JP6681521B1 - 水添ブロック共重合体 - Google Patents
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Abstract
Description
プラスチック製の輸液バッグとしては、軟質塩化ビニル樹脂製のものや、ポリエチレンやポリプロピレン等のポリオレフィン製のものが用いられている。軟質塩化ビニル樹脂製の輸液バッグは、柔軟性を付与するために多量の可塑剤を含有させるため、輸液の種類によっては可塑剤が輸液中に溶出するおそれがあり、安全面での問題が指摘されている。また、医療用具は使い捨てされるため、軟質塩化ビニル樹脂製の輸液バッグも使用後には焼却されるが、軟質塩化ビニル樹脂に起因する有毒ガスが発生するという問題がある。また、ポリエチレンやポリプロピレン等のポリオレフィン製の輸液バッグは可塑剤を含まないために衛生面で好ましいものの、柔軟性が低く、且つ耐衝撃性が不十分であるため、取り扱い性の点で充分とはいえない。
そこで、本発明の課題は、医療用の液体包装容器として重要な高い破袋強度を有する液体包装容器用フィルムに好適な水添ブロック共重合体を提供することにある。また、本発明は、前記水添ブロック共重合体を含有する樹脂組成物、これを用いた液体包装容器用フィルム、液体包装容器、及び医療用具を提供することにある。
[1] 芳香族ビニル化合物由来の構造単位を主体とする重合体ブロック(A1)及び(A2)と、共役ジエン化合物由来の構造単位を主体とする重合体ブロック(B)及び(C)とを含有し、前記重合体ブロック(A1)と(A2)との間に前記重合体ブロック(B)及び(C)の少なくとも一方が存在するブロック共重合体の水素添加物であり、前記重合体ブロック(A1)及び(A2)の合計含有量が5〜30質量%であり、前記重合体ブロック(B)の3,4−結合及び1,2−結合の含有量が1〜40モル%であり、前記重合体ブロック(C)の3,4−結合及び1,2−結合の含有量が50〜100モル%であり、前記重合体ブロック(B)及び(C)の合計に対する前記重合体ブロック(C)の質量比[(C)/(B)+(C)]が26/100〜63/100である、水添ブロック共重合体。
[3] 前記重合体ブロック(A1)及び(A2)と、前記重合体ブロック(B)及び(C)とが、(A1)−(B)−(A2)−(C)の順に存在する、[1]又は[2]に記載の水添ブロック共重合体。
[4] 重量平均分子量が60,000〜500,000である、[1]〜[3]のいずれか1項に記載の水添ブロック共重合体。
[5] [1]〜[4]のいずれか1項に記載の水添ブロック共重合体(X)及びポリプロピレン系樹脂(Y)を含有する樹脂組成物(Z)であり、水添ブロック共重合体(X)とポリプロピレン系樹脂(Y)とが、下記条件を満たす樹脂組成物。
<条件>
水添ブロック共重合体(X)30質量部とポリプロピレン系樹脂(Y)70質量部とを、230℃、せん断速度30〜150s−1の条件下で混練した際に、水添ブロック共重合体(X)が分散相となる海島構造を形成し、その分散相の大きさが0.1μm以上1.0μm以下である。
[6] [1]〜[4]のいずれか1項に記載の水添ブロック共重合体(X)及びポリプロピレン系樹脂(Y)を含有する樹脂組成物(Z)であり、水添ブロック共重合体(X)とポリプロピレン系樹脂(Y)との合計に対するポリプロピレン系樹脂(Y)の質量比[(Y)/{(X)+(Y)}]が61/100〜95/100である樹脂組成物。
[8] [5]〜[7]のいずれか1項に記載の樹脂組成物からなる、液体包装容器用フィルム。
[9] [8]に記載の液体包装容器用フィルムを用いた液体包装容器。
[10] 内層と外層とを有する少なくとも2層以上の構造の液体包装容器用フィルムからなる液体包装容器であって、
前記内層が前記樹脂組成物(Z)からなり、
前記外層がプロピレン由来の構造単位の含有量が60モル%以上であるポリプロピレン系樹脂(Y’)を60質量%以上含有する樹脂組成物(P)からなる、[9]に記載の液体包装容器。
前記内層と中間層のいずれか又は両方が前記樹脂組成物(Z)からなり、
前記外層がプロピレン由来の構造単位の含有量が60モル%以上であるポリプロピレン系樹脂(Y’)を60質量%以上含有する樹脂組成物(P)からなる、[9]に記載の液体包装容器。
[13] 前記内層を構成する樹脂成分の融点MPinと、前記中間層を構成する樹脂成分の融点MPmidが、下記式
MPin<MPmid
を満たす、[11]又は[12]に記載の液体包装容器。
[14] 前記内層を構成する樹脂組成物(Z)の融点MPZと、前記外層を構成する樹脂組成物(P)の融点MPpが、下記式(2)
0<MPp−MPZ≦50 式(2)
を満たす、[10]〜[13]のいずれか1項に記載の液体包装容器。
[15] [9]〜[14]のいずれか1項に記載の液体包装容器からなる医療用具。
[水添ブロック共重合体]
本発明の水添ブロック共重合体は、芳香族ビニル化合物由来の構造単位を主体とする重合体ブロック(A1)及び(A2)と、共役ジエン化合物由来の構造単位を主体とする重合体ブロック(B)及び(C)とを含有し、前記重合体ブロック(A1)と(A2)との間に前記重合体ブロック(B)及び(C)の少なくとも一方が存在するブロック共重合体の水素添加物であり、前記重合体ブロック(A1)及び(A2)の合計含有量が5〜30質量%であり、前記重合体ブロック(B)の3,4−結合及び1,2−結合の含有量が1〜40モル%であり、前記重合体ブロック(C)の3,4−結合及び1,2−結合の含有量が50〜100モル%であり、前記重合体ブロック(B)及び(C)の合計に対する前記重合体ブロック(C)の質量比[(C)/(B)+(C)]が26/100〜63/100である。
本発明の水添ブロック共重合体は、前述のとおり、前記重合体ブロック(A1)と(A2)との間に前記重合体ブロック(B)及び(C)の少なくとも一方が存在するブロック共重合体の水素添加物であるため、前記水添ブロック共重合体とポリオレフィン系樹脂とを混合した樹脂組成物中において、前記水添ブロック共重合体が微細な分散径の相を形成する。そして、微細な分散径の相を有する場合、この樹脂組成物を用いたフィルムは界面剥離やフィルム破断よりも凝集破壊が生じやすくなる結果、破袋強度が高くなる。
