JP2005179586A - 省熱貼合用接着剤 - Google Patents

Abstract

【課題】 低温貼合や高速貼合等、コルゲーターから十分な熱量を得ることができない省熱貼合においても、生産性を落とさずに段ボールの製造が可能な、安価で優れた接着剤、及びこの接着剤を用いて製造される段ボールを提供する。
【解決手段】 澱粉及び尿素を含み、アルカリブラベンダーアミログラフによる測定方法において、粘度発現時間から５００ＢＵに達するまでの時間が３０分以下となる改質澱粉を用いることを特徴とする段ボール貼合用接着剤。
【選択図】 なし

Description

本発明は、段ボールのライナーと中芯との貼合に用いる段ボール貼合用接着剤及びそれを用いて製造される段ボールに関する。詳しくは、糊化が一気に完了する特性を付与した改質澱粉を使用する省熱貼合適性に優れた段ボール貼合用接着剤、並びにそれを用いて製造される段ボールに関する。なお、ここでいう省熱貼合適性とは、高速貼合や低温貼合など、コルゲーターから受けることのできる熱量が抑制される貼合の状況においても、生産性を落とさずに、十分な接着強度を有する段ボールの製造が可能となる接着剤の貼合適性を指す。

段ボールの貼合に用いる接着剤の原料としては、安価なことから澱粉を使用することが多い。澱粉を使用する接着剤は、一般的に水、キャリアと呼ばれる糊化した澱粉、未糊化のメイン澱粉、アルカリ化合物、硼素化合物で構成される。

段ボール製造機械であるコルゲーター上で接着剤は、波形に成形された中芯の段頂に塗布された後、ライナー原紙を介して熱板より熱が加えられることで、接着剤中の澱粉が糊化・乾燥され、接着力を発現して、段ボールが製造される。

段ボール製造に使用されるコルゲーターは、一般的に熱板の温度が１８０〜１９０℃となるようにするため、蒸気圧１．０〜１．２ＭＰａの蒸気を通して使用されている。しかし、１８０〜１９０℃といった高温で貼合を行うと、熱板と直接接しているライナー原紙の水分が急激に蒸発されるため、原紙が伸縮し、段ボールシートが変形する『反り』と呼ばれる現象が発生する。段ボールシートの反りには、上反り、下反り、Ｓ字反り等があり、その矯正には、大変な労力と経費が費やされている。更に反りは、シートを箱に成形する製函ラインでの生産性を大幅に下げるとともに、不良品発生原因となっており、大きな問題となっている。このため、段ボール製造にあたっては、反りのない段ボールを製造することは、大きな課題となっている。

しかし、段ボール原紙は、その製造条件、メーカー等により、水分、パルプ繊維の配向性等に微妙な差があるため、熱や水分による伸縮にも微妙な違いが生じている。段ボール製造にあっては、その裏と表のライナー原紙の伸縮に差が生じると、製造した段ボールに反りが発生する。このような原紙伸縮の差による反りの発生は、貼合時のコルゲーターの熱板の温度を低く抑え、ライナー原紙の水分蒸発を抑制することにより、緩和されることが経験的に確認され、コルゲーターから与える熱量を低く抑えて貼合を行う低温貼合は、反り発生の抑制効果を期待できることが明らかになってきた。更に、低温貼合は、コルゲーターの熱量を低く抑えるため、エネルギー消費量が抑制でき、燃料コストの削減、二酸化炭素排出削減などの効果も期待できる。このような背景を受けて、低温貼合への関心が大きく持たれるようになっている。

一方、大手段ボールメーカーでは、近年の不況の影響から、これまで複数の工場で行ってきた段ボールの製造を集約し、一工場で大量に段ボール生産を行うケースが増えている。このような工場では、大型でかつ高速運転が可能なコルゲーターが導入され、高い生産性を実現するため、これまで以上の高速貼合が求められている。しかし、このような大型コルゲーターで高速貼合を行うと、ライナー原紙とコルゲーターの熱板との接触時間が非常に短くなり、コルゲーターから受けることのできる熱量は抑制されてしまうため、接着剤中の澱粉の糊化が十分に行われず、必要な接着強度が得られない場合が生じている。

