JP2024060148A - Paper barrier material, barrier base paper, and method for manufacturing paper barrier material - Google Patents
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Abstract
【課題】バリア性に優れた、熱可塑性樹脂フィルムからなるラミネート層を備える紙製バリア材料と、これに用いる紙製バリア原紙、および紙製バリア材料の製造方法を提供すること。【解決手段】少なくとも一面が平滑面である紙基材と、該平滑面上に塗工されたバリア塗工層とを備えるバリア原紙と、前記バリア塗工層上に接着層を介して積層された熱可塑性樹脂フィルムからなるラミネート層と、を有し、前記平滑面の算術平均高さ（Ｓａ）が、１５．０μｍ以下であり、前記接着層の塗工量が、２．０ｇ／ｍ２以上４．５ｇ／ｍ２以下である紙製バリア材料、このバリア材料が備えるバリア原紙、および、紙基材を平滑化処理し、少なくとも一面を算術平均高さ（Ｓａ）が１５．０μｍ以下である平滑面とする平滑化工程、前記平滑面上に、バリア塗工層を形成する塗工工程、前記バリア塗工層上に、ドライラミネートにより、接着剤層を介して熱可塑性樹脂フィルムからなるラミネート層を設けるドライラミネート工程、を有する紙製バリア材料の製造方法。【選択図】なし[Problem] To provide a paper barrier material having an excellent barrier property and a laminate layer made of a thermoplastic resin film, a paper barrier base paper used therefor, and a method for manufacturing the paper barrier material. [Solution] A paper barrier material having a paper base material having at least one smooth surface and a barrier coating layer coated on the smooth surface, and a laminate layer made of a thermoplastic resin film laminated on the barrier coating layer via an adhesive layer, wherein the arithmetic mean height (Sa) of the smooth surface is 15.0 μm or less, and the coating amount of the adhesive layer is 2.0 g/m2 or more and 4.5 g/m2 or less, a barrier base paper provided in this barrier material, and a method for manufacturing a paper barrier material comprising: a smoothing step of smoothing the paper base material to make at least one surface a smooth surface with an arithmetic mean height (Sa) of 15.0 μm or less, a coating step of forming a barrier coating layer on the smooth surface, and a dry lamination step of providing a laminate layer made of a thermoplastic resin film on the barrier coating layer via an adhesive layer by dry lamination. [Selection diagram] None
Description
本発明は、紙製バリア材料、バリア原紙、および紙製バリア材料の製造方法に関する。 The present invention relates to a paper barrier material, a barrier base paper, and a method for manufacturing a paper barrier material.
紙製の材料、特に紙製の包装材料にガスバリア性（特に、酸素バリア性）を付与することは、包装される各種製品をガスによる劣化、例えば酸素による酸化などから守るために重要である。
従来から、紙製の包装材料へのガスバリア性の付与には、紙基材上にガスバリア層として、アルミニウム等の金属からなる金属箔や金属蒸着フィルム、ポリビニルアルコールやエチレン－ビニルアルコール共重合体、ポリ塩化ビニリデン、ポリアクリロニトリル等の樹脂フィルム、あるいはこれらの樹脂をコーティングしたフィルム、さらに酸化珪素や酸化アルミニウム等の無機酸化物を蒸着したセラミック蒸着フィルム等を紙基材に押し出しラミネートする、または貼合する方法が主に用いられてきた。
紙製の包装材料に耐水性（特に、水蒸気バリア性）を付与することも、包装される各種製品を水蒸気による劣化から守るために重要である。
2. Description of the Related Art It is important to impart gas barrier properties (particularly oxygen barrier properties) to paper materials, particularly paper packaging materials, in order to protect various packaged products from deterioration due to gases, for example oxidation due to oxygen.
Conventionally, the main method for imparting gas barrier properties to paper packaging materials has been to extrusion laminate or attach a gas barrier layer to a paper base material, such as a metal foil or metal vapor-deposited film made of a metal such as aluminum, a resin film such as polyvinyl alcohol, an ethylene-vinyl alcohol copolymer, polyvinylidene chloride, or polyacrylonitrile, or a film coated with these resins, or a ceramic vapor-deposited film on which an inorganic oxide such as silicon oxide or aluminum oxide is vapor-deposited.
It is also important to impart water resistance (particularly water vapor barrier properties) to paper packaging materials in order to protect various packaged products from deterioration due to water vapor.
本出願人は、ガスバリア性と水蒸気バリア性を備えた紙製の包装材料として、紙基材上に、水蒸気バリア性樹脂と顔料を含む水蒸気バリア層と、ポリビニルアルコール系樹脂と顔料を含むガスバリア層を有する紙製バリア包装材料を提案している（特許文献１）。
また、このような紙製バリア包装材料において、少なくとも一方の最外層にシーラント層を設けることにより、ヒートシール加工を可能としたものが知られている。例えば、特許文献２には、溶融押し出しラミネート法、ドライラミネート法、直接溶融コート法によりラミネート層（シーラント層に相当）を設けることが提案されている。
The present applicant has proposed a paper barrier packaging material with both gas barrier properties and water vapor barrier properties, which has a water vapor barrier layer containing a water vapor barrier resin and a pigment, and a gas barrier layer containing a polyvinyl alcohol-based resin and a pigment, on a paper base material (Patent Document 1).
Furthermore, among such paper barrier packaging materials, there are known those that enable heat sealing processing by providing a sealant layer on at least one of the outermost layers. For example, Patent Document 2 proposes providing a laminate layer (corresponding to a sealant layer) by melt extrusion lamination, dry lamination, or direct melt coating.
ドライラミネート法は、接着剤を介して熱可塑性樹脂フィルムを貼り合わせる方法であり、接着力とヒートシール強度に優れた積層体を得ることができる。
しかしながら、本発明者らは、紙基材の一面上にバリア塗工層を備えるバリア原紙のバリア塗工層上にドライラミネート法により熱可塑性樹脂フィルムからなるラミネート層を設けた積層体が、想定していたよりバリア性に劣る場合があることを発見した。そして、鋭意研究の結果、バリア原紙とラミネート層との間に微細な隙間が生じ、この隙間により積層体の側端部から酸素、水蒸気等の気体が逃げるため、想定したバリア性が発揮できないことを見出した。
そこで、本発明は、バリア性に優れた、熱可塑性樹脂フィルムからなるラミネート層を備える紙製バリア材料と、これに用いる紙製バリア原紙、および紙製バリア材料の製造方法を提供することを課題とする。
The dry lamination method is a method in which thermoplastic resin films are bonded together via an adhesive, and can provide a laminate having excellent adhesive strength and heat seal strength.
However, the present inventors have discovered that a laminate in which a laminate layer made of a thermoplastic resin film is provided by a dry lamination method on a barrier coating layer of a barrier base paper having a barrier coating layer on one side of a paper substrate may have inferior barrier properties than expected. Then, as a result of intensive research, they found that minute gaps occur between the barrier base paper and the laminate layer, and these gaps allow gases such as oxygen and water vapor to escape from the side edges of the laminate, preventing the expected barrier properties from being achieved.
Therefore, an object of the present invention is to provide a paper barrier material having an excellent barrier property and a laminate layer made of a thermoplastic resin film, a paper barrier base paper to be used therefor, and a method for manufacturing the paper barrier material.
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．少なくとも一面が平滑面である紙基材と、該平滑面上に塗工されたバリア塗工層とを備えるバリア原紙と、
前記バリア塗工層上に接着層を介して積層された熱可塑性樹脂フィルムからなるラミネート層と、
を有し、
前記平滑面の算術平均高さ（Ｓａ）が、１５．０μｍ以下であり、
前記接着層の塗工量が、２．０ｇ／ｍ２以上４．５ｇ／ｍ２以下であることを特徴とする紙製バリア材料。
２．前記バリア塗工層が、水蒸気バリア塗工層とガスバリア塗工層であり、
前記水蒸気バリア塗工層が、水蒸気バリア性樹脂と顔料とを含有し、
前記ガスバリア塗工層が、水溶性樹脂を含有することを特徴とする１．に記載の紙製バリア材料。
３．前記平滑面のＰＰＳ平滑度が、７μｍ以下であることを特徴とする１．または２．に記載の紙製バリア材料。
４．前記バリア塗工層の算術平均高さ（Ｓａ）が、１５．０μｍ以下であることを特徴とする１．または２．に記載の紙製バリア材料。
５．前記バリア塗工層のＰＰＳ平滑度が、５μｍ以下であることを特徴とする１．または２．に記載の紙製バリア材料。
６．浮きの割合が３５％以下であることを特徴とする１．または２．に記載の紙製バリア材料。
７．前記ラミネート層の厚さが２５μｍ以上６０μｍ以下であることを特徴とする１．または２．に記載の紙製バリア材料。
８．少なくとも一面が平滑面である紙基材と、該平滑面上に塗工されたバリア塗工層とを有し、
前記平滑面の算術平均高さ（Ｓａ）が、１５．０μｍ以下であることを特徴とするバリア原紙。
９．紙基材を平滑化処理し、少なくとも一面を算術平均高さ（Ｓａ）が１５．０μｍ以下である平滑面とする平滑化工程、
前記平滑面上に、バリア塗工層を形成する塗工工程、
前記バリア塗工層上に、ドライラミネートにより、接着剤層を介して熱可塑性樹脂フィルムからなるラミネート層を設けるドライラミネート工程、
を有することを特徴とする紙製バリア材料の製造方法。
The means for solving the problems of the present invention are as follows.
1. A barrier base paper having a paper substrate having at least one smooth surface and a barrier coating layer coated on the smooth surface;
a laminate layer made of a thermoplastic resin film laminated on the barrier coating layer via an adhesive layer;
having
The arithmetic mean height (Sa) of the smooth surface is 15.0 μm or less,
1. A paper barrier material characterized in that the coating weight of the adhesive layer is 2.0 g/ m2 or more and 4.5 g/ m2 or less.
2. The barrier coating layer is a water vapor barrier coating layer and a gas barrier coating layer,
the water vapor barrier coating layer contains a water vapor barrier resin and a pigment,
2. The paper barrier material according to 1., characterized in that the gas barrier coating layer contains a water-soluble resin.
3. The paper barrier material according to 1. or 2., characterized in that the PPS smoothness of the smooth surface is 7 μm or less.
4. The paper barrier material according to 1. or 2., characterized in that the arithmetic mean height (Sa) of the barrier coating layer is 15.0 μm or less.
5. The paper barrier material according to 1. or 2., characterized in that the PPS smoothness of the barrier coating layer is 5 μm or less.
6. The paper barrier material according to 1. or 2., characterized in that the rate of lifting is 35% or less.
7. The paper barrier material according to 1. or 2., characterized in that the thickness of the laminate layer is 25 μm or more and 60 μm or less.
8. A paper substrate having at least one smooth surface and a barrier coating layer coated on the smooth surface,
The barrier base paper, characterized in that the arithmetic mean height (Sa) of the smooth surface is 15.0 μm or less.
9. A smoothing step of smoothing the paper substrate to make at least one surface into a smooth surface having an arithmetic mean height (Sa) of 15.0 μm or less;
a coating step of forming a barrier coating layer on the smooth surface;
a dry lamination step of providing a laminate layer made of a thermoplastic resin film on the barrier coating layer via an adhesive layer by dry lamination;
A method for producing a paper barrier material, comprising the steps of:
本発明の紙製バリア材料は、バリア原紙とラミネート層との密着度合いが高く、紙製バリア材料の側端部から酸素、水蒸気が逃げるのを防止することができ、バリア性に優れている。
本発明のバリア原紙は、そのバリア塗工層上に、ドライラミネートにより密着性に優れたラミネート層を形成することができる。
[0043] The paper barrier material of the present invention has a high degree of adhesion between the barrier base paper and the laminate layer, and can prevent oxygen and water vapor from escaping from the side edges of the paper barrier material, resulting in excellent barrier properties.
