JP2024515485A - ポリイソブチレン－ポリオレフィンフィルムでコーティングされた物品 - Google Patents

Abstract

紙又は板紙基材に貼り付けられたフィルムを含む物品であって、フィルムが、ポリイソブチレンと、ポリオレフィンと、を含み、フィルムが、約３μｍ～２０μｍの範囲の厚さを有する、物品。この物品は、望ましい防湿性及び粘着性を提供するのに有用である。

Description

本発明は、ポリイソブチレンとポリオレフィンとの組み合わせでコーティングされた紙又は板紙に関する。コーティングは、これらの基材に防水蒸気特性を提供する。

防湿特性は、従来から、コーティング、通常は溶融ポリエチレンを紙基材上に適用し、その後に冷却し、カレンダー加工することによって、紙又は板紙に付与されている。ポリエチレンは、ヒートシール可能であり、可撓性であり、オムニフォビック（omniphobic）であるという利点を有する。それにもかかわらず、業界では標準的であるが、ポリエチレンコーティングされた紙及び板紙には、いくつかの欠点がある。第１に、所望の防湿特性を達成し、基材への接着を提供し、ピンホール漏れなどのフィルム欠陥を回避するために、典型的には約１ｍｉｌ（２５ミクロン）の厚いコーティングを基材に適用する必要がある。アクリルなどのポリエチレンの代替物は、許容可能な防湿特性を提供しない。更に、アクリルは、ポリエチレンとは異なり、容易にヒートシール可能ではない。ポリ塩化ビニリデン（polyvinylidene chloride、ＰＶＤＣ）は、別の代替物であり、これは、低いコート重量で優れた防湿性を提供するが、低温で分解して再利用物の汚染を引き起こし、材料リサイクル装置に腐食及び損傷を引き起こす。

したがって、紙及び板紙コーティングの技術分野において、原材料コストを節約するだけでなく、コーティングされた製品をリサイクルに適したものにするために、今日必要とされる標準的なフィルム厚さの何分の１かで許容可能な防湿特性を達成することは有利であろう。更に、最終物品（例えば紙コップ）の重量の減少は、わずか２重量％であっても、輸送コストに顕著な影響を及ぼす。

本発明は、一態様では、紙又は板紙基材に貼り付けられたフィルムを含む物品であって、フィルムが、２０～８０重量パーセントのポリイソブチレンと、２０～８０重量パーセントのポリオレフィンと、を含み、フィルムが、約３μｍ～２０μｍの範囲の厚さを有する、物品を提供することによって、当該技術分野の必要性に対処する。

第２の態様では、本発明は、組成物であって、ａ）ポリイソブチレン粒子と、ｂ）ポリエチレン粒子又はポリプロピレン粒子であるポリオレフィン粒子の水性分散液を含み、ポリイソブチレン粒子の、ポリオレフィン粒子に対する重量対重量比が、２０：８０～８０：２０の範囲であり、組成物が、２０～６０重量％の範囲のポリイソブチレン粒子及びポリオレフィン粒子から生じる固形物含有量を有し、ポリイソブチレン粒子及びポリオレフィン粒子が、０．１μｍ～１２μｍの範囲のＤ_９０粒径を有する、組成物である。

第１の態様では、本発明は、紙又は板紙基材に貼り付けられたフィルムを含む物品であって、フィルムが、２０～８０重量パーセントのポリイソブチレンと、２０～８０重量パーセントのポリオレフィンと、を含み、フィルムが、約３μｍ～２０μｍの範囲の厚さを有する、物品である。

