JP6746911B2 - エチレン−ビニルエステル系共重合体ケン化物組成物ペレットおよびその製造方法 - Google Patents
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Description
また、特許文献1の比較例1では、乾燥EVOH樹脂と無機微粒子の水分散液を配合した場合、水分の発泡により、サンプリングできなかったと記載されていることから、水分を除去する方法として、通常のベント口を用いると、脱水が不充分であったことがわかる。
そして、上記高結晶化度のEVOH樹脂組成物は、EVOH樹脂(A)、無機化合物(B)、及び水(C)を、スクリュー式サイドフィーダーを備えた押出機にて、上記サイドフィーダーを駆動しながら溶融混練し、その溶融混練状態で、上記サイドフィーダーからのEVOH樹脂組成物の漏出を抑制しながら水蒸気を排出し、含水率を5重量%未満にすることにより得られ、上記の課題を解決することができること見出し、本発明を完成するに至った。
特許文献2は、原材料投入口等を開放して水分を蒸発させるので、混練部での水分量が不足し、無機物の分散性が低下するために、結晶化が低いと考えられる。
特許文献3は、乾燥状態の粘土鉱物を配合して混練するので、粘土鉱物の分散性は良好でないために、結晶化が低いと考えられる。
また、無機化合物(B)の含有量が、EVOH樹脂(A)100重量部に対して、0.1〜100重量部であるEVOH樹脂組成物を第2の要旨とする。
また、上記混練装置が、上記スクリュー式サイドフィーダーを、その混練装置の混練部よりも前方(吐出口側)の位置に設けているEVOH樹脂組成物の製造方法を第4の要旨とする。
特に、上記混練装置が、スクリュー式サイドフィーダーよりも前方の位置に、さらにエチレンービニルエステル共重合体ケン化物組成物の水分を排出する手段を有するEVOH樹脂組成物の製造方法を第5の要旨とする。
そして、かかるEVOH樹脂組成物の製造方法は、EVOH樹脂(A)、無機化合物(B)、及び水(C)を、スクリュー式サイドフィーダーを備えた押出機にて、上記サイドフィーダーを駆動しながら溶融混練し、その溶融混練状態で、上記サイドフィーダーからのEVOH樹脂組成物の漏出を抑制しながら水蒸気を排出して含水率を5重量%未満とするものである。
本発明で用いるEVOH樹脂(A)は、通常、エチレンとビニルエステル系モノマーとの共重合体(エチレン−ビニルエステル系共重合体)をケン化させることにより得られる樹脂であり、非水溶性の熱可塑性樹脂である。重合法は、例えば、溶液重合、懸濁重合、エマルジョン重合を用いて行うことができるが、一般的にはメタノールを溶媒とする溶液重合が用いられる。
このようにして製造されるEVOH樹脂(A)は、エチレン由来の構造単位とビニルアルコール構造単位を主とし、ケン化されずに残存した若干量のビニルエステル構造単位を含む。
また、上記方法により含水率を調整した後、無機化合物(B)、及び水(C)と溶融混練される前に、必要に応じて、乾燥処理(熱風乾燥、誘電加熱乾燥、マイクロ波照射乾燥等)を行って含水率の(再)調整を行うこと、或いは上記ペレットの表面付着水除去操作を事前に行うことも、混練安定性の点で好ましい。
本発明で用いる無機化合物(B)について説明する。
無機化合物(B)としては、水に分散可能なものが用いられ、例えばガラス繊維、ガラスフレーク、ガラスビーズなどのガラス系フィラー、ゼオライト、炭酸カルシウム、アルミナ、酸化チタン、二酸化ケイ素、チタン酸カリウム、ワラストナイト、酸化亜鉛、硫酸バリウム、カーボンファイバーおよび無機層状化合物等があげられる。これらは単独でもしくは2種以上併せて用いられる。
さらに、コストや入手の容易さの観点から、カオリナイトを使用することが望ましい。
また、本発明で用いられる一例のカオリナイトの表面積(B.E.T.m2/g)は、通常1(B.E.T.m2/g)以上、好ましくは3(B.E.T.m2/g)以上、特に好ましくは5(B.E.T.m2/g)以上である。この場合、上限は通常80(B.E.T.m2/g)である。かかる表面積が小さすぎると、水分散液における分散安定性が低下する傾向がある。
本発明で用いる水(C)としては、例えば蒸留水、イオン交換水、上水を用いることができる。
