説明

脱酸素塗剤、脱酸素剤含有塗膜及び積層体

【課題】所望の基材上に容易に塗工することができ、得られた塗膜は接着性よく基材上に積層される脱酸素塗剤を提供する。
【解決手段】有機系脱酸素剤、オレフィン系炭化水素単位とアミノ基を有する単位とを含むポリオレフィン樹脂、酸性化合物及び水性媒体を含む脱酸素塗剤。本発明では、アミノ基を有する単位が、不飽和カルボン酸無水物単位由来のN−置換イミド単位と、そのN−置換基として特定式で表される置換基とを有していることが、特に好ましい。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、有機系脱酸素剤と特定のポリオレフィン樹脂を含有する脱酸素塗剤、有機系脱酸素剤と特定のポリオレフィン樹脂からなる脱酸素剤含有塗膜、さらにはこのような脱酸素剤含有塗膜が積層された積層体に関するものである。
【背景技術】
【0002】
食品や医療・医薬品、電気・電子部品の包装材料には、脱酸素機能を付与することが必要不可欠となっている。脱酸素機能を付与するための材料には大別して、金属系脱酸素剤と有機系脱酸素剤があるが、金属系脱酸素剤は、異物の検出調査に使用される金属探知機に反応するというという問題がある。
【0003】
有機系脱酸素剤にはそのような問題はなく、特にアスコルビン酸は酸素を還元するその性質から、脱酸素材料の主成分として汎用されている。
【0004】
有機系脱酸素剤を脱酸素材料の成分として使用する形態は様々であるが、一般的には、樹脂材料中に練り込んで使用する方法(特許文献1)や、高分子鎖にアスコルビン酸セグメントを導入する方法(特許文献2)、有機系脱酸素剤を含む溶液を多孔質材料に含浸させて使用する方法(特許文献3)、有機系脱酸素剤を含む溶液を吸水性樹脂に含浸させて使用する方法(特許文献4)が挙げられ、アスコルビン酸を含む溶液を支持体上に載せて表面を被覆する方法(特許文献5)も提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開2004−136479公報
【特許文献2】特開平9−328521号公報
【特許文献3】特開昭62−14939号公報
【特許文献4】特開平3−86238号公報
【特許文献5】特開平10−353号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
しかしながら、樹脂材料中に練り込んで使用する方法(特許文献1)は、所望の包装用基材上に脱酸素層を積層できるというメリットがあるが、練り込み時に有機系脱酸素剤が熱分解することが懸念される。また、脱酸素層の接着性が乏しいため、基材との間に接着層を介する必要があるという問題があった。
【0007】
また、高分子鎖にアスコルビン酸セグメントを導入する方法(特許文献2)は、上記の問題を解決するものであるが、アスコルビン酸セグメントを高分子鎖に導入するという工程が必要となるという煩雑さに加え、得られた高分子を直接、所望の包装用基材上に積層するには接着性の面で問題があった。
【0008】
有機系脱酸素剤を含む溶液を多孔質材料に含浸させて使用する方法(特許文献3)は、基材が多孔質材料に限定されるため、使用できる用途が限定されるという問題があった。また、脱酸素反応に伴う有機系脱酸素剤の分解反応が製造後速やかに進行するため保存安定性に乏しいという問題があった。
【0009】
有機系脱酸素剤を含む溶液を吸水性樹脂に含浸させて使用する方法(特許文献4)は、吸水性樹脂を用いているため汎用性に乏しく、所望の基材上に有機系脱酸素剤を付与することは困難であった。また、脱酸素反応に伴う有機系脱酸素剤の分解反応が製造後速やかに進行するため保存安定性に乏しいという問題があった。
【0010】
そして、アスコルビン酸を含む溶液を支持体上に載せて表面を被覆する方法(特許文献5)は、インキ状ないしクリーム状の脱酸素剤を、吸湿性を有する基材上に載せて、水分を含んだ状態を保ったまま、被覆材で覆う技術である。そのため、基材は吸湿性を有するものに限定され、さらに表面を被覆しなければならないという問題があり、また、脱酸素反応に伴う有機系脱酸素剤の分解反応が製造後速やかに進行するため保存安定性に乏しいという問題があった。
【0011】
本発明は上記のような問題点を解決するものであって、所望の基材上に容易に塗工することができ、得られた塗膜は接着性よく基材上に積層される脱酸素塗剤を提供しようとするものであり、また、所望の基材上に接着性よく積層され、保存安定性にも優れた脱酸素剤含有塗膜を提供しようとするものであり、さらには基材上に接着性よく有機系脱酸素剤を含有する塗膜が積層された積層体を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【0012】
本発明者らは、上記課題を解決するために検討した結果、有機系脱酸素剤、特定組成のポリオレフィン樹脂及び酸性化合物、水性媒体からなる脱酸素塗剤は、塗工性に優れかつ脱酸素機能、保存安定性にも優れることを見出し、本発明に到達した。
【0013】
すなわち、本発明の要旨は、以下のとおりである。
〔1〕有機系脱酸素剤、オレフィン系炭化水素単位とアミノ基を有する単位とを含むポリオレフィン樹脂、酸性化合物及び水性媒体を含むことを特徴とする脱酸素塗剤。
〔2〕前記アミノ基を有する単位の含有量が、ポリオレフィン樹脂を構成する全ての構造単位100モル%に対し、0.1モル%以上10モル%未満であることを特徴とする〔1〕記載の脱酸素塗剤。
〔3〕前記アミノ基を有する単位が、不飽和カルボン酸単位もしくは不飽和カルボン酸無水物単位に由来するカルボニル基を有することを特徴とする〔1〕又は〔2〕記載の脱酸素塗剤。
〔4〕前記アミノ基を有する単位が、不飽和カルボン酸無水物単位由来のN−置換イミド単位と、そのN−置換基として下記式(1)で表される置換基とを有することを特徴とする〔1〕〜〔3〕のいずれかに記載の脱酸素塗剤。
【0014】
−(CHNR・・・(1)
(式中、R、Rは水素又は炭素数1〜5のアルキル基、nは1〜5の整数を示す)
〔5〕有機系脱酸素剤が、アスコルビン酸、カテコール、エリソルビン酸、ピロガロール、ヒドロキノン、還元性糖類、タンニン酸のうち少なくとも1種類からなることを特徴とする〔1〕〜〔4〕のいずれかに記載の脱酸素塗剤。
〔6〕酸性化合物が、有機酸であることを特徴とする〔1〕〜〔5〕のいずれかに記載の脱酸素塗剤。
〔7〕pHが2〜6であることを特徴とする〔1〕〜〔6〕のいずれかに記載の脱酸素塗剤。
〔8〕不揮発性水性分散化助剤を実質的に含有しないことを特徴とする〔1〕〜〔7〕のいずれかに記載の脱酸素塗剤。
〔9〕有機系脱酸素剤、オレフィン系炭化水素単位とアミノ基を有する単位とを含むポリオレフィン樹脂を含有することを特徴とする脱酸素剤含有塗膜。
〔10〕前記アミノ基を有する単位の含有量が、ポリオレフィン樹脂を構成する全ての構造単位100モル%に対し、0.1モル%以上、10モル%未満であることを特徴とする〔9〕記載の脱酸素剤含有塗膜。
〔11〕前記アミノ基を有する単位が、不飽和カルボン酸単位もしくは不飽和カルボン酸無水物単位に由来するカルボニル基を有することを特徴とする〔9〕又は〔10〕記載の脱酸素剤含有塗膜。
〔12〕前記アミノ基を有する単位が、不飽和カルボン酸無水物単位由来のN−置換イミド単位と、そのN−置換基として下記式(1)で表される置換基とを有することを特徴とする〔9〕〜〔11〕のいずれかに記載の脱酸素剤含有塗膜。
【0015】
−(CHNR・・・(1)
(式中、R、Rは水素又は炭素数1〜5のアルキル基、nは1〜5の整数を示す)
〔13〕〔1〕〜〔8〕のいずれかに記載の脱酸素塗剤を塗工することにより得られるものであることを特徴とする脱酸素剤含有塗膜。
〔14〕基材上に〔9〕〜〔13〕のいずれかに記載の脱酸素剤含有塗膜が積層されてなることを特徴とする積層体。
〔15〕〔14〕記載の積層体の脱酸素剤含有塗膜上にシーラント層が積層されてなることを特徴とする積層体。
〔16〕基材がバリア性を有するものであることを特徴とする〔14〕又は〔15〕記載の積層体。
【発明の効果】
【0016】
本発明の脱酸素塗剤は、有機系脱酸素剤と特定組成のポリオレフィン樹脂、酸性化合物、水性媒体を含むものであるため、各種基材に塗工することが可能であり、各種基材に均一な塗膜を形成することができ、作業性に優れるものである。そして、水系であるため、環境保全性にも優れている。
【0017】
本発明の脱酸素剤含有塗膜は、脱酸素機能を有し、保存安定性にも優れる。このため、本発明の積層体は、基材として種々の材料を用いることが可能であり、脱酸素機能に優れ、大気中で長期間保存することができる。そして、本発明の積層体を製袋等することにより、食品、医療・医薬品、電気・電子部品等の包装材料等として好適に使用することが可能となる。
【発明を実施するための形態】
【0018】
以下、本発明を詳細に説明する。
【0019】
本発明の脱酸素塗剤(以下、塗剤と略することがある)は、有機系脱酸素剤、特定組成のポリオレフィン樹脂(以下、ポリオレフィン樹脂Aと称することがある)、酸性化合物および水性媒体を含むものである。つまり、本発明の脱酸素塗剤は、水性媒体中にアミノ基を有するポリオレフィン樹脂が分散しており、かつ水性媒体中に有機系脱酸素剤と酸性化合物とが溶解した、水性塗剤である。
【0020】
本発明の脱酸素剤含有塗膜(以下、塗膜と略することもある)は、有機系脱酸素剤とポリオレフィン樹脂Aを含有するものである。そして、本発明の脱酸素剤含有塗膜は、本発明の脱酸素塗剤を塗工することにより得られるものであることが好ましい。つまり、本発明の脱酸素塗剤を塗工し、塗工後、乾燥することにより、酸性化合物及び水性媒体を除去したものとすることが好ましい。
【0021】
本発明の脱酸素塗剤や脱酸素剤含有塗膜に含有されている有機系脱酸素剤としては、アスコルビン酸、カテコール、エリソルビン酸、ピロガロール、ヒドロキノン、還元性糖類、タンニン酸などが挙げられる。これらは一種のみ用いても、複数種併用してもよい。中でも、アスコルビン酸、カテコール、ピロガロール、タンニン酸が好ましく、特に、価格、効果の面からアスコルビン酸が好ましい。
【0022】
なお、一般的な有機系脱酸素剤にはアスコルビン酸ナトリウムなどの有機酸塩も知られているが、本発明においては安定な脱酸素塗剤が得られないことから、このような有機酸塩は用いないことが好ましい。
【0023】
本発明の脱酸素塗剤や脱酸素剤含有塗膜に含有されているポリオレフィン樹脂Aは、構成成分として、オレフィン系炭化水素単位とアミノ基を有する単位とを含有している。
【0024】
本発明におけるオレフィン系炭化水素単位としては、炭素数2〜6のものが好ましく、エチレン、プロピレン、1−ブテン、イソブテン、1−ペンテン、4−メチル−1−ペンテン、3−メチル−1−ペンテン、1−へキセンなどのアルケン類や、ブタジエン、イソプレンなどのジエン類が挙げられ、これらの単位を複数有するものであってもよい。中でも、樹脂の製造のし易さ、水性分散化のし易さ、各種材料に対する接着性などの点から、エチレン、プロピレン、1−ブテン、イソブテンが好ましく、エチレン、プロピレンがより好ましい。
【0025】
本発明におけるポリオレフィン樹脂中のオレフィン系炭化水素単位の含有量は、65〜99.9モル%であることが好ましく、70〜99.9モル%がより好ましく、80〜99.8モル%がさらに好ましく、85〜99.7モル%が特に好ましい。オレフィン系炭化水素単位の含有量が65モル%未満の場合は、塗剤より得られる塗膜の耐水性や耐溶剤性が低下する傾向にあり、99.9モル%を超えると、ポリオレフィン樹脂の水性分散化が困難となりやすい。
【0026】
