JP4929599B2

JP4929599B2 - 紙カップ及びその製造方法

Info

Publication number: JP4929599B2
Application number: JP2005052657A
Authority: JP
Inventors: 佳樹植田
Original assignee: Toppan Inc
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 2005-02-28
Filing date: 2005-02-28
Publication date: 2012-05-09
Anticipated expiration: 2025-02-28
Also published as: JP2006233386A

Description

本発明は、パルプを主原料とする基材に発泡層を施した断熱紙および断熱性紙容器に関するものであり、特に、環境に配慮され、断熱性に優れかつ省エネルギーで製造コストが嵩まない断熱紙および断熱性紙容器に関する。

従来、断熱カップなどに用いる断熱性に優れる壁体として、発泡ポリスチレンや発泡ポリエチレン等の壁体が使用されていて、この発泡ポリスチレンや発泡ポリエチレン等は製造が容易であり、発泡倍率が高く断熱効果もあることなどの理由から、広く使用されてきた。

しかし、近年の環境問題、特に産業廃棄物や一般廃棄物の増加に伴い、省資源・省エネルギーの促進とともに、これら石油製品でなる断熱カップなどの焼却処理において、環境ホルモン等の問題が指摘されていて、極力使用しない方向で代替品の開発がなされ、実用化されている。

その一つの方法として、熱可塑性合成樹脂をラミネートした紙を加熱し、紙に含まれる水分が蒸発する際に、表面の熱可塑性合成樹脂フィルムを発泡させて断熱性に優れる壁体として使用する方法がある（例えば、特許文献１参照。）。

しかしながら、上記方法では、熱可塑性合成樹脂フィルムの発泡倍率がそれほど高くなく、断熱性が不十分なものであった。また、熱可塑性合成樹脂フィルムの発泡倍率が紙の水分含有率により左右され、水分含有率が低い場合には十分発泡しなかったり、高い場合には発泡は十分であるが、紙の強度が低下する等の問題があり、品質を管理するのが困難なものであった。

また、上記熱可塑性合成樹脂フィルムを発泡させる方法の問題点を解消するものとして、パルプを主材とした繊維材料に発泡性マイクロカプセルを添加して湿紙を抄造し（いわゆる内添法）、この湿紙を発泡性マイクロカプセルの発泡開始温度より低い温度で乾燥してから、これを９０℃以上の高温水と接触させてマイクロカプセルを発泡させた断熱紙がある（例えば、特許文献２参照。）。

しかしながら、上記のように発泡性マイクロカプセルが添加された湿紙を乾燥して発泡せしめた断熱紙は、その湿紙の低温乾燥に抄紙機に備えられているドライヤーでは、コントロールが困難であり、かつ一度乾燥したものを再度９０℃以上の高温水と接触させて発泡させるという乾燥エネルギーの効率が悪く、省エネルギーの観点からおよび製造コストも嵩むという問題点があった。

以下に、上記先行技術文献を示す。
特公昭４８−３２２８３号公報特開平０５−２３０７９８号公報

本発明は、かかる従来技術の問題点を解決するものであり、特に、廃棄物に係わる環境
問題に配慮され、製造コストが嵩まず（エネルギーの削減に貢献し）、かつ断熱性に優れた断熱紙およびその断熱紙または断熱用紙積層体を用いた断熱性紙容器を提供することにある。

本発明に於いて上記課題を達成するために、まず、請求項１の発明では、パルプを主原料とする紙基材の少なくとも片面に、ガラス転移点が−２０℃のアクリル樹脂を含む水溶液に空洞を有する中空粒子が分散している塗工組成物の断熱用塗工層が施され、少なくとも片面に熱可塑性樹脂層が施されている断熱用紙積層体の前記断熱用塗工層を加熱発泡せしめてなる断熱紙により形成した胴部と、前記断熱紙とは別に形成した底部からなること
を特徴とする紙カップとしたものである。

また、請求項２の発明では、前記塗工組成物は、エチレン−ビニルアルコール共重合体を含有し、前記空洞を有する中空粒子は１０倍以上に発泡性を有することを特徴とする請求項１記載の紙カップとしたものである。

