JP2020157245A - バリア性フィルムの製造方法、バリア性フィルムおよびバリア性包装体 - Google Patents
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Abstract
Description
このようなバリア性フィルムに関する技術としては、例えば、特許文献1に記載のものが挙げられる。
特許文献1には、このような複合蒸着フィルムはガスバリア性および耐屈曲疲労性が優れると記載されている。
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものである。本発明は、とりわけ水蒸気バリア性に優れたバリア性フィルムを製造可能な、バリア性フィルムの製造方法を提供しようとするものである。
少なくとも基材フィルム層とポリ塩化ビニリデン系樹脂層とを備えるバリア性フィルムの製造方法であって、
ポリ塩化ビニリデン系樹脂を有機溶媒に溶解して樹脂溶液とする溶解工程と、
前記樹脂溶液を経時させて、前記ポリ塩化ビニリデン系樹脂の少なくとも一部が析出した析出物含有液を得る析出工程と、
基材フィルム上に前記析出物含有液を塗布し、有機溶媒を乾燥させることにより、ポリ塩化ビニリデン系樹脂層を形成する塗布工程と、
を含む、バリア性フィルムの製造方法。
2.
1.に記載のバリア性フィルムの製造方法であって、
分光光度計を用いて光路長1cmで測定される、波長660nmにおける前記析出物含有液の吸光度は0.5以上である、バリア性フィルムの製造方法。
3.
1.または2.に記載のバリア性フィルムの製造方法であって、
前記溶解工程においては、(i)前記ポリ塩化ビニリデン系樹脂を、良溶媒と貧溶媒の混合物からなる有機溶媒に溶解するか、または、(ii)前記ポリ塩化ビニリデン系樹脂を、良溶媒で溶解した後に、貧溶媒を添加する、バリア性フィルムの製造方法。
4.
1.〜3.のいずれか1つに記載のバリア性フィルムの製造方法であって、
前記基材フィルムは、酸化ケイ素、酸化窒化ケイ素、窒化ケイ素、酸化アルミニウムおよびアルミニウムからなる群から選択される一種または二種以上を含む無機物層を備え、
前記塗布工程では、前記析出物含有液は、前記無機物層上に塗布される、バリア性フィルムの製造方法。
5.
1.〜4.のいずれか1つに記載のバリア性フィルムの製造方法であって、
前記基材フィルム層と前記ポリ塩化ビニリデン系樹脂層との間にポリウレタン系接着剤層が形成される、バリア性フィルムの製造方法。
6.
1.〜5.のいずれか1つに記載のバリア性フィルムの製造方法であって、
前記ポリ塩化ビニリデン系樹脂層が、イソシアネート化合物、シランカップリング剤、ウレタン系樹脂、尿素系樹脂、メラミン系樹脂、エポキシ系樹脂、およびアルキッド系樹脂からなる群から選択される一種または二種以上の接着性成分を含む、バリア性フィルムの製造方法。
7.
1.〜6.のいずれか1つに記載のバリア性フィルムの製造方法により得られたバリア性フィルム。
8.
