JP3826772B2

JP3826772B2 - 熱膨張性積層体およびその積層体を用いた発泡紙容器

Info

Publication number: JP3826772B2
Application number: JP2001354247A
Authority: JP
Inventors: 実永江
Original assignee: Toppan Inc
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 2001-11-20
Filing date: 2001-11-20
Publication date: 2006-09-27
Anticipated expiration: 2021-11-20
Also published as: JP2003154589A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱膨張性積層体に関し、特に中間層に結合剤（バインダー）と熱膨張性のマイクロカプセルを含浸法により均一に分散保持している熱膨張性積層体に関するものである。さらに、熱膨張性積層体を容器に成型した後に加熱発泡を行うことによって製造される、軽量、断熱性、保温性、表面性に優れた発泡紙容器にに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、食品容器や包装材料等に用いられるシートには発泡スチロールや発泡ポリエチレン等の高分子ポリマーが断熱性、保温性に優れ、成型、加工性、耐衝撃性もよく、安価であるため大量に使用されているが、昨今の環境汚染防止への要望から、自然に分解したり、燃焼しても汚染物質や煤煙等が出にくい紙等への転換が進められている。紙基材にこれらの機能をもたせる方法としては、独立気泡に近い空気層を紙に与えるのが有効な方法である。従来、紙状基材に独立気泡に近い気泡を与える方法としては、発泡性マイクロカプセルをパルプとともに抄紙して抄紙マシンの熱ロール上で発泡させる方法等が知られている。
【０００３】
発泡性マイクロカプセルを紙に内添して抄紙し、発泡性マイクロカプセルを製紙用パルプと混合抄紙して通常の抄紙方法で脱水乾燥した場合は、紙の抄造時には地合ムラ（繊維フロックの形成）の発生は避け難いものであり、その結果、パルプ繊維の多い部分には発泡性マイクロカプセルが多く存在し、逆にパルプ繊維が少なく地合の薄い部分には発泡性マイクロカプセルの存在も少なくなるために、発泡性マイクロカプセルの分布が不均一状態になる。これを発泡させた場合は、発泡倍率の大きい部分と少ない部分ができ、紙面に凹凸のムラが発生して、均一な発泡状態の紙が得にくいといった問題があった。さらに発泡性マイクロカプセルが紙の表面に残留しやすくなって、紙表面における紙粉の脱落という欠点があった。
【０００４】
また、発泡性マイクロカプセルを内添させる方法は、高価な発泡性マイクロカプセルの定着（歩留り）が悪いという別の問題点がある。さらに、定着を改良するために定着剤等の薬剤を使用したり、良好な発泡倍率を得るためには多量の発泡性マイクロカプセルが必要となりコスト上昇を招く。また、発泡の度合を高め、低密度、軽量化を進めるほど発泡性マイクロカプセルの膜厚は薄くなり、低密度ではあっても潰れやすい紙になってしまう。
【０００５】
