JP6619568B2 - ガスバリア層形成用塗工液の製造方法及びガスバリア性シートの製造方法 - Google Patents
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Description
当該ガスバリア層形成用塗工液の製造方法は、セルロースナノファイバーと層状無機化合物とを含有する混合物に機械的な微細化処理を施す工程(微細化工程)を備える。
微細化工程に供される混合物は、セルロースナノファイバー及び層状無機化合物を含有し、通常、分散媒としての水を含有する。
混合物に含まれるセルロースナノファイバーは、通常、パルプ(パルプ繊維)を公知の方法により解繊することにより得ることができる。
広葉樹晒クラフトパルプ(LBKP)、広葉樹未晒クラフトパルプ(LUKP)等の広葉樹クラフトパルプ(LKP)、針葉樹晒クラフトパルプ(NBKP)、針葉樹未晒クラフトパルプ(NUKP)等の針葉樹クラフトパルプ(NKP)等の化学パルプ;
ストーングランドパルプ(SGP)、加圧ストーングランドパルプ(PGW)、リファイナーグランドパルプ(RGP)、ケミグランドパルプ(CGP)、サーモグランドパルプ(TGP)、グランドパルプ(GP)、サーモメカニカルパルプ(TMP)、ケミサーモメカニカルパルプ(CTMP)、晒サーモメカニカルパルプ(BTMP)等の機械パルプ;
茶古紙、クラフト封筒古紙、雑誌古紙、新聞古紙、チラシ古紙、オフィス古紙、段ボール古紙、上白古紙、ケント古紙、模造古紙、地券古紙、更紙古紙等から製造される古紙パルプ;
古紙パルプを脱墨処理した脱墨パルプ(DIP)などが挙げられる。これらは、本発明の効果を損なわない限り、単独で用いてもよく、複数種を組み合わせて用いてもよい。
層状無機化合物とは、層状構造を有する無機化合物である。層状構造とは、原子が共有結合等によって強く結合して密に配列した面が、ファンデルワールス力等の弱い結合力によって平行に積み重なった構造やイオンで結合した平板性の高い構造をいう。
上記混合物中の全固形分に占めるセルロースナノファイバー及び層状無機化合物の含有量としては、80質量%以上とすることができ、95質量%以上とすることができ、99質量%以上とすることができる。上記混合物は、本発明の効果を損なわない限り、セルロースナノファイバー、層状無機化合物、及び分散媒としての水以外に、その他の成分を任意に含有していてもよい。
混合物に施す機械的な微細化処理とは、実質的に化学反応を伴うことなく、混合物に含まれるセルロースナノファイバー及び層状無機化合物の少なくとも一方、好ましくは双方を物理的に微細化することをいう。混合物に機械的な微細化処理を施す方法としては、セルロースナノファイバーの製造方法と同様に、例えばグラインダー法、粉砕法などが挙げられるが、グラインダー法が好ましい。グラインダー法としては、例えば石臼式磨砕機を使用する磨砕処理法を用いることができる。具体的には、石臼式磨砕機の擦り合わせ部にセルロースナノファイバー及び層状無機化合物を含む混合物を通過させる。この処理により、層状無機化合物が擦り合わせ部を通過する際の衝撃、遠心力、剪断力等により効果的に劈開され、層状無機化合物の偏平化が促進される。この際、セルロースナノファイバーにおいても、さらなる解繊が進むと考えられる。
当該ガスバリア層形成用塗工液は、当該ガスバリア層形成用塗工液の製造方法により得られるガスバリア層形成用塗工液である。当該塗工液の状態としては、例えば分散液、ゲル状分散液等が挙げられる。当該ガスバリア層形成用塗工液によれば、良好な酸素バリア性及び水蒸気バリア性を有するガスバリア層を形成することができる。
当該ガスバリア性シートの製造方法は、樹脂製の基材、ガスバリア層及び紙素材がこの順に積層されたガスバリア性シートの製造方法であって、当該ガスバリア層形成用塗工液を上記基材の少なくとも一方の面に塗工する工程(塗工工程)、上記基材の当該ガスバリア層形成用塗工液が塗工された面側に上記紙素材を貼り合わせる工程(貼合工程)、及び当該ガスバリア層形成用塗工液を乾燥する工程(乾燥工程)を備える。以下、各工程について詳説する。
本工程では、当該ガスバリア層形成用塗工液を上記基材の少なくとも一方の面に塗工する。この塗工液が乾燥することにより、ガスバリア層が形成される。
ポリスチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン;
ポリメタクリル酸メチル、ポリアクリル酸メチル等のアクリル系樹脂;
ポリ乳酸、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリカプロラクトン、ポリプロピオラクトン等のポリエステル;
ポリエチレングリコール等のポリエーテル;
普通セロファン、防湿セロファン等のセロファン系樹脂;
フェノール樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、不飽和ポリエステル、エポキシ樹脂、ジアリルフタレート樹脂、ポリウレタン、ケイ素樹脂、ポリイミド等の熱硬化性樹脂;
その他、ポリ塩化ビニル、ポリ酢酸ビニル、ポリビニルアルコール等が挙げられる。これらは、本発明の効果を損なわない限り、単独で用いてもよく、複数種を組み合わせて用いてもよい。
