JP2022019277A - 発泡紙積層体 - Google Patents
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Abstract
Description
上記印刷層が、少なくともバインダー樹脂を含み、
上記バインダー樹脂は、ひまし油ポリオール由来の構造単位を有するウレタン樹脂を含む、発泡紙積層体に関する。
一実施形態は、発泡紙積層体に関する。発泡紙積層体は、熱可塑性樹脂層(A)、紙基材、及び発泡熱可塑性樹脂層(B)を順次有する発泡紙と、上記発泡紙の上記発泡熱可塑性樹脂層(B)の表面に形成された印刷層とを有する。上記印刷層は、バインダー樹脂として少なくともバイオマス樹脂を含み、バイオマス樹脂は、少なくともバイオマス由来のウレタン樹脂を含むことが好ましい。一実施形態において、バインダー樹脂は、ひまし油ポリオール由来の構造単位を有するウレタン樹脂を含む。上記ウレタン樹脂は、原料となるポリオール成分として、少なくともひまし油ポリオールを使用して得られるバイオマス由来のウレタン樹脂である。このようなバイオマス由来のウレタン樹脂の詳細については後述する。
発泡紙積層体を構成する紙基材は、特に限定されない。例えば、クラフト紙、又は上質紙を使用することができる。容器として使用する時に十分な強靭さを実現する観点から、紙基材の坪量は、150~450g/m2であることが好ましく、250~400g/m2であることがより好ましい。また、ポリエチレンなどの熱可塑性樹脂の好適な発泡性を得る観点から、紙基材に含まれる水分量は4~10質量%が好ましく、5~8質量%がより好ましい。
一実施形態において、熱可塑性樹脂層(A)、及び発泡熱可塑性樹脂層形成層(B0)(以下、発泡層形成層(B0)ともいう)は、それぞれ、従来から容器材料として周知の樹脂材料からなるフィルムであってよい。例えば、ポリエチレン、及びポリプロピレンなどの延伸及び無延伸ポリオレフィン、ポリエステル、ナイロン、セロファン、及びビニロンからなる群から選択される少なくとも1種の熱可塑性樹脂からなるフィルム(熱可塑性樹脂フィルム)を使用することができる。一実施形態において、ラミネート適性及び発泡性に優れることから、ポリエチレンフィルムを好適に使用することができる。さらに、環境負荷を低減させる観点から、熱可塑性樹脂層(A)及び発泡層形成層(B0)の少なくとも一方は、バイオマス由来のポリエチレン樹脂から構成されるフィルムであることが好ましい。
一実施形態において、バイオマス由来のポリエチレンフィルムを組合せることが好ましい。例えば、熱可塑性樹脂層(A)としてブラスケム株式会社製の「SHE150(密度948Kg/m3、MFR 1g/10分)」を使用し、発泡層形成層(B0)の材料としてブラスケム株式会社製の「SBC818(密度918kg/m3、MFR8.1g/10分)」を使用することができる。
上記実施形態の発泡紙積層体において、印刷層は、発泡紙材料の発泡層形成層(B0)の表面にインキ組成物を塗布して得られる塗膜である。印刷層(すなわちインキ組成物)を構成する塗膜の主成分はバインダー樹脂であり、バインダー樹脂は、少なくとも、ひまし油ポリオール由来の構造単位を有するウレタン樹脂を含むことを特徴とする。このようなバイオマス由来のウレタン樹脂を使用することで、加熱加工時の耐熱性及び発泡追随性、並びに発泡外観及び耐エタノールといった特性に優れ、発泡紙製容器の部材として好適に使用できる発泡紙積層体を実現することができる。
式(1):バイオマス度=100×化合物中のバイオマス由来成分の全質量/化合物の全質量
バイオマス度=100×(バイオマス由来のポリオールの質量×A%)/ウレタン樹脂の質量
上記式において、「ウレタン樹脂の質量」とは、バイオマス由来のポリオールと石油由来のジイソシアネートとの和であり、「バイオマス由来のポリオール」とは、ウレタン樹脂に使用された全てのバイオマス由来のポリオールの合計である。
一実施形態は、上記実施形態の発泡紙積層体の印刷層を形成するために好適に使用できるインキ組成物に関する。インキ組成物は、ひまし油ポリオール由来の構造単位を有するウレタン樹脂を含むバインダー樹脂、及び溶媒を含む。他の実施形態において、インキ組成物は、顔料などの着色剤をさらに含んでもよい。インキ組成物は、上記成分に加えて、必要に応じて、各種添加剤をさらに含んでもよい。以下、インキ組成物の構成について説明する。