発泡性マイクロカプセルを紙に内添して抄紙する際、既存の抄紙機を使用する場合が多く、既存の抄紙機では小ロット対応ができないために多様な発泡紙への対応ができない等の問題もある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたもので、均一な加熱発泡が可能な熱膨張性積層体およびその積層体を容器に成型した後に加熱発泡を行うことによって製造される、軽量、断熱性、保温性に優れ、かつ表面に紙粉落ちや凹凸および皺が発生することのない表面性、美粧性に優れる発泡紙容器を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１に係る発明は、不織布もしくは密度が０．４ｇ／ｃｍ ³ 以下の紙基材に熱可塑性樹脂を主成分とする結合剤（バインダー）および熱膨張性のマイクロカプセルが含浸されて含有する中間層を有し、該中間層の表裏に紙基材が積層された構成を少なくとも含むことを特徴とする熱膨張性積層体である。
【０００８】
請求項２に係る発明は、請求項１記載の熱膨張性積層体において、前記不織布もしくは密度が０．４ｇ／ｃｍ ³ 以下の紙基材がパルプ繊維からなり、さらに前記結合剤（バインダー）の主成分である熱可塑性樹脂が、生分解性樹脂からなることを特徴とする。
【０００９】
請求項３に係る発明は、請求項１または２記載の熱膨張性積層体を成型してなる紙容器を加熱発泡したことを特徴とする発泡紙容器である。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施形態について図面を参照して詳細に説明する。図１は、本発明の熱膨張性積層体の構成の１例を示した模式断面図である。本発明の熱膨張性積層体１０は、不織布もしくは密度が０．４ｇ／ｃｍ ³ 以下の紙基材に熱可塑性樹脂を主成分とする結合剤（バインダー）および熱膨張性のマイクロカプセルを含有する中間層１を有し、該中間層の表裏に紙基材２，３が積層された構成のものである。また、図２は、本発明の熱膨張性積層体の構成の別の例を示した模式断面図である。本発明の熱膨張性積層体２０は、不織布もしくは密度が０．４ｇ／ｃｍ ³ 以下の紙基材に熱可塑性樹脂を主成分とする結合剤（バインダー）および熱膨張性のマイクロカプセルが含浸されて含有する中間層１を有し、該中間層の表裏に紙基材２，３が積層された構成の裏面側の紙基材の面に、さらに低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）層４を押し出しラミネートなどの方法で設けたものである。
【００１２】
上記中間層１は、不織布もしくは密度が０．４ｇ／ｃｍ ³ 以下の紙基材に熱可塑性樹脂を主成分とする結合剤（バインダー）および熱膨張性のマイクロカプセルからなる含浸液を含浸して結合剤（バインダー）と熱膨張性のマイクロカプセルを含有させたものである。
【００１３】
本発明で用いられる不織布は、木材繊維（パルプ繊維）、コットン、レーヨン、ポリエチレンテレフタレート、アクリル、アセテート、ナイロン、ポリプロピレンなどの繊維を原料として、スパンボンド法、抄紙法、カード機やガーネット機を用いた乾式法などの公知の方式によってシート状としたもので、特に限定されものでない。
【００１４】
また、本発明で用いられる低密度の紙基材は、通常の製紙で使用されるもののいずれもが使用可能である。例えば、針葉樹や広葉樹の化学パルプや機械パルプ等の木材パルプ、古紙パルプ、麻や綿等から製紙される密度が０．４ｇ／ｃｍ ³ 以下の紙基材を挙げることができる。
【００１５】
また、本発明で用いられる熱膨張性のマイクロカプセルは、樹脂微粒子中に低沸点溶剤を内包したもので、一般に、７０〜１５０℃の比較的低温度で直径が３〜５倍、体積で３０〜１２０倍に膨張する平均粒径が５〜３０μｍの粒子である。マイクロカプセル内に低沸点溶剤を封入した熱膨張性のマイクロカプセルである。低沸点溶剤としてはイソブタン、ペンタン、石油エーテル、ヘキサン、低沸点ハロゲン化炭化水素、メチルシラン等の揮発性有機溶剤（膨張剤）を塩化ビニリデン、アクリロニトリル、アクリル酸エステル、メタクリル酸エステル等の共重合体から成る熱可塑性樹脂で包み込んだものであり、マイクロカプセルの膜ポリマーの軟化点以上に加熱されると膜ポリマーが軟化しはじめ、同時に内包されている膨張剤の蒸気圧が上昇し、膜が押し広げられてカプセルが膨張する。
