JP5400825B2 - Gas barrier sheet containing layered inorganic compound - Google Patents

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Description

本発明は、水蒸気ガスバリア性に優れた層状無機化合物を含有するガスバリアシート及びその製造方法、並びにガスバリア用塗工液の製造方法に関する。   The present invention relates to a gas barrier sheet containing a layered inorganic compound having excellent water vapor gas barrier properties, a method for producing the same, and a method for producing a gas barrier coating liquid.

水蒸気ガスバリア性を有する材料は幅広く産業上で利用されている。利用分野は、例えば、ディスプレイ等の電子材料、太陽電池の基板やバックシート、レトルト食品等の包装材、ガソリン等のタンクや輸送用のチューブである。多くの分野では、上記材料としてガラス、金属、若しくはプラスチックが用いられている。その中でも、より高い水蒸気ガスバリア性能が求められる用途ではガラスや金属が多く用いられている。しかしガラスには、柔軟性がなく、割れやすく、かつ重量が重いといった問題がある。また、金属は光を透過しないので中身が見えないといった問題がある。   Materials having a water vapor gas barrier property are widely used in industry. Fields of use include, for example, electronic materials such as displays, solar cell substrates and back sheets, packaging materials such as retort foods, tanks for gasoline, etc., and transport tubes. In many fields, glass, metal, or plastic is used as the material. Among them, glass and metal are often used in applications that require higher water vapor gas barrier performance. However, there is a problem with glass that it is not flexible, is easily broken, and is heavy. Moreover, since metal does not transmit light, there is a problem that the contents cannot be seen.

一方、スメクタイト族粘土及び雲母族粘土に代表される粘土鉱物等である層状無機化合物をガスバリアシートに用いることで、ガスバリアシート自体の材料の寸法安定性、耐熱性及びガスバリア性を向上させる検討が行われてきた。   On the other hand, by using layered inorganic compounds such as clay minerals typified by smectite group clay and mica group clay for gas barrier sheets, studies are being made to improve the dimensional stability, heat resistance and gas barrier properties of the material of the gas barrier sheet itself. I have been.

ところで、層状無機化合物は、単位構造としてのナノシートと呼ばれる板状の無機結晶と、ナノシートが電荷を有する場合にはその電荷を補償する層間イオンとから成る。層状無機化合物を構成するナノシートの多くは負の永久電荷を有し、その負の永久電荷を補償するために、ナトリウムイオン及びリチウムイオンに代表される無機イオンがナノシートの層の間に層間イオン(特に層間カチオン)として存在し、電気的中性を保持している(例えば非特許文献1を参照)。   By the way, the layered inorganic compound is composed of a plate-like inorganic crystal called a nanosheet as a unit structure and interlayer ions that compensate for the charge when the nanosheet has a charge. Many of the nanosheets constituting the layered inorganic compound have a negative permanent charge, and in order to compensate for the negative permanent charge, inorganic ions typified by sodium ions and lithium ions are intercalated between the nanosheet layers ( In particular, it exists as an interlayer cation) and retains electrical neutrality (see, for example, Non-Patent Document 1).

上記のような粘土鉱物をはじめとする層状無機化合物を樹脂に添加した材料について幅広い研究がなされ、ガスバリアフィルムが一部実用化されている(例えば非特許文献2を参照)。   Extensive research has been conducted on materials in which layered inorganic compounds such as clay minerals as described above are added to resins, and some gas barrier films have been put into practical use (see, for example, Non-Patent Document 2).

しかしながら、従来の層状無機化合物を樹脂に添加した材料を用いたガスバリアフィルムは、層状無機化合物を疎水性樹脂中及び有機溶媒中で分散性を向上させるために、ナノシートの表面を多量の有機イオンで有機修飾する工程を必要とする。その結果、ナノシート同士が積み重なってできた層の間隔(以下、層間距離という)が有機修飾に用いられる有機イオンによって広がってしまい、ガスバリア性が不十分であるという問題があった。   However, a conventional gas barrier film using a material in which a layered inorganic compound is added to a resin has a large amount of organic ions on the surface of the nanosheet in order to improve the dispersibility of the layered inorganic compound in a hydrophobic resin and an organic solvent. A process of organic modification is required. As a result, there is a problem in that the gap between layers formed by stacking nanosheets (hereinafter referred to as interlayer distance) is widened by organic ions used for organic modification, and gas barrier properties are insufficient.

また、ナノシートの長手方向の平均長さが長い(すなわち高アスペクト比の)層状無機化合物を用いると一般にガスバリア性が向上するため、天然のモンモリロナイト、又は溶融法若しくはタルク変性法によって合成されたフッ素化雲母若しくはフッ素化ヘクトライトを用いる研究が行われてきた。しかし、それら高アスペクト比の層状無機化合物は、それらのナノシートを有機修飾しても有機溶媒への分散性が悪く、そのためアスペクト比が50程度の粘土鉱物が用いられ、ガスバリア性が不十分であるという問題があった。(例えば特許文献1を参照)。   In addition, when a layered inorganic compound having a long average length in the longitudinal direction of the nanosheet (that is, a high aspect ratio) is used, the gas barrier property is generally improved. Therefore, fluorination synthesized by natural montmorillonite or a melting method or a talc modification method. Studies have been carried out using mica or fluorinated hectorite. However, these high-aspect-ratio layered inorganic compounds have poor dispersibility in organic solvents even if their nanosheets are organically modified, so that clay minerals with an aspect ratio of about 50 are used, and gas barrier properties are insufficient. There was a problem. (For example, refer to Patent Document 1).

又、層間イオンとしてナトリウムイオン又はリチウムイオンを用いた層状無機化合物は、通常、水膨潤性が高く水を主体とする溶媒にしか高度に分散しないため、水に難溶な疎水性樹脂と複合化することが困難である。そのため、水膨潤性の高い層状無機化合物を用いて得られた材料は、それ自体が水に溶けてしまうか、又は水を吸収して膨潤してしまうため水蒸気ガスバリア性能に劣るものが多かった。   In addition, layered inorganic compounds using sodium ions or lithium ions as interlayer ions usually have high water swellability and are highly dispersed only in water-based solvents, so they are combined with hydrophobic resins that are hardly soluble in water. Difficult to do. Therefore, many materials obtained using a layered inorganic compound having a high water swellability are poor in water vapor gas barrier performance because they themselves dissolve in water or swell by absorbing water.

層間イオンとしてリチウムイオンを用い、加熱して上記材料の親水性を低下させる手法も提案されている。しかしこの手法では、400℃程度の高温での加熱が必要なために加えることのできる構成する部材の耐熱性が要求される。そのため、添加剤の種類が限られ、また樹脂フィルム状の支持体上に形成したガスバリアシートは、樹脂フィルムの耐熱性が低いことによってガスバリアシートの親水性を低下させられるほどに加熱することができなかった(例えば特許文献2及び3を参照)。   A method has also been proposed in which lithium ions are used as interlayer ions and heated to lower the hydrophilicity of the material. However, this method requires heat resistance of the constituent members that can be applied because heating at a high temperature of about 400 ° C. is required. Therefore, the types of additives are limited, and the gas barrier sheet formed on the resin film-like support can be heated to such an extent that the hydrophilicity of the gas barrier sheet can be lowered due to the low heat resistance of the resin film. (See, for example, Patent Documents 2 and 3).

上記のような問題により、従来の層状無機化合物を用いたガスバリア膜の多くは、水蒸気をほとんど含まないドライのガスに対しては高いガスバリア性が発現しても、水蒸気濃度の高い雰囲気下でのガスバリア性能及び水蒸気そのもののバリア性能に関しては劣るという問題が生じていた(例えば非特許文献3を参照)。   Due to the above problems, many conventional gas barrier films using a layered inorganic compound exhibit high gas barrier properties against dry gas containing almost no water vapor, but in an atmosphere with a high water vapor concentration. There has been a problem that the gas barrier performance and the barrier performance of water vapor itself are poor (see, for example, Non-Patent Document 3).

特開2008−50235号公報JP 2008-50235 A 特開2007−277078号公報JP 2007-277078 A 特開2008−247719号公報JP 2008-247719 A

須藤談話会編,「粘土科学への招待−粘土の素顔と魅力−」,三共出版,p.6〜34(2000)Edited by Sudo Kodankai, “Invitation to Clay Science: Clay's Face and Charm”, Sankyo Publishing, p. 6-34 (2000) 中條澄編,「ポリマー系ナノコンポジットの製品開発」,フロンティア出版,p.25〜90(2004)Nakasumi, edited by “Development of Polymer Nanocomposites”, Frontier Publishing, p. 25-90 (2004) 「フレキシブルディスプレイの全貌」,イー・エクスプレス,p.223〜224(2005)“Overview of Flexible Display”, eExpress, p. 223-224 (2005)

本発明は、優れた水蒸気ガスバリア性(すなわち、水蒸気を含むガス及び水蒸気自体に対するバリア性)を有する、層状無機化合物のナノシートを含有するガスバリアシート及びその製造方法、並びに該ガスバリアシートを製造するための塗工液の製造方法を提供することを目的とする。   The present invention provides a gas barrier sheet containing a nanosheet of a layered inorganic compound having excellent water vapor gas barrier properties (that is, a gas containing water vapor and a barrier property against water vapor itself), a method for producing the same, and a method for producing the gas barrier sheet It aims at providing the manufacturing method of a coating liquid.

本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意研究を重ねた結果、特定の粘土鉱物のへき開物であるナノシートを用い、アミンの存在下で、アミンと反応して硬化する有機物を硬化させることで、優れた水蒸気ガスバリア性を有するガスバリアシートが得られること見出し、本発明を完成するに至った。すなわち本発明は以下の通りである。
[1] ガスバリア層を有するガスバリアシートであって、
該ガスバリア層が、(a)ナノシート、(b)アミン及び(c)硬化性有機物を含むナノシート含有組成物の硬化体であり、
該(a)ナノシートが、スメクタイト族及び雲母族からなる群より選ばれる1種以上の層状無機化合物のへき開物であり、
該(c)硬化性有機物が、アミンと反応することによって硬化する有機物であり、
該(a)ナノシートの平均アスペクト比が150以上であり、且つ、
該ガスバリア層において、該(a)ナノシートの面方向が該ガスバリア層の面方向と略平行であるように該ナノシートが積層されている、ガスバリアシート。
[2] 該ガスバリア層中の(a)ナノシートの割合が、50質量%以上99質量%以下である、請求項1に記載のガスバリアシート。
[3] 該ナノシート含有組成物中の、(b)アミンと(c)硬化性有機物との比率が、モル比で10:1〜1:5である、上記[1]又は[2]に記載のガスバリアシート。
[4] 該(b)アミンが2つ以上のアミノ基を有する、上記[1]〜[3]のいずれかに記載のガスバリアシート。
[5] 該(c)硬化性有機物がエポキシ基を有する、上記[1]〜[4]のいずれかに記載のガスバリアシート。
[6] 該ガスバリアシートにおいて、該(b)アミンのうち少なくとも一部がカチオン状態で(a)ナノシートとイオン結合している、上記[1]〜[5]のいずれかに記載のガスバリアシート。
[7] 該ガスバリアシートが該ガスバリア層からなり、
該(b)アミンが2つ以上のアミノ基を有し、
該(c)硬化性有機物が2つ以上のエポキシ基を有する化合物であり、且つ、
該ガスバリア層を形成する該硬化体が、(c)硬化性有機物の1分子に対して2分子以上の(b)アミンが化学結合している構造を有する、上記[6]に記載のガスバリアシー
ト。
[8] 該層状無機化合物が、スメクタイト族のフッ素化スメクタイトである、上記[1]〜[7]のいずれかに記載のガスバリアシート。
[9] 該層状無機化合物が、雲母族のフッ素化雲母である、上記[1]〜[7]のいずれかに記載のガスバリアシート。
[10] 上記[1]〜[9]のいずれかに記載のガスバリアシートを製造する方法であって、
(1)(a)ナノシートが水に分散してなる水分散液をイオン交換樹脂及び半透膜の少なくともいずれかで処理して、分散媒置換用水分散液を得る、分散媒置換用水分散液調製工程と、
(2)該分散媒置換用水分散液中の水の一部若しくは全部を有機溶媒で置換することによって、又は該分散媒置換用水分散液に有機溶媒を添加することによって、有機溶媒分散液を得る、有機溶媒分散液調製工程と、
(3)該有機溶媒分散液に、(b)アミン及び(c)硬化性有機物を添加することによって、(a)ナノシート、(b)アミン及び(c)硬化性有機物を含むナノシート含有組成物と分散媒とからなる塗工液を形成する、塗工液形成工程と、
(4)該塗工液を基板上に塗布した後、塗工液中の分散媒を除去するとともに該(b)アミンと該(c)硬化性有機物とを反応させることによって、該ナノシート含有組成物の硬化体であるガスバリア層を基板上に形成する、製膜工程と、
を上記記載の順で行うことを含むことにより、ガスバリア層を有するガスバリアシートを形成する、ガスバリアシートの製造方法。
[11] 上記[1]〜[9]のいずれかに記載のガスバリアシートを製造するために用いるガスバリア用塗工液の製造方法であって、
(1)(a)ナノシートが水に分散してなる水分散液をイオン交換樹脂及び半透膜の少なくともいずれかで処理して、分散媒置換用水分散液を得る、分散媒置換用水分散液調製工程と、
(2)該分散媒置換用水分散液中の水の一部若しくは全部を有機溶媒で置換することによって、又は該分散媒置換用水分散液に有機溶媒を添加することによって、有機溶媒分散液を得る、有機溶媒分散液調製工程と、
(3)該有機溶媒分散液に、(b)アミン及び(c)硬化性有機物を添加することによって、(a)ナノシート、(b)アミン及び(c)硬化性有機物を含むナノシート含有組成物と分散媒とからなる塗工液を形成する、塗工液形成工程と、
を上記記載の順で行うことを含む、ガスバリア用塗工液の製造方法。
As a result of intensive research to solve the above problems, the present inventors use a nanosheet that is a cleavage product of a specific clay mineral, and in the presence of an amine, the organic substance that cures by reacting with the amine is cured. Thus, it was found that a gas barrier sheet having excellent water vapor gas barrier properties was obtained, and the present invention was completed. That is, the present invention is as follows.
[1] A gas barrier sheet having a gas barrier layer,
The gas barrier layer is a cured product of a nanosheet-containing composition comprising (a) a nanosheet, (b) an amine, and (c) a curable organic material,
The (a) nanosheet is a cleavage product of one or more layered inorganic compounds selected from the group consisting of a smectite group and a mica group,
The (c) curable organic substance is an organic substance that cures by reacting with an amine;
(A) the average aspect ratio of the nanosheet is 150 or more, and
The gas barrier sheet, wherein the nanosheet is laminated so that the surface direction of the (a) nanosheet is substantially parallel to the surface direction of the gas barrier layer.
[2] The gas barrier sheet according to claim 1, wherein the proportion of the (a) nanosheet in the gas barrier layer is 50% by mass or more and 99% by mass or less.
[3] The above-mentioned [1] or [2], wherein the nanosheet-containing composition has a molar ratio of (b) amine to (c) curable organic material of 10: 1 to 1: 5. Gas barrier sheet.
[4] The gas barrier sheet according to any one of [1] to [3], wherein the (b) amine has two or more amino groups.
[5] The gas barrier sheet according to any one of the above [1] to [4], wherein the (c) curable organic material has an epoxy group.
[6] The gas barrier sheet according to any one of [1] to [5], wherein in the gas barrier sheet, at least a part of the amine (b) is ionically bonded to the nanosheet (a) in a cationic state.
[7] The gas barrier sheet comprises the gas barrier layer,
The (b) amine has two or more amino groups;
(C) the curable organic material is a compound having two or more epoxy groups, and
The gas barrier sheet according to the above [6], wherein the cured body forming the gas barrier layer has a structure in which two or more molecules of (b) amine are chemically bonded to one molecule of (c) curable organic material. .
[8] The gas barrier sheet according to any one of [1] to [7], wherein the layered inorganic compound is a smectite group fluorinated smectite.
[9] The gas barrier sheet according to any one of [1] to [7], wherein the layered inorganic compound is a mica group fluorinated mica.
[10] A method for producing the gas barrier sheet according to any one of [1] to [9] above,
(1) (a) Preparation of aqueous dispersion for dispersion medium substitution, which is obtained by treating an aqueous dispersion obtained by dispersing nanosheets in water with at least one of an ion exchange resin and a semipermeable membrane to obtain an aqueous dispersion for dispersion medium substitution. Process,
(2) An organic solvent dispersion is obtained by substituting part or all of the water in the aqueous dispersion for dispersion medium substitution with an organic solvent, or by adding an organic solvent to the aqueous dispersion for dispersion medium substitution. An organic solvent dispersion preparation step;
(3) A nanosheet-containing composition containing (a) a nanosheet, (b) an amine, and (c) a curable organic substance by adding (b) an amine and (c) a curable organic substance to the organic solvent dispersion; Forming a coating liquid comprising a dispersion medium, a coating liquid forming step;
(4) After applying the coating liquid on the substrate, the dispersion medium in the coating liquid is removed, and the (b) amine and the (c) curable organic substance are reacted to form the nanosheet-containing composition. Forming a gas barrier layer, which is a cured product of the product, on the substrate; and
A method for producing a gas barrier sheet, comprising forming a gas barrier sheet having a gas barrier layer by including the steps in the order described above.
[11] A method for producing a gas barrier coating liquid used for producing the gas barrier sheet according to any one of [1] to [9],
(1) (a) Preparation of aqueous dispersion for dispersion medium substitution, which is obtained by treating an aqueous dispersion obtained by dispersing nanosheets in water with at least one of an ion exchange resin and a semipermeable membrane to obtain an aqueous dispersion for dispersion medium substitution. Process,
(2) An organic solvent dispersion is obtained by substituting part or all of the water in the aqueous dispersion for dispersion medium substitution with an organic solvent, or by adding an organic solvent to the aqueous dispersion for dispersion medium substitution. An organic solvent dispersion preparation step;
(3) A nanosheet-containing composition containing (a) a nanosheet, (b) an amine, and (c) a curable organic substance by adding (b) an amine and (c) a curable organic substance to the organic solvent dispersion; Forming a coating liquid comprising a dispersion medium, a coating liquid forming step;
The manufacturing method of the coating liquid for gas barriers including performing in order of the said description.

本発明によれば、高い水蒸気ガスバリア性を有するガスバリアシート、及び該ガスバリアシートを製造するために使用できる塗工液を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the coating liquid which can be used in order to manufacture the gas barrier sheet which has high water vapor | steam gas barrier property, and this gas barrier sheet can be provided.

実施例1で形成したガスバリアシートのX線回折スペクトルを示す図である。3 is a diagram showing an X-ray diffraction spectrum of a gas barrier sheet formed in Example 1. FIG. 実施例1で形成したガスバリアシートの断面のTEM写真を示す図である。2 is a diagram showing a TEM photograph of a cross section of a gas barrier sheet formed in Example 1. FIG.

<ガスバリアシート>
本発明は、ガスバリア層を有するガスバリアシートであって、該ガスバリア層が、(a)ナノシート、(b)アミン及び(c)硬化性有機物を含むナノシート含有組成物の硬化体であり、該(a)ナノシートが、スメクタイト族及び雲母族からなる群より選ばれる1種以上の層状無機化合物のへき開物であり、(c)硬化性有機物が、アミンと反応することによって硬化する有機物であり、該(a)ナノシートの平均アスペクト比が150以上であり、且つ、該ガスバリア層において、該(a)ナノシートの面方向が該ガスバリア層の面方向と略平行であるように該ナノシートが積層されている、ガスバリアシートを提供する。ナノシートを含む本発明のガスバリアシートは、上記のような構成により、優れた水蒸気ガスバリア性を有することができる。なお、本明細書において用いる用語「ガスバリア層」は、水蒸気ガスバリア性(すなわち、水蒸気を含むガス及び水蒸気自体に対するバリア性)を発現する層を指し、「ガスバリアシート」は、該ガスバリア層を少なくとも1層有するシートを指す。すなわち、ガスバリアシートは、ガスバリア層のみから成るもの、及びガスバリア層と他の層とから成るものの両者を包含する。
<Gas barrier sheet>
The present invention is a gas barrier sheet having a gas barrier layer, wherein the gas barrier layer is a cured body of a nanosheet-containing composition containing (a) a nanosheet, (b) an amine, and (c) a curable organic substance, ) The nanosheet is a cleavage product of one or more layered inorganic compounds selected from the group consisting of the smectite group and the mica group, (c) the curable organic substance is an organic substance that is cured by reacting with an amine, a) The average aspect ratio of the nanosheet is 150 or more, and in the gas barrier layer, the nanosheet is laminated so that the surface direction of the (a) nanosheet is substantially parallel to the surface direction of the gas barrier layer. A gas barrier sheet is provided. The gas barrier sheet of the present invention including the nanosheet can have an excellent water vapor gas barrier property due to the above configuration. As used herein, the term “gas barrier layer” refers to a layer that exhibits water vapor gas barrier properties (that is, a barrier property against gas containing water vapor and water vapor itself), and “gas barrier sheet” refers to at least one gas barrier layer. It refers to a sheet having a layer. That is, the gas barrier sheet includes both those composed only of the gas barrier layer and those composed of the gas barrier layer and other layers.

[(a)ナノシート]
本発明において用いる、スメクタイト族及び雲母族からなる群より選ばれる1種以上の層状無機化合物(以下、単に層状無機化合物ということもある)のへき開物である(a)ナノシートについて説明する。スメクタイト族及び雲母族は粘土鉱物に属する。粘土鉱物は層の形により1:1タイプと2:1タイプとに分類され、1:1タイプには例えばカオリナイト族が分類され、2:1タイプには例えばパイロフィライト族、スメクタイト族、バーミキュライト族、雲母族、脆雲母族、及び緑泥石族が分類される。これら粘土鉱物は層状無機化合物の構造を有し、最小基本単位としてのナノシートと、層間イオンとから成っている。
[(A) Nanosheet]
The (a) nanosheet, which is a cleavage product of one or more layered inorganic compounds selected from the group consisting of smectite group and mica group (hereinafter sometimes simply referred to as layered inorganic compound) used in the present invention, will be described. Smectites and mica belong to clay minerals. Clay minerals are classified into 1: 1 type and 2: 1 type according to the shape of the layer. For example, the kaolinite group is classified into the 1: 1 type, and the pyrophyllite group, smectite group, Vermiculite, mica, brittle mica, and chlorite are classified. These clay minerals have a layered inorganic compound structure, and are composed of nanosheets as minimum basic units and interlayer ions.

なお用語「(a)ナノシート」に関し、本明細書では、特記がない限り、層状無機化合物が単位層(すなわち1層)〜数十層(特に10層)までへき開されたものを包含してナノシートと称する。(a)ナノシートは、できる限り単位層に近くなるようにへき開されていることが好ましい。(a)ナノシートは、例えば後述するような方法により、層状無機化合物を水分散液中又は有機溶媒分散液中で単位層(すなわち1層)〜数十層まで、好ましくはできる限り単位層に近くなるように、へき開(剥離)することにより形成できる。   In addition, regarding the term “(a) nanosheet”, unless otherwise specified, the present invention includes nanosheets including those in which a layered inorganic compound is cleaved from a unit layer (ie, one layer) to several tens of layers (particularly 10 layers). Called. (A) The nanosheet is preferably cleaved so as to be as close to the unit layer as possible. (A) The nanosheet is obtained by, for example, a method as described later, by laminating a layered inorganic compound in an aqueous dispersion or an organic solvent dispersion from a unit layer (ie, one layer) to several tens of layers, preferably as close to the unit layer as possible. Thus, it can be formed by cleaving (peeling).

スメクタイト族、バーミキュライト族、及び雲母族は、有機溶媒中でへき開(剥離)しやすいという特性を有する。本発明においては、ガスバリアシートの透明性の観点から、上記の中でも特に、スメクタイト族及び雲母族からなる群より選ばれる1種以上を用いる。なお、分散液中で、層状無機化合物がへき開物であるナノシートとして存在していることの確認は、小角X線散乱測定によって行うことができる。本発明において、上記のスメクタイト族には、モンモリロナイト、ヘクトライト、サポナイトといった粘土鉱物が含まれており、中でもヘクトライトが好ましい。   The smectite group, vermiculite group, and mica group have a characteristic that they are easily cleaved (peeled) in an organic solvent. In the present invention, from the viewpoint of transparency of the gas barrier sheet, at least one selected from the group consisting of smectite group and mica group is used. In addition, it can confirm that a layered inorganic compound exists as a nanosheet which is a cleaved substance in a dispersion liquid by a small angle X-ray-scattering measurement. In the present invention, the smectite group includes clay minerals such as montmorillonite, hectorite, and saponite, and hectorite is particularly preferable.

有機溶媒中でへき開(剥離)しやすいという観点で、層状無機化合物の陽イオン交換容量としては10meq/100g以上が好ましく、40meq/100g以上がさらに好ましい。また、200meq/100g以下が好ましく、150meq/100g以下がさらに好ましい。なお、上記陽イオン交換容量は、Schollenberger法を基本とする、酢酸アンモニウムと塩化ナトリウム又は塩化カリウムとを用いた公知の手法によって求めることができる。   From the viewpoint of easy cleavage (peeling) in an organic solvent, the cation exchange capacity of the layered inorganic compound is preferably 10 meq / 100 g or more, and more preferably 40 meq / 100 g or more. Moreover, 200 meq / 100g or less is preferable and 150 meq / 100g or less is more preferable. In addition, the said cation exchange capacity | capacitance can be calculated | required by the well-known method using ammonium acetate and sodium chloride or potassium chloride based on the Schollenberger method.

本発明において用いる(a)ナノシートを形成するための層状無機化合物としては、天然粘土及び合成粘土のいずれも使用できる。天然粘土は土壌中の鉄イオンを含んでいる場合が一般的であり、褐色に着色していることがある。本発明のガスバリアシートに高い透明性、特に無着色という特徴を付与するためには合成粘土の利用が好ましい。本発明において用いるスメクタイト族及び雲母族の鉱物は合成のしやすさという観点からも有利である。   As the layered inorganic compound for forming the nanosheet (a) used in the present invention, either natural clay or synthetic clay can be used. Natural clays generally contain iron ions in the soil and may be colored brown. In order to give the gas barrier sheet of the present invention high transparency, in particular, no coloring, it is preferable to use synthetic clay. The smectite group and mica group minerals used in the present invention are also advantageous from the viewpoint of ease of synthesis.

水蒸気ガスバリア性の観点からは、平均アスペクト比が大きいナノシートが好ましい。後述の方法で算出される、(a)ナノシートの平均アスペクト比は、150以上、より好ましくは500以上、最も好ましくは1000以上である。   From the viewpoint of water vapor gas barrier properties, a nanosheet having a large average aspect ratio is preferred. The average aspect ratio of (a) nanosheets calculated by the method described later is 150 or more, more preferably 500 or more, and most preferably 1000 or more.

(a)ナノシートの平均アスペクト比が大きいほどガスバリア性を向上させる効果が高いが、該平均アスペクト比が大きすぎるとへき開・分散性が低下しやすくなり、また増粘によってナノシートの分散液の固形分濃度を上げることが困難になる傾向がある。上記の観点から、(a)ナノシートの平均アスペクト比としては通常は30000以下が好ましく、10000以下がより好ましい。   (A) The larger the average aspect ratio of the nanosheet, the higher the effect of improving the gas barrier property. However, if the average aspect ratio is too large, the cleavage / dispersibility tends to be lowered, and the solid content of the nanosheet dispersion is increased by thickening. It tends to be difficult to increase the concentration. From the above viewpoint, (a) the average aspect ratio of the nanosheet is usually preferably 30000 or less, and more preferably 10,000 or less.

