JP2021075056A

JP2021075056A - バイオマス由来の樹脂層を備えた積層体及び断熱容器

Info

Publication number: JP2021075056A
Application number: JP2020184583A
Authority: JP
Inventors: 友央上野; Tomohiro Ueno; 嘉貢西野; Yoshitsugu NISHINO; 宏行高野; Hiroyuki Takano
Original assignee: Nissin Foods Holdings Co Ltd
Current assignee: Nissin Foods Holdings Co Ltd
Priority date: 2019-11-06
Filing date: 2020-11-04
Publication date: 2021-05-20

Abstract

【課題】本発明は、環境負荷が小さく、断熱性が良好な積層体および発泡積層体を製造することを目的とするものである。【解決手段】本発明者らは、少なくとも、密度0.91g/cm3以上、0.93g/cm3未満の低密度ポリオレフィン樹脂からなる発泡層と、紙基材層と、密度0.93g/cm3以上、0.97g/cm3以下の中高密度ポリオレフィン樹脂からなる非発泡層とを順に備える発泡積層体であって、低密度ポリオレフィン樹脂および／または中高密度ポリオレフィン樹脂がバイオマスポリエチレン樹脂を含み、且つバイオマス度が５％以上であることを特徴とする積層体により上記課題を解決し得ることを見出した。【選択図】図１

Description

本発明は、バイオマス由来の樹脂層を備えた積層体、発泡積層体及び発泡断熱容器に関するものである。

カップ麺用の容器、コーヒーカップ等の飲食用容器では、一般的に断熱容器が使用されている。従来、この用途に使用される断熱容器としては、発泡ポリスチレン製の容器が知られていたが、容器全体を発泡させているため嵩が大きく、ゴミが増加するという問題があった。また、紙製の容器比べると強度が低く、硬い内容物（麺塊等）を入れたまま輸送すると破損しやすいという課題があった。

この課題を解決するため、紙容器の外壁面に低融点のポリエチレン樹脂をラミネートして、加熱することにより、基材である紙に含まれている水分の蒸気圧を利用してポリエチレン樹脂を発泡させて発泡断熱シートを製造する技術が開示されている（特許文献１〜３）。

一方、持続可能な開発目標（ＳＤＧｓ）を達成すべく、化石燃料からの脱却が望まれており、その一つの手段としてバイオマス素材の活用が提案されている。例えば、ポリ乳酸（ＰＬＡ）について商業化が進んでいる。しかしながら、プラスチックとしての特性がポリエチレンやＰＥＴのような汎用プラスチックと大きく異なるため、ＰＬＡが用いられる用途は一部に限られていた。

そこで、穀物からバイオエタノールを製造し、これをエチレンガスに変えて、様々なプラスチック（ポリエチレン、ＰＥＴの原料であるエチレングリコール）の原料として用いる方法が提案されている。ところが、このようなプラスチックについて、現行製品からの代替が可能なのかどうかについては十分に検討がなされてこなかった。

特開２００６−２８２２５７公報特開２０１４−１３３３３７公報特開２０１５−２１４３６５号公報

本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、環境負荷が小さく、断熱性が良好な積層体および発泡積層体を製造することにある。

本発明者らは、少なくとも、密度0.91g/cm³以上、0.93g/cm³未満の低密度ポリオレフィン樹脂からなる発泡層と、紙基材層と、密度0.93g/cm³以上、0.97g/cm³以下の中高密度ポリオレフィン樹脂からなる非発泡層とを順に備える発泡積層体であって、低密度ポリオレフィン樹脂および／または中高密度ポリオレフィン樹脂がバイオマスポリエチレン樹脂を含み、且つバイオマス度が５％以上であることを特徴とする積層体により上記課題を解決し得ることを見出した。

