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TW201700566A - 氣體阻擋性積層體的製造方法 - Google Patents

氣體阻擋性積層體的製造方法 Download PDF

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TW201700566A
TW201700566A TW105115463A TW105115463A TW201700566A TW 201700566 A TW201700566 A TW 201700566A TW 105115463 A TW105115463 A TW 105115463A TW 105115463 A TW105115463 A TW 105115463A TW 201700566 A TW201700566 A TW 201700566A
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守屋英一
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三井化學東賽璐股份有限公司
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Abstract

本發明的氣體阻擋性積層體(100)的製造方法是包含基材層(101)、以及設於基材層(101)的至少其中一個面上的氣體阻擋性聚合物層(103)的氣體阻擋性積層體(100)的製造方法,其包括:將含有多羧酸及多胺化合物的混合物塗佈於基材層(101)上而獲得塗佈層的步驟;以及利用加熱機構對所述塗佈層進行加熱,使所述多羧酸中所含的羧基與所述多胺化合物中所含的胺基進行脫水縮合反應,藉此形成具有醯胺鍵的氣體阻擋性聚合物層(103)的步驟。而且,所述加熱機構含有選自傳導傳熱方式及輻射傳熱方式的至少一種。

Description

氣體阻擋性積層體的製造方法
本發明是有關於一種氣體阻擋性積層體的製造方法。
一般情況下,氣體阻擋性材料使用在基材層上設有作為氣體阻擋層的無機物層的積層體。 然而,該無機物層不耐摩擦等,此種氣體阻擋性積層體在後加工的印刷時、層壓時或內容物的填充時,存在由於摩擦或伸長而在無機物層產生裂痕,造成氣體阻擋性降低的現象。 因此,氣體阻擋性材料亦使用如下的積層體,所述積層體使用有機物層作為氣體阻擋層。
至於使用有機物層作為氣體阻擋層的氣體阻擋性材料,已知有包含如下氣體阻擋層的積層體,所述氣體阻擋層由含有多羧酸及多胺化合物的混合物形成。 作為與此種氣體阻擋性積層體相關的技術,例如可列舉在專利文獻1(日本專利特開2005-225940號公報)及專利文獻2(日本專利特開2013-10857號公報)中所記載者。
在專利文獻1中揭示了一種氣體阻擋性膜,其包含由多羧酸、與多胺及/或多元醇而成膜的氣體阻擋層,多羧酸的交聯度為40%以上。 在專利文獻1中記載了此種氣體阻擋性膜在高濕度條件下亦具有與低濕度條件下同樣的優異的氣體阻擋性。
在專利文獻2中揭示了一種膜,其在包含塑膠膜的基材的至少單面上,塗佈有將多胺與多羧酸以重量比成為多胺/多羧酸=12.5/87.5~27.5/72.5的方式混合而成的混合物。 在專利文獻2中記載了此種氣體阻擋性膜即使在煮沸處理後,氣體阻擋性、特別是隔氧性亦優異,且可撓性、透明性、耐濕性、耐化學品性等優異。 [現有技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特開2005-225940號公報 [專利文獻2]日本專利特開2013-10857號公報
[發明所欲解決之課題] 藉由本發明者等人的研究,可知在專利文獻1及專利文獻2中所記載的氣體阻擋性膜為了使多羧酸與多胺交聯,需要在高溫下長時間加熱,因此於生產性方面仍存在改善的餘地。
本發明是鑒於所述事實而成的,提供一種可效率良好地製造氣體阻擋性能優異的、具有由多胺化合物與多羧酸形成的醯胺交聯結構的氣體阻擋性積層體的製造方法。 [解決課題之手段]
本發明者等人為了達成所述課題而反覆進行銳意研究。其結果,獲得如下的發現而完成本發明:利用特定的加熱機構對含有多羧酸及多胺化合物的混合物進行加熱,藉此可有效率地產生多羧酸中所含的羧基與多胺化合物中所含的胺基的脫水縮合反應,從而效率良好地製造氣體阻擋性能優異的、具有由多胺化合物與多羧酸形成的醯胺交聯結構的氣體阻擋性積層體。
亦即,藉由本發明而提供以下所示的氣體阻擋性積層體的製造方法。
