JP2018504529A - セルロース系繊維を含む被覆基材の製造方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、（ｉ）セルロース系繊維を含み、乾燥含量５０重量％未満を有する第１基材を提供する工程；（ii）コーティング組成物の乾燥重量として計算して、５ｇ／ｍ２を超える量で、コーティング組成物を第１基材に塗布する工程；および（iii）第１基材を機械的に脱水する工程；を含み、該コーティング組成物が、マイクロフィブリル化セルロース（ＭＦＣ）、並びに、任意に、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）、アニオン性ポリアクリルアミド（Ａ‐ＰＡＭ）、ポリアクリル酸ナトリウム、ポリアクリル酸誘導体、グアーガム、アルギネート、カルボキシメチル化繊維から作製されたＭＦＣ、酸化繊維から作製されたＭＦＣ、ＣＭＣ‐官能基化繊維によって作製されたＭＦＣ、および／またはそれらの組み合わせから選択される保水剤を含む、セルロース系繊維を含む被覆基材の製造方法に関する。本発明の方法により、製造ラインでのエネルギー効率のよいコーティング方法を提供する。【選択図】図１

Description

本発明は、セルロース系繊維を含む被覆基材の製造方法、上記方法によって製造された紙または板紙、および上記製造された紙または板紙の包装材料としての使用に関する。

商品のための機械的および／または化学的な保護を提供するように、紙および板紙の包装材料が、様々な商品の包装に長い間使用されてきた。例えば、食品などの生鮮食料品、ヘルスケア製品および電子機器の包装材料は、化学的影響、例えば酸素などのガス、液体、香り、油および／またはグリースに対する保護を提供するバリアを提供する紙または板紙のパッケージ中に包装されてきた。パッケージは、パッケージの内部から液体が漏出するのを防止し、パッケージ外部の液体がパッケージの内部に漏れるのを防止することを意味する双方向に機能する。同じことが、酸素、香り、油およびグリースに対して適用される。

細菌は好気性であり、従って成長に酸素を必要とするため、包装材料は、特に酸素に敏感な生鮮食料品の場合には酸素バリアを提供できることが重要である。従って、酸素に対するバリアが、包装された製品の貯蔵寿命を延ばすために必要とされる。酸素バリアは、例えば、エチレンビニルアルコール（ＥＶＯＨ）、エチレン酢酸ビニル（ＥＶＡ）、ナイロンＭＸＤ６、ポリ塩化ビニリデン（ＰＶＤＣ）および液晶ポリマー（ＬＣＰ）コーティングなどの種々のポリマーコーティングの形態で提供することができる。このようなコーティングは、例えば、押出塗工によって、または例えば、アルミニウム箔として、基材上に塗布してもよい。しかしながら、押出塗工の欠点は、押出に関して、基材を最初に乾燥し、次いで塗布し、次いで再度乾燥する必要があるため、効率的な方法で紙および／または板紙材料のための既存の製造ラインに結合することが困難であることである。このような製造ラインは、エネルギー効率がよくない。従って、エネルギー効率のよい方法で、コーティング工程を既存の紙または板紙の製造ラインに結合または統合することができるようにする必要がある。バリアを提供する他の可能性は、基材にアルミ箔の層を塗布することである。アルミニウムは、優れたバリアを提供するが、製品の二酸化炭素負荷（カーボンフットプリント）を増加させ、また、製品をリサイクルの困難なものにする。

従来技術の観点からは、既存のコーティング工程およびコーティング材料を、よりエネルギー効率のよいかつ環境に優しい工程およびコーティング材料と少なくとも部分的に置き換えることが望ましい。包装材料はまた、環境負荷とカーボンフットプリントを減らすために、容易にリサイクルすることができ、および／または生分解性であるべきである。

特許文献１には、０．５〜２０重量％の量のＭＦＣ（マイクロフィブリル化セルロース）およびポリ塩化ビニリデン（ＰＶＤＣ）、ポリビニルアルコール（ＰＶＯＨ）エチレンビニルアルコール（ＥＶＯＨ）、アクリレート共重合体、変性スチレン、ブタジエン、ポリオレフィン、アクリロニトリル、フマル酸およびマレイン酸ジエステル、セルロースエステル、デンプンエーテル、種々のアクリレートまたはメタクリレート、酢酸ビニル；ジャガイモ、トウモロコシ、穀物、木、キシレン由来のポリマー；または類似の生成物、或いはこれらのポリマーのいずれかの組成物であってもよいポリマーのコロイド粒子を含む分散液コーティング組成物を基材の表面上に塗布することにより、セルロース系繊維を含む被覆基材を製造する方法が開示されている。上記コーティングは、バリアを提供する。しかしながら、開示された組成物は、多量のポリマーのコロイド粒子を含み、前述のように、少なくとも部分的に、そのようなコーティング材料を置換することが望ましい。また、上記コーティングは、オンラインまたはオフラインで行うことができることが記載されているが、どのように製造をオンラインまたはオフラインで行うことができるのか開示されていない。

特許文献２には、ＰＶＯＨ、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）および／またはヘミセルロースなどの少なくとも１つの水溶性ポリマー、並びにナノクレー、ＭＦＣ、ケイ酸アルミニウム、ナノ沈殿炭酸カルシウム、ナノタルカン、ナノ二酸化チタン、キシレン、カルボキシメチルセルロースおよび／またはシリカであるナノ粒子を含むコーティング組成物で基材をコーティングする工程を含む、バリアを有する基材を提供するための方法が開示されている。上記組成物は、発泡塗工、ブレード塗工によって、またはサイズプレスにより基材上に塗布される。次いで、被覆基材を乾燥し、水性バリア活性化溶液を基材に添加する。しかし、このコーティング方法は、紙および／または板紙材料の既存の製造ラインに容易に統合することができることは記載されていない。また、被覆基材は、乾燥後に活性化する必要があるため、抄紙機中に追加の乾燥部および活性化部が必要である。

