JP5114980B2

JP5114980B2 - 積層体及び積層体を用いた紙製容器

Info

Publication number: JP5114980B2
Application number: JP2007065220A
Authority: JP
Inventors: 哲哉長
Original assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Current assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Priority date: 2007-03-14
Filing date: 2007-03-14
Publication date: 2013-01-09
Anticipated expiration: 2027-03-14
Also published as: JP2008221708A

Description

本発明は、酸素等の透過を阻止するガスバリア性に優れる積層体、その製造方法及びこの積層体を用いた紙製容器に関するものである。

紙基材の表面にポリエチレン等のポリオレフィン系樹脂層が積層された積層体は、包装材料として広く使用されている。これらの中でも、酒類、ジュース類等の液体飲食物を充填包装するための紙製容器に使用される積層体には、容器とした際の強度を確保することは勿論、ガスバリア性に優れていることが求められるため、積層体中にアルミニウム箔を介在させたものが一般的に使用されている。ところが、アルミニウム箔を介在させた積層体は、その製造工程が複雑であること等の理由から高コストであるうえに、包装材料として使用した後に廃棄する場合、環境に与える負荷が大きいという問題がある。
そこで、アルミニウム箔を使用せずにガスバリア性を付与した積層体として、ポリオレフィン系樹脂層と、紙基材層と、樹脂及び無機層状化合物を含む樹脂組成物によるコーティング膜からなるバリア性層と、ポリオレフィン系樹脂層とが順次に積層されたものが提案されている（例えば、特許文献１を参照）。

特開２００４−１７９９３号公報

しかしながら、特許文献１に記載の積層体は、ガスバリア性が未だ十分ではないというのが実情であり、ガスバリア性のより優れる低コストの積層体の開発が望まれている。
従って、本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、ガスバリア性に優れる積層体を低コストで提供することを目的とする。

上記の目的を達成するための第一の発明は、ポリオレフィン系樹脂層と、紙基材層と、ポリオレフィン系樹脂層と、ガスバリア性樹脂及び無機層状化合物を含むガスバリア組成物の塗布により形成されたガスバリア層と、アルキッド樹脂及びウレタン樹脂を含み且つ厚さが乾燥皮膜として０．１ｇ／ｍ ^２〜２．０ｇ／ｍ ^２であるオーバーコート層とがこの順に積層された積層体である。
ここで、ガスバリア性樹脂と無機層状化合物との質量比率は、３０：７０〜７０：３０であることが好ましく、また、アルキッド樹脂とウレタン樹脂との質量比率は、４：１〜１：１であることが好ましい。

第二の発明は、上記積層体をオーバーコート層が外面となるように加工してなることを特徴とする紙製容器である。

本発明によれば、ガスバリア性に優れる積層体を低コストで提供することができる。

以下、本発明の実施の形態を、添付図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本実施の形態に係る積層体の模式断面図である。図１に示すように、本実施の形態に係る積層体は、ポリオレフィン系樹脂層１ａと、紙基材層２と、ポリオレフィン系樹脂層１ｂと、ガスバリア性樹脂及び無機層状化合物を含むガスバリア層３と、アルキッド樹脂及びウレタン樹脂を含むオーバーコート層４とがこの順に積層されてなるものである。本実施の形態に係る積層体は、ガスバリア層３上に特定の樹脂を含むオーバーコート層４を積層させたことに特徴がある。このオーバーコート層４は、積層体の紙製容器への加工に際し、罫線入れや折込みによってガスバリア層３が剥離するのを防止するとともに、ガスバリア性そのものも高めるという役割を果たしている。
なお、積層体を用いた紙製容器の審美性を向上させるため、ポリオレフィン系樹脂層１ｂとガスバリア層３との間に絵柄層を設けてもよい。

ポリオレフィン系樹脂層１ａ，１ｂを構成するオレフィン系樹脂としては、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。低温シール性、透明性、加工適性という観点から、オレフィン系樹脂としては、高圧法低密度ポリエチレンを用いることが好ましい。紙製容器の最内層となるポリオレフィン系樹脂層１ａは、例えば、２０μｍ〜６０μｍの範囲の厚さで形成することが好ましく、また、ポリオレフィン系樹脂層１ｂは、１０μｍ〜２０μｍの範囲の厚さで形成することが好ましい。
なお、最内層となるポリオレフィン系樹脂層１ａには、内容物に対する衛生性の観点から、添加剤を添加しないことが望ましいが、ポリオレフィン系樹脂層１ｂには、本発明の効果を損なわない範囲で、酸化防止剤、紫外線吸収剤、帯電防止剤、アンチブロッキング剤、難燃化剤、染料、顔料等を適宜添加してもよい。

