JP2024013309A

JP2024013309A - ヒートシール紙、および包装体

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Publication number: JP2024013309A
Application number: JP2022115298A
Authority: JP
Inventors: 達也堀越; Tatsuya Horikoshi; 航希柴田; Koki Shibata; 博紺屋本; Hiroshi Konyamoto
Original assignee: Nippon Paper Industries Co Ltd
Current assignee: Nippon Paper Industries Co Ltd
Priority date: 2022-07-20
Filing date: 2022-07-20
Publication date: 2024-02-01

Abstract

【課題】製袋性に優れたヒートシール紙と、このヒートシール紙を用いた包装体を提供すること。【解決手段】紙基材と、少なくとも一方の最表面にヒートシール層を有し、前記紙基材が、ＣＤ方向の曲げ抵抗が６５ｍＮ以上１００ｍＮ以下であるヒートシール紙と、このヒートシール紙を用いた包装体。【選択図】なし

Description

本発明は、ヒートシール紙と、これを用いた包装体に関する。

近年、プラスチック廃棄物や地球温暖化等の環境問題に端を発して脱石油、脱プラスチックの風潮が高まっており、工業製品における化石資源に由来する樹脂材料や非生分解性の樹脂材料の使用量を極力低減することが望まれている。
このような風潮下において、包装体についても環境負荷の低減が望まれている。例えば、プラスチック製フィルムを用いた包装材の厚みを薄くする等の方法も考えられるが、このような薄い包装材は、包装体の形成工程等における取扱い性が低下し、熱圧着部での欠損や破れが発生しやすくなってしまう。また、樹脂の使用量は減少するものの、環境中に流出した場合に分解されずに半永久的に残存するという問題はそのままである。

特許文献１、２には、紙基材にヒートシール層を積層したヒートシール紙を包装材に用いることが提案されている。これらは、ヒートシール性樹脂の種類によっては環境中で分解されるため、環境負荷を大幅に軽減することができる。しかし、ヒートシール紙は、プラスチック製フィルムと比較して物性が大きく異なるため、プラスチック製フィルムと同様の操業条件でヒートシール紙を製袋機に通すと、紙が蛇行する、破断する、得られた包装体に折れ・シワ・撓み等が発生する、所望の形状で製袋できない等の不具合が生じる場合があり、ラインスピードを遅くする等の操業条件を最適化する必要があった。

特開２０２０－１６３６７５号公報特開２０２１－０４６２３４号公報

本発明は、製袋性に優れたヒートシール紙と、このヒートシール紙を用いた包装体を提供することを課題とする。

本発明の課題を解決するための手段は、以下の通りである。
１．紙基材と、少なくとも一方の最表面にヒートシール層を有し、
前記紙基材が、ＣＤ方向の曲げ抵抗が６５ｍＮ以上１００ｍＮ以下であることを特徴とするヒートシール紙。
２．前記紙基材の坪量が、７０ｇ／ｍ^２以上１２０ｇ／ｍ^２以下であることを特徴とする１．に記載のヒートシール紙。
３．前記紙基材の密度が、０．６ｇ／ｃｍ^３以上０．８ｇ／ｃｍ^３以下であることを特徴とする１．または２．に記載のヒートシール紙。
４．前記ヒートシール層が、水分散性樹脂または水溶性樹脂の塗工層であることを特徴とする１．または２．に記載のヒートシール紙。
５．１．または２．に記載のヒートシール紙を用いた包装体。

本発明のヒートシール紙は、従来の樹脂製フィルムからなる包装材の代替として用いることができる。本発明のヒートシール紙は、従来のプラスチック製フィルムの製袋に用いる製袋機に通し、所望の形状で製袋することができる。
本発明のヒートシール紙は、紙を主体としているため樹脂材料の使用量を大幅に削減することができる。

「ヒートシール紙」
ヒートシール紙は、紙基材と、少なくとも一方の最表面にヒートシール層を有する。
・紙基材
紙基材は、その少なくとも一方の面にヒートシール層が形成される基材である。紙基材は、主としてパルプからなるシートであり、パルプ、填料、各種助剤等を含む紙料を抄紙して得られる原紙をそのまま、または、原紙の少なくとも一面上に、目止め層、インク受容層、耐水層、耐油層、水蒸気バリア層、ガスバリア層等の機能層を１層または２層以上形成したもの等を用いることができる。

