JP6816683B2

JP6816683B2 - 紙コップ用原紙および紙コップ

Info

Publication number: JP6816683B2
Application number: JP2017175457A
Authority: JP
Inventors: 真和槌本; 孝男小林; 友史磯崎
Original assignee: Oji Holdings Corp; Oji Paper Co Ltd
Current assignee: New Oji Paper Co Ltd; Oji Holdings Corp
Priority date: 2017-09-13
Filing date: 2017-09-13
Publication date: 2021-01-20
Anticipated expiration: 2037-09-13
Also published as: JP2019052382A

Description

本発明は、紙コップ用原紙および当該紙コップ用原紙からなる紙コップに関する。

従来から、飲料用紙コップにおいては、紙コップ上端開口部周縁を外側に巻き込むトップカール処理により、コップの口元となる部分（以降、トップカール部と記載する。）が成形されている。紙コップ用原紙に要求される品質の一つとして、このトップカール部の作りやすさが挙げられる。

トップカール部には、紙コップの強度を大きくする、紙コップが機械的に支持される際にフックとしての機能を担う等の役割があり、特に、紙コップの自動供給装置において重要である。
例えば、一般的な自動販売機における紙コップ自動供給装置は、上下方向に積み重なった多数の紙コップを収納している。紙コップ自動供給装置は、待機時においては最下位の紙コップのトップカール部と係合することでコップを支持しており、販売時においては当該係合を解除してすぐ上の紙コップのトップカール部と係合する。このように、紙コップ自動供給装置は、トップカール部を利用して、紙コップを一つずつ確実に落下させ利用者に提供する（特許文献１参照）。

特開２０１２−２１９３８１号公報

紙コップにおけるトップカール部は、例えば、紙コップ上端開口部周縁に金型をあてることにより開口部を広げ、紙コップ上端開口部側から特定の大きさのカール形状が施された金型をあて、紙コップ上端開口部周縁に対して外側にカールさせる。さらに紙コップを下方へ押し込むことにより、下方にセットされたカール形状が施された金型の曲面に沿ってガイドさせて内側へ巻き込み、トップカール部を成形する（特許文献１）。

このように、トップカール部の成形の際には、トップカール部の外側には引張力が、内側には圧縮力がかかる。そのため、例えばトップカール部の外側が引張力に耐えられなかった場合は、トップカール部に破断や膨れ等が発生する。一方、トップカール部の内側に過剰な圧縮力がかかった場合は、トップカール部に折れ等が発生する。このような原因により、紙コップ製造においてはトップカール部の成形に不具合が生じる。

トップカール部は前述のような役割を担うため、トップカール部の成形に不具合が生じた紙コップは実用に耐えない。
トップカール部の成形の不具合を抑制する方法の一つとして、紙コップ用原紙の引張強度を増大させることが考えられる。引張強度が大きければ、成形の際に大きな引張力がかかっても、紙コップ用原紙の繊維が破断することによるトップカール部の成形の不具合は生じにくい。

ところが、引張強度と圧縮強度はどちらも紙の強度の指標であり、一般に引張強度の大きい紙は、同時に圧縮強度も大きい紙となってしまう。
圧縮強度の大きい紙とは丸まりづらい紙であり、トップカール処理への適性に欠け、トップカール部の折れ等が発生しやすい。特に、紙コップ側面の接合部分、即ちシーム部は、紙コップ用原紙が二重になっており、二枚の紙を重ねて巻き込むことになるため、トップカール処理が他の部位よりも困難になる。そのため、丸まりづらい紙コップ用原紙を用いれば、前記接合部分において丸まりきらなかったトップカール部の一部がめくれ上がってしまうという不具合（シーム部めくれ）が非常に生じやすい。このように、圧縮強度が大きく丸まりづらい紙コップ用原紙は、紙コップの歩留まりを悪化させるという問題を生じていた。

本発明はこのような状況に鑑みてなされたものである。すなわち本発明の課題は、トップカール部の成形時の引張力に耐えられるだけの引張強度と丸まりやすさとを兼ね備え、トップカール部の成形が容易であり、またシーム部にめくれが発生しづらい紙コップ用原紙とそれを用いた紙コップを提供することである。

