JPH10510871A - 高められた特性を有するポリビニルアルコール被覆 - Google Patents
高められた特性を有するポリビニルアルコール被覆Info
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Abstract
(57)【要約】
本発明は、異なった加水分解度を有する少なくとも2種のPVOH樹脂を含むPVOH溶液の利用によりPVOH被覆を有する低い酸素透過性のフィルムを製造する方法である。本発明はこの方法によって製造された酸素低透過性フィルムでもある。
Description
【発明の詳細な説明】
高められた特性を有するポリビニルアルコール被覆
本発明は、ポリ(ビニルアルコール)被覆を有するフィルム、さらに詳しくは
架橋ポリ(ビニルアルコール)被覆の酸素遮断性及び加工特性を高めることに関
する。
ポリ(ビニルアルコール)被覆は過去において種々の基体に適用されており、
そして酸素の透過に対する遮断性を与えることが知られている。しかしポリ(ビ
ニルアルコール)は水に可溶性であり、結果として湿分の攻撃に対して感受性で
ある。ポリ(ビニルアルコール)の湿分への感受性を減らすために従来の技術に
おいて種々の試みがなされてきた。
この技術分野における当業者に既知のように、ポリ(ビニルアルコール)(P
VOH)は典型的にはポリ(酢酸ビニル)を加水分解することによって製造され
る。詳細には、ポリ(酢酸ビニル)のアセテート部分は加水分解反応によってア
ルコール基で置換される。置換されるアセテート基が多いほど、PVOH樹脂の
加水分解度が大きい。例えば、95%加水分解PVOH樹脂中には5%のアセテ
ート基が未変化のまま残っている。同様に、99%加水分解PVOH樹脂中には
1%のアセテート基が未変化のまま残っている。
PVOH被覆の湿分に対する感受性を減じる1つの既知の方法はPVOHを架
橋することである。例えば、架橋剤及び触媒をPVOHと共に適用し、その結果
被覆が乾燥するとときに該薬剤はPVOH分子を相互連結し、それによってPV
OH分子を架橋する。触媒は、それなしでは起こり得ない架橋工程を助けるため
に存在する。
PVOH被覆の該感受性を減じ、そしてそれによって酸素遮断性を強化する他
の方法は、高度に加水分解されたPVOH樹脂を利用することによる。アルコー
ル基がより多く、すなわちより大きい加水分解が存在することは、さらに良好な
遮断性及びさらに良好な湿分抵抗に直接一致すると考えられる。結果として、従
来技術において見いだされるPVOH被覆の多くは98%以上の加水分解度を有
するPVOH樹脂を利用している。
しかし、高度に加水分解されたPVOH樹脂は、被覆材として塗布する際に困
難さを生みだすことが見いだされた。高度に加水分解されたPVOH樹脂は、ポ
ンプ吸排の際に泡立つ傾向が大きい。結果として、被覆内に微細な泡が生じる。
このことは、被覆の湿分抵抗性及び酸素に対する不透過性を減じ得る、PVOH
被覆内の不完全さを生じる。
さらに、高度に加水分解されたPVOH樹脂は、より低い加水分解度のPVO
H樹脂を使用して示される「湿潤性(ウエットアウト)」と比較して、基体上で
のより乏しい「湿潤性」特性を示す。「湿潤性」とは被覆が基体上に広がる傾向
を示す。高度に加水分解されたPVOHは、それより低い加水分解度のPVOH
よりも塗り広げる際の効率が悪い。
従って、本技術分野において、高度の酸素不透過性及び湿分抵抗性を示すと同
時に塗布が容易なPVOH被覆材料に対する必要性が存在する。詳細には、高度
に加水分解されたPVOH樹脂に関連する湿分抵抗及び高い不透過性を有すると
同時に、加水分解度が低いPVOH樹脂に関連するより低い泡発生傾向及びより
良好な湿潤性を有するPVOH被覆材料に対する必要性が存在する。
本発明は、高度に加水分解されたPVOH樹脂と関連する酸素不透過性及び湿
分抵抗を示すと同時に、加水分解度が低いPVOH樹脂と関連するより低い泡発
生傾向及びより良好な湿潤性を示すPVOH被覆材料を提供する。本発明はさら
