JP7463068B2 - バリアフィルムおよびパウチ - Google Patents
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Description
本開示は、バリアフィルムおよびパウチに関する。
パウチは、食品分野およびトイレタリーなどの様々な分野における包装体として活用されている。一般に、パウチは、複数の異なる材料のプラスチックフィルムを貼り合わされて形成されたプラスチックフィルムの積層体をヒートシールすることによって袋状に形成される。また、パウチは、内容物の放出、吸湿、劣化、または匂いの漏れ等を抑制するために、水蒸気および／または酸素の透過に対するバリア性を有している。
特許文献１には、水蒸気および酸素透過率を低減し、長期間いかなる劣化もなく食料品および他の市販物を包装するために使用することができるバリアフィルムが開示されている。
特許文献１に開示されたバリアフィルムは、リサイクル可能なバリアフィルムであって、高密度ポリエチレンを含む第１の層と、ポリエチレン以外のポリマーを含むバリア層とを含んでいる。バリア層に含まれるポリマーは、第１の層を通る酸素透過率に比べて、バリアフィルムを通る酸素透過率を低減するように作用する。また、バリア層は、バリアフィルムの総重量に基づいて、５重量パーセント未満の量でバリアフィルム中に存在する。
近年、パウチ等のプラスチック製品が廃棄され、河川などを通じて海洋に流出するプラスチックごみの問題が注目されている。プラスチックごみは、海洋で漂流する等して、自然環境に悪影響を与えるおそれがある。
このようなプラスチックごみを低減する有効な方法の１つとして、廃棄されたプラスチック製品をリサイクルすることが考えられている。
しかしながら、主要材料のプラスチックフィルムに加えて異種材料のプラスチックフィルムを含むパウチ等のプラスチック製品を再生樹脂ペレットにリサイクルした場合には、リサイクルして得られた再生樹脂ペレットに異種材料が含まれてしまうため、再生樹脂ペレットから所望する再生品が製造できないことがあった。そのため、異種材料を多く含むプラスチック材料は、リサイクル適性が低い傾向にあった。
これに対し、プラスチックフィルム中の異種材料の含有量を低減させるための様々な試みがなされているが、異種材料はたとえばバリア性を向上させる等のプラスチックフィルムの品質向上のために用いられている。そのため、プラスチックフィルム中の異種材料の含有量を低下させることにより、プラスチックフィルムのバリア性が低下する等の問題が発生する。そのため、リサイクル適性とバリア性の両方の特性に優れたプラスチックフィルムが要望されている。
ここで開示された実施形態によれば、第１の直鎖状低密度ポリエチレン層と、第２の直鎖状低密度ポリエチレン層と、第１の直鎖状低密度ポリエチレン層と第２の直鎖状低密度ポリエチレン層との間のバリア層と、を備えるバリアフィルムであって、バリア層は水溶性樹脂と無機粒子とを含み、ポリエチレン以外の材料の含有量がバリアフィルムの全体の質量の５質量％以下であるバリアフィルムを提供することができる。
ここで開示された実施形態によれば、上記のバリアフィルムを備えるパウチを提供することができる。
ここで開示された実施形態によれば、リサイクル適性とバリア性の両方の特性に優れたバリアフィルムおよびパウチを提供することができる。
以下、実施形態について説明する。なお、実施形態の説明に用いられる図面において、同一の参照符号は、同一部分または相当部分を表わすものとする。
＜バリアフィルムの構造＞
図１に、実施形態のバリアフィルム１０００の模式的な断面図を示す。バリアフィルム１０００は、第１の直鎖状低密度ポリエチレン層（以下、「第１層」という）１０１と、第２の直鎖状低密度ポリエチレン層（以下、「第２層」という）１０２と、第１層１０１と第２層１０２との間のバリア層３０１とを備えている。
図１に、実施形態のバリアフィルム１０００の模式的な断面図を示す。バリアフィルム１０００は、第１の直鎖状低密度ポリエチレン層（以下、「第１層」という）１０１と、第２の直鎖状低密度ポリエチレン層（以下、「第２層」という）１０２と、第１層１０１と第２層１０２との間のバリア層３０１とを備えている。
また、バリアフィルム１０００は、第１層１０１とバリア層３０１との間に第１のアンカーコート層２０１を備えるとともに、第２層１０２とバリア層３０１との間に第２のアンカーコート層２０２を備えている。さらに、バリアフィルム１０００は、第２層１０２と第２のアンカーコート層２０２との間に第３の直鎖状低密度ポリエチレン層（以下、「第３層」という）１０３を備えている。
＜第１層＞
第１層１０１は、直鎖状低密度ポリエチレン（以下、「ＬＬＤＰＥ」という）を第１層１０１全体の５０質量％以上含んでいれば、たとえば高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）、低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）、またはその両方等のポリエチレンを含んでいてもよい。バリアフィルム１０００の透明性と強度とを高くする観点からは、第１層１０１は、ＬＬＤＰＥを第１層１０１全体の６０質量％以上含むことが好ましく、７０質量％以上含むことがより好ましく、８０質量％以上含むことがさらに好ましく、９０質量％以上含むことが特に好ましい。第１層１０１中のＬＬＤＰＥの含有量が大きくなるにつれて、バリアフィルム１０００をリサイクルして得られる再生樹脂ペレットの材料がＬＬＤＰＥに統一される傾向が大きくなるため、バリアフィルム１０００のリサイクル適性が優れる傾向にある。
