JP2016060507A - 紙カップ - Google Patents

Abstract

【課題】浸透性の高いバリアコーティングの層を薄くても均一に層を形成させると共に、接着剤をコーティングしたりしないで、かつ、湿度、水分による影響が少なく、酸素ガスなどのガスバリア性の高い紙カップであって、容器として、蓋の剥離などによってもバリア層内部の凝集破壊などが発生し難く、安定的で、かつ、生産性が高く、安価に得ること。【解決手段】内容物が接する側の紙面に、バリアコーティング層とシーラント層とを設けた紙部材をカップ原紙とし、カップ内側上部９０と巻き合わせ融着部９１を加熱加圧処理したことを特徴とする紙カップ。【選択図】図５

Description

本発明は、紙を基材とする紙カップに関する。この紙カップは、保存性のために、酸素ガス、香料などのバリア性を求められる内容物、例えば、ジュース、酒類などの食品を収納する紙カップに関するものである。

紙にガスバリア性を付与する方法としては、ガス透過性の低い合成樹脂フィルムを貼り合わせたり、金属や酸化珪素などの蒸着を施したフィルムを貼り合せるなどの方法がある。
例えば、エチレンービニルアルコール共重合体、ポリ塩化ビニリデン、ポリアクリロニトリル、ポリエチレンテレフタレート樹脂などのフィルムを積層したものは、高いガスバリア性を有する。また、アルミ箔などの金属箔や、アルミ蒸着したポリエチレンテレフタレートフィルム、酸化珪素を蒸着したポリエチレンテレフタレートフィルムなども、高いガスバリア性を有する。
しかしながら、このような高いバリア性を有するフィルムや金属箔を紙に直接貼り合わせることができない。貼り合わせる場合、紙と高いバリア性を有するフィルムや金属箔との間に溶融樹脂を挟ませたり、接着剤をコーティングしてから、積層するなどの方法が必要である。
それは、紙とバリア性を有するフィルムの合わせる面においても、また、バリア性を有するフィルムのシーラント層側の面においても、接着剤を介して、それらの溶融樹脂を塗工する必要があったので、製造工程が多く、高価にならざるを得ない問題があった。

特許文献１では、ポリビニルアルコール系樹脂水溶液を紙基材に塗布し、乾燥させ、さらに一定の温度で保持することで、ガスバリア性を有する紙になる旨記載されている。
この方法は、ポリビニルアルコール系樹脂が紙と一緒に廃棄処理してもかまわない成分のため、リサイクル適性に優れ、かつ、酸素透過率を低く抑えられるなど、紙容器を製造する素材として、メリットのある紙部材である。
しかしながら、ポリビニルアルコールは、水分、湿度によって、物性が著しく劣化しやすく、特に内容物に水分のある場合は、水分によって、容易に膨潤し、剥れ、溶解し、形状が維持できなくなるなどの問題が発生していた。
しかも、紙はパルプ繊維比率が大きく、バインダーはわずかなので、浸透性が高く、ポリビニルアルコールは、紙基材に深く浸透しやすい。そのため、粘度を高くする、コーティングの厚みを非常に厚くするなどの対応をしないと、パルプ繊維の密度バラツキによって、凹凸ができ易く、欠陥のない良好な層が形成されにくい。かつ、水系溶媒の為、乾燥に時間が掛かり、非常に長い乾燥ラインを持った特別な設備でないと生産できず、生産速度を著しく遅くせざるを得ない、などの問題があった。
さらに、この紙部材を紙カップに成形する場合、少なくとも内面同士を融着するシーラント層４を設けることになる。
紙の内側に設けたポリビニルアルコールからなるバリアコーティング層は、前述のように、紙のパルプ繊維の密度バラツキによって、凹凸ができ易く、かつ、浸透して浸透部を形成し、欠陥のない良好な層や面が形成されにくい。しかし、紙カップはカップ成形時も、使用時も、シーラント層４と紙２との間の強度が必要で、バリアコーティング層をあまり厚くすると、層間での凝集剥離が起き易い問題も発生し易い問題もあった。
特に巻き合わせ融着部や開口部近傍では、融着した蓋を開ける時に内層が強く引っ張られると、凝集破壊が生じ易く、内シーラント層が分離して剥離し、容器の形状が保てないなど、大きな問題が生じる危険があった。

特開２００１−２５４２９２号公報

上記問題に鑑みて、浸透性の高いバリアコーティングの層を薄くても均一に層を形成させると共に、接着剤をコーティングしたりしないで、かつ、湿度、水分による影響が少なく、酸素ガスなどのガスバリヤ性の高い紙カップであって、容器として、蓋の剥離などによってもバリア層内部の凝集破壊などが発生し難く、安定的で、かつ、生産性が高く、安価に得ることができることが、本発明の課題である。

本発明の請求項１の紙カップは、内容物が接する側の紙面に、バリアコーティング層とシーラント層とを設けた紙部材をカップ原紙基材とし、カップ内側上部と巻き合わせ融着部を加熱加圧処理したことを特徴とする紙カップである。

本発明の請求項２の紙カップは、内容物が接する側の紙面に、溶融ポリエチレン層、バリアコーティング層とシーラント層とを設けた紙部材をカップ原紙基材とし、カップ内面上部と巻き合わせ融着部を加熱加圧処理したことを特徴とする紙カップである。

