JP6606165B2 - 積層フィルム - Google Patents
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Description
本発明で用いるポリエステル基材フィルムは、プラスチック基材フィルムであり、例えば、プラスチックを溶融押出しし、必要に応じ、長手方向及び/又は幅方向に延伸、冷却、熱固定を施したフィルムを用いることができる。ポリエステルは、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、及びポリエチレン−2,6−ナフタレートの少なくとも一つであることが耐熱性、寸法安定性、透明性の点で好ましく、特にポリエチレンテレフタレート又はポリエチレンテレフタレートに他の成分を共重合した共重合体が好ましい。
本発明において、前記被覆層は、オキサゾリン基含有樹脂(A)およびポリウレタン樹脂(B)を含む。好ましくは、前記被覆層は、オキサゾリン基含有樹脂(A)およびポリウレタン樹脂(B)を含む被覆層用樹脂組成物を塗布し、次いで少なくとも1方向に延伸して形成された被覆層である。これにより、ポリウレタン樹脂(B)の凝集力による被覆層のガスバリア性および密着性の向上が期待できる。さらにポリウレタン樹脂(B)中のカルボン酸基とオキサゾリン基含有樹脂(A)中のオキサゾリン基とが架橋反応することにより、常態は無論のこと、レトルト処理を施した際にも優れたガスバリア性およびラミネート強度を保持させることができる。これらの効果を有するためには、被覆層には、オキサゾリン基含有樹脂(A)が30〜60質量%含まれていることが好ましい。より好ましくは35〜55質量%、さらに好ましくは40〜50質量%である。また、被覆層には、ポリウレタン樹脂(B)が15〜60質量%含まれていることが好ましい。より好ましくは20〜55質量%、さらに好ましくは25〜50質量%であり、特に好ましくは30〜50質量部である。
(オキサゾリン基含有樹脂(A))
被覆層用樹脂組成物は、オキサゾリン基含有樹脂(A)を含有する。オキサゾリン基含有樹脂(A)としては、例えば、オキサゾリン基を有する重合性不飽和単量体を、必要に応じその他の重合性不飽和単量体とともに従来公知の方法(例えば溶液重合、乳化重合等)で共重合させることにより得られるオキサゾリン基を有する重合体等を挙げることができる。
ポリウレタン樹脂(B)の酸価が25〜50mgKOH/gであることが好ましい。樹酸価がこの範囲より小さいと、架橋剤との反応点が少ないためにレトルト処理を施した際にガスバリア性およびラミネート強度が悪化する。また酸価がこの範囲より大きいと、安定したポリウレタン樹脂(B)を得ることが難しくなる。樹脂固形分の酸価は、より好ましくは27〜45mgKOH/g、さらに好ましくは30〜40mgKOH/g、特に好ましくは32〜40mgKOH/g、最も好ましくは35〜40mgKOH/gである。
これらのポリイソシアネートは、単独使用または2種類以上併用することができる。ガスバリア性向上の観点から好ましくは、芳香脂肪族ポリイソシアネート、脂環族ポリイソシアネートが挙げられ、より好ましくは、脂環族ポリイソシアネートが挙げられ、キシリレンジイソシアネートを含むのが好ましい。
キシリレンジイソシアネート(XDI)としては、1,2−キシリレンジイソシアネート(o−XDI)、1,3−キシリレンジイソシアネート(m−XDI)、1,4−キシリレンジイソシアネート(p−XDI)が、構造異性体として挙げられる。
これらキシリレンジイソシアネートは、単独使用または2種類以上併用することができる。キシリレンジイソシアネートとして、好ましくは、1,3−キシリレンジイソシアネート、1,4−キシリレンジイソシアネート、より好ましくは、1,3−キシリレンジイソシアネートが挙げられる。
キシリレン基、特に1,3−キシリレン基(メタキシリレン基)を含有することにより、高いガスバリア性を発現できる。ポリウレタン樹脂(B)中のメタキシリレン基含有量は、25〜33質量%であることが好ましく、メタキシリレン基を上記範囲内にすることにより、ガスバリア性とポリウレタン樹脂(B)の安定性のバランスを良好に保つことができる。メタキシリレン基含有量は、より好ましくは27〜32質量%、さらに好ましくは29〜32質量%、特に好ましくは31〜32質量%である。
炭素数2〜6のジオールは、水酸基を2つ有する炭素数2〜6の有機化合物であって、具体的には、例えば、エチレングリコール、プロピレングリコール、1,3−プロパンジオール、1,4−ブチレングリコール、1,3−ブチレングリコール、1,2−ブチレングリコール、1,5−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、ネオペンチルグリコール、3−メチル−1,5−ペンタンジオール、1,3−または1,4−シクロヘキサンジオールなどの炭素数2〜6のアルカンジオール(炭素数2〜6のアルキレングリコール)、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、ジプロピレングリコールなどの炭素数2〜6のエーテルジオール、などが挙げられる。
これら炭素数2〜6のジオールは、単独使用または2種類以上併用することができる。
炭素数2〜6のジオールとして、好ましくは、炭素数2〜6のアルカンジオール、より好ましくは、エチレングリコールが挙げられる。
カルボキシル基含有ポリオールとしては、例えば、2,2−ジメチロール酢酸、2,2−ジメチロール乳酸、2,2−ジメチロールプロピオン酸(別名:ジメチロールプロピオン酸)、2,2−ジメチロールブタン酸、2,2−ジメチロール酪酸、2,2−ジメチロール吉草酸などのポリヒドロキシアルカン酸などが挙げられ、好ましくは、2,2−ジメチロールプロピオン酸が挙げられる。
