JP6866538B1 - 積層体 - Google Patents
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Abstract
Description
[1]エチレン−ビニルアルコール共重合体(a)を含むガスバリア層(A)と、熱可塑性ポリウレタン(b)を含むポリウレタン層(B)とを備え、少なくとも1組のガスバリア層(A)とポリウレタン層(B)とが直接積層されている構成を含み、ガスバリア層(A)の層数とポリウレタン層(B)の層数との合計が9層以上300層以下であり、ガスバリア層(A)が炭素数10以上の高級脂肪酸金属塩(c)を金属原子換算で10ppm以上300ppm以下含有する積層体;
[2]高級脂肪酸金属塩(c)を構成する金属原子が、マグネシウム及びコバルトからなる群より選ばれる少なくとも一種を含む、[1]の積層体;
[3]高級脂肪酸金属塩(c)が、ステアリン酸マグネシウム及びステアリン酸コバルトからなる群より選ばれる少なくとも一種を含む、[2]の積層体;
[4]エチレン−ビニルアルコール共重合体(a)のエチレン単位含有量が20モル%以上60モル%以下である、[1]〜[3]のいずれかの積層体;
[5]ガスバリア層(A)とポリウレタン層(B)とが交互に積層されている、[1]〜[4]のいずれかの積層体;
[6]ポリウレタン層(B)が、両面にガスバリア層(A)が直接積層されているポリウレタン層(B1)と、片面のみにガスバリア層(A)が直接積層されているポリウレタン層(B2)とを備える、[5]の積層体;
[7]ポリウレタン層(B2)に直接積層されている保護層(D)を備え、保護層(D)が熱可塑性ポリウレタン(x)を含む、[6]の積層体;
[8]保護層(D)がエチレン−ビニルアルコール共重合体(y)を含む、[7]の積層体;
[9]保護層(D)の1層あたりの平均厚みが300μm以上800μm以下である、[7]または[8]の積層体;
[10]最外層がポリウレタン層(B)である、[1]〜[9]のいずれかの積層体;
[11]ガスバリア層(A)の1層あたりの平均厚みが0.1μm以上10μm以下である、[1]〜[10]のいずれかの積層体;
[12]ポリウレタン層(B)の1層あたりの平均厚みが0.1μm以上30μm以下である、[1]〜[11]のいずれかの積層体;
[13]ガスバリア層(A)の1層あたりの平均厚みとポリウレタン層(B)の1層あたりの平均厚みとの比率(ガスバリア層(A)/ポリウレタン層(B))が0.1以上1以下である、[1]〜[12]のいずれかの積層体;
を提供することで達成される。
本発明の積層体は、エチレン−ビニルアルコール共重合体(a)(以下「EVOH(a)」と略記する場合がある)を含むガスバリア層(A)(以下「A層」と略記する場合がある)と、熱可塑性ポリウレタン(b)(以下「TPU(b)」と略記する場合がある)を含むポリウレタン層(B)(以下「B層」と略記する場合がある)とを備え、少なくとも1組のA層とB層とが直接積層されている構成を含み、ガスバリア層(A)の層数とポリウレタン層(B)の層数との合計が9層以上300層以下であり、A層が炭素数10以上の高級脂肪酸金属塩(c)(以下「高級脂肪酸金属塩(c)」と略記する場合がある)を金属原子換算で10ppm以上300ppm以下含有する積層体である。少なくとも1組のA層とB層とが直接積層されている構成を含み、かつ、高級脂肪酸金属塩(c)を特定量含有する積層構造を有していることで、積層構造によって得られる高いガスバリア性および耐屈曲性を保ちつつ、トリム等をリサイクルすべく溶融成形する場合において、樹脂の色相の悪化や溶融成形機内のスクリューへの劣化樹脂の付着を抑制できる。なお、本願明細書において「ガスバリア性」とは、酸素透過度の測定値を元に評価でき、具体的には実施例記載の方法によって評価できる。また、本明細書において「ppm」は、質量基準の含有率である。
A層はEVOH(a)を含む層である。A層がEVOH(a)を含むことで、ガスバリア性に優れる積層体を得ることができる。
