JP2024508965A - 高度に精製されたセルロースを含むバリアフィルムを製造するための方法 - Google Patents

Abstract

本発明は高度に精製されたセルロースを含むバリアフィルムを製造する方法であって、ａ）ＩＳＯ規格５２６７－１により決定して４０～９８の範囲のＳｃｈｏｐｐｅｒ－Ｒｉｅｇｌｅｒ（ＳＲ）数および０．１～１．５ｗｔ％の範囲の濃度で乾燥重量に基づいて少なくとも７００万繊維／グラムの長さ０．２ｍｍ超を有する繊維の含有量を有する高度に精製されたセルロースパルプを含む高度に精製されたセルロースパルプ懸濁液を準備する工程と；ｂ）高度に精製されたセルロースパルプ懸濁液のウェブを形成し、ウェブを抄紙機フォーマーにおいてワイヤ上で少なくとも５ｗｔ％の濃度に脱水して、基材ウェブを得る工程であり、パルプから除去される白水が、工程ａ）で調製された高度に精製されたセルロースパルプ懸濁液の２～２５ｗｔ％、好ましくは５～２０ｗｔ％、より好ましくは少なくとも５～１５ｗｔ％の固形分を含有する、工程と；ｃ）場合により基材ウェブをさらに脱水し、場合により乾燥させる工程と；ｄ）場合によりさらに脱水され場合により乾燥された基材ウェブを、セルロース微粒子またはミクロフィブリル化セルロースを含むコーティング懸濁液で被覆して、被覆されたウェブを得る工程と；ｅ）被覆されたウェブを脱水しおよび／または乾燥させて、高度に精製されたセルロースを含むバリアフィルムを得る工程とを含む、方法に関する。【選択図】なし

Description

本開示は紙および板紙をベースとする包装材料に有用なバリアフィルム、例えばガス、匂い（ａｒｏｍａ）、および／または防湿バリアフィルムに関する。より詳細には、本開示は高度に精製されたセルロース繊維を含むバリアフィルムを製造する方法に関する。

包装産業では感受性の製品を保護するために有効なガス、匂い、および／または防湿バリアが必要とされる。特に、酸素感受性の製品はその保存可能期間を延ばすために酸素バリアを必要とする。酸素感受性の製品には多くの食品が含まれるが、医薬品および電子産業製品もある。酸素バリア特性をもつ公知の包装材料は、通常多層コーティング構造の一部として含む１つもしくはいくつかのポリマーフィルムまたは酸素バリアポリマーの１つもしくはいくつかの層で被覆された繊維質の紙もしくは板からなり得る。食品の包装のためのもう１つ別の重要な性質はグリースおよび油に対する耐性である。

最近、デフィブリル化（ｄｅｆｉｂｒｉｌｌａｔｅｄ）セルロースフィブリルが例えば水に懸濁され、再編成され、再び一緒に結束されて連続したフィルムを形成している、高度に精製されたセルロースとミクロフィブリル化（ｍｉｃｒｏｆｉｂｒｉｌｌａｔｅｄ）セルロース（ＭＦＣ）から生産されたフィルムが開発された。かかるフィルムは良好なガスバリア特性と共にグリースおよび油に対する良好な耐性を提供することが判明している。

フィルムは、高度に精製されたセルロース懸濁液を多孔質の基材（に塗布してウェブを形成し、続いて基材を通して水を抜くことによりウェブを脱水してフィルムを形成することによって作成することができる。ウェブの形成は、例えば紙または板紙機械タイプのプロセスの使用によって達成することができる。多孔質の基材は例えば膜もしくは金網でよいか、または紙もしくは板紙基材であることができる。

高度に精製されたセルロースまたはＭＦＣ懸濁液からの抄紙機でのフィルムおよびバリア基材の製造は懸濁液および形成されるウェブの高い保水率および／または高い排水抵抗のために困難である。例えば圧力または吸引により助けられる急速または強制脱水はウェブからの微粒子の高い喪失、またはウェブ内の微粒子の一様でない垂直分布、およびピンホールの生成を引き起こす傾向があり、不十分なバリア特性のフィルムが得られる。一方、これらの問題を防ぐために脱水速度を遅くすると過度に長い脱水セクションが必要となる。

高度に精製されたセルロースまたはＭＦＣ懸濁液から形成されるウェブおよびフィルムに伴う問題は、通例不十分な引張および引裂強さを示すことである。

技術的および経済的な観点から、速い脱水を可能にすると同時にフィルムのバリアおよび引裂強さ特性を改良する溶液を見出すことが好ましいであろう。

本開示の目的は、先行技術の方法に伴う上述の問題の少なくともいくつかを軽減する、高度に精製されたセルロース繊維を含むバリアフィルムを製造する方法を提供することである。

本開示のさらなる目的は、高度に精製されたセルロース繊維を含むバリアフィルムを、紙または板紙機械タイプのプロセスで製造する改良された方法を提供することである。

本開示のさらなる目的は、再生可能な原料に基づく紙または板紙をベースとする包装材料においてガスバリアとして有用なバリアフィルムを提供することである。

本開示のさらなる目的は、バリアフィルムを含む包装製品の高いリサイクル性を提供する高い再パルプ化性をもつ紙または板紙をベースとする包装材料にガスバリアとして有用なバリアフィルムを提供することである。

上述の目的、ならびに本開示に照らして当業者には理解されるその他の目的は本開示の様々な態様により達成される。

本明細書に示されている第１の態様によれば、高度に精製されたセルロースを含むバリアフィルムを製造する方法であって、
ａ）ＩＳＯ規格５２６７－１により決定して４０～９８の範囲のＳｃｈｏｐｐｅｒ－Ｒｉｅｇｌｅｒ（ＳＲ）数を有し、長さ０．２ｍｍ超を有する繊維の含有量が０．１～１．５ｗｔ％の範囲の濃度（ｃｏｎｓｉｓｔｅｎｃｙ）で乾燥重量に基づいて少なくとも７００万繊維／グラムである高度に精製されたセルロースパルプを含む高度に精製されたセルロースパルプ懸濁液を調製する工程と；
ｂ）高度に精製されたセルロースパルプ懸濁液のウェブを形成し、ウェブを抄紙機フォーマーにおいてワイヤ上で少なくとも５ｗｔ％の濃度に脱水して、基材ウェブを得る工程であり、パルプから除去された白水が、工程ａ）で調製された高度に精製されたセルロースパルプ懸濁液の固形分の２～２５ｗｔ％、好ましくは５～２０ｗｔ％、より好ましくは少なくとも５～１５ｗｔ％を含有する、工程と；
ｃ）場合により基材ウェブをさらに脱水し、場合により乾燥させる工程と；
ｄ）場合によりさらに脱水され、場合により乾燥された基材ウェブを、セルロース微粒子またはミクロフィブリル化セルロース（ＭＦＣ）を含むコーティング懸濁液で被覆して、被覆されたウェブを得る工程と；
ｅ）被覆されたウェブを脱水しおよび／または乾燥させて、高度に精製されたセルロースを含むバリアフィルムを得る工程と
を含む、方法が提供される。

本発明の方法は高度に精製されたセルロースを含むバリアフィルムを抄紙機タイプのプロセスで効率的に製造することを可能にする。かかるフィルムは、例えば包装用途でガスバリアフィルムとして非常に有用であることが判明している。これらのフィルムは、紙または板紙包装製品のリサイクル性を低下させる合成ポリマーフィルムまたはアルミホイルのような従来のバリアフィルムに代えて使用することができる。本発明のフィルムは高い再パルプ化性を有し、フィルムおよびこれらのフィルムを含む紙または板紙包装製品の高いリサイクル性を提供する。

本明細書で使用される用語バリアフィルムは、広く、ガスおよび／または液体に対して低い透過性をもつ薄い連続したシートを形成した物質を意味する。パルプ懸濁液の組成物に応じて、フィルムは薄い紙またはさらに膜と考えることもできる。

バリアフィルムはそれ自体で使用することができ、または１以上の他の層と組み合わせることができる。フィルムは例えば板紙をベースとする包装材料でバリア層として有用である。バリアフィルムはまたグラシン紙、耐脂紙または薄い包装用紙のバリア層であってもまたはそれを構成していてもよい。

本発明は、高度に精製されたセルロースパルプ懸濁液中の比較的小さい割合の微粒子が懸濁液および形成されるウェブの高い保水性および／または高い排水抵抗を大いに担っているという認識を基礎としている。伝統的に、微粒子も出来上がったフィルムのバリア特性を大いに担うので、バリアフィルムを製造するとき微粒子のできるだけ多くをウェブ中に保持しようとすることが重要であると考えられていた。したがって、高度に精製されたセルロースからバリアフィルムを製造する以前の方策は、形成および脱水中微粒子をウェブ内に保持する手段、例えば化学的保持剤の添加に集中していた。

本発明は、代わりに、大きい割合の微粒子が白水と共にウェブから除去されるようにウェブを迅速に脱水するという考えに基づく。好ましくは、ウェブから除去される白水は、出発物質として使用した高度に精製されたセルロースパルプ懸濁液の２～２５ｗｔ％の範囲の固形分を含有する。迅速な脱水および微粒子の高い喪失の結果、比較的に低い密度、高い多孔性、およびピンホールの存在を有するウェブが生じる。

高い多孔性およびピンホールの存在のために、本明細書で基材ウェブといわれる得られたウェブはバリアフィルムとして使用するのに適していない。しかしながら、ウェブの多孔性およびピンホールの比較的に均一な分布のため、本発明者らは、高い脱水速度でも、セルロース微粒子またはＭＦＣを含むコーティングで基材ウェブを被覆すると、非常に低い坪量でさえ、ウェブのバリア特性を劇的に改良することができるので、バリアフィルムとして使用するのに適したフィルムを得ることができるということを見出した。

原理上、本発明は、微粒子をウェブのバルクから除去し、後に微粒子またはＭＦＣをウェブの表面に加えるという発想に基づいている。本発明の発想は場合によってウェブのバルクからウェブの表面への微粒子の再分配とみてもよい。微粒子のこの再分配はいくつかの利点を有する。

多孔質の基材ウェブは迅速に脱水することができ、またウェブの多孔性はウェブに付けられたセルロース微粒子またはＭＦＣを含むコーティングの迅速な脱水および乾燥を可能にする。結果として、本発明の方法はバリアフィルムとして使用するのに適したフィルムの迅速な生産を可能にする。

細孔およびピンホールは基材ウェブに受け入れられるので、ピンホールの形成なしに脱水するのが困難なより高い坪量のフィルムを製造することができる。

ウェブの表面に微粒子またはＭＦＣの高い局部的濃度を生起する本発明の方法はまた、バリアフィルム中の物質の総量を低減することも可能にするが、それでも同様のバリア特性を提供する。

ウェブのバルクの微粒子の低減はまた、バルクに微粒子が保持された全体的に高度に精製されたパルプから形成された対応するフィルムより顕著に高い引裂強さをもつフィルムをもたらすことも判明している。

ウェブの表面における微粒子またはＭＦＣの高い濃度はまたカレンダリングに対する表面の応答を改良することもできる。

その高い表面積のために、微粒子はより粗い粒子より高い程度に化学物質と結合する。微粒子のバルクから表面への再分配はウェブの表面積全体にわたる微粒子のより均一な分布、そしてそれにより微粒子に結合した化学物質のより均一な分布ももたらす。

本発明の方法の工程を実行するためにいろいろな配列が当業者により考えることができようが、本発明の方法は抄紙機で有利に実行されよう。抄紙機（または製紙機）はパルプおよび紙工業において紙を高速で大量に作成するために使用される工業用機械である。現代の製紙機は通例、動くメッシュ織物、すなわち「ワイヤ」を使用して、パルプ懸濁液中の繊維をろ過し、繊維の連続的に動く湿ったウェブを生成することにより連続したウェブを作成する長網抄紙機の原理に基づいている。この湿ったウェブをその後機械で乾燥させて紙またはフィルムを生産する。

本発明の方法の形成（フォーミング）および脱水工程は抄紙機の、一般にウェットエンドと呼ばれるフォーミングセクションで実行される。湿ったウェブは抄紙機のフォーミングセクションでワイヤ上に形成される。

従来の長網抄紙機において、ウェブはパルプ懸濁液から底部を通して水を抜く単一のワイヤ上に形成される。このプロセスの結果、ウェブのワイヤに対向して乾燥する側、すなわちワイヤ側はウェブの頂部側、すなわちフェルト側と異なる組織を有することになる。ツインワイヤタイプフォーマー、例えばギャップフォーマーまたはハイブリッドフォーマーは従来のＦｏｕｒｄｒｉｎｉｅｒフォーマーの変形であり、１つではなく２つのワイヤを利用する。ツインワイヤタイプフォーマーは２つのワイヤの間にウェブを挟み、ウェブの頂部と底部からの排水を可能にし、２つのワイヤ側のあるウェブを生産する。

ワイヤはエンドレスワイヤが好ましい。本発明の方法に使用されるワイヤは好ましくは速い脱水および高い排水能力を可能にするために比較的高い多孔性を有する。ワイヤの空気透過性は好ましくは１００Ｐａで４０００ｍ^３／ｍ^２／時より大きい。

パルプ懸濁液はヘッドボックスを用いてワイヤに付けられる。ヘッドボックスの機能はパルプ懸濁液をワイヤの幅一杯に均一に分配することである。ヘッドボックスにおいて、ポンプでパイプに送られたパルプ懸濁液はワイヤの幅全体にわたる同じ流れ方向および本質的に同じ流量の均一な長方形の流れに変換される。

ヘッドボックスは通例マニホールド分配器、流れ安定化エレメントおよびスライスからなる。マニホールド分配器はワイヤの幅全体にわたり同じ速度、量およびジェット厚みのスライス開口を通してパイプ流れを長方形の流れに変換するテーパー付きヘッダーである。

ヘッドボックスはいくつかの目的の役に立つ：
（１）「機械方向」（ＭＤ）に一定の速度で横の「交差方向」（ＣＤ）成分のない均一で安定なジェットを提供すること；
（２）制御された乱流をパルプ懸濁液中に作り出してフロック（ｆｌｏｃ）を分散させ、均一な懸濁液を作成すること；および
（３）速い紙生産のためにパルプ懸濁液を高速に加速すること。

形成された後、湿ったウェブはワイヤ上で脱水される。脱水とは、湿ったウェブの乾燥固形分がパルプ懸濁液の乾燥固形分と比較して増大しているが、脱水された基材ウェブがなおまだかなりの量の水を含むことを意味する場合がある。本開示の目的から、ウェブは抄紙機フォーマーで少なくとも５ｗｔ％の濃度に脱水される。

ワイヤ上でのウェブの脱水は当技術分野で公知の方法および機器を用いて行われ得る。抄紙機のワイヤセクションは様々な脱水装置、例えばブレード、テーブルおよび／またはホイルエレメント、吸引函、摩擦なし脱水、超音波支援脱水、クーチロール、またはダンディロールを有し得る。ツインワイヤタイプフォーマーでは、脱水装置はウェブの片側または両側に設けられ得、ウェブの頂部および底部からの排水を可能にし得る。

本発明の方法の工程ａ）で調製される出発物質は高度に精製されたセルロースパルプ懸濁液である。セルロースパルプの精製または叩解はそれらに所望の特性を付与するためのセルロース繊維の機械的な処理および変更を意味する。高度に精製されたセルロースパルプ懸濁液はセルロースをベースとする繊維質物質および場合により非繊維質の添加剤の水に懸濁した混合物を含む水性懸濁液である。パルプ懸濁液は、例えば漂白もしくは未漂白の針葉樹パルプもしくは広葉樹パルプ、クラフトパルプ、加圧式砕木パルプ（ＰＧＷ）、熱機械（ＴＭＰ）、ケミサーモメカニカルパルプ（ＣＴＭＰ）、中性亜硫酸塩セミケミカルパルプ（ＮＳＳＣ）、損紙、再生繊維、またはこれらの混合物からなる群から選択されるいろいろな原料から生成することができる。

