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JP7577602B2 - Manufacturing method for flanged paper cup - Google Patents
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Description

本発明は、強度に優れたフランジ付き紙カップの製造方法に関するものである。 The present invention relates to a method for manufacturing a flanged paper cup with excellent strength.

持続可能な開発目標(SDGs)を達成すべく、化石燃料からの脱却が望まれており、その一つの手段としてバイオマス素材の活用が提案されている。バイオマス素材の代表例としては、バイオマス樹脂について実用化が進んでいる。 In order to achieve the Sustainable Development Goals (SDGs), there is a desire to move away from fossil fuels, and the use of biomass materials has been proposed as one way to achieve this. Biomass resin is a representative example of a biomass material that is being put to practical use.

バイオマス樹脂としては、ポリ乳酸(PLA)が知られているが、ポリエチレン、PETなどの汎用樹脂とは性質が大きく異なるため、広く普及するには至っていない。このため、再生可能な植物原料からエチレンを製造し、これを用いてバイオマス由来のポリエチレン樹脂(以下「バイオマスポリエチレン樹脂」という)を合成する取り組みが進められている(特許文献1)。 Polylactic acid (PLA) is known as a biomass resin, but its properties differ significantly from general-purpose resins such as polyethylene and PET, and so it has not yet come into widespread use. For this reason, efforts are underway to produce ethylene from renewable plant raw materials and use it to synthesize biomass-derived polyethylene resin (hereinafter referred to as "biomass polyethylene resin") (Patent Document 1).

ところが、ポリエチレン樹脂の用途は多岐に渡るため、それぞれの用途においてバイオマスポリエチレン樹脂の最適な使用態様は明らかになっていなかった。特に、本発明の対象である紙カップの用途において重要な特性であるフランジの強度等については何ら考慮されていないのが実態であった(特許文献2~4)。 However, because polyethylene resin has a wide range of uses, the optimal manner of using biomass polyethylene resin for each application has not been clarified. In particular, no consideration has been given to flange strength, an important characteristic for the application of paper cups, which is the subject of this invention (Patent Documents 2 to 4).

特表2011-506628号公報Special Publication No. 2011-506628 特開2014-133338号公報JP 2014-133338 A 特開2015-214365号公報JP 2015-214365 A 特開2017-196777号公報JP 2017-196777 A

本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、環境負荷が小さく、フランジの強度に優れたフランジ付き紙カップを得ることを目的とする。 The present invention was made in consideration of the above circumstances, and aims to provide a flanged paper cup that has a small environmental impact and excellent flange strength.

本発明者らは、外面ポリエチレン樹脂層に、低密度バイオマスポリエチレン樹脂を配合することにより、フランジ強度が著しく向上することを見出し、本発明を完成するに至った。 The inventors discovered that by blending low-density biomass polyethylene resin into the outer polyethylene resin layer, the flange strength is significantly improved, leading to the completion of the present invention.

すなわち、本発明の一実施形態は、フランジの形成された胴部と、底部とからなるフランジ付き紙カップの製造方法であって、胴部は、外面ポリエチレン樹脂層と、紙基材と、内面ポリエチレン樹脂層とをこの順に積層した積層体からなり、外面ポリエチレン樹脂層の樹脂密度が0.91g/cm3以上、0.93g/cm3未満であり、外面ポリエチレン樹脂層が、密度0.91g/cm3以上、0.93g/cm3未満の低密度バイオマスポリエチレン樹脂を含み、且つ胴部の上端をフランジ状に成型する成型工程と、フランジ成型後に熱を加える加熱工程とを設ける、ことを特徴とするフランジ付き紙カップの製造方法に関するものである。 That is, one embodiment of the present invention relates to a method for manufacturing a flanged paper cup comprising a body portion having a flange formed therein and a bottom portion, wherein the body portion is composed of a laminate comprising an outer polyethylene resin layer, a paper base material, and an inner polyethylene resin layer laminated in this order, the resin density of the outer polyethylene resin layer being 0.91 g/cm3 or more and less than 0.93 g/ cm3 , and the outer polyethylene resin layer containing a low-density biomass polyethylene resin having a density of 0.91 g/ cm3 or more and less than 0.93 g/ cm3 , and the method for manufacturing a flanged paper cup comprises a molding process for molding the upper end of the body portion into a flange shape, and a heating process for applying heat after the flange is molded.

一実施形態は、加熱工程が、対流及び/又は熱放射による加熱であることを特徴とする上記のフランジ付き紙カップの製造方法に関するものである。 One embodiment relates to a method for manufacturing the above flanged paper cup, characterized in that the heating step is heating by convection and/or thermal radiation.

一実施形態は、ポリエチレン樹脂層が、低密度バイオマスポリエチレン樹脂を少なくとも0.5質量%以上含むことを特徴とする上記のフランジ付き紙カップの製造方法に関するものである。 One embodiment relates to a method for producing the flanged paper cup described above, characterized in that the polyethylene resin layer contains at least 0.5% by mass of low-density biomass polyethylene resin.

