JP7025605B1 - 多層フィルム及びそれを用いた多層構造体 - Google Patents
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Abstract
Description
[1]層(X)を最表層に有し、少なくとも層(X)、層(Y)、層(Z)がこの順に隣接して積層された構成を有し、層(X)が融点150℃未満のビニルアルコール系重合体(a)を主成分として含む樹脂組成物(A)からなり、層(Y)が融点150℃未満の接着性樹脂(B)を主成分として含み、層(Z)が融点150℃未満のポリオレフィン樹脂(C)を主成分として含み、前記樹脂組成物(A)が、アルカリ金属イオン(b)を25~1500ppm含有する多層フィルム;
[2]前記ビニルアルコール系重合体(a)が、エチレン単位含有量が15~85モル%のエチレン-ビニルアルコール共重合体である、[1]の多層フィルム;
[3]前記ビニルアルコール系重合体(a)が、下記一般式(I)で表される一級水酸基を含む変性基を有する、[1]または[2]の多層フィルム。
[4]前記一般式(I)中のR1が単結合で、Xがヒドロキシメチル基である、[3]の多層フィルム;
[5]前記一般式(I)中のR1がヒドロキシメチレンで、Xが水素原子である、[3]の多層フィルム;
[6]前記一般式(I)中のR1がメチルメチレンオキシ基、Xが水素原子である、[3]の多層フィルム;
[7]前記ビニルアルコール系重合体(a)における、前記一級水酸基を含む変性基の含有量が2モル%以上20モル%未満である、[3]~[6]のいずれかの多層フィルム;
[8]前記樹脂組成物(A)が、融点150℃以上のビニルアルコール系重合体(a’)を50質量%未満含む、[1]~[7]のいずれかの多層フィルム;
[9]前記樹脂組成物(A)が、マグネシウムイオン、カルシウムイオン及び亜鉛イオンからなる群から選択される少なくとも1種の多価金属イオン(c)を10~300ppm含有する、[1]~[8]のいずれかの多層フィルム;
[10]前記樹脂組成物(A)が、炭素数8~30の高級脂肪族カルボン酸(d)を100~4000ppm含有する、[1]~[9]のいずれかの多層フィルム;
[11]前記ポリオレフィン樹脂(C)が、ポリエチレン樹脂を主成分として含有する、[1]~[10]のいずれかの多層フィルム;
[12]層(X)の厚みが0.2μm以上20μm未満であり、前記多層フィルムの全層の厚みの合計に対する層(X)の厚みの比率が25%未満である、[1]~[11]のいずれかの多層フィルム;
[13]少なくとも一軸方向に3倍以上12倍未満延伸された、[1]~[12]のいずれかの多層フィルム;
[14]二軸方向にそれぞれ3倍以上12倍未満延伸された、[1]~[13]のいずれかの多層フィルム;
[15][1]~[14]のいずれかの多層フィルムにおける層(X)の表出面側に、無機蒸着層(I)を備える、蒸着多層フィルム;
[16]JIS K 7126-2(等圧法;2006年)に記載の方法に準じて測定した、酸素透過速度(20℃、65%RH条件下)が60cc/(m2・day・atm)未満である、[1]~[15]のいずれかの多層フィルム又は蒸着多層フィルム;
[17]波長600nmにおける光線透過率が80%以上である、[1]~[16]のいずれかの多層フィルム又は蒸着多層フィルム;
[18][1]~[17]のいずれかの多層フィルム又は蒸着多層フィルムと、熱可塑性樹脂(D)を主成分として含む少なくとも1層の樹脂層(R)とを積層した、多層構造体;
[19]熱可塑性樹脂(D)が、融点150℃未満のポリオレフィン樹脂を主成分として含有する、[18]の多層構造体;
[20]前記ポリオレフィン樹脂(C)及び前記熱可塑性樹脂(D)が、ともにポリエチレン樹脂を主成分として含有する、[18]又は[19]のいずれかの多層構造体;
[21]層(Z)及び樹脂層(R)の内少なくとも1層がポリエチレン樹脂を主成分として含有し、多層構造体の合計厚みに対する、ポリエチレン樹脂を主成分として含有する層の合計厚みの比が0.75以上である、[18]~[20]のいずれかの多層構造体;
[22]融点が240℃以上の樹脂を主成分として含有する層及び厚み1μm以上の金属層を有さない、[18]~[21]のいずれかの多層構造体;
[23][18]~[22]のいずれかの多層構造体を有する包装材料;
[24][18]~[22]のいずれかの多層構造体の回収物を含む回収組成物;
[25][18]~[22]のいずれかの多層構造体を破砕した後に溶融成形する、多層構造体の回収方法;
を提供することで解決される。
本発明の多層フィルムは、融点150℃未満のビニルアルコール系重合体(a)を主成分として含み、アルカリ金属イオン(b)を25~1500ppm含有する樹脂組成物(A)からなる層(X)を最表層に有する。樹脂組成物(A)は、上記成分の他に、融点150℃以上のビニルアルコール系重合体(a’);マグネシウムイオン、カルシウムイオン及び亜鉛イオンからなる群から選択される少なくとも1種の多価金属イオン(c);炭素数8~30の高級脂肪族カルボン酸(d)及び後述するその他の成分等を含有してもよい。以下、詳細に説明する。
ビニルアルコール系重合体(a)の融点が150℃未満であることで、ビニルアルコール系重合体(a)を主成分とする層(X)を最表層に有する多層フィルムの外観や層間接着性を改善できる。この理由としては、ビニルアルコール系重合体(a)の融点が150℃未満であることに起因して高分子鎖の流動性が向上するため、溶融成形時や延伸等の二次加工時に、比較的低温であっても応力を効果的に緩和でき、かつ、隣接層との接着反応活性が維持できることが考えられる。
(1)エチレン単位含有量を変更する(エチレン単位含有量を上げると融点が下がる)
(2)けん化度を変更する(けん化度を下げると融点が下がる)
(3)一級水酸基を含む変性基を導入する(一級水酸基を含む変性基を導入すると融点が下がる)
