(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-11-27
(45)【発行日】2023-12-05
(54)【発明の名称】天然油によるポリ乳酸のエステル交換反応からのポリエステルを使用したラミネート接着剤
(51)【国際特許分類】
C09J 175/06 20060101AFI20231128BHJP
B32B 27/00 20060101ALI20231128BHJP
B32B 27/36 20060101ALI20231128BHJP
B65D 65/40 20060101ALI20231128BHJP
C08G 18/42 20060101ALI20231128BHJP
C08G 63/91 20060101ALI20231128BHJP
C09J 167/04 20060101ALI20231128BHJP
【FI】
C09J175/06
B32B27/00 D
B32B27/36
B65D65/40 D
C08G18/42 088
C08G63/91
C09J167/04
(21)【出願番号】P 2020554471
(86)(22)【出願日】2019-03-28
(86)【国際出願番号】 US2019024478
(87)【国際公開番号】W WO2019195066
(87)【国際公開日】2019-10-10
【審査請求日】2022-03-25
(32)【優先日】2018-04-06
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(73)【特許権者】
【識別番号】391008825
【氏名又は名称】ヘンケル・アクチェンゲゼルシャフト・ウント・コムパニー・コマンディットゲゼルシャフト・アウフ・アクチェン
【氏名又は名称原語表記】Henkel AG & Co. KGaA
【住所又は居所原語表記】Henkelstrasse 67,D-40589 Duesseldorf,Germany
(74)【代理人】
【識別番号】100106297
【氏名又は名称】伊藤 克博
(72)【発明者】
【氏名】ケニオン、 グラント ビー.
(72)【発明者】
【氏名】ムガヤ、 アレクサンダー ピー.
(72)【発明者】
【氏名】チャン、 ジェンミェン
(72)【発明者】
【氏名】ラマリンガム、 バラスブラマニアム
【審査官】仁科 努
(56)【参考文献】
【文献】米国特許出願公開第2017/0002240(US,A1)
【文献】国際公開第2017/136373(WO,A1)
【文献】国際公開第2011/074328(WO,A1)
【文献】特開2005-089712(JP,A)
【文献】特開2018-051796(JP,A)
【文献】米国特許出願公開第2018/0327545(US,A1)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
C09J 175/06
C08G 63/91
C08G 18/42
B32B 27/36
B32B 27/00
B65D 65/40
C09J 167/04
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
イソシアネート官能性成分と反応して二成分積層接着剤を形成するためのイソシアネート反応性成分であって、高分子ポリ乳酸と少なくとも1つの天然油を含む反応混合物のエステル交換生成物、および
少なくとも2つの一級ヒドロキシル基および少なくとも2つの二級ヒドロキシル基を有する高OH官能性ポリオール生成物を含む、イソシアネート反応性成分。
【請求項2】
反応混合物が、高分子ポリ乳酸、少なくとも1つの天然油、およ
び50
~2000ダルトンの分子量を有するジオールを含む、請求項1に記載のイソシアネート反応性成分。
【請求項3】
反応混合物が、反応混合物の総重量に基づいて50~85重量%の量で存在するポリ乳酸、反応混合物の総重量に基づいて13~30重量%の量で存在する少なくとも1つの天然油、反応混合物の総重量に基づいて2~36重量パーセントの量で存在するジオール、および
任意でエステル交換触媒を含む、請求項1または2に記載のイソシアネート反応性成分。
【請求項4】
少なくとも70%の範囲の再生可能含有量を有する、請求項1~3のいずれか1項に記載のイソシアネート反応性成分。
【請求項5】
25℃での粘度が3000~20000cpsである、請求項1~4のいずれか1項に記載のイソシアネート反応性成分。
【請求項6】
天然油がヒマシ油および/または大豆油である、請求項1~
5のいずれか1項に記載のイソシアネート反応性成分。
【請求項7】
成分Aおよび成分Bを含み、1分子あたり2以上の末端イソシアネート基を有するイソシアネート官能化化合物を含む成分A、および請求項1~
6のいずれか1項に記載のイソシアネート反応性成分を含む成分Bとを含有する、柔軟性包装材料を積層するための二成分接着剤。
【請求項8】
イソシアネート官能化化合物が、1以上のポリイソシアネートを使用して調製される、請求項
7に記載の二成分接着剤。
【請求項9】
イソシアネート官能化化合物が、ジフェニルメタンジイソシアネート、ジフェニルメタンジイソシアネートの改質バージョン、およびそれらの組み合わせを使用して調製される、請求項
7に記載の二成分接着剤。
【請求項10】
イソシアネート官能化化合物が、少なくとも1つのポリオールと過剰のポリイソシアネートとのポリウレタンプレポリマー反応生成物を含む、請求項
7に記載の二成分接着剤。
【請求項11】
請求項
7~
10のいずれか1項に記載の二成分接着剤の硬化反応生成物。
【請求項12】
200g/インチの最小室温結合強度を有する、請求項
7~
10のいずれか1項に記載の二成分接着剤の硬化反応生成物。
【請求項13】
400g/インチの最小室温結合強度を有する、請求項
7~
10のいずれか1項に記載の二成分接着剤の硬化反応生成物。
【請求項14】
第一のフィルム表面と第二のフィルム表面との間に配置された、請求項
7~
10のいずれか1項に記載の二成分接着剤を含む柔軟性ラミネート。
【請求項15】
第一のフィルム表面と第二のフィルム表面との間に配置された、請求項
7~
10のいずれか1項に記載の二成分接着剤の硬化反応生成物を含む柔軟性ラミネート。
【請求項16】
柔軟性ラミネートの層の間に配置された食品を含む食品容器であって、柔軟性ラミネートは、隣接するフィルムを結合する請求項
7~
10のいずれか1項に記載の二成分接着剤の硬化反応生成物を含む、食品容器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
第一の成分がNCO-末端ポリウレタンプレポリマーなどのイソシアネート官能化化合物を含み、第二の成分がポリオールのイソシアネート反応性混合物を含み、その少なくとも一つが天然油による高分子ポリ乳酸のエステル交換生成物を含む二成分積層接着剤が開示される。その二つの成分が組み合わされ、得られた接着剤を使用して柔軟な包装材料を形成できる。
【背景技術】
【0002】
製品の包装は、密封された金属缶やガラス瓶から、袋などの密封された柔軟な包装に変化してきている。一例として、マグロは現在、伝統的な金属缶と柔軟な袋の両方で利用できる。食品やその他の製品を充填し、密閉または密封した場合の柔軟な包装は、ユーザーの操作によって形状を簡単に変更できる。柔軟な包装は、通常、内部に空洞を形成するため、それらの周囲の大部分を覆って密封される柔軟な包装材料の二層から調製される。常、柔軟な包装材料の二層は、熱と圧力を加えて包装の周囲の薄い部分の周りで層を融合させることによってヒートシールされる。食品または他の製品は、開口部を通して空洞に配置され、開口部は、開口部層を一緒にヒートシールすることによって閉じられる。密封された包装と同封の製品は、保存目的で加熱することができる。一部の要求の厳しい使用では、密封された包装と同封の製品をレトルト処理して、100℃以上の温度に加熱することができる。
【0003】
柔軟な包装材料は、2層以上のフィルムをラミネートすることによって調製される。各フィルムは特定の特性のために選択される。例えば、柔軟な包装材料は、三層のラミネートにすることができる。内層は包装製品に接触するだろう。ポリプロピレンは、ヒートシール性と同様に、望ましい製品接触特性とを備えており、内層として使用できる。任意の中間層を使用して、湿気、酸素、および/または光に対するバリアを提供することができる。金属フィルムまたはホイルは望ましいバリア特性を有し、アルミホイルなどの金属フィルムを中間層として使用することができる。外層は包装を保護し、内容、包装日、警告などの情報を印刷するために表面も提供する。ポリエステルフィルムは丈夫で、印刷インクを受け入れることができ、外層として使用できる。柔軟な包装材料は、厚さが約13~約75μm(0.0005インチ~0.003インチ)の範囲である。
【0004】
柔軟性包装材料の各層は、接着剤によって隣接する層に結合される。接着剤は、グラビアまたはスムースロールコーティングシリンダーを使用して適切な溶剤の溶液から、または特殊な塗布用途機械を使用して無溶剤状態から層に塗布することができ、その層は隣接する層にラミネートされる。ラミネートされた包装材料は、必要に応じて乾燥され、ロールに蓄積される。
【0005】
接着剤には多くの可能な種類があるが、ポリウレタンベースの接着剤は、各層の材料への良好な接着、高い剥離強度、ヒートシールやレトルトなどの耐熱性、食品への耐性など、多くの望ましい特性があるため、柔軟な包装材料での使用に適している。通常、二液型ポリウレタン接着剤が使用される。第一の成分は、過剰のジイソシアネートと、一分子あたり二以上の活性水素基を含むポリエーテルおよび/またはポリエステルとの反応によって得られる(イソシアネート官能性)ポリウレタンプレポリマーを含むイソシアネート部分である。第二の成分は通常ポリオールである。二つの成分は、使用直前に組み合わされて成分間の硬化反応を開始し、ラミネートされるフィルム表面に適用される。
