JP7484363B2

JP7484363B2 - 口栓付きスタンディングパウチ

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Publication number: JP7484363B2
Application number: JP2020071558A
Authority: JP
Inventors: 宏太朗雨河; 亮太田中
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2020-04-13
Filing date: 2020-04-13
Publication date: 2024-05-16
Anticipated expiration: 2040-04-13
Also published as: JP2021167213A

Description

本発明は、口栓付きのスタンディングパウチに関し、さらに詳しくは、材料の再利用が容易な環境負荷を低減させた口栓付きのスタンディングパウチに関するものである。

包装体は、包装する内容物の性質、内容物の量、内容物の変質を保護するための後処理、包装体を運搬する形態、包装体を開封する方法、廃棄する方法などによって、さまざまな素材が組み合わせて用いられている。

たとえば、スタンディングパウチは、店頭の商品棚で商品を目立たせることが可能で、プラスチックボトルと比較して軽量で、廃棄も容易であることから採用の範囲が広がっている。特に口栓付きパウチは、ゼリー飲料、清涼飲料、生醤油、生酒などの食品から、シャンプー、リンス等のトイレタリー用品などの液状内容物の包装において、リクローズ性を付与できることから用途が広がっている。

スタンディングパウチにおいて、自立させた状態でパウチが途中で折れ曲がることなく、パウチ全面の文字、図柄が見えるようにするためには、パウチを構成する積層体に剛性が求められる。また、内容物が液体であれば、落下した際に破袋しないような強度が求められる。これらの機能に対応するため、従来よりポリエステルフィルムやナイロンフィルム、ポリオレフィンフィルムなどを組み合わせた積層体が用いられてきた。

また、スパウトとキャップとからなる口栓の材料も、パウチと接着性や内容物への溶出、内容物の吸着などが生じなければ特に限定されず、各種熱可塑性樹脂が用いられてきた。

しかしながら、近年の環境問題への意識の高まりから、各種製品の省資源、再利用などの機能が求められるようになり、包装体に用いられる積層体にも同様の機能が求められている。

各種素材が複合化された積層体を再利用する一つの方法は、各素材ごとに再分離する方法であるが、包装体として所定の強度を付与した積層体を分離するには熱的、化学的、機械的な各種作用を行う必要がある。また、分離された素材を分別するためにも、比重による物理的な作用や、素材ごとに異なる分光学的な手法などにより行わねばならないが、これら分離、分別の精度を上げようとするほど、よりエネルギを費やすなど効率的ではなかった。

他の手法として、もとの積層体を同系統の素材で構成して、積層体を一体の素材として再利用することが挙げられる。特に熱可塑性樹脂は、ポリオレフィン系、ポリエステル系、ポリアミド系などの各種系統の素材がある。それぞれが、分子量や、分子量分布、熱処理、配向、延伸などの状態、処理によりさまざまな特性を付与することができる。特にポリオレフィン系の素材は、融点が低いことから加工性もよく、また、共重合体などによりさまざまな素材が製造されていることから、用いやすい。そのため、これまでにも、さまざまな手法が提案されてきている。

特許文献１には、印刷層を挟んで、外側ウェッブと内側ウェッブと称する二つのフィルムを積層した積層体を提案している。外側ウェッブ、内側ウェッブともに高密度ポリエチレンや低密度ポリエチレンの多層構造となっているが、それぞれ共押出のフィルムとなっ
ているため、特別な装置が必要となる。また、内側ウェッブは、包装体においてシーラント層として働くが、ここにエチレン－酢酸ビニル（ＥＶＡ）やアイオノマーも推奨されている。しかしながら、これら樹脂はリサイクル中に架橋などの化学変化を生じやすく、繰り返しによりゲルなどの不純物を生じやすくなる。

また、包装用の積層体には、酸素バリア性や水蒸気バリア性などの特性が求められる場合が多いが、特許文献１ではＥＶＯＨなどの樹脂を推奨しているが、その場合には接着性樹脂を介さねば上下の層との接着強度が得られず、さらにＥＶＡなどと同様に、繰り返しの熱処理によりゲルなどが生じやすく、再利用の障害となりうる。

