日本包装学会誌 Vol.26 No.4（2017）

一般論文～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～

滅菌紙を用いた滅菌バッグの熱接合部に及ぼす冷却温度と組紐ヒーターの影響
橋 本

靜 生* 、橋 本由 美*、山 田 和 志**、宮 田剣***Effect of Cooling Temperature and Braid Heaterfor Heat Sealed Sterilized Bag
Yasuo HASHIMOTO*, Yumi HASHIMOTO*, Kazushi YAMADA**, and Ken MIYATA***
プラスチックフィルムや袋を用いた包装には、熱接合が多く用いられている。院内感染対策として開発された滅菌バッグについては、日本では、蒸気滅菌が主流であるために、滅菌紙を用いたものが多く用いられている。 過去の我々の研究によって、熱接合温度や、熱接合圧力、ヒーター形状が、熱接合に重要な条件となることを明らかにした。本研究では、滅菌紙を用いた滅菌バッグに対する組紐ヒーターの有用性を検討するために、冷却温度を変化させて接合し、はく離試験を用いて強度特性について調べた。その結果、冷却温度が高いほど、はく離強度が低くなることがわかった。
また、リボンヒーターに比べて、組紐ヒーターの方が高いはく離強度を示すことがわかった。これらの事から、組紐ヒーターの方が従来のリボンヒーターよりも滅菌バッグのヒートシールに効果的であることが示唆された。

Heat-sealing process is often employed in packaging applications of polymeric films, especially forplastic bags. Sterilized bags have been developed to prevent hospital infection. In Japan, the sterilizedbags made by sterilized paper are often used, because a low-cost boiling-sterilization is applied inJapanese hospitals. In our earlier study, the sterilized bags made by sterilized paper are examined toevaluate the effects of sealing temperature, time and pressure for mechanical properties. In this study, weinvestigated the effect of braid heater for sterilized plastic bags as compared with conventional ribbonheater.
Processing conditions such as heat sealing temperature and pressure should be controlled since it
greatly affects the mechanical properties of the heat sealed part, while heater shape would also affect themechanical properties. In this study, the mechanical properties and observations of the heat sealed part ofa sterilized bag were examined using peeling test and microscopic observation. It was found that braid
heater worked more effectively to seal the sterilized bags as compared with conventional ribbon heater.
The peel strength was decreased with increasing the cooling temperature.
キーワード :滅菌バッグ、冷却温度、はく離試験、組紐ヒーター
Keywords :Sterilized bag, Cooling temperature, Peel test, Braid heater
連絡者(Corresponding author), 富士インパルス株式会社(〒561-0934 大阪府豊中市庄内栄町 4-23-18), Fuji-Impulse Co., Ltd.
4-23-18, Syounaisakaemachi, Toyonaka City, Osaka 561-0834, Japan,
TEL: 06-6335-1850, FAX: 06-6335-1852, E-mail: yasuo.hashimoto@fujiimpulse.co.jp,**
京都工芸繊維大学, Kyoto Institute of Technology***
山形大学, Yamagata University*－ 185 －滅菌紙を用いた滅菌バッグの熱接合部に及ぼす冷却温度と組紐ヒーターの影響

1. 緒言

はない。
またこの滅菌バッグは「ガゼット袋」

一般的なプラスチックフィルムを用いたパであることから、柔軟性のあるヒーター形状

ッケージングでは、同種または異種フィルムを用いることにより低圧力での接合を改善すを熱接合することによりシールされており、ることもわかっていた 15)。

その際の熱接合温度 1-3)や熱接合時間 4)、熱接合圧力5-8)をパラメータとしていろいろな研究が行われてきた

9-14)。一方、医療用滅菌バ

本報では、この「滅菌紙を用いた滅菌バッグ」を用い、冷却温度を変化させて、接合部の強度を検討したので報告する。

ッグ等はプラスチックフィルムと滅菌紙との特殊な組み合わせである。すなわち、一方が2. 実験滅菌紙、他方がフィルムという構成の滅菌バ

2.1 使用フィルム

ッグに用いられるフィルムは 2 層になって試料には市場に流通しているメッキンバッおり、外側が 2 軸延伸ポリエチレンテレフタ

グ HM-1105（ホギメディカル社製）を用いた。

レート（PET）フィルム、滅菌紙とシールさ

この滅菌バッグは、透明フィルムは、外側がれる側が無延伸ポリプロピレン（CPP）フィ

PET フィルム、滅菌紙とシールされる側がルム又は低密度ポリエチレン（LDPE）フィル

CPP フィルムで、ドライラミネートされていムで、ドライラミネート法により作製されてる。滅菌紙には PP 繊維が配合されており、いる。これら滅菌バッグの熱接合についてもヒートシール性の向上が図られている。

いくつかの研究が行われてきた。

7,8)

