SPMC Technical Review
高バイオマス率で生分解性を有する紙用コート剤の開発
Development of biodegradable paper coating agentswith high biomass content

星光ＰＭＣ株式会社
製紙用薬品事業部 松島 輝幸
山口 翔子

1. はじめに後述するリサイクルの問題からプラスチック代替材料としての幅広い利用拡大には課題があると言える。し海洋流出プラスチックごみ問題に端を発した世界的かし、近年は欧州諸国を皮切りに、紙に水性樹脂をな脱プラスチック化の流れのなか、世界中でレジ袋塗工して機能性を付与することでその課題を克服し、やプラスチックストロー、使 い捨 てプラスチック容

紙資材の適用範囲が拡がりつつある。

器 といった食 品 包 装 関 連 資 材 に対 し、有 料 化 、製 造 ・販 売 禁 止 などの対 策 が進 められている。日

2. 『SEIKOAT®』 シリーズ

本 においても 2019 年 に策 定 されたプラスチック資 源 循 環戦 略 の中 で、2030 年 までに使 い捨 てプ

当社は、製紙用薬品、印刷インキ用樹脂の開発でラスチック 25%削 減 という目 標 が掲 げられている。

培った技術を活用し、様々な観点から脱プラスチック

この ような取 り組 みにおいて、 現 在 注 目 され て／紙化を推進するための機能性コート剤の開発を行いるのが包 装 資 材 の『紙 化 』である。実 際 に、 海っている。以下に、代表的な製品を示す。

洋プラスチックごみ問題の解決に向け 2019 年に設一つ目は『リサイクル』の観点から開発した(スチレ立された CLOMA （クリーン・オーシャン・マテリアル・ン)アクリル系エマルションである 1)。ラミネート紙は、アライアンス）でも、5 つのキーアクションの 1 つに『プ耐水性、耐油性、ヒートシール性等包装資材として十ラスチック代替素材としての紙・セルロース素材の開分な性能を持つが、一般的な製紙工場では禁忌品と発・利用』を掲げており、この指針ではプラスチック代され、リサイクルできないという大きな欠点があった。

替素材として紙・セルロース素材の導入量を 2030 年

これに対し、このエマルションを塗工した紙は、ラミネに年間 10 万トン、2050 年には年間 100 万トンに到ート紙と同レベルの諸性能を持ちながら、リサイクル達させる事を目標としている。

も可能という点を特徴とする。

紙は木を原料としたバイオマス素材であり、資源量

二つ目は『高バイオマス率＆生分解性』という観点が豊富で生分解性を有し、さらにリサイクル可能といから開発した、T-EF102、T-EF-103 である (表 1)2)。

った特徴を持つことからプラスチックの代替材料としこれらは、紙だけでなくコート層も高バイオマス率かて有力である。しかし、紙はプラスチックに比べて、液つ生分解性とすることで、最大限の環境対応実現を体に対する耐性、気体に対するバリア性、また薄膜目標とした製品である。性能は紙への防湿性付与に化や接着性等といった加工適性に課題があり、その限定されるが、この塗工紙は一般的な紙のリサイクまま包装材に利用することは困難である。また、現在ル工程に供せるだけでなく、万が一自然環境に流出使用されている紙包装材料には、表面にポリエチレしたとしても、コート層を含めた大部分が生分解されンをラミネートしたラミネート紙が多く用いられるが、ると期待できる。
1SPMC Technical Review 2021, No.3

高バイオマス率で生分解性を有する紙用コート剤の開発

米国の FDA(食品医薬品局)の連邦規則集第 21 章

これら当社の『環境対応の包装材料になる製品群』®

を『SEIKOAT 』ブランドと位置づけ、各種製品の開（21CFR）§176.170、§176.180 に適合することを基発を通じて地球環境の未来に貢献するため全社的に準に選定した。

取り組んでいる。
3-2. 基本物性
表 2 に、開発した SEIKOAT® T-EF104（＝以下、T-

表 1. T-EF102 および T-EF103 の代表的な性状、

EF104 と略す）の代表的な性状と、バイオマス率を示

バイオマス率と生分解度
T-EF102

T-EF103

不揮発分[wt%]

4040

粘度[mPa・s]

150150pH

7.56.5

バイオマス率(*1)

90%以上

85%以上

生分解度(絶対値)

75%以上

60%以上した。T-EF104 のバイオマス率は 80%以上と高い値となっている。
表 2. 基本物性とバイオマス率
T-EF104（*1）固形分中に占めるバイオマス素材の割合

