JP6926571B2 - 鮮度保持シートおよび鮮度保持シートの製造方法 - Google Patents
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Description
湿度応答型透湿性を有するシートとしては、例えば特許文献1に示されるように、再生セルロース膜を用いた例が開示されている。これは再生セルロースがセルロースII型結晶構造であるため、非晶領域が湿度依存的に膨潤し、透湿性が変化することを利用している。しかしながら、非晶領域が存在するといっても再生セルロース膜は一様な高分子膜であることには変わりは無く、透湿には膜内に水蒸気ガスが溶解、拡散する一連のプロセスが必要であり、非晶領域の膨潤に由来する透湿能力の変化量では、十分な湿度応答性を有しているとは言えない。また、特許文献1で用いているビスコースは、製造過程で二硫化炭素を使用するため、環境負荷が高いという問題がある。
そのため、このセルロースナノファイバー(CSNF)を用いた湿度応答型透湿性を備えた基材に、エチレンガスを吸着・分解可能で、さらに光学的フィルター特性な機能が備えられた鮮度保持シートが待望されている。
8のいずれかに記載の鮮度保持シートである。
基材の少なくとも一方の面に、セルロースI型結晶であるセルロースナノファイバー表面上に銀微粒子が担持された複合体を含む分散液を塗布する工程と、
塗布した分散液を乾燥させることにより、厚みが0.1以上5μm以下であり、25℃、湿度40%RHの場合の透湿量に対する25℃、湿度90%RHの場合の透湿量の変化量が2000g/m 2 ・day以上であることを特徴とする湿度応答性を有する層を形成工程と、を具備することを特徴とする鮮度保持シートの製造方法である。
本発明において用いるセルロースナノファイバーは、その構造の少なくとも一辺がナノメートルオーダーであればよく、その調製方法については特に限定されない。通常、セルロースナノファイバーはミクロフィブリル構造由来の繊維形状をとるため、本発明に用いるセルロースナノファイバーとしては、以下に示す範囲にある繊維形状のものが好ましい。
る原料を用いることができる。例えば、木材系天然セルロースに加えて、コットンリンター、竹、麻、バガス、ケナフ、バクテリアセルロース、ホヤセルロース、バロニアセルロースといった非木材系天然セルロースを用いることができる。材料調達の容易さから木材系天然セルロースを原料とすることが好ましい。木材系天然セルロースとしては、特に限定されず、針葉樹パルプや広葉樹パルプ、古紙パルプ、など、一般的にセルロースナノファイバーの製造に用いられるものを用いることができる。精製および微細化のしやすさから、針葉樹パルプが好ましい。
本発明で用いられる木材由来のCSNFは、木材系天然セルロースを酸化する工程と、微細化し分散液化する工程とを経ることにより得られる。また、CSNFに導入されるカルボキシ基量は、0.1mmol/g以上、5.0mmol/g以下が好ましく、0.5mmol/g以上、3.0mmol/g以下がより好ましい。CSNFに導入されるカルボキシ基量が0.1mmol/g未満であると、セルロースミクロフィブリル間に静電的な反発力および浸透圧効果が働かないため、セルロースを微細化して均一に分散させることが難しい。また、CSNFに導入されるカルボキシ基量が5.0mmol/gを超えると、化学処理に伴う副反応によりセルロースミクロフィブリルが低分子化するため、高結晶性の剛直なセルロースナノファイバー構造をとることができず、シート化した際に湿度応答性や、十分なエチレンガス分解性・抗菌性を発揮することができない。
木材系天然セルロースの繊維表面にカルボキシ基を導入する方法としては、特に限定されない。例えば、高濃度アルカリ水溶液中でセルロースをモノクロロ酢酸又はモノクロロ酢酸ナトリウムと反応させることによりカルボキシメチル化を行っても良く、オートクレーブ中でガス化したマレイン酸やフタル酸等の無水カルボン酸系化合物とセルロースを直接反応させてカルボキシ基を導入しても良い。
セルロースを微細化する方法としてはまず、セルロースに水性媒体を加えて懸濁させる。水性媒体としては、前述と同様のものが挙げられ、水が特に好ましい。必要に応じて、セルロースや生成するCSNFの分散性を上げるために、アルカリ水溶液を用いて懸濁液のpH調整を行ってもよい。pH調整に用いられるアルカリ水溶液としては、上記した酸化処理の説明で挙げたアルカリ水溶液と同様のものが挙げられる。
よびpH調整に用いた成分以外の他の成分を含有させてもよい。該他の成分としては、特に限定されず、鮮度保持シートの要求特性に応じて、公知の添加剤の中から適宜選択できる。
