| 【発明の名称】 |
含浸繊維構造物およびその製造方法 |
| 【発明者】 |
【氏名】新見 健一
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| 【要約】 |
【課題】本発明は、繊維構造物に構造的な強度、靱性等の機能を持たせることを可能な含浸繊維構造物、および繊維構造物に小ロット対応が可能な後加工によって、繊維構造物の表層近傍と繊維構造物の厚さ方向における薬剤分布を制御し、最も効率的に繊維構造物に機能を付与する含浸繊維構造物の製造方法を提供することを目的とするものである。
【解決手段】層状の繊維構造物に、その繊維構造物を改質させるための機能性物質からなる液状の薬剤を含浸させた構造物であって、前記層状の繊維構造物の表層近傍の機能性物質からなる含浸薬剤濃度が、該含浸繊維構造物の表層近傍を除いた厚さ方向の繊維層全体に含浸された含浸薬剤濃度より高いことを特徴とする含浸繊維構造物およびその製造方法である。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】層状の繊維構造物に、その繊維構造物を改質させるための機能性物質からなる液状の薬剤を含浸させた構造物であって、前記層状の繊維構造物の表層近傍の機能性物質からなる含浸薬剤濃度が、該含浸繊維構造物の表層近傍を除いた厚さ方向の繊維層全体に含浸された含浸薬剤濃度より高いことを特徴とする含浸繊維構造物。
【請求項２】層状の繊維構造物に、その繊維構造物を改質させるための機能性物質からなる液状の薬剤を含浸させる第１の工程と、含浸された繊維構造物を乾燥させる第２の工程と、乾燥された繊維構造物を圧縮し、絞り変形する第３の工程と、圧縮、絞り変形を施された繊維構造物をもう一度乾燥させる第４の工程とを含む含浸物の製造方法であって、前記第２の工程において、繊維構造物の表層近傍のみ乾燥するように乾燥せしめ、表層近傍を除いた厚さ方向の繊維層に含浸されて存在している未乾燥の薬剤を圧縮により、薬剤濃度を一定にした上で、繊維構造物の表層近傍を除いた繊維層全体まで薬剤を分布させた後、さらに完全に乾燥硬化させることを特徴とする含浸繊維構造物の製造方法。
【請求項３】前記第１の工程において、繊維構造物の表面に前記薬剤からなる含浸剤を塗工することによって含浸することを特徴とする請求項２記載の含浸繊維構造物の製造方法。
【請求項４】前記第３の工程において、少なくとも２本以上のロール間に繊維構造物を通すことにより、繊維構造物を圧縮し、絞り変形を起こさせることを特徴とする請求項２または３記載の含浸物繊維構造物の製造方法。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、スナック菓子の折り箱、調味料等の個包装がなされたものや、缶ビールなどを集積包装するマルチパックの外層折り箱、食料品、飲料品、および小型家電製品の外装折り箱、粉末コンパクト洗剤容器の紙箱、などの包装資材として使用される紙や、不繊布および、その他の複合材料からなる繊維構造物に機能性物質を含浸させて得られる含浸繊維構造物およびその製造方法に関するものであり、さらに詳しくは繊維構造物の厚さ方向に密度勾配をつけてやることで、構造的な強度、靱性を持たせることを可能とした含浸繊維構造物およびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、環境問題が深刻化し容器類ならびに包装材料の易廃棄性が必要とされ、易焼却性リサイクル性またはリサイクル材料を使用した容器類並びに包装材料の需要が高まっており、廃棄物の増加は大きな社会問題となっている。ゴミの減容化、リサイクル化の社会的な要求は大きく、包装容器市場においても、金属管やガラス管プラスチックボトル、木箱等にかわって軽く焼却処理可能で再生紙としてリサイクルもできる紙を主材料とする容器が利用されるケースがおおくなってきている。
