JP4364413B2 - Water-based gas barrier coating agent, film coated with the same, and method for producing the same - Google Patents

Water-based gas barrier coating agent, film coated with the same, and method for producing the same Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明はガスバリア性に優れた熱可塑性樹脂フィルム、ガスバリア性コート剤に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
ポリアミド、ポリエステル等の熱可塑性樹脂フィルムは強度、透明性、成形性、ガスバリア性に優れていることから、包装材料として幅広い用途に使用されている。しかしながら、レトルト処理食品等の長期間の保存性が求められる用途に用いる場合には、さらに高度なガスバリア性が要求される。
【0003】
ガスバリア性を改良するために、これらの熱可塑性樹脂フィルムの表面にポリ塩化ビニリデン(PVDC)を積層したフィルムが食品包装等に幅広く使用されてきたが、PVDCは焼却時に酸性ガス等の有機物質を発生するため、近年環境への関心が高まるとともに他材料への移行が強く望まれている。
【0004】
一方、PVDCに替わる材料として、ポリビニルアルコール(PVA)がある。この材料は有毒ガスの発生もなく、低湿度雰囲気下でのガスバリア性も高いが、湿度が高くなるにつれて急激にガスバリア性が低下し、水分を含む食品等の包装には用いることができない場合が多い。
【0005】
PVAの高湿度下でのガスバリア性の低下を改善したフィルムとして、ビニルアルコールとエチレンの共重合体(EVOH)からなるフィルムが知られているが、高湿度下でのガスバリア性を実用レベルに維持するためにはエチレンの含有量をある程度高くする必要がある。EVOHをコーティング材料として用いる場合には有機溶媒または水と有機溶媒の混合溶媒を用いて溶解させることが必要であるため、環境問題の観点からも望ましくなく、また有機溶媒の回収工程などを必要とするため、コスト高になるという問題がある。
【0006】
水溶性のポリマーからなる液状組成物をフィルムにコートし、高湿度下でも高いガスバリア性を発現させる方法として、PVAとポリアクリル酸またはポリメタクリル酸の部分中和物とからなる水溶液をフィルムにコートし熱処理することにより、両ポリマーをエステル結合により架橋する方法が提案されている(特開平10-237180号公報)。この方法では、エステル化反応を十分に進行させるために、高温で長時間の加熱を必要とし、生産性に問題があった。
【0007】
一方、従来よりマレイン酸単位を含有するポリマーが、PVAや多糖類などの水酸基と反応して耐水化されることは広く知られている。例えば、特開平8-66991号公報には、イソブチレン−マレイン酸共重合体の25〜50%部分中和物とPVAからなる層が優れた耐水性を有することが開示されている。また、特開昭49-1649号公報にはPVAにアルキルビニルエーテル−マレイン酸共重合体を混合することによりPVAのフィルムを耐水化する方法が提案されている。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
本発明者らは、上記のような問題に対して、高湿度下でも高いガスバリア性を維持することができる熱可塑性樹脂フィルム、およびそれを工業的に安価に製造できる方法を提供しょうとするものである。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、鋭意研究の結果、PVAとイソブチレン−無水マレイン酸からなるコート液にアルカリ性化合物を配合し、液のpHを特定の範囲に調整することで、PVAとイソブチレン−無水マレイン酸間に十分な架橋が形成され、これを熱可塑性樹脂フィルムの表面にコーティングし、乾燥することにより、高湿度下でのガスバリア性に優れたフィルムが得られることを見出し、本発明に到達した。
すなわち本発明の要旨は、次のとおりである。
(1)ポリビニルアルコールとイソブチレン−無水マレイン酸共重合体の質量比が97/3〜20/80の混合物、および沸点が200℃以下のアルカリ化合物とアルカリ土類金属水酸化物の混合物からなり、pHが6〜9である水系ガスバリア性コート剤。
)熱可塑性樹脂フィルムの少なくとも片面に、上記(1)記載の水系ガスバリア性コート剤からなる被膜を形成してなるガスバリア性フィルム。
)上記(1)記載の水系ガスバリア性コート剤を熱可塑性樹脂フィルムに塗布後、150℃以上の温度で熱処理することを特徴とするガスバリア性フィルムの製造方法。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について詳細に説明する。
【0011】
本発明においてコート剤を塗布される熱可塑性樹脂フィルムとしては、ナイロン6、ナイロン66、ナイロン46等のポリアミド樹脂、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリブチレンナフタレート等のポリエステル樹脂、ポリプロピレン、ポリエチレンなどのポリオレフィン樹脂またはそれらの混合物よりなるフィルムまたはそれらのフィルムの積層体が挙げられ、なかでもポリエチレンテレフタレート、ナイロン6が特に好ましい。これらは未延伸フィルムでも延伸フィルムでもよい。
【0012】