本発明の紙基材は、ＣＤ方向の曲げ抵抗が６５ｍＮ以上１００ｍＮ以下である。本発明のヒートシール紙は、ロール状に巻回され、ロールから繰り出されて製袋機に通され、ローラ、フォーマー、製袋板等の様々な部材と接触しながら搬送され、罫線入れ工程、曲げ加工、折り工程、熱融着工程、裁断工程等を経て包装体となる。ＣＤ方向の曲げ抵抗が６５ｍＮより小さいと、罫線入れ工程、曲げ加工、折り工程等の際にフォーマー等と接触する箇所にシワが生じやすくなる。また、ＣＤ方向の曲げ抵抗が１００Ｎを超えると、罫線入れ工程、曲げ加工、折り工程等が難しくなり、製袋加工性が低下してしまう。ＣＤ方向の曲げ抵抗は、７０ｍＮ以上であることが好ましく、９５ｍＮ以下であることが好ましい。紙基材の曲げ抵抗は、ＩＳＯ２４９３に準拠して測定される。

本発明の紙基材は、ＭＤ方向の曲げ抵抗とＣＤ方向の曲げ抵抗との比（ＭＤ／ＣＤ）が、１．２以上であることが好ましい。包装体は、通常、センターシール部分が台に対して垂直の方向に立てられた状態で陳列される。この曲げ抵抗の比（ＭＤ／ＣＤ）が１．２未満では、陳列した際に縦方向に折れ曲がりやすくなる場合がある。この曲げ抵抗の比（ＭＤ／ＣＤ）は、１．３以上であるであることが好ましく、１．４以上であることがより好ましい。なお、曲げ抵抗の比（ＭＤ／ＣＤ）の上限は特に制限されないが、通常、２．５程度である。

本発明の紙基材は、厚さ１００μｍ以上１６０μｍ以下であることが好ましい。紙基材は、プラスチック製フィルムと比較して強度に劣るが、厚さが１００μｍ以上１６０μｍ以下である紙基材を用いることにより、強度に優れた包装体とすることが容易となる。紙基材の厚さは、１１０μｍ以上であることが好ましく、１２０μｍ以上であることがより好ましく、また、１５５μｍ以下であることが好ましく、１５０μｍ以下であることがより好ましい。紙基材の厚さは、ＪＩＳＰ８１１８：２０１４に準拠して測定される。

本発明の紙基材は、坪量７０ｇ／ｍ^２以上１２０ｇ／ｍ^２以下であることが、強度、形態維持性、柔軟性等の観点から好ましい。紙基材の坪量は、７５ｇ／ｍ^２以上であることがより好ましく、８０ｇ／ｍ^２以上であることがさらに好ましく、また、１１０ｇ／ｍ^２以下であることがより好ましく、１００ｇ／ｍ^２以下であることがさらに好ましい。紙基材の坪量は、ＪＩＳＰ８１２４：２０１１に準拠して測定される。

本発明の紙基材は、密度０．６ｇ／ｃｍ^３以上０．８ｇ／ｃｍ^３以下であることが、強度、形態維持性、柔軟性等の観点から好ましい。紙基材の密度は、０．６２ｇ／ｃｍ^３以上であることがより好ましく、また、０．７５ｇ／ｃｍ^３以下であることがより好ましく、０．７ｇ／ｃｍ^３以下であることがさらに好ましい。紙基材の厚さは、密度と坪量から算出される。

本発明の紙基材は、ＭＤ方向の引張こわさが、４５０ｋＮ／ｍ以上８５０ｋＮ／ｍ以下であることが、形態維持性と衝撃吸収性等の点から好ましい。紙基材の引張こわさは、ＩＳＯ／ＤＩＳ１９２４－３に準拠して測定される。
本発明の紙基材は、ＭＤ方向の破断伸びが２．０％以上５．５％以下であることが、製袋性、耐衝撃性等の点から好ましい。紙基材の破断伸びは、ＪＩＳＰ８１１３：２０１１に準拠して測定される。

