JPH08509923A - ポリマーフィルムおよびその作製方法 - Google Patents

ポリマーフィルムおよびその作製方法

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JPH08509923A JP7522164A JP52216495A JPH08509923A JP H08509923 A JPH08509923 A JP H08509923A JP 7522164 A JP7522164 A JP 7522164A JP 52216495 A JP52216495 A JP 52216495A JP H08509923 A JPH08509923 A JP H08509923A
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Abstract

(57)【要約】 本発明は、ポリマーフィルムおよびその作製方法に関する。本発明のフィルムは、少なくとも1種の異方性液晶ポリマーと少なくとも1種の等方性ポリマーを含有するポリマーコンパウンドから成り、前記等方性ポリマーがフィルムのポリマーマトリックスを形成し、前記異方性液晶ポリマーが、本質的にポリマーマトリックス内に埋め込まれた少なくとも1つのラメラ層中に位置し、かつ少なくとも実質上フィルム全体に亙って延びている。ASTMD3985-81に従って決定したフィルムの酸素透過度(酸素透過係数)は、150cm3/(m2・d・バール)未満である。フィルムは、梱包用ラミネートの中に使用され得る。

Description

【発明の詳細な説明】 ポリマーフィルムおよびその作製方法発明の分野 本発明は、請求項1に記載されたポリマーフィルムに関する。該フィルムは、 異方性および等方性ポリマーを混合したブレンドをベースとしている。 本発明は、異方性および等方性ポリマーを混合したブレンドをベースとするポ リマーフィルムの作製方法に関して請求項10に記載された方法にも関する。さ らに、本発明は、リグノセルロース系基材と該基材の表面に被覆された少なくと も1つのポリマー層から構成され、前記ポリマー層が、ラミネートを通過する酸 素および水蒸気の輸送に対する遮断層として作用する請求項16に記載されたラ ミネートにも関する。発明の背景 食品容器用ラミネートには、酸素および水分との接触により生じる劣化から食 料品を保護するシール層として、伝統的にアルミホイルが使用されている。近年 、アルミホイルは、優れた遮断特性を有するが、アルミニウムよりも事実上容易 に分解し得るという点で、種々のポリマーフィルムで置き換えられる領域がます ます拡大している。単一のポリマーは、アルミニウムほどの気体および水分に対 する耐透過性を提供することができないため、ポリマー系ラミネートは、典型的 に多層化ポリマー構造から成る。この構造には、しばしばヒートシールが可能で かつ連続構造の製造が可能なポリオレフィンのような熱可塑性ポリマーが組み込 まれている。ポリオレフィン自体は、水分および水蒸気に対する優れた耐性を有 することが知られているが、気体遮断特性に劣る。それ故に、多層ポリマー構造 は、通常、エチレン/ビニルアルコール(EVOH)のような特殊な気体遮断材 料を包含している。従来のポリエチレン-EVOH系多層製品は、以下の構造を 有する:(PE/接着ポリマー/EVOH/接着ポリマー/PE)。 サーモトロピック液晶ポリマー(LCP)のような剛直なロッドポリマーは優 れた遮断特性を有することが知られている。しかしながら、異方性のため、それ を加工するのは困難である。さらに、液晶ポリマーの価格もかなり高いため、L CPは、実際の利用では遮断材料として使用されていなかった。 米国特許第5084352号には、透湿性の低い第一ポリマー層と気体遮断ポ リマーを含有する不均質なポリマーブレンドフィルムを包含する多層遮断フィル ム製品が記載されている。不均質なフィルムは、遮断ポリマー内に分布された第 二ポリマーと共に、EVOHのような遮断ポリマーから成る。第二ポリマーは、 不均質なポリマーフィルムを、透湿性の低い第一ポリマー層に接着させるように 官能化されたポリオレフィンから構成される。梱包用用途には必ずしも利用され ない他の遮断ポリマーの中に、液晶ポリマーが記載されている。LCポリマーを 用いた実施例は与えられておらず、濃度範囲も示されていない。 欧州特許出願第0503063号には、サーモトロピック液晶ポリマーを含有 する液晶ポリマー層と液晶ポリマー層の少なくとも一方の面にラミネートされた 熱可塑性ポリマー層から成る複合フィルムが開示されている。ポリマー層を、接 着層を介して液晶ポリマーにラミネートする。そのような接着層の使用は、LC Pフィルムへの適度の付着を保証するために熱可塑性樹脂を官能化することによ って回避できる。 上述と同様の構造が、日本特許公開第2−220821号、同第2−2539 49号〜同第2−253951号および同第2−261456号にも記載されて いる。 既知の多層フィルムに関する主たる課題は、隣接層が異種のポリマーから構成 されており、かつそれらを互いに付着させるために、接着結合層を各隣接層間に 適用しなければならないかまたは上述のように接着性を付与するために熱可塑性 ポリマーを官能化しなければならないかのどちらかであるという事実にある。 先行技術によれば、LCPが均質なフィルム層を形成する場合にのみ優れた遮 断特性が得られ、それは、多層構造全体のLCPの割合がかなり高くなることを 意味する。このことが多層フィルムのコストを上げている。 最後に、多層構造の作製は、しばしばいくつかの製造段階から成っており、そ れ故にコストがかかり、時間を費やすことがある。