(57)【要約】      （修正有）【課題】高速でラミネートした場合であっても、斑なく発泡させることのできる発泡断熱紙容器用シートの製造方法の提供。【解決手段】エアギャップ150ｍｍ以上、引取速度70m/分以上のラミネート条件で、紙基材の少なくとも片面にポリエチレン樹脂をラミネートする発泡断熱紙容器用シートの製造方法。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
紙基材の少なくとも片面にポリエチレン樹脂をラミネートする発泡断熱紙容器用シートの製造方法であって、
ラミネート条件が、エアギャップ150ｍｍ以上、引取速度70m/分以上、であることを特徴とする発泡断熱紙容器用シートの製造方法。
【請求項２】
エアギャップが250mm以下であることを特徴とする請求項１記載の発泡断熱紙容器用シートの製造方法。
【請求項３】
温度130℃、引取速度10m/分におけるポリエチレン樹脂の溶融張力が70〜120mNであることを特徴とする請求項１又は２いずれか記載の発泡断熱紙容器用シートの製造方法。
【請求項４】
エアギャップ通過時間が0.10秒以上であることを特徴とする請求項１〜３いずれか一項に記載の発泡断熱紙容器用シートの製造方法。
【請求項５】
ポリエチレン樹脂がエアギャップを通過している間に、オゾンガス及び／又は酸素ガスで表面処理することを特徴とする請求項１〜４いずれか一項に記載の発泡断熱紙容器用シートの製造方法。
【請求項６】
ラミネート後のポリエチレン樹脂の厚みが30〜150μmであることを特徴とする請求項１〜５いずれか一項に記載の発泡断熱紙容器用シートの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発泡断熱紙容器用シートの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
カップ入り即席麺用の容器、コーヒーやスープなどのホット飲食用の容器などでは、一般的に断熱容器が使用されている。
従来、この用途に使用される断熱容器としては、発泡ポリスチレン製の容器が知られていたが、容器全体を発泡させているため嵩が大きく、ゴミが増加するという問題があった。また、紙製の容器比べると強度が低く、硬い内容物（麺塊等）を入れたまま輸送すると破損しやすいという課題があった。
【０００３】
この課題を解決するため、紙容器の外壁面に低融点のポリエチレン樹脂をラミネートし、加熱することにより、基材である紙に含まれている水分の蒸気圧を利用してポリエチレン樹脂を発泡させて発泡断熱紙容器を製造する技術が開示されている（特許文献１〜３）。しかしながら、発泡層（断熱層）をコントロールするのは難しいという課題があった。
【０００４】
発泡層をコントロールする方法としては、ポリエチレン樹脂の組成並びに紙基材の水分量及び秤量を制御する方法（特許文献４）、紙基材のポリエチレン層を積層する面の王研式平滑度及び透気抵抗度を制御する方法（特許文献５）、ポリエチレン樹脂の分子量分布、メルトフローレート及び溶融張力を制御する方法（特許文献６）などが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭５７−１１０４３９号公報
【特許文献２】特開平０５−０４２９２９号公報
【特許文献３】特開２００１−０９７３５５号公報
【特許文献４】特開２００７−１６８１７８号公報
【特許文献５】特開２０１２−２１４０３８号公報
【特許文献６】特開２０１８−０９４９０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記先行技術を踏まえて、本発明者らが発泡断熱紙容器用シートを製造する過程において、高速でラミネートを行うと、発泡層に斑が生じて断熱性が低下するという課題が明らかになってきた。すなわち、本発明の課題は、高速でラミネートした場合であっても、斑なく発泡させることのできる発泡断熱紙容器用シートを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者らは、紙基材の少なくとも片面にポリエチレン樹脂をラミネートする発泡断熱紙容器用シートの製造方法であって、ラミネート条件が、エアギャップ150ｍｍ以上、引取速度70m/分以上であることを特徴とする発泡断熱紙容器用シートの製造方法により本願発明の課題を解決できることを見出した。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の完成により、発泡断熱紙容器用シートを製造する際に高速でラミネートした場合であっても、その後の発泡工程で好適な発泡層を実現ですることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】シートC３（実施例３）を発泡させた際の発泡層の拡大平面像であり、外観評価における「良好」の基準である。発泡層に微細で均一な発泡セルが存在することがわかる。
