JP3689601B2

JP3689601B2 - 紙容器及びその製造方法

Info

Publication number: JP3689601B2
Application number: JP30651199A
Authority: JP
Inventors: 道徳中元; 毅吉田; 洋岡村; 順伸山崎
Original assignee: Goyo Paper Working Co Ltd
Current assignee: Goyo Paper Working Co Ltd
Priority date: 1999-10-28
Filing date: 1999-10-28
Publication date: 2005-08-31
Anticipated expiration: 2019-10-28
Also published as: JP2001122238A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、使用後のリサイクルを可能とした紙容器及びその製造方法に関し、更に詳しくは、容器として使用後に通常の故紙と同様に、製紙会社のパルパーで離解され、紙として再利用可能な、耐水層を有する紙容器及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に紙容器は、紙にポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィンを塗工したものを製罐したものが良く知られており、紙コップ、飲料容器など広く使用されている。このポリオレフィンを押出ラミネーション法により塗工したものは、耐水性に優れ、衛生上安全であり、風味を損なわず、加工性が良いばかりでなく、安価であり、非常に優れている。更に、ポリオレフィンは熱接着性に優れているため、製罐に接着剤を使用せず、ヒートシールにより、高速に加工される利点がある。
【０００３】
しかし、その反面、リサイクル性、即ち故紙再生という観点からみると、ポリオレフィンを使用した紙容器はポリオレフィンの被膜強度が強すぎるため、紙を再生しパルプ化する工程で使用されるパルパーでは、紙の繊維部から脱離したポリオレフィン層が細かく分散されずに塊やフィルムとして残り、産業廃棄物となる。また、抄紙工程に混入した場合は抄紙機の乾燥ロールに付着したり、また再生された紙の表面に付着し、凹凸が発生して紙製品とはならず、故紙のリサイクルを不可能にしている。紙産業界では、写真、ラミネートラベルなどと共に禁忌品としてリサイクル不可能材と位置づけられている。
【０００４】
他方、ポリオレフィンを使用せず、故紙へのリサイクル可能な紙加工品が各種提案されている。例えば、変性ポリビニルアルコール系樹脂を剥離層としたセパレーター用紙・テープ基材、スチレン−ブタジエン系ラテックスにワックス、無機フィラー等を添加した液を防湿層とした防湿包装紙、同じくアクリル系、アクリル−スチレン系エマルジョン等を応用した防湿包装紙などがある。しかし、これらはすべて食品用の紙容器に応用することができないという問題を含んでいる。即ち、これらの塗工層は水溶性であるか、可溶性物質を内在しており、その結果、食品衛生上問題のある物質が抽出されるなどにより内容物が変質するため、食品容器として適さない。
【０００５】
更に、上記の、リサイクル可能な紙加工品は使用されている樹脂がヒートシール性を有しないか、併用しているワックス等の影響のためヒートシール製罐が困難であり、標準的な容器製罐機で製罐することができない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、上記の如き従来の欠点を解決し、故紙へリサイクルされる際に、容易に離解できるポリプロピレン系樹脂組成物を用いた紙容器を安価に提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、先に、ポリオレフィンに粘着性付与剤を多量配合することにより、ポリオレフィンの保有する優れた防湿性能を生かしながら、パルパー等で容易に離解可能な防湿紙が得られることを見出し、特許出願済みである（特願平１１−１９４０６０）。