第１層１０１は、直鎖状低密度ポリエチレン（以下、「ＬＬＤＰＥ」という）を第１層１０１全体の５０質量％以上含んでいれば、たとえば高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）、低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）、またはその両方等のポリエチレンを含んでいてもよい。バリアフィルム１０００の透明性と強度とを高くする観点からは、第１層１０１は、ＬＬＤＰＥを第１層１０１全体の６０質量％以上含むことが好ましく、７０質量％以上含むことがより好ましく、８０質量％以上含むことがさらに好ましく、９０質量％以上含むことが特に好ましい。第１層１０１中のＬＬＤＰＥの含有量が大きくなるにつれて、バリアフィルム１０００をリサイクルして得られる再生樹脂ペレットの材料がＬＬＤＰＥに統一される傾向が大きくなるため、バリアフィルム１０００のリサイクル適性が優れる傾向にある。
第１層１０１に含まれるＬＬＤＰＥは、たとえば従来から公知のＬＬＤＰＥであってもよい。従来から公知のＬＬＤＰＥとしては、たとえば、エチレンのホモポリマーまたはコポリマーであって、少なくとも１個のα－オレフィンを有するＬＬＤＰＥが挙げられる。ここで、α－オレフィンは、たとえば、炭素原子３～２０個を有し、０．８９ｇ／ｃｍ3以上０．９４ｇ／ｃｍ3未満の密度を有し得る。当該密度は、０．９１５ｇ／ｃｍ3以上０．９４ｇ／ｃｍ3未満であることが好ましく、０．９１５ｇ／ｃｍ3以上０．９２５ｇ／ｃｍ3以下であることがより好ましい。適したα－オレフィンは、たとえば、３～２０個、好ましくは３～１２個、より好ましくは３～８個の炭素原子を含んだ脂肪族α－オレフィン類であってもよい。特に適したα－オレフィンは、たとえば、エチレン、プロピレン、ブテン－１，４－メチル－１－ペンテン、ヘキセン－１若しくはオクテン－１；またはプロピレン、ブテン－１，４－メチル－１－ペンテン、ヘキセン－１およびオクテン－１のうちの１若しくは複数個との組み合わせにおけるエチレン等であってもよい。また、従来から公知のＬＬＤＰＥは、コモノマー由来の短鎖分岐を別にすれば実質的に直鎖であり得る。第１層１０１の厚さは、特に限定されないが、２０μｍ以上８０μｍ以下であることが好ましい。
＜第２層＞
第２層１０２も、ＬＬＤＰＥを第２層１０２全体の５０質量％以上含んでいれば、たとえばＨＤＰＥ、ＬＤＰＥ、またはその両方等のポリエチレンを含んでいてもよい。バリアフィルム１０００の透明性と強度とを高くするとともに、リサイクル適性を向上させる観点からは、第２層１０２はＬＬＤＰＥを第２層１０２全体の６０質量％以上含むことが好ましく、７０質量％以上含むことがより好ましく、８０質量％以上含むことがさらに好ましく、９０質量％以上含むことが特に好ましい。第２層１０２に含まれるＬＬＤＰＥについての説明は、第１層１０１にＬＬＤＰＥについての説明と同様であるため、ここでは、その説明については省略する。第２層１０２の厚さは、特に限定されないが、２０μｍ以上１５０μｍ以下であることが好ましい。
第２層１０２も、ＬＬＤＰＥを第２層１０２全体の５０質量％以上含んでいれば、たとえばＨＤＰＥ、ＬＤＰＥ、またはその両方等のポリエチレンを含んでいてもよい。バリアフィルム１０００の透明性と強度とを高くするとともに、リサイクル適性を向上させる観点からは、第２層１０２はＬＬＤＰＥを第２層１０２全体の６０質量％以上含むことが好ましく、７０質量％以上含むことがより好ましく、８０質量％以上含むことがさらに好ましく、９０質量％以上含むことが特に好ましい。第２層１０２に含まれるＬＬＤＰＥについての説明は、第１層１０１にＬＬＤＰＥについての説明と同様であるため、ここでは、その説明については省略する。第２層１０２の厚さは、特に限定されないが、２０μｍ以上１５０μｍ以下であることが好ましい。
＜バリア層＞
バリア層３０１は水溶性樹脂と無機粒子とを含む。バリア層３０１は、第１層１０１および第２層１０２に含まれるＬＬＤＰＥ等のポリエチレンに対して異種材料となる。ただし、バリア層３０１が水溶性樹脂を含む場合には、たとえば熱処理および水処理等によって、バリアフィルム１０００からバリア層３０１を容易に除去または削減することが可能となることから、バリアフィルム１０００をリサイクルして得られる再生樹脂ペレットの材料がポリエチレンに統一される傾向が大きくなるため、バリアフィルム１０００のリサイクル適性が優れる傾向にある。したがって、バリアフィルム１０００のリサイクル適性を向上させる観点からは、バリア層３０１の樹脂は、水溶性樹脂以外の樹脂は含まず、水溶性樹脂のみを含むことが好ましい。
バリア層３０１は水溶性樹脂と無機粒子とを含む。バリア層３０１は、第１層１０１および第２層１０２に含まれるＬＬＤＰＥ等のポリエチレンに対して異種材料となる。ただし、バリア層３０１が水溶性樹脂を含む場合には、たとえば熱処理および水処理等によって、バリアフィルム１０００からバリア層３０１を容易に除去または削減することが可能となることから、バリアフィルム１０００をリサイクルして得られる再生樹脂ペレットの材料がポリエチレンに統一される傾向が大きくなるため、バリアフィルム１０００のリサイクル適性が優れる傾向にある。したがって、バリアフィルム１０００のリサイクル適性を向上させる観点からは、バリア層３０１の樹脂は、水溶性樹脂以外の樹脂は含まず、水溶性樹脂のみを含むことが好ましい。