発泡層(B)を形成する加熱加工時に、印刷層は、発泡層形成層(B0)の発泡を阻害せず、発泡追随性に優れることが好ましい。その一方で、印刷面のひび割れ及び火膨れといった発泡外観不良を抑制するためには、発泡層形成層(B0)の発泡を印刷層によって適切に制御できることが好ましい。これに対し、バインダー樹脂は印刷層(塗膜)の主成分となるため、適切なバインダー樹脂の形態を選択することによって、印刷層の発泡追随性と発泡抑制力とを良好に調整することができる。
上述のように、発泡時の印刷層の発泡追随性などの観点から、バインダー樹脂は、少なくともウレタン樹脂を含むことが好ましい。具体的な実施形態として、ポリオールと、ジイソシアネートを反応させてなるウレタン樹脂が挙げられる。また、ポリイソシアネートと、ポリオールとを反応させて得られるウレタンプレポリマーを、アミン化合物によって鎖延長して得られる、ウレタンウレア樹脂が挙げられる。すなわち、ウレタン樹脂は、ウレタン結合を有する樹脂であるが、更にウレア結合などを有していてもその概念に含まれる。
本発明の実施形態では、ウレタン樹脂として、バイオマス由来のウレタン樹脂を使用することを特徴とし、少なくともひまし油ポリオール由来の構造単位(a1)を有するウレタン樹脂を含む。具体的な実施形態として、ひまし油ポリオールを含むポリオールと、ジイソシアネートを反応させてなるウレタン樹脂が挙げられる。さらに、好ましい実施形態として、ポリイソシアネートと、ひまし油ポリオールを含むポリオールとを反応させて得られるウレタンプレポリマーを、アミン化合物によって鎖延長して得られる、ウレタンウレア樹脂が挙げられる。
《ひまし油ポリオール》
ひまし油ポリオールとしては、ひまし油の構成成分であるリシノール酸(以下、ひまし油脂肪酸)由来の構造単位を有していればよい。リシノール酸由来の構造単位が、ひまし油ポリオール全量中の主成分(ひまし油ポリオール総量中50質量%以上)である形態が好ましい。水酸基の平均官能基数は1~3であれば特に構造は限定されず、例えば、ひまし油、及び脱水ひまし油が挙げられる。その他、ひまし油脂肪酸をジオール等のポリオールを開始剤として縮合することより得られるひまし油脂肪酸縮合物、及びこれらの水素化物等が挙げられる。これらのひまし油ポリオールは、単独で、又は2種以上を混合して用いることができる。
ウレタン樹脂は、ひまし油ポリオール由来の構造単位に加えて、ポリエステルポリオール由来する構造単位を含むことが好ましい。本発明者らの検討において、ひまし油ポリオールとポリエステルポリオールを併用して得られるウレタン樹脂を印刷層のバインダー樹脂として用いた場合、ひまし油ポリオールのみを用いて得られるウレタン樹脂を単独で使用した場合よりも優れた発泡外観及び耐熱性が得られる傾向があることが分かった。
一実施形態において、ウレタン樹脂は、ポリエーテルポリオール由来の構造単位を有していてもよい。ポリエーテルポリオールとしては、特に限定するものではないが、例えば、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリトリメチレングリコール、ポリテトラメチレングリコール、これらの共重合ポリエーテルジオール等を挙げることが出来る。これらのポリエーテルポリオールは単独で、または2種以上を混合して用いることができる。
一実施形態において、ウレタン樹脂は、低分子多価アルコール由来の構造単位を有していてもよい。低分子多価アルコール由来の構造単位を導入することで顔料分散性、樹脂粘度、及び有機溶剤に対する溶解性、耐ブロッキング性等の印刷インキ用の樹脂に求められる諸物性を調整することができる。
上記アミン化合物はウレタンプレポリマーの鎖延長剤として機能し、ウレタン樹脂にウレア結合を与える。当該アミン化合物としては、例えば、ポリアミン類、アミノアルコール類、等が挙げられる。なお、鎖延長剤は単独、または2種以上を混合して用いることができる。
ウレタン樹脂の製造には、後述の媒体である、アルコール及び/または水酸基を持たない有機溶剤を用いることができる。