例えば、(1)EVOH樹脂(A)と無機化合物(B)水分散液を予めブレンドした混合物を供給する方法、(2)EVOH樹脂(A)と無機化合物(B)水分散液を直接供給する方法、(3)EVOH樹脂(A)を供給し、溶融状態としたのちに、無機化合物(B)水分散液を供給する方法等を挙げることができる。上記(3)の方法を行うに当っては、上記水分散液を、重力を利用して供給すること、或いは圧力をかけて供給することも可能である。
本発明の製造方法においては、上記の如き、EVOH樹脂(A)、無機化合物(B)、及び水(C)を、スクリュー式サイドフィーダーを備えた押出機にて、上記サイドフィーダーを駆動しながら溶融混練し、その溶融混練状態で、上記サイドフィーダーからのEVOH樹脂組成物の漏出を抑制しながら上記サイドフィーダーから水蒸気を排出して含水率を5重量%未満とし、結晶化度36%以上のEVOH樹脂組成物を得ることを特徴とするものである。以下、かかる溶融混練について説明する。
かかる含有量が少なすぎるとガスバリア性の改善効果が少ない傾向があり、一方で、多すぎると、フィルム等の成形物の外観が低下する傾向がある。
また、用いる装置は、EVOH樹脂(A)及び無機化合物(B)の種類、性質、形状等によって適宜選択すればよく、通常は工業的に広く用いられている一軸押出機または二軸押出機等の押出機が好適に用いられ、特に樹脂中の無機化合物の分散性の観点から、二軸押出機が好ましい。
すなわち、上記二軸押出機は、シリンダと、そのシリンダ内部に配置されるスクリューとを備えており、本発明の一実施形態の説明を容易にするために、図1(a)に上記シリンダ、図1(b)に上記スクリュー(スクリュー構成I)を並べて示す。まず、二軸押出機の原料供給部1からEVOH樹脂(A)を供給する。供給されたEVOH樹脂(A)は、フルフライトスクリュー部5aにて、バレル(図示せず)より熱を与えられながら前方(図示右方向)へと送られ、混練部6aにおいて混練されて溶融ないし半溶融状態となる。溶融ないし半溶融状態となった樹脂は、フルフライトスクリュー部5bによって、シールリング7aを経てフルフライトスクリュー部5cへと送られたのち、分散液圧入部2より、無機化合物(B)の水分散液が添加される。次いで、EVOH樹脂(A)と無機化合物(B)の分散液は混練部6bに送られ、混練されてからフルフライトスクリュー部5dに送られ、スクリュー式サイドフィーダー3から水蒸気が放出されたのちに、シールリング7bを経てフルフライトスクリュー部5eに送られ、真空ベント4から水蒸気がさらに放出されてEVOH樹脂(A)と無機化合物(B)分散液との混練物の含水率が調整される。そして、吐出口8からEVOH樹脂組成物が吐出される。
なお、シールリング7aは後方(図示左方向)への水逆流抑止のため使用され、シールリング7bは前方への水抜け抑止のため使用されているが、これらシールリング7a,7bがなくても混練部6a,6b等で上記混練物が充満され、安定して製造が可能であれば特に必要ではない。後方へ水が逆流した場合、原料供給部1にてEVOH樹脂(A)同士が固着、凝集し、原料であるEVOH樹脂(A)を安定して供給することができなくなる恐れがある。一方で、前方へ水抜けがあった場合、得られるEVOH樹脂組成物の含水率が高くなり、乾燥後の溶融成形(押出成形、射出成形等)時に発泡等のトラブルが発生する恐れがある。
したがって、前記スクリュー式サイドフィーダー3は、常に押出機内に確実に原料を押戻すため、同方向回転の二軸スクリューを用いた装置を用いるのがよい。
スクリュー式サイドフィーダー3は、押出機の側面に穴を開けて接続するため、スクリュー式サイドフィーダー3の内径を押出機の内径よりも大きくすることは事実上不可能である。また、スクリュー式サイドフィーダー3の内径が小さすぎても水蒸気の排出量が少なくなるため好ましくない。
上記に示した脱水手段は、単独で用いてもよいが、同一種類のものを複数用いてもよい。あるいは異なる種類のものを組み合わせて用いてもよい。例えば、スクリュー式サイドフィーダー3を用いて水分を除去してから、その前方側でベント口からさらに水分を除去すると合理的に脱水できる。
二軸押出機のL/Dは、20以上(更には30以上)が好ましく、かかるL/Dが低すぎると、混練時間が短く、EVOH樹脂(A)中の無機化合物(B)の分散性が低下する傾向がある。
更には、押出機とダイス入り口の間にメッシュ状のスクリーンを1枚以上(特に2枚以上)設けることも異物除去と樹脂圧力安定化(押出の安定化)のため好ましく、更に、押出し安定性を考慮すれば、同じくギヤポンプや熱交換器等を設けることも好ましい。
