JP6578285B2 - 紙複合体、包装材料及び紙複合体の製造方法 - Google Patents

紙複合体、包装材料及び紙複合体の製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、紙複合体、包装材料及び紙複合体の製造方法に関する。
食品などの包装材料において、耐油性を持たせた耐油紙が幅広く用いられている。この耐油紙は、JIS−P0001(1998)「紙・板紙及びパルプ用語」において「1)耐油性をもたせた紙の総称。2)グリース又は脂肪の浸透に対して極めて大きな抵抗力をもった紙又は板紙。」と定義されている。例えばチョコレートやピザ、ドーナツなどの油や油脂成分が多く含まれる食品には油が包装材料に浸透しないように耐油紙が使用される。これは、食品に含まれる油や油脂成分が包装材料に浸透すると、食品が接していない表面にまで油が浸透して油しみができて外観を損ねて商品価値を下げたり、印刷部分が油しみで黒くなって文字が判読できなくなったり、バーコード等のOCR適性が低下するおそれがあるためである。また、衣服に油が転移して汚れる等の問題があるため、食品に接する部分に耐油性を付与した耐油紙が使用される。
従来、耐油紙に耐油性を発現させるため、耐油剤としてフッ素系化合物、特にペルフルオロフッ素系化合物が使用されてきた。フッ素系耐油紙は、フッ素系以外の耐油紙であるグラシン紙、パーチメント紙、コーティング紙、ラミネート紙あるいはプラスチックフィルムと異なり、通気性(特に水蒸気透過性)を有したまま良好な耐水性、及び耐油性を有することから湿度が内部にこもることを嫌うフライ類などの食品包装、機能上通気性が必要な鮮度保持剤包装又は脱酸素剤包装において好適に用いられる。
紙に対する耐水耐油加工法のうち、基紙に加工剤を含浸又はコーティングする外添加工法においては、サイズプレス又は各種のコーターが用いられ、ポリフルオロアルキル基を有する(メタ)アクリレートと塩化ビニリデンとの共重合体が提案されている。しかし、浸漬時間が短いために紙への吸着が不足し、耐水耐油性が低下するだけでなく、耐水性低下により紙の耐水性も低下する問題がある。
高耐油性と高耐水性とを発現するため、特定のカチオン性フッ素系耐油剤、非フッ素界面活性剤、媒体、並びにポリアクリルアミド、ポリビニルアルコール及びデンプンから選ばれる水溶性高分子を必須成分とする耐水耐油剤組成物が提案されている(特許文献1参照)。
また、ペルフルオロアルキル基を有するフッ素系化合物は近年、電解重合法によるフッ素系化合物製造工程で生成するペルフルオロオクタンスルホン酸類が人間や動物の血液や海水など環境中に広く蓄積していること、電解重合法やテロメリゼーション法で製造されたフッ素系化合物は製造法に係わらず100℃以上の加熱で環境蓄積性の高いペルフルオロアルコールを生成すること等が明らかになり、ペルフルオロアルキル基の炭素数を8未満とすることが推奨されている。これに対して、従来のフッ素系耐油剤に代わって、炭素数6以下の短いペルフルオロアルキル基又はポリフルオロポリエーテルを使用した新しい代替フッ素系耐油剤が提案されている(特許文献2参照)。
しかしながら、特許文献2に記載されているようなペルフルオロアルキル基の炭素鎖長が6以下である環境に配慮した耐油剤を紙の耐油処理に用いる場合、充分な耐油性が得られ難く、目的の耐油性を得るためには多量の耐油剤を必要とすることがある。このため、例えば低坪量の薄紙や低坪量の耐油紙層を有する板紙においては、充分な耐油性が得られない場合がある。
国際公開第2002/031261 特開2009−035689号公報
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、炭素数が6以下のポリフルオロアルキル基を有する耐油剤を用いて耐油性を付与する際に、この耐油剤の使用量を多くしなくても耐油性を向上させることができ、耐油性、耐水性及び水蒸気透過性に優れる紙複合体、並びにこの紙複合体を備える包装材料及び紙複合体の製造方法を提供することを目的とする。
本発明者らは鋭意検討を重ねた結果、特定のビニルアルコール系重合体(以下、「PVA」と略記することがある)(A)及び特定のカチオン性含フッ素共重合体(B)を含有する耐油層を、透気抵抗度1000秒以下かつ緊度0.5g/cm以上1.0g/cm以下の基紙の少なくとも一方の表面に乾燥質量換算で0.1g/m以上3.0g/m以下設けることにより、高耐油性、高耐水性及び水蒸気透過性に優れることを見出した。
上記課題を解決するためになされた発明は、透気抵抗度1000秒以下かつ緊度0.5g/cm以上1.0g/cm以下の基紙と、この基紙の少なくとも一方の表面側に形成される耐油層とを備え、上記耐油層が、エチレン単位の含有量が2モル%以上10モル%以下、粘度平均重合度が300以上2000以下、けん化度が91.5モル%以上99.5モル%以下のビニルアルコール系重合体(A)と、下記単量体(a)に由来する構成単位及び下記単量体(b)に由来する構成単位を有するカチオン性含フッ素共重合体(B)とを含み、上記ビニルアルコール系重合体(A)100質量部に対するカチオン性含フッ素共重合体(B)の含有量が5質量部以上50質量部以下であり、上記耐油層の積層量が乾燥質量換算で0.1g/m以上3.0g/m以下である1000g/m・24h以上の水蒸気透過性を有する紙複合体である。
単量体(a):炭素数1〜6のポリフルオロアルキル基を有する(メタ)アクリレート
単量体(b):下式(1)で表される化合物
CH=C(R)COO−Q−N(R)(R) ・・・(1)
(上記式(1)中、Rは、水素原子又はメチル基であり、Qは、炭素数2以上3以下のアルキレン基における水素原子の一部若しくは全部が水酸基で置換された基、又は炭素数2以上4以下のアルキレン基であり、R及びRは、それぞれ独立に、ベンジル基又は炭素数1以上8以下のアルキル基である。但し、RとRとが結合して窒素原子と共にモルホリノ基、ピペリジノ基又はピロリジニル基を形成してもよい。)