PET/CPP の厚さは 45 μm、滅菌紙の厚さは 90

PET フィルムは、引張強度は高いが、延伸μm であった。

しているため伸びが少ないことから、衝撃に対して、もろく破れやすいという欠点がある。

2.2 接合装置と接合条件それに対して CPP 又は LDPE は柔軟性に優れ、熱接合装置には、温度センサーを内蔵し、衝撃を吸収する。また、2 軸延伸 PET フィル

クローズドループで温度制御の可能な、インムはヒートシール性が乏しいため、ヒートシパルス式熱接合装置（富士インパルス社製）

ール性を有する CPP 又は LDPE と貼り合わせを用いた。インパルス式は、熱板方式と比較ることにより、滅菌紙とのヒートシールが可し、「接合時、加圧したまま冷却」をするため、能になる。過去の我々の研究で、この滅菌紙シール面が美しいという特徴がある。とフィルムの接合においては、熱接合温度のFig.1 に示すように、ヒーターは従来使用みならず、熱接合圧力が重要な接合条件になされている、接合幅 10 mm のニッケルクロることを示した 8)。OPP/CPP フィルム 6)同士ム（NiCr）製「リボンヒーター」と、幅 10 mmや、ポリ乳酸フィルム同士 5)の接合において、の組紐ヒーターを比較検討した。なお、組紐また、同じ滅菌バッグであっても、OPET/PEヒーターは、京都西陣にある組紐製造会社（株と PE 不織布から成るバッグ では、圧力の上式会社丸忠）に依頼し、伝統的な組紐作製技昇に伴ってはく離強度が増加するとの報告例

術で、NiCr 製の糸を組んで作製した。

7)－ 186 －

日本包装学会誌 Vol.26 No.4（2017）に示すように、70、100、130、160、180 ℃の各温度まで冷却した。冷却温度に到達したときに、加圧解放した。なお、本研究で用いた熱接合方法は、Fig.2(b) に示すように片面加熱であり、ヒーターに接した面（外側）の温度を、本稿における「接合温度」と定義する。
また、接合時におけるフィルムの接合面（内側）とヒーターに接した面（外側）との温度差は、組紐ヒーターで約 5℃、リボンヒータFig.1 Photographs of seal bar surface type,

ーで約 10℃であった。16)(a) braid heater and (b) ribbon heater.
2.3 はく離試験(a)

はく離試験 17)には、インストロン型万能試験機（3366 型，インストロン社製）を用い、常温にて試験を行った。JIS Z 0238 に基づき、Fig.3 に示すように、幅 15 mm、長さ 60 mmのフィルムを、実験に用いた滅菌バッグのメーカーが、紙粉発生を抑制するため、はく離方向として指定している MD 方向に切り出し、2 枚重ねて接合幅 10 mm で接合した。MD 方向とは、フィルム成形時の巻取り方向である。
(b)

Fig.2 (a) The process of interfacial temperaturefor each heater, (b) Schematic illustration of heatsealing, lateral image of heat sealing machine.

接合温度は 180℃、接合圧力は 0.22 MPaとした。接合温度保持時間をこの装置の最小Fig.3 Schematic illustration of heat sealed

制御単位の 0.1 秒間保持し、その後 Fig2(a)sample bag and peel test specimen.

－ 187 －滅菌紙を用いた滅菌バッグの熱接合部に及ぼす冷却温度と組紐ヒーターの影響引張試験は、はく離方向に向かって熱接合部

3. 結果と考察を中心に 180°開き、つかみ具間距離 50 mm、3.1 はく離試験
縦軸にはく離強度、横軸に冷却温度をとっはく離速度 300 mm/min にて行った。

たグラフを Fig.4(a) に示す。はく離強度は、(a)冷却温度が高くなるほど低くなっていることがわかった。 なお、はく離強度が 3 N/15mm以下である場合は JISZ0238:1998 に準じて、接合不可と判定した。リボンヒーターにおいては、冷却温度 180 ℃（熱板シーラーと類似した状態）において、はく離強度が 3 N/15mmを下回る試験片が見られたが、組紐ヒーターにおいては、すべての試験片が 3 N/15mm 以上のはく離強度を示していた。また、全ての冷却温度において、組紐ヒーターは、リボン(b)ヒーターと比較して高い値を示した。また、シール前の滅菌バッグ(フィルムと滅菌紙)のDSC 測定結果を Fig.4(b)に示す。PP の再結晶化温度のピークが 113.17 ℃であるため、冷却温度 180 ℃、160 ℃では固化しておらず、そのために Fig.4(a)での、はく離強度が低かったと考えられる。
Fig.5 に、はく離試験後の試験片の写真を示す。はく離された PET/CPP フィルムのはく離面で、白く見えるのはフィルム側に付着してFig.4 (a) Peel strength of heat sealed
specimens for various cooling temperatures,(b) DSC curves of PP film/sterilized
non-woven fabric.

