JP3482742B2 - 乳酸系ポリマーからなる冷食品用成形物 - Google Patents
乳酸系ポリマーからなる冷食品用成形物Info
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Description
性に優れ、かつ自然環境中での生分解性を兼ね備えた冷
食品用成形物に関するものである。
的性能から人類の社会生活に多大の利便性をもたらし恩
恵を与えており、膨大な量が使用されている。しかしそ
の反面使用後に発生する膨大なプラスチック廃棄物は、
その強靱性、劣化のし難さから、廃棄物による、埋立地
の不足、景観阻害、海洋生物への脅威、環境汚染等の地
球的規模の環境問題を引き起こしている。
デー、サンドイッチ、弁当、飲料ボトル等の包装材料は
そのまま放置されることが多く、環境問題の大きな要因
の一つとなっている。これらの問題を解決する一つの方
法として、従来のプラスチックと同様の機能性を保有し
ながら、自然環境中で加水分解或いは微生物分解を受
け、代謝等を経て最終的に無害な炭酸ガスと水になる、
生分解性ポリマーの研究が各国で盛んに行われ、これま
でに澱粉変成物、バイオセルロース、ポリヒドロキシア
ルカノエート、ポリ乳酸系組成物等各種ポリマーが開発
されている。
必要とされる食品用に用いられる包装資材や加工成形品
用の冷食品用成形物には10℃以下での耐低温脆化性、
剛性が必要であり、従来、冷食品用成形材料としては、
冷凍用途では、主にポリ塩化ビニル、ポリエチレン、ポ
リエチレンテレフタレート、ナイロン等、冷蔵用途で
は、それらの他にPP等が使用されるているが、これら
は何れも生分解しないプラスチックであり、上記の必要
条件に十分耐えうる生分解性ポリマーはこれまで知られ
ていなかった。
する課題は、実用性のある低温脆化性、剛性、透明性を
有し、かつ自然環境での生分解性を兼ね備えた、乳酸系
ポリマーからなる冷食品用成形物を提供することにあ
る。
題を解決し、実用性のある冷食類用成形物を得るために
鋭意検討した結果、乳酸の脱水縮合した構造単位と、ジ
カルボン酸とジオールとを脱水縮合したポリエステル構
造単位及び/又はジカルボン酸とポリエーテルポリオー
ルとを脱水縮合したポリエーテルポリエステル構造単位
とを含む、重量平均分子量1〜70万の生分解性の乳酸
系ポリマーを用いることにより、耐低温脆化性に優れ、
かつ成形品として十分な剛性を持つ冷食品用成形物が得
られることを見い出して本発明を完成するに到った。
単位と、ジカルボン酸とジオールとを脱水縮合したポリ
エステル構造単位及び/又はジカルボン酸とポリエーテ
ルポリオールとを脱水縮合したポリエーテルポリエステ
ル構造単位とを含む、重量平均分子量1〜70万の乳酸
系ポリマーから成る、プラスチックの脆化温度試験(J
IS−K−7216法)による脆化温度が10℃以下で
あることを特徴とする、乳酸系ポリマーからなる冷食品
用成形物である。
脱水縮合した構造単位と、ジカルボン酸とジオールとを
脱水縮合したポリエステル構造単位及び/又はジカルボ
ン酸とポリエーテルポリオールとを脱水縮合したポリエ
ーテルポリエステル構造単位と、高分子量化剤由来の構
造単位とを含有することを特徴とする、乳酸系ポリマー
からなる冷食品用成形物を含むものである。
ポリマーが、ジカルボン酸とジオールとを脱水縮合した
ポリエステル構造単位及び/又はジカルボン酸とポリエ
ーテルポリオールとを脱水縮合したポリエーテルポリエ
ステル構造単位を、乳酸ポリマーの3〜60重量%含有
することを特徴とする、乳酸系ポリマーからなる冷食品
用成形物であり、
IS−K−7198A法)において−30〜30℃の範
囲で貯蔵弾性率(E’)が2,000〜40,000k
gf/cm2の範囲であることを特徴とする、乳酸系ポ
リマーからなる冷食品用成形物である。