本発明の完成により、環境負荷が小さく、フランジの強度に優れたフランジ付き紙カップを製造することが可能になった。 With the completion of this invention, it has become possible to manufacture flanged paper cups that have a small environmental impact and excellent flange strength.

一実施形態である紙カップのフランジを拡大して示す模式的断面図である。FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing an enlarged view of a flange of a paper cup according to one embodiment.

本発明は、フランジの形成された胴部と、底部とからなるフランジ付き紙カップの製造方法に関するものである。以下、詳細について説明を行う。 The present invention relates to a method for manufacturing a flanged paper cup, which consists of a body portion with a flange formed thereon and a bottom portion. The details are explained below.

フランジ付き紙カップ
胴部
胴部は、外面ポリエチレン樹脂層と、紙基材と、内面ポリエチレン樹脂層とをこの順に積層した積層体からなるものである。ポリエチレン樹脂層を有する積層体を用いることにより、接着剤等を用いることなく、底部との接合や、フランジの形成が可能である。
Flanged Paper Cup
Body The body is made of a laminate of an outer polyethylene resin layer, a paper base material, and an inner polyethylene resin layer, in that order. By using a laminate with a polyethylene resin layer, it is possible to join the bottom and form a flange without using adhesives, etc.

胴部:紙基材
積層体を構成する紙基材には特に制限はないが、非塗工紙、塗工紙などを使用できる。また、容器としての強靭さを実現する観点から紙基材の坪量は150~400g/m好ましく、更に好ましくは、250~350g/mである。
Body: Paper base material <br/> There are no particular limitations on the paper base material that constitutes the laminate, but uncoated paper, coated paper, etc. can be used. In addition, from the viewpoint of realizing the strength as a container, the basis weight of the paper base material is preferably 150 to 400 g/ m2 , and more preferably 250 to 350 g/ m2 .

非塗工紙は、原料パルプにクレー、タルク、二酸化チタン、炭酸カルシウム、水酸化アルミニウム粉末等の填料を加え、必要に応じてサイズ剤、紙力増強剤、定着剤等を添加して製造することができる。また、紙面強度を向上させるため、スチレン系樹脂、スチレン・マレイン酸樹脂、澱粉、カルボキシメチル化セルロース、ポリビニルアルコール、ポリアクリルアミド等の薬品を表面に塗工してもよい。 Uncoated paper can be produced by adding fillers such as clay, talc, titanium dioxide, calcium carbonate, and aluminum hydroxide powder to the raw pulp, and adding sizing agents, paper strength agents, and fixing agents as necessary. In addition, to improve the paper surface strength, chemicals such as styrene resin, styrene-maleic acid resin, starch, carboxymethyl cellulose, polyvinyl alcohol, and polyacrylamide may be coated on the surface.

塗工紙としては、炭酸カルシウム、二酸化チタン、水酸化アルミニウム等の顔料と、ポリビニルアルコール、スチレン・ブタジエンラテックス、メチルメタクリレート・ブタジエンラテックス等の接着剤とを含む塗工液を調整し、表面に塗工することで得ることができる。 Coated paper can be obtained by preparing a coating liquid containing pigments such as calcium carbonate, titanium dioxide, and aluminum hydroxide, and adhesives such as polyvinyl alcohol, styrene-butadiene latex, and methyl methacrylate-butadiene latex, and applying the liquid to the surface.

胴部:ポリエチレン樹脂層
紙基材の両面にはポリエチレン樹脂層が積層される。前記の通り、紙基材の両面にポリエチレン樹脂層(外面ポリエチレン樹脂層、および内面ポリエチレン樹脂層)を積層することで、接着剤等を用いることなく、胴部と底部を接合させたり、フランジの形成が可能である。
Body: polyethylene resin layer <br/> Polyethylene resin layers are laminated on both sides of the paper base material. As mentioned above, by laminating polyethylene resin layers (outer polyethylene resin layer and inner polyethylene resin layer) on both sides of the paper base material, it is possible to join the body and bottom and form a flange without using adhesives, etc.

本発明において、外面ポリエチレン樹脂層は、樹脂密度が0.91g/cm3以上、0.93g/cm3未満であり、且つ、密度0.91g/cm3以上、0.93g/cm3未満の低密度バイオマスポリエチレン樹脂を含むことが必要である。外面ポリエチレン樹脂層の樹脂密度を0.91g/cm3以上、0.93g/cm3未満とし、且つ、密度0.91g/cm3以上、0.93g/cm3未満の低密度バイオマスポリエチレン樹脂を含むことにより、フランジの強度を向上させることができる。 In the present invention, the outer polyethylene resin layer needs to have a resin density of 0.91 g/cm3 or more and less than 0.93 g/ cm3 , and contain a low-density biomass polyethylene resin having a density of 0.91 g/cm3 or more and less than 0.93 g/ cm3 . By making the resin density of the outer polyethylene resin layer 0.91 g/ cm3 or more and less than 0.93 g/ cm3 , and by containing a low-density biomass polyethylene resin having a density of 0.91 g/cm3 or more and less than 0.93 g/ cm3 , the strength of the flange can be improved.

