日本包装学会誌 Vol.24 No.6 （2015）

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接合圧力と組紐ヒーターの影響
橋 本

由 美* 、橋 本

靜 生* 、山 田

和 志**、宮 田剣***Effect of Heat Sealing Pressure and Braid Heater for Heat
Sealed Sterilized Bag
Yumi HASHIMOTO*, Yasuo HASHIMOTO*, Kazushi YAMADA** and KenMIYATA***
プラスチックフィルムや袋の包装には、熱接合が多く用いられている。滅菌バックは、院内感染対策として開発されているが、日本では、蒸気滅菌が主流であるために、滅菌紙を用いた滅菌バックが多く用いられている。過去の我々の研究において、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がわかっていた。本研究では、滅菌紙を用いた滅菌バックに対して組紐ヒーターの有用性を検討するために、熱接合温度および熱接合圧力を変化させて接合し、はく離試験を用いてそれら特性について検討した。その結果、熱接合温度および圧力が高いほど、はく離強度が高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。これらは、組紐ヒーターが従来のリボンヒーターと比較して滅菌バッグのヒートシールに効果的であることを示している。

Heat-sealing process is often employed in packaging applications of polymeric films, especially for plastic bags.
Sterilized bags have been developed to prevent hospital infection. In Japan, the sterilized bags made by sterilized paper areoften used, because a low cost boiling-stcrilization is applied in Japanese hospitals. In our earlier study, the sterilized bags
made by sterilized paper are examined to evaluate the effects of sealing temperature, time and pressure for mechanicalpropeties.However in this study we investigated the effect of braid heater for sterilized plastic bags as compared withconventional ribbon heater.
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. It was found that braid heater worked more effectively
to seal the sterilized bags as compared with conventional ribbon heater. The peel strength was increased
with increasing the heat sealing temperature and/or pressure.
キーワード : 滅菌バッグ、ヒートシール圧力、はく離試験、組紐ヒーター
Keywords : Sterilized bag, Heat sealing pressure, Peel test, Braid heater*

富士インパルス株式会社(〒561-0834 大阪府豊中市庄内栄町 4-23-18), Fuji-Inpulse 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－ 349 －滅菌紙を用いた滅菌バッグの熱接合部に及ぼす接合圧力と組紐ヒーターの影響

1. 緒言て、また、同じ滅菌バッグであっても、OPET/PE と PE 不織布から成るバッグ 7)では、一般的なプラスチックフィルムにおけるパ圧力の上昇に伴ってはく離強度が増加するこッケージングでは、同種または異種フィルムとはない。また一方で、「ガゼット袋」においを熱接合することによりシールされており、て、柔軟性のあるヒーター形状を用いることその際の熱接合温度 1-3)や熱接合時間 4)、熱接により低圧力での接合を改善することもわかをパラメータとしていろいろな研究っていた 14)ため、本報では、ガゼット袋であが行われてきた 9-13)。一方、医療用滅菌バッグ

る、この「滅菌紙を用いた滅菌バッグ」を用等はプラスチックフィルムと滅菌紙との特殊いた。柔軟性のあるヒーターとして、日本伝な組み合わせである。すなわち、片側滅菌紙、統の工芸品である「組紐」の技術を用いニッ片側フィルムという構成の滅菌バッグに用いケルクロム（NiCr）の細線を「組んで」ヒーられるフィルムは 2 層になっており、外側がターを作製し、有用性の検討を行った。

合圧力5-8)2 軸延伸ポリエチレンテレフタレート（PET）
フィルム、滅菌紙とシールされる側が無延伸

2. 実験

ポリプロピレン（CPP）フィルム又は低密度2.1 使用フィルム

ポリエチレン（LDPE）フィルムで、ドライラ試料には市場に流通しているメッキンバッミネート法により作製されている。これら滅グ HM-1105（ホギメディカル社製）を用いた。

菌バッグの熱接合についてもいくつかの研究

この滅菌バッグは、透明フィルムは、外側がが行われてきた。

7,8)

PET フィルム、滅菌紙とシールされる側がPET フィルムは、引張強度は高いが、延伸CPP フィルムで、ドライラミネートされていしているため伸びがないことから、衝撃に対る。滅菌紙には PP 繊維が混入されており、ヒしてもろく破れやすいという欠点がある。そートシール性の向上が図られている。

れに対して CPP 又は LDPE は柔軟性に優れ、PET/CPP の厚さは 45 μm、滅菌紙の厚さは 90

衝撃を吸収する。また、2 軸延伸 PET フィルμm であった。

ムはヒートシール性が乏しいため、ヒートシール性のある CPP 又は LDPE と貼り合わせる

2.2 接合装置と接合条件

ことにより、滅菌紙とのヒートシールが可能

熱接合装置には、温度センサーを内蔵し、になる。過去の我々の研究で、この滅菌紙とクローズドループで温度制御の可能な、インフィルムの接合においては、熱接合温度のみパルス式熱接合装置（富士インパルス社製）ならず、熱接合圧力が重要な接合条件になるを用いた。

8)6)ことを示した 。OPP/CPP フィルム どうし

Fig.1 に示すように、ヒーターは従来使用さや、ポリ乳酸フィルムどうし 5)の接合においれている、接合幅 10 mm の NiCr 製「リボン－ 350 －日本包装学会誌 Vol.24 No.6 （2015）