バリア層３０１に含まれる水溶性樹脂としては、従来から公知の水溶性樹脂を用いることができる。従来から公知の水溶性樹脂としては、たとえばポリビニルアルコール（ＰＶＡ）等が挙げられる。ＰＶＡは、ガスバリア性に優れている点で好ましい。
バリア層３０１は、無機粒子を含む。バリア層３０１が無機粒子を含む場合には、バリアフィルム１０００における酸素の透過に対するバリア性（以下、「酸素バリア性」という）および／または水蒸気の透過に対するバリア性（以下、「水蒸気バリア性」という）が向上する傾向にある。
無機粒子としては、たとえば、無機層状化合物を用いることができる。無機層状化合物は、単位結晶層が積層して層状構造を形成したものであり得る。無機層状化合物としては、たとえば、グラファイト、リン酸塩系誘導体型化合物（リン酸ジルコニウム系化合物等）、カルコゲン化物、ハイドロタルサイト類化合物、リチウムアルミニウム複合水酸化物、または粘土系鉱物等を用いることができる。粘土系鉱物としては、たとえば、カオリナイト等のカオリナイト－蛇紋石族の粘土鉱物、タルク等のタルク－パイロフィライト族の粘土鉱物、モンモリロナイト等のスメクタイト族の粘土鉱物、パーミキュライト族の粘土鉱物、テトラシリリックマイカ等のマイカ族の粘土鉱物、ザンソフィライト等の脆雲母族の粘土鉱物、またはクリノクロア等の緑泥石族の粘土鉱物等を用いることができる。
バリアフィルム１０００における酸素バリア性および／または水蒸気バリア性を向上させる観点からは、住友化学株式会社製のＥＸＣＥＶＩＥＲ（登録商標）からバリア層３０１を形成することが好ましい。ＥＸＣＥＶＩＥＲ（登録商標）は、水溶性樹脂としてＰＶＡを含むとともに無機粒子としてモンモリロナイトを含む水溶性樹脂組成物である。ＥＸＣＥＶＩＥＲ（登録商標）を加熱してバリア層３０１を形成した場合には、当該加熱により無機粒子が規則的に整列するため、バリア層３０１の酸素バリア性および／または水蒸気バリア性が向上すると言われている。また、当該加熱により硬化したＰＶＡを含むバリア層３０１の酸素バリア性および水蒸気バリア性を向上させることもできる。
なお、モンモリロナイトは、珪素と酸素の四面体がシート状に連なった四面体シートと、アルミニウムと水酸基の八面体がシート状に連なった八面体シートとを備え、１枚の八面体シートが２枚の四面体シートに挟まれたサンドウィッチ構造を有する単位結晶層を有する無機粒子である。
たとえばバリア層３０１に含まれる水溶性樹脂および無機粒子等のポリエチレン以外の材料は、バリアフィルム１０００の全体の質量の５質量％以下含まれる。これにより、バリアフィルム１０００は高いリサイクル適性を有することができる。リサイクル適性を向上させる観点からは、ポリエチレン以外の材料は、バリアフィルム１０００全体の４質量％以下含まれることが好ましく、３質量％以下含まれることがより好ましく、２質量％以下含まれることがさらに好ましく、１質量％以下含まれることが特に好ましい。ここで、ポリエチレン以外の材料とは、ＬＬＤＰＥ、ＨＤＰＥ、およびＬＤＰＥ等の従来から公知のポリエチレンとは異なる材料を意味する。
＜第３層＞
バリアフィルム１０００は第３層１０３を含んでいてもよい。第３層１０３も、ＬＬＤＰＥを第３層１０３全体の５０質量％以上含んでいれば、たとえばＨＤＰＥ、ＬＤＰＥ、またはその両方等のポリエチレンを含んでいてもよい。バリアフィルム１０００の透明性と強度とを高くする観点からは、第３層１０３はＬＬＤＰＥを第３層１０３全体の６０質量％以上含むことが好ましく、７０質量％以上含むことがより好ましく、８０質量％以上含むことがさらに好ましく、９０質量％以上含むことが特に好ましい。第３層１０３に含まれるＬＬＤＰＥについての説明は、第１層１０１および第２層１０２に含まれるＬＬＤＰＥについての説明と同様であるため、ここではその説明については省略する。
バリアフィルム１０００は第３層１０３を含んでいてもよい。第３層１０３も、ＬＬＤＰＥを第３層１０３全体の５０質量％以上含んでいれば、たとえばＨＤＰＥ、ＬＤＰＥ、またはその両方等のポリエチレンを含んでいてもよい。バリアフィルム１０００の透明性と強度とを高くする観点からは、第３層１０３はＬＬＤＰＥを第３層１０３全体の６０質量％以上含むことが好ましく、７０質量％以上含むことがより好ましく、８０質量％以上含むことがさらに好ましく、９０質量％以上含むことが特に好ましい。第３層１０３に含まれるＬＬＤＰＥについての説明は、第１層１０１および第２層１０２に含まれるＬＬＤＰＥについての説明と同様であるため、ここではその説明については省略する。
バリアフィルム１０００のヒートシールによる変形（以下、「シール変形」ともいう）を低減する観点からは、第３層１０３のビカット軟化点は、８５℃以上であることが好ましく、９０℃以上であることがより好ましく、９５℃以上であることがさらに好ましく、１００℃以上であることが特に好ましい。第３層１０３のビカット軟化点の上限値は特に限定されないが、たとえば後述する押出しラミネート法に適したビカット軟化点であることが好ましい。
なお、本明細書において、「ビカット軟化点」は、第３層１０３が急速に軟化し始める温度を意味する。以下、図２の模式的平面図を参照して、ビカット軟化点を測定する方法について説明する。
まず、図２に示されるように、測定対象となる第３層１０３の試験片４０３を台座４０１上に設置する。次に、図２に示されるように、試験片４０３の表面との接触面積が１ｍｍ2となるように押込み圧子４０２を試験片４０３の表面上に設置する。