7.のバリア性フィルムを備えるバリア性包装体。
すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。また、図面はあくまで概略図である。図面中の寸法比率と実際の寸法比率とは必ずしも一致しない。
文中の数字の間にある「〜」は、特に断りがなければ、以上から以下を表す。例えば、「1〜5質量%」とは「1質量%以上5質量%以下」を意味する。
図1は、本実施形態のバリア性フィルムの製造方法により製造される、バリア性フィルム100の構造の一例を模式的に示した断面図である。
バリア性フィルム100は、基材フィルム層103と、その少なくとも片面に、ポリ塩化ビニリデン系樹脂層101とを備える。
(1)ポリ塩化ビニリデン系樹脂を有機溶媒に溶解して樹脂溶液とする溶解工程。
(2)上記(1)の樹脂溶液を経時させて、ポリ塩化ビニリデン系樹脂の少なくとも一部が析出した析出物含有液を得る析出工程。
(3)基材フィルム層103の少なくとも片面に、上記(2)の析出物含有液を塗布し、有機溶媒を乾燥させることにより、ポリ塩化ビニリデン系樹脂層101を形成する塗布工程。
しかし、本発明者は、ポリ塩化ビニリデン系樹脂を含む塗布液の塗布の際に、敢えて、有機溶媒中にポリ塩化ビニリデン系樹脂の少なくとも一部が析出した塗布液を用いることで、バリア性フィルム100の性能を向上させることができることを知見した。
溶解工程においては、ポリ塩化ビニリデン系樹脂を有機溶媒に溶解して樹脂溶液とする。溶解温度は樹脂組成にもよるが、例えば、40℃以上、好ましくは40〜60℃、より好ましくは45〜55℃の条件下で、ポリ塩化ビニリデン系樹脂を有機溶媒に溶解(好ましくは完溶)させる。
例えば、アセトン、メチルエチルケトン(MEKともいう)、シクロヘキサノン等のケトン類;ジオキサン、ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン(THFともいう)等のエーテル類;ベンゼン、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素類;酢酸エチル、酢酸ブチル等のエステル類;ジメチルホルムアミド等のアミド類;これらの混合溶媒;等が挙げられる。
本実施形態において、良溶媒とは、50℃で溶媒100gに対しポリ塩化ビニリデン系樹脂を5g以上溶解可能なものをいう。また、貧溶媒とは、良溶媒に該当しない溶媒、つまり、50℃で溶媒100gに対しポリ塩化ビニリデン系樹脂を5g未満しか溶解できないものをいう。
塩化ビニリデンと共重合可能な単量体としては、例えば、(メタ)アクリル酸メチル、(メタ)アクリル酸エチル、(メタ)アクリル酸プロピル、(メタ)アクリル酸−n−ブチル、(メタ)アクリル酸イソブチル、(メタ)アクリル酸−tert−ブチル、(メタ)アクリル酸−2−エチルヘキシル、(メタ)アクリル酸グリシジル、(メタ)アクリル酸シクロヘキシル、(メタ)アクリル酸−n−オクチル、(メタ)アクリル酸ラウリル、(メタ)アクリル酸トリデシル、(メタ)アクリル酸ステアリル等の(メタ)アクリル酸の炭素数1〜18のアルキルエステルまたはシクロアルキルエステル、(メタ)アクリル酸メトキシブチル、(メタ)アクリル酸メトキシエチル、(メタ)アクリル酸エトキシブチル等の(メタ)アクリル酸の炭素数2〜18のアルコキシアルキルエステルのような(メタ)アクリル酸エステル;(メタ)アクリル酸、クロトン酸、イタコン酸、無水イタコン酸、マレイン酸、無水マレイン酸、フマル酸、シトラコン酸等のカルボキシル基を有するエチレン系α,β−不飽和カルボン酸およびその塩;(メタ)アクリルアミド、ジアセトンアクリルアミド等の不飽和アミド化合物;アクリロニトリル、メタクリロニトリル等のニトリル基含有単量体;(メタ)アクリル酸−2−ヒドロキシエチル、(メタ)アクリル酸−2−ヒドロキシプロピル、(メタ)アクリル酸−3−ヒドロキシプロピル、(メタ)アクリル酸ヒドロキシブチル等のアクリル酸または(メタ)アクリル酸の炭素数2〜8のヒドロキシアルキルエステル;ポリオキシエチレンモノアクリレート、ポリオキシエチレンモノメタアクリレート、N−メチロール(メタ)アクリルアミド、アリルアルコール等の水酸基含有単量体;スチレン、α−メチルスチレン、塩化ビニル、ブタジエン、ビニルトルエン、酢酸ビニル、イタコン酸アルキルエステル、エチレン、プロピレン、イソブチレン等のその他の重合性不飽和単量体等から選択される一種または二種以上を挙げることができる。