本発明の物品は、紙又は板紙基材を、ポリイソブチレン及びポリオレフィンポリマー粒子の水性分散液でコーティングし、次いで本明細書に記載されるように水を除去することによって調製することができる。ポリイソブチレン及びポリオレフィンポリマー粒子の水性分散液は、有利には、ポリイソブチレンポリマー粒子の水性分散液とポリオレフィンポリマー粒子の水性分散液とをブレンドすることによって調製される。ポリイソブチレンポリマー粒子の水性分散液は、高せん断条件下で、適切な界面活性剤の存在下で、樹脂状流動性ポリイソブチレンを水中に分散させることによって調製されてもよい。本明細書で使用される場合、「ポリイソブチレン」は、イソブチレンホモポリマー、並びにイソブチレン及びコモノマーの繰り返し単位を含み、イソブチレン繰り返し単位がコポリマーの大部分を形成するコポリマーを指す。コポリマーの例としては、ポリ（イソブチレン－イソプレン）及びポリ（イソブチレン－無水コハク酸）が挙げられ、市販のポリイソブチレン（ポリイソブテンとも呼ばれる）ホモポリマー及びコポリマーの例としては、Ｏｐｐａｎｏｌ Ｂ１０、Ｏｐｐａｎｏｌ Ｂ１２、Ｏｐｐａｎｏｌ Ｂ１５、Ｏｐｐａｎｏｌ Ｂ１００、及びＯｐｐａｎｏｌ Ｂ２００ポリイソブチレン、Ｇｌｉｓｓｏｐａｌ Ｖ１９０、Ｇｌｉｓｓｏｐａｌ Ｖ５００、Ｇｌｉｓｓｏｐａｌ Ｖ６４０、及びＧｌｉｓｓｏｐａｌ Ｖ１５００ポリイソブテン、Ｖｉｓｔａｎｅｘ ＬＭ－ＭＨ、Ｖｉｓｔａｎｅｘ ＬＭ－ＭＳ、ＬＭ－Ｈポリイソブテン、Ｌａｘｅｓｓ ＸブチルＲＢ １００、Ｌａｘｅｓｓ ＸブチルＲＢ １０１－３、及びＬａｘｅｓｓ ＸブチルＲＢ ４０２イソブチレン－イソプレンコポリマー、並びにＨＲＤ－３５０、ＨＲＤ－４００、ＨＲＤ－４５０、ＨＲＤ－５００、ＨＲＤ－６００、ＨＲＤ－６５０、及びＨＲＤ ９５０ポリイソブチレンが挙げられる。

好適な界面活性剤の例としては、アルカリ金属Ｃ_８～Ｃ_２０－アルキルベンゼンスルホネート及びスルフェートなどのアニオン性界面活性剤、並びに二級アルコールエトキシレート及びＣ_８～Ｃ_２０－アルキルグルコシドなどの非イオン性界面活性剤が挙げられる。好適なアニオン性界面活性剤の具体例としては、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム及びドデシルベンゼン硫酸ナトリウムが挙げられる。二級アルコールエトキシレートは、以下の式

によって特徴付けることができ、式中、ｘは８～５０であり、Ｏ（ＣＨ_２ＣＨ_２Ｏ）_ｘＨ基は、Ｃ_{１０～１５}Ｈ_{２２～３２}鎖上のＣＨ基に結合している。好ましくは、二級アルコールエトキシレートは、以下の式

によって特徴付けることができ、式中、ｘは好ましくは１０～５０、好ましくは１０～４０である。好適な界面活性剤の市販の例としては、ＴＥＲＧＩＴＯＬ（商標）１５－Ｓ－４０、ＴＥＲＧＩＴＯＬ １５－Ｓ－２０、及びＴＥＲＧＩＴＯＬ ＴＭＮ－１０二級アルコールエトキシレート界面活性剤（Ｔｈｅ Ｄｏｗ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏｍｐａｎｙ又はその関連会社の商標）が挙げられる。好適なアルキルグルコシドとしては、デシルグルコシド、ドデシルグルコシド、及びラウリルグルコシドが挙げられる。

分散ポリイソブチレンポリマー粒子のＤ_９０粒径は、動的光散乱粒径分析器（例えば、Ｂｅｃｋｍａｎ ＬＳ２３０ Ｐａｒｔｉｃｌｅ Ｓｉｚｅ Ａｎａｌｙｚｅｒ）を使用して決定される場合、０．１μｍから、好ましくは０．２μｍから、より好ましくは０．５μｍから、１２μｍまで、好ましくは８μｍまで、より好ましくは４μｍまで、最も好ましくは２μｍまでの範囲である。

ポリオレフィン粒子の水性分散液は、米国特許第８３１８２５７号及び米国特許第７８０３８６５号に記載されているような連続二軸スクリュー押出プロセスによって調製されてもよい。ポリオレフィンポリマー粒子の分散液は、例えば、米国特許第１０６１２９１３号に記載されているように、分散剤、中和剤、及びカップリング剤の存在下でポリマー粒子を分散させることによって調製されてもよい。分散剤は、好ましくは、エチレンの構造単位及びカルボン酸モノマーの構造単位を含むコポリマー（すなわち、エチレン－カルボン酸コポリマー）であり、コポリマーは、５０ｇ／１０分～２０００ｇ／１０分の範囲のメルトフローインデックスを有し、エチレンの構造単位の、カルボン酸モノマーの構造単位に対する重量対重量比は、９５：５～７０：３０の範囲にある。メルトフローインデックス範囲は、１９０℃の温度及び２．１６Ｋｇの荷重荷重で、ＡＳＴＭ１２３８によって決定される範囲である。