本工程では、当該ガスバリア層形成用塗工液が塗工された基材の面側に紙素材を貼り合わせる。このように塗工液上に紙素材を貼り合わせることで、ガスバリア性シートのガスバリア性をより向上させることができる。この理由は定かではないが、以下のように推測されている。セルロースナノファイバーを樹脂製の基材上に積層し、セルロースナノファーバーが表面に露出した状態である場合、加熱乾燥ではガスバリア性が発現されない傾向がある。明確な理由は明らかとなっていないが、セルロースナノファイバー層内部から水蒸気が蒸発することにより、乾燥後のセルロースナノファイバー層内にガス透過経路が形成されることが原因であると考えられる。そこで、塗工液(ガスバリア層)の表出面に紙素材を貼り合わせて均一に乾燥させる工夫が必要となる。紙素材を貼り合せることにより、塗工液(セルロースナノファイバーの層)から紙素材へ水が移行し、紙素材から水が蒸発するため、ガスバリア層にガス透過経路が形成され難く、高いバリア性が発現すると推測される。
本工程では、紙素材が積層された状態で当該ガスバリア層形成用塗工液を乾燥する。本工程を経ることで、基材と紙素材との間に、塗工液の乾燥物から形成されたガスバリア層を備えるガスバリア性シートを得ることができる。
当該ガスバリア性シートは、当該製造方法により得られるガスバリア性シートである。当該ガスバリア性シートは、微細化処理が施された当該ガスバリア層形成用塗工液から形成されるガスバリア層を備えるためガスバリア性に優れる。特に、上記ガスバリア層により、セルロースナノファイバーによる酸素バリア性と、層状無機化合物による水蒸気バリア性とが共に良好に発揮される。
実施例及び比較例における各種物性は以下の評価方法に準じて測定した。
セルロースナノファイバーの保水度(%)はJAPAN TAPPI No.26に準拠して測定した。
ガスバリア性シートの酸素透過度(cc/m2・day・atm)は、JIS−K−7126−1:2006「プラスチック−フィルム及びシート−ガス透過度試験方法−第1部:差圧法」に準拠して、GTR社の「GTR−11AET」を用いて25℃で2時間測定した。
ガスバリア性シートの水蒸気透過度(g/m2・day)は、JIS−K−7129「プラスチック−フィルム及びシート−水蒸気透過度の求め方(機器測定法)」に準拠して、40℃で測定した。
・セルロースナノファイバー:LBKPを摩砕機(増幸産業社の「マスコロイダー」)により解繊して得られた、保水度392%のセルロースナノファイバー
・マイカ:コープケミカル社のソマシフ膨潤性雲母「ME−100」
・ベントナイト:クニミネ工業社の膨潤性ベントナイト「クニゲルV1」
(微細化工程)
セルロースナノファイバー(CNF)とマイカとを1:1の質量比で水に分散させ、固形分濃度3.3質量%の混合物を得た。この混合物に対して摩砕機(増幸産業社の「マスコロイダー」)を用いて微細化処理を施し、ガスバリア層形成用塗工液を得た。
(塗工工程)
得られた上記ガスバリア層形成用塗工液を基材としてのセロファンフィルムの表面全面にクリアランスバーを用いて塗工した。塗工量は固形分換算で24.6g/m2とした。
(貼合工程)
セロファンフィルムの表面全面に塗工された上記塗工液上に上記セロファンフィルムと同形状の上質紙を貼り合わせた。
(乾燥工程)
セロファンフィルム、塗工液及び上質紙が順次積層された積層シートを温度105℃で、20分間、オーブン中で加熱乾燥させ実施例1のガスバリア性シートを得た。
マイカの代わりにベントナイトを用いた固形分濃度2.8質量%の混合物に対して微細化処理を施し、塗工量を21.0g/m2としたこと以外は実施例1と同様にして実施例2のガスバリア性シートを得た。
セルロースナノファイバー及びマイカを含む混合物に対して微細化処理を施さず、この混合物をそのまま塗工液(固形分濃度3.3質量%)として用いたこと以外は実施例1と同様にして比較例1のガスバリア性シートを得た。
塗工液を塗工せずに、セロファンフィルムに上質紙を積層した積層シートを比較例2のシートとした。
Claims (2)
- セルロースナノファイバーと層状無機化合物とを含有する混合物に機械的な微細化処理を施す工程を備えるガスバリア層形成用塗工液の製造方法であり、
上記微細化処理に供する混合物におけるセルロースナノファイバーの含有量が1.0質量%以上2.5質量%以下であり、
上記微細化処理に供する混合物におけるセルロースナノファイバーと層状無機化合物との混合比が3:7以上7:3以下であり、
上記微細化処理に供する混合物における固形分濃度(セルロースナノファイバー、層状無機化合物、及びその他分散媒以外の含有割合)が1質量%以上10質量%以下であり、
上記ガスバリア層形成用塗工液における全固形分(セルロースナノファイバー、層状無機化合物、及びその他分散媒以外の含有割合)に対するセルロースナノファイバー及び層状無機化合物の含有量の下限が80質量%であるガスバリア層形成用塗工液の製造方法。 - 樹脂製の基材、ガスバリア層及び紙素材がこの順に積層されたガスバリア性シートの製造方法であって、
セルロースナノファイバーと層状無機化合物とを含有する混合物に機械的な微細化処理を施す工程を備えるガスバリア層形成用塗工液の製造方法により得られるガスバリア層形成用塗工液を上記基材の少なくとも一方の面に塗工する工程、
上記基材の上記ガスバリア層形成用塗工液が塗工された面側に上記紙素材を貼り合わせる工程、及び
上記ガスバリア層形成用塗工液を乾燥する工程
を備えることを特徴とするガスバリア性シートの製造方法。
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