(57)【要約】  良好なバリア性および耐ブロッキング性を示し、ヒートシール可能である水性コート板紙が開示されている。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１面および反対側の第２面を有し、第１面の外面を形成する水性コーティングとして第１面に付与された層を含む板紙であって、水性コーティングが１０℃を超えるガラス転移温度を有するバインダーを含み、コーティングされた板紙はヒートシール可能である、板紙。
【請求項２】
ガラス転移温度が、２０℃を超える、請求項１に記載の板紙。
【請求項３】
ガラス転移温度が、３０℃を超える、請求項２に記載の板紙。
【請求項４】
ガラス転移温度が、３５℃を超える、請求項３に記載の板紙。
【請求項５】
第２面に印刷可能なコーティングをさらに備える、請求項１に記載の板紙。
【請求項６】
水性コーティングが、顔料をさらに含む、請求項１に記載の板紙。
【請求項７】
バインダーと顔料との重量比が、少なくとも１：１である、請求項６に記載の板紙。
【請求項８】
バインダーと顔料との重量比が、少なくとも１．２５：１である、請求項７に記載の板紙。
【請求項９】
バインダーと顔料との重量比が、少なくとも１．５：１である、請求項８に記載の板紙。
【請求項１０】
３５０°Ｆ（１７７℃）および５０ｐｓｉ（３４５ｋＰａ）で１．５秒間シールバーを用いて作製される場合、第１面と第２面との間に形成されるヒートシールが、８０％以上の繊維引き裂きの接着を提供する、請求項１に記載の板紙。
【請求項１１】
４００°Ｆ（２０４℃）および５０ｐｓｉ（３４５ｋＰａ）で１．５秒間シールバーを用いて作製される場合、第１面と第２面との間のヒートシールが、少なくとも８０％の繊維引き裂きの接着を提供する、請求項１０に記載の板紙。
【請求項１２】
４００°Ｆ（２０４℃）および５０ｐｓｉ（３４５ｋＰａ）で１．５秒間シールバーを用いて作製される場合、第１面と第２面との間のヒートシールが、少なくとも９０％の繊維引き裂きの接着を提供する、請求項１０に記載の板紙。
【請求項１３】
５０℃で２４時間１００ｐｓｉ（６８９ｋＰａ）の圧力下に保持された後、繊維の引き裂きがなく、わずかなタック性しか示さない、請求項１に記載の板紙。
【請求項１４】
水性コーティングが、６−１５ｌｂ／３０００ｆｔ２（９．８−２４．５ｇ／ｍ２）の乾燥重量を有する、請求項１に記載の板紙。
【請求項１５】
水性コーティングが、８−１２ｌｂ／３０００ｆｔ２（１３．１−１９．６ｇ／ｍ２）の乾燥重量を有する、請求項１に記載の板紙。
【請求項１６】
水性コーティングが、２つのコートに適用される、請求項１に記載の板紙。
【請求項１７】
固体漂白硫酸塩および天然クラフト板の少なくとも１つを含む、請求項１に記載の板紙。
【請求項１８】
２分間コッブ吸水度試験値が、５ｇ／ｍ２未満である、請求項１に記載の板紙。
【請求項１９】
３０分間コッブ吸水度試験値が、６０ｇ／ｍ２未満である、請求項１に記載の板紙。
【請求項２０】
３０分間コッブ吸油度試験値が、１ｇ／ｍ２未満である、請求項１に記載の板紙。
【請求項２１】
水蒸気透過率が、９００ｇ／ｍ２未満である、請求項１に記載の板紙。
【請求項２２】
水蒸気透過率が、５００ｇ／ｍ２未満である、請求項１に記載の板紙。
【請求項２３】
３Ｍキット試験の評価が、少なくとも７である、請求項１に記載の板紙。
【請求項２４】
少なくとも９０％再パルプ化可能である、請求項１に記載の板紙。
【請求項２５】
少なくとも９５％再パルプ化可能である、請求項１に記載の板紙。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
紙または板紙を使用した食品または食品サービス包装では、オイル、グリース、水、および／または水蒸気バリアなどの強化されたバリア特性が必要になることがある。さらに、多くの紙または板紙の包装、例えば、食品または飲料サービス用の紙カップまたは板紙カップもまた、紙または板紙がヒートシール可能であり、カップ用装置でのカップの形成を可能にすることを必要とする。ポリエチレン（ＰＥ）押出コーティングされた板紙は、必要とされるバリア性およびヒートシール性の両方を提供することにより、現在もこうした用途で優位を占めている。しかしながら、ＰＥ押出コーティングを使用した紙カップを含む包装は、再パルプ化が困難であり、従来の紙または板紙ほど簡単にリサイクルできないため、これらの包装が埋立地に行く場合環境への懸念が生じる。ＰＥコーティングまたはフィルム層を含む板紙包装に代わるコーティング技術を含む代替の解決策の需要が高まっている。