発明の概要 したがって、本発明の目的は、上述の課題を除去すること、並びに容認される 機械特性(例えば引張、剪断および破壊特性)を未だ示している間に、適度に高 いLCP濃度で、現存する多層フィルムと同程度あるいはそれより優れた(特に それを通過する酸素の輸送に対する)遮断特性を有する一軸または二軸延伸した ポリマーフィルムから本質的には構成されるポリマー構造を提供することである 。 本発明のもう一つの目的は、LCP含有遮断構造の簡素化した作製方法を提供 することである。本発明の三つ目の目的は、LCP/熱可塑性フィルムを含むラ ミネートを提供することである。 本発明は、液晶ポリマーの優れた遮断特性を利用する一方、LCPを等方性ポ リマーと混合することで、異方性と、フィルムの価格に対する高価なLCPの影 響を低減するという概念に基づく。特に、本発明は混合単層遮断材料であって、 基本的には少なくとも1種の異方性の剛直ロッド液晶ポリマーと少なくとも1種 の柔軟な等方性ポリマーとのブレンドから成る材料を提供する。前者は、剛直な 鎖状分子故に気体の透過に対する遮断材料として作用し、固体状態での充填密度 が高い。後者は、マトリックス材料として作用し、さらに水蒸気の透過に対する 耐性をも提供する。等方性ポリマーは、好ましくは、材料をヒートシール可能に する熱可塑性ポリマーから成る。 本発明によれば、液晶ポリマーは、本質的にはポリマーマトリックス内に埋め 込まれた少なくとも1つのラメラ層中に位置する。ラメラ層は、フィルムの縦横 全体に亙って広がっており、酸素が横断方向にフィルムを通して透過するのを防 止する。ラメラ層は、好ましくは等方性マトリックス中に液晶ポリマーのプレー トを重ねて形成される。ASTM D3985-81に従って決定した本発明の単 層構造の50μm厚の層の酸素透過度は、典型的に150cm3/(m2・d・バ ール)未満である。 特に、本発明の単層材料は、請求項1の特徴部分に記載したことを特徴とする 。 先に定義した単層ポリマー材料の作製方法は、等方性ポリマー60〜95体積 部および異方性液晶ポリマー5〜40体積部を含有するポリマーブレンドを供給 する工程、ポリマーコンパウンドを製造するために、異方性ポリマーの粘度と等 方性ポリマーの粘度の比:[λ=η異方性ポリマー/η等方性ポリマー]約0. 001〜0.5の範囲でボリマーブレンドを溶融加工する工程、およびポリマー コンパウンドをポリマーフィルムに加工する工程から成る。 特に、本発明の方法は、請求項10の特徴部分に記載したことを特徴とする。 例えば食品容器での用途に適するラミネートは、主に請求項16の特徴部分に 記載されたことを特徴とする。図面の簡単な説明 本発明を、以下の添付した図面を参照してより詳細に説明する。図面中、 図1は、本発明の単層フィルムの構造の模式的な断面図を表し、 図2は、本発明のLCP/PPコンパウンドの破断面のSEM顕微鏡写真であり 、および 図3は、種々のポリマーフィルム試料におけるLCP(体積%)の体積分率の関 数としての酸素透過性を示す。発明の詳細な説明 定義 本発明において、「フィルム」は、少なくとも実質上平坦でかつ平滑な表面を 有する薄い構造を包含する。すなわち、以下、「フィルム」を「シート」と同義 に使用する。 「ラメラ層」は、薄いプレートまたはリボン(ラメラ)から成る層であって、 好ましくは二軸延伸した層を意味する。 「等方性ポリマー」は、その融点以下で分解せず、かつそれ故に溶融加工でき る熱可塑性ポリマーを示す。 「異方性ポリマー」または「液晶ポリマー(LCP)」は、液状で、特に溶融 物(=サーモトロピックLCP)として、固体結晶と等方性液体の境界に位置す るポリマーについて互換的に使用する。 所望により適する添加物および助剤と混合した、2種またはそれ以上の(純(n eat))ポリマーの物理的な混合物を「ブレンド」と呼び、一方、「コンパウンド 」 は、均質な混合物に加工された、ポリマー製品(例えばフィルムまたはシート) の製造に使用することができる、添加物および補助剤をも典型的に含有するポリ マーブレンドを示す。ポリマーブレンドは、材料加工中および適用条件下では単 相系を形成せず、かつその特性は成分の分散に依存して、通常、(各)成分の値 の計算上の平均と結び付けられる。 この説明において、「相溶化剤」は、コンパウンドの等方性および異方性成分 の相溶性を促進する物質を意味する。 「官能基を有する反応性相溶化剤」は、ブレンドの少なくとも1種の成分と反 応し得るポリマーを示す。実際には、相溶化剤とブレンドの他の成分との間の正 確な相互作用性を決定すること、および化学反応が生じるか否かを確かめること は困難である。したがって、本発明においては、マトリックスポリマーおよび/ または液晶ポリマーの官能基と反応し得る官能基を有するすべてのポリマーが反 応性相溶化剤であると考えられる。ポリマーフィルム成分 上述のように、ポリマーフィルムは、併せて単層構造を提供する等方性および 異方性ポリマーから構成され、等方性ポリマーは、その中に異方性ポリマーが埋 め込まれたマトリックスを形成する。場合により、ポリマーフィルムはさらに相 溶化剤並びに添加剤および助剤を含有する。 単層の液晶ポリマーは、例えば芳香族主鎖のサーモトロピックポリマー、好ま しくはサーモトロピックポリエステル、ポリ(エステルアミド)、ポリ(エステ ルエーテル)、ポリ(エステルカーボネート)またはポリ(エステルイミド)か ら成ってよい。ポリ(エチレンテレフタレート)/ヒドロキシ安息香酸コポリマ ーまたはヒドロキシナフトエ酸/ヒドロキシ安息香酸コポリマーのようなポリエ ステルコポリマーから構成することもできる。 一般に、本発明において使用される液晶ポリマーは、以下の一般式: 式I: HOOC-R1-COOH (I) のジカルボン酸 式II HO-R2-OH (II) のジオール 式III HO-R3-COOH (III) のヒドロキシカルボン酸 [式中、R1、R2およびR3は、互いに独立して、二価の芳香族炭化水素基、式 :R4-X-R5(式中、R4およびR5が二価の炭化水素基を表し、Xが酸素または 硫黄原子、スルホニル基、カルボニル基、アルキレン基またはエステル基である かまたはXが単結合である。)