ここで、バイオマスポリエチレン樹脂とは、植物由来のエチレンから合成されたポリエチレン樹脂を指す。植物由来のエチレンは、植物(トウモロコシ、サトウキビ、タピオカ等)を発酵させて得られたエタノール等を原料として、周知の方法により製造することができる。なお、本発明では、化石燃料由来のポリエチレン樹脂を石化ポリエチレン樹脂と称し、バイオマスポリエチレン樹脂と区別して扱う。 Here, biomass polyethylene resin refers to polyethylene resin synthesized from plant-derived ethylene. Plant-derived ethylene can be produced by well-known methods using raw materials such as ethanol obtained by fermenting plants (corn, sugar cane, tapioca, etc.). In the present invention, polyethylene resin derived from fossil fuels is referred to as petrochemical polyethylene resin and is handled to be distinguished from biomass polyethylene resin.

また、「バイオマス度」(ポリエチレン樹脂中のバイオマス由来の炭素濃度)とは、放射性炭素(C14)測定によりバイオマス由来の炭素の含有量を測定した値であり、より具体的には、バイオベース濃度試験規格「ASTM-D6866-20」に従った測定によって算出された、全炭素中におけるバイオマス起源の炭素の含有量( 質量% ) をいう。大気中の二酸化炭素にはC14が一定量含まれており、大気中の二酸化炭素を取り入れて成長する植物のC14の含有量も同程度である。一方、化石燃料にはC14が殆ど含まれていない。したがって、ポリエチレン樹脂に含まれるC14の割合を測定することにより、ポリエチレン樹脂中のバイオマス由来の炭素濃度「バイオマス度」を算出することができる。 The "biomass degree" (concentration of biomass-derived carbon in polyethylene resin) is a value obtained by measuring the amount of biomass-derived carbon by radiocarbon (C14) measurement, and more specifically, refers to the amount of biomass-derived carbon (mass%) in total carbon calculated by measurement according to the biobased concentration test standard "ASTM-D6866-20". Carbon dioxide in the atmosphere contains a certain amount of C14, and the C14 content of plants that grow by absorbing carbon dioxide from the atmosphere is also about the same. On the other hand, fossil fuels contain almost no C14. Therefore, by measuring the proportion of C14 contained in polyethylene resin, the biomass-derived carbon concentration in the polyethylene resin, the "biomass degree", can be calculated.

なお、バイオマスポリエチレン樹脂であっても、高密度バイオマスポリエチレン樹脂(密度0.93cm3以上)の場合には、樹脂の接着性が悪く、フランジの強度を向上させることができない。 Furthermore, even if the resin is biomass polyethylene, in the case of high-density biomass polyethylene resin (density 0.93 cm3 or higher), the adhesiveness of the resin is poor and the strength of the flange cannot be improved.

また、内面ポリエチレン樹脂層に配合する低密度バイオマスポリエチレン樹脂を70質量%以下とすることが好ましく、50質量%以下とすることがより好ましい。図1に示す通り、内面ポリエチレン樹脂層は、フランジの外装であり、フランジ成型機と直接的に接触する部位である。したがって、接着性に優れた低密度バイオマスポリエチレン樹脂を配合しすぎると、一次加熱工程においてフランジ成型機に細かな樹脂片(ゴミ)が付着・蓄積しやすくなり、生産性や品質の低下を招きやすい。 Furthermore, it is preferable that the low-density biomass polyethylene resin blended into the inner polyethylene resin layer is 70% by mass or less, and more preferably 50% by mass or less. As shown in Figure 1, the inner polyethylene resin layer is the exterior of the flange and is the part that comes into direct contact with the flange molding machine. Therefore, if too much low-density biomass polyethylene resin with excellent adhesive properties is blended, fine resin pieces (dust) tend to adhere and accumulate on the flange molding machine during the primary heating process, which can lead to reduced productivity and quality.

また、内面ポリエチレン樹脂層の樹脂密度を、外面ポリエチレン樹脂層の樹脂密度よりも高くすることが好ましい。図1に示す通り、内面ポリエチレン樹脂層は、フランジの外装であり、成型工程の際にフランジ成型機と直接的に接触する部位である。したがって、内面ポリエチレン樹脂層の密度を、外面ポリエチレン樹脂層の密度よりも高くして、軟化・融解しにくくすることで、樹脂片がフランジ成型機に付着・蓄積することを防止できる。 It is also preferable to make the resin density of the inner polyethylene resin layer higher than that of the outer polyethylene resin layer. As shown in Figure 1, the inner polyethylene resin layer is the exterior of the flange and is the part that comes into direct contact with the flange molding machine during the molding process. Therefore, by making the density of the inner polyethylene resin layer higher than that of the outer polyethylene resin layer and making it less likely to soften or melt, it is possible to prevent resin pieces from adhering to and accumulating on the flange molding machine.

