JP6955064B2 - エチレン−ビニルアルコール共重合体ペレット及びそのフィルム - Google Patents

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Description

本発明は、エチレン−ビニルアルコール共重合体(ethylene−vinyl alcohol,EVOH)樹脂及びそのペレットに関するものである。エチレン−ビニルアルコール共重合体ペレットは微粒子を有しており、特に含フッ素微粒子を有している。本発明はさらに、エチレン−ビニルアルコール共重合体樹脂及び/又はペレットにより形成されたフィルムを開示する。
EVOH樹脂は積層板において広範に使用され、傷みやすい商品の保存に用いられている。例えば、EVOH樹脂や積層板は、一般的に、食品包装産業、医療機器及び付属品産業、製薬産業、電子産業並びに農業用化学品産業において使用されている。EVOH樹脂は、一般的に、別個の層として積層板中に加えられ、酸素バリア層として用いられている。
EVOHを使用した押出プロセスでは、ダイに蓄積してしまう事象が頻繁に生じる。また、EVOHを使用した押出プロセスにおいてよくある別の問題は、スクリューに粘着するという望ましくない事象が生じることである。こうした問題は、EVOHによって形成された膜の外観や機械的強度を低下させる場合がある。また、こうした問題は、従来技術ではまだ十分に処理又は解決されていない。
そのため、より良好なフィルム性質を提供し、且つ費用対効果の高い製造プロセスの実現を可能とするEVOH樹脂が引き続き必要とされている。
本発明は、エチレン−ビニルアルコール共重合体(EVOH)ペレットに関するものであり、それは微粒子、特に含フッ素微粒子を有している。EVOH樹脂及び/又はペレットは、フィルム又は多層構造の調製に用いることができる。EVOHとフッ化ポリマーは不混和性を有するため、それらの組み合わせは避けるのが一般常識である。例えば、EVOHとフッ化ポリマーの不混和性により、形成されたフィルムの外観や機械的性質にマイナスの影響を及ぼすことが予測できる。
不混和性によって生じる問題のため、従来ではEVOHとフッ化ポリマー(フッ素ポリマーとも呼ばれる)の組み合わせが避けられているが、本発明は、フッ素ポリマーを使用してEVOH樹脂及びそのペレットを調製すると、フッ素ポリマーの部分的な混和性がダイの材料析出を改善し、スクリューに粘着する問題を低減できることを発見した。また発明者は、本発明のEVOHペレットが、それによって形成されたフィルムや多層構造の可塑性を改善し、機械的性質を強化できることを発見した。具体的に述べれば、発明者は、含フッ素微粒子を有するEVOHペレットを使用することにより、改善された強度(例えばシャルピー衝撃試験による測定)及び改善された可塑性(例えば破断点伸びにより測定)を具備するEVOHフィルムが得られることを知った。例えば、発明者は、以下の特性を具備するEVOHフィルムを得ることができた。ISO 179−1に基づくシャルピー衝撃強度(Charpy impact strength)では、23℃下で少なくとも2.3KJ/mであり、ISO 527−2に基づく破断点伸びは、23℃下で少なくとも17.8%であった。驚いたことに、本明細書に記載の含フッ素微粒子を有するEVOHペレットは、EVOHペレットにより形成されたフィルムの強度及び可塑性などを改善するといった優位性を提供することができる。
上述のEVOHペレットは、通常、エチレン−ビニルアルコール共重合体及び少なくとも1つの含フッ素微粒子を含み、含フッ素微粒子の粒径は20μm以下である。EVOHペレットは、少なくとも2つの融点温度を有するのが好ましく、言い換えると、第1融点温度と第2融点温度を少なくとも有する。第1融点温度は、約100℃〜約140℃又は105℃〜135℃でよい。第2融点温度は、約150℃〜約195℃又は158℃〜190℃でよい。
炭素、酸素及びフッ素元素の総重量に基づき、上述の含フッ素微粒子は、約1.5〜約48wt%のフッ素を含むことができる。さらに/又は、EVOHペレットのエチレン−ビニルアルコール共重合体は、99.5mole%又はより高い鹸化度を有することができる。エチレン−ビニルアルコール共重合体は、約20〜約50mole%のエチレン含有量を有することができる。例えば、エチレン−ビニルアルコール共重合体のエチレン含有量は、約25〜約45mole%でよい。幾つかの実施例において、EVOHペレットはポリアルキレンオキシドを含まない。
EVOHペレットの微粒子は、約1.0〜約19μmの粒径を有することができるのが好ましい。例えば、微粒子の粒径は約1.2〜約16μmでよい。
少なくとも1つの実施例によれば、EVOHペレットは、そのうちのエチレン−ビニルアルコール共重合体において、エチレン−ビニルアルコール共重合体がエチレン含有量及び鹸化度を有しており、そのうち、エチレン含有量は約20〜約50mole%であり、鹸化度は99.5mole%以上であり、含フッ素微粒子は、フッ化ポリマーを含み、さらに、エチレン−ビニルアルコール共重合体ペレットは、少なくとも2つの融点温度を含み、第1融点温度及び第2融点温度を含み、第1融点温度は約100℃〜約140℃であり、第2融点温度は約150℃〜195℃である。
上述のEVOHペレットにより形成されたフィルムは、通常、少なくとも2.3KJ/mのシャルピー衝撃強度、及び少なくとも17.8%の破断点伸びを有する。フィルムのシャルピー衝撃強度は、少なくとも2.6KJ/mであるのが好ましい。幾つかの状況では、フィルムの破断点伸びは少なくとも20%である。
