特開 2024-180241 多層ポリマー構造体およびその製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024180241

(43)【公開日】2024-12-26

(54)【発明の名称】多層ポリマー構造体およびその製造方法

(51)【国際特許分類】

   B32B 27/36 20060101AFI20241219BHJP

   B65D 65/40 20060101ALI20241219BHJP

   B29C 48/08 20190101ALI20241219BHJP

   B29C 48/21 20190101ALI20241219BHJP

【ＦＩ】

B32B27/36

B65D65/40 D

B29C48/08

B29C48/21

【審査請求】有

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2023189769

(22)【出願日】2023-11-07

(31)【優先権主張番号】112122113

(32)【優先日】2023-06-14

(33)【優先権主張国・地域又は機関】TW

(31)【優先権主張番号】112134992

(32)【優先日】2023-09-14

(33)【優先権主張国・地域又は機関】TW

(71)【出願人】

【識別番号】501296612

【氏名又は名称】南亞塑膠工業股▲分▼有限公司

【氏名又は名称原語表記】ＮＡＮ ＹＡ ＰＬＡＳＴＩＣＳ ＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮ

(74)【代理人】

【識別番号】100204490

【弁理士】

【氏名又は名称】三上 葉子

(72)【発明者】

【氏名】廖 ▲徳▼超

(72)【発明者】

【氏名】曹 俊哲

(72)【発明者】

【氏名】鄭 文瑞

(72)【発明者】

【氏名】劉 岳欣

【テーマコード（参考）】

3E086

4F100

4F207

【Ｆターム（参考）】

3E086AB01

3E086AD01

3E086BA04

3E086BA15

3E086BB90

4F100AK42A

4F100AK42B

4F100AK42C

4F100AT00B

4F100BA02

4F100BA03

4F100EH20

4F100GB16

4F100JA04B

4F100JA12A

4F100JA12C

4F100YY00A

4F100YY00B

4F207AA24

4F207AG01

4F207KA01

4F207KA17

4F207KB26

4F207KL84

(57)【要約】      （修正有）

【課題】多層ポリマー構造体およびその製造方法を提供する。
【解決手段】多層ポリマー構造は、支持層１００および第１表面層１０２を含む。支持層は、ポリエチレンテレフタレートを含む。支持層の融点は、２３５℃～２５２℃である。第１表面層は、支持層の第１表面に位置し、非晶質ポリエチレンテレフタレートを含む。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ポリエチレンテレフタレートを含み、２３５℃～２５２℃の融点を有する支持層と、
前記支持層の第１表面に位置し、非晶質ポリエチレンテレフタレートを含む第１表面層と、
を含む多層ポリマー構造。

【請求項2】

前記第１表面層が、１８モル％～３５モル％の立体障害を有するモノマーを含む請求項１に記載の多層ポリマー構造。

【請求項3】

前記立体障害を有するモノマーが、イソフタル酸、ネオペンチルグリコール、フタル酸、ペンタエリスリトール、プロピレングリコール、イソソルビド、およびポリエチレングリコールの組み合わせのうちの少なくとも１つから選択される請求項２に記載の多層ポリマー構造。

【請求項4】

前記第１表面の反対側にある前記支持層の第２表面に位置し、前記非晶質ポリエチレンテレフタレートを含む第２表面層をさらに含む請求項１に記載の多層ポリマー構造。

【請求項5】

前記支持層の厚さが、前記多層ポリマー構造の厚さの７０％～８８％を占め、前記第１表面層の厚さおよび前記第２表面層の厚さが、それぞれ前記多層ポリマー構造の前記厚さの６％～１５％を占める請求項４に記載の多層ポリマー構造。

【請求項6】

ポリエチレンテレフタレートを含み、２３５℃～２５２℃の融点を有する第１ポリエステルペレットを提供することと、
非晶質ポリエチレンテレフタレートを含む第２ポリエステルペレットを提供することと、
支持層および前記支持層の前記第１表面に位置する第１表面層を共押出しにより形成することと、
を含み、前記支持層の原料が、前記第１ポリエステルペレットを含み、前記第１表面層の原料が、前記第２ポリエステルペレットを含む多層ポリマー構造の製造方法。