次に、試験片４０３の表面上に設置された押込み圧子４０２に、図２の矢印４０４で示される方向に荷重（５０Ｎ／ｍｍ2）を印加する。押込み圧子４０２によって試験片４０３の表面に当該荷重を印加した状態で５０℃／ｈｏｕｒの昇温速度で試験片４０３の温度を上昇させる。そして、押込み圧子４０２が試験片４０３に１ｍｍ侵入したときの試験片４０３の温度がビカット軟化点とされる。
また、ヒートシール後のバリアフィルム１０００のシール変形を抑制する観点からは、第３層１０３のデュロメータ硬さＨＤＤは、５０ＨＤＤ以上であることが好ましく、５５ＨＤＤ以上であることがより好ましい。第３層１０３のデュロメータ硬さＨＤＤの上限値は特に限定されないが、たとえばバリアフィルム１０００の種々の製造方法に適したデュロメータ硬さＨＤＤを適宜選択することができる。
第３層１０３のデュロメータ硬さＨＤＤは、ＪＩＳ Ｋ ７２１５－１９８６に準拠して測定される。
＜第１のアンカーコート層＞
第１のアンカーコート層２０１としては、たとえば従来から公知のアンカーコート層を用いることができる。第１のアンカーコート層２０１としては、第１層１０１とバリア層３０１との接合力を高める材料を用いることが好ましい。
第１のアンカーコート層２０１としては、たとえば従来から公知のアンカーコート層を用いることができる。第１のアンカーコート層２０１としては、第１層１０１とバリア層３０１との接合力を高める材料を用いることが好ましい。
＜第２のアンカーコート層＞
第２のアンカーコート層２０２としても、たとえば従来から公知のアンカーコート層を用いることができる。第２のアンカーコート層２０２としては、第３層１０３とバリア層３０１との接合力を高める材料を用いることが好ましい。
第２のアンカーコート層２０２としても、たとえば従来から公知のアンカーコート層を用いることができる。第２のアンカーコート層２０２としては、第３層１０３とバリア層３０１との接合力を高める材料を用いることが好ましい。
＜バリアフィルムの製造方法＞
図３に、バリアフィルム１０００の製造方法の一例の製造工程のフローチャートを示す。図３に示すように、バリアフィルム１０００の製造方法の一例は、第１層１０１上にバリア層３０１を形成する工程Ｓ１０と、バリア層３０１上に第２層１０２を形成する工程Ｓ２０とを備えている。
図３に、バリアフィルム１０００の製造方法の一例の製造工程のフローチャートを示す。図３に示すように、バリアフィルム１０００の製造方法の一例は、第１層１０１上にバリア層３０１を形成する工程Ｓ１０と、バリア層３０１上に第２層１０２を形成する工程Ｓ２０とを備えている。
以下、バリアフィルム１０００の製造方法の一例である第１の製造方法（押出しラミネート法）と、バリアフィルム１０００の製造方法の他の一例である第２の製造方法（ドライラミネート法）とについて説明する。
＜第１の製造方法（押出しラミネート法）＞
（１－１）まず、第１層１０１上に第１のアンカーコート層２０１を形成する。第１のアンカーコート層２０１の形成方法は、特に限定されず、たとえばグラビアコーティング等の従来から公知のコーティング方法を用いることができる。
（１－１）まず、第１層１０１上に第１のアンカーコート層２０１を形成する。第１のアンカーコート層２０１の形成方法は、特に限定されず、たとえばグラビアコーティング等の従来から公知のコーティング方法を用いることができる。
（１－２）次に、第１のアンカーコート層２０１上にバリア層３０１の前駆体となる水溶性樹脂組成物（以下、「バリア層前駆体」という）を塗布する。バリア層前駆体の形成方法も、特に限定されず、たとえばグラビアコーティング等の従来から公知のコーティング方法を用いることができる。
（１－３）次に、被加熱対象物としてのバリア層前駆体を加熱することによって第１のアンカーコート層２０１上にバリア層３０１を形成する。バリア層前駆体の加熱方法は、バリア層３０１を形成することができれば特に限定されないが、バリア層３０１のバリア性を向上させつつ、他層の熱ダメージを抑制する観点からは、バリア層前駆体を４０℃以上８０℃以下の温度で加熱することが好ましい。バリア層前駆体に含まれる溶剤を揮発して被膜を形成するために乾燥炉を用いた乾燥処理を行なうこともできるが、当該乾燥処理をバリア層前駆体を加熱する工程としてもよい。
上記の（１－１）から（１－３）の工程により、第１層１０１上にバリア層３０１を形成する工程Ｓ１０が完了する。
（１－４）次に、バリア層３０１上に第２のアンカーコート層２０２を形成する。第２のアンカーコート層２０２の形成方法も、特に限定されず、たとえばグラビアコーティング等の従来から公知のコーティング方法を用いることができる。
（１－５）次に、押出し装置を用いて、第１層１０１と第１のアンカーコート層２０１とバリア層３０１と第２のアンカーコート層２０２との積層体と、第２層１０２との間に、第３層１０３を構成する樹脂をＴダイから押し出す。これにより、当該積層体の第２のアンカーコート層２０２と第２層１０２との間に第３層１０３を構成する樹脂が挟み込まれて、第２層１０２が第２のアンカーコート層２０２上に接合される。
上記の（１－４）および（１－５）の工程により、バリア層３０１上に第２層１０２を形成する工程Ｓ２０が完了する。以上により、図１に示されるバリアフィルム１０００が製造される。
上記においては、（１－３）の工程でバリア層前駆体を加熱してバリア層３０１を形成する場合について説明したが、（１－３）の工程とは別に、または、（１－３）の工程に加えて、（１－４）および／または（１－５）の工程において、バリア層前駆体を加熱してバリア層３０１を形成してもよい。バリア層３０１が８０℃以下の温度で複数回加熱されることによって、バリア層３０１のバリア性をさらに高めることができる。
＜第２の製造方法（ドライラミネート法）＞