EVOH(a)は、主構造単位として、エチレン単位及びビニルアルコール単位を有する重合体である。なお、EVOH(a)はエチレン単位及びビニルアルコール単位以外に、他の構造単位を1種類又は複数種含んでいてもよい。EVOH(a)は、通常、エチレンとビニルエステルとを重合し、得られるエチレン−ビニルエステル共重合体をケン化して得られる。
A層は、高級脂肪酸金属塩(c)を金属原子換算で10ppm以上300ppm以下含む。ここで、本明細書における「高級脂肪酸」とは炭素数10以上の脂肪酸を意味する。A層が高級脂肪酸金属塩(c)を特定量含むことで、積層体のトリム等をリサイクル使用すべく再度溶融成形する際に、色相の悪化の抑制及びスクリュー付着量を低減できるため好ましい。A層が高級脂肪酸金属塩(c)を含むことでこのような効果を奏する理由は定かでは無いが、以下の(1)及び(2)の様に推察する。(1)EVOH(a)中に高級脂肪酸金属塩(c)を含むことで、回収時のスクリュー付着量が低減できると考えられ、TPU(b)のみに高級脂肪酸金属塩(c)を含んでいても、前記低減効果を効率的に発揮できない傾向にある。(2)積層体のトリム等をリサイクル使用すべく再度溶融成形する際の色相悪化の抑制には、EVOH(a)からTPU(b)に高級脂肪酸金属塩(c)が移行することが必要と考えられ、高級脂肪酸金属塩(c)の代わりに低級脂肪酸金属塩を用いた場合、TPU(b)への低級脂肪酸金属塩の移行が不十分となり、十分な色相改善効果が得られないと推察される。
B層は、TPU(b)を含むポリウレタン層である。本発明の積層体は、TPU(b)を含むB層を有することで、良好な延伸性、耐屈曲性、熱成形性等を発揮できる。
D層は、B2層に直接積層する保護層であり、TPU(x)を含む層である。本発明の積層体がD層を含むと、耐久性及び柔軟性が高まり、屈曲後のガスバリア性を良好に維持できる傾向となる。TPU(x)の好適な態様は、含有量を除いてB層の成分であるTPU(b)の好適な態様と同様である。D層におけるTPU(x)の含有量は70質量%以上が好ましく、80質量%以上がより好ましい。また、D層におけるTPU(x)の含有量は100質量%以下であってもよく、99質量%以下が好ましく、98質量%以下がより好ましい。
本発明の積層体は、層間接着力、外観及び屈曲後のガスバリア性等に優れるため、食品包装材、医療用容器包装材、その他の容器包装材、工業用シート材等、建築材用シート材、農業用シート材、ジオメンブレン、ラドンバリアフィルム、その他のシート材、その他各種のパイプ等に用いることができる。特に、本発明の積層体は、タイヤ用インナーライナー、靴底エアクッション材、アキュムレーターの内袋、空気入りボール、空気ばね等、膜状のゴム製品に積層されるガスバリアフィルムなどとして好適に用いられる。
本発明の積層体の製造方法は、A層とB層とが良好に積層及び接着される方法であれば特に限定されるものではなく、例えば共押出し、はり合わせ、コーティング、ボンディング、付着などの公知の方法を採用することができる。
EVOH−1:「エバール(登録商標)E105B」(株式会社クラレ製、エチレン−ビニルアルコール共重合体、エチレン単位含有量44モル%)
EVOH−2:「エバール(登録商標)F101B」(株式会社クラレ製、エチレン−ビニルアルコール共重合体、エチレン単位含有量32モル%)
EVOH−3:「エバール(登録商標)L171B」(株式会社クラレ製、エチレン−ビニルアルコール共重合体、エチレン単位含有量27モル%)
EVOH−4:「エバール(登録商標)G156B」(株式会社クラレ製、エチレン−ビニルアルコール共重合体、エチレン単位含有量48モル%)
TPU−1:「Estane(登録商標)2103−90AE」(Lubrizol社製、熱可塑性ポリウレタン)
(1)A層とB層の層間接着力
各実施例及び比較例で得られた積層体を23℃、50%RHの雰囲気下に保管し、製造翌日に15mmの短冊状の切片を作製して測定試料とした。この測定試料を用い、23℃、50%RHの雰囲気下、株式会社島津製作所製オートグラフ「AGS−H型」を用いて、引っ張り速度250mm/分にて、T型剥離強度を測定した。得られた値(単位:g/15mm)をA層とB層の層間接着力とし、以下の評価基準に基づいて層間接着性を評価した。
