JP6911005B2 - 繊維材料からの成形トレイ又はプレート及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、繊維材料からの成形トレイ又はプレートを製造する方法に関する。本発明は更に、本発明による方法を使用して製造された繊維材料からの成形トレイ又はプレートに関する。

発明の背景
トレイ及びプレート等の３次元物品は、サーモプレス（ｔｈｅｒｍｏｐｒｅｓｓｉｎｇ）又は深絞り（ｄｅｅｐ−ｄｒａｗｎｉｎｇ）によって２次元シートの板紙（ｐａｐｅｒｂｏａｒｄ）又はボール紙（ｃａｒｄｂｏａｒｄ）から製造される。成形操作に適応させるために、そのボードは、矩形のトレイの角に位置するスコアラインとして現れるたたみ目、又はひだを付けられ、又はトレイ又はプレートが円形又は楕円形である場合はその周囲に沿って分けられる。このような物品は、食品の包装に又は使い捨て食器として使用される。

典型的な包装ボードは、３層構造を有し、ケミサーモメカニカルパルプ（ＣＴＭＰ）の中間層は、ケミカルパルプの２つの外側層の間に挟まれている。ボードシートが、三次元形状に形作られるので、たたみ目、又はひだを付けられた箇所に最大の応力がかかる。そのため、その剛性と伸張力の限界に因り、ボードシートは応力が最大の箇所でクラックを生じる危険を有するという問題が生じる。

このクラック発生の問題に対する既知の改善法は、繊維シート材料の嵩を高くすることである。ＥＰ１１６０３７９Ｂ１には、包装容器用のプレス成形可能な単層又は多層の原紙（ｂａｓｅ ｐａｐｅｒ）が開示されており、その原紙は、２つの外側高密度層の間に中間低密度（嵩高）層を含むことができる。嵩を高くするために、この文献は、低密度層を製造するために使用するパルプスラリーに、発泡剤として熱膨張性マイクロカプセルを添加することを教示している。原紙が熱水を通過する際に、揮発性膨張剤が放出されて、発泡剤が発泡し、そして、原紙が乾燥されて、密度が減少した泡状構造が保存される。原紙の低密度層の厚み方向の圧縮率は１０％以上であり、成形性が向上し、クラックの発生が低減する。

繊維シートの嵩を高くすることを目的とする別の泡形成技術としては、パルプが紙又は板紙製造機のヘッドボックスからフォーミングファブリックに供給される際に、パルプを泡状懸濁液にする泡形成（ｆｏａｍ ｆｏｒｍｉｎｇ）である。泡形成による特徴は、嵩はより高いが、引張指数はより低いことである。より嵩の高い構造はより多孔質であり、より低い引張指数をもたらす。泡形成には、界面活性剤の使用が必要であるが、シートの乾燥及び湿潤の両方の引張強度に悪影響を与える。このような引張強度の損失は、界面活性剤が繊維に吸着し、これによって繊維間の水素結合が妨げられるためであると考えられる。

泡形成技術は、特にティシュペーパーの製造における使用を見出した。そうでなければ、標準的な湿式形成と比較して、強度特性が劣り、並びにスコット結合及び弾性率が劣っているので、他の種類の製紙のために泡形成を使用することは躊躇された。しかし、ＷＯ２０１３／１６０５５３は、紙又はボードの製造を教示しており、ミクロフィブリル化セルロース（ＭＦＣ）を、より長い繊維のパルプにブレンドし、泡形成を使用して繊維ウェブにしている。これによって、特に、嵩を高くした中間層を、多層ボード用に製造する。ＭＦＣは、より長い繊維間に橋かけし、これにより、得られた紙又はボードの強度を高めることを目的とする。この技術は、折り畳み式の箱用厚紙（ｂｏｘｂｏａｒｄ）及び幾つかの他の紙及びボード製品に適用できると言われている。

成形品の製造に泡を利用する別のアプローチは、ＷＯ２０１５／３６６５９に記載されている。この文献によれば、天然繊維及び合成繊維を水性泡状懸濁液にし、型に供給し、乾燥して、対応する形状を有する三次元パッケージ等の繊維製品にする。異なる泡状懸濁液を複数のステップで供給することによって、その型を使用して多層壁構造を有する製品を製造することができる。

