JP7684966B2 - 水溶性フィルムおよび包装体 - Google Patents
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Description
本発明者らは、上記XPSによる各種元素の詳細分析の知見に基づき、鋭意検討を重ねた結果、水溶性フィルムの片面もしくは両面の表面部をX線光電子分光分析で分析することで得られる、全炭素結合中のカルボニルの存在割合を特定の範囲に調整することにより、上記課題が達成されることを見出し、当該知見に基づいてさらに検討を重ねて本発明を完成させた。
[1]
ポリビニルアルコール樹脂を含有し、X線光電子分光分析により得られる全炭素結合中のカルボニルの存在割合が1から5%である表面を少なくとも片面に有し、かつ10℃の水への完溶時間が120秒以下である水溶性フィルム、
に関する。
さらに本発明は、
[2]
前記全炭素結合中のカルボニルの存在割合が前記範囲である表面において、さらに前記カルボニルの存在割合に対するX線光電子分光分析により得られる炭素-炭素一重結合の存在割合の比(C―C/C=O)が10から50である上記[1]に記載の水溶性フィルム、
[3]
前記全炭素結合中のカルボニルの存在割合が前記範囲である表面において、X線光電子分光分析により得られる全元素中に占める炭素の存在割合が50から70%であり、酸素の存在割合が20から35%であり、かつ酸素に対する炭素の比率(C/O)が1.5から3.5である上記[1]または[2]に記載の水溶性フィルム、
[4]
前記全炭素結合中のカルボニルの存在割合が前記範囲である表面が表面改質されている上記[1]から[3]のいずれかに記載の水溶性フィルム、
および、
[5]
前記表面改質が、紫外線処理、オゾン処理、コロナ処理、プラズマ処理のいずれかの方法による上記[4]に記載の水溶性フィルム、
に関する。
[6]
前記[1]から[5]のいずれかに記載の水溶性フィルムが薬剤を収容している包装体、
[7]
前記薬剤が農薬または洗剤である、上記[6]に記載の包装体、
[8]
前記薬剤が液体状である、上記[6]または[7]に記載の包装体、
および
[9]
前記全炭素結合中のカルボニルの存在割合が1から5%である表面が薬剤と接触するように薬剤を収納した上記[6]から[8]のいずれかに記載の包装体、
に関する。
本発明において、水溶性フィルム表面の元素の量は、XPSにより測定される。XPS測定とは、試料表面にX線を照射することにより原子の内殻電子を励起し、それにより放出された光電子の運動エネルギーを検出することによって、試料表面に存在する元素の同定および定量や、化学結合状態の分析を行うものである。XPS分析では表面から約2から8nmの深さに存在する元素を測定することができる。
開:2007-302740号公報)
上記各結合に帰属されるピークは、C1sを詳細に分析(ナロースキャン)することにより得られる。ナロースキャンとは、高いエネルギー分解能条件で狭い範囲のエネルギー範囲を走査する分析方法で、ピーク位置とピーク形状から分析対象の元素の化学状態を特定することができる。
C=Oの存在割合は1.5%以上であることが好ましく、2.0%以上であることがより好ましく、2.5%以上であることがさらに好ましい。またC=Oの存在割合は4.5%以下であることが好ましく、4.0%以下であることがさらに好ましく、3.5%以下であることが特に好ましい。
近年使用量が増加傾向にある、3枚以上の水溶性フィルムを使用し、各フィルムの間に薬剤を包装する形態の包装体の場合、フィルムの両面に薬剤が接触するフィルムについては、両面の表面部のC=Oの存在割合が1から5%を示すことが好ましい。
C-Cの存在割合はC=Oの存在割合と同様、C1sピークを上述のナロースキャンにより詳細に分析し、上述した自動波形分離フィッティングにより、C1sピークに占める炭素-炭素一重結合に帰属されるピークの割合を求め、その割合(%)をC-Cの存在割合とした。このC-Cの存在割合をC=Oの存在割合で除した値をC―C/C=Oとした。
ここで冷水溶解性とは温度10℃の水への溶解性である。
なお、通常、PVAフィルムの表面をXPS測定した場合、測定される元素は、PVAや後述するような可塑剤、添加剤等に起因するものである。すなわち、PVAフィルムに含まれる可塑剤、添加材等の種類によっては、上記の炭素、窒素、酸素、フッ素、ナトリウム、ケイ素、リンおよび硫黄以外の元素も測定され得るが、本発明においては、上記測定された全元素の合計量に対する炭素元素の割合、酸素元素の割合をそれぞれ、炭素の存在割合(%)、酸素の存在割合(%)とした。