【０００３】プラスチック容器や金属容器に比べて、紙容器は紙素材自体の強度が弱く、変形しやすい。そのため重量物の包装容器や、大きい圧力、荷重がかかる環境で使用される場合には、要求される容器強度を満足に維持できない場合もある。しかしながら易廃棄性、リサイクル性に優れる紙製容器は、利用分野が広がるにつれてより大きい強度物性、ならびに金属材料、プラスチック材料が備える物性に近い物性が要求されている。
【０００４】従来、例えば繊維構造物の紙容器の包装設計を考える場合、包装資材原紙となる紙の機能の１つである強度を向上させる手段としては■ 紙の坪量が大きい原紙で紙厚みが厚いものを使用する方法。
■ 紙の構成要素の１つであるパルプ繊維に着目して、例えばパルプ繊維長が、大きいバージンパルプ、または繊維長が大きいパルプ繊維長を適宜使用し、抄紙工程にて紙の強度向上を目的とした薬剤を添加し、薬剤をパルプに定着させ、紙の強度を改良する方法。
■ 抄造した紙の表面に後加工して、塗工等によりクレーコート層を形成する方法。
■ ポリエチレン樹脂等のポリマーを紙の表面にラミネートする方法等が一般的に行われている。
【０００５】上記１の方法では包装設計においてコストの面から忌避される方法である。上記２の方法では紙の抄紙段階で薬剤を添加する含浸処方があるが、一般的に通常の抄紙工程では、多量の水を使用してパルプを層状に積層する工程が繰り返し行われるために、抄紙段階で薬剤を添加することは、抄紙工程数の増加および、薬剤が多量に必要であるというコストアップになるため小ロット対応の抄造は容易ではなかった上記３、４の抄造された紙の表面に後加工にて塗工等によりクレーコート層を紙の表面に設ける方法、ポリエチレン樹脂等のポリマーを紙の表面にラミネートする方法は、実際には強度自体が塗工層、またはラミネート層の厚みや、樹脂物性に依存するため必然的にコストアップを引き起こす方法であった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、繊維構造物に構造的な強度、靱性等の機能を持たせることを可能な含浸繊維構造物、および繊維構造物に小ロット対応が可能な後加工によって、繊維構造物の表層近傍と繊維構造物の厚さ方向における薬剤分布を制御し、最も効率的に繊維構造物に機能を付与する含浸繊維構造物の製造方法を提供することを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明者らは紙等の繊維構造物の厚さ方向での含浸剤の分布を制御することを課題として鋭意検討を行い本発明を完成させたものである。すなわち、請求項１記載の発明は、層状の繊維構造物に、その繊維構造物を改質させるための機能性物質からなる液状の薬剤を含浸させた構造物であって、前記層状の繊維構造物の表層近傍の機能性物質からなる含浸薬剤濃度が、該含浸繊維構造物の表層近傍を除いた厚さ方向の繊維層全体に含浸された含浸薬剤濃度より高いことを特徴とする含浸繊維構造物である。
【０００８】請求項２記載の発明は、層状の繊維構造物に、その繊維構造物を改質させるための機能性物質からなる液状の含浸剤を含浸させる第１の工程と、含浸された繊維構造物を乾燥させる第２の工程と、乾燥された繊維構造物を圧縮し、絞り変形する第３の工程と、圧縮、絞り変形を施された繊維構造物をもう一度乾燥させる第４の工程とを含む含浸物の製造方法であって、前記第２の工程において、繊維構造物の表層近傍のみ乾燥するように乾燥せしめ、表層近傍を除いた厚さ方向の繊維層に含浸されて存在している未乾燥の薬剤を圧縮により、薬剤濃度を一定にした上で、繊維構造物の表層近傍を除いた繊維層全体まで薬剤を分布させた後、さらに完全に乾燥硬化させることを特徴とする含浸繊維構造物の製造方法である。
【０００９】請求項３記載の発明は、請求項２記載の含浸繊維構造物の製造方法において、前記第１の工程において、繊維構造物の表面に前記薬剤からなる含浸剤を塗工することによって含浸することを特徴とする。