【請求項7】

前記第２ポリエステルペレットを提供する方法が、
テレフタル酸とエチレングリコールの間でエステル交換反応を行って、ビス（２－ヒドロキシエチル）テレフタレートを形成することと、
前記ビス（２－ヒドロキシエチル）テレフタレートと立体障害を有するモノマーを共重合して、前記非晶質ポリエチレンテレフタレートを含む前記第２ポリエステルペレットを形成することと、
を含む請求項６に記載の方法。

【請求項8】

前記非晶質ポリエチレンテレフタレートが、１８モル％～３５モル％の前記立体障害を有するモノマーを含む請求項７に記載の方法。

【請求項9】

前記立体障害を有するモノマーが、イソフタル酸、ネオペンチルグリコール、フタル酸、ペンタエリスリトール、プロピレングリコール、イソソルビド、およびポリエチレングリコールの組み合わせのうちの少なくとも１つから選択される請求項８に記載の方法。

【請求項10】

前記支持層、前記支持層の前記第１表面に位置する前記第１表面層、および前記支持層の前記第１表面の反対側にある第２表面に位置する第２表面層を共押出しにより形成することをさらに含み、前記第２表面層の原料が、前記第２ポリエステルペレットを含む請求項６に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、多層ポリマー構造体およびその製造方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

環境保護の意識が高まるにつれ、プラスチック製品のリサイクルがますます注目を集めている。現在、市場に出回っている多くの電子製品は、ダンボールとダンボールに接着された透明なプラスチックケーシングを用いて包装されている。これにより、消費者は、透明なプラスチックケーシングを通して電子製品を直接視認することができる。一般的に、これらの透明なプラスチックケーシングの材料は、ポリエチレンテレフタレート（polyethylene terephthalate, PET）およびポリ（エチレンテレフタレートコ－１，４－シクロヘキシレンジメチレンテレフタレート）（poly (ethylene terephthalateco-1,4-cylclohexylenedimethylene terephthalate), PETG）の共押出し材料である。これは、ＰＥＴを中間支持層とし、ＰＥＴＧを表面接着層として構成されたものである。ＰＥＴＧとＰＥＴは、いずれもポリエステル材料であるが、ＰＥＴＧは、樹脂識別コード（resin identification code）が７に分類され、ＰＥＴは、樹脂識別コードが１に分類されている。これにより、ＰＥＴＧとＰＥＴを一緒にリサイクルすることが難しくなるため、包装材料のリサイクル性を向上させる方法が緊急に必要とされている。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0003】

現在、ＰＥＴとＰＥＴＧの複合材料を包装材料として使用するには、リサイクルが難しいという欠点がある。したがって、リサイクル性を向上させた多層ポリマー構造体を提案する必要がある。

【課題を解決するための手段】

【0004】

本発明の少なくとも１つの実施形態は、支持層および第１表面層を含む多層ポリマー構造体を提供する。支持層は、ポリエチレンテレフタレートを含む。支持層の融点は、２３５℃～２５２℃である。第１表面層は、支持層の第１表面に位置しており、第１表面層は、非晶質ポリエチレンテレフタレートを含む。

【0005】

本発明の少なくとも１つの実施形態は、以下のステップを含む多層ポリマー構造体の製造方法を提供する。まず、第１ポリエステルペレットを提供する。第１ポリエステルペレットは、ポリエチレンテレフタレートを含み、かつ、融点は、２３５℃～２５２℃である。次に、第２ポリエステルペレットを提供する。第２ポリエステルペレットは、非晶質ポリエチレンテレフタレートを含む。支持層および支持層の第１表面上の第１表面層を共押出しにより形成する。支持層の原料は、第１ポリエステルペレットを含み、第１表面層の材料は、第２ポリエステルペレットを含む。

