JPH07112862B2 - ポリマー容器のバリヤー特性 - Google Patents

ポリマー容器のバリヤー特性

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JPH07112862B2
JPH07112862B2 JP5506910A JP50691093A JPH07112862B2 JP H07112862 B2 JPH07112862 B2 JP H07112862B2 JP 5506910 A JP5506910 A JP 5506910A JP 50691093 A JP50691093 A JP 50691093A JP H07112862 B2 JPH07112862 B2 JP H07112862B2
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、ポリマー容器のガスバリヤー特性の改良方法
および改良された容器それ自体に関する。さらに特定す
れば、本発明は、選択されたバリヤーコートを選択され
たポリマー容器に付与して、効率的にかつ経済的に容器
の内外へのガスの透過を減少させる技術を包含する。
発明の背景 プラスチックは、パッケージ、特に食料および飲料のガ
ラスおよび金属容器の代替としての用途が増大し続けて
いる。そのようなプラスチックパッケージの利点は、ガ
ラスに比較して軽量であること、破損性が少ないこと、
および潜在的に低コストであることである。しかしなが
ら、ポリエチレンテレフタレートおよびポリ塩化ビニル
のような、かなり良好なバリヤープラスチックでさえ、
そのガス−バリヤー特性は、多くの目的のためには不十
分である。この不十分さは、体積に対する表面の比が比
較的高い、容積が1/2リットルまたはそれより小さい、
小型の容器で特に重大であり、多くの食料製品は許容で
きる保存期間を有しないほどである。従って、ポリマー
容器の最も普及した使用は、1から2リットルサイズで
あるが、これらのより大きいサイズでさえ、保存期間は
限られているので、そのような容器の透過性を減少する
ことは、かなりの価値がある。壁を通してのガスの透過
は、炭酸飲料からの脱炭酸(二酸化炭素損失)の形で製
品の劣化をもたらし、そしてビールおよび他の食料製品
では酸素の侵入および味の変化をもたらす。
プラスチック容器の透過性を減少させるために、プラス
チック容器上にバリヤーコートが付与されてきた。当然
のこととして、満足な結果を達成するためには、これら
のバリヤー材料でコートされた容器の領域を最大にする
ことが必要であると、今まで考えられてきた。米国特許
第4,515,863号(Cobbら)は、ポリエチレンテレフタレ
ート(PET)ボトル全体をポリ塩化ビニリデン(PVDC)
によって均一にコートすることを開示する。米国特許第
4,534,995号(Pocockら)、米国特許第4,525,377号(Ni
ckelら)および日本公開公報第60-2361号(クラレCo.,L
td.)は、いずれも、ボトルの吹込成形の前にPVDCまた
はエチレンビニルアルコール(EVAL)バリヤー材料で、
PETパリソン予備成形体をプレコートすることを開示す
る。いずれの場合も、これらのパリソンは、頸状部のネ
ジ部領域まですっかりコートされていて、最終的に得ら
れた吹込成形ボトルは、事実上その外表面全体がコート
されている。米国特許第4,478,874号(Hahn)は、PET容
器およびボトルの外表面全体への無機酸化物バリヤーコ
ーティングの蒸着を開示する。
ポリマー容器は、低コストの製品であるので、製造コス
トに大変影響されやすい。その結果、この業界では、透
過性の主要な減少を達成するために、バリヤーコートを
実質的な厚みで用いることを制限されている。さらに、
吹込成形ポリマー容器は、一般に、プラスチックが不均