判定:基準
A:700g/15mm以上
B:700g/15mm未満500g/15mm以上
C:500g/15mm未満300g/15mm以上
D:300g/15mm未満
各実施例及び比較例で得られた積層体について、以下の評価基準に基づき、目視にて外観評価を行った。
判定:基準
A:スジやストリークがなく良好な外観
B:わずかにフィルムの流れ方向に対してスジが見られる
C:フィルムの流れ方向に対してスジが見られる
D:フィルムの流れ方向に対してスジやストリークが見られる
実施例及び比較例で得られた積層体について、ASTM−F392−74に準じて、テスター産業株式会社製「BE1006恒温槽付ゲルボフレックステスター」を使用し、23℃の環境下、屈曲を50回繰り返した。屈曲前後の積層体について、ガスバリア性を下記の通り評価した。具体的には、実施例及び比較例で得られた積層体について、20℃、65%RHで5日間調湿し、MOCON社の「MOCON OX−TRAN2/20型」を用い、20℃、65%RH条件下でJIS K 7126−2(等圧法;2006年)に記載の方法に準じて、酸素透過度を測定し、その平均値を求めた(単位:mL/(m2・day・atm))。なお、酸素透過度が300mL/(m2・day・atm)以下であれば、1気圧の条件下で、1m2あたりに1日に300mL以下の酸素透過度となるため、ガスバリア性を有すると評価できる。屈曲を加える前の酸素透過度をOTR0、屈曲を加えた後の酸素透過度をOTR50とし、OTR0/OTR50を以下の判定基準に基づいて評価した。
判定:基準
A:OTR0/OTR50≧0.9
B:0.9>OTR0/OTR50≧0.8
C:0.8>OTR0/OTR50≧0.7
D:0.7>OTR0/OTR50
実施例及び比較例で得られた積層体60gをラボプラストミル(株式会社東洋精機製作所製「20R200」二軸異方向)の投入口に合うようにカットし(およそ1cm×1cm)、60rpm、200℃で30分混練し、厚み2mmの円盤状サンプルを作成した。得られた円盤状サンプルの着色状況を目視で確認し、以下のように判断した。
判定:基準
A:ほとんど着色していない
B:かすかに着色している
C:着色(薄黄色)している
D:着色(黄色)している
実施例及び比較例で得られた積層体60gをラボプラストミル(株式会社東洋精機製作所製「20R200」二軸異方向)の投入口に合うようにカットし(およそ1cm×1cm)、60rpm、200℃で30分混練後、混練した樹脂を採取した。その後、「日本ポリエチレン社製低密度ポリエチレン;LDPEノバテックLJ400」60gをラボプラストミルに200℃で30分混練後、LDPEを採取した。その後、スクリューに付着している焦げ物を採取し、その重量を測定した。以下の判定基準に基づいて評価した。
判定:評価
A:0.5g>スクリュー付着量
B:2.5g>スクリュー付着量≧0.5g
C:5.0g>スクリュー付着量≧2.5g
D:スクリュー付着量≧5.0g
実施例及び比較例で得られた積層体2kgについて、東洋精機製作所社製の20mm押出機「D2020」(D(mm)=20、L/D=20、圧縮比=2.0、スクリュー:フルフライト)の投入口に合うようにカットし(およそ1cm×1cm)、下記条件にてストランドを押出し、空冷にて冷却後、ペレタイザーで積層体の回収物のペレットを作製した。
〈ペレット作製条件〉
押出温度 供給部/圧縮部/計量部/ダイ
=180/210/210/210℃
スクリュー回転数 40rpm
吐出量 1.3kg/hr
ダイ孔数 2穴
得られた回収物ペレットを東洋精機製作所社製の20mm押出機「D2020」(D(mm)=20、L/D=20、圧縮比=2.0、スクリュー:フルフライト)を用いて単層製膜を以下の条件で行い、単層フィルムを得た。
〈製膜条件〉
押出温度:供給部/圧縮部/計量部/ダイ
=180/200/200/200℃
スクリュー回転数:40rpm
吐出量:1.3kg/hr
引取りロール温度:80℃
引取りロール速度:1.0m/min.