また酸素に対する炭素の比率(以下、C/Oと略する場合がある)とは、上記の炭素の存在割合を、酸素の存在割合で除した値である。
酸素の存在割合が20%未満である場合、冷水溶解性が低下する傾向があり、35%を超える場合は、耐酸化劣化性が低下する傾向がある。全元素中に占める酸素の存在割合は22.5から32.5%であることがより好ましく、25から30%であることがさらに好ましい。
さらに、C/Oが1.5未満である場合、または3.5を超える場合、耐酸化劣化性が不良になる傾向がある。C/Oは、より好適には1.7から3.3、さらに好適には1.9から3.1である。
なお、本発明の水溶性フィルムのC=Oの存在割合が1から5%である面において、炭素および酸素以外の元素、すなわち、窒素、フッ素、ナトリウム、ケイ素、リン、硫黄の元素の存在割合は合計で0.1から30%である。
(1)耐酸化劣化性の観点から、該表面のC―C/C=Oが10から50、より好ましくは10から20であること、および
(2)冷水溶解性または耐酸化劣化性の観点から、該表面の全元素中に占める炭素の存在割合が50から70%であり、かつ酸素の存在割合が20から35%であり、かつ酸素に対する炭素の比率(C/O)が1.5から3.5であること
の両方を満たすことが好ましい。
<1> 水溶性フィルムを20℃-65%RHに調整した恒温恒湿器内に、16時間以上置いて調湿する。
<2> 調湿した水溶性フィルムから、長さ40mm×幅35mmの長方形のサンプルを切り出した後、長さ35mm×幅23mmの長方形の窓(穴)が開口した50mm×50mmのプラスチック板2枚の間に、サンプルの長さ方向が窓の長さ方向に平行でかつ窓がサンプルの幅方向のほぼ中央に位置するように挟み込んで固定する。
<3> 500mLのビーカーに300mLの脱イオン水を入れ、回転数280rpmで3cm長のバーを備えたマグネティックスターラーで攪拌しつつ、水温を10℃に調整する。
<4> 上記<2>においてプラスチック板に固定したサンプルを、マグネティックスターラーのバーに接触させないように注意しながら、ビーカー内の脱イオン水に完全に浸漬する。
<5> 脱イオン水に浸漬してから、脱イオン水中に分散したサンプル片が目視にて完全に消失するまでの時間を測定する。
上記の方法で測定される完溶時間はサンプルの厚みに依存するが、本明細書においては厚みに関係なく上記大きさのサンプルが完全に溶解するまでを完溶時間とした。
本発明の水溶性フィルムはPVAを含有する。PVAとしては、ビニルエステルモノマーを重合して得られるビニルエステル重合体をけん化することにより製造されたものを使用することができる。ビニルエステルモノマーとしては、例えば、ギ酸ビニル、酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、バレリン酸ビニル、ラウリン酸ビニル、ステアリン酸ビニル、安息香酸ビニル、ピバリン酸ビニル、バーサティック酸ビニル等を挙げることができ、これらの中でも酢酸ビニルが好ましい。
Po = ([η]×104/8.29)(1/0.62)
本発明の水溶性フィルムは、可塑剤を含まない状態では他のプラスチックフィルムに比べ剛直であり、衝撃強度等の機械的物性や二次加工時の工程通過性などが問題になることがある。それらの問題を防止するために、本発明の水溶性フィルムには可塑剤を含有させることが好ましい。好ましい可塑剤としては多価アルコールが挙げられ、具体的には、例えば、エチレングリコール、グリセリン、ジグリセリン、プロピレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、テトラエチレングリコール、トリメチロールプロパン、ソルビトール等の多価アルコールなどを挙げることができる。これらの可塑剤は1種を単独で使用しても2種以上を併用してもよい。これらの可塑剤の中でも、フィルム表面へのブリードアウトがしにくいなどの観点から、エチレングリコールまたはグリセリンが好ましく、グリセリンがより好ましい。
水溶性フィルムに機械的強度を付与し、該フィルムを取り扱う際の耐湿性を維持し、あるいは該フィルムを溶解する際の水の吸収による柔軟化の速度を調節することなどを目的として、本発明のフィルムに澱粉および/またはPVA以外の水溶性高分子を含有させてもよい。