以下、本発明の技術の実施について、添付図面を参照しつつ、例としてのみ記述する。
本発明の例示的なEVOHペレットの断面図である。 本発明の例示的なEVOHペレットの2つの融点温度の図である。 本発明のEVOHペレットが溶融されて押出機を流れる断面図である。
本発明の各態様は添付図面に示す配置、手段及び特性に限らないことを理解されたい。
本発明は、エチレン−ビニルアルコール共重合体(EVOH)樹脂及びそのペレットに関するものである。EVOHペレットは、その中に分散した微粒子、特に含フッ素微粒子を有している。EVOHペレットは、フィルム又は多層構造の調製に用いることができる。
1つの態様では、本発明はEVOHペレットを提供する。本明細書に記載のEVOHペレットとは、EVOH樹脂の造粒を経て形成された1つ以上のペレットの形態及び/又は形状を指す。本発明の全文では、造粒を経て形成された1つ以上のEVOHペレット形態のEVOH樹脂を記述しているが、EVOH樹脂はビーズ、立方体、チップ、削りくずなどの形態に加工されてもよい。本発明のEVOHペレットは、通常、エチレン−ビニルアルコール共重合体及び少なくとも1つの含フッ素微粒子を含み、含フッ素微粒子の粒径は20μm以下である。
図1は本発明の例示的EVOHペレット100の断面図を描いたものである。EVOHペレット100は、EVOHにより形成され、EVOHはエチレン含有量を有している。例えば、EVOHのエチレン含有量は、約20〜約50mole%、約25〜約45mole%、約28〜約42mole%又は約30〜約40mole%でよい。EVOHペレット100は、異なるエチレン含有量を有する2種類以上のEVOHにより形成することができる。例えば、そのうちの1種類のEVOHのエチレン含有量は、約20〜約35mole%の範囲内でよく、例えば約24〜約35mole%、約28〜約35mole%、約20〜約32mole%、約24〜約32mole%、約28〜約32mole%、約20〜約30mole%又は約24〜約30mole%である。さらに/又は、そのうちの1種類のEVOHのエチレン含有量は、約36〜約50mole%の範囲内でよく、例えば約40〜約50mole%、約44〜約50mole%、約36〜約45mole%又は約40〜約45mole%である。しかし、幾つかの好ましい実施例において、EVOHペレット100は、エチレン含有量が約20〜約50mole%の単一のEVOHにより形成される。
上述のEVOHペレット100のフッ素含有量は、添加する1種類以上のフッ化ポリマー(本明細書では「フッ素ポリマー」とも呼ぶ)と関係しており、フッ化ポリマーは、EVOHペレット100中に分散する含フッ素微粒子110を形成することができる。例えば、上述の1種類以上のフッ素ポリマーは、ポリフッ化ビニリデン(polyvinylidene fluoride,PVDF)、ポリテトラフルオロエチレン(polytetrafluoroethylene)、ポリヘキサフルオロプロピレン(polyhexafluoropropylene)、ポリクロロトリフルオロエチレン(polychlorotrifluoroethylene,PCTFE)、2−クロロ−1,1,3,3,3−ペンタフルオロプロペン(2−chloropentafluoropropene)、ジクロロジフルオロエチレン(dichlorodifluoroethylene)、1,1−ジクロロフルオロエチレン(1,1−dichlorofluoroethylene)及びそれらの組み合わせを含むか又はそれらから選択し得る。さらに/又は、フッ素ポリマーは、フッ化ビニリデン(vinylidene fluoride,VDF)、ヘキサフルオロプロピレン(hexafluoropropylene,HFP)及びテトラフルオロエチレン(tetrafluoroethylene,TFE)のうち、少なくとも1種類から誘導された共重合体を含むことができる。幾つかの実施例において、フッ素ポリマーは、VDF、HFP及びTFEのうち、2種類以上から誘導された共重合体を含むことができる。例えば、EVOHペレット100は、VDF及びHFPから誘導された共重合体、TFE及びHFPから誘導された共重合体、VDF及びTFEから誘導された共重合体並びに/又はVDF、HFP及びTFEから誘導された共重合体を含むことができる。如何なる特定の理論にも限定されないが、発明者は、ある種のフッ素ポリマーの結晶サイズを縮小することにより、EVOHペレット100の少なくとも1つの融点を低くさせることができると確信している。
EVOHペレット100の炭素、酸素及びフッ素元素の総重量に基づき、含フッ素微粒子110は、約1.5〜約48wt%のフッ素を有することができる。その他の実施例では、EVOHペレット100の炭素、酸素及びフッ素元素の総重量に基づき、含フッ素微粒子110は、約1.8〜約44wt%のフッ素又は約2.1〜約41wt%のフッ素を有することができる。