本発明者らは、トップカール部の成形時の引張力に耐えられるだけの引張強度と丸まりやすさとを兼ね備えた紙コップ用原紙について検討を進めた。
その結果、丸まりやすさを実現するための手段として、圧縮強度の減少だけではなく、Ｚ軸強度（層間強度）の減少も有効であることを見出した。本発明によれば、Ｚ軸強度と引張強度が一定の範囲にあれば、丸まりやすさを備えつつ繊維の破断も生じない紙コップ用原紙が実現可能である。特にシーム部では、トップカール部の内側となる紙が外側となる紙に追随して座屈変形することによって、シーム部先端で内側となる紙と外側となる紙との間に割れ、剥がれ等を生じることがなく、シーム部めくれを抑制できる。
本発明は、このような知見を基に完成するに至ったものである。すなわち、本発明は、以下のような構成を有している。

（１）セルロースパルプを主成分とし、Ｚ軸強度が５６０ｋＮ／ｍ^２以下であり、ＭＤ方向の引張強度が１４．０〜２０．０ｋＮ／ｍであることを特徴とする紙コップ用原紙。

（２）前記セルロースパルプは、針葉樹クラフトパルプを含有し、前記セルロースパルプに対する針葉樹クラフトパルプの含有量が１０〜２０質量％であることを特徴とする前記（１）に記載の紙コップ用原紙。

（３）ＪＩＳＰ８１２１：２０１２に準拠して測定した前記セルロースパルプの離解フリーネスが４４０〜５３０ｍｌであることを特徴とする前記（１）または（２）に記載の紙コップ用原紙。

（４）前記（１）〜（３）のいずれか１項に記載の紙コップ用原紙からなる紙コップ。

本発明の紙コップ用原紙は、トップカール部の成形時の引張力に耐えられるだけの引張強度と丸まりやすさとを兼ね備え、トップカール部の成形に適性を有している。また、シーム部めくれの発生を抑えることができる。本発明の紙コップは、当該紙コップ用原紙を用いているため、トップカール部とそのシーム部の成形に適性を有している。また、トップカール部を成形する際に小さい力で加工することが可能である。

以下、本発明の実施の形態を具体的に説明する。以下に記載する構成要件の説明は、代表的な実施形態や具体例に基づいてなされることがあるが、本発明はそのような実施形態に限定されるものではない。なお、本明細書において「〜」を用いて表される数値範囲は「〜」前後に記載される数値を下限値および上限値として含む範囲を意味する。

トップカール部の成形時の操作手順は、例えば紙コップ側面のシーム部を成形した後、以下のようなものである。
（１）紙コップ上端開口部周縁に金型をあてることにより開口部を広げる。
（２）特定の大きさのカール形状が施されたカールの上方成形用の金型を、紙コップ上端開口部側に上からあてる。
（３）カールの上方成形用の金型を下に押し込み、紙コップ上端開口部を開口部周縁に対して外側にカールさせる。
（４）特定の大きさのカール形状が施されたカールの下方成形用の金型を、紙コップ上端開口部側に下からあてる。
（５）紙コップを下方へ押し込むことにより、カールの下方成形用の金型の曲面に沿ってガイドさせて内側へ巻き込み、トップカール部を成形する。

以下、本実施形態の紙コップ用原紙を構成する各要素について説明する。
（パルプ）
紙コップ用原紙は、セルロースパルプを主成分とする。セルロースパルプには特に制限はないが、強度の観点から化学パルプを含有することが好ましい。化学パルプとしては特に限定されないが、広葉樹クラフトパルプ（ＬＫＰ）または針葉樹クラフトパルプ（ＮＫＰ）を含有することが好ましい。パルプは晒パルプでもよく、未晒パルプでもよい。さらに、ＬＫＰとＮＫＰをいずれも含有することが好ましい。以下、特に断りのない限り、ＬＫＰとＮＫＰにはそれぞれ晒パルプまたは未晒パルプを含むが、広葉樹晒クラフトパルプをＬＢＫＰ、針葉樹晒クラフトパルプをＮＢＫＰということがある。