フィルムを製造する方法としては、熱可塑性樹脂を押出機で加熱、溶融してTダイより押し出し、冷却ロールなどにより冷却固化させて未延伸フィルムを得るか、もしくは円形ダイより押し出して水冷あるいは空冷により固化させて未延伸フィルムを得る。延伸フィルムを製造する場合は、未延伸フィルムを一旦巻き取った後、または連続して同時2軸延伸法または逐次2軸延伸法により延伸する方法が好ましい。フィルムの機械的特性や厚み均一性などの性能面からはTダイによるフラット式製膜法とテンター延伸法を組み合わせる方法が好ましい。
【0013】
本発明におけるPVAとイソブチレン−無水マレイン酸共重合体の質量比は97/3〜20/80、好ましくは、90/10〜40/60の範囲であることが必要である。PVAの質量比が97を超えたり、20未満の場合には、特に高湿度雰囲気下でのフィルムのガスバリア性が悪化する。
【0014】
本発明において用いられるPVAは、ビニルエステルの重合体を完全または部分ケン化するなどの公知の方法を用いて得ることができる。ビニルエステルとしては、ぎ酸ビニル、酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、ピバリン酸ビニル、バーサチック酸ビニル等が挙げられ、中でも酢酸ビニルが工業的に最も好ましい。
【0015】
本発明の効果を損ねない範囲で、ビニルエステルに対し他のビニル化合物を共重合してもよい。他のビニル系モノマーとしては、クロトン酸、アクリル酸、メタクリル酸等の不飽和モノカルボン酸およびそのエステル、塩、無水物、アミド、ニトリル類や、マレイン酸、イタコン酸、フマル酸などの不飽和ジカルボン酸およびその塩、炭素数2〜30のα−オレフィン類、アルキルビニルエーテル類、ビニルピロリドン類などが挙げられる。
【0016】
本発明において、フィルム表面にガスバリア性を付与するために、PVA中のビニルアルコール単位は40モル%以上であることが好ましい。ビニルアルコール単位が40モル%未満であると、イソブチレン−無水マレイン酸共重合体とのエステル結合反応率が低下し、ガスバリア性が損なわれる。また、疎水性の共重合成分を多量に含有させると樹脂の水溶性が損なわれる。
【0017】
ケン化方法としては公知のアルカリケン化法や酸ケン化法を用いることができ、中でもメタノール中で水酸化アルカリを使用して加アルコール分解する方法が好ましい。ケン化度は80%以上が好ましく、より好ましくは97%以上であり、99%以上が特に好ましい。ケン化度が低すぎるとバリア性能が低下し、同時にポリマーの水溶性が損なわれる。
【0018】
次に、本発明において使用されるイソブチレン−無水マレイン酸共重合体は、無水マレイン酸とイソブチレンを溶液ラジカル重合などの公知の方法で重合することにより得られる。
【0019】
また、イソブチレン−無水マレイン酸共重合体には本発明の効果を損なわない範囲で他のビニル化合物を少量共重合することもできる。他のビニル化合物としては、たとえば、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸ブチル、メタクリル酸メチル等のアクリル酸エステル類、ギ酸ビニル、酢酸ビニルなどのビニルエステル類、スチレン、p−スチレンスルホン酸、エチレン、プロピレン、イソブチレンなどの炭素数2〜30のオレフィン類や、PVAの水酸基などと反応する反応性基を有する化合物を挙げることができる。
【0020】
本発明におけるイソブチレン−無水マレイン酸共重合体中のマレイン酸単位は、10モル%以上含有することが好ましい。マレイン酸単位が10モル%より少ないと、PVA中のビニルアルコール単位との反応による架橋構造の形成が不十分でありガスバリア性が低下する。
【0021】
なお、本発明で用いられるイソブチレン−無水マレイン酸共重合体中のマレイン酸単位は、乾燥状態では隣接カルボキシル基が脱水環化した無水マレイン酸構造となりやすく、湿潤時や水溶液中では開環してマレイン酸構造となる。
【0022】
本発明における水系ガスバリア性コート剤(以下、「コート剤」と呼ぶ)は、PVAとイソブチレン−無水マレイン酸共重合体の水溶液に、イソブチレン−無水マレイン酸共重合体中のカルボキシル基に対して適当な割合のアルカリ化合物を加え、液のpHを6〜9の範囲に調整することが必要である。
一般にイソブチレン−無水マレイン酸共重合体を水に溶解して水溶液とする場合には、適当量のアルカリ化合物を加えることで溶解時間が短縮されることが知られているが、アルカリ化合物を多く、例えばイソブチレン−無水マレイン酸共重合体中のカルボキシル基と等モル程度に加えると、液の調整はしやすくなるものの、フィルムに塗布乾燥したときに塗膜の透明性が低下するという問題が生じ、また得られるフィルムのガスバリア性も低い。一方、アルカリ化合物の配合量を少なくしすぎると、イソブチレン−無水マレイン酸共重合体の溶解に長時間を要するばかりでなく、液の安定性が低下し塗工の際、沈殿や濁りが生じて好ましくない。このことは、アルカリ化合物の添加量により、PVAとイソブチレン−無水マレイン酸共重合体の相溶性や、水溶液の安定性が変化しているためと考えられる。
本発明者らの研究によると、液のpHを6〜9の範囲に調整したときに最も好ましい結果が得られ、このように調整したコート剤をフィルムに塗布し乾燥熱処理することによって得られるフィルムは塗膜の透明性も高く、また高湿度下でのガスバリア性も優れている。
アルカリ化合物としては、イソブチレン−無水マレイン酸共重合体中のカルボキシル基を中和できるものであればよく、アルカリ金属やアルカリ土類金属の水酸化物、水酸化アンモニウム、有機水酸化アンモニウム化合物等が挙げられる。
【0023】
