JP5565894B2 - 酸素吸収性樹脂組成物の製造方法および酸素吸収性樹脂組成物 - Google Patents
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Description
本発明の方法では、熱可塑性樹脂(A)およびガスバリア性樹脂(D)、ならびに必要に応じて添加される遷移金属塩(C)、相容化剤(E)およびその他の添加剤が樹脂原料として用いられる。
本発明の方法に用いられる熱可塑性樹脂(A)は、分子内に炭素−炭素二重結合を有し、好ましくは、実質的に主鎖のみに炭素−炭素二重結合を有する。「実質的に主鎖のみに炭素−炭素二重結合を有する」とは、熱可塑性樹脂(A)の主鎖に存在する炭素−炭素二重結合が、分子内の全炭素−炭素二重結合の90%以上であり、側鎖に存在する炭素−炭素二重結合が、分子内の全炭素−炭素二重結合の10%以下であることをいう。側鎖に存在する炭素−炭素二重結合の割合は、好ましくは7%以下、より好ましくは5%以下である。
本発明の方法に用いられるガスバリア性樹脂(D)は、熱可塑性樹脂(A)を希釈し、または分散させるための支持体として機能し、かつガスバリア性を本発明の酸素吸収性樹脂組成物に付与する働きを有する。ガスバリア性樹脂をマトリックス樹脂として含む酸素吸収性樹脂組成物を、容器などの所定の成形体とすると、熱可塑性樹脂(A)が酸素を吸収した後に生成する臭気成分の該成形体外への拡散を抑制することができる。
遷移金属塩(C)は、熱可塑性樹脂(A)の酸化反応を促進することにより、酸素吸収性樹脂組成物の酸素吸収機能を向上させる効果がある。
酸素吸収性樹脂組成物に含まれる熱可塑性樹脂(A)とガスバリア性樹脂(D)との相容性を向上させ、酸素吸収性樹脂組成物に安定したモルフォロジーを与える目的で、必要に応じて相容化剤(E)を添加することができる。相容化剤(E)の種類は特に限定されず、使用する熱可塑性樹脂(A)、ガスバリア性樹脂(D)などの組み合わせにより適宜選択することができる。
樹脂原料は、本発明の作用効果が阻害されない範囲内で、各種の添加剤を含んでいてもよい。添加剤としては、可塑剤、熱安定剤(溶融安定剤)、光開始剤、脱臭剤、紫外線吸収剤、帯電防止剤、滑剤、着色剤、乾燥剤、充填剤、加工助剤、難燃剤、防曇剤、他の高分子化合物などが挙げられる。
本発明の方法に用いられる二軸押出機は、2以上の供給口、および該供給口よりも下流にベント口を備えている。樹脂原料は、二軸押出機の最も上流の第1供給口から二軸押出機内に供給される。すなわち、第1供給口は、樹脂原料供給口として機能する。また、水は、第1供給口よりも下流の第2供給口から二軸押出機内に供給される。すなわち、第2供給口は、水供給口として機能する。また、本発明の方法に用いられる二軸押出機は、第1供給口と第2供給口との間に第3供給口を備えていてもよく、窒素ガスは、第1供給口または第3供給口から二軸押出機内に供給される。ベント口は、二軸押出機外に水を除去するため、および必要に応じて二軸押出機内のガスを除去するために用いられる。なお、本発明の方法に用いられる二軸押出機は、溶融混練により製造される酸素吸収性樹脂組成物の吐出口も当然に備える。市販されている二軸押出機としては、例えば、株式会社日本製鋼所製「TEX」(商品名)、Werner&Pfleiderer社製「ZSK」(商品名)、東芝機械株式会社製「TEM」(商品名)、池貝鉄工株式会社製「PCM」(商品名)などが挙げられる。
本発明の方法において、樹脂原料は、樹脂原料供給口から二軸押出機内に供給され、溶融混練が開始され、そして樹脂原料が溶融混練されている部分に水を添加するために、水が水供給口から二軸押出機内に供給される。次いで、樹脂原料が溶融混練されている部分からの水がベント口から二軸押出機外に除去される。この一連の工程では、水の添加により、溶融混練による樹脂温度の上昇が抑えられ、樹脂の熱分解による臭気成分の発生が抑えられる。特に、樹脂原料中に遷移金属塩(C)が存在する場合、ガスバリア性樹脂(D)の劣化が進行し、低分子の臭気成分が発生しやすくなることから、水の添加は臭気成分の発生を抑える上で効果的である。また、樹脂に添加される水は、樹脂原料中にもともと含まれ、または溶融混練中に発生する臭気成分などの不純物を取り込み、樹脂原料が溶融混練されている部分から不純物が水とともに除去されるものと推定される。このようにして、本発明の方法で得られる酸素吸収性樹脂組成物の臭気を低減させることができる。
