JP2021050013A

JP2021050013A - 包装用積層体及び包装体

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Publication number: JP2021050013A
Application number: JP2019173334A
Authority: JP
Inventors: 井上　雄次; Yuji Inoue; 雄次井上
Original assignee: Fukusuke Kogyo Co Ltd
Current assignee: Fukusuke Kogyo Co Ltd
Priority date: 2019-09-24
Filing date: 2019-09-24
Publication date: 2021-04-01
Anticipated expiration: 2039-09-24
Also published as: JP6721773B1

Abstract

【課題】植物由来ポリエチレンを用いることで環境負荷の低減を図りつつ、実用レベルの物性を備えた包装用積層体を提供することを目的とする。【解決手段】坪量が１０ｇ／ｍ2以上、１００ｇ／ｍ2未満の紙基材３と、紙基材３の少なくとも一面に積層された樹脂層２とを備え、樹脂層２を構成する樹脂組成物７は、植物由来エチレンを含むモノマーを重合してなる植物由来低密度ポリエチレンを含めて複数の低密度ポリエチレンを含有し、かつ、樹脂組成物７に含まれる各ポリマーについて測定したＭＦＲを基に算出した樹脂組成物７のＭＦＲ計算値が、７．２ｇ／１０ｍｉｎ以下である構成とする。【選択図】図１

Description

本発明は、紙基材と、前記紙基材上に積層された樹脂層を備えた包装用積層体に関し、特に、厚みの薄い紙基材に植物由来低密度ポリエチレンを含有する樹脂組成物を積層した包装用積層体及びそれを用いた包装体に関する。

現在、油分や水分を含んだ惣菜、パン等の包装体の材料として、紙基材にポリエチレンを積層した積層体が多用されている。ポリエチレンとしては柔軟性及びヒートシール性に優れるという観点から低密度ポリエチレンが多用されている。一方、地球温暖化を抑制する観点から、世界規模で二酸化炭素の排出量の削減が求められており、近年、石油を炭素源とするエチレン（石油由来エチレン）を含んだポリエチレン（石油由来ポリエチレン）の代替品として、植物を炭素源とするエチレン（植物由来エチレン）を含んだポリエチレン（植物由来ポリエチレン）が上市されている。

そして、特許文献１には、坪量１００〜７００ｇ／ｍ²の紙基材と、植物由来ポリエチレンと、石油由来ポリエチレンとを含んでなるバイオマスポリオレフィン樹脂層とを有する積層体を備えた包装製品（紙カップ又は液体用紙容器）が開示されており、植物の生育時のＣＯ₂吸収と燃焼時の排出が同一となるカーボンニュートラルなポリオレフィン樹脂フィルムを実現できる旨記載されている。

特開２０１６−２７１７１号公報

しかしながら、植物由来ポリエチレンを構成するモノマーである植物由来エチレンは、植物原料を含む培養液に微生物を作用させて産生する発酵エタノールを脱水することによって製造される。このようにして得られた植物由来エチレンには極微量の不純物が含まれることから、これをモノマーとして重合してなる植物由来ポリエチレンは、同じグレードであっても石油由来ポリエチレンと同等の物性とするのが難しいことが知られている（特許文献１段落００５８参照）。

実際に、本願発明者が検討したところ、紙基材上に樹脂層が積層された包装用積層体において、樹脂層を構成する樹脂組成物中の石油由来低密度ポリエチレンを植物由来低密度ポリエチレンに代替した場合、樹脂組成物の物性が変化することが確認された。そして、樹脂層のヒートシール性が低下するなどの不都合が生じることがわかった。

そこで、本発明においては、植物由来ポリエチレンを用いることで環境負荷の低減を図りつつ、実用レベルの物性を備えた包装用積層体を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の一態様としての包装用積層体は、坪量が１０ｇ／ｍ²以上、１００ｇ／ｍ²未満の紙基材と、前記紙基材の少なくとも一面に積層された樹脂層とを備え、前記樹脂層を構成する樹脂組成物は、植物由来エチレンを含むモノマーを重合してなる植物由来低密度ポリエチレンを含めて複数の低密度ポリエチレンを含有し、かつ、前記樹脂組成物に含まれる各ポリマーについて測定したＭＦＲを基に算出した前記樹脂組成物のＭＦＲ計算値が、７．２ｇ／１０ｍｉｎ以下である。