【0006】
溶剤は、一部のポリウレタンラミネート接着剤の希釈剤として使用される。これらの混合接着剤の粘度が高すぎ、ロールツーロールラミネートプロセスで液体の形で確実に塗布できないためである。溶剤ベースまたは水ベースのラミネート接着剤は、溶剤または水をオーブンで効果的に除去できる塗布速度に制限される。溶剤ベースおよび水ベースのラミネート接着剤の一般的なライン速度は、乾燥制限のため、300~600フィート/分である。無溶剤ラミネート接着剤(100%固形分で塗布でき、有機溶剤も水も含まない接着剤)は、乾燥工程で接着剤から除去されなければならない溶剤や水がないため、非常に高速の線速度で塗布して実施できるという明確な利点がある。無溶剤型接着剤の一般的な線速度は900~2000フィート/分であり、溶剤ベースおよび水ベースのラミネート接着剤では不可能な線速度である。したがって、無溶剤ラミネート接着剤は、溶剤ベースまたは水性接着剤に比べて明確な利点がある。
【0007】
一部の無溶剤ポリウレタンラミネート接着剤は、包装材料のラミネートに使用するのに適した粘度を達成するために、100℃に加熱する必要がある。これらの高温は、達成および制御が難しく、エネルギー効率が良くない。塗布温度を下げるために、第一成分のポリウレタンプレポリマー分子量は下げることができるが、接着剤混合物に別の成分、通常はポリオールのブレンドを加えることによって、不足している分子量を回復する必要がある。これらの改質ポリウレタンラミネート接着剤の塗布温度は約40℃まで下げることができる。
【0008】
硬化した接着剤は、室温および食品の包装、加工、および提供中に遭遇する高温の両方で層間剥離を防ぎ、食品を含むために適切な剥離強度を提供しなければならない。硬化した接着特性は、食品との接触による影響も受けてはならない。
【0009】
食品包装の用途での柔軟な包装材料の使用を管理する多くの規制がある。当然のことながら、規制では、食品と接触したときに食品包装が安全であることが求められる。未反応のイソシアネートモノマーなどの接着剤成分の食品への移行が懸念される。ラミネート接着剤中の過剰なイソシアネートは、包装製品の水分と反応して、第一級芳香族アミンを形成する可能性がある。米国FDAは、食品接触に使用される柔軟な包装材料中の第一級芳香族アミンの濃度が検出限界(BfR試験法とも呼ばれる移行試験で試験した場合は2ppb)未満であることを要求している。1つの解決策は、接着剤成分が完全に反応するまで、柔軟な包装材料を保管しておくことである。接着剤成分が完全に反応した後、柔軟な包装材料は袋に形成される。残念ながら、低分子量のプレポリマーとポリオールを使用して接着剤をラミネートする場合、これには数週間までの長い時間がかかり、使用する前に大量の高価なラミネート材料を保管する必要がある。
【0010】
天然由来の材料を使用することも望ましい。これは、持続可能性に関する懸念を軽減し、石油由来の材料への依存を排除するのにも有利である。ポリ乳酸(PLA)は、手頃な価格のテクニカルグレードとして入手可能な天然由来の材料の1つである。PLAは現在袋やフィルムに使用されている。医療グレードは、生体適合性と長期的な生分解性を必要とする医療用途での使用に広く使用されている。ただし、現在のPLAフィルムは、許容できる強度、伸び、および耐食性に欠けるため、食品包装の用途での使用には適していない。
【0011】
米国特許公開番号2017/0002240号は、天然由来の材料を組み込んだラミネート接着剤の一つの試みを開示している。しかしながら、本開示は、OPP/OPPおよびPET/PEラミネートでの使用についてのみ言及しており、他の商業的に重要な基板への接着については言及していない。この開示はまた、ヒートシール強度などのラミネート接着剤の他の重要な特性についても言及していない。また、そこに開示されているポリオールブレンドは、貯蔵中に相分離する可能性があり、硬化した接着剤は、いくつかの食品包装の用途で使用するための多くの食品に対して十分な耐性を持たない可能性がある。
【0012】
同様に、米国特許公開番号2015/019635号は、感圧接着剤用のOH成分ブレンドの成分としてのポリ乳酸反応生成物の使用を開示している。開示された接着剤の性能は、柔軟な食品包装におけるラミネート接着剤としての使用には適していない。
【0013】
天然由来の材料を含むラミネート接着剤を提供することが望ましい。
【0014】
硬化した接着剤が、室温および高温の両方で食品を閉じ込めるための適切な結合強度を提供することができる、天然由来の材料を含むラミネート接着剤を提供することも望ましい。硬化した接着特性は、食品との接触後の接着強度も改善される必要がある。
【0015】
硬化した接着剤が食品との接触後の接着強度を改善した、天然由来の材料を含むラミネート接着剤を提供することも望ましい。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0016】
本開示は、成分Aおよび成分Bを含む二成分積層接着剤を提供する。成分Aは、イソシアネート官能化化合物を含む。成分Bは、ポリオールの特定の混合物を含み、その少なくとも1つは、高分子ポリ乳酸と天然油とのエステル交換生成物を含む。
【課題を解決するための手段】
【0017】
一実施形態では、成分Bは、ポリオールの特定の混合物を含み、その少なくとも1つは、ジオールを有する高分子ポリ乳酸と天然油とのエステル交換生成物を含む。
【0018】
エステル交換生成物を含む開示された成分Bは、ユーザーが石油ベースのラミネート接着剤に匹敵するコストで持続可能性を高めることを可能にする。また、適切なイソシアネート成分と組み合わせて、食品用の柔軟な包装の製造に望ましい耐熱性、耐製品性、および接着強度を提供する。
【0019】
一実施形態では、柔軟な包装材料は、成分AおよびBを組み合わせて混合してラミネート接着剤を調製することによって形成される。混合接着剤は、既知の装置を使用して選択されたフィルム上に配置され、フィルムはラミネートされ、接着剤は硬化されて柔軟な包装材料を形成する。
【0020】
開示される化合物には、あらゆる異性体および立体異性体が含まれる。一般に、開示された組成物は、本明細書に開示された任意の適切な成分を含む、からなるか、または本質的にそれからなるように交互に処方され得る。開示された組成物は、追加的に、または代替的に、開示された機能および/または目的の達成に必要ではない先行技術の組成物で使用される成分、材料、原料、補助剤または種を欠くか、または実質的に含まないように処方される。
【0021】
本明細書で数値に関連して使用される「約」または「ほぼ」または「おおよそ」という用語は、数値±10%、好ましくは±5%、より好ましくは±1%以下を指す。
【図面の簡単な説明】
【0022】
【
図1】2つのエステル交換されたポリエステルポリオール反応生成物と比較のポリオール反応生成物とを比較するGPCクロマトグラムである。
【0023】
(発明の詳細な説明)
本明細書で使用される場合、%は、特に明記されていない限り、重量によるものである。本明細書で使用される場合、分子量は、特に明記しない限り、数平均分子量(Mn)を指す。本明細書で使用される場合、mgはミリグラムを意味し、gはグラムを意味する。molはモルを意味する。mmolはミリモルを意味する。mlはミリリットルを意味し、Lはリットルを意味する。gaはゲージを意味する。「OH数」という用語は、ポリマーのヒドロキシル価を意味し、遊離ヒドロキシル基を含む試験ポリマー1gのアセチル化に取り込まれた酢酸を中和するのに必要な水酸化カリウムのmg数として定義される。室温は、室内の周囲湿度で20~25℃である。
【0024】
すぐに使用できる形態の開示された柔軟性包装の接着剤は、成分Aおよび成分Bの実質的に均質な混合物を含む。成分AおよびBは、別々に保管され、使用直前に所定の比率で混合される。成分を混合すると、成分Aのイソシアネート基と成分BのポリオールのOH基の間で比較的迅速な反応が始まる。
【0025】
成分A
成分Aは、1分子あたり2以上の末端イソシアネート基を有する少なくとも1つの化合物を含む。イソシアネート基は通常、遊離の-NCO基であるが、ブロックまたはマスクされた-NCO基にすることもできる。一実施形態では、成分Aは、1以上のポリイソシアネートを使用して調製される。成分Aが1以上のポリイソシアネートを含むことができるか、1以上のポリイソシアネートの反応生成物を含むことができるか、または両方を含むことができることを示すことから調製される。成分Aの一実施形態は、1以上のイソシアネート官能化ポリウレタンプレポリマーを使用する。本開示の文脈において、ポリウレタンプレポリマーは、例えば、ポリオール成分(または他の活性水素官能化化合物)と、少なくとも2つの官能性を有する少なくとも1つのポリイソシアネートとの反応から生じるような化合物である。「ポリウレタンプレポリマー」という用語は、例えば、ポリオールと過剰のポリイソシアネートとの反応から形成されるような比較的低分子量を有する化合物だけでなく、オリゴマーまたはポリマー化合物も包含する。同様に、「ポリウレタンプレポリマー」という用語に含まれるのは、例えば、3価または4価のポリオールと、ポリオールと比較してモル過剰のポリイソシアネートとの反応から形成される化合物である。
