JP3438257B2 - 耐ボイル性を有するガスバリア材 - Google Patents

耐ボイル性を有するガスバリア材

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JP3438257B2
JP3438257B2 JP12580793A JP12580793A JP3438257B2 JP 3438257 B2 JP3438257 B2 JP 3438257B2 JP 12580793 A JP12580793 A JP 12580793A JP 12580793 A JP12580793 A JP 12580793A JP 3438257 B2 JP3438257 B2 JP 3438257B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は食品、医薬品等の包装分
野に用いられるガスバリア包材に関するものである。
【0002】
【従来の技術】透明ガスバリア包材としてポリビニール
アルコール(以下PVAと略記)、エチレン−ビニルア
ルコ−ル共重合体(以下EVOHと略記)、ポリ塩化ビ
ニリデン樹脂(以下PVDCと略記)等のガスバリア性
に優れた樹脂をラミネートしたりコーティングしたもの
が知られており、食品などの内容物の品質を長期保存す
るために包装材料として用いられている。
【0003】しかし、PVA,EVOH系のバリア包材
では温度、湿度依存性が大きく、高温あるいは高湿下で
酸素バリア性の低下が見られる、煮沸処理やレトルト処
理を行うとバリア性が著しく低下するなどの欠点があ
る。
【0004】また、PVDC系では湿度依存性は小さい
ものの酸素バリア性が1cm3 /m 2 ・day・atm
以下のハイガスバリア材を実現するのは困難であり、し
かも膜中に塩素を多量に含有しているため、焼却処理や
リサイクリングなどの廃棄物処理に難点が多い。
【0005】一方、真空蒸着法、スパッタリング法、あ
るいはプラズマ化学気相成長(CVD)法などの真空プ
ロセスによってSiOx 等の無機化合物の被膜を設けた
バリア包材が開発されている。
【0006】これらのバリア材は樹脂系のバリア材では
実現できないハイバリア性能を有しており、焼却処理さ
れても有毒ガスの発生することなく、また無機物の被膜
もその厚みが数百オングストロームと非常に薄く、樹脂
基材としてのリサイクリングも可能である。
【0007】しかし、これらの無機系のバリア材はバリ
ア層である無機の被膜が可とう性に欠ける、基材との密
着性が悪い、などから取扱いに注意を要する。また、こ
れらの真空プロセスでは装置が高価であったり、生産性
が悪かったりコスト的にかなり高価であるなどの欠点が
残されている。
【0008】この様な課題を解決する技術として、基材
に金属アルコキシドの被膜を設けたガスバリア包材が提
案されている(特開昭62−295931号公報等)。
【0009】このガスバリア包材は、ある程度の可とう
性を有し、金属アルコキシドは無害なものであるので環
境に優しく、また被膜は薄いので廃棄処理あるいはリサ
イクリングが可能でコスト的にも安価である。
【0010】しかし、この金属アルコキシドの被膜を設
けたガスバリア包材は、基材単体の場合と較べ、酸素バ
リア性の向上は見られるものの、絶対的なガスバリア性
の点で満足がいくものではなかった。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、かかる問題
点に鑑みてなされたもので、乱雑な取扱いにも耐え得る
可とう性を有し、環境に優しい廃棄処理あるいはリサイ
クリングが可能でコスト的にも安価であることは無論の
こと、ガスバリア性に優れ、かつ湿度による影響を受け
にくく、耐水性、耐ボイル性のあるガスバリア包材を提
供することを目的とするものである。
【0012】
【課題を解決するための手段】請求項1記載の発明は、
プラスチックからなる基材の少なくとも片面に、一般式
M(OR)n (M:金属元素、R:アルキル基、n :金
属元素の酸化数)で表せる金属アルコキシドあるいは該
金属アルコキシドの加水分解物と、一般式R’Si(O
R)3 (R’:アルキル基,ビニル基,グリシドオキシ
プロピル基など、R:アルキル基)で表せる3官能基の