イソシアネート基含有のプレポリマー溶液製造の際には、イソシアネート基との反応性の観点から、反応性の低い3級アルコールが好ましく、例えば、ターシャリーブタノールなどが挙げられる。
ウレタン樹脂を製造する方法としては、特に制限はなく、一般的な鎖延長反応で製造できる。
例えば、無溶剤下、又は水酸基を持たない有機溶剤下で、ひまし油ポリオール、ひまし油ポリオール以外のポリオール、及びジイソシアネートを反応させてイソシアネート基含有のプレポリマーを製造する。ここで、上記反応はひまし油ポリオール及びひまし油ポリオール以外のポリオールの水酸基に対して、ジイソシアネートのイソシアネート基が過剰となる当量比で実施する。上記のようにして得られたイソシアネート基含有のプレポリマーを、水酸基を持たない有機溶剤及び/ または、イソシアネート基との反応性の低い3級アルコールに溶解させてプレポリマー溶液を得る。次いで、鎖延長剤を溶剤に溶解させたものに、先に調製したイソシアネート基含有のプレポリマー溶液を添加して鎖延長反応させる方法がある。
一実施形態において、インキ組成物はさらに着色剤を含んでもよい。着色剤としては、例えば、有機系顔料、無機系顔料、染料等の通常のインキ組成物において使用されるものであってよい。カラーインデックスに記載のC.I.ピグメントを好適に使用できる。
一実施形態において、インキ組成物は液状媒体として有機溶剤を含む。以下に限定されるものではないが、使用される有機溶剤としては、トルエン、キシレンといった芳香族系有機溶剤、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトンといったケトン系有機溶剤、酢酸エチル、酢酸n-プロピル、酢酸イソプロピル、酢酸イソブチル、エステル系有機溶剤、メタノール、エタノール、n-プロパノール、イソプロパノール、n-ブタノールなどのアルコール系有機溶剤、エチレングリコールモノプロピルエーテル、プロピレングリコールモノチルエーテルなどのグリコールエーテル系溶剤など公知の有機溶剤を使用でき、混合して使用してもよい。なかでも、トルエン、キシレンといった芳香族系有機溶剤を含まない有機溶剤(ノントルエン系有機溶剤)がより好ましい。更には、ウレタン樹脂と塩化ビニル共重合樹脂の相溶性、エステル系有機溶剤とアルコール系有機溶剤を含む有機溶剤が好ましく、これらの質量比( エステル系有機溶剤)/(アルコール系有機溶剤)が90/10~40/60であることが好ましい。なお、グラビアインキは、液状媒体として水を含んでいてもよいが、その含有量は液状媒体100質量%中0.1~5質量%が好ましい。
インキ層、及びインキ組成物は、必要に応じて添加剤、例えば、顔料誘導体、分散剤、湿潤剤、接着補助剤、レベリング剤、消泡剤、帯電防止剤、粘度調整剤、キレート架橋剤、トラッピング剤、ブロッキング防止剤、ワックス成分、イソシアネート系硬化剤、シランカップリング剤などを使用することができる。
インキ組成物は、公知の方法により製造することができる、例えば、国際公開第2009/119800号パンフレットに記載の方法などを用いることができる。より具体的には、ウレタン樹脂、塩化ビニル/酢酸ビニル共重合体、及び上記質量比(エステル系有機溶剤)/(アルコール系有機溶剤)が90/10~40/60である有機溶剤を、サンドミルその他のビーズミルで5~60分程度分散処理し、得られた分散体に対して更にウレタン樹脂、上記有機溶剤、更にレベリング剤その他の添加剤を加え、均一に攪拌することでインキ組成物を得ることができる。
一実施形態は、発泡紙積層体の製造方法に関する。すなわち、一実施形態は、熱可塑性樹脂層(A)、紙基材、及び発泡層(B)を順次有する発泡紙と、上記発泡紙の発泡層(B)の表面に形成された印刷層とを有する発泡紙積層体を製造するための方法に関する。より好ましくは、上記発泡紙積層体の構成において、上記発泡層(B)の単位表面積あたりの発泡セル数が1000個/1cm2以上であり、25℃のエタノール中に30分間浸漬した後の印刷層の残存率が50質量%以上である発泡紙積層体を製造するための方法に関する。
(i)熱可塑性樹脂層(A)と、紙基材と、上記熱可塑性樹脂層(A)よりも低い融点を有し、加熱によって発泡する、発泡層形成層(B0)とを順次有する、発泡紙材料を準備すること、
