JP6838398B2 - エチレン−ビニルエステル系共重合体ケン化物ペレットおよび、共役ポリエンおよび桂皮酸類を含有するエチレン−ビニルエステル系共重合体ケン化物ペレットの製造方法 - Google Patents
エチレン−ビニルエステル系共重合体ケン化物ペレットおよび、共役ポリエンおよび桂皮酸類を含有するエチレン−ビニルエステル系共重合体ケン化物ペレットの製造方法 Download PDFInfo
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Description
具体的には、酢酸ビニルをエチレン加圧下で重合させた後、共役ポリエンを添加し、エチレンの除去後、ケン化することによりEVOH樹脂を製造し、EVOH樹脂粒子を大量の水で洗浄して、目的とするEVOH樹脂粒子を得ている(実施例1)。
こうして得られたEVOH樹脂粒子を用いて作製したフィルムは、着色が少なく、100μm以上のゲル状塊の数は、100cm2あたり3〜10個であることが示されている(表1参照)。
本発明の共役ポリエンおよび桂皮酸類含有EVOH樹脂ペレットを構成するEVOH樹脂は、通常、エチレンとビニルエステルモノマーとの共重合体(エチレン−ビニルエステル系共重合体)をケン化させることにより得られる樹脂であり、非水溶性の熱可塑性樹脂である。
その他のコモノマーとしては、例えば、プロピレン、1−ブテン、イソブテン等のオレフィン類;3−ブテン−1−オール、3−ブテン−1,2−ジオール、4−ペンテン−1−オール、5−ヘキセン−1,2−ジオール等のヒドロキシ基含有α−オレフィン類やそのエステル化物、アシル化物等の誘導体;アクリル酸、メタクリル酸、クロトン酸、(無水)フタル酸、(無水)マレイン酸、(無水)イタコン酸等の不飽和酸類あるいはその塩あるいは炭素数1〜18のモノまたはジアルキルエステル類;アクリルアミド、炭素数1〜18のN−アルキルアクリルアミド、N,N−ジメチルアクリルアミド、2−アクリルアミドプロパンスルホン酸あるいはその塩、アクリルアミドプロピルジメチルアミンあるいはその酸塩あるいはその4級塩等のアクリルアミド類;メタアクリルアミド、炭素数1〜18のN−アルキルメタクリルアミド、N,N−ジメチルメタクリルアミド、2−メタクリルアミドプロパンスルホン酸あるいはその塩、メタクリルアミドプロピルジメチルアミンあるいはその酸塩あるいはその4級塩等のメタクリルアミド類;N−ビニルピロリドン、N−ビニルホルムアミド、N−ビニルアセトアミド等のN−ビニルアミド類;アクリルニトリル、メタクリルニトリル等のシアン化ビニル類;炭素数1〜18のアルキルビニルエーテル、ヒドロキシアルキルビニルエーテル、アルコキシアルキルビニルエーテル等のビニルエーテル類;塩化ビニル、塩化ビニリデン、フッ化ビニル、フッ化ビニリデン、臭化ビニル等のハロゲン化ビニル化合物類;トリメトキシビニルシラン等のビニルシラン類;酢酸アリル、塩化アリル等のハロゲン化アリル化合物類;アリルアルコール、ジメトキシアリルアルコール等のアリルアルコール類;トリメチル−(3−アクリルアミド−3−ジメチルプロピル)−アンモニウムクロリド、アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸等のコモノマーがあげられる。これらは単独でもしくは2種以上併せて用いることができる。
重合禁止剤として共役ポリエンを用いる場合、その添加量は、ビニルエステルモノマーの仕込み量100重量部に対して、通常0.0001〜3重量部、好ましくは0.0005〜1重量部、さらに好ましくは0.001〜0.5重量部である。
