JP7399759B2 - 樹脂組成物及び積層フィルム並びに包装材料 - Google Patents
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Description
エチレン-ビニルアルコール共重合体(以下、EVOHと略称することがある)は、無色透明でガスバリア性や耐油性に優れ、溶融成形可能であることから、包装材料向けのガスバリア性樹脂として広く使用されている。一方、ナイロン6に代表されるポリアミド(以下、PAと略称することがある)は、強靭性や熱成形性に優れることから、水分を多く含む食品や液状食品の包装材料に広く使用されている。これらの樹脂を積層し、必要に応じて2軸延伸を施したフィルムは、強靭で優れたガスバリア性を有し、レトルト食品を含む食品や薬品等の包装材料として広く使用されている。
PA/EVOH/PA構成を有する2軸延伸フィルムの製造方法としては、環状ダイから押出したチューブ状の積層フィルムを同時二軸延伸する方法と、Tダイから押出したフラットな積層フィルムをテンターを用いて逐次又は同時二軸延伸する方法が知られているが、後者は偏肉精度が向上できることが記載されている(特許文献1)。
[1]エチレン-ビニルアルコール共重合体(A)及びマグネシウムイオン、カルシウムイオン及び亜鉛イオンからなる群から選択される少なくとも1種の多価金属イオン(B)を含有する樹脂組成物であって、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20~43モル%、けん化度が85モル%以上であり、多価金属イオン(B)の含有量がエチレン-ビニルアルコール共重合体(A)に対して5~200ppmであり、示差走査熱量測定の融解ピークが1つのみの頂点を有し、融解ピークの頂点温度におけるベースラインからの高さTP及び融解ピークの頂点温度から10℃低い温度におけるベースラインからの高さTLの比(TL/TP)が0.21以上である樹脂組成物;
[2]示差走査熱量測定の融解ピークの頂点温度が175℃以上である、[1]の樹脂組成物;
[3]エチレン-ビニルアルコール共重合体(A)が、エチレン単位含有量の差(ΔEt)が2~7モル%である2種類のエチレン-ビニルアルコール共重合体からなり、前記2種類のエチレン-ビニルアルコール共重合体が、エチレン単位含有量が20~39モル%のエチレン-ビニルアルコール共重合体(A1)と、エチレン単位含有量22~46モル%であるエチレン-ビニルアルコール共重合体(A2)であり、エチレン-ビニルアルコール共重合体(A1)とエチレン-ビニルアルコール共重合体(A2)との質量比(A1/A2)が、89/11~51/49であり、エチレン-ビニルアルコール共重合体(A1)のエチレン単位含有量が、エチレン-ビニルアルコール共重合体(A2)のエチレン単位含有量よりも小さい、[1]又は[2]の樹脂組成物;
[4]多価金属イオン(B)が亜鉛イオンである、[1]~[3]のいずれかの樹脂組成物;
[5]多価金属イオン(B)が高級脂肪酸塩のカチオンとして含まれる、[1]~[4]のいずれかの樹脂組成物;
[6][1]~[5]のいずれかの樹脂組成物からなる層(E)及びポリアミド(C)を主成分とする層(N)を有する積層フィルムであって、層(N)/層(E)/層(N)の順に隣接してなる構造を有する積層フィルム;
[7][6]の積層フィルムからなる2軸延伸積層フィルム;
[8][6]又は[7]の積層フィルムを有する包装材料;
を提供することで解決される。
本開示の樹脂組成物は、EVOH(A)を含有する。本開示の樹脂組成物におけるEVOH(A)の含有量は50質量%以上が好ましく、70質量%以上がより好ましく、90質量%以上がさらに好ましく、95質量%以上が特に好ましい。EVOH(A)の含有量が上記範囲であると、本開示の樹脂組成物のガスバリア性が向上する。