なかでも好ましいのは、沸点が200℃以下のアルカリ化合物であり、例えば水酸化アンモニウムや、メチルアミン、エチルアミン、プロピルアミン、ブチルアミンなどの一級アミン類、ジメチルアミン、ジエチルアミン、メチルエチルアミンなどの二級アミン類、トリメチルアミン、トリエチルアミンなどの三級アミン類などが挙げられる。
【0024】
このような、低沸点のアルカリ化合物を含むコート剤はフィルムにコート後乾燥・熱処理する過程でその大部分が揮発するため、イソブチレン−無水マレイン酸共重合体のカルボキシル基の活性が高まり架橋反応が促進され、結果的に優れたガスバリア性が得られると考えられる。
【0025】
また、アルカリ化合物として2価の金属イオンとなるアルカリ土類金属を混合して配合することで、さらに優れたガスバリア性が得られることを見出した。これはアルカリ土類金属イオンによりイソブチレン−無水マレイン酸共重合体のカルボキシル基が架橋され、PVAとイソブチレン−無水マレイン酸共重合体の架橋形成に加えて相乗的な効果を発現させているものと考えられる。
【0026】
コート剤の調整方法としては、撹拌機を備えた溶解釜等を用いて公知の方法で行えばよい。例えば、PVAとイソブチレン−無水マレイン酸共重合体を別々に水溶液とし、使用前に混合して用いる方法が好ましい。この時、アルカリ化合物をイソブチレン−無水マレイン酸共重合体の水溶液に混合しておくことが好ましい。アルカリ化合物として低沸点の化合物を用いる場合には、加熱混合して溶解する際にアルカリ化合物が蒸発して組成が変化しないよう、密閉系で行うことが好ましい。
本発明において重要なことは最終的に混合したコート剤のpHを6〜9の範囲に調整することであり、これは、アルカリ化合物の種類や、PVAとイソブチレン−無水マレイン酸共重合体の混合比によっても変化するので、配合量は適宜選定されなければならない。
【0027】
本発明において、コート剤に、バーミキュライトやモンモリロナイト、ヘクトライトなどの水膨潤性の層状無機化合物を少量添加することによって、得られるフィルムのガスバリア性をさらに向上させることができる。
【0028】
本発明のフィルムは、PVAとイソブチレン−無水マレイン酸共重合体およびアルカリ化合物の混合溶液を作製し、これをフィルムの表面にコートした後、加熱乾燥し、さらに150℃以上の温度で熱処理することによって得られる。溶解性を高める目的や乾燥工程の短縮、溶液安定性の改善などの目的により、コート剤にアルコール等の有機溶媒を少量添加することもできる。
また、本発明のフィルムのガスバリア性を高めるためには、PVAとイソブチレン−無水マレイン酸共重合体間にエステル結合による架橋反応が起こることが必要であるが、架橋反応を促進させるために、酸などの触媒を添加することもできる。この場合、アルカリ化合物として水酸化アンモニウムなどを用いた場合、コート後乾燥、加熱により大部分のアルカリ化合物は蒸発し、触媒が活性化する。
【0029】
本発明におけるPVAとイソブチレン−無水マレイン酸共重合体からなる層の厚みは、フィルムのガスバリア性を十分高めるために、0.1μm以上であることが好ましい。
また、コート剤のポリマー濃度は、液の粘度や反応性、用いる装置の仕様によって適宜変更されるが、溶液全体の5〜50質量%の範囲にすることが好ましい。希薄な溶液ではガスバリア性を発現するのに充分な厚みの層をコートすることが困難となり、また、その後の乾燥工程において長時間を要するという問題を生じやすい。一方、溶液の濃度が高すぎると、混合操作や保存性などに問題を生じることがある。
【0030】
本発明のコート剤をフィルムにコーティングする方法は特に限定されないが、グラビアロールコーティング、リバースロールコーティング、ワイヤーバーコーティング、ダイコーティング等の通常の方法を用いることができる。またコーティングは、フィルムの延伸前に行ってもよく、また、延伸後のフィルムに行ってもよい。
延伸に先だってコーティングを行うには、まず未延伸フィルムにコーティングして乾燥した後、テンター式延伸機に供給してフィルムを走行方向と幅方向に同時に延伸(同時2軸延伸)、熱処理するか、あるいは、多段熱ロール等を用いてフィルムの走行方向に延伸を行った後にコーティングし、乾燥後、テンター式延伸機によって幅方向に延伸(逐次2軸延伸)してもよい。また、走行方向の延伸とテンターでの同時2軸延伸を組み合わせることも可能である。
また、延伸に先だってコーティングし、その後に延伸、熱処理を行う方法は延伸、熱処理時の高い温度を架橋反応に利用できるので好ましい方法である。
【0031】
本発明においては、フィルムの片面あるいは両面に形成された、PVAとイソブチレン−無水マレイン酸共重合体を架橋反応させるために、温度150℃以上、好ましくは180℃以上の雰囲気で熱処理することが必要である。
熱処理温度を150℃以上とすることにより、架橋反応を充分に進行させることができ、充分なガスバリア性を有するフィルムを得ることができる。
【0032】
熱処理の方法としては、熱風式のオーブン中で行っても良く、また、熱ローラーなどの表面にフィルムを接触させる方法など、公知の方法で行うことが可能である。
【0033】
【作用】
コート剤中のアルカリ化合物の作用については明らかではないが、好適量のアルカリにより部分的に中和されることにより、イソブチレン−無水マレイン酸の溶解性が向上し、水溶液中で、PVAとより均一に混合し、乾燥後も両ポリマーの緊密性が保たれていることによるものと考えられる。また、アルカリ化合物の量が多すぎる場合には、PVAとイソブチレン−無水マレイン酸の相溶性が低下するばかりでなく、両ポリマー間の架橋反応において、水酸基と反応したり、またその反応の触媒として作用するカルボキシル基の活性が低下して架橋反応が起こりにくくなると考えられる。