The barrier base paper of the present invention can form a laminate layer with excellent adhesion on its barrier coating layer by dry lamination.
「バリア原紙」
本発明のバリア原紙は、少なくとも一面が平滑面である紙基材と、この平滑面上に塗工されたバリア塗工層とを有し、平滑面の算術平均高さ（Ｓａ）が、１５．０μｍ以下である。なお、本発明のバリア原紙は、両面とも平滑面とすることもでき、また、両面にバリア塗工層を有することもできる。
"Barrier base paper"
The barrier base paper of the present invention has a paper base material with at least one smooth surface and a barrier coating layer applied on this smooth surface, and the arithmetic mean height (Sa) of the smooth surface is 15.0 μm or less. Note that the barrier base paper of the present invention can have smooth surfaces on both sides, or can have barrier coating layers on both sides.
（紙基材）
本発明において紙基材とは、パルプ、填料、各種助剤からなるシートである。
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）、針葉樹未漂白クラフトパルプ（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、これらの１種、または２種以上を配合して用いることができる。これらの中でも、紙基材中への異物混入が発生し難いこと、使用後の紙容器を古紙原料に供してリサイクル使用する際に経時変色が発生し難いこと、高い白色度を有するため印刷時の面感が良好となり、特に包装材料として使用した場合の使用価値が高くなることなどの理由から、木材繊維の化学パルプ、機械パルプを用いることが好ましく、化学パルプを用いることがより好ましい。
(Paper base material)
In the present invention, the paper base material is a sheet made of pulp, filler, and various auxiliary agents.
As the pulp, chemical pulps such as bleached hardwood kraft pulp (LBKP), bleached softwood kraft pulp (NBKP), unbleached hardwood kraft pulp (LUKP), unbleached softwood kraft pulp (NUKP), sulfite pulp, mechanical pulps such as stone grind pulp and thermomechanical pulp, wood fibers such as deinked pulp and waste paper pulp, non-wood fibers obtained from kenaf, bamboo, hemp, etc. can be used, and one or more of these can be used in combination. Among these, it is preferable to use chemical pulp or mechanical pulp of wood fiber, and it is more preferable to use chemical pulp, because foreign matter is unlikely to be mixed into the paper base material, discoloration is unlikely to occur over time when used paper containers are recycled as waste paper raw materials, the surface texture is good when printed due to high whiteness, and the value of use is high especially when used as a packaging material.
填料としては、ホワイトカーボン、タルク、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、酸化チタン、ゼオライト、合成樹脂填料等の公知の填料を必要に応じて使用することができる。
また、硫酸バンドや各種のアニオン性、カチオン性、ノニオン性あるいは、両性の歩留まり向上剤、濾水性向上剤、紙力増強剤や内添サイズ剤等の内添助剤を必要に応じて使用することができる。さらに、染料、蛍光増白剤、ｐＨ調整剤、消泡剤、ピッチコントロール剤、スライムコントロール剤等も必要に応じて添加することができる。
As the filler, known fillers such as white carbon, talc, kaolin, clay, heavy calcium carbonate, light calcium carbonate, titanium oxide, zeolite, and synthetic resin fillers can be used as necessary.
In addition, aluminum sulfate and various anionic, cationic, nonionic or amphoteric retention aids, drainage aids, paper strength agents, internal sizing agents, etc. may be used as necessary. Furthermore, dyes, fluorescent whitening agents, pH adjusters, defoamers, pitch control agents, slime control agents, etc. may also be added as necessary.
本発明の紙基材は、少なくとも一面が平滑面である。本発明の紙基材において、平滑面の算術平均高さ（Ｓａ）は、１５．０μｍ以下である。平滑面の算術平均高さが１５．０μｍ以下であることにより、バリア原紙とラミネート層（熱可塑性樹脂フィルム）との密着度合いが向上するため、酸素透過度、水蒸気透過度などのバリア性が良好となる。平滑面の算術平均高さ（Ｓａ）は、１２μｍ以下であることが好ましく、１０μｍ以下であることがより好ましく、８μｍ以下であることがさらに好ましい。 At least one surface of the paper substrate of the present invention is a smooth surface. In the paper substrate of the present invention, the arithmetic mean height (Sa) of the smooth surface is 15.0 μm or less. When the arithmetic mean height of the smooth surface is 15.0 μm or less, the degree of adhesion between the barrier base paper and the laminate layer (thermoplastic resin film) is improved, resulting in good barrier properties such as oxygen permeability and water vapor permeability. The arithmetic mean height (Sa) of the smooth surface is preferably 12 μm or less, more preferably 10 μm or less, and even more preferably 8 μm or less.
平滑面のＰＰＳ平滑度（ハードバッキング、１Ｍｐａ）は、７μｍ以下であることが好ましい。平滑面のＰＰＳ平滑度（ハードバッキング、１Ｍｐａ）が７μｍ以下であると、バリア原紙とラミネート層（熱可塑性樹脂フィルム）との密着度合いが良好となるため、酸素透過度、水蒸気透過度などのバリア性がより良好となる。紙基材のＰＰＳ平滑度（ハードバッキング、１Ｍｐａ）は、６μｍ以下がより好ましく、５μｍ以下がさらに好ましく、４μｍ以下がよりさらに好ましい。
なお、本明細書において、ＰＰＳ平滑度（パーカープリントサーフ平滑度）は、ＪＩＳ－Ｐ８１５１（２００４）の付属書Ａに準じて測定されるパーカープリントサーフ平滑度（μｍ）を意味する。本発明のＰＰＳ平滑度は、ハードタイプのバッキングを用い、クランプ圧１．０Ｍｐａにて測定される値である。本発明の紙製バリア材料においては、ＰＰＳ平滑度は測定面である平滑面に表出するパルプの表面状態と密接な関係を有する。
The PPS smoothness of the smooth surface (hard backing, 1 MPa) is preferably 7 μm or less. When the PPS smoothness of the smooth surface (hard backing, 1 MPa) is 7 μm or less, the degree of adhesion between the barrier base paper and the laminate layer (thermoplastic resin film) is good, and the barrier properties such as oxygen permeability and water vapor permeability are improved. The PPS smoothness of the paper substrate (hard backing, 1 MPa) is more preferably 6 μm or less, even more preferably 5 μm or less, and even more preferably 4 μm or less.
In this specification, PPS smoothness (Parker Print Surf smoothness) means the Parker Print Surf smoothness (μm) measured in accordance with Appendix A of JIS-P8151 (2004). The PPS smoothness of the present invention is a value measured using a hard-type backing at a clamp pressure of 1.0 MPa. In the paper barrier material of the present invention, the PPS smoothness is closely related to the surface condition of the pulp that is exposed on the smooth surface, which is the measurement surface.
紙基材の少なくとも一面である平滑面の算術平均高さ（Ｓａ）およびＰＰＳ平滑度は、例えば、乾燥状態でオンマシンまたはオフマシンカレンダーによる平滑化処理時の圧力やカレンダーの段数等により調整することができる。
また、湿潤状態でヤンキードライヤーにより乾燥することにより、平滑化処理をすることもできる。具体的には、抄紙時にヤンキードライヤーに接しながら乾燥する（拘束乾燥）ことにより、繊維の収縮が抑えられるため、表面粗さの小さい紙が得られ、特に、ヤンキードライヤーとの接触面が艶面である片艶紙が得られる。より詳細には、ヤンキードライヤーの表面温度が１００℃以上１５０℃以下の範囲で、ヤンキードライヤーにいわゆる毛布にて湿紙を押し当て、ヤンキードライヤーのシリンダー表面の鏡面を湿紙に転写することにより艶面を得ることができる。この際、毛布の素材や毛布をヤンキードライヤーに押し当てるタッチロールの加圧加減により、艶面の算術平均高さ（Ｓａ）およびＰＰＳ平滑度を調整することができ、平滑面とすることができる。上記調整方法のなかでも、タッチロールの加圧加減により調整することが好ましい。
The arithmetic mean height (Sa) and PPS smoothness of at least one smooth surface of the paper base material can be adjusted, for example, by the pressure during smoothing treatment with an on-machine or off-machine calendar in a dry state or the number of calendar steps.
Also, the smoothing treatment can be performed by drying the paper in a wet state with a Yankee dryer. Specifically, by drying the paper in contact with the Yankee dryer (restrained drying) during papermaking, the shrinkage of the fibers is suppressed, and thus paper with a small surface roughness can be obtained, and in particular, one-sided glossy paper with a glossy surface on the contact surface with the Yankee dryer can be obtained. More specifically, when the surface temperature of the Yankee dryer is in the range of 100°C to 150°C, a so-called blanket is pressed against the wet paper to transfer the mirror surface of the Yankee dryer cylinder surface to the wet paper, thereby obtaining a glossy surface. In this case, the arithmetic mean height (Sa) and PPS smoothness of the glossy surface can be adjusted by adjusting the material of the blanket and the pressure of the touch roll that presses the blanket against the Yankee dryer, and a smooth surface can be obtained. Among the above adjustment methods, adjustment by adjusting the pressure of the touch roll is preferable.
紙基材の坪量は、紙製バリア材料に所望される各種品質や取り扱い性等により適宜選択可能であるが、通常は２０ｇ／ｍ２以上５００ｇ／ｍ２以下程度のものが好ましい。食品などの包装材、容器、カップなど、包装用途に使用する紙製バリア材料の場合は、２５ｇ／ｍ２以上４００ｇ／ｍ２以下のものがより好ましく、特に後述する軟包装袋用途に使用する紙製バリア材料の場合は、３０ｇ／ｍ２以上１１０ｇ／ｍ２以下のものがより好ましい。
紙基材の厚さは、紙製バリア材料に所望される各種品質や取り扱い性等により適宜選択可能であるが、３０μｍ以上６００μｍ以下であることが好ましく、４５μｍ以上１２５μｍ以下であることがより好ましい。
The basis weight of the paper substrate can be appropriately selected depending on the various qualities and handleability desired for the paper barrier material, but is usually preferably about 20 g/m 2 or more and 500 g/m 2 or less. In the case of paper barrier materials used for packaging applications such as packaging materials for food, containers, cups, etc., those with a basis weight of 25 g/m 2 or more and 400 g/m 2 or less are more preferable, and in the case of paper barrier materials used for soft packaging bags, which will be described later in particular, those with a basis weight of 30 g/m 2 or more and 110 g/m 2 or less are more preferable.
The thickness of the paper base material can be appropriately selected depending on the various qualities and handleability desired for the paper barrier material, but it is preferably from 30 μm to 600 μm, and more preferably from 45 μm to 125 μm.
（バリア塗工層）
本発明のバリア原紙は、平滑面上に塗工されたバリア塗工層を備える。
バリア塗工層は、水蒸気バリア性、ガスバリア性のいずれかを有することが好ましく、少なくともガスバリア性を有することがより好ましく、水蒸気バリア性とガスバリア性の両方を有することがさらに好ましい。バリア塗工層が、水蒸気バリア性とガスバリア性の両方を併せ持つ場合、水蒸気バリア塗工層とガスバリア塗工層とを有することが、ガスバリア性と水蒸気バリア性とを両立した紙製バリア材料が得られるため好ましい。以下、水蒸気バリア塗工層を水蒸気バリア層、ガスバリア塗工層をガスバリア層ともいう。
(Barrier coating layer)
The barrier base paper of the present invention has a barrier coating layer coated on a smooth surface.
The barrier coating layer preferably has either water vapor barrier property or gas barrier property, more preferably has at least gas barrier property, and even more preferably has both water vapor barrier property and gas barrier property. When the barrier coating layer has both water vapor barrier property and gas barrier property, it is preferable to have a water vapor barrier coating layer and a gas barrier coating layer, since this provides a paper barrier material that has both gas barrier property and water vapor barrier property. Hereinafter, the water vapor barrier coating layer will also be referred to as the water vapor barrier layer, and the gas barrier coating layer will also be referred to as the gas barrier layer.
