JP2009073895A - ホルムアルデヒドを含有しない段ボール用澱粉系耐水接着剤 - Google Patents

ホルムアルデヒドを含有しない段ボール用澱粉系耐水接着剤 Download PDF

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Abstract

【課題】ホルムアルデヒドを含有しない段ボール用耐水接着剤であって、耐水性能に優れ、かつポットライフが長い段ボール用耐水接着剤を提供する。
【解決手段】澱粉と、エポキシ系架橋剤と、タンニン及び/又は含水イノケイ酸塩鉱物とを含有し、ホルムアルデヒドを含有しない段ボール用耐水接着剤;前記接着剤を用いて製造した耐水段ボールシート。
【選択図】なし

Description

本発明は、段ボール製造に用いられる耐水用接着剤に関する。
近年、段ボール箱を使用した物流の拡大が進み、青果物、鮮魚物、海産物、冷凍食品等の搬送にも段ボール箱が多用されている。これら用途に使われる段ボール箱は、内容物の箱詰め作業から搬送、積み置き貯蔵等の各場面において、内容物自体からの水分滲出や作業環境からの湿潤により、常に水気に曝される状況にあるため、段ボールを構成する原紙及び接着剤には、耐水性能が要求される。
段ボールの製造に使われる接着剤には、安価で安全性の高い天然物の澱粉が使用される。澱粉は耐水性に乏しく、澱粉接着剤で貼合した段ボールを水に浸すと、ライナーと中芯の接着部より容易に自然剥離を起こしてしまう。したがって、耐水性が求められる耐水段ボールの製造には、澱粉接着剤に耐水性能を付与した接着剤が使われる。
段ボール用澱粉接着剤に耐水性能を付与する方法としては、従来から澱粉接着剤に尿素・ホルムアルデヒド樹脂、フェノール・ホルムアルデヒド樹脂、レゾルシノール・ホルムアルデヒド樹脂、ケトン・ホルムアルデヒド樹脂などの熱硬化性樹脂であるホルムアルデヒド系樹脂を添加して耐水性を付与してきた。
しかし、近年シックハウス症候群に見るようにホルムアルデヒドが健康、環境に与える影響が大きな社会問題となっており、社会的に脱ホルムアルデヒド化が加速的に進んでいるのが現実である。段ボール用接着剤においてもこの傾向は例外ではなく、段ボール製造現場のホルムアルデヒドによる環境汚染や接着層から発生するホルムアルデヒドによる汚染などが危惧され、早急な対策が待たれている。
こうした問題を解決するために、ホルムアルデヒドを含有しない接着剤の報告が幾つかなされている。例えば、特許文献1、特許文献2などがある。これらについては、段ボール用澱粉接着剤にホルムアルデヒドを含有しないスチレン−ブタジエン共重合体樹脂(SBR)ラテックス、及び架橋剤を添加してなるものとして報告されている。しかし、これら接着剤は未だ十分に実用化されていないのが現状である。その理由として、(i)脱ホルムアルデヒド化した場合、十分な耐水性能が得られない、(ii)耐水性能を発現させる目的で、反応性の高い架橋剤を使用するため、粘度安定性に欠け、ポットライフが短く、使用に耐えられない、(iii)SBRラテックスの使用により従来の耐水接着剤と比べ高価なものになるなどのことが指摘されている。
環境意識の高まりから、前述の問題を解決して安価な汎用性の高いホルムアルデヒドを含有しない接着剤の開発が求められている。
特開2000−108231号公報 特開2002−322446号公報
本発明の目的は、ホルムアルデヒドを含有しない段ボール用耐水接着剤であって、耐水性能に優れ、かつポットライフが長い段ボール用耐水接着剤を提供することである。