また、本発明の水添ブロック共重合体からなるシートと、ポリオレフィン系樹脂からなるシートとを熱融着した後の、該熱融着部分の引張せん断接着強さが上記破袋強度の指標となる場合がある。引張せん断接着強さは、例えばJIS K 6850(1999年)に準じて、水添ブロック共重合体からなる幅25mm、長さ10mm、厚さ0.3mmのシートを、2枚のポリプロピレン系樹脂からなる幅25mm、長さ40mm、厚さ3mmのシートではさんで、140℃、5分間、非加圧条件で熱融着させて得られるサンプルを、接着面(熱融着面)に対し平行に引張速度500mm/分で引っ張って測定される最大荷重を、接着面積(熱融着面積)で割った値を、引張せん断接着強さ(MPa)としてもよい。上記引張せん断接着強さ(MPa)が4.5MPa以下であることが好ましく、1.5〜4.5MPaがより好ましく、2〜4MPaが更に好ましい。この場合、水添ブロック共重合体とポリオレフィン系樹脂とを含む樹脂組成物からなるフィルムの破袋強度がより高くなる。
上記指標に用いるポリオレフィン系樹脂としては、例えばMFR5.8g/10分(230℃、21.6N)、融点130℃、プロピレン含有量90モル%のプロピレン−ブテンランダム共重合体であってもよい。
以下、本発明の水添ブロック共重合体が有する各重合体ブロックについて詳細に説明する。
本発明の水添ブロック共重合体は、芳香族ビニル化合物由来の構造単位を主体とする重合体ブロック(A1)及び(A2)を有する。
重合体ブロック(A1)及び(A2)が芳香族ビニル化合物以外の他の不飽和単量体由来の構造単位を含有している場合、その含有量は、重合体ブロック(A1)及び(A2)中に、それぞれ、10質量%以下であることが好ましい。
重合体ブロック(B)は、共役ジエン化合物由来の構造単位を主体とし、3,4−結合及び1,2−結合の含有量が1〜40モル%である重合体ブロックである。ここで言う「主体とする」とは、重合体ブロック(B)中に、共役ジエン化合物由来の構造単位を50質量%超含むことをいう。該重合体ブロック(B)中の共役ジエン化合物由来の構造単位の含有量は、重合体ブロック(B)中に、70質量%以上であることがより好ましく、90質量%以上であることが更に好ましい。
また、重合体ブロック(B)が2種以上の共役ジエン化合物(例えば、ブタジエンとイソプレン)由来の構造単位から構成されている場合は、それらの結合形態は特に制限はなく、ランダム、テーパー、完全交互、一部ブロック状、ブロック、又はそれらの2種以上の組合せからなることができる。
なお、本発明における「3,4−結合及び1,2−結合の含有量(ビニル結合量)」とは、水素添加前のブロック共重合体中の重合体ブロックにおける、3,4−結合、1,2−結合、及び1,4−結合の結合様式で組み込まれている共役ジエン化合物由来の構造単位の総モル量に対する、3,4−結合及び1,2−結合で組み込まれている共役ジエン化合物由来の構造単位の割合であり、後述する実施例に記載の方法により算出することができる。
重合体ブロック(B)が共役ジエン化合物以外の他の重合性の単量体由来の構造単位を含有している場合、その含有量は、重合体ブロック(B)中に30質量%以下であることが好ましく、10質量%以下であることがより好ましい。
重合体ブロック(C)は、共役ジエン化合物由来の構造単位を主体とし、3,4−結合及び1,2−結合の含有量が50〜100モル%である重合体ブロックである。ここで言う「主体とする」とは、重合体ブロック(C)中に、共役ジエン化合物由来の構造単位を50質量%超含むことをいう。該重合体ブロック(C)中の共役ジエン化合物由来の構造単位の含有量は、重合体ブロック(C)中に、70質量%以上であることがより好ましく、90質量%以上であることが更に好ましい。
また、重合体ブロック(C)が2種以上の共役ジエン化合物(例えば、ブタジエンとイソプレン)由来の構造単位から構成されている場合は、それらの結合形態は特に制限はなく、ランダム、テーパー、完全交互、一部ブロック状、ブロック、又はそれらの2種以上の組合せからなることができる。
重合体ブロック(C)が共役ジエン化合物以外の他の重合性の単量体由来の構造単位を含有している場合、その含有量は、重合体ブロック(C)中に30質量%以下であることが好ましく、10質量%以下であることがより好ましい。
本発明の水添ブロック共重合体は、前記重合体ブロック(B)及び(C)の合計に対する前記重合体ブロック(C)の質量比[(C)/(B)+(C)]が26/100〜63/100である。前記質量比が前記範囲内であると、上述した水添ブロック共重合体とポリプロピレン系樹脂との引張せん断接着強さが4.5MPa以下であり、且つ、これらからなる樹脂組成物中の水添ブロック共重合体の分散径が微細化するため、この樹脂組成物からなる層を有するフィルムは界面剥離やフィルム破断が生じにくくなり、結果として液体包装容器の破袋強度が向上する。前記重合体ブロック(C)の質量比が前記下限値より少ないと前記水添ブロック共重合体の分散径が微細化せず、前記上限値より多いとポリプロピレン系樹脂との引張せん断接着強さが上がりすぎてしまう問題がある。これらの観点から、質量比[(C)/(B)+(C)]は26/100〜60/100が好ましく、26/100〜56/100がより好ましく、27/100〜52/100が更に好ましく、27/100〜45/100がより更に好ましく、27/100〜40/100がより更に好ましく、27/100〜35/100が更に好ましい。また、特に液体包装容器の破袋強度を向上させる観点から、前記質量比[(C)/(B)+(C)]は26/100〜60/100が好ましく、26/100〜56/100がより好ましく、27/100〜52/100が更に好ましく、27/100〜45/100がより更に好ましく、27/100〜40/100がより更に好ましく、27/100〜35/100が更に好ましい。前記質量比[(C)/(B)+(C)]が前記範囲内であると、後述する樹脂組成物(Z)の耐衝撃性が向上し、破袋強度が向上する。