また、ポリオール成分は、さらに、任意成分として、その他のポリオール化合物(上記した炭素数2〜6のジオール、カルボキシル基含有ポリオールを除く)を含有することもできる。
その他のポリオール化合物としては、例えば、トリメチロールプロパン、グリセリンなどの3価以上の低分子量ポリオール、ポリエーテルポリオール、ポリエステルポリオール、ポリカーボネートポリオール、ポリカプロラクトンポリオール、ポリオレフィンポリオール、アクリルポリオールなどが挙げられる。
これらポリオール化合物(上記した炭素数2〜6のジオール、カルボキシル基含有ポリオールを除く)は、単独使用または2種類以上併用することができる。
ポリヒドロキシアルカン酸は、上述のとおり、樹脂固形分の酸価が25〜50mgKOH/gとなるように配合することが好ましい。
バルク重合では、例えば、窒素雰囲気下、上記成分を配合して、反応温度75〜85℃で、1〜20時間程度反応させる。
溶液重合では、例えば、窒素雰囲気下、有機溶媒(溶剤)に、上記成分を配合して、反応温度20〜80℃で、1〜20時間程度反応させる。
有機溶媒としては、イソシアネート基に対して不活性で、かつ、親水性に富む、例えば、アセトン、メチルエチルケトン、酢酸エチル、テトラヒドロフラン、アセトニトリルなどが挙げられる。
また、上記重合では、必要に応じて、例えば、アミン系、スズ系、鉛系などの反応触媒を添加してもよい。
また、例えば、アニオン性基が含まれている場合には、好ましくは、中和剤を添加して中和し、アニオン性基の塩を形成させる。
中和剤としては、慣用の塩基、例えば、有機塩基(例えば、第3級アミン類(トリメチルアミン、トリエチルアミンなどの炭素数1〜4のトリアルキルアミン、ジメチルエタノールアミン、メチルジエタノールアミン、トリエタノールアミン、トリイソプロパノールアミンなどのアルカノールアミンなど))、無機塩基(アンモニア、アルカリ金属水酸化物(水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムなど)、アルカリ土類金属水酸化物(水酸化マグネシウム、水酸化カルシウムなど)、アルカリ金属炭酸塩(炭酸ナトリウム、炭酸カリウムなど))が挙げられる。これらの塩基は、単独使用または2種類以上併用できる。
中和剤は、アニオン性基1当量あたり、0.4当量以上、好ましくは、0.6当量以上の割合で添加し、また、例えば、1.2当量以下、好ましくは、1当量以下の割合で添加する。
このようにして得られるイソシアネート基末端プレポリマーは、その分子末端に、2つ以上の遊離のイソシアネート基を有するポリウレタンプレポリマーであって、そのイソシアネート基の含有量(溶剤を除いた固形分換算のイソシアネート基含量)が、例えば、1.0質量%以上10質量%以下である。
鎖伸長剤としては、例えば、4,4’−ジフェニルメタンジアミン、トリレンジアミン、1,3−または1,4−キシリレンジアミンもしくはその混合物、3−アミノメチル−3,5,5−トリメチルシクロヘキシルアミン(別名:イソホロンジアミン)、4,4’−ジシクロヘキシルメタンジアミン、1,3−および1,4−ビス(アミノメチル)シクロヘキサン、エチレンジアミン、1,6−ヘキサメチレンジアミン、ヒドラジン(水和物を含む)、2−((2−アミノエチル)アミノ)エタノール(別名:N−(2−アミノエチル)エタノールアミン)などが挙げられる。
これらのポリアミンは、単独使用または2種類以上併用することができる。ポリアミンとしては、好ましくは、アミノアルコールが挙げられる。
そして、イソシアネート基末端プレポリマーと鎖伸長剤とを水中で反応させるには、例えば、まず、水にイソシアネート基末端プレポリマーを添加することにより、イソシアネート基末端プレポリマーを水分散させ、次いで、それに鎖伸長剤を添加して、イソシアネート基末端プレポリマーを鎖伸長剤により鎖伸長する。
イソシアネート基末端プレポリマーを水分散させるには、イソシアネート基末端プレポリマー100質量部に対して、水100〜1000質量部の割合において、水を攪拌下、イソシアネート基末端プレポリマーを添加する。
その後、鎖伸長剤を、イソシアネート基末端プレポリマーが水分散された水中に、攪拌下、イソシアネート基末端プレポリマーのイソシアネート基に対する鎖伸長剤の活性水素基(アミノ基および水酸基)の当量比(活性水素基/イソシアネート基)が、例えば、0.6〜1.2の割合となるように、滴下する。
鎖伸長剤は、滴下することで反応させ、滴下終了後は、さらに撹拌しつつ、例えば、常温にて反応を完結させる。反応完結までの反応時間は、例えば、0.1時間以上であり、また、例えば、10時間以下である。
得られるポリウレタン樹脂(B)含有ディスパージョンの固形分濃度は、例えば、10質量%以上、好ましくは、15質量%以上、より好ましくは、20質量%以上であり、また、例えば、60質量%以下、好ましくは、50質量%以下、より好ましくは、45質量%以下である。
前記被覆層には、被覆層の架橋密度を向上させるために、酸価30mgKOH/g以上の樹脂(C)を含有させてもよい。樹脂中のカルボン酸基とオキサゾリン基とが部分的に架橋することで被覆層の凝集力が向上し、耐水性をより向上させることができる。樹脂組成としては、例えば、ポリエステル樹脂、オレフィン樹脂などが挙げられる。基材との接着性・柔軟性の面も考慮すると、ポリエステル樹脂がより好ましい。樹脂の酸価は30〜80mgKOH/gが好ましく、より好ましくは40〜75mgKOH/g、さらに好ましくは50mg〜70mgKOH/gである。酸価が30mgKOH/g未満であると、架橋による凝集力向上の効果が得られない虞がある。また、酸価が80mgKOH/gを超えると、架橋が進みすぎることによって被覆層の柔軟性が低下し、レトルト処理時の金属酸化物層への応力が増加する虞がある。
