JP2011183613A - 不透水性及び水解性を有するシート - Google Patents
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Abstract
【解決手段】疎水性微粒子層(A)と、水溶性樹脂層(B)と、生分解性非水溶層(C)とを含む、不透水性及び水解性を有するシートであって、水溶性樹脂層(B)は、疎水性微粒子層(A)と、生分解性非水溶層(C)との間にあり且つ生分解性非水溶層(C)に接着されており、疎水性微粒子層(A)は、疎水性微粒子層(A)の水溶性樹脂層(B)と反対側の表面に、疎水性微粒子が積層されることにより形成された微細な凹凸構造を有することにより、90°超の水接触角を有し、そして水流に揉まれることにより崩壊する層であり、そして生分解性非水溶層(C)は、非水溶性であり且つ水溶性樹脂層(B)の水への溶解に伴い、少なくとも2つの断片に分断される層であることを特徴とするシート。
【選択図】図1
Description
また、水溶性を有するPVA系フィルムは吸湿性が高いので、当該PVA系フィルムが露出されている水溶性防水フィルムでは、十分に湿度を制御しないと、カール、ベタツキ等が発生し、生産性が低下する場合もある。
従って、本発明は、不透水性及び水解性を有するシートを提供することを目的とする。
[態様1]
疎水性微粒子層(A)と、水溶性樹脂層(B)と、生分解性非水溶層(C)とを含む、不透水性及び水解性を有するシートであって、
水溶性樹脂層(B)は、疎水性微粒子層(A)と、生分解性非水溶層(C)との間にあり且つ生分解性非水溶層(C)に接着されており、
疎水性微粒子層(A)は、疎水性微粒子層(A)の水溶性樹脂層(B)と反対側の表面に、疎水性微粒子が積層されることにより形成された微細な凹凸構造を有することにより、90°超の水接触角を有し、そして水流に揉まれることにより崩壊する層であり、そして
生分解性非水溶層(C)は、非水溶性であり且つ水溶性樹脂層(B)の水への溶解に伴い、少なくとも2つの断片に分断される層である、
ことを特徴とするシート。
上記疎水性微粒子が、無機系微粒子を含む、態様1に記載のシート。
[態様3]
上記疎水性微粒子が、1〜100nmの平均粒径を有する、態様1又は2に記載のシート。
疎水性微粒子層(A)が、0.1〜3g/m2の坪量を有する、態様1〜3のいずれか一つに記載のシート。
[態様5]
疎水性微粒子層(A)と、水溶性樹脂層(B)との間に、水解性基材層(D)をさらに含む、態様1〜4のいずれか一つに記載のシート。
水解性基材層(D)が、水解紙及び水解性不織布から成る群から選択される材料を含む、態様5に記載のシート。
[態様7]
生分解性非水溶層(C)が、セラック、ポリ乳酸、ポリカプロラクトン、蜜蝋、パラフィンワックス、カルナバロウ、ライスワックス、キチン、疎水性デンプン及びポリブチレンサクシネートから成る群から選択される材料を含む、態様1〜6のいずれか一つに記載のシート。
水溶性樹脂層(B)が、水溶性ウレタン、ポリビニルアルコール系ポリマー、ポリアクリルアミド、ポリアクリル酸系ポリマー、ポリエチレンオキシド、ビニルエーテル系ポリマー、スルホ変性ポリエステル、ポリウレタン誘導体及び多糖類から成る群から選択される材料を含む、態様1〜7のいずれか一つに記載のシート。
[態様9]
疎水性微粒子層(A)の、水溶性樹脂層(B)と反対側の表面が、30〜300mmの耐水圧を有する、態様1〜8のいずれか一つに記載のシート。
生分解性非水溶層(C)の、水溶性樹脂層(B)と反対側の表面が、400mm以上の耐水圧を有する、態様1〜9のいずれか一つに記載のシート。
[態様11]
シェイクフラスコ法試験後の分散率(%)が、50質量%以上である、態様1〜10のいずれか一つに記載のシート。
生分解性非水溶層(C)の上に、追加の層としての水溶性樹脂層(B)をさらに含む、態様1〜11のいずれか一つに記載のシート。
