JP6321578B2 - Gas barrier coating agent and gas barrier film using the same - Google Patents
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Description
本発明は、ガスバリア性コーティング剤及びこれを用いたフィルムに関する。さらに詳しくは、本発明のガスバリア性コーティング剤を特徴づけるポリヒドロキウレタン樹脂は、紫外線又は電子線を照射することで形成した架橋樹脂皮膜層を、高湿度下でも高いガスバリア性を示す架橋塗膜とでき、また、前記樹脂の化学構造中に二酸化炭素を組み込むことができることから、高度な環境対応製品の提供を可能にできる。 The present invention relates to a gas barrier coating agent and a film using the same. More specifically, the polyhydroxyurethane resin characterizing the gas barrier coating agent of the present invention comprises a crosslinked resin film layer formed by irradiating ultraviolet rays or an electron beam, and a crosslinked coating film exhibiting a high gas barrier property even under high humidity. In addition, since carbon dioxide can be incorporated into the chemical structure of the resin, it is possible to provide a highly environmentally friendly product.
ガスバリア性を有するフィルムは、主に内容物を保護する目的で使用されており、食品用や医薬品用などの包装材料としての使用を中心に、工業材料分野においても幅広く使用されている。ガスバリア性を有するフィルム(以下、「ガスバリア性フィルム」という)用の、ガスバリア層の形成材料には、形成した皮膜がガスバリア性を示す樹脂が使用されている。代表的な樹脂としては、例えば、エチレン−ビニルアルコール共重合樹脂(以下、EVOHと略記)や、塩化ビニリデン樹脂(以下、PVDCと略記)が挙げられる。これらのガスバリア性を有する樹脂は、単独でも使用可能であるが、下記に述べるように、一般的には、他の樹脂材料を用いて多層フィルムを構成し、その中のガスバリア層の形成材料に使用されている。 Films having gas barrier properties are mainly used for the purpose of protecting the contents, and are widely used in the industrial material field, mainly for use as packaging materials for foods and pharmaceuticals. As a material for forming a gas barrier layer for a film having gas barrier properties (hereinafter referred to as “gas barrier film”), a resin in which the formed film exhibits gas barrier properties is used. Typical resins include, for example, ethylene-vinyl alcohol copolymer resin (hereinafter abbreviated as EVOH) and vinylidene chloride resin (hereinafter abbreviated as PVDC). These resins having gas barrier properties can be used alone, but as described below, in general, a multilayer film is formed using other resin materials and used as a material for forming a gas barrier layer therein. It is used.
例えば、EVOHは、ポリプロピレン(以下、PPと略記)などの樹脂と共押出し成形等を行うことで、複合フィルムに使用されているが、EVOHは、有機溶剤への溶解性に劣るため、コーティング法によるフィルムや塗膜の作製には不向きである。一方、PVDCは、コーティング法による成形が可能であり、各種基材に塗布することができるため、コートフィルムとして食品包装用等に使用されている。しかしながら、PVDCは、塩素の含有率が高いため、廃棄(焼却)する際にダイオキシンが発生するといった別の問題点が指摘されている。 For example, EVOH is used for composite films by co-extrusion molding with a resin such as polypropylene (hereinafter abbreviated as PP). However, EVOH is inferior in solubility in an organic solvent, and is therefore a coating method. It is unsuitable for the production of films and coating films. On the other hand, PVDC can be molded by a coating method and can be applied to various base materials. Therefore, PVDC is used as a coating film for food packaging and the like. However, since PVDC has a high chlorine content, another problem has been pointed out that dioxin is generated when it is discarded (incinerated).
近年、地球温暖化が問題とされており、石油由来の材料の使用を削減し、バイオマス由来材料をポリマーの原材料に使用する検討が進んでいる。例えば、包装材料に使用されるポリエチレンテレフタレート(以下、PETと略記)では、バイオマス由来成分による製造方法がほぼ確立されるに至っており、また、ポリエチレンやPPにおいても、バイオマス由来成分を使用する検討が行われている。しかしながら、前述したバリア層の形成材料として広く使用されているEVOHやPVDCのような樹脂については、化学構造上の問題からバイオマス由来成分への置き換えが難しく、検討が進んでいないのが現状である。 In recent years, global warming has been a problem, and studies are underway to reduce the use of petroleum-derived materials and to use biomass-derived materials as polymer raw materials. For example, in polyethylene terephthalate (hereinafter abbreviated as PET) used for packaging materials, a production method using biomass-derived components has been almost established, and in polyethylene and PP, studies on using biomass-derived components have been made. Has been done. However, regarding resins such as EVOH and PVDC that are widely used as the material for forming the barrier layer described above, it is difficult to replace them with biomass-derived components due to problems in the chemical structure, and the investigation is not progressing at present. .
その一方で、EVOHやPVDCとは化学構造が全く異なる新規な環境対応型のバリア性材料として、二酸化炭素を原料に用いて合成されるポリヒドロキシウレタン樹脂をガスバリア層の形成材料に使用することが提案されている(特許文献1参照)。特許文献1に記載のポリヒドロキシウレタン樹脂は、二酸化炭素由来の−O−CO−結合を樹脂の化学構造中に有する点で環境問題に対応しうる樹脂であること、その一方で、ウレタン結合の近接部位に水酸基を有する化学構造が特徴であり、この水酸基を有する化学構造部位によって従来のポリウレタン樹脂にはないガスバリア性が発現されることが、特許文献1に明示されている。
On the other hand, a polyhydroxyurethane resin synthesized using carbon dioxide as a raw material is used as a material for forming a gas barrier layer as a new environmentally friendly barrier material that has a completely different chemical structure from EVOH and PVDC. It has been proposed (see Patent Document 1). The polyhydroxyurethane resin described in
また、ポリヒドロキシウレタン樹脂に関する使用技術として、形成した皮膜の熱的特性の向上を目的として、ポリヒドロキシウレタン樹脂の水酸基を修飾して不飽和基を導入する方法が知られている(非特許文献1)。 In addition, as a technique for using a polyhydroxyurethane resin, a method of introducing an unsaturated group by modifying the hydroxyl group of the polyhydroxyurethane resin is known for the purpose of improving the thermal characteristics of the formed film (non-patent document). 1).
しかしながら、本発明者らの検討によれば、ポリヒドロキシウレタン樹脂など、その構造中の水酸基の水素結合によってガスバリア性を発現する樹脂では、高湿度下においてはガスバリア性が低下するという課題があり、これに対して、耐湿性を向上させるためには、該水酸基を疎水性化合物などで化学修飾することが必要になる。そして、この場合は、ガスバリア性そのものが低下するという、二律背反の状態となってしまうという問題がある。 However, according to the study by the present inventors, a resin that exhibits gas barrier properties due to hydrogen bonding of hydroxyl groups in the structure, such as polyhydroxyurethane resin, has a problem that the gas barrier properties decrease under high humidity, On the other hand, in order to improve moisture resistance, it is necessary to chemically modify the hydroxyl group with a hydrophobic compound or the like. In this case, there is a problem that the gas barrier property itself is deteriorated, which is a trade-off.
一方、上記したポリヒドロキシウレタン樹脂の水酸基を修飾することを記載した非特許文献1に記載の技術は、形成皮膜の熱的特性の向上を目的としており、形成皮膜におけるガスバリア性の検討や、これを用いたガスバリア性フィルムの利用については全く検討されていない。
On the other hand, the technique described in
本発明の目的は、水酸基によってガスバリア性を発現するポリヒドロキシウレタン樹脂を用いたガスバリア性コーティング剤及びこれを用いたガスバリア性フィルムでありながら、特に高湿度下におけるガスバリア性の低下の問題が改善され、従来のEVOHやPVDCといった素材を用いた場合と同様のガスバリア性を実現でき、コーティング法によるフィルムの作製ができ、従来の材料におけるような廃棄(焼却)する際の塩素の問題もない実用性の高い素材を提供することにある。 The object of the present invention is to improve the gas barrier property deterioration problem particularly under high humidity while being a gas barrier coating agent using a polyhydroxyurethane resin that expresses gas barrier property by a hydroxyl group and a gas barrier film using the same. The same gas barrier properties as when using conventional materials such as EVOH and PVDC can be realized, films can be produced by coating methods, and there is no problem of chlorine when discarded (incinerated) as in conventional materials To provide high-quality materials.
本発明者らは、上記した従来技術の課題を解決すべく鋭意検討を重ねた結果、従来ではガスバリア性を低下させてしまうポリヒドロキシウレタンの水酸基の化学修飾手法の中に、未修飾ポリヒドロキシウレタンと同等のガスバリア性を維持しながら、且つ、高湿度下におけるガスバリア性も向上させる条件を見出して、本発明を完成するに至った。 As a result of intensive investigations to solve the above-described problems of the prior art, the present inventors have, in the past, included unmodified polyhydroxyurethanes among the hydroxyl group chemical modification methods that reduce gas barrier properties. The present inventors have completed the present invention by finding conditions that maintain a gas barrier property equivalent to the above and improve the gas barrier property under high humidity.
すなわち、上記の課題は、下記の本発明によって達成される。本発明は、不飽和基含有ポリヒドロキシウレタン樹脂を含んでなる、紫外線又は電子線により硬化させて架橋樹脂皮膜を形成するためのガスバリア性コーティング剤であって、前記不飽和基含有ポリヒドロキシウレタン樹脂が、その水酸基の一部が、下記一般式(5)で示される不飽和基を有する基で置換されている、下記一般式(1)で示される繰り返し単位を有するものであることを特徴とするガスバリア性コーティング剤を提供する。
[上記一般式(1)中のXは、脂肪族炭化水素、脂環式炭化水素又は芳香族炭化水素からなるモノマー単位由来の化学構造を示し、該構造中には、酸素原子、窒素原子、硫黄原子又はエステル結合を含んでもよい。Y1は、下記式(2)又は(4)の水酸基を有する化学構造のいずれかを示し、Y2は、下記式(2)又は(3)の水酸基を有する化学構造のいずれかを示し、該Y1及びY2の組み合わせが異なる繰り返し単位が混在していてもよい。さらに、Y1及びY2中の水酸基の一部が、下記一般式(5)の不飽和基を有する基で置換されていることを要する。Zは、脂肪族炭化水素、脂環式炭化水素又は芳香族炭化水素からなるモノマー単位由来の化学構造を示し、該構造中には酸素原子、窒素原子又は硫黄原子を含んでもよい。]
[式(5)中、R1は、炭素数1〜10のアルキレン基であり、酸素原子を含んでいてもよい。R2は、水素原子又はメチル基である。nは1又は2である。]
That is, said subject is achieved by the following this invention. The present invention is a gas barrier coating agent comprising an unsaturated group-containing polyhydroxyurethane resin, which is cured by ultraviolet rays or electron beams to form a crosslinked resin film, the unsaturated group-containing polyhydroxyurethane resin. Wherein a part of the hydroxyl group has a repeating unit represented by the following general formula (1), which is substituted with a group having an unsaturated group represented by the following general formula (5). A gas barrier coating agent is provided.
[X in the general formula (1) are fat-aliphatic hydrocarbons, show the chemical structure derived from a monomer unit composed of an alicyclic hydrocarbon or an aromatic hydrocarbon, in the structure, an oxygen atom, a nitrogen atom , May contain a sulfur atom or an ester bond. Y 1 represents either a chemical structure having a hydroxyl group of the following formula (2) or (4), Y 2 represents either a chemical structure having a hydroxyl group of the following formula (2) or (3), Repeating units having different combinations of Y 1 and Y 2 may be mixed. Furthermore, it is required that a part of the hydroxyl groups in Y 1 and Y 2 is substituted with a group having an unsaturated group of the following general formula (5). Z is alicyclic aliphatic hydrocarbons, show the chemical structure derived from a monomer unit composed of an alicyclic hydrocarbon or aromatic hydrocarbon may contain an oxygen atom, a nitrogen atom or a sulfur atom in the structure. ]
[In Formula (5), R < 1 > is a C1-C10 alkylene group, and may contain the oxygen atom. R 2 is a hydrogen atom or a methyl group. n is 1 or 2. ]
本発明のガスバリア性コーティング剤の好ましい形態としては、下記のものが挙げられる。すなわち、前記不飽和基含有ポリヒドロキシウレタン樹脂の不飽和基含有量が、0.3meq/g〜2.5meq/gの範囲であり、且つ、水酸基価が10mgKOH/g〜250mgKOH/gの範囲であること;前記不飽和基含有ポリヒドロキシウレタン樹脂が、原材料の1つに二酸化炭素を用いて合成された、1分子中に2つの5員環環状カーボネート構造を有する化合物と、1分子中に2つのアミノ基を有する化合物との重付加反応により得られたものであり、該不飽和基含有ポリヒドロキシウレタン樹脂によって形成した皮膜層の質量のうちの1〜30質量%を、上記二酸化炭素由来の−O−CO−結合が占めること、が挙げられる。 The following are mentioned as a preferable form of the gas-barrier coating agent of this invention. That is, the unsaturated group content of the unsaturated group-containing polyhydroxyurethane resin is in the range of 0.3 meq / g to 2.5 meq / g, and the hydroxyl value is in the range of 10 mgKOH / g to 250 mgKOH / g. The unsaturated hydroxy group-containing polyhydroxyurethane resin synthesized with carbon dioxide as one of the raw materials, a compound having two five-membered cyclic carbonate structures in one molecule, and two in one molecule. It is obtained by polyaddition reaction with a compound having one amino group, and 1-30% by mass of the mass of the coating layer formed by the unsaturated group-containing polyhydroxyurethane resin is derived from the carbon dioxide. The —O—CO— bond is occupied.