胴部:フランジ
フランジの形状には特に制限はなく、丸状フランジや、図1に示すような角折フランジを採用することができる。フランジの成型方法については後述する。
Body: Flange There is no particular restriction on the shape of the flange, and a round flange or a bent flange as shown in Figure 1 can be used. The method of molding the flange will be described later.

底部
底部は、少なくとも紙基材からなるものである。本発明では胴部の内面にポリエチレン樹脂層が形成されているため、底部にポリエチレン樹脂層が形成されていないとしても、胴部と底部を接合させることができる。ただし、防水性の観点から、底部の内面にポリエチレン樹脂層を積層することが好ましい。なお、本発明においては、胴部の内面ポリエチレン樹脂層を“内面ポリエチレン樹脂層”と称し、底部の内面に形成されたポリエチレン樹脂層は“底部・内面ポリエチレン樹脂層”と称する。
Bottom The bottom is made of at least a paper base material. In the present invention, since a polyethylene resin layer is formed on the inner surface of the body, the body and bottom can be joined even if a polyethylene resin layer is not formed on the bottom. However, from the viewpoint of waterproofing, it is preferable to laminate a polyethylene resin layer on the inner surface of the bottom. In the present invention, the inner polyethylene resin layer of the body is referred to as the "inner polyethylene resin layer", and the polyethylene resin layer formed on the inner surface of the bottom is referred to as the "bottom/inner polyethylene resin layer".

フランジ付き紙カップの製造方法
次に、フランジ付き紙カップの製造方法について説明する。
Manufacturing method of flanged paper cups Next, a manufacturing method of flanged paper cups will be described.

胴部の作製方法
先ず、胴部の作製方法について一例を説明する。先ず、内面ポリエチレン樹脂層と、紙基材と、外面ポリエチレン樹脂層とをこの順に備える積層体を扇型に打ち抜く。次に、内面ポリエチレン樹脂層が内側に来るように巻き込み、端部でヒートシールして円筒状の胴部を作製する。
Method for Producing the Body Section <br/> First, an example of a method for producing the body section will be described. First, a laminate having an inner polyethylene resin layer, a paper base material, and an outer polyethylene resin layer in this order is punched out into a fan shape. Next, the laminate is rolled up so that the inner polyethylene resin layer is on the inside, and the ends are heat sealed to produce a cylindrical body section.

胴部の製造方法:ラミネート条件
ここで、紙基材にポリエチレン樹脂層を積層する方法としては、押出ラミネートが挙げられる。
押出ラミネートの方法としては、シングルラミネート法、タンデムラミネート法、サンドウィッチラミネート法、共押出ラミネート法などを適宜選択することができる。
Manufacturing method of the body part: Lamination conditions Here, an example of a method for laminating a polyethylene resin layer onto a paper base material is extrusion lamination.
The extrusion lamination method can be appropriately selected from the single lamination method, the tandem lamination method, the sandwich lamination method, the coextrusion lamination method, and the like.

ラミネート時のポリエチレン樹脂の(Tダイ直下)温度としては、260~350℃が好ましく、280~330℃がより好ましい。この範囲であれば、ポリエチレン樹脂層と紙基材間のラミネート強度を好適なものとすることができる。また、冷却ロールの表面温度は10~50℃の範囲で制御することが好ましい。 The temperature of the polyethylene resin (directly below the T-die) during lamination is preferably 260 to 350°C, more preferably 280 to 330°C. Within this range, the laminate strength between the polyethylene resin layer and the paper substrate can be made suitable. In addition, it is preferable to control the surface temperature of the cooling roll within the range of 10 to 50°C.

ラミネート後のポリエチレン樹脂層の厚みには特に制限はないが、30~150μmが好ましく、40~100μmがより好ましい。この範囲であれば、カップ成型後に充分なカップ強度を実現できる。 There are no particular limitations on the thickness of the polyethylene resin layer after lamination, but 30 to 150 μm is preferable, and 40 to 100 μm is more preferable. Within this range, sufficient cup strength can be achieved after the cup is molded.

また、引取速度が遅すぎると、生産性が悪いため、引取速度は40m/分以上が好ましく、60m/分がより好ましい。一方、引取速度が速すぎると、ポリエチレン樹脂がネックインしやすく生産性が低下しやすい。したがって、引張速度は130m/分以下が好ましく、110m/分以下とすることがより好ましい。 In addition, if the take-up speed is too slow, productivity is poor, so the take-up speed is preferably 40 m/min or more, and more preferably 60 m/min. On the other hand, if the take-up speed is too fast, the polyethylene resin is likely to neck in, which reduces productivity. Therefore, the pulling speed is preferably 130 m/min or less, and more preferably 110 m/min or less.