[態様13]
水溶性樹脂層(B)を準備するステップ;
疎水性微粒子層(A)を、水溶性樹脂層(B)に積層するステップ;及び
生分解性非水溶層(C)を、水溶性樹脂層(B)に積層するステップ:
を含む、態様1に記載のシートの製造方法。
水溶性樹脂層(B)を、水解性基材層(D)に積層するステップ;
疎水性微粒子層(A)を、水解性基材層(D)に積層するステップ;及び
生分解性非水溶層(C)を、水溶性樹脂層(B)に積層するステップ:
を含む、態様5に記載のシートの製造方法。
また、本発明の不透水性及び水解性を有するシートは、水中で揉まれると、疎水性微粒子層(A)の疎水性微粒子の微細な凹凸構造が崩壊して不透水性を失うことにより、残りの層が水溶するか又は水解することができるので、水中に廃棄後に水解性を有する。
[疎水性微粒子層(A)]
疎水性微粒子層(A)は、疎水性微粒子層(A)の水溶性樹脂層(B)と反対側の表面に、疎水性微粒子を積層することにより形成された微細な凹凸構造を有することにより、90°超の水接触角を有し、そして水流に揉まれることにより崩壊する層である。疎水性微粒子層(A)は、本発明の不透水性及び水解性を有するシートにおいて、使用時には不透水性を発揮し、そして廃棄後には水解の起点となる。疎水性微粒子層(A)はまた、水溶性樹脂層(B)の、吸湿によるカール、ベタつき等を軽減することができる。
上記疎水性微粒子は、水溶性樹脂層(B)、水解性基材層(D)等に、ファンデルワールス力により付着しているので、疎水性微粒子層(A)が廃棄後に水流で揉まれることにより、簡易に崩壊する。
上記疎水性微粒子としては、特に制限されず、例えば、無機系微粒子、例えば、酸化チタン、酸化亜鉛、硫酸バリウム、窒化ホウ素、SnO2、シリカ、Cr2O3、Al2O3、Fe2O3、SiC、酸化セリウム等が挙げられる。上記疎水性微粒子としては、その表面の特性、例えば、極性が特に重要であり、疎水性微粒子層(A)が後述の撥水性の要件を満たすように、必要に応じて、表面処理、表面修飾等が施されたものであってもよい。
特定の、平坦な表面を有する基材において、液体の接触角をθとし、そして当該材料の表面積をr倍に大きくした場合の液体の接触角をθrとすると、次の式(1):
cosθr=rcosθ (1)
が成立する。
式(1)において、1<rであることから、90°<θの場合には、rが大きくなるほどθrはより大きくなる、すなわち、液体の接触角がより大きくなる。
なお、θ<90°の場合には、rが大きくなるほど、θrは小さくなる、すなわち、液体の接触角はより小さくなる。
より大きなr値を有する微細な凹凸構造としては、例えば、フラクタル構造、例えば、微細突起状のフラクタル構造が挙げられる。
本明細書において、「液体」としては、水を含む溶液、例えば、体液、例えば、経血、及び排泄物、例えば、尿が挙げられる。
上記水接触角は、例えば、協和界面科学(株)製 自動接触角計 CA−V型により測定することができる。
なお、本明細書において用いられる耐水圧は、JIS L 1092 耐水度試験A法(低水圧法)に準じて測定することができる。
なお、本明細書において、「平均粒径」は、電子顕微鏡により撮影した画像から、約300個の粒子をランダムにピックアップし、それらの粒径を測定し、そして相加平均することにより得られた値を意味する。
疎水性微粒子層(A)の厚さは、約1μm以下であることが好ましい。
水溶性樹脂層(B)は、水溶性を有する樹脂を含む層であり、生分解性非水溶層(C)に接着されている。水溶性樹脂層(B)は、本発明の不透水性及び水解性を有するシートが、トイレ等の大量の水中に廃棄された場合に、疎水性微粒子層(A)の崩壊及び所望による水解性基材層(D)の水解に次いで水中に溶解し、隣接する生分解性非水溶層(C)が少なくとも2つの断片に分断することを補助する役割を有する。また、本発明の不透水性及び水解性を有するシートが、水解性基材層(D)を有する場合には、水溶性樹脂層(B)は、水解性基材(D)の目止めの役割をも有することができる。