前記被覆層には、被覆層の耐水性を向上させるために、アクリル樹脂(E)を含有させてもよい。アクリル樹脂としては、アルキルアクリレート及び/又はアルキルメタクリレート(以下、まとめて「アルキル(メタ)アクリレート」と称することがある)を主要な成分とするアクリル樹脂が用いられる。アクリル樹脂としては、具体的には、アルキル(メタ)アクリレート成分を通常40〜95モル%の含有割合で含み、共重合可能でかつ官能基を有するビニル単量体成分を通常5〜60モル%の含有割合で含む水溶性または水分散性の樹脂が挙げられる。アクリル樹脂におけるアルキル(メタ)アクリレートの含有割合を40モル%以上とすることにより、塗布性、塗膜の強度、耐ブロッキング性が特に良好になる。一方、アルキル(メタ)アクリレートの含有割合を95モル%以下とし、共重合成分として所定の官能基を有する化合物をアクリル樹脂に5モル%以上導入することにより、水溶化ないし水分散化を容易にするとともに、その状態を長期にわたり安定化することができ、その結果、被覆層と基材フィルムとの接着性や、被覆層内での反応による被覆層の強度、耐水性、耐薬品性などの改善を図ることができる。アルキル(メタ)アクリレートの含有割合の好ましい範囲は50〜90モル%であり、より好ましくは60〜85%である。
共重合可能でかつ官能基を有するビニル単量体における官能基としては、例えば、カルボキシル基、酸無水物基、スルホン酸基またはその塩、アミド基またはアルキロール化されたアミド基、アミノ基(置換アミノ基を含む)、アルキロール化されたアミノ基またはその塩、水酸基、エポキシ基などが挙げられ、特に、カルボキシル基、酸無水物基、エポキシ基が好ましい。これらの官能基は、1種のみでもよいし2種以上であってもよい。
本発明の積層フィルムは、前記被覆層の上方に金属酸化物層が積層されている。薄膜層の柔軟性と緻密性を両立できる点から、金属酸化物層は、酸化ケイ素と酸化アルミニウムとの複合酸化物からなる薄膜である。この複合酸化物において、酸化ケイ素と酸化アルミニウムとの混合比は、金属分の質量比でAlが20〜70%の範囲であることが好ましい。Al濃度が20%未満であると、バリア性が低くなる場合があり、一方、70%を超えると、金属酸化物層が硬くなる傾向があり、印刷やラミネートといった二次加工の際に膜が破壊されてバリア性が低下する虞がある。なお、ここでいう酸化ケイ素とはSiOやSiO2等の各種珪素酸化物又はそれらの混合物であり、酸化アルミニウムとは、AlOやAl2O3等の各種アルミニウム酸化物又はそれらの混合物である。
本発明の積層フィルムは、前記金属酸化物層の上方に、以下に詳述する保護層用樹脂組成物から形成された保護層を有する。
金属酸化物層は完全に密な膜ではなく、微小な欠損部分が点在している。金属酸化物層上に後述する特定の保護層用樹脂組成物を塗工して保護層を形成することにより、金属酸化物層の欠損部分に保護層用樹脂組成物中の樹脂が浸透し、結果としてガスバリア性が安定するという効果が得られる。さらに、金属酸化物層を保護層で覆うことにより、印刷加工における擦れやズリから金属酸化物層を保護しうることは勿論のこと、インキ中の顔料から金属酸化物層を保護しバリア性を安定して維持することが可能になる。加えて、保護層そのものにもガスバリア性を持つ材料を使用することで、積層フィルムのガスバリア性能も大きく向上することになる。
(ポリウレタン樹脂(D))
本発明のポリウレタン樹脂(D)を含むディスパージョン(以下、ポリウレタン樹脂(D)含有ディスパージョンという)は、ポリウレタン樹脂(水性ポリウレタン樹脂)を水分散させることにより得られ、ポリウレタン樹脂は、イソシアネート基末端プレポリマーと鎖伸長剤との反応により得られる。
イソシアネート基末端プレポリマーは、ポリイソシアネート成分と、ポリオール成分との反応により得られる。
これらキシリレンジイソシアネートは、単独使用または2種類以上併用することができる。キシリレンジイソシアネートとして、好ましくは、1,3−キシリレンジイソシアネート、1,4−キシリレンジイソシアネート、より好ましくは、1,3−キシリレンジイソシアネートが挙げられる。
キシリレン基、特に1,3−キシリレン基(メタキシリレン基)を含有することにより、高いガスバリア性を発現できる。ポリウレタン樹脂(D)中におけるメタキシリレン基含有量は、上述のとおり、20〜33質量%であり、メタキシリレン基を上記範囲内にすることにより、ガスバリア性とポリウレタン樹脂(D)の安定性のバランスを良好に保つことができる。
また、ポリイソシアネート成分は、必要に応じて、その他のポリイソシアネートを含有することもできる。
その他のポリイソシアネートとしては、例えば、トリレンジイソシアネート(2,4−または2,6−トリレンジイソシアネートもしくはその混合物)(TDI)、フェニレンジイソシアネート(m−、p−フェニレンジイソシアネートもしくはその混合物)、1,5−ナフタレンジイソシアネート(NDI)、ジフェニルメタンジイソシアネート(4,4’−、2,4’−または2,2’−ジフェニルメタンジイソシアネートもしくはその混合物)(MDI)、テトラメチルキシリレンジイソシアネート(1,3−または1,4−テトラメチルキシリレンジイソシアネートもしくはその混合物)(TMXDI)、1,6−ヘキサメチレンジイソシアネート(別名:ヘキサメチレンジイソシアネート)(HDI)、水添キシリレンジイソシアネート(別名:ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサン)(H6XDI)、3−イソシアナトメチル−3,5,5−トリメチルシクロヘキシルイソシアネート(別名:イソホロンジイソシアネート)(IPDI)、メチレンビス(シクロヘキシルイソシアネート)(別名:ビス(イソシアナトシクロヘキシル)メタン)(4,4’−、2,4’−または2,2’−メチレンビス(シクロヘキシルイソシアネート)これらのTrans,Trans−体、Trans,Cis−体、Cis,Cis−体、もしくはその混合物)(H12MDI)などが挙げられる。