【0034】
【実施例】
次に、本発明を実施例により具体的に説明する。
【0035】
なお、ガスバリア性は、モコン社製酸素バリア測定装置により20℃、相対湿度85%の雰囲気における酸素透過度を測定した。
【0036】
参考例1
PVAとして、ユニチカケミカル社製ポリビニルアルコールUF040G(ケン化度99.6%、平均重合度500)を純水に溶解し、10質量%の水溶液を得た。
イソブチレン−無水マレイン酸としてクラレ社製イソバン04をカルボキシル基に対して60モル%の水酸化アンモニウムを含む水溶液に溶解し10質量%溶液とした。次いでPVAとイソブチレン−無水マレイン酸の質量比が70/30となるように両水溶液を混合し、室温で撹拌してコート剤を調製した。コート剤のpHは7.4であった。
このコート剤を2軸延伸PETフィルム(ユニチカ社製エンブレットPET12、厚み12μm)上に乾燥後の塗膜厚みが約2μmになるようにメイヤーバーでコートし、100℃の熱風乾燥機中で2分間乾燥した後、200℃の熱風オーブン中で10秒間熱処理した。
得られたフィルムの酸素透過度は101ml/m2・day・MPaと優れていた。
【0037】
比較例1
コート剤としてPVA水溶液だけを用いて、参考例1と同様の操作を行った。得られたフィルムの酸素透過度は450ml/m2・day・MPaで食品包装フィルムに供するものとしてはガスバリア性が不足であった。
【0038】
参考例2〜5、実施例1、比較例2
PVAとイソブチレン−無水マレイン酸の混合比率、アルカリ化合物の種類と配合量を表1に示したように変更した以外は参考例1と同様にしてガスバリア性PETフィルムを得た。
得られたフィルムの酸素透過度を表1に示した。
【0039】
実施例
厚み15μmの2軸延伸ナイロン6フィルムを用い、実施例と同様にしてガスバリア性ナイロンフィルムを得た。
得られたフィルムの酸素透過度を表1に示した。
【0040】
実施例
PVAとして、ユニチカケミカル社製ポリビニルアルコールUF040G(ケン化度99.6%、平均重合度500)を純水に溶解し、20質量%の水溶液を得た。
イソブチレン−無水マレイン酸としてクラレ社製イソバン04をカルボキシル基に対して60モル%の水酸化アンモニウムと3%の水酸化カルシウムを含む水溶液に溶解し20質量%溶液とした。次いでPVAとイソブチレン−無水マレイン酸の質量比が70/30となるように両水溶液を混合し、室温で撹拌してコート液を調製した。
次に、PET樹脂をTダイを備えた押出機(75mm径、L/Dが45の緩圧縮タイプ単軸スクリュー)を用いて、シリンダー温度260℃、Tダイ温度280℃でシート状に押し出し、表面温度10℃に調節された冷却ロール上に密着させて急冷し、厚み120μmの未延伸フィルムとした。続いて、未延伸フィルムをグラビアロール式コーターに導き乾燥後のコート厚みが20μmになるようにコーティングし、80℃の熱風ドライヤー中で30秒間乾燥した。次に、フィルムをテンター式同時2軸延伸機に供給し、温度100℃で2秒間予熱した後、95℃で縦方向に3倍、横方向に3.5倍の倍率で延伸した。
さらに、横方向弛緩率5%で、200℃で15秒間の熱処理を行い、室温まで冷却後、延伸フィルムを巻き取った。
得られたフィルムの酸素透過度を表1に示した。
【0041】
実施例
ナイロン6樹脂をTダイを備えた押出機(75mm径、L/Dが45の緩圧縮タイプ単軸スクリュー)を用いて、シリンダー温度260℃、Tダイ温度270℃でシート状に押し出し、表面温度10℃に調節された冷却ロール上に密着させて急冷し、厚み150μmの未延伸フィルムとした。続いて、未延伸フィルムをグラビアロール式コーターに導き、実施例で調整したのと同じコート液を乾燥後のコート厚みが20μmになるようにコーティングし、80℃の熱風ドライヤー中で30秒間乾燥した。次に、フィルムをテンター式同時2軸延伸機に供給し、温度100℃で2秒間予熱した後、170℃で縦方向に3倍、横方向に3.5倍の倍率で延伸した。次に、横方向弛緩率5%で、200℃で15秒間の熱処理を行い、室温まで冷却後延伸フィルムを巻き取った。
得られたフィルムの酸素透過度を表1に示した。
【0042】
【表1】
【0043】
【発明の効果】
本発明によれば、高湿度下でも高いガスバリア性を有し、工業的に安価に製造することができる熱可塑性樹脂フィルムが提供される。
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a thermoplastic resin film excellent in gas barrier properties and a gas barrier coating agent.
[0002]
[Prior art]
Thermoplastic resin films such as polyamide and polyester are excellent in strength, transparency, moldability, and gas barrier properties, and thus are used in a wide range of applications as packaging materials. However, when used for applications that require long-term storage, such as retort-treated foods, higher gas barrier properties are required.