ここで、本発明で用いられる(a)ナノシートの平均アスペクト比Zの算出方法を、平均粒子径Xとの関係にて説明する。   Here, the method for calculating the average aspect ratio Z of the nanosheet (a) used in the present invention will be described in relation to the average particle diameter X.

平均アスペクト比Zは、本発明で用いられる(a)ナノシートの平均粒子径をXとしたときに、(a)ナノシートの単位厚みdとZ=X/dなる関係を示す値と定義する。ナノシートが所望の分散媒に分散している状態であれば、分散液の動的光散乱法による測定から平均粒子径Xを求める。また、平坦な基板上(例えば雲母鉱物のへき開面)に希釈分散液を塗布して溶媒を乾燥してAFM(原子間力顕微鏡)にて測長することで平均粒子径Xを求めることもできる。ここで(a)ナノシートの単位厚みdとは、層状無機化合物の単位層の厚みである。前述のように、本明細書におけるナノシートとは、層状無機化合物が単位層(すなわち1層)〜数十層までへき開されたものを包含する。よって、層状無機化合物が2層以上までへき開されている場合の(a)ナノシートの平均アスペクト比は、層状無機化合物の単位層当たりに換算された平均アスペクト比を意味することになる。   The average aspect ratio Z is defined as a value indicating the relationship of (a) the unit thickness d of the nanosheet and Z = X / d, where X is the average particle diameter of the (a) nanosheet used in the present invention. If the nanosheet is dispersed in the desired dispersion medium, the average particle diameter X is determined from the measurement of the dispersion by the dynamic light scattering method. The average particle diameter X can also be obtained by applying the diluted dispersion on a flat substrate (for example, cleaved surface of mica mineral), drying the solvent, and measuring with an AFM (atomic force microscope). . Here, (a) the unit thickness d of the nanosheet is the thickness of the unit layer of the layered inorganic compound. As described above, the nanosheet in the present specification includes a layered inorganic compound cleaved from a unit layer (that is, one layer) to several tens of layers. Therefore, the average aspect ratio of the nanosheet (a) when the layered inorganic compound is cleaved to two or more layers means the average aspect ratio converted per unit layer of the layered inorganic compound.

上記単位厚みdは、(a)ナノシートのみの粉末に対して、又は測定に際して基材の影響が十分排除できる基材(例えば平滑な樹脂基板又はシリコンウェハ等)上へ、(a)ナノシートのみを固形分として含有する分散液を滴下した後、十分乾燥させた後に得られた薄膜に対して、X線回折法等の公知の測定方法により得られる値である。ナノシートの単位厚みdは、スメクタイト族及び雲母族の粘土鉱物においては、通常、0.93nm〜1.04nm程度であることが知られている。また、層間イオンをナトリウムイオンからリチウムイオンに交換した後、600℃程度で加熱して水分を除去したスメクタイト族の粘土鉱物では、ナノシート同士が理論的な限界まで密接するようになり、その際に上記測定方法によって得られる単位厚みdは0.95nmである。よってこれらの粘土鉱物(一般に2:1型構造をとるスメクタイト族に属する粘土鉱物及び雲母族の粘土鉱物)では、ナノシートの単位厚みdは0.95nmであると考えてよい。本明細書では、特に断りのない限り、2:1型構造をとるスメクタイト族粘土鉱物及び雲母族の粘土鉱物におけるナノシートの単位厚みdは0.95nmとして取り扱う。   The unit thickness d is (a) only on the nanosheet powder, or on a base material (for example, a smooth resin substrate or a silicon wafer) from which the influence of the base material can be sufficiently eliminated during measurement. It is a value obtained by a known measurement method such as an X-ray diffraction method for a thin film obtained after the dispersion liquid contained as a solid content is dropped and sufficiently dried. The unit thickness d of the nanosheet is generally known to be about 0.93 nm to 1.04 nm in smectite group and mica group clay minerals. In addition, in the smectite group clay minerals, in which the interlayer ions are exchanged from sodium ions to lithium ions and then heated at about 600 ° C. to remove moisture, the nanosheets come close to the theoretical limit. The unit thickness d obtained by the above measuring method is 0.95 nm. Therefore, in these clay minerals (a clay mineral belonging to the smectite group generally having a 2: 1 type structure and a mica group clay mineral), the unit thickness d of the nanosheet may be considered to be 0.95 nm. In this specification, unless otherwise specified, the unit thickness d of the nanosheet in the smectite group clay mineral and mica group clay mineral having a 2: 1 type structure is treated as 0.95 nm.

(a)ナノシートの平均粒子径(すなわち、長手方向の平均長さ)は、水蒸気ガスバリア性の観点から、好ましくは38nm以上、より好ましくは142.5nm以上、特に好ましくは475nm以上であり、へき開及び分散の容易性の観点から、好ましくは95000nm以下、より好ましくは28500nm以下、特に好ましくは9500nm以下である。(a)ナノシートの平均粒子径は、前述のように、動的光散乱法又は平坦な基板上に分散液を塗布してAFMにて測長する方法によって測定できる。   (A) The average particle diameter of the nanosheet (that is, the average length in the longitudinal direction) is preferably 38 nm or more, more preferably 142.5 nm or more, particularly preferably 475 nm or more from the viewpoint of water vapor gas barrier properties. From the viewpoint of ease of dispersion, it is preferably 95000 nm or less, more preferably 28500 nm or less, and particularly preferably 9500 nm or less. (A) The average particle diameter of the nanosheet can be measured by the dynamic light scattering method or the method of measuring the length by AFM after applying the dispersion on a flat substrate as described above.

層状無機化合物は、透明性が高く、かつ合成しやすいという観点から、該スメクタイト族のフッ素化スメクタイトであることが好ましく、また、該雲母族のフッ素化雲母であることが好ましい。   From the viewpoint of high transparency and easy synthesis, the layered inorganic compound is preferably the smectite group fluorinated smectite, and is preferably the mica group fluorinated mica.

また、上記のような大きい平均アスペクト比を有し、へき開しやすく、かつ透明性が高い点で好ましい層状無機化合物としては、具体的には、溶融法によって合成されたフッ素化ヘクトライト(例えば、NHTゾルB2若しくは分級NHT(NHT分級ゾル)、トピー工業株式会社製)、溶融法によって合成されたフッ素化雲母(例えば、NTS−5、トピー工業株式会社製)、高純度のタルクを珪フッ化ナトリウム又は珪フッ化リチウムとともに熱処理して変性させて得た膨潤性雲母(例えば、ME−100若しくはMEB−3、コープケミカル株式会社製)等が最も好適である。これらの層状無機化合物は単独で用いてもよいし、2種以上を混合して用いてもよい。   Further, as a layered inorganic compound having a large average aspect ratio as described above, being easy to cleave and having high transparency, specifically, a fluorinated hectorite synthesized by a melting method (for example, NHT sol B2 or classified NHT (NHT classified sol, manufactured by Topy Industries, Ltd.), fluorinated mica synthesized by the melting method (for example, NTS-5, manufactured by Topy Industries, Ltd.), high purity talc Swellable mica obtained by heat treatment with sodium or lithium silicofluoride (for example, ME-100 or MEB-3, manufactured by Coop Chemical Co., Ltd.) and the like are most preferable. These layered inorganic compounds may be used alone or in combination of two or more.

なお、層状無機化合物(すなわちナノシート及び層間イオン)の組成に関しては、公知の文献に記載されている組成式で表される。従って、本明細書で記載する組成式は理想的な組成を示しているものであって、本発明で用いる各種の層状無機化合物の組成は、文献における組成式と厳密に一致している必要はない。また、層状無機化合物は不純物を含む粘土鉱物に由来してもよい。   In addition, regarding a composition of a layered inorganic compound (namely, nanosheet and interlayer ion), it represents with the composition formula described in well-known literature. Therefore, the composition formula described in this specification shows an ideal composition, and the composition of the various layered inorganic compounds used in the present invention needs to exactly match the composition formula in the literature. Absent. The layered inorganic compound may be derived from a clay mineral containing impurities.

[(b)アミン]
本発明において用いる、(b)アミンについて説明する。本発明においては、スメクタイト族及び雲母族からなる群より選ばれる1種以上の層状無機化合物のへき開物である(a)ナノシートと(b)アミンとを組合せて用いる。(b)アミンは、典型的には、(a)ナノシートが有機溶媒中に分散している有機溶媒分散液中に(b)アミンを添加し、その後有機溶媒を除去することによって、(a)ナノシートと組合される。これにより(b)アミンの少なくとも一部が(a)ナノシートに吸着する。(b)アミンが(a)ナノシートに吸着することにより(a)ナノシート表面を疎水化できるため、本発明のガスバリアシートは優れた水蒸気ガスバリア性を発現する。
[(B) Amine]
The (b) amine used in the present invention will be described. In the present invention, (a) a nanosheet which is a cleavage product of one or more layered inorganic compounds selected from the group consisting of a smectite group and a mica group is used in combination with (b) an amine. (B) The amine is typically (a) by adding (b) the amine into the organic solvent dispersion in which the nanosheets are dispersed in the organic solvent and then removing the organic solvent. Combined with nanosheets. Thereby, (b) at least a part of the amine is adsorbed on the (a) nanosheet. (B) Since the amine adsorbs to the (a) nanosheet, the surface of the (a) nanosheet can be hydrophobized, so that the gas barrier sheet of the present invention exhibits excellent water vapor gas barrier properties.

また、本発明の好ましい態様においては、(b)アミンの少なくとも一部がイオン化した状態(特にカチオン状態)で(a)ナノシートとイオン結合していることによって、(a)ナノシートとより強く吸着する。この場合、水蒸気ガスバリア性は特に良好である。(b)アミンがカチオン化して(a)ナノシートとイオン結合している状態の存在は、例えば、硝酸等で(a)ナノシートを浸漬処理し、得られた処理液中の陽イオン種を定量してアミンイオンの存在を検出する方法により確認される。   Further, in a preferred embodiment of the present invention, (b) at least a part of the amine is ionized (particularly in a cationic state), and (a) is more strongly adsorbed to the nanosheet by being ionically bonded to the nanosheet. . In this case, the water vapor gas barrier property is particularly good. (B) The presence of a state in which the amine is cationized and (a) is ionically bonded to the nanosheet is obtained by, for example, immersing the nanosheet with nitric acid or the like, and quantifying the cation species in the obtained treatment liquid. This is confirmed by a method for detecting the presence of amine ions.

(b)アミンとしては、(a)ナノシートを良好に疎水化できるという観点から有機アミンが好ましい。また、第一級アミン、第二級アミン及び第三級アミンのいずれも使用でき、そしてアリールアミン、複素環式アミン、脂肪族ポリアミン、芳香族アミン等のいずれも使用できる。好適なアミンとしては、例えばアンモニア、メチルアミン、エチルアミン、n−プロピルアミン、イソプロピルアミン、n−ブチルアミン、シクロヘキシルアミン、ベンジルアミン、ジメチルアミン、ジエチルアミン、ジ−n−プロピルアミン、トリメチルアミン、トリエチルアミン、トリ−n−プロピルアミン、アニリン、N−メチルアニリン、N,N−ジメチルアニリン、p−トルイジン、p−フルオロアニリン、p−クロロアニリン、p−ブロモアニリン、p−ヨードアニリン、p−アリシジン、p−ニトロアニリン、ピロール、ピロシジン、イミダゾール、2−メチルイミダゾール、2−エチル−4−メチルイミダゾール、1−シアノエチル−2−ウンデシルイミダゾリウム・トリメリテート、エポキシ−イミダゾールアダクト、ピリジン、ピペリジン、N,N−ジメチルピペラジン、トリエチレンジアミン、ベンジルジメチルアミン、2−(ジメチルアミノメチル)フェノール、2,4,6−トリス(ジメチルアミノメチル)フェノール、ジエチレントリアミン、1,2−ジアミノシクロヘキサン、トリエチレンテトラミン、テトラエチレンペンタミン、ジプロピレンアミン、ジエチルアミノプロピルアミン、AMINE248、N−アミノエチルピペラジン、ラミロンC−260、AralgitHY−964、メンセンジアミン、イソフオロンジアミン、S Cure211、212、ワンダミンHM、1.3BAC、m−キシレンジアミン、ショーアミンX、アミンブラック、ショーアミンブラック、ショーアミンN、1001、1010、メタフェニレンジアミン、ジアミノジフェニルメタン、ジアミノジフェニルスルフォン、ジアザビシクロウンデセン、等が挙げられる。これらのアミンは単独で用いてもよいし、2種以上を混合して用いてもよい。   As the (b) amine, an organic amine is preferable from the viewpoint that (a) the nanosheet can be favorably hydrophobized. In addition, any of primary amines, secondary amines and tertiary amines can be used, and any of arylamines, heterocyclic amines, aliphatic polyamines, aromatic amines and the like can be used. Suitable amines include, for example, ammonia, methylamine, ethylamine, n-propylamine, isopropylamine, n-butylamine, cyclohexylamine, benzylamine, dimethylamine, diethylamine, di-n-propylamine, trimethylamine, triethylamine, tri-amine. n-propylamine, aniline, N-methylaniline, N, N-dimethylaniline, p-toluidine, p-fluoroaniline, p-chloroaniline, p-bromoaniline, p-iodoaniline, p-alicydin, p-nitro Aniline, pyrrole, pyrocidine, imidazole, 2-methylimidazole, 2-ethyl-4-methylimidazole, 1-cyanoethyl-2-undecylimidazolium trimellitate, epoxy-imidazole adduct, pyro Gin, piperidine, N, N-dimethylpiperazine, triethylenediamine, benzyldimethylamine, 2- (dimethylaminomethyl) phenol, 2,4,6-tris (dimethylaminomethyl) phenol, diethylenetriamine, 1,2-diaminocyclohexane, Triethylenetetramine, tetraethylenepentamine, dipropyleneamine, diethylaminopropylamine, AMINE248, N-aminoethylpiperazine, ramiron C-260, AralgitHY-964, mensendiamine, isophoronediamine, S Cure211, 212, Wandamine HM, 1.3 BAC, m-xylenediamine, Shoamine X, amine black, Shoamine black, Shoamine N, 1001, 1010, metaphenylenediamine , Diaminodiphenylmethane, diaminodiphenylsulfone, diazabicycloundecene, and the like. These amines may be used alone or in combination of two or more.

(a)ナノシートの表面には電荷が存在するため、極性の高い官能基は(a)ナノシートへの吸着性が良好である。この観点から、本発明において用いる(b)アミンは、極性の高い官能基を有していることが好ましい。極性の高い基としては、例えばカルボキシル基、ケトン基、水酸基、シアノ基、アミド基及びエポキシ基が好ましい。   (A) Since there is a charge on the surface of the nanosheet, the highly polar functional group has good adsorbability to the (a) nanosheet. From this viewpoint, it is preferable that the (b) amine used in the present invention has a highly polar functional group. As the highly polar group, for example, a carboxyl group, a ketone group, a hydroxyl group, a cyano group, an amide group, and an epoxy group are preferable.

2つ以上のアミノ基を有するアミンは、(a)ナノシート中の同種又は異種の2つ以上のアニオンに吸着することができ、高い水蒸気ガスバリア性を発現することができる点で特に好ましい。2つ以上のアミノ基を有するアミンとしては、1,2−フェニレンジアミン、cis−1,2−シクロヘキサンジアミン、trans−1,2−シクロヘキサンジアミン、1,3−シクロヘキサンジアミン、N−ベンジルエチレンジアミン、N,N’−ジベンジルエチレンジアミン、メタキシレンジアミン、ジエチレントリアミン、トリエチレンジアミン、イミダゾール、1−メチルイミダゾール、1,2−ジメチルイミダゾール、2−ヘクタデシルイミダゾール、2−エチル−4−メチルイミダゾール、等が挙げられる。これらのアミンは単独で用いてもよいし、2種以上を混合して用いてもよい。   An amine having two or more amino groups is particularly preferable in that (a) it can be adsorbed to two or more of the same or different anions in the nanosheet and can exhibit high water vapor gas barrier properties. Examples of the amine having two or more amino groups include 1,2-phenylenediamine, cis-1,2-cyclohexanediamine, trans-1,2-cyclohexanediamine, 1,3-cyclohexanediamine, N-benzylethylenediamine, N , N′-dibenzylethylenediamine, metaxylenediamine, diethylenetriamine, triethylenediamine, imidazole, 1-methylimidazole, 1,2-dimethylimidazole, 2-hectadecylimidazole, 2-ethyl-4-methylimidazole, and the like. . These amines may be used alone or in combination of two or more.

(b)アミンのカチオン化は、例えば(a)ナノシートの層間イオンとして存在しているカチオンがアミンと反応することによって生じることができる。例えば、層状無機化合物の(a)ナノシート間の層間カチオンがアンモニウムイオンであるとき、(a)ナノシートが有機溶媒に分散してなる有機溶媒分散液中のアンモニウムイオンからプロトンを奪って、アミンを良好にカチオン化できる点で、(b)アミンの塩基解離定数pKbがアンモニアのpKbである4.74よりも小さいことが好ましい。ただし、水素イオン型のカチオンを層間カチオンとして含む層状無機化合物の(a)ナノシートが分散した有機溶媒分散液を用いる場合には、水素イオン型のカチオンはいずれのアミンとも反応して、アミンをカチオン化する反応が進行するので、アミンの好ましい塩基解離定数は上記の限りではない。   (B) The cationization of the amine can occur, for example, when (a) a cation present as an interlayer ion of the nanosheet reacts with the amine. For example, when the interlayer cation between layered inorganic compounds (a) nanosheets is ammonium ions, (a) the amine is deprived of the protons from the ammonium ions in the organic solvent dispersion in which the nanosheets are dispersed in the organic solvent. (B) The base dissociation constant pKb of the amine is preferably smaller than 4.74 which is the pKb of ammonia. However, in the case of using an organic solvent dispersion in which the nanosheet (a) of the layered inorganic compound containing a hydrogen ion type cation as an interlayer cation is used, the hydrogen ion type cation reacts with any amine to convert the amine into a cation. The preferred base dissociation constant of the amine is not limited to the above, because the reaction to convert the amine proceeds.

[(c)硬化性有機物]
本発明において用いる、(c)硬化性有機物は、アミンと反応することによって硬化する有機物である。従って、(c)硬化性有機物は、アミンとの反応性を有する構造(典型的には官能基)を分子中に有する。アミンと反応する構造としては、エポキシ基、アクリル基、アミド基、カルボン酸基及び酸無水物基等の官能基が挙げられる。
[(C) Curable organic substance]
The (c) curable organic substance used in the present invention is an organic substance that cures by reacting with an amine. Accordingly, (c) the curable organic substance has a structure (typically a functional group) having reactivity with an amine in the molecule. Examples of structures that react with amines include functional groups such as epoxy groups, acrylic groups, amide groups, carboxylic acid groups, and acid anhydride groups.

本発明において、典型的には、スメクタイト族及び雲母族からなる群より選ばれる1種以上の層状無機化合物のへき開物である(a)ナノシートが分散した有機溶媒分散液中に、(b)アミンの存在下で、(c)硬化性有機物を添加し、製膜の前又は後に加熱又は紫外線照射を行うことで、(c)硬化性有機物が(b)アミンと反応することによって硬化する。これにより、該(a)ナノシート、該(b)アミン及び該(c)硬化性有機物を含むナノシート含有組成物の硬化体であるガスバリア層を得ることができる。   In the present invention, typically, (b) an amine in (b) an organic solvent dispersion in which (a) a nanosheet is dispersed, which is a cleavage product of one or more layered inorganic compounds selected from the group consisting of a smectite group and a mica group In the presence of (c), (c) a curable organic substance is added, and heating or ultraviolet irradiation is performed before or after film formation, whereby (c) the curable organic substance is cured by reacting with (b) an amine. Thereby, the gas barrier layer which is a hardening body of the nanosheet containing composition containing this (a) nanosheet, this (b) amine, and this (c) curable organic substance can be obtained.

本発明の好ましい態様においては、(b)アミンの一部がイオン化(特にカチオン化)し、(a)ナノシートとイオン結合してより強く吸着している。この場合、(c)硬化性有機物がこのアミンと反応することで、大量の有機物を使わずに、(a)ナノシートの層間距離を大きく拡大させることなく、(a)ナノシート表面を疎水化することができる。よってこの場合、特に高い水蒸気バリア性が得られる。   In a preferred embodiment of the present invention, (b) a part of the amine is ionized (particularly cationized), and (a) is ionically bonded to the nanosheet and more strongly adsorbed. In this case, (c) the curable organic substance reacts with this amine, and (a) the nanosheet surface is hydrophobized without greatly increasing the interlayer distance of the nanosheet without using a large amount of organic substance. Can do. Therefore, in this case, a particularly high water vapor barrier property can be obtained.

また、(c)硬化性有機物は、アミンと反応する官能基を分子中に2つ以上有することが好ましい。この場合、(a)ナノシートとイオン結合している(b)アミン同士をつなぐように(c)硬化性有機物が反応することで、2つの(a)ナノシートをつなぐことができ、より高い水蒸気ガスバリア性を発現することができる点で好ましい。   Moreover, it is preferable that (c) curable organic substance has two or more functional groups which react with an amine in a molecule | numerator. In this case, (a) the curable organic substance reacts so as to connect (b) amines that are ionically bonded to the nanosheet, so that the two (a) nanosheets can be connected and a higher water vapor gas barrier It is preferable at the point which can express sex.

(c)硬化性有機物としては、エポキシ基、アクリル基、アミド基、カルボン酸基及び酸無水物基から選択される1種以上の官能基を有する化合物が好ましい。(c)硬化性有機物の好ましい例としては、エポキシ基を有する化合物、アクリル基を有する化合物、アミド基を有する化合物、カルボン酸基を有する化合物、及び酸無水物基を有する化合物が挙げられる。また上述の理由で、これらの官能基を分子中に2つ以上有する化合物は特に好ましい。   (C) As a curable organic substance, the compound which has 1 or more types of functional groups selected from an epoxy group, an acryl group, an amide group, a carboxylic acid group, and an acid anhydride group is preferable. (C) Preferable examples of the curable organic material include a compound having an epoxy group, a compound having an acrylic group, a compound having an amide group, a compound having a carboxylic acid group, and a compound having an acid anhydride group. For the reasons described above, compounds having two or more of these functional groups in the molecule are particularly preferred.

特にガスバリア層の支持体への密着性の観点で、(c)硬化性有機物はエポキシ基を有することが好ましく、2つ以上のエポキシ基を有することが特に好ましい。   In particular, from the viewpoint of adhesion of the gas barrier layer to the support, the (c) curable organic material preferably has an epoxy group, and particularly preferably has two or more epoxy groups.

特に好ましい態様においては、(b)アミンが2つ以上のアミノ基を有し、(c)硬化性有機物が2つ以上のエポキシ基を有する化合物であり、且つ、ガスバリア層を形成する硬化体が、(c)硬化性有機物の1分子に対して2分子以上の(b)アミンが化学結合している構造を有する。この態様は、特にガスバリアシートがガスバリア層からなる場合に顕著に有利であり、支持体とガスバリア層とを密着させるという利点が得られる。   In a particularly preferred embodiment, there is provided a cured body that (b) an amine has two or more amino groups, (c) a curable organic substance is a compound having two or more epoxy groups, and forms a gas barrier layer. (C) It has a structure in which two or more molecules of (b) amine are chemically bonded to one molecule of the curable organic substance. This aspect is particularly advantageous when the gas barrier sheet is composed of a gas barrier layer, and provides the advantage that the support and the gas barrier layer are brought into close contact with each other.

また、(c)硬化性有機物として特に好ましい、エポキシ基を有する化合物としては、例えば、ビスフェノールA型エポキシ樹脂;ビスフェノールF型エポキシ樹脂;ビスフェノールAD型エポキシ樹脂;1,4−ブタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、トリメチロールプロパン、レゾルシノール等の多価アルコールのポリグリシジルエーテル;フタル酸、テトラヒドロフタル酸、ヘキサヒドロフタル酸、セバチン酸、ドデカンニ酸等のポリカルボン酸のポリグリシジルエステル;ポリブタジエンのポリエポキシ化物;フェノールノボラック型、クレゾールノボラック型等のエポキシ樹脂;テトラグリシジル化合物等の3官能以上のエポキシ化合物;ポリエチレングリコールグリシジルエーテル、ブタンジオールジグリシジルエーテル等となる低分子量エポキシ樹脂;等が挙げられる。これらは1種又は2種以上で用いることができる。   Examples of the compound having an epoxy group that is particularly preferable as the (c) curable organic substance include, for example, bisphenol A type epoxy resin; bisphenol F type epoxy resin; bisphenol AD type epoxy resin; 1,4-butanediol, 1,6 -Polyglycidyl ethers of polyhydric alcohols such as hexanediol, polyethylene glycol, polypropylene glycol, trimethylolpropane, resorcinol; polyglycidyls of polycarboxylic acids such as phthalic acid, tetrahydrophthalic acid, hexahydrophthalic acid, sebacic acid and dodecanoic acid Esters; Polyepoxides of polybutadiene; Epoxy resins such as phenol novolac type and cresol novolac type; Trifunctional or higher functional epoxy compounds such as tetraglycidyl compound; Polyethylene glycol glycol And the like; Jill ether, low molecular weight epoxy resin which is a butanediol diglycidyl ether. These can be used alone or in combination of two or more.

特にガスバリア層の透明性の観点で、(c)硬化性有機物はアミド基又はカルボン酸を有することが好ましい。   In particular, from the viewpoint of transparency of the gas barrier layer, the (c) curable organic material preferably has an amide group or a carboxylic acid.

(c)硬化性有機物として特に好ましい、アミド基を有する化合物としては、例えば、ε−カプロラクタム、ウンデカンラクタム、ラウリルラクタム等のラクタム;ホルムアミド、N−メチルホルムアミド、N−エチルホルムアミド、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジエチルホルムアミド、N−メチルアセトアミド、N−エチルアセトアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、N,N−ジエチルアセトアミド、N−メチルピロリドン等が挙げられる。   (C) As a compound having an amide group particularly preferable as a curable organic substance, for example, lactam such as ε-caprolactam, undecane lactam, lauryl lactam; formamide, N-methylformamide, N-ethylformamide, N, N-dimethyl Examples include formamide, N, N-diethylformamide, N-methylacetamide, N-ethylacetamide, N, N-dimethylacetamide, N, N-diethylacetamide, N-methylpyrrolidone and the like.

