JP4765784B2

JP4765784B2 - 積層体

Info

Publication number: JP4765784B2
Application number: JP2006162584A
Authority: JP
Inventors: 有二杉山; 一夫荻田; 憲一遠藤; 宏樹佐竹
Original assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Current assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Priority date: 2006-06-12
Filing date: 2006-06-12
Publication date: 2011-09-07
Anticipated expiration: 2026-06-12
Also published as: JP2007331130A

Description

本願発明は、平滑化加工された紙基材にオレフィン系熱可塑性樹脂を押出コーティングにより積層した積層体および前記積層体を用いた紙製容器に関する。

近年、環境問題に対する関心が高くなっている。産業界においても、この環境問題が重要な検討課題となっており、技術の改良が日々行われている。
包装業界において、紙に熱可塑性樹脂がコーティングされている積層体は、広く包装材料として使用されている。例えば、液体紙容器、冷凍食品カートン等のカートン、紙トレー、紙コップ等で耐水性が求められる用途には広く使用されている。
この紙に熱可塑性樹脂を積層する方法として、熱可塑性樹脂を熱溶融させて紙上にコーティングする押出コーティングが一般的である。

しかしながら、熱可塑性樹脂を従来の押出コーティング法により製造した積層体を用いた包装材料は加工性や機能性において利点を有し、紙と熱可塑性樹脂が強力に接着している。このような包装材料を分別して廃棄しようとしても、紙と熱可塑性樹脂が強力に接着しているため、熱可塑性樹脂から紙が十分に剥離しないという問題がある。紙基材に熱可塑性樹脂の一部が残った状態であると、紙としての再利用が困難となる。一方、紙と熱可塑性樹脂が非常に容易に剥離してしまうと、積層体から紙製容器への加工が非常に難しくなる。
また、紙基材と熱可塑性樹脂が全面に渡って一様に接着されていると、紙基材から熱可塑性樹脂を剥離させようとしたときに、剥がす切っ掛けが存在しないため剥がしづらいという問題も生じていた。

つまり、紙と熱可塑性樹脂が、加工性を低下させない程度まで接着し、熱可塑性樹脂や紙が再利用するために問題がない程度まで剥離することができて、さらに容易に剥がす切っ掛けを設けることができる積層体が望まれている。

本願発明者らは上記課題を解決すべく鋭意検討した。その結果、オレフィン系熱可塑性樹脂が押出コーティングされて紙基材と接着する力よりも弱い力で接着する条件（弱接着条件下）で、平滑化加工が施された紙基材に押出コーティングによりオレフィン系熱可塑性樹脂を部分的に積層したところ、剥離用印刷層が形成された部分（以下「印刷部」と略す。）は接着せず、剥離用印刷層が形成されていない部分（以下「非印刷部」と略す。）は適度に接着することが見出された。
上記知見に基づき、平滑化加工された紙基材に印刷部が部分的に形成され、その上にオレフィン系熱可塑性樹脂を押出コーティングして製造された積層体は、紙製容器に加工するのに十分な接着性を有し、かつ紙基材とオレフィン系熱可塑性樹脂とを剥離するのに適度な剥離性を有していることが見出された。
そして、前記印刷部が部分的に存在することで、本発明の積層体を紙製製品に加工した際、印刷部の一部が紙製製品の縁のいずれか一部に存在して、剥離する切っ掛けを容易に設けることができる。

本願発明の積層体は、紙製容器に加工するのに十分な接着性を有しながらも、紙基材とオレフィン系熱可塑性樹脂とを分別するのに適度に剥離する。さらに、本願発明の積層体を用いた場合に、容易に剥離する切っ掛け位置を設けた紙製容器を作成することができる。

以下に、本発明の積層体について、具体的実施形態に基づき詳細に説明する。
本願発明の積層体は紙基材を有する。該紙基材としては、コートボール、マニラボール等の板紙、カード紙、アイボリー紙、ミルクカートン原紙、カップ原紙、クラフト紙、上質紙等の公知の紙基材を使用することができる。

