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JP6075515B1 - バリア材用ポリエステル樹脂組成物、及びバリアフィルム - Google Patents

バリア材用ポリエステル樹脂組成物、及びバリアフィルム Download PDF

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JP6075515B1 JP2016544891A JP2016544891A JP6075515B1 JP 6075515 B1 JP6075515 B1 JP 6075515B1 JP 2016544891 A JP2016544891 A JP 2016544891A JP 2016544891 A JP2016544891 A JP 2016544891A JP 6075515 B1 JP6075515 B1 JP 6075515B1
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Abstract

本発明では、酢酸エチル、メチルエチルケトン等への汎用溶剤への溶解性を有し、ガスバリア性に優れるポリエステル樹脂を主体とするバリア材用ポリエステル樹脂組成物、及び該樹脂組成物をフィルムに塗布したバリア材フィルムを提供することを課題とする。本課題は、一般式(A)で表される分子量600以上の2官能イソシアネート基含有硬化剤とポリエステルポリオールとを含有してなるバリア材用ポリエステル樹脂組成物により解決される。

Description

本発明は、ガスバリア性に優れるフィルムを提供することができる樹脂組成物、及び該樹脂組成物を硬化させてなるバリアフィルムに関する。
食品や飲料等の包装に用いられる包装材料は、様々な流通、冷蔵等の保存や加熱殺菌などの処理等から内容物を保護するため、強度や割れにくさ、耐レトルト性、耐熱性といった機能ばかりでなく、内容物を確認できるよう透明性に優れるなど多岐に渡る機能が要求されている。その一方で、ヒートシールにより袋を密閉する場合には、熱加工性に優れる無延伸のポリオレフィン類フィルムが必須であるが、無延伸ポリオレフィンフィルムには包装材料として不足している機能も多い。特に内容物の品質保持という目的から高いバリア性が特に要求されている。このようなバリア包装材料は、通常、異種のポリマー材料を積層させた複合フレキシブルフィルムとして用いられている。
バリア機能を多層フィルムに付与する際、内層(シーラント側)に用いる無延伸ポリオレフィンフィルム類はガスバリア性に乏しい上、コーティングや蒸着によりバリア機能を付与することが困難である。そのため、外層側に用いている各種フィルム(ポリエチレンテレフタレート(以下PETと略す)等のポリエステル系樹脂や、ポリアミド樹脂、延伸ポリオレフィン樹脂)にバリア機能を付与することが多い。
これらの外層側フィルムにコーティングによりバリア機能を付与する場合、バリアコーティング材料としては、耐レトルト性及びガスバリア性の高い塩化ビニリデンが多用されてきたが、廃棄の焼成時にダイオキシンが発生する等の問題がある。また、ポリビニルアルコール樹脂やエチレン−ポリビニルアルコール共重合体をバリアコーティング材料として用いた場合低湿度下ではガスバリア性は高いが、高湿度下やボイル処理、レトルト処理後になるとガスバリア性が著しく低下する問題があった。また、シリカやアルミナ等の金属酸化物の蒸着層をガスバリア層として設けたフィルムは高価な上、柔軟性に乏しくクラック、ピンホールによりバリア性能がばらつく問題点がある。
ガスバリア材として、例えば特許文献1では、ウレタン基及び尿素基を有し、且つウレタン基濃度および尿素基濃度の合計が15質量%以上であるガスバリア性ポリウレタン樹脂を含む水性分散体を使用したガスバリア性ポリウレタン樹脂およびこれを含むガスバリア性フィルムが記載されている。しかしながら水性分散体は耐水性がないために水を含む食品、飲料等への使用には問題がある。
また、例えば特許文献2では、活性水素含有化合物(A)および有機ポリイソシアネート化合物(B)を反応させてなる樹脂硬化物を含む熱硬化型ガスバリア性ポリウレタン樹脂であって、該樹脂硬化物中にメタキシレンジイソシネート由来の骨格構造が20質量%以上含有され、かつ前記(A)および(B)の内、3官能以上の化合物の占める割合が、(A)と(B)の総量に対して7質量%以上であることを特徴とする熱硬化型ガスバリア性ポリウレタン樹脂を使用したガスバリア性複合フィルムが記載されている。
しかしながら、該組成物は極性が高い溶剤を使用しなければならないため、作業性に乏しい。例えばアセトンのような溶解性の高い溶剤を使用した場合には、沸点が低く且つ外気の水を取り込みやすいため、水とイソシアネートとの反応によって調製粘度が上昇しやすいといった問題があった。
特許4524463号公報 特許4054972号公報
上記従来技術に鑑み、本発明が解決しようとする課題は、酢酸エチル、メチルエチルケトン等への汎用溶剤への溶解性を有し、ガスバリア性に優れるポリエステル樹脂を主体とするバリア材用ポリエステル樹脂組成物、及び該樹脂組成物をフィルムに塗布したバリア材フィルムを提供することにある。
本発明者らは、2官能イソシアネート基含有硬化剤とポリエステルポリオールとを含有してなるバリア材用ポリエステル樹脂組成物により、上記課題を解決した。
即ち本発明は、一般式(A)で表される分子量600以上の2官能イソシアネート基含有硬化剤とポリエステルポリオールとを含有してなるバリア材用ポリエステル樹脂組成物を提供する。
Figure 0006075515
式(A)中、Rは一般式(1)で表される。
Figure 0006075515
(式中、nは1〜5の整数を表し、Xは、置換基を有してもよい1,2−フェニレン基、1,2−ナフチレン基、2,3−ナフチレン基、2,3−アントラキノンジイル基、及び2,3−アントラセンジイル基から成る群から選ばれるアリーレン基、又は置換基を有してもよい1,2−フェニレン基、1,2−ナフチレン基、2,3−ナフチレン基、2,3−アントラキノンジイル基、及び2,3−アントラセンジイル基から成る群から選ばれるアリーレン基の水素添加反応により得られる基を表し、Yは炭素原子数2〜6のアルキレン基を表す)で表される基を表す。
なお、本発明には、バリア材として、常温常圧で気体であるガスに対するバリア性を有するガスバリア材、及び水蒸気に対するバリア性を有する水蒸気バリア材が含まれるが、ガス又は水蒸気に対するバリア効果が確認されれば、当然にバリア性を発現すると考えられる対象物へのバリア材をも含まれる。
本発明により酢酸エチル、メチルエチルケトン等への汎用溶剤への溶解性に優れ、且つガスバリア性に優れるバリア材用ポリエステル樹脂組成物を提供できる。
また、本発明には前記バリア材用ポリエステル樹脂組成物を硬化させてなる樹脂層で構成されたガスバリアフィルムも含まれる。このフィルムは、例えば、少なくとも前記バリア材用ポリエステル樹脂組成物を硬化させてなる層と基材フィルム層とを有するガスバリア性複合フィルムであれば制限はない。
(2官能イソシアネート基含有硬化剤)
本発明で使用する硬化剤は、全記一般式(A)において、Rは一般式(2)で表される。
Figure 0006075515
式(A)中、Rは一般式(1)で表される。
Figure 0006075515
(式中、nは1〜5の整数を表し、Xは、置換基を有してもよい1,2−フェニレン基、1,2−ナフチレン基、2,3−ナフチレン基、2,3−アントラキノンジイル基、及び2,3−アントラセンジイル基から成る群から選ばれるアリーレン基、又は置換基を有してもよい1,2−フェニレン基、1,2−ナフチレン基、2,3−ナフチレン基、2,3−アントラキノンジイル基、及び2,3−アントラセンジイル基から成る群から選ばれるアリーレン基の水素添加反応により得られる基を表し、Yは炭素原子数2〜6のアルキレン基を表す)で表される基を表す。
式(A)中Rは、置換基を有してもよい、トリレン基、フェニレン基、フェニレンジイル基、メチレンジフェニレン基、ナフチレン基、アントラキノンジイル基、及びアントラセンジイル基から成る群から選ばれるアリーレン基、又は置換基を有してもよいトリレン基、フェニレン基、フェニレンジイル基、ナフチレン基、メチレンジフェニレン基、アントラキノンジイル基、及びアントラセンジイル基から成る群から選ばれるアリーレン基の水素添加反応により得られる基を示し、特に芳香族ではトリレン基、キシリレン基、ジフェニルメタン基、ナフチレン基等が望ましく、脂肪族の水素化キシリレン基、水素化ジフェニルメタン基(ジシクロヘキシルメタン基)、水素化ナフチレン基等が望ましい。
より具体的には、2官能ポリエステルとイソシアネート化合物とを反応させて2官能硬化剤とする事もできる。
イソシアネート化合物としては芳香族、脂肪族のジイソシアネートいずれでもよい。たとえば、トルエンジイソシアネート、ジフェニルメタンジイソシアネート、水素化ジフェニルメタンジイソシアネート、キシリレンジイソシアネート、水素化キシリレンジイソシアネートを使用できる。