例えば、(1)EVOH樹脂(A)と無機化合物(B)水分散液を予めブレンドした混合物を上記押出機のホッパーに供給する方法、(2)EVOH樹脂(A)と無機化合物(B)水分散液を直接上記押出機のホッパーに供給する方法、(3)EVOH樹脂(A)を上記押出機のホッパーに供給すると共に無機化合物(B)水分散液を上記押出機のバレルの一部から供給する(サイドフィード)方法等を挙げることができる。上記(3)の方法を行うに当っては、上記水分散液をベント口から、重力を利用して供給すること、或いは圧力をかけて供給することも可能である。
一方で、樹脂混練部6bにて、EVOH樹脂組成物の含水量が多すぎる場合、EVOH樹脂組成物粘度が低下して二軸スクリューによる応力がかかりにくくなるため、分散効率が低下することがある。このため、図2(a),(b)に示すように、スクリュー式サイドフィーダー3にて水分率を低下させて樹脂粘度を高くしたあと、さらに混練部6bの前方に新たに混練部6cを設けることも好適である。
水分の逆流を抑制する方法としては、例えば、(1)シールリングなどのせき止め効果のあるスクリューエレメントを使用してもよいし、(2)混練部を設けてもよいし、(3)フルフライトスクリュー部のピッチを狭くするなどしてEVOH樹脂組成物の滞留時間を増加させ、EVOH樹脂組成物の充満率を向上して、EVOH樹脂組成物そのものにより水分をせき止めてもよい。
さらに、前方への水抜けを抑止するために、スクリュー式サイドフィーダー3は、水分の水抜けを抑止しうるスクリューエレメント部の後方にあってもよい。
すなわち、スクリュー式サイドフィーダー3は、上記シールリング、混練部、ピッチを狭くしたフルフライトスクリュー部などの、水分をせき止める効果のあるスクリューエレメントの間にあることが望ましい。
また、ベント等の脱水手段を併用してもよい。ベント等を併用する場合、樹脂組成物のベントアップを防止するため、スクリュー式サイドフィーダー3の前方に設置することが好ましい。
(測定方法)
アルミカップに上記樹脂組成物を10gとり、アルミカップ単体、及び上記樹脂組成物を入れたアルミカップ其々の重量を測定した。そして、上記樹脂組成物を入れたアルミカップを窒素置換、真空引きがなされていない市販の乾燥機(タバイエスペック株式会社製、「SAFETY OVEN SPH−100」)にて150℃、5時間加熱処理を行った。加熱処理後に、乾燥機より上記樹脂組成物を入れたアルミカップを取り出し、乾燥剤の入ったデシケーター内にて30分間静置し、加熱処理後の上記樹脂組成物を入れたアルミカップの重量を測定した。
(算出方法)
含水率(重量%)=〔(加熱処理前の樹脂組成物を入れたアルミカップの重量)−(加熱処理後の樹脂組成物を入れたアルミカップの重量)〕/〔(加熱処理前の樹脂組成物を入れたアルミカップの重量)−(アルミカップの重量)〕 ×100
そして、上記結晶化度は、つぎのようにして測定される。すなわち、X線回折法により、樹脂組成物にX線を照射し、得られる回折情報から、非晶に由来する散乱領域と結晶に由来する散乱領域とを分け、全散乱強度に対する結晶散乱強度の比として計算する。
(算出方法)
結晶化度(%)=結晶由来散乱強度/(結晶由来散乱強度+非晶由来散乱強度)×100
このときの、オレフィン系重合体に含有される不飽和カルボン酸又はその無水物の量は、0.001〜3重量%が好ましく、更に好ましくは0.01〜1重量%、特に好ましくは0.03〜0.5重量%である。上記変性物中の変性量が少ないと、接着性が不充分となることがあり、逆に多いと架橋反応を起こし、成形性が低下することがある。またこれらの接着性樹脂には、本発明の製造方法で得られた樹脂組成物や他のEVOH樹脂、ポリイソブチレン、エチレン−プロピレンゴム等のゴム・エラストマー成分、更にはb層の樹脂等をブレンドすることも可能である。特に、接着性樹脂の母体のポリオレフィン系樹脂と異なるポリオレフィン系樹脂をブレンドすることにより、接着性が向上することがあり有用である。
尚、例中「部」とあるのは、重量基準を意味する。
[無機化合物(B)の水分散液の製造]
カオリン〔Imerys社製、「DB−KOTE」 [平均粒子径:0.77(μm)、表面積:10(B.E.T.m2/g)、表面処理:なし] 〕20部と蒸留水80部を容器に投入し、シリコン製泡だて器を用いて、室温下、カオリンの凝集物がなくなるまで撹拌することによって、カオリンの水分散液(固形分濃度:20%)を得た。