前記紙基材に対して平滑化加工を施す。この平滑化加工は、広く一般的に紙基材の平滑化加工で行われている手段を用いることができ、タルク、クレー、水酸化アルミニウム、二酸化チタン、沈降性炭酸カルシウム等を、積層を施す紙基材の表面に塗布する。コート量は５〜２０ｇ／ｍ^２の範囲が好ましい。コート量が５ｇ／ｍ^２未満のとき、剥離強度が強くなりすぎて、剥離が難しくなり、コート量が２０ｇ／ｍ^２を超えた場合は、コート層が弱くなり剥離が安定しない。所望の平滑度を得つつ加工コストを低減する観点から、紙基材はクレーで平滑化加工されていることが好ましい。
また紙基材の坪量は特に限定されるものではなく、積層体を用いた製品の形態に応じて適宜決定すればよい。

紙基材の平滑化加工された面の平滑度は、紙基材とオレフィン系熱可塑性樹脂の剥離強度に影響を及ぼす。本願発明では、紙基材の平滑度が、ベック式平滑度で通常８０〜４００秒の範囲であることが好ましい。このベック式平滑度の測定方法は、ＪＩＳＰ８１１９に基づき、ベック式平滑度試験機を用いて、紙基材の表面と光学的平面仕上げのガラス製標準面との間を通って、密閉減圧された器内に一定量の空気が浸入するのにかかる時間(秒）を測定したものである。測定は５回行い、その算術平均を紙基材のベック式平滑度とする。

剥離用印刷層（印刷部）は、ポリアミド系、ポリエステル系、ウレタン系、ゴム系、アクリル系、塩素化ＰＰ、ブチラール、塩化ビニルー酢酸ビニル共重合体、硝化綿等の樹脂を主成分とする剥離用印刷インキを印刷により形成することができる。また、上記の樹脂に必要によりシリコーン等を添加してもよい。印刷としては、公知の印刷方法により形成することができる。剥離用印刷インキとして、耐熱性、剥離性に優れているアクリル系樹脂、硝化綿を主成分とするインキが好ましい。また、紙基材の平滑化加工が施された面に対する剥離用印刷インキの塗布量は特に限定されるものではないが、０．５〜１０ｇ／ｍ^２であることが好ましく、１〜５ｇ／ｍ^２であることが更に好ましい。塗布量が０．５ｇ／ｍ^２未満であると剥離強度が必要以上に高くなることがあり、また１０ｇ／ｍ^２を超える量を塗布しても剥離性がほとんど変わらず、コストの無駄が多くなるため好ましくない。また、グラビア印刷により１０ｇ／ｍ^２を超える量を塗布することは難しい。

印刷方法としては、塗布量が安定していることおよび生産性が高いこと等の利点を有するグラビア印刷が好ましい。
印刷部は、平滑化加工された紙基材の上に部分的に印刷する。上述のように、紙基材に形成された印刷部は、その上にオレフィン系熱可塑性樹脂を押出コーティングにより積層接着せず、「非接着部分」となる。反対に、非印刷部は「弱接着部分」となる。

ここでいう「部分的」とは、平滑化加工された紙基材上全てが印刷部により覆われておらず、印刷部および非印刷部が混在することを意味する。印刷部と非印刷部の割合は、発明の効果を奏する限り特に限定されないが、印刷部は、紙基材に対して５０％〜９９％になるように印刷することが好ましく、５０％〜９５％がさらに好ましい。４０％以下になると、剥離強度が強くなりオレフィン系熱可塑性樹脂と紙基材との剥離が不十分になる場合があり、９９％を超えると、オレフィン系熱可塑性樹脂と紙基材との接着が不十分な場合があり、加工時の剥がれ等の原因になる。
また、本願発明の積層体が加工される紙製容器の種類により、最適な印刷部の割合は異なるため、適宜調整する。

印刷部および非印刷部の具体的態様は、発明の効果を奏する限り特に限定されないが、例えば、円形、楕円形、三角形もしくは四角形等の多角形および星型等の図形、植物や動物の図形を、あるいはこれらを組み合わせ使用することができる。上記図形は規則的に、もしくは不規則的に配列するように印刷することができる。
また島状に形成することが好ましい（例えば、図１）。図形が島状に配列された積層体は、これを紙製容器に加工するために打ち抜く場合に、印刷部つまり非接着部の少なくとも一部が紙製容器の縁の少なくとも一部に存在するようになるためである。
なお、剥離用印刷インキに顔料等で着色した場合は、印刷部に装飾的な模様を付与するという効果を期待することもできる。

なお、紙基材に印刷部及び非印刷部を形成した後、コロナ放電処理を施してもよい。コロナ放電処理を施すことで、紙基材とオレフィン系熱可塑性樹脂との間の剥離強度を調整することができる。コロナ放電処理は、公知のコロナ放電処理器を用い、発生させたコロナ雰囲気中に印刷部及び非印刷部が形成された紙基材を通過させることにより行うことができる。このときのコロナ放電出力は、１〜１０ｋＷが好ましく、更に好ましくは４〜６ｋＷである。

