JP7179580B2 - ポリオレフィン系樹脂用防曇剤及びその利用 - Google Patents
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Description
従来、これらのトラブルを防ぐために、ポリオレフィン樹脂中に帯電防止剤(各種界面活性剤)を練り込み、静電気によるトラブルを防ぐことが行われてきた。この場合、いわゆる練り込み型帯電防止剤では、帯電防止剤が逐次表面に移行(ブリード)し、表面に導電膜を形成することにより、帯電防止効果を発現するものと推測されている。
しかしながら、食品包装用フィルムなどでは表面上の防曇剤と食品の接触による健康上の問題が懸念されるため、近年、EUや中国で防曇剤などの樹脂添加剤に対し添加量制限や溶出量制限の規制が制定され始めており、より安全な添加剤で防曇性の効果を付与させることが求められている。
これら問題を解決するために、特許文献1では、グリセリンモノ脂肪酸エステル、ジグリセリン脂肪酸エステルおよびアルキルジエタノールアミンの3成分からなる防曇剤が提案されている。しかし、この防曇剤では、帯電防止性、防曇性が一時的に発現するものの、時間経過によりブリード過多となることで、防曇剤成分がフィルム表面で凝集を起こし、防曇性や透明性の低下が懸念され、長期の防曇性や透明性の維持が求められる食品包装用フィルム等に対しては問題があった。
また特許文献2では特定な組成を持つジグリセリン脂肪酸エステルとソルビタン脂肪酸エステルおよび/またはポリオキシアルキレンソルビタン脂肪酸エステルからなる防曇剤が提案されている。しかし、この防曇剤では長期に渡り透明性は維持されるものの、ポリオレフィン樹脂に対して相溶性が低いため、防曇性にムラがあるなど防曇剤としてはまだ不十分であった。
すなわち、本発明のポリオレフィン系樹脂用防曇剤は、グリセリン脂肪酸エステル成分(A)と、多価アルコール脂肪酸エステルのアルキレンオキサイド付加物である成分(B)と、脂肪族アミンのアルキレンオキサイド付加物及び脂肪族アルコールから選ばれる少なくとも1種である成分(C)と、を含む防曇剤であって、前記防曇剤の水酸基価(OHv)とケン化価(Sv)との比率(OHv/Sv)が1.47以下であり、前記成分(A)がグリセリンモノ脂肪酸エステル(A-1)及びグリセリンジ脂肪酸エステル(A-2)を含み、前記エステル(A-1)と前記エステル(A-2)の重量比(A-1/A-2)が20/80~70/30の範囲にあり、前記成分(A)を構成する脂肪酸残基が炭素数8~14であるグリセリン脂肪酸エステル(A-3)及び前記成分(A)を構成する脂肪酸残基が炭素数16~22であるグリセリン脂肪酸エステル(A-4)を含み、前記エステル(A-3)と前記エステル(A-4)の重量比(A-3/A-4)が10/90~80/20であり、前記成分(C)が下記一般式(1)又は下記一般式(2)で示される防曇剤である。
前記防曇剤の含有率がポリオレフィン系樹脂に対して0.1~20重量%であると好ましい。
本発明のポリプロピレンフィルムであると好ましい。
成分(A)は、グリセリン脂肪酸エステルである。本発明に使用される防曇成分のうちで防曇性を付与する効果、防曇成分全体のブリードアウトを促進させる効果および防曇剤の樹脂への相溶性を上げる効果を有する成分である。
グリセリン脂肪酸エステルとしては、グリセリンモノ脂肪酸エステル(A-1)、グリセリンジ脂肪酸エステル(A-2)、グリセリントリ脂肪酸エステルが挙げられる。前記エステル(A-1)は主に防曇性を付与するとともに防曇成分全体のブリードアウトを促進させる成分であり、前記エステル(A-2)は主に防曇剤の樹脂への相溶性を上げる成分である。
前記成分(A)を構成する脂肪酸残基が炭素数8~14であるグリセリン脂肪酸エステル(A-3)及び前記成分(A)を構成する脂肪酸残基が炭素数16~22であるグリセリン脂肪酸エステル(A-4)を含む。
前記エステル(A-3)は主に防曇性を付与させる成分であり、前記エステル(A-4)は主に防曇剤の樹脂への相溶性を向上させる成分である。
成分(B)は、多価アルコール脂肪酸エステルのアルキレンオキサイド付加物である。成分(B)は防曇剤のブリード調整剤としての効果を有する成分である。
