JP4217198B2 - エチレン−ビニルアルコール共重合体およびその組成物、その用途および製造方法 - Google Patents
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本発明のEVOHは、上記の(1)の構造単位、すなわち側鎖に1,2−グリコール結合を有する構造単位を含有することを特徴とするEVOHで、1,2−グリコール結合構造が直接、分子鎖に結合している構造である。また、R1〜R4に関しては任意の置換基であり、とくに限定されないが水素原子、アルキル基がモノマーの入手が容易である点で好ましく、さらには水素原子がEVOHのガスバリア性が良好である点で好ましい。
本発明のEVOHの製造方法については特に限定されないが、最も好ましい構造である主鎖に直接1,2−グリコール結合構造を結合した構造単位を例とすると、3,4−ジオール−1−ブテン、ビニルエステル系モノマーおよびエチレンを共重合して得られた共重合体をケン化する方法、3,4−ジアシロキシ−1−ブテン、ビニルエステル系モノマーおよびエチレンを共重合して得られた共重合体をケン化する方法、3−アシロキシ−4−オール−1−ブテン、ビニルエステル系モノマーおよびエチレンを共重合して得られた共重合体をケン化する方法、4−アシロキシ−3−オール−1−ブテン、ビニルエステル系モノマーおよびエチレンを共重合して得られた共重合体をケン化する方法、3,4−ジアシロキシ−2−メチル−1−ブテン、ビニルエステル系モノマーおよびエチレンを共重合して得られた共重合体をケン化する方法があげられ、3,4−ジアシロキシ−1−ブテン、ビニルエステル系モノマーおよびエチレンを共重合して得られた共重合体をケン化する方法が共重合反応性に優れる点で好ましく、さらには3,4−ジアシロキシ−1−ブテンとして、3,4−ジアセトキシ−1−ブテンを用いることが好ましい。また、これらのモノマーの混合物を用いてもよい。また、少量の不純物として3,4−ジアセトキシ−1−ブタンや1,4−ジアセトキシ−1−ブテン、1,4−ジアセトキシ−1−ブタン等を含んでいても良い。また、かかる共重合方法について以下に説明するが、これに限定されるものではない。
なお、上記の(2)式で示される化合物は、イーストマンケミカル社から、上記(3)式で示される化合物はイーストマンケミカル社やアクロス社から入手することができる。
溶媒の使用量は、目的とする共重合体の重合度に合わせて、溶媒の連鎖移動定数を考慮して適宜選択すればよく、例えば、溶媒がメタノールの時は、S(溶媒)/M(モノマー)=0.01〜10(重量比)、好ましくは0.05〜7(重量比)程度の範囲から選択される。
また、共重合反応の反応温度は、使用する溶媒や圧力により40℃〜沸点程度の範囲から選択することが好ましい。
酢酸の添加量としてはEVOH100重量部に対して0.001〜1重量部(さらには0.005〜0.2重量部、特には0.010〜0.1重量部)とすることが好ましく、かかる添加量が0.001重量部未満ではその含有効果が十分に得られないことがあり、逆に1重量部を越えると得られる成形物の外観が悪化する傾向にあり好ましくない。
ホウ酸金属塩としてはホウ酸カルシウム、ホウ酸コバルト、ホウ酸亜鉛(四ホウ酸亜鉛,メタホウ酸亜鉛等)、ホウ酸アルミニウム・カリウム、ホウ酸アンモニウム(メタホウ酸アンモニウム、四ホウ酸アンモニウム、五ホウ酸アンモニウム、八ホウ酸アンモニウム等)、ホウ酸カドミウム(オルトホウ酸カドミウム、四ホウ酸カドミウム等)、ホウ酸カリウム(メタホウ酸カリウム、四ホウ酸カリウム、五ホウ酸カリウム、六ホウ酸カリウム、八ホウ酸カリウム等)、ホウ酸銀(メタホウ酸銀、四ホウ酸銀等)、ホウ酸銅(ホウ酸第2銅、メタホウ酸銅、四ホウ酸銅等)、ホウ酸ナトリウム(メタホウ酸ナトリウム、二ホウ酸ナトリウム、四ホウ酸ナトリウム、五ホウ酸ナトリウム、六ホウ酸ナトリウム、八ホウ酸ナトリウム等)、ホウ酸鉛(メタホウ酸鉛、六ホウ酸鉛等)、ホウ酸ニッケル(オルトホウ酸ニッケル、二ホウ酸ニッケル、四ホウ酸ニッケル、八ホウ酸ニッケル等)、ホウ酸バリウム(オルトホウ酸バリウム、メタホウ酸バリウム、二ホウ酸バリウム、四ホウ酸バリウム等)、ホウ酸ビスマス、ホウ酸マグネシウム(オルトホウ酸マグネシウム、二ホウ酸マグネシウム、メタホウ酸マグネシウム、四ホウ酸三マグネシウム、四ホウ酸五マグネシウム等)、ホウ酸マンガン(ホウ酸第1マンガン、メタホウ酸マンガン、四ホウ酸マンガン等)、ホウ酸リチウム(メタホウ酸リチウム、四ホウ酸リチウム、五ホウ酸リチウム等)などの他、ホウ砂、カーナイト、インヨーアイト、コトウ石、スイアン石、ザイベリ石等のホウ酸塩鉱物などが挙げられ、好適にはホウ砂、ホウ酸、ホウ酸ナトリウム(メタホウ酸ナトリウム、二ホウ酸ナトリウム、四ホウ酸ナトリウム、五ホウ酸ナトリウム、六ホウ酸ナトリウム、八ホウ酸ナトリウム等)があげられる。またホウ素化合物の添加量としては、組成物中の全EVOH100重量部に対してホウ素換算で0.001〜1重量部(さらには0.002〜0.2重量部、特には0.005〜0.1重量部)とすることが好ましく、かかる添加量が0.001重量部未満ではその含有効果が十分に得られないことがあり、逆に1重量部を越えると得られる成形物の外観が悪化する傾向にあり好ましくない。
かかる乾燥方法としては、種々の乾燥方法を採用することが可能である。例えば、実質的にペレット状のEVOH組成物が、機械的にもしくは熱風により撹拌分散されながら行われる流動乾燥や、実質的にペレット状のEVOH組成物が、撹拌、分散などの動的な作用を与えられずに行われる静置乾燥が挙げられ、流動乾燥を行うための乾燥器としては、円筒・溝型撹拌乾燥器、円管乾燥器、回転乾燥器、流動層乾燥器、振動流動層乾燥器、円錐回転型乾燥器等が挙げられ、また、静置乾燥を行うための乾燥器として、材料静置型としては回分式箱型乾燥器が、材料移送型としてはバンド乾燥器、トンネル乾燥器、竪型乾燥器等を挙げることができるが、これらに限定されるものではない。流動乾燥と静置乾燥を組み合わせて行うことも可能である。
成形物としては単層あるいは複層(積層)のフィルムやシート、容器、ボトル、チューブ等を挙げることができ、他の基材と積層するときの積層方法としては、例えば本発明のEVOH組成物のフィルム、シート等に他の基材を溶融押出ラミネートする方法、逆に他の基材に該樹脂を溶融押出ラミネートする方法、該樹脂と他の基材とを共押出する方法、該樹脂(層)と他の基材(層)とを有機チタン化合物、イソシアネート化合物、ポリエステル系化合物、ポリウレタン化合物等の公知の接着剤を用いてドライラミネートする方法等が挙げられる。上記の溶融押出時の溶融成形温度は、100〜300℃の範囲から選ぶことが多い。
冷却コイルを持つ1m3の重合缶に酢酸ビニルを500kg、メタノール100kg、アセチルパーオキシド500ppm(対酢酸ビニル)、クエン酸20ppm(対酢酸ビニル)、および3,4−ジアセトキシ−1−ブテンを14kgを仕込み、系を窒素ガスで一旦置換した後、次いでエチレンで置換して、エチレン圧が35kg/cm2となるまで圧入して、攪拌しながら、67℃まで昇温して、3,4−ジアセトキシ−1−ブテンを15g/分で全量4.5kgを添加しながら重合し、重合率が50%になるまで6時間重合した。その後、重合反応を停止してエチレン含有量29モル%のエチレン-酢酸ビニル共重合体を得た。
該エチレン−酢酸ビニル共重合体のメタノール溶液を棚段塔(ケン化塔)の塔上部より10kg/時の速度で供給し、同時に該共重合体中の残存酢酸基に対して、0.012当量の水酸化ナトリウムを含むメタノール溶液を塔上部より供給した。一方、塔下部から15kg/時でメタノールを供給した。塔内温度は100〜110℃、塔圧は3kg/cm2Gであった。仕込み開始後30分から、1,2−グリコール結合を有する構造単位を含有するEVOHのメタノール溶液(EVOH30%、メタノール70%)が取出された。かかるEVOHの酢酸ビニル成分のケン化度は99.5モル%であった。
該多孔性ペレット100部に対して水100部で洗浄した後、0.032%のホウ酸及び0.007%のリン酸二水素カルシウムを含有する混合液中に投入し、30℃で5時間撹拌した。さらにかかる多孔性ペレットを回分式通気箱型乾燥器にて、温度70℃、水分含有率0.6%の窒素ガスを通過させて12時間乾燥を行って、含水率を30%とした後に、回分式塔型流動層乾燥器を用いて、温度120℃、水分含有率0.5%の窒素ガスで12時間乾燥の処理を行って目的とするEVOH組成物のペレットを得た。かかるペレットは、EVOH100部に対して、ホウ酸およびをそれぞれ0.015部(ホウ素換算)および0.005部(リン酸根換算)含有していた。また、このEVOHのMFRは3.5g/10分(210℃ 2160gで測定)であった。