上記未反応のエチレンガスは、例えば、蒸発除去等によって除去することができる。また、エチレン−酢酸ビニル共重合体溶液から未反応のビニルエステルモノマーを除去する方法としては、例えば、ラシヒリングを充填した塔の上部から該共重合体溶液を一定速度で連続的に供給し、塔下部よりメタノール等の有機溶剤蒸気を吹き込み塔頂部よりメタノール等の有機溶剤と未反応ビニルエステルモノマーとの混合蒸気を流出させ、塔底部より未反応ビニルエステルモノマーを除去したエチレン−ビニルエステル系共重合体溶液を取り出す方法等を採用することができる。
ケン化用触媒であるアルカリ触媒としては、例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、アルカリ金属アルコラート等が用いられる。
ケン化反応温度は30〜60℃、ケン化用触媒の使用量は通常0.001〜0.6当量(ビニルエステル基当り)が好ましい。ケン化時間は、ケン化条件、目的とするケン化度に依存するが、通常1〜6時間から選択される。
本発明で用いられる共役ポリエンとは、炭素−炭素二重結合と炭素−炭素単結合が交互に繋がってなる構造であって、炭素−炭素二重結合の数が2個以上である、いわゆる共役二重結合を有する化合物である。共役ポリエンは、2個の炭素−炭素二重結合と1個の炭素−炭素単結合が交互に繋がってなる構造である共役ジエン、3個の炭素−炭素二重結合と2個の炭素−炭素単結合が交互に繋がってなる構造である共役トリエン、あるいはそれ以上の数の炭素−炭素二重結合と炭素−炭素単結合が交互に繋がってなる構造である共役ポリエンであってもよい。ただし、共役する炭素−炭素二重結合の数が8個以上になると共役ポリエン自身の色により成形物が着色する懸念があるので、共役する炭素−炭素二重結合の数が7個以下であるポリエンであることが好ましい。また、2個以上の炭素−炭素二重結合からなる上記共役二重結合が互いに共役せずに1分子中に複数組あってもよい。例えば、桐油のように共役トリエンが同一分子内に3個ある化合物も共役ポリエンに含まれる。
本発明のEVOH樹脂ペレットに含有させる桂皮酸類としては、桂皮酸に限らず、例えば、桂皮酸エステル、アルコキシ基を有する桂皮酸、桂皮酸アミド、桂皮酸塩等の桂皮酸誘導体があげられる。これらは単独でもしくは2種以上併せて用いることができる。これらのなかでも、桂皮酸が好ましい。複数種の桂皮酸類を用いた時の桂皮酸類の含有量は、全桂皮酸類を合計した含有量である。
EVOH樹脂からペレットを製造する方法としては、従来公知の方法を採用でき、例えば、
a)流動状のEVOH樹脂を押出機の吐出口から押出し、溶融状態でカットした後、冷却固化してペレットを作製するホットカット方式、
b)流動状のEVOH樹脂溶液を凝固浴中に押出し、冷却固化により得られたEVOH樹脂ストランドをカットするストランドカット方式、
等があげられ、なかでも、後述する多孔質ペレットが得られる点で、b)ストランドカット方式が好ましい。
EVOH樹脂含水組成物をホットカット方式で製造するペレット原料として押出機に投入する場合、押出機内でのEVOH樹脂含水組成物の温度は、70〜170℃が好ましく、より好ましくは80〜170℃、さらに好ましくは90〜170℃である。EVOH樹脂含水組成物の温度が低すぎる場合は、EVOH樹脂が完全に溶融しない傾向があり、高すぎる場合は、EVOH樹脂が熱劣化を受けやすくなる傾向がある。乾燥EVOH樹脂組成物をペレット原料として使用する場合の押出機内でのEVOH樹脂組成物の温度は150〜300℃が好ましく、より好ましくは160〜280℃、さらに好ましくは170〜250℃である。なお、樹脂組成物の温度は、押出機シリンダーに設置した温度センサーにより押出機先端部吐出口付近で検出した温度をいう。
ただし、乾燥EVOH樹脂組成物を原料とする場合、EVOH樹脂含水組成物を原料として用いる場合よりも凝固しやすいことから、水中カット方式における冷却水の温度は、EVOH樹脂含水組成物を原料とする場合よりも高く、通常0〜90℃であり、好ましくは20〜70℃である。