一方、アミノ基を有する単位とは、ポリオレフィン樹脂を形成する成分であって、分子内に1つ以上のアミノ基を有する単位をいう。アミノ基とは、アンモニア又は第一級もしくは第二級アミンから水素を除去した1価の官能基をいい、具体的には、−NH、−NHR、−NRR’(ただし、R、R’はアルキル基又はヒドロキシアルキル基)をいう。
【0027】
そして、このアミノ基を有する単位により、ポリオレフィン樹脂Aは水性媒体中に分散する能力を備えることになる。本発明の塗剤では、後述するように酸性化合物を用いるが、この酸性化合物でポリオレフィン樹脂中のアミノ基の一部又は全てを中和することで、アミノカチオンが生成する。そして、生成したアミノカチオン間の静電気的反発力によって、水性媒体中でのポリオレフィン樹脂粒子間の凝集を防ぐことができる。凝集を防ぐことにより、本発明の脱酸素塗剤は、ポリオレフィン樹脂が均一に分散された、酸性域で安定なカチオン性水性塗剤となる。ここで、ポリオレフィン樹脂が均一に分散された水性塗剤とは、外観上、水性媒体中に沈殿、相分離あるいは皮張りといった、固形分濃度が局部的に他の部分と相違する部分が見いだされない状態にあるものをいう。
【0028】
樹脂粒子間の凝集は、上記のようにアミノカチオン間の静電気的反発力を利用することにより抑制することができる。本発明では、用いるべきポリオレフィン樹脂が、構造単位の中にアミノ基を有する単位を一定量有してさえいれば、基本的に樹脂の凝集を抑えることができる。ただ、樹脂の凝集は、樹脂の構造によるところが大きいため、樹脂の構造を工夫すれば、より効果的に樹脂の凝集を抑えることができる。この点、本発明者らの研究によれば、アミノ基を有する単位に含まれるアミノ基の数を増やすより、同単位そのものを増やす方が、より効果的に樹脂の凝集を抑えうる傾向にあることがわかった。そして、この場合、樹脂中におけるアミノカチオンの総数が同一であっても、後者の方がより効果的であることもわかった。これらの理由は定かでないが、樹脂の凝集抑制には、樹脂中にアミノ基を行渡らせることが有効であり、アミノ基を有する単位の構造自体は、凝集抑制効果に寄与する割合が低いからと考えられる。したがって、樹脂の凝集を一層効果的に抑制する場合は、アミノ基を有する単位の含有量だけを調整すれば足りるといえ、同単位の含まれるアミノ基の数など構造に関することは基本的に考慮しなくてよい。
【0029】
アミノ基を有する単位の含有量としては、ポリオレフィン樹脂Aを構成する全ての構造単位100モル%に対し、0.1モル%以上10モル%未満であることが好ましく、より好ましくは0.1モル%以上、4モル%未満である。さらに、好ましくは0.2モル%以上、3モル%未満であり、特に好ましくは0.3モル%以上、2モル%未満であり、最も好ましくは0.3モル%以上、1モル%未満である。アミノ基を有する単位の含有量は、一般にNMR分析により知ることができる。
【0030】
ここで、アミノ基を有する単位の含有量が0.1モル%より少ないと、ポリオレフィン樹脂を水性分散化し難くなり、好ましくない。一方、10モル%以上になると、水性分散化後の保存安定性が低下したり、樹脂の密着性や耐水性、耐溶剤性が低下する傾向にあり、好ましくない。
【0031】
また、上記アミノ基を有する単位は、不飽和カルボン酸単位もしくは不飽和カルボン酸無水物単位に由来するカルボニル基を有していることが好ましい。これは、カルボキシル基もしくはカルボン酸無水物基を有する化合物に、アミノ化合物を反応させることで、コストをかけず容易にアミノ基を導入できるからである。それゆえ、ポリオレフィン樹脂Aにおいても、アミノ基を有する単位を形成するにあたり、上記のようにしてアミノ基を導入すれば、結果としてポリオレフィン樹脂Aの製造コストを抑えることができる。一般に、カルボキシル基もしくはカルボン酸無水物基を有する化合物に、アミノ化合物を反応させると、アミノ基が導入されると同時にカルボニル基が残る。したがって、アミノ基を有する単位に、不飽和カルボン酸単位もしくは不飽和カルボン酸無水物単位に由来するカルボニル基が存在していることが、ポリオレフィン樹脂Aを作製するにあたりコスト低減を図った何よりの証左と認められ、好ましい態様といえる。
【0032】
アミノ化合物としては、多官能基アミノ化合物が好ましく採用される。多官能基アミノ化合物とは、分子中に複数の官能基を持ったアミノ化合物をいい、複数の官能基のうち少なくとも1つがアミノ基である化合物をいう。アミノ基以外の官能基としては、ヒドロキシル基やハロゲンなどが挙げられ、ジアミンなどの2つ以上のアミノ基を有する化合物も含まれる。多官能基アミノ化合物を用いることで、より効果的にアミノ基を導入することができる。
【0033】
さらに本発明では、塗剤の分散安定性の点及び樹脂の接着性及び耐熱性向上の観点から、上記アミノ基を有する単位は、不飽和カルボン酸無水物単位由来のN−置換イミド単位と、そのN−置換基として下記式(1)で表される置換基とを有していることが好ましい。
【0034】
−(CHNR・・・(1)
不飽和カルボン酸無水物単位由来のN−置換イミド単位を構成する不飽和カルボン酸無水物としては、無水マレイン酸、無水イタコン酸などが挙げられ、オレフィン系炭化水素単位と共重合しやすいことから無水マレイン酸であることが好ましい。
【0035】
不飽和カルボン酸無水物単位由来のN−置換イミド単位の具体例としては、N,N−ジメチルアミノエチルマレイミド、N,N−ジメチルアミノプロピルマレイミド、N,N−ジメチルアミノブチルマレイミド、N,N−ジエチルアミノエチルマレイミド、N,N−ジエチルアミノプロピルマレイミド、N,N−ジエチルアミノブチルマレイミドなどが挙げられる。これらの2種類以上が共重合されていてもよい。
【0036】
そして、ポリオレフィン樹脂A中の不飽和カルボン酸無水物単位由来のN−置換イミド単位の含有量が多くなると、耐熱性の向上効果が高まる傾向にあり、含有量が少なくなると、耐熱性の向上効果が低くなる傾向にある。不飽和カルボン酸無水物単位由来のN−置換イミド単位の含有量によって耐熱性が変化する詳細なメカニズムは不明であるが、ポリオレフィン樹脂Aがその主鎖にイミド環構造を有することで剛直となり、耐熱性が付与されるものと想定される。したがって、本発明の塗膜においても耐熱性が向上する。
【0037】
不飽和カルボン酸無水物単位由来のN−置換イミド単位の含有量が、0.1モル%より少ない場合は、耐熱性の向上効果が不十分となる傾向にあり、本発明の塗膜や積層体を使用できる環境や条件が制限されることが稀にある。また、ポリオレフィン樹脂Aを水性分散化することが困難となる傾向にあり、好ましくない。一方、不飽和カルボン酸無水物単位由来のN−置換イミド単位の含有量が10モル%以上であると、水性分散化後の保存安定性が低下したり、樹脂の密着性や耐水性、耐溶剤性が低下する傾向にあり、好ましくない。
【0038】
また、本発明におけるN−置換基は、上記の式(1)で表され、式中、RおよびRは炭素数1〜5のアルキル基であり、炭素数1〜2のアルキル基が好ましい。また式中、nは1〜5の整数であって、2〜4の整数が好ましく、2〜3の整数が好ましい。
【0039】
式(1)で表される置換基としては、N,N−ジメチルアミノエチル基、N,N−ジメチルアミノプロピル基、N,N−ジメチルアミノブチル基、N,N−ジエチルアミノエチル基、N,N−ジエチルアミノプロピル基、N,N−ジエチルアミノブチル基などが挙げられる。中でも、N,N−ジメチルアミノプロピル基が好ましい。
【0040】
本発明におけるポリオレフィン樹脂Aは、オレフィン系炭化水素単位とアミノ基を有する単位とを含有するものであり、必要に応じてこれら以外のモノマー単位を含有させてもよい。
【0041】
その他のモノマー単位としては、(メタ)アクリル酸メチル、(メタ)アクリル酸エチル、(メタ)アクリル酸プロピル、(メタ)アクリル酸ブチル等の(メタ)アクリル酸エステル;マレイン酸ジメチル、マレイン酸ジエチル、マレイン酸ジブチル等のマレイン酸エステル;ギ酸ビニル、酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル等のビニルエステルならびにビニルエステルを塩基性化合物等でケン化して得られるビニルアルコール;アクリル酸、メタクリル酸、マレイン酸、無水マレイン酸、イタコン酸、無水イタコン酸等の不飽和カルボン酸などが挙げられる。
【0042】
中でも、本発明におけるポリオレフィン樹脂Aは(メタ)アクリル酸エステル単位を有していることが好ましい。この単位を有していることにより、ポリオレフィン樹脂Aを用いた本発明の塗膜は、基材への接着性がより向上する。
【0043】
他のモノマー単位の含有量は、25モル%以下であることが好ましく、0.1〜20モル%がより好ましく、1〜15モル%がさらに好ましい。含有量が25モル%を超えると、ポリオレフィン樹脂Aを用いた本発明の塗膜の強度が低下する傾向にあり好ましくない。
【0044】
本発明におけるポリオレフィン樹脂Aの分子量としては、質量平均分子量で5000〜500000であることが好ましく、10000〜200000がより好ましく、15000〜100000がさらに好ましく、20000〜80000が特に好ましい。質量平均分子量が5000未満の場合は、ポリオレフィン樹脂Aを用いた本発明の塗膜の接着性や耐溶剤性が低下する傾向にあり、質量平均分子量が500000を超える場合は、ポリオレフィン樹脂Aを水性媒体中で水性分散化することが困難となる傾向がある。
【0045】
ただし、一般にポリオレフィン樹脂は、溶剤に対して難溶であるため、分子量測定が困難となる場合がある。その様な場合においては、溶融樹脂の流動性を示すメルトフローレート値が分子量の目安とされる。
【0046】
本発明におけるポリオレフィン樹脂Aのメルトフローレート値(JIS K7210:1999に準ずる)は、0.1〜2000g/10分であることが好ましく、0.5〜1000g/10分であることがよりに好ましく、1〜500g/10分であることがさらに好ましく、2〜200g/10分であることが特に好ましい。メルトフローレート値が、2000g/10分を超えた場合は、ポリオレフィン樹脂Aを用いた本発明の塗膜の接着性や耐溶剤性が低下する傾向にあり、0.1g/10分未満の場合は本発明におけるポリオレフィン樹脂を水性媒体中で水性分散化することが困難となる傾向がある。
【0047】
本発明におけるポリオレフィン樹脂Aは、優れた加工特性や柔軟特性などを有しているが、最も特徴的な性質は水分散性に優れるところであり、後述する水性分散化方法によって、酸性域で安定なカチオン性水性分散体とすることができるものである。また、本発明におけるポリオレフィン樹脂Aは優れた水分散性を有するので、溶解性や水分散性を向上させるなどの目的で塩素化する必要はなく、また環境保全の観点からハロゲン化しないことが好ましい。
【0048】
本発明におけるポリオレフィン樹脂Aの製造方法は、特に限定されるものではない。本発明では、アミノ基を有する単位が、不飽和カルボン酸無水物単位由来のN−置換イミド単位と、そのN−置換基として上記式(1)で表される置換基とを有することが好ましい。これを例にとると、(A)不飽和カルボン酸無水物と、式(1)で表される置換基を有する1級アミン化合物とをイミド化反応させて不飽和カルボン酸無水物単位由来のN−置換イミドを予め調製し、これと、オレフィン系炭化水素と、必要に応じてその他のモノマーとを共重合する方法、(B)予め調製した不飽和カルボン酸無水物単位由来のN−置換イミドを、ポリオレフィン樹脂やオレフィン共重合体にグラフトする方法、(C)オレフィン系炭化水素単位と不飽和カルボン酸無水物単位とを構成成分とする共重合体と、式(1)で表される置換基を有する1級アミン化合物とをイミド化反応させる方法などが挙げられる。