1.0〜1.8ppm:メチレンプロトン(図1の積分値a)
1.87〜2.06ppm:メチルプロトン
3.95〜4.3ppm:構造(I)のメチレン側のプロトン+未反応の3,4−ジアセトキシ−1−ブテンのプロトン(図1の積分値b)
4.6〜5.1ppm:メチンプロトン+構造(I)のメチン側のプロトン(図1の積分値c)
5.2〜5.9ppm:未反応の3,4−ジアセトキシ−1−ブテンのプロトン(図1の積分値d)
[算出法]
5.2〜5.9ppmに4つのプロトンが存在するため、1つのプロトンの積分値はd/4、積分値bはジオールとモノマーのプロトンが含まれた積分値であるため、ジオールの1つのプロトンの積分値(Α)は、Α=(b−d/2)/2、積分値cは酢酸ビニル側とジオール側のプロトンが含まれた積分値であるため、酢酸ビニルの1つプロトンの積分値(B)は、B=1−(b−d/2)/2、積分値aはエチレンとメチレンが含まれた積分値であるため、エチレンの1つのプロトンの積分値(C)は、C=(a−2×Α−2×B)/4=(a−2)/4と計算し、構造単位(1)の導入量は、100×{Α/(Α+B+C)} =100×(2×b−d)/(a+2)より算出した。
上記で得られたカップについて目視で観察して下記の基準により評価した。
○・・・容器側面にスジやモヤが観察されず、均一に延伸されている
△・・・容器側面にモヤが観察され、延伸が不均一となっている
×・・・容器側面にスジが観察されEVOH層に割れが発生している
温度23℃、容器内湿度100%RH、容器外湿度50%、100%酸素下の条件で、容器1個当たりの酸素透過度(cc/day)を酸素透過度測定装置(MOCON社製『OXTRΑN10/50』)を用いて測定した。
水平な台の上に容器を立て、容器の上部に板を置き、板の上から圧縮試験装置で序々に荷重をかけていき、容器が大きく変形する荷重(座屈荷重)を測定した。測定値は5つのサンプルの平均値を取った。
実施例1において、アセチルパーオキシドの代わりにt−ブチルパーオキシネオデカノエート210ppm(対酢酸ビニル)を5時間かけて添加しながら、又3,4−ジアセトキシ−1−ブテンを26g/分で全量8kgを添加しながら重合した以外は同様に行い、側鎖に1,2−グリコール結合を有する構造単位の導入量が3.0モル%のEVOHを得て、同様に処理を行ってEVOH組成物を得て評価を行った。なお、EVOH組成物のMFRは3.7g/10分であった。
実施例2において、3,4−ジアセトキシ−1−ブテンの添加速度を63g/分として全量19kg添加した以外は同様に行い、側鎖に1,2−グリコール結合を有する構造単位の導入量が4.5モル%のEVOHを得て、同様に処理を行ってEVOH組成物を得て評価を行った。なお、EVOH組成物のMFRは4.0g/10分であった。
実施例1と同様の方法で、初期仕込みを酢酸ビニル400kg、メタノール120kg、アセチルパーオキシド150ppm(対酢酸ビニル)、クエン酸20ppm(対酢酸ビニル)、3,4−ジアセトキシ−1−ブテン15kgとし、エチレン圧を30kg/cm2とし、3,4−ジアセトキシ−1−ブテンを15g/分で全量5.0kgを添加しながら重合して、エチレン含有量26モル%のエチレン-酢酸ビニル共重合体を得た。これを実施例1と同様にケン化してケン化度99.5モル%のEVOHを得た。さらに実施例1と同様の方法で、このEVOHの多孔性ペレットを得て、洗浄後、0.032%のホウ酸及び0.007%のリン酸二水素カルシウムを含有する混合水溶液中で攪拌した後、乾燥し、側鎖に1,2−グリコール結合を有する構造単位の導入量が2.5モル%で、MFR3.2g/10分で、ホウ酸0.013部(ホウ素換算)、リン酸二水素カルシウム0.006部(リン酸根換算)含有のEVOH組成物ペレットを得た。このEVOH組成物について実施例1と同様に評価した。
