JP4758539B2 - コーティング組成物及びガスバリア性フィルム - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガスバリア性に優れた塗膜を形成するガスバリア性コーティング樹脂組成物及びそれを用いてガスバリア層を形成したガスバリア性フィルムに関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、ガスバリア性コーティング組成物としては、下記a〜d成分からなり、重量比でa/(b+c)=9/1〜1/99としたものが知られている(特開平9−255910号公報)。
【0003】
a:ポリビニルアルコール。
b:エポキシ基を有するアルコキシシランの(部分)加水分解物、その(部分)縮合物、これらの混合物。
c:アミノ基及び/又はイミノ基を有するアルコキシシランの(部分)加水分解物、(部分)縮合物、これらの混合物。
d:溶剤としての水。
【0004】
ところで、上記従来のガスバリア性コーティング組成物の場合、そのままではc成分がb成分の縮合触媒として作用してゲル化してしまい、塗膜の形成ができなくなる。このため、実用上は、c成分に酢酸などのカルボン酸を加えて弱酸性の有機酸塩として調製を行う必要がある。
【0005】
しかしながら、カルボン酸を加えて調製した上記従来の組成物は、特に基材がポリエステルである場合に、この基材への濡れ性が悪く、均一な塗膜を形成しにくいため、ピンホールの発生などによって充分なガスバリア性が得られなくなる問題がある。また、酢酸などのカルボン酸を含有していることから、酸性臭によって塗工作業環境が悪化しやすい問題もある。
【0006】
一方、特開平10−296929号公報には、熱可塑性樹脂フィルムの少なくとも片面に、易接着層とポリビニルアルコール樹脂層が順次積層されてなるガスバリアフィルムが開示されており、該ポリビニルアルコール樹脂層にアミノ基含有シランカップリング剤を含ませることが記載されている。
【0007】
しかしながら、該フィルムは、基材とポリビニルアルコール樹脂層の間に易接着層(アンカー層)を設ける必要があるため、工程が繁雑となり、コスト的に問題があるばかりか、アンカー層を設けない場合には、基材とポリビニルアルコール樹脂層との密着性が十分ではないという問題もあった。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなされたもので、臭気源となる酢酸などのカルボン酸を含まず、しかも基材がポリエステルである場合でも、アンカー層を必要とせずに密着性のよい高いガスバリア性を有する塗膜を形成できるようにすることを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明の第1は、下記A,B,C,D,E成分からなり、A成分とB成分の重量比(A/B)が10/1〜1/2、B成分とC成分の重量比(B/C)が20/1〜2/1、B成分とE成分の重量比(B/E)が100/2〜100/0.05であることを特徴とするコーティング組成物を提供するものである。
【0010】
A:ポリビニルアルコール。
B:アミノ基及び/又はイミノ基を有するアルコキシシラン。
C:下記式(I)で示されるグリシジルエーテル(但し、式中nは2〜6の整数、mは1〜9の整数)。
【0011】
【化2】
D:メチルアルコール、エチルアルコール、イソプロピルアルコールから選ばれる低級アルコールを添加した水。
E:数平均繊維長0.04mm〜0.1mm、軸比40以上である微細フィブリル化繊維。
【0012】
上記本発明の第1は、A成分が、分子にシリル基を有するポリビニルアルコールであることと、このシリル基の含有量が0.01〜5モル%であること、また、A成分が、カルボキシル基変性ポリビニルアルコールであること、A成分が、変性ポリビニルアルコールと未変性ポリビニルアルコールとの混合物であることをその好ましい態様として含むものである。また、上記本発明の第1におけるB成分は、アミノ基及び/又はイミノ基を有するアルコキシシランと、その(部分)加水分解物及び/又は(部分)縮合物との混合物であってもよく、更にはC成分は、前記式(I)で示されるグリシジルエーテルと、その(部分)加水分解物との混合物であってもよい。
【0013】
本発明の第2は、下記A,B,D,E成分からなり、A成分とB成分の重量比(A/B)が10/1〜5/4、B成分とE成分の重量比(B/E)が100/2〜100/0.05であることを特徴とするコーティング組成物を提供するものである。
【0014】
A:未変性ポリビニルアルコール。
B:アミノ基及び/又はイミノ基を有するアルコキシシラン。
D:メチルアルコール、エチルアルコール、イソプロピルアルコールから選ばれる低級アルコールを添加した水。
E:数平均繊維長0.04mm〜0.1mm、軸比40以上である微細フィブリル化繊維。
【0015】
上記本発明の第2は、A成分とB成分の重量比(A/B)が20/3〜5/4であることをその好ましい態様として含むものである。
【0016】
本発明の第3は、下記A,B,D,E成分からなり、A成分とB成分の重量比(A/B)が20/1〜1/2、B成分とE成分の重量比(B/E)が100/2〜100/0.05であることを特徴とするコーティング組成物を提供するものである。
【0017】
A:変性ポリビニルアルコール、または変性ポリビニルアルコールと未変性ポリビニルアルコールとの混合物。
B:アミノ基及び/又はイミノ基を有するアルコキシシラン。
D:メチルアルコール、エチルアルコール、イソプロピルアルコールから選ばれる低級アルコールを添加した水。
E:数平均繊維長0.04mm〜0.1mm、軸比40以上である微細フィブリル化繊維。
【0018】
上記本発明の第3は、A成分が、分子にシリル基を有するポリビニルアルコールであることと、このシリル基の含有量が0.01〜5モル%であること、また、A成分が、カルボキシル基変性ポリビニルアルコールであることをその好ましい態様として含むものである。また、A成分とB成分の重量比(A/B)が20/3〜1/2であることをその好ましい態様として含むものである。