本発明の水添ブロック共重合体における重合体ブロック(B)及び(C)の水素添加率(以下、水添率と略称することがある。)は、耐熱性及び耐候性を向上させる観点から、80モル%以上が好ましく、85モル%以上がより好ましく、90モル%以上が更に好ましく、93モル%以上がより更に好ましい。水素添加率の上限値に特に制限はないが、上限値は99モル%であってもよく、98モル%であってもよい。
なお、上記の水素添加率は、重合体ブロック(B)及び(C)中の共役ジエン化合物由来の構造単位中の炭素−炭素二重結合の含有量を、水素添加の前後において、1H−NMRスペクトルを用いて算出した値であり、より詳細には実施例に記載の方法に従って測定した値である。本明細書において「重合体ブロック(B)及び(C)の水素添加率」は重合体ブロック(B)及び(C)のそれぞれの水素添加率の平均値を指す。
本発明の水添ブロック共重合体中の重合体ブロック(A1)及び(A2)の合計含有量は5〜30質量%である。重合体ブロック(A1)及び(A2)の合計含有量が前記下限値未満であると、本発明の水添ブロック共重合体のゴム弾性及び粘度が低下する。一方、前記合計含有量が前記上限値を超えると、本発明の水添ブロック共重合体とポリプロピレン系樹脂とを含む樹脂組成物から形成される層の柔軟性が低下する。これらの観点から、重合体ブロック(A1)及び(A2)の合計含有量は、7〜30質量%であることが好ましく、10〜28質量%であることがより好ましく、15〜25質量%であることが更に好ましい。なお、重合体ブロック(A1)及び(A2)の合計含有量は、1H−NMRスペクトルにより求めた値であり、より詳細には実施例に記載の方法に従って測定した値である。
また、本発明の水添ブロック共重合体中の前記重合体ブロック(C)の含有量は、10〜50質量%が好ましく、20〜45質量%がより好ましく、24〜42質量%が更に好ましい。前記重合体ブロック(C)の含有量が前記範囲内であると、ポリプロピレン系樹脂と水添ブロック共重合体との相容性が向上する。
本発明の水添ブロック共重合体は、前記重合体ブロック(A1)と(A2)との間に前記重合体ブロック(B)及び(C)の少なくとも一方が存在する。これにより、本発明の水添ブロック共重合体は、ペレット化可能な粘度と凝集力とを維持しつつ、水添ブロック共重合体の分散性を向上させることができる。分散性が向上すると、水添ブロック共重合体を含む樹脂組成物からなる液体包装容器の破袋強度が向上する。
なお、本発明の水添ブロック共重合体においては、前記重合体ブロック(A1)と(A2)との間に前記重合体ブロック(B)及び(C)の少なくとも一方が存在すれば、その結合形式は限定されず、直鎖状、分岐状、放射状、又はこれらの2つ以上が組合わさった結合様式のいずれでもよい。
重合体ブロック(A1)、(A2)、重合体ブロック(B)及び(C)の結合形式は直鎖状であることが好ましく、その例としては、重合体ブロック(A1)をA1、重合体ブロック(A2)をA2、重合体ブロック(B)をB、重合体ブロック(C)をCで表したときに、A1−B−A2−Cで示されるテトラブロック共重合体、A1−C−A2−Bで表されるテトラブロック共重合体、A1−B−C−A2で表されるテトラブロック共重合体等が挙げられ、これらの中でも、A1−B−A2−Cがこの順に存在するテトラブロック共重合体が、水添ブロック共重合体とポリプロピレン系樹脂との引張せん断接着強さを低く保ちつつ分散相の大きさを微細化させる観点で好ましい。
また、水添ブロック共重合体には、本発明の目的を損なわない範囲内で、重合体ブロック(A1)、重合体ブロック(A2)、重合体ブロック(B)及び重合体ブロック(C)以外の、他の重合性単量体からなる重合体ブロック(D)が存在していてもよいが、本発明の水添ブロック共重合体を用いた液体包装容器の破袋強度を向上させる観点から、前記重合体ブロック(A1)及び(A2)と、前記重合体ブロック(B)及び(C)との4つのブロックからなるテトラブロック共重合体が好ましい。
本発明の水添ブロック共重合体の重量平均分子量は、好ましくは60,000〜500,000であり、より好ましくは70,000〜400,000、更に好ましくは80,000〜300,000、より更に好ましくは90,000〜200,000、より更に好ましくは95,000〜160,000である。重量平均分子量が前記範囲内であると、機械強度が向上すると共に、成形加工性が向上する。
また、本発明の水添ブロック共重合体の分子量分布(Mw/Mn)に特に制限はないが、得られる樹脂組成物の機械強度の観点から、1.0〜1.4であることが好ましく、1.0〜1.2であることがより好ましく、1.00〜1.10であることが更に好ましく、1.00〜1.05であることが最も好ましい。なお、該分子量分布(Mw/Mn)は実施例に記載の方法に従って測定した値である。
水添ブロック共重合体は、溶液重合法、乳化重合法又は固相重合法等により製造することができる。中でも溶液重合法が好ましく、例えば、アニオン重合やカチオン重合等のイオン重合法、ラジカル重合法等の公知の方法を適用できる。中でも、アニオン重合法が好ましい。アニオン重合法では、溶媒、アニオン重合開始剤、及び必要に応じてルイス塩基の存在下、芳香族ビニル化合物、共役ジエン化合物を逐次添加して、ブロック共重合体を得、次いでブロック共重合体を水素添加することにより、水添ブロック共重合体を得ることができる。
溶媒としては、アニオン重合反応に悪影響を及ぼさなければ特に制限はなく、例えば、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン、n−ヘキサン、n−ペンタン等の脂肪族炭化水素;ベンゼン、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素等が挙げられる。また、重合反応は、通常、0〜100℃で0.5〜50時間行う。