EVOHペレット100の含フッ素微粒子110が有することのできる粒径は、直径又は断面積にわたる主軸長さが1.0〜約19μmであり、又は1.2〜約16μmであるのが好ましい。含フッ素微粒子のサイズは、フッ素ポリマーのタイプ又は種類、フッ素ポリマーの量及びEVOHのエチレン含有量を調節することによりコントロールすることができる。含フッ素微粒子が球形である場合、含フッ素微粒子が所望の粒径を有するか否かはその断面の直径により決定する。含フッ素微粒子が球形ではなく、及び/又は含フッ素微粒子の断面形状が円形ではない(例えば楕円形又は塊状を呈する)場合、含フッ素微粒子が所望の粒径を有するか否かは含フッ素微粒子の断面の主軸長さにより決定し、主軸の定義は、断面中で最長粒径を有する軸とする。幾つかの実施例において、EVOHペレット100の断面上で評価されるすべての含フッ素微粒子110の粒径はいずれも20μm以下であり、例えば19μm以下、18μm以下、16μm以下、14μm以下又は12μm以下である。言い換えると、幾つかの実施例において、含フッ素微粒子110の粒径は20μmを超えることがなく、例えば19μm、18μm、16μm、14μm又は12μmを超えない。含フッ素微粒子110の粒径は、0.1μm以上、0.3μm以上、0.5μm以上又は0.7μm以上でよい。例えば、EVOHペレット100は、粒径が1.0〜約19μm又は1.2〜約16μmの含フッ素微粒子110を有することができる。幾つかの実施例において、EVOHペレット100の断面上で評価されるすべての含フッ素微粒子110は、いずれも本明細書に記載される所望の粒径範囲内にある。しかし、幾つかの実施例においては、EVOHペレット100の断面上で評価される含フッ素微粒子110の大多数が所望の粒径範囲内にある。粒径が所望の範囲内にあるか否かを左右する例示的な要素には、(a)フッ素ポリマーの量、(b)EVOHのエチレン含有量、(c)フッ素ポリマーのタイプ、(d)押出機中の温度、及び(e)スクリューの回転速度が含まれ得る。本発明では、EVOHペレットに所望の粒径範囲内の含フッ素微粒子が含有されてさえいれば、その加工性及び機械的性質を向上させることができる。
図2に示す通り、EVOHペレット100は、少なくとも2つの融点温度を有することができる。幾つかの実施例において、EVOHペレット100における1つの融点温度(例えば、第1融点温度)は、約100℃〜約140℃であり、例えば約105℃〜約135℃、約110℃〜約135℃又は約120℃〜約130℃である。さらに/又は、そのうちの1つの融点温度(例えば、第2融点温度)は、約150℃〜約195℃であり、例えば約158℃〜約190℃又は約164℃〜約187℃である。幾つかの実施例において、EVOHペレット100は少なくとも3つの異なる融点温度を有する。幾つかの実施例において、EVOHペレット100は少なくとも4つ、少なくとも5つ又は少なくとも6つの異なる融点温度を有する。さらに/又は、EVOHペレット100の鹸化度は90mole%以上でよく、好適には95mole%以上、好適には97mole%以上、好適には99.5mole%以上である。
上述のEVOH樹脂又はEVOHペレット100は、ポリアルキレンオキシドを含まないか又は実質的に含まなくてよい。例えば、EVOHペレット100は、5wt%未満のポリアルキレンオキシドを有することができ、例えば4wt%未満、3wt%未満、2wt%未満、1wt%未満又は0.5wt%未満である。
上述のEVOHペレット100は、それにより形成されるEVOHフィルムをより効率的に調製するのに役立つ。例えば、EVOHペレット100は、EVOHフィルムの製造過程において、ダイへの析出を改善し、スクリューに粘着する問題を低減することができる。EVOHフィルムを調製する相応しい方法及び設備には、当業者が容易に理解できる方法及び設備を含むことができる。発明者は、部分的に混和性(且つ部分的に不混和性)であるフッ素ポリマーを使用し、且つ含フッ素微粒子110を含有したEVOHペレット100を調製することにより、一部のフッ素ポリマーが押出機の内表面において分離し、コーティング層120が形成されると確信している。図3は、本発明におけるEVOHペレットのフッ素ポリマーの一部が押出機の内表面に形成したコーティング層120を描いたものである。また、押出機の内壁をコーティングしたフッ化ポリマー層が押出機を流れるEVOH樹脂を保護するため、EVOHペレットの押し出し工程を高温化で行ってもEVOHフィルムに変色が生じないようにさせるのに有利である。
別の態様では、本発明はEVOH樹脂又はそのEVOHペレット100により形成されたEVOHフィルムを提供する。EVOHフィルムのISO 179−1に基づくシャルピー衝撃強度は、23℃下で少なくとも2.3KJ/mであり、EVOHフィルムのISO 527−2に基づく破断点伸びは、23℃下で少なくとも17.8%であった。幾つかの実施例では、EVOHフィルムのISO 179−1に基づくシャルピー衝撃強度は、23℃下で少なくとも3KJ/m、少なくとも4.5KJ/m、少なくとも5.5KJ/m又は少なくとも6.5KJ/mであり得る。上述のシャルピー衝撃強度を得るには、ISO 179−1の方法を用いて測定を行う前に、試料を相対湿度50%±5%、温度23℃±2℃において16時間放置する必要がある。また、衝撃エネルギーを7.5Jに設定し、衝撃方向はエッジワイズ方向とし、試料タイプは1eAとし、試料の平均幅は10.06mmとし、試料の平均厚さは3.94mmとする必要がある。試験するノッチの深さは8.09mmとし、試験温度は23℃±2℃とし、破断タイプはCとする必要がある。EVOHフィルムのISO 527−2に基づく破断点伸びは、23℃下で少なくとも20%であり得る。幾つかの実施例では、EVOHフィルムのISO 527−2に基づく破断点伸びは、23℃下で少なくとも21%、少なくとも22%、少なくとも23%又は少なくとも24%である。上述の破断点伸び値を得るには、2012エディションの試験方法を使用し、試験速度は50mm/minとし、試料タイプは1Aとし、試料の平均厚さは3.99mmとする必要がある。
