日本包装学会誌Ｗﾉ.Ｉ３ＡｂＩ（200ｲノ

般論文

パルブモールド断熱カップの開発
野々村箸＊
ＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆａＰｕＩｐＭｏＩｄｅｄＨｅａｔｌｎｓｕＩａｔｉｏｎＣｕｐ
ＡｋｉｒａＮＯＮＯＭＵＲＡ。

発泡層を高密度のパルプ層で挟んだ層構造からなるパルプモールド断熱カップを開発した。特徴として、弾性体コアを用いて加圧乾燥することにより、側面の角度が90゜近い深もの形状でも高い平滑性を有するとともに、コア側から蒸気を排気することにより、外面は排気穴跡がない非常に高い表面性をもつ。また、発泡により断熱層を形成するとともに発泡圧を利用してカップ内面にもスタックリブ等の形状付与も可能である。さらに、パルプの含水率iliI御による引張物性の改善とこれに基づいた丸め寸法制御により、パルプモールドで初めて口部の丸めを実現した。
キーワード：パルプ、モールド、断熱、カップ、丸め、発泡WcdevelopedapuIp-moldcdinsulatｉｏｎｃｕｐｗｈｏｓｅｓｔｒｕｃｔｕｒｃｉｓｍａｄｅｏｉｍｕltiple］ayersolen・closed（oamingagentlayerandhigh-densitypulplayersoutsjde・Typicalfuturesofncwde‐
velopedcupareasfollows．

'）Eve、[ｏｒｄｅｅｐａｎｄｓｔｅｅｐｃｕｐｓｗｉｔｈｓｉｄｃｗａｌｌａｎｇｌｅｏ（nearly90degree,ｉｔｃａｎｂｅｍａｄｃｕｐｔｏａ
ｓｍｏｏｔｂｅｒｓｕｒｆａcebypressinganddryingprocesso［ｐｕｌｐｗｈｉｃｈｉｓｍｏ１ｄｅｄｂｙｕｓｉｎｇｅｌａｓｔiccore、

2）Duetoitsexhaustionroutesleadstoinsideofthecore､anexcclIentsurlacewithoutanyvent
holesremainedcanbeobtained3）TheinsulationlayerisIornlcdbyImmingagent,anditfacilitatestheflexibleformationofin・
nerwallstructure,ｓｕｃｈａｓｓｔａｃｋｉｎｇｒｉｂａｎｄｓｏｏｎ

Ｍｏｒｅover・theimproven1entoltensilepropertyofthepulpbycontrollingitswatercontentre・
sultedinthecontrolofcurlingdinlensionandwesuccessluIlyobtainedapulp-moIdedcupwitha
curIingopeningportionlbrthe（irsttime．

Keywords：ｐｕｌｐ,ｍｏｌｄ，heatlnsulating・cupcurling・lbaming

1．

はじめにが始まっている。当社では［生活者からみた使いやすく破棄しやすい容器包装］を目指し、近年、環境問題に対する社会的意義、関心３Ｒ（Reduce，Reuse，Recycle）の基本原則が高まるなか、容器包装リサイクル法の完全に基づき省エネ・省資源の推進を行ってい施行など、循環型社会の構築に向けての動きる')。このなかで、我々はこれからの循環型

戦花王(株）加工・プロセス開発研究所（321-3497栃木県芳賀郡市貝町赤羽2606）：KaoCOrporationProcessingDe
veIopmentResearchLaboratories2606Akabane､IchikaimachLHagaTocbi座i321-3497.Japan－４３－バルプモールバ断熱カップのﾉﾘ卿発社会において、バイオマス（生物由来）原料

器強度（積み上げ、輸送、落下、把持強度)、であり、かつ再生しやすい原料であるパルプバリア性(耐水性､内容物保存性)、断熱性(熱に着目し、これまでトレーや箱物形状に限らの遮断、保温、保冷)、口部仕上げ（容器強度、れていた紙容器に対して、パルプモールドで、口当たり、端面保護、外観)、表面平滑性（外初めて中空形状の製造技術を開発し、さらに観、紙粉防止、印刷適性)、さらには形状自表面性・強度・バリアー性を付与することに由性（深もの形状、底コーナーＲ、外観、持より、プラスチックと同等の形状目'11度、容ち易さ）なども挙げられる。このなかで、特器物性を持つ紙ボトルを開発した2)。にホットドリンク等の用途を考えると、深も今回は、側面の角度が90｡近い深ものカッの形状で断熱性を有することが必須となる。