また、本発明で使用する硬化剤には、以下の公知の硬化剤を混合してもよい。
ポリエステル樹脂の水酸基と反応しうる硬化剤であれば特に限定はなく、ポリイソシアネートやエポキシ化合物等の公知の硬化剤を混合できる。
混合できるポリイソシアネート化合物としては芳香族、脂肪族のジイソシアネート、3価以上のポリイソシアネートがあり、低分子化合物、高分子化合物のいずれでもよい。たとえば、テトラメチレンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、トルエンジイソシアネート、ジフェニルメタンジイソシアネート、水素化ジフェニルメタンジイソシアネート、キシリレンジイソシアネート、水素化キシリレンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート或いはこれらのイソシアネート化合物の3量体、およびこれらのイソシアネート化合物の過剰量と、たとえばエチレングリコール、プロピレングリコール、メタキシリレンアルコール、1,3−ビスヒドロキシエチルベンゼン、1,4−ビスヒドロキシエチルベンゼン、トリメチロールプロパン、グリセロール、ペンタエリスリトール、エリスリトール、ソルビトール、エチレンジアミン、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、メタキシリレンジアミンなどの低分子活性水素化合物およびそのアルキレンオキシド付加物、各種ポリエステル樹脂類、ポリエーテルポリオール類、ポリアミド類の高分子活性水素化合物などと反応させて得られるアダクト体が挙げられる。
硬化剤が前記2官能イソシアネート基含有硬化剤であることが好ましく、更にメタキシレン骨格もしくはトリレン骨格を含むと、ウレタン基の水素結合だけでなく芳香環同士のπ−πスタッキングによってガスバリア性を向上させることが出来るという理由から好ましい。
イソシアネート化合物としてはブロック化イソシアネートであってもよい。イソシアネートブロック化剤としては、例えばフェノール、チオフェノール、メチルチオフェノール、エチルチオフェノール、クレゾール、キシレノール、レゾルシノール、ニトロフェノール、クロロフェノールなどのフェノール類、アセトキシム、メチルエチルケトオキシム、シクロヘキサノンオキシムなそのオキシム類、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノールなどのアルコール類、エチレンクロルヒドリン、1,3−ジクロロ−2−プロパノールなどのハロゲン置換アルコール類、t−ブタノール、t−ペンタノール、などの第3級アルコール類、ε−カプロラクタム、δ−バレロラクタム、γ−ブチロラクタム、β−プロピロラクタムなどのラクタム類が挙げられ、その他にも芳香族アミン類、イミド類、アセチルアセトン、アセト酢酸エステル、マロン酸エチルエステルなどの活性メチレン化合物、メルカプタン類、イミン類、尿素類、ジアリール化合物類重亜硫酸ソーダなども挙げられる。ブロック化イソシアネートは上記イソシアネート化合物とイソシアネートブロック化剤とを従来公知の適宜の方法より付加反応させて得られる。
(2官能ポリエステル樹脂化合物)
Figure 0006075515
(式中、nは1〜5の整数を表し、Xは、置換基を有してもよい1,2−フェニレン基、1,2−ナフチレン基、2,3−ナフチレン基、2,3−アントラキノンジイル基、及び2,3−アントラセンジイル基から成る群から選ばれるアリーレン基、又は置換基を有してもよい1,2−フェニレン基、1,2−ナフチレン基、2,3−ナフチレン基、2,3−アントラキノンジイル基、及び2,3−アントラセンジイル基から成る群から選ばれるアリーレン基の水素添加反応により得られる基を表し、Yは炭素原子数2〜6のアルキレン基を表す)で表される基を表す。
(グリセロール骨格を有するポリエステル樹脂化合物)
Figure 0006075515
前記一般式(2)において、R〜Rは、各々独立に、水素原子、又は一般式(3)
Figure 0006075515
(但し、nは1〜5の整数を表し、Xは、置換基を有してもよい1,2−フェニレン基、1,2−ナフチレン基、2,3−ナフチレン基、2,3−アントラキノンジイル基、及び2,3−アントラセンジイル基から成る群から選ばれるアリーレン基を表し、Yは炭素原子数2〜6のアルキレン基を表す)で表される基を表し、R〜Rのうち少なくとも一つは、一般式(3)で表される基を表す。)
で表される基である。
前記一般式(2)において、R、R及びRの少なくとも1つは前記一般式(3)で表される基である必要がある。中でも、R、R及びR全てが前記一般式(3)で表される基であることが好ましい。
また、R、R及びRのいずれか1つが前記一般式(3)で表される基である化合物と、R、R及びRのいずれか2つが前記一般式(3)で表される基である化合物と、R、R及びRの全てが前記一般式(3)で表される基である化合物の、いずれか2つ以上の化合物が混合物となっていてもよい。
Xは、1,2−フェニレン基、1,2−ナフチレン基、2,3−ナフチレン基、2,3−アントラキノンジイル基、及び2,3−アントラセンジイル基から成る群から選ばれ、置換基を有していてもよいアリーレン基を表す。Xが置換基によって置換されている場合、1又は複数の置換基で置換されていてもよく、該置換基は、X上の、遊離基とは異なる任意の炭素原子に結合している。該置換基としては、クロロ基、ブロモ基、メチル基、エチル基、i−プロピル基、ヒドロキシル基、メトキシ基、エトキシ基、フェノキシ基、メチルチオ基、フェニルチオ基、シアノ基、ニトロ基、アミノ基、フタルイミド基、カルボキシル基、カルバモイル基、N−エチルカルバモイル基、フェニル基又はナフチル基等が挙げられる。
前記一般式(3)において、Yは、エチレン基、プロピレン基、ブチレン基、ネオペンチレン基、1,5−ペンチレン基、3−メチル−1,5−ペンチレン基、1,6−ヘキシレン基、メチルペンチレン基、ジメチルブチレン基、等の、炭素原子数2〜6のアルキレン基を表す。Yは、中でも、プロピレン基、エチレン基が好ましくエチレン基が最も好ましい。
前記一般式(2)で表されるグリセロール骨格を有するポリエステル樹脂化合物は、グリセロールと、カルボン酸がオルト位に置換された芳香族多価カルボン酸又はその無水物と、多価アルコール成分とを必須成分として反応させて得る。
カルボン酸がオルト位に置換された芳香族多価カルボン酸又はその無水物としては、オルトフタル酸又はその無水物、ナフタレン2,3−ジカルボン酸又はその無水物、ナフタレン1,2−ジカルボン酸又はその無水物、アントラキノン2,3−ジカルボン酸又はその無水物、及び2,3−アントラセンカルボン酸又はその無水物等が挙げられる。これらの化合物は、芳香環の任意の炭素原子に置換基を有していても良い。該置換基としては、クロロ基、ブロモ基、メチル基、エチル基、i−プロピル基、ヒドロキシル基、メトキシ基、エトキシ基、フェノキシ基、メチルチオ基、フェニルチオ基、シアノ基、ニトロ基、アミノ基、フタルイミド基、カルボキシル基、カルバモイル基、N−エチルカルバモイル基、フェニル基又はナフチル基等が挙げられる。
また、多価アルコール成分としては炭素原子数2〜6のアルキレンジオールが挙げられる。例えば、エチレングリコール、プロピレングリコール、ブチレングリコール、ネオペンチルグリコール、1,5−ペンタンジオール、3−メチル−1,5−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、メチルペンタンジオール、ジメチルブタンジオール等のジオールを例示することができる。
このような、前記一般式(2)で表されるグリセロール骨格を有するポリエステル樹脂化合物としては、芳香族多価カルボン酸としてオルトフタル酸無水物を用い、多価アルコールとしてエチレングリコールを用いたポリエステル樹脂(GLY(oPAEG)mと略す、mは本発明のポリエステル樹脂組成物に含まれるカッコ内の基の総数を表す。)、芳香族多価カルボン酸としてナフタレン2,3−ジカルボン酸を用い、多価アルコールとしてエチレングリコールを用いたポリエステル樹脂(GLY(oNAEG)mと略す、mは前記と同義である。)等を挙げることが出来る。
(バリア材用ポリエステル樹脂組成物固形分の質量算出方法)
バリア材用ポリエステル樹脂組成物の質量部から希釈溶剤質量、硬化剤に含まれる揮発成分質量、無機成分を除く質量を接着剤樹脂全固形分の質量とする。
一方、ポリエステル成分の原料であるアシル基がオルト位に置換された芳香族多価カルボン酸又はその無水物は、骨格が非対称構造である。従って、得られるポリエステルの分子鎖の回転抑制が生じると推定され、これによりガスバリア性に優れると推定している。また、この非対称構造に起因して基材密着性を阻害する結晶性が低いために酢酸エチルやメチルエチルケトン等の溶剤にも高い溶解性を示し且つガスバリア性に優れると推定される。