樹脂組成物(A)は、融点150℃以上のビニルアルコール系重合体(a’)を50質量%未満含んでいてもよい。融点を高く制御する点を除いては、ビニルアルコール系重合体(a)について記述した内容をそのままビニルアルコール系重合体(a’)にも適用できる。ビニルアルコール系重合体(a’)としては、エチレン単位含有量15~60モル%、けん化度90モル%以上のエチレンービニルアルコール共重合体が好ましい。エチレン単位含有量の下限は20モル%がより好ましく、23モル%がさらに好ましい。一方、エチレン単位含有量の上限は55モル%がより好ましく、50モル%がさらに好ましい。けん化度の下限は95モル%が好ましく、99モル%がより好ましい。一方、けん化度の上限は100モル%が好ましく、99.99モル%がより好ましい。コスト低減の観点からは、ビニルアルコール系重合体(a’)の含有量の下限は5質量%が好ましく、20質量%がより好ましく、35質量%がさらに好ましい。一方、本発明の効果がより顕著に奏される点からは、融点150℃以上のビニルアルコール系重合体(a’)の含有量は少ない程よく、上限は50質量%未満であるが、実質的に含有しないことがより好ましい。ビニルアルコール系重合体(a’)としては、株式会社クラレ製「エバール(商標)樹脂」の各種銘柄を好ましく使用できる。
樹脂組成物(A)は、アルカリ金属イオン(b)を25~1500ppm含有する。樹脂組成物(A)がアルカリ金属イオン(b)を前記範囲で含むことで、後述する層(Y)との層間接着性が顕著に向上する傾向となる。この理由は定かではないが、樹脂組成物(A)の主成分であるビニルアルコール系重合体(a)の融点が150℃未満であることに起因して高分子鎖の流動性が向上するため、隣接層との接着反応活性が維持される結果、融点が高いビニルアルコール系重合体にアルカリ金属イオン(b)を含有させた場合と比べ、顕著に層間接着性が向上しているものと考えられる。アルカリ金属イオン(b)が少な過ぎる場合には、樹脂組成物(A)が溶融成形中に増粘しやすく、ゲルやブツといった外観不良が発生したり、また、後述する層(Y)との層間接着性が低下したりすることがある。一方、アルカリ金属イオン(b)が多過ぎる場合には、樹脂組成物(A)が溶融成形中に過剰に分解したり、着色が問題になったりすることがある。この観点から、アルカリ金属イオン(b)の含有量の下限は50ppmが好ましく、70ppmがより好ましく、90ppmがさらに好ましい。アルカリ金属イオン(b)の含有量の上限は1000ppmが好ましく、750ppmがより好ましく、500ppmがさらに好ましい。また、アルカリ金属イオン(b)と、後述するカルボン酸との含有比率を制御することで、得られる樹脂組成物(A)の溶融成形性や着色耐性をさらに改善できる。
樹脂組成物(A)は、マグネシウムイオン、カルシウムイオン及び亜鉛イオンからなる群から選択される少なくとも1種の多価金属イオン(c)を10~300ppm含有することが好ましい。多価金属イオン(c)を10ppm以上含むと、樹脂組成物(A)の溶融成形中における増粘及びゲル又はブツの発生といった外観不良を抑制できる傾向となる。一方、多価金属イオン(c)の含有量が300ppm以下であると、樹脂組成物(A)の溶融成形中の過剰な分解や着色を抑制できる傾向となる。また、本発明の多層構造体をリサイクルする際、多層構造体の粉砕物の溶融成形時に、樹脂の架橋反応が進み、増粘やゲル化を起こすことがあるが、多価金属イオン(c)を一定量含有することで、増粘、ゲル化やスクリューへの樹脂の付着が抑制される。この観点から、多価金属イオン(c)の含有量は20~260ppmが好ましく、30~220ppmがより好ましい。中でも、樹脂組成物(A)は、多価金属イオン(c)として、マグネシウムイオン又はカルシウムイオンを含有することが好ましく、カルシウムイオンを含有することがより好ましい。また、多価金属イオン(c)と、後述するカルボン酸との含有比率を制御することで、得られる樹脂組成物(A)の溶融成形性や着色耐性をさらに改善できる。
樹脂組成物(A)は、炭素数8~30の高級脂肪族カルボン酸(d)を100~4000ppm含有することが好ましい。高級脂肪族カルボン酸(d)は、その一部又は全部を塩の形態で含有してもよく、アルカリ金属イオン(b)や多価金属イオン(c)の塩として含有することもできる。高級脂肪族カルボン酸(d)としては、カプリル酸またはステアリン酸であることが好ましい。本発明の多層フィルムは、樹脂組成物(A)からなる層(X)を最表層に有するが、ダイス内において高級脂肪族カルボン酸(d)がダイス金属表面との滑剤として働くことで、多層フィルムの厚みムラに起因する外観不良や滞留樹脂によるゲルやブツの発生を抑制できるものと考えられる。このため、樹脂組成物(A)は高級脂肪族カルボン酸(d)を100ppm以上含むことが好ましい。一方、高級脂肪族カルボン酸(d)の含有量が4000ppm以下であると、樹脂組成物(A)の溶融成形中の増粘を抑制したり、後述する層(Y)との層間接着性を維持できる傾向となる。これらの観点から、高級脂肪族カルボン酸(d)の含有量は、200~3000ppmがより好ましく、300~2500ppmがさらに好ましい。
樹脂組成物(A)は高級脂肪族カルボン酸(d)以外のカルボン酸を含有することが好ましい。カルボン酸の含有量の下限は50ppmが好ましく、100ppmがより好ましい。一方、カルボン酸の含有量の上限は400ppmが好ましく、350ppmがより好ましい。カルボン酸の含有量が50ppm以上の場合、着色耐性が良好となる傾向となる。一方、カルボン酸の含有量が400ppm以下である場合、層間接着性を維持し、臭気の発生を抑制できる傾向となる。
樹脂組成物(A)は、リン酸化合物をさらに含有してもよい。リン酸化合物の含有量の下限は、リン酸根換算で5ppmが好ましい。一方、リン酸化合物の含有量の上限は、リン酸根換算で100ppmが好ましい。この範囲でリン酸化合物を含有することにより、得られる樹脂組成物(A)および得られる多層構造体の粉砕物の溶融成形物の着色が抑制され、熱安定性が改善される場合がある。
