JP3219745U - 多層物 - Google Patents
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Abstract
【課題】食品包装産業において優れた材料として、セルロースナノ材料をベースとする、非常に安定した多用途の多層構造の物品を提供する。
【解決手段】多層構造の物品であって、材料の層A、BおよびCを具え:層Aは、ポリマー材料、紙又は紙ベース材料、ポリマーコートされた紙ベース材料
、ナノセルロースフィルム、ナノセルロースおよびポリマーのフィルム、織物材料、などから選択される材料を含む基板であり、層Bは、セルロースナノ結晶(CNC)、および、CNCと少なくとも1つの水溶性又は水分散性添加剤又は物質の混合物から選択されるセルロースナノ材料であって、金属ナノ粒子材料とナノフィブリル化セルロース(NFC)を含まない層であり、層Cは、ポリマー材料、紙又は紙ベース材料、ポリマーコートされた紙ベース材料、ナノセルロースフィルム、ナノセルロースおよびポリマーのフィルム、織物材料、などから選択される材料を含むカバー層である。
【選択図】図1
【解決手段】多層構造の物品であって、材料の層A、BおよびCを具え:層Aは、ポリマー材料、紙又は紙ベース材料、ポリマーコートされた紙ベース材料
、ナノセルロースフィルム、ナノセルロースおよびポリマーのフィルム、織物材料、などから選択される材料を含む基板であり、層Bは、セルロースナノ結晶(CNC)、および、CNCと少なくとも1つの水溶性又は水分散性添加剤又は物質の混合物から選択されるセルロースナノ材料であって、金属ナノ粒子材料とナノフィブリル化セルロース(NFC)を含まない層であり、層Cは、ポリマー材料、紙又は紙ベース材料、ポリマーコートされた紙ベース材料、ナノセルロースフィルム、ナノセルロースおよびポリマーのフィルム、織物材料、などから選択される材料を含むカバー層である。
【選択図】図1
Description
本願考案は、一般的に、多層物およびそれらの使用に関する。
セルロースナノ結晶(CNC)は、樹木や植物の細胞壁の主成分であるセルロースの既知の形態の1つである。CNCは、水中では液晶溶液として存在することが可能であり、ナノスケールの厚さを有しながらもマクロスケールで作られるフィルムへと自己集合することが知られている。
ナノサイズの結晶は、興味深いサイズに応じた構造と光学的性質とを有する。処理を変化させることにより、そのようなナノ結晶の構造、組成、サイズおよび分散レベルを制御することが可能となる。
[1]WO2017/046798
[2]WO2013/132491
[2]WO2013/132491
本書に開示した技術の考案者は、様々な用途に合わせて調製し加工した、セルロースナノ結晶(CNC)などのセルロースナノ材料をベースとした非常に安定で多用途の多層構造体又は多層物を開発した。この多層物は、例えば食品包装産業で使用されるアルミニウムシートよりも優れており、ガス、有機溶剤、油やその他の薬剤に対して優れた障壁を示す。
本考案の物品は金属ナノ粒子を含んでいないため、食品、飲料、日用品および医薬品の包装材料を含む広範囲の用途に適している。この物品は、1又はそれ以上の最終使用や用途に応じて調整したり、事前に構築したりすることが可能である。例えば、本考案による物品は、特に、乾燥食品の包装材料や液体食品の包装材料として、調製することが可能である。
第1の態様では、本考案は、3又はそれ以上の材料層を具える多層構造(実質的に2次元シートの形態であってもよいし、そうでなくてもよい)の形態の物品を提供し、3又はそれ以上の材料層のうちの少なくとも1つが、ナノ結晶(CNC)、ナノフィブリル化セルロース(NFC)、ミクロフィブリル化セルロース(MFC)、CNCとNFCの組み合わせ、CNCとMFCとの組み合わせ、CNCと例えばポリマーなどの少なくとも1つの添加剤との混合物、又はNFCと例えば水溶性又は水分散性のポリマー(例えば、ヒドロキシル又はカルボキシルリッチポリマー)などの少なくとも1つの添加剤との混合物から選択されたセルロールナノ材料を含む。
幾つかの実施形態では、この多層物は、基板と、例えばCNCベースの層などのセルロースナノ材料と、カバー層とを具え、セルロースナノ材料層が、基板とカバー層との間の境界を形成している。
幾つかの実施形態では、多層物は、基板と、CNCベース層と、カバー層とから成り、CNCベース層が基板とカバー層との間の境界を形成している。
幾つかの実施形態では、基板とカバー層は同一である。また幾つかの実施形態では、基板とカバー層が異なる。
幾つかの実施形態では、物品はABCの形態の層状構造を有し、A、BおよびCの各々は図1に示すように材料層である。Aは、ポリマー材料、紙又は紙ベース材料、例えば板紙などのポリマーコートした紙ベース材料、ナノセルロースフィルム、ナノセルロース/ポリマーフィルム、織物材料、多孔質材料又は膜材料から選択される材料を含む、又は、これらから選択される材料から成る基板であり、Bは、例えば、CNCを含む又はCNCから成るCNCベースの材料などの、本書で選択されるセルロースナノ材料であり;Cは、ポリマー材料、紙又は紙ベースの材料、例えば板紙などのポリマーコートした紙ベース材料、ナノセルロースフィルム、ナノセルロース/ポリマーフィルム、織物材料、多孔質材料又は膜材料、例えば金属シートや金属ホイルなどの金属素材から選択される材料を含む、又は、これらから選択される材料から成るカバー層である。