上記課題を解決するためになされた別の発明は、上述の紙複合体を備える包装材料である。
上記課題を解決するためになされた別の発明は、透気抵抗度1000秒以下かつ緊度0.5g/cm以上1.0g/cm以下の基紙と、この基紙の少なくとも一方の表面側に形成される耐油層とを備え、1000g/m・24h以上の水蒸気透過性を有する紙複合体の製造方法であって、エチレン単位の含有量が2モル%以上10モル%以下、粘度平均重合度が300以上2000以下、けん化度が91.5モル%以上99.5モル%以下のビニルアルコール系重合体(A)と、下記単量体(a)に由来する構成単位及び下記単量体(b)に由来する構成単位を有するカチオン性含フッ素共重合体(B)とを含む耐油層形成用組成物を上記基紙の少なくとも一方の表面側に塗工する工程と、上記塗工した基紙を乾燥する工程とを備え、上記ビニルアルコール系重合体(A)100質量部に対するカチオン性含フッ素共重合体(B)の含有量が5質量部以上50質量部以下であり、上記耐油層の積層量が乾燥質量換算で0.1g/m以上3.0g/m以下であることを特徴とする紙複合体の製造方法である。
単量体(a):炭素数1〜6のポリフルオロアルキル基を有する(メタ)アクリレート
単量体(b):下式(1)で表される化合物
CH=C(R)COO−Q−N(R)(R) ・・・(1)
(上記式(1)中、Rは、水素原子又はメチル基であり、Qは、炭素数2以上3以下のアルキレン基における水素原子の一部若しくは全部が水酸基で置換された基、又は炭素数2以上4以下のアルキレン基であり、R及びRは、それぞれ独立に、ベンジル基又は炭素数1以上8以下のアルキル基である。但し、RとRとが結合して窒素原子と共にモルホリノ基、ピペリジノ基又はピロリジニル基を形成してもよい。)
本発明の紙複合体は、炭素数が6以下のポリフルオロアルキル基を有する耐油剤を用いて耐油性を付与する際に、この耐油剤の使用量を多くしなくても耐油性を向上させることができ、耐油性、耐水性及び水蒸気透過性に優れる。よって、様々な揚げ物食品や油脂含有食品の包装用又は容器用等の、実用的な耐油紙を提供するのに有用である。
以下、本発明について詳細に説明する。
<紙複合体>
<基紙>
本発明の紙複合体を得る為に使用する基紙は、JIS−P8117(2009)に準じて測定される透気抵抗度が1000秒以下かつJIS−P8118(1998)に準じて測定される緊度が0.5g/cm以上1.0g/cm以下の基紙である。透気抵抗度1000秒以下かつ緊度0.5g/cm以上1.0g/cm以下の基紙では、既存のフッ素耐油層を設けても目的の高耐油性、水蒸気透過性及び耐水性を達成することは困難であるが、少なくとも片面に上記PVA(A)及びカチオン性含フッ素共重合体(B)を含有する耐油層を0.1g/m以上3.0g/m以下設けることにより、目的の達成が可能となる。
基紙としては透気抵抗度1000秒以下かつ緊度0.5g/cm以上1.0g/cm以下であれば特に限定されず、少なくとも一方の表面に耐油層を設けることができるものであればよく、用途に応じて適宜選択することができる。例えばクラフト紙、上質紙、板紙、ライナー、グラシン紙、パーチメント紙等が好ましく用いられる。なお、紙基材の繊維原料はセルロースやセルロース誘導体に限定されない。また、紙基材の代わりにセルロースやセルロース誘導体以外の原料からできた繊維を備える織物や不織布等も基材として使用できる。
<耐油層>
耐油層は、基紙の少なくとも一方の表面側に形成される。耐油層は、PVA(A)とカチオン性含フッ素共重合体(B)とを含む。
[PVA(A)]
本発明に用いられるPVA(A)は、エチレン単位を有していることが必須であり、エチレン単位の含有量としては、2モル%以上10モル%以下であることが必須である。エチレン単位の含有量の下限としては、2.5モル%が好ましく、3モル%がより好ましく、3.5モル%がさらに好ましい。エチレン単位の含有量の上限としては、9.5モル%が好ましく、9モル%がより好ましく、8.5モル%がさらに好ましい。エチレン単位の含有量が上記下限未満の場合には、得られる紙複合体の耐油性や耐水性が問題となる場合がある。エチレン単位の含有量が上記上限より大の場合には、PVAが水に不溶となる場合があり、基紙上への塗工が困難となる。
PVA(A)のエチレン単位の含有量は、例えば、PVA(A)の前駆体又は再酢化物であるエチレン単位を含有するポリビニルエステルのプロトンNMRから求められる。すなわち、得られたポリビニルエステルをn−ヘキサン/アセトンで再沈精製を3回以上十分に行った後、80℃での減圧乾燥を3日間して分析用のポリビニルエステルを作成する。このポリマーをDMSO−dに溶解し、プロトンNMR(例:500MHz)を用いて80℃で測定する。ビニルエステルの主鎖メチンに由来するピーク(4.7ppm以上5.2ppm以下)とエチレン、ビニルエステル及び第3成分の主鎖メチレンに由来するピーク(0.8ppm以上1.6ppm以下)を用いてエチレン単位の含有量を算出することができる。
PVA(A)の粘度平均重合度(以下、重合度と略記する)は300以上2000以下である。粘度平均重合度の下限としては、320が好ましく、340がより好ましく、350がさらに好ましい。粘度平均重合度の上限としては、1800が好ましく、1600がより好ましく、1500がさらに好ましい。粘度平均重合度が上記下限未満の場合には得られる紙複合体の耐油性が十分でない場合がある。粘度平均重合度が上記上限を超えると、水溶液の粘度が高くなるため、混合液の粘度も高くなり基紙への塗工適性が低下し、性能を発現するのに十分な塗工量を得られない場合がある。PVAの重合度は、JIS−K6726(1994)に準じて測定される。すなわち、PVAを再けん化し、精製した後、30℃の水中で測定した極限粘度[η](リットル/g)から次式により求められるものである。