本発明の方法で得られる酸素吸収性樹脂組成物は、酸素吸収後に発生する代表的な臭気成分である炭素数4〜8の脂肪族直鎖飽和脂肪酸と炭素数6〜9の脂肪族直鎖飽和アルデヒドとのオーダーユニット(各成分の濃度/各成分の臭気閾値)の合計が15000以下であることが好ましい。オーダーユニットが大きいほど、臭気強度が大きいことを意味する。たとえ発生した臭気成分の濃度が低くても、その成分の臭気閾値が小さければ、オーダーユニットは大きくなり臭気強度は大きくなる。逆に発生した臭気成分の濃度が高くても、その成分の臭気閾値が大きければ、オーダーユニットは小さくなり臭気強度も小さくなる。すなわち、臭気の主な原因である上記の酸およびアルデヒドのオーダーユニットの合計を15000以下とすることにより、食品、飲料、ペットフード、医薬品、化粧品など、特に風味を重視する内容物を包装する際、臭気の内容物への移行を防ぐことが可能となる。オーダーユニットは、より好ましくは13000以下、さらに好ましくは10000以下である。なお、オーダーユニットは、後述の実施例で説明する方法により算出される。
熱可塑性樹脂(A)の分子構造は、重クロロホルムを溶媒とした1H−NMR(核磁気共鳴)測定(日本電子株式会社製「JNM−GX−500型」を使用)により、得られたスペクトルから決定した。
熱可塑性樹脂(A)の重量平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により測定を行い、ポリスチレン換算値として示した。測定の詳細な条件は、以下の通りである。
装置:Shodex製ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)SYSTEM−11
カラム:Shodex製KF−806L
カラム温度:40℃
移動相:テトラヒドロフラン、流速1.0ml/分
Run:15分
検出器:RI
濃度:0.1%
注入量:100μl
<臭気成分の捕集>
実施例および比較例で得られた酸素吸収性樹脂組成物ペレットを粉砕し、粉末状とした。得られた粉末5.0gを、23℃、50%RH(相対湿度)雰囲気中で20ml容ヘッドスペースバイアルに封入し、60℃で7日間静置した。次いで、ヘッドスペースバイアルのヘッドスペースに固相マイクロ抽出(SPME)用ファイバー(SPELCO社製、65μmPDMS−DVB)を挿入した。このバイアルを60℃のオーブンに入れ、2時間加熱して、揮発成分をSPMEファイバーに捕集した。
ファイバーに捕集した揮発成分をGCカラムに導入し、カラムで分離した成分は分配器(GERSTEL社製CROSSPIECE GRAPHPACK 3D/2)を用いて質量検出器(MS)と嗅覚検出ポート(GERSTEL社製ODP2)とに導いた。この手法により、実際に臭気として感じる成分を特定することができる。実施例および比較例においては、炭素数4〜8の脂肪族直鎖飽和脂肪酸と炭素数6〜9の脂肪族直鎖飽和アルデヒドとが臭気成分として検出された。
GC:Hewlett−Packard製GasChromatograph HP6890
MS:Hewlett−Packard製Mass Sensitive Detector5973
カラム:J&W製DB−5(長さ60m,内径0.25mm)
カラム温度:40℃×13分→昇温(6℃/分)→250℃×10分
移動相:ヘリウム、流速:1.8ml/分
炭素数4〜8の脂肪族直鎖飽和脂肪酸および炭素数6〜9の脂肪族直鎖飽和アルデヒドの各成分をn-ヘキサンで希釈して、それぞれ50、100および200μg/mlの標準溶液を調製し、標準溶液の上記分析結果から各成分について検量線を作成した。この検量線を用いて、実施例および比較例における各臭気成分の濃度を求め、オーダーユニットを算出した。なお、各臭気成分のオーダーユニットとは各成分の濃度を各成分の臭気閾値で除した値である。
n−ブタン酸:0.19ppb
n−ペンタン酸:0.037ppb
n−ヘキサン酸:0.6ppb
n−ヘプタン酸:0.21ppb
n−オクタン酸:5ppb
n−ヘキサナール:0.28ppb
n−ヘプタナール:0.18ppb
n−オクタナール:0.01ppb
n−ノナナール:0.34ppb
実施例および比較例で得られた酸素吸収性樹脂組成物フィルム0.1gを精秤し、成形の5時間後にロール状に巻いて、23℃、50%RH、体積比で21:79の酸素および窒素を含有する空気を満たした容量85mlの規格瓶に入れた。次いで、この規格瓶に純水15mlを入れ、フィルムの一部を水中に浸漬させた。この規格瓶を、蓋をして30℃で1週間静置した。次いで、パネリスト5人が規格瓶中の水の味覚を以下の基準で評価した。
◎:純水と比較して、水の味に変化が感じられない。
○:純水と比較して、水の味にかすかな変化が感じられる。
(重合)
攪拌機および温度計を装着した3つ口フラスコ内を、乾燥した窒素ガスで置換した。3つ口フラスコに、cis−シクロオクテン110質量部およびcis−4−オクテン0.187質量部を溶解させたヘプタン624質量部を加えた。