以下で提供する本発明の各態様の非限定的実施例は、主に本発明の各態様及びそれにより達成される効果を明らかにするためのものである。
本発明に基づき、4種類のフッ素ポリマーを調製する(実施例のフッ素ポリマーA〜D)。その後、実施例フッ素ポリマーA〜Dを使用して、本発明のエチレン−ビニルアルコール共重合体(以下、「EVOH」と呼ぶ)ペレットを調製する。以下に開示する具体的な方法に基づいて実施例フッ素ポリマーA〜Dを調製するが、その他のタイプのフッ素ポリマーを使用してEVOHに添加することもできる。
実施例フッ素ポリマーA
オートクレーブを回分反応器として使用し、実施例フッ素ポリマーAを調製した。オートクレーブの内容積は約20Lであり、電磁誘導撹拌装置が設置されている。オートクレーブに窒素ガス(N)を十分に充填し、その後に減圧した窒素ガスを5回充填した。
オートクレーブ内を減圧させると同時に、6,960gの脱酸素純水、3,204gの1,1,2−トリクロロ−1,2,2−トリフルオロエタン及び3.5gのメチルセルロースをオートクレーブに加えた。メチルセルロースの粘度は50cpであり、懸濁安定剤としてオートクレーブ内の組成物中に450rpmで撹拌混入した。オートクレーブ内の組成物は52℃下に置いた。
25.3wt%のフッ化ビニリデン(VDF)、68.6wt%のヘキサフルオロプロピレン(HFP)及び6.1wt%のテトラフルオロエチレン(TFE)で組成されたモノマーを充填ガスとしてバッチ中に混入して、10kg/cmまで充填した。その後、約90wt%の1,1,2−トリクロロ−1,2,2−トリフルオロエタン及び10wt%のジイソプロピルパーオキシジカーボネートを含有する溶液45.6gを触媒として添加し、重合反応を開始させた。ジイソプロピルパーオキシジカーボネートは、重合反応を開始させるための開始剤として用いた。重合反応過程では圧力が低下するため、44.7wt%のVDF、32.5wt%のHFP及び22.8wt%のTFEを有する混合モノマーを添加して、圧力を10kg/cmまで上げた。重合反応完了後、残りの混合モノマーを除去し、且つ得られた懸濁液を遠心分離機で脱水し、脱イオン水で洗浄してから100℃で真空乾燥させて、7.5kgの実施例フッ素ポリマーAを得た。
実施例フッ素ポリマーB
同様のオートクレーブを使用して実施例フッ素ポリマーBを調製し、且つ実施例フッ素ポリマーAと同じ方法に従って設置を行った。オートクレーブは同様に減圧した窒素ガスの充填を5回繰り返した。
オートクレーブ内を減圧させると同時に、7,200gの脱酸素純水、3,250gの1,1,2−トリクロロ−1,2,2−トリフルオロエタン及び4gのメチルセルロースをオートクレーブに加えた。メチルセルロースの粘度は50cpであり、懸濁安定剤としてオートクレーブ内のバッチ中に500rpmで撹拌混入した。オートクレーブ内のバッチは52℃下に置いた。
25wt%のVDF、55wt%のHFP及び20wt%のTFEで組成されたモノマーを充填ガスとしてバッチ中に混入して、20kg/cmまで充填した。その後、約85wt%の1,1,2−トリクロロ−1,2,2−トリフルオロエタン及び15wt%のジイソプロピルパーオキシジカーボネートを含有する溶液40gを触媒として添加し、重合反応を開始させた。ジイソプロピルパーオキシジカーボネートは、重合反応を開始させるための開始剤として用いた。重合反応過程では圧力が低下するため、40wt%のVDF、35wt%のHFP及び25wt%のTFEを有する混合モノマーを添加して、圧力を20kg/cmまで上げた。重合反応完了後、残りの混合モノマーを除去し、且つ得られた懸濁液を遠心分離機で脱水し、脱イオン水で洗浄してから100℃で真空乾燥させて、6kgの実施例フッ素ポリマーBを得た。
実施例フッ素ポリマーC
実施例フッ素ポリマーAの調製に用いたのと同様のオートクレーブ及び誘導撹拌装置を使用して、実施例フッ素ポリマーCを調製した。オートクレーブに窒素ガスを十分に充填し、且つ3Lの組成物を加えた。当該組成物には脱酸素純水及び乳化剤として30gのノナデカフルオロデカン酸アンモニウムが含有されている。オートクレーブ内の組成物を60℃まで加熱して、380rpmで攪拌した。
その後、オートクレーブの内部圧力が20kg/cmに達するまで、約70wt%のVDF及び約30wt%のHFPを含有する混合ガスをオートクレーブに充填した。次に、約80wt%の1,1,2−トリクロロ−1,2,2−トリフルオロエタン及び20wt%のジイソプロピルパーオキシジカーボネートを含有する溶液40gをオートクレーブ中に窒素ガスを用いて添加した。ジイソプロピルパーオキシジカーボネートは、重合反応を開始させるための開始剤として用いた。
重合反応過程中、VDF(62wt%)及びHFP(38wt%)の混合ガスを連続的に注入して、オートクレーブの内部圧力を20kg/cmに維持させた。重合速度は重合反応の進行と共に低下するため、重合反応開始から3時間後に、約80wt%の1,1,2−トリクロロ−1,2,2−トリフルオロエタン及び20wt%のジイソプロピルパーオキシジカーボネートを含有する溶液30gをオートクレーブ中に窒素ガスを用いて添加した。モノマーをさらに3時間重合させた後、得られた懸濁液を遠心分離機で脱水し、脱イオン水で洗浄してから100℃で真空乾燥させて、7.2kgの実施例フッ素ポリマーCを得た。
実施例フッ素ポリマーD