本開示の樹脂組成物は、マグネシウムイオン、カルシウムイオン及び亜鉛イオンからなる群から選択される少なくとも1種の多価金属イオン(B)を5~200ppm含有する。中でも、本開示の樹脂組成物は、多価金属イオン(B)としてカルシウムイオンまたは亜鉛イオンを含有することが好ましく、亜鉛イオンを含有することがより好ましい。多価金属イオン(B)の含有量の下限は10ppmが好ましく、20ppmがより好ましい。一方、多価金属イオン(B)の含有量の上限は180ppmが好ましく、160ppmがより好ましい。本開示の樹脂組成物が上記範囲の多価金属イオン(B)を含有することで、後述するPA(C)との界面相互作用が緩和されるとともに、本開示の樹脂組成物が押出機に投入されてから吐出に至るまでの粘度挙動を穏やかな減粘型とすることができ、PA/EVOH/PA積層フィルムの幅方向の厚みの均一性を改善することができる。
本開示の樹脂組成物は、本開示の効果が阻害されない範囲であれば、多価金属イオン(B)以外の他の成分を含有してもよい。他の成分としては、例えばアルカリ金属イオン、多価金属イオン(B)以外のアルカリ土類金属イオン及び遷移金属イオン、カルボン酸、リン酸化合物、ホウ素化合物、酸化促進剤、酸化防止剤、可塑剤、熱安定剤(溶融安定剤)、光開始剤、脱臭剤、紫外線吸収剤、帯電防止剤、滑剤、着色剤、フィラー、乾燥剤、充填剤、顔料、染料、加工助剤、難燃剤、及び防曇剤等が挙げられる。特に、長時間にわたる溶融成形性を改善する観点からは、アルカリ金属イオンを含むことが好ましい。また、熱劣化による着色が抑制できる観点からは、カルボン酸又はリン酸化合物を含むことが好ましい。さらに、ホウ素化合物を含むことで、溶融粘度や機械物性が向上できる場合がある。本開示の樹脂組成物中の他の成分の含有量は、通常5質量%以下であり、3質量%以下が好ましく、1質量%以下がより好ましい。
本開示の樹脂組成物は、PA(C)を主成分とする層(N)と積層して積層フィルムを構成することが好ましい。PA(C)としては、ポリカプロアミド(ナイロン6)、ポリ-ω-アミノヘプタン酸(ナイロン7)、ポリ-ω-アミノノナン酸(ナイロン9)、ポリウンデカンアミド(ナイロン11)、ポリラウリルラクタム(ナイロン12)、ポリエチレンジアミンアジパミド(ナイロン26)、ポリテトラメチレンアジパミド(ナイロン46)、ポリヘキサメチレンアジパミド(ナイロン66)、ポリヘキサメチレンセバカミド(ナイロン610)、ポリヘキサメチレンドデカミド(ナイロン612)、ポリオクタメチレンアジパミド(ナイロン86)、ポリデカメチレンアジパミド(ナイロン106)、カプロラクタム/ラウリルラクタム共重合体(ナイロン6/12)、カプロラクタム/ω-アミノノナン酸共重合体(ナイロン6/9)、カプロラクタム/ヘキサメチレンジアンモニウムアジペート共重合体(ナイロン6/66)、ラウリルラクタム/ヘキサメチレンジアンモニウムアジペート共重合体(ナイロン12/66)、エチレンジアンモニウムアジペート/ヘキサメチレンジアンモニウムアジペート共重合体(ナイロン26/66)、カプロラクタム/ヘキサメチレンジアンモニウムアジペート/ヘキサメチレンジアンモニウムセバケート共重合体(ナイロン6/66/610)、エチレンジアンモニウムアジペート/ヘキサメチレンジアンモニウムアジペート/ヘキサメチレンジアンモニウムセバケート共重合体(ナイロン26/66/610)、ポリヘキサメチレンイソフタルアミド(ナイロン6I)、ポリヘキサメチレンテレフタルアミド(ナイロン6T)、ヘキサメチレンイソフタルアミド/ヘキサメチレンテレフタルアミド共重合体(ナイロン6I/6T)、11-アミノウンデカンアミド/ヘキサメチレンテレフタルアミド共重合体、ポリノナメチレンテレフタルアミド(ナイロン9T)、ポリデカメチレンテレフタルアミド(ナイロン10T)、ポリヘキサメチレンシクロヘキシルアミド、ポリノナメチレンシクロヘキシルアミドあるいはこれらのポリアミドをメチレンベンジルアミン、メタキシレンジアミンなどの芳香族アミンで変性したものが挙げられる。また、メタキシリレンジアンモニウムアジペートなども挙げられる。これらの中でも、経済性、溶融成形性及び機械物性のバランスより、PA(C)がナイロン6であることが好ましい。