銀ナノ粒子は多菌種に対し抗菌性を有しながらも人体に対し不活性であることから、保存性、安全性の良好な組成物を得ることができる。前記木材由来のCSNFと複合化する金属種としては複数の金属種を用いても良く、銀以外の金属種としては特に限定しないが、例えば白金やパラジウム、ルテニウム、イリジウム、ロジウム、オスミウムの白金族元素の他、金、鉄、鉛、銅、クロム、コバルト、ニッケル、マンガン、バナジウム、モリブデン、ガリウム、アルミニウムなどの金属、金属塩、金属錯体およびこれらの合金、または酸化物、複酸化物等が挙げられる。
本発明の鮮度保持シートの形成は、公知の方法と同様にして実施できる。例えば、水性媒体中に銀微粒子/CSNF複合体を分散させた分散液を調製し、これを基材上に塗布する等によって該銀微粒子/CSNF複合体分散液からなる塗膜を形成し、該塗膜を乾燥することにより銀微粒子/CSNF複合体を含む鮮度保持シートを形成できる。該銀微粒子/CSNF複合体分散液の基材上への塗布は、公知の塗布方法を用いて実施できる。例えば、ロールコーター、リバースロールコーター、グラビアコーター、マイクログラビアコーター、ナイフコーター、バーコーター、ワイヤーバーコーター、ダイコーター、ディップコーター、スピンコーター等のコーターを用いて塗布できる。また、銀微粒子/CSNF複合体分散液の乾燥は、熱風乾燥、熱ロール乾燥、赤外線照射など、公知の乾燥方法を用いて実施できる。乾燥条件としては、特に限定しないが、乾燥温度としては20℃以上200℃以下が好ましく、30℃以上150℃以下がより好ましい。乾燥温度が20℃以下では、CSNF分散液の水性媒体の除去に時間がかかりすぎてしまう。また、乾燥温度が200℃以上では、CSNFが熱分解し黄変してしまうおそれがある。銀微粒子/CSNF複合体を含む層(以下、「鮮度保持層」とも称する)の厚み(乾燥後の厚み)は、所望の透湿性や抗菌性に応じて適宜設定でき特に限定されないが、0.1〜5μmが好ましく、0.2〜3μmがより好ましい。鮮度保持層の厚みが0.1μm未満であると、低湿度条件下における透湿性低下の効果が充分に得られなくなる。鮮度保持層の厚みが5μmを超えると、高湿度条件下における透湿性向上の効果が十分に得られなくなる。鮮度保持層の厚みは、銀微粒子/CSNF複合体分散液の塗布量、塗布回数等によって調整できる。また、鮮度保持層は、基材の片面のみに設けてもよく、両面に設けてもよい。また、銀微粒子/CSNF複合体分散液にさらにCSNFを添加して、鮮度保持層の厚みを制御することも可能である。
また、不織布の厚さは、当該積層体の用途等に応じて適宜設定でき特に限定されないが、通常、1〜1000μm程度であることが好ましい。
(a)基材/鮮度保持層
(b)鮮度保持層
(c)基材/鮮度保持層/ラミネート用接着剤層/ヒートシール層
(d)基材/鮮度保持層/印刷層/ラミネート用接着剤層/ヒートシール層
(e)基材/鮮度保持層/ラミネート用接着剤層/中間フィルム層/ラミネート用接着剤層/ヒートシール層
(f)鮮度保持層/ラミネート用接着剤層/ヒートシール層
(g)鮮度保持層/印刷層/ラミネート用接着剤層/ヒートシール層
(h)鮮度保持層/ラミネート用接着剤層/中間フィルム層/ラミネート用接着剤層/ヒートシール層
(木材系天然セルロースのTEMPO酸化)
針葉樹クラフトパルプ70gを蒸留水3500gに懸濁し、蒸留水350gにTEMPOを0.7g、臭化ナトリウムを7g溶解させた溶液を加え、20℃まで冷却した。ここに2mol/L、密度1.15g/mLの次亜塩素酸ナトリウム水溶液450gを滴下により添加し、酸化反応を開始した。系内の温度は常に20℃に保ち、反応中のpHの低下は0.5Mの水酸化ナトリウム水溶液を添加することでpH10に保ち続けた。
上記TEMPO酸化で得た酸化パルプを固形分重量で0.1g量りとり、1%濃度で水に分散させ、塩酸を加えてpHを2.5とした。その後、0.5M水酸化ナトリウム水溶液を用いた電導度滴定法により、カルボキシ基量(mmol/g)を求めた。結果は、1.6mmol/gであった。
上記TEMPO酸化で得た酸化パルプ1gを99gの蒸留水に分散させ、ジューサーミキサーで30分間微細化処理し、CSNF濃度1%のCSNF分散液を得た。該CSNF分散液に含まれるCSNFの数平均短軸径は3nm、数平均長軸径は1110nmであった。また、レオメーターを用いて定常粘弾性測定を行ったところ、該CSNF分散液はチキソトロピック性を示した。
硝酸銀16.41mgを蒸留水10mLに溶解させ、硝酸銀水溶液を調製した。