これらその他のポリイソシアネートは、単独使用または2種類以上併用することができる。好ましくは、芳香脂肪族ポリイソシアネート、脂環族ポリイソシアネートが挙げられ、より好ましくは、脂環族ポリイソシアネートが挙げられる。
炭素数2〜6のジオールは、水酸基を2つ有する炭素数2〜6の有機化合物であって、具体的には、例えば、エチレングリコール、プロピレングリコール、1,3−プロパンジオール、1,4−ブチレングリコール、1,3−ブチレングリコール、1,2−ブチレングリコール、1,5−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、ネオペンチルグリコール、3−メチル−1,5−ペンタンジオール、1,3−または1,4−シクロヘキサンジオールなどの炭素数2〜6のアルカンジオール(炭素数2〜6のアルキレングリコール)、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、ジプロピレングリコールなどの炭素数2〜6のエーテルジオール、などが挙げられる。
これら炭素数2〜6のジオールは、単独使用または2種類以上併用することができる。
炭素数2〜6のジオールとして、好ましくは、炭素数2〜6のアルカンジオール、より好ましくは、エチレングリコールが挙げられる。
カルボキシル基含有ポリオールとしては、例えば、2,2−ジメチロール酢酸、2,2−ジメチロール乳酸、2,2−ジメチロールプロピオン酸(別名:ジメチロールプロピオン酸)、2,2−ジメチロールブタン酸、2,2−ジメチロール酪酸、2,2−ジメチロール吉草酸などのポリヒドロキシアルカン酸などが挙げられ、好ましくは、2,2−ジメチロールプロピオン酸が挙げられる。
また、ポリオール成分は、さらに、任意成分として、その他のポリオール化合物(上記した炭素数2〜6のジオール、カルボキシル基含有ポリオールを除く)を含有することもできる。
その他のポリオール化合物としては、例えば、トリメチロールプロパン、グリセリンなどの3価以上の低分子量ポリオール、例えば、ポリエーテルポリオール、ポリエステルポリオール、ポリカーボネートポリオール、ポリカプロラクトンポリオール、ポリオレフィンポリオール、アクリルポリオールなどが挙げられる。
これらポリオール化合物(上記した炭素数2〜6のジオール、カルボキシル基含有ポリオールを除く)は、単独使用または2種類以上併用することができる。
ポリヒドロキシアルカン酸は、好ましくは樹脂固形分の酸価が5〜40mgKOH/g、さらに好ましくは10〜30mgKOH/g、さらに好ましくは15〜25mgKOH/gとなるように配合する。
バルク重合では、例えば、窒素雰囲気下、上記成分を配合して、反応温度75〜85℃で、1〜20時間程度反応させる。
溶液重合では、例えば、窒素雰囲気下、有機溶媒(溶剤)に、上記成分を配合して、反応温度20〜80℃で、1〜20時間程度反応させる。
有機溶媒としては、イソシアネート基に対して不活性で、かつ、親水性に富む、例えば、アセトン、メチルエチルケトン、酢酸エチル、テトラヒドロフラン、アセトニトリルなどが挙げられる。
また、上記重合では、必要に応じて、例えば、アミン系、スズ系、鉛系などの反応触媒を添加してもよい。
中和剤としては、慣用の塩基、例えば、有機塩基(例えば、第3級アミン類(トリメチルアミン、トリエチルアミンなどの炭素数1〜4のトリアルキルアミン、ジメチルエタノールアミン、メチルジエタノールアミン、トリエタノールアミン、トリイソプロパノールアミンなどのアルカノールアミンなど))、無機塩基(アンモニア、アルカリ金属水酸化物(水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムなど)、アルカリ土類金属水酸化物(水酸化マグネシウム、水酸化カルシウムなど)、アルカリ金属炭酸塩(炭酸ナトリウム、炭酸カリウムなど))が挙げられる。これらの塩基は、単独使用または2種類以上併用できる。
中和剤は、アニオン性基1当量あたり、0.4当量以上、好ましくは、0.6当量以上の割合で添加し、また、例えば、1.2当量以下、好ましくは、1当量以下の割合で添加する。
このようにして得られるイソシアネート基末端プレポリマーは、その分子末端に、2つ以上の遊離のイソシアネート基を有するポリウレタンプレポリマーであって、そのイソシアネート基の含有量(溶剤を除いた固形分換算のイソシアネート基含量)が、例えば、1.0質量%以上10質量%以下である。
鎖伸長剤は、必須成分として、アミノ基を有するアルコキシシリル化合物を含有している。
アミノ基を有するアルコキシシリル化合物としては、例えば、N−β(アミノエチル)γ−アミノプロピルトリメトキシシラン(別名:N−2−(アミノエチル)−3−アミノプロピルトリメトキシシラン)、N−β(アミノエチル)γ−アミノプロピルトリエトキシシラン(別名:N−2−(アミノエチル)−3−アミノプロピルトリエトキシシラン)、N−β(アミノエチル)γ−アミノプロピルメチルジメトキシシラン(別名:N−2−(アミノエチル)−3−アミノプロピルメチルジメトキシシラン)、N−β(アミノエチル)γ−アミノプロピルメチルジエトキシシラン(別名:N−2−(アミノエチル)−3−アミノプロピルメチルジエトキシシラン)などが挙げられる。
これらアミノ基を有するアルコキシシリル化合物は、単独使用または2種類以上併用することができる。
また、鎖伸長剤は、本発明の優れた効果を損なわない範囲で、任意成分として、その他のポリアミン(アミノ基を有するアルコキシシリル化合物を除くポリアミン)を含むことができる。
