研究論文

パルプモールド緩衝材の擦り傷防止に関する研究
佐藤幹彦＊１、中川幸臣＊２、来川保紀＊２

Study on Protection from Scratches caused by the Pulp-Mold Cushion
Ｍ ikihiko SATO ＊ １ , Yukiomi NAKAGAWA ＊ ２ and Yasunori KITAGAWA ＊ ２
Industrial Technology Division, AITEC *1*2
パルプモールド緩衝材を対象に、擦り傷保護性向上対策として熱プレス加工、樹脂による処理を取りあげ、新規に考案した擦り傷評価法により、パルプモールド緩衝材の保護性を評価した。その結果、熱プレス加工では、段ボール古紙および新聞古紙に保護性向上が確認でき、パルプモールド表面の平滑化が寄与
し て い る こ と が 分 か っ た 。樹 脂 に よ る 処 理 で は 、剥 離 剤 3wt％ 内 添 、シ リ コ ン 系 樹 脂 塗 布 を 施 し た と こ ろ 、剥 離 剤 3wt％ 内 添 で 優 れ た 擦 り 傷 防 止 効 果 を 示 す こ と が 分 か っ た 。

１．はじめに環境問題や廃棄物処理問題に配慮して、パルプモール料は温度 23℃／湿度 50％R.H.の標準状態で前処置を行った後、試験を実施した。

ドや段ボールなどの紙系包装材の利用が増加している。
そして、外装箱、内装材ともに段ボール、パルプモールドの紙系包装材のみで設計するオール紙化が推進されている。そのため、被包装物は家電製品や精密機器等の脆弱な製品まで対象が広がっており、従来の緩衝材で荷扱い時の衝撃吸収が十分にできたとしても、輸送中の小さな衝撃や振動で被包装物表面に多数の傷等が発生して問題となる場合が増えている。
図 1 実験試料

特に、パルプモールド緩衝材は、原料古紙を金型に吸い付けて製造するため、表面が凹凸になりやすく製品に2.2 擦り傷評価方法

傷等が発生して大きな問題となっている。現状では、樹被包装物に対するパルプモールド緩衝材の擦り傷評価

脂系材料のシート（ミラーマット、ビニルシート等）に法は、当研究所の振動試験機を用いて、これに試作したよる簡易的な方法で保護性を高めているが、廃棄処理の試験治具を組み付けた。パルプモールド実験試料と被包面で問題がある。そこで、パルプモールド緩衝材のみで装物を想定した相手材を摩擦させて評価した。相手材に製品の保護性を向上させる包装技術を検討した。

は、包装対象の使用事例に金属製品が多いため、厚さ50μm のアルミシートを採用した。このアルミシートの２．実験方法

算術平均粗さの初期値を測定したところ、0.100μm を示した。振動条件は、トラック輸送を想定して １)、振動数

2.1 実験試料
対象はパルプモールド緩衝材とし、形状が円錐台状（突起上面の周囲長：78.5mm）、高さ 40mm、テーパ 15°の突起が４個並ぶ試料とした。図１に実験試料を示す。
突起は中空構造であり、パルプモールドの厚さは 2mm

実験試料

試験治具

（パルプモールド緩衝材）

重 錘とした。
アルミシート

パルプモールドの原料古紙は、①段ボール古紙 60％・新（厚さ 50μm）

聞古紙 40％の混合、②新聞古紙 100％、③白ＯＡ古紙加振方向100％の３種類とした。これらは、現在、一般的によく図２ 試験装置の模式図使用される原料および混合比率から選択した。なお、試＊1 工業技術部

応用技術室（現経済産業省資源エネルギー庁）＊

2 工業技術部

応用技術室

振動台

5Hz、振動加速度 0.75G、振動時間 10min２)とした。図2.0２に試験装置の模式図を示す。試験治具下部にアルミシ

1.8①段ﾎﾞｰﾙ60%・新聞紙40%

1.6
算術平均粗さ （μm）

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発生させる。
ここでは、重錘（おもり）を用いて荷重の大きさと擦り傷の関係を求めた。発生した擦り傷の評価項目は、振動試験後のアルミシートの算術平均粗さ Ra および色差と②新聞紙100%1.4③白ＯＡ古紙100%

1.21.00.80.60.4した。算術平均粗さは Form Talysurf-S5（Taylor-Hobson0.2製）、色差は測色色差計 Σ80 型（日本電色工業製）で測0.00定した。