特許文献２には、一軸延伸したポリオレフィン系樹脂フィルムとポリオレフィン系のヒートシール層からなる積層体が開示されている。この発明の主眼は、一軸延伸フィルムによる易引裂き性を有する積層体であるが、結果として同系統の樹脂からなる積層体となっている。しかしながら、包装体としての強度について規定されるものはなく、必要に応じて二軸延伸ナイロンやポリエステルなどのフィルムを積層しておくことも可能とあり、環境問題に対した課題に対応したものではない。また、パウチの任意個所・任意方向に開口性を付与する加工法として、積層体にレーザー加工による微小な傷を形成する方法が知られているが、ポリオレフィン系樹脂はレーザー吸収が弱いため、容易な開口性を付与することが難しかった。

特表２０１８－５１１５０４号公報特許第５１９７９５２号公報

本発明が解決しようとする課題は、ガスバリア性と再利用性に優れた、口栓付きスタンディングパウチを提供することである。

上記課題を解決するため、本発明の請求項１に係る発明は、２枚の側壁用積層体と１枚の２つ折りした底用積層体からなり、周縁がシールされているスタンディングパウチの、パウチ本体部の上辺にスパウトとキャップからなる口栓を設けた口栓付きスタンディングパウチであって、前記側壁用積層体および前記底用積層体とが、少なくともバリアフィルム層、接着剤層、シーラント層とがこの順に積層されてなり、前記バリアフィルム層が、密度０．９４０～０．９８０ｇ／ｃｍ^３の高密度ポリエチレンからなる厚さ２０～４０μｍのフィルムと前記フィルム上に形成されたバリア層とからなり、前記シーラント層が、密度０．９１０～０．９２０ｇ／ｃｍ^３の直鎖状低密度ポリエチレンからなる厚さ１００～１５０μｍのフィルムからなり、前記口栓が、密度０．９６ｇ／ｃｍ^３以下、ＭＦＲ５ｇ／１０ｍｉｎ以上の高密度ポリエチレンからなることを特徴とする口栓付きスタンディングパウチである。

ガスバリア性を有するポリオレフィン系の積層体を提供することにより、リサイクル性に優れた口栓付きスタンディングパウチを提供することができる。また、口栓を付与することで、容易に内容物を取出すことが可能となる。

以下、本発明の実施の形態を詳細に説明する。

本発明に係るバリアフィルム層は、高密度ポリエチレンからなるフィルムとバリア層とが積層されたものである。

高密度ポリエチレンは各種の密度やＭＦＲのものを用いることができるが、密度が０．９４０～０．９８０ｇ／ｃｍ^３のものが好ましい。密度が０．９４０ｇ／ｃｍ^３より小さいと、フィルムとしての剛性が不足し、密度が０．９８０ｇ／ｃｍ^３より大きいと、透明性が不足する。また、高密度ポリエチレン中に造核剤などを添加して、透明性を調整してもよい。また、高密度ポリエチレンフィルムは、延伸処理や熱処理によりその機械的強度を調製してよく、さらにコロナ処理などの表面処理により、表面の接着性を調整してもよい。

バリアフィルム層に用いるバリア層としては、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）やＥＶＯＨなどに無機フィラーを添加したコーティング材を用いることができる。これらの材料を用いる場合は、厚さ数μｍ程度のコーティング層として使用することができる。

バリア層としてさらに好ましくは、金属酸化物からなる蒸着層を用いることである。金属酸化物としては、酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化錫、酸化マグネシウム、またはこれらの混合物を使用することができるが、好ましくは酸化ケイ素、酸化アルミニウムが望ましい。蒸着層の形成には、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法またはプラズマ気相堆積法を利用することができる。