(多価アルコール)
本発明で使用するポリエステル樹脂化合物は、多価アルコールとして、炭素原子数2〜6のアルキレンジオール以外の多価アルコール成分を、本発明の効果を損なわない範囲において共重合させてもよい。具体的には、グリセロール、エリスリトール、ペンタエリトール、ジペンタエリスリトール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、テトラエチレングリコール、ジプロピレングリコール、トリプロピレングリコール、テトラエチレングリコール、トリプロピレングリコール等の脂肪族多価アルコール、シクロヘキサンジメタノール、トリシクロデカンジメタノール等の脂環族多価アルコール、ヒドロキノン、レゾルシノール、カテコール、ナフタレンジオール、ビフェノール、ビスフェノールA、ヒスフェノールF、テトラメチルビフェノール等の芳香族多価フェノール、或いはこれらのエチレンオキサイド伸長物、水添化脂環族を例示することができる。
(多価カルボン酸)
本発明のポリエステル樹脂は、多価カルボン酸成分としてカルボン酸がオルト位に置換された芳香族多価カルボン酸又はその無水物を必須とするが、本発明の効果を損なわない範囲において、他の多価カルボン酸成分を共重合させてもよい。具体的には、脂肪族多価カルボン酸としては、コハク酸、アジピン酸、アゼライン酸、セバシン酸、ドデカンジカルボン酸等を、不飽和結合含有多価カルボン酸としては、無水マレイン酸、マレイン酸、フマル酸等を、脂環族多価カルボン酸としては1,3−シクロペンタンジカルボン酸、1,4−シクロヘキサンジカルボン酸等を、芳香族多価カルボン酸としては、テレフタル酸、イソフタル酸、ピロメリット酸、トリメリット酸、1,4−ナフタレンジカルボン酸、2,5−ナフタレンジカルボン酸、2,6−ナフタレンジカルボン酸、ナフタル酸、ビフェニルジカルボン酸、ジフェン酸及びその無水物、1,2−ビス(フェノキシ)エタン−p,p’−ジカルボン酸及びこれらジカルボン酸の無水物或いはエステル形成性誘導体;p−ヒドロキシ安息香酸、p−(2−ヒドロキシエトキシ)安息香酸及びこれらのジヒドロキシカルボン酸のエステル形成性誘導体等の多塩基酸を単独で或いは二種以上の混合物で使用することができる。
中でも、コハク酸、1,3−シクロペンタンジカルボン酸、イソフタル酸、2,6−ナフタレンジカルボン酸、1,8−ナフタル酸、ジフェン酸が好ましい。
製造方法の具体的な例を示すと、原材料として用いるグリセロールと、カルボン酸がオルト位に置換された芳香族多価カルボン酸又はその無水物と、多価アルコール成分を一括して仕込んだ後、攪拌混合しながら昇温し、脱水縮合反応させる。JIS−K0070に記載の酸価測定法にて1mgKOH/g以下、同じくJIS−K0070に記載の水酸基価測定方法にて得られる水酸基価ZmgKOH/gが下記式(b)の右辺の数値(mgKOH/g)の±5%以内に入るまで反応を継続することで目的とするポリエステル樹脂を得ることができる。
Figure 0006075515
(式(a)中、Mnは所定の2官能ポリエステル樹脂の設定数平均分子量を表す)
Figure 0006075515
(式(b)中、Mnは所定のN(Nは1以上の自然数)官能ポリエステル樹脂の設定数平均分子量を表す)
或いは、各々の原料を多段階に分けて反応させてもよい。また、反応温度にて揮発してしまったジオール成分を追加しながら、水酸基価を±5%以内に入るように調製してもよい。
反応に用いられる触媒としては、モノブチル酸化錫、ジブチル酸化錫等錫系触媒、テトラ−イソプロピル−チタネート、テトラ−ブチル−チタネート等のチタン系触媒、テトラ−ブチル−ジルコネート等のジルコニア系触媒等の酸触媒が挙げられる。エステル反応に対する活性が高い、テトラ−イソプロピル−チタネート、テトラ−ブチル−チタネート等の上記チタン系触媒と上記ジルコニア触媒を組み合わせて用いることが好ましい。前記触媒量は、使用する反応原料全質量に対して1〜1000ppm用いられ、より好ましくは10〜100ppmである。1ppmを下回ると触媒としての効果が得られにくく、1000ppmを上回ると後のウレタン化の反応を阻害する傾向がある。
前記グリセロール骨格を有するポリエステル樹脂化合物の数平均分子量は450〜5000が好ましく、更に好ましくは450〜2000の範囲である。
硬化剤としては、前述の2官能イソシアネートが好ましく、適度な反応時間を付与でき、溶解性とバリア能、接着能に特に優れる。この時のウレタン基濃度としては1.0〜6.0mmol/gの範囲が好ましい。
本発明で使用する2官能ポリエステル樹脂化合物もしくはグリセロール骨格を有するポリエステル樹脂化合物は、ガラス転移温度が−30℃〜70℃の範囲が好ましい。より好ましくは−20℃〜50℃である。ガラス転移温度が70℃よりも高すぎる場合、室温付近でのポリエステル樹脂の柔軟性が低くなることにより、基材への密着性が劣る傾向がある。一方−30℃寄りも低すぎる場合、常温付近でのポリエステル樹脂の分子運動が激しいことにより十分なガスバリア性が出ないおそれがある。
また、本発明で用いるポリエステル樹脂の末端にカルボン酸が残存した場合には、エポキシ化合物を補助硬化剤として混合することが出来る。エポキシ化合物としてはビスフェノールAのジグリシジルエーテルおよびそのオリゴマー、水素化ビスフェノールAのジグリシジルエーテルおよびそのオリゴマー、オルソフタル酸ジグリシジルエステル、イソフタル酸ジグリシジルエステル、テレフタル酸ジグリシジルエステル、p−オキシ安息香酸ジグリシジルエステル、テトラハイドロフタル酸ジグリシジルエステル、ヘキサハイドロフタル酸ジグリシジルエステル、コハク酸ジグリシジルエステル、アジピン酸ジグリシジルエステル、セバシン酸ジグリシジルエステル、エチレングリコールジグリシジルエーテル、プロピレングリコールジグリシジルエーテル、1,4−ブタンジオールジグリシジルエーテル、1,6−ヘキサンジオールジグリシジルエーテルおよびポリアルキレングリコールジグリシジルエーテル類、トリメリット酸トリグリシジルエステル、トリグリシジルイソシアヌレート、1,4−ジグリシジルオキシベンゼン、ジグリシジルプロピレン尿素、グリセロールトリグリシジルエーテル、トリメチロールエタントリグリシジルエーテル、トリメチロールプロパントリグリシジルエーテル、ペンタエリスリトールテトラグリシジルエーテル、グリセロールアルキレンオキサイド付加物のトリグリシジルエーテルなどを挙げることができる。
エポキシ化合物を補助硬化剤として用いる場合には、硬化を促進する目的で汎用公知のエポキシ硬化促進剤を本発明の目的であるガスバリア性が損なわれない範囲で適宜添加してもよい。
前記グリセロール骨格を有するポリエステル樹脂化合物と前記硬化剤とは、グリセロール骨格を有するポリエステル樹脂化合物と硬化剤との割合がグリセロール骨格を有するポリエステル樹脂化合物の水酸基と硬化剤の反応成分とが1/0.5〜1/5(当量比)となるように配合することが好ましく、より好ましくは1/1〜1/3である。該範囲を超えて硬化剤成分が過剰な場合、余剰な硬化剤成分が残留することで接着後に接着層からブリードアウトするおそれがあり、一方硬化剤成分が不足のばあいには接着強度不足のおそれがある。
前記硬化剤は、その種類に応じて選択された公知の硬化剤或いは促進剤を併用することもできる。例えば接着促進剤としては、加水分解性アルコキシシラン化合物等のシランカップリング剤、チタネート系カップリング剤、アルミニウム系等のカップリング剤、エポキシ樹脂等が挙げられる。シランカップリング剤やチタネート系カップリング剤は、各種フィルム材料に対する接着剤を向上させる意味でも好ましい。
(その他の成分)
本発明のポリエステル樹脂組成物は、ガスバリア性を損なわない範囲で、各種の添加剤を配合してもよい。添加剤としては、例えば、シリカ、アルミナ、マイカ、タルク、アルミニウムフレーク、ガラスフレークなどの無機充填剤、層状無機化合物、安定剤(酸化防止剤、熱安定剤、紫外線吸収剤等)、可塑剤、帯電防止剤、滑剤、ブロッキング防止剤、着色剤、フィラー、結晶核剤等が例示できる。膨潤性無機層状化合物としては、例えば、含水ケイ酸塩(フィロケイ酸塩鉱物等)、カオリナイト族粘土鉱物(ハロイサイト、カオリナイト、エンデライト、ディッカイト、ナクライト等)、アンチゴライト族粘土鉱物(アンチゴライト、クリソタイル等)、スメクタイト族粘土鉱物(モンモリロナイト、バイデライト、ノントロナイト、サポナイト、ヘクトライト、ソーコナイト、スチブンサイト等)、バーミキュライト族粘土鉱物(バーミキュライト等)、雲母又はマイカ族粘土鉱物(白雲母、金雲母等の雲母、マーガライト、テトラシリリックマイカ、テニオライト等)が挙げられる。これらの鉱物は天然粘土鉱物であっても合成粘土鉱物であってもよい。膨潤性無機層状化合物は単独で又は二種以上組み合わせて使用される。