[1] 一種氣體阻擋性積層體的製造方法,其是包含基材層、以及設於所述基材層的至少其中一個面上的氣體阻擋性聚合物層的氣體阻擋性積層體的製造方法,且包括: 將含有多羧酸及多胺化合物的混合物塗佈於基材層上而獲得塗佈層的步驟;以及 利用加熱機構對所述塗佈層進行加熱,使所述多羧酸中所含的羧基與所述多胺化合物中所含的胺基進行脫水縮合反應,藉此形成具有醯胺鍵的氣體阻擋性聚合物層的步驟,並且 所述加熱機構含有選自傳導傳熱方式及輻射傳熱方式的至少一種。 [2] 如所述[1]所述的氣體阻擋性積層體的製造方法,其中,所述加熱機構包含選自利用加熱輥的傳導傳熱及利用紅外線的輻射傳熱的至少一種。 [3] 如所述[1]或[2]所述的氣體阻擋性積層體的製造方法,其中,所述加熱機構進一步含有對流傳熱方式。 [4] 如所述[1]至[3]中任一項所述的氣體阻擋性積層體的製造方法,其中,在形成所述氣體阻擋性聚合物層的步驟中進行加熱直至 在所得的所述氣體阻擋性聚合物層的紅外線吸收光譜中, 將吸收帶1493 cm-1 以上、1780 cm-1 以下的範圍的總峰面積設為A, 將吸收帶1598 cm-1 以上、1690 cm-1 以下的範圍的總峰面積設為B時, 以B/A所表示的醯胺鍵的面積比率為0.330以上。 [5] 如所述[1]至[4]中任一項所述的氣體阻擋性積層體的製造方法,其中,(所述混合物中的所述多羧酸中所含的-COO-基的莫耳數)/(所述混合物中的所述多胺化合物中所含的胺基的莫耳數)=100/超過22、100/99以下。 [6] 如所述[1]至[5]中任一項所述的氣體阻擋性積層體的製造方法,其中,所述多羧酸包含選自聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸、丙烯酸與甲基丙烯酸的共聚物的一種或兩種以上的聚合物。 [7] 如所述[1]至[6]中任一項所述的氣體阻擋性積層體的製造方法,其中,所述多胺化合物含有聚乙烯亞胺。 [發明的效果]
藉由本發明可提供一種可效率良好地製造氣體阻擋性能優異的、具有由多胺化合物與多羧酸形成的醯胺交聯結構的氣體阻擋性積層體的製造方法。
所述目的、及其他目的、特徵及優點可由以下所述的適宜的實施方式、及其所附隨的以下的圖式而進一步變得明瞭。
以下,關於本發明的實施方式,使用圖式而加以說明。另外,圖是概略圖,與實際尺寸比率並不一致。另外,文中的數字間的「~」若無特別說明,則表示以上至以下。
<氣體阻擋性積層體的製造方法> 圖1及圖2是示意性表示本發明的實施方式的氣體阻擋性積層體100的結構的一例的剖面圖。 氣體阻擋性積層體100包含:基材層101、以及設於基材層101的至少其中一個面上且藉由對含有多羧酸及多胺化合物的混合物(以下亦稱為氣體阻擋用塗材)進行加熱而形成的氣體阻擋性聚合物層103。
以下,關於本實施方式的氣體阻擋性積層體100的製造方法的一例而加以說明。 本實施方式的氣體阻擋性積層體100的製造方法包括:(1)將含有多羧酸及多胺化合物的混合物塗佈於基材層101上而獲得塗佈層的步驟;以及(2)利用加熱機構對所述塗佈層進行加熱,使所述多羧酸中所含的羧基與所述多胺化合物中所含的胺基進行脫水縮合反應,藉此形成具有醯胺鍵的氣體阻擋性聚合物層103的步驟。而且,在所述(2)步驟中,所述加熱機構含有選自傳導傳熱方式及輻射傳熱方式的至少一種。
首先,關於(1)將含有多羧酸及多胺化合物的混合物塗佈於基材層101上而獲得塗佈層的步驟加以說明。
首先,製備氣體阻擋用塗材。 氣體阻擋用塗材例如可如下所述地進行而製備。
首先,藉由在多羧酸中加入鹼而將多羧酸的羧基完全或部分中和。其次,在羧基被完全或部分中和的多羧酸中添加多胺化合物。藉由以此種順序將多羧酸及多胺化合物混合,可抑制多羧酸及多胺化合物的凝聚物的生成,可獲得均勻的氣體阻擋用塗材。藉此可更有效地進行多羧酸中所含的-COO-基與多胺化合物中所含的胺基的脫水縮合反應。
藉由利用本實施方式的鹼而中和多羧酸,可以抑制在將多胺化合物與多羧酸混合時,產生凝膠化。因此,在多羧酸中,自防止凝膠化的觀點考慮,較佳為藉由鹼而製成羧基的部分中和物或完全中和物。中和物可藉由以鹼將多羧酸的羧基部分或完全中和(亦即,使多羧酸的羧基部分或完全成為羧酸鹽)而獲得。藉此可在添加多胺化合物時防止凝膠化。 部分中和物可藉由在多羧酸的水溶液中添加鹼而製備,藉由調節多羧酸與鹼的量比,可製成所期望的中和度。於本實施方式中,自充分抑制由於與多胺化合物的胺基的中和反應所引起的凝膠化的觀點考慮,多羧酸的利用鹼的中和度較佳為30當量%~100當量%,更佳為40當量%~100當量%,進一步更佳為50當量%~100當量%。
作為鹼,可使用任意的水溶性鹼。作為水溶性鹼,可使用揮發性鹼與不揮發性鹼的任意者或兩者,自抑制由於殘存的游離鹼所造成的氣體阻擋性降低的觀點考慮,較佳為可在乾燥、硬化時容易地除去的揮發性鹼。 揮發性鹼例如可列舉氨、嗎啉、烷基胺、2-二甲基胺基乙醇、N-甲基嗎啉、乙二胺、三乙胺等三級胺或該些的水溶液、或該些的混合物。自獲得良好的氣體阻擋性的觀點考慮,較佳為氨水溶液。 不揮發性鹼例如可列舉氫氧化鈉、氫氧化鋰、氫氧化鉀或該些的水溶液、或該些的混合物。
而且,自使塗佈性提高的觀點考慮,氣體阻擋用塗材的固體成分濃度較佳為設定為0.5質量%~15質量%,更佳為設定為1質量%~10質量%。