の基、キシリレン基または二価の脂肪族炭化水素 基を表す。] の成分(または少なくともそのうち2種)を互いに反応させるときに形成される ポリマーとして定義され得る。 液晶ポリマーは、式IV: HO-R3-COOH (IV) のヒドロキシカルボン酸のホモポリマーからも構成することができる。 典型的に、式Iの芳香族ジカルボン酸は、テレフタル酸、イソフタル酸、4, 4'-ジフェニルジカルボン酸、ジフェニルエーテル-4,4'-ジカルボン酸、ジフ ェニルエタン-3,3'-ジカルボン酸、ジフェニルエタン-4,4'-ジカルボン酸、 ジフェニルエーテル-3,3'-ジカルボン酸、4,4'-トリフェニルジカルボン酸 、2,6-ナフタレンジカルボン酸、ジフェノキシエタン-4,4'-ジカルボン酸、 ジフェノキシブタン-4,4'-ジカルボン酸、ジフェノキシエタン-3,3'-ジカル ボン酸およびナフタレン-1,6-ジカルボン酸からなる群より選択される。 上記の芳香族ジカルボン酸を、アルキル-、アルコキシ-またはハロゲン置換し てよい。置換した誘導体は、クロロテレフタル酸、ジクロロテレフタル酸、ブロ モテレフタル酸、メチルテレフタル酸、ジメチルテレフタル酸、エチルテレフタ ル酸、メトキシテレフタル酸およびエトキシテレフタル酸からなる群より選ばれ 得る。 式Iの脂環式ジカルボン酸は、トランス-1,4-シクロヘキサンジカルボン酸 、シス-1,4-シクロヘキサンジカルボン酸および1,3-シクロヘキサンジカル ボン酸からなる群より選ばれ得る。 脂環式ジカルボン酸を、1つまたはそれ以上のアルキル-、アルコキシ-または ハロゲン置換基で置換してもよい。置換したジカルボン酸誘導体は、トランス- 1,4-(1-メチル)-シクロヘキサンジカルボン酸およびトランス-1,4-(1- クロロ)-シクロヘキサンジカルボン酸からなる群より選ばれ得る。 式IIの芳香族ジオールは、ヒドロキノン、レゾルシノール、4,4'-ジヒドロ キシジフェニル、4,4'-ジヒドロキシトリフェニル、1,6-ナフタレンジオー ル、2,6-ナフタレンジオール、4,4'-ジヒドロキシジフェニルエーテル、3, 3'-ジヒドロキシジフェニル、1,1-ビス(4−ヒドロキシフェニル)-メタン 、ビス(4-ヒドロキシフェノキシ)-エタン、2,2-ビス(4-ヒドロキシフェ ニル)-プロパンおよび3,3'-ジヒドロキシジフェニルエーテルからなる群より 選ばれ得る。これらのジオールを、1つまたはそれ以上のアルキル-、アルコキ シ-またはハロゲン置換基で置換してよく、その誘導体を以下に例示する:クロ ロヒドロキノン、メチルヒドロキノン、1-ブチルヒドロキノン、フェニルヒド ロキノン、メトキシヒドロキノン、フェノキシヒドロキノン、4-クロロレゾル シノールおよびメチルレゾルシノール。 式IIの脂環式ジオールの典型的な例としては、トランス-およびシス-1,4-シ クロヘキサンジオール、トランス-1,4-シクロヘキサンジメタノール、トラン ス-1,3-シクロヘキサンジオール、シス-1,2-シクロヘキサンジオールおよび トランス-1,3-シクロヘキサンジメタノールが挙げられる。これらの化合物の 代わりに、対応するアルキル-、アルコキシ-またはハロゲン置換した誘導体も同 様に使用することができる。 式IIの脂肪族ジオールは、直鎖または分枝であって、かつエチレングリコール 、1,3-プロパンジオール、1,4-ブタンジオールおよびネオペンチルグリコー ルからなる群より選ばれ得る。 式IIIの芳香族ヒドロキシカルボン酸は、4-ヒドロキシ安息香酸、3-ヒドロ キシ安息香酸、6-ヒドロキシ-2-ナフトエ酸および6-ヒドロキシ-1-ナフトエ 酸からなる群より選ばれる。これらの化合物を、アルキル-、アルコキシ-または ハロゲン置換することができる。置換した芳香族ヒドロキシカルボン酸誘導体は 、好ましくは3-メチル-4-ヒドロキシ安息香酸、3,5-ジメチル-4-ヒドロキ シ安息香酸、2,6-ジメチル-4-ヒドロキシ安息香酸、3-メトキシ-4-ヒドロ キシ安息香酸、3,5-ジメトキシ-4-ヒドロキシ安息香酸、6-ヒドロキシ-5- メチル-2-ナフトエ酸、6-ヒドロキシ-5-メトキシ-2-ナフトエ酸、3-クロロ -4-ヒドロキシ安息香酸、2,3-ジクロロ-4-ヒドロキシ安息香酸、3,5-ジク ロロヒドロキシ安息香酸、2,5-ジクロロ-4-ヒドロキシ安息香酸、3-ブロモ- 4-ヒドロキシ安息香酸、6-ヒドロキシ-5-クロロ-2-ナフトエ酸、6-ヒドロ キシ-7-クロロ-2-ナフトエ酸および6-ヒドロキシ-5,7-ジクロロ-2-ナフト エ酸からなる群より選ばれる。 上述のポリエステルに加えて、本発明の単層構造で使用するLCPは、対応す るポリエステルアミドから構成され得る。共役二重結合を含む主鎖を有するポリ マーを使用することも可能であり、前記主鎖のモノマー単位は、主鎖と共にポリ マーに液晶特性を与える未置換のまたは置換した側鎖に結び付いている。そのよ うなポリマーの例は、ポリチオフェン、ポリアニリン、ポリアセチレン、ポリピ ロールおよび少なくとも8個の炭素原子を有するアルキル基で置換したポリパラ フェニレンである。 特に好ましい液晶ポリマーは、以下のものである: テレフタル酸、アルキルヒドロキノン、p-ヒドロキシ安息香酸およびポリ(ア ルキレンテレフタレート)のコポリエステル(ここで、アルキレン置換基は、好 ましくはエチレンまたはブチレンから成り、並びにヒドロキノンのアルキル置換 基は、好ましくはプロピル基またはtert.ブチル基のような低級アルキル基から 成る。)、 p-ヒドロキシ安息香酸とポリ(アルキレンテレフタレート)のコポリエステル (ここで、アルキレン基は、好ましくはエチレン基またはブチレン基である。) 