JP7504628B2 - エチレン-ビニルアルコール共重合体含有樹脂組成物及び成形体 - Google Patents
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- Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
Description
[1]エチレン-ビニルアルコール共重合体(A)並びにジボロン酸または水の存在下で該ジボロン酸に転化し得る化合物からなる群より選ばれる少なくとも1種のホウ素化合物(B)を含む樹脂組成物であって、エチレン-ビニルアルコール共重合体(A)のエチレン単位含有量が15~60モル%、けん化度が85モル%以上であり、ホウ素化合物(B)の含有量が、ホウ素元素換算で30~300ppmである樹脂組成物;
[2]ホウ素化合物(B)が下記式(I)で示される、[1]の樹脂組成物;
[3]Xが1つ以上の原子からなる結合鎖であり、ホウ素原子間の最短鎖の原子数が3~6である、[2]の樹脂組成物;
[4]Xが1つ以上の原子からなる結合鎖であり、ホウ素原子間の最短鎖が炭素原子のみからなる、[2]又は[3]の樹脂組成物;
[5]Xが1つ以上の原子からなる結合鎖であり、ホウ素原子間の最短鎖が単結合のみを有する、[2]~[4]のいずれかの樹脂組成物;
[6]さらにアルカリ金属イオン(C)を100~400ppm含有する、[1]~[5]のいずれかの樹脂組成物;
[7]さらにカルボン酸(D)を50~400ppm含有する、[1]~[6]のいずれかの樹脂組成物;
[8][1]~[7]のいずれかの樹脂組成物を含む成形体;
[9][1]~[7]のいずれかの樹脂組成物からなる層を少なくとも1層有する多層成形体;
を提供することで解決される。
EVOH(A)は、本発明の樹脂組成物の主成分である。EVOH(A)は、主構造単位として、エチレン単位及びビニルアルコール単位を有する共重合体である。EVOH(A)は、通常、エチレンとビニルエステルとを重合し、得られるエチレン-ビニルエステル共重合体をけん化して得られる。なお主成分とは、本発明の樹脂組成物を構成する樹脂中のEVOH(A)の含有量が70質量%以上であることを示し、80質量%以上が好ましく、90質量%以上がより好ましく、95質量%以上が特に好ましく、99質量%以上であってもよい。EVOH(A)の含有量をこの範囲とすることで、得られるペレットの溶融成形性が向上し、それから得られる成形体のガスバリア性も優れたものとなる。
本発明の樹脂組成物は、ジボロン酸または水の存在下で該ジボロン酸に転化し得る化合物からなる群より選ばれる少なくとも1種のホウ素化合物(B)をホウ素元素換算で30~300ppm含有する必要がある。ホウ素化合物(B)は、下記式(I)で示すことができる。
本発明の樹脂組成物は、アルカリ金属イオン(C)を含有することが好ましい。アルカリ金属イオン(C)の含有量の下限は100ppmが好ましく、150ppmがより好ましい。一方、アルカリ金属イオン(C)の含有量の上限は400ppmが好ましく、350ppmがより好ましい。アルカリ金属イオン(C)の含有量が100ppm未満の場合、本発明の樹脂組成物を成形して得られる層を含む多層成形体の層間接着性が不十分となる場合がある。一方、アルカリ金属イオン(C)の含有量が400ppmを超える場合、熱劣化による着色が問題となる場合がある。アルカリ金属イオン(C)によって層間接着性が向上する理由は明らかではないが、EVOH(A)と隣接する層がEVOH(A)のヒドロキシ基と反応し得る官能基を有する分子を有する場合には、この結合生成反応がアルカリ金属イオン(C)によって加速されることが一因であると考えられる。また、アルカリ金属イオン(C)と、後述するカルボン酸(D)との含有比率を制御することで、得られる樹脂組成物の溶融成形性や着色耐性をさらに改善できる。
