JP5870936B2 - 酸素吸収性樹脂組成物 - Google Patents

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Description

発明の分野
本発明は、熱可塑性樹脂、特にポリエステル樹脂を基材樹脂として含み、さらに酸素吸収性成分を含む酸素吸収性に優れた樹脂組成物に関するものであり、さらには、該樹脂組成物から形成された層を含む包装容器にも関する。
熱可塑性樹脂、例えば、ポリエチレンテレフタレート(PET)に代表されるポリエステル樹脂は、成形性、透明性、機械的強度、耐薬品性などの特性に優れており、また、酸素等のガスバリア性も比較的高く、フィルム、シート、ボトルなどの包装材料として種々の分野で使用されている。また、このような包装材料のガスバリア性を高めるために、エチレン−酢酸ビニル共重合体ケン化物やポリアミド等のガスバリア性に優れたガスバリア性樹脂からなる層を、適当な接着剤樹脂層を介して、ポリエステル樹脂からなる内外層の間の中間層として設けた多層構造体も知られている。
ところで、市販のポリエステルボトル等の包装容器に関して、省資源及び軽量化等の観点から、胴部等の厚みをさらに薄肉化することが求められているが、このような要求を満足するためには、当然のことながら、薄肉化による酸素等に対するガスバリア性の低下を抑制することが必要となる。この場合、上記のようなガスバリア性樹脂を用いる態様では、ガスの透過を遮断するために、多層化が必要であり、容器の薄肉化に十分に対処することができない。
また、酸素バリア性を高める手段としては、鉄粉等の無機系酸素吸収剤を使用することが知られているが、このような酸素吸収剤は、それ自体が酸化されることにより酸素を吸収し、酸素吸収により酸素透過を遮断するバリア性を示すのであるが、樹脂を着色してしまうため、透明性が要求される包装の分野には適用されない。従って、包装の分野では、樹脂の着色を生じない有機系の酸素吸収剤の使用が一般的である。
例えば、特許文献1には、未変性のポリブタジエンや無水マレイン酸変性ポリブタジエン等の酸化性有機成分(有機系酸素吸収剤)を含む酸素吸収性樹脂組成物が提案されている。
また、特許文献2には、不飽和脂環構造(シクロヘキセン構造)を有する化合物を有機系酸素吸収剤として含む酸素捕集組成物が提案されている。
しかしながら、上記のような有機系の酸素吸収剤は、これを酸化させるために、遷移金属系触媒(例えばコバルト等)が必要であり、遷移金属触媒の使用により、種々の不都合が生じている。例えば、基材の樹脂も酸化されて劣化してしまい、このため、基材樹脂の器壁を通しての酸素透過が生じるようになり、酸素に対するバリア性はそれほど向上しなかったり、また基材樹脂の酸化劣化が強度低下をもたらすこともある。さらには、アルデヒドやケトンなどの低分子量の分解副生成物が多く発生し、悪臭の発生や内容物のフレーバー性の低下などの問題を生じる。特に、包装の分野では、内容物のフレーバーの低下は大きな問題であり、このため、有機系の酸素吸収剤を用いる場合には、有機系の酸素吸収剤が配合された樹脂層を容器内容物と接触しないような層構造、即ち、多層構造とすることが必要となる。従って、かかる手段は、器壁の薄肉化のためには、適当ではない。
また、特許文献3は、遷移金属触媒が存在しない条件下でも優れた酸素吸収性を示す樹脂を含む樹脂組成物が提案されている。かかる提案は、本出願人によるものであり、例えば、無水マレイン酸とジエンとのディールスアルダー反応により得られるΔ−テトラヒドロフタル酸誘導体などの不飽和脂環構造を有する化合物から誘導される構成単位を含む樹脂を酸素吸収性の樹脂として含有している。この種の酸素吸収性樹脂は、酸素との反応性が極めて高く、遷移触媒が存在しない条件下でも優れた酸素吸収性を示すばかりか、異臭の原因となる低分子量の分解副生物も発生しない。従って、単層構造として容器に適用することが可能であり、容器の薄肉化や軽量化にも効果的に適用することができるという利点がある。
ところで、特許文献3の樹脂組成物は、共重合組成を調整することによりガラス転移温度が室温以下の樹脂組成物とすることで酸素吸収性を向上させることができる。しかし、包装容器に適用される高いガラス転移温度を有する樹脂、例えばPET等のポリエステル樹脂に、上記の酸素吸収構造を含有させた場合には、その酸素吸収性を十分に向上させることができない。即ち、上記の酸素吸収性樹脂は、ガラス転移温度が−8℃〜15℃であり、室温雰囲気での分子の運動性が極めて高く、この運動性が優れた酸素吸収性を示す一因である。それに対して、包装容器の分野で使用されるPET等のポリエステル樹脂のガラス転移温度は70℃程度であるため、室温下での運動性は極めて低い。従って、室温下で上記のガラス転移温度が低い酸素吸収性樹脂をポリエステル樹脂と共存させたとしても、分子の運動性が抑制されてしまい、この結果、その酸素吸収性を十分に発揮することが困難となってしまう。また、ガラス転移温度が低い酸素吸収性樹脂組成物は、容器形状や剛性の維持が困難であるため、容器に適用される場合は、単独で用いることはできず、他の樹脂と複合多層化された容器形態にすることが必要となる。実際上、特許文献3においては、複合多層化の容器形態については実用検討がなされているものの、PETを主体とするポリエステル製容器には実用検討はなされていない。
さらに、本発明の出願人が提案した特許文献4には、炭素数2〜8のオレフィンを重合してなるポリオレフィン樹脂(A)に、該樹脂(A)の酸化のトリガーとなる樹脂(B)を遷移金属触媒(C)と共に配合した酸素吸収性樹脂組成物が提案されており、この樹脂(B)としてスチレン系重合体を用いることが記載されている。
しかしながら、かかる樹脂組成物も、遷移金属触媒を使用することが必須であり、さらに、オレフィン系樹脂に酸素吸収性を付与するために使用されるものであり、ポリエステル樹脂に適用されるものではない。