実施例1において、初期仕込みのメタノール量を35kgとし、エチレン圧を45kg/cm2とした以外は同様に行って、エチレン含有量が38モル%で側鎖に1,2−グリコール結合を有する構造単位の導入量が2.5モル%のEVOHを得て、同様に評価を行った。なお、EVOH組成物のMFRは4.0g/10分で、EVOH100部に対して、ホウ酸0.015部(ホウ素換算)、リン酸二水素カルシウム0.005部(リン酸根換算)をそれぞれ含有するように処理を行った。
実施例5において、3,4−ジアセトキシ−1−ブテンの替わりに3,4−ジアセトキシ−1−ブテンと3−アセトキシ−4−オール−1−ブテンと1,4−ジアセトキシ−1−ブテンの70:20:10の混合物を用いた以外は同様に行い、エチレン含有量が38モル%で側鎖に1,2−グリコール結合を有する構造単位の導入量が2.0モル%のEVOHを得て、同様に評価を行った。なお、EVOH組成物のMFRは3.7g/10分で、EVOH100部に対して、ホウ酸0.015部(ホウ素換算)、リン酸二水素カルシウム0.005部(リン酸根換算)をそれぞれ含有するように処理を行った。
実施例1と同様の方法で、初期仕込みを酢酸ビニル500kg、メタノール20kg、アセチルパーオキシド500ppm(対酢酸ビニル)、クエン酸20ppm(対酢酸ビニル)、3,4−ジアセトキシ−1−ブテン30kgとし、エチレン圧を60g/cm2とし、3,4−ジアセトキシ−1−ブテンを15g/分で全量10.0kgを添加しながら重合して、エチレン含有量48モル%のエチレン-酢酸ビニル共重合体を得た。これを実施例1と同様にケン化してケン化度99.5モル%のEVOHを得た。さらに実施例1と同様の方法で、このEVOHの多孔性ペレットを得て、洗浄後、0.032%のホウ酸及び0.007%のリン酸二水素カルシウムを含有する混合水溶液中で攪拌した後、乾燥し、側鎖に1,2−グリコール結合を有する構造単位の導入量が2.5モル%で、MFR3.8g/10分で、ホウ酸含有量0.015部(ホウ素換算)、リン酸0.005部(リン酸根換算)含有のEVOH組成物ペレットを得た。このEVOH組成物について実施例1と同様に評価した。
実施例1と同様の方法で、初期仕込みを酢酸ビニル400kg、メタノール120kg、アセチルパーオキシド155ppm(対酢酸ビニル)、クエン酸20ppm(対酢酸ビニル)、3,4−ジアセトキシ−1−ブテン45kgとし、エチレン圧を30g/cm2とし、3,4−ジアセトキシ−1−ブテンを45g/分で全量15.0kgを添加しながら重合して、エチレン含有量29モル%のエチレン-酢酸ビニル共重合体を得た。これを実施例1と同様にケン化してケン化度99.5モル%のEVOHを得た。さらに実施例1と同様の方法で、このEVOHの多孔性ペレットを得て、洗浄後、0.030%のホウ酸及び0.010%のリン酸二水素カルシウムを含有する混合水溶液中で攪拌した後、乾燥し、側鎖に1,2−グリコール結合を有する構造単位の導入量が10.1モル%で、MFR4.2g/10分で、ホウ酸含有量0.014部(ホウ素換算)、リン酸0.007部(リン酸根換算)含有のEVOH組成物ペレットを得た。さらにこのペレットと別途得られた29モル%の側鎖に1,2−グリコール結合を持たないMFRが3.2g/10分のEVOHを得て、重量比1/4で溶融混合したEVOH組成物を得て、同様に評価を行った。このときの1,2−グリコール結合を有する構造単位の平均導入量は2.0モル%であった。
実施例1と同様の方法で、初期仕込みを酢酸ビニル500kg、メタノール80kg、アセチルパーオキシド155ppm(対酢酸ビニル)、クエン酸20ppm(対酢酸ビニル)、3,4−ジアセトキシ−1−ブテン45kgとし、エチレン圧を30g/cm2とし、3,4−ジアセトキシ−1−ブテンを15g/分で全量5.0kgを添加しながら重合して、エチレン含有量29モル%のエチレン-酢酸ビニル共重合体を得た。これを実施例1と同様にケン化してケン化度99.5モル%のEVOHを得た。さらに実施例1と同様の方法で、このEVOHの多孔性ペレットを得て、洗浄後、ホウ酸を含まない0.010%のリン酸二水素カルシウムを含有する水溶液中で攪拌した後、乾燥し、1,2−グリコール結合を有する構造単位の導入量が2.5モル%で、MFR3.5g/10分で、リン酸0.007部(リン酸根換算)含有のEVOH組成物ペレットを得た。このEVOH組成物について実施例1と同様に評価した。