プ形状において、断熱性と表面性という相反さらに、容器としての価値を高める上では、する機能・特性を付与するとともに、パルプ表面平滑性と口部の仕上げが重要となる。

モールドで初めて口部の丸めも実現した断熱性カップを開発したので報告する。

2.2花王断熱性カップの特徴

Fig.１に花王の断熱性カップの特徴を示す。

2．断熱性カップ

基本構造は、発泡層とパルプ層の層構造をとり、低密度の発泡層で断熱'性を付与している。
2.1カップに要求される項目

発泡層は熱膨張型のマイクロカプセルからな

カップに要求される項目は、 目的、用途、る。内側にはポリエチレンのフイルムがラミ

使用方法等に応じて異なるが、 一般には、容ネートされているが、容器に継ぎ目がないた「・砺駒

櫻
FiglCha｢acterIsticsofKaoheatinsulatio、ｃｕｐ－４４－日本包装学会誌Ｗ１Ｊ３Ａ１ｎｌ（2004ノ

3．断熱性カップの製造法

め、高い防湿性や耐水性、シール性を有し、食品を含め様々な用途での使用が可能である。
底のコーナーは３次元Ｒ形状となっているの

Fig.２に断熱性カップの製造法を示す。まで、マイクロ波の集中がなく、電子レンジにず、弾性体コアで抄紙した後（①)、脱水型も使用できる。パルプ層は高密度化されていに挿入して脱水し（②)、次に加熱した乾燥るので、内外面とも平滑で、特に外層パルプ型で加圧乾燥し（③)、外層を成形する。こはより高密度にプレスされ、かつ外表面に排こで、特に弾性体コアを用いることにより、気穴がないため、印刷性にも優れている。内側面の角度が大きな場合にも側面に大きな圧側にはスタックリブも設けられている。また、力を加えながら乾燥することができるので、口部は丸め処理が施されているので、端面か高密度で表面性の良い成形品を得ることがでらのしみこみも防止され、口当たりも良好ときるようになっている。一方、別の弾性体コなっている。さらに、口部の丸めと高密度パアで抄紙した後（④)、発泡剤を分散させたルプによる3層断熱一体構造により、容器強スラリーに浸漬し、吸引して、パルプ表面に度が高いので、お湯を入れて胴部を手で持っ発泡剤を付ける（⑤)。これを、先ほど乾燥ても容器の変形が小さく、お湯のこぼれる心させた外層と合体させた後（⑥)、加熱した配がない。

金属コアを挿入する（⑦)。そして、熱によ

1鋤熟議識⑪
pultionslusticc④⑤

curlingsuction

ｆｔＳ冒二ゴマ凸二Ｐ。、■』へ》部》“一一一一一一畔挿〕ルー’Ⅵ一一一町亜本》ヘ●●：翻二pｒ③●●■■■■■■■■■■￣suction▲

ペ礼恥ｗ』。ご■】■己▽・し〉①SUCtiOnpreSS

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ｓｌｕ ｒｒｙ

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fOamingagent
slurry澪造關[四heaterheaterL膣.iwi…
ter、⑧

heater

Ｖ…m圏'１鰯,`－……－…一蹴馳一鯛'‘－…｡“Fig2ProcessflowforheatinsuIatioｎｃｕｐ－４５－バルプモールＭＷ熱カップの開発

リ発泡剤が発泡するとともに、内層を乾燥し、'よ、内側から蒸気を排気する構造をとってい一体化して取出す（⑧)。取出した成形品はるので、外面には排気穴跡もない表面性の良フイルムをラミネートした後（⑨)、フランい容器を得ることができる。