ルイス塩基は共役ジエン化合物由来の構造単位におけるミクロ構造を制御する役割がある。かかるルイス塩基としては、例えば、ジメチルエーテル、ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン、ジオキサン、エチレングリコールジメチルエーテル、ピリジン、N,N,N’,N’−テトラメチルエチレンジアミン、トリメチルアミン、N−メチルモルフォリン等が挙げられる。ルイス塩基は、1種を単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
水添触媒としては、例えば、ラネーニッケル;白金(Pt)、パラジウム(Pd)、ルテニウム(Ru)、ロジウム(Rh)、ニッケル(Ni)等の金属をカーボン、アルミナ、硅藻土等の担体に担持させた不均一触媒;ニッケル、コバルト等の第8族の金属からなる有機金属化合物とトリエチルアルミニウム、トリイソブチルアルミニウム等の有機アルミニウム化合物又は有機リチウム化合物等の組み合わせからなるチーグラー系の触媒;チタン、ジルコニウム、ハフニウム等の遷移金属のビス(シクロペンタジエニル)化合物とリチウム、ナトリウム、カリウム、アルミニウム、亜鉛又はマグネシウム等の有機金属化合物の組み合わせからなるメタロセン系触媒等が挙げられる。
本発明の樹脂組成物は、本発明の水添ブロック共重合体(X)及びポリプロピレン系樹脂(Y)を含有する樹脂組成物(Z)であり、水添ブロック共重合体(X)とポリプロピレン系樹脂(Y)とが、下記条件を満たす樹脂組成物である。
<条件>
水添ブロック共重合体(X)30質量部とポリプロピレン系樹脂(Y)70質量部とを、230℃、せん断速度30〜150s−1の条件下で混練した際に、水添ブロック共重合体(X)が分散相となる海島構造を形成し、その分散相の大きさが0.1μm以上1.0μm以下である。
<ポリプロピレン系樹脂(Y)>
樹脂組成物(Z)で用いるポリプロピレン系樹脂(Y)としては、プロピレン由来の構造単位の含有量(以下、「プロピレン含有量」と略称することがある。)が60モル%以上であれば特に制限はなく、公知のポリプロピレン系樹脂を用いることができる。プロピレン由来の構造単位の含有量は、好ましくは80モル%以上、より好ましくは85〜100モル%、更に好ましくは90〜100モル%である。
中でも、比較的安価、かつ容易に入手できるという観点から、ホモポリプロピレン、プロピレン−エチレンランダム共重合体、プロピレン−エチレンブロック共重合体、プロピレン−ブテンランダム共重合体、及びプロピレン−ブテンブロック共重合体が好ましく、プロピレン−エチレンランダム共重合体、プロピレン−ブテンランダム共重合体、及びプロピレン−ブテンブロック共重合体がより好ましく、プロピレン−ブテンランダム共重合体が更に好ましい。
ポリプロピレン系樹脂(Y)は、1種を単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
また、ポリプロピレン系樹脂(Y)の融点は120〜160℃であることが好ましい。ポリプロピレン系樹脂(Y)の融点が120℃以上であることにより、内層膠着が抑制され易い。また、ポリプロピレン系樹脂(Y)の融点が160℃以下であることにより、ヒートシール性が良好となる。なお、本明細書及び請求の範囲に記載の「融点」は全て、実施例に記載の方法で測定したものである。
230℃、せん断速度60s−1における、前記ポリプロピレン系樹脂(Y)の粘度(η(Y))に対する前記水添ブロック共重合体(X)の粘度(η(X))の比[η(X)/η(Y)]が0.6〜8.0であることが好ましい。前記粘度比が前記範囲内であると、水添ブロック共重合体とポリプロピレン系樹脂とを含む樹脂組成物における、前記水添ブロック共重合体の分散径が微細化し、結果として本発明の樹脂組成物を用いた液体包装容器の破袋強度が向上する。この観点から、前記比[η(X)/η(Y)]は、0.6〜7.0が好ましく、0.7〜6.0がより好ましく、0.8〜5.0が更に好ましい。本明細書において、230℃、せん断速度60s−1における粘度は、実施例に記載の方法により測定することができる。
また、水添ブロック共重合体(X)の粘度(η(X))は、生産性及び成形性の観点から、100〜10,000Pa・sであることが好ましく、300〜5,000Pa・sであることがより好ましく、500〜3,000Pa・sであることが更に好ましい。
本発明で用いる樹脂組成物(Z)において、前記水添ブロック共重合体(X)と前記ポリプロピレン系樹脂(Y)との合計に対する前記ポリプロピレン系樹脂(Y)の質量比[(Y)/{(X)+(Y)}]は61/100〜95/100である。前記質量比が前記下限値未満であると、成形加工性が悪化する。一方、前記上限値を超えると柔軟性及び透明性が低下する。これらの観点から、質量比[(Y)/{(X)+(Y)}]は、63/100〜90/100が好ましく、65/100〜85/100がより好ましく、67/100〜80/100が更に好ましい。
樹脂組成物(Z)は、水添ブロック共重合体(X)及びポリプロピレン系樹脂(Y)以外に、本発明の効果が損なわれない範囲において、酸化防止剤、紫外線吸収剤、光安定剤、着色剤、及び結晶核剤等の添加剤;水添クマロン・インデン樹脂、水添ロジン系樹脂、水添テルペン樹脂、及び脂環族系水添石油樹脂等の水添系樹脂;オレフィン及びジオレフィン重合体からなる脂肪族系樹脂等の粘着付与樹脂;水添ポリイソプレン、水添ポリブタジエン、水添スチレン−ブタジエンランダム共重合体、水添スチレン−イソプレンランダム共重合体、水添ポリスチレン−ポリ(イソプレン/ブタジエン)−ポリスチレンブロック共重合体、水添ポリスチレン−ポリイソプレン−ポリスチレンブロック共重合体、水添ポリスチレン−ポリブタジエン−ポリスチレンブロック共重合体、α−オレフィン共重合体、ブチルゴム、ポリイソブチレン、及びポリブテン等の他の重合体を含有していてもよい。