次に、エアギャップについて説明する。ここで、エアギャップとはTダイの押出口からニップロールまでの距離を指す。 Next, we will explain the air gap. Here, the air gap refers to the distance from the extrusion opening of the T-die to the nip roll.

ラミネート加工時のエアギャップを広げすぎるとポリエチレン樹脂がネックインして生産性が低下すため、エアギャップは250mm以下が好ましく、200mm以下がより好ましい。 If the air gap during lamination is too wide, the polyethylene resin will neck in and productivity will decrease, so an air gap of 250 mm or less is preferable, and 200 mm or less is even more preferable.

本発明では、ポリエチレン樹脂がエアギャップを通過している間に、オゾンガス及び/又は酸素ガスで表面処理することが好ましい。オゾンガス及び/又は酸素ガスで表面処理することにより、酸化被膜の形成を促進し、基材層との接着力を向上させることができる。オゾンガス及び/又は酸素ガスの処理量には特に制限はないが、ポリエチレン樹脂の酸化を促進する観点で0.5mg/m2以上が好ましい。 In the present invention, it is preferable to perform surface treatment with ozone gas and/or oxygen gas while the polyethylene resin is passing through the air gap. By performing surface treatment with ozone gas and/or oxygen gas, it is possible to promote the formation of an oxide film and improve the adhesive strength with the substrate layer. There is no particular restriction on the amount of ozone gas and/or oxygen gas to be treated, but from the viewpoint of promoting the oxidation of the polyethylene resin, it is preferable that the amount is 0.5 mg/m2 or more .

底部の作製方法
底部の作製方法について一例を説明する。先ず、底部・内面ポリエチレン樹脂層と、紙基材とからなる積層体(底部・内面ポリエチレン樹脂層を備えていなくてもよい)を円型に打ち抜く。次に、打ち抜いた積層体の周縁部をプレスにより折り曲げて底部を作製する。
Method for making the bottom part <br/> An example of a method for making the bottom part will be described. First, a laminate consisting of a bottom part/inner polyethylene resin layer and a paper base material (not necessarily including a bottom part/inner polyethylene resin layer) is punched into a circle. Next, the peripheral edge of the punched laminate is folded by a press to make the bottom part.

胴部と底部の接合
周縁部が折り曲げられた底部を胴部に嵌め込む。このとき、胴部の下端を折り曲げて、その隙間に底部の周縁部が挟み込まれるようにする。次に、胴部材と底板部材を熱溶着などにより接合させる。
Joining the body and bottom parts <br/>The bottom part with its folded periphery is fitted into the body part. At this time, the lower end of the body part is folded so that the periphery of the bottom part is sandwiched in the gap. Next, the body member and the bottom plate member are joined by heat welding or the like.

フランジ形成工程
本発明において、フランジの形成工程は、少なくとも胴部の上端を加熱しながらフランジ状に成型する成型工程と、フランジ成型後に熱を加える加熱工程とからなる。以下詳細に説明する。
Flange forming process In the present invention, the flange forming process includes a molding process in which at least the upper end of the body is heated while being molded into a flange, and a heating process in which heat is applied after the flange is molded. This will be described in detail below.

成型工程
成型工程は、胴部の上端を少しずつ外側に向かってカールさせてフランジを得る工程である。なお、図1のような角折状のフランジ(角折フランジ)を得る場合には、カールさせて形成されたフランジ(丸状フランジ)を鋳型に嵌め込み、上面からプレスすることで角折状に成型することができる。
Molding process <br/>The molding process is a process in which the upper end of the body is curled outward little by little to obtain a flange. When obtaining a flange with a bent corner (a bent corner flange) as shown in Figure 1, the flange formed by curling (a round flange) can be fitted into a mold and pressed from above to form a bent corner shape.

また、成型の際には、胴部上端を加熱することが好ましい。加熱することで、紙基材が軟化して成型しやすくなり、生産性や歩留まりが向上する。なお、成型加工中、常に加熱している必要はなく、紙基材の厚みや硬さ、成型速度等によって、加熱するタイミングや間隔を適宜変更することができる。例えば、紙基材が柔らかく、成型速度が速い場合には、成型工程の最初の段階や、成型の途中で加熱すればよい。一方、紙基材が厚く、成型速度が遅い場合には、常時加熱しながら加熱することが好ましい。 In addition, it is preferable to heat the upper end of the body during molding. Heating softens the paper base material, making it easier to mold, and improving productivity and yield. It is not necessary to heat the paper base material all the time during molding, and the timing and intervals of heating can be changed as appropriate depending on the thickness and hardness of the paper base material, molding speed, etc. For example, if the paper base material is soft and the molding speed is fast, heating can be applied at the beginning of the molding process or during molding. On the other hand, if the paper base material is thick and the molding speed is slow, it is preferable to heat the paper base material all the time.