前記成分(B)が、ソルビタン脂肪酸エステルのアルキレンオキサイド付加物、ひまし油化合物のアルキレンオキサイド付加物及びグリセリン脂肪酸エステルのアルキレンオキサイド付加物から選ばれる少なくとも1種からなり、オキシアルキレン基の繰り返し単位が1~30であると、防曇剤のブリード調整と樹脂への相溶性のバランスの観点から好ましく、5~25であるとより好ましく、10~20であるとさらに好ましい。オキシアルキレン基が1未満の場合、成分(B)の分子量が小さくなりブリード調整剤としての効果が小さくなる可能性があり、30を超えると樹脂との相溶性が低下し混ざりにくくなる恐れがある。オキシアルキレン基としては、本願効果を発揮する観点から、オキシエチレン基が好ましい。
グリセリン脂肪酸エステルのアルキレンオキサイド付加物を構成するアルキレンオキサイド基としては、エチレンオキシド基もしくはプロピレンオキシド基が挙げられ、1種または2種から構成されても良い。
成分(C)は、凝集防止剤であり、樹脂組成物の表面で防曇剤成分が凝集や結晶化することを抑制する成分である。成分(C)を含まない場合は、樹脂組成物の表面で防曇剤成分が凝集や結晶化が起こり、防曇性や透明性の低下が起こる可能性がある。
成分(C)としては、脂肪族アミンのアルキレンオキサイド付加物及び脂肪族アルコールから選ばれる少なくとも1種が挙げられる。
前記成分(C)が上記一般式(1)又は上記一般式(2)で示されると、(A)成分および(B)成分との相溶性やブリードの速度の観点から好ましい。
AOはエチレンオキシド基もしくはプロピレンオキシド基が挙げられ、1種または2種から構成されても良く、nおよびmは0以上でn+m=2~3を満足する数である。
式(2)中、R2はアルキル基、アルケニル基、アルカジエニル基またはアルキニル基であり、その炭素数は8~22であり、12~22が好ましく、16~22がより好ましい。
R2としては、ブリードの速度や耐熱性の観点からステアリル基もしくはオレイル基が最も好ましい。
本発明のポリオレフィン系樹脂用防曇剤は、前記防曇剤の水酸基価(OHv)とケン化価(Sv)との比率(OHv/Sv)が1.5未満の範囲にあることを特徴とし、1.4以下であるとより好ましく、1.3以下であるとさらに好ましく、最も好ましくは1.2以下である。水酸基価(OHv)とケン化価(Sv)との比率(OHv/Sv)が1.5以上であると、樹脂への相溶性の低下や防曇剤の過剰ブリードを引き起こし、本願課題を達成することができない。
好ましいアミン価の下限値は0mgKOH/gである。
本発明のポリオレフィン系樹脂組成物は、ポリオレフィン系樹脂と上記ポリオレフィン系樹脂用防曇剤とを含む。
ポリオレフィン系樹脂組成物を構成するポリオレフィン系樹脂としては、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂およびエチレン-プロピレンの共重合樹脂等が挙げられる。
本発明のポリオレフィン系樹脂組成物は、成形材料の中間原料であるマスターバッチでもよいし、成形に用いられる成形材料でもよいし、フィルム、シート、成形品といった成形加工品でもよい。
前記防曇剤の含有率がポリオレフィン系樹脂に対して0.1~20重量%であると、防曇性の発現やマスターバッチなどの輸送コストの観点から好ましい。0.1重量%未満の場合は、防曇剤の濃度が低く防曇性の効果が薄れる可能性があり、20重量%を超える場合は、防曇剤を樹脂に均一に練り込むことが難しくなる。
本発明のポリオレフィン系樹脂組成物が成形加工品の場合、成形加工品としては、たとえば、インフレーションフィルムや2軸延伸フィルム等のフィルム、シート、射出成形品、ブロー成形品など様々な形状の成形加工品を挙げることができるが、ポリプロピレンフィルムにおいて最も本発明の効果が発揮される。
表1に示すグリセリン脂肪酸エステルは次のように合成した。
1000mLの四つ口フラスコに、グリセリンを184gとラウリン酸(C12=約98%、C16以上非含有)を400gとを仕込んで、窒素ガスを導入しつつ、220℃×5時間、エステル化反応を行った後(このときの酸価は1.2)、水洗により未反応グリセリンを除去し、さらに、遠心式分子蒸留装置を用いて、分子蒸留することで、グリセリンモノラウレートを得た。
1000mLの四つ口フラスコに、グリセリンを184gとラウリン酸(C12=約98%、C16以上非含有)を600gとを仕込んで、窒素ガスを導入しつつ、220℃×5時間、エステル化反応を行った後(このときの酸価は1.3)、水洗により未反応グリセリンを除去し、グリセリンセスキラウレートを得た。