水溶性フィルムの製膜において、その取り扱い性や、また水溶性フィルムを製造する際の製膜装置からの剥離性の向上などの観点から水溶性フィルムに界面活性剤を添加することが好ましい。また水溶性フィルムに適当な界面活性剤を添加することで、本発明の水溶性フィルム表面のC=Oの存在割合、および必要に応じてさらにC-C/C=O、炭素の存在割合、酸素の存在割合、C/Oを所望の範囲にすることができる。界面活性剤の種類としては、アニオン系界面活性剤、ノニオン系界面活性剤などが例示できる。
界面活性剤は1種を使用しても、2種以上を併用してもよい。
また、PVAと適度な親和性を有する界面活性剤は、製膜時にPVAフィルムの表面に集まりやすい傾向がある。したがって、界面活性剤の種類、量を調整することにより、フィルム表面におけるC=Oの存在割合などを制御することが可能である。
PVAと適度な親和性を有する界面活性剤の例としては、ノニオン系界面活性剤が好ましく、特にアルカノールアミド型の界面活性剤がより好ましく、脂肪族カルボン酸(例えば、炭素数8から30の飽和または不飽和脂肪族カルボン酸など)のジアルカノールアミド(例えば、ジエタノールアミド等)がさらに好ましい。さらに、対応するアルカノールアミンを少量含有するジアルカノールアミドは、水溶性フィルム中の界面活性剤の分散状態を調整しやすいため、好適に用いられる。
本発明の水溶性フィルムは、可塑剤、澱粉、PVA以外の水溶性高分子、界面活性剤以外に、水分、酸化防止剤、紫外線吸収剤、滑剤、架橋剤、着色剤、充填剤、防腐剤、防黴剤、他の高分子化合物などの成分を、本発明の効果を妨げない範囲で含有してもよい。PVA、可塑剤、澱粉、PVA以外の水溶性高分子、界面活性剤の各質量の合計値が本発明の水溶性フィルムの全質量に占める割合は、60から100質量%の範囲内であることが好ましく、80から100質量%の範囲内であることがより好ましく、90から100質量%の範囲内であることがさらに好ましい。
本発明において、水溶性フィルムの製膜方法に特に制限はなく、PVAに溶媒、添加剤等を加えて均一化させた製膜原液を使用して、流延製膜法、湿式製膜法(貧溶媒中への吐出)、乾湿式製膜法、ゲル製膜法(製膜原液を一旦冷却ゲル化した後、溶媒を抽出除去し、PVAフィルムを得る方法)、あるいはこれらの組み合わせにより製膜する方法や押出機などを使用して上記製膜原液を得てこれをTダイなどから押出すことにより製膜する溶融押出製膜法やインフレーション成形法など、任意の方法により製膜することができる。これらの中でも流延製膜法および溶融押出製膜法が、均質なフィルムを生産性よく得ることができるため好ましい。以下、水溶性フィルムの流延製膜法または溶融押出製膜法について説明する。
製膜原液の揮発分率(質量%)={(Wa-Wb)/Wa}×100
(式中、Waは製膜原液の質量(g)を表し、WbはWa(g)の製膜原液を105℃の電熱乾燥機中で16時間乾燥した時の質量(g)を表す。)
したがって、製膜時における乾燥条件の調整も、フィルム表面におけるC=Oの存在割合などを制御する方法の一つである。
製膜時における乾燥条件はフィルムの生産速度に影響し、界面活性剤などの使用原料を制約する可能性がある。したがって、フィルム表面におけるC=Oの存在割合を本発明の範囲内とするするためには、製膜時の乾燥条件の調整だけでなく、後述のように、製膜したフィルムに表面改質を施す方法と併用することが好ましい。
フィルム表面におけるC=Oの存在割合を本発明の範囲内に調整しやすいという観点から熱風中の水分量は4から90g/m3であることが好ましく、5から70g/m3であることがより好ましく、6から50g/m3であることがさらに好ましい。
放電量(W・分/m2) = 出力(W/m)/処理速度(m/分) (1)
本発明の水溶性フィルムは、冷水溶解性と耐酸化劣化性のバランスに優れ、各種水溶性フィルムの用途に好適に使用することができる。このような水溶性フィルムとしては、例えば、薬剤包装用フィルム、液圧転写用ベースフィルム、刺繍用基材フィルム、人工大理石成形用離型フィルム、種子包装用フィルム、汚物収容袋用フィルムなどが挙げられる。これらの中でも、本発明の効果がより顕著に奏されることから、本発明の水溶性フィルムは薬剤包装用フィルムとして使用されるのが好ましく、中でも酸化性のある薬剤包装用フィルムとして使用されるのがより好ましい。
フィルムを5mm×5mmのサイズに裁断し、導電性両面テープを介して、測定台座にセットする。測定にあたっては、フィルム両面を測定した。XPSは下記測定条件で各サンプルを測定した。
解析ソフト:Multi Pack ver9.0(ULVAX-PHI.INC.)