【図２】シートD３（比較例３）を発泡させた際の発泡層の拡大平面像であり、外観評価における「不良」の基準である。発泡セルが肥大化し、不均一であることがわかる。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明は、紙基材の少なくとも片面にポリエチレン樹脂をラミネートする発泡断熱紙容器用シートの製造方法であって、ラミネート条件が、エアギャップ150ｍｍ以上、引取速度70m/分以上であることを特徴とする発泡断熱紙容器用シートの製造方法に関するものである。以下、詳細について説明を行う。
【００１１】
紙基材
本発明の発泡断熱紙容器用シートを構成する紙基材には特に限定はないが、クラフト紙や上質紙を用いることができる。また、容器としての強靭さを実現する観点から紙基材の坪量は150〜400g/m２好ましく、更に好ましくは、250〜350g/m２である。さらに、ポリエチレンを好適に発泡させる観点から紙基材に含まれる水分は5〜10重量％が好ましく、6〜8重量％がより好ましい。
【００１２】
ポリエチレン樹脂
本発明におけるポリエチレン樹脂は、ラミネート適性及び発泡性に優れるため本発明において必須の成分である。また、本発明におけるポリエチレン樹脂は、特に断らない限り低密度ポリエチレン樹脂（密度910〜925kg/m3、融点105〜120℃）を指す。中密度ポリエチレン樹脂（密度925〜940kg/m3、融点115〜130℃）、高密度ポリエチレン樹脂（密度940〜970kg/m3、融点125〜140℃）は、融点が高く発泡性が劣るため、発泡用途では通常用いられない。
【００１３】
さらに、温度130℃、引取速度10m/分における低密度ポリエチレン樹脂の溶融張力（以下、「MS」という場合がある）が70〜120mNであることが好ましく、80〜100mNであることがより好ましい。詳細は後述するが、本発明においては、良好な発泡層を実現するためエアギャップを150mm以上とすることが必要である。ところが、エアギャップを大きくするとラミネート時のネックイン（が課題となりやすく、溶融張力が70mN未満の場合には特にこの傾向が顕著である。このため、ポリエチレン樹脂の溶融張力を70mN以上とすることが好ましく、80mN以上とすることがより好ましい。
【００１４】
なお、ネックインとは、Ｔダイ押出機によってポリエチレン樹脂を押出しフィルム化する際、Ｔダイの有効幅よりも押し出されたポリエチレン樹脂フィルムの幅が小さくなり過ぎる現象である。フィルム幅が狭くなるだけであれば、Tダイの有効幅を広げれば対処可能であるが、ネックインが酷い場合にはポリエチレン樹脂フィルムの両端部の厚みが増し、この部分を除去する為に廃棄量が増え、生産性が著しく低下する。
【００１５】
一方、溶融張力が120mNを超える場合には、ラミネートの際にポリエチレン樹脂の配向しやすく、発泡外観が悪化する傾向がある。このため、ポリエチレン樹脂の溶融張力を120mN以下とすることが好ましく、100mN以下とすることがより好ましい。
【００１６】
ポリエチレン樹脂のメルトフローレート（以下、「ＭＦＲ」という場合がある）は、8〜28g/10分が好ましく、10〜20g/10分がより好ましい。この範囲であれば、ポリエチレン樹脂を安定して発泡させることができるため、断熱性や発泡後の外観が良好である。
【００１７】
押出ラミネート条件
押出ラミネートの方法としては、シングルラミネート法、タンデムラミネート法、サンドウィッチラミネート法、共押出ラミネート法などを適宜選択することができる。
【００１８】
ラミネート時のポリエチレン樹脂の（Tダイ直下）温度としては、260〜350℃が好ましく、280〜330℃がより好ましい。この範囲であれば、ポリエチレン樹脂層と紙基材間のラミネート強度や、発泡後の外観を好適なものとすることができる。また、冷却ロールの表面温度は10〜50℃の範囲で制御することが好ましい。
【００１９】