水素化ホウ素ナトリウム50mgを蒸留水10mLに溶解させ、水素化ホウ素ナトリウム水溶液を調製した。
前記1%CSNF水分散液50gを温度一定(25℃)に保ち攪拌しながら前記硝酸銀水溶液0.1mLを添加した。5分攪拌を続けたのち、前記水素化ホウ素ナトリウム水溶液を2mL添加し、さらに60分ほど攪拌を続けることによって銀微粒子/セルロースナノファイバーを含む分散液を作製した。
前記銀微粒子/セルロースナノファイバー複合体の水分散液をTEM観察用カーボン支持膜付銅グリッド上にキャストして風乾し、走査透過型電子顕微鏡(日立ハイテク社製、S−4800)をもちいて銀微粒子/セルロースナノファイバー複合体を観察した。結果を図2に示す。その結果、銀微粒子がCSNF表面に結合して複合体となっている様子が確認された。該CSNF表面に付着している銀微粒子の直径は数nm程度であった。
前記銀微粒子/セルロースナノファイバー複合体の水分散液を光路長1cmの石英セルに入れ、分光光度計(島津製作所社製、UV−3600)を用いて分光透過スペクトルの測定を行った結果を図3に示した。分光透過スペクトルにおいて、実施例1のスペクトルは波長約400nmに銀微粒子の表面局在プラズモン共鳴に由来する共振ピークが確認され、CSNFとの複合化により銀微粒子が安定して分散状態を維持していることが確認された。
前記銀微粒子/セルロースナノファイバー複合体分散液を、市販PP製SMS不織布(坪量15g/m2)上にバーコーター#100を用いて塗布し、120℃で10分乾燥して、不織布上に銀微粒子/セルロースナノファイバー複合体を含有する鮮度保持層を設けた鮮度保持シートを形成した。さらに形成した形成した鮮度保持層を樹脂に包埋したのちガラスナイフで切削し、走査型電子顕微鏡(日立ハイテク社製、S−4800)を用いて断面を観察したところ、鮮度保持層の膜厚は約1μmであった。
前記鮮度保持シートに対し、JISZ0208に記載のカップ法を適用し、測定時の湿度がそれぞれ40%RHおよび90%RHの場合の透湿量を測定した。さらに、前記鮮度保持シートの端部を超音波シールによってシールして製袋し、さらに内部にりんご1個と未成熟のバナナ(青いバナナ)1本をそれぞれ投入し、さらに超音波シールにより袋を密封した。この状態で25℃、40%RHで保管し、バナナが成熟(青い部分が無くなり、全体が黄色へと変化)するまでの期間を測定した。結果を表1に示す。
実施例1において、基材として市販PP製スパンボンド不織布(坪量20g/m2)を用いた以外は実施例1と同様の方法で鮮度保持シートを作製・評価した。
実施例1において、銀微粒子/セルロースナノファイバー複合体分散液1質量部に対し、1%CSNF水分散液をさらに9質量部加えたものを均一に攪拌したのち、基材上に塗工した以外は、実施例1と同様の方法で鮮度保持シートを作製・評価した。
実施例1と同様の方法で、(木材系天然セルロースのTEMPO酸化)から(水素化ホウ素ナトリウム水溶液の調製)の工程までを実施した。
実施例1と同様の方法にて得られた1%CSNF水分散液50gを温度一定(15℃)に保ち攪拌しながら前記硝酸銀水溶液0.1mLを添加した。5分攪拌を続けたのち、前記水素化ホウ素ナトリウム水溶液を2mL添加し、さらに60分ほど攪拌を続けることによって、平板状銀微粒子/セルロースナノファイバーを含む分散液を作製した。
前記銀微粒子/セルロースナノファイバー複合体の水分散液をTEM観察用カーボン支持膜付銅グリッド上にキャストして風乾し、走査透過型電子顕微鏡(日立ハイテク社製、S−4800)をもちいて銀微粒子/セルロースナノファイバー複合体を観察した。その結果、平板状銀微粒子がCSNFと結合して複合体となっている様子が確認された。該CSNFと複合化されている平板状銀微粒子の面相当粒子径は50nm程度であった。
前記銀微粒子/セルロースナノファイバー複合体の水分散液を光路長1cmの石英セルに入れ、分光光度計(島津製作所社製、UV−3600)を用いて分光透過スペクトルの測定を行った結果を図3に示した。分光透過スペクトルにおいて、実施例4のスペクトルは波長約700nmに平板状銀微粒子の表面局在プラズモン共鳴に由来する共振ピークが確認され、CSNFとの複合化により平板状銀微粒子が安定して分散状態を維持していることが確認された。
前記銀微粒子/セルロースナノファイバー複合体分散液を、市販PP製SMS不織布(坪量15g/m2)上にバーコーター#100を用いて塗布し、120℃で10分乾燥して、不織布上に銀微粒子/セルロースナノファイバー複合体を含有する鮮度保持層を設けた鮮度保持シートを形成した。さらに形成した形成した鮮度保持層を樹脂に包埋したのちガラスナイフで切削し、走査型電子顕微鏡(日立ハイテク社製、S−4800)を用いて断面を観察したところ、鮮度保持層の膜厚は約1μmであった。