【0019】
更に、上記本発明の第2及び第3におけるB成分は、アミノ基及び/又はイミノ基を有するアルコキシシランと、その(部分)加水分解物及び/又は(部分)縮合物との混合物であってもよい。
【0020】
本発明の第4は、上記本発明の第1〜第3に係るガスバリア性コーティング組成物の塗膜を有することを特徴とするガスバリア性フィルムを提供するもので、この本発明の第4は、ガスバリア性コーティング組成物の塗膜がポリエステルの基材上に設けられていることをその好ましい態様として含むものである。
【0021】
【発明の実施の形態】
まず、本発明の第1について説明する。
【0022】
本発明の第1に係るガスバリア性コーティング組成物は、基本的には下記A,B,C,D成分からなる。
【0023】
A:ポリビニルアルコール。
B:アミノ基及び/又はイミノ基を有するアルコキシシラン。
C:前記式(I)で示されるグリシジルエーテル。式(I)を再度以下に示す(但し、式中nは0〜4の整数)。
【0024】
【化3】
D:低級アルコールを添加した水。
【0025】
本発明の第1におけるA成分としては市販のポリビニルアルコールを用いることができる。A成分として用いるポリビニルアルコールは、従来のガスバリア性コーティング組成物で用いられるポリビニルアルコールと同様に、重合度が100〜5000、ケン化度70%以上のものが好ましい。重合度が低過ぎると基材に対する密着性が低下しやすく、重合度が高過ぎると粘度が高くなり過ぎて塗工性が悪くなりやすい。また、ケン化度が低過ぎるとガスバリア性が不十分となりやすい。
【0026】
A成分としては、変性、未変性のいずれを使用してもよく、変性ポリビニルアルコールとしては、例えば、カルボキシル基、シリル基、スルホン酸基、アミノ基、リン酸基、イソシアネート基、オキサゾリン基、メチロール基、ニトリル基、アセトアセチル基、カチオン基等による変性ポリビニルアルコール、例えば、アクリル、ウレタン、ポリエステル、エポキシ、ポリエチレン、ポリプロピレンなどで変性したブロック共重合体やグラフト共重合体等が挙げられ、これらの変性ポリビニルアルコール、未変性ポリビニルアルコールを1種または2種以上混合して使用することができる。また、変性ポリビニルアルコールと未変性ポリビニルアルコールを混合して用いるときは、A成分の総量のうち、変性ポリビニルアルコールを10重量%以上混合することが好ましく、20重量%以上がより好ましい。
【0027】
本発明の第1でA成分として用いるポリビニルアルコールとしては、基材上に乾燥硬化した塗膜を形成する際の乾燥条件を緩やかにした場合にも、高湿度下での保存による基材との密着性の低下を生じにくいことから、分子にシリル基を有するポリビニルアルコール、カルボキシル基変性ポリビニルアルコールが好ましい。
【0028】
ここで、分子にシリル基を有するとは、ポリビニルアルコールの分子鎖の中間部又は末端にシリル基を有することをいい、シリル基が加水分解性でない結合によってポリビニルアルコールと結合していれば、その位置及び分布状態に特に制限はない。また、このシリル基とは、下記(II)式で表される反応性のシリル基をいう。但し、下記(II)式におけるR1は水素、炭素数1〜10のアルキル基、アルカリ金属又はアルカリ土類金属、R2は炭素数1〜10のアルキル基、nは1〜3の整数である。
【0029】
【化4】
【0030】
分子に上記シリル基を有するポリビニルアルコールにおけるシリル基の含有量は、0.01〜5モル%であることが好ましく、更に好ましくは0.1〜1.0モル%で、最適には0.1〜0.6モル%である。シリル基の含有量が5モル%を超えると、得られるガスバリア性コーティング組成物の粘度が高くなり、ゲル化しやすくなり、逆にシリル基の含有量が0.01モル%未満では、基材上へ乾燥硬化した塗膜を形成する際の乾燥条件を緩和した場合に、高湿度下で保存すると基材との密着性の低下を生じやすくなる。
【0031】
また、カルボキシル基変性ポリビニルアルコールとは、分子内にカルボキシル基を有するものをいい、例えば、酢酸ビニル、蟻酸ビニル、プロピオン酸ビニル、バーサチック酸ビニル、ピパリン酸ビニルなどのビニルエステル系単量体を、例えば、アクリル酸、メタクリル酸、(無水)フタル酸、(無水)マレイン酸、(無水)イタコン酸などのエチレン性不飽和カルボン酸と共重合した後、けん化したランダム共重合体を好適に用いることができる。
【0032】
カルボキシル基変性量は、0.1〜50モル%であることが好ましく、更に好ましくは0.5〜10モル%、最適には0.5〜5モル%である。
【0033】
本発明の第1におけるB成分として用いるアミノ基及び/又はイミノ基を有するアルコキシシランとしては、例えばアミノメチルトリエトキシシラン、2−アミノエチルトリメトキシシラン、2−アミノエチルトリエトキシシラン、2−アミノエチルトリプロポキシシラン、2−アミノエチルトリブトキシシラン、1−アミノエチルトリメトキシシラン、1−アミノエチルトリエトキシシラン、3−アミノプロピルトリメトキシシラン、3−アミノプロピルトリエトキシシラン、3−アミノプロピルトリプロポキシシラン、3−アミノプロピルトリブトキシシラン、2−アミノプロピルトリメトキシシラン、2−アミノプロピルトリエトキシシラン、2−アミノプロピルトリプロポキシシラン、2−アミノプロピルトリブトキシシラン、1−アミノプロピルトリメトキシシラン、1−アミノプロピルトリエトキシシラン、1−アミノプロピルトリプロポキシシラン、1−アミノプロピルトリブトキシシラン、N−アミノメチルアミノメチルトリメトキシシラン、N−アミノメチルアミノメチルトリプロポキシシラン、N−アミノメチル−2−アミノエチルトリメトキシシラン、N−アミノメチル−2−アミノエチルトリエトキシシラン、N−アミノメチル−2−アミノエチルトリプロポキシシラン、N−アミノメチル−3−アミノプロピルトリメトキシシラン、N−アミノメチル−3−アミノプロピルトリエトキシシラン、N−アミノメチル−3−アミノプロピルトリプロポキシシラン、N−アミノメチル−2−アミノプロピルトリメトキシシラン、N−アミノメチル−2−アミノプロピルトリエトキシシラン、N−アミノメチル−2−アミノプロピルトリプロポキシシラン、N−アミノプロピルトリメトキシシラン、N−アミノプロピルトリエトキシシラン、N−(2−アミノエチル)−2−アミノエチルトリメトキシシラン、N−(2−アミノエチル)−2−アミノエチルトリエトキシシラン、N−(2−アミノエチル)−2−アミノエチルトリプロポキシシラン、N−(2−アミノエチル)−1−アミノエチルトリメトキシシラン、N−(2−アミノエチル)−1−アミノエチルトリエトキシシラン、N−(2−アミノエチル)−1−アミノエチルトリプロポキシシラン、N−(2−アミノエチル)−3−アミノプロピルトリエトキシシラン、N−(2−アミノエチル)−3−アミノプロピルトリプロポキシシラン、N−(3−アミノプロピル)−2−アミノエチルトリメトキシシラン、N−(3−アミノプロピル)−2−アミノエチルトリエトキシシラン、N−(3−アミノプロピル)−2−アミノエチルトリプロポキシシラン、N−メチル−3−アミノプロピルトリメトキシシラン、3−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、3−アミノプロピルメチルジエトキシシラン、N−(2−アミノエチル)−3−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、3−ジエチレントリアミンプロピルトリエトキシシラン、3−〔2−(2−アミノエチルアミノエチルアミノ)プロピル〕トリメトキシシラン、トリメトキシシリルプロピルジエチレントリアミンなどを挙げることができる。
【0034】
B成分としては、上記のようなアミノ基及び/又はイミノ基を有するアルコキシシランの1種又は2種以上を用いることができる。B成分として特に好ましいのはγ−アミノプロピルトリエトキシシラン、N−β(アミノエチル)γ−アミノプロピルトリメトキシシランである。
【0035】
C成分として用いる、前記式(I)で示されるグリシジルエーテルとしては、例えばエチレングリコールジグリシジルエーテル、ジエチレングリコールジグリシジルエーテル、トリエチレングリコールジグリシジルエーテル、テトラエチレングリコールジグリシジルエーテル、ノナエチレングリコールジグリシジルエーテル、プロピレングリコールジグリシジルエーテル、ジプロピレングリコールジグリシジルエーテル、トリプロピレングリコールジグリシジルエーテル、1,6−ヘキサンジオールジグリシジルエーテルなどを挙げることができる。
【0036】
C成分としては、上記のようなグリシジルエーテルの1種又は2種以上を用いることができる。C成分として特に好ましいのはエチレングリコールジグリシジルエーテルである。また、本発明の第1において、前記式(I)で示されるグリシジルエーテルを用いているのは良好な塗工性を得るためで、特にmは9以下の整数、nは6以下の整数であることが好ましい。
【0037】
D成分中の水(蒸留水)は溶剤で、これに低級アルコールを添加して用いることで、塗膜乾燥時のピンホールの発生を防止しやすくなる。水に添加する低級アルコールとしては、例えばメチルアルコール、エチルアルコール、イソプロピルアルコールなどを挙げることができる。低級アルコールと水の配合比率は、重量比(低級アルコール/水)で10/90〜30/70であることが好ましい。低級アルコールの添加量が少な過ぎると塗膜の乾燥時にピンホールが発生しやすくなり、逆に低級アルコールの添加量が多過ぎると塗工性が悪くなりやすくなる。
【0038】
次に、上記A,B,C,D成分の配合比率について説明する。
【0039】
A成分はガスバリア性を得るためのベースとなる成分で、B成分は得られる塗膜と基材との密着性を向上させる成分である。このA成分とB成分の配合比率は、重量比(A/B)で10/1〜1/2であり、好ましくは2/1〜1/1である。A成分の配合量が多くなり過ぎると(B成分の配合量が少なくなり過ぎると)、特に基材がポリエステルである場合、塗膜と基材との密着性が低下する。逆にA成分の配合量が少なくなり過ぎると(B成分の配合量が多くなり過ぎると)、得られる塗膜のガスバリア性が不十分となる。
【0040】
B成分とC成分の配合比率は、重量比(B/C)で20/1〜2/1であり、好ましくは20/1〜5/1、更に好ましくは15/1〜5/1である。C成分は、得られる塗膜に耐湿性を付与し、高湿度下においても塗膜と基材の密着性を維持しやすくするためのものであるが、このC成分の配合量が多過ぎると塗工性が悪くなる。逆にC成分が少な過ぎると得られる塗膜の耐水性が低下して、高湿度下において塗膜が剥離しやすくなる。
【0041】
D成分の配合比率は塗工条件などに応じて適宜選択すれば足るが、得られるガスバリア性コーティング組成物の固形分が1〜20重量%となるようにするのが好ましく、この範囲で塗工方法等に合わせて適宜選択することができる。D成分の配合量が多過ぎると必要な厚みの塗膜が得にくくなり、逆にD成分の配合量が少な過ぎると塗工性が悪くなりやすい。
【0042】
ところで、本発明の第1においては、溶剤として水を用いていることから、前記B成分であるアミノ基及び/又はイミノ基を有するアルコキシシランの一部がゆっくりと加水分解してその(部分)加水分解物へと変化する場合があり、この加水分解物が更に(部分)縮合物へと変化する場合もある。また、前記C成分である、前記式(I)で示されるグリシジルエーテルも、同様に一部が(部分)加水分解物へと変化する場合がある。このような変化を生じた場合においても本発明の第1の効果は同様に得ることができる。
【0043】