本明細書中で使用される場合、適切なポリオレフィン粒子は、広い分子量範囲を有するが、ポリオレフィンワックスを含まず、これは、以下の式

によって記載されてもよく、式中、Ｒは、Ｈ又はＣＨ_３であり、ｘは、７２～３６０の範囲にある。

中和剤は、無機塩基又は有機塩基であってもよい。好適な無機塩基の例としては、アンモニア、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、及び水酸化カルシウムが挙げられ、適切な有機塩基の例としては、Ｎ，Ｎ－ジメチルエタノールアミン、ジエチルアミン、及びモルホリンが挙げられる。中和剤の濃度は、好ましくは、分散剤中のカルボン酸基の少なくとも半分を中和するのに十分に高い。例えば、分散剤が０．０５モルのカルボン酸基を含む場合、少なくとも０．０２５モルのＮ，Ｎ－ジメチルエタノールアミンなどの中和剤が必要とされるであろう。したがって、中和剤中の塩基官能基、好ましくはアミン基又はアンモニアの、分散剤中のカルボン酸基に対する比は、好ましくは、少なくとも０．５：１である。分散剤及び中和剤を用いて調製された組成物は、中和剤、又はその塩、又はそれらの組み合わせを含む。

分散剤とポリオレフィンとの間の相溶性を改善するために、カップリング剤が含まれてもよい。適切なカップリング剤の一例としては、エチレン－コ－無水マレイン酸が挙げられ、これが使用される場合、ポリオレフィン、分散剤、及びカップリング剤の重量を基準として、５重量パーセント～２０重量パーセント、より好ましくは１０重量パーセントまでの範囲の濃度で存在する。

分散ポリオレフィン粒子のＤ_９０粒径は、これも動的光散乱粒径分析器を用いて決定される場合、０．１μｍから、好ましくは０．２μｍから、より好ましくは０．５μｍから、１２μｍまで、好ましくは８μｍまで、より好ましくは４μｍまで、最も好ましくは２μｍまでの範囲である。

ポリオレフィン分散液は、ポリプロピレン分散液又はポリエチレン分散液である。本明細書で使用される場合、「ポリエチレン」は、直鎖低密度ポリエチレン、低密度ポリエチレン、高密度ポリエチレン、エチレン－コ－オクテンコポリマー、エチレン－コ－ヘキセンコポリマー、又はエチレン－プロピレンコポリマーなどのエチレン－アルケンコポリマー、エチレン－アクリル酸メチルコポリマー、又はエチレン－アクリル酸エチルコポリマーなどのエチレン－カルボン酸エステルコポリマー、及びエチレン－メタクリル酸などのエチレン－カルボン酸コポリマー、並びにそれらの組み合わせを指す。（ポリエチレン－カルボン酸コポリマーは、９０ｍｇ ＫＯＨ／ｇ未満の酸価を有する場合、ポリエチレンであるとみなされる。）

水性ポリエチレン分散液の市販例としては、ＣＡＮＶＥＲＡ（商標）１１１０ポリオレフィン分散液、ＨＹＰＯＤ（商標）２０００ポリオレフィン分散液、及びＲＨＯＢＡＲＲ（商標）３２０ポリオレフィンエラストマー分散液（ＣＡＮＶＥＲＡ、ＨＹＰＯＤ、及びＲＨＯＢＡＲＲは、Ｔｈｅ Ｄｏｗ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏｍｐａｎｙ又はその関連会社の商標である）が挙げられる。

本明細書で使用される場合、ポリプロピレンは、ポリプロピレンホモポリマー、並びにポリプロピレン及びコモノマーの繰り返し単位を含み、ポリプロピレン繰り返し単位がコポリマーの大部分を形成するコポリマーを指す。

ポリイソブチレンポリマー粒子の、ポリオレフィンポリマー粒子、好ましくはポリエチレンポリマー粒子に対する重量対重量比は、好ましくは２５：７５～７０：３０、より好ましくは６５：３５までの範囲である。

分散液を組み合わせた後、組成物を、ワイヤ巻きドローダウンバーを用いて紙又は板紙に適用することができる。有利には、湿潤フィルムを、好ましくは５０℃から、より好ましくは７０℃から、好ましくは１５０℃まで、より好ましくは１２０℃までの範囲の温度まで加熱して、水を除去し、乾燥コーティングを形成し、３μｍから、好ましくは６μｍから、より好ましくは８μｍから、２０μｍまで、好ましくは１６μｍまで、より好ましくは１２μｍまでの範囲の厚さを有する最終的な乾燥フィルムを提供する。

