における「分散体」とは、重合中に水マトリックス中、又は高剪断混合によって水中に分散されたワックス及びその他の添加剤中で安定化された、いずれかのポリマー架橋粒子を意味する。
本明細書における「エマルション」とは、不飽和モノマーのフリーラジカル乳化重合から作製される水性材料を意味する。
「艶消し仕上げ」は、コーティングに関して、本明細書では、基材上にコーティングされた低光沢層、又は防眩層を意味する。
別段矛盾する記述がなく、文脈から暗示されておらず、又は当該技術分野において慣例的でない限り、全ての部及び百分率は、重量を基準にするものであり、全ての温度は℃であり、全ての試験方法は、本開示の出願日の時点において最新のものである。
本明細書で使用される場合、「組成物」という用語は、組成物を含む材料の混合物を指す。
本明細書で使用される場合、アクリルビーズの「粒径」という用語は、方法の項に記載されるDisc Centrifuge Photosedimentometer(DCP)によって測定される中央重量平均(D50)粒径を指す。
本明細書で使用される場合、アクリルエマルションの「z-平均粒径」という用語は、方法の項に記載されるマルバーンの動的光散乱法(Malvern dynamic light scattering)によって測定されるz-平均(Dz)粒径を指す。
「ポリマー」は、同じ種類であるか又は異なる種類であるかにかかわらず、モノマーを重合させることによって調製されるポリマー化合物を意味する。したがって、ポリマーという総称は、ホモポリマーという用語(微量の不純物がポリマー構造に組み込まれ得るという理解の下に、1種類のモノマーのみから調製されるポリマーを指すために用いられる)及び本明細書において以下に定義されるインターポリマーという用語を包含する。微量の不純物(例えば、触媒残渣)は、ポリマー中及び/又はポリマー内に組み込まれてもよい。ポリマーは、単一のポリマー、ポリマーブレンド、又は重合中にその場で形成されるポリマーの混合物を含むポリマー混合物であってもよい。
「ポスト架橋剤」という用語は、フィルム形成中又は形成後に安定な化学結合の架橋ネットワークを形成し得る、1分子当たり2つ超の反応性化学基を有する材料のクラスを指す。
「HDPE」という用語は、チーグラー・ナッタ触媒、クロム触媒、又はビス-メタロセン触媒及び幾何拘束型触媒を含むがこれらに限定されないシングルサイト触媒を用いて一般に調製される、1立方センチメートル(g/cm3)当たり0.940グラム(複数可)超かつ最大0.970g/cm3の密度を有するポリエチレンを指す。
「ULDPE」という用語は、チーグラー・ナッタ触媒、クロム触媒、又はビス-メタロセン触媒及び幾何拘束型触媒を含むがこれらに限定されないシングルサイト触媒を用いて一般に調製される、0.880g/cm3~0.912g/cm3の密度を有するポリエチレンを指す。
「含む(comprising)」、「含む(including)」、「有する(having)」という用語及びそれらの派生語は、あらゆる追加の構成成分、工程、又は手順の存在を、それらが具体的に開示されているか否かにかかわらず、除外することを意図するものではない。いかなる疑念も避けるために、「含む(comprising)」という用語の使用を通して特許請求される全ての組成物は、別段矛盾する記述がない限り、ポリマー性か又は別のものであるかにかかわらず、任意の追加の添加剤、補助剤、又は化合物を含んでもよい。対照的に、「から本質的になる(consisting essentially of)」という用語は、操作性に必須ではないものを除き、あらゆる以降の記述の範囲から任意のその他の構成成分、工程、又は手順を除外する。「からなる(consisting of)」という用語は、具体的に描写又は列記されていないあらゆる構成成分、工程、又は手順を除外する。
広範な実施形態では、本発明は、例えば、(A)直径4.0μm以下の平均粒径及び450メガパスカル以上の表面ヤング率を有する多段架橋粒子を有する少なくとも1つのアクリルビーズ分散体と、(B)少なくとも1種のレオロジー改質剤と、(C)少なくとも1種の脱泡剤と、(D)配合物のpHを7.5~9.0のレベルに調節するための、少なくとも1種の中和剤と、(E)少なくとも1種の湿潤添加剤と、(F)少なくとも1種のスリップ添加剤と、(G)少なくとも1種の水分散性ポスト架橋剤と、を含む、艶消し配合物又は艶消し組成物を含む。
本発明において有用なアクリル分散体である構成成分(A)は、1種以上のアクリル分散体及びエマルションを含み得る。
好ましい一実施形態では、アクリルビーズ分散体は、1つ以上の分散体の組合せ、ブレンド又は混合物であり、別の好ましい実施形態では、分散体である構成成分(A)は、(Ai)第1のアクリルビーズ分散体、(Aii)第2のアクリルビーズ分散体、(Aiii)第3のアクリルエマルションなどの、3つの分散体又はエマルションの組合せである。
多段架橋アクリルビーズの水性分散体は、米国特許公開公報第2013/0052454号、米国特許第4,403,003号、同第7,768,602号、同第7,829,626号、同10,676,580B2号、同10,723,838B2号、10,865,276B2号に記載されているものを含む、様々な方法で調製され得る。
第1のアクリルビーズ及び第2のアクリルビーズは、多段かつ架橋されており、弾性を提供し、基材に拡散しないように架橋された低Tg(一実施形態では20℃未満、別の実施形態では10℃未満、更に別の実施形態では0℃未満)のホモポリマー又はコポリマーを含む第1段のポリマー相、及び室温でフィルム形成性ではないビーズを提供するための高Tgの第2段のポリマー相(一実施形態では30℃超、別の実施形態では50℃超、Fox式によって計算される)を有する。一実施形態では少なくとも50重量%、別の実施形態では少なくとも70重量%、更に別の実施形態では少なくとも90重量%の架橋された第1段は、(I)アクリル酸ブチル若しくはアクリル酸エチル又はこれらの組合せ、及び(II)本明細書において以下に例示される多エチレン性不飽和非イオン性モノマーの構造単位を、一実施形態では99.5:0.5~85:15の範囲である(I):(II)のw/w比で含む。メタクリル酸メチルホモポリマーは、第2段の一実施形態では少なくとも60重量%、別の実施形態では少なくとも80重量%、更に別の実施形態では100重量%を含む。
第1のアクリルビーズ及び第2のアクリルビーズの第1段は、モノエチレン性不飽和非イオン性モノマーの85重量%~99.9重量%の構造単位を含むが、その例としては、アクリル酸エチル、アクリル酸ブチル、及びアクリル酸2-エチルヘキシルなどのアクリル酸と、メタクリル酸メチル、メタクリル酸n-ブチル、メタクリル酸t-ブチル、メタクリル酸ヒドロキシエチル、メタクリル酸ヒドロキシプロピル、メタクリル酸アセトアセトキシエチル、及びメタクリル酸ウレイドなどのメタクリル酸と、アクリルニトリルと、アクリルアミド、及びジアセトンアクリルアミドなどのアクリルアミドと、スチレンと、酢酸ビニルなどのビニルエステルと、が挙げられる。第1段は、メタクリル酸又はアクリル酸などのカルボン酸モノマーの構造単位を含むことが可能であるが、特定の実施形態では、第1段は、ビーズの重量に基づいて、カルボン酸モノマーの構造単位を、一実施形態では5重量%未満、別の実施形態では3重量%未満、更に別の実施形態では1重量%未満含む。好ましい実施形態では、第1段は、アクリル酸若しくはメタクリル酸、又はアクリル酸とメタクリル酸との組合せの構造単位を含む。
その他の実施形態では、第1のアクリルビーズ及び第2のアクリルビーズの第1段は、多エチレン性不飽和非イオン性モノマーを、第1段モノマーの重量に基づいて、一実施形態では0.1重量%~15重量%、別の実施形態では1重量%~12重量%、更に別の実施形態では3重量%~10重量%の範囲の濃度で更に含む。好適な多エチレン性不飽和非イオン性モノマーの例としては、メタクリル酸アリル、アクリル酸アリル、ジビニルベンゼン、トリメタクリル酸トリメチロールプロパン、トリメタクリル酸トリメチロールプロパン、ジメタクリル酸ブチレングリコール(1,3)、ジアクリル酸ブチレングリコール(1,3)、ジメタクリル酸エチレングリコール、ジアクリル酸エチレングリコール、及びこれらの混合物が挙げられる。
その他の実施形態では、多段アクリルビーズは、第1段が架橋コアであり、かつ20℃以下のTgを有し、第2段がシェルとしてコアにグラフトされ、かつ30℃以上のTgを有する、コアシェル粒子形態を含む。
第1のアクリル分散体の架橋粒子は、本明細書において以下に記載されるようなDCPを使用して測定されるように、一実施形態では4μm以下、別の実施形態では1μm~4μmの範囲、更に別の実施形態では2μm~3.5μmの範囲の平均粒径(技術的には、中央重量平均粒径、D50)を有する。
第2のアクリル分散体の架橋粒子は、本明細書において以下に記載されるようなDCPを使用して測定されるように、一実施形態では0.99μm以下、別の実施形態では0.2μm~0.99μmの範囲、更に別の実施形態では0.5μm~0.9μmの範囲の平均粒径(技術的には、中央重量平均粒径、D50)を有する。