不揮発分[wt%]40

粘度[mPa・s]

200

pH

6.5
80%以上

バイオマス率(*1)

本稿では、上述のバイオマス素材を使用したコート剤 T-EF102、T-EF-103 を改良し、防湿性能に加えFDA21CFR §176.170

適合§176.180適合

耐水性能の付与も可能とした SEIKOAT® T-EF104（*1）固形分中に占めるバイオマス素材の割合

について紹介する。このコート剤を使用することで、より環境負荷の少ない紙素材によってプラスチックを代3-3. 生分解性替することが可能になると考える。

表 3 に、開発した T-EF104 の生分解性を評価した

3. SEIKOAT® T-EF104

結果を示した。生分解度(絶対値）が 70%以上であり、生分解性を有している。

3-1. 基本設計
紙素材に防湿性能を付与するには、紙表面上で疎表 3. T-EF104 の生分解性評価結果

水性の塗膜を形成させる必要がある。そこで各種のT-EF104

バイオマス素材の中から疎水性の樹脂を選定し、ま生分解度 絶対値(%)（56 日）た天然に存在する乳化剤を用いて水性エマルション

72.6<生分解性試験法>化を検討した（図 1）。なお、使用する樹脂や乳化剤

JIS K6950：2000 プラスチック-水系培養液中の好気的究は安全性の観点から、世界で広く認知されている

極生分解度の求め方-閉鎖呼吸計を用いる酸素消費量の測定による方法に準拠、当社測定値（参考値）
使用活性汚泥：下水活性汚泥

バイオマス系疎水性樹脂

温度 25℃

3-4. 乾燥温度と防湿性能
T-EF104 を紙へ塗工し、その塗工紙の防湿性能のバイオマス系乳化剤評価を下記条件で実施した。

図 1. エマルション概念図
2SPMC Technical Review 2021, No.3

高バイオマス率で生分解性を有する紙用コート剤の開発

図 3 に T-EF104 塗工紙の塗工量と透湿度の関係

塗工条件：
塗工原紙

2：片艶晒クラフト （坪量 50 g/m ）を示した。塗工量の増加に応じて、防湿性が向上し、塗工方法：ワイヤーバー、ロッド#10～20

11 g/m2 以上の固形塗工量で透湿度 30 g/m2・24h

塗工量：コート剤の固形分量で表記

以下とポリエチレンラミネート並みの防湿性能を示す。

乾燥条件：80℃～150℃／30 s

さらに塗工量を増やすと固形塗工量 14 g/m2 以上で15 g/m2・24h 以下の透湿を達成できる。

透湿度測定方法：150

防湿包装材料の透湿度試験方法（カップ法）

125

透湿度[g/m2･24h]

測定時間 24 時間、測定条件 40℃－90%RH
防湿性能の発現には、紙表面上での塗膜形成が重要であるが、この塗膜形成には塗工時の乾燥温度が大きく影響する。図 2 に塗工時の乾燥温度と TEF104 塗工紙の透湿度の関係を示した。T-EF104

1007550250

塗工紙は乾燥温度が 120℃よりも高くなるにつれて6防湿性能が低下する傾向にある。これは、過剰な加78 9 10 11 12 13 14 15
塗工量(固形）[g/m2]

熱が T-EF104 の紙内部への浸透を促してしまい、紙表面に留まらなくなったことで塗膜の形成性が低下し（乾燥条件 100℃－30 s）たものと考える。T-EF104 を用いて防湿性能を得る

図 3. T-EF104 塗工紙の塗工量と透湿度の関係には塗工時の乾燥温度を高くし過ぎないことが重要
図 4 に T-EF104 塗工紙の塗工量と下記条件で測である。

透湿度[g/m2･24h]定した耐水性能（コッブ法、撥水度）の関係を示した。
400350300250200150100500

耐水性測定方法：・撥水度：JAPAN TAPPI No68 に準拠
・コッブ法：JIS P 8140 : 1998 紙および板紙−吸水度試験方法−コッブ法に準拠（塗工原紙の Cobb120 は 23 g/m2）
T-EF104 は固形塗工量 6 g/m2 以上で撥水度 R107090110 130
乾燥温度[℃]150を示し、また固形塗工量 11 g/m2 以上でコッブ法にて測定した値が 2 g/m2 以下と高い耐水性を発現する。