本発明の請求項３の紙カップは、加熱加圧処理をインパルスシールとしたことを特徴とする請求項１または２に記載の紙カップである。

本発明の請求項４の紙カップは、加熱加圧処理をヒートシールとしたことを特徴とする請求項１または２に記載の紙カップである。

本発明の請求項５の紙カップは、バリアコーティング層として、バリア性ウレタン樹脂、バリア性アクリル樹脂、扁平状粉末とビニルアルコール樹脂の混合物、扁平状粉末とバリア性アクリル樹脂の混合物、または、バリア性ウレタン樹脂とバリア性アクリル樹脂とを含む混合物の、いずれかの皮膜を、少なくとも１層以上設けたことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の紙カップである。

本発明の請求項６の紙カップは、バリアコーティング層として、扁平状粉末とビニルアルコール樹脂の混合物、または扁平状粉末とバリア性アクリル樹脂の混合物の皮膜を少なくとも１層以上設け、
扁平状粉末が無機層状鉱物で、雲母、雲母を主体とした変成岩、または水膨潤性合成雲母のいずれかであることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の紙カップである。

本発明の請求項７の紙カップは、バリアコーティング層として、バリア性ウレタン樹脂、または、バリア性ウレタン樹脂とバリア性アクリル樹脂とを含む混合物の皮膜を、少なくとも１層以上設け、
バリア性ウレタン樹脂が、酸基を有するポリウレタン樹脂とポリアミン化合物とを含有する水性ポリウレタン樹脂（Ａ）、水溶性高分子（Ｂ）、および扁平状粉末（Ｃ）、を主たる構成成分とした混合樹脂であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の紙カップである。

本発明の請求項８の紙カップは、水溶性高分子（Ｂ）は、鹸化度が９５％以上、かつ重合度が３００〜２０００のポリビニルアルコール樹脂であることを特徴とする請求項７に記載の紙カップである。

本発明の請求項９の紙カップは、バリアコーティング層として、バリア性アクリル樹脂、扁平状粉末とバリア性アクリル樹脂の混合物、または、バリア性ウレタン樹脂とバリア性アクリル樹脂とを含む混合物の皮膜を、少なくとも１層以上設け、
バリア性アクリル樹脂が、ポリ（メタ）アクリル酸系ポリマーとポリアルコール系ポリマーと水系媒体とを含む水系塗工液の混合樹脂であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の紙カップである。

本発明の請求項１０の紙カップは、水系塗工液が可塑剤を含むことを特徴とする請求項９に記載の紙カップである。

本発明の紙カップは、水分を含まない内容物はもちろんのこと、水分を含む内容物であっても、水分による物性などの劣化が生じない。そして、バリアコーティング層を均一な層に形成されているので、ガスバリア性が高く、内容物が酸化劣化などを起こしにくい状態を維持でき、食品などの内容物を長期の保存することが可能である。
また、特別な製造設備を使用せず、製造工程が少なく、生産性が高いので、本発明の紙カップは安価に製造が可能である。

本発明の紙カップに使用される紙基材の第一実施形態を示す断面図である。 本発明の紙カップに使用される紙基材の第一実施形態で、扁平状粉末によるバリア性の仕組みを示す断面の透視模式図である。 本発明の紙カップに使用される紙基材の第二実施形態を示す断面模式図である。 本発明の紙カップに使用される紙基材の第二実施形態で、扁平状粉末によるバリア性の仕組みを示す断面の透視模式図である。 本発明の紙カップの加熱処理する位置を示す斜視図である。 本発明の紙カップの加熱処理する位置を示す縦断面図である。 本発明の紙カップの貼り合わせ部分の断面図で、加熱処理前と加熱処理後の断面図である。 本発明の紙カップにおけるカップ上部の断面図で、加熱処理前と加熱処理後の断面図である。 本発明の紙カップに使用される紙基材の第三実施形態を示す断面図である。 本発明の紙カップに使用される紙基材の実施例で、外側にシーラント層を設けない場合の形態を示す巻き合わせ融着部近傍における断面図である。

以下、本発明の紙カップについて、図を用いて詳細に説明する。
本発明の紙カップに使用される紙基材の第一実施形体を示す図を図１に示す。この紙基材１は、基材の紙２の内容物が接する側の面ｂに、バリアコーティング層３と内シーラント層４とを設け、紙の内容物が接しない側のおもて面ａには、外シーラント層４０を設けた紙基材になっている。
ここでは、紙基材２のおもて面ａは、特に図には記載していないが、コート材を塗工したコート紙であっても良い。さらに、印刷や箔押しなどを施したりしてもかまわない。

バリアコーティング層３は、バリア性ウレタン樹脂、バリア性アクリル樹脂、扁平状粉末とビニルアルコール樹脂の混合物、扁平状粉末とバリア性アクリル樹脂の混合物、または、バリア性ウレタン樹脂とバリア性アクリル樹脂とを含む混合樹脂の皮膜いずれかを、少なくとも１層以上設けたものである。