ストランドカット方式の場合、ペレット原料として、EVOH樹脂溶液、EVOH樹脂含水組成物、乾燥EVOH樹脂組成物を用いることができる。
ただし、EVOH樹脂溶液を凝固浴に押出す場合、EVOH樹脂溶液の温度は、通常、10〜100℃、凝固浴の温度は、押し出されたEVOH樹脂が冷却固化できる温度で、通常、−10〜40℃であり、滞留時間は、通常、10〜400秒間程度である。EVOH樹脂含水組成物をペレット原料として押出機に投入する場合も、凝固浴に押し出すEVOH樹脂含水組成物の温度は、通常、10〜100℃、凝固浴の温度は、通常、−10〜40℃であり、滞留時間は、通常、10〜400秒間程度である。乾燥EVOH樹脂組成物をペレット原料として押出機に投入する場合、凝固浴に乾燥EVOH樹脂組成物が押し出される温度は、通常、150〜300℃、凝固浴の温度は通常0〜90℃であり、滞留時間は2〜400秒間程度である。
本発明の共役ポリエンおよび桂皮酸類含有EVOH樹脂ペレットは、下記共役ポリエン含有EVOH樹脂ペレットの製造、および桂皮酸類含有EVOH樹脂ペレットの製造工程を経ることにより得ることができる。これらの工程は、どちらの工程を先に行ってもよく、また同時に行ってもよい。上記工程を同時に行う場合は、例えば、共役ポリエンと桂皮酸類が溶解した処理液を用いる等により行うことができる。
なかでも、作業効率の点から、共役ポリエン含有EVOH樹脂ペレットの製造、桂皮酸類含有EVOH樹脂ペレットの製造の工程順に行うことが好ましい。
上記共役ポリエン含有EVOH樹脂ペレットは、前記EVOH樹脂のペレット表面に共役ポリエンを含有させることにより製造することができる。
上記桂皮酸類含有EVOH樹脂ペレットは、前記EVOH樹脂のペレットに桂皮酸類を含有させることにより製造することができる。
本発明の共役ポリエンおよび桂皮酸類含有EVOH樹脂ペレット表層部の共役ポリエン含有量は、当該ペレット重量あたり30ppb以上、好ましくは34ppb以上、さらに好ましくは38ppb以上である。かかる共役ポリエンの含有量が少ないとフィッシュアイが多く発生する。なお、表層部の共役ポリエンの含有量の上限は、通常10000ppb(10ppm)、好ましくは8000ppb(8ppm)、特に好ましくは5000ppb(5ppm)である。
本発明の共役ポリエンおよび桂皮酸類含有EVOH樹脂ペレットには、必要に応じて、一般にEVOH樹脂に配合する配合剤、例えば、熱安定剤、酸化防止剤、帯電防止剤、着色剤、紫外線吸収剤、滑剤、可塑剤、光安定剤、界面活性剤、抗菌剤、乾燥剤、アンチブロッキング剤、難燃剤、架橋剤、硬化剤、発泡剤、結晶核剤、防曇剤、生分解用添加剤、シランカップリング剤、酸素吸収剤、充填剤、各種繊維等の補強材等が含有されていてもよい。特に、リン酸、ピロリン酸、亜リン酸、シュウ酸、コハク酸、アジピン酸、酒石酸、クエン酸、リン酸二水素ナトリウム、リン酸二水素カリウム、酢酸等の酸または多塩基酸の部分塩を含有してもよい。これらは単独でもしくは2種以上併せて用いることができる。
本発明の共役ポリエンおよび桂皮酸類含有EVOH樹脂ペレットは、溶融成形法により、例えばフィルム、シート、カップやボトル等に成形することができる。かかる溶融成形方法としては、押出成形法(T−ダイ押出、インフレーション押出、ブロー成形、溶融紡糸、異型押出等)、射出成形法等があげられる。溶融成形温度は、通常150〜300℃の範囲から選ぶことが多い。また、フィルム、シート、繊維等を一軸または二軸延伸することも可能である。
なお、例中「部」とあるのは、重量基準を意味する。
(1)ペレットの共役ポリエン(ソルビン酸)全含有量