オルガノシラン又はその加水分解物と水溶性高分子と
を、金属アルコキシドと3官能基オルガノシランとのモ
ル比率が0.99:0.01から0.7:0.3であっ
て、金属アルコキシドとオルガノシランを金属酸化物に
換算したときの金属酸化物と水溶性高分子との重量比率
が、20:80〜95:5の範囲内で含み、さらに分子
中に少なくとも2個以上のイソシアネート基を有するイ
ソシアネート化合物が、全体の0.1〜20重量%を含
む、複合物からなる被膜を有することを特徴とする耐ボ
イル性を有するガスバリア包材である。
【0013】請求項2記載の発明は、請求項1記載の発
明を前提とし、該金属アルコキシドあるいは金属アルコ
キシドの加水分解物中の金属が、Si、Alあるいは両
者の混合物であることを特徴とする耐ボイル性を有する
ガスバリア包材である。
【0014】請求項3記載の発明は、請求項1または請
求項2記載の発明を前提とし、前記水溶性高分子がポリ
ビニルアルコールであることを特徴とする耐ボイル性を
有するガスバリア包材である。
【0015】請求項4記載の発明は、請求項1乃至請求
項3記載の発明を前提とし、前記3官能基オルガノシラ
ンのR’が末端にエポキシ基を有することを特徴とする
耐ボイル性を有するガスバリア包材である。
【0016】
【0017】
【0018】本発明において用いられるプラスチック基
材とは、ポリオレフィン(ポリエチレン、ポリプロピレ
ン等)、ポリエステル(ポリエチレンテレフタレート、
ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレー
ト等)、ポリアミド(ナイロン−6、ナイロン−66
等)、ポリ塩化ビニル、ポリイミド等、あるいはこれら
の高分子の共重合体などの通常の包装材料として用いら
れるものである。
【0019】また、これらの高分子に公知の添加剤、例
えば帯電防止剤、紫外線吸収剤、可塑剤、滑剤、着色剤
などを含んだものであっても良い。
【0020】次に、基材上に形成される複合被膜につい
て詳細に説明する。本発明において用いられる金属アル
コキシドとは、テトラエチルオルソシリケート(Si
(OC2 5 4 )、トリプロピルアルミニウム(Al
(OC3 73 )など一般式M(OR)n (MはS
i,Ti,Al,Zrなどの金属、RはCH3 ,C2
5 などのアルキル基)で表せるものである。その中でも
MがSi,Alあるいは両者の混合物が種々の特性に優
れている。
【0021】3官能基オルガノシランとはメトキシトリ
エチルシラン、ビニルトリメトキシラン、グリシドオキ
シプロピルトリメトキシシランなど一般式 R’−Si
(0R)3 で表せるものであり、なかでもR’の末端が
エポキシ基であるグリシドオキシプロピルトリメトキシ
シランやエポキシシクロヘキシルエチルトリメトキシシ
ランなどが最も好ましい。
【0022】水溶性高分子とは、ポリビニルアルコー
ル、ポリビニルピロリドン、デンプン、メチルセルロー
ス、カルボキシメチルセルロース、アルギン酸ナトリウ
ムなどである。その中でもポリビニルアルコール(PV
A)を用いた場合にバリア特性が最も優れている。ここ
でいうPVAとは一般に酢酸ビニルアルコールをけん化
して得られるもので、酢酸基が数十%程度残存している
いわゆる部分けん化PVAから数%以下しか残存してい
ない完全けん化PVAまでの総称であって、特に限定さ
れるものでない。
【0023】イソシアネート化合物とは、その分子中に
2個以上のイソシアネート基(NCO基)を有するもの
であって、代表的にはトリレンジイソシアネート(以下
TDIと略記),トリフェニルメタントリイソシアネー
ト(以下TTI略記),イソホロンジイソシアネ−ト
(以下IPDI略記),テトラメチルキシレンジイソシ
アネート(以下TMXDIと略記)などのモノマー類
と、これらの重合体や誘導体などである。
【0024】被膜はこのような金属アルコキシドや3官
能基オルガノシランを直接あるいはあらかじめ加水分解
反応させたものを水溶性高分子、イソシアネート化合物
と混合して複合溶液を作成し、基材にコーティングして
形成させるものである。
【0025】金属アルコキシドと3官能基オルガノシラ
ンとの比率は、モル比率で0.99:0.01から0.
