JP2005112456A - 乳酸系ポリマー組成物からなる梱包用バンド - Google Patents

Abstract

【課題】ポリプロピレン製バンドと同等の実用性を有し、更に高速仕様の自動梱包機でポリプロピレン製バンドと同等に使用可能な乳酸系ポリマーからなる梱包用バンドを提供する。
【解決手段】乳酸系ポリマー組成物からなる梱包用バンドと自動梱包機の摩擦を低減する為に、乳酸系ポリマーに無機充填剤及び有機滑剤を添加する。これによって、これまで乳酸系ポリマー組成物からなる梱包用バンドを使用する際に問題となった、自動梱包機での粉や剥離物の発生が抑制される。
【選択図】なし

Description

本発明は、ポリプロピレン製梱包用バンドと同等の実用性（引張強度、シール強度）を有し、さらに高速仕様の自動梱包機にも好適に使用することのできる生分解性を有する梱包用バンドに関する。

荷造りなどに使用される梱包用バンドは、現在ポリプロピレン製のものが軽量、高強度、耐薬品性、熱融着性の点で優れており、特に自動梱包機での使用に適し、また価格面でも安価であることから、梱包用バンドとして各種産業分野で大量に使用されている。
現在用いられているポリプロピレン製梱包用バンドは、例えば特開平３−６５８号公報、特公平４−７６７６９号公報、特公平５−３４２２９号公報などに開示されている公知技術により得ることができる。すなわち、熱可塑性樹脂であるポリプロピレンを溶融押出して帯状の成形物とし、これを長手方向に延伸した後、エンボス加工によって、表裏両面に多数の凹凸をつくることによって得られる。これら一連の加工操作により、引張強度の向上、縦割れの防止、表面の摩擦抵抗の増大、見かけ厚み増加による剛性の向上などにより、梱包用バントとしての使用過程における必要な性能に加えて、自動梱包機で使用する場合に必要な性能を維持しつつ、当該バンドの軽量化を実現している。

一般にポリオレフィン系、ポリスチレン系、ポリエステル系、ポリアミド系、ポリアクリレート系、ポリカーボネート系、ポリイミド系などに代表される高分子材料は、様々な産業用資材として有効に利用されてきた。これら通常の汎用高分子材料は、その使用を終え、廃棄する際にその処理方法を誤るとごみの量をふやす上に、、自然環境下でほとんど分解されないために、埋設処理した場合には、半永久的に地中に残留し、景観を損ねたり、海洋生物の生活環境を破壊したり、焼却処分した場合には、廃棄ガスや廃棄熱エネルギーが問題となる場合がり、多くの環境保全上の問題を抱えている。 このような背景から、分解性又は生分解性を有する熱可塑性樹脂として、乳酸系ポリマーが注目を集めてきた。ポリ乳酸は、動物の体内で数カ月から１年以内に１００％生分解し、また、土壌や海水中等の湿潤状態に放置された場合、数週間程度で強度が著しく低下し、約１年から数年程度で原形を留めずに消滅し、さらに分解生成物は、人体に無害な乳酸と二酸化炭素と水になるという特徴を有している。

ポリ乳酸の原料である乳酸は、発酵法や化学合成法により製造されている。最近では、特に発酵法によるＬ−乳酸が大量に製造され、価格も安価となってきており、各種用途の開発が進められている。

一般に広く使用されている自動梱包機は、ポリプロピレン製梱包用バンドの利用を前提に設計・調整されている。近年、梱包ラインの高速化に伴い、従来よりも高速仕様の梱包機も使用され始めている。これらを特別な改造・調整なしに、分解性を有する梱包用バンドで使用可能にすることは、梱包用バンドの製造業者及び消費者、梱包機の製造業者及び利用者など広範囲にわたって、非常に有益であり、このような特徴を持つ分解性を有する梱包用バンドが切望されている。

ポリ乳酸製梱包用バンドは、既に特開平１１−１６５３３８号公報、特開平１１−２７７６４０号公報及び特開平２００１−１９０２７号公報に開示されている。しかし、これら公報に記載の技術で得られる梱包用バンドは、ポリ乳酸の特徴である剛性のために、自動梱包機で使用した場合に粉や剥離物が発生する場合がある。特に高速仕様の自動梱包機で使用した場合に、粉や剥離物の発生が多くなり、トラブルの原因となる。
特開平３−６５８号公報 特公平４−７６７６９号公報 特公平５−３４２２９号公報 特開平１１−１６５３３８号公報 特開平１１−２７７６４０号公報 特開平２００１−１９０２７号公報