その他のポリアミンとしては、例えば、4,4’−ジフェニルメタンジアミン、1,3−または1,4−キシリレンジアミンもしくはその混合物、3−アミノメチル−3,5,5−トリメチルシクロヘキシルアミン(別名:イソホロンジアミン)、4,4’−ジシクロヘキシルメタンジアミン、1,3−および1,4−ビス(アミノメチル)シクロヘキサンおよびそれらの混合物、エチレンジアミン、1,6−ヘキサメチレンジアミン、ヒドラジン(水和物を含む)、2−((2−アミノエチル)アミノ)エタノール(別名:N−(2−アミノエチル)エタノールアミン)、2−((2−アミノエチル)アミノ)−1−メチルプロパノール(別名:N−(2−アミノエチル)イソプロパノールアミン)などが挙げられる。
これらその他のポリアミンは、単独使用または2種類以上併用することができる。その他のポリアミンとして、好ましくは、アミノアルコールが挙げられる。
アミノ基を有するアルコキシシリル化合物の配合量は、樹脂固形分1kgに対しSi含有量として700〜1700mgとなる範囲が好ましく、より好ましくは900〜1500mg、さらに好ましくは1100〜1300mgである。
そして、イソシアネート基末端プレポリマーと鎖伸長剤とを水中で反応させるには、例えば、まず、水にイソシアネート基末端プレポリマーを添加することにより、イソシアネート基末端プレポリマーを水分散させ、次いで、それに鎖伸長剤を添加して、イソシアネート基末端プレポリマーを鎖伸長剤により鎖伸長する。
イソシアネート基末端プレポリマーを水分散させるには、イソシアネート基末端プレポリマー100質量部に対して、水100〜1000質量部の割合において、水を攪拌下、イソシアネート基末端プレポリマーを添加する。
その後、鎖伸長剤を、イソシアネート基末端プレポリマーが水分散された水中に、攪拌下、イソシアネート基末端プレポリマーのイソシアネート基に対する鎖伸長剤の活性水素基(アミノ基および水酸基)の当量比(活性水素基/イソシアネート基)が、例えば、0.6〜1.2の割合となるように、滴下する。
鎖伸長剤は、滴下することで反応させ、滴下終了後は、さらに撹拌しつつ、例えば、常温にて反応を完結させる。反応完結までの反応時間は、例えば、0.1時間以上であり、また、例えば、10時間以下である。
また、この方法では、必要に応じて、有機溶媒や水を除去することができ、さらには、水を添加して固形分濃度を調整することもできる。
得られるポリウレタン樹脂(D)含有ディスパージョンの固形分濃度は、例えば、10質量%以上、好ましくは、15質量%以上、より好ましくは、20質量%以上であり、また、例えば、60質量%以下、好ましくは、50質量%以下、より好ましくは、45質量%以下である。
また、含有シラノール基量がシラノール基に含まれるSi元素の量としてポリウレタン樹脂(D)を構成する樹脂1kg当たり1700mgを超えると架橋構造が多くなりすぎるため、保護層の柔軟性が損なわれ、レトルト処理時における金属酸化物層の劣化や耐屈曲性の低下が起きる。さらに、未反応シラノール基量が増えるために、耐水性に弱くなり、レトルト処理を行った際の樹脂自体の劣化が起こることも考えられる。
本発明の積層フィルムには、上記基材フィルム、被覆層、金属酸化物層、保護層のほかに、必要に応じて、公知のガスバリア性を有する積層フィルムが備えている種々の層を設けることができる。
例えば、本発明の積層フィルムを包装材料として用いる場合には、シーラントと呼ばれるヒートシール性樹脂層を含むことが好ましい。ヒートシール性樹脂層は通常、金属酸化物層側に設けられるが、基材フィルムの外側(被覆層形成面の反対側の面)に設けることもある。ヒートシール性樹脂層の形成は、通常押出しラミネート法あるいはドライラミネート法によりなされる。ヒートシール性樹脂層を形成する熱可塑性重合体としては、シーラント接着性が十分に発現できるものであればよく、HDPE、LDPE、LLDPEなどのポリエチレン樹脂類、ポリプロピレン樹脂、エチレン−酢酸ビニル共重合体、エチレン−α−オレフィンランダム共重合体、アイオノマー樹脂等を使用できる。
本発明で用いた評価方法は以下の通りである。
実施例、比較例で得られた積層体の上に、インキとしてファインスター(登録商標)R641AT白(東洋インキ社製)を用いて、グラビア印刷機により金属酸化物層上に印刷を行った。得られた印刷層の上に、ウレタン系2液硬化型接着剤(三井化学社製「タケラック(登録商標)A525S」と「タケネート(登録商標)A50」を13.5:1(質量比)の割合で配合)を用いてドライラミネート法により、厚さ15μmのナイロンフィルム(東洋紡株式会社製「N1100」)を貼り合わせ、次いで該ナイロンフィルムの上に、上記と同様のウレタン系2液硬化型接着剤を用いてドライラミネート法により、ヒートシール性樹脂層として厚さ70μmの無延伸ポリプロピレンフィルム(東洋紡株式会社製「P1147」)を貼り合わせ、40℃にて4日間エージングを施すことにより、評価用のラミネートガスバリア性積層体(以下「ラミネート積層体A」と称することもある)を得た。なお、ウレタン系2液硬化型接着剤で形成される接着剤層の乾燥後の厚みはいずれも約4μmであった。
上記で作製したラミネート積層体Aについて、JIS−K7126−2の電解センサー法(付属書A)に準じて、酸素透過度測定装置(MOCON社製「OX−TRAN 2/20」)を用い、温度23℃、湿度65%RHの雰囲気下で、常態での酸素透過度を測定した。なお、酸素透過度の測定は、ラミネート積層体の基材フィルム側からヒートシール性樹脂層側に酸素が透過する方向で行った。
上記で作製したラミネート積層体Aを幅15mm、長さ200mmに切り出して試験片とし、温度23℃、相対湿度65%の条件下で、テンシロン万能材料試験機(東洋ボールドウイン社製「テンシロンUMT−II−500型」)を用いてラミネート強度(常態)を測定した。なお、ラミネート強度の測定は、引張速度を200mm/分とし、実施例および比較例で得られた各積層フィルムの金属酸化物層(積層フィルム層)とナイロンフィルム層との層間に水をつけて剥離角度90度で剥離させたときの強度を測定した。