樹脂組成物(A)は、ホウ素化合物をさらに含有してもよい。ホウ素化合物を含有する場合、樹脂組成物(A)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、樹脂組成物(A)中のホウ素化合物の含有量の上限は、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を含有することにより、樹脂組成物(A)および得られる多層構造体の粉砕物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、ビニルアルコール系重合体(a)とホウ素化合物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。
樹脂組成物(A)は、ヒンダードフェノール系化合物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を含有する場合、樹脂組成物(A)中のヒンダードフェノール系化合物の含有量は1000~10000ppmが好ましい。当該含有量が1000ppm以上であると、多層構造体の粉砕物を溶融成形する際に樹脂の着色、増粘及びゲル化を抑制できる。ヒンダードフェノール系化合物の含有量は2000ppm以上がより好ましい。一方、ヒンダードフェノール系化合物の含有量が10000ppm以下であると、ヒンダードフェノール系化合物に由来する着色やブリードアウトを抑制できる。ヒンダードフェノール系化合物の含有量は8000ppm以下がより好ましい。
本発明の多層フィルムは、融点150℃未満の接着性樹脂(B)を主成分として含む層(Y)を有する。本発明の多層フィルムが層(Y)を含むことで、外観及び層間接着性に優れる多層フィルムが得られる傾向となる。接着性樹脂(B)としては、ポリオレフィン樹脂に無水マレイン酸等の不飽和カルボン酸又はその誘導体をグラフト重合させてなるカルボン酸変性ポリオレフィン樹脂等が挙げられる。接着性樹脂(B)の融点は、主としてカルボン酸変性前のポリオレフィン樹脂に依存する。該ポリオレフィン樹脂については、後述するポリオレフィン樹脂(C)について記述した内容をそのまま適用できる。
本発明の多層フィルムは、融点150℃未満のポリオレフィン樹脂(C)を主成分として含む層(Z)を有する。ポリオレフィン樹脂(C)としては、融点が150℃未満のポリオレフィンであれば特に限定されず、直鎖状低密度ポリエチレン、低密度ポリエチレン、中密度ポリエチレン、高密度ポリエチレン等のポリエチレン樹脂;ビニルエステル樹脂;エチレン-プロピレン共重合体;プロピレン-α-オレフィン共重合体(炭素数4~20のα-オレフィン);ポリブテン、ポリペンテン等のオレフィンの単独、又はその共重合体;塩素化ポリエチレン等が挙げられる。ポリオレフィン樹脂(C)を含む多層構造体のリサイクル性を向上する観点から、ポリオレフィン樹脂(C)はポリエチレン樹脂を主成分として含有することが好ましく、ポリエチレン樹脂であることがより好ましい。ポリエチレン樹脂はガスバリア性の有無に関わらず、包装材料に広く使用されているため、そのリサイクルインフラは各国で広く整備されている。ポリオレフィン樹脂(C)がポリエチレン樹脂を主成分として含有する場合、上記ポリエチレン樹脂は、直鎖状低密度ポリエチレン、低密度ポリエチレン、中密度ポリエチレン及び高密度ポリエチレンから選ばれる少なくとも1種であることが好ましく、直鎖状低密度ポリエチレン及び低密度ポリエチレンから選ばれる少なくとも1種であること又は、直鎖状低密度ポリエチレン及び低密度ポリエチレンから選ばれる少なくとも1種と高密度ポリエチレンとの混合物であることがより好ましい。
本発明の多層フィルムは、層(X)を最表層に有し、少なくとも層(X)、層(Y)、層(Z)がこの順に隣接して積層された構成を有する。層(X)、層(Y)及び層(Z)をそれぞれ複数層有していてもよい。本発明の多層フィルムの層構成としては、層(X)をX、層(Y)をY、層(Z)をZで表し、「/」が直接積層されていることを表す場合、X/Y/Z、X/Y/Z/Y/X、X/Y/Z/Y/X/Y/Z/Y/X等が挙げられる。
上記課題は、本発明の多層フィルムの層(X)の表出面側に、無機蒸着層(I)を備える蒸着多層フィルムによっても解決される。無機蒸着層(I)は、金属や無機酸化物等の無機物からなり、酸素や水蒸気に対するガスバリア性を有する層を意味する。層(X)は通常の熱可塑性樹脂と比べて金属や無機酸化物との親和性が高く、緻密で欠陥のない無機蒸着層(I)を形成することができ、得られた蒸着多層フィルムにおける層(X)と無機蒸着層(I)との層間接着性は良好なものとなる。また、層(X)がガスバリア性を有しているため、屈曲等によって無機蒸着層(I)に欠陥が生じた際にも、ガスバリア性の低下を抑制できる。無機蒸着層(I)の厚みは一般には500nm未満である。厚みが500nm未満であることで、無機蒸着層(I)を含む多層構造体の粉砕物を溶融成形する際の粘度の安定性に優れ、ゲルやブツの発生を抑制できる。