ジをカットし（⑩)、最後に丸め加工を行う
3.2断熱層と内面の形成(⑪)。

次にFig.３（ｂ）をもとに、断熱層と内面の形成について説明する。内層の成形では、3.1形状自由性と表面性

花王断熱カップの製造法の特徴である形状

予め乾燥した外層に、表面に発泡剤を付けた自由性と表面性についてFig.３（ａ）をもと内層を合体し、金属コアを挿入する。ここで、に説明する。従来のパルプモールドでは、乾乾燥型と金属コアには成形品の寸法に対応し燥工程において、金属と金属を用いてプレスたクリアランスが設けてあるため、熱によりしていたので、側面の角度が大きい場合には、発泡剤が発泡して断熱層が形成される。この側面に十分な圧力がかからないため、パルプ時、この発泡圧により内層のパルプが金属コ密度も低く、表面性も良くなかった。しかし、アに押し付けられて、内層の乾燥が行われる

弾性体コアを用いれば、側面にも十分な圧力とともに、金属コアに設けられた形状が転写を加えることができるので、高密度で表面のされるので、例えば内面にスタックリブのよ平滑な成形体を得ることができる。弾性体コ

うな形状も形成することもできる。

アは、成形体よ})細く、背が高くなっており、加圧により変形して広がり、側面を押すよう4．ロ都丸め仕上げになっているため、側面の角度が90゜を超え
板紙カップでは、容器強度アップ、口当たるものも成形可能である。さらに弾性体コア

steamexhaust
frommnercorepress

pressinginnerlayer
byfbamingpressure

ticcoreexhaustkrib
exhaustaImoldｙｅｒOut(b)MakingshapebyfOaming(a)MoIdingbyelasticcore

FIg3Maiorcha｢acterisIicsinmoldingp｢ocess－４６－日本包装学会Ｉ誌

VＤＬＩ３ｌＶＯｌ（2004ノ】Ⅱ

Ｆｉｇ．４Ｃｕ｢lｉｎｇｏｆｅｄｇｅ

元に座屈といった不良現象が発生し、これまcurlingIoadl

で、上手く丸めることができなかった。

direCtiontoincrBasetheradiqu写

4.1丸めのメカニズム

丸めについては、金属円管末端のカーリン

グを対象として、変形エネルギーの点から検討されているが3)、４)、基本的なメカニズムは次のように考えられる。即ち、Fig.５に示すように、口部を丸めの型に押し付けた場合、口部は溝に沿って変形し、押し広げられるが、Fig5Mechanismofcurling

これは径の増大する方向の変形となるので、リ、さらに端面からの染み込み防止を目的と先端部には周方向の引張力が発生する。さらして、口部の丸めが実施されている。Fig.４に、押込みを続けるとこの引張力を緩和するに示すように、丸めは、口部を型に押し付け方向、即ち、元の径に戻ろうとする方向に力ることにより行われるが、パルプモールドでが働くようになるため、丸め現象が起こるもは、板紙と異なり、先端部に破断、しわ、ロのと考えられる。

－４７－

バルプモールド断熱カップの開発

4.2座屈防止の和になるが、パルプモールドは、加圧乾燥

口部の座屈は、Fig.６に示すように、型へにより高密度となり、引張弾性率も高くなっの押し込み荷重が、パルプの座屈荷重を超えていることから、丸め加工時に過大な押し込ることにより発生する。型への押し込み荷重

み荷重がかかり、口部に座屈が発生するもの

は、型とパルプとの摩擦力とパルプの変形力と考えられる。そこで、まず、型の表面性を上げることや容器内面にフイルムを貼ることにより、摩擦係数の小さくして、摩擦力の低減をはかった。また、Fig.７（ａ）はパルプ