さらにまた、請求項３の発明では、紙カップの製造方法であって、ガラス転移点が−２０℃のアクリル樹脂を含む水溶液に空洞を有する中空粒子が分散している塗工組成物の断熱用塗工層を用い、外側から熱可塑性樹脂層、前記断熱用塗工層、紙基材、前記断熱用塗工層、最内層が熱可塑性樹脂層からなる断熱用紙積層体を打ち抜いて形成した胴部ブランクに、前記断熱用紙積層体とは別に形成した底部ブランクを組み合わせて紙製カップを作成する工程と、前記断熱用塗工層を発泡させる工程とを有することを特徴とする紙カップの製造方法としたものである。

本発明は以上の構成であるから、下記に示す如き効果がある。

即ち、上記請求項１に係る発明によれば、パルプを主原料とする紙基材の少なくとも片面に、アクリル樹脂を含む水溶液に空洞を有する中空粒子が分散している塗工組成物の塗工層が施されている断熱用紙積層体とし、この断熱用紙積層体を加熱発泡せしめた断熱紙とすることによって、従来のパルプを主材とした繊維材料に発泡性マイクロカプセルを添加して湿紙を抄造して発泡させた断熱紙に比べ、乾燥エネルギー等が激減し、製造コストが嵩まず、かつ廃棄物に係わる環境問題に配慮され、断熱性にも優れた断熱紙とすることができる。

また、塗工組成物としてアクリル樹脂は、食品用の断熱紙には好適な水溶性樹脂として、かつ紙基材に塗布するための好適な水溶性バインダーとして多くの銘柄から選定できる効果がある。

また、本発明によれば、前記アクリル樹脂をガラス転移点が−３０℃以上１０℃以下の
範囲のものとすることによって、塗布膜の乾燥後において、表面のべとつきによるブロッキング現象などがなく、かつ内部に分散されている中空粒子（マイクロカプセル）の加熱発泡時に、割れたりせずに優れた断熱効果を示す断熱紙とすることができる。

ガラス転移点が−３０℃に満たないアクリル樹脂とすると、塗布、乾燥後でも表面がべとつき、ブロッキング現象を起こし易くなり、逆にガラス転移点が１０℃を越えるアクリル樹脂とすると、成膜（塗布）時に固くなり過ぎ、その結果中空粒子が発泡し、加熱で発泡せしめる時に、アクリル樹脂膜の伸縮に中空粒子の膜自身が追随できず、割れてしまう
という問題とともに、中空粒子自身も過発泡となり割れてしまうという問題があるので好ましくない。

また、本発明によれば、前記塗工組成物は、エチレン−ビニルアルコール共重合体（ＰＶＯＨ）を１％以上４０％以下の範囲の割合で含有しているものとすることによって、約１０倍以上に発泡性を有する高発泡性中空粒子の高発泡にも耐え得る塗工層とすることができる。

即ち、上記請求項１に記載したアクリル樹脂を食品用の樹脂性能としては好適に使用できるが、上記のようにガラス転移点のみで制御するだけでは、高発泡性中空粒子の発泡に追随することに限界があり、過発泡し易いものとなるが、これに対応するため、塗工組成物に上記エチレン−ビニルアルコール共重合体（ＰＶＯＨ）を１％以上４０％以下の範囲の割合で添加し、より柔軟な膜（塗工層）とすることによって、中空粒子の過発泡現象を解決することができる。

上記エチレン−ビニルアルコール共重合体の割合が１％に満たないと、塗布膜（塗工層）に柔軟性を付与する効果が薄れ、逆に４０％を越えると、例えば食品用の容器とする場合などでは、低分子量物質の溶出の危惧が多くなり、かつ耐熱性の不足や断熱性も不安定な膜となり、さらに塗工適正、特に乾燥性も悪くなるので好ましくない。

また、本発明によれば、前記断熱用紙積層体の少なくとも片面に熱可塑性樹脂層が施されていることによって、シール性および耐擦れ性、耐水性などが付与された断熱紙とすることができる。

さらにまた、本発明によれば、前記シール性および耐擦れ性、耐水性などが付与された断熱紙を用いた、もしくは該断熱紙とする前工程の断熱用紙積層体を用いた紙製容器を加熱発泡せしめたもので、乾燥エネルギー等を含め、製造コストが激減し、かつ廃棄物に係わる環境問題に配慮され、断熱性に優れた断熱性紙容器とすることができる。