本発明の多層フィルム又は蒸着多層フィルムそのものをガスバリア性を有する包装材料として使用することができるが、熱可塑性樹脂(D)を主成分として含む少なくとも1層の樹脂層(R)とを積層した多層構造体とすることで、意匠性やヒートシール性といった包装材料としての諸機能を付与することができる。熱可塑性樹脂(D)としては特に限定されず、直鎖状低密度ポリエチレン、低密度ポリエチレン、中密度ポリエチレン、高密度ポリエチレン、ビニルエステル樹脂、エチレン-プロピレン共重合体、ポリプロピレン、プロピレン-α-オレフィン共重合体(炭素数4~20のα-オレフィン)、ポリブテン、ポリペンテン等のオレフィンの単独、又はその共重合体、ナイロン6、ナイロン6,6等のポリアミド、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等のポリエステル、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、アクリル樹脂、ポリカーボネート、塩素化ポリエチレン、塩素化ポリプロピレン等が挙げられる。中でも、耐湿性、機械的特性、経済性、ヒートシール性等に優れる観点から、ポリオレフィンが好ましく、機械的特性、耐熱性等に優れる観点から、ポリアミドやポリエステルが好ましい。特にリサイクル性に優れた多層構造体を得るためには、熱可塑性樹脂(D)は上記したポリオレフィン樹脂(C)と同種のもの、すなわち、融点が150℃未満のポリオレフィン樹脂であることが好ましく、ポリエチレン樹脂を主成分として含有することがより好ましく、ポリエチレン樹脂であることがさらに好ましい。したがって、リサイクル性に優れた多層構造体を得るために、ポリオレフィン樹脂(C)及び熱可塑性樹脂(D)がポリエチレン樹脂を主成分として含有することが好ましく、ポリエチレン樹脂であることがより好ましい。かかる樹脂層(R)は無延伸のものであってもよいし、一軸方向又は二軸方向に延伸又は圧延されたものであってもよい。機械強度を向上する観点からは二軸延伸層であることが好ましく、ヒートシール性を向上する観点からは無延伸層であることが好ましい。
(1)Z/Y/X//R
(2)Z/Y/X/I//R
(3)R//Z/Y/X//R
(4)R//Z/Y/X/I//R
上記層構成において、層(X)、層(Y)及び層(Z)は少なくとも一軸方向に延伸されていることが好ましく、二軸延伸されていることがより好ましい。層(Z)及び層(R)はポリエチレン樹脂であることが好ましく、層(Y)は無水マレイン酸変性ポリエチレン樹脂であることが好ましい。層(X)は、一級水酸基を含む変性基を有するビニルアルコール系重合体(a)を主成分として含有する樹脂組成物(A)からなる層であることが好ましい。
(1)変性EVAcの合成
ジャケット、攪拌機、窒素導入口、エチレン導入口及び開始剤添加口を備えた50L加圧反応槽に、酢酸ビニル(以下、VAcと称する)を21kg、メタノール(以下、MeOHと称する)を1.1kg、2-メチレン-1,3-プロパンジオールジアセテート(変性剤1。以下、MPDAcと称する)を2.0kg仕込み、60℃に昇温した後、30分間窒素バブリングして反応槽内を窒素置換した。次いで反応槽圧力(エチレン圧力)が3.8MPaとなるようにエチレンを導入した。反応槽内の温度を60℃に調整した後、開始剤として16.8gの2,2’-アゾビス(2,4-ジメチルバレロニトリル)(和光純薬工業株式会社製「V-65」)をメタノール溶液として添加し、重合を開始した。重合中はエチレン圧力を3.8MPaに、重合温度を60℃に維持した。重合開始から5時間後に開始剤16.8gをメタノール溶液として追加添加し、重合開始10時間後にVAcの重合率が9%となったところで冷却して重合を停止した。反応槽を開放して脱エチレンした後、窒素ガスをバブリングして脱エチレンを完全に行った。次いで減圧下で未反応のVAcを除去した後、MPDAc由来の構造単位が共重合により導入された変性エチレン-酢酸ビニル共重合体(本明細書中、変性EVAcと称することがある)にMeOHを添加して20質量%MeOH溶液とした。
ジャケット、攪拌機、窒素導入口、還流冷却器及び溶液添加口を備えた10L反応槽に上記(1)を繰り返して得た変性EVAcの20質量%MeOH溶液4715gを仕込んだ。この溶液に窒素を吹き込みながら60℃に昇温し、水酸化ナトリウムの濃度が2規定のMeOH溶液を14.7mL/分の速度で2時間添加した。水酸化ナトリウムMeOH溶液の添加終了後、系内温度を60℃に保ちながら2時間攪拌してけん化反応を進行させた。その後酢酸を254g添加してけん化反応を停止した。その後、80℃で加熱攪拌しながら、イオン交換水3Lを添加し、反応槽外にMeOHを流出させ、変性エチレンービニルアルコール共重合体(以下、変性EVOHと称する)を析出させた。デカンテーションにより析出した変性EVOHを収集し、ミキサーで粉砕した。得られた変性EVOH粉末を1g/Lの酢酸水溶液(浴比20:粉末1kgに対して水溶液20Lの割合)に投入して2時間攪拌洗浄した。これを脱液し、さらに1g/Lの酢酸水溶液(浴比20)に投入して2時間攪拌洗浄した。これを脱液したものを、イオン交換水(浴比20)に投入して攪拌洗浄を2時間行い脱液する操作を3回繰り返して精製を行った。次いで、酢酸0.5g/L及び酢酸ナトリウム0.1g/Lを含有する水溶液10Lに4時間攪拌浸漬してから脱液し、これを60℃で16時間乾燥させることで変性EVOHの粗乾燥物を得た。
ジャケット、攪拌機及び還流冷却器を備えた3L攪拌槽に、上記(2)を繰り返して得た変性EVOHの粗乾燥物758g、水398g及びMeOH739gを仕込み、85℃に昇温して溶解させた。この溶解液を径4mmのガラス管を通して5℃に冷却した水/MeOH=90/10の混合液中に押し出してストランド状に析出させ、このストランドをストランドカッターでペレット状にカットすることで変性EVOHの含水ペレットを得た。得られた変性EVOHの含水ペレットの含水率をメトラー社製ハロゲン水分計「HR73」で測定したところ、55質量%であった。