また、硬化塗膜の耐酸性を向上させる方法として公知の酸無水物を併用することもできる。酸無水物としては、例えば、フタル酸無水物、コハク酸無水物、ヘット酸無水物、ハイミック酸無水物、マレイン酸無水物、テトラヒドロフタル酸無水物、ヘキサヒドラフタル酸無水物、テトラプロムフタル酸無水物、テトラクロルフタル酸無水物、トリメリット酸無水物、ピロメリット酸無水物、ベンゾフェノテトラカルボン酸無水物、2,3,6,7−ナフタリンテトラカルボン酸2無水物、5−(2,5−オキソテトラヒドロフリル)−3−メチル−3−シクロヘキセン−1,2−ジカルボン酸無水物、スチレン無水マレイン酸共重合体等が挙げられる。
また、必要に応じて、更に酸素捕捉機能を有する化合物等を添加してもよい。酸素捕捉機能を有する化合物としては、例えば、ヒンダードフェノール類、ビタミンC、ビタミンE、有機燐化合物、没食子酸、ピロガロール等の酸素と反応する低分子有機化合物や、コバルト、マンガン、ニッケル、鉄、銅等の遷移金属化合物等が挙げられる。
また、塗布直後の各種フィルム材料に対する粘着性を向上させるために、必要に応じてキシレン樹脂、テルペン樹脂、フェノール樹脂、ロジン樹脂などの粘着付与剤を添加しても良い。これらを添加する場合には、ポリエステル樹脂と2官能ジイソシアネート基含有硬化剤の総量100質量部に対して0.01〜5質量部の範囲が好ましい。
(ポリエステル樹脂組成物を硬化させてなるガスバリアフィルムの形態)
本発明のポリエステル樹脂組成物を硬化させてなるガスバリアフィルムは、ポリエステル樹脂組成物塗工液を基材となるフィルムに塗布、硬化させることによって得られる。塗工液は溶剤型又は無溶剤型のいずれの形態であってもよい。溶剤型の場合、溶剤はポリエステル樹脂及び硬化剤の製造時に反応媒体として使用され、更に塗装時に希釈剤として使用される。使用できる溶剤としては例えば酢酸エチル、酢酸ブチル、セロソルブアセテート等のエステル類、アセトン、メチルエチルケトン、イソブチルケトン、シクロヘキサノン等のケトン類、テトラヒドロフラン、ジオキサン等のエーテル類、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素類、メチレンクロリド、エチレンクロリド等のハロゲン化炭化水素類、ジメチルスルホキシド、ジメチルスルホアミド等が挙げられる。特に本発明のポリエステル樹脂組成物はこれらのうち酢酸エチルやメチルエチルケトン溶剤への溶解性に優れることから、酢酸エチルやメチルエチルケトンを使用するのが好ましい。
本発明のポリエステル樹脂の塗工方法としては特に限定はなく公知の方法で行えばよい。例えば、粘度が調整できる溶剤型の場合は、グラビアロール塗工方式等で塗布することが多い。また無溶剤型で、室温での粘度が高くグラビアロール塗工が適さない場合は、加温しながらロールコーターで塗工することもできる。ロールコーターを使用する場合は、本発明のバリア材用ポリエステル樹脂組成物の粘度が500〜2500mPa・s程度となるように室温〜120℃程度まで加熱した状態で、塗工することが好ましい。
本発明のポリエステル樹脂組成物は、バリア材用ポリエステル樹脂組成物として、ポリマー、紙、金属などに対し、ガスバリア性を必要とする各種用途のバリア材用ポリエステル樹脂組成物としても使用できる。以下具体的用途の1つとしてフィルムラミネート用バリア材用ポリエステル樹脂組成物について説明する。
本発明のポリエステル樹脂組成物を硬化されてなるガスバリアフィルムは、フィルムラミネート用ガスバリア性フィルムとして使用できる。
本発明で使用する積層用のフィルムは、特に限定はなく、所望の用途に応じた熱可塑性樹脂フィルムを適宜選択することができる。例えば食品包装用としては、PETフィルム、ポリスチレンフィルム、ポリアミドフィルム、ポリアクリロニトリルフィルム、ポリエチレンフィルム(LLDPE:低密度ポリエチレンフィルム、HDPE:高密度ポリエチレンフィルム)やポリプロピレンフィルム(CPP:無延伸ポリプロピレンフィルム、OPP:二軸延伸ポリプロピレンフィルム)等のポリオレフィンフィルム、ポリビニルアルコールフィルム、エチレン−ビニルアルコール共重合体フィルム等が挙げられる。これらは延伸処理を施してあってもよい。延伸処理方法としては、押出成膜法等で樹脂を溶融押出してシート状にした後、同時二軸延伸或いは逐次二軸延伸を行うことが一般的である。また逐次二軸延伸の場合は、はじめに縦延伸処理を行い、次に横延伸を行うことが一般的である。具体的にはロール間の速度差を利用した縦延伸とテンターを用いた横延伸を組み合わせる方法が多く用いられる。
また、フィルム表面には、膜切れやはじきなどの欠陥のない接着層が形成されるように必要に応じて火炎処理やコロナ放電処理などの各種表面処理を施してもよい。
前記熱可塑性樹脂フィルムの一方に本発明のバリア材用ポリエステル樹脂組成物を塗布した後に乾燥工程、エージング工程を経ることで得られた本発明のバリア材用ポリエステル樹脂組成物を硬化させてなるガスバリアフィルムを公知のドライラミネート接着剤を用いて、もう一方の熱可塑性樹脂フィルムを重ねてラミネーションにより貼り合わせることで、ガスバリア性フィルムが得られる。ラミネーション方法には、ドライラミネーション、ノンソルベントラミネーション、押出しラミネーション等公知のラミネーションを用いることが可能である。ドライラミネーション方法は、具体的には、基材フィルムの一方に本発明のバリア材用ポリエステル樹脂組成物をグラビアロール方式で塗工後、もう一方の基材フィルムを重ねてドライラミネーション(乾式積層法)により貼り合わせる。ラミネートロールの温度は室温〜60℃程度が好ましい。またノンソルベントラミネーションは基材フィルムに予め室温〜120℃程度に加熱しておいた本発明のバリア材用ポリエステル樹脂組成物を室温〜120℃程度に加熱したロールコーターなどのロールにより塗布後、直ちにその表面に新たなフィルム材料を貼り合わせることによりラミネートフィルムを得ることができる。ラミネート圧力は、10〜300kg/cm程度が好ましい。
押出しラミネート法の場合には、基材フィルムに接着補助剤(アンカーコート剤)として本発明のバリア材用ポリエステル樹脂組成物の有機溶剤溶液をグラビアロールなどのロールにより塗布し、室温〜140℃で溶剤の乾燥、硬化反応を行なった後に、押出し機により溶融させたポリマー材料をラミネートすることによりラミネートフィルムを得ることができる。溶融させるポリマー材料としては低密度ポリエチレン樹脂や直線状低密度ポリエチレン樹脂、エチレン−酢酸ビニル共重合体樹脂などのポリオレフィン系樹脂が好ましい。
また、本発明のガスバリア性フィルムは、作製後エージングを行うことが好ましい。エージング条件は、硬化剤としてポリイソシアネートを使用する場合であれば、室温〜80℃で、12〜240時間の間であり、この間に、ポリエステル樹脂と硬化剤とが反応し、接着強度が生じる。
本発明では、さらに高いバリア機能を付与するために、必要に応じて金属もしくは金属酸化物の蒸着層を積層したフィルムを併用してもよい。特に、本発明の樹脂硬化物は、金属もしくは金属酸化物表面への密着に優れ、ガスバリア性と両立できることが特徴である。金属蒸着もしくは金属酸化物蒸着はどの様な金属でも使用できるが、アルミニウム、錫、珪素、ジルコニウム、マグネシウム、金、銀、銅、もしくはこれ等の酸化物を含む物が好ましい。
本発明のバリア材用ポリエステル樹脂組成物は、同種又は異種の複数の樹脂フィルムを接着してなる積層フィルム用のバリア材用ポリエステル樹脂組成物として好ましく使用できる。樹脂フィルムは、目的に応じて適宜選択すればよいが、例えば包装材として使用する際は、最外層をPET、OPP、ポリアミドから選ばれた熱可塑性樹脂フィルムを使用し、最内層を無延伸ポリプロピレン(以下CPPと略す)、低密度ポリエチレンフィルム(以下LLDPEと略す)から選ばれる熱可塑性樹脂フィルムを使用した2層からなる複合フィルム、或いは、例えばPET、ポリアミド、OPPから選ばれた最外層を形成する熱可塑性樹脂フィルムと、OPP、PET、ポリアミドから選ばれた中間層を形成する熱可塑性樹脂フィルム、CPP、LLDPEから選ばれた最内層を形成する熱可塑性樹脂フィルムを使用した3層からなる複合フィルム、さらに、例えばOPP、PET、ポリアミドから選ばれた最外層を形成する熱可塑性樹脂フィルムと、PET、ナイロンから選ばれた第1中間層を形成する熱可塑製フィルムとPET、ポリアミドから選ばれた第2中間層を形成する熱可塑製フィルム、LLDPE、CPPから選ばれた最内層を形成する熱可塑性樹脂フィルムを使用した4層からなる複合フィルムは、特に酸素及び水蒸気バリア性フィルムとして、食品包装材として好ましく使用できる。このように本発明のバリア材用ポリエステル樹脂組成物の用途はPET/CPPフィルムには限定されずに広く用いることができる。
