JP2006248594A

JP2006248594A - バリア性紙カップ

Info

Publication number: JP2006248594A
Application number: JP2005070585A
Authority: JP
Inventors: Yoshiki Ueda; 佳樹植田; Atsushi Sada; 淳佐田
Original assignee: Toppan Printing Co Ltd
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 2005-03-14
Filing date: 2005-03-14
Publication date: 2006-09-21

Abstract

【課題】リサイクル性に優れ、成形加工時にガスバリア性が低下せず、優れたガスバリア性を保持するバリア性紙カップを提供することにある。
【解決手段】基材フィルム層の片面に無機酸化物の蒸着薄膜層が積層されてなるか、又は基材フィルム層の片面に無機酸化物の蒸着薄膜層、ガスバリア性被膜層が積層されてなるバリア性積層フィルムの一方の蒸着薄膜層面又はガスバリア性被膜層面に接着剤Ａ層、紙層を積層し、他方の面に接着剤Ｂ層、シーラント層を積層してなるガスバリア性積層材料からなり、該シーラント層が内容物に接するように成形してなるバリア性紙カップであって、前記接着剤Ａ層が幅０．５ｃｍ、長さ２ｃｍの試験片を温度２０℃、相対湿度６５％の条件下で引張速度６ｃｍ／ｍｉｎで引っ張る方法で測定した時の引張破壊伸びが３００％以上のポリウレタン系被膜からなる。
【選択図】図１

Description

本発明は、各種の食品や非食品などを包装する為の優れたガスバリア性を有する紙カップに関するものである。

従来、優れたガスバリア性を有する紙容器としては、外側から順に、熱可塑性樹脂層、接着剤層、紙基材層、接着剤層、ガスバリア層、接着剤層、シーラント層を積層した積層材料を用いて成形したものが多く使用されており、前記構成中のガスバリア層としては、アルミニウム箔が多く使用されるが、リサイクル性が悪くなる等の問題があった。これらの問題を改善するべく、ガスバリア性、リサイクル性等の機能を兼ね備えるものとして、前記ガスバリア層として、二軸延伸ポリエステルフィルムの片面に無機酸化物の蒸着薄膜層、ガスバリア性被膜層を積層したガスバリアフィルムを使用した積層材料を用いた紙カップが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００３−１１２７１８号公報

ところが、前記提案されている積層材料を用いた紙カップは、成形加工時に蒸着薄膜層に亀裂が発生し易く、ガスバリア性が低下してしまうなどの弊害があった。

本発明の課題は、優れたリサイクル性を有し、成形加工時にガスバリア性が低下せず、優れたガスバリア性を保持するバリア性紙カップを提供することにある。

本発明の請求項１に係る発明は、基材フィルム層の片面に無機酸化物の蒸着薄膜層が積層されてなるバリア性積層フィルムの一方の蒸着薄膜層面に接着剤Ａ層、紙層を積層し、他方の面に少なくとも、接着剤Ｂ層、シーラント層を積層してなるガスバリア性積層材料を扇形状に打ち抜いてなる胴部用ブランク及び円形状に打ち抜いてなる底部用ブランクを用いて、該シーラント層が内容物に接するように成形してなるバリア性紙カップであって、前記接着剤Ａ層が幅０．５ｃｍ、長さ２ｃｍの試験片を温度２０℃、相対湿度６５％の条件下で引張速度６ｃｍ／ｍｉｎで引っ張る方法で測定した時の引張破壊伸びが３００％以上のポリウレタン系被膜からなることを特徴とするバリア性紙カップである。

本発明の請求項２に係る発明は、基材フィルム層の片面に無機酸化物の蒸着薄膜層、ガスバリア性被膜層が積層されてなるバリア性積層フィルムの一方のガスバリア性被膜層面に接着剤Ａ層、紙層を積層し、他方の面に少なくとも、接着剤Ｂ層、シーラント層を積層してなるガスバリア性積層材料を扇形状に打ち抜いてなる胴部用ブランク及び円形状に打ち抜いてなる底部用ブランクを用いて、該シーラント層が内容物に接するように成形してなるバリア性紙カップであって、前記接着剤Ａ層が幅０．５ｃｍ、長さ２ｃｍの試験片を温度２０℃、相対湿度６５％の条件下で引張速度６ｃｍ／ｍｉｎで引っ張る方法で測定した時の引張破壊伸びが３００％以上のポリウレタン系被膜からなることを特徴とするバリア性紙カップである。

本発明の請求項３に係る発明は、上記請求項２に係る発明において、前記ガスバリア性被膜層が水溶性高分子と（ａ）一種以上の金属アルコキシド及びその加水分解物又は（ｂ）塩化錫の少なくとも一方を含むものからなることを特徴とするバリア性紙カップである
。

