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JP2005212391A - 二軸延伸積層フィルム。 - Google Patents

二軸延伸積層フィルム。 Download PDF

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JP2005212391A JP2004024244A JP2004024244A JP2005212391A JP 2005212391 A JP2005212391 A JP 2005212391A JP 2004024244 A JP2004024244 A JP 2004024244A JP 2004024244 A JP2004024244 A JP 2004024244A JP 2005212391 A JP2005212391 A JP 2005212391A
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Kazuhide Ishii
和秀 石井
Kenji Nakamura
健次 中村
Kazuhisa Miyashita
和久 宮下
Hiroshi Hata
博司 秦
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Abstract

【課題】 高度のガスバリア性を有し、耐摩耗ピンホール性に優れ、食品や医薬品など、酸素透過による内容物の変質を嫌う包装用途に好適に使用できる積層フィルムを提供する。
【解決手段】 脂肪族ポリアミド層/ガスバリア層/脂肪族ポリアミド層の順に積層した構造を有する3層以上からなり、全厚みが12〜30μm、耐摩耗ピンホール性が3m以上の積層フィルムであって、前記ガスバリア層が全厚みの3〜10%の厚みを有し、その酸素透過度(厚さ20μm)が23℃50%RHで3.5×10-15〔モル/(m2・s・Pa)〕以下である二軸延伸積層フィルムとする。
【選択図】 なし

Description

本発明は、高い酸素ガスバリア性及び耐摩耗ピンホール性を有し、食品や医薬品など、酸素透過による内容物の変質を嫌う包装用途に好適に使用される二軸延伸積層フィルムに関する。
ポリ−ε−カプロラクタム、ポリヘキサメチレンアジパミド等のポリアミド樹脂からなるフィルムは、引張強度、引裂強度、衝撃強度、耐熱性などの機械的特性に優れているが、ガスバリア性が不十分で、特に高度の酸素ガスバリア性が要求される食品、医薬品などの包装用途には単独での使用は不可能である。一方、エチレン−酢酸ビニル共重合体鹸化物(EVOH)からなるフィルムは、酸素ガスバリア性は極めて優れているが、柔軟性に乏しく、高価で機械的強度に劣るため単独のフィルムとしては包装用途に用いることは困難である。そこでポリアミドフィルム、EVOHフィルムの欠点を補完し合い、これらの特徴を生かした包装用フィルムとして、ポリアミド系樹脂からなるフィルムに、EVOHからなるガスバリア層を積層した積層フィルムが提案されている。
上記のような、ポリアミド系樹脂からなるフィルムにEVOHからなるガスバリア層を積層した積層フィルムとしては、ポリアミド層/EVOH層/ポリアミド層なる積層構造を有する共押出し共延伸フィルムにシーラント層を設けた積層フィルム(例えば特許文献1参照)、 エチレン含有量34〜60重量%を含有する酸素遮断層とポリアミド層を有し、酸素遮断層が全体厚み(12.7〜127μm)の2〜15%の容量を占める延伸多層フィルム(例えば特許文献2参照)および、 ナイロン/EVOH/ナイロンからなる積層フィルムで、EVOH層が全体厚みの15〜30%を占め、収縮率が90℃熱水中に5分間浸漬した時に18〜30%である収縮性二軸延伸フィルム(例えば特許文献3参照)などがある。
特開平3−211050号公報 特開平8−34100号公報 特開2002−19049号公報