別の態様では、本発明は、紙又は板紙基材に貼り付けられたフィルムを含む物品であって、フィルムが、２０～８０重量パーセントのポリイソブチレンポリマーと、２０～８０重量パーセントのポリエチレン又はポリプロピレンであるポリオレフィンと、を含み、フィルムが、約４μｍ～２０μｍの範囲の厚さを有する、物品である。好ましくは、フィルムは、本明細書で上に定義されたポリイソブチレンポリマー及びポリエチレンを含む。フィルム中の、ポリイソブチレンポリマーの、ポリオレフィンポリマー、好ましくはポリエチレンポリマーに対する重量対重量比は、好ましくは２５：７５～７０：３０、より好ましくは６５：３５までの範囲である。

紙又は板紙の重量密度は、４０ｇ／ｍ^２～３５０ｇ／ｍ^２の範囲である。紙の場合、好ましい重量密度は、６０ｇ／ｍ^２～１００ｇ／ｍ^２の範囲であり、板紙の場合、好ましい重量密度は、２００ｇ／ｍ^２～３００ｇ／ｍ^２の範囲である。紙又は板紙は、コーティングされていなくてもよく、又はコーティング配合物の適用前に平滑な表面を生成するために予めコーティングされていてもよい。

紙又は板紙基材上のポリイソブチレン－ポリオレフィンフィルムの薄いコーティングは、許容可能な低レベルの粘着性と組み合わせて望ましい防水蒸気特性を付与することが発見された。コーティングされた基材は、リサイクル目的のために、コーティングされた樹脂の、基材重量に対する比が比較的低いことを必要とするパッケージング用途に好適である。

実施例
実施例１－ポリイソブチレン樹脂分散液Ａ（ＰＩＢＤ（Ｐｏｌｙｉｓｏｂｕｔｙｌｅｎｅ Ｒｅｓｉｎ Ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ）－Ａ）の調製
ＨＲＤ－４００ポリイソブチレン樹脂（５０ｇ、Ｓｈａｎｄｏｎｇ Ｈｏｎｇｒｕｉ Ｎｅｗ Ｍａｔｅｒｉａｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｃｏ．，Ｉｎｃ．によって供給される）、ＴＥＲＧＩＴＯＬ（商標）ＴＭＮ－１０分散液（２．８ｇ、有効成分９０％）及び水（２．２ｇ）を合わせ、ＦｌａｃｋＴｅｋ ＳｐｅｅｄＭｉｘｅｒ ＤＡＣ １５０．１ ＦＶ－Ｋを使用して、３５００ｒｐｍで４分間混合した。次いで、撹拌しながら追加の水（４５ｇ）を徐々に加え、５０％の固形分含有量、１．１３μｍのＤ_９０粒径を有する水性ポリイソブチレン（ＰＩＢ）分散液を形成した。

実施例２－ポリイソブチレン樹脂分散液Ｂ（ＰＩＢＤ－Ｂ）の調製
ＨＲＤ－４００ポリイソブチレン樹脂（５０ｇ）、ＴＥＲＧＩＴＯＬ（商標）１５－ｓ－９分散液（２．５ｇ）及び水（２．５ｇ）を合わせ、ＦｌａｃｋＴｅｋ ＳｐｅｅｄＭｉｘｅｒ ＤＡＣ １５０．１ ＦＶ－Ｋを使用して、３５００ｒｐｍで４分間混合した。次いで、撹拌しながら追加の水（４５ｇ）を徐々に加え、５０％の固形分、１．０３μｍのＤ_９０粒径を有する水性ＰＩＢ分散液を形成した。

実施例３－ポリイソブチレン樹脂分散液Ｃ（ＰＩＢＤ－Ｃ）の調製
ＨＲＤ－４００ポリイソブチレン樹脂（５０ｇ）及びＰｌａｎｔａｃａｒｅ ２０００ＵＰデシルグルコシド（５ｇ、有効成分５０％、ＢＡＳＦによって供給される）を合わせ、ＦｌａｃｋＴｅｋ ＳｐｅｅｄＭｉｘｅｒ ＤＡＣ １５０．１ ＦＶ－Ｋを使用して、３５００ｒｐｍで４分間混合した。次いで、撹拌しながら追加の水（４５ｇ）を徐々に加え、５０％の固形分含有量、１．０２μｍのＤ_９０粒径を有する水性ＰＩＢ分散液を形成した。