共役ポリエンおよび桂皮酸類含有EVOH樹脂ペレット中の共役ポリエンの含有量について、共役ポリエンを上記EVOH樹脂ペレット表面に直接添加する場合は添加量を含有量に算入することができるが、共役ポリエンが上記EVOH樹脂ペレットの内部に存在する場合は、以下の測定方法で共役ポリエンの含有量を定量した。
上記EVOH樹脂ペレットを凍結粉砕した粉末1gに対して、抽出溶媒(蒸留水:メタノール=1:1、体積比)8mLを添加した。この溶液を温度20℃、静置状態で超音波処理を1時間して、樹脂中のソルビン酸を抽出し、冷却後に抽出溶媒で10mLに定容した。この溶液をポアサイズ0.45μmのフィルターで濾過後、液体クロマトグラフ−紫外分光検出器で抽出溶液中のソルビン酸を定量した。
[HPLC測定条件]
LCシステム :Agilent1260/1290[Agilent Technologies社製]
検出器 :Agilent1260 infinity ダイオードアレイ検出器[Agilent Technologies社製]
カラム :Cadenza CD−C18(100×3.0mm、3μm)[Imtakt社製]
カラム温度 :40℃
移動相A :0.05%ギ酸含有 5%アセトニトリルの水溶液
移動相B :0.05%ギ酸含有 95%アセトニトリルの水溶液
タイムプログラム:0.0→5.0分 B%=30%
5.0→8.0分 B%=30%→50%
8.0→10.0分 B%=50%
10.0→13.0分 B%=50%→30%
13.0→15.0分 B%=30%
流量 :0.2mL/分
UV検出波長 :190〜400nm
定量波長 :262nm
なお、上記HPLC測定条件における「%」は、体積%を意味する。
共役ポリエンおよび桂皮酸類含有EVOH樹脂ペレット20gを、抽出溶媒(蒸留水:メタノール=1:1、体積比)30mL中で10分間撹拌して抽出を実施した。得られた抽出液を2mLにまで濃縮した後、ポアサイズ0.45μmのフィルターで濾過した。得られた濾液を検液として使用し、液体クロマトグラフにより共役ポリエンを定量した。濾液中の共役ポリエン量を測定し、上記EVOH樹脂ペレット重量(20g)で除してペレット表層部の共役ポリエン含有量を求めた。液体クロマトグラの測定条件は上記のペレットの共役ポリエン全含有量の測定と同様の条件で行った。
共役ポリエンおよび桂皮酸類含有EVOH樹脂ペレット表面にのみ桂皮酸類を含有する場合は、上記EVOH樹脂ペレット表面への桂皮酸類の添加量を含有量とした。また、上記EVOH樹脂ペレット内部に桂皮酸類を含有する場合は、下記の方法により桂皮酸類含有量を算出した。なお、下記手順は桂皮酸類として桂皮酸を用いた場合を例にして記載するが、桂皮酸以外の桂皮酸塩等についても同様の手順にて行なわれる。
[標準溶液の調整]
桂皮酸(10.89mg)を10mLメスフラスコに秤量し、メタノールに溶解して10mL溶液とする(標準原液;1089μg/mL)。ついで、調整した標準原液をメタノールで希釈して、複数濃度(0.109μg/mL、0.218μg/mL、0.545μg/mL、1.09μg/mL、2.18μg/mL)の各混合標準溶液を調整する。これら混合標準溶液を用いてLC/MS/MS分析を実施し、検量線を作成する。
[試料溶液の調整]
(I)共役ポリエンおよび桂皮酸類含有EVOH樹脂ペレット(1g)を10mLメスフラスコに秤量後、メタノール9mLを加える。
(II)超音波処理を120分間実施後、室温(25℃)で放冷する。
(III)メタノールを加えて10mLに定容する(試料溶液(α))。
(IV)試料溶液(α)1mLを10mLメスフラスコに採取後、メタノールを加えて10mLに定容する(試料溶液(β))。
(V)試料溶液(α)あるいは試料溶液(β)をPTFEフィルタ(0.45μm)で濾過した液体を測定溶液としてLC/MS/MS分析に供する。