発明に用いられるポリマーは、乳酸の脱水縮合した構造
単位と、ジカルボン酸とジオールとを脱水縮合したポリ
エステル構造単位及び/又はジカルボン酸とポリエーテ
ルポリオールとを脱水縮合したポリエーテルポリエステ
ル構造単位とを含有する、乳酸系ポリマー、または、更
にこれに高分子量化剤由来の構造単位とを含有する、重
量平均分子量1〜70万の乳酸系ポリマーから成る乳酸
系ポリマーである。
肪族のジオールもしくはポリエーテルポリオールと、芳
香族及び/又は脂肪族のジカルボン酸を乳酸もしくは乳
酸の二量体であるラクタイドと重合させるか、それら成
分から成る芳香族ポリエステル及び/又は脂肪族ポリエ
ステル、もしくはポリエーテルポリエステルと乳酸もし
くは乳酸の二量体であるラクタイドとを共重合させるこ
とによって得られる。
ジカルボン酸成分としてはメチレン鎖長が2〜10のも
の、例えばアジピン酸、セバシン酸、コハク酸等が挙げ
られる。ジオール成分としては主鎖の炭素数が2〜6の
もの、例えばエチレングリコール、プロピレングリコー
ル、ブチレングリコール、1,4−ブタンジオール、
1,6−ヘキサンジオール等、またポリエーテルポリオ
ールとしては、ポリエチレングリコール、ポリプロピレ
ングリコール、ポリブチレングリコール等が挙げられ
る。
てはアジピン酸、セバシン酸、ジオール成分としてはプ
ロピレングリコール、ポリエーテルポリオールとしては
ポリプロピレングリコールを使用することが好ましく、
本発明の乳酸系ポリマー中のこれら成分の割合は、脆化
温度を10℃以下に抑えるためには、3〜60重量%程
度が好ましく、脆化温度を氷温冷蔵にも耐えうる2℃以
下程度にするためには7〜60重量%が好ましい。
物、具体的には、脆化温度−18℃以下が必要とされる
場合には、用いるポリエステルの種類によっても異なる
が、一般にポリエステル成分を30〜60重量%程度含
有させた乳酸系ポリマーを用いることが好ましい。
二量体であるラクタイドを合成し、開環重合により高分
子量のポリ乳酸を得る方法が多く使用されているが、乳
酸から直接脱水縮合によりポリ乳酸を合成する方法も用
いられる。また、コポリマーは、ポリ乳酸重合時もしく
はポリ乳酸重合直後に脂肪族ポリエステル、芳香族ポリ
エステル、カプロラクトン、酢酸ビニル、エチレンテレ
フタレート重合体、エチレンビニルアルコール等の一種
以上の副成分を加え重合を更に進めることにより得られ
る。
の再生可能な資源を発酵する事により得られる。また、
石油化学原料からも合成可能である。製造に使用する原
料乳酸は、光学異性体であるD体、L体、メソ体、ラセ
ミ体の何れであっても良く、またこれらの混合物であっ
ても良い。その際のL体、D体の比(L/D)は100
/0〜0/100まで全ての組成で使用出来る。
重合のどの段階でも良いが、高分子量化剤を加えること
により、乳酸系ポリマーを更に高分子量化することがで
きる。本発明に使用する高分子量化剤としては、多価カ
ルボン酸及び/又はその酸無水物、または多価イソシア
ネートが挙げられる。多価カルボン酸としては、例え
ば、トリメリット酸、ピロメリット酸、酸化無水物とし
ては無水コハク酸、無水トリメリット酸、無水ピロメリ
ット酸等が挙げられる。
−トリレンジイソシアネート、2,4−トリレンジイソ
シアネートと2,6−トリレンジイソシアネートの混合
体、ジフェニルメタンジイソシアネート、1,5−ナフ
タレンジイソシアネートキシリレンジイソシアネート、
水素化キシリレンジイソシアネート、ヘキサメチレンジ
イソシアネート、イソホロンジイソシアネート、トリフ
ェニルメタン−4,4’,4’’−トリイソシアネート
等がある。
酸系ポリマーに対し0.01〜5重量%程度加えればよ
く、これら高分子量化剤を用いることにより、高分子量
化剤を用いない乳酸系ポリマー、通常、重量平均分子量