本開示の樹脂組成物からなる層(E)及びPA(C)を主成分とする層(N)を有する積層フィルムであって、層(N)/層(E)/層(N)の順に隣接してなる構造を有する積層フィルムが本開示の好適な実施態様の1つである。積層フィルムにおいて、層(E)と層(N)の間には接着性樹脂からなる層は設けず、互いに隣接している。積層フィルムは、層(N)/層(E)/層(N)の順に隣接してなる構造を複数有してもよい。積層フィルムの製法としては、本開示の樹脂組成物とPA(C)をそれぞれ別々のダイ又は共通のダイから押出して積層する従来の共押出ラ法が使用できる。ダイとしては、環状ダイ又はTダイのいずれかを使用できるが、本開示の効果は、Tダイを用いて共押出成形する場合に顕在化される。積層フィルムの厚みに特に制限はないが、ガスバリア性や強靭性等の観点から、通常5~500μmであり、好ましくは10~200μmであり、より好ましくは10~100μmである。
積層フィルムを2軸延伸して得られる2軸延伸積層フィルムも本開示の好適な実施態様の1つである。2軸延伸積層フィルムは、積層フィルムを、チューブラー式同時二軸延伸、テンター式逐次二軸延伸、テンター式同時二軸延伸などの従来公知の二軸延伸法によって、フィルムの流れ方向及び該流れ方向に直角な方向、すなわち幅方向に延伸処理することにより製造することができる。この際、流れ方向の延伸倍率は、強度、厚み振れ低減の点から、通常1.5~6倍程度、好ましくは2~5倍であり、幅方向の延伸倍率は、同様の観点から、通常1.5~5倍程度、好ましくは2~4倍である。延伸の際の温度は、加工性の点から、40~120℃であることが好ましく、50~110℃であることがより好ましい。必要に応じ、延伸処理後にガラス転移点以上かつ融点未満の温度で加熱処理し、結晶化度を高めると共に、分子鎖の配向を固定するために、いわゆる熱固定操作を施すことが好ましい。2軸延伸積層フィルムの厚みに特に制限はないが、ガスバリア性や強靭性等の観点から、通常5~100μmであり、好ましくは10~50μmであり、より好ましくは10~30μmである。
各実施例及び比較例で得られた樹脂組成物を内部標準物質としてテトラメチルシラン(TMS)、添加剤としてトリフルオロ酢酸(TFA)を含む重ジメチルスルホキシド(DMSO-d6)に溶解し、500MHzの1H-NMR(日本電子株式会社 「GX-500」)を用いて80℃で測定し、エチレン単位、ビニルアルコール単位、ビニルエステル単位のピーク強度比よりエチレン単位含有量及びけん化度を求めた。
各実施例及び比較例で得られた樹脂組成物0.5gをテフロン(登録商標)製圧力容器に入れ、ここに濃硝酸5mLを加えて室温で30分間分解させた。分解後に、前記容器に蓋をしてから、湿式分解装置により150℃で10分間、次いで180℃で5分間加熱することでさらに分解を行い、その後室温まで冷却した。この処理液を50mLのメスフラスコに移し純水でメスアップした。この溶液をICP発光分光分析装置(Perkin Elmer社製「Optima 4300DV」)で測定することで、樹脂組成物中の多価金属イオン(B)の含有量を定量した。
各実施例及び比較例で得られた樹脂組成物について、示差走査熱量分析計(TA Instrument社製「Q2000」)を用いて20℃から220℃まで10℃/分の速度で昇温した後、10℃/分の速度で20℃まで冷却し、再度20℃から220℃まで10℃/分の速度にて昇温した。2度目の昇温チャートの縦軸を熱流、横軸を温度とし、融解ピークの形状を確認するとともに、融解ピークの頂点温度を読み取った。また、融解ピークの頂点温度から20℃高いa点及び融解ピークの頂点温度から80℃低いb点を結んだ直線をベースラインとした場合に、融解ピークの頂点温度におけるベースラインからの高さTP及び融解ピークの頂点温度から10℃低い温度におけるベースラインからの高さTLの比(TL/TP)を算出した。なお、表1において融解ピークが1つのみの頂点を有する場合はA,複数の頂点を有する場合はBと記載した。