(ii)ウレタン樹脂を含有するバインダー樹脂、及び媒体を含む、インキ組成物を準備すること、
(iii)上記発泡紙材料の上記発泡層形成層(B0)の表面に、上記インキ組成物を塗布して印刷層を形成すること、
(iv)上記印刷層を有する上記発泡紙材料を加熱することによって、上記発泡紙材料の上記発泡層形成層(B0)を発泡させ、発泡層(B)を形成すること
を含む。
(i)発泡紙材料の準備は、例えば、押出ラミネート法に従って実施することができる。発泡紙材料を構成する、紙基材、熱可塑性樹脂層(A)、及び発泡層形成層(B0)の構成材料は先に説明したとおりである。押出ラミネート法として、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、及び共押出ラミネート法などの周知の方法を適宜選択することができる。一実施形態において、熱可塑性樹脂層(A)、及び発泡層形成層(B0)の構成材料として、それぞれ融点の異なるポリエチレン樹脂を好適に使用することができる。
インキ組成物の具体的な構成、製造等については、先にインキ組成物の実施形態で説明したとおりである。
一実施形態において、インキ組成物として、ウレタン樹脂を含むバインダー樹脂と、媒体とを含有するインキ組成物を調製することが好ましい。ここで、バインダー樹脂は、ポリオール成分として少なくともひまし油ポリオールを用いて製造されたウレタン樹脂であることを特徴とする。このようなバイオマス由来のウレタン樹脂は、伸び率50~4,000%における応力が0.1mPa~50mPaであることが好ましい。
上記(iii)印刷層の形成については、特に限定されるものではなく、周知の技術を適用することができる。例えば、下地層として、発泡層形成層(B0)(低Mp樹脂フィルム)の全面に白色のインキ組成物を印刷する場合、バーコーター、ロールコーター、リバースロールコーターなどのコーターをmもよい。その他、各種印刷方法を適用することができる。
上記(iv)加熱による発泡層(B)の形成において、適切な加熱温度及び加熱時間は、使用する紙基材、及び熱可塑性樹脂フィルムの特性に依存して変化する。当業者であれば、使用する熱可塑性樹脂フィルムなどの材料に応じて、最適な加熱温度と加熱時間との組合せ条件を決定することができる。特に限定するものではないが、一般的に、加熱処理は、容器の成形工程において実施される。加熱処理時の加熱温度が低すぎると十分な発泡性が得られず、加熱温度が高すぎると発泡セルが結合し火脹れが生じやすくなる。
一実施形態は、上記実施形態の発泡紙積層体を具備する発泡紙製容器に関する。発泡紙製容器は、容器胴体部材と底板部材とから構成され、容器胴体部材が上記実施形態の発泡紙積層体から形成されることを特徴とする。図1は、容器の組み立て成形後に加熱処理を実施することによって得られる発泡紙製容器10Aの構造を示す斜視図である。図1に示すように、発泡紙製容器10Aは、発泡紙積層体から構成される容器胴体部材10と底板部材12とから構成される。容器胴体部材(発泡紙積層体)10において、高Mp樹脂フィルムが容器の内壁面10aを形成し、低Mp樹脂フィルム(発泡層)上の印刷層が容器の外壁面10bを形成する。
(1)ウレタン樹脂の原料(ひまし油ポリオール、及びその他の原料)
以下のウレタン樹脂の合成で使用したひまし油ポリオールは、各種市販のポリオール、及び特開2005-320437で示される既知の方法に従い合成して得たポリオールである。以下に記載する原料において「バイオマス由来」と記載されていない原料は、バイオマス由来でない原料である。
伊藤製油製の「URIC HF-2009」(重量平均分子量2,600のリシノレイン酸由来構造を主成分とするバイオマス由来ポリオール、官能基数2)をそのまま使用した。
伊藤製油製の「URIC H-57」(重量平均分子量1,700のリシノレイン酸由来構造を主成分とするバイオマス由来ポリオール、 官能基数3)をそのまま使用した。