パルプとしては、広葉樹漂白クラフトパルプ（ＬＢＫＰ）、針葉樹漂白クラフトパルプ（ＮＢＫＰ）、広葉樹未漂白クラフトパルプ（ＬＵＫＰ）、針葉樹未漂白パルプ（ＮＵＫＰ）、サルファイトパルプなどの化学パルプ、ストーングラインドパルプ、サーモメカニカルパルプなどの機械パルプ、脱墨パルプ、古紙パルプなどの木材繊維、ケナフ、竹、麻などから得られた非木材繊維などを用いることができ、２種以上を混合して用いることもできる。これらの中で、未漂白パルプを用いることが好ましい。未漂白パルプは、漂白パルプと比較して、繊維長及び繊維幅が長く、かつ太いため、原紙強度を向上させることができる。具体的には、全パルプに対するＬＵＫＰ、ＮＵＫＰ等の未漂白化学パルプの配合量が８０重量％以上であることが好ましく、未漂白化学パルプの配合量が１００重量％であることがより好ましい。また、全未漂白パルプに対するＮＵＫＰの配合量が、８０重量％以上であることが好ましく、９０重量％以上であることがより好ましく、１００重量％であることがさらに好ましい。また、紙基材は、ＭＤ方向の引張こわさが、４５０ｋＮ／ｍ以上８５０ｋＮ／ｍ以下であればよく、未漂白化学パルプを主たるパルプとする未晒クラフト紙、クルパック紙、セミクルパック紙等を用いることもできる。
パルプのろ水度（カナダ式標準ろ水度：ＣＳＦ）は、紙基材の強度等の点から、６００ｍｌ以下であることが好ましく、５５０ｍｌ以下であることがより好ましく、５００ｍｌ以下であることがさらに好ましい。

填料としては、タルク、カオリン、焼成カオリン、クレー、重質炭酸カルシウム、軽質炭酸カルシウム、ホワイトカーボン、ゼオライト、炭酸マグネシウム、炭酸バリウム、二酸化チタン、酸化亜鉛、酸化珪素、非晶質シリカ、水酸化アルミニウム、水酸化カルシウム、水酸化マグネシウム、水酸化亜鉛、硫酸バリウム、硫酸カルシウムなどの無機填料、尿素－ホルマリン樹脂、ポリスチレン樹脂、フェノール系樹脂、微小中空粒子等の有機填料等の製紙用として公知の填料を使用することができる。なお、填料は、必須材料ではなく、使用しなくてもよい。

各種助剤としては、ロジン、アルキルケテンダイマー（ＡＫＤ）、アルケニルコハク酸無水物（ＡＳＡ）などのサイズ剤、ポリアクリルアミド系高分子、ポリビニルアルコール系高分子、カチオン化澱粉、各種変性澱粉、尿素・ホルマリン樹脂、メラミン・ホルマリン樹脂などの乾燥紙力増強剤、湿潤紙力増強剤、歩留剤、濾水性向上剤、凝結剤、硫酸バンド、嵩高剤、染料、蛍光増白剤、ｐＨ調整剤、消泡剤、紫外線防止剤、退色防止剤、ピッチコントロール剤、スライムコントロール剤等が例示可能であり、必要に応じて適宜選択して使用可能である。

原紙の製造（抄紙）方法は特に限定されるものではなく、長網抄紙機、円網抄紙機、短網抄紙機、ギャップフォーマー型、ハイブリッドフォーマー型（オントップフォーマー型）等のツインワイヤー抄紙機等、公知の製造（抄紙）方法、抄紙機が選択可能であり、クルパック装置を備えたギャップフォーマー型抄紙機を用い、クルパック処理を施すこともできる。また、抄紙時のｐＨは酸性領域（酸性抄紙）、疑似中性領域（疑似中性抄紙）、中性領域（中性抄紙）、アルカリ性領域（アルカリ性抄紙）のいずれでもよく、酸性領域で抄紙した後、紙層の表面にアルカリ性薬剤を塗工してもよい。また、原紙は１層であってもよく、２層以上の多層で構成されていてもよい。