【背景技術】
【０００２】
再パルプ化可能な水性コーティングは、この必要性に対処する有望な解決策の１つである。しかしながら、水性コーティング中のほとんどのポリマーは非晶質であり、ＰＥのような融点を持たない。したがって、水性コーティング中のバインダーまたはポリマーは、高温で（例えば、１２０−１３０°Ｆ（４８．９−５４．４℃）でさえも）および／または水性コーティングされた板紙の製造、保管、輸送、または変換プロセスの圧力で、徐々に軟化しまたは粘着性になることがよくあり、これはコーティングされた板紙のブロッキングの問題を引き起こすが、この問題は実際の用途においてＰＥコーティングされた板紙では通常発生しない。このブロッキングの問題は、高いバリア特性を必要とし、カップなどの加工包装でヒートシールできる必要もある水性バリアコート板紙にとってさらに重要になる。
【０００３】
本発明は、ヒートシール可能でもある水性コーティングにより提供されるバリア特性を備えた紙または板紙の製造方法に関する。そのような目的に使用される典型的な水性コーティングには、高温、高湿度、または高圧下で保管または輸送されたときに最終的にブロッキングする可能性のある高濃度（または純粋な）バインダーまたは特殊ポリマーが含まれる場合がある。ヒートシール可能なように設計された材料では、ブロッキング挙動はさらに大きな問題である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の板紙において、バインダー（またはポリマー）成分が比較的高いガラス転移温度（Ｔｇ）を有する水性コーティングによってヒートシール層が提供される。本発明の板紙は、ヒートシール性能を提供し、通常のブロッキング問題なしにバリア特性を提供する。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
【図１】図１Ａは、水性コーティングにより提供されるバリア特性を備えた板紙の断面の概略図であり、図１Ｂは、図１Ａの板紙の製造プロセスの概略図である。
【図２】図１Ａの板紙の断面の概略図である。
【図３】コーティングされた板紙サンプルのブロッキング試験の結果を示す。
【図４】コーティングされた板紙サンプルのヒートシール試験の結果を示す。
【図５】コーティングされた板紙サンプルのブロッキングを試験するための装置の図である。
【図６Ａ】繊維の裂け目を測定する剥離試験法を示す。
【図６Ｂ】繊維の裂け目を測定する剥離試験法を示す。
【図６Ｃ】繊維の裂け目を測定する剥離試験法を示す。
【図６Ｄ】繊維の裂け目を測定する剥離試験法を示す。
【発明を実施するための形態】
【０００６】
本発明は、水性バリアコーティングでコーティングされ、バリア特性を提供し、ヒートシール可能であるが、ブロッキングする傾向が最小限である板紙を提供する。
【０００７】
図１Ａに示されるように、基材材料１００は、任意の従来の板紙グレード、例えば特に約１０ｐｔから約２４ｐｔの厚さ（０．０１０インチから０．０２４インチ；２５４μｍから６１０μｍ）の範囲の固体漂白硫酸塩（ＳＢＳ）から選択することができる。そのような基材の例は、ＷｅｓｔＲｏｃｋ  Ｃｏｍｐａｎｙによって製造された１３ポイント（３３０μｍ）ＳＢＳカップストックボードである。板紙１００は、抄紙機７０（図１Ｂに記号で表される）で作製することができ、印刷方法および板紙組成との適合性のために選択された従来のコーティング１１０で片面をコーティングすることができる。コーティングされた面は、典型的には、パッケージの外面に存在し、テキストまたはグラフィックの印刷を可能にする。コーティングは、抄紙機７０の一部としての１つ以上のコーターによって、または１つ以上の別個のコーター８０上で、または一部は機械上で一部は機械外で行うことができる。印刷可能なコーティングは任意である。図１Ｂに示す方法の結果は、図２に示す板紙構造１５０である。
【０００８】
バリアコーティング１２０は、抄紙機７０上の１つ以上のコーター、またはオフマシンコーター９０などの適切な方法によって、基材１００のいずれかの側（図１Ａにおいては、印刷可能コーティング１１０の反対側に付与）または両側に付与することができる。バリアコーティング１２０は、任意にヒートシール可能であってよい。加熱されるとき、ヒートシールコーティングが、それが接触する製品の他の領域に接着する。