本明細書で使用される高度に精製されたセルロースパルプという用語は、かなりの精製に供されたが、セルロースパルプのすべてが従来の実験室用分画（ｆｒａｃｔｉｏｎａｔｉｏｎ）装置（ＳＣＡＮ－ＣＭ ６６：０５）の２００メッシュスクリーン（相当穴径（ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ ｈｏｌｅ ｄｉａｍｅｔｅｒ）７６μｍ）を通り抜けるほどではないセルロースパルプを意味する。好ましくは高度に精製されたセルロースパルプの７５％以下がＳＣＡＮ－ＣＭ ６６：０５に従う従来の実験室用分画装置の２００メッシュのスクリーンを通り抜ける。より好ましくは高度に精製されたセルロースパルプの５０％以下がＳＣＡＮ－ＣＭ ６６：０５に従う従来の実験室用分画装置の２００メッシュのスクリーンを通り抜ける。このように、高度に精製されたセルロースパルプはより細かい粒子とより粗い粒子の混合物を含む。高度に精製されたセルロースパルプ内の粒子のサイズ分布は使用される出発物質および精製プロセスに依存し得る。

本明細書で使用される高度に精製されたセルロースパルプという用語は、ＩＳＯ規格５２６７－１により決定して４０を超えるＳｃｈｏｐｐｅｒ－Ｒｉｅｇｌｅｒ（ＳＲ）数を有するセルロースパルプを指す。高度に精製されたセルロースパルプの高い排水抵抗は大きい割合の表面フィブリル化繊維、部分的に膨潤した繊維および／または繊維から解放されたフィラメントにより生じ得る。好ましくは、工程ａ）で調製される高度に精製されたセルロースパルプのＳＲ数は４０～９８の範囲である。一部の実施形態において、工程ａ）で高度に精製されたセルロースパルプのＳＲ数はＩＳＯ規格５２６７－１により決定して５０～９８の範囲、好ましくは５５～９４の範囲、より好ましくは６０～９２の範囲である。

高度に精製されたセルロースパルプは長さ０．２ｍｍ超を有する繊維の含有量が乾燥重量に基づいて少なくとも７００万繊維／グラム、好ましくは乾燥重量に基づいて少なくとも９００万繊維／グラム、より好ましくは乾燥重量に基づいて少なくとも１５００万繊維／グラムである。長さ０．２ｍｍ超を有する繊維の含有量は例えばＬ＆Ｗ Ｆｉｂｅｒ ｔｅｓｔｅｒ Ｐｌｕｓ機器（Ｌ＆Ｗ／ＡＢＢ）を用いて決定され得る。

一部の実施形態において、高度に精製されたセルロースパルプは長さ０．２ｍｍ超を有する繊維の平均フィブリル面積が少なくとも１５％、好ましくは少なくとも１７％、より好ましくは少なくとも２０％である。平均フィブリル面積はＦｉｂｅｒ Ｔｅｓｔｅｒ Ｐｌｕｓ機器を用いて決定される。「平均フィブリル面積」は本明細書で使用されるとき長さで重み付けした平均フィブリル面積を意味する。

高度に精製されたセルロースパルプの乾燥固形分は専ら高度に精製されたセルロースからなってもよいし、または高度に精製されたセルロースおよび他の成分もしくは添加剤の混合物を含むことができる。

高度に精製されたセルロースパルプ懸濁液はその主要な成分として、パルプ懸濁液の総乾燥重量に対して高度に精製されたセルロースを含む。一部の実施形態において、高度に精製されたセルロースパルプ懸濁液は高度に精製されたセルロースパルプ懸濁液の総乾燥重量に対して少なくとも５０乾燥重量％、好ましくは少なくとも７０乾燥重量％、より好ましくは少なくとも８０乾燥重量％または少なくとも９０乾燥重量％の高度に精製されたセルロースを含む。一部の実施形態において、高度に精製されたセルロースパルプ懸濁液は高度に精製されたセルロースパルプ懸濁液の総乾燥重量に対して５０～９９乾燥重量％の範囲、好ましくは７０～９９乾燥重量％の範囲、より好ましくは８０～９９乾燥重量％の範囲、より好ましくは９０～９９乾燥重量％の範囲の高度に精製されたセルロースを含む。

高度に精製されたセルロースパルプ懸濁液はさらにヘミセルロースおよび／またはリグニンを含み得る。

一部の実施形態において、高度に精製されたセルロースパルプ懸濁液は高度に精製されたセルロースパルプ懸濁液の総乾燥重量に対して１０重量％以下のリグニン含有量を有する。

一部の実施形態において、高度に精製されたセルロースパルプ懸濁液は高度に精製されたセルロースパルプ懸濁液の総乾燥重量に対して１０～３０重量％の範囲のヘミセルロース含有量を有する。

高度に精製されたセルロースパルプ懸濁液はさらに添加剤、例えば天然デンプンもしくはデンプン誘導体、セルロース誘導体、例えばカルボキシメチルセルロースナトリウム、充填剤、凝集添加剤、解膠添加剤、乾燥強度添加剤、軟化剤、架橋助剤、サイジング化学物質、染料および着色剤、湿潤強度樹脂、固定剤、脱泡助剤、微生物およびヘドロ調節助剤、またはこれらの混合物を含み得る。

本発明の方法は、保持および排水化学物質の添加にあまり依存しない、脱水速度を増大する代替方法を提供する。したがって、高度に精製されたセルロースパルプ懸濁液は好ましくは保持および排水化学物質を含まないが、一部の実施形態においては小量の保持および排水化学物質が使用されてもよい。一部の実施形態において、高度に精製されたセルロースパルプ懸濁液は添加された保持および排水化学物質を含まない。

高度に精製されたセルロースパルプ懸濁液は好ましくは高度に精製されたセルロースパルプ懸濁液の総乾燥重量に対して全体で２０乾燥重量％以下の添加剤を含む。より好ましくは高度に精製されたセルロースパルプ懸濁液は高度に精製されたセルロースパルプ懸濁液の総乾燥重量に対して全体で１０乾燥重量％以下の添加剤を含む。

本発明の方法で使用される高度に精製されたセルロースパルプ懸濁液は０．１～１．５ｗｔ％の範囲の濃度を有するべきである。これより低い濃度は適切な坪量のウェブを調製するのに便利でなく、より高い濃度ではウェブからセルロース微粒子と一緒に水を効率的に抜くのが困難になる。０．１～１．５ｗｔ％の範囲の濃度が坪量とセルロース微粒子と一緒の効率的な排水との適切なバランスを提供することが判明している。一部の実施形態において、工程ａ）で調製される高度に精製されたセルロースパルプ懸濁液の濃度は０．１～１ｗｔ％の範囲、好ましくは０．２～０．８ｗｔ％の範囲、より好ましくは０．２～０．６ｗｔ％の範囲である。

高度に精製されたセルロースパルプは好ましくは乾燥されていないパルプから生産される。乾燥されていないパルプは多くの利益を有するが、１つの欠点は乾燥されていないパルプが乾燥されているパルプと比較して脱水するのがより困難なことである。本発明に従う方法では乾燥されていないパルプから良好なやり方で高度に精製されたセルロースパルプを脱水することが可能であることが判明した。

本発明は、微粒子の大部分が白水と共にウェブから除去されるようにウェブを迅速に脱水するという発想に基づいている。工程ｂ）で脱水する間、水が少なくとも５ｗｔ％の濃度に除去される。一部の実施形態において、工程ｂ）での脱水は基材ウェブを少なくとも７．５ｗｔ％、好ましくは少なくとも１０ｗｔ％の濃度に脱水することを含む。

工程ｂ）での脱水中パルプから除去される白水は高度に精製されたセルロースパルプ懸濁液の比較的高い割合の固形分を含む。パルプから除去される白水は２～２５ｗｔ％、好ましくは５～２０ｗｔ％、より好ましくは少なくとも５～１５ｗｔ％の範囲の固形分を含有する。