紙基材層２を構成する紙基材としては、コートボール、カード紙、アイボリー紙、マニラボール等の板紙、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を用いることができる。また、紙基材の坪量は、積層体を用いた紙製容器の形態に応じて適宜決定すればよいが、好ましくは２５０ｇ／ｍ²〜５００ｇ／ｍ²である。
また、紙基材上にオレフィン系樹脂層１ａ，１ｂを積層させる前に、紙基材の表面に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層間の接着強度を向上させることができる。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、好ましくは３ｋＷ〜４．５ｋＷである。

ガスバリア層３は、ガスバリア性樹脂、無機層状化合物、水や有機溶剤等の溶媒を含有するガスバリア組成物をオレフィン系樹脂層１ｂ上に塗布することにより形成される。ガスバリア層３の厚みは、乾燥皮膜として０．２ｇ／ｍ²〜３．０ｇ／ｍ²であることが好ましい。ガスバリア層３の厚みが乾燥皮膜として０．２ｇ／ｍ²未満であると、目的とするガスバリア性が得られない場合があり、一方、３．０ｇ／ｍ²を超える量を塗布しようとすると手間が掛かる（特に、グラビア印刷で塗布することは困難である）。ガスバリア層３の厚みは、乾燥皮膜として０．３ｇ／ｍ²〜２．０ｇ／ｍ²であることがより好ましい。

ガスバリア組成物中には、無機層状化合物とガスバリア性樹脂とが合計で１質量％〜３０質量％含有されることが好ましい。無機層状化合物とガスバリア性樹脂との合計が、１質量％未満であると、適度な膜厚を有するガスバリア層３を形成するのが困難となる場合があり、一方、３０質量％を超えると、ガスバリア組成物の流動性が低下して塗布が困難となる場合がある。

無機層状化合物としては、モンモリロナイト、フィロケイ酸塩の１：１構造を有するカオリナイト、ディッカイト、ナクライト、ハロイサイト、アンチゴライト、クリソタイル、パイロフィライト、バイデライト等が挙げられ、これらは単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。これらの中でも、ガスバリア組成物に使用した場合のガスバリア性能、塗布適性に優れるという観点から、モンモリロナイトが好ましい。

ガスバリア性樹脂としては、高結晶性樹脂であるポリビニルアルコール系樹脂、エチレン−ビニルアルコール共重合体樹脂（エチレン−ビニルアルコール系樹脂）、ポリアクリロニトリル系樹脂、ポリアミド樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリウレタン系樹脂、ポリアクリル系樹脂等が挙げられ、これらは単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。これらの中でも、ガスバリア性能に優れるという観点から、エチレン−ビニルアルコール系樹脂が好ましい。

上述したガスバリア組成物の中でも、ガスバリア性樹脂が溶解された水溶液や有機溶媒中に、へき開処理された無機層状化合物が分散されたものを使用することが好ましく、このようなガスバリア組成物は、例えば、サカタインクス株式会社から商品名エコステージ（登録商標）ＧＢとして市販されている。

また、ガスバリア層３中に含まれるガスバリア性樹脂と無機層状化合物との質量比率は、３０：７０〜７０：３０であることが好ましい。無機層状化合物が少な過ぎると、ガスバリア性が低下する場合があり、一方、無機層状化合物が多くなり過ぎると、ガスバリア層３の皮膜強度が低下して好ましくない。なお、ガスバリア層３は、無機層状化合物及びガスバリア性樹脂以外の成分を含有してもよいが、その大部分は、無機層状化合物及びガスバリア性樹脂から構成されるものであることが好ましい。

オーバーコート層４は、アルキッド樹脂及びウレタン樹脂が有機溶媒等に溶解されたオーバーコート組成物をガスバリア層３上に塗布することにより形成される。オーバーコート層４の厚みは、乾燥皮膜として０．１ｇ／ｍ²〜２．０ｇ／ｍ²であることが好ましい。オーバーコート層４の厚みが乾燥皮膜として０．１ｇ／ｍ²未満であると、罫線入れや折込みによるガスバリア層３の剥離を防止することができない場合があり、一方、２．０ｇ／ｍ²を超える量を塗布しようとすると手間が掛かる（特に、グラビア印刷で塗布することは困難である）。

オーバーコート組成物中には、アルキッド樹脂及びウレタン樹脂の合計（固形分）が５質量％〜５０質量％含有されることが好ましい。樹脂固形分が、５質量％未満であると、適度な膜厚を有するオーバーコート層４を形成するのが困難となる場合があり、一方、５０質量％を超えると、オーバーコート組成物の流動性が低下して塗布が困難となる場合がある。

アルキッド樹脂としては、多塩基酸と多価アルコールとから合成されるポリエステル等が挙げられる。ウレタン樹脂としては、エステル系又はエーテル系ポリオールとイソシアネートとから合成されるもの等が挙げられる。
このようなオーバーコート組成物は、例えば、株式会社昭和インク工業所から商品名ＳＬ−ＡＯＰニスとして市販されている。