【０００９】
バリアコーティングが単層コートとして適用される場合、適切なコート重量は、例えば、６−１５ｌｂ／３０００ｆｔ２（９．８−２４．５ｇ／ｍ２）、または約８−１２ｌｂ／３０００ｆｔ２（１３．１−１９．６ｇ／ｍ２）であってよい。
【００１０】
バリアコーティングが２つのコートとして適用される場合、ベースコートに適したコート重量は、例えば、６−１０ｌｂ／３０００ｆｔ２（９．８−１６．３ｇ／ｍ２）、または約７−９ｌｂ／３０００ｆｔ２（１１．４−１４．６ｇ／ｍ２）であってよい。トップコートの適切なコート重量は、例えば、５−８ｌｂ／３０００ｆｔ２（８．２−１３．１ｇ／ｍ２）、または約６−７ｌｂ／３０００ｆｔ２（９．８−１１．４ｇ／ｍ２））であってよい。
【００１１】
様々なコーティングが、パイロットブレードコーターを使用して板紙基材１００上に付与された。基材は、固体漂白硫酸塩（ＳＢＳ）、特に１３ｐｔ（３３０μｍ）カップストックであった。コーティングには以下の顔料を使用した。
「粘土」  カオリン粘土、例えばＮｏ．１超微細粘土
「ＣａＣＯ３」  粗粉砕炭酸カルシウム（粒子サイズ６０％＜２ミクロン）
【００１２】
コーティングには、スチレン−アクリレート（ＳＡ）をベースとした市販のバインダーを使用したが、表１に示すようにガラス転移温度（Ｔｇ）が異なる。
【００１３】
【表１】
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【００１４】
コーティング配合物を表２に示すが、これらは主にスチレン−アクリレート（ＳＡ）バインダーのガラス転移温度において異なる。顔料とバインダーとは重量が等しく（各１００重量部）、顔料は粘土とＣａＣＯ３との間で均等に分割された（それぞれ５０／５０重量部）。約７．５−８ｌｂ／３０００ｆｔ２（１２．２−１３．１ｇ／ｍ２）のコーティングがパイロットブレードコーターによって付与された。コーティングされたサンプルは、本明細書で後述する方法を使用して、表３に記載されている評価を用いてブロッキングについて試験された。
【００１５】
表２および図３に示すように、最低ガラス転移温度が４℃および８℃のＳＡバインダーを使用した条件では、ブロック性が悪かった（評価４）。１４℃と２３℃の中間ガラス転移温度を有するＳＡバインダーを使用した条件では、それほどブロッキングが生じなかった（評価２−３）。最も試験結果が良好であったガラス転移温度が３９℃のＳＡバインダーを使用した条件では、タック性がわずか（評価１）であったが、興味深いことに、最高の再パルプ化特性（繊維許容９９．６％）も有していた。
【００１６】
【表２】
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【００１７】
【表３】
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【００１８】
ガラス転移温度が３９℃の場合の表２に見られる有望な結果に基づいて、以下の表４に示される配合を使用して追加の試験が実施され、該試験ではＳＡバインダーの量が変更され（１００重量部、または１２５重量部、または１５０重量部）、コーティングは１層または２層のいずれかで付与された。シングルコートまたはベースコートの重量は約８．５ｌｂ／３０００ｆｔ２（１３．９ｇ／ｍ２）であり、トップコート（使用する場合）は約６．３ｌｂ／３０００ｆｔ２（１０．３ｇ／ｍ２）であった。ブロッキングの結果はやはり良好であった（評価１．３−１．５）。
【００１９】
【表４】
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【００２０】
表４に示すように、ヒートシールテスト（４００°Ｆ（２０４℃）の装置でシールした後）では、９８％から１００％の繊維引き裂きがあった。再パルプ化率は、ＳＡバインダー１００重量部を使用したシングルコートでの９９．５％から、ＳＡバインダー１５０重量部を使用したダブルコートでの９２．１％までの範囲であった。すべての条件で、２分間のコッブ吸水度が５ｇ／ｍ２未満であった。
【００２１】
シングルコートの場合、３９℃ＳＡバインダーを使用したコーティングでは、３Ｍキットの評価が７＋（表４には示さず）であり、３０分間コッブ吸油度が１ｇ／ｍ２未満であった。８２０−８６０ｇ／ｍ２−ｄの水蒸気透過率（ＷＶＴＲ）が実現された。