本発明者は、段ボール用澱粉系接着剤にエポキシ系架橋剤を加えてなる、ホルムアルデヒドを含有しない段ボール用耐水接着剤のポットライフを伸ばすことを目的に、タンニン、含水イノケイ酸塩鉱物から選ばれた一種類以上の物質を加えることによりポットライフの延長が図れ、優れた耐水性能を有する接着剤が得られることを見出した。
すなわち、本発明の要旨は以下のとおりである。
(1)澱粉と、エポキシ系架橋剤と、タンニン及び/又は含水イノケイ酸塩鉱物とを含有し、ホルムアルデヒドを含有しない段ボール用耐水接着剤。
(2)エポキシ系架橋剤の添加率が澱粉固形分量に対し、0.5〜20質量%である前記(1)に記載の段ボール用耐水接着剤。
(3)エポキシ系架橋剤がポリアミドエピクロロヒドリン樹脂である前記(1)又は(2)に記載の段ボール用耐水接着剤。
(4)タンニンの添加率が澱粉固形分量に対し、0〜10質量%である前記(1)〜(3)のいずれかに記載の段ボール用耐水接着剤。
(5)含水イノケイ酸塩鉱物の添加率が澱粉固形分量に対し、0〜10質量%である前記(1)〜(4)のいずれかに記載の段ボール用耐水接着剤。
(6)スチレン−ブタジエン共重合体樹脂を含有しない前記(1)〜(5)のいずれかに記載の段ボール用耐水接着剤。
(7)合成樹脂エマルジョンを含有しない前記(1)〜(6)のいずれかに記載の段ボール用耐水接着剤。
(8)前記(1)〜(7)のいずれかに記載の段ボール用耐水接着剤を用いて製造した耐水段ボールシート。
本発明によれば、ホルムアルデヒドを使用しなくても耐水性能に優れ、かつポットライフが長い段ボール用耐水接着剤を提供することができる。
以下、本発明の環境にやさしいホルムアルデヒドを含有しない耐水接着剤について詳細に説明する。本発明の耐水接着剤は、澱粉と、エポキシ系架橋剤と、タンニン及び/又は含水イノケイ酸塩鉱物とから調製される。本発明において、「ホルムアルデヒドを含有しない」とは、本発明の耐水接着剤の原料である澱粉、エポキシ系架橋剤、タンニン、含水イノケイ酸塩鉱物等の原料にホルムアルデヒドが含有されないか、接着剤の調製時又は調製後にホルムアルデヒドが副次的に発生しないことを意味する。また、外部よりホルムアルデヒドが混入した場合でも、タンニン及び含水イノケイ酸塩鉱物にホルムアルデヒドの吸着・捕捉効果がある。
本発明の接着剤としては、ワンタンクステインホール方式、ツータンクステインホール方式、プレミックス方式、ノーキャリア方式等で調製された澱粉系接着剤が使用できる。これら方式で調製される澱粉系接着剤に用いられる澱粉は、コーンスターチ、ハイアミロースコーンスターチ、タピオカ澱粉、小麦澱粉、馬鈴薯澱粉、甘藷澱粉等及びこれら澱粉を酸化、酸処理、エーテル、エステル、グラフト化等の化工処理したものを単独又は2種以上組み合わせたものが使用できる。
本発明の接着剤に用いるエポキシ系架橋剤とは、水溶性エポキシ化合物をいい、例えばエチレングリコールジグリシジルエーテル、ジエチレングリコールジグリシジルエーテル、トリエチレングリコールジグリシジルエーテル、ポリエチレングリコールジグリシジルエーテル、プロピレングリコールジグリシジルエーテル、ジプロピレングリコールジグリシジルエーテル、ポリプロピレングリコールジグリシジルエーテル、グリセロールジグリシジルエーテル、グリセロールポリグリシジルエーテル、ジグリセロールポリグリシジルエーテル、ジグリシジルジメチルヒダントイン、ソルビトールポリジグリシジルエーテル、ネオペンチルグリコールジグリシジルエーテル、ポリアミドエピクロロヒドリン樹脂等のエポキシ化合物が使用できる。これらエポキシ系架橋剤の添加量は、澱粉固形分量に対し、通常0.5〜30質量%、好ましくは1.5〜20質量%である。
