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愛知県産業技術研究所 研究報告2009●───────────────────────────────────────────────

研究論文

傷防止効果に優れたパルプモールド緩衝材の開発
徳田宙瑛*１、来川保紀*２、中川幸臣*１Development of the Pulp-Mold Cushion Having Great Effect on
Preventing from Damages
Hiroaki TOKUDA*1, Yasunori KITAGAWA*2 and Yukiomi NAKAGAWA*1
Industrial Technology Division AITEC*1*2
パルプモールドに添加剤を加えた緩衝材試料を用いて振動試験を行い、レーザー顕微鏡で傷の粗さ、傷の幅を測定することでパルプモールド緩衝材の保護性を評価した。その結果、傷の幅は荷重にほぼ比例したが、傷の粗さは添加剤を加えたものは荷重が大きくなるほど粗さが小さくなることが明らかとなった。また、いずれの添加剤を用いても傷の総量を小さくすることができ、特に、PE(ポリエチレン)-PP(ポリプロピレン)系芯鞘型繊維/ラテックス添加および PE-PP 系芯鞘型繊維/剥離剤/ラテックス添加のものは傷の総量が 50%以上低下した。

１．はじめに本研究で用いた添加剤は、モールドの製造段階で添加

近年、環境問題が世界規模で問題となる中で、製品をし、表面の柔軟化、引裂強度の低下防止等が期待できる

保護する目的で用いられる緩衝材も例外でなく、何度もゴム系樹脂のラテックス、PP-PE 系芯鞘型繊維(以下芯再資源化できるパルプモールドに注目が集まっている。

鞘繊維)、および紙粉を防止でき、安価で、多くのパルプパルプモールドは古紙から製造ができ、製造時に排出さモールドで使用されている製紙用剥離剤(以下剥離剤)をれる二酸化炭素は非常に少なく、地球環境負荷の低減に用いた。実験では、ラテックス/芯鞘繊維と剥離剤を一緒貢献している 1)。加えて機能面においても、パルプモーに添加することで相乗効果が期待できると考え、その割ルドなどの紙系包装材は通気性、吸湿性に優れ、製品の合(原料に対する重量比)を変えて検討した。添加剤の配固定性、安定性があるため、適用範囲も食品から精密機合条件を表１に示す。

器と幅広く利用されている。しかし、緩衝材で荷扱い時

表１の衝撃吸収が十分にできたとしても、輸送中の振動によ芯鞘繊維(%)

る摩擦で内容品の表面に傷が発生し、問題となる場合が増えている。
そこで、本研究では、製品の傷防止効果を目的として、製造段階のパルプモールドに添加剤を加え、パルプモールドの傷防止効果に及ぼす添加剤の種類、組み合わせの影響を検討した。

２．実験方法2.1 実験試料
対象のパルプモールドは形状が円錐台状(突起上面の周囲長：78.5mm)、高さ 40mm、テーパー角 15°のものとした。原料は段ボール古紙を 60%、新聞紙 40%を混合したものである。またパルプモールドの平滑性を向上させるための熱プレス加工処理は行っていないものを用Control
(1)
(2)
(3)
A
B
CDEFabcd添加剤の配合条件
ラテックス(%)

剥離剤(%)

0123351035105103551313いた。なお、試料は温度 23℃、湿度 50%R.H.の標準状態で前処置を行った後、試験を行った。
2.2 添加剤*

1 工業技術部

2.3 表面粗さの評価方法
図１に試験装置の模式図を示す。被包装物に対するパ応用技術室*

2 工業技術部

応用技術室(現工業技術部材料技術室室長)

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ルプモールド緩衝材の擦り傷評価方法は、振動試験機(エネベア製)を用いて行い、圧縮時の変位-荷重曲線を求めミック(株)製)を用いて、これに試作した試験治具を組みた。荷重速度は 10mm/min とした。