【発明の効果】

【0006】

本発明は、非晶質ポリエチレンテレフタレート（amorphous polyethylene terephthalate）およびポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）を含む多層ポリマー構造体を提供する。非晶質ポリエチレンテレフタレートおよびＰＥＴは、いずれもプラスチック樹脂識別コード＃１に分類されるため、非晶質ポリエチレンテレフタレートを表面層として使用し、ＰＥＴを支持層として使用することによって得られた多層ポリマー構造体は、容易にリサイクルすることができ、省エネルギー、カーボン削減、および環境に優しいといった利点を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】本発明の１つの実施形態に係る多層ポリマー構造体の概略的断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0008】

図１は、本発明の１つの実施形態に係る多層ポリマー構造体の概略的断面図である。図１を参照すると、多層ポリマー構造体１０は、支持層１００および支持層１００の第１表面１０２上に位置する第１表面層２１０を含む。本実施形態において、多層ポリマー構造体１０は、さらに、支持層１００の第２表面１０４上に位置する第２表面層２２０を含む。

【0009】

支持層１００は、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）を含む。いくつかの実施形態において、支持層１００のＰＥＴは、バージンポリエステル（virgin polyester）、リサイクルポリエステル（recycled polyester）、またはその組み合わせを含むことができる。バージンポリエステルは、新たに製造されたポリエステルを指し、リサイクルポリエステルは、物理的にリサイクルされたポリエステルおよび／または化学的にリサイクルされたポリエステルを含むことができる。いくつかの実施形態において、バージンポリエステルおよび／またはリサイクルポリエステルは、ポリエステルペレットを製造するための原料として使用され、その後、支持層１００を形成するための原料として使用される。

【0010】

例えば、リサイクルポリエステルを得る方法は、様々な種類の廃ポリエステル樹脂材料を収集することを含む。その後、収集された廃ポリエステル樹脂材料を種類、色、用途に基づいて分類する。続いて、廃ポリエステル樹脂材料を圧縮および包装してから、廃棄物処理施設へ運ぶ。

【0011】

いくつかの実施形態において、廃ポリエステル樹脂材料は、リサイクルＰＥＴボトル、フィルム材料、繊維などを含むが、本発明はこれらに限定されない。ボトルキャップ、ラベル、接着剤などの廃ポリエステル樹脂材料上の他の成分を除去する。その後、浮遊法などの方法を使用して、廃ポリエステル樹脂材料を切断、粉砕、および分離し、ＰＥＴボトル内の異なる材料で作られたボトルネック、ライナー、本体を分離する。そして、粉砕された廃ポリエステル樹脂材料を乾燥させて、後続の製造工程用の加工済みリサイクルポリエステル材料（すなわち、リサイクルポリエチレンテレフタレート（recycled polyethylene terephthalate, r-PET））を得る。

【0012】

リサイクルポリエステル材料をさらに加工して、リサイクルポリエステルペレットを得る。リサイクルポリエステルペレットは、物理的にリサイクルされたポリエステルペレットまたは化学的にリサイクルされたポリエステルペレットであってもよい。

【0013】

いくつかの実施形態において、物理的にリサイクルされたポリエステルペレットは、物理的にリサイクルされた従来のポリエステルペレットおよび物理的にリサイクルされた変性ポリエステルペレットを含む物理的なリサイクル方法によって製造されたポリエステル樹脂を指す。物理的にリサイクルされた従来のポリエステルペレットは、リサイクル過程中に機能性添加剤を一切含まない。しかしながら、物理的にリサイクルされた変性ポリエステルペレットは、リサイクル過程中に機能性添加剤（例えば、潤滑剤、着色剤、耐候剤、マット化剤）を添加して、異なる機能性を有する物理的にリサイクルされた変性ポリエステルペレットを製造する。

【0014】

支持層１００中のＰＥＴは、固有粘度（intrinsic viscosity, IV）が０．７２ｄＬ／ｇ～０．８４ｄＬ／ｇの範囲であり、好ましい範囲は、０．７６ｄＬ／ｇ～０．８０ｄＬ／ｇである。固有粘度が０．７２以下になると、材料の粘度が低すぎるため、押出シートの形成が悪くなり、衝撃強度が低下する。固有粘度が０．８４を超えると、材料の粘度が高すぎるため、シート生産速度が２０％以上低下し、加工温度に必要なエネルギーも増大する。いくつかの実施形態において、ＰＥＴの固有粘度は、固体粘度増加法および／または液体粘度増加法を含む粘度増強プロセスにより増加させることができる。