ﾐIpP、、モールドシートでの物性を示したものである。
これより、パルプは含水率が高くなると引張Iing

弾性率が小さくなることから、口部先端部のbucklingIoad≧hiction化rce＋ｔ函nsIbrmationfWceofpulp

含水率を制御することで、パルプの変形力を低減した。以上により、口部を丸め型に押し①decreaseofhictionfbrce

付けた場合に発生する口部の座屈を防止した。

・decreaseofcoemcientoffiictionα榊一

ｊ②decreaseoftransfbrmationfDrＣｅ

4.3破断としわ防止

・decrsaseoftensilemodulus

パルプモールドは、板紙と比較して繊維の（噸faCO"的"t、pulp）
・thinedge

配向がないため、引張破断伸びが小さく、破断が発生するものと考えられる。口部の破断

Fig6BuckIingintheprocessofcurlingedge

Ｐａｐｅｒｃｕｐ

８００

６００
４００２００◆◆⑨註
◆◆

０

５

１０１５２０2５3０

Watercontent(%）.①命雨ヨダ｡．
」５０

８～１０％

－１１１１・』！ｉ‐ｌＩｒ１１．．１』▲■’’一》ｉ…』ｉｌｉｉＬ０1000（誤）ＣＯ一一口ｍＥＯｌの①一両Ｅ⑩ト（⑪ユニ）⑫コーコ□。Ｅ①一扇Ｅ⑩衿

1400
1200

◆

な◆

５４３２１０

1800
1600

ＩＥ

2000

PaperｃｕｐｌＯＯＯＭＰａ

１．Ｉ

１１１10１５２０2５3０

Watercontent(%）(a)Relationoftensilemodulusand(b)Relationoftensileelongationandwatercontentofpulp-moldedsheet

watercontentofpulp-moldedsheet

Fig7TensiIepropertiesofpulp-moIdedsheet4８

日本包装学会誌１/ｂｌＩ３ノＷＩ（200ｲノを防止するためには、Fig.８に示すように、る。

初期口径と最大径からなる伸び率をパルプの以上から、初期口径‘９１、先端径ヅ90.5と破断伸び率以下に抑えることが必要である。

して、含水率制御を行えば、最大径ヅ92-ヅ

しかし、初期口径を大きくとり過ぎると、丸95の範囲で、不良現象を発生させることなく、めの推進力が小さくなるため、上手く丸まら丸めを行うことができた。

ない。さらに、最終先端径に対して、初期口径が大きくなり過ぎても、パルプが余って、4.5丸めにおけるパルプ物性しわが発生する。そこで、Fig.８に示す丸め

Fig.１０はパルプの原料を変えて作製したの寸法とこれを実現するための丸め型寸法のパルプモールドシートの物性を示したもので設計を行い､丸めを行った。また､Fig.７（ｂ）ある。これより、一般にパルプモールド品は、に示すように、パルプは含水率が高くなると板紙と比較して、弾性率が高く、破断伸びが破断伸びが大きくなることから、口部先端部小さい、即ち、固くてもろいことがわかる。の含水率を制御して、破断を抑制した。