ここで、バリアウレタン樹脂とは、酸基を有するポリウレタン樹脂とポリアミン化合物とを含有する水性ポリウレタン樹脂（Ａ）、水溶性高分子（Ｂ）、および無機層状鉱物（Ｃ）を主たる構成成分としてなる混合樹脂である。
そして、このバリアウレタン樹脂において、混合樹脂中に占める水性ポリウレタン樹脂（Ａ）、水溶性高分子（Ｂ）および無機層状鉱物（Ｃ）の配合比率は、
水性ポリウレタン樹脂（Ａ）５〜８０質量％好ましくは５０〜８０質量％、
水溶性高分子（Ｂ）５〜８０質量％好ましくは５〜２０質量％、
無機層状鉱物（Ｃ）８〜３０質量％好ましくは１０〜３０質量％
の範囲であることが好ましい。

また、水溶性高分子（Ｂ）は、鹸化度が９５％以上、かつ重合度が３００〜２０００のポリビニルアルコール樹脂であることが好ましい。
ポリビニルアルコール樹脂は、鹸化度や重合度が高いほど、吸湿膨潤性が低くなる。
ポリビニルアルコール樹脂の鹸化度が９５％より低いと、充分なガスバリア性が得られ難い。
ポリビニルアルコール樹脂の重合度が３００より低いと、ガスバリア性の低下を招く。一方、ポリビニルアルコール樹脂の重合度が２０００を超えると、水系コーティング剤の粘度が上昇し、他の成分と均一に混合することが難しく、ガスバリア性や密着性の低下といった不具合を招いたりする為好ましくない。

さらに、扁平状粉末としては、特に無機層状鉱物が好ましい。無機層状鉱物は、結晶が層状に薄く剥れるへき開性を有するもので、高圧ｃｉｓ型の単鎖状、あるいは複鎖状のＳｉＯ_４チェーンが横方向に無限に連結し、ＳｉＯ_４六角環が蜂の巣状にびっしり並んだ平面状のＳｉＯ_４シートを形作った鉱物で、４面体シートと８面体シートが重なった層状になっていて、その境目の接着はファンデルワールス力で繋がっている。
白雲母などは４面体シートと８面体シートが重なった層状の間に交換性陽イオンだけを挟んでいるが、水膨潤性合成雲母の「スメクタイト」などでは、さらに水の層をはさんでいて、水分子を出し入れし、体積が大きく変化する性質がある。
本発明に使用する無機層状鉱物は、このような、白雲母や黒雲母、金雲母などの鉱物、または雲母を主体とした変成岩、および水膨潤性合成雲母、カオリナイト、モンモリロナイト、タルク、緑泥岩などが使用される。
これらの無機層状鉱物は、層の面状方向は、水分や酸素ガス、香り、などの透過を阻止する高密度の結晶になっている。
そのため、このコーティングでは、粘度をできるだけ低くしてコーティングを行い、水平にコーティング基材を保った状態で乾燥させ、水などの媒体系を速く揮発させることが必要になる。

バリア性アクリル樹脂は、ポリ（メタ）アクリル酸系ポリマーとポリアルコール系ポリマーと水系媒体とを含む水系塗工液の混合樹脂で、水溶液、あるいは水系分散液で、溶液、懸濁液、コロイドあるいはラテックスの状態で使用できる。
ここで、ポリアルコール系ポリマーは、１分子中に２個以上の水酸基を持つポリマーである。例えば、ポリビニルアルコール樹脂や糖類などである。
特にポリビニルアルコールの場合、鹸化度が９５％以上、かつ重合度が３００〜２５００好ましくは３００〜１５００の範囲のものがガスバリア性を特に発揮するので好ましい。この場合もバリアウレタンと同じように、鹸化度が９５％以下ではガスバリア性の低下を招く。一方、ポリビニルアルコール樹脂の重合度が２５００を超えると、水系コーティング剤の粘度が上昇し、他の成分と均一に混合することが難しく、ガスバリア性や密着性の低下といった不具合を招いたりする為好ましくない。
糖類の場合は、単糖類、オリゴ糖類、多糖類やそれらの還元性末端をアルコールにして得られる糖アルコール類、さらに、それらを化学修飾したものが挙げられる。その中でも、
マルトオリゴ糖、水溶性でんぷん、それらの糖アルコール、ソルビトール、デキストリン、プルランなどが、ポリ（メタ）アクリル酸系ポリマーとの組み合わせで、良好な結果を生んでいる。
ポリ（メタ）アクリル酸系ポリマーは、カルボキシル基を１分子中に２個以上含有するポリマーである。例えばポリアクリル酸、ポリメタアクリル酸、ポリアクリル酸とポリメタアクリル酸の共重合体、あるいはこれらの混合物が考えられる。特にアクリル酸とポリメタアクリル酸の共重合体で、ポリアクリル酸モノマーが、ポリメタアクリル酸モノマーより多い共重合体がより好ましいガスバリア性を発揮する。

ポリアルコール系ポリマーは、極性があり、水溶性で、ガスバリア性は高いが、水などの吸湿や透過が大きい。
しかし、ポリ（メタ）アクリル酸系ポリマーの樹脂と混合すると、水分子の動きが制御され、水分子の影響が抑えられるので、酸素や香りなどのガスバリア性が向上する。
水系媒体は、水、または含水媒体で、含水媒体の場合、水を３０パーセント以上、好ましくは５０パーセント以上含有しているもので、例えば、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、アセトンなどが挙げられる。

