JP5384792B2

JP5384792B2 - 線状ポリエチレン用ヒートシール変性剤

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Publication number: JP5384792B2
Application number: JP2006545596A
Authority: JP
Inventors: エム．レンゲスジェラルディン; エー．リベールティモシー
Original assignee: EI Du Pont de Nemours and Co
Current assignee: EIDP Inc
Priority date: 2003-12-16
Filing date: 2004-12-16
Publication date: 2014-01-08
Anticipated expiration: 2024-12-16
Also published as: AU2004298628B2; AU2004298628A1; CN1894331A; US7635736B2; EP1694766B1; DE602004017899D1; WO2005059024A2; CN100503711C; CA2547606A1; WO2005059024A3; EP1694766A2; BRPI0417109A; JP2007514852A; US20050203249A1

Description

本発明は、包装材に用いられるポリエチレン組成物に関する。本発明は、特に、ヒートシール変性剤を含むメタロセンポリオレフィン組成物に関する。

ポリエチレンポリマーが、その他の用途と共に、包装材に有用である。線状ポリオレフィンの使用は、しかしながら、製造業者にとって問題が無いわけではない。製造業者が直面し得る一つの問題は、製造コストと製造された製品の性能との間の適当なバランスを見出すことである。シングルサイトメタロセン触媒を用いて製造された線状ポリエチレンは、多くの性能上の利益を得ることができる。しかしながら、線状ポリエチレンは、コスト効率の高い態様で加工することが困難ともなり得る。

しかも、線状（メタロセン）ポリエチレンは、要望されるより劣ったヒートシール特性を有し得る。すなわち、線状ポリエチレンは、多くの場合、包装材に対して良好な接着シールが得られるような十分な接着性を、ポリエチレンのシール層の間に付与しない。これらの線状ポリエチレンに、メタクリル酸またはアクリル酸とのエチレンコポリマーなどの他の物質を配合させることによる、線状ポリエチレンのヒートシール特性を向上させるための努力は、普遍的な成功を得ていない。

Ａ．Ｌ．ブロディ（Ａ．Ｌ．Ｂｒｏｄｙ）およびＫ．Ｓ．マーシュ（Ｋ．Ｓ．Ｍａｒｓｈ）編、ウィリーパッケージ技術大百科（ｔｈｅＷｉｌｅｙＥｎｃｙｃｌｏｐｅｄｉａｏｆＰａｃｋａｇｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）、第２版、ウィリー−インターサイエンス（Ｗｉｌｅｙ−Ｉｎｔｅｒｓｃｉｅｎｃｅ）（ホーボーケン（Ｈｏｂｏｋｅｎ）、１９９７年）

このように、溶融状態でより容易に加工可能であり、同時に、包装材用途に対して望ましいヒートシール特性を提供する線状ポリエチレン組成物を得ることが望ましい。

一態様において、本発明はヒートシール樹脂として好適に用いられる線状ポリエチレン組成物であり、この樹脂は、（ａ）約７０重量％〜約９０重量％の、約０．８８〜約０．９５ｇ／ｃｍ^３の密度を有する線状ポリエチレンと；（ｂ）エチレン酸コポリマー；エチレン酸コポリマーアイオノマー；またはそれらの混合物から選択される、約０〜約３０重量％のコポリマーと；（ｃ）約２重量％〜約１０重量％の粘着付与剤とを含む。

他の態様において、本発明は、（ａ）約０重量％〜約９０重量％の、エチレン酸コポリマー、エチレン酸コポリマーアイオノマー、またはそれらの混合物と；（ｂ）約１０重量％〜約１００重量％の粘着付与剤と；および任意選択で（ｃ）約１０重量％以下のメタロセンポリエチレンポリマーとを含むヒートシール変性剤組成物である。