いる滅菌紙である。冷却温度が低いほど、滅菌紙の量が増えているのが観察された。また、Fig.5 Photographs of heat sealed part after peel testing (180ºC, 0.22 MPa).

－ 188 －日本包装学会誌 Vol.26 No.4（2017）

視覚的にリボンヒーターに比べ、組紐ヒータた。特に、エッジ部分（はく離開始部と終了ーの方が付着している滅菌紙の量が多い傾向部分）において、組紐ヒーターは強く接合でであった。

きていた。また、リボンヒーターに比べ、組Fig.6 に、はく離試験時の荷重変位線図を示

紐ヒーターは、はく離強度の振幅が大きく、す。冷却温度が低いほど、強く接合できてい強度が低い部分であっても、リボンヒーターるのが観察された。また、同じ冷却温度であと同等、高い部分ではリボンヒーターの約 2

れば、組紐ヒーターのほうが、リボンヒータ倍の強度が得られていた。組紐ヒーターは細ーよりも、強く接合できていることがわかっ

線で組まれているのでヒーター表面上の組目

Fig.6 Load-displacement curves for braid
heater and ribbon heater, (a) 70ºC, (b)100ºC, (c) 130ºC, (d) 160ºC, (e) 180ºC.

－ 189 －

滅菌紙を用いた滅菌バッグの熱接合部に及ぼす冷却温度と組紐ヒーターの影響部分が平坦ではなく、微細な凹凸を形成してLEONG, 山田和志, 濱田泰以, 日本包装いる。そのため、表面が平坦なリボンヒータ

学会誌，19 (3), 193 (2010).

ーと比較して、接合面積が大きくなるととも

5） 橋本由美, 橋本靜生, 山田和志, 濱田泰に、凸部に圧力が集中した結果、プラスチッ以, 日本包装学会誌，21 (2), 115(2012).

クフィルムおよび滅菌紙が溶融・接合しやす6） 橋本由美, 橋本靜生, 山田和志, Yew W.

くなっているものと考えられる

15)

LEONG, 濱田泰以, 日本包装学会誌，20。

(4), 273 (2011).

滅菌時の滅菌バッグは、使用時に加圧と減圧が繰り返されるため、エッジ部が強く接

7） 橋本由美, 橋本靜生, 辻井哲也, 山田和合できる組紐ヒーターを用いることは、有用志, Yew W. LEONG, 濱田泰以, 日本包であると考えられる。

装学会誌，17 (4), 265 (2008).
8） 橋本由美, 橋本靜生, 辻井哲也, Yew W.

4. 結論

LEONG, 山田和志, 濱田泰以, 日本包装学会誌，18 (4), 251 (2009).

本報では滅菌バックのインパルス式熱接合装置における、高いはく離強度を得るための

9） Miyata, Ken, et al., Journal of Plastic Film

冷却温度と組紐ヒーターの有用性について検and Sheeting (2013): 8756087913487542.

討した。本試験に用いた滅菌バックのフィル

10） Tetsuya, Tsujii, et al., Journal of applied
polymer science, 97(3), 753(2005).

ムと紙の接合においては、組紐ヒーターおよびリボンヒーターのいずれにおいても、冷却

11） Cho, Sung-Woo, et al., Journal of Biobased

温度が高い方が、低いはく離強度を示し、冷Materials and Bioenergy1(1), 56(2007).

却温度が低くなるにつれて、はく離強度が向12） Hughes, Nicola C., et al., The AAPS journal,
9(3), E353(2007).

上することが示された。このことは、熱板方式と比較したときの、インパルス方式のメリ

13） Abdorreza,
Cheng,ットと言える。

andMohammadiNafchi,
A.

A.

Karim.,L.

H.
FoodHydrocolloids,25(1), 56(2011).

＜参考文献＞

14） 橋本靜生, 橋本由美, 日本包装学会誌，

1） 小西礼一, 山田和志, 橋本靜生,

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辻井哲也, Yew W. LEONG, 宮田剣, 濱田泰以,

15） 橋本靜生, 橋本由美, 山田和志, 宮田剣,

日本包装学会誌，19 (6), 461 (2010).

漆山智之, 成形加工, 26 (2), 88 (2014).

2） 小西礼一, 宮田剣, 山田和志, Yew W.

16） 橋本由美，日本包装学会誌，24 (6), 349

LEONG,橋本靜生,(2015).

濱田泰以, 日本包

17） 橋本靜生,成形加工，18 (8),600 (2006)．

装学会誌，20 (2), 107 (2011).
3） 橋本靜生, 橋本由美, 山田和志, 濱田泰（原稿受付 2016 年 10 月 14 日）

以, 日本包装学会誌，22 (3), 227(2013).
4） 橋本靜生, 橋本由美, 辻井哲也, Yew W.

－ 190 －（審査受理2017 年 6 月 8 日）