水蒸気バリア層とガスバリア層の積層順については特に限定されないが、水蒸気バリア性とガスバリア性がより向上するため、紙基材、水蒸気バリア層、ガスバリア層の順に積層されていることが好ましい。紙基材、水蒸気バリア層、ガスバリア層をこの順に有する紙製バリア材料が、より優れた水蒸気バリア性およびガスバリア性を併せ持つ理由は次のように推測される。ガスバリア層に用いられるガスバリア性を有する樹脂としては後述するように水溶性高分子や水分散性高分子などの高分子が一般的に用いられる。そのため、紙基材上にガスバリア層、水蒸気バリア層をこの順に設けた場合、紙基材中の水分や紙基材を経由して浸透する空気中の水分などにより、ガスバリア層中の水溶性高分子や水分散性高分子などの高分子が劣化しやすくなる。一方、水蒸気バリア層は、水蒸気を防ぐために耐水性の良好な樹脂を含有するが、紙基材上に、水蒸気バリア層、ガスバリア層をこの順に有することにより、水蒸気バリア層が紙基材側からの水分によるガスバリア層への影響（劣化）を効果的に抑制することができる。このため、特に水蒸気バリア層、ガスバリア層をこの順に有する紙製バリア材料は、良好な水蒸気バリア性およびガスバリア性を発揮することができる。 The order of lamination of the water vapor barrier layer and the gas barrier layer is not particularly limited, but it is preferable that the layers are laminated in the order of the paper substrate, water vapor barrier layer, and gas barrier layer in order to further improve the water vapor barrier property and the gas barrier property. The reason why a paper barrier material having a paper substrate, water vapor barrier layer, and gas barrier layer in this order has both superior water vapor barrier property and gas barrier property is presumed to be as follows. As described later, polymers such as water-soluble polymers and water-dispersible polymers are generally used as resins having gas barrier property used in the gas barrier layer. Therefore, when the gas barrier layer and the water vapor barrier layer are provided on the paper substrate in this order, the polymers such as water-soluble polymers and water-dispersible polymers in the gas barrier layer are easily deteriorated due to moisture in the paper substrate and moisture in the air that permeates through the paper substrate. On the other hand, the water vapor barrier layer contains a resin with good water resistance to prevent water vapor, but by having the water vapor barrier layer and the gas barrier layer in this order on the paper substrate, the water vapor barrier layer can effectively suppress the influence (deterioration) of the gas barrier layer caused by moisture from the paper substrate side. For this reason, paper barrier materials that have a water vapor barrier layer and a gas barrier layer in that order can exhibit good water vapor barrier properties and gas barrier properties.
（水蒸気バリア塗工層）
水蒸気バリア塗工層は、少なくとも水蒸気バリア性樹脂を含有する。
水蒸気バリア性樹脂としては、スチレン・ブタジエン系、スチレン・アクリル系、エチレン・酢酸ビニル系、パラフィン（ＷＡＸ）系、ブタジエン・メチルメタクリレート系、酢酸ビニル・ブチルアクリレート系等の各種共重合体、無水マレイン酸共重合体、アクリル酸・メチルメタクリレート系共重合体等の合成接着剤、またはそれらのパラフィン（ＷＡＸ）配合合成接着剤等を単独あるいは２種類以上混合して使用することができる。これらの中では、水蒸気バリア性の点からスチレン・ブタジエン系合成接着剤を使用することが好ましい。
本発明においてスチレン・ブタジエン系合成接着剤とは、スチレンとブタジエンを主構成モノマーとし、これに変性を目的とする各種のコモノマーを組み合わせ、乳化重合したものである。コモノマーの例として、メチルメタクリルレート、アクリロニトリル、アクリルアミド、ヒドロキシエチルアクリレートや、イタコン酸、マレイン酸、アクリル酸などの不飽和カルボン酸などが挙げられる。また、乳化剤としては、オレイン酸ナトリウム、ロジン酸石鹸、アルキルアリルスルホン酸ナトリウム、ジアルキルスルホコハク酸ナトリウムなどのアニオン性界面活性剤が単独、またはノニオン性界面活性剤と組み合わせて用いることができる。目的によっては、両性またはカチオン性界面活性剤を用いても良い。
(Water vapor barrier coating layer)
The water vapor barrier coating layer contains at least a water vapor barrier resin.
As the water vapor barrier resin, synthetic adhesives such as styrene-butadiene, styrene-acrylic, ethylene-vinyl acetate, paraffin (wax), butadiene-methyl methacrylate, vinyl acetate-butyl acrylate copolymers, maleic anhydride copolymers, acrylic acid-methyl methacrylate copolymers, and paraffin (wax)-blended synthetic adhesives thereof can be used alone or in combination of two or more. Of these, it is preferable to use a styrene-butadiene synthetic adhesive from the viewpoint of water vapor barrier properties.
In the present invention, the styrene-butadiene synthetic adhesive is a material obtained by emulsion polymerization of styrene and butadiene as main constituent monomers, combined with various comonomers for the purpose of modification. Examples of the comonomers include methyl methacrylate, acrylonitrile, acrylamide, hydroxyethyl acrylate, and unsaturated carboxylic acids such as itaconic acid, maleic acid, and acrylic acid. As the emulsifier, anionic surfactants such as sodium oleate, rosin acid soap, sodium alkylarylsulfonate, and sodium dialkylsulfosuccinate can be used alone or in combination with a nonionic surfactant. Depending on the purpose, amphoteric or cationic surfactants may also be used.
なお、水蒸気バリア性に問題がない程度であれば、完全ケン化ポリビニルアルコール、部分ケン化ポリビニルアルコール、エチレン共重合ポリビニルアルコールなどのポリビニルアルコール類、カゼイン、大豆タンパク、合成タンパクなどのタンパク質類、酸化澱粉、カチオン化澱粉、尿素リン酸エステル化澱粉、ヒドロキシエチルエーテル化澱粉などの澱粉類、カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース等のセルロース誘導体、ポリビニルピロリドン、アルギン酸ナトリウムなどの水溶性高分子を、水蒸気バリア性樹脂と併用することも可能である。 As long as there are no problems with the water vapor barrier properties, it is possible to use polyvinyl alcohols such as fully saponified polyvinyl alcohol, partially saponified polyvinyl alcohol, and ethylene copolymer polyvinyl alcohol; proteins such as casein, soy protein, and synthetic protein; starches such as oxidized starch, cationic starch, urea phosphate esterified starch, and hydroxyethyl etherified starch; cellulose derivatives such as carboxymethyl cellulose, hydroxymethyl cellulose, and hydroxyethyl cellulose; and water-soluble polymers such as polyvinylpyrrolidone and sodium alginate in combination with the water vapor barrier resin.
水蒸気バリア層は、顔料を含むことができる。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、またはコアー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。これらの中で、水蒸気バリア性の向上と、ガスバリア層を形成するための塗料の浸透抑制の両方の観点から、形状が扁平なカオリン、マイカ、タルクなどの無機顔料が好ましく、カオリンがより好ましい。また、体積５０％平均粒子径（Ｄ５０）（以下、「平均粒子径」ともいう。）が５μｍ以上且つアスペクト比が１０以上の無機顔料を単独または２種類以上混合して使用することが好ましい。使用する無機顔料の平均粒子径またはアスペクト比が上記範囲より小さいと、水蒸気バリア層中を水蒸気分子が迂回する回数が減少し、移動する距離が短くなるため、結果として水蒸気バリア性の改善効果が小さくなる場合がある。 The water vapor barrier layer may contain a pigment. Examples of pigments include inorganic pigments such as kaolin, clay, engineered kaolin, delaminated clay, heavy calcium carbonate, light calcium carbonate, mica, talc, titanium dioxide, barium sulfate, calcium sulfate, zinc oxide, silicic acid, silicate salts, colloidal silica, and satin white, and organic pigments such as solid, hollow, and core-shell types, which may be used alone or in combination of two or more. Among these, from the viewpoints of both improving the water vapor barrier property and suppressing the penetration of the paint for forming the gas barrier layer, inorganic pigments such as kaolin, mica, and talc having a flat shape are preferred, and kaolin is more preferred. In addition, it is preferred to use inorganic pigments having a volume 50% average particle size (D50) (hereinafter also referred to as "average particle size") of 5 μm or more and an aspect ratio of 10 or more, either alone or in combination of two or more. If the average particle size or aspect ratio of the inorganic pigment used is smaller than the above range, the number of detours that water vapor molecules take in the water vapor barrier layer will decrease, shortening the distance they travel, which may result in a smaller improvement in water vapor barrier properties.
本発明において、水蒸気バリア性の向上とガスバリア層との密着性の点から、水蒸気バリア層は、平均粒子径が５μｍ以上且つアスペクト比が１０以上の無機顔料に加え、平均粒子径が５μｍ以下の顔料を含有することが好ましい。平均粒子径が５μｍ以下の顔料としては、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、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、またはコアー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。これらの顔料の中では、重質炭酸カルシウムを使用することが好ましい。 In the present invention, in terms of improving the water vapor barrier properties and adhesion to the gas barrier layer, the water vapor barrier layer preferably contains a pigment having an average particle size of 5 μm or less in addition to an inorganic pigment having an average particle size of 5 μm or more and an aspect ratio of 10 or more. Examples of pigments having an average particle size of 5 μm or less include inorganic pigments such as kaolin, clay, engineered kaolin, delaminated clay, heavy calcium carbonate, light calcium carbonate, talc, titanium dioxide, barium sulfate, calcium sulfate, zinc oxide, silicic acid, silicates, colloidal silica, and satin white, as well as organic pigments such as solid, hollow, and core-shell types, which can be used alone or in combination of two or more types. Of these pigments, it is preferable to use heavy calcium carbonate.
平均粒子径が５μｍ以下の顔料を含有することにより、平均粒子径が５μｍ以上且つアスペクト比が１０以上の無機顔料により形成された水蒸気バリア層中の空隙をより埋めることができるため、さらに優れた水蒸気バリア性が発現する。つまり、水蒸気バリア層に平均粒子径の異なる顔料を含有させた場合、水蒸気バリア層中で大きな平均粒子径の無機顔料により形成される空隙に小さな平均粒子径の顔料が充填された状態となり、水蒸気はこれらの顔料を迂回して通過するために移動する距離が長くなり、平均粒子径が異なる顔料を含有していない水蒸気バリア層と比較して、高い水蒸気バリア性を発揮するものと推測される。
平均粒子径が５μｍ以上且つアスペクト比が１０以上の無機顔料と、平均粒子径が５μｍ以下の顔料を併用する場合、平均粒子径が５μｍ以上且つアスペクト比が１０以上の無機顔料と、平均粒子径が５μｍ以下の顔料の配合比率は、乾燥重量で、５０／５０～９９／１であることが好ましい。平均粒子径が５μｍ以上且つアスペクト比が１０以上の無機顔料の配合比率が上記範囲より少ないと、水蒸気が水蒸気バリア層中を迂回する回数が減少し、移動する距離が短くなるため、水蒸気バリア性の改善効果が小さくなることがある。一方、平均粒子径が５μｍ以上且つアスペクト比が１０以上の無機顔料の配合比率が上記範囲より多いと、水蒸気バリア層中の大きな平均粒子径の無機顔料が形成する空隙を平均粒子径が５μｍ以下の顔料で十分に埋めることができないため、水蒸気バリア性の向上が期待できない。
By containing a pigment with an average particle size of 5 μm or less, voids in the water vapor barrier layer formed by inorganic pigments with an average particle size of 5 μm or more and an aspect ratio of 10 or more can be filled more effectively, thereby exhibiting even better water vapor barrier properties. In other words, when pigments with different average particle sizes are contained in the water vapor barrier layer, voids formed by inorganic pigments with large average particle sizes in the water vapor barrier layer are filled with pigments with small average particle sizes, and the water vapor travels a longer distance to pass around these pigments, so it is presumed that the water vapor barrier layer exhibits higher water vapor barrier properties than a water vapor barrier layer that does not contain a pigment with a different average particle size.