これらエポキシ系架橋剤の働きは、澱粉のOH基と反応して、澱粉分子間を架橋することで澱粉分子を高分子化させ耐水性を付与するものである。しかし、澱粉が粒状態(β澱粉)であるか、糊化した状態(α澱粉)であるかにより、エポキシ系架橋剤との反応性が全く異なる。エポキシ系架橋剤は、糊化した状態の澱粉と反応し、澱粉分子を高分子化し、増粘やゲル化を起す。一方、糊化していない結晶構造を持った澱粉粒(β澱粉)とは、増粘やゲル化を引き起さない。これまでは、キャリア成分(α澱粉)を含む澱粉接着剤に上述エポキシ系架橋剤を添加して耐水接着剤を調製すると、ゲル化等の粘度不安定を生じるため、澱粉接着剤への単独使用が避けられてきた。
本発明においては、段ボール用澱粉接着剤に、エポキシ系架橋剤と、タンニン及び/又は含水イノケイ酸塩鉱物とを組み合わせて配合することにより、ホルムアルデヒドを含有しない環境にやさしく、安価で、ポットライフが長く、耐水性に優れた澱粉系耐水接着剤を製作できる。すなわち、澱粉接着剤にエポキシ系架橋剤を単独で配合すると、反応性の高いエポキシ系架橋剤と糊化した澱粉のOH基との反応により粘度不安定を生じ、増粘あるいはゲル化を起こすが、タンニン及び/又は含水イノケイ酸塩鉱物を組み合わせて配合することで、粘度の安定性が増した、ホルムアルデヒドを含有しない、安価で、環境にやさしく、耐水性に優れた段ボール用澱粉系接着剤が得られる。
本発明に用いるエポキシ系架橋剤は、耐水性能及び経済性の点で、澱粉固形分量に対し、通常0.5〜30質量%、好ましくは2〜20質量%である。
本発明に用いるタンニンは、植物の幹、皮、葉、実などから抽出された天然物で環境にやさしい物質である。タンニンには、ピロガロール系の加水分解型タンニンとカテコール系の縮合型タンニンがあり、本発明においてはいずれのタンニンを用いてもよいが、縮合型タンニン、例えばケブラチョタンニン、ミモザタンニン、カキタンニンが好ましい。タンニンは、ポリフェノールであり、エポキシ系架橋剤を含有する澱粉系接着剤に配合すると、添加したエポキシ系架橋剤と弱い相互作用を起し、エポキシ系架橋剤と糊化した澱粉のOH基との反応を緩和して、接着剤のポットライフを延長する作用があるものと推察している。タンニンの添加量は、澱粉固形分量に対し、通常0.1〜5質量%である。タンニンの使用場所は、キャリア部へ使用してもメイン部へ使用しても、また、接着剤調製の最終段階に使用してもよい。
本発明に用いる含水イノケイ酸塩鉱物は、Si−Oの四面体の鎖状結合体を構造中に骨格として持つケイ酸塩鉱物である。したがって、含水イノケイ酸塩鉱物には、その結晶構造中にトンネル構造が存在する。このトンネル構造には、物を吸着したり、徐放したりする作用があり、例えば、水分や湿気を吸着したり、徐放したりもする。したがって、エポキシ系架橋剤を含有する澱粉系接着剤に配合すると、添加したエポキシ系架橋剤がこのトンネル構造に吸着され、エポキシ系架橋剤と糊化した澱粉のOH基との反応が一時阻害され、接着剤のポットライフを延長する作用があるものと推察している。含水イノケイ酸塩鉱物には、含水イノケイ酸マグネシウム、含水イノケイ酸アルミニウム・マグネシウムがあり、これらは通称「セピオライト」、「アタパルジャイト」「パリゴルスカイト」とよばれ、これらの含水イノケイ酸塩鉱物が使用できる。含水イノケイ酸塩鉱物の添加量は、澱粉固形分量に対し、通常0.1〜5質量%である。
本発明の段ボール用耐水接着剤においては、前記の成分以外に、必要に応じ硼素化合物、金属酸化物、カルボキシメチルセルロース、アルギン酸ナトリウム等の各種増粘剤、あるいはスチレン−ブタジエン共重合体樹脂、合成樹脂エマルジョン等の、ホルムアルデヒドを含有しない耐水化剤を配合してもよい。