加熱工程
加熱工程は、フランジ成型後にフランジに熱を加える工程である。ここで、本発明における加熱工程は、工程を設けた目的が違うため、成型工程中の加熱とは区別する。具体的には、成型加工中の加熱は主として紙基材を軟化させることを目的とするものであるが、加熱工程における加熱は、ポリエチレン樹脂層を軟化・融解させて接着力を高め、フランジをより強固に固定することを目的とするものである。
Heating process <br/>The heating process is a process in which heat is applied to the flange after the flange has been molded. Here, the heating process in the present invention is distinguished from the heating during the molding process, since the purpose of the process is different. Specifically, the heating during molding is primarily intended to soften the paper base material, whereas the heating in the heating process is intended to soften and melt the polyethylene resin layer to increase the adhesive strength and more firmly fix the flange.

また、加熱工程では、ポリエチレン樹脂層が軟化・融解する程度まで加熱する必要があり、伝熱によって加熱した場合には、機材に樹脂片が付着・蓄積して、生産性や品質が低下しやすい。したがって、機材との接触を低減できる対流及び/又は熱放射による加熱が好ましい。対流による加熱装置の例としては、オーブンが挙げられる。また、熱放射による加熱装置の例としては、赤外線ヒーターなどが挙げられる。 In addition, in the heating process, the polyethylene resin layer needs to be heated to a degree that softens and melts, and if it is heated by heat transfer, resin pieces will adhere to and accumulate on the equipment, which can lead to reduced productivity and quality. Therefore, heating by convection and/or thermal radiation, which can reduce contact with the equipment, is preferred. An example of a heating device that uses convection is an oven. An example of a heating device that uses thermal radiation is an infrared heater.

また、紙カップの用途に応じて、加熱する領域は適宜変更することができる。具体的には、外面ポリエチレン樹脂層を発泡させて発泡紙カップとして用いる場合には、フランジだけでなく紙カップ全体を加熱することができる。一方、非発泡紙カップとして用いる場合には、外面ポリエチレン樹脂層が発泡しないようにフランジ部のみを一部加熱する必要がある。 The area to be heated can be changed as appropriate depending on the application of the paper cup. Specifically, when the outer polyethylene resin layer is foamed to use it as a foamed paper cup, the entire paper cup can be heated, not just the flange. On the other hand, when it is used as a non-foamed paper cup, it is necessary to heat only a portion of the flange so that the outer polyethylene resin layer does not foam.

なお、外面ポリエチレン樹脂層に低密度バイオマスポリエチレン樹脂を配合しておらず、化石燃料由来の低密度ポリエチレン樹脂のみの場合であっても、加熱工程を経ることによってフランジ強度は向上する。しかしながら、化石燃料由来の低密度ポリエチレン樹脂は、低密度バイオマスポリエチレン樹脂と比べて接着性が低く、フランジ強度を向上させにくい。 Even if the outer polyethylene resin layer does not contain low-density biomass polyethylene resin and is made only of low-density polyethylene resin derived from fossil fuels, the flange strength is improved by undergoing a heating process. However, low-density polyethylene resin derived from fossil fuels has lower adhesiveness than low-density biomass polyethylene resin, making it difficult to improve the flange strength.

以下、実施例によって本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。なお、以下に記載する「部」及び「%」は、特段の注釈の無い限り、「質量部」及び「質量%」を表す。 The present invention will be described in more detail below with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples. Note that "parts" and "%" described below represent "parts by mass" and "% by mass" unless otherwise noted.

ポリエチレン樹脂
本実施例では、バイオマス由来の低密度バイオマスポリエチレン樹脂(B-LPDE)、高密度バイオマスポリエチレン樹脂(B-HDPE)及び化石燃料由来の低密度ポリエチレン樹脂(F-LDPE)を用いた。品名、メーカー及び樹脂密度は表1の通りである。
Polyethylene resins In this example, biomass-derived low-density biomass polyethylene resin (B-LPDE), high-density biomass polyethylene resin (B-HDPE), and fossil fuel-derived low-density polyethylene resin (F-LDPE) were used. The product names, manufacturers, and resin densities are as shown in Table 1.