LC/MS/MS分析で検出されたピーク面積値と、標準溶液の検量線から桂皮酸の検出濃度を算出する。検出濃度からEVOH樹脂ペレット中の桂皮酸含有量を算出する。
[LC/MS/MS測定条件]
LCシステム: LC−20A[島津製作所社製]
質量分析計: API4000[AB/MDS Sciex]
分析カラム: Scherzo SM−C18 (3.0×75mm、3μm)
カラム温度: 45℃
移動相: A 10mmol/L 酢酸アンモニウムの水溶液
B メタノール
タイムプログラム: 0.0→5.0分 B%=30%→95%
5.0→10.0分 B%=95%
10.1→15.0分 B%=30%
流量: 0.4mL/分
切り替えバルブ: 2.0 to 6.0分: to MS
注入量: 5μL
イオン化: ESI法
検出: 負イオン検出(SRM法)
モニターイオン: Q1=147.0 → Q3=102.9(CE: −15eV)
なお、上記LC/MS/MS測定条件における「%」は、体積%を意味する。
乾燥前のEVOH樹脂ペレットの重量と、温度150℃、5時間乾燥後のEVOH樹脂ペレットの重量から揮発分を求め、これをEVOH樹脂ペレットの含水率とした。具体的には、下記式により含水率が得られる。
含水率(重量%)=〔(乾燥前のEVOH樹脂ペレット重量−乾燥後のEVOH樹脂ペレット重量)/乾燥前のEVOH樹脂ペレット重量〕×100
共役ポリエン(および桂皮酸類)含有EVOH樹脂ペレットを用いて下記製膜条件で、製膜することにより厚み30μmの単層フィルムが得られた。
上記厚み30μmの単層フィルムについて、デジタル欠陥検査装置(マミヤオーピー社製、GX−70LT)を用いて、フィッシュアイを計測した。
フィッシュアイの計測は、単層フィルムの下面から光を当て、光透過しなかった部分(直径0.1〜0.2mm)をフィッシュアイ1個として、100cm2(サイズ:10cm×10cm)あたりのフィッシュアイ個数をカウントすることにより行った。
なお、計測時の読み取り速度:3m/分である。
[製膜条件]
押出機:直径(D)40mm、L/D=28
スクリュー:フルフライトタイプ圧縮比=2.5
スクリーンパック:60/90/60メッシュ
ダイ:幅450mm、コートハンガータイプ
設定温度:C1/C2/C3/C4/A/D=180/200/220/220/210/210℃
スクリュー回転数:40rpm
ロール温度:80℃
[実施例1]
冷却コイルを備えた重合缶に酢酸ビニルを500部、メタノール100部、アセチルパーオキシド0.0585部(対酢酸ビニル)、クエン酸0.015部(対酢酸ビニル)を仕込み、重合缶内を、窒素ガスで一旦置換した後、次いでエチレンで置換して、エチレン圧が40kg/cm2となるまで圧入した。エチレン加圧下、撹拌しながら、67℃まで昇温することにより重合を開始した。重合開始から6時間後、重合率が60%に達した時点で、ソルビン酸0.0525部(対酢酸ビニル〔仕込量ベース〕)を添加した。これにより、エチレン含有率32.5モル%のエチレン−酢酸ビニル共重合体を得た。次いで、エチレン−酢酸ビニル共重合体を含有する反応液を蒸留塔に供給し、塔下部からメタノール蒸気を導入することで未反応酢酸ビニルを除去し、エチレン−酢酸ビニル共重合のメタノール溶液を得た。該エチレン−酢酸ビニル共重合体のメタノール溶液に、該共重合体中の残存酢酸基に対して、0.007当量の水酸化ナトリウムを含むメタノール溶液を供給することによりケン化を行い、EVOH樹脂のメタノール溶液(EVOH樹脂30重量%、メタノール70重量%)を得た。かかるEVOH樹脂のケン化度は99.7モル%であった。