300,000程度の乳酸系ポリマーの重量平均分子量
を、600,000〜700,000程度に上げること
が可能である。
平均分子量は、通常、10,000〜700,000の
範囲であり、中でも強度が高く成形加工性に優れる点か
ら、50,000〜300,000がより好ましく、7
0,000〜300,000が更に好ましい。
5年に科学技術庁資源調査会による「食生活の体系的改
善に資する食料流通体系の近代化に関する勧告」の中に
指定されている低温流通の温度、すなわち冷蔵(10〜
2℃)、氷温冷蔵(2〜−2℃)、凍結(−18℃以
下)温度で使用に耐え得るような成形容器や、包装材、
袋、箸、ホーク、スプーン等の食器類、緩衝材等を言
う。
等を包装するフィルム(フレキシブルタイプ)、シート
(リジットタイプ)、トレー、製品相互の凍結結着を防
ぐための中仕切りやアイスキャンデーの棒、アイスクリ
ーム、かき氷等に使用されるスプーン、カップ、コンポ
ジット缶であり、氷温冷蔵及び冷蔵の用途としては魚・
肉類用トレーや箱、ジュース・乳性品等のボトルやパッ
ク、惣菜容器等が挙げられる。
ポリマーの他に必要に応じて第二、三成分として他のポ
リマーや可塑剤、安定剤、酸化防止剤、ブロッキング防
止剤、防曇剤、着色剤等の添加剤を含んでも良い。他の
ポリマーとしては脂肪族ポリエステル、ポリビニルアル
コール、ポリヒドロキシブチレート−ヒドロキシバリレ
ート、スターチ系ポリマー等を含んでも良い。
アジピン酸等のポリエステル系可塑剤やフタル酸ジオク
チル、ポリエチレングリコールアジピン酸等の可塑剤、
エポキシ化大豆油、カルボジイミドの様な安定剤、2,
6−ジ−第三−ブチル−4−メチルフェノール(BH
T)、ブチル・ヒドロキシアニソール(BHA)の様な
酸化防止剤、シリカ、タルクの様なブロッキング防止
剤、グリセリン脂肪酸エステル、クエン酸モノステアリ
ルの様な防曇剤、酸化チタン、カーボンブラック、群青
の様な着色剤等を含んでもかまわない。
ては、押出成膜の後、2次加工により成形物を得る方法
や、射出成形、ブロー成形等が挙げられる。押出する際
の溶融温度は、特に限定されないが、通常融点より10
〜50℃高い温度が適している。また乳酸系ポリマーは
吸湿性が高く、加水分解性も強いため水分管理が必要で
あり、一般的な一軸押出機を用い押出成形する場合に
は、真空乾燥器、除湿乾燥器等により除湿乾燥後、成膜
する必要がある。
成膜は脱水効果が高いため効率的な成膜が可能である。
また、複数押出機による多層化を行うことも可能であ
る。この場合、中心層に物性の劣るポリマー回収品を入
れ、両外層に強度の優れたバージン層を使用することに
より強度の補強をすることが可能である。更に中心層の
みに着色剤を入れることにより、食品等に直接着色剤成
分を触れさせなくすることもでき、また両外層のみに機
能性添加剤を含ませることにより少量の添加で有効な効
果を得ることも可能となる。
ネートを行うことにより強度アップや、緩衝効果を持た
せることも可能であり、アルミやシリカ等を蒸着させる
ことによりガスバリア性、光バリア性、美観効果を持た
せることも可能である。また、発泡シートや発泡成形品
も作成可能で緩衝効果の優れた成形物となる。
よる押出成形により成形加工を行うが乳酸系ポリマーを
シーティングする際の溶融温度は、特に限定されない
が、通常、融点より10〜50℃高い温度である。溶融
押出されたシ−トは通常所定の厚みになるようにキャス
ティングされ、必要により冷却される。延伸を行う場合
は、シ−トを縦延伸処理を施すか、或いはこれを省略し
た後、同時二軸延伸時、逐次二軸延伸時のうちの横延伸
時、或いは横一軸延伸で行う。
らTgより50℃高い温度範囲で行われるが、シ−トの
面状態や透明性の点から、Tgより10〜40℃高い温
度範囲が特に好ましい。延伸倍率は通常一軸方向に1.
