JP7281458B2 - ポリエステルへのポリオレフィンの改善された接着 - Google Patents
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Description
Du Pont社テクニカルフェローのI Hwa Lee著の「Bonding 『Unjoinable』 Polymers」という題の白書は、包装材料の開発において生じる困難を示している。
包装で使用する異なるポリマー層は、互いに相容でないことがあり、これは、包装材料を再利用できない、または特別な再利用技術を必要とすることを意味する。包装材料中の層の数を減らすと、再利用を容易にすることができ、本発明が、以前は再利用できなかったポリエチレンテレフタレートとポリエチレンの積層体を再利用できるようにすることも見出した。
PCT出願公開の国際特許第2017/046009号において、本発明者らは、以下の一般構造の2セグメント化ブロックコポリマーを記載している。
これらの材料は、ポリマーの相容性を改善し、かつ/またはポリマーに特定の表面効果を与える(例えば、包装フィルムに有用であり得る印刷可能または塗装可能な表面をポリオレフィン材料にもたらす)、ポリマー系、特にポリマー混合物への添加剤として有用であると考えられている。
本発明は、以下の構造のブロックコポリマーの使用であって、好ましくは共押出されたポリエチレンおよびポリエチレンテレフタレート層間の接着を改善するための、ポリエチレンまたはポリエチレンテレフタレート中の添加剤としての使用をさらに提供する。
別の実施形態では、本発明は、0.1質量%~15質量%の以下の構造のブロックコポリマーを含有するポリエチレンを提供する。
別の実施形態では、本発明は、0.1質量%~15質量%の以下の構造のブロックコポリマーを含有するポリエチレンテレフタレートを提供する。
さらなる実施形態では、本発明は、ポリエチレンテレフタレート層に結合したポリエチレン層を含む積層体であって、少なくとも1つの層が、以下の構造のブロックコポリマーを含有する積層体を提供する。
さらなる実施形態において、本発明は、ポリエチレンテレフタレート層に結合したポリエチレン層に結合した紙層を含む積層体であって、ポリエチレン層およびポリエチレンテレフタレート層のうちの少なくとも一層が、以下の構造のブロックコポリマーを含有する、積層体を提供する。
さらなる実施形態において、本発明は、共押出されたポリエチレンおよびポリエチレンテレフタレート層を含むポリエチレンおよびポリエチレンテレフタレートの積層体の製造方法であって、少なくとも1つの層が、以下の構造のブロックコポリマーを含有する、製造方法を提供する。
好ましくは、ポリマーBに結合した芳香環置換基は、ポリマーAに結合した芳香環置換基に対してメタ位にある。
a)第1の工程では、好ましくはメタロセン触媒系の存在下で、エチレンと、任意選択の、エチレンより高級な1種以上の1-アルケンコモノマー、例えばC2-C8オレフィン、特にヘキセンおよびオクテンと重合させてポリマーAを形成し、該ポリマーAは、1-アルケンコモノマーを起源とするペンダント状アルキル基を任意選択で有するエチレン構造単位からなる鎖であり、この反応は、反応容器中で、式(I)の化合物
b)任意選択の第2の工程において、第1の工程の反応混合物から中間体(II)を回収し、
c)第3の工程において、後続するラジカル重合反応中で、中間体(II)をその末端の二重結合を、酢酸ビニル、C1-C9アクリレートエステル、およびアクリル酸、ならびにこれらの混合物から選択されるモノマーと反応させてポリマーBを形成する
ことによって調製することができる。
本明細書において、用語「末端」は、ポリマー鎖(またはブロック)との関連で使用される場合、単純に、ポリマー鎖(またはブロック)の末端を指し、対象となる鎖(またはブロック)が、重合反応が終わる終端部であるという任意の追加の機構的要件を伝えるものではない。「末端が(に)」の言及も同様に解釈されるものとする。
ポリマーAが、共に使用されるポリエチレンまたはポリエチレンテレフタレートと相互作用するように曝露されるように、ポリマーAをポリマーBに末端で結合させることが重要である。そのようなものとして、ポリマーAとポリマーBとの間の連結部は、ポリマーAのポリマー鎖の終端部に位置することが重要である。
このポリマーAおよびポリマーB間の結合の末端位置決めを達成するために、コポリマーを作製するプロセスは、ポリマーAの末端官能基に特異的であるべきである。同様に、ポリマーAに形成された末端官能基が、工業で実用的なラジカル重合条件下で後続のポリマーBの形成ができるように十分に反応性であり、一方で、同時に不要な副反応が有意な程度まで生じるほどの高すぎる反応性でないことが重要である。
ブロックコポリマーのブロックBは、好ましくは、フリーラジカル重合によって製造される。ブロックBは、1000~20,000の範囲、好ましくは3000~6000の範囲の分子量(Mn)を有することが好ましい。このようなポリマーは、好ましくは、1.5~3.5、より好ましくは2~3の範囲の分子量分布(Mw/Mn)を有する。