（２－１）まず、第１の製造方法と同様に、第１層１０１上に、第１のアンカーコート層２０１を形成する。
（２－１）まず、第１の製造方法と同様に、第１層１０１上に、第１のアンカーコート層２０１を形成する。
（２－２）次に、第１の製造方法と同様に、第１のアンカーコート層２０１上に、バリア層前駆体を塗布する。
（２－３）次に、第１の製造方法と同様に、被加熱対象物としてのバリア層前駆体を加熱することによって第１のアンカーコート層２０１上にバリア層３０１を形成する。バリア層前駆体の加熱方法は、バリア層３０１を形成することができれば特に限定されないが、バリア層３０１のバリア性を向上させつつ、他層の熱ダメージを抑制する観点からは、バリア層前駆体を４０℃以上８０℃以下の温度で加熱することが好ましい。
上記の（２－１）から（２－３）の工程により、第１層１０１上にバリア層３０１を形成する工程Ｓ１０が完了する。
（２－４）次に、バリア層３０１上に接着層の前駆体となる接着層前駆体を形成する。接着層前駆体の形成方法は、特に限定されないが、たとえばグラビアコーティング等の従来から公知のコーティング方法を用いることができる。接着層前駆体は、接着層を形成することができれば特に限定されないが、従来から公知の接着層前駆体を用いることができる。ただし、異種材料を低減することによってバリアフィルム１０００のリサイクル適性を向上させる観点からは、オレフィン系の接着層を形成可能な接着層前駆体を用いることが好ましい。
（２－５）次に、接着層前駆体中の不要な溶剤を除去することによって接着層を形成する。接着層の形成は、たとえば、接着層前駆体の形成後の積層体を乾燥炉を通過させて接着層前駆体を乾燥させることにより行なうことができる。なお、第２の製造方法においては、第１の製造方法の第２のアンカーコート層２０２および第３層１０３の代わりに接着層が形成される。
（２－６）次に、接着層上に第２層１０２を圧着させることによって、第２層１０２が接着層上に接合される。
上記の（２－４）から（２－６）の工程により、バリア層３０１上に第２層１０２を形成する工程Ｓ２０が完了する。以上により、図４に示されるバリアフィルム１０００が製造される。
図４に、第２の製造方法によって製造されたバリアフィルム１０００の模式的な断面図を示す。図４に示すように、第２の製造方法によって製造されたバリアフィルム１０００においては、第２層１０２が接着層２０３を介してバリア層３０１と接合している。
上記においては、バリア層前駆体を加熱してバリア層３０１を形成した後に接着層前駆体を塗布しているが、バリア層３０１の形成前のバリア層前駆体上に接着層前駆体を塗布して、バリア層前駆体と接着層前駆体とを加熱することによって、バリア層３０１上に接着層を形成してもよい。
上記の第１の製造方法と第２の製造方法とを比較すると、第１の製造方法は、第２の製造方法と比較して、第１層１０１が通過する乾燥炉の長さを短くすることができるため、第１層１０１が受ける熱ダメージを低減することができる傾向にあると考えられる。
＜バリアフィルムの特性＞
バリアフィルム１０００を用いたパウチの印刷加工時および製袋加工時におけるピッチずれの発生を低減する観点からは、バリアフィルム１０００の引張弾性率は、３００Ｎ／ｍｍ2以上であることが好ましく、４００Ｎ／ｍｍ2以上であることがより好ましく、５００Ｎ／ｍｍ2以上であることがさらに好ましく、６００Ｎ／ｍｍ2以上であることが特に好ましい。
バリアフィルム１０００を用いたパウチの印刷加工時および製袋加工時におけるピッチずれの発生を低減する観点からは、バリアフィルム１０００の引張弾性率は、３００Ｎ／ｍｍ2以上であることが好ましく、４００Ｎ／ｍｍ2以上であることがより好ましく、５００Ｎ／ｍｍ2以上であることがさらに好ましく、６００Ｎ／ｍｍ2以上であることが特に好ましい。
バリアフィルム１０００の引張弾性率は、ＪＩＳ Ｋ ７１６１－１：２０１４（ＩＳＯ ５２７－１：２０１２）に準拠して測定される。
また、シール強度の広い安定領域を得る観点からは、第１層１０１のシール立ち上がり温度と、第２層１０２のシール立ち上がり温度との温度差は、３０℃以上であることが好ましく、４０℃以上であることがより好ましく、５０℃以上であることがさらに好ましい。
バリアフィルム１０００がシール強度の広い安定領域を有する場合には、たとえばバリアフィルム１０００を用いてパウチを製造する際（バリアフィルム１０００同士をシールする際）に、シール表層にシール立ち上がり温度が高い層を配置することによって、加熱されたシールバー（シール用の金型）に樹脂が貼り付くことを抑制することができる。シールバーに樹脂が貼り付くことが抑制できた場合には、シーリング性の低下、および予定のパウチ形状からの変形等の問題の発生を抑制することができる。
なお、本明細書において、「シール立ち上がり温度」とは、加熱によってシール強度が最初に発現する温度を意味する。
バリアフィルム１０００においては、第１層１０１をシール表層として用いるとともに第２層１０２をシーラント層として用いてもよく、第２層１０２をシール表層として用いるとともに第１層１０１をシーラント層として用いてもよい。なお、シール表層の方がシーラント層と比べてシール立ち上がり温度が高くなる。
なお、本明細書において、「シール表層」とは、バリアフィルム１０００のヒートシール時にバリアフィルム１０００を加熱するためのシールバーと接する層を意味する。また、本明細書において、「シーラント層」とは、バリアフィルム１０００のヒートシールによって熱融着する層を意味する。具体的には、パウチは、シーラント層同士をヒートシールにより熱融着して形成される。