得られたEVOH樹脂のメタノール溶液に水蒸気を吹き込むとともに、発生したメタノールの蒸気を系外に除くことで、EVOH樹脂40重量%の水/メタノール=40/60(重量比)の混合溶液を得た。このEVOH樹脂の水/メタノールの混合溶液を、冷水中にストランド状に押し出し、得られたストランド状物(含水多孔質体)をカッターで切断し、直径3.8mm、長さ4mmで、EVOH樹脂分35重量%の多孔質ペレットを得た。
得られた共役ポリエンおよび桂皮酸含有EVOH樹脂ペレットを、単層Tダイ押出装置を用いて、最高温度220℃、スクリュー回転数40rpmで製膜し、厚み30μmの単層フィルムを製造した。この単層フィルムについて、上記方法によりフィッシュアイの発生個数および臭気について評価した。結果を表1に示す。
桂皮酸の含有量、表層部のソルビン酸量が表1のようになる様に調整した以外は、実施例1の場合と同様にして、共役ポリエン(および桂皮酸類)含有EVOH樹脂ペレットを作製した。
次いで、このペレットを用いて、実施例1と同様にして単層フィルムを作製し、フィッシュアイの発生個数および臭気について評価した。結果を表1に示す。
一方、桂皮酸類を所定の含有範囲にない比較例1〜3は、臭気の抑制が不充分であった。
Claims (7)
- 共役ポリエンおよび桂皮酸類を含有するエチレン−ビニルエステル系共重合体ケン化物ペレットであって、当該ペレット表層部の共役ポリエンの含有量が、当該ペレット重量あたり30ppb以上であり、上記ペレット全体の共役ポリエン全含有量に対する上記ペレット表層部の共役ポリエン含有量の重量比が、表層部共役ポリエン含有量/共役ポリエン全含有量=1.5×10 -5 以上であり、かつ桂皮酸類の含有量が当該ペレット重量あたり1〜500ppmであることを特徴とするエチレン−ビニルエステル系共重合体ケン化物ペレット。
- 上記共役ポリエンおよび桂皮酸類を含有するエチレン−ビニルエステル系共重合体ケン化物ペレット全体の共役ポリエン全含有量が、上記ペレット重量あたり0.1〜10000ppmであることを特徴とする請求項1記載のエチレン−ビニルエステル系共重合体ケン化物ペレット。
- 上記共役ポリエンが、ソルビン酸、ソルビン酸エステル、およびソルビン酸塩からなる群より選ばれる少なくとも1種であることを特徴とする請求項1または2記載のエチレン−ビニルエステル系共重合体ケン化物ペレット。
- 請求項1〜3のいずれか一項に記載の共役ポリエンおよび桂皮酸類を含有するエチレン−ビニルエステル系共重合体ケン化物ペレットを製造する方法であって、エチレン−ビニルエステル系共重合体ケン化物のペレットと共役ポリエンを含有する処理液とを接触させる工程、エチレン−ビニルエステル系共重合体ケン化物のペレットと桂皮酸類とを接触させる工程を備えることを特徴とする共役ポリエンおよび桂皮酸類を含有するエチレン−ビニルエステル系共重合体ケン化物ペレットの製造方法。
- 上記エチレン−ビニルエステル系共重合体ケン化物ペレットが、エチレン−ビニルエステル系共重合体ケン化物のアルコール溶液または水/アルコール混合溶液を凝固してペレット化したものであることを特徴とする請求項4に記載の共役ポリエンおよび桂皮酸類を含有するエチレン−ビニルエステル系共重合体ケン化物ペレットの製造方法。
- 上記エチレン−ビニルエステル系共重合体ケン化物ペレットが、多孔質ペレットであることを特徴とする請求項4または5記載の共役ポリエンおよび桂皮酸類を含有するエチレン−ビニルエステル系共重合体ケン化物ペレットの製造方法。
- 上記エチレン−ビニルエステル系共重合体ケン化物のケン化前の、エチレン−ビニルエステル系共重合体の製造工程において、重合禁止剤として共役ポリエンを配合する工程を備えることを特徴とする請求項4〜6のいずれか一項に記載の共役ポリエンおよび桂皮酸類を含有するエチレン−ビニルエステル系共重合体ケン化物ペレットの製造方法。
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