本発明の樹脂組成物はカルボン酸(D)含有することが好ましい。カルボン酸(D)の含有量の下限は50ppmが好ましく、100ppmがより好ましい。一方、カルボン酸(D)の含有量の上限は400ppmが好ましく、350ppmがより好ましい。カルボン酸(D)の含有量が50ppm未満の場合、着色耐性が不十分となる場合がある。一方、カルボン酸(D)の含有量が400ppmを超える場合、本発明の樹脂組成物を成形して得られる層を含む多層成形体の層間接着性が不十分となったり、臭気が問題になったりする場合がある。カルボン酸(D)の含有量は、ペレット10gを純水50mlで95℃、8時間抽出した後、得られる抽出液を滴定することで求められる。なお、ペレット中のカルボン酸(D)の含有量として、前記抽出液中に塩として存在するカルボン酸は考慮しない。また、本発明の樹脂組成物が、カルボン酸(D)以外の酸性化合物を含有する場合には、滴定による測定値からそれらの酸性化合物の寄与分を差し引くことで樹脂組成物中のカルボン酸(D)の含有量を求めることができる。
本発明の樹脂組成物は本発明の効果を損なわない範囲でその他の成分を含有していてもよい。その他の成分としては、例えば2価金属イオン(E)、リン酸化合物(F)、ホウ素化合物(B)以外のホウ素化合物(G)、EVOH(A)以外の熱可塑性樹脂、架橋剤、乾燥剤、酸化促進剤、酸化防止剤、酸素吸収剤、可塑剤、滑剤、熱安定剤(溶融安定剤)、加工助剤、界面活性剤、脱臭剤、帯電防止剤、紫外線吸収剤、防曇剤、難燃剤、顔料、染料、フィラー、充填剤、各種繊維等の補強剤等が挙げられる。
本発明の樹脂組成物は2価金属イオン(E)をさらに含有してもよい。2価金属イオン(E)の含有量の下限は10ppmが好ましい。一方、2価金属イオン(E)の含有量の上限は100ppmが好ましい。本発明の樹脂組成物は2価金属イオン(E)の含有量をこの範囲とすることで、EVOH(A)の熱劣化による着色が抑制され、長時間にわたって溶融成形を行った場合にも成形体のゲル及びブツの発生が抑制される場合がある。
本発明の樹脂組成物は、リン酸化合物(F)をさらに含有してもよい。リン酸化合物(F)の含有量の下限は、リン酸根換算で5ppmが好ましい。一方、リン酸化合物(F)の含有量の上限は、リン酸根換算で100ppmが好ましい。この範囲でリン酸化合物(F)を含有することにより、得られる樹脂組成物や得られる溶融成形体の着色が抑制され、熱安定性が改善される場合がある。
本発明の樹脂組成物は、ホウ素化合物(B)以外のホウ素化合物(G)をさらに含有してもよい。ホウ素化合物(G)の含有量の下限は、ホウ素元素換算で15ppmが好ましい。一方、ホウ素化合物(G)の含有量の上限は、ホウ素元素換算で150ppmが好ましい。本発明においては、ホウ素化合物(B)とホウ素化合物(G)を併用することで、より経済的に樹脂組成物を製造することができる。
本発明の樹脂組成物の製造方法としては、最終的に、EVOH(A)及びホウ素化合物(B)が上述の範囲で含有されている限り何ら制限はないが、後述する本発明の製造方法によって製造することが好ましい。
触媒:2,2’-アゾビスイソブチロニトリル、2,2’-アゾビス-(2,4-ジメチルバレロニトリル)、2,2’-アゾビス-(4-メチル-2,4-ジメチルバレロニトリル)、2,2’-アゾビス-(4-メトキシ-2,4-ジメチルバレロニトリル)、2,2’-アゾビス-(2-シクロプロピルプロピオニトリル)等のアゾニトリル系開始剤及びイソブチリルパーオキサイド、クミルパーオキシネオデカノエイト、ジイソプロピルパーオキシジカーボネート、ジ-n-プロピルパーオキシジカーボネート、t-ブチルパーオキシネオデカノエイト、ラウロイルパーオキサイド、ベンゾイルパーオキサイド、t-ブチルハイドロパーオキサイド等の有機過酸化物系開始剤等が用いられる。
温度:20~90℃、好ましくは40℃~70℃。
時間:2~15時間、好ましくは3~11時間。
重合率:仕込みビニルエステルに対して10~90%、好ましくは30~80%。
重合後の溶液中の樹脂分:5~85%、好ましくは20~70%。
該共重合体溶液濃度:10~50%。
反応温度:30~60℃。