ラミネート後（発泡前）のポリエチレン樹脂層の厚みには特に限定はないが、30〜150μmが好ましく、40〜100μmがより好ましい。この範囲であれば、発泡後のポリエチレン樹脂層に充分な厚みを持たせることができるため、断熱性が良好である。
【００２０】
本発明における引取速度は70m/分以上である。詳細は後述するが、引取速度が70m/分未満の場合には、本発明を実施しなくても均一な発泡層を形成できる。このため、引取速度が70m/分未満の場合には、本発明を実施する必然性がない。なお、引取速度が80m/分以上の場合には、本発明の効果がより顕著である。
【００２１】
また、引取速度が速すぎるとポリエチレン樹脂がネックインし、生産性が低下すため、引張速度は130m／分以下が好ましく、110m/分以下がより好ましい。
【００２２】
次に、エアギャップについて説明する。ここで、エアギャップとはTダイの押出口からニップロールまでの距離を指す。
【００２３】
ラミネート加工時のエアギャップは150ｍｍ以上であることが必要であり、160mm以上がより好ましい。詳細は後述するが、エアギャップを広げることで、ポリエチレン樹脂表面に生じた酸化被膜を保持したままラミネートすることができるため、良好な発泡層を実現できる。
【００２４】
一方、エアギャップを広げすぎるとポリエチレン樹脂がネックインし、生産性が低下すため、エアギャップの上限については250mm以下が好ましく、200mm以下がより好ましい。
【００２５】
このメカニズムについて、詳細は明らかではないが、本発明者らは以下のように推定している。
樹脂がエアギャップを通過する過程でポリエチレン樹脂表面に酸化被膜が生じる。この酸化被膜は内側のポリエチレン樹脂層と比較すると強靭であるため、部分的な過発泡を抑えて、均一な発泡層を実現することができる。したがって、酸化被膜を保持したままラミネートすることが重要である。
【００２６】
一方、酸化被膜は、主にポリエチレン樹脂をニップロールで延伸する際に消失しやすい。具体的には、ニップの際には樹脂を伸ばす力と押し込む力が瞬時に掛かるため、酸化被膜が切断されたり、内部の樹脂と交じり合うことで、酸化被膜が消失すると考えられる。
【００２７】
酸化被膜を保持する方法としては、引取速度を下げる方法が考えられる。引取速度を下げた場合には、ニップロールの速度も遅くなるため、力の掛かり方が緩慢になり、酸化被膜を保持したまま延伸することができる。しかしながら、引取速度を下げると生産性が低下するという問題があった。
【００２８】
そこで、本発明者らは、エアギャップを広げることでこの課題を解決した。
一般的に、Tダイから押し出されたポリエチレン樹脂の厚みは均一ではなく、Tダイから押し出された直後が最も厚く、ニップされる直前が最も薄くなる。さらに、エアギャップを広げた場合には、ニップ直前のポリエチレン樹脂の厚みは、エアギャップを広げる前よりもさらに薄くなる。このため、エアギャップを広げることで、ニップ直前のポリエチレン樹脂の厚みが薄くなり、ニップの際にポリエチレン樹脂に掛かる力が緩慢になるため、酸化被膜が消失を抑制することができる。
【００２９】
次に、エアギャップ通過時間について説明する。ここで、エアギャップ通過時間とは、Tダイから押し出されたポリエチレン樹脂がエアギャップを通過する時間を指す。
【００３０】
エアギャップ通過時間の下限は0.08秒以上が好ましく、0.10秒以上がより好ましい。上記の通り、均一な発泡層を実現するためには、ポリエチレン樹脂表面に形成される酸化被膜が重要であるが、エアギャップ通過時間が短すぎると酸化被膜が形成されにくい。なお、充分なエアギャップ通過時間を確保できない場合（例えば0.04秒）には、オゾンガス及び／又は酸素ガスで処理することにより、エアギャップ通過時間を延ばすのと同じ効果を実現できる。
【００３１】
エアギャップ通過時間の上限は0.30秒以下が好ましく、0.20秒以下がより好ましい。エアギャップ通過時間が長すぎると、ポリエチレン樹脂がネックインし、生産性が低下するため好ましくない。
【００３２】
本発明では、ポリエチレン樹脂がエアギャップを通過している間に、オゾンガス及び／又は酸素ガスで表面処理することが好ましい。オゾンガス及び／又は酸素ガスで表面処理することにより、酸化被膜の形成を促進し、基材層との接着力を向上させることができる。オゾンガス及び／又は酸素ガスの処理量には特に限定はないが、ポリエチレン樹脂の酸化を促進する観点で0.5mg/m2以上が好ましい。
【実施例】
【００３３】