好ましい実施形態では、多段架橋アクリルビーズの組成物は、ビーズの重量に基づいて、最大5重量%の1種以上の重合性有機ホスフェート又はその塩で官能化される。本発明において有用な重合性有機ホスフェートは、以下の一般化学式(I):
又はその塩によって表され、式中、Rは、H又はCH3であり、R1及びR2は、それぞれ独立してH又はCH3であり、ただし、2つの隣接するCR2CR1基は、CH(CH3)CH(CH3)基ではなく、各R3は、独立して直鎖状又は分枝鎖状のC2~C6アルキレンであり、mは、2~10であり、nは、0~5であり、xは、1又は2であり、yは、1又は2であり、x+y=3であり、あるいは、nは、1であり、mは、1であり、Rは、CH3であり、R1及びR2は、それぞれHであり、R3は、-(CH2)5-であり、xは、1又は2であり、yは、1又は2であり、x+y=3であり、ポリマービーズは、多段架橋アクリルビーズ及び水の重量に基づいて、一実施形態では10重量%~60重量%の範囲、別の実施形態では30重量%~55重量%の範囲の固形分含有量を有する。
別の好ましい実施形態では、多段架橋アクリルビーズの組成物は、ビーズの重量に基づいて0.2重量%~2重量%の、以下の一般化学式(II)のいずれかによって表される重合性有機ホスフェートの酸又はアンモニウム塩で官能化される。
式中、mは、4~6であり、各CR2CR1基は、CH(CH3)CH2又はCH2CH(CH3)のいずれかである。Sipomer PAM-100(酸形態)、Sipomer PAM-200(酸形態)及びSipomer PAM-600(アンモニウム塩形態)のリン酸エステルは、上記の式(II)又は以下の一般化学式(III)の市販の化合物の例である。
式中、xは、1又は2、yは、1又は2であり、x+y=3である。一実施形態では、式IIIの範囲内の市販の化合物は、Kayamer PM-21リン酸エステルである。
第1のアクリルビーズ分散体の多段架橋粒子は、本明細書において以下に記載されるように、2,000ヘルツ(Hz)で原子間力顕微鏡法を使用して測定される場合、一実施形態では450MPa以上、別の実施形態では500MPa以上の平均表面ヤング率を有する。
第1のアクリル分散体の固形分に基づく充填濃度は、配合物の乾燥重量に基づいて、一般的な一実施形態では70乾燥重量%以下、別の実施形態では30乾燥重量%以上~70乾燥重量%以下、更に別の実施形態では40乾燥重量%~60乾燥重量%である。
第2のアクリル分散体の固形分に基づく充填濃度は、配合物の乾燥重量に基づいて、一般的な一実施形態では40乾燥重量%以下、別の実施形態では10重量%以上~40重量%以下、更に別の実施形態では15乾燥重量%~35乾燥重量%、更に別の実施形態では20乾燥重量%~30乾燥重量%である。
第3のアクリルエマルションである構成成分(Aiii)は、第1のアクリル分散体及び第2のアクリル分散体とは異なり、結合剤として使用され、-30℃~60℃のTgを有する。例えば、結合剤粒子のTgは、一般的な実施形態では60℃以下であり、別の実施形態では-30℃~30℃であり、更に別の実施形態では-20℃~20℃であり、更に別の実施形態では、-10℃~15℃である。
結合剤として使用される第3のエマルションである構成成分(Aiii)は、例えば、アクリルエマルションを含み、好ましくはアクリル系であるが、これは、これらの結合剤粒子が、結合剤粒子の重量に基づいて、少なくとも30重量パーセントの、メチルメタクリル酸及びエチルメタクリル酸などの1つ以上のメタクリル酸モノマー、並びに/又はエチルアクリル酸、ブチルアクリル酸、2-プロピルヘプチルアクリル酸、及び2-エチルヘキシルアクリル酸などの1つ以上のアクリル酸モノマーの構造単位を含むことを意味する。アクリル系の結合剤はまた、メタクリル酸、アクリル酸、及びイタコン酸、又はそれらの塩などのエチレン性不飽和酸モノマー、並びにスチレン、アクリロニトリル、及び酢酸ビニルなどのその他の非アクリル酸モノマー又は非メタクリル酸モノマーの構造単位を含んでもよい。
別の実施形態では、疎水性アクリル系結合剤をコーティング配合物に使用して、艶消し仕上げのCOFを更に低下させてもよい。疎水性アクリル系結合剤は、少なくとも30重量%のtert-ブチルアルコール、2-エチルヘキシルアルコール、シクロヘキシルアルコール、イソボルニルアルコール、ラウリルアルコール、及びその他の長鎖直鎖状アルコール又は分岐鎖状アルコールの疎水性アクリル酸エステル又はメタクリル酸エステル、並びにこれらの混合物を含む結合剤として定義される。
別の実施形態では、結合剤として使用される第3の粒子である構成成分(Aiii)としては、例えば、ポリウレタン分散体、ポリ酢酸ビニルエマルション、スチレン-アクリルエマルション、及びこれらの混合物が挙げられる。
第3のアクリルエマルションの粒子は、一般的な一実施形態では直径にして0.3μm以下、別の実施形態では直径にして0.05μm以上~0.3μm以下、更に別の実施形態では0.05μm~0.25μm、更に別の実施形態では0.05μm~0.2μmのz-平均粒径を有する。
いくつかの実施形態では、本発明において有用な第3の結合剤エマルションは、市販の第3のアクリル系結合剤エマルション製品から選択され得る。例えば、第3のアクリル系結合剤エマルションは、Opulux(商標)1000(Dow Inc.から入手可能)、及びRhobarr(商標)110(Dow Inc.から入手可能)、Bayderm(商標)ポリウレタン分散体(Lanxess、Leverkusenから入手可能)、並びにこれらの混合物であり得る。
第3のアクリル系結合剤分散体の固形分に基づく充填濃度は、配合物の乾燥重量に基づいて、一般的な一実施形態では30乾燥重量%以下、別の実施形態では直径で10乾燥重量%以上~30乾燥重量%以下、更に別の実施形態では13乾燥重量%~28乾燥重量%、更に別の実施形態では17重量%~25重量%である。
本発明において有用なレオロジー改質剤である構成成分(B)は、少なくとも1種のレオロジー改質剤又は2種以上の異なるレオロジー改質剤の組合せを最大2.0乾燥重量%の総充填量濃度で含み得るが、充填量は、配合物の総乾燥重量に基づく。本発明で使用されるレオロジー改質剤の例は、2種以上のレオロジー改質剤の組合せ、ブレンド又は混合物であり、好ましい実施形態では、レオロジー改質剤である構成成分(B)は、(Bi)第1のレオロジー改質剤、及び(Bii)第2のレオロジー改質剤などの、少なくとも2種のレオロジー改質剤の組合せである。特定の実施形態では、レオロジー改質剤としては、例えば、アルカリ膨潤性エマルション(「alkali swellable emulsion、ASE」)型ポリマー、疎水変性アルカリ膨潤性エマルション(「hydrophobically-modified alkali swellable emulsion、HASE」)型ポリマー、疎水変性エトキシレートウレタン(hydrophobically modified ethoxylate urethane、HEUR)型、及びこれらの混合物が挙げられる。
例えば、第1のレオロジー改質剤である構成成分(B1)は、水溶液中のHEUR型レオロジー改質剤を含む。
いくつかの実施形態では、本発明において有用な第1のレオロジー改質剤は、市販のレオロジー改質剤製品から選択され得る。例えば、第1のレオロジー改質剤は、Acrysol(商標)RM-2020E(Dow Inc.から入手可能)、及びAcrysol(商標)RM-8W(Dow Incから入手可能)、並びにこれらの混合物であり得る。
第1のレオロジー改質剤の充填濃度は、一般に、一実施形態では最大2.0乾燥重量%、別の実施形態では0.1乾燥重量%~1.5乾燥重量%、更に別の実施形態では0.3乾燥重量%~1.0乾燥重量%であり、充填量は、配合物の乾燥重量に基づく。
第1のレオロジー改質剤とは異なる第2のレオロジー改質剤である構成成分(Bii)としては、例えば、ポリアクリル酸レオロジー改質剤又はポリメタクリル酸レオロジー改質剤、例えば、水溶液中のASE型ポリマーなどが挙げられる。
いくつかの実施形態では、本発明において有用な第2のレオロジー改質剤は、市販のレオロジー改質剤製品から選択され得る。例えば、第2のレオロジー改質剤は、Acrysol(商標)ASE-60(Dow Incから入手可能)、Acrysol(商標)ASE-75(Dow Incから入手可能)、及びこれらの混合物であり得る。
第2のレオロジー改質剤の充填濃度は、一般に、一実施形態では最大2.0乾燥重量%、別の実施形態では0.05乾燥重量%~1.5乾燥重量%、更に別の実施形態では0.1乾燥重量%~1.0乾燥重量%であり、充填量は、配合物の乾燥重量に基づく。
本発明において有用な脱泡剤である構成成分(C)は、少なくとも1種の脱泡剤又は2種以上の異なる脱泡剤の組合せを最大0.5乾燥重量%の総充填濃度で含み得、充填量は、配合物の総乾燥重量に基づく。脱泡剤の例は、2種以上の脱泡剤の組合せ、ブレンド又は混合物であり、好ましい一実施形態では、脱泡剤である構成成分(C)は、第1の脱泡剤及び第2の脱泡剤などの少なくとも2種の脱泡剤構成成分の組合せである。