、テレフタル酸、アルキルヒドロキノン、p-ヒドロキシ安息香酸およびヒドロ キ シアルキルフェニルアルカン酸のコポリエステル(ここで、ヒドロキノンのアル キル置換基は、好ましくはプロピル基またはtert.ブチル基のような低級アルキ ル基から成り、アルカン酸は、好ましくは3ないし8個の炭素原子を有し、プロ パン酸が特に好ましい。)、並びに パラ-もしくはメタ位にイミド基を有する[すなわち、N-(4-カルボキシフェ ニル)-トリメリットイミドまたはN-(3'-アセトキシフェニル)-トリメリッ トイミド]トリメリットイミド末端のポリ(THF)またはポリシリコーンと、 アセトキシ安息香酸、およびジアセトキシジフェニル、ヒドロキノンジアセター ト、テレフタル酸、HBA−HQ−HBAで示される三量体[その合成は、ヨー ロピアン・ポリマー・ジャーナル(Europ.Polym.J.)20、3、225〜235 頁(1984年)に記載されている。]からなる群より選ばれる少なくとも1つ の繰り返し単位並びにポリ(エチレンテレフタレート)(PET)とのブロック コポリエステル。 本発明によれば、できる限り直鎖性の高い液晶ポリマーを使用することが特に 好ましい。特に、この種のLCPは、サーモトロピックポリマーとのブレンドに おいて遮断成分として用いるのに大変適している。 本発明で使用する液晶ポリマーの分子量は、LCPの繰り返し単位の性質に依 存する。通常、分子量は、約1,000〜300,000の範囲である。完全に芳 香族系のポリエステルをLCPとして使用するならば、その分子量は、典型的に 約2,000〜200,000の範囲、好ましくは約10,000〜50,000で ある。 液晶ポリマー並びにその特性および用途についてのより一般的な詳細は、ハン ドブック・オブ・ポリマー・サイエンス・アンド・テクノロジー(Handbook of Polymer Science and Technology)第2巻(1989年)625〜675頁のチ ュン(Chung)ら著の論文「リキッド・クリスタル・ポリマーズ・アンド・ゼア ・アプリケイションズ(Liquid Crystal Polymers and Their Applications)」 に示されている。 単層構造の等方性ポリマーは、強度および加工性と同様に耐水蒸気透過性に関 して望ましい特性を有する適当なポリマー材料から構成され得る。 等方性ポリマーの例として、以下のものが挙げられ得る:エチレンおよびプロ ピレンのコポリマー(EPM、EPDM)並びに塩素化(PVC)およびクロロ スルホン化ポリエチレンを含む、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブチレン 、ポリイソブチレン、ポリ(4−メチル−1−ペンチレン)のようなポリオレフ ィン。等方性ポリマーは、スチレン(PS)基、アクリル基、ビニル基およびフ ルオロエチレン基を包含する対応するポリアルカン、およびポリ(エチレンテレ フタレート)、ポリ(ブチレンテレフタレート)のような種々のポリエステル、 並びにポリカーボネートポリアミドおよびポリエーテル[例えばポリ(フェニレ ンエーテル)]から構成されてもよい。特に好ましいポリマーは、ポリオレフィ ンおよびポリエステルである。 好ましい等方性の熱可塑性ポリマーの分子量は、通常、約5,000〜50,0 00の範囲、好ましくは約10,000〜30,000である。マトリックスポリ マーの曲げ弾性率(0.5〜0.25%)は、好ましくは約100〜10,000 MPa、特に約500〜5,000MPaである。 本発明のコンパウンド中に相溶化剤を使用するとき、それは、典型的には、そ の官能基が、例えばカルボキシ基、酸無水物基、エポキシ基、オキサゾリノ基、 水酸基、イソシアナト基、アシルアセタム基およびカルボジイミド基から成る反 応性相溶化剤から構成される。相溶化剤のポリマー残基は、コポリマーおよびタ ーポリマー、グラフト化ポリオレフィン、グラフト化ポリスチレン並びに熱可塑 性エラストマーから構成され得る。ポリオレフィン系コポリマーの極性基は、一 般にアクリル酸エステル、アクリル酸官能基および無水マレイン酸基である。タ ーポリマーの極性基は、無水マレイン酸基、水酸基およびエポキシ基であり得る が、その中でも無水マレイン酸基が特に好ましい。スチレンブロックコポリマー は、ポリスチレンセグメントと柔軟なエラストマーセグメントから構成され得る 。典型的なスチレンブロックコポリマーは、SBS(スチレン/ブタジエン/ス チレンコポリマー)、SIS(スチレン/イソプレン/スチレンコポリマー)お よびSEBS(スチレン/エチレンブチレン/スチレンコポリマー)である。 ポリマーブレンド添加物の中でも、ブレンドの加工を促進するフィラー、染料 および種々の物質が挙げられる。 自体既知のプラスチック用添加物を本発明のポリマーブレンドに添加すること ができる。この添加物は、例えば安定剤、着色剤、潤滑剤、帯電防止剤、フィラ ーおよび難燃剤から成る。所望により、これらの物質を、ポリマーブレンドを形 成する前に、例えば等方性ポリマーと予備混合することができる。ポリマー添加 物の量は、典型的には、ポリマーブレンドの約0.01〜5重量%、好ましくは 約0.1〜10重量%である。 本発明の等方性/異方性コンパウンドの中でも、以下のものがとくに好ましい :全芳香族系コポリエステル液晶ポリマー5〜40体積部、とくに20〜40体 積部、およびポリエチレンまたはポリプロピレンのような等方性ポリオレフィン 60〜95体積部を含有するコンパウンド。低い酸素透過性が必要な用途には、 コンパウンド中に相溶化剤を含まないことが好ましい。しかしながら、優れた衝 撃強さが必要な用途では、約0.1〜2重量%の量の相溶化剤を含むことがある 。単層構造 単層の断面の構造を図1に示す。 図1に示すように、液晶ポリマー成分の少なくとも1つのラメラ層1は、熱可 塑性ポリマーから成る連続的なマトリックス2中に埋め込まれている。