P=([η]×10/8.29)(1/0.62)
PVA(A)のけん化度は91.5モル%以上99.5モル%以下である。けん化度の下限としては、92モル%が好ましく、95モル%がより好ましく、97%がさらに好ましい。けん化度の上限としては、99.3モル%が好ましく、99.1モル%がより好ましく、99.0モル%がさらに好ましい。けん化度が上記下限未満の場合には、得られる紙複合体の耐水性が十分でない場合がある。一方、けん化度が上記上限よりも大きいビニルアルコール系重合体では、水溶液の保管中における粘度の急激上昇、塗工中の糸状物質の析出等の問題が発生することがあり、安定に紙複合体を製造することが困難な場合がある。
PVA(A)の製造方法は特に制限されないが、エチレンと前述のビニルエステル系単量体とを共重合して得られたビニルエステル系重合体を、アルコール又はジメチルスルホキシド溶液中でけん化する方法などの公知の方法が挙げられる。
ビニルエステル系単量体としては、ギ酸ビニル、酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、バレリン酸ビニル、カプリン酸ビニル、ラウリン酸ビニル、ステアリン酸ビニル、安息香酸ビニル、ピバリン酸ビニル及びバーサティック酸ビニル等が挙げられ、これらの中でもPVAを得る点からは酢酸ビニルが好ましい。
ビニルアルコール系重合体(A)には、本発明の効果を損なわない範囲であれば、ビニルアルコール単位、エチレン単位及びビニルエステル単位以外の単量体単位を含有していてもよい。このような単位としては、プロピレン、1−ブテン、イソブテン、1−ヘキセン等のα−オレフィン類;メチルビニルエーテル、エチルビニルエーテル、n−プロピルビニルエーテル、i−プロピルビニルエーテル、n−ブチルビニルエーテル等のビニルエーテル類;エチレングリコールビニルエーテル、1,3−プロパンジオールビニルエーテル、1,4−ブタンジオールビニルエーテル等のヒドロキシ基含有のビニルエーテル類;アリルアセテート、プロピルアリルエーテル、ブチルアリルエーテル、ヘキシルアリルエーテル等のアリルエーテル類;オキシアルキレン基を有する単量体;ビニルトリメトキシシラン等のビニルシラン類;酢酸イソプロペニル;3−ブテン−1−オール、4−ペンテン−1−オール、5−ヘキセン−1−オール、7−オクテン−1−オール、9−デセン−1−オール、3−メチル−3−ブテン−1−オール等のヒドロキシ基含有のα−オレフィン類;エチレンスルホン酸、アリルスルホン酸、メタアリルスルホン酸、2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸等に由来するスルホン酸基を有する単量体;ビニロキシエチルトリメチルアンモニウムクロライド、ビニロキシブチルトリメチルアンモニウムクロライド、ビニロキシエチルジメチルアミン、ビニロキシメチルジエチルアミン、N−アクリルアミドメチルトリメチルアンモニウムクロライド、3−(N−メタクリルアミド)プロピルトリメチルアンモニウムクロライド、N−アクリルアミドエチルトリメチルアンモニウムクロライド、N−アクリルアミドジメチルアミン、アリルトリメチルアンモニウムクロライド、メタアリルトリメチルアンモニウムクロライド、ジメチルアリルアミン、アリルエチルアミン等に由来するカチオン基を有する単量体が挙げられる。これらの単量体の含有量は、使用される目的や用途等によって異なるが通常20モル%以下、好ましくは10モル%以下である。
PVA(A)は、2−メルカプトエタノール、n−オクチルメルカプタン、n−ドデシルメルカプタンなどのチオール化合物の存在下で、酢酸ビニルなどのビニルエステル系単量体をエチレンと共重合し、それをけん化することによって得られる末端変性物であってもよい。
ビニルエステル系単量体とエチレンとの共重合の方法としては、塊状重合法、溶液重合法、懸濁重合法、乳化重合法などの公知の方法が挙げられる。その中でも、無溶媒下で重合する塊状重合法やアルコールなどの溶媒中で重合する溶液重合法が通常採用される。溶液重合時に溶媒として使用されるアルコールとしては、メチルアルコール、エチルアルコール、プロピルアルコールなどの低級アルコールが挙げられる。共重合に使用される開始剤としては、2,2’−アゾビスイソブチロニトリル、2,2’−アゾビス(2,4−ジメチル−バレロニトリル)、過酸化ベンゾイル、n−プロピルパーオキシジカーボネートなどのアゾ系開始剤又は過酸化物系開始剤などの公知の開始剤が挙げられる。重合温度については特に制限はないが、0℃以上150℃以下の範囲が適当である。しかしながら、重合条件を選定するにあたっては、後述する実施例からも明らかなように、本発明の目的とするPVAが得られるように種々の条件を適切に設定することが必要である。
けん化について、けん化触媒として使用するアルカリ性物質としては、水酸化カリウム又は水酸化ナトリウムが挙げられる。けん化触媒に使用するアルカリ性物質のモル比の下限としては、酢酸ビニル単位に対して0.004が好ましく、0.005がより好ましい。一方、上記モル比の上限としては、0.5が好ましく、0.1がより好ましい。けん化触媒は、けん化反応の初期に一括添加しても良いし、けん化反応の途中で追加添加しても良い。けん化反応の溶媒としては、メタノール、酢酸メチル、ジメチルスルホキシド、ジメチルホルムアミドなどが挙げられる。これらの溶媒の中でも反応性の観点からメタノールが好ましい。けん化反応の温度の下限としては、5℃が好ましく、20℃が好ましい。一方、上記温度の上限としては、80℃が好ましく、70℃がより好ましい。けん化時間の下限としては、5分が好ましく、10分がより好ましい。一方、けん化時間の上限としては、10時間が好ましく、5時間がより好ましい。けん化方法としてはバッチ法や連続法など公知の方法が適用可能である。