1000mLの四つ口フラスコに、グリセリンを200gとステアリン酸(C14=約2%、C16=約34%、C18=約64%)を540g仕込んで、窒素ガスを導入しつつ、230℃×5時間、エステル化反応を行った後(このときの酸価は0.9)、水洗により未反応グリセリンを除去することでグリセリンセスキステアレートを得た。
前記グリセリンセスキステアレートを、さらに、遠心式分子蒸留装置を用いて、分子蒸留することで、グリセリンモノステアレートを得た。
1000mLの四つ口フラスコに、グリセリンを184gとベヘニン酸(C22=約85%、C14以下非含有)を680g仕込んで、窒素ガスを導入しつつ、230℃×5時間エステル化を行った後(このときの酸価は1.5)、水洗により未反応グリセリンを除去することでグリセリンセスキベヘネートを得た。
装置 :HLC-8320GPC(東ソー製)
検出器 :RI検出器
カラム :SHODEX GPC KF-402HQ、KF-403HQ(昭和電工製)の連結
移動相 :THF
測定温度 :40℃
流量 :0.3ml/min
試料注入量 :10μl(試料濃度;0.2%)
検量線標準物質 :ポリエチレングリコール
前処理 : サンプルにトリメチルシリル化処理を施し、クロロホルムに溶解させた。
装置 : GC-2010(島津製作所製)
検出器 : FID検出器
カラム : DB-1HT(アジレントテクノロジー製)
(長さ30m、内径0.32mm、膜厚0.10μm)
キャリア : ヘリウム、80kPa
温度条件 : 注入口;340℃、検出器;340℃、カラム;220℃開始、
1分保持後15℃/minで340℃まで昇温し、5分保持
スプリット比 : 25:1
注入量 : 1μL
防曇剤の酸価を医薬部外品原料規格酸価測定法第3法によって測定する。
なお、上記測定法は本願出願時に規定された測定法とする。
(アミン価、AmV)
防曇剤のアミン価は医薬部外品原料規格アミン価測定法第2法によって測定する。
なお、上記測定法は本願出願時に規定された測定法とする。
(ケン化価、Sv)
防曇剤のケン化価は医薬部外品原料規格ケン化価測定法によって測定する。
なお、上記測定法は本願出願時に規定された測定法とする。
(水酸基価、OHV)
防曇剤の水酸基価は医薬部外品原料規格水酸基価測定法によって測定する。
なお、上記測定法は本願出願時に規定された測定法とする。
(防曇性(級))
容量100mlのガラス製ビーカーに30℃の水を60ml入れ、ビーカーの口を規定温度下にて所定期間保管後のポリオレフィン系樹脂組成物の成形によって作製されたフィルムで密閉し塞いだ。次いで、5℃の恒温槽に入れ、1時間後のフィルム内面への水滴の付着状態を目視で観察し、下記に示す評価基準(1~10級)に基づいて評価し、フィルム作製1日後~30日後までの経時変化を測定し、7級以上を維持したものを合格とした。フィルムの保管温度はポリプロピレンフィルムの場合は40℃、ポリエチレンフィルムの場合は23℃の条件で保管した。
10級:全く水滴がなく、全面濡れた状態。
9級:曇りは全くないが、極わずかはじかれた水滴が存在している状態。
8級:7級および9級の中間の評価
7級:曇りはないが、所々にはじかれた水滴が存在している状態。
6級:5級および7級の中間の評価
5級:曇りはないが、はじかれた水が大きな水滴となって点在している状態。
4級:3級および5級の中間の評価
3級:全面に大きな水滴が付着し、曇って中身がほとんど見えない状態。
2級:1級および3級の中間の評価
1級:全体的に白く曇って中身が全く見えない状態。
ポリオレフィン系樹脂組成物の成形によって作製されたフィルムについて、規定温度下にて所定期間保管後の表面固有抵抗率を東亜電波工業製極超絶縁計を使用し温湿度20℃×45%、R.H.の条件で測定し、その数値を常用対数で返した値を表面固有抵抗率(LOG)として使用する。フィルム作製1日後~30日後までの経時変化を測定し、14未満を維持したものを合格とした。フィルムの保管温度はポリプロピレンフィルムの場合は40℃、ポリエチレンフィルムの場合は23℃の条件で保管した。