5倍以上となるように、一軸延伸もしくは二軸延伸処理
で行う、その後、直ちにTg以下に冷却することにより
延伸配向シ−トが得られる。
ないが、耐衝撃性と成形時の収縮の発生がないように、
厚み換算で3〜40kgf/cm2のシ−トを用いるこ
とが好ましい。なお配向戻り応力とは、ASTMD−1
504に準拠して測定されるもので、延伸されて得られ
た成形用シ−トを加熱した時に、シ−トが延伸前の状態
に復元しようとして示す力のことであり、その最大の応
力をシ−トの断面積で割った値として求められ、延伸さ
れたシ−トの分子配向程度を示す指標となる。
る場合は、成形品の剛性の点及び型再現性の点から50
〜1000μmの範囲が好ましいが、実用性の点から1
00〜500μmが特に好ましい。深絞り成形の可能な
真空成形に用いる場合でも、同様に、50〜2000μ
mの範囲が好ましく、実用上の点から100〜1000
μmが特に好ましい。
ついて説明する。成形用シ−トは未延伸のものは金型を
用いた真空成形、真空圧空成形で、延伸シ−トは金型を
用いた圧空成形、真空圧空成形により所定の形状の成形
品を得ることが出来る。成形条件は特に限定されるもの
ではないが、真空成型機を使う場合の条件としては遠赤
外線ヒーターを用いた場合、ヒーター温度で300〜5
00℃、間接加熱時間5〜30秒、金型温度はガラス転
移温度以下、金型による冷却時間5〜60秒が好まし
い。
はガラス転移温度より10〜70℃高い温度、より好ま
しくは15〜55℃高い温度である。熱板による加熱時
間0.5〜6秒、金型温度はガラス転移温度以下、金型
による冷却時間1〜20秒、成形圧力1〜10kgf/
cm2が良い。この場合、型再現性の不良もレインドロ
ップの発生も無く、優れた成形品が得られる。
プランジャー式成型機のどちらでも良い。成形条件とし
ては、特に制限されないが、押出時の樹脂温度としては
フローマーク発生、クレージングの発生、分子量低下等
を起こさないようにするため融点より10〜50℃高い
温度が好ましい。射出圧力は気泡の発生、そり、ひけ型
離れ不良等が起こらないように300〜2,000kg
f/cm2程度が好ましい。
するためガラス転移温度以下程度であればよいが、冷却
時間を短くするためガラス転移温度より20〜30℃程
度低く設定してもかまわない。
形、延伸ブロー成形等が挙げられるが、それぞれ周知の
方法で実施することができる。例えば、ダイレクトブロ
ー成形の場合、樹脂をリングダイを通してパイプ上に押
し出し、押し出されたパリソンがまだ溶融状態にある間
に、ブロー型で挟んでパリソン内に流体を吹き込んで所
定形状に成形する。
ォームを延伸温度に加熱した後、ブロー型中で軸方向に
引っ張り延伸すると共に、周方向に膨張延伸させること
によりボトルの形に成形する。これらの成形条件は、特
に限定されないが、押出時の樹脂温度は通常、融点より
10〜50℃高い温度が望ましい。その際の金型温度は
外観、型離れを良くするため40℃以下程度がよいが、
金型サイクル時間を短くするためガラス転移温度より2
0〜30℃程度低く設定してもかまわない。
観を良くするため1〜6kgf/cm2にすることが好
ましい。延伸ブロー成形の延伸条件としては延伸温度は
ガラス転移温度からガラス転移温度より50℃高い温度
までの範囲が好ましい、延伸倍率は成形性の点からプリ
ホームの1.5〜5倍程度好ましいが、実用的には2〜
4倍がより好ましい。
10℃以下の耐寒性能が必要であり、その中でも最も重
要な性能として耐衝撃性がある。そのほか底材、蓋材、
ボトル等の容器として使用する場合には形状を保持する
ための剛性が必要であり、また蓋材として使用するには
透明性が重要な因子となる。
クの脆化温度試験法(JIS−K−7216、B形)に
おいて、測定される脆化温度が10℃以下の範囲にある
ことが好ましいが、実用面から考えると−2℃〜−18
℃の範囲であれば冷蔵、氷温冷蔵の何れの場合にも使用