従って本発明は、紙基材に発泡層を施した断熱紙で、特に廃棄物に係る環境に配慮され、省エネルギーにも貢献する断熱紙および断熱性紙容器として、優れた実用上の効果を発揮するものである。

以下本発明を実施するための最良の形態を図面を用いて詳細に説明する。

図１は、本発明の断熱紙の一事例を示す側断面図であり、図２および図３は、本発明の断熱紙とする前工程の断熱用紙積層体の一事例を示す側断面図である。また、図４は、本発明の断熱紙の他の一事例を示す側断面図であり、図５、図６、図７および図８は、本発明の断熱紙を用いた断熱性紙容器の各種一事例を示す説明図である。

本発明は、例えば、図１（ａ）の側断面図に示すように、パルプを主原料とする紙基材（１０）の両面に、あるいは図１（ｂ）に示すように、その片面に発泡断熱層（１２）が施された断熱紙（１）に関するものであり、例えば、図５（ｂ）の側断面概略図に示すような紙基材（１０）の両面に発泡断熱層（１２）が施され、さらにその片面に熱可塑性樹脂層（１６）が施された断熱紙（１）を用い、その４コーナーで折り曲げシールして断熱性紙トレー（３）のような断熱性紙容器とするものである。

上記請求項１に係る発明は、例えば、図２（ａ）の側断面図に示すように、紙基材（１
０）の両面に、断熱用塗工層（１４）を施した断熱用紙積層体（２）を加熱発泡させて、図１（ａ）に示すように、紙基材（１０）の両面に発泡断熱層（１２）が形成された断熱紙（１）であり、この断熱用塗工層（１４）とする塗工組成物は、アクリル樹脂をバインダーとし、閉鎖された空洞を有する中空粒子としての発泡マイクロカプセルが分散されている水溶液でなるものである。

上記断熱用塗工層（１４）を、例えば、図２（ｂ）に示すように、紙基材（１０）の片面にのみ施した断熱用紙積層体（２）とし、それを加熱発泡せしめて、例えば、図１（ｂ）に示すように、紙基材（１０）の片面に発泡断熱層（１２）が施された断熱紙（１）とすることもできる。

また、本発明では、例えば、図２（ａ）に示すような断熱用塗工層（１４）を形成するための塗工組成物で、そのバインダーとして使用するアクリル樹脂を、そのガラス転移点が−３０℃以上１０℃以下の範囲のものとすることを特徴とするものである。

上記のような−３０℃以上１０℃以下の範囲のガラス転移点をもつアクリル樹脂は、水性塗工液として取り扱えることから、紙基材（１０）に対する塗工性などの点で非常に取扱い易く、かつ耐熱性もあり、食品用としても好適な樹脂であり、ガラス転移点が−３０℃に満たないアクリル樹脂の場合に起こる塗布乾燥後における表面のべとつき（ブロッキング）の危惧がなく、さらに断熱用塗工層（１４）の形成時においても、ガラス転移点が１０℃を越えた場合のように、その断熱用塗工層（１４）が固くなることがなく、内部にある中空粒子（発泡性マイクロカプセル）が発泡したり、割れたりすることがない好適な樹脂である。

また、本発明は、例えば、図２（ａ）および図２（ｂ）に示すように、紙基材（１０）の両面または片面に施されている断熱用塗工層（１４）を形成する塗工組成物に、１％〜４０％の範囲の割合でエチレン−ビニルアルコール共重合体（ＥＶＯＨ）が含有している
ものである。

このように、上記のようなアクリル樹脂をバインダーとし、中空粒子としての発泡性マイクロカプセルが分散している水溶液に、上記エチレン−ビニルアルコール共重合体（ＥＶＯＨ）を含有せしめることによって、その塗工膜（断熱用塗工層（１４））に柔軟性を付与し、かつ中空粒子としての発泡性マイクロカプセルの高発泡にも耐え得る断熱用塗工層（１４）とすることができる。すなわち高発泡した断熱性に優れた断熱紙（１）とすることができる。

