食品包装向け撥水・撥油コーティングの開発と環境規制対応

食品包装における撥水・撥油性の重要性

食品包装材は、内容物の鮮度保持と衛生確保を第一目的とします。
液体や油分が染み出ると、品質劣化やカビ発生、輸送時の汚損につながるため、撥水・撥油機能は欠かせません。
とりわけデリバリー食品やテイクアウト市場の拡大により、ソース類や揚げ物を扱う機会が増え、紙容器やフィルムに対する耐水・耐油性能の要求水準が上昇しています。
加えて、包装材の使用量そのものが増えたことで、廃棄物削減やリサイクルを前提とした環境配慮設計も求められるようになりました。
その結果、撥水・撥油コーティングは「内容物保護」と「環境規制対応」という二つの観点から技術革新が加速しています。

撥水・撥油コーティングのメカニズム

撥水・撥油性は、素材表面の自由エネルギーを低下させ、液滴との接触角を大きくすることで得られます。
水分子は表面張力が高く、低エネルギー表面に対して球状を保とうとするため、付着や浸透が起こりにくくなります。
油は水より表面張力が小さいため、本来は浸み込みやすいのですが、表面に微細な凹凸（マイクロ・ナノ構造）と低エネルギー官能基を同時に付与することで、油滴も滑落させることが可能になります。
以下に主要なコーティング手法を示します。

フッ素系コーティング

炭素フッ素結合は結合エネルギーが高く、化学的安定性が非常に優れています。
またフッ素原子は電気陰性度が高いため、分子全体の表面エネルギーを低下させ、撥水・撥油性を同時に実現できます。
従来の食品包装紙では、C8長鎖パーフルオロアルキル化合物（PFOA、PFOSなど）が用いられてきましたが、難分解性と生体蓄積性が問題視され、世界的に規制が進んでいます。

シリコーン系コーティング

シリコーンオイルやシロキサン樹脂は、Si–O結合由来の柔軟性と低表面エネルギーを備えています。
フッ素ほど低エネルギーではないものの、食品安全性が高く、カリフォルニア州プロポジション65やEU規制をクリアしやすい点がメリットです。
紙への含浸性に優れ、透明性を保持しながら防油機能を発揮できるため、ベーカリー用包装やグリースプルーフ紙に広く実装されています。

ハイブリッド・ナノコンポジット

無機シリカやゼオライトナノ粒子を、バインダー樹脂と組み合わせる方法も注目されています。
粒子表面をフッ素フリーのアルキルシランで修飾し、マイクロ・ナノ二重粗面を形成することで、滑り角5°以下の超撥水を実現する事例があります。
難燃性や酸素バリア性など、多機能化を図れる点も利点です。

最新の開発動向

生分解性ポリマーの利用

PLA（ポリ乳酸）やPBS（ポリブチレンサクシネート）を主体に、親水性を抑えた共重合や表面グラフト加工を施し、撥水性を付与する研究が進んでいます。
欧州では、堆肥化可能なコンポスタブル包装に対し、EN13432準拠が義務化されつつあり、燃焼処理を前提としない材料選択が加速しています。

ナノセルロース複合材料

セルロースナノファイバー（CNF）は、バリア性向上や力学特性強化の添加剤として広く応用されています。
しかし親水性が高いため、そのままでは耐水性に劣ります。
疎水性アルキルケイ素化や脂肪酸エステル化で改質したCNFを、紙基材表面にスプレー塗布することで、紙リサイクル工程に悪影響を与えずに撥水性を付加できることが確認されています。

水系分散体による高固形分コート

VOC削減の観点から、溶剤系から水系へ置き換えるニーズが高まっています。
アクリル・スチレンアクリルラテックスを30〜40％の高固形分で設計し、乾燥工程のエネルギー負荷を低減しながら撥油剤を共析する手法が開発されています。
転化率の高い二元乳化技術により、粒子内部に撥油モノマーを内包することで、フィルム表面へのブリードアウトを抑制し、食品接触安全性を向上させています。

環境規制の現状と対応策

PFAS規制への対応

米国EPAは、2023年にPFAS総排出量報告義務を拡大し、飲料水中の許容濃度を4pptへ大幅に引き下げました。
EUでも、REACH規則のもとでPFHxAやPFHxSの制限案が進行中です。
包装材サプライヤーは、フッ素系化合物全体を「PFAS」と一括りにして排除する動きを強めています。
代替材料として、シリコーン、ポリオレフィンワックス、アルキルキチン、脂肪酸カルシウム塩など、食品添加物リストに収載済みの安全素材が採用されるケースが増えています。

リサイクル適合性の確保

日本ではプラスチック資源循環促進法が施行され、紙やバイオマス系材料の導入が促されています。
ただし、撥油剤が紙リサイクル工程で離解を阻害したり、異臭の原因となる場合があります。
古紙パルプでの脱インキ性、漂白適性試験（INKING、BLEACHING）を事前検証し、古紙可溶樹脂（WRRC）ガイドラインをクリアする配合設計が不可欠です。

コンポスト適合性とマイクロプラスチック

堆肥化条件下で180日以内に90％以上が分解することが、ASTM D6400やISO17088などの主要規格で求められます。
撥水コーティングが架橋構造を有する場合、微生物分解が進みにくく、微小プラスチック片として残存する恐れがあります。
酵素分解性ブロック共重合体や、水酸化カルシウム触媒を用いたPLA加水分解促進技術が、残渣低減に有効と報告されています。

コーティング実装のための技術課題

基材密着性と耐摩耗性の両立

撥水・撥油層は低表面エネルギーゆえに、基材との相互作用が弱く、剥離や擦り傷が問題になります。
プライマー層として、高親和性ポリイミドやエチレンビニルアルコール共重合体（EVOH）を薄層塗布し、界面強度を確保する手法が採用されています。

低温乾燥とエネルギー効率

紙包装ラインでは、高温乾燥は紙の強度低下や黄変を招きます。
近年は、紫外線（UV）、電子線（EB）硬化型の無溶剤樹脂を利用し、ラインスピード600m/minを維持しながら乾燥エネルギーを50％削減する事例が報告されています。
一方で、食品接触用途では未反応モノマーの抽出残留が課題となるため、UV照射量と後硬化管理が必須です。

コスト対性能の最適化

フッ素フリー高機能材は、従来のC8フッ素加工紙に比べコストが1.5〜2倍になるケースが多いです。
ただし、材料費だけでなく環境負荷低減や将来の規制リスク回避を含めたトータルコストで評価すると、導入メリットが見込めます。
ライフサイクルアセスメント（LCA）やカーボンフットプリント算定を行い、削減効果を数値化して顧客に提示することが、採用拡大の鍵となります。

今後の展望

環境規制は今後一層強化され、PFAS全面禁止やマイクロプラスチック排出規制が国際的に広がる可能性があります。
食品包装向け撥水・撥油コーティングは、機能性と安全性を両立しつつ、リサイクル・コンポスト適合を求められる高度な技術領域へと進化します。
生分解性ポリマーやナノセルロース、シリコーンハイブリッドなど、多様な材料プラットフォームが競合しながら、コストダウンや大量生産性の改善が進むでしょう。
また、AIやデータ駆動型材料開発により、官能基配置や粒子設計の最適化がスピーディーに行われるようになり、規制変更に柔軟に対応できるモジュール型コーティングが主流となると予想されます。
市場ニーズと規制動向を的確に読み取り、持続可能なソリューションを提供する企業が、次世代食品包装のリーディングポジションを獲得するでしょう。