に、この被覆材料を使用した酸素低透過性フィルムを提供する。
本発明は少なくとも2種のPVOH成分のブレンドを含むPVOH溶液で基体
の少なくとも1方の側を被覆する方法を含んで成る。第1のPVOH成分は高い
、好ましくは少なくとも98%の加水分解度を有するPVOH樹脂である。第2
のPVOH成分は低い、好ましくは80〜90%の加水分解度を有するPVOH
樹脂である。本発明において利用するブレンドは、好ましくは第1成分の第2成
分に対する1:2〜20:1の範囲の比を有する。架橋剤及び所望の触媒も本発
明と共に利用できる。
本発明はさらに、本発明の方法によって製造された酸素低透過性フィルムを含
む。
本発明の結果として、酸素透過性が低いフィルムを製造するための新しい方法
、及び新しい酸素低透過性フィルムが与えられる。本方法及び本発明の製造の製
品は、典型的には高度に加水分解されたPVOH樹脂と関連する不透過性及び湿
分抵抗を示し、かつ典型的には加水分解度が低いPVOH樹脂と関連する改善さ
れた加工性能を示す酸素低透過性フィルムを提供する。
異なった加水分解度を有する少なくとも2種のPVOH樹脂のブレンドを含む
PVOH溶液が、かつこれらのPVOH成分だけのいずれかを利用する被覆と比
較して、被覆として適用されたとき改善された酸素不透過性、湿分抵抗性及び加
工性を示すことが発見された。詳細には、本発明において利用されるPVOH被
覆は高度に加水分解されたPVOH成分のみを利用するPVOH被覆材に匹敵す
る(それより良好ではないとしても)酸素不透過性を示す。同時に、本発明のP
VOH溶液は減じられた泡立ち及びより良好な湿潤性による被覆工程におけるよ
り容易な加工性を示す。2つの加工上の特性は典型的には、遮断性被覆としての
使用からそのような樹脂を通常除外する低い加水分解レベルを有するPVOH樹
脂において見いだされる。
前述したように、本発明において利用されるPVOHブレンドの第1成分は高
い加水分解度を有するPVOH樹脂である。好ましくは、本発明において第1成
分として利用されるPVOHは少なくとも98%の加水分解レベルを有する。す
なわち、ポリ(酢酸ビニル)のアセテート基の少なくとも98%がをアルコール
(OH)基で置換される。本発明の最も好ましい態様において、少なくとも99
%の加水分解度を有するPVOH樹脂が利用される。
本発明において使用されるPVOHブレンドの第2成分は低い加水分解度を有
するPVOH樹脂である。この加水分解レベルは通常これらの樹脂が遮断被覆中
に使用されることを実現不能にするだろう。好ましくは、80〜90%の加水分
解レベルを有するPVOH樹脂が利用される。本発明の好ましい態様において、
85%〜86%加水分解レベルのPVOH樹脂が使用される。
1:2〜20:1、好ましくは2:1〜5:1、最も好ましくは2.5:1〜
3.5:1の比率での2種の成分のブレンドは、適用された被覆中での増加した
酸素不透過性を示し、同時により良好な加工性を示す。本発明の最も好ましい態
様において、第1の成分及び第2の成分は2.5:1〜3.5:1の比率にある
。すなわち、本PVOH樹脂ブレンドは高度に加水分解されたPVOH樹脂71
〜78%及びこれより低く加水分解されたPVOH樹脂22%〜29%である。
さらに、本発明の他の最も好ましい態様において、ブレンドの2種の成分は99
.3%加水分解PVOH樹脂71%〜78%及び86%加水分解PVOH樹脂2
2%〜29%である。
第1及び第2成分として利用されるPVOH樹脂は適用される被覆の望まれる
粘度に依存して、低分子量〜高分子量の樹脂の範囲であることができる。具体的
には、PVOHポリマーの分子量とPVOH/水溶液の粘度との間には直接の関
係がある。高分子量の分子を有するPVOH樹脂は高い粘度をも示し、低分子量
を有するPVOH樹脂はより低い粘度を有する。好ましくは、本発明において利
用されるPVOH樹脂は低分子量のものである。
また、本技術分野において既知のように、架橋剤及び所望によって触媒が、架
橋を容易にするためにPVOH溶液と共に利用できる。本技術分野において既知