[0003]
In order to improve gas barrier properties, a film in which polyvinylidene chloride (PVDC) is laminated on the surface of these thermoplastic resin films has been widely used for food packaging, etc. PVDC uses organic substances such as acid gas during incineration. In recent years, there has been a growing interest in the environment, and there is a strong demand for a shift to other materials.
[0004]
On the other hand, polyvinyl alcohol (PVA) is an alternative material to PVDC. This material does not generate toxic gases and has a high gas barrier property in a low-humidity atmosphere, but as the humidity increases, the gas barrier property decreases rapidly and may not be used for packaging foods that contain moisture. Many.
[0005]
A film made of a copolymer of vinyl alcohol and ethylene (EVOH) is known as a film that improves the deterioration of gas barrier properties under high humidity of PVA, but the gas barrier properties under high humidity are maintained at a practical level. In order to do so, it is necessary to increase the ethylene content to some extent. When EVOH is used as a coating material, it must be dissolved using an organic solvent or a mixed solvent of water and an organic solvent, which is not desirable from the viewpoint of environmental problems, and requires a recovery step of the organic solvent. Therefore, there is a problem that the cost becomes high.
[0006]
As a method of coating a film with a liquid composition comprising a water-soluble polymer and developing a high gas barrier property even under high humidity, the film is coated with an aqueous solution comprising a partially neutralized product of PVA and polyacrylic acid or polymethacrylic acid. A method has been proposed in which both polymers are crosslinked by ester bonds by heat treatment (Japanese Patent Laid-Open No. 10-237180). In this method, in order to sufficiently advance the esterification reaction, heating at a high temperature for a long time is required, and there is a problem in productivity.
[0007]
On the other hand, it has been widely known that a polymer containing a maleic acid unit reacts with a hydroxyl group such as PVA or polysaccharide to make it water resistant. For example, JP-A-8-66991 discloses that a layer composed of 25-50% partially neutralized isobutylene-maleic acid copolymer and PVA has excellent water resistance. Japanese Patent Laid-Open No. 49-1649 proposes a method for making a PVA film water resistant by mixing an alkyl vinyl ether-maleic acid copolymer with PVA.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
In order to solve the above problems, the present inventors intend to provide a thermoplastic resin film that can maintain a high gas barrier property even under high humidity, and a method that can be produced industrially at a low cost. It is.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
As a result of diligent research, the inventors of the present invention blended an alkaline compound with a coating solution composed of PVA and isobutylene-maleic anhydride, and adjusted the pH of the solution to a specific range, so that the PVA and isobutylene-maleic anhydride As a result, it was found that a film having excellent gas barrier properties under high humidity can be obtained by coating the surface of the thermoplastic resin film on the surface of the thermoplastic resin film and drying it.
That is, the gist of the present invention is as follows.
(1) A mixture of polyvinyl alcohol and isobutylene-maleic anhydride copolymer having a mass ratio of 97/3 to 20/80, and a mixture of an alkali compound having a boiling point of 200 ° C. or less and an alkaline earth metal hydroxide , A water-based gas barrier coating agent having a pH of 6 to 9.
( 2 ) A gas barrier film obtained by forming a film comprising the water-based gas barrier coating agent according to (1) above on at least one surface of a thermoplastic resin film.
( 3 ) A method for producing a gas barrier film, wherein the water-based gas barrier coating agent according to (1) is applied to a thermoplastic resin film and then heat-treated at a temperature of 150 ° C or higher.
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in detail.
[0011]
Examples of the thermoplastic resin film to which the coating agent is applied in the present invention include polyamide resins such as nylon 6, nylon 66, and nylon 46, polyester resins such as polyethylene terephthalate, polyethylene naphthalate, polybutylene terephthalate, polybutylene naphthalate, and polypropylene. And a film made of a polyolefin resin such as polyethylene or a mixture thereof, or a laminate of these films. Polyethylene terephthalate and nylon 6 are particularly preferred. These may be unstretched films or stretched films.
[0012]
As a method for producing a film, a thermoplastic resin is heated and melted by an extruder and extruded from a T die, and is cooled and solidified by a cooling roll or the like to obtain an unstretched film, or is extruded from a circular die and is cooled by water or air. Solidify to obtain an unstretched film. In the case of producing a stretched film, a method in which an unstretched film is once wound or continuously stretched by a simultaneous biaxial stretching method or a sequential biaxial stretching method is preferable. From the viewpoint of performance such as mechanical properties and thickness uniformity of the film, a method in which a flat film forming method using a T die and a tenter stretching method are combined is preferable.
[0013]
The mass ratio of PVA and isobutylene-maleic anhydride copolymer in the present invention needs to be in the range of 97/3 to 20/80, preferably 90/10 to 40/60. When the mass ratio of PVA exceeds 97 or less than 20, the gas barrier property of the film particularly in a high humidity atmosphere is deteriorated.
[0014]
The PVA used in the present invention can be obtained by a known method such as complete or partial saponification of a vinyl ester polymer. Examples of the vinyl ester include vinyl formate, vinyl acetate, vinyl propionate, vinyl pivalate, vinyl versatate, etc. Among them, vinyl acetate is industrially most preferable.
[0015]
Other vinyl compounds may be copolymerized with the vinyl ester as long as the effects of the present invention are not impaired. Other vinyl monomers include unsaturated monocarboxylic acids such as crotonic acid, acrylic acid, and methacrylic acid and their esters, salts, anhydrides, amides, nitriles, and unsaturated acids such as maleic acid, itaconic acid, and fumaric acid. Examples thereof include dicarboxylic acids and salts thereof, α-olefins having 2 to 30 carbon atoms, alkyl vinyl ethers, vinyl pyrrolidones and the like.