本発明のバリア材用ポリエステル樹脂組成物は高いガスバリア性を有する事を特徴としていることから、該バリア材用ポリエステル樹脂組成物により形成されるラミネートフィルムは、PVDCコート層やポリビニルアルコール(PVA)コート層、エチレン‐ビニルアルコール共重合体(EVOH)フィルム層、メタキシリレンアジパミドフィルム層、アルミナやシリカなどを蒸着した無機蒸着フィルム層などの一般に使用されているガスバリア性材料を使用することなく非常に高いレベルのガスバリア性が発現する。また、これら従来のガスバリア性材料とシーラント材料とを貼り合せるバリア材用ポリエステル樹脂組成物として併用することにより、得られるフィルムのガスバリア性を著しく向上させることもできる。
次に、本発明を、実施例及び比較例により具体的に説明をする。例中断りのない限り、「部」「%」は質量基準である。
<ポリエステル製造例>
(製造例1)グリセロールとオルトフタル酸とエチレングリコールからなるポリエステル樹脂「GLY(oPAEG)1」製造方法
攪拌機、窒素ガス導入管、スナイダー管、コンデンサーを備えたポリエステル反応容器に、グリセロールを92.09部、無水フタル酸148.1部、エチレングリコール64.57部、及びチタニウムテトライソプロポキシド0.03部を仕込み、精留管上部温度が100℃を超えないように徐々に加熱して内温を220℃に保持した。酸価が1mgKOH/g以下になったところでエステル化反応を終了し、設計官能基数 N=3、水酸基価=592.6、水酸基価から計算される理論数平均分子量284のポリエステル樹脂「GLY(oPAEG)1」を得た。このポリエステル樹脂が有するグリセロールの質量%は、89.07/284.26=31.33%であった。
(製造例2)グリセロールとオルトフタル酸とエチレングリコールからなるポリエステル樹脂「GLY(oPAEG)2」製造方法
攪拌機、窒素ガス導入管、スナイダー管、コンデンサーを備えたポリエステル反応容器に、グリセロールを92.09部、無水フタル酸296.2部、エチレングリコール124.1部、及びチタニウムテトライソプロポキシド0.05部を仕込み、精留管上部温度が100℃を超えないように徐々に加熱して内温を220℃に保持した。酸価が1mgKOH/g以下になったところでエステル化反応を終了し、設計官能基数 N=3、水酸基価=353.3、水酸基価から計算される理論数平均分子量476.43のポリエステル樹脂「GLY(oPAEG)2」を得た。このポリエステル樹脂が有するグリセロールの質量%は、18.69%であった。
(製造例3)グリセロールとオルトフタル酸とエチレングリコールからなるポリエステル樹脂「GLY(oPAEG)3」製造方法
攪拌機、窒素ガス導入管、スナイダー管、コンデンサーを備えたポリエステル反応容器に、グリセロールを92.09部、無水フタル酸444.36部、エチレングリコール186.21部、及びチタニウムテトライソプロポキシド0.07部を仕込み、精留管上部温度が100℃を超えないように徐々に加熱して内温を220℃に保持した。酸価が1mgKOH/g以下になったところでエステル化反応を終了し、設計官能基数 N=3、水酸基価=251.7、水酸基価から計算される理論数平均分子量668.60のポリエステル樹脂「GLY(oPAEG)3」を得た。このポリエステル樹脂が有するグリセロールの質量%は、13.32%であった。
(製造例4)グリセロールとオルトフタル酸とエチレングリコールからなるポリエステル樹脂 「GLY(oPAEG)6」製造方法
攪拌機、窒素ガス導入管、スナイダー管、コンデンサーを備えたポリエステル反応容器に、グリセロールを92.09部、無水フタル酸888.72部、エチレングリコール372部、及びチタニウムテトライソプロポキシド0.13部を仕込み、精留管上部温度が100℃を超えないように徐々に加熱して内温を220℃に保持した。酸価が1mgKOH/g以下になったところでエステル化反応を終了し、設計官能基数 N=3、水酸基価=135.2、水酸基価から計算される理論数平均分子量1245.10のポリエステル樹脂「GLY(oPAEG)6」を得た。このポリエステル樹脂が有するグリセロールの質量%は、7.15%であった。
(製造例5)グリセロールと2,3−ナフタレンジカルボン酸とエチレングリコールからなるポリエステル樹脂「GLY(oNAEG)2」製造方法
攪拌機、窒素ガス導入管、スナイダー管、コンデンサーを備えたポリエステル反応容器に、グリセロールを92.09部、無水2,3−ナフタレンジカルボン酸396.34部、エチレングリコール124.14部、及びチタニウムテトライソプロポキシド0.06部を仕込み、精留管上部温度が100℃を超えないように徐々に加熱して内温を220℃に保持した。酸価が1mgKOH/g以下になったところでエステル化反応を終了し、設計官能基数 N=3、水酸基価=284.0、水酸基価から計算される理論数平均分子量592.59のポリエステル樹脂「GLY(oNAEG)2」を得た。このポリエステル樹脂が有するグリセロールの質量%は、15.03%であった。
(製造例6)オルトフタル酸とエチレングリコールからなるポリエステル樹脂
「EGoPA」製造方法
攪拌機、窒素ガス導入管、スナイダー管、コンデンサーを備えたポリエステル反応容器に、無水フタル酸396.34部、エチレングリコール173.73部、及びチタニウムテトライソプロポキシド0.05部を仕込み、精留管上部温度が100℃を超えないように徐々に加熱して内温を220℃に保持した。酸価が1mgKOH/g以下になったところでエステル化反応を終了し、設計官能基数 N=2、水酸基価=187.0、水酸基価から計算される理論数平均分子量600のポリエステル樹脂「oPAEG」を得た。このポリエステル樹脂が有するグリセロールの質量%は、0.0%であった。
(製造例7)グリセロールとイソフタル酸とエチレングリコールポリエステル樹脂「GLY(iPAEG)3」製造方法
攪拌機、窒素ガス導入管、スナイダー管、コンデンサーを備えたポリエステル反応容器に、グリセロールを92.09部、イソフタル酸498.39部、エチレングリコール186.21部、及びチタニウムテトライソプロポキシド0.07部を仕込み、精留管上部温度が100℃を超えないように徐々に加熱して内温を220℃に保持した。酸価が1mgKOH/g以下になったところでエステル化反応を終了し、設計官能基数 N=3、水酸基価=251.7、水酸基価から計算される理論数平均分子量668.6のポリエステル樹脂「GLY(iPAEG)3」を得た。このポリエステル樹脂が有するグリセロールの質量%は、13.32%であった。
(製造例8)トリメチロールプロパンとオルトフタル酸無水とエチレングリコールからなるポリエステルポリオール 「TMP(oPAEG)3」製造方法
製造例3におけるグリセロール92.09の代わりにトリメチロールプロパン 134.17部へ置き換えた以外は製造例3と同様にして、数平均分子量710.68ポリエステルポリオール「TMP(oPAEG)3」を得た。
このポリエステルポリオールが有するグリセロールの質量%は0.0%であった。
(製造例9)トリメチロールプロパンとオルトフタル酸無水とエチレングリコールからなるポリエステルポリオール「TMP(oPAEG)6」製造方法
製造例4におけるグリセロール92.09部の代わりにトリメチロールプロパン 134.17部へ置き換えた以外は製造例4と同様にして、設計官能基数 N=3、水酸基価=236.8、水酸基価から計算される理論数平均分子量1287.18のポリエステルポリオール「TMP(oPAEG)6」を得た。
このポリエステルポリオールが有するグリセロールの質量%は0.0%であった。
(製造例10)グリセロールとオルトフタル酸とエチレングリコールからなるポリエステル樹脂「GLY3oPA4EG2」製造方法
攪拌機、窒素ガス導入管、スナイダー管、コンデンサーを備えたポリエステル反応容器に、グリセロールを276.27部、無水フタル酸592.4部、エチレングリコール130.2部、及びチタニウムテトライソプロポキシド0.09部を仕込み、精留管上部温度が100℃を超えないように徐々に加熱して内温を220℃に保持した。酸価が1mgKOH/g以下になったところでエステル化反応を終了し、設計官能基数 N=5、水酸基価=304.6、水酸基価から計算される理論数平均分子量920.89のポリエステル樹脂「GLY3oPA4EG2」を得た。このポリエステル樹脂は1分子あたり平均3つのグリセロールを有するので、この樹脂が有するグリセロール質量%は、(89.07×3)/920.89=29.02%であった。
(製造例11)グリセロールとオルトフタル酸とエチレングリコールからなるポリエステル樹脂「GLY3oPA7EG5」製造方法
攪拌機、窒素ガス導入管、スナイダー管、コンデンサーを備えたポリエステル反応容器に、グリセロールを276.27部、無水フタル酸1036.84部、エチレングリコール325.87部、及びチタニウムテトライソプロポキシド0.16部を仕込み、精留管上部温度が100℃を超えないように徐々に加熱して内温を220℃に保持した。酸価が1mgKOH/g以下になったところでエステル化反応を終了し、設計官能基数 N=5、水酸基価=187.3、水酸基価から計算される理論数平均分子量1497.46のポリエステル樹脂「GLY3oPA7EG5」を得た。このポリエステル樹脂は1分子あたり平均3つのグリセロールを有するので、この樹脂が有するグリセロール質量%は、(89.07×3)/1497.46=17.84%であった。