また、本発明は、例えば、図３（ａ）の側断面図に示すように、紙基材（１０）の両面に断熱用塗工層（１４）が施され、それら断熱用塗工層（１４）上にそれぞれの熱可塑性樹脂層（１６）が施された断熱用紙積層体（２）である。

上記で得られた断熱用紙積層体（２）を加熱発泡せしめると、例えば、図４（ａ）に示すように、紙基材（１０）の両面に発泡断熱層（１２）を有し、さらにその上に熱可塑性樹脂層（１６）を有する断熱紙（１）とすることができる。

また、本発明の他の構成例として、例えば、図３（ｂ）に示すように、紙基材（１０）の片面に、断熱用塗工層（１４）が施され、この断熱用塗工層（１４）の上およびこの断熱用塗工層（１４）の面と反対側の面（断熱用塗工層（１４）が施されていない面）に熱可塑性樹脂層（１６）が施された断熱用紙積層体（２）とすることもできる。

上記で得られた断熱用紙積層体（２）を加熱発泡せしめると、例えば、図４（ｂ）に示すように、紙基材（１０）の片面に発泡断熱層（１２）を有し、さらにその発泡断熱層（１２）の面と他の面とに熱可塑性樹脂層（１６）を有する断熱紙（１）とすることができる。

以上のように、用途などによって、この断熱用塗工層（１４）と熱可塑性樹脂層（１６）との組合わせを変えることによって、それなりの特性をもたせた断熱紙（１）とすることができる。

また、本発明は、例えば、図４（ａ）あるいは図４（ｂ）の側断面積層図に示すような両面あるいは片面に熱可塑性樹脂層（１６）が施された断熱紙（１）を用いて、紙製トレーや紙製カップあるいは紙成形容器などの断熱性紙容器とするもので、例えば、図５（ｂ）の側断面概略図に示すように、表面から発泡断熱層（１２）、紙基材（１０）、発泡断熱層（１２）、最下層に熱可塑性樹脂層（１６）が順に設けられた断熱紙（１）を用い、４コーナーで折り込みシールされた断熱紙トレー（３）とするものである。

また、例えば、図４（ａ）に示すように、外側から熱可塑性樹脂層（１６）、発泡断熱層（１２）、紙基材（１０）、発泡断熱層（１２）、最下層に熱可塑性樹脂層（１６）が順に設けられた、すなわち最表面の発泡断熱層（１２）の上にも熱可塑性樹脂層（１６）を施して耐水性のある断熱紙（１）とし、図８の側断面図に示すように、この断熱紙（１）の４コーナーで折り込みシールして耐水性のある断熱紙トレー（３）とすることもできる。

あるいは、例えば、図５（ａ）に示すような、紙基材（１０）の両面に断熱用塗工層（１４）が施され、下部の断熱用塗工層（１４）上に熱可塑性樹脂層（１６）が施された断熱用紙積層体（２）を打ち抜いて紙製トレー用のブランクを得、このブランクを図５（ｃ）に示すように、その４コーナーで折り込みシールされた紙製トレー（５）とし、この紙製トレー（５）をオーブン等を通過させて断熱用塗工層（１４）を発泡させることによって、例えば、図５（ｂ）に示すような断熱紙（１）でなる断熱紙トレー（３）とすることもできる。

さらにまた、本発明では、例えば、図６（ａ）の一部を取り出して拡大した拡大図を含む正面図に示すように、外側から熱可塑性樹脂層（１６）、発泡断熱層（１２）、紙基材（１０）、発泡断熱層（１２）、熱可塑性樹脂層（１６）が順に積層されている断熱紙（１）を得、この断熱紙（１）を打ち抜いて胴部ブランクを得、これとは別に形成された底部ブランクとで断熱紙カップ（４）とするものである。

あるいは、上記請求項５に係る発明では、例えば、図６（ｂ）の一部を取り出して拡大した一部拡大図に示すように、外側から熱可塑性樹脂層（１６）、断熱用塗工層（１４）、紙基材（１０）、断熱用塗工層（１４）、最内層が熱可塑性樹脂層（１６）からなる断熱用紙積層体（２）を打ち抜いて胴部ブランクを得、これとは別に形成された底部ブランクとで紙製カップを作製し、この紙製カップをオーブン等を通過させて断熱用塗工層（１４）を発泡させることによって、例えば、図６（ａ）に示すような断熱紙（１）でなる断熱紙カップ（４）とすることもできる。