さらに、原紙の表面を各種薬剤で処理することが可能である。使用される薬剤としては、酸化澱粉、ヒドロキシエチルエーテル化澱粉、酵素変性澱粉、ポリアクリルアミド、ポリビニルアルコール、表面サイズ剤、耐水化剤、保水剤、増粘剤、滑剤などを例示することができ、これらを単独あるいは２種類以上を混合して用いることができる。さらに、これらの各種薬剤と顔料を併用してもよい。顔料としてはカオリン、クレー、エンジニアードカオリン、デラミネーテッドクレー、重質炭酸カルシウム、軽質炭酸カルシウム、マイカ、タルク、二酸化チタン、硫酸バリウム、硫酸カルシウム、酸化亜鉛、珪酸、珪酸塩、コロイダルシリカ、サチンホワイトなどの無機顔料および密実型、中空型、またはコア－シェル型などの有機顔料などを単独または２種類以上混合して使用することができる。
原紙の表面処理の方法は特に限定されるものではないが、ロッドメタリングサイズプレス、ポンド式サイズプレス、ゲートロールコーター、スプレーコーター、ブレードコーター、カーテンコーターなど公知の塗工装置を用いることができる。

さらに、原紙の少なくとも一面上に、目止め層、インク受容層、耐水層、耐油層、水蒸気バリア層、ガスバリア層等の機能層の１層または２層以上を形成することができる。機能層は、塗工層、ラミネート層のいずれでもよいが、塗工層であることが、紙基材の柔軟性を保持する点から好ましい。

・ヒートシール層
ヒートシール層とは、ヒートシール適性を付与する層であり、具体的には、加熱・加圧することで接着対象に接着することができる層である。本発明のヒートシール紙は、ヒートシール適性を有することにより、包装体への成形や、包装体とした際の形状の維持、密封性の確保などが容易となる。

ヒートシール層は、ヒートシール紙の少なくとも一方の最表面に設けられる。ヒートシール層は、塗工層、ラミネート層のいずれでもよいが、塗工層であることが、変形追従性に優れるため好ましい。
ヒートシール層が含む熱可塑性樹脂は特に制限されず、エチレン－酢酸ビニル系樹脂、スチレン－アクリル酸エステル系共重合樹脂、アクリル系樹脂、エチレン－アクリル系樹脂、ポリオレフィン系樹脂（ポリエチレン、ポリプロピレン等）、ポリエステル系樹脂（ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンサクシネート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート等）、ポリビニルアルコール系樹脂、ポリ酢酸ビニル系樹脂、ポリ乳酸系樹脂等のヒートシール用途に用いられる熱可塑性樹脂を特に制限することなく使用することができる。これらの中で、エチレン－酢酸ビニル系樹脂、スチレン－アクリル酸エステル系共重合樹脂、アクリル系樹脂、エチレン－アクリル系樹脂が、ヒートシール強度の点から好ましい。また、ポリビニルアルコール、ポリ乳酸、ポリ（３－ヒドロキシブチレート－ｃｏ－３－ヒドロキシヘキサノエート）（ＰＨＢＨ）等の生分解性樹脂が、ゴミとして流出した場合の環境負荷軽減の点から好ましい。
ヒートシール層は、アンチブロッキング剤、シランカップリング剤、消泡剤等の添加剤を含むことができる。アンチブロッキング剤としては、顔料、ワックス、金属石鹸等を特に制限することなく使用することができる。本発明のヒートシール紙において、ヒートシール層が塗工層である場合、消泡剤を含むことが好ましい。消泡剤を含むことにより、均一な塗工層が得られるため、ヒートシール性が向上する。

ヒートシール層が塗工層である場合、ヒートシール層の乾燥重量は、片面あたり３ｇ／ｍ^２以上２０ｇ／ｍ^２以下であることが好ましい。乾燥重量が３ｇ／ｍ^２未満では、ヒートシール適性が低下する場合がある。また、乾燥重量が２０ｇ／ｍ^２を超えてもヒートシール適性はほとんど向上せず、コストが増加する。ヒートシール層は、１層であってもよく、２層以上の多層で構成してもよい。ヒートシール層を２層以上の多層で構成することにより、単層の場合と比較して塗工ムラ等の欠陥を少なくすることができる。ヒートシール層を２層以上の多層で構成する場合は、全てのヒートシール層を合計した乾燥重量を上記範囲とすることが好ましく、また、１層あたりの乾燥重量の塗工量が２ｇ／ｍ^２以上であることが好ましい。
ヒートシール層がラミネート層である場合、ヒートシール層の厚さは、２０μｍ以上１００μｍ以下であることが好ましい。厚さが２０μｍ未満では、ヒートシール性を確保できない場合がある。また、厚さが１００μｍを超えるとコストの観点から好ましくない。