洗浄液としては、メタノール、アセトン、酢酸メチル、酢酸エチル、ヘキサン、水などが挙げられ、これらの中でもメタノール、酢酸メチル、水単独及び混合液がより好ましい。洗浄液の量の下限としては通常PVA100質量部に対して、30質量部が好ましく、50質量部がより好ましい。一方、洗浄液の量の上限としては、10000質量部が好ましく、3000質量部がより好ましい。洗浄温度の下限としては、5℃が好ましく、20℃がより好ましい。一方、洗浄温度の上限としては、80℃が好ましく、70℃がより好ましい。洗浄時間の下限としては、20分が好ましく、1時間がより好ましい。一方、洗浄時間の上限としては、10時間が好ましく、6時間がより好ましい。洗浄方法としてはバッチ法や向流洗浄法など公知の方法が適用可能である。
[カチオン性含フッ素共重合体(B)]
カチオン性含フッ素共重合体(B)は、単量体(a)に由来する構成単位及び単量体(b)に由来する構成単位を有する含フッ素共重合体である。必要に応じて単量体(a)に由来する構成単位と単量体(b)に由来する構成単位以外の他の構成単位を有していてもよい。
(単量体(a))
単量体(a)は、炭素数1以上6以下のポリフルオロアルキル基を有する(メタ)アクリレートである。「ポリフルオロアルキル基」は、アルキル基の水素原子の一部又は全部がフッ素原子に置換された基である。「(メタ)アクリレート」は、アクリレート及びメタクリレートの総称である。
「ポリフルオロアルキル基を有する(メタ)アクリレート」としては、下式(2)で表される化合物が好ましい。
−L−OCO−C(R)=CH ・・・(2)
式中、Rは炭素数1〜6のポリフルオロアルキル基を示す。Lは2価の有機基を示す。Rは水素原子又はメチル基を示す。なお下式(2)における「R−L−」において、フッ素原子と結合している炭素原子は全てRに含まれるものとし、残りの炭素原子のうちLに含まれる炭素原子の数が最大となるように「R」および「L」を決めるものとする。例えば「R−L−」が「CFH−CH−CH(OH)−CH−」である場合、「R」は「CFH−」であり「−L−」は「−CH−CH(OH)−CH−」であるものとする。
ポリフルオロアルキル基Rの炭素数は、環境負荷を小さくする点から、1以上6以下である。得られる耐油紙の耐油性の点から、3以上6以下が好ましく、4以上6以下がより好ましく、6が特に好ましい。
単量体(a)においてポリフルオロアルキル基としては、アルキル基の水素原子の全部がフッ素原子に置換されたペルフルオロアルキル基が好ましい。
単量体(a)の好ましい具体例としては、例えば下記のものが挙げられる。
13OCOC(CH)=CH
13OCOCH=CH
13OCOCCl=CH
OCOC(CH)=CH
OCOCH=CH
OCOCCl=CH
単量体(a)は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。単量体(a)としては、C13OCOC(CH)=CH、C13OCOCH=CH及びC13OCOCCl=CHがより好ましく、C13OCOCH=CH及びC13OCOC(CH)=CHが特に好ましい。
(単量体(b))
単量体(b)は、下記式(1)で表される化合物(1)である。
CH=C(R)COO−Q−N(R)(R) ・・・(1)
は、水素原子又はメチル基である。Qは、炭素数2以上3以下のアルキレン基における水素原子の一部若しくは全部が水酸基で置換された基、又は炭素数2以上4以下のアルキレン基である。Qとしては、炭素数2以上4以下のアルキレン基が好ましい。
及びRは、それぞれ独立に、ベンジル基若しくは炭素数1以上8以下のアルキル基であるか、又はRとRとが結合して窒素原子とともにモルホリノ基、ピペリジノ基又はピロリジニル基を形成している。R及びRとしては、炭素数1以上8以下のアルキル基が好ましく、メチル基又はエチル基が特に好ましい。
上記カチオン性含フッ素共重合体(B)における、上記化合物(1)に由来する構造単位は上記式(1)で示すように第3級の置換アミノ基を有する。このように、上記カチオン性含フッ素共重合体(B)が第3級の置換アミノ基を有することで、当該紙複合体は水蒸気透過性に特に優れる。
単量体(b)としては、例えばN,N−ジメチルアミノエチル(メタ)アクリレート、N,N−ジエチルアミノエチル(メタ)アクリレート、N,N−ジメチルアミノプロピル(メタ)アクリレート、N,N−ジエチルアミノプロピル(メタ)アクリレート、N,N−ジイソプロピルアミノエチル(メタ)アクリレート、N,N−ジエチルアミノプロピル(メタ)アクリルアミド等が挙げられる。
カチオン性含フッ素共重合体(B)は単量体(a)及び(b)に由来する構成単位以外の単量体(c)に由来する構成単位を含んでいてもよい。単量体(c)に由来する構成単位は2種以上含まれていてもよい。単量体(c)としては、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート、4−ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート、ポリオキシエチレングリコールモノ(メタ)アクリレート、ポリオキシプロピレングリコールモノ(メタ)アクリレート、メトキシポリオキシエチレングリコール(メタ)アクリレート、2−イソシアネートエチル(メタ)アクリレートの2−ブタノンオキシム付加体、2−イソシアネートエチル(メタ)アクリレートのピラゾール付加体、2−イソシアネートエチル(メタ)アクリレートの3,5−ジメチルピラゾール付加体、2−イソシアネートエチル(メタ)アクリレートの3−メチルピラゾール付加体、2−イソシアネートエチル(メタ)アクリレートのε−カプロラクタム付加体、3−イソシアネートプロピル(メタ)アクリレートの2−ブタノンオキシム付加体、3−イソシアネートプロピル(メタ)アクリレートのピラゾール付加体、3−イソシアネートプロピル(メタ)アクリレートの3,5−ジメチルピラゾール付加体、3−イソシアネートプロピル(メタ)アクリレートの3−メチルピラゾール付加体、3−イソシアネートプロピル(メタ)アクリレートのε−カプロラクタム付加体、4−イソシアネートブチル(メタ)アクリレートの2−ブタノンオキシム付加体、4−イソシアネートブチル(メタ)アクリレートのピラゾール付加体、4−イソシアネートブチル(メタ)アクリレートの3,5−ジメチルピラゾール付加体、4−イソシアネートブチル(メタ)アクリレートの3−メチルピラゾール付加体、4−イソシアネートブチル(メタ)アクリレートのε−カプロラクタム付加体、3−メタクリロイルオキシプロピルトリメトキシシラン、3−メタクリロイルオキシプロピルジメトキシメチルシラン、3−メタクリロイルオキシプロピルトリエトキシシラン、3−メタクリロイルオキシプロピルジエトキシエチルシラン、アリルトリメトキシシラン、グリシジル(メタ)アクリレート、ポリオキシアルキレングリコールモノグリシジルエーテル(メタ)アクリレート、エチレングリコールジ(メタ)アクリレート、トリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、テトラエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ポリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、プロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、ポリプロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、ポリテトラメチレングリコールジ(メタ)アクリレート、1、6ヘキサンジオールジ(メタ)アクリレート、ネオペンチルグリコールジ(メタ)アクリレート、ポリ(エチレングリコール−プロピレングリコール)ジ(メタ)アクリレート、ポリ(エチレングリコール−テトラメチレングリコール)ジ(メタ)アクリレート、ポリ(プロピレングリコール−テトラメチレングリコール)ジ(メタ)アクリレート、ジエチレングリコールジグリシジルジ(メタ)アクリレート、ポリエチレングリコールジグリシジルジ(メタ)アクリレート、プロピレングリコールジグリシジルジ(メタ)アクリレート、ポリプロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、グリセリンジグリシジルエーテルジ(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシ−3−アクリロイルオキシプロピルメタクリレート、アリロキシポリエチレングリコールモノ(メタ)アクリレート、アリロキシポリ(エチレングリコール−プロピレングリコール)モノ(メタ)アクリレート、グリセリンジ(メタ)アクリレート、オキシアルキレングリコールモノ(メタ)アクリレートモノイソシアナトエチル(メタ)アクリレート、オキシアルキレングリコールジイソシアナトエチル(メタ)アクリレートエチレン、塩化ビニリデン、塩化ビニル、(メタ)アクリル酸、フッ化ビニリデン、酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、イソブタン酸ビニル、イソデカン酸ビニル、ステアリン酸ビニル、ビニルピロリドン、セチルビニルエーテル、ドデシルビニルエーテル、イソブチルビニルエーテル、エチルビニルエーテル、2−クロロエチルビニルエーテル、スチレン、α−メチルスチレン、p−メチルスチレン、(メタ)アクリルアミド、N,N−ジメチル(メタ)アクリルアミド、ジアセトン(メタ)アクリルアミド、メチロール化ジアセトン(メタ)アクリルアミド、ビニルアルキルケトン、ブタジエン、イソプレン、クロロプレン、ベンジル(メタ)アクリレート、ポリシロキサンを有する(メタ)アクリレート、酢酸アリル、N−ビニルカルバゾール、マレイミド、N−メチルマレイミド等が挙げられる。
カチオン性含フッ素共重合体(B)の全構成単位(100質量%)のうち、カチオン性含フッ素共重合体(B)における単量体(a)に由来する構成単位の含有量が50質量%以上98質量%以下、単量体(b)に由来する構成単位の含有量が2質量%以上50質量%以下であることが好ましい。単量体(c)に由来する構成単位を有する場合、カチオン性含フッ素共重合体(B)の全構成単位(100質量%)のうち、40質量%以下が好ましい。
カチオン性含フッ素共重合体(B)の重量平均分子量の下限としては、5000が好ましく、20000がより好ましい。一方、重量平均分子量の上限としては、100000が好ましく、90000がより好ましい。重量平均分子量が上記下限以上であれば、耐水性及び耐油性が良好となる。質量平均分子量が上記上限以下であれば、造膜性及び液安定性が良好となる。
カチオン性含フッ素共重合体(B)の重量平均分子量は、標準ポリメチルメタクリレート試料を用いて作成した検量線を用い、ゲルパーミエーションクロマトグラフィで測定することによって得られるポリメチルメタクリレート換算分子量である。
本発明におけるカチオン性含フッ素共重合体(B)は、公知の方法を用いて、重合溶媒中で単量体の重合反応を行うことにより得られる。
また、単量体の重合反応によりカチオン性含フッ素共重合体(B)を得た後、この共重合体(B)中の置換アミノ基をアミン塩化することが好ましい。これによりこの共重合体(B)の水性媒体への分散性が向上する。
アミン塩化には酸等を用いるのが好ましく、酸としては、塩酸、臭化水素酸、スルホン酸、硝酸、リン酸、クエン酸、リンゴ酸、酢酸、ギ酸、プロピオン酸、乳酸等が好ましく、酢酸及びリンゴ酸がより好ましい。