水溶性樹脂層(B)及び生分解性非水溶層(C)との間の接着は、接着剤を用いたものであってもよく、又は接着剤を用いずに、水溶性樹脂層(B)及び/又は生分解性非水溶層(C)自体の接着性により、相互に接着されたものであってもよい。
生分解性非水溶層(C)は、非水溶性であり且つ水溶性樹脂層(B)の水への溶解に伴い、少なくとも2つの断片に分断される層である。生分解性非水溶層(C)は、本発明の不透水性及び水解性を有するシートにおいて、使用時には生分解性非水溶層(C)側の不透水性を発揮し、そして水中への廃棄後に水溶性樹脂層(B)の溶解に伴って、少なくとも2つの断片に分断され、好ましくは小片に分断される。
上記非水溶性としては、使用時の液体との接触の際に、液体に溶解しないものであることが好ましい。
生分解性非水溶層(C)側の耐水圧は、生分解性非水溶層(C)の組成、層の厚さ等により制御することができる。
上記透湿度は、JIS Z 0208 防湿包装材料の透湿度試験方法に従って測定することができる。
水解性基材層(D)は、疎水性微粒子層(A)と水溶性樹脂層(B)との間に所望により配置される、水解性を有する基材の層である。水解性基材層(D)は、疎水性微粒子層(A)との接着力が高いので、疎水性微粒子層(A)の、水溶性樹脂層(B)と反対側の表面の耐水圧を向上させることができる。
なお、「水解性」の意味は、後述の「不透水性及び水解性を有するシート」の項で説明するとおりである。
本発明の不透水性及び水解性を有するシートの2つの態様の断面の模式図を、図1及び図2に示す。図1では、不透水性及び水解性を有するシート1は、上から順に、疎水性微粒子層(A)2、水溶性樹脂層(B)3及び生分解性非水溶層(C)4を含む。符号5及び6は、それぞれ、疎水性微粒子層(A)の、水溶性樹脂層(B)と反対側の表面、及び生分解性非水溶層(C)の、水溶性樹脂層(B)と反対側の表面である。
上記「水解性」は、水洗トイレに流した場合等に、水中で崩壊する性質を意味する。本発明の不透水性及び水解性を有するシートの水解性を、下記のシェイクフラスコ法及び分散率に従って評価することができる。
800mLの蒸留水が入っている1000mLのフラスコ内に、10cm×10cmの正方形の試料を入れ、振とう速度240rpmで、60分間シェーカー(IWAKI社製 SHKV−200)を振とうし、振とう後の試料の状態を目視で評価する。
評価基準は、以下の通りである。
A:原形を留めないレベルまで分散している。
B:一部原形を留めるが、3つ以上に分散している。
C:原形を留めている。
本発明の不透水性及び水解性を有するシートとしては、評価Aであることが最も好ましく、そして評価Bであることが好ましい。
シェイクフラスコ法試験後のサンプルを、2メッシュ(線径:1.5mm、目開き:11.2mm、空間率:77.8%)の金網にて濾し取り、試験前のシート乾燥質量をAとし、そして金網上に残ったシート繊維の乾燥質量をBとして、以下の式:
分散率(%)=100×(A−B)/A
に基づいて計算する。
−使用時−
(1)本発明の不透水性及び水解性を有するシートの、生分解性非水溶層(C)側に、液体が触れた場合には、生分解性非水溶層(C)の不透水性により、液体の侵入を防止する。
(1)本発明の不透水性及び水解性を有するシートは、使用後、水中に廃棄されると、水流で揉まれることにより、疎水性微粒子層(A)内の微細な凹凸構造が崩壊し、その撥水性が低下し、次いで不透水性が失われる。疎水性微粒子層(A)内の疎水性微粒子は、ファンデルワールス力により、水溶性樹脂層(B)、水解性基材層(D)等に付着しているので、水流で揉まれることにより、簡易に崩壊する。