本発明で使用するポリオレフィン系熱可塑性樹脂は、本願発明の効果を奏する限り特に限定されないが、例えば、ポリプロピレン、中密度ポリエチレン、高密度ポリエチレン、高圧法低密度ポリエチレン、チーグラー系低密度ポリエチレン、直鎖状ポリエチレン等が挙げられる。これらの中でもコスト、加工適性、弱接着性および紙製容器としての耐熱性を考慮するとポリプロピレンが好ましい。

本願発明の非印刷部は、紙基材とポリオレフィン系熱可塑性樹脂と弱接着部分を形成する。この弱接着部分の剥離強度は、０．０４９Ｎ／１５ｍｍ幅以上であることが好ましい。剥離強度がこの値未満であると、積層体の製造時および加工時に、ポリオレフィン系熱可塑性樹脂と紙基材の接着が不十分な場合がある。適切な剥離強度は、印刷部と非印刷部で形成される模様および加工される容器の種類によって異なるため適宜決定する。剥離強度は、オレフィン系熱可塑性樹脂の種類、押出コーティングの加工条件等を変化させることによって適宜増減することができる。
なお、剥離強度の測定は、まず積層体の弱接着部分のみを１５ｍｍ幅にて１００ｍｍ切り出して試験片とし、切り出した試験片の一方から紙と樹脂フィルムとを６０ｍｍまで剥がし、引張り試験機の両チャックにそれぞれチャッキングする。チャック間距離は１００ｍｍとする。そして２５℃雰囲気下、５０ｍｍ／ｍｉｎの引張り速度で１８０度方向に剥がし、最大荷重を測定する。測定は１０回行い、その算術平均を剥離強度とする。また、本発明の積層体が印刷部と非印刷部の具体的な態様によって、１５ｍｍ幅にての試験片が得られない場合がある。この場合、１５ｍｍ幅以下の試験片を採取して剥離強度を測定し、これを１５ｍｍ幅の試験片を試験した値に換算して、弱接着部分の剥離強度の値とする。

なお、上記実施の形態に係る積層体において、本発明の効果を損なわない範囲で、オレフィン系熱可塑性樹脂層の上に、アルミニウム箔、ＰＥＴ等からなる層を適宜積層してもよい。また、本発明の効果を損なわない範囲で、平滑化加工が施されていない紙基材の面に熱可塑性樹脂等からなる層を積層してもよい。これらの層を積層することで積層体の機械強度、ガスバリヤー性、耐水性等を向上させることができる。また、上記実施の形態では、片面に平滑化加工が施された紙基材を用いた積層体について説明したが、両面に平滑化加工が施された紙基材を用い、それぞれの面に、印刷部及び非印刷部を形成させ、その上にオレフィン系熱可塑性樹脂を積層させることも可能である。

本願発明の積層体の製造方法について説明する。この製造方法では、まず紙基材に平滑化加工が施された面に剥離用印刷インキを部分的に印刷して印刷部を設ける。印刷方法としては、公知のグラビア印刷、平板印刷、凸版印刷、スクリーン印刷等を使用することができる。特に、塗布量が安定していること、後加工の押出し加工適性がよいことおよび生産性が高いことから、グラビア印刷が好ましい。また、印刷部を設ける前に、紙基材に必要に応じて絵柄、表示等の印刷を行うこともできる。

次に印刷部を形成した紙基材の上に、押出コーティングによりオレフィン系熱可塑性樹脂をコーティングする。押出コーティングの加工条件としては、例えばポリプロピレンの場合、押出温度を２７０℃〜３００℃に設定し、ラインスピードを６０〜２００ｍ／ｍｉｎの範囲に設定して加工する。

前記オレフィン系熱可塑性樹脂の厚さは特に限定されるものではないが、１５〜１５０μｍの範囲で形成することが好ましく、３０〜１２０μｍの範囲で形成することがさらに好ましい。
なお、オレフィン系熱可塑性樹脂としてポリプロピレンを使用した場合の押出コーティング条件を示したが、他のオレフィン系熱可塑性樹脂についても、樹脂の種類、性状に応じて加工条件を適宜調整することができる。

