防油紙(耐油紙) VOL,11 No.3 漿紙技術 (2007) 1 防油紙防油紙(耐油紙耐油紙) 蘇裕昌＊ The Greaseproof Paper (Grease-resistant Paper) Yu-Chang Su＊＊ Summary Greaseproof paper is a converted specialty paper that can resist food grease and serves as packaging material for such. By definition, grease-resistant paper is paper capable of delaying or preventing the penetration of greases. In addition, it often possesses waterproof, gas barrier, flavor keeping, surface printable, bag- and folding box-making capabilities. Main treatments to impart the property include coating and impregnating the fiber mats or laminating with metal foils or plastic films. The property is manifested as contact angles when the treated surfaces come in contact with liquid greases. Grease-resistant enabling chemicals include polyvinyldiene chloride (PVDC), acrylnitrilebutadiene rubber (NBR), methylcellulose (MC), carboxylmethyl cellulose (CMC), polyfluorethylene/propylene and polydimethylsiloxane (PDMS) etc. The advantages and shortcomings of different greaseproofing agents are noted. Surface tensions of oils and greases are between 32 to 36 dyne/cm, and coating substances having lower surface tensions tend to prevent their penetration. The methods of testing greaseproof agents and greaseproof paper, such as TAPPI oil kit test, and water repellency tests are detailed in the paper. New types of greaseproof paper using film laminate of alkoxysilanes and the mechanism of their cross-linking are described. 一、緒言一、緒言 紙張的強度主要是由纖維素纖維羥(-OH)基所形成之氫鍵結合所由來。
原本就對水沒有抵抗性，被水濕潤則易破裂，對油脂則不會如此輕易破裂因此耐油紙就如文字所示是指具有對食用油脂或低密度礦物油等油脂類有相當的耐性之紙張或紙板一般所稱的耐油紙定義為「具有能延遲油脂的滲透，或能防止油脂滲透能力的紙張」 但是，耐油紙主要的用途為作為包裝材料的應用，因此、防油紙不僅要有耐油性，同時必須具備防濕性、氣體 (空氣、氧氣等)隔離性、保香性、表面印刷適性、製袋、製盒適性等 紙張本來就是多孔性，因此對液体之滲透抵抗力就很小為了將如此性質之紙張賦與其具有耐油性，到現在為止進行很多處理對策主要的方法，是將纖維素纖維進行化學性・機械的處理或在紙張上進行塗布、含浸之加工變化紙層性質之方法 即是在紙層纖維上進行防由處理， 與直接在紙層表面貼上塑膠薄膜或金屬箔層級是變化紙層表面而得到耐油性 防水性是指纖維或紙張對水的濕潤或滲透的抵抗防油性是指纖維或紙張對油的濕潤或滲透的抵抗，液體滴在紙面上會形成如圖 1 之接觸角，接觸角大則表示液體越難往紙層內部滲透當液滴接觸在固體表面上由於液滴周圍力的平衡會形成如圖 1 之接觸角，當接觸角＞900 時濕潤現象並不會發生當接觸角＜900 時液體PDF created with pdfFactory trial version 蘇裕昌 VOL,11 No.3 漿紙技術 (2007) 2 會發生如圖 1 之濕潤現象。