【0015】

いくつかの実施形態において、化学的にリサイクルされたポリエステルペレットの製造過程は、リサイクルポリエステル材料（ＰＥＴボトルフレークなど）を切断することと、切断したフレークを化学的脱重合溶液に入れることを含む。これにより、リサイクルポリエステル材料中のポリエステル分子が分解し、リサイクルポリエステル材料の脱重合が達成される。さらに、短い重合鎖および１つのジカルボン酸単位と２つのジオール単位からなるエステルモノマー、例えば、ビス（２－ヒドロキシエチル）テレフタレート（bis(2-hydroxyethyl) terephthalate, BHET）を有するポリエステル組成物を得ることが可能である。そして、オリゴマー混合物を分離および精製してから、オリゴマー混合物の再重合を行って、化学的にリサイクルされたポリエステルペレットを生成する。いくつかの実施形態において、化学的再製造過程中に機能性添加剤（例えば、潤滑剤、着色剤、耐候性改良剤、マット化剤）をオリゴマー混合物に添加することができる。その後、重合を行って、異なる機能性を有する化学的にリサイクルされた変性ポリエステルペレットを得る。

【0016】

支持層１００中のＰＥＴは、結晶性であるため、２３５℃～２５２℃の融点を有する。いくつかの実施形態において、支持層１００中のＰＥＴは、室温（約２３℃）で９％以上の結晶性を有する。いくつかの実施形態において、支持層１００中のＰＥＴの冷却結晶化温度（cooling crystallization temperature, Tcc）は、１６０℃～１９０℃である。

【0017】

第１表面層２１０および第２表面層２２０は、それぞれ支持層１１０の第１表面１０２および第２表面１０４上に位置する。第１表面層２１０および第２表面層２２０は、非晶質ポリエチレンテレフタレートを含む。いくつかの実施形態において、第１表面層２１０および第２表面層２２０は、非晶質ポリエチレンテレフタレートポリエステルペレットを原料として使用することによって形成される。

【0018】

いくつかの実施形態において、テレフタル酸（terephthalic acid, PTA）とエチレングリコール（ethylene glycol, EG）の間でエステル交換反応を行って、ビス（２－ヒドロキシエチル）テレフタレート（ＢＨＥＴ）を形成する。その後、ＢＨＥＴと立体障害を有するモノマーを共重合して、非晶質ポリエチレンテレフタレートを形成する。いくつかの実施形態において、非晶質ポリエチレンテレフタレートは、１８モル％～３５モル％の立体障害を有するモノマーを含む。いくつかの実施形態において、立体障害を有するモノマーは、イソフタル酸、ネオペンチルグリコール、フタル酸、ペンタエリスリトール、プロピレングリコール、イソソルビド、およびポリエチレングリコールの組み合わせのうちの少なくとも１つから選択される。立体障害を有するモノマーの含有量を調整することによって、ＰＥＴの結晶化速度を遅らせて、非晶質ポリエチレンテレフタレートの調製を容易にすることができる。いくつかの実施形態において、第１表面層２１０および第２表面層２２０中の非晶質ポリエチレンテレフタレートは、非晶質（融点なし）材料であり、温度がそのガラス転移温度を超えると軟化現象を示すため、接着層として使用するのに適している。いくつかの実施形態において、第１表面層２１０および第２表面層２２０中の非晶質ポリエチレンテレフタレートのガラス転移温度は、６０℃～８０℃の間であり、非晶質ポリエチレンテレフタレートは、融点および冷却結晶化温度（Ｔｃｃ）を有さない。

【0019】

上述した非晶質ポリエチレンテレフタレート材料を切断および粒状化して、非晶質ポリエチレンテレフタレートのポリエステルペレットを得る。いくつかの実施形態において、スクリュー押出造粒機によって粒状化することによって、上述した非晶質ポリエチレンテレフタレート材料を粒状のポリエステルペレットにする。