さらにまた、本発明では、例えば、図７の正面図およびその一部を取り出して拡大した
一部拡大図に示すように、熱可塑性樹脂層（１６）、発泡断熱層（１２）、紙基材（１０）、発泡断熱層（１２）、最内層が熱可塑性樹脂層（１６）が順に積層されている断熱紙（１）を打ち抜いて胴部ブランクを得、この胴部ブランクをを予め作製した紙カップ（２０）の胴部に巻付け、その端縁でシールして断熱紙カップ（４）とすることもできる。

以下に、本発明の断熱紙（１）を構成する各層の材料や製法等について説明する。

まず、本発明の断熱紙（１）を構成する紙基材としては、その用途によって厚みや種類が異なるが、一般的には、例えば２００〜３００ｇ／ｍ²程度の板紙が使用され、コートマニラ、ノーコートマニラ、コート白ボール、ノーコート白ボール、古紙を原料とした黄ボール、チップボール、色ボール（クラフトボールも含む）などが挙げられ、特に食品用に使用する紙基材としては、蛍光染料を含まないバージンパルプを主原料とした紙で、例えば、上記マニラボールの一種であるコートまたはノーコートアイボリー、あるいはカップ原紙が好適に使用される。

また、断熱用塗工層（１４）を構成する閉鎖された空胴を有する中空粒子すなわち発泡性マイクロカプセルは、外殻を形成する樹脂の軟化点以上に加熱されるとその樹脂が軟化し始め、同時に封入されてある低沸点溶剤が気化して蒸気圧が上昇し、その結果樹脂が押し広げられて膨張し、独立気泡を形成するもので、これにより優れた断熱性を得ることができる。これら発泡性マイクロカプセルとしては、松本油脂製薬株式会社製造の「マツモトマイクロスフェアＦ−３０Ｄ」、「同Ｆ−３０ＧＳ」、「同Ｆ−２０Ｄ」、「同Ｆ−５０Ｄ」や、日本フィライト株式会社販売の「エクスパンセルＷＵ」、「同ＤＵ」等が知られているが、本発明に使用する発泡性マイクロカプセルはこれらに限定されるものではない。

この発泡性マイクロカプセルの含有量は、例えば、約５０％程度の濃度のアクリル樹脂をバインダーとする水溶液１００部に対し、５部から３０部程度で、好ましくは１０部から２０部程度の水性塗料（塗工組成物）とし、メイヤーバー等で紙基材（１０）に塗布して断熱用塗工層（１４）とすることができる。

また、紙基材（１０）に断熱用塗工層（１４）が施された断熱用紙積層体（２）に施す熱可塑性樹脂層（１６）としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリオレフィン系共重合体等オレフィン系樹脂、ナイロン、ポリエステル、ポリビニルアルコール、アイオノマーなどが挙げられ、その用途などによって適宜選定される。例えば、食品類に直接触れる内面に使用する場合などでは、シール性や衛生性を考慮して低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）や中密度ポリエチレン（ＭＤＰＥ）が好適に使用される。

以下に、本発明の具体的実施例について説明する。

４６％濃度でガラス転移点が−２０℃のアクリル樹脂：ＳＦＫ２０００Ａ（新中村化学社製）水溶液９０部に中空粒子としての発泡性マイクロカプセル：エクスパンセルＷＵ（エクスパンセル社製）１０部を添加して塗工用組成物とした。

上記で得られた塗工用組成物（水性塗料）をバージンパルプを用いた２４０ｇ／ｍ²のアイボリー紙の表面に、メイヤーバーコーター機にて断熱用塗工層を施し、断熱用紙積層体を得た。その時の塗工用組成物の塗工量は、４０ｇ／ｍ²（ｗｅｔ）であった。