また、オーバーコート層４中に含まれるアルキッド樹脂とウレタン樹脂との質量比率は、４：１〜１：１であることが好ましい。アルキッド樹脂が少な過ぎると、ガスバリア層３との密着性が低下する場合があり、一方、アルキッド樹脂が多くなり過ぎると、耐熱性が低下する場合がある。

以下に、本実施の形態に係る紙製容器の製造方法について説明する。
まず、紙基材の両面にポリオレフィン系樹脂を押出コーティングしてポリオレフィン系樹脂層１ａ，１ｂを形成する。押出コーティングの加工条件としては、例えば、オレフィン系樹脂としてポリエチレンを使用した場合、押出温度を３００℃〜３５０℃に設定し、ラインスピード（繰り出し速度）を８０〜２５０ｍ／ｍｉｎの範囲に設定すればよい。

次に、紙基材層２の両面に形成されたポリオレフィン系樹脂層１ａ，１ｂのうちの一方の上に、ガスバリア性樹脂及び無機層状化合物を含むガスバリア組成物を塗布してガスバリア層３を形成する。ガスバリア組成物の塗布量は、ガスバリア層３の厚みが乾燥皮膜として０．２ｇ／ｍ²〜３．０ｇ／ｍ²となるように適宜設定すればよい。ここで、ポリオレフィン系樹脂層１ｂとガスバリア層３との間に絵柄層を設ける場合、上記ガスバリア層３を形成する前あるいはガスバリア層３を形成すると同時に、公知のインキ組成物をポリオレフィン系樹脂層１ｂ上に塗布して絵柄を形成すればよい。

最後に、ガスバリア層３上に、アルキッド樹脂及びウレタン樹脂を含むオーバーコート組成物を塗布してオーバーコート層４を形成することにより積層体が得られる。オーバーコート組成物の塗布量は、オーバーコート層４の厚みが乾燥皮膜として０．１ｇ／ｍ²〜２．０ｇ／ｍ²となるように適宜設定すればよい。
なお、ガスバリア層３に含まれる無機層状化合物が、紙製容器に充填される内容物と接触するのを避けるため、紙製容器に加工する際にヒートシールされるヒートシール部には、ガスバリア層３及びオーバーコート層４を設けないことが好ましい。

ガスバリア組成物、インキ組成物及びオーバーコート組成物の塗布方法としては、公知のグラビア印刷、平版印刷、凸版印刷、スクリーン印刷等を用いることができる。これらの中でも塗布量が安定していること、生産性が高いこと等から、グラビア印刷を採用することが好ましい。

上記の製造方法により得られた積層体を加工して、ゲーブルトップ型、ブリック型等種々の形状の紙製容器を製造することができる。具体的には、まず、図２に示されるように、積層体を打ち抜くと同時に必要箇所に罫線５を設け、胴貼りヒートシール部６を有する紙製容器用ブランクシート７を作製する。次に、図３に示されるようなゲーブルトップ型の紙製容器８においては、胴部と胴貼りヒートシール部６とをフレームシール又はホットエアーシールにより貼り合わせたものを充填機に供給し、充填機上で成形、充填、シールするという公知の方法により製造することができる。また、ブリック型の紙製容器においては、積層体をロール状で成形充填機に供給し、成形、充填、シールを連続して行うことも多い。積層体を加工する際には、オーバーコート層４が外面となるように加工することが好ましい。

このようにして製造される紙製容器の用途は、特に限定されるものではないが、例えば、車用洗浄剤、床用洗浄剤、台所用洗剤、洗濯用液体洗剤等の各種洗剤、シャンプー、リンス、パーマ液等のトイレタリー、カビ取り剤、現像剤、農薬等の化学製品、酒、焼酎、ワイン、牛乳、果汁飲料、緑茶、紅茶、ウーロン茶、醤油、味醂、ドレッシング等の飲食物のための容器として使用することができる。特に、本実施の形態による紙製容器は、優れたガスバリア性を有しているので、チルド流通され賞味期間の短い飲食物の容器として好適である。