(2)疎水性微粒子層(A)の不透水性が失われることにより、水が内部に侵入し、水解性基材層(D)を有する場合には、水解性基材層(D)が、水解する。
(3)次いで、水溶性樹脂層(B)が水に溶解し、そして水溶性樹脂層(B)の溶解に伴い、生分解性非水溶層(C)が少なくとも2つの断片に分断され、そして水解する。水解した生分解性非水溶層(C)は、水流と共に運搬され、浄化槽、下水等の中で、速やかに、通常は、3ヶ月以内に生分解する。
本発明の不透水性及び水解性を有するシートでは、疎水性微粒子層(A)側と、生分解性非水溶層(C)側とで異なるメカニズムを採用することにより、不透水性と、水解性との機能を両立する。
水溶性樹脂層(B)を準備するステップ;
疎水性微粒子層(A)を、水溶性樹脂層(B)に積層するステップ;及び
生分解性非水溶層(C)を、水溶性樹脂層(B)に積層するステップ:
を挙げることができる。
疎水性微粒子層(A)は、一定の水圧まで撥水性を保持し、一定の水圧を超えると崩壊する必要があるため、膜状の連続皮膜ではなく、多孔状の不連続皮膜であることが好ましい。
なお、疎水性微粒子層(A)を水溶性樹脂層(B)に積層するステップと、生分解性非水溶層(C)を水溶性樹脂層(B)に積層するステップとは、順不同であり、どちらを先に実施してもよい。
水溶性樹脂層(B)を、水解性基材層(D)に積層するステップ;
疎水性微粒子層(A)を、水解性基材層(D)に積層するステップ;及び
生分解性非水溶層(C)を、水溶性樹脂層(B)に積層するステップ:
を挙げることができる。
疎水性微粒子層(A)は、上記疎水性微粒子が溶媒に分散された上述の溶液を、上述の方法により水解性基材層(D)にコーティングすることにより、積層することができる。
生分解性非水溶層(C)を水溶性樹脂層(B)に積層する方法は、上述の通りである。
なお、水溶性樹脂層(B)を、水解性基材層(D)に積層するステップと、疎水性微粒子層(A)を、水解性基材層(D)に積層するステップと、生分解性非水溶層(C)を、水溶性樹脂層(B)に積層するステップとは、順不同である。
生分解性非水溶層(C)の上に、疎水性微粒子層(A)をさらに積層することにより、生分解性非水溶層(C)側の撥水性を向上させ、ひいては不透水性を向上させることができる。また、生分解性非水溶層(C)の上に、水溶性樹脂層(B’)をさらに積層することにより、使用前の保管中に生分解性非水溶層(C)が経時劣化するのを防止することができ、そして液体を吸収した際に水溶性樹脂(B’)が液体に溶解し、液体を増粘させて、防漏効果を高めることができる。
以下の製造例、実施例及び比較例で用いた材料を、それらの中で用いられる略称と共に示す。
−疎水性微粒子層(A)−
ナノシリカ粒子:日華化学(株)製,アデッソWR1
−水溶性樹脂層(B)−
PVAフィルム:日本合成化学(株)製,ハイセロン MS−25,坪量:25g/m2
水溶性ウレタン:大原パラヂウム化学(株)製,AF36
スルホ変性ポリエステル:Eastman Chemical Company製,AQ29D
−生分解性非水溶層(C)−
セラック:東日本塗料(株)製,赤レッテル漂白セラックニス
−水解性基材層(D)−
水解紙:NBKP 100%,坪量:35g/m2
PVAフィルムの一方の面に、ナノシリカ粒子を、坪量が1.0g/m2となるように、スプレーコーティングし、そして乾燥した。次いで、上記PVAフィルムの、ナノシリカ粒子をコーティングしたのと反対の面に、セラックを、坪量が7.0g/m2となるようにグラビアコーティングし、そして乾燥し、シート1を製造した。