【0026】
過剰の未反応のポリイソシアネートモノマーは、任意選択で、例えば蒸留などの任意の既知の方法によって最初に得られたポリウレタンプレポリマー反応生成物から除去して、望ましい低レベルのポリイソシアネートモノマー(例えば、1重量%未満)を有するプレポリマーを提供することができる。
【0027】
ポリウレタンプレポリマーは、通常、少なくとも1つのポリイソシアネート、好ましくはジイソシアネートと、イソシアネート基に対して反応性のある複数の官能基を有する少なくとも1つの成分、一般にポリオール成分とを反応させることによって調製される。分子量は少なくともおよそOH基とイソシアネート基の比率によって制御することができる。
【0028】
ポリウレタンプレポリマーを調製するために使用されるポリオール成分は、1つのポリオールのみを含み得るが、2以上のポリオールの混合物をポリオール成分として使用することも可能である。ポリオールとは、多官能性アルコール、すなわち分子内に2以上のOH基を有する化合物を意味する。これらは、例えば、1分子あたり2~4個のOH基を有する脂肪族アルコールである。OH基は、一次または二次であり得る。適切な脂肪族アルコールの例には、エチレングリコール、プロピレングリコール、ブタン-1,4-ジオール、ペンタン-1,5-ジオール、ヘキサン-1,6-ジオール、ヘプタン-1,7-ジオール、オクタン-1,8-が含まれる。ジオールおよびそれらのより高い同族体または異性体は、それぞれの場合に1つのCH2基による炭化水素鎖の段階的伸長から、または炭素鎖への分岐の導入により、形式的な意味をもたらす。同様に、適切なのは、例えば、グリセロール、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール、および前記物質のオリゴマーエーテルなどの高級多官能性アルコールとまたは2以上の前記エーテルの相互の混合物である。
【0029】
ポリオール成分として、ポリエーテルポリオールと呼ばれる、低分子量多官能性アルコールとアルキレンオキシドとの反応生成物をさらに使用することも可能である。アルキレンオキシドは、好ましくは2~4の炭素原子を有する。適切な例として、エチレングリコール、プロピレングリコール、異性体ブタンジオール、ヘキサンジオールまたは4,4’-ジヒドロキシ-ジフェニルプロパンと、エチレンオキシド、プロピレンオキシドまたはブチレンオキシド、またはそれらの2以上の混合物との反応生成物である。さらに、グリセロール、トリメチロールエタンまたはトリメチロールプロパンなどの多官能性アルコール、ペンタエリスリトール、糖または糖アルコール、またはそれらの2以上の混合物と、前記アルキレンオキシドとの反応生成物が、ポリエーテルポリオールを形成するのに適している。特に適切なポリエーテルポリオールは、約100~約10,000、好ましくは約200~約5,000の分子量を有するものである。同様に、ポリオール成分として適切なものは、例えば、テトラヒドロフランの重合から形成されるようなポリエーテルポリオールである。
【0030】
ポリエーテルポリオールは、反応性水素原子を有する出発化合物をアルキレンオキシド、例えば、エチレンオキシド、プロピレンオキシド、ブチレンオキシド、スチレンオキシド、テトラヒドロフランまたはエピクロロヒドリンまたはそれらの2以上の混合物と反応させることにより、当業者に知られている方法を使用して合成することができる。適切な出発化合物の例は、水、エチレングリコール、プロピレン1,2-グリコールまたは1,3-グリコール、ブチレン1,4-グリコールまたは1,3-グリコール、ヘキサン-1,6-ジオール、オクタン-1,8-ジオール、ネオペンチルグリコール、1,4-ヒドロキシメチルシクロヘキサン、2-メチル-1,3-プロパンジオール、グリセロール、トリメチロールプロパン、ヘキサン-1,2,6-トリオール、ブタン-1,2,4-トリオール、トリメチロールエタン、ペンタエリスリトール、マンニトール、ソルビトール、メチルグリコシド、糖、フェノール、イソノニルフェノール、レゾルシノール、ヒドロキノン、1,2,2-または1,1,2-トリス(ヒドロキシフェニル)エタン、アンモニア、メチルアミン、エチレンジアミン、テトラまたはヘキサメチレンアミン、トリエタノールアミン、アニリン、フェニレンジアミン、2,4-および2,6-ジアミノトルエンおよびポリフェニルポリメチレン-ポリアミン(アニリン-ホルムアルデヒド縮合によって得られるものなど)、またはそれらの2以上の混合物である。
【0031】
同様に、ポリオール成分としての使用に適しているのは、ビニルポリマーによって修飾されたポリエーテルポリオールである。この種の生成物は、例えば、ポリエーテルポリオールの存在下でスチレンまたはアクリロニトリル、あるいはそれらの混合物を重合することによって入手可能である。
【0032】
約200~約10,000の分子量を有するポリエステルポリオールも同様に、ポリオール成分として適切である。したがって、例えば、低分子量アルコール、特にエチレングリコール、ジエチレングリコール、ネオペンチルグリコール、ヘキサンジオール、ブタンジオール、プロピレングリコール、グリセロールまたはトリメチロールプロパンをカプロラクトンと反応させることによって形成されたポリエステルポリオールを使用することが可能である。同様に、ポリエステルポリオールを調製するための多官能性アルコールとして適切なものは、1,4-ヒドロキシメチルシクロヘキサン、2-メチル-1,3-プロパンジオール、ブタン-1,2,4-トリオール、トリエチレングリコール、テトラエチレングリコール、ポリエチレングリコール、ジプロピレングリコール、ポリプロピレングリコール、ジブチレングリコール、およびポリブチレングリコールである。
【0033】
さらに適切なポリエステルポリオールは、重縮合によって調製可能である。例えば、二官能性および/または三官能性アルコールは、化学量論量以下の量のジカルボン酸および/またはトリカルボン酸、またはそれらの反応性誘導体と縮合して、ポリエステルポリオールを形成することができる。適切なジカルボン酸の例は、アジピン酸またはコハク酸、および最大16個の炭素原子を有するそれらのより高い同族体、マレイン酸またはフマル酸などの不飽和ジカルボン酸、および芳香族ジカルボン酸、特にフタル酸、イソフタル酸などの異性体フタル酸である。酸またはテレフタル酸。適切なトリカルボン酸の例は、クエン酸またはトリメリット酸である。これらの酸は、個別に、またはそれらの2以上の混合物として使用することができる。本開示において特に適切なのは、残留OH基含有量を有する前記ジカルボン酸およびグリセロールのうちの少なくとも1つから形成されるポリエステルポリオールである。特に適切なアルコールは、ヘキサンジオール、エチレングリコール、ジエチレングリコールまたはネオペンチルグリコール、あるいはそれらの2以上の混合物である。特に適切な酸は、イソフタル酸またはアジピン酸またはそれらの混合物である。
【0034】
高分子量のポリエステルポリオールには、例えば、多官能性アルコール、好ましくは二官能性アルコール(適切な場合には、少量の三官能性アルコールと一緒に)および多官能性カルボン酸、好ましくは二官能性カルボン酸の反応生成物が含まれる。遊離ポリカルボン酸の代わりに(可能であれば)、対応するポリカルボン酸無水物または対応するポリカルボン酸エステルと、好ましくは1~3の炭素原子を有するアルコールを使用することもできる。ポリカルボン酸は、脂肪族、脂環式、芳香族、または複素環式またはその両方であり得る。それらは、適切な場合、例えば、アルキル基、アルケニル基、エーテル基、またはハロゲンによって置換され得る。適切なポリカルボン酸の例は、コハク酸、アジピン酸、スベリン酸、アゼラン酸、セバシン酸、フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、トリメリット酸、無水フタル酸、無水テトラヒドロフタル酸、無水ヘキサヒドロフタル酸、無水テトラクロロフタル酸、無水エンドメチレンテトラヒドロフタル酸、無水グルタル酸が含まれる。マレイン酸、無水マレイン酸、フマル酸、ダイマー脂肪酸またはトリマー脂肪酸、またはそれらの2以上の混合物である。必要に応じて、少量の単官能性脂肪酸が反応混合物中に存在し得る。
【0035】
ポリエステルポリオールは、適切な場合、少量のカルボキシル末端基を含み得る。ラクトン、例えば、α-カプロラクトン、またはヒドロキシカルボン酸、例えば、ω-ヒドロキシカプロン酸から得られるポリエステルポリオールを同様に使用することができる。
【0036】
ポリアセタールおよびポリエステルエーテルポリオールも同様にポリオール成分として適切である。ポリアセタールとは、アルデヒドと反応したグリコール、例えば、ジエチレングリコールまたはヘキサンジオール、あるいはホルムアルデヒドと縮合したそれらの混合物から得られる化合物を意味する。本開示の文脈で使用することができるポリアセタールは、同様に、環状アセタールの重合によって得ることができる。
【0037】
さらに適切なポリオールには、ポリカーボネートが含まれる。ポリカーボネートは、例えば、プロピレングリコール、ブタン-1,4-ジオールまたはヘキサン-1,6-ジオール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコールまたはテトラエチレングリコールまたはこれらの2以上の混合物などのジオールと、ジアリールカーボネート、例えば、ジフェニルカーボネート、またはホスゲンと反応させることによって得ることができる。
【0038】
成分Aに使用できるポリイソシアネートは限定されず、2以上の反応性イソシアネート基を有する化合物または平均して2以上の反応性イソシアネート基を有する化合物の混合物を含む。