蒸着層の厚さは、薄すぎると蒸着層を均一な連続膜として形成することが難しく、十分なガスバリア性が得られない。厚みが厚いと、柔軟性が低く、撓みや引張に対して亀裂を生じやすく、やはりガスバリア性が低下する。蒸着層の厚さとしては５ｎｍ～５００ｎｍの範囲が好ましい。

また、前記金属酸化物からなるバリア層上に、ガスバリア皮膜層を設けることができる。前記ガスバリア皮膜層は、前記金属酸化物からなるバリア層を機械的な劣化から保護することでより高いバリア性を付与するものであり、水溶性高分子と１種類以上の金属アルコキシドまたはその加水分解生成物を含んだ材料で構成することができる。前記ガスバリア皮膜層は、水溶性高分子と１種類以上の金属アルコキシドまたはその加水分解生成物を含んだ水溶液あるいは水・アルコール混合溶液を主成分としたコーティング剤を塗布、乾燥することで得ることができる。

前記水溶性高分子としては、たとえば、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリビニルピロリドン、デンプン、メチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、アルギン酸ナトリウム、またはそれらの混合物を使用することができる。特に、ＰＶＡを使用する場合、最もガスバリア性に優れたガスバリア性皮膜層を形成することができる。

前記ＰＶＡは、ポリ酢酸ビニルを鹸化することにより得られるものであるが、アセチル基が数１０％残存している部分鹸化ＰＶＡからアセチル基が数％しか残存していない完全ＰＶＡまでさまざまな鹸化ＰＶＡを使用することができる。ＰＶＡの分子量に制限はなく、たとえば、重合度が３００から数千の範囲にあるものを使用することができる。

金属アルコキシドは、一般式Ｍ（ＯＲ）_ｎで表される化合物である。ここで、Ｍは、Ｔｉ、ＡＬ、Ｚｒ等の金属またはＳｉを示し、Ｒは、ＣＨ₃基、Ｃ_２Ｈ_５基等のアルキル基を示している。ｎは、元素Ｍの価数を示している。金属アルコキシドとしては、たとえば、テトラエトキシシラン〔Ｓｉ（ＯＣ_２Ｈ_５）_４〕、トリイソプロポキシアルミニウム〔ＡＬ（Ｏ－２’－Ｃ_３Ｈ_７）_３〕などがあげられ、中でもテトラエトキシシラン、トリイソプロポキシアルミニウムは加水分解後、水を含んだ溶液中で比較的安定に存在することができる。

金属アルコキシドとしてアルコキシシランを使用する場合、このアルコキシシランとしては、たとえば、Ｓｉ（ＯＲ^１）_４またはＲ^２Ｓｉ（ＯＲ^３）_３で表される化合物またはそれらの混合物を使用することができる。ここで、Ｒ^１およびＲ^３はＣＨ_３基、Ｃ_２Ｈ_５基、Ｃ_２Ｈ_４ＯＣＨ_３基などの加水分解性基を示し、Ｒ^２は有機官能基を示している。

また本発明に係る高密度ポリエチレンフィルムとバリア層との間には、アンカーコート剤を含有する密着層を設けてもよい。密着層は、高密度ポリエチレンフィルムと金属酸化物からなるバリア層との密着性向上と、フィルムの平滑性を向上して後工程の蒸着層の欠陥を低減することができる。密着層の材質としては、例えば、ポリエステル系ポリウレタン樹脂、ポリエーテル系ポリウレタン樹脂などが挙げられる。中でも、耐熱性及び層間接着強度の観点から、ポリエステル系ポリウレタン樹脂が好ましい。

密着層の厚さは特に限定されないが、０．０５～２μｍの範囲であることが好ましい。薄すぎる膜厚では、密着性の向上が期待できず、厚い場合には積層体の再利用時の不純物が増加する。

