45●発泡紙カップ用ラミネート技術の開発
四日市研究所フイルム・ラミG

増田淳
永野 洋介
幸田 真吾

ポリマー事業部 ポリエチレン部

前記の構成では、従来の発泡ポリスチレン容器と比較1．はじめにすると断熱性が十分ではない。断熱性向上には発泡層発泡ポリスチレン、ポリプロピレンなどで形成されるカップ・トレーは、近年、環境負荷低減の観点から、の厚み増加が効果的であり、更なる性能向上が求められている。

ポリエチレンラミネート紙へ変更するケースが多くな

本報では、当社が開発した発泡層厚みの増加が可能ってきた。特に、断熱性を必要とする飲料やスープ・なラミネート技術（以下、新規発泡ラミネート技術とカップ麺の用途では、ポリエチレンラミネート層を発記す）について、その性能を紹介する。

泡させた容器（発泡紙カップ）が使用されている。
一般に、発泡紙カップは、ポリエチレン／紙／ポリエチレンで構成されている。ポリエチレン層を発泡させる方法としては、上記ラミネート紙を水の沸点及び2．新規発泡ラミネート技術［1］概要ポリエチレンの融点を超える温度で加熱処理し、紙に断熱性向上には、断熱性を付与している発泡層の厚含まれた水分が蒸発する膨張力により溶融したポリエみを向上させる必要がある。しかし、紙の片面のみ発１）

チレンが発泡する手法が主流である 。上記構成のう

泡させる構成（以下、従来構成）では、発泡層厚みのち、一方のポリエチレン層に低融点である低密度ポリみを増加させると発泡層表面の平滑性悪化による外観エチレン（LDPE）を、他方のポリエチレン層に高融不良が発生することから、限界がある。そこで、我々点である中密度ポリエチレン（MDPE）を使用した構は、紙の両面に発泡層を配置する方法を試みた（以下、

２）

成が多い（図１） 。この構成では、加熱処理時に溶

この積層構成を両面発泡構成と記す）。

融しないMDPE層（非発泡層）が水蒸気を遮断するた
め、溶融したLDPE層（発泡層）を効果的に発泡する［2］発泡性能
まず、両面発泡構成として、紙の両面に積層されたことができる。
当社では、発泡紙カップ用ポリエチレンとして、非A層、B層共に発泡層のみである構成（構成①）と、発泡層向けにMDPE「LW04−1」を、発泡層向けにB層に発泡層と非発泡層を配置した構成（構成②）にLDPE「07C03C」を販売している（表１）。しかし、ついて、性能比較を行なった（図２）。なお、発泡層にLDPE「07C03C」、非発泡層にMDPE「LW04−1」を用いた。

発泡LDPE

両構成を比較すると、B層にMDPEを配置した構成②の方が、発泡層総厚みが大きい。これは、B層に配LDPE

加熱紙
MDPE

紙

置したLDPE②の発泡層厚みは同等だが、A層に配置MDPEしたLDPE①の発泡層厚みが異なるためである。このことから、両面のLDPEを効果的に発泡させるには、

図１

表１

発泡紙カップの模式図

片面を発泡させる従来構成と同様、B層に非発泡層を発泡紙カップ用ポリエチレンの性状a）構成①非発泡層
発泡層
MDPE
LDPE
「LW04−1」「07C03C」
6.515
MFR［g／10min］
940918
密度［kg／m3］b）構成②A層