【００２２】
ダブルコートの場合、３０分間コッブ吸水度は５２から２８であり、これらは１５０重量部ＳＡの最高（最低）値であった。４４５−４７４ｇ／ｍ２−ｄという低い水蒸気透過率（ＷＶＴＲ）が実現された。
【００２３】
図４は、５種類すべてのＳＡタイプが使用され、シール温度が３００、３５０、または４００°Ｆ（１４９、１７７、または２０４℃）の何れかであるヒートシール試験からの追加データを示している。Ｔｇが４℃のＳＡバインダーの場合、シールバー温度が３００および３５０°Ｆ（１４９および１７７℃）で、繊維引き裂きが１００％であった。Ｔｇが８−２３℃のＳＡバインダーの場合、３００°Ｆ（１４９℃）のシールバー温度では繊維引き裂きが８０−９０％であり、３５０°Ｆ（１７７℃）のシールバー温度では繊維引き裂きが１００％であった。
【００２４】
Ｔｇ３９℃のＳＡバインダーの場合、シールバー温度３００°Ｆ（１４９℃）では繊維の引き裂きは生じなかった（０％）が、一方でシールバー温度３５０および４００°Ｆ（１７７および２０４℃）ではそれぞれ繊維引き裂きが９０％および１００％であった。
【００２５】
ブロッキング試験法
サンプルのブロッキング挙動が、バリアコーティングされた面と他のコーティングされていない面との間の接着性を評価することにより試験された。ブロッキング試験の簡単な説明を図５に示す。板紙は、２インチ×２インチ（５．１ｃｍ×５．１ｃｍ）正方形サンプルに切り抜かれた。条件ごとにいくつか同様のものを試験し、それぞれにおいてサンプル２５２、２５４の対の間のブロッキングを評価した（例えば、もしも４つのものが試験される場合、４つの対（８つの試験片）が使用されるだろう。）。各対は、一方の試験片２５２の「バリアコーティング」側が他方の試験片２５４の非コーティング側に接触するように配置された。対は、隣接する対の間にスペーサー２５６を備えたスタック２５０内に配置され、スペーサーはホイル、剥離紙、またはコピー用紙でもある。サンプルスタック全体を図５に示す試験装置２００内に配置した。
【００２６】
試験装置２００はフレーム２１０を含む。調整ノブ２１２は、フレーム上部２１６に通されたねじ２１４に取り付けられている。ねじ２１４の下端は、重いコイルばね２２０を支持するプレート２１８に取り付けられている。ばね２２０の下端は、その下面２２４が１平方インチ（６．５平方センチメートル）の面積を有するプレート２２２を支持する。スケール２２６により、使用者は、加えられた力（下面２２４を通してサンプルのスタックに加えられた圧力に等しい）を読み取ることができる。
【００２７】
サンプルのスタック２５０は、下面２２４とフレーム底部２２８との間に配置される。スケール２２６が１００ｌｂｆの所望の力（サンプルに加えられた１００ｐｓｉ）を読み取るまで、ノブ２１２を締める。次に、サンプルを含む装置２００全体を５０℃のオーブン内に２４時間配置する。次に、装置２００を試験環境から取り出し、室温まで冷却する。その後、圧力が解放され、サンプルが装置から取り外される。
【００２８】
板紙シートの各対を分離することにより、サンプルのタック性とブロッキングが評価された。結果は表３に示すように報告され、評価「０」はブロッキング傾向がないことを示す。
【００２９】
ブロッキング損傷は繊維の引き裂きとして見ることができ、これは、存在するときは、サンプル２５４の非バリア表面から繊維が引っ張られて通常発生する。非バリア表面が印刷コーティングでコーティングされている場合、印刷コーティングへの損傷によってブロッキングもまた明らかになる場合がある。
【００３０】
例えば、図５に象徴的に示されるように、サンプル２５２（０）／２５４（０）は、「０」評価（ブロッキングなし）を表す場合がある。サンプルの円形部分は、圧力がかかっているおおよその領域、たとえばサンプル全体の約１平方インチを示す。サンプル２５２（３）／２５４（３）は、特にサンプル２５４（３）のコーティングされていない表面において、圧力がかかった領域で最大２５％の繊維の引き裂きを有するブロッキング評価「３」を表す場合がある。サンプル２５２（４）／２５４（４）は、特にサンプル２５４（４）のコーティングされていない表面において、２５％を超える繊維の引き裂きを有するブロッキング評価「４」を表す場合がある。図５は、サンプルの現実的な外観を示すのではなく、そのような試験サンプルの損傷率をおおよそ示すことのみを目的としている。