幾つかの実施形態では、層BはNFCを含むものではなく、NFCから成るものでもない。
層Aと層Cは、追加的又は代替的に、一方又は両方がワニス剤でコートされるか、ワニス剤でできていてもよい。この技術分野で知られているように、ワニスは、それ自体で耐水層、水蒸気バリアとして作用するか、又はそれが関連する任意の層、例えば本明細書で定義される層B、又は層AおよびCのいずれかへの物理的保護を提供することができる疎水性材料である。層B上又は層A又は層Cのいずれか一方又は両方の上にワニス層を設けて、層上に印刷することもできる。ワニス剤又はワニス組成物は、市販されており、又は特定の目的にあわせて調製することもできる。ワニス剤は、一般的には、例えばポリウレタン、アクリル、エポキシ、ポリエステル、および、フェノール樹脂、アルキド樹脂、ポリウレタン樹脂などの1以上のポリマーと;亜麻仁油、クルミ油、桐油、大豆油といった油を含有する組成物である。
幾つかの実施形態では、特定の目的および用途のため、外側のシート(図1に示す基板A又はカバー層C)は金属フィルム、金属ホイル又は金属複合材であってもよい。層Bは、金属フィルム又は金属ホイルではなく、金属素材を含むものでもない。
幾つかの実施形態では、基板Aおよびカバー層Cのいずれもナノセルロースフィルムではなく、そのような材料を含むものでなくてもよい。
「基板」および「カバー層」という用語は、本考案の物品にいかなる方向性をも提案するものではないことに留意されたい。言い換えれば、「基板」という用語は、最下位層や、最初に製造を開始する層である必要はない。同様に、「カバー層」という用語は、最上層や、残余の層又は多層構造物の特徴を覆ったりカバーしたりする層であるとして解釈されるべきではない。
本書で述べるように、層Bは、CNCおよびNFCのようなセルロースナノ材料を含むか、又はそれらから成る。幾つかの実施形態では、層BはNFCを含まない。
セルロースナノ結晶(CNC)やナノクリスタリンセルロース(NCC)は、セルロースから製造された繊維であり、CNCは通常、高純度の単結晶である。それらは、隣接する原子の結合力に相当する機械的強度を有する材料の一般分類に属する。高度に規則化され得られた構造は、著しく高い強度だけでなく、熱性、電気性、光学的、磁性、強磁性、誘電性、導電性、さらには超電導性においても著しい変化をもたらす。CNCの引張強度は、現在の体積含有率が高い補強材の引張強度をはるかに上回り、達成できる最も高い複合強度の加工を可能にする。
当技術分野で知られているように、セルロースナノフィブリル(CNF又はNFC)は、少なくとも1つの一次フィブリルから構成されるセルロース系材料であり、アスペクト比が通常50より大きく、結晶質領域および非晶質領域を含む。セルロースナノフィブリルの長さは0.1乃至5μmであり、その直径は5乃至60nmである。同様に、セルロースミクロフィブリル(CMF又はMFC)は、アスペクト比が通常50より大きく、結晶質および非晶質領域を含むセルロース系材料である。セルロースミクロフィブリルの長さは数マイクロメートルであり、その直径は100nmよりも大きい。CMFはCNFの一部を含んでもよい。
幾つかの実施形態では、セルロースナノ材料は、少なくとも50パーセントの結晶化度を有することによって特徴付けられている。幾つかの実施形態では、セルロースナノ材料は単結晶である。幾つかの実施形態では、セルロースナノ材料は、高純度の単結晶材料である。
幾つかの実施形態では、ナノ材料のナノ結晶は、少なくとも約50nmの長さを有する。他の実施形態では、ナノ結晶は長さが少なくとも約100nmであり、長さが最大でも1,000nmである。他の実施形態では、ナノ結晶は、長さが約100nm乃至1,000nm、長さが100nm乃至900nm、長さが100nm乃至600nm、又は長さが100nm乃至500nmである。
幾つかの実施形態では、ナノ結晶は、長さが約10nm乃至100nm、100nm乃至1000nm、100nm乃至900nm、100nm乃至800nm、100nm乃至600nm、100nm乃至500nm、100nm乃至400nm、100nm乃至300nm、又は約100nm乃至200nmの長さである。
ナノ結晶は、10以上の平均アスペクト比(長さ対直径比)を有するように選択されてもよい。いくつかの実施形態では、平均アスペクト比は、10乃至100、又は20乃至100、又は30乃至100、又は40乃至100、又は50乃至100、又は60乃至100、又は70乃至100、又は80乃至100、又は90乃至100、又は61乃至100、又は62乃至100、又は63乃至100、又は64乃至100、又は65乃至100、又は66乃至100、又は67乃至100、又は68乃至100、又は69乃至100である。
幾つかの実施形態では、平均アスペクト比は67乃至100である。
幾つかの実施形態では、セルロースナノ材料はCNCである。幾つかの実施形態では、ナノ材料はNFCではない。