この防湿紙は、例えば新聞用紙など紙製品の防湿包装紙として、外部環境からの透湿を防止する目的で使用される。また、この防湿紙は乳化剤、成膜助剤等の水溶性有害物質を全く含んでいないため、故紙再生のため、リパルプ化した時の抄紙用水に溶け出す物質が殆どなく、廃水への負荷を増大させないという利点も有する。
【０００８】
本発明者らは、更に研究を進めた結果、特定の樹脂組成物を紙基材に塗工したものは、耐水性に優れ、ヒートシール接着ができ、通常の製罐機で紙容器とすることができ、また、使用済みの紙容器は、標準離解機の標準条件で容易に離解し、抄紙原料として活用可能であることを見出し、本発明に到達した。
【０００９】
即ち、本発明の第１は、（Ａ）ポリプロピレン系樹脂４０〜７５重量部、及び（Ｂ）粘着性付与剤６０〜２５重量部からなる樹脂組成物よりなる耐水層を紙基材の少なくとも片面に形成したことを特徴とする紙容器である（請求項１）。
【００１０】
好ましい態様として、（Ａ）ポリプロピレン系樹脂が、結晶化度３０％以上の結晶性ポリプロピレン系樹脂である（請求項２）。
好ましい態様として、（Ｂ）粘着性付与剤が、石油樹脂、その水添樹脂、テルペン樹脂、及びテルペン系変性樹脂から選ばれた少なくとも１種の粘着性付与剤である（請求項３）。
好ましい態様として、（Ａ）ポリプロピレン系樹脂と（Ｂ）粘着性付与剤との合計１００重量部に、（Ｃ）酸化ポリプロピレン系樹脂及び／又は酸基変性ポリプロピレン系樹脂０〜２０重量部が配合される（請求項４）。
好ましい態様として、組成物の比重が１．０以上となるように、（Ｄ）無機フィラーが配合される（請求項５）。
好ましい態様として、上記耐水層の上に（メタ）アクリル系樹脂のコート層が設けられる（請求項６）。
【００１１】
本発明の第２は、請求項１〜５のいずれか１項に記載の樹脂組成物を紙基材の少なくとも片面に塗工して耐水層を形成した後、打ち抜き、製罐することを特徴とする紙容器の製造方法である（請求項７）。
好ましい態様として、耐水層の上に、更に（メタ）アクリル系樹脂のコート層を設ける（請求項８）。
【００１２】
【発明の実施の態様】
本発明に使用される（Ａ）ポリプロピレン系樹脂は、大別して、次の（イ）〜（ハ）の３種類が挙げられる。
【００１３】
（イ）第１のタイプは、ポリプロピレン樹脂として販売されている樹脂である。プロピレン単独重合体のホモポリマータイプ、エチレン等との共重合体のランダムコポリマータイプ、ブロック共重合されたブロックコポリマータイプである。また、他種ポリマーとのポリマーアロイのタイプもポリプロピレン樹脂として販売されている。これらは全て本発明に使用することができる。
耐水層の機械的強度、ヒートシール強度を高めるためには、結晶化度３０％以上のポリプロピレンホモポリマーが好ましい。
また、ポリプロレン樹脂のＭＦＲ（ＪＩＳＫ７２１０、２３０℃）は、１〜１０００（ｇ／１０分）の範囲が適しており、フィルム用、ラミネート用、射出成形用などとして供給されるものが好適に使用される。食品用紙容器の場合には、食品用として使用されているものが用いられる。
また、ポリプロピレン系樹脂の改質用に利用されるプロピレン成分が５０ｍｏｌ％以上の非晶性〜低結晶性ポリプロピレン系共重合樹脂も、本発明に使用することができる。
【００１４】