他の態様において、本発明は、（ａ）エチレン酸コポリマー、エチレン酸コポリマーアイオノマー、またはそれらの混合物を含んでなり、好ましくは少なくとも部分的に中和されたエチレン酸コポリマーを含む、約０重量％〜約９０重量％のコポリマーと；（ｂ）約１０重量％〜約９０重量％の粘着付与剤と；任意選択で（ｃ）約１０重量％以下のメタロセンポリエチレンポリマーとを含むヒートシール変性剤を、約０．８８ｇ／ｃｍ^３〜約０．９５ｇ／ｃｍ^３の密度を有するポリエチレン樹脂に含有させる工程を含む包装材を製造する方法である。

他の態様において、本発明はポリエチレンヒートシール樹脂を含む包装材であって、樹脂は、（ａ）約７０重量％〜約９０重量％の、約０．９０〜約０．９５ｇ／ｃｍ^３の密度を有する線状ポリエチレンと；（ｂ）エチレン酸コポリマー；エチレン酸コポリマーアイオノマー；またはそれらの混合物から選択される、約０〜約３０重量％のコポリマーと；（ｃ）約２重量％〜約１０重量％の粘着付与剤とを含む。

本願明細書における定義は、特定の場合に限定される場合を除き、本願明細書全体に用いられた用語に適用する。

本願明細書中に用いられた用語「有限量」は、ゼロに等しくない量を指す。

本願明細書中に用いられた用語「約」は、量、サイズ、処方、パラメータ並びに他の数量および特性が、厳密でなく、かつ厳密である必要がなく、必要に応じて、近似値であることおよび／またはより大きいまたはより小さいこと、許容誤差、換算因数、端数処理、計測エラーなど、および当業者に知られている他の要因を反映していてもよいことを意味する。一般に、量、サイズ、処方、パラメータまたは他の数量もしくは特性は、特別にそのように記載されていてもいなくても、「約」または「概」である。

一実施形態において、本発明は、線状ポリエチレン組成物である。本願明細書中に用いられた用語「線状ポリエチレン」は、シングルサイト（メタロセン）触媒を用いることにより得られたポリエチレン樹脂を指す。本発明の線状ポリエチレン組成物は、例えばヒートシール樹脂として有用である。

本発明の実施において好適に使用される線状ポリエチレンは、約０．８８ｇ／ｃｍ^３〜約０．９５ｇ／ｃｍ^３の密度を有する。好ましくは、線状ポリエチレンは約０．９０ｇ／ｃｍ^３〜約０．９４ｇ／ｃｍ^３の密度を有する。さらに好ましくは、線状ポリエチレンは約０．９１ｇ／ｃｍ^３〜約０．９３ｇ／ｃｍ^３の密度を有する。

本発明の線状ポリエチレン組成物は、線状ポリエチレン組成物の総重量に基づいて、約７０重量％〜約９０重量％の線状ポリエチレンを含むことが好ましい。線状ポリエチレンを７５重量％〜８５重量％、および約８０重量％含む組成物が重要である。

本発明の線状ポリエチレン組成物は、エチレン酸コポリマー；エチレン酸コポリマーアイオノマー；またはそれらの混合物（本願明細書において、統括的に「酸コポリマー」という）から選択される少なくとも１種のコポリマーをも含有する。好適なおよび好ましいエチレン酸コポリマーおよびアイオノマーは、本発明のヒートシール樹脂変性剤組成物に関して以下に記載されているとおりである。この酸コポリマーは、線状ポリエチレン組成物の総重量に基づいて、約０〜約３０重量％の量で線状ポリエチレン組成物中に存在し得る。好ましくは、酸コポリマーは、線状ポリエチレン組成物の重量に基づいて、約３０重量％以下の有限量で、さらに好ましくは約１０〜約３０重量％の量で、さらに好ましくは約１０〜約２５重量％の量で、さらにより好ましくは約１２〜約２３重量％の量で線状ポリエチレン組成物に存在する。

本発明の線状ポリエチレン組成物は、粘着付与剤をも含有する。好適なおよび好ましい粘着付与剤は、本発明のヒートシール樹脂変性剤組成物に関して以下に記載されているとおりである。好ましくは、線状ポリエチレン組成物は、線状ポリエチレン組成物の総重量に基づいて、約２重量％〜約１０重量％の粘着付与剤を含有する。さらに好ましくは、粘着付与剤は、約３〜約１０重量％の量で、およびさらにより好ましくは約４〜約８重量％の量でヒートシール樹脂中に存在する。また、粘着付与剤を約２重量％〜約５重量％および約２重量％含む組成物が重要である。