のいかなる架橋剤及び触媒も利用できると考えられる。例えば、架橋剤はメラミ
ン−ホルムアルデヒドまたは尿素−ホルムアルデヒド樹脂であることができる。
商業的に入手できる架橋剤は、PAREZ613(メチル化メラミンホルムアル
デヒド)、CYMEL373(メチル化メラミンホルムアルデヒド)、CYME
L401(トリメチロールメラミン尿素ホルムアルデヒド)、グリオキサール、
硼砂等を含む。通常は酸触媒である触媒は、硫酸アンモニウム、塩化アンモニウ
ム、硝酸アンモニウム、硫酸または硝酸であることができる。本発明の好ましい
態様において、架橋剤は触媒の使用を必要としないグリオキサールである。グリ
オキサールを架橋剤として使用することによって、PVOH溶液のポットライフ
も増加することが見いだされた。
本発明において使用するための、少なくとも2種のPVOH樹脂のブレンドを
含むPVOH溶液は好ましくは水溶液である。この溶液は適切な割合のPVOH
樹脂を水に、PVOHを溶解するのに十分な温度で加えることによって製造され
る。水及び溶解したPVOHを次に冷却する。架橋剤及び所望の触媒を次に冷却
された溶液に加える。得られた溶液を次に基体に塗布する。基体はPVOH被覆
のそれに対する接着を高めるために前もってプライマーで処理されていてもよい
。基体上好ましい態様において、水性PVOH溶液は2〜20重量%、好ましく
は4〜8重量%の固体を含む。この固体含量は20〜98重量%の種々の割合の
PVOH樹脂(複数)、2〜20%の架橋剤及び所望の触媒から成る。
本発明の改善されたPVOH被覆は、ポリマーフィルム、箱用厚紙、金属フィ
ルム及び紙を含むどのような基体にでも接着し得る。好ましくは該被覆はポリオ
レフィンのようなポリマーフィルムに接着される。1つの特に好ましいポリオレ
フィンはポリプロピレンである。
本発明のPVOH被覆が基体に適切に接着することを確実にするために、基体
は好ましくは該被覆を受け入れるのに適合した少なくとも1つの側を含む。特に
、基体の被覆される側はPVOH層がそれに固定されるのを容易にする表面特性
を有するべきである。例えば、被覆される側がポリ(エチレンイミン)のような
プライマーで処理できる。しかし、他の適切なプライマーも利用できる。この被
覆される側は、基体自体の形成中にポリ(ビニルアルコール)層のその後の受入
れに適合していることもできる。例えば、ポリマー基体、例えばポリプロピレン
は無水マレイン酸のような物質を含むことができ、これはポリ(ビニルアルコー
ル)のそれへの接着能力を改善する。
被覆が基体に塗布されてから、被覆された基体は乾燥用オーブンを通過させら
れる。典型的な乾燥オーブンはフィルムを100〜130℃に加熱する。フィル
ムがオーブンを通過するとき、塗布された被覆材中の水が除去され、固体濃度が
増加する。乾燥工程のいくつかの点で、PVOH分子の架橋が開始される。利用
される架橋剤及び/または触媒に依存して、被覆が完全に架橋するための時間は
変化する。被覆が十分に架橋すると、被覆された基体(得られたフィルム)は改
善された酸素不透過性及び湿分抵抗を示す。
次の実施例は、本発明によって製造したフィルムの改善された加工性及び高め
られた遮断性を例示する。
実施例I
実施例Iにおいて、99.3%加水分解PVOH樹脂100%を含むPVOH
溶液を製造した。具体的には、利用したPVOH樹脂はElvanol 71−
30であり、これはデュポンケミカル社から商業的に入手できる。1220gの
PVOH樹脂を11540gの水(H2O)に溶解した。485gのグリオキサ
ール40を溶液に加えた。この溶液を次にリバースダイレクトグラビアコーター
を使用して延伸ポリプロピレン(OPP)基体に塗布した。得られたフィルムを
乾燥空気オーブンを110℃、38.1m/分(125フィート/分)の走行で
使用して乾燥した。このフィルムを酸素透過率(TO2)について試験し、これ
はMocon Oxtran 装置で、cc/100cm2/24時間(cc/1
00インチ2/24時間)単位で測定した。0%相対湿度(RH)及び75%R