本発明の目的は、特に、たたみ目（ｆｏｌｄｓ）でのクラック発生が問題であった成形三次元トレイ及びプレートの製造に改善をもたらす方法を見出すことである。本発明の解決策は、（ｉ）繊維パルプであって、この繊維が、少なくとも８５重量％、好ましくは９０から１００重量％の、少なくとも２．０ｍｍの平均繊維長を有する軟材繊維（ｓｏｆｔｗｏｏｄ ｆｉｂｒｅｓ）、及び多くとも１５重量％、好ましくは０から１０重量％の、約０．０５ｍｍから１．０ｍｍの繊維長を有するブローク（ｂｒｏｋｅ）から実質的になる繊維パルプを提供する工程、（ｉｉ）前記パルプを泡状懸濁液にする工程、（ｉｉｉ）前記泡状懸濁液をボード製造機のヘッドボックスからフォーミングファブリック（ｆｏｒｍｉｎｇ ｆａｂｒｉｃ）に供給して、繊維ウェブを形成する工程、（ｉｖ）前記ウェブを乾燥して、厚み方向の圧縮率が少なくとも２０％である乾燥ウェブを得る工程（２０ｋｇ／ｃｍ^２の圧縮応力を適用することによって）、及び（ｖ）前記ウェブをボードの層として含ませて、サーモプレス又は深絞りによって前記トレイ又はプレートにする工程、を特徴とする方法である。

一般的に、泡状にされるべき繊維パルプは、上で定義した繊維長を有する多くとも１５重量％の占有率のブロークとブレンドされた、上記の繊維長を有する８５重量％以上の占有率のフレッシュ軟材を含むことができる。好ましくは、ブレンドされるべき２つの成分のそれぞれの占有率は、８８重量％及び１２重量％、より好ましくは９０重量％及び１０重量％、最も好ましくは９５重量％及び５重量％である。繊維物質は、本質的に前記成分からなるが、配合物に認識できる程の影響を与えないフィラーを添加することができる。

本発明者らは、使用後に捨てることが意図された成形三次元物品の製造の場合、重要なパラメータは、その高い嵩によってもたらされる繊維ウェブの伸張性及び圧縮性であることを見出した。このような材料は、たたみ目に折り曲げて余分な材料を受け入れつつ、クラックを発生させることなく、応力が最大の箇所で伸張することによって成形に応じる。驚くべきことに、ＭＦＣを使用することなく、泡形成される繊維ブレンド物で所望の特性が得られる。パルプは、主要量の主成分として長い軟材繊維を有し、補充的に低い占有率のブロークをブレンドされている可能性があり、そのブロークは、ボードの製造に使用されるパルプの調製からの副産物（拒絶品：ｒｅｊｅｃｔｓ）であるが、これで足りる。多層ボードの場合、非泡状高密度（低嵩）層もまた含むことができるが、ブロークは通常、これらの異なる層の各層についてパルプからの拒絶品を含有することができる。ブロークに含まれるより短い繊維を、最終的なボードの成形性を犠牲にすることなく、泡状嵩高層に含むことができ、これによりプロセス全体からの廃棄物として繊維材料が残らないのが有利である。

成形工程での折り畳みの制御が改善されたことに付随して、本発明では、トレイがヒートシールされた蓋で閉じられる際、そのリムフランジ（ｒｉｍ ｆｌａｎｇｅ）に沿って三次元トレイをより確実にシールすることが可能になる。包装された食品を汚染する可能性のある漏れを防ぐために、包装された食品に混入を起こす可能性のある漏れを防ぐために、たたみ目は、リムフランジを横断的に覆って延び、溶融コーティングポリマーによってブロックされなければならない。

泡形成によって生成された嵩の高いウェブでは、本発明によると、Ａｍｂｅｒｔｅｃの標準的な形成において、０．８ｇ／ｍ＾０．５未満、好ましくは０．６ｇ／ｍ＾０．５未満、最も好ましくは０．４５ｇ／ｍ＾０．５未満であることができる。乾燥ウェブの嵩は、２．５ｃｍ^３から７ｃｍ^３の範囲であることができる。