本発明の紙複合体は、PVA(A)とカチオン性含フッ素共重合体(B)との両方を耐油層に含有させることが必須である。PVA(A)とカチオン性含フッ素共重合体(B)と併用する場合は、目的の性能を発現するための基紙への塗工量を大幅に低減することが可能となる。その場合の基紙への塗工量は基紙の少なくとも一方の表面上に、乾燥質量換算で0.1g/m以上3.0g/m以下である。塗工量の下限としては、本願発明の効果をより向上させる観点から、0.3g/mが好ましい。塗工量の上限としては、2.5g/mが好ましく、2.0g/mがより好ましく、1.5g/mがさらに好ましい。塗工量が上記下限未満の場合には、得られる耐油性が十分ではない。ここで「耐油層の積層量」とは、耐油層を1層のみ形成する場合はその層の積層量を意味し、耐油層を複数層形成する場合は全ての耐油層の積層量の和を意味する。
PVA(A)100質量部に対するカチオン性含フッ素共重合体(B)の含有量の上限としては、50質量部であり、40質量部が好ましく、30質量部がより好ましい。一方、上記含有量の下限としては、5質量部であり、10質量が好ましく、15質量部がより好ましい。
本発明の紙複合体のJIS−Z0208(1976)に準じた水蒸気透過性(透湿度)は1000g/m・24h以上であることが必須であり、1,500g/m・24h以上が好ましく、2,000g/m・24h以上が特に好ましい。水蒸気透過性が上記下限に満たないと、揚げたての揚げ物を当該紙複合体を備える袋に入れて密封した場合、袋内に結露が発生して衣が水分を含んで過度に柔らかくなり、味覚が著しく損なわれる。
<紙複合体の製造方法>
次に本発明の紙複合体の製造方法について説明する。本発明で製造される紙複合体は、透気抵抗度1000秒以下かつ緊度0.5g/cm以上1.0g/cm以下の基紙と、この基紙の少なくとも一方の表面側に形成される耐油層とを備え、1000g/m・24h以上の水蒸気透過性を有する。当該紙複合体の製造方法は、上述のPVA(A)と、上述のカチオン性含フッ素共重合体(B)とを含む耐油層形成用組成物を上述の基紙の少なくとも一方の表面側に塗工する工程と、塗工した基紙を乾燥する工程とを備える。
<塗工工程>
[耐油層形成用組成物]
耐油層形成用組成物においては、ビニルアルコール系重合体(A)100質量部に対するカチオン性含フッ素共重合体(B)の含有量が5質量部以上50質量部以下である。耐油層形成用組成物の好適な形態としては塗工液である。塗工液の調製方法は、特に制限されないが、PVA(A)を溶媒に溶解させたもの及びカチオン性含フッ素共重合体(B)を水性媒体に分散又は溶解させたものを混合する方法が好ましい。水性媒体は、水を含み、揮発性有機溶媒の含有量が1質量%以下である液体であればよく、具体的には水、及び水を含む共沸混合物が好ましい。
塗工液は各種添加剤を含有していてもよい。また紙力剤、サイズ剤、消泡剤、浸透剤、pH調整剤、離型剤、有機又は無機充填材など、紙の製造工程で用いられる公知の添加剤を必要に応じて含有させてもよい。例えば澱粉、カチオン変性澱粉、ヒドロキシエチル化澱粉、酸化澱粉、酵素変性澱粉、ビニルアルコール系重合体、変性ビニルアルコール系重合体、ポリアミドアミン、ポリアミドアミンエピクロロヒドリン変性体、尿素又はメラミンホルムアルデヒドの縮合物又は予備縮合物、メチロール−ジヒドロキシエチレン−尿素及びその誘導体、ウロン、メチロール−エチレン−尿素、メチロール−プロピレン−尿素、メチロール−トリアゾン、ジシアンジアミド−ホルムアルデヒドの縮合物などの樹脂、AKD、カチオン性アクリル樹脂、デンドリマー型アルコール系浸透剤、アセチレングリコール系浸透剤などの浸透剤;シリコーン系消泡剤、デンドリマー型アルコール系消泡剤、アセチレングリコール系消泡剤などの消泡剤が挙げられる。
耐油層形成用組成物を基紙の少なくとも一方の表面側に塗工する方法としては、公知の方法、たとえばサイズプレス、ゲートロールコーター、バーコーターなどの装置を用いて紙の片面又は両面に塗工液を塗工する方法が通常用いられる。塗工液は基紙に含浸してもよい。
塗工は、耐油層の積層量が乾燥質量換算で上述の範囲となるように行う。
<乾燥工程>
耐油層形成用組成物を塗工した後の基紙の乾燥は、例えば熱風、赤外線、加熱シリンダーやこれらを組み合わせた方法により行うことができ、60℃以上の温度で乾燥、熱処理等することが好ましい。この乾燥により、当該紙複合体が得られる。また、乾燥後の当該紙複合体は、調湿及びキャレンダー処理することにより、バリヤー性を更に向上させることが出来る。キャレンダー処理条件としては、ロール温度が常温(25℃)以上100℃以下、ロール線圧が20kg/cm以上300kg/cm以下が好ましい。乾燥、熱処理等を行うことで、より優れた耐油性と耐水性とを発現できる。
<包装材料>
本発明の紙複合体は、包装材料に好適である。そこで本発明はまた、上述の紙複合体を備える包装材料を含む。本発明の包装材料は、公知の包装材料に使用される耐油紙の代わりに上述の紙複合体を用いることにより構成することができる。
以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はかかる実施例により何ら限定されるものではない。
[基紙及び紙複合体の評価]
(1)耐油性評価:キットテスト
一般的な耐油度はTAPPI UM557「Repellency of Paper and Board to Grease,Oil,and Waxes(Kit Test)」によって測定した。
(2)透気抵抗度(秒)
JIS−P8117(2009)に準じ王研式滑度透気度試験器を用いて測定した。透気抵抗度の値は、一定面積を空気100mLが通過する時間を示す。よって、透気抵抗度の値が大きいほど空気が通過し難いことを示す。
(3)水蒸気透過性(g/m・24h)
JIS−Z0208(1976)に記載の防湿包装材料の透湿度試験方法(カップ法)に従い、温度40±0.5℃、相対湿度90±2%の条件下で測定した。透湿度1000〜5000g/m・24hを袋内部での結露と袋外部からの吸湿の発生がなく、食品包装用適性良好と判定した。