上記(3)を繰り返して得た変性EVOHの含水ペレット1577gを1g/Lの酢酸水溶液(浴比20)に投入して2時間攪拌洗浄した。これを脱液し、さらに1g/Lの酢酸水溶液(浴比20)に投入して2時間攪拌洗浄した。脱液後、酢酸水溶液を更新し同様の操作を行った。酢酸水溶液で洗浄してから脱液したものを、イオン交換水(浴比20)に投入して攪拌洗浄を2時間行い脱液する操作を3回繰り返して精製を行い、けん化反応時の触媒残渣が除去された、変性EVOHの含水ペレットを得た。当該含水ペレットを酢酸ナトリウム及び酢酸を含む水溶液(浴比20)に投入し、定期的に攪拌しながら4時間浸漬させた。これを脱液し、80℃で3時間、及び105℃で16時間乾燥させることによって、変性EVOHペレットを得た。次いで、変性EVOHペレット及びステアリン酸カルシウムを混合した後に株式会社日本製鋼所社製二軸押出機「TEX30α」(スクリュー径30mm)に供給した。L(スクリュー長)/D(スクリュー径)=3の順ズラシニーディングディスクを有するスクリューを用いて、溶融温度210~220℃、押出速度20kg/hrの条件で溶融押出を行い、ストランドを得た。得られたストランドを冷却槽で冷却固化した後に切断して樹脂組成物A1ペレットを得た。本工程において、各成分の添加量は、樹脂組成物中の含有量が表1の通りとなるよう、適宜調整した。
変性EVAc中の、エチレン単位含有量、酢酸ビニル単位含有量及びMPDAc単位含有量は、けん化前の変性EVAcを1H-NMR測定して算出した。まず、(1)において得られた変性EVAcのMeOH溶液を少量サンプリングし、イオン交換水中で変性EVAcを析出させた。析出物を収集し、真空下、60℃で乾燥させることで変性EVAcの乾燥品を得た。次に、得られた変性EVAcの乾燥品を内部標準物質としてテトラメチルシランを含むジメチルスルホキシド(DMSO)-d6に溶解し、500MHzの1H-NMR(日本電子株式会社社製「GX-500」)を用いて80℃で測定した。得られたスペクトルを解析した結果、エチレン単位の含有量は27.0モル%、ビニルエステル単位含有量は65.0モル%、MPDAc単位含有量は8.0モル%であった。
けん化後の変性EVOHについても同様に1H-NMR測定を行った。上記(2)で得られた変性EVOHの粗乾燥物を、内部標準物質としてテトラメチルシラン、添加剤としてテトラフルオロ酢酸(TFA)を含む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℃で測定した。得られたスペクトルを解析した結果、変性EVOHのけん化度は99.9モル%以上であった。
上記(4)で得られた変性EVOH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。2度目の昇温時の吸熱ピークの極大値の温度を求め、これを融点とした結果、変性EVOHの融点は125℃であった。
上記(4)で得られた樹脂組成物ペレット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(株式会社アクタック製「MWS-2」)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、アルカリ金属イオン(b)及び多価金属イオン(c)の含有量を定量した。各成分の含有量は、ナトリウムイオンが250ppm、カルシウムイオンが100ppmであった。高級脂肪族カルボン酸(d)の含有量は、上記(4)の溶融押出時に加えたステアリン酸カルシウムの添加量から算出した結果、1500ppmであった。
上記(4)で得られた樹脂組成物ペレットの黄色度(YI)を、分光測色計(HunterLab社製「LabScan XE Sensor」)を用いて測定し、以下の基準で判定を行った。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。
判定:基準
A:15未満
B:15以上25未満
C:25以上35未満
D:35以上45未満
E:45以上
上記(4)で得られた樹脂組成物ペレットについて、熱重量測定装置(TA Instrument社製「Q2000」)を用いて窒素雰囲気下で20℃から600℃まで10℃/分の速度にて昇温し、質量がもとの質量の95%まで減少したときの温度に基づき、以下の基準で判定を行った。
判定:基準
A:360℃以上
B:350℃以上360℃未満
C:340℃以上350℃未満
D:330℃以上340℃未満
E:330℃未満
上記(4)で添加する酢酸ナトリウム量を、得られる樹脂組成物におけるアルカリ金属イオン(b)の量が表1に示す通りになるように変更したこと以外は、製造例1と同様にして、樹脂組成物A2~A6、AC1、AC2ペレットを得た。
上記(4)で添加する酢酸ナトリウムを酢酸カリウムに変更し、その添加量を、得られる樹脂組成物におけるアルカリ金属イオン(b)の量が表1に示す通りになるように変更したこと以外は、製造例1と同様にして、樹脂組成物A7ペレットを得た。
上記(4)で添加するステアリン酸カルシウム量を表1に示す通りに変更したこと以外は、製造例1と同様にして、樹脂組成物A8~A13ペレットを得た。
上記(4)で添加するステアリン酸カルシウムをステアリン酸マグネシウムに変更し、その添加量を表1に示す通りに変更したこと以外は、製造例1と同様にして、樹脂組成物A14ペレットを得た。
上記(4)で添加するステアリン酸カルシウムをステアリン酸亜鉛に変更し、その添加量を表1に示す通りに変更したこと以外は、製造例1と同様にして、樹脂組成物A15ペレットを得た。
上記(4)で添加するステアリン酸カルシウムの代わりに酢酸カルシウムを水溶液としたものを液添ポンプで添加し、その添加量を表1に示す通りに変更したこと以外は、製造例1と同様にして、樹脂組成物A16ペレットを得た。
上記(4)で添加するステアリン酸カルシウムに加えてステアリン酸を添加し、その添加量を表1に示す通りに変更したこと以外は、製造例1と同様にして、樹脂組成物A17ペレットを得た。
上記(1)の重合条件を変更し、エチレン単位含有量及び一級水酸基を含む変性基単位含有量を表1に示す通りに変更したこと以外は、製造例1と同様にして、樹脂組成物A18~A21、AC3ペレットを得た。
上記(1)において、MPDAcの代わりに3,4-ジアセトキシ-1-ブテン(変性剤2)を使用し、重合条件を変更してエチレン単位含有量及び一級水酸基変性基単位含有量を表1に示す通りに変更したこと以外は、製造例1と同様にして、樹脂組成物A22ペレットを得た。
