JPH06329820A - 耐水性ガスバリア材 - Google Patents

耐水性ガスバリア材

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JPH06329820A
JPH06329820A JP5125806A JP12580693A JPH06329820A JP H06329820 A JPH06329820 A JP H06329820A JP 5125806 A JP5125806 A JP 5125806A JP 12580693 A JP12580693 A JP 12580693A JP H06329820 A JPH06329820 A JP H06329820A
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gas barrier
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Ryukichi Matsuo
龍吉 松尾
Toshiaki Yoshihara
俊昭 吉原
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Abstract

(57)【要約】 【目的】乱雑な取扱いにも耐え得る可とう性を有し、環
境に優しい廃棄処理あるいはリサイクリングが可能でコ
スト的にも安価であることは無論のこと、ガスバリア性
に優れ、かつ湿度による影響を受けにくく、耐水性、耐
ボイル性のあるガスバリア材を提供すること。 【構成】プラスチックからなる基材の少なくとも片面
に、金属アルコキシドあるいは金属アルコキシドの加水
分解物と、水溶性高分子と、分子中に少なくとも2個以
上のイソシアネート基を有するイソシアネート化合物と
の3元系複合物からなる被膜を有するガスバリア材であ
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は食品、医薬品等の包装分
野に用いられるガスバリア材に関するものである。
【0002】
【従来の技術】透明ガスバリア包材としてポリビニール
アルコール(以下PVAと略記)、エチレン−ビニルア
ルコ−ル共重合体(以下EVOHと略記)、ポリ塩化ビ
ニリデン樹脂(以下PVDCと略記)等のガスバリア性
に優れた樹脂をラミネートしたりコーティングしたもの
が知られており、食品などの内容物の品質を長期保存す
るために包装材料として用いられている。
【0003】しかし、PVA,EVOH系のバリア材で
は温度、湿度依存性が大きく、高温あるいは高湿下で酸
素バリア性の低下が見られる、煮沸処理やレトルト処理
を行うとバリア性が著しく低下するなどの欠点がある。
【0004】また、PVDC系では湿度依存性は小さい
ものの酸素バリア性が1cm3 /m 2 ・day・atm
以下のハイガスバリア材を実現するのは困難であり、し
かも膜中に塩素を多量に含有しているため、焼却処理や
リサイクリングなどの廃棄物処理に難点が多い。
【0005】一方、真空蒸着法、スパッタリング法、あ
るいはプラズマ化学気相成長(CVD)法などの真空プ
ロセスによってSiOx 等の無機化合物の被膜を設けた
バリア材が開発されている。
【0006】これらのバリア材は樹脂系のバリア材では
実現できないハイバリア性能を有しており、焼却処理さ
れても有毒ガスの発生することなく、また無機物の被膜
もその厚みが数百オングストロームと非常に薄く、樹脂
基材としてのリサイクリングも可能である。
【0007】しかし、これらの無機系のバリア材はバリ
ア層である無機の被膜が可とう性に欠ける、基材との密
着性が悪い、などから取扱いに注意を要する。また、こ
れらの真空プロセスでは装置が高価であったり、生産性
が悪かったりコスト的にかなり高価であるなどの欠点が
残されている。
【0008】この様な課題を解決する技術として、基材
に金属アルコキシドの被膜を設けたガスバリア材が提案
されている(特開昭62−295931号公報等)。
【0009】このガスバリア材は、ある程度の可とう性
を有し、金属アルコキシドは無害なものであるので環境
に優しく、また被膜は薄いので廃棄処理あるいはリサイ
クリングが可能でコスト的にも安価である。
【0010】しかし、この金属アルコキシドの被膜を設
けたガスバリア材は、基材単体の場合と較べ、酸素バリ
ア性の向上は見られるものの、絶対的なガスバリア性の