圧力容器に精製ひまし油100部、水酸化カリウム(KOH)を0.57g入れた後、減圧脱水により110℃まで昇温した。これにプロピレンオキサイド200部を反応圧力4kg/cm2を維持しながら投入し、圧力効果が認められなくなるまで反応させた。この反応生成物にリン酸を0.91g加えて触媒を中和し、脱水及びろ過を行って水酸基価58mgKOH/gのポリオール(バイオマス由来のひまし油ポリオール3)を得た。GPC測定による重量平均分子量は3,400であった。
伊藤製油製の「URIC H-73X」(重量平均分子量600の、リシノレイン酸由来構造を主成分とするバイオマス由来ポリオール、官能基数3)をそのまま使用した。
圧力容器に精製ひまし油100部、KOHを0.85g入れた後、減圧脱水により110℃まで昇温した。これにプロピレンオキサイド284部を反応圧力4kg/cm2を維持しながら投入し、圧力効果が認められなくなるまで反応させた。この反応生成物にリン酸を1.36g加えて触媒を中和し、脱水及びろ過を行って水酸基価45mgKOH/gのポリオール(バイオマス由来のひまし油ポリオール5)を得た。GPC測定による重量平均分子量は5,000であった。
クラレ社製、3-メチル1,5-ペンタンジオールとアジピン酸とからなる重量平均分子量2,000のポリエステルポリオールを使用した。
クラレ社製、3-メチル1,5-ペンタンジオールとセバシン酸(バイオマス由来)とからなる重量平均分子量2,000のポリエステルポリオールを使用した。
(合成例1)
[ウレタン樹脂PU1]
ひまし油ポリオール1を30部、3-メチル1,5-ペンタンジオールとセバシン酸(バイオマス由来)とからなる重量平均分子量2,000のポリエステルポリオール(以下「MPD/SA」)70部、1,3-プロパンジオール(バイオマス由来)2.0部、イソホロンジイソシアネート(以下「IPDI」)27.4部を窒素気流下にて80℃で5時間反応させ、末端イソシアネート基含有ウレタンプレポリマーの樹脂溶液を得た。
次いでイソホロンジアミン (以下「IPDA」)6.2部、イミノビスプロピルアミン(以下「IBPA」)2.0部、N-(2-ヒドロキシエチル)エチレンジアミン(以下「AEA」)1.0部、酢酸エチル/2-プロパノール(以下「IPA」)=60/40(質量比)の混合溶剤323.4部を混合したものに、先に調製した末端イソシアネートウレタンプレポリマーの樹脂溶液を 40℃で徐々に添加し、次に80℃で1時間反応させ、重量平均分子量65,000のウレタン樹脂溶液PU1(固形分30%)を得た。
(重量平均分子量)
前処理として、ウレタン樹脂の両末端のアミノ基をすべてα,α-ジメチル-3-イソプロペニルベンジルイソシアナートと反応させる。その後、前処理したウレタン樹脂について、カラムとしてShodex GPC LF-604(Shodex社製)を用い、RI検出器を装備したゲルパーミエーションクロマトグラフィ(GPC Shodex社製、GPC-104)で展開溶媒にテトラヒドロフラン(THF)を用いた時のポリスチレン換算分子量を得た。
[ウレタン樹脂PU2~PU12]
表1に示す材料を用いた以外は合成例1と同様の手法により、ウレタン樹脂PU2~PU12を得た。合成についての詳細を表1に示す。
[ウレタン樹脂PU13]
MPD/SA(バイオマス由来)100部、1,3-プロパンジオール(バイオマス由来)2.0部、IPDI25.5部を窒素気流下にて80℃で5時間反応させ、末端イソシアネートウレタンプレポリマーの樹脂溶液を得た。IPDA6.6部、酢酸エチル/IPA =60/40(質量比)の混合溶剤317.6部を混合したものに、得られた末端イソシアネートウレタンプレポリマーの樹脂溶液を40℃で徐々に添加し、次に80℃で1時間反応させ、ウレタン樹脂溶液PU13(固形分30%)を得た。ウレタン樹脂の重量平均分子量は、68,000であった。
[ウレタン樹脂PU14]
ポリオール成分としてMPD/SA(バイオマス由来)に代えてポリエーテルポリオールを100部使用したことを除き、全て合成例13と同様にして、ウレタン樹脂溶液PU14(固形分30%)を得た。ウレタン樹脂の重量平均分子量は、62,000であった。