(製造例12)グリセロールとオルトフタル酸とエチレングリコールからなるポリエステル樹脂「GLY5oPA8EG4」製造方法
攪拌機、窒素ガス導入管、スナイダー管、コンデンサーを備えたポリエステル反応容器に、グリセロールを460.45部、無水フタル酸1185部、エチレングリコール260.09部、及びチタニウムテトライソプロポキシド0.19部を仕込み、精留管上部温度が100℃を超えないように徐々に加熱して内温を220℃に保持した。酸価が1mgKOH/g以下になったところでエステル化反応を終了し、設計官能基数 N=7、水酸基価=224.4、水酸基価から計算される理論数平均分子量1749.70のポリエステル樹脂「GLY5oPA8EG4」を得た。このポリエステル樹脂は1分子あたり平均3つのグリセロールを有するので、この樹脂が有するグリセロール質量%は、(89.07×5)/1749.70=25.45%であった。
(製造例13)グリセロールとヘキサヒドロフタル酸とエチレングリコールからなるポリエステル樹脂「GLY3oHHPA4EG2」製造方法
攪拌機、窒素ガス導入管、スナイダー管、コンデンサーを備えたポリエステル反応容器に、グリセロールを276.27部、無水ヘキサヒドロフタル酸616.64部、エチレングリコール130.2部、及びチタニウムテトライソプロポキシド0.19部を仕込み、精留管上部温度が100℃を超えないように徐々に加熱して内温を220℃に保持した。酸価が1mgKOH/g以下になったところでエステル化反応を終了し、設計官能基数 N=5、水酸基価=296.8、水酸基価から計算される理論数平均分子量945.05のポリエステル樹脂「GLY3oHHPA4EG2」を得た。このポリエステル樹脂は1分子あたり平均3つのグリセロールを有するので、この樹脂が有するグリセロール質量%は、(89.07×3)/945.05=28.27%であった。
(製造例14)グリセロールと4−メチルヘキサヒドロフタル酸とエチレングリコールからなるポリエステル樹脂「GLY3oMHPA4EG2」製造方法
攪拌機、窒素ガス導入管、スナイダー管、コンデンサーを備えたポリエステル反応容器に、グリセロールを276.27部、無水4−メチルヘキサヒドロフタル酸672.76部、エチレングリコール130.2部、及びチタニウムテトライソプロポキシド0.19部を仕込み、精留管上部温度が100℃を超えないように徐々に加熱して内温を220℃に保持した。酸価が1mgKOH/g以下になったところでエステル化反応を終了し、設計官能基数 N=5、水酸基価=280.2、水酸基価から計算される理論数平均分子量1001.17のポリエステル樹脂「GLY3oMHPA4EG2」を得た。このポリエステル樹脂は1分子あたり平均3つのグリセロールを有するので、この樹脂が有するグリセロール質量%は、(89.07×3)/1001.17=26.53%であった。
(製造例15)グリセロールとオルトフタル酸と、1,3−プロパンジオールからなるポリエステル樹脂「GLY(oPAPG)3」製造方法
製造例3に用いるエチレングリコール186.21部を1,3−プロパンジオール部に変えた以外は製造例3と同様にして、
設計官能基数 N=3、水酸基価=236.8、水酸基価から計算される理論数平均分子量710.68のポリエステル樹脂「GLY(oPAPG)3」を得た。このポリエステル樹脂が有するグリセロールの質量%は、12.53%であった。
(製造例16)グリセロールとオルトフタル酸と、1,6ヘキサンジオールからなるポリエステル樹脂「GLY(oPAHG)3」製造方法
製造例3に用いるエチレングリコール186.21部を1,6−ヘキサンジオール389.96部に変えた以外は製造例3と同様にして、
設計官能基数 N=3、水酸基価=201.1、水酸基価から計算される理論数平均分子量668.60のポリエステル樹脂「GLY(oPAHG)3」を得た。このポリエステル樹脂が有するグリセロールの質量%は、10.64%であった。
(製造例17)オルトフタル酸とエチレングリコールからなるポリエステル樹脂
「EGoPA」のポリエステル溶液A製造方法
攪拌機、窒素ガス導入管、スナイダー管、コンデンサーを備えたポリエステル反応容器に、無水フタル酸396.34部、エチレングリコール173.73部、及びチタニウムテトライソプロポキシド0.05部を仕込み、精留管上部温度が100℃を超えないように徐々に加熱して内温を220℃に保持した。酸価が1mgKOH/g以下になったところでエステル化反応を終了し、設計官能基数 N=2、水酸基価=124.6、水酸基価から計算される理論数平均分子量900のポリエステル樹脂「oPAEG」を得た。このポリエステル樹脂が有するグリセロールの質量%は、0.0%であった。得られた樹脂160部に対して40部の酢酸エチルを加え溶解させることでポリエステル溶液Aを得た。
(製造例18)オルトフタル酸と1,3−プロピレングリコールからなるポリエステル樹脂
「PGoPA」のポリエステル溶液B製造方法
攪拌機、窒素ガス導入管、スナイダー管、コンデンサーを備えたポリエステル反応容器に、無水フタル酸396.34部、1,3−プロピレングリコール271.58部、及びチタニウムテトライソプロポキシド0.05部を仕込み、精留管上部温度が100℃を超えないように徐々に加熱して内温を220℃に保持した。酸価が1mgKOH/g以下になったところでエステル化反応を終了し、設計官能基数 N=2、水酸基価=124.6、水酸基価から計算される理論数平均分子量900のポリエステル樹脂「oPAPG」を得た。このポリエステル樹脂が有するグリセロールの質量%は、0.0%であった。得られた樹脂160部に対して40部の酢酸エチルを加え溶解させることでポリエステル溶液Bを得た。
(製造例19)オルトフタル酸と1,6−ヘキサンジオールからなるポリエステル樹脂
「HGoPA」のポリエステル溶液C製造方法
攪拌機、窒素ガス導入管、スナイダー管、コンデンサーを備えたポリエステル反応容器に、無水フタル酸396.34部、1,6−ヘキサンジオール389.96部、及びチタニウムテトライソプロポキシド0.05部を仕込み、精留管上部温度が100℃を超えないように徐々に加熱して内温を220℃に保持した。酸価が1mgKOH/g以下になったところでエステル化反応を終了し、設計官能基数 N=2、水酸基価=187.0、水酸基価から計算される理論数平均分子量900のポリエステル樹脂「oPAHG」を得た。このポリエステル樹脂が有するグリセロールの質量%は、0.0%であった。得られた樹脂160部に対して40部の酢酸エチルを加え溶解させることでポリエステル溶液Cを得た。
<末端イソシアネート樹脂組成物製造例>
(製造例20)末端イソシアネート樹脂組成物「(EGoPA)nXDI2」(1)の製造例
温度計、攪拌機、不活性ガス導入口、空気導入口及び環流冷却器を備えた四つ口フラスコにポリエステル溶液(A)1125部とキシリレンジイソシアネート(XDIと略す)188部と酢酸エチル235部を仕込み、窒素気流下75℃で3時間反応させた。NCO当量が630とほぼ理論当量値となったので、50℃まで冷却し、不揮発分80%・数平均分子量1276の末端イソシアネート組成物を得た。以後、この組成物を硬化剤(1)という。
(製造例21)末端イソシアネート樹脂組成物「(EGoPA)nTDI2」(2)の製造例
温度計、攪拌機、不活性ガス導入口、空気導入口及び環流冷却器を備えた四つ口フラスコにポリエステル溶液ポリエステル溶液(A)1125部とトリレンジイソシアネート(TDIと略す)174部と酢酸エチル44部を仕込み、窒素気流下75℃で3時間反応させた。NCO当量が620とほぼ理論当量値となったので、50℃まで冷却し、不揮発分80%・数平均分子量1248の末端イソシアネート樹脂組成物を得た。以後、この組成物を硬化剤(2)という。
(製造例22)末端イソシアネート樹脂組成物「(EGoPA)nMDI2」(3)の製造例
温度計、攪拌機、不活性ガス導入口、空気導入口及び環流冷却器を備えた四つ口フラスコにポリエステル溶液ポリエステル溶液(A)1125部と4−4‘ジフェニルメタンジイソシアネート(MDIと略す)250部と酢酸エチル63部を仕込み、窒素気流下75℃で3時間反応させた。NCO当量が700とほぼ理論当量値となったので、50℃まで冷却し、数平均分子量1400の末端イソシアネート樹脂組成物を得た。以後、この組成物を硬化剤(3)という。
(製造例23)末端イソシアネート樹脂組成物「(PGoPA)nXDI2」(4)の製造例