低密度ポリエチレン（B1）に、MS調整樹脂を配合して低密度ポリエチレン樹脂（B2）〜（B5）を製造した。低密度ポリエチレン樹脂（B1）〜（B5）のは表１の通りである。なお、低密度ポリエチレン樹脂（B1）とMS調整樹脂は以下の通りである。
低密度ポリエチレン樹脂（B1）：東ソー社製「ペトロセン07C03C」、ＭＦＲ15g/10分、密度918kg/m3、溶融張力（温度130℃、引取速度10m/分）115mN
MS調整樹脂（エチレン・１−ヘキセン共重合体）：ＭＦＲ12g/10分、密度905kg/m3、MS（温度190℃、引取速度10m/分）2mN
【００３４】
【表１】
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【００３５】
実施例１
（工程１）紙基材の片面に、中密度ポリエチレン樹脂（A1）を押出ラミネートして水蒸気遮断層を形成した。（工程２）次いで非ラミネート面に低密度ポリエチレン樹脂（B3）を押出ラミネートして発泡層を形成し、発泡断熱紙容器用シートC１（以下「シートC１」という）を製造した。ラミネート条件の詳細は以下の通りである。
【００３６】
（工程１）
紙基材：水分量23g/m2、坪量320g/m2
中密度ポリエチレン樹脂（A1）：東ソー社製「ペトロセンLW04-1」、ＭＦＲ6.5g/10分、密度940kg/m3
押出温度（Tダイ出口温度）：320℃
引取速度（ラミネート速度）：80m/分
エアギャップ：130mm
エアギャップ通過時間：0.10秒
厚さ：40μm（ポリエチレン樹脂層の中央部の厚さ）
【００３７】
（工程２）
低密度ポリエチレン樹脂（B3）；溶融張力（温度130℃、引取速度10m/分）93mN
押出温度（Tダイ出口温度）：310℃
引取速度（ラミネート速度）：80m/分
エアギャップ：150mm
エアギャップ通過時間：0.11秒
厚さ：70μm（ポリエチレン樹脂層の中央部の厚さ）
【００３８】
実施例１において、低密度ポリエチレン樹脂、エアギャップ、及び引取速度を表２〜５の通り変更して、シートC２〜C１４（実施例２〜１４）及びシートD１〜D５（比較例１〜５）を製造した。
【００３９】
シートC２〜C１４及びシートD１〜D５を１２０℃で6分間加熱して発泡させて、発泡層の外観を評価した。評価条件は以下の通りである。なお、シートD１とD２は、外観、ネックイン共に実用レベルであるが、引取速度が遅く生産性が低いため、本発明の課題を解決するものではない。
【００４０】
（外観評価）
実体顕微鏡（ニコン社製「MULTIZOOM AZ100M（カメラ：DS-Ri1）」）を用いて、発泡層の表面を観察した。この際、実施例３（図１）と同じように微細で均一な発泡セルが観察された場合を「良好」、比較例３（図２）に示すような大きく不均一な発泡セルが観察された場合を「不良」、実施例３と比較例３の間のレベルを「普通」と評価した。
【００４１】
（ネックイン）
ラミネート後のポリエチレン樹脂層の端部の厚みと、中央部の厚み（70μm）を比較することでネックインを評価した。具体的には以下の通りである。
良好：75μm（中央部の厚さの1.07倍）以上の厚さの面積が3%未満
普通：75μm（中央部の厚さの1.07倍）以上の厚さの面積が3%以上、10％未満
不良：75μm（中央部の厚さの1.07倍）以上の厚さの面積が10％以上
【００４２】
【表２】
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【００４３】
【表３】
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【００４４】
【表４】
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【００４５】
【表５】
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【００４６】
エアギャップを広げることで発泡層の外観が向上し（表２、比較例３）、引取速度を速めたとしても外観悪化を抑えることができた（表３、表５）。また、ポリエチレン樹脂の溶融張力を調整することにより、外観およびネックインを向上させることができた（表４）。
【図１】
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【図２】
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