なお、樹脂組成物(Z)中、水添ブロック共重合体(X)及びポリプロピレン系樹脂(Y)の合計含有量は、本発明の効果の観点から、好ましくは50質量%以上、より好ましくは70質量%以上、より好ましくは80質量%以上、より好ましくは90質量%以上、更に好ましくは95質量%以上である。
本発明の樹脂組成物の製造方法に特に制限はなく、例えば、各成分を、単軸押出機、二軸押出機、ニーダー、バンバリーミキサー、ロール等の混練機を用いて混練することにより製造することができる。
本発明の液体包装容器用フィルムは本発明の樹脂組成物からなるものであり、本発明の液体包装容器は、本発明の液体包装容器フィルムを用いたものである。
<液体包装容器(I)>
本発明の液体包装容器の第1の態様は、内層と外層とを有する少なくとも2層以上の構造の液体包装容器用フィルムからなる液体包装容器であって、前記内層が前記樹脂組成物(Z)からなり、前記外層がプロピレン由来の構造単位の含有量が60モル%以上であるポリプロピレン系樹脂(Y’)を60質量%以上含有する樹脂組成物(P)からなるものである。以下、各層を構成する材料について説明する。
まず、液体と接する層である内層の材料について説明する。本実施の態様に用いられる液体包装容器の内層は、前記樹脂組成物(Z)からなる。前記樹脂組成物(Z)の好適な態様については、前述のとおりである。
外層は内層の外側に設けられる層であって、外気と接する層であり、樹脂組成物(P)からなるものである。
(樹脂組成物(P))
本発明に用いる樹脂組成物(P)は、プロピレン由来の構造単位の含有量が60モル%以上であるポリプロピレン系樹脂(Y’)を60質量%以上含有するものである。
中でも、ポリプロピレン系樹脂(Y’)のプロピレン由来の構造単位の含有量は、好ましくは80モル%以上、より好ましくは80〜100モル%、更に好ましくは80〜99モル%、特に好ましくは85〜98モル%である。
また、ポリプロピレン系樹脂(Y’)としては、プロピレン−エチレンランダム共重合体、プロピレン−エチレンブロック共重合体、プロピレン−ブテンランダム共重合体、プロピレン−エチレン−ブテンランダム共重合体、プロピレン−ペンテンランダム共重合体、プロピレン−ヘキセンランダム共重合体、プロピレン−オクテンランダム共重合体、プロピレン−エチレン−ペンテンランダム共重合体及びプロピレン−エチレン−ヘキセンランダム共重合体から選択される少なくとも1種であることが好ましい。
なお、樹脂組成物(P)中、前記ポリプロピレン系樹脂(Y’)の含有量は、本発明の効果の観点から、60質量%以上、好ましくは62質量%以上、より好ましくは64質量%以上である。
前記内層及び外層の厚みに特に制限はなく、用途に応じて適宜調整することができる。内層の厚みは5〜30μmが好ましく、10〜30μmがより好ましい。外層の厚みは100〜300μmが好ましく、100〜200μmがより好ましく、100〜180μmが更に好ましい。
本発明の液体包装容器の第2の態様は、内層と外層との間に中間層を少なくとも1層有する、3層以上の構造の液体包装容器用フィルムからなる液体包装容器であって、
前記内層と中間層のいずれか又は両方が前記樹脂組成物(Z)からなり、
前記外層がプロピレン由来の構造単位の含有量が60モル%以上であるポリプロピレン系樹脂(Y’)を60質量%以上含有する樹脂組成物(P)からなるものである。
液体包装容器(II)の内層及び中間層を構成する樹脂組成物に特に制限はないが、いずれか一方が前記樹脂組成物(Z)からなることが好ましく、両方が前記樹脂組成物(Z)からなることがより好ましい。ただし、内層及び中間層がいずれも樹脂組成物(Z)からなる場合、内層と中間層とは互いに異なる配合の樹脂組成物(Z)を用いる。樹脂組成物(Z)の好適な態様は前述のとおりである。
液体包装容器(II)の外層は前記樹脂組成物(P)からなるものであり、樹脂組成物(P)の好適な態様は前述のとおりである。
前記MPinの融点は120〜180℃であることが好ましく、125〜180℃であることがより好ましい。また、MPinとMPmidとの融点の差は、ヒートシール性を向上させる観点から、10℃以上あることが好ましく、20℃以上あることがより好ましい。
0<MPp−MPZ≦50 式(2)
を満たすことが好ましい。上記式(2)を満たすことにより、ヒートシール性が向上する。前記式(2)の下限値は、ヒートシール性を向上させる観点から、5以上が好ましく10以上がより好ましく、上限値は、40以下が好ましく、30以下がより好ましい。
前記内層、中間層及び外層の厚みに特に制限はなく、用途に応じて適宜調整することができる。ヒートシール強度や破袋強度の観点から、内層の厚みは5〜30μmが好ましく、10〜30μmがより好ましい。柔軟性や透明性、経済性の観点から、中間層の厚みは90〜300μmが好ましく、100〜300μmがより好ましく、100〜200μmが更に好ましく、100〜180μmがより更に好ましい。バリア性の観点から、外層の厚みは15〜120μmが好ましく、15〜80μmがより好ましく、15〜70μmが更に好ましい。
なお、本発明の液体包装容器(II)が4層以上の構成である場合、すなわち内層、外層及び複数の中間層や後述する他の層などを含む構成の場合、上記中間層の厚みは、各中間層の厚みの合計、つまり内層と外層の間にある各層の厚みの合計である。
本発明の液体包装容器としては、前記内層と前記中間層とが接していることが好ましく、前記中間層と前記外層とが接していることが好ましい。
本発明の液体包装容器の製造方法としては特に制限はなく、公知の積層体の製造方法を利用して積層体を形成し、次いでヒートシールを行った後、切り離す(切り出す)ことによって液体包装容器とし、医療用途の場合には更に滅菌処理される。ここで、前記各層の樹脂組成物を用いるとフィルム成形性が良好となるため、フィッシュアイ及び異物等が無いフィルム(積層体)を形成し易いというメリットがある。