【0020】

最後に、ＰＥＴのポリエステルペレットと非晶質ポリエチレンテレフタレートのポリエステルペレットを原料として使用して共押出しを行い、支持層１００、第１表面層２１０、および第２表面層２２０を形成する。支持層１００の原料は、ＰＥＴ製のポリエステルペレット（第１ポリエステルペレットとも称す）を含み、第１表面層２１０および第２表面層２２０の原料は、非晶質エチレンテレフタレートの非晶質ポリエステルペレット（第２ポリエステルペレットとも称す）を含む。第１ポリエステルペレットおよび第２ポリエステルペレットをそれぞれ押出機に投入し、共押出し工程によって多層ポリマー構造１０を生成する。

【0021】

いくつかの実施形態において、多層ポリマー構造１０の厚さＴは、０．１５ｍｍ～１．４ｍｍである。いくつかの実施形態において、支持層１００の厚さＴ１は、多層ポリマー構造１０の厚さＴの７０％～８８％を占め、第１表面層２１０の厚さＴ２および第２表面層２２０の厚さＴ３は、それぞれ多層ポリマー構造１０の厚さＴの６％～１５％を占める。

【0022】

いくつかの実施形態において、共押出し工程を行った後、得られた多層ポリマー構造１０を冷却ホイール（cooling wheel）などにより冷却する。そして、冷却された多層ポリマー構造１０を巻き取り、最終的に、要求に応じて成形および熱シール工程（例えば、高周波熱シール、熱ラミネーションなど）を行う。本実施形態において、多層ポリマー構造１０内の第１表面層２１０および第２表面層２２０の軟化温度（またはガラス転移温度）は、支持層１００よりも低い。その結果、加熱したとき、第１表面層２１０および第２表面層２２０が容易に軟化して、他のコンポーネントを接着するための接着層として機能することが可能となる。

【0023】

表１は、いくつかの実施例における様々な立体障害モノマーを有する非晶質ポリエチレンテレフタレートの組成および物理的特性とＰＥＴＧの物理的特性の比較を示したものである。

【0024】

【表1】

【0025】

表１において、実施例１～実施例３の非晶質ポリエチレンテレフタレートには、追加の粘度増加工程を適用していない。また、非晶質ポリエチレンテレフタレートの固有粘度は、支持層に使用されたＰＥＴに適した固有粘度範囲（０．７２ｄＬ／ｇ～０．８４ｄＬ／ｇ）よりも低い。表２は、いくつかの実施例といくつかの比較例の間の多層ポリマー構造の特性を比較したものである。表２の多層ポリマー構造は、２つの表面層および表面層の間に挟まれた支持層から成る。

【0026】

【表2】

【0027】

表２からわかるように、非晶質ポリエチレンテレフタレートを表面層として使用した多層ポリマー構造の特性は、高周波熱シールや熱ラミネーションなどの熱シール工程を行った後、ＰＥＴＧの特性と類似している。さらに、実施例４および実施例５の多層ポリマー構造は、ＰＥＴＧを表面層として使用した比較例１と比較して、高い衝撃抵抗性を示している。また、実施例４～実施例６の多層ポリマー構造は、落下球衝撃試験において破断がないため、パッケージ材料、カード、電子デバイスなどの製品の他のパッケージ部品として使用するのに適している。さらに、非晶質ポリエチレンテレフタレートおよびＰＥＴは、いずれもプラスチック樹脂識別コード＃１に分類されるため、非晶質ポリエチレンテレフタレートを表面層として使用し、ＰＥＴを支持層として使用することによって得られた多層ポリマー構造は、容易にリサイクルすることができ、それにより、エネルギー節約、カーボン削減、および環境に優しいといった利点を提供することができる。

【産業上の利用可能性】

【0028】

本発明の多層ポリマー構造およびその形成方法は、パッケージ構造およびその製造方法に適用することができる。

【符号の説明】

【0029】

１０ 多層ポリマー構造
１００ 支持層
１０２ 第１表面
１０４ 第２表面
２１０ 第１表面層
２２０ 第２表面層
Ｔ、Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３ 厚さ

【図1】

【外国語明細書】