しかし、含水率制御による物性制御とこれを踏まえた丸め設計により、座屈、破断、しわ4.4丸めの良品範囲といった不良現象を起こすことなく、パルプ

Fig.９は初期径Ａと最大径Ｂと丸めの関係モールドで初めて丸めを行うことができた。

を示す。これより、先端径Ｃに対して初期径Ｂが大きくなり過ぎるとパルプが余って、先5．容器の物性評価

端部にしわが発生する。そして、先端部の含水率制御を行わない場合には、座屈が発生すＴａｂｌｅｌに容器の物`性評価の結果を示す。

るとともに、最大径Ｂが大きくなり、伸び率

これより、得られたカップの断熱性は、発泡が大きな範囲では破断が発生することがわか

スチロールカップには劣るものの、板紙の断

breakin官andcurIinR
B

１＜＜＿＜brcaking
ｐＡ【iｎｉｔｉａｌｄｉ２

Aelongationratio

afOrceacceleratingeIongation
curIingratio

wrinklinR
compressoon

propertyＣ＜－≦１A

compression

notenoughcurling

Fig8BreakingandwrinkIingintheprocessofcurIingedge－４９－バルプモールノF断熱カップの開発

Buckling･breaking(Watercontent4%）
5％４％３％Ｚ ％9６

Elongationratio

５４３２１０９９９９９９（ＥＥ）ロ』⑩］①Ｅ⑩一℃×⑩三ノノ（のＢ/のＡ）○

Bucklin(ｎｏwater）｣一五△△、

BreakiｎBreaking△Wrinkling
Ｇｏｏｄ
Ｗａｔｅｒｃｏｎｔｅｎｔｌ２～22％

WrinkIing
9０

９１９２９３9４

InitialdiameterのＡ(ｍ、）0.995０９８４0.973

0.963

Compressionratio（のＣ/のＡ）－１ＪのＣ=9０５

Fig90ptimum「angesofexcellentcurIing

3500

Ｐｕｌｐｍｏ□Basicmaterial/Japanesepaper=70/３０

3000
０００００
０００００５０５０５２２１１（⑩ユニ）⑩。一．つ。Ｅの’一のこのト

ABasicmaterial/RayonfiveF70/３０●NBKP/LBKP＝30/７０(Basicmaterial）■ＮＢＫＰ

content

鰈ＮＢＫＰ/LBKP=70/３０

逗回〕

OContmlofwatercontent(BasicmateriaI）

ＮＢＫＲｈａｒｄｗｏｏｄｂｒｅａｃｈｅｄｐｕｌｐ

ＬＢＫＰ：softwoodbreachedpulp
－１－１

０0

２４６８１０

Breakingelongationratio(%）
FiglOCurlingprope｢tIesofpuIp－５０－日本包装学会誌ＷｌＩ３ｊＶｏ.】（2004）の丸めを実現した。

TabIelComparisonolKaoinsulatioｎｃｕｐａｎｄｏｔｈｅｒｃｕｐｓ
Kao●Ｉ

HeatonQLDP2P殉、RcudF1c$sof
su｢Ⅲ蛭ｅＲａ

本製造法は、形状自由度が高く、断熱性もExpansionPBpcrcup

poIystyrene

Ｔｗｏ1口yＢｒｉＰＥＤｘｐＢｎＢｌｍ

57℃

50℃

付与できることから、容器だけでなく工業部

Other

ｐｕＩｐｍｏｌｄ

材を含めた様々な分野への展開が可能であり、

57°Ｃ

64℃
△５〃、｡

０｡ｃ･畝■旭△

１～２回、

３ｕｍ

0.8nｍ

６α、800gｆ

4DOgf

450gｆ

450gｆ

＞２５kgf＞２５kgf＞２５kgf＞２５kgf72.,mt-24h

948/OTF-24h

202/ｍＬ２４ｈ

99/ｍ３－２４ｈ

8９229

159

製造法など積極的に技術供与していく考えである。

中Z

StrenZthfOr
hoIding

SけcngthlOr
ｃｏｍｐｒｃｓ５ｎｎ

Moistu砲
ｂ鋲TOC｢中１Wcight＜引用文献＞ｌ）黒木美貴子、包装技術、８，６０（2000）

ＰＥｍｍ

219

●lHcBUjnsulatioru

SurfacetDmperalureatthD3minitc6BItorporinghotwatcr

oユStrengthfOrho1ding

LoadofthelOmm-tnBnsfbrmaｔｉｏｎＢｔｔｈｃＧｄｇＧ･ＪＭ⑤睦D9j｢ｅｂａｍｃｒ

ＪＩＳＺＯ２０８ｃｕｐｍｃｔｈｏｄ４０℃/909bＲＨ２）熊本吉晃、包装技術、２，１８１（2001）

３）北澤君義､小林勝､塑性と加工､２８(323)、12670987）

熱カップと同等であった。外面の表面性は

４）北澤君義、小林勝、山下修市、辻出睦、

Ｒａで叩、以下となり、従来のパルプモー塑性と加工、２９（331)、８４５（1988）

ルド容器と比較して、高い平滑性を持つとと(原稿受付2003年１０月１４日）

もに、板紙カップの表面性に迫るものであっ(審査受理2003年12月22日）

た。把持強度は口部の丸めと高密度パルプを用いた３層一体断熱構造により、発泡スチロールカップ、板紙カップ以上であった。防湿性もlog/､２．２４ｈｒ以下（at４０℃９０％)であった。

６．まとめ
発泡層を高密度のパルプ層で挟んだ層構造からなるパルプモールド断熱性カップを開発した。特徴として、

ｌ）弾性体コアを用いて乾燥することにより、９０｡近いテーパーのカップに対しても平滑な表面および強度を与えることができる。

2）発泡剤の発泡により、断熱層を形成するとともに、発泡圧を利用して、内面に形状を付与することができる。

3）パルプの物性と丸め寸法を制御することにより、パルプルプモールドで初めて口部－５１－