本発明の別の実施形態としては、フィルムが単独層或いは多層からなり、該フィルムを構成する少なくとも1つの層がガスバリア性を有する層であるガスバリア性フィルムであって、前記ガスバリア性を有する層が、上記いずれかのガスバリア性コーティング剤に、紫外線又は電子線を照射することで形成されてなる架橋樹脂皮膜層であるガスバリア性フィルムを提供する。 Another embodiment of the present invention is a gas barrier film in which the film is composed of a single layer or multiple layers, and at least one layer constituting the film is a layer having gas barrier properties, and the layer having gas barrier properties is Provided is a gas barrier film that is a crosslinked resin film layer formed by irradiating any one of the above gas barrier coating agents with ultraviolet rays or electron beams.
本発明のガスバリア性フィルムの好ましい形態としては、ガスバリア性を有する層の厚みが0.1〜100μmであり、且つ、フィルムの酸素透過率が、23℃相対湿度65%及び23℃相対湿度90%の恒温恒湿度において、いずれも50ml/m2・24h・atm以下であることが挙げられる。
As a preferred form of the gas barrier film of the present invention, the thickness of the gas barrier layer is 0.1 to 100 μm, and the oxygen permeability of the film is 23 ° C. relative humidity 65% and 23 ° C.
本発明によれば、環境問題に対応した有用な樹脂である二酸化炭素を原料の一つとして合成できる、水酸基によってガスバリア性を発現するポリヒドロキシウレタン樹脂を利用しているにもかかわらず、特に高湿度下におけるガスバリア性の低下の問題が改善され、従来のEVOHやPVDCといった素材を用いた場合と同様のガスバリア性を実現でき、コーティング法によるフィルムの作製ができ、また、従来の材料におけるような廃棄(焼却)する際の塩素の問題もない実用性の高い優れた素材が提供される。より具体的には、本発明によれば、ガスバリア性、機械強度及び透明性に優れた素材が提供でき、また、二酸化炭素を原料の一つに用いた場合には、この点からも環境負荷の低減に資する素材の提供が可能になる。更に、本発明によれば、構造中の水酸基を、不飽和基を導入した特有の基で化学修飾してなるポリヒドロキシウレタン樹脂を含有した本発明のコーティング剤をコーティングした後、紫外線・電子線の照射を行うことで硬化させて形成した架橋樹脂皮膜は、上記機能を発現する皮膜層となるので、優れたガスバリア性フィルムを容易に提供できる。ガスバリアフィルムは医薬品や食品の容器に使用するため、ガスバリア性以外に機械強度も求められるが、ポリヒドロキシウレタンの一部の水酸基を二重結合含有基にしたことで、本発明では、高湿度下におけるガスバリア性の低下という、ガスバリアフィルムにおいて生じるガスバリア性の湿度依存性のみならず、破断点強度等の機械強度を向上させる効果を得ることもでき、その広範な利用が期待される。 According to the present invention, carbon dioxide, which is a useful resin corresponding to environmental problems, can be synthesized as one of the raw materials. The problem of deterioration of gas barrier property under humidity is improved, the same gas barrier property as when using a material such as conventional EVOH or PVDC can be realized, a film can be produced by a coating method, and as in conventional materials An excellent material with high practicality without the problem of chlorine at the time of disposal (incineration) is provided. More specifically, according to the present invention, a material excellent in gas barrier properties, mechanical strength and transparency can be provided. Also, when carbon dioxide is used as one of the raw materials, the environmental load is also considered in this respect. It is possible to provide materials that contribute to the reduction of energy consumption. Furthermore, according to the present invention, after coating the coating agent of the present invention containing a polyhydroxyurethane resin obtained by chemically modifying a hydroxyl group in the structure with a specific group into which an unsaturated group is introduced, an ultraviolet ray / electron beam Since the crosslinked resin film formed by curing by irradiating becomes a film layer exhibiting the above functions, an excellent gas barrier film can be easily provided. Since the gas barrier film is used for containers for pharmaceuticals and foods, mechanical strength is required in addition to the gas barrier property. However, in the present invention, a part of the hydroxyl group of polyhydroxyurethane is a double bond-containing group. The effect of improving the mechanical strength such as the strength at break as well as the humidity dependence of the gas barrier property generated in the gas barrier film, such as the deterioration of the gas barrier property, is expected to be widely used.
次に、発明を実施するための最良の形態を挙げて本発明をさらに詳細に説明する。
本発明のガスバリア性コーティング剤は、不飽和基含有ポリヒドロキシウレタン樹脂を含んでなる、紫外線又は電子線により硬化させて架橋樹脂皮膜を形成するためのものであり、前記不飽和基含有ポリヒドロキシウレタン樹脂が、その水酸基の一部が、下記一般式(5)で示される不飽和基を含有する基で置換されている、下記一般式(1)で示される繰り返し単位を有するものであることを特徴とする。すなわち、本発明を特徴づけるポリヒドロキシウレタン樹脂は、その構造中に特定の不飽和基を有し、その不飽和基の全部又は一部が紫外線・電子線の照射によって重合することにより、高湿度下においても十分なガスバリア性を有する架橋樹脂皮膜層の形成を可能としたものである。該架橋樹脂皮膜層は、機械強度及び透明性にも優れるものであるので、広範な利用が期待でき、その実用価値は極めて高い。
Next, the present invention will be described in more detail with reference to the best mode for carrying out the invention.
The gas barrier coating agent of the present invention comprises an unsaturated group-containing polyhydroxyurethane resin, which is cured by ultraviolet rays or electron beams to form a crosslinked resin film. The resin has a repeating unit represented by the following general formula (1) in which a part of the hydroxyl group is substituted with a group containing an unsaturated group represented by the following general formula (5). Features. That is, the polyhydroxyurethane resin characterizing the present invention has a specific unsaturated group in its structure, and all or a part of the unsaturated group is polymerized by irradiation with ultraviolet rays / electron beams, resulting in high humidity. It is possible to form a crosslinked resin film layer having a sufficient gas barrier property even below. Since the crosslinked resin film layer is also excellent in mechanical strength and transparency, it can be expected to be widely used and its practical value is extremely high.
より具体的には、本発明を特徴づけるポリヒドロキシウレタン樹脂は、その構造中に不飽和基を持つ、前記一般式(1)で示される繰り返し単位を有するものであり、より具体的には、下記の一般式で示される少なくともどちらか一方の化学構造を有することを必須としたものである。以下、本発明を特徴づけるポリヒドロキシウレタン樹脂を、不飽和基を持つポリマー(A)とも呼ぶ。 More specifically, the polyhydroxyurethane resin characterizing the present invention has a repeating unit represented by the general formula (1) having an unsaturated group in its structure, and more specifically, It is essential to have at least one of the chemical structures represented by the following general formula. Hereinafter, the polyhydroxyurethane resin characterizing the present invention is also referred to as a polymer (A) having an unsaturated group.
[上記いずれかの式中、R1は、炭素数1〜10のアルキレン基であり、酸素原子を含んでいてもよい。R2は、水素原子又はメチル基である。nは1又は2である。]
[In any one of the above formulas, R 1 is an alkylene group having 1 to 10 carbon atoms and may contain an oxygen atom. R 2 is a hydrogen atom or a methyl group. n is 1 or 2. ]
本発明を特徴づける不飽和基を持つポリマー(A)は、例えば、下記のようにして製造することができる。例えば、ポリヒドロキシウレタン樹脂の水酸基に、反応性基としてイソシアネート基を有する(メタ)アクリル化合物を、水酸基に対して0.01〜0.9当量反応せしめることで、(メタ)アクリロイル基を高分子主鎖の繰り返し単位に有するポリヒドロキシウレタン樹脂を得ることができる。 The polymer (A) having an unsaturated group that characterizes the present invention can be produced, for example, as follows. For example, a (meth) acryloyl group is polymerized by reacting a hydroxyl group of a polyhydroxyurethane resin with a (meth) acryl compound having an isocyanate group as a reactive group in an amount of 0.01 to 0.9 equivalent to the hydroxyl group. A polyhydroxyurethane resin having a repeating unit of the main chain can be obtained.
上記において、ポリヒドロキシウレタン樹脂に不飽和基を導入するためのイソシアネート基を有する(メタ)アクリル化合物としては、以下のものが例示される。 In the above, examples of the (meth) acrylic compound having an isocyanate group for introducing an unsaturated group into the polyhydroxyurethane resin include the following.
ポリヒドロキシウレタン樹脂と、上記したような不飽和基を導入するためのイソシアネート基を有する(メタ)アクリル化合物との反応は、特に限定されないが、例えば、下記のような方法によって得ることができる。すなわち、有機溶剤の存在下或いは溶剤を非存在下で、ポリヒドロキシウレタン樹脂と不飽和基を導入するためのイソシアネート基を有する(メタ)アクリル化合物を混合し、30〜200℃の温度で4〜24時間反応させることで得ることができる。 The reaction between the polyhydroxyurethane resin and the (meth) acrylic compound having an isocyanate group for introducing an unsaturated group as described above is not particularly limited, and can be obtained by, for example, the following method. That is, in the presence of an organic solvent or in the absence of a solvent, a polyhydroxyurethane resin and a (meth) acrylic compound having an isocyanate group for introducing an unsaturated group are mixed, and a temperature of 30 to 200 ° C. is 4 to 4 It can be obtained by reacting for 24 hours.
上記で使用する有機溶剤としては、イソシアネート基に対して不活性な有機溶剤、又はイソシアネート基に対して反応成分よりも低活性な有機溶剤を用いることができる。有機溶剤の具体例としては、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノンなどのケトン系溶剤;トルエン、キシレン、スワゾール(商品名、コスモ石油社製)、ソルベッソ(商品名、エクソン化学社製)などの芳香族系炭化水素溶剤;n−ヘキサンなどの脂肪族系炭化水素溶剤;ジオキサン、テトラヒドロフランなどのエーテル系溶剤;酢酸エチル、酢酸ブチル、酢酸イソブチルなどのエステル系溶剤;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メチルエーテルアセテート、3−メチル−3−メトキシブチルアセテート、エチル−3−エトキシプロピオネートなどのグリコールエーテルエステル系溶剤;ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミドなどのアミド系溶剤;N−メチル−2−ピロリドンなどのラクタム系溶剤などを挙げることができる。 As the organic solvent used above, an organic solvent inert to the isocyanate group or an organic solvent less active than the reaction component with respect to the isocyanate group can be used. Specific examples of the organic solvent include ketone solvents such as acetone, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone, and cyclohexanone; Aromatic hydrocarbon solvents; aliphatic hydrocarbon solvents such as n-hexane; ether solvents such as dioxane and tetrahydrofuran; ester solvents such as ethyl acetate, butyl acetate and isobutyl acetate; ethylene glycol ethyl ether acetate and propylene glycol Glycol ether ester solvents such as methyl ether acetate, 3-methyl-3-methoxybutyl acetate and ethyl-3-ethoxypropionate; amide solvents such as dimethylformamide and dimethylacetamide; , And the like lactam-based solvents such as-2-pyrrolidone.