When an inorganic pigment having an average particle size of 5 μm or more and an aspect ratio of 10 or more is used in combination with a pigment having an average particle size of 5 μm or less, the blending ratio of the inorganic pigment having an average particle size of 5 μm or more and an aspect ratio of 10 or more to the pigment having an average particle size of 5 μm or less is preferably 50/50 to 99/1 by dry weight. If the blending ratio of the inorganic pigment having an average particle size of 5 μm or more and an aspect ratio of 10 or more is less than the above range, the number of times that water vapor takes a detour in the water vapor barrier layer decreases, and the distance it travels becomes shorter, which may reduce the effect of improving the water vapor barrier property. On the other hand, if the blending ratio of the inorganic pigment having an average particle size of 5 μm or more and an aspect ratio of 10 or more is more than the above range, the voids formed by the inorganic pigment with a large average particle size in the water vapor barrier layer cannot be sufficiently filled with the pigment with an average particle size of 5 μm or less, and therefore improvement in the water vapor barrier property cannot be expected.
水蒸気バリア層に顔料を含有させる場合、顔料の配合量は、乾燥重量で顔料１００重量部に対して、水蒸気バリア性樹脂と水溶性高分子の合計で５重量部以上２０重量部以下の範囲で使用されることが好ましく、より好ましくは水蒸気バリア性樹脂と水溶性高分子の合計で１０重量部以上１５０重量部以下である。なお、顔料は、水蒸気バリア層の任意成分であり、含まない（０重量部）こともできる。
また、水蒸気バリア層には、上記した水蒸気バリア性樹脂、水溶性高分子、顔料の他、分散剤、増粘剤、保水剤、消泡剤、耐水化剤、染料、蛍光染料等の通常使用される各種助剤を使用することができる。
When a pigment is contained in the water vapor barrier layer, the blending amount of the pigment is preferably in the range of 5 parts by weight or more and 20 parts by weight or less in total of the water vapor barrier resin and the water-soluble polymer, and more preferably 10 parts by weight or more and 150 parts by weight or less in total of the water vapor barrier resin and the water-soluble polymer, per 100 parts by weight of the pigment in dry weight. Note that the pigment is an optional component of the water vapor barrier layer, and it is possible to not include it (0 part by weight).
[0043] In addition to the water vapor barrier resin, water-soluble polymer, and pigment described above, the water vapor barrier layer may contain various commonly used auxiliary agents such as dispersants, thickeners, water retention agents, defoamers, water resistance agents, dyes, and fluorescent dyes.
水蒸気バリア層には、多価金属塩などに代表される架橋剤を配合することができる。架橋剤は、水蒸気バリア層に含有される水蒸気バリア性樹脂や水溶性高分子と架橋反応を起こすため、水蒸気バリア層内の結合の数（架橋点）が増加し、水蒸気バリア層がより緻密な構造となり、より良好な水蒸気バリア性を発現することができる。
架橋剤の種類は特に限定されるものではなく、水蒸気バリア層に含有される水蒸気バリア性樹脂や水溶性高分子の種類に合わせて、多価金属塩（銅、亜鉛、銀、鉄、カリウム、ナトリウム、ジルコニウム、アルミニウム、カルシウム、バリウム、マグネシウム、チタンなどの多価金属と、炭酸イオン、硫酸イオン、硝酸イオン、燐酸イオン、珪酸イオン、窒素酸化物、ホウ素酸化物などのイオン性物質が結合した化合物）、アミン化合物、アミド化合物、アルデヒド化合物、ヒドロキシ酸等の１種または２種以上を使用することができる。
水蒸気バリア性に優れた効果を発現するスチレン・ブタジエン系、スチレン・アクリル系などのスチレン系の水蒸気バリア性樹脂を用いた場合、架橋効果発現の観点から、多価金属塩を使用することが好ましく、カリウムミョウバンを使用することがより好ましい。
架橋剤の配合量は、塗工可能な塗料濃度や塗料粘度の範囲内であれば特に限定されることなく配合することができるが、好ましくは顔料１００重量部に対して、架橋剤が１重量部以上１０重量部以下であり、より好ましくは３重量部以上５重量部以下である。１重量部未満であると架橋剤の添加効果が十分に得られない場合がある。また、１０重量部より多いと塗料の粘度上昇が著しくなり、塗工が困難となる場合がある。
The water vapor barrier layer can be blended with a crosslinking agent, typically a polyvalent metal salt, etc. The crosslinking agent undergoes a crosslinking reaction with the water vapor barrier resin or water-soluble polymer contained in the water vapor barrier layer, thereby increasing the number of bonds (crosslinking points) in the water vapor barrier layer, giving the water vapor barrier layer a denser structure and enabling it to exhibit better water vapor barrier properties.
[0043] There are no particular limitations on the type of crosslinking agent, and one or more types of crosslinking agent may be used depending on the type of water vapor barrier resin or water-soluble polymer contained in the water vapor barrier layer, including polyvalent metal salts (compounds in which a polyvalent metal such as copper, zinc, silver, iron, potassium, sodium, zirconium, aluminum, calcium, barium, magnesium, or titanium is bonded to an ionic substance such as carbonate ions, sulfate ions, nitrate ions, phosphate ions, silicate ions, nitrogen oxides, or boron oxides), amine compounds, amide compounds, aldehyde compounds, and hydroxy acids.
When using a styrene-based water vapor barrier resin such as a styrene-butadiene-based or styrene-acrylic-based resin that exhibits excellent water vapor barrier properties, it is preferable to use a polyvalent metal salt, and it is more preferable to use potassium alum, from the viewpoint of exhibiting a crosslinking effect.
The amount of crosslinking agent is not particularly limited as long as it is within the range of paint concentration and paint viscosity that can be applied, but it is preferably 1 part by weight to 10 parts by weight, more preferably 3 parts by weight to 5 parts by weight, per 100 parts by weight of pigment. If it is less than 1 part by weight, the effect of adding the crosslinking agent may not be fully obtained. If it is more than 10 parts by weight, the viscosity of the paint may increase significantly, making coating difficult.
水蒸気バリア層用の塗料に架橋剤を添加する場合、アンモニアなどの極性溶媒に架橋剤を溶解させてから塗料へ添加することが好ましい。架橋剤を極性溶媒に溶解させると、架橋剤と極性溶媒が結合を作るため、塗料へ添加しても直ちには水蒸気バリア性樹脂や水溶性高分子との架橋反応が起こらず、塗料の増粘を抑制することができる。その場合、紙基材への塗工後に乾燥することにより極性溶媒成分が揮発し、水蒸気バリア性樹脂や水溶性高分子との架橋反応が起こり、緻密な水蒸気バリア層が形成される。 When adding a crosslinking agent to the paint for the water vapor barrier layer, it is preferable to dissolve the crosslinking agent in a polar solvent such as ammonia before adding it to the paint. When the crosslinking agent is dissolved in a polar solvent, the crosslinking agent and the polar solvent form a bond, so even if the crosslinking agent is added to the paint, a crosslinking reaction with the water vapor barrier resin or water-soluble polymer does not occur immediately, and thickening of the paint can be suppressed. In this case, the polar solvent components volatilize when the paint is dried after coating on the paper substrate, and a crosslinking reaction occurs with the water vapor barrier resin or water-soluble polymer, forming a dense water vapor barrier layer.
水蒸気バリア性向上の観点から、水蒸気バリア層に撥水剤を含有させることが好ましい。撥水剤としては、アルカン化合物を主体とするパラフィン系撥水剤、カルナバやラノインなどの動植物由来の天然油脂系撥水剤、シリコーンまたはシリコーン化合物を含有するシリコーン含有系撥水剤、フッ素化合物を含有するフッ素含有系撥水剤など例示することができ、単独あるいは２種類以上混合して使用することができる。これらの中で、水蒸気バリア性能発現の観点からパラフィン系撥水剤を使用することが好ましい。 From the viewpoint of improving the water vapor barrier properties, it is preferable to incorporate a water repellent in the water vapor barrier layer. Examples of water repellents include paraffin-based water repellents mainly composed of alkane compounds, natural oil-based water repellents derived from animals and plants such as carnauba and lanoind, silicone-containing water repellents containing silicone or silicone compounds, and fluorine-containing water repellents containing fluorine compounds, and these can be used alone or in combination of two or more types. Of these, it is preferable to use a paraffin-based water repellent from the viewpoint of expressing water vapor barrier performance.
撥水剤の配合量は特に限定されるものではないが、乾燥重量で、水蒸気バリア性樹脂と水溶性高分子の合計１００重量部に対して、撥水剤１重量部以上１００重量部以下であることが好ましい。撥水剤の配合量が１重量部未満であると、水蒸気バリア性の向上効果が十分に得られない場合がある。一方、１００重量部を超えた場合には、水蒸気バリア層上にガスバリア層を設ける場合にガスバリア層が均一に形成し難くなるため、ガスバリア性が低下する場合がある。
水蒸気バリア層表面の濡れ張力は、水蒸気バリア性の向上とガスバリア層との密着性から、１０ｍＮ／ｍ以上６０ｍＮ／ｍ以下であることが好ましく、１５ｍＮ／ｍ以上５０ｍＮ／ｍ以下であることがより好ましい。
The amount of the water repellent is not particularly limited, but is preferably 1 part by weight or more and 100 parts by weight or less per 100 parts by weight of the total of the water vapor barrier resin and the water-soluble polymer, in terms of dry weight. If the amount of the water repellent is less than 1 part by weight, the effect of improving the water vapor barrier property may not be sufficiently obtained. On the other hand, if it exceeds 100 parts by weight, it becomes difficult to form a gas barrier layer uniformly when providing the gas barrier layer on the water vapor barrier layer, and the gas barrier property may be deteriorated.
[0043] In order to improve the water vapor barrier property and the adhesion to the gas barrier layer, the wetting tension of the surface of the water vapor barrier layer is preferably from 10 mN/m to 60 mN/m, and more preferably from 15 mN/m to 50 mN/m.
（ガスバリア塗工層）
ガスバリア塗工層は、少なくともガスバリア性樹脂を含有する。
ガスバリア性樹脂としては、水溶性樹脂、または、水懸濁性樹脂を用いることができ、水溶性樹脂が好ましい。ガスバリア性樹脂としては、例えば、完全ケン化ポリビニルアルコール、部分ケン化ポリビニルアルコール、エチレン共重合ポリビニルアルコールなどのポリビニルアルコール系樹脂、カゼイン、大豆タンパク、合成タンパクなどのタンパク質類、酸化澱粉、カチオン化澱粉、尿素リン酸エステル化澱粉、ヒドロキシエチルエーテル化澱粉などの澱粉類、カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース等のセルロース誘導体、ポリビニルピロリドン、アルギン酸ナトリウムなどを例示することができ、これらを単独あるいは２種類以上混合して使用することができる。これらの中では、ガスバリア性の点から、ポリビニルアルコール系樹脂、セルロース誘導体が好ましく、ポリビニルアルコール系樹脂がより好ましく、重合度が４００～１７００であるポリビニルアルコール系樹脂がさらに好ましく、重合度が８００～１４００であるポリビニルアルコール系樹脂がよりさらに好ましい。
(Gas barrier coating layer)
The gas barrier coating layer contains at least a gas barrier resin.