前記製造方法にて製造された積層体を加工して、トレー、カートン、ウェッブコーナー型容器等の製品を製造することができる。より具体的には、トレーのような容器は、まず積層体を所定の容器ブランクシートに打ち抜き、必要箇所に罫線を設けた後、雄型と雌型よりなるプレス型に容器ブランクシートを挟み、加熱加圧して成形する絞り成形という公知の製造方法により製造することができる。また、カートン、ウェッブコーナー型容器のような容器は、まず積層体を所定の容器ブランクシートに打ち抜き、必要箇所に罫線を設けた後、罫線に沿って折り曲げ、必要箇所を貼り合せ・接着して組み立てるという公知の製造方法により製造することができる。積層体を加工する際には、剥離可能に積層されたオレフィン系熱可塑性樹脂が容器の少なくとも内面（容器に収容される内容物と接触する側）になるように加工することが好ましい。
このように製造された紙製製品は使用後に容易に紙基材からオレフィン系熱可塑性樹脂を剥がすことができ、さらに、紙製容器の縁に印刷部つまり非接着部分が存在するため、剥がすための切っ掛けが存在して容易に剥がすことができる。

つぎに、本発明の積層体およびその製造方法について、具体的に実施例を挙げてさらに詳しく説明する。
（実施例）
まず、片面がクレーで平滑化加工された紙基材である坪量３２０ｇ／ｍ^２の板紙（ＮＥＷウルトラＨ；日本大昭和板紙（株））の表面、すなわちクレーがコートされた面（ベック式平滑度２６５秒）に硝化綿を主成分とする剥離用印刷インキ（ＣＰ−２Ｋ：大日精化工業（株）製）を、版深が３０μｍの版を用いて図１に示すようにグラビア印刷を行い、印刷部（１１）（紙基材表面積の７７．３％）と非印刷部（１２）を形成させた。

次にポリプロピレン樹脂（Ｆ１０９Ｖ；(株)プライムポリマー製、融点１６２℃）を、印刷部及び非印刷部を形成した紙基材の上に、押出し機のダイより押出し厚さ６０μｍ積層した。このときの加工条件として、押出し温度２８０℃、ラインスピード７０ｍ／ｍｉｎに設定した。予め紙基材の上にはコロナ処理を４．５ｋｗに設定して施した。このようにして、本願発明の積層体を作製した。このときの印刷部の剥離強度は０Ｎ／１５ｍｍ幅、非印刷部は２．３Ｎ／１５ｍｍ幅であった。

次に、実施例の積層体を、直径１８５ｍｍの円のブランクシートに打ち抜き、そのブランクシートの必要箇所に罫線を設けた後、雄型と雌型よりなるプレス型にそのブランクシートを挟み、加熱加圧して紙トレイを作製した。（図２)
このようにして作製した紙トレイは、印刷部、すなわち非接着部分が紙トレイの縁の一部に存在するため、剥離するための切っ掛けが存在しており、紙基材とポリプロピレンが容易に剥離することができた。

本願発明の積層体の実施例の概要を示す図面である。本願発明の紙製容器(紙トレイ）の概要を示す図面である

符号の説明

１０積層体
１１印刷部
１２非印刷部

Claims

平滑化加工が施された表面を有する紙基材と、紙基材の平滑化加工が施された表面上に形成された剥離用印刷層と、剥離用印刷層の上に押出コーティングによりオレフィン系熱可塑性樹脂を積層した積層体であって、剥離用印刷層が部分的に紙基材に形成されて、オレフィン系熱可塑性樹脂が紙基材に弱接着部分および非接着部分を有していることを特徴とする積層体。
前記剥離用印刷層が紙基材の面積に対して５０％〜９９％設けられている、請求項１に記載の積層体。
前記剥離用印刷層が剥離用印刷インキを用いて設けられている請求項１または２に記載の積層体。
前記剥離用印刷層がグラビア印刷より形成される請求項３に記載の積層体。
前記弱接着部分が島状に存在している請求項１から４のいずれか１項に記載の積層体。
前記平滑化加工とは、タルク、クレー、水酸化アルミニウム、二酸化チタンまたは沈降性炭酸カルシウムのいずれかを前記紙基材の表面に塗布することである、請求項１から５のいずれか１項に記載の積層体。
請求項１から６のいずれか１項に記載の積層体を用いた紙製容器。
前記非接着部分の少なくとも一部分が、紙製容器の縁の少なくとも一部分に存在している請求項７に記載の紙製容器。