この反応には必要に応じて触媒を加えてもよく、触媒としては、例えば、ジブチルチンラウレート、ジオクチルチンラウレート、スタナスオクトエート、オクチル酸亜鉛、テトラn−ブチルチタネートなどの、金属と有機及び無機酸の塩、及び有機金属誘導体、トリエチルアミンなどの有機アミン、ジアザビシクロウンデセン系触媒などが挙げられる。 A catalyst may be added to this reaction as necessary. Examples of the catalyst include metals such as dibutyltin laurate, dioctyltin laurate, stannous octoate, zinc octylate, and tetra n-butyl titanate. Examples include salts of organic and inorganic acids, organic metal derivatives, organic amines such as triethylamine, diazabicycloundecene catalysts, and the like.
この反応は、必要に応じて反応時に不飽和結合の重合を抑制するための重合禁止剤の存在下で行うこともできる。重合禁止剤として使用できる化合物は特に制限はなく、p−メトキシフェノールなどのフェノール系重合禁止剤、ベンゾキノンなどのキノン系重合禁止剤、2,2’−メチレン−ビス(6−tert−ブチル−4−エチルフェノール)などのヒンダードフェノール系重合禁止剤、フェノチアジンなどの芳香族アミン系重合禁止剤、ジフェニルチオ尿素などの硫黄系重合禁止剤、2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−1−オキシルなどの安定ラジカル化合物のいずれも使用可能である。 This reaction can also be performed in the presence of a polymerization inhibitor for suppressing polymerization of unsaturated bonds during the reaction, if necessary. The compound that can be used as the polymerization inhibitor is not particularly limited, and includes phenol-based polymerization inhibitors such as p-methoxyphenol, quinone-based polymerization inhibitors such as benzoquinone, 2,2′-methylene-bis (6-tert-butyl-4) -Hindered phenol polymerization inhibitors such as ethylphenol), aromatic amine polymerization inhibitors such as phenothiazine, sulfur polymerization inhibitors such as diphenylthiourea, 2,2,6,6-tetramethylpiperidine-1- Any stable radical compound such as oxyl can be used.
本発明を特徴づける不飽和基を持つポリマー(A)の原料となるポリヒドロキシウレタン樹脂は、1分子中に2つの5員環環状カーボネート基を有する化合物(以下、環状カーボネート化合物と呼ぶ)と、1分子中に2つのアミノ基を有する化合物(以下、アミン化合物と呼ぶ)との重付加反応を利用して合成されるものである。この際に使用される環状カーボネート化合物は、下記式に示すように、エポキシ化合物と二酸化炭素の反応により合成されたものであることが好ましい。具体的には、下記式の反応条件としては、例えば、原材料であるエポキシ化合物を、触媒の存在下、0℃〜160℃の温度にて、大気圧〜1MPa程度に加圧した二酸化炭素雰囲気下で、4〜24時間程度反応させることが挙げられる。この結果、二酸化炭素をエステル部位に固定化した環状カーボネート化合物を得ることができる。上記のようにして二酸化炭素を原料として合成された環状カーボネート化合物を使用することによって、一般式(1)中のウレタン結合の−O−CO−は、二酸化炭素を原材料として構成されたものとなる。この結果、本発明のガスバリア性コーティング剤、及びこれを用いて形成したガスバリア性フィルムは、環境問題へ対応できる製品としても価値あるものとなる。二酸化炭素に由来する一般式(1)中の−O−CO−結合は、二酸化炭素の含有量としてポリヒドロキシウレタン樹脂の全質量のうち1〜40質量%を占める量となるが、この量はできるだけ多い方が環境対応性の点からは好ましい。 The polyhydroxyurethane resin that is a raw material for the polymer (A) having an unsaturated group that characterizes the present invention is a compound having two 5-membered cyclic carbonate groups in one molecule (hereinafter referred to as a cyclic carbonate compound). It is synthesized using a polyaddition reaction with a compound having two amino groups in one molecule (hereinafter referred to as an amine compound). As shown in the following formula, the cyclic carbonate compound used in this case is preferably synthesized by a reaction between an epoxy compound and carbon dioxide. Specifically, as a reaction condition of the following formula, for example, in an atmosphere of carbon dioxide in which an epoxy compound as a raw material is pressurized to about atmospheric pressure to about 1 MPa at a temperature of 0 ° C. to 160 ° C. in the presence of a catalyst. And reacting for about 4 to 24 hours. As a result, a cyclic carbonate compound in which carbon dioxide is immobilized at the ester moiety can be obtained. By using the cyclic carbonate compound synthesized using carbon dioxide as a raw material as described above, —O—CO— of the urethane bond in the general formula (1) is configured using carbon dioxide as a raw material. . As a result, the gas barrier coating agent of the present invention and the gas barrier film formed using the same are valuable as products that can cope with environmental problems. The —O—CO— bond in the general formula (1) derived from carbon dioxide accounts for 1 to 40% by mass of the total mass of the polyhydroxyurethane resin as the carbon dioxide content. A larger number is preferable from the viewpoint of environmental compatibility.
上記したポリヒドロキシウレタン樹脂の原料となる、1分子中に2つの5員環環状カーボネート基を有する化合物を二酸化炭素から合成する際に使用できる1分子中に2つのエポキシ基を有する化合物は、従来公知のいずれのものも使用できる。本発明において好ましいものを以下に例示する。 A compound having two epoxy groups in one molecule that can be used when synthesizing a compound having two five-membered cyclic carbonate groups in one molecule from carbon dioxide, which is a raw material for the above-described polyhydroxyurethane resin, Any known one can be used. What is preferable in the present invention is exemplified below.
例えば、1分子中にエポキシ基を2つ持つもので、ベンゼン骨格、芳香族多環骨格を持つものとしては、以下の化合物に例示される。下記のいずれかの式中にあるRは、水素原子又は炭素数1〜10のアルキル基である。 For example, those having two epoxy groups in one molecule and having a benzene skeleton and an aromatic polycyclic skeleton are exemplified by the following compounds. R in any of the following formulas is a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms.
また、例えば、1分子中にエポキシ基を2つ持つもので、脂肪族や脂環式骨格を持つものとしては以下の化合物に例示される。下記のいずれかの式中にあるRは、水素原子又は炭素数1〜10のアルキル基である。 Further, for example, those having two epoxy groups in one molecule and having an aliphatic or alicyclic skeleton are exemplified by the following compounds. R in any of the following formulas is a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms.
また、前記したポリヒドロキシウレタン樹脂の原料となる、1分子中に2つのアミノ基を有する化合物としては、従来公知のいずれのものも使用できる。好適なものとしては、例えば、エチレンジアミン、1,3−ジアミノプロパン、1,4−ジアミノブタン、1,6−ジアミノへキサン、1,8−ジアミノオクタン、1,10−ジアミノデカン、1,12−ジアミノドデカンなどの鎖状脂肪族ジアミン、イソホロンジアミン、ノルボルナンジアミン、1,4−シクロヘキサンジアミン、ピペラジンなどの環状脂肪族ジアミン、キシレンジアミンなどの芳香環を持つ脂肪族ジアミン、メタフェニレンジアミン、ジアミノジフェニルメタンなどの芳香族ジアミンが挙げられる。 Moreover, as a compound which has two amino groups in 1 molecule used as the raw material of the above-mentioned polyhydroxyurethane resin, any conventionally well-known thing can be used. Suitable examples include ethylenediamine, 1,3-diaminopropane, 1,4-diaminobutane, 1,6-diaminohexane, 1,8-diaminooctane, 1,10-diaminodecane, 1,12- Chain aliphatic diamines such as diaminododecane, isophorone diamine, norbornane diamine, cyclic aliphatic diamines such as 1,4-cyclohexane diamine, piperazine, aliphatic diamines having aromatic rings such as xylene diamine, metaphenylene diamine, diaminodiphenyl methane, etc. Of the aromatic diamine.
上記ポリヒドロキシウレタン樹脂の製造方法は、特に限定されないが、例えば、下記のような方法によって得ることができる。すなわち、有機溶剤の存在下或いは溶剤の非存在下で、前記したような環状カーボネート化合物とアミン化合物とを混合し、40〜200℃の温度で4〜24時間反応させることで得ることができる。 Although the manufacturing method of the said polyhydroxy urethane resin is not specifically limited, For example, it can obtain by the following methods. That is, it can be obtained by mixing a cyclic carbonate compound and an amine compound as described above in the presence of an organic solvent or in the absence of a solvent and reacting at a temperature of 40 to 200 ° C. for 4 to 24 hours.
上記したポリヒドロキシウレタン樹脂の製造に使用可能な溶剤としては、使用する原料及び得られたポリヒドロキシウレタン樹脂に対して不活性な有機溶剤であれば、いずれも使用可能である。好ましいものを例示すると、例えば、ギ酸メチル、ギ酸エチル、ギ酸プロピル、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチル、テトラヒドロフラン、ジオキサン、トルエン、キシレン、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、パークロルエチレン、トリクロルエチレン、メタノール、エタノール、プロパノール、エチレングリコール、プロピレングリコール、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ジメチルエーテル、プロピレングリコールメチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル及びジエチレングリコールジメチルエーテルなどが挙げられる。 As the solvent that can be used in the production of the above-described polyhydroxyurethane resin, any solvent can be used as long as it is an inert organic solvent with respect to the raw material to be used and the obtained polyhydroxyurethane resin. Examples of preferable ones include, for example, methyl formate, ethyl formate, propyl formate, methyl acetate, ethyl acetate, butyl acetate, tetrahydrofuran, dioxane, toluene, xylene, dimethylformamide, dimethyl sulfoxide, perchlorethylene, trichloroethylene, methanol, ethanol , Propanol, ethylene glycol, propylene glycol, ethylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol dimethyl ether, propylene glycol methyl ether, diethylene glycol monomethyl ether, and diethylene glycol dimethyl ether.
本発明に使用されるポリヒドロキシウレタン樹脂の製造は、上記したように特に触媒を使用せずに行うことができるが、反応を促進させるために、下記に挙げるような触媒の存在下で行うことも可能である。例えば、トリエチルアミン、トリブチルアミン、ジアザビシクロウンデセン(DBU)、トリエチレンジアミン(DABCO)及びピリジンなどの塩基性触媒、テトラブチル錫、ジブチル錫ジラウリレートなどのルイス酸触媒などが使用できる。これらの触媒の好ましい使用量は、使用するカーボネート化合物とアミン化合物の総量(100質量部)に対して、0.01〜10質量部である。 As described above, the production of the polyhydroxyurethane resin used in the present invention can be carried out without using a catalyst, but in order to accelerate the reaction, it should be carried out in the presence of a catalyst as listed below. Is also possible. For example, basic catalysts such as triethylamine, tributylamine, diazabicycloundecene (DBU), triethylenediamine (DABCO) and pyridine, and Lewis acid catalysts such as tetrabutyltin and dibutyltin dilaurate can be used. The preferable usage-amount of these catalysts is 0.01-10 mass parts with respect to the total amount (100 mass parts) of the carbonate compound and amine compound to be used.
本発明を特徴づける不飽和基を持つポリマー(A)は、コーティング剤を構成するものであり、その塗工性を考慮すると、重量平均分子量が1000〜1000000であるものを用いることが好ましい。また、本発明者らの検討によれば、本発明のコーティング剤を構成する不飽和基を持つポリマー(A)における好適な不飽和基の含有量は、0.3meq/g〜2.5meq/gである。さらに、本発明において好適な、不飽和基を持つポリマー(A)における水酸基量を示す水酸基価(JIS K1557−1)は、10mgKOH/g〜250mgKOH/gである。本発明者らの検討によれば、上記した範囲とすることで、原料とするポリヒドロキシウレタン樹脂が有する水酸基の一部が化学修飾されて、好適な量の不飽和基が樹脂中に導入され、この結果、水酸基に化学修飾することで生じるガスバリア性の低下を抑えながら、高湿度下でのガスバリア性を向上させるという本発明の効果を、より安定して得ることができるようになる。 The polymer (A) having an unsaturated group that characterizes the present invention constitutes a coating agent, and it is preferable to use a polymer having a weight average molecular weight of 1,000 to 1,000,000 in consideration of its coating property. Further, according to the study by the present inventors, the preferred unsaturated group content in the polymer (A) having an unsaturated group constituting the coating agent of the present invention is 0.3 meq / g to 2.5 meq / g. Furthermore, the hydroxyl value (JIS K1557-1) which shows the amount of hydroxyl groups in the polymer (A) having an unsaturated group suitable for the present invention is 10 mgKOH / g to 250 mgKOH / g. According to the study by the present inventors, by setting the above range, a part of the hydroxyl groups of the polyhydroxyurethane resin used as a raw material is chemically modified, and a suitable amount of unsaturated groups is introduced into the resin. As a result, the effect of the present invention of improving the gas barrier property under high humidity can be obtained more stably while suppressing the deterioration of the gas barrier property caused by chemically modifying the hydroxyl group.