As the gas barrier resin, a water-soluble resin or a water-suspendable resin can be used, and a water-soluble resin is preferred. As the gas barrier resin, for example, polyvinyl alcohol-based resins such as fully saponified polyvinyl alcohol, partially saponified polyvinyl alcohol, and ethylene copolymerized polyvinyl alcohol, proteins such as casein, soybean protein, and synthetic protein, starches such as oxidized starch, cationic starch, urea phosphate esterified starch, and hydroxyethyl etherified starch, cellulose derivatives such as carboxymethyl cellulose, hydroxymethyl cellulose, and hydroxyethyl cellulose, polyvinylpyrrolidone, sodium alginate, and the like can be exemplified, and these can be used alone or in a mixture of two or more kinds. Among these, from the viewpoint of gas barrier properties, polyvinyl alcohol-based resins and cellulose derivatives are preferred, polyvinyl alcohol-based resins are more preferred, polyvinyl alcohol-based resins having a degree of polymerization of 400 to 1700 are even more preferred, and polyvinyl alcohol-based resins having a degree of polymerization of 800 to 1400 are even more preferred.
ガスバリア層は、顔料を含むことができる。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、またはコアー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。これらの中で、顔料は、平均粒子径が３μｍ以上且つアスペクト比が１０以上の扁平顔料であることが好ましく、平均粒子径が５μｍ以上且つアスペクト比が３０以上の扁平顔料であることがより好ましい。 The gas barrier layer may contain a pigment. Examples of the pigment include inorganic pigments such as kaolin, clay, engineered kaolin, delaminated clay, heavy calcium carbonate, light calcium carbonate, mica, talc, titanium dioxide, barium sulfate, calcium sulfate, zinc oxide, silicic acid, silicate salts, colloidal silica, and satin white, and organic pigments such as solid, hollow, and core-shell types, which may be used alone or in combination of two or more. Of these, the pigment is preferably a flat pigment having an average particle size of 3 μm or more and an aspect ratio of 10 or more, and more preferably a flat pigment having an average particle size of 5 μm or more and an aspect ratio of 30 or more.
ガスバリア層に顔料、特に扁平顔料を含有させた場合、酸素などのガスは顔料を迂回して通過するために移動する距離が長くなる。このため、顔料を含有するガスバリア層は、顔料を含有しないガスバリア層と比較して、ガスバリア性に優れ、特に高湿度雰囲気下で優れたガスバリア性を発揮する。
ガスバリア層における顔料の配合量は、乾燥重量で、ガスバリア性樹脂１００重量部に対し、顔料９０重量部以下であることが好ましい。なお、顔料は、ガスバリア層の任意成分であり、含まない（０重量部）こともできる。ガスバリア層の顔料配合量をこの範囲内とすることにより、優れた耐屈曲性を発揮することができる。また、ガスバリア層が顔料を含有することにより、ガスバリア層と接する層との密着性が向上する。顔料の配合量が少なくなると、耐屈曲性は向上するが、ガスバリア性は低下する。そのため、顔料の配合量は、紙製バリア材料に求めるガスバリア性と耐屈曲性とのバランス等に応じて調整することができ、例えば、ガスバリア性樹脂１００重量部に対し、５重量部以上８０重量部以下とすることができる。
ガスバリア層には、上記した水溶性高分子、顔料の他、分散剤、増粘剤、保水剤、消泡剤、耐水化剤、染料、蛍光染料等の通常使用される各種助剤を使用することができる。
When a gas barrier layer contains a pigment, particularly a flat pigment, gases such as oxygen travel a longer distance to bypass the pigment, and therefore the gas barrier layer containing the pigment has superior gas barrier properties compared to a gas barrier layer not containing a pigment, and exhibits superior gas barrier properties particularly under high humidity conditions.
The blending amount of the pigment in the gas barrier layer is preferably 90 parts by weight or less of the pigment per 100 parts by weight of the gas barrier resin, in terms of dry weight. The pigment is an optional component of the gas barrier layer, and may not be included (0 parts by weight). By setting the blending amount of the pigment in the gas barrier layer within this range, excellent flex resistance can be exhibited. Furthermore, by containing a pigment in the gas barrier layer, the adhesion between the gas barrier layer and the layer in contact with it is improved. When the blending amount of the pigment is reduced, the flex resistance is improved, but the gas barrier property is reduced. Therefore, the blending amount of the pigment can be adjusted according to the balance between the gas barrier property and the flex resistance required for the paper barrier material, and can be, for example, 5 parts by weight or more and 80 parts by weight or less per 100 parts by weight of the gas barrier resin.
In addition to the above-mentioned water-soluble polymers and pigments, the gas barrier layer may contain various commonly used auxiliary agents such as dispersants, thickeners, water retention agents, defoamers, water-resistant agents, dyes, and fluorescent dyes.
ガスバリア層に多価金属塩などに代表される架橋剤を添加することができる。架橋剤は、ガスバリア層に含有される水溶性高分子と架橋反応を起こすため、ガスバリア層内の結合の数（架橋点）が増加する。つまり、ガスバリア層が緻密な構造となり、良好なガスバリア性を発現することができる。
架橋剤の種類としては特に限定されるものではなく、ガスバリア層に含有される水溶性高分子の種類に合わせて、多価金属塩（銅、亜鉛、銀、鉄、カリウム、ナトリウム、ジルコニウム、アルミニウム、カルシウム、バリウム、マグネシウム、チタンなどの多価金属と、炭酸イオン、硫酸イオン、硝酸イオン、燐酸イオン、珪酸イオン、窒素酸化物、ホウ素酸化物などのイオン性物質が結合した化合物）、アミン化合物、アミド化合物、アルデヒド化合物、ヒドロキシ酸など適宜選択して使用することが可能である。なお、架橋効果発現の観点から、多価金属塩を使用することが好ましく、カリウムミョウバンを使用することがより好ましい。
架橋剤の配合量は、塗工可能な塗料濃度や塗料粘度の範囲内であれば特に限定されることなく配合することができるが、好ましくは顔料１００重量部に対して、架橋剤が１重量部以上１０重量部以下であり、より好ましくは３重量部以上５重量部以下である。１重量部未満であると架橋剤の添加効果が十分に得られない場合がある。また、１０重量部より多いと塗料の粘度上昇が著しくなり、塗工が困難となる場合がある。
A crosslinking agent, such as a polyvalent metal salt, can be added to the gas barrier layer. The crosslinking agent causes a crosslinking reaction with the water-soluble polymer contained in the gas barrier layer, increasing the number of bonds (crosslinking points) in the gas barrier layer. In other words, the gas barrier layer has a dense structure and can exhibit good gas barrier properties.
The type of crosslinking agent is not particularly limited, and can be appropriately selected and used according to the type of water-soluble polymer contained in the gas barrier layer, such as polyvalent metal salts (compounds in which a polyvalent metal such as copper, zinc, silver, iron, potassium, sodium, zirconium, aluminum, calcium, barium, magnesium, titanium, etc. is bonded to an ionic substance such as carbonate ion, sulfate ion, nitrate ion, phosphate ion, silicate ion, nitrogen oxide, boron oxide, etc.), amine compounds, amide compounds, aldehyde compounds, hydroxy acids, etc. From the viewpoint of the expression of the crosslinking effect, it is preferable to use a polyvalent metal salt, and it is more preferable to use potassium alum.
The amount of crosslinking agent is not particularly limited as long as it is within the range of paint concentration and paint viscosity that can be applied, but it is preferably 1 part by weight to 10 parts by weight, more preferably 3 parts by weight to 5 parts by weight, per 100 parts by weight of pigment. If it is less than 1 part by weight, the effect of adding the crosslinking agent may not be fully obtained. If it is more than 10 parts by weight, the viscosity of the paint may increase significantly, making coating difficult.
ガスバリア層は、界面活性剤を含有することが、ガスバリア層と水蒸気バリア層との密着性が向上し、バリア性が向上するため好ましい。界面活性剤のイオン性は制限されるものはなく、陰イオン性界面活性剤、陽イオン性界面活性剤、両性界面活性剤、非イオン性界面活性剤のいずれの種類でもよく、単独もしくは２種類以上を組み合わせて使用することができる。界面活性剤としては、例えば、シリコーン系界面活性剤、フッ素系界面活性剤、アルコール系界面活性剤、アセチレン基を有するアセチレン系界面活性剤、アセチレン基と２つの水酸基を有するアセチレンジオール系界面活性剤、アルキル基とスルホン酸を有するアルキルスルホン酸系界面活性剤、エステル系界面活性剤、アミド系界面活性剤、アミン系界面活性剤、アルキルエーテル系界面活性剤、フェニルエーテル系界面活性剤、硫酸エステル系界面活性剤、フェノール系界面活性剤などを例示することができる。これらの中では塗料のレベリング性の向上効果が大きい、アセチレンジオール系界面活性剤を使用することが好ましい。なお、塗料のレベリング性が向上すると、ガスバリア層の均一性が向上するため、ガスバリア性が向上する。
水蒸気バリア層の上にガスバリア層を設ける場合、水蒸気バリア層との密着性の観点から、ガスバリア層用塗料の表面張力を、１０ｍＮ／ｍ以上６０ｍＮ／ｍ以下に調整することが好ましく、１５ｍＮ／ｍ以上５０ｍＮ／ｍ以下に調整することが好ましい。また、水蒸気バリア層表面の濡れ張力に対して、ガスバリア層用塗料の表面張力を±２０ｍＮ／ｍとすることが、水蒸気バリア層とガスバリア層との密着性の観点から好ましい。
It is preferable that the gas barrier layer contains a surfactant, since this improves the adhesion between the gas barrier layer and the water vapor barrier layer, and improves the barrier properties. There is no limitation on the ionicity of the surfactant, and any of anionic surfactants, cationic surfactants, amphoteric surfactants, and nonionic surfactants may be used alone or in combination of two or more. Examples of surfactants include silicone-based surfactants, fluorine-based surfactants, alcohol-based surfactants, acetylene-based surfactants having an acetylene group, acetylene diol-based surfactants having an acetylene group and two hydroxyl groups, alkylsulfonic acid-based surfactants having an alkyl group and sulfonic acid, ester-based surfactants, amide-based surfactants, amine-based surfactants, alkyl ether-based surfactants, phenyl ether-based surfactants, sulfate ester-based surfactants, and phenol-based surfactants. Among these, it is preferable to use an acetylene diol-based surfactant, which has a large effect of improving the leveling properties of the paint. Note that when the leveling properties of the paint are improved, the uniformity of the gas barrier layer is improved, and therefore the gas barrier properties are improved.
When a gas barrier layer is provided on a water vapor barrier layer, from the viewpoint of adhesion to the water vapor barrier layer, the surface tension of the paint for the gas barrier layer is preferably adjusted to 10 mN/m or more and 60 mN/m or less, and more preferably 15 mN/m or more and 50 mN/m or less. In addition, from the viewpoint of adhesion between the water vapor barrier layer and the gas barrier layer, it is preferable to set the surface tension of the paint for the gas barrier layer to ±20 mN/m with respect to the wetting tension of the water vapor barrier layer surface.
バリア塗工層の算術平均高さ（Ｓａ）は、１５．０μｍ以下であることが好ましい。バリア塗工層の算術平均高さ（Ｓａ）が１５．０μｍ以下であることにより、このバリア塗工層上に積層されるラミネート層（熱可塑性樹脂フィルム）との密着度合いが良好となるため、酸素透過度、水蒸気透過度などのバリア性がより良好となる。バリア塗工層の算術平均高さ（Ｓａ）は、１２μｍ以下であることがより好ましく、１０μｍ以下であることがさらに好ましく、８μｍ以下であることがよりさらに好ましい。 The arithmetic mean height (Sa) of the barrier coating layer is preferably 15.0 μm or less. By having the arithmetic mean height (Sa) of the barrier coating layer be 15.0 μm or less, the degree of adhesion with the laminate layer (thermoplastic resin film) laminated on this barrier coating layer is good, and the barrier properties such as oxygen permeability and water vapor permeability are improved. The arithmetic mean height (Sa) of the barrier coating layer is more preferably 12 μm or less, even more preferably 10 μm or less, and even more preferably 8 μm or less.
