CN116981565A - 气体阻隔层叠体以及具备该气体阻隔层叠体的包装材料 - Google Patents
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Abstract
本发明的气体阻隔层叠体具备彼此层叠的纸基材、第一树脂层、蒸镀层、以及第二树脂层，纸基材、第一树脂层、蒸镀层、以及第二树脂层依次层叠，纸基材的厚度为20μm以上且40μm以下，纸基材的密度为0.8g/cm3以上且1.5g/cm3以下。
Description
技术领域
本发明涉及气体阻隔层叠体以及具备该气体阻隔层叠体的包装材料。
背景技术
近年来，由于以海洋塑料垃圾问题等为开端的环境意识的提高，脱塑料的时机到来。在包装材料的领域中也强烈要求从塑料制代替成纸制的包装材料。
纸原本是透气性高的材料。因此，在使用了纸的包装材料中，为了赋予所需要的气体阻隔性，实施将纸与透气性低的材料粘贴在一起、在纸上涂饰透气性低的材料等。即，需要在纸上形成气体阻隔层。
另一方面，纸是原本具有折痕保持性(死褶性)的材料，具有易于加工的特征。因此，要求即便是将利用某种方法形成了气体阻隔层的纸加工成作为具有锐角折痕的包装袋的枕袋包装袋、三边密封包装袋、风琴袋包装袋等时，上述包装袋的气体阻隔性也不会降低。
专利文献1中记载的气体阻隔性层叠体是在纸支撑体的至少一个面上依次具有水蒸气阻隔层及气体阻隔层的气体阻隔性层叠体。其特征在于，作为水蒸气阻隔层，含有长宽比为50以上且厚度为200nm以下的层状无机化合物、阳离子性树脂以及阴离子性粘合剂，层状无机化合物的含量相对于阴离子性粘合剂100质量份为0.1～800质量份，气体阻隔层含有水溶性高分子。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2020-69783号公报
发明内容
发明要解决的技术问题
已知在弯曲上述专利文献1中记载的气体阻隔性层叠体时，具有水蒸气透过度或氧透过度降低2倍以上的问题。
本公开的一个方面提供即便在弯折后也可发挥充分的气体阻隔性的气体阻隔性层叠体、以及具备该气体阻隔性层叠体的包装材料。
用于解决技术问题的手段
本公开一个方面的气体阻隔层叠体具备彼此层叠的纸基材、第一树脂层、蒸镀层、以及第二树脂层，纸基材、第一树脂层、蒸镀层、以及第二树脂层依次地层叠，纸基材的厚度为20μm以上且40μm以下，纸基材的密度为0.8g/cm3以上且1.5g/cm3以下。
本公开一个方面的气体阻隔层叠体通过使纸基材的厚度以及密度为上述数值范围，在减薄气体阻隔层叠体整体的同时将纸基材的密度进行高密度化，由此可以抑制弯折时的气体阻隔层的开裂。通过纸基材的厚度为20μm以上且40μm以下，可以减小气体阻隔层叠体弯折时施加于气体阻隔层的拉伸应力，因此可以抑制气体阻隔层的开裂。另外，通过使纸基材的密度为0.8g/cm3以上且1.5g/cm3以下，可以提高蒸镀层的平坦性。由此，可以提高层叠体的初始气体阻隔性。进而，通过将蒸镀层的厚度稳定化，在蒸镀层的表面上设置凹凸变得困难。因此，难以设置蒸镀层中的脆弱部，因而可以说纸基材的高密度化有助于抑制气体阻隔层的开裂。因此，上述气体阻隔层叠体即便在弯折后也可发挥充分的气体阻隔性。
第二树脂层可以是包含具有羧基、羧基的盐、羧酸酐基、以及羧酸酯中的至少一者的聚烯烃树脂的层。此时，可以在显示第二树脂层带来的水蒸气阻隔性的同时可以抑制蒸镀层的开裂。