上記のガスバリア性に優れたエチレン−ビニルアルコール共重合体鹸化物などを積層したフィルム、特にこのようなフィルムをピロー包装に使用した場合には、運搬時の摩擦や屈曲あるいは角のとがった部分との接触によってピンホールが発生し易いという欠点があり、このような包装に使用するには未だ十分とは云えないものである。
すなわち、従来の積層フィルムでは、酸素ガスバリア性と耐摩耗ピンホール性の両特性を満足できることがなく、特に、包装材として使用した場合、他の材料との摩擦等によるピンホールの発生が起こり易く、耐摩耗ピンホール性に劣るという問題があった。
本発明は、積層フィルムの上記問題点を解消しようとするもので、高度のガスバリア性を有し、耐摩耗ピンホール性に優れ、食品や医薬品など、酸素透過による内容物の変質を嫌う包装用途に好適に使用できる積層フィルムを提供することを目的とする。
本発明者等は、上記目的を達成すべく鋭意検討した結果、高ガスバリア性を有するエチレン−酢酸ビニル共重合体鹸化物をガスバリア層に用い、脂肪族ポリアミドとの積層フィルムの総厚みと、ガスバリア層の厚みが特定の比率範囲とすることにより、高い酸素ガスバリア性及び耐ピンホール性の両特性を満足できる二軸延伸積層フィルムが得られることを見出し、本発明に到達した。
即ち本発明は、以下の二軸延伸積層フィルムを提供するものである。
(1)、 脂肪族ポリアミド層/ガスバリア層/脂肪族ポリアミド層の順に積層した構造を有する3層以上からなり、全厚みが12〜30μm、耐摩耗ピンホール性が3m以上の積層フィルムであって、前記ガスバリア層が全厚みの3〜10%の厚みを有し、その酸素透過度(厚さ20μm)が23℃50%RHで3.5×10-15〔モル/(m2・s・Pa)〕以下であることを特徴とする二軸延伸積層フィルム。
(2)、 積層フィルムの酸素透過度が、23℃50%RHで、50×10-15〔モル/(m2・s・Pa)〕以下である(1)の二軸延伸積層フィルム。
(3)、 ガスバリア層がエチレン含有量25〜38モル%のエチレン-酢酸ビニル共重合体鹸化物である(1)または(2)の二軸延伸積層フィルム。
(4)、 脂肪族ポリアミド層がナイロン6またはナイロン66を主成分とするものである(1)〜(3)のいずれかの二軸延伸積層フィルム。
(5)、 二軸延伸後、脂肪族ポリアミド層の(融点−90℃)以上の温度で熱固定されてなる(1)〜(4)のいずれかの二軸延伸積層フィルム。
(6)、 脂肪族ポリアミド層が耐屈曲ピンホール性改良材を0.1〜10重量%含有する(1)〜(5)のいずれかの二軸延伸積層フィルム。
本発明により、高度のガスバリア性と耐摩耗ピンホール性を満足する積層フィルムが得られ、食品や医薬品など、酸素透過による内容物の変質を嫌う包装用途に好適に使用できる。
以下、本発明を詳しく説明する。
本発明の二軸延伸積層フィルムは、脂肪族ポリアミド層/ガスバリア層/脂肪族ポリアミド層の順に積層した構造を有する3層以上からなる全厚みが12〜30μmの積層フィルムであって、ガスバリア層の厚みが全厚みの10%以下であり、耐摩耗ピンホール性が3m以上であることを特徴とするものである。
脂肪族ポリアミド層を構成する脂肪族ポリアミドの具体例としては、ナイロン−6等のラクタム重合体、ポリヘキサメチレンアジパミド等の脂肪族ジアミン類と脂肪族ジカルボン酸類とからなる脂肪族ポリアミド類、ω−アミノカルボン酸類の重合体、およびε−カプロラクタム、またはヘキサメチレンアジパミド等を主成分とし、これらと共重合可能な他のポリアミド構成成分2〜10モル%とからなる共重合体等が挙げられる。
例えば、脂肪族ポリアミドがε−カプロラクタムを主成分とする共重合ポリアミドの場合には、脂肪族ジアミン類と脂肪族ジカルボン酸類とのナイロン塩が挙げられ、また、ヘキサメチレンアジパミドを主成分とする共重合ポリアミドの場合には、共重合可能な化合物としてはε−カプロラクタム等のラクタム類が挙げられる。