従って、コーティング工程のための従来技術の解決策が存在するにもかかわらず、容易でエネルギー効率のよい方法で、製紙工程へのコーティング作業の統合を改善する必要が依然としてある。また、既存の紙または板紙の製造ラインに、コーティング工程を結合または統合する必要がある。更に、基材のバリアとしてコーティング機能を提供するために、環境に優しいプロセスが必要とされている。高品質なバリアを備えながら、リサイクルが容易である環境に優しい包装材料も必要とされている。

国際公開第２０１１／０５６１３０号 国際公開第２０１３／０２７１０３号

本発明の目的は、上記特定された要求を満たすコーティング方法を提供することである。従って、バリアを提供する連続作業コーティング方法を改善し、従来技術の解決策に関する上述の問題を最小限にすることが、本発明の目的である。特に、プロセスが効率的であり、既存の紙または板紙の製造方法を用いて連続作業で行うことができる、セルロース系繊維を含む被覆基材の製造方法を提供すること、およびバリアを含む環境に優しい最終被覆基材を提供することが本発明の目的である。

本発明によれば、上記目的は、添付の請求項に記載のセルロース系繊維を含む被覆基材の製造方法によって達成される。この方法は以下の工程：
（ｉ）セルロース系繊維を含み、乾燥含量５０重量％未満を有する第１基材を提供する工程；
（ii）コーティング組成物の乾燥重量として計算して、５ｇ／ｍ^２を超える量で、コーティング組成物を第１基材に塗布する工程；および
（iii）第１基材を機械的に脱水する工程；
を含み、
上記コーティング組成物が、マイクロフィブリル化セルロース（ＭＦＣ）、並びに
任意に、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）、アニオン性ポリアクリルアミド（Ａ‐ＰＡＭ）、ポリアクリル酸ナトリウム、ポリアクリル酸誘導体、グアーガム、アルギネート、カルボキシメチル化繊維から作製されたＭＦＣ、酸化繊維から作製されたＭＦＣ、ＣＭＣ‐官能基化繊維によって作製されたＭＦＣ、および／またはそれらの組み合わせから選択される保水剤を含む。

驚くべきことに、上記コーティング中の、以下、ＭＦＣと呼ばれるマイクロフィブリル化セルロースの量は、上記ＭＦＣを湿潤表面、即ち、脱水されたまたは部分的にのみ脱水され、５０％未満の乾燥含量を有する表面に加える本発明のコーティング方法により実質的に増加させることができることが見出された。上記基材は、ウェブ形成後であるがプレス部および乾燥部の前で抄紙機のウェットエンドにおける低い乾燥含量を有し、従って、上記コーティング塗布は、既存の抄紙機／板紙抄紙機に統合することができる。余分な乾燥部の必要がなく、既存のプレス部および乾燥部を使用することができるので、これは大きな利点である。これにより、統合プロセスにおいて、基材とそのコーティングを同時に脱水および乾燥させることができる。また、ＭＦＣはそれ自体でコスト効率が高くかつ環境に優しい製品であり、市販のバリア製品のほとんどを上回る優れた酸素バリア特性を示すので（Ｌｉｎｄｓｔｒｏｅｍ，Ｔ．、 Ａｕｌｉｎ，Ｃ．、Ｎａｄｅｒｉ， Ａ．ａｎｄ Ａｎｋｅｒｆｏｒｓ，Ｍ．２０１４．Ｍｉｃｒｏｆｉｂｒｉｌｌａｔｅｄ Ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ．Ｅｎｃｙｃｌｏｐｅｄｉａ ｏｆ Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．１−３４）、高品質の被覆基材およびそれによって包装製品を提供することができる。また、ＭＦＣは、工業用途における食品系製品の使用に関連する問題を回避することができる非食品である。しかし、以前は、主にＭＦＣの低い固形分と高い粘度のため、コーティングおよびコーティング方法において大量のＭＦＣを利用することは事実上困難であった。ＭＦＣは、すぐに水を排出する傾向があり、それによりコーティング寿命を低下させ、基材上に連続膜を得ることが困難となる。また、ピンホールなどのコーティングにおける問題が、膜内で生じる可能性がある。これによって、膜が不連続となり、従って良好なバリアでなくなる。５ｇ／ｍ^２を超える量が５０％未満の乾燥含量を有する湿潤基材に塗布される本発明の方法により、コーティング寿命およびピンホールの問題を減少または解消することができる。上記量は、好適には１０ｇ／ｍ^２を超えてもよい。本発明による更なる利点は、上記方法が広範囲の抄紙機または板紙抄紙機で、抄紙機／板紙抄紙機の通常の高速で連続的に行うことができることである。また、大きな投資は必要なく、即ち、通常利用可能である装置を使用することができる。更に、提供されるバリアは、コーティングを乾燥基材に加えて、次いで乾燥させる従来技術のコーティング方法と同等の品質を有するが、これは更に予想外の特徴である。

上記方法は、前述の工程（ｉ）におけるセルロース系繊維を含み、５０重量％未満の乾燥含量を有する第２基材を提供することを更に含んでもよい。第２の基材が提供されている場合には、前述の工程（iii）は、コーティング組成物が第１および第２基材との間に配置され、続いて貼り合わせられた第１および第２基材を機械的に脱水するように、第１被覆基材に第２基材を貼り合わせることを更に含む。このようにして、サンドイッチ構造が提供され、これによって、第１および第２基材の間にバリア機能が提供される。従って、コーティングは、外部からの影響に対して保護されることができる。また、製造中に、ＭＦＣを含むコーティング層は、少なくとも部分的に第１および第２基材の間に封入されることができるので、抄紙機を、ＭＦＣで汚染されることから保護することができる。

前述の工程（ii）は、コーティング組成物の乾燥重量として計算して５ｇ／ｍ^２を超える量でコーティング組成物を第２基材に塗布することを更に含んでもよい。このようにして、より多くの量のコーティング組成物を、両方の基材に同時に塗布することができ、従って、例えば製造速度を向上させることができる。

コーティング組成物は、好ましくは、乾燥重量として計算して少なくとも９０重量％の量で、マイクロフィブリル化セルロースを含む。これにより良好な物理的特性、機械的特性およびバリア特性を有するコーティングを提供する。