（ロ）第２のタイプは、結晶性ポリプロピレン系樹脂を、過酸化物及び／又は熱で分解した、いわゆる分解型ポリプロピレンワックスである。例えば、結晶性ポリプロピレンホモポリマー又はエチレンとのランダムコポリマー、ブロックコポリマーを原料に、粘度平均分子量４００００以下の、結晶化度５０％以上の、溶融粘度（１８０℃）５Ｐａ・ｓ（５０００ｃｐｓ）以下のものが供給されている。このタイプのものも本発明に使用することができるが、多量に使用すると、耐水層の強度の低下、及び紙容器製罐時のヒートシール強度の低下が起こるため、その使用量は（Ａ）成分の総量の３分の１以下に限定されるのが好ましく、１０重量部以下がより好ましい。但し、このタイプのものは、樹脂組成物の溶融粘度を低下させ、紙基材へ塗工が容易にするという作用を有するため、コーターを使用する塗工方法では、上記限定された量の範囲内で使用することは好ましい。
【００１５】
（ハ）第３のタイプは、低晶性又は非晶性のポリプロピレン系樹脂で、アモルファスポリアルファオレフィン（ＡＰＡＯ）として製造・販売されている。ＡＰＡＯの使用は、耐水層の柔軟性を増し、紙容器製罐時の耐水層の破壊を防止することができ、また、製罐時のヒートシール性を向上させる。しかし、ＡＰＡＯを大量に使用すると、耐水層表面の粘着性が高まり、耐ブロッキング性、紙容器のスタッキング性が劣る傾向があるので（Ａ）成分の総量の１／２以下が好ましい。従って、ＡＰＡＯを大量に使用する場合は、後記するように、耐水層の上に（メタ）アクリル系樹脂のコート層を設け、ブロッキング性を改善することが好ましい。
【００１６】
ポリプロピレン系樹脂は、単独でまたは２種以上組み合わせて使用される。ポリプロピレン系樹脂の使用量は４０〜７５重量部である。４０重量部未満では耐水層の強度が不足し、紙容器を製造する過程で、耐水層が破壊される危険がある。一方、７５重量部を越えると、離解性が悪化する。
【００１７】
本発明に使用される（Ｂ）粘着性付与剤としては、官能基を有するものとして、ロジン、変性ロジン、及びこれらのエステル化合物、アルキルフェノール樹脂、ロジン及びアルキルフェノール変性キシレン樹脂、テルペンフェノール樹脂などが挙げられ、また官能基を有しないものとして、テルペン系樹脂、スチレン系樹脂、芳香族系石油樹脂、クマロンインデン樹脂などがあり、これらのいずれを選択してもよく、また２種以上を混合して使用してもよい。
これらの中で、ポリプロピレンとの相溶性があり、高温での溶解時に略透明溶液となる点で、石油樹脂、その水添樹脂、テルペンフェノール共重合樹脂、芳香族変性テルペン樹脂が好適に使用される。また、食品用紙容器の場合は、テルペン樹脂のようにポリプロピレン系樹脂の食品用配合剤として登録されているものが使用される。
粘着性付与剤の使用量は、２５〜６０重量部である。
【００１８】
本発明の樹脂組成物に、（Ｃ）酸化ポリプロピレン系樹脂及び／又は酸基変性されたポリプロピレン系樹脂を配合することができる。酸化ポリプロピレン系樹脂及び／又はカルボン酸変性ポリプロピレン系樹脂を配合すると、▲１▼紙基材と耐水層との接着性が改善される、▲２▼（メタ）アクリル系樹脂のコート層との接着性が改善される、▲３▼紙容器製罐時の耐水層の破壊が防止できる、▲４▼紙容器製罐時のヒートシール温度の適用温度域が拡大できる、▲５▼ヒートシール強度が大きくなる、などの効果が得られる。酸化ポリプロピレン系樹脂及び／又は酸基変性ポリプロピレン系樹脂の使用量は、０〜２０重量部である。２０重量部を越えると、故紙再生時の離解性が悪化する。
【００１９】
本発明の樹脂組成物に（Ｄ）無機フィラーを配合し、該組成物の比重を１．０以上にすることは、本発明の紙容器が故紙として離解された時に、パルプ液中の浮き樹脂を減少させ、リサイクルされた紙を均一にするために好ましい。
無機フィラーとしては特に限定されず、例えば、炭酸カルシウム、マイカ、タルク、シリカ、硫酸バリウムなどが挙げられるが、食品用の紙容器の場合は、有害重金属等の不純物含有の少ないものが選定される。これらは単独で又は２種以上組み合わせて用いられる。一般的に無機フィラーの比重は２．４以上であるため、樹脂組成物に５重量部以上配合することが好ましい。樹脂組成物の比重の上限は特に制限されないが、余り大きいと水懸濁状態でパルプとの混合性が却って低下するため、２０重量部以下程度が好ましい。
【００２０】
本発明の樹脂組成物には、更に酸化防止剤などの安定剤や粘度調整剤、ブロッキング防止剤、帯電防止剤等の添加剤を配合してもさしつかえない。
【００２１】
紙基材上に本発明の樹脂組成物からなる耐水層を形成した後、更にその耐水層の上に（メタ）アクリル系樹脂のコート層を設けることができる。コート層は、耐水層のブロッキング性の防止、内容物への少量物質の転移の防止、耐滑り性の付与、製罐時のヒートシール接着性向上などに有効である。（メタ）アクリル系樹脂としては、アクリル酸エステル及び／又はメタアクリル酸エステルを５０重量部以上含有する、（メタ）アクリル酸、スチレンなどとの共重合樹脂が好適に使用される。不純物の少ない点から、溶剤に溶解された溶液状のものが好ましい。特に、水−アルコール混合溶剤系に溶解された共重合樹脂が好ましい。ポリプロピレン系樹脂の耐水層の上に各種コーターで塗工後、溶媒を乾燥により除去し、コート層を形成する。コート層の厚みは、０．１〜３．０ｇ／ｍ²であり、必ずしも、全面を均一厚みでカバーできていなくても効果は変わらない。
このコート層の（メタ）アクリル系樹脂に添加剤として、例えば、滑り防止剤としての無機フィラー、耐ブロッキング改良剤としての少量のワックス類、静電気除去のための帯電防止剤、表面外観改良のための艶消し剤などを添加することができる。これらは必要に応じ、適宜組み合わせて使用される。
【００２２】
本発明の紙容器は、次の方法で製造される。
（１）紙基材の少なくとも片面に樹脂組成物の塗工等により耐水層が設けられる。樹脂組成物の塗工量は所望の性能により適宜決定すればよいが、通常、１０〜５０ｇ／ｍ²程度が好ましい。塗工方法は、ロールコーター、スロットオリフィスコーター、エクストルージョンコーターなどのコーター類使用のコーティング方式とＴダイ使用のラミネート方式などが可能であるが、これらに限定されず、いかなる方法を用いてもよい。
【００２３】
（２）紙基材の少なくとも片面に樹脂組成物を塗工され耐水層を形成された容器原紙は、耐水層を接液面となるよう容器製罐機に供給され、消毒、製罐されて紙容器とされる。事前に外面に印刷しておくことも勿論可能であり、また、製罐と充填を同時に行う製造設備により製造することもできる。製罐時の接合は、熱板加熱、高周波加熱、フレーム加熱などによりなされるが、基本原理はヒートシールである。また、紙コップの成形では、耐水層の面を内側面とし、扇状の胴と円形の底を打ち抜き、成形機でそれぞれヒートシール接着される。その後、トップカール加工を施し、紙コップとされる。事前に外面に印刷しておくことも可能である。
【００２４】
紙容器では、内容物の酸化防止、遮光性などの目的で、アルミニウム箔、バリア樹脂層などが複合されたものがあるが、これらには、本発明は利用できない。アルミニウム箔、バリア樹脂層が故紙としてのリサイクルを阻害するためである。但し、水溶性又は水中で離解性のあるバリア樹脂を使用する場合は、複合使用することができる。
【００２５】
また、樹脂組成物を紙基材の両面に塗工し耐水層を形成したものを用いて紙容器とすることも可能である。この場合は、片面だけに塗工し耐水層を形成したものに比べ、故紙としてパルパーに投入されたときに水の浸透が遅いために若干離解速度が遅くなるが、実用上特に問題はなく、製紙原料としてリサイクルできる。
【００２６】
【実施例】
以下に本発明を実施例を挙げて更に詳細に説明するが、本発明はこれら実施例のみに限定されるものではない。
尚、以下の記載において、部は特に断らない限り、重量部を示す。
【００２７】
実施例１
（Ａ）成分としてポリプロピレン樹脂〔ホモポリマー、ＭＦＲ（ＪＩＳＫ７２１０）＝６０ｇ／１０分、融点１５７℃〕（Ａ１）３０部、アモルファスポリプロピレン（ホモポリマー、重量平均分子量７００００）（Ａ２）３０部、Ｂ）成分としてテルペンフェノール共重合樹脂（環球式軟化点１４５℃、酸価１以下、数平均分子量１０００）４０部、及び安定剤としてヒンダードフェノール系酸化防止剤（融点１１０〜１２５℃）０．５部からなる組成物を２１０〜２２０℃に加熱し、材料の全てが溶解したところで各成分が均一に混合する様に十分に撹拌し、その後放置して脱泡した。