該ナイロン塩を構成する脂肪族ジアミン類の具体例としては、エチレンジアミン、テトラメチレンジアミン、ペンタメチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミン、オクタメチレンジアミン、デカメチレンジアミン等が挙げられ、脂肪族ジカルボン酸類の具体例としては、アジピン酸、セバシン酸、コルク酸、グルタール酸、アゼライン酸、β−メチルアジピン酸、デカメチレンジカルボン酸、ドデカメチレンジカルボン酸、ピメリン酸等が挙げられる。
これらの脂肪族ポリアミドの中では、6−ナイロン、6,6−ナイロン、6,10−ナイロン、11−ナイロン、12−ナイロン、これらのナイロンモノマー2種以上の共重合体、さらにはこれらのナイロン2種以上の混合物などを挙げることができる。特に、ナイロン−6と称されるε−カプロラクタムの単独重合体、またはナイロン−66と称されるポリヘキサメチレンアジパミドが、安価に入手でき、かつ、二軸延伸操作を円滑に遂行し得るので好ましい。これらの脂肪族ポリアミド層には、本発明の趣旨を越えない限り各種の安定剤、染料、顔料、滑剤、ブロッキング防止剤あるいは、少量の各種熱可塑性樹脂等の周知の添加剤を配合することもできる。
本発明では脂肪族ポリアミド層に耐屈曲ピンホール性向上材を添加することで、さらに耐屈曲ピンホール性を向上することができる。耐屈曲ピンホール性改良材としては、ポリオレフィン類、ポリアミドエラストマー、ポリエステルエラストマーなどが挙げられる。
上記のポリオレフィン類は、主鎖中にポリエチレン単位、ポリプロピレン単位を50重量%以上含むものであり、無水マレイン酸等でグラフト変性していてもよい。ポリエチレン単位、ポリプロピレン単位以外の構成単位としては、酢酸ビニル、あるいはこの部分けん化物、アクリル酸、メタクリル酸、アクリル酸エステル類、メタクリル酸エステル類、あるいはこれらの部分金属中和物(アイオノマー類)、ブテン等の1−アルケン類、アルカジエン類、スチレンなどが挙げられる。これらの構成単位を複数含んでも構わない。
上記のポリアミドエラストマーは、ポリエーテルアミド、ポリエーテルエステルアミド等のポリアミド系ブロック共重合体に属するものであり、アミド成分としてはナイロン−6、ナイロン−66、ナイロン−12等例示され、エーテル成分としては、ポリオキシテトラメチレングリコール、ポリオキシエチレングリコール、ポリオキシ−1,2−プロピレングリコール等が例示されるが、好ましくはポリテトラメチレングリコールとポリラウリルラクタム(ナイロン−12)を主成分とする共重合体である。また、任意成分としてドデカンジカルボン酸、アジピン酸、テレフタル酸等のジカルボン酸を少量用いたものであってもよい。
また、ポリエステルエラストマーは、例えばポリブチレンテレフタレートとポリテトラメチレングリコールを組み合わせたポリエーテル・エステルエラストマーや、ポリブチレンテレフタレートとポリカプロラクトンを組み合わせたポリエステル・エステルエラストマーなどが挙げられる。
耐屈曲ピンホール性改良材は、単独でも2種類以上を混合して使用してもよい。
脂肪族ポリアミド層には耐屈曲ピンホール性改良材を0.1〜10重量%含有することが好ましく、1〜5重量%含有することが更に好ましい。上記範囲の改良材を含有することでさらに耐屈曲ピンホール性が向上する。各ポリアミド層に含まれる耐屈曲ピンホール性改良材の含有率は多すぎると耐屈曲ピンホール性の改良効果が飽和に近づくうえ、耐摩耗ピンホール性が低下する傾向があるので好ましくない。
所定量の耐屈曲ピンホール性改良材を含有する脂肪族ポリアミドは、脂肪族ポリアミドと耐屈曲ピンホール性改良材とを所定の割合でドライブレンドしたもの、ドライブレンド物を押出機で溶融した後ペレット化したもののいずれであってもよい。
さらに、前述した脂肪族ポリアミド層を2層以上とし、一部の層のみに所定量の耐屈曲ピンホール性改良材を含有させてもよい。
本発明の積層フィルムの特徴は、ガスバリア層において特に酸素透過度の小さい材料を用いることによって、ガスバリア層の厚みを小さくして柔軟性を保ち、高度の耐摩耗ピンホール性を維持することである。このため、厚み20μmにおけるガスバリア層の酸素透過度が、23℃50%RHで、3.5×10-15〔モル/(m2・s・Pa)〕以下のものを用いる。