【００３１】
剥離試験法によるヒートシール性評価
コーティングされた板紙サンプルをヒートシール性について評価した。図６Ａに示すように、一対の３インチ×１インチ（７．６ｃｍ×２．５ｃｍ）のサンプル３０１および３０５が、試験されるコーティングされた板紙サンプルから切り取られた。水性コーティングされた面は、３０１と３０５の両方で下向きであった。次に、図６Ｂに示すように、サンプル３０１、３０５の一端の一部は、２つの表面３１２及び３１４の間に配置して上面３１２のみが加熱されることにより一緒にシールされた。この場合、Ｓｅｎｃｏｒｐ  Ｗｈｉｔｅ  Ｃｅｒａｔｅｋ  １２ＡＳＬ／１バーシーラーが使用され、上部バーのみが加熱された。ヒートシール条件は、３００、３５０、または４００°Ｆ（１４９、１７７、または２０４℃）のシール温度、１．５秒の滞留時間、および５０ｐｓｉ（３４５ｋＰａ）の圧力であった。図６Ｃに示すように、１平方インチ（６．５平方センチメートル）の領域３０３がシールされた（例えば、１インチ×１インチ）。サンプルが冷却された後、図６Ｄに概略的に示されるように、シールされたサンプルは手で引き離された。繊維引き裂き領域は、試験領域３０３の割合として推定された。
【００３２】
再パルプ化試験手順
ＡＭＣ  Ｍａｅｌｓｔｏｍリパルパーを使用して、再パルプ化特性を試験した。１インチ×１インチ（２．５ｃｍ×２．５ｃｍ）の正方形にカットした１１０グラムのコーティングされた板紙を、２８９５グラムの水（ｐＨ６．５±０．５、５０℃）を含むリパルパーに加え、１５分間浸漬し、その後３０分間再パルプ化した。次に、再パルプ化されたスラリー３００ｍＬを、振動するフラットスクリーン（０．００６インチ（１５２μｍ）のスロットサイズ）を通じて選別した。除去物（スクリーンに捕らえられたもの）と繊維の許容物は収集され、乾燥され、重量が測定された。許容物の割合は、許容物及び除去物の重みに基づいて計算され、１００％の場合が完全な再パルプ化性を示す。
【００３３】
バリア試験法
コーティングの耐湿性は、ＷＶＴＲ（３８℃および相対湿度９０％での水蒸気透過率；ＴＡＰＰＩ標準Ｔ４６４  ＯＭ−１２）およびコッブ吸水度（ＴＡＰＰＩ標準Ｔ４４１  ｏｍ−０４）によって評価された。
【００３４】
サンプルの耐油性および耐グリース性（ＯＧＲ）は、３Ｍキット試験（ＴＡＰＰＩ標準Ｔ５５９ｃｍ−０２）によって「バリア側」で測定された。この試験では、評価は１（オイルおよびグリースに対する最小の耐性）から１２（オイルとグリースの浸透に対する優れた耐性）まである。
【００３５】
３Ｍキット試験に加えて、オイル吸収性（コッブ吸油性）を使用して、特定の時間（例えば３０分）に吸収されたオイルの質量をコーティングされた板紙の１平方メートルで測定する、ＯＧＲ性能（オイルおよびグリース耐性）を定量化および比較した。試験した各条件について、サンプルは切断され、それぞれ６インチ×６インチ（１５．２ｃｍ×１５．２ｃｍ）の正方形の２つの試験片が提供された。各正方形サンプルは、試験の直前に計量された。次に、４インチ×４インチ（１６平方インチまたは０．０１０３平方メートルの面積）のピーナッツオイルを染み込ませた吸取り紙を試験片の中央（バリア側）に置き、軽く押して、オイルを浸み込ませた吸い取り紙の全領域がコーティングされた表面に確実に接触するようにした。ストップウォッチで３０分間監視した後、ピンセットを使用してオイルを吸った吸い取り紙を静かに取り除き、ペーパーワイプ（キムワイプ（登録商標））を使用してコーティング表面から過剰な量のオイルを拭き取った。次に、試験片の重量を再度測定した。試験前後のグラム単位の重量差を０．０１０３平方メートルの試験面積で割ると、グラム／平方メートル単位のコッブ吸油値が得られた。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
2020508403.tif 000013
【図６Ｃ】
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【図６Ｄ】
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【国際調査報告】
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