前述の合成例で得た各々のウレタン樹脂、塩化ビニル/酢酸ビニル共重合体(塩酢ビ樹脂)、及びニトロセルロースを表2に示す比率で混合した後に塗布及び乾燥させ、塗膜試験サンプル1~22(厚さ0.30mm、幅5.0mm、長さ20.0mm)を作製した。各サンプルについて、インテスコ社製の小型引張り試験機を使用し、伸び率を測定した。測定は、引張り速度100mm/分、室温25℃の条件下でそれぞれ実施した。結果を表2に示す。
(インキ例1)
[グラビアインキW1の作製]
ウレタン樹脂溶液PU1(固形分30%)を30部、塩化ビニル-酢酸ビニル共重合樹脂(ソルバインTAO:日信化学工業社製 塩化ビニル/酢酸ビニル/ビニルアルコー ル=91/2/7(質量比)の共重合樹脂、固形分30%酢酸エチル溶液))を5部、白顔料である酸化チタン(テイカ社製 チタニックスJR-805)30部、酢酸n-プロピル20.0部、IPA15部混合し、アイガーミルで30分間分散し、グラビアインキW1を得た。
[グラビアインキW2~W20及びBlue1、T1の作製]
表3に記載された原料及び配合に変更した以外は、実施例1と同様の方法により、グラビアインキW2~W20、Blue1、T1をそれぞれ得た。表中の略称は以下を表す。また、表中、単位の 標記のない数値は、部を表し、空欄は配合していないことを表す。
ソルバインTA3:水酸基を有する塩化ビニル-酢酸ビニル共重合樹脂(日信化学工業社製 塩化ビニル/酢酸ビニル/ヒドロキシアルキルアクリレート=83/4/13(質量比))固形分30%酢酸エチル溶液
ニトロセルロース(以下「NC」):ニトロセルロース1/8H(旭化成社製) 酢酸エチル30部/IPA40部に混合溶解させた、固形分30%ニトロセルロース溶液(バイオマス由来)
C.I.ピグメントブルー15:3:リオノールブルーFG7330(トーヨーカラー社製)
(1)発泡紙材料の製造例
発泡紙材料は、(工程1)紙基材の片面に、中密度ポリエチレン樹脂(M)を押出ラミネートして水蒸気遮断層を形成し、次いで、(工程2)紙基材の他面(非ラミネート面)に低密度ポリエチレン樹脂(L)を押出ラミネートしてすることによって、製造した。
(工程1)
紙基材:水分量23kg/m3、坪量300kg/m3
中密度ポリエチレン樹脂(M):東ソー社製「ペトロセンLW04-1」、MFR4.3g/10分、密度940kg/m3
押出温度(Tダイ出口温度):320℃
引取速度(ラミネート速度):50m/分
エアギャップ:130mm
厚さ:40μm(ポリエチレン樹脂層の中央部の厚さ)
低密度ポリエチレン樹脂(L);後述
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:130mm
厚さ:50μm
低密度ポリエチレン樹脂(L1):東ソー社製「ペトロセン07C03C」、密度918kg/m3、MFR15g/10分
低密度ポリエチレン樹脂(L2):日本ポリエチレン社製「ノバテックLDLC720」、密度922kg/m3、MFR9g/10分
低密度ポリエチレン樹脂(L3):ブラスケム社製「SBC818」、密度918kg/m3、融点106℃、MFR8.1g/10分
先に調製したグラビアインキを使用して、以下に記載するようにして発泡紙材料に印刷層を形成した。
上記で得られたグラビアインキW1を、メチルエチルケトン(以下「MEK」):酢酸 n-プロピル(以下「NPAC」):IPA=40:40:20(質量比)からなる混合溶剤により、粘度が16秒(25℃、ザーンカップNo.3)となるように希釈し、腐食30μmのグラビア印刷機により、発泡紙材料の低密度ポリエチレン樹脂(L1)上に印刷速度100m/分で行い、膜厚1.5μmの印刷層を形成した。なお、印刷層の膜厚は、発泡紙積層体の断面の走査型電子顕微鏡(SEM)の写真(倍率5000)から求めた。印刷層について任意の5箇所について測定し、これらの平均値を印刷層の膜厚とした。
表4に記載するように、各印刷インキを使用したことを除き、実施例1と同様の方法で印刷を行い、それぞれ膜厚1.5μmの印刷層を形成した。但し、実施例22については重ね印刷を行ったため印刷層の膜厚は2.5μmであった。なお、実施例23においては、低密度ポリエチレン樹脂(L1)に代えて低密度ポリエチレン樹脂(L2)を使用し、実施例24においては、低密度ポリエチレン樹脂(L1)に代えて低密度ポリエチレン樹脂(L3)を使用した。