容積が約3Lのオートクレーブを回分反応器として使用し、実施例フッ素ポリマーDを調製した。オートクレーブは電磁誘導撹拌装置を備えている。936gの脱イオン水、0.36gのメチルセルロース、360gのVDF、0.3gのt‐ブチルパーオキシピバレート(tert−butyl peroxypivalate)、0.36gのピロリン酸ナトリウム、0.36gの酸性ピロリン酸ナトリウム及び1.8gの炭酸ジエチルのバッチをオートクレーブにセットして加え、10℃で30分間撹拌した後、45℃で140分間加熱した。
オートクレーブ内の最大圧力は6MPaであった。オートクレーブ内の圧力が2.5MPaまで下がったとき、モノマーの重合反応が終了したが、これは、モノマーの加熱開始から15時間後に生じた。重合反応完了後、ポリマースラリーを取り出して脱水し、脱イオン水で洗浄して脱水した後、80℃で24時間乾燥させて、インヘレント粘度が2.05dl/g、且つかさ密度が0.225g/mlのポリフッ化ビニリデン(実施例フッ素ポリマーD)を得たが、収率は55%であった。
以下、EVOHペレットを調製する非限定的な方法を提供する。以下に開示する方法と同様の方法に基づき、フッ素微粒子を有する非限定的実施例EVOHペレットを27種類(実施例EVOHペレット1〜27)、及び比較例EVOHペレットを5種類(比較例EVOHペレット1〜5)調製した。但し、実施例EVOHペレット1〜27及び比較例EVOHペレット1〜5を調製する具体的な方法は、通常、1つ以上の面で以下に開示する方法と異なっている。
エチレン含有量が29mole%のエチレン酢酸ビニル共重合体(ethylene−vinyl acetate copolymer、以下では「EVAC」と呼ぶ)の鹸化を行い、鹸化度99.5%でEVOHポリマーを調製した。次に、EVOHをメタノールと水(比率は70:30)を含有した溶液中に溶解した。その後、溶液におけるEVOHの固体含有量は41wt%となり、溶液を60℃下に置いた。
水中ペレット製造(underwater pelletization)により、上述のメタノール、水及びEVOHの溶液の造粒を行った。具体的には、ポンプを使用して、上述のメタノール、水及びEVOHの溶液を流速120L/minで供給管に送り、次に直径2.8mmの吸込管へ送り、回転ナイフを用いて1500rpmでカットした。5℃の水を添加して、EVOHペレットを冷却した。次に、EVOHペレットを遠心分離して、EVOH粒子を分離した。分離後のEVOH粒子を水で洗浄した後、乾燥させてEVOHペレットを得た。
EVOHペレットと実施例1などのフッ素ポリマーを一定の比率で混合した後、二軸スクリュー押出機に送った。表1に示す通り、二軸スクリュー押出機の13の区域(1区〜13区)は温度が異なっている。混合後、25℃下でストランドカット(strand cutting)を行い、フッ素元素を有する微粒子(本明細書では「フッ素微粒子」とも呼ぶ)が含まれたEVOHペレットを調製した。表1中、「EV27」とは、エチレン含有量が27mole%のEVOHを指し、「EV29」とは、エチレン含有量が29mole%のEVOHを指し、「EV32」とは、エチレン含有量が32mole%のEVOHを指し、「EV38」とは、エチレン含有量が38mole%のEVOHを指し、「EV44」とは、エチレン含有量が44mole%のEVOHを指す。
Figure 0006955064
下記の方法に基づき、実施例EVOHペレット1〜27を用いてそれぞれフィルムを形成した。実施例EVOHペレット1〜27及び比較例EVOHペレット1〜5を単層Tダイキャストフィルム押出機(光学制御システムMEV4)へ送り、フィルムを調製した。実施例EVOHペレット1〜27及び比較例EVOHペレット1〜5により形成された各フィルムの厚さは20μmであった。押出機の温度は220℃に設定し、金型(即ちTダイ)の温度は230℃に設定した。スクリューの回転数は7rpm(rotations/minutes)とした。
実施例EVOHペレット1〜27及び比較例EVOHペレット1〜5の評価を行い、これらのEVOHペレット及びそれらにより形成されたフィルムの性質を判断した。上述の通り、実施例2に記載の方法と類似の方法に基づき、実施例EVOHペレット1〜27を調製した。但し、EVOHペレット1〜27の調製方法は、調製するEVOHペレットについて、異なるエチレン含有量、異なるフッ素ポリマー及び異なるフッ素ポリマー含有量を有するという面で異なっている。比較例EVOHペレット1〜5についても、実施例2に記載したのと類似の方法に基づいて調製した。
下記の表2は、実施例EVOHペレット1〜27及び比較例EVOHペレット1〜5の幾つかの属性、即ちEVACのエチレン含有量、EVOHペレット中に含まれる特定のフッ素ポリマー及びフッ素ポリマー含有量に関する概要である。
Figure 0006955064
特定の実施例EVOHペレットと、実施例EVOHペレットと同じ特徴を少なくとも1つ有する比較例EVOHペレットとを比較して、実施例EVOHペレット1〜27の性能を評価した。例えば、表3では実施例EVOHペレット1〜5と比較例EVOHペレット1〜3の比較が提供されており、これらのEVOHペレットの調製にはいずれもエチレン含有量29mole%のEVACが使用されている。また、表3には実施例EVOH6〜10と比較例EVOHペレット4及び5の比較が提供されており、これらのEVOHペレットの調製にはいずれもエチレン含有量44mole%のEVACが使用されている。
Figure 0006955064
