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発明の名称 高周波融着用組成物、高周波融着用材料、高周波融着用フィルム及び高周波融着用部材
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2001−98240(P2001−98240A)
公開日 平成13年4月10日(2001.4.10)
出願番号 特願平11−280312
出願日 平成11年9月30日(1999.9.30)
代理人
発明者 戸川 勝也 / 黒田 健夫
要約 目的


構成
特許請求の範囲
【請求項1】 SP値が9以下の重合性単量体(a)の単独重合体、及び/又は、SP値が9以下の重合性単量体(a)と他の重合性単量体(b)との共重合体を含有し、誘電率と誘電損失との積が0.01以上であることを特徴とする高周波融着用組成物。
【請求項2】 融着性を付与しようとする樹脂中に、請求項1記載の高周波融着用組成物が混入されたことを特徴とする高周波融着用材料。
【請求項3】 基材フィルムの表面に、請求項1記載の高周波融着用組成物又は請求項2記載の高周波融着用材料からなるフィルム層が設けられたことを特徴とする高周波融着用フィルム。
【請求項4】 基材の表面に、請求項1記載の高周波融着用組成物又は請求項2記載の高周波融着用材料からなるフィルム層が設けられたことを特徴とする高周波融着用部材。
発明の詳細な説明
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、高周波によって発熱し、ポリオレフィン樹脂等に融着する塩化ビニル代替用の高周波融着用組成物及び高周波融着用材料、並びに、これらが用いられた高周波融着用フィルム及び高周波融着用部材に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、環境問題の高まりの中で、ポリ塩化ビニル代替用材料としてポリオレフィン樹脂が着目され、特に、食品包装用、農業用、医療用、産業資材用、文具用、雑貨用等あらゆる分野で使用されている。
【0003】しかしながら、ポリオレフィン樹脂はポリ塩化ビニルと異なり、その分子中に極性基を有しないため、高周波やマイクロ波を利用した融着が困難であった。そこで、例えば、特開平6−182876号公報には、ポリオレフィン樹脂にフェライト等の電波吸収体を配合及び/又は塗布することにより、ポリオレフィン樹脂に高周波融着性を持たせる方法が開示されており、また、特開平9−263657号公報には、水酸基を有する化合物からなる熱可塑性樹脂組成物を高周波融着用に用いることが開示されている。
【0004】しかしながら、水酸基を有する熱可塑性樹脂組成物を用いた場合には、この熱可塑性樹脂組成物は、高周波により発熱はするものの、ポリオレフィン樹脂との極性の違いに起因して融着が不充分という問題があった。
【0005】また、ポリエチレン/ポリエチレン−酢酸ビニル共重合体(EVA)/ポリエチレンといった3層構造を有するポリオレフィン系高周波融着用フィルムでは、EVA自体が発熱はするが、ポリエチレンを溶かして全層を融着させるには、フィルム全体を予熱して高周波加工を行うか、又は、高周波加工装置の出力を上げる必要があり、これまでに普及している高周波ウェルダー加工機での対応が困難であった。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記に鑑み、高周波により発熱し、対象となる基材表面に層を形成するか、又は、樹脂中に混入することにより、種々の部材又は材料を高周波融着可能なものとすることができる高周波融着用組成物、該高周波融着用組成物が混入された高周波融着用材料、並びに、上記高周波融着用組成物又は高周波融着用材料の層を基材の表面に設けることにより、従来の塩化ビニル加工用の装置で高周波融着を可能とすることができる高周波融着用フィルム及び高周波融着用部材を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記目的の下、鋭意研究を重ねた結果、SP値が9以下の重合性単量体(a)(以下、単量体(a)ともいう)の単独重合体、及び/又は、上記単量体(a)と他の重合性単量体(b)との共重合体を用いることによって、ポリオレフィン系樹脂との接着性及び相溶性を満足することができることを見いだし、本発明を完成させるに至った。
【0008】本発明の高周波融着用組成物は、SP値が9以下の重合性単量体(a)の単独重合体、及び/又は、SP値が9以下の重合性単量体(a)と他の重合性単量体(b)との共重合体を含有し、誘電率と誘電損失の積が0.01以上であることを特徴とするものである。以下に本発明を詳述する。
【0009】上記SP値とは、溶解性パラメータのことであり、本明細書においては、「沖津俊直、日本粘接着学会誌 Vol.29 No5(1993)」にて報告されている手法を用いて計算された値をいう。この手法によると、従来のSmallのモル引力定数による方法では正確に計算することができなかった水素結合を有する化合物や高分子のSP値を正確に計算することができる。