例えば、脱泡剤である構成成分(C)は、以下の製品:Tego Antifoam4-94(Evonikから入手可能)、Tego Antifoam2291(Evonikから入手可能)、TegoAntifoam4-88(Evonikから入手可能)、及びこれらの混合物、の1種以上から選択され得る。
脱泡剤の総充填濃度は、一般に、一実施形態では最大0.5乾燥重量%、別の実施形態では0.1乾燥重量%~0.3乾燥重量%、更に別の実施形態では0.15乾燥重量%~0.25乾燥重量%であり、充填量は、配合物の総乾燥重量に基づく。
本発明において有用な中和剤である構成成分(D)は、1種以上の中和剤を含み得る。本発明において有用な少なくとも1種の中和剤である構成成分(D)の例としては、アンモニア、トリエチルアミン(triethylamine、TEA)、その他のアミン、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、及びこれらの混合物が挙げられる。
いくつかの実施形態では、本発明において有用な中和剤は、市販の中和剤製品から選択され得る。例えば、中和剤は、アンモニア(28パーセント[%]濃度、Fisherから入手可能)、及びTEA(Sigma-Aldrichから入手可能)、並びにこれらの混合物であり得る。
艶消しコーティング配合物に使用される中和剤は、配合物のpHを、一実施形態では7.5~9.0、別の実施形態では7.8~8.8、更に別の実施形態では8.0~8.5のレベルに調節するために使用される。コーティング配合物のpHは、従来の方法及び機器、例えば、ASTM E70-19によるデジタルpH計を使用して測定される。
本発明において有用な湿潤添加剤である構成成分(E)は、少なくとも1種の湿潤添加剤又は2種以上の異なる湿潤添加剤の組合せを最大1.0乾燥重量%の総充填量濃度で含み得るが、充填量は、配合物の総乾燥重量に基づく。湿潤添加剤の例は、2種以上の湿潤添加剤の組合せ、ブレンド又は混合物であり、好ましい一実施形態では、湿潤添加剤である構成成分(E)は、第1の湿潤添加剤及び第2の湿潤添加剤などの少なくとも2種の湿潤添加剤構成成分の組合せである。
例えば、湿潤添加剤である構成成分(E)は、以下の製品:Triton GR-5M(Dow Inc.から入手可能)、Polystep B-5(Stepanから入手可能)、並びにこれらの混合物、の1種以上から選択され得る。
湿潤添加剤の総充填濃度は、一般に、一実施形態では最大1.0乾燥重量%、別の実施形態では0.1乾燥重量%~0.8乾燥重量%、更に別の実施形態では0.2乾燥重量%~0.6乾燥重量%であり、充填量は、配合物の乾燥重量に基づく。
本発明において有用なスリップ添加剤である構成成分(E)は、少なくとも1種のスリップ添加剤又は2種以上のスリップ添加剤の組合せを、配合物の総乾燥重量に基づいて最大7.0乾燥重量%の総充填量濃度で含み得る。スリップ添加剤の例は、2種以上のスリップ添加剤の組合せ、ブレンド又は混合物であり、好ましい一実施形態では、スリップ添加剤である構成成分(F)は、(Fi)第1のスリップ添加剤及び(Fii)第2のスリップ添加剤などの少なくとも2種のスリップ添加剤構成成分の組合せである。
例えば、本発明において有用な第1のスリップ添加剤である構成成分(Fi)は、シリコーン分散体に基づく市販のスリップ添加剤から選択され得る。例えば、第1のスリップ添加剤は、TE-352FG(ICMから入手可能)、Dowsil(商標)DC-51、Dowsil(商標)DC-52、Dowsil(商標)401、及びDowsil(商標)27(全てDow Inc.から入手可能)、並びにこれらの混合物であり得る。
第1のスリップ添加剤の充填濃度は、一般に、一実施形態では最大7.0乾燥重量%、別の実施形態では0.5乾燥重量%~5.0乾燥重量%、更に別の実施形態では1.0重量%~3.0重量%であり、充填量は、配合物の乾燥重量に基づく。
例えば、本発明において有用な第2のスリップ添加剤である構成成分(Fii)は、ワックス分散体に基づく市販のスリップ添加剤から選択され得る。例えば、第2のスリップ添加剤は、Acrawax C(Lonza Companyから入手可能)、Hydrocer 145(Shamrockから入手可能)、及びこれらの混合物であり得る。
第2のスリップ添加剤の充填濃度は、一般に、一実施形態では最大7.0乾燥重量%、別の実施形態では1乾燥重量%~6乾燥重量%、更に別の実施形態では2乾燥重量%~5乾燥重量%であり、充填量は、配合物の乾燥重量に基づく。
本発明においてポスト架橋剤として有用な水分散性ポリイソシアネートである構成成分(G)は、1種以上の水分散性ポリイソシアネートを含み得る。本発明において架橋剤として使用される少なくとも1種の水分散性ポリイソシアネートである構成成分(G)の実施例としては、様々な形態のヘキサメチレンジイソシアネート(hexamethylene di-isocyanate、HDI)、水素化MDI(hydrogenated MDI、HMDI)とも称されるメチレンジシクロヘキシルジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート(isophorone diisocyanate、IPDI)、及びこれらの混合物などの水分散性脂肪族ジイソシアネートが挙げられる。
いくつかの実施形態では、本発明において有用な水分散性ポリイソシアネートは、市販の水分散性ポリイソシアネート製品から選択され得る。例えば、水分散性ポリイソシアネートは、CR9-101(Dow Inc.から入手可能)、Bayhydur(登録商標)Ultra2487/1、Bayhydur(登録商標)Ultra304、及びBayhydur(登録商標)Ultra3100(全てCovestroから入手可能)、並びにこれらの混合物であり得る。
少なくとも1種の水分散性ポスト架橋剤の充填濃度は、一般に、一実施形態では最大10乾燥重量%、別の実施形態では1.0乾燥重量%~9.0乾燥重量%、更に別の実施形態では2.0乾燥重量%~8.0乾燥重量%であり、充填量は、配合物の乾燥重量に基づく。
任意構成成分(H)として、コーティング組成物の総固形分を所望の範囲へと減少させるような希釈のために、コーティング組成物に水を添加してもよい。水は、任意の水源から供給され得る。水は、例えば、脱イオン水を含み得る。更に、水をその他の構成成分(A)~(G)の1種以上に添加して水性組成物を形成し、構成成分を安定な濃縮形態で輸送し得る。
所望により、本発明のコーティング組成物は、本発明の組成物の優れた利点/特性を維持しながら、特定の機能の性能を可能にするために、多種多様な添加剤とともに配合されてもよい。例えば、本発明のコーティング配合物において有用な任意構成成分は、帯電防止添加剤、ブロッキング添加剤、及びこれらの混合物から選択されてもよい。
任意の化合物は、本発明のコーティング組成物中で使用される場合、一般に、一実施形態では最大2乾燥重量%、別の実施形態では0.1乾燥重量%~1.0乾燥重量%、更に別の実施形態では0.2乾燥重量%~0.8乾燥重量%の量で存在し得、充填量は、配合物の乾燥重量に基づく。
広範な一実施形態では、本発明の艶消しコーティング配合物を作製するためのプロセスは、上記の構成成分(A)~(G)を混合し、混和し、組み合わせて、又はブレンドして、艶消しコーティング配合物を形成することを含む。水などの1種以上の追加の任意構成成分、任意構成成分(H)を、所望により、艶消しコーティング配合物に添加してもよい。例えば、構成成分(A)~(D)は、上述した所望の濃度で、一実施形態では10℃~50℃、別の実施形態では20℃~30℃の温度で、ともに混合され得る。構成成分(A)~(F)の混合順序は重要ではなく、これらの構成成分の2種以上を一緒に混合し、その後、架橋剤、構成成分(G)などの残りの構成成分を添加し得る。艶消しコーティング配合物の構成成分は、オーバーヘッドミキサ、又はFlacktekスピードミキサ(Flacktek speed mixer)などの任意の周知の混合プロセス及び装置によって、一緒に混合されてもよい。
上記プロセスによって製造される本発明の艶消しコーティング配合物は、いくつかの有利な特性及び利点を有する。例えば、本発明の配合物によって示される特性/利益のいくつかは、例えば、高い固形分含有量、低発泡、45℃及び3℃での高い貯蔵安定性、及び適切な適用加工レオロジー特性を含み得る。
コーティング配合製品の粘度は、ポスト架橋剤を配合物に組み込む前に、従来の方法及び機器、例えばブルックフィールド粘度計を使用して測定される。例えば、本発明のコーティング組成物の粘度は、一般に、一実施形態では200ミリパスカル秒(mPa-s)~700mPa-s、別の実施形態では300mPa-s~600mPa-s、更に別の実施形態では450mPa-s~500mPa-sの範囲であり得る。
コーティング配合物の固形分含有量は、従来の方法及び機器を使用して測定される。例えば、本発明のコーティング組成物の固形分含量は、一般に、一実施形態では32重量%~55重量%、別の実施形態では34重量%~50重量%、更に別の実施形態では36重量%~45重量%の範囲であり得る。