X線源:単色化AlKα(1486.6eV)
X線ビーム径:100μmφ(25W、15kV)
測定範囲:100μm×300μm
信号の取り込み角:45°
帯電中和条件:中和電子銃、Ar+イオン銃
真空度:1×10-6Pa
なお、以下の実施例および比較例では、以下の元素を測定した。
測定元素:C1s、N1s、O1s、F1s、Na1s、Si2p、P2p、S2p
前記方法により、水溶性フィルムの10℃の脱イオン水中での完溶時間を求めた。
11cm×16cmの水溶性フィルムを2枚切り出し、3方シール(シール幅5mm)にて袋(10cm×15cm)を作成した。この袋に、過炭酸ナトリウムを主成分とする液体漂白剤35gを入れた後、残る一方を熱シールして密封することにより、内部に薬剤を有する包装体を得た。アルミニウムの表面にポリエチレンをラミネートしたフィルム(以下、アルミニウムラミネートフィルムと略記する)を用いて、上記で得られた包装体の外側を包んだ後、熱シールして密封することにより2重包装体を作成した。
長期保存テストの促進試験として、上記の2重包装体を40℃の恒温器中に3週間放置した後、以下の基準にて、水溶性フィルムの着色を目視評価した。
A:着色は認められず
B:わずかに黄色く着色
C:明らかに黄色く着色
ポリ酢酸ビニルをけん化することにより得られたPVA(けん化度88モル%、重合度1700)100質量部、可塑剤としてグリセリン20質量部、界面活性剤として、ラウリン酸ジエタノールアミンを不純物として10質量%含むラウリン酸ジエタノールアミド0.05質量部、および水からなる、揮発分率60質量%の製膜原液を調整した。表面温度100℃に調整した第1乾燥ロールの上に、製膜原液をろ過したものを膜状に吐出し、第1乾燥ロール上で、第1乾燥ロールの非接触面の全体に、水分量が24.9g/m3である85℃の熱風を5m/秒の速度で吹き付けて乾燥した。次いで第1乾燥ロールから剥離して、後続の最初の乾燥ロール(以下、第2乾燥ロールと称する)の表面に、製膜原液の膜の第1乾燥ロールと接触していた面とは異なる他方の面を接触させ乾燥させた。以後、製膜原液の膜の一方の面と他方の面とが、第2乾燥ロールを含めた6個の乾燥ロール(以下、順次、第3乾燥ロール、第4乾燥ロールとし、最後の乾燥ロールは第7乾燥ロールと称する)に順次、交互に接触するように乾燥を行い、フィルムを得た。第2乾燥ロールおよびその後続の乾燥ロールの表面温度は全て90℃であった。得られたフィルムの両面をさらに交互に表面温度が90℃の複数の熱処理ロールへ30秒間接触させて熱処理を行い、ポリ塩化ビニル製のパイプに巻き取って、水溶性フィルム(厚み35μm、長さ[フィルムの流れ方向]1200m)を得た。
このフィルムの完溶時間(冷水溶解性)は88秒、耐酸化劣化性評価の結果はAであった。
製膜原液の組成、製膜条件、得られた水溶性フィルムのXPS分析結果および評価結果を表1にまとめた。なお第1乾燥ロールに接触した面を表面1、反対側の面を表面2と称した。
PVAを、ポリ酢酸ビニルをけん化することにより得られたマレイン酸メチル(MA)変性PVA(けん化度99モル%、重合度1700、MA変性度5モル%)に変更した以外は実施例1と同様にして、水溶性フィルムを得た。この水溶性フィルムのXPS分析結果、完溶時間(冷水溶解性)、および耐酸化劣化性評価の結果を表1に示す。
実施例2で得たフィルムの一部を巻き出して、コロナ処理装置にてその両面を、250W・分/m2(実施例3)および350W・分/m2(実施例4)の条件で処理した後に巻き取った。この水溶性フィルムのXPS分析、完溶時間(冷水溶解性)、および耐酸化劣化性評価の結果を表1に示す。