例えば、樹脂溶液は、ポリ塩化ビニリデン系樹脂層と、それ以外の層との接着性を向上させる観点から、さらに接着性成分を含んでもよい。ポリ塩化ビニリデン系樹脂とともに接着性成分を有機溶媒に溶解して得られる樹脂溶液を用いることにより、接着性成分を含むポリ塩化ビニリデン系樹脂層を設けることができる。
シランカップリング剤を用いる場合、1種単独で使用してもよいし、2種以上を組み合わせて使用してもよい。
析出工程では、溶解工程で作製した樹脂溶液を経時させて、ポリ塩化ビニリデン系樹脂の少なくとも一部が析出した析出物含有液とする。
例えば、溶解工程において、加温してポリ塩化ビニリデン系樹脂を完溶させた樹脂溶液を、完溶温度以下の温度条件下にて保管(具体的には静置)することで、析出物含有液とすることができる。
保管の際の温度は、例えば常温付近(20〜30℃、好ましくは20〜25℃)とすることができる。
保管時間は、通常24〜336時間(14日)、好ましくは72〜168時間(7日)とすることができる。
白濁の程度は、例えば吸光度により定量化することができる。具体的には、分光光度計を用いて光路長1cmで測定される、波長660nmにおける析出物含有液の吸光度は、典型的には0.2以上、好ましくは0.3以上、より好ましくは0.5以上、さらに好ましくは1.0以上、特に好ましくは3.0以上である(波長「660nm」は、THF、トルエン、MEK等の有機溶媒による吸収が少ないという観点から選択している)。吸光度が適度に大きいことは、析出物含有液中で樹脂が十分に結晶化していることと対応していると考えられ、好ましい。
また、吸光度は、好ましくは5.0以下、より好ましくは4.0以下である。
塗布工程では、基材フィルム上に、析出工程で得られた析出物含有液を塗布し、有機溶媒を乾燥させることにより、ポリ塩化ビニリデン系樹脂層を形成する。
これらの中でも、延伸性、透明性が良好な点から、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリアミドが好ましい。
基材フィルムの片面または両面には、後述の無機物層や、その他の層が設けられていてもよい。また、ポリ塩化ビニリデン系樹脂層との接着性を高めるために、例えば、コロナ処理、火炎処理、プラズマ処理、プライマーコート処理等の表面活性化処理が行われていてもよい。
基材フィルムの厚さは、通常1〜200μm、好ましくは5〜150μmである。
乾燥温度は、基材フィルムの耐熱性などにより異なるが、通常50〜200℃、好ましくは70〜150℃、より好ましくは100〜130℃である。乾燥時間は、通常5秒〜10分、好ましくは5秒〜3分、より好ましくは5秒〜1分である。
塗布工程後に、さらにエージング処理を行ってもよい。エージング処理により、塗布後のポリ塩化ビニリデン系樹脂の結晶化度が向上し、バリア性能が一層高まると考えられる。
例えば、塗布工程で得られた乾燥後のフィルムを、常温で静置してエージング処理を行うことも可能であるが、好ましくはオーブン等によってエージング処理を行う。
処理時間の短縮と加熱によるフィルムの毀損防止の観点から、エージング処理の温度は、フィルム基材の耐熱性や融点を鑑みて設定すればよい。例えば延伸ポリプロピレンの場合、好ましくは30〜80℃、より好ましくは35〜60℃、さらに好ましくは35〜50℃である。
エージング処理の時間は温度条件によっても異なるが、好ましくは6〜168時間、より好ましくは12〜120時間、さらに好ましくは24〜96時間、特に好ましくは48〜72時間である。
ここまで、主として、基材フィルム層103の少なくとも片面に、析出物含有液を塗布してポリ塩化ビニリデン系樹脂層101を設けた、「2層構成」のバリア性フィルムの製造方法を説明した。一方、本実施形態において、バリア性フィルムは、ポリ塩化ビニリデン系樹脂層101および基材フィルム層103以外の層を備えていてもよい。
図2は、バリア性フィルム100において、ポリ塩化ビニリデン系樹脂層101と基材フィルム層103との間に、無機物層105がさらに積層された態様を模式的に表した図である。