解決しようとする問題点は、乳酸系ポリマーからなる梱包用バンドを高速仕様の自動梱包機で使用する際に粉や剥離物が発生し、梱包機のトラブルが発生する点である。

本発明は、乳酸系ポリマー組成物からなる梱包用バンドと自動梱包機の摩擦を低減する為に、乳酸系ポリマーに無機充填剤及び有機滑剤を添加することを最も主要な特徴とする。

本発明により、ポリプロピレン製梱包用バンドと同等の実用性（引張強度、シール強度）を有し、さらに高速仕様の自動梱包機にも好適に使用することのできる生分解性を有する梱包用バンドを提供することができる。

本発明において乳酸系ポリマーとは、乳酸を主成分とするポリエステルであって、好ましくは乳酸を５０％以上、特に好ましくは７５％以上を含有し、その他の成分として乳酸以外の炭素数２〜１０の脂肪族ヒドロキシカルボン酸、脂肪族ジカルボン酸、脂肪族ジオールなどからなるものであり、また、ポリマーの生分解性を損なわない範囲でテレフタル酸などの芳香族化合物を含有するものであっても良い。これらを主成分とするホモポリマー、コポリマー、ならびにこれらの混合物を含む。

ポリマーの原料に用いられる乳酸類としては、Ｌ−乳酸、Ｄ−乳酸，ＤＬ−乳酸又はそれらの混合物または乳酸の環状２量体であるラクタイドを使用することができる。また乳酸類と併用できるヒドロキシカルボン酸類としては、炭素数２〜１０の乳酸以外のヒドロキシカルボン酸類が好ましく、具体的にはグリコール酸、３−ヒドロキシ酪酸、４−ヒドロキシ酪酸、４−ヒドロキシ吉草酸、５−ヒドロキシ吉草酸、６−ヒドロキシカプロン酸などを好適に使用することができ、更にヒドロキシカルボン酸の環状エステル中間体、例えば、グリコール酸の２量体であるグリコライドや６−ヒドロキシカプロン酸の環状エステルであるε−カプロラクトンも使用できる。
脂肪族ジカルボン酸としては、炭素数２〜３０の脂肪族ジカルボン酸が好ましく、具体的には、シュウ酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、スベリン酸、アゼライン酸、セバシン酸、ウンデカン二酸、ドデカン二酸、フェニルコハク酸、1,4-フェニレンジ酢酸等が挙げられる。これらは、単独で又は二種以上の組合せて使用することができる。

脂肪族ジオールとしては、炭素数２〜３０の脂肪族ジオールが好ましく、具体的には、エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、ポリエチレングリコール、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール、1,3-ブタンジオール、1,4-ブタンジオール、3-メチル-1,5-ペンタンジオール、1,6-へキサンジオール、1,9-ノナンジオール、ネオペンチルグリコール、ポリテトラメチレングリコール、1,4-シクロヘキサンジメタノ一ル、1,4-ベンゼンジメタノール等が挙げられる。これらは、単独で又は二種以上の組合せて使用することができる。
原料としての乳酸以外のヒドロキシカルボン酸、脂肪族ジカルボン酸、脂肪族ジオールは、得られるコポリマーならびに混合物中の乳酸含有率が５０％以上になるように、種々の組み合わせで使用することができる。

乳酸系ポリマーは、上記原料を直接脱水重縮合する方法、または上記乳類やヒドロキシカルボン酸類の環状２量体、例えばラクタイドやグリコライド、あるいはε−カプロラクトンのような環状エステル中間体を開環重合させる方法により得られる。

直接脱水重縮合して製造する場合、原料である乳酸類又は乳酸類とヒドロキシカルボン酸類を、脂肪族ジカルボン酸類 及び脂肪族ジオ−ル類を好ましくは有機溶媒、特にフェニルエーテル系溶媒の存在下で共沸脱水縮合し、特に好ましくは共沸により留出した溶媒から水を除き実質的に無水の状態にした溶媒を反応系に戻す方法によって重合することにより、本発明に適した強度を持つ高分子量の乳酸系ポリマーが得られる。乳酸系ポリマーの重量平均分子量は、成形性が可能な範囲で高分子量のものが好ましく、３万以上５００万以下がより好ましく、更に好ましくは７万以上３００万が好ましく、特に好ましくは１０万以上１５０万以下が好ましい。