水系媒体の含有量は、ポリ（メタ）アクリル酸系ポリマーとポリアルコール系ポリマーの合計重量の０．１〜９９パーセント、できれば５〜９５パーセントの含有量が好ましい。
０．１パーセント以下の場合、コーティング面にひび割れなどが発生する問題が生じ、９９パーセント以上の場合、乾燥が著しく低下し、生産性がなくなる問題が発生する。
ポリ（メタ）アクリル酸系ポリマーの樹脂とポリアルコール系ポリマーとの組成比は、重量比で、ポリ（メタ）アクリル酸系ポリマー：ポリアルコール系ポリマー＝９５：５〜１０：９０が好ましい。特に、ポリ（メタ）アクリル酸系ポリマー：ポリアルコール系ポリマー＝９０：１０〜４０：６０がより好ましい。
また、水系塗工液に、可塑剤を含ませることによって、それらのひび割れを防止し、より、ガスバリア性が上がる。可塑剤の含有量はポリ（メタ）アクリル酸系ポリマーとポリアルコール系ポリマーの合計重量の１〜５０パーセント、好ましくは１〜３０パーセント含有することが好ましい。
この可塑剤の具体例としては、エチレングリコール、トリメチレングリコール、プロピレングリコール、テトラメチレングリコール、１、３−ブタンジオール、２、３−ブタンジオール、ペンタメチレングリコール、ヘキサメチレングリコール、ジエチレンングリコール、トリエチレングリコール、トリメチロールプロパン、ソルビトール、マンニトール、ズルシトール、エリトリトール、グリセリンなどであって、これらの単体、またはそれらを複数含む混合物を可塑剤として使用することができる。
最終製品での塗工厚みは、０．１〜１００ミクロンメーター、特に０．５〜５ミクロンメーターが好ましい。

ところで、基材の紙２は、パルプ繊維をバインダーで接着したものである。紙の表面は繊維が平面状に漉いてあるが、ランダムな方向に向いて重なり、かつ絡み合っており、パルプ繊維の密度が高い所もあるが、密度が低い所もある。しかも、パルプ繊維よりもバインダーの密度は低い。その為、バリアコーティング層３を紙２に薄くコーティングしても、紙の表面における凹凸は解消されない。その為、薄い一層のバリアコーティング層３は、溜まって厚くなる所も生じるが、非常に薄くて、孔が開いている所も生じやすい問題がある。
そこで、紙表面の凹凸以上の厚いバリアコーティング層３を設ける方法もあるが、バリアコーティングを複数回コーティングして、最薄の所でも性能が発揮できる厚みを確保することが好ましい。特に水系のコーティングなので、複数回に分けてコーティングし、その最終コートで、扁平状粉末の向きが合い、かつ、隙間なく重なるようなコーティングが好
ましい。

バリアコーティング層３の上には、内シーラント層４を設ける。内シーラント層４としては、溶融した高圧法低密度ポリエチレン樹脂や、エチレン酢酸ビニル共重合体、直鎖状低密度ポリエチレン樹脂、アイオノマー樹脂などを用い、溶融押出ラミネーション機で貼り合わせる。もちろん、接着剤でシーラントフィルムを貼り合わせてもかまわない。
この内シーラント層は、容器の内面同士を融着させ形状を形作ったり、外シーラント層と融着させたり、底部と融着する役目と、内容物と接するので、内容物が紙側に滲み込むことを防止する役目を持っている。しかし、低い温度で溶融して、強固に固着しやすい樹脂で、結晶化せず、ランダムな状態で固化している樹脂なので、油分や酸素ガスなどの透過率は高く、また、湿気の透過もある程度有している。

図２は、本発明の第一実施形体における、扁平状粉末によるバリア性の仕組みを示す断面の模式図で、透視斜視図である。
基材の紙２は、紙繊維の間に空間があるので、容易に透過して来る。紙２の内容物接面側は、扁平状粉末６を含んだバリアコーティング層３が設けられている。そのさらに内容物接面側に内シーラント層４が設けられている。
この図のバリアコーティング層３に使用されている扁平状粉末６は無機層状鉱物の黒雲母で、扁平状粉末６に当たってはじかれ、透過しない酸素ガス７がみられる。しかし、扁平状粉末６の隙間だけを通って透過する酸素ガス８もあるが、透過可能な通路は狭いので、わずかである。
この扁平状粉末６は、層状になって一定の面を持っているので、層をなす面が互いに重なり合うようにコーティングして、バリアコーティング層３を扁平状粉末６で覆うように配置できると、全体としてガスバリア性の高いバリアコーティング層になることができる。このようにして、紙２という、通気性の高い素材に対し、バリア性を持たせることができる。

図３は、本発明の紙部材の別の第２実施形態を示す断面図である。
この紙部材１は、基材の紙２の内容物が接する側の面ｂにポリエチレンなどの中間樹脂層５をラミネートした紙を使用し、その中間樹脂層５にバリアコーティング層３と内シーラント層４とを設けた紙部材になっている。