本発明のコーティング配合物によって生じる発泡は、配合物の最良の性能を得るために可能な限り少なくすべきである。配合物によって生じる発泡は、一般に、一実施形態では0%~50%、別の実施形態では0.001%~40%、更に別の実施形態では0.01%~30%の範囲である。
本発明のコーティング配合物の貯蔵安定性は、45℃の温度で1ヶ月間、及び3℃の温度で1ヶ月間測定される。コーティング配合物の貯蔵安定性は、コーティング配合物がその期間中に相分離を受けるかどうかを見るための配合物の目視観察によって決定される。本発明のコーティング配合物を45℃へと1ヶ月間曝露した後、本発明のコーティング配合物は、肉眼で視覚的に決定されるように、相分離を受けない。
本発明の艶消しコーティングフィルム基材を作製するために使用されるフィルム基材は、一般に、ポリオレフィンフィルムウェブであり、1種以上のポリオレフィンを含み得る。例えば、フィルム基材は、高密度ポリエチレン(high density polyethylene、HDPE)、低密度ポリエチレン(low density polyethylene、LDPE)、線状低密度ポリエチレン(linear low density polyethylene、LLDPE)、中密度ポリエチレン(medium density polyethylene、MDPE)、及びこれらの混合物などの、1つ以上のポリオレフィン層を含み得る。
いくつかの実施形態では、本発明のコーティング配合物でコーティングされたポリオレフィンフィルムは、第2層フィルム基材に結合される、機械方向プロセス又は二軸延伸プロセスのいずれかを使用して作製された延伸単層PEフィルム又は多層PEフィルムを含み得る。例えば、本発明において有用な延伸ポリオレフィンフィルムは、延伸ポリエチレン(oriented polyethylene、OPE)、二軸延伸ポリエチレン(biaxially oriented polyethylene、BOPE)、及びこれらの混合物であり得る。
その他の実施形態では、ポリオレフィンフィルムは、ポリプロピレン(polypropylene、PP)フィルム又は二軸延伸PP(biaxially oriented、BOPP)フィルムであり得る。
更にその他の実施形態では、本発明のコーティング配合物でコーティングされたフィルム基材は、2つ以上の層を含む多層フィルム構造体であり得る。例えば、多層ポリオレフィンフィルムは、HDPE、LLDPE、及びLDPEの2つ以上の層を含むフィルムであり得る。
いくつかの実施形態では、フィルム基材は、例えば、HDPE、LLDPE及びLDPEから選択される第1のPEフィルムとは異なり、HDPE、LLDPE及びLDPEから選択される第2のPEフィルムに結合された第1のPEフィルムを含む、積層フィルム構造体を含み得る。多層フィルムは、任意の従来の接着剤を使用して、互いに結合され得る。
その他の実施形態では、フィルム基材は、例えば、PET、ナイロン、PLA、及びこれらの組合せを含み得る。
本発明のコーティング基材を形成するために使用されるポリオレフィンフィルムの厚さは、例えば、一実施形態では10μm~300μm、別の実施形態では10μm~200μm、更に別の実施形態では10μm~100μmであり得る。
一般に、本発明のコーティング基材は、上述した本発明の水性艶消しコーティング組成物をフィルム基材に適用し、基材上のコーティングを乾燥させることによって製造される。好ましい一実施形態では、本プロセスは、
(I)水性艶消しコーティング組成物を形成する工程であって、本水性艶消しコーティング組成物が、
(a)4μm以下のサイズの平均粒径を有し、450MPa以上の表面ヤング率を有する、少なくとも1つのアクリルビーズと、
(b)少なくとも1種のポリマー結合剤と、
(c)シリコーン又はワックス分散体を含む少なくとも1種のスリップ添加剤と、を含む、水性艶消しコーティング組成物を形成する工程と、
(II)工程(I)の水性艶消しコーティング組成物を1つ以上のフィルム基材の表面の少なくとも一部に適用して、基材上にコーティング層を形成する工程と、
(III)基材上に適用された水性艶消しコーティング組成物を乾燥するか、又は乾燥させる(あるいは、所望により硬化させる)工程と、含む。
(I)水性艶消しコーティング組成物を形成する工程であって、本水性艶消しコーティング組成物が、
(a)4μm以下のサイズの平均粒径を有し、450MPa以上の表面ヤング率を有する、少なくとも1つのアクリルビーズと、
(b)少なくとも1種のポリマー結合剤と、
(c)シリコーン又はワックス分散体を含む少なくとも1種のスリップ添加剤と、を含む、水性艶消しコーティング組成物を形成する工程と、
(II)工程(I)の水性艶消しコーティング組成物を1つ以上のフィルム基材の表面の少なくとも一部に適用して、基材上にコーティング層を形成する工程と、
(III)基材上に適用された水性艶消しコーティング組成物を乾燥するか、又は乾燥させる(あるいは、所望により硬化させる)工程と、含む。
水性艶消しコーティング組成物を形成するための、本発明のプロセスの形成工程(I)は、構成成分(A)~(G)及び所望により構成成分(H)を組み合わせる工程を含み、上に記載される。
本発明のプロセスの利点の1つは、本発明のプロセスの適用工程(II)が、グラビアプロセス、フレキソ印刷プロセス、及びオフセット印刷プロセスなどの、当該技術分野において周知のいくつかの従来のプロセス及び装置によって実施され得ることである。
その他の実施形態では、艶消しコーティング組成物を基材にコーティング(適用)するための本発明のプロセスの適用工程(II)は、スプレー法、ブラシ法、ロール法、静電ベル法又は流動床法などの、任意の周知の方法によって実行されてもよい。例えば、コーティング組成物は、(1)カーテンコータによって、(2)空気噴霧スプレー、空気補助スプレー、空気レススプレー、大量低圧スプレー、及び空気補助空気レススプレーなどの噴霧法によって、(3)ロールコーティングによって、及び(4)ナイフコーティングによって、基材に適用されてもよい。
本発明のプロセスの乾燥工程(III)は、基材をコーティングするための周知の様式で実行されてもよい。例えば、乾燥工程(III)は、空気乾燥又は基材を損傷しない温度での加熱乾燥によって実行され得る。例えば、工程(III)の乾燥のオーブン温度は、一実施形態では150℃以下、別の実施形態では100℃以下、更に別の実施形態では80℃~150℃、更に別の実施形態では90℃~100℃であり得る。別の実施形態では、フィルム基材をコーティングした後、コーティングフィルムは、コーティングフィルム材料が包装用途に使用される前に、室温で7日間継続的に硬化される。
所望であれば、コーティング配合物をフィルム基材上に適用して艶消しコーティング基材を作製するための代替方法としては、例えば、ハンドドローダウン法、スプレー法、ブラッシング法、又はローラーコータ法等が挙げられ得る。
コーティングがフィルム基材に適用される場合、コーティング重量は、一般に、一実施形態では0.8グラム毎平方メートル(g/m2)~5g/m2、別の実施形態では1.0g/m2~4.0g/m2、更に別の実施形態では1.6g/m2~3.2g/m2である。
上記のプロセスによって製造されたフィルム基材上に形成された本発明の艶消しコーティング層は、いくつかの有利な特性及び利点を有する。例えば、本発明の艶消し仕上げコーティングフィルムによって示される特性/利点のいくつかは、例えば、低COF、増大した色適合度、低光沢、強い耐摩耗性、強い接着性、及び優れたソフトタッチを含み得る。
本発明のコーティング基材の60°における低光沢は、一般に、一実施形態では1光沢単位~20光沢単位、別の実施形態では4光沢単位~10光沢単位、更に別の実施形態では5光沢単位~10光沢単位の範囲である。
本発明のコーティング基材の85°における低光沢は、一般に、一実施形態では1光沢単位~40光沢単位、別の実施形態では5光沢単位~35光沢単位、更に別の実施形態では10光沢単位~30光沢単位の範囲である。コーティング基材配合物の光沢は、従来の方法及び機器を使用して測定され、例えば、コーティングフィルムの光沢特性は、BYKガードナー光沢度計(BYK Gardner Glossmeter(micro-tri-gloss))を使用して、60°及び85°で分析され得る。
本発明のコーティング基材の耐摩耗性は、従来の方法及び機器を使用して測定される。例えば、耐摩耗性は、サザランド型インク摩擦試験機(Sutherland Ink Rub Tester)を使用して決定されて、100サイクル/読み取りに基づくサザランド摩擦サイクル(Sutherland Rub cycles)の数を提供する。試験は、1.8キログラム(kg)の重量負荷、1摩擦サイクル/秒の運転速度で行われる。上記の耐摩耗性試験を行う前に、コーティングフィルムを室温(23℃)で1週間硬化させる。本発明のコーティング基材の耐摩耗性は、一般に、一実施形態では500回のサザランド摩擦サイクル~5,000回のサザランド摩擦サイクル、別の実施形態では700回のサザランド摩擦サイクル~4,000回のサザランド摩擦サイクル、更に別の実施形態では1,000回のサザランド摩擦サイクル~3,000回のサザランド摩擦サイクルの範囲である。