バリアフィルム１０００の酸素バリア性を高くする観点からは、バリアフィルム１０００の酸素透過度は３．０ｃｃ／（ｍ2・２４ｈ）以下であることが好ましく、２．０ｃｃ／（ｍ2・２４ｈ）以下であることがより好ましく、１．０ｃｃ／（ｍ2・２４ｈ）以下であることがさらに好ましく、０．５ｃｃ／（ｍ2・２４ｈ）以下であることが特に好ましい。
バリアフィルム１０００の酸素透過度は、ＪＩＳ Ｋ ７１２６－２：２００６（ＩＳＯ １５１０５－２：２００３）（プラスチック－フィルム及びシート－ガス透過度試験方法－第２部：等圧法、付属書Ａ：電解センサ法による酸素ガス透過度の試験方法）に準拠して、温度２３℃および湿度６５％ＲＴの条件で測定される。
バリアフィルム１０００の水蒸気バリア性を高くする観点からは、バリアフィルム１０００の水蒸気透過度は３．０ｇ／（ｍ2・２４ｈ）以下であることが好ましく、２．０ｇ／（ｍ2・２４ｈ）以下であることがより好ましく、１．０ｇ／（ｍ2・２４ｈ）以下であることがさらに好ましく、０．５ｇ／（ｍ2・２４ｈ）以下であることが特に好ましい。
バリアフィルム１０００の水蒸気透過度は、ＪＩＳ Ｚ ０２０８－１９７６に準拠して、温度４０℃および湿度９０％ＲＴの条件で測定される。
バリアフィルム１０００において、ポリエチレンと異種の材料は、バリアフィルム１０００の全体の質量の少なくとも５質量％以下しか含まれていない。したがって、実施形態のバリアフィルム１０００の９５質量％以上がポリエチレンから構成されているため、バリアフィルム１０００を容易にリサイクルすることができる。ここで、ポリエチレンには、たとえばＬＬＤＰＥ、ＨＤＰＥ、およびＬＤＰＥ等の従来から公知のポリエチレンが含まれる。
また、ポリエチレンと異種材料のバリア層３０１の樹脂は水溶性樹脂を含んでいることから、リサイクル適性に優れたバリアフィルム１０００を実現することができる。
また、バリアフィルム１０００の製造工程において、高温（たとえば８０℃を超える温度）での処理を行なわないことにより、ＰＶＡの黄変（熱ダメージ）を抑制することができ、結果的に、バリアフィルム１０００の透明性を高く維持することができる。
図５に、バリアフィルム１０００を用いて製造された実施形態のパウチ２０００の模式的な斜視図を示す。実施形態のパウチ２０００は、バリアフィルム１０００を用いて製造されているため、酸素バリア性および水蒸気バリア性に優れているとともに、リサイクル適性にも優れている。実施形態のパウチ２０００は、たとえば図５に示すような口栓３０００を有していてもよく、チャックを有していてもよい。実施形態のパウチ２０００が口栓３０００またはチャックを有する場合には、口栓３０００またはチャックも、ポリエチレンからなることが好ましい。また、たとえば、第１層１０１のシール立ち上がり温度が第２層１０２のシール立ち上がり温度よりも高い場合には、パウチ２０００の外側に第１層１０１が配置され、パウチ２０００の内側に第２層１０２が配置されることになる。
＜実験例１＞
まず、第１のＬＬＤＰＥフィルム（東洋紡株式会社製の商品名「Ｌ６１００」、厚さ７０μｍ）上にアンカーコート剤（東洋モートン株式会社製の商品名「オリバイン（登録商標） ＥＬ－５１０－１／ＣＡＴ－ＲＴ８７」）をグラビアコーティングにより、乾燥後の塗布量が０．２５ｇ／ｍ2となるように塗布し、約８０℃の乾燥炉内で加熱して乾燥させた。これにより、第１のＬＬＤＰＥフィルム上でアンカーコート剤が固化して第１のアンカーコート層が形成された。
まず、第１のＬＬＤＰＥフィルム（東洋紡株式会社製の商品名「Ｌ６１００」、厚さ７０μｍ）上にアンカーコート剤（東洋モートン株式会社製の商品名「オリバイン（登録商標） ＥＬ－５１０－１／ＣＡＴ－ＲＴ８７」）をグラビアコーティングにより、乾燥後の塗布量が０．２５ｇ／ｍ2となるように塗布し、約８０℃の乾燥炉内で加熱して乾燥させた。これにより、第１のＬＬＤＰＥフィルム上でアンカーコート剤が固化して第１のアンカーコート層が形成された。
次に、第１のアンカーコート層上にバリア層前駆体（住友化学株式会社製の「ＥＸＣＥＶＩＥＲ（登録商標）」）をグラビアコーティングにより、乾燥後の塗布量が１．２５ｇ／ｍ2となるように塗布し、約８０℃の乾燥炉内で加熱して乾燥させた。これにより、第１のアンカーコート層上でバリア層前駆体が固化して厚さ２μｍのバリア層が形成された。乾燥炉内における第１のＬＬＤＰＥフィルムの進行速度は約１００ｍ／ｍｉｎであった。
次に、バリア層上にアンカーコート剤（東洋モートン株式会社製の商品名「オリバイン（登録商標） ＥＬ－５１０－１／ＣＡＴ－ＲＴ８７」）を塗布し、約８０℃の乾燥炉内で加熱して乾燥させた。これにより、バリア層上でアンカーコート剤が固化して第２のアンカーコート層が形成された。
次に、押出しラミネート装置の押出し機からＬＬＤＰＥ樹脂（宇部丸善ポリエチレン株式会社製の商品名「ユメリット（登録商標） ０２１ＧＴ」）をＴダイを通してバリア層上に２０μｍの厚さで押出すとともに、押出されたＬＬＤＰＥ樹脂を介して別の繰り出しロールから繰り出された第２のＬＬＤＰＥフィルム（東洋紡株式会社製の商品名「Ｌ３１０５」、厚さ４０μｍ）を貼り合わせる押出しラミネートを行なった。なお、押出されたＬＬＤＰＥ樹脂のビカット軟化点は９５℃であり、デュロメータ硬さは５５ＨＤＤであって、融点は１０４℃～１１６℃であった。
これにより、ＬＬＤＰＥ樹脂が固化して、バリア層上に第２のＬＬＤＰＥフィルムが接合された。以上により、実験例のバリアフィルムが作製された。実験例のバリアフィルム中のポリエチレン以外の材料の含有量は、実験例のバリアフィルムの全体の質量の１．５％であった。