亜鉛アセチルアセトナート一水和物28重量部を、1,2-ジメトキシエタン957重量部と混合し、混合溶液を得た。得られた前記混合液に、攪拌しながらトリフルオロメタンスルホン酸15重量部を添加し、触媒溶液を得た。次に、エチレン単位含有量44.0モル%、けん化度99.9モル%以上のEVOH(ただし、アルカリ金属イオン、多価金属イオン及び高級脂肪族カルボン酸は含まない)を東芝機械社製TEM-35BS押出機(37mmφ、L/D=52.5)に投入し、バレルC1を水冷、バレルC2~C3を200℃、バレルC4~C15を240℃、スクリュー回転数250rpmの条件で運転した。C8の圧入口1からエポキシプロパン(1.5kg/hr)及び上記触媒溶液を添加した。次いで、C13の圧入口2から酢酸ナトリウム水溶液を添加した。吐出されたストランドを冷却槽で冷却固化した後に切断して変性EVOHペレットを得た。本工程において、触媒溶液の添加量は、変性EVOHの融点が108℃となるように調整した。こうして得た変性EVOHペレットを使用した以外は、製造例1と同様にして、樹脂組成物A23ペレットを得た。
上記(1)においてMPDAcを使用せず、重合条件を変更し、エチレン単位含有量を表1に示す通りに変更したこと以外は、製造例1と同様にして、樹脂組成物A24、A25ペレットを得た。
上記(1)においてMPDAcを使用せず、重合条件を変更し、(2)においてけん化反応条件を変更し、エチレン単位含有量及びけん化度を表1に示す通りに変更したこと以外は、製造例1と同様にして、樹脂組成物A26、A27ペレットを得た。
上記(1)においてMPDAcを使用せず、重合条件を変更し、エチレン単位含有量を表1に示す通りに変更したこと以外は、製造例1と同様にして、樹脂組成物AC5、AC6ペレットを得た。
製造例1で得た樹脂組成物A1及び製造例C5で得た樹脂組成物AC5を、表1に示す比率で溶融混合し、樹脂組成物A28~A30、AC4ペレットを得た。具体的には、各樹脂組成物ペレットを混合した後に株式会社日本製鋼所社製二軸押出機「TEX30α」(スクリュー径30mm)に供給した。L(スクリュー長)/D(スクリュー径)=3の順ズラシニーディングディスクを有するスクリューを用いて、溶融温度210~220℃、押出速度20kg/hrの条件で溶融押出を行い、ストランドを得た。得られたストランドを冷却槽で冷却固化した後に切断して樹脂組成物A28~A30、AC4ペレットを得た。
(1)無延伸多層フィルムの製造
製造例1で得られた樹脂組成物A1ペレット、ポリエチレン樹脂(日本ポリエチレン株式会社製「ノバテック(商標)LD LJ400」;低密度ポリエチレン、融点108℃)及びポリエチレン接着性樹脂(三井化学株式会社製「アドマー(商標)NF518」;無水マレイン酸グラフト変性した直鎖状低密度ポリエチレン接着性樹脂、融点120℃)を用い、3種3層の無延伸多層フィルム(樹脂組成物/ポリエチレン接着性樹脂/ポリエチレン樹脂=18μm/18μm/144μm)を製膜した。共押出フィルムの厚みはスクリュー回転数及び引取りロール速度を適宜変えることで調整した。
押出機及び押出条件、使用したダイは下記の通りとした。
樹脂組成物
押出機:単軸押出機(東洋精機株式会社 ラボ機ME型CO-EXT)
スクリュー:口径20mmφ、L/D20、フルフライトスクリュー
押出温度:供給部/圧縮部/計量部/ダイ=175/200/220/220℃
ポリエチレン接着性樹脂
押出機:単軸押出機(株式会社テクノベル SZW20GT-20MG-STD)
スクリュー:口径20mmφ、L/D20、フルフライトスクリュー
押出温度:供給部/圧縮部/計量部/ダイ=175/200/220/220℃
ポリエチレン樹脂
押出機:単軸押出機(株式会社プラスチック工学研究所 GT-32-A)
スクリュー:口径32mmφ、L/D28、フルフライトスクリュー
押出温度:供給部/圧縮部/計量部/ダイ=175/200/220/220℃
ダイ:300mm幅3種3層用コートハンガーダイ(株式会社プラスチック工学研究所社製)
ダイ温度:220℃
(1)で得た無延伸多層フィルムをテンター式逐次二軸延伸設備により130℃にて縦方向に3倍、次いで横方向に3倍延伸し、3種3層の二軸延伸多層フィルム(樹脂組成物/ポリエチレン接着性樹脂/ポリエチレン樹脂=2μm/2μm/16μm)を得た。
(2)で得た二軸延伸多層フィルムの樹脂組成物層表面に、公知の真空蒸着法により、厚み50nmのアルミニウム金属蒸着を実施し、金属蒸着二軸延伸多層フィルム(Al/樹脂組成物/ポリエチレン接着性樹脂/ポリエチレン樹脂=50nm/2μm/2μm/16μm)を得た。
無延伸ポリエチレンフィルム(東セロ株式会社製「T.U.X. HZR-2」、融点127℃、厚さ50μm)の片面に、2液型の接着剤(三井化学株式会社製「タケラック(商標)A-520」及び「タケネート(商標)A-50」)を乾燥厚みが2μmとなるように塗工して乾燥させ、(3)で得た蒸着二軸延伸多層フィルムの蒸着面側とラミネートして、多層構造体(PE/接着剤/Al/樹脂組成物/ポリエチレン接着性樹脂/ポリエチレン樹脂=50μm/2μm/50nm/2μm/2μm/16μm)を得た。
(2)で得た二軸延伸多層フィルムの外観を目視で観察し、以下の基準で判定を行った。結果を表2に示す。
判定:基準
A:ムラはなく、均一な外観である
B:ムラ及び/又はスジがわずかに見られる
C:ムラ及び/又はスジが見られる
D:ムラ及び/又はスジがかなり見られる
E:ムラ及び/又はスジが激しく見られる、又は亀裂が見られる
(4)で得た多層構造体を23℃、50%RHにて調湿した後、押出方向に沿って長さ150mm、幅15mmの試料を切り取り、株式会社島津製作所社製オートグラフ「DCS-50M型引張試験機」にて、23℃、50%RHの雰囲気下、引張速度250mm/分にてT型剥離モードで剥離したときの剥離強度を測定し、以下の基準で判定を行った。ただし、剥離界面は、Al/樹脂組成物界面又は樹脂組成物/ポリエチレン接着性樹脂界面である。結果を表2に示す。