実施例４－ポリイソブチレン樹脂分散液Ｄ（ＰＩＢＤ－Ｄ）の調製
ＨＲＤ－４００ポリイソブチレン樹脂（５０ｇ）及びＤＳ－４ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム（５ｇ、２３％有効成分）を合わせ、ＦｌａｃｋＴｅｋ ＳｐｅｅｄＭｉｘｅｒ ＤＡＣ １５０．１ ＦＶ－Ｋを使用して、３５００ｒｐｍで４分間混合した。次いで、撹拌しながら追加の水（４５ｇ）を徐々に加え、５０％の固形分含有量、０．８７μｍのＤ_９０粒径を有する水性ＰＩＢ分散液を形成した。

ＣＡＮＶＥＲＡ １１１０ポリオレフィン分散液（ＣＡＮＶ、４３％固形分）、又はＲＨＯＢＡＲＲ ３２０ポリオレフィン分散液（ＲＨＯＢ、４３％固形分）を周囲温度でＰＩＢ分散液と合わせ、表１に記載の組成物を形成した。列挙された全ての量は、固形分含有量について未調整の全分散液のグラム数である。

コーティング配合物を、室温で成分をブレンドすることによって調製した。このブレンドを、メイヤーバー自動フィルムコーティング装置を用いて、紙シート上にワイヤバーでコーティングした（６０ｇ／ｍ^２）。コーティングしたフィルムを１００℃で２分間乾燥させ、乾燥フィルムの厚さを１０±２μｍに制御した。

表２は、３８℃及び相対湿度９０％での水蒸気透過率（ＷＶＴＲ）性能を示す。ＷＶＴＲは、ＭＯＣＯＮ ＴＲＡＮ Ｍｏｄｅｌ ３／３３ Ｐｅｒｍｅａｔｉｏｎ Ａｎａｌｙｚｅｒを使用して、ＡＳＴＭ Ｄ３９８５－０２に従って３８℃及び相対湿度９０％で測定した。比較実施例３は、純粋なＰＩＢ分散液である。ＰＴ－１０００プローブ粘着性テスターを用いて、０．５ｃｍ／秒のプローブ速度及び１秒の滞留時間でフィルム粘着性を評価した。ＷＶＴＲを、ｇ／ｍ^２・日で測定する。ＷＶＴＲ低減は、比較実施例１、２、及び４における対応するブレンドされていないＰＥ分散液からのコーティングに対する、ＰＢ／ＰＥブレンドからのコーティングのＷＶＴＲの低減パーセントを指す。

データは、ポリエチレン分散液のみから形成されたコーティングが、不十分なＷＶＴＲ（１００ｇ／ｍ^２・日より大きい）を示すことを示す。対照的に、１００ｇ／ｍ^２・
日未満のＷＶＴＲが、ＰＩＢ分散液のみから、又はＰＩＢ分散液とＰＥ分散液のブレンドから調製されたコーティングを使用して達成された。しかしながら、表３が示すように、ＷＶＴＲとプローブ粘着性との適切なバランスは、ブレンドから形成されるコーティングを必要とする。プローブ粘着性は、グラム単位で測定される。低い粘着性は、紙コーティング用途に必要である。

ＰＩＢＤ－Ａと、高密度ポリエチレンの分散液であるＣＡＮＶＥＲＡ １１１０ポリオレフィン分散液とのブレンドから生じるコーティングは、広範囲にわたって優れた粘着性及びＷＶＴＲ性能を与えた。対照的に、ＰＩＢＤ－Ａのみから生じるコーティングは、不十分な粘着性（４．５ｇを超える）しか与えなかった。

Claims (7)

1. 紙又は板紙基材に貼り付けられたフィルムを含む物品であって、前記フィルムが、２０～８０重量パーセントのポリイソブチレンと、２０～８０重量パーセントのポリオレフィンと、を含み、前記フィルムが、約３μｍ～２０μｍの範囲の厚さを有する、物品。
2. 前記ポリオレフィンがポリエチレンであり、前記ポリイソブチレンがポリイソブチレンホモポリマーである、請求項１に記載の物品。
3. 前記ポリイソブチレンホモポリマーの、前記ポリエチレンに対する重量対重量比が、２５：７５～７０：３０の範囲である、請求項２に記載の物品。
4. 前記ポリイソブチレンホモポリマーの、前記ポリエチレンに対する重量対重量比が、２５：７５～６５：３５の範囲である、請求項２に記載の物品。
5. 前記ポリエチレンが、エチレン－コ－オクテンコポリマー若しくはエチレン－アクリル酸エチルコポリマー又はそれらの組み合わせを含む、請求項１～４のいずれか一項に記載の物品。
6. 前記ポリエチレンが、高密度ポリエチレンを含む、請求項１～４のいずれか一項に記載の物品。
7. 分散剤及びカップリング剤を更に含む、請求項１に記載の物品。