一な厚みである壁部分を有し、ある壁部分は、他の壁部
分よりも透過性が少ない。従って、均一に付与されるバ
リヤーコートは、既に比較的低い透過性を有する厚い領
域に無駄に付与され得る。容器全体にある種のバリヤー
コートを付与することにより、ある種の容器形状の底部
分の小さな半径の領域での応力による割れの問題が悪化
する傾向にあることもまた、知られている。
有害な副効果を避けながら、ポリマー容器に対してバリ
ヤーコートをより経済的かつ効果的に使用をすることが
望ましい。
発明の要旨 本発明は、上述の不十分さを回避する。容器の基材ポリ
マーの透過性がある範囲内であれば、非常に低い透過性
のガスバリヤーコーティングを用いると、コートされた
領域を通してのガス移動の減少は十分なので、ポリマー
容器のかなりの部分をコートせずに残し得ることが見い
だされた。さらに特定すれば、15立方センチメートル−
ミリメートル/平方メートル−日−気圧(15 cubic cen
timeters-millimeter per square meter per day per a
tmosphere)より小さい透過性を有する基材ポリマー、
およびその基材の透過性の半分よりも小さい透過性のバ
リヤーコートを用いると、容器中に封入された製品の保
存期間は、容器の表面領域のわずか30〜75パーセントを
バリヤーコートでコートすることによっておよそ2倍に
なることが期待され得る。
本発明において未塗装で残されたポリマー容器の領域
は、最も厄介な領域、例えば均一にコートするのが難し
い複雑な形状の領域、またはコートされたときに応力割
れしがちな鋭く曲がった領域であり得る。それ故、本発
明によって、コーティング工程は、容器の、垂直側壁部
分などの比較的コートし易い領域上にのみバリヤーコー
ティングを付与することによって、簡略化され得る。そ
の結果、スプレーノズルを複雑に組み合わせることが不
必要となる。このバリヤー材料はまた、容器の、ラベル
または他の不透明な材料によって覆われる領域に限定さ
れ得、それによって、バリヤーコートの透明性への要求
は軽減される。あるいは、このバリヤーコーティング
は、容器の、他よりも透過性が高いことが知られている
領域、例えば、容器の特殊な形状の結果である薄い壁の
領域、または成形操作時の不均一な伸張によって、容器
のポリマー材料の配向が少ない(従ってより透過性であ
る)領域に特に付与され得る。
バリヤーコーティングを付与する工程で得られる経済的
効果だけでなく、コーティング材料の量もまた減少さ
れ、さらなる節約となる。保存期間を延長する代わり
に、本発明は、保存期間をほぼ保ちながら、容器の重量
を減少させるために用いられ得る。とりわけバリヤーコ
ーティングの実質的な減量が要求されているので、各容
器で用いられるポリマーの量を減らすことで、バリヤー
コーティング材料のコストを少なくとも部分的に相殺し
得る節約となる。
ほとんどのバリヤーコーティング操作において完全な被
覆を保証するためになされる注意深い配慮を考えると、
わざとポリマー容器の一部分のみをコーティングするこ
とは、従来技術からの重要な発展である。
詳細な説明 かなり良好な(reasonably good)基材ポリマーとは、
選択されたガスの透過率が、15.0cc-mm/平方メートル−
日−気圧よりも少ないポリマーを意味する。いくつかの
例として、以下が包含される:酸素および二酸化炭素の
透過値がそれぞれ2.2および4.7であるポリエチレンテレ
フタレート(PET);2.8および5.9であるポリ塩化ビニル
(PVC);2.3および4.7であるポリアミド;および0.44お
よび1.2であるポリアクリロニトリル(PAN)。非配向PV
Cの二酸化炭素透過性は12.0である。良好な透明バリヤ
ーコーティングの透過性は1.5よりも小さく、好ましく