CNC又はNFCの製造に利用される工程に応じて、材料は様々な純度であり得る。ある場合には、セルロースナノ材料は、塩、および/又は、ヘミセルロース、キシログルカン、セルロース誘導体などの炭水化物を含み得る。したがって、本考案により使用されるCNC又はNFCは、例えば炭水化物および塩などの不純物を0.01%乃至0.5%含んでいてもよい。
層Bは、適切な基板又はカバー層を選択することによって、多層構造に、強化、低減又は改変できる1つ以上の性質を付与する。幾つかの実施形態では、B層の材料組成は、ガスバリア性、油分バリア性および水蒸気バリア性を示すものが選択される。ガスバリア性には、多層構造を通るガスの透過又は輸送の防止、阻止、又は最小化することが含まれ、ガスは、酸素、二酸化炭素、アロマ、SOx、NOx、メタン、フッ素化ガスなどから選択される。油分バリア性には、植物油、鉱油およびグリスなどの油の浸透又は輸送の防止、阻止、又は最小化が含まれる。
層Bはまた、多層構造に機械的支持を与える組成や厚さを有するように選択されてもよい。それは、透明層であっても、不透明又は透明性のないものであってもよく、場合によっては、特定の波長を遮断するよう調製したものであってもよい。
幾つかの実施形態では、層Bは、CNCと、例えばNFCのような少なくとももう一方のナノセルロース材料との混合物、又はCNCと少なくとも1つの添加剤との混合物を含む。幾つかの実施形態では、層BはNFCを含むか、又はNFCから成る。層がNFCを含む場合には、ポリマーのような少なくとも1つの添加剤をさらに含むことができ、又はCNCとの混合物として提供され得る。
幾つかの実施形態では、層Bは、CNC、又はCNCとNFCとの組み合わせから成る。
幾つかの実施形態では、層Bは、PVOH、PVAc、EVOH、PVP、澱粉、キトサン、ポリアクリル酸、ポリエチレンイミン、炭水化物、EVAおよびポリウレタンから選択される(混合物としての)少なくとも1つのポリマーと組み合せたCNCおよび/又はNFCを含む。
幾つかの実施形態では、CNCおよび/又はNFCと組み合わせて使用される添加剤、又は、他の任意の材料は、二軸延伸ポリプロピレン(BOPP)ではない。
幾つかの実施形態では、層Bは、CNCから成るCNC層であるか、又はCNCと、例えばCNC材料や層にガスバリア性、油分バリア性、水蒸気バリア性、良好な機械的性質、熱的性質、接着性などから選択される1以上の性質を付与するように選択されたポリマーなど少なくとも1つの添加剤との混合物(混合物であり、別個の層ではない)を含むCNC層である。
例えばCNCなどのセルロースナノ材料層は、CNCなどのナノ材料と、ポリマー材料などの少なくとも1つの添加剤とを含むことができ、ポリマー材料などの添加剤の量は、ナノ材料層の(層を構成する材料の全重量に対する)0.1乃至99重量%の範囲である。幾つかの実施形態では、ポリマー材料の量は、0.1乃至90%、0.1乃至85%、0.1乃至80%、0.1乃至75%、0.1乃至70%、0.1乃至65%、0.1乃至60%、0.1乃至55%、0.1乃至50%、0.1乃至45%、0.1乃至40%、0.1乃至35%、0.1乃至30%、0.1乃至25%、0.1乃至20%、0.1乃至15%、0.1乃至10%、0.1乃至9%、0.1乃至8%、0.1乃至7% 0.1乃至6%、0.1乃至5%、0.1乃至4%、0.1乃至3%、0.1乃至2%、0.1乃至1%、1乃至90%、5乃至90%、10乃至90%、15乃至90%、20乃至90%、25乃至90%、30乃至90%、35乃至90%、40乃至90%、45乃至90%、50乃至90%、55乃至90%、60乃至90%、65乃至90%、70乃至90%、75乃至90%、80乃至90%、85乃至90%、1乃至85%、5乃至80%、10乃至80%、15乃至75%、20乃至70%、25乃至65%、30乃至60%、35乃至55%又は40乃至50%である。
幾つかの実施形態において、添加剤はPVOHなどのポリマーであり、添加剤とCNCとから成る組成物の50乃至70%又は60乃至70%又は70乃至90%又は70乃至80%の量で存在する。(すなわち、70乃至90%のポリマーとは、70乃至90%のポリマーと30乃至10%のCNCを意味する)。
いくつかの実施形態では、CNCに対する添加剤の比は、1:1、1:2、1:3、1:4、1:5、1:6、1:7、1:8、1:9、1:10、10:1、9:1、8:1、7:1、6:1、5:1、4:1、3:1又は2:1である。
少なくとも1つの添加剤は、ポリマーであるか、グリセロールやソルビトールなどの可塑剤;界面活性剤;Mg粒子又はナノ粒子(他の元素のナノ粒子を除く)などの粒状物質;色素;炭水化物;塩;導電材料;脱酸素剤などの任意のその他の添加剤であってもよい。
添加剤がポリマーでない場合、添加剤は、上記の量又は1%乃至20%の範囲の量で存在し得る。
幾つかの実施形態では、層BはCNC/PVOHを含む。層の厚さは100nm乃至20μmである。幾つかの実施形態では、厚さは100乃至900nm、900nm乃至20μm、1000nm乃至20μm、1μm乃至20μm又は1μm乃至10μmである。
幾つかの実施形態では、厚さは1μm乃至20μm、1μm乃至20μm、1μm乃至15μm、1μm乃至10μm、又は1μm乃至5μmである。