(多羧酸及多胺化合物的調配比率) 在本實施方式中,(氣體阻擋用塗材中的多羧酸中所含的-COO-基的莫耳數)/(氣體阻擋用塗材中的多胺化合物中所含的胺基的莫耳數)較佳為100/超過22,更佳為100/25以上,特佳為100/29以上。 另一方面,在本實施方式中,(氣體阻擋用塗材中的多羧酸中所含的-COO-基的莫耳數)/(氣體阻擋用塗材中的多胺化合物中所含的胺基的莫耳數)較佳為100/99以下,更佳為100/86以下,特佳為100/75以下。為了獲得本實施方式的氣體阻擋性聚合物層103,較佳為以(氣體阻擋用塗材中的多羧酸中所含的-COO-基的莫耳數)/(氣體阻擋用塗材中的多胺化合物中所含的胺基的莫耳數)成為所述範圍內的方式,調整氣體阻擋用塗材中的多羧酸及多胺化合物的調配比率。
(多羧酸) 本實施方式的多羧酸在分子內具有兩個以上的羧基。具體而言,可列舉丙烯酸、甲基丙烯酸、衣康酸、富馬酸、巴豆酸、肉桂酸、3-己烯酸、3-己烯二酸等α,β-不飽和羧酸的均聚物或該些的共聚物。而且,亦可為所述α,β-不飽和羧酸、與乙基酯等酯類、乙烯等烯烴類等的共聚物。 該些中較佳為丙烯酸、甲基丙烯酸、衣康酸、富馬酸、巴豆酸、肉桂酸的均聚物或該些的共聚物,更佳為選自聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸、丙烯酸與甲基丙烯酸的共聚物的一種或兩種以上的聚合物,進一步更佳為選自聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸的至少一種聚合物,特佳為選自丙烯酸的均聚物、甲基丙烯酸的均聚物的至少一種聚合物。 此處,在本實施方式中,所謂聚丙烯酸,包含丙烯酸的均聚物、丙烯酸與其他單體的共聚物此兩者。在丙烯酸與其他單體的共聚物的情況下,聚丙烯酸在100質量%聚合物中含有通常為90質量%以上、較佳為95質量%以上、更佳為99質量%以上的源自丙烯酸的結構單元。 而且,在本實施方式中,所謂聚甲基丙烯酸,包含甲基丙烯酸的均聚物、甲基丙烯酸與其他單體的共聚物此兩者。在甲基丙烯酸與其他單體的共聚物的情況下,聚甲基丙烯酸在100質量%聚合物中含有通常為90質量%以上、較佳為95質量%以上、更佳為99質量%以上的源自甲基丙烯酸的結構單元。
本實施方式的多羧酸是羧酸單體聚合而成的聚合物,自氣體阻擋性及操作性的平衡優異的觀點考慮,多羧酸的分子量較佳為500~2,000,000,更佳為1,500~1,000,000。進一步而言較佳為5,000~500,000,特佳為10,000~100,000。 此處,在本實施方式中,多羧酸的分子量是聚環氧乙烷換算的重量平均分子量,可使用凝膠滲透層析法(Gel Permeation Chromatography,GPC)而測定。
(多胺化合物) 本實施方式的多胺化合物是在主鏈或側鏈或末端具有兩個以上的胺基的聚合物。具體而言可列舉聚烯丙胺、聚乙烯胺、聚乙烯亞胺、聚(三亞甲基亞胺)等脂肪族系多胺類;如聚離胺酸、聚精胺酸這樣的在側鏈具有胺基的聚醯胺類等。而且,亦可為對胺基的一部分進行改質的多胺。自獲得良好的氣體阻擋性的觀點考慮,更佳為聚乙烯亞胺。
自氣體阻擋性及操作性的平衡優異的觀點考慮,本實施方式的多胺化合物的重量平均分子量較佳為50~5,000,000,更佳為100~2,000,000,進而更佳為1,500~1,000,000,進一步更佳為1,500~500,000,特佳為1,500~100,000。 此處,在本實施方式中,多胺化合物的分子量可使用沸點上升法或黏度法而測定。
而且,自防止在塗佈時產生收縮的觀點考慮,較佳為在氣體阻擋用塗材中進一步添加界面活性劑。在將氣體阻擋用塗材的固體成分整體設為100質量%時,界面活性劑的添加量較佳為0.01質量%~3質量%,更佳為0.01質量%~1質量%。
作為本實施方式的界面活性劑,例如可列舉陰離子性界面活性劑、非離子性界面活性劑、陽離子界面活性劑、兩性界面活性劑等,自獲得良好的塗佈性的觀點考慮,較佳為非離子性界面活性劑,更佳為聚氧基伸乙基烷基醚類。
非離子性界面活性劑例如可列舉聚氧基伸烷基烷基芳基醚類、聚氧基伸烷基烷基醚類、聚氧基伸烷基脂肪酸酯類、山梨糖醇酐脂肪酸酯類、矽酮系界面活性劑、乙炔醇系界面活性劑、含氟界面活性劑等。
聚氧基伸烷基烷基芳基醚類例如可列舉聚氧基伸乙基壬基苯基醚、聚氧基伸乙基辛基苯基醚、聚氧基伸乙基十二烷基苯基醚等。 聚氧基伸烷基烷基醚類例如可列舉聚氧基伸乙基油烯基醚、聚氧基伸乙基月桂基醚等聚氧基伸乙基烷基醚類。 聚氧基伸烷基脂肪酸酯類例如可列舉聚氧基伸乙基油酸酯、聚氧基伸乙基月桂酸酯、聚氧基伸乙基二硬脂酸酯等。 山梨糖醇酐脂肪酸酯類例如可列舉山梨糖醇酐月桂酸酯、山梨糖醇酐單硬脂酸酯、山梨糖醇酐單油酸酯、山梨糖醇酐倍半油酸酯、聚氧基伸乙基單油酸酯、聚氧基伸乙基硬脂酸酯等。 矽酮系界面活性劑例如可列舉二甲基聚矽氧烷等。 乙炔醇系界面活性劑例如可列舉2,4,7,9-四甲基-5-癸炔-4,7-二醇、3,6-二甲基-4-辛炔-3,6-二醇、3,5-二甲基-1-己炔-3-醇等。 含氟系界面活性劑例如可列舉氟烷基酯等。