【0049】
中でも(C)の方法では、原料のオレフィン系炭化水素単位と不飽和カルボン酸無水物単位とを構成成分とする共重合体がオレフィン−カルボン酸無水物共重合体等として市場から安価に入手することが可能であり、しかも、特殊な装置を用いることなくアミノ化合物をイミド化反応することができるため、結果として容易にポリオレフィン樹脂Aを製造することができるため好ましい。
【0050】
オレフィン系炭化水素単位と不飽和カルボン酸無水物単位とを構成成分として有する共重合体(以下、酸無水物含有共重合体と略する)を構成するオレフィン系炭化水素単位や不飽和カルボン酸無水物単位の種類や含有量は、イミド化反応後に得られるポリオレフィン樹脂Aの構成を満足するものであればよい。また酸無水物含有共重合体は、オレフィン系炭化水素単位と不飽和カルボン酸無水物単位以外のモノマー単位を有するものであってもよい。
【0051】
酸無水物含有共重合体を構成する不飽和カルボン酸無水物単位としては、無水マレイン酸、無水イタコン酸などが挙げられ、オレフィン系炭化水素単位と共重合しやすいことから無水マレイン酸であることが好ましい。
【0052】
酸無水物含有共重合体における不飽和カルボン酸無水物単位の含有量は、0.1モル%以上、10モル%未満であることが好ましく、中でも0.1モル%以上、7モル%未満であることが好ましく、より好ましくは0.1モル%以上、4モル%未満であり、さらに好ましくは0.2モル%以上、3モル%未満であり、特に好ましくは0.3モル%以上、2モル%未満であり、最も好ましくは0.3モル%以上、1モル%未満である。不飽和カルボン酸無水物の含有量が0.1モル%より少ない場合は、得られるポリオレフィン樹脂Aの耐熱性の向上効果が不十分となり、また、ポリオレフィン樹脂Aを水性分散化することが困難となる。一方、不飽和カルボン酸無水物の含有量が10モル%以上であると、水性分散化後の保存安定性が低下したり、得られるポリオレフィン樹脂Aの密着性や耐水性、耐溶剤性が低下する傾向にある。
【0053】
また、酸無水物含有共重合体を構成するオレフィン系炭化水素単位や不飽和カルボン酸無水物単位以外のモノマー単位(その他のモノマー単位)としては、(メタ)アクリル酸メチル、(メタ)アクリル酸エチル、(メタ)アクリル酸プロピル、(メタ)アクリル酸ブチル等の(メタ)アクリル酸エステル;マレイン酸ジメチル、マレイン酸ジエチル、マレイン酸ジブチル等のマレイン酸エステル;ギ酸ビニル、酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル等のビニルエステルならびにビニルエステルを塩基性化合物等でケン化して得られるビニルアルコール;アクリル酸、メタクリル酸、マレイン酸、イタコン酸等の不飽和カルボン酸などが挙げられる。
【0054】
酸無水物含有共重合体の共重合の状態としては特に限定されず、例えば、ランダム共重合、ブロック共重合、グラフト共重合(グラフト変性)などが挙げられる。
【0055】
酸無水物含有共重合体の具体例としては、エチレン−無水マレイン酸共重合体、プロプレン−無水マレイン酸共重合体、エチレン−無水マレイン酸グラフト共重合体、エチレン−(メタ)アクリル酸メチル−無水マレイン酸三元共重合体、エチレン−(メタ)アクリル酸エチル−無水マレイン酸三元共重合体、エチレン−(メタ)アクリル酸プロピル−無水マレイン酸三元共重合体、エチレン−(メタ)アクリル酸ブチル−無水マレイン酸三元共重合体などのエチレン−(メタ)アクリル酸エステル−無水マレイン酸三元共重合体、プロピレン−無水マレイン酸グラフト共重合体、プロピレン−ブテン−無水マレイン酸グラフト共重合体、プロピレン−ブテン−エチレン−無水マレイン酸グラフト共重合体などが挙げられる。
【0056】
これらの中でも、得られるポリオレフィン樹脂Aを用いた塗膜の基材への接着性をより向上させることから、エチレン−(メタ)アクリル酸メチル−無水マレイン酸三元共重合体、エチレン−(メタ)アクリル酸エチル−無水マレイン酸三元共重合体、エチレン−(メタ)アクリル酸プロピル−無水マレイン酸三元共重合体、エチレン−(メタ)アクリル酸ブチル−無水マレイン酸三元共重合体などのエチレン−(メタ)アクリル酸エステル−無水マレイン酸三元共重合体が好ましい。
【0057】
これら酸無水物含有共重合体は、アルケマ社製「ボンダイン」、「ロタダー」、「オレバック」、日本ポリエチレン社製「レクスパールET」、「アドテクス」、日油社製「モディパ」、三洋化成「ユーメックス」、三井化学社製「アドマー」、日本製紙ケミカル社製「アウローレン」などとして市場から広く入手することが可能である。
【0058】
上記したような(C)の方法においては、上記酸無水物含有共重合体と、下記式(2)で表されるアミノ化合物とをイミド化反応させることによって、ポリオレフィン樹脂Aが得られる。
【0059】
N−(CHNR・・・(2)
(式中、RおよびRは炭素数1〜5のアルキル基、nは1〜5の整数を示す)
式中、RおよびRは炭素数1〜5のアルキル基であり、炭素数1〜2のアルキル基が好ましい。炭素数6以上の場合は、アミノ化合物の沸点が高くなり、得られるポリオレフィン樹脂中に未反応物が残留しやすくなり、耐水性が低下する。またRおよびRのどちらか一方または両方が水素であった場合は、イミド化反応の際にアミノ化合物分子中の両方のアミンがカルボン酸無水物と反応してしまい、その結果オレフィン共重合体が架橋構造を形成し、水性分散化が困難となる。
【0060】
また式中、nは1〜5の整数であって、2〜4の整数が好ましく、2〜3の整数が好ましい。nが0の場合は取り扱いの際に爆発の危険性があり、nが6以上の場合は、アミノ化合物の沸点が高くなり、得られるポリオレフィン樹脂中に未反応物が残留しやすくなり耐水性が低下する。
【0061】
上述のように式(2)で表されるアミノ化合物(以下、アミノ化合物と略する)は、分子内に1級アミンと3級アミンを有するジアミンである。分子内の1級アミンが酸無水物含有共重合体のカルボン酸無水物とイミド結合することで、ジアルキルアミノアルキル基を置換基とするN−置換不飽和カルボン酸イミドを生成することが可能となる。
【0062】
式(2)で表されるアミノ化合物としては、N,N−ジアルキルアミノアルキルアミンが挙げられ、中でもN,N−ジメチルアミノエチルアミン、N,N−ジメチルアミノプロピルアミン、N,N−ジメチルアミノブチルアミン、N,N−ジエチルアミノエチルアミン、N,N−ジエチルアミノプロピルアミン、N,N−ジエチルアミノブチルアミンなどが好ましい。
【0063】
また、上記したような酸無水物含有共重合体とアミノ化合物とをイミド化反応させる際には、公知の装置、方法で行うことができる。例えば、酸無水物含有共重合体とアミノ化合物とを、反応容器内で加熱、撹拌する方法や、押出し機で連続的に加熱、撹拌する方法などが挙げられる。
【0064】
本発明の脱酸素塗剤には、上記した特定組成のポリオレフィン樹脂Aと有機系脱酸素剤とが含有されているが、ポリオレフィン樹脂Aと有機系脱酸素剤の総濃度(固形分濃度)は1〜40質量%が好ましく、中でも3〜20質量%が好ましく、5〜15質量%がさらに好ましい。固形分濃度が1質量%未満では、基材に塗工する際に十分な厚さの塗膜を形成しにくくなり、一方、40質量%を超えると、本発明におけるポリオレフィン樹脂の水性媒体中での分散性が低下することがある。
【0065】
また、本発明の脱酸素塗剤や脱酸素剤含有塗膜に含有されている有機系脱酸素剤とポリオレフィン樹脂Aの質量比は、特に限定されるものではないが、塗膜にした際の基材への接着性と脱酸素塗剤の脱酸素効果を考慮すると、ポリオレフィン樹脂Aと有機系脱酸素剤の質量比(ポリオレフィン樹脂A/有機系脱酸素剤)が1/99〜99/1であることが好ましく、中でも1/99〜70/30であることが好ましく、さらには5/95〜60/40であることが好ましい。
【0066】
本発明の脱酸素塗剤は、上記したような有機系脱酸素剤と本発明におけるポリオレフィン樹脂に加えて、酸性化合物を水性媒体中に含有する脱酸素塗剤である。
【0067】
なお、本発明の脱酸素塗剤における水性媒体とは、水、または水と有機溶媒との混合液をいうものである。
【0068】
本発明では、この酸性化合物を含有していることにより、前述したようにポリオレフィン樹脂中のアミノ基の一部または全てを中和することができる。そして、アミノ基の中和によってポリオレフィン樹脂にアミノカチオンが生成し、生成したアミノカチオン間の静電気的反発力によって、水性媒体中でのポリオレフィン樹脂粒子間の凝集を防ぐことができる。本発明の脱酸素塗剤は、ポリオレフィン樹脂が均一に分散された、酸性域で安定なカチオン性水性塗剤である。
【0069】
ポリオレフィン樹脂を水性媒体中に均一に分散させる方法としては、末端にカルボキシル基などを有するポリオレフィン樹脂と塩基性化合物(具体的には、アンモニアや、トリエチルアミン、N,N−ジメチルエタノールアミンなどの有機アミン化合物)を含有させて、ポリオレフィン樹脂を塩基性化合物で中和する方法もある。このとき、中和によってカルボキシルアニオンが生成し、生成したカルボキシルアニオン間の静電気的反発力によって、水性媒体中でのポリオレフィン樹脂粒子間の凝集を防ぐことができ、分散安定性を付与することができる。
【0070】
このようなポリオレフィン樹脂を用いた場合、ポリオレフィン樹脂の分散安定性を維持するためには、ポリオレフィン樹脂が水性媒体中に分散した水性分散体を塩基性領域に維持する必要があるが、塩基性領域の水性分散体中に、アスコルビン酸などの有機系脱酸素剤を添加すると、水性分散体の安定性が低下してポリオレフィン樹脂が凝集したり、有機系脱酸素剤の分解が著しく促進されるという問題が生じる。したがって、有機系脱酸素剤を含有する脱酸素塗剤は、中性から酸性領域に維持されていることが好ましい。
【0071】
そこで、本発明の塗剤においては、上記したようにポリオレフィン樹脂Aとともに酸性化合物を用いることにより、ポリオレフィン樹脂Aが水性媒体中に均一に分散された酸性域で安定なカチオン性水性分散体とすることができるので、有機系脱酸素剤を安定して、換言すると、分解が著しく促進されることなく、含有させることが可能となる。
【0072】
本発明における酸性化合物は、酸解離定数(pKa)が8以下であることが好ましく、−9〜7がより好ましく、−5〜6がさらに好ましく、0〜5が特に好ましい。酸解離定数(pKa)が8を超えると、アミノ基が中和されにくくなり、ポリオレフィン樹脂Aの水性分散化が困難となる傾向がある。しかし、低すぎる場合も、腐食性が強いため、水性分散化の設備や水性分散体を利用するための設備を傷めることがある。また、有機系脱酸素剤の分解を著しく促進することも懸念される。
【0073】
酸解離定数(pKa)が8以下である酸性化合物の具体例としては、ギ酸、酢酸、プロピオン酸、酪酸、吉草酸などの有機酸;塩酸、硫酸、リン酸、硝酸などの無機酸が挙げられ、これらの中でも、比較的腐食性が低く、かつアミノ基の中和に優れる有機酸が好ましく、中でもギ酸、酢酸がさらに好ましい。
【0074】
また、酸性化合物は、本発明の脱酸素剤含有塗膜中には含有されていないことが好ましい。本発明の脱酸素剤含有塗膜中に酸性化合物が含有されていると、基材との接着性が低下したり、耐水性が低下する傾向にある。このため、酸性化合物は揮発性であることが好ましく、具体的には、沸点が20〜250℃であることが好ましく、30〜200℃がより好ましく、50〜150℃がさらに好ましく、50〜120℃が特に好ましい。
【0075】