得られた溶融状態の組成物を予め加熱しておいたマイヤーバーを使用して、２１０ｇ／ｍ²の１００％バージンパルプから抄造された板紙の片面に、２０ｇ／ｍ²塗工して耐水層を形成した。
冷却後、型紙に沿って扇形と円形に切り抜き、塗工面が内面となるようにして、扇形を胴とし、円形の周辺を加工して底になるようヒートシーラーで接着し、紙コップを作成した。
【００２８】
作成した紙コップと塗工された板紙について、内容物のにじみ出し、水による離解性、耐ブロッキング性、ヒートシール性を下記の方法で評価した。結果は表１に示したように、紙コップへの内容物のにじみ出しはまったく認められなかった。また、水による離解性は良好で、抄紙した紙の加熱による樹脂のにじみ出しは見られなかった。耐ブロッキング性については、僅かにブロッキングが認められた。ヒートシール性は紙層破壊し、従って、ヒートシール強度が高く、製罐機に充分に適用できる。
【００２９】
（１）内容物のにじみ出し
得られた紙コップに、メチレンブルー試験液を入れ、３０分間放置した。板紙へのにじみ出しを目視で判定する。
○：にじみ出しは見られない。
×：僅かににじみ出しが見られる。
【００３０】
（２）離解性
熊谷理機工業株式会社製標準パルプ離解機を用い、塗工された板紙から約１．５cm角に切断したサンプルを２Ｌの水に対して４０ｇ（パルプ濃度：２重量％）投入して、３０００回転／分、３０分間撹拌後、パルプ溶液及び抄紙したものの樹脂分散性を下記の基準で目視により判定する。
○：抄紙された紙に樹脂の存在がほとんど認められない。
×：抄紙された紙に、細かく分散されていない樹脂が付着・存在する。
【００３１】
（３）樹脂のにじみ出し
加熱による樹脂のにじみ出しの評価については、抄紙・乾燥した紙をギヤオーブン内で１５０℃、１分間加熱して、樹脂のにじみ出しの有無を下記の基準で目視により判定する。
○：樹脂のにじみ出しが見られない。
×：樹脂のにじみ出しが相当見られる。
【００３２】
（４）耐ブロッキング性
塗工された板紙の一辺５ｃｍの正方形に切断したサンプル１０枚の表裏を重ね、０．２ＭＰａ（２ｋｇ／ｃｍ²）荷重下、５０℃で１６時間放置する。室温に戻した後、サンプルを１枚ずつ手で剥がし、ブロッキングの状態を下記の基準で判定する。
○：容易に１枚ずつ剥がれ、殆ど音がしない。
△：剥がすときに、僅かに音がする。
×：剥がすと、塗工層の一部が剥離する、または、簡単には剥がせない。
【００３３】
（５）ヒートシール性
ヒートシーラーを使用し、シール条件は、シールバー上下を１１０℃に加熱し、０．７８ＭＰａ（８ｋｇ／ｃｍ²）、２秒でヒートシール性を評価し、下記の基準で判定する。試料は（イ）耐水層／裏面（片面塗工品を想定）、（ロ）耐水層／耐水層（両面塗工品を想定）を実施する。但し、すべての試験で、（イ）、（ロ）にヒートシール性に差がなかった。
○：剥がすと、紙層破壊する。
×：樹脂層で剥がれ、接着強度が低い。
【００３４】
実施例２
実施例１で作成した板紙の、耐水層の上にメタアクリル系樹脂のコート層を２ｇ／ｍ²の厚みで設けた。メタアクリル系樹脂の組成は、メチルメタアクリレート８０部、エチルアクリレート１５部、アクリル酸５部がイソプロピルアルコール中で重合されたものを使用した。少量のアンモニア水溶液の存在下で、イソプロピルアルコールと水で希釈し、２０％濃度の溶液とし、マイヤーバーで１０ｇ／塗工し、９０℃、２分乾燥させた。
【００３５】
このサンプルを用いて作成した紙コップは、表１に示すように、内容物のにじみ出しはなく、離解性、ヒートシール性も変わらなかった。また、コート層を設けたことにより、耐ブロッキング性は改良された。また、紙コップを重ねたときのスタッキング性が更に良くなることが期待できる。