層AおよびCは、各々、多層構造に、1以上の最終用途に適合するように調整された機械的性能とバリア機能とを付与する。基板およびカバー層は、両方共、印刷し積層し、1以上の層、シート、フィルムやコートに結合できる。一般形態ABCを有する多層構造は、A又はCの何れか一方が、袋、容器や筺体の外面になるか、それらの内面になるように折り畳まれて袋、容器や筺体に配置される。最終物品に応じて、層AおよびCのそれぞれの材料又は組成を選択することができる。
幾つかの実施形態では、層Aおよび層Cの各々は、互いに無関係に、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエステル、ポリビニルアルコール、エチレンビニルアルコール、ポリアミド、ポリスチレン、ポリ乳酸、ポリヒドロキシアルカノエート、ポリカプロラクトン、ポリヒドロキシブチラート、ポリビニルアセテート、ポリアクリロニトリル、ポリ塩化ビニリデン、セルロース、ポリエチレンテレフタレート、ポリ塩化ビニル、ポリカーボネートの中から選択される。
幾つかの実施形態では、層Aおよび層Cのうちの1つは、ポリマーコートされた板紙であり、このポリマーは、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエステル、ポリビニルアルコール、エチレンビニルアルコール、ポリアミド、ポリスチレン、ポリ乳酸、ポリヒドロキシアルカノエート、ポリカプロラクトン、ポリヒドロキシブチレート、ポリビニルアセテート、ポリアクリロニトリル、ポリ塩化ビニリデン、セルロース、ポリエチレンテレフタレート、ポリ塩化ビニルおよびポリカーボネートから選択される。
幾つかの実施形態では、層AおよびCのうち少なくとも一方は、他方とは無関係に、織物であるか、織物を含むものである。繊維は、セルロース、ビスコース、ガラス繊維、炭素繊維および合成繊維から選択される素材のうちの任意の繊維物品、天然織物、合成織物、編物、織物材料、不織布材料又はメッシュであってもよい。同様に、織物は、提示したように選択された膜の形態であってもよい。
幾つかの実施形態では、金属シート又は金属ホイルは、他方とは無関係に、層AおよびCのうちの少なくとも一方を構成し、金属は、アルミニウム、ケイ素、亜鉛、鉄、チタン又はそれらの酸化物や合金から選択され得る。
層Aと層B、および/又は、層Bと層Cは、互いに直接的に結合していてもよく、又は図2において例示の目的で示されるように、インターフェース材料によって分離されてもよい。AとBとの間のインターフェース材料は、BとCを結合するインターフェース材料と同じである必要はなく、一方又は両方のインターフェース材料がなくてもよい。層が直接的に結合しているか、もしくはインターフェース材料を介しているかどうかにかかわらず、基板層および/又はカバー層に前処理をして、層同士の安定かつ持続的な結合を可能にする。前処理には、プラズマ処理、コロナ処理、火炎処理、熱処理や任意の既知の前処理方法が1以上含まれる。
層は、追加的又は代替的に、層Aと層Bとの間又は層Bと層Cとの間の層として、図2に示されるプライマー剤又は接着剤を介して、互いに結合されてもよい。このプライマーや接着剤は、基板やカバー層に本来備わっているものであってもよく(すなわち、基板/カバー層内に埋め込んでも、又は基板/カバー層と予め結合していても、基板/カバー層材料そのものであってもよい)、従って、別個のフィルム又は層として、又は別個の前処理又は処理工程として添加することはできない。プライマー又は接着剤が基板又はカバー層の一部でない場合には、それらは基板又はカバー層にコートされ、一般的には、層間の接着又は結合を誘導する目的で付加的な層を形成し、その一方で場合によっては、多層構造の機械的又は機能的な性質や、その他の特徴的な性質には影響を及ぼすことはない。プライマー又は接着層又はフィルムは、一般的には、多層構造に1以上の機能的性質を付与するためには使用されない。しかしながら、プライマーや接着剤を選択することによって、多層構造全体もしくは1つ以上の層に関連する1以上の性質を、追加的に導入、強化もしくは減少させることができる。このような性質は、折り曲げ性(foldability)、弾性、透明性、吸収性、光透過性、気体又は溶媒の透過性、水和性、耐熱性などである。プライマー層又は接着層は、ポリウレタン、エポキシ樹脂、アクリレート、ホットメルト接着剤、高分子凝集剤(例えば、ポリエチレンイミン)およびワニス剤から選択される材料を含む。
幾つかの実施形態では、多層構造物は3つの層:基板層(A)、CNC層(B)、およびカバー層(C)を含み、それぞれ、図1に例示されるように本書で定義される。幾つかの実施形態では、多層構造が、3、4、5、6、7、8、9又は10層を具え、少なくとも1つの層が、定義されたような基板層、セルロースナノ材料層、およびカバー層を構成している。いくつかの実施形態では、各層の材料は、多層構造物において隣接する層の材料や、1以上のその他の層の材料と相違していてもよく、隣接する任意の層の材料とは相違するが、隣接しない層の材料とは同じものであってよい。例えば、ABCCの形態の多層構造物では、材料層Aは各材料層Cとは相違し、各材料層Cも互いに相違してABC1C2の形態の多層構造物を形成する。例示的な多層構造物が図3A−図3Dに示されている。