本発明では、乳酸系ポリマーに無機充填剤を添加することによって、バンドの引張強度、腰の強さ、耐摩耗性、スリップ性が向上し、さらに縦割れが抑制される。本発明に用いることのできる無機充填剤は、結晶化促進作用を有するものが好ましく、具体例としては酸化チタン、炭酸カルシウム、硫酸バリウム、シリカ、カオリン、クレー、タルク等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。これらの中でも特に、ケイ酸（ＳｉＯ_２）成分を３０％以上含む結晶性の無機充填剤が好ましく、その具体例としては、タルク、カオリン、クレー、シリカが挙げられる。これらは単独で使用しても良いし、また、二種以上を混合して使用しても良い。無機充填材の配合量は、乳酸系ポリマー１００重量部に対し、０．１〜２５重量部が好ましく、０．５〜２０重量部がより好ましい。２５重量部を越えると、強度の低下を招いたり、シール強度が不十分となる場合がある。

本発明に用いることのできる有機滑剤としては、流動パラフィン、マイクロクリスタリンワックス、天然パラフィン、合成パラフィン、ポリエチレン等の脂肪族炭化水素系滑剤、ステアリン酸、ラウリル酸、ヒドロキシステアリン酸等の脂肪酸系滑剤、エルカ酸アマイド、ステアリン酸アマイド、オレイン酸アマイド、ラウリン酸アマイド、パルミチン酸アマイド、ベヘニン酸アマイド、リシノール酸アマイド、オキシステアリン酸アマイド、メチレンビスステアリン酸アマイド、エチレンビスステアリン酸アマイド、エチレンビスベヘニン酸アマイド等の脂肪酸アマイド系滑剤、モンタン酸ワックス、モンタン酸部分ケン化エステル、ステアリン酸ブチルエステル等の長鎖エステルワックス、グリセリン脂肪酸エステル、ヒドロキシステアリン酸トリグリセリド、ソルビタン脂肪酸エステル等の脂肪酸エステル系滑剤、ステアリン酸鉛、ステアリン酸カルシウム、ヒドロキシステアリン酸カルシウム等の炭素数１２〜３０の脂肪酸金属塩である金属石鹸系滑剤、有機珪素化合物、またはこれらを複合した複合滑剤等が挙げられる。

この中でも有機珪素化合物が有機滑剤として特に好ましく用いられる。有機珪素化合物とは無機基のＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合と有機基とから成るシリコーン（オルガノシロキサン）を意味する。シリコーンハンドブック（佐藤邦雄編、１９９０年、日刊工業新聞社刊）によればシリコーンは（化１）〜（化４）の骨格構造の組み合わせからなり、（１）オイル、（２）ゴム、（３）レジン等に大きく大別される。

（１）オイル（シリコーンオイル）は一般にＤ単位からなり主鎖がＭ単位で停止している。一般に粘度が０．６５ｃＳｔ〜１００万ｃＳｔで室温で液体である。
（２）ゴム（シリコーンゴム）はＤ単位のみからなる長鎖状重合体であり、５０００〜１万の重合度からなり、粘度は一般に１００万ｃＳｔを超え２０００万ｃＳｔ以下である。
（３）レジン（シリコーンレジン）はＴ単位を多量に含む三次元ポリマーで、上記（化３）のＲがメチル基のメチルシリコーンレジンとＲ基がメチル基およびフェニル基のメチルフェニルシリコーンレジンに大別される。メチルフェニルシリコーンレジンはメチルシリコーンレジンに比べて機械的強さに優れ、ブロックポリマー、ラダーポリマー、シリコーン（球状）パウダーなどの様々な形態がある。

これらの有機珪素化合物はいずれも好適に使用できるが、室温で液体であるオイル（シリコーンオイル）が特に好ましく使用できる。オイル（シリコーンオイル）としては、信越化学工業株式会社、東レ・ダウコーニング・シリコーン株式会社、日本ユニカー株式会社から市販されているものを用いることもできる。

有機滑剤の配合量は、乳酸系ポリマー１００重量部に対し、０．１〜１０重量部が好ましく、０．１〜５重量部がより好ましく、０．１〜２重量部がさらに好ましい。１０重量部を越えると、強度の低下を招いたり、有機滑剤が成形中に成形品表面にブリードし、成形トラブルとなる場合がある。