触媒使用量:0.02~0.6当量(酢酸ビニル成分当り)。
時間:1~6時間。
また、けん化工程の後に、酢酸等の酸を添加して残存するアルカリ触媒を中和することも一般に行われる。
本発明の樹脂組成物は種々の溶融成形方法により、多様な成形体に加工できる。こうして得られる成形体も本発明の一態様である。本発明の成形体としては、例えば単層構造の成形体や、本発明の樹脂組成物からなる層と、他の層とを有する多層成形体が挙げられる。成形方法としては、例えば押出成形、熱成形、異形成形、中空成形、回転成形、射出成形が挙げられる。本発明の成形体の用途は、例えばフィルム、シート、容器、ボトル、タンク、パイプ、ホース等が好適なものとして挙げられる。
本発明の樹脂組成物からなる層を少なくとも1層有する多層成形体も本発明の好適な実施態様である。当該多層成形体は、本発明の樹脂組成物からなる層と他の層とが積層されてなる。前記樹脂組成物層以外の他の層として、EVOH(A)以外の樹脂からなる層が好ましい。また、前記多層成形体がさらに接着性樹脂からなる層を有していてもよい。当該多層成形体の層構成としては、EVOH(A)以外の樹脂からなる層をx層、本発明の樹脂組成物からなる層をy層、接着性樹脂層をz層とすると、例えばx/y、x/y/x、x/z/y、x/z/y/z/x、x/y/x/y/x、x/z/y/z/x/z/y/z/x等が挙げられる。複数のx層、y層、z層を設ける場合は、その種類は同じであっても異なっていてもよい。また、成形時に発生するトリム等のスクラップからなる回収樹脂を用いた層を別途設けてもよいし、回収樹脂をいずれかの層にブレンドしてもよい。当該多層成形体の各層の厚さや構成は、特に限定されないが、成形性及びコスト等の観点から、全層厚さに対するy層の厚さ比は通常2~20%が好ましい。
各実施例及び比較例で得られた樹脂組成物のペレットを内部標準物質としてテトラメチルシラン(TMS)、添加剤としてトリフルオロ酢酸(TFA)を含む重ジメチルスルホキシド(DMSO-d6)に溶解し、500MHzの1H-NMR(日本電子株式会社 「GX-500」)を用いて80℃で測定し、エチレン単位、ビニルアルコール単位、ビニルエステル単位のピーク強度比よりエチレン単位含有量及びけん化度を求めた。
各実施例及び比較例で得られた樹脂組成物のペレット0.5gをテフロン(登録商標)製圧力容器に入れ、ここに濃硝酸5mLを加えて室温で30分間分解させた。分解後に、前記容器に蓋をしてから、湿式分解装置により150℃で10分間、次いで180℃で5分間加熱することでさらに分解を行い、その後室温まで冷却した。この処理液を50mLのメスフラスコに移し純水でメスアップした。この溶液をPerkinElmer社製ICP発光分光分析装置「Avio500」により測定することで、乾燥ペレット中のホウ素化合物及び金属イオンの含有量を定量した。なお、リン酸化合物の含有量も同様の方法で定量することができる。
各実施例及び比較例で得られた樹脂組成物のペレット10gと純水50mLを共栓付き100mL三角フラスコに投入し、冷却コンデンサーを付け、95℃で8時間撹拌した。得られた抽出液を20℃まで冷却した後、フェノールフタレインを指示薬として、0.02モル/Lの水酸化ナトリウム水溶液で滴定することにより、カルボン酸(D)の含有量を定量した。なお、樹脂組成物がカルボン酸(D)以外の酸化合物を含有する場合は、その量を別途定量し、上記滴定による定量値から差し引くことで、カルボン酸(D)を定量することができる。
HunterLab社製分光測色計「LabScan XE Sensor」を用い、各実施例及び比較例で得られた樹脂組成物のペレットのYI(イエローインデックス)値を測定し、以下の判定基準により評価した。なお、YI値は対象物の黄色度(黄色み)を表す指標であり、YI値が高いほど黄色度が強く、一方、YI値が低いほど黄色度が弱く、着色が少ないことを表す。
判定:基準
A:YIが15未満
B:YIが15以上、25未満
C:YIが25以上