実施例EVOHペレット1〜10中の微粒子と比較例EVOHペレット1〜5中の微粒子(あれば)の分散度を評価するために、実施例EVOHペレット1〜10及び比較例EVOHペレット1〜5から種類毎に1つのEVOHペレットを取り、厚さ0.5mmの試料にカットした。次に、LEICA DM2700M光学顕微鏡(Leica Microsystems)、CCDカメラ(例えばLeica Microsystems製のもの)を使用して、各EVOHペレット試料のカット面を評価し、ソフトウェア(例えばLAS V4.11のソフトウェア)を使用して分析し、各含フッ素微粒子の断面積を測定した。EVOHペレット中に粒径が20μmより大きい微粒子が1つ以上ある場合、又は微粒子が形成されていない場合は「X」で表し、EVOHペレットの微粒子が凝集しておらず、優れた分散性が示されている場合は「O」で表した。
JSM−6390走査電子顕微鏡(JEOL USA,INC.製)を使用してフッ素含有量を測定した。電圧は15KVに設定し、作動距離は15mmとした。オックスフォード・インストゥルメンツ(Oxford Instrument)社のINCA 7582型を使用して、エネルギー分散分光分析を行った。走査電子顕微鏡のスポットサイズを調節して、エネルギー分散分光の不感時間を35%未満にした。エネルギー分散分光分析の取得率は1Kcpsに設定した。走査電子顕微鏡とエネルギー分散分光から得られた測定結果を使用し、炭素のkα0.2774keV、酸素のkα0.5249keV及びフッ素のkα0.6768keVの元素信号ピーク値に従い、フッ素含有量を炭素、酸素及びフッ素の総含有量に基づき重量パーセント濃度(wt%)で計算した。また、エネルギー分散分光分析過程では、走査電子顕微鏡のターゲットを微粒子にして、測定されるフッ素含有量が主に微粒子中のフッ素を反映するようにさせた。
実施例EVOHペレット1〜10は、いずれも優れた含フッ素微粒子の分散性及び本明細書に記載の所望範囲の微粒子サイズを示していたが、比較例1〜5は分散性がやや劣り、且つ微粒子(存在する場合)のサイズは所望範囲を超えていた。表3は、本明細書に記載の量に従ってフッ素ポリマーを添加した場合に、優れた微粒子分散性及び所望する微粒子サイズを有するEVOHペレットの生成がある程度促進されることを示している。例えば、比較例EVOHペレット3は、本明細書に記載の所望範囲に適合する2つの融点温度を有しており、且つ実施例EVOHペレット1〜5と同じエチレン含有量を有するEVACにより調製されているが、比較例EVOHペレット3は微粒子分散性に優れず、ひどく凝集しており、微粒子のサイズは約40μmにまで達していた。また、例えば比較例EVOH5は、実施例EVOHペレット6〜10と同じエチレン含有量及びフッ素ポリマーを有するEVACにより調製されているが、比較例EVOHペレット5のフッ素ポリマー含有量は本明細書に記載の所望範囲を超えており、含フッ素微粒子の分散性に優れず、微粒子サイズが本明細書に記載の所望範囲を超えていた。また、比較例EVOHペレット1及び4はフッ素ポリマーを使用せずに調製されているため、微粒子は示されなかった。
実施例3に記載したのと同じ方法に従って、実施例EVOHペレット1〜10及び比較例EVOHペレット1〜5それぞれによりフィルムを形成した。フィルムを評価して、フィルムの外観、ダイへの析出の状態、フィルムのくシャルピー衝撃強度及びフィルムの破断点伸びを判断した。表4は、実施例EVOHペレット1〜10及び比較例EVOHペレット1〜5により形成されたフィルムの特性の概要を示している。
Figure 0006955064
実施例EVOHペレット1〜10及び比較例EVOHペレット1〜5により形成されたフィルムの外観については、1m2内において200μmより大きなサイズのフィッシュアイの数が3個未満であった場合は「O」で表し、1m2内において200μmより大きなサイズのフィッシュアイの数が3〜10個であった場合は「△」で表し、1m2内において200μmより大きなサイズのフィッシュアイの数が10個より多い場合は「X」で表した。また、ダイ上に析出がない場合は「O」で表し、ダイ上に析出がある場合は「X」で表した。
シャルピー衝撃強度については、ISO 179−1の方法を用いて測定を行う前に、試料を相対湿度50%±5%、温度23℃±2℃において16時間放置した。加えた衝撃エネルギーは7.5Jであり、衝撃方向はエッジワイズであり、試料の平均幅は10.06mmとし、試料の平均厚さは3.94mmとした。試験するノッチの深さは8.09mmとし、試験温度は23℃±2℃とし、破断タイプはCとした。
破断点伸びについては、2012エディションの試験方法を使用し、試験速度は50mm/minとし、試料タイプは1Aとし、試料の平均厚さは3.99mmとした。
実施例EVOHペレット1〜10のフィルムは、ダイ上に析出が生じず、1m2内における200μmより大きなフィッシュアイは3個以下であった。実施例EVOHペレット1〜10のフィルムのシャルピー衝撃強度は2.45〜6.9KJ/mであった。実施例EVOHペレット1〜10により形成されたフィルムの破断点伸びは17.8%〜24.3%であった。
比較例EVOHペレット1、2及び4のフィルムは、ダイ上に析出が生じ、1m2内における200μmより大きなフィッシュアイは3〜10個あった。実施例EVOHペレット1により形成されたフィルムと比較例EVOHペレット1により形成されたフィルムの比較からは、実施例フッ素ポリマーAの添加により機械的性質が改善されることが示された。また、比較例EVOHペレット1及び2のフィルムと実施例EVOHペレット1〜4のフィルムの比較からは、本明細書に記載の所望のフッ素ポリマー含有量が含まれることにより、シャルピー衝撃強度と破断点伸びが大幅に改善されることが示された。比較例EVOHペレット3及び5のフィルムは、ダイ上に析出が生じなかったが、これらのフィルム中、1m2内における200μmより大きなサイズのフィッシュアイは10個より多かった。