に耐える為、より好ましく、−18℃以下の性能であれ
ば凍結にも耐えることができるため更に好ましい。
べる。使用温度条件が脆化温度以下となる場合は、その
ポリマーは耐衝撃強度等の物性が低下し、脆いものとな
ってしまう。このため、保管時、輸送時、使用時等にお
ける若干の衝撃でも損傷、破裂が発生し易くなる。
棒に曲げ力がかかる訳だがこの部分がポリマーの脆化温
度以下だと折れやすく使用に耐えない。また、冷凍食品
包装の場合、ショウケース中で縦詰みにされることが多
いが、最下段のものは重圧がかかり割れやすい。つまり
この部分のポリマーの脆化温度が保存温度より高い場合
は使いものにならないのである。
弾性の温度依存性に関する試験(JIS−K−7198
A法)において−30〜30℃の範囲で貯蔵弾性率
(E’)が2,000〜40,000kgf/cm2の
範囲であることが好ましい。実用面を考慮すると5,0
00〜40,000kgf/cm2がより好ましく、更
に好ましくは8,000〜35,000kgf/cm2
である。
試験法(JIS−K7105)に記載されている光線透
過率の測定法Aにおいて測定されるヘイズの値が、厚み
250μm程度のシ−トで0.1〜20%の範囲が好ま
しいが、より好ましくは0.1〜10%、更に好ましく
は0.5〜7%である。
成形物は、耐低温脆化性、剛性を兼ね備えると共に、乳
酸系ポリマーの特徴である生分解性、低燃焼カロリー、
燃焼時の有害ガスを発生しない等の優れた特徴も併せ持
つ。
説明する。 (参考例例1〜6)ポリマーP1〜P6の合成 脂肪族系ポリエステル(セバシン酸50モル%、プロピ
レングリコール50モル%)30重量部にL−ラクタイ
ド65重量部とD−ラクタイド5重量部とを加えて、不
活性ガスで雰囲気を置換し、165℃で1時間混合さ
せ、エステル化触媒としてオクタン酸錫を0.02部加
えて8時間反応を行った。得られた乳酸系ポリマーは無
色透明な樹脂で、重量平均分子量はGPCの結果から1
4万、ガラス転移温度は47℃、融点は155℃であっ
た。以下このポリマーをP1と称する。
ル%、プロピレングリコール50モル%)5重量部にL
−ラクタイド85重量部とD−ラクタイド10重量部と
を加えて、不活性ガスで雰囲気を置換し、165℃で1
時間混合させ、エステル化触媒としてオクタン酸錫を
0.02部加えて8時間反応を行った。得られた乳酸系
ポリマーは無色透明な樹脂で、重量平均分子量はGPC
の結果から21万、ガラス転移温度は45℃、融点は1
54℃であった。以下このポリマーをP2と称する。
ル%、ポリプロピレングリコール50モル%)30重量
部にL−ラクタイド65重量部とD−ラクタイド5重量
部とを加えて、不活性ガスで雰囲気を置換し、180℃
で1時間混合させ、エステル化触媒としてオクタン酸錫
を0.02部加えて3時間反応を行った。得られた乳酸
系ポリマーは無色透明な樹脂で、重量平均分子量はGP
Cの結果から15.1万、ガラス転移温度は、55℃融
点は175℃であった。以下このポリマーをP3と称す
る。
酸を含むポリエステル(テレフタル酸16モル%、イソ
フタル酸14モル%、アジピン酸20モル%、エチレン
グリコール23モル%、ネオペンチルグリコール27モ
ル%、数平均分子量23,800(ポリスチレン換
算))10部にL−ラクタイド90部を加えて、不活性
ガスで雰囲気を置換し、165℃で1時間、両者を溶融
・混合させ、エステル化触媒としてオクタン酸錫を0.
02部加え6時間反応を行った。反応終了後重量平均分
子量18.5万、ガラス転移温度は56℃、融点165
℃、のラクタイドとポリエステルとが共重合した乳酸系
ポリマーを得た。以下このポリマーをP4と称する。
%、エチレングリコール50モル%、ガラス転移点−
3.5℃、融点105.0℃)15重量部にL−ラクタ
イド75重量部とMESO−ラクタイド10重量部とを
加えて、不活性ガスで雰囲気を置換し、165℃で1時
間混合させ、エステル化触媒としてオクタン酸錫を0.