積層体の製造方法としては、例えば次の方法が好ましく挙げられる。まず、各層の材料を、単軸押出機、二軸押出機、ニーダー、バンバリーミキサー、ロール等の混練機を用いて混練して各層の樹脂組成物を調製する。得られた各樹脂組成物を、多層Tダイを用いた共押出し成形や、多層円形Tダイを用いた空冷又は水冷インフレーション成形等により、フィルム状、シート状又はチューブ状等に成形する。成形時の樹脂温度は、好ましくは150〜300℃、より好ましくは180〜250℃、更に好ましくは180〜220℃である。空冷又は水冷インフレーション成形時の冷却温度は、好ましくは7〜70℃、より好ましくは10〜40℃である。また、液体包装容器の製造容易性の観点からは、チューブ状に成形するのが好ましい。チューブ状の成形体であれば、ヒートシールした後、切り離す(切り出す)ことによって、液体包装容器を製造できる。一方、フィルム状又はシート状の成形体の場合には、2枚を重ね合わせてからヒートシールする必要がある。
医療用途の場合には更に滅菌処理として、水蒸気滅菌やオートクレーブ滅菌等がなされる。オートクレーブ滅菌の場合には、加熱温度は、好ましくは100〜150℃、より好ましくは110〜140℃である。
なお、液体を注入するためのポート、液体を取り出すためのゴム栓を含むキャップ等を有することで、輸液バッグ等の医療容器として有効に利用される。このように、本発明は、前記液体包装容器を有する医療容器をも提供する。
本発明の液体包装容器は、医療用具をはじめ、種々の用途に使用できる。医療用具の他、例えば、レトルト食品、マヨネーズ、ケチャップ、清涼飲料水、アイス等を包装する食品包装容器等としても有効に利用できる。
<重量平均分子量(Mw)及び分子量分布(Mw/Mn)>
ゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)により標準ポリスチレン換算分子量として求めた。
・装置:GPC装置「HLC−8020」(東ソー株式会社製)
・分離カラム:東ソー株式会社製の「TSKgel GMHXL」、「G4000HXL」及び「G5000HXL」を直列に連結した。
・溶離剤:テトラヒドロフラン
・溶離剤流量:1.0mL/分
・カラム温度:40℃
・検出方法:示差屈折率(RI)
1H−NMR測定によって求めた。
・装置:核磁気共鳴装置「Lambda−500」(日本電子株式会社製)
・溶媒:重水素化クロロホルム
水素添加前のブロック共重合体の1H−NMR測定を測定し、1,2−結合及び3,4−結合のピーク面積と1,4−結合のピーク面積の合計に対する1,2−結合及び3,4−結合のピーク面積の割合を算出し、ビニル結合量(モル%)とした。
キャピラリーレオメーター「Instron SR20」にて、直径1mm、長さ10mmのキャピラリーダイを用いて、230℃、せん断速度60s−1における見かけの粘度(Pa・s)を製造例1〜6の水添ブロック共重合体及びポリプロピレン系樹脂について測定した。
また、得られたポリプロピレン系樹脂の粘度(η(Y))に対する水添ブロック共重合体の粘度(η(X))の比から、粘度比[η(X)/η(Y)]を算出した。
セイコー電子工業株式会社製、示差走査型熱量計「DSC6200」を用い、サンプルを30℃から250℃まで昇温速度10℃/分で加熱して融解させたのち、250℃から30℃まで降温速度10℃/分で冷却後、昇温速度10℃/分で再度30℃から250℃まで昇温した際に測定されるメイン吸熱ピークのピークトップ温度を融点(℃)とした。なお、2層以上のフィルムについては、各層を削り取って得られるサンプルについて上記と同様に測定した。
<分散相の大きさ(μm)>
下記(1)〜(2)に従って、分散相の大きさの測定を行った。
(1)水添ブロック共重合体(X)とポリプロピレン系樹脂(Y)との溶融混練
水添ブロック共重合体(X)とポリプロピレン系樹脂(Y)とを、230℃、ローター回転数100rpm(せん断速度60s−1相当)、5分間の条件で溶融混練することにより、(Y)/(X)ブレンド樹脂(質量比70/30)を作製した。
走査型電子顕微鏡(SEM)「JSM−6510」(日本電子株式会社製)を用いて、(Y)/(X)ブレンド断面のモルフォロジーを観察した。液体窒素を用いてサンプルを凍結した状態で破断し、室温のシクロヘキサンに1分間浸漬し、島を形成する水添ブロック共重合体(X)を溶出させた。その後、サンプルの表面に白金を蒸着させたのち、真空条件下で観察を行った。
具体的には、(Y)/(X)ブレンド樹脂断面の走査型電子顕微鏡写真について、画像処理ソフトImage−Pro PLUS6.1(Media Cybernetics社製)を用いて2値化処理することにより水添ブロック共重合体(X)の粒子の数平均直径を求め、分散相の大きさ(μm)とした。
分散相の大きさが小さいほど、分散相と連続相との界面積が増え、凝集破壊によるエネルギー吸収効果が高くなるため、破袋強度が高くなる。具体的には、分散相の大きさが1.0μm以下であることが好ましく、0.5μm以下であることがより好ましく、0.4μm以下であることが更に好ましい。一方、分散相の大きさが小さすぎると、ゴム粒子として耐衝撃性を発揮する効果が小さくなる。したがって、分散相の大きさが0.1μm以上であることが好ましく、0.15μm以上であることがより好ましく、0.2μm以上であることがより好ましい。
水添ブロック共重合体(X)を接着層とし、ポリプロピレン系樹脂(Y)を被着体とし、JIS K 6850(1999年)に準じて引張せん断試験を行い、最大荷重を接着面積で割った値を水添ブロック共重合体(X)とポリプロピレン系樹脂(Y)との間の引張せん断接着強さ(MPa)とした。
引張せん断試験方法を以下に示す。
水添ブロック共重合体(X)製シート(幅25mm、長さ10mm、厚さ0.3mm)を、2枚のポリプロピレン系樹脂(Y)製シート(幅25mm、長さ40mm、厚さ3mm)で挟み、接着面積が250mm2となるように140℃、5分間、非加圧条件で熱融着させたサンプルを、引張試験機(INSTRON社製5566試験機、荷重容量10kN)にて、接着面と平行方向に速度500mm/分で引っ張り、最大荷重(N)を測定した。
引張せん断接着強さ(MPa)は、好ましくは1.5〜4.5程度、より好ましくは2〜4程度であると破袋強度が高くなる傾向になる。