温度計、攪拌機、不活性ガス導入口、空気導入口及び環流冷却器を備えた四つ口フラスコにポリエステル溶液ポリエステル溶液(B)1125部とキシリレンジイソシアネート(XDIと略す)188部と酢酸エチル47部を仕込み、窒素気流下75℃で3時間反応させた。NCO当量が625とほぼ理論当量値となったので、50℃まで冷却し、不揮発分80%・数平均分子量1276の末端イソシアネート組成物を得た。以後、この組成物を硬化剤(4)という。
(製造例24)末端イソシアネート樹脂組成物「(PGoPA)nH12MDI2」(5)の製造例
温度計、攪拌機、不活性ガス導入口、空気導入口及び環流冷却器を備えた四つ口フラスコにポリエステル溶液ポリエステル溶液(A)1125部と4−4‘ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート(H12MDIと略す)262部と酢酸エチル66部を仕込み、窒素気流下75℃で3時間反応させた。NCO当量が715とほぼ理論当量値となったので、50℃まで冷却し、数平均分子量1424の末端イソシアネート樹脂組成物を得た。以後、この組成物を硬化剤(5)という。
(製造例25)末端イソシアネート樹脂組成物「(PGoPA)nH6XDI2」(6)の製造例
合成例6: a)末端イソシアネート樹脂組成物(6)
温度計、攪拌機、不活性ガス導入口、空気導入口及び環流冷却器を備えた四つ口フラスコにポリエステル溶液ポリエステル溶液(B)1125部とシクロヘキサン−1,2−ジイルビス(メチレン)ジイソシアネート(H6XDIと略す)194部と酢酸エチル49部を仕込み、窒素気流下75℃で3時間反応させた。NCO当量が647とほぼ理論当量値となったので、50℃まで冷却し、不揮発分80%・数平均分子量1288の末端イソシアネート組成物を得た。以後、この組成物を硬化剤(6)という。
(製造例26)末端イソシアネート樹脂組成物「(HGoPA)nXDI2」(7)の製造例
温度計、攪拌機、不活性ガス導入口、空気導入口及び環流冷却器を備えた四つ口フラスコにポリエステル溶液(C)750部とキシリレンジイソシアネート(XDIと略す)188部と酢酸エチル235部を仕込み、窒素気流下75℃で3時間反応させた。NCO当量が488とほぼ理論当量値となったので、50℃まで冷却し、不揮発分80%・数平均分子量976の末端イソシアネート組成物を得た。以後、この組成物を硬化剤(7)という。
(製造例27)溶媒を含有しない無溶剤の末端イソシアネート樹脂組成物「(EGoPA)nXDI2」(8)の製造例
温度計、攪拌機、不活性ガス導入口、空気導入口及び環流冷却器を備えた四つ口フラスコに、製造例17で合成のポリエステル樹脂「oPAEG」(実質的に、ポリエステル溶液Aの溶媒を含有していないポリエステル成分)675部とXDIを188部とを仕込み、窒素気流下65℃で5時間反応させた。NCO当量が1050とほぼ理論当量値となったので、50℃まで冷却し、数平均分子量1424の末端イソシアネート樹脂組成物を得た。以後、この組成物を硬化剤(8)という。
<市販イソシアネート硬化剤>
三井化学製「タケネート500」(キシリレンジイソシアネート 不揮発成分 100% NCO% 44.7%))を硬化剤aとした。
(硬化剤k)
三井化学製「タケネート600」(水添キシリレンジイソシアネート 不揮発成分 100% NCO% 43.2%))を硬化剤bとした。
三井化学製「タケネートD−110N」(メタキシリレンジイソシアネートのトリメチロールプロパンアダクト体 不揮発成分 75.0% NCO% 11.5%)を硬化剤cとした。
三井化学製「タケネートD−120N」(水素添加メタキシリレンジイソシアネートのトリメチロールプロパンアダクト体 不揮発成分 75.0% NCO% 11%))を硬化剤dとした。
住化バイエルウレタン製「デスモジュールN3200」(ヘキサメチレンジイソシアネートのビューレット体)不揮発分100.0% NCO% 23.0%)を硬化剤eとした。
(実施例1〜18、比較例1〜9の溶剤型ポリエステル樹脂塗工液の製造方法)
前記製造方法で得たポリエステルポリオールをメチルエチルケトンで希釈して、不揮発分50%の樹脂溶液を得、更に末端イソシアネート樹脂組成物「(EGoPA)nXDI2」(硬化剤1)、「(EGoPA)nTDI2」(硬化剤2)、「(EGoPA)nMDI2」(硬化剤3)、「(PGoPA)nXDI2」(硬化剤4)、「(EGoPA)nH12MDI」(硬化剤5)、「(PGoPA)nH6XDI」(硬化剤6)、「(HGoPA)nXDI」(硬化剤7)、硬化剤a、b、c、d、eを表1、2、及び5に示す様に配合し、後述の塗工方法で使用するポリエステル樹脂塗工液を得た。
(塗工方法)
ポリエステル樹脂塗工液を、バーコーターを用いて、塗布量5.0g/m(固形分)となるように厚さ12μmのPETフィルム(東洋紡績(株)製「E−5100」)に塗布し、温度70℃に設定したドライヤーで希釈溶剤を揮発させ乾燥し、次いで、この複合フィルムを40℃/3日間かけて硬化させ、本発明の水蒸気バリア性フィルムを得た。
(ラミネート方法1)
ポリエステル樹脂塗工液を、バーコーターを用いて、塗布量5.0g/m(固形分)となるように厚さ12μmのPETフィルム(東洋紡績(株)製「E−5100」)に塗布し、温度70℃に設定したドライヤーで希釈溶剤を揮発させ乾燥し、次いで、この複合フィルムと未延伸PPフィルム(東レフィルム加工株式会社製「ZK−93KM」)を温度40℃、圧力0.4MPa、ラミネート速度40m/minにてドライラミネートして、PET/ポリエステル樹脂組成物/CPP積層体を得た。
(ラミネート方法2)
ポリエステル樹脂塗工液を、バーコーターを用いて、塗布量5.0g/m(固形分)となるように厚さ15μmのナイロン(Ny)フィルム(ユニチカ(株)製「エンブレムON―BC」)に塗布し、温度70℃に設定したドライヤーで希釈溶剤を揮発させ乾燥し、次いで、この複合フィルムと未延伸LLDPEフィルム(東セロ社製TUX−HC 60μ)を温度40℃、圧力0.4MPa、ラミネート速度40m/minにてドライラミネートして、Ny/ポリエステル樹脂組成物/LLDPE積層体を得た。
(ラミネート方法3)
ポリエステル樹脂塗工液を、バーコーターを用いて、塗布量5.0g/m(固形分)となるように厚さ12μmのアルミ蒸着ポリエステル(VM−PET)フィルム(東レフィルム加工(株)製「1310」)に塗布し、温度70℃に設定したドライヤーで希釈溶剤を揮発させ乾燥し、次いで、この複合フィルムと未延伸PPフィルム(東レフィルム加工株式会社製「ZK−93KM」)を温度40℃、圧力0.4MPa、ラミネート速度40m/minにてドライラミネートして、VM−PET/ポリエステル樹脂組成物/CPP積層体を得た。
(ラミネート方法4)
ポリエステル樹脂塗工液を、バーコーターを用いて、塗布量5.0g/m(固形分)となるように厚さ12μmのポリエステル(PET)フィルム(東洋紡績(株)製「E−5100」)に塗布し、温度70℃に設定したドライヤーで希釈溶剤を揮発させ乾燥し、次いで、この複合フィルムとアルミ蒸着未延伸CPPフィルム(東レフィルム加工(株)製「2203」)(VM−CPP)を温度40℃、圧力0.4MPa、ラミネート速度40m/minにてドライラミネートして、PET/ポリエステル樹脂組成物/VM−CPP積層体を得た。
(実施例19,20、比較例10の無溶剤型ポリエステル樹脂塗工液の製造方法)
前記製造方法で得たポリエステルポリオールを、更に溶剤を含有してない末端イソシアネート樹脂組成物「(EGoPA)nXDI2」(硬化剤8)、及び硬化剤eを表2、及び5に示す様に配合し、90℃に加温溶融下で2分間攪拌混合し、後述の塗工方法で使用するポリエステル樹脂塗工材を得た。
(無溶剤下での塗工方法及び、ラミネート方法)
バーコーターの代わりに、加熱下で塗工が可能なロールコーターを用い80℃の加温下でロールコートを行った以外は、前記の塗工方法、及び、ラミネート方法1〜4と同様なフィルムを用いて、水蒸気バリア性フィルム及び、各種フィルム構成の積層体を得た。
(ラミネート強度評価方法)
エージングが終了した積層フィルムを、塗工方向と平行に15mm幅に切断し、PETフィルムとCPPフィルムとの間、もしくはNyフィルムとLLDPEフィルムとの間を、(株)オリエンテック製テンシロン万能試験機を用いて、雰囲気温度25℃、剥離速度を300mm/分に設定し、180度剥離方法で剥離した際の引っ張り強度をラミネート強度とした。ラミネート強度の単位はN/15mmとした。
測定中フィルム破談となる場合は結果にF及びピーク値を記載した。
アルミ蒸着を有するVM−PET,VM−CPPを使用した場合も上記PETフィルムもしくはCPPフィルムと同様にラミネート強度を測定した。
(酸素透過率)
エージングが終了した水蒸気バリア性フィルムを、モコン社製酸素透過率測定装置OX−TRAN2/21MHを用いてJIS−K7126(等圧法)に準じ、23℃、0%RHおよび90%RHの雰囲気下で測定した。
また、ポリエステル樹脂組成物を硬化させた樹脂塗膜単体の酸素バリア性はバリア性積層フィルム、PETフィルムおよびナイロンフィルムの測定結果より、式(a)を用いて計算した。測定結果については塗布量5g/mの透過率として換算した。