水解紙に、ナノシリカ粒子を、坪量が1.0g/m2となるようにスプレーコーティングし、そして乾燥した。ここで、ナノシリカ粒子がコーティングされた水解紙の通気抵抗値を測定したところ、0.289kPa・S/mであり、通気性を有することが確認された。次いで、水溶性ウレタンを、水解紙の、ナノシリカ粒子がコーティングされた面と反対の面に、坪量が20.0g/m2となるようにスリットコーターによりコーティングし、そして乾燥した。ここで、水溶性ウレタンがコーティングされた水解紙の通気抵抗値を測定したところ、計測範囲を超える大きさを有していた。次いで、セラックを、上記水溶性ウレタンの層の上に、坪量が7.0g/m2となるようにグラビアコーティングし、そして乾燥し、シート2を製造した。
セラックの坪量を3.0g/m2に変更した以外は製造例2に従って、シート3を製造した。
[製造例4]
セラックの坪量を15.0g/m2に変更した以外は製造例2に従って、シート4を製造した。
水溶性ウレタンの代わりにスルホ変性ポリエステルを用いた以外は製造例2に従って、シート5を製造した。
なお、スルホ変性ポリエステルは、イオン感応性樹脂の一種であり、体液中のようなイオン濃度が高い状況下では不溶性を示すが、トイレ等の大量の水の存在下のように、イオン濃度が低い状況下では溶解性を示す樹脂である。
製造例2の方法に従って製造したシートのセラック層の上に、追加の層として、水溶性ウレタンを、坪量が5.0g/m2となるようにスリットコーターによりコーティングし、そして乾燥し、シート6を製造した。
製造例1〜6で製造されたシート1〜6の概要を、表1にまとめる。
PVAフィルムの一面に、セラックを、坪量が7.0g/m2となるようにグラビアコーティングし、そして乾燥し、シート7を製造した。
吸湿により、カール、ベタツキ等が発生するため、湿度制御が必要であった。
[比較製造例2]
PVAフィルムの一面に、セラックを、坪量が7.0g/m2となるようにグラビアコーティングし、そして乾燥させ、次いで、PVAフィルムの、セラックをコーティングした面と反対側の面に、セラックを、坪量が7.0g/m2となるようにグラビアコーティングし、そして乾燥し、シート8を製造した。
水解紙の一面に、水溶性ウレタンを、坪量が20.0g/m2となるようにスリットコーターによりコーティングし、そして乾燥させた。次いで、セラックを、上記水溶性ウレタンの層の上に、坪量が7.0g/m2となるようにグラビアコーティングし、そして乾燥し、シート9を製造した。
[比較製造例4]
水解紙の一面に、セラックを、坪量が7.0g/m2となるようにグラビアコーティングし、そして乾燥し、シート10を製造した。
比較製造例1〜4で製造されたシート7〜10の概要を、表1にまとめる。
製造例1〜6及び比較製造例1〜4で製造されたシート1〜10に関して、下記試験を行った。
試験項目及び試験手順を以下に列挙し、そして結果を、表1に併せて示す。
−水解性−
上述のシェイクフラスコ法及び分散率に従って評価した。
なお、シェイクフラスコ法の目視評価に関しては、3回試験した結果を、総合的に判断した。
40℃及び相対湿度90%の条件下でシートを24時間保持し、シートの吸湿性に起因する反りを、目視で評価した。シートが、吸湿性を有する場合には、製造の際に、カール、ベタツキ等が発生し、生産性が低下する原因となり得るので、湿度を厳格に制御する必要が生じうる。
評価基準は、以下の通りである。
A:吸湿によるカール、ベタツキ発生なし
B:吸湿によるカール、ベタツキが若干あるが、加工には影響がない
C:吸湿によるカール、ベタツキが著しく、加工に影響がある
疎水性微粒子層(A)の、水溶性樹脂層(B)と反対側の表面の水接触角を、協和界面科学(株)製 自動接触角計 CA−V型を用いて測定した。5回測定した結果の平均値を、接触角の値として採用する。
−耐水圧−
疎水性微粒子層(A)側の耐水圧と、生分解性非水溶層(C)側との耐水圧を、それぞれ評価する。
JIS L 1092に準じて、10回試験した結果の平均値を、耐水圧の値として採用する。