本発明に用いることのできるシーラント層としては、密度０．９１０～０．９２０ｇ／ｃｍ^３の直鎖状低密度ポリエチレンを用いることができ、シーラント層の厚みは１００～１５０μｍが好ましい。密度が０．９１０ｇ／ｃｍ^３よりも小さくなるとフィルムがブロッキングしやすくなり、密度が０．９２０ｇ／ｃｍ^３よりも大きくなると、融点が上昇し、積層した高密度ポリエチレンとの融点が近づいて包装体として製袋することが困難になってくる。また、シーラントの厚みは、薄くなると液体などの内容物に対する包装体として強度が不足し、厚くなると包装体としてヒートシールが困難となる。

本発明からなる積層体は、ドライラミネート法やノンソルラミネート法などのラミネート法により、バリアフィルム層とシーラント層とを積層・接着することで製造することができる。接着剤層を形成する接着剤は、接着方法に合わせて選定することができるが、ウレタン系接着剤、ポリエステル系接着剤などを用いることができる。

本発明に係る口栓付きスタンディングパウチの側壁用積層体と底用積層体は、同一の構成であっても、異なるものであってもよい。内容物の種類や重量などによって調整することができる。

また、本発明からなる積層体のバリアフィルム層上には、文字情報や図柄などの印刷を行ってよく、グラビア印刷、フレキソ印刷などが可能である。

本発明に係るスパウトとキャップからなる口栓は、高密度ポリエチレンを用いることができる。これにより本包装体全体の再利用性が得られる。また、高密度ポリエチレンとしては、密度０．９６／ｃｍ^３以下かつＭＦＲ５ｇ／１０ｍｉｎ以上が好ましい。密度が０．９６／ｃｍ^３よりも大きくなると高密度ポリエチレンの融点が高くなるためヒートシール性が低下する。また、ＭＦＲが５ｇ／１０ｍｉｎより小さくなると、樹脂の溶融時の流動性が低下し、生産性が低下するため好ましくない。また、口栓は、射出成型や圧縮成形などの公知の成型方法で成型することができる。

以下実施例に基づき、さらに詳細に説明する。

本発明に係る口栓付きスタンディングパウチの側壁用積層体および底用積層体を以下の通り作製した。

バリアフィルム層の基材として、密度０．９６０ｇ／ｃｍ^３、厚み３０μｍの高密度ポリエチレンフィルムを用いた。

バリア層の密着層は、以下の手順で調製した。
［塗液１］：三井化学（株）製接着剤溶液（ポリエステル系ポリウレタン樹脂溶液）
主剤：タケラックＡ－５２５（内ウレタン樹脂の前駆体５０質量％、酢酸エチル５０質量％）
硬化剤：タケネートＡ－５２（内ウレタン樹脂の硬化剤５５質量％、酢酸エチル４５質量％）
溶媒：酢酸エチル
これらをＡ－５２５：Ａ－５２：酢酸エチル＝９：１：１６５（固形分濃度３質量％）で配合した。

ガスバリア皮膜層は、以下の手順で調製した。
［塗液２］：
（ａ）テトラエトキシシラン（Ｓｉ（ＯＣ_２Ｈ_５）_４；以下、ＴＥＯＳと略記）１７．９ｇとメタノール１０ｇに０．１Ｎ塩酸７２．１ｇを加えて３０分間攪拌して加水分解させた固形分５％（重量比ＳｉＯ₂換算）の加水分解溶液。

（ｂ）ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）の５％（重量比）、水／メタノール＝９５／５（重量比）溶液。

（ｃ）１，３，５－トリス（３－トリメトキシシリルプロピル）イソシアヌレートを水／イソプロピルアルコール＝１／１溶液で固形分５％（重量比Ｒ^２Ｓｉ（ＯＨ）_３換算）に調製した加水分解溶液。

上記（ａ）～（ｃ）溶液の配合比率を、ａ液／ｂ液／ｃ液＝７０／２０／１０（固形分重量比率）となるように混合し、［塗液２］を得た。

前記高密度ポリエチレンフィルムのコロナ処理面側に、グラビアコート機を用いて、前記塗液１をグラビアロールコート法にて張力７０Ｎ／ｍ、乾燥温度６０℃にて塗工し、ポリウレタン樹脂を０．１ｇ／ｍ^２の塗布量として硬化させた。