ラメラ層 は、少なくとも本質的にマトリックスポリマーの表面と平行な位置に配置してお り、少なくとも実質上フィルム全体を覆うように重なっている多数のポリマーシ ートまたはプレート1'から成る。 図1は、簡素化した仮想上の場合を表しており、ここで、LCPは、明らかに 定義されたラメラ層に主に集まっていることが分かるであろう。実際、LCPは 、少なくともある程度までマトリックスポリマーの至るところに分散しており、 「層」は、単にLCPの濃度の高い領域を表す。構造の表面は、主として等方性 ポリマーで構成されている。図2は、典型的な破断面のSEM顕微鏡写真を示す 。マトリックスポリマー中でのLCPの分散は、明らかに重ねたシートまたはプ レートのように見える。 (例えばフィブリル状の形態の代わりに)シート状またはポリマー状の形態に 変形させた液晶ポリマーを有する単層構造であることが好ましく、シートまたは プレートが重なり、少なくとも実質上縦方向に試料表面全体を被覆している少な くとも1つのラメラ層1を形成している。 本発明において、「シートまたはプレート状の形態」とは、どのようなLCP の構造形状をも包含すると解するべきであって、そのポリマーの二つの軸方向の 寸法は、第三の軸方向のLCPの寸法よりも大きい。したがって、「プレート」 は、しばしば伸長した構造から成り、シートまたはプレートよりもテープまたは リボンに似ている。 LCP含量は、本発明の単層構造での酸素および水蒸気の透過に対して重要で ある。以下の実施例に示すように、LCPの重量分率が約40重量%(約30体 積%に相当)の場合、(PA6のような)ポリアミドやポリ(エチレンテレフタ レート)と同レベルの酸素遮断性を有する構造が得られた。LCP含量がより低 い場合、実際にはラメラ構造を形成するのが困難であることがある(ここで、プ レート状のLCPドメインは互いに重なっている)。それにもかかわらず、実験 データは、明らかに、LCP成分の含量が5〜14体積%と低い場合でも、マト リックスポリマーの酸素遮断性の向上を示している。それ故に、本発明の単層構 造のLCPの下限は約5体積%となる。 単層フィルムの厚みは、加工条件およびポリマーコンパウンドの種々の成分の 相対量に依存する。典型的には、本発明の単層フィルムを、平均厚約10〜10 00μmの範囲に調製することができ、約40〜約100μmの範囲が好ましい 。LCPシートまたはプレートの寸法は、典型的に約5〜約20μmの範囲であ る。ポリマーフィルムまたはボトルのブロー成形による加工 一般に、場合により添加物および助剤を含有するブレンドを形成するために、 先ず等方性および異方性ポリマーを混合する。次いで、液晶ポリマーを溶融加工 により熱可塑性樹脂と混ぜ合わせる。利用できる混合方法としては、バッチ法ま たは連続法が挙げられる。液晶ポリマーと熱可塑性樹脂とを混ぜ合わせるために 、好ましくは一軸または二軸押出機を用いる。 本発明のコンパウンドを、高分子技術分野における自体既知の方法により加工 して、最終製品を製造する。 ブレンド成分の混合および最終製品へ加工を左右する基本原則は、様々な加工 技術によって達成され得る等方性/異方性ブレンドの形態制御である。上述のよ うに、異方性LCPがプレートまたはシート状のドメインを等方性ポリマーマト リックス内に形成するときに、最終用途の最高の遮断性が得られる。例えば射出 成形、ブロー成形およびフィルム押出により、LCP系ブレンドのシート状の形 態を生じさせることができる。液晶ポリマーブレンドは、「in situ」コンパウ ンドであるため、本発明の好ましい態様は、シート押出ダイもしくは回転ダイを 用いた押出またはテンターあるいはインフレーション(すなわち二軸加工法)に よってブレンドを加工することから成る。 伸長流れ(elongational flow)は、剪断よりもLCPの配向を誘導するのに より効果的であることが知られている。実際、LCPの配向集積は剪断速度に依 存せず、流れ特性が疑似塑性となるほどポリマーは配向していく。さらに、ダイ が長いほど、より大きな配向が生じる。したがって、本発明の単層構造を作製す る加工技術は、例えば冷却中に、延伸における伸び変形または剪断に基づくコン パウンドの二軸延伸を好ましくは提供する。すなわち、長いダイおよび/または 加工時間を使用する押出成形が有利である。 もう一つの好ましい態様は、射出成型技術を使用することから成る。以下によ り詳細に述べるように、等方性成分の粘度はLCPの粘度よりも高くすべきであ る。射出成型では、流れ領域を伸び変形と剪断変形部とに分けることができる。 これは、等方性成分と異方性成分が(例えば成分の粘度比に依存して)表面上ま たはコア部内に位置する不均質な形態をもたらすであろう。 特に、不相溶のPO/LCPブレンドの透過性を、プロセスパラメーターによ って制御することができる。例を示すと、射出成型中に保持圧力を除去すること でPP/LCPブレンドの水蒸気遮断性を向上させることができ、同時に酸素遮 断性を低下させる。これは、ブレンドの形態に関係する。LCP含量および相溶 化剤の使用も、酸素および水蒸気透過性に効果を発揮する。 ブレンド成分の不相溶性は、より少量の成分のドメイン形成に有利である。L CPドメインに重なっているラメラは、LCP成分の量が等方性ポリマーの量よ りも少ないときに優れた酸素遮断特性を与えるため、LCPと等方性ポリマーと の粘度比(λ):[λ=ηLCP/ηマトリックスポリマー] を可能な限り低くすべきであることが見い出された。LCP含量が比較的低い単 層構造において優れた酸素遮断性を得るため、LCPの粘度は等方性ポリマーの 粘度よりも低くしなければ成らない(=λ<<1)。粘度比は、約0.0001 〜0.9の範囲、特に約0.001〜0.5の範囲が好ましい。このことは、等方 性ポリマーで形成された高粘度マトリックス内に分散し、伸長されかつ平坦にし たLCPリボンまたはプレートを与える。 