本発明の完成により、環境負荷が小さく、断熱性が良好な積層体、発泡積層体及び発泡断熱容器を製造することが可能となった。

実施例１の構成（発泡前）を断面図で説明したものである。実施例６の構成（発泡前）を断面図で説明したものである。

本発明は、少なくとも、密度0.91g/cm³以上、0.93g/cm³未満の低密度ポリオレフィン樹脂からなる発泡層と、紙基材層と、密度0.93g/cm³以上、0.97g/cm³以下の中高密度ポリオレフィン樹脂からなる非発泡層とを順に備える発泡積層体であって、低密度ポリオレフィン樹脂および／または中高密度ポリオレフィン樹脂がバイオマスポリエチレン樹脂を含み、且つバイオマス度が５％以上であることを特徴とする積層体に関するものである。以下、詳細について説明を行う。

紙基材
本発明の積層体を構成する紙基材には特に限定はないが、非塗工紙、塗工紙などを使用することができる。また、容器としての強靭さを実現する観点から紙基材の坪量は150〜400g/m^２好ましく、更に好ましくは、250〜350g/m^２である。さらに、ポリエチレンを好適に発泡させる観点から紙基材に含まれる水分は5〜10重量％が好ましく、6〜8重量％がより好ましい。

非塗工紙は、原料パルプにクレー、タルク、二酸化チタン、炭酸カルシウム、水酸化アルミニウム粉末等の填料を加え、必要に応じてサイズ剤、紙力増強剤、定着剤等を添加して製造することができる。また、紙面強度を向上させるため、スチレン系樹脂、スチレン・マレイン酸樹脂、澱粉、カルボキシメチル化セルロース、ポリビニルアルコール、ポリアクリルアミド等の薬品を表面に塗工してもよい。

塗工紙としては、炭酸カルシウム、二酸化チタン、水酸化アルミニウム等の顔料と、ポリビニルアルコール、スチレン・ブタジエンラテックス、メチルメタクリレート・ブタジエンラテックス等の接着剤とを含む塗工液を調整し、表面に塗工することで得ることができる。

発泡層
本発明において発泡層は、密度0.91g/cm³以上、0.93g/cm³未満の低密度ポリオレフィン樹脂からなる。発泡層に融点の低い低密度ポリオレフィン樹脂を用いることで、発泡加工の際に、非発泡層を発泡させることなく、発泡層のみを発泡させることができる。

さらに、本発明においては、前記低密度ポリオレフィン樹脂および／または中高密度ポリオレフィン樹脂がバイオマスポリエチレン樹脂を含み、且つバイオマス度が５％以上であることが必要である。

ここで、バイオマスポリエチレン樹脂とは、植物由来のエチレンから合成されたポリエチレン樹脂を指す。なお、植物由来のエチレンは、植物（トウモロコシ、サトウキビ、タピオカ等）を発酵させて得られたエタノール等を原料として、周知の方法により製造することができる。

また、「バイオマス度」（ポリオレフィン樹脂中のバイオマス由来の炭素濃度）とは、放射性炭素（Ｃ１４）測定によりバイオマス由来の炭素の含有量を測定した値である。大気中の二酸化炭素にはＣ１４が一定量含まれており、大気中の二酸化炭素を取り入れて成長する植物のＣ１４の含有量も同程度である。一方、化石燃料にはＣ１４が殆ど含まれていない。したがって、ポリオレフィン樹脂に含まれるＣ１４の割合を測定することにより、ポリオレフィン樹脂中のバイオマス由来の炭素濃度「バイオマス度」を算出することができる。

具体的には、ポリエチレン樹脂を、バイオマス由来のエチレンのみで製造すれば、バイオマス度は１００％となり、化石燃料由来の原料のみで製造すればバイオマス度は０％となる。

低密度ポリエチレン樹脂のメルトフローレート（以下、「ＭＦＲ」という場合がある）は、8〜28g/10分が好ましく、10〜20g/10分がより好ましい。この範囲であれば、ポリエチレン樹脂の発泡が安定するため、断熱性や発泡後の外観が良好である。

非発泡層
本発明において非発泡層は、密度0.93g/cm³以上、0.97g/cm³以下の中高密度ポリオレフィン樹脂からなる。非発泡層に融点の高い中高密度ポリオレフィン樹脂を用いることで、発泡加工の際に、非発泡層を発泡させることなく、発泡層のみを発泡させることができる。