このような積層フィルムのガスバリア層の材料としては、エチレン−酢酸ビニル共重合体鹸化物(以下、「EVOH」という。)やポリグリコール酸やポリアクリロニトリル等が挙げられるが、中でもEVOHが好適である。この層の素材として使用するEVOHは特に限定されず、従来公知の方法によって製造されるものであればよい。
これらのEVOHの中では特にエチレン含有率が25〜38モル%の範囲、好ましくは29〜35モル%の範囲であり、鹸化度が95モル%以上、好ましくは98モル%以上のものが適している。エチレン含有率が25モル%未満のものは溶融押出し時の溶融押出し性が劣り、また着色し易く好ましくない。エチレン含有率が38モル%を超えるものでは、酸素ガスバリア性が低下する傾向があり好ましくない。
また、エチレン−酢酸ビニル共重合体の鹸化度が98モル%未満のものは、酸素ガスバリア性や耐湿性に劣り、95モル%未満ではその傾向が顕著となるので好ましくない。さらに上記EVOHは、エチレンと酢酸ビニル二元共重合体の鹸化物の他に、共重合成分として少量のプロピレン、イソブテン、α−オクテン、α−ドデセン、α−オクタデセンなどのα−オレフィン;不飽和カルボン酸、またはその塩、部分アルキルエステル、完全アルキルエステル、ニトリル、アミド、無水物;不飽和スルホン酸、その塩などを含むものであってもよく、またEVOHには、上記のものに少量のポリオレフィン、ポリエステル、ポリアミドなどの熱可塑性樹脂を混合したものであっても良い。
本発明の積層フィルムは、脂肪族ポリアミド層/ガスバリア層/脂肪族ポリアミド層の順に積層した構造を有する3層以上からなるものであり、従来公知の各種製造法により製造できるが、共押出し法による製造が好ましい。
共押出し法では、前述したポリアミドおよびEVOHを素材とする脂肪族ポリアミド層/EVOH層/脂肪族ポリアミド層からなる三層構成の積層フィルムの場合、まず、三層構成の共押出し未延伸積層フィルムを得、この未延伸積層フィルムを一軸もしくは二軸方向に2.5倍〜5倍程度に延伸した後、フィルムに寸法安定性等を付与するために熱処理を施して共押出し延伸積層フィルムが得られる。
未延伸積層フィルムの延伸は、テンター方式の同時二軸延伸法、逐次二軸延伸法のいずれの方法でもよい。二軸延伸の方法は、テンター式逐次二軸延伸、テンター式同時二軸延伸、チューブラー式同時二軸延伸等、本発明の趣旨を逸脱しない限り従来公知の延伸方法が採用できる。例えば、テンター式逐次二軸延伸方法の場合には、未延伸積層フィルムを50〜110℃程度の温度範囲に加熱し、ロール式縦延伸機によって縦方向に2.5〜5倍程度に延伸し、続いてテンター式横延伸機によって60〜140℃程度の温度範囲内で横方向に2.5〜5倍程度に延伸することにより製造することができる。また、テンター式同時二軸延伸やチューブラー式同時二軸延伸方法の場合は、例えば、60〜130℃程度の温度範囲において、縦横同時に各軸方向に2.5〜5倍程度に延伸することにより製造することができる。
上記方法により延伸された二軸延伸積層フィルムは、引き続き熱処理を行なうことにより常温における寸法安定性を付与することができる。この場合の熱処理温度は、110℃を下限として各ポリアミドの融点より5℃低い温度を上限とする範囲を選択するのがよく、これにより常温寸法安定性のよい、任意の熱収縮率を持った延伸フィルムを得ることができる。熱処理操作により、充分に熱固定された積層二軸延伸フィルムは、常法により冷却し巻きとることができる。
本発明の積層フィルムは、その総厚みが12〜30μmの範囲、好ましくは 15〜25μmの範囲である。総厚みが12μm未満では延伸中に破断しやすく、生産安定性に問題があり、30μmを超えると、柔軟性に欠けるものとなり、この積層フィルムの製袋工程、製袋した袋体を使用した包装作業におけるハンドリング性が悪くなり実用的でない。