【0039】
いくつかの有用なポリイソシアネートには、例えば、1,5-ナフチレンジイソシアネート、ジフェニルメタンジイソシアネート(MDI)、水素化MDI(H12MDI)、キシリレンジイソシアネート(XDI)、テトラメチル-キシリレンジイソシアネート(TMXDI)、4,4’-ジフェニルジメチル-メタンが含まれる。ジイソシアネート、ジ-およびテトラアルキレンジフェニルメタンジイソシアネート、4,4’-ジベンジルジイソシアネート、1,3-フェニレンジイソシアネート、1,4-フェニレンジイソシアネート、トリレンジイソシアネート(TDI)の異性体、1-メチル-2,4-ジイソシアナトシクロヘキサン、1,6-ジイソシアナート-2,2,4-トリメチルヘキサン、1,6-ジイソシアナト-2,4,4-トリメチルヘキサン、1-イソシアナトメチル-3-イソシアナト-1,5,5-トリメチルシクロヘキサン(IPPDI)、塩素化および臭素化ジイソシアネート、リン含有ジイソシアネート、4,4’-ジイソシアナトフェニルパーフルオロエタン、テトラメトキシブタン1,4-ジイソシアネート、ブタン1,4-ジイソシアネート、ヘキサン1,6-ジイソシアネート(HDI)、ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート、シクロヘキサン1,4-ジイソシアナート、エチレンジイソシアネート、ビスイソシアナトエチルフタレート、および1-クロロメチルフェニル2,4-ジイソシアネート、1-ブロモメチルフェニル2,6-ジイソシアネート、3,3-ビスクロロメチルエーテル4,4’-ジフェニルジイソシアネートなどの反応性ハロゲン原子を有するジイソシアネートが挙げられる。
【0040】
ジフェニルメタンジイソシアネート(MDI)は、4,4’-ジフェニルメタンジイソシアネート(4,4’-MDI)、2,4-ジフェニルメタンジイソシアネート(2,4’-MDI)、および2,2-Iジフェニルメタンジイソシアネート(2,2’-MDI)の3つの異性体で利用可能である。これらの異性体の2以上の混合物は、ポリイソシアネートの一部またはすべてに使用することができる。あるいは、これらの異性体の1以上を除外することができる。
【0041】
ジフェニルメタンジイソシアネートの修飾バージョンは、ポリイソシアネートの一部またはすべてに使用できる。有用な修飾MDIの例には、例えば、カルボジイミド修飾ジフェニルメタンジイソシアネート(カルボジイミド修飾MDI)、アロファネート修飾ジフェニルメタンジイソシアネート(アロファネート修飾MDI)、ビウレット修飾ジフェニルメタンジイソシアネート(ビウレット修飾MDI)、ポリマーMDI、およびそれらの組み合わせが含まれる。
【0042】
成分Aは、好ましくは、2以上のイソシアネート官能基を有するように配合される。イソシアネート官能基が2未満の成分Aを使用しても、所望の特性を有するラミネート接着剤が得られる可能性は低い。
【0043】
成分Aは、好ましくは、25℃で約10,000cps以下(より好ましくは、約5,000cps以下;最も好ましくは、約3500cps以下)の粘度、および60℃で約2,500以下(より好ましくは、約2,000cps以下)の粘度を有するように配合される。成分Aで使用されるポリウレタンプレポリマーは、一般に、500~27,000、あるいは700~15,000、あるいは700~8000g/molの分子量を有する。
【0044】
成分B
成分Bは、高分子ポリ乳酸と天然油とのエステル交換生成物を含む。 いくつかの実施形態では、成分Bは、高分子ポリ乳酸と天然油および異なるポリオールとのエステル交換生成物を含むポリオールの混合物を含む。いくつかの実施形態では、成分Bは、高分子ポリ乳酸と天然油とのエステル交換生成物、異なるポリオール、および高OH官能性ポリオール生成物を含むポリオールの混合物を含む。
【0045】
エステル交換プロセスは、様々な反応性成分について当技術分野で知られている。全体的なエステル交換反応では、触媒の存在下、アルコールがエステルと反応し、エステルの1つのR基がアルコールのR基と交換される。R’-OH+R”-O-C(O)-R→R”-OH+R’-O-C(O)-R。エステル交換されたポリ乳酸ポリマーは、ポリ乳酸と比較して、室温での液体またはワックス状の固体状態、および様々な溶媒への改善された溶解性などの望ましい改良された特性を有する。
【0046】
以下は、本明細書で有用なエステル交換プロセスの一般的な説明である。高分子量ポリ乳酸ポリマーと任意選択でジオールおよび/またはエステル交換触媒を組み合わせて反応混合物を形成し、この反応混合物を反応混合物成分の分解温度よりも低い温度に加熱して、溶融反応混合物を形成する。少なくとも1つの天然油が溶融反応に加えられる。最初に、溶融反応混合物と天然油の組み合わせは、二層混合物を形成する。成分は、実質的に均一になるまで高温で混合される。実質的に均質な混合物の温度は、エステル交換が進行するのに十分高い温度まで上昇する。実質的に均質な反応混合物は、エステル交換が所望の程度まで完了するまで、この温度以上に維持される。エステル交換が所望の程度まで完了すると、反応混合物は取り扱いに都合のよい温度に冷却され、エステル交換されたポリ乳酸反応生成物が収集される。一般に、エステル交換プロセスは、反応混合物が透明で均質な単層生成物を形成するまで実施される。
【0047】
エステル交換プロセスは、高分子量のポリ乳酸ポリマーをはるかに低分子量のPLAオリゴマーに分解する。天然油を低分子量の構成脂肪酸とグリセロールに分解する。そして、ランダムに反応し、これらの低分子量成分を組み合わせて、複数のPLAポリオールを形成する。天然油に由来する脂肪酸は、エステル交換されたポリ乳酸製品に結合したペンダント鎖として見られる。ジオールと放出されたグリセロールは、エステル交換されたポリ乳酸生成物の末端に見られるか、またはそれらはより小さなポリ乳酸オリゴマーを一緒に結合する。任意のジオールにより、エステル交換されたポリ乳酸生成物のOH数と分子量を調整できる。エステル交換プロセスの詳細は、国際公開番号2017/136373号に記載されており、その内容は参照により本明細書に含まれる。
【0048】
高分子量ポリ乳酸ポリマーの数平均分子量は特に限定されるものではなく、好ましくは、数平均分子量が2,000~200,000、好ましくは10,000~100,000、より好ましくは約60,000~100,000のポリ乳酸を含む。
【0049】
天然油とは、自然由来のものを意味する。有用な天然油には、例えば、大豆油、ヒマシ油、カノーラ油、ひまわり油、サフラワー油、コーン油、ピーナッツ油、アーモンド油、オリーブ油、ココナッツ油、パーム油、トール油およびそれらの混合物が含まれる。
【0050】
任意のジオールは、2つの反応性ヒドロキシル基と約50~約2,000ダルトンの分子量を含む任意の構造である。任意のジオールは通常、天然油ではない。本反応に有用な任意のジオールには、ジエチレングリコール、分子量が400~2,000ダルトンのポリプロピレングリコール、分子量が400~2,000ダルトンのポリエチレングリコール、ネオペンチルグリコール、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール、ヘキサンジオール、エチレングリコール、2-メチル-1,3プロパンジオール、ブタンジオール、およびポリテトラヒドロフランが挙げられる。グリセロールが2つのポリ乳酸鎖に結合するときの余分なヒドロキシル基も、エステル交換反応の部位になる可能性がある。適切な量のジオールを使用すると、高分子ポリ乳酸に、グリセロールと脂肪酸が組み込まれたポリエステルのOH末端分布が得られる。ペンダント脂肪酸は、得られる高分子ポリ乳酸の粘度を低下させ、ポリ乳酸骨格は剛性を提供する。
【0051】
エステル交換触媒は、以下を含む様々な触媒から選択することができる:リン酸およびそのエステル、p-トルエンスルホン酸などのスルホン酸、および硫酸である。また、塩基触媒反応は、アルカリ金属アルコキシドを触媒として使用して実施することができる。例えば、ナトリウムメトキシド(CH3ONa);アルカリ金属水酸化物、例えば、KOHまたはNaOH;またはジブチルスズジラウレート;またはオクタン酸スズである。いくつかの実施形態では、エステル交換触媒は使用されない。好ましいエステル交換触媒は、チタンアルコキシド、例えば、チタン(IV)ブトキシドである。
【0052】
好ましくは、エステル交換されたポリ乳酸成分B生成物は、80~200mgKOH/g、より好ましくは115~145mgKOH/g、さらにより好ましくは120~140mgKOH/gのヒドロキシル数を有する。
【0053】
成分Bは、場合により、ポリマーポリ乳酸と天然油とのエステル交換生成物とは異なるポリオールを含むことができる。任意のポリオールは、ポリエーテルポリオールまたはポリエステルポリオールであり得る。任意のポリオールは、天然油であってもよいが、通常は天然油に由来しない。
【0054】
成分Bは、任意選択で、高OH官能性ポリオール生成物を含むことができる。高OH官能性ポリオール製品は、Simonsの米国特許公開第2006/0105188号に記載されており、その内容は参照により組み込まれる。高OH官能性製品は、平均して2以上の第一級ヒドロキシル基を含み、好ましくは、平均して2以上の第二級ヒドロキシル基も含む。高OH官能性ポリオール生成物は、主に二級ヒドロキシル基を含む第1のポリオールを、多塩基酸、多塩基酸無水物、多塩基酸エステル、およびポリイソシアネートからなる群から選択される化学量論的に過剰の反応物と反応させることを含む2段階プロセスによって得られる。イソシアネート、カルボン酸およびカルボン酸エステルからなる基から選択される1分子あたり少なくとも約2つの末端官能基を含む中間体を形成する。中間体は、主に一級ヒドロキシル基を含む化学量論的に過剰の第2のポリオールと反応して、高OH官能性ポリオール生成物を形成する。これらの成分を単一のステップで反応させると、ラミネート接着剤で使用するのに許容できる高OH官能性ポリオール生成物が得られない。