(c)硬化性有機物として特に好ましい、カルボン酸基を有する化合物としては、例えば、オルソフタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、トルエンジカルボン酸、トリメリット酸、ヘミメリット酸等の芳香族多価カルボン酸類;ナフタリンジカルボン酸等の多核芳香族カルボン酸類;ヒドロキシ安息香酸、アミノ安息香酸等の他活性水素含有芳香族カルボン酸類;及びこれらの誘導体;アジピン酸、ピメリン酸、スベリン酸、アゼライン酸、セバシン酸、ウンデカン二酸等の脂肪族ジカルボン酸;ダイマー酸、ジヒドロムコン酸等の不飽和脂肪族ジカルボン酸;テトラヒドロ無水フタル酸、1,2,3−プロパントリカルボン酸、4−メチルヘキサヒドロフタル酸等の脂肪(環)族多価カルボン酸;アミノ吉草酸、オキシウンデカン酸等の他活性水素含有脂肪(環)族カルボン酸類;及びこれらの誘導体等が挙げられる。また、エステル基を有する化合物,及びラクトンを有する化合物も加水分解してカルボン酸基を生じるので同様に特に好ましい。エステル基を有する化合物としては、酢酸エチル、酢酸フェニル、酢酸=2,2,2−トリフルオロエチル、メチルマロン酸ジエチル、及びシクロヘキサンカルボン酸エチルが挙げられる。ラクトンを有する化合物としては、例えば、α−アセトラクトン、β−プロピオラクトン、γ−ブチロラクトン、δ−バレロラクトン、及びε−カプロラクトンが挙げられる。   (C) Examples of the compound having a carboxylic acid group that are particularly preferable as the curable organic substance include aromatic polyvalent carboxylic acids such as orthophthalic acid, isophthalic acid, terephthalic acid, toluene dicarboxylic acid, trimellitic acid, and hemimellitic acid; Polynuclear aromatic carboxylic acids such as naphthalene dicarboxylic acid; other active hydrogen-containing aromatic carboxylic acids such as hydroxybenzoic acid and aminobenzoic acid; and derivatives thereof; adipic acid, pimelic acid, suberic acid, azelaic acid, sebacic acid, undecane Aliphatic dicarboxylic acids such as diacids; unsaturated aliphatic dicarboxylic acids such as dimer acids and dihydromuconic acids; fats such as tetrahydrophthalic anhydride, 1,2,3-propanetricarboxylic acid and 4-methylhexahydrophthalic acid (ring ) Group polycarboxylic acid; aminovaleric acid, oxyundecanoic acid, etc. Active hydrogen-containing fats (ring) aromatic carboxylic acids; and derivatives thereof. Further, a compound having an ester group and a compound having a lactone are also particularly preferable because they are hydrolyzed to generate a carboxylic acid group. Examples of the compound having an ester group include ethyl acetate, phenyl acetate, acetic acid = 2,2,2-trifluoroethyl, diethyl methylmalonate, and ethyl cyclohexanecarboxylate. Examples of the compound having a lactone include α-acetolactone, β-propiolactone, γ-butyrolactone, δ-valerolactone, and ε-caprolactone.

特にガスバリア層の耐熱性の観点で、(c)硬化性有機物は酸無水物基を有することが好ましい。   In particular, from the viewpoint of heat resistance of the gas barrier layer, the (c) curable organic material preferably has an acid anhydride group.

(c)硬化性有機物として特に好ましい、酸無水物基を有する化合物としては、例えば、無水フタル酸、無水トリメリット酸、無水ピロメリット酸、無水ヘキサヒドロフタル酸、無水テトラヒドロフタル酸、無水−3−クロロフタル酸、無水−4−クロロフタル酸、無水ベンゾフェノンテトラカルボン酸、無水コハク酸、無水メチルコハク酸、無水ジメチルコハク酸、無水ジクロールコハク酸、メチルナジック酸、ドテシルコハク酸、無水クロレンデック酸、無水マレイン酸等が挙げられる。   (C) Examples of the compound having an acid anhydride group particularly preferable as the curable organic substance include phthalic anhydride, trimellitic anhydride, pyromellitic anhydride, hexahydrophthalic anhydride, tetrahydrophthalic anhydride, and -3 -Chlorophthalic anhydride, 4-chlorophthalic anhydride, benzophenone tetracarboxylic anhydride, succinic anhydride, methyl succinic anhydride, dimethyl succinic anhydride, dichlor succinic anhydride, methyl nadic acid, dodecyl succinic acid, chlorendec anhydride, maleic anhydride Etc.

[ナノシート含有組成物、ガスバリア層及びガスバリアシートの特性]
本発明のガスバリアシートは、(a)ナノシート、(b)アミン及び(c)硬化性有機物を含むナノシート含有組成物の硬化体であるガスバリア層を有する。ガスバリアシートは、ガスバリア層単独でもよいし、例えば後述する方法で基板上にガスバリア層が製膜により積層されてなる、基板とガスバリア層とからなるものでもよいし、基板上に積層したガスバリア層を剥離し、これを新たな支持体上に積層して形成された、支持体とガスバリア層とからなるガスバリアシートでもよい。またガスバリアシートは、ガスバリア層と基板及び/又は支持体とに加えて、後に詳しく述べるような、用途に応じた、無機材料からなるガスバリア膜、樹脂材料等からなる補強材、傷等を防ぐための保護層、表面を平滑化するための平滑化層、アンカーコート層等の層を更に有してもよい。
[Characteristics of nanosheet-containing composition, gas barrier layer and gas barrier sheet]
The gas barrier sheet of the present invention has a gas barrier layer that is a cured body of a nanosheet-containing composition containing (a) a nanosheet, (b) an amine, and (c) a curable organic material. The gas barrier sheet may be a gas barrier layer alone, or may be composed of a substrate and a gas barrier layer formed by laminating a gas barrier layer on a substrate by a method described later, or a gas barrier layer laminated on a substrate. A gas barrier sheet composed of a support and a gas barrier layer formed by peeling and laminating this on a new support may also be used. In addition to the gas barrier layer and the substrate and / or the support, the gas barrier sheet is used to prevent a gas barrier film made of an inorganic material, a reinforcing material made of a resin material, scratches, etc., as will be described in detail later. These layers may further include a protective layer, a smoothing layer for smoothing the surface, an anchor coat layer, and the like.

ガスバリアシートの構成部材となる場合の基板又は支持体の材質は特に限定されないが、ガスバリアシートに透明性が要求される場合には、基板又は支持体が可視光の透過性を有することが好ましい。可視光の透過性を有する基板又は支持体として、樹脂材料の中では、例えばポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリエチレンナフタレート樹脂、ポリイミド樹脂、ポリスルホン樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリアリレート樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリブチレンテレフタレート樹脂、ナイロン樹脂、ポリメチルメタクリレート樹脂、トリアセチルセルロール樹脂、非晶性ポリオレフィン樹脂、フッ素樹脂、シクロオレフィン系樹脂、エチレンビニルアセテート樹脂等を挙げることができる。耐熱性の点からはポリイミド樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂及びフッ素樹脂が好適であり、透明性と耐熱性及び耐溶剤性とのバランスからはポリエチレンナフタレート樹脂が好適であり、コストの点からはポリエチレンテレフタレート樹脂が好適である。ガスバリア層を基板上又は支持体上に固定(付着)させたまま用いる場合には、膜状材料(典型的には透明材料)であるガスバリアシートにおいてガスバリア層を基板又は支持体から剥離しにくくするために、基板又は支持体の表面にアンカーコート層を設けてもよい。また、基板又は支持体から剥離したガスバリア層のみを本発明のガスバリアシートとして用いる場合には、基板又は支持体の表面を易剥離処理しておくとよい。   The material of the substrate or the support when it is a constituent member of the gas barrier sheet is not particularly limited, but when the gas barrier sheet is required to be transparent, the substrate or the support preferably has a visible light transmission property. As a substrate or support having visible light transmission, among resin materials, for example, polyethylene terephthalate resin, polyethylene naphthalate resin, polyimide resin, polysulfone resin, polyethersulfone resin, polycarbonate resin, polyarylate resin, polyetherimide Examples thereof include resins, polybutylene terephthalate resins, nylon resins, polymethyl methacrylate resins, triacetyl cellulose resins, amorphous polyolefin resins, fluororesins, cycloolefin resins, and ethylene vinyl acetate resins. Polyimide resin, polyethersulfone resin and fluororesin are preferable from the viewpoint of heat resistance, and polyethylene naphthalate resin is preferable from the balance of transparency, heat resistance and solvent resistance, and polyethylene from the viewpoint of cost. A terephthalate resin is preferred. When the gas barrier layer is used while being fixed (attached) on the substrate or the support, the gas barrier layer which is a film-like material (typically a transparent material) is made difficult to peel from the substrate or the support. Therefore, an anchor coat layer may be provided on the surface of the substrate or the support. Moreover, when using only the gas barrier layer peeled from the board | substrate or the support body as a gas barrier sheet of this invention, it is good to carry out the easy peeling process on the surface of a board | substrate or a support body.

本発明の一態様において、ナノシート含有組成物中の、(a)ナノシートと(b)アミンとの合計質量に占める(b)アミンの割合は50質量%以下であることが好ましく、より好ましくは50質量%未満、さらに好ましくは30質量%以下である。この場合、(a)ナノシートのカチオン交換容量にもよるが、(a)ナノシートの層間距離が5.0nm以上に広がることがないと考えられる点で有利である。また、ナノシート含有組成物中の、(a)ナノシートと(b)アミンとの合計質量に占める(b)アミンの割合は、(b)アミンが(a)ナノシートに良好に吸着する点で、1質量%以上であることが好ましく、より好ましくは3質量%以上である。   In one embodiment of the present invention, the proportion of (b) amine in the total mass of (a) nanosheet and (b) amine in the nanosheet-containing composition is preferably 50% by mass or less, more preferably 50%. It is less than mass%, more preferably 30 mass% or less. In this case, although it depends on the cation exchange capacity of the (a) nanosheet, it is advantageous in that it is considered that the interlayer distance of the (a) nanosheet does not spread to 5.0 nm or more. Moreover, the ratio of (b) amine in the total mass of (a) nanosheet and (b) amine in the nanosheet-containing composition is 1 in that (b) amine is favorably adsorbed on (a) nanosheet. The content is preferably at least 3% by mass, more preferably at least 3% by mass.

すなわち、ナノシート含有組成物中の、(a)ナノシートと(b)アミンとの合計質量に占める(a)ナノシートの割合は、50質量%以上であることが好ましく、より好ましくは50質量%超、さらに好ましくは70質量%以上であり、また、99質量%以下であることが好ましく、より好ましくは97質量%以下である。   That is, the proportion of (a) nanosheets in the total mass of (a) nanosheets and (b) amine in the nanosheet-containing composition is preferably 50% by mass or more, more preferably more than 50% by mass, More preferably, it is 70 mass% or more, and it is preferable that it is 99 mass% or less, More preferably, it is 97 mass% or less.

ナノシート含有組成物中の、(b)アミンと(c)硬化性有機物との比率は、モル比で10:1〜1:5であることが好ましい。ナノシート含有組成物中の、(c)硬化性有機物の存在量は、(b)アミンに対してモル比で1/10倍以上であることが好ましい。この場合、水蒸気ガスバリア性がより良好に発揮される。上記存在量は、より好ましくは(b)アミンに対してモル比で1/5倍以上であり、さらに好ましくは(b)アミンに対してモル比で1/2倍以上である。また、ナノシート含有組成物中の、(c)硬化性有機物の存在量は、(b)アミンに対してモル比で5倍以下であることが好ましい。この場合、(a)ナノシートの層間の拡大が抑えられる。上記存在量は、より好ましくは(b)アミンに対してモル比で2倍以下であり、さらに好ましくは(b)アミンに対してモル比で1倍以下である。   The ratio of (b) amine to (c) curable organic material in the nanosheet-containing composition is preferably 10: 1 to 1: 5 in molar ratio. The abundance of the (c) curable organic substance in the nanosheet-containing composition is preferably 1/10 or more in terms of molar ratio to (b) amine. In this case, the water vapor gas barrier property is exhibited better. The abundance is more preferably at least 1/5 times the molar ratio of (b) amine, and more preferably at least 1/2 times the molar ratio of (b) amine. Moreover, it is preferable that the existing amount of (c) curable organic substance in a nanosheet containing composition is 5 times or less by molar ratio with respect to (b) amine. In this case, (a) expansion between the layers of the nanosheet is suppressed. The abundance is more preferably 2 times or less in molar ratio to (b) amine, and further preferably 1 time or less in molar ratio to (b) amine.

本発明の一態様において、(b)アミン及び(c)硬化性有機物の分子量にもよるが、ナノシート含有組成物中の、(a)ナノシート、(b)アミン及び(c)硬化性有機物の合計質量に占める(b)アミン及び(c)硬化性有機物の合計質量の割合(つまり、(a)ナノシートと有機物との合計質量に占める有機物の割合)は、(b)アミン及び(c)硬化性有機物の反応生成物による(a)ナノシート表面の疎水化効果を良好に得る点で2質量%以上であることが好ましく、より好ましくは5質量%以上であり、さらに好ましくは8質量%以上であり、また、(a)ナノシートの層間距離が5.0nm以上に広がることがないと考えられる点で50質量%以下であることが好ましく、より好ましくは50質量%未満、さらに好ましくは40質量%以下、特に好ましくは30質量%以下である。   In one embodiment of the present invention, the total of (a) nanosheet, (b) amine, and (c) curable organic substance in the nanosheet-containing composition, depending on the molecular weight of (b) amine and (c) curable organic substance. The ratio of the total mass of (b) amine and (c) curable organic substance in the mass (that is, the ratio of (a) organic substance to the total mass of the nanosheet and the organic substance) is (b) amine and (c) curable. It is preferably 2% by mass or more, more preferably 5% by mass or more, and still more preferably 8% by mass or more in that the (a) hydrophobic effect on the surface of the nanosheet by the reaction product of the organic matter is favorably obtained. In addition, (a) the nanosheet interlayer distance is preferably 50% by mass or less, more preferably less than 50% by mass, even more preferably 4 in that it is considered that the interlayer distance of the nanosheet does not extend to 5.0 nm or more. Mass%, particularly preferably at most 30 mass%.

すなわち、言い換えると、(a)ナノシート、(b)アミン及び(c)硬化性有機物の合計質量に占める(a)ナノシートの割合は50質量%以上であることが好ましく、より好ましくは50質量%超、さらに好ましくは60質量%以上、特に好ましくは70質量%以上であり、また、98質量%以下であることが好ましく、より好ましくは95質量%以下であり、さらに好ましくは92質量%以下である。   That is, in other words, the proportion of (a) nanosheets in the total mass of (a) nanosheets, (b) amines and (c) curable organic materials is preferably 50% by mass or more, more preferably more than 50% by mass. More preferably, it is 60% by mass or more, particularly preferably 70% by mass or more, and preferably 98% by mass or less, more preferably 95% by mass or less, and further preferably 92% by mass or less. .

本発明のガスバリアシートにおいて、ガスバリア層中の(a)ナノシートの割合は、50質量%以上99質量%以下であることが好ましい。上記割合が50質量%以上である場合、(a)ナノシートの層間距離が5.0nm以上に広がることがないと考えられる点で有利である。また上記割合が99質量%以下である場合、(b)アミン及び(c)硬化性有機物の反応生成物による(a)ナノシート表面の疎水化効果が良好である。上記割合は、より好ましくは60質量%以上97質量%以下であり、さらに好ましくは70質量%以上95質量%以下であり、特に好ましくは80質量%以上93質量%以下である。   In the gas barrier sheet of the present invention, the proportion of the (a) nanosheet in the gas barrier layer is preferably 50% by mass or more and 99% by mass or less. When the said ratio is 50 mass% or more, it is advantageous at the point considered that the interlayer distance of (a) nanosheet does not spread to 5.0 nm or more. Moreover, when the said ratio is 99 mass% or less, the hydrophobization effect of the (a) nanosheet surface by the reaction product of (b) amine and (c) curable organic substance is favorable. The ratio is more preferably 60% by mass or more and 97% by mass or less, still more preferably 70% by mass or more and 95% by mass or less, and particularly preferably 80% by mass or more and 93% by mass or less.

((a)ナノシートの面配向の確認)
ガスバリア層における(a)ナノシートの配向積層状態を確認する手法としては、X線回折装置によるX線回折スペクトルの分析、及びTEM(透過型電子顕微鏡)による積層状態の直接観察が有効である。従来、X線回折測定によってガラス基板等の支持体上に形成された膜の配向積層状態、粘土を含むナノコンポジット材料におけるナノシートの分散及び剥離の状態等の様々な研究・評価が行われており、一般的には層状無機化合物の001面の一次回折によってX線回折スペクトルに生じるピークの相対強度、数、回折角度2θで表されるピークの位置及びその半価幅等によって、ナノシートの積層状態及び層間距離の分布を知ることができる。
((A) Confirmation of plane orientation of nanosheet)
As a method for confirming the orientation lamination state of the nanosheet (a) in the gas barrier layer, analysis of an X-ray diffraction spectrum by an X-ray diffractometer and direct observation of the lamination state by a TEM (transmission electron microscope) are effective. Conventionally, various researches and evaluations have been conducted on the orientation and lamination state of a film formed on a support such as a glass substrate by X-ray diffraction measurement, and the state of nanosheet dispersion and peeling in a nanocomposite material containing clay. In general, the lamination state of nanosheets depends on the relative intensity and number of peaks generated in the X-ray diffraction spectrum by the first-order diffraction of the layered inorganic compound on the 001 plane, the position of the peak represented by the diffraction angle 2θ and the half-value width thereof And the distribution of interlayer distance.

本発明に係るガスバリアシートは、ガスバリア層において、(a)ナノシートの面方向がガスバリア層の面方向と略平行であるように(a)ナノシートが積層されていることによって、優れた水蒸気ガスバリア性を有する。ガスバリア層において(a)ナノシートの面方向が上記のように配向していることは、該ガスバリア層のX線回折が、(a)ナノシートを構成する鉱物結晶の001面の一次回折によるシャープなピークを生じ、かつ、その他のピークも00n面(nは整数)の一次回折を示すピークしか現れないことから、ガスバリア層中の(a)ナノシートの鉱物結晶の001面がガスバリア層の面方向と略平行に並んでいることが確認できる。(a)ナノシートの上記のような面配向は、(a)ナノシートに(b)アミンが規則的に吸着し、さらに、(c)硬化性有機物が該(b)アミンと反応することによって達成される。   In the gas barrier sheet according to the present invention, in the gas barrier layer, (a) the nanosheet is laminated so that the surface direction of the nanosheet is substantially parallel to the surface direction of the gas barrier layer, thereby providing an excellent water vapor gas barrier property. Have. In the gas barrier layer, (a) the surface direction of the nanosheet is oriented as described above, which means that the X-ray diffraction of the gas barrier layer is a sharp peak due to the first-order diffraction of the 001 plane of the mineral crystal constituting the nanosheet (a). In addition, since only the peak showing the first order diffraction of the 00n plane (n is an integer) appears, the 001 plane of the mineral crystal of the nanosheet in the gas barrier layer is substantially the same as the plane direction of the gas barrier layer. It can be confirmed that they are lined up in parallel. (A) The above-described plane orientation of the nanosheet is achieved by (a) the (b) amine regularly adsorbed on the nanosheet, and (c) the curable organic substance reacting with the (b) amine. The

((a)ナノシートに吸着している(b)アミン及び(c)硬化性有機物の存在の確認)
(a)ナノシートに吸着している(b)アミン及び(c)硬化性有機物の存在は、ガスバリア層のX線回折スペクトルのピークの出方が下記の特徴を有することによって確認される。
((A) Confirmation of presence of (b) amine and (c) curable organic substance adsorbed on nanosheet)
The presence of (b) amine and (c) curable organic substance adsorbed on (a) nanosheet is confirmed by the fact that the peak appearance of the X-ray diffraction spectrum of the gas barrier layer has the following characteristics.

添加剤を加えていない分散媒(水を主とするもの)中に(a)ナノシートが分散してなる水分散液から分散媒を除去して得た(a)ナノシートの配向積層体に対し、一般的な銅のKα線である1.54Åの波長を用い、気温25℃相対湿度50%でX線回折測定を実施すると、水分散液から得た(a)ナノシートの配向積層体の場合、2θで6.76〜7.18度(層間距離に換算して1.23〜1.30nm)の領域に、001面の一次回折によるシャープなピークを生じる。従って、分散媒が十分除去された、添加剤(例えばシクロオレフィンコポリマー)を含有するナノシート積層体に対して同条件でX線回折スペクトルを測定した場合に、2θで6.76度以上(層間距離に換算して1.30nm以下)の回折領域にのみ001面の一次回折によるピークトップが存在する積層体においては、(a)ナノシートに(b)アミンが吸着していないと考えられる。   (A) For the oriented laminate of nanosheets obtained by removing the dispersion medium from the aqueous dispersion in which the nanosheets are dispersed in a dispersion medium (mainly water) to which no additive is added, When the X-ray diffraction measurement was performed at a temperature of 25 ° C. and a relative humidity of 50% using a wavelength of 1.54 mm which is a general copper Kα ray, (a) in the case of an oriented laminate of nanosheets obtained from an aqueous dispersion, A sharp peak due to the first-order diffraction of the 001 plane is produced in the region of 6.76 to 7.18 degrees at 2θ (1.23 to 1.30 nm in terms of interlayer distance). Therefore, when an X-ray diffraction spectrum is measured under the same conditions for a nanosheet laminate containing an additive (for example, cycloolefin copolymer) from which the dispersion medium has been sufficiently removed, it is 6.76 degrees or more at 2θ (interlayer distance) It is considered that (b) amine is not adsorbed to (a) nanosheets in the laminate in which the peak top due to the first-order diffraction of the 001 plane exists only in the diffraction region of 1.30 nm or less in terms of ().

これに対して、例えば後述のように有機溶媒分散液に適切な(b)アミン及び(c)硬化性有機物を加えた後に、分散媒を除去するとともに(b)アミンと(c)硬化性有機物とを反応させることによって形成できる、(b)アミンと(c)硬化性有機物との反応生成物(以下、単に反応生成物ともいう)が(a)ナノシートの層間に吸着した構造を少なくとも一部に有する硬化体では、通常、2θで6.76度未満(層間距離に換算して1.30nm超過)の回折領域において、001面の一次回折によるピークトップを生じることになる。該ピークトップの位置は、(b)アミンの充填量(すなわち、(a)ナノシートと(b)アミンとの合計質量に対する(b)アミンの含有割合)、(b)アミンの分子サイズ、(a)ナノシートと(b)アミンとの相互作用等の様々な要因によって大きく変わるが、本発明において、上記範囲(すなわち2θで6.76度未満)に001面の一次回折によるピークトップがある場合、(b)アミンの少なくとも一部が(a)ナノシートの層間に吸着した構造を有するガスバリアシートであると判断する。   On the other hand, for example, as described later, after adding the appropriate (b) amine and (c) curable organic material to the organic solvent dispersion, the dispersion medium is removed and (b) the amine and (c) the curable organic material. (B) a reaction product of the amine and (c) curable organic substance (hereinafter also simply referred to as a reaction product) can be formed by reacting with (a) at least part of the structure adsorbed between the layers of the nanosheet In the case of the cured product having the above structure, a peak top due to the first-order diffraction of the 001 plane is usually generated in a diffraction region of less than 6.76 degrees at 2θ (exceeding 1.30 nm in terms of interlayer distance). The positions of the peak tops are (b) amine loading (that is, (b) amine content relative to the total mass of (a) nanosheets and (b) amine), (b) amine molecular size, (a ) Depending on various factors such as the interaction between the nanosheet and (b) amine, etc., in the present invention, when the peak top due to the first-order diffraction of the 001 plane is in the above range (ie, less than 6.76 degrees at 2θ), (B) It is determined that the gas barrier sheet has a structure in which at least part of the amine is adsorbed between (a) nanosheet layers.

ただし、(b)アミン及び(c)硬化性有機物の(a)ナノシートに対する割合が多くなり、かつインターカレーションが進んであまりにもナノシート層間距離が拡大しすぎると、水蒸気ガスバリア性も含めて、一般にガスバリア性が低下する。従って、ガスバリア性の観点からは、001面の一次回折によるピークトップの位置は、2θで1.75度以上(層間距離に換算して5.0nm以下)が好ましく、1.75度超(層間距離に換算して5.0nm未満)がより好ましく、2.21度以上(層間距離に換算して4.0nm以下)がより好ましく、2.94度以上(層間距離に換算して3.0nm以下)がさらに好ましい。   However, if the ratio of (b) amine and (c) curable organic substance to (a) nanosheets increases and the intercalation advances and the nanosheet interlayer distance is too large, generally including water vapor gas barrier properties, Gas barrier properties are reduced. Therefore, from the viewpoint of gas barrier properties, the position of the peak top due to the first-order diffraction of the 001 plane is preferably 1.75 degrees or more in terms of 2θ (5.0 nm or less in terms of interlayer distance) and more than 1.75 degrees (interlayer interlayer) More preferably, it is less than 5.0 nm in terms of distance), more preferably 2.21 degrees or more (4.0 nm or less in terms of interlayer distance), and more than 2.94 degrees (3.0 nm in terms of interlayer distance). The following is more preferable.

本発明の特に好ましい態様においては、(a)ナノシートの001面の一次回折によって生じたX線回折スペクトルが、1.75<2θ<6.76の回折領域にピークトップを有する。   In a particularly preferred embodiment of the present invention, (a) the X-ray diffraction spectrum generated by the first-order diffraction of the 001 plane of the nanosheet has a peak top in the diffraction region of 1.75 <2θ <6.76.

なお、(a)ナノシートの面配向積層状態及びガスバリア層における(a)ナノシートの平均層間距離が前記所定の範囲にあるか否かは、TEMによる画像観察で層間距離を測長することでも確認することができる。   It should be noted that (a) the plane-aligned laminated state of the nanosheets and whether the average interlayer distance of the (a) nanosheets in the gas barrier layer is within the predetermined range can also be confirmed by measuring the interlayer distance by TEM image observation. be able to.

(ナノシート含有組成物及びガスバリア層の組成の確認)
ナノシート含有組成物中の(b)アミン及び(c)硬化性有機物の存在は透過法のIR又は固体NMRにて確認することができる。(b)アミンが存在する場合、波数が3500〜3200cm-1にアミノ基に由来するピークが確認できる。また、ガスバリア層中で(b)アミンと(c)硬化性有機物とが反応して硬化しているか否かは、IR又は固体NMRによる測定において、ナノシート含有組成物で検出された(c)硬化性有機物の反応基に由来するピークがガスバリア層で消失しているか否かで確認できる。
(Confirmation of composition of nanosheet-containing composition and gas barrier layer)
The presence of (b) amine and (c) curable organic substance in the nanosheet-containing composition can be confirmed by IR or solid-state NMR of the transmission method. (B) When an amine is present, a peak derived from an amino group can be confirmed at a wave number of 3500 to 3200 cm −1 . Further, whether or not (b) amine and (c) curable organic substance reacted and cured in the gas barrier layer was detected by the nanosheet-containing composition in the measurement by IR or solid NMR (c) curing It can be confirmed whether or not the peak derived from the reactive group of the organic organic substance disappears in the gas barrier layer.

なお、ガスバリア層となった状態で、(b)アミンと(c)硬化性有機物との反応生成物の存在及び存在量を評価する方法としては、透過法のIR等が挙げられる。   In addition, as a method for evaluating the presence and abundance of the reaction product of (b) amine and (c) curable organic substance in the state where the gas barrier layer is formed, IR of permeation method and the like can be mentioned.