また、前記樹脂組成物は、植物由来エチレンを含むモノマーを重合してなる植物由来低密度ポリエチレンを複数含有し、かつ、前記樹脂組成物に含まれる各ポリマーについて測定したＭＦＲを基に算出した前記樹脂組成物のＭＦＲ計算値が４．９ｇ／１０ｍｉｎ以上、７．２ｇ／１０ｍｉｎ以下となるようにしてもよい。

また、前記樹脂組成物は、植物由来エチレンを含むモノマーを重合してなる植物由来低密度ポリエチレンと、石油由来エチレンを含むモノマーを重合してなる石油由来低密度ポリエチレンとを含有し、かつ、前記樹脂組成物に含まれる各ポリマーについて測定したＭＦＲを基に算出した前記樹脂組成物のＭＦＲ計算値が、３．４ｇ／１０ｍｉｎ超、７．２ｇ／１０ｍｉｎ以下となるようにしてもよい。

前記包装用積層体はヒートシールして包装体を構成してもよい。

前記包装用積層体の製造方法として、前記樹脂組成物を押出成形により前記紙基材に積層するようにしてもよい。

上記態様によれば、紙基材に樹脂層が積層された包装用積層体において、樹脂層を構成する樹脂組成物として、植物由来低密度ポリエチレンを含めて複数の低密度ポリエチレンを含有し、かつ、前記樹脂組成物に含まれる各ポリマーについて測定したＭＦＲを基に算出した前記樹脂組成物のＭＦＲ計算値が、７．２ｇ／１０ｍｉｎ以下になるようにしたため、樹脂層のヒートシール性の低下を抑制することができ、環境負荷の低減を図りつつ、実用レベルの物性を備えた包装用積層体を提供することが可能となる。

本発明の包装用積層体を示す断面図本発明の包装用積層体の製造装置を示す概略図

以下、本発明の実施形態について図面を基に説明する。図１は本実施形態における包装用積層体を示す断面図である。図示のごとく、包装用積層体１は、樹脂層２と、基材３とが積層された構造を有する。

図２は、本実施形態の包装用積層体の製造装置の一例を示す概略図である。本実施形態では、押出成形法を用いて包装用積層体１を製造している。具体的には、包装用積層体１の製造装置は、図示しない押出機に接続されたＴダイ４と、圧着ロール５と、冷却ロール６とを備える。

包装用積層体１を製造する手順としては、押出機で加熱溶融してＴダイ４からフィルム状に押出された樹脂組成物７を、基材３の表面に塗布する。溶融状態の樹脂組成物７が塗布された基材３は、圧着ロール５と冷却ロール６の間を通過することで、樹脂層２が圧着された状態で冷却され、包装用積層体１が得られる。

本発明で使用される紙基材３の坪量は、１０ｇ／ｍ²以上、１００ｇ／ｍ²未満である。すなわち、本発明の紙基材３は、紙パック、紙コップ、紙容器等に用いられる紙基材に比べて厚みが薄く、柔軟性を有する。したがって、包装用積層体１は、紙基材３に積層される樹脂組成物の性状の影響を受けやすくなる。よって、本発明の包装用積層体１に適した樹脂組成物の調製が必要となる。

樹脂層２を構成する樹脂組成物としては、複数の低密度ポリエチレンを含有する。そして、そのうちの少なくとも１種類は、植物由来低密度ポリエチレンとされる。さらに、樹脂組成物に含まれる各ポリマーについて測定したＭＦＲを基に算出した前記樹脂組成物のＭＦＲ計算値が、７．２ｇ／１０ｍｉｎ以下とされる。

本発明において、ＭＦＲは、メルトフローレートの略であり、ＪＩＳＫ７２１０に準拠して加熱温度１９０℃にて測定した値を意味する。また、本発明において、ＭＦＲ計算値とは、以下の（式１）で得られる値を意味する。
ＭＦＲ計算値＝Ｗ₁×ＭＦＲ₁＋…＋Ｗ_n×ＭＦＲ_n ・・・（式１）
ここで、
ＭＦＲ₁：樹脂組成物中の第１のポリマーのＭＦＲ測定値
ＭＦＲ_n：樹脂組成物中の第ｎのポリマーのＭＦＲ測定値
Ｗ₁ ：樹脂組成物に含まれるポリマー全体に対する第１のポリマーの質量割合
Ｗ_n ：樹脂組成物に含まれるポリマー全体に対する第ｎのポリマーの質量割合
（ただし、Ｗ₁＋…＋Ｗ_n＝１）