【００１０】請求項４記載の発明は、請求項２または３記載の含浸物繊維構造物の製造方法において、前記第３の工程において、少なくとも２本以上のロール間に繊維構造物を通すことにより、繊維構造物を圧縮し、絞り変形を起こさせることを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。本発明の含浸繊維構造物は、層状の繊維構造物に、その繊維構造物を改質させるための機能性物質からなる液状の薬剤を含浸させた構造物であって、前記層状の繊維構造物の表層近傍の機能性物質からなる含浸薬剤濃度が、該含浸繊維構造物の表層近傍を除いた厚さ方向の繊維層全体に含浸された含浸薬剤濃度より高いことを特徴とするものである。
【００１２】本発明で用いられる繊維構造物は、紙が使用されることが多く、ボール、クラフト等の板紙、または再生紙が主体となりクラフト紙が表層に配された板紙で、紙の厚みが３００μｍ以上の板紙が好ましく用いられる。またバージンパルプ１００％で抄造された紙であっても、故紙をリサイクルした再生紙であっても、または抄紙工程でこれらの紙を積層して抄造された原紙のいずれを使用することも可能である。特に、繊維構造物は材質、構成に限定されるものではない。
【００１３】本発明で用いられる含浸剤は、繊維構造物に強度物性、剛性、靱性、親水性、表面の撥水性等の機能を付与する機能性物質を目的に応じて適宜選択できる。一例として繊維構造物に強度物性、剛性、靱性の機能を付与する場合、含浸剤は繊維構造物の繊維の接合を強化する樹脂系の液状含浸剤が好ましく用いられる。含浸樹脂としては、アクリル、アクリル酸エステル、アクリロニトリル或いは、スチレンとブタジエンの共重合体、及びポリシラン化合物が好ましく用いられるが、特に含浸剤についてはその材質、構成に限定されるものではない。
【００１４】含浸剤の種類、含浸樹脂成分の添加量は含浸物の使用目的に応じて適宜決めてやればよいが、仮に繊維構造物の全層まで改質する必要がある場合は、添加量は含浸物の絶乾重量の１０％以下で繊維構造物の全層に分布させることができ効果が発現されるため、本発明の製造方法によって得られた含浸物は非常に効率的に繊維構造物に対して機能を付与することができ、また一般的に含浸剤は樹脂を使用するのであるが、１０％未満であるので通常の紙のリサイクルラインにて回収、リサイクルが可能である。
【００１５】次に、本発明の含浸繊維構造物の製造方法について説明する。本発明の含浸繊維構造物の製造方法は、層状の繊維構造物に、その繊維構造物を改質させるための機能性物質からなる液状の含浸剤を含浸させる第１の工程と、含浸された繊維構造物を乾燥させる第２の工程と、乾燥された繊維構造物を圧縮し、絞り変形する第３の工程と、圧縮、絞り変形を施された繊維構造物をもう一度乾燥させる第４の工程とを含む含浸物の製造方法であって、前記第２の工程において、繊維構造物の表層近傍のみ乾燥するように乾燥せしめ、表層近傍を除いた厚さ方向の繊維層に含浸されて存在している未乾燥のを圧縮により、薬剤濃度を一定にした上で、繊維構造物の表層近傍を除いた繊維層全体まで薬剤を分布させた後、さらに完全に乾燥硬化させることを特徴とするものである。
【００１６】この圧縮により乾燥硬化した部分、及び含浸されてはいるが未乾燥の部分ともに圧縮変形を受ける。圧縮変形から解放された時点で、繊維構造物は基本的には元の厚さに戻る。乾燥硬化した部分の薬剤は乾燥されているためそれ以上進展せず薬剤濃度に変化はおきない。未乾燥の部分は圧縮により含浸深さ方向に更に薬剤が浸透し結果として薬剤濃度が薄まった状態になる。
【００１７】乾燥には温度制御のできる方法であれば特に限定されない。乾燥温度時間により紙層に分布した薬剤を紙表層からどの深さまで乾燥硬化するかを調整する。
【００１８】また、前記第１の工程において、前記第１の工程において、繊維構造物の表面に前記薬剤からなる含浸剤を塗工することによって含浸することを特徴とするものである。
【００１９】また、前記第３の工程において、繊維構造物を圧縮し、絞り変形をすることを少なくとも２本以上のロール間に繊維構造物を通すことにより行われることを特徴とするものである。
【００２０】繊維構造物に含浸剤を塗工したのちに圧縮し、絞り変形をおこさせる方法としては少なくとも２本以上のロール間に含浸剤を塗布した繊維構造物を通し、圧縮変形させればよく、紙を圧縮させるロール間の間隔を変えることで、繊維構造物の圧縮変形の大きさを変えることができる。