線状ポリエチレン組成物の成分は、当該技術分野に周知の好適な手法のいずれにより配合されてもよい。成分は、例えば押出し機において溶融配合されることが好ましい。

線状ポリエチレン組成物は、シールされるべき包装材料に適用されてもよく、シールは、当該技術分野において周知の好適な手法のいずれにより形成されてもよい。例えば、（非特許文献１）を参照のこと。

従来のヒートシール樹脂組成物は、樹脂組成物に応じて異なるヒートシール開始温度を有している。通常、ヒートシール温度ができるだけ低く、それでもなお所望の用途において望ましいシール強度が得られる樹脂を用いることが好ましい。例えば、特定の用途において、５９０．５５ｇ／ｃｍのヒートシールが望ましい場合には、製造業者は、１３７．８℃の温度で当該シール強度が得られる材料より、１２１．１℃の温度で当該強度のシールが得られる材料を選択すると有利であることを見出す可能性がある。より低い温度で同等のヒートシール強度を得ることができるヒートシール組成物は、より迅速な加工時間と低いエネルギーコストをもたらすことにより経済的効率を向上させる。

本発明の線状ポリエチレン組成物は、有利なことに、それぞれ略同じヒートシール強度が得られる、類似または同一の非変性線状ポリエチレン樹脂より低いヒートシール開始温度を備えることが可能である。

本発明のヒートシール樹脂変性剤は、ポリエチレン樹脂のヒートシール開始温度を低下させるのに有用であり得る。ポリエチレン樹脂は、好ましくは線状ポリエチレン樹脂である。また、好ましくは、ポリエチレン樹脂は約０．８８〜約０．９２ｇ／ｃｍ^３の密度を有する。また、好ましくは、変性樹脂は、約６５．６℃〜約１７６．７℃の温度範囲内において、約９．８４ｇ／ｃｍより大きく、および約２３６２．２０ｇ／ｃｍ以下のシール強度を達成する。

望ましいヒートシール特性は、シールが意図される用途に応じて変化し得る。しかしながら、本発明の目的のためには、望ましいヒートシール特性は、約６５．６℃〜約１７６．７℃のヒートシール開始温度範囲内において示される。本発明の変性樹脂のためのヒートシール開始温度は、好ましくは約７９．４℃〜約１４８．９℃の範囲内、さらに好ましくは約８２．２℃〜約１４３．３℃の範囲内およびさらにより好ましくは約９３．３℃〜約１４３．３℃の範囲内である。

好ましくは、本発明の変性樹脂は、約９．８４グラム／ｃｍ〜約２，３６２．２０グラム／ｃｍの範囲におけるヒートシール強度を、約６５．６℃〜約１７６．７℃の望ましいヒートシール開始温度範囲にわたって有する。さらに好ましくは、変性ヒートシール樹脂は、約３９３．７０グラム／ｃｍ〜約１，５７４．８０グラム／ｃｍ、およびさらにより好ましくは約５９０．５５グラム／ｃｍ〜約１，５７４．８０グラム／ｃｍのヒートシール強度を有する。シール強度は、ＡＳＴＭＦ−８８に準拠して測定される。

本発明のヒートシール樹脂変性剤は、（ａ）エチレン酸コポリマーと；（ｂ）粘着付与剤と；任意選択で（ｃ）メタロセンポリエチレンポリマーとを含む組成物である。本発明での使用に好適なエチレン酸コポリマーとしては、例えば、エチレンと、α，β−不飽和カルボン酸および／またはその誘導体とのジポリマー（ｄｉｐｏｌｙｍｅｒ）およびターポリマーなどのコポリマーが挙げられる。本願明細書中における使用について好適なα，β−不飽和カルボン酸および誘導体としては、特に制限されないが、アクリル酸および／またはメタクリル酸（本願明細書において、全体で、単独でまたは組合せとして（メタ）アクリル酸という）；メチル（メタ）アクリレート、エチル（メタ）アクリレート、イソブチルアクリレートまたはそれらの混合物などのアクリル酸エステルが挙げられる。ターポリマーは、好ましくはエチレン／メタクリル酸／イソブチルアクリレートコポリマーである。