20402.3 熱プレス加工
パルプモールドの平滑性を向上させるために、実験試

6080100荷重 (N)

図３ アルミシートの算術平均粗さの荷重による変化料にオス・メス金型による熱プレス加工を施し、擦り傷25防止効果を評価した。熱プレス加工の条件は、プレス温度 120℃、プレス時間 2〜3 秒とした。

202.4 樹脂による処理
脂を内添して成形する方法と樹脂を表面塗布する方法が

15
色差

パルプモールドの柔軟性向上に有効な処理として、樹10ある。樹脂を内添する場合、ゴム系のラテックスを使用することが考えられるが、材料コストが高いので、低コ①段ﾎﾞｰﾙ60%・新聞40%

5②新聞紙100%③白ＯＡ古紙100%スト化が期待できる製紙用剥離剤（PEC-17：明成科学工業製）を採用した。剥離剤を材料に混合させることで、00

剥離性の促進、表面の柔軟化、引裂強度の低下防止、摩20406080100

荷重 (N)

耗強度の増進などが期待できる。剥離剤の混合比は3wt％とした。表面塗布する場合の樹脂は、表面の柔軟性

図４ アルミシートの色差（Z 方向）の荷重による変化が得られるシリコン系樹脂を用いた。シリコン系樹脂希釈液に 2〜3 秒浸し、その後乾燥機により 60℃約 10 分の場合とほとんど合致しない結果となった。そのため、間乾燥させた。

色差はアルミシートを用いた擦り傷評価法の評価項目には不適切であることが分かった。

３．実験結果及び考察
3.1 擦り傷評価方法の検討

3.2 熱プレス加工の影響
一般的に、パルプモールド緩衝材に熱プレス加工を施従来の製法で成形したパルプモールド緩衝材を用いすと、圧縮強度が少し低下するが、表面が平滑になり擦て試験した場合のアルミシートの算術平均粗さ Ra の荷り傷防止に有効であると考えられている。そこで、原料重による変化を図３に示す。いずれも荷重が増加するに古紙の異なる３種類の試料について、熱プレス加工の影つれて算術平均粗さが増加する傾向を示し、原料古紙の響を測定した。パルプモールド実験試料①、②、③の熱配合条件③、②は、この順に擦り傷の発生が少なかった

プレス加工の有無による比較を図５に示す。①、②の試が、①は算術平均粗さが最も大きい値を示した。通常実料で保護性の向上が確認でき、③の白ＯＡ古紙 100％の施される包装貨物の振動試験での目視評価では、配合条試料では荷重が小さい範囲で熱プレス加工により逆に算件①の場合の擦り傷が一番多く、次に③、②の順に擦り術平均粗さが大きくなる結果となった。これは、白ＯＡ傷が多く確認された。特に①は荷重が大きい領域で擦り古紙の繊維の強さ、太さ等の特性に起因するものと考え傷が顕著に発生した。本研究の傷評価法による結果と目られる。

視評価は似た傾向を示した。

図６にパルプモールド試料表面の SEM 写真を示す。

アルミシートの擦り傷について、荷重変化と色差（Z①の場合では細い繊維が少し混在しているが、大部分は方向）の関係を図４に示す。数値が大きいほど擦り傷に0.3mm 程度の太い繊維から構成されている。一方、②のより金属光沢が露出することを示している。しかし、い試料は 0.3mm 程度の太い繊維のみからなり、③の試料

ずれの試料も荷重と色差の関係に相関が無く、目視評価は 0.1mm 程度の細い繊維から構成されていることが分かった。③では抄紙工程で脱墨を実施する時間が長いた
め、繊維が他の古紙より細くなっている可能性が高い。
そのため、熱プレス加工による影響が大きく、平滑性が向上するのと同時に古紙の柔軟性が失われ擦り傷が発生したと考えられる。熱プレス加工は、①および②では有効であるが、③では逆効果になる可能性が考えられる。
2.0

算術平均粗さ （μm）

1.8
熱プレス加工無し

1.61.4

熱プレス加工有り

1.2（ａ）①段ボール 60％・新聞古紙 40％

1.0
0.8
0.6
0.4
0.20.00204060
荷重 (N)