各実施例及び比較例で得られた樹脂組成物のペレットを用いて下記に示す押出条件にて単層製膜を行うことにより、厚み20μmの単層フィルムを得た。単層フィルムの厚みは、引取りロール速度を変えることによって調整した。
押出機:株式会社東洋精機製作所 1軸押出機
スクリュー径:20mmφ(L/D=20、圧縮比=3.5、フルフライト型)
ダイス幅:30cm
エアーギャップ:1cm
スクリュー回転数:40rpm
引取りロール速度:約3m/分
押出温度:C1/C2/C3/D=190/220/220/220℃
引取りロール温度:80℃
ダイス幅と得られた単層フィルム幅との差分を製膜性(ネックイン)の指標とし、以下の判定基準により評価した。なお、数値は小さい程、製膜性すなわち溶融成形性が良好であることを示す。
判定:基準
A:ネックインが4cm未満
B:ネックインが4cm以上、6cm未満
C:ネックインが6cm以上
上記(5)で得られた単層フィルムを目視で確認した結果を外観特性(フィッシュアイ)とし、以下の判定基準により評価した。
判定:基準
A:微小なフィッシュアイがわずかに見られる
B:微小なフィッシュアイがフィルム全面にやや多く見られる
C:大小のフィッシュアイがフィルム全面に多く見られる
スクリュー回転数と引取りロール速度を変更した以外は上記(5)と同様にして、厚み100μmの単層フィルムを得た。得られた単層フィルムを60℃の純水に6時間浸漬した後、60℃で12時間乾燥させた(熱水処理)。熱水処理したフィルムと熱水処理していないフィルムを、それぞれ23℃50%RHで24時間以上調湿した後、押出方向に沿って長さ150mm、幅15mmの試料を切り出した。株式会社島津製作所製オートグラフDCS-50M型引張試験機を用い、引張速度500mm/分にて前記試料の引張伸度を測定した。熱水処理したフィルムの引張伸度と熱水処理していないフィルムの引張伸度の比率を耐水性の指標とし、以下の判定基準により評価した。
判定:基準
A:(熱水処理したフィルムの引張伸度/熱水処理していないフィルムの引張伸度)が0.85以上
B:(熱水処理したフィルムの引張伸度/熱水処理していないフィルムの引張伸度)が0.65以上、0.85未満
C:(熱水処理したフィルムの引張伸度/熱水処理していないフィルムの引張伸度)が0.65未満
各実施例及び比較例で得られた樹脂組成物のペレット、直鎖状低密度ポリエチレン(日本ポリエチレン社製ノバテックLL-UF943、以下LLDPEと略記する)及び接着性樹脂(デュポン社製バイネルCXA417E10を上記LLDPEで7%に希釈したもの、以下Adと略記する)を用い、下記に示す押出条件にて3種5層の多層フィルム(LLDPE/Ad/EVOH/Ad/LLDPE=50μm/10μm/10μm/10μm/50μm)を製膜した。押出機及び押出条件、使用したダイは下記の通りとした。
押出機:
EVOH:単軸押出機(株式会社東洋精機製作所 ME型CO-EXT)
口径20mmφ、L/D20、フルフライトスクリュー
供給部/圧縮部/計量部/ダイ=175/210/220/220℃
LLDPE:単軸押出機(株式会社プラスチック工学研究所 GT-32-A)
口径32mmφ、L/D28、フルフライトスクリュー
供給部/圧縮部/計量部/ダイ=150/200/210/220℃
Ad:単軸押出機(株式会社テクノベル SZW20GT-20MG-STD)
口径20mmφ、L/D20、フルフライトスクリュー
供給部/圧縮部/計量部/ダイ=150/200/220/220℃
ダイ:300mm幅3種5層用コートハンガーダイ(プラスチック工学研究所社)
判定:基準
A:500g/15mm以上
B:300g/15mm以上、500g/15mm未満
C:300g/15mm未満