エチレン酸コポリマーのアイオノマーが、本発明での使用には好ましい。アイオノマーはポリマー技術分野において周知であり、完全にまたは少なくとも部分的に中和されたエチレン酸コポリマーの塩である。また、好ましくは、本発明で用いられる場合には、アイオノマーは、ナトリウム塩、亜鉛塩、またはこれらの２種の金属イオンの塩の混合物の形態である。

変性剤組成物は約０〜約９０重量％の酸コポリマーを含むことができる。好ましくは、酸コポリマーは、変性剤組成物の総重量に基づいて、約９０重量％以下の有限量または約４０〜約９０重量％の量、さらに好ましくは約５０〜約９０重量％の量、およびさらにより好ましくは約６０〜約９０重量％の量で変性剤組成物中に存在する。

本発明のヒートシール樹脂変性剤は、さらに粘着付与剤を含む。従来どおり用いる場合、粘着付与剤は、一般に、室温または周囲温度で組成物に接着性または粘着性を付与する物質である。本発明の実施においては、しかしながら、粘着付与剤の使用は従来どおりではない。本発明の線状ポリエチレンヒートシール樹脂において望ましいヒートシール特性は、周囲よりかなり高い温度で発揮されることが要求される。本発明を実施するにおいて意図される温度では、ほとんどの粘着付与剤が液化して接着性を失うため、従来の粘着付与剤を利用することによって、線状ポリエチレンと組み合わせると得られるヒートシール特性が提供されることは予期し得ない。本発明での使用における好適な粘着付与剤は、従来の粘着付与剤およびその混合物から選択されればよい。好ましくは、本発明の粘着付与剤は、ポリテルペン、炭素数９の水素化芳香族エステル、またはそれらの混合物から選択することができる。

ヒートシール樹脂変性剤組成物は、変性剤組成物の総重量に基づいて、約１０〜約９０重量％の量で粘着付与剤を含む。好ましくは、粘着付与剤は、変性剤組成物中に、変性剤組成物の約１０〜約６０重量％の量、さらに好ましくは約１５〜約５０重量％の量、およびさらにより好ましくは約２０〜約４０重量％の量で存在する。

本発明の変性剤は、変性剤組成物の重量に基づいて、任意選択で約０〜約１０重量％の、約０．８７〜約０．９０ｇ／ｃｍ^３の密度を有するメタロセンポリエチレンプラストマーを含むことが可能である。好ましくは、メタロセンポリエチレンプラストマーは、約１０重量％以下の有限量で存在する。

本発明のヒートシール樹脂変性剤は、溶融配合、乾式配合、および同時押出、または、回分混合法の使用などの従来の方法により成分を配合することによって調製することができる。本発明の配合物を調製する任意の既知の方法が、本願明細書において用いられる好適なものとして予想される。同様に、ヒートシール樹脂変性剤および変性されるべきヒートシール樹脂は、技術分野において周知である任意の好適な手法によっても配合可能である。好ましくは、成分は例えば押出し機で溶融配合される。

本発明により、本発明の線状ポリエチレン組成物またはヒートシール樹脂変性剤を含む包装材も提供される。包装材は、本発明の線状ポリエチレン組成物またはヒートシール樹脂変性剤が接着するであろう、任意の包装材料を含んでなり得る。包装材は、技術分野において周知である任意の好適な手法によって形成され、シールされればよい。例えば、（非特許文献１）を参照のこと。