蒸镀层的厚度可以为30nm以上且100nm以下。此时，气体阻隔层叠体可以显示良好的水蒸气阻隔性和耐弯曲性。
蒸镀层可以是铝层、氧化硅层、氧化铝层中的任一者。此时，气体阻隔层叠体可以显示良好的水蒸气阻隔性和耐弯曲性。
第二树脂层的厚度可以为2μm以上且10μm以下。此时，可以在抑制制造成本的同时形成显示良好的水蒸气阻隔性和耐弯曲性的气体阻隔层叠体。
还可以纸基材的厚度为20μm以上且37μm以下、第二树脂层的厚度为5μm以上且10μm以下。此时，即便是在弯曲气体阻隔层叠体之后也可以良好地维持上述气体阻隔层叠体的气体阻隔性。
纸基材的密度还可以是1.0g/cm3以上且1.5g/cm3以下。此时，气体阻隔层叠体可以显示良好的水蒸气阻隔性。
本公开一个方面的包装材料可以具备气体阻隔层叠体。
发明效果
根据本公开的一个方面，可以提供即便在弯折后也能够发挥充分的气体阻隔性的气体阻隔性层叠体、以及具备该气体阻隔性层叠体的包装材料。
附图说明
图1为表示一个实施方式的气体阻隔层叠体的层构成的示意截面图。
图2为用于说明纸层厚时气体阻隔层易于开裂的状态的示意截面图。
图3为用于说明纸层薄时气体阻隔层难以开裂的状态的示意截面图。
具体实施方式
以下，一边参照附图一边详细地说明本公开一个实施方式的气体阻隔层叠体以及具备该气体阻隔性层叠体的气体阻隔包装材料。图1为表示一个实施方式的层叠体10的层构成的示意截面图。
如图1所示，层叠体10是具备纸基材1、第一树脂层2、蒸镀层3、以及第二树脂层4的气体阻隔层叠体。层叠体10的厚度方向(以下仅为“厚度方向”)上依次层叠纸基材1、第一树脂层2、蒸镀层3、以及第二树脂层4。一个实施方式中，在层叠体10中，至少蒸镀层3作为气体阻隔层发挥功能。
纸基材1是作为层叠体10的主体部发挥功能的层状的基材。纸基材1中包含的材料并无特别限定。上述材料例如可以根据具备层叠体10的包装材料的用途适当选择。纸基材1只要是例如以植物来源的纸浆为主成分的纸即可。作为纸的具体例子，可举出高级纸、特殊高级纸、涂布纸、美术纸、铸涂纸、模造纸以及牛皮纸、半透明纸等。纸基材1可以具有多张上述纸，也可以具有多种上述纸。这些情况下，各纸可以彼此重叠。
纸基材1的厚度为20μm以上且40μm以下。因此，可以说纸基材1被制成比较薄的膜。通过纸基材1的厚度为20μm以上，层叠体10难以发生无法预期的破损等。通过纸基材1的厚度为40μm以下，在弯折层叠体10时，可以抑制施加于蒸镀层3等的应力(压缩应力)。其原因在于，纸基材1的厚度越大，则有施加于蒸镀层3等的应力变得越大的倾向。纸基材1的厚度还可以为37μm以下、还可以为35μm以下、还可以为33μm以下，且还可以为28μm以上、还可以为30μm以上。纸基材1的厚度例如利用JIS P 8118：2014中记载的方法求算。
纸基材1的密度例如为0.8g/cm3以上且1.5g/cm3以下。通常广泛流通的纸的密度(例如复印用纸等)为0.7g/cm3左右。因此，可以说纸基材1被较高密度化。纸基材1的密度为0.8g/cm3以上时，可以良好地提高位于纸基材1上的第一树脂层2以及蒸镀层3的平滑性。纸基材1的密度通过纸基材1的单位面积质量除以纸基材1的厚度来获得。纸基材1的密度还可以为1.0g/cm3以上、还可以为1.10g/cm3以上、还可以为1.15g/cm3以上，且还可以为1.30g/cm3以下、还可以为1.20g/cm3以下、还可以为1.15g/cm3以下。纸基材1的单位面积质量例如利用JIS P 8124：2011中记载的方法求算。