コーティング組成物は、好ましくは、乾燥重量として計算し、ＭＦＣの乾燥重量に基づいて、少なくとも１重量％の量の保水剤を含む。保水剤は、ＭＦＣの排出を減少させ、従って、コーティング層の品質を向上させることができる。

コーティング組成物を、工程（ii）において、コーティング組成物の乾燥重量として計算して、１５ｇ／ｍ^２を超える量で塗布する場合、コーティング組成物は、乾燥重量として計算し、ＭＦＣの乾燥重量に基づいて、少なくとも２重量％の量の保水剤を含んでいてもよい。このようにして、良好なバリアがまだ提供され得る一方、保水量が最小化される。

他の態様において、コーティング組成物を、工程（ii）において、コーティング組成物の乾燥重量として計算して、１０ｇ／ｍ^２を超える量で塗布する場合、コーティング組成物は、乾燥重量として計算し、ＭＦＣの乾燥重量に基づいて、少なくとも３重量％の量の保水剤を含む。このようにして、非常に良好なバリア特性を提供することができる一方、保水性を非常に良好に制御することができる。

更なる態様において、コーティング組成物を、工程（ii）において、コーティング組成物の乾燥重量として計算して、２０ｇ／ｍ^２を超える量で塗布する場合、コーティング組成物は、乾燥重量として計算し、ＭＦＣの乾燥重量に基づいて、少なくとも１重量％の量の保水剤を含む。

更に別の態様において、コーティング組成物を、コーティング組成物の乾燥重量として計算して、２５ｇ／ｍ^２超える量で加え、コーティング組成物は保水剤を含まない。この比較的多量のＭＦＣを塗布することにより、保持特性が連続作業の製造に適しているが、バリアを設けてもよい。

コーティング組成物は、乾燥重量として計算し、ＭＦＣの乾燥重量に基づいて、好ましくは約１０重量％以下の量の保水剤を含む。このようにして、抄紙機のプレス部における不十分な脱水によって引き起こされる脱水問題を回避することができる。

別の態様によれば、コーティング組成物は、乾燥重量として計算し、ＭＦＣの乾燥重量に基づいて、約８．５％以下の量の保水剤を含む。このようにして、脱水の問題を回避することができる一方、優れたバリアを提供することができる。

好適には、コーティング組成物を、工程（ii）において、約５０ｇ／ｍ^２以下の合計量で、第１表面および／または第２表面に塗布する。このようにして、上記方法はまだ十分に制御することができるが、バリアを提供することができる。好ましくは、コーティング組成物を、工程（ii）において、約１０〜４０ｇ／ｍ^２、より好ましくは約１０〜３５ｇ／ｍ^２の合計量で、第１表面および／または第２表面に塗布し、それによってエネルギー効率のよい方法で非常に良好なバリアを提供することができる。

第１および／または第２基材は、３０〜４０重量％未満または１０〜３０重量％未満と同じくらい低い乾燥含量を有してもよい。これにより、形成ワイヤに近接して、ウェブにコーティング組成物を塗布することができ、それによって、本発明の方法に適した機械構造を更に簡素化する。

保水剤は、好ましくはＣＭＣである。ＣＭＣは、プレス部での脱水問題を回避することができるが、少量添加した場合でも、高品質なバリアを提供する高性能保水剤である。

上記コーティング組成物は、スプレー塗装、ローラー塗装、スロット塗装、浸漬塗工、グラビア塗装、リバースダイレクトグラビア塗装、押出塗工、カーテン塗装、ロッド塗装、および／またはギャップ塗装、またはそれらの組み合わせなどの、多くの異なるコーティング技術によって表面に塗布してもよい。しかし、コーティング組成物を、好ましくはスプレー塗装によって加え、それによって高い製造速度で正確な塗布が可能となる。

機械的脱水の工程は、好ましくはプレスすることを含み、抄紙機のプレス部において好適に行われる。工程（iii）における機械的な脱水の後、好ましくは抄紙機の乾燥部において、基材を乾燥させる工程を更に含む。

本発明はまた、前述の方法による方法によって製造された紙または板紙に関する。紙または板紙製品は、その上にコーティング組成物を塗布する第１基材を含み、上記第１基材はセルロース系繊維を含み、上記コーティング組成物は、マイクロフィブリル化セルロース（ＭＦＣ）、並びに、任意に、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）、アニオン性ポリアクリルアミド（Ａ‐ＰＡＭ）、ポリアクリル酸ナトリウム、ポリアクリル酸誘導体、グアーガム、アルギネート、カルボキシメチル化繊維から作製されたＭＦＣ、酸化繊維から作製されたＭＦＣ、ＣＭＣ‐官能基化繊維によって作製されたＭＦＣ、および／またはそれらの組み合わせから選択される保水剤を含む。上記コーティング組成物は、５ｇ／ｍ^２を超える量で塗布される。

上記基材はコーティング中に湿っており、そして上記基材と共にプレスおよび乾燥するので、効率的な方法で、コーティング組成物を付着させ、ほぼ基材に一体化される。従って、基材へ確実に付着した平滑で均一分散したコーティング層を提供することができる。上記コーティングは、酸素および他のガス、香り、油、グリースおよび有機溶剤に対するバリアを提供する。紙または板紙は、例えば、生鮮食料品および／またはヘルスケア製品用の包装材料として使用することができる。加えて、上記コーティングは、改善された製品の剥離強度／剥離抵抗、即ち、Ｚ軸方向強度を提供する。

本発明による更なる特徴、目的および利点を、以下の発明の詳細な説明において定義する。

連続作業工程における１つの基材のコーティングを説明する概略図である。 連続作業工程における１つの基材のコーティングおよび２つの基材の貼り合わせを説明する概略図である。 連続作業工程における２つの基材のコーティングおよび２つの基材の貼り合わせを説明する概略図である。

本発明は、セルロース系繊維を含む被覆基材の製造方法に関する。この製造方法は、エネルギー効率がよく、環境に優しい方法で行うことができる。上記製造方法は、紙または板紙が連続ウェブで製造される抄紙機または板紙抄紙機で行われる。抄紙機および板紙抄紙機の定義は、本明細書中で同様に用いられる。