このように、遷移金属触媒を使用せずに、ポリエステル樹脂(特に包装用グレードのポリエステル樹脂)に配合されて優れた酸素吸収性を示すような酸素吸収剤は未だ知られていない。
特開2004−161796 特表2003−521552 特開2008−38126 特許第4314637号
従って、本発明の目的は、遷移金属触媒の不存在下においても優れた酸素吸収性を示し、さらに基材樹脂として含まれる熱可塑性樹脂のガラス転移温度にとらわれず、優れた酸素吸収性を示す酸素吸収性樹脂組成物を提供することにある。
本発明の他の目的は、酸素吸収に際して異臭の要因となる低分子量分解物を生ぜず、従って単層構造の容器を形成することができ、容器の薄肉化の実現に極めて有用な酸素吸収性樹脂組成物を提供することにある。
本発明のさらに他の目的は、上記の酸素吸収性樹脂組成物から形成された層を含む包装容器を提供することにある。
本発明によれば、熱可塑性樹脂からなる基材樹脂(A)と共に、不飽和脂環構造を有す
る化合物からなる酸素吸収成分(B)と、該酸素吸収成分(B)の酸化を促進するための
酸化促進成分(C)としてベンジル水素を有する化合物とを含有しており、前記酸素吸収成分(B)が、下記式(1):
Figure 0005870936
式中、環Xは、1つの不飽和結合を有する脂肪族環であり、
Yは、アルキル基である、
で表わされる酸無水物、該酸無水物から誘導されるエステル、アミド、イミド又はジカルボン酸、及び該酸無水物に由来する構成単位を有する重合体からなる群より選択された少なくとも一種であることを特徴とする酸素吸収性樹脂組成物が提供される。
本発明の酸素吸収性樹脂組成物においては
(1)前記基材樹脂(A)がポリエステル樹脂であること、
)ベンジル水素を有する化合物が、スチレン系重合体であること、
が好ましい。
本発明によれば、また、上記の酸素吸収性樹脂組成物からなる少なくとも一つの層が器壁中に形成されていることを特徴とする包装容器が提供される。
この包装容器においては、前記酸素吸収性樹脂組成物からなる層が、容器内容物と接する位置に形成されているという態様を採用することができ、特に前記酸素吸収性樹脂組成物からなる層のみから容器壁が形成されている単層構造の包装容器とすることができる。
本発明の酸素吸収性樹脂組成物においては、不飽和脂環構造を有する化合物を酸素吸収成分(B)(即ち、酸化成分)として含んでおり、さらに、この酸素吸収成分(B)の酸化を促進するための酸化促進成分(C)としてベンジル水素を有する化合物が使用されていることが重要な特徴である。
即ち、本発明の樹脂組成物においては、酸素と接触したときの上記酸素吸収成分(B)の自動酸化によって酸素が吸収され、酸素バリア性に繋がる優れた酸素吸収性が得られるのであるが、かかる酸素吸収成分(B)、具体的には上記の不飽和脂環構造を有する化合物では、酸化により、脂肪族環中の不飽和結合の部分が開裂され、アルデヒドやケトン等の低分子量の酸化分解物は副生しない。しかも、ベンジル水素を有する化合物が酸化促進成分(C)として配合されているため、遷移金属触媒の不存在下においても、酸素と接触したときの上記酸素吸収成分(B)の自動酸化が有効に促進され、優れた酸素吸収性が得られる。したがって、遷移金属触媒の使用による低分子量分解物の副生も抑制され、さらに基材樹脂(A)として用いる熱可塑性樹脂、例えばポリエステル樹脂の酸化劣化による強度低下やガスバリア性の低下も有効に回避できる。
さらには、上記のような酸化促進成分(C)により、基材樹脂(A)としてガラス転移温度の高い包装グレードの熱可塑性樹脂、例えばポリエステル樹脂の使用等によって、酸素吸収成分(B)の室温下での分子の運動性が抑制されているような場合においても、優れた酸素吸収性が得られる。このため、本発明の酸素吸収性樹脂組成物は、熱可塑性樹脂製の包装容器の成形に有効に適用することができる。
尚、上記のようなベンジル水素を有する化合物、例えばスチレン系重合体を、酸化促進成分として含む樹脂組成物は、特許文献4に記載されているように、従来公知である。しかしながら、ベンジル水素を有する化合物(以下、単に「ベンジル化合物」と呼ぶことがある)を、不飽和脂環構造を有する化合物(以下、単に「不飽和脂環構造化合物」と呼ぶことがある)の酸化促進のために使用された例は全くなく、しかも、このようなベンジル化合物と不飽和脂環構造化合物とを熱可塑性樹脂中に存在させることにより、遷移金属触媒の不存在下において且つ室温下での分子の運動性が抑制されるような条件下においても優れた酸素吸収性が発現することは、従来公知の技術からは全く予想外である。
例えば、特許文献4においては、ベンジル化合物(スチレン系重合体)により酸化を促進する樹脂としては炭素数が2〜8のオレフィンを重合してなるオレフィン系樹脂(ガラス転移温度は低く、室温での分子の運動性が高い)が使用されており、不飽和脂環構造化合物ではないばかりか、熱可塑性樹脂を基材樹脂として使用するものでもなく、さらには、遷移金属触媒の使用も必須である。即ち、特許文献4の先行技術においては、優れた酸素吸収性を確保するために、遷移金属触媒を使用し且つ室温下での分子の運動性を確保することが必要であり、遷移金属触媒の不存在下及び室温下での分子の運動性が抑制された条件での優れた酸素吸収性は、全く予想外である。
本発明において、酸素吸収成分(B)としての不飽和脂環構造化合物と、酸化促進成分(C)としてのベンジル化合物との組み合わせにより、遷移金属触媒の不存在下において及び室温下での分子の運動性が抑制された条件下において、優れた酸素吸収性が得られるという事実は多くの実験の結果、現象として見出されたものであり、その理由は明確に解明されるには至っていないが、本発明者等は、次のように推定している。