本発明で用いる乳酸系ポリマー組成物には、目的、例えば成形性、二次加工性、分解性、引張強度、耐熱性、保存安定性、耐候性、スリップ性、耐摩耗性、柔軟性等のため各種添加剤、例えば酸化防止剤、紫外線吸収剤、熱安定剤、難燃剤、内部離型剤、外部離形剤、無機添加剤、帯電防止剤、表面ぬれ改善剤、焼却補助剤、顔料、天然物等を添加することができる。

本発明において、乳酸系ポリマー、無機充填剤、滑剤、その他添加剤を、混合・混練して梱包バンドの原料とする方法は、公知公用の混練技術を用いることができる。例えば、ヘンシェルミキサー、リボンブレンダー等で各原料をドライブレンドし、押出機等を用いて溶融混合する方法を採用することができる。また、押出機での溶融混合とバンド製造を同時に行うこともできる。

また、一旦、無機充填剤や有機滑剤を高濃度にペレット化（マスターバッチ化）し、乳酸系樹脂と混合して押出する方法や、乳酸系樹脂と無機充填剤、及び之有機滑剤を押出機にサイドフィーダーや液体添加装置にて直接押出し機に投入し、溶融混合とバンド製造を同時に行うこともできる。

以下に、本発明の生分解性梱包用バンドの製造方法は公知公用の技術を用いることができる。例えば、乳酸系ポリマー、無機充填剤、滑剤、その他添加剤からなるポリマー組成物を、押出成形機のスリット状ダイにより帯状に溶融押出し、その後、冷却水槽に導き急冷する。冷却水槽の水温は２０〜８０℃の範囲が好ましく、２０〜６０℃の範囲がより好ましい。水温が上記範囲よりも低い場合、冷却水槽中のバンドの走行が乱れたり、バンドが過度に硬質になるため、走行の乱れが周囲に伝搬し易くなり、製品形状に悪影響を与える場合がある。水温が上記範囲より高い場合には、帯状成形物の冷却が不足して、軟質のまま次の延伸行程へ導入され、引き取りローラー（延伸ローラー）での巻き取り不良を引き起こす場合がある。

次に、この冷却されたバンドを、乳酸系ポリマーのガラス転移温度（Ｔｇ）以上、乳酸系ポリマーの融点（Ｔｍ）以下の温度に加熱して延伸を行う。好ましい延伸温度は、（Ｔｇ＋５℃）〜（Ｔｍ−２０℃）であり、（Ｔｇ＋１０℃）〜（Ｔｍ−４０℃）がより好ましい。延伸時のバンドの温度がＴｇに満たない場合やＴｍを越える場合は、延伸を行うことが困難となる。尚、延伸時の加熱方法は、水槽、オーブン、熱ロール等いずれを用いてもよい。

延伸倍率は、３〜１５倍が好ましく、３〜８倍がより好ましい。延伸倍率が３倍に満たない場合は、延伸による強度発現が少なく、十分な強度を持つ製品が得られない。１５倍を越える延伸倍率では、延伸切れや、バンドの縦割れなどのトラブルが発生しやすくなる。

延伸を行う方法としては、１段で行う他に、２段、３段〜多段の構成とし、各段で小倍率の延伸を行い、全体の延伸倍率を３〜１５倍とする方法もとることができる。多段の延伸を行う場合には、例えば、１段目で１．７〜５倍、２段目で１．５〜４倍、３段目では１．２〜３倍のように、順次延伸倍率を下げ、全体的な延伸倍率を３〜１５倍となるようにし、加熱条件は上記温度範囲において、１段目を一番低く、段数を増す毎に順次温度を高くする方法が好ましい。

上記方法により延伸したバンドは、引き続いて表面に所定の模様の凹凸を有するローラー（エンボスロール）に挟み込むことによって、バンドの表面または両面に多数の凹凸状の模様を賦形（エンボス加工）する。エンボスの形状は、ポリプロピレン製バンドで使用される公知公用の形状を用いることができる。

以下に実施例を挙げて本発明を具体的に説明するが、本発明の技術範囲を超えない限り、これに限定されるものではない。

梱包用バンドの評価条件は以下の通りである。
（１）結束テスト
高速仕様の自動梱包機（５０結束／分、ナイガイ（株）製）を用い、２００×２００×２００ｍｍの箱にバンド掛けを５００回連続で行った。この間の走行性、粉・剥離の有無、縦割れの有無を確認し、これら全てが良好な場合、総合評価を○とし、これらの内一つでも不良が認められた場合、総合評価を×とした。
（２）引張強度
ＪＩＳ Ｚ１５２７に準じ、引張強度を測定した。
（３）シール強度
上記（１）と同じ条件で結束テストを行い、ヒートシール部分を中心にして長さ２００ｍｍのサンプルとし、ＪＩＳ Ｚ１５２７に準じて、ヒートシール部分に剪断応力が働くように、バンド長手方向の引張強度を測定してシール強度とした。