さらに、紙基材層と、非発泡層の間に、中間層を設けることもできる。中間層としては、ポリ乳酸フィルム、PETフィルム、CPPフィルム、OPPフィルムおよびナイロンフィルム等、並びにこれらのフィルムに酸化アルミニウム等を蒸着したバリアフィルムなどを適宜選択して用いることができる。なお、これらのフィルムには、化石燃料由来の原料であるか、植物由来の原料であるかを問わず、いずれも好適に用いることができる。

押出ラミネート条件
押出ラミネートの方法としては、シングルラミネート法、タンデムラミネート法、サンドウィッチラミネート法、共押出ラミネート法などを適宜選択することができる。

ラミネート時のポリエチレン樹脂の（Tダイ直下）温度としては、260〜350℃が好ましく、280〜330℃がより好ましい。この範囲であれば、ポリエチレン樹脂層と紙基材間のラミネート強度や、発泡後の外観を好適なものとすることができる。また、冷却ロールの表面温度は10〜50℃の範囲で制御することが好ましい。

ラミネート後（発泡前）のポリエチレン樹脂層の厚みには特に限定はないが、30〜150μmが好ましく、40〜100μmがより好ましい。この範囲であれば、発泡後のポリエチレン樹脂層に充分な厚みを持たせることができるため、断熱性が良好である。

また、引取速度が遅すぎると、生産性が悪いため、引取速度は40m/分以上が好ましく、60m/分がより好ましい。
一方、引取速度が速すぎると、ポリエチレン樹脂がネックインしやすく生産性が低下しやすい。したがって、引張速度は130m／分以下が好ましく、110m/分以下がより好ましい。

次に、エアギャップについて説明する。ここで、エアギャップとはTダイの押出口からニップロールまでの距離を指す。

ラミネート加工時のエアギャップを広げすぎるとポリエチレン樹脂がネックインして生産性が低下すため、エアギャップは250mm以下が好ましく、200mm以下がより好ましい。

本発明では、ポリエチレン樹脂がエアギャップを通過している間に、オゾンガス及び／又は酸素ガスで表面処理することが好ましい。オゾンガス及び／又は酸素ガスで表面処理することにより、酸化被膜の形成を促進し、基材層との接着力を向上させることができる。オゾンガス及び／又は酸素ガスの処理量には特に限定はないが、ポリエチレン樹脂の酸化を促進する観点で0.5mg/m²以上が好ましい。

ポリエチレン樹脂
低密度ポリエチレン樹脂および高密度ポリエチレン樹脂として、ブラスケム社製のバイオマスポリエチレンを用いて、バイオマス由来のポリエチレン樹脂（B-LDPE、B-HDPE1〜3）を調整した。ポリエチレン樹脂の密度（g/cm³）は表１の通りである。

実施例１
（工程１）紙基材の片面に、B-HDPE1を押出ラミネートによって積層し、厚さ40μｍの非発泡層を設けた。（工程２）紙基材の非発泡層とは逆の面に、B-LDPEを押出ラミネートによって積層し、厚さ70μｍの発泡層（発泡加工前）を設けて、積層体（実施例１）を製造した。加工条件の詳細は以下の通りである。

（工程１）
紙基材：水分量23g/m²、坪量320g/m²
押出温度（Tダイ出口温度）：320℃
引取速度（ラミネート速度）：60m/分
エアギャップ：80mm

（工程２）
押出温度（Tダイ出口温度）：310℃
引取速度（ラミネート速度）：60m/分
エアギャップ：80mm

実施例２〜５
発泡層及び非発泡層に用いる素材を表２の通り変更して実施例２〜５を製造した。なお、素材以外の条件（押出温度、引取速度等）は実施例１と同様である。

比較例１
実施例１におけるB-HDPE1をペトロセンLW04-1に、B-LDPEをペトロセン07C03Cに変更して比較例１を製造した。なお、素材以外の条件（押出温度、引取速度等）は実施例１と同様である。