即ち、酸化促進成分(C)として使用されるベンジル化合物が分子中に有しているベンジル水素の結合解離エネルギーは、下記式に示されているように、309kJ/molであり、アリル水素(323kJ/mol)、3級炭素の水素(356kJ/mol)及びメチレン水素(415kJ/mol)等と比較しても著しく結合解離エネルギーが小さい。
Figure 0005870936
Figure 0005870936
Figure 0005870936
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従って、このベンジル化合物が有するベンジル水素が樹脂組成物の製造過程で容易に引き抜かれてラジカルを発生し、これがラジカル供給源となって酸素吸収成分(B)の不飽和脂環構造化合物にラジカルを供給し、該不飽和脂環構造化合物の酸化が促進されるものと思われるが、本発明においては、ベンジル水素が引き抜かれて発生するベンジル化合物のラジカルが酸素と結合し難いことに加えて、オレフィン系樹脂に比して酸素バリア性の高いポリエステル等の熱可塑性樹脂中に存在しており、このベンジル化合物のラジカルは酸化されずにラジカル供給源として安定に機能する。しかも、不飽和脂環構造化合物は極めて酸化されやすい。従って、ベンジル化合物のラジカルは酸化により消費されず、ラジカル供給源となって、不飽和脂環構造化合物のラジカルを効果的に生成せしめる。この結果、遷移金属触媒の不存在下においても、酸素との接触による不飽和脂環構造化合物の自動酸化が有効に促進され、また基材樹脂(A)としてガラス転移温度の高い包装グレードの熱可塑性樹脂が使用され、室温下での分子の運動性が抑制された条件下においても、不飽和脂環構造化合物の酸化が有効に促進され、いずれの場合においても優れた酸素吸収性が発現するものと考えられる。
本発明の酸素吸収性樹脂組成物は、これを用いて酸素バリア性の優れた包装容器を成形することができるばかりか、酸素吸収(酸化)によって異臭やフレーバー低下の原因となる低分子量の分解物を副生することがないため、容器内容物と接触する位置に、該樹脂組成物から形成された層を設けることもできる。即ち、低分子量の酸化分解物の副生が抑制されているため、かかる層が容器内容物と接触した場合にも、容器内容物のフレーバーが損なわれるおそれはない。
従って、本発明の酸素吸収性樹脂組成物を用いて包装容器を成形し、その酸素バリア性を高めるときには、器壁の設計の自由度が高められ、酸素吸収性樹脂組成物の層を任意の位置に設けた多層構造とすることが可能となるばかりか、この酸素吸収性樹脂組成物の層のみにより器壁が形成された単層構造とすることもできる。特に、単層構造の容器とした場合においても、優れた酸素吸収性により酸素バリア性を確保することができるため、容器の薄肉化や軽量化の実現に、本発明の酸素吸収性樹脂組成物は極めて有利である。
本発明の酸素吸収性樹脂組成物は、上述した説明から理解されるように、基材樹脂(A)(即ち、マトリックスとなる樹脂成分)が熱可塑性樹脂、最も好ましくはポリエステル樹脂であり、これに所定の酸素吸収成分(B)、酸化促進成分(C)が配合され、さらに、必要により、この種の樹脂組成物に配合されるそれ自体公知の配合剤が配合されているものである。
<基材樹脂(A)>
基材樹脂(A)としては、成形可能である限り、任意の熱可塑性樹脂を使用することができる。例えば、低密度ポリエチレン、高密度ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ1−ブテン、ポリ4−メチル−1−ペンテンあるいはエチレン、プロピレン、1−ブテン、4−メチル−1−ペンテン等のα−オレフィン同志のランダムあるいはブロック共重合体、環状オレフィン共重合体などのオレフィン系樹脂;エチレン・酢酸ビニル共重合体、エチレン・ビニルアルコール共重合体、エチレン・塩化ビニル共重合体等のエチレン・ビニル系共重合体;ポリスチレン、アクリロニトリル・スチレン共重合体、ABS、α−メチルスチレン・スチレン共重合体等のスチレン系樹脂;ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、塩化ビニル・塩化ビニリデン共重合体、ポリアクリル酸メチル、ポリメタクリル酸メチル等のビニル系樹脂;ナイロン6、ナイロン6−6、ナイロン6−10、ナイロン11、ナイロン12等のポリアミド樹脂;ポリエチレンテレフタレート(PET)、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、及びこれらの共重合ポリエステル等のポリエステル樹脂;ポリカーボネート樹脂;ポリフエニレンオキサイド樹脂;ポリ乳酸など生分解性樹脂;などを基材樹脂(A)として使用することができる。勿論、成形性が損なわれない限り、これらの熱可塑性樹脂のブレンド物を、基材樹脂(A)として使用することもできる。
特に容器等の包装材料として用いる場合には、ポリエステル樹脂やオレフィン系樹脂が好適であり、特に比較的低い成形温度で成形でき、後述する酸素吸収成分の熱劣化を少なくし、高いガスバリア性を確保できるという点で、ポリエステル樹脂が最適である。
このようなポリエステル樹脂は、少なくともフィルムを形成し得る分子量を有しているものであればよく、例えば、固有粘度(I.V.)が、0.6乃至1.40dl/g、特に0.63乃至1.30dl/gの範囲にある熱可塑性樹脂が基材樹脂(A)として使用される。特に、二軸延伸ブロー成形が可能であり且つ結晶化が可能なもの、例えば、ポリエチレンテレフタレート(PET)、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の熱可塑性樹脂や、これらの樹脂とポリカーボネートやアリレート樹脂等のブレンド物を用いることができる。
本発明においては、エステル反復単位の60モル%以上、好ましくは80モル%以上がエチレンテレフタレート単位である包装用グレードのPET系ポリエステルが特に好適であり、このような包装用グレードのPET系ポリエステルは、既に述べたように、ガラス転移点(Tg)が50乃至90℃、特に55乃至80℃と高く、さらに、その融点(Tm)が200乃至275℃程度の範囲にある。