(オキサゾリン基含有樹脂(A−1))
オキサゾリン基含有樹脂(A−1)含有エマルジョンとして、市販のオキサゾリン基含有アクリレート10質量%エマルジョンである日本触媒(株)社製エポクロス(登録商標)WS300を用意した。本樹脂のオキサゾリン基量は7.7mmol/gであり、GPCにより測定した数平均分子量は40000であった。
撹拌機、ジムロート冷却器、窒素導入管、シリカゲル乾燥管、及び温度計を備えた4つ口フラスコに、メタキシリレンジイソシアネート138.99質量部、4,4’−メチレンビス(シクロヘキシルイソシアネート)24.22質量部、エチレングリコール27.16質量部、ジメチロールプロピオン酸20.92質量部、及び溶剤としてアセトン138.98質量部を混合し、窒素雰囲気下、55℃で撹拌し、反応液が所定のアミン当量に達したことを確認した。次に、この反応液を35℃にまで降温した後、トリエチルアミン15.46質量部を添加し、ポリウレタンプレポリマー溶液を得た。次に、高速攪拌可能なホモディスパーを備えた反応容器に、水841.20質量部を添加して、15℃に調整して、2000min-1で攪拌混合しながら、ポリウレタンプレポリマー溶液を添加して水分散させ、2−[(2−アミノエチル)アミノ]エタノール23.24質量部と水92.97質量部を混合したアミン水溶液を添加し、鎖伸長反応を行った。その後、減圧下で、アセトンおよび水の一部を除去することにより、固形分25質量%、平均粒子径70nmのポリウレタン樹脂(B−1)含有ディスパージョンを得た。得られたポリウレタン樹脂(B−1)の酸価(仕込み計算による)は35mgKOH/g、メタキシリレン基含有量(仕込み計算による)は31質量%であった。
撹拌機、ジムロート冷却器、窒素導入管、シリカゲル乾燥管、及び温度計を備えた4つ口フラスコに、メタキシリレンジイソシアネート136.17質量部、4,4’−メチレンビス(シクロヘキシルイソシアネート)23.73質量部、エチレングリコール23.78質量部、ジメチロールプロピオン酸23.91質量部、及び溶剤としてアセトン126.71質量部を混合し、窒素雰囲気下、55℃で撹拌し、反応液が所定のアミン当量に達したことを確認した。次に、この反応液を35℃にまで降温した後、トリエチルアミン17.67質量部を添加し、ポリウレタンプレポリマー溶液を得た。次に、高速攪拌可能なホモディスパーを備えた反応容器に、水809.55質量部を添加して、15℃に調整して、2000min-1で攪拌混合しながら、ポリウレタンプレポリマー溶液を添加して水分散させ、2−[(2−アミノエチル)アミノ]エタノール24.73質量部と水98.94質量部を混合したアミン水溶液を添加し、鎖伸長反応を行った。その後、減圧下で、アセトンおよび水の一部を除去することにより、固形分25質量%、平均粒子径120nmのポリウレタン樹脂(B−2)含有ディスパージョンを得た。得られたポリウレタン樹脂(B−2)の酸価(仕込み計算による)は40mgKOH/g、メタキシリレン基含有量(仕込み計算による)は30質量%であった。
撹拌機、ジムロート冷却器、窒素導入管、シリカゲル乾燥管、及び温度計を備えた4つ口フラスコに、メタキシリレンジイソシアネート141.91質量部、4,4’−メチレンビス(シクロヘキシルイソシアネート)24.73質量部、エチレングリコール28.37質量部、トリメチロールプロパン2.15質量部、ジメチロールプロピオン酸16.73質量部、及び溶剤としてメチルエチルケトン121.84質量部を混合し、窒素雰囲気下、70℃で撹拌し、反応液が所定のアミン当量に達したことを確認した。次に、この反応液を35℃にまで降温した後、トリエチルアミン12.37質量部を添加し、ポリウレタンプレポリマー溶液を得た。次に、高速攪拌可能なホモディスパーを備えた反応容器に、水800.65質量部を添加して、15℃に調整して、2000min-1で攪拌混合しながら、ポリウレタンプレポリマー溶液を添加して水分散させ、2−[(2−アミノエチル)アミノ]エタノール23.73質量部と水94.92質量部を混合したアミン水溶液を添加し、鎖伸長反応を行った。その後、減圧下で、メチルエチルケトンおよび水の一部を除去することにより、固形分25質量%、平均粒子径70nmのポリウレタン樹脂(B−3)含有ディスパージョンを得た。得られたポリウレタン樹脂(B−3)の酸価(仕込み計算による)は28mgKOH/g、メタキシリレン基含有量(仕込み計算による)は31質量%であった。
撹拌機、ジムロート冷却器、窒素導入管、シリカゲル乾燥管、及び温度計を備えた4つ口フラスコに、メタキシリレンジイソシアネート111.92質量部、4,4’−メチレンビス(シクロヘキシルイソシアネート)19.50質量部、エチレングリコール11.25質量部、トリメチロールプロパン2.03質量部、数平均分子量400のポリプロピレングリコール54.36質量部、ジメチロールプロピオン酸18.53質量部、及び溶剤としてメチルエチルケトン113.92質量部を混合し、窒素雰囲気下、70℃で撹拌し、反応液が所定のアミン当量に達したことを確認した。次に、この反応液を35℃にまで降温した後、トリエチルアミン13.70質量部を添加し、ポリウレタンプレポリマー溶液を得た。次に、高速攪拌可能なホモディスパーを備えた反応容器に、水793.96質量部を添加して、15℃に調整して、2000min-1で攪拌混合しながら、ポリウレタンプレポリマー溶液を添加して水分散させ、2−[(2−アミノエチル)アミノ]エタノール18.72質量部と水74.86質量部を混合したアミン水溶液を添加し、鎖伸長反応を行った。その後、減圧下で、メチルエチルケトンおよび水の一部を除去することにより、固形分25質量%、平均粒子径50nmのポリウレタン樹脂(B−4)含有ディスパージョンを得た。得られたポリウレタン樹脂(B−4)の酸価(仕込み計算による)は31mgKOH/g、メタキシリレン基含有量(仕込み計算による)は25質量%であった。