上述のようにして製造した印刷層を有する発泡紙材料(発泡前の発泡紙積層体)について、以下の条件で加熱処理を行い、低密度ポリエチレン樹脂層(L)を発泡させて、発泡層を形成し、発泡紙積層体(発泡後積層体)を製造した。
標準条件(A):120℃のオーブンで6分間加熱(実施例1~24、比較例1~3)
条件(B):122℃のオーブンで6分間加熱(実施例25)
上述のようにして製造した実施例1~25及び比較例1~3の発泡紙積層体について、以下に記載の方法に従い、各種特性を評価した。それぞれの結果を表4に示す。
実施例1~25及び比較例1~3の発泡紙積層体の各表面について、加熱処理後(低Mpフィルム発泡後)のインキ印刷部と非印刷部との段差を指触し、インキ印刷部の凹み度合いを以下の基準に従って評価した。評価の数値が高いほど、発泡追随性に優れ、印刷面が平坦であることを意味する。
(評価基準)
5:非印刷部との段差をほとんど感じない。
4:非印刷部との段差をわずかに感じる。
3:非印刷部との段差をかなり感じる。
2:非印刷部との段差をかなり大きく感じる。
1:非印刷部との段差を非常に大きく感じる。
実施例1~25及び比較例1~3の発泡紙積層体について、目視にて発泡紙積層体の印刷面を観察した。評価基準は以下の通りである。なお、表4に示した結果は、発泡紙積層体のサンプルを無造作に10個準備し、各サンプルを観察及び評価した結果における最頻値である。最頻値が複数存在する場合は、より低い評価となる値を採用した。
(評価基準)
5:火脹れが全くない(火脹れが確認できない)。
4:長径5mm未満の火脹れが、100cm2あたり1個存在する。
3:長径5mm未満の火脹れが、100cm2あたり2個存在する。
2:長径5mm未満の火脹れが、100cm2あたり3~5個存在する。又は、長径5~20mmの火脹れが、100cm2あたり1個存在する。
1:長径5mm未満の火脹れが、100cm2あたり6個存在する。又は、長径5~20mmの火脹れが、100cm2あたり2個以上存在する。又は、長径20mmを超える火脹れが、100cm2あたり1個以上存在する。
なお、長径が異なる複数の火脹れが混在している場合は、より低い評価を採用する。具体的には、100cm2あたり、長径5mm未満の火脹れが2個、及び長径5~20mmの火脹れが1個存在する場合は、評価は「2」となる。
実施例1~25及び比較例1~3の発泡紙積層体について、火膨れの評価と同様に、目視にて発泡紙積層体の印刷面を観察した。評価基準は以下の通りである。なお、表4に示した結果は、発泡紙積層体のサンプルを無造作に10個準備し、各サンプルを観察及び評価した結果における最頻値である。最頻値が複数存在する場合は、より低い評価となる値を採用した。
(評価基準)
5:ひび割れが全くない(ひび割れが確認できない)。
4:長さ2mm未満のひび割れが、100cm2あたり1本存在する。
3:長さ2mm未満のひび割れが、100cm2あたり2~4本存在する。
2:長さ2mm未満のひび割れが、100cm2あたり5~10本存在する。又は、長さ2~5mmのひび割れが、100cm2あたり1本存在する。
1:長さ2mm未満のひび割れが、100cm2あたり11本以上存在する。又は、長さ2~5mmのひび割れが、100cm2あたり2本以上存在する。又は、長さ5mmを超えるひび割れが、100cm2あたり1本以上存在する。
なお、長さの異なる複数のひび割れが混在している場合には、より低い評価を採用する。具体的には、100cm2あたり、長さ1mmのひび割れが1本、及び長さ4mmのひび割れが1本存在する場合は、評価は「2」となる。
発泡層を形成するための加熱処理中に印刷層の耐熱性を直接的に評価することが困難であるため、代替試験として、発泡紙積層体(発泡後)に再加熱を行って耐熱性を評価した。具体的には、先ず、実施例1~25及び比較例1~3の発泡紙積層体について、印刷層(塗膜)表面に対し印刷層と同じ大きさに切ったアルミ箔を重ね合わせた。次に、140℃に加熱したヒートシール試験機を用いて、上記アルミ箔の部分を2kg/cm2の圧力で1秒間にわたって押圧した。次に、アルミ箔を剥離し、アルミ箔に付着したインキ面積を求め、印刷層を基準したインキ面積の割合を算出し、耐熱性について評価した。評価基準は以下のとおりである。