酸性化合物が不揮発性であったり、沸点が高すぎると、本発明の脱酸素剤含有塗膜中に酸性化合物が残留しやすくなる。また沸点が低すぎると、水性分散化する際に揮発する割合が多くなり、本発明におけるポリオレフィン樹脂中の側鎖にあるアミノ基が十分に中和されない場合がある。
【0076】
本発明の脱酸素塗剤は、pHが2〜6であることが好ましい。脱酸素塗剤のpHをこの範囲内のものとするには、酸性化合物の含有量を調整することにより可能である。酸性化合物の含有量はポリオレフィン樹脂Aの種類や、ポリオレフィン樹脂Aと有機系脱酸素剤との比率、塗剤中のポリオレフィン樹脂Aと有機系脱酸素剤の総濃度(固形分濃度)によっても異なるが、ポリオレフィン樹脂Aのアミノ基のモル数に対して0.5〜5倍当量モルが好ましく、0.8〜3倍当量モルがより好ましく、1〜2.5倍当量モルがさらに好ましい。
【0077】
本発明の塗剤のpHが6を超えると塗剤の保存安定性が乏しくなる場合がある。一方、pHが2未満では酸性化合物の添加量が多くなり、コストアップの原因となったり、塗膜形成時の乾燥時間が長くなったり、有機系脱酸素剤の分解が著しく促進される場合がある。
【0078】
また、本発明の脱酸素塗剤は、ポリオレフィン樹脂Aが水性媒体中に分散されているものであるが、脱酸素塗剤中のポリオレフィン樹脂Aの数平均粒子径は、1000nm以下であることが好ましく、中でも500nm以下であることが好ましく、200nm以下がより好ましく、100nm以下がさらに好ましく、90nm以下が特に好ましく、80nm以下が最も好ましい。数平均粒子径が1000nmを超える場合は、塗剤の保存安定性が低下したり、塗工した際の造膜性が不均一となる傾向がある。なお、後述のような製造方法で本発明の脱酸素塗剤を得ることにより、ポリオレフィン樹脂Aの数平均粒子径を1000nm以下のものとすることが可能である。
【0079】
さらに、塗剤中のポリオレフィン樹脂Aの体積平均粒子径は、1000nm以下であることが好ましく、500nm以下が好ましく、200nm以下がより好ましく、100nm以下がさらに好ましく、90nm以下が特に好ましい。
【0080】
ポリオレフィン樹脂Aの体積平均粒子径が1000nmを超える場合は、塗剤の保存安定性が低下したり、塗工した際の造膜性が不均一となる傾向がある。
【0081】
塗剤中のポリオレフィン樹脂Aの粒子径の分布度(体積平均粒子径/数平均粒子径)は、塗剤の保存安定性や塗工性の観点から、1〜3が好ましく、1〜2.5がより好ましく、1〜2がさらに好ましい。粒子径の分布度が3を超えると、塗剤の保存安定性が低下する場合がある。
【0082】
ここで、ポリオレフィン樹脂Aの数平均粒子径および体積平均粒子径は、微粒物質の粒子径を測定するために一般的に使用されている動的光散乱法によって測定される。
【0083】
本発明の脱酸素塗剤は、不揮発性水性分散化助剤を実質的に含有していないことが好ましい。不揮発性水性分散化助剤を含有していると、塗剤を塗工して得られる塗膜中に残存し、塗膜を可塑化したり親水化したりする。このため、塗膜の基材への接着性や耐水性、耐溶剤性などが低下する。また、不揮発性助剤が塗膜表面にブリードアウトすることで脱酸素機能を低下させることも懸念される。
【0084】
ここで「不揮発性水性分散化助剤を実質的に含有しない」とは、不揮発性水性分散化助剤を積極的に脱酸素塗剤中に添加しないことであり、ポリオレフィン樹脂A100質量部に対して不揮発性水性分散化助剤の含有量が0.1質量部未満であることを言い、好ましくはこの含有量がゼロである。また、不揮発性とは、常圧での沸点を有さないか、もしくは、常圧で高沸点(例えば300℃以上)であることを指す。
【0085】
「不揮発性水性分散化助剤」とは、ポリオレフィン樹脂Aの水性分散化において、水性分散化促進や水性分散体の安定化の目的で添加される不揮発性の薬剤や化合物をいうものであり、具体的には、乳化剤、保護コロイド作用を有する化合物、変性ワックス類、高酸価の酸変性化合物、水溶性高分子などが挙げられる。乳化剤としては、カチオン性乳化剤、アニオン性乳化剤、ノニオン性乳化剤、あるいは両性乳化剤が挙げられ、一般に乳化重合に用いられるもののほか、界面活性剤類も含まれる。例えば、アニオン性乳化剤としては、高級アルコールの硫酸エステル塩、高級アルキルスルホン酸塩、高級カルボン酸塩、アルキルベンゼンスルホン酸塩、ポリオキシエチレンアルキルサルフェート塩、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテルサルフェート塩、ビニルスルホサクシネート等が挙げられ、ノニオン性乳化剤としては、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル、ポリエチレングリコール脂肪酸エステル、エチレンオキサイドプロピレンオキサイドブロック共重合体、ポリオキシエチレン脂肪酸アミド、エチレンオキサイド−プロピレンオキサイド共重合体などのポリオキシエチレン構造を有する化合物やポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステルなどのソルビタン誘導体等が挙げられ、カチオン性乳化剤としては、アルキルトリメチルアンモニウム塩、ジアルキルジメチルアンモニウム塩などの第四級アンモニウム塩類やアルキルアミン塩類などが挙げられ、両性乳化剤としては、ラウリルベタイン、ラウリルジメチルアミンオキサイド等が挙げられる。
【0086】
保護コロイド作用を有する化合物、変性ワックス類、高アミノ変性化合物、高酸価の酸変性化合物、水溶性高分子としては、ポリビニルアルコール、アミノ変性ポリビニルアルコール、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、変性デンプン、ポリビニルピロリドン、ポリアクリル酸およびその塩、アミノ基含有ポリエチレンワックス、アミノ基含有ポリプロピレンワックス、アミノ基含有ポリエチレン−プロピレンワックスなどの数平均分子量が通常は5000以下のアミノ変性ポリオレフィンワックス類およびその塩、アミノ基を有する水溶性アクリル系共重合体、ゼラチン、アラビアゴム、カゼイン等、一般に微粒子の分散安定剤として用いられている化合物が挙げられる。
【0087】
そして、本発明において、水性媒体は、水、または水と有機溶媒との混合液をいうものであるが、有機溶媒として、20℃における水に対する溶解性が50g/L以上であり、かつ沸点が30〜250℃である有機溶媒を含有することが好ましい。このような有機溶媒を含むことで基材への塗工性を向上させることができる。
【0088】
本発明の脱酸素塗剤中の有機溶媒の含有量は、ポリオレフィン樹脂Aと有機系脱酸素剤との比率、ポリオレフィン樹脂Aと有機系脱酸素剤の総濃度(固形分濃度)、pH、有機溶媒の種類、用途により種々調整されるものであるが、塗剤中の1〜99質量%であることが好ましく、5〜95質量%であることがより好ましく、10〜90質量%であることがさらに好ましく、20〜80質量%であることが特に好ましい。有機溶媒含有量が99質量%を超えた場合には、塗剤の保存安定性が低下する場合があり、1質量%未満の場合では、塗工性向上効果が乏しくなりやすい。
【0089】
また、後述するポリオレフィン樹脂Aの水性分散化に際して、有機溶媒を添加することで、アミノ基の含有量が少なくても、また不揮発性水性分散化助剤を実質的に添加しなくても、本発明におけるポリオレフィン樹脂の水性媒体への分散化を促進し、本発明におけるポリオレフィン樹脂の粒子径を小さくすることができる。
【0090】
なお、本発明におけるポリオレフィン樹脂の水性分散化に際しては、水性媒体中の有機溶媒の含有量は、50質量%以下が好ましく、1〜40質量%であることがより好ましく、2〜35質量%がさらに好ましく、3〜30質量%が特に好ましい。有機溶媒の含有量が50質量%を超える場合には、水性分散化の促進効果が変らないかもしくは低下する傾向にある。
【0091】
有機溶媒は、脱酸素塗剤の保存安定性を良好とするためには、20℃における水に対する溶解性が50g/L以上であることが好ましく、100g/L以上であることがより好ましく、600g/L以上であることがさらに好ましく、20℃における水と任意の割合で溶解するものが特に好ましい。
【0092】
また、有機溶媒の沸点は30〜250℃であることが好ましく、50〜200℃であることがより好ましい。有機溶媒の沸点が30℃未満の場合は、脱酸素塗剤調製時や保存中、塗工中に揮発する割合が多くなり、添加効果が十分に高まらない場合がある。また、後述するポリオレフィン樹脂Aの水性分散化においても、揮発する割合が多くなり、分散効率が十分に高まらない場合がある。沸点が250℃を超える場合は、塗剤から得られる塗膜に残留しやすく、基材への接着性や耐水性や耐溶剤性が低下する傾向にある。
【0093】
20℃における水に対する溶解性が50g/L以上でかつ30〜250℃の沸点を有する有機溶媒の具体例としては、メタノール、エタノール、n−プロパノール、イソプロパノール、n−ブタノール、イソブタノール、sec−ブタノール、tert−ブタノール、n−アミルアルコール、イソアミルアルコール、sec−アミルアルコール、tert−アミルアルコール、1−エチル−1−プロパノール、2−メチル−1−ブタノール、n−ヘキサノール、シクロヘキサノール等のアルコール類;メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、エチルブチルケトン、シクロヘキサノン、イソホロン等のケトン類、テトラヒドロフラン、ジオキサン等のエーテル類;酢酸エチル、酢酸−n−プロピル、酢酸イソプロピル、酢酸−n−ブチル、酢酸イソブチル、酢酸−sec−ブチル、酢酸−3−メトキシブチル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、炭酸ジエチル、炭酸ジメチル等のエステル類、エチレングリコール、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノプロピルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、エチレングリコールエチルエーテルアセテート、ジエチレングリコール、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールエチルエーテルアセテート、プロピレングリコール、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノブチルエーテル、プロピレングリコールメチルエーテルアセテート等のグリコール誘導体;さらには、3−メトキシ−3−メチルブタノール、3−メトキシブタノール、アセトニトリル、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、ジアセトンアルコール、アセト酢酸エチル等が挙げられる。なお、これら有機溶媒は2種以上を混合して使用してもよい。
【0094】
上記の中でも、価格、取り扱いの点から、エタノール、n−プロパノール、イソプロパノール、n−ブタノール、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン、テトラヒドロフラン、ジオキサン、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノプロピルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテルが好ましく、エタノール、n−プロパノール、イソプロパノール、テトラヒドロフランが特に好ましい。