一部の実施形態において、工程ｂ）で形成される基材ウェブの乾燥坪量は２０～１６０ｇｓｍの範囲、好ましくは２０～１００ｇｓｍの範囲、より好ましくは２０～８０ｇｓｍの範囲である。しかしながら、本発明の方法は、従来の方法によってはピンホールの生成なしに脱水するのが困難であろう４０ｇｓｍ以上のようなより高い坪量のウェブおよびバリアフィルムの製造が可能になるという点で有利である。したがって、一部の実施形態において、工程ｂ）で形成される基材ウェブの乾燥坪量は４０～１６０ｇｓｍの範囲、好ましくは４０～１００ｇｓｍの範囲、より好ましくは４０～８０ｇｓｍの範囲である。

脱水中の微粒子の除去のために、工程ｂ）で形成される基材ウェブは、微粒子がより大きい程度に保持されているウェブより低い密度を有し得る。一部の実施形態において、工程ｂ）で形成される基材ウェブの乾燥密度は５５０～１１００ｋｇ／ｍ^３の範囲、好ましくは５５０～１０５０ｋｇ／ｍ^３の範囲である。

工程ｂ）で形成される基材ウェブは２００００秒／１００ｍｌ以下、通例１００００秒／１００ｍｌ以下、または５０００秒／１００ｍｌ以下のＧｕｒｌｅｙ ｈｉｌｌ多孔性を有する。より具体的には、２０～８０ｇｓｍの範囲、好ましくは２０～４０ｇｓｍの範囲の乾燥坪量を有する工程ｂ）で形成された基材ウェブは２００００秒／１００ｍｌ以下、通例１００００秒／１００ｍｌ以下、または５０００秒／１００ｍｌ以下のＧｕｒｌｅｙ ｈｉｌｌ多孔性を有する。一部の実施形態において、工程ｂ）で形成された基材ウェブはＩＳＯ規格５６３６／５に準じて測定して１００～２００００秒／１００ｍｌの範囲、好ましくは１００～１００００秒／１００ｍｌの範囲、より好ましくは１００～５０００秒／１００ｍｌの範囲のＧｕｒｌｅｙ ｈｉｌｌ多孔性を有する。高い多孔性およびピンホールの存在のため、得られる基材ウェブはさらなる修正なしにバリアフィルムとして使用するには適していない。

高度に精製されたセルロースパルプ、特に８０を超えるＳｃｈｏｐｐｅｒ－Ｒｉｅｇｌｅｒ（ＳＲ）数を有する高度に精製されたセルロースパルプから形成されたウェブおよびフィルムに伴う問題は、それらが通例不十分な引張および引裂強さを示すことである。この度、本発明の方法に従って形成される微粒子が低減した基材ウェブは、微粒子が保持された全パルプから形成される対応するウェブより高い引裂強さを有することが判明した。本発明の方法では、３．５ｍＮｍ^２／ｇを超える、好ましくは４ｍＮｍ^２／ｇを超える、より好ましくは５ｍＮｍ^２／ｇを超える引裂インデックス幾何平均（すなわち（引裂インデックス（ｍｄ）×引裂インデックス（ｃｄ））^１／２）を有する基材ウェブが、８０を超えるＳＲ数を有する高度に精製されたセルロースパルプから形成することができるということが見出された。引裂インデックス幾何平均は通例１０ｍＮｍ^２／ｇを下回る。

本明細書で本発明は、主に基材ウェブが単一のウェブ層から形成される実施形態に関して記載される。しかしながら、基材ウェブはまた、追加のウェブ層を含んでもよいと理解される。したがって、形成される基材ウェブが２以上のウェブ層から形成されることも可能である。２以上の層は例えば２以上のヘッドボックスを用いて、または多層化ヘッドボックスを用いて形成され得る。

脱水および微粒子の除去は抄紙機フォーマーで達成される。抄紙機フォーマーはワイヤであり、単一のワイヤまたはツインワイヤタイプのフォーマーであることができる。一部の実施形態において、抄紙機フォーマーは単一ワイヤタイプのフォーマー、例えば長網抄紙機タイプのフォーマーである。一部の実施形態において、抄紙機フォーマーはツインワイヤタイプのフォーマー、例えばギャップフォーマーまたはハイブリッドフォーマーである。

本発明者らは、高度に精製されたセルロースの形成および迅速な両側の脱水にツインワイヤタイプのフォーマーを使用すると、長網抄紙機タイプフォーマーのような従来の単一ワイヤフォーマーで生成した類似のウェブと比較して明らかに違った特性を有するウェブが生成することを見出した。特に、両側脱水されたウェブは、高い脱水速度でさえ、多孔性およびピンホールのより均一な分布を有する。

一部の実施形態において、ワイヤは１００Ｐａで４０００ｍ^３／ｍ^２／時を超える空気透過性を有する。

脱水および微粒子の除去は好ましくは高速で動くワイヤ上で達成され、真空および／またはウェブにかけられた圧力により補助される。

一部の実施形態において、ワイヤは少なくとも３００ｍ／分、好ましくは少なくとも５００ｍ／分、より好ましくは少なくとも７００ｍ／分の速度で動く。

抄紙機でバリアフィルムおよびバリア基材を高度に精製されたセルロースまたはＭＦＣ懸濁液から製造するときの問題は、懸濁液および形成されるウェブの高い保水率および／または高い排水抵抗が長い脱水時間および遅い生成速度につながることである。例えば圧力または吸引により補助される急速または強制脱水はウェブからの微粒子の高い喪失およびピンホールの生成を招き、結果として不十分なバリア特性のフィルムを生じる傾向がある。通例ＭＦＣフィルムの生成の場合少なくとも１０秒のワイヤ上の脱水時間（滞留時間）が必要とされる。これは商業的生産目的にとってあまりに遅過ぎる。

本発明の方法は、脱水中微粒子がウェブに保持される従来のフィルム形成および脱水方法と比較して脱水時間をかなり低減することが可能になる。

一部の実施形態において、ワイヤ上の基材ウェブの滞留時間は７秒未満、好ましくは５秒未満、より好ましくは３秒未満である。

ウェブにかけられた真空および／または圧力を用いた高速でのウェブの迅速な脱水の結果、大部分の微粒子が白水と共にウェブから除去される。高い多孔性およびピンホールの存在のため、得られる基材ウェブはさらなる修正なしではバリアフィルムとして使用するのに適さない。

フィルムのバリア特性を改良するために、基材ウェブを、セルロース微粒子またはＭＦＣを含むコーティング懸濁液で被覆して被覆されたウェブを得る。コーティング懸濁液の微粒子またはＭＦＣは基材ウェブの表面の細孔およびピンホールを効果的にブロックし、これによりウェブのバリア特性を劇的に増大する。コーティング懸濁液の大部分の微粒子またはＭＦＣはウェブの表面上または内に捕らえられてコーティング層を形成する。

本明細書でセルロース微粒子またはミクロフィブリル化セルロース（ＭＦＣ）という用語が使用されるとき一般にセルロース繊維よりサイズがかなり小さいセルロース粒子を意味する。

一部の実施形態において、本明細書で微粒子またはセルロース微粒子という用語が使用されるとき一般に、従来の実験室用分画装置（ＳＣＡＮ－ＣＭ ６６：０５）の２００メッシュスクリーン（相当穴径７６μｍ）を通り抜けることができる微細なセルロース粒子を意味する。２つの主要な種類の繊維微粒子、すなわち一次および二次微粒子がある。一次微粒子はパルプ化および漂白中に生成し、その際化学的および機械的処理により細胞壁マトリックスから除去される。その起源（すなわち、複合中間ラメラ（ｃｏｍｐｏｕｎｄ ｍｉｄｄｌｅ ｌａｍｅｌｌａ）、放射組織細胞（ｒａｙ ｃｅｌｌ）、柔組織細胞）の結果として、一次微粒子はフレーク様構造を示し、少しだけフィブリル状物を共有する。対照的に、二次微粒子はパルプの精製中に生成する。一次および二次微粒子のどちらも抄紙機のフォーミングセクションにおける脱水に負の影響を有する。パルプ繊維と比較すると大きい比表面積のため、微粒子はパルプおよび紙の生産で使用される高い割合の化学添加剤も消費する。