従って、本発明の第1におけるB成分は、アミノ基及び/又はイミノ基を有するアルコキシシランと、その(部分)加水分解物及び/又は(部分)縮合物との混合物であってもよい。また、本発明の第1におけるC成分も、B成分が上記(部分)加水分解物及び/又は(部分)縮合物を含んでいるか否かに拘わらず、前記式(I)で示されるグリシジルエーテルと、その(部分)加水分解物との混合物であってもよい。
【0044】
更に、E成分として微細フィブリル化繊維を含有させることが好ましい。微細フィブリル化繊維は、水分保持力を有するため、基材上に乾燥硬化した塗膜を形成する際の乾燥条件によらず塗膜中の水分保持が可能になり、B成分の加水分解反応及び/又は縮合反応が促進されるため、乾燥条件を緩やかにした場合にも、高湿度下での保存による基材との密着性の低下を生じにくい塗膜を得ることができる。
【0045】
E成分として用いる、微細フィブリル化繊維としては、例えばセルロース繊維を微細化した微細フィブリル化セルロース、ポリオレフィン繊維を微細化した微細フィブリル化ポリオレフィン等が挙げられ、水分保持力を十分に有し、組成物の透明性を阻害しないためには、数平均繊維長が0.04mm〜0.1mm、好ましくは0.05mm〜0.08mm、軸比が40以上、好ましくは60以上のものが好ましい。
【0046】
セルロース繊維としては、国産のエゾマツ、トドマツ、アカマツ、カラマツ等、外国産のブラックスプルース、ホワイトスプルース、ダグラスファー、ウェスターンヘムロック、サウザーンパイン、ジャックパイン等に代表される針葉樹材から機械的方法や化学的方法で繊維を抽出したパルプ、国産のドロノキ、シナノキ、セン、ポプラ、カバ等、外国産のアスペン、コットンウッド、ブラックウィロー、イエローポプラー、イエローバーチ、ユーカリ等に代表される広葉樹材から機械的方法や化学的方法で繊維を抽出したパルプ、コットンパルプ、麻、バガス、ケナフ、エスパルト、楮、三椏、雁皮、レーヨン、テンセル、ポリノジック繊維などの再生セルロース等の非木材繊維から抽出したパルプ等が挙げられる。
【0047】
ポリオレフィン繊維としては、例えば炭素数2〜8個のオレフィンのコポリマー又はホモポリマー及びこのようなオレフィンと少量、例えば0.5〜30モル%のビニル系モノマー、例えばビニルアセテート、スチレン、アルキルメタアクリレート又はアクリレート(特にメチル又はエチルアルキルメタアクリレート又はアクリレート)、無水マレイン酸とのコポリマー、具体的には、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブテン、ポリペンテン、プロピレン−エチレンコポリマー、ブテン−エチレンコポリマー、ポリ(4−メチルペンテン−1)、ビニルアセテート−エチレンコポリマー、無水マレイン酸−エチレンコポリマー、及びエチレン−エチル又はメチルアルキルメタアクリレート又はアクリレートコポリマーのごときポリマーを、フラッシュ紡糸、紡糸押し出し等により繊維化したものが挙げられる。
【0048】
E成分の配合比率は、B成分とE成分の重量比(B/E)で100/2〜100/0.05であり、好ましくは100/0.5〜100/0.1である。E成分の配合量が多過ぎると塗膜の透明性が低下する傾向がある。逆にE成分の配合量が少な過ぎると十分な効果が得らない傾向がある。
【0049】
本発明の第1に係るガスバリア性コーティング組成物は、基本的には上述のA〜D成分、またはA〜E成分からなるものであるが、A〜D成分、またはA〜E成分の合計量100重量部に対して10重量部以下の範囲で、本発明の効果を損わない範囲で塗布性を向上させるために、増粘剤、消泡剤、硬化触媒、濡れ性改良剤、可塑剤等を添加して用いることができる。
【0050】
本発明の第1に係るガスバリア性コーティング組成物は、基材に塗布され、ガスバリア性の塗膜を形成するものである。
【0051】
基材への塗布は、例えばディップコート、スプレーコート、フローコート、ロールコート、バーコート、スピンコート、グラビアコートなど、従来行われている手法で行うことができる。塗膜の厚みは、塗工作業を繁雑にすることなく、また基材との密着強度を実用レベルに保ちながら良好なガスバリア性が得られるようにする上で、0.2〜7μm、望ましくは0.3〜1.5μmであることが好ましい。
【0052】
塗布後の塗膜の乾燥硬化は、未変性のポリビニルアルコールをA成分として用いた本発明の第1のガスバリア性コーティング組成物においては、塗膜の表面温度が60℃を超える加熱雰囲気下で行うことが好ましい。この乾燥硬化時の雰囲気温度が低すぎると、得られるガスバリア性フィルムを特に高湿度下で保存した場合に、基材と塗膜の密着力が低下しやすくなる。上記乾燥硬化時の塗膜表面の温度の上限は、基材の耐熱性にもよるが、一般的には120℃程度である。
【0053】
一方、分子にシリル基を有するポリビニルアルコール、またはカルボキシル基変性ポリビニルアルコールをA成分として用いた、またはE成分を含有させた本発明の第1のガスバリア性コーティング組成物においては、塗膜の表面温度が50℃以上となる加熱雰囲気下で乾燥硬化させれば、上記高湿度下での保存による基材と塗膜の密着力の低下を生じにくい。従って、分子にシリル基を有するポリビニルアルコール、またはカルボキシル基変性ポリビニルアルコールをA成分として用いた、またはE成分を含有させた本発明の第1のガスバリア性コーティング組成物では、塗布後の塗膜の乾燥硬化を、塗膜の表面温度が50℃以上となる加熱雰囲気下で行えば足り、加熱乾燥条件を緩やかにできる利点がある。この時の塗膜表面温度の上限は上記と同様に120℃程度である。
【0054】
次に、本発明の第2及び第3について説明する。
【0055】
本発明の第2に係るガスバリア性コーティング組成物は、基本的には下記A,B,D成分からなる。
【0056】
A:未変性ポリビニルアルコール。
B:アミノ基及び/又はイミノ基を有するアルコキシシラン。
D:低級アルコールを添加した水。
【0057】
また、本発明の第3に係るガスバリア性コーティング組成物は、基本的には下記A,B,D成分からなる。