判定:基準
A:250g/15mm以上
B:200g/15mm以上250g/15mm未満
C:150g/15mm以上200g/15mm未満
D:100g/15mm以上150g/15mm未満
E:100g/15mm未満
樹脂組成物A1の代わりに、樹脂組成物A2~A30及びAC1~AC6を使用した以外は、実施例1と同様に製造及び評価を行った。結果を表2に示す。
(1)多層フィルムの製造
製造例1で得られた樹脂組成物A1ペレット、ポリエチレン樹脂(日本ポリエチレン製「ノバテック(商標)LD LJ400」;低密度ポリエチレン、融点108℃)及びポリエチレン接着性樹脂(三井化学社製「アドマー(商標)NF518」;直鎖状低密度ポリエチレン接着性樹脂、融点120℃)を用い、実施例1と同様にして、3種3層の無延伸多層フィルム(樹脂組成物/ポリエチレン接着性樹脂/ポリエチレン樹脂=2μm/2μm/16μm)を製膜した。
(1)で得られた多層フィルムについて、島津製作所製の紫外可視分光光度計「UV-2450」を用いて波長600nmにおける光線透過率を測定し、以下の基準で判定を行った。基準A及びBは透明性や内容物の視認性が求められる用途に好ましく使用することができる。基準Dは遮光性が求められる用途に好ましく使用することができる。結果を表3に示す。
判定:基準
A :600nmにおける光線透過率が90%以上
B :600nmにおける光線透過率が80%以上、90%未満
C :600nmにおける光線透過率が10%以上、80%未満
D :600nmにおける光線透過率が10%未満
(1)で得られた多層フィルムについて、樹脂組成物層を酸素供給側、ポリエチレン樹脂層をキャリアガス側として、JIS K 7126-2(等圧法;2006年)に記載の方法に準じて酸素透過速度を測定した。具体的には、酸素透過量測定装置(モダンコントロール社製「MOCON OX-TRAN2/21」)を用い、温度20℃、酸素供給側の湿度65%RH、キャリアガス側の湿度65%RH、酸素圧1気圧、キャリアガス圧力1気圧の条件下で酸素透過速度(単位:cc/(m2・day・atm))を測定し、以下の基準で判定を行った。キャリアガスには2体積%の水素ガスを含む窒素ガスを使用した。結果を表3に示す。
判定:基準
A :1cc/(m2・day・atm)未満
B :1cc/(m2・day・atm)以上、5cc/(m2・day・atm)未満
C :5cc/(m2・day・atm)以上、20cc/(m2・day・atm)未満
D :20cc/(m2・day・atm)以上、40cc/(m2・day・atm)未満
E :40cc/(m2・day・atm)以上、60cc/(m2・day・atm)未満
F :60cc/(m2・day・atm)以上、100cc/(m2・day・atm)未満
G :100cc/(m2・day・atm)以上
(1)で得られた多層フィルムについて、23℃、50%RHの雰囲気で調湿した後、ゲルボフレックステスター(理学工業社製)を使用し、屈曲処理を行った。具体的には、まず、多層フィルムを直径3.5インチの円筒状とし、この両端を把持し、初期把持間隔7インチ、最大屈曲時の把持間隔1インチ、ストロークの最初の3.5インチで角度440度のひねりを加え、その後2.5インチは直進水平運動である動作の繰り返しからなる往復運動を40回/分の速さで10回行った。屈曲処理後の多層フィルムについて、(3)と同様に酸素透過速度を測定し、同じ基準で判定を行った。
押出条件を変更した以外は実施例31と同様にして3種3層の無延伸多層フィルム(樹脂組成物/ポリエチレン接着性樹脂/ポリエチレン樹脂=10μm/5μm/5μm)を製膜し、実施例31と同様に評価を行った。結果を表3に示す。
押出条件を変更した以外は実施例31と同様にして3種3層の無延伸多層フィルム(樹脂組成物/ポリエチレン接着性樹脂/ポリエチレン樹脂=8μm/8μm/64μm)を製膜した。次いで、テンター式逐次二軸延伸設備により130℃にて縦方向に4倍延伸し、3種3層の一軸延伸多層フィルム(樹脂組成物/ポリエチレン接着性樹脂/ポリエチレン樹脂=2μm/2μm/16μm)を製造し、実施例31と同様に評価を行った。結果を表3に示す。
押出条件を変更した以外は実施例31と同様にして3種3層の無延伸多層フィルム(樹脂組成物/ポリエチレン接着性樹脂/ポリエチレン樹脂=32μm/32μm/256μm)を製膜した。次いで、テンター式逐次二軸延伸設備により130℃にて縦方向に4倍、次いで横方向に4倍延伸し、3種3層の二軸延伸多層フィルム(樹脂組成物/ポリエチレン接着性樹脂/ポリエチレン樹脂=2μm/2μm/16μm)を製造し、実施例31と同様に評価を行った。結果を表3に示す。
実施例34で製造した3種3層の二軸延伸多層フィルムの樹脂組成物層表面に、公知の真空蒸着法により、厚み50nmのアルミニウム金属蒸着を実施し、金属蒸着二軸延伸多層フィルム(Al/樹脂組成物/ポリエチレン接着性樹脂/ポリエチレン樹脂=50nm/2μm/2μm/16μm)を製造し、実施例31と同様に評価を行った。結果を表3に示す。
実施例34で製造した3種3層の二軸延伸多層フィルムの樹脂組成物層表面に、公知の真空蒸着法により、厚み30nmのアルミナ無機酸化物蒸着を実施し、無機酸化物蒸着二軸延伸多層フィルム(AlOx/樹脂組成物/ポリエチレン接着性樹脂/ポリエチレン樹脂=30nm/2μm/2μm/16μm)を製造し、実施例31と同様に評価を行った。結果を表3に示す。
ポリエチレン樹脂の代わりにポリプロピレン樹脂(日本ポリプロ株式会社製「ノバテック(商標)PP EA7AD」、融点157℃)、ポリエチレン接着性樹脂の代わりに(三井化学株式会社製「アドマー(商標)QF500」、融点162℃)を用いたこと以外は、実施例34と同様に製膜、二軸延伸を行ったが、二軸延伸中にフィルムが破断した。
樹脂組成物及びポリエチレン接着性樹脂を使用しなかったこと以外は、実施例34と同様に製膜、二軸延伸し、厚み20μmの二軸延伸ポリエチレンフィルムを製造し、実施例31と同様に評価を行った。結果を表3に示す。
