印刷用紙の表面処理技術と耐水性向上の最新動向

印刷用紙における表面処理の役割

印刷用紙は、インクの発色や乾燥速度、摩擦や折り曲げなどの機械的強度に加え、水や油からの保護性能が求められます。
これらの性能を左右する鍵が、製紙工程の後段で行われる表面処理技術です。
塗工やサイジングにより、印刷適性と耐水性を両立させることで、商業印刷からパッケージまで幅広い用途を支えています。

主要な表面処理技術

スターチサイジング

古くから普及している手法が、デンプンを主成分とするサイジングです。
スターチ分子が繊維間の隙間を塞ぎ、インクや水分の過度な浸透を抑制します。
近年は、酸化やリン酸化で分子構造をチューニングした変性スターチが登場し、耐水性と印刷光沢を高レベルで実現しています。

SBRラテックス塗工

合成ゴム系のSBRラテックスは、顔料と併用することで、表面平滑性と柔軟性を付与します。
水分が浸透してもラテックスが網目状のバリアを形成し、寸法変化を抑えられる点が利点です。
ただし石油由来成分のため、サステナビリティの観点からバイオマスラテックスへの転換が進んでいます。

PVDCバリアコーティング

ポリ塩化ビニリデン（PVDC）は水蒸気透過率と酸素透過率が極めて低く、食品包装向けに利用されてきました。
印刷紙にも適用すると、ラベルやカップスリーブで結露に晒されてもインクがにじみにくくなります。
ただしハロゲン含有のため、焼却時の環境負荷が課題で、代替技術開発が加速しています。

耐水性向上の最新材料トレンド

ナノセルロース複合コート

セルロースナノファイバー（CNF）は、繊維径数十ナノメートル、比表面積が大きく、水素結合による高強度が特徴です。
CNFを顔料層に少量添加するだけで、紙表面の微細空隙が塞がり、水分の侵入経路を大幅に短縮できます。
また、植物由来で生分解性を持つため、プラスチック代替として注目されています。

水系ポリウレタンディスパージョン

近年、VOC規制を背景に溶剤を使わない水系樹脂が主流になっています。
水系ポリウレタンディスパージョン（PUD）は、硬度と柔軟性を両立し、薄膜でも強靭な耐水層を形成します。
さらに、ヒートシール性を持たせる改質も進み、紙パッケージの封着と印刷耐水性をワンコートで賄えるようになっています。

バリア性ワックス＆ポリオレフィンマイクロパーティクル

従来のパラフィンワックスは、水滴をはじくもののブロッキングや再溶融が課題でした。
そこで、マイクロサイズのポリエチレン粒子と天然ワックスを複合化し、耐熱ブロッキング性と撥水性を両立したグレードが登場しています。
ドライラミネートと比較して薄膜化できるため、リサイクル時のデインキング工程でも除去しやすい点がメリットです。

評価・試験方法の進化

水滴接触角と表面自由エネルギー解析

数十マイクロリットルの水滴を滴下し、静的接触角を測定する手法が一般化しています。
接触角90度以上を目標値とし、多角的な官能基解析により、コート層の極性／分散力のバランスを最適化できます。

動的浸透試験（Cobb・HST）

ISO 535に準拠したCobb試験は吸水量を定量化し、HST（Hercules Size Test）は紙内部への液浸透時間を評価します。
最新のオンラインセンサーでは、製紙ライン上でリアルタイムにCobb値を取得でき、生産条件のフィードバック制御が可能になっています。

用途別ニーズの変化

フードパッケージ

耐水性に加えて耐油性、耐水蒸気性が不可欠です。
PFAS系撥水剤に対する規制強化を受け、フルオロフリーの水系バリアコートが急拡大しています。
CNF＋PUDの多層塗工でバーガー包装紙から冷凍食品袋までカバーする事例が増えています。

屋外ポスター・バナー

溶剤インクジェットやUVインクとの適合性が重視され、表面はインク受容層、裏面は耐水バリア層というハイブリッド構成が一般化しました。
鉱物油ベースのタールやPVCを使わずに、PETフィルム並みの耐候性を持つ紙材として評価されています。

飲料用ラベル

冷蔵庫内の結露、水中の浸漬を想定し、剥離強度と耐水性のバランスが要件です。
水可溶糊を用い、リサイクル工程で容易に剥離できる設計が求められるため、表面コートは水に強いが糊側は水に溶ける「選択的耐水構造」がトレンドです。

持続可能性とリサイクルへの配慮

プラスチックストロー禁止や紙化促進の機運から、紙包装へ置き換える動きが急増しています。
しかし、過度な樹脂コーティングは古紙リサイクルを阻害するため、バリア性能と除去性を両立する設計が不可欠です。
可食性コーティングや酵素分解型樹脂など、製紙業界ならではの生分解・リパルプ適合素材が研究段階から量産化に移行しています。

最新設備とプロセス革新

多層同時塗工ヘッド

コーターヘッドを3層同時塗布型に置き換え、顔料層、バリア層、トップコート層を一工程で形成する装置が実用化しました。
工程短縮によるエネルギー削減に加え、層間接着性の向上で総バリア厚を30％削減する効果が確認されています。

電子線硬化（EB）システム

UV硬化に代わる無溶剤・無光開始剤プロセスとして、EB硬化樹脂を用いた表面処理が注目されています。
瞬時硬化により水分蒸発を伴わず、紙のシワや寸法変化が抑えられるため、高級写真集など高演色印刷で採用事例が増えています。

今後の展望

・CNFとPUDの複合化を軸に、バイオマス度80％以上の耐水コーティングが2030年までに主流化すると見込まれます。
・機能層を最小限にする超薄膜化技術が進み、再パルプ歩留まり95％超が可能な高バリア紙が登場するでしょう。
・AIによる配合設計とオンライン解析の融合で、製造条件の自動最適化が進み、品質バラツキを1/3に低減できると期待されています。

印刷用紙の表面処理技術は、環境負荷低減と高機能化の二兎を追うフェーズに入りました。
素材研究からプロセス開発、リサイクルスキームまでを一体で捉えることで、紙が切り開く新たな包装・印刷イノベーションが加速していくでしょう。