【００１６】
また、本発明で用いられる結合剤（バインダー）の主成分である熱可塑性樹脂しては、天然ゴム、スチレン・ブタジエン共重合樹脂、メチルメタアクリレート・ブタジエン共重合樹脂、ポリアクリル酸エステル樹脂、ポリ酢酸ビニル樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂等の熱可塑性樹脂を挙げることができるが、特に限定されるものではない。
【００１７】
さらに、本発明で用いられる結合剤（バインダー）の主成分とすると熱可塑性樹脂して、生分解樹脂を用いることもできる。この場合結合剤（バインダー）および熱膨張性のマイクロカプセルを含有する中間層を構成する不織布もしくは密度が０．４ｇ／ｃｍ ³ 以下の紙基材として、パルプ繊維からなる不織布もしくは密度が０．４ｇ／ｃｍ ³ 以下の紙基材を用いることにより、生分解性の熱膨張性積層体およびその積層体を成形して得られる紙容器を加熱発泡を行うことにより生分解性の発泡紙容器とすることで、自然に分解し、環境汚染防止の点から望ましい発泡紙容器とすることができる。
【００１８】
本発明で用いられる上記の生分解樹脂として、３−ヒドロキシブチレート−３−ヒドロキシバレレート共重合体（ＰＨＢＶ）、プルラン、ポリカプロラクトン、ポリブチレンサクシネート・ポリエチレンサクシネート、ポリ−Ｌ−ラクチド、グラフトデンプンなどを挙げることができる。特に限定されるものではないが、変性デンプン（ミヨシ油脂株式会社の商品名「ランディー」）、ポリブチレンサクシネート・ポリエチレンサクシネート（昭和高分子株式会社の商品名「ビオノーレ」のエマルジョン）などが好適に用いることができる。
【００１９】
上記で列挙した結合剤（バインダー）の主成分である熱可塑性樹脂の水系溶液に、上記で列挙した熱膨張性のマイクロカプセルを分散して本発明における含浸液とすることができる。もちろん、上記で列挙した熱可塑性樹脂の溶剤系溶液を用いることもできる。
【００２０】
また、上記結合剤（バインダー）の他にも色々な材料を配合することで特徴のある用途が展開できる。例えば、防腐剤、防カビ剤、難燃剤などを配合することもできる。
【００２１】
次に、不織布もしくは密度が０．４ｇ／ｃｍ ³ 以下の紙基材に熱可塑性樹脂を主成分とする結合剤（バインダー）および熱膨張性のマイクロカプセルからなる含浸液を含浸する方法を説明する。不織布もしくは密度が０．４ｇ／ｃｍ ³ 以下の紙基材の抄紙段階で、結合剤（バインダー）と熱膨張性のマイクロカプセルを内添して抄紙する方法と抄紙後の二次加工として外添すなわち含浸する方法があるが、抄紙後の二次加工として、この外添による含浸方法が望ましい。外添による含浸方法としては、不織布もしくは密度が０．４ｇ／ｃｍ ³ 以下の紙基材を含浸液中に浸し、過剰量の含浸液を一時的に付与できるディッピング法や、好ましくは、含浸液を一定量だけ塗工または含浸させるグラビアコーティング法やロールコーティング法などがあり、不織布もしくは密度が０．４ｇ／ｃｍ ³ 以下の紙基材の表裏から含浸液を含浸することも可能である。さらに、２ユニット以上あるグラビア含浸方法では、はじめに不織布もしくは密度が０．４ｇ／ｃｍ ³ 以下の紙基材内部に含浸させる含浸液を片面もしくは両面より施し、基材内部にまで含浸液を浸透させる。
【００２２】