如何なる理論にも限定されないが、発明者は、比較例EVOHペレット3及び5中には大量のフッ素ポリマーが含まれているために過度の凝集現象が生じ、1m2内における200μmより大きなサイズのフィッシュアイの数に悪影響を与えていると確信している。しかし、微粒子のサイズが所望範囲内にコントロールされた場合、実施例EVOHペレットのフィルムは、シャルピー衝撃強度や破断点伸びなどのより優れた機械的性質を示すだけでなく、より優れた加工性やフィルム性質も示すようになる。
実施例EVOHペレット1、3、8及び10〜20に対する比較を行うことにより、異なるエチレン含有量を有するEVACを使用した調製がEVOHペレットに与える影響を評価した。下記の表5に実施例EVOHペレット1、3、8及び10〜20の幾つかの特性をまとめた。
Figure 0006955064
EVOHペレットの融点温度は、ISO 11357−3(2011)の方法に従い、TA−Q200示差走査熱量計(differential scanning calorimeter、略称DSC、TAインスツルメンツ製)を使用して測定し、示差走査熱量計の1回目の作動において表示された第1融点温度と第2融点温度を得た。
実施例EVOHペレット1、3、8及び10〜20は、いずれも優れた含フッ素微粒子の分散性を示した。また、実施例EVOHペレット1、3、8及び10〜20は、本明細書に記載の所望範囲に適合するサイズ及びフッ素含有量の微粒子を有していた。実施例EVOHペレット1、3、8及び10〜20は各々が2つの融点温度を有しており、そのうち第1(低い)融点温度は110℃〜125.2℃であり、第2(高い)融点温度は158.7℃〜189.9℃であった。驚いたことに、エチレン含有量の大小に関わらず、これらの実施例EVOHペレットはいずれも改善された加工性を示しており、且つそれにより形成されたEVOHフィルムは改善された機械的性質を有していた。如何なる特定の理論にも限定されないが、発明者は、EVOH樹脂及びそのペレットが粒径20μm未満のフッ素ポリマーを含んだ微粒子を有している場合、それにより形成されたEVOHフィルムの加工性及び機械的性質を改善することができると確信している。なお、実施例フッ素ポリマーAの量と微粒子中のフッ素含有量の範囲に直接的な関係はなく、正の相関関係にもなかった。
実施例3に記載したのと同様の方法に基づき、実施例EVOHペレット1、3、8、10、11及び12によりフィルムを形成した。上述の工程及び定性的評価指標を用いてフィルムを評価し、フィルムの外観、ダイ部分の析出、フィルムのシャルピー衝撃強度及びフィルムの破断点伸びを判断した。下記の表6に実施例EVOHペレット1、3、8、10、11及び12のフィルムの特性の概要を示した。
Figure 0006955064
実施例EVOHペレット1、3、8、10、11及び12のフィルムは、いずれもダイ上に析出が生じず、1m2内における200μmより大きなサイズのフィッシュアイは3個未満であった。実施例EVOHペレット1、3、8、10、11及び12のフィルムのシャルピー衝撃強度は2.3〜6.8KJ/mの範囲内であり、実施例EVOHペレット1、3、8、10、11及び12のフィルムの破断点伸びは17.8%〜24.1%であった。
実施例フッ素ポリマーA〜Dにより調製されたEVOHペレットに対する比較を行うことにより、実施例フッ素ポリマーA〜Dが形成されたEVOHペレットに与える影響を評価した。下記の表7に実施例EVOHペレット1、11及び21〜27の幾つかの特性の概要を示した。
Figure 0006955064
実施例EVOHペレット1、11及び21〜27は、いずれも優れた含フッ素微粒子の分散性を示した。また、実施例EVOHペレット1、11及び21〜27は、本明細書に記載の所望範囲に適合するサイズ及びフッ素含有量の微粒子を有していた。実施例EVOHペレット1、11及び21〜27は各々がいずれも2つの融点温度を有しており、そのうち第1(低い)融点温度は113.7℃〜133.7℃の範囲内であり、第2(高い)融点温度は180.9℃〜186.9℃の範囲内であった。
実施例3に記載したのと類似の方法に基づき、実施例EVOHペレット1、11及び21〜27によりフィルムを形成した。上述の工程及び定性的評価指標を用いてフィルムを評価し、フィルムの外観、ダイ部分の析出、フィルムのシャルピー衝撃強度及びフィルムの破断点伸びを判断した。表8は、実施例EVOHペレット1、11及び21〜27のフィルムの特性の概要を示している。
Figure 0006955064
実施例EVOHペレット1、11及び21〜27により形成されたフィルムは、いずれもダイ上に析出が生じず、1m2内における200μmより大きなサイズのフィッシュアイは3個未満であった。実施例EVOHペレット1、11及び21〜27のフィルムのシャルピー衝撃強度は2.45〜3.3KJ/mの範囲内であり、実施例EVOHペレット1、11及び21〜27のフィルムの破断点伸びは17.8%〜22.4%であった。