本発明の請求項４に係る発明は、上記請求項１乃至請求項３のいずれか１項に係る発明において、前記無機酸化物が酸化珪素、酸化アルミニウム又はそれらの混合物であることを特徴とするバリア性紙カップである。

本発明のバリア性紙カップは、基材フィルム層の片面に酸化珪素、酸化アルミニウム又はそれらの混合物からなる蒸着薄膜層が積層されてなるバリア性積層フィルムの一方の蒸着薄膜層面に接着剤Ａ層、紙層を積層し、他方の面に少なくとも接着剤Ｂ層、シーラント層を積層してなるガスバリア性積層材料又は基材フィルム層の片面に酸化珪素、酸化アルミニウム又はそれらの混合物からなる蒸着薄膜層、ポリビニルアルコールと（ａ）一種以上の金属アルコキシド及びその加水分解物又は（ｂ）塩化錫の少なくとも一方を含むものからなるガスバリア性被膜層が積層されてなるバリア性積層フィルムの一方のガスバリア性被膜層面に接着剤Ａ層、紙層を積層し、他方の面に少なくとも接着剤Ｂ層、シーラント層を積層してなるガスバリア性積層材料を扇形状に打ち抜いてなる胴部用ブランク及び円形状に打ち抜いてなる底部用ブランクを用いて、該シーラント層が内容物に接するように成形してなるバリア性紙カップであって、前記接着剤Ａ層が幅０．５ｃｍ、長さ２ｃｍの試験片を温度２０℃、相対湿度６５％の条件下で引張速度６ｃｍ／ｍｉｎで引っ張る方法で測定した時の引張破壊伸びが３００％以上のポリウレタン系被膜からなっているので、接着剤Ａ層の柔軟なポリウレタン系被膜あるいはガスバリア性被膜層が成形加工時に蒸着薄膜の亀裂の発生を防ぐ役割を果たし、また、蒸着薄膜層が基材フィルム層と紙層の間に積層されているので成形加工時の内面からの熱による影響を受け難く、蒸着薄膜のひずみがないので優れたガスバリア性を維持できる。また、紙層と接着剤Ａ層の間にポリオレフィン系樹脂からなる接着性樹脂層をさらに積層したガスバリア性積層材料を使用すれば、成形加工時のクッション性が向上し、成形加工時に蒸着薄膜の亀裂が発生し難くなり、優れたガスバリア性が得られる。

本発明のバリア性紙カップを実施の形態に沿って以下に詳細に説明する。

図４（ａ）は本発明のバリア性紙カップの胴部用ブランク及び底部用ブランクに使用するガスバリア性積層材料の一実施形態を示す側断面図であり、ガスバリア性積層材料（３０）は、外側から厚み方向に順に、紙層（２３）、接着剤Ａ層（２２）、無機酸化物の蒸着薄膜層（１２）と基材フィルム層（１１）からなるバリア性積層フィルム（２０）、接着剤Ｂ層（２４）、シーラント層（２５）を積層した構成であり、（ｂ）はガスバリア性積層材料の他の実施形態を示す側断面図であり、ガスバリア性積層材料（３１）は、外側から厚み方向に順に、紙層（２３）、接着剤Ａ層（２２）、ガスバリア性被膜層（１３）と無機酸化物の蒸着薄膜層（１２）と基材フィルム層（１１）からなるバリア性積層フィルム（２１）、接着剤Ｂ層（２４）、シーラント層（２５）を積層した構成である。

なお、前記紙層（２３）と接着剤Ａ層（２２）の間にさらに厚さ１０〜３０μｍのポリオレフィン系樹脂からなる接着樹脂層を積層した構成のガスバリア性積層材料でも良い。

前記基材フィルム層（１１）は、二軸延伸ポリエステルフィルム、二軸延伸ナイロンフィルム、二軸延伸ポリプロピレンフィルムなどが使用できるが、二軸延伸ポリエステルフィルムが好ましい。

前記蒸着薄膜層（１２）の無機酸化物は、酸化アルミニウム、酸化珪素又はそれらの混合物からなっているので、優れたガスバリア性を有している。その積層方法は、通常の真
空蒸着法により形成することができ、真空蒸着法による真空蒸着装置の加熱手段としては電子線加熱方式や抵抗加熱方式、誘導加熱方式等が好ましく、基材フイルム層（１１）との密着性を向上させるために、プラズマアシスト法やイオンビームアシスト法を用いることも可能である。