【0095】
また、本発明の脱酸素塗剤には、その特性が損なわれない範囲で、本発明におけるポリオレフィン樹脂以外の樹脂、レベリング剤、消泡剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、着色剤などの添加物を添加してもよい。
【0096】
中でも架橋剤を添加することで、得られる塗膜の硬度を上げることができる。架橋剤としては、自己架橋性を有する架橋剤;アミノ基、アクリル酸エステルやカルボキシル基と反応する官能基を分子内に複数個有する化合物;多価の配位座を有する金属錯体等を用いることができ、具体的には、ヒドラジド化合物、イソシアネート化合物、メラミン化合物、尿素化合物、エポキシ化合物、カルボジイミド化合物、オキサゾリン基含有化合物、ジルコニウム塩化合物、シランカップリング剤、有機過酸化物等が好ましい。また、これらの架橋剤を2種類以上併用してもよい。
【0097】
次に、本発明の脱酸素塗剤の製造方法について述べる。
【0098】
上記したような有機系脱酸素剤、特定組成のポリオレフィン樹脂、酸性化合物、水性媒体を含む脱酸素塗剤を得るための方法としては、ポリオレフィン樹脂Aの分散安定性の観点から、ポリオレフィン樹脂Aの水性分散体を予め調製しておき、有機系脱酸素剤と混合して得る方法が最も好ましい。このようにすれば、ポリオレフィン樹脂水性分散体の有する優れた分散、保存安定性が維持され、必要時に有機系脱酸素剤と混合することで、有機系脱酸素剤の機能維持が容易になる。以下、この方法について詳述する。
【0099】
まず、ポリオレフィン樹脂Aの水性分散体の製造方法について説明する。
【0100】
ポリオレフィン樹脂Aの水性分散体を得るための水性分散化方法としては、密閉可能な容器中で酸性化合物、水性媒体とともに加熱、攪拌する方法が好ましい。容器としては、液体を投入できる槽を備え、槽内に投入された酸性化合物、水性媒体と樹脂粉末ないしは粒状物との混合物を適度に撹拌できるものであればよい。そのような装置としては、固/液撹拌装置や乳化機を使用することができ、耐圧性であることが好ましい。撹拌の方法、撹拌の回転速度は特に限定されないが、樹脂が水性媒体中で浮遊状態となる程度の低速の撹拌でも十分水性化が達成され、高速撹拌(例えば1000rpm以上)は必須ではない。このため、簡便な装置でも水性分散体の製造が可能である。
【0101】
前記のような容器に、ポリオレフィン樹脂A、酸性化合物、水性媒体(水と有機溶媒)を投入し、次いで、槽内の温度を80〜250℃、好ましくは90〜200℃、さらに好ましくは100〜190℃の温度に保ちつつ、好ましくは5〜180分間攪拌を続けることによりポリオレフィン樹脂Aを十分に分散化させることができる。その後、好ましくは攪拌下で40℃以下に冷却することにより、水性分散体を得ることができる。槽内の温度が80℃未満の場合は、ポリオレフィン樹脂Aの分散効果が低く、250℃を超えても水性分散化の効果はそれ以上向上しない。
【0102】
この方法によれば、不揮発性水性化助剤を実質的に添加しなくとも、ポリオレフィン樹脂Aが良好に分散された水性分散体とすることができる。
【0103】
上述の方法により得られる水性分散体は、きわめて良好に分散しており、未分散樹脂がほとんどまたは全く残存しないものである。しかしながら、容器内の異物や少量の未分散樹脂を除くために、水性分散体を払い出す際は、濾過工程を設けてもよい。濾過方法は限定されないが、例えば、300メッシュのステンレス製フィルター(線径0.035mm、平織)で加圧濾過(例えば空気圧0.5MPa)する方法が挙げられる。このような濾過工程を設けることで、未分散樹脂が存在した場合であっても除去できるため、以降の工程で水性分散体の使用は問題ないものとなる。
【0104】
上記のようにして、ポリオレフィン樹脂Aが水性媒体中に均一に分散された水性分散体が調製される。
【0105】
なお、水性分散体中のポリオレフィン樹脂Aの数平均粒子径は、1000nm以下であることが好ましく、中でも500nm以下であることが好ましく、200nm以下がより好ましく、100nm以下がさらに好ましく、90nm以下が特に好ましく、80nm以下が最も好ましい。数平均粒子径が1000nmを超える場合は、水性分散体の保存安定性が低下したり、塗工した際の造膜性が不均一となる傾向がある。
【0106】
さらに、水性分散体中のポリオレフィン樹脂Aの体積平均粒子径は、1000nm以下であることが好ましく、500nm以下が好ましく、200nm以下がより好ましく、100nm以下がさらに好ましく、90nm以下が特に好ましい。ポリオレフィン樹脂Aの体積平均粒子径が1000nmを超える場合は、水性分散体の保存安定性が低下したり、塗工した際の造膜性が不均一となる傾向がある。
【0107】
また、ポリオレフィン樹脂Aの水性分散体中に含まれる有機溶媒は、その一部をストリッピングと呼ばれる脱溶剤操作で水性分散体から除くことができる。このようなストリッピングによって有機溶媒の含有量は、必要に応じて0.1質量%以下まで低減することが可能である。有機溶媒の含有量が0.1質量%以下となっても、水性分散体の性能面での影響は生じない。ストリッピングの方法としては、常圧または減圧下で水性分散体を攪拌しながら加熱し、有機溶媒を留去する方法を挙げることができる。
【0108】
水性分散体中に含まれるポリオレフィン樹脂Aの固形分濃度としては、脱酸素塗剤とした際の混合安定性や塗工性、塗工した際の厚みを良好に保持つために、水性分散体の2〜60質量%が好ましく、5〜50質量%がより好ましく、10〜45質量%がさらに好ましい。
【0109】
上述のようにして得られたポリオレフィン樹脂Aの水性分散体と有機系脱酸素剤を混合することにより、本発明の脱酸素塗剤を得ることができる。混合する際には、公知の装置を使用することが可能である。また、本発明の脱酸素塗剤は分散安定性を維持するために、水性分散体のpHが2〜6になるようにpH調整を行うことが好ましい。
【0110】
また、本発明の脱酸素塗剤中のポリオレフィン樹脂Aや有機系脱酸素剤の総濃度(固形分濃度)を調整する方法としては、例えば、塗剤中の水性媒体を留去する方法や、水や前記した有機溶媒などにより希釈する方法が挙げられ、容易に総濃度の調整が可能である。
【0111】
次に、本発明の積層体について説明する。
【0112】
本発明の積層体は、基材上に本発明の脱酸素剤含有塗膜が積層されてなるものである。そして、基材上の脱酸素剤含有塗膜は、本発明の脱酸素塗剤を塗工することにより得られたものであることが好ましい。
【0113】
本発明の脱酸素塗剤は、造膜性(塗膜形成性)に優れており、塗工し、乾燥させることにより容易に塗膜を形成することができる。さらに樹脂材料、紙、合成紙、布帛、金属材料、ガラス材料等の多種多様な基材に対しての接着性に優れているので、これらの材料を基材として用いることができる。
【0114】
本発明の積層体における脱酸素剤含有塗膜の厚さは、形態や要求される性能によって適宜選択することができるものであるが、0.05〜1000μmが好ましく、0.1〜100μmがより好ましく、0.2〜50μmが特に好ましい。
【0115】
基材に用いることができる紙としては、和紙、クラフト紙、ライナー紙、アート紙、コート紙、カートン紙、グラシン紙、セミグラシン紙等を挙げることができる。
【0116】
基材に用いることのできる合成紙としては、その構造は特に限定されず、単層構造であっても多層構造であってもよい。多層構造としては、例えば基材層と表面層の2層構造、基材層の表裏面に表面層が存在する3層構造、基材層と表面層の間に他の樹脂フィルム層が存在する多層構造を例示することができる。また、各層は無機や有機のフィラーを含有していてもよい。また、微細なボイドを多数有する微多孔性合成紙も使用することができる。
【0117】
基材に用いることのできる樹脂材料としては、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、ポリ乳酸(PLA)などのポリエステル樹脂、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)等のポリオレフィン樹脂、ポリスチレン樹脂、6−ナイロン、ポリ−m−キシリレンアジパミド(MXD6ナイロン)等のポリアミド樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリアクリルニトリル樹脂、ポリイミド樹脂、これらの樹脂の複層体(例えば、ナイロン6/MXD/ナイロン6、ナイロン6/エチレン−ビニルアルコール共重合体/ナイロン6)や混合体等が挙げられる。
【0118】
これらの樹脂材料からなる基材としては、射出成形等により板状に成形したもの、溶融してシート状に延伸したもの、シートをさらに延伸してフィルム状としたもの、樹脂材料またはその原料を含む溶液を塗工、乾燥してフィルム状にしたもの等が挙げられる。これらの樹脂中には公知の添加剤や安定剤、例えば帯電防止剤、可塑剤、滑剤、酸化防止剤などを含んでいてもよい。また、その他の材料と積層する場合の接着性を向上させるために、樹脂材料からなる基材の表面にコロナ処理、プラズマ処理、オゾン処理、薬品処理、溶剤処理等が施されていてもよい。さらには、シリカ、アルミナ等が蒸着されていてもよい。
【0119】
基材に用いることのできる布帛としては、上述した合成樹脂からなる繊維や、木綿、絹、麻などの天然繊維を用いた織編物や不織布等が挙げられる。
【0120】
基材に用いることのできる金属材料としては、アルミ箔や銅箔などの金属箔やアルミ板や銅板などの金属板などが挙げられ、ガラス材料の例としてはガラス板やガラス繊維からなる布帛などが挙げられる。
【0121】
基材上に本発明の脱酸素剤含有塗膜を設ける方法としては、本発明の脱酸素塗剤を基材上に塗工後、脱酸素塗剤から水性媒体等を除去する方法、剥離紙上に本発明の脱酸素塗剤を塗工して水性媒体等を除去して得られた塗膜を基材上に転写する方法が挙げられる。中でも、前者の方法が簡便で好ましい。
【0122】
本発明の脱酸素塗剤は造膜性に優れているので、塗工する際には、公知の成膜方法、例えばグラビアロールコーティング、リバースロールコーティング、ワイヤーバーコーティング、リップコーティング、エアナイフコーティング、カーテンフローコーティング、スプレーコーティング、ディップコーティング、はけ塗り法等を採用することができ、各種の基材表面に均一に塗工することができる。塗工後は必要に応じて室温付近でセッティングした後、乾燥又は乾燥と焼き付けのための加熱処理を行い、水性媒体等を除去する。これにより、均一な塗膜が基材表面に良好に接着した(密着した)積層体を得ることができる。
【0123】
乾燥又は乾燥と焼き付けのための加熱処理を行う際には、通常の熱風循環型のオーブンや赤外線ヒーター等を使用すればよい。また、加熱温度や加熱時間は、塗剤や基材の特性や種類等により適宜選択されるものであるが、経済性を考慮した場合、加熱温度としては、30〜250℃が好ましく、60〜200℃がより好ましく、80〜180℃が特に好ましく、加熱時間としては、1秒〜20分が好ましく、5秒〜15分がより好ましく、5秒〜10分が特に好ましい。なお、前記したように、本発明の脱酸素塗剤中に架橋剤を添加した場合は、架橋反応を十分進行させるために、加熱温度および時間は架橋剤の種類によって適宜選定することが望ましい。
【0124】
本発明の脱酸素材含有塗膜は、ポリオレフィン樹脂Aを含有するため、ヒートシール性を有する。したがって、本発明の積層体として、基材に樹脂フィルムやシート、合成紙、金属箔を使用した場合には、脱酸素剤含有塗膜同士を重ね合わせて加熱処理することにより、包体とすることもできる。このような包体としては、三方シール袋、四方シール袋、ガセット包装袋、ピロー包装袋などが挙げられる。