含浸液として、熱膨張性マイクロカプセルの濃度が０．１〜５０重量％（乾燥換算、以下同様）、結合剤（バインダー）としての熱可塑性樹脂の濃度が１．０〜３０重量％になるように水に分散して調整したものを使用し、含浸液の含浸率が固形分で不織布もしくは密度が０．４ｇ／ｃｍ ³ 以下の紙基材に対して５．０〜５０重量％になるように絞り条件を調整する。こうすることで、発泡性マイクロカプセルの分布がより均一に分散するようになる。さらに、パルプ繊維や熱膨張性のマイクロカプセルの脱落が防止でき、強度も改善できる。また、バインダーの種類と共に添加率を選択することで、紙質を硬くしたり柔らかくしたりする等、目的に合わせて自由に設計することができるので、紙粉の脱落を防止したり、低密度であり、かつ剛性を有し丈夫な素材にする等、本発明の熱膨張性積層体の用途を拡大することができる。含浸率が固形分で５．０重量％未満であるとこれら効果が出難くなり、５０重量％を越えると経済的に不利になり、また効果がそれ以上期待でき難くなる。
【００２３】
上記で得られた不織布もしくは密度が０．４ｇ／ｃｍ ³ 以下の紙基材に熱可塑性樹脂を主成分とする結合剤（バインダー）および熱膨張性のマイクロカプセルを含浸して含有させた中間層の表裏に積層する紙基材としては、通常の製紙で使用されるものはどれでも使用することができる。本発明で用いられる製紙用パルプは特に制限はなく、例えば、１００％バージンパルプからなるもの、１００％再生故紙からなるもの、それらを任意の割合で混合したもの、針葉樹未晒クラフトパルプ（ＮＵＫＰ）、針葉樹晒クラフトパルプ（ＮＢＫＰ）、広葉樹晒クラフトパルプ（ＬＢＫＰ）、針葉樹晒サルファイトパルプ（ＮＢＳＰ）等の木材パルプを主材とし、麻、木綿、藁パルプ、ケナフ等の非木材パルプなどを製紙して得られる様々な種類の紙を用いることが可能である。特に、表面側には板紙などの厚みが厚い紙基材を使用するのが好ましい。
【００２４】
本発明における中間層の表裏に紙基材を積層する方法としては、ドライラミネートまたはウエットラミネート用接着剤、もしくはエマルション系糊などを使用して積層することができる。ドライラミネート用接着剤としては、例えば、ポリエステル系もしくはポリエーテル系主剤とポリイソシアネートプレポリマー硬化剤からなる２液型ポリウレタン系接着剤等が用いれれる。一方、ウエットラミネート用接着剤としては、例えば、酢酸ビニル樹脂、酢ビ−エチレン共重合樹脂、アクリル酸エステル樹脂などの水性エマルションを用いることができる。
【００２５】
本発明の熱膨張性積層体は、中間層に含有する発泡性マイクロカプセルが外殻を形成する樹脂の軟化点以上に加熱されると樹脂が軟化し始め、同時に封入されてある低沸点溶剤が気化して蒸気圧が上昇し、その結果樹脂が押し広げられて膨張し、独立気泡を形成する。
【００２６】
したがって、本発明の熱膨張性積層体を所定の紙容器に成型した後、発泡性マイクロカプセルが外殻を形成する樹脂の軟化点以上に加熱されて発泡した発泡紙容器が得られる。
本発明の発泡紙容器は、軽量、断熱性、保温性、表面性に優れた、例えば即席麺類やお茶等の紙容器として用いることができる。また、容器以外に、本発明の熱膨張性積層体を加熱発泡を行い発泡シートとして、軽量、断熱性、保温性、表面性に優れた包装材料を提供できる。
【００２７】
【実施例】
以下の実施例で図２に基づいて本発明をより具体的に説明する。
【００２８】
〈実施例１〉
坪量４０ｇ／ｍ²のパルプ繊維不織布（王子製紙株式会社製「キノクロス」）に対して、結合剤（バインダー）として昭和高分子株式会社製の商品名「ビオノール」エマルションと熱膨張性マイコロカプセルとして日本フィライト株式会社製の商品名「エクスパンセル」を使用して水で希釈、分散させて熱可塑性樹脂を主成分とする結合剤と熱膨張性マイコロカプセルと水との重量比が４：９：１となるように混合して調整した含浸液を含浸し、含浸率が、３０重量％（乾燥換算）になるように絞り条件を調整した後、ドライヤーで乾燥して中間層１を作製した。