ブロックBは、酢酸ビニルもしくは1種以上のC1-C9アクリレートエステルもしくはアクリル酸またはこれらの混合物の重合によって調製することができる。メチルアクリレート、ブチルアクリレート、およびヘキシルアクリレートが好ましい。
本発明の積層体は、水蒸気バリア特性およびガスバリア特性においても優れている。その上、ポリエチレンテレフタレート層は、ヒートシール適性を有する。したがって、積層体は、ヒートシール性によって容器などに成形することができ、得られる容器などは、食品および飲料用包装材料に必要とされる長期間貯蔵特性に優れている。
一実施形態において、積層体は、両面にポリエチレンテレフタレート層が付与されたポリエチレン層を含んでもよい。この実施形態では、ポリエチレンが、本発明において使用されるブロックコポリマーを含有してもよい、または両方のポリエチレンテレフタレート層が、ブロックコポリマーを含有してもよい。このような積層体は、包装材料を製造するための紙の積層に特に有用であり、片方のポリエチレンテレフタレート層は、紙への積層体の接着を確保することができ、他方の層は、包装材料を最終的に閉じるためのヒートシール性の面を生成する。したがって、紙/ポリエチレン/ポリエチレンテレフタレートは、ポリエチレンとポリエチレンテレフタレートとの間に下塗剤または接着剤を使用せずに積層することができる。
本発明で使用されるポリエチレンテレフタレート(以下、「PET」と呼んでもよい)は、ジオール成分としてのエチレングリコールとジカルボン酸成分としてのテレフタル酸との脱水縮合によって形成され、まとめて接続されるエステル結合を有するポリエステルから本質的になる。
本発明で使用するためのポリエチレンテレフタレートは、ホモポリエチレンテレフタレートまたはフタル酸の混合物から形成されるまたはコポリマーであってもよい。ホモポリエチレンテレフタレートは、ジオール成分としてのエチレングリコールとジカルボン酸成分としてのテレフタル酸との重縮合によって形成され、他の任意の共重合成分は明確には含まれない。ポリエチレンテレフタレートは、ポリエチレンテレフタレートの調製中に副生成物として生じる不純物成分を含み得る。
本発明の積層体に使用されるポリエチレンテレフタレートの固有粘度(IV)は、0.72~0.88dL/g、特に0.80~0.83dL/gの範囲であることが好ましい。固有粘度がこの範囲より低い場合、成膜特性は不満足であり得、固有粘度がこの範囲より高い場合は、押し出しが困難になり得る。
本発明で使用されるポリエチレンテレフタレートは、ブロッキング防止剤、静電防止剤、潤滑剤、酸化防止剤、および紫外線吸収剤などの配合剤をフィルム用に取り入れることができる。
ポリエチレン層の厚さは限定されないが、一般的に、10~60μmの厚さが好ましい。
本発明の積層体は、ヒートシール性を有するポリエチレンテレフタレート面を含む。したがって、さらなるポリエチレン層を加えずに、積層体を、互いに対してヒートシール性のポリエチレンテレフタレート面によって所定の形状に成形することが可能である。さらに、ポリエチレンテレフタレートを、紙などの他の基材に結合させることが可能である。多くの包装材料は、アルミニウム箔の層を含有してバリア特性を付与している。本発明は、アルミニウムの代わりにポリエチレンテレフタレートを使用して所望のバリア特性を得ることができ、それによって、さらに包装材料の再利用性も改善すると考えられている。
本発明を、以下の実施例を参照することによって説明する。
使用する材料
固有粘度0.80±0.02、密度(D1505)1.4g/cm3、結晶ピーク融点(D3418)245±5℃、ガラス転移温度(D3418)78±2℃のInforma Venturer製のテレフタル酸、イソフタル酸およびモノエチレングリコールのコポリマーの、ポリエチレンテレフタレートRamapet 180(PETと称する)。
Lyondell Basell製の、メルトフローレート(190℃/2.16Kg)4g/10分、密度0.928g/cm3、ビカット軟化点(A/50N)97℃、DSC融点114℃の、低密度ポリエチレンLDPC 3020K(LDPEと称する)。
酢酸ビニル(VAc)モノマー(XmL)を滴下漏斗に加えた。
反応器および滴下漏斗を、30分間、N2でパージした。
別々の丸底フラスコ中で、VAcモノマー(XmL)および過酸化ベンゾイル(BP)原液(XmLのトルエン中のXgのBP)を、30分間、N2でパージした。
系をパージしながら、反応器を110℃に加熱した。
パージ後、脱気した注射器を使用して、VAcを反応器中のPE-DIB/トルエン溶液に移した。これにより、内部温度が94℃まで低下した。
XmLのBP溶液を脱気した50mL注射器に追加し、注射器ポンプに取り付けた。
注射器ポンプおよび滴下漏斗からの添加は、同時に開始した。供給速度:VAc=XmL/hr、BP=XmL/hr。
