JP2021028356A - ペレット及びそれからなる溶融成形体、並びにその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
[1]エチレン−ビニルアルコール共重合体(A)を主成分とするペレットであって、
エチレン−ビニルアルコール共重合体(A)のエチレン単位含有量が15〜60モル%、けん化度が85モル%以上であり、アルカリ金属イオン(B)を50〜500ppm、2価金属イオン(C)を10〜100ppm、及び沸点150℃未満のカルボン酸(D)を20〜400ppm含有し、示差走査熱量測定で測定される該ペレットの融解熱量ΔHpと該ペレットを融解し再凝固した後に測定される融解熱量ΔHmとの融解熱量差(ΔHp−ΔHm)が5J/g以上であるペレット;
[2]融解熱量差(ΔHp−ΔHm)が10J/g以上である、[1]のペレット;
[3]融解熱量ΔHpが85J/g以上である、[1]又は[2]のペレット;
[4]さらにリン酸化合物(E)をリン酸根換算で5〜200ppm含有する、[1]〜[3]のいずれかのペレット;
[5]さらにホウ素化合物(F)をホウ素元素換算で50〜400ppm含有する、[1]〜[4]のいずれかのペレット;
[6]さらにエステル結合又はアミド結合を有するヒンダードフェノール系化合物(G)を5000〜50000ppm含有する、[1]〜[5]のいずれかのペレット;
[7]黄色度が30未満である、[1]〜[6]のいずれかのペレット;
[8][1]〜[7]のいずれかのペレットから任意に選ばれる5つのペレットについて示差走査熱量測定で測定される融解熱量ΔHpの最大値と最小値の差が5J/g未満である、ペレット;
[9]エチレン−ビニルアルコール共重合体(A)、アルカリ金属イオン(B)、2価金属イオン(C)及び沸点150℃未満のカルボン酸(D)を含有し、揮発分の含有量が0.5質量%未満である未熱処理ペレットを、エチレン−ビニルアルコール共重合体(A)の融点より15〜25℃低い温度で、1〜5時間熱処理を行う工程を含む、[1]〜[8]
のいずれかのペレットの製造方法;
[10]酸素濃度が1000ppm以下の窒素雰囲気下で熱処理を行う、[9]のペレットの製造方法;
[11]ペレットを流動させながら熱処理を行う、[9]又は[10]のペレットの製造方法;
[12][1]〜[8]のいずれかのペレットからなる溶融成形体;
を提供することで解決される。
EVOH(A)は、本発明のペレットの主成分である。EVOH(A)は、主構造単位として、エチレン単位及びビニルアルコール単位を有する共重合体である。EVOH(A)は、通常、エチレンとビニルエステルとを重合し、得られるエチレン−ビニルエステル共重合体をけん化して得られる。なお主成分とは、本発明のペレットを構成する樹脂中のEVOH(A)の含有量が70質量%以上であることを示し、80質量%以上が好ましく、90質量%以上がより好ましく、95質量%以上が特に好ましく、99質量%以上であってもよい。EVOH(A)の含有量をこの範囲とすることで、得られるペレットの溶融成形性が向上し、それから得られる成形体のガスバリア性も優れたものとなる。
本発明のペレットはアルカリ金属イオン(B)を50〜500ppmを含有する必要がある。アルカリ金属イオン(B)の含有量の下限は70ppmが好ましく、90ppmがより好ましい。一方、アルカリ金属イオン(B)の含有量の上限は400ppmが好ましく、300ppmがより好ましい。アルカリ金属イオン(B)の含有量が50ppm未満の場合、本発明のペレットを成形して得られる層を含む多層構造体の層間接着性が不十分となる場合がある。一方、アルカリ金属イオン(B)の含有量が500ppmを超える場合、熱劣化による着色が問題となる場合がある。アルカリ金属イオン(B)によって層間接着性が向上する理由は明らかではないが、EVOH(A)と隣接する層がEVOH(A)のヒドロキシ基と反応し得る官能基を有する分子を有する場合には、この結合生成反応がアルカリ金属イオン(B)によって加速されることが一因であると考えられる。また、アルカリ金属イオン(B)と、後述するカルボン酸(D)との含有比率を制御することで、得られるペレットの溶融成形性や着色耐性をさらに改善できる。