【００２１】本発明における製造方法により製造された含浸後の繊維構造物は、含浸剤を紙層内にある一定の深さおよび全層内に展開する方法に置いて、繊維構造物内に進展させる含浸剤の濃度分布を変えることができる。
【００２２】含浸剤は繊維構造物の繊維間の接合部に付着することにより作用し、接合部を強化すると共に、繊維構造物に外的応力が作用したときの繊維のズレを防ぐ効果が極めて大きい。仮に紙基材が、一般紙容器に使われているコートボールのような板紙であり、かつ一方の面が印刷適性を上げるためにクレイコートなどで含浸され密度が上げられている基材を剛性の面で改質する必要があったとする。そうした場合には、ある程度ノーコート面表層の剛性を上げ、クレイコート層のもつ剛性と同程度に上げることで、堅い（クレイコート面）／柔らかい（中間層）／堅い（含浸乾燥硬化層）というサンドイッチ構造を繊維構造物に持たせることが望ましい。また、中間層が仮に未含浸部分があるとすると実際には堅い（クレーコート層）／一番柔らかい（未処理層）／柔らかい（含浸処理層）／堅い（含浸乾燥硬化層）の４層構成になってしまうことは好ましくない。そのため中間層での薬剤分布については、薬剤があ全くなく均一であるか、もしくは薬剤が均一な分布で存在しているかのどちらかが好ましい。
【００２３】
【実施例】以下に本発明の実施例を示す。薬剤濃度分布の違いは密度によって示してある。
【００２４】＜実施例１＞被含浸物としての繊維構造物には、故紙を再生した再生紙の表面に０．１００ｍｍのクレイコート層が設けられた紙厚さ０．３６ｍｍ、坪量３１０ｇ／ｍ2のコートボール紙を用いた。含浸剤としてはイソプロピルアルコールを溶媒とするアクリル系樹脂を固形分１０％、粘度１０ｍＰａ・ｓｅｃに調液し含浸剤として使用した。グラビアコーティング法により原紙のクレイコートの含浸されていないノーコート層の面に塗工した。直ちにオーブンにて乾燥処理を短時間行い塗工面表層近傍のみを乾燥させた。その後、紙厚の８０％、すなわち０．２９ｍｍの間隔に調整した２本の金属ロール間を通紙させ、一次含浸物を圧縮、絞り変形をおこしたのち解放させ、表層に塗工した含浸剤を紙中に展開した。次いで、オーブンにて乾燥処理を行い初期の厚みまで繊維構造物は復元させた。含浸紙中にはアクリル系樹脂が全層に含浸されている。得られた含浸紙の強度を調べるために曲げこわさ試験を行った。その結果を表１に示したように、降伏値４．７（Ｎ）、降伏角２７．９（ｄｅｇ）、初期勾配０．３０（Ｎ ／ｄｅｇ）を得た。含浸加工前の原紙に比べて降伏値は１．５（Ｎ）、降伏角は６．８（ｄｅｇ）、初期勾配は０．０９（Ｎ ／ｄｅｇ）各々大きくなり、原紙に比較しても剛性、靱性共に優れる結果を得た。また、紙密度分布を測定し、その結果を表２に示したように、初期の紙密度は、紙層（０〜２６０μｍ）で０．８５ｇ／ｃｍ3、コート層（２６０〜３６０μｍ）で０．９９ｇ／ｃｍ3、含浸後は塗工面から（０〜１８０μｍ）までは０．９１ｇ／ｃｍ3、（１８０〜２６０μｍ）までは０．８８ｇ／ｃｍ3であった。（コート層は変わらず０．９９ｇ／ｃｍ3)【００２５】＜比較例１＞被含浸物としての繊維構造物には、故紙を再生した再生紙の表面に０．１００ｍｍのクレイコート層が設けられた紙厚さ０．３６ｍｍ、坪量３１０ｇ／ｍ2のコートボール紙を用い、強度を調べるために紙目方向に試料片を切り取り、曲げこわさ試験を行った。その結果を表１に示したように、降伏値３．２（Ｎ）、降伏角２１．８（ｄｅｇ）、初期勾配０．２１（Ｎ ／ｄｅｇ）を得た。また、表２に示したように、初期の紙密度は紙層（０〜２６０μｍ）で０．８５ｇ／ｃｍ3 、コート層（２６０〜３６０μｍ）で０．９９ｇ／ｃｍ3 であった。