幾つかの実施形態では、層Aおよび層Cの各々が2以上繰り返される、すなわち、多層構造物は、AABCC、ABCC、AABC、AABCBC、又はABCBCCの形態であってもよく、A、BおよびCの各々は、本書で定義され、隣接する層の各組は、直接的に結合されるか、プライマーや接着フィルム又は接着層を介して結合されてもよい。例えば、AABCCの構造においては、各Aは、他方と相違してもよく、各Cは、他方のCと相違してもよい。材料層AおよびCは同じ材料の中から選択することができるので、多層構造は中心層Bを中心として対称にも非対称にもなり得る。
本考案の多層構造体は、本書で定義されるようなシートの形態であってもよく、折り畳まれた、若しくは成形された材料シートであってもよい。材料シートとして提示される場合、任意のサイズおよび形状であり、印刷又は着色され、完全に透明又は不透明であってもよく、表面処理されていてもよい。シートは切断したり折り畳んだり、任意の形状やサイズ、又はシートから形成された、又は本考案の多層構造体でできた少なくとも1の要素や特徴を具える袋や筺体、包装や容器などの物品に加工することができる。幾つかの実施形態において、対象物は、商品、食品、液体、医薬品などの、例えばガス、水蒸気、特定の光波長およびその他有害な原因物質やその影響などの環境からの隔離や保護を必要とする任意の材料のパッケージングであり、多層構造が(不浸透性バリアを形成することによって)これらから保護することができる。
この独自の性質から、このシートは、包装材料におけるアルミニウムシートの代用品として使用することができる。この分野で知られているように、アルミニウムシートには、ガス、水および光の透過を完全に遮断する性能があり、また、パッケージの機械的安定性へも寄与することから、物品包装に広く使用されている。しかしながら、アルミニウムホイルの使用に関しては、主に、劣化しないことに起因する環境への影響と、アルミニウムを含有する包装物のリサイクルに伴う困難とに関連する欠点がある。透明なパッケージが必要な場合には、アルミニウムの遮光性も欠点と考えられる。アルミニウムのその他の欠点は熱透過率であり、良好なガスバリアが必要だが高伝熱性の必要がない真空断熱パネルなどの用途では望ましくない。
本考案の層状構造物は、バリア性質および機械的性質を有する材料を提供してアルミニウムの適切な代替物とするものであり、リサイクル可能かつ分解可能で、光を透過し、断熱性を有し、所望のバリア性質と同じバリア性(例えば、このバリア層は2μmで、アルミニウムホイルが通常使用される5μmの構造で所望されるOTRレベルをもたらす)を達成しつつ、より薄いバリア層として提供され得るという利点を有する。
したがって、幾つかの態様によれば、本考案は、3乃至7の材料層から成る多層構造の形態の物品を提供しており、この多層構造がABCの形態であり、A、BおよびCの各々が材料層であって:
層Aは、ポリマー材料、紙又は紙ベース材料、ポリマーコートされた紙ベース材料、ナノセルロースフィルム、ナノセルロース/ポリマーフィルム、織物材料、多孔質材料、膜材料、無機物質、ワニス剤および金属素材から選択される材料を含む基板であり、
層Bは、ナノ結晶(CNC)、ナノフィブリル化セルロース(NFC)、ミクロフィブリル化セルロース(MFC)、CNCとNFCの組み合わせ、CNCとMFCの組み合わせ、およびCNCと少なくとも1つの水溶性又は水分散性添加剤の混合から選択される物質を含むセルロースナノ材料であり、
層Cは、ポリマー材料、紙又は紙ベース材料、ポリマーコートされた紙ベース材料、ナノセルロースフィルム、ナノセルロース/ポリマーフィルム、織物材料、多孔質材料、膜材料、無機物質、ワニス剤および金属素材から選択される材料を含むカバー層である。
層Aは、ポリマー材料、紙又は紙ベース材料、ポリマーコートされた紙ベース材料、ナノセルロースフィルム、ナノセルロース/ポリマーフィルム、織物材料、多孔質材料、膜材料、無機物質、ワニス剤および金属素材から選択される材料を含む基板であり、
層Bは、ナノ結晶(CNC)、ナノフィブリル化セルロース(NFC)、ミクロフィブリル化セルロース(MFC)、CNCとNFCの組み合わせ、CNCとMFCの組み合わせ、およびCNCと少なくとも1つの水溶性又は水分散性添加剤の混合から選択される物質を含むセルロースナノ材料であり、
層Cは、ポリマー材料、紙又は紙ベース材料、ポリマーコートされた紙ベース材料、ナノセルロースフィルム、ナノセルロース/ポリマーフィルム、織物材料、多孔質材料、膜材料、無機物質、ワニス剤および金属素材から選択される材料を含むカバー層である。
幾つかの実施形態では、セルロースナノ材料の層が、層の全重量の0.1重量%乃至3重量%の不純物を含み、不純物は炭水化物および塩から選択される。
幾つかの実施形態において、物品が、CNCの層又はCNCと少なくとも1つの添加剤との混合の層;基板;カバー層から成る。
幾つかの実施形態では、物品が、CNCとPVOHとの混合の層;基板;カバー層から成る。
幾つかの実施形態では、層Aおよび層Cの各々が、紙又は紙ベースの材料である。
幾つかの実施形態では、層Aおよび層Cの各々が、ポリマー材料、ポリマーコートされた紙ベース材料、又はナノセルロース/ポリマーフィルムである。