おもて面ａ側の外シーラント層は、紙２に対し、単純にエクストルーダーラミネーション機で貼り合せることができる。この溶融ポリエチレン樹脂は、高圧法低密度ポリエチレン樹脂でも良いが、線状低密度ポリエチレン樹脂、中密度ポリエチレン樹脂、エチレン酢酸ビニル共重合体、または、それらの混合樹脂であってもかまわない。
厚みは薄くても、厚くてもかまわないが、１２〜６０マイクロメーター、好ましくは１８〜４０マイクロメーターで貼り合せる。

第２の実施形態では、基材の紙２で内容物が接する側の面ｂにも、中間樹脂層５を貼り合わせる。中間樹脂層５は、外シーラント層と同じように、紙２に対し、単純にエクストルーダーラミネーション機で貼り合せることができる。また、これに使用する溶融樹脂は、高圧法低密度ポリエチレン樹脂でも良いが、線状低密度ポリエチレン樹脂、中密度ポリエチレン樹脂、エチレン酢酸ビニル共重合体、または、それらの混合樹脂であってもかまわない。
厚みは薄くても、厚くてもかまわないが、１０〜４０マイクロメーター、好ましくは１６〜３２マイクロメーターで貼り合せる。

図４は、第２実施形態の紙部材における断面を斜視で見た透視模式図で、扁平状粉末によるバリア性の仕組みを示す図である。
基材の紙２は、紙繊維の間に空間があるので、酸素ガスや匂い物質などは容易に透過して来る。
紙２の表面は、実際には凹凸な面になっているが、中間樹脂層５がコーティングされ、バリアコーティングされる内面側は平滑面を形成している。この中間樹脂層５も、酸素ガスや匂い物質などが容易に透過してしまう。
そして、中間樹脂層５のさらに内容物接面側には、扁平状粉末６を含んだバリアコーティング層３が設けられている。さらに内容物接面側に内シーラント層４が設けられている。この図のバリアコーティング層３に使用されている扁平状粉末６は無機層状鉱物の黒雲母などで、扁平状粉末６に当たってはじかれ、酸素ガス７が透過しにくい。特に中間樹脂層５によって、平滑になった面へ塗工するので、扁平状粉末６は面に沿って同じへき開面が重なるように重なることができる。そして、ほぼ隙間が出ないように扁平状粉末６は覆うことが出来る。その為、扁平状粉末６の隙間だけを通って酸素ガス８が透過しようとしても、透過可能な通路は狭いので、ごくわずかしか通過できない。
この扁平状粉末６は、層状になって一定の面を持っているので、層をなす面が互いに重なり合うようにコーティングして、バリアコーティング層を扁平状粉末６で覆うように配置でき、薄く塗工しても、全体としてガスバリア性の高いバリアコーティング層にすることができる。
このようにして、紙２という、通気性の高い素材に対し、バリア性を持たせることができる。

ところで、本発明の紙カップに使用する紙部材１は、単独ではバリア性を確保する構成であるが、この紙部材をそのまま紙カップとして使用する場合、巻き合わせ融着部９において、紙部材の端面２１が露出する問題がある。
すなわち、紙カップを製造する場合、図５で示されるように巻き合わせ融着部９が生じる。
しかし、巻き合わせ融着部９は、紙部材をそのまま巻き合わせると、図７−１のように紙部材の端面２１が露出する。
このような端面が露出した状態で、内容物が液体であって、それが端面を浸漬した場合、バリアコーティング層３が水溶性樹脂を用いているので、内容物がバリアコーティング層３を破壊し、表裏が分離してしまう恐れがある。特に水溶性の塗工樹脂を使用しているので、端面であっても浸透し、端面から溶出し、紙容器そのものが破壊されてしまう問題が発生する。たとえコーティング層を破壊しない内容物であっても、通気性の高い紙の端面から内容物が浸透し、バリア性が確保できなくなってしまう問題がある。
そこで、紙部材端面には、バリアコーティング層や基材の紙が容器内面に露出しないようにする必要がある。

その為には巻き合わせ融着部９をバリアコーティング層３の塗工範囲から外すようにコーティングする方法もあるが、位置合わせが難しく、たとえ塗工端面位置がずれていても、確認し難い問題がある。
また、この非コーティング範囲をあまり大きくしてしまうと、巻き合わせ融着部９近傍のバリア層がなくなってしまい、酸素などの透過が大きくなってしまう恐れがある。

以上に対し、本発明者は、融着部を加熱して、図７−２のように、加熱加圧処理を行い、バリアコーティング層３を破壊し、内層である内シーラント層４を紙２に投錨、もしくは中間樹脂層５と融着させることを発明した。
バリアコーティング層は、扁平状粉末６が、層状になって一定の面を持っていて、層をなす面が互いに重なり合うようにコーティングされ、扁平状粉末６で覆うように配置されている。このような重なり合う扁平状粉末６は、加熱加圧処理によって、隣接する内シーラント層４が再溶融し、流動性を得て流れ出すと、扁平状粉末は容易に層を破壊された凝集破壊を起こしてしまう。
特に第２実施形態のように中間樹脂層５があると、バリアコーティング層３は溶融する樹脂に挟まれているので、容易に破壊し、再溶融した樹脂に包含されやすい。
バリアコーティング層３の扁平状粉末６は隣接する再溶融した樹脂に包含され、樹脂と紙、あるいは樹脂同士の融着が行われる。
特に巻き合わせ部９の融着部９１は、再溶融した内シーラント層４が紙２の端面まで流れて、紙の端面を覆い、さらに合わさった他方の内シーラント層４と融着するように、端面処理が行われる。
その為、バリアコーティング層が内容物などに含まれる水などによって、溶解や凝集破壊などの影響が発生する問題が起こることは無い。