含水率0.2%のEVOH樹脂(A)[エチレン含有量29モル%、ケン化度99.8モル%]100部を、スクリュー構成I、分散液圧入部2、スクリュー式サイドフィーダー3、真空ベント4を付属した二軸押出機〔L/D=56、32mmφ、図1(a),(b)〕の原料供給部1より投入し、温度230℃にてEVOH樹脂を溶融状態にした後、上記で得られた無機化合物(カオリン)(B)の水分散液(固形分濃度:20%)50部を分散液圧入部2より連続的に圧入し、混練した(スラリー法)。混練後のEVOH樹脂組成物をストランド状に水槽中に押出し、ペレタイザーで切断することによって、結晶化度39.8%で、含水率0.2%のEVOH樹脂組成物ペレットを作製した。上記結晶化度および含水率は前述の方法に従い測定した。
なお、スクリュー式サイドフィーダー3は、L/D=8.3、スクリュー内径=28mmφのものを、室温(25℃)下、大気解放状態で使用した。スクリュー式サイドフィーダースクリューの回転数は、100rpmであった。
ここで、ポリエチレンとしては、日本ポリエチレン社製「NovatecLL UF421」を使用した。引き取り速度は8m/minだった。
得られた多層フィルムを、酸素ガス透過量測定装置(モコン社製、「OX−TRAN 2/21」)を用いて、OTR(酸素透過度、20℃、内部80%RH、外部80%RH)を測定した。
なお、カオリン1%あたりのOTR改善率は、以下の式より求めた。
カオリン1%あたりのOTR改善率=〔得られたフィルムのOTR[cc.20um/m2.day.atm]−EVOH樹脂(A)を用いて得られたフィルム(後で述べる参考例1のフィルム)のOTR[cc.20um/m2.day.atm]〕÷組成物中のカオリン濃度(%)
得られた多層フィルムの外層及び内層を剥離することにより、EVOH樹脂の単層フィルム(縦10cm×横10cm×厚み10μm)を作製した。この単層フィルムにおけるカオリン(無機化合物)の凝集物(大きさ200μm以上)の個数を、デジタルマイクロスコープ(HIROX社製、「KH−1300」)を用いて確認しながらカウントした。そして、試料(単層フィルム)3個の平均値を下記の表1に示す。その平均値が低い程、カオリンの分散性に優れていることを示している。
実施例1において、無機化合物(B)として、カオリン〔Imerys社製、「Amlok321」[平均粒子径:0.3(μm)、表面積:22−26(B.E.T.m2/g)、表面処理:アミノシラン]〕を使用した以外は、実施例1と同様にEVOH樹脂組成物ペレットを製造し(スラリー法)、同様に評価した。なお、得られたEVOH樹脂組成物ペレットの結晶化度は37.7%、含水率は0.5%だった。その結果を表1に示す。
実施例1において、無機化合物(B)として、カオリン〔Imerys社製、「EckaliteED」[平均粒子径:0.32(μm)、表面積:21(B.E.T.m2/g)、表面処理:なし]〕を使用した以外は、実施例1と同様にEVOH樹脂組成物ペレットを製造し(スラリー法)、同様に評価した。なお、得られたEVOH樹脂組成物ペレットの結晶化度は40.0%、含水率は0.3%だった。その結果を表1に示す。
実施例1において、二軸押出機のスクリュー構成として、スクリュー構成Iの代わりに、図2(b)に示すスクリュー構成IIを使用した以外は、実施例1と同様にEVOH樹脂組成物ペレットを製造し(スラリー法)、同様に評価した。なお、得られたEVOH樹脂組成物ペレットの結晶化度は38.8%、含水率は0.2%だった。また、樹脂組成物の押出機中での滞留時間は220秒だった。その結果を表1に示す。
実施例1において、無機化合物(B)の水分散液として、固形分濃度を11%とした以外は、実施例1と同様にEVOH樹脂組成物ペレットを製造し(スラリー法)、同様に評価した。なお、得られたEVOH樹脂組成物ペレットの結晶化度は37.8%、含水率は0.2%だった。その結果を表1に示す。
実施例1において、スクリュー式サイドフィーダー3を用いない以外は、実施例1と同様にEVOH樹脂組成物の製造を試みたが、製造できなかった。その結果を表1に示す。
実施例1において、スクリュー式サイドフィーダー3と真空ベント4を用いない以外は、実施例1と同様にEVOH樹脂組成物の製造を試みたが、製造できなかった。その結果を表1に示す。