本発明のコーティング基材のコーティング間(C-C)/静的COFは、一般に、一実施形態では0.1~2.0、別の実施形態では0.2~1.5、更に別の実施形態では0.3~1.0の範囲である。コーティング基材のCOFは、従来の方法及び機器を使用して測定され、例えば、コーティングフィルムのCOFは、TMI摩擦及びスリップ試験機(TMI Friction and Slip Tester)Model32-07-00を使用して、25℃及び相対湿度(relative humidity、RH)50%で決定される。
本発明のコーティング基材のソフトタッチは、一般に、一実施形態では1~5、別の実施形態では3~5、更に別の実施形態では4~5の範囲である。コーティング基材のソフトタッチ特性は、従来の手段によって決定され、例えば、様々なコーティングフィルム基材についてのソフトタッチの比較は、官能評価実験室において人間の感覚パネルによって行われる。ソフトタッチは、異なるコーティング基材又は積層構造体を比較した場合の手触り知覚の差を検出することによって決定される。
本発明のコーティング基材のヒートシール耐性は、一般に、一実施形態では120℃~205℃、別の実施形態では130℃~202℃、更に別の実施形態では140℃~202℃の範囲である。コーティング基材のヒートシール耐性は、従来の方法及び機器を使用して測定される。例えば、コーティングフィルムのヒートシール耐性は、205℃の温度、276kPaの圧力、及び1秒の持続時間でヒートシーラを用いたV-Fold耐熱性試験(V-Fold Heat Resistance Test)によって評価される。フィルムをヒートシールした後、コーティングフィルムを「合格」又は「不合格」と指定する。接着剤又は仕上げ剤がコーティングから除去されない場合、又はコーティングの光沢が変化しない場合、コーティングフィルム基材は「合格」である。フィルムが望ましくなく一緒に積み重なるか、若しくは艶消し仕上げがコーティングフィルム基材から剥がれた場合、又はコーティングの光沢が変化した場合、コーティングフィルム基材は「不合格」である。
コーティングフィルムの接着強度は、テープ接着試験などの従来の方法及び機器を使用して測定され得る。テープ接着試験は、例えば、3M Scotch 610テープを使用して行われる。試験では、テープを指の圧力で艶消しコーティング上に適用し、数秒後、テープをコーティングから素早く引き剥がす(剥がす)。次に、もしあれば、テープとともに剥がれたコーティングの量を測定する。コーティング基材から剥離したコーティングの量を視覚的に観察することによってコーティング基材の接着特性を評価するために、番号1~5の評価システムが使用される。「1」の評価は、テープによりコーティング基材から剥がれたコーティングの量が90%以上であることを意味する。「2」の評価は、テープによりコーティング基材から剥がれたコーティングの量が60%以下であることを意味する。「3」の評価は、テープによりコーティング基材から剥がれたコーティングの量が20%以下であることを意味する。「4」の評価は、テープによりコーティング基材から剥がれたコーティングの量が10%以下であることを意味する。「5」の評価は、テープによりコーティング基材から剥がれたコーティングの量が本質的に存在しない又はゼロであること、すなわち、テープによりコーティング基材からコーティングが剥離していないことを意味する。
その他の実施形態では、本発明のコーティング基材の接着強度は、ASTM規格D3359に記載されている手順によって測定されるが、ただし、接着試験においてクロスハッチングは使用されない(すなわち、試験されるフィルム上に切断が行われない)。例えば、コーティング基材の接着強度は、一般的な一実施形態では3~5超、別の実施形態では3~5、更に別の実施形態では4~5の範囲である。
一般的な一実施形態では、本発明のコーティングフィルム基材は、様々な包装材料及び製品を製造するための包装用途において使用される。例えば、艶消しコーティング基材は、食品包装、化粧品包装、及び電子装置包装に使用され得る。その他の用途としては、農薬包装などの非食品包装用途が挙げられる。
以下の本発明の実施例(本発明の実施例)及び比較実施例(比較実施例)(まとめて「実施例」とする)は、本発明の特徴を更に詳細に説明するために本明細書で提示されるが、特許請求の範囲を限定するものとして明示的にも暗示的にも解釈されることを意図しない。本発明の実施例はアラビア数字によって特定され、比較実施例はアルファベット文字によって表される。以下の実験で、本明細書に記載の組成物の実施形態の性能を分析した。特に指示しない限り、全ての部及びパーセンテージは、総重量に基づく重量による。
実施例において、以下の略語は所与された意味を有する。
DI=脱イオン化、PET=ポリエチレンテレフタレート、OPP=延伸PP、及びHDPE=高密度ポリエチレン。
DI=脱イオン化、PET=ポリエチレンテレフタレート、OPP=延伸PP、及びHDPE=高密度ポリエチレン。
本発明の実施例及び比較実施例において使用される様々な材料を、表Iに記載する。
実施例1~4及び比較実施例A~C
コーティング配合物を調製するための一般的手順
上記表Iに記載の原料を使用して、本発明のコーティング配合物、以下の表II~Vにそれぞれ記載される実施例1~4、及び以下の表VI~IXにそれぞれ記載される比較実施例A~Dを調製した。
コーティング配合物を調製するための一般的手順
上記表Iに記載の原料を使用して、本発明のコーティング配合物、以下の表II~Vにそれぞれ記載される実施例1~4、及び以下の表VI~IXにそれぞれ記載される比較実施例A~Dを調製した。
コーティング配合物の構成成分を調製するための一般的な手順
ビーズ1の合成
本実施例で使用されるビーズ1を、米国特許第10,676,580号の実施例6、第10欄、第30~44行に記載されている手順に従って製造するが、以下の点を変更する(1)コーティング配合物の最終固形分含有量を43%に調節する。(2)ショットME及びME1中のアリルメタクリル酸は両方とも更に50%増加するが、ショットME及びME1中のn-ブチルアクリル酸は、ショットME及びME1中に添加された同じ量の更なるアリルメタクリル酸によって減少した。(3)アクリルオリゴマーシードの量を増加させて3.0μmの重量の中央粒径を作製するが、米国特許第10,676,580号の第7欄、第34~44行に記載されているように、DCPを使用して粒径を測定する。
ビーズ1の合成
本実施例で使用されるビーズ1を、米国特許第10,676,580号の実施例6、第10欄、第30~44行に記載されている手順に従って製造するが、以下の点を変更する(1)コーティング配合物の最終固形分含有量を43%に調節する。(2)ショットME及びME1中のアリルメタクリル酸は両方とも更に50%増加するが、ショットME及びME1中のn-ブチルアクリル酸は、ショットME及びME1中に添加された同じ量の更なるアリルメタクリル酸によって減少した。(3)アクリルオリゴマーシードの量を増加させて3.0μmの重量の中央粒径を作製するが、米国特許第10,676,580号の第7欄、第34~44行に記載されているように、DCPを使用して粒径を測定する。
ビーズ2の合成
平均直径が0.85μmの粒径を有する第2段アクリルビーズであるビーズ2を、米国特許第9.410,053(B2)号の試料D、第14欄、第1~48行に記載の手順を使用して製造する。
平均直径が0.85μmの粒径を有する第2段アクリルビーズであるビーズ2を、米国特許第9.410,053(B2)号の試料D、第14欄、第1~48行に記載の手順を使用して製造する。
ビーズ3の合成
平均直径が6μmの粒径を有する第2段アクリルビーズであるビーズ3を、米国特許第7,829,626号の実施例2、第18欄、第50~65行~第19欄、第1~20行に記載の手順を使用して製造する。
平均直径が6μmの粒径を有する第2段アクリルビーズであるビーズ3を、米国特許第7,829,626号の実施例2、第18欄、第50~65行~第19欄、第1~20行に記載の手順を使用して製造する。
ビーズ4の合成
本実施例で使用されるビーズ4を、米国特許第10,676,580号の実施例6、第10欄、第30~44行に記載されている手順に従って製造するが、以下の点を変更する。(1)コーティング配合物の最終固形分含有量を43%に調節する。(2)アクリルオリゴマーシードの量を調節して、3.0μmの重量の中央粒径を作製するが、米国特許第10,676,580号の第7欄、第34~44行に記載されているように、DCPを使用して粒径を測定する。
本実施例で使用されるビーズ4を、米国特許第10,676,580号の実施例6、第10欄、第30~44行に記載されている手順に従って製造するが、以下の点を変更する。(1)コーティング配合物の最終固形分含有量を43%に調節する。(2)アクリルオリゴマーシードの量を調節して、3.0μmの重量の中央粒径を作製するが、米国特許第10,676,580号の第7欄、第34~44行に記載されているように、DCPを使用して粒径を測定する。