【0055】
好ましくは、ポリマーポリ乳酸と天然油とのエステル交換生成物に由来する成分Bの重量%は、成分Bの総重量に基づいて50~85重量%、より好ましくは50~80重量%の範囲である。好ましくは、最終生成物中の天然油に由来する成分B生成物の重量%は、成分Bの総重量に基づいて13~30重量%の範囲である。任意のジオールを使用する場合、最終生成物中のその任意のジオールに由来する成分Bの生成物の重量%は、成分Bの総重量に基づいて2~36重量%の範囲になる。異なるジオールが存在する場合は、成分Bの総重量に基づいて0~50重量%の範囲で使用できる。本明細書で使用される場合、構成要素の再生可能な含有量は、天然資源に由来するその構成要素の重量%である。成分B生成物の再生可能な含有量は少なくとも70%の範囲である。成分Bは、好ましくは、25℃で3,000~20,000cpsの粘度を有し、より好ましくは、25℃で5,000~18,000cpsの粘度を有する。成分Bは、好ましくは、40℃で約2,700cpsおよび50℃で1,100cpsの粘度を有する。
【0056】
ラミネート接着剤システムで使用される成分Aおよび成分Bの量は、一般に、一実施形態において約1:1~10:1の範囲のNCO:活性水素(OH)当量比を提供するように調整される。別の実施形態では、本発明の約1.05:1~約5:1である。典型的には、遊離イソシアネート含有量(成分Aと成分Bとの間の任意の反応前)は、2つの成分の接着剤の総重量に基づいて、約1重量%~約25重量%である。成分Aと成分Bの重量比は、広い範囲内で変動する可能性があり、最適な比は、成分Aおよび成分Bのそれぞれの組成に依存する。
【0057】
成分Aと成分Bの混合物は、最初に組み合わされたとき、約600cps~約2,500cps(より好ましくは、塗布温度で約800~約1,500cps、塗布温度で5,000cpsを超える混合接着剤粘度)の粘度を有する。従来の無溶剤ラミネート装置での実施は困難または不可能である。柔軟な包装ラミネーションの一般的な塗布温度は約40℃であるが、用途によっては、より高いまたはより低い塗布温度が役立つ場合がある。
【0058】
典型的には、混合接着剤は、少なくとも約15分、より好ましくは少なくとも約30分の可使時間を有すると考えられる。可使時間は、成分Aと成分Bを混合し、40℃の温度に保持した後、混合接着剤の粘度が初期粘度の2倍に増加するのにかかる時間である。
【0059】
必要に応じて、成分Aおよび成分Bに加えて、二成分積層接着剤は、任意選択で、柔軟性包装積層接着剤で従来使用されている1以上のさらなる添加剤を含み得る。 添加剤は、例えば、二成分接着剤全体の最大約10重量%を占める可能性がある。添加剤は、成分AおよびBのいずれかにあり得る。本開示の文脈で使用できる任意の添加剤には、溶媒、水、触媒、硬化剤、促進剤、可塑剤、安定剤、酸化防止剤、光安定剤、充填剤、染料、顔料、香料、防腐剤、またはそれらの混合物が含まれる。 成分Aおよび/またはB、またこれらの添加剤のいずれかまたはすべてを含まなくてもよい。
【0060】
二成分接着剤配合物を使用してコーティングされ、互いに接着される1以上のフィルムは、ポリマーおよび金属材料ならびに紙の両方を含む、柔軟性包装ラミネートでの使用に適していることが当技術分野で知られている任意の材料から構成され得る(処理済みまたはコート紙を含む)。熱可塑性ポリマーは、層の少なくとも1つとして使用するのに特に好ましい。柔軟な包装ラミネートの個々の層に選択される材料は同じでもよいが、通常、機械的強度、引裂き抵抗、伸び、耐パンク性、柔軟性/剛性、ガスおよび水蒸気、透明性、オイルとグリースの透過性、ヒートシール性、接着性、光学特性(透明、半透明、不透明など)、成形性、商品性、および相対コストなど特定の望ましい特性の組み合わせを達成するために選択される異なる材料である。個々の層は、純粋なポリマーまたは異なるポリマーのブレンドであり得る。ポリマー層は、特定の層特性を強化するために、着色剤、滑り止め、ブロック防止、および静電気防止処理助剤、可塑剤、潤滑剤、充填剤、安定剤などとともに配合されることが多い。
【0061】
層として使用するための特に好ましいポリマーには、ポリエチレン(低密度ポリエチレン(LDPE)、中密度ポリエチレン(MDPE)、高密度ポリエチレン(HPDE)、高分子量、高密度ポリエチレン(HMW-HDPEを含む)が含まれるが、これらに限定されない)、線状低密度ポリエチレン(LLDPE)、線状中密度ポリエチレン(LMPe)、ポリプロピレン(PP)、配向共重合体、ポリ(エチレンテレフタレート)(PET)、およびポリ(ブチレンテレフタレート)(PBT)などのポリエステル、エチレン-酢酸ビニル共重合体(EVA)、エチレン-アクリル酸共重合体(EAA)、エチレン-メチルメタクリレート共重合体(EMA)、エチレン-メタクリル酸塩(アイオノマー)、加水分解エチレン-酢酸ビニル共重合体(EVOH)、ポリアミド(ナイロン)、ポリビニル塩化物(PVC)、ポリ(塩化ビニリデン)コポリマー(PVDC)、ポリブチレン、エチレン-プロピレンコポリマー、ポリカーボネート(PC)、ポリスチレン(PS)、スチレンコポリマー、耐衝撃性ポリスチレン(HIPS)、アクリロニトリル-ブタジエン-スチレンポリマー(ABS)、アクリロニトリル共重合体(AN)、ポリエステル、ポリアミド(ナイロン)、ポリ乳酸(PLA)、再生セルロースフィルム(セロハン)が挙げられる。
【0062】
必要に応じて、ポリマーフィルムの片面または両面を処理またはコーティングすることができる。例えば、ポリマーフィルムは、アルミニウムなどの薄い金属蒸気をフィルムの表面に堆積させることによって金属化することができる。メタライゼーションは、完成したラミネートのバリア特性を向上させる可能性がある。ポリマーフィルム表面はまた、防曇添加剤などでコーティングされ得るか、またはその接着受容性を高めるために、電気的またはコロナ放電、またはオゾンまたは他の化学薬品による前処理に供され得る。SiOxまたはAIOxなどの無機酸化物のコーティングもポリマー表面に存在する場合がある(例えば、SiOxまたはAlOxでコーティングされたPETフィルム)。
【0063】
ラミネートの1以上の層はまた、アルミホイルなどのような金属フィルムまたはホイルを含み得る。金属箔は、好ましくは、約5~100μmの厚さを有する。
【0064】
ラミネートを構成する個々のフィルムは、大きく変化する厚さ、例えば、約5~約200ミクロンで調製することができる。フィルム、ホイル、およびラミネート接着剤配合物は、そのような目的のために当技術分野で知られているいくつかの従来の手順のいずれか1以上を使用することによって、ラミネートに組み立てることができる。例えば、接着剤配合物は、押し出し、ブラシ、ローラー、ブレード、噴霧などによって2つのフィルム/ホイルの一方または両方の表面に塗布され、接着剤組成物を有するフィルム/ホイル表面は、フィルム/ホイル間に接着剤組成物を有するフィルム/ホイルを一緒に押し付ける一組のローラー(しばしば、ニップローラーと呼ばれる)を介して一緒にして通過する。得られたラミネートは、さらに処理する前に接着剤を完全に硬化させるために、リールに巻くか巻くことができまる。接着剤は、従来の技術によって塗布することができる。例えば、マルチロールアプリケーションステーションによる。
【0065】
接着剤組成物をフィルムまたはホイルなどの基板に塗布するための1つの典型的な方法は、無溶媒接着剤ラミネーター上で一連の滑らかな表面のゴムおよび鋼の転写ローラーを使用することによるものである。接着剤の成分は、正確な量の成分を自動的に測定および混合し、得られた混合物をラミネーターに送ることができるメーター/混合/ディスペンス(MMD)装置を使用して混合される。混合された接着剤は最初の2つのローラーに付着し、塗布ステーションの残りのローラー(通常は3~5ローラー)によって計量される。接着剤組成物の流動特性は、最初の2つのローラーを約35~約60℃の温度に加熱することによって改善することができる。通常、最終塗布ローラーは約40~約60℃の温度に加熱されます。線速度、素材、ローラーサイズによっては、これらの温度の変更が必要になる場合がある。
【0066】
接着剤配合物をフィルム層の表面に塗布することができるコーティング重量は、約0.12~約3.1ポンド/リーム・フィート(lbs./ream・ft)の範囲である。より一般的には、無溶剤ラミネーションの場合は約0.8~約1.4ポンド/リーム・フィート2(lbs./ream sq.ft)である。無溶剤ラミネーションの場合は1.2~3.5lbs./reamである。
【0067】
第2のフィルムまたはホイル基板は、1以上のニップローラーによって接着剤が塗布された基板に押し付けられる。ニップ温度は、線速度、ラミネートの厚さ、接着剤の反応性およびその他の特性、およびラミネートされる基板に応じて必要に応じて調整できますが、通常、約45~約90℃の温度が適している。
【0068】