得られた重合体を1mm角程度に破砕し、攪拌装置、還流管、および温度計を装着したセパラブルフラスコに加えた。次いで、アセトン300質量部をセパラブルフラスコに加え、40℃で3時間攪拌した。アセトンをデカンテーションで除去した。再度、セパラブルフラスコにアセトン300質量部を加え、40℃で3時間攪拌した。アセトンをデカンテーションで除去した。残存するアセトンを減圧下で留去し、さらに、真空乾燥機を用いて1Pa、100℃で6時間乾燥し、重量平均分子量(Mw)が150000、数平均分子量が37000、分子量1000以下のオリゴマーの割合が3.1%の重合体(ポリオクテニレン(a−1))99.0質量部を得た。
(酸素吸収性樹脂組成物の調製)
二軸押出機(株式会社日本製鋼所製TEX30α、30mmφ、L/D=45.5)に、スクリューおよび3つのベント口を設置し、そして樹脂供給口とベント口との間に1つの水供給口を設置した。この二軸押出機を、バレル部温度190℃、吐出量15kg/hr、およびスクリュー回転数150rpmの条件下で、樹脂供給口を水冷しながら運転した。
酸素吸収性樹脂組成物(p−1)のペレットを、20mmφ一軸押出機を用いて210℃でコートハンガーダイより溶融押出を行い、厚さ20μmのフィルムを得た。
ここで、
F:酸素吸収速度(ml/(g・day))
G:酸素の減少量(ml)
H:保管日数(日)=14(日)
I:フィルムサンプルの表面積(m2)
I=J/(K×L) (II)
ここで、
J:フィルムサンプルの重量(g)
K:サンプルの厚み(μm)
L:フィルムサンプルの密度(g/cm3)
ステアリン酸コバルト(II)の量を0.2121質量部(コバルト原子として0.02質量部)としたこと以外は、実施例1と同様の手順で、酸素吸収性樹脂組成物ペレットを得、実施例1と同様の手順で、フィルムを調製して評価を行った。結果を表1に示す。
ステアリン酸コバルト(II)の量を0.1061質量部(コバルト原子として0.01質量部)としたこと以外は、実施例1と同様の手順で、酸素吸収性樹脂組成物ペレットを得、実施例1と同様の手順で、フィルムを調製して評価を行った。結果を表1に示す。
(酸素吸収性樹脂組成物の調製)
溶融混練の際、水供給口から二軸押出機内に純水20質量部を供給せず、ベント口から二軸押出機外に水を除去しなかったこと以外は、実施例1と同様の手順で、EVOH(d−1)、ポリオクテニレン(a−1)、およびステアリン酸コバルトからなる酸素吸収性樹脂組成物(以下、酸素吸収性樹脂組成物(p−2)と称する)のペレットを得た。
酸素吸収性樹脂組成物(p−2)のペレットを、20mmφ一軸押出機を用いて210℃でコートハンガーダイより溶融押出を行い、厚さ20μmのフィルムを得た。
二軸押出機のスクリュー回転数を130rpmとしたこと以外は、比較例1と同様の手順で、酸素吸収性樹脂組成物ペレットを得、実施例1と同様の手順で、フィルムを調製して評価を行った。結果を表1に示す。
Claims (6)
- 二軸押出機を用いて酸素吸収性樹脂組成物を製造する方法であって、
樹脂原料を該押出機内で溶融混練する工程を含み、
該樹脂原料が、炭素−炭素二重結合を有する熱可塑性樹脂(A)と、ポリ塩化ビニル系樹脂、ポリアクリロニトリル系樹脂およびポリビニルアルコール系樹脂からなる群より選択される少なくとも1種のガスバリア性樹脂(D)とを含み、
該熱可塑性樹脂(A)がポリオクテニレンであり、
該樹脂原料が、さらに鉄塩、ニッケル塩、銅塩、マンガン塩およびコバルト塩からなる群より選択される少なくとも1種の遷移金属塩(C)を含み、
該押出機が、2以上の供給口、および該供給口よりも下流にベント口を備え、
該樹脂原料が、該押出機の最も上流の第1供給口から供給され、
水が、該第1供給口よりも下流の第2供給口から供給され、該ベント口から、該ガスバリア性樹脂(D)の熱分解により発生する臭気成分を伴って除去され、
該臭気成分が、炭素数4から8の脂肪族直鎖飽和脂肪酸および炭素数6から9の脂肪族直鎖飽和アルデヒドからなる群から選択される少なくとも1種の化合物であり、そして
該樹脂原料を100質量%としたときに、該水が、1〜50質量%の量で供給される、
方法。 - さらに窒素ガスが、前記第1供給口、または該第1供給口と前記第2供給口との間の第3供給口から供給される、請求項1に記載の方法。
- 前記押出機内の樹脂温度が、250℃以下である、請求項1または2に記載の方法。
- 前記酸素吸収性樹脂組成物の水分率が、0.6質量%以下である、請求項1から3のいずれかの項に記載の方法。
- 前記ガスバリア性樹脂(D)が、エチレン含有量5〜60モル%、ケン化度90%以上のエチレン−ビニルアルコール共重合体である、請求項1から4のいずれかの項に記載の方法。
- 請求項1から5のいずれかの項に記載の方法により製造された酸素吸収性樹脂組成物。
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