LDPE①

A層

LDPE①

B層

LDPE②

B層

紙
LDPE②
MDPE

図２

両面発泡構成の模式図紙

46

TOSOH Research ＆ Technology Review Vol.55（2011）

表２

両面発泡 ①構成②従来構成※1

両面発泡構成の発泡性能

ラミネート厚み［μm］
B層
A層
LDPE① LDPE② MDPE
40070
202070−4070

発泡層厚み［mm］※1
LDPE① LDPE②
0.480.65
0.90

0.340.31−

総計0.820.960.90

発泡条件：120℃×4mina）
LDPE70μm／紙／LDPE40μmb）
LDPE70μm／紙／LDPE20μm／MDPE20μm

図３c）
LDPE70μm／紙／MDPE40μm

両面発泡構成及び従来構成の発泡断面写真

配置し水蒸気を遮断することにより、A層のLDPEを向に過度に伸長し破断するケースと、セル隔壁方向に優先的に発泡させる必要があると考えられる。

水蒸気の膨張力が作用するケースで生じると考えられまた、B層をLDPE／MDPEの2層とし発泡層の総厚る。構成②では、表面に弾性率の高いMDPEを設けてみが大きい構成②と従来構成を比較すると、構成②のいることから、後者が原因である可能性が高い（図６）。

方が発泡層総厚みが大きく、従来構成よりも断熱性に優れることが示唆された。なお、断面観察より、紙両面に発泡層が形成されていることを確認している（図３）。

（2）非発泡層向けポリエチレンの選定
アバタ発生機構の仮説より、非発泡層向けポリエチ
レンの弾性率を低くすることにより、アバタを抑制でしかし、非発泡層にMDPE「LW04−1」を用いた両きると考えられる。ポリエチレンの弾性率を低下させ面発泡構成では、非発泡層表面に凹凸（以下、アバタるには、密度を下げることが効果的である。しかし、と記す）の発生が確認された（図４）。次項にてアバ

密度を低下させると融点も低下するため、加熱処理時タの抑制について説明する。
［3］非発泡層表面のアバタ発生抑制

LDPE①（1）アバタの発生機構
アバタ発生部位の断面観察写真を図５に示す。アバ
タ発生部位では、紙と垂直方向に存在する発泡セル隔壁が破断している。その隔壁の破断は、セルが垂直方隔壁破断部

図５

アバタ発生部位の断面写真

水蒸気

図４

両面発泡構成における非発泡層表面の外観写真（構成：LDPE70μm／紙／LDPE20μm／MDPE20μm）

紙紙

MDPEMDPE

図６

アバタ発生の推定機構

東ソー研究・技術報告 第55巻（2011）

47に溶融してしまい、非発泡層としての機能を失うこと「M65」とMDPE「LW01」の融点は概ね同等であるもから両面発泡構成の発泡層総厚みが低下する可能性がのの、引張貯蔵弾性率は、ZN−LLDPE「M65」の方がある。このことから、両面発泡における発泡層総厚み低い（図８）。の増加とアバタ発生抑制の両立には、非発泡層向けポリエチレンの密度と融点のバランスが重要となる。

（3）アバタ抑制効果

一般に、製造方法・触媒などが異なるポリエチレン

非発泡層の異なる両面発泡構成の発泡性能を表４に

では、密度と融点の関係が異なることが知られている。

示す。「LW04−1」よりも密度を下げ、弾性率を低下

そこで、各ポリエチレンの密度と融点の関係を比較しさせることによりアバタの発生数は減少し、更に密度た（図７）。LDPE、MDPE及びメタロセン触媒によを920 kg／m3近傍まで低下させると非常に良好な非発り重合された直鎖状低密度ポリエチレン（以下m−泡層表面外観を示した。同じ密度のZN−LLDPEとLLDPEと記す）では、密度に対する融点の変化が大DPEを比較すると、ZN−LLDPE「M65」では高い発泡きい。一方、チーグラー・ナッタ触媒により重合され層総厚みが得られ、これは、LDPEに比べ融点が高いた直鎖状低密度ポリエチレン（以下ZN−LLDPEと記ことに起因する。

す）は、他のポリエチレンと比較し、密度に対する融点の変化が小さい。これは、ZN−LLDPEの組成分布が広く、高融点成分を含んでいることに起因している。
このことから、非発泡層向けポリエチレンには、低弾性・高融点を満足できるZN−LLDPEが好適であると推測される。
そこで、非発泡層として、前述のMDPE「LW04−1」に加え、ZN−LLDPE「M65」、MDPE「LW01」を用いて、性能評価を行なった（表３）。なお、ZN−LLDPE