次に、上記のようにして作製された実験例のバリアフィルムを２枚用意し、シーラント層となる第２のＬＬＤＰＥフィルムの表面同士が互いに向かい合うように重ね合わせた。その後、シール表層となる第１のＬＬＤＰＥフィルムに、加熱されたシールバーを接触加圧させて加熱することによって、２枚のバリアフィルムの第２のＬＬＤＰＥフィルム同士をヒートシールにより接合した。
次に、上記のようにヒートシールにより接合した２枚のバリアフィルムから幅１５ｍｍのサンプルを切り出して、ＪＩＳ Ｚ １７０７：２０１９に準拠して、シール強度（Ｎ／１５ｍｍ）を測定した。
上記のシール表層の加熱温度（以下、「シール温度」という）を変更しながら、上記の操作を繰り返してシール強度を測定した。なお、シール圧力は０．３ＭＰａで固定されるとともに、シール時間は１秒で固定された。その結果を図６に示す。なお、図６において、実線のシーラント層のシール強度が上記で測定されたシール強度を示している。
図６に示すように、シーラント層となる第２のＬＬＤＰＥフィルムのシール立ち上がり温度は約８０℃であった。また、シール温度が約８０℃から約１００℃の範囲ではシール強度は約２５（Ｎ／１５ｍｍ）に急速に増大し、シール温度が約１００℃から約１２０℃の範囲ではシール強度は約２５（Ｎ／１５ｍｍ）から緩やかに増大した。シール温度が約１２０℃を超えるとシール強度は約２５（Ｎ／１５ｍｍ）まで低下していき、シール温度が約１３０℃を超えるとシール強度は２５（Ｎ／１５ｍｍ）を超えた当たりでほぼ一定となった。
また、図６に示すように、シール表層のシール立ち上がり温度は、約１３０℃であった。したがって、実験例のバリアフィルムのシール表層のシール立ち上がり温度とシーラント層のシール立ち上がり温度との温度差は、約５０℃であった。ただ、シール温度が約１３０℃を超えると、シール表層のシールバーへの貼り付きが発生するとともに、シール収縮の発生が見受けられた。
以上の結果から、実験例のバリアフィルムのシール強度の安定領域は約１００℃から約１３０℃の範囲であると考えられる。実験例のバリアフィルムは、このような広いシール強度の安定領域を有するとともに、この安定領域では約２５（Ｎ／１５ｍｍ）以上の高いシール強度を発現する。したがって、実験例のバリアフィルムは、ヒートシール性に優れたバリアフィルムであると考えられる。なお、シール強度の安定領域の範囲を考慮すると実験例のバリアフィルムのターゲットとすべきシール温度は約１１０℃から約１２０℃の範囲と推測される。
＜実験例２＞
実験例のバリアフィルムの酸素透過度とともに、実験例のバリアフィルムの押出しラミネート前の積層体（第１のＬＬＤＰＥフィルム／第１のアンカーコート層／バリア層）の酸素透過度を測定した。実験例のバリアフィルムの酸素透過度および実験例のバリアフィルムの押出しラミネート前の積層体の酸素透過度を、ＪＩＳ Ｋ ７１２６－２：２００６（ＩＳＯ １５１０５－２：２００３）（プラスチック－フィルム及びシート－ガス透過度試験方法－第２部：等圧法、付属書Ａ：電解センサ法による酸素ガス透過度の試験方法）に準拠して、温度２３℃および湿度６５％ＲＴの条件で測定した。また、実験例のバリアフィルムの押出しラミネート前の積層体の水蒸気透過度をＪＩＳ Ｚ ０２０８－１９７６に準拠して、温度４０℃および湿度９０％ＲＴの条件で測定した。その結果を表１に示す。
実験例のバリアフィルムの酸素透過度とともに、実験例のバリアフィルムの押出しラミネート前の積層体（第１のＬＬＤＰＥフィルム／第１のアンカーコート層／バリア層）の酸素透過度を測定した。実験例のバリアフィルムの酸素透過度および実験例のバリアフィルムの押出しラミネート前の積層体の酸素透過度を、ＪＩＳ Ｋ ７１２６－２：２００６（ＩＳＯ １５１０５－２：２００３）（プラスチック－フィルム及びシート－ガス透過度試験方法－第２部：等圧法、付属書Ａ：電解センサ法による酸素ガス透過度の試験方法）に準拠して、温度２３℃および湿度６５％ＲＴの条件で測定した。また、実験例のバリアフィルムの押出しラミネート前の積層体の水蒸気透過度をＪＩＳ Ｚ ０２０８－１９７６に準拠して、温度４０℃および湿度９０％ＲＴの条件で測定した。その結果を表１に示す。
表１に示すように、実験例のバリアフィルムの酸素透過度は１．２ｃｃ／（ｍ2・２４ｈ）であった。また、上記積層体の酸素透過度は３．０ｃｃ／（ｍ2・２４ｈ）であって水蒸気透過度は３．０ｇ／（ｍ2・２４ｈ）であった。これは、バリア層が複数回加熱されることによって、バリア性が高くなることを示していると考えられる。すなわち、バリア層前駆体が加熱により乾燥させられてバリア層が形成される（１回目の加熱）。この段階の積層体でも十分に高いバリア性（酸素透過度：３．０ｃｃ／（ｍ2・２４ｈ））を有している。さらに、このバリア層上に第２のアンカーコート層を形成するに際し、バリア層は約８０℃の乾燥炉内で加熱される（２回目の加熱）。このようにして形成された第２のアンカーコート層に第２のＬＬＤＰＥフィルムをＬＬＤＰＥ樹脂で接合して作製された実験例のバリアフィルムは１．２ｃｃ／（ｍ2・２４ｈ）の酸素透過度を有している。実験例のバリアフィルムの酸素透過度はバリア層のバリア性に大きく依存していることを考慮すると、これは、バリア層が複数回加熱されることによって、バリア性が高くなることを意味していると考えられる。
＜実験例３＞