接着剤組成物の完全な硬化を加速するために、ラミネートを高温(例えば、約40℃~約100℃)で加熱することが望ましい場合がある。あるいは、接着剤組成物は、約1日~約14日の期間にわたって、ほぼ室温(例えば、約20℃~約25℃)以上で硬化可能である。
【0069】
一般的に、開示された接着剤組成物は、イソシアネート基を含む配合成分とヒドロキシルまたは他の活性水素基を含む成分との反応によって大部分が化学的に硬化すると考えられている。ただし、部分硬化は、成分Aのイソシアネート基とフィルムまたはホイルの表面に本質的に存在する水分との反応によっても可能である。成分Aのイソシアネート基と水分との反応のみによる硬化は望ましくないため、避ける必要がある。
【0070】
本開示に従って調製されたラミネートは、従来のまたは既知の柔軟性ラミネート包装フィルムと同じ方法で包装目的に使用することができる。ラミネートは、食品を詰めて密封することができる柔軟な袋型のコンテナ容器に成形するのに特に適している。例えば、ラミネートの2枚の長方形または正方形のシートを、所望の構成または配置で重ねることができる。好ましくは、互いに向き合う2枚のシートの2つの層は、互いにヒートシールすることができる。次に、オーバーレイされたアセンブリの3つの周辺部分がヒートシールされて袋を形成する。ヒートシールは、加熱バー、加熱ナイフ、加熱ワイヤー、インパルスシーラー、超音波シーラー、または誘導加熱シーラーを使用して簡単に行うことができる。袋に製品を充填できるように、1つの周辺部分は開いたままである。
【0071】
その後、食品は、開いた周辺部分を通ってそのように形成された袋に詰められる。必要に応じて、空気などの食品に有害なガスは、真空脱気、ホットパッキング、沸騰脱気、または蒸気噴射や容器の変形などの既知の手段によって除去される。次に、袋の開口部を、熱を使用して密封する。パックされた袋は後で加熱される場合がある。
【0072】
フィルムを柔軟性包装に接着するために使用される接着剤は、商業的に有用であるために多くの特性を持たなければならない。これらの特性は、柔軟な包装が設計されている用途に応じて変化する。接着剤の硬化反応生成物は、包装から包装製品への移行がほとんど、または全くない必要がある。ラミネート接着剤の硬化反応生成物は、低応力の用途のために、200~300g/インチの一般的なラミネートフィルム材料への最小室温接着強度を持たなければならない。ラミネート接着剤の硬化反応生成物は、より高い応力を加えるために、400g/インチ以上の一般的なラミネートフィルム材料への最小室温接着強度を持たなければならない。最も好ましい結果は、ラミネート接着剤トップの硬化反応生成物が、一般的なラミネートフィルム材料に対して十分な室温結合強度を有し、その結果、ラミネートフィルムが接着剤の前に破損することである。ラミネート接着剤の硬化反応生成物は、包装された食品にさらされた後、一般的なラミネートフィルム材料にこの室温結合強度のほとんどを保持する必要がある。一部の用途では、ラミネート接着剤の硬化反応生成物は、高温にさらされた後、この接着強度のほとんどを保持する必要がある。
【実施例】
【0073】
以下の材料を使用した。
DEG ジエチレングリコール。
PLA ポリ乳酸ポリマーMn85000ダルトンは、NatureworksLLCから3052Dとして入手できる。
DorfKetalからTyzorTPTとして入手可能なチタン(IV)ブトキシド触媒。
EagleSpecialtyProductsのT31オイルから入手可能なヒマシ油。
フラーP-Aは、H.B.フラーから入手可能なイソシアネート機能性材料である。Liofol LA 3817、約2.8%の%NCOを有する酢酸エチル溶媒中に80重量%の固形分を含む溶媒ベースのイソシアネート官能性材料であり、Henkel Corporationから入手可能である。
Liofol LA 7660、約16%の%NCOを有するイソシアネート機能性材料であり、Henkel Corporationから入手可能である。
Liofol LA 7773、約16%の%NCOを有するイソシアネート官能性材料であり、Henkel Corporationから入手可能である。
ポリエチレンテレフタレート(PET GP)は、食品包装のラミネーションの外層に使用される典型的な48gaのポリエステルフィルムである。アルミホイルなどの堅牢性の低いフィルムのサポートとして機能する。多くの場合、包装の内部に面する側に印刷される。
PET Metは、真空蒸着によるアルミニウムの非常に薄い層を備えた48ゲージのポリエステルである。
PET-Foilは、溶剤ベースの市販の接着剤で0.0035gaのアルミホイルにラミネートされた48ゲージのポリエステルである。
RLS OPPは、約75ゲージの配向ポリプロピレンフィルムである。
High Slip PEは、取り扱い性を高めるために、エルカミドなどのスリップ剤を約1000ppm含むポリエチレンフィルムである。市場で一般的に使用されているさまざまな厚さ(1ミルと2ミル)が含まれる。
低密度ポリエチレン(LDPE)は、密度が約0.910~約0.925g/cm3のエチレンのホモポリマーである。
ラミネートの組み合わせ1は、PET GP(48 ga)/接着剤/ハイスリップPEE(2 mil)1000ppmである。
ラミネートの組み合わせ2は、PET GP(48 ga)/接着剤/LDPE(1mil)である。
ラミネートの組み合わせ3は、PET Met(48 ga)/接着剤/ハイスリップPE(2 mil)1000ppmである。
ラミネートの組み合わせ4は、RLS OPP(75 ga)/接着剤/RLS OPP(75 ga)である。
ラミネートの組み合わせ5は、PET-ホイル/接着剤/ハイスリップPE(2 mil)1000ppmである。
ラミネートは、Nordmeccanica Labo Combiを使用して調製し、調製した各接着剤を約1.2ポンド/リームのコーティング重量でコーティングした。
【0074】
粘度は、ブルックフィールド粘度計を使用して25℃で測定した。
【0075】
接着強度は、柔軟な包装ラミネート材料を調製し、その材料を所望の時間硬化させることによって試験した。1インチ×4インチ~6インチのサンプルを袋から切り取り、引張強度テスターを使用し、室温または故障モードを示した目的の高温で接着強度を試験する。これは、ラミネートされたテールを両端に対して90度に保持して引っ張るTピールテストである。
【0076】
ヒートシール接着強度は、柔軟なバリア材料のASTMF88シール強度に従って試験した。一般に、積層サンプルは、幅1インチ、長さ約6~8インチの試験片に切断される。シーラントフィルムが内側になり、折りたたまれた全長が3~4インチになるように、試験片を折る。折りたたまれた材料にヒートシールを形成する。100ポンドのロードセルを備えた引張試験機を使用して、引張試験機で試験片の各脚をクランプする。標本をグリップの横方向の中央に配置する。シールラインが引っ張る方向に垂直になるように、グリップに試験片を合わせる。8~12インチ/分のレートグリップ間隔でヒートシールを試験する。材料の破損をテストし、力(強度)値と試験片の破損モードを確認する。
【0077】
製品の耐性は、柔軟な包装ラミネート材料を調製し、その材料を希望の時間硬化させることによって試験された。硬化したラミネートから4インチ×4インチの袋を調製し、約30mlの試験食品(コーヒーおよびフレーバーコーヒーサンプル用に2g)をその中に密封した。密封された袋は60℃で100時間熟成された。エージング期間の終わりに、接着領域の1インチ×4インチ~6インチのサンプルが袋から切り取られ、破損モードが記録された状態で接着強度が試験された。試験食品には、水、ケチャップ、マヨネーズ、植物油、1-1-1ソース(ケチャップ、酢、植物油の1対1の混合物)、無香料のコーヒー、ヘーゼルナッツ風味のコーヒーが含まれる。故障モードとその略語は次のとおりである。
伸び-E;テスト中に一方または両方の基板が伸びたとき。
SF-在庫失敗;一方または両方のラミネートフィルムが失敗。
P-ピール;ラミネートが、2つの基板のどちらも裂けたり壊れたりすることなく、テストストリップの全長を分離できる場合。
SS-株式分割;テストストリップの最初の1インチの後で、2つの基板のいずれかが故障した場合。
MT-メタルトランスファー;金属化層は元の金属化フィルムから剥がれ、他のフィルムに結合したままになる。
Z-ジッパー;故障が交互に高強度、低強度、高強度、低強度モードを持っている場合。
P-MT-皮と金属の転写;
P/E-N-ピールと伸びネック;
P/E/N-SS-剥離および伸長ネックとストックスプリット
P/Z-ピールとジッパー
【0078】
【0079】
エステル交換ポリエステルポリオール生成物1の調製;
丸底フラスコは、温度計、機械的攪拌機、還流冷却器および窒素注入口を備えている。フラスコに、104gのジエチレングリコール(DEG)と555gの高分子量PLAポリマーを入れた。チタン(IV)ブトキシドを最初に0.1g/mLとしてイソプロパノールに溶解し、次にこのチタン(IV)ブトキシド溶液2mLをフラスコに加えた。反応物を撹拌しながら150~165℃に加熱した。混合物が完全に溶けたら、155gのヒマシ油をフラスコに加え、温度を170~180℃に上げて3時間保持した。混合物の温度を190~200℃に上げ、4時間保持した。混合物の温度をさらに210~220℃に上げ、7時間または透明で均質な混合物が得られるまでそこに保持した。
【0080】
温度が50℃に下がると、加熱を停止し、エステル交換反応生成物を排出した。これがサンプル1である。
【0081】
サンプル1は、エステル交換ポリエステルポリオール反応生成物で、平均分子量が約935g/mol、OH数が125mgKOH/g、粘度が25℃で1450cps、1ガロンあたりの重量が9.75Ibs/ガロンである。