ペトロセンLW04-1およびペトロセン07C03Cの詳細は以下の通りである。
ペトロセンLW04-1：東ソー社製、化石燃料由来の中密度ポリエチレン樹脂、ＭＦＲ4.3g/10分、密度940kg/m³
ペトロセン07C03C：東ソー社製、化石燃料由来の低密度ポリエチレン樹脂、ＭＦＲ 14g/10分、密度918kg/m³

発泡工程
積層体（実施例１〜５及び比較例１）を１２０℃で6分間加熱して、発泡層を形成した。

実施例１〜５のラミネート後（発泡工程前）の外観、及び発泡工程後の外観は、いずれも比較例１と同様に良好であり、バイオマス原料を用いることによる差はなかった。

実施例１〜５の発泡層と非発泡層について、比較例１を基準に、以下の通り外観を評価した。
発泡層（ラミネート後、発泡工程前）：比較例１と比較して、ポリエチレン樹脂層の厚みに斑がないかどうかを確認し、比較例１と同等以上の場合には“良好”とした。
発泡層（発泡工程後）：比較例１と比較して、発泡層が均一に発泡しているかどうか、凹凸が目立つかどうかを確認し、比較例１と同等以上の場合には“良好”とした。
非発泡層：比較例１と比較して、ポリエチレン樹脂層の厚みに斑がないかどうかを確認し、比較例１と同等以上の場合には“良好”とした。

実施例６
（工程１−１）紙基材及び貼り合わせ面にアンカーコート剤を塗布したPETフィルム（東洋紡社製、E5100、12μｍ）を、ペトロセンLW14A（15μm）を押出ラミネートして貼り合わせた。（工程１−２）PETフィルム側の非積層面にアンカーコート剤を塗布した後に、ペトロセンLW14A（20μｍ、PETフィルム側）及びB-HDPE3（20μm）を共押出ラミネートによって積層し、非発泡層を設けた。（工程２）紙基材の非発泡層とは逆の面に、B-LDPEを押出ラミネートによって積層し、厚さ70μｍの発泡層（発泡加工前）を設けて、積層体（実施例６）を製造した。

E5100及びペトロセンLW14Aの詳細は以下の通りである。
E5100：東洋紡社製、化石燃料由来のポリエチレンテレフタレート樹脂、厚さ12μｍ
ペトロセンLW14A：東ソー社製、化石燃料由来の中密度ポリエチレン樹脂、ＭＦＲ10g/10分、密度933kg/m³

（工程１−１）
紙基材：水分量23g/m²、坪量320g/m²
押出温度（Tダイ出口温度）：320℃
引取速度（ラミネート速度）：80m/分
エアギャップ：130mm

（工程１−２）
アンカーコート剤：東洋モートン社製、EL-540/CAT-RT32
押出温度（Tダイ出口温度）：320℃
引取速度（ラミネート速度）：80m/分
エアギャップ：130mm

（工程２）
押出温度（Tダイ出口温度）：310℃
引取速度（ラミネート速度）：60m/分
エアギャップ：80mm
発泡層（発泡加工前）の厚さ：70μm

実施例７
実施例６におけるB-HDPE3をペトロセンLW04-1に変更して、実施例７を製造した。

比較例２
実施例６におけるB-HDPE3をペトロセンLW04-1に、B-LDPEをペトロセン07C03Cにそれぞれ変更して比較例２を製造した。

発泡工程
積層体（実施例６、実施例７及び比較例２）を１２０℃で6分間加熱して、発泡層を形成した。

発泡のタイミングや速度に多少の差はあるものの、発泡工程後の実施例６及び実施例７の外観は、比較例２と同様に良好であり、バイオマス原料を用いることによる差はなかった。

実施例６，７の発泡層と非発泡層について、比較例２を基準に、以下の通り外観を評価した。
発泡層（ラミネート後、発泡工程前）：比較例２と比較して、ポリエチレン樹脂層の厚みに斑がないかどうかを確認し、比較例２と同等以上の場合には“良好”とした。
発泡層（発泡工程後）：比較例２と比較して、発泡層が均一に発泡しているかどうか、凹凸が目立つかどうかを確認し、比較例２と同等以上の場合には“良好”とした。
非発泡層：比較例２と比較して、ポリエチレン樹脂層の厚みに斑がないかどうかを確認し、比較例１と同等以上の場合には“良好”とした。