【００３６】
実施例３
（Ａ）成分としてポリプロピレン樹脂〔ホモポリマー、ＭＦＲ（ＪＩＳＫ７２１０）＝５ｇ／１０分、融点１５７℃〕（Ａ３）６０部、（Ｂ）成分としてＣ５系石油樹脂（水添品）（環球式軟化点１０５℃、ヨウ素価３０(g/100g)、数平均分子量１０００）（Ｂ２）４０部からなる組成物を、２軸混練機を用い、２１０℃で混練、冷却、ペレタイズし、組成物のペレットを得た。
このペレットを、ラミネートマシンを使用し、１９０ｇ／ｍ²の１００％バージンパルプから抄造された板紙の片面に、膜厚が２０ｇ／ｍ²となるよう押出成形した。Ｔダイの設定温度は、２２０℃であった。
得られたサンプルから、型紙に沿って扇形と円形に切り抜き、塗工面が内面となるようにして、扇形を胴とし、円形の周辺を加工して底とし、胴の最下部で底を包み込むように加工して、ヒートシーラーで接着し、紙コップを作成した。
性能評価は、実施例１と同様に評価した。結果は、表１記載の通り、紙コップとしての耐水性があり、離解性、耐ブロッキング性、ヒートシール性も良好であった。
【００３７】
実施例４〜６
表１に示したように組成を変更した組成物を用いた以外は実施例１と同様にして紙コップを作成し、性能を評価した。結果は表１に示すように、内容物のしみ出しなく、離解性、耐ブロッキング性及びヒートシール性に優れていた。
尚、実施例１〜３で使用していない材料の詳細は、以下の通りである。
(A4)分解型ポリプロピレンワックス：ポリエチレン成分１０％含有の結晶性ポリプロピレンランダムコポリマー（結晶化度６０％）を熱分解して得られたもの。粘度平均分子量２１０００、環球式軟化点１５４℃。
(C) 無水マレイン酸変性ポリプロピレン：軟化点１５４℃、酸価２６、数平均分子量４００００。
(D) 炭酸カルシウム：白石工業（株）カルシテックブリリアント１５（平均粒子径０．１５ｍμ、立方形コロイドタイプ。）
【００３８】
比較例１〜３
表１に示したように組成を変更した組成物を用いた以外は、実施例１と同様にして紙コップを得た。結果は表１に示すように、内容物のにじみ出し、離解性、耐ブロッキング性、ヒートシール性の少なくともいずれかの点に難点を有するものであった。
【００３９】
【表１】

【００４０】
【発明の効果】
叙上の通り、特定のポリプロピレン系組成物を耐水層として、紙基材の少なくとも片面に形成し、必要に応じ、耐水層の上に（メタ）アクリル系樹脂のコート層を塗工して得られた紙容器は、使用後に故紙として、抄紙原料に戻すことができる。また、既存の容器製罐機を使用することができ、環境に優しい紙容器を安価に、大量に供給することができる。

Claims

（Ａ）ポリプロピレン系樹脂４０〜７５重量部、及び（Ｂ）粘着性付与剤６０〜２５重量部からなる樹脂組成物よりなる耐水層を紙基材の少なくとも片面に形成したことを特徴とする紙容器。
（Ａ）ポリプロピレン系樹脂が、結晶化度３０％以上の結晶性ポリプロピレン系樹脂である請求項１記載の紙容器。
（Ｂ）粘着性付与剤が、石油樹脂、その水添樹脂、テルペン樹脂、及びテルペン系変性樹脂よりなる群から選ばれた少なくとも１種の粘着性付与剤である請求項１記載の紙容器。
（Ａ）ポリプロピレン系樹脂と（Ｂ）粘着性付与剤との合計１００重量部に、（Ｃ）酸化ポリプロピレン系樹脂及び／又は酸基変性ポリプロピレン系樹脂０〜２０重量部が配合された請求項１記載の紙容器
組成物の比重が１．０以上となるように、（Ｄ）無機フィラーが配合された請求項１記載の紙容器。
耐水層の上に、更に（メタ）アクリル系樹脂のコート層を設けた請求項１記載の紙容器。
請求項１〜５のいずれか１項に記載の樹脂組成物を紙基材の少なくとも片面に塗工して耐水層を形成した後、打ち抜き、製罐することを特徴とする紙容器の製造方法。
耐水層の上に、更に（メタ）アクリル系樹脂のコート層を設ける請求項７記載の紙容器の製造方法。