また、ナノシート含有組成物中の、(b)アミン及び(c)硬化性有機物の量は熱重量分析により定量することができる。(b)アミン又は(c)硬化性有機物が存在する場合は概ね300℃から800℃の間に(b)アミン及び(c)硬化性有機物の分解による重量減少が観測される。また該分解の発生(すなわち分解物の存在)の有無は発生ガスを質量分析することによって確認することができる。   The amount of (b) amine and (c) curable organic substance in the nanosheet-containing composition can be quantified by thermogravimetric analysis. When (b) amine or (c) curable organic substance is present, weight loss due to decomposition of (b) amine and (c) curable organic substance is observed between about 300 ° C. and 800 ° C. The presence or absence of the decomposition (that is, the presence of decomposition products) can be confirmed by mass analysis of the generated gas.

ナノシート含有組成物中及びガスバリア層中の(a)ナノシートの含有量は、熱重量分析において、30℃から800℃まで昇温させた後に残った量として定量することができる。   The content of the nanosheet (a) in the nanosheet-containing composition and in the gas barrier layer can be quantified as the amount remaining after heating from 30 ° C. to 800 ° C. in thermogravimetric analysis.

(ガスバリアシートの気体ガス透過量及び水蒸気透過量)
ガスバリアシートの気体ガス透過量は、代表的な酸素ガスに関し、膜厚が1μmの場合に換算した透過係数として、0.1cc・μm/(m2・day・atm)未満であることが好ましく、より好ましくは0.01cc・μm/(m2・day・atm)未満であり、さらに好ましくは0.001cc・μm/(m2・day・atm)未満であり、特に好ましくは0.0001cc・μm/(m2・day・atm)未満である。上記のガス透過量は、乾燥した環境下のみならず、水蒸気を多く含む環境下(例えば、40℃で相対湿度90%の環境下)においても同等であることが好ましい。なお上記ガス透過量は、JIS K7126に準拠して測定される値である。
(Gas gas permeation amount and water vapor permeation amount of gas barrier sheet)
The gas gas permeation amount of the gas barrier sheet is preferably less than 0.1 cc · μm / (m 2 · day · atm) as a permeation coefficient converted to a typical oxygen gas when the film thickness is 1 μm. more preferably 0.01 cc · [mu] m / less than (m 2 · day · atm) , more preferably less than 0.001cc · μm / (m 2 · day · atm), particularly preferably 0.0001cc · μm / (M 2 · day · atm). The gas permeation amount is preferably equal not only in a dry environment but also in an environment containing a large amount of water vapor (for example, in an environment with a relative humidity of 90% at 40 ° C.). The gas permeation amount is a value measured according to JIS K7126.

ガスバリアシートの水蒸気透過量は、同様にJIS K7126に準拠した、酸素雰囲気下での40℃かつ相対湿度90%の環境において、膜厚が1μmの場合に換算した透過係数として、0.1g/(m2・day)未満であることが好ましく、より好ましくは0.05g/(m2・day)未満であり、さらに好ましくは0.01g/(m2・day)未満であり、さらに好ましくは0.002g/(m2・day)未満であり、さらに好ましくは0.0001g/(m2・day)未満であり、特に好ましくは0.00001g/(m2・day)未満である。 Similarly, the water vapor permeation amount of the gas barrier sheet is 0.1 g / (as a permeation coefficient converted in the case of a film thickness of 1 μm in an environment of 40 ° C. and 90% relative humidity under an oxygen atmosphere in accordance with JIS K7126. preferably m 2 · day) is less than, more preferably less than 0.05g / (m 2 · day) , more preferably less than 0.01g / (m 2 · day) , still more preferably 0 It is less than 0.002 g / (m 2 · day), more preferably less than 0.0001 g / (m 2 · day), and particularly preferably less than 0.00001 g / (m 2 · day).

ガスバリア層の膜厚は、好ましくは0.001〜1000μm、より好ましくは0.01〜100μm、さらに好ましくは0.1〜10μmであることができる。該膜厚は、例えば触針式表面形状測定器によって測定できる。   The film thickness of the gas barrier layer is preferably 0.001 to 1000 μm, more preferably 0.01 to 100 μm, and still more preferably 0.1 to 10 μm. The film thickness can be measured by, for example, a stylus type surface shape measuring instrument.

<ガスバリアシートの製造方法、及びガスバリア用塗工液の製造方法>
本発明はまた、上述した本発明のガスバリアシートを製造する方法であって、(1)スメクタイト族及び雲母族からなる群より選ばれる1種以上の層状無機化合物のへき開物である(a)ナノシートが水に分散してなる水分散液をイオン交換樹脂及び半透膜の少なくともいずれかで処理して、分散媒置換用水分散液を得る、分散媒置換用水分散液調製工程と、(2)該分散媒置換用水分散液中の水の一部若しくは全部を有機溶媒で置換することによって、又は該分散媒置換用水分散液に有機溶媒を添加することによって、有機溶媒分散液を得る、有機溶媒分散液調製工程と、(3)該有機溶媒分散液に、(b)アミン及び(c)硬化性有機物を添加することによって、(a)ナノシート、(b)アミン及び(c)硬化性有機物を含むナノシート含有組成物と分散媒とからなる塗工液を形成する、塗工液形成工程と、(4)該塗工液を基板上に塗布した後、塗工液中の分散媒を除去するとともに該(b)アミンと該(c)硬化性有機物とを反応させることによって、該ナノシート含有組成物の硬化体であるガスバリア層を基板上に形成する、製膜工程と、を上記記載の順で行うことを含むことにより、ガスバリア層を有するガスバリアシートを形成する、ガスバリアシートの製造方法を提供する。
<Method for producing gas barrier sheet and method for producing gas barrier coating solution>
The present invention is also a method for producing the above-described gas barrier sheet of the present invention, which is (1) a cleavage sheet of one or more layered inorganic compounds selected from the group consisting of a smectite group and a mica group. A dispersion dispersion-dispersing aqueous dispersion preparation step, in which an aqueous dispersion prepared by dispersing the dispersion in water is treated with at least one of an ion exchange resin and a semipermeable membrane to obtain a dispersion-dispersion-dispersing aqueous dispersion; Organic solvent dispersion wherein an organic solvent dispersion is obtained by substituting part or all of the water in the aqueous dispersion for dispersion medium substitution with an organic solvent, or by adding an organic solvent to the aqueous dispersion for dispersion medium substitution And (3) adding (b) amine and (c) curable organic substance to the organic solvent dispersion, thereby including (a) nanosheet, (b) amine and (c) curable organic substance. Nanosea A coating liquid forming step of forming a coating liquid comprising the containing composition and the dispersion medium, and (4) after applying the coating liquid on the substrate, removing the dispersion medium in the coating liquid and (B) A film-forming step of forming a gas barrier layer, which is a cured product of the nanosheet-containing composition, on the substrate by reacting the amine with the (c) curable organic material is performed in the order described above. By including this, the manufacturing method of the gas barrier sheet which forms the gas barrier sheet which has a gas barrier layer is provided.

本発明はまた、上述した本発明のガスバリアシートを製造するために用いるガスバリア用塗工液の製造方法であって、(1)スメクタイト族及び雲母族からなる群より選ばれる1種以上の層状無機化合物のへき開物である(a)ナノシートが水に分散してなる水分散液をイオン交換樹脂及び半透膜の少なくともいずれかで処理して、分散媒置換用水分散液を得る、分散媒置換用水分散液調製工程と、(2)該分散媒置換用水分散液中の水の一部若しくは全部を有機溶媒で置換することによって、又は該分散媒置換用水分散液に有機溶媒を添加することによって、有機溶媒分散液を得る、有機溶媒分散液調製工程と、(3)該有機溶媒分散液に、(b)アミン及び(c)硬化性有機物を添加することによって、(a)ナノシート、(b)アミン及び(c)硬化性有機物を含むナノシート含有組成物と分散媒とからなる塗工液を形成する、塗工液形成工程と、を上記記載の順で行うことを含む、ガスバリア用塗工液の製造方法を提供する。また、上記工程の(2)及び(3)に代わり、又は上記工程に追加して、上記(1)の工程で得た分散媒置換用水分散液と、有機溶媒と(b)アミン及び(c)硬化性有機物とを混合したものとを混合する工程を含むガスバリア用塗工液の製造方法であってもよい。   The present invention is also a method for producing a gas barrier coating solution used for producing the above-described gas barrier sheet of the present invention, wherein (1) one or more layered inorganic substances selected from the group consisting of smectite group and mica group (A) Dispersion medium replacement water obtained by treating an aqueous dispersion formed by dispersing nanosheets in water with at least one of an ion exchange resin and a semipermeable membrane to obtain a dispersion medium replacement water dispersion. A dispersion preparation step, and (2) by replacing part or all of the water in the dispersion medium replacement water dispersion with an organic solvent, or by adding an organic solvent to the dispersion medium replacement water dispersion, An organic solvent dispersion preparation step for obtaining an organic solvent dispersion; and (3) (a) a nanosheet by adding (b) an amine and (c) a curable organic substance to the organic solvent dispersion, (b) Amine And (c) a coating liquid forming step of forming a coating liquid comprising a nanosheet-containing composition containing a curable organic material and a dispersion medium, in the order described above, A manufacturing method is provided. Further, in place of (2) and (3) in the above step or in addition to the above step, the dispersion medium replacement aqueous dispersion obtained in the above step (1), an organic solvent, (b) amine and (c ) A method for producing a gas barrier coating solution including a step of mixing a mixture of a curable organic substance and the mixture.

以下、本発明のガスバリアシートの製造方法及びガスバリア用塗工液の製造方法の好適な態様の例について説明する。   Hereinafter, the example of the suitable aspect of the manufacturing method of the gas barrier sheet of this invention and the manufacturing method of the coating liquid for gas barriers is demonstrated.

[水分散液調製工程]
本工程では、スメクタイト族及び雲母族からなる群より選ばれる1種以上の層状無機化合物のへき開物である(a)ナノシートが水に分散してなる水分散液をイオン交換樹脂及び半透膜の少なくともいずれかで処理して、交換性イオンを有する層状無機化合物の(a)ナノシートが水に分散されてなる水分散液から余剰イオン(すなわち電荷補償に寄与していないイオン)が除去された、分散媒置換用水分散液を得る。スメクタイト族及び雲母族からなる群より選ばれる1種以上の層状無機化合物のへき開物である(a)ナノシートは、前述の方法により形成できる。なお本明細書において、水分散液とは、分散媒が水を主とする(すなわち分散媒全体の50質量%超100質量%以下が水である)分散液と定義する。水分散液における分散媒としては、水に加え、例えばアルコールのうち1種以上を使用してもよい。
[Aqueous dispersion preparation process]
In this step, (a) an aqueous dispersion obtained by dispersing nanosheets in water, which is a cleavage product of one or more layered inorganic compounds selected from the group consisting of smectite group and mica group, is used for ion exchange resin and semipermeable membrane. By treating with at least one, excess ions (that is, ions not contributing to charge compensation) were removed from the aqueous dispersion obtained by dispersing the nanosheet (a) of the layered inorganic compound having exchangeable ions in water. An aqueous dispersion for dispersing medium replacement is obtained. The (a) nanosheet which is a cleavage product of one or more layered inorganic compounds selected from the group consisting of smectite group and mica group can be formed by the method described above. In the present specification, the aqueous dispersion is defined as a dispersion in which the dispersion medium is mainly water (that is, more than 50 mass% and 100 mass% or less of the entire dispersion medium is water). As a dispersion medium in the aqueous dispersion, in addition to water, for example, one or more of alcohols may be used.

分散媒と層状無機化合物のナノシートとを単に混合するだけでは、水分散液として必要な高い分散状態が得られない場合がある。すなわち、ナノシートの平均アスペクト比が大きくなることによりナノシートの層面同士が相互作用する面積が大きくなるほど、そして層状無機化合物が有する電荷密度が大きくなるほど、そして電荷がナノシートのより表面に存在するほど、ナノシートの層面同士の結合力が通常大きくなるために、層状無機化合物の単位層であるナノシートまでのへき開及び分散が困難になる。そのような分散困難な状態では、水分散液をイオン交換樹脂及び半透膜の少なくともいずれかで処理する際に、余剰イオンの除去率及び層間イオンの交換率が低下する原因になる場合がある。   By simply mixing the dispersion medium and the layered inorganic compound nanosheet, the high dispersion state required as an aqueous dispersion may not be obtained. That is, as the average aspect ratio of the nanosheet increases, the larger the area where the nanosheets interact with each other, the higher the charge density of the layered inorganic compound, and the more the charge is present on the surface of the nanosheet, the more the nanosheet Since the bonding force between the layer surfaces of the layers is usually increased, it becomes difficult to cleave and disperse the nanosheets that are unit layers of the layered inorganic compound. In such a difficult dispersion state, when the aqueous dispersion is treated with at least one of an ion exchange resin and a semipermeable membrane, the removal rate of excess ions and the exchange rate of interlayer ions may be reduced. .

水分散液としての所望の高い分散状態を得るためには、公知の微分散装置、例えば、振とう装置、超音波分散、ビーズミル、ボールミル、ロールミル、ホモミキサー、ウルトラミキサー、ディスパーミキサー、貫通型高圧分散装置、衝突型高圧分散装置、多孔型高圧分散装置、だまとり型高圧分散装置、(衝突+貫通)型高圧分散装置、超高圧ホモジナイザー等によって層状無機化合物に機械的な力を加えて該層状無機化合物の剥離・へき開をより促進することが、層状無機化合物の分散を進め、単位層であるナノシートまでへき開した分散状態に近づける意味で好ましい。また、層状無機化合物に機械的な力を加えることは、層状無機化合物の液晶転移が促進される傾向がある点でも好ましい。   In order to obtain a desired high dispersion state as an aqueous dispersion, a known fine dispersion device such as a shaking device, ultrasonic dispersion, bead mill, ball mill, roll mill, homomixer, ultramixer, dispermixer, penetrating high pressure The layered state is obtained by applying mechanical force to the layered inorganic compound by a dispersion device, a collision type high pressure dispersion device, a porous type high pressure dispersion device, a decoy type high pressure dispersion device, a (collision + penetration) type high pressure dispersion device, or an ultrahigh pressure homogenizer. It is preferable to further promote the peeling / cleavage of the inorganic compound in the sense that the dispersion of the layered inorganic compound is promoted to approach the dispersed state of cleaving to the nanosheet as the unit layer. Further, applying a mechanical force to the layered inorganic compound is also preferable in that the liquid crystal transition of the layered inorganic compound tends to be promoted.

中でも、微分散装置として、超音波分散、ホモミキサー、ウルトラミキサー、ディスパーミキサー、貫通型高圧分散装置、衝突型高圧分散装置、多孔型高圧分散装置、だまとり型高圧分散装置、(衝突+貫通)型高圧分散装置、超高圧ホモジナイザー等を用いることがより好ましい。   Among them, ultrasonic dispersion, homomixer, ultramixer, dispermixer, penetration type high pressure dispersion device, collision type high pressure dispersion device, porous type high pressure dispersion device, deduction type high pressure dispersion device, (collision + penetration) It is more preferable to use a mold type high pressure dispersing device, an ultra high pressure homogenizer, or the like.

高圧分散装置としては、例えば、Microfluidics Corporation社製超高圧ホモジナイザー(商品名:マイクロフルイダイザー)及びナノマイザー社製ナノマイザーが挙げられ、他にもマントンゴーリン型高圧分散装置、例えばイズミフードマシナリ製ホモゲナイザー等が挙げられる。分散処理の好ましい圧力としては、高圧、特に、100kgf/cm2以上の圧力が好ましい。ただし、高圧下での分散処理により層状無機化合物が割れて微細化し、平均アスペクト比が小さくなる結果、本発明のガスバリアシート及び本発明を適用して形成される材料の水蒸気ガスバリア性が低下する場合があり、該材料を膜状にした場合には成膜特性及び機械的強度の低下が起こる場合もある。よって、100kgf/cm2以下の圧力下で層状無機化合物を分散処理した方が好ましい場合もある。 Examples of the high-pressure dispersing device include an ultra-high pressure homogenizer (trade name: Microfluidizer) manufactured by Microfluidics Corporation and a nanomizer manufactured by Nanomizer. Can be mentioned. As a preferable pressure for the dispersion treatment, a high pressure, particularly a pressure of 100 kgf / cm 2 or more is preferable. However, when the layered inorganic compound is cracked and refined by dispersion treatment under high pressure and the average aspect ratio is reduced, the water vapor gas barrier property of the gas barrier sheet of the present invention and the material formed by applying the present invention is lowered. When the material is made into a film, film formation characteristics and mechanical strength may be deteriorated. Therefore, it may be preferable to disperse the layered inorganic compound under a pressure of 100 kgf / cm 2 or less.

なお、高圧又は超音波により分散させることで層状無機化合物が割れて微細化する特徴を逆に利用して、平均アスペクト比が大きすぎるためにへき開・分散しにくい層状無機化合物を、高圧分散処理又は超音波処理等することで、分散しやすく、かつ水蒸気ガスバリア性の低下が顕著とならない平均アスペクト比まで層状無機化合物を割りながら分散させてもよい。特に、合成されたフッ素化雲母は平均アスペクト比が大きく、かつ層間の結合力が強い場合が多いため、よりへき開を進めるために上記のような微細化処理を実施することは好適である。   Note that the layered inorganic compound that is difficult to cleave and disperse because the average aspect ratio is too high can be obtained by utilizing the feature that the layered inorganic compound is cracked and refined by dispersing by high pressure or ultrasonic waves. By performing ultrasonic treatment or the like, the layered inorganic compound may be dispersed to an average aspect ratio that is easy to disperse and does not cause a significant decrease in water vapor gas barrier properties. In particular, since the synthesized fluorinated mica has a large average aspect ratio and a strong interlaminar bond strength, it is preferable to carry out the above-described refinement treatment in order to promote further cleavage.

水分散液として好適な高い分散状態を得るためのもう1つの方法としては、高い分散状態にある層状無機化合物を分離・抽出して用いる方法を挙げることができる。すなわち、分散程度の低い成分を、遠心分離法のように大きな重力加速度を引加する分離方法等で分離し、分散程度の高い成分を抽出して用いることが好ましい。この方法は、液晶転移を起こす層状無機化合物において液晶相を分離・抽出できる場合があり、かつ、層状無機化合物に天然由来の不純物(例えば酸化ケイ素、炭酸カルシウム等)又は合成時に生成したガラス質のような不純物が含まれている場合にそれらを沈降除去でき、より水蒸気ガスバリア性の高い材料を得られる点で好ましい。   Another method for obtaining a highly dispersed state suitable as an aqueous dispersion is a method of separating and extracting a layered inorganic compound in a highly dispersed state. That is, it is preferable to separate a component having a low degree of dispersion by a separation method that applies a large gravitational acceleration, such as a centrifugal separation method, and extract and use a component having a high degree of dispersion. In this method, a liquid crystal phase may be separated / extracted from a layered inorganic compound that undergoes liquid crystal transition, and impurities derived from nature (for example, silicon oxide, calcium carbonate, etc.) or a vitreous material generated during synthesis may be extracted from the layered inorganic compound. When such impurities are contained, it is preferable that they can be settled and removed, and a material having a higher water vapor gas barrier property can be obtained.

層状無機化合物のへき開と安定した分散のために、分散促進添加剤として、比較的低分子量のポリアクリル酸ナトリウム若しくはポリアクリル酸、又はリン酸といった公知のアニオン系に代表される分散剤を極僅か、具体的には層状無機化合物の質量100質量%に対して0.5質量%未満、好ましくは0.15質量%程度、水分散液中に添加することは本発明において好適である。   In order to cleave and stably disperse the layered inorganic compound, a dispersant represented by a known anionic system such as sodium polyacrylate, polyacrylic acid, or phosphoric acid having a relatively low molecular weight is used as a dispersion promoting additive. Specifically, it is suitable in the present invention to add less than 0.5% by mass, preferably about 0.15% by mass to the aqueous dispersion with respect to 100% by mass of the layered inorganic compound.

なお本発明においては、上述の水分散液の作製に代え、水中にある程度分散した状態で市販されている層状無機化合物の分散液を用いてもよい。この場合、前述のような微分散処理、分離・抽出処理、添加剤の添加等をさらに行ってもよい。   In the present invention, instead of producing the above-mentioned aqueous dispersion, a dispersion of a layered inorganic compound that is commercially available in a state of being dispersed to some extent in water may be used. In this case, the fine dispersion treatment, separation / extraction treatment, addition of additives, and the like as described above may be further performed.

次いで、上述のようにして作製した又は市販の水分散液をイオン交換樹脂及び半透膜の少なくともいずれかで処理する。ガスバリアシート製造用の塗工液を製造する際に、(a)ナノシートの分散性を向上させるためには、イオン交換及び/又は半透膜による処理が重要な工程である。   Next, the aqueous dispersion prepared as described above or commercially available is treated with at least one of an ion exchange resin and a semipermeable membrane. When manufacturing the coating liquid for gas barrier sheet manufacture, in order to improve the dispersibility of (a) nanosheet, the process by ion exchange and / or a semipermeable membrane is an important process.

従来技術に関して前述したように、通常、ナノシートの多くは負の永久電荷を有し、その負の永久電荷を補償するために、ナトリウムイオン及びリチウムイオンに代表される無機イオンがナノシートの層の間に層間イオンとして存在し、電気的中性を保持していることが知られている。しかしながら、本発明者の検討によれば、ナノシートの層間には、電気的中性を保持するのに必要な量を超える無機イオンが存在するとともに、その他にも、無機の陽イオンと陰イオンとが対イオンとなって存在している事が判明した。本明細書では、上記する電気的中性を保持するのに必要な量を超える無機イオン並びに陽イオンと陰イオンとの対イオン(すなわち電荷補償に寄与していないイオン)を合わせて「余剰イオン」と称する。本発明者は、これら余剰イオンの存在によってナノシートの分散性が妨げられることを見出し、余剰イオンの低減のために、以下に説明するイオン交換及び/又は半透膜による処理が重要であることを見出したのである。   As described above with respect to the prior art, many of the nanosheets usually have a negative permanent charge, and in order to compensate for the negative permanent charge, inorganic ions such as sodium ions and lithium ions are present between the nanosheet layers. It is known that it is present as interlayer ions and maintains electrical neutrality. However, according to the study of the present inventor, inorganic ions exceeding the amount necessary to maintain electrical neutrality exist between the layers of the nanosheets, and in addition, inorganic cations and anions Was found to exist as a counter ion. In this specification, inorganic ions exceeding the amount necessary for maintaining the above-described electrical neutrality and counter ions (that is, ions that do not contribute to charge compensation) of the cation and the anion are combined to be referred to as “surplus ions”. ". The present inventor finds that the dispersibility of the nanosheet is hindered by the presence of these surplus ions, and in order to reduce surplus ions, the ion exchange and / or treatment with a semipermeable membrane described below is important. I found it.

余剰イオンは、通常のイオン交換の手法でイオン交換が可能な交換性イオンである。そこで、本発明における分散媒置換用水分散液調製工程では、ナノシート(通常は交換性イオンを有する)が水に分散されてなる水分散液をイオン交換樹脂及び/又は半透膜で処理することによって該水分散液中の余剰イオンを減少させることができる。   Surplus ions are exchangeable ions that can be ion-exchanged by a normal ion exchange technique. Therefore, in the dispersion medium replacement aqueous dispersion preparation step in the present invention, an aqueous dispersion in which a nanosheet (usually having exchangeable ions) is dispersed in water is treated with an ion exchange resin and / or a semipermeable membrane. Excess ions in the aqueous dispersion can be reduced.

イオン交換に際しては、上述の水分散液が含有する交換性イオンのうち、層状無機化合物の電荷(すなわちナノシートの電荷)の補償に寄与する量を超えて存在する分のイオン、すなわち不純物としてみなせるイオンである余剰イオン(陽イオン、及びその対となって存在する陰イオンの両者)を、イオン交換樹脂及び/又は半透膜を用いてできる限り完全に近い程度で除去する。   In the ion exchange, among the exchangeable ions contained in the aqueous dispersion described above, ions that exist in excess of the amount that contributes to compensation of the charge of the layered inorganic compound (that is, the charge of the nanosheet), that is, ions that can be regarded as impurities The excess ions (both positive ions and anions present as a pair thereof) are removed to an extent as close as possible using an ion exchange resin and / or a semipermeable membrane.

余剰イオンを除去するイオン交換処理を行うのみでもナノシートの分散性は向上するが、本発明では、固体状態でナノシートの電荷を補償するために存在している層間イオン自体を無機イオンであるアンモニウムイオンに交換することで、分散性が更に向上することを見出した。   Although dispersibility of the nanosheet is improved only by performing ion exchange treatment to remove surplus ions, in the present invention, an interlayer ion itself existing in order to compensate the charge of the nanosheet in a solid state is an ammonium ion that is an inorganic ion. It has been found that the dispersibility is further improved by exchanging them.

このようにして得られる分散媒置換用水分散液を用いることにより、分散媒が水を主とする水分散液、及び分散媒が有機溶媒を主とする分散液のいずれにおいてもナノシートを分散媒中に良好に分散させることができる。すなわち、本発明によれば、従来の有機イオンによる有機修飾及びシリル化処理等を行うことなく、分散媒に対する(a)ナノシートの分散安定性を大幅に向上させることが可能になる。   By using the aqueous dispersion for replacing the dispersion medium obtained in this manner, the nanosheet is dispersed in the dispersion medium in both the aqueous dispersion mainly composed of water and the dispersion mainly composed of an organic solvent. Can be dispersed well. That is, according to the present invention, it is possible to greatly improve the dispersion stability of the (a) nanosheet with respect to the dispersion medium without performing conventional organic modification with organic ions, silylation treatment, and the like.

前述の余剰イオンは、層状無機化合物の種類、産地、精製方法、並びに、層状無機化合物が合成物の場合には合成原料及び合成方法、等によって異なるが、多く見られるものとして、陽イオンとしてはナトリウムイオン、リチウムイオン、カルシウムイオン、マグネシウムイオン、カリウムイオン、アルミニウムイオン、アンモニウムイオン、鉄イオン等が例示され、陰イオンとしては硫酸イオン、水酸化物イオン、フッ素イオン、塩素イオン、硝酸イオン等が例示される。特に硫酸イオン(SO 2-)を有する硫酸塩は、天然の粘土鉱物にも合成された粘土鉱物にも含まれていることが多い。また、ナノシートの八面体層の水酸基がフッ素化されてなる合成フッ素化ヘクトライト及び合成フッ素化雲母では、通常、合成時に用いたフッ素原料がフッ素イオンとして残留している。 The above-mentioned surplus ions vary depending on the type of layered inorganic compound, the production area, the purification method, and the raw material and method of synthesis when the layered inorganic compound is a synthetic product. Examples include sodium ion, lithium ion, calcium ion, magnesium ion, potassium ion, aluminum ion, ammonium ion, and iron ion. Examples of the anion include sulfate ion, hydroxide ion, fluorine ion, chlorine ion, and nitrate ion. Illustrated. In particular, sulfates having sulfate ions (SO 4 2− ) are often contained in both natural clay minerals and synthesized clay minerals. In addition, in the synthetic fluorinated hectorite and synthetic fluorinated mica obtained by fluorinating the hydroxyl group of the octahedral layer of the nanosheet, the fluorine raw material used in the synthesis usually remains as fluorine ions.