【0058】
A:変性ポリビニルアルコール、または変性ポリビニルアルコールと未変性ポリビニルアルコールとの混合物。
B:アミノ基及び/又はイミノ基を有するアルコキシシラン。
D:低級アルコールを添加した水。
【0059】
本発明の第2及び第3において用いるA,B,D成分は、上記本発明の第1で説明したのと同様である。
【0060】
ここで、未変性ポリビニルアルコールとは、上記本発明の第1におけるA成分のうち、変性がされていないポリビニルアルコールをいう。また、変性ポリビニルアルコールとは、上記本発明の第1におけるA成分のうち、変性がされているポリビニルアルコールをいい、上記本発明の第1におけるのと同様の理由により、分子にシリル基を有するポリビニルアルコール、カルボキシル基変性ポリビニルアルコールが好ましい。
【0061】
次に、上記A,B,D成分の配合比率について説明する。
【0062】
A成分はガスバリア性を得るためのベースとなる成分で、B成分は得られる塗膜と基材との密着性を向上させる成分である。
【0063】
本発明の第2におけるA成分とB成分の配合比率は、重量比(A/B)で10/1〜5/4であり、好ましくは20/3〜5/4であり、より好ましくは2/1〜5/3である。
【0064】
また本発明の第3におけるA成分とB成分の配合比率は、重量比(A/B)で20/1〜1/2であり、より高湿度下での保存による基材と塗膜の密着力を向上させるためには10/1〜1/2が好ましく、より低温での乾燥硬化を可能にするためには20/3〜1/2がより好ましく、更に好ましくは2/1〜1/1である。また、変性ポリビニルアルコールと未変性ポリビニルアルコールを混合して用いるときは、A成分の総量のうち、変性ポリビニルアルコールを10重量%以上混合することが好ましく、20重量%以上がより好ましい。
【0065】
A成分の配合量が多くなり過ぎると(B成分の配合量が少なくなり過ぎると)、特に基材がポリエステルである場合、塗膜と基材との密着性が低下する。逆にA成分の配合量が少なくなり過ぎると(B成分の配合量が多くなり過ぎると)、得られる塗膜のガスバリア性が不十分となる。
【0066】
D成分の配合比率は塗工条件などに応じて適宜選択すれば足るが、得られるガスバリア性コーティング組成物の固形分が1〜20重量%となるようにするのが好ましく、この範囲で塗工方法等に合わせて適宜選択することができる。D成分の配合量が多過ぎると必要な厚みの塗膜が得にくくなり、逆にD成分の配合量が少な過ぎると塗工性が悪くなりやすい。
【0067】
ところで、本発明の第2及び第3においても、溶剤として水を用いていることから、前記B成分であるアミノ基及び/又はイミノ基を有するアルコキシシランの一部がゆっくりと加水分解してその(部分)加水分解物へと変化する場合があり、この加水分解物が更に(部分)縮合物へと変化する場合もある。このような変化を生じた場合においても本発明の第2及び第3の効果は同様に得ることができる。従って、本発明の第2及び第3におけるB成分は、アミノ基及び/又はイミノ基を有するアルコキシシランと、その(部分)加水分解物及び/又は(部分)縮合物との混合物であってもよい。
【0068】
更に、上記本発明の第1におけるのと同様の理由により、E成分として微細フィブリル化繊維を含有させることが好ましい。E成分及びその配合比率は、上記本発明の第1で説明したのと同様である。
【0069】
本発明の第2及び第3に係るガスバリア性コーティング組成物は、基本的には上述のA,B,D成分、またはA,B,D,E成分からなるものであるが、A,B,D成分、またはA,B,D,E成分の合計量100重量部に対して10重量部以下の範囲で、本発明の効果を損わない範囲で塗布性を向上させるために、増粘剤、消泡剤、硬化触媒、濡れ性改良剤、可塑剤等を添加して用いることができる。
【0070】
本発明の第2及び第3に係るガスバリア性コーティング組成物は、基材に塗布され、ガスバリア性の塗膜を形成するものである。
【0071】
基材への塗布は、例えばディップコート、スプレーコート、フローコート、ロールコート、バーコート、スピンコート、グラビアコートなど、従来行われている手法で行うことができる。塗膜の厚みは、塗工作業を繁雑にすることなく、また基材との密着強度を実用レベルに保ちながら良好なガスバリア性が得られるようにする上で、0.2〜7μm、望ましくは0.3〜1.5μmであることが好ましい。
【0072】
塗布後の塗膜の乾燥硬化は、本発明の第2のガスバリア性コーティング組成物、A成分の配合比率が、重量比(A/B)で20/3未満である本発明の第3のガスバリア性コーティング組成物においては、塗膜の表面温度が60℃を超える加熱雰囲気下で行うことが好ましい。この乾燥硬化時の雰囲気温度が低すぎると、得られるガスバリア性フィルムを特に高湿度下で保存した場合に、基材と塗膜の密着力が低下しやすくなる。上記乾燥硬化時の塗膜表面の温度の上限は、基材の耐熱性にもよるが、一般的には120℃程度である。
【0073】
一方、A成分の配合比率が、重量比(A/B)で20/3以上である本発明の第3のガスバリア性コーティング組成物においては、塗膜の表面温度が50℃以上となる加熱雰囲気下で乾燥硬化させれば、上記高湿度下での保存による基材と塗膜の密着力の低下を生じにくい。従って、A成分の配合比率が重量比(A/B)で20/3以上である本発明の第3のガスバリア性コーティング組成物では、塗布後の塗膜の乾燥硬化を、塗膜の表面温度が50℃以上となる加熱雰囲気下で行えば足り、加熱乾燥条件を緩やかにできる利点がある。この時の塗膜表面温度の上限は上記と同様に120℃程度である。
【0074】
基材としては、例えばポリエステル、ポリプロピレン、ポリカーボネイトなどの合成樹脂が好ましく、基材上に本発明のガスバリア性コーティング組成物による塗膜を形成したフィルム又はシートや、この塗膜付フィルムやシートにヒートシール層やその他の層を更に積層したフィルム又はシートは、ガスバリア性の包装用に好適に用いることができる。特に本発明に係るガスバリア性コーティング組成物は、包装用途に多用されているポリエステルの基材上に密着性よく塗膜を形成することができ、ガスバリア性包装用途に適したフィルム又はシートが得やすい利点がある。