幾つかの実施形態において、層Bが、PVOH、PVAc、EVOH、PVP、デンプン、キトサン、ポリアクリル酸、ポリエチレンイミン、炭水化物、EVAおよびポリウレタンから選択される少なくとも1つのポリマーと混合されたCNCおよび/又はNFCを含む。
幾つかの実施形態では、少なくとも1つのポリマーの量が、ナノセルロース材料の0.1乃至99重量%の範囲である。
幾つかの実施形態において、少なくとも1つの添加剤が、可塑剤;界面活性剤;粒状物質;色素;炭水化物;塩;導電材料;および脱酸素剤から選択されるポリマー又は添加剤を含む。
幾つかの実施形態において、少なくとも1つの添加剤が、1%乃至20%の範囲の量で存在する。
幾つかの実施形態において、層Bの厚さが100nm乃至20μmである。
幾つかの実施形態において、層Aおよび層Cの各々が、他方とは無関係に、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエステル、ポリビニルアルコール、エチレンビニルアルコール、ポリアミド、ポリスチレン、ポリ乳酸、ポリヒドロキシアルカノエート、ポリカプロラクトン、ポリヒドロキシブチレート、ポリビニルアセテート、ポリアクリロニトリル、ポリ塩化ビニリデン、セルロース、ポリエチレンテレフタレート、ポリ塩化ビニルおよびポリカーボネートから選択される材料である。
幾つかの実施形態において、層Aおよび層Cの一方又は両方が、ポリマーコートされた板紙であり、ポリマーは、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエステル、ポリビニルアルコール、エチレンビニルアルコール、ポリアミド、ポリスチレン、ポリ乳酸、ポリヒドロキシアルカノエート、ポリカプロラクトン、ポリヒドロキシブチラート、ポリビニルアセテート、ポリアクリロニトリル、ポリ塩化ビニリデン、セルロース、ポリエチレンテレフタレート、ポリ塩化ビニルおよびポリカーボネートから選択される。
幾つかの実施形態において、層AおよびCの少なくとも一方が、他方とは無関係に、織物であるか、織物を含む。
幾つかの実施形態において、層Aおよび層B、および/又は、層Bおよび層Cは、互いに直接的に結合されても、プライマー剤および接着剤から選択されるインターフェース材料によって分離されてもよい。
幾つかの実施形態において、物品が、3つの層:基板層、CNC層、カバー層から成る。
幾つかの実施形態において、CNC層が、CNCとPVOHとの混合から成る。
幾つかの実施形態において、多層構造が、AABCC、ABCC、AABC、AABCBC、ABCBCCから選択される形態のものであり、A、BおよびCの各々は、本書で定義される通りである。
幾つかの実施形態において、この物品は、商品、食品、液体および医薬品のパッケージに使用される際に提供される。
本考案はさらに、3乃至7の材料層から成る多層構造の形態で物品を提供し、多層構造はABCの形態であり、各A、BおよびCは材料層であり、
層Aは、ポリマー材料、紙又は紙ベース材料、ポリマーコートされた紙ベース材料、ナノセルロースフィルム、ナノセルロース/ポリマーフィルム、織物材料、多孔質材料、膜材料、無機物質、ワニス剤および金属素材から選択される材料を含む基板であり、
層Bは、ナノ結晶(CNC)およびCNCと少なくとも1つの水溶性又は水分散性添加剤の混合物から選択されるセルロースナノ材料であって、金属ナノ粒子材料とナノフィブリル化セルロース(NFC)を含まない層であり、
層Cは、ポリマー材料、紙又は紙ベース材料、ポリマーコートされた紙ベース材料、ナノセルロースフィルム、ナノセルロース/ポリマーフィルム、織物材料、多孔質材料、膜材料、無機物質、ワニス剤および金属素材から選択される材料を含むカバー層である。
層Aは、ポリマー材料、紙又は紙ベース材料、ポリマーコートされた紙ベース材料、ナノセルロースフィルム、ナノセルロース/ポリマーフィルム、織物材料、多孔質材料、膜材料、無機物質、ワニス剤および金属素材から選択される材料を含む基板であり、
層Bは、ナノ結晶(CNC)およびCNCと少なくとも1つの水溶性又は水分散性添加剤の混合物から選択されるセルロースナノ材料であって、金属ナノ粒子材料とナノフィブリル化セルロース(NFC)を含まない層であり、
層Cは、ポリマー材料、紙又は紙ベース材料、ポリマーコートされた紙ベース材料、ナノセルロースフィルム、ナノセルロース/ポリマーフィルム、織物材料、多孔質材料、膜材料、無機物質、ワニス剤および金属素材から選択される材料を含むカバー層である。
実施例1:3層構造物
層A:コロナ処理をした低密度ポリエチレン(LDPE)−20μm
層B:PVOH/CNCの層−5μm
層C:コロナ処理をし、処理した面に接着剤を塗布した低密度ポリエチレン(LDPE)−20μm
多層は、層A/層B/層Cを含む。
層A:コロナ処理をした低密度ポリエチレン(LDPE)−20μm
層B:PVOH/CNCの層−5μm
層C:コロナ処理をし、処理した面に接着剤を塗布した低密度ポリエチレン(LDPE)−20μm
多層は、層A/層B/層Cを含む。
調製方法
1.LDPEフィルム(層A)の表面をコロナ処理をした。
2.PVOH/CNC水懸濁液をLDPEの処理表面に塗布し、その後完全に乾燥させた(層B)。