コーティング懸濁液の微粒子は、例えば漂白もしくは未漂白の針葉樹パルプもしくは広葉樹パルプ、クラフトパルプ、加圧式砕木パルプ（ＰＧＷ）、熱機械的（ＴＭＰ）、ケミサーモメカニカルパルプ（ＣＴＭＰ）、中性亜硫酸塩セミケミカルパルプ（ＮＳＳＣ）、ブローク、再生繊維、またはこれらの混合物からなる群から選択されるいろいろな原料から生成することができる。

セルロース微粒子はさらにヘミセルロースおよび／またはリグニンを含み得る。

一部の実施形態において、微粒子は微粒子の総乾燥重量に対して１０重量％以下のリグニン含有量を有する。

一部の実施形態において、微粒子は微粒子の総乾燥重量に対して１０～３０重量％の範囲のヘミセルロース含有量を有する。

一部の実施形態において、コーティング懸濁液はミクロフィブリル化セルロース（ＭＦＣ）を含む。ミクロフィブリル化セルロース（ＭＦＣ）は特許出願の関係では２０ｎｍ～１０００ｎｍの幅または直径を有するセルロース粒子、繊維またはフィブリルを意味する。

ＭＦＣを作成するには、単一もしくは多数回精製、予備的加水分解後の精製または高剪断崩壊もしくはフィブリルの遊離のような様々な方法が存在する。ＭＦＣ製造をエネルギー効率的かつ持続可能にするために通常１つまたはいくつかの前処理工程が必要とされる。このようにＭＦＣを生産するときに使用されるパルプのセルロース繊維は天然でもよいし、または、例えばヘミセルロースもしくはリグニンの量を低減するために酵素的もしくは化学的に前処理してもよい。セルロース繊維はフィブリル化の前に化学的に修飾されてもよく、ここでセルロース分子は元のセルロースに見られる以外の（１以上の）官能基を含有する。かかる基としては、特に、カルボキシメチル（ＣＭ）、アルデヒドおよび／またはカルボキシル基（Ｎ－オキシル媒介酸化により得られるセルロース、例えば「ＴＥＭＰＯ」）、または四級アンモニウム（カチオン性セルロース）がある。上記方法の１つで修飾または酸化された後、繊維をＭＦＣに崩壊させるのはより容易である。

ＭＦＣは木材セルロース繊維から、広葉樹および針葉樹繊維の両方から生産することができる。また微生物起源、農業繊維、例えば麦わらパルプ、タケ、バガス、またはその他の非木材繊維起源から作成することもできる。未使用繊維由来パルプ、例えば機械的、化学的および／または熱機械的パルプを含めたパルプから作成することができる。またブロークまたは再生紙から作成することもできる。

コーティング懸濁液の固形分は好ましくは主にセルロース微粒子またはＭＦＣからなる。一部の実施形態においてコーティング懸濁液はコーティング懸濁液の乾燥重量に対して少なくとも５０％、好ましくは少なくとも６０％、少なくとも７０％、少なくとも８０％、または少なくとも９０％のセルロース微粒子を含む。一部の実施形態において、コーティング懸濁液の固形分はコーティング懸濁液の総乾燥重量に対して５０～９９乾燥重量％の範囲、好ましくは６０～９９乾燥重量％の範囲、より好ましくは７０～９９乾燥重量％の範囲、より好ましくは８０～９９乾燥重量％の範囲、より好ましくは９０～９９乾燥重量％の範囲のセルロース微粒子を含む。

コーティング懸濁液はセルロース微粒子またはＭＦＣおよび場合により非繊維質の添加剤の水に懸濁した混合物を含み得る。

一部の実施形態においてコーティング懸濁液はさらにナノ粒子および／または増摩剤を含む。

一部の実施形態においてコーティング懸濁液は高度に精製されたセルロースパルプの分画により、すなわち高度に精製されたセルロースパルプの固形分を粗い画分および微粒子画分に分離することにより得られるセルロース微粒子を含む。

一部の実施形態においてコーティング懸濁液は工程ｂ）で除去された白水から得られるセルロース微粒子を含む。

分画からの、または工程ｂ）で除去された白水からの微粒子はそのまま使用することができ、または最初に酵素（例えばセルラーゼ）処理、精製、および／または高圧流動化のような追加の処理に供することができる。

コーティング懸濁液は限定されないがヘッドボックス、スプレーコーティング、またはカーテンコーティングを始めとする様々な方法を用いて塗布することができる。これらのタイプの析出技術を用いるとき、塗布は単一の析出工程で、またはより均一なコーティングを得るために、また基材ウェブの形成を妨げないように、多数の析出工程を用いて行うことができる。コーティング懸濁液の塗布は例えば同じまたは実質的に同じコーティング懸濁液を塗布する少なくとも２つの連続したスプレーまたはカーテンコーティングユニットを用いて達成することができる。好ましい実施形態において、コーティング懸濁液はカーテンコーティングにより塗布される。一部の実施形態において、コーティング懸濁液はフォームコーティングにより塗布される。

一部の実施形態において、工程ｂ）で得られた基材ウェブはまだ湿っているままで被覆される。一部の実施形態において、基材ウェブはコーティングが設けられる前にさらなる脱水および／または乾燥に供される。工程ｃ）における任意選択のさらなる脱水は当技術分野で公知の方法および機器を用いてワイヤ上で行われ得、その例には限定されることはないがテーブルロールおよびホイル、吸引函、摩擦なし脱水および超音波支援脱水がある。また、工程ｃ）における任意選択のさらなる脱水は基材ウェブをプレスして可能な限り多くの水を搾り出すことを含み得る。さらなる脱水は例えば形成された基材ウェブを抄紙機のプレスセクションに通して通過させることを含み得、そこでウェブは高圧下でロードされた大きいロール間を通過して可能な限り多くの水を搾り出す。一部の実施形態においてさらなる脱水は基材ウェブを１以上のシュープレスに通して通過させることを含む。除去される水は通例布またはフェルトにより受け取られる。一部の実施形態において、さらなる脱水後の基材ウェブの乾燥固形分は１５～４８ｗｔ％の範囲、好ましくは１８～４０ｗｔ％の範囲、より好ましくは２２～３５ｗｔ％の範囲である。任意選択の乾燥は例えば一連の加熱された乾燥シリンダーの周りにウェブを通過させることにより基材ウェブを乾燥させることを含み得る。乾燥は通例水含有量を約１～１５ｗｔ％、好ましくは約２～１０ｗｔ％のレベルに低下し得る。

一部の実施形態においてコーティング懸濁液は４０～９５℃の範囲、好ましくは５０～９５℃の範囲、より好ましくは６０～９５℃の範囲の温度を有する。

本発明者らは、高い脱水速度でさえ、基材ウェブの多孔性およびピンホールの比較的に均一な分布のために、セルロース微粒子またはＭＦＣを含むコーティングで基材ウェブを被覆すると、非常に低い坪量であっても、ウェブのバリア特性を劇的に改良することができて、バリアフィルムとして使用するのに適したフィルムを得ることができるということを見出した。一部の実施形態において、工程ｄ）でウェブ上に被覆されるセルロース微粒子またはＭＦＣの乾燥被覆重量は０．１～１０ｇｓｍの範囲、好ましくは０．１～５ｇｓｍの範囲、より好ましくは０．１～３．ｇｓｍの範囲である。一部の実施形態において、工程ｄ）でウェブ上に被覆されるセルロース微粒子またはＭＦＣの乾燥被覆重量は０．１～３ｇｓｍの範囲、好ましくは０．１～２．５ｇｓｍの範囲、より好ましくは０．１～１．７５ｇｓｍの範囲である。

一部の実施形態において、コーティング懸濁液は基材ウェブの片側のみに付けられる。一部の実施形態においてコーティング懸濁液は基材ウェブの両側に付けられる。

ウェブ上に被覆されたセルロース微粒子またはＭＦＣの低い坪量のために、工程ｄ）で得られる被覆されたウェブの乾燥坪量は工程ｂ）で得られた基材ウェブの乾燥坪量とそれほど大きく異ならないであろう。一部の実施形態において、工程ｄ）で得られる被覆されたウェブの乾燥坪量は２０～１６０ｇｓｍの範囲、好ましくは２０～１００ｇｓｍの範囲、より好ましくは２０～８０ｇｓｍの範囲である。