高速貼合や低温貼合など、省熱貼合の場合には、コルゲーターから受ける熱量は低く抑制されるため、接着剤中の澱粉は糊化が完了するのに必要な熱量を受けられなくなり、接着力発現が不十分となって、貼合不良を起こすケースが生じる。貼合不良を回避するには、コルゲーターの貼合速度を落とすことで、ライナーと熱板との接触時間を伸ばし、熱量を確保しなければならないため、生産性悪化の原因となる。このような生産性悪化を防ぐためには、コルゲーターから受ける熱量が抑制される場合においても、生産性を下げることなく、糊化が完了する澱粉を使用した接着剤が必要であり、その開発が望まれている。

特許文献１には、少ない熱量においても、接着剤中の澱粉の糊化が完了する物性を付与するため、コーンスターチにエーテル化、エステル化などの加工を施す方法が記載されている。しかし、このような改質澱粉を用いる方法は、高い加工度が必要となり、加工を行うためのコストが高くなってしまうため、接着剤のコストを押し上げる要因となり、実際にはほとんど用いられていないのが現状である。また特許文献２には、もともとコーンスターチよりも急激な糊化を起こす物性を有している馬鈴薯澱粉と、安価なコーンスターチを混合使用し、安価で省熱貼合適性を有する接着剤を製造する方法が記載されている。この接着剤は、非常に安価ではあるが、コストを安く抑えるため、メイン澱粉のコーンスターチの混合割合を１〜７割としている。このような接着剤を省熱貼合に用いると、１〜７割を占めるコーンスターチは熱量不足のため糊化が十分にできず、製造される段ボールは必要な接着強度を得ることができない場合が生じるため、性能が不十分である。

従って、価格面、性能面ともに満足する省熱貼合用の接着剤は、未だ開発されておらず、新しい接着剤の開発が望まれている。
特開昭５６−１４５７１号公報 特開平２−２８１０９０号公報

本発明の課題は、低温貼合や高速貼合等、コルゲーターから十分な熱量を得ることができない省熱貼合においても、生産性を落とさずに段ボールの製造が可能な、安価で優れた接着剤、及びこの接着剤を用いて製造される段ボールを提供することである。

本発明者らは、アルカリ存在下で、安価な尿素を接着剤中に澱粉と共存させることにより、少ない熱量でも、接着剤中の未糊化澱粉の糊化が一気に完了する特性を澱粉に付与できることを見出し、これを段ボール貼合用接着剤に使用することで、前記課題を解決することに成功した。

即ち、本発明は以下の発明を包含する。
（１）澱粉及び尿素を含み、アルカリブラベンダーアミログラフによる測定方法において、粘度発現時間から５００ＢＵ（Brabender Unitの略）に達するまでの時間が３０分以下となる改質澱粉を用いることを特徴とする段ボール貼合用接着剤。
（２）全接着剤中の澱粉と尿素の比率が重量比で９９：１〜８０：２０である前記（１）に記載の段ボール貼合用接着剤。
（３）波形に成形された中芯と、澱粉系接着剤によって前記中芯の片面又は両面に貼合されたライナーとを有し、前記中芯及びライナーの貼合に、前記（１）又は（２）に記載の段ボール貼合用接着剤が用いられていることを特徴とする段ボール。

本発明により、接着剤中の澱粉は、一気に糊化が完了する特性が付与され、このような接着剤を段ボール貼合用接着剤として使用することで、省熱貼合適性に優れた接着剤が得られ、省熱貼合の状況においても、十分な接着強度を有する段ボールが製造できる。

以下、本発明を詳細に説明する。
本発明の段ボール貼合用接着剤は、澱粉を主体とする接着剤であって、接着剤を加熱することで澱粉の持つ吸水・膨潤・糊化の各物性を利用して接着機能を発現させ、接着剤として機能するものであり、波形に成形された中芯原紙とライナー原紙を貼り合わせるために用いられるものである。

本発明の段ボール貼合用接着剤は、澱粉及び尿素を含み、かつ、アルカリブラベンダーアミログラフによる測定方法において、粘度発現時間から５００ＢＵに達するまでの時間が３０分以下となる改質澱粉を用いることを特徴とする。