また、上記のPET系熱ポリエステルとしては、ホモポリエチレンテレフタレートが最適であるが、エチレンテレフタレート単位の含有量が上記範囲内にある共重合ポリエステルも好適に使用することができる。
このような共重合ポリエステルにおいて、テレフタル酸以外の二塩基酸としては、イソフタル酸、フタル酸、ナフタレンジカルボン酸等の芳香族ジカルボン酸;シクロヘキサンジカルボン酸等の脂環族ジカルボン酸;コハク酸、アジピン酸、セバチン酸、ドデカンジオン酸等の脂肪族ジカルボン酸;等の1種又は2種以上の組み合わせを例示することができ、エチレングリコール以外のジオール成分としては、プロピレングリコール、1,4−ブタンジオール、ジエチレングリコール、1,6−ヘキシレングリコール、シクロヘキサンジメタノール、ビスフェノールAのエチレンオキサイド付加物等の1種又は2種以上が挙げられる。
尚、以下に述べる酸素吸収成分(B)を構成する酸無水物等に由来する二塩基酸成分が、エステル交換等により、上記の共重合成分としてはPET系ポリエステル中に導入されることもある。
<酸素吸収成分(B)>
本発明において、酸素を吸収する酸素吸収成分(B)としては、不飽和脂環構造を有する化合物が使用される。即ち、不飽和脂環構造を有する化合物は、これが酸素と接触したとき、環内の不飽和結合の部分が容易に酸化され、これにより、酸素が吸収され、酸素吸収性が発揮される。例えば芳香族環内の不飽和結合では、このような被酸化性は示さない。
また、不飽和脂環構造中の不飽和結合が酸化される場合、環の開裂を生じるに止まり、酸化によって低分子量の分解物(例えばケトンやアルデヒド)は副生しない。従って、このような不飽和脂環構造を有する化合物を酸素吸収成分(B)として使用することは、酸素吸収に際しての異臭を発生させず、従って、これを包装材料として使用し、例えば包装容器を成形したとき、容器内容物のフレーバー性を低下させることがないという利点をもたらす。即ち、この酸素吸収性樹脂組成物を用いて容器を成形したとき、この組成物からなる層を容器内容物と接触する側に配置することができるし、さらには、この組成物からなる層のみで(即ち単層構造)で容器を成形することができる。特に単層構造の容器としたときは、この層が優れた酸素吸収性により良好な酸素バリア性を示すため、容器壁の薄肉化が可能となり、容器の軽量化や省資源などの観点から極めて有利となる。
本発明において、上記のような不飽和脂環構造を有する化合物(不飽和脂環構造化合物)としては、メチルテトラヒドロインデン、5−エチリデン−2−ノルボルネン、5−メチレン−2−ノルボルネン、5−イソプロピリデン−2−ノルボルネン、5−ビニリデン−2−ノルボルネン、6−クロロメチル−5−イソプロペニル−2−ノルボルネン、ジシクロペンタジエン等があるが、本発明においては、特に下記式(1):
Figure 0005870936
式中、環Xは、1つの不飽和結合を有する脂肪族環であり、
Yは、アルキル基である、
で表わされる酸無水物、該酸無水物から誘導されるエステル、アミド、イミド又はジカルボン酸、及び該酸無水物に由来する構成単位を有する重合体からなる群より選択された少なくとも一種が好適に使用される。
上記の式(1)において、脂肪族環Xは、一つの不飽和結合を有する6員環、即ち、シクロヘキセン環であり、不飽和結合の位置は、3位及び4位の何れでもよいが、特に3位であることが被酸化性の観点から好適である。また、アルキル基としては、特に制限されないが、一般的には、合成上及び被酸化性の観点から、炭素数が3以下の低級アルキル基、特にメチル基が好ましく、その結合位置は、一般に3位或いは4位の何れでもよい。このような酸無水物は、アルキルテトラヒドロ無水フタル酸であり、無水マレイン酸とジエンとのディールスアルダー反応により得られ、それぞれ異性体の混合物の形態で得られ、その混合物のまま、酸素吸収成分(B)として使用することができる。
本発明において、上記酸無水物の最も好適な例としては、下記式(2)で表される3−メチル−Δ−テトラヒドロフタル酸無水物、及び下記式(3)で表される4−メチル−Δ−テトラヒドロフタル酸無水物を挙げることができる。
Figure 0005870936
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また、上記の酸無水物は、それ自体公知の方法で誘導体を形成し得るが、不飽和脂環構造が維持されている限り、このような誘導体を酸素吸収成分(B)として使用することができる。即ち、上記の酸無水物から誘導されるエステル、アミド、イミド、或いはジカルボン酸を酸素吸収成分(B)として使用することができる。
上記のエステルは、アルキルテトラヒドロ無水フタル酸等の酸無水物と各種アルコールと反応させて得られるエステルであり、エステル化に用いるアルコールとしては、特に制限されず、メチルアルコールやエチルアルコール等の脂肪族アルコールやフェノール等の芳香族アルコールの何れも使用することができる。さらにグリコール等の多価アルコールも使用することができる。この場合には、1分子中のアルコールの数に相当する数の不飽和脂環構造を導入することができる。
また、かかるエステルは、上記酸無水物の部分エステルであってもよい。
即ち、このようなエステルは、例えば下記式で表される。
R−O−OC−Z−CO−O−R
HOOC−Z−CO−O−R
或いは
HOOC−Z−CO−O−R−O−CO−Z−COOH
式中、Zは、酸無水物が有する不飽和脂環であり、
Rは、反応に用いたアルコールに由来する有機基である。
また、上記のアミドは、アルキルテトラヒドロ無水フタル酸等の酸無水物と各種アミン化合物と反応させて得られるものである。