は0.5よりも小さい。いくつかの特定の例は、酸素およ
び二酸化炭素に対してそれぞれ0.04および0.12の値のポ
リ塩化ビニリデン(PVDC)、0.05および0.12の値のエチ
レンビニルアルコール(EVAL)および0.19および0.10の
値の少なくとも7%窒素を含有するポリアミンポリエポ
キシドである。
本発明の効果は、以下の計算によって実証される。約60
平方インチの表面積および12ミルの平均壁厚みを有する
コートされていない半リットルPETボトルは典型的に
は、炭酸飲料の保存期間が約8週間である。保存期間は
一般的には、炭酸飲料がその15パーセントの炭酸を失う
時間と見なされる。PETの平均二酸化炭素透過性を、18c
c−ミル/100平方インチ/日/気圧と仮定すると、上述
のボトルは、8週間で約200立方センチメートルの二酸
化炭素を失うと計算され得る。これは、同じPETボトル
でその領域の70パーセントを以下で示す実施例2のポリ
アミン−ポリエポキシドコーティングで0.5ミルの厚み
にコーティングしたものと比較され得る。同じ8週間の
間に、この部分的にコートされたボトルから失われる二
酸化炭素は、約70立方センチメートルと計算され得る。
その結果、この部分的にコートされたボトルは、コート
されていないボトルの少なくとも2倍のオーダーの保存
期間を有すると期待され得る。
バリヤーコーティングでコートすることが選択される、
容器の領域の特定の割合(例えば約30〜75パーセントの
範囲)は、その最終的な使用法および製造者と顧客の要
求に依存する。バリヤーコーティングの透過性およびそ
の厚みは、考慮される付加的な変数である。上の例は、
実用可能な多くのバリエーションのほんの一つである。
2リットルPETボトルについて、好ましいバリヤー組成
物でその外表面のわずか35%をコーティングすることに
よって、炭酸ソフトドリンクの保存期間は13から30週間
に延長され得ると見積られる。他方、2リットルのPET
ビールボトルについて、満足に炭酸を保持し、かつ酸素
の侵入を減じるためには、その外表面の70から75パーセ
ントをコートすることが必要であると算出される。
以下の実施例は、ポリアミンおよびポリエポキシドの反
応生成物を含有するバリヤーコーティング組成物の好ま
しいタイプを説明する。この組成物は、K.W.Niederst,
R.M.Nugent,Jr.およびJ.A.Seinerによる、本願明細書と
同日付の、同時係属米国特許出願第07/767,458号の主題
事項であり、この開示は参考として本願明細書に援用さ
れている。
実施例1 7モルのテトラエチレンペンタミンと6モルのEPON828
ポリエポキシドを1−メトキシ−2−プロパノール(Do
wanol PM)中で反応させることによって、付加物を調製
した。総固形分が33.5%のこの付加物の230.92グラムを
21.0グラムのジエタノールアミンと混合した。この混合
物に、36.10グラムのTETRAD X(N,N,N′,N′テトラキス
(オキシラニルメチル−1,3−ベンゼンジメタンアミ
ン、三菱ガス化学Co.から市販)、108.75グラムの追加
のDowanol PM、および111.18グラムの2−ブトキシエタ
ノール(ブチルセロソルブ)を添加した。この組成物
は、25.0パーセントの総固形分であり、固形反応生成物
の11重量パーセントの理論アミン窒素含量、および12.9
重量パーセントの理論水酸基含量を有した。溶剤比は、
重量ベースでDowanol PM/ブチルセロソルブが65/35であ
った。この組成物を1ミルのポリプロピレンフィルムに
付与して、140゜Fで15分間焼いた。このフィルムは、光
沢があり、硬く、室温で数日間エージングした後テスト
すると、30℃乾燥条件下で0.6cc−ミル/100インチ2−日
−気圧の酸素透過性を示し、そして30℃乾燥条件下で0.