二種の溶液を2時間にわたって反応器に添加し、完了したら、反応液をさらに1時間、110℃に加熱した。
ロータリーエバポレーターを使用して揮発性物質を除去し、約200mLのスラリーが残留し、これを100℃に加熱し、2Lの攪拌したエタノール中に沈降させた。沈降物を静置して沈殿させ、過剰の溶媒をデカンテーションにより除去し、濾過を用いて、PE-b-PVAcブロックコポリマーを得た。フィルターから固形物を採集し、真空オーブン中で終夜乾燥して、すべての残留溶媒を除去した。
本発明の材料を、約180℃で、押出機中にてLDPEと配合した。次いで、材料を、3つの温度域からなる三層インフレーションフィルムダイから押し出した(試験2)。材料を、本発明の材料を含まない同様の材料と比較した(試験1)。
内層は、配合されたLDPE層であり、中間層および外層は、PET層であった。
層は、以下の通りであった。
幅30mmのフィルム細片を切り取り、剥離試験を用いた接着力の評価のための試験片を形成した。
フィルムを、「バブルで」開いて、フィルムの単層を生成した。試験に先立って、PET/LDPE界面での層間剥離を手動で開始し、サンプルの一部をグリップに設置した。この層間剥離は、各試験片の端部を、85℃に加熱した水中に浸漬させ、端部を数分間3~4cm浸漬させ、取り除き、フィルムの面内の二方向に引っ張り、再度浸漬させることを要した。
剥離試験の結果は、以下の通りであった。
試験2において、剥離に要する力は、LDPE層における応力白化によって示されるように、剥離試験中にLDPE層中で塑性変形を生じさせるのに十分に大きかった。
実施例1で調製した、NMRによる数平均分子量が1650のポリエチレンジイソプロピルベンゼン反応物質40gを、水冷却器および窒素バブリング器が取り付けられた、300mLのトルエンを含む反応器に供給した。反応器を最大100℃まで加熱し、N2で30分間パージした。V601開始剤(0.0250mol、2当量)5.76gを、30分間パージした50mLのトルエン中に溶解した。アクリル酸メチル(密度=0.956g/mL、1.89mol、150当量)170mLも、30分間パージした。開始剤溶液およびモノマー溶液を、それぞれ50mL/時間および170mL/時間の送達に設定して、注射器に移した。反応器を窒素雰囲気下で放置し、注射器ポンプを開始し、1時間反応させた。1時間後、還流デバイダータップを開き、温度を上げてトルエンおよび未反応モノマーを蒸発除去した。1時間後、トルエン/ポリマー混合物(全容量275mL)を反応器から出して空にした。次いで、ポリマーを、1.25リットルのメタノール中に沈降させた(貧溶媒比4.5:1)。サンプルを終夜放置して沈降させた。上部の透明なメタノール層をデカンテーションし、750mLの新しいメタノールを添加し、1時間攪拌し、終夜放置して沈降させた。メタノール上層をデカンテーションし、生成物を1リットルのロータリーエバポレーターに移し、蒸発して乾燥させた。次いで、生成物を真空オーブン中で終夜乾燥し、分析し、NMRにより分子量5750を有することを発見した。
スクリュー速度 30rpm
ホールオフ 300ユニット
送風時間 1分
送風量 1L/min
小型ホワイトプレス(small white press)を使用して、フィルムサンプルを、ポリエステルフィルムMelinexシートに接着させた。フィルムサンプルをホットプレートで20秒間予熱した後、10トンの圧力を2分20秒間印加した。Melinexに結合させた幾つかのフィルムサンプルを各バッチに生成した。
圧縮成形サンプルを幅40mmの細片に切断した。二成分間の層間剥離を手動で開始し、これらの2つの部分を、50Nロードセルが取り付けられた引張検査機器Lloyds LR50kのグリップに供給した。剥離試験を100mm/分で実施した。これらのサンプルで得られた結果を表5(Table 3)に示す。
Claims (5)
- 以下の構造のブロックコポリマーの使用であって、ポリエチレンおよびポリエチレンテレフタレートの共押出層間の接着を改善するための、ポリエチレンまたはポリエチレンテレフタレート中の添加剤としての使用。
- ポリエチレンまたはポリエチレンテレフタレート、および0.1質量%~15質量%の以下の構造のブロックコポリマーを含有する組成物。
- ポリエチレンテレフタレート層に結合したポリエチレン層を含む積層体であって、前記ポリエチレン層および前記ポリエチレンテレフタレート層のうちの少なくとも1つの層が、以下の構造のブロックコポリマーを含有する、積層体。
- ポリエチレンテレフタレート層に結合したポリエチレン層および前記ポリエチレン層に結合した紙層を含む積層体であって、前記ポリエチレン層および前記ポリエチレンテレフタレート層のうちの少なくとも1つの層が、以下の構造のブロックコポリマーを含有する、積層体。
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