エチレン含有量32モル%、けん化度99.95モル%、融点182℃、揮発分110質量%の含水EVOHペレットを1,4-ブタンジボロン酸(B1)、酢酸ナトリウム、及び酢酸を含有する水溶液に25℃で6時間浸漬し攪拌した。なお、浸漬処理における水溶液の1,4-ブタンジボロン酸、酢酸ナトリウム、及び酢酸の濃度は、得られるペレット中の含有量がそれぞれ表1の通りとなるように調整した。1,4-ブタンジボロン酸は水溶液からペレットへの吸着比率が大きく、水溶液濃度を通常の1/10程度に低減することができた。浸漬処理後、水溶液と含水ペレットを遠心脱水することで分離して脱液した後、熱風乾燥機に入れて80℃で3時間、次いで110℃で35時間乾燥を行うことで揮発分0.3質量%以下とし、本発明の乾燥ペレットを得た。なお、含水EVOHペレット及び乾燥ペレットの揮発分は、ハロゲン水分率分析装置(メトラー・トレド社製「HX204」)を用い、乾燥温度180℃、乾燥時間20分、サンプル量10gの条件で重量測定法により測定した。得られたペレットについて上記の各種分析及び評価を行った。結果を表1に示す。
1,4-ブタンジボロン酸(B1)の添加量を表1の通りに変更した以外は、実施例1と同様にペレットを得て、各種分析及び評価を行った。結果を表1に示す。
酢酸ナトリウムの添加量を表1の通りに変更した以外は、実施例1と同様にペレットを得て、各種分析及び評価を行った。結果を表1に示す。
酢酸の添加量を表1の通りに変更した以外は、実施例1と同様にペレットを得て、各種分析及び評価を行った。結果を表1に示す。
酢酸ナトリウムの代わりに酢酸カリウムを用い、添加量を表1の通りに変更した以外は、実施例1と同様にペレットを得て、各種分析及び評価を行った。結果を表1に示す。
1,4-ブタンジボロン酸(B1)の代わりにエタンジボロン酸(B2)を用い、添加量を表1の通りに変更した以外は、実施例1と同様にペレットを得て、各種分析及び評価を行った。結果を表1に示す。
[実施例11]
1,4-ブタンジボロン酸(B1)の代わりに下記式(II)で表されるホウ素化合物(B3)を用い、添加量を表1の通りに変更した以外は、実施例1と同様にペレットを得て、各種分析及び評価を行った。結果を表1に示す。
1,4-ブタンジボロン酸(B1)の代わりに1,4-ベンゼンジボロン酸(B4)を用い、添加量を表1の通りに変更した以外は、実施例1と同様にペレットを得て、各種分析及び評価を行った。結果を表1に示す。
エチレン含有量44モル%、けん化度99.95モル%、融点165℃の含水EVOHペレットを用いた以外は、実施例1と同様にペレットを得て、各種分析及び評価を行った。結果を表1に示す。実施例1と比べると、得られた単層膜の酸素透過度はやや高いものの、着色やフィッシュアイが特に改善され、外観特性が良好であった。
1,4-ブタンジボロン酸(B1)を使用しなかった以外は、実施例1と同様にペレットを得て、各種分析及び評価を行った。結果を表1に示す。
1,4-ブタンジボロン酸(B1)の代わりにホウ酸を用い、添加量を表1の通りに変更した以外は、実施例1と同様にペレットを得て、各種分析及び評価を行った。結果を表1に示す。
Claims (6)
- エチレン-ビニルアルコール共重合体(A)並びにジボロン酸または水の存在下で該ジボロン酸に転化し得る化合物からなる群より選ばれる少なくとも1種のホウ素化合物(B)を含む樹脂組成物であって、
エチレン-ビニルアルコール共重合体(A)のエチレン単位含有量が15~60モル%、けん化度が85モル%以上であり、
ホウ素化合物(B)の含有量が、ホウ素元素換算で30~300ppmであり、
さらにアルカリ金属イオン(C)を100~400ppm、及びカルボン酸(D)を50~400ppm含有する樹脂組成物。 - ホウ素化合物(B)が下記式(I)で示される、請求項1に記載の樹脂組成物。
- Xが1つ以上の原子からなる結合鎖であり、ホウ素原子間の最短鎖の原子数が3~6である、請求項2に記載の樹脂組成物。
- Xが1つ以上の原子からなる結合鎖であり、ホウ素原子間の最短鎖が炭素原子のみからなる、請求項2又は3に記載の樹脂組成物。
- 請求項1~4のいずれかに記載の樹脂組成物を含む成形体。
- 請求項1~4のいずれかに記載の樹脂組成物からなる層を少なくとも1層有する多層成形体。
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