【００２６】＜比較例２＞繊維構造物は比較例１と同じものを被含浸物として使用した。含浸剤としてはイソプロピルアルコールを溶媒とするアクリル系樹脂を固形分１０％、粘度１０ｍＰａ・ｓｅｃに調液し含浸剤として使用した。グラビアコーティング法により原紙のクレイコートの含浸されていないノーコート層の面に塗工した。直ちにオーブンにて乾燥処理を行った。含浸紙中にはアクリル系樹脂が表層に含浸されている。得られた含浸紙の強度を調べるために曲げこわさ試験を行った。その結果を表１に示したように、降伏値３．９（Ｎ）、降伏角２３．８（ｄｅｇ）、初期勾配０．２５（Ｎ ／ｄｅｇ）を得た。含浸加工前の原紙に比べて降伏値は０．７（Ｎ）、降伏角は２（ｄｅｇ）、初期勾配は０．０４（Ｎ ／ｄｅｇ）各々大きくなり、原紙に比較しても剛性、靱性共に優れる結果を得た。また、表２に示したように、初期の紙密度は紙層（０〜２６０μｍ）で０．８５ｇ／ｃｍ3 、コート層（２６０〜３６０μｍ）で０．９９ｇ／ｃｍ3 、含浸後は塗工面から（０〜１８０μｍ）で０．９１ｇ／ｃｍ3 、（１８０〜２６０μｍ）で０．８５ｇ／ｃｍ3であった。（コート層は変わらず０．９９ｇ／ｃｍ3)【００２７】＜比較例３＞繊維構造物は比較例１と同じものを被含浸物として使用した。含浸剤としてはイソプロピルアルコールを溶媒とするアクリル系樹脂を固形分１０％、粘度１０ｍＰａ・ｓｅｃに調液し含浸剤として使用した。グラビアコーティング法により原紙のクレイコートの含浸されていないノーコート層の面に塗工した。その後、紙厚の８０％、すなわち０．２９ｍｍの間隔に調整した２本の金属ロール間を通紙させ、一次含浸物を圧縮、絞り変形をおこしたのち解放させ、表層に塗工した含浸剤を紙中に展開した。直ちにオーブンにて乾燥処理を行い初期の厚みまで繊維構造物は復元した。含浸紙中にはアクリル系樹脂が全層に含浸されている。得られた含浸紙の強度を調べるために曲げこわさ試験を行った。その結果を表１に示したように、降伏値４．４（Ｎ）、降伏角２５．９（ｄｅｇ）、初期勾配０．２９（Ｎ ／ｄｅｇ）を得た。含浸加工前の原紙に比べて降伏値は１．２（Ｎ）、降伏角は４．１（ｄｅｇ）、初期勾配は０．０８（Ｎ ／ｄｅｇ）各々大きくなり、原紙に比較しても剛性、靱性共に優れる結果を得た。また、表２に示したように、初期の紙密度は紙層（０〜２６０μｍ）で０．８５ｇ／ｃｍ3 、コート層（２６０〜３６０μｍ）で０．９９ｇ／ｃｍ3 、含浸後は塗工面から（０〜２６０μｍ）までは０．８９ｇ／ｃｍ3 であった。（コート層は変わらず０．９９ｇ／ｃｍ3)【００２８】
【表１】
【００２９】
【表２】
【００３０】
【発明の効果】本発明により、以下のような効果を奏するものである。
（１）層状の繊維構造物の片面表層近傍の機能性物質からなる含浸薬剤濃度が、該含浸繊維構造物の表層近傍を除いた厚さ方向の繊維層全体に含浸された含浸薬剤濃度より高濃度の含浸繊維構造物が得られた。
（２）これによって、繊維構造物に構造的な強度、靱性等の機能を持たせることを可能となった。
（３）後加工によって、繊維構造物の片面表層近傍と繊維構造物の厚さ方向における薬剤分布を制御し、最も効率的に繊維構造物に機能を付与し、含浸繊維構造物およびその製造方法を提供することが可能となった。
（４）これによって、小ロット対応が可能となった。
（５）材料コストを非常に安く抑えることが可能となった。
（６）繊維構造物の層厚さ方向の含浸剤の分布を制御することが可能であって、しかも含浸剤の量が少量で目的に応じた機能を発揮させることが可能となった。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００３１９３
【氏名又は名称】凸版印刷株式会社
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| 【出願日】 |
平成１２年４月４日（２０００．４．４） |
| 【代理人】 |
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| 【公開番号】 |
特開２００１−２９５１９８（Ｐ２００１−２９５１９８Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１３年１０月２６日（２００１．１０．２６） |
| 【出願番号】 |
特願２０００−１０２６０１（Ｐ２０００−１０２６０１） |
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