ヒートシール層が塗工層である場合、塗工方法は特に限定されるものではなく、公知の塗工装置および塗工系で塗工することができる。例えば、塗工装置としてはブレードコーター、バーコーター、エアナイフコーター、カーテンコーター、スプレーコーター、ロールコーター、リバースロールコーター、サイズプレスコーター、ゲートロールコーター等が挙げられる。
塗工系としては、水等の溶媒を使用した水系塗工、有機溶剤等の溶媒を使用した溶剤系塗工のいずれでもよいが、安全衛生上の観点から水系塗工であることが好ましい。水系塗工する場合、熱可塑性樹脂としては、水分散性樹脂、または水溶性樹脂を用いるため、ヒートシール層は、水分散性樹脂または水溶性樹脂の塗工層であることが好ましい。
ヒートシール層がラミネート層である場合、その形成方法は特に限定されるものではなく、例えば、押出しラミネート法、ウェットラミネート法、ドライラミネート法等の各種方法を適宜使用して積層することができる。

「包装体」
本発明の包装体は、上記した本発明であるヒートシール紙を用いる。
包装体の形状は特に制限されず、縦ピロー包装袋、横ピロー包装袋、サイドシール袋、二方シール袋、三方シール袋、ガゼット袋、底ガゼット袋、スタンド袋等とすることができる。本発明の包装体は、紙を主体としているため、従来の樹脂製の包装材を用いたものと比較して破りやすい。

以下に実施例と比較例を挙げて本発明の特徴をさらに具体的に説明する。以下の実施例に示す材料、使用量、割合、処理内容、処理手順等は、本発明の趣旨を逸脱しない限り適宜変更することができる。従って、本発明の範囲は以下に示す具体例により限定的に解釈されるべきものではない。

実施例および比較例で使用した原材料は、以下の通りである。

［実施例１］
＜ヒートシール層塗料の調製＞
エチレン－アクリル酸共重合体（三井化学（株）製、ケミパールＳ５００、固形分４３％の水分散体）１００部、消泡剤（ＢＡＳＦ製、ＦｏｒｍｓｔａｒＳＩ２２１３、固形分１００％）０．２部を混合し、固形分濃度が３３％になるよう水を加えて撹拌し、ヒートシール層塗料（濃度３３％）を得た。
＜ヒートシール紙の製造＞
得られたヒートシール層塗料を、坪量９１．１ｇ／ｍ^２の未晒クラフト紙（新東海製紙（株）製、厚み１４３μｍ）にヒートシール層の乾燥後の塗工量が６．０ｇ／ｍ^２となるように、エアナイフコーターで塗工し、ヒートシール層を形成した。

［実施例２］
紙基材を坪量８５．６ｇ／ｍ^２の未晒クラフト紙（新東海製紙（株）製、厚み１３０μｍ）に変更した以外は実施例１と同様にしてヒートシール紙を得た。
［実施例３］
紙基材を坪量９６．７ｇ／ｍ^２の未晒クラフト紙（新東海製紙（株）製、厚み１４９μｍ）に変更し、ヒートシール層の乾燥後の塗工量を７．５ｇ／ｍ^２とした以外は実施例１と同様にしてヒートシール紙を得た。
［実施例４］
紙基材を坪量９６．０ｇ／ｍ^２の未晒クラフト紙（新東海製紙（株）製、厚み１４６μｍ）に変更し、ヒートシール層の乾燥後の塗工量を７．５ｇ／ｍ^２とした以外は実施例１と同様にしてヒートシール紙を得た。

