SPMC Technical Review
脱プラスチックを可能にする耐水/耐油性エマルションの開発
Development of Water Based Emulsion for Paper Coating that Achieve
Reduction of Plastic Usage

星光ＰＭＣ株式会社
樹脂事業部 藤原 康史
佐藤 公美

1. はじめに一歩として、ポリエチレンラミネートの代替となる耐水/耐油性エマルションの開発を紹介する。

海洋プラスチック問題がクローズアップされ、世界中で脱プラスチックの要求が高まっている。全世界で2. ポリエチレンラミネートの役割

海へ流入するプラスチックゴミは年間 800 万トンにのぼり、2025 年には魚の総重量をプラスチックゴミが上

ポリエチレンは紙のラミネート剤として非常に優れ回るとも言われている。これらの大半は食品包装類た材料である。高温で溶融し、基材上に塗膜を形成を中心としたゴミであり、中国を代表にとしたアジア諸することで、液体や気体に対するバリア性を付与し、国で廃プラスチックの輸入が禁止となったことで、プラ基材を種々の成分から保護することが可能となる。まスチックゴミの処理方法が世界共通の課題となってた、熱により短時間で溶融圧着出来る、すなわちヒーいる 1)。この事態に対応すべく、各国でレジ袋の有料トシール接着が可能であることから、成型加工面にお化、プラスチックストローの使用禁止、リサイクル率のいても優秀な材料となっている。さらに、食品包装紙引上げ等の対策が、政府やブランドオーナーから発や紙コップ等に使用されていることから分かる様に、信され、実行に移されている。日本国内でも脱プラス安全性に関しても極めて信頼度が高い。

チックを目指し、ストローや菓子袋の紙化が進められ

しかし、ラミネート紙は一般的な製紙工場においてている

2）。膨大な使用量であるプラスチックを置換す古紙としての回収が困難であり、リサイクルが可能とるためには、天然に存在する木材から得ることが出いう紙の優位点を活かせなくなってしまうことから、ポ来る紙を使用することは望ましい。また、リサイクルリエチレンと同様の性能を発現し、紙のリサイクル性の観点からも紙は優れた材料であり、プラスチックのに悪影響を及ぼさない代替材料に対する市場の要求

紙化は脱プラスチックの有力な答えに位置付けられが高まっている。当社は製紙用、インキ用、塗料用にる。一方、プラスチックの紙に対する優位性には、液て水性エマルションに関する技術を蓄積しており、ポ体や気体に対する耐性/バリア性や、薄膜化/接着性リエチレンラミネートを代替することが出来る水性エマ等に由来する加工適性が挙げられる。そのため、プルションの開発に取り組んでいる。その中で、性能面ラスチックと紙を複合化したポリエチレンラミネートをにおいては耐水性、耐油性、ヒートシール性を発現し、施した紙製品が広く使用されている。しかしながら、こ安全性においては世界で広く認知されているアメリカ

れらのラミネート紙はリサイクルに弊害があるため、の FDA(食品医薬局)の 21CFR(連邦規則集第 21 巻)

欧州諸国を皮切りに、ラミネートから樹脂コートへのに適合することに焦点を当てて開発した製品につい代替が求められている。て紹介する。

本報告では、脱プラスチックを可能にするための第1

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3. 水性塗工用エマルションの開発状況に優れた塗工適性を示す。
塗工直後に塗膜を形成していく乾燥工程での乾燥

3-1. コアシェルエマルション「ハイロス-XE」シリーズ

速度やレベリング性は、カルボキシル基を中和するについてアルカリ種類等、主にシェル部の設計でコントロール

当社は高分子乳化剤を用いて水系で乳化重合を行することが出来る。そして、耐摩擦性や耐水性等、塗うことにより合成するコアシェルエマルションを水性印

工後の最終製品における塗膜物性はシェル部とコア刷インキや水性塗料、水性コート剤向けに展開して部の比率および親和性、ポリマーの親水性/疎水性、おり、その合成技術を蓄積してきた (図 1)。カルボキ

Tg、分子量等の様々なファクターを組み合わせることシル基を持ったポリマーを、有機アミンや金属アルカで、用途や目的に合わせて調整が可能である。

リにて水溶液(ワニス)化し、これをシェルとして疎水性のコアポリマーを導入することで、低分子乳化剤や有3-2. ハイロス-X・NE-2260 について機溶剤を使用することなく、高濃度の水性エマルショ

このコアシェルエマルションの技術を用いて、ポリエンを得ることが出来る。このコアシェルエマルションはチレンラミネートで得られるレベルの耐水性と耐油性低分子乳化剤を使用したエマルション等と比較して、をエマルション塗膜、すなわち樹脂コートにて発現さ高濃度にも関わらずチキソ性が低いことから非常せることで、ラミネートの代替を図ることとした。また、食品に接触する紙を想定し、FDA21CFR§176.170、§176.180 に対応した組成にて製品開発を行うこととした。FDA21CFR§176.170 、FDA21CFR§176.180に対応するためには、業界内で最も汎用性の高いモノマーであるスチレンの量に制限が生じるが、モノマー組成を最適化することでハイロス-X・NE-2260 を開発した。

図 1. コアシェルエマルション

図 2. NE-2260 の耐水性（左）と撥水性（右）2SPMC Technical Review 2020, No.3

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図 3. NE-2260 の耐油性（左）とヒートシール性（右）NE-2260 はワックス、シリコーン、フッ素系化合物をこれらの課題をクリアしさらに適用範囲を広げた水性