【0010】SP値が9以下の重合性単量体(a)は、SP値が9以下であれば特に限定されず、得られる単独重合体としては、例えば、ラジカル重合性の不飽和二重結合で末端を修飾されたオレフィン系単独重合体が挙げられる。また、SP値が9以下の重合性単量体(a)と他の重合性単量体(b)との共重合体としては、ラジカル重合性の不飽和二重結合で末端を修飾されたオレフィン系共重合体が挙げられる(以下、これらをまとめてオレフィン系単独重合体及び/又は共重合体(c)という)。
【0011】上記オレフィン系単独重合体及び/又は共重合体(c)としては特に限定されず、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン/ブチレン共重合体等が挙げられる。
【0012】また、上記オレフィン系単独重合体及び/又は共重合体(c)の末端に存在するラジカル重合性の不飽和二重結合を有する基としては特に限定されず、例えば、ビニル基、(メタ)アクリロイル基、アリル基等が挙げられる。なお、本発明において、上記(メタ)アクリロイル基とは、アクリロイル及びメタクリロイルを総称するものとする。
【0013】更に、上記オレフィン系単独重合体及び/又は共重合体(c)の具体例としては、例えば、エチレン/ブチレン共重合体の末端がメタクリル酸メチルエステルで修飾されたShell Chemical Company社製の「KRATONLIQUID Polymer L−1253」や、特開平5−194631号公報、特開平5−247119号公報、特開平6−32847号公報、特開平7−2928号公報等に開示されているポリプロピレン又はエチレン/プロピレンランダム共重合体の末端がメタクリル酸メチルエステル等の(メタ)アクリレートで修飾された化合物等が挙げられる。これらは単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。これらのなかでは、L−1253等が好ましい。
【0014】本発明では、誘電率と誘電損失との積を0.01以上とするために、SP値が9以下の重合性単量体(a)に、他の重合性単量体(b)を共重合することができる。
【0015】上記他の重合性単量体(b)としては、誘電率と誘電損失の積を大きくするために、例えば、以下のような官能基を有する化合物を好適に用いることができる。上記他の重合性単量体(b)としては、例えば、カルボキシル基、水酸基、アミノ基、アミド基、ニトリル基、エポキシ基及びイソシアネート基からなる群から選択される少なくとも1種類の官能基を有する重合性単量体等が挙げられる。これらの重合性単量体(b)は、単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
【0016】上記重合性単量体(b)であって、カルボキシル基を有するものとしては特に限定されず、例えば、(メタ)アクリル酸、イタコン酸、クロトン酸、(無水)マレイン酸、(無水)フマル酸、カルボキシエチルアクリレート等が挙げられる。
【0017】上記重合性単量体(b)であって、水酸基を有するものとしては特に限定されず、例えば、(メタ)アクリル酸2−ヒドロキシエチルエステル、アクリル酸ヒドロキシプロピルエステル、アクリル酸4−ヒドロキシブチルエステル、カプロラクトン変性(メタ)アクリレート、ポリオキシエチレンオキシド変性(メタ)アクリレート等が挙げられる。
【0018】上記重合性単量体(b)であって、アミド基を有するものとしては特に限定されず、例えば、(メタ)アクリルアミド、ジメチル(メタ)アクリルアミド、N−メチロール(メタ)アクリルアミド、N−ブトキシメチル(メタ)アクリルアミド、ジメチルアミノプロピル(メタ)アクリルアミド、N,N−ジメチルアミノプロピルアクリルアミド等が挙げられる。
【0019】上記重合性単量体(b)であって、アミノ基を有するものとしては特に限定されず、例えば、ジメチルアミノメチル(メタ)アクリレート、ジメチルアミノエチル(メタ)アクリレート、ジメチルアミノプロピル(メタ)アクリレート、ジエチルアミノエチル(メタ)アクリレート等が挙げられる。
【0020】上記重合性単量体(b)であって、ニトリル基を有するものとしては特に限定されず、例えば、(メタ)アクリロニトリル等が挙げられる。
【0021】本発明の高周波融着用組成物は、誘電率と誘電損失の積が0.01以上である必要がある。この誘電率と誘電損失との積は、高周波誘電加熱の発生熱量に相関があり、この値が少なくとも0.01以上であることにより、実質的に高周波誘電加熱加工が可能になるからである。
【0022】本発明の高周波融着用組成物を製造する際の、SP値が9以下の重合性単量体(a)、又は、SP値が9以下の重合性単量体(a)と他の重合性単量体(b)との合計の割合は、単量体の合計量に対して2重量%以上が好ましい。上記割合が2重量%未満であると、ポリオレフィン樹脂に対する接着力が劣ることがある。