Figure 0006075515
P :バリア性積層フィルムの酸素透過率
P1:塗膜単体の酸素透過率
P2:12μmPETフィルムの酸素透過率(0%RH:130cc/m・24時間・atm、90%RH:100cc/m・24時間・atmとして計算)
(水蒸気透過率)
エージングが終了した積層フィルムを、水蒸気透過度試験法 伝導度法「ISO−15106−3」に準じ、Illinois社製測定装置を用いて40℃、90%RHの雰囲気下で評価を行った。なおRHとは、湿度を表す。
また、ポリエステル樹脂組成物を硬化させた樹脂塗膜単体の水蒸気バリア性は水蒸気バリア性積層フィルム、PETフィルムおよびナイロンフィルムの測定結果より、式(a)を用いて計算した。測定結果については塗布量5g/mの透過率として換算した。
Figure 0006075515
P :水蒸気バリア性積層フィルムの水蒸気透過率
P1:塗膜単体の水蒸気透過率
P2:12μmPETフィルムの水蒸気透過率(46g/m・24時間として計算)
(参考例)
厚さ12μmのPET(2軸延伸ポリエチレンテレフタレート)フィルム(東洋紡績(株)製E−5100)の酸素透過率を測定し、フィルム厚み5g/mの透過率として換算した。その結果、240cc/m・day・atmであった。
実施例、比較例の結果を表3、4及び表6に示す。
Figure 0006075515
Figure 0006075515
Figure 0006075515
Figure 0006075515
Figure 0006075515
Figure 0006075515
*:溶剤に不溶
**:80℃加温でも流動性が無く無溶剤塗工が不可
この結果、実施例1〜14、16〜20の樹脂組成物を硬化させた樹脂層5g/m厚みは、いずれも水蒸気透過率が70g/m・day以下と12μm延伸PETフィルムの110g/m・dayを大きく下回った。
また、実施例1〜20の樹脂組成物を硬化させた樹脂層5g/m厚みでは、いずれも酸素透過率(23℃0%RH)が80cc/m・day・atm以下、酸素透過率(23℃90%RH)が60cc/m・day・atm以下と、参考例の12μm延伸PETフィルムの240cc/m・day・atmを大きく下回った。
実施例1〜18の樹脂組成物を硬化させた樹脂をドライラミネート用接着剤としてPETフィルムとCPPフィルム、もしくはナイロン(Ny)フィルムとLLDPEフィルム、もしくはアルミ蒸着PET(VM−PET)フィルムとCPPフィルム、もしくはPETフィルムとアルミ蒸着CPP(VM−CPP)フィルムを張り合わせた所、接着性能を発揮し、特に実施例3、4、実施例6〜18の樹脂組成物を硬化させた樹脂接着剤はPET構成やNy構成ではフィルム破断、VM−PET構成やVM−CPP構成も非常に良好な接着性を発揮した。
また、実施例19,20の樹脂組成物を硬化させた樹脂を無溶剤型接着剤として、実施例1〜18に示したドライラミネート用接着剤と同様に、フィルム構成に依存せずに良好な接着性を発揮した。
以上のように、実施例1〜20の樹脂組成物は、良好なバリア性能と良好なラミネート接着強度を両立出来ている。
一方、比較例1〜4は水蒸気バリア性水蒸気透過率が49−65g/m・day、酸素透過率(23℃90%RH、23℃0%RH)が70cc/m・day・atm以下と良好であるが、VM−PET構成やVM−CPP構成ではラミネート強度が0.5N/15mm未満全く接着が悪い結果となっている。
一方、比較例5は、PET/CPP構成、Ny/LLDPE構成、VM−PET構成やVM−CPP構成にてラミネート強度が良好であるが、水蒸気バリア性水蒸気透過率が205g/m・day、酸素透過率(23℃0%RH)が225cc/m・day・atm、酸素透過率(23℃90%RH)が199cc/m・day・atmとバリア性能が悪い結果となっている。
一方、比較例6〜8は本発明の硬化剤を用いなかった結果、水蒸気透過率は153〜190g/m・dayに留まった。更に、比較例9ではポリエステル樹脂のフタル酸をイソフタル酸に変えたところ、メチルエチルケトン、酢酸エチルに溶解しないという現象が起こり、溶剤溶解性が失われたことから、フィルムに塗布できなかった。
さらに、比較例10では溶媒溶解性が不十分でドライラミネートができなかった比較例9と同一の樹脂組成では80℃への加温によっても樹脂粘度が十分に低下せず、無溶剤型接着剤としても使用することが出来なかった。
比較例6〜8のVM−PET構成やVM−CPP構成でもラミネート強度が1N/15mm未満で接着が悪い結果となっている。
本発明のバリア材用ポリエステル樹脂組成物は、ガス、或いは水蒸気へのバリア性を有するので、前記包装材用のフィルムラミネート用プライマーの他、例えば太陽電池用保護フィルム用の接着剤や表示素子用水蒸気バリア性基板のコーティング剤等の電子材料用コーティング剤、建築材料用の接着剤やコーティング剤、真空断熱材用の多層フィルムなどの工業材料用の接着剤やコーティング等、バリア性を所望される用途であれば好適に使用できる。

Claims (10)

  1. 一般式(A)で表される分子量600以上の2官能イソシアネート基含有硬化剤と、一般式(2)もしくは一般式(3)を含有しガラス転移温度が−30℃〜70℃であるポリエステルポリオールとを含有してなるバリア材用ポリエステル樹脂組成物。
    Figure 0006075515
    [式(A)中、Rは一般式(1)で表される基を表す。
    Figure 0006075515
    (式中、nは1〜5の整数を表し、Xは、置換基を有してもよい1,2−フェニレン基、1,2−ナフチレン基、2,3−ナフチレン基、2,3−アントラキノンジイル基、及び2,3−アントラセンジイル基から成る群から選ばれるアリーレン基、又は置換基を有してもよい1,2−フェニレン基、1,2−ナフチレン基、2,3−ナフチレン基、2,3−アントラキノンジイル基、及び2,3−アントラセンジイル基から成る群から選ばれるアリーレン基の水素添加反応により得られる基を表し、Yは炭素原子数2〜6のアルキレン基を表す。)
    また、式(A)中、Rは置換基を有してもよい、トリレン基、フェニレン基、フェニレンジイル基、メチレンジフェニレン基、ナフチレン基、アントラキノンジイル基、及びアントラセンジイル基から成る群から選ばれるアリーレン基、又は置換基を有してもよいトリレン基、フェニレン基、フェニレンジイル基、メチレンジフェニレン基、ナフチレン基、アントラキノンジイル基、及びアントラセンジイル基から成る群から選ばれるアリーレン基の水素添加反応により得られる基を表わす。)
    Figure 0006075515
    (式(2)中、R 〜R は、各々独立に、水素原子、又は一般式(3)
    Figure 0006075515
    (但し、nは1〜5の整数を表し、Xは、置換基を有してもよい1,2−フェニレン基、
    1,2−ナフチレン基、2,3−ナフチレン基、2,3−アントラキノンジイル基、及び2,3−アントラセンジイル基から成る群から選ばれるアリーレン基、又は置換基を有してもよい1,2−フェニレン基、1,2−ナフチレン基、2,3−ナフチレン基、2,3−アントラキノンジイル基、及び2,3−アントラセンジイル基から成る群から選ばれるアリーレン基の水素添加反応により得られる基を表し、Yは炭素原子数2〜6のアルキレン基を表す。)
    で表される基を表し、R 〜R のうち少なくとも一つは、一般式(3)で表される基である。)
  2. 前記ポリエステルポリオールの酸価が5mgKOH/g以下である請求項に記載のバリア材用ポリエステル樹脂組成物。
  3. 前記一般式(2)で表されるポリエステルポリオールのグリセロール残基を、水蒸気バリア材ポリエステル樹脂組成物中に5質量%以上含有する請求項1又は2に記載のバリア材用ポリエステル樹脂組成物。
  4. 前記Rが、トリレン基、キシレンジイル基、メチレンジフェニレン基、ナフチレン基、又は、トリレン基、キシレンジイル基、メチレンジフェニレン基、或いはナフチレン基を水素添加した基である請求項1〜の何れかに記載のバリア材用ポリエステル樹脂組成物。
  5. 請求項1〜の何れかに記載のバリア材用ポリエステル樹脂組成物を用いてなるコーティング材。
  6. 無溶剤型である、請求項に記載のコーティング材。
  7. 請求項1〜の何れかに記載のバリア材用ポリエステル樹脂組成物を用いてなる接着剤。
  8. 無溶剤型である、請求項に記載の接着剤。
  9. 請求項1〜の何れかに記載のバリア材用ポリエステル樹脂組成物を硬化させた樹脂層を有する水蒸気バリアフィルム。
  10. 請求項1〜の何れかに記載のバリア材用ポリエステル樹脂組成物を硬化させた樹脂層を有するガスバリアフィルム。
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