図８は、容器上部の開口部近傍における縦断面図で、図５や図６で示す容器内側上部９０の縦断面図である。図８−１は加熱加圧処理前、図８−２は、加熱加圧処理後の断面である。
巻き合わせ部９と同様に、容器内側上部９０が加熱加圧処理されると、バリアコーティング層３の扁平状粉末６は再溶融した樹脂に包含され、樹脂と紙、あるいは樹脂同士の融着が行われる。
その為、紙カップの内容物に接する容器内部のバリアコーティング層３は、端面がシールされているので、水分が入り込んで凝集破壊などのバリア性の低下は発生せず、高いバリア性が確保される。
ただ、容器内側上部９０の加熱加圧処理は、あまり大きな面積に行うとバリア性が低下してしまうので、極力最小の面積になるように行うことが好ましい。
また、蓋と融着する近傍は、蓋と融着する加工によって加熱加圧処理と同じ加工になるので、この融着部分のバリアコーティング層３は、拡散して内シーラント層４や中間樹脂層５に入り込み、消滅してしまう。

図９は、紙カップに使用される紙基材の第三実施形態を示す断面図で、片面に塗料５０をコーティングした紙２を使用し、塗料をコートした面にバリアコーティング層３を薄く塗工し、薄くて、かつ、高いバリア性のあるコーティング面にしている。さらに表裏にエクストルーダーラミネーション機で低密度ポリエチレンを貼り合わせた紙部材１になっている。

バリアコーティング層３を薄くても、基材の紙２の表面が平滑であれば、１回の塗工で、バリアコーティング層３の性能を出すことができる。このような表面が平滑な紙基材はコート紙とか、塗工紙とも言われ、紙２の表面に塗料をコートしたものである。
図９は、このような塗料をコートした紙カップ原紙を用いた紙基材の第三実施形態を示す断面図である。
片面に塗料５０をコーティングした紙２を使用し、塗料をコートした面にバリアコーティング層３を薄く塗工し、薄くて、かつ、高いバリア性のあるコーティング面にしている。さらに表裏にエクストルーダーラミネーション機で低密度ポリエチレンを貼り合わせた紙部材１になっている。
このコート紙に使用される塗料５０は、クレー（カオリン）や炭酸カルシウムなどの白色顔料と、デンプンなどの接着剤(バインダー)を混合して作る。塗料は、紙の製造工程の中でコーターを使って塗布する。コーターは、抄紙機と直結することで抄紙・塗工を1工程とするオンマシン式であっても、抄紙とは別工程とするオフマシン式であってもかまわない。

実際には図９に示す紙２の表面は平滑ではなく、形作る繊維の密度にばらつきがある。この為、裸の紙表面の状態でバリアコーティング層を設けると、相当厚い層に、かつ、数回コーティングを繰り返さないと、バリア性をもたらす扁平状粉末が一定の方向に並ばせられない。しかし、コート剤塗料５０を塗工することによって、塗料５０の一部は紙２に
浸透し、凹部が充填され、面が大きく補修され、表面が平滑になったコート紙が出来上がる。
このコート紙は、通常１５ｇ／ｍ^２〜４０ｇ／ｍ^２の坪量で塗料を塗工することで、塗工前にあった紙の繊維が表面に飛び出たり、凹部が生じている表面状態を、平滑に覆って、紙表面の凹凸が緩和している。そのため、このコート紙を使用すると、バリアコーティング層が薄くても、容易に平滑で均一なバリアコーティング層を作ることができるので、高いバリア性を発揮できる。特にグロスタイプのコート紙が好ましい。

この第三実施形態は、エクストルーダーラミネーション機による貼り合わせが一度に可能である。さらに、紙表面に塗料５０をコートしてあるので、バリアコーティング層３が一度の塗工で充分バリア性の高い状態に持ち込め、生産効率が高く、かつ、バリア性も安定して高く保つことができる。特に、バリアコーティング層３を薄く塗工しても、バリア性が高いので、生産速度を上げることができる。さらに、製造工程が簡素化でき、安価に製造できるなどのメリットがある。

図１０は、本発明の紙カップに使用される紙部材１の実施例で、外シーラント層４０を設けない場合の形態を示すもので、その巻き合わせ融着部９近傍における断面図である。外シーラント層４０を設けない場合、巻き合わせ融着部９は、端部を折り畳んで、外側に内シーラント層４を出して融着する方法になる。ただ、外シーラント層４０を用いる方法に比べ、座屈強度などが弱いので、外シーラント層４０を設けることが望ましい。
なお、端部を折り畳んで、外側に内シーラント層４を出して融着する加工で、加熱加圧処理が巻き合わせ融着部では発生するので、この融着部分のバリアコーティング層３は、拡散して内シーラント層４に入り込み、消滅してしまう。