【0082】
エステル交換ポリエステルポリオール生成物2の調製:
丸底フラスコには、温度計、機械的攪拌機、還流冷却器、窒素注入口が備えられている。フラスコに、156gのジプロピレングリコール(DPG)と509gの高分子量PLAポリマーを入れた。チタン(IV)ブトキシドを最初に0.1g/mLとしてイソプロパノールに溶解し、次にこのチタン(IV)ブトキシド溶液2mLをフラスコに加えました。反応物を撹拌しながら150~165℃に加熱した。混合物が完全に溶けたら、134gの大豆油をフラスコに加え、温度を170~180℃に上げて3時間保持した。混合物の温度を190~200℃に上げ、4時間保持した。混合物の温度をさらに210~220℃に上げ、7時間または透明で均質な混合物が得られるまでそこに保持した。温度が50℃に下がると、加熱を停止し、エステル交換反応生成物を排出した。これがサンプル2である。
【0083】
サンプル2は、エステル交換されたポリエステルポリオール反応生成物であり、数平均分子量は約772g/mol、OH数は127mgKOH/g、粘度は25℃で6200cpsである。
【0084】
高OH官能性ポリエーテルポリオール生成物3の調製:
ポリプロピレングリコール(1025価の平均分子量;ヒドロキシルに基づいて2当量;全反応混合物の72重量%)をアジピン酸(カルボキシルに基づいて4当量;全反応混合物の27重量%)と単独で、238℃で反応させた。反応混合物を160℃に冷却し、次にグリセロール(ヒドロキシルに基づいて6当量;全反応混合物の13重量%)を加え、230℃で反応させた。次に、反応生成物を乾燥させた。これがサンプル3である。
【0085】
サンプル3は、2~4の官能性、約150のOH数、355当量(ヒドロキシルに基づく);25℃で約5,000cpsの粘度を有する高OH官能性ポリエーテルポリオール生成物である。サンプル3は安定しており、分離しなかった。サンプル3は、少なくとも約2つの一級ヒドロキシル基および少なくとも約2つの二級ヒドロキシル基を有する。
【0086】
二成分(2K)無溶剤ラミネート接着剤の調製Ad1:
イソシアネート官能成分A1としてロックタイトリオフォールLA7773を使用した。エステル交換ポリエステルポリオールサンプル1の80重量%、および20重量%の高官能性ポリエーテルポリオールサンプル3は、均一に混合された。これがポリオール成分B1である。
【0087】
成分A1および成分B1は、一部の成分B1に対して一部の成分A1の比率で混合され(1.4/1のNCO/OH当量比の場合)、硬化可能な混合積層接着剤Ad1を形成した。柔軟なラミネートは、45℃の塗布温度、1.2ポンド/リームのコーティング量、および60℃のニップ温度で、多数の基板と硬化可能な混合ラミネート接着剤を使用して調製された。調製したラミネートの接着強度と耐製品性を試験し、次の表に結果を示した。
【0088】
【0089】
(Failure modeの省略形:SF-Stock Fail; P-Peel; SS-Stock Split; P-MT-Peel-Metal Transfer; P / EN-Pell Elongation Neck; P / E / N-SS-Peel Elongation Neck-Stock Split)
【0090】
すべての接着剤とラミネートは、さまざまな包装用途に適した強度を備えている。
【0091】
製品の耐性は、9日間と17日間硬化したラミネートAd1-1のサンプルから作製された袋を使用して試験した。次の表に結果を示した。
【0092】
【0093】
(Failure modeの省略形:SF-Stock Fail; P-Peel; SS-Stock Split; P-MT-Peel-Metal Transfer; P / EN-Pell Elongation Neck; P / E / N-SS-Peel Elongation Neck-Stock Split)
【0094】
接着剤とラミネートは、さまざまな包装用途に適した強度を備えていた。ヘーゼルナッツフレーバーコーヒー(非常に厳しい試験媒体)の耐製品性は、17日間の硬化ラミネートからの318gの剥離、および9日間の硬化ラミネートからの25gの剥離というさまざまな結果をもたらした。
【0095】
二成分(2K)溶剤ベースのラミネート接着剤Ad2の調製:
イソシアネート官能成分A2としてロックタイトLiofolLA3817を使用した。
【0096】
エステル交換されたポリエステルポリオールサンプル1、80重量%および20重量%の高官能性ポリエーテルポリオールサンプルを均一に混合した。これがポリオール成分B1である。
【0097】
成分A2と成分B1を成分A1の53部と成分B1の10部の比率で混合し(NCO/OH当量比が1.4/1の場合)、硬化性混合積層接着剤Ad2を形成した。柔軟なラミネートは、45℃の塗布温度、1.5ポンド/リームのコーティング重量、および60℃のニップ温度で、多数の基板と硬化可能な混合ラミネート接着剤を使用して調製された。調製したラミネートの接着強度と耐製品性を試験し、次の表に結果を示した。
【0098】
【0099】
(Failure modeの省略形:SF-Stock Fail; P-Peel; SS-Stock Split; P-MT-Peel-Metal Transfer; P / EN-Pell Elongation Neck; P / E / N-SS-Peel Elongation Neck-Stock Split )
【0100】
接着剤Ad2は、21日で試験した時、接着強度性能を維持した。すべての接着剤とラミネートは、さまざまな包装用途に適した強度を備えていた。製品の耐性は、9日間と17日間硬化したラミネートAd2-1のサンプルから作製された袋を使用して試験した。次の表に結果を示した。
【0101】
【0102】
(Failure modeの省略形:SF-Stock Fail; P-Peel; SS-Stock Split; P-MT-Peel-Metal Transfer; P / EN-Pell Elongation Neck; P / E / N-SS-Peel Elongation Neck-Stock Split )
【0103】
接着剤とラミネートは、さまざまな包装用途に適した強度を備えていた。
【0104】
二成分(2K)無溶剤ラミネート接着剤Ad3の調製:
イソシアネート官能成分A3としてロックタイトリオフォールLA7660を使用した。
【0105】
エステル交換されたポリエステルポリオール製品サンプル1の100重量%をポリオール成分B2として使用した。
【0106】
成分A3および成分B2は、1部の成分B2に対して1.4部の成分A3の比率で混合され(1.4/1のNCO/OH当量比の場合)、硬化可能な混合積層接着剤Ad3を形成した。柔軟なラミネートは、40℃の塗布温度、1.2lbs/reamのコーティング量、および60℃のニップ温度でラミネートの組み合わせ1を使用して調製された。柔軟なラミネートは20℃で16日間硬化した。
【0107】
【0108】
(Failure modeの省略形:SF-Stock Fail; P-Peel; SS-Stock Split; P-MT-Peel-Metal Transfer; P / EN-Pell Elongation Neck; P / E / N-SS-Peel Elongation Neck-Stock Split )
【0109】
接着剤およびラミネートは、多種多様な包装用途に適した強度を有した。48時間の硬化後、ボンドとヒートシールは、PET GP(48 ga)/ハイスリップPE(2mil)1000ppm構造のストックティアの望ましい故障モードを示した。
【0110】
AD3-1サンプルの製品耐性は、16日間の硬化後に試験した。次の表に結果を示した。
【0111】
【0112】
(Failure modeの省略形:SF-Stock Fail; P-Peel; SS-Stock Split; P-MT-Peel-Metal Transfer; P / EN-Pell Elongation Neck; P / E / N-SS-Peel Elongation Neck-Stock Split )
【0113】
16日間の硬化後の製品抵抗は本質的に存在せず、この柔軟性ラミネートが植物油を除いて食品包装での使用に適していないことを示している。これらのラミネートは食品包装にはあまり適していないが、生成物が乾燥している使用や生分解性が必要な使用に役立つ場合がある。
【0114】
二成分(2K)無溶剤ラミネート接着剤Ad4の調製:
イソシアネート官能成分A3としてロックタイトリオフォールLA7660を使用した。
【0115】
エステル交換されたポリエステルポリオールサンプル1、80重量%および20重量%の高官能性ポリエーテルポリオールサンプル3を均一に混合した。これがポリオール成分B1である。
【0116】
成分A3および成分B1は、1.4対1の比で混合され(1.4/1のNCO/OH当量比の場合)、硬化可能な混合積層接着剤Ad4を形成した。一次ウェブとして48ga PETを使用して柔軟なラミネートを作成し、1000ppmスリップ2mil PEにラミネートした(ラミネートの組み合わせ1)。ラミネートは、40℃の塗布温度、1.2 lbs/reamのコーティング重量、および60℃のニップ温度で行った。柔軟なラミネートは20℃で16日間硬化した。48時間後の室温接着強度を試験し、次の表に結果を示した。
【0117】
【0118】