結合剤1の合成
2段アクリル系結合剤である結合剤1を、米国特許第7,829,626号の実施例9、第21欄、第1~10行に記載の手順を使用して製造する。
2段アクリル系結合剤である結合剤1を、米国特許第7,829,626号の実施例9、第21欄、第1~10行に記載の手順を使用して製造する。
コーティング配合物を調製するための一般的手順
一般に、本発明のための艶消しコーティング配合物の実施例及び比較実施例では、以下の通り、アクリルビーズ材料を混合インペラを備えた容器内へと装填することにより調製される。次に、脱泡剤を容器中のアクリルビーズ材料に添加し、続いて、容器の内容物を混合しながらアクリル系結合剤を添加する。レオロジー改質剤及びその他の添加剤を、混合しながら容器に添加する。10分間~20分間(スケールサイズ)に依存し得る)混合した後、得られた混合物をアンモニアで中和して、7.5~9.0のpHを有するコーティング材料を得る。
一般に、本発明のための艶消しコーティング配合物の実施例及び比較実施例では、以下の通り、アクリルビーズ材料を混合インペラを備えた容器内へと装填することにより調製される。次に、脱泡剤を容器中のアクリルビーズ材料に添加し、続いて、容器の内容物を混合しながらアクリル系結合剤を添加する。レオロジー改質剤及びその他の添加剤を、混合しながら容器に添加する。10分間~20分間(スケールサイズ)に依存し得る)混合した後、得られた混合物をアンモニアで中和して、7.5~9.0のpHを有するコーティング材料を得る。
上記のようにコーティング材料を調製した後、コーティング材料をフィルム基材に適用する前に、湿潤材料100部当たり0.5~1.0部の水分散性ポリイソシアネート(コーティング配合物の乾燥重量に基づいて1.4~2.8乾燥重量%のポリイソシアネート)を、配合されたコーティング材料試料に混合しながら添加し、コーティング材料を基材に適用する前に混合を20分間継続する。
艶消しコーティング配合物の特性測定
艶消しコーティング配合物の物理的特性のいくつかを測定したが、このような測定の結果を表Xに記載する。
艶消しコーティング配合物の物理的特性のいくつかを測定したが、このような測定の結果を表Xに記載する。
表Xの注釈:*「PS」は「相分離」を意味する。
艶消しコーティング配合物を適用するための一般的手順
グラビアプロセスを使用して、艶消しコーティング配合物をフィルム基材上に適用した。パイロットグラビアラミネータ、すなわちLabo Combi及びSuper Combiによって、122m/分の運転速度で異なるフィルム基材上に艶消しコーティングを適用した(本発明の実施例3、及び本発明の実施例4)
グラビアプロセスを使用して、艶消しコーティング配合物をフィルム基材上に適用した。パイロットグラビアラミネータ、すなわちLabo Combi及びSuper Combiによって、122m/分の運転速度で異なるフィルム基材上に艶消しコーティングを適用した(本発明の実施例3、及び本発明の実施例4)
Super Combiコータを用いて、152m/分の運転速度で、異なるフィルム基材上に艶消しコーティングを適用した(本発明の実施例2、比較実施例A、比較実施例B、及び比較実施例C)
TC顧客のフレキソ印刷機RobbieのW&H Miraflex CMによって、運転速度305m/分でPETフィルム基材上に艶消しコーティングを適用した(本発明の実施例1)。
試験方法及び測定
発泡試験
コーティング配合物の発泡は、以下の工程を含む方法を使用して測定される。
工程(1):300グラム(g)の試料を秤量し、それを4.7リットル(L)のステンレス鋼碗に入れ、碗の内容物を混合するために使用されるKitchen Aid Stand MixerモデルRRK5Aなどのミキサを提供する。
工程(2):ミキサの速度制御がオフであることを確認した後、碗のリフトハンドルを下降位置に置く。碗支持体を位置決めピンに嵌め込み、碗ピンがばねラッチにスナップ嵌めされるまで碗の後部を押し下げ、次に、碗の内容物を混合する前に碗を持ち上げる。
工程(3):ビータシャフト上に滑らせ、可能な限り上方に押し上げることによって、ステンレス鋼ワイヤホイップを取り付ける。ビータを右に回し、シャフト上のピンにビータを引っ掛ける。
工程(4):ミキサの速度制御レバーを#6の設定に徐々に移動させ、碗の内容物を5分間(min)±10秒(s)混合する。
工程(5):ミキサをオフにし、碗をミキサから取り出し、混合試料を碗から清浄な比重カップ(100ミリリットル[mL]サイズ)へと直ちに注ぐ。試料混合物の密度を測定し、記録する。
工程(6):以下の一般式(I)を使用して、生じた泡の%を計算する。
[(混合前の重量-混合後の重量)/(混合前の重量)]X100=泡%
式(I)
発泡試験
コーティング配合物の発泡は、以下の工程を含む方法を使用して測定される。
工程(1):300グラム(g)の試料を秤量し、それを4.7リットル(L)のステンレス鋼碗に入れ、碗の内容物を混合するために使用されるKitchen Aid Stand MixerモデルRRK5Aなどのミキサを提供する。
工程(2):ミキサの速度制御がオフであることを確認した後、碗のリフトハンドルを下降位置に置く。碗支持体を位置決めピンに嵌め込み、碗ピンがばねラッチにスナップ嵌めされるまで碗の後部を押し下げ、次に、碗の内容物を混合する前に碗を持ち上げる。
工程(3):ビータシャフト上に滑らせ、可能な限り上方に押し上げることによって、ステンレス鋼ワイヤホイップを取り付ける。ビータを右に回し、シャフト上のピンにビータを引っ掛ける。
工程(4):ミキサの速度制御レバーを#6の設定に徐々に移動させ、碗の内容物を5分間(min)±10秒(s)混合する。
工程(5):ミキサをオフにし、碗をミキサから取り出し、混合試料を碗から清浄な比重カップ(100ミリリットル[mL]サイズ)へと直ちに注ぐ。試料混合物の密度を測定し、記録する。
工程(6):以下の一般式(I)を使用して、生じた泡の%を計算する。
[(混合前の重量-混合後の重量)/(混合前の重量)]X100=泡%
式(I)
粘度
(架橋剤を配合物に組み込む前の)配合された生成物の粘度を、ブルックフィールド粘度計DV I+スピンドル#2を使用して、23℃で測定した。
(架橋剤を配合物に組み込む前の)配合された生成物の粘度を、ブルックフィールド粘度計DV I+スピンドル#2を使用して、23℃で測定した。
光沢
コーティングPETフィルムの光沢特性を、ASTM D523に従ってBYKガードナー光沢度計(Gardner Glossmeter、micro-tri-gloss)を使用して室温でコーティング表面を直接測定することによって、60°及び85°の光沢で分析した。報告されたデータは、コーティングの異なる位置から測定された10個のデータポイントに基づく平均である。光沢試験を行う前に、全てのコーティングフィルムを、室温(25°C)及び湿度50%の環境で1週間硬化させた。
コーティングPETフィルムの光沢特性を、ASTM D523に従ってBYKガードナー光沢度計(Gardner Glossmeter、micro-tri-gloss)を使用して室温でコーティング表面を直接測定することによって、60°及び85°の光沢で分析した。報告されたデータは、コーティングの異なる位置から測定された10個のデータポイントに基づく平均である。光沢試験を行う前に、全てのコーティングフィルムを、室温(25°C)及び湿度50%の環境で1週間硬化させた。
耐摩耗性
ASTM D-5264のASTMに従って、1.8kgの重りパッドを用いて、2の運転速度で、室温で、サザランド(登録商標)2000(商標)摩擦試験機を使用して、耐摩耗性(サザランド摩擦)を測定した。コーティング対コーティングの耐摩耗性試験を行う前に、全てのコーティングフィルムを、室温(25℃)及び湿度50%の環境で1週間硬化させた。100サイクル/読み取りに基づいて、試験データを記録した。
ASTM D-5264のASTMに従って、1.8kgの重りパッドを用いて、2の運転速度で、室温で、サザランド(登録商標)2000(商標)摩擦試験機を使用して、耐摩耗性(サザランド摩擦)を測定した。コーティング対コーティングの耐摩耗性試験を行う前に、全てのコーティングフィルムを、室温(25℃)及び湿度50%の環境で1週間硬化させた。100サイクル/読み取りに基づいて、試験データを記録した。
摩擦係数(COF)
コーティングフィルムのCOFは、ASTM D1894に記載されている手順に従って、25℃及び相対湿度50%で、TMI摩擦及びスリップ試験機Model32-07-00を使用して決定した。5cmの移動距離で15cm/分の摺動速度で200gのスレッドを用いて、コーティング対コーティング及びコーティング対ステンレス鋼パネルの両方によって、COF試験を行った。トリプリケートの平均からCOFデータを収集した。コーティング対コーティング(C/C)及びコーティング対ステンレス鋼(C/S)の、静的COF及び動的COFの両方を測定する。