次に蒸着層として電子ビーム式真空蒸着法により、酸素を導入しながらアルミを蒸発させ、厚み１０ｎｍのＡｌＯｘ蒸着膜を形成した。次いで前記塗液２を、張力６０Ｎ／ｍ、乾燥温度７０℃の条件でコーティング加工を順次行った。

これにより密着層（０．１ｇ／ｍ²）／ＡｌＯｘ層（１０ｎｍ）／ガスバリア皮膜層（０．３ｇ／ｍ^２）からなる透明なガスバリア積層体を得た。

得られたバリアフィルムは、高密度ポリエチレンフィルムの密度、厚みによらず、酸素透過度０．７ｃｃ／ｍ^２・ｄａｙ・ＭＰａ、水蒸気透過度４．５ｇ／ｍ^２・ｄａｙであった。

次いで、シーラント層として密度０．９１５ｇ／ｃｍ^３、厚み１３０μｍの直鎖状低密度ポリエチレンフィルムを用い、ノンソルラミネート法によりラミネートした。接着剤としてＡＤＮ－３６９ＡＦ：ＡＤＮ－３６９Ｂ＝３：１（東洋モートン社製）を用い、塗布
量１．８ｇ／ｍ^２（ウェット）とした。以上の工程にて、積層体を得た。

次いで表１に示した密度およびＭＦＲの高密度ポリエチレンを用いてスパウトおよびキャップからなる口栓を射出成形によって用意した。

積層体とスパウトとをシール圧０．２ＭＰａ、シール時間０．３秒として表１に示したヒートシール温度でヒートシールし、ヒートシール強度を測定した。結果を表１中に示した。ヒートシール強度は、試験片を幅１５ｍｍとして、引張速度３００ｍｍ／ｍｉｎの９０°剥離の条件で測定した。

また、前記スパウトと前記積層体を用いて縦２３５ｍｍ、横１３０ｍｍの口栓付きスタンディングパウチを作製した。耐圧試験は、作製した口栓付きスタンディングパウチに常温で水１３０ｍＬを充填し、８０ｋｇの荷重をかけて１分間保持し、破袋した袋の数を数えた。

また、同サイズの口栓付きスタンディングパウチに水１３０ｍＬを充填後、５℃下で２４時間保存後、１．２ｍの高さからコンクリート床面に対して口栓付きスタンディングパウチの底部を下にして３回落下、その後口栓付きスタンディングパウチの側面を下にして３回落下させ、破袋した袋の数を数えることで、落下試験とした。

耐圧試験は５袋、落下試験は２５袋を実施し、破袋数／実施数として表１に結果を示した。

表１に示した結果から、比較例１ではヒートシール強度が安定する範囲が狭く、製袋適性が低いのに対し、実施例１、実施例２では、ヒートシール強度が安定して、製袋適性が広いことがわかる。

Claims

２枚の側壁用積層体と１枚の２つ折りした底用積層体からなり、周縁がシールされているスタンディングパウチの、パウチ本体部の上辺にスパウトとキャップからなる口栓を設けた口栓付きスタンディングパウチであって、前記側壁用積層体および前記底用積層体とが、
少なくともバリアフィルム層、接着剤層、シーラント層とがこの順に積層されてなり、前記バリアフィルム層が、密度０．９４０～０．９８０ｇ／ｃｍ^３の高密度ポリエチレンからなる厚さ２０～４０μｍのフィルムと前記フィルム上に形成されたバリア層とからなり、前記シーラント層が、密度０．９１０～０．９２０ｇ／ｃｍ^３の直鎖状低密度ポリエチレンからなる厚さ１００～１５０μｍのフィルムからなり、
前記口栓が、密度０．９６ｇ／ｃｍ^３以下、ＭＦＲ５ｇ／１０ｍｉｎ以上の高密度ポリエチレンからなることを特徴とする口栓付きスタンディングパウチ。