本発明のペレットは2価金属イオン(C)を10〜100ppmを含有する必要がある。2価金属イオン(C)の含有量の下限は20ppmが好ましい。一方、2価金属イオン(C)の含有量の上限は50ppmがより好ましい。本発明のペレットは2価金属イオン(C)の含有量をこの範囲とすることで、EVOH(A)の熱劣化による着色が抑制され、長時間にわたって溶融成形を行った場合にも成形体のゲル及びブツの発生が抑制される場合がある。
本発明のペレットは沸点150℃未満のカルボン酸(D)を20〜400ppmを含有する必要がある。カルボン酸(D)の沸点が150℃未満であると、後述する乾燥工程でのカルボン酸(D)の含有量の制御が容易となる。カルボン酸(D)の含有量の下限は40ppmが好ましく、60ppmがより好ましい。一方、カルボン酸(D)の含有量の上限は350ppmが好ましく、300ppmがより好ましい。カルボン酸(D)の含有量が20ppm未満の場合、高温下での着色耐性や得られる溶融成形体の着色耐性が不十分となる場合がある。一方、カルボン酸(D)の含有量が400ppmを超える場合、溶融成形性が不十分となったり、臭気が問題になったりする場合がある。カルボン酸(D)の含有量は、ペレット10gを純水50mlで95℃、8時間抽出した後、得られる抽出液を滴定することで求められる。なお、ペレット中のカルボン酸(D)の含有量として、前記抽出液中に塩として存在するカルボン酸は考慮しない。また、本発明のペレットが、カルボン酸(D)以外の酸性化合物、例えば沸点150℃以上のカルボン酸や無機酸等を含有する場合には、滴定による測定値からそれらの酸性化合物の寄与分を差し引くことでペレット中のカルボン酸(D)の含有量を求めることができる。
本発明のペレットは本発明の効果を損なわない範囲でその他の成分を含有していてもよい。その他の成分としては、例えばリン酸化合物(E)、ホウ素化合物(F)、カルボン酸(D)以外の酸性化合物(たとえば沸点150℃以上のカルボン酸や無機酸等)、EVOH(A)以外の熱可塑性樹脂、架橋剤、乾燥剤、酸化促進剤、酸化防止剤、酸素吸収剤、可塑剤、滑剤、熱安定剤(溶融安定剤)、加工助剤、界面活性剤、脱臭剤、帯電防止剤、紫外線吸収剤、防曇剤、難燃剤、顔料、染料、フィラー、充填剤、各種繊維等の補強剤等が挙げられる。
本発明のペレットは、リン酸化合物(E)をさらに含有してもよい。リン酸化合物(E)を含有する場合、本発明のペレット中の含有量の下限は、リン酸根換算で5ppmが好ましく、10ppmがより好ましい。一方、本発明のペレット中のリン酸化合物(E)の含有量の上限は、リン酸根換算で200ppmが好ましく、100ppmがより好ましい。この範囲でリン酸化合物(E)を含有することにより、得られるペレットや得られる溶融成形体の着色が抑制され、熱安定性が改善される場合がある。
本発明のペレットは、ホウ素化合物(F)をさらに含有してもよい。ホウ素化合物(F)を含有する場合、本発明のペレット中の含有量の下限は、ホウ素元素換算で50ppmが好ましく、100ppmがより好ましい。一方、本発明のペレット中のホウ素化合物(F)の含有量の上限は、ホウ素元素換算で400ppmが好ましく、200ppmがより好ましい。この範囲でホウ素化合物(F)を含有することにより、得られるペレットの溶融成形時の熱安定性が向上し、ゲル及びブツの発生が抑制される場合がある。また、耐ドローダウン性やペレットを溶融成形により製膜する際の耐ネックイン性が改善される場合や、得られる成形体の機械的性質が向上する場合がある。これらの効果は、EVOH(A)とホウ素化合物(F)との間にキレート相互作用が発生することに起因すると推測される。