各実施例及び比較例で得られた樹脂組成物の黄色度(YI)を、分光測色計(HunterLab社製「LabScan XE Sensor」)を用いて測定し、以下の基準で判定を行った。なお、YI値は対象物の黄色みを表す指標であり、YI値が高いほど黄色度が強く、一方、YI値が低いほど黄色度が弱く、着色が少ないことを表す。
判定:基準
A:15未満
B:15以上18未満
C:18以上21未満
D:21以上24未満
E:24以上
各実施例及び比較例で得られた樹脂組成物を用いて下記に示す押出条件にて厚み20μmの単層フィルムを得た。単層フィルムの厚みは、引取りロール速度を変えることで調整した。
押出機:東洋精機製作所製1軸押出機
スクリュー径:20mmφ(L/D=20、圧縮比=3.5、フルフライト型)
スクリュー回転数:40rpm
押出温度:C1/C2/C3/ダイ=190/220/220/220℃
引取りロール温度:80℃
得られた単層フィルムについて、酸素透過量測定装置(モダンコントロール社製「MOCON OX-TRAN2/20」)を用い、温度20℃、酸素供給側及びキャリアガス側の湿度85%RH、酸素圧力1気圧、キャリアガス圧力1気圧の条件下で酸素透過速度[単位:cc・20μm/(m2・day・atm)]を測定した。キャリアガスとしては2体積%の水素ガスを含む窒素ガスを使用した。
上記(5)で得られた単層フィルムを目視で確認した結果を外観特性(フィッシュアイ)とし、以下の判定基準により評価した。
判定:基準
A:微小なフィッシュアイがごくわずかに見られる
B:微小なフィッシュアイがフィルム端部にやや多く見られる
C:微小なフィッシュアイがフィルム全面にやや多く見られる
D:大小のフィッシュアイがフィルム全面に多く見られる
E:大小のフィッシュアイがフィルム全面に非常に多く見られる
各実施例及び比較例で得られた樹脂組成物及びナイロン6(宇部興産製「UBEナイロン1022B」)を用い、下記の条件で2種3層の積層フィルム(中央部の厚みがナイロン6/樹脂組成物/ナイロン6=20μm/20μm/20μm)を製膜した。
押出機:
樹脂組成物:単軸押出機(東洋精機製作所製「ME型CO-EXT」)
口径20mmφ、L/D20、フルフライトスクリュー
設定温度:供給部/圧縮部/計量部=190/220/220℃
ナイロン6:単軸押出機(プラスチック工学研究所製「GT-32-A」)
口径32mmφ、L/D28、フルフライトスクリュー
設定温度:供給部/圧縮部/計量部=235/250/240℃
ダイ:300mm幅コートハンガーダイ(プラスチック工学研究所製)
設定温度:235℃
フィルム引取速度:4m/分
得られた積層フィルムの幅方向の断面において中央部及び端部(フィルム端から20mmの位置)を顕微鏡で観察し、樹脂組成物層の厚みを測定した。中央部における樹脂組成物層の厚みを端部における樹脂組成物層の厚みで除した数値を幅方向の厚みの均一性の指標とした。
エチレン含有量27モル%、けん化度99.95モル%、MFR(210℃、2.16kg荷重)4.1g/10minであるEVOH(A1)60質量部、エチレン含有量32モル%、けん化度99.95モル%、MFR(210℃、2.16kg荷重)3.6g/10minであるEVOH(A2)40質量部及びステアリン酸亜を亜鉛換算で50ppmを二軸押出機を用いて220℃で溶融混練した後、ペレタイザーを用いてペレット化することで樹脂組成物を得た。得られた樹脂組成物の評価は、上記(1)~(7)の方法により行った。結果を表1に示す。また、(7)で得られた積層フィルムを10cm四方に切り出し、延伸温度50℃、延伸比2.0で長手方向(MD)に延伸した後、延伸温度80℃、延伸比2.0で横方向(TD)に延伸することで、厚み15μmの2軸延伸積層フィルムを得た。得られた2軸延伸積層フィルムは厚みの均一性に優れ、透明性が高く外観も均一で良好であった。