本発明の耐水段ボールシートは、本発明の接着剤を用いて製造されるものであり、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、前述した本発明の接着剤が用いられていることを特徴とする。
本発明の耐水段ボールシートは、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。すなわち、本発明の耐水段ボールシートは、糊ロール及び糊ロールに澱粉系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澱粉系接着剤を塗布する工程と、中芯の、澱粉系接着剤が塗布された両面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。
本発明の耐水段ボールシートは、中芯及びライナーの貼合に本発明の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のシートも包含する。
本発明の段ボール用耐水接着剤にはホルムアルデヒドを全く含有しない樹脂を使用するため当該接着剤及び当該接着剤で貼合した段ボール接着剤層からはホルムアルデヒドが発生することはなく、青果物や鮮魚の包装資材として安全である。
以下に、実施例を挙げて本発明を更に具体的に説明するが、本発明の範囲は、これらの実施例に限定されるものではない。
(比較例1)
3Lのステンレス容器に640gの水を採取し、40℃に加温した後、その中にコーンスターチ(王子コーンスターチ(株)製)48gを投入溶解させ、水酸化ナトリウム11.5gを35gの水に溶かした液をその中に加え、特殊機化工業(株)製の撹拌機ロボミックス(ディスパー型翼、4500rpm)で15分間撹拌してキャリア糊を作った。更に、この中に40℃の水825gを加え1分間撹拌した後、コーンスターチ552gを加え分散させ、引き続き硼砂10g加えて1分間撹拌した後、エポキシ系架橋剤WS−4020(星光PMC(株)製ポリアミドエピクロロヒドリン樹脂)を36g(全澱粉固形分量に対し6質量%)添加し15分撹拌を続けて、ホルムアルデヒドを含有しないワンタンク方式の耐水接着剤を調製した。得られた接着剤は、フォードカッブ(FC)粘度計で粘度を測定後、耐水接着強度を測定した。耐水接着強度は以下のようにして測定した。50mm×85mmの大きさの片面段ボール(原紙構成:王子板紙SK280g/SP200g)に、絶乾10g/m−片面の前記ホルムアルデヒドを含有しない耐水接着剤をロールコーターで塗布した。185℃のプレヒーター上にライナー(原紙:王子板紙SK280g)を置き、ホルムアルデヒドを含有しない耐水接着剤を塗布した前記片面段ボールをこのライナーの上に重ね、2kgf/42.5cmの荷重をかけて5秒間加熱圧着した。加熱圧着後、温度23℃、相対湿度50%の状態に24時間放置し、次いで20℃の水に1時間浸した後、接着試験測定器(日本TMC(株)製)でその強度を測定した。更に、この耐水接着剤は、40℃に保温、撹拌しながら24時間後のFC粘度を測定して、粘度安定性を調べた。測定結果を表1に示す。
(比較例2)
1Lのステンレス容器に562gの水を採取し、60℃に加温した後、その中にコーンスターチ(王子コーンスターチ(株)製)48gを投入溶解させ、水酸化ナトリウム12.7gを38gの水に溶かした液をその中に加え、特殊機化工業(株)製の撹拌機ロボミックス(ディスパー型翼、4500rpm)で15分間撹拌してキャリア糊を作った。一方、3Lのステンレス容器に900gの水を取り、35℃に加温して硼砂10g及びコーンスターチ(王子コーンスターチ(株)製)552gを加え溶解分散させた。この中に、先のキャリア糊を15分かけて滴下して、滴下終了より5分撹拌を続けて引き続き、エポキシ系架橋剤WS−4020(星光PMC(株)製ポリアミドエピクロロヒドリン樹脂)を36g(全澱粉固形分量に対し6質量%)添加して、ホルムアルデヒドを含有しないツータンク方式の耐水接着剤を調製した。比較例1と同様に、得られた接着剤のFC粘度を測定後、耐水接着強度を測定した。更に、この耐水接着剤は、40℃に保温、撹拌しながら24時間後のFC粘度を測定して、粘度安定性を調べた。測定結果を表1に示す。