【0125】
さらに、本発明の積層体は、脱酸素剤含有塗膜上にシーラント層が積層されていることが好ましい。シーラント層とは、常温では粘着性を示さず、かつヒートシール性を有するものである。シーラント層を設けることにより、さらにヒートシール性を向上させることができ、上記したような包体とする場合に好適である。
【0126】
シーラント層の厚みは10〜50μmの範囲が好ましく、20〜40μmの範囲がより好ましい。シーラント層が50μmを超えると脱酸素反応に時間がかかる場合があり、一方、シーラント層の厚みが10μm未満であると、シーラント層を設ける効果に乏しくなる。
【0127】
シーラント層を形成する樹脂としては、公知のシーラント樹脂が使用できる。具体的には、低密度ポリエチレン(LDPE)や高密度ポリエチレン(HDPE)などのポリエチレン、酸変性ポリエチレン、ポリプロピレン、酸変性ポリプロピレン、共重合ポリプロピレン、エチレン−ビニルアセテート共重合体、エチレン−(メタ)アクリル酸エステル共重合体、エチレン−(メタ)アクリル酸共重合体、アイオノマー等のポリオレフィン樹脂等が挙げられ、中でも低温ヒートシール性に優れるポリエチレン系樹脂が好ましく、安価であることからポリエチレンが特に好ましい。
【0128】
シーラント層を設ける方法は特に限定されないが、前記した樹脂をシート又はフィルム状とし、本発明の積層体の塗膜面に載置し、熱によって貼り合わせる方法(熱ラミネート、ドライラミネート)や、本発明の積層体の塗膜面に溶融させた前記樹脂を押し出して貼り合わせる方法(押出ラミネート法)などが挙げられる。
【0129】
また、シーラント層を有する積層体において、シーラント層にポリプロピレン樹脂製チャックを設けて、チャック付き包装袋とすることもできる。
【0130】
さらに、本発明の積層体は、基材がバリア性を有するものであることが好ましい。基材がバリア性を有することで、例えば、包体とした場合に、外部から酸素が混入することを抑制することができる。
【0131】
バリア性を有する基材としては、アルミニウム箔などの軟質金属箔や、塩化ビニリデン系樹脂、変性ポリビニルアルコール、エチレンビニルアルコール共重合体、MXDナイロンなどのようなバリア性を有する樹脂材料から形成された基材や、バリア性を有していない材料から形成された基材上にバリア層を積層した基材が挙げられる。
【0132】
バリア層としては、アルミニウム箔などの軟質金属箔や、アルミニウム蒸着、シリカ蒸着、アルミナ蒸着、シリカアルミナ2元蒸着などの蒸着層、また、上述のバリア性を有する樹脂材料からなる層などが挙げられる。
【0133】
バリア性を有する基材のバリア性は、包装する内容物や保存期間など用途によって適宜選択すればよいが、酸素透過度が、100ml/m・day・MPa(20℃、90%RH)以下であることが好ましく、20ml/m・day・MPa以下がより好ましく、10ml/m・day・MPa以下がさらに好ましく、1ml/m・day・MPa以下が特に好ましい。水蒸気透過度は100g/m・day(40℃、90%RH)以下であることが好ましく、20g/m・day以下がより好ましく、10g/m・day以下がさらに好ましく、1g/m・day以下が特に好ましい。
【0134】
バリア性を有する基材としては、バリア性を有していない材料から形成された基材上にバリア層を積層した基材が好ましく、バリア層としては、バリア性の点から、アルミニウム箔、アルミニウム、シリカ、アルミナ等の蒸着層が好ましく、安価である点からアルミニウム箔がより好ましい。アルミニウム箔の厚みは特に限定されないが、経済的な面から3〜50μmの範囲が好ましい。
【0135】
アルミニウム、シリカ、アルミナ等の蒸着層を積層した基材としては、市販の蒸着フィルムを使用することが簡便であり、このような蒸着フィルムとしては、例えば、大日本印刷社製の「IBシリーズ」、凸版印刷社製の「GL、GXシリーズ」、東レフィルム加工社製の「バリアロックス」、「VM−PET」、「YM−CPP」、「VM−OPP」、三菱樹脂社製の「テックバリア」、東セロ社製の「メタライン」、尾池工業社製の「MOS」「テトライト」、「ビーブライト」などを用いることができる。なお、蒸着層の上に保護コート層を設けてもよい。
【0136】
また、バリア性を有する基材としては、バリア性の樹脂を含む塗剤を基材にコーティングしたものや、前記樹脂を共押し出し法により基材上に積層したものがあるが、市販のバリアフィルムを用いることが簡便であるため好ましい。
【0137】
市販のバリアフィルムとしては、クラレ社製の「クラリスタ」、「エバール」、呉羽化学工業社製の「ベセーラ」、三菱樹脂社製の「スーパーニール」、興人社製の「コーバリア」、ユニチカ社製の「セービックス」、「エンブロンM」、「エンブロンE」、「エンブレムDC」、「エンブレットDC」、「NV」、東セロ社製の「K−OP」、「A−OP」、ダイセル社製の「セネシ」などが挙げられる。
【0138】
バリア性を有する基材上に本発明の塗膜を積層する方法としては、本発明の脱酸素塗剤を前記したバリア性を有する基材上に塗工した後、乾燥させて水性媒体等を除去する方法、剥離紙等の上に本発明の脱酸素塗剤を塗工した後、乾燥させて水性媒体等を除去して得た塗膜を、バリア性を有する基材上に転写する方法が挙げられるが、前者の方法が簡便で好ましい。
【0139】
また、バリア性を有する基材を用い、シーラント層をも有する本発明の積層体を得る方法としては、例えば、本発明の脱酸素塗剤を、バリア性を有する基材上に塗工し、乾燥により水性媒体等を除去して塗膜を形成し、次いでインラインで樹脂を溶融押出(押出ラミネート)することによってシーラント層を積層する方法が簡便であり、特に好ましい方法である。
【0140】
なお、本発明の積層体においては、上記したような効果を損なわない範囲であれば、他の機能を付与できる層、具体的には、吸湿層や印刷層、帯電防止層、紫外線吸収層、接着層、粘着層などが積層されていてもよい。
【0141】
本発明の脱酸素剤含有塗膜は、水分が近接することにより、脱酸素機能を発現する。このため、水分が近接しない状態であれば、特別な環境下に保つ必要なく大気中で長期間保存することが可能であり、長期保存後の使用も問題ない。
【0142】
また、塗膜上にシーラント層が積層されている積層体であっても、脱酸素反応が進むので、袋製化が可能であり、液体を封入することもできる。
【0143】
本発明の積層体を使用し、脱酸素機能を発現させる際には、近接させる水分として、気体または液体の水分を用いることが好ましく、使用範囲の広さから液体が最も好ましい。その液性としては、中性よりも酸性または塩基性であることが好ましい。
【0144】
液体を近接させる場合、水分を直接積層体の塗膜もしくはシーラント層に接触させてもよいし、吸水性を有する材料に水分を吸着させ、その材料を塗膜もしくはシーラント層に接触させてもよい。本発明の積層体を包材として使用する場合などは、水分を直接積層体に接触させる方法として、内容物に由来する水分を使用することもできる。つまり、積層体を包材とし、包材中に液体や水分を保有する物品を封入すると脱酸素機能が発現しはじめる。
【0145】
また吸水性を有する材料に水分を吸着させる場合は、吸水性を有する材料として、植物由来、動物由来、石油由来、鉱物由来いずれの材料も使用できる。形状も、シート状、糸状、綿状、ゲル状、粘土状など脱酸素層と接触できる形状であればあらゆる形状が使用できる。具体的には、紙、不織布、織編物、活性炭シートなどが挙げられる。
【0146】
なお、活性炭シートとは、活性炭(多孔質の炭素を主成分とする物質)をシート状にしたものである。活性炭および活性炭シートの製法は特に限定されるものではなく、市販品を使用することもできる。例えばユニチカ社製「活性炭繊維シート」、味の素ファインテクノ社製「AFT活性炭シート」、クラレケミカル社製「クラシート」などを例示することができる。
【実施例】
【0147】
以下に実施例によって本発明を具体的に説明する。実施例中の各種の特性値については以下の方法で測定または評価した。
【0148】
1.酸無水物含有共重合体、ポリオレフィン樹脂の特性
(1)構成
H−NMR分析(日本電子社製ECA500、500MHz)より求めた。テトラクロロエタン(d)を溶媒とし、120℃で測定した。
(2)質量平均分子量測定
東ソー社製GPC装置(型式HLC−8020GPC、カラムはTSK−GEL)を用い、溶離液はオルトジクロロベンゼンとし、40℃で質量平均分子量を測定した。TSK標準ポリスチレン換算より求めた。なおトリクロロベンゼンに溶解せず測定できない場合は、下記メルトフローレート値を分子量の指標とした。
(3)メルトフローレート値(MFR)
JIS K7210:1999記載の方法(ポリエチレン樹脂は190℃、2160g荷重)で測定した。
【0149】
2.ポリオレフィン樹脂の水性分散体の特性
(1)外観
水性分散体の色調を目視観察で評価した。
(2)水性分散体中のポリオレフィン樹脂の平均粒子径
日機装株式会社製、マイクロトラック粒度分布計UPA150(MODEL No.9340、動的光散乱法)を用い、300メッシュ濾過後の水性分散体の数平均粒子径(nm)および体積平均粒子径(nm)を求めた。粒子径算出に用いる樹脂の屈折率は1.50、媒体の屈折率は1.33とした。
(3)固形分濃度
300メッシュ濾過後の水性分散体を適量秤量し、これを150℃で残存物(固形分)の質量が恒量に達するまで加熱し、固形分濃度(質量%)を求めた。
(4)pH
pHメータ(堀場製作所社製、F−52)を用い、温度20℃におけるpHを測定した。
【0150】
3.塗剤の特性
(1)外観
塗剤の色調を目視観察で評価した。
(2)塗剤中のポリオレフィン樹脂の平均粒子径
日機装株式会社製、マイクロトラック粒度分布計UPA150(MODEL No.9340、動的光散乱法)を用い、300メッシュ濾過後の水性分散体の数平均粒子径(nm)および体積平均粒子径(nm)を求めた。粒子径算出に用いる樹脂の屈折率は1.50、媒体の屈折率は1.33とした。
(3)固形分濃度
300メッシュ濾過後の塗剤を適量秤量し、これを150℃で残存物(固形分)の質量が恒量に達するまで加熱し、固形分濃度(質量%)を求めた。
(4)pH
pHメータ(堀場製作所社製、F−52)を用い、温度20℃におけるpHを測定した。
【0151】
4.塗膜及び積層体の特性
(1)脱酸素能
サンプル袋中の酸素濃度変化で評価した。
〈実施例1〜24、比較例1〜2、4〜6の積層体〉
得られた積層体から5cm角のサンプルを2枚切り取り、下記に示す濾紙または活性炭シート(「挟み込み材」と総称する)を2枚の積層体の塗膜面が接するようにして間に挟み込んだものを脱酸素材料とした。脱酸素材料をポリエステル、アルミニウム、ポリエチレンの順に積層された三層フィルムで形成された袋(アズワン社製『ラミジップ』)に封入し、袋内の空気を除いた後、挿入口部分をヒートシールすることで該袋を密封した。その後セプタムを介してシリンジにより5mlの空気を注入してサンプル袋を調製した。
〈実施例25〜27の積層体〉
得られた積層体から10cm角のサンプルを2枚切り取り、下記に示す活性炭シートを2枚の積層体のシーラント層が接するようにして間に挟み込み、空気が入らないように密着させた状態で、四方をシール幅10mmでヒートシールして密封した。その後セプタムを介してシリンジにより5mlの空気を注入してサンプル袋を調製した。