「セルロース系繊維を含む基材」は、硫酸塩パルプ、クラフトパルプ、ソーダパルプ、または亜硫酸パルプなどの化学パルプ、機械パルプ、サーモメカニカルパルプ或いはケミサーモメカニカルパルプであってもよく、原材料が紙または板紙／ボール紙を製造するのに好適な針葉樹、広葉樹、リサイクル繊維または非木材に基づいてもよい未漂白または漂白パルプからの繊維を含む基材ウェブまたはシートを意味する。

「乾燥含量」とは、スラリーまたは溶液中の乾燥物の含有量を意味する。即ち、例えば、５０％の乾燥含量は、乾燥物の重量が溶液またはスラリーの総重量に基づいて、５０％であることを意味する。同様に、「乾燥重量」は乾燥物の重量を意味する。

「〜を超える」により、当該数値を含まないが、〜より大きいことを意味する。同様に、「〜未満より少ない」により、当該数値を含まないが、〜より小さいことを意味する。例えば、５ｇ／ｍ^２を超えるによって、５ｇ／ｍ^２を含まず、５ｇ／ｍ^２より大きい量を意味する。

「マイクロフィブリル化セルロース」（ＭＦＣ）によって、一般的に木材セルロース系繊維、広葉樹または針葉樹繊維の両方から製造された材料を意味する。また、上記ＭＦＣは、微生物源、麦わらパルプ、竹などの農業繊維または他の非木材繊維源から製造してもよい。ＭＦＣは、繊維の機械的剥離に続いて、未処理または酵素処理したパルプから製造される。マイクロフィブリル化セルロースでは、個々のマイクロフィブリルは、部分的または完全に互いから分離されている。マイクロフィブリル化セルロース繊維は、通常、非常に細く（約２０ｎｍ）、長さは多くの場合１００ｎｍ〜１０μｍの間である。しかしながら、マイクロフィブリルは、より長く、例えば１０〜２００μｍの間であってもよい。フィブリル化され、表面にマイクロフィブリルを有する繊維並びにスラリーの水相中に分離して配置されているマイクロフィブリルは、上記ＭＦＣの定義に含まれる。ナノ粒子として記載されたマイクロフィブリル化セルロース（ＭＦＣ）は、ナノセルロース、ナノフィブリル化セルロースまたはセルロースナノフィブリル（ＣＮＦ）としても知られている。すべてのこれらの定義により、本明細書中で同様にマイクロフィブリル化セルロース、ＭＦＣを意味する。

「保水剤」によって、いくつかの処理過程中、例えば排水中に、ＭＦＣ懸濁液、パルプ懸濁液、段階／段間に紙ウェブまたは板紙ウェブに含まれる成分の保持を改善するのに好適な薬剤または添加剤を意味する。

「機械的脱水」によって、機械的な力、例えばプレスによって行われる脱水を意味する。

「組成物」によって、塗布後に基材上に形成される組成物を使用する準備ができている状態を意味し、即ち、上記組成物の成分は、組成物を使用する準備ができて同時に、または同時に、またはほぼ同時に、しかし別々に、加えてもよく、それにより上記成分は基材上に組成物を形成する。

本明細書で後述するように、ＭＦＣおよび任意に保水剤を含むコーティング組成物を用いて、抄紙機または板紙抄紙機のウェットエンドにおいて、セルロース系繊維を含有する被覆基材を製造することが可能であり、従って基材上にバリアまたはバリア特性を有する膜を提供する。湿潤基材によって、セルロース系繊維を含み、５０％未満の乾燥含量を有する基材を意味する。乾燥含量は、３０〜４０％のように低くても、または１０〜３０％と同じくらい低くてもよい。

コーティング組成物は、コーティング組成物の乾燥重量として計算して、５ｇ／ｍ^２を超える量で塗布される。コーティング組成物は、マイクロフィブリル化セルロース（ＭＦＣ）、並びに任意に、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）、アニオン性ポリアクリルアミド（Ａ‐ＰＡＭ）、ポリアクリル酸ナトリウム、ポリアクリル酸誘導体、グアーガム、アルギネート、カルボキシメチル化繊維から作製されたＭＦＣ、酸化繊維から作製されたＭＦＣ、ＣＭＣ‐官能基化繊維によって作製されたＭＦＣ、および／またはそれらの組み合わせから選択される保水剤を含む。ＭＦＣは、分散液の約２重量％などの約１〜５重量％のＭＦＣ濃度を有する分散液として提供することができる。上記ＭＦＣは、従来のポリマーコーティングに比べて、コーティングの物理的および機械的特性を向上させる。また、本発明のコーティングを用いて、改良された酸素透過率（ＯＴＲ）特性を得ることが可能である。

コーティング組成物は、好ましくは水性であり、ＭＦＣおよび任意の保水剤を含むコーティング組成物中に水が存在することを意味する。含水量は、広範囲に変化してもよく、製造条件および塗布方法に応じて調整される。当業者であれば、製造条件にしたがって上記含水量を調整することができ、上記含水量は、これらの含水量に限定されないが、例えば水：コーティング組成物が０．１：１００〜２５：１００の範囲内で変化してもよい。

コーティング組成物は、乾燥後に、基材の幅全体にわたって連続なコーティング層を形成するために十分な量で塗布される。バリアを形成するコーティング層は、効率的な酸素／ガス／オイル／グリース／有機溶媒バリアを提供するのに十分な厚さである。また、コーティングは、湿潤基材上に塗布し、湿潤基材の全面を覆うことができることが保証されるべきである。本発明の特許請求の範囲に記載の量でコーティング組成物を用いて、良好なバリアを製造することができることが示されている。