界面活性剤の量を、0.2質量部とした以外は実施例1と同様にして、水溶性フィルムを得た。この水溶性フィルムのXPS分析、完溶時間(冷水溶解性)、および耐酸化劣化性評価の結果を表1に示す。
実施例1で得たフィルムの一部を巻き出して、コロナ処理装置にてその両面を、410W・分/m2の条件で処理した後に巻き取った。この水溶性フィルムのXPS分析、完溶時間(冷水溶解性)、および耐酸化劣化性評価の結果を表1に示す。
界面活性剤を、ポリオキシエチレンドデシルエーテル(ポリオキシエチレンの縮合度が4を中心とした1から10の範囲)に変更した以外は実施例1と同様にして、水溶性フィルムを得た。この水溶性フィルムのXPS分析、完溶時間(冷水溶解性)、および耐酸化劣化性評価の結果を表1に示す。
PVAを、ポリ酢酸ビニルをけん化することにより得られたPVA(けん化度99モル%、重合度1700)に変更した以外は実施例1と同様にして、水溶性フィルムを得た。この水溶性フィルムのXPS分析、完溶時間(冷水溶解性)、および耐酸化劣化性評価の結果を表1に示す。
第1乾燥ロールの表面温度を115℃に、第1乾燥ロール非接触面の全体に吹き付ける熱風に含まれる水分量を0.5g/m3に、さらに第2乾燥ロールおよびその後続の乾燥ロールの表面温度を115℃に変更した以外は実施例1と同様にして、水溶性フィルムを得た。この水溶性フィルムのXPS分析、完溶時間(冷水溶解性)、および耐酸化劣化性評価の結果を表1に示す。
Claims (9)
- ポリビニルアルコール樹脂を含有し、X線光電子分光分析により得られる全炭素結合中のカルボニルの存在割合が1から5%である表面を少なくとも片面に有し、かつ10℃の水への完溶時間が120秒以下である水溶性フィルム。
- 前記全炭素結合中のカルボニルの存在割合が前記範囲である表面において、さらに前記カルボニルの存在割合に対するX線光電子分光分析により得られる炭素-炭素一重結合の存在割合の比(C―C/C=O)が10から50である請求項1に記載の水溶性フィルム。
- 前記全炭素結合中のカルボニルの存在割合が前記範囲である表面において、X線光電子分光分析により得られる全元素中に占める炭素の存在割合が50から70%であり、酸素の存在割合が20から35%であり、かつ酸素に対する炭素の比率(C/O)が1.5から3.5である請求項1または2に記載の水溶性フィルム。
- 前記全炭素結合中のカルボニルの存在割合が前記範囲である表面が表面改質されている請求項1から3のいずれか1項に記載の水溶性フィルム。
- 前記表面改質が、紫外線処理、オゾン処理、コロナ処理、プラズマ処理のいずれかの方法による請求項4に記載の水溶性フィルム。
- 請求項1から5のいずれか1項に記載の水溶性フィルムが薬剤を収容している包装体。
- 前記薬剤が農薬または洗剤である、請求項6に記載の包装体。
- 前記薬剤が液体状である、請求項6または7に記載の包装体。
- 前記全炭素結合中のカルボニルの存在割合が1から5%である表面が薬剤と接触するように薬剤を収納した請求項6から8のいずれか1項に記載の包装体。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2020111937 | 2020-06-29 | ||
| JP2020111937 | 2020-06-29 | ||
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Publications (3)
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