7:0.3が望ましく、オルガノシランが0.01以下
では耐水性が期待できず、また0.3以上ではバリア性
が低下する。
【0026】金属アルコキシドとオルガノシランを金属
酸化物に換算したときの金属酸化物と水溶性高分子との
重量比率が、20:80〜95:5の範囲がバリア性、
可とう性ともに優れている。さらにイソシアネート化合
物の占める割合は全体の0.1〜20%が望ましく、
0.1以下では耐水性の効果が薄く、20%以上ではバ
リア性が著しく低下する。
【0027】コーティングの方法は通常用いられるディ
ッピング法、ロールコティング法、スクリーン印刷法、
スプレー法、などいずれの方法を用いても良い。
【0028】被膜の厚さは、用いる複合物の種類によっ
ても異なるが、約0.01〜1000μmの範囲内であ
れば良い。しかし、50μm以上では膜にクラックが入
り易くなるため、0.01〜50μmの範囲内にあるこ
とがより望ましい。
【0029】このような複合被膜を設けたガスバリア包
材上に、必要に応じてヒートシール可能な熱可塑性樹脂
層を積層したり、印刷層を設けたり、また複数の樹脂を
接着層を介して積層して使用することも出来る。
【0030】
【作用】本発明に係わるガスバリア材は、プラスチック
からなる基材の少なくとも片面に、一般式M(OR)n
で表せる金属アルコキシドあるいはその加水分解物と、
一般式R’Si(OR)3 で表せる3官能基のオルガノ
シランおよびその可水分解物と水溶性高分子との3元系
複合物被膜を設けたものであり、ハイレベルのガスバリ
ア性を有し、かつ耐水性、耐湿性を有する。さらに、イ
ソシアネート化合物を添加することで耐水性がより向上
するものである。
【0031】
【実施例】以下、本発明の実施例を説明するが、本発明
は実施例に記載の材料に限定されるものではない。
【0032】<参考例1>テトラエチルオルソシリケー
ト(Si(OC2 H5 )4 :TEOSと略記)に以下3
種の3官能基オルガノシラン(メトキシトリエチルシラ
ン:MTES、ビニルトリメトキシラン:VTMS、グ
リシドオキシプロピルトリメトキシシラン:GPTM
S)をモル比で0.9:0.1になるように混合したも
の9gに0.01Nの塩酸91gを加え30分撹拌し加
水分解溶液(SiO2 濃度約3%)を作成、これにPV
A(重合度2400,鹸化度98.5%)の3%水溶液
を重量比で70/30になるように混合して複合溶液を
作成した。これらの溶液を基材のポリエチレンテレフタ
レート(以下PETと略記)フィルム(50μm,コロ
ナ処理)の片面にバーコーターでコーティング後、乾燥
機で120℃−10分間乾燥して膜厚0.3μmの被膜
を形成し、試験体を得た。
【0033】これらの試験体を100℃−10分間ボイ
ル処理を行い、その前後のガスバリア性を酸素透過度測
定装置(モダンコントロール社製MOCON OXTR
AN10/50A)を用い25℃−100%RH雰囲気
の条件で測定を行った。比較例としてオルガノシランを
含まない2元系の複合膜も同様に試験を行ったのでその
結果を(表1)に示す。
【0034】
【表1】
【0035】アルコキシドとオルガノシランとPVAの
複合被膜を施したものは優れた酸素バルア性を示した。
オルガノシランを添加したものは添加しないものに比べ
て若干のバリア性の低下は認められたが、ボイル後のガ
スバリア性の低下を抑制することができた。なかでも末
端にエポキシ基を有するGPTMSが良好であった。
【0036】<参考例2>TEOSとGPTMSとのモ
ル比率を1.0/0〜0.5/0.5の範囲で変えたS
iO2 3%のの加水分解溶液を参考例1と同様の方法で
作成、これにPVA3%溶液を重量比で60/40にな
るように混合して複合溶液を作成した。参考例1と同様
にPETにコーティングして膜厚0.3μmの被膜を形
成し、ボイル前後の酸素透過度の測定を行った。その結
果を(表2)に示す。
【0037】
【表2】
【0038】GPTMSのの添加量が増すとともにバリ
ア性の低下が認められ、モル比が0.3以上ではかなり
の低下がみられた。また、0.01以下ではボイル後の
バリア性が著しく低下したが、0.01以上ではほぼ低