実施例5と同様の条件で重合反応を行い、エチレン含有量38モル%のエチレン-酢酸ビニル共重合体を得た。該エチレン−酢酸ビニル共重合体のメタノール溶液を棚段塔(ケン化塔)の塔上部より7kg/時の速度で供給し、同時に該共重合体中の残存酢酸基に対して、0.008当量の水酸化ナトリウムを含むメタノール溶液を塔上部より供給した。一方、塔下部から15kg/時でメタノールを供給した。塔内温度は100〜110℃、塔圧は3kg/cm2Gであった。仕込み開始後30分から、1,2−グリコール結合を有する構造単位を含有するEVOH共重合体のメタノール溶液(EVOH30%、メタノール70%)が取出された。かかるEVOHの酢酸ビニル成分のケン化度は98.0モル%であった。これ以降の操作は実施例1と同様に行い、1,2−グリコール結合を有する構造単位の導入量が2.5モル%で、MFR3.7g/10分で、ホウ酸0.015部(ホウ素換算)、リン酸0.007部(リン酸根換算)含有のEVOH組成物ペレットを得た。なお、EVOHの1H―NMR測定から、未ケン化部分の残存アセチル基は全て酢酸ビニルモノマーを基とするものであり、3,4−ジアセトキシ−1−ブテンを基とするものは存在していないことが確認された。このEVOH組成物について実施例1と同様に評価した。
実施例1において、3,4−ジアセトキシ−1−ブテンを添加せずに、1,2−グリコール結合を有しない、エチレン含有量29モル%、MFRが3.7g/10分、ホウ酸0.015部(ホウ素換算)リン酸二水素カルシウム0.005部(リン酸根換算)含有のEVOH組成物を得て、同様に評価を行った。
外観性 ガスバリア性* 強度(kg)
実施例1 ○ 0.062 22
〃 2 ○ 0.089 20
〃 3 ○ 0.180 19
〃 4 ○ 0.040 20
〃 5 ○ 0.113 22
〃 6 ○ 0.110 21
〃 7 ○ 0.312 26
〃 8 ○ 0.071 20
〃 9 ○ 0.060 20
〃 10 ○ 0.254 26
比較例1 × ** 2
*:cc/Cup・day **:測定上限を超えたため測定不可
Claims (12)
- 上記(1)の構造単位において、R1〜R4がそれぞれ独立して水素原子、炭素数1〜8の炭化水素基、炭素数3〜8の環状炭化水素基又は芳香族炭化水素基のいずれかであることを特徴とする請求項1に記載のエチレン−ビニルアルコール共重合体。
- R1〜R4がいずれも水素原子であることを特徴とする請求項2記載のエチレン−ビニルアルコール共重合体。
- 上記(1)の構造単位がエチレン−ビニルアルコール共重合体の主鎖中に含有されてなることを特徴とする請求項1〜3いずれか記載のエチレン− ビニルアルコール共重合体。
- 上記(1)の構造単位を0.1〜30モル%含有することを特徴とする請求項1〜4いずれか記載のエチレン−ビニルアルコール共重合体。
- 3,4−ジアシロキシ−1−ブテン、ビニルエステル系モノマーおよびエチレンを共重合して得られた共重合体をケン化して得られたものであることを特徴とする請求項1〜5いずれか記載のエチレン−ビニルアルコール共重合体。
- 3,4−ジアシロキシ−1−ブテンが3,4−ジアセトキシ−1−ブテンであることを特徴とする請求項6記載のエチレン−ビニルアルコール共重合体。
- 請求項1〜7いずれか記載のエチレン−ビニルアルコール共重合体100重量部に対してホウ素化合物をホウ素換算で0.001〜0.1重量部含有することを特徴とするエチレン− ビニルアルコール共重合体組成物。
- 請求項1〜8いずれか記載のエチレンビニルアルコール共重合体またはその組成物を用いたことを特徴とする成形物。
- 溶融成形して得られたことを特徴とする請求項9記載の成形物。
- フィルムまたは容器に用いることを特徴とする請求項9または10記載の成形物。
- 3,4−ジアシロキシ−1−ブテン、ビニルエステル系モノマーおよびエチレンを共重合して得られた共重合体をケン化することを特徴とする請求項6記載のエチレン−ビニルアルコール共重合体の製造方法。
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