フィルム厚み:60μm
得られた単層フィルムを、TD方向にミクロトームで切削し、断面観察用の切片を作製した。作製した切片を試料台座にカーボンテープで固定し、加速電圧30kVで30秒間白金イオンスパッタを行った。単層フィルムの断面を電界放出型透過型電子顕微鏡[装置:株式会社 日立ハイテクノロジーズ製 SU8000]で観察し、平均分散粒子径を算出した。測定条件は、加速電圧:1kV、倍率:20,000倍であった。電子顕微鏡で観察領域9μm×13μmに入る粒子径の内、大きいものから10個のEVOH粒子のサイズを平均分散粒子径として算出し、以下の判定基準に基づいて評価した。
判定:評価
A:0.5μm>平均粒子径≧0.05μm
B:1.0μm>平均粒子径≧0.5μm
C:1.5μm>平均粒子径1.0μm
D:平均粒子径≧1.5μm
上記評価方法(6)リサイクル試験(平均分散粒子径)にて作製した単層フィルムをA4サイズ(TD210mm×MD297mm)にカットし、ASTM−F392−74に準じて、テスター産業社製付ゲルボフレックステスターを使用し、23℃の環境下、屈曲を1000回繰り返した。屈曲後のピンホールの数を測定した。なお、このA4(210mm×297mm)範囲におけるピンホール数を以下の判定基準に基づいて評価した。
判定:評価
A:ピンホール数≦1個
B:2個≦ピンホール数≦5個
C:6個≦ピンホール数≦10個
D:11個≦ピンホール数
エバール(登録商標)E105B(EVOH−1)に富士フイルム和光純薬株式会社製ステアリン酸マグネシウムをMg換算量として70ppmになるようにドライブレンドし、東洋精機製作所社製二軸押出機(口径25mm、L/D=25)にてスクリュー回転数100rpm、吐出6.5kg/hrにて溶融ペレタイズを行い、金属塩含有EVOHを作製した。得られた金属塩含有EVOH及びEstane2103−90AE(TPU−1)を材料として用い、19層のフィードブロックを有する共押出機に190℃の溶融状態として供給し共押出を行うことで、EVOH層9層とTPU層10層とが交互に積層された合計層数19層の積層体を作製した。
EVOHの種類、金属塩の種類、金属塩の添加量、A層の層数、A層1層あたりの平均厚み、TPUの種類、B層への金属塩添加量、B層の層数、B層1層あたりの平均厚みを表1〜3に記載の通り変更した以外は、実施例1と同様に積層体を作製し評価を行った。評価結果を表1〜3に示す。
ポリウレタン層(B1)に相当する層の平均厚みを3.3μm、ポリウレタン層(B2)に相当する層の平均厚みを20μmとなるように調整した以外は、実施例1と同様の方法で積層体を作製した。得られた積層体の層間接着力は850g/15mmであり、外観はスジやストリークがなく良好な外観であり、屈曲前OTR(OTR0)は3.0mL/(m2・day・atm)、屈曲後のOTR(OTR50)は3.1mL/(m2・day・atm)であり、OTR0/OTR50は0.97であり、リサイクル時の着色試験においては、ほとんど着色しておらず、リサイクル時のスクリュー付着量は0.1gであり、リサイクル試験でのEVOHの平均分散粒子径は0.41μmであり、耐屈曲性試験ではピンホール0個であった。実施例1と同様、積層体の層間接着力や外観や屈曲後のガスバリア性を良好に維持しつつ、リサイクル性に優れる積層体を得ることができた。
エバール(登録商標)E105B(EVOH−1)に富士フイルム和光純薬株式会社製ステアリン酸マグネシウムをMg換算量として70ppmになるようにドライブレンドし、東洋精機製作所社製二軸押出機(口径25mm、L/D=25)にてスクリュー回転数100rpm、吐出6.5kg/hrにて溶融ペレタイズを行い、金属塩含有EVOHを作製した。実施例25のポリウレタン層(B2)の外側に直接積層する保護層(D)として、TPU−1:金属塩含有EVOH=95:5の樹脂組成物を用いて、2層の保護層(D)を共押出により設け、合計層数21層の積層体を製造した以外は、実施例25と同様に積層体を作製し評価した。保護層(D)の1層あたりの平均厚みは500μmであった。得られた積層体の層間接着力は930g/15mmであり、外観はスジやストリークがなく良好な外観であり、屈曲前OTR(OTR0)は3.0mL/(m2・day・atm)、屈曲後のOTR(OTR50)は3.1mL/(m2・day・atm)であり、OTR0/OTR50は0.97であり、リサイクル時の着色試験においては、ほとんど着色しておらず、リサイクル時のスクリュー付着量は0.06gであり、リサイクル試験でのEVOHの平均分散粒子径は0.40μmであり、耐屈曲性試験ではピンホール0個であった。積層体の層間接着力や外観や屈曲後のガスバリア性を良好に維持しつつ、リサイクル性に優れる積層体を得ることができた。