使用することなく、撥水レベルの耐水性と同時に、高エマルションである、ハイロス-X・PE-2273 を開発しい耐油性を発現する(図 2, 3)。この効果はコアとシェた。

ルの組成に化学的/物理的な差異を持たせることによPE-2273 は、スチレンフリーを実現したオールアクって、エマルションが形成する塗膜に微細な分布がリルタイプのエマルションでありながら、NE-2260 と生じているためと考えている。また、加工適性として

略 同 等 の 耐 水 性 、 耐 油 性 を 示 し ( 図 4, 5) 、重要なヒートシール性も兼ね備えており、150℃程度

FDA21CFR§176.170、§176.180 にも用途限定無しで接着することが可能である(図 3)。

で適合する。さらに、NE-2260 よりも低い温度である

NE-2260 は 高 い 耐 水 性 と 耐 油 性 を 発 現 し 、120℃程度でヒートシールが可能であることから(図FDA21CFR§176.170(用途限定あり：液体食品用途5)、よりポリエチレンラミネートに近い条件で加工する等には使用出来ない)、§176.180 に適合した水性エことも可能である。

マルションであり、さらに中国、台湾、韓国、フィリピン等、各国のインベントリにも対応していることから、食3-4. ハイロス-X・QE-2128 について品用途以外にも幅広く使用することが出来る高性能

PE-2273 は FDA の用途制限が無く、耐水性、耐油エマルションである。

性、ヒートシール性に優れたエマルションであるものの、塗工後の巻取りロール等は高温、高湿度、高圧

3-3. ハイロス-X・PE-2273 について力下で置かれるケースがあり、様々な使用方法を想

ここまで、スチレンアクリルエマルションである

定すると、耐ブロッキング性を解決する方法を準備し

NE-2260 について紹介してきたが、さらに安全性にておく必要がある。耐ブロッキング性対策としては、優れた製品としてスチレンフリーの水性エマルション

PE-2273 の Tg アップや無機フィラーとの複合等も検が 要 求 さ れ て い る 。 加 え て 、 NE-2260 は討したが、より汎用性が高い方法として、耐ブロッキ

FDA21CFR§176.170 に用途制限があるため、内容ング性に特化したエマルションと PE-2273 との 2 液処物が飲料等の液体の場合には使用出来ない。そこで、方を進めることとした。2 液の比率を変更することで、
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図 4. PE-2273 の耐水性（左）と撥水性（右）図 5. PE-2273 の耐油性（左）とヒートシール性（右）様々な条件や目標のレベルに対応出来ると考える。

である。Tg の影響により、最低造膜温度が高いが、ここで開発した耐ブロッキング性に特化したエマルシ

これは PE-2273 の様な最低造膜温度の低いエマル

ョンがハイロス-X・QE-2128 である。

ションと併用することで、簡単に造膜させることが出

QE-2128

はPE-2273と 同 じ く 、来る。

FDA21CF§176.170、76.180 に用途限定無しで適合

QE-2128 の配合率を増やすことで、耐ブロッキングしたオールアクリルタイプのエマルションである。

性を向上させることが可能であり、配合率が 30%程

PE-2273 の耐水性、耐油性、ヒートシール性に悪影度までならば高い耐水性、耐油性、ヒートシール性を響を与えずに、高 Tg のポリマー部位を配置した設計維持することが出来る(図 6,7)。目標レベルに応じて、
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図 6. QE-2128 の配合率と耐ブロッキング性（左）および撥水性（右）の関係

図 7. QE-2128 の配合率と耐油性（左）およびヒートシール性（右）の関係配合比率をコントロールすることでバランス良く種々4. まとめの性能を得られるものと考える。なお、QE-2128 はPE-2273 だけではなく、NE-2260 やその他のエマル

以 上 の 結 果 を 踏 ま え て 、 NE-2260 、 PE-2273 、ションと併用しても、塗膜の耐ブロッキング性を向上さ

QE-2128 の物性、性能、法規制についてのまとめをせることが出来る。

表 1 に示す。FDA に適合し、海外インベントリの適用範囲が広いスチレンアクリルタイプの NE-2260、FDAの用途制限が無く、ヒートシール性に特徴があるオー
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ルアクリルタイプの PE-2273、さらに PE-2273 と同タ

様々な法規制や使用上の制限が想定されることから、イプの耐ブロッキング性を向上させる QE-2128 を開開発を継続していく。

発した。必要に応じて、これらの製品を組み合わせる＜参考文献＞

ことで、ポリエチレンラミネートにより得ていた耐水性、

1) 原田禎夫, 環境経済・政策研究, Vol.13, No1, 2020.3,

耐油性、ヒートシール性を高いレベルで得ることが出

12-16.

来る。

2) 大塚直, 廃棄物資源環境学会誌, Vol.30, No2, 2019,

今後、ポリエチレンラミネートを代替するに当たり、

115-122.

表 1. NE-2260、PE-2273、QE-2128 の性状まとめ※食品衛生法における食品用器具・容器包装のポジティブリスト

研究者プロフィール
星光 PMC 株式会社

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樹脂事業部

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技術統括部

技術統括部

明石研究所

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主任 藤原 康史

佐藤 公美

(Yasushi Fujiwara)(Kumi Sato)

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