本発明は以上のようなものであるが、以下に本発明の具体的な実施例について説明する。

＜実施例１＞
紙基材は、日本大昭和板紙株式会社製のカップ原紙ＮＣＡＮ−Ｇで、表裏コート剤塗布品であり、坪量２６０ｇ／ｍ^２。
塗工前に、コロナ放電処理を行う。
バリアコーティング層は、紙基材の内面側に、無機層状鉱物のモンモリロナイトを１：１で添加したポリビニルアルコール樹脂混合物をグラビア印刷機により０．４ｇ／ｍ^２の厚みに塗工した。
最内層は、溶融ポリエチレン（低密度ポリエチレン：融点１０２℃）をエクストルーダーラミネーション機により、３０マイクロメーター貼り合せた。
最外層は、溶融ポリエチレン（低密度ポリエチレン）をエクストルーダーラミネーション機により、２０マイクロメーター貼り合せ。
試作容器は、内容量１００グラムのヨーグルト用紙カップを作成。
ボトム部、底部、共に上記紙部材を使用。
蓋は、外層からエチレンテレフタレート（厚み１２マイクロメーター）／ウレタン系接着剤（ドライラミネーション）／アルミ箔（厚み１２マイクロメーター）／エチレン・酢酸エチル共重合体（酢酸成分１０重量パーセント）（厚み３０マイクロメーター）に貼り合せたフィルムを使用。
巻き合わせ部の端面や容器内側上部９０は１２０℃で加熱加圧処理した。最内層のポリエチレン層は加熱加圧処理で２５マイクロメーターになった。
巻き合わせ部の端面や容器内側上部のバリアコーティング層は最内層のポリエチレン樹脂層に取り込まれ、無くなっていた。

＜実施例２＞
紙基材は、日本大昭和板紙株式会社製のカップ原紙ＮＣＡＮ−Ｇで、表裏コート剤塗布品であり、坪量２６０ｇ／ｍ^２。
紙基材に対する塗工前に、コロナ放電処理を行い、両面に低密度ポリエチレン（融点１０２℃）をエクストルーダーラミネーション機で貼り合わせる。（外面側低密度ポリエチレン層厚２０マイクロメーター、内面側低密度ポリエチレン層厚１６マイクロメーター）
バリアコーティング層は、両面ポリエチレンを貼り合せた紙基材の内面側に、無機層状鉱物のモンモリロナイトを１：１で添加したポリビニルアルコール樹脂混合物をグラビア印刷機により０．４ｇ／ｍ^２の厚みに塗工した。
最内層は、溶融ポリエチレン（低密度ポリエチレン：融点１０２℃）をエクストルーダーラミネーション機により、３０マイクロメーター貼り合せた。
試作容器は、内容量１００グラムのヨーグルト用紙カップを作成。
ボトム部、底部、共に上記紙部材を使用。
蓋は、実施例１と同じフィルムを使用。
巻き合わせ部の端面や容器内側上部９０は１２０℃で加熱加圧処理した。最内層のポリエチレン層は加熱加圧処理で２５マイクロメーターになった。
巻き合わせ部の端面や容器内側上部のバリアコーティング層は最内層のポリエチレン樹脂層に取り込まれ、無くなっていた。

＜比較例１＞
紙基材は、ボトム部、底部、共に実施例１と同じ基材を使用した。
試作容器は、内容量１００グラムのヨーグルト用紙カップを作成。
蓋も、実施例１と同じフィルムを使用した。
巻き合わせ部の端面は、１２０℃で加熱加圧処理した。最内層のポリエチレン層は加熱加圧処理で２２マイクロメーターになった。巻き合わせ部の端面のバリアコーティング層は最内層のポリエチレン樹脂層に取り込まれ、無くなっていた。
容器内側上部９０は加熱加圧処理しなかった。

＜比較例２＞
紙基材は、ボトム部、底部、共に実施例２と同じ基材を使用した。
試作容器は、内容量１００グラムのヨーグルト用紙カップを作成。
蓋も、実施例１と同じフィルムを使用した。
巻き合わせ部の端面は、１２０℃で加熱加圧処理した。最内層のポリエチレン層は加熱加圧処理で２２マイクロメーターになった。巻き合わせ部の端面のバリアコーティング層は最内層のポリエチレン樹脂層に取り込まれ、無くなっていた。
容器内側上部９０は加熱加圧処理しなかった。