[0016]
In this invention, in order to provide gas barrier property to the film surface, it is preferable that the vinyl alcohol unit in PVA is 40 mol% or more. When the vinyl alcohol unit is less than 40 mol%, the ester bond reaction rate with the isobutylene-maleic anhydride copolymer is lowered, and the gas barrier property is impaired. Further, when a large amount of a hydrophobic copolymer component is contained, the water solubility of the resin is impaired.
[0017]
As the saponification method, a known alkali saponification method or acid saponification method can be used, and among them, a method of alcoholysis using an alkali hydroxide in methanol is preferable. The saponification degree is preferably 80% or more, more preferably 97% or more, and particularly preferably 99% or more. If the degree of saponification is too low, the barrier performance is lowered, and at the same time, the water solubility of the polymer is impaired.
[0018]
Next, the isobutylene-maleic anhydride copolymer used in the present invention is obtained by polymerizing maleic anhydride and isobutylene by a known method such as solution radical polymerization.
[0019]
The isobutylene-maleic anhydride copolymer may be copolymerized with a small amount of another vinyl compound within a range not impairing the effects of the present invention. Other vinyl compounds include, for example, acrylic esters such as methyl acrylate, ethyl acrylate, butyl acrylate, and methyl methacrylate, vinyl esters such as vinyl formate and vinyl acetate, styrene, p-styrene sulfonic acid, Examples thereof include compounds having a reactive group that reacts with olefins having 2 to 30 carbon atoms such as ethylene, propylene, and isobutylene, and hydroxyl groups of PVA.
[0020]
The maleic acid unit in the isobutylene-maleic anhydride copolymer in the present invention preferably contains 10 mol% or more. When the maleic acid unit is less than 10 mol%, the formation of a crosslinked structure by reaction with the vinyl alcohol unit in PVA is insufficient and the gas barrier property is lowered.
[0021]
The maleic acid unit in the isobutylene-maleic anhydride copolymer used in the present invention tends to be a maleic anhydride structure in which the adjacent carboxyl group is dehydrated and cyclized in a dry state, and is opened when wet or in an aqueous solution. It becomes a maleic acid structure.
[0022]
The water-based gas barrier coating agent (hereinafter referred to as “coating agent”) in the present invention is suitable for an aqueous solution of PVA and isobutylene-maleic anhydride copolymer with respect to the carboxyl group in the isobutylene-maleic anhydride copolymer. It is necessary to adjust the pH of the liquid to a range of 6 to 9 by adding a certain proportion of alkali compound.
In general, when isobutylene-maleic anhydride copolymer is dissolved in water to form an aqueous solution, it is known that the dissolution time can be shortened by adding an appropriate amount of an alkali compound. For example, when added to an equimolar amount with respect to the carboxyl group in the isobutylene-maleic anhydride copolymer, the liquid can be easily adjusted, but there is a problem that the transparency of the coating film is lowered when the film is applied and dried. Moreover, the gas barrier property of the film obtained is also low. On the other hand, if the blending amount of the alkali compound is too small, not only will it take a long time to dissolve the isobutylene-maleic anhydride copolymer, but the stability of the solution will decrease, and precipitation and turbidity will occur during coating. It is not preferable. This is presumably because the compatibility between PVA and isobutylene-maleic anhydride copolymer and the stability of the aqueous solution change depending on the amount of the alkali compound added.
According to the study by the present inventors, the most preferable result is obtained when the pH of the liquid is adjusted to the range of 6 to 9, and the film obtained by applying the coating agent thus adjusted to the film and subjecting it to a drying heat treatment Has high transparency of the coating film and excellent gas barrier properties under high humidity.
The alkali compound is not particularly limited as long as it can neutralize the carboxyl group in the isobutylene-maleic anhydride copolymer. Examples of the alkali compound include alkali metal and alkaline earth metal hydroxides, ammonium hydroxide, and organic ammonium hydroxide compounds. Can be mentioned.
[0023]
Of these, alkali compounds having a boiling point of 200 ° C. or lower are preferable, such as ammonium hydroxide, primary amines such as methylamine, ethylamine, propylamine, and butylamine, and secondary amines such as dimethylamine, diethylamine, and methylethylamine. And tertiary amines such as trimethylamine and triethylamine.
[0024]
Most of the coating agent containing a low boiling point alkali compound is volatilized in the process of coating, drying and heat-treating the film, so that the carboxyl group activity of the isobutylene-maleic anhydride copolymer is increased and the crosslinking reaction is increased. It is considered that the gas barrier property is promoted and excellent as a result.
[0025]
Moreover, it discovered that the further outstanding gas-barrier property was obtained by mixing and mix | blending the alkaline-earth metal used as a bivalent metal ion as an alkali compound. This is because the carboxyl group of isobutylene-maleic anhydride copolymer is cross-linked by alkaline earth metal ions, and in addition to the cross-linking formation of PVA and isobutylene-maleic anhydride copolymer, a synergistic effect is expressed. Conceivable.