【0075】
【実施例】
以下、本発明を実施例により更に詳細に説明する。尚、実施例1〜20及び比較例1〜6は本発明の第1に関するものであり、実施例21〜34及び比較例7〜10は本発明の第2及び第3に関するものである(実施例1〜6,15,16,21〜34は参考例)。
【0076】
実施例1〜4
PVA(A1成分:ポリビニルアルコール:クラレ社製「ポバール105」)と、APTMS(B1成分:N−β(アミノエチル)γ−アミノプロピルトリメトキシシラン)と、APTES(B2成分:γ−アミノプロピルトリエトキシシラン)と、1EDGE(C成分:エチレングリコールジグリシジルエーテル)と、IPAとH2O(D成分:イソプロピルアルコールと水)を用い、表1に示される配合比率でガスバリア性コーティング樹脂組成物の調製を行った。
【0077】
まず、PVAをIPA/H2O=20/80(重量比)の溶媒に溶解して5重量%溶液とし、このPVA溶液100gにAPTMS又はAPTESを表1の配合割合で混合して撹拌した。更にこの混合物に1EDGEを表1に示される割合で加え、更に1時間撹拌してガスバリア性コーティング組成物を調製した。
【0078】
得られたガスバリア性コーティング組成物を厚み25μmのPET(ポリエステル)フィルムの基材上に約1μmの厚みでバーコートし、80℃の雰囲気下で1分間保持して塗膜を乾燥硬化させた。このときの塗膜の表面温度はいずれも約65℃であった。この表面温度は基材の一部に予め貼付しておいたサーモラベルにより測定した。得られた塗膜付基材を用いて以下の評価を行った。
【0079】
結果を表1に示す。
【0080】
(1)透明性
塗膜形成前の基材と塗膜付基材を肉眼で比較することで評価した。両者の透明度にほとんど差が認められなかった場合を○、塗膜付基材の方がやや透明性が劣っている場合を△とした。
【0081】
(2)ガスバリア性
酸素の透過性を、乾燥した室温雰囲気下で酸素透過度測定装置(MOCON社製「OX−TRAN TWIN」)を用いて測定した。
【0082】
(3)密着性
得られた塗膜付基材の塗膜面に、ポリウレタン系接着剤を用いたドライラミネートにより厚み25μmのCPP(未延伸ポリプロピレン)フィルムを貼り合わせ、40℃で48時間エージングした後、15mm幅に切断し、CPPフィルムと塗膜付基材のT形剥離により剥離強度を求めた。剥離強度が490mN/15mm以下のものを×とし、基材が破断してしまったもの及び剥離強度が1960mN/15mm以上となったものを○とした。
【0083】
(4)高湿度保存性
密着性の評価と同様のドライラミネートを施したラミネートフィルムを温度20℃、湿度90%RHの雰囲気下に2週間放置した後、15mm幅に切断し、CPPフィルムと塗膜付基材のT形剥離により剥離強度を求めた。剥離強度が490mN/15mm以下のものを×とし、基材が破断してしまったもの及び剥離強度が1960mN/15mm以上となったものを○とした。
【0084】
実施例5
S−PVA(A2成分:分子にシリル基を有するポリビニルアルコール:クラレ社製「R−2105」)と、APTES(B2成分:γ−アミノプロピルトリエトキシシラン)と、1EDGE(C成分:エチレングリコールジグリシジルエーテル)と、IPAとH2O(D成分:イソプロピルアルコールと水)を用い、表1に示される配合比率でガスバリア性コーティング樹脂組成物の調製を行った。
【0085】
まず、S−PVAをIPA/H2O=20/80(重量比)の溶媒に溶解して5重量%溶液とし、このS−PVA溶液100gにAPTESを2.5g混合して撹拌した。更にこの混合物に1EDGEを0.25g加え、更に1時間撹拌してガスバリア性コーティング組成物を調製した。
【0086】
得られたガスバリア性コーティング組成物を厚み25μmのPET(ポリエステル)フィルムの基材上に約1μmの厚みでバーコートし、80℃の雰囲気下で1分間保持して塗膜を乾燥硬化させた。このときの塗膜の表面温度は約65℃であった。この表面温度は基材の一部に予め貼付しておいたサーモラベルにより測定した。得られた塗膜付基材を用いて実施例1〜4と同様の評価を行った。
【0087】
結果を表1に示す。
【0088】
実施例6
実施例5と同じガスバリア性コーティング組成物を用い、温風を1分間吹き付けて塗膜を乾燥硬化させた(このときの塗膜の表面温度は約55℃であり、この表面温度は基材の一部に予め貼付しておいたサーモラベルにより測定した。)以外は実施例5と同様にして塗膜付基材を得、同様の評価を行った。
【0089】
結果を表1に示す。
【0090】
実施例7〜10
PVA(A1成分:ポリビニルアルコール:クラレ社製「ポバール105」)と、S−PVA(A2成分:分子にシリル基を有するポリビニルアルコール:クラレ社製「R−2105」)と、APTES(B2成分:γ−アミノプロピルトリエトキシシラン)と、1EDGE(C成分:エチレングリコールジグリシジルエーテル)と、IPAとH2O(D成分:イソプロピルアルコールと水)と、MFC1(E1成分:針葉樹晒クラフトパルプを微細化した、数平均繊維長0.06mm、軸比約60の微細フィブリル化セルロース:固形分2.0%)と、MFC2(E2成分:広葉樹晒クラフトパルプを微細化した、数平均繊維長0.07mm、軸比約70の微細フィブリル化セルロース:固形分2.5%)を用い、表2に示される配合比率でガスバリア性コーティング樹脂組成物の調製を行った。なお、表2中のMFC1及びMFC2の含有量は固形分としての含有量である。
【0091】
まず、PVAまたはS−PVAをIPA/H2O=20/80(重量比)の溶媒に溶解して5重量%溶液とし、この溶液100gにMFC1またはMFC2を0.2g添加して分散させた後、この溶液100gに対してAPTESを2.5g混合して撹拌した。更にこの混合物に1EDGEを0.25g加え、更に1時間撹拌してガスバリア性コーティング組成物を調製した。