以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明する。ただし、それらは例示であって本発明を限定するものではない。
＜実施例１＞
坪量が３１３ｇ／ｍ²の紙基材の両面に４．５ｋＷの出力でコロナ放電処理を施した。次いで、押出コーティングにより、紙基材の一方の面にポリオレフィン系樹脂層１ａとして高圧法低密度ポリエチレンを３７μｍ積層させ、また、他方の面にポリオレフィン系樹脂層１ｂとして高圧法低密度ポリエチレンを１７μｍ積層させた。この時の押出コーティング加工条件としては、押出温度３３０℃、ラインスピード１５０ｍ／ｍｉｎに設定して行なった。続いて、ポリオレフィン系樹脂層１ｂ上に、モンモリロナイト及びエチレン−ビニルアルコール共重合体樹脂を含むガスバリア組成物（エコステージ（登録商標）ＧＢ、サカタインクス株式会社製）をグラビア印刷で印刷し、乾燥させてガスバリア層３を形成した。この時のガスバリア組成物の塗布量は、ガスバリア層３の厚さが乾燥皮膜として０．３ｇ／ｍ²となる量とした。更に、ガスバリア層３上に、アルキッド樹脂及びウレタン樹脂を含むオーバーコート組成物（ＳＬ−ＡＯＰニス、アルキッド樹脂：ウレタン樹脂＝２：１、固形分３０質量％、株式会社昭和インク工業所製）をグラビア印刷で印刷し、乾燥させてオーバーコート層４を形成し、実施例１の積層体を得た。この時のオーバーコート組成物の塗布量は、オーバーコート層４の厚さが乾燥皮膜として０．３ｇ／ｍ²となる量とした。

得られた積層体を図２に示されるような形状に打ち抜くと同時に必要箇所に罫線（図２の点線）を設けて、ゲーブルトップ型紙製容器用ブランクシートを得た。次に、このブランクシートの胴部と胴貼りヒートシール部６とをフレームシールにより貼り合わせ、これを充填機に供給し、図３に示されるような縦７０ｍｍ×横７０ｍｍ×高さ２３４ｍｍ（ゲーブルトップ部分の高さ３９ｍｍ）のゲーブルトップ型紙製容器を作製した。なお、加工中、ガスバリア層３及びオーバーコート層４の剥離は一切見られなかった。

＜実施例２〜４＞
ガスバリア層の厚さを乾燥皮膜として実施例２では０．５ｇ／ｍ²、実施例３では１．０ｇ／ｍ²、実施例４では２．０ｇ／ｍ²に変える以外は、実施例１と同様にしてゲーブルトップ型紙製容器を作製した。なお、加工中、ガスバリア層３及びオーバーコート層４の剥離は一切見られなかった。

＜比較例１＞
オーバーコート層を形成しないこと以外は、実施例１と同様にしてゲーブルトップ型紙製容器を作製した。なお、胴貼りされたブランクシートの罫線部分にガスバリア層３の剥離が一部に見られた。

＜ガスバリア性の評価＞
実施例１〜５及び比較例１の胴貼りされたブランクシートについて、下記方法に従ってガスバリア性を評価した。
温度２３℃、湿度９０％ＲＨの条件で、ＭＯＣＯＮ社製ＯＸ−ＴＲＡＮ１００を用いて、胴貼りされたブランクシートの罫線部分における酸素透過度を測定した。測定は、紙製容器の最外層となるオーバーコート層４（比較例１ではガスバリア層３）側を酸素飽和の状態とし、紙製容器の最内層となるポリオレフィン系樹脂層１ａ側を窒素飽和の状態として行った。測定は５回行い、その算術平均を酸素透過度とした。

表１から分かるように、実施例１〜４は酸素透過度が２０cc/m²・day・atm以下とガスバリア性に優れているのに対し、比較例１は酸素透過度が３４cc/m²・day・atmとガスバリア性に劣っていた。

実施の形態に係る積層体の模式断面図である。実施の形態に係る積層体を加工してなるゲーブルトップ型紙製容器用ブランクシートの模式平面図である。図２で示されるブランクシートを加工してなるゲーブルトップ型紙製容器の斜視図である。

符号の説明

１ａ，１ｂポリオレフィン系樹脂層、２紙基材層、３ガスバリア層、４オーバーコート層、５罫線、６胴貼りヒートシール部、７紙製容器用ブランクシート、８ゲーブルトップ型の紙製容器。

Claims

ポリオレフィン系樹脂層と、紙基材層と、ポリオレフィン系樹脂層と、ガスバリア性樹脂及び無機層状化合物を含むガスバリア組成物の塗布により形成されたガスバリア層と、アルキッド樹脂及びウレタン樹脂を含み且つ厚さが乾燥皮膜として０．１ｇ／ｍ^２〜２．０ｇ／ｍ^２であるオーバーコート層とがこの順に積層された積層体。
前記ガスバリア性樹脂と前記無機層状化合物との質量比率が、３０：７０〜７０：３０であることを特徴とする請求項１に記載の積層体。
前記アルキッド樹脂と前記ウレタン樹脂との質量比率が、４：１〜１：１であることを特徴とする請求項１又は２に記載の積層体。
前記ガスバリア層の厚さが、乾燥皮膜として０．２ｇ／ｍ^２〜３．０ｇ／ｍ^２であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の積層体。
請求項１〜４のいずれか一項に記載の積層体を前記オーバーコート層が外面となるように加工してなることを特徴とする紙製容器。