基材ウェブのコーティングは出来上がったバリアフィルム中のピンホールの発生を実質的に除外するが、それでも高い生産速度を可能にすることが判明している。先行技術では、増大した脱水速度は、プロセスの湿ったウェットエンドで大量の保持および排水化学物質を用いて増大した凝集を引き起こすことにより時には達成された。しかしながら、保持および排水化学物質はまたより多孔質のウェブ構造も生じ得、したがってかかる化学物質の使用を最小限にする必要がある。本発明の方法は、保持および排水化学物質の添加にあまり依存しない、脱水速度を増大する代わりの手段を提供する。一部の実施形態において、コーティング懸濁液は添加された保持および排水化学物質を含まない。

基材ウェブはコーティング懸濁液が付けられるとき湿っていてもまたは乾燥していてもよい。一部の実施形態において、コーティング懸濁液は脱水されたがまだ乾燥されてない基材ウェブに付けられる。次いで被覆されたウェブはその後さらに脱水され、場合により乾燥させてバリアフィルムを得る。一部の実施形態において、コーティング懸濁液はウェブが抄紙機のプレスセクションに入る前に付けられる。

被覆されたウェブはその後さらに脱水され、場合により乾燥させて高度に精製されたセルロースを含むバリアフィルムを得る。脱水および／または乾燥工程ｅ）で、被覆されたウェブの乾燥固形分はさらに増大する。得られるバリアフィルムは好ましくは９０ｗｔ％を超える乾燥固形分を有する。

コーティング懸濁液の水はより少ない排水抵抗の基材ウェブを通した排水により、または乾燥により、またはその組合せにより除去することができる。被覆されたウェブの排水および／または乾燥の結果高度に精製されたセルロースを含むバリアフィルムが得られる。

ワイヤ上の被覆されたウェブのさらなる脱水は当技術分野で公知の方法および機器を用いて行い得る。抄紙機のワイヤセクションはブレード、テーブルおよび／またはホイルエレメント、吸引函、摩擦なし脱水、超音波支援脱水、クーチロール、またはダンディロールのような様々な脱水装置を有し得る。この工程における脱水は、被覆されたセルロース微粒子またはＭＦＣのウェブ表面からの喪失を避けるために、好ましくは片側であり、ウェブの底部側から行われる。

さらなる脱水は被覆されたウェブをプレスして可能な限り多くの水を搾り出すことも含み得る。さらなる脱水は例えば形成されて被覆されたウェブを抄紙機のプレスセクションに通して通過させることを含み得、ウェブは高圧下でロードされた大きいロールの間を通過して可能な限り多くの水を搾り出す。一部の実施形態においてさらなる脱水は被覆されたウェブを１以上のシュープレスに通して通過させることを含む。除去される水は通例布またはフェルトにより受け取られる。一部の実施形態において、さらなる脱水後の被覆されたウェブの乾燥固形分は１５～４８ｗｔ％の範囲、好ましくは１８～４０ｗｔ％の範囲、より好ましくは２２～３５ｗｔ％の範囲である。

任意選択の乾燥は例えばウェブを一連の加熱された乾燥シリンダーの周りに通過させることにより被覆されたウェブを乾燥させることを含み得る。乾燥は通例水含有量を約１～１５ｗｔ％、好ましくは約２～１０ｗｔ％のレベルに低減し得る。一部の実施形態において、乾燥はウェブをＹａｎｋｅｅシリンダーで乾燥させることを含む。Ｙａｎｋｅｅシリンダーは出来上がったフィルム上に光沢のある表面を生成するのにも使用することができる。

最終のバリアフィルムの乾燥固形分はフィルムの意図された用途に応じて変化し得る。例えば、独立型の製品として使用されるバリアフィルムは８５～９９ｗｔ％の範囲、好ましくは９０～９８ｗｔ％の範囲の乾燥固形分を有し得るが、紙または板紙をベースとする包装材料を形成するためにさらなる積層に使用されるフィルムは９０ｗｔ％未満、好ましくは８５ｗｔ％未満の範囲、例えば３０～８５ｗｔ％の範囲の乾燥固形分を有し得る。

セルロース微粒子またはＭＦＣをもつコーティングは、非常に低い坪量でも、ウェブのバリア特性を劇的に改良することができ、その結果バリアフィルムとして使用するのに適したフィルムを得ることができる。工程ｄ）で形成される被覆された基材は被覆されてない基材ウェブのＧｕｒｌｅｙ ｈｉｌｌ多孔性より高い、好ましくは顕著に高い多孔性を有する。工程ｄ）で形成される被覆された基材は通例ＩＳＯ規格５６３６／５に準じて測定して５０００秒／１００ｍｌ以上、通例２００００秒／１００ｍｌ以上、または４００００秒／１００ｍｌ以上のＧｕｒｌｅｙ ｈｉｌｌ多孔性を有する。より具体的には、２０～８０ｇｓｍの範囲、好ましくは２０～４０ｇｓｍの範囲の乾燥坪量を有する工程ｄ）で形成される被覆された基材は、ＩＳＯ規格５６３６／５に準じて測定して５０００秒／１００ｍｌ以上、通例２００００秒／１００ｍｌ以上、または４００００秒／１００ｍｌ以上のＧｕｒｌｅｙ ｈｉｌｌ多孔性を有する。

ピンホールは形成プロセス中にウェブ内に現れる可能性がある顕微鏡的な穴である。ピンホールの出現の理由の例には、例えばフィブリルの凝集または再凝集、粗い脱水布、ワイヤ上の一様でないパルプ分布、または低過ぎるウェブ坪量により生成するパルプ懸濁液中の不規則性が含まれる。一部の実施形態において、バリアフィルムはＥＮ規格１３６７６：２００１に準じて測定してｍ^２当たり１０未満のピンホール、好ましくは８未満のピンホール、より好ましくは２未満のピンホールを含む。測定はバリアフィルムを着色溶液（例えばエタノール中の染料Ｅ１３１ Ｂｌｕｅ）で処理し、表面を顕微鏡で検査することを含む。

バリアフィルムは通例グリースおよび油に対して良好な耐性を示す。バリアフィルムのグリース耐性はＩＳＯ規格１６５３２－２に準じてＫＩＴ－テストにより評価される。テストはひまし油、トルエンおよびヘプタンの一連の混合物を使用する。油対溶媒の比が低下すると共に、粘度および表面張力も低下し、連続する混合物が耐えるのをより困難にする。性能は、１５秒後にシートを暗くしない最も高い数に割り振られた溶液により評価される。故障を引き起こすことなく紙の表面上に留まる最も高い数に割り振られた溶液（最も攻撃的）が「キット等級」（最大１２）として報告される。一部の実施形態において、バリアフィルムのＫＩＴ値はＩＳＯ規格１６５３２－２に準じて測定して少なくとも８、好ましくは少なくとも１０である。

バリアフィルムは通例ＡＳＴＭ規格Ｄ－３９８５に準じて５０％の相対湿度および２３℃で測定して１０００ｃｃ／ｍ^２／日未満の酸素移動速度（ＯＴＲ）を有する。一部の実施形態において、バリアフィルムはＡＳＴＭ規格Ｄ－３９８５に準じて５０％の相対湿度および２３℃で測定して１００ｃｃ／ｍ^２／日未満、好ましくは５０ｃｃ／ｍ^２／日未満、より好ましくは１０ｃｃ／ｍ^２／日未満の酸素移動速度（ＯＴＲ）を有する。

バリアフィルムは好ましくは高い再パルプ化性を有する。一部の実施形態において、バリアフィルムはＰＴＳ－ＲＨ ０２１／９７試験法に従ってカテゴリーＩＩ材料として試験したとき３０％未満、好ましくは２０％未満、より好ましくは１０％未満または５％未満または２％未満の残留物を示す。