付け、実験試料と被包装物を想定した相手材を摩擦させ

３．実験結果及び考察て評価した。相手材には、包装対象に金属製品が多いた
め、厚さ 50μm のアルミシートを採用し、試験治具下部にアルミシートを固定し、振動台に取り付けられた実験試料を振動させることにより、アルミシートに擦り傷を3.1 表面粗さの比較
各添加剤におけるパルプモールドの擦り傷試験後のア
ルミシートの算術平均粗さ Ra を図３～図５に示す。
剥離剤については、20-80N、いずれの条件においても、発生させた。
振動条件は、トラック輸送を想定して 2)、振動数 5Hz、2%のものが傷防止効果が高かった(図 3)。このことから、振動加速度 0.75G、振動時間 10min とし 3),4)、おもりを添加剤を多く入れれば傷防止効果が改善されるのではな

用いて荷重と表面粗さとの関係を求めた。

く、傷防止効果を最大限に生かせる添加剤濃度が存在するものと思われる。

固定枠

芯鞘繊維/ラテックスについて本実験範囲の添加量では傷の粗さのばらつきが大きく、荷重間の傾向ははっきりと現れなかった(図 4)。

荷重

芯鞘繊維/剥離剤/ラテックスの場合(図 5)は、芯鞘繊維/試験治具ラテックスと同様にばらつきが大きく傷防止に寄与する物質の特定は困難であると考える。全体的な傾向として相手材(アルミシート)
加振方向
図１

荷重が大きくなるほど傷の粗さは小さくなる傾向を示した。

振動台

試験装置の模式図

図２にパルプモールドとの摩擦により生じた傷の一例を示す。アルミシートの表面粗さは走査型共焦点レーザー顕微鏡 OLS1200(オリンパス製)を用いて測定を行った。表面粗さを求める指標として粗さ曲線の標高の絶対値の平均値である算術平均粗さ Ra を用いた。またア
ルミシートにできた傷の幅を加振方向に対し垂直方向に10Surface roughness Ra [ μm]

実験試料

ノギスで測定し、荷重と傷の幅の関係を求めた。また、Control(1) 剥離剤1%(2) 剥離剤2%8(3) 剥離剤3%642020

算術平均粗さ Ra と傷の幅の積を傷の総量 S と定義した。
図３

傷の幅

図２2.4

パルプモールドとの摩擦により生じた傷の一例
パルプモールドの圧縮強度10Surface roughness Ra [μ m]

振動方向

8

Load [N]6080

剥離剤の添加量と表面粗さ

A: 芯鞘繊維3% ラテックス5%
C: 芯鞘繊維10% ラテックス5%
E: 芯鞘繊維5% ラテックス10%
Control

B: 芯鞘繊維5% ラテックス5%
D: 芯鞘繊維3% ラテックス10%
F: 芯鞘繊維10% ラテックス10%6420

各添加剤が、パルプモールド自体の強度に及ぼす影響20を調べ、表面粗さや傷の幅との関係を考察するために、圧縮試験を行った。試験は引張圧縮試験機 TGE-10kN(ミ40

図４40

Load [N]6080

芯鞘繊維/ラテックスの添加量と表面粗さ

34
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82.5
a: 芯鞘繊維3% ラテックス5% 剥離剤1%b: 芯鞘繊維3% ラテックス5% 剥離剤3%
c: 芯鞘繊維5% ラテックス5% 剥離剤1%
d: 芯鞘繊維5% ラテックス5% 剥離剤3%
Control64④12004060②① 芯鞘繊維, 剥離剤, ラテックス② 芯鞘繊維, ラテックス③ 剥離剤④ Control

080

10203040

AmountWidth of compression [mm]図７ パルプモールドの圧縮強さ

Load [N]
図５③1.50.520①2

Load [kN]

Surface roughness Ra [μ m]10

芯鞘繊維/剥離剤/ラテックスの添加量と表面粗さ

3.2 傷の幅の比較
摩擦によって生じた傷の幅と荷重との関係を図６に示す。いずれの試料も荷重と傷の幅はほぼ比例した。ただ添加剤が剥離剤のみの場合、他の添加剤と比較し、若干傷の幅が大きかった。

Width of the wound [mm]3530

Control(3) 剥離剤 3%
C: 芯鞘繊維10% ラテックス5%
d: 芯鞘繊維5% 剥離剤3% ラテックス5%(a)Control

荷重 80N

252015105(b)芯鞘繊維/ラテックス 荷重 80N

020406080

Load [N]図６

各添加剤による傷の幅3.3 パルプモールドの圧縮強度
各パルプモールドの圧縮試験結果を図７に示す。強度は Control が一番強く、剥離剤、芯鞘繊維/ラテックス/(c)芯鞘繊維/剥離剤/ラテックス