用いるアミンは、特に制限されず、メチルアミン、エチルアミン、プロピルアミン等の脂肪族アミンや、フェニルアミン等の芳香族アミンの何れも使用することができ、酸無水物基を形成している2個のカルボニル基の内の一方がアミド化されたものであってもよいし、両方がアミド化されたものであってもよい。さらに、モノアミンに限定されず、ジアミン、トリアミン等の多価アミンも使用することができ、この場合には、1分子中のアミンの数に相当する数の不飽和脂環構造を導入することができる。
また、イミドは、上記のアミドを熱処理してイミド化したものであり、例えば、下記式;
HOOC−Z−CONH−R
或いは
HOOC−Z−CONH−R−CONH−Z−COOH
式中、Zは、酸無水物が有する不飽和脂環であり、
Rは、反応に用いたアミンに由来する有機基である、
で表されるアミドを熱処理することにより得られ、下記式;
Z−(CO)−N−R
或いは
Z−(CO)−N−R−N−(CO)−Z
式中、Z及びRは、上記と同じである、
で表される。
さらに、ジカルボン酸は、酸無水物が加水分解して酸無水物基が開裂したものであり、下記式で表される。
HOOC−Z−COOH
式中、Z及びRは、上記と同じである。
さらに、前述した酸無水物に由来する構成単位を有する重合体も、酸素吸収成分(B)として使用することができる。即ち、前述した式(1)で表される酸無水物は、ポリエステルを形成する二塩基酸成分として使用することができる。このような共重合ポリエステルは、分子鎖中に不飽和脂環構造を有しており、従って、所定の酸素吸収性(被酸化性)を示すため、酸素吸収成分(B)として使用することが可能となるわけである。特に、このような共重合ポリエステルは、基材樹脂(A)として用いるポリエステル樹脂との親和性が極めて高く、酸素吸収成分(B)を一様に分散させる上で極めて好適である。
このような酸素吸収成分(B)として使用し得る共重合ポリエステルの製造に使用する二塩基酸としては、テレフタル酸、イソフタル酸、コハク酸、アジピン酸が代表的であり、これらを、上記の酸無水物と共に、ジオール成分と重縮合させて共重合ポリエステルを製造することができる。この場合において、ジオール成分としては、例えば1,4−ブタンジオール、エチレングリコール、1,6−ヘキサンジオール、ネオペンチルグリコールなどが代表的である。
尚、かかる共重合ポリマーにおいて、上記の酸無水物は、全二塩基酸当り30乃至90モル%、特に50乃至80モル%の範囲とすることが好ましい。即ち、この共重合ポリマー中の酸無水物に由来する構成単位量が少ないと、その酸素吸収性が低いため、このポリエステル樹脂組成物中に多量に配合することが必要となってしまう。この結果、後述する酸化促進成分(C)も多量に配合することが必要となってしまい、基材樹脂(A)として用いる熱可塑性樹脂(特に、ポリエステル樹脂)の優れた特性が損なわれてしまう。例えばブロー成形等が困難となり、容器に成形することができなくなるおそれがある。また、酸無水物に由来する構成単位量が多すぎると、得られる共重合ポリエステルの物性が、基材樹脂(A)として使用され得るポリエステル樹脂に対して高い親和性を示すという利点が損なわれる。即ち、基材樹脂として使用され得るポリエステル樹脂(例えばPET)の物性と大きく異なってしまい、この共重合ポリエステル(酸素吸収成分(B))を均一に分散させることが困難となったり、或いは成形不良等を生じ易くなってしまう。
酸素吸収成分(B)として好適に使用し得る上記共重合ポリエステルの数平均分子量は、一般に、1000乃至1000000程度である。
また、本発明においては、特に透明性の観点からは、上述した種々の酸無水物誘導体の中でも低分子量のものが好適であり、例えば分子量が2000以下の各種誘導体が好適に使用される。
本発明において、上述した酸素吸収成分(B)の使用量は、十分な酸素吸収性が得られ且つ基材樹脂(A)として用いる熱可塑性樹脂、例えばポリエステル樹脂の成形性等の特性が損なわれないように設定される。その具体的な量は、その形態が様々であるため、厳密に規定することはできないが、一般的には、前記式(1)で表される酸無水物換算で、基材樹脂(A)100重量部当り、0.1乃至20重量部、特に0.5乃至5重量部の範囲が好適である。
<酸化促進成分(C)>
酸化促進成分(C)としては、ベンジル水素を有する化合物が使用される。即ち、ベンジル水素は引き抜かれやすく、例えば溶融混練等に際して引き抜かれ、酸素と反応し難い安定なラジカルを生成し、これがラジカル供給源となって前述した酸素吸収成分(B)のラジカルを生成せしめ、酸素と接触したときの酸素吸収成分(B)の酸化を促進するものである。
即ち、かかる成分(C)の使用により、遷移金属触媒を使用しない場合にも酸素吸収成分(B)の酸化が促進され、さらには、基材樹脂(A)としてガラス転移温度が高く、室温下での分子の運動性が抑制されている条件下においても、酸素吸収成分(B)の酸化が促進され、優れた酸素バリア性を確保することが可能となるのである。
このような化合物は、ベンジル水素、即ち、ベンジル基中のベンジル位に結合している水素原子を有する化合物であれば特に制限されないが、一般的には、前述した基材樹脂(A)を含む樹脂組成物中に容易に分散させることができるという観点から、重合体の形態を有していることが好ましい。具体的には、ベンジル水素を有しているスチレンを構成単位として有している重合体が酸化促進成分(C)として好適に使用される。
このようなスチレン系重合体としては、ポリスチレン、アクリロニトリル−スチレン共重合体、α−メチルスチレン−スチレン共重合体、スチレン−ジエン共重合体を例示することができる。また、スチレン−ジエン共重合体としては、スチレン−イソプレンブロック共重合体、スチレン−イソプレン−スチレントリブロック共重合体、スチレン−ブタジエンブロック共重合体、スチレン−ブタジエン−スチレントリブロック共重合体等が好適であり、さらに、水添スチレン−ジエン共重合体も使用することができる。