Hでの酸素透過率を測定した。
塗布工程中の実質的な量の泡発生が観察された。溶液中に同伴された大量の空
気は溶液のポンプ吸排を極めて困難にした。溶液がコーターにポンプ送りされる
と、泡の量は塗布用パンを溢れ出るのに十分であり、基体と接触さえした。基体
上に塗布された被覆の湿潤性も完全ではなかった。このPVOH溶液はまた1時
間のポットライフを示した。
実施例II
実施例IIにおいては、86%加水分解PVOH樹脂を100%含むPVOH
溶液を使用して対照試料2を製造した。具体的には利用したPVOH樹脂はデュ
ポンケミカル社により製造されたElvanol 52−22であった。104
0gのPVOH樹脂を11560gのH2Oに溶解した。485gのグリオキサ
ール40を溶液に加えた。この溶液を次にリバースダイレクトグラビアコーター
を使用してOPP基体に塗布した。得られたフィルムを乾燥空気オーブンを11
0℃、38.1m/分(125フィート/分)の走行で使用して乾燥した。この
フィルムを酸素透過率(TO2)について、実施例Iに説明した装置を用いて0
%相対湿度(RH)及び75%RHで試験した。
PVOH溶液は塗布用パン内に存在する泡の量が少ないことによって証明され
る少量の泡発生を示した。さらに、OPP基体表面上に塗布された被覆の湿潤性
は実質的に完全であった。従って、泡のレベルは非常に低く、そして塗布工程を
妨げなかった。
実施例III
実施例IIIにおいては、試験試料3を本発明に従って86%加水分解PVO
H樹脂の50%と99.3%加水分解PVOH樹脂の50%のブレンドを含むP
VOH溶液を使用して製造した。このブレンドは490gの86%PVOH樹脂
及び490gの99.3%PVOHを11540gのH2Oに溶解して製造した
。487gのグリオキサール−40を次に溶液に加えた。この被覆材を実施例I
に記述した手順を利用してOPP基体に塗布し、乾燥した。実施例Iに説明した
装置を利用して酸素透過率も測定した。
観察された泡立ちの量は実施例Iにおいて塗布中に観察された泡発生量よりも
実質的に少なかった。泡のレベルは非常に低く、そして塗布工程を妨害しなかっ
た。OPP基体上の湿潤性も実施例Iにおいて観察された湿潤性よりも優れてい
た。
実施例IV
実施例IVにおいては、試験試料4を本発明に従って86%加水分解PVOH
樹脂の25%と99.3%加水分解PVOH樹脂の75%のブレンドを含むPV
OH溶液を使用して製造した。このブレンドは244gの86%PVOH樹脂及
び732gの99.3%PVOH樹脂を11540gのH2Oに溶解して製造し
た。487gのグリオキサール−40を次に溶液に加えた。この被覆材を実施例
Iに記述した手順を利用してOPP基体に塗布し、乾燥しそして酸素透過率の測
定を行った。
観察された泡発生量は実施例Iにおいて観察された泡発生量よりも実質的に少
なかった。泡のレベルは非常に低く、そして塗布工程を妨害しなかった。OPP
基体上の湿潤性も実施例Iにおいて観察された湿潤性よりも優れていた。最後に
、このPVOH溶液は72時間のポットライフを示した。
対照試験結果
実施例I〜IVの結果を表Iに示す。
表Iから解るように、99.3%及び86%加水分解のPVOH樹脂を75%
:25%の比率で含むPVOH溶液を利用した試験試料は驚くべきことに、75
%RHにおいて201.5×10-3cc/100cm2/24時間(1.30c
c/100インチ2/24時間)の最低の酸素透過率を示した。本技術分野にお
ける知識及び経験では、99.3%加水分解のPVOH樹脂を100%含むPV
OH溶液を利用した対照試料1が最低の酸素透過率を示すべきであるので、この
ことは、全く予期されないことであった。しかし、対照試料1は75%RHにお
いて251.1×X10-3cc/100cm2/24時間(1.62cc/10
0インチ2/24時間)の酸素透過率を示した。
さらに、本技術分野における経験では、試験試料4のブレンドについての理論
的平均酸素透過率は305.35×10-3cc/100cm2/24時間(1.