上記樹脂組成物のＭＦＲ計算値を７．２ｇ／１０ｍｉｎ以下とすることにより、樹脂層のヒートシール性を良好に維持することが可能となる。したがって、包装用積層体の樹脂層同士をヒートシールして形成した包装体は、良好なヒートシール性を備える。低密度ポリエチレンとしては、少なくとも一部に植物由来ポリエチレンを含有していればよい。モノマーの一部を植物由来エチレンとすることによっても環境負荷を低減することが可能となる。

植物由来ポリエチレン中の全炭素量に対する植物由来の炭素の割合は、バイオマス度と呼ばれ、ポリエチレン樹脂中に含まれる^１４Ｃの濃度を測定することによって求めることができる。すなわち、大気中には一定割合の^１４Ｃが含まれる一方、石油由来の樹脂の炭素には^１４Ｃが含まれていない。

したがって、ポリエチレン系樹脂中に含まれる^１４Ｃの濃度を測定することでバイオマス度を求めることができる。具体的に、ポリエチレン系樹脂中の炭素が全て石油由来である場合にはバイオマス度は０％となり、ポリエチレン系樹脂中の炭素が全て植物由来である場合にはバイオマス度は１００％となる。

上記樹脂組成物には、本発明の目的を損なわない範囲で、一般的に用いられている充填剤、着色剤、潤滑剤、帯電防止剤、紫外線吸収剤、可塑剤、酸化防止剤などの安定剤、染料、顔料などの着色剤、スリップ剤（ＳＬ剤）およびアンチブロック剤などの添加剤を配合することができる。

本実施例では、低密度ポリエチレンとして、植物由来低密度ポリエチレンおよび石油由来低密度ポリエチレンを用い、これらを種々組み合わせて樹脂組成物を調製した。調整した樹脂組成物は、押出機によって紙基材上に積層して包装用積層体を作製し、包装用積層体の成形性及び物性について評価した。以下、その詳細について記す。

［樹脂組成物の調製］
樹脂組成物の調製に用いた樹脂及びスリップ剤（ＳＬ剤）の詳細を表１に示す。なお、ポリエチレンとして、１種類の石油由来低密度ポリエチレン（石油由来ＬＤと略する）、２種類の植物由来低密度ポリエチレン（植物由来ＬＤと略する）及び１種類の植物由来直鎖状低密度ポリエチレン（植物由来ＬＬＤと略する）を用いた。

［包装用積層体の作製及び評価］
（１）樹脂組成物のポリエチレンとして植物由来ポリエチレンのみを配合した場合
樹脂組成物のポリエチレン成分として植物由来ポリエチレンのみ配合して包装用積層体を作製した（表２のＮｏ．１〜６）。比較材として、石油由来ＬＤ単体を紙基材に積層した包装用積層体（現行品）を作製して相対評価を行なった（表２のＮｏ．７）。

具体的には、紙基材として坪量３７ｇ／ｍ²の耐油紙を使用し、そこへ押出機より押出した樹脂組成物を塗布して厚み１４μｍの樹脂層を積層した。包装用積層体作製時における加工性及び樹脂圧、さらに、作製した包装用積層体のヒートシール性について評価を行った。評価結果を表２に記す。

（２）樹脂組成物のポリエチレンとして植物由来ＬＤと石油由来ＬＤを併用した場合
樹脂組成物のポリエチレンとして植物由来ＬＤと石油由来ＬＤとを併用して包装用積層体を作製した（表３のＮｏ．９〜１２）。比較材として、石油由来ＬＤ単体を紙基材に積層した包装用積層体を作製して相対評価を行なった（表３のＮｏ．１３）。なお、表３のＮｏ．１３と、表２のＮｏ．７とは樹脂組成物は同配合であるが、紙基材の種類、樹脂層厚み及び押出機が異なる。