(評価基準)
5:アルミ箔へのインキ付着が全くない(インキ付着が確認できない)。
4:アルミ箔へのインキ付着が確認されるが、3%未満である。
3:アルミ箔へのインキ付着が3%以上、10%未満である。
2:アルミ箔へのインキ付着が10%以上、30%未満である。
1:アルミ箔へのインキ付着が30%以上である。
実施例1~25及び比較例1~3の発泡紙積層体について、加熱処理によって発泡した低融点フィルム上の印刷層(塗膜)表面に対し、摩擦子に70%エタノール(エタノール:水=70:30)を含ませたカナキン(JIS L 0803)を荷重しながら1往復した。カナキンを往復する時、学振試験機(テスター産業社製)により、200gの荷重を加えた。その後、塗膜を目視で観察し、試験前の塗膜の全面積を基準として、塗膜(インキ)が剥がれた面積の割合を算出し、耐エタノール性について評価した。評価基準は以下のとおりである。
(評価基準)
5:インキの剥がれが30%未満である。
4:インキの剥がれが30%以上、40%未満である。
3:インキの剥がれが40%以上、60%未満である。
2:インキの剥がれが60%以上、70%未満である。
1:インキの剥がれが70%以上である。
発泡紙積層体の印刷層をメチルエチルケトン(MEK)で除去し、発泡熱可塑性樹脂層(発泡層)の表面を露出させた。次いで、光学顕微鏡(ニコン社製、AZ100M)を用いて発泡層の表面を観察し(倍率25倍)、縦横(X-Y)方向に一定の長さで区画される範囲内に存在する独立セルの数を求め、さらに1cm2あたりの独立セル数として算出される値を得た。任意の5箇所について観察を行い、これらの平均値を発泡セル数とした。
発泡層の膜厚は、発泡紙積層体の断面を光学顕微鏡写真で観察し、紙基材の上面から、印刷層の下面までの高さを測定することによって決定した。また、発泡前の膜厚は、発泡層形成層の膜厚に対応する。そのため、発泡層形成層として形成した低密度ポリエチレン樹脂の膜厚を測定して得た値とした。
以上のことから、本発明によれば、バイオマス樹脂を含む印刷層を有し、優れた耐熱性、発泡追随性、発泡外観、及び耐エタノール性が得られ、発泡紙製容器の部材として好適に使用できる発泡紙積層体を提供できることが分かる。
10 発泡紙積層体(容器胴体部材)
10A 発泡紙製容器
10a 容器の外壁面
10b 容器の内壁面
12 底板部材12
20 高Mp樹脂フィルム(熱可塑性樹脂層(A))
30 紙基材
40 発泡後の低Mp樹脂フィルム(発泡熱可塑性樹脂層(B)、発泡層(B))
50 印刷層
50a 下地層
50b 印刷パターン
Claims (6)
- 原紙と、前記原紙の一方の面に設けられた熱可塑性樹脂層(A)と、前記原紙の他方の面に設けられた発泡熱可塑性樹脂層(B)とからなる発泡紙、及び前記発泡熱可塑性樹脂層(B)上に設けられた印刷層を具備した発泡紙積層体であって、
前記印刷層が、少なくともバインダー樹脂を含み、
前記バインダー樹脂は、ひまし油ポリオール由来の構造単位を有するウレタン樹脂を含む、発泡紙積層体。 - 前記ウレタン樹脂が、二塩基酸とジオールとの縮合物であるポリエステルポリオール由来の構造単位をさらに有し、前記ひまし油ポリオール由来の構造単位(a1)と前記ポリエステルポリオール由来の構造単位(a2)との質量比(a1)/(a2)が、75/25~10/90である、請求項1に記載の発泡紙積層体。
- 前記ウレタン樹脂の全質量を基準として、ポリエーテルポリオール由来の構造単位の含有量が8質量%以下である、請求項1又は2に記載の発泡紙積層体。
- 前記ひまし油ポリオールの重量平均分子量が、1,000~5,000である、請求項1~3のいずれか1項に記載の発泡紙積層体。
- 前記バインダー樹脂が、さらに塩化ビニル/酢酸ビニル共重合体を含み、前記バインダー樹脂の全質量を基準として、前記塩化ビニル/酢酸ビニル共重合体の含有量が5質量%以上、50質量以下である、請求項1~4のいずれか1項に記載の発泡紙積層体。
- 前記バインダー樹脂の伸び率が、400%~3,000%である、請求項1~5のいずれか1項に記載の発泡紙積層体。
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