前記蒸着薄膜層（１２）の膜厚は５〜３００ｎｍの範囲内であることが望ましく、その値は適宜選択される。ただし、膜厚が５ｎｍ未満であると基材フイルム層（１１）の全面に均一な薄膜が形成されないことがあり、ガスバリア性の機能を十分に果たすことができない場合がある。また、膜厚が３００ｎｍを超えた場合は蒸着薄膜にフレキシビリティを保持させることができず、成膜後に折り曲げ、引っ張りなどの外的要因により、蒸着薄膜に亀裂を生じる恐れがあるため良くない。

前記ガスバリア性被膜層（１３）は、高いガスバリア性を付与するためと無機酸化物の蒸着薄膜層（１２）を保護する為に積層するものであり、その構成成分は水溶性高分子と、（ａ）１種以上の金属アルコキシド及び加水分解物または（ｂ）塩化錫の少なくとも一方を含む水溶液あるいは水／アルコール混合溶液を主剤とするコーティング剤を塗布して形成する。水溶性高分子と塩化錫を水系（水あるいは水／アルコール混合）溶媒で溶解させた溶液、あるいはこれに金属アルコキシドを直接または予め加水分解させるなど処理を行ったものを混合した溶液を蒸着薄膜層（１２）上にコーティング、加熱乾燥し形成したものである。

前記ガスバリア性被膜層（１３）に用いられる水溶性高分子は、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、デンプン、メチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、アルギン酸ナトリウム等が挙げられる。特にポリビニルアルコール（以下、ＰＶＡとする）を用いた場合にガスバリア性が最も優れる。ここでいうＰＶＡは、一般にポリ酢酸ビニルを鹸化して得られるもので、酢酸基が数十％残存している、いわゆる部分鹸化ＰＶＡから酢酸基が数％しか残存していない完全鹸化ＰＶＡまでを含み、特に限定されない。

また、前記塩化錫は塩化第一錫（ＳｎＣｌ₂）、塩化第二錫（ＳｎＣｌ₄）あるいはこれらの混合物であっても良く、無水物でも水和物でも良い。さらに、前記金属アルコキシドはテトラエトキシシラン又はトリイソプロポキシアルミニウムあるいはそれらの混合物が好ましく、これらを使用すれば耐水性などが向上する。

前記ガスバリア性被膜層（１３）の積層方法には、通常用いられるディッピング法、ロールコーティング法、スクリーン印刷法、スプレー法などの公知の手段を用いることができる。乾燥後の被膜厚さが０．１μｍ以上あればよいが、厚さが５０μｍを超えると膜にクラックが生じ易くなるため、０．１〜５０μｍの範囲が好ましい。

前記紙層（２３）は、坪量８０〜３００ｇ／ｍ²の板紙からなっている。

前記接着剤Ａ層（２２）は、幅０．５ｃｍ、長さ２ｃｍの試験片を温度２０℃、相対湿度６５％の条件下で引張速度６ｃｍ／ｍｉｎで引っ張る方法で測定した時の引張破壊伸びが３００％以上であるポリウレタン系被膜からなっている。従って、柔軟な被膜が蒸着薄膜層（１２）の薄膜の亀裂発生を防止する役割を果たす。その厚みは２〜１０μｍの範囲が好ましい。

前記接着剤Ｂ層（２４）は、一般的に使用されるポリウレタン系接着剤からなっており、その塗布量は１〜５ｇ／ｍ²（乾燥状態）が好ましい。

前記シーラント層（２５）は、シール性があり、臭気等が少ない樹脂であれば特に限定
されないが、低温シール性などの点から低密度ポリエチレン樹脂、直鎖状低密度ポリエチレン樹脂等が好ましい。厚みは１０μｍ〜３０μｍの範囲のものが好ましい。

図３（ａ）は本発明のバリア性紙カップに使用する胴部用ブランクの一実施形態を示す平面図であり、胴部用ブランク（４０）は前記ガスバリア性積層材料（３０）を扇形状に打ち抜いたものからなっており、両側に直線状の端部（４０ａ）及び（４０ｂ）を有しており、（ｂ）は本発明のバリア性紙カップに使用する底部用ブランクの一実施形態を示す平面図であり、底部用ブランク（４１）は前記ガスバリア性積層材料（３０）を円形状に打ち抜いたものからなっている。

図１は本発明のバリア性紙カップの一実施形態を示す斜視図であり、バリア性紙カップ（１）は、ガスバリア性積層材料（３０）を扇形状に打ち抜いた胴部用ブランク（４０）と円形状に打ち抜いた底部用ブランク（４１）を用いて成形したもので、底シール部（２）、サイドシール部（３）、開口部（４）を有している。