図3は、LCP含量の関数としての等方性ポリマー/異方性ポリマーコンパウ ンドの酸素透過性を示す。 様々な粘度比で調製されたコンパウンドを比較するために、ポリエステルアミ ドLCP[ヴェクトラ(Vectra)B950、ヘキスト-セラニーズ(Hoechst-Celanes e)より供給されたもの。]30、50および60体積%を含有し、コンパウン ドの等方性ポリマーがLDPE[NCPE1515、ネステ・オイ(Neste Oy)より 供給されたもの。]である3種のポリマーコンパウンドを調製した。LCPとL DPEとの粘度比λは、300℃(1000s-1)で1.5であった。多層構造 を構成する4つ目の試料を同じポリマーから調製した(LCP70体積%含有) 。フィルムはシート押出ダイを用いて押出成型した。 本発明の4種の単層構造系のフィルム試料をtert.-ブチルヒドロキノン、テレ フタル酸、ヒドロキシ安息香酸およびポリ(エチレンテレフタレート)の芳香族 系コポリエステルとポリプロピレンホモポリマー[VB19 43B、ネステ・オイ から供給されたもの。]から調製した。LCPとPPとの粘度比は260℃、5 00s-1で0.07であった。LCP含量が14体積%の一連のコンパウンドを シート押出ダイ法でフィルムに加工した(フィルム加工は回転ダイに基づく方法 を用いても可能である。)。 多数の既知の遮断材料の酸素透過性が図3に含まれている。 LCP含量が50体積%よりも少ない限り、粘度比が1よりも高いと(λ>1 )、LCP/LDPEコンパウンドの酸素透過性の向上は、純PEポリマーの酸 素透過性ほど顕著ではないと思われる。しかしながら、同量のLCP含量では、 本発明により調製された単層構造からなるコンパウンドフィルム(λ<<1)の 酸素透過耐性は500〜700倍優れている。したがって、粘度比が低いと、低 いLCP含量でも、かなり良好な酸素遮断特性を得ることが可能である。LCP を30体積%有するLCP/PPコンパウンドフィルムの酸素透過性は、PA6 よりもわずかに低い。さらに、図は、LCP/PEコンパウンドのLCP含量が 50体積%よりも増加したときには転相が生じることも示している。転化点以後 では、LCPが連続相を形成し、酸素透過性が急激に低下する。LCPが60〜 70体積%のLCP/PEコンパウンドフィルムの透過性は、最もよく知られた 遮断ポリマー(EVOH)に大変近い。 純成分の出発水準は、当然、図3に見られるように、最終的なガス移送特性に 影響を与える。溶融弾性は、分散相のドメイン変形にも影響を与える。 低いプロセス温度は、ある場合には、酸素透過に対する優れた遮断特性を提供 するであろう。LCPのラメラ形態をもたらすであろう各等方性ポリマー/LC P対にはプロセス温度域があると思われる。 多数の等方性ポリマー、特にポリオレフィンは、良好な耐水蒸気浸透性を有し ている。本発明の単層構造は、良好ないし優れた耐酸素透過性を提供する一方、 ポリオレフィンの低い水蒸気浸透性もほぼ維持するであろう。ラミネートへの応用 本発明のフィルムを、ラミネートの作製に使用することができる。単層フィル ムに加えて、本発明の好ましい態様のラミネートは、例えばセルロース繊維で作 られたリグノセルロース系材料から成る少なくとも1つの層を含む。しかしなが ら、他のポリマー材料のフィルムから成るラミネートを作製することも可能であ る。すなわち、本発明の単層構造を、伝統的な多層化ポリマー構造においてポリ アミド、ポリ(エチレンテレフタレート)またはEVOHの代わりに遮断層とし て使用することができる。 ラミネート内のセルロース繊維層を、ペーパーウェブ、紙板ウェブまたは同様 のセルロース系製品から構成することができる。層内に含まれたセルロースは、 ケミカルおよびメカニカルパルプ(さらには漂白または未漂白のパルプであり得 る)から生じ得る。セルロース繊維層に用いられる材料の面積重量は、典型的に 約10〜500g/m2である。一般に、面積重量が約100〜250g/m2の 紙板が用いられる。 遮断層に加えて、セルロース繊維系ラミネートは他のポリマー層も同様に含み 得る。該層は、ポリオレフィン、ポリエステルまたは同様のポリマーのような熱 可塑性ポリマーから形成され得る。種々のタイプのコポリマーも、ポリマー材料 層内での使用に適している。適するコポリマーの例として、エチルビニルアセテ ートコポリマーが挙げられる。ポリマーまたはセルロース繊維材料を、セロファ ンのような再生セルロースポリマー材料で置き換えることができる。ラミネート 中のポリマー層の面積重量は、約1〜250g/m2の範囲、好ましくは約5〜 100g/m2である。 本発明のラミネートは、自体既知の方法でセルロース繊維またはポリマー層上 に単層構造のフィルムにラミネートすることにより製造され得る。したがって、 その方法は、押出被覆を使用して実施することができ、単層ポリマー構造は、セ ルロース繊維ウェブの表面に付着するシート状に押出すことによって製造される 。単層/セルロース層の組み合わせのどちらかの側に適用する第二ポリマー層を 、別の段階で接着することできる。その方法は、少なくとも2つのウェブの間に 押出機から上記のポリマーシートを供給した後、ウェブにポリマーシートを接着 することによって操作する押出貼合せ(extrusion laminating)を用いて実施す ることもできる。一方または両方のウェブをセルロース繊維ウェブおよび/また は第二ポリマー材料で形成することができる。この方法は、ラミネートのポリマ ー層すべてを同時押出機で1段階で製造する同時押出技術を用いて特に有利に実 施することができる。 本発明のラミネートは、酸素および水蒸気遮断性を示す梱包用材料、袋、包装 材料、防湿紙および同様の製品として製造され得る。液体製品梱包(例えば牛乳 およびジュースカートン)用の紙板グレードは、上述のラミネートについての好 ましい応用である。