以下に、実施例及び比較例で用いた各成分の詳細又は製造方法を示す。
<ポリプロピレン系樹脂(Y)及び(Y’)>
ポリプロピレン系樹脂(Y−1):「SFC−750D」(LOTTE CHEMICAL社製)、プロピレン−ブテンランダム共重合体、MFR5.8g/10分(230℃、21.6N)、融点130℃、プロピレン含有量90モル%
ポリプロピレン系樹脂(Y’−1):「SB−520Y」(LOTTE CHEMICAL社製)、プロピレン−エチレンランダム共重合体、MFR2.4g/10分(230℃、21.6N)、融点154℃、プロピレン含有量97モル%
ポリプロピレン系樹脂(Y’−2):「PT−100」(LCY CHEMICAL社製)、ホモポリプロピレン、MFR1.6g/10分(230℃、21.6N)、融点164℃、プロピレン含有量100モル%
以下の表1にも物性をまとめた。
実施例及び比較例に使用した水添ブロック共重合体(X−1)、(W−1)〜(W−5)の製造例を以下に示す。
また、表2に各製造例に使用した化合物の使用量をまとめた。
窒素置換し、乾燥させた耐圧容器に、溶媒としてシクロヘキサン50kg、アニオン重合開始剤としてsec−ブチルリチウム(10.5質量%シクロヘキサン溶液)133g(sec−ブチルリチウム14g相当)を仕込んだ。50℃に昇温した後、スチレン(1)1.75kgを加えて1時間重合させ、引き続いて40℃にてイソプレン(1)9.0kgを加えて2時間重合を行い、更に50℃に昇温した後、スチレン(2)1.75kgを加えて1時間重合させた。40℃にてルイス塩基としてテトラヒドロフラン313gを仕込み、イソプレン(2)4.2kgを加えて2時間重合を行うことにより、ポリスチレン−ポリイソプレン−ポリスチレン−ポリイソプレンテトラブロック共重合体を含む反応液を得た。
この反応液に、水素添加触媒としてパラジウムカーボン(パラジウム担持量:5質量%)を前記ブロック共重合体に対して5質量%添加し、水素圧力2MPa、150℃の条件で10時間反応を行った。
放冷、放圧後、濾過によりパラジウムカーボンを除去し、濾液を濃縮し、更に真空乾燥することにより、ポリスチレン−ポリイソプレン−ポリスチレン−ポリイソプレンテトラブロック共重合体の水素添加物(以下、水添ブロック共重合体(X−1)と称する)を得た。得られた水添ブロック共重合体(X−1)について、物性評価を前記方法に従って行った。なお、水添ブロック共重合体の粘度η(X)とポリプロピレン系樹脂(Y−1)の粘度η(Y−1)との比から粘度比[η(X)/η(Y−1)]を算出した。その結果を表3に示す。
表2に記載のとおりに変更したこと以外は、製造例1と同様にして水添ブロック共重合体(X−2)〜(X−5)を製造した。得られた水添ブロック共重合体(X−2)〜(X−5)について、物性評価を前記方法に従って行った。その結果を表3に示す。
表2に記載のとおりに変更したこと以外は、製造例1と同様にして水添ブロック共重合体(W−1)〜(W−3)、(W−5)を製造した。得られた水添ブロック共重合体(W−1)〜(W−3)、(W−5)について、物性評価を前記方法に従って行った。その結果を表3に示す。
窒素置換し、乾燥させた耐圧容器に、溶媒としてシクロヘキサン50kg、アニオン重合開始剤としてsec−ブチルリチウム(10.5質量%シクロヘキサン溶液)76g(sec−ブチルリチウム8.0g相当)、ルイス塩基としてテトラヒドロフラン313gを仕込んだ。50℃に昇温した後、スチレン(1)0.5kgを加えて1時間重合させ、引き続いて40℃にてイソプレン(1)8.2kgとブタジエン(1)6.5kgの混合液を加えて2時間重合を行い、更に50℃に昇温した後、スチレン(2)1.5kgを加えて1時間重合させることにより、ポリスチレン−ポリ(イソプレン/ブタジエン)−ポリスチレンブロック共重合体を含む反応液を得た。
この反応液に、水素添加触媒としてパラジウムカーボン(パラジウム担持量:5質量%)を前記ブロック共重合体に対して5質量%添加し、水素圧力2MPa、150℃の条件で10時間反応を行った。
放冷、放圧後、濾過によりパラジウムカーボンを除去し、濾液を濃縮し、更に真空乾燥することにより、水添ブロック共重合体(W−4)を製造した。得られた水添ブロック共重合体(W−4)について、物性評価を前記方法に従って行った。その結果を表3に示す。
表4に記載の材料を用いて、内層用の材料及び外層用の材料それぞれについて、表4に示す配合割合で、230℃に設定された30mmTダイ単軸押出機により成形を行い、厚さ約200μmの2層の積層体を成形し、積層フィルムを得た。各層の厚みは、スクリュー回転数、巻き取り速度を変えることにより内層約20μm、外層約180μmに調整した。
表5に記載の材料を用いて、内層用の材料、中間層用の材料、及び外層用の材料それぞれについて、下記表5に示す配合割合で、水冷式下向インフレーション成形機を用いて、樹脂温度230℃、冷却水温度20℃、ライン速度9m/分の条件で、厚さ180μmの3層の積層体(液体包装容器用フィルム)を成形した。前記各層の厚みは、内層20μm、中間層120μm、外層40μmとした。
作製した積層フィルムを15mm幅の短冊状に切り出し、内層同士を重ね合わせて140℃、0.15MPa、1秒間の条件で熱融着させ、室温、湿度50%の条件下で16時間以上放置した。デジタル衝撃試験機(DG−TB、株式会社東洋精機製作所製)に熱融着部を上にして積層フィルムの断面が逆T字型になるようにセットし、熱融着部を剥離する方向に3.8m/sの速度でハンマーで打撃し、熱融着部をハンマーで破損させ、ヒートシール部の引張衝撃値(kJ/m2)を調べた。その結果を表4に示す。引張衝撃値が高いほど、破袋強度に優れていることを示す。
破袋強度は、以下に示す試験により評価した。すなわち、実施例6〜10又は比較例5〜9で得た積層フィルムを20cm×15.5cmの大きさに切り出し、内層同士が向かい合うように2枚重ね、4辺のうち3辺を、140℃、ゲージ圧0.4MPa、加熱時間1秒間の条件下にてヒートシールした。次に、シールしていない一辺から約500ccの水を注入し、該1辺を上記同様の条件にてヒートシールを行うことにより、内容量500ccの液体包装容器を作製した。