本實施方式的氣體阻擋用塗材亦可在不損及本發明的目的的範圍內進一步含有其他添加劑。例如亦可添加潤滑劑、增滑劑、抗結塊劑、抗靜電劑、防霧劑、顏料、染料、無機或有機的填充劑、多價金屬化合物等各種添加劑。
其次,將氣體阻擋用塗材塗佈於基材層101上而獲得塗佈層。
將本實施方式的氣體阻擋用塗材塗佈於基材層101上的方法並無特別限定,可使用通常的方法。例如可列舉使用邁爾棒(meyer bar)塗佈機、氣刀塗佈機、直接凹版塗佈機、間接凹版、電弧凹版塗佈機、反向凹版及噴射管嘴方式等凹版塗佈機、頂部進料反向塗佈機、底部進料反向塗佈機及管嘴進料反向塗佈機等反向輥塗機、五輥塗佈機、模唇塗佈機、棒式塗佈機、反向棒塗佈機、模具塗佈機、敷料器等各種公知的塗佈機而進行塗佈的方法。
塗佈層的厚度(濕厚度)較佳為成為0.05 μm~300 μm,更佳為成為1 μm~200 μm,進而更佳為成為1 μm~100 μm,特佳為成為0.05 μm~30 μm。 若塗佈層的厚度為所述上限值以下,則可抑制所得的氣體阻擋性積層體100捲曲。而且,塗佈層的厚度若為所述上限值以下,則可更有效地進行多羧酸中所含的-COO-基與多胺化合物中所含的胺基的脫水縮合反應。 而且,塗佈層的厚度若為所述下限值以上,則可使所得的氣體阻擋性積層體100的阻擋性能更良好。 加熱處理後的氣體阻擋性聚合物層103的厚度較佳為0.01 μm~15 μm,更佳為0.05 μm~5 μm,進而更佳為0.1 μm~1 μm,自氣體阻擋性及與基材層101的穩定的黏著的平衡優異考慮,特佳為0.15 μm~0.45 μm以下。
繼而,關於(2)利用加熱機構對所述塗佈層進行加熱,使所述多羧酸中所含的羧基與所述多胺化合物中所含的胺基進行脫水縮合反應,藉此形成具有醯胺鍵的氣體阻擋性聚合物層103的步驟加以說明。
在本實施方式的氣體阻擋性積層體100的製造方法中,為了獲得本實施方式的氣體阻擋性聚合物層103,而採用選自利用與高溫體的接觸的「傳導傳熱方式」及利用來自高溫體的熱輻射的「輻射傳熱方式」的至少一種作為所述對塗佈層進行加熱的機構。 藉此,可有效率地進行所述多羧酸中所含的羧基與所述多胺化合物中所含的胺基的脫水縮合反應。
所謂傳導傳熱方式,是藉由熱傳導對與高溫體接觸的材料進行加熱的方法,作為利用傳導傳熱方式進行加熱的裝置,例如可列舉加熱輥等。在利用加熱輥的加熱的情況下,藉由使加熱輥與材料接觸來進行加熱。就對膜的熱傳導效率優異的觀點考慮,較佳為加熱輥。 所謂輻射傳熱方式,是利用高溫體所放出的紅外線的放射能量作為熱源的方法,材料所吸收的紅外線在材料內變為熱而對材料進行加熱。作為紅外線源,可使用紅外線加熱器或紅外線燈等。
在形成氣體阻擋性聚合物層103的步驟中,理想的是在加熱處理溫度為160℃~250℃、加熱處理時間為1秒~10分鐘,較佳為加熱處理溫度為180℃~240℃、加熱處理時間為5秒~5分鐘,更佳為加熱處理溫度為190℃~230℃、加熱處理時間為10秒~2分鐘的條件下進行加熱處理。
在對所述塗佈層進行加熱時,可自基材層101側進行加熱,亦可自所述塗佈層側進行加熱,就更穩定地獲得氣體阻擋性能優異的氣體阻擋性聚合物層103的觀點考慮,較佳為自基材層101側進行加熱。
而且,在對所述塗佈層進行加熱時,可適宜組合利用對流傳熱方式的加熱機構。此處,所謂利用對流傳熱方式的加熱,是使用加熱空氣作為熱風並使其與材料直接接觸來進行的加熱方法,且可藉由材料與熱風的相對速度、及材料與熱風的溫度差所引起的傳熱量進行控制。 作為利用對流傳熱方式進行加熱的裝置,例如可列舉熱風乾燥器、熱風烘箱、乾燥機等。
另外,自有效地進行多羧酸中所含的-COO-基與多胺化合物中所含的胺基的脫水縮合反應的觀點考慮,重要的是根據氣體阻擋用塗材的濕厚度調整加熱處理溫度及加熱處理時間。
在形成氣體阻擋性聚合物層103的步驟中,可在塗佈層的所述加熱前進行所述塗佈層的乾燥。另外,亦可同時進行所述乾燥與加熱處理。 在形成氣體阻擋性聚合物層103的步驟中,在塗佈層的加熱處理前進行乾燥的情況下,理想的是在乾燥溫度為60℃~150℃、乾燥時間為1秒~60秒的條件下進行乾燥。
本實施方式的氣體阻擋性聚合物層103可藉由所述氣體阻擋用塗材形成,在將氣體阻擋用塗材塗佈於基材層101或後述的無機物層102上之後,進行乾燥、熱處理,使氣體阻擋用塗材硬化而獲得。
而且,在形成氣體阻擋性聚合物層103的步驟中,進行加熱直至在所得的氣體阻擋性聚合物層103的紅外線吸收光譜中,將吸收帶1493 cm-1 以上、1780 cm-1 以下的範圍的總峰面積設為A,將吸收帶1598 cm-1 以上、1690 cm-1 以下的範圍的總峰面積設為B時,以B/A所表示的醯胺鍵的面積比率自氣體阻擋性的觀點考慮較佳為0.330以上、更佳為0.370以上、進一步更佳為0.400以上、特佳為0.420以上。藉此,可獲得氣體阻擋性能更進一步優異的氣體阻擋性積層體100。而且,以B/A所表示的醯胺鍵的面積比率的上限,自使外觀、尺寸穩定性、生產性的平衡進一步提高的觀點考慮,較佳為0.700以下、更佳為0.680以下、特佳為0.650以下。