それら余剰イオンは、イオン交換樹脂を用いたイオン交換法によってその多くを除去することができる。余剰イオンが余剰陰イオンと余剰陽イオンとからなる場合、陽イオン交換樹脂を用いて余剰の陽イオンをアンモニウムイオン及び水素イオンの少なくともいずれかに交換し、且つ、陰イオン交換樹脂を用いて余剰の陰イオンを水酸化物イオンに交換することが好ましい。この場合、前述の陽イオン交換に伴って発生した余剰のアンモニウムイオン又は水素イオンと前述の陰イオン交換によって生じた余剰の水酸化物イオンとが反応し、水、又は容易に除去可能なアンモニアが生成するため、分散液中のイオン濃度を増大させることなく、水分散液から実質的に余剰イオンが除去されることになる。   Most of these surplus ions can be removed by an ion exchange method using an ion exchange resin. When the surplus ions are composed of surplus anions and surplus cations, the surplus cations are exchanged for at least one of ammonium ions and hydrogen ions using a cation exchange resin, and the surplus ions are surplus using an anion exchange resin. It is preferable to exchange the anions of the above with hydroxide ions. In this case, the surplus ammonium ion or hydrogen ion generated by the cation exchange described above reacts with the surplus hydroxide ion generated by the anion exchange, and water or ammonia that can be easily removed is produced. Therefore, excessive ions are substantially removed from the aqueous dispersion without increasing the ion concentration in the dispersion.

イオン交換法によって余剰イオンを除去する場合には、カラムにイオン交換樹脂を詰めて分散液を流す方法に代表される、公知のイオン交換樹脂を用いる方法が好適である。この場合、陽イオンと陰イオンとの交換の順序としては、先に陰イオン交換、その後陽イオン交換を行うことが通常好ましい。特に、平均アスペクト比が150以上の、フッ素化ヘクトライト及びフッ素化雲母(特に合成フッ素化ヘクトライト及び合成フッ素化雲母)においては、陰イオンを先に交換した後、陽イオンを交換することが極めて好適である。この順番を逆又は実質的に同時に行うと、カラムが詰まってしまったり、経時とともに分散液のゲル化が進行し、又はゲル化速度が早まる場合がある。   When excess ions are removed by an ion exchange method, a method using a known ion exchange resin, which is represented by a method in which a column is filled with an ion exchange resin and a dispersion is passed, is preferable. In this case, as the order of exchange between the cation and the anion, it is usually preferable to perform the anion exchange first and then the cation exchange. In particular, in fluorinated hectorite and fluorinated mica (especially synthetic fluorinated hectorite and synthetic fluorinated mica) having an average aspect ratio of 150 or more, the cation can be exchanged after the anion is exchanged first. Very suitable. If this order is reversed or substantially simultaneously, the column may be clogged, the gelation of the dispersion may progress with time, or the gelation rate may increase.

余剰イオンは半透膜を用いて水分散液を処理することによっても除去することができる。好適な所定値以上のサイズ及びアスペクト比を有するナノシートの粒子は透過せず、小さいサイズである余剰イオン種は透過するような平均細孔径サイズを有する半透膜、例えば限外濾過膜、精密濾過膜又は逆浸透膜を用いて公知の膜分離操作を行うことで、余剰イオンを分散媒とともに分離することができる。この場合、通常余剰イオンとともに分散媒も一部分離されていくため、そのままではナノシートが分散している水分散液の固形分濃度が上昇し粘性が増大して、余剰イオンの分離が進まなくなる場合がある。その場合、水分散液に適宜分散媒を追加して粘性の増大を抑えることが好ましい。   Surplus ions can also be removed by treating the aqueous dispersion with a semipermeable membrane. Semi-permeable membranes having an average pore size that does not permeate nanosheet particles having a size and aspect ratio that are not less than a preferred value, and permeate small ionic species, such as ultrafiltration membranes, microfiltration By performing a known membrane separation operation using a membrane or a reverse osmosis membrane, surplus ions can be separated together with the dispersion medium. In this case, since a part of the dispersion medium is usually separated together with the surplus ions, the solid content concentration of the aqueous dispersion in which the nanosheet is dispersed is increased and the viscosity is increased, and the separation of the surplus ions may not proceed. is there. In that case, it is preferable to suppress an increase in viscosity by appropriately adding a dispersion medium to the aqueous dispersion.

本明細書における余剰イオンとは、前述のように陽イオンと陰イオンとを包含する意味を有するが、上記の操作により得られる分散媒置換用水分散液中の好ましい余剰イオンの量としては、分散媒置換用水分散液中の(a)ナノシートの含有割合をk質量%としたとき、陰イオン種の残留量の合計が、0.0002×k mol/L以下となるような量を例示でき、より好ましくは0.00016×k mol/L以下となるような量であり、さらに好ましくは0.0001×k mol/L以下となるような量であり、特に好ましくは0.00006×k mol/L以下となるような量である。その中でも、特に硫酸イオンの含有割合が、0.00001× kmol/L以下であることが好ましく、より好ましくは0.000005×k mol/L以下であって、特に好ましくは0.000002×k mol/L以下である。なお、余剰イオンの下限値については、少なければ少ないほど好ましく、0kmol/Lであることが最も好ましい。   As used herein, surplus ions have the meaning of including cations and anions as described above, but the preferred amount of surplus ions in the aqueous dispersion for dispersion medium replacement obtained by the above operation is dispersion. When the content of the nanosheet (a) in the aqueous dispersion for medium substitution is k mass%, the total amount of residual anionic species can be exemplified as 0.0002 × kmol / L or less, The amount is more preferably 0.00016 × kmol / L or less, more preferably 0.0001 × kmol / L or less, and particularly preferably 0.00006 × kmol / L. The amount is L or less. Among them, the content of sulfate ions is preferably 0.00001 × kmol / L or less, more preferably 0.000005 × kmol / L, and particularly preferably 0.000002 × kmol. / L or less. In addition, about the lower limit of a surplus ion, it is so preferable that there are few, and it is most preferable that it is 0 kmol / L.

上記陽イオン種及び陰イオン種のそれぞれのイオン量並びにこれらの合計は、以下の方法で測定される各イオンの量から合計を算出することにより得られる。分散液中のイオン量は、陽イオンに関しては、TSKgel Super IC−Cationカラム(サイズ4.6mmI.D.×15cm)によって、0.50mMol/Lのヒスチジンと2.5mMolの硝酸との混合溶液を溶離液として用い、流速1.0mL/分、注入量30μLの条件での測定により、陰イオンに関しては、TSKgel Super IC−APカラム(サイズ4.6mmI.D.×15cm)によって、1.7mMolのNaHCO3溶液と1.8mMolのNa2CO3溶液との混合溶液を溶離液として用い、流速0.8mL/分、注入量30μLの条件での測定により得られる値である。 The respective ion amounts of the cation species and the anion species and the sum thereof can be obtained by calculating the sum from the amount of each ion measured by the following method. Regarding the amount of ions in the dispersion, a mixed solution of 0.50 mMol / L histidine and 2.5 mMol nitric acid was measured with a TSKgel Super IC-Cation column (size 4.6 mm ID × 15 cm). As an eluent, the anion was measured with a TSKgel Super IC-AP column (size 4.6 mm ID × 15 cm) at a flow rate of 1.0 mL / min and an injection volume of 30 μL. This is a value obtained by measurement under the conditions of a flow rate of 0.8 mL / min and an injection volume of 30 μL using a mixed solution of NaHCO 3 solution and 1.8 mMol of Na 2 CO 3 solution as an eluent.

層状無機化合物の(a)ナノシートが有する交換性イオンのうち、固体状態において(a)ナノシートの層の間に存在する層間イオンに対応する主たるイオン種としては、アンモニウムイオンが好適に選択される。   Among the exchangeable ions of the (a) nanosheet of the layered inorganic compound, ammonium ions are preferably selected as the main ion species corresponding to the interlayer ions existing between the (a) nanosheet layers in the solid state.

主たる層間イオンが水素イオンである場合、層間イオンがアンモニウムイオンである場合と比べて、層状無機化合物自体の分解及びそれに伴う凝集の問題が生じやすい傾向があり、適用できる層状無機化合物の種類が、アンモニウムイオンの場合と比べると制限される。   When the main interlayer ion is a hydrogen ion, compared to the case where the interlayer ion is an ammonium ion, there is a tendency that the layered inorganic compound itself decomposes and a problem of aggregation accompanying it tends to occur. Limited compared to ammonium ion.

一方、層間イオンがアンモニウムイオンである場合、水分散液の状態でも有機溶媒分散液の状態でも良好な分散安定性が得られ、分散液の固形分濃度を向上させやすく、かつ有機溶媒分散液中における水の割合を低下させやすいため疎水性の強い添加剤とも混合しやすい。さらに、添加剤が(a)ナノシート間にインターカレーションしやすい傾向がある。上記理由から、分散媒置換用水分散液が調製された時点での(a)ナノシートの層間イオンがアンモニウムイオンであることは最も好適である。   On the other hand, when the interlayer ions are ammonium ions, good dispersion stability can be obtained both in the state of the aqueous dispersion and in the state of the organic solvent dispersion, the solid content concentration of the dispersion can be easily improved, and in the organic solvent dispersion It is easy to reduce the proportion of water in the water, so it is easy to mix with highly hydrophobic additives. Furthermore, the additive tends to easily intercalate between (a) nanosheets. For the above reason, it is most preferable that the interlayer ion of the nanosheet (a) at the time when the aqueous dispersion for replacing the dispersion medium is prepared is an ammonium ion.

前述の方法により、層間イオンをアンモニウムイオンに交換することは、イオン交換によって、余剰イオンを除去すると同時に、層間イオンがアンモニウムイオンに交換された層状無機化合物のナノシートを得ることができるため、本発明において最も好適な方法である。つまり、水分散液中の陽イオン種をアンモニウムイオンに、陰イオン種を水酸化物イオンにそれぞれ交換するのみで、余剰イオンの除去と層間イオンのアンモニウムイオンへの交換とが同時に達せられる。   By exchanging interlayer ions for ammonium ions by the above-described method, it is possible to obtain a layered inorganic compound nanosheet in which interlayer ions are exchanged for ammonium ions at the same time as the removal of excess ions by ion exchange. Is the most preferred method. That is, the removal of surplus ions and the exchange of interlayer ions to ammonium ions can be achieved simultaneously only by exchanging the cation species in the aqueous dispersion with ammonium ions and the anion species with hydroxide ions.

層間イオンをアンモニウムイオンに交換する場合、イオン交換後の水分散液を加熱又は減圧処理することで、水分散液中に若干残留している余剰のアンモニウムイオンと水酸化物イオンとが反応して水とアンモニアになる反応がより進行し、水分散液中の余剰イオン由来のアンモニウムイオンと水酸化物イオンとを水分散液中からより良好に除去できるので好適である。   When exchanging interlayer ions with ammonium ions, the remaining ammonium ions and hydroxide ions react slightly in the aqueous dispersion by heating or depressurizing the aqueous dispersion after ion exchange. It is preferable because the reaction to become water and ammonia further proceeds, and ammonium ions and hydroxide ions derived from surplus ions in the aqueous dispersion can be removed more favorably from the aqueous dispersion.

層間イオンのアンモニウムイオンへの交換率としては、交換前のイオン種の50質量%以上がアンモニウムイオンに交換されていることが好ましく、より好ましくは75質量%以上、さらに好ましくは85質量%以上、さらに好ましくは90質量%以上、さらに好ましくは95質量%以上、さらに好ましくは97質量%以上、特に好ましくは99質量%以上がアンモニウムイオンに交換される。該交換率は、できるだけ100質量%に近いことが望まれる。   As the exchange rate of interlayer ions to ammonium ions, it is preferable that 50% by mass or more of ionic species before exchange is exchanged for ammonium ions, more preferably 75% by mass or more, and still more preferably 85% by mass or more, More preferably, 90% by mass or more, more preferably 95% by mass or more, more preferably 97% by mass or more, and particularly preferably 99% by mass or more is exchanged with ammonium ions. The exchange rate is desirably as close to 100% by mass as possible.

なお上記交換率は、交換前後の分散液について、前述した方法で分散液中のイオン量を測定し、該測定値から算出できる。   The exchange rate can be calculated from the measured value of the dispersion before and after the exchange by measuring the amount of ions in the dispersion by the method described above.

なお、前記の、イオン交換率、イオンの含有割合、及び全交換性イオンに占める層間イオンの割合は、層間イオンが陽イオンの場合、Schollenberger法を基本とする、酢酸アンモニウムと塩化ナトリウム又は塩化カリウムとを用いた公知の手法によって陽イオン交換容量を求め、かつ分散液をイオンクロマトグラフィー法で測定してイオン種の濃度を定量することによって求めることができる。陽イオン交換容量(CEC)に対応する量の電荷は基本的には(ナノシート端部の電荷の影響は複雑なので考慮しないとすれば)層間イオンの量に対応付けられ、それを超える量のイオンが存在すれば、それらイオンは基本的には余剰イオンに対応付けられる。   The ion exchange rate, the ion content ratio, and the ratio of the interlayer ions to the total exchangeable ions are ammonium acetate and sodium chloride or potassium chloride based on the Schollenberger method when the interlayer ions are cations. The cation exchange capacity can be determined by a known method using and, and the concentration of the ionic species can be determined by measuring the dispersion by an ion chromatography method. The amount of charge corresponding to the cation exchange capacity (CEC) is basically associated with the amount of interlayer ions (if the effect of the charge at the end of the nanosheet is not taken into account) and exceeds that amount. Are basically associated with surplus ions.

イオンクロマトグラフィー法で測定に問題がある場合(例えばナノシートの分解等が生じている場合)、層状無機化合物が元来有していた交換性イオンの量とイオン交換後の該交換性イオンの量とを測定し、交換前後の値からイオン交換による特定イオンの減少量を算出し、そこからアンモニウムイオンへの交換率を算出してもよい。例えば市販の多くの合成粘土鉱物においては大部分の交換性陽イオンがナトリウムイオンである。その場合、ナトリウムイオンの量を交換前後で測定して減少量を算出し、そこからアンモニウムイオンへの交換率を算出してもよい。無論、ナトリウムイオン以外にも無視できない量の他のイオン種を含む場合には、それらも定量した上で交換率を算出する。   When there is a problem in measurement by ion chromatography (for example, when nanosheets are decomposed), the amount of exchangeable ions originally possessed by the layered inorganic compound and the amount of exchangeable ions after ion exchange And the amount of decrease in specific ions due to ion exchange may be calculated from the values before and after the exchange, and the exchange rate for ammonium ions may be calculated therefrom. For example, in many commercially available synthetic clay minerals, most of the exchangeable cations are sodium ions. In that case, the amount of sodium ions may be measured before and after the exchange to calculate the amount of decrease, and the exchange rate for ammonium ions may be calculated therefrom. Of course, when other ionic species other than sodium ions are ignored, the exchange rate is calculated after quantifying them.

このようにして、水分散液中の余剰イオン濃度を十分に低減し、さらに固体状態において(a)ナノシートの層の間に存在する主たる層間イオンをアンモニウムイオンに交換する場合、水分散液のみでなく、有機溶媒分散液においても、層状無機化合物の(a)ナノシートが高度に分散するという効果が得られる。従って、従来のように有機カチオンのような有機イオン又はシランによる処理で層状無機化合物の一部を変性(修飾)する処理等をせずとも、又はある種の親水性の高分子若しくは金属アルコキシド等の加水分解物等を加えなくとも、有機溶媒分散液中で(a)ナノシートが凝集及びゲル化等を起こさず高度に分散するという効果が得られる。上記手法によれば、そのような高度な分散が、平均アスペクト比150以上、さらには1000を超える高アスペクト比の層状無機化合物の(a)ナノシートに対しても同様に発現する。   In this way, when the excess ion concentration in the aqueous dispersion is sufficiently reduced, and (a) the main interlayer ions existing between the nanosheet layers are replaced with ammonium ions in the solid state, only the aqueous dispersion is used. In addition, even in the organic solvent dispersion, the effect that the nanosheet (a) of the layered inorganic compound is highly dispersed is obtained. Therefore, a conventional hydrophilic polymer or metal alkoxide or the like can be used without modifying or modifying a part of the layered inorganic compound by treatment with an organic ion such as an organic cation or silane as in the past. Even if the hydrolyzate is not added, the effect that (a) the nanosheet is highly dispersed without causing aggregation or gelation in the organic solvent dispersion can be obtained. According to the above technique, such a high degree of dispersion is similarly developed for the (a) nanosheet of the layered inorganic compound having an average aspect ratio of 150 or more, and more than 1000.

[有機溶媒分散液調製工程]
本工程においては、上記で得た分散媒置換用水分散液中の水の一部若しくは全部を有機溶媒で置換して、又は該分散媒置換用水分散液に有機溶媒を添加することによって、有機溶媒分散液を得る。有機溶媒分散液調製工程によれば、上述した余剰イオン減少及び層間イオンのアンモニウムイオンへの交換工程の後の分散媒置換用水分散液中の水を有機溶媒に置換することによって、有機溶媒分散液、好ましくは、主たる層間イオンがアンモニウムイオンへ交換された層状無機化合物の(a)ナノシートが有機溶媒に分散されてなる有機溶媒分散液、を形成することができる。なお本明細書において、有機溶媒分散液とは、分散媒が有機溶媒を含む(分散媒全体の10質量%超100質量%以下が有機溶媒である)分散液と定義する。よって、本工程においては、上記有機溶媒分散液が得られる程度に水を有機溶媒に置換すればよく、該置換は、分散媒置換用水分散液中の水の全てを有機溶媒に置換することに限定されるものではない。本発明においては、本工程を経ることにより、水を主な分散媒とする従来の分散液の場合と異なり、水に難溶な疎水性の添加剤を用いることができる。例えば、疎水性の添加剤を混合する前に、余剰イオン減少のためのイオン交換又は半透膜処理を経た水分散液における分散媒を、そのような疎水性の添加剤が溶解できる程度に有機溶媒を主とするものに置換することによって、疎水性の添加剤を均一に混合できる。より水に難溶な疎水性の添加物を用いることができる点で、分散媒全体の35質量%超100質量%以下が有機溶媒であることが好ましく、分散媒全体の40質量%超100質量%以下が有機溶媒であることがより好ましく、分散媒全体の50質量%超100質量%以下が有機溶媒であることが最も好ましい。
[Organic solvent dispersion preparation process]
In this step, the organic solvent is obtained by substituting part or all of the water in the aqueous dispersion for dispersion medium replacement obtained above with an organic solvent, or by adding an organic solvent to the aqueous dispersion for dispersion medium replacement. A dispersion is obtained. According to the organic solvent dispersion preparation step, the organic solvent dispersion is obtained by substituting the organic solvent with water in the aqueous dispersion for dispersion medium replacement after the above-described step of reducing excess ions and exchanging interlayer ions with ammonium ions. Preferably, it is possible to form an organic solvent dispersion liquid in which a layered inorganic compound (a) nanosheet in which main interlayer ions are exchanged into ammonium ions is dispersed in an organic solvent. In this specification, an organic solvent dispersion is defined as a dispersion in which the dispersion medium contains an organic solvent (over 10 mass% and 100 mass% or less of the entire dispersion medium is an organic solvent). Therefore, in this step, it is sufficient to replace water with an organic solvent to such an extent that the organic solvent dispersion is obtained, and this replacement is to replace all of the water in the aqueous dispersion for dispersion medium replacement with an organic solvent. It is not limited. In the present invention, a hydrophobic additive that is hardly soluble in water can be used through this step, unlike the case of a conventional dispersion using water as a main dispersion medium. For example, before mixing the hydrophobic additive, the dispersion medium in the aqueous dispersion that has undergone ion exchange or semipermeable membrane treatment for reducing excess ions is organically dissolved to such an extent that the hydrophobic additive can be dissolved. By replacing the solvent with the main one, the hydrophobic additive can be uniformly mixed. It is preferable that more than 35% by mass and 100% by mass or less of the entire dispersion medium is an organic solvent in that a hydrophobic additive that is more hardly soluble in water can be used, and more than 40% by mass and 100% by mass of the entire dispersion medium. % Or less is more preferably an organic solvent, and most preferably more than 50% by mass and 100% by mass or less of the entire dispersion medium is an organic solvent.

本工程の効果的な手法としては、分散媒置換用水分散液中の、水を主体とする分散媒に、水と親和性の高い(具体的には水と相溶性の高い)有機溶媒を混合する方法を挙げることができる。   As an effective method of this step, an organic solvent having a high affinity with water (specifically, a high compatibility with water) is mixed with the dispersion medium mainly composed of water in the aqueous dispersion for replacing the dispersion medium. The method of doing can be mentioned.

水と相溶性の高い有機溶媒としては、極性の高い有機溶媒を挙げることができ、例えば、メタノール、エタノール、2−メトキシエタノール、2−エトキシエタノール、2−イソプロポキシエタノール、2−(メトキシエトキシ)エタノール、2−ブトキシエタノール、1−プロパノール、2−プロパノール、2−ブタノール、t−ブタノール、1−メトキシ−2−プロパノール、1−エトキシ−2−プロパノール、2−メトキシエチルアセテート、ジアセトンアルコール、フリフリルアルコール、アセト酢酸エチル、テトラヒドロフルフリルアルコール、エチレングリコール、ジエチレングリコール、ジプロピレングリコール、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジプロピレングリコールモノエチルエーテル、トリエチレングリコール、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、アセトン、アセトニルアセトン、アセトニトリル、炭酸エチレン、炭酸プロピレン、酢酸、蟻酸、ホルムアミド、N−メチルホルムアミド、N,N−ジメチルホルムアミド、アセトアミド、N−メチルアセトアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、N,N,N,N−テトラメチル尿素、2−ピロリドン、N−メチルピロリドン、カルバミド酸メチル、γブチロラクトン、トリアセチン、ギ酸イソプロピル、トリエチルアミン、テトラヒドロフラン、1,2−ジメトキシエタン、1,4−ジオキサン、ジメチルスルホキシド、リン酸トリメチル、リン酸トリエチル、リン酸トリブチル、ピリジン等を挙げることができる。そのなかでも、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシド、γ−ブチロラクトン、ピリジン及びN−メチルピロリドンは好適な溶媒である。   Examples of the organic solvent highly compatible with water include organic solvents having high polarity, such as methanol, ethanol, 2-methoxyethanol, 2-ethoxyethanol, 2-isopropoxyethanol, 2- (methoxyethoxy). Ethanol, 2-butoxyethanol, 1-propanol, 2-propanol, 2-butanol, t-butanol, 1-methoxy-2-propanol, 1-ethoxy-2-propanol, 2-methoxyethyl acetate, diacetone alcohol, free Alcohol, ethyl acetoacetate, tetrahydrofurfuryl alcohol, ethylene glycol, diethylene glycol, dipropylene glycol, diethylene glycol monomethyl ether, dipropylene glycol monomethyl ether, diethylene glycol Monoethyl ether, dipropylene glycol monoethyl ether, triethylene glycol, diethylene glycol dimethyl ether, diethylene glycol diethyl ether, acetone, acetonyl acetone, acetonitrile, ethylene carbonate, propylene carbonate, acetic acid, formic acid, formamide, N-methylformamide, N, N -Dimethylformamide, acetamide, N-methylacetamide, N, N-dimethylacetamide, N, N, N, N-tetramethylurea, 2-pyrrolidone, N-methylpyrrolidone, methyl carbamate, gamma butyrolactone, triacetin, isopropyl formate , Triethylamine, tetrahydrofuran, 1,2-dimethoxyethane, 1,4-dioxane, dimethyl sulfoxide, trimethyl phosphate, triethyl phosphate , Tributyl phosphate, pyridine and the like. Among these, N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, dimethyl sulfoxide, γ-butyrolactone, pyridine and N-methylpyrrolidone are suitable solvents.

上記の有機溶媒は1種類のみを分散媒置換用水分散液と混合してもよく、異なる複数の種類を分散媒置換用水分散液と混合してもよい。異なる複数の種類の有機溶媒を分散媒置換用水分散液と混合する場合には、分散媒置換用水分散液に順次有機溶媒を添加してもよいし、予め所定の割合に混合した有機溶媒を分散媒置換用水分散液に添加してもよいし、その両方の方法を併用してもよい。また、攪拌しながら、又は前述の微分散処理を行いながら、有機溶媒を分散媒置換用水分散液に添加してもよい。   Only one type of the above organic solvent may be mixed with the dispersion medium replacement water dispersion, or a plurality of different types may be mixed with the dispersion medium replacement water dispersion. When a plurality of different types of organic solvents are mixed with the dispersion medium replacement aqueous dispersion, the organic solvent may be sequentially added to the dispersion medium replacement aqueous dispersion, or the organic solvent mixed in advance at a predetermined ratio may be dispersed. It may be added to the medium-dispersing aqueous dispersion, or both methods may be used in combination. Further, the organic solvent may be added to the aqueous dispersion for dispersion medium substitution while stirring or performing the fine dispersion treatment described above.

本発明において好適な分散媒置換方法は、水を主な分散媒とする分散媒置換用水分散液(分散液中の水の量を減少させておいてもよい)と有機溶媒とを混合後、得られる混合物である分散液中の水の割合を減少させて、分散液中の分散媒に占める有機溶媒の割合を増加させる方法である。この方法により、分散媒に占める水の割合を大きく減少させ、分散媒の主な(すなわち50質量%超を占める)部分、特に分散媒の大部分を有機溶媒とすることができる。分散媒置換用水分散液と有機溶媒とを混合した後に水の割合を減少させる方法としては、例えば該水分散液と有機溶媒との混合物である分散液を常圧又は減圧下で加熱して、水成分を選択的に蒸発させる方法が挙げられる。この方法は、混合する有機溶媒の沸点が水の沸点よりも高い場合に好ましく採用できる。   A preferred dispersion medium replacement method in the present invention is a mixture of a dispersion medium replacement water dispersion containing water as a main dispersion medium (the amount of water in the dispersion may be reduced) and an organic solvent, In this method, the ratio of water in the dispersion, which is the resulting mixture, is decreased to increase the ratio of the organic solvent in the dispersion medium in the dispersion. By this method, the proportion of water in the dispersion medium can be greatly reduced, and the main part of the dispersion medium (that is, more than 50% by mass), particularly the majority of the dispersion medium can be used as the organic solvent. As a method of reducing the proportion of water after mixing the dispersion medium-dispersing water dispersion and the organic solvent, for example, heating the dispersion which is a mixture of the aqueous dispersion and the organic solvent under normal pressure or reduced pressure, A method of selectively evaporating the water component can be mentioned. This method can be preferably employed when the boiling point of the organic solvent to be mixed is higher than the boiling point of water.

また、モレキュラーシーブ、シリカゲル、活性アルミナ、ゼオライト、ソーダ石灰、硫酸マグネシウム、ある種のイオン交換樹脂等の水吸着剤を用いて分散媒中の水の量を減少させてもよい。また、テトラエトキシシラン、テトラメトキシシラン等のシラン化合物、又はマグネシウムエチラート等を用いて加水分解反応によって水を除去してもよい。また、上記のような方法を複数併用してもよい。例えば、減圧下で加熱することによって大部分の水を除去した後、モレキュラーシーブ等によってさらに水を除去してもよい。又は、水と有機溶媒との分子サイズの違いに対応するような平均細孔径サイズを有する半透膜、例えば限外濾過膜、精密濾過膜若しくは逆浸透膜を用いた濾過法によって水を除去してもよい。   Further, the amount of water in the dispersion medium may be reduced by using a water adsorbent such as molecular sieve, silica gel, activated alumina, zeolite, soda lime, magnesium sulfate, or certain ion exchange resins. Further, water may be removed by a hydrolysis reaction using a silane compound such as tetraethoxysilane or tetramethoxysilane, or magnesium ethylate. Further, a plurality of methods as described above may be used in combination. For example, after removing most of the water by heating under reduced pressure, the water may be further removed by molecular sieves or the like. Alternatively, water is removed by a filtration method using a semipermeable membrane having an average pore size corresponding to the difference in molecular size between water and an organic solvent, such as an ultrafiltration membrane, a microfiltration membrane, or a reverse osmosis membrane. May be.