(Failure modeの省略形:SF-Stock Fail; P-Peel; SS-Stock Split; P-MT-Peel-Metal Transfer; P / EN-Pell Elongation Neck; P / E / N-SS-Peel Elongation Neck-Stock Split )
【0119】
接着剤およびラミネートは、多種多様な包装用途に適した強度を有した。Ad4-1サンプルの製品耐性は、16日間の硬化後に試験した。次の表に結果を示した。
【0120】
【0121】
(Failure modeの省略形:SF-Stock Fail; P-Peel; SS-Stock Split; P-MT-Peel-Metal Transfer; P / EN-Pell Elongation Neck; P / E / N-SS-Peel Elongation Neck-Stock Split )
【0122】
製品耐性は、いくつかの食品包装用途に適しているが、AD1の結果ほど良くなかった(特に耐水性およびコーヒー耐性)。
【0123】
二成分(2K)無溶剤ラミネート接着剤Ad5の調製:
イソシアネート官能成分A1としてロックタイトリオフォールLA 7773を使用した。
【0124】
サンプル1と同じ反応物、反応量およびプロセスを使用し、しかし異なるバッチでエステル交換ポリエステルポリオール生成物が製造された。これがサンプル1aである。エステル交換されたポリエステルポリオールサンプル1aの100重量%が、ポリオール成分B2aとして使用された。
【0125】
成分A1および成分B2aを、1.4部の成分A1対1部の成分B2aの比(NCO/OH当量比1.4/1の場合)で混合して、硬化性混合積層接着剤Ad5を形成した。柔軟なラミネートは、40℃の塗布温度、1.2 lbs/reamのコーティング重量、および60℃のニップ温度でラミネートの組み合わせ1を使用して調製された。柔軟なラミネートは20℃で14日間硬化した。接着強度を次の表に示した。
【0126】
【0127】
(Failure modeの省略形:SF-Stock Fail; P-Peel; SS-Stock Split; P-MT-Peel-Metal Transfer; P / EN-Pell Elongation Neck; P / E / N-SS-Peel Elongation Neck-Stock Split )
【0128】
接着剤およびラミネートは、多種多様な包装用途に適した強度を有していた。24時間の硬化後のサンプルでは、ヒートシールの故障モードはPET GP(48ga)/High Slip PE(2 mil)1000ppm構造のストックティアであった。
【0129】
AD5-1サンプルの製品耐性は、16日間の硬化後に試験された。 結果を次の表に示した。
【0130】
【0131】
(Failure modeの省略形:SF-Stock Fail; P-Peel; SS-Stock Split; P-MT-Peel-Metal Transfer; P / EN-Pell Elongation Neck; P / E / N-SS-Peel Elongation Neck-Stock Split )
【0132】
16日間の硬化後の製品抵抗は本質的に存在せず、この柔軟性ラミネートが植物油を除いて食品包装での使用に適していないことを示している。これらのラミネートは食品包装にはあまり適していないが、包装された製品が乾燥している使用や生分解性が必要な使用に役立つ場合がある。
【0133】
二成分(2K)無溶剤ラミネート接着剤Ad6の調製:
イソシアネート官能成分A1として、ロックタイトリオフォールLA 7773を使用した。
【0134】
エステル交換されたポリエステルポリオール製品サンプル2、80重量%および20重量%の高官能性ポリエーテルポリオール生成物3を均一に混合した。 これがポリオール成分B3である。
【0135】
成分A1および成分B3は、1.4部の成分A1対1部の成分B3の比率で混合され(1.4/1のNCO/OH当量比の場合)、硬化可能な混合積層接着剤Ad6を形成した。柔軟なラミネートは、ラミネートの組み合わせ1と硬化性混合ラミネート接着剤Ad6を使用して、塗布温度35℃、コーティング重量1.2lbs/ream、ニップ温度60℃で調製した。調製したラミネートの接着強度と耐製品性を試験し、次の表に結果を示した。
【0136】
【0137】
(Failure modeの省略形:SF-Stock Fail; P-Peel; SS-Stock Split; P-MT-Peel-Metal Transfer; P / EN-Pell Elongation Neck; P / E / N-SS-Peel Elongation Neck-Stock Split )
【0138】
接着剤およびラミネートは、多種多様な包装用途に適した強度を有していた。
製品の耐性は、9日間と16日間硬化したラミネートAd6-1のサンプルから作られた袋を使用して試験した。次の表に結果を示した。
【0139】
【0140】
(Failure modeの省略形:SF-Stock Fail; P-Peel; SS-Stock Split; P-MT-Peel-Metal Transfer; P / EN-Pell Elongation Neck; P / E / N-SS-Peel Elongation Neck-Stock Split )
【0141】
接着剤Ad6は、様々な食品で試験されたとき結合強度を維持し、広範囲または食品包装用途に適していた。
【0142】
天然油を含む比較ポリオール成分PC-1の調製:
比較ポリオール成分1(PC-1)は、Ostlundらの米国特許公開第2017/0002240号のポリオール成分1について記載されているように調製した。サンプル1a、サンプル2、およびPC-1のOH数、酸数、および粘度を試験し、その結果を以下に示した。
【0143】
【0144】
1a、2、およびPC-1を、GPCを介して比較した。
図1は、これらのサンプルの正規化されたGPCクロマトグラム(RI検出器)である。これらのGPC分析のデータは、以下の表にも示した。
【0145】
【0146】
上記の表および
図1のGPCに示されるように、3つのPLAポリオールの分子量は、1000~1500g/molの範囲である。サンプル1aおよび2は、PC-1よりもアモルファスである。サンプル1aおよび2には、PC-1と比較して余分な量の低分子量オリゴマーが含まれているため、サンプル1aおよび2の粘度が低くなり、ラミネートプロセスでの処理が容易になった。
【0147】
比較二成分(2K)無溶剤ラミネート接着剤AdPC-1の調製:
比較接着剤AdPC-1を形成するために、1.25/1のNCO/OH当量比で、比較のポリオール成分1 PC-1と、8重量部のフラーPA対10重量部のPC-1の比でイソシアネート官能性成分である市販のフラーPAを組み合わせた。ラミネートは、1.21lbs./reamのコーティング重量、45℃の塗布温度、およびラミネートの組み合わせ1(PET GP/接着剤/ハイスリップPE)でのニップ温度60℃を使用して調製した。PET GPフィルムに接着剤を塗布し、これにハイスリップPEフィルムをラミネートした。これが比較サンプルPC-1-1である。比較の積層サンプルは室温で硬化され、その後サンプルが試験された。
【0148】
【0149】
(Failure modeの省略形:SF-Stock Fail; P-Peel; SS-Stock Split; P-MT-Peel-Metal Transfer; P / EN-Pell Elongation Neck; P / E / N-SS-Peel Elongation Neck-Stock Split )
【0150】
Ad1-1およびAd6-1接着剤およびラミネートは、多種多様な包装用途に適した強度を有していた。比較対象のAdPC-1-1接着剤とラミネートは、室温で接着強度が高く、食品包装用途には適していなかった。
製品の耐性は、15日間(AdPC-1-1)、16日間(Ad6-1)または17日間(Ad1-1)硬化したラミネートAd1-1、Ad6-1、およびAdPC-1-1のサンプルから作製された袋を使用して試験した。次の表にその結果を示した。
【0151】
【0152】
(Failureモードの省略形:SF-Stock Fail; P-Peel; SS-Stock Split; P-MT-Peel-Metal Transfer; P / EN-Pell Elongation Neck; P / E / N-SS-Peel Elongation Neck-Stock Split )
【0153】
ラミネートサンプルAd1-1およびAd6-1(それぞれ接着剤Ad1およびAd6の硬化反応生成物を含む)は、高い強度および製品耐性の両方を有し、食品および他の製品のラミネート材料における接着剤としての使用に非常に適していた。
【0154】
高OH官能性ポリオール製品を含むサンプルAd1、Ad2 Ad4およびAd6は、高OH官能性ポリオール製品を含まないサンプルAd3およびAd5と比較して、驚くほど高い室温強度、高い温度強度および製品耐性を有した。エステル交換反応生成物と高OH官能性ポリオール生成物の組み合わせの使用は、これらの特性の1以上の場合に特に望ましい。
【0155】
PAおよびPC-1に基づく比較接着剤の硬化反応生成物を含む比較サンプルAdPC-1-1は、低い結合強度および非常に低い製品耐性を有していた。比較サンプルAdPC-1-1も比較接着剤AdPC-1も、食品やその他の製品のラミネート材料の接着剤としての使用には適していない。