点で満足がいくものではなかった。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、かかる問題
点に鑑みてなされたもので、乱雑な取扱いにも耐え得る
可とう性を有し、環境に優しい廃棄処理あるいはリサイ
クリングが可能でコスト的にも安価であることは無論の
こと、ガスバリア性に優れ、かつ湿度による影響を受け
にくく、耐水性、耐ボイル性のあるガスバリア材を提供
することを目的とするものである。
【0012】
【課題を解決するための手段】請求項1記載の発明は、
プラスチックからなる基材の少なくとも片面に、金属ア
ルコキシドあるいは金属アルコキシドの加水分解物と、
水溶性高分子と、分子中に少なくとも2個以上のイソシ
アネート基を有するイソシアネート化合物との3元系複
合物からなる被膜を有することを特徴とするガスバリア
材である。
【0013】請求項2記載の発明は、請求項1記載の発
明を前提とし、該金属アルコキシドあるいは金属アルコ
キシドの加水分解物中の金属が、Si、Alあるいは両
者の混合物であることを特徴とするガスバリア材であ
る。
【0014】請求項3記載の発明は、請求項1または請
求項2記載の発明を前提とし、該水溶性高分子がポリビ
ニルアルコールであることを特徴とするガスバリア材で
ある。
【0015】請求項4記載の発明は、請求項1乃至請求
項3記載の発明を前提とし、該被膜中の金属アルコキシ
ドあるいは金属アルコキシドの加水分解物を金属酸化物
に換算したときの金属酸化物と水溶性高分子との重量比
率が、20:80〜95:5であって、かつイソシアネ
ート化合物の占める割合が全体の0.1〜20%である
ことをあることを特徴とするガスバリア材である。
【0016】本発明において用いられるプラスチック基
材とは、ポリオレフィン(ポリエチレン、ポリプロピレ
ン等)、ポリエステル(ポリエチレンテレフタレート、
ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレー
ト等)、ポリアミド(ナイロン−6、ナイロン−66
等)、ポリ塩化ビニル、ポリイミド等、あるいはこれら
の高分子の共重合体などの通常の包装材料として用いら
れるものである。
【0017】また、これらの高分子に公知の添加剤、例
えば帯電防止剤、紫外線吸収剤、可塑剤、滑剤、着色剤
などを含んだものであっても良い。
【0018】次に、基材上に形成される複合被膜につい
て詳細に説明する。本発明において用いられる金属アル
コキシドとは、テトラエチルオルソシリケート(Si
(OC2 5 4 )、トリプロピルアルミニウム(Al
(OC3 73 ).など一般式M(OR)n (MはS
i,Ti,Al,Zrなどの金属、RはCH3 ,C2 H
5 などのアルキル基)で表せるものである。その中でも
MがSi,Alあるいは両者の混合物が種々の特性に優
れている。
【0019】水溶性高分子とは、ポリビニルアルコー
ル、ポリビニルピロリドン、デンプン、メチルセルロー
ス、カルボキシメチルセルロース、アルギン酸ナトリウ
ムなどである。その中でもポリビニルアルコール(PV
A)を用いた場合にバリア特性が最も優れている。ここ
でいうPVAとは一般に酢酸ビニルアルコールをけん化
して得られるもので、酢酸基が数十%程度残存している
いわゆる部分けん化PVAから数%以下しか残存してい
ない完全けん化PVAまでの総称であって、特に限定さ
れるものでない。
【0020】イソシアネート化合物とは、その分子中に
2個以上のイソシアネート基(NCO基)を有するもの
であって、代表的にはトリレンジイソシアネート(以下
TDIと略記),トリフェニルメタントリイソシアネー
ト(以下TTIと略記),イソホロンジイソシアネ−ト
(以下IPDIと略記),テトラメチルキシレンジイソ
シアネート(以下TMXDIと略記)などのモノマー類
と、これらの重合体や誘導体などである。
【0021】被膜はこのような金属アルコキシドを直接
あるいはあらかじめ加水分解反応させたものを水溶性高
分子、イソシアネート化合物と混合して複合溶液を作成
し、基材にコーティングして形成させるものである。
【0022】複合物の割合は金属アルコキシドあるいは
その加水分解物を金属酸化物に換算したときの金属酸化
物と水溶性高分子との重量比率が20:80〜95:5
の範囲がバリア性、可とう性ともに優れている。さらに
イソシアネート化合物の占める割合は全体の0.1〜2