フォーミングファブリック上の通常の湿式成形では、繊維は、縦方向（ｍａｃｈｉｎｅ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ）及び横方向（ｃｒｏｓｓ−ｍａｃｈｉｎｅ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ）（ｘ−ｙ方向）に、ファブリック又は出現するウェブの平面で配向する。しかし、泡形成では、垂直（ｚ）方向にも繊維配向があり、圧縮率が増大された多孔質嵩高構造が得られる。長い軟材繊維の占有率を最大化することにより、嵩が高くなり、且つ最大圧縮率が達成され、圧縮力がより均等に分配され、結果として、ひだ（ｗｒｉｎｋｌｅｓ）の発生がより良好に制御される。

本発明の特別な利点は、泡成形に適合した既存のボード製造機を、更なる調整なく、使用できることである。ボードの製造とそれをトレイ又はプレートにすることは、コスト効率よく行うことができる。

本発明の一実施形態によれば、泡形成層に使用される繊維の少なくとも９５重量％は、平均繊維長が２．０ｍｍ以上の軟材繊維である。このような長い軟材繊維の占有率は、９５から１００重量％であり、残りの０から５重量％は、長くとも１．０ｍｍの繊維長のブローク（ｂｒｏｋｅ）である。

本発明の別の実施形態によれば、軟材繊維は、２．０ｍｍ未満の長さを有する繊維の占有率を減らすように分別（ｆｒａｃｔｉｏｎａｔｅ）される。

本発明で使用される軟材繊維は、マツ（Ｐｉｎｕｓ）、スプルース（Ｐｉｃｅａ）又はダグラスファーの繊維であることができる。

ブロークは硬材繊維（ｈａｒｄｗｏｏｄ ｆｉｂｒｅｓ）を含むこともできる。これは、特に、ボードが、カバノキ（Ｂｅｔｕｌａ）の繊維等の、部分的に又は全体的に硬材から作られたより高密度（より低い嵩）の層を有する多層ボードである場合に当てはまる。

フォーミングファブリックに供給される泡状懸濁液は、０．６５％から２．５％の範囲内の繊維コンシステンシー（ｃｏｎｓｉｓｔｅｎｃｙ）を有することができる。これは、製紙において通常適用される約０．３５％から０．６０％のコンシステンシーをかなり上回っている。板紙及びボール紙の場合、良好な形成物を得るためには、短繊維の添加が必要となるが、これには引裂強度が弱くなるという欠点がある。しかし、泡形成を適用することによって、２．０ｍｍ以上の長い繊維の占有率を９０重量％以上まで高めつつ、ファブリックにて良好な形成物を得ることを犠牲にすることなく、コンシステンシーを高めることができる。こうして得られた嵩高ウェブは、応力が最大の箇所で損傷することなく、トレイ等の３Ｄ物品に成形することができる。

例えば、ドデシル硫酸ナトリウム（ＳＤＳ）は、泡を生成する界面活性剤として使用することができる。ヘッドボックスから供給される泡状パルプ中の界面活性剤の適切な量は、１０から１００重量ｐｐｍである。

本発明は、単一層のトレイ又はプレート並びに板紙又はボール紙等の多層材料の製造に使用することができる。好ましくは、ウェブは、上記の泡形成によって製造され、多層ボードの中間層として配置され、中間層の両側にある外側表面層は、非泡状繊維パルプから通常の水形成によって製造される。これに関連して、中間層に使用されるブロークは、外側表面層の製造からの繊維拒絶品を含むことができる。

本発明の一実施形態によれば、中間層に使用される軟材パルプはＣＴＭＰであり、外側表面層に使用されるパルプは、硬材又は硬材と軟材とのブレンドのケミカルパルプ又はＣＴＭＰである。この場合、中間層に含まれるブロークは、軟材ＣＴＭＰと硬材セルロース又はＣＴＭＰとの混合物、即ち各層用のパルプからの拒絶品を含むことができる。

本発明は、繊維材料からの成形トレイ及びプレートを包含し、これらは、上記の方法の使用によって得られる。

トレイ又はプレートを形作るためのサーモプレス又は深絞り工程では、材料に、成形品の角にて又は周囲に沿ってたたみ目、又はひだを付ける。所望される場合、たたみ目の位置を決定するために、材料に予めスコアライン（ｓｃｏｒｅ ｌｉｎｅｓ）を付けることができる。泡形成技術を使用することによって、繊維層は、スコアラインの箇所において、厚み方向に少なくとも２０％の圧縮が可能になる。