実施例5から、水溶性樹脂層(B)を、PVAから、スルホ変性ポリエステルに変更した場合も、同様の効果を有することが分かる。また、実施例6から、生分解性非水溶層(C)の上に、追加の層として水溶性ウレタンをさらに積層しても、水解性はそれほど低下しないことが分かる。
また、特許文献1の[0058]に記載される、PVAフィルム層の両側に、生分解性非水溶層を積層する態様に相当する比較例2では、不透水性に優れるものの、水解性をほとんど有しないことが分かる。
2 疎水性微粒子層(A)
3 水溶性樹脂層(B)
4 生分解性非水溶層(C)
5 疎水性微粒子層(A)の、水溶性樹脂層(B)と反対側の表面
6 生分解性非水溶層(C)の、水溶性樹脂層(B)と反対側の表面
7 水解性基材層(D)
Claims (14)
- 疎水性微粒子層(A)と、水溶性樹脂層(B)と、生分解性非水溶層(C)とを含む、不透水性及び水解性を有するシートであって、
水溶性樹脂層(B)は、疎水性微粒子層(A)と、生分解性非水溶層(C)との間にあり且つ生分解性非水溶層(C)に接着されており、
疎水性微粒子層(A)は、疎水性微粒子層(A)の水溶性樹脂層(B)と反対側の表面に、疎水性微粒子が積層されることにより形成された微細な凹凸構造を有することにより、90°超の水接触角を有し、そして水流に揉まれることにより崩壊する層であり、そして
生分解性非水溶層(C)は、非水溶性であり且つ水溶性樹脂層(B)の水への溶解に伴い、少なくとも2つの断片に分断される層である、
ことを特徴とするシート。 - 前記疎水性微粒子が、無機系微粒子を含む、請求項1に記載のシート。
- 前記疎水性微粒子が、1〜100nmの平均粒径を有する、請求項1又は2に記載のシート。
- 疎水性微粒子層(A)が、0.1〜3g/m2の坪量を有する、請求項1〜3のいずれか一項に記載のシート。
- 疎水性微粒子層(A)と、水溶性樹脂層(B)との間に、水解性基材層(D)をさらに含む、請求項1〜4のいずれか一項に記載のシート。
- 水解性基材層(D)が、水解紙及び水解性不織布から成る群から選択される材料を含む、請求項5に記載のシート。
- 生分解性非水溶層(C)が、セラック、ポリ乳酸、ポリカプロラクトン、蜜蝋、パラフィンワックス、カルナバロウ、ライスワックス、キチン、疎水性デンプン及びポリブチレンサクシネートから成る群から選択される材料を含む、請求項1〜6のいずれか一項に記載のシート。
- 水溶性樹脂層(B)が、水溶性ウレタン、ポリビニルアルコール系ポリマー、ポリアクリルアミド、ポリアクリル酸系ポリマー、ポリエチレンオキシド、ビニルエーテル系ポリマー、スルホ変性ポリエステル、ポリウレタン誘導体及び多糖類から成る群から選択される材料を含む、請求項1〜7のいずれか一項に記載のシート。
- 疎水性微粒子層(A)の、水溶性樹脂層(B)と反対側の表面が、30〜300mmの耐水圧を有する、請求項1〜8のいずれか一項に記載のシート。
- 生分解性非水溶層(C)の、水溶性樹脂層(B)と反対側の表面が、400mm以上の耐水圧を有する、請求項1〜9のいずれか一項に記載のシート。
- シェイクフラスコ法試験後の分散率(%)が、50質量%以上である、請求項1〜10のいずれか一項に記載のシート。
- 生分解性非水溶層(C)の上に、追加の層としての水溶性樹脂層(B)をさらに含む、請求項1〜11のいずれか一項に記載のシート。
- 水溶性樹脂層(B)を準備するステップ;
疎水性微粒子層(A)を、水溶性樹脂層(B)に積層するステップ;及び
生分解性非水溶層(C)を、水溶性樹脂層(B)に積層するステップ:
を含む、請求項1に記載のシートの製造方法。 - 水溶性樹脂層(B)を、水解性基材層(D)に積層するステップ;
疎水性微粒子層(A)を、水解性基材層(D)に積層するステップ;及び
生分解性非水溶層(C)を、水溶性樹脂層(B)に積層するステップ:
を含む、請求項5に記載のシートの製造方法。
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