本発明の方法において、上記コーティングを、５ｇ／ｍ^２（乾燥重量）を超える、例えば１０ｇ／ｍ^２を超える（乾燥）、更に１５ｇ／ｍ^２以上（乾燥）の合計量で塗布することができる。上記コーティングを、上記方法において提供された少なくとも第１基材に塗布してもよい。これによって、上記方法において基材のいくつかのウェブが存在する場合、基材の少なくとも１つを被覆することを意味する。上記方法において、いくつかの基材および／またはすべての基材、例えば２つの基材にコーティングを塗布することも可能である。前述の合計塗布量は、共に全ての基材に塗布される総塗布量である。上限値は、実用的な態様によって定義され、例えば５０ｇ／ｍ^２以下であってもよい。

好ましくは、コーティングの合計量は、約４０ｇ／ｍ^２未満に維持されている。より多くのＭＦＣを含むコーティング組成物を基材に塗布するほど、上記組成物に必要な保水剤の量は少ない。コーティング組成物を、５ｇ／ｍ^２を超え、約４０ｇ／ｍ^２未満の量で塗布する場合、驚くべきことに、保水剤は得られたバリア特性を更に改善する。

保水剤は、基材を抄紙機のプレス部において機械的に脱水することができるような量で、コーティング組成物中に存在する。従って、好ましくは保水剤の量は、ＭＦＣの乾燥重量に基づいて、約２０重量％未満（乾燥）である。５ｇ／ｍ^２を超える具体的な量で被覆する特徴、および抄紙機のウェットエンドにおいてコーティングを塗布する特徴の組み合わせによって、既知の方法より環境に優しく予想外に良好なバリア特性を提供する。本発明による大きな利点は、広範囲の抄紙機または板紙抄紙機において、抄紙機の通常の高速で、上記方法を連続作業で行うことができることである。また、大きな投資は必要なく、即ち、通常利用可能である装置を使用することができる。更に、提供されるバリアは、コーティングを乾燥基材に加えて、次いで乾燥させる従来技術のコーティング方法と同等の品質を有する。これは予想外のことである。

本発明の塗布量は、一般に、可能な限り低い塗布量が望ましい上記背景技術に記載の従来技術に記載された塗布量よりも幾分高いものである。しかしながら、本発明のＭＦＣ含有コーティングは、コーティングを湿潤基材上に塗布することができる場合に顕著なエネルギーの節約を得ることができ、既存の製造ラインを使用することができるので、製造された材料の総コストをあまり増加させない。また、容易にリサイクル可能である堅牢な被覆基材を得ることができる。例えば、従来技術の解決策におけるよりも高い塗布量によって、より大きな被覆重量のために、塗布されたコーティングにおける微小粗さ、ピンホールおよび／または相互接続された細孔を、より容易に回避することができる。また、コーティング層内の小さな欠陥またはバラツキによって、バリア層の挙動への深刻な影響を有さない。

上記保水剤は、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）、アニオン性ポリアクリルアミド（Ａ‐ＰＡＭ）、ポリアクリル酸ナトリウム、ポリアクリル酸誘導体、グアーガム、アルギネート、カルボキシメチル化繊維から作製されたＭＦＣ、酸化繊維から作製されたＭＦＣ、ＣＭＣ‐官能基化繊維によって作製されたＭＦＣ、および／またはそれらの組み合わせから好適に選択される。ＣＭＣは、本発明の方法に係るバリアを形成するためのコーティング組成物中の保水剤として特に好適であることが示されている。上記保水剤は、添加剤または増粘剤として機能し、ＭＦＣの乾燥重量に基づいて、２０重量％未満（乾燥）、好ましくは１０重量％以下（乾燥）の量で存在する。言い換えれば、上記コーティング組成物の保水剤とＭＦＣの重量比（保水剤：ＭＦＣ）は、２０：１００未満、好ましくは１０：１００以下であってもよい。保水剤の量を、これらの低いレベルに維持する場合、保水剤は、抄紙機のプレス部における基材の脱水を妨げることなく、水を保持する能力を有する。保水剤もまた良好なバリア膜を形成するために寄与している。コーティング組成物の保水剤およびＭＦＣとの間の比（保水剤：ＭＦＣ）は、好ましくは１：１００〜１：１０の間である。ＭＦＣの重量に基づく保水剤の量３〜８．５重量％に相当する、上記比が３：１００〜８．５：１００の間にある場合、およびコーティング組成物の合計量が１０ｇ／ｍ^２を超え、かつ４０ｇ／ｍ^２未満の場合に、非常に良好な結果が得られた。

上記コーティング組成物は、スプレー塗装、ローラー塗装、スロット塗装、浸漬塗工、グラビア塗装、リバースダイレクトグラビア塗装、押出塗工、カーテン塗装、ロッド塗装、および／またはギャップ塗装、またはそれらの組み合わせなどの、任意の好適なコーティング手段によって基材に塗布してもよい。好ましくは、上記コーティングは、連続製造モードにおいて高い製造速度でのコーティング組成物を塗布するための、単純な、効果的かつ正確な方法であるスプレー塗装によって塗布される。本発明の基材は、５０％未満の乾燥含量を有するセルロース系繊維を含む基材である。上記コーティングは、２つの基材の間に配置されて、サンドイッチ構造を形成してもよい。これは、共に貼り合わせられ、貼り合わせ前の基材の少なくとも一方にまたはそれにコーティング組成物を塗布するために、前者からそれぞれ、２つのウェブを配置することにより達成することができる。上記コーティング組成物が少なくとも部分的に２つの基材間に封入されているという事実によって製造が容易であるので、サンドイッチ構造が本発明の特に好ましい態様であり、それにより、ＭＦＣによって生じる汚染を減少させることができる。

図１は、連続作業工程における１つの基材のコーティングを説明する概略図である。湿潤第１基材１０は、抄紙機／板紙抄紙機の形成部１００で形成され、形成されたウェブ１０は、コーティング塗布部２００を通過して、更に抄紙機または板紙抄紙機のプレス部３００に投入される。上記コーティング塗布部２００は、機械的または電気的に駆動することができるポンプ１６によって、少なくとも１つのスプレーノズル配列２１を含む噴霧装置２０に送り込む水性コーティング組成物を含む容器１４を含む。上記スプレーノズル配列２１を配置して、上記コーティング組成物を、コーティングの乾燥重量に基づいて５ｇ／ｍ^２を超える量で平滑なコーティングを提供する噴霧速度で基材１０に噴霧する。コーティング後、上記ウェブ１０を抄紙機のプレス部に投入し、抄紙機の乾燥部で乾燥する前に、機械的に脱水する。