2cc−ミル/100インチ2−日−気圧の二酸化炭素透過性を
示した。
実施例2 この実施例は、TETRAD Xを混合物に添加するとき、6.72
グラムの脱イオン水もまた添加する点を除いて、実施例
1と同様である。このフィルムのこの結果生じた酸素透
過性は、30℃乾燥条件下で0.31cc−ミル/100インチ2
日−気圧であり、そして二酸化炭素透過性は、30℃乾燥
条件下で0.03cc−ミル/100インチ2−日−気圧であっ
た。
本発明で用いられ得る他のタイプのバリヤーコーティン
グは、米国特許第4,478,874号に開示されているシリコ
ンオキサイドのような金属酸化物のコーティングであ
り、この開示は参考として援用されている。そのような
コーティングは真空チャンバー中でポリマー基材に付与
され得、この真空チャンバー中でRFエネルギー源によっ
てシリコンモノキサイド源がプラズマに蒸化およびイオ
ン化し、そしてこのプラズマは、電場によって、基材の
表面にSiOイオンを埋める(imbed)のに十分なエネルギ
ーで基材に衝突する。望ましければ、蒸着の間、コート
される容器は、回転され得る。このタイプのバリヤーコ
ーティングを付与するのは複雑なので、ポリアミン−ポ
リエポキシドタイプのコーティングのようには望ましく
ない。
本発明の透過性の要求に合致する、なお他のタイプのバ
リヤーコーティングは、他の点でポリアミン−ポリエポ
キシコーティングに劣るが、米国特許第4,515,836号に
開示されているタイプのポリ塩化ビニリデンコーティン
グであり、この開示は参考として援用されている。
本発明は、特定の詳細に関して記載されているが、その
ような詳細は、本発明の範囲における制限と見なされる
べきであると意図されず、添付の請求の範囲に含まれる
範囲にのみ制限される。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭64−44745(JP,A) 特開 昭59−74061(JP,A) 特開 昭57−80433(JP,A) 特開 昭48−4175(JP,A) 特公 昭45−15632(JP,B1)

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】その外表面の30〜75パーセントがバリヤー
    材料でコートされたポリマー容器であって、該バリヤー
    材料のガス透過性が該ポリマー自体のガス透過性の半分
    よりも小さく、15立方センチメートル−ミリメートル/
    平方メートル−日−気圧よりも小さい平均二酸化炭素透
    過性を有する、該ポリマー容器のある領域をコートせず
    に残す、ポリマー容器。
  2. 【請求項2】前記バリヤー材料のガス透過性が、0.5cc-
    mm/平方メートル−日−気圧よりも少ない、請求項1に
    記載の容器。
  3. 【請求項3】前記バリヤー材料のガス透過性が、0.2cc-
    mm/平方メートル−日−気圧よりも少ない、請求項1に
    記載の容器。
  4. 【請求項4】前記外表面の30〜60%がバリヤー材料でコ
    ートされた、請求項1に記載の容器。
  5. 【請求項5】前記外表面の30〜50%がコートされた、請
    求項1に記載の容器。
  6. 【請求項6】前記ポリマーが、その主要な部分がポリエ
    ステル、ポリビニルハライド、ポリアミドまたはポリア
    クリロニトリルからなる材料から選択される、請求項1
    に記載の容器。
  7. 【請求項7】前記ポリエステルが、ポリエチレンテレフ
    タレートまたはポリブチレンテレフタレートまたはそれ
    らの混合物である、請求項6に記載の容器。
  8. 【請求項8】前記ポリビニルハライドが、ポリ塩化ビニ
    ルである、請求項6に記載の容器。
  9. 【請求項9】前記バリヤー材料が透明なコーティングで
    ある、請求項1に記載の容器。
  10. 【請求項10】前記バリヤー材料の主要な部分が、ポリ
    塩化ビニリデンおよび少なくとも7%の窒素を含有する
    ポリアミン−ポリエポキシドからなる群から選択され
    る、請求項6に記載の容器。
  11. 【請求項11】前記バリヤー材料の主要な部分がシリコ
    ンオキサイドである、請求項6に記載の容器。
  12. 【請求項12】前記ポリマー容器がボトルである、請求
    項1に記載の容器。
JP5506910A 1991-09-30 1992-09-10 ポリマー容器のバリヤー特性 Expired - Fee Related JPH07112862B2 (ja)

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BR (1) BR9206676A (ja)
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DE (1) DE69210830T2 (ja)
DK (1) DK0605537T3 (ja)
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