無機物層105により、例えば、良好な耐ブロッキング性を維持しながら、酸素バリア性や水蒸気バリア性等のバリア性能をさらに向上させることができる。
酸化ケイ素には、二酸化ケイ素の他、一酸化ケイ素、亜酸化ケイ素が含有されていてもよい。
無機物層105が設けられた基材フィルム層103の、無機物層105の表面に対して、上述の(塗布工程)のようにして析出物含有液を塗布するなどして、バリア性フィルムを製造することができる。
図1で説明したような態様、または、図2で説明したような無機物層を備える態様において、さらに、追加のバリア性樹脂層(具体的には、追加のポリ塩化ビニリデン系樹脂含有層)が設けられてもよい。すなわち、バリア性フィルムは、基材層−無機物層−ポリ塩化ビニリデン系樹脂含有層−追加のポリ塩化ビニリデン系樹脂含有層、の順に積層された4層構成などであってもよい。
層間剥離強度を向上させる目的などのため、基材フィルム層とポリ塩化ビニリデン系樹脂含有層との間に接着剤層を設けてもよい。
ポリエステルポリオールは、多価カルボン酸とポリオールとの反応により得られるポリエステルである。原料として用いられるポリオールは、分子内に少なくとも2つ以上の水酸基を有する化合物であって、例えば、低分子量ポリオール、高分子量ポリオールが挙げられる。
ヒートシール性を付与するために、バリア性フィルムの少なくとも片面に熱融着層が設けられてもよい。
熱融着層は、基本的には公知の素材を適宜適用して設けることができる。例えば、エチレン、プロピレン、ブテン−1、ヘキセン−1、4−メチル−ペンテン−1、オクテン−1等のα−オレフィンの単独重合体若しくは共重合体、高圧法低密度ポリエチレン、線状低密度ポリエチレン(所謂LLDPE)、高密度ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリプロピレンランダム共重合体、低結晶性あるいは非晶性のエチレン・プロピレンランダム共重合体、エチレン・ブテン−1ランダム共重合体、プロピレン・ブテン−1ランダム共重合体等から選択される一種または二種以上のポリオレフィンを含む樹脂組成物により形成される層、エチレン・酢酸ビニル共重合体(EVA)を含む樹脂組成物により形成される層、EVAおよびポリオレフィンを含む樹脂組成物により形成される層などが挙げられる。
バリア性フィルムには、例えば、滑性層、帯電防止層等の種々のコーティング層やラミネート層が設けられていてもよい。
本実施形態のバリア性フィルム(特定の製法により得られたバリア性フィルム)は、例えば、バリア性能が要求される包装用フィルムとして用いることができる。具体的には、食品、医薬品、日常雑貨等を包装するための包装用フィルム;真空断熱パネル用フィルム;エレクトロルミネセンス素子、太陽電池等を封止するための封止用フィルム;等として好適に使用することができる。
また、本実施形態のバリア性フィルムは、バリア性包装体を構成するバリア性フィルムとして好適に用いることもできる。バリア性包装体は、例えば、内容物を充填することを目的として使用される本実施形態のバリア性フィルムにより構成されたバリア性包装袋自体、または、その包装袋に内容物を充填したものである。また、バリア性包装袋は用途に応じその一部にバリア性フィルムを使用してもよいし、バリア性包装袋全体にバリア性フィルムを使用してもよい。
水蒸気透過度は、ポリ塩化ビニリデン系樹脂層の厚みの調整、無機物層の付加や厚みの調整、ポリ塩化ビニリデン系樹脂層の結晶化度の制御などにより適宜調整することができる。
前述のように、本実施形態では、ポリ塩化ビニリデン系樹脂の少なくとも一部が析出した析出物含有液を塗布することで、ポリ塩化ビニリデン系樹脂の一部は結晶状態にあると考えられる。
赤外線スペクトルの測定(ATR法)は、例えば、日本分光社製FT−IR350装置を用い、KRS−5(ThalliumBromide−Iodide)結晶を装着して、入射角45°、室温、分解能4cm−1、積算回数150回の条件で行うことができる。
また、吸収スペクトルにおける、1080cm−1近傍での吸光度の極小点と、1060cm−1近傍での吸光度の極小点とを直線で結ぶ。この直線をA(1070)の値を求めるためのベースラインL2とする。そして、1070cm−1の近傍の波数における吸収の極大点から、真下に直線を引き、ベースラインに交わるまでの長さをBとする。