その他の実施例
バイオマス由来のポリエチレン樹脂を、バイオマス由来のポリエチレン樹脂及び化石燃料由来のポリエチレン樹脂を併用したポリエチレン樹脂に置き換えて前記同様の実験を行った。詳細は以下の通りである。

まず、実施例３におけるB-LDPEを、B-LDPEとペトロセン07C03Cとの混合物に変更して、実施例８〜１８を製造した。混合物の配合比及び評価結果は表３の通りである。

実施例８〜１８の発泡層と非発泡層について、実施例５を基準に、以下の通り外観を評価した。
発泡層（ラミネート後、発泡工程前）：実施例５と比較して、ポリエチレン樹脂層の厚みに斑がないかどうかを確認し、実施例５と同等以上の場合には“良好”とした。
発泡層（発泡工程後）：実施例５と比較して、発泡層が均一に発泡しているかどうか、凹凸が目立つかどうかを確認し、実施例５と同等以上の場合には“良好”とした。
非発泡層：実施例５と比較して、ポリエチレン樹脂層の厚みに斑がないかどうかを確認し、実施例５と同等以上の場合には“良好”とした。

次に、実施例３におけるB-HDPE３を、B-HDPE３とペトロセンLW04-1との混合物に変更して、実施例１９〜２９を製造した。混合物の配合比及び評価結果は表４の通りである。

実施例１９〜２９の発泡層と非発泡層について、実施例４を基準に、以下の通り外観を評価した。
発泡層（ラミネート後、発泡工程前）：実施例４と比較して、ポリエチレン樹脂層の厚みに斑がないかどうかを確認し、実施例４と同等以上の場合には“良好”とした。
発泡層（発泡工程後）：実施例４と比較して、発泡層が均一に発泡しているかどうか、凹凸が目立つかどうかを確認し、実施例４と同等以上の場合には“良好”とした。
非発泡層：実施例４と比較して、ポリエチレン樹脂層の厚みに斑がないかどうかを確認し、実施例４と同等以上の場合には“良好”とした。

さらに、実施例６におけるB-LDPEを、B-LDPEとペトロセン07C03Cとの混合物（配合比は実施例８〜１８と同様）に変更して、発泡層及び非発泡層の外観を評価したが、実施例６と同様に良好だった。また、実施例６におけるB-HDPE３を、B-HDPE３とペトロセンLW04-1との混合物（配合比は実施例１９〜２９と同様）に変更して、発泡層及び非発泡層の外観を評価したが、実施例６と同様に良好だった。

以上の結果より、バイオマス由来のポリエチレン樹脂と化石燃料由来のポリエチレン樹脂を併用しても、ラミネート後の外観や発泡工程後の外観には差が無く、良好であることが確認できた。

１・・・紙基材
２・・・非発泡層（B-HDPE）
３・・・発泡層（B-LDPE）
１０・・紙基材
２１・・非発泡層１（ＰＥＴフィルム）
２２・・非発泡層２（ラミネート１：紙−PETフィルム間）
２３・・非発泡層３（ラミネート２：PETフィルム−B-HDPE間）
２４・・非発泡層４（B-HDPE）
２５・・アンカーコート層
３０・・発泡層（B-LDPE）

Claims

少なくとも、密度0.91g/cm3以上、0.93g/cm³未満の低密度ポリオレフィン樹脂からなる発泡層と、紙基材層と、密度0.93g/cm³以上、0.97g/cm³以下の中高密度ポリオレフィン樹脂からなる非発泡層とを順に備える積層体であって、
低密度ポリオレフィン樹脂および／または中高密度ポリオレフィン樹脂がバイオマスポリエチレン樹脂を含み、且つバイオマス度が５％以上であることを特徴とする積層体。
請求項１記載の積層体を加熱発泡させてなる発泡積層体。
請求項２記載の発泡積層体からなる発泡断熱容器。