97cc/100インチ2/24時間)、((0.75)(TO2対照1)+(0
.25)(TO2対照2))であるべきである。しかし、全く予期されないこと
には酸素透過率は低い、201.5×10-3cc/100cm2/24時間(1
.30cc/100インチ2/24時間)であった。試験試料4のブレンドあま
た、減じられた泡発生及び基体上へのより良好な湿潤性の点から、対照試料1の
溶液と比較して良好な加工性を示した。
さらに、驚くべきことに50%対50%(1:1)の比の99.3%及び86
%加水分解の樹脂のブレンドを含むPVOH溶液を利用する試験試料3が、75
%RHにおいて308.45×10-3cc/100cm2/24時間(1.99
cc/100インチ2/24時間)の酸素透過率を得た。この率は対照試料1の
75%RHにおける251.1×10-3cc/100cm2/24時間(1.6
2cc/100インチ2/24時間)の酸素透過率を上回って改善されている。
事実、本技術における知識は試験試料3が358.05×10-3cc/100c
m2/24時間(2.31cc/100インチ2/24時間)の酸素透過率を示す
ことを予期するだろう。この率は99.3%及び86%加水分解樹脂の1:1ブ
レンドPVOHを含む溶液を利用して予想される理論的平均酸素透過率((0.
5)(TO2対照1)+(0.5)(TO2対照2))である。試験試料3のブレ
ンドはまた、減じられた泡発生及び基体上へのより良好な湿潤性の見地から、対
照試料1の溶液と比較して、改善された加工性を示す。
従って、示されるように、試験試料3及び4について利用されたPVOH溶液
は本技術において現在使用されているPVOHを上回って、酸素透過率における
改善、さらに加工性における改善を与える。
試験試料4についてのPVOH溶液はまた、溶液のポットライフにおける劇的
な改善を示した。対照試料1の溶液のポットライフは比較的短く僅か1時間であ
った。試験試料4についての溶液のポットライフは72時間であった。従って、
PVOHのブレンドの使用は製造されたバッチの寿命を増し、そしてPVOH溶
液の限定されたポットライフによるPVOH被覆フィルムの製造におけるむだを
減じる。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1.高められた性質を有するポリ(ビニルアルコール)被覆フィルムを製造す るための方法であって、 少なくとも2種のポリ(ビニルアルコール)成分のブレンドを含むポリ(ビニ ルアルコール)溶液で基体を被覆すること、ここで第1成分は前記被覆されたフ ィルムに酸素遮断性を与えるのに十分な加水分解レベルを有するポリ(ビニルア ルコール)樹脂であり、そして第2成分は前記第1成分よりも小さい加水分解レ ベルを有するポリ(ビニルアルコール)樹脂であり、かつ前記ポリ(ビニルアル コール)溶液の加工性を促進する、 前記の方法。 2.前記第1成分及び第2成分が1:2〜20:1の比である、請求項1に記 載の方法。 3.前記第1成分及び第2成分が2:1〜5:1の比である、請求項2に記載 の方法。 4.前記第1成分及び第2成分が2.5:1〜3.5:1の比である、請求項 3に記載の方法。 5.前記第1成分が少なくとも98%の加水分解率を有するポリ(ビニルアル コール)樹脂であり、そして前記第2成分が80%〜90%の加水分解率を有す るポリ(ビニルアルコール)樹脂である、請求項1、2、3または4に記載の方 法。 6.