比較例8で製造した二軸延伸ポリエチレンフィルムの片側表面に、公知の真空蒸着法により、厚み50nmのアルミニウム金属蒸着を実施し、金属蒸着二軸延伸ポリエチレンフィルムを製造し、実施例31と同様に評価を行った。結果を表3に示す。
実施例1で得られた多層構造体(PE/接着剤/Al/樹脂組成物/ポリエチレン接着性樹脂/ポリエチレン樹脂=50μm/2μm/50nm/2μm/2μm/16μm)を5mm四方以下のサイズに粉砕した。この粉砕物とポリエチレン樹脂(日本ポリエチレン株式会社製「ノバテック(商標)LD LJ400」;低密度ポリエチレン、融点108℃)とを質量比(粉砕物/ポリエチレン樹脂)40/60の割合でブレンドし、下記に示す押出条件にて単層製膜を行うことで、厚み50μmの回収組成物フィルムを得た。フィルムの厚みはスクリュー回転数及び引取りロール速度を適宜変えることで調整した。また、対照として、ポリエチエン樹脂のみを用いて、同様に厚み50μmのポリエチエンフィルムを得た。
押出機:東洋精機製作所製一軸押出機
スクリュー径:20mmφ(L/D=20、圧縮比=3.5、フルフライト型)
押出温度:C1/C2/C3/D=230/230/230/230℃
引取りロール温度:80℃
回収組成物の押出加工性は安定しており良好であった。また、回収組成物フィルムはポリエチエンフィルムと比べてゲルやブツの量はほとんど変わらず、若干の着色が見られる以外は均一で良好な外観であった。
Claims (25)
- 層(X)を最表層に有し、少なくとも層(X)、層(Y)、層(Z)がこの順に隣接して積層された構成を有し、層(X)が融点150℃未満のビニルアルコール系重合体(a)を主成分として含む樹脂組成物(A)からなり、層(Y)が融点150℃未満の接着性樹脂(B)を主成分として含み、層(Z)が融点150℃未満のポリオレフィン樹脂(C)を主成分として含み、前記樹脂組成物(A)が、アルカリ金属イオン(b)を25~1500ppm含有する多層フィルム。
- 前記ビニルアルコール系重合体(a)が、エチレン単位含有量が15~85モル%のエチレン-ビニルアルコール共重合体である、請求項1に記載の多層フィルム。
- 前記一般式(I)中のR1が単結合で、Xがヒドロキシメチル基である、請求項3に記載の多層フィルム。
- 前記一般式(I)中のR1がヒドロキシメチレンで、Xが水素原子である、請求項3に記載の多層フィルム。
- 前記一般式(I)中のR1がメチルメチレンオキシ基、Xが水素原子である、請求項3に記載の多層フィルム。
- 前記ビニルアルコール系重合体(a)における、前記一級水酸基を含む変性基の含有量が2モル%以上20モル%未満である、請求項3~6のいずれか1項に記載の多層フィルム。
- 前記樹脂組成物(A)が、融点150℃以上のビニルアルコール系重合体(a’)を50質量%未満含む、請求項1~7のいずれか1項に記載の多層フィルム。
- 前記樹脂組成物(A)が、マグネシウムイオン、カルシウムイオン及び亜鉛イオンからなる群から選択される少なくとも1種の多価金属イオン(c)を10~300ppm含有する、請求項1~8のいずれか1項に記載の多層フィルム。
- 前記樹脂組成物(A)が、炭素数8~30の高級脂肪族カルボン酸(d)を100~4000ppm含有する、請求項1~9のいずれか1項に記載の多層フィルム。
- 前記ポリオレフィン樹脂(C)が、ポリエチレン樹脂を主成分として含有する、請求項1~10のいずれか1項に記載の多層フィルム。
- 層(X)の厚みが0.2μm以上20μm未満であり、前記多層フィルムの全層の厚みの合計に対する層(X)の厚みの比率が25%未満である、請求項1~11のいずれか1項に記載の多層フィルム。
- 少なくとも一軸方向に3倍以上12倍未満延伸された、請求項1~12のいずれか1項に記載の多層フィルム。
- 二軸方向にそれぞれ3倍以上12倍未満延伸された、請求項1~13のいずれか1項に記載の多層フィルム。
- 請求項1~14のいずれか1項に記載の多層フィルムにおける層(X)の表出面側に、無機蒸着層(I)を備える、蒸着多層フィルム。
- JIS K 7126-2(等圧法;2006年)に記載の方法に準じて測定した、酸素透過速度(20℃、65%RH条件下)が60cc/(m2・day・atm)未満である、請求項1~15のいずれか1項に記載の多層フィルム又は蒸着多層フィルム。
- 波長600nmにおける光線透過率が80%以上である、請求項1~16のいずれか1項に記載の多層フィルム又は蒸着多層フィルム。
- 請求項1~17のいずれか1項に記載の多層フィルム又は蒸着多層フィルムと、熱可塑性樹脂(D)を主成分として含む少なくとも1層の樹脂層(R)とを積層した、多層構造体。
- 熱可塑性樹脂(D)が、融点150℃未満のポリオレフィン樹脂を主成分として含有する、請求項18に記載の多層構造体。
- 前記ポリオレフィン樹脂(C)及び前記熱可塑性樹脂(D)が、ともにポリエチレン樹脂を主成分として含有する、請求項18又は19のいずれか1項に記載の多層構造体。
- 層(Z)及び樹脂層(R)の内、少なくとも1層がポリエチレン樹脂を主成分として含有し、多層構造体の合計厚みに対する、ポリエチレン樹脂を主成分として含有する層の合計厚みの比が0.75以上である、請求項18~20のいずれか1項に記載の多層構造体。
- 融点が240℃以上の樹脂を主成分として含有する層及び厚み1μm以上の金属層を有さない、請求項18~21のいずれか1項に記載の多層構造体。
- 請求項18~22のいずれか1項に記載の多層構造体を有する包装材料。
- 請求項18~22のいずれか1項に記載の多層構造体の回収物を含む回収組成物。
- 請求項18~22のいずれか1項に記載の多層構造体を破砕した後に溶融成形する、多層構造体の回収方法。
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