産業上の利用性 上述のように、本発明の単層構造は、遮断容器(例えばガソリンタンク)、遮 断コンテナー(例えば食料品、家庭用薬品および他の薬品用の容器;食品用ジャ ー、電子オーブン用カップ)並びに遮断フィルム(例えば液体容器およびボトル 内の遮断層)に使用され得る。多少脆いLCPブレンドもあり、そのような問題 は、構造の一部として単層を含む複合材料を提供するために、コーティング技術 を用いて回避できる。一つの特に適する基材は、紙板から成る。 以下に、本発明の製造の実施例を示す。LCP-PPフィルムの酸素ガスおよ び水蒸気透過性を、以下の標準法: −酸素ガス透過度:ASTM D3985-81(1988年再認可) −水蒸気透過度 :ASTM F1249-90 に従って試験した。 標準試験法ASTM D3985-81は、プラスチックフィルムやシートを通 過する酸素ガス透過度(O2GTR)を決定するのに電量センサーを用いる。試 験すべき試料を、先ず、相対湿度が1%未満の乾燥試験環境内で平衡させる。そ の後、試験片を、シールした半遮断層として、二つのチャンバーの間に周囲大気 圧で固定する。一方のチャンバーをゆっくりと窒素気流でパージし、もう一方の チャンバーには酸素を入れる。酸素ガスがフィルムを介して窒素キャリアガスへ 浸透すると、電量検出器に輸送されて電流が生じ、その大きさは単位時間当たり に検出器内へ流れる酸素の量に比例する。 遮断結果は、少なくとも2つの試験片に基づいている。様々な厚さの一連のフ ィルムに対するガス輸送係数は、(厚さ)50μmの値として算出したことを言 及しておく。実施例1 単層構造の調製 単層構造用マトリックス材料として、二軸延伸したフィルムについてのグレー ドVB19 43Bのポリプロピレンを選択した。このポリプロピレンは、ネス テ・オイ(フィンランド)から供給されている。溶融温度に類似している、純ポ リプロピレンの推奨されたプロセス温度は、加工装置に依存して、230〜29 0℃である。使用したLCPは、ロドルン(Rodrun)LC-3000[ユニチカ(Unitik a Ltd.)]という商品名で市販されているp-ヒドロキシ安息香酸(HBA)とポ リエチレンテレフタレート(PET)のコポリマーであった。この特定のLCP は、使用したPPと重複するプロセス温度範囲を有する。LCPのPHB/PE Tモル比は60/40であり、相対粘度ηrelが、1.42(テトラクロロエタン /フェノール=1/1、35℃)であり、ガラス転移点が64℃である。 ノルソロール(Norsolor)からロタダー(Lotader)AX8660という登録商標で 供給された、エチレン、ブチレンアクリレートおよびグリシジルメタクリレート のランダムターポリマー(E/BA/GMA)を、相溶化剤として使用した。そ の融点は79℃である。 ポリマーコンパウンドをベルシュトルフ(Berstorff)ZE25x33D型ラボラトリ ー用二軸押出機で製造し、そのスクリュー形状はポリブレンズ(Polyblens)1 であった。ペレットブレンドを、押出成形前に、80℃で9時間、エアーオーブ ン中で乾燥した。 LCP-POコンパウンドブレンドの配合は、 LCP 40.0重量% PP 57.5重量% 相溶化剤 2.5重量% であった。 相違する形態を製造するために、上記のブレンド組成物のバッチ2つを異なる 方法で混合した: バッチA:T1=50℃;T2−T8=250℃ 融点:Tm=264℃(測定値) 溶融圧力:Pm=12バール スクリュー速度:f=250rpm 押出量:Qm=9kg/時間 バッチB:T1=50℃;T2−T8=230℃ 融点:Tm=243℃(測定値) 溶融圧力:Pm=13バール スクリュー速度:f=220rpm 押出量:Qm=9kg/時間 コンパウンドのポリマーの粘度比は、両バッチ共に260℃、500s-1で0 .06であった。 バッチBを混合した後、LCP-POコンパウンドはマトリックス材料中に分 散した比較的大きなLCPドメインから成っていた。ドメインの直径は、約10 μmであった。バッチAコンパウンドは、非常によく分散した小さなLCPドメ インを構成しており、その直径は1〜5μmであった。 コンパウンド試料を、シート押出ダイ法を用いて様々な押出機およびダイ温度 でフィルムに加工した。コーン(円錐型)押出機または回転ダイのような既知の 回転技術を使用することも可能である。 バッチAの酸素遮断層透過性は、1323cm3/(m2・d・バール)であり 、バッチBの酸素遮断層透過性は、115cm3/(m2・d・バール)であった 。 図から、より良い結果は、バッチBのLCP-PPコンパウンドの場合に得ら れると思われ、PPマトリックス内に埋め込まれた、大きな重なり合っているL CPのシートをもたらす。プロセス温度幅はかなり狭く、約195〜220℃の 範囲である。低すぎる、および特に高すぎる押出温度は、酸素遮断特性を損ねる 。出発コンパウンドの形態は、最も重要な要因の一つである。実施例2 射出成型したPO/LCP試験片の酸素遮断特性に対する射出成型におけるプロ セスパラメーター、LCP含量、および相溶化剤の効果 LCP重量分率が35%のプラックを、射出成型により作製し、その透過性結 果を純粋な遮断ポリマーと比較した。 全芳香族系サーモトロピックLCPのガス透過性は、低いかまたは最も優れた 現存する遮断ポリマーの一つであるポリアクリロニトリル(PAN)のガス透過 性よりも低い。上述のように、本発明の単層構造は、LCPの重量分率が35% のときに、ポリアミド(PA6)またはポリ(エチレンテレフタレート)(PE T)とほぼ同程度の良好な酸素遮断特性を有する(表1)。 水蒸気特性に相当する値を表2に示す。使用した市販の液晶ポリマーは水蒸気 透過性が高いので、ポリオレフィンの優れた水分遮断特性に影響しない。PP/ LCPブレンドには、優れた酸素および水分遮断特性が共に兼ね備わっている。 