纸基材1的质量以层叠体10整体为基准计例如为50质量％以上、70质量％以上、或者80质量％以上。若纸基材1的质量为50质量％以上，则作为气体阻隔层叠体整体可以说是纸制的。从伴随层叠体10的形成的塑料材料的使用量减少、再利用性等观点出发，层叠体10中的纸的质量越大越优选。具备层叠体10的包装材料还可以是纸制容器包装袋。纸制容器包装袋是基于日本资源有效利用促进法、带有纸制容器包装识别标示的包装体。
第一树脂层2是成为蒸镀层3的基底层的层(锚涂层)，例如包含通常作为蒸镀用锚涂剂使用的各种树脂组合物。上述树脂组合物例如为聚烯烃、聚乙烯醇、乙烯-乙烯醇共聚物、环氧树脂等。树脂组合物包含聚乙烯醇等时，由于上述树脂组合物可以发挥氧阻隔，因此可以提高层叠体10的水蒸气以及氧阻隔性的两者。关于第一树脂层2的涂布量以及厚度并无特别限定。从施加于蒸镀层3等的应力的观点出发，第一树脂层2的厚度控制在必要最低限度。第一树脂层2的厚度控制在例如可发挥作为蒸镀用锚涂剂的功能的程度。第一树脂层2的厚度例如为2μm以上且10μm以下。
蒸镀层3例如是利用真空蒸镀法、溅射法、化学气相沉积法(CVD法)等公知方法形成的层。从成膜速度、生产率的观点出发，可以使用真空蒸镀法。作为蒸镀层3的材质，可以使用各种金属、金属氧化物、无机物、无机化合物。从蒸镀层的气体阻隔性能、经济性、加工容易性等观点出发，蒸镀层3例如是铝层、氧化铝层、氧化硅层中的任一者。
从气体阻隔性能的观点出发，蒸镀层3的厚度为30nm以上。蒸镀层3的厚度还可以为40nm以上、还可以为50nm以上。当蒸镀层3过厚时，则具有易于开裂和蒸镀时的生产率降低的倾向。因此，从经济性、防止破损等观点出发，蒸镀层3的厚度为100nm以下。蒸镀层3的厚度还可以为80nm以下、还可以为60nm以下。
第二树脂层4作为保护蒸镀层3的盖涂层发挥功能，将蒸镀层3覆盖。一个实施方式中，第二树脂层4在接触于蒸镀层3的同时将其覆盖。作为第二树脂层4的材质，例如与第一树脂层2同样使用与蒸镀层3的亲和性高的材料。作为包含上述材料的第二树脂层4，例如可举出包含具有羧基、羧基的盐、羧酸酐基、以及羧酸酯中的至少一者的聚烯烃树脂的层。
聚烯烃是柔软性优异的材料之一。因此，通过第二树脂层4包含聚烯烃，可以发挥抑制弯曲后的蒸镀层3的开裂的效果。另外，通过在第二树脂层4中包含被结晶化的聚烯烃，第二树脂层4的水蒸气阻隔性可以良好地发挥。进而，通过聚烯烃树脂含有羧基，第二树脂层4与蒸镀层3的密合性能够提高。
第二树脂层4的厚度例如为2μm以上且10μm以下。第二树脂层4越厚，则蒸镀层3在厚度方向上越接近层叠体10的中心(中间位置)。由此，在弯折层叠体10时，易于缓和施加于蒸镀层3等的应力，蒸镀层3等难以开裂。因此，层叠体10的耐弯曲性提高(即，即便在弯曲后也易维持层叠体10的气体阻隔性)。而越增厚第二树脂层4，则层叠体10的制造成本越提高。因此从经济性、气体阻隔性(特别是水蒸气阻隔性)、耐弯曲性的平衡的观点出发，一个实施方式中的第二树脂层4的厚度为2μm以上且10μm以下。第二树脂层4的厚度还可以为2.5μm以上、还可以为4μm以上、还可以为5μm以上，且还可以为8μm以下、还可以为7μm以下。
对于以上说明过的一个实施方式的层叠体10所起到的作用效果，举出图2、3所示的例子进行说明。图2为用于说明纸层厚时气体阻隔层易于开裂的状态的示意截面图。图3为用于说明纸层薄时气体阻隔层难以开裂的状态的示意截面图。此外，图2所示的纸基材100的厚度大于40μm，图3所示的纸基材1的厚度为20μm以上且40μm以下。