本實施方式的氣體阻擋性聚合物層103在紅外線吸收光譜中,在1700 cm-1 附近看到基於未反應的羧酸的νC=O的吸收,在1630 cm-1 ~1685 cm-1 附近看到基於作為交聯結構的醯胺鍵的νC=O的吸收,在1540 cm-1 ~1560 cm-1 附近看到基於羧酸鹽的νC=O的吸收。 亦即,在本實施方式中,紅外線吸收光譜中的吸收帶1493 cm-1 以上、1780 cm-1 以下的範圍的總峰面積A表示羧酸與醯胺鍵與羧酸鹽的合計量的指標,吸收帶1598 cm-1 以上、1690 cm-1 以下的範圍的總峰面積B表示醯胺鍵的存在量的指標,後述的吸收帶1690 cm-1 以上、1780 cm-1 以下的範圍的總峰面積C表示未反應的羧酸的存在量的指標,後述的吸收帶1493 cm-1 以上、1598 cm-1 以下的範圍的總峰面積D表示羧酸鹽、亦即羧基與胺基的離子交聯的存在量的指標。
另外,在本實施方式中,所述總峰面積A~總峰面積D可藉由以下順序而測定。 首先,從本實施方式的氣體阻擋性聚合物層103切出1 cm×3 cm的測定用樣品。其次,藉由紅外線全反射測定(ATR(Attenuated Total Reflection,衰減全反射)法)獲得該氣體阻擋性聚合物層103的表面的紅外線吸收光譜。根據所得的紅外線吸收光譜,藉由以下的順序(1)~(4)而算出所述總峰面積A~總峰面積D。 (1)用直線(N)連結1780 cm-1 與1493 cm-1 的吸光度,將吸收帶1493 cm-1 以上、1780 cm-1 以下的範圍的吸光光譜與N所包圍的面積作為總峰面積A。 (2)自1690 cm-1 的吸光度(Q)垂直地引出直線(O),將N與O的交叉點設為P,自1598 cm-1 的吸光度(R)垂直地引出直線(S),將N與S的交叉點設為T,將吸收帶1598 cm-1 以上、1690 cm-1 以下的範圍的吸收光譜與直線S、點T、直線N、點P、直線O、吸光度Q、吸光度R所包圍的面積作為總峰面積B。 (3)將吸收帶1690 cm-1 以上、1780 cm-1 以下的範圍的吸收光譜與吸光度Q、直線O、點P、直線N所包圍的面積作為總峰面積C。 (4)將吸收帶1493 cm-1 以上、1598 cm-1 以下的範圍的吸收光譜與吸光度R、直線S、點T、直線N所包圍的面積作為總峰面積D。 其次,根據藉由所述方法而求出的面積求出面積比B/A、C/A、D/A。 另外,本實施方式的紅外線吸收光譜的測定(紅外線全反射測定:ATR法)例如可使用日本分光公司製造的IRT-5200裝置,安裝PKM-GE-S(鍺(Germanium))結晶而在入射角度為45度、室溫、解析度為4 cm-1 、累計次數為100次的條件下進行。
由含有多羧酸及多胺化合物的混合物形成的氣體阻擋性聚合物層103中存在離子交聯與醯胺交聯此兩種交聯結構,該些交聯結構的存在比率於使氣體阻擋性能提高的觀點中重要。另外,所述離子交聯是指藉由多羧酸中所含的羧基與多胺化合物中所含的胺基產生酸鹼反應而生成者,所述醯胺交聯是指藉由多羧酸中所含的羧基與多胺化合物中所含的胺基產生脫水縮合反應而生成者。 因此,作為用以使在高濕度下及煮沸、蒸煮處理後這兩種條件下的氧氣阻擋性、水蒸氣阻擋性等氣體阻擋性能提高,且使外觀、尺寸穩定性、生產性的性能平衡提高的設計方針,可應用所述B/A所表示的醯胺鍵的面積比率的尺度。藉由控制製造條件,變得可將氣體阻擋性聚合物層103的所述B/A所表示的醯胺鍵的面積比率調整為特定值以上,具有此種特性的氣體阻擋性聚合物層103更有效地表現出在高濕度下及煮沸、蒸煮處理後這兩種條件下的氣體阻擋性,另外外觀、尺寸穩定性、生產性的平衡亦優異。 亦即,藉由將B/A所表示的醯胺鍵的面積比率設為所述下限值以上,可獲得在高濕度下及煮沸、蒸煮處理後這兩種條件下的氧氣阻擋性、水蒸氣阻擋性更進一步優異,且外觀、尺寸穩定性、生產性的平衡亦優異的氣體阻擋性積層體100。
此種氣體阻擋性聚合物層103的所述性能平衡優異的理由未必明確,認為其原因在於:以B/A所表示的醯胺鍵的面積比率為所述範圍內的氣體阻擋性聚合物層的所述離子交聯與醯胺交聯此兩種交聯結構平衡良好地形成緻密的結構。 亦即,所述B/A所表示的醯胺鍵的面積比率為所述範圍內表示可平衡良好地形成離子交聯與醯胺交聯此兩種交聯結構。