また、本発明の積層フィルムは、ガスバリア層の厚みが総厚みの3〜10%の範囲、好ましくは4〜8%の範囲である。ガスバリア層の厚みが総厚みの3%未満では酸素ガスバリア性を損なう恐れがあり、また、10%を超えると積層フィルムの柔軟性を損なうおのみならず、積層フィルムの材料コストが高くなる。前述のEVOH層では、通常、0.8〜1.8μmの範囲で十分な酸素ガスバリア性を発揮することができる。ポリアミド層の厚みは10〜24μmの範囲とすることが好ましい。
本発明の二軸延伸積層フィルムは、酸素ガスバリア性に優れ、酸素透過度が23℃50%RHで、50×10-15〔モル/(m2・s・Pa)〕以下、好ましくは40×10-15〔モル/(m2・s・Pa)〕以下である。この酸素透過度が50×10-15〔モル/(m2・s・Pa)〕を超えると酸素ガスバリア性が十分ではなく、好ましくない。
また、後述の方法で測定した耐摩耗ピンホール性が3m以上、好ましくは3.5m以上である。この耐摩耗ピンホール性が3m未満では耐摩耗ピンホール性に劣り、本発明の目的が達せられない。
以下、本発明の内容および効果を実施例により更に詳細に説明する。但し本発明は、以下の例に限定されるものではない。
なお、以下の例において、得られた積層フィルムの評価は次の方法によって行った。
1)酸素透過度〔×10-15モル/(m2・s・Pa)〕
モダンコントロール(株)製の「OXY−TRAN100型酸素透過度測定装置」を使用し、温度23℃、相対湿度50%の条件下で測定した。
2)耐摩耗ピンホール性(m)
1辺10cm角の正方形に切ったフィルムを23℃、50%RH条件下、24時間調湿した。この10cm角のフィルムを辺に平行に4つ折りして、得られた角部を下側に2mm出るよう治具に固定した。この角部に2gの荷重がかかるよう調整して、A4コピー用上質紙に直角に当て、上質紙を前後にストローク100mmで往復させた。1往復で0.2mの摩耗距離として、1m、2m、3m…の各距離を20枚ずつの試験片を使って摩耗試験を行い、試験辺の角にピンホールが開いたものを確認する。
確認は赤いインクを角に垂らし、フィルムの逆側にインクが抜けるかどうかで判断した。各距離におけるピンホールが開いた試験片の数nを計測し、各距離におけるピンホール率(n/20)×100%を横軸摩耗距離としてグラフにプロットし、近似直線がピンホール率50%を通る距離(m)を摩耗ピンホール距離とし、この摩耗ピンホール距離から各フィルムの耐摩耗ピンホール性を評価した。すなわち、摩耗ピンホール距離が長いほど、摩擦等による耐摩耗ピンホール性が高いことになる。
実施例1
6−ナイロン(三菱エンジニアリングプラスチックス(株)製、ノバミッド1022)を2台の押出機により、EVOH〔日本合成化学(株)製、ソアノールDC3203 エチレン含有率32モル%〕を別の1台の押出機により夫々押出し、6−ナイロン層(厚み70μm)/EVOH層(厚み10μm)/6−ナイロン層(厚み70μm)からなる層構成の溶融状フィルムを、30℃の冷却ロール上で急冷して、厚み150μmの未延伸積層フィルムを得た。
次いで、この未延伸積層フィルムを50℃に加熱昇温した後、この温度条件でロール式縦延伸機を用いて縦方向に3倍延伸し、さらに120℃に加熱昇温して、テンター式横延伸機を用いて横方向に3.3倍延伸し、この二軸延伸フィルムを200℃の条件で熱処理することにより、総厚み15μmの積層延伸フィルムを得た。各層の厚みは第1層(6−ナイロン 7μm)/第2層(EVOH 1μm)/第3層(6−ナイロン 7μm)である。
得られた延伸積層フィルムについて前記方法により酸素透過度および耐摩耗ピンホール性を測定した。その結果を第1表に示す。
実施例2〜4
実施例1で使用した同一の素材を使用し、実施例1と同様の方法により表1に示した厚み構成の延伸積層フィルムを製造した。得られた延伸積層フィルムについて前記方法により酸素透過度および耐摩耗ピンホール性を測定した。その結果を第1表に示す。
実施例5
実施例1で使用した6−ナイロンに代えて6,6−ナイロン〔旭化成ケミカルズ(株)製、レオナ66 1500X21〕を使用した以外は実施例1と同様の方法により同一層構成で総厚み15μmの延伸積層フィルムを製造した。得られた積層延伸フィルムについて前記方法により酸素透過度および耐摩耗ピンホール性を測定した。その結果を第1表に示す。