また、本発明を特徴づける不飽和基を持つポリマー(A)の二酸化炭素に由来する一般式(1)中の−O−CO−結合は、二酸化炭素の含有量として化合物の全質量のうち1〜30質量%を占める量となる。 In addition, the —O—CO— bond in the general formula (1) derived from carbon dioxide of the polymer (A) having an unsaturated group characterizing the present invention is 1 in the total mass of the compound as the carbon dioxide content. It becomes the quantity which occupies -30 mass%.
上記した不飽和基を持つポリマー(A)中の、不飽和基の含有量、水酸基価、二酸化炭素の含有量は、原材料として使用する環状カーボネート化合物、アミン化合物、及びイソシアネート基を有する(メタ)アクリル化合物の分子量及び配合比によって決定される。したがって、上述した使用可能な化合物の中から適切な組み合わせを選定することによって、これらの値は調整可能である。 The unsaturated group content, hydroxyl value, and carbon dioxide content in the polymer (A) having an unsaturated group described above have a cyclic carbonate compound, an amine compound, and an isocyanate group used as raw materials (meth). It is determined by the molecular weight and blending ratio of the acrylic compound. Therefore, these values can be adjusted by selecting an appropriate combination from the usable compounds described above.
次に、上記で説明した本発明のガスバリア性コーティング剤を用いて得られる本発明のガスバリア性フィルムについて説明する。本発明のガスバリア性フィルムは、フィルムが単独層或いは多層からなり、該フィルムを構成する少なくとも1つの層がガスバリア性を有する層であり、該ガスバリア性を有する層が、本発明のガスバリア性コーティング剤に、紫外線又は電子線を照射して硬化することで形成されてなる架橋樹脂皮膜層であることを特徴とする。すなわち、本発明のガスバリア性フィルムを特徴づける架橋樹脂皮膜層は、不飽和基を持つポリマー(A)からなる層であり、且つ、ポリマー(A)の持つ不飽和基の全部又は一部が紫外線・電子線の照射により重合したことにより形成されている。先に説明したように、本発明のガスバリア性コーティング剤を構成するポリヒドロキシウレタン樹脂は、その水酸基の一部が特有の構造の不飽和基を有する基で置換されており、これに紫外線又は電子線を照射することで、UV硬化或いはEB硬化して架橋樹脂皮膜層の形成を実現できる。そして、形成される架橋樹脂皮膜層は、水酸基の水素結合によってガスバリア性を発現する樹脂からなるものでありながら、高湿度下においてガスバリア性が低下するという従来技術の課題が解決されたものとなる。具体的には、ガスバリア性を有する層の厚みが0.1〜100μmであり、且つ、フィルムの酸素透過率が、23℃相対湿度65%及び23℃相対湿度90%の恒温恒湿度において、いずれも50ml/m2・24h・atm以下であることが好ましい。
Next, the gas barrier film of the present invention obtained using the gas barrier coating agent of the present invention described above will be described. The gas barrier film of the present invention is composed of a single layer or multiple layers, and at least one layer constituting the film is a layer having a gas barrier property, and the layer having the gas barrier property is a gas barrier coating agent of the present invention. And a crosslinked resin film layer formed by curing by irradiation with ultraviolet rays or electron beams. That is, the crosslinked resin film layer that characterizes the gas barrier film of the present invention is a layer made of the polymer (A) having an unsaturated group, and all or a part of the unsaturated groups of the polymer (A) are ultraviolet rays. -It is formed by polymerizing by electron beam irradiation. As described above, in the polyhydroxyurethane resin constituting the gas barrier coating agent of the present invention, a part of the hydroxyl group is substituted with a group having an unsaturated group having a specific structure, and this is subjected to ultraviolet rays or electrons. By irradiating a line, it is possible to realize formation of a crosslinked resin film layer by UV curing or EB curing. The formed cross-linked resin film layer is made of a resin that exhibits gas barrier properties due to hydrogen bonding of hydroxyl groups, but solves the problem of the prior art that the gas barrier properties decrease under high humidity. . Specifically, the thickness of the gas barrier layer is 0.1 to 100 μm, and the oxygen permeability of the film is 23 ° C. relative humidity 65% and 23 ° C.
本発明のガスバリア性コーティング剤を用いることで形成される架橋樹脂皮膜層を有する本発明のガスバリア性フィルムは、上記したように、不飽和基を持つポリマーをUV硬化システムないしEB硬化システムを使用して硬化させることにより得られる。UV硬化システム及びEB硬化システムは、熱硬化システムと比較して硬化温度が低く、また、処理時間も短い点、さらには硬化時に揮発成分が出ないことなど、環境負荷が低い硬化システムである。 As described above, the gas barrier film of the present invention having a cross-linked resin film layer formed by using the gas barrier coating agent of the present invention uses a UV curing system or an EB curing system for a polymer having an unsaturated group. Obtained by curing. The UV curing system and the EB curing system are curing systems that have a low environmental load, such as a curing temperature lower than that of a thermal curing system, a short processing time, and further, no volatile components are generated during curing.
単独層として該ガスバリア性フィルムを得る方法としては、例えば、離型紙上に不飽和基を持つポリマー(A)溶液をコーティングし、乾燥工程を経て、UV硬化システムないしEB硬化システムにて硬化させて得る方法や、離型紙状に不飽和基を持つポリマー(A)をホットメルトコーティングし、UV硬化システムないしEB硬化システムにて硬化させて得る方法がある。 As a method for obtaining the gas barrier film as a single layer, for example, a polymer (A) solution having an unsaturated group is coated on a release paper, dried and then cured by a UV curing system or an EB curing system. There is a method of obtaining a polymer obtained by hot melt coating a polymer (A) having an unsaturated group in the form of a release paper and curing it with a UV curing system or an EB curing system.
該ガスバリア性フィルムを含む多層フィルムを得る方法としては共押出し法、コーティング法、ラミネート法が挙げられる。共押出し法としては、例えば、不飽和基を持つポリマー(A)を原料の一つとして用いることで多層フィルムを形成し、その後、UV硬化システムないしEB硬化しシステムにて硬化させることで該ガスバリア性フィルムを含む多層フィルムを得ることができる。 Examples of a method for obtaining a multilayer film containing the gas barrier film include a coextrusion method, a coating method, and a laminating method. As the co-extrusion method, for example, a multilayer film is formed by using a polymer (A) having an unsaturated group as one of raw materials, and then the gas barrier is cured by a UV curing system or an EB curing system. A multilayer film including a conductive film can be obtained.
コーティング法としては、例えば、基材の上に、不飽和基を持つポリマー(A)の溶液を塗工し、乾燥工程を経て、UVないしEB硬化システムにて架橋樹脂皮膜層を形成させる方法や、基材上に溶剤を含まない不飽和基を持つポリマー(A)をホットメルトコーティングし、UV硬化システムないしEB硬化システムにて硬化させて得る方法が挙げられる。 As the coating method, for example, a solution of a polymer (A) having an unsaturated group is applied on a base material, and a crosslinked resin film layer is formed by a UV or EB curing system through a drying process. Examples thereof include a method in which a polymer (A) having an unsaturated group not containing a solvent is hot-melt coated on a substrate and cured by a UV curing system or an EB curing system.
ラミネート法としては基材と単独層として作成したフィルムに接着剤を介して貼りあわせる方法が挙げられる。 Examples of the laminating method include a method in which a base material and a film prepared as a single layer are bonded to each other through an adhesive.
上記で使用する基材としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリビニルアルコール、フッ素樹脂、ポリカーボネート、ポリアセテート、ポリエステル、ポリアミド、ポリイミド、ポリウレタン、ポリフェニレンサルファイド、ポリアリレート、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルイミドなどが挙げられる。塗布に先立って、塗布面にコロナ放電処理、プラズマ処理、オゾン処理、フレーム処理、プライマー(アンカーコート、接着促進剤、易接着剤とも呼ばれる)塗布処理、予熱処理、除塵埃処理、蒸着処理及びアルカリ処理などの易接着処理を行ってもよい。また、必要に応じて、充填剤、着色剤、可塑剤及び帯電防止剤などの添加剤を加えてもよい。 Examples of the base material used above include polyethylene, polypropylene, polystyrene, polyvinyl chloride, polyvinylidene chloride, polyvinyl alcohol, fluororesin, polycarbonate, polyacetate, polyester, polyamide, polyimide, polyurethane, polyphenylene sulfide, polyarylate, Polysulfone, polyethersulfone, polyetheretherketone, polyetherimide and the like can be mentioned. Prior to application, corona discharge treatment, plasma treatment, ozone treatment, flame treatment, primer (also called anchor coat, adhesion promoter, easy adhesive) application treatment, pre-heat treatment, dust removal treatment, vapor deposition treatment and alkali Easy adhesion treatment such as treatment may be performed. Moreover, you may add additives, such as a filler, a coloring agent, a plasticizer, and an antistatic agent, as needed.
UV硬化システムないしEV硬化システムを使用し不飽和基を持つポリマー(A)の不飽和基の全部又は一部が硬化するために適用されるUVの波長としては、200〜450nmが用いられ、電子線の加速電圧は50〜300kVが使用される。本発明のガスバリア性フィルムの製造において、UV照射ないしEB照射は、不飽和基を持つポリマー(A)層中の不飽和基の全部又は一部が硬化するために必要な露光量と時間の条件が採用される。具体的には、UV積算露光量としては500〜5000mJ/cm2、EB積算露光量としては10〜1000kGyを挙げることができる。また、酸素が存在すると、酸素がラジカル重合反応を阻害するため、照射雰囲気としては窒素中で行うことが好ましい。 The UV wavelength applied to cure all or a part of the unsaturated groups of the polymer (A) having an unsaturated group using a UV curing system or an EV curing system is 200 to 450 nm. A line acceleration voltage of 50-300 kV is used. In the production of the gas barrier film of the present invention, UV irradiation or EB irradiation is performed under conditions of exposure amount and time necessary for curing all or part of unsaturated groups in the polymer (A) layer having unsaturated groups. Is adopted. Specifically, the UV integrated exposure amount may be 500 to 5000 mJ / cm 2 , and the EB integrated exposure amount may be 10 to 1000 kGy. Moreover, since oxygen inhibits radical polymerization reaction when oxygen is present, the irradiation atmosphere is preferably performed in nitrogen.
UV硬化システムを使用し、不飽和基を持つポリマー(A)の不飽和基の全部又は一部が硬化する際は、予めフィルム成形前に光重合開始剤を樹脂分に対して0.1〜10%添加し、塗膜が形成後、UV硬化システムを使用することで硬化処理される。なお、EV硬化システムを使用し、不飽和基を持つポリマー(A)の不飽和基の全部又は一部が硬化する場合には、光重合開始剤を含有させなくてもよい場合もある。 When all or a part of the unsaturated group of the polymer (A) having an unsaturated group is cured using a UV curing system, a photopolymerization initiator is 0.1 to 0.1% of the resin content before film formation in advance. 10% is added, and after the coating film is formed, it is cured by using a UV curing system. In addition, when using EV curing system and all or a part of unsaturated group of the polymer (A) which has an unsaturated group hardens | cures, it may not be necessary to contain a photoinitiator.
不飽和基を持つポリマー(A)の不飽和基の全部又は一部の硬化には、光重合開始剤は光ラジカル重合開始剤、光カチオン重合開始剤いずれのものも使用可能である。この際に用いられる光ラジカル重合開始剤としては、例えば、アルキルフェノン系光重合開始剤、アシルホスフィンオキシド系光重合開始剤、チタノセン系光重合開始剤などが挙げられ、光カチオン重合開始剤としては、例えば、トリアリールスルフォニウム塩やジアリールヨードニウム塩などが挙げられる。なお、これらは、1種又は2種以上を混合して使用する事ができ、公知の硬化促進剤を併用しても構わない。 For curing all or part of the unsaturated groups of the polymer (A) having an unsaturated group, the photopolymerization initiator may be either a radical photopolymerization initiator or a photocationic polymerization initiator. Examples of the photo radical polymerization initiator used at this time include alkylphenone photopolymerization initiators, acylphosphine oxide photopolymerization initiators, titanocene photopolymerization initiators, and the like. Examples thereof include triarylsulfonium salts and diaryliodonium salts. In addition, these can be used 1 type or in mixture of 2 or more types, You may use a well-known hardening accelerator together.