【0092】
得られたガスバリア性コーティング組成物を厚み12μmのPET(ポリエステル)フィルムの基材上に約1μmの厚みでバーコートし、80℃の雰囲気下で1分間保持して塗膜を乾燥硬化させた。このときの塗膜の表面温度は約65℃であった。この表面温度は基材の一部に予め貼付しておいたサーモラベルにより測定した。得られた塗膜付基材を用いて実施例1〜4と同様の評価を行った。
【0093】
結果を表2に示す。
【0094】
実施例11〜14
それぞれ実施例7〜10と同じガスバリア性コーティング組成物を用い、温風を1分間吹き付けて塗膜を乾燥硬化させた(このときの塗膜の表面温度は約55℃であり、この表面温度は基材の一部に予め貼付しておいたサーモラベルにより測定した。)以外は実施例7〜10と同様にして塗膜付基材を得、同様の評価を行った。
【0095】
結果を表2に示す。
【0096】
実施例15〜17
C−PVA(A3成分:カルボキシル基変性PVA:クラレ社製「KM−118」)と、APTES(B2成分:γ−アミノプロピルトリエトキシシラン)と、1EDGE(C成分:エチレングリコールジグリシジルエーテル)と、IPAとH2O(D成分:イソプロピルアルコールと水)と、MFC1(E1成分:針葉樹晒クラフトパルプを微細化した、数平均繊維長0.06mm、軸比約60の微細フィブリル化セルロース:固形分2.0%)と、MFC2(E2成分:広葉樹晒クラフトパルプを微細化した、数平均繊維長0.07mm、軸比約70の微細フィブリル化セルロース:固形分2.5%)を用い、表3に示される配合比率でガスバリア性コーティング樹脂組成物の調製を行った。なお、表3中のMFC1及びMFC2の含有量は固形分としての含有量である。
【0097】
まず、C−PVAをIPA/H2O=20/80(重量比)の溶媒に溶解して5重量%溶液とし、この溶液100gにMFC1またはMFC2を0.2g添加して分散させた後、この溶液100gに対してAPTESを2.5g混合して撹拌した。更にこの混合物に1EDGEを0.25g加え、更に1時間撹拌してガスバリア性コーティング組成物を調製した。
【0098】
得られたガスバリア性コーティング組成物を厚み12μmのPET(ポリエステル)フィルムの基材上に約1μmの厚みでバーコートし、80℃の雰囲気下で1分間保持して塗膜を乾燥硬化させた。このときの塗膜の表面温度は約65℃であった。この表面温度は基材の一部に予め貼付しておいたサーモラベルにより測定した。得られた塗膜付基材を用いて実施例1〜4と同様の評価を行った。
【0099】
結果を表3に示す。
【0100】
実施例18〜20
それぞれ実施例15〜17と同じガスバリア性コーティング組成物を用い、温風を1分間吹き付けて塗膜を乾燥硬化させた(このときの塗膜の表面温度は約55℃であり、この表面温度は基材の一部に予め貼付しておいたサーモラベルにより測定した。)以外は実施例15〜17と同様にして塗膜付基材を得、同様の評価を行った。
【0101】
結果を表3に示す。
【0102】
参考例1
実施例1と同じガスバリア性コーティング組成物を用い、塗膜の乾燥硬化条件を実施例6と同様にして塗膜付基材を得、同様の評価を行った。
【0103】
結果を表1に示す。
【0104】
比較例1〜5
実施例1〜4で用いたものと同じPVAと、APTMSと、APTESと、1EDGEと、IPAとH2Oを用い、表4に示される配合比率で調製を行い、得られた組成物を用いて実施例1〜4と同様の評価を行った。
【0105】
結果を表4に示す。尚、比較例4と5においては、厚み25μmのPETフィルムの他に、厚み20μmのOPP(延伸ポリプロピレン)フィルムをも基材として用いたが、いずれの基材についても濡れ性が悪く、塗膜を形成することができなかった。表4の塗膜の厚みの欄における×はこれを意味する。
【0106】
比較例6
実施例1〜4で用いたPVAを水に溶解させて5重量%溶液とし、この溶液に酢酸を加えて撹拌した後、実施例1〜4で用いたAPTMSを表4の配合割合で滴下して30分撹拌し、更にGPTMS(その他の成分:3−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン)を表4の配合割合で加えて組成物を調製した。得られた組成物を用いて実施例1〜4と同様の評価を行った。
【0107】
結果を表4に示す。
【0108】
実施例21〜34、比較例7〜10
PVA(A1成分:ポリビニルアルコール:クラレ社製「ポバール105」)と、S−PVA(A2成分:分子にシリル基を有するポリビニルアルコール:クラレ社製「R−2105」)と、C−PVA(A3成分:カルボキシル基変性PVA:クラレ社製「KM−118」)と、APTES(B2成分:γ−アミノプロピルトリエトキシシラン)と、IPAとH2O(D成分:イソプロピルアルコールと水)を用い、表5〜表7に示される配合比率でガスバリア性コーティング樹脂組成物の調製を行った。
【0109】
まず、PVA、S−PVAまたはC−PVAをIPA/H2O=20/80(重量比)の溶媒に溶解して5重量%溶液とし、この溶液100gにAPTESを表5〜表7の配合割合で混合して1時間撹拌し、ガスバリア性コーティング組成物を調製した。
【0110】
得られたガスバリア性コーティング組成物を厚み12μmのPET(ポリエステル)フィルムの基材上に約1μmの厚みでバーコートし、表5〜表7に示す乾燥表面温度で、塗膜を乾燥硬化させた。尚、表5〜表7における、乾燥表面温度約65℃、約55℃の具体的な乾燥条件は、それぞれ、80℃の雰囲気下で1分間保持、温風を1分間吹き付けであり、表面温度は基材の一部に予め貼付しておいたサーモラベルにより測定した。
【0111】
得られた塗膜付基材を用いて実施例1〜4と同様の評価を行った。但し、高湿度保存性Bとは、ラミネートフィルムを温度40℃、湿度90%RHの雰囲気下に1ヶ月放置した以外は、実施例1〜4の高湿度保存性と同様の評価を行ったものである。