図２（ａ）は図１のサイドシール部の形状を示す説明図であり、サイドシール部（３）は、胴部用ブランク（４０）をシーラント層（２５）が内面になるようにして筒状にし、一方の直線状の端部（４０ａ）と他方の直線状の端部（４０ｂ）を所定幅ずらして重ね合わせ、端部（４０ａ）側のシーラント層（２５）の樹脂を熱溶融して端部（４０ｂ）側の紙層（２３）に接着させている。

図２（ｂ）は図１の底シール部の形状を示す説明図であり、底シール部（２）は胴部用ブランク（４０）を筒状にしたものの小さい開口部側の下端に底部用ブランク（４１）の成形されたものが、シーラント層同士が相対するように熱融着されている。

本発明のバリア性紙カップは、胴部用ブランク及び底部用ブランクに使用したガスバリア性積層材料の接着剤Ａ層が非常に柔軟なポリウレタン系被膜からなっており、かつ、蒸着薄膜層のすぐ上若しくはガスバリア性被膜層の上に積層されているので、成形加工時に脆い蒸着薄膜の亀裂発生を防ぐ役割を果たし、さらに蒸着薄膜層が基材フィルム層と紙層の間に積層されているので、成形加工時に内面からの熱による影響を受け難く、蒸着薄膜のひずみ等がなく、結果的に優れたガスバリア性が保持される。

本発明のバリア性紙カップを具体的な実施例を挙げて以下に説明する。

バリア性積層フィルム（２１）として、厚さ１２μｍの２軸延伸ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルムの片面に、厚さ５０ｎｍの酸化珪素の蒸着薄膜層を積層し、その上にテトラエトキシシラン１０．４ｇに０．１Ｎ塩酸８９．６ｇを加え、３０分間撹拌し加水分解させた固形分３重量％（ＳｉＯ₂ 換算）の加水分解溶液とポリビニルアルコールの３重量％水／イソプロピルアルコール溶液（水／イソプロピルアルコールは重量％比で９０／１０）を重量％比で６０／４０に配合した塗布液を用いて、厚さ０．５μｍのガスバリア性被膜層を積層したバリア性積層フィルムを使用し、紙層（２３）として坪量２６０ｇ／ｍ²の板紙を使用し、接着剤Ａ層（２２）の接着剤として、ポリウレタン系接着剤（大日本インキ（株）、商品名：ＬＸ９０１）を使用し、接着剤Ｂ層（２４）の接着剤としてポリウレタン系接着剤（三井武田ケミカル（株）、商品名：Ａ６１０）を使用し、シーラント層（２５）の樹脂として、密度０．９１５ｇ／ｃｍ³のポリエチレン（ＰＥ）樹脂を使用して、板紙（坪量２６０ｇ／ｍ²）／接着剤Ａ層（１０μｍ）／ガスバリア性被膜層（０．５μｍ）／酸化珪素蒸着薄膜層（５０ｎｍ）／ＰＥＴフィルム（１２μｍ）／接着剤Ｂ層（塗布量５ｇ／ｍ²）／ＰＥ（５０μｍ）構成のガスバリア性積層材料（３１）を作成し、そのガスバリア性積層材料（３１）を用いて所定形状の胴部用ブランクと
底部用ブランクを打ち抜き、その胴部用ブランクと底部用ブランクを用いて、図１、図２（ａ）及び（ｂ）に示すような構造の１６オンスの本発明のバリア性紙カップを作成した。

以下に本発明の比較用の実施例について説明する。

板紙（坪量２６０ｇ／ｍ²）／接着剤Ａ層（１０μｍ）／ＰＥＴフィルム（１２μｍ）／酸化珪素薄膜蒸着薄膜層（５０ｎｍ）／ガスバリア性被膜層（０．５μｍ）／接着剤Ｂ層（５ｇ／ｍ²）／ＰＥ（５０μｍ）構成のガスバリア性積層材料を用いた以外は、実施例１と同様にして比較用のバリア性紙カップを作成した。