不飽和基を持つポリマー(A)を含有してなる本発明のガスバリア性コーティング剤には、ガスバリア層に付与しようとする物性に応じて、各種の添加剤を配合することができる。添加剤の具体例としては、耐候性改善剤、耐摩耗性向上剤、重合禁止剤、架橋剤、赤外線吸収剤、帯電防止剤、接着性向上剤、レベリング剤、チクソ性付与剤、カップリング剤、可塑剤、消泡剤、充填剤、溶剤及び着色材等を挙げることができる。なお、耐候性改善剤としては、HALS等のヒンダードアミン系光安定剤、紫外線吸収剤、及び酸化防止剤等を、光硬化性を阻害しない範囲で使用することができる。 Various additives can be blended with the gas barrier coating agent of the present invention containing the polymer (A) having an unsaturated group depending on the physical properties to be imparted to the gas barrier layer. Specific examples of additives include a weather resistance improver, an abrasion resistance improver, a polymerization inhibitor, a crosslinking agent, an infrared absorber, an antistatic agent, an adhesion improver, a leveling agent, a thixotropic agent, and a coupling agent. , Plasticizers, antifoaming agents, fillers, solvents and coloring materials. In addition, as a weather resistance improving agent, hindered amine light stabilizers, such as HALS, a ultraviolet absorber, antioxidant, etc. can be used in the range which does not inhibit photocurability.
次に具体的な製造例、実施例及び比較例を挙げて本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。なお、以下の例における「部」及び「%」は、特に断りのない限り質量基準である。 Next, the present invention will be described more specifically with specific production examples, examples and comparative examples, but the present invention is not limited to these examples. In the following examples, “part” and “%” are based on mass unless otherwise specified.
[製造例1:環状カーボネート含有化合物(C−I)の合成]
エポキシ当量187のビスフェノールA型エポキシ樹脂(商品名:エポトート YD−128 新日鉄住金化学株式会社)100部と、ヨウ化ナトリウム(和光純薬工業株式会社製)20部と、N−メチル−2−ピロリドン150部とを、撹拌装置及び大気解放口のある還流器を備えた反応容器内に仕込んだ。次いで、撹拌しながら二酸化炭素を連続して吹き込み、100℃にて10時間の反応を行った。そして、反応終了後の溶液に300部の水を加え、生成物を析出させ、ろ別した。得られた白色粉末をトルエンにて再結晶を行い、白色の粉末52部(収率42%)を得た。
[Production Example 1: Synthesis of cyclic carbonate-containing compound (CI)]
100 parts of bisphenol A type epoxy resin having an epoxy equivalent of 187 (trade name: Epototo YD-128, Nippon Steel & Sumikin Chemical Co., Ltd.), 20 parts of sodium iodide (Wako Pure Chemical Industries, Ltd.), and N-methyl-2-pyrrolidone 150 parts were charged into a reaction vessel equipped with a stirrer and a refluxer with an atmosphere opening. Subsequently, carbon dioxide was continuously blown in with stirring, and the reaction was performed at 100 ° C. for 10 hours. And 300 parts of water was added to the solution after completion | finish of reaction, the product was deposited, and it filtered. The obtained white powder was recrystallized from toluene to obtain 52 parts of white powder (yield 42%).
上記で得られた化合物をIR(株式会社島津製作所製、IRAffinty−1)にて分析したところ、910cm-1付近の原材料のエポキシ基由来の吸収(ピーク)は消失しており、1800cm-1付近に原材料には存在しないカーボネート基のカルボニル基由来の吸収(ピーク)が確認された。また、HPLC(日本分光株式会社製、LC−2000;カラムFinePakSIL C18−T5;移動相 アセトニトリル+水)による分析の結果、原材料のピークは消失し、高極性側に新たなピークが出現し、その純度は98%であった。また、DSC測定(示差走査熱量測定)の結果、融点は178℃であり、融点の範囲は±5℃であった。以上のことから、この粉末は、エポキシ基と二酸化炭素の反応により環状カーボネート基が導入された、下記式で表される構造の化合物と確認された。これを化合物(C−I)と略称した。この化合物(C−I)中に占める二酸化炭素由来の成分の割合は、20.6%であった(化学構造式上の分子量からの計算値である)。 When the compound obtained above was analyzed by IR (IRAffinty-1 manufactured by Shimadzu Corporation), the absorption (peak) derived from the epoxy group of the raw material in the vicinity of 910 cm −1 disappeared, and the vicinity of 1800 cm −1 In addition, absorption (peak) derived from a carbonyl group of a carbonate group that does not exist in the raw material was confirmed. In addition, as a result of analysis by HPLC (manufactured by JASCO Corporation, LC-2000; column FinePakSIL C18-T5; mobile phase acetonitrile + water), the peak of the raw material disappeared, and a new peak appeared on the high polarity side. The purity was 98%. As a result of DSC measurement (differential scanning calorimetry), the melting point was 178 ° C., and the melting point range was ± 5 ° C. From the above, this powder was confirmed to be a compound having a structure represented by the following formula into which a cyclic carbonate group was introduced by the reaction of an epoxy group and carbon dioxide. This was abbreviated as compound (CI). The proportion of the component derived from carbon dioxide in this compound (CI) was 20.6% (calculated from the molecular weight in the chemical structural formula).
[製造例2:環状カーボネート含有化合物(C−II)の合成]
エポキシ当量116のヘキサンジオールポリグリシジルエーテル(商品名:エポゴーセーHD(D)、四日市合成株式会社)100部と、ヨウ化ナトリウム(和光純薬工業株式会社)20部と、N−メチル−2−ピロリドン150部とを、撹拌装置及び大気解放口のある還流器を備えた反応容器内に仕込んだ。次いで、撹拌しながら二酸化炭素を連続して吹き込み、100℃にて10時間の反応を行った。そして、反応終了後の溶液に、酢酸エチル400部及び水800部を加え、1時間撹拌した。その後、酢酸エチル相を回収し、エバポレーターにて溶剤の除去を行い、オイル状の化合物127部(収率92.1%)得た。
[Production Example 2: Synthesis of cyclic carbonate-containing compound (C-II)]
100 parts of hexanediol polyglycidyl ether (trade name: Epogosay HD (D), Yokkaichi Synthesis Co., Ltd.) with an epoxy equivalent of 116, 20 parts of sodium iodide (Wako Pure Chemical Industries, Ltd.), and N-methyl-2-pyrrolidone 150 parts were charged into a reaction vessel equipped with a stirrer and a refluxer with an atmosphere opening. Subsequently, carbon dioxide was continuously blown in with stirring, and the reaction was performed at 100 ° C. for 10 hours. And 400 parts of ethyl acetate and 800 parts of water were added to the solution after completion | finish of reaction, and it stirred for 1 hour. Thereafter, the ethyl acetate phase was recovered, and the solvent was removed by an evaporator to obtain 127 parts (yield 92.1%) of an oily compound.
上記で得られた化合物をIRにて分析したところ、910cm-1付近の原材料のエポキシ基由来の吸収(ピーク)は消失しており、一方、1800cm-1付近に、原材料には存在しないカーボネート基のカルボニル基由来の吸収(ピーク)が確認された。また、DMF(ジメチルホルムアミド)を移動相としたGPCの測定の結果、得られた物質の重量平均分子量は318(ポリエチレンオキサイド換算)であった。以上のことから、この物質は、エポキシ基と二酸化炭素の反応により5員環環状カーボネート基が導入された下記式で表される構造の化合物と確認された。これを(C−II)と略称した。この化合物(C−II)中に占める二酸化炭素由来の成分の割合は、27.5%であった(化学構造式上の分子量からの計算値である)。 When the compound obtained above was analyzed by IR, the absorption (peak) derived from the epoxy group of the raw material in the vicinity of 910 cm −1 disappeared, while the carbonate group not present in the raw material in the vicinity of 1800 cm −1. The absorption (peak) derived from the carbonyl group was confirmed. As a result of GPC measurement using DMF (dimethylformamide) as a mobile phase, the weight average molecular weight of the obtained substance was 318 (in terms of polyethylene oxide). From the above, this substance was confirmed to be a compound having a structure represented by the following formula in which a 5-membered cyclic carbonate group was introduced by the reaction of an epoxy group and carbon dioxide. This was abbreviated as (C-II). The proportion of the component derived from carbon dioxide in this compound (C-II) was 27.5% (calculated from the molecular weight in the chemical structural formula).
[実施例1]
撹拌装置及び大気開放口のある還流器を備えた反応容器内に、製造例1で得た環状カーボネート含有化合物(C−I)を42.8部、ヘキサメチレンジアミン(旭化成ケミカルズ株式会社)11.6部、さらに、反応溶媒としてテトラヒドロフランを81.6部加え、60℃の温度で撹拌しながら、24時間反応を行った。反応後の溶液の一部をサンプリングしてIRで分析することにより、1800cm-1付近のカーボネート基のカルボニル基に由来する吸収(ピーク)が消失していることを確認した。次いで、上記の反応後の溶液に、2−メタクリロイルオキシエチルイソシアネート(商品名:カレンズMOI、昭和電工株式会社)3.1部及び重合禁止剤としてp−メトキシフェノール0.01部を加え、60℃の温度で撹拌しながら5時間反応を行った。そして、再び反応後の溶液の一部をサンプリングしてIRで分析することにより、2300cm-1付近のイソシアネート基に由来する吸収(ピーク)が消失していることを確認し、本発明で規定する構造の不飽和基含有ポリヒドロキシウレタン樹脂を合成した。得られた樹脂溶液の水酸基価を測定したところ、樹脂分に対して176mgKOH/gであった。また、不飽和基の含有量は0.3meq/gであり、二酸化炭素由来の−O−CO−結合の樹脂分に占める割合は15.3%であった(化学構造式上の分子量からの計算値である)。
[Example 1]
In a reaction vessel equipped with a stirrer and a reflux opening having an air opening, 42.8 parts of the cyclic carbonate-containing compound (CI) obtained in Production Example 1 and hexamethylenediamine (Asahi Kasei Chemicals Corporation) 11. 6 parts and 81.6 parts of tetrahydrofuran as a reaction solvent were further added, and the reaction was carried out for 24 hours while stirring at a temperature of 60 ° C. A part of the solution after the reaction was sampled and analyzed by IR, and it was confirmed that absorption (peak) derived from the carbonyl group of the carbonate group in the vicinity of 1800 cm −1 disappeared. Subsequently, 3.1 parts of 2-methacryloyloxyethyl isocyanate (trade name: Karenz MOI, Showa Denko KK) and 0.01 part of p-methoxyphenol as a polymerization inhibitor are added to the solution after the above reaction, and 60 ° C. The reaction was conducted for 5 hours with stirring at a temperature of 5 ° C. Then, by sampling a part of the solution after the reaction again and analyzing by IR, it is confirmed that the absorption (peak) derived from the isocyanate group in the vicinity of 2300 cm −1 has disappeared, and is defined in the present invention. An unsaturated group-containing polyhydroxyurethane resin having a structure was synthesized. When the hydroxyl value of the obtained resin solution was measured, it was 176 mgKOH / g based on the resin content. The unsaturated group content was 0.3 meq / g, and the proportion of carbon dioxide-derived —O—CO— bonds in the resin content was 15.3% (from the molecular weight in the chemical structural formula). Calculated value).