(4)吸水性評価
<コッブ(Cobb)吸水度(g/m)>
JIS−P8140(1998)に準じ、紙複合体表面の水との接触時間を60秒としたときの吸収量(g/m)を測定した。以下、コッブ吸水度とは、接触時間60秒のときのコッブ吸水度をいう。
<実施例1>
[ビニルアルコール系重合体の製造方法]
撹拌機、窒素導入口、エチレン導入口、開始剤添加口及びディレー溶液添加口を備えた250L加圧反応槽に酢酸ビニル(VAc)107.2kg及びメタノール(MeOH)42.8kgを仕込み、60℃に昇温した後30分間窒素バブリングにより系中を窒素置換した。次いで反応槽圧力が5.9kg/cmとなるようにエチレンを導入仕込みした。開始剤として2,2’−アゾビス(4−メトキシ−2,4−ジメチルバレロニトリル)(AMV)をメタノールに溶解した濃度2.8g/L溶液を調製し、窒素ガスによるバブリングを行って窒素置換した。上記の重合槽内温を60℃に調整した後、上記の開始剤溶液204mLを注入し重合を開始した。重合中はエチレンを導入して反応槽圧力を5.9kg/cmに、重合温度を60℃に維持し、上記の開始剤溶液を用いて640mL/hrでAMV溶液を連続添加して重合を実施した。4時間後に重合率が30%となったところで冷却して重合を停止した。反応槽を開放して脱エチレンした後、窒素ガスをバブリングして脱エチレンを完全に行った。次いで減圧下に未反応酢酸ビニルモノマーを除去しポリ酢酸ビニルのメタノール溶液とした。得られたポリ酢酸ビニル溶液にメタノールを加えて濃度が30質量%となるように調製したポリ酢酸ビニルのメタノール溶液333g(溶液中のポリ酢酸ビニル100g)に、46.5g(ポリ酢酸ビニル中の酢酸ビニル単位に対してモル比[MR]0.05)のアルカリ溶液(NaOHの10%メタノール溶液)を添加してけん化を行った。アルカリ添加後約1分で系がゲル化したものを粉砕器にて粉砕し、40℃で1時間放置してけん化を進行させた後、酢酸メチル1000gを加えて残存するアルカリを中和した。フェノールフタレイン指示薬を用いて中和の終了を確認後、濾別して得られた白色固体のPVAにメタノール1000gを加えて室温で3時間放置洗浄した。上記洗浄操作を3回繰り返した後、遠心脱液して得られたPVAを乾燥機中70℃で2日間放置して乾燥PVA(PVA−1)を得た。
[PVAの粘度平均重合度及びけん化度]
PVAの粘度平均重合度及びけん化度は、JIS−K6726(1994)に記載の方法により求めた。この結果を表2に示す。
[カチオン性含フッ素共重合体の製造方法]
1Lのガラス製容器に、C13OCOC(CH)=CH(a)を114.0g、N,N−ジエチルアミノエチルメタクリレート(b)を18.0g、2−ヒドロキシエチルメタアクリレート(C1)を16.5g、CH=C(CH)COO(CO)COC(CH)=CHを1.5g、アセトンを450g及びジメチル2,2’−アゾビスイソブチレートを1.2g仕込み、窒素置換を3回繰り返した。撹拌回転数350rpmにて65℃で16時間重合反応を行い、固形分濃度24質量%の淡黄色溶液を得た。
得られた淡黄色溶液100gに水及び酢酸を添加し、ホモミキサーを用いて30分間撹拌した。65℃でアセトンを減圧留去し、淡黄透明な水分散液を得た後、イオン交換水を用いて固形分濃度が20質量%である水分散液(カチオン性含フッ素共重合体(B)の水分散液)を調製した。
[塗工液の調製]
上記で得られたPVAの10質量%水溶液を調製し、この水溶液中のPVA100質量部に対して、上記水分散液中のカチオン性含フッ素共重合体(B)が50質量部となるように上記水溶液及び水分散液を混合し、固形分濃度4質量%となるように調製することで塗工液を得た。
[紙複合体の作製]
上記で得られた塗工液を、試験用2−ロールサイズプレス機(熊谷理機工業社)を用いて、坪量70g/m、緊度0.5g/cm、透気抵抗度15秒の基紙の両面に塗工し紙複合体を得た。上記塗工は50℃にて100m/分の条件で行った後、100℃で5分間乾燥させた。塗工液の固形分換算の塗工量は2.5g/m(両面の合計)であった。得られた紙複合体を20℃、65%RHで72時間調湿した。
[紙複合体の評価]
得られた紙複合体について、上記の方法に従って耐油性評価、透気抵抗度、水蒸気透過性及び吸水性評価を測定した。耐油性評価においてはキット値7を得た。透気抵抗度は15秒、水蒸気透過性は4,800g/m・24hであり、またコッブ吸水度は20g/mであり、いずれも実用上問題の無いレベルと判定した。
<実施例2>〜<実施例15>
表1に示すようにビニルアルコール系重合体の製造方法を変更して(PVA−2)〜(PVA−8)を得た。(PVA−2)〜(PVA−8)の分析結果を表2に示す。得られたPVAを用いて表3に示す組成の塗工液を基紙表面に実施例1と同様の方法で塗工し紙複合体を得た。これらの紙複合体について、上述の手順により評価を行った。その結果を表3に示す。
Figure 0006578285
Figure 0006578285
Figure 0006578285
表3に示すように、本発明の所定の範囲のPVA(A)及びカチオン性含フッ素共重合体(B)を有する紙複合体では、耐油性、水蒸気透過性及び吸水性評価のいずれの評価においても良好な結果を示した。
<比較例1>〜<比較例12>
表4に示すようにビニルアルコール系重合体の製造方法を変更して(PVA−9)〜(PVA−16)を得た。(PVA−9)〜(PVA−16)の分析結果を表5に示す。得られたPVAを用いて表6に示す様な組成の塗工液を基紙表面に実施例1と同様の方法で塗布し、紙複合体を得た後、この紙複合体の評価を行った。その結果を表6に示す。
Figure 0006578285
Figure 0006578285
Figure 0006578285