実施例6
実施例1で使用した6−ナイロンに耐屈曲ピンホール性改良材のポリアミドエラストマー〔アトフィナ・ジャパン(株)製、PEBAX4033SA01〕を3重量%添加した以外は実施例1と同様の方法により同一層構成で総厚み15μmの積層延伸フィルムを得た。得られた延伸積層フィルムについて前記方法により酸素透過度および耐摩耗ピンホール性を測定し、その結果を第1表に示した。
実施例7
実施例6の層構成においてさらに両外層に実施例1で使用した6−ナイロンを配した層構成とした。実施例1と同様の製造方法により、第1層(6−ナイロン 3μm)/第2層(6−ナイロンにポリアミドエラストマー3重量%添加 4μm)/第3層(EVOH 1μm)/第4層(6−ナイロンにポリアミドエラストマー3重量%添加 4μm)/第5層((6−ナイロン 3μm)からなる総厚み15μmの延伸積層フィルムを製造した。得られた延伸積層フィルムについて前記方法により酸素透過度および耐摩耗ピンホール性を測定した。その結果を第1表に示す。
比較例1
実施例1と同じ層構成で厚みが、第1層(6−ナイロン 5μm)/第2層(EVOH 5μm)/第3層(6−ナイロン 5μm)の延伸積層フィルムを製造した。得られた延伸積層フィルムについて前記方法により酸素透過度および耐摩耗ピンホール性を測定した。結果を第1表に示す。
この結果から、第2層(EVOH 5μm)が厚すぎると酸素透過度が低下しガスバリア性が向上するが、耐摩耗ピンホール性が悪化することが分かる。
比較例2
実施例1と同一厚み構成、第1層(6−ナイロン 7μm)/第2層(EVOH 1μm)/第3層(6−ナイロン 7μm)で、第2層にEVOHのエチレン含有率が44モル%のものを使用〔日本合成化学(株)製、ソアノール AT4403〕し、総厚み15μmの延伸積層フィルムを製造した。得られた延伸積層フィルムについて前記方法により酸素透過度および耐摩耗ピンホール性を測定した。結果を第1表に示す。この結果から、第2層のEVOHのエチレン含有率が大きい材料を用いると酸素透過度が低下することが分かる。
Figure 2005212391
Figure 2005212391
第1表において使用した各略号は以下の通りである。
NY6:ナイロン−6
〔三菱エンジニアリングプラスチックス(株)製、ノバミッド1022〕
NY66:ナイロン−66(旭化成ケミカルズ(株)製、レオナ66 1500X21)
PAE:ポリアミドエラストマー
〔アトフィナ・ジャパン(株)製、PEBAX4033SA01〕



Claims (6)

  1. 脂肪族ポリアミド層/ガスバリア層/脂肪族ポリアミド層の順に積層した構造を有する3層以上からなり、全厚みが12〜30μm、耐摩耗ピンホール性が3m以上の積層フィルムであって、前記ガスバリア層が全厚みの3〜10%の厚みを有し、その酸素透過度(厚さ20μm)が23℃50%RHで3.5×10-15〔モル/(m2・s・Pa)〕以下であることを特徴とする二軸延伸積層フィルム。
  2. 積層フィルムの酸素透過度が、23℃50%RHで、50×10-15〔モル/(m2・s・Pa)〕以下である請求項1に記載の二軸延伸積層フィルム。
  3. ガスバリア層がエチレン含有量25〜38モル%のエチレン-酢酸ビニル共重合体鹸化物である請求項1または2に記載の二軸延伸積層フィルム。
  4. 脂肪族ポリアミド層がナイロン6またはナイロン66を主成分とするものである請求項1〜3のいずれかに記載の二軸延伸積層フィルム。
  5. 二軸延伸後、脂肪族ポリアミド層の(融点−90℃)以上の温度で熱固定されてなる請求項1〜4のいずれかに記載の二軸延伸積層フィルム。
  6. 脂肪族ポリアミド層が耐屈曲ピンホール性改良材を0.1〜10重量%含有する請求項1〜5のいずれかに記載の二軸延伸積層フィルム。



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