02部加えて8時間反応を行った。得られた乳酸系ポリ
マーは褐色を帯びた透明な樹脂で、重量平均分子量はG
PCの結果から14.2万、ガラス転移温度は53℃、
融点164℃であった。以下このポリマーをP5と称す
る。
部に、無水ピロメリット酸をラクタイド100部に対し
て0.5部、トルエン15部を加えて、窒素ガス雰囲気
下で、175℃、0.25時間、溶解・混合させた後、
開環重合触媒としてオクタン酸錫を0.03部加え、3
時間重合を行った。
族ジカルボン酸成分を含むポリエステル(テレフタル酸
成分14モル%、イソフタル酸成分16モル%、アジピ
ン酸成分20モル%、エチレングリコール成分28モル
%、ネオペンチルグリコール成分22モル%からなる重
量平均分子量45,200、数平均分子量24,70
0)を5部を加えて、3時間反応を行った。
した乳酸系ポリマーは重量平均分子量517,000の
無色透明な樹脂であった。これのガラス転移点は約56
℃、融点は約152℃であった。以下このポリマーをP
6と称する。
を選定し、脆化試験用1.6mmシ−ト、動的粘弾性測
定及びヘイズ用250μmシ−トを、温度でプレス成形
により作成した。その結果、これら原料は表1に示すよ
うに優れた諸性能を有していた。物性測定方法は〜
により行った。
キャンデーのスティック状(幅×長さ:10×100m
m)にした厚さ1.6mmシートを180度に折り曲
げ、その状態を観察した。ここで割れなかったものを
○、割れたものを×とし評価した。実施例1〜6は、冷
食類用成形物として充分な脆化温度、剛性、透明性、折
り割れ特性等の実用特性を持つことがわかった。またこ
れらはコンポスト試験により容易に生分解された。
/D体=90/10、Tg:51℃、Tm161℃のポ
リ乳酸(以下、PLAと略す)を用い、実施例と同様の
試験を行った。その結果、脆化温度が45℃と耐寒性が
なく、折り割れ試験でも破損し実用性がないことが解っ
た。
=100%、Tg:58℃、Tm181℃のPLAを用
い、実施例と同様の試験を行った。その結果、脆化温度
が53℃と耐寒性がなく、折り割れ試験でも破損し実用
性がないことが解った。
性、透明性を有し、かつ自然環境での生分解性を兼ね備
えた、乳酸系ポリマーからなる冷食品用成形物を提供で
きる。
Claims (4)
- 【請求項1】 乳酸の脱水縮合した構造単位と、ジカル
ボン酸とジオールとを脱水縮合したポリエステル構造単
位及び/又はジカルボン酸とポリエーテルポリオールと
を脱水縮合したポリエーテルポリエステル構造単位とを
含む、重量平均分子量1〜70万の乳酸系ポリマーから
成る、プラスチックの脆化温度試験(JIS−K−72
16法)による脆化温度が10℃以下であることを特徴
とする、乳酸系ポリマーからなる冷食品用成形物。 - 【請求項2】 乳酸系ポリマーが、乳酸の脱水縮合した
構造単位と、ジカルボン酸とジオールとを脱水縮合した
ポリエステル構造単位及び/又はジカルボン酸とポリエ
ーテルポリオールとを脱水縮合したポリエーテルポリエ
ステル構造単位と、高分子量化剤由来の構造単位とを含
有することを特徴とする、請求項1記載の乳酸系ポリマ
ーからなる冷食品用成形物。 - 【請求項3】 乳酸系ポリマーが、ジカルボン酸とジオ
ールとを脱水縮合したポリエステル構造単位及び/又は
ジカルボン酸とポリエーテルポリオールとを脱水縮合し
たポリエーテルポリエステル構造単位を、乳酸ポリマー
の3〜60重量%含有することを特徴とする、請求項1
又は2記載の乳酸系ポリマーからなる冷食品用成形物。 - 【請求項4】 動的粘弾性の温度依存性に関する試験
(JIS−K−7198A法)において−30〜30℃
の範囲で貯蔵弾性率(E’)が2,000〜40,00
0kgf/cm2の範囲であることを特徴とする、請求
項1〜3のいずれか一つに記載の乳酸系ポリマーからな
る冷食品用成形物。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP15604495A JP3482742B2 (ja) | 1995-06-22 | 1995-06-22 | 乳酸系ポリマーからなる冷食品用成形物 |
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