また、好適な有機溶媒分散媒置換方法として、比較的高濃度な水分散液を調製し、そこに有機溶媒を添加するという方法でも分散媒の大部分を有機溶媒とすることができる。この方法は、分散媒置換用水分散液と混合する有機溶媒の沸点が低く、水の割合を減少させる工程において逆に有機溶媒の割合が減少してしまう場合、及び、混合する有機溶媒の沸点が水の沸点よりも低い場合(例えば、ピリジン、アセトニトリル等を用いる場合)に、より好ましく採用できる。   Moreover, as a suitable organic solvent dispersion medium replacement method, a method in which a relatively high concentration aqueous dispersion is prepared and an organic solvent is added thereto can be used as a major part of the dispersion medium. In this method, the boiling point of the organic solvent to be mixed with the dispersion liquid for replacing the dispersion medium is low, and when the ratio of the organic solvent is decreased in the step of reducing the ratio of water, and the boiling point of the organic solvent to be mixed is It can be more preferably employed when the boiling point is lower than the boiling point of water (for example, when pyridine, acetonitrile or the like is used).

本発明において、分散媒置換用水分散液と有機溶媒との混合物において分散媒中に占める水の割合を減少させる場合、該混合物の分散媒中に占める水の割合は分散媒全体の35質量%以下まで減少させることが好ましく、25質量%以下まで減少させることがより好ましい。特に、調製された有機溶媒分散液に、水に難溶な疎水性の添加剤を加える際には、さらに水の割合を減少させることが好ましい。このような場合、添加剤の種類に依存するが、水の割合は15質量%以下まで減少させることが一般に好ましく、10質量%以下まで減少させることがさらに好ましい。一方、層状無機化合物の(a)ナノシートの層間に束縛された束縛水まで減少させてしまうと、(a)ナノシートの有機溶媒への分散が進まない場合がある。よって、該混合物の分散媒中に占める水の割合は分散媒全体の0.1質量%以上であることが好ましく、0.5質量%以上であることがさらに好ましい。   In the present invention, when the proportion of water in the dispersion medium in the mixture of the dispersion medium-dispersing water dispersion and the organic solvent is reduced, the proportion of water in the dispersion medium of the mixture is 35% by mass or less of the entire dispersion medium. Is preferably reduced to 25 mass% or less. In particular, when a hydrophobic additive hardly soluble in water is added to the prepared organic solvent dispersion, it is preferable to further reduce the ratio of water. In such a case, although depending on the type of the additive, the proportion of water is generally preferably reduced to 15% by mass or less, more preferably 10% by mass or less. On the other hand, if the layered inorganic compound is reduced to the bound water bound between the layers of the (a) nanosheet, the dispersion of the (a) nanosheet into the organic solvent may not proceed. Therefore, the proportion of water in the dispersion medium of the mixture is preferably 0.1% by mass or more, and more preferably 0.5% by mass or more of the entire dispersion medium.

本発明において、前述した余剰イオンの減少及び主たる層間イオンのアンモニウムイオンへの交換を行う態様によれば、このように分散媒における水の含有割合を十分に減らしても、従来の有機イオン又はシラン処理による有機修飾なしに層状無機化合物が分散媒に高度に分散できるという効果が得られる。   In the present invention, according to the aspect in which the excess ions are reduced and the main interlayer ions are replaced with ammonium ions, the conventional organic ions or silanes can be obtained even if the water content in the dispersion medium is sufficiently reduced in this way. The effect is obtained that the layered inorganic compound can be highly dispersed in the dispersion medium without organic modification by treatment.

なお、本工程によって得られる、有機溶媒を主たる分散媒とする分散液中での(a)ナノシートの分散安定性は、余剰イオンの残留量によって大きく変化する。本発明においては、イオン交換樹脂及び/又は半透膜による処理によって余剰イオンを十分に除去するため、有機溶媒中においてより良好な(a)ナノシート分散状態が得られ、また有機溶媒分散液の固形分濃度を向上させることができる。   In addition, the dispersion stability of the (a) nanosheet in the dispersion liquid which uses the organic solvent as the main dispersion medium obtained by this step varies greatly depending on the residual amount of surplus ions. In the present invention, surplus ions are sufficiently removed by treatment with an ion exchange resin and / or a semipermeable membrane, so that a better (a) nanosheet dispersion state can be obtained in an organic solvent, and the solid state of the organic solvent dispersion can be obtained. The partial concentration can be improved.

以上のようにして有機溶媒分散液を得ることができる。この有機溶媒分散液は、層状無機化合物の(a)ナノシートの主たる層間イオンがアンモニウムイオンに交換された有機溶媒分散液であることが好ましい。   An organic solvent dispersion can be obtained as described above. This organic solvent dispersion is preferably an organic solvent dispersion in which the main interlayer ions of the (a) nanosheet of the layered inorganic compound are exchanged with ammonium ions.

[塗工液形成工程]
本工程においては、上記記載した方法で作製した有機溶媒分散液に(b)アミンを添加することで、(b)アミンが(a)ナノシートに吸着した分散液を得ることができる。有機溶媒分散液を撹拌又は微分散処理に供しながら(b)アミンを添加してもよい。(b)アミンは有機溶媒で希釈して加えてもよい。使用できる(b)アミンの具体的態様は[(b)アミン]の項で前述した通りである。
[Coating liquid formation process]
In this step, by adding (b) amine to the organic solvent dispersion prepared by the above-described method, a dispersion in which (b) amine is adsorbed on (a) nanosheet can be obtained. The amine may be added while subjecting the organic solvent dispersion to stirring or fine dispersion treatment. (B) The amine may be added after diluting with an organic solvent. Specific embodiments of (b) amine that can be used are as described above in the section of [(b) amine].

有機溶媒分散液に添加する(b)アミン量は層状無機化合物の陽イオン交換容量から計算される陽イオン量(例えば層間イオンがアンモニウムイオンである場合はアンモニウムイオン量)と同モル量以上であることが好ましい。   (B) The amount of amine added to the organic solvent dispersion is equal to or more than the amount of the cation calculated from the cation exchange capacity of the layered inorganic compound (for example, the amount of ammonium ion when the interlayer ion is ammonium ion). It is preferable.

また、(a)ナノシートと(b)アミンとの合計質量中に占める(b)アミンの割合は、塗工液中で、好ましくは1質量%以上、より好ましくは3質量%以上、また、好ましくは50質量%以下、より好ましくは50質量%未満、さらに好ましくは30質量%以下、特に好ましくは30質量%未満であるようにする。   Further, the proportion of (b) amine in the total mass of (a) nanosheet and (b) amine is preferably 1% by mass or more, more preferably 3% by mass or more, and preferably in the coating liquid. Is 50% by mass or less, more preferably less than 50% by mass, further preferably 30% by mass or less, and particularly preferably less than 30% by mass.

ただし、下記の製膜工程における乾燥温度以下に沸点を持つか、又は該乾燥温度以下で蒸気圧を有するアミンを選択した場合は、余剰のアミンが乾燥工程で揮発し、必要量のみアミンが吸着したガスバリア層が得られるので好適である。   However, when an amine having a boiling point below the drying temperature or having a vapor pressure below the drying temperature is selected in the following film forming step, excess amine is volatilized in the drying step, and only the necessary amount is adsorbed by the amine. This is preferable because a gas barrier layer obtained can be obtained.

本工程においては、有機溶媒分散液に、(c)硬化性有機物をさらに添加する。(c)硬化性有機物は、(b)アミン添加後に添加してもよいし、(b)アミン添加前に添加してもよい。また、(b)アミン及び(c)硬化性有機物を同時に加えてもよい。(c)硬化性有機物もまた、(b)アミンと同様、有機溶媒分散液を撹拌又は微分散処理に供しながら添加してもよい。(c)硬化性有機物は有機溶媒で希釈して加えてもよい。   In this step, (c) a curable organic substance is further added to the organic solvent dispersion. (C) The curable organic substance may be added after (b) addition of the amine, or may be added before (b) addition of the amine. Moreover, you may add (b) amine and (c) curable organic substance simultaneously. (C) A curable organic substance may also be added while subjecting the organic solvent dispersion to stirring or fine dispersion treatment in the same manner as (b) amine. (C) The curable organic material may be diluted with an organic solvent.

(c)硬化性有機物の有機溶媒分散液への添加量は、水蒸気ガスバリア性が良好である点で、(b)アミンに対してモル比で1/10倍以上であることが好ましい。また、該添加量が(b)アミンに対してモル比で5倍以下であると、ガスバリア層中に有機物の塊ができにくくガスバリアシート表面が平滑になる点で好ましい。上記添加量は、より好ましくは(b)アミンに対してモル比で2倍以下であり、さらに好ましくは(b)アミンに対してモル比で1倍以下である。 以上のようにして、(a)ナノシート、(b)アミン及び(c)硬化性有機物を含むナノシート含有組成物と分散媒とからなる塗工液を形成できる。   (C) It is preferable that the addition amount of the curable organic substance to the organic solvent dispersion is 1/10 or more in terms of a molar ratio with respect to (b) amine in terms of good water vapor gas barrier properties. Further, it is preferable that the addition amount is 5 times or less in terms of molar ratio with respect to (b) amine in that the mass of organic matter is hardly formed in the gas barrier layer, and the surface of the gas barrier sheet becomes smooth. The addition amount is more preferably 2 times or less in molar ratio to (b) amine, and further preferably 1 time or less in molar ratio to (b) amine. As described above, a coating liquid comprising the nanosheet-containing composition containing (a) nanosheet, (b) amine, and (c) curable organic substance and the dispersion medium can be formed.

[製膜工程]
本工程においては、上記で形成した塗工液を基板上に塗布した後、塗工液中の分散媒を、例えば乾燥によって除去するとともに、(b)アミンと(c)硬化性有機物とを反応させることによって、(c)硬化性有機物を硬化させる。これにより、該ナノシート含有組成物の硬化体であるガスバリア層を基板上に形成する。分散媒の除去と硬化とはいずれを先に行ってもよく、また両者を同時に行ってもよい。加熱で硬化するような(c)硬化性有機物を用いた場合、分散媒の乾燥等による除去と硬化とを同時に行うことができる。
[Film forming process]
In this step, after applying the coating liquid formed above onto the substrate, the dispersion medium in the coating liquid is removed, for example, by drying, and (b) amine and (c) curable organic substance are reacted. (C) The curable organic material is cured. Thereby, the gas barrier layer which is a hardening body of this nanosheet containing composition is formed on a board | substrate. Either the removal of the dispersion medium or curing may be performed first, or both may be performed simultaneously. When the (c) curable organic material that is cured by heating is used, the dispersion medium can be removed and cured by drying or the like at the same time.

なお、基板上に塗布される塗工液は、上記塗工液形成工程において形成されたままの状態であってもよいし、基板上への塗布が可能である程度に加熱等によって予備硬化されたものであってもよい。予備硬化の条件としては、ウォーターバス上50℃で1時間塗工液を加熱する等を例示できる。 The coating liquid applied on the substrate may be as it is formed in the coating liquid forming step, or may be pre-cured by heating or the like to a certain extent that can be applied on the substrate. It may be a thing. Examples of the pre-curing condition include heating the coating solution at 50 ° C. for 1 hour on a water bath.

塗工液の固形分濃度としては、0.1質量%以上が好ましく、0.5質量%以上がより好ましく、1.0質量%以上がさらに好ましく、2.0質量%以上がさらに好ましく、5質量%以上が特に好ましい。上記固形分濃度であれば分散媒除去のための乾燥時間がより短縮され、又は乾燥温度を下げることができる。分散液の固形分濃度は、混合、脱泡等が可能な濃度であればよく、塗工液が非常に粘度の高いペースト状であってもよい。塗工液から分散媒を除去する方法としては、遠心分離、ろ過、真空乾燥、凍結真空乾燥、不活性ガス雰囲気下放置、及び加熱蒸発法が好ましい。又は、これらの方法のうち、複数を組み合わせてもよい。   The solid content concentration of the coating liquid is preferably 0.1% by mass or more, more preferably 0.5% by mass or more, further preferably 1.0% by mass or more, and further preferably 2.0% by mass or more. A mass% or more is particularly preferred. If it is the said solid content density | concentration, the drying time for dispersion medium removal can be shortened more, or a drying temperature can be lowered | hung. The solid content concentration of the dispersion liquid may be a concentration that allows mixing, defoaming, and the like, and the coating liquid may be a paste with a very high viscosity. As a method for removing the dispersion medium from the coating liquid, centrifugation, filtration, vacuum drying, freeze vacuum drying, standing in an inert gas atmosphere, and heating evaporation are preferable. Or you may combine two or more among these methods.

なお、前述の攪拌又は微分散処理を行うこと等によって塗工液中に気体成分が混入している場合には、真空脱泡、超音波照射、又は遠心分離等の処理によって気体成分を脱気することが好ましい。それらの処理は前述の攪拌又は微分散処理の後に行ってもよいし、それらの処理中に同時に行ってもよい。塗工液に混入している気体成分由来の気泡は、該塗工液を用いて形成されるガスバリア層中に空隙を生じさせ、水蒸気ガスバリア性及び透明性を低下させる要因になるため、塗工液からの分散媒除去前に十分な脱気をすることは重要である。   In addition, when a gas component is mixed in the coating liquid by performing the above-described stirring or fine dispersion treatment, the gas component is degassed by a treatment such as vacuum defoaming, ultrasonic irradiation, or centrifugation. It is preferable to do. These treatments may be performed after the aforementioned stirring or fine dispersion treatment, or may be carried out simultaneously during these treatments. Bubbles derived from gas components mixed in the coating liquid cause voids in the gas barrier layer formed by using the coating liquid, and cause a decrease in water vapor gas barrier properties and transparency. It is important to perform sufficient deaeration before removing the dispersion medium from the liquid.

(b)アミンと(c)硬化性有機物との硬化反応は、光照射及び/又は加熱で行うことができる。   The curing reaction between (b) amine and (c) curable organic material can be carried out by light irradiation and / or heating.

光照射に用いる光源としては、高圧水銀灯、超高圧水銀灯、低圧水銀灯、メタルハライドランプ、キセノンランプ、蛍光灯、タングステンランプ、アルゴンレーザー、ヘリウムカドミウムレーザー等が挙げられる。この中で、高圧水銀灯及び超高圧水銀灯が好ましい。   Examples of the light source used for light irradiation include a high pressure mercury lamp, an ultrahigh pressure mercury lamp, a low pressure mercury lamp, a metal halide lamp, a xenon lamp, a fluorescent lamp, a tungsten lamp, an argon laser, and a helium cadmium laser. Among these, a high pressure mercury lamp and an ultra high pressure mercury lamp are preferable.

加熱はオーブン、ホットプレート等により行うことができる。加熱の具体例としては、例えば強制送風式オーブン等において、30℃以上250℃以下、好ましくは40℃以上200℃以下、より好ましくは50℃以上150℃以下の温度条件下で、10秒以上24時間以下、好ましくは1分以上10時間以下、より好ましくは3分以上6時間以下、さらに好ましくは5分以上3時間以下で分散液を乾燥させる方法が挙げられる。上記により、所望のガスバリア層を形成できる。しかし最適な乾燥時間は、塗工液を用いて形成される材料の形状、塗工液の固形分濃度、用いる分散媒、基板の耐熱温度、及び塗工液の液量等に大きく依存する。   Heating can be performed by an oven, a hot plate, or the like. As a specific example of heating, for example, in a forced air oven or the like, the temperature is 30 ° C. or higher and 250 ° C. or lower, preferably 40 ° C. or higher and 200 ° C. or lower, more preferably 50 ° C. or higher and 150 ° C. or lower. Examples include a method of drying the dispersion for a period of time, preferably 1 minute to 10 hours, more preferably 3 minutes to 6 hours, and even more preferably 5 minutes to 3 hours. As described above, a desired gas barrier layer can be formed. However, the optimum drying time greatly depends on the shape of the material formed using the coating liquid, the solid content concentration of the coating liquid, the dispersion medium used, the heat-resistant temperature of the substrate, the amount of the coating liquid, and the like.

上記(1)分散媒置換用水分散液調製工程、(2)有機溶媒分散液調製工程、(3)塗工液形成工程、(4)製膜工程の4つの工程を上記記載の順で行うことか、又は上記工程の(2)及び(3)に代わるものとして、または上記工程に追加して、(1)の工程で得た分散媒置換用水分散液と、有機溶媒とアミンと硬化性有機物を混合したものとを混合する工程により、基板上にガスバリア層を形成できる。基板とガスバリア層とからなるガスバリアシートを製造する場合には他の工程は必須ではないが、他の層を更に有するガスバリアシートを製造する場合には、上記(1)〜(4)の工程の少なくともいずれかの前又は後に、他の層を形成するための工程を任意に追加できる。また、上記基板からガスバリア層を剥離した後、別の支持体上に該ガスバリア層を再度積層する工程等を更に含むこともできる。上記手順により、ガスバリア層を有するガスバリアシートを製造できる。   The four steps of (1) dispersion medium replacement aqueous dispersion preparation step, (2) organic solvent dispersion preparation step, (3) coating solution forming step, and (4) film forming step are performed in the order described above. Or as an alternative to (2) and (3) of the above step, or in addition to the above step, an aqueous dispersion for replacing the dispersion medium obtained in the step (1), an organic solvent, an amine, and a curable organic substance. The gas barrier layer can be formed on the substrate by the step of mixing with the mixture. In the case of producing a gas barrier sheet comprising a substrate and a gas barrier layer, other steps are not essential. However, in the case of producing a gas barrier sheet further comprising other layers, the steps (1) to (4) are performed. Steps for forming other layers can optionally be added at least before or after any. Moreover, after peeling a gas barrier layer from the said board | substrate, the process etc. which again laminate | stack this gas barrier layer on another support body can also be included. By the above procedure, a gas barrier sheet having a gas barrier layer can be produced.

なお、本発明においては、有機溶媒分散液が得られるまでの任意のタイミングの分散液中に、後述するような添加剤、並びに他の任意の追加の添加剤等を混合してもよい。いずれの場合も、製膜工程における加熱乾燥等による分散媒の除去により、これらの添加剤を含むガスバリア層を形成できる。   In the present invention, additives as described later, other optional additives, and the like may be mixed in a dispersion liquid at an arbitrary timing until an organic solvent dispersion liquid is obtained. In any case, a gas barrier layer containing these additives can be formed by removing the dispersion medium by heat drying or the like in the film forming step.

有機溶媒分散液には、水分が多いと析出等によって容易に均一に混合できないような、水に難溶な疎水性の有機物をも添加剤として均一に組み合わせることができる。   In the organic solvent dispersion liquid, a hydrophobic organic substance that is hardly soluble in water, which cannot be easily mixed uniformly by precipitation or the like when there is a large amount of water, can be uniformly combined as an additive.

上記添加剤は、本発明における任意の工程の分散液の分散媒に均一に溶解又は微分散するものであれば特に限定されず、公知の任意のものを用いることができる。上記添加剤は、それ自体で、又は適当な溶媒に溶解若しくは分散させてなる溶液若しくは分散液の状態で、本発明における任意の工程の分散液と組み合わせることができる。   The additive is not particularly limited as long as it is uniformly dissolved or finely dispersed in the dispersion medium of the dispersion liquid in any step in the present invention, and any known additive can be used. The above additives can be combined with the dispersion of any step in the present invention by itself or in the form of a solution or dispersion obtained by dissolving or dispersing in an appropriate solvent.

本発明に係るガスバリアシートは水蒸気ガスバリア性に優れるため、様々な分野に用いることが可能である。いくつかの具体的な例を以下に説明する。   Since the gas barrier sheet according to the present invention is excellent in water vapor gas barrier properties, it can be used in various fields. Some specific examples are described below.

本発明に係るガスバリアシートにおいて、層間イオンがアンモニウムイオンへ交換されている場合、ナトリウムをほとんど含まないガスバリア層が得られる。このようなガスバリア層は、アルカリ金属を嫌う用途、例えば電子デバイスの基板及び封止膜、梱包材、並びに光学フィルム等の用途に好適であると考えられる。   In the gas barrier sheet according to the present invention, when interlayer ions are exchanged for ammonium ions, a gas barrier layer containing almost no sodium is obtained. Such a gas barrier layer is considered to be suitable for applications that dislike alkali metals, such as substrates and sealing films for electronic devices, packaging materials, and optical films.

また、本発明のガスバリアシートを電子デバイス用途に用いる場合、膜又はフィルム状に形成したガスバリアシートを、液晶ディスプレイ、有機ELディスプレイ及び電子ペーパーの基板並びにガスバリア膜に用いることが好適である。有機EL素子を照明用途に用いることも好適である。本発明において形成されるガスバリア層は、層状無機化合物及び添加剤の種類及び割合を選ぶことで、高い水蒸気ガスバリア性のみならず、高耐熱性、低線膨張性、高透明性、高柔軟性等の、ディスプレイ用途に必須な要求物性を複数同時に満たすことが可能である。よって、例えばバックプレーンとなるアクティブマトリックス駆動回路を、膜又はフィルム状に形成したガスバリアシートに高温下で直接形成することが可能となる。   Moreover, when using the gas barrier sheet of this invention for an electronic device use, it is suitable to use the gas barrier sheet formed in the film | membrane or the film form for the substrate and gas barrier film of a liquid crystal display, an organic EL display, and electronic paper. It is also preferable to use the organic EL element for illumination. The gas barrier layer formed in the present invention can be selected not only with high water vapor gas barrier properties but also with high heat resistance, low linear expansion, high transparency, high flexibility, etc. by selecting the type and ratio of the layered inorganic compound and additives. It is possible to simultaneously satisfy a plurality of required physical properties essential for display applications. Therefore, for example, an active matrix drive circuit serving as a backplane can be directly formed at a high temperature on a gas barrier sheet formed into a film or film.

膜又はフィルム状のガスバリアシートに駆動回路を直接形成できることによって、ガラス基板等の耐熱性を有する支持体上に前記駆動回路を形成した後にこれを樹脂フィルムに転写する等の従来方法を用いる必要がなくなり、ディスプレイの製造工程を少なくすることができる。これにより、次世代のフレキシブルディスプレイ用材料の製造に好適であるばかりでなく、重量及びコストの面でも優位であるという利点が得られる。また、ガラス基板を用いてディスプレイ用材料をバッチ生産する方式と異なり、層状無機化合物のナノシートを含むガスバリア層を有するガスバリアシートを、膜状に形成されたロール状のフィルムとして形成し、これをそのまま用いてディスプレイ用材料を連続生産するロールトゥロール生産も可能となる。   Since the drive circuit can be directly formed on the film or film-like gas barrier sheet, it is necessary to use a conventional method such as forming the drive circuit on a heat-resistant support such as a glass substrate and then transferring the drive circuit to a resin film. This eliminates the manufacturing process of the display. Thereby, not only is it suitable for the production of the next-generation flexible display material, but also the advantage that it is superior in terms of weight and cost can be obtained. Unlike batch production of display materials using glass substrates, a gas barrier sheet having a gas barrier layer containing nanosheets of layered inorganic compounds is formed as a roll-like film formed into a film, and this is used as it is. Roll-to-roll production is also possible in which display materials are produced continuously.

なお、それら駆動回路は従来のシリコンをベースとした半導体技術によって構成してもよいが、ペンタセン及びチオフェン類に代表される有機半導体又はアモルファス無機半導体を用いてもよい。その際には回路形成にフォトリソグラフィー法を用いてもよいし、インクジェット法及びナノインプリント法等の印刷法を用いてもよい。   These drive circuits may be configured by conventional silicon-based semiconductor technology, but organic semiconductors or amorphous inorganic semiconductors typified by pentacene and thiophenes may be used. In that case, a photolithography method may be used for circuit formation, or a printing method such as an inkjet method or a nanoimprint method may be used.

なお、有機ELディスプレイ及び電子ペーパーのバックプレーン、すなわち光を取り出す方向と反対方向の用途においては、透明性は一般に不要であるが、本発明を適用して形成される、層状無機化合物のナノシートを含むガスバリアシートが透明である場合、ディスプレイの視認側及び有機EL照明の光取り出し側にガスバリアシートを用いることが好適である。   In addition, in the use of the organic EL display and the backplane of electronic paper, that is, in the direction opposite to the light extraction direction, transparency is generally unnecessary, but the layered inorganic compound nanosheet formed by applying the present invention is used. When the gas barrier sheet to be included is transparent, it is preferable to use the gas barrier sheet on the viewing side of the display and the light extraction side of the organic EL illumination.

なお、本発明のガスバリアシートを適用可能な液晶ディスプレイの方式としては、TN、STN、VA、IPS等の種類が挙げられるが、複屈折制御剤を用いることで膜厚方向の複屈折を自由に調整することができるため、上記方式は特に限定されるものではない。厚み及び複屈折制御剤によって複屈折を調整することで、該ガスバリアシートを位相差板として用いることも可能である。   The liquid crystal display system to which the gas barrier sheet of the present invention can be applied includes TN, STN, VA, IPS, and the like. By using a birefringence control agent, birefringence in the film thickness direction can be freely set. Since it can be adjusted, the above method is not particularly limited. The gas barrier sheet can be used as a retardation plate by adjusting the birefringence by the thickness and the birefringence control agent.

また、有機ELディスプレイ及び有機EL照明においても、トップエミッション型及びボトムエミッション型の双方に本発明のガスバリアシートを適用することができる。さらには、該ガスバリアシートは、電子ペーパーとしても、例えば電気泳動駆動式、電子粉流体方式、液晶を用いた方式等で特に限定されず用いることができる。   Moreover, also in an organic EL display and organic EL illumination, the gas barrier sheet of the present invention can be applied to both a top emission type and a bottom emission type. Further, the gas barrier sheet can be used as electronic paper without being particularly limited by, for example, an electrophoretic drive method, an electronic powder fluid method, a method using liquid crystal, or the like.

上記のディスプレイを駆動する回路としても、パッシブマトリクス方式及びアクティブマトリクス方式の双方に該ガスバリアシートを用いることができる。利用形態としては、回路を形成するための基板として、並びに外部からの酸素及び水蒸気を遮断するためのガスバリア層として、のいずれも可能である。   The gas barrier sheet can be used for both the passive matrix system and the active matrix system as a circuit for driving the display. As a utilization form, any of a substrate for forming a circuit and a gas barrier layer for blocking oxygen and water vapor from the outside is possible.