LCP含量がより低いさらなる試料を調製し、その酸素透過性をLCP含量が より高い試料の酸素透過性と比較した。 最後に、PP/LCPブレンドの酸素遮断特性に対する市販の相溶化剤[ロタ ダー8660(ノルソロールから供給されたもの。)]の効果を、相溶化した試料で 試験した。表4に示すように、酸素遮断性は相溶化剤のために低下している。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI B65D 1/09 9267−4F C08J 5/18 CFD C08J 5/18 CFD 7107−4J C08L 23/00 LBQ C08L 23/00 LBQ 8933−4J 67/00 LPA 67/00 LPA 8933−4J 69/00 LPR 69/00 LPR 9167−4J 101/12 LTA 101/12 LTA 0334−3E B65D 1/00 B // B29L 7:00

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1.少なくとも1種の異方性液晶ポリマーと少なくとも1種の等方性ポリマー とのコンパウンドから成るポリマーフィルムであって、前記等方性ポリマーがフ ィルムのポリマーマトリックスを形成し、前記異方性液晶ポリマーが本質的には ポリマーマトリックス内に埋め込まれた少なくとも1つのラメラ層中に位置し、 かつ少なくとも実質上フィルム全体に広がっており、標準ASTM D3985- 81に従って決定したフィルムの酸素透過度が約150cm3/(m2・d・バール )未満であるポリマーフィルム。 2.異方性液晶ポリマーのラメラ層が、等方性マトリックス内で液晶ポリマー のシートまたはプレートを重ねて形成される請求項1に記載のポリマーフィルム 。 3.フィルムが異方性液晶ポリマー5〜40体積部および等方性ポリマー95 〜60体積部を含有する請求項1に記載のポリマーフィルム。 4.さらに、ブレンドの等方性および異方性成分間の界面接着を向上させる相 溶化剤0.1〜10体積部から成る請求項1ないし3のいずれかに記載のポリマ ーフィルム。 5.液晶ポリマーが、以下の一般式: 式:HOOC-R1-COOHのジカルボン酸、式:HO-R2-OHのジオールおよ び式:HO-R3-COOHのオキシカルボン酸 [式中、R1、R2およびR3が二価の芳香族炭化水素基、式:R4-X-R5(式中 、R4およびR5が二価の炭化水素基を表し、並びにXが酸素または硫黄原子、ス ルホニル基、カルボニル基、アルキレン基もしくはエステル基であるかまたはX が単結合である。)の基、キシリレン基もしくは二価の脂肪族炭化水素基を表す 。]の成分(または少なくともそのうちの2種)を互いに反応させるときに形成 されるポリマーである請求項1ないし4のいずれかに記載のポリマーフィルム。 6.異方性ポリマーが芳香族系コポリエステルから成る請求項5に記載のポリ マーフィルム。 7.等方性ポリマーがポリオレフィンおよびポリエステルからなる群より選ば れる請求項1に記載のポリマーフィルム。 8.等方性ポリマーがポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブチレン、ポリイ ソブチレン、ポリ(4-メチル-1-ペンチレン)、エチレンおよびプロピレンの コポリマー(EPM、EPDM)、塩素化およびクロロスルホン化ポリエチレン 、スチレン基、アクリル基、ビニル基およびフルオロエチレン基を含むポリアル カン、およびポリ(エチレンテレフタレート)、ポリ(ブチレンテレフタレート )並びにポリカーボネートからなる群より選ばれる請求項7に記載のポリエステ ルフィルム。 9.液晶ポリマー成分が、p-ヒドロキシ安息香酸(PHB)とポリ(エチレ ンテレフタレート)(PET)のコポリエステルまたはt-BuHQ25/T2 5/-HBA35/PET15のようなtert.-ブチルヒドロキノン(t−BuH Q)、テレフタル酸(T)、ヒドロキシ安息香酸(HBA)およびポリ(エチレ ンテレフタレート)(PET)の芳香族ポリエステルから成り、並びに等方性ポ リマー成分がポリプロピレンまたはポリエチレンから成る請求項1ないし8のい ずれかに記載のポリマーフィルム。 10.一等方性ポリマー約60〜約95体積部および異方性液晶ポリマー約5 〜40体積部から成るポリマーブレンドを供給すること、 −ポリマーコンパウンドを製造するために、異方性ポリマーと等方性ポリマーの 粘度比:[λ=η異方性ポリマー/η等方性ポリマー]約0.001〜0.5の範 囲でポリマーブレンドを溶融加工すること、並びに −該ポリマーコンパウンドをポリマーフィルムへ加工すること から成る請求項1に記載のポリマーフィルムの作製方法。 11.異方性ポリマーと等方性ポリマーとの粘度比が約0.01〜0.1の範囲 内である請求項10に記載の方法。 12.ポリマーコンパウンドを異方性ポリマーの融点以下の温度でフィルムに 加工する請求項10または11のいずれかに記載の方法。 13.溶融加工とフィルム加工を押出機により行う請求項10に記載の方法。 14.溶融加工と単分子層形成加工をブロー成形で行う請求項10に記載の方 法。 15.溶融加工とフィルム加工を射出成型で行う請求項10に記載の方法。 16.基材と、該基材の表面上にコーティングされ、かつラミネートを通過す る酸素および水蒸気の透過に対する遮蔽層として作用する少なくとも1つのポリ マー層とを含んで成るラミネートであって、ポリマー層が請求項1のポリマーコ ンパウンドから成るラミネート。 17.基材が紙板から成る請求項16に記載のラミネート。 18.食料品または家庭用薬品あるいは他の薬品用の容器を製造するための請 求項17に記載のラミネートの使用。
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