ここで、紙コップ用原紙においては、引張強度を増大させるためにＮＫＰを所定の割合で配合することが好ましい。ＮＫＰは繊維が長いために、抄紙された製品の引張強度を大きくすることができる。
しかし、ＮＫＰの配合量を増やせば、引張強度と同時に圧縮強度も大きくなってしまう。そこで本発明者らは、十分小さな圧縮強度を得ると同時に、トップカール部の成形時の引張力によって紙コップ用原紙の繊維が破断しないだけの引張強度も得ることができるＮＫＰの含有量について検討を重ねた。その結果、ＮＫＰの含有量は、パルプ成分の合計質量に対して、１０〜２０質量％であれば好ましく、１３〜１８質量％であればさらに好ましいことを見出した。

また、一般的な紙コップ表面には各種の印刷が施されている。そのため、紙コップ用原紙には印刷適性が求められる。
ＬＫＰはＮＫＰと比較して繊維が短く強度に劣るが、抄紙された紙の地合や平滑性に優れ、印刷適性を良好にすることができる。そのため、紙コップ用原紙において、ＬＫＰの含有量は、パルプ成分の合計質量に対して、４０質量％以上であることが好ましく、６０質量％であることがより好ましく、８０質量％以上であることがさらに好ましい。

パルプ成分には、上記ＮＫＰ及びＬＫＰ以外のパルプ（以下、他のパルプと称す）を含んでいてもよい。他のパルプとしては、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）、サーモグランドパルプ（ＴＧＰ）、ケミグランドパルプ（ＣＧＰ）、砕木パルプ（ＧＰ）、サーモメカニカルパルプ（ＴＭＰ）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、地券古紙等から製造される離解古紙パルプ（ＤＩＰ）、あるいはケナフ、麻、葦等の非木材繊維から化学的にまたは機械的に製造されたパルプ等が挙げられる。パルプ成分の合計質量に対して、他のパルプの含有量は、３質量％未満であることが好ましく、２質量％未満であることがより好ましく、１質量％未満であることがさらに好ましい。

一般に、パルプ成分の叩解度（フリーネス）が小さくなれば、抄紙された製品の引張強度を大きくすることができる。
しかし、フリーネスを小さくすれば、引張強度と同時に圧縮強度も大きくなってしまう。そこで本発明者らは、抄紙された紙コップ用原紙について、十分小さな圧縮強度を得ると同時に、トップカール部の成形時の引張力によって紙コップ用原紙の繊維が破断しないだけの引張強度も得ることができる離解フリーネスついて検討を重ねた。その結果、ＪＩＳＰ８１２１：２０１２に準拠して測定した離解フリーネスが４４０〜５３０ｍｌｃｓｆであれば好ましいことを見出した。離解フリーネスは４６０〜５１０ｍｌｃｓｆであればより好ましく、４６０〜５００ｍｌｃｓｆであればさらに好ましい。なお、ここで離解フリーネスとは、紙コップ用原紙をＪＩＳＰ８２２０：２０１２の方法に従って離解することにより得られたパルプスラリーを用いて、ＪＩＳＰ８１２１：２０１２の方法に従って測定したカナディアンスタンダードフリーネスの値を指す。
また、離解フリーネスは、抄紙される前のセルロースパルプのフリーネスを調節して調整することができる。抄紙される前のセルロースパルプのフリーネスは３９０〜４８０ｍｌｃｓｆであれば好ましく、４１０〜４６０ｍｌｃｓｆであればより好ましいことを見出した。

本発明の紙コップ原紙中には、パルプのほか必要に応じて内添薬品を加えることができる。例えば、歩留向上剤，濾水性向上剤，サイズ剤、紙力増強剤，硫酸バンド，染料，ピッチコントロール剤など、公知の薬品が挙げられる。

本発明の紙コップ原紙は、一般的に用いられる抄紙機にて製造されればよく、特に限定されない。抄紙機はインレット，ワイヤーパート，プレスパート，ドライヤーパート，リールパートからなり、その途中または後工程として、機能性を付与するための塗工パートを含んでいても良い。