下が見られない被膜が得られた。
【0039】<実施例>TEOS−GPTMSのモル比
が1/0,0.95/0.05,0.9/0.1である
3種類のSiO2 濃度3%の加水分解溶液を参考例1
同様の方法で作成し、これにトリプロピルアルミニウム
(Al(OC3 H7 )3 :TPAと略記)を80℃の熱
水中で溶解した後、塩酸を添加して解膠させた固形分3
%(Al2 O3 換算)の加水分解溶液とPVA3%水溶
液を重量比で1/1/1の混合溶液を作成した。これら
の複合溶液とこれらにIPDIを全固形分に対して重量
比で5%添加、強制撹拌して得た複合溶液とを参考例1
と同様にPETにコーティングして膜厚0.3μmの被
膜を形成し、ボイル前後の酸素透過度の測定を行った。
その結果を(表3)に示す。
【0040】
【表3】
【0041】IPDIを添加したものは無添加に比べる
とボイル前の酸素透過度は大きくバリア性はやや低下す
るが、オルガノシランによるボイル後のバリア性低下抑
制よりその抑制の効果を大きくすることができた。
【0042】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係わるガ
スバリア包材は、プラスチックからなる基材の少なくと
も片面に、一般式M(OR)n で表せる金属アルコキシ
ドあるいはその加水分解物と、一般式R’Si(OR)
3 で表せる3官能基のオルガノシランおよびその可水分
解物と水溶性高分子との3元系複合物被膜あるいはさら
にイソシアネート化合物を添加した被膜を設けたもので
あり、ハイレベルのガスバリア性を有するとともに、耐
水性にも優れ、可とう性に優れるので、高湿度雰囲気あ
るいはボイル処理や乱雑な取扱いにもバリア性を損なう
ことなく、食品など内容物の長期保存を可能にするもの
である。また、焼却されたとしても有毒ガス、有害物質
を発生することなく廃棄処理も可能であり、製造方法も
簡単で特殊な装置も必要としないので生産性も高く安価
に製造することができる
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C08J 7/04 - 7/06

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】プラスチックからなる基材の少なくとも片
    面に、一般式M(OR)n (M:金属元素、R:アルキ
    ル基、n :金属元素の酸化数)で表せる金属アルコキシ
    ドあるいは該金属アルコキシドの加水分解物と、一般式
    R’Si(OR)3 (R’:アルキル基,ビニル基,グ
    リシドオキシプロピル基など、R:アルキル基)で表せ
    る3官能基のオルガノシラン又はその加水分解物と水溶
    性高分子とを、金属アルコキシドと3官能基オルガノシ
    ランとのモル比率が0.99:0.01から0.7:
    0.3であって、金属アルコキシドとオルガノシランを
    金属酸化物に換算したときの金属酸化物と水溶性高分子
    との重量比率が、20:80〜95:5の範囲内で含
    み、さらに分子中に少なくとも2個以上のイソシアネー
    ト基を有するイソシアネート化合物が、全体の0.1〜
    20重量%を含む、複合物からなる被膜を有することを
    特徴とする耐ボイル性を有するガスバリア包材。
  2. 【請求項2】前記金属アルコキシドあるいは金属アルコ
    キシドの加水分解物中の金属が、Si、Alまたは両者
    の混合物であることを特徴とする請求項1記載の耐ボイ
    ル性を有するガスバリア包材。
  3. 【請求項3】前記水溶性樹脂がポリビニルアルコールで
    あることを特徴とする請求項1または請求項2記載の
    ボイル性を有するガスバリア包材。
  4. 【請求項4】前記3官能基オルガノシランのR’が末端
    にエポキシ基を有することを特徴とする請求項1乃至請
    求項3に記載の耐ボイル性を有するガスバリア包材。
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