＜評価結果＞
＜実施例１＞
融着していた蓋部を１０個剥離したが、凝集破壊による層間剥離などは起きなかった。
蓋開封前の酸素透過率測定は、酸素ガスバリア性を株式会社日立ハイテクノロジーズ社製ＭＯＣＯＮ酸素透過率測定装置ＯＸ−ＴＲＡＮ（登録商標）２／６１で測定。
測定結果は、０．５ｃｃ／Ｐａｃｋａｇe・ｄａｙで、バリア性が確認できた。
＜実施例２＞
融着していた蓋部を１０個剥離したが、凝集破壊による層間剥離などは起きなかった。
蓋開封前の酸素透過率測定は、酸素ガスバリア性を株式会社日立ハイテクノロジーズ社製ＭＯＣＯＮ酸素透過率測定装置ＯＸ−ＴＲＡＮ（登録商標）２／６１で測定。
測定結果は、０．５ｃｃ／Ｐａｃｋａｇe・ｄａｙで、バリア性が確認できた。
＜比較例１＞
融着していた蓋部を１０個剥離したが、４個凝集破壊により層間剥離が発生し、紙基材が
むき出しになってしまった。
蓋開封前の酸素透過率測定は、酸素ガスバリア性を株式会社日立ハイテクノロジーズ社製ＭＯＣＯＮ酸素透過率測定装置ＯＸ−ＴＲＡＮ（登録商標）２／６１で測定。
測定結果は、０．５ｃｃ／Ｐａｃｋａｇe・ｄａｙで、バリア性が確認できた。
＜比較例２＞
融着していた蓋部を１０個剥離したが、２個凝集破壊により層間剥離が発生し、紙基材がむき出しになってしまった。
蓋開封前の酸素透過率測定は、酸素ガスバリア性を株式会社日立ハイテクノロジーズ社製ＭＯＣＯＮ酸素透過率測定装置ＯＸ−ＴＲＡＮ（登録商標）２／６１で測定。
測定結果は、０．５ｃｃ／Ｐａｃｋａｇe・ｄａｙで、バリア性が確認できた。
＜結論＞
加熱加圧処理を行うことで、蓋を開封した時に凝集破壊による層間剥離が改善する。また、加熱加圧処理によって、大きくバリア性は変化しない。

本発明の紙部材は、以上の様に、本発明の紙カップは、製造工程が少なく、紙にバリア性フィルムを貼り合わせるのではなく、湿気や水分の影響を少なくしながら、紙部材にバリア性を付与すると共に、単に巻き合わせ部や容器内側上部を単に加熱加圧処理するだけで、生産性が高く、かつ、プラスチックの使用量を最小にしていくことができると共に、廃棄しやすい構成になっているなど、本発明のメリットは大きい。

１・・・・・・・・・紙部材
２・・・・・・・・・紙
２１・・・・・・・・紙端面（容器内側）
３・・・・・・・・・バリアコーティング層
４・・・・・・・・・内シーラント層
４０・・・・・・・・外シーラント層
５・・・・・・・・・中間樹脂層
５０・・・・・・・・塗料
６・・・・・・・・・扁平状粉末
７・・・・・・・・・透過しない酸素ガス
８・・・・・・・・・透過する酸素ガス
９・・・・・・・・・巻き合わせ融着部
９０・・・・・・・・内側上部（加熱加圧処理）
９１・・・・・・・・融着部（巻き合わせ部）
ａ・・・・・・・・・紙のおもて面
ｂ・・・・・・・・・紙の内容物が接する側の面（塗工面）

Claims (10)

1. 内容物が接する側の紙面に、バリアコーティング層とシーラント層とを設けた紙部材をカップ原紙基材とし、カップ内側上部と巻き合わせ融着部を加熱加圧処理したことを特徴とする紙カップ。
2. 内容物が接する側の紙面に、溶融ポリエチレン層、バリアコーティング層とシーラント層とを設けた紙部材をカップ原紙基材とし、カップ内面上部と巻き合わせ融着部を加熱加圧処理したことを特徴とする紙カップ。
3. 加熱加圧処理をインパルスシールとしたことを特徴とする請求項１または２に記載の紙カップ。
4. 加熱加圧処理をヒートシールとしたことを特徴とする請求項１または２に記載の紙カップ。
5. バリアコーティング層として、バリア性ウレタン樹脂、バリア性アクリル樹脂、扁平状粉末とビニルアルコール樹脂の混合物、扁平状粉末とバリア性アクリル樹脂の混合物、または、バリア性ウレタン樹脂とバリア性アクリル樹脂とを含む混合物の、いずれかの皮膜を、少なくとも１層以上設けたことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の紙カップ。
6. バリアコーティング層として、扁平状粉末とビニルアルコール樹脂の混合物、または扁平状粉末とバリア性アクリル樹脂の混合物の皮膜を少なくとも１層以上設け、
   扁平状粉末が無機層状鉱物で、雲母、雲母を主体とした変成岩、または水膨潤性合成雲母のいずれかであることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の紙カップ。
7. バリアコーティング層として、バリア性ウレタン樹脂、または、バリア性ウレタン樹脂とバリア性アクリル樹脂とを含む混合物の皮膜を、少なくとも１層以上設け、
   バリア性ウレタン樹脂が、酸基を有するポリウレタン樹脂とポリアミン化合物とを含有する水性ポリウレタン樹脂（Ａ）、水溶性高分子（Ｂ）、および扁平状粉末（Ｃ）、を主たる構成成分とした混合樹脂であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の紙カップ。
8. 水溶性高分子（Ｂ）は、鹸化度が９５％以上、かつ重合度が３００〜２０００のポリビニルアルコール樹脂であることを特徴とする請求項７に記載の紙カップ。
9. バリアコーティング層として、バリア性アクリル樹脂、扁平状粉末とバリア性アクリル樹脂の混合物、または、バリア性ウレタン樹脂とバリア性アクリル樹脂とを含む混合物の皮膜を、少なくとも１層以上設け、
   バリア性アクリル樹脂が、ポリ（メタ）アクリル酸系ポリマーとポリアルコール系ポリマーと水系媒体とを含む水系塗工液の混合樹脂であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の紙カップ。
10. 水系塗工液が可塑剤を含むことを特徴とする請求項９に記載の紙カップ。

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