JP7560020B1 - ヒートシール紙 - Google Patents
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Description
特に、プラスチックフィルムからなる包装材の代替として、紙基材上に熱可塑性樹脂分散体を含む水又は溶剤分散液を塗工してヒートシール層を形成したヒートシール紙が提供されている(特許文献1~3等)。
本発明は、ヒートシール強度に優れたヒートシール紙を提供することを課題とし、特に、使用する材料が限定されている場合にヒートシール強度により優れたヒートシール紙を提供することを課題する。
1.紙基材と、該紙基材の少なくとも一方の面上にヒートシール層を有し、
前記紙基材の水に対する接触角が100°未満であり、
前記ヒートシール層が、少なくとも水分散性樹脂バインダーを含有し、片面当たりの乾燥塗工量が5g/m2以上であり、
前記ヒートシール層を形成するための塗工剤が、塗工時の表面張力が46mN/m未満であることを特徴とするヒートシール紙。
2.前記紙基材のMD方向とCD方向の引張こわさの相乗平均が、200kN/m以上であることを特徴とする1.に記載のヒートシール紙。
3.前記ヒートシール層が、エトキシル化アセチレン系界面活性剤を含有することを特徴とする1.または2.に記載のヒートシール紙。
4.前記水分散性樹脂バインダーが、エチレンメタクリル酸共重合樹脂、エチレンアクリル酸共重合樹脂、PHBHから選ばれる1種以上であることを特徴とする1.~3.のいずれかに記載のヒートシール紙。
本発明は、紙基材と、この紙基材の少なくとも一方の面上にヒートシール層を有し、
紙基材の水に対する接触角が100°未満であり、
ヒートシール層が、少なくとも水分散性樹脂バインダーを含有し、片面当たりの乾燥塗工量が5g/m2以上であり、
ヒートシール層を形成するための塗工剤が、塗工時の表面張力が46mN/m未満であるヒートシール紙に関する。
紙基材は、パルプ、填料、各種助剤等を含む紙料を抄紙して得られる。
本発明のヒートシール紙を、食品と接触する用途に使用する場合、紙基材の各材料として、食品添加物として認可を受けている、またはFDA認証取得済み等、食品安全性に適合したものを使用することが好ましい。
紙基材としては、上質紙、中質紙、塗工紙、片艶紙、クラフト紙、片艶クラフト紙、晒クラフト紙、グラシン紙、板紙、白板紙、ライナーなどの各種公知のものが例示可能である。
また、紙基材の密度は、所望される各種品質や取り扱い性等により適宜選択可能であるが、通常は0.5g/cm3以上1.0g/cm3以下のものが好ましい。
ヒートシール層は、少なくとも水分散性樹脂バインダーを含有し、紙基材の接触角が100°未満である面上に直接形成される。
ヒートシール層は、紙基材の少なくとも一方の面上に設けられる。紙基材の両面にヒートシール層を設ける場合、紙基材の他方の面の接触角は特に制限されず、また、紙基材と他方のヒートシール層との間に、目止め層、インク受容層、耐水層、耐油層、水蒸気バリア層、ガスバリア層等の機能層の1層または2層以上を形成することができる。
水分散性樹脂バインダーは、製紙分野においてヒートシール層の形成に用いられている熱可塑性樹脂からなるものを特に制限することなく使用することができ、例えば、ガラス転移温度が100℃以下であるものを用いることができる。熱可塑性樹脂のガラス転移温度は、-20℃以上85℃以下であることが好ましい。また、熱可塑性樹脂の融点は、80℃以上120℃以下であることが好ましい。水分散性樹脂バインダー(熱可塑性樹脂)としては、例えば、低密度ポリエチレン(LDPE)、高密度ポリエチレン(HDPE)、直鎖状低密度ポリエチレン(LLDPE)、ポリプロピレン(PP)等のポリオレフィン系樹脂、ポリ酢酸ビニル(PVAc)、PET、ポリ乳酸等のポリエステル樹脂、エチレンメタクリル酸共重合樹脂(EMAA)、エチレンメチルアクリレート共重合樹脂(EMA)、エチレンアクリル酸共重合樹脂(EAA)、エチレン酢酸ビニル共重合樹脂(EVA)、スチレンアクリル酸エステル共重合樹脂等を用いることができ、これらの1種あるいは2種類以上を混合して使用することができる。これらの中で、ヒートシール強度に優れるため、エチレンメタクリル酸共重合樹脂、エチレンアクリル酸共重合樹脂、ポリオレフィン系樹脂が好ましく、また、生分解性であるため、ポリエステルの一種であるポリ(3-ヒドロキシブチレート-co-3-ヒドロキシヘキサノエート)(PHBH)が好ましい。なお、アクリル酸またはメタクリル酸単位を有する樹脂は、アイオノマーであってもよい。