インレットおよびワイヤーパートの形式としては、特に限定されない。例えば、円網型抄紙機，短網抄紙機，長網抄紙機，ツインワイヤー，ギャップフォーマー等を挙げる事ができる。また、一層からなっていてもよいし、複数のインレットから抄き合わされる、多層抄き合わせにより構成されていてもよい。

本発明の紙コップ原紙は、必要に応じて表面に塗工を施すこともできる。澱粉，ポリビニルアルコール，ポリアクリルアマイドなどの各種表面バインダーや、ロジン系サイズ剤、合成サイズ剤、中性サイズ剤などの表面サイズ剤、塩化ナトリウムや硫酸ナトリウムなどの導電剤を塗布あるいは含浸されていても良い。

（坪量）
紙コップ用原紙の坪量は、１８０〜２４０ｇ／ｍ^２であることが好ましく、２００〜２４０ｇ／ｍ^２であることがより好ましく、２２０〜２４０ｇ／ｍ^２であることがさらに好ましい。坪量が２４０ｇ／ｍ^２以下であると、紙が重くなり過ぎて紙コップ製造時の作業性が低下するおそれがない。一方、坪量が１８０ｇ／ｍ^２以上であると、紙コップとして強度を向上することができる。

（紙厚）
紙コップ用原紙の紙厚は２１０〜２９０μｍであることが好ましく、２６０〜２９０μｍであればより好ましい。紙厚が２９０μｍ以下であると、嵩が高すぎることによって紙コップ製造時の作業性が低下するおそれがない。一方、紙厚が２１０μｍ以上であると、紙コップとしての強度を向上することができる。

（密度）
紙コップ用原紙の密度は、０．８２〜０．８５ｇ／ｃｍ^３であることが好ましく、０．８３〜０．８４ｇ／ｃｍ^３であることがより好ましい。密度が０．８５ｇ／ｃｍ^３以下であると、紙厚を極端に薄くする必要がなく、生産性が向上する。一方、密度が０．８２ｇ／ｃｍ^３以上であると、紙コップとしての強度を向上することができる。

（Ｚ軸強度）
トップカール部の成形を容易にするためには丸まりやすい紙コップ用原紙が必要となる。
Ｚ軸強度とは紙面に対して垂直方向の強度、つまり紙層間の強度、換言すると紙層内の内部結合強さを指す。紙層間の結合が弱ければ、Ｚ軸強度が小さくなる。Ｚ軸強度の小さい紙コップ用原紙にトップカール部の成形を行うと、各紙層は隣接した紙層から離れて滑り、紙層ごとにズレながら無理なく丸まっていき、容易にトップカール部を成形することができる。
Ｚ軸強度の減少は、例えば抄紙工程中のプレス工程において線圧を適宜減少して調整することで実現できる。ほかの調整方法としては、パルプ配合量に対するＮＫＰ配合量を調節する、離解フリーネスを調節する等の方法が挙げられる。本発明者らは、トップカール部の成形を容易にするために十分に小さいＺ軸強度について検討を重ねた。その結果、Ｚ軸強度が５６０ｋＮ／ｍ^２より大きいと、十分な丸まりやすさを確保できず、シーム部めくれが著しく発生する。また、シーム部めくれを効果的に抑える観点から、Ｚ軸強度は５４０ｋＮ／ｍ^２以下であれば好ましく、５００ｋＮ／ｍ^２以下であればより好ましいことを見出した。
一方、Ｚ軸強度が小さすぎると十分な引張強度を保持することが困難になる。そのため、Ｚ軸強度は４００ｋＮ／ｍ^２以上であることが好ましく、４６０ｋＮ／ｍ^２以上であることがより好ましい。