（T-EF104 固形塗工量 11 g/m2）

4. T-EF102、T-EF103 との比較

図 2. T-EF104 の乾燥温度と透湿度の関係

表 4 に、当社にて開発した高バイオマス率で生分解3-5. 塗工量と防湿・耐水性能性を有する防湿コート剤 T-EF102、T-EF103 との比T-EF104 の塗工量を変えて紙へ塗工し、その塗工較 デ ー タ を ま と め た 。 T-EF104 は 、 T-EF102 、 T-

紙の防湿性能・耐水性能の評価を実施した。

EF103 よりも高い防湿性能、耐水性能を示す。
3SPMC Technical Review 2021, No.3

高バイオマス率で生分解性を有する紙用コート剤の開発

20158

撥水度[R]

Cobb120[g/m2]

101056420067

8 9 10 11 12 13 14 15
塗工量(固形）[g/m2]

67

8 9 10 11 12 13 14 15
塗工量(固形）[g/m2]

図 4. T-EF104 塗工紙の塗工量と耐水性能の関係（乾燥条件 100℃－30 s）
表 4. T-EF102、T-EF103、T-EF104 のバイオマス率・生分解度と防湿・耐水性能比較
T-EF104

T-EF102

T-EF103

バイオマス率

80%以上

90%以上

85%以上

生分解度(絶対値)

70%以上

75%以上

60%以上

透湿度[g/m2・24h](*1)

308585(*2)

Cobb120

1.08.02.0(*2)

撥水度

R10R2R7(*2)

FDA21CFR §176.170

適合

適合

適合

§176.180

適合

適合

適合

(*1) 固形塗工量 11 g/m2 時の透湿度の値。塗工時の乾燥条件 100℃-30 s(*2) T-EF103 のみ、100℃の乾燥条件では防湿性能が十分発揮できないため、造膜助剤を T-EF103 の固形分に対して 5%併用した時のデータ＜評価条件＞

200・T-EF シリーズ/無機顔料＝1/1（固形分比）
・塗工量合計 11 g/m2
・乾燥条件 100℃-30 s
・造膜助剤をコート剤の固形分に対して 5%併用

透湿度[g/m2･24h]

175150125100

一方、T-EF102 および T-EF103 は、安価な無機顔75料を併用してこれらコート剤の使用量を抑え、より低50コストの塗工処方で防湿性を発現できるという特徴を25持つ。図 5 に、無機顔料としてエンジニアードカオリン

0T-EF102を併用した際の透湿度の測定結果を示すが、T-EF103 T-EF104

T-EF104 の防湿性能は無機顔料併用の系では TEF102、T-EF103 よりも劣る傾向にある。

図 5. 無機顔料併用系での透湿度
4

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高バイオマス率で生分解性を有する紙用コート剤の開発

上記の各品番の特性から、より高い防湿性能、耐・ 高い耐水性能を示す。

水性能を必要とする場合には T-EF104 を、より高い・ FDA21CFR§176.170、§176.180 に適合。

バイオマス率を必要とする場合や、無機顔料を併用

現在防湿性能、耐水性能をより高める製品開発をする場合には、T-EF102、T-EF103 を選択するなど、継続している。更には、その他の機能付与効果（例目的・使用条件に応じての使い分けを推奨している。

えばヒートシール性、耐油性）を持つ環境配慮型コート剤の製品開発にも注力しており、順次市場へ提供

5. 終わりにしていく予定である。
世界的な脱プラスチック化の流れのなかで、当社

本稿では、より環境負荷の少ないコート剤としてバは環境に配慮した機能性薬剤の開発を通じて、脱プイオマス素材を主に使用し、生分解性を有する紙用ラスチック・紙化を推し進め、地球環境の未来に貢献のコート剤 SEIKOAT® T-EF104 について紹介した。

していく所存である。

T-EF104 は、下記 5 つの特徴を持つ紙用の環境配慮型コート剤である。

＜参考文献＞

・ 固形分中におけるバイオマス素材の割合が1) 藤原康史, 紙パルプ技術タイムス, 第 63 巻(第 7 号), 15-80%以上。

19 頁(2020)

・ 生分解度(絶対値)70%以上。

2) 松島輝幸, 紙パルプ技術タイムス, 第 64 巻(第 7 号), 13-・ 紙基材に対して固形塗工量 11 g/m2 以上で15 頁(2021)

ポリエチレンラミネート並みの 30 g/m2・24h 以下の防湿性能を示す。
研究者プロフィール
星光 PMC 株式会社

星光 PMC 株式会社

製紙用薬品事業部

製紙用薬品事業部

技術統括部

技術統括部

市原研究所

市原研究所

所長 松島 輝幸

山口 翔子

(Teruyuki Matsushima)(Shouko Yamaguchi)

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