また、バリア塗工層のＰＰＳ平滑度（ハードバッキング、１Ｍｐａ）は、５．０μｍ以下であることが好ましい。バリア塗工層のＰＰＳ平滑度（ハードバッキング、１Ｍｐａ）が５．０μｍ以下であると、このバリア塗工層上に積層されるラミネート層（熱可塑性樹脂フィルム）との密着度合いが良好となるため、酸素透過度、水蒸気透過度などのバリア性がより良好となる。バリア塗工層のＰＰＳ平滑度（ハードバッキング、１Ｍｐａ）は、４．０μｍ以下がより好ましく、３．５μｍ以下がさらに好ましく、３．０μｍ以下がよりさらに好ましい。 The PPS smoothness (hard backing, 1 Mpa) of the barrier coating layer is preferably 5.0 μm or less. If the PPS smoothness (hard backing, 1 Mpa) of the barrier coating layer is 5.0 μm or less, the degree of adhesion with the laminate layer (thermoplastic resin film) laminated on this barrier coating layer will be good, and the barrier properties such as oxygen permeability and water vapor permeability will be better. The PPS smoothness (hard backing, 1 Mpa) of the barrier coating layer is more preferably 4.0 μm or less, even more preferably 3.5 μm or less, and even more preferably 3.0 μm or less.
但し、バリア塗工層形成後にカレンダー処理などの平滑化処理により平滑度を向上させた場合、平滑化処理時に加わる高い圧力により、バリア塗工層にクラックが生じてバリア性が悪化する場合がある。そのため、バリア塗工層の形成後には平滑化処理を行わず、算術平均高さ（Ｓａ）が１５．０μｍ以下の平滑面を有する紙基材を用い、この平滑面上に塗工によりバリア塗工層を形成することにより、バリア塗工層の表面も平滑にすることが好ましい。 However, if smoothness is improved by a smoothing treatment such as calendaring after the formation of the barrier coating layer, the high pressure applied during the smoothing treatment may cause cracks in the barrier coating layer, resulting in a deterioration of the barrier properties. Therefore, it is preferable not to perform a smoothing treatment after the formation of the barrier coating layer, but to use a paper substrate with a smooth surface with an arithmetic mean height (Sa) of 15.0 μm or less, and to form the barrier coating layer on this smooth surface by coating, thereby smoothing the surface of the barrier coating layer as well.
（水蒸気バリア層、ガスバリア層の塗工）
バリア塗工層は、バリア塗工層形成用の塗料を各種の塗工装置で塗工し、乾燥することにより形成することができる。
水蒸気バリア層、ガスバリア層の形成用塗料の紙基材への塗工方法については特に限定されるものではなく、公知の塗工装置及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、ロールコーター、エアナイフコーター、リバースロールコーター、カーテンコーター、スプレーコーター、サイズプレスコーター、ゲートロールコーターなどが挙げられる。また、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などが挙げられるが、水系塗工であることが好ましい。
水蒸気バリア層、ガスバリア層を乾燥させる手法としては、例えば、蒸気加熱ヒーター、ガスヒーター、赤外線ヒーター、電気ヒーター、熱風加熱ヒーター、マイクロウェーブ、シリンダードライヤー等の通常の方法が用いられる。
(Coating of water vapor barrier layer and gas barrier layer)
The barrier coating layer can be formed by applying a coating material for forming the barrier coating layer using various types of coating devices and drying the applied coating material.
The method of applying the coating material for forming the water vapor barrier layer and the gas barrier layer to the paper substrate is not particularly limited, and the coating can be performed using a known coating device and coating system. Examples of the coating device include a blade coater, a bar coater, a roll coater, an air knife coater, a reverse roll coater, a curtain coater, a spray coater, a size press coater, and a gate roll coater. Examples of the coating system include water-based coating using a solvent such as water, and solvent-based coating using a solvent such as an organic solvent, with water-based coating being preferred.
As a method for drying the water vapor barrier layer and the gas barrier layer, for example, a usual method such as using a steam heater, a gas heater, an infrared heater, an electric heater, a hot air heater, a microwave, or a cylinder dryer is used.
本発明において、水蒸気バリア層の塗工量は、乾燥重量で３ｇ／ｍ２以上５０ｇ／ｍ２以下とすることが好ましく、５ｇ／ｍ２以上４０ｇ／ｍ２以下とすることがより好ましく、７ｇ／ｍ２以上３０ｇ／ｍ２以下とすることがさらに好ましい。水蒸気バリア層の塗工量が３ｇ／ｍ２未満であると、紙基材を塗料が完全に被覆することが困難となり、十分な水蒸気バリア性が得られなくなることや、ガスバリア層用の塗料が紙基材まで浸透して均一なガスバリア塗工層が形成できずガスバリア性が不十分となる場合がある。一方、水蒸気バリア層の塗工量が５０ｇ／ｍ２より多いと、塗工時の乾燥負荷が大きくなる。
水蒸気バリア層は１層であってもよく、２層以上の多層で構成してもよい。水蒸気バリア層を２層以上の多層で構成する場合は、全ての水蒸気バリア層を合計した塗工量を上記範囲とすることが好ましい。
In the present invention, the coating amount of the water vapor barrier layer is preferably 3 g/ m2 or more and 50 g/ m2 or less, more preferably 5 g/ m2 or more and 40 g/ m2 or less, and even more preferably 7 g/ m2 or more and 30 g/ m2 or less, in terms of dry weight. If the coating amount of the water vapor barrier layer is less than 3 g/ m2 , it may be difficult to completely cover the paper substrate with the paint, and sufficient water vapor barrier properties may not be obtained, or the paint for the gas barrier layer may penetrate into the paper substrate, preventing the formation of a uniform gas barrier coating layer, resulting in insufficient gas barrier properties. On the other hand, if the coating amount of the water vapor barrier layer is more than 50 g/ m2 , the drying load during coating may be large.
The water vapor barrier layer may be one layer, or may be configured as two or more layers. When the water vapor barrier layer is configured as two or more layers, it is preferable that the total coating amount of all the water vapor barrier layers is within the above range.
本発明において、ガスバリア層の塗工量は、乾燥重量で０．２ｇ／ｍ２以上２０ｇ／ｍ２以下とすることが好ましい。ガスバリア層の塗工量が０．２／ｍ２未満であると、均一なガスバリア層を形成することが困難であるため、十分なガスバリア性が得られなくなる場合がある。一方、２０ｇ／ｍ２より多いと、塗工時の乾燥負荷が大きくなる。
ガスバリア層は１層であってもよく、２層以上の多層で構成してもよい。ガスバリア層を２層以上の多層で構成する場合は、全てのガスバリア層を合計した塗工量を上記範囲とすることが好ましい。
In the present invention, the coating amount of the gas barrier layer is preferably 0.2 g/ m2 or more and 20 g/ m2 or less in terms of dry weight. If the coating amount of the gas barrier layer is less than 0.2/ m2 , it is difficult to form a uniform gas barrier layer, and sufficient gas barrier properties may not be obtained. On the other hand, if it is more than 20 g/ m2 , the drying load during coating increases.
The gas barrier layer may be a single layer, or may be configured as a multi-layer of two or more layers. When the gas barrier layer is configured as a multi-layer of two or more layers, it is preferable that the total coating amount of all the gas barrier layers is within the above range.
「紙製バリア材料」
本発明のバリア材料は、上記したバリア原紙と、このバリア原紙のバリア塗工層上に接着層を介して積層された熱可塑性樹脂フィルムからなるラミネート層と、を有し、接着層の塗工量が、２．０ｇ／ｍ２以上４．５ｇ／ｍ２以下である。
"Paper barrier material"
The barrier material of the present invention comprises the above-mentioned barrier base paper, and a laminate layer made of a thermoplastic resin film laminated on the barrier coating layer of the barrier base paper via an adhesive layer, and the coating amount of the adhesive layer is 2.0 g/ m2 or more and 4.5 g/ m2 or less.
（ラミネート層）
ラミネート層は、バリア塗工層上に接着層を介して熱可塑性樹脂フィルムをドライラミネート法により積層される。
・熱可塑性樹脂フィルム
ラミネート層を形成する熱可塑性樹脂フィルムとしては、例えば、ポリオレフィン系樹脂（ＬＤＰＥ、ＬＬＤＰＥ等のポリエチレン、ポリプロピレン等）、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、ポリオレフィン系樹脂、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。また、得られた紙製バリア材料を、包装体としてヒートシール加工する際の加工性の点から、融点が１０５℃以上１６５℃以下であるものが好ましい。
ラミネート層の厚さは特に制限されないが、２５μｍ以上６０μｍ以下であることが、ヒートシール性と成形加工性のバランスの点から好ましい。
(Laminate layer)
The laminate layer is formed by laminating a thermoplastic resin film on the barrier coating layer via an adhesive layer by a dry lamination method.
Thermoplastic resin film As the thermoplastic resin film forming the laminate layer, for example, polyolefin resins (polyethylenes such as LDPE and LLDPE, polypropylene, etc.), ethylene-vinyl acetate resins, styrene-acrylic acid ester copolymer resins, acrylic resins, ethylene-acrylic resins, polyester resins (polyethylene terephthalate, polyethylene succinate, polybutylene terephthalate, polyethylene naphthalate, etc.), polyvinyl alcohol resins, polyvinyl acetate resins, polylactic acid resins, etc. can be used without any particular restrictions. Among these, polyolefin resins, ethylene-vinyl acetate resins, styrene-acrylic acid ester copolymer resins, acrylic resins, and ethylene-acrylic resins are preferred from the viewpoint of heat seal strength. In addition, biodegradable resins such as polyvinyl alcohol, polylactic acid, and poly(3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyhexanoate) (PHBH) are preferred from the viewpoint of reducing the environmental load when they are discharged as waste. Furthermore, from the standpoint of processability when the obtained paper barrier material is heat-sealed into a packaging material, it is preferable that the melting point is 105°C or higher and 165°C or lower.
The thickness of the laminate layer is not particularly limited, but is preferably from 25 μm to 60 μm in terms of the balance between heat sealability and moldability.
（接着層）
平滑面と熱可塑性樹脂フィルムからなるラミネート層は、接着層を介するドライラミネート法により積層されるが、接着層の塗工量（固形分）は２．０ｇ／ｍ２以上４．５ｇ／ｍ２以下である。
接着層の塗工量（固形分）が２．０ｇ／ｍ２未満では、バリア原紙とラミネート層との密着性が不十分となり隙間が生じ、想定通りのバリア性が発揮できない場合が多くなる。一方、接着層の塗工量（固形分）が４．５ｇ／ｍ２を超えると、塗工速度、乾燥速度が遅くなり生産性が低下する、残留溶媒が多くなり臭気等が生じる、材料の使用量が増えるため高コストとなる等の問題が生じやすくなる。
(Adhesive Layer)
The laminate layer consisting of the smooth surface and the thermoplastic resin film is laminated by a dry lamination method via an adhesive layer, and the coating amount (solid content) of the adhesive layer is 2.0 g/m 2 or more and 4.5 g/m 2 or less.
If the coating amount (solid content) of the adhesive layer is less than 2.0 g/ m2 , the adhesion between the barrier base paper and the laminate layer becomes insufficient, resulting in gaps and often preventing the expected barrier properties from being achieved. On the other hand, if the coating amount (solid content) of the adhesive layer exceeds 4.5 g/ m2 , problems such as reduced productivity due to slower coating and drying speeds, odors due to increased residual solvent, and higher costs due to increased material usage are likely to occur.
接着剤としては、ドライラミネートに使用されている接着剤を特に制限することなく使用することができ、例えば、ポリウレタン系（ポリエーテルポリオール、ポリエステルポリオール等）、ポリアクリル系、ポリエステル系、エポキシ系、ポリ酢酸ビニル系、セルロース系等の接着剤を使用することができ、ポリウレタン系接着剤が接着力の点で好ましい。また、接着剤層には、接着剤のほかに、硬化剤、溶剤等を配合することもできる。これらの中で、水を溶剤とするものが、大気中への揮発性有機化合物の排出削減や作業環境の衛生性の改善の点から好ましい。 The adhesive can be any adhesive used in dry lamination without any particular restrictions. For example, polyurethane-based (polyether polyol, polyester polyol, etc.), polyacrylic-based, polyester-based, epoxy-based, polyvinyl acetate-based, cellulose-based, and other adhesives can be used, with polyurethane-based adhesives being preferred in terms of adhesive strength. In addition to the adhesive, a hardener, solvent, etc. can also be blended into the adhesive layer. Among these, those that use water as a solvent are preferred in terms of reducing emissions of volatile organic compounds into the atmosphere and improving the hygiene of the work environment.