（引張強度）
トップカール部の成形時の丸まりやすさを確保しつつ、引張力に耐え得るために、紙コップ用原紙の引張強度は１４．０〜２０．０ｋＮ／ｍであることが必要である。引張強度は１５．０〜２０．０ｋＮ／ｍであることが好ましく、１５．０〜１８．０ｋＮ／ｍであることがより好ましく、１６．０〜１８．０ｋＮ／ｍであることがさらに好ましい。
引張強度を１４．０〜２０．０ｋＮ／ｍの範囲に制御するためにはパルプ配合量に対するＮＫＰ配合量を調節する、離解フリーネスを調節する、繊維配向度を調節する、プレスパートにおけるプレス圧を調節する、内添薬品を変更する等の方法がある。さらに紙コップ原紙の紙層が一層抄きか多層抄きかに関わらず、紙の表層側に紙力剤を多く含有させる、繊維配向度に表裏差をつける等の方法がある。
引張強度はいずれの場合も、原則としてＭＤ方向（抄紙機の流れ方向）で測定する。ただし、ＭＤ方向かどうかが不明のときは、角度２２．５度毎に引張強度を測定し、最も強い引張強度を示した方向をＭＤ方向とする。

本実施形態の紙コップ用原紙は紙コップの原紙として好適に用いることができる。

以下に実施例と比較例を示す。以下の実施例に示す材料、使用量、割合、処理内容、処理手順等は、本発明の趣旨を逸脱しない限り適宜変更することができる。したがって、本発明の範囲は以下に示す具体例により限定的に解釈されるべきものではない。

（実施例１）ＮＢＫＰ１５部、ＬＢＫＰ８５部を混合叩解し、パルプスラリーを得た。得られたパルプスラリー１００部に対して、内添紙力増強剤として０．５５部（固形分換算）、内添サイズ剤として１．４５部（固形分換算）、硫酸バンド２．５部（固形分換算）を添加し紙料を調製した。この紙料を用いて一層抄きの長網抄紙機を用いて抄紙した。抄紙工程中、サイズプレスでポリビニルアルコールを０．７ｇ／ｍ^２塗布し、キャレンダーで平滑化処理を施して、坪量２２６ｇ／ｍ^２、密度０．８４ｇ／ｃｍ^３の紙コップ用原紙を得た。この原紙を再離解したパルプの離解フリーネスは４８０ｍｌであった。

（実施例２）ＮＢＫＰ２０部、ＬＢＫＰ８０部を混合叩解し、実施例１と同様にして抄紙し、坪量２２５ｇ／ｍ^２、密度０．８４ｇ／ｃｍ^３の紙コップ用原紙を得た。この原紙を再離解したパルプの離解フリーネスは５３０ｍｌであった。

（実施例３）ＮＢＫＰ１０部、ＬＢＫＰ９０部を混合叩解し、実施例１と同様にして抄紙し、坪量２２３ｇ／ｍ^２、密度０．８４ｇ／ｃｍ^３の紙コップ用原紙を得た。この原紙を再離解したパルプの離解フリーネスは４４０ｍｌであった。

（実施例４）ＮＢＫＰ１０部、ＬＢＫＰ９０部を混合叩解し、実施例１と同様にして抄紙し、坪量２３０ｇ／ｍ^２、密度０．８４ｇ／ｃｍ^３の紙コップ用原紙を得た。この原紙を再離解したパルプの離解フリーネスは５３０ｍｌであった。

（比較例１）ＬＢＫＰ１００部を叩解し、実施例１と同様にして抄紙し、坪量２１８ｇ／ｍ^２、密度０．８４ｇ／ｃｍ^３の紙コップ用原紙を得た。この原紙を再離解したパルプの離解フリーネスは５２０ｍｌであった。

（比較例２）ＮＢＫＰ１５部、ＬＢＫＰ８５部を混合叩解し、実施例１と同様にして抄紙し、坪量２２５ｇ／ｍ^２、密度０．８４ｇ／ｃｍ^３の紙コップ用原紙を得た。この原紙を再離解したパルプの離解フリーネスは４２０ｍｌであった。

（比較例３）ＮＢＫＰ１０部、ＬＢＫＰ９０部を混合叩解し、実施例１と同様にして抄紙し、坪量２３０ｇ／ｍ^２、密度０．８４ｇ／ｃｍ^３の紙コップ用原紙を得た。この原紙を再離解したパルプの離解フリーネスは４１０ｍｌであった。