尿素を使用した段ボール貼合用接着剤は、特公昭５８−４６２３４号公報、特公昭５８−３５６３２号公報等に記載されている。しかしこれらは、尿素とホルムアルデヒドとの縮合反応で生成される尿素−ホルムアルデヒド樹脂を接着剤の耐水性付与を目的として用いるものであり、本発明のように、接着剤中の未糊化澱粉の糊化特性を尿素の作用によって改質する発明はこれまでに見当たらない。また、本発明における尿素の代わりに、尿素−ホルムアルデヒド樹脂を用いても、アルカリブラベンダーアミログラフによる測定方法において、粘度発現時間から５００ＢＵに達するまでの時間が３０分以下となる改質澱粉は得られない。

尿素が澱粉の糊化特性を改質する作用については、詳細は不明であるが、尿素はアルカリの存在により分解され、アンモニアを生成することが知られており、通常ｐＨ１２付近で使用されている段ボール貼合用接着剤中においては、尿素から生成されたアンモニアは、接着剤中に溶解され、アンモニウムイオンと水酸化物イオンに分解されていると考えられる。水酸化物イオンは、未糊化澱粉の水素結合を緩やかに弛緩する作用を有すため、澱粉が糊化しやすい状態となり、一気に糊化が完了する物性が付与されるものと考えられる。澱粉は糊化を開始してから終了するまでの間も、エネルギーを必要とし、外部から与えられた熱エネルギーを吸収し続けるが、このような物性が付与された澱粉は、糊化の開始から終了までの時間が非常に短く、一気に糊化が完了するため、この間に必要とされる熱量を少なく抑えることができるようになるものと考えられる。本発明者らは、尿素の持つこの作用を、段ボール貼合用接着剤の未糊化澱粉に及ぼすことによって、少ない熱量においても糊化の完了が可能な、省熱貼合適性に優れた接着剤を得ることに成功し、この接着剤を用いて段ボールを製造すると、生産性を落とすことなく、良好な接着強度を有する段ボールが得られることを見出した。

本発明に用いる尿素は、特に限定されず、粉状、顆粒状、水溶液等が使用できる。尿素を作用させる方法については、粉状や顆粒状の尿素を澱粉と混ぜ合わせる方法、尿素水溶液や澱粉分散液に澱粉や尿素を溶解させる方法、尿素水溶液を澱粉に噴霧する方法、接着剤の調製中あるいは調製後に尿素を接着剤中に溶解する方法等、どのような方法を用いてもよい。尿素を澱粉に作用させる時期については、接着剤の調製中、調製後、あるいは調製前が挙げられるが、いずれの場合でもよく、調製前の場合、改質後に澱粉の水素結合の弛緩促進を目的に加熱あるいは冷却を実施してもよい。

省熱貼合適性の向上効果及び接着剤が粘度安定性の点で、全接着剤中の澱粉と尿素の比率は、重量比で９９：１〜８０：２０であることが好ましく、９９：１〜９０：１０であることが更に好ましい。尿素の重量比が澱粉に対し１重量％未満であると、得られる澱粉の糊化特性は、未処理の澱粉と大差がなく、省熱貼合適性の向上が図れない。

一方、原料用澱粉は、段ボール貼合用接着剤に通常用いられているいずれの澱粉でもよく、特に限定されるものはないが、例えばコーンスターチ、ハイアミロースコーンスターチ、ワキシーコーンスターチ、タピオカ澱粉、甘藷澱粉、馬鈴薯澱粉、小麦澱粉、米澱粉、サゴ澱粉などの天然澱粉、それらをエーテル化、エステル化、カチオン化、酸化もしくは酸処理した加工澱粉、又はこれらの澱粉の混合物を用いることができる。

糊化特性を改質した澱粉の改質度合いは、アルカリブラベンダーアミログラフによる測定方法（以下「アルカリブラベンダー法」という。）で測定でき、その測定値は、粘度発現時間と粘度が５００ＢＵに達するまでの時間の差（以下「ΔＴ」という。）が、３０分以下であることが必要であり、好ましくは４〜３０分、更に好ましくは５〜２５分である。この値が３０分を超えると、澱粉の糊化特性の改質度合いは不十分であり、省熱貼合適性の向上が図れない。ここで、アルカリブラベンダー法は、アルカリ水溶液に分散させた澱粉の糊化特性を測定する方法で、次のように測定を行う。