[0026]
As a method for adjusting the coating agent, a known method may be used using a melting pot equipped with a stirrer. For example, a method in which PVA and isobutylene-maleic anhydride copolymer are separately made into an aqueous solution and mixed before use is preferable. At this time, the alkali compound is preferably mixed with an aqueous solution of isobutylene-maleic anhydride copolymer. When a low boiling point compound is used as the alkali compound, it is preferably carried out in a closed system so that the alkali compound does not evaporate and change its composition when dissolved by heating.
What is important in the present invention is to adjust the pH of the finally mixed coating agent to a range of 6 to 9, which is the kind of alkali compound and the mixing of PVA and isobutylene-maleic anhydride copolymer. Since it also changes depending on the ratio, the blending amount must be selected appropriately.
[0027]
In the present invention, the gas barrier properties of the resulting film can be further improved by adding a small amount of a water-swellable layered inorganic compound such as vermiculite, montmorillonite or hectorite to the coating agent.
[0028]
The film of the present invention is prepared by preparing a mixed solution of PVA, isobutylene-maleic anhydride copolymer and an alkali compound, coating this on the surface of the film, drying by heating, and further heat-treating at a temperature of 150 ° C. or higher. Obtained by. A small amount of an organic solvent such as alcohol can be added to the coating agent for the purpose of increasing the solubility, shortening the drying process, improving the solution stability, and the like.
In order to improve the gas barrier property of the film of the present invention, it is necessary that a crosslinking reaction by an ester bond occurs between PVA and isobutylene-maleic anhydride copolymer. A catalyst such as can also be added. In this case, when ammonium hydroxide or the like is used as the alkali compound, most of the alkali compound is evaporated by drying and heating after coating, and the catalyst is activated.
[0029]
The thickness of the layer composed of PVA and isobutylene-maleic anhydride copolymer in the present invention is preferably 0.1 μm or more in order to sufficiently enhance the gas barrier property of the film.
The polymer concentration of the coating agent is appropriately changed depending on the viscosity and reactivity of the liquid and the specifications of the apparatus to be used, but is preferably in the range of 5 to 50% by mass of the entire solution. In a dilute solution, it becomes difficult to coat a layer having a sufficient thickness to exhibit gas barrier properties, and the subsequent drying process tends to take a long time. On the other hand, if the concentration of the solution is too high, problems may arise in the mixing operation, storage stability, and the like.
[0030]
The method for coating the film with the coating agent of the present invention is not particularly limited, and usual methods such as gravure roll coating, reverse roll coating, wire bar coating, and die coating can be used. The coating may be performed before the film is stretched or may be performed on the stretched film.
In order to perform coating prior to stretching, the film is first coated on an unstretched film and dried, and then supplied to a tenter-type stretching machine to simultaneously stretch the film in the running direction and the width direction (simultaneous biaxial stretching), or heat treatment, Alternatively, the film may be stretched in the running direction of the film using a multistage hot roll or the like, coated, dried, and then stretched in the width direction (sequential biaxial stretching) by a tenter type stretching machine. It is also possible to combine running direction stretching and simultaneous biaxial stretching with a tenter.
A method of coating prior to stretching, followed by stretching and heat treatment is a preferable method because a high temperature during stretching and heat treatment can be used for the crosslinking reaction.
[0031]
In the present invention, in order to cause a cross-linking reaction between PVA and isobutylene-maleic anhydride copolymer formed on one side or both sides of the film, it is necessary to perform heat treatment in an atmosphere at a temperature of 150 ° C. or higher, preferably 180 ° C. or higher. It is.
By setting the heat treatment temperature to 150 ° C. or higher, the crosslinking reaction can sufficiently proceed and a film having sufficient gas barrier properties can be obtained.
[0032]
The heat treatment may be performed in a hot air oven, or by a known method such as a method of bringing a film into contact with the surface of a hot roller or the like.
[0033]
[Action]
Although the action of the alkali compound in the coating agent is not clear, it is partially neutralized with a suitable amount of alkali, so that the solubility of isobutylene-maleic anhydride is improved and is more uniform with PVA in an aqueous solution. This is considered to be because the tightness of both polymers is maintained even after mixing and drying. Moreover, when there is too much quantity of an alkali compound, not only the compatibility of PVA and isobutylene-maleic anhydride will fall, but in the crosslinking reaction between both polymers, it reacts with a hydroxyl group, and also as a catalyst of the reaction It is considered that the activity of the acting carboxyl group is lowered and the crosslinking reaction is less likely to occur.
[0034]
【Example】
Next, the present invention will be specifically described with reference to examples.
[0035]
The gas barrier property was measured by measuring oxygen permeability in an atmosphere of 20 ° C. and 85% relative humidity with an oxygen barrier measuring device manufactured by Mocon.
[0036]
Reference example 1
As PVA, polyvinyl alcohol UF040G (degree of saponification 99.6%, average degree of polymerization 500) manufactured by Unitika Chemical Co. was dissolved in pure water to obtain a 10% by mass aqueous solution.
As isobutylene-maleic anhydride, Isoban 04 manufactured by Kuraray Co., Ltd. was dissolved in an aqueous solution containing 60 mol% ammonium hydroxide with respect to the carboxyl group to obtain a 10 mass% solution. Next, both aqueous solutions were mixed so that the mass ratio of PVA and isobutylene-maleic anhydride was 70/30, and stirred at room temperature to prepare a coating agent. The pH of the coating agent was 7.4.
This coating agent was coated on a biaxially stretched PET film (Embret PET12 manufactured by Unitika Co., Ltd., thickness 12 μm) with a Mayer bar so that the coating thickness after drying was about 2 μm, and 2 in a hot air dryer at 100 ° C. After drying for a minute, it was heat-treated in a hot air oven at 200 ° C. for 10 seconds.