本発明により、約０．８８ｇ／ｃｍ^３〜約０．９５ｇ／ｃｍ^３の密度を有するポリエチレン樹脂に、本発明によるヒートシール変性剤を含有させる工程を含む包装材の製造方法も提供される。その他のすべての関連事項について、包装材は、技術分野において周知である任意の好適な手法によって形成され、シールされればよい。
以下に、本発明の好ましい態様を示す。
１．（ａ）約７０重量％〜約９０重量％の、約０．８８〜約０．９５ｇ／ｃｍ^３の密度を有する線状ポリエチレンと；（ｂ）エチレン酸コポリマー；エチレン酸コポリマーアイオノマー；およびそれらの混合物からなる群から選択される、約０重量％〜約３０重量％のコポリマーと；（ｃ）約２重量％〜約１０重量％の粘着付与剤とを含むことを特徴とする線状ポリエチレン組成物。
２．（ａ）約０重量％〜約９０重量％の、エチレン酸コポリマー、エチレン酸コポリマーアイオノマーまたはそれらの混合物と；（ｂ）約１０重量％〜約１００重量％の粘着付与剤と；および０〜約１０重量％のメタロセンポリエチレンポリマーとを含むことを特徴とするヒートシール変性剤組成物。
３．（ａ）エチレン酸コポリマーと、エチレン酸コポリマーアイオノマーと、それらの混合物とからなる群から選択される、約０重量％〜約９０重量％のコポリマーと；（ｂ）約１０重量％〜約９０重量％の粘着付与剤と；０〜約１０重量％のメタロセンポリエチレンポリマーとを含むヒートシール変性剤を、約０．８８ｇ／ｃｍ^３〜約０．９５ｇ／ｃｍ^３の密度を有するポリエチレン樹脂に含有させる工程を含むことを特徴とする包装材を製造する方法。
４．前記コポリマーは、少なくとも部分的に中和されたエチレン酸コポリマーを含むことを特徴とする３．に記載の方法。
５．ヒートシール樹脂を含む包装材であって、前記ヒートシール樹脂は、（ａ）約７０重量％〜約９０重量％の、約０．９０〜約０．９５ｇ／ｃｍ^３の密度を有する線状ポリエチレンと；（ｂ）エチレン酸コポリマー；エチレン酸コポリマーアイオノマー；またはそれらの混合物からなる群から選択される、約０重量％〜約３０重量％のコポリマーと；（ｃ）約２重量％〜約１０重量％の粘着付与剤とを含むことを特徴とする包装材。

実施例は、例示のみを目的とし、本発明の範囲を限定しようとするものではない。

組成成分を表１にリストされた割合で溶融配合することにより、一連の配合物を調製した。配合物のヒートシール強度は、ＡＳＴＭＦ−８８に準拠して測定された。本明細書で用いられた用語「ヒートシール開始温度」は、５９０．５５ｇ／ｃｍのシール強度が発現されるときの温度を指す。ヒートシール強度に係る結果は、表１にも示されているが、本発明の実施例のヒートシール開始温度は、比較例のヒートシール開始温度より概して極めて低いことを証明している。

上記に、特定の本発明の好ましい実施形態について記載し、具体的に例示したが、本発明がかかる実施形態に限定されることを意図していない。以下の特許請求の範囲に記載されている本発明の範囲および趣旨から逸脱することなく、種々の変更をすることが可能である。