上記で得た樹脂溶液100部に対して、光重合開始剤(商品名:イルガキュア184、チバ・スペシャルティ・ケミカルズ株式会社)を0.8部添加し、これをテトロヒドロフランにて総固形分が40%になるように希釈して塗工液(ガスバリア性コーティング剤)を調製した。そして、基材としての厚み25μmのコロナ処理PETフィルムに、乾燥膜厚が20μmとなるように、上記で調製した塗工液をバーコート法で均一に塗布し、40℃で5分間乾燥を行った後、窒素雰囲気下で80W/cmのメタルハライドランプにて、積算光量1200mJ/cm2で硬化して架橋塗膜(架橋樹脂皮膜)を形成した。形成された架橋塗膜のIRをATR法(株式会社島津製作所 MIRacle 10)にて測定した結果、1637cm-1付近の二重結合に由来する吸収はほとんどないことを確認した。図1に架橋塗膜のIRスペクトルを示した。上記で得た基材上に架橋塗膜が形成されたものを評価試料とし、後述する評価を行った。 0.8 parts of a photopolymerization initiator (trade name: Irgacure 184, Ciba Specialty Chemicals Co., Ltd.) is added to 100 parts of the resin solution obtained above, and the total solid content is added with Tetrohydrofuran. A coating liquid (gas barrier coating agent) was prepared by diluting to 40%. Then, the coating liquid prepared above is uniformly applied by a bar coating method to a corona-treated PET film having a thickness of 25 μm as a substrate so that the dry film thickness becomes 20 μm, and dried at 40 ° C. for 5 minutes. Then, it was cured with an integrated light quantity of 1200 mJ / cm 2 with a metal halide lamp of 80 W / cm in a nitrogen atmosphere to form a crosslinked coating film (crosslinked resin film). As a result of measuring IR of the formed crosslinked coating film by ATR method (Shimadzu Corporation MIRacle 10), it was confirmed that there was almost no absorption derived from a double bond in the vicinity of 1637 cm −1 . FIG. 1 shows the IR spectrum of the crosslinked coating film. An evaluation sample described below was evaluated by using an evaluation sample as a cross-linked coating film formed on the substrate obtained above.
[実施例2]
実施例1で用いた2−メタクリロイルオキシエチルイソシアネートの量を9.3部に替えた以外は、実施例1と同様にして、本発明で規定する構造の不飽和基含有ポリヒドロキシウレタン樹脂を合成した。得られた樹脂の水酸基価は樹脂分に対して123mgKOH/gであった。このときの不飽和基の含有量は0.9meq/g、二酸化炭素由来の−O−CO−結合の樹脂分に占める割合は、13.8%である(化学構造式上の分子量からの計算値である)。そして、得られた樹脂溶液を用いて、実施例1と同様にして塗工液(ガスバリア性コーティング剤)を調製した後、実施例1と同様にして、基材上に架橋塗膜が形成された評価試料を作製した。
[Example 2]
An unsaturated group-containing polyhydroxyurethane resin having a structure defined in the present invention was synthesized in the same manner as in Example 1 except that the amount of 2-methacryloyloxyethyl isocyanate used in Example 1 was changed to 9.3 parts. did. The obtained resin had a hydroxyl value of 123 mgKOH / g based on the resin content. The unsaturated group content at this time is 0.9 meq / g, and the proportion of the carbon dioxide-derived —O—CO— bond in the resin content is 13.8% (calculated from the molecular weight in the chemical structural formula). Value). And after preparing a coating liquid (gas barrier coating agent) like Example 1 using the obtained resin solution, a crosslinked coating film is formed on a base material like Example 1. An evaluation sample was prepared.
[実施例3]
実施例1で用いた2−メタクリロイルオキシエチルイソシアネートの量を27.9部に替えた以外は、実施例1と同様にして、本発明で規定する構造の不飽和基含有ポリヒドロキシウレタン樹脂を合成した。得られた樹脂の水酸基価は樹脂分に対して14mgKOH/gであった。このときの不飽和基の含有量は2.2meq/g、二酸化炭素由来の−O−CO−結合の樹脂分に占める割合は10.7%であった(化学構造式上の分子量からの計算値である)。そして、得られた樹脂溶液を用いて、実施例1と同様にして塗工液(ガスバリア性コーティング剤)を調製した後、実施例1と同様にして、基材上に架橋塗膜が形成された評価試料を作製した。
[Example 3]
An unsaturated group-containing polyhydroxyurethane resin having a structure defined in the present invention was synthesized in the same manner as in Example 1 except that the amount of 2-methacryloyloxyethyl isocyanate used in Example 1 was changed to 27.9 parts. did. The obtained resin had a hydroxyl value of 14 mgKOH / g based on the resin content. At this time, the content of unsaturated groups was 2.2 meq / g, and the proportion of carbon dioxide-derived —O—CO— bonds in the resin content was 10.7% (calculation from molecular weight in chemical structural formula). Value). And after preparing a coating liquid (gas barrier coating agent) like Example 1 using the obtained resin solution, a crosslinked coating film is formed on a base material like Example 1. An evaluation sample was prepared.
[実施例4]
実施例1で用いた2−メタクリロイルオキシエチルイソシアネートに替えて、2−アクリロイルオキシエチルイソシアネート(商品名:カレンズAOI、昭和電工株式会社)を8.5部とした以外は、実施例1と同様にして、本発明で規定する構造のポリヒドロキシウレタン樹脂を合成した。得られた樹脂の水酸基価は樹脂分に対して125mgKOH/gであった。このときの不飽和基の含有量は1.0meq/g、二酸化炭素由来の−O−CO−結合の樹脂分に占める割合は14.0%であった(化学構造式上の分子量からの計算値である)。そして、得られた樹脂溶液を用いて、実施例1と同様にして塗工液(ガスバリア性コーティング剤)を調製した後、実施例1と同様にして、基材上に架橋塗膜が形成された評価試料を作製した。図2に、本実施例で形成した架橋塗膜のIRスペクトルを示した。
[Example 4]
In place of 2-methacryloyloxyethyl isocyanate used in Example 1 and 8.5 parts of 2-acryloyloxyethyl isocyanate (trade name: Karenz AOI, Showa Denko KK), the same procedure as in Example 1 was performed. Thus, a polyhydroxyurethane resin having a structure defined in the present invention was synthesized. The obtained resin had a hydroxyl value of 125 mgKOH / g based on the resin content. The unsaturated group content at this time was 1.0 meq / g, and the proportion of carbon dioxide-derived —O—CO— bonds in the resin content was 14.0% (calculated from the molecular weight in the chemical structural formula). Value). And after preparing a coating liquid (gas barrier coating agent) like Example 1 using the obtained resin solution, a crosslinked coating film is formed on a base material like Example 1. An evaluation sample was prepared. FIG. 2 shows the IR spectrum of the crosslinked coating film formed in this example.
[実施例5]
撹拌装置及び大気開放口のある還流器を備えた反応容器内に、製造例2で得た化合物(C−II)を32.0部、メタキシレンジアミン(三菱瓦斯化学株式会社)13.6部、さらに、反応溶媒としてテトラヒドロフランを68.4部加え、60℃の温度で撹拌しながら、24時間反応を行った。反応後の溶液の一部をサンプリングしてIRで分析することにより、1800cm-1付近のカーボネート基のカルボニル基に由来する吸収(ピーク)が消失していることを確認した。次いで、上記の反応後の溶液に、実施例1で使用したと同様の2−メタクリロイルオキシエチルイソシアネートを27.9部、及び重合禁止剤としてp−メトキシフェノール0.01部を加え、60℃の温度で撹拌しながら5時間反応を行い、本発明で規定する構造の不飽和基含有ポリヒドロキシウレタン樹脂を合成した。得られた樹脂溶液の水酸基価を測定したところ、樹脂分に対して15mgKOH/gであった。また、不飽和基の含有量は2.4meq/g、二酸化炭素由来の−O−CO−結合の樹脂分に占める割合は12.0%であった(化学構造式上の分子量からの計算値である)。
[Example 5]
32.0 parts of the compound (C-II) obtained in Production Example 2 and 13.6 parts of metaxylenediamine (Mitsubishi Gas Chemical Co., Ltd.) are placed in a reaction vessel equipped with a stirrer and a refluxing device having an air opening. Further, 68.4 parts of tetrahydrofuran was added as a reaction solvent, and the reaction was carried out for 24 hours while stirring at a temperature of 60 ° C. A part of the solution after the reaction was sampled and analyzed by IR, and it was confirmed that absorption (peak) derived from the carbonyl group of the carbonate group in the vicinity of 1800 cm −1 disappeared. Next, 27.9 parts of 2-methacryloyloxyethyl isocyanate similar to that used in Example 1 and 0.01 part of p-methoxyphenol as a polymerization inhibitor were added to the solution after the above reaction, The reaction was carried out for 5 hours while stirring at a temperature to synthesize an unsaturated group-containing polyhydroxyurethane resin having a structure defined in the present invention. When the hydroxyl value of the obtained resin solution was measured, it was 15 mgKOH / g with respect to the resin content. The unsaturated group content was 2.4 meq / g, and the proportion of carbon dioxide-derived —O—CO— bonds in the resin content was 12.0% (calculated from the molecular weight in the chemical structural formula). Is).
上記で得た樹脂溶液100部に対して光重合開始剤(商品名:イルガキュア、チバ・スペシャルティ・ケミカルズ株式会社)を0.8部添加し、これをテトロヒドロフランにて総固形分が40%になるように希釈して塗工液(コーティング剤)を調製した。そして、基材としての厚み25μmのコロナ処理PETフィルムに、乾燥膜厚が20μmとなるように、上記で調製した塗工液をバーコート法で均一に塗布し、40℃で5分間乾燥を行った後、窒素雰囲気下で80W/cmのメタルハライドランプにて、積算光量1200mJ/cm2で硬化した。架橋塗膜のIRを実施例1と同様にして測定した結果、1637cm-1付近の二重結合に由来する吸収はほとんどないことを確認し、これを評価試料とした。図3に、上記で得た架橋塗膜のIRスペクトルを示した。 0.8 parts of a photopolymerization initiator (trade name: Irgacure, Ciba Specialty Chemicals Co., Ltd.) is added to 100 parts of the resin solution obtained above, and the total solid content is 40% with Tetrohydrofuran. It diluted so that it might become, and the coating liquid (coating agent) was prepared. Then, the coating liquid prepared above is uniformly applied by a bar coating method to a corona-treated PET film having a thickness of 25 μm as a substrate so that the dry film thickness becomes 20 μm, and dried at 40 ° C. for 5 minutes. After that, it was cured with an integrated light amount of 1200 mJ / cm 2 with a metal halide lamp of 80 W / cm in a nitrogen atmosphere. As a result of measuring the IR of the crosslinked coating film in the same manner as in Example 1, it was confirmed that there was almost no absorption derived from a double bond in the vicinity of 1637 cm −1 , and this was used as an evaluation sample. FIG. 3 shows the IR spectrum of the crosslinked coating film obtained above.
[実施例6]
実施例5で用いた2−メタクリロイルオキシエチルイソシアネートに替えて、2−アクリロイルオキシエチルイソシアネート(商品名:カレンズAOI、昭和電工株式会社)を2.8部とした以外は、実施例5と同様にして、本発明で規定する構造の不飽和基含有ポリヒドロキシウレタン樹脂を合成した。得られた樹脂の水酸基価は樹脂分に対して209mgKOH/gであった。このときの不飽和基の含有量は0.4meq/g、二酸化炭素由来の−O−CO−結合の樹脂分に占める割合は18.2%であった(化学構造式上の分子量からの計算値である)。そして、得られた樹脂溶液を用いて、実施例1と同様にして塗工液(ガスバリア性コーティング剤)を調製した後、実施例1と同様にして、基材上に架橋塗膜が形成された評価試料を作製した。
[Example 6]
The same procedure as in Example 5 was conducted except that 2-acryloyloxyethyl isocyanate (trade name: Karenz AOI, Showa Denko KK) was changed to 2.8 parts instead of 2-methacryloyloxyethyl isocyanate used in Example 5. Thus, an unsaturated group-containing polyhydroxyurethane resin having a structure defined in the present invention was synthesized. The obtained resin had a hydroxyl value of 209 mgKOH / g based on the resin content. At this time, the content of unsaturated groups was 0.4 meq / g, and the proportion of carbon dioxide-derived —O—CO— bonds in the resin content was 18.2% (calculation from molecular weight in chemical structural formula). Value). And after preparing a coating liquid (gas barrier coating agent) like Example 1 using the obtained resin solution, a crosslinked coating film is formed on a base material like Example 1. An evaluation sample was prepared.