ポリオレフィン系樹脂組成物の成形によって作製されたフィルムを、規定温度下にて所定期間保管後に、色差・濁度測定器(日本電色工業製)を使用してフィルムのHaze値およびフィルム表面をエタノールで洗い流した後のフィルムのHaze値を測定し、洗浄前後のフィルムのHaze値の差をΔHazeとして透明性の評価とし、フィルム作製30日後に0.5以下のものを合格とした。フィルムの保管温度はポリプロピレンフィルムの場合は40℃、ポリエチレンフィルムの場合は23℃の条件で保管した。
表2に示す配合割合にて成分(A)~成分(C)を溶融混合して防曇剤を調製した。
次いで、ポリプロピレン(ホモポリマー、MFR=2.5g/10min)を準備し、上記防曇剤の含有率がポリプロピレンに対して10重量%となるように、防曇剤を混合し、二軸押出成形機にて230℃で溶融混練して、ストランドを得た。得られたストランドをペレタイザーでカットして、マスターバッチを作製した。
Tダイより押出された押出物をつづけて、一軸延伸して厚さ20μmのフィルムに成形した。得られたフィルムについて、防曇性、帯電防止性および透明性を評価し、その結果を表3に示す。
表2に示す配合割合にて成分(A)~成分(C)を溶融混合して防曇剤を調製した。
次いで、ポリエチレン(LLDPE、MFR=4g/10min)を準備し、上記防曇剤の含有率がポリエチレンに対して5重量%となるように、防曇剤を混合し、二軸押出成形機にて200℃で溶融混練して、ストランドを得た。得られたストランドをペレタイザーでカットして、マスターバッチを作製した。
Tダイより押出された押出物をつづけて、一軸延伸して厚さ20μmのフィルムに成形した。得られたフィルムについて、防曇性、帯電防止性および透明性を評価し、その結果を表5に示す。
実施例19のうちそれぞれ表2のうち該当する配合例に変更した以外は同様に実施した。その結果を表5及び6に示す。
前記防曇剤の水酸基価(OHv)とケン化価(Sv)との比率(OHv/Sv)が1.5未満の範囲にあるため、本願の課題を解決できている。
一方、防曇剤の水酸基価(OHv)とケン化価(Sv)との比率(OHv/Sv)が1.5未満の範囲にない場合(比較例1~5、8~12)、多価アルコール脂肪酸エステルのアルキレンオキサイド付加物である成分(B)がない場合(比較例6、13)、脂肪族アミンのアルキレンオキサイド付加物及び脂肪族アルコールから選ばれる少なくとも1種である凝集防止剤(C)がない場合(比較例7、14)には、本願の課題が解決できていない。
Claims (5)
- グリセリン脂肪酸エステル成分(A)と、多価アルコール脂肪酸エステルのアルキレンオキサイド付加物である成分(B)と、脂肪族アミンのアルキレンオキサイド付加物及び脂肪族アルコールから選ばれる少なくとも1種である成分(C)と、を含む防曇剤であって、前記防曇剤の水酸基価(OHv)とケン化価(Sv)との比率(OHv/Sv)が1.47以下であり、前記成分(A)がグリセリンモノ脂肪酸エステル(A-1)及びグリセリンジ脂肪酸エステル(A-2)を含み、前記エステル(A-1)と前記エステル(A-2)の重量比(A-1/A-2)が20/80~70/30の範囲にあり、前記成分(A)を構成する脂肪酸残基が炭素数8~14であるグリセリン脂肪酸エステル(A-3)及び前記成分(A)を構成する脂肪酸残基が炭素数16~22であるグリセリン脂肪酸エステル(A-4)を含み、前記エステル(A-3)と前記エステル(A-4)の重量比(A-3/A-4)が10/90~80/20であり、前記成分(C)が下記一般式(1)又は下記一般式(2)で示される、ポリオレフィン系樹脂用防曇剤。
- 前記成分(B)が、ソルビタン脂肪酸エステルのアルキレンオキサイド付加物、ひまし油化合物のアルキレンオキサイド付加物及びグリセリン脂肪酸エステルのアルキレンオキサイド付加物から選ばれる少なくとも1種であり、オキシアルキレン基の繰り返し単位が1~30である、請求項1に記載のポリオレフィン系樹脂用防曇剤。
- 前記防曇剤のアミン価が20mgKOH/g以下である、請求項1又は2に記載のポリオレフィン系樹脂用防曇剤。
- ポリオレフィン系樹脂と請求項1~3のいずれかに記載のポリオレフィン系樹脂用防曇剤とを含む、ポリオレフィン系樹脂組成物。
- 前記防曇剤の含有率がポリオレフィン系樹脂に対して0.1~20重量%である、請求項4に記載のポリオレフィン系樹脂組成物。
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