3.コロナ処理をしたLDPEフィルムを接着層で覆い、接着剤塗布面をPVOH/CNC層に向けて、層Bに積層した(層C)。
1.LDPEフィルム(層A)の表面をコロナ処理をした。
2.PVOH/CNC水懸濁液をLDPEの処理表面に塗布し、その後完全に乾燥させた(層B)。
3.コロナ処理をしたLDPEフィルムを接着層で覆い、接着剤塗布面をPVOH/CNC層に向けて、層Bに積層した(層C)。
多層構造体は透明で可撓性であり、さらに積層して、良好なバリア機能を有する可撓性又は剛性の包装材の製造用の追加層を含むことができる。LDPE層は、水バリア機能、水蒸気バリア機能および油分バリア機能を提供した。PVOH/CNCの内層はガスバリア性を提供した。
実施例2:多層構造物(3層)
層A:ホットメルト接着剤(例えば、エチレン酢酸ビニル)でコートされたポリプロピレン層−30μm
層B:PVOH/CNCの層−5μm
層C:ホットメルト接着剤(例えば、エチレン酢酸ビニル)でコートされたポリプロピレン層−30μm
多層は、層A/層B/層Cを含む。
層A:ホットメルト接着剤(例えば、エチレン酢酸ビニル)でコートされたポリプロピレン層−30μm
層B:PVOH/CNCの層−5μm
層C:ホットメルト接着剤(例えば、エチレン酢酸ビニル)でコートされたポリプロピレン層−30μm
多層は、層A/層B/層Cを含む。
調製方法
1.ポリプロピレンフィルム(層A)をホットメルト接着剤(例えばエチレンビニルアセテート)で被覆する。
2.PVOH/CNC水懸濁液をホットメルト層に塗布し、その後完全に乾燥させる(層B)。
3.接着剤塗布面をPVOH/CNC層に向けて、ホットメルト層でコートされたポリプロピレンフィルムを層Bに積層した(層C)。
1.ポリプロピレンフィルム(層A)をホットメルト接着剤(例えばエチレンビニルアセテート)で被覆する。
2.PVOH/CNC水懸濁液をホットメルト層に塗布し、その後完全に乾燥させる(層B)。
3.接着剤塗布面をPVOH/CNC層に向けて、ホットメルト層でコートされたポリプロピレンフィルムを層Bに積層した(層C)。
多層構造は透明で柔軟性があり、優れたバリア性能を有する可撓性若しくは剛性の包装材の製造用に更なる層に積層することができる。ポリプロピレン層は、水、水蒸気および油分バリア機能を与える。PVOH/CNCの内層はガスバリア性能を与え、機械的性質を改善することができる。
実施例2で示した層状構造の機械的性質を、インストロン(Instron)の試験機を用いて引張試験によってテストした:
・弾性率は、層Aおよび層Cを共に積層した基準と比較して、40%乃至125%改善した。・破断点伸びは、層Aおよび層Cを共に積層した基準と比較して、7乃至20%改善した。
・弾性率は、層Aおよび層Cを共に積層した基準と比較して、40%乃至125%改善した。・破断点伸びは、層Aおよび層Cを共に積層した基準と比較して、7乃至20%改善した。
実施例3:5層構造物
層A1:低密度ポリエチレン(LDPE)−20μm
層A2:LDPEでコートされた板紙
層A3:コロナ処理された低密度ポリエチレン(LDPE)−15μm
層B :PVOH/CNCの層−4μm
層C1:コロナ処理された低密度ポリエチレン(LDPE)−15μm
層C2:低密度ポリエチレンLDPE
多層は、層A1/層A2/層B/層C1/層C2を含む。
層A1:低密度ポリエチレン(LDPE)−20μm
層A2:LDPEでコートされた板紙
層A3:コロナ処理された低密度ポリエチレン(LDPE)−15μm
層B :PVOH/CNCの層−4μm
層C1:コロナ処理された低密度ポリエチレン(LDPE)−15μm
層C2:低密度ポリエチレンLDPE
多層は、層A1/層A2/層B/層C1/層C2を含む。
調製方法
1.LDPEフィルム(層A3)の表面にコロナ処理をした。
2.PVOH/CNC水懸濁液をLDPEの処理表面に被覆し、その後完全に乾燥させた(層B)。
3.コロナ処理面をPVOH/CNC層に向けて、コロナ処理をしたLDPEフィルムを層Bに積層した(層C1)。
4.LDPEを板紙の表面に押し出した(層A2)。
5.LDPEを板紙の反対面から押し出した(層A1)。
6.層A3/B/C1の多層を層A2に積層した。
7.LDPEを層C1に押し出した(層C2)。
1.LDPEフィルム(層A3)の表面にコロナ処理をした。
2.PVOH/CNC水懸濁液をLDPEの処理表面に被覆し、その後完全に乾燥させた(層B)。
3.コロナ処理面をPVOH/CNC層に向けて、コロナ処理をしたLDPEフィルムを層Bに積層した(層C1)。
4.LDPEを板紙の表面に押し出した(層A2)。
5.LDPEを板紙の反対面から押し出した(層A1)。
6.層A3/B/C1の多層を層A2に積層した。
7.LDPEを層C1に押し出した(層C2)。
この多層構造は、剛性パッケージに使用することができる。板紙層は機械的安定性を与え、LDPE層は水、水蒸気および油分バリア能力を与えた。PVOH/CNCの内層はガスバリア性を与えた:
・1.2μm以下の厚さを有する層Bを有するこの構造は、80%RHで最大4のOTRを有していた。
・2.4μm以下の厚さを有する層Bを有するこの構造は、80%RHで最大2のOTRを有していた。