まず、澱粉１２５ｇに全量で３００ｇとなるまで純水を加え、澱粉を分散させる。これに２５重量％の水酸化ナトリウム水溶液１０ｍｌと純水１８０ｍｌを混合した溶液をゆっくり加え、澱粉分散液を得る。得られた澱粉分散液をブラベンダーアミログラフの容器に移した後、全量が５００ｇとなるよう純水を加えて調整し、ブラベンダーアミログラフを始動させる。ブラベンダーアミログラフは、液温が４４℃になるまで毎分１．５℃の速度で昇温し、４４℃に達したら４４℃で保持するようプログラムし、４４℃に達してから、分散液が粘度を発現させた時間と、粘度が５００ＢＵに達するまでの時間を測定し、その時間の差ΔＴを算出する。またこのアルカリブラベンダー法においては、カートリッジ７００ｃｍ−ｇを使用し、回転数１００ｒｐｍで行う。

本発明の段ボール貼合用接着剤においては、澱粉、尿素のほかに、水、アルカリ化合物が使用され、必要に応じ硼素化合物、タンニン、カルボキシメチルセルロース、アルギン酸ナトリウム、各種増粘剤等も使用できる。使用される水については、澱粉重量に対し、１．８〜４．０倍重量加えることが望ましい。アルカリ化合物としては、例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等のアルカリ金属水酸化物；水酸化カルシウム、水酸化マグネシウム等のアルカリ土類金属水酸化物等、従来段ボール貼合用接着剤に使用されているものを使用でき、硼素化合物としては、例えば硼砂、硼酸、メタ硼酸ナトリウム等が使用できる。また本発明の段ボール貼合用接着剤の調製方法については、通常行われているツータンクもしくはワンタンクステインホール法、プレミックス法、ノーキャリア法などを用いることができる。

本発明の段ボールは、本発明の段ボール貼合用接着剤を用いて製造されたものであり、波形に成形された中芯と、段ボール貼合用接着剤によって前記中芯の片面又は両面に貼合されたライナーとを有し、前記中芯及びライナーの貼合に、前述した本発明の段ボール貼合用接着剤が用いられていることを特徴とする。

本発明の段ボールは、段ボールの製造で通常使用されるコルゲーターを用いて製造することができる。即ち、本発明の段ボールは、糊ロール及び糊ロールに段ボール貼合用接着剤を付着させる手段を少なくとも有するコルゲーターを用い、波形に成形された中芯の頂縁と糊ロールとを当接させて頂縁に段ボール貼合用接着剤を塗布する工程と、中芯の、段ボール貼合用接着剤が塗布された面側にライナーを貼り合わせる工程とを含む段ボールの製造方法において、前述した本発明の段ボール貼合用接着剤を用いることにより製造することができる。

本発明の段ボールは、中芯及びライナーの貼合に本発明の段ボール貼合用接着剤を用いるものであれば特に制限はなく、片面段ボール、両面段ボール、複両面段ボール、複複両面段ボールのいずれをも包含する。

以下、実施例及び比較例を挙げて本発明を更に具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。また以下の実施例及び比較例において、(a)フォードカップ粘度（以下「ＦＣＶ」という。）、(b)Ｂ型粘度、(c)糊化温度及び(d)接着強度の測定は以下の方法で行った。
(a)ＦＣＶ：東洋テスター工業（株）製のフォードカップ（水１０秒）により測定した。
(b)Ｂ型粘度：東京計器（株）製の回転粘度計（型式：ＢＭ型）を用いて、６０ｒｐｍで測定した。
(c)糊化温度：ブラベンダーアミログラフを用いて測定した。試料５００ｇをブラベンダーカップにとり、カートリッジ７５０ｃｍ−ｇ、回転数１００ｒｐｍ、昇温速度１．５℃／分の条件で測定し、測定中の最低粘度から、５００ＢＵ上昇したときの温度を糊化温度とした。
（ｄ）接着強度：製造した段ボールのシートを横５ｃｍ、縦８．５ｃｍの大きさに切り、温度２３℃、相対湿度５０％の恒温恒湿室中で２４時間放置する。その後、リングクラッシュテスター（日本ＴＭＣ（株）製）にて、その接着強度を測定した。