得られた液体包装容器を鉄板上に23℃の環境下で静置した後、重さ2.5kgの鉄板を高さ5cmから液体包装容器の上に落とした。液体包装容器からの水漏れがなかった場合、高さを5cmずつ上昇させて鉄板を落とすことを繰り返し、水漏れが発生したときの鉄板の高さを破袋高さとした。各例につき10回前記の試験を行い、破袋高さが90cm以上である確率を求め、破袋強度とした。その結果を表5に示す。
破袋高さが90cm以上であると、輸送時や取扱い時に破袋しにくくなる。破袋高さが90cm以上である確率は、50%以上が好ましく、70%以上がより好ましく、80%以上が更に好ましい。
実施例1〜5の結果より明らかなように、重合体ブロック(A1)と(A2)との間に前記重合体ブロック(B)及び(C)の少なくとも一方が存在し、前記重合体ブロック(B)及び(C)の合計に対する前記重合体ブロック(C)の質量比[(C)/(B)+(C)]が26/100〜63/100である水添ブロック共重合体を用いた本発明の液体包装容器は、積層フィルムの引張衝撃値が大きいことから、破袋強度に優れていることが分かる。また、実施例6〜10で得られた液体包装容器は破袋強度に優れている。これらは、水添ブロック共重合体(X)とポリプロピレン系樹脂(Y)との引張せん断接着強さが低く、また水添ブロック共重合体(X)からなる分散相の大きさが適切な範囲であるため、凝集破壊によるエネルギー吸収が大きくなったためであると考えられる。
一方、本発明の水添ブロック共重合体を用いない比較例1〜4は積層フィルムの引張衝撃値が低く、破袋強度が劣っていることが分かる。また、比較例5〜9で得られた液体包装容器は、破袋強度が低い。比較例では、フィルムが破損する際に界面剥離やフィルム破断が起こりやすく、凝集破壊による耐破袋性能向上効果が不足しているためと考えられる。
Claims (14)
- 芳香族ビニル化合物由来の構造単位を主体とする重合体ブロック(A1)及び(A2)と、共役ジエン化合物由来の構造単位を主体とする重合体ブロック(B)及び(C)とを含有し、前記重合体ブロック(A1)及び(A2)と、前記重合体ブロック(B)及び(C)とが、(A1)−(B)−(A2)−(C)の順に存在するブロック共重合体の水素添加物であり、前記重合体ブロック(A1)及び(A2)の合計含有量が5〜30質量%であり、前記重合体ブロック(B)の3,4−結合及び1,2−結合の含有量が1〜20モル%であり、前記重合体ブロック(C)の3,4−結合及び1,2−結合の含有量が50〜100モル%であり、前記重合体ブロック(B)及び(C)の合計に対する前記重合体ブロック(C)の質量比[(C)/(B)+(C)]が26/100〜63/100である、水添ブロック共重合体。
- 前記重合体ブロック(A1)及び(A2)と、前記重合体ブロック(B)及び(C)との4つのブロックからなる、請求項1に記載の水添ブロック共重合体。
- 重量平均分子量が60,000〜500,000である、請求項1又は2に記載の水添ブロック共重合体。
- 請求項1〜3のいずれか1項に記載の水添ブロック共重合体(X)及びポリプロピレン系樹脂(Y)を含有する樹脂組成物(Z)であり、水添ブロック共重合体(X)とポリプロピレン系樹脂(Y)とが、下記条件を満たす樹脂組成物。
<条件>
水添ブロック共重合体(X)30質量部とポリプロピレン系樹脂(Y)70質量部とを、230℃、せん断速度30〜150s−1の条件下で混練した際に、水添ブロック共重合体(X)が分散相となる海島構造を形成し、その分散相の大きさが0.1μm以上1.0μm以下である。 - 請求項1〜3のいずれか1項に記載の水添ブロック共重合体(X)及びポリプロピレン系樹脂(Y)を含有する樹脂組成物(Z)であり、水添ブロック共重合体(X)とポリプロピレン系樹脂(Y)との合計に対するポリプロピレン系樹脂(Y)の質量比[(Y)/{(X)+(Y)}]が61/100〜95/100である樹脂組成物。
- 230℃、せん断速度60s−1における、前記ポリプロピレン系樹脂(Y)の粘度(η(Y))に対する前記水添ブロック共重合体(X)の粘度(η(X))の比[η(X)/η(Y)]が0.6〜8.0である、請求項4又は5に記載の樹脂組成物。
- 請求項4〜6のいずれか1項に記載の樹脂組成物からなる、液体包装容器用フィルム。
- 請求項7に記載の液体包装容器用フィルムを用いた液体包装容器。
- 内層と外層とを有する少なくとも2層以上の構造の液体包装容器用フィルムからなる液体包装容器であって、
前記内層が前記樹脂組成物(Z)からなり、
前記外層がプロピレン由来の構造単位の含有量が60モル%以上であるポリプロピレン系樹脂(Y’)を60質量%以上含有する樹脂組成物(P)からなる、請求項8に記載の液体包装容器。 - 内層と外層との間に中間層を少なくとも1層有する、3層以上の構造の液体包装容器用フィルムからなる液体包装容器であって、
前記内層と中間層のいずれか又は両方が前記樹脂組成物(Z)からなり、
前記外層がプロピレン由来の構造単位の含有量が60モル%以上であるポリプロピレン系樹脂(Y’)を60質量%以上含有する樹脂組成物(P)からなる、請求項8に記載の液体包装容器。 - 前記内層、中間層及び外層それぞれの厚みが、内層5〜30μm、中間層90〜300μm、外層15〜120μmの範囲である、請求項10に記載の液体包装容器。
- 前記内層を構成する樹脂成分の融点MPinと、前記中間層を構成する樹脂成分の融点MPmidが、下記式
MPin<MPmid
を満たす、請求項10又は11に記載の液体包装容器。 - 前記内層を構成する樹脂組成物(Z)の融点MPZと、前記外層を構成する樹脂組成物(P)の融点MPpが、下記式(2)
0<MPp−MPZ≦50 式(2)
を満たす、請求項9〜12のいずれか1項に記載の液体包装容器。 - 請求項8〜13のいずれか1項に記載の液体包装容器からなる医療用具。
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