The obtained film had an oxygen permeability of 101 ml / m 2 · day · MPa.
[0037]
Comparative Example 1
The same operation as in Reference Example 1 was performed using only the PVA aqueous solution as the coating agent. The obtained film had an oxygen permeability of 450 ml / m 2 · day · MPa and was insufficient in gas barrier properties for use in food packaging films.
[0038]
Reference Examples 2 to 5 , Example 1 and Comparative Example 2
A gas barrier PET film was obtained in the same manner as in Reference Example 1 except that the mixing ratio of PVA and isobutylene-maleic anhydride, the type and amount of the alkali compound were changed as shown in Table 1.
The oxygen permeability of the obtained film is shown in Table 1.
[0039]
Example 2
Using a biaxially stretched nylon 6 film having a thickness of 15 μm, a gas barrier nylon film was obtained in the same manner as in Example 1 .
The oxygen permeability of the obtained film is shown in Table 1.
[0040]
Example 3
As PVA, polyvinyl alcohol UF040G (degree of saponification 99.6%, average degree of polymerization 500) manufactured by Unitika Chemical Co. was dissolved in pure water to obtain a 20% by mass aqueous solution.
As isobutylene-maleic anhydride, Isoban 04 manufactured by Kuraray Co., Ltd. was dissolved in an aqueous solution containing 60 mol% ammonium hydroxide and 3% calcium hydroxide with respect to the carboxyl group to obtain a 20 mass% solution. Next, both aqueous solutions were mixed so that the mass ratio of PVA and isobutylene-maleic anhydride was 70/30, and stirred at room temperature to prepare a coating solution.
Next, the PET resin was extruded into a sheet at a cylinder temperature of 260 ° C. and a T die temperature of 280 ° C. using an extruder (75 mm diameter, L / D 45 slow compression type single screw) equipped with a T die, The film was brought into close contact with a cooling roll adjusted to a surface temperature of 10 ° C. and quenched to obtain an unstretched film having a thickness of 120 μm. Subsequently, the unstretched film was guided to a gravure roll coater, coated so that the coating thickness after drying was 20 μm, and dried in a hot air dryer at 80 ° C. for 30 seconds. Next, the film was supplied to a tenter simultaneous biaxial stretching machine, preheated at a temperature of 100 ° C. for 2 seconds, and then stretched at 95 ° C. at a magnification of 3 times in the machine direction and 3.5 times in the transverse direction.
Further, a heat treatment was performed at 200 ° C. for 15 seconds with a transverse relaxation rate of 5%, and after cooling to room temperature, the stretched film was wound up.
The oxygen permeability of the obtained film is shown in Table 1.
[0041]
Example 4
Nylon 6 resin was extruded into a sheet form at a cylinder temperature of 260 ° C and a T-die temperature of 270 ° C using an extruder equipped with a T-die (slow compression type single screw with a diameter of 75 mm and L / D of 45), and the surface temperature The film was brought into close contact with a cooling roll adjusted to 10 ° C. and rapidly cooled to obtain an unstretched film having a thickness of 150 μm. Subsequently, the unstretched film was guided to a gravure roll type coater, coated with the same coating liquid as prepared in Example 3 so that the coating thickness after drying was 20 μm, and dried in a hot air dryer at 80 ° C. for 30 seconds. did. Next, the film was supplied to a tenter simultaneous biaxial stretching machine, preheated at a temperature of 100 ° C. for 2 seconds, and then stretched at 170 ° C. at a magnification of 3 times in the machine direction and 3.5 times in the transverse direction. Next, heat treatment was performed at 200 ° C. for 15 seconds with a transverse relaxation rate of 5%, and after cooling to room temperature, the stretched film was wound up.
The oxygen permeability of the obtained film is shown in Table 1.
[0042]
[Table 1]
[0043]
【The invention's effect】
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the thermoplastic resin film which has a high gas barrier property also under high humidity, and can be manufactured cheaply industrially is provided.

Claims (3)

ポリビニルアルコールとイソブチレン−無水マレイン酸共重合体の質量比が97/3〜20/80の混合物、および沸点が200℃以下のアルカリ化合物とアルカリ土類金属水酸化物の混合物からなり、pHが6〜9である水系ガスバリア性コート剤。A mixture of polyvinyl alcohol and isobutylene-maleic anhydride copolymer having a mass ratio of 97/3 to 20/80, and a mixture of an alkali compound having a boiling point of 200 ° C. or less and an alkaline earth metal hydroxide, and having a pH of 6 A water-based gas barrier coating agent that is ˜9. 熱可塑性樹脂フィルムの少なくとも片面に、請求項に記載の水系ガスバリア性コート剤からなる被膜を形成してなるガスバリア性フィルム。A gas barrier film obtained by forming a coating comprising the aqueous gas barrier coating agent according to claim 1 on at least one surface of a thermoplastic resin film. 請求項に記載の水系ガスバリア性コート剤を熱可塑性樹脂フィルムに塗布した後、150℃以上の温度で熱処理することを特徴とするガスバリア性フィルムの製造方法。A method for producing a gas barrier film, comprising: applying the water-based gas barrier coating agent according to claim 1 to a thermoplastic resin film, and then performing a heat treatment at a temperature of 150 ° C or higher.
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