前記鮮度保持シートに対し、JISZ0208に記載のカップ法を適用し、測定時の湿度がそれぞれ40%RHおよび90%RHの場合の透湿量を測定した。さらに、前記鮮度保持シートの端部を超音波シールによってシールして製袋し、さらに内部にりんご1個と未成熟のバナナ(青いバナナ)1本をそれぞれ投入し、さらに超音波シールにより袋を密封した。この状態で25℃、40%RHで保管し、バナナが成熟(青い部分が無くなり、全体が黄色へと変化)するまでの期間を測定した。
実施例1において、基材上に鮮度保持層を設けずに、基材上に膜厚21μmのセロハンを貼り合わせたこと以外は、実施例1と同様の方法で鮮度保持シートを作製・評価した。
実施例1において、銀微粒子/セルロースナノファイバー複合体分散液の代わりに1%CSNF水分散液を用いたこと以外は、実施例1と同様の方法で鮮度保持シートを作製・評価した。以上の結果を表1に示す。
Claims (13)
- 青果物を包装するためにその鮮度を保持する鮮度保持シートであって、
少なくとも、基材を含む層構成の一部に不織布を備えており、
さらに、セルロースI型結晶であるセルロースナノファイバー表面上に銀微粒子が担持された複合体を含む層を備え、
前記セルロースI型結晶であるセルロースナノファイバー表面上に銀微粒子が担持された複合体を含む層は、厚みが0.1以上5μm以下であり、25℃、湿度40%RHの場合の透湿量に対する25℃、湿度90%RHの場合の透湿量の変化量が2000g/m 2 ・day以上であることを特徴とする鮮度保持シート。 - 少なくとも不織布の片方の面に隣接して、前記セルロースI型結晶であるセルロースナノファイバー表面上に銀微粒子が担持された複合体を含む層が設けられていることを特徴とする請求項1に記載の鮮度保持シート。
- 前記銀微粒子が平板状銀微粒子であって、該平板状銀微粒子と少なくとも一つ以上のセルロースナノファイバーとが複合化された、平板状銀微粒子とセルロースナノファイバーとの複合体を含む層を備えていることを特徴とする請求項1または2に記載の鮮度保持シート。
- 前記平板状銀微粒子の粒子径が、当該平板状銀微粒子の粒子厚みの2倍以上であることを特徴とする請求項3に記載の鮮度保持シート。
- 前記セルロースナノファイバーにおいて、その数平均短軸径が1nm以上100nm以下であり、数平均長軸径が50nm以上であり、かつ、前記数平均長軸径が前記数平均短軸径の10倍以上であることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の鮮度保持シート。
- 前記セルロースナノファイバーの結晶表面にアニオン性官能基が導入されていることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の鮮度保持シート。
- 前記アニオン性官能基がカルボキシ基であることを特徴とする請求項6に記載の鮮度保持シート。
- 前記カルボキシ基の含有量が、セルロースナノファイバー1g当たり0.1mmol以上5.0mmol以下であることを特徴とする請求項7に記載の鮮度保持シート。
- 前記不織布が紙であることを特徴とする請求項1〜8のいずれかに記載の鮮度保持シート。
- 鮮度保持シートの製造方法であって、
基材の少なくとも一方の面に、セルロースI型結晶であるセルロースナノファイバー表面上に銀微粒子が担持された複合体を含む分散液を塗布する工程と、
塗布した分散液を乾燥させることにより、厚みが0.1以上5μm以下であり、25℃、湿度40%RHの場合の透湿量に対する25℃、湿度90%RHの場合の透湿量の変化量が2000g/m 2 ・day以上であることを特徴とする湿度応答性を有する層を形成する工程と、を具備することを特徴とする鮮度保持シートの製造方法。 - 鮮度保持シートの製造方法であって、
前記銀微粒子が平板状銀微粒子であって、前記分散液が該平板状銀微粒子と少なくとも一つ以上のセルロースナノファイバーとが複合化された、平板状銀微粒子とセルロースナノファイバーとの複合体を含む分散液であることを特徴とする請求項10に記載の鮮度保持シートの製造方法。 - 前記基材が不織布であることを特徴とする請求項10または11に記載の鮮度保持シートの製造方法。
- 前記不織布が紙であることを特徴とする請求項12に記載の鮮度保持シートの製造方法。
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