図２には、本発明の別の態様を示す。上記方法は、湿潤ウェブの形態の第２の湿潤基材１２を第２形成部１１０からコーティング塗布部２００に投入する以外は、図１の方法と同じである。しかしながら、第１の湿潤基材１０のみを、貼り合わせシリンダ３２で第１基材および第２基材を共に貼り合わせる前に、ノズル配置２１を有する噴霧装置２０によって被覆する。上記コーティング組成物を第１基材１０上に噴霧し、上記コーティング組成物を第１基材１０および第２基材１２の間に配置する。従って、形成されたウェブ３０はサンドイッチ構造を有しており、続いて、上記ウェブ３０を抄紙機のプレス部３００で機械的に脱水する。

図３は、本発明の更なる態様を示している。上記方法は、湿潤ウェブの形態の第２の湿潤基材１２を第２形成部１１０からコーティング塗布部２００に投入する以外は、図１および図２の方法と同じである。第１の湿潤基材１０および第２の湿潤基材１２の両方を、貼り合わせシリンダ３２で第１基材および第２基材を共に貼り合わせる前に、スプレーノズル配列２１および２２を有する噴霧装置２０によって被覆する。上記コーティング組成物を第１基材１０および第２基材１２上に噴霧し、上記コーティング組成物を第１基材１０および第２の基材１２の間に配置する。従って、形成されたウェブ３０はサンドイッチ構造を有しており、続いて、上記ウェブ３０を抄紙機のプレス部３００で機械的に脱水する。

単一の工程で上記コーティング組成物を基材に加えることが好ましい。従って、複数のコーティング層を有する基材の表面を提供することは必要ではない。バリアは、好ましくは酸素、ガス、香り、グリースおよび／または油、有機溶媒に対するバリアである。本発明によるバリアを、水、水蒸気およびアルコールなどの液体に対するバリア層などの他のバリア層と組み合わせることも可能である。上記基材を液体包装用板紙として使用する場合に、これは特に好適である。次いで、上記板紙基材に本発明に係るコーティング層を提供し、その後、好適には別の方法で、本発明によるバリアの上に、ＰＥ層またはＰＥＴ層などの液体に対するバリア特性を有する層を加えることが好ましい。このようにして、上記板紙は酸素バリア特性および液体バリア特性の両方を有することになる。本発明に係るバリアを、ＰＬＡ、ＰＧＡ、バイオ-ＰＥ、澱粉、タンパク質または多糖類系バリアなどのバイオ系バリアに基づく別のバリア構造を組み合わせることも可能である。このようにして、更に改良されたバリア製品を製造することができる。

上記コーティング組成物を基材に塗布した後、上記基材の機械的脱水を行う。好ましくは、上記機械的脱水は、抄紙機または板紙抄紙機のプレス部における既存のプレス装置によって行われる。あるいは、シリンダを押圧するような追加のプレス装置を、抄紙機の既存のプレス部に入る前に加えてもよい。基材上にバリアを形成するためには、上記基材が平滑であり、コーティング中に穴がないことが重要である。コーティングすることによって上記基材上に良好なバリアを形成すために、コーティングが均一に分散していること、即ち、コーティング層の厚さ変動または坪量変動がないか、または実質的にないことも重要である。コーティング層を湿潤表面上に塗布すると、コーティング層は、塗布された基材の表面上に留まるバリアを形成する。更に、上記バリア層は、それが被覆された基材に対して良好な接着性を有する。上記バリアコーティングはまた、それが変換または他の機械的な取り扱いの間にバリア層を破壊することなく加えられた基材を変換することができる良好な機械的特性を有する。脱水後、被覆基材を、抄紙機の乾燥部で乾燥させる。

本発明はまた、上記方法に従って製造された紙または板紙製品に関する。液体バリア特性を有する層が液体包装用板紙として使用されると共に、本発明に係るバリアを有する板紙製品を使用することが可能である。製造された紙または板紙製品も、例えば、冷凍食品素材または乾燥食品素材などの食品パッケージなどの生鮮食料品用包装材料、および／またはヘルスケア製品用包装材料として用いられてもよい。上記方法に従って製造された紙または板紙製品は、非常に効果的なバリアが設けられている。

本発明の上記の詳細な説明に鑑みて、他の修正および変更が当業者に明らかになるであろう。しかし、そのような他の修正および変更が添付の特許請求の範囲に記載された本発明の精神および範囲から逸脱することなく行ってもよいことは明らかである。

（実施例１）
この実施例では、使用されるコーティング配合物をどのように製造したかを示している。マイクロフィブリル化セルロース（ＭＦＣ）はＩｎｎｖｅｎｔｉａのパイロットプラントで製造した。未乾燥の漂白した亜硫酸針葉樹パルプ（Ｎｙｍｏｅｌｌａ Ｍｉｌｌ，Ｓｔｏｒａ Ｅｎｓｏ、スウェーデン）をＭＦＣの作製に使用した。精製酵素精錬法を含む３段階処理を用いて、上記パルプを第１前処理した。従来のパルプリファイナーを、精製工程のために使用した。パルプを、約３０〜４０°ＳＲに第１精製した。次に、酵素処理を、５０℃で２時間、繊維１ｇ当たり０．１７μＬの一成分エンドグルカナーゼ（５ＥＣＵ／μＬ）を用いて行い、続いて約８０〜９０°ＳＲに第２精製した。約２．５重量％のパルプスラリーを、高圧ホモジナイザー（ＮＳ３０２４Ｈ、ＧＥＡ Ｎｉｒｏ Ｓｏａｖｉ、イタリア）によって均質化した。ホモジナイザーの運転圧力およびスリットサイズは、それぞれ、１４００〜１６００バールおよび１００〜２００μｍであった。