EVOH(A)と多価金属イオン(B)の種別及び混合比を表1に記載されたとおりに変更した以外は、実施例1と同様にして樹脂組成物を得て評価を行った。結果を表1に示す。
11 融解ピークの頂点
12 ベースライン
Claims (8)
- エチレン-ビニルアルコール共重合体(A)及びマグネシウムイオン、カルシウムイオン及び亜鉛イオンからなる群から選択される少なくとも1種の多価金属イオン(B)を含有する樹脂組成物であって、
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20~43モル%、けん化度が85モル%以上であり、
多価金属イオン(B)の含有量がエチレン-ビニルアルコール共重合体(A)に対して5~200ppmであり、
エチレン-ビニルアルコール共重合体(A)が、エチレン単位含有量の差(ΔEt)が2~7モル%である2種類のエチレン-ビニルアルコール共重合体からなり、
前記2種類のエチレン-ビニルアルコール共重合体が、エチレン単位含有量が23~30モル%のエチレン-ビニルアルコール共重合体(A1)と、エチレン単位含有量25~37モル%であるエチレン-ビニルアルコール共重合体(A2)であり、
エチレン-ビニルアルコール共重合体(A1)とエチレン-ビニルアルコール共重合体(A2)との質量比(A1/A2)が、89/11~51/49であり、
エチレン-ビニルアルコール共重合体(A1)のエチレン単位含有量が、エチレン-ビニルアルコール共重合体(A2)のエチレン単位含有量よりも小さく、
示差走査熱量測定の融解ピークが1つのみの頂点を有し、融解ピークの頂点温度におけるベースラインからの高さTP及び融解ピークの頂点温度から10℃低い温度におけるベースラインからの高さTLの比(TL/TP)が0.21以上である樹脂組成物。 - 示差走査熱量測定の融解ピークの頂点温度が175℃以上である、請求項1に記載の樹脂組成物。
- 多価金属イオン(B)が亜鉛イオンである、請求項1又は2に記載の樹脂組成物。
- 多価金属イオン(B)が高級脂肪酸塩のカチオンとして含まれる、請求項1~3のいずれかに記載の樹脂組成物。
- 請求項1~4のいずれかに記載の樹脂組成物からなる層(E)及びポリアミド(C)を主成分とする層(N)を有する積層フィルムであって、
層(N)/層(E)/層(N)の順に隣接してなる構造を有する積層フィルム。 - 請求項5に記載の積層フィルムからなる2軸延伸積層フィルム。
- 請求項5又は6に記載の積層フィルムを有する包装材料。
- エチレン-ビニルアルコール共重合体(A)及びマグネシウムイオン、カルシウムイオン及び亜鉛イオンからなる群から選択される少なくとも1種の多価金属イオン(B)を含有し、
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20~43モル%、けん化度が85モル%以上であり、
多価金属イオン(B)の含有量がエチレン-ビニルアルコール共重合体(A)に対して5~200ppmであり、
示差走査熱量測定の融解ピークが1つのみの頂点を有し、融解ピークの頂点温度におけるベースラインからの高さTP及び融解ピークの頂点温度から10℃低い温度におけるベースラインからの高さTLの比(TL/TP)が0.21以上であり、
示差走査熱量測定の融解ピークの頂点温度が175℃以上である樹脂組成物からなる層(E)及びポリアミド(C)を主成分とする層(N)を有し、層(N)/層(E)/層(N)の順に隣接してなる構造を有する積層フィルム。
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