【0112】
結果を表5〜表7に示す。
【0113】
【表1】
【0114】
【表2】
【0115】
【表3】
【0116】
【表4】
【0117】
【表5】
【0118】
【表6】
【0119】
【表7】
【0120】
【発明の効果】
本発明は、以上説明したとおりのものであり、次の効果を奏するものである。
【0121】
(1)ポリエステルの基材に対しても、アンカー層なしで密着性よくガスバリア性塗膜を形成することができる。ポリエステルは包装材料に多用されていることから、ガスバリア性に富む包装材料が得やすい。
【0122】
(2)酢酸などのカルボン酸を使用しないので、酸性臭による塗工作業環境の悪化を防止することができる。
【0123】
(3)透明性及び耐湿性に優れる。
【0124】
(4)A成分として、分子にシリル基を有するポリビニルアルコール、またはカルボキシル基変性ポリビニルアルコールを用いた、またはE成分を含有させた本発明の第1のガスバリア性コーティング組成物、A成分の配合比率が、重量比(A/B)で20/3以上である本発明の第3のガスバリア性コーティング組成物は、基材上に乾燥硬化した塗膜を形成する際の乾燥条件を緩やかにした場合にも、高湿度下での保存による基材との密着性の低下を生じにくいことから、耐熱性に劣る基材へのガスバリア層の形成が容易となり、また乾燥硬化時の温度設定が容易となる。
Claims (17)
- 下記A,B,C,D,E成分からなり、A成分とB成分の重量比(A/B)が10/1〜1/2、B成分とC成分の重量比(B/C)が20/1〜2/1、B成分とE成分の重量比(B/E)が100/2〜100/0.05であることを特徴とするコーティング組成物。
A:ポリビニルアルコール。
B:アミノ基及び/又はイミノ基を有するアルコキシシラン。
C:下記式(I)で示されるグリシジルエーテル(但し、式中nは2〜6の整数、mは1〜9の整数)。
D:メチルアルコール、エチルアルコール、イソプロピルアルコールから選ばれる低級アルコールを添加した水。
E:数平均繊維長0.04mm〜0.1mm、軸比40以上である微細フィブリル化繊維。 - A成分が、分子にシリル基を有する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に記載のコーティング組成物。
- シリル基の含有量が0.01〜5モル%であることを特徴とする請求項2に記載のコーティング組成物。
- A成分が、カルボキシル基変性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に記載のコーティング組成物。
- A成分が、変性ポリビニルアルコールと未変性ポリビニルアルコールとの混合物であることを特徴とする請求項1に記載のコーティング組成物。
- B成分が、アミノ基及び/又はイミノ基を有するアルコキシシランと、その(部分)加水分解物及び/又は(部分)縮合物との混合物であることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載のコーティング組成物。
- C成分が、式(I)で示されるグリシジルエーテルと、その(部分)加水分解物との混合物であることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載のコーティング組成物。
- 下記A,B,D,E成分からなり、A成分とB成分の重量比(A/B)が10/1〜5/4、B成分とE成分の重量比(B/E)が100/2〜100/0.05であることを特徴とするコーティング組成物。
A:未変性ポリビニルアルコール。
B:アミノ基及び/又はイミノ基を有するアルコキシシラン。
D:メチルアルコール、エチルアルコール、イソプロピルアルコールから選ばれる低級アルコールを添加した水。
E:数平均繊維長0.04mm〜0.1mm、軸比40以上である微細フィブリル化繊維。 - A成分とB成分の重量比(A/B)が20/3〜5/4であることを特徴とする請求項8に記載のコーティング組成物。
- 下記A,B,D,E成分からなり、A成分とB成分の重量比(A/B)が20/1〜1/2、B成分とE成分の重量比(B/E)が100/2〜100/0.05であることを特徴とするコーティング組成物。
A:変性ポリビニルアルコール、または変性ポリビニルアルコールと未変性ポリビニルアルコールとの混合物。
B:アミノ基及び/又はイミノ基を有するアルコキシシラン。
D:メチルアルコール、エチルアルコール、イソプロピルアルコールから選ばれる低級アルコールを添加した水。
E:数平均繊維長0.04mm〜0.1mm、軸比40以上である微細フィブリル化繊維。 - A成分の変性ポリビニルアルコールが、分子にシリル基を有するポリビニルアルコールであることを特徴とする請求項10に記載のコーティング組成物。
- シリル基の含有量が0.01〜5モル%であることを特徴とする請求項11に記載のコーティング組成物。
- A成分の変性ポリビニルアルコールが、カルボキシル基変性ポリビニルアルコールであることを特徴とする請求項10に記載のコーティング組成物。
- A成分とB成分の重量比(A/B)が20/3〜1/2であることを特徴とする請求項10〜13のいずれか1項に記載のコーティング組成物。
- B成分が、アミノ基及び/又はイミノ基を有するアルコキシシランと、その(部分)加水分解物及び/又は(部分)縮合物との混合物であることを特徴とする請求項8〜14のいずれか1項に記載のコーティング組成物。
- 請求項1〜15のいずれか1項に記載のコーティング組成物の塗膜を有することを特徴とするガスバリア性フィルム。
- コーティング組成物の塗膜がポリエステルの基材上に設けられていることを特徴とする請求項16に記載のガスバリア性フィルム。
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