本発明においては、当然のことながら、上記のスチレン系重合体の中でもベンジル水素を多く含むスチレン系重合体が好適であり、例えば、ポリスチレンを含め、スチレンブロックを15モル%以上の量で含むスチレン系重合体が好適に使用される。
また、上記のスチレン系重合体は、基材樹脂(A)との分散性等の観点から、一般に数平均分子量が1000乃至1000000の範囲にあるものが好適である。
上述した酸化促進成分(C)は、その種類によっても異なるが、前述した酸無水物に換算した酸素吸収成分(B)100重量部当り、ベンジル水素を有するスチレンブロックの量が0.1乃至30重量部、特に0.5乃至5重量部の量で使用することが、優れた酸素吸収性を確保し、且つ基材樹脂(A)の成形性を損なわない点で望ましい。
<その他の配合剤>
上述した(A)〜(C)の成分を含有する本発明の酸素吸収性樹脂組成物は、その用途等に応じて、適宜、公知の配合剤を配合することができる。
例えば、酸素吸収性をさらに高めるために、この種の組成物に常用されている遷移金属触媒を使用することができる。
このような遷移金属触媒における遷移金属としては、鉄、コバルト、ニッケル、銅、銀、錫、チタン、ジルコニウム、バナジウム、クロム、マンガン等が代表的であり、特に前述した酸素吸収成分(B)の酸化を促進させ、酸素吸収性を高めるというためには、コバルトが最適である。このような遷移金属の触媒は、一般に、これら遷移金属の低価数の無機塩、有機塩或いは錯塩の形で使用される。その具体的な形態は公知であり、例えば特開2004−161796号等に詳細に記載されている。
尚、上記の遷移金属触媒の使用は、基材樹脂(A)の酸化劣化やそれに基づく強度低下、酸素バリア性の低下等の不都合をもたらし、また異臭の原因となる低分子量分解物の副生を伴うことがあるので、その使用は、このような不都合を無視できるような用途に制限すべきであり、また、使用する場合においても、その量を極力制限することが望ましい。例えば、この遷移金属触媒は、樹脂組成物基準で金属換算量で1000ppm以下、特に400ppm以下の量とするのがよく、全く配合しないことが最適であるのは言うまでもない。
さらに、本発明の樹脂組成物においては、それ自体公知のガスバリア性樹脂を配合することもできる。即ち、上述した酸素吸収成分(B)及び酸化促進成分(C)を含む樹脂組成物は、酸化によって酸素を吸収することにより酸素に対するバリア性を高めるという機能を有しているが、経時と共に、その酸素に対するバリア性は低下していく。このような不都合を有効に回避し、酸素バリア性に対する寿命を向上させるという観点から、このようなガスバリア性樹脂の使用は好適である。また、ガスバリア性樹脂の使用は、その他のガスに対するバリア性(例えば水蒸気や炭酸ガスなど)を向上させるという利点もある。
上記のようなガスバリア性樹脂としては、ナイロン6、ナイロン6・6、ナイロン6/6・6共重合体、ポリメタキシリレンジアジパミド(MXD6)、ナイロン6・10、ナイロン11、ナイロン12、ナイロン13等のポリアミド樹脂が代表的である。これらのポリアミドの中でも、末端アミノ基量が40eq/10g以上、特に50eq/10gを超えるポリメタキシリレンジアジパミドは、酸化劣化に対する耐性も高く、好適である。
また、ポリアミド樹脂以外のガスバリア性樹脂としては、エチレン−ビニルアルコール共重合体が代表的である。例えば、エチレン含有量が20乃至60モル%、特に25乃至50モル%のエチレン−酢酸ビニル共重合体を、ケン化度が96%以上、特に99モル%以上となるようにケン化して得られる共重合体ケン化物が、好適に使用される。
上記のようなガスバリア性樹脂は、フィルムを形成し得るに足る分子量を有していればよい。
また、本発明の樹脂組成物の優れた酸素吸収性や成形性等の特性を損なわない範囲で、種々の配合剤、例えば充填剤、着色剤、耐熱安定剤、耐候安定剤、酸化防止剤、老化防止剤、光安定剤、紫外線吸収剤、帯電防止剤、金属石鹸やワックス等の滑剤、改質用樹脂乃至ゴム等を適宜配合することもできる。
<酸素吸収性樹脂組成物の調製及び用途>
上述した酸素吸収性樹脂組成物は、一般的には前述した各成分を、非酸化性雰囲気中で、押出機等を用いて混練することにより調製されるが、一部の成分を予め混合しておき、残りの成分を後から混合する等の手段も採用することができる。
例えば、基材樹脂(A)の一部の熱可塑性樹脂を、二軸押出機を用いて脱気しながら酸素吸収性成分(B)及び酸化促進成分(C)と溶融混練してマスターバッチペレットを調製しておき、使用直前に、残りの熱可塑性樹脂を混練して成形に供することもできる。この場合、マスターバッチの調製に用いられる熱可塑性樹脂(基材樹脂(A))と後から混練する熱可塑性樹脂(基材樹脂(A))とが異なる物性を有するものであってもよく、このような手段を採用することにより、その用途に応じて物性を調整することができる。
また、遷移金属系触媒を用いる場合には、これを均質に配合するため、遷移金属触媒を適当な有機溶媒(例えばアルコール系、エーテル系、ケトン系、炭化水素系等の有機溶媒)に溶解させた溶液を調製し、この溶液を、押出機等の混練機中で他の成分と混合することが好適である。
本発明の酸素吸収性樹脂組成物は、酸素吸収性に優れ、しかも酸素吸収に際して異臭の原因となる低分子量分解物の副生を伴わないため、内容物の酸化劣化を防止し且つフレーバーを損なわないという点で、包装材の分野に極めて好適であり、例えばフィルム、シート、カップ、トレイ、ボトル、チューブ或いは蓋体等の形態で包装材として好適に使用される。また、粉末、フィルム、シート等の形態で密封包装容器内の酸素吸収の目的で使用することもできる。
また、本発明の酸素吸収性樹脂組成物は、酸素吸収に際して異臭の原因となる低分子量分解物の副生を伴わないことから、袋、カップ、ボトル、チューブ等の包装容器の成形に用いた場合、この樹脂組成物からなる層を容器内容物と接触する側に位置することができ、従って、この樹脂組成物からなる層のみで包装容器を形成せしめることができる。