ポリウレタン樹脂(B−5)含有ディスパージョンとして、市販のポリエステルウレタン樹脂30質量%ディスパージョンである三井化学社製タケラック(登録商標)W605を用意した。このポリウレタン樹脂(B−5)の酸価(仕込み計算による)は25mgKOH/g、メタキシリレン基含有量(仕込み計算による)は0質量%であった。
酸価30mgKOH/g以上の樹脂(C)を含むエマルジョンとして、市販のポリエステル樹脂25質量%エマルジョンである互応化学社製プラスコート(登録商標)Z−730を用意した。本樹脂の酸価は50mgKOH/gであった。
アクリル樹脂(E)含有エマルジョンとして、市販のアクリル酸エステル共重合体のエマルジョンである日本合成化学工業社製モビニール(登録商標)7980を用意した。本樹脂の酸価は4mgKOH/gであった。また、本樹脂におけるアルキル(メタ)アクリレートの含有割合は40モル%以上であった。
(ポリウレタン樹脂(D−1)の重合)
撹拌機、ジムロート冷却器、窒素導入管、シリカゲル乾燥管、及び温度計を備えた4つ口フラスコに、メタキシリレンジイソシアネート143.95質量部、4,4’−メチレンビス(シクロヘキシルイソシアネート)25.09質量部、エチレングリコール28.61質量部、トリメチロールプロパン5.50質量部、ジメチロールプロピオン酸12.37質量部、及び溶剤としてメチルエチルケトン120.97質量部を混合し、窒素雰囲気下、70℃で撹拌し、反応液が所定のアミン当量に達したことを確認した。次に、この反応液を35℃にまで降温した後、トリエチルアミン9.14質量部を添加し、ポリウレタンプレポリマー溶液を得た。次に、高速攪拌可能なホモディスパーを備えた反応容器に、水794.97質量部を添加して、15℃に調整して、2000min-1で攪拌混合しながら、ポリウレタンプレポリマー溶液を添加して水分散させ、2−[(2−アミノエチル)アミノ]エタノール22.96質量部と水91.84質量部を混合したアミン水溶液を添加し、次いで、N−2−(アミノエチル)−3−アミノプロピルトリメトキシシラン(商品名;KBM−603、信越化学社製)2.38質量部と水9.50質量部を混合したアミン水溶液を添加し、鎖伸長反応を行った。その後、減圧下で、メチルエチルケトンおよび水の一部を除去することにより、固形分25質量%、平均粒子径70nmのポリウレタン樹脂(D−1)含有ディスパージョンを得た。得られたポリウレタン樹脂(D−1)のSi含有量(仕込み計算による)は1200mg/1kg、メタキシリレン基含有量(仕込み計算による)は32質量%であった。
撹拌機、ジムロート冷却器、窒素導入管、シリカゲル乾燥管、及び温度計を備えた4つ口フラスコに、メタキシリレンジイソシアネート144.69質量部、4,4’−メチレンビス(シクロヘキシルイソシアネート)25.21質量部、エチレングリコール28.76質量部、トリメチロールプロパン5.53質量部、ジメチロールプロピオン酸12.43質量部、及び溶剤としてメチルエチルケトン121.59質量部を混合し、窒素雰囲気下、70℃で撹拌し、反応液が所定のアミン当量に達したことを確認した。次に、この反応液を35℃にまで降温した後、トリエチルアミン9.19質量部を添加し、ポリウレタンプレポリマー溶液を得た。次に、高速攪拌可能なホモディスパーを備えた反応容器に、水799.00質量部を添加して、15℃に調整して、2000min-1で攪拌混合しながら、ポリウレタンプレポリマー溶液を添加して水分散させ、2−[(2−アミノエチル)アミノ]エタノール24.19質量部と水96.78質量部を混合したアミン水溶液を添加し、鎖伸長反応を行った。その後、減圧下で、メチルエチルケトンおよび水の一部を除去することにより、固形分25質量%、平均粒子径70nmのポリウレタン樹脂(D−2)含有ディスパージョンを得た。得られたポリウレタン樹脂(D−2)のSi含有量(仕込み計算による)は0mg/1kg、メタキシリレン基含有量(仕込み計算による)は32質量%であった。
撹拌機、ジムロート冷却器、窒素導入管、シリカゲル乾燥管、及び温度計を備えた4つ口フラスコに、1,3−ビス(イソシアネートメチル)シクロヘキサン)55.12質量部、トリエチレングリコール6.11質量部、数平均分子量2000のポリテトラメチレンエーテルグリコール162.75質量部、ジメチロールプロピオン酸8.19質量部、及び溶剤としてメチルエチルケトン102.15質量部を混合し、窒素雰囲気下、70℃で撹拌し、反応液が所定のアミン当量に達したことを確認した。次に、この反応液を35℃にまで降温した後、トリエチルアミン6.18質量部を添加し、ポリウレタンプレポリマー溶液を得た。次に、高速攪拌可能なホモディスパーを備えた反応容器に、水783.15質量部を添加して、15℃に調整して、2000min-1で攪拌混合しながら、ポリウレタンプレポリマー溶液を添加して水分散させ、2−[(2−アミノエチル)アミノ]エタノール7.49質量部と水29.97質量部を混合したアミン水溶液を添加し、次いで、N−2−(アミノエチル)−3−アミノプロピルトリメトキシシラン(商品名;KBM−603、信越化学社製)4.16質量部と水16.63質量部を混合したアミン水溶液を添加し、鎖伸長反応を行った。その後、減圧下で、メチルエチルケトンおよび水の一部を除去することにより、固形分25質量%、平均粒子径60nmのポリウレタン樹脂(D−3)含有ディスパージョンを得た。得られたポリウレタン樹脂(D−3)のSi含有量(仕込み計算による)は2100mg/1kg、メタキシリレン基含有量(仕込み計算による)は0質量%であった。