0%が望ましく、0.1%以下では耐水性の効果が薄
く、20%以上ではバリア性が著しく低下する。
【0023】コーティングの方法は通常用いられるディ
ッピング法、ロールコティング法、スクリーン印刷法、
スプレー法、などいずれの方法を用いても良い。
【0024】被膜の厚さは、用いる複合物の種類によっ
ても異なるが、約0.01〜1000μmの範囲内であ
れば良い。しかし、50μm以上では膜にクラックが入
り易くなるため、0.01〜50μmの範囲内にあるこ
とがより望ましい。
【0025】このような複合被膜を設けたガスバリア材
上に、必要に応じてヒートシール可能な熱可塑性樹脂層
を積層したり、印刷層を設けたり、また複数の樹脂を接
着層を介して積層して使用することも出来る。
【0026】
【作用】本発明に係わるガスバリア材は、プラスチック
からなる基材の少なくとも片面に、金属アルコキシドあ
るいはその加水分解物とポリビニルアルコールなどの水
溶性高分子とイソシアネート化合物との3元系の複合被
膜を設けたことにより、ハイレベルのガスバリア性を有
し、かつ湿度の影響を受けにくいものである。
【0027】
【実施例】以下、本発明の実施例を説明するが、本発明
は実施例に記載の材料に限定されるものではない。
【0028】<実施例1>テトラエチルオルソシリケー
ト(Si(OC2 5 4 以下TEOSと略記)8.7
gに0.01Nの塩酸91.3gを加え30分撹拌した
加水分解溶液(SiO2 濃度3%)とポリビニルアルコ
ール(重合度2400,鹸化度98.5%)の3%水溶
液を重量比で60/40になるように混合して複合溶液
を作成した後、TDI、IPDI、TMXDI、TDI
およびTMXDIのトリマーの5種類のイソシアネート
化合物をイソプロピルアルコールで希釈したものを前記
複合溶液に固形分が重量比で5%になるように添加して
3元系複合溶液を作成した。これらの溶液を基材のポリ
エチレンテレフタレート(以下PETと略記)フィルム
(50μm,コロナ処理)の片面にバーコーターでコー
ティング後、乾燥機で120℃−10min乾燥して膜
厚0.3μmの被膜を形成し、試験体を得た。
【0029】これらの試験体を100℃−10分間ボイ
ル処理を行い、その前後のガスバリア性を酸素透過度測
定装置(モダンコントロール社製MOCON OXTR
AN10/50A)を用い25℃−100%RH雰囲気
の条件で測定を行った。その結果を(表1)に示す。
【0030】
【表1】
【0031】いずれもイソシアネート化合物を添加する
ことで絶対的バリア性の低下は認められたが、ボイル後
のガスバリア性の低下を抑制することができた。
【0032】<実施例2>実施例1と同様の方法で作成
したSiO22%のTEOSの加水分解溶液とトリプロ
ピルアルミニウム(Al(OC3 7 3 以下TPAと
略記)を80℃の熱水中で溶解した後、塩酸を添加して
解膠させた固形分2%の加水分解溶液とPVA2%水溶
液を重量比で1/1/1の混合溶液を作成し、TMXD
Iを全固形分に対して重量比で0〜30%の範囲で所定
量添加して複合溶液を作成した。実施例1と同様にPE
Tにコーティングして膜厚0.2μmの被膜を形成し、
ボイル前後の酸素透過度の測定を行った。その結果を
(表2)に示す。
【0033】
【表2】
【0034】イソシアネ−ト化合物の添加量の増大とと
もにバリア性の低下が認められ、イソシアネ−ト化合物
が20%より多くなるとかなりの低下がみられた。ま
た、0.1%以下ではボイル後のバリア性の低下が著し
いが、0.1%以上ではほぼ低下が見られない被膜が得
られた。
【0035】<実施例3>実施例1と同様の方法でTE
OSとPVAの固形分3%で混合比が重量比で60/4
0と97/3の2種類の複合溶液を作成して、各々にI
PDIを固形分に対して2%になるように添加した溶液
を用いて、実施例1と同様にPET(フィルム厚50μ
m)に約0.3μm被膜を形成して試験体を得た。曲げ
による変形(曲率半径:1mm、PET表面の伸びが約
5%)を加えて、曲げ前後の酸素透過度の測定を行い可
とう性の評価を行った。比較例としてSiO(純度3
N、大阪チタニウム(株)製)を蒸着源として電子線加
熱方式による真空蒸着法によって膜厚0.2μmの被膜
を作成して同様の評価を行ったので合わせて結果を(表
3)に示す。
【0036】
【表3】
【0037】SiのアルコキシドとPVAの組成比率が
60/40の被膜はバリア性が良好で曲げ変形を印加し