そして、A/Bの値を、ピーク比とすることができる。
まず、実施例および比較例における測定・評価方法を説明する。
日本分光社製の分光光度計「V−670」を用い、固定波長測定(波長660nm、測光モードAbs、レスポンスMedium)をオートゼロ実施後に行った。セルは、SANSYO社製ガラス2面透明セル(光路長10mm×幅10mm×高さ45mm、板厚1.25mm)を使用した。
実施例・比較例で得られたバリア性フィルムから1cm×3cmの測定用サンプルを切り出し、その表面(ポリ塩化ビニリデン系樹脂層)の赤外線吸収スペクトルを、赤外線全反射測定(ATR法)により得ることにより、ピーク比(A(1046)/A(1070))を求めた。
赤外線スペクトルの測定(赤外線全反射測定:ATR法)は日本分光社製FT−IR350装置を用い、KRS−5(ThalliumBromide−Iodide)結晶を装着して、入射角45度、室温、分解能4cm−1、積算回数150回の条件で行った。
作製したフィルムを、ポリ塩化ビニリデン系樹脂層側を内表面側にして、内表面積が0.01m2になるように製袋した。得られた袋内に、内容物として塩化カルシウムを10g入れ、袋の入り口をヒートシールした。
次いで、得られた袋を温度40℃、湿度90%RHの環境下に72時間(3日間)保管した。
保管前後の質量差(つまり吸湿量)、袋の内表面積および時間から、水蒸気透過度を算出した(単位:g/(m2・d))。
(A液の作製)
旭化成社製ポリ塩化ビニリデン樹脂(サラン(商標)レジンR204)を、50℃に加温したテトラヒドロフラン中で溶解した。その後、トルエンを加えた。これにより、テトラヒドロフラン:トルエン=1:2(質量比)を溶媒とする、5質量%ポリ塩化ビニリデン溶液を作製した。この溶液をA液とする。
旭化成社製ポリ塩化ビニリデン樹脂(サラン(商標)レジンR204)を、50℃に加温したテトラヒドロフラン中で溶解した。その後、トルエンを加えた。これにより、テトラヒドロフラン:トルエン=2:1(質量比)を溶媒とする、5質量%ポリ塩化ビニリデン溶液を作製した。この溶液をB液とする。
全ての実施例および比較例においては、コート液の塗布直前に、そのコート液の吸光度を測定した。
また、A液とB液を混合して用いる場合は、各液を作製した後に速やかに混合して、常温で放置した。
基材フィルムとして、厚み12μmの2軸延伸ポリエチレンテレフタレート(ユニチカ社製、商品名エンプレットPET#12)を準備した。
これのコロナ処理面に、コート液として作製後に常温で168時間放置してポリ塩化ビニリデン樹脂の少なくとも一部を析出させたA液を、メイヤーバーで塗布した。その後、熱風ドライヤーを用いて、100℃で30秒間乾燥した。これにより、塗布量1.2g/m2(固形分)のポリ塩化ビニリデン積層フィルムを得た。その後、40℃のオーブン中で3日間エージングした。
以上のようにして得られたサンプルのIRピーク比と水蒸気透過度を測定した。
コート液として、A液とB液を混合(A液:B液=75:25(質量比))し、常温で168時間放置してポリ塩化ビニリデン樹脂の少なくとも一部を析出させた液を使用した以外は、実施例1と同様にしてサンプルを作製した。そして、IRピーク比と水蒸気透過度を測定した。
A液とB液を混合(A液:B液=50:50(質量比))し、常温で168時間放置してポリ塩化ビニリデン樹脂の少なくとも一部を析出させたコート液を使用した以外は、実施例1と同様にしてサンプルを作製した。そして、IRピーク比と水蒸気透過度を測定した。
A液を、作製後常温で24時間放置してポリ塩化ビニリデン樹脂の少なくとも一部を析出させたコート液を使用した以外は、実施例1と同様にしてサンプルを作製した。そして、IRピーク比と水蒸気透過度を測定した。
作製後、常温で168時間放置したB液100%をコート液として使用した以外は、実施例1と同様にしてサンプルを作製した。そして、IRピーク比と水蒸気透過度を測定した。
作製直後のA液100%をコート液として使用した以外は、実施例1と同様にしてサンプルを作製した。そして、IRピーク比と水蒸気透過度を測定した。