その他には、本発明のガスバリアシートを絶縁性とすることができる特徴を生かして、フィルム状のガスバリアシートを電気回路のフレキシブル基板として広範囲に用いることもできる。該ガスバリアシートを電気回路の基板として利用する場合、電子部品を実装する際の位置合わせに画像処理を用いる事が多く、その場合には基板に透明性が要求されるため、透明性を有するフィルム状のガスバリアシートは好適である。特に、基板上の導体部分を導電性インクの塗布又は印刷で形成したフレキシブルプリント基板においては、フィルム状のガスバリアシートの耐熱性と低い線膨張係数とを生かして導電性インクをより高温で焼成することが可能なため、塗布又は印刷で形成した導体部分の抵抗率をより低くすることが可能である。このようなフレキシブル基板及びフレキシブルプリント基板の好適な用途としては、RFIDタグの基板、銅張積層板等が挙げられる。   In addition, a film-like gas barrier sheet can also be used widely as a flexible substrate for an electric circuit by taking advantage of the characteristic that the gas barrier sheet of the present invention can be made insulating. When the gas barrier sheet is used as a substrate for an electric circuit, image processing is often used for alignment when mounting an electronic component. In that case, the substrate is required to be transparent, and thus a transparent film. A gas barrier sheet in a shape is suitable. In particular, in a flexible printed circuit board in which a conductive portion on a substrate is formed by applying or printing conductive ink, the conductive ink is baked at a higher temperature by taking advantage of the heat resistance and low linear expansion coefficient of the film-like gas barrier sheet. Therefore, it is possible to lower the resistivity of the conductor portion formed by coating or printing. Suitable applications of such flexible substrates and flexible printed substrates include RFID tag substrates and copper clad laminates.

さらに、本発明のガスバリアシートは、光を通過させる必要があり、かつガスバリア性が要求される太陽電池にも適用することができる。太陽電池用の基板、保護層及びバックシートには高いガスバリア性も求められるため、膜状に加工したガスバリアシートは太陽電池用途にも好適である。適用できる太陽電池の種類としては、結晶シリコン系、薄膜シリコン系、CIGS系のような化合物系、色素増感太陽電池、及び有機薄膜太陽電池等が挙げられ、特に高いガスバリア性を要求する有機薄膜太陽電池には好適である。   Furthermore, the gas barrier sheet of the present invention can also be applied to solar cells that require light to pass through and that require gas barrier properties. Since the substrate for a solar cell, the protective layer, and the back sheet are also required to have a high gas barrier property, the gas barrier sheet processed into a film is suitable for solar cell applications. Examples of applicable solar cells include crystalline silicon-based, thin-film silicon-based, CIGS-based compounds, dye-sensitized solar cells, organic thin-film solar cells, and the like, and organic thin films that require particularly high gas barrier properties. Suitable for solar cells.

さらに該ガスバリアシートは、CD−R及びDVD等の記録媒体の情報記録部位を酸素等から保護する保護膜としても有望である。   Further, the gas barrier sheet is promising as a protective film for protecting the information recording portion of a recording medium such as CD-R and DVD from oxygen or the like.

さらに、食品、医薬品又は電子部品等を梱包する包装材又は容器に該ガスバリアシートを用いることで、透明で中身が見えるように形成できるという該ガスバリアシートの特徴を生かし、かつ包装材及び容器のガスバリア性を向上させることができる。   Further, by using the gas barrier sheet for a packaging material or container for packing food, pharmaceuticals, electronic parts, etc., the gas barrier sheet can be formed so that it can be transparent and visible, and the gas barrier of the packaging material and container is used. Can be improved.

そのほかにも、本発明のガスバリアシートは、分散液である塗工液を塗工することによって形成できるため、酸素及び水蒸気から物体の表面を保護するコーティング材として用いることが可能である。このとき、分散液を塗工(コーティング)する表面の形は平坦である必要はなく、3次元的に凸凹があってもよい。このようなコーティングによって、物体の表面及び内部が酸化等によって劣化していくことを抑制することができる。例えば、太陽電池のバックシートの代わりに、分散液を直接太陽電池表面に塗工してガスバリア性を付与することも可能である。   In addition, since the gas barrier sheet of the present invention can be formed by applying a coating liquid that is a dispersion, it can be used as a coating material for protecting the surface of an object from oxygen and water vapor. At this time, the shape of the surface on which the dispersion is applied (coating) does not need to be flat, and may be uneven in three dimensions. By such a coating, it is possible to suppress deterioration of the surface and the inside of the object due to oxidation or the like. For example, instead of the back sheet of the solar cell, it is also possible to apply the dispersion directly on the surface of the solar cell to impart gas barrier properties.

また、上記のコーティング特性を用いて、物体の貼り合わせ部に分散液を塗工することで、貼り合わせ面からのガスの進入を抑制することができる。   Further, by applying the dispersion liquid to the bonded portion of the object using the above-described coating characteristics, it is possible to suppress the ingress of gas from the bonded surface.

また、本発明のガスバリアシートは、前述のような電子デバイスの用途以外に、液体及び気体の搬送用のチューブ及び貯蔵用のタンク等にコーティングして用いることも好適である。この場合、分散液の塗工により、該チューブ及びタンクの内外面に立体的にガスバリアシートをコーティングできる。また、ガスバリア性が求められる、燃料電池の水素タンク及び輸送用ホース、並びにガソリンのホース及びタンクの構成材料自体としてもガスバリアシートが好適に用いられる。該ガスバリアシートはまた、高いガスバリア性と金属に比較しての熱伝導率の低さとを生かして真空断熱材の真空保持材に用いることも好適である。   The gas barrier sheet of the present invention is also preferably used by coating a tube for transporting liquid and gas, a tank for storage and the like in addition to the use of the electronic device as described above. In this case, the gas barrier sheet can be three-dimensionally coated on the inner and outer surfaces of the tube and tank by applying the dispersion liquid. Moreover, a gas barrier sheet is also suitably used as the constituent material itself of a hydrogen tank and a transport hose of a fuel cell, and a gasoline hose and tank that require gas barrier properties. The gas barrier sheet is also suitable for use as a vacuum holding material for a vacuum heat insulating material, taking advantage of high gas barrier properties and low thermal conductivity compared to metals.

上記の各用途においても、(a)ナノシートの平均アスペクト比が150以上であるフッ素化ヘクトライト若しくはフッ素化雲母(特に合成フッ素化ヘクトライト若しくは合成フッ素化雲母)を用いたガスバリアシートが特に好適である。   In each of the above applications, a gas barrier sheet using (a) fluorinated hectorite or fluorinated mica (in particular, synthetic fluorinated hectorite or synthetic fluorinated mica) having an average aspect ratio of the nanosheet of 150 or more is particularly suitable. is there.

なお、前述したディスプレイ、フレキシブル基板、フレキシブルプリント基板、太陽電池、有機半導体又はアモルファス無機半導体を有する電子デバイス等、梱包材、容器、チューブ及びタンク、並びに表面コーティング等に対して、本発明のフィルム状又は膜状のガスバリアシートを適用する際には、ガスバリアシートをそのまま適用してもよいし、必要に応じて別の機能を有する形成体(例えば主として無機材料からなるガスバリア膜、樹脂材料等からなる補強材、傷等を防ぐための保護層、表面を平滑化するための平滑化層)等を付与してもよい。特に、ガスバリア性をさらに高めるために、公知の無機薄膜、上記フィルム状又は膜状のガスバリアシート、及びそれらを保護する主として樹脂材料からなる膜を積層させることは有効である。   It should be noted that the above-described display, flexible substrate, flexible printed substrate, solar cell, electronic device having an organic semiconductor or an amorphous inorganic semiconductor, etc., packaging materials, containers, tubes and tanks, surface coatings, etc. Alternatively, when a film-like gas barrier sheet is applied, the gas barrier sheet may be applied as it is, or a formed body having another function as necessary (for example, a gas barrier film mainly composed of an inorganic material, a resin material, or the like). A reinforcing material, a protective layer for preventing scratches, a smoothing layer for smoothing the surface, and the like may be provided. In particular, in order to further improve the gas barrier properties, it is effective to laminate a known inorganic thin film, the above film-like or film-like gas barrier sheet, and a film mainly composed of a resin material that protects them.

例えば、任意の樹脂フィルム上に膜状に形成された、本発明のガスバリアシートの上に、さらに、樹脂又は無機材料からなる、例えば膜状の材料を1層又は任意の組み合わせの2層以上の多層で積層してもよい。さらに、積層された該多層の膜を樹脂フィルムから剥がして用いてもよい。例えば、樹脂フィルム−アンカーコート層−{本発明における膜状のガスバリアシート−樹脂又は無機材料からなる膜−}平滑化層−保護層、のような組み合わせが好適である。括弧で示された膜状のガスバリアシートと樹脂又は無機材料からなる膜との積層部分は、1層ずつでも、任意の組み合わせで多層積層されていても良い。また、樹脂又は無機材料からなる膜、アンカーコート層、平滑化層及び保護層はあってもなくても良く、それぞれの層は1層でも複数の層でもよい。   For example, on the gas barrier sheet of the present invention formed in a film shape on an arbitrary resin film, and further composed of a resin or an inorganic material, for example, one layer or two or more layers in any combination of film materials You may laminate by a multilayer. Further, the laminated multilayer film may be peeled off from the resin film. For example, a combination such as resin film-anchor coat layer- {film gas barrier sheet in the present invention-film made of resin or inorganic material-} smoothing layer-protective layer is suitable. The laminated portion of the film-like gas barrier sheet and the film made of resin or inorganic material shown in parentheses may be laminated one by one or in multiple layers in any combination. Further, a film made of a resin or an inorganic material, an anchor coat layer, a smoothing layer, and a protective layer may or may not be provided, and each layer may be a single layer or a plurality of layers.

上記無機材料からなる膜を積層する場合、該膜としては、酸化珪素、アルミニウム、亜鉛スズ、並びに鉛の酸化物、炭化物、窒化物、酸炭化物、酸窒化物、炭化窒化物及び酸炭化窒化物のうちの1種又は2種以上の混合物等からなる、ガスバリア材料として公知の任意の薄膜層が好適である。   In the case of laminating the films made of the above inorganic materials, the films include silicon oxide, aluminum, zinc tin, and lead oxide, carbide, nitride, oxycarbide, oxynitride, carbonitride, and oxycarbonitride. Among them, any thin film layer known as a gas barrier material made of one kind or a mixture of two or more kinds is suitable.

さらに、特開2007−63118号公報に開示があるような水膨潤性(吸湿性)を有する膜を、水蒸気ガスバリア性の高い本発明における膜状のガスバリアシートと積層することは、特開2007−22075号公報に開示される水蒸気ガスバリア性を含むガスバリア性を改善するために好適である。水膨潤性を有する膜としては特に限定されるものではないが、層間イオンとして無機イオンを主として有する層状無機化合物を含有する膜である場合、本発明による効果がより顕著である。本発明の膜状のガスバリアシートと該水膨潤性を有する膜とを組み合わせたガスバリア膜は、水蒸気が多い環境でも高いガスバリア性を保持することが可能であり、かつ、ガスバリア膜によって封止した製品、例えば特開2007−42616号公報に開示があるような有機EL素子等から発生した水分も吸着することができる。上記ガスバリア膜は、酸素及び水蒸気に対する非常に高いバリア特性が要求される有機EL素子、特に、着色している乾燥剤を用いることができないトップエミッション型の有機EL素子、乾燥剤を入れることが困難な完全固体型の有機EL素子等に特に好適である。   Furthermore, laminating a film having water swellability (hygroscopicity) as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-63118 with the film-like gas barrier sheet of the present invention having a high water vapor gas barrier property is disclosed in This is suitable for improving gas barrier properties including water vapor gas barrier properties disclosed in 22075. The film having water swellability is not particularly limited, but the effect of the present invention is more remarkable when the film contains a layered inorganic compound mainly containing inorganic ions as interlayer ions. The gas barrier film in which the film-like gas barrier sheet of the present invention and the film having water swellability are combined can maintain high gas barrier properties even in an environment where there is a lot of water vapor, and is a product sealed with the gas barrier film For example, moisture generated from an organic EL element or the like disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-42616 can also be adsorbed. The above-mentioned gas barrier film is an organic EL element that requires very high barrier properties against oxygen and water vapor, particularly a top emission type organic EL element that cannot use a colored desiccant, and it is difficult to contain a desiccant. It is particularly suitable for a perfect solid organic EL element.

また、本発明に係るガスバリア用塗工液は、耐熱性が要求される材料及び疎水性が要求される材料に簡単に塗付できるため、これらの材料の表面にガスバリアシートを形成するための表面コート剤として好適である。   In addition, since the gas barrier coating liquid according to the present invention can be easily applied to materials requiring heat resistance and materials requiring hydrophobicity, a surface for forming a gas barrier sheet on the surface of these materials. Suitable as a coating agent.

以下に、実施例を示して、本発明をさらに具体的に説明する。なお、以下の実施例及び比較例における分散液及びガスバリアシートの物性は、下記の方法で評価した。   Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples. The physical properties of the dispersions and gas barrier sheets in the following examples and comparative examples were evaluated by the following methods.

(1)分散液中のイオンの存在割合
イオンクロマトグラフィー分析により評価した。陽イオンに関しては、TSKgel Super IC−Cationカラム(サイズ4.6mmI.D.×15cm)によって、0.50mMol/Lのヒスチジンと2.5mMolの硝酸との混合溶液を溶離液として用い、流速1.0mL/分、注入量30μLの条件にて測定して定量した。陰イオンに関しては、TSKgel Super IC−APカラム(サイズ4.6mmI.D.×15cm)によって、1.7mMolのNaHCO3溶液と1.8mMolのNa2CO3溶液との混合溶液を溶離液として用い、流速0.8mL/分、注入量30μLの条件にて測定して定量した。
(1) Presence ratio of ions in the dispersion liquid It was evaluated by ion chromatography analysis. For cations, a TSKgel Super IC-Cation column (size 4.6 mm ID × 15 cm) was used with a mixed solution of 0.50 mMol / L histidine and 2.5 mMol nitric acid as the eluent. Measurement was carried out under conditions of 0 mL / min and an injection volume of 30 μL to quantify. Regarding the anion, a mixed solution of 1.7 mMol NaHCO 3 solution and 1.8 mMol Na 2 CO 3 solution was used as an eluent through a TSKgel Super IC-AP column (size 4.6 mm ID × 15 cm). Measured and quantified under the conditions of a flow rate of 0.8 mL / min and an injection volume of 30 μL.

(2)分散液中の(a)ナノシートの平均粒子径
動的光散乱法によって平均粒子径を決定した。装置としては、大塚電子株式会社製のゼータ電位・粒径測定システムELSZ−2を用い、液温25℃にて約0.005質量%から0.5質量%の範囲で分散液の固形分濃度を変化させ、その範囲内で濃度に対するゼータ電位の依存性が認められない範囲を決定した。さらにその範囲内で散乱強度の高い濃度を任意に決定し、その濃度で3回測定を実施して、キュムラント解析結果に基づく平均粒子径の平均値をその分散液中の(a)ナノシートの平均粒子径とした。
(2) Average particle size of (a) nanosheet in dispersion The average particle size was determined by a dynamic light scattering method. As the apparatus, a solid content concentration of the dispersion liquid is used in the range of about 0.005 mass% to 0.5 mass% at a liquid temperature of 25 ° C. using a zeta potential / particle size measurement system ELSZ-2 manufactured by Otsuka Electronics Co. The range in which the dependence of the zeta potential on the concentration was not observed was determined. Further, a concentration having high scattering intensity is arbitrarily determined within the range, and measurement is performed three times at the concentration, and the average value of the average particle diameter based on the cumulant analysis result is calculated as the average of (a) nanosheets in the dispersion The particle diameter was taken.

(3)ガスバリアシートのガスバリア層の膜厚
触針式表面形状測定器(DEKTAK 6M((株)アルバック社製))を用い、スキャン長さ2000μm、時間13秒、スタイラスフォース3mg、スタイラス径12.5μmにて測定した。
(3) Film thickness of gas barrier layer of gas barrier sheet Using a stylus type surface shape measuring instrument (DEKTAK 6M (manufactured by ULVAC, Inc.)), scan length 2000 μm, time 13 seconds, stylus force 3 mg, stylus diameter 12. Measurement was performed at 5 μm.

(4)ガスバリアシートのX線回折分析(XRD)
株式会社リガクのX線回折装置「RINT−2500」によって行った。X線波長は、Cu/Kαの1.54056Åを用いた。測定環境は気温25℃相対湿度50%とした。
(4) X-ray diffraction analysis (XRD) of gas barrier sheet
The measurement was carried out by an X-ray diffractometer “RINT-2500” manufactured by Rigaku Corporation. As the X-ray wavelength, 1.54056 mm of Cu / Kα was used. The measurement environment was an air temperature of 25 ° C. and a relative humidity of 50%.

(5)ガスバリアシートのIR測定
VarianのIR測定装置「FTS−575C/UMA500」によって行った。測定方法は透過法で行った。試料板はGe結晶を用い、積算回数は100回とした。測定環境は気温25℃相対湿度50%とした。
(5) IR Measurement of Gas Barrier Sheet The measurement was performed with a Varian IR measurement device “FTS-575C / UMA500”. The measurement method was a transmission method. The sample plate was made of Ge crystal and the number of integration was 100 times. The measurement environment was an air temperature of 25 ° C. and a relative humidity of 50%.

(6)ガスバリア層中の(a)ナノシートの定量測定
島津株式会社の熱重量分析装置「TGA−50」によって行った。各実施例及び比較例において作製したガスバリアシートからスパチュラでかきとる方法で分離したガスバリア層5mgを白金セルに乗せ、窒素ガスを50ml/minで流しながら、10℃/minで30℃から800℃まで昇温させた。300℃から800℃の間での重量減少を(b)アミン及び(c)硬化性有機物の量とし、残った割合を(a)ナノシートの量とした。
(6) Quantitative measurement of (a) nanosheet in gas barrier layer It was performed by a thermogravimetric analyzer “TGA-50” manufactured by Shimadzu Corporation. 5 mg of the gas barrier layer separated by a spatula scraping method from the gas barrier sheet produced in each example and comparative example was placed on a platinum cell, and nitrogen gas was flowed at 50 ml / min, from 30 ° C. to 800 ° C. at 10 ° C./min. The temperature was raised. The weight loss between 300 ° C. and 800 ° C. was defined as the amount of (b) amine and (c) curable organic material, and the remaining ratio was defined as the amount of (a) nanosheet.

(7)ガスバリアシートの断面TEM観察
得られたガスバリアシートの断面をFIBにより加工して薄片を作製し、日立株式会社のTEM「HF−2000」にて200kVで観察を行った。
(7) Cross-sectional TEM observation of gas barrier sheet The cross section of the obtained gas barrier sheet was processed by FIB to produce a thin piece, and observed at 200 kV with a TEM “HF-2000” of Hitachi, Ltd.

(8)ガスバリアシートの水蒸気ガスバリア性
差圧法にて、JIS K7126に準拠したGTRテック株式会社製のガス・水蒸気透過率測定装置GTR−30XAASを用い、透過面積50.24cm2、差圧1気圧、酸素ガスをキャリアガスとして40℃相対湿度90%において5分積算にて測定した。
(8) Water vapor gas barrier property of gas barrier sheet Using a differential pressure method, a gas / water vapor permeability measuring device GTR-30XAAS manufactured by GTR Tech Co., Ltd. conforming to JIS K7126, a permeation area of 50.24 cm 2 , a differential pressure of 1 atm, The measurement was performed for 5 minutes at 40 ° C. and 90% relative humidity using oxygen gas as a carrier gas.

[実施例1]
層間イオンが主としてナトリウムイオンである、溶融法によって合成されたフッ素化ヘクトライトの分散液(商品名:分級NHT、トピー工業株式会社製)を用いた。純水で希釈して固形分濃度を2質量%とした分級NHTの分散液400gを、遠心分離装置himac CR20(株式会社日立製作所製)を用い、ローター番号13、500ml遠沈管を用い、8000rpm10分の条件で遠心分離を行って、沈降物を分離除去した。また上澄みを260g捨てて得られた水分散液の重量は90gであり、その固形分濃度は2.4質量%であった。また、分散液中の固形分に対するナトリウムイオンの存在割合は4.2質量%、フッ素イオンが同0.28質量%、硫酸イオンが同0.11質量%であった。動的散乱法によって測定された固形分の平均粒子径は3000nmであった。
[Example 1]
A dispersion of fluorinated hectorite (trade name: classified NHT, manufactured by Topy Industries, Ltd.) synthesized by a melting method in which interlayer ions are mainly sodium ions was used. 400 g of a classified NHT dispersion with a solid content concentration of 2% by mass diluted with pure water, using a centrifugal separator himac CR20 (manufactured by Hitachi, Ltd.), using a rotor number 13, 500 ml centrifuge tube, and 8000 rpm for 10 minutes. Centrifugation was performed under the conditions described above to separate and remove the sediment. The weight of the aqueous dispersion obtained by discarding 260 g of the supernatant was 90 g, and the solid content concentration was 2.4% by mass. The proportion of sodium ions to the solid content in the dispersion was 4.2% by mass, fluorine ions were 0.28% by mass, and sulfate ions were 0.11% by mass. The average particle size of the solid content measured by the dynamic scattering method was 3000 nm.

1Nの水酸化カリウムによって十分に水酸化物イオン型に調整した後に純水で十分に洗浄した陰イオン交換樹脂(アンバーライトIRA400、オルガノ株式会社製)40mlをガラス製のカラムに詰めて、1.2質量%に蒸留水で希釈した200mlの前記水分散液を1秒毎に約1滴の速度で上記の陰イオン交換樹脂の詰まったカラムに通し、水酸化物イオンへの陰イオン交換を行った。1Nの塩化アンモニウム水溶液によって十分にアンモニウムイオン型に調整した陽イオン交換樹脂(アンバーライトIR120B、オルガノ株式会社製)約40mlをガラス製のカラムに詰めて、前述の陰イオン交換を行った分散液を、1秒毎に約1滴の速度で上記の陽イオン交換樹脂の詰まったカラムに通し、アンモニウムイオンへの陽イオン交換を行った。得られた分散液をさらに同じ遠心分離装置によって8000rpm10分の条件で遠心分離を行い、わずかに発生した沈降物を分離除去した。得られたイオン交換後の分散液の固形分濃度は1.07質量%であった。この分散液中の固形分に対するナトリウムイオンの存在割合は0.04質量%、アンモニウムイオンが同3.2質量%、フッ素イオンが同0.014質量%、硫酸イオンが同0.002質量%であった。すなわち、前記のイオン交換によってナトリウムイオンの99.0%が除去されたことになる。   40 ml of an anion exchange resin (Amberlite IRA400, manufactured by Organo Corporation), which was sufficiently adjusted to a hydroxide ion type with 1N potassium hydroxide and thoroughly washed with pure water, was packed in a glass column. 200 ml of the aqueous dispersion diluted to 2% by mass with distilled water is passed through the column filled with the anion exchange resin at a rate of about 1 drop every second to perform anion exchange into hydroxide ions. It was. About 40 ml of a cation exchange resin (Amberlite IR120B, manufactured by Organo Corp.) sufficiently adjusted to an ammonium ion type with a 1N ammonium chloride aqueous solution was packed in a glass column, and the dispersion subjected to the anion exchange described above was prepared. The cation exchange into ammonium ions was carried out at a rate of about 1 drop per second through a column packed with the above cation exchange resin. The obtained dispersion was further centrifuged under the same centrifuge at 8000 rpm for 10 minutes to separate and remove the slightly generated sediment. The solid concentration of the obtained dispersion after ion exchange was 1.07% by mass. The ratio of sodium ions to the solid content in the dispersion is 0.04% by mass, ammonium ions are 3.2% by mass, fluorine ions are 0.014% by mass, and sulfate ions are 0.002% by mass. there were. That is, 99.0% of sodium ions were removed by the ion exchange.

このイオン交換後の分散液(分散媒置換用水分散液として)50gとN,N−ジメチルホルムアミド(DMF)30gとを混合し、ロータリーエバポレーターにて約30〜120hPa,55℃の条件にて減圧加熱して分散媒を除去し、DMFを主たる分散媒とする、固形分濃度が約2.8質量%の透明な分散液(有機溶媒分散液として)約19gを得た。ガスクロマトグラフィーによって分析された該分散液中の水の含有量は約4質量%であった。   50 g of this dispersion after ion exchange (as a dispersion for replacing the dispersion medium) and 30 g of N, N-dimethylformamide (DMF) are mixed and heated under reduced pressure on a rotary evaporator at about 30 to 120 hPa at 55 ° C. Then, the dispersion medium was removed, and about 19 g of a transparent dispersion liquid (as an organic solvent dispersion liquid) having a solid content concentration of about 2.8% by mass using DMF as a main dispersion medium was obtained. The water content in the dispersion analyzed by gas chromatography was about 4% by mass.

この有機溶媒分散液を1滴取り出した後十分にDMFで希釈し、新鮮な雲母のへき開面に塗布して、AFMにて(a)ナノシートの厚みを測定したところ、平均粒子径が数μmである高アスペクト比の(a)ナノシートも含め、ほぼ全て約1nmであり、(a)ナノシートが有機溶媒中で単層にまで剥離して分散していることが示唆された。   After taking out one drop of this organic solvent dispersion, it was fully diluted with DMF, applied to the cleaved surface of fresh mica, and when the thickness of the nanosheet (a) was measured with AFM, the average particle size was several μm. Almost all, including a high aspect ratio (a) nanosheet, was about 1 nm, suggesting that (a) the nanosheet was peeled and dispersed into a single layer in an organic solvent.

(±)−trans−1,2−ジアミノシクロヘキサン(東京化成工業株式会社製)((b)アミンとして)27.0mgを0.41gのDMFに溶かしたものに上記有機溶媒分散液6gを添加し、室温で1時間攪拌した後、レソルシノールジグリシジルエーテル(アルドリッチ株式会社製)26.1mgを添加し、室温で1時間攪拌して、透明な塗工液を得た。この塗工液を攪拌しながらダイアフラムポンプで減圧脱気した後、自動フィルムアプリケーター(BYK−ガードナー社製)の上に100ミクロン厚のPENフィルム(帝人・デュポンフィルム株式会社製)をセットし、その上に2milのバーフィルムアプリケータ(BYK−ガードナー社製)を置き、この塗工液を約3mlバーフィルムアプリケータの前に流し込み、50mm/sの塗工速度で塗工した。その後セーフティオーブンSPHH−201(ESPEC社製)に入れ、50℃で10分間乾燥し、その後1.08℃/分の条件で180℃まで昇温し、その後180℃で2時間ホールドした。以上により、PENフィルム上にガスバリア層が形成されてなるガスバリアシートを得た。   (±) -trans-1,2-diaminocyclohexane (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) (as (b) amine) 27.0 mg dissolved in 0.41 g of DMF was added to 6 g of the organic solvent dispersion. After stirring at room temperature for 1 hour, 26.1 mg of resorcinol diglycidyl ether (manufactured by Aldrich Corporation) was added and stirred at room temperature for 1 hour to obtain a transparent coating solution. After depressurizing and depressurizing with a diaphragm pump while stirring the coating solution, a 100 micron thick PEN film (manufactured by Teijin DuPont Films Co., Ltd.) is set on an automatic film applicator (manufactured by BYK-Gardner). A 2 mil bar film applicator (manufactured by BYK-Gardner) was placed on top, and this coating solution was poured in front of about 3 ml bar film applicator and applied at a coating speed of 50 mm / s. Thereafter, it was put into a safety oven SPHH-201 (manufactured by ESPEC), dried at 50 ° C. for 10 minutes, then heated to 180 ° C. under the condition of 1.08 ° C./min, and then held at 180 ° C. for 2 hours. Thus, a gas barrier sheet in which a gas barrier layer was formed on the PEN film was obtained.