如图2所示，弯曲纸基材100时，在对纸基材100施加大的压缩应力112的同时，对蒸镀层3也施加大的拉伸应力111。因此，在纸基材100弯曲时，易在蒸镀层3中发生开裂13。而如图3所示，在弯曲纸基材1时，施加于纸基材1的压缩应力12和施加于蒸镀层3的拉伸应力11分别小于图2所示的压缩应力112和拉伸应力111。因此，难以发生因拉伸应力导致的蒸镀层3的开裂。进而，在发生蒸镀层3的开裂之前，由于压缩应力12与拉伸应力11彼此相抵消，因此即便是在弯曲后，蒸镀层3中也难以发生开裂。因此，通过使纸基材1的厚度为20μm以上且40μm以下，具有蒸镀层3的开裂难以发生的倾向。
而且，一个实施方式的纸基材1的密度为0.8g/cm3以上且1.5g/cm3以下。通过将纸基材1高密度化，形成于纸基材1上的第一树脂层2的平坦性提高。由此，可以将形成于第一树脂层2上的蒸镀层3的厚度稳定化。因此，层叠体10的初始气体阻隔性也可以提高。此外，通过将蒸镀层3的厚度稳定化，在蒸镀层3的表面上设置凹凸变得困难。在蒸镀层3中设置凹凸时，容易产生以上述凹凸为起点的蒸镀层3内的裂纹、缺陷。而通过将纸基材1较高密度化，由于蒸镀层3的厚度稳定，因此难以设置蒸镀层3中的脆弱部。因而，难以发生伴随层叠体10的弯曲等的蒸镀层3的破损。因此，即便在弯折后也可维持层叠体10的气体阻隔性。
一个实施方式的纸基材1的质量以层叠体10整体为基准计为50质量％以上，因此可以说层叠体10作为整体是纸制的。因此，层叠体10具有作为纸的特征的折痕保持性。
一个实施方式中，第二树脂层4是包含具有羧基、羧基的盐、羧酸酐基、以及羧酸酯中的至少一者的聚烯烃树脂的层。聚烯烃的柔软性优异。因此，当弯曲层叠体10时，由于可以缓和施加于蒸镀层3的压力，因此能够发挥抑制蒸镀层3的开裂的效果。另外，由于在第二树脂层4中包含经结晶化的聚烯烃，因此第二树脂层4可以发挥良好的水蒸气阻隔性。进而，由于聚烯烃树脂含有羧基，因此第二树脂层与蒸镀层3的密合性提高。
一个实施方式中，蒸镀层3的厚度为30nm以上且100nm以下。而且，在一个实施方式中，蒸镀层3是铝层、氧化硅层、氧化铝层中的任一者。通过利用这种蒸镀层3，能够以更高的水准兼顾层叠体10的水蒸气阻隔性和耐弯曲性。
一个实施方式中，第二树脂层4的厚度为2μm以上且10μm以下。由此，可以在抑制成本的同时以高的水准兼顾层叠体10的水蒸气阻隔性和耐弯曲性。
将一个实施方式的可称之为纸制的层叠体10作为包装材料使用时，即便是在具有折痕的包装形态下也可发挥优异的气体阻隔性。因此，由于能够从塑料制气体阻隔性包装材料替换成具备层叠体10的包装材料，因此可以有助于削减塑料垃圾。此外，例如通过在层叠体10的一个表面上设置热封性树脂层，可以形成还能够应用于具有折痕的袋状的包装形态(例如三边密封、枕袋包装、风琴袋包装等)的气体阻隔性包装材料。作为热封性树脂层中使用的树脂，可举出聚乙烯、聚丙烯等聚烯烃系树脂、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚丙烯腈(PAN)等。
实施例
根据以下所示的实施例以及比较例，具体地说明本公开的气体阻隔层叠体。
(实施例1)