上記で調製したサンプル袋を下記に示す保存環境(AもしくはB)で保存後、サンプル袋内の酸素濃度を酸素濃度測定計(PBI Dansensor社製 CheckPoint O/CO)を用いて測定した。なお、本装置により測定した空気中の酸素濃度は21.0%であった。
挟み込み材(5cm角)
a:10質量%水酸化ナトリウム水溶液を含む濾紙(ADVANTEC社製、No.1)
b:含水活性炭シート(ユニチカ社製、活性炭繊維シート FMS−C039)
サンプル袋の保存環境:
A:25℃、15日間
B:50℃、10日間
【0152】
(2)接着性
基材として、直鎖状低密度ポリエチレン(PE)フィルム(東セロ社製、厚み50μm)、延伸ポリプロピレン(OPP)フィルム(東セロ社製、厚み50μm)、延伸ポリエチレンテレフタレート(PET)フィルム(ユニチカ社製、厚み25μm)、延伸ポリアミド(Ny6)フィルム(ユニチカ社製、厚み25μm)を用いた。各基材に得られた脱酸素塗剤をワイヤーバーで塗工した後、120℃で1分間、乾燥させ、厚さ1μmの塗膜を有する積層体を得た。
【0153】
得られた積層体を室温で1日放置した後、塗膜面にセロハンテープ(ニチバン社製TF−12)を貼り付け、テープを一気に剥がした場合の剥がれの程度を次の基準で目視評価した。
○:全く剥がれなし。
△:一部が剥がれた。
×:殆どが剥がれた。
【0154】
酸無水物含有共重合体として下記の樹脂を使用した。
LT4403:アルケマ社製「ロタダー4403」
LT4700:アルケマ社製「ロタダー4700」
TX8030:アルケマ社製「ボンダインTX8030」
HX8290:アルケマ社製「ボンダインHX8290」
HX8210:アルケマ社製「ボンダインHX8210」
UM2000:三洋化成社製「ユーメックス2000」
【0155】
E−A−MAH:英国特許2091745、米国特許4617366および米国特許4644044に記載された方法をもとにエチレン、アクリル酸エチル、および無水マレイン酸を高圧ラジカル重合して製造した。
UM1001:三洋化成社製「ユーメックス1001」
PBE−MAH:再表2004−104090の製造例に記載された方法をもとに、プロピレン−ブテン−エチレン三元共重合体に無水マレイン酸をグラフトして製造した。
PE−MAH:再表2004−104090の製造例に記載された方法をもとに、プロピレン−エチレン共重合体に無水マレイン酸をグラフトして製造した。
PBE−A−MAH:再表2004−104090の製造例に記載された方法をもとに、プロピレン−ブテン−エチレン三元共重合体にアクリル酸ラウリル、及び無水マレイン酸をグラフトして製造した。
【0156】
カルボン酸含有ポリオレフィン樹脂として下記の樹脂を使用した。
E−A−A1、E−A−A2:高圧ラジカル重合で得られたエチレン−アクリル酸エチル共重合体を、特開昭60−79008号公報に記載された方法をもとに加水分解、熱減成処理して製造した。
【0157】
アミノアクリレート含有ポリオレフィン樹脂として下記の樹脂を使用した。
E−A:特公昭53−6194号公報に記載された方法をもとに高圧ラジカル重合で製造した。
【0158】
酸無水物含有共重合体、カルボン酸含有ポリオレフィン樹脂、およびアミノアクリレート含有ポリオレフィン樹脂の製造方法とその特性値を表1にまとめた。
【0159】
【表1】

【0160】
(ポリオレフィン樹脂P−1の製造)
温度計、撹拌機、液注器、ジムロートを備えた1リットルのセパラブルフラスコに、酸無水物含有共重合体の「LT4403」を250g、トルエンを500g仕込み、撹拌機を100prmで回転させた状態で、フラスコを170℃のオイルバスに投入した。数分後トルエンの沸騰が確認されたが発生した蒸気はジムロートを介してフラスコ内に還流させた。さらに数分後、樹脂が完全に溶解したのを確認した後、アミノ化合物としてジメチルアミノプロピルアミン〔(HN−(CHN(CH)、以下、DMAPAとする〕を「LT4403」のカルボン酸無水物単位のモル数に対して5倍当量モル添加した。添加後のフラスコ内の樹脂温度は115℃であり、この状態を保持しイミド化反応を行った。30分後にジムロートの取り付け方向を換えて、さらに徐々に減圧し、フラスコ内のトルエンと未反応アミノ化合物を留去により除去した。フラスコ内からトルエンと未反応アミノ化合物の蒸気が発生しなくなるのを確認して、さらに10分間4kPa(abs)の減圧を保持したところで放圧し、撹拌機を止め、フラスコをオイルバスから取り出し、フラスコ内のポリオレフィン樹脂<P−1>を得た。
【0161】
(ポリオレフィン樹脂P−2〜P−13の製造)
酸無水物含有共重合体の種類、アミノ化合物の種類と添加量を、表2に示したように変更した以外はP−1と同様の操作を行って、ポリオレフィン樹脂<P−2>〜<P−13>を得た。なお、いずれの場合もイミド化反応の際の樹脂温度は113〜118℃の範囲であった。
【0162】
(ポリオレフィン樹脂P−14の製造)
温度計、撹拌機、ジムロートを備えた1リットルのセパラブルフラスコに、カルボン酸含有ポリオレフィン樹脂の「E−A−A1」を150g、触媒としてパラトルエンスルホン酸を1g、キシレンを400g、さらにアミノ化合物としてDMAPAを原料樹脂のアクリル酸のモル数に対して1.2倍当量モル仕込み、撹拌機を100prmで回転させた状態で、フラスコを170℃のオイルバスに投入した。10分後にはフラスコ内の樹脂は完全に溶解ており、樹脂温度は145℃であった。この状態を保持し反応を行った。17時間後にジムロートの取り付け方向を換えて、さらに徐々に減圧し、フラスコ内のキシレンと未反応アミノ化合物を留去により除去した。フラスコ内からキシレンと未反応アミノ化合物の蒸気が発生しなくなるのを確認して、さらに10分間4kPa(abs)の減圧を保持したところで、放圧し撹拌機を止め、フラスコをオイルバスから取り出し、フラスコ内のポリオレフィン樹脂<P−14>を回収した。P−14の赤外吸収スペクトルをKBr法で測定したところ、アミドに帰属される1650[cm−1]付近および1560[cm−1]付近の吸収が確認された。
【0163】
(ポリオレフィン樹脂P−15の製造)
カルボン酸含有ポリオレフィン樹脂として「E−A−A2」を用いた以外は、P−14と同様の操作を行ってポリオレフィン樹脂<P−15>を得た。P−15の赤外吸収スペクトルをKBr法で測定したところ、アミドに帰属される1650[cm−1]付近および1560[cm−1]付近の吸収が確認された。
【0164】
得られたポリオレフィン樹脂<P−1>〜<P−13>の特性値を表2に、ポリオレフィン樹脂<P−14>、<P−15>の特性値を表3に示した。
【0165】
【表2】

【0166】
【表3】

【0167】
(ポリオレフィン樹脂水性分散体E−1の調製)
撹拌機及びヒーターを備えた密閉できる1リットルの耐圧ガラス容器に、ポリオレフィン樹脂として<P−1>を140g(20質量%)、酸性化合物としてギ酸(pKa=3.75)を、ポリオレフィン樹脂の不飽和カルボン酸無水物単位由来のN−置換イミド単位のモル数に対して2.0倍当量モル、有機溶媒としてn−プロパノール(NPA)を245g(35質量%)、さらに原料の総量が700gとなるように蒸留水を仕込み、容器を密閉し、撹拌翼の回転速度を400rpmとして撹拌混合した。撹拌によって容器底部には樹脂粒状物の沈澱は認められず、浮遊状態となっていることが確認された。そこでヒーターの電源を入れ、容器内温度を130℃にし、さらに120分間撹拌した。その後、ヒーターの電源を切り攪拌したままし冷却した。内温が40℃以下になったところで攪拌を停止し、ガラス容器内の内容物を300メッシュのステンレス製フィルターでろ過し、カチオン性の水性分散体E−1を得た。
【0168】
(ポリオレフィン樹脂水性分散体E−2〜E−15の調製)
ポリオレフィン樹脂の種類、酸性化合物の種類、有機溶媒の種類と量を、表4に示したように変更した以外はE−1と同様の操作を行って、カチオン性の水性分散体E−2〜E−15を得た。なお、E−15の調製で用いた酸性化合物の酢酸のpKaは4.76であ
【0169】
(ポリオレフィン樹脂水性分散体E−16の調製)
撹拌機及びヒーターを備えた、密閉できる1リットルの耐圧ガラス容器に、ポリオレフィン樹脂として<P−14>を140g(20質量%)、中和剤として塩酸を樹脂のジメチルアミノプロピルアクリルアミド単位のモル数に対して1.0倍当量モル、さらに原料の総量が700gとなるように蒸留水を仕込み、容器を密閉し、撹拌翼の回転速度を400rpmとして撹拌混合した。撹拌によって容器底部には樹脂粒状物の沈澱は認められず、浮遊状態となっていることが確認された。そこでヒーターの電源を入れ、容器内温度を130℃にし、さらに120分間撹拌した。その後、ヒーターの電源を切り攪拌したままし冷却した。内温が40℃以下になったところで攪拌を停止し、ガラス容器内の内容物を300メッシュのステンレス製フィルターでろ過し、カチオン性水性分散体E−16を得た。
【0170】
(ポリオレフィン樹脂水性分散体E−17の調製)
ポリオレフィン樹脂として<P−15>を用いた以外は、E−16と同様の操作を行ってカチオン性水性分散体E−17を得た。
【0171】
(ポリオレフィン樹脂水性分散体E−18の調製)
樹脂としてアミノアクリレート含有ポリオレフィン樹脂「E−A」を用い、中和剤である塩酸の仕込量を樹脂のジメチルアミノエチルアクリレートのモル数に対して1.0倍当量モルとした以外は、E−16と同様の操作を行ってカチオン性水性分散体E−18を得た。
【0172】
(ポリオレフィン樹脂水性分散体E−19の調製)
撹拌機及びヒーターを備えた、密閉できる1リットルの耐圧ガラス容器に、樹脂として酸無水物含有共重合体「HX−8290」を140g(20質量%)、中和剤としてトリエチルアミンを樹脂の無水マレイン酸単位のモル数に対して2.0倍当量モル、有機溶媒としてNPAを140g(20質量%)、さらに原料の総量が700gとなるように蒸留水を仕込み、容器を密閉し、撹拌翼の回転速度を400rpmとして撹拌混合した。撹拌によって容器底部には樹脂粒状物の沈澱は認められず、浮遊状態となっていることが確認された。そこでヒーターの電源を入れ、容器内温度を130℃にし、さらに120分間撹拌した。その後、ヒーターの電源を切り攪拌したままし冷却した。内温が40℃以下になったところで攪拌を停止し、ガラス容器内の内容物を300メッシュのステンレス製フィルターでろ過し、アニオン性水性分散体E−19を得た。
【0173】
(ポリオレフィン樹脂水性分散体E−20の調製)
樹脂として酸無水物含有共重合体「E−A−MAH」を用いた以外は、E−19と同様の操作を行ってアニオン性水性分散体E−20を得た。
【0174】
E−1〜E−18で得られたカチオン性水性分散体の特性値を表4に、E−19、E−20で得られた水性分散体の特性値を表5に示した。
【0175】
【表4】

【0176】
【表5】

【0177】
(実施例1)
有機系脱酸素剤としてアスコルビン酸を用い、ポリオレフィン樹脂水性分散体E−3に、ポリオレフィン樹脂固形分10質量部に対してアスコルビン酸が90質量部になるよう添加した。さらに、NPA(有機溶媒)と蒸留水を、NPAの総含有量が塗剤の50質量%で、かつ、総固形分が10質量%になるよう添加した後、混合、撹拌することによって、脱酸素塗剤を得た。
【0178】
そして、基材として、PETフィルム(ユニチカ社製、厚さ100μm)を用い、コロナ処理面に得られた脱酸素塗剤をワイヤーバーで塗工した後、120℃で1分間、乾燥させ、厚さ4.8μmの塗膜を有する積層体を得た。
【0179】
なお、得られた積層体の脱酸素能の測定時には、挟み込み材aを使用し、サンプル袋保存環境はAとした。