[比較例1]
撹拌装置及び大気開放口のある還流器を備えた反応容器内に、製造例1で得た化合物(C−I)を42.8部、ヘキサメチレンジアミン11.6部、さらに、反応溶媒としてテトラヒドロフランを81.6部加え、60℃の温度で撹拌しながら、24時間反応を行った。反応後の溶液の一部をサンプリングしてIRで分析することにより、1800cm-1付近のカーボネート基のカルボニル基に由来する吸収(ピーク)が消失していることを確認した。また、水酸基価を測定したところ、樹脂分に対して206mgKOH/gであった。不飽和基は含有せず、二酸化炭素由来の−O−CO−結合の樹脂分に占める割合は16.2%であった(化学構造式上の分子量からの計算値である)。
[Comparative Example 1]
In a reaction vessel equipped with a stirrer and a reflux opening having an air opening, 42.8 parts of the compound (CI) obtained in Production Example 1, 11.6 parts of hexamethylenediamine, and tetrahydrofuran as a reaction solvent. 81.6 parts was added and reacted for 24 hours while stirring at a temperature of 60 ° C. A part of the solution after the reaction was sampled and analyzed by IR, and it was confirmed that absorption (peak) derived from the carbonyl group of the carbonate group in the vicinity of 1800 cm −1 disappeared. Moreover, when the hydroxyl value was measured, it was 206 mgKOH / g with respect to the resin content. The unsaturated group was not contained, and the proportion of the carbon dioxide-derived —O—CO— bond in the resin content was 16.2% (calculated from the molecular weight in the chemical structural formula).
上記で得た不飽和基含有しないポリヒドロキシウレタンを含む樹脂溶液を、テトロヒドロフランにて総固形分が40%になるように希釈して塗工液を調製した。そして、基材としての厚み25μmのコロナ処理PETフィルムに、乾燥膜厚が20μmとなるように、上記で調製した塗工液をバーコート法で均一に塗布し、40℃で5分間乾燥を行って、基材上に乾燥塗膜が形成された比較用の評価試料を作製した。 The resin solution containing polyhydroxyurethane not containing unsaturated groups obtained above was diluted with tetrohydrofuran so that the total solid content was 40% to prepare a coating solution. Then, the coating liquid prepared above is uniformly applied by a bar coating method to a corona-treated PET film having a thickness of 25 μm as a substrate so that the dry film thickness becomes 20 μm, and dried at 40 ° C. for 5 minutes. Thus, a comparative evaluation sample in which a dry coating film was formed on a substrate was prepared.
[比較例2]
撹拌装置及び大気開放口のある還流器を備えた反応容器内に、製造例1で得た化合物(C−I)を42.8部、ヘキサメチレンジアミン11.6部、さらに、反応溶媒としてテトラヒドロフランを81.6部加え、60℃の温度で撹拌しながら、24時間反応を行った。反応後の溶液の一部をサンプリングしてIRで分析することにより、1800cm-1付近のカーボネート基のカルボニル基に由来する吸収(ピーク)が消失していることを確認した。次いで、実施例1で使用したと同様の2−メタクリロイルオキシエチルイソシアネート3.1部及び重合禁止剤としてp−メトキシフェノールを0.01部加え、60℃の温度で撹拌しながら5時間反応することにより、不飽和基を含有するポリヒドロキシウレタン樹脂を合成した。得られた樹脂溶液の水酸基価を測定したところ、樹脂分に対して176mgKOH/gであった。また、不飽和基の含有量は0.3meq/g、二酸化炭素由来の−O−CO−結合の樹脂分に占める割合は15.3%であった(化学構造式上の分子量からの計算値である)。
[Comparative Example 2]
In a reaction vessel equipped with a stirrer and a reflux opening having an air opening, 42.8 parts of the compound (CI) obtained in Production Example 1, 11.6 parts of hexamethylenediamine, and tetrahydrofuran as a reaction solvent. 81.6 parts was added and reacted for 24 hours while stirring at a temperature of 60 ° C. A part of the solution after the reaction was sampled and analyzed by IR, and it was confirmed that absorption (peak) derived from the carbonyl group of the carbonate group in the vicinity of 1800 cm −1 disappeared. Next, 3.1 parts of 2-methacryloyloxyethyl isocyanate similar to that used in Example 1 and 0.01 part of p-methoxyphenol as a polymerization inhibitor were added and reacted at 60 ° C. with stirring for 5 hours. Thus, a polyhydroxyurethane resin containing an unsaturated group was synthesized. When the hydroxyl value of the obtained resin solution was measured, it was 176 mgKOH / g based on the resin content. The unsaturated group content was 0.3 meq / g, and the proportion of carbon dioxide-derived —O—CO— bonds in the resin content was 15.3% (calculated value from molecular weight in chemical structural formula). Is).
上記で得た樹脂溶液をテトロヒドロフランにて総固形分が40%になるように希釈して塗工液を調製した。そして、基材としての厚み25μmのコロナ処理PETフィルムに、乾燥膜厚が20μmとなるように上記で調製した塗工液をバーコート法で均一に塗布し、40℃で5分間乾燥を行って、基材上に乾燥塗膜が形成された比較用の評価試料とした。 The resin solution obtained above was diluted with tetrohydrofuran so that the total solid content was 40% to prepare a coating solution. Then, the coating liquid prepared above was uniformly applied to the corona-treated PET film having a thickness of 25 μm as a base material by a bar coating method so that the dry film thickness was 20 μm, and dried at 40 ° C. for 5 minutes. A comparative evaluation sample in which a dry coating film was formed on a substrate was used.
[比較例3]
撹拌装置及び大気開放口のある還流器を備えた反応容器内に、製造例1で得た化合物(C−I)を42.8部、ヘキサメチレンジアミン11.6部、さらに、反応溶媒としてテトラヒドロフランを81.6部加え、60℃の温度で撹拌しながら、24時間反応を行った。反応後の溶液の一部をサンプリングしてIRで分析することで、1800cm-1付近のカーボネート基のカルボニル基に由来する吸収(ピーク)が消失していることを確認した。次いで、オクチルイソシアネート(中央化成品株式会社)3.1部及び重合禁止剤としてp−メトキシフェノールを0.01部加え、60℃の温度で撹拌しながら5時間反応することにより、水酸基の一部が飽和炭化水素のオクチル基で置換されたポリヒドロキシウレタン樹脂を合成した。得られた樹脂溶液の水酸基価を測定したところ、樹脂分に対して176mgKOH/gであった。また、この樹脂は、不飽和基を含有せず、二酸化炭素由来の−O−CO−結合の樹脂分に占める割合は15.3%であった(化学構造式上の分子量からの計算値である)。
[Comparative Example 3]
In a reaction vessel equipped with a stirrer and a reflux opening having an air opening, 42.8 parts of the compound (CI) obtained in Production Example 1, 11.6 parts of hexamethylenediamine, and tetrahydrofuran as a reaction solvent. 81.6 parts was added and reacted for 24 hours while stirring at a temperature of 60 ° C. A part of the solution after the reaction was sampled and analyzed by IR, and it was confirmed that absorption (peak) derived from the carbonyl group of the carbonate group in the vicinity of 1800 cm −1 disappeared. Next, 3.1 parts of octyl isocyanate (Chuo Kasei Co., Ltd.) and 0.01 part of p-methoxyphenol as a polymerization inhibitor were added and reacted for 5 hours with stirring at a temperature of 60 ° C. Was synthesized with a polyhydroxyurethane resin substituted with an octyl group of a saturated hydrocarbon. When the hydroxyl value of the obtained resin solution was measured, it was 176 mgKOH / g based on the resin content. Moreover, this resin did not contain an unsaturated group, and the proportion of the carbon dioxide-derived —O—CO— bond in the resin component was 15.3% (calculated from the molecular weight in the chemical structural formula). is there).
上記で得た不飽和基を含有しないポリヒドロキシウレタン樹脂を、テトロヒドロフランにて総固形分が40%になるように希釈して、比較用の塗工液を調製した。そして、基材としての厚み25μmのコロナ処理PETフィルムに乾燥膜厚が20μmとなるように、上記で調製した塗工液をバーコート法で均一に塗布し、40℃で5分間乾燥を行って、基材上に乾燥塗膜が形成された比較用の評価試料とした。 The polyhydroxyurethane resin containing no unsaturated groups obtained above was diluted with tetrohydrofuran so that the total solid content was 40% to prepare a comparative coating solution. Then, the coating liquid prepared above is uniformly applied by a bar coating method to a corona-treated PET film having a thickness of 25 μm as a substrate so that the dry film thickness becomes 20 μm, and dried at 40 ° C. for 5 minutes. A comparative evaluation sample in which a dry coating film was formed on a substrate was used.
[比較例4]
撹拌装置及び大気開放口のある還流器を備えた反応容器内に、製造例2で得た化合物(C−II)を32.0部、メタキシレンジアミン13.6部、さらに、反応溶媒としてテトラヒドロフランを68.4部加え、60℃の温度で撹拌しながら、24時間反応を行った。反応後の溶液の一部をサンプリングしてIRで分析することによって、1800cm-1付近のカーボネート基のカルボニル基に由来する吸収(ピーク)が消失していることを確認した。また、水酸基価を測定したところ、樹脂分に対して246mgKOH/gであった。この樹脂は、不飽和基は含有せず、二酸化炭素由来の−O−CO−結合の樹脂分に占める割合は19.3%であった(化学構造式上の分子量からの計算値である)。
[Comparative Example 4]
32.0 parts of the compound (C-II) obtained in Production Example 2, 13.6 parts of metaxylenediamine, and tetrahydrofuran as a reaction solvent in a reaction vessel equipped with a stirrer and a reflux vessel with an open air port. 68.4 parts was added and reacted for 24 hours while stirring at a temperature of 60 ° C. By sampling a part of the solution after the reaction and analyzing by IR, it was confirmed that absorption (peak) derived from the carbonyl group of the carbonate group in the vicinity of 1800 cm −1 disappeared. Moreover, when the hydroxyl value was measured, it was 246 mgKOH / g with respect to the resin content. This resin did not contain an unsaturated group, and the proportion of carbon dioxide-derived —O—CO— bonds in the resin content was 19.3% (calculated from the molecular weight in the chemical structural formula). .
上記で得た樹脂溶液をテトロヒドロフランにて総固形分が40%になるように希釈して塗工液を調製した。そして、基材としての厚み25μmのコロナ処理PETフィルムに乾燥膜厚が20μmとなるように、上記で調製した塗工液をバーコート法で均一に塗布し、40℃で5分間乾燥を行って、基材上に乾燥塗膜が形成された比較用の評価試料とした。 The resin solution obtained above was diluted with tetrohydrofuran so that the total solid content was 40% to prepare a coating solution. Then, the coating liquid prepared above is uniformly applied by a bar coating method to a corona-treated PET film having a thickness of 25 μm as a substrate so that the dry film thickness becomes 20 μm, and dried at 40 ° C. for 5 minutes. A comparative evaluation sample in which a dry coating film was formed on a substrate was used.
表1に、上記した実施例及び比較例で使用したポリヒドロキシウレタン樹脂の原材料配合を物質量比で記載し、また、表中に、合成後の樹脂分に対する水酸基価、合成後の樹脂化学構造から計算される不飽和基1つ当たりの質量、及び二酸化炭素由来−O−CO−の樹脂分子量に占める割合をまとめて示した。 In Table 1, the raw material composition of the polyhydroxyurethane resin used in the above-mentioned Examples and Comparative Examples is described in a mass ratio, and in the table, the hydroxyl value relative to the resin content after synthesis, the resin chemical structure after synthesis The mass per unsaturated group calculated from the above and the ratio of carbon dioxide-derived —O—CO— to the resin molecular weight are shown together.
<測定方法>
実施例及び比較例の水酸基価、不飽和基含有量、CO2含有量は、以下のようにして測定した。
<Measurement method>
The hydroxyl value, unsaturated group content, and CO 2 content of Examples and Comparative Examples were measured as follows.
(水酸基価)
水酸基価は、JIS K1557−1の測定方法に従って測定した値を記載した。なお、単位はmgKOH/gである。
(Hydroxyl value)
As the hydroxyl value, a value measured according to the measuring method of JIS K1557-1 is described. The unit is mgKOH / g.
(不飽和基含有量)
不飽和基の含有量は、固形組成物単位質量あたりの不飽和基当量を算出し、記載した。なお、単位はmeq/gである。例えば、実施例1の場合、使用したイソシアネートであるカレンズMOIの不飽和基の含有量が1000÷155=6.5meq/gであり、これより、実施例1で得られる固形組成物中の不飽和基の含有量は6.5×3.1部÷(57.6全量)=0.3meq/gとなる。
(Unsaturated group content)
The unsaturated group content was calculated and described as an unsaturated group equivalent per unit mass of the solid composition. The unit is meq / g. For example, in the case of Example 1, the content of unsaturated groups of Karenz MOI, which is the isocyanate used, is 1000 ÷ 155 = 6.5 meq / g. From this, the unsaturation in the solid composition obtained in Example 1 is The content of the saturated group is 6.5 × 3.1 parts ÷ (57.6 total amount) = 0.3 meq / g.