本発明のペレットは、エステル結合又はアミド結合を有するヒンダードフェノール系化合物(G)をさらに含有してもよい。ヒンダードフェノール系化合物とは、少なくとも1つのフェノール基を含有する有機化合物であって、その芳香族部位が、置換基としてフェノールヒドロキシル基を有する炭素に直接隣接する少なくとも1つの位置、好ましくは両方の位置で置換されている、有機化合物を意味する。ヒドロキシル基に隣接する置換基は、炭素原子を1〜10個有するアルキル基から適切に選択すればよく、第3級ブチル基が好ましい。
本発明のペレットは、カルボン酸(D)以外の多価カルボン酸をさらに含有してもよい。多価カルボン酸をさらに含有することで、ペレットの高温下での着色耐性や得られる溶融成形体の着色耐性をさらに改善できる場合がある。また、多価カルボン酸化合物は、3個以上のカルボキシル基を有することも好ましい。この場合、着色耐性をより効果的に向上できる場合がある。
本発明のペレットの製造方法としては、最終的に、EVOH(A)、アルカリ金属イオン(B)、2価金属イオン(C)及びカルボン酸(D)が上述の範囲で含有されており、示差走査熱量測定による該ペレットの融解熱量ΔHpと該ペレットを融解し再凝固した後に測定される融解熱量ΔHmとの差(ΔHp−ΔHm)が5J/g以上である限り何ら制限はないが、後述する本発明の製造方法によって製造することが好ましい。
触媒;2,2’−アゾビスイソブチロニトリル、2,2’−アゾビス−(2,4−ジメチルバレロニトリル)、2,2’−アゾビス−(4−メチル−2,4−ジメチルバレロニトリル)、2,2’−アゾビス−(4−メトキシ−2,4−ジメチルバレロニトリル)、2,2’−アゾビス−(2−シクロプロピルプロピオニトリル)等のアゾニトリル系開始剤及びイソブチリルパーオキサイド、クミルパーオキシネオデカノエイト、ジイソプロピルパーオキシジカーボネート、ジ−n−プロピルパーオキシジカーボネート、t−ブチルパーオキシネオデカノエイト、ラウロイルパーオキサイド、ベンゾイルパーオキサイド、t−ブチルハイドロパーオキサイド等の有機過酸化物系開始剤等が用いられる。
温度;20〜90℃、好ましくは40℃〜70℃。
時間;2〜15時間、好ましくは3〜11時間。
重合率;仕込みビニルエステルに対して10〜90%、好ましくは30〜80%。
重合後の溶液中の樹脂分;5〜85%、好ましくは20〜70%。
該共重合体溶液濃度;10〜50%。
反応温度;30〜60℃。
触媒使用量;0.02〜0.6当量(酢酸ビニル成分当り)。
時間;1〜6時間。
また、けん化工程の後に、酢酸等の酸を添加して残存するアルカリ触媒を中和することも一般に行われる。
本発明においては、ここに挙げた以外の方法によって酸素濃度を調節する方法も採用できる。
本発明のペレットは種々の溶融成形方法により、多様な成形体に加工できる。こうして得られる成形体も本発明の一態様である。本発明の成形体としては、例えば単層構造の成形体や、本発明のペレットの成形体からなる層と、他の層とを有する多層構造体が挙げられる。成形方法としては、例えば押出成形、熱成形、異形成形、中空成形、回転成形、射出成形が挙げられる。本発明の成形体の用途は、例えばフィルム、シート、容器、ボトル、タンク、パイプ、ホース等が好適なものとして挙げられる。
本発明のペレットの成形体からなる層を含む多層構造体も本発明の好適な実施態様である。当該多層構造体は、本発明のペレットの成形体からなる層と他の層とが積層されてなる。前記樹脂組成物層以外の他の層として、EVOH(A)以外の樹脂からなる層が好ましい。また、前記多層構造体がさらに接着性樹脂からなる層を有していてもよい。当該多層構造体の層構成としては、EVOH(A)以外の樹脂からなる層をx層、本発明のペレットの成形体からなる層をy層、接着性樹脂層をz層とすると、例えばx/y、x/y/x、x/z/y、x/z/y/z/x、x/y/x/y/x、x/z/y/z/x/z/y/z/x等が挙げられる。複数のx層、y層、z層を設ける場合は、その種類は同じであっても異なっていてもよい。また、成形時に発生するトリム等のスクラップからなる回収樹脂を用いた層を別途設けてもよいし、回収樹脂をいずれかの層にブレンドしてもよい。当該多層構造体の各層の厚さや構成は、特に限定されないが、成形性及びコスト等の観点から、全層厚さに対するy層の厚さ比は通常2〜20%が好ましい。