［比較例１］
紙基材を坪量８８．６ｇ／ｍ^２の未晒クラフト紙（新東海製紙（株）製、厚み１３０μｍ）に変更した以外は実施例１と同様にしてヒートシール紙を得た。

［比較例２］
紙基材を坪量９９．４ｇ／ｍ^２の未晒クラフト紙（新東海製紙（株）製、厚み１４３μｍ）に変更した以外は実施例１と同様にしてヒートシール紙を得た。

得られた紙基材、または、ヒートシール紙について、下記評価を行った。結果を表１に示す。
・引張こわさ
ＩＳＯ／ＤＩＳ１９２４－３：に準拠して、Ｌ＆Ｗ引張試験器にて測定した。
・破断伸び
ＪＩＳＰ８１１３：２００６に従い、第二部定速伸張法に準拠して、Ｌ＆Ｗ引張試験器にて測定した。
・曲げ抵抗値
ＩＳＯ２４９３に準拠し、Ｌ＆ＷＢＥＮＤＩＮＧＴＥＳＴＥＲを用いて測定した。

・ヒートシール強度
得られたヒートシール紙から１辺１００ｍｍの正方形の試験片を２枚切り出し、塗工層同士を接触させて、加圧温度１３０℃、加圧圧力２ｋｇｆ/ｃｍ^２、加圧時間０．５秒でヒートシールした。
ヒートシールした試験片を手で剥離させた際の、剥離部分を目視で観察した。
１：紙基材内で剥離する（紙基材が破壊される）。
２：大部分が紙基材内で剥離する（紙基材が破壊される）。
３：塗工層間で剥離する。

得られたヒートシール紙を幅３１０ｍｍに裁断してロール状に巻回した。これを横ピロー包装機（大森機械工業社、Ｓ－５０００ＸＢＸ）を用いて、横ピロー包装機を製袋器間口の幅１００ｍｍ×高さ４０ｍｍに設定し、カットピッチ１５０ｍｍ、回転数６０ｃｐｍ、センターシール、トップシール温度１６０℃の条件で横ピロー袋を９００個作成し、下記基準で評価した。なお、製造中にヒートシール紙が破断したものは、その時点で製造を中止した。

・製袋加工性（Ｎ＝３０）
１：縦方向、横方向の寸法が、いずれも設計から±１０％未満。
２：縦方向、横方向の寸法が、いずれも設計から±２０％未満。
３：縦方向、横方向の寸法が、設計から２０％以上乖離したものが１個以上。
・張り（Ｎ＝１００）
１：横ピロー袋に張りがあり、形状を維持している。
２：横ピロー袋の張りが弱く、わずかに撓んでいるが、外観上問題とならない（実用ＯＫ）
３：横ピロー袋に張りがなく柔軟で、形状を維持できない。
・側部のしわ（Ｎ=１００）
１：しわがない、または注視しなければ気づかない程度の僅かなしわが発生している。
２：小さなしわは発生しているものの局所的であり、外観上問題とならない（実用ＯＫ）。
３：ひと目で気付く大きさのしわが発生しているものがある（実用ＮＧ）。

本発明である実施例１～４のヒートシール紙は、実用に耐える横ピロー袋を製造することができた。
比較例１のヒートシール紙は、得られた横ピロー袋を立てた状態で陳列することができず、また、製袋時に機械と接触する側部に大きなしわが生じているものが存在した。
比較例２のヒートシール紙は、製袋加工が難しく、特に横方向寸法のずれが大きかった。

Claims

紙基材と、少なくとも一方の最表面にヒートシール層を有し、
前記紙基材が、ＣＤ方向の曲げ抵抗が６５ｍＮ以上１００ｍＮ以下であることを特徴とするヒートシール紙。
前記紙基材の坪量が、７０ｇ／ｍ^２以上１２０ｇ／ｍ^２以下であることを特徴とする請求項１に記載のヒートシール紙。
前記紙基材の密度が、０．６ｇ／ｃｍ^３以上０．８ｇ／ｃｍ^３以下であることを特徴とする請求項１または２に記載のヒートシール紙。
前記ヒートシール層が、水分散性樹脂または水溶性樹脂の塗工層であることを特徴とする請求項１または２に記載のヒートシール紙。
請求項１または２に記載のヒートシール紙を用いた包装体。