剥離剤、芯鞘繊維/ラテックスの順であった。添加剤はパルプモールド自体の圧縮強度を低下させた。傷の幅、表

図８

各パルプモールドとアルミシ－トの摩擦によって生じた傷

面粗さおよび圧縮強度の結果から、パルプモールドが圧縮されることで、パルプモールドの先端がつぶれ、次第荷重 80N3.4 傷の総量につぶれた部分が広がり、結果的に、傷の幅が広くなっ

傷の総量 S を図９～図１１に示す。

たものと思われる。図８に摩擦によって生じた傷の主なControl は、荷重とともに傷の総量が大きくなったが、写真を示す。Control では強度が強い分、傷がアルミシ添加剤を含んでいるものは荷重に対し、総量の増加幅はートにはっきりと生じた。(図 8(a))添加剤を含む試料(図小さく、添加剤によってはほぼ一定という結果も得られ８(b),(c))は強度が弱い分、アルミシートにかかる荷重がた。これは、傷の幅が荷重に比例するのに対し、表面粗分散され、傷が生じにくく、傷の粗さや幅が小さくなっさは減少するという結果が反映されたものであると考えたり、摩擦の過程で変形により、パルプモールドとアルられる。

ミシートが全面接触しなかったものと考えられる。

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0.30４．結びControl

3 種類で 13 条件の添加剤の組み合わせのパルプモー(1) 剥離剤1%0.25(2) 剥離剤2%ルドを用いて相手材の傷の評価を行ったが、いずれの添S [mm2](3) 剥離剤3%0.20

加剤を用いても、傷の総量を減少させることができることを確認した。特に芯鞘繊維/ラテックスおよび芯鞘繊維0.15/ラテックス/剥離剤を添加したものが傷防止効果が高く、0.10

傷の総量は 50%以上減少した。傷の総量は Control、添

0.05

加剤を含むもの、ともに荷重が大きくなるにつれて大きくなった。しかし、Control では 80N で急激に増加した。

0.0020406080

Load [N]図９0.300.25

S [mm2]0.20

これは添加剤を含むパルプモールドは荷重が大きいときに表面粗さが小さくなる傾向が見られた一方で、傷の幅剥離剤の添加量と傷の総量は荷重にほぼ比例する傾向が反映された結果と思われる。
今後は、実用化のステップとして、ダミー包装貨物を想定した包装モデルを確立し、振動時間を包装貨物―振動

A: 芯鞘繊維3% ラテックス5%
B: 芯鞘繊維5% ラテックス5%
C: 芯鞘繊維10% ラテックス5%
D: 芯鞘繊維3% ラテックス10%
E: 芯鞘繊維5% ラテックス10%
F: 芯鞘繊維10% ラテックス10%
Control

試験方法 5)での条件で振動試験を行い、実際に生じる傷と本研究で得られた結果の相関を考察していく予定である。

0.15

文献0.101)
0.05

http://www.pulpmold.gr.jp/index.html

0.0020

図１０0.300.2540

Load [N]60802)JIS Z 0200(2007), 包装貨物-評価試験方法通則3)

佐藤, 中川, 水野：愛知県産業技術研究所研究報告,
4, 42(2005)

芯鞘繊維/ラテックスの添加量と傷の総量

4)

佐藤, 中川, 来川：愛知県産業技術研究所研究報告,
7, 30(2008)

5)

a: 芯鞘繊維3% 剥離剤1% ラテックス5%
b: 芯鞘繊維3% 剥離剤3% ラテックス5%
c: 芯鞘繊維5% 剥離剤1% ラテックス5%
d: 芯鞘繊維5% 剥離剤3% ラテックス5%
Control

2

S [mm ]

0.20

日本パルプモウルド工業会ホームページ

0.15
0.10
0.05
0.00
20

406080

Load [N]
図１１ 芯鞘繊維/ラテックス/剥離剤の添加量と傷の総量

JIS Z 0232(2007), 包装貨物-振動試験方法