以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例によって何ら限定されない。なお、本実施例における各分析及び評価は以下の方法で行った。
各実施例及び比較例で得られたペレットについて、示差走査熱量分析計(TA Instrument社製「Q2000」)を用いて20℃から220℃まで10℃/分の速度にて昇温した後、10℃/分の速度にて20℃まで冷却し、再度20℃から220℃まで10℃/分の速度にて昇温した際の吸熱量を測定した。1度目の昇温時の吸熱量をペレットの融解熱量ΔHpとし、2度目の昇温時の吸熱量をペレットを融解し再凝固した後の融解熱量ΔHmとした。測定は任意の5つのペレットについて行い、その平均値を結果に用いた。また、ペレットの融解熱量ΔHpのばらつきについて、5つのペレットの各測定値の最大値と最小値の差異が5J/g未満の場合をA判定、5J/g以上の場合をB判定として評価した。
各実施例及び比較例で得られたペレットの黄色度(YI)を、分光測色計(HunterLab社製「LabScan XE Sensor」)を用いて測定した。なお、YI値は対象物の黄色みを表す指標であり、YI値が高いほど黄色度が強く、一方、YI値が低いほど黄色度が弱く、着色が少ないことを表す。
(1)における2度目の昇温時の吸熱ピークの極大値の温度を、各実施例及び比較例のEVOH(A)の融点とした。
各実施例及び比較例で得られたペレットを、内部標準物質としてテトラメチルシラン(TMS)、添加剤としてトリフルオロ酢酸(TFA)を含む重ジメチルスルホキシド(DMSO−d6)に溶解し、500MHzの1H−NMR(日本電子社製「GX−500」)を用いて80℃で測定し、エチレン単位、ビニルアルコール単位、ビニルエステル単位のピーク強度比よりエチレン単位含有量及びけん化度を求めた。
各実施例及び比較例で得られたペレット0.5gをテフロン(登録商標)製圧力容器に入れ、ここに濃硝酸5mLを加えて室温で30分間分解させた。分解後に、前記容器に蓋をしてから、湿式分解装置により150℃で10分間、次いで180℃で5分間加熱することでさらに分解を行い、その後室温まで冷却した。この処理液を50mLのメスフラスコに移し純水でメスアップした。この溶液をICP発光分光分析装置(Perkin Elmer社製「Optima 4300DV」)により測定することで、ペレット中のアルカリ金属イオン、2価金属イオン、りん酸化合物及びホウ素化合物の含有量を定量した。
各実施例及び比較例で得られたペレット10gと純水50mLを共栓付き100mL三角フラスコに投入し、冷却コンデンサーを付け、95℃で8時間撹拌した。得られた抽出液を20℃まで冷却した後、フェノールフタレインを指示薬として、0.02モル/Lの水酸化ナトリウム水溶液で滴定することにより、カルボン酸(D)の含有量を定量した。
各実施例及び比較例で得られたペレット1kgを40℃90%RHの恒温恒湿機(エスペック社製「PR−4J」)に保管し、経時的に揮発分を測定し、揮発分量を5±0.2質量%に調整した。このペレットを流動層乾燥機を用いて100℃で12時間、再度乾燥した。次いで、再度乾燥した後のペレット10gと純水50mLを共栓付き100mL三角フラスコに投入し、冷却コンデンサーを付け、95℃で8時間撹拌した。得られた抽出液を20℃まで冷却した後、フェノールフタレインを指示薬として、0.02モル/Lの水酸化ナトリウム水溶液で滴定することにより再乾燥後のカルボン酸(D)の含有量を定量した。
各実施例及び比較例で得られたペレットを単軸押出機(東洋精機製作所社製「D2020」、口径20mmφ、L/D20)を用いて、以下の条件で厚み20μmの単層製膜を5時間行った後、スクリュー回転数を50rpmに上げ、500gの高密度ポリエチレンで押出機内をパージ(洗浄)した。次に、ダイスを分解し、リップ部に付着している熱劣化樹脂を採取して秤量し、加工時のロングラン性(ダイリップ付着量)を評価した。なお、リップ部に付着している熱劣化樹脂は、製膜時にゲルやブツなどの欠点の原因になりやすく、その蓄積量が小さいことは長時間にわたって安定に溶融成形可能なことを意味する。