コーティングフィルムのCOFは、ASTM D1894に記載されている手順に従って、25℃及び相対湿度50%で、TMI摩擦及びスリップ試験機Model32-07-00を使用して決定した。5cmの移動距離で15cm/分の摺動速度で200gのスレッドを用いて、コーティング対コーティング及びコーティング対ステンレス鋼パネルの両方によって、COF試験を行った。トリプリケートの平均からCOFデータを収集した。コーティング対コーティング(C/C)及びコーティング対ステンレス鋼(C/S)の、静的COF及び動的COFの両方を測定する。
ソフトタッチ
ソフトタッチ特性の比較は、官能評価実験室のヒト感覚パネルによって行われた。異なる積層構造体を比較した場合の手触り知覚の差を検出することによって、ソフトタッチを決定した。
ソフトタッチ特性の比較は、官能評価実験室のヒト感覚パネルによって行われた。異なる積層構造体を比較した場合の手触り知覚の差を検出することによって、ソフトタッチを決定した。
ヒートシール耐性
コーティングフィルムのヒートシール耐性を、205℃の温度、2.76×105Paの圧力、及び1秒の持続時間で、ヒートシーラを用いたV-Foldヒートシール耐性試験によって評価した。フィルムをヒートシールした後、コーティングフィルムを「合格」又は「不合格」と指定したが、「合格」は、接着若しくは仕上げが除去されなかった、又は光沢が変化しなかったことを意味し、「不合格」は、フィルムが望ましくなく積み重ねられた、又は艶消し仕上げが剥がれた、又は光沢が変化したことを意味する。
コーティングフィルムのヒートシール耐性を、205℃の温度、2.76×105Paの圧力、及び1秒の持続時間で、ヒートシーラを用いたV-Foldヒートシール耐性試験によって評価した。フィルムをヒートシールした後、コーティングフィルムを「合格」又は「不合格」と指定したが、「合格」は、接着若しくは仕上げが除去されなかった、又は光沢が変化しなかったことを意味し、「不合格」は、フィルムが望ましくなく積み重ねられた、又は艶消し仕上げが剥がれた、又は光沢が変化したことを意味する。
テープ接着
3M Scotch610テープを用いて、長さ2.5cmの領域のコーティング上に、テープを指の圧力で適用することによって、テープ接着試験を行い、接着領域に気泡が形成されないことを確認した。次に、数秒後、テープをコーティング接着領域から素早く引き剥がし、テープを観察して、コーティングが基材から剥がれたかどうかを判定した。
3M Scotch610テープを用いて、長さ2.5cmの領域のコーティング上に、テープを指の圧力で適用することによって、テープ接着試験を行い、接着領域に気泡が形成されないことを確認した。次に、数秒後、テープをコーティング接着領域から素早く引き剥がし、テープを観察して、コーティングが基材から剥がれたかどうかを判定した。
コーティング基材から剥離したコーティングの量を視覚的に観察することによってコーティング基材の接着特性を評価するために、番号1~5の評価システムが使用される。「1」の評価は、テープによりコーティング基材から剥がれたコーティングの量が90%以上であることを意味する。「2」の評価は、テープによりコーティング基材から剥がれたコーティングの量が60%以下であることを意味する。「3」の評価は、テープによりコーティング基材から剥がれたコーティングの量が20%以下であることを意味する。「4」の評価は、テープによりコーティング基材から剥がれたコーティングの量が10%以下であることを意味する。「5」の評価は、テープによりコーティング基材から剥がれたコーティングの量が本質的に存在しない又はゼロであること、すなわち、テープによりコーティング基材からコーティングが剥離していないことを意味する。
ガラス転移温度(Tg)
本明細書におけるポリマーのTgは、Fox式(T.G.Fox、Bull.Am.Physics Soc、Volume1、Issue No.3、123ページ(1956年))を使用することによって、本明細書において計算される。すなわち、モノマーM1とM2とのコポリマーのTgを計算するために、以下の一般式(II)が使用される。
本明細書におけるポリマーのTgは、Fox式(T.G.Fox、Bull.Am.Physics Soc、Volume1、Issue No.3、123ページ(1956年))を使用することによって、本明細書において計算される。すなわち、モノマーM1とM2とのコポリマーのTgを計算するために、以下の一般式(II)が使用される。
式中、Tg(計算値)は、コポリマーについて計算されるガラス転移温度であり、w(M1)は、コポリマー中のモノマーM1の重量分率であり、w(M2)は、コポリマー中のモノマーM2の重量分率であり、Tg(M1)は、M1のホモポリマーのガラス転移温度であり、Tg(M2)は、M2のホモポリマーのガラス転移温度であり、全ての温度はKの単位である。
各種モノマーのTgは、例えば、J.Brandrup及びE.H.Immergutによって編集された「Polymer Handbook」(Interscience Publishers)において見出され得る。
結合剤エマルションのためのMalvern粒子サイジング法(Malvern Particle Sizing Method)
アクリル系結合剤エマルションの粒径は、Malvern Zetasizer Nano ZS90分析器を使用して測定されたが、これは、Zetasizerソフトウェアバージョン7.11を使用して、90°の散乱角で動的光散乱法(dynamic light scattering、DLS)を使用して、Z-平均粒径(Dz)を測定する。エマルション1滴を0.01MのNaCl水溶液(超純水、種類I、ISO3696)を用いて希釈し、更に必要に応じて希釈して、100~400キロカウント/秒(Kcps)の範囲の粒子カウントにした。粒径の測定は、機器の粒径測定法を使用して実行され、ソフトウェアによってDzを計算した。Dzは、強度に基づく調和平均粒径としても知られ、式(III)で表される。
アクリル系結合剤エマルションの粒径は、Malvern Zetasizer Nano ZS90分析器を使用して測定されたが、これは、Zetasizerソフトウェアバージョン7.11を使用して、90°の散乱角で動的光散乱法(dynamic light scattering、DLS)を使用して、Z-平均粒径(Dz)を測定する。エマルション1滴を0.01MのNaCl水溶液(超純水、種類I、ISO3696)を用いて希釈し、更に必要に応じて希釈して、100~400キロカウント/秒(Kcps)の範囲の粒子カウントにした。粒径の測定は、機器の粒径測定法を使用して実行され、ソフトウェアによってDzを計算した。Dzは、強度に基づく調和平均粒径としても知られ、式(III)で表される。
上記式(III)において、Siは、直径Diを有する粒子iからの散乱強度である。詳細なDz計算は、ISO22412:2017(粒径分析-動的光散乱(DLS))に記載されている。
アクリルビーズの粒径
コーティング配合物に使用される多段架橋ビーズ分散体の粒径は、遠心分離及びショ糖勾配による沈降によってモードを分離するDisc Centrifuge Photosedimentometer(DCP、CPS Instruments,Inc.、Prairieville、LA)を使用して、測定される。0.1%ラウリル硫酸ナトリウムを含有する10mLの脱イオン(DI)水にビーズ分散体を1~2滴添加し、続いて、15g/mLのショ糖勾配が充填された回転ディスクに試料0.1mLを注入することによって、試料を調製した。10,000rpmで回転する2%~8%のショ糖勾配ディスクを使用し、試料の注入前に、895ナノメートル(nm)のポリスチレン校正標準を注入した。中央重量平均(D50)粒径を決定する。
コーティング配合物に使用される多段架橋ビーズ分散体の粒径は、遠心分離及びショ糖勾配による沈降によってモードを分離するDisc Centrifuge Photosedimentometer(DCP、CPS Instruments,Inc.、Prairieville、LA)を使用して、測定される。0.1%ラウリル硫酸ナトリウムを含有する10mLの脱イオン(DI)水にビーズ分散体を1~2滴添加し、続いて、15g/mLのショ糖勾配が充填された回転ディスクに試料0.1mLを注入することによって、試料を調製した。10,000rpmで回転する2%~8%のショ糖勾配ディスクを使用し、試料の注入前に、895ナノメートル(nm)のポリスチレン校正標準を注入した。中央重量平均(D50)粒径を決定する。
固形分含有量
約1gの湿潤分散体をアルミニウムパン上に置き、記録する場合は秤量することによって、コーティング配合物及びその個々の構成成分の固形分含有量を測定する。次に、試料を入れたパンを150℃のオーブンに30分間入れる。乾燥試料の入ったパンを秤量し、乾燥サンプル重量を記録する。固形分含有量は、以下の式(IV)を使用して、湿潤試料重量に対する乾燥試料重量の比として計算される。
固形分含有量%=(乾燥試料の重量/湿潤試料の重量)*100
式(IV)