而且,在形成氣體阻擋性聚合物層103的步驟中,進行加熱直至在所得的氣體阻擋性聚合物層103的紅外線吸收光譜中,將吸收帶1690 cm-1 以上、1780 cm-1 以下的範圍的總峰面積設為C時,自使外觀、尺寸穩定性、生產性的平衡進一步提高的觀點考慮,以C/A所表示的羧酸的面積比率較佳為0.040以上、更佳為0.060以上、特佳為0.080以上。 而且,自使在高濕度下及煮沸、蒸煮處理後這兩種條件下的氧氣阻擋性、水蒸氣阻擋性更進一步提高的觀點考慮,所述C/A所表示的羧酸的面積比率的上限較佳為0.500以下、更佳為0.450以下、特佳為0.400以下。
而且,在形成氣體阻擋性聚合物層103的步驟中,進行加熱直至在所得的氣體阻擋性聚合物層103的紅外線吸收光譜中,將吸收帶1493 cm-1 以上、1598 cm-1 以下的範圍的總峰面積設為D時,自使在高濕度下及煮沸、蒸煮處理後這兩種條件下的氧氣阻擋性、水蒸氣阻擋性更進一步提高的觀點考慮,以D/A表示的羧酸鹽的面積比率較佳為0.100以上、更佳為0.150以上。 而且,自使外觀、尺寸穩定性、生產性的平衡進一步提高的觀點考慮,所述D/A所表示的羧酸鹽的面積比率的上限較佳為0.450以下、更佳為0.420以下、特佳為0.400以下。
本實施方式的氣體阻擋性聚合物層103的以B/A表示的醯胺鍵的面積比率、以C/A表示的羧酸的面積比率及以D/A表示的羧酸鹽的面積比率可藉由適宜調節氣體阻擋性聚合物層103的製造條件而控制。在本實施方式中,特別是多羧酸及多胺化合物的調配比率、氣體阻擋用塗材的製備方法、所述氣體阻擋用塗材的加熱處理的方法、溫度、時間等作為用以控制所述B/A所表示的醯胺鍵的面積比率、所述C/A所表示的羧酸的面積比率及所述D/A所表示的羧酸鹽的面積比率的因素而列舉。
(基材層) 本實施方式的基材層101例如可由熱固性樹脂、熱塑性樹脂、或紙等有機質材料形成,較佳為含有選自熱固性樹脂及熱塑性樹脂的至少一種。
熱固性樹脂可列舉公知的熱固性樹脂,例如環氧樹脂、不飽和聚酯樹脂、酚樹脂、脲-三聚氰胺樹脂、聚胺基甲酸酯樹脂、矽酮樹脂、聚醯亞胺等。
熱塑性樹脂可列舉公知的熱塑性樹脂,例如聚烯烴(聚乙烯、聚丙烯、聚(4-甲基-1-戊烯)、聚(1-丁烯)等)、聚酯(聚對苯二甲酸乙二酯、聚對苯二甲酸丁二酯、聚萘二甲酸乙二酯等)、聚醯胺(尼龍-6、尼龍-66、聚己二醯間苯二甲胺等)、聚氯乙烯、聚醯亞胺、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物或其皂化物、聚乙烯醇、聚丙烯腈、聚碳酸酯、聚苯乙烯、離子聚合物、氟樹脂或該些的混合物等。 該些中,自使透明性良好的觀點考慮,較佳為選自聚丙烯、聚對苯二甲酸乙二酯、聚萘二甲酸乙二酯、聚對苯二甲酸丁二酯、聚醯胺、聚醯亞胺的一種或兩種以上,更佳為選自聚對苯二甲酸乙二酯、聚萘二甲酸乙二酯的一種或兩種以上。 而且,由熱塑性樹脂所形成的基材層101根據氣體阻擋性積層體100的用途,可為單層,亦可為兩種以上的層。
而且,亦可將所述由熱固性樹脂、熱塑性樹脂所形成的膜在至少一個方向、較佳為雙軸方向上進行延伸而製成基材層。
作為本實施方式的基材層101,自透明性、剛性、耐熱性優異的觀點考慮,較佳為由選自聚丙烯、聚對苯二甲酸乙二酯、聚對苯二甲酸丁二酯、聚萘二甲酸乙二酯、聚醯胺、聚醯亞胺的一種或兩種以上的熱塑性樹脂形成的雙軸延伸膜,更佳為由選自聚對苯二甲酸乙二酯、聚萘二甲酸乙二酯的一種或兩種以上的熱塑性樹脂形成的雙軸延伸膜。
而且,於基材層101的表面亦可塗佈聚偏二氯乙烯、聚乙烯醇、乙烯-乙烯醇共聚物、丙烯酸樹脂、胺基甲酸酯系樹脂等。 另外,基材層101為了改善與氣體阻擋性聚合物層103的黏著性,亦可進行表面處理。具體而言,亦可進行電暈處理、火焰處理、電漿處理、下塗(under coat)處理、底塗(primer coat)處理等表面活化處理。
自獲得良好的膜特性的觀點考慮,基材層101的厚度較佳為1 μm~1000 μm,更佳為1 μm~500 μm,進一步更佳為1 μm~300 μm。
基材層101的形狀並無特別限定,例如可列舉片材或膜形狀、盤、杯、中空體等形狀。
(無機物層) 如圖2所示,在氣體阻擋性積層體100中,無機物層102亦可進一步積層於基材層101與氣體阻擋性聚合物層103之間。藉此可使氧氣阻擋性或水蒸氣阻擋性等阻擋性能進一步提高。
構成本實施方式的無機物層102的無機物例如可列舉:可形成具有阻擋性的薄膜的金屬、金屬氧化物、金屬氮化物、金屬氟化物、金屬氮氧化物等。 構成無機物層102的無機物例如可列舉選自鈹、鎂、鈣、鍶、鋇等週期表2A族元素;鈦、鋯、釕、鉿、鉭等週期表過渡元素;鋅等週期表2B族元素;鋁、鎵、銦、鉈等週期表3A族元素;矽、鍺、錫等週期表4A族元素;硒、碲等週期表6A族元素等的單質、氧化物、氮化物、氟化物、或氮氧化物等的一種或兩種以上。 另外,在本實施方式中,週期表的族名以舊CAS式而表示。
另外,在所述無機物中,自阻擋性、成本等的平衡優異考慮,較佳為選自由氧化矽、氧化鋁、鋁所組成的群組中的一種或兩種以上的無機物。 另外,在氧化矽中,除了二氧化矽以外,亦可含有一氧化矽、亞氧化矽。