このような単層構造の包装容器では、上記樹脂組成物からなる層の優れた酸素吸収による酸素バリア性を活かして、その容器壁を薄肉化することができ、容器の軽量化や省資源化、低コスト化を実現できる。
上記のような包装容器への成形は、それ自体公知の手段で行えばよく、例えば、上記の樹脂組成物を用いて押出成形等によりフィルムを成形し、得られたフィルムをヒートシールにより貼り合せることにより袋状の容器とすることができる。また、押出成形、射出成形等により、シート状或いは試験管状のプリフォームを成形し、これを、真空成形、張出成形、圧空成形、プラグアシスト成形、ブロー延伸成形等の二次成形に供することにより、カップ状、トレイ状、ボトル状の包装容器とすることができる。さらに、押出成形、射出成形、ダイレクトブロー成形等により、直接チューブ状の包装容器とすることもできる。
さらに、本発明の酸素吸収性樹脂組成物は、他の樹脂乃至樹脂組成物との組み合わせにより多層構造の包装容器とすることもできる。このような多層化により、酸素に対するバリア性を更に高めるばかりか、酸素以外の気体(例えば炭酸ガスや水蒸気)に対するバリア性を高め、さらには、酸素吸収性を長期間にわたって持続させることもできる。
このような多層構造の例としては、以下の層構成を例示することができる。
尚、以下の層構成において、以下の略号を使用した。
OAR:本発明の酸素吸収性樹脂組成物を用いて形成された酸素吸収層。
PET:ポリエチレンテレフタレート層;
PE:低、中或いは高密度ポリエチレン、直鎖低密度ポリエチレンまたは
線状超低密度ポリエチレンからなる層
PP:ポリプロピレンからなる層
COC:環状オレフィン樹脂の層:
GBAR:芳香族ポリアミド或いはエチレンビニルアルコール共重合体か
らなるガスバリア層
二層構造の例;
PET/OAR
三層構造の例;
PE/OAR/PET
PET/OAR/PET
GBAR/OAR/PET
PE/OAR/COC
四層構造;
PE/PET/OAR/PET
PE/OAR/GBAR/PET
PET/OAR/GBAR/PET
PE/OAR/GBAR/COC
PE/OAR/GBAR/PE
五層構造;
PET/OAR/PET/OAR/PET
PE/PET/OAR/GBAR/PET
PET/OAR/GBAR/COC/PET
PET/OAR/PET/COC/PET
PE/OAR/GBAR/COC/PET
PE/GBAR/OAR/GBAR/PE
PP/GBAR/OAR/GBAR/PP
六層構造;
PET/OAR/PET/OAR/GBAR/PET
PE/PET/OAR/COC/GBAR/PET
PET/OAR/GBAR/PET/COC/PET
PE/GBAR/OAR/PE/GBAR/PE
PP/EVOH/OAR/PP/GBAR/PP
七層構造;
PET/OAR/COC/PET/GBAR/OAR/PET
上記のような多層構造においては、ガスバリア樹脂層(GBAR)を含んでいる態様が、酸素吸収層(OAR)の酸素吸収性を長期間持続させる上で好適である。
また、上記の多層構造では、何れの側が容器の内面側或いは外面側に形成されていてもよい。
さらに、各層の間の接着性が不十分な場合には、適宜、不飽和カルボン酸で変性されたオレフィン系樹脂などの接着剤樹脂の層を間に介在させることも可能である。
このような多層構造の包装容器は、共押出や共射出等による多層化を利用して、前述した単層構造の場合と同様にして成形を行うことにより製造される。
本発明の酸素吸収性樹脂組成物からなる層を備えた包装容器は、その優れた酸素吸収性により優れた酸素バリア性を示すため、単層構造及び多層構造の何れの場合においても、ビール、ワイン、フルーツジュース、炭酸ソフトドリンク等の飲料や、果物、ナッツ、野菜、肉製品、幼児食品、コーヒー、ジャム、マヨネーズ、ケチャップ、食用油、ドレッシング、ソース類、佃煮類、乳製品、その他医薬品、化粧品、ガソリン等、酸素の存在で劣化を生じる種々の内容物を充填するための容器として、極めて好適である。
また、透明性にも優れているため、透明性の要求される用途にも好適に使用できる。
本発明を次の例によりさらに説明するが、本発明はこれらの実施例に規制されるものではない。
1.材料
次に実施例にて使用した材料を示す。
<基材樹脂(A)>
(A1):シクロヘキサンジメタノール含有ポリエチレンテレフタレート
樹脂(S2008:SKケミカル製)
(A2):ポリメタキシリレンジアジパミド(T−620:東洋紡製)
<酸素吸収成分(B)>
(B1):4−メチル−Δ3−テトラヒドロ無水フタル酸を45重量%お
よびcis−3−メチル−Δ4−テトラヒドロ無水フタル酸を2
1重量%含有するメチルテトラヒドロ無水フタル酸混合物(H
N−2200:日立化成製)
<酸化促進成分(C)>
(C1):ポリスチレン樹脂(トーヨースチロールGPHRM48N:東
洋スチレン製)
(C2):水添スチレン−ブタジエン−スチレントリブロック共重合体樹
脂(タフテックP2000:旭化成ケミカルズ製)
<遷移金属触媒>
遷移金属触媒1:ネオデカン酸コバルト
(DICNATE5000:大日本インキ化学工業製)
2.酸素吸収成分の合成
(合成例1)
攪拌装置、窒素導入管、ディーンスターク型水分離器を備えた300mlのセパラブルフラスコに酸素吸収成分として4−メチル−Δ3−テトラヒドロ無水フタル酸を45重量%含有するメチルテトラヒドロ無水フタル酸(HN-2200:日立化成製)を50g、アミン成分としてステアリルアミン(東京化成工業製)を72.5g仕込み、窒素雰囲気下120℃〜180℃で生成する水を取り除きながら約6時間反応させた。得られた反応液のIRスペクトルよりメチルテトラヒドロ無水フタル酸由来の1780cm−1のピークの消失と合成物のイミド基に由来する1708cm−1のピークの出現により合成を確認した。これを酸素吸収成分(B2)とする。