作为纸基材，使用日本制纸公司制Glassine N(厚度为33μm、密度为1.17)。接着，利用棒涂机将聚烯烃水分散液(包含三井化学公司制Chemipearl S500的聚烯烃水性分散体)涂饰在纸基材上之后，利用烘箱干燥上述聚烯烃水分散液来形成第一树脂层(平均涂膜厚度：4μm)。接着，使用真空蒸镀法将铝蒸镀在第一树脂层上来形成作为蒸镀膜的铝膜(厚度：50nm)。接着，利用棒涂机将聚烯烃水分散液(包含三井化学公司制Chemipearl S500的聚烯烃水性分散体)涂饰在蒸镀膜上之后，利用烘箱干燥上述聚烯烃水分散液来形成第二树脂层(平均涂膜厚度：5μm)。由此形成依次层叠纸基材、第一树脂层、蒸镀层以及第二树脂层的层叠体。
进而，准备未弯折变形的层叠体(初始层叠体)、进行了谷折后返回至最初状态的层叠体(谷折层叠体)及进行了山折后返回至最初状态的层叠体(山折层叠体)。谷折层叠体相当于按照第二树脂层位于最内侧的方式对折的层叠体。山折层叠体相当于按照第二树脂层位于最外侧的方式对折的层叠体。此外，通过在以300m/分钟的速度旋转1圈1500g的轧辊的同时对气体阻隔性层叠体赋予折痕，从而将层叠体对折。
<水蒸气透过度以及弯曲劣化度>
作为测定装置利用水蒸气透过度测定装置，利用等压法测定温度40℃、相对湿度90％下的上述层叠体的水蒸气透过度(g/m2·day)。该测定中，对初始值(初始层叠体)、谷折后(谷折层叠体)和山折后(山折层叠体)的三份进行测定。各测定结果示于表1中。此外，表1中的“初始”表示初始层叠体的水蒸气透过度的测定结果，表1中的“谷折”表示谷折层叠体的水蒸气透过度的测定结果，表1中的“山折”表示山折层叠体的水蒸气透过度的测定结果。
作为弯曲劣化度，计算谷折层叠体的水蒸气透过度和山折层叠体的水蒸气透过度变为初始层叠体的水蒸气透过度的几倍。计算结果示于表1中。
(实施例2)
除了作为纸基材使用Ojif-tex公司制クリステップ(厚度为35μm、密度为1.07)以外，制作与实施例1同样的材料、层构成的层叠体，同样地进行评价。
(实施例3)
除了作为纸基材使用Ojif-tex公司制厚Glassine(厚度为28μm、密度为1.06)以外，制作与实施例1同样的材料、层构成的层叠体，同样地进行评价。
(实施例4)
除了作为纸基材使用UPM公司制Solide Lucent(厚度为39μm、密度为1.04)以外，制作与实施例1同样的材料、层构成的层叠体，同样地进行评价。
(实施例5)
除了作为纸基材使用日本制纸公司制A Ginrei N(厚度为37μm、密度为0.81)以外，制作与实施例1同样的材料、层构成的层叠体，同样地进行评价。
(实施例6)
除了作为第一树脂层使用PVA(聚乙烯醇、聚合度：500、平均涂膜厚度为4μm)以外，制作与实施例1同样的材料、层构成的层叠体，同样地进行评价。
(实施例7)
除了作为第一树脂层使用三菱GAS化学公司制Maxive C-93AT(环氧系粘接树脂、平均涂膜厚度为4μm)以外，制作与实施例1同样的材料、层构成的层叠体，同样地进行评价。
(实施例8)
除了使蒸镀层为氧化硅层(厚度：30nm)以外，制作与实施例1同样的材料、层构成的层叠体，同样地进行评价。
(实施例9)
除了使蒸镀层为氧化铝层(厚度：30nm)以外，制作与实施例1同样的材料、层构成的层叠体，同样地进行评价。
(实施例10)
除了使第二树脂层的平均涂膜厚度为8μm以外，制作与实施例1同样的材料、层构成的层叠体，同样地进行评价。
(实施例11)
除了使第二树脂层的平均涂膜厚度为2.5μm以外，制作与实施例1同样的材料、层构成的层叠体，同样地进行评价。
(比较例1)