このガスバリアシートのガスバリア層の膜厚を測定したところ0.8μmであった。また、熱重量分析測定により、ガスバリア層中の(a)ナノシートの割合は78.2質量%であった。平均粒子径3000nmを前述の単位厚みdの0.95nmで除して得たa)ナノシートの平均アスペクト比は3200であった。   It was 0.8 micrometer when the film thickness of the gas barrier layer of this gas barrier sheet was measured. Moreover, the ratio of the (a) nanosheet in a gas barrier layer was 78.2 mass% by thermogravimetric analysis measurement. The average aspect ratio of the a) nanosheet obtained by dividing the average particle diameter of 3000 nm by the unit thickness d of 0.95 nm was 3200.

図1は、実施例1で形成したガスバリアシートのX線回折スペクトルを示す図である。最も強い001面の一次回折に対応するピークは2θ=5.24°に存在し、(a)ナノシートの層間距離に換算して1.69nmであった。   1 is a diagram showing an X-ray diffraction spectrum of a gas barrier sheet formed in Example 1. FIG. The peak corresponding to the first-order diffraction of the strongest 001 plane was present at 2θ = 5.24 °, and was (a) 1.69 nm in terms of the interlayer distance of the nanosheet.

またこのガスバリアシートのIRスペクトルから、3271cm-1にアミノ基に由来するピークが確認できた。XRDとIRとの結果より、(b)アミンが(a)ナノシートに吸着した構造を有することが確認できた。また、1604cm-1と1496cm-1にエポキシ由来のベンゼン環のピークが確認できた。また、905cm-1にグリシジル基のピークがなくなっていたことから、エポキシが(b)アミンと反応していることが確認できた。 Further, from the IR spectrum of the gas barrier sheet, a peak derived from an amino group was confirmed at 3271 cm −1 . From the results of XRD and IR, it was confirmed that (b) amine had a structure adsorbed on (a) nanosheet. Moreover, the peak of the benzene ring derived from an epoxy has been confirmed at 1604 cm −1 and 1496 cm −1 . Moreover, since the peak of the glycidyl group disappeared at 905 cm −1 , it was confirmed that the epoxy had reacted with (b) amine.

図2は、実施例1で形成したガスバリアシートの断面TEM写真を示す図である。該TEM写真は厚み方向断面を示し、(a)ナノシートの面方向がガスバリア層の面方向と略平行であるように配向して積層している構造が確認できた。   2 is a cross-sectional TEM photograph of the gas barrier sheet formed in Example 1. FIG. The TEM photograph showed a cross section in the thickness direction, and (a) a structure in which the nanosheets were oriented and laminated so that the plane direction of the nanosheet was substantially parallel to the plane direction of the gas barrier layer could be confirmed.

差圧法によって測定された本材料の水蒸気の透過量は54時間後で装置検出限界以下(0.002g/m2・day以下)であった。 The permeation amount of water vapor of this material measured by the differential pressure method was below the detection limit of the device after 54 hours (0.002 g / m 2 · day or less).

[実施例2]
実施例1における、層間イオンが主としてナトリウムイオンである、溶融法によって合成されたフッ素化ヘクトライトの分散液(商品名:分級NHT、トピー工業株式会社製)の代わりに、層間イオンが主としてナトリウムイオンである、タルク変性法によって合成されたフッ素化雲母の分散液(商品名:MEB3、コープケミカル株式会社製)を用いた。純水によって固形分濃度を2質量%に希釈したMEB3の分散液400gを、実施例1と同じ遠心分離装置により2000rpm10分の条件で遠心分離を行い、沈降物を分離除去して、水分散液を得た。得られた水分散液の固形分濃度は1.29質量%であった。また、分散液中の固形分に対するナトリウムイオンの存在割合は3.3質量%、フッ素イオンが同0.26質量%、硫酸イオンが同0.024質量%であった。
[Example 2]
Instead of the fluorinated hectorite dispersion (trade name: Classified NHT, manufactured by Topy Industries, Ltd.) synthesized by the melting method in which interlayer ions are mainly sodium ions in Example 1, interlayer ions are mainly sodium ions. A dispersion of fluorinated mica synthesized by the talc modification method (trade name: MEB3, manufactured by Corp Chemical Co., Ltd.) was used. A dispersion of 400 g of MEB3 diluted with pure water to a solid content concentration of 2% by mass was centrifuged at 2000 rpm for 10 minutes using the same centrifuge as in Example 1, and the precipitate was separated and removed. Got. The resulting aqueous dispersion had a solid content concentration of 1.29% by mass. The ratio of sodium ions to the solid content in the dispersion was 3.3% by mass, fluorine ions were 0.26% by mass, and sulfate ions were 0.024% by mass.

この水分散液を、実施例1と同様にして余剰イオンの除去及び層間イオンのアンモニウムイオンへのイオン交換に供し、固形分濃度が1.06質量%のイオン交換後の分散液を得た。この分散液中の固形分に対するナトリウムイオンの存在割合は0.060質量%、アンモニウムイオンが同2.4質量%、フッ素イオンが同0.042質量%、硫酸イオンが同0.010質量%であった。すなわち、前記のイオン交換によってナトリウムイオンの98.2%が除去されたことになる。   This aqueous dispersion was subjected to removal of surplus ions and ion exchange of interlayer ions with ammonium ions in the same manner as in Example 1 to obtain a dispersion after ion exchange having a solid content concentration of 1.06% by mass. The ratio of sodium ions to the solid content in the dispersion is 0.060% by mass, ammonium ions are 2.4% by mass, fluorine ions are 0.042% by mass, and sulfate ions are 0.010% by mass. there were. That is, 98.2% of sodium ions were removed by the ion exchange.

イオン交換後の分散液(分散媒置換用水分散液として)25.0gとDMF25.0gとを混合し、ロータリーエバポレーターにて約30〜120hPa,55℃の条件にて減圧加熱して分散媒を除去し、残留水分の割合が約6.5質量%にまで低減されたDMFを主たる分散媒とする、固形分濃度が約1.17質量%の透明な分散液(有機溶媒分散液として)22.6gを得た。   25.0 g of the dispersion after ion exchange (as an aqueous dispersion for replacing the dispersion medium) and 25.0 g of DMF are mixed, and the dispersion medium is removed by heating under reduced pressure at about 30 to 120 hPa and 55 ° C. with a rotary evaporator. 21. A transparent dispersion (as an organic solvent dispersion) having a solid content concentration of about 1.17% by mass, using DMF whose residual water content is reduced to about 6.5% by mass as a main dispersion medium. 6 g was obtained.

(±)−trans−1,2−ジアミノシクロヘキサン(東京化成工業株式会社製)((b)アミンとして)25.0mgを0.41gのDMFに溶かしたものに上記有機溶媒分散液6gを添加し、室温で1時間攪拌した後、レソルシノールジグリシジルエーテル(アルドリッチ株式会社製)24.2mgを添加し、透明な塗工液を得た。その後、実施例1と同様にして、ガスバリアシートを得た。   (±) -trans-1,2-diaminocyclohexane (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) (as (b) amine) 25.0 mg dissolved in 0.41 g of DMF was added with 6 g of the organic solvent dispersion. After stirring for 1 hour at room temperature, 24.2 mg of resorcinol diglycidyl ether (manufactured by Aldrich Corporation) was added to obtain a transparent coating solution. Thereafter, a gas barrier sheet was obtained in the same manner as in Example 1.

このガスバリアシートのガスバリア層の膜厚を実施例1と同様の方法で測定したところ0.8μmであった。また、熱重量分析測定により、ガスバリア層中の(a)ナノシートの割合は75.4質量%であった。(a)ナノシートの平均アスペクト比は3200であった。   When the film thickness of the gas barrier layer of this gas barrier sheet was measured by the same method as in Example 1, it was 0.8 μm. Moreover, the ratio of the (a) nanosheet in a gas barrier layer was 75.4 mass% by thermogravimetric analysis measurement. (A) The average aspect ratio of the nanosheet was 3200.

このガスバリアシートのX線回折を測定したところ、2θ=5.24に001面の一次回折による明瞭なピークが認められた。   When X-ray diffraction of this gas barrier sheet was measured, a clear peak due to first-order diffraction on the 001 plane was observed at 2θ = 5.24.

差圧法によって測定された本ガスバリアシートの水蒸気の透過量は54時間後で装置検出限界以下(0.002g/m2・day以下)であった。 The amount of water vapor permeated through the gas barrier sheet measured by the differential pressure method was below the device detection limit (0.002 g / m 2 · day or less) after 54 hours.

[比較例1]
スメクタイト族であるスメクトンSA(クニミネ工業株式会社製)5.0gに純水995gを加え、シェイクすることで0.50wt%の水分散液を得た。動的散乱法によって測定された粒子径は50nmであった。
[Comparative Example 1]
Pure water 995g was added to 5.0g of smecton SA (Kunimine Kogyo Co., Ltd.), which is a smectite group, and shaken to obtain a 0.50 wt% aqueous dispersion. The particle diameter measured by the dynamic scattering method was 50 nm.

この水分散液を実施例1と同様にして余剰イオンの除去及び層間イオンのアンモニウムイオンへのイオン交換を行い、固形分濃度が0.46質量%のイオン交換分散液を得た。   This aqueous dispersion was subjected to removal of excess ions and ion exchange of interlayer ions to ammonium ions in the same manner as in Example 1 to obtain an ion exchange dispersion having a solid content concentration of 0.46% by mass.

イオン交換分散液100.0gとDMF25.0gを混合し、ロータリーエバポレーターにて約30〜120hPa,55℃の条件にて減圧加熱して分散媒を除去し、固形分濃度が約1.01質量%の透明な分散液15.0gを得た。   100.0 g of ion exchange dispersion and 25.0 g of DMF are mixed and heated under reduced pressure on a rotary evaporator under conditions of about 30 to 120 hPa and 55 ° C. to remove the dispersion medium, and the solid content concentration is about 1.01% by mass. 15.0 g of a transparent dispersion was obtained.

エポキシ基を有する2,2−ビス(4−グリシジルオキシフェニル)プロパン(和光純薬工業株式会社製)37.0mgと、常温で固体であるジシアンジアミド(和光純薬工業株式会社製)27.0mgを添加し、室温で1時間攪拌して、透明な分散液を得た。   27.0 mg of 2,2-bis (4-glycidyloxyphenyl) propane having an epoxy group (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) and 27.0 mg of dicyandiamide (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) which is solid at room temperature The mixture was added and stirred at room temperature for 1 hour to obtain a transparent dispersion.

その後、実施例1と同様にして、ガスバリアシートを得た。   Thereafter, a gas barrier sheet was obtained in the same manner as in Example 1.

このガスバリアシートのガスバリア層の膜厚を実施例1と同様の方法で測定したところ0.8μmであった。また、熱重量分析測定により、ガスバリア層中の(a)ナノシートの割合は79.4質量%であった。(a)ナノシートの平均アスペクト比は53であった。   When the film thickness of the gas barrier layer of this gas barrier sheet was measured by the same method as in Example 1, it was 0.8 μm. Moreover, the ratio of the (a) nanosheet in a gas barrier layer was 79.4 mass% by thermogravimetric analysis measurement. (A) The average aspect ratio of the nanosheet was 53.

この材料のX線回折を測定したところ、2θ=5.24に001面の一次回折による明瞭なピークが認められた。   When X-ray diffraction of this material was measured, a clear peak due to first-order diffraction on the 001 plane was observed at 2θ = 5.24.

差圧法によって測定された本ガスバリアシートの水蒸気の透過量は54時間後で1.02g/m2・dayであった。 The water vapor transmission rate of the gas barrier sheet measured by the differential pressure method was 1.02 g / m 2 · day after 54 hours.

[実施例3]
実施例1のDMFを主たる分散媒とする、固形分濃度が約2.8質量%の透明な分散液6.0gに、ビスフェノールA型の骨格を持つアクリルモノマーであるKAYARAD ZFA−266H(日本化薬株式会社製)131mg、N−[3−(ジメチルアミノ)プロピル]アクリルアミド(東京化成株式会社製)34mg、及び光ラジカル開始剤イルガキュアOXE−01(チバ・ジャパン株式会社製)4mgを1.00gのDMFに溶かした溶液を混合し[塗工液形成工程]に記載する手順で、塗工液を得た。
[Example 3]
KAYARAD ZFA-266H (Nipponization), which is an acrylic monomer having a bisphenol A skeleton, was added to 6.0 g of a transparent dispersion having a solid content concentration of about 2.8% by mass, using DMF of Example 1 as a main dispersion medium. 1.00 g of 131 mg, manufactured by Yakuhin Co., Ltd., 34 mg of N- [3- (dimethylamino) propyl] acrylamide (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.), and 4 mg of photo radical initiator Irgacure OXE-01 (manufactured by Ciba Japan Co., Ltd.) A solution dissolved in DMF was mixed, and a coating liquid was obtained by the procedure described in [Coating liquid forming step].

その後、実施例1と同様に塗工後、50℃で乾燥した。その後、高圧水銀灯にてi線強度で25mW/cm2の強度にて500mJ/cm2のエネルギー量を大気下にて露光した。次いで、オーブンにて50℃から180℃まで2時間かけて昇温し、180℃にて2時間保持をする加熱処理を施し、ガスバリアシートを得た。 Then, after coating as in Example 1, it was dried at 50 ° C. Thereafter, an energy amount of 500 mJ / cm 2 was exposed in the atmosphere with an i-line intensity of 25 mW / cm 2 with a high-pressure mercury lamp. Subsequently, the temperature was raised from 50 ° C. to 180 ° C. in an oven over 2 hours, and a heat treatment was performed for 2 hours at 180 ° C. to obtain a gas barrier sheet.

このガスバリアシートのガスバリア層の膜厚を実施例1と同様の方法で測定したところ0.8μmであった。また、熱重量分析測定により、ガスバリア層中の(a)ナノシートの割合は75.4質量%であった。(a)ナノシートの平均アスペクト比は3200であった。   When the film thickness of the gas barrier layer of this gas barrier sheet was measured by the same method as in Example 1, it was 0.8 μm. Moreover, the ratio of the (a) nanosheet in a gas barrier layer was 75.4 mass% by thermogravimetric analysis measurement. (A) The average aspect ratio of the nanosheet was 3200.

この材料のX線回折を測定したところ、2θ=5.05に001面の一次回折による明瞭なピークが認められた。   When X-ray diffraction of this material was measured, a clear peak due to first-order diffraction on the 001 plane was observed at 2θ = 5.05.

差圧法によって測定された本ガスバリアシートの水蒸気の透過量は0.7g/m2・dayであった。 The permeation amount of water vapor of this gas barrier sheet measured by the differential pressure method was 0.7 g / m 2 · day.

[実施例4]
実施例1のDMFを主たる分散媒とする、固形分濃度が約2.8質量%の透明な分散液6.0gに、(±)−trans−1,2−ジアミノシクロヘキサン(東京化成工業株式会社製)18.9mgを上記分散液6gを添加し、室温で1時間攪拌した後、ε−カプロラクタム(和光純薬株式会社製)9.0mgを0.3gのDMFに溶かしたものを添加し、室温で1時間攪拌して、透明な分散液を得た。その後、実施例1と同様にして、ガスバリアシートを得た。
[Example 4]
To ± 6.0 g of a transparent dispersion having a solid content concentration of about 2.8% by mass using DMF of Example 1 as a main dispersion medium, (±) -trans-1,2-diaminocyclohexane (Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) 18.9 mg of the above dispersion was added to 6 g of the above dispersion and stirred for 1 hour at room temperature, then 9.0 mg of ε-caprolactam (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) dissolved in 0.3 g of DMF was added, The mixture was stirred at room temperature for 1 hour to obtain a transparent dispersion. Thereafter, a gas barrier sheet was obtained in the same manner as in Example 1.

このガスバリアシートのガスバリア層の膜厚を実施例1と同様の方法で測定したところ0.7μmであった。また、熱重量分析測定により、ガスバリア層中の(a)ナノシートの割合は85.3質量%であった。(a)ナノシートの平均アスペクト比は3200であった。   When the film thickness of the gas barrier layer of this gas barrier sheet was measured by the same method as in Example 1, it was 0.7 μm. Moreover, the ratio of the (a) nanosheet in a gas barrier layer was 85.3 mass% by thermogravimetric analysis measurement. (A) The average aspect ratio of the nanosheet was 3200.

この材料のX線回折を測定したところ、2θ=6.38に001面の一次回折による明瞭なピークが認められた。   When X-ray diffraction of this material was measured, a clear peak due to first-order diffraction on the 001 plane was observed at 2θ = 6.38.

差圧法によって測定された本ガスバリアシートの水蒸気の透過量は54時間後で装置検出限界以下(0.002g/m2・day以下)であった。 The amount of water vapor permeated through the gas barrier sheet measured by the differential pressure method was below the device detection limit (0.002 g / m 2 · day or less) after 54 hours.

[実施例5]
実施例1のイオン交換後の分散液(分散媒置換用水分散液として)を、ロータリーエバポレーターにて約45〜120hPa,55℃の条件にて減圧加熱して水を蒸発させ濃縮し、固形分濃度が約3.33質量%の透明な水分散液を得た。
[Example 5]
The dispersion after ion exchange in Example 1 (as a dispersion for replacing the dispersion medium) was heated under reduced pressure on a rotary evaporator under conditions of about 45 to 120 hPa and 55 ° C. to evaporate the water and concentrate to obtain a solid content concentration. A transparent aqueous dispersion having a mass of about 3.33% by mass was obtained.

DMF5.50gに、上記水分散液6.00gを攪拌しながら少しずつ添加し、3時間攪拌することで、有機溶媒分散液を得た。この有機溶媒分散液に、N,N’−ジベンジルエチレンジアミン(東京化成工業株式会社製)を20質量%DMFに溶かした溶液0.240gを添加し30分攪拌後、レソルシノールジグリシジルエーテル(アルドリッチ株式会社製)を20質量%DMFに溶かした溶液0.244gを添加し、室温で1時間攪拌して、透明な塗工液を得た。   To 5.50 g of DMF, 6.00 g of the aqueous dispersion was added little by little with stirring, and stirred for 3 hours to obtain an organic solvent dispersion. To this organic solvent dispersion, 0.240 g of a solution of N, N′-dibenzylethylenediamine (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) dissolved in 20% by mass DMF was added, stirred for 30 minutes, and resorcinol diglycidyl ether (Aldrich). 0.244 g of a solution prepared by dissolving 20% by mass in DMF was added and stirred at room temperature for 1 hour to obtain a transparent coating solution.

その後、実施例1と同様の手順を用いることにより、ガスバリアシートを得ることができた。このガスバリアシートのガスバリア層の膜厚を実施例1と同様の方法で測定したところ0.3μmであった。本ガスバリアシートによっても良好な水蒸気ガスバリア性が得られると考えられる。   Then, the gas barrier sheet was able to be obtained by using the same procedure as Example 1. When the film thickness of the gas barrier layer of this gas barrier sheet was measured by the same method as in Example 1, it was 0.3 μm. It is considered that a good water vapor gas barrier property can be obtained also by this gas barrier sheet.

[実施例6]
γ−ブチロラクトン(和光純薬株式会社製)5.52gに、実施例5と同様にして得た水分散液6.01gを添加して3時間攪拌することで、有機溶媒分散液を得た。この有機溶媒分散液に、N,N’−ジベンジルエチレンジアミン(東京化成工業株式会社製)を20質量%γ−ブチロラクトンに溶かした溶液0.240gを添加し30分攪拌後、レソルシノールジグリシジルエーテル(アルドリッチ株式会社製)を20質量%γ−ブチロラクトンに溶かした溶液0.244gを添加し、室温で1時間攪拌して、透明な塗工液を得た。
[Example 6]
An organic solvent dispersion was obtained by adding 6.01 g of an aqueous dispersion obtained in the same manner as in Example 5 to 5.52 g of γ-butyrolactone (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) and stirring for 3 hours. To this organic solvent dispersion, 0.240 g of a solution obtained by dissolving N, N′-dibenzylethylenediamine (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) in 20% by mass γ-butyrolactone was added and stirred for 30 minutes, and then resorcinol diglycidyl ether. A 0.244 g solution of 20% by mass γ-butyrolactone (manufactured by Aldrich Co., Ltd.) was added and stirred at room temperature for 1 hour to obtain a transparent coating solution.

その後、実施例1と同様の手順を用いることにより、ガスバリアシートを得ることができた。このガスバリアシートのガスバリア層の膜厚を実施例1と同様の方法で測定したところ0.3μmであった。本ガスバリアシートによっても良好な水蒸気ガスバリア性が得られると考えられる。   Then, the gas barrier sheet was able to be obtained by using the same procedure as Example 1. When the film thickness of the gas barrier layer of this gas barrier sheet was measured by the same method as in Example 1, it was 0.3 μm. It is considered that a good water vapor gas barrier property can be obtained also by this gas barrier sheet.

Claims (9)

ガスバリア層を有するガスバリアシートであって、
該ガスバリア層が、(a)ナノシート、(b)アミン及び(c)硬化性有機物を含むナノシート含有組成物の硬化体であり、
該(a)ナノシートが、スメクタイト族及び雲母族からなる群より選ばれる1種以上の層状無機化合物のへき開物であり、
該(b)アミンの塩基解離定数pKbが4.74よりも小さく、該アミンの少なくとも一部が、該層状無機化合物のナノシート間の層間カチオンとしてのアンモニウムイオンとのイオン交換によってカチオン化して該ナノシートとイオン結合した状態で存在し、
該(c)硬化性有機物が、アミンと反応することによって硬化する有機物であり、
該(a)ナノシートの平均アスペクト比が150以上であり、且つ、
該ガスバリア層において、該(a)ナノシートの面方向が該ガスバリア層の面方向と略平行であるように該ナノシートが積層されている、ガスバリアシート。
A gas barrier sheet having a gas barrier layer,
The gas barrier layer is a cured product of a nanosheet-containing composition comprising (a) a nanosheet, (b) an amine, and (c) a curable organic material,
The (a) nanosheet is a cleavage product of one or more layered inorganic compounds selected from the group consisting of a smectite group and a mica group,
(B) The base dissociation constant pKb of the amine is less than 4.74, and at least a part of the amine is cationized by ion exchange with ammonium ions as interlayer cations between the nanosheets of the layered inorganic compound. Exists in an ionic bond with
The (c) curable organic substance is an organic substance that cures by reacting with an amine;
(A) the average aspect ratio of the nanosheet is 150 or more, and
The gas barrier sheet, wherein the nanosheet is laminated so that the surface direction of the (a) nanosheet is substantially parallel to the surface direction of the gas barrier layer.
該ガスバリア層中の(a)ナノシートの割合が、50質量%以上99質量%以下である、請求項1に記載のガスバリアシート。   The gas barrier sheet according to claim 1, wherein the proportion of the (a) nanosheet in the gas barrier layer is 50 mass% or more and 99 mass% or less. 該ナノシート含有組成物中の、(b)アミンと(c)硬化性有機物との比率が、モル比で10:1〜1:5である、請求項1又は2に記載のガスバリアシート。   The gas barrier sheet according to claim 1 or 2, wherein a ratio of (b) amine and (c) curable organic substance in the nanosheet-containing composition is 10: 1 to 1: 5 in molar ratio. 該(b)アミンが2つ以上のアミノ基を有する、請求項1〜3のいずれか1項に記載のガスバリアシート。   The gas barrier sheet according to any one of claims 1 to 3, wherein the (b) amine has two or more amino groups. 該(c)硬化性有機物がエポキシ基を有する、請求項1〜4のいずれか1項に記載のガスバリアシート。   The gas barrier sheet according to any one of claims 1 to 4, wherein the (c) curable organic substance has an epoxy group. 該ガスバリアシートが該ガスバリア層からなり、
該(b)アミンが2つ以上のアミノ基を有し、
該(c)硬化性有機物が2つ以上のエポキシ基を有する化合物であり、且つ、
該ガスバリア層を形成する該硬化体が、(c)硬化性有機物の1分子に対して2分子以上の(b)アミンが化学結合している構造を有する、請求項1〜5のいずれか1項に記載のガスバリアシート。
The gas barrier sheet comprises the gas barrier layer;
The (b) amine has two or more amino groups;
(C) the curable organic material is a compound having two or more epoxy groups, and
The gas barrier layer cured embodying forming a has a structure in which two or more molecules of (b) an amine is chemically bound to one molecule of (c) a curable organic material, any of claims 1 to 5 1 The gas barrier sheet according to item .
該層状無機化合物が、スメクタイト族のフッ素化スメクタイトである、請求項1〜6のいずれか1項に記載のガスバリアシート。 The gas barrier sheet according to any one of claims 1 to 6 , wherein the layered inorganic compound is a smectite group fluorinated smectite. 該層状無機化合物が、雲母族のフッ素化雲母である、請求項1〜6のいずれか1項に記載のガスバリアシート。 The gas barrier sheet according to any one of claims 1 to 6, wherein the layered inorganic compound is a mica group fluorinated mica. 請求項1〜のいずれか1項に記載のガスバリアシートを製造する方法であって、
(1)スメクタイト族及び雲母族からなる群より選ばれる1種以上の層状無機化合物のへき開物である(a)ナノシートが水に分散してなる水分散液をイオン交換樹脂及び半透膜の少なくともいずれかで処理して、分散媒置換用水分散液を得る、分散媒置換用水分散液調製工程と、
(2)該分散媒置換用水分散液中の水の一部若しくは全部を有機溶媒で置換することによって、又は該分散媒置換用水分散液に有機溶媒を添加することによって、有機溶媒分散液を得る、有機溶媒分散液調製工程と、
(3)該有機溶媒分散液に、(b)アミン及び(c)硬化性有機物を添加することによって、(a)ナノシート、(b)アミン及び(c)硬化性有機物を含むナノシート含有組成物と分散媒とからなる塗工液を形成する、塗工液形成工程と、
(4)該塗工液を基板上に塗布した後、塗工液中の分散媒を除去するとともに該(b)アミンと該(c)硬化性有機物とを反応させることによって、該ナノシート含有組成物の硬化体であるガスバリア層を基板上に形成する、製膜工程と、
を上記記載の順で行うことを含むことにより、ガスバリア層を有するガスバリアシートを形成する、ガスバリアシートの製造方法。
A method for producing the gas barrier sheet according to any one of claims 1 to 8 ,
(1) A cleavage product of one or more layered inorganic compounds selected from the group consisting of a smectite group and a mica group (a) An aqueous dispersion obtained by dispersing nanosheets in water is used as an ion exchange resin and a semipermeable membrane. A dispersion medium replacement water dispersion preparation step of obtaining a dispersion medium replacement water dispersion by treating with either
(2) An organic solvent dispersion is obtained by substituting part or all of the water in the aqueous dispersion for dispersion medium substitution with an organic solvent, or by adding an organic solvent to the aqueous dispersion for dispersion medium substitution. An organic solvent dispersion preparation step;
(3) A nanosheet-containing composition containing (a) a nanosheet, (b) an amine, and (c) a curable organic substance by adding (b) an amine and (c) a curable organic substance to the organic solvent dispersion; Forming a coating liquid comprising a dispersion medium, a coating liquid forming step;
(4) After applying the coating liquid on the substrate, the dispersion medium in the coating liquid is removed, and the (b) amine and the (c) curable organic substance are reacted to form the nanosheet-containing composition. Forming a gas barrier layer, which is a cured product of the product, on the substrate; and
A method for producing a gas barrier sheet, comprising forming a gas barrier sheet having a gas barrier layer by including the steps in the order described above.
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