発泡層
LDPE MDPE
07C03C LW04−1
6.5
MFR［g／10min］15
密度［kg／m3］
940918
融点［℃］※133103※ JIS K6922 − 2 に準拠

LDPE
MDPE
m−LLDPEZN−LLDPE

非発泡層
ZN−LLDPE
M65
20920
122

MDPE
LW01
4.3933
127

LDPE（D＝918）
MDPE（D＝933）
MDPE（D＝940）ZN−LLDPE（D＝920）

9log（E［Pa］）

融点［℃］

125

使用樹脂の物性10135
130

表３120115
110

87105100910

図７920

930
密度［kg／m3］

940

630507090110

130

温度［℃］

各ポリエチレンの密度と融点の関係

表４950

図８

使用樹脂の温度と引張貯蔵弾性率 E の関係

非発泡層樹脂の異なる両面発泡構成の発泡性能

密度
融点 発泡層総厚み※2［mm］［kg／m3］ ［℃］
M659201.03122LDPE9180.82103
両面発泡LW01933
1.00127構成※1
LW04−19400.96133
LW04−19400.90133
従来構成※1 構成：LDPE70μm／紙／LDPE20μm／非発泡層20μm※2 発泡条件：120℃×4min
非発泡層

アバタ発生数［個／400cm2］001540−48

TOSOH Research ＆ Technology Review Vol.55（2011）［4］各ポリエチレン層厚みの最適化器に使用する場合、内容物の漏れの観点から、耐ピン各ポリエチレン層のラミネート厚みが異なる両面発ホール性が重要な特性となる。そこで、水と接触させ泡構成の発泡性能を表５に示す。B層に配置した非発た際のピンホール性を評価したところ、両面発泡構成

泡層を薄膜化し、LDPE②層の厚みを大きくするほど、についてもピンホールは発生せず、従来構成と同等性

発泡層総厚みは増加する。また、A層に配置した能であった（表６）。このことから、両面発泡構成でLDPE①を薄膜化し、LDPE②層の厚みを大きくするは、幅広い温度範囲において、使用可能と考えられる。

ことにより、更に発泡層総厚みの向上が可能となる。
［5］その他の特性〜耐ピンホール性〜

5．ま と め

両面発泡構成では、内容物と接触する非発泡層のラ本報で紹介した両面発泡構成では、使用するPE量ミネート厚みが従来構成よりも小さい。そのため、容を維持したまま、断熱性の向上が可能であることから、発泡紙カップ市場への早期展開を期待している。今後、

表５

各ポリエチレン層のラミネート厚みの異なる
両面発泡構成の発泡性能

ラミネート厚み［μm］
発泡層総厚み※2A層
B層［mm］
LDPE① LDPE② ZN−LLDPE
0.987010301.03702020
両面発泡1.09703010構成※11.164060100.9070−40※1
従来構成※1 ZN−LLDPEの代わりにMDPE「LW04−1」を使用※2 発泡条件：120℃×4min

表６断熱性の向上だけでなく、美粧性の向上、PE使用量削減による環境負荷低減にも貢献するため、樹脂及び積層構成の改良を進めていきたい。

参考文献
１）特開2001−270571など
２）株式会社矢野経済研究所、2010年度版容器市場の展望と戦略（2010）

水接触時における両面発泡構成の耐熱ピンホール性

ラミネート厚み［μm］
ピンホール数［個／25cm2］※2
A層
B層
水温23℃
水温95℃
LDPE① LDPE② ZN−LLDPE
00106040
両面発泡構成0040※170−基準構成※1 ZN−LLDPEの代わりにMDPE「LW04−1」を使用※2 水接触時間：10min