本発明の方法に従って形成される低減した微粒子をもつ基材ウェブから形成されたバリアフィルムは微粒子が保持された基材ウェブから形成された対応するバリアフィルムより顕著に高い引裂強さを有する。本発明の方法で３．５ｍＮｍ^２／ｇを超える、好ましくは４ｍＮｍ^２／ｇを超える、より好ましくは５ｍＮｍ^２／ｇを超える引裂インデックス幾何平均（すなわち（引裂インデックス（ｍｄ）×引裂インデックス（ｃｄ））^１／２）を有する基材ウェブ、およびそれによりその基材ウェブを含むバリアフィルムも、８０を超えるＳＲ数を有する高度に精製されたセルロースパルプから形成することができるということが判明した。引裂インデックス幾何平均は通例１０ｍＮｍ^２／ｇより低い。

本明細書に示されている第２の態様によれば、本発明の方法により得ることができる、高度に精製されたセルロースを含むバリアフィルムが提供される。

すでに述べたように、この度、本発明の方法に従って形成される低減した微粒子をもつ基材ウェブ、およびかかる基材ウェブから形成されるバリアフィルムは、微粒子が保持された全パルプから形成される対応するウェブより顕著に高い引裂強さを有することが判明した。さらに、本発明の方法で３．５ｍＮｍ^２／ｇを超える、好ましくは４ｍＮｍ^２／ｇを超える、より好ましくは５ｍＮｍ^２／ｇを超える引裂インデックス幾何平均（すなわち（引裂インデックス（ｍｄ）×引裂インデックス（ｃｄ））^１／２）を有する、基材ウェブ、またはかかる基材ウェブから形成されるバリアフィルムが、８０を超えるＳＲ数を有する高度に精製されたセルロースパルプから形成することができるということが見出された。

このように、一部の実施形態において、バリアフィルムは８０を超えるＳＲ数を有する高度に精製されたセルロースパルプから形成され、３．５ｍＮｍ^２／ｇを超える、好ましくは４ｍＮｍ^２／ｇを超える、より好ましくは５ｍＮｍ^２／ｇを超える引裂インデックス幾何平均（すなわち（引裂インデックス（ｍｄ）×引裂インデックス（ｃｄ））^１／２）を有する。引裂インデックス幾何平均は通例１０ｍＮｍ^２／ｇより低い。

バリアフィルムはそれ自体で使用することができ、または１以上の他の層と組み合わせることができる。フィルムは例えば板紙をベースとする包装材料でバリア層として有用である。バリアフィルムはまたグラシン、耐脂紙または薄い包装用紙のバリア層であるかまたはそれを構成することもある。

本発明のバリアフィルムは熱可塑性ポリマーの１以上の層で被覆されるかまたはかかる層と積層されると薄い包装フィルムとして殊に適する。このように、バリアフィルムは一部の実施形態において１以上のポリマー層で被覆され得るかまたはかかる層と積層され得る。

一般に、製品、ポリマー、材料、層およびプロセスは様々な成分または工程を「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」として記載されているが、これら製品、ポリマー、材料、層およびプロセスはまたそれら様々な成分および工程「から本質的になる（ｃｏｎｓｉｓｔ ｅｓｓｅｎｔｉａｌｌｙ ｏｆ）」かまたは「からなる（ｃｏｎｓｉｓｔ ｏｆ）」こともできる。

本発明が様々な例示の実施形態に関して記載されて来たが、当業者には理解されるように、本発明の範囲から逸脱することなく、様々な変更をなしてもよく、また等価なものをその要素と置き換えてもよい。さらに、本発明の本質的な範囲から逸脱することなく、特定の状況または材料を本発明の教示に適合させるべく多くの修正をなすことができる。したがって、本発明はこの発明を実施するために考えられる最良の態様として開示された特定の実施形態に限定されることなく、本発明は添付の特許請求の範囲の範囲内に入るすべての実施形態を包含することが意図されている。

例１（比較）
ＳＲ値＞９０に精製され、Ｌ＆Ｗ Ｆｉｂｅｒ ｔｅｓｔｅｒ Ｐｌｕｓ機器（Ｌ＆Ｗ／ＡＢＢ）を用いて決定された約２０％（＞０．２ｍｍ）のフィブリル面積および試料１グラム当たり約１５００万の繊維量（＞０．２ｍｍ）を有する高度に精製された針葉樹パルプをｐＨ約７および濃度１．７ｗｔ％で調製し、パイロット抄紙機にかけた。比形成（ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｆｏｒｍａｔｉｏｎ）は０．５１で比較的に良好であり、形成されたフィルムの引張インデックス比（ｔｅｎｓｉｌｅ ｉｎｄｅｘ ｒａｔｉｏ）（ｍｄ／ｃｄ）は約２であった。結果を表１に示す。

この例は、高度に精製されたパルプから高密度のバリアフィルムを調製することができるが、パルプの排水抵抗が非常に高いので、機械の速度を極めて低く（３０ｍ／分）保たなければならず、それ故にウェブの製造が非常に遅いことを示した。

例２（比較）
ＳＲ値９０超に精製され、Ｌ＆Ｗ Ｆｉｂｅｒ ｔｅｓｔｅｒ Ｐｌｕｓ機器（Ｌ＆Ｗ／ＡＢＢ）を用いて決定された約２０％（＞０．２ｍｍ）のフィブリル面積および約１５００万／グラム試料の繊維量（＞０．２ｍｍ）を有する高度に精製された針葉樹パルプをｐＨ約７および濃度１．７ｗｔ％で調製し、長網抄紙機レイアウトのフルスケール抄紙機にかけた。比形成は約０．７、引張インデックス比は約２であった。

機械の速度はパルプの高い排水抵抗のために約１３０ｍ／分に低下させなければならなかった。脱水中ワイヤを通して除去された固形分の量は出発物質として使用した高度に精製されたセルロースパルプの固形分の約２ｗｔ％であった。

下記表１の結果は、高密度のシートを作成することができるが、高い排水抵抗のため製造速度が低く、ベース（ｂａｓｅ）の形成および均一性も負の影響を受けることを示す。

実施例３
ＳＲ値９０超に精製され、Ｌ＆Ｗ Ｆｉｂｅｒ ｔｅｓｔｅｒ Ｐｌｕｓ機器（Ｌ＆Ｗ／ＡＢＢ）を用いて決定された約２０％（＞０．２ｍｍ）のフィブリル面積および約１５００万／グラム試料（＞０．２ｍｍ）の繊維量を有する高度に精製された針葉樹パルプを調製し、０．５～０．６ｗｔ％の濃度に希釈し、６．５～８のｐＨおよび３７～４４℃の範囲の温度で５００ｍ／分の速度のツインワイヤハイブリッドフォーマーにかけた。

脱水中にパルプから除去された白水中の固形分の濃度は約０．０５ｗｔ％であり、これは脱水中にワイヤを通して除去された固形分の量が出発物質として使用した高度に精製されたセルロースパルプの固形分の約１０ｗｔ％であったことを意味する。

この例は、高量の高度に精製されたパルプを含有するウェブを高速で脱水することができ、その結果かなりの割合の微細な固形分のパルプからの除去（すなわち分画）のために増大した空気透過性をもつウェブが得られることを裏付けている。

興味深いことに、比形成が０．４３で、これは極めて良好であり、また引張インデックス比は３．７５で、これは非常に高いことが認められた。また、引裂抵抗が極めて良好であり、パルプを分画に供することがウェブ強度に正の効果を有することを裏付けている。

例４（比較）
８２のＳＲに精製され、Ｌ＆Ｗ Ｆｉｂｅｒ ｔｅｓｔｅｒ Ｐｌｕｓ機器（Ｌ＆Ｗ／ＡＢＢ）を用いて決定される約１７％（＞０．２ｍｍ）のフィブリル面積および約１１００万／グラム（＞０．２ｍｍ）の繊維量を有する針葉樹パルプをＦｏｒｍｅｔｔｅ装置（実験室用装置）でシートに調製した。形成されたシートの坪量は３０ｇｓｍであった。２３℃／５０％ＲＨで決定されたシートのＯＴＲは１８９ｃｃ／ｍ^２／日であり、これはシートがいくらかのバリア特性を有するが、比較例１と同じレベルではないことを裏付ける。これは主として例１より少し粗い繊維材料のためである。

実施例５
この例は、高度に精製されたセルロースパルプから形成された基材ウェブを、ミクロフィブリル化セルロース（ＭＦＣ）の形態の微細なセルロース細胞材料を含むコーティングで被覆することの効果を示すために行った。

