紙の透湿性を調整する印刷技術とパッケージ開発

紙パッケージに求められる透湿コントロールの重要性

紙は再生可能資源であり、リサイクル率も高い環境配慮型素材です。
しかし食品や医薬品、化粧品の包装に使用する場合、水蒸気の透過をどこまで許容するかが品質保持の生命線となります。
湿度が高すぎると、粉ものが固結したり、油脂が酸化したり、錠剤が崩れたりします。
反対に乾燥しすぎても、クッキーが割れる、シートマスクが乾くなどの不良が起きます。
このため「紙の透湿性を狙った値に調整する技術」が必要とされ、市場を牽引しています。

透湿性とは何か、水蒸気透過率の基礎

透湿性は一般に「水蒸気透過率（WVTR: Water Vapor Transmission Rate）」で評価します。
単位はg/m²・24hが広く使われ、一定温湿度条件下で24時間に通過した水蒸気量を表します。
低WVTRほどバリア性が高く、湿気を通しにくいことを示します。
紙の場合、原紙の繊維間隙に加え、塗工層や印刷層が微細な拡散経路を形成し、複雑な透過メカニズムになります。
よって印刷工程でバリアインクや樹脂を適切に設計することで、WVTRを1〜100g/m²・24hの幅で自在にコントロールできるようになります。

印刷技術による透湿性調整のメカニズム

シリンダーコーティングとメタリックインク

グラビアシリンダーのセル容積を精密に設計し、アルミフレークを含むメタリックインクを塗布すると、乾燥後に鱗片がレンガ状に積層します。
このラメラ構造が水蒸気の経路をジグザグに伸ばし、WVTRを1桁低減できます。
同時に高い遮光性も得られるため、光酸化を嫌う商品に有効です。

ミクロパターン印刷

フレキソやインクジェットでサブミクロン〜数ミクロンのドットパターンを敷設し、透湿バリア層と透湿孔を交互に配置します。
ドット径やピッチを変えるだけで透湿量を連続的に調整でき、製品ごとの最適値を設計値から逆算できます。
近年はデジタル印刷機の解像度向上により、同一ラインで多品種・小ロット対応が可能になりました。

微量樹脂バリア層の選択

バリア材料として水性PVA、EVOH、バリアPUなどが使われます。
溶剤レスでCO₂排出量も抑制でき、紙リサイクル工程での分離も比較的容易です。
樹脂固形分5〜10g/m²の軽量塗工でもWVTRを30g/m²・24h以下に下げられるため、ラミネートフィルムを削減したモノマテリアル設計が進んでいます。

実用化事例: 食品、医薬品、化粧品パッケージ

食品分野ではドリップコーヒー用個包装が先行事例です。
焙煎香気を保持するためWVTR5g/m²・24h以下が必要ですが、アルミ蒸着フィルムを使わず紙単層で達成し、分別廃棄の負荷を低減しました。
医薬品ではPTPシート代替として、プッシュスルー性を確保した紙ブリスターパックが商用化されつつあります。
化粧品ではフェイスマスク単包で適度に水分を保持しながらも、外部からの湿気侵入を抑える0.02mm厚のバリアコート紙が採用されています。

開発プロセスと評価方法

透湿度試験機と測定規格

JIS K 7129やASTM F1249に準拠した透湿度試験機を用い、40℃90%RHと23℃50%RHの2点で測定するのが一般的です。
印刷後シート試験、製袋後パウチ試験の双方を行い、工程間でのバリア劣化を確認します。
近年は従来4〜8時間かかった測定を30分で終える高速赤外法も普及しています。

加速試験と寿命予測

紙は吸放湿による寸法変化が起こりやすく、クラック発生がバリア性能を低下させます。
温湿度サイクル試験（10℃35%RH ⇔ 40℃90%RH）を24時間で1サイクルとし、10サイクル後のWVTR変化率をモニターします。
これにより、想定使用環境での寿命を統計モデルに落とし込みます。

SDGs時代の紙パッケージ戦略

バリア紙の導入はプラスチック使用量削減とCO₂排出抑制の両面で効果があります。
さらにFSC認証紙やバイオベースインクを組み合わせることで、Scope3排出量の可視化も進みます。
ブランド側は環境ラベルを通じて消費者へ訴求でき、企業価値向上につながります。

導入のメリットと課題

メリット
・フィルムラミネートに比べ分別しやすく、リサイクル率向上
・印刷工程のみで透湿調整が可能なため、プロセス短縮とコスト削減
・質感や印刷適性が高く、プレミアム感を演出

課題
・極端に低いWVTR（0.1g/m²・24h以下）の達成は依然難しい
・耐油、耐水性との両立には追加コーティングが必要
・古紙パルプ工程でのインク除去性を考慮した設計が不可欠

まとめ

紙の透湿性を調整する印刷技術は、メタリックインク、ミクロパターン、微量樹脂バリアなど多彩なアプローチで進化しています。
これにより、食品や医薬品、化粧品といった高付加価値商品の包装においても、紙単一素材で機能と環境性能を両立できます。
透湿性コントロールはWVTR測定と加速試験を通じて科学的に裏付けることが重要です。
今後もSDGs達成に向け、印刷会社とパッケージ開発部門が連携し、持続可能な紙バリア技術を深化させることが求められます。