ＣＭＣ、Ａ‐ＰＡＭ、アルギネート、グアーガムおよび酸化ＭＦＣ（カルボキシメチル化または官能基化）から選択した保水剤を、コーティング配合物を形成するために、２．９重量％ＭＦＣ分散液に添加した。保水剤は、ＭＦＣの乾燥重量に基づいて、０〜１０重量％の間で構成された。コーティング配合物を２４時間撹拌し、続いて５００バールで高圧均質化して十分に混合した。コーティング配合物の濃度は、約２．７〜２．９％であった。

実験室シートの作製
坪量６０ｇ／ｍ^２を有する未被覆の実験室の紙基材を、コーティング方法のためのベース基材として使用した。これらの原紙を、ＩＳＯ ５２６９−１に従ってフィンランドシート成形具を用いて作製した。上記シートを、漂白クラフトパルプ（Ｓｏｅｄｒａ Ｂｌｕｅ Ｚ）から作製した。上記漂白クラフトパルプを、２５°ＳＲに精製した。上記シートを、プレスなしで湿式作製するか（乾燥含量２２％未満）、または４００ｋＰａで５分間および２分間の２回プレスのいずれかを行って、乾燥度５０％とした。乾燥シートはまた、同様のプレス方法で作製し、次いで２３℃、５０％ＲＨで乾燥させた（乾燥度＞ ９０％）。

コーティング配合物の脱水の測定
コーティング配合物から移送した水の量（ｇ／ｍ^２）を、Åｂｏ−Ａｋａｄｅｍｉによって開発された重量測定法を用いて測定した。Ｔａｐｐｉ Ｔ−７０１に従って標準化された条件を用いた。上記方法には、静的条件下でコーティング配合物の保水性を特徴付けるための方法が記載されている。

（実施例２）
この実施例では、保水剤を添加することにより、コーティング配合物から移送された水の量をかなり減少させることが可能であることを示している。表１は、純粋なＭＦＣ分散液、およびＭＦＣの乾燥重量に基づいて１０重量％の保水剤が添加されたコーティング配合物の移送水の量を示している。保水剤を添加することによって、保水容量がかなり増加しており、即ち、移送水の量が減少している。

（実施例３）
この実施例では、どのようにして、湿った、プレスしたまたは乾燥したシートを、マイクロフィブリル化セルロース（ＭＦＣ）またはＣＭＣと組み合わせたＭＦＣからなる配合物を用いてスプレー塗装したかを示している。増粘剤は、ＭＦＣの乾燥重量に基づいて、０〜１０重量％を構成する。

市販の塗料スプレー（Ｇｒａｃｏ Ｅａｓｙ Ｍａｘ ＷＰ ２、米国）を、シート上またはシート間の中間層として、コーティング配合物を塗布するために使用した。上記湿った、プレスしたまたは乾燥したシートを、コンベア上に置いた。スプレーガンを、シートに対して水平に取り付けた。被覆重量を、コンベアの速度を変えることにより調整した。

シートを、一回片側被覆するか、またはコンベアベルトを逆転させることにより、二回被覆した。上記シートを、その後、２３℃、５０％ＲＨで乾燥した。中間層としてのコーティング配合物を塗布するために、シートを、ＩＳＯ ５２６９‐１に従って、別々に被覆し、水平に置いて、その後プレスし、乾燥させた。４．５〜３４．６ｇ／ｍ^２の総被覆重量を塗布した。

結果
酸素透過率（ＯＴＲ）試験は、ＡＳＴＭ Ｄ ３９８５‐０６に従って、Ｍｏｃｏｎ Ｏｘ−Ｔｒａｎ Ｍｏｄｅｌ ２／２１装置（米国ミネアポリスのＭｏｃｏｎ）を用いて行い、試験条件は、２３℃、５０％ＲＨであった。試料面積は５ｃｍ^２であり、酸素の分圧は１気圧であった。３０００を超えるＯＴＲ値は、以下の表２および表３において「不合格」として示されている。１０以下のＯＴＲ値が優れていると考えられる。

オイル／グリース耐性は、被覆されたシートを通して赤色染色テレビン油に対する浸透時間を記録したＴａｐｐｉ Ｔ‐４５４に従って測定した。テストは３０分後に終了する。

表２から、１０ｇ／ｍ^２を超える被覆重量およびＭＦＣに対する３〜８．５重量％のＣＭＣ含有量は、優れた酸素バリア特性（ＯＴＲ＜１０［ｍＬ／ｍ^２ ２４時間気圧］）と油／グリースバリア特性（＞３０分）を提供することがわかる。シートの乾燥度および被覆工程数は、被覆された製品のＯＴＲおよび耐油性の特性に影響を与えない。表３から、１０ｇ／ｍ^２を超える被覆重量およびＭＦＣに対する３〜８．５重量％のＣＭＣ含有量は、優れた酸素バリア特性（ＯＴＲ＜１０［ｍＬ／ｍ^２ ２４時間気圧］）と油／グリースバリア特性（＞３０分）を提供することがわかる。シートの乾燥度および被覆工程数は、被覆された製品のＯＴＲおよび耐油性の特性に影響を与えない。

従って、コーティングを製紙方法のウェットエンドで行う場合でさえ、優れたバリアを得ることが可能である。

１０ … 第１基材
１２ … 第２基材
１４ … 容器
１６ … ポンプ
２０ … 噴霧装置
２１、２２ … スプレーノズル配列
３０ … ウェブ
３２ … 貼り合わせシリンダ
１００ … （抄紙機の）形成部
１１０ … 第２形成部
２００ … コーティング塗布部
３００ … プレス部

Claims (24)