実施例1で得られた積層体を、東洋精機製作所社製の20mm押出機「D2020」(D(mm)=20、L/D=20、圧縮比=2.0、スクリュー:フルフライト)の投入口に合うようにカットし(およそ1cm×1cm)、得られる回収物ペレットにおける樹脂の比率がTPU−1:EVOH−1=95:5になるようにTPU−1ペレットとともに押出機に投入し、下記条件でストランドを押出し、空冷にて冷却後、ペレタイザーを用いてペレットを作製した。
〈ペレット作製条件〉
押出温度 供給部/圧縮部/計量部/ダイ
=180/210/210/210℃
スクリュー回転数 40rpm
吐出量 1.3kg/hr
ダイ孔数 2穴
実施例26のポリウレタン層(B2)の外側に直接積層する保護層(D)として、上記で得られたペレットを用いた以外は、実施例26と同様に積層体を作製し評価した。保護層(D)の1層あたりの平均厚みは500μmであった。得られた積層体の層間接着力は920g/15mmであり、外観はスジやストリークがなく良好な外観であり、屈曲前OTR(OTR0)は3.0mL/(m2・day・atm)、屈曲後のOTR(OTR50)は3.2mL/(m2・day・atm)であり、OTR0/OTR50は0.94であり、リサイクル時の着色試験においては、ほとんど着色しておらず、リサイクル時のスクリュー付着量は0.2gであり、リサイクル試験でのEVOHの平均分散粒子径は0.38μmであり、耐屈曲性試験ではピンホール1個であった。積層体の層間接着力や外観や屈曲後のガスバリア性を良好に維持しつつ、リサイクル性に優れる積層体を得ることができた。
Claims (12)
- エチレン−ビニルアルコール共重合体(a)を含むガスバリア層(A)と、熱可塑性ポリウレタン(b)を含むポリウレタン層(B)とを備え、少なくとも1組のガスバリア層(A)とポリウレタン層(B)とが直接積層されている構成を含み、ガスバリア層(A)の層数とポリウレタン層(B)の層数との合計が9層以上300層以下であり、ガスバリア層(A)が炭素数10以上の高級脂肪酸金属塩(c)を金属原子換算で10ppm以上300ppm以下含有する積層体。
- 高級脂肪酸金属塩(c)を構成する金属原子が、マグネシウム及びコバルトからなる群より選ばれる少なくとも一種を含む、請求項1に記載の積層体。
- 高級脂肪酸金属塩(c)が、ステアリン酸マグネシウム及びステアリン酸コバルトからなる群より選ばれる少なくとも一種を含む、請求項2に記載の積層体。
- エチレン−ビニルアルコール共重合体(a)のエチレン単位含有量が20モル%以上60モル%以下である、請求項1〜3のいずれかに記載の積層体。
- ガスバリア層(A)とポリウレタン層(B)とが交互に積層されている、請求項1〜4のいずれかに記載の積層体。
- ポリウレタン層(B)が、両面にガスバリア層(A)が直接積層されているポリウレタン層(B1)と、片面のみにガスバリア層(A)が直接積層されているポリウレタン層(B2)とを備える、請求項5に記載の積層体。
- ポリウレタン層(B2)に直接積層されている保護層(D)を備え、保護層(D)が熱可塑性ポリウレタン(x)を含む、請求項6に記載の積層体。
- 保護層(D)がエチレン−ビニルアルコール共重合体(y)を含む、請求項7に記載の積層体。
- 保護層(D)の1層あたりの平均厚みが300μm以上800μm以下である、請求項7または8に記載の積層体。
- ガスバリア層(A)の1層あたりの平均厚みが0.1μm以上10μm以下である、請求項1〜9のいずれかに記載の積層体。
- ポリウレタン層(B)の1層あたりの平均厚みが0.1μm以上30μm以下である、請求項1〜10のいずれかに記載の積層体。
- ガスバリア層(A)の1層あたりの平均厚みとポリウレタン層(B)の1層あたりの平均厚みとの比率(ガスバリア層(A)/ポリウレタン層(B))が0.1以上1以下である、請求項1〜11のいずれかに記載の積層体。
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