スクリュー径:20mmφ(L/D=20、圧縮比=3.5、フルフライト型)
スクリュー回転数:20rpm
押出温度:供給部/圧縮部/計量部/ダイ=180/220/220/250℃
ダイ:300mm幅コートハンガーダイ
引取りロール温度:80℃
引取り速度:約1.5m/分(厚みを20μmとするために調整)
エチレン含有量32モル%、けん化度99.95モル%、融点182℃、揮発分110質量%の含水EVOHペレットを酢酸ナトリウム、酢酸マグネシウム、及び酢酸を含有する水溶液に25℃で6時間浸漬し攪拌した。なお、浸漬処理における水溶液の酢酸ナトリウム、酢酸マグネシウム及び酢酸の濃度は、得られるペレット中のナトリウム、マグネシウム及び酢酸の含有量がそれぞれ160ppm、35ppm、約250ppmとなる濃度とした。浸漬処理後、水溶液と含水ペレットを遠心脱水することで分離して脱液した後、熱風乾燥機に入れて80℃で3時間、次いで110℃で35時間乾燥を行い、揮発分0.1質量%の未熱処理ペレットを得た。なお、含水EVOHペレット及び未熱処理ペレットの揮発分は、ハロゲン水分率分析装置(メトラー・トレド社製「HX204」)を用い、乾燥温度180℃、乾燥時間20分、サンプル量10gの条件で重量測定法により測定した。ただし、本明細書における揮発分は、乾燥重量基準の質量%とする。得られた未熱処理ペレットを流動層乾燥機を用いて空気中で、162℃で3.5時間熱処理を行い、本発明のペレットを得た。得られたペレットについて上述の各種評価を行った。結果を表1及び表2に示す。
熱処理の時間を表2の通りとした以外は、実施例1と同様にペレットを得て、各種評価を行った。結果を表1及び表2に示す。
流動層乾燥機の代わりに静置式乾燥機を用いた以外は、実施例1と同様の操作によりペレットを製造して、分析及び評価を行った。実施例6のペレットでは、ペレットの融解熱量ΔHpのばらつきが大きかった。結果を表1及び表2に示す。
流動層乾燥機を用いて、酸素濃度500ppmの窒素雰囲気下で熱処理を行った以外は、実施例1と同様にしてペレットを得て、各種評価を行った。得られたペレットは黄色度が小さく、外観が特に良好であった。結果を表1及び表2に示す。
酢酸マグネシウムの添加量を表1の通りに変更した以外は、実施例1と同様にしてペレットを得て、各種評価を行った。結果を表1及び表2に示す。
酢酸マグネシウムの代わりに酢酸カルシウムを用い、添加量を表1の通りに変更した以外は、実施例1と同様にしてペレットを得て、各種評価を行った。結果を表1及び表2に示す。
酢酸マグネシウムの代わりに酢酸亜鉛を用い、添加量を表1の通りに変更した以外は、実施例1と同様にしてペレットを得て、各種評価を行った。結果を表1及び表2に示す。
酢酸ナトリウムの代わりに酢酸カリウムを用い、添加量を表1の通りに変更した以外は、実施例1と同様にしてペレットを得て、各種評価を行った。結果を表1及び表2に示す。
酢酸の代わりにプロピオン酸を用い、添加量を表1の通りに変更した以外は、実施例1と同様にしてペレットを得て、各種評価を行った。得られたペレットを用いて単層製膜を行った際には特有の臭気が感じられた。結果を表1及び表2に示す。
浸漬処理の際にさらにリン酸を表1に記載の割合となる濃度で添加した以外は、実施例1と同様にしてペレットを得て、各種評価を行った。得られたペレットでは、実施例1のペレットに比べ、ペレットの黄色度がやや良好であった。結果を表1及び表2に示す。
さらにホウ酸を表1に記載の割合で添加した以外は、実施例1と同様にしてペレットを得て、各種評価を行った。得られたペレットを用いて単層成膜を行った際には、実施例1のペレットを用いて単層製膜を行った場合に比べてネックインが軽減された。結果を表1及び表2に示す。