撹拌機、ジムロート冷却器、窒素導入管、シリカゲル乾燥管、及び温度計を備えた4つ口フラスコに、メタキシリレンジイソシアネート112.93質量部、4,4’−メチレンビス(シクロヘキシルイソシアネート)58.81質量部、エチレングリコール27.19質量部、トリメチロールプロパン5.22質量部、ジメチロールプロピオン酸12.38質量部、及び溶剤としてメチルエチルケトン121.52質量部を混合し、窒素雰囲気下、70℃で撹拌し、反応液が所定のアミン当量に達したことを確認した。次に、この反応液を35℃にまで降温した後、トリエチルアミン9.15質量部を添加し、ポリウレタンプレポリマー溶液を得た。次に、高速攪拌可能なホモディスパーを備えた反応容器に、水797.80質量部を添加して、15℃に調整して、2000min-1で攪拌混合しながら、ポリウレタンプレポリマー溶液を添加して水分散させ、2−[(2−アミノエチル)アミノ]エタノール21.94質量部と水87.77質量部を混合したアミン水溶液を添加し、次いで、N−2−(アミノエチル)−3−アミノプロピルトリメトキシシラン(商品名;KBM−603、信越化学社製)2.38質量部と水9.50質量部を混合したアミン水溶液を添加し、鎖伸長反応を行った。その後、減圧下で、メチルエチルケトンおよび水の一部を除去することにより、固形分25質量%、平均粒子径60nmのポリウレタン樹脂(D−4)含有ディスパージョンを得た。得られたポリウレタン樹脂(D−4)のSi含有量(仕込み計算による)は1200mg/1kg、メタキシリレン基含有量(仕込み計算による)は25質量%であった。
(1)被覆層に用いる塗工液1の調整
下記の塗剤を混合し、塗工液1を作成した。ここでポリウレタン樹脂(B)、オキサゾリン基含有樹脂(A)およびポリエステル樹脂(C)の固形分換算の質量比は表1に示す通りである。
水 31.80質量%
イソプロパノール 25.00質量%
オキサゾリン基含有樹脂(A−1) 24.00質量%
ポリウレタン樹脂(B−1) 16.00質量%
ポリエステル樹脂(C−1) 3.20質量%
下記の塗剤を混合し、塗工液2を作成した。ここでポリウレタン樹脂(D)の固形分換算の質量比は表1に示す通りである。
水 46.00質量%
イソプロパノール 30.00質量%
ポリウレタン樹脂(D−1) 24.00質量%
極限粘度0.62dl/g(30℃、フェノール/テトラクロロエタン=60/40)のポリエチレンテレフタレート樹脂を予備結晶化後、本乾燥し、Tダイを有する押出し機を用いて280℃で押出し、表面温度40℃のドラム上で急冷固化して無定形シートを得た。次に得られたシートを加熱ロールと冷却ロールの間で縦方向に100℃で4.0倍延伸を行った。そして、得られた一軸延伸フィルムの片面に、上記塗工液1をファウンテンバーコート法によりコートした。乾燥しつつテンターに導き、100℃で予熱、120℃で4.0倍横方向に延伸し、6%の横方向の弛緩を行いながら225℃で熱処理を行い、厚さ12μmの二軸延伸ポリエステルフィルムに0.100g/m2の被覆層が形成された積層フィルムを得た。
上記(3)で得られたフィルムの被覆層形成面に、金属酸化物層として酸化ケイ素と酸化アルミニウムの複合酸化物層を、電子ビーム蒸着法により形成した。蒸着源としては、3mm〜5mm程度の粒子状のSiO2(純度99.9%)およびA12O3(純度99.9%)を用いた。ここで複合酸化物層の組成は、SiO2/A12O3(質量比)=60/40であった。またこのようにして得られたフィルム(金属酸化物層/被覆層含有フィルム)における金属酸化物層(SiO2/A12O3複合酸化物層)の膜厚は13nmであった。このようにして被覆層および金属酸化物層を備えた蒸着フィルムを得た。
塗工液2をグラビアロールコート法によって(4)で得られた蒸着フィルムの金属酸化物層上に塗布し、180℃で乾燥させ、保護層を得た。乾燥後の塗布量は0.350g/m2(Dry)であった。
以上のようにして、基材フィルムの上に被覆層/金属酸化物層/保護層を備えた積層フィルムを作製した。得られた積層フィルムについて、上記の通り、酸素透過度およびラミネート強度を評価した。結果を表2に示す。
被覆層形成用の塗工液を調製するにあたり、オキサゾリン基含有樹脂(A)、ポリウレタン樹脂(B)、水性ポリエステル樹脂(C)、およびアクリル樹脂(E)の種類および固形分換算の質量比が表1に示す通りとなるよう各材料を変更したこと(このとき、塗工液全量に占めるイソプロパノールの比率は、実施例1と同様、25.00質量%とした)、あるいは保護層形成用の塗工液を調製するにあたりポリウレタン樹脂(D)の種類を表1に示す通りとなるよう変更したこと以外は、実施例1と同様にして積層フィルムを作製し、酸素透過度およびラミネート強度を評価した。結果を表2に示す。
Claims (4)
- ポリエステル基材フィルムの少なくとも片面に、被覆層、金属酸化物層、および保護層が、他の層を介して又は介さずにこの順に積層されており、
前記被覆層はオキサゾリン基含有樹脂(A)およびポリウレタン樹脂(B)を含み、
前記金属酸化物層は、酸化ケイ素と酸化アルミニウムとの複合酸化物からなり、
前記保護層はポリウレタン樹脂(D)を含み、該ポリウレタン樹脂(D)中におけるメタキシリレン基含有量が20〜33質量%であり、シラノール基量がシラノール基に含まれるSi元素の量としてポリウレタン樹脂(D)を構成する樹脂1kg当たり700〜1700mgである
ことを特徴とする積層フィルム。 - 酸価30mgKOH/g以上の樹脂(C)を含む被覆層である請求項1記載の積層フィルム。
- 酸価10mgKOH/g以下のアクリル樹脂(E)を含む被覆層である請求項1又は2に記載の積層フィルム。
- 前記被覆層中にポリウレタン樹脂(B)を15〜60質量%、オキサゾリン基含有樹脂(A)を30〜60質量%含む請求項1〜3のいずれか1項に記載の積層フィルム。
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