上記で得られた断熱用紙積層体を１５０℃の通風オーブン中に２分間入れて断熱用塗工層を発泡させ、発泡断熱層を有する断熱紙を作製した。

以下に、本発明の比較例について説明する。

アクリル樹脂をガラス転移点が−５０℃のＳＦＫ１０００Ａ（新中村化学社製）とした以外は、実施例１と同様にして断熱紙の作製を試みた。

アクリル樹脂をガラス転移点が１６℃のＳ２３８（三井化学社製）とした以外は、実施例１と同様にして断熱紙を作製した。

以上の実施例で得られた断熱紙について評価を行った結果、実施例１の断熱紙では、厚み６０μｍの断熱用塗工層が加熱発泡によって約２１０μｍの発泡断熱層を形成していた。よって十分に断熱効果のある断熱紙であった。これに対し、比較のための実施例２では、発泡性マイクロカプセルの分散性が悪い塗工用組成物（塗布液）のため、この塗布層（断熱用塗工層）がブロッキングを起こし、サンプル作製が困難なものであった。また、比較のための実施例３では、厚み６０μｍの断熱用塗工層が加熱発泡によっても約８０μｍの発泡断熱層としかならなかった。よって断熱効果が乏しく、発泡性マイクロカプセルの膜割れ等も大きく、過発泡の傾向が見られた。

本発明の断熱紙の一実施の形態を示すもので、（ａ）は、その一事例の側断面図であり、（ｂ）は、他の一事例の側断面図である。本発明の断熱紙を作製する前工程の断熱用紙積層体の一実施の形態を示すもので、（ａ）は、その一事例の側断面図であり、（ｂ）は、他の一事例の側断面図である。本発明の断熱紙を作製する前工程の断熱用紙積層体の他の実施の形態を示すもので、（ａ）は、その一事例の側断面図であり、（ｂ）は、他の一事例の側断面図である。本発明の断熱紙の他の実施の形態を示すもので、（ａ）は、その一事例の側断面図であり、（ｂ）は、他の一事例の側断面図である。本発明の断熱紙を用いた、あるいは断熱用紙積層体を用いた断熱性紙容器の一事例を示すもので、（ａ）は、それを作製するための断熱用紙積層体の一事例を示す側断面図であり、（ｂ）は、断熱性紙容器の側断面図であり、（ｃ）は、断熱性紙容器とする前工程の紙製容器の側断面図である。本発明の断熱紙を用いた断熱性紙容器の他の事例を示す正面図であり、（ａ）は、その一部を取り出して拡大した一事例の部分拡大図であり、（ｂ）は、他の事例の部分拡大図である。本発明の断熱紙の一事例を紙カップに用いた正面図およびその一部を取り出して拡大した部分拡大図である。本発明の断熱紙の他の一事例を用いた断熱性紙容器の事例を側断面で表した説明図である。

符号の説明

１‥‥断熱紙
２‥‥断熱用紙積層体
３‥‥断熱紙トレー
４‥‥断熱紙カップ
５‥‥紙製容器
１０‥‥紙基材
１２‥‥発泡断熱層
１４‥‥断熱用塗工層
１６‥‥熱可塑性樹脂層
２０‥‥紙カップ

Claims

パルプを主原料とする紙基材の少なくとも片面に、ガラス転移点が−２０℃のアクリル樹脂を含む水溶液に空洞を有する中空粒子が分散している塗工組成物の断熱用塗工層が施され、少なくとも片面に熱可塑性樹脂層が施されている断熱用紙積層体の前記断熱用塗工層を加熱発泡せしめてなる断熱紙により形成した胴部と、前記断熱紙とは別に形成した底部からなることを特徴とする紙カップ。
前記塗工組成物は、エチレン−ビニルアルコール共重合体を含有し、前記空洞を有する中空粒子は１０倍以上に発泡性を有することを特徴とする請求項１記載の紙カップ。
紙カップの製造方法であって、ガラス転移点が−２０℃のアクリル樹脂を含む水溶液に空洞を有する中空粒子が分散している塗工組成物の断熱用塗工層を用い、外側から熱可塑性樹脂層、前記断熱用塗工層、紙基材、前記断熱用塗工層、最内層が熱可塑性樹脂層からなる断熱用紙積層体を打ち抜いて形成した胴部ブランクに、前記断熱用紙積層体とは別に形成した底部ブランクを組み合わせて紙製カップを作成する工程と、前記断熱用塗工層を発泡させる工程とを有することを特徴とする紙カップの製造方法。