トレイを製造するために、６０ｇ／ｍ^２の重量の２つの外層の間に挟まれた１８０ｇ／ｍ^２の重量の中間層を含む３層のボードを製造したが、このボードは、これにより全重量が３００ｇ／ｍ^２である。外側層用の繊維材料は、６０重量％のカバノキ（硬材）と４０重量％のマツ（軟材）とのバージンケミカルパルプブレンドであった。中間層用の繊維材料は、９０重量％のバージンマツ（軟材）ＣＴＭＰと、３層の各一層のための繊維材料ブレンドの調製に由来する１０重量％のブロークとのブレンドであった。従って、ブロークは約２５重量％の占有率の硬材を有していた。中間層用のマツＣＴＭＰは２．０ｍｍを超える平均繊維長を有し、ブロークの繊維長は一般的に１．０ｍｍ未満であった。

中間層について、供給物（ｆｕｒｎｉｓｈ：紙原料）は、（ｉ）９０重量％のマツＣＴＭＰ、ならびに、（ｉｉ）１０重量％のブロークであって、前記マツＣＴＭＰの調製からの拒絶品と、２つの外側層製造用の、カバノキ（６０％）及びマツ（４０％）のケミカルパルプの調製からの拒絶品とを含むブロークを混合することによって製造された。水を添加して、繊維のコンシステンシーを約２％にした（最終的なフィラーを含まない）。ドデシル硫酸ナトリウム（ＳＤＳ）を界面活性剤として、供給物に添加して、それを６０から７０％の空気含量及び約５０ｐｐｍのＳＤＳ含量を有する泡状体にした。泡状体を直ちに、ボード製造機のヘッドボックスからフォーミングファブリックに供給した。泡形成ウェブをこのようにして製造し、フォーミングファブリックを介して吸引により脱水し、そして公知の方法で乾燥した。得られた乾燥ウェブは、約５ｃｍ^３／ｇの嵩及び１８０ｇ／ｍ^２の重量を有していた。

外側層について、６０重量％のカバノキセルロースと４０重量％のマツセルロース（クラフトパルプ）とを混合し、この混合物を水性供給物にし、そしてウェブをボード製造機の標準的な湿式形成技術を使用することによって製造することによって、ウェブを形成した。このようにして得られた嵩の高いウェブは、６０ｇ／ｍ^２の重量を有していた。３つのウェブをボード製造機で組合せて、最終的な３層ボード製品を形成した。

トレイを製造するため、たたみ目の位置を決定するようにスコアラインを４つの角にプレスしたボードの矩形片を提供し、次いで約８０℃の温度及び約１３％の含水率にて、２．５ｃｍの深さの矩形のトレイに熱形成した。最終的なトレイは、角にたたみ目を有し、クラックその他の損傷なく形成された。
本発明に包含され得る諸態様は、以下のとおり要約される。
［態様１］
繊維材料からの成形トレイ又はプレートを製造する方法であって、
繊維パルプであって、この繊維が、少なくとも８５重量％の、少なくとも２．０ｍｍの平均繊維長を有する軟材繊維と、多くとも１５重量％の、約０．０５ｍｍから１．０ｍｍの繊維長を有するブロークとから実質的になる、繊維パルプを提供する工程、
前記パルプを泡状懸濁液にする工程、
前記泡状懸濁液を、ボード製造機のヘッドボックスからフォーミングファブリックに供給して、繊維ウェブを形成する工程、
前記ウェブを乾燥して、厚み方向の圧縮率が少なくとも２０％である乾燥ウェブを得る工程、
前記ウェブをボードの層として含ませて、サーモプレス又は深絞りによって前記トレイ又はプレートにする工程
を特徴とする方法。
［態様２］
前記繊維パルプの前記繊維の９０から１００重量％が前記軟材繊維であり、前記ブロークの占有率が０から１０重量％であることを特徴とする、上記態様１に記載の方法。
［態様３］
前記軟材繊維が、２．０ｍｍ未満の長さを有する繊維の占有率が減少するように分別されることを特徴とする、上記態様１又は２に記載の方法。
［態様４］
前記軟材繊維が、マツ（Ｐｉｎｕｓ）、スプルース（Ｐｉｃｅａ）又はダグラスファー（Ｄｏｕｇｌａｓ ｆｉｒ）の繊維であることを特徴とする、上記態様１から３のいずれか１項に記載の方法。
［態様５］
前記ブロークが硬材繊維を含むことを特徴とする、上記態様１から４のいずれか一項に記載の方法。
［態様６］
前記フォーミングファブリックに供給された前記泡状懸濁液が、０．６５％から２．５％の範囲の繊維コンシステンシーを有することを特徴とする、上記態様１から５のいずれか一項に記載の方法。
［態様７］
泡形成によって製造された前記ウェブが、多層ボードの中間層として配置され、一方、前記中間層の両側にある外側表面層が、非泡状繊維パルプから製造されることを特徴とする、上記態様１から６のいずれか一項に記載の方法。
［態様８］
前記中間層に使用される前記ブロークは、前記外側表面層の製造からの拒絶品を含むことを特徴とする、上記態様５及び７のいずれか一項に記載の方法。
［態様９］
前記中間層に使用される軟材パルプがＣＴＭＰであり、且つ前記外側表面層用の前記パルプが硬材の化学パルプ又はＣＴＭＰであることを特徴とする、上記態様７又は８に記載の方法。
［態様１０］
上記態様１から９のいずれか一項に記載の方法の使用によって製造された繊維材料の成形トレイ又はプレート。
［態様１１］
上記態様１０に記載の成形トレイ又はプレートであって、この成形トレイ又はプレートがたたみ目を有し、上記態様１に記載の前記層が厚み方向に少なくとも２０％圧縮されたものであることを特徴とする、成形トレイ又はプレート。