約1gの湿潤分散体をアルミニウムパン上に置き、記録する場合は秤量することによって、コーティング配合物及びその個々の構成成分の固形分含有量を測定する。次に、試料を入れたパンを150℃のオーブンに30分間入れる。乾燥試料の入ったパンを秤量し、乾燥サンプル重量を記録する。固形分含有量は、以下の式(IV)を使用して、湿潤試料重量に対する乾燥試料重量の比として計算される。
固形分含有量%=(乾燥試料の重量/湿潤試料の重量)*100
式(IV)
AFM用の試料調製
アクリルビーズの分散体を水で1/20(v/v)に希釈し、新たに切断したマイカ表面上に流延させ、次に、AFM分析の前に、紙で覆ったペトリ皿中で、室温で3日間乾燥させた。
アクリルビーズの分散体を水で1/20(v/v)に希釈し、新たに切断したマイカ表面上に流延させ、次に、AFM分析の前に、紙で覆ったペトリ皿中で、室温で3日間乾燥させた。
PF-QNMを使用したAFMによる表面ヤング率測定
PeakForce Tappingモードに基づくPeakForce QNMのBruker Icon AFMシステムを利用して、試料を分析した。PeakForce Tappingでは、プローブを2,000Hzの周波数で振動させ、指定されたピーク力(試料に印加される最大公称力)をフィードバック制御に使用した。チップが試料と相互作用するたびに、力曲線を収集し、ナノ力学的特性について分析した。SPIP撮像プロセッサソフトウェア(Image Processor Software(Image Metrology、Denmark))を使用してヤング率を計算するために、ビーズの上部で収集された力曲線のみを抽出した。表XIは、本出願で論じられる実施例で使用されるパラメータを示す。
PeakForce Tappingモードに基づくPeakForce QNMのBruker Icon AFMシステムを利用して、試料を分析した。PeakForce Tappingでは、プローブを2,000Hzの周波数で振動させ、指定されたピーク力(試料に印加される最大公称力)をフィードバック制御に使用した。チップが試料と相互作用するたびに、力曲線を収集し、ナノ力学的特性について分析した。SPIP撮像プロセッサソフトウェア(Image Processor Software(Image Metrology、Denmark))を使用してヤング率を計算するために、ビーズの上部で収集された力曲線のみを抽出した。表XIは、本出願で論じられる実施例で使用されるパラメータを示す。
以下の一般式(V)において示されるように、DMT球状圧入モデル(Derjaguin、B.V.、V.M.Muller、及びY.Toporovの、粒子の付着に対する接触変形の影響(Effect of contact deformations on the adhesion of particles)、Journal of Colloid and interface science、1975年、53(2):ページ314-326から参照される)に従って、ヤング率を計算した。
式中、Eは先端の接触点で測定されたヤング率であり、υはポアソン比であり、Rtipは先端半径であり、Sm-Sはインデントであり、Fpulloffはプルオフ力である。
ビーズ1(サイズ3μm)のヤング率を、2,000Hzの周波数でビーズ4(サイズ3μm)のヤング率と比較した。ビーズ4のヤング率が380MPaであるのと比較して、ビーズ1のヤング率は557MPaであった。
結果は、3μmのビーズ1がより高い表面弾性率を有し、したがって、1未満のCOF-C/C-静的を有することを示す。一方、3μmのビーズ4は、より低い表面弾性率を有し、したがって、1超のCOF-C/C-静的を有する。
艶消しコーティングの性能
実施例の全てからの艶消しコーティングを、厚さ12μmのPETフィルム基材上に配置し、このようなコーティングフィルムの性能を測定した。このような測定の結果を、表XIIに示す。
実施例の全てからの艶消しコーティングを、厚さ12μmのPETフィルム基材上に配置し、このようなコーティングフィルムの性能を測定した。このような測定の結果を、表XIIに示す。
表XIIに関する注記:1「C/C」は、「コーティング対コーティング」を表す。
2「C/S」は、「コーティング対スチール鋼」を表す。
*1,500サイクルまで試験する。
**1B-5Bスケール:「1B」=コーティングが除去され、「5B」=コーティングが損傷されていない。
***感覚パネル試験:「1」=最悪及び「5」=最良。
****「NT」=試験せず。
本発明の実施例2による艶消しコーティングは、様々なフィルム厚さを有する様々なフィルム基材上に配置され、このようなコーティングフィルム基材の性能を測定した。このような測定の結果を、表XIIIに示す。
表XIIIの注記:*1,000サイクルまでの試験し、コーティング表面損傷は観察されなかった。
**1B-5Bスケール:「1B」=コーティングが除去され、「5B」=コーティングが損傷されていない。
Claims (14)
- 水性艶消し仕上げコーティング配合物であって、(a)4ミクロン以下の中央重量平均粒径及び450メガパスカル以上の表面ヤング率を有する複数の第1の多段架橋アクリルビーズを含む、水性艶消し仕上げコーティング配合物。
- 前記粒子が、コーティング対コーティングの静摩擦係数が1未満である前記配合物を提供する、請求項1に記載の配合物。
- (b)0.2ミクロン超~1.0ミクロン未満の所定の平均粒径を有する複数の第2のアクリルビーズを更に含む、請求項1に記載の配合物。
- (c)結合剤を更に含む、請求項1に記載の配合物。
- 前記結合剤が、前記第1のアクリルビーズ及び前記第2のアクリルビーズとは異なる第3のアクリルエマルションであり、前記結合剤が、-30℃~60℃のTgを有し、前記結合剤が、0.05μm~0.3μmの平均z-平均粒径を有する、請求項4に記載の配合物。
- (d)少なくとも1種のレオロジー改質剤、(e)少なくとも1種の脱泡剤、(f)前記配合物のpHを7.5~9.0のレベルに調節するための、少なくとも1種の中和剤、(g)少なくとも1種の湿潤添加剤、(h)少なくとも1種のスリップ添加剤、及び(i)少なくとも1種の水分散性ポスト架橋剤のうちの少なくとも1種を更に含む、請求項1に記載の配合物。
- 前記多段架橋アクリルビーズが、第1段及び第2段を有するコア-シェル粒子形態を有し、前記第1段が、20℃以下のTgを有する架橋コアであり、前記第2段が、シェルとして前記コアにグラフトされ、前記シェルが30℃以上のTgを有する、請求項1に記載の配合物。
- 請求項1に記載の配合物から作製される、乾燥コーティング。
- 艶消しコーティング基材であって、(i)請求項8に記載の乾燥コーティングであって、(ii)基材の少なくとも1つの層の表面上に配置されている、請求項8に記載の乾燥コーティングを含む、艶消しコーティング基材。
- 前記基材が、木、金属、プラスチック、革、紙、ビニル、織布地、不織布地のフィルム、シート又は容器及びこれらのうちの2つ以上の組合せからなる群から選択される少なくとも1つの基材を含む、請求項9に記載の艶消しコーティング基材。
- 請求項9に記載の艶消しコーティング基材から作製される、包装物品。
- 請求項1に記載の水性艶消し仕上げコーティング配合物を製造するプロセスであって、
(I)直径4ミクロン以下の中央重量平均粒径及び450メガパスカル以上の表面ヤング率を有する第1のアクリルビーズ分散体を合成する工程と、
(II)前記ビーズ分散体を水性結合剤エマルションと混合して、プレコーティング配合物を形成する工程と、
(III)前記プレコーティング配合物をイソシアネートポスト架橋剤と混合して、艶消しコーティング配合物を形成する工程と、
(IV)前記艶消しコーティング配合物を基材に適用して、前記基材上にコーティング層を形成する工程と、
(V)前記コーティング層を硬化するか、又は硬化させて、前記基材上に水性艶消し仕上げコーティングを形成する工程と、含む、プロセス。 - 4ミクロン以下の中央重量平均粒径及び450メガパスカル以上の表面ヤング率を有するビーズを含む、多段アクリルビーズ。
- 第1段及び第2段を有するコア-シェル粒子形態を有し、前記第1段が20℃以下のTgを有する架橋コアであり、前記第2段が、シェルとして前記コアにグラフトされ、前記シェルが30℃以上のTgを有し、前記ビーズが、前記ビーズの重量に基づいて、0.05重量パーセント~5重量パーセントの重合性有機ホスフェート又はその塩で官能化されており、前記重合性有機ホスフェートが、以下の式:
又はその塩で表され、式中、Rが、H又はCH3であり、R1及びR2が、それぞれ独立してH又はCH3であり、ただし、2つの隣接するCR2CR1基が、CH(CH3)CH(CH3)基ではなく、各R3が、独立して直鎖状又は分枝鎖状のC2~C6アルキレンであり、mが、2~10であり、nが、0~5であり、xが、1又は2であり、yが、1又は2であり、x+y=3であり、あるいは、nが、1であり、mが、1であり、Rが、CH3であり、R1及びR2が、それぞれHであり、R3が、-(CH2)5-であり、xが、1又は2であり、yが、1又は2であり、x+y=3である、請求項13に記載の多段アクリルビーズ。
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