(CO2含有量)
CO2の含有量は、二酸化炭素由来−O−CO−の化合物分子量に占める割合を算出し、記載した。具体的には、不飽和基を持つポリヒドロキシウレタン樹脂の合成反応に使用した化合物(C−I)又は(C−II)を合成する際に使用した、モノマーに対して含まれる二酸化炭素の理論量から算出した計算値を示した。例えば、実施例1の場合、使用した化合物(C−I)の二酸化炭素由来の成分は20.6%であり、これより実施例1で得られる溶液の固形組成物中の二酸化炭素濃度は(42.8部×20.6%)/57.5全量=15.3質量%となる。
(CO 2 content)
The content of CO 2 was calculated and described as the ratio of the carbon dioxide-derived —O—CO— to the compound molecular weight. Specifically, the theory of carbon dioxide contained in the monomer used in synthesizing the compound (CI) or (C-II) used in the synthesis reaction of the polyhydroxyurethane resin having an unsaturated group. The calculated value calculated from the amount is shown. For example, in the case of Example 1, the component derived from carbon dioxide of the used compound (CI) was 20.6%, and the concentration of carbon dioxide in the solid composition of the solution obtained in Example 1 was 42.8 parts × 20.6%) / 57.5 total amount = 15.3 mass%.
<評価試料についての評価方法>
上記の実施例1〜6で得られた基材上に架橋塗膜が形成された各評価試料と、上記比較例1〜4で得られた基材上に乾燥塗膜が形成された比較用の各評価試料について、下記の評価方法で以下の項目を評価した。結果を表2及び表3にまとめて示した。
<Evaluation method for evaluation sample>
Each evaluation sample in which a crosslinked coating film was formed on the substrate obtained in Examples 1 to 6 above and a comparative example in which a dry coating film was formed on the substrate obtained in Comparative Examples 1 to 4 above For each of the evaluation samples, the following items were evaluated by the following evaluation method. The results are summarized in Table 2 and Table 3.
[酸素透過度]
各フィルムについて、JIS K7126に準拠して酸素の透過率を測定し、これをガスバリア性の評価としてた。この値が低いほどガスバリア性に優れると判断できる。具体的には、酸素透過率測定装置(MOCON社製、OX−TRAN2/21ML)を使用して、各フィルム及び基材として使用したPETフィルムの酸素透過率を、23℃相対湿度65%(65%酸素透過度)、及び、23℃相対湿度90%(90%酸素透過度)の条件下で測定し、酸素透過率を測定した。なお、該ガスバリア層の酸素透過度は、測定値から基材の酸素透過度に相当する分を勘案し算出した値を記載している。また、単位は、ml/m2・day・atmであり、500ml/m2・day・atmを超える値については>500と記載した。記載した値が小さいほど、ガスバリア性に優れた塗膜層であると評価できる。
[Oxygen permeability]
About each film, the transmittance | permeability of oxygen was measured based on JISK7126, and this was made into gas barrier property evaluation. It can be judged that the lower the value, the better the gas barrier property. Specifically, using an oxygen transmission rate measuring device (manufactured by MOCON, OX-TRAN2 / 21ML), the oxygen transmission rate of each film and the PET film used as the base material was adjusted to 23 ° C. relative humidity 65% (65 % Oxygen permeability) and a relative humidity of 90% (90% oxygen permeability) at 23 ° C. to measure oxygen permeability. The oxygen permeability of the gas barrier layer is a value calculated from the measured value in consideration of the amount corresponding to the oxygen permeability of the substrate. The unit is ml / m 2 · day · atm, and the value exceeding 500 ml / m 2 · day · atm is described as> 500. It can be evaluated that it is a coating layer excellent in gas barrier property, so that the described value is small.
[湿度依存性]
湿度依存性は、以下の計算方法にて数値化した。この値が小さいほど湿度依存性が少なく、高湿度下でのガスバリア性に優れると判断できる。本発明では、この湿度依存性の値が極めて0に近くなることを目的としている。
(湿度依存性)=(相対湿度90%の酸素透過度)−(相対湿度65%の酸素透過度)
[Humidity dependency]
Humidity dependence was quantified by the following calculation method. It can be judged that the smaller this value is, the less the humidity dependency is and the better the gas barrier property under high humidity. The object of the present invention is to make this humidity dependence value extremely close to zero.
(Humidity dependency) = (Oxygen permeability at 90% relative humidity) − (Oxygen permeability at 65% relative humidity)
[破断点強度]
各フィルムの機械強度を、破断点強度(引張試験)で評価した。破断点強度は、JIS K−7127に準拠して、オートグラフ(島津製作所株式会社製、AGS−J)を使用した測定法によって、室温(25℃)での破断点強度を測定して評価した。
[Strength at break]
The mechanical strength of each film was evaluated by the strength at break (tensile test). The breaking strength was evaluated in accordance with JIS K-7127 by measuring the breaking strength at room temperature (25 ° C.) by a measurement method using an autograph (manufactured by Shimadzu Corporation, AGS-J). .
表3に示したように、実施例1と同様に、不飽和基を有するイソシアネート化合物を使用してポリヒドロキシウレタン樹脂の水酸基の一部を置換して修飾した樹脂を用いた比較例2のコーティング剤であっても、紫外線による硬化がされていない単なる乾燥塗膜の場合は、相対湿度65%及び相対湿度90%の酸素透過度のいずれも悪く、湿度依存性のない高いガスバリア性が実現できないことが確認された。また、同様に、不飽和基を有さないオクチルイソシアネート化合物を使用してポリヒドロキシウレタン樹脂の水酸基の一部を置換して修飾した樹脂を用いた比較例3のコーティング剤を用いた場合も、乾燥塗膜は、相対湿度65%及び相対湿度90%における酸素透過度のいずれも悪く、高いガスバリア性を実現できなかった。 As shown in Table 3, in the same manner as in Example 1, the coating of Comparative Example 2 using a resin modified by substituting a part of the hydroxyl group of a polyhydroxyurethane resin using an isocyanate compound having an unsaturated group Even if it is an agent, in the case of a mere dry coating film that has not been cured by ultraviolet rays, both oxygen permeability at 65% relative humidity and 90% relative humidity is bad, and high gas barrier properties that are not dependent on humidity cannot be realized. It was confirmed. Similarly, when using the coating agent of Comparative Example 3 using a resin modified by substituting a part of the hydroxyl group of the polyhydroxyurethane resin using an octyl isocyanate compound having no unsaturated group, The dry coating film had poor oxygen permeability at a relative humidity of 65% and a relative humidity of 90%, and could not realize high gas barrier properties.
これに対し、不飽和基を有するイソシアネート化合物を使用してポリヒドロキシウレタン樹脂の水酸基の一部を修飾し、且つ、紫外線を用いて、この修飾した不飽和基を重合した実施例1〜6の場合では、ポリヒドロキシウレタン樹脂の水酸基を修飾していない比較例1、4と比べて、相対湿度65%においても、相対湿度90%という高湿度下においても、酸素透過度に殆ど変化がなく、湿度依存性がなく、高いガスバリア性を維持することできることを確認した。ガスバリアフィルムは、収納物の品質維持の要請が極めて高い、医薬品や食品の容器に使用されるため、実施例のフィルムに示されている、高いガスバリア性を、湿度依存性なく維持できたことは、これらの製品(容器)の性能向上において極めて大きな意味を持つ。 In contrast, in Examples 1 to 6 in which a part of the hydroxyl group of the polyhydroxyurethane resin was modified using an isocyanate compound having an unsaturated group, and the modified unsaturated group was polymerized using ultraviolet rays. In this case, compared with Comparative Examples 1 and 4 in which the hydroxyl group of the polyhydroxyurethane resin is not modified, there is almost no change in oxygen permeability even at a relative humidity of 65% and a relative humidity of 90%. It was confirmed that there was no humidity dependence and high gas barrier properties could be maintained. Because gas barrier films are used for containers for pharmaceuticals and foods with extremely high demands for maintaining the quality of stored items, it was possible to maintain the high gas barrier properties shown in the films of the examples without dependence on humidity. , It has great significance in improving the performance of these products (containers).
上記に加えて、イソシアネート化合物由来の不飽和基を重合することにより、機械特性や熱的特性の性能を向上させることができる。なお、修飾量を増やすほどに相対湿度65%の酸素透過度が上がる傾向が認められるため、用途に応じた最適な修飾量を見出すことが、用途に応じた、より最適な機能性フィルムの提供を可能にするためには有効と考えられる。 In addition to the above, it is possible to improve the performance of mechanical properties and thermal properties by polymerizing unsaturated groups derived from isocyanate compounds. As the amount of modification increases, the oxygen permeability at 65% relative humidity tends to increase, so finding the optimal amount of modification according to the application provides a more optimal functional film according to the application. It is considered effective to make this possible.
以上のように、本発明によれば、原材料として二酸化炭素を使用可能な樹脂であるポリヒドロキシウレタン樹脂を用いて、特に高湿度下におけるガスバリア性の低下が殆どない、ガスバリア性の湿度依存性がなく、強度においても優れたガスバリア性フィルムを得ることができ、その実用性がより向上したものとなり、地球環境保護の面からもその利用が期待される。 As described above, according to the present invention, by using a polyhydroxyurethane resin, which is a resin that can use carbon dioxide as a raw material, there is almost no deterioration in gas barrier property, particularly under high humidity, and the humidity dependency of gas barrier property is present. In addition, a gas barrier film excellent in strength can be obtained, and its practicality is further improved, and its use is expected from the viewpoint of protecting the global environment.
Claims (5)
前記不飽和基含有ポリヒドロキシウレタン樹脂が、その水酸基の一部が、下記一般式(5)で示される不飽和基を有する基で置換されている、下記一般式(1)で示される繰り返し単位を有するものであることを特徴とするガスバリア性コーティング剤。
[上記一般式(1)中のXは、脂肪族炭化水素、脂環式炭化水素又は芳香族炭化水素からなるモノマー単位由来の化学構造を示し、該構造中には、酸素原子、窒素原子、硫黄原子又はエステル結合を含んでもよい。Y1は、下記式(2)又は(4)の水酸基を有する化学構造のいずれかを示し、Y2は、下記式(2)又は(3)の水酸基を有する化学構造のいずれかを示し、該Y1及びY2の組み合わせが異なる繰り返し単位が混在していてもよい。さらに、Y1及びY2中の水酸基の一部が、下記一般式(5)の不飽和基を有する基で置換されていることを要する。Zは、脂肪族炭化水素、脂環式炭化水素又は芳香族炭化水素からなるモノマー単位由来の化学構造を示し、該構造中には酸素原子、窒素原子又は硫黄原子を含んでもよい。]
[式(5)中、R1は、炭素数1〜10のアルキレン基であり、酸素原子を含んでいてもよい。R2は、水素原子又はメチル基である。nは1又は2である。] A gas barrier coating agent comprising an unsaturated group-containing polyhydroxyurethane resin, which is cured by ultraviolet rays or electron beams to form a crosslinked resin film,
The unsaturated group-containing polyhydroxyurethane resin is a repeating unit represented by the following general formula (1), wherein a part of the hydroxyl group is substituted with a group having an unsaturated group represented by the following general formula (5). A gas barrier coating agent characterized by comprising:
[X in the general formula (1) are fat-aliphatic hydrocarbons, show the chemical structure derived from a monomer unit composed of an alicyclic hydrocarbon or an aromatic hydrocarbon, in the structure, an oxygen atom, a nitrogen atom , May contain a sulfur atom or an ester bond. Y 1 represents either a chemical structure having a hydroxyl group of the following formula (2) or (4), Y 2 represents either a chemical structure having a hydroxyl group of the following formula (2) or (3), Repeating units having different combinations of Y 1 and Y 2 may be mixed. Furthermore, it is required that a part of the hydroxyl groups in Y 1 and Y 2 is substituted with a group having an unsaturated group of the following general formula (5). Z is alicyclic aliphatic hydrocarbons, show the chemical structure derived from a monomer unit composed of an alicyclic hydrocarbon or aromatic hydrocarbon may contain an oxygen atom, a nitrogen atom or a sulfur atom in the structure. ]
[In Formula (5), R < 1 > is a C1-C10 alkylene group, and may contain the oxygen atom. R 2 is a hydrogen atom or a methyl group. n is 1 or 2. ]
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