【0023】上記SP値が9以下の重合性単量体(a)の単独重合体、及び/又は、SP値が9以下の重合性単量体(a)と他の重合性単量体(b)との共重合体は、溶液重合、塊状重合、懸濁重合、乳化重合等の公知の方法を用いて製造することができるが、通常、トルエン、酢酸エチル等の溶媒中で溶液重合することにより容易に製造することができる。
【0024】上記重合性単量体(a)の単独重合体、及び/又は、上記重合性単量体(a)と他の重合性単量体(b)との共重合体の重量平均分子量は、1000〜500万であることが好ましい。1000未満であると、融着後の接着力が不充分になることがあり、500万を超えると、製造時の粘度が高くなり、製造が困難になる。
【0025】また、SP値が9以下の重合性単量体(a)と他の重合性単量体(b)との共重合体を製造する際、その使用目的に応じて、ガラス転移温度、極性、融着性(接着性)等の物性を調製するために、他のビニル系単量体又は(メタ)アクリル酸エステル系単量体を共重合することができる。
【0026】上記ビニル系重合体としては特に限定されず、例えば、α−メチルスチレン、ビニルトルエン、スチレン等の芳香族系単量体;メチルビニルエーテル、エチルビニルエーテル、イソブチルビニルエーテル等のビニルエーテル系単量体;N−ビニルピロリドン、アクリロイルモルホリン等のアミノ基、アミド基、ニトリル基以外の窒素含有ビニル単量体、酢酸ビニル等が挙げられる。これらは、単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
【0027】上記(メタ)アクリル酸エステル系単量体としては特に限定されず、例えば、メチル(メタ)アクリレート、エチルアクリレート、n−プロピル(メタ)アクリレート、イソプロピル(メタ)アクリレート、n−ブチル(メタ)アクリレート、sec−ブチル(メタ)アクリレート、tert−ブチル(メタ)アクリレート、シクロヘキシルメタクリレート、n−オクチル(メタ)アクリレート、イソオクチルアクリレート、2−エチルヘキシル(メタ)アクリレート、イソノニルアクリレート、ラウリル(メタ)アイリレート等が挙げられる。これらは、単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
【0028】本発明の高周波融着用組成物には、発明の目的を阻害しない範囲内で、必要に応じて、公知の各種添加剤、例えば、粘着付与樹脂、可塑剤、軟化剤、充填剤、安定剤、酸化防止剤、顔料等を添加してもよい。
【0029】本発明の高周波融着用組成物は、対象となる基材表面に層を形成するか、又は、樹脂中に混入することにより、種々の部材又は材料を高周波融着可能なものとすることができる。
【0030】本発明2の高周波融着用材料は、融着性を付与しようとする樹脂中に、上記高周波融着用組成物が混入されたものである。上記融着性を付与しようとする樹脂としては特に限定されず、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン系樹脂が挙げられる。
【0031】融着性を付与しようとする樹脂中に上記高周波融着用組成物を混入する方法としては特に限定されず、例えば、バンバリーミキサー等のミキサー、ミキシングロール、ブラベンダープラストグラフ、ニーダー、単軸押出し機等で混練する方法等が挙げられる。
【0032】この後、上記方法により混練された高周波融着用材料を熱ロールでさらに溶融混練し、プレスすることにより高周波融着性を有するシートを作製することができる。また、単軸押出し成形を行うことにより、同じく高周波融着性を有するフィルム、シート、ブロック、異形品、チューブ、ネット等を作製することができる。更に、射出成形、ブロー成形等を用いて高周波融着性を有する製品を作製することができる。
【0033】本発明3の高周波融着用フィルムは、基材フィルムの表面に、上記高周波融着用組成物又は上記高周波融着用材料(以下、高周波融着用組成物等ともいう)からなるフィルム層が設けられたことを特徴とする。
【0034】上記基材フィルムとなる樹脂としては特に限定されず、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン系樹脂、エチレン−酢酸ビニル共重合体(EVA)、エチレン−メタクリル酸メチル共重合体(EMMA)等の熱可塑性エラストマー等が挙げられる。
【0035】上記基材フィルムの表面に高周波融着用組成物等の層を形成する方法としては特に限定されず、例えば、上記高周波融着用組成物等を含む溶剤系、水系の溶液を調製した後、この溶液をスプレーし、又は、ロールコーター等を用いて塗布する方法、基材の作製時に共押出しにより基材と一体化した高周波融着用組成物等からなる表面層を形成する方法(共押出し方法)、熱板により押圧する押圧熱ラミネート方法、基材上に押し出して積層する押し出しラミネート方法等が挙げられる。