本発明の紙製バリア材料は、浮きの割合が３５％以下であることが好ましい。浮きの割合は、数値が小さいほど、層間の剥離が少ないことを意味する。そのため、浮きの割合は小さいことが好ましく、３０％以下がより好ましく、２５％以下がさらに好ましく、２０％以下がよりさらに好ましく、１５％以下がよりさらに好ましい。 The paper barrier material of the present invention preferably has a floating rate of 35% or less. The smaller the floating rate, the less peeling between layers occurs. Therefore, it is preferable that the floating rate is small, more preferably 30% or less, even more preferably 25% or less, even more preferably 20% or less, and even more preferably 15% or less.
本発明の紙製バリア材料は、少なくとも一面に熱可塑性樹脂フィルムからなるラミネート層を有し、ヒートシール可能なため、熱融着加工して包装体として使用することができる。
本発明の紙製バリア材料は、紙製バリア材料のまま、または各種樹脂等と積層する、各種汎用フィルム、バリアフィルム、アルミ箔等と貼合するなどして、食品などの包装材、容器、カップ等の包装用途に用いられる紙製バリア包装材料、または産業用資材などに用いられる積層体とすることが可能である。本発明の紙製バリア材料は、食品などの包装材、容器、カップ等の包装用途に用いられる紙製バリア包装材料として好適に使用することができ、食品などの軟包装袋として特に好適に使用することができる。なお、軟包装袋とは、構成としては、柔軟性に富む材料で構成されている包装材であり、一般には紙、フィルム、アルミ箔等の薄く柔軟性のある材料を、単体あるいは貼り合せた包装材を指す。軟包装袋の形状としては、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、スタンド袋などが挙げられる。
The paper barrier material of the present invention has a laminate layer made of a thermoplastic resin film on at least one surface and is heat-sealable, so it can be used as a packaging material after being heat-sealed.
The paper barrier material of the present invention can be used as it is, or laminated with various resins, etc., or pasted with various general-purpose films, barrier films, aluminum foil, etc., to form a paper barrier packaging material used for packaging applications such as packaging materials for food, containers, cups, etc., or a laminate used for industrial materials, etc. The paper barrier material of the present invention can be suitably used as a paper barrier packaging material used for packaging applications such as packaging materials for food, containers, cups, etc., and can be particularly suitably used as a soft packaging bag for food, etc. A soft packaging bag is a packaging material composed of a material with high flexibility, and generally refers to a packaging material composed of thin, flexible materials such as paper, film, aluminum foil, etc., either alone or pasted together. The shape of the soft packaging bag is not particularly limited, and examples thereof include vertical pillow packaging bags, horizontal pillow packaging bags, side seal bags, two-sided seal bags, three-sided seal bags, gusset bags, bottom gusset bags, and stand-up bags.
「紙製バリア材料の製造方法」
本発明の紙製バリア材料は、例えば、以下の工程により製造することができる。
紙基材を平滑化処理し、少なくとも一面を算術平均高さ（Ｓａ）が１５．０μｍ以下である平滑面とする平滑化工程。
平滑面上に、バリア塗工層を形成する塗工工程。
バリア塗工層上に、ドライラミネートにより、接着剤層を介して熱可塑性樹脂フィルムからなるラミネート層を設けるドライラミネート工程。
"Method of manufacturing paper barrier material"
The paper barrier material of the present invention can be produced, for example, by the following steps.
A smoothing process in which a paper substrate is smoothed to make at least one surface into a smooth surface having an arithmetic mean height (Sa) of 15.0 μm or less.
A coating process in which a barrier coating layer is formed on a smooth surface.
A dry lamination process in which a laminate layer made of a thermoplastic resin film is provided on the barrier coating layer by dry lamination via an adhesive layer.
ここで、上記したように、バリア塗工層も平滑であることが好ましいが、バリア塗工層にはカレンダー処理等の平滑化処理を施さないことが好ましい。バリア塗工層を平滑とするためには、紙基材の平滑面をより平滑にする、バリア塗工層の塗工を、塗料を低粘度とする、顔料等の粒径を小さくする等して、より均一な塗工面となる条件とする等の方法が挙げられる。 As mentioned above, it is preferable that the barrier coating layer is also smooth, but it is preferable that the barrier coating layer is not subjected to a smoothing treatment such as a calendaring treatment. In order to make the barrier coating layer smooth, methods that can be used include making the smooth surface of the paper substrate even smoother, or applying the barrier coating layer under conditions that result in a more uniform coating surface by using a paint with a low viscosity or by reducing the particle size of pigments, etc.
以下に実施例を挙げて、本発明を具体的に説明するが、本発明は、これらの例に限定されるものではない。なお、特に断らない限り、例中の部及び％は、それぞれ重量部、重量％を示す。
得られた紙基材、バリア原紙、紙製バリア材料について、以下に示す様な評価法に基づいて試験を行った。結果を表１に示す。
The present invention will be described in detail below with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples. In the examples, parts and percentages are by weight, respectively, unless otherwise specified.
The obtained paper substrate, barrier base paper, and paper barrier material were tested according to the evaluation methods shown below. The results are shown in Table 1.
〈酸素透過度（ガスバリア性）〉
ＭＯＣＯＮ社製、ＯＸ－ＴＲＡＮ２／２１を使用し、２３℃－０％ＲＨ条件にて測定した。
〈算術平均高さ（Ｓａ）〉
ＩＳＯ２５１７８－２：２０１２に準拠し、３Ｄマイクロスコープ（ＫＥＹＥＮＣＥ社製、ＶＲ－３０００）（ＩＳＯ４２８７準拠）を用いて、得られた紙基材及び紙製バリア原紙の計測表面領域（０．４ｃｍ2）における各点の基準表面からの距離の平均値として算術平均高さ（Ｓａ）を算出した。計測表面領域の歪みのある領域は１次のガウシアン回帰フィルターによって、歪みの抑制を行った。
・３Ｄマイクロスコープでの計測条件
フィルター種別：ガウシアン
終端効果の補正（歪みのある領域を抑制）：有効
Ｓ－フィルター（小さいスケールの粗さ成分を取り除くフィルター）：なし
Ｌ－フィルター（大きいスケールのうねり成分を取り除くフィルター）：なし
<Oxygen permeability (gas barrier properties)>
The measurement was carried out using OX-TRAN2/21 manufactured by MOCON Corporation under conditions of 23° C. and 0% RH.
<Arithmetic mean height (Sa)>
In accordance with ISO 25178-2:2012, the arithmetic mean height (Sa) was calculated as the average value of the distance from a reference surface to each point in the measured surface area (0.4 cm2 ) of the obtained paper substrate and paper barrier base paper using a 3D microscope (VR-3000, manufactured by KEYENCE) (in accordance with ISO 4287). Distortion in distorted areas of the measured surface area was suppressed using a first-order Gaussian regression filter.
- Measurement conditions for 3D microscope Filter type: Gaussian End effect correction (suppresses distorted areas): Enabled S-filter (filter to remove small-scale roughness components): None L-filter (filter to remove large-scale waviness components): None
〈ＰＰＳ平滑度〉
ＪＩＳ Ｐ８１５１：２００４（紙及び板紙－表面粗さ及び平滑度試験方法（エア・リーク法）－プリント・サーフ試験機法）に準じて得られた紙基材及び紙製バリア原紙のＰＰＳ平滑度を測定した。
〈フィルムと紙製バリア原紙間の浮きの割合〉
デジタルマイクロスコープ（ＫＥＹＥＮＣＥ社製、ＶＨＸ－６０００）を用いて、得られた紙製バリア材料の浮きの割合を評価した。紙製バリア材料のラミネート層側から撮像した画像について、計測表面領域（１２ｍｍ２）において二値化を行い、白い箇所をラミネート層や接着層が浮いている部分としてその面積の割合（白い箇所の面積／計測表面領域）を浮きの割合として算出した。
・デジタルマイクロスコープでの観察方法
照明方法：「同軸落射」を選択し、明視野で観察した。
白い箇所の面積：対象物の明るさ（輝度）を抽出し、該当部分の面積を自動面積測定により測定した。
<PPS smoothness>
The PPS smoothness of the obtained paper substrate and paper barrier base paper was measured in accordance with JIS P8151:2004 (Paper and paperboard -- Surface roughness and smoothness test method (air leak method) -- Print surf tester method).
<Floating ratio between film and paper barrier base paper>
The percentage of lifting of the resulting paper barrier material was evaluated using a digital microscope (KEYENCE, VHX-6000). Images taken from the laminate layer side of the paper barrier material were binarized over the measured surface area (12 mm2 ), and the white areas were designated as areas where the laminate layer or adhesive layer was lifted, and the percentage of this area (white area/measured surface area) was calculated as the percentage of lifting.
- Observation method using a digital microscope Illumination method: "Coaxial epi-illumination" was selected, and observation was performed in bright field.
Area of white area: The brightness (luminance) of the object was extracted, and the area of the corresponding part was measured using automatic area measurement.
［実施例１］
（紙基材１の作製）
カナダ式標準ろ水度（ＣＳＦ）５００ｍｌの広葉樹漂白クラフトパルプ（ＬＢＫＰ）とＣＳＦ５３０ｍｌの針葉樹漂白クラフトパルプ（ＮＢＫＰ）を８０／２０の重量比で配合して、原料パルプとした。
原料パルプに、乾燥紙力増強剤として分子量２５０万のポリアクリルアミド（ＰＡＭ）を対絶乾パルプ重量あたり０．１％、サイズ剤としてアルキルケテンダイマー（ＡＫＤ）を０．３５％、湿潤紙力増強剤としてポリアミドエピクロロヒドリン（ＰＡＥＨ）系樹脂を０．１５％、さらに歩留剤として分子量１０００万のポリアクリルアミド（ＰＡＭ）を０．０８％添加した後、ヤンキードライヤーを備えた長網式抄紙機（鈴木製機所製）を用いて、抄速３００ｍ／ｍｉｎの条件で、坪量５０ｇ／ｍ２である紙基材１を得た。
[Example 1]
(Preparation of Paper Base 1)
A hardwood bleached kraft pulp (LBKP) having a Canadian standard freeness (CSF) of 500 ml and a softwood bleached kraft pulp (NBKP) having a CSF of 530 ml were blended in a weight ratio of 80/20 to prepare a raw material pulp.
To the raw pulp, 0.1% by weight of the bone dry pulp of polyacrylamide (PAM) with a molecular weight of 2.5 million was added as a dry strength agent, 0.35% of alkyl ketene dimer (AKD) as a sizing agent, 0.15% of polyamide epichlorohydrin (PAEH) resin as a wet strength agent, and 0.08% of polyacrylamide (PAM) with a molecular weight of 10 million was added as a retention agent. Then, a paper base material 1 with a basis weight of 50 g/ m2 was obtained at a paper speed of 300 m/min using a Fourdrinier papermaking machine (manufactured by Suzuki Seikisho) equipped with a Yankee dryer.