ヒートシール層は界面活性剤を含むことができる。ヒートシール層に界面活性剤を含有させることにより、ヒートシール層を形成するための塗工剤の塗工時の表面張力を46mN/m未満とすることが容易となる。
界面活性剤のイオン性は制限されるものはなく、陰イオン性界面活性剤、陽イオン性界面活性剤、両性界面活性剤、非イオン性界面活性剤のいずれの種類でも単独もしくは2種類以上を組み合わせて使用することができる。また、具体的な種類としては、シリコーン系界面活性剤、フッ素系界面活性剤、アルコール系界面活性剤、アセチレン基を有するアセチレン系界面活性剤、アセチレン基と2つの水酸基を有するアセチレンジオール系界面活性剤、エトキシル化アセチレン系界面活性剤、エトキシル化アセチレンジオール系界面活性剤、アルキル基とスルホン酸を有するアルキルスルホン酸系界面活性剤、エステル系界面活性剤、アミド系界面活性剤、アミン系界面活性剤、アルキルエーテル系界面活性剤、フェニルエーテル系界面活性剤、硫酸エステル系界面活性剤、フェノール系界面活性剤などを例示することができる。これらの中で、アセチレン系界面活性剤、アセチレンジオール系界面活性剤、エトキシル化アセチレン系界面活性剤、エトキシル化アセチレンジオール系界面活性剤が好ましく、エトキシル化アセチレン系界面活性剤がより好ましい。
ヒートシール層中の界面活性剤の配合量は特に制限されないが、ヒートシール層全体に対して、0.01重量%以上5重量%以下が好ましい。界面活性剤のこの配合量が0.01重量%未満では界面活性剤配合による効果が発揮できない場合がある。界面活性剤の配合量が5重量%を超えると逆にヒートシール強度が低下する場合がある。ヒートシール層中の界面活性剤の配合量は、ヒートシール層全体に対して、3重量%以下がより好ましく、2重量%以下がさらに好ましく、1重量%以下がよりさらに好ましい。
ヒートシール層の塗工方法は特に限定されるものではなく、公知の塗工装置および塗工系で塗工することができる。例えば、塗工装置としてはブレードコーター、バーコーター、エアナイフコーター、カーテンコーター、スプレーコーター、ロールコーター、リバースロールコーター、サイズプレスコーター、ゲートロールコーター等が挙げられる。また、塗工系としては、水等の溶媒を使用した水系塗工、有機溶剤等の溶媒を使用した溶剤系塗工などが挙げられるが、水系塗工であることが安全性や環境への負荷が少ない点から好ましい。
・塗工剤の表面張力
Wilhelmy法(プレート法、垂直板法)により、自動表面張力計(協和界面化学株式会社製、CBVP-Z)を用いて測定した。
・紙基材の接触角
JIS R3257(基板ガラス表面のぬれ性試験方法)静摘法の測定方法に準じ、純水2μLを摘下後、液摘が紙基材に接触した瞬間を0秒として、0.5秒後の接触角を測定し、5回の平均値を求めた。
・引張こわさ
ISO/DIS1924-3:に準拠して、L&W引張試験器にて測定した。
幅100mmのヒートシール紙2枚をヒートシール層が向き合うように重ね、ヒートシールテスター(テスター産業製、TP-701-S)を用いて、120℃、2kgf/cm2、0.5秒の条件でヒートシールした。
ヒートシールした試験片を温度23℃±1℃、湿度50±2%の環境に12時間以上静置したのち、JIS Z1707に準じ、15mm幅にカットした試験片をテンシロン万能材料試験機(エー・アンド・デイ製、TC-1250A)を用いて引張速度200mm/minでT字剥離し、記録された最大荷重をヒートシール剥離強度とした。
・紙基材
原紙(坪量50g/m2、接触角103.4°)、またはこの原紙にエトキシル化アセチレンジオール系界面活性剤(日信化学工業株式会社製:サーフィノール-465)を異なる塗工量で塗工し、接触角をそれぞれ95.5°、77.9°、52.0°、40.2°としたものを紙基材として用いた。
この塗工剤を、表1に示す乾燥塗工量となるように紙基材の片面に塗工、乾燥し、ヒートシール紙を得た。