前記第1成分が少なくとも99%の加水分解率を有するポリ(ビニルアル コール)樹脂であり、そして前記第2成分が85%〜86%の加水分解率を有す るポリ(ビニルアルコール)樹脂である、請求項5に記載の方法。 7.前記ポリ(ビニルアルコール)溶液が架橋剤をさらに含む、請求項1、2 、3、4、5または6に記載の方法。 8.前記架橋剤がグリオキサールである、請求項7に記載の方法。 9.前記架橋剤がメラミン−ホルムアルデヒド、尿素−ホルムアルデヒド、硼 砂またはこれらの誘導体である、請求項7に記載の方法。 10.前記ポリ(ビニルアルコール)溶液が、架橋を容易にするためにさらに 触媒を含む、請求項7に記載の方法。 11.前記触媒が、硫酸アンモニウム、塩化アンモニウム、硝酸アンモニウム 、硫酸、硝酸またはこれらの混合物である、請求項10に記載の方法。 12.前記基体がポリマーフィルム、箱用板紙、金属フィルムまたは紙である 、請求項1、2、3、4、5、6または7に記載の方法。 13.前記ポリマーフィルムがオレフィンである、請求項12に記載の方法。 14.前記オレフィンがポリプロピレンである請求項13に記載の方法。 15.基体;及び少なくとも2種のポリ(ビニルアルコール)成分のブレンド として適用された被覆 を含んで成るフィルムであって、ここで第1成分は前記被覆されたフィルムに酸 素遮断性を与えるのに十分な加水分解レベルを有するポリ(ビニルアルコール) 樹脂であり、そして第2成分は前記第1成分よりも小さい加水分解レベルを有す るポリ(ビニルアルコール)樹脂であり、かつ前記ポリ(ビニルアルコール)溶 液の加工性を促進する、前記のフィルム。 16.前記第1成分及び前記第2成分はが1:2〜20:1の比である、請求 項15に記載のフィルム。 17.前記第1成分及び第2成分が2:1〜5:1の比である、請求項16に 記載のフィルム。 18.前記第1成分及び第2成分が2.5:1〜3.5:1の比である、請求 項17に記載のフィルム。 19.前記第1成分が少なくとも98%の加水分解率を有するポリ(ビニルア ルコール)樹脂であり、そして前記第2成分が80%〜90%の加水分解率を有 するポリ(ビニルアルコール)樹脂である、請求項15、16、17または18 に記載のフィルム。 20.前記第1成分が少なくとも99%の加水分解率を有するポリ(ビニルア ルコール)樹脂であり、そして前記第2成分が85%〜86%の加水分解率を有 するポリ(ビニルアルコール)樹脂である、請求項19に記載のフィルム。 21.前記被覆が架橋剤をさらに含む、請求項15、16、17、18、19 または20に記載のフィルム。 22.前記架橋剤がグリオキサールである、請求項21に記載のフィルム。 23.前記架橋剤がメラミン−ホルムアルデヒド、尿素−ホルムアルデヒド、 硼砂またはこれらの誘導体である、請求項21に記載のフィルム。 24.前記被覆が、架橋を容易にするためにさらに触媒を含む、請求項21に 記載のフィルム。 25.前記触媒が、硫酸アンモニウム、塩化アンモニウム、硝酸アンモニウム 、硫酸、硝酸またはこれらの混合物である、請求項24に記載のフィルム。 26.前記基体がポリマーフィルム、箱用板紙、金属フィルムまたは紙である 、請求項15、16、17、18、19、20または21に記載のフィルム。 27.前記ポリマーフィルムがオレフィンである、請求項26に記載のフィル ム。 28.前記オレフィンがポリプロピレンである請求項27に記載のフィルム。
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