（水蒸気バリア層用塗工液の調製）
大粒径エンジニアードカオリン（イメリス社製バリサーフＨＸ 粒子径９．０μｍ アスペクト比８０－１００）に分散剤としてポリアクリル酸ソーダを添加し（対無機顔料０．２部）、セリエミキサーで分散して固形分濃度５５％の大粒径カオリンスラリーを調製した。得られたカオリンスラリー中にスチレン・ブタジエン系ラテックス（日本ゼオン社製ＰＮＴ７８６８）を対顔料１００部（固形分）となるように配合し、固形分濃度５０％の水蒸気バリア層用塗工液を得た。
（ガスバリア層用塗工液の調製）
ポリビニルアルコール（日本酢ビ・ポバール株式会社製、ＶＣ－１０）の固形分濃度１２％の水溶液を調製し、ガスバリア層用塗工液とした。
(Preparation of Coating Solution for Water Vapor Barrier Layer)
A large particle size engineered kaolin (Imerys' Varisurf HX, particle size 9.0 μm, aspect ratio 80-100) was mixed with sodium polyacrylate as a dispersant (0.2 parts relative to inorganic pigment) and dispersed in a Serie mixer to prepare a large particle size kaolin slurry with a solids concentration of 55%. Styrene-butadiene latex (Zeon Corporation's PNT7868) was blended into the resulting kaolin slurry so that the ratio of pigment was 100 parts (solids), to obtain a coating liquid for a water vapor barrier layer with a solids concentration of 50%.
(Preparation of Coating Solution for Gas Barrier Layer)
An aqueous solution of polyvinyl alcohol (VC-10, manufactured by Nippon Vinyl Acetate & Poval Co., Ltd.) with a solids concentration of 12% was prepared as a coating liquid for the gas barrier layer.
（紙製バリア包装材料１の作製）
得られた紙基材のヤンキードライヤーの鏡面に接触した面（艶面）に、水蒸気バリア層用塗工液を乾燥重量で塗工量１２．０ｇ／ｍ２となるように片面塗工、乾燥した後、その上にガスバリア層用塗工液を乾燥重量で４．０ｇ／ｍ２となるよう片面塗工し、紙製バリア原紙を得た。
さらに得られた紙製バリア原紙のガスバリア層上にフィルム（フタムラ化学社製、ＬＬＤＰＥ、厚さ３０μｍ）を、接着剤（２液硬化型ポリウレタン系接着剤、硬化剤：ポリイソシアネート、溶媒：酢酸エチル）を塗工量（固形分）５ｇ／ｍ２となるようにドライラミネート法にて貼合し、紙製バリア材料を得た。
(Preparation of paper barrier packaging material 1)
The coating liquid for the water vapor barrier layer was coated on one side of the obtained paper substrate, the side that had come into contact with the mirror surface of the Yankee dryer (the glossy side), to give a coating amount of 12.0 g/ m2 in dry weight, and after drying, the coating liquid for the gas barrier layer was coated on top of that on one side to give a coating amount of 4.0 g/ m2 in dry weight, to obtain a paper barrier base paper.
Furthermore, a film (manufactured by Futamura Chemical Co., Ltd., LLDPE, thickness 30 μm) was laminated onto the gas barrier layer of the obtained paper barrier base paper using the dry lamination method with an adhesive (two-component curing polyurethane adhesive, curing agent: polyisocyanate, solvent: ethyl acetate) so that the coating amount (solid content) was 5 g/ m2 , to obtain a paper barrier material.
［実施例２］
（紙基材２の作製）
デュオフォーマーＦＭ型抄紙機にて抄紙し、得られた紙にカレンダーを用いて平滑処理（カレンダー加圧３０ｋｇ／ｃｍ・カレンダー段数２段）を行った以外は、実施例１と同様にして、紙基材２を得た。
（紙製バリア包装材料２の作製）
紙基材２を用いた以外は、実施例１と同様にして、紙製バリア材料を得た。
［実施例３］
（紙基材３の作製）
平滑処理（カレンダー加圧４５ｋｇ／ｃｍ・カレンダー段数３段）を行った以外は、実施例２と同様にして、紙基材３を得た。
（紙製バリア包装材料３の作製）
紙基材３を用いた以外は、実施例１と同様にして、紙製バリア材料を得た。
［実施例４］
（紙基材４の作製）
平滑処理（カレンダー加圧８０ｋｇ／ｃｍ・カレンダー段数３段）を行った以外は、実施例２と同様にして、紙基材４を得た。
（紙製バリア包装材料４の作製）
紙基材４を用いた以外は、実施例１と同様にして、紙製バリア材料を得た。
［実施例５］
接着剤の塗工量（固形分）を４．５ｇ／ｍ２とした以外は、実施例３と同様にして、紙製バリア材料を得た。
［実施例６］
接着剤の塗工量（固形分）を２．２ｇ／ｍ２とした以外は、実施例３と同様にして、紙製バリア材料を得た。
[Example 2]
(Preparation of paper base material 2)
A paper base material 2 was obtained in the same manner as in Example 1, except that paper was made using a Duoformer FM papermaking machine and the obtained paper was smoothed using a calendar (calender pressure 30 kg/cm, calendar stage number 2).
(Preparation of paper barrier packaging material 2)
A paper barrier material was obtained in the same manner as in Example 1, except that the paper substrate 2 was used.
[Example 3]
(Preparation of paper base material 3)
Paper base material 3 was obtained in the same manner as in Example 2, except that a smoothing treatment (calender pressure 45 kg/cm, calendar number of 3 stages) was performed.
(Preparation of paper barrier packaging material 3)
A paper barrier material was obtained in the same manner as in Example 1, except that the paper base material 3 was used.
[Example 4]
(Preparation of Paper Base 4)
A paper base material 4 was obtained in the same manner as in Example 2, except that a smoothing treatment (calender pressure 80 kg/cm, number of calender stages 3) was performed.
(Preparation of paper barrier packaging material 4)
A paper barrier material was obtained in the same manner as in Example 1 except that the paper base material 4 was used.
[Example 5]
A paper barrier material was obtained in the same manner as in Example 3, except that the coating amount (solid content) of the adhesive was 4.5 g/ m2.
[Example 6]
A paper barrier material was obtained in the same manner as in Example 3, except that the coating amount (solid content) of the adhesive was 2.2 g/ m2.
［比較例１］
紙基材１のヤンキードライヤーの鏡面に接触しなかった面（非艶面）にバリア塗工層を設けた以外は実施例１と同様にして、紙製バリア材料を得た。
［比較例２］
（紙基材５の作製）
平滑処理を行わない以外は、実施例２と同様にして、紙基材５を得た。
（紙製バリア包装材料５の作製）
紙基材５を用いた以外は、実施例１と同様にして、紙製バリア材料を得た。
［比較例３］
バリア塗工層に平滑処理（カレンダー加圧３０ｋｇ／ｃｍ・カレンダー段数２段）を行った以外は、比較例２と同様にして紙製バリア材料を得た。
［比較例４］
接着剤の塗工量（固形分）を１．５ｇ／ｍ２とした以外は、実施例３と同様にして、紙製バリア材料を得た。
[Comparative Example 1]
A paper barrier material was obtained in the same manner as in Example 1, except that a barrier coating layer was provided on the surface of paper base 1 that did not come into contact with the mirror surface of the Yankee dryer (non-glossy surface).
[Comparative Example 2]
(Preparation of Paper Base Material 5)
Paper base 5 was obtained in the same manner as in Example 2, except that the smoothing treatment was not carried out.
(Preparation of paper barrier packaging material 5)
A paper barrier material was obtained in the same manner as in Example 1 except that the paper base material 5 was used.
[Comparative Example 3]
A paper barrier material was obtained in the same manner as in Comparative Example 2, except that the barrier coating layer was subjected to a smoothing treatment (calender pressure of 30 kg/cm, calendar stage number of 2).
[Comparative Example 4]
A paper barrier material was obtained in the same manner as in Example 3, except that the coating amount (solid content) of the adhesive was 1.5 g/ m2.
本発明である実施例１～６で得られた紙製バリア材料は、酸素透過度の値が１．０ｃｃ／ｍ２・ｄａｙ・ａｔｍ以下と小さく、ガスバリア性に優れていた。
比較例１～３で得られた紙製バリア材料は、酸素透過度の値が５０ｃｃ／ｍ２・ｄａｙ・ａｔｍを越えており、ガスバリア性に劣っていた。これらは、使用したバリア原紙の算術平均高さ（Ｓａ）の値が大きく平滑性に劣っていたため、バリア原紙／接着層、または接着層／ラミネート層の界面に微細な隙間が生じ、紙製バリア材料の側端面から気体が逃げたためであると推測され、浮きの数値が大きいことからも裏付けられる。特に、比較例３より、バリア塗工層表面の平滑性ではなく、バリア原紙表面の平滑性が、重要であることが確認できる。
比較例４で得られた紙製バリア材料は、ドライラミネートに使用した接着剤の量が不十分であり、バリア原紙とラミネート層との密着性が不十分であり、ガスバリア性に劣っていた。
The paper barrier materials obtained in Examples 1 to 6 of the present invention had a small oxygen permeability of 1.0 cc/ m2 ·day·atm or less, and were excellent in gas barrier properties.
The paper barrier materials obtained in Comparative Examples 1 to 3 had oxygen permeability values exceeding 50 cc/ m2 day atm, and had poor gas barrier properties. This is presumably because the barrier base paper used had a large arithmetic mean height (Sa) value and poor smoothness, which led to fine gaps at the interface between the barrier base paper/adhesive layer, or the adhesive layer/laminate layer, causing gas to escape from the side edge surface of the paper barrier material, and this is also supported by the large lifting value. In particular, Comparative Example 3 confirms that it is the smoothness of the barrier base paper surface that is important, rather than the smoothness of the barrier coating layer surface.
The paper barrier material obtained in Comparative Example 4 had an insufficient amount of adhesive used in dry lamination, and the adhesion between the barrier base paper and the laminate layer was insufficient, resulting in poor gas barrier properties.
Claims (9)
前記バリア塗工層上に接着層を介して積層された熱可塑性樹脂フィルムからなるラミネート層と、
を有し、
前記平滑面の算術平均高さ（Ｓａ）が、１５．０μｍ以下であり、
前記接着層の塗工量が、２．０ｇ／ｍ２以上４．５ｇ／ｍ２以下であることを特徴とする紙製バリア材料。 A barrier base paper having a paper substrate having at least one smooth surface and a barrier coating layer coated on the smooth surface;
a laminate layer made of a thermoplastic resin film laminated on the barrier coating layer via an adhesive layer;
having
The arithmetic mean height (Sa) of the smooth surface is 15.0 μm or less,
1. A paper barrier material characterized in that the coating weight of the adhesive layer is 2.0 g/ m2 or more and 4.5 g/ m2 or less.
前記水蒸気バリア塗工層が、水蒸気バリア性樹脂と顔料とを含有し、
前記ガスバリア塗工層が、水溶性樹脂を含有することを特徴とする請求項１に記載の紙製バリア材料。 the barrier coating layer is a water vapor barrier coating layer and a gas barrier coating layer,
the water vapor barrier coating layer contains a water vapor barrier resin and a pigment,
The paper barrier material according to claim 1, characterized in that the gas barrier coating layer contains a water-soluble resin.
前記平滑面の算術平均高さ（Ｓａ）が、１５．０μｍ以下であることを特徴とするバリア原紙。 A paper substrate having at least one smooth surface and a barrier coating layer coated on the smooth surface,
A barrier base paper characterized in that the arithmetic mean height (Sa) of the smooth surface is 15.0 μm or less.
前記平滑面上に、バリア塗工層を形成する塗工工程、
前記バリア塗工層上に、ドライラミネートにより、接着剤層を介して熱可塑性樹脂フィルムからなるラミネート層を設けるドライラミネート工程、
を有することを特徴とする紙製バリア材料の製造方法。 A smoothing step of smoothing at least one surface of the paper substrate to obtain a smooth surface having an arithmetic mean height (Sa) of 15.0 μm or less;
a coating step of forming a barrier coating layer on the smooth surface;
a dry lamination step of providing a laminate layer made of a thermoplastic resin film on the barrier coating layer via an adhesive layer by dry lamination;
A method for producing a paper barrier material, comprising the steps of:
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