ポリ乳酸（ＬＡＣＥＡ Ｈ−４００、三井化学（株）販売）、タルク（ＴＭ−３０、富士タルク工業（株）製）、ジメチルシリコーンオイル（ＫＦ−９６、信越化学工業（株）製）を１００：３：２の重量比でブレンドし、押出機シリンダー設定温度１９０〜２２０℃、スリットダイ設定温度２１０℃から帯状の成形物を押し出し、スリットダイ直下に設けられた水温５０℃に調節した冷却水槽に導き冷却した。続いて、延伸用加熱槽として温度制御が可能な水槽を用い、設定温度を８５℃とし、前後に配置した延伸ローラーの速度比により延伸倍率を５倍として延伸した後、エンボスロールにより表面に凹凸を賦形した後、巻取機で巻き取り、幅１５ｍｍ、見掛け厚み０．５５ｍｍの梱包用バンドを得た。このバンドの結束テストは良好で、引張強度、シール強度とも十分実用に足る値であった。評価結果を図１に示す。

ポリ乳酸（ＬＡＣＥＡ Ｈ−４００、三井化学（株）販売）、シリカ（サイリシア５３０、富士シリシア化学（株）製）、ジメチルシリコーンオイル（ＫＦ−９６、信越化学工業（株）製）を１００：３：２の重量比でブレンドした他は実施例１と同様にして、幅１５ｍｍ、見かけ厚み０．５５ｍｍの梱包用バンドを得た。このバンドの結束テストは良好で、引張強度、シール強度とも十分実用に足る値であった。評価結果を図１に示す。

ポリ乳酸（ＬＡＣＥＡ Ｈ−４００、三井化学（株）販売）、シリカ（サイリシア５３０、富士シリシア化学（株）製）、アミノ変性シリコーンオイル（ＫＦ−８６４、信越化学工業（株）製）を１００：３：２の重量比でブレンドした他は実施例１と同様にして、幅１５ｍｍ、見かけ厚み０．５５ｍｍの梱包用バンドを得た。このバンドの結束テストは良好で、引張強度、シール強度とも十分実用に足る値であった。評価結果を図１に示す。

［比較例１］
ポリ乳酸（ＬＡＣＥＡ Ｈ−４００、三井化学（株）販売）に、無機充填剤及び有機滑材を添加せずに、実施例１と同様にして、幅１５ｍｍ、見かけ厚み０．５５ｍｍの梱包用バンドを得た。このバンドで結束テストを実施したところ、梱包機フィードロール付近で粉や剥離が発生し、安定して梱包を行うことが困難であった。

［比較例２］
ポリ乳酸（ＬＡＣＥＡ Ｈ−４００、三井化学（株）販売）、シリカ（サイリシア５３０、富士シリシア化学（株）製）を１００：３の重量比でブレンドした他は実施例１と同様にして、幅１５ｍｍ、見かけ厚み０．５５ｍｍの梱包用バンドを得た。このバンドで結束テストを実施したところ、梱包機フィードロール付近で粉や剥離が発生し、安定して梱包を行うことが困難であった。

実施例１〜３、比較例１〜２の結果を示した表である。

Claims (6)

1. 乳酸系ポリマー１００重量部に対し、無機充填剤０．１〜１０重量部及び有機滑剤０．１〜１０重量部を含んでなる乳酸系ポリマー組成物からなる梱包用バンド。
2. 無機充填剤が、乳酸系ポリマーに対して結晶化促進作用を有する無機充填剤であることを特徴とする請求項１記載の梱包用バンド。
3. 無機充填剤が、ケイ酸（ＳｉＯ２）成分を３０％以上含む結晶性の無機充填剤であることを特徴とする請求項１〜２記載の梱包用バンド。
4. 無機充填剤が、タルク、カオリン、クレー、シリカであることを特徴とする請求項１〜３記載の梱包用バンド。
5. 有機滑剤が、有機珪素化合物であることを特徴とする請求項１〜４記載の梱包用バンド。
6. 有機滑剤が、シリコーンオイルであることを特徴とする請求項１〜５記載の梱包用バンド。

Images