Claims (11)

1. 繊維材料からの成形トレイ又はプレートを製造する方法であって、
   繊維パルプであって、この繊維が、少なくとも８５重量％の、少なくとも２．０ｍｍの平均繊維長を有する軟材繊維と、多くとも１５重量％（０重量％を除く）の、約０．０５ｍｍから１．０ｍｍの繊維長を有する繊維パルプであるブロークとから実質的になる、繊維パルプを提供する工程であって、この提供される繊維パルプにはミクロフィブリル化セルロース（ＭＦＣ）が添加されていない工程、
   前記パルプを泡状懸濁液にする工程、
   前記泡状懸濁液を、ボード製造機のヘッドボックスからフォーミングファブリックに供給して、繊維ウェブを形成する工程、
   前記ウェブを乾燥して、厚み方向の圧縮率が少なくとも２０％である乾燥ウェブを得る工程、
   前記ウェブをボードの層として含ませて、サーモプレス又は深絞りによって前記トレイ又はプレートにする工程
   を特徴とし、
   ここで、前記ブロークは、ボードの製造に使用されるパルプの調製からの副産物である拒絶品である、
   上記方法。
2. 前記繊維パルプの前記繊維の９０から１００重量％が前記軟材繊維であり、前記ブロークの占有率が０から１０重量％（０重量％を除く）であることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 前記軟材繊維が、２．０ｍｍ未満の長さを有する繊維の占有率が減少するように分別されることを特徴とする、請求項１又は２に記載の方法。
4. 前記軟材繊維が、マツ（Ｐｉｎｕｓ）、スプルース（Ｐｉｃｅａ）又はダグラスファー（Ｄｏｕｇｌａｓ ｆｉｒ）の繊維であることを特徴とする、請求項１から３のいずれか１項に記載の方法。
5. 前記ブロークが硬材繊維を含むことを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
6. 前記フォーミングファブリックに供給された前記泡状懸濁液が、０．６５％から２．５％の範囲の繊維コンシステンシーを有することを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。
7. 泡形成によって製造された前記ウェブが、多層ボードの中間層として配置され、一方、前記中間層の両側にある外側表面層が、非泡状繊維パルプから製造されることを特徴とする、請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。
8. 前記中間層に使用される前記ブロークは、前記外側表面層の製造からの繊維パルプである拒絶品を含むことを特徴とする、請求項５及び７のいずれか一項に記載の方法。
9. 前記中間層に使用される軟材パルプがＣＴＭＰであり、且つ前記外側表面層用の前記パルプが硬材の化学パルプ又はＣＴＭＰであることを特徴とする、請求項７又は８に記載の方法。
10. 請求項１から９のいずれか一項に記載の方法の使用によって製造された繊維材料の成形トレイ又はプレート。
11. 請求項１０に記載の成形トレイ又はプレートであって、この成形トレイ又はプレートがたたみ目を有し、請求項１に記載の前記層が厚み方向に少なくとも２０％圧縮されたものであることを特徴とする、成形トレイ又はプレート。