80

100

算術平均粗さ （μm）

（ａ）①段ボール古紙 60％・新聞古紙 40％
2.0
1.8
1.6
1.4
1.2
1.00.80.6
0.4
0.2
0.0（ｂ）②新聞古紙 100％

熱プ レス加工無し
熱プ レス加工有り

020406080100

荷重 (N)（ｂ）②新聞古紙 100％

図６ 各実験試料表面のＳＥＭ写真

2.0
1.8
算術平均粗さ （μm）

（ｃ）③白ＯＡ古紙 100％

熱プ レス加工無し

3.3 樹脂による処理の影響

1.6
1.4
1.2

熱プ レス加工有り

樹脂による処理として、①段ボール古紙 60％・新聞古紙40％に剥離剤 3wt％内添およびシリコン系樹脂表面塗布

1.00.80.60.4

した場合の荷重による算術平均粗さの変化を図７に示す。なお、図には無処理の場合の結果をあわせて示した。
また、表面処理を施したパルプモールド試料表面の SEM

0.20.0

写真を図８に示す。剥離剤 3wt％内添は、優れた擦り傷
020406080100

荷重 (N)防止効果を示したが、シリコン系樹脂の表面塗布は効果が小さかった。パルプモールド緩衝材においては、表面塗布より内添による処理の方が、表面の柔軟性が得られ（ｃ）③白ＯＡ古紙 100％やすく保護性向上に寄与すると考えられる。さらに、剥図５ 熱プレス加工による算術平均粗さの比較

離剤内添は熱プレス加工の有無によらず擦り傷防止効果

2.0
段ボール60%・新聞40%

1.8

段ボール60%・新聞40%
剥離剤3％

算術平均粗さ （μm）

1.61.4

段ボール60%・新聞40%
剥離剤3％ 熱プレス加工あり

1.2
1.00.80.6
0.40.2（ａ）剥離剤 3wt％内添0.00204060
荷重 (N)

80

100（ａ）剥離剤 3wt％内添
2.0
段ﾎﾞｰﾙ60%・新聞40%

1.8
算術平均粗さ （μm）

1.6

段ボール60%・新聞40%
シリコン系樹脂塗布

1.4
1.2

段ボール60%・新聞40%
ｼﾘｺﾝ系樹脂塗布 熱ﾌﾟﾚｽ加工あり

1.0（ｂ）シリコン系樹脂の表面塗布

0.8

図８ 樹脂処理を施した実験試料表面のＳＥＭ写真

0.6
0.4
0.2(2)熱 プ レ ス 加 工 に つ い て 、段ボール古紙 60％・新聞

0.0

古紙 40％混合およ び 新 聞 紙 100％ で は 保 護 性 能 が0204060
荷重 (N)

80100

向 上 し た が 、白ＯＡ古紙 100％では保 護 性 能 が 向 上
は 確 認 で き な か っ た 。こ れ は 古 紙 繊 維 の 特 性 、パルプモールド表面の平滑性が寄与していると考（ｂ）シリコン系樹脂の表面塗布
図７ 樹脂処理による算術平均粗さの変化えられる。
(3)樹脂処理について、剥離剤内添は優れた擦り傷防止効果を示し、シリコン系樹脂表面塗布は効果が小さかが確認されており、熱プレス加工がないため低コスト化、った。表面塗布より内添による処理の方が、表面の柔生産効率化が期待できる。

軟性が得られやすく保護性向上に寄与すると考えられ

図８の SEM 写真では、剥離剤が古紙繊維に付着してる。

表面に柔軟性が付与している様子が分かる。シリコン系

以上の結果およびコスト面、梱包の作業性を考慮する

樹脂塗布は、古紙繊維が判別できない程度に樹脂層が形と、剥離剤内添が最も優れた保護性向上技術であると思成されているが、パルプモールド表面の凹凸を十分被覆われる。今後、ダミー包装貨物を用いた包装品モデルやするまでに至っておらず、さらに厚く塗布しないと効果実際の包装品に適用して室内振動試験および実輸送試験が発揮できないと考えられる。

で実証していく予定である。さらに、本研究で考案した擦り傷評価法についても、実輸送の振動条件との相関を４．結び測定することにより試験方法として確立する予定である。

本研究の結果をまとめると、以下のとおりである。

文献(1)パルプモールド緩衝材の被包装物の擦り傷評価法について、摩擦させる相手材にアルミシート（厚さ1）JIS Z 0200(2007)，包装貨物−評価試験方法通則50μm）を使用して算術平均粗さ Ra を測定することに

2）佐藤、中川、水野：愛知県産業技術研究所研究報告，

より、目視評価と同じ傾向を示した。

4，42(2005)