【0036】本発明4の高周波融着用部材は、基材の表面に、上記高周波融着用組成物又は上記高周波融着用材料からなるフィルム層が設けられたことを特徴とする。上記基材とは、フィルム状以外の種々の形状を有する部材をいう。上記基材となる樹脂としては、本発明3で説明したものと同様のものが挙げられ、上記基材の表面に高周波融着用組成物等の層を形成する方法としては、本発明3で説明したものと同様のものが挙げられる。
【0037】このように、上記高周波融着用組成物等は、溶液として塗布する方法、共押出し方法、熱ラミネート方法、押し出しラミネート方法等各種の方法により、基材フィルム又は基材に当該高周波融着用組成物等の層を形成することにより優れた高周波融着効果を示す。
【0038】従って、本発明1の高周波融着用組成物及び本発明2の高周波融着用材料は、接着剤及び改質剤として、例えば、自動車の車両部品、食品用、医療用等の包装材料、文具、雑貨、家電等の電気部品、各種産業用資材等の幅広い分野で有用である。
【0039】また、上記方法により製造された本発明3の高周波融着用フィルム及び本発明4の高周波融着用部材は、高周波融着性を有する部材として、例えば、自動車の車両部品、食品用、医療用等の包装材料、文具、雑貨、家電等の電気部品、各種産業用資材等の幅広い分野で有用である。
【0040】
【実施例】以下に実施例及び比較例を掲げて本発明を更に詳しく説明するが、本発明はこれらのみに限定されるものではない。
【0041】実施例1〜4及び比較例1〜3攪拌器、冷却器、温度計及び窒素ガス導入口を備えたセパラブルフラスコに、下記表1に示す割合のモノマー(不飽和二重結合を有するオレフィン系単独重合体を含む)の混合物と、トルエン70重量部と酢酸エチル30重量部とからなる重合溶剤とを配合し、モノマー混合溶液を調製した。各モノマーの配合比を、下記の表1に示した。なお、モノマーのSP値は、L−1253:8.5、n−ブチルアクリレート(n−BA):9.1、メチルメタクリレート(MMA):9.5であった。
【0042】
【表1】

【0043】次に、このモノマー混合溶液を20分間窒素ガスを用いてバブリングすることにより溶存酸素を除去した後、セパラブルフラスコ内を窒素ガスに置換して昇温させた。冷却管に還流液が確認された時点で重合開始剤として、1,1ジ(t−ヘキシルパーオキシ)−3,3,5−トリメチルシクロヘキサン(日本油脂社製、商品名:パーヘキサTMH)0.01重量部を投入することにより沸点重合を開始した。
【0044】重合を開始してから1時間後に再度パーヘキサTMH0.02重量部を投入した。また、重合を開始してから2時間後、3時間後及び4時間後に、ジ−(3,5,5−トリメチルヘキサノイル)パーオキシド(日本油脂社製、商品名:パーロイル355)0.02重量部、0.1重量部及び0.3重量部をそれぞれ投入した。7時間後沸点重合を行うことによりアクリル系共重合体溶液が得られた。
【0045】評価方法ポリプロピレンフィルムとの融着性の評価実施例1〜4及び比較例1〜4で得られた樹脂を、乾燥厚み25μmになるようにポリプロピレン(PP)フィルムにコーティングし、120℃で1分間乾燥した後、未コーティングのもう一方にPPフィルムを軽く重ね、積層体を形成した。
【0046】次に、得られた積層体を、高周波ウェルダー機(精電舎電子社製)を用い、40.68MHzの高周波を出力1KWにて5秒間印加し、高周波融着を行った。この後、得られたフィルムを手剥離させた部分を観察し、材料破壊しているものを○、界面剥離したものを×とした。その結果を表2に示した。また、実施例1〜4及び比較例1〜3で得られた樹脂の誘電率×誘電損失の値、SP値が9以下の単量体の割合も、表2に示した。
【0047】
【表2】

【0048】表2に示した結果より明らかなように、実施例1〜4の高周波融着用組成物は、何れもPPフィルムによく融着し、一部PPフィルム破壊が見られたが、比較例1〜3の樹脂では、発熱はしているもののPPフィルムには融着しておらず、上記樹脂とPPフィルムとの間は、界面剥離であった。
【0049】
【発明の効果】本発明1の高周波融着用組成物は、上述の構成よりなり、高周波により発熱する特性を有し、対象となる基材表面に層を形成するか、又は、対象となる樹脂中に混入することにより、種々の部材又は材料を高周波融着可能なものとすることができる。本発明2の高周波融着用材料は、上記高周波融着用組成物を他の樹脂に混入したものであり、種々の部材を高周波融着可能なものとすることができる。
【0050】また、上記高周波融着用組成物又は高周波融着用材料が用いられた本発明3の高周波融着用フィルム又は本発明4の高周波融着用部材は、高周波融着性を有する部材として、上記した自動車の車両部品等の幅広い分野で有用である。




 

 


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