実施例1で得た未熱処理ペレットを熱処理する前に、アミド結合を有するヒンダードフェノール系化合物(BASF社製「イルガノックス1098」、融点160℃、分子量637)を2軸押出機を用いて220℃で溶融混練してペレットを得た後に熱処理を行った以外は、実施例1と同様にしてペレットを得て、各種評価を行った。得られたペレットを用いて単層成膜を行った際にはダイリップ付着量が低減された。結果を表1及び表2に示す。
エチレン含有量44モル%、けん化度99.95モル%、融点165℃の含水EVOHペレットを用い、熱処理温度を145℃に変更した以外は、実施例1と同様にしてペレットを得て、各種評価を行った。得られたペレットは実施例1と比較して黄色度が小さく、外観が良好であり、これを用いて単層成膜を行ったところ、得られた単層膜の酸素透過度はやや高いものの、ダイリップ付着量が低減された。結果を表1及び表2に示す。
熱処理を行わなかった以外は、実施例1と同様にしてペレットを得て、各種評価を行った。結果を表1及び表2に示す。
酢酸マグネシウムを用いなかった以外は、比較例1と同様にしてペレットを得て、各種評価を行った。結果を表1及び表2に示す。
酢酸マグネシウムを用いなかった以外は、実施例1と同様にしてペレットを得て、各種評価を行った。結果を表1及び表2に示す。
酢酸マグネシウムの添加量を表1の通りに変更した以外は、実施例1と同様にしてペレットを得て、各種評価を行った。結果を表1及び表2に示す。
酢酸マグネシウムを用いなかった以外は、実施例7と同様にしてペレットを得て、各種評価を行った。結果を表1及び表2に示す。
酢酸ナトリウムの添加量を表1の通りに変更した以外は、実施例1と同様にしてペレットを得て、各種評価を行った。結果を表1及び表2に示す。
酢酸の添加量を表1の通りに変更した以外は、実施例1と同様にしてペレットを得て、各種評価を行った。結果を表1及び表2に示す。
Claims (12)
- エチレン−ビニルアルコール共重合体(A)を主成分とするペレットであって、
エチレン−ビニルアルコール共重合体(A)のエチレン単位含有量が15〜60モル%、けん化度が85モル%以上であり、
アルカリ金属イオン(B)を50〜500ppm、2価金属イオン(C)を10〜100ppm、及び沸点150℃未満のカルボン酸(D)を20〜400ppm含有し、
示差走査熱量測定で測定される該ペレットの融解熱量ΔHpと該ペレットを融解し再凝固した後に測定される融解熱量ΔHmとの融解熱量差(ΔHp−ΔHm)が5J/g以上であるペレット。 - 融解熱量差(ΔHp−ΔHm)が10J/g以上である、請求項1に記載のペレット。
- 融解熱量ΔHpが85J/g以上である、請求項1又は2に記載のペレット。
- さらにリン酸化合物(E)をリン酸根換算で5〜200ppm含有する、請求項1〜3のいずれかに記載のペレット。
- さらにホウ素化合物(F)をホウ素元素換算で50〜400ppm含有する、請求項1〜4のいずれかに記載のペレット。
- さらにエステル結合又はアミド結合を有するヒンダードフェノール系化合物(G)を5000〜50000ppm含有する、請求項1〜5のいずれかに記載のペレット。
- 黄色度が30未満である、請求項1〜6のいずれかに記載のペレット。
- 請求項1〜7のいずれかに記載のペレットから任意に選ばれる5つのペレットについて示差走査熱量測定で測定される融解熱量ΔHpの最大値と最小値の差が5J/g未満である、ペレット。
- エチレン−ビニルアルコール共重合体(A)、アルカリ金属イオン(B)、2価金属イオン(C)及び沸点150℃未満のカルボン酸(D)を含有し、揮発分の含有量が0.5質量%未満である未熱処理ペレットを、エチレン−ビニルアルコール共重合体(A)の融点より15〜25℃低い温度で、1〜5時間熱処理を行う工程を含む、請求項1〜8のいずれかに記載のペレットの製造方法。
- 酸素濃度が1000ppm以下の窒素雰囲気下で熱処理を行う、請求項9に記載のペレットの製造方法。
- ペレットを流動させながら熱処理を行う、請求項9又は10に記載のペレットの製造方法。
- 請求項1〜8のいずれかに記載のペレットからなる溶融成形体。
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