Claims

ポリエチレン組成物であって、
（ａ）７５重量％〜８５重量％の、０．８８〜０．９３ｇ／ｃｍ³の密度を有する線状ポリエチレン、
（ｂ）１２重量％〜２３重量％の、
ｉ）エチレンとカルボン酸のコポリマー、
ｉｉ）エチレンとカルボン酸の誘導体のコポリマー、
前記誘導体はさらに任意選択的に、１以上のメチルアクリレート、エチルアクリレート、エチルメチルアクリレート、イソブチルアクリレート及びそれらの混合物からなる群から選択され、
ｉｉｉ）上記ｉ）及びｉｉ）のアイオノマー、及び
ｉｖ）上記ｉ）〜ｉｉｉ）からなる群から選択されるコポリマーの混合物、及び
（ｃ）２重量％〜５重量％（ただし、５重量％は除く）の粘着付与剤とを含み、
前記線状ポリエチレンはメタロセン線状ポリエチレンポリマーで、前記カルボン酸は、アクリル酸、メタクリル酸及びこれらの混合物からなる群から選択されるα、β−不飽和カルボン酸であり、
前記粘着付与剤は、ポリテルペン、炭素数９の水素化芳香族エステル、またはそれらの混合物から選択されることを特徴とする線状ポリエチレン組成物。
メタロセン線状ポリエチレンポリマー用ヒートシール樹脂変性剤組成物であって、
（ａ）０重量％〜９０重量％の、エチレンとカルボン酸コポリマー、及びエチレンとカルボン酸コポリマーーアイオノマーまたはそれらの混合物であって、
前記カルボン酸が、アクリル酸、メタアクリル酸およびそれらの混合物からなる群から選択されるα,β―不飽和カルボン酸である混合物と、
（ｂ）１０重量％〜９０重量％の粘着付与剤と、および
（ｃ）０〜１０重量％のメタロセン線状ポリエチレンポリマーとを、
含み、前記カルボン酸は、アクリル酸、メタクリル酸及びこれらの混合物からなる群から選択されるα、β−不飽和カルボン酸であり、
前記粘着付与剤は、ポリテルペン、炭素数９の水素化芳香族エステル、またはそれらの混合物から選択されることを特徴とするヒートシール樹脂変性剤組成物。
包装材を製造する方法であって、
（ａ）０重量％〜９０重量％の、
ｉ）エチレンとカルボン酸のコポリマー、
ｉｉ）エチレンとカルボン酸の誘導体のコポリマー、
前記誘導体はさらに任意選択的に、１以上のメチルアクリレート、エチルアクリレート、エチルメチルアクリレート、イソブチルアクリレート及びそれらの混合物からなる群から選択され、
ｉｉｉ）上記ｉ）及びｉｉ）のアイオノマー、及び
ｉｖ）上記ｉ）〜ｉｉｉ）からなる群から選択されるコポリマーの混合物、
（ｂ）１０重量％〜９０重量％の粘着付与剤と、及び
（ｃ）０〜１０重量％のメタロセン線状ポリエチレンポリマーとを含むヒートシール樹脂変性剤を、０．８８ｇ／ｃｍ³〜０．９３ｇ／ｃｍ³の密度を有するメタロセン線状ポリエチレンポリマーに含有させる工程を含み、
前記カルボン酸は、アクリル酸、メタクリル酸及びこれらの混合物からなる群から選択されるα、β−不飽和カルボン酸であり、
前記粘着付与剤は、ポリテルペン、炭素数９の水素化芳香族エステル、またはそれらの混合物から選択されることを特徴とする包装材を製造する方法。
ヒートシール樹脂を含む包装材であって、前記ヒートシール樹脂は、
（ａ）７５重量％〜８５重量％の、０．９０〜０．９３ｇ／ｃｍ³の密度を有する線状ポリエチレンと、
（ｂ）１２重量％〜２３重量％の、
ｉ）エチレンとカルボン酸のコポリマー、
ｉｉ）エチレンとカルボン酸の誘導体のコポリマー、
前記誘導体はさらに任意選択的に、１以上のメチルアクリレート、エチルアクリレート、エチルメチルアクリレート、イソブチルアクリレート及びそれらの混合物からなる群から選択され、
ｉｉｉ）上記ｉ）及びｉｉ）のアイオノマー、及び
ｉｖ）上記ｉ）〜ｉｉｉ）からなる群から選択されるコポリマーの混合物、
（ｃ）２重量％〜５重量％の粘着付与剤（ただし、５重量％は除く）とを、含み、
前記線状ポリエチレンはメタロセン線状ポリエチレンポリマーで、前記カルボンは、アクリル酸、メタクリル酸及びこれらの混合物からなる群から選択されるα、β−不飽和カルボン酸であり、
前記粘着付与剤は、ポリテルペン、炭素数９の水素化芳香族エステル、またはそれらの混合物から選択されることを特徴とする包装材。