得られた実施例ならびに比較例の紙コップ用原紙について、坪量、紙厚、密度、Ｚ軸強度、引張強度、離解フリーネスの測定を行った。また、紙コップ用原紙としての適性をみるために、トップカール処理を施し、トップカール成形性とシーム部めくれを評価した。
各項目の評価方法は、下記に示す通りである。

＜坪量＞
ＪＩＳＰ８１２４：２０１１に準拠して坪量の測定を行った。下４桁まで測定可能な電子天秤を用いて重量を測定し、坪量を算出した。

＜紙厚＞
ＪＩＳＰ８１１８：２０１４に準拠の紙厚計を用いて測定を行った。

＜密度＞
ＪＩＳＰ８１１８：１９９８に準拠して、密度を測定した。

＜Ｚ軸強度＞
ＪＡＰＡＮＴＡＰＰＩ紙パルプ試験方法Ｎｏ．１８−１：２０００紙及び板紙−内部結合強さ試験方法−第１部：Ｚ軸方向引張試験法に準拠して測定した。測定機として、エー・アンド・デイ株式会社製テンシロン万能材料試験機ＲＴＣ−１２５０Ａを用いた。

＜引張強度＞
ＪＩＳＰ８１１３：２００６に規定された方法に準拠して、ＪＩＳＰ８１１１：１９９８に規定された調湿環境下にて調湿後の紙コップ原紙のＭＤ方向の引張強度の測定を行った。測定機として、横型引張試験機（Ｌ＆Ｗ社製、ＣＯＤＥＳＥ−０６４）を用いた。

＜離解フリーネス＞
得られた紙コップ用原紙をＪＩＳＰ８２２０：２０１２の方法に従って離解し、得られたパルプスラリーをＪＩＳＰ８１２１：２０１２に準拠した方法で離解フリーネスの測定を行った。測定機として、熊谷理機工業製のカナディアンフリーネステスターを用いた。

＜トップカール成形性＞
得られた紙コップ原紙を製罐した際における、トップカール部を目視で観察して、下記基準で評価を行った。
○：トップカール部に破断，膨れ，破れ，折れ等が見られない。
△：トップカール部に若干の破断、膨れ、破れ、折れ等が見られるが実用レベルである。
×：トップカール部に破断、膨れ、破れ、折れ等が非常に多く目立つ。

＜シーム部めくれ＞
得られた紙コップ原紙を製罐した際における、トップカール部のシーム部を目視で観察して、下記の基準で評価を行った。
○：シーム部にめくれ上がりが見られない。
△：シーム部に若干のめくれ上がりが見られるが実用レベルである。
×：シーム部にめくれ上がりが非常に多く目立つ。

実施例１〜４ならびに比較例１〜３についての測定・評価結果は、表１に示すとおりであった。特性の評価において、〇と△のときに合格と判定した。

表１から明らかなように、Ｚ軸強度が低く、ＭＤ方向の引張強度が適切な実施例においては、問題なくトップカールの成形ができ、シーム部にも問題がなかった。一方、引張強度の小さい比較例１においては、引張強度が低いことによるトップカール部の破れが生じ、Ｚ軸強度が高い比較例２および比較例３においては、カール成形時に強い力が必要であることからトップカール部に折れが生じ、シーム部にめくれが生じた。

Claims

セルロースパルプを主成分とし、
Ｚ軸強度が５６０ｋＮ／ｍ^２以下であり、
ＭＤ方向の引張強度が１４．０〜２０．０ｋＮ／ｍである
ことを特徴とする紙コップ用原紙。
前記セルロースパルプは、針葉樹クラフトパルプを含有し、前記セルロースパルプに対する針葉樹クラフトパルプの含有量が１０〜２０質量％であることを特徴とする請求項１に記載の紙コップ用原紙。
ＪＩＳＰ８１２１：２０１２に準拠して測定した前記セルロースパルプの離解フリーネスが４４０〜５３０ｍｌであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の紙コップ用原紙。
請求項１〜３のいずれか１項に記載の紙コップ用原紙からなる紙コップ。