上記で得られた結合剤と熱膨張性マイコロカプセルを含有する中間層１の表面側に紙基材２として坪量１００ｇ／ｍ²の晒しクラフト紙を、一方その反対面に紙基材３として坪量５０ｇ／ｍ²の晒しクラフト紙を各々ドライラミネート用接着剤を用いて積層し、さらに坪量５０ｇ／ｍ²の晒しクラフト紙の側に熱接着性樹脂４として低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）を押し出しラミネートの方法により３０μｍ低密度ポリエチレン層を積層し、全体の厚さが０．５ｍｍの本発明の熱膨張性積層体２０を作製した。
この熱膨張性積層体２０の表面側に所定の絵柄印刷を施し、所定のカップ状ブランクスに打ち抜きカップ成型を行いカップ状紙容器を作製した。
上記カップ状紙容器をオーブン中で温度１２０℃、３分間加熱発泡を行い発泡紙容器を作製した。発泡後の紙容器の厚さが３．０ｍｍとなった。そして、得られた本発明の発泡紙容器は、表面に凹凸やシワが生じることなく美粧性に優れ、剛性があり、断熱性、保温性にも優れるものであった。
【００２９】
〈比較例１〉
発泡体粒子混抄紙として、王子製紙株式会社製の商品名「フラットラット」を用いて実施例１と同様にして所定の絵柄印刷を施し、所定のカップ状ブランクスに打ち抜きカップ成型を行いカップ状紙容器を作製した。このカップ状紙容器は、表面に紙粉の付着やシワが発生し美粧性に劣るものであって、実用上使用できるものではなかった。
【００３０】
【発明の効果】
本発明によれば、不織布もしくは密度が０．４ｇ／ｃｍ ³ 以下の紙基材に熱可塑性樹脂を主成分とする結合剤および熱膨張性のマイクロカプセルを外添含浸法を用いて含有せしめた中間層の表裏に紙基材が積層された構成とすることで、以下に示す効果を奏するものである。不織布もしくは低密度の紙基材に熱可塑性樹脂を主成分とする結合剤および熱膨張性のマイクロカプセルを外添含浸法を用いて含有せしめことで、小ロット対応が容易にでき、しかも経済的に製造することができる熱膨張性積層体を提供できることが可能となる。本発明の熱膨張性積層体を用いて紙容器等に成型して、加熱発泡を行うと、表面に紙粉落ちや凹凸および皺等が発生することのない表面性、美粧性に優れ、剛性、強度を有し、かつ良好な断熱性、保温性を有する軽量な発泡紙容器が得られ、例えば、即席麺類やお茶等の食品紙容器として用いられる。さらに、本発明の熱膨張性積層体を、加熱発泡を行い発泡シートとして、断熱性、保温性、表面性に優れる各種包装材料としても用いることもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の熱膨張性積層体の構成の１例を示した模式断面図である。
【図２】本発明の熱膨張性積層体の構成の別の例を示した模式断面図である。
【符号の説明】
１・・・中間層（結合剤と熱膨張性マイクロカプセル含有する）
２、３・・・紙基材層
４・・・接着性樹脂層（例えばポリエチレン層）
１０、２０・・・熱膨張性積層体

Claims

不織布もしくは密度が０．４ｇ／ｃｍ ³ 以下の紙基材に熱可塑性樹脂を主成分とする結合剤（バインダー）および熱膨張性のマイクロカプセルが含浸されて含有する中間層を有し、該中間層の表裏に紙基材が積層された構成を少なくとも含むことを特徴とする熱膨張性積層体。
前記不織布もしくは密度が０．４ｇ／ｃｍ ³ 以下の紙基材がパルプ繊維からなり、さらに前記結合剤（バインダー）の主成分である熱可塑性樹脂が、生分解性樹脂からなることを特徴とする請求項１記載の熱膨張性積層体。
請求項１または２記載の熱膨張性積層体を成型してなる紙容器を加熱発泡したことを特徴とする発泡紙容器。