Figure 0007577602000001
Figure 0007577602000001

積層体1
(工程1)紙基材の片面に、B-LDPEとB-HDPEの混合樹脂(B-LDPE:B-HDPE=40:60、密度0.943g/cm3)を押出ラミネートして、厚さ40μmの内面ポリエチレン樹脂層を積層した。(工程2)次に、紙基材を挟んで内面ポリエチレン樹脂層とは逆の面にF-LDPEを押出ラミネートして、厚さ70μmの外面ポリエチレン樹脂層を積層した(積層体1)。
Laminate 1
(Step 1) A mixed resin of B-LDPE and B-HDPE (B-LDPE:B-HDPE = 40:60, density 0.943 g/ cm3 ) was extrusion laminated onto one side of the paper substrate to form a 40 μm thick inner polyethylene resin layer. (Step 2) Next, F-LDPE was extrusion laminated onto the side opposite the inner polyethylene resin layer, sandwiching the paper substrate between them, to form a 70 μm thick outer polyethylene resin layer (Laminate 1).

紙基材及びラミネート条件は以下の通りである。
(工程1)
紙基材:水分量23g/m2、坪量320g/m2
押出温度(Tダイ出口温度):320℃
引取速度(ラミネート速度):60m/分
エアギャップ:80mm
The paper substrate and lamination conditions are as follows.
(Step 1)
Paper base material: moisture content 23g/m 2 , basis weight 320g/m 2
Extrusion temperature (T die exit temperature): 320℃
Take-off speed (lamination speed): 60m/min Air gap: 80mm

(工程2)
押出温度(Tダイ出口温度):310℃
引取速度(ラミネート速度):60m/分
エアギャップ:80mm
(Step 2)
Extrusion temperature (T die exit temperature): 310℃
Take-off speed (lamination speed): 60m/min Air gap: 80mm

積層体2~10
外面ポリエチレン樹脂層に用いる樹脂原料を表2の通り変更して積層体2~10を製造した。樹脂原料以外の条件(押出温度、引取速度等)積層体1と同様である。
Laminates 2 to 10
Laminates 2 to 10 were produced by changing the resin raw material used for the outer polyethylene resin layer as shown in Table 2. The conditions other than the resin raw material (extrusion temperature, take-up speed, etc.) were the same as those for Laminate 1.

Figure 0007577602000002
Figure 0007577602000002

試作例1
積層体1を扇型に打ち抜き、内面ポリエチレン樹脂層が内側に来るように巻き込み、端部でヒートシールして円筒状の胴部を作製した。胴部とは別に、積層体1を円型に打ち抜き、打ち抜いた積層体の周縁部をプレスにより折り曲げて底部を作製した。続いて、周縁部が折り曲げられた底部を、胴部に嵌め込み、400℃(0.5秒×2回)で熱溶着させて紙カップ(フランジ無し)を作製した。
Prototype 1
The laminate 1 was punched out into a sector shape, rolled up so that the inner polyethylene resin layer was on the inside, and the end was heat sealed to produce a cylindrical body. Separately from the body, the laminate 1 was punched out into a circle, and the peripheral portion of the punched out laminate was folded by a press to produce a bottom. The bottom portion with the folded peripheral portion was then fitted into the body and heat welded at 400°C (0.5 seconds x 2 times) to produce a paper cup (without flange).

続いて、フランジ部を420℃で0.3秒加熱し、その直後胴部の上端を外側に向かってカールさせてフランジ(丸状)を作製した。さらに鋳型に嵌め込み、上面からプレスしてフランジを角折状に成型して、フランジ付き紙カップ(加熱工程前)を得た。最後に、フランジ付き紙カップごと、120℃のオーブンで360秒加熱して、フランジ付き紙カップ(試作例1)を得た。紙カップの口径は96φ、高さ107mmである。 The flange was then heated at 420°C for 0.3 seconds, and immediately thereafter the top end of the body was curled outward to create a flange (round). It was then fitted into a mold and pressed from above to form the flange into a square fold, yielding a paper cup with a flange (before the heating process). Finally, the paper cup with flange was heated in an oven at 120°C for 360 seconds to obtain a paper cup with a flange (prototype 1). The paper cup had a mouth diameter of 96φ and a height of 107mm.

試作例2~10
表3の通り、積層体1を積層体2~10に変更して試作例2~10を作製した。積層体以外の諸条件(成型条件、加熱条件、口径等)は試作例1と同様である。
Prototype examples 2 to 10
As shown in Table 3, Prototype Examples 2 to 10 were produced by changing the laminate 1 to laminates 2 to 10. The conditions other than the laminate (molding conditions, heating conditions, aperture, etc.) were the same as those of Prototype Example 1.

(評価)
加熱工程前後のフランジ強度及び生産性を以下の基準で評価した。
(evaluation)
The flange strength and productivity before and after the heating step were evaluated according to the following criteria.