比較例2、6~8より、乾燥塗工量が5g/m2未満では、原紙の接触角、塗工剤の表面張力に関わらず、ヒートシール強度に劣っていた。これは、乾燥塗工量が5g/m2未満では、十分な厚さのヒートシール層が形成されなかったためであると推測される。
乾燥塗工量が5g/m2以上である結果について、表面張力と接触角、ヒートシール強度の関係を図1に示す。
図1に示すように、水に対する接触角が100°未満である紙基材に表面張力が46mN/m未満である塗工剤を塗工することにより、ヒートシール強度に優れたヒートシール紙を得ることができた。また、紙基材の接触角が小さくなるほど、塗工剤の表面張力が小さくなるほど、ヒートシール強度が向上する傾向が確かめられた。このことから、特定の紙基材や、特定の熱可塑性樹脂を用いる場合に、接触角と塗工剤の表面張力を調整することにより、ヒートシール強度をより高くできることが確かめられた。
熱可塑性樹脂であるエチレンメタクリル酸共重合樹脂(アイオノマー)(三井化学株式会社製:ケミパールS500)と、界面活性剤2(日信化学工業株式会社製:サーフィノール-465、エトキシル化アセチレンジオール系)を、表2に示す配合(固形分)となるように混合、分散して固形分濃度42~43%の水分散液として、ヒートシール層用塗工剤を得た。
この塗工剤を、上記で得た接触角の異なる紙基材の片面に、表2に示す乾燥塗工量となるように塗工、乾燥し、ヒートシール紙を得た。
表面張力と接触角、ヒートシール強度の関係を図2に示す。
図2に示すように、水分散性樹脂バインダーとしてアイオノマーであるエチレンメタクリル酸共重合樹脂を用いた場合であっても、水に対する接触角が小さい紙基材の方がヒートシール強度に優れ、塗工剤の表面張力が小さくなるほどヒートシール強度に優れることが確かめられた。このことから、特定の紙基材や、特定の熱可塑性樹脂を用いる場合に、接触角と塗工剤の表面張力を調整することにより、ヒートシール強度をより高くできることが確かめられた。
熱可塑性樹脂(カネカ株式会社製:Green Planet(登録商標)、PHBH)と、界面活性剤2(日信化学工業株式会社製:サーフィノール-465、エトキシル化アセチレンジオール系)を、表3に示す配合(固形分)となるように混合、分散して固形分濃度42~44%の水分散液として、ヒートシール層用塗工剤を得た。
この塗工剤を、紙基材(坪量40g、接触角83.9°)の片面に表3に示す乾燥塗工量となるように塗工、乾燥し、ヒートシール紙を得た。
表3に示すように、水分散性樹脂バインダーとしてPHBHを用いた場合であっても、塗工剤の表面張力が低くなるほどヒートシール強度に優れる傾向であることが確かめられた。
異なる紙基材に対して、比較例9、10で用いた塗料を表4に示す乾燥塗工量となるように塗工・乾燥し、ヒートシール紙を得た。表2の比較例9、10と合わせて表4に示す。
実施例13~16と比較例9、10より、紙基材の引張こわさが大きいほど、ヒートシール強度が向上することが確かめられた。
Claims (3)
- 紙基材と、該紙基材の少なくとも一方の面上にヒートシール層を有するヒートシール紙の製造方法であって、
前記紙基材の水に対する接触角が100°未満であり、
前記ヒートシール層が、少なくとも水分散性樹脂バインダーとエトキシル化アセチレン系界面活性剤とを含有し、片面当たりの乾燥塗工量が5g/m2以上であり、
前記ヒートシール層を形成するための塗工剤が、塗工時の表面張力が46mN/m未満であることを特徴とするヒートシール紙の製造方法(ただし、パルプと内添サイズ剤とを含有し、下記条件(a)で測定される前記パルプの変則フリーネスが50~700mlである紙基材を除く。
条件(a):パルプ懸濁液の固形分濃度を0.030±0.001%とし、JIS P
8121-2:2012に準じてフリーネスを測定する。)。 - 前記紙基材のMD方向とCD方向の引張こわさの相乗平均が、200kN/m以上であることを特徴とする請求項1に記載のヒートシール紙の製造方法。
- 前記水分散性樹脂バインダーが、エチレンメタクリル酸共重合樹脂、エチレンアクリル酸共重合樹脂、PHBHから選ばれる1種以上であることを特徴とする請求項1または2に記載のヒートシール紙の製造方法。
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