本明細書において提供する全ての範囲は、割り当て範囲内における各特定の範囲及び割り当て範囲の間の二次範囲の組み合わせを含むという意味である。また、別段の説明がない限り、本明細書が提供する全ての範囲は、いずれも範囲のエンドポイントを含む。従って、範囲1〜5は、具体的には1、2、3、4及び5、並びに2〜5、3〜5、2〜3、2〜4、1〜4などの二次範囲を含む。
本明細書において参照される全ての刊行物及び特許出願はいずれも参照により本明細書に組み込まれ、且つありとあらゆる目的から、各刊行物又は特許出願はいずれも各々参照により本明細書に組み込まれることを明確且つ個々に示している。本明細書と参照により本明細書に組み込まれるあらゆる刊行物又は特許出願との間に不一致が存在する場合には、本明細書に準ずる。
本明細書で使用する「含む」、「有する」及び「包含する」という用語は、開放的、非限定的な意味を有する。「1」及び「当該」という用語は、複数及び単数を含むと理解されるべきである。「1つ以上」という用語は、「少なくとも1つ」を指し、従って単一の特性又は混合物/組み合わせた特性を含むことができる。
操作の実施例中又は他の指示する場所を除き、成分及び/又は反応条件の量を示す全ての数字は、全ての場合においていずれも「約」という用語を用いて修飾することができ、示した数字の±5%以内であるという意味である。本明細書で使用する「基本的に含まない」又は「実質的に含まない」という用語は、特定の特性が約2%未満であることを意味する。本明細書中に明確に記載されている全ての要素又は特性は、特許請求の範囲から否定的に除外することができる。
100 EVOHペレット
110 含フッ素微粒子
120 コーティング層

Claims (16)

  1. エチレン−ビニルアルコール共重合体と、
    複数の含フッ素微粒子と、を含み、
    第1融点温度及び第2融点温度の少なくとも2つの融点温度をさらに含み、
    前記第1融点温度は約100℃〜約140℃であり、
    各前記含フッ素微粒子の粒径は直径又は主軸長さが20μm未満であり、
    前記含フッ素微粒子はフッ化ポリマーを含み、
    前記フッ化ポリマーは、フッ化ビニリデンとヘキサフルオロプロピレンとからなる共重合体、又は、フッ化ビニリデンとヘキサフルオロプロピレンとテトラフルオロエチレンとからなる共重合体を含む、エチレン−ビニルアルコール共重合体ペレット。
  2. 前記第1融点温度は約105℃〜約135℃である、請求項1に記載のエチレン−ビニルアルコール共重合体ペレット。
  3. 前記第2融点温度は約150℃〜約195℃である、請求項1に記載のエチレン−ビニルアルコール共重合体ペレット。
  4. 前記第2融点温度は約158℃〜約190℃である、請求項3に記載のエチレン−ビニルアルコール共重合体ペレット。
  5. 前記複数の含フッ素微粒子は、約1.5〜約48wt%のフッ素含有量を含み、前記フッ素含有量は炭素、酸素及びフッ素元素の総重量に基づいている、請求項1に記載のエチレン−ビニルアルコール共重合体ペレット。
  6. 前記エチレン−ビニルアルコール共重合体の鹸化度は99.5mole%以上である、請求項1に記載のエチレン−ビニルアルコール共重合体ペレット。
  7. ポリアルキレンオキシドを含まない、請求項1に記載のエチレン−ビニルアルコール共重合体ペレット。
  8. 前記含フッ素微粒子の直径又は主軸長さは約1.0〜約19μmである、請求項1に記載のエチレン−ビニルアルコール共重合体ペレット。
  9. 前記含フッ素微粒子の直径又は主軸長さは約1.2〜約16μmである、請求項8に記載のエチレン−ビニルアルコール共重合体ペレット。
  10. 前記エチレン−ビニルアルコール共重合体のエチレン含有量は約20〜約50mole%である、請求項1に記載のエチレン−ビニルアルコール共重合体ペレット。
  11. 前記エチレン−ビニルアルコール共重合体のエチレン含有量は約25〜約45mole%である、請求項10に記載のエチレン−ビニルアルコール共重合体ペレット。
  12. 請求項1に記載のエチレン−ビニルアルコール共重合体を含み、ISO 179−1に基づくシャルピー衝撃強度(Charpy impact strength)は、23℃下で少なくとも2.3KJ/mであり、ISO 527−2に基づく破断点伸びは、23℃下で少なくとも17.8%である、フィルム。
  13. 前記フィルムのISO 179−1に基づくシャルピー衝撃強度は、23℃下で少なくとも2.6KJ/mである、請求項12に記載のフィルム。
  14. 前記フィルムの破断点伸びは少なくとも20%である、請求項12に記載のフィルム。
  15. 前記エチレン−ビニルアルコール共重合体において、前記エチレン−ビニルアルコール共重合体がエチレン含有量及び鹸化度を含み、そのうち、前記エチレン含有量は約20〜約50mole%であり、前記鹸化度は99.5mole%以上であり、前記含フッ素微粒子はフッ化ポリマーを含み、
    さらに、前記エチレン−ビニルアルコール共重合体ペレットは、少なくとも2つの融点温度を含み、第1融点温度及び第2融点温度を含み、前記第1融点温度は約100℃〜約140℃であり、前記第2融点温度は約150℃〜195℃である、請求項1に記載のエチレン−ビニルアルコール共重合体ペレット。
  16. 請求項15に記載のエチレン−ビニルアルコール共重合体を含み、ISO 179−1に基づくシャルピー衝撃強度は、23℃下で少なくとも2.3KJ/mであり、ISO 527−2に基づく破断点伸びは、23℃下で少なくとも17.8%である、フィルム。
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