(比較例3)
耐水接着剤用プレミックス澱粉OPM−W100(王子コーンスターチ(株)製)を用いて比較例1と同様の測定を行った。このプレミックス澱粉は、キャリア成分としてα澱粉を含んでいる。すなわち、40℃に加温した水3330gを8L容のバケツに取り、これにプレミックス澱粉OPM−W100を1400g加え特殊機化工業(株)製の撹拌機ロボミックス(ディスパー型翼、4500rpm)で分散させ澱粉スラリーを調製した。この澱粉スラリーに15%濃度の水酸化ナトリウム水溶液197gを定量ポンプで15分かけて添加しプレミックス方式の接着剤を調製した。この接着剤に実施例1同様、架橋剤WS−4020を84g(全澱粉固形分量に対し6質量%)添加し15分撹拌を続けて、ホルムアルデヒドを含有しないキャリア成分を含んだ耐水接着剤を調製した。比較例1と同様に、得られた接着剤のFC粘度を測定後、耐水接着強度を測定した。更に、この耐水接着剤は、40℃に保温、撹拌しながら24時間後のFC粘度を測定して、粘度安定性を調べた。測定結果を表1に示す。
(比較例4)
比較例1のホルムアルデヒドを含有しないエポキシ系架橋剤の代わりにホルムアルデヒドを含有するケトン系樹脂耐水化剤F(王子コーンスターチ(株)製)を用いた以外は、比較例1と同様の評価を実施した。
(比較例5)
比較例2のホルムアルデヒドを含有しないエポキシ系架橋剤の代わりにホルムアルデヒドを含有するケトン系樹脂耐水化剤F(王子コーンスターチ(株)製)を用いた以外は、比較例2と同様の評価を実施した。
(比較例6)
比較例3のホルムアルデヒドを含有しないエポキシ系架橋剤の代わりにホルムアルデヒドを含有するケトン系樹脂耐水化剤A(王子コーンスターチ(株)製)、フェノール系樹脂耐水化剤Bをそれぞれ42g用いた以外は、比較例3と同様の評価を実施した。
(比較例7)
比較例3のホルムアルデヒドを含有しないエポキシ系架橋剤の代わりにホルムアルデヒドを含有するケトン系樹脂耐水化剤F(王子コーンスターチ(株)製)を用いた以外は、比較例3と同様の評価を実施した。
(実施例1)
3Lのステンレス容器に640gの水を採取し、40℃に加温した後、その中にコーンスターチ(王子コーンスターチ(株)製)48g、ケブラチョタンニン(川村通商(株)製;以下同様)18g(全澱粉固形分量に対し3質量%)を投入溶解させ、水酸化ナトリウム11.5gを35gの水に溶かした液をその中に加え、特殊機化工業(株)製の撹拌機ロボミックス(ディスパー型翼、4500rpm)で15分間撹拌してキャリア糊を作った。更に、この中に40℃の水825gを加え1分間撹拌した後、コーンスターチ552gを加え分散させ、引き続き硼砂10g加えて1分間撹拌した後、エポキシ系架橋剤WS−4020(星光PMC(株)製ポリアミドエピクロロヒドリン樹脂)を36g(全澱粉固形分量に対し6質量%)添加し15分撹拌を続けて、ホルムアルデヒドを含有しないワンタンク方式の耐水接着剤を調製した。得られた接着剤は、フォードカッブ(FC)粘度計で粘度を測定後、耐水接着強度を測定した。耐水接着強度は以下のようにして測定した。50mm×85mmの大きさの片面段ボール(原紙構成:王子板紙SK280g/SP200g)に、絶乾10g/m−片面の前記ホルムアルデヒドを含有しない耐水接着剤をロールコーターで塗布した。