〈評価〉
実施例１の本発明のバリア性紙カップ及び実施例２の比較用のバリア性紙カップの酸素バリア性及び水蒸気バリア性を以下の評価方法で評価した。その結果を表１に示す。
（１）酸素バリア性の評価方法
試作した１６オンスの各バリア性紙カップの開口部をアルミニウム箔、９μｍ／二軸延伸ポリエステルフィルム、１２μｍ／低密度ポリエチレン、２０μｍ構成の蓋材で密封した検体の酸素透過度をモダンコントロール社製（ＭＯＣＯＮＯＸＴＲＡＮ、１０／５０Ａ）を用いて２５℃、１００％ＲＨ雰囲気下で測定し、酸素バリア性を評価した。
（２）水蒸気バリア性の評価方法
試作した１６オンスの各バリア性紙カップに塩化カルシウムを８０ｇ入れ、アルミニウム箔、９μｍ／二軸延伸ポリエステルフィルム、１２μｍ／低密度ポリエチレン、２０μｍ構成の蓋材で密封した検体と塩化カルシウムを入れないでアルミニウム箔、９μｍ／二軸延伸ポリエステルフィルム、１２μｍ／低密度ポリエチレン、２０μｍ構成の蓋材で密封した検体をそれぞれ５個用意し、それらの検体を４０℃、９０％ＲＨの条件下で３０日間保存し、それぞれの検体の保存前後の重量を測定して比較し、塩化カルシウムが吸収した水分量を計算して求め、平均値を出して水蒸気バリア性を評価した。

表１に示すように、実施例１の本発明のバリア性紙カップは、酸素透過度及び水分吸収量が小さく、酸素及び水蒸気のバリア性が良好であった。一方、実施例２の比較用のバリア性紙カップは、酸素透過度及び水分吸収量が大きく、酸素及び水蒸気のバリア性が共に劣っていた。

本発明のバリア性紙カップの一実施形態を示す斜視図である。（ａ）は図１のバリア性紙カップのサイドシール部の形状を示す説明図であり、（ｂ）は図１のバリア性紙カップの底シール部の形状を示す説明図である。（ａ）は本発明のバリア性紙カップに使用する胴部用ブランクの一実施形態を示す平面図であり、（ｂ）は本発明のバリア性紙カップに使用する底部用ブランクの一実施形態を示す平面図である。（ａ）は本発明のバリア性紙カップの胴部用ブランク及び底部用ブランクに使用するガスバリア性積層材料の一実施形態を示す側断面図であり、（ｂ）はガスバリア性積層材料の他の実施形態を示す側断面図である。

符号の説明

１…バリア性紙カップ
２…底シール部
３…サイドシール部
４…開口部
１１…基材フィルム層
１２…蒸着薄膜層
１３…ガスバリア性被膜層
２０，２１…バリア性積層フィルム
２２…接着剤Ａ層
２３…紙層
２４…接着剤Ｂ層
２５…シーラント層
３０，３１…ガスバリア性積層材料
４０…胴部用ブランク
４０ａ，４０ｂ…端部
４１…底部用ブランク

Claims

基材フィルム層の片面に無機酸化物の蒸着薄膜層が積層されてなるバリア性積層フィルムの一方の蒸着薄膜層面に接着剤Ａ層、紙層を積層し、他方の面に少なくとも、接着剤Ｂ層、シーラント層を積層してなるガスバリア性積層材料を扇形状に打ち抜いてなる胴部用ブランク及び円形状に打ち抜いてなる底部用ブランクを用いて、該シーラント層が内容物に接するように成形してなるバリア性紙カップであって、前記接着剤Ａ層が幅０．５ｃｍ、長さ２ｃｍの試験片を温度２０℃、相対湿度６５％の条件下で引張速度６ｃｍ／ｍｉｎで引っ張る方法で測定した時の引張破壊伸びが３００％以上のポリウレタン系被膜からなることを特徴とするバリア性紙カップ。
基材フィルム層の片面に無機酸化物の蒸着薄膜層、ガスバリア性被膜層が積層されてなるバリア性積層フィルムの一方のガスバリア性被膜層面に接着剤Ａ層、紙層を積層し、他方の面に少なくとも、接着剤Ｂ層、シーラント層を積層してなるガスバリア性積層材料を扇形状に打ち抜いてなる胴部用ブランク及び円形状に打ち抜いてなる底部用ブランクを用いて、該シーラント層が内容物に接するように成形してなるバリア性紙カップであって、前記接着剤Ａ層が幅０．５ｃｍ、長さ２ｃｍの試験片を温度２０℃、相対湿度６５％の条件下で引張速度６ｃｍ／ｍｉｎで引っ張る方法で測定した時の引張破壊伸びが３００％以上のポリウレタン系被膜からなることを特徴とするバリア性紙カップ。
前記ガスバリア性被膜層が水溶性高分子と（ａ）一種以上の金属アルコキシド及びその加水分解物又は（ｂ）塩化錫の少なくとも一方を含むものからなることを特徴とする請求項２記載のバリア性紙カップ。
前記無機酸化物が酸化珪素、酸化アルミニウム又はそれらの混合物であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載のバリア性紙カップ。