実験例のバリアフィルムから５つのサンプル（サンプル１～５）を作製した。そして、サンプル１～５のＭＤ（Ｍａｃｈｉｎｅ Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ）方向およびＴＤ（Ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ）方向のそれぞれの引張強さ（Ｎ／１５ｍｍ）、伸び率（％）および引張弾性率（Ｎ／ｍｍ2）を測定するとともに、サンプル１～５のＭＤ方向のヘイズ（％）を測定した。その結果を表２に示す。
実験例のバリアフィルムから５つのサンプル（サンプル１～５）を作製した。そして、サンプル１～５のＭＤ（Ｍａｃｈｉｎｅ Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ）方向およびＴＤ（Ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ）方向のそれぞれの引張強さ（Ｎ／１５ｍｍ）、伸び率（％）および引張弾性率（Ｎ／ｍｍ2）を測定するとともに、サンプル１～５のＭＤ方向のヘイズ（％）を測定した。その結果を表２に示す。
表２に示される引張強さ、伸び率および引張弾性率は、ＪＩＳ Ｋ ７１６１－１：２０１４（ＩＳＯ ５２７－１：２０１２）に準拠して測定された値である。なお、表２の伸び率は、ＩＳ Ｋ ７１６１－１：２０１４（ＩＳＯ ５２７－１：２０１２）の引張ひずみに相当する。また、表２に示されるヘイズは、ＪＩＳ Ｋ ７１３６：２０００（ＩＳＯ １４７８２：１９９９）に準拠して測定された値である。
表２に示すように、サンプル１～５のＭＤ方向の引張強さの平均値は４８．３３（Ｎ／１５ｍｍ）であり、伸び率は９００（％）であり、引張弾性率は３３５．６（Ｎ／ｍｍ2）であり、ヘイズは２４．６９（％）であった。
また、サンプル１～５のＴＤ方向の引張強さの平均値は４０．２６（Ｎ／１５ｍｍ）であり、伸び率は９００（％）であり、引張弾性率は３８９．８（Ｎ／ｍｍ2）であった。
以上のように実施形態および実験例について説明を行なったが、上述の各実施形態および各実験例の構成を適宜組み合わせることも当初から予定している。
今回開示された実施形態および実験例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
１０１ 第１層、１０２ 第２層、１０３ 第３層、２０１ 第１のアンカーコート層、２０２ 第２のアンカーコート層、２０３ 接着層、３０１ バリア層、４０１ 台座、４０２ 押込み圧子、４０３ 試験片、４０４ 矢印、５０１ 繰り出しロール、５０２ 塗工ロール、５０３ 乾燥炉、５０４ 押出機、５０５ Ｔダイ、５０６ 冷却ロール、５０７ 巻き取りロール、６０１ 繰り出しロール、６０２ 塗工ロール、６０３ 乾燥炉、６０６ 加熱ロール、６０７ 繰り出しロール、１０００ バリアフィルム、２０００ パウチ、３０００ 口栓。
Claims (7)
- 第１の直鎖状低密度ポリエチレン層と、
第２の直鎖状低密度ポリエチレン層と、
前記第１の直鎖状低密度ポリエチレン層と前記第２の直鎖状低密度ポリエチレン層との間のバリア層と、を備えるパウチ形成用のバリアフィルムであって、
前記バリア層は、水溶性樹脂と無機粒子とを含み、
ポリエチレン以外の材料の含有量が、前記バリアフィルムの全体の質量の５質量％以下であり、
前記第１の直鎖状低密度ポリエチレン層および前記第２の直鎖状低密度ポリエチレン層がそれぞれ最外層であり、
前記第１の直鎖状低密度ポリエチレン層がヒートシールバーに接するシール表層になる前記最外層であり、前記第２の直鎖状低密度ポリエチレン層がシーラント層になる前記最外層であり、
前記第１の直鎖状低密度ポリエチレン層のシール立ち上がり温度が前記第２の直鎖状低密度ポリエチレン層のシール立ち上がり温度よりも高く、
前記水溶性樹脂は、ポリビニルアルコールを含む、ヒートシール性バリアフィルム。 - 前記無機粒子は、モンモリロナイトを含む、請求項１に記載のヒートシール性バリアフィルム。
- 前記第１の直鎖状低密度ポリエチレン層のシール立ち上がり温度と、前記第２の直鎖状低密度ポリエチレン層のシール立ち上がり温度との温度差が３０℃以上である、請求項１または請求項２に記載に記載のヒートシール性バリアフィルム。
- 前記バリアフィルムの引張弾性率が３００Ｎ／ｍｍ2以上である、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のヒートシール性バリアフィルム。
- 前記バリア層と前記第２の直鎖状低密度ポリエチレン層との間に第３の直鎖状低密度ポリエチレン層をさらに備える、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のヒートシール性バリアフィルム。
- 請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のヒートシール性バリアフィルムを備えたパウチであって、
前記パウチの外側の最外層に前記シール表層である前記第１の直鎖状低密度ポリエチレン層が配置され、
前記パウチの内側に前記シーラント層である前記第２の直鎖状低密度ポリエチレン層が配置されて、前記内側の前記第２の直鎖状低密度ポリエチレン層同士がヒートシールされている、パウチ。 - 請求項５に記載のヒートシール性バリアフィルムを製造する方法であって、
前記水溶性樹脂と前記無機粒子とを含むバリア層前駆体を塗布した後に乾燥することによって前記バリア層を形成する工程と、
押出ラミネート法により前記バリア層上に前記第３の直鎖状低密度ポリエチレン層を形成する工程とを含む、ヒートシール性バリアフィルムの製造方法。
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