無機物層102由所述無機物構成。無機物層102可由單層的無機物層構成,亦可由多個無機物層構成。而且,在無機物層102由多個無機物層構成的情況下,可由同一種類的無機物層構成,亦可由不同種類的無機物層構成。
自阻擋性、密接性、操作性等的平衡的觀點考慮,無機物層102的厚度通常為1 nm以上、1000 nm以下,較佳為1 nm以上、500 nm以下。 在本實施方式中,無機物層102的厚度可藉由利用穿透式電子顯微鏡或掃描式電子顯微鏡的觀察圖像而求出。
無機物層102的形成方法並無特別限定,例如可藉由真空蒸鍍法、離子鍍法、濺鍍法、化學氣相沈積法、物理氣相蒸鍍法、化學氣相蒸鍍法(CVD(Chemical Vapor Deposition)法)、電漿CVD法、溶膠-凝膠法等而在基材層101的單面或兩個面形成無機物層102。其中,理想的是濺鍍法、離子鍍法、化學氣相蒸鍍法(CVD)、物理氣相蒸鍍法(PVD(Physical Vapor Deposition))、電漿CVD法等在減壓下的成膜。藉此使氮化矽或氮氧化矽等含有矽的化學活性的分子種迅速地反應,由此而改良無機物層102的表面的平滑性,可使孔變少。 在迅速地進行該些結合反應時,理想的是該無機原子或化合物為化學活性的分子種或原子種。
本實施方式的氣體阻擋性積層體100的氣體阻擋性能優異,可作為包裝材料、特別是以要求高的氣體阻擋性的內容物的食品包裝材料為首、醫療用途、工業用途、日常雜貨用途等各種包裝材料而適宜使用。 而且,本實施方式的氣體阻擋性積層體100例如可作為要求高的阻擋性能的真空隔熱用膜;用以密封電致發光元件、太陽電池等的密封用膜等而適宜使用。
以上,參照圖式而對於本發明的實施方式加以敘述,但該些為本發明的例示,亦可採用所述以外的各種構成。 [實施例]
以下,參照實施例、比較例對本實施方式加以詳細說明。另外,本實施方式並不受該些實施例的記載的任何限定。
<溶液(Z)的製作> 在聚丙烯酸銨(東亞合成股份有限公司製造、產品名:亞隆(ARON)A-30、30質量%水溶液、分子量:100,000)的混合物中添加純化水而獲得製成10質量%溶液的聚丙烯酸銨水溶液。 <溶液(Y)的製作> 在聚乙烯亞胺(和光純藥工業股份有限公司製造、產品名:聚乙烯亞胺、平均分子量:約10,000)中添加純化水而獲得製成10質量%溶液的聚乙烯亞胺水溶液。
[實施例1-1] 將79 g所述聚丙烯酸銨水溶液(Z)與21 g所述聚乙烯亞胺水溶液(Y)加以混合、攪拌而製備混合液。 進一步以所述混合液的固體成分濃度成為2.5質量%的方式添加純化水,進行攪拌直至成為均勻溶液後,以相對於混合液的固體成分而言成為0.3質量%的方式混合非離子性界面活性劑(聚氧基伸乙基月桂醚、花王公司製造、商品名:愛慕根(EMULGEN)120),製備溶液(V)。 將所得溶液(V),藉由邁爾棒(mayer bar)以加熱處理後的厚度(亦即氣體阻擋性聚合物層的膜厚)成為0.3 μm的方式塗佈於厚度為12 μm的雙軸延伸聚對苯二甲酸乙二酯膜(尤尼吉可(Unitika)公司製造、PET12)的電暈處理面,使用熱風乾燥器在溫度為100℃、時間為30秒的條件下進行乾燥,進一步藉由熱輥在溫度為200℃、時間為60秒的條件下進行加熱處理,獲得氣體阻擋性積層膜。
[實施例1-2] 除了將熱輥設為併用遠紅外線加熱器與熱風的乾燥器以外,與實施例1-1同樣地獲得氣體阻擋性積層膜。
[比較例1] 除了將熱輥設為熱風乾燥器以外,與實施例1-1同樣地獲得氣體阻擋性積層膜。
[實施例2-1] 除了在溫度為210℃、時間為60秒的條件下進行加熱處理以外,與實施例1-1同樣地獲得氣體阻擋性積層膜。
[實施例2-2] 除了將熱輥設為併用遠紅外線加熱器與熱風的乾燥器以外,與實施例2-1同樣地獲得氣體阻擋性積層膜。
[比較例2] 除了將熱輥設為熱風乾燥器以外,與實施例2-1同樣地獲得氣體阻擋性積層膜。
[實施例3] 除了在溫度為220℃、時間為45秒的條件下進行加熱處理以外,與實施例1-1同樣地獲得氣體阻擋性積層膜。
[比較例3] 除了將熱輥設為熱風乾燥器以外,與實施例3同樣地獲得氣體阻擋性積層膜。
關於實施例及比較例中所得的氣體阻擋性積層膜,進行以下的評價。將所得的結果表示於表1中。
<物性評價用多層膜的製作> (1)在厚度為70 μm的未延伸聚丙烯膜(三井化學東賽璐(Mitsui Chemicals Tohcello)公司製造、商品名:RXC-22)的單面塗佈酯系黏著劑(聚胺基甲酸酯系黏著劑(三井化學公司製造、商品名:塔可萊庫(Takelac)A525S):9質量份、異氰酸酯系硬化劑(三井化學公司製造、商品名:塔克奈特(Takenate)A50):1質量份及乙酸乙酯:7.5質量份)。乾燥後,與實施例、比較例中所得的氣體阻擋性積層膜的氣體阻擋性聚合物層面貼合(乾式層壓)而獲得多層膜。
(2)蒸煮處理 將所述(1)中所得的多層膜以未延伸聚丙烯膜成為內面的方式翻折,將兩側熱封而製成袋狀後,放入70 cc水作為內容物,藉由將另一側熱封而製成袋,將其在高溫高壓蒸煮滅菌裝置中,在130℃、30分鐘的條件下進行蒸煮處理。在蒸煮處理後,除去內容物的水,獲得蒸煮處理後的多層膜。