この例は例４と同じ精製された針葉樹パルプを使用した。２５ｇｓｍのシートをＦｏｒｍｅｔｔｅ装置でパルプから形成し、その後スプレー装置を用いてシート上に５ｇｓｍのＭＦＣ層を付けた。ＭＦＣは高圧流動化の前に針葉樹繊維を酵素（セルラーゼ）で処理することにより調製した。ＭＦＣコーティングを脱水後だが乾燥前に基材ウェブに付けた。基材ウェブの坪量は２５ｇｓｍであり、ウェブに付けたＭＦＣの量は５ｇｓｍであった。２３℃／５０％ＲＨで決定された被覆されたシートのＯＴＲは３であり、微細なＭＦＣをシート表面に付ける効果が確かめられた。

実施例６
例１をパイロット抄紙機で繰り返したが、ここでは高度に精製されたセルロースパルプに未精製の針葉樹パルプを３０％添加した。これはバリア特性をもたない高度に多孔質の基材ウェブを与えた。

その後、脱水したが乾燥させていないウェブに例５で使用したＭＦＣコーティングを湿式カーテンコーティングにより付けた。

被覆された基材の２３℃／５０％ＲＨで決定されたＯＴＲは５６５ｃｃ／ｍ^２／日であった。この比較的低いＯＴＲは、高度に精製されたパルプへの３０％の未精製繊維の添加により表される基材ウェブ内の非常に高い粒子／繊維サイズ分布にもかかわらずＭＦＣコーティングが表面を閉じることができるということを裏付けた。

Claims (23)

1. 高度に精製されたセルロースを含むバリアフィルムを製造する方法であって、
   ａ）ＩＳＯ規格５２６７－１により決定して４０～９８の範囲のＳｃｈｏｐｐｅｒ－Ｒｉｅｇｌｅｒ（ＳＲ）数および０．１～１．５ｗｔ％の範囲の濃度で乾燥重量に基づいて少なくとも７００万繊維／グラムの長さ０．２ｍｍ超を有する繊維の含有量を有する高度に精製されたセルロースパルプを含む高度に精製されたセルロースパルプ懸濁液を調製することと；
   ｂ）基材ウェブを得るために、高度に精製されたセルロースパルプ懸濁液のウェブを形成し、ウェブを抄紙機フォーマーにおいてワイヤ上で少なくとも５ｗｔ％の濃度に脱水することであって、、ワイヤ上の基材ウェブの滞留時間が７秒未満であり、パルプから除去される白水が、工程ａ）で調製された高度に精製されたセルロースパルプ懸濁液の２～２５ｗｔ％、好ましくは５～２０ｗｔ％、より好ましくは少なくとも５～１５ｗｔ％の固形分を含有する、高度に精製されたセルロースパルプ懸濁液のウェブを形成し、ウェブを抄紙機フォーマーにおいてワイヤ上で少なくとも５ｗｔ％の濃度に脱水することと；
   ｃ）任意選択的に基材ウェブをさらに脱水し、任意選択的に乾燥させることと；
   ｄ）任意選択的にさらに脱水され、任意選択的に乾燥された基材ウェブを、セルロース微粒子またはミクロフィブリル化セルロースを含むコーティング懸濁液で被覆して、被覆されたウェブを得ることと；
   ｅ）高度に精製されたセルロースを含むバリアフィルムを得るために、被覆されたウェブを脱水しおよび／または乾燥させる、ことと
   を含む、方法。
2. 工程ａ）で調製された高度に精製されたセルロースパルプ懸濁液の濃度が、０．１～１ｗｔ％の範囲、好ましくは０．２～０．８ｗｔ％の範囲、より好ましくは０．２～０．６ｗｔ％の範囲である、請求項１に記載の方法。
3. 工程ｂ）が、基材ウェブを少なくとも７．５ｗｔ％、好ましくは少なくとも１０ｗｔ％の濃度に脱水することを含む、請求項１または２に記載の方法。
4. 工程ｂ）で形成された基材ウェブの乾燥坪量が、２０～１６０ｇｓｍの範囲、好ましくは２０～１００ｇｓｍの範囲、より好ましくは２０～８０ｇｓｍの範囲である、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
5. 工程ｂ）で形成された基材ウェブの乾燥密度が、５５０～１１００ｋｇ／ｍ^３の範囲、好ましくは５５０～１０５０ｋｇ／ｍ^３の範囲である、請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
6. 工程ｂ）で形成された基材ウェブがＩＳＯ規格５６３６／５に準じて測定して１００～２００００秒／１００ｍｌの範囲、好ましくは１００～１００００秒／１００ｍｌの範囲、より好ましくは１００～５０００秒／１００ｍｌの範囲のＧｕｒｌｅｙ ｈｉｌｌ多孔性を有する、請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。
7. 抄紙機フォーマーが単一ワイヤタイプのフォーマーである、請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。
8. 抄紙機フォーマーがツインワイヤタイプのフォーマーである、請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。
9. ワイヤが、１００Ｐａで４０００ｍ^３／ｍ^２／時を超える空気透過性を有する、請求項１から８のいずれか一項に記載の方法。
10. ワイヤが、少なくとも３００ｍ／分、好ましくは少なくとも５００ｍ／分、より好ましくは少なくとも７００ｍ／分の速度で動く、請求項１から９のいずれか一項に記載の方法。
11. ワイヤ上の基材ウェブの滞留時間が、５秒未満、より好ましくは３秒未満である、請求項１から１０のいずれか一項に記載の方法。
12. 脱水が真空および／または圧力により支援される、請求項１から１１のいずれか一項に記載の方法。
13. コーティング懸濁液が、懸濁液の乾燥重量に対して少なくとも５０％のセルロース微粒子またはＭＦＣを含む、請求項１から１２のいずれか一項に記載の方法。
14. コーティング懸濁液がさらに、ナノ粒子および／または増摩剤を含む、請求項１から１３のいずれか一項に記載の方法。
15. コーティング懸濁液が、高度に精製されたセルロースパルプの分画により得られたセルロース微粒子を含む、請求項１から１４のいずれか一項に記載の方法。
16. コーティング懸濁液が、工程ｂ）で除去された白水から得られるセルロース微粒子を含む、請求項１から１５のいずれか一項に記載の方法。
17. コーティング懸濁液が、カーテンコーティングにより塗布される、請求項１から１６のいずれか一項に記載の方法。
18. コーティング懸濁液が、４０～９５℃の範囲、好ましくは５０～９５℃の範囲、より好ましくは６０～９５℃の範囲の温度を有する、請求項１から１７のいずれか一項に記載の方法。
19. 工程ｄ）でウェブに被覆されたセルロース微粒子またはＭＦＣの乾燥被覆重量が、０．１～１０ｇｓｍの範囲、好ましくは０．１～５ｇｓｍの範囲、より好ましくは０．１～３ｇｓｍの範囲である、請求項１から１８のいずれか一項に記載の方法。
20. 工程ｄ）で得られた被覆されたウェブの乾燥坪量が、２０～１６０ｇｓｍの範囲、好ましくは２０～１００ｇｓｍの範囲、より好ましくは２０～８０ｇｓｍの範囲である、請求項１から１９のいずれか一項に記載の方法。
21. 工程ｄ）で得られた被覆されたウェブが、ＩＳＯ規格５６３６／５に準じて測定して５０００秒／１００ｍｌ以上、通例２００００秒／１００ｍｌ以上、または４００００秒／１００ｍｌ以上のＧｕｒｌｅｙ ｈｉｌｌ多孔性を有する、請求項１から２０のいずれか一項に記載の方法。
22. 請求項１から２１のいずれか一項に記載の方法により得ることができる、バリアフィルム。
23. バリアフィルムが８０を超えるＳＲ数を有する高度に精製されたセルロースパルプから形成され、３．５ｍＮｍ^２／ｇを超え、好ましくは４ｍＮｍ^２／ｇを超え、より好ましくは５ｍＮｍ^２／ｇを超える引裂インデックス幾何平均（すなわち（引裂インデックス（ｍｄ）×引裂インデックス（ｃｄ））^１／２）を有する、請求項２２に記載のバリアフィルム。