・4μm以下の厚さを有する層Bを有するこの構造は、80%RHで最大1のOTRを有していた。
・5μm以下の厚さを有する層Bを有するこの構造は、80%RHで1未満のOTRを有していた。
・1.2μm以下の厚さを有する層Bを有するこの構造は、80%RHで最大4のOTRを有していた。
・2.4μm以下の厚さを有する層Bを有するこの構造は、80%RHで最大2のOTRを有していた。
・4μm以下の厚さを有する層Bを有するこの構造は、80%RHで最大1のOTRを有していた。
・5μm以下の厚さを有する層Bを有するこの構造は、80%RHで1未満のOTRを有していた。
Claims (14)
- 3乃至7の材料層から成る多層構造の形態の物品であって、前記多層構造がABCでの形態であり、A、BおよびC各々が材料層である物品において:
層Aは、ポリマー材料、紙又は紙ベース材料、ポリマーコートされた紙ベース材料、ナノセルロースフィルム、ナノセルロース/ポリマーフィルム、織物材料、多孔質材料、膜材料、無機物質、ワニス剤および金属素材から選択される材料を含む基板であり、
層Bは、ナノ結晶(CNC)、および、CNCと少なくとも1つの水溶性又は水分散性添加剤又は物質の混合物から選択されるセルロースナノ材料であって、金属ナノ粒子材料とナノフィブリル化セルロース(NFC)を含まない層であり、
層Cは、ポリマー材料、紙又は紙ベース材料、ポリマーコートされた紙ベース材料、ナノセルロースフィルム、ナノセルロース/ポリマーフィルム、織物材料、多孔質材料、膜材料、無機物質、ワニス剤および金属素材から選択される材料を含むカバー層であることを特徴とする物品。 - 請求項1に記載の物品において、前記物品が、CNCの層又はCNCと少なくとも1つの添加剤又は物質との混合物の層;基板;及びカバー層から成ることを特徴とする物品。
- 請求項1に記載の物品において、前記物品が、CNCとPVOHとの混合物の層;基板およびカバー層から成ることを特徴とする物品。
- 請求項1に記載の物品において、前記層Aおよび前記層Cの各々が、紙又は紙ベース材料であることを特徴とする物品。
- 請求項1に記載の物品において、前記層Aおよび前記層Cの各々が、ポリマー材料、ポリマーコートされた紙ベース材料、又はナノセルロース/ポリマーフィルムであることを特徴とする物品。
- 請求項1に記載の物品において、前記層Bが、PVOHと混合したCNCから成ることを特徴とする物品。
- 請求項6に記載の物品において、前記PVOHの量が、前記CNC材料の0.1乃至99重量%の範囲であることを特徴とする物品。
- 請求項1に記載の物品において、前記少なくとも1つの添加剤又は物質が、可塑剤;界面活性剤;粒状物質;色素;炭水化物;塩;導電材料;および脱酸素剤から選択されるポリマー又は添加剤であることを特徴とする物品。
- 請求項1に記載の物品において、前記層Aおよび前記層Cの各々が、他方とは無関係に、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエステル、ポリビニルアルコール、エチレンビニルアルコール、ポリアミド、ポリスチレン、ポリ乳酸、ポリヒドロキシアルカノエート、ポリカプロラクトン、ポリヒドロキシブチレート、ポリビニルアセテート、ポリアクリロニトリル、ポリ塩化ビニリデン、セルロース、ポリエチレンテレフタレート、ポリ塩化ビニルおよびポリカーボネートから選択される材料であることを特徴とする物品。
- 請求項1に記載の物品において、前記層Aおよび前記層Cの一方又は両方が、ポリマーコートされた板紙であり、前記ポリマーが、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエステル、ポリビニルアルコール、エチレンビニルアルコール、ポリアミド、ポリスチレン、ポリ乳酸、ポリヒドロキシアルカノエート、ポリカプロラクトン、ポリヒドロキシブチラート、ポリビニルアセテート、ポリアクリロニトリル、ポリ塩化ビニリデン、セルロース、ポリエチレンテレフタレート、ポリ塩化ビニルおよびポリカーボネートから選択されることを特徴とする物品。
- 請求項1に記載の物品において、層AおよびB、および/又は、層BおよびCが互いに直接的に結合されている、又は、プライマー剤および接着剤から選択されたインターフェース材料によって分離されていることを特徴とする物品。
- 請求項1に記載の物品が3層:基板層、CNC層およびカバー層から成ることを特徴とする物品。
- 請求項1に記載の物品において、前記多層構造は、AABCC、ABCC、AABC、AABCBC、ABCBCCから選択される形態であり、A、BおよびCの各々は、請求項1で定義される通りであることを特徴とする物品。
- 請求項1に記載の物品において、商品、食品、液体および医薬品のパッケージに使用されることを特徴とする物品。
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CN109810276A (zh) * | 2019-03-05 | 2019-05-28 | 华南理工大学 | 一种提高纳米纤维素薄膜透光率的方法 |
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