フランジ強度
圧縮試験機を用いてフランジの圧縮強度(以下「フランジ強度」と称する)を測定した。測定条件は下記の通りである。
圧縮試験機:テンシロンRTC-131OA(エー・アンド・ディー社)、100Nロードセル
測定方法:(紙カップを上から眺めたときの)胴部・ヒートシール部から時計回り90度の位置でフランジを固定し、胴部・ヒートシール部から反時計回り90度(固定位置から180度)の位置から圧力を加えて、フランジが破断したときの強度(N)をフランジ強度とした。
Flange strength The compression strength of the flange (hereinafter referred to as "flange strength") was measured using a compression tester. The measurement conditions were as follows:
Compression tester: Tensilon RTC-131OA (A&D Co.), 100N load cell Measurement method: The flange was fixed at a position 90 degrees clockwise from the body/heat seal part (when viewed from above the paper cup), and pressure was applied from a position 90 degrees counterclockwise from the body/heat seal part (180 degrees from the fixed position). The strength (N) at which the flange broke was recorded as the flange strength.

生産性
試作例毎に4万個の紙カップをフランジ成型し、成型後にフランジ成型機に付着した樹脂片の量・態様に基づいて評価を行った。
○:樹脂片の付着がない
△:フランジと接触しやすい部位(ヒーター、鋳型)に樹脂片が付着している
×:フランジ成型機内のあらゆる部分に樹脂片が付着している
Productivity <br/> For each prototype, 40,000 paper cups were flanged and evaluated based on the amount and shape of the resin pieces that adhered to the flange molding machine after molding.
○: No resin pieces attached △: Resin pieces attached to areas that are likely to come into contact with the flange (heater, mold) ×: Resin pieces attached to various parts inside the flange molding machine

Figure 0007577602000003
Figure 0007577602000003

表3より、加熱工程を経ることによってフランジ強度が向上することがわかる。これは、加熱工程によって低密度ポリエチレン樹脂が融解し、強固に接着したことが要因だと思われる。また、試作例1と試作例2~10の比較により、低密度バイオマスポリエチレン樹脂を配合することで、加熱工程後のフランジ強度がより向上することがわかる。なお、加熱工程前のフランジ強度に差がないことから、加熱工程における低密度バイオマスポリエチレン樹脂の有効性は明らかである。 From Table 3, it can be seen that the flange strength is improved by going through the heating process. This is thought to be due to the fact that the low-density polyethylene resin melts during the heating process, resulting in strong adhesion. Furthermore, a comparison of prototype 1 with prototypes 2 to 10 shows that the inclusion of low-density biomass polyethylene resin further improves the flange strength after the heating process. Furthermore, since there is no difference in the flange strength before the heating process, the effectiveness of low-density biomass polyethylene resin in the heating process is clear.

1・・・外面ポリエチレン樹脂層
2・・・内面ポリエチレン樹脂層
3・・・紙基材
1: Outer polyethylene resin layer 2: Inner polyethylene resin layer 3: Paper base material

Claims (3)

フランジの形成された胴部と、底部とからなるフランジ付き紙カップの製造方法であって、
胴部は、外面ポリエチレン樹脂層と、紙基材と、内面ポリエチレン樹脂層とをこの順に積層した積層体からなり、
外面ポリエチレン樹脂層の樹脂密度が0.91g/cm3以上、0.93g/cm3未満であり、
外面ポリエチレン樹脂層が、密度0.91g/cm3以上、0.93g/cm3未満の低密度バイオマスポリエチレン樹脂を0.5質量%以上30質量%以下含み、
内面ポリエチレン樹脂層の樹脂密度が、外面ポリエチレン樹脂層の樹脂密度よりも高く、
且つ
胴部の上端をフランジ状に成型する成型工程と、フランジ成型後に熱を加える加熱工程とを設ける、
ことを特徴とするフランジ付き紙カップの製造方法。
A method for manufacturing a flanged paper cup having a body portion with a flange and a bottom portion, comprising the steps of:
The body portion is made of a laminate having an outer polyethylene resin layer, a paper base material, and an inner polyethylene resin layer laminated in this order,
The resin density of the outer polyethylene resin layer is 0.91 g/ cm3 or more and less than 0.93 g/ cm3 ;
The outer polyethylene resin layer contains 0.5% by mass or more and 30% by mass or less of a low-density biomass polyethylene resin having a density of 0.91 g/ cm3 or more and less than 0.93 g/ cm3 ,
The resin density of the inner polyethylene resin layer is higher than the resin density of the outer polyethylene resin layer,
The method further includes a molding process for molding the upper end of the body into a flange shape, and a heating process for applying heat after the flange is molded.
A method for manufacturing a flanged paper cup, comprising the steps of:
加熱工程が、対流及び/又は熱放射による加熱であることを特徴とする 請求項1に記載のフランジ付き紙カップの製造方法。 The method for manufacturing a flanged paper cup according to claim 1, characterized in that the heating step is heating by convection and/or thermal radiation. 内面ポリエチレン樹脂層が、低密度バイオマスポリエチレン樹脂を70%以下含むことを特徴とする請求項1又は2に記載のフランジ付き紙カップの製造方法。3. The method for producing a flanged paper cup according to claim 1, wherein the inner polyethylene resin layer contains 70% or less of low-density biomass polyethylene resin.
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