A液とB液を混合(A液:B液=75:25(質量比))した直後の液をコート液として使用した以外は、実施例1と同様にしてサンプルを作製した。そして、IRピーク比と水蒸気透過度を測定した。
A液とB液を混合(A液:B液=50:50(質量比))した直後の液を使用した以外は、実施例1と同様にしてサンプルを作製した。そして、IRピーク比と水蒸気透過度を測定した。
A液とB液を混合(A液:B液=50:50(質量比))して24時間放置した液を使用した以外は、実施例1と同様にしてサンプルを作製した。そして、IRピーク比と水蒸気透過度を測定した。
実施例と比較例の対比より、ポリ塩化ビニリデン系樹脂の少なくとも一部が析出したコート液を塗布してポリ塩化ビニリデン系樹脂層を形成することが、水蒸気バリア性の向上に重要なことが理解される。
実施例1において、コート液として使用するA液に、イソシアネート系接着剤タケネートA−50(三井化学社製)を、ポリ塩化ビニリデンの樹脂分に対して3質量%添加した以外は、同様にしてバリア性フィルムを作製した。
このフィルムの水蒸気透過度は、実施例1とほぼ同等であった。すなわち、水蒸気バリア性が良好なバリア性フィルムを得ることができた。
実施例1において、基材フィルムのコロナ処理面に、ポリウレタン系接着材としてタケラックA−310(三井化学社製)とタケネートA−3(三井化学社製)を5:1(質量比)で配合し、酢酸エチルで希釈した接着材をメイヤーバーで塗布後、熱風ドライヤーを用いて70℃30秒間乾燥して厚み0.1μの接着層を形成した。その後は、同様にしてA液を接着層面に塗布してバリア性フィルムを作製した。
このフィルムの水蒸気透過度は、実施例1とほぼ同等であった。すなわち、水蒸気バリア性が良好なバリア性フィルムを得ることができた。
101 ポリ塩化ビニリデン系樹脂層
103 基材フィルム層
105 無機物層
Claims (8)
- 少なくとも基材フィルム層とポリ塩化ビニリデン系樹脂層とを備えるバリア性フィルムの製造方法であって、
ポリ塩化ビニリデン系樹脂を有機溶媒に溶解して樹脂溶液とする溶解工程と、
前記樹脂溶液を経時させて、前記ポリ塩化ビニリデン系樹脂の少なくとも一部が析出した析出物含有液を得る析出工程と、
基材フィルム上に前記析出物含有液を塗布し、有機溶媒を乾燥させることにより、ポリ塩化ビニリデン系樹脂層を形成する塗布工程と、
を含む、バリア性フィルムの製造方法。 - 請求項1に記載のバリア性フィルムの製造方法であって、
分光光度計を用いて光路長1cmで測定される、波長660nmにおける前記析出物含有液の吸光度は0.5以上である、バリア性フィルムの製造方法。 - 請求項1または2に記載のバリア性フィルムの製造方法であって、
前記溶解工程においては、(i)前記ポリ塩化ビニリデン系樹脂を、良溶媒と貧溶媒の混合物からなる有機溶媒に溶解するか、または、(ii)前記ポリ塩化ビニリデン系樹脂を、良溶媒で溶解した後に、貧溶媒を添加する、バリア性フィルムの製造方法。 - 請求項1〜3のいずれか1項に記載のバリア性フィルムの製造方法であって、
前記基材フィルムは、酸化ケイ素、酸化窒化ケイ素、窒化ケイ素、酸化アルミニウムおよびアルミニウムからなる群から選択される一種または二種以上を含む無機物層を備え、
前記塗布工程では、前記析出物含有液は、前記無機物層上に塗布される、バリア性フィルムの製造方法。 - 請求項1〜4のいずれか1項に記載のバリア性フィルムの製造方法であって、
前記基材フィルム層と前記ポリ塩化ビニリデン系樹脂層との間にポリウレタン系接着剤層が形成される、バリア性フィルムの製造方法。 - 請求項1〜5のいずれか1項に記載のバリア性フィルムの製造方法であって、
前記ポリ塩化ビニリデン系樹脂層が、イソシアネート化合物、シランカップリング剤、ウレタン系樹脂、尿素系樹脂、メラミン系樹脂、エポキシ系樹脂、およびアルキッド系樹脂からなる群から選択される一種または二種以上の接着性成分を含む、バリア性フィルムの製造方法。 - 請求項1〜6のいずれか1項に記載のバリア性フィルムの製造方法により得られたバリア性フィルム。
- 請求項7のバリア性フィルムを備えるバリア性包装体。
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