185℃のプレヒーター上にライナー(原紙:王子板紙SK280g)を置き、ホルムアルデヒドを含有しない耐水接着剤を塗布した前記片面段ボールをこのライナーの上に重ね、2kgf/42.5cmの荷重をかけて5秒間加熱圧着した。加熱圧着後、温度23℃、相対湿度50%の状態に24時間放置し、次いで20℃の水に1時間浸した後、接着試験測定器(日本TMC(株)製)でその強度を測定した。更に、この耐水接着剤は、40℃に保温、撹拌しながら24時間後のFC粘度を測定して、粘度安定性を調べた。測定結果を表1に示す。
(実施例2)
実施例1の耐水接着剤でキャリア部にタンニンの代わりにセピオライト(楠本化成(株)製)12g(全澱粉固形分量に対し2質量%)を用いた以外は、実施例1と同様に評価した。
(実施例3)
実施例1の耐水接着剤でキャリア部にケブラチョタンニン3g(全澱粉固形分量に対し0.5質量%)及びセピオライト6g(全澱粉固形分量に対し1質量%)を用いた以外は、実施例1と同様に評価した。
(実施例4)
実施例1の耐水接着剤でメイン部澱粉にケブラチョタンニン3g(全澱粉固形分量に対し0.5質量%)及びセピオライト6g(全澱粉固形分量に対し1質量%)を予め混合して用いた以外は、実施例1と同様に評価した。
(実施例5)
実施例3の耐水接着剤で、接着剤調製後に、ケブラチョタンニン3g(全澱粉固形分量に対し0.5質量%)及びセピオライト6g(全澱粉固形分量に対し1質量%)を用いた以外は、実施例1と同様に評価した。
(実施例6)
比較例3のプレミックス澱粉にセピオライト28g(対プレミックス澱粉2質量%)を予め混ぜ合わせて使用した以外は、比較例3と同様に評価した、
Figure 2009073895
表1から明らかなように、エポキシ系架橋剤を耐水化剤として使用すると、耐水性能の優れた段ボール用澱粉系耐水接着剤が得られ、更にタンニン及び/又は含水イノケイ酸塩鉱物を併用すると粘度の安定性が増し、初期接着力の向上が認められる。更に詳しくは、エポキシ系架橋剤をキャリア成分を含むワンタンク、ツータンク、プレミックスの製糊方式に加えると、FC粘度(FCV)が24時間後増加する(表1、差(b)−(a))。
一方、タンニン、含水イノケイ酸塩鉱物を併用すると、FCVの24時間後の増粘が低く抑えられることがわかる(表1、差(b)−(a))。また、耐水強度については、タンニン、含水イノケイ酸塩鉱物を加えても、強度の低下は見られない。

Claims (8)

  1. 澱粉と、エポキシ系架橋剤と、タンニン及び/又は含水イノケイ酸塩鉱物とを含有し、ホルムアルデヒドを含有しない段ボール用耐水接着剤。
  2. エポキシ系架橋剤の添加率が澱粉固形分量に対し、0.5〜20質量%である請求項1記載の段ボール用耐水接着剤。
  3. エポキシ系架橋剤がポリアミドエピクロロヒドリン樹脂である請求項1又は2記載の段ボール用耐水接着剤。
  4. タンニンの添加率が澱粉固形分量に対し、0〜10質量%である請求項1〜3のいずれか1項に記載の段ボール用耐水接着剤。
  5. 含水イノケイ酸塩鉱物の添加率が澱粉固形分量に対し、0〜10質量%である請求項1〜4のいずれか1項に記載の段ボール用耐水接着剤。
  6. スチレン−ブタジエン共重合体樹脂を含有しない請求項1〜5のいずれか1項に記載の段ボール用耐水接着剤。
  7. 合成樹脂エマルジョンを含有しない請求項1〜6のいずれか1項に記載の段ボール用耐水接着剤。
  8. 請求項1〜7のいずれか1項に記載の段ボール用耐水接着剤を用いて製造した耐水段ボールシート。
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