（比較例１）
柿田工業（株）製段ボール貼合用接着剤調製用タンクに、３５℃に加温した水８６０ｋｇを入れ、撹拌しながら、予めアルカリブラベンダー法にてΔＴを測定したコーンスターチ（王子コーンスターチ（株）製）６８ｋｇを分散させた。これに２５重量％濃度の水酸化ナトリウム水溶液５８ｋｇを加え、１０分間撹拌して、キャリア用糊を得た。次にこのキャリア用糊に、３５℃の水８００ｋｇ、前記コーンスターチ５００ｋｇ、硼砂１１．４ｋｇを連続して加えた後、１５分間撹拌して、接着剤１を調製した。調製した接着剤のＦＣＶ、Ｂ型粘度、糊化温度を測定後、接着剤１を使用して、最高速度２５０ｍ／ｍｉｎ、最大紙幅１８００ｍｍの三菱重工（株）製コルゲーターにて、Ｋライナー（２２０ｇ）と中芯（１６０ｇ）の貼合を行い、段ボールを製造した後、得られた段ボールの接着強度を測定した。なお、貼合の条件は、コルゲーターの熱板に通す蒸気の蒸気圧１．１ＭＰａ（熱板温度１８５℃）、貼合速度２００ｍ／ｍｉｎとした。その結果を表１に示す。

（比較例２）
貼合条件をコルゲーターの熱板に通す蒸気の蒸気圧を０．８ＭＰａ（熱板温度１７０℃）とする以外は、比較例１と同様の方法で、接着剤の調製及び段ボールの製造を行い、得られた段ボールの接着強度を測定した。その結果を表１に示す。

（実施例１）
コーンスターチ９５０ｋｇと尿素（日産化学（株）製；以下同様）５０ｋｇを混合後、よく撹拌して、尿素添加澱粉１を得、アルカリブラベンダー法にてΔＴを測定した。比較例１のコーンスターチを尿素添加澱粉１に変え、貼合条件のコルゲーターの熱板に通す蒸気の蒸気圧を０．８ＭＰａ（熱板温度１７０℃）とする以外は、比較例１と同様の方法で、接着剤の調製及び段ボールの製造を行い、得られた段ボールの接着強度を測定した。その結果を表１に示す。

（実施例２）
コーンスターチ９３０ｋｇと尿素７０ｋｇを混合後、よく撹拌して、尿素添加澱粉２を得、アルカリブラベンダー法にてΔＴを測定した。比較例１のコーンスターチを尿素添加澱粉２に変え、貼合条件のコルゲーターの熱板に通す蒸気の蒸気圧を０．８ＭＰａ（熱板温度１７０℃）とする以外は、比較例１と同様の方法で、接着剤の調製及び段ボールの製造を行い、得られた段ボールの接着強度を測定した。その結果を表１に示す。

（実施例３）
コーンスターチ８５０ｋｇと尿素１５０ｋｇを混合後、よく撹拌して、尿素添加澱粉３を得、アルカリブラベンダー法にてΔＴを測定した。比較例１のコーンスターチを尿素添加澱粉３に変え、貼合条件のコルゲーターの熱板に通す蒸気の蒸気圧を０．８ＭＰａ（熱板温度１７０℃）とする以外は、比較例１と同様の方法で、接着剤の調製及び段ボールの製造を行い、得られた段ボールの接着強度を測定した。その結果を表１に示す。

（実施例４）
水分３４〜３５重量％を含むコーンスターチ１５００ｋｇと尿素３０ｋｇを混練機で、５分間混合撹拌した後、乾燥機で水分が１２〜１３重量％となるまで乾燥し、尿素添加澱粉５を得、アルカリブラベンダー法にてΔＴを測定した。比較例１のコーンスターチを尿素添加澱粉５に変え、貼合条件のコルゲーターの熱板に通す蒸気の蒸気圧を０．８ＭＰａ（熱板温度１７０℃）とする以外は、比較例１と同様の方法で、接着剤の調製及び段ボールの製造を行い、得られた段ボールの接着強度を測定した。その結果を表１に示す。