比較例1はカチオン性含フッ素共重合体(B)を含まない紙複合体である。比較例1の紙複合体は、耐油性が低く吸水度も高いため、実用的に十分でない。
比較例2〜5はエチレン単位の含有量が2モル%に満たないビニルアルコール系重合体を有する紙複合体である。比較例2の紙複合体は吸水度がやや高く、比較例3の紙複合体はキット値が低く、比較例4の紙複合体はキット値が低く吸水度もやや高く、比較例5の紙複合体はキット値が低く吸水度も高い。そのため、比較例2〜5の紙複合体はいずれも実用的に十分でない。
比較例6ではエチレン単位の含有量が10モル%を超えるビニルアルコール系重合体の使用を試みたが、塗工液調製の際に未溶解成分が存在したため、紙複合体を得る事が出来なかった。
比較例7はけん化度が91.5モル%を下回るビニルアルコール系重合体を有する紙複合体である。比較例7の紙複合体は、キット値が低く吸水度も高いため実用的に不十分である。
比較例8は重合度が300を下回るビニルアルコール系重合体を有する紙複合体である。比較例8の紙複合体は、キット値が低く吸水度も高いため実用的に不十分である。
比較例9ではけん化度が99.5モル%を超えるビニルアルコール系重合体の使用を試みたが、塗工中に糸状物質が析出し、紙複合体を安定に得る事が出来なかった。
比較例10及び11は所定範囲を超えた緊度を有する基紙を備える紙複合体である。比較例10の紙複合体は、透気抵抗度が高く吸水度も高い。比較例11の紙複合体は、キット値が低く、水蒸気透過性が1000g/m・24h未満と低いと共に透気抵抗度も高く、さらに吸水度が高い。そのため、比較例10及び11の紙複合体は実用的に不十分である。
比較例12は所定範囲を超えた透気抵抗度を有する基紙を備える紙複合体である。比較例12の紙複合体は、キット値が低く、水蒸気透過性も低く、透気抵抗度も高く、さらに吸水度が高い。そのため、比較例12の紙複合体は実用的に不十分である。
本発明の紙複合体は、油性食品を包装した場合でも実用上問題にならない程度に耐油性を維持でき、さらに空気透過性あるいは水蒸気透過性、かつ耐水性に優れることから、様々な揚げ物食品や油脂含有食品の包装用又は容器用等の、実用的な耐油紙を提供するのに有用である。

Claims (4)

  1. 透気抵抗度1000秒以下かつ緊度0.5g/cm以上1.0g/cm以下の基紙と、この基紙の少なくとも一方の表面側に形成される耐油層とを備え、
    上記耐油層が、エチレン単位の含有量が2モル%以上10モル%以下、粘度平均重合度が300以上2000以下、けん化度が91.5モル%以上99.5モル%以下のビニルアルコール系重合体(A)と、下記単量体(a)に由来する構成単位及び下記単量体(b)に由来する構成単位を有するカチオン性含フッ素共重合体(B)とを含み、
    上記ビニルアルコール系重合体(A)100質量部に対するカチオン性含フッ素共重合体(B)の含有量が5質量部以上50質量部以下であり、
    上記耐油層の積層量が乾燥質量換算で0.1g/m以上3.0g/m以下である1000g/m・24h以上の水蒸気透過性を有する紙複合体。
    単量体(a):炭素数1〜6のポリフルオロアルキル基を有する(メタ)アクリレート
    単量体(b):下式(1)で表される化合物
    CH=C(R)COO−Q−N(R)(R) ・・・(1)
    (上記式(1)中、Rは、水素原子又はメチル基であり、Qは、炭素数2以上3以下のアルキレン基における水素原子の一部若しくは全部が水酸基で置換された基、又は炭素数2以上4以下のアルキレン基であり、R及びRは、それぞれ独立に、ベンジル基又は炭素数1以上8以下のアルキル基である。但し、RとRとが結合して窒素原子と共にモルホリノ基、ピペリジノ基又はピロリジニル基を形成してもよい。)
  2. 上記カチオン性含フッ素共重合体(B)における単量体(a)に由来する構成単位の含有量が50質量%以上98質量%以下、単量体(b)に由来する構成単位の含有量が2質量%以上50質量%以下である請求項1に記載の紙複合体。
  3. 請求項1に記載の紙複合体を備える包装材料。
  4. 透気抵抗度1000秒以下かつ緊度0.5g/cm以上1.0g/cm以下の基紙と、この基紙の少なくとも一方の表面側に形成される耐油層とを備え、1000g/m・24h以上の水蒸気透過性を有する紙複合体の製造方法であって、
    エチレン単位の含有量が2モル%以上10モル%以下、粘度平均重合度が300以上2000以下、けん化度が91.5モル%以上99.5モル%以下のビニルアルコール系重合体(A)と、下記単量体(a)に由来する構成単位及び下記単量体(b)に由来する構成単位を有するカチオン性含フッ素共重合体(B)とを含む耐油層形成用組成物を上記基紙の少なくとも一方の表面側に塗工する工程と、
    上記塗工した基紙を乾燥する工程とを備え、
    上記ビニルアルコール系重合体(A)100質量部に対するカチオン性含フッ素共重合体(B)の含有量が5質量部以上50質量部以下であり、
    上記耐油層の積層量が乾燥質量換算で0.1g/m以上3.0g/m以下であることを特徴とする紙複合体の製造方法。
    単量体(a):炭素数1〜6のポリフルオロアルキル基を有する(メタ)アクリレート
    単量体(b):下式(1)で表される化合物
    CH=C(R)COO−Q−N(R)(R) ・・・(1)
    (上記式(1)中、Rは、水素原子又はメチル基であり、Qは、炭素数2以上3以下のアルキレン基における水素原子の一部若しくは全部が水酸基で置換された基、又は炭素数2以上4以下のアルキレン基であり、R及びRは、それぞれ独立に、ベンジル基又は炭素数1以上8以下のアルキル基である。但し、RとRとが結合して窒素原子と共にモルホリノ基、ピペリジノ基又はピロリジニル基を形成してもよい。)
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