約 5 ℃低かった。

2.3 はく離試験はく離試験 15)には、インストロン型万能試験機（3366 型，インストロン社製）を用いた。
JIS Z 0238 に基づき、Fig.5 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
Fig.1 Photographs of seal bar surface type, (a)braid heater and (b) ribbon heater.
ヒーター」と、幅 10 mm の組紐ヒーターを比較検討した。なお、組紐ヒーターは、京都西陣にある組紐製造会社（株式会社丸忠）に依頼し、伝統的な組紐作製技術で、ニッケルクロム（NiCr）の糸を組んで作製した。
接合温度は、160℃、180℃とし、接合温度保持時間をこの装置の最小である 0.1 s 保持し、70℃まで冷却した。接合圧力は 0.12、0.22、0.32、0.42 MPa とした。本研究で用いた熱接合方法は、Fig.2 に示すように片面加熱であり、Fig.2 Schematic illustration of heat sealing,lateral image of heat sealing machine.

Fig.3 に示すように、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）との温度差は約 10℃であった。
また、Fig.4 に示すように、同じ熱接合温度において、熱接合圧力の違いによる接合面の温度差異は見られなかったことから、本稿における「接合温度」とは、ヒーターに接した面（外側）の温度と定義する。但し、組紐ヒーターの溶着面温度(Inside of film)に比べ、リボンヒーターの溶着面温度(Inside of film)は、

Fig.3 Sealing temperature at heater surface (outof films) and film interface (inside of films).

－ 351 －

滅菌紙を用いた滅菌バッグの熱接合部に及ぼす接合圧力と組紐ヒーターの影響

3. 結果と考察
3.1 はく離試験
縦軸にはく離強度、横軸に熱接合圧力をとったグラフを Fig.6 に示す。はく離強度は、全ての熱接合温度において、熱接合圧力が高くなるほど強くなっていることがわかった。この理由としては、滅菌紙を用いた滅菌バッグは、紙とフィルムの接合であるため、溶融した CPP が、滅菌紙の繊維内に浸透するのに圧力を必要としたと考えられる 8)。
Fig.4

Relationship between heat seal
temperature and heat seal pressure.

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、接合不可とした。
リボンヒーターにおいては、160℃、0.12MPa において、はく離強度が 3 N/15mm を下回っていたが、組紐ヒーターを用いた場合、それ以上のはく離強度を示した。また、全ての圧力および同じ接合温度において、組紐ヒーターは、リボンヒーターと比較して高い値を示した。Fig.7 に、接合温度 160 ℃(リボンンヒーターの溶着面温度が 150 ℃、組紐ヒー

Fig.5

Schematic illustration of heat sealed
sample bag and peel test specimen.

MD 方向に切り出し、2 枚重ねて接合幅 10mm 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。引張試験は、メーカーが指定している、はく離方向に向かって熱接合部を中心に 180°開き、つかみ具間距離50 mm、はく離速度 300 mm/min にて行った。
Fig.6－ 352 －Peel strength of heat sealed specimens
for various heat sealing pressure.

日本包装学会誌 Vol.24 No.6 （2015）

ターの溶着面温度が 155 ℃)の、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いる滅菌紙である。
接合圧力が高いほど、滅菌紙の量が増えているのが観察された。また、リボンヒーターに比し、組紐ヒーターの方が付着している滅菌紙の量が多く観察された。さらに、白い矢印
で示す、リボンヒーターの、0.12、0.22、0.32
MPa において、接合部と非接合部の紙の付着が少ないことが観察された。
Fig.8 に接合温度 180 ℃(リボンヒーターの溶着面温度が 170 ℃、組紐ヒーターの溶着面温度が 175 ℃)のはく離試験後の試験片の写真を示す。接合温度 160℃のときの結果と同様、接合圧力が高いほど、滅菌紙の量が増えているのが観察された。また、リボンヒーターに比べ、組紐ヒーターの方が付着している滅菌紙の量が多く観察された。さらに、白い矢印

Fig.7

Photographs of heat sealed part after

peel test (heat sealing temperature: 160ºC).

で示す、リボンヒーターの、0.12 MPa において、接合部と非接合部の紙の付着が少ないことが観察された。このことは、組紐ヒーター

熱接合したものがほとんど同じはく離強度をが細線で組まれているのでヒーター表面上の示したことから、組紐ヒーターを用いること組目部分が平坦ではなく、微細な凹凸を形成により従来法と比較して約 20 ºC 低温で接合しているため、表面が平坦なリボンヒーターしてもシール強度が同程度であることから、と比較して、凸部に圧力が集中し、低い熱接組紐ヒーターを用いることは非常に有用であ

合圧力時においても凸部に熱が集中した結果、ることが考えられる。

プラスチックフィルムおよび滅菌紙が溶融・接合しやすくなっているためと考えられる。
一方、リボンヒーターを用いて 180ºC で熱接合したものと組紐ヒーターを用いて 160 ºC で－ 353 －滅菌紙を用いた滅菌バッグの熱接合部に及ぼす接合圧力と組紐ヒーターの影響ィルムの方が高いはく離強度を示すことが明らかとなった。

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Fig.8

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（原稿受付2014 年 12 月 9 日）

（審査受理 2015 年 10 月 30 日）－ 355 －

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