除了作为纸基材使用王子制纸公司制Ryuuo-coate(厚度为46μm、密度为1.12)以外，制作与实施例1同样的材料、层构成的层叠体，同样地进行评价。
(比较例2)
除了作为纸基材使用富士加工公司制特コーモS(厚度为47μm、密度为1.11)以外，制作与实施例1同样的材料、层构成的层叠体，同样地进行评价。
(比较例3)
除了作为纸基材使用UPM公司制Solide Strong(厚度为66μm、密度为0.88)以外，制作与实施例1同样的材料、层构成的层叠体，同样地进行评价。
(比较例4)
除了作为纸基材使用APP公司制Enza HS(厚度为64μm、密度为0.78)以外，制作与实施例1同样的材料、层构成的层叠体，同样地进行评价。
将以上的结果一并示于表1。
根据表1的结果，纸基材的厚度为40μm以下、密度为0.8g/cm3～1.5g/cm3的范围内的实施例的层叠体的初始水蒸气透过度均为10g以下、因弯曲导致的劣化度均小于2倍。而使用厚度均超过40μm的纸基材的比较例1～4的层叠体或者是初始水蒸气透过度为10g以上，或者是因弯曲导致的劣化度为2倍以上。另外，使纸基材的密度为1.0g/cm3以上的实施例的层叠体的水蒸气透过度在弯曲后也为5g以下。进而，通过纸基材的厚度为37μm以下，第二树脂层的平均涂膜厚度为5μm以上的实施例的层叠体的弯曲劣化度为1.2以下。
本公开一个方面的气体阻隔层叠体也可直接作为包装材料使用，但也可通过将第二树脂层作为密封剂层、使第二树脂层相向、对周边进行热密封来加工成包装袋。即便是作为包装袋进行使用时，由于弯折处的气体阻隔性的降低小，因此可作为以往使用塑料材料的气体阻隔包装材料的代替材料进行使用。
符号说明
1 纸基材
2 第一树脂层
3 蒸镀层
4 第二树脂层
10 层叠体
11、111 拉伸应力
12、112 压缩应力
13 气体阻隔层的开裂
Claims (8)
1.一种气体阻隔层叠体，其具备彼此层叠的纸基材、第一树脂层、蒸镀层、以及第二树脂层，
所述纸基材、所述第一树脂层、所述蒸镀层、以及所述第二树脂层依次层叠，
所述纸基材的厚度为20μm以上且40μm以下，所述纸基材的密度为0.8g/cm3以上且1.5g/cm3以下。
2.根据权利要求1所述的气体阻隔层叠体，其中，所述第二树脂层是包含具有羧基、羧基的盐、羧酸酐基、以及羧酸酯中的至少一者的聚烯烃树脂的层。
3.根据权利要求1或2所述的气体阻隔层叠体，其中，所述蒸镀层的厚度为30nm以上且100nm以下。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的气体阻隔层叠体，其中，所述蒸镀层是铝层、氧化硅层、氧化铝层中的任一者。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的气体阻隔层叠体，其中，所述第二树脂层的厚度为2μm以上且10μm以下。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的气体阻隔层叠体，其中，所述第二树脂层的厚度为5μm以上且10μm以下，所述纸基材的厚度为20μm以上且37μm以下。
7.根据权利要求1～6中任一项所述的气体阻隔层叠体，其中，所述纸基材的密度为1.0g/cm3以上且1.5g/cm3以下。
8.一种包装材料，其具备权利要求1～7中任一项所述的气体阻隔层叠体。
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