具体的には、紙基材として坪量４０ｇ／ｍ²の耐油紙を使用し、そこへ押出機より押出した樹脂組成物を塗布して厚み１５μｍの樹脂層を積層した。なお、Ｎｏ.１〜７の作製に用いた押出機と、Ｎｏ.８〜１３の作製に用いた押出機とは別の押出機を使用した。包装用積層体作製時における加工性及び樹脂圧、さらに、作製した包装用積層体のヒートシール性について評価を行なった。評価結果を表３に記す。

（３）包装用積層体作製時の樹脂圧
包装用積層体作製時に樹脂組成物を押出機から押出す際の樹脂圧を測定し、以下の基準により評価した。
〇：Ｎｏ．７（又はＮｏ.１３）の樹脂圧の１．５倍以内の圧力である。
△：Ｎｏ．７（又はＮｏ.１３）の樹脂圧の１．５倍を超える圧力である。
×：樹脂圧が高すぎて押出し不可。

（４）包装用積層体作製時の加工性
包装用積層体作製時に押出機から押出される樹脂組成物の状態及び包装用積層体の外観を目視により観察し、以下の基準により評価した。なお、下記基準において、樹脂揺れとはＴダイから押し出された膜状の樹脂組成物の幅が一定でなく、不安定に増減する現象をいう。
〇：樹脂組成物に樹脂揺れがなく、得られた包装用積層体は平坦なシート状である。
×：樹脂組成物に樹脂揺れが認められ、得られた包装用積層体が波打った状態である。
−：樹脂組成物が押出し不可により包装用積層体を作製できない。

（５）包装用積層体のシール強度
長さ２００ｍｍ、幅１５ｍｍの短冊状にカットした包装用積層体片一対を樹脂層が接触するようにして重ね合わせ、短冊の一端部を幅方向にヒートシールした。なお、ヒートシール領域は短冊の長さ方向５ｍｍ×幅方向１５ｍｍとした。ヒートシール条件は、シール温度１５０℃、シール時間１ｓｅｃ、シール圧力０．２ＭＰａとした。ヒートシールした短冊の他端部を引張試験機にセットして引張り、最大強度を測定した。ｎ＝５で測定し、その平均値をシール強度とした。Ｎｏ.７（又はＮｏ.１３）のシール強度に対し、シール強度低下率が１０％未満の場合は実用レベルであると判定した。

［評価結果］
表２、３より、樹脂組成物として、植物由来ＬＤを含む複数の低密度ポリエチレンを含有し、かつ、樹脂組成物のＭＦＲ計算値が７．２ｇ／１０ｍｉｎ以下であるＮｏ．２、４及び５並びにＮｏ．９〜１２のシール強度は、比較材であるＮｏ．７又は１３のシール強度に比べてシール強度の低下率が１０％未満であり、十分実用レベルであった。

なお、Ｎｏ．６については実機レベルの試験で樹脂揺れが発生し、適切にシール強度の試験を行なうことができなかった。ただ、少量スケール試験では、Ｎｏ．６の加工性に問題はなく、シール強度も比較材（Ｎｏ．７）のシール強度に比べて低下率が１０％未満のレベルを維持することが確認された。

上述のごとく、樹脂組成物を構成する低密度ポリエチレンとして、植物由来ＬＤにさらに別の植物由来ＬＤを混合するか、石油由来ＬＤを混合し、樹脂組成物のＭＦＲ計算値を７．２ｇ／１０ｍｉｎ以下にすることで、環境負荷の低減を図りつつ、実用レベルの物性を備えた包装用積層体を提供することができる。なお、植物由来ＬＤに植物由来ＬＬＤを混合したＮｏ．３は、ＭＦＲ計算値が６．３ｇ／１０ｍｉｎであるにもかかわらず樹脂圧が高くなりすぎて包装用積層体を作製できないという結果となった。

表２に示すように、樹脂組成物中に複数の植物由来ＬＤを含む場合、ＭＦＲ計算値を４．９ｇ／１０ｍｉｎ以上とすることで樹脂揺れの発生を抑制することができ、平坦なシート状の包装用積層体を得ることができる。この場合、ＭＦＲ計算値は６．０ｇ／１０ｍｉｎ以上とするのが好ましい。これにより、樹脂圧の上昇を抑えることができ、よりスムーズに樹脂層を積層することが可能となる。