[EVOH樹脂組成物の製造]
含水率0.2%のEVOH樹脂(A) [エチレン含有量29モル%、ケン化度99.8モル%]88部と、カオリン〔Imerys社製、「DB−KOTE」 [(平均粒子径:0.77(μm)、表面積:10(B.E.T.m2/g)、表面処理:なし]〕12部を、ブレンダーにより予備混合して予備混合物を調製した。つぎに、上記予備混合物100部をスクリュー構成I、分散液圧入部2、スクリュー式サイドフィーダー3、真空ベント4を付属した二軸押出機〔L/D=56、32mmφ、図1(a),(b)〕の原料供給部1より投入し、温度230℃にて予備混合物を混練した(ドライブレンド法)。混練後のEVOH樹脂組成物をストランド状に水槽中に押出し、ペレタイザーで切断することによって、結晶化度35.7%で、含水率0.2%のEVOH樹脂組成物ペレットを作製した。上記結晶化度および含水率は前述の方法に従い測定した。
なお、スクリュー式サイドフィーダー3は、L/D=8.3、スクリュー内径=28mmφのものを、室温(25℃)下、大気解放状態で使用した。スクリュー式サイドフィーダースクリューの回転数は、100rpmであった。
カオリン〔Imerys社製、「Amlok321」[平均粒子径:0.3(μm)、表面積:22−26(B.E.T.m2/g)、表面処理:アミノシラン]〕を使用した以外は、比較例3と同様にEVOH樹脂組成物ペレットを製造し(ドライブレンド法)、同様に評価した。なお、得られたEVOH樹脂組成物ペレットの結晶化度は20.6%、含水率は0.2%だった。その結果を表1に示す。
カオリン〔Imerys社製、「EckaliteED」[平均粒子径:0.32(μm)、表面積:21(B.E.T.m2/g)、表面処理:なし]〕を使用した以外は、比較例3と同様にEVOH樹脂組成物ペレットを製造し(ドライブレンド法)、同様に評価した。なお、得られたEVOH樹脂組成物ペレットの結晶化度は31.4%、含水率は0.2%だった。その結果を表1に示す。
実施例1において、無機化合物を用いなかった。それ以外は、実施例1と同様にしてEVOH樹脂フィルムを作製し、同様に評価した。
2:分散液圧入部
3:スクリュー式サイドフィーダー
4:真空ベント
5a、5b、5c、5d、5e:フルフライトスクリュー部
6a、6b、6c:混練部
7a、7b:シールリング(7aは後方への水逆流抑止、7bは前方への水抜け抑止のために使用)
Claims (5)
- エチレン−ビニルエステル系共重合体ケン化物(A)および無機化合物(B)を含有し、含水率が5重量%未満であるエチレン−ビニルエステル系共重合体ケン化物組成物ペレットであって、結晶化度が36%以上であることを特徴とするエチレン−ビニルエステル系共重合体ケン化物組成物ペレット。
- 無機化合物(B)の含有量が、エチレン−ビニルエステル系共重合体ケン化物(A)100重量部に対して、0.1〜100重量部であることを特徴とする請求項1記載のエチレン−ビニルエステル系共重合体ケン化物組成物ペレット。
- エチレン−ビニルエステル系共重合体ケン化物(A)、無機化合物(B)、及び水(C)を、スクリュー式サイドフィーダーを備えた混練装置に投入する工程と、上記スクリュー式サイドフィーダーを駆動しながら溶融混練することにより、上記スクリュー式サイドフィーダーからのエチレン−ビニルエステル系共重合体ケン化物組成物の漏出を抑制しながら上記スクリュー式サイドフィーダーから水蒸気を排出して含水率を5重量%未満とし、結晶化度36%以上のエチレン−ビニルエステル系共重合体ケン化物組成物を得る工程とを備えたことを特徴とするエチレン−ビニルエステル系共重合体ケン化物組成物ペレットの製造方法。
- 上記混練装置が、上記スクリュー式サイドフィーダーを、その混練装置の混練部よりも前方の位置に設けていることを特徴とする請求項3記載のエチレン−ビニルエステル系共重合体ケン化物組成物ペレットの製造方法。
- 上記混練装置が、スクリュー式サイドフィーダーよりも前方の位置に、さらにエチレン−ビニルエステル系共重合体ケン化物組成物の水分を排出する手段を有することを特徴とする請求項3または4記載のエチレン−ビニルエステル系共重合体ケン化物組成物ペレットの製造方法。
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