【0180】
(実施例2〜15)
ポリオレフィン樹脂水性分散体として、表6に示すようなE−1、E−2、E−4〜E−15を用いた以外は、実施例1と同様に行い、脱酸素塗剤を得た。また、実施例1と同様にして積層体を得た。
【0181】
なお、得られた積層体の脱酸素能の測定時には、挟み込み材aを使用し、サンプル袋保存環境はAとした。
【0182】
(実施例16〜18)
有機系脱酸素剤のアスコルビン酸を、タンニン酸(実施例16)、ピロカテコール(実施例17)、ピロガロール(実施例18)に変更した以外は、実施例1と同様に行い、脱酸素塗剤を得た。また、実施例1と同様にして積層体を得た。
【0183】
なお、得られた積層体の脱酸素能の測定時には、挟み込み材aを使用し、サンプル袋保存環境はAとした。
【0184】
(実施例19)
アスコルビン酸の添加量を変更し、ポリオレフィン樹脂の固形分50質量部に対してアスコルビン酸が50質量部になるようにした以外は、実施例1と同様に行い、脱酸素塗剤を得た。また、塗膜の厚さを4.5μmとした以外は、実施例1と同様にして積層体を得た。
【0185】
なお、得られた積層体の脱酸素能の測定時には、挟み込み材aを使用し、サンプル袋保存環境はAとした。
【0186】
(実施例20)
実施例1で得られた積層体の脱酸素能の測定において、挟み込み材bを使用し、サンプル袋保存環境をAとした。
【0187】
(実施例21)
実施例19で得られた脱酸素塗剤を用い、塗膜の厚さを4.8μmとした以外は、実施例1と同様にして積層体を得た。
【0188】
なお、得られた積層体の脱酸素能の測定において、挟み込み材bを使用し、サンプル袋保存環境をAとした。
【0189】
(実施例22、23)
実施例19で得られた脱酸素塗剤を用い、塗膜の厚さを1.5μm、8.0μmとした以外は、実施例1と同様にして積層体を得た。
【0190】
なお、得られた積層体の脱酸素能の測定において、挟み込み材bを使用し、サンプル袋保存環境をAとした。
【0191】
(実施例24)
実施例19で得られた積層体を、大気中、温度25℃、湿度60%の環境下で10日間保存した後、積層体の脱酸素能を測定した。
【0192】
なお、得られた積層体の脱酸素能の測定において、挟み込み材bを使用し、サンプル袋保存環境をBとした。
【0193】
(実施例25)
基材として、厚さ12μmの二軸延伸ポリエステル樹脂フィルム(ユニチカ社製「エンブレットPET−12」)を用い、グラビアコート機を用いてポリエステル樹脂フィルムのコロナ処理面に二液硬化型のポリウレタン系接着剤(東洋モートン社製)を乾燥後の塗工量が5g/m2になるように塗工、乾燥させて、バリア層として厚さ7μmのアルミニウム箔を貼り合わせたバリア層を有する基材を得た。次いで、バリア層のアルミニウム箔面に、実施例19で得られた脱酸素塗剤をワイヤーバーで塗工した後、120℃で1分間、乾燥させ、厚さ1.5μmの塗膜を形成させた。
【0194】
次いで、押出機を備えたラミネート装置を用いて、塗膜上にシーラント樹脂としてLDPE(住友化学社製L211)を溶融押出して、厚さ30μmのシーラント層が形成された積層体を得た。
【0195】
なお、得られた積層体の脱酸素能の測定において、挟み込み材bを使用し、サンプル袋保存環境をBとした。
【0196】
(実施例26)
有機系脱酸素剤のアスコルビン酸を、タンニン酸に変更した以外は、実施例19と同様に行い、脱酸素塗剤得た。そして、実施例25と同様にして積層体を得、脱酸素能を測定した。
【0197】
なお、得られた積層体の脱酸素能の測定において、挟み込み材bを使用し、サンプル袋保存環境をBとした。
【0198】
(実施例27)
実施例25で得られた積層体を、大気中、温度25℃、湿度60%の環境下で半年間保存した後、積層体の脱酸素能を測定した。
【0199】
なお、得られた積層体の脱酸素能の測定において、挟み込み材bを使用し、サンプル袋保存環境をBとした。
【0200】
(実施例28〜30)
ポリオレフィン樹脂水性分散体E−16、E−17、E−18を用い、アスコルビン酸をポリオレフィン樹脂固形分50質量部に対して50質量部になるようにした以外は、実施例1と同様にして脱酸素塗剤を得た。そして、実施例1と同様にして積層体を得、脱酸素能を測定した。
【0201】
なお、得られた積層体の脱酸素能の測定において、挟み込み材aを使用し、サンプル袋保存環境をAとした。
【0202】
(比較例1)
ポリオレフィン樹脂水性分散体E−3そのものを塗剤とした。そして、実施例1と同様にして積層体を得、脱酸素能を測定した。
【0203】
なお、得られた積層体の脱酸素能の測定において、挟み込み材aを使用し、サンプル袋保存環境をAとした。
【0204】
(比較例2)
蒸留水にギ酸を添加してpHを3.2に調整した水溶液に、アスコルビン酸とNPAを、固形分濃度が10質量%で、かつ、NPAの総含有量が塗剤の50質量%になるよう添加した後、混合、撹拌することによって、脱酸素塗剤を得た。得られた脱酸素塗剤を用い、実施例1と同様にして積層体を得、脱酸素能を測定した。
【0205】
なお、得られた積層体の脱酸素能の測定において、挟み込み材aを使用し、サンプル袋保存環境をAとした。
【0206】
(比較例3、4)
ポリオレフィン樹脂水性分散体E−19、E−20を用い、アスコルビン酸をポリオレフィン樹脂固形分50質量部に対して50質量部になるようにした以外は、実施例1と同様にして脱酸素塗剤を得ようとしたが、凝集し、塗剤を得ることができなかった。
【0207】
実施例1〜30、比較例1〜4で得られた塗剤及び塗膜、積層体の特性値及び評価を表6、表7に示す。
【0208】
【表6】

【0209】
【表7】

【0210】
実施例1〜27より明らかなように、本発明の脱酸素塗剤から得られた塗膜、積層体は、各種基材に対する接着性に優れ、脱酸素能にも優れていた。
【0211】
そして、実施例19より明らかなように、脱酸素塗剤に含まれる有機系脱酸素剤の割合を下げることで基材との接着性は向上した。実施例22、23より明らかなように、塗膜厚みが厚いほど脱酸素能は向上した。さらに、実施例20、21より明らかなように、含水活性炭シートを脱酸素塗膜と接触させることで、水酸化ナトリウムを含まなくても良好に脱酸素できた。また、実施例25、26より明らかなように、塗膜上にシーラント層を有する積層体であっても、良好な脱酸素能を有していた。そして、実施例24、27より明らかなように、本発明の塗膜及び積層体は保存安定性に優れていた。
【0212】
実施例28、29では、アミノ基を有する単位がアミノアルキルアクリルアミド単位であり、樹脂中のアミノアルキルアクリルアミド単位の含有量(モル%)が多いことや、アミド化に必要とした触媒を含有しているなどの理由から、塗膜は接着性に劣るものであった。そして、実施例30の塗剤では、アミノ基を有する単位がアミノアルキルアクリレート単位であり、樹脂中のアミノアルキルアクリレート単位の含有量(モル%)が多いなどの理由から、得られた塗膜は接着性に劣るものであった。
【0213】
しかし、実施例28〜30の塗剤では、脱酸素能については、実施例1〜27と同様、優れていた。したがって、例えば、紙や布帛、微多孔性合成紙など脱酸素塗剤が含浸される基材に脱酸素剤を結着させる用途には好適である。
【0214】
一方、比較例1の塗剤は、脱酸素剤を含まないものであったため、得られた積層体は脱酸素能を示さなかった。比較例2の塗剤は、ポリオレフィン樹脂Aを含まないものであったため、接着性に乏しいものであった。比較例3、4では、ポリオレフィン樹脂水性分散体として、ポリオレフィン樹脂と塩基性化合物、水性媒体からなるアニオン性の水性分散体を用いたため、アスコルビン酸を添加すると水性分散体が凝集し、塗剤を得ることができなかった。


【特許請求の範囲】
【請求項1】
有機系脱酸素剤、オレフィン系炭化水素単位とアミノ基を有する単位とを含むポリオレフィン樹脂、酸性化合物及び水性媒体を含むことを特徴とする脱酸素塗剤。
【請求項2】
前記アミノ基を有する単位の含有量が、ポリオレフィン樹脂を構成する全ての構造単位100モル%に対し、0.1モル%以上10モル%未満であることを特徴とする請求項1記載の脱酸素塗剤。
【請求項3】
前記アミノ基を有する単位が、不飽和カルボン酸単位もしくは不飽和カ請求項ルボン酸無水物単位に由来するカルボニル基を有することを特徴とする請求項1又は2記載の脱酸素塗剤。
【請求項4】
前記アミノ基を有する単位が、不飽和カルボン酸無水物単位由来のN−置換イミド単位と、そのN−置換基として下記式(1)で表される置換基とを有することを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の脱酸素塗剤。
−(CHNR・・・(1)
(式中、R、Rは水素又は炭素数1〜5のアルキル基、nは1〜5の整数を示す)
【請求項5】
有機系脱酸素剤が、アスコルビン酸、カテコール、エリソルビン酸、ピロガロール、ヒドロキノン、還元性糖類、タンニン酸のうち少なくとも1種類からなることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の脱酸素塗剤。
【請求項6】
酸性化合物が、有機酸であることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の脱酸素塗剤。
【請求項7】
pHが2〜6であることを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の脱酸素塗剤。
【請求項8】
不揮発性水性分散化助剤を実質的に含有しないことを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載の脱酸素塗剤。
【請求項9】
有機系脱酸素剤、オレフィン系炭化水素単位とアミノ基を有する単位とを含むポリオレフィン樹脂を含有することを特徴とする脱酸素剤含有塗膜。
【請求項10】
前記アミノ基を有する単位の含有量が、ポリオレフィン樹脂を構成する全ての構造単位100モル%に対し、0.1モル%以上、10モル%未満であることを特徴とする請求項9記載の脱酸素剤含有塗膜。
【請求項11】
前記アミノ基を有する単位が、不飽和カルボン酸単位もしくは不飽和カルボン酸無水物単位に由来するカルボニル基を有することを特徴とする請求項9又は10記載の脱酸素剤含有塗膜。
【請求項12】
前記アミノ基を有する単位が、不飽和カルボン酸無水物単位由来のN−置換イミド単位と、そのN−置換基として下記式(1)で表される置換基とを有することを特徴とする請求項9〜11のいずれかに記載の脱酸素剤含有塗膜。
−(CHNR・・・(1)
(式中、R、Rは水素又は炭素数1〜5のアルキル基、nは1〜5の整数を示す)
【請求項13】
請求項1〜8のいずれかに記載の脱酸素塗剤を塗工することにより得られる脱酸素剤含有塗膜。
【請求項14】
基材上に請求項9〜13のいずれかに記載の脱酸素剤含有塗膜が積層されてなる積層体。
【請求項15】
請求項14記載の積層体の脱酸素剤含有塗膜上にシーラント層が積層されてなる積層体。
【請求項16】
基材がバリア性を有するものであることを特徴とする請求項14又は15記載の積層体。


【公開番号】特開2011−157537(P2011−157537A)
【公開日】平成23年8月18日(2011.8.18)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2010−84578(P2010−84578)
【出願日】平成22年3月31日(2010.3.31)
【出願人】(000004503)ユニチカ株式会社 (1,214)
【Fターム(参考)】