1. （ｉ）セルロース系繊維を含み、乾燥含量５０重量％未満を有する第１基材を提供する工程；
   （ii）コーティング組成物の乾燥重量として計算して、５ｇ／ｍ^２を超える量で、コーティング組成物を第１基材に塗布する工程；および
   （iii）第１基材を機械的に脱水する工程；
   を含み、
   該コーティング組成物が、マイクロフィブリル化セルロース（ＭＦＣ）、並びに
   任意に、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）、アニオン性ポリアクリルアミド（Ａ‐ＰＡＭ）、ポリアクリル酸ナトリウム、ポリアクリル酸誘導体、グアーガム、アルギネート、カルボキシメチル化繊維から作製されたＭＦＣ、酸化繊維から作製されたＭＦＣ、ＣＭＣ‐官能基化繊維によって作製されたＭＦＣ、および／またはそれらの組み合わせから選択される保水剤を含む
   ことを特徴とする、セルロース系繊維を含む被覆基材の製造方法。
2. 前記工程（ｉ）において、セルロース系繊維を含み、乾燥含量５０重量％未満を有する第２基材を提供する工程、および前記工程（iii）において、前記コーティング組成物を第１基材および第２基材の間に配置するように、第２基材を第１基材に付着させる工程、並びに次いで付着させた第１基材および第２基材を機械的に脱水する工程を更に含む、請求項１記載の方法。
3. 前記工程（ii）が、コーティング組成物の乾燥重量として計算して、５ｇ／ｍ^２を超える量で、コーティング組成物を第２基材に塗布する工程を更に含む、請求項２記載の方法。
4. 前記コーティング組成物が、乾燥重量として計算して、少なくとも９０重量％の量で、マイクロフィブリル化セルロースを含む、請求項１〜３のいずれか１項記載の方法。
5. 前記コーティング組成物が、乾燥重量として計算しておよび前記ＭＦＣの乾燥重量に基づいて、少なくとも１重量％の量で、保水剤を含む、請求項１〜４のいずれか１項記載の方法。
6. 前記コーティング組成物を、前記工程（ii）において、コーティング組成物の乾燥重量として計算して、１５ｇ／ｍ^２を超える量で塗布する場合に、前記コーティング組成物が、乾燥重量として計算しておよび前記ＭＦＣの乾燥重量に基づいて、少なくとも２重量％の量で、保水剤を含む、請求項１〜４のいずれか１項記載の方法。
7. 前記コーティング組成物を、前記工程（ii）において、コーティング組成物の乾燥重量として計算して、１０ｇ／ｍ^２を超える量で塗布する場合に、前記コーティング組成物が、乾燥重量として計算しておよび前記ＭＦＣの乾燥重量に基づいて、少なくとも３重量％の量で、保水剤を含む、請求項１〜４のいずれか１項記載の方法。
8. 前記コーティング組成物を、前記工程（ii）において、コーティング組成物の乾燥重量として計算して、２０ｇ／ｍ^２を超える量で塗布する場合に、前記コーティング組成物が、乾燥重量として計算しておよび前記ＭＦＣの乾燥重量に基づいて、少なくとも１重量％の量で、保水剤を含む、請求項１〜４のいずれか１項記載の方法。
9. 前記コーティング組成物を、コーティング組成物の乾燥重量として計算して、２５ｇ／ｍ^２を超える量で添加する場合に、前記コーティング組成物が保水剤を含まない、請求項１〜４のいずれか１項記載の方法。
10. 前記コーティング組成物が、乾燥重量として計算しておよび前記ＭＦＣの乾燥重量に基づいて、約１０重量％以下の量で保水剤を含む、請求項１〜８のいずれか１項記載の方法。
11. 前記コーティング組成物が、乾燥重量として計算しておよび前記ＭＦＣの乾燥重量に基づいて、約８．５重量％以下の量で保水剤を含む、請求項１０記載の方法。
12. 前記コーティング組成物を、前記工程（ii）において、第１表面および任意に第２表面に、合計量約５０ｇ／ｍ^２以下で塗布する、請求項１〜１１のいずれか１項記載の方法。
13. 前記コーティング組成物を、前記工程（ii）において、第１表面および任意に第２表面に、合計量約１０〜４０ｇ／ｍ^２で塗布する、請求項１２記載の方法。
14. 前記第１および／または第２基材が、乾燥含量３０〜４０重量％未満を有する、請求項１〜１３のいずれか１項記載の方法。
15. 前記第１および／または第２基材が、乾燥含量１０〜３０重量％未満を有する、請求項１〜１３のいずれか１項記載の方法。
16. 前記保水剤がＣＭＣである、請求項１〜１５のいずれか１項記載の方法。
17. 前記コーティング組成物を、スプレー塗装、ローラー塗装、スロット塗装、浸漬塗工、グラビア塗装および／またはリバースダイレクトグラビア塗装、押出塗工、カーテン塗装、ロッド塗装、および／またはギャップ塗装、またはそれらの組み合わせによって塗布する、請求項１〜１６のいずれか１項記載の方法。
18. 前記コーティング組成物を、スプレー塗装によって加える、請求項１７記載の方法。
19. 前記機械的に脱水する工程が、プレスすることを含む、請求項１〜１８のいずれか１項記載の方法。
20. 前記工程（iii）の後に、（iv）基材を乾燥する工程を更に含む、請求項１〜１９のいずれか１項記載の方法。
21. 請求項１〜２０のいずれか１項記載の方法によって製造された紙または板紙。
22. コーティングが、酸素および他のガス、香り、油、グリースおよび有機溶媒に対するバリアを提供する、請求項２１記載の紙または板紙。
23. その上にコーティング組成物を塗布した第１基材を含む紙または板紙であって、
    該第１基材がセルロース系繊維を含み、
    該コーティング組成物が、マイクロフィブリル化セルロース（ＭＦＣ）、並びに
    任意に、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）、アニオン性ポリアクリルアミド（Ａ‐ＰＡＭ）、ポリアクリル酸ナトリウム、ポリアクリル酸誘導体、グアーガム、アルギネート、カルボキシメチル化繊維から作製されたＭＦＣ、酸化繊維から作製されたＭＦＣ、ＣＭＣ‐官能基化繊維によって作製されたＭＦＣ、および／またはそれらの組み合わせから選択される保水剤を含み、
    該コーティング組成物が、５ｇ／ｍ^２を超える量で塗布されたことを特徴とする、紙または板紙。
24. 生鮮食料品および／またはヘルスケア製品の包装材料としての請求項２１〜２３のいずれか１項記載の紙または板紙の使用。

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