（実施例５）
２０重量％濃度の尿素水溶液３０００ｋｇ中にコーンスターチ１０００ｋｇを分散させ、１５分撹拌混合した。この分散液を、ろ過機を用いてろ過した後、沈殿物を乾燥機で乾燥し、実測値で、尿素の含有率が５．３％となった、尿素添加澱粉６を得、アルカリブラベンダー法にてΔＴを測定した。比較例１のコーンスターチを尿素添加澱粉６に変え、貼合条件のコルゲーターの熱板に通す蒸気の蒸気圧を０．８ＭＰａ（熱板温度１７０℃）とする以外は、比較例１と同様の方法で、接着剤の調製及び段ボールの製造を行い、得られた段ボールの接着強度を測定した。その結果を表１に示す。

（実施例６）
コーンスターチ１０００ｋｇを混練機に入れ、よく撹拌しながら、４０重量％濃度の尿素水溶液５０ｋｇ（尿素分として２０ｋｇ）を噴霧した。噴霧後、乾燥機で水分が１２重量％程度となるまで乾燥し、尿素添加澱粉７を得、アルカリブラベンダー法にてΔＴを測定した。比較例１のコーンスターチを尿素添加澱粉７に変え、貼合条件のコルゲーターの熱板に通す蒸気の蒸気圧を０．８ＭＰａ（熱板温度１７０℃）とする以外は、比較例１と同様の方法で、接着剤の調製及び段ボールの製造を行い、得られた段ボールの接着強度を測定した。その結果を表１に示す。

（実施例７）
比較例１で調製した接着剤１に尿素２８．４ｋｇを溶解させた後、よく撹拌し、段ボール貼合用接着剤を得た。この接着剤を使用して、比較例２と同様の条件で段ボールの製造を行い、得られた段ボールの接着強度を測定した。その結果を表１に示す。

（比較例３）
比較例１で調製した接着剤１に尿素−ホルムアルデヒド樹脂であるスーパーライム＃２２０（東立化成（株）製）４０ｋｇを加えた後、よく撹拌し、段ボール貼合用接着剤を得た。この接着剤を使用して、比較例２と同様の条件で段ボールの製造を行い、得られた段ボールの接着強度を測定した。その結果を表１に示す。

表１より、本発明の段ボール貼合用接着剤は、コルゲーターから受ける熱量を低く抑えた低温貼合の状況においても、生産性を落とすことなく、良好な接着強度を有する段ボールの生産が可能であることがわかる。

（比較例４）
貼合を行うときの貼合速度を２３０ｍ/minとする以外は、比較例１と同様の方法で、接着剤の調製及び段ボールの製造を行い、得られた段ボールの接着強度を測定した。その結果を表２に示す。

（実施例８）
接着剤の調製に使用する澱粉を、比較例１のコーンスターチから尿素添加澱粉１に変え、貼合を行うときの貼合速度を２３０m/minとする以外は、比較例１と同様の方法で、接着剤の調製及び段ボールの製造を行い、得られた段ボールの接着強度を測定した。その結果を表２に示す。

（実施例９）
接着剤の調製に使用する澱粉を、比較例１のコーンスターチから尿素添加澱粉２に変え、貼合を行うときの貼合速度を２５０m/minとする以外は、比較例１と同様の方法で、接着剤の調製及び段ボールの製造を行い、得られた段ボールの接着強度を測定した。その結果を表２に示す。

表２より、本発明の段ボール貼合用接着剤は、貼合速度を速めた高速貼合の状況においても、十分な強度を有する段ボールを製造できることがわかる。

Claims (3)

1. 澱粉及び尿素を含み、アルカリブラベンダーアミログラフによる測定方法において、粘度発現時間から５００ＢＵに達するまでの時間が３０分以下となる改質澱粉を用いることを特徴とする段ボール貼合用接着剤。
2. 全接着剤中の澱粉と尿素の比率が重量比で９９：１〜８０：２０である請求項1記載の段ボール貼合用接着剤。
3. 波形に成形された中芯と、澱粉系接着剤によって前記中芯の片面又は両面に貼合されたライナーとを有し、前記中芯及びライナーの貼合に、請求項１又は２記載の段ボール貼合用接着剤が用いられていることを特徴とする段ボール。