ドリップコーヒー外装パウチの層とその工程 — 軟包装における押出・押出ラミネート・コーティング

「どんなに忙しくても、コーヒーの一杯くらいは」。コーヒーは世界中で知られる飲み物になりました。味わいの豊かさや多様性だけでなく、手軽に入手できることも大きな理由でしょう。日常的に目にするドリップコーヒーのパックも、粉を包む抽出用のフィルター材のほかに、香りと味わいを守るための外装パウチ（軟包装）があります。多くの人が何気なく捨ててしまうこの袋は、地味に見えて、印刷ができること、空気と水分を遮断できることが求められます。つまり数種類の材料を重ねただけのものではなく、数種類の異なる工程が重なったものなのです。

地味に見える外装パウチ。しかし、その一層一層に奥深さがあります。

三つの工程と、その組み合わせ

基本的なコーヒー外装パウチは、外側から内側に向かって5層です：PETフィルム／接着層／アルミ箔／接着層／PEまたはCPPフィルム。最外層の印刷用PETフィルムは、印刷適性を満たすために表面処理や延伸処理を施し、印刷効果と機械的特性を高めることがあります。食品に直接触れる最内層のPE（押出またはインフレーション）またはCPP（押出）フィルムには、良好なシール性が求められます。中央のアルミ箔は最も重要なバリア層で、空気・水分・光を遮断します。アルミ箔と内外のフィルム基材は異種材料であるため、押出ラミネートまたはコーティングによって接合する必要があります。ちょうどミルフィーユを作るようなもので、最終的な積層構造を安定して整ったものにするには、どの工程を用いるにせよ均一性を精密に制御しなければなりません。そしてそれこそが、押出およびコーティングラインにおけるダイの主な役割 — 平面の厚み均一性を精密に制御することです。

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パウチの構造からは、三つの異なる工程の成果が見えてきます。

押出フィルムであれ押出ラミネートであれ、押出ダイはリップ調整ボルトでリップ開度を制御し、内部マニホールドの設計と精密加工によって、高温・高速下でも樹脂の流量が均一になるようにして、厚みの均一性を実現します。そのため、原料の節約と微調整を両立させる自動制御を採用するフィルムダイも少なくありません。軟包装で押出ラミネートを行う場合、機能の違いから両面で異なる配合を用いることがあり、通常は2組のダイを配置します。そのうち1組に共押出を採用することもあれば、2組とも単一樹脂のラミネートとする場合もあります。

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押出ダイは、マニホールド設計とリップ調整ボルトによって流量を均一にし、厚みの均一性を実現します。

コーティングが不均一なのか、そもそも乗っていないのか

一方コーティングは、接着剤の特性によって用いる方式が異なります。たとえばスロットダイ、コンマロール、マイクログラビアがあり、それぞれ塗布量を均一に保つための制御方法が異なります。

コーティング工程では、コーティングダイと供給ポンプによって吐出量を精密に制御できるため、理論上は塗布量を均一にできます。しかし実際には、基材そのものの状態 — 厚みのばらつき、接着剤との相性、必要な表面処理が行われていないことなど — が結果に影響します。たとえば基材の表面エネルギーが不足していると、塗布した接着剤が点状に収縮したり、魚眼状の欠陥になったりします。これはPEやCPPフィルムで特に起こりやすく、だからこそ出荷前に処理が施されます。また、基材フィルムには製造時にスリップ剤が添加されることがあり、表面処理の効果が時間とともに低下するだけでなく、スリップ剤が徐々に表面へ移行して、処理済みの表面を覆い直してしまいます。そのため保管期間の長いフィルムでは、コーティング時に接着剤が乗らないという現象が起こります。このとき塗布量を上げても下げても効果はありません。問題は吐出量でも塗布量のばらつきでもなく、接着剤が表面にとどまらないことにあるからです。

実務では、接着剤が乗らない場合は塗布量の調整を急ぐ前に、基材表面に異常がないかを確認してください。塗布量が不均一な場合は、コーティングダイまたはコーティングギャップを確認します。

同様のことは押出ラミネート工程でも起こります。基材の状態はラミネート結果にも影響し、たとえば基材の厚みが不均一だと接着力にばらつきが生じ、ラミネート層の剥離や気泡の残留につながりやすくなります。

基材の状態と、コーティング／ラミネート後に現れる現象

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コーティング方式のほかに、接着剤が水性か溶剤型かということも、ライン全体の設計と工程に影響します。水性接着剤の蒸発潜熱は溶剤型よりはるかに大きいため、同じ乾燥炉の長さであればライン速度は遅くなります。近年広がりつつある無溶剤ラミネートは乾燥工程そのものを省くもので、その工程がない分、塗布層が薄くなるほどコーティング均一性への要求は高くなります。つまり、どの接着剤システムを選ぶかは単なるコストの問題ではなく、コーティングの均一性を達成するためにどのような設備構成が必要かという問題と密接に結びついているのです。

次に、つい捨ててしまうドリップコーヒーの外装パウチを開けるとき、少し観察してみてください。小さな袋の一層一層が、しっかりと腰があるか、シール性は良いか、厚みは均一か。どの層も異なる工程の表れです。押出フィルムであれ、押出ラミネートであれ、コーティングであれ — 精度はダイに、価値はフィルムに。