(合成例2)
アミン成分としてメタキシリレンジアミン(東京化成工業製)を18.4g用いた以外は合成例1と同様に合成を行い、酸素吸収成分(B3)を得た。
3.酸素吸収性樹脂ペレットの作成
バレル設定温度を200℃とした造粒設備付帯二軸押出機(TEM−35B:東芝機械(株)製)を用い、基材樹脂Aに各種構成成分を混合混練しストランド状に押出、樹脂組成ペレットを得た。構成成分の導入方法は、固体ペレット状のものはポリエステル樹脂とのドライブレンドにより、液状のものは液体フィーダー(モーノポンプ:兵神装備製)により押出機中途の開口部より添加した。
4.樹脂組成物の酸素吸収量の測定方法
種々の樹脂組成ペレットを凍結粉砕機で粉砕後定量し、内容量58mlの酸素不透過性容器[ハイレトフレックス:東洋製罐(株)製ポリプロピレン/スチール箔/ポリプロピレン製カップ状積層容器]に入れ、ポリプロピレン(内層)/アルミ箔/ポリエステル(外層)の蓋材でヒートシールし、23℃、50℃または80℃条件下で保存した。この容器内酸素濃度を経時日時においてマイクロガスクロマトグラフ装置(アジレント・テクノロジー社製;M200)にて測定し、酸素吸収量(cc/g)を算出した。
(実施例1)
基材樹脂A1に、酸素吸収成分B1を1重量%、酸化促進成分C1を10重量%配合した樹脂組成物ペレットを上記方法で作製し、樹脂組成物の酸素吸収量(cc/g)を算出した。その結果を表1に示す。
(実施例2)
基材樹脂A1に、酸素吸収成分B1を1重量%、酸化促進成分C1を20重量%配合した樹脂組成物ペレットを上記方法で作製し、樹脂組成物の酸素吸収量(cc/g)を算出した。その結果を表1に示す。
(実施例3)
基材樹脂A1に、酸素吸収成分B1を1重量%、酸化促進成分C2を20重量%配合した樹脂組成物ペレットを上記方法で作製し、樹脂組成物の酸素吸収量(cc/g)を算出した。その結果を表1に示す。
(実施例4)
基材樹脂A1に、酸素吸収成分B1を1重量%、酸化促進成分C2を20重量%、遷移金属触媒1を金属換算量で0.035重量%(350ppm)配合した樹脂組成物ペレットを上記方法で作製し、樹脂組成物の酸素吸収量(cc/g)を算出した。その結果を表1に示す。
(実施例5)
基材樹脂A1に、酸素吸収成分B2を10重量%、酸化促進成分C1を10重量%配合した樹脂組成物ペレットを上記方法で作製し、樹脂組成物の酸素吸収量(cc/g)を算出した。その結果を表2に示す。
(実施例6)
基材樹脂A1に、酸素吸収成分B2を10重量%、酸化促進成分C2を10重量%配合した樹脂組成物ペレットを上記方法で作製し、樹脂組成物の酸素吸収量(cc/g)を算出した。その結果を表2に示す。
(実施例7)
基材樹脂A1に、酸素吸収成分B3を10重量%、酸化促進成分C1を10重量%配合した樹脂組成物ペレットを上記方法で作製し、樹脂組成物の酸素吸収量(cc/g)を算出した。その結果を表2に示す。
(実施例8)
基材樹脂A2に、酸素吸収成分B2を10重量%、酸化促進成分C1を10重量%配合した樹脂組成物ペレットを上記方法で作製し、樹脂組成物の酸素吸収量(cc/g)を算出した。その結果を表2に示す。
(比較例1)
基材樹脂A1に、酸素吸収成分B1を1重量%配合した樹脂組成物ペレットを上記方法で作製し、樹脂組成物の酸素吸収量(cc/g)を算出した。その結果を表1に示す。
(比較例2)
基材樹脂A1に、酸化促進成分C1を10重量%配合した樹脂組成物ペレットを上記方法で作製し、樹脂組成物の酸素吸収量(cc/g)を算出した。その結果を表1に示す。
(比較例3)
基材樹脂A1に、酸素吸収成分B2を10重量%配合した樹脂組成物ペレットを上記方法で作製し、樹脂組成物の酸素吸収量(cc/g)を算出した。その結果を表2に示す。
(比較例4)
基材樹脂A1に、酸素吸収成分B3を10重量%配合した樹脂組成物ペレットを上記方法で作製し、樹脂組成物の酸素吸収量(cc/g)を算出した。その結果を表2に示す。
(比較例5)
基材樹脂A1に、酸化促進成分C2を10重量%配合した樹脂組成物ペレットを上記方法で作製し、樹脂組成物の酸素吸収量(cc/g)を算出した。その結果を表2に示す。
(比較例6)
基材樹脂A2に、酸素吸収成分B2を10重量%配合した樹脂組成物ペレットを上記方法で作製し、樹脂組成物の酸素吸収量(cc/g)を算出した。その結果を表2に示す。
Figure 0005870936
Figure 0005870936

Claims (6)

  1. 熱可塑性樹脂からなる基材樹脂(A)と共に、不飽和脂環構造を有する化合物からなる酸素吸収成分(B)と、該酸素吸収成分(B)の酸化を促進するための酸化促進成分(C)としてベンジル水素を有する化合物とを含有しており、
    前記酸素吸収成分(B)が、下記式(1):
    Figure 0005870936
    式中、環Xは、1つの不飽和結合を有する脂肪族環であり、
    Yは、アルキル基である、
    で表わされる酸無水物、該酸無水物から誘導されるエステル、アミド、イミド又はジカルボン酸、及び該酸無水物に由来する構成単位を有する重合体からなる群より選択された少なくとも一種であることを特徴とする酸素吸収性樹脂組成物。
  2. 前記基材樹脂(A)がポリエステル樹脂である請求項1に記載の酸素吸収性樹脂組成物。
  3. ベンジル水素を有する化合物が、スチレン系重合体である請求項1に記載の酸素吸収性樹脂組成物。
  4. 請求項1に記載の酸素吸収性樹脂組成物からなる少なくとも一つの層が器壁中に形成されていることを特徴とする包装容器。
  5. 前記酸素吸収性樹脂組成物からなる層が、容器内容物と接する位置に形成されている請求項に記載の包装容器。
  6. 前記酸素吸収性樹脂組成物からなる層のみから容器壁が形成されている請求項に記載の包装容器。
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