(3)氧滲透率[ml/(m2 ·天·MPa)] 使用膜康(Mocon)公司製造的OX-TRAN2/21,依據JIS K 7126,在溫度20℃、濕度90%RH的條件下對藉由所述方法而所得的多層膜進行測定。
(4)IR面積比 紅外線吸收光譜的測定(紅外線全反射測定:ATR法)是使用日本分光公司製造的IRT-5200裝置,安裝PKM-GE-S(鍺(Germanium))結晶而在入射角度為45度、室溫、解析度為4 cm-1 、累計次數為100次的條件下進行測定。藉由所述方法對所得的吸收光譜進行分析,算出總峰面積A~總峰面積D。繼而,根據總峰面積A~總峰面積D求出面積比B/A、面積比C/A、面積比D/A。
[表1] 表1
若將加熱處理時間及溫度相同的實施例1-1、實施例1-2及比較例1加以比較,則使用熱輥或遠紅外線加熱的實施例1-1及實施例1-2的醯胺鍵(B/A)的比例多於僅僅使用熱風乾燥器作為塗佈層的加熱機構的比較例1。亦即,得知實施例1-1及實施例1-2可較比較例1效率更良好地製造具有醯胺交聯結構的氣體阻擋性聚合物層103。而且,得知此種氣體阻擋性積層膜的氧滲透率低,氣體阻擋性能更優異。 而且,根據加熱處理時間及溫度相同的實施例2-1、實施例2-2及比較例2的比較例、或實施例3及比較例3的比較例,得知使用熱輥或遠紅外線加熱的實施例的醯胺鍵(B/A)的比例多於僅僅使用熱風乾燥器作為塗佈層的加熱機構的比較例。 根據以上得知,藉由本發明的製造方法可效率良好地製造氣體阻擋性能優異的氣體阻擋性積層體。
本申請案主張以於2015年5月21日提出申請的日本專利申請特願2015-103500號為基礎的優先權,該專利申請案所揭示的內容全部併入本申請案中。
100‧‧‧氣體阻擋性積層體
101‧‧‧基材層
102‧‧‧無機物層
103‧‧‧氣體阻擋性聚合物層
圖1是示意性表示本發明的實施方式的氣體阻擋性積層體的結構的一例的剖面圖。 圖2是示意性表示本發明的實施方式的氣體阻擋性積層體的結構的一例的剖面圖。
100‧‧‧氣體阻擋性積層體
101‧‧‧基材層
103‧‧‧氣體阻擋性聚合物層

Claims (7)

  1. 一種氣體阻擋性積層體的製造方法,其是包含基材層、以及設於所述基材層的至少其中一個面上的氣體阻擋性聚合物層的氣體阻擋性積層體的製造方法,且包括: 將含有多羧酸及多胺化合物的混合物塗佈於基材層上而獲得塗佈層的步驟;以及 利用加熱機構對所述塗佈層進行加熱,使所述多羧酸中所含的羧基與所述多胺化合物中所含的胺基進行脫水縮合反應,藉此形成具有醯胺鍵的氣體阻擋性聚合物層的步驟,並且 所述加熱機構含有選自傳導傳熱方式及輻射傳熱方式的至少一種。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的氣體阻擋性積層體的製造方法,其中,所述加熱機構包含選自利用加熱輥的傳導傳熱及利用紅外線的輻射傳熱的至少一種。
  3. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的氣體阻擋性積層體的製造方法,其中,所述加熱機構進一步含有對流傳熱方式。
  4. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的氣體阻擋性積層體的製造方法,其中,在形成所述氣體阻擋性聚合物層的步驟中進行加熱直至 在所得的所述氣體阻擋性聚合物層的紅外線吸收光譜中, 將吸收帶1493 cm-1 以上、1780 cm-1 以下的範圍的總峰面積設為A, 將吸收帶1598 cm-1 以上、1690 cm-1 以下的範圍的總峰面積設為B時, 以B/A所表示的醯胺鍵的面積比率為0.330以上。
  5. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的氣體阻擋性積層體的製造方法,其中,(所述混合物中的所述多羧酸中所含的-COO-基的莫耳數)/(所述混合物中的所述多胺化合物中所含的胺基的莫耳數)=100/超過22、100/99以下。
  6. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的氣體阻擋性積層體的製造方法,其中,所述多羧酸包含選自聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸、丙烯酸與甲基丙烯酸的共聚物的一種或兩種以上的聚合物。
  7. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的氣體阻擋性積層體的製造方法,其中,所述多胺化合物含有聚乙烯亞胺。
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