一方、表３に示すように、樹脂組成物中に植物由来ＬＤと石油由来ＬＤを含む場合は、ＭＦＲ計算値が３．４ｇ／１０ｍｉｎ超、７．２ｇ／１０ｍｉｎ以下の範囲で良好なシール強度を維持可能である。ただ、環境負荷の低減を図る観点から植物由来ＬＤは樹脂組成物のポリエチレン成分として５質量％以上含むことが好ましい。すなわち、Ｌ４２０、９５質量％及びＳＢＣ８１８、５質量％を含む樹脂組成物のＭＦＲ計算値３．６ｇ／１０ｍｉｎ以上であることが好ましい。

表２より、樹脂組成物を構成する低密度ポリエチレンとして、現行品の石油由来ＬＤと同等のＭＦＲを有するＳＰＢ６８１を１００％使用したＮｏ．６は、現行品のＮｏ．７に比べて樹脂圧が高く、樹脂組成物押出し時に樹脂揺れが発生した。これにより、包装用積層体の樹脂層に厚みムラが発生し、樹脂層厚が薄い部分では樹脂層が紙基材から浮く現象が認められた。また、作製した包装用積層体は波打った状態となり、実用レベルでないことが確認された。

一方、植物由来ＬＤとして、ＳＰＢ６８１に比べてＭＦＲ値の大きいＳＢＣ８１８を１００％使用したＮｏ．１は、樹脂圧および加工性とも問題は認められなかったものの、シール強度が現行品であるＮｏ．７よりも１９％低下し、実用レベルでないことが確認された。

以上、本発明の実施形態につき説明したが、本発明の範囲はこれに限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えて実施することができる。本実施形態では、樹脂組成物を構成するポリエチレンとして、植物由来ＬＤにさらに別の植物由来ＬＤを混合するか、石油由来ＬＤを混合した系について説明したが、これに限らず、たとえば、上記系の樹脂組成物にさらに別の低密度ポリエチレンを配合することも可能である。さらに、包装用積層体の物性を阻害しない範囲で低密度ポリエチレン以外のポリエチレン（高密度ポリエチレン、中密度ポリエチレン、直鎖状低密度ポリエチレン）を少量配合することもできる。

１包装用積層体
２樹脂層
３紙基材
４Ｔダイ
５圧着ロール
６冷却ロール
７樹脂組成物

Claims

坪量が１０ｇ／ｍ²以上、１００ｇ／ｍ²未満の紙基材と、前記紙基材の少なくとも一面に積層された樹脂層とを備え、前記樹脂層を構成する樹脂組成物は、植物由来エチレンを含むモノマーを重合してなる植物由来低密度ポリエチレンを含めて複数の低密度ポリエチレンを含有し、かつ、前記樹脂組成物に含まれる各ポリマーについて測定したＭＦＲを基に算出した前記樹脂組成物のＭＦＲ計算値が、７．２ｇ／１０ｍｉｎ以下である包装用積層体。
前記樹脂組成物は、植物由来エチレンを含むモノマーを重合してなる植物由来低密度ポリエチレンを複数含有し、かつ、前記樹脂組成物に含まれる各ポリマーについて測定したＭＦＲを基に算出した前記樹脂組成物のＭＦＲ計算値が、４．９ｇ／１０ｍｉｎ以上、７．２ｇ／１０ｍｉｎ以下である請求項１に記載の包装用積層体。
前記樹脂組成物は、植物由来エチレンを含むモノマーを重合してなる植物由来低密度ポリエチレンと、石油由来エチレンを含むモノマーを重合してなる石油由来低密度ポリエチレンとを含有し、かつ、前記樹脂組成物に含まれる各ポリマーについて測定したＭＦＲを基に算出した前記樹脂組成物のＭＦＲ計算値が、３．４ｇ／１０ｍｉｎ超、７．２ｇ／１０ｍｉｎ以下である請求項１に包装用積層体。
請求項１〜３のいずれか一項に記載の包装用積層体をヒートシールしてなる包装体。
請求項１〜３のいずれか一項に記載の包装用積層体の製造方法であって、前記樹脂組成物を押出成形により前記紙基材に積層する包装用積層体の製造方法。