てもバリア性の低下がみられず、可とう性にも優れてい
るが、組成比が97/3では元々のバリア性も悪いが、
曲げ変形後に著しい低下がみられた。また、蒸着被膜で
はバリア性は優れているが、変形後のバリア性の低下が
大きく、可とう性が著しく劣っていた。
【0038】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係わるガ
スバリア材は、プラスチックからなる基材の少なくとも
片面に、金属アルコキシドあるいはその加水分解物とポ
リビニルアルコールなどの水溶性樹脂とイソシアネート
化合物との3元系複合被膜を設けたものであり、ハイレ
ベルのガスバリア性を有するとともに、耐水性にも優
れ、可とう性に優れるので、高湿度雰囲気あるいはボイ
ル処理や乱雑な取扱いにもバリア性を損なうことなく、
食品など内容物の長期保存を可能にするものである。ま
た、焼却されたとしても有毒ガス、有害物質を発生する
ことなく廃棄処理も可能であり、製造方法も簡単で特殊
な装置も必要としないので生産性も高く安価に製造する
ことができるものである。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】プラスチックからなる基材の少なくとも片
    面に、金属アルコキシドあるいは金属アルコキシドの加
    水分解物と、水溶性高分子と、分子中に少なくとも2個
    以上のイソシアネート基を有するイソシアネート化合物
    との3元系複合物からなる被膜を有することを特徴とす
    るガスバリア材。
  2. 【請求項2】前記金属アルコキシドあるいは金属アルコ
    キシドの加水分解物中の金属が、Si、Alまたは両者
    の混合物であることを特徴とする請求項1記載のガスバ
    リア材。
  3. 【請求項3】前記水溶性高分子がポリビニルアルコール
    であることを特徴とする請求項1または請求項2記載の
    ガスバリア材。
  4. 【請求項4】前記被膜中の金属アルコキシドあるいは金
    属アルコキシドの加水分解物を金属酸化物に換算したと
    きの金属酸化物と水溶性高分子との重量比率が、20:
    80〜95:5であって、かつ前記イソシアネート化合
    物の占める割合が全体の0.1〜20%であることを特
    徴とする請求項1乃至請求項3記載のガスバリア材。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5786092A (en) * 1994-11-21 1998-07-28 W.R. Grace & Co.-Conn. Peelable laminate
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US6440508B1 (en) 1997-11-13 2002-08-27 Kyodo Shiko Co. Laminated film, method for production thereof, bag and package using the laminated film, and method for separation thereof
WO2020196301A1 (ja) * 2019-03-22 2020-10-01 凸版印刷株式会社 包装材料および包装体

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US7364359B2 (en) 1995-10-09 2008-04-29 Kyodo Shiko Co., Ltd. Laminated film, method for production thereof, bag and package using the laminated film, and method for separation thereof
US6440508B1 (en) 1997-11-13 2002-08-27 Kyodo Shiko Co. Laminated film, method for production thereof, bag and package using the laminated film, and method for separation thereof
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