此平衡之力或稱比表面能量(specific surface energy)]可以用楊氏(Young's)方程式表示之： cosӨ = (γSV －γSL) / γLV 即γSV－γSL=γLV．cosӨ γSV 、γSL 、γLV 分別為固-氣、固-液、液-氣之臨界表面張力 防水加工賦與纖維或紙張抵抗水濕潤與滲透的性質之作業防水加工中最簡單的方法就是“上膠”，上膠的方法在紙張形成前在漿料中施以上膠劑，使其定著於纖維表面的內添法及紙張形成後在表面上附著處理，或是紙張抄製後進行表面上膠(Swanson, 1989) 防油加工賦與纖維或紙張抵抗由濕潤與滲透入紙層的之作業但是，耐油紙主要的用途主要是為作為包裝材料的應用，因此、耐油紙不僅要有耐油性，同時必須具備防濕性、氣體 (空氣 、氧氣等)隔離性、保香性、 表面印刷適性、製袋、製盒適性等，且與其他包裝材料機能性配合的必要 圖 1 液 體 在 纖 維 表 面 所 形 成 接 觸角 (Lekkeld, 1998)(Swanson, 1989) PVDC：Polyvinyldienechloride PVA：Polyvinylacetate NBR：Acrylnitrilebutadiene rubber CMC：Carboxymethyl cellulose MC：Methylcellulose PET：Polyethyleneterephthalate PE：Polyethylene PP：Polypropylene EVOH：Ethylene vinyl alcohol copolymer EVA：Ethylene vinyl copolymer 圖 2 紙張耐油性賦與的方法 (高橋, 1997) PDF created with pdfFactory trial version 防油紙(耐油紙) VOL,11 No.3 漿紙技術 (2007) 3 二、紙張耐油性賦與的方法 紙層的内部具相當多數的毛細管構造，紙層內液體 滲 透 的 現 象 可 由 Lucas-Washburn 方 程 式(Washburn, 1921)說明之如圖 3。
依此方程式，液體在單位時間內往紙層內的滲透深度，由紙張中細孔的孔徑與細孔壁面液體的濕潤的難易度所決定，孔隙直徑愈小，孔隙壁面對液體濕潤愈難、滲透愈小 h2 = γr t cosθ/2 η h ：滲透深度 γ：液體的表面張力 r ：毛細管的平均半徑 t ：滲透時間 θ：液體與孔璧的接觸角 η：體的黏度 圖 3 液體紙層內部滲透的現象 (Washburn, 1921) 根據液體滲透的理論的基礎，延遲油脂往紙層中的滲透，或賦與紙張之耐油性方法，主要有以下兩種處理賦與紙張耐油性的方法主要可分紙層的處理、及紙層表面的貼合或層積處理兩類如圖 2 (一) 進行紙層的處理 纖維素纖維的化學或機械處理，紙層上進行塗布、含浸處理使變化紙層性質的方法 1.變化紙層性質得到耐油性的方法減少紙張的孔隙的方法 (1)進行纖維素纖維本身的化學或機械處理的方法 自古以來，已有利用進行纖維素纖維本身的化學性處理、或機械性處理的方法，製備孔隙小、且孔隙度少的紙張，如羊皮紙(蘇裕昌, 1998 )、格拉辛紙(蘇裕昌, 1998)等羊皮紙的製備是將原紙在硫酸浴中通過，在經水洗製成處理的原理是將纖維素的構造變化成澱粉糊(amyloid)狀，形成像漿糊狀的薄膜，阻塞纖維間的孔隙，形成細孔極少的紙張。
另一方面，格拉辛紙是以機械處理將紙漿原料經高度叩解，抄紙後再經強度超壓光處理，形成高密度、細孔很小且少的紙層構造如此處理所得的紙張如羊皮紙、格拉辛紙等，較一般的紙張有較高的耐油性，而且尚有較佳的不透濕性、保香性、透明性等 (2)進行塗布或含浸具膜形成能高的樹脂 使用樹脂塗布或含浸紙張以易形成薄膜的樹脂如 PVDC、PVA、NBR、CMC、MC 等樹脂塗布、或含浸紙張，遮蔽紙張表面之孔隙使液體無法滲入，其中較具代表性的為 PVDCPVDC 可形成其他樹脂無法得到的高結晶性塗膜，經其塗布之紙張具優越的耐油性以外，尚具防透濕性、氣體隔離性、保香性、耐粘著性 (blocking)、熱封性 (heat seal)，印刷適性等接相當優良PVDC 分為乳液型、分散型、及溶劑型等在紙面的塗布加工的方法有轆式塗布 (roll coating)，棒式 (bar coating)，汽刀式塗布 (air knife coating)等但要得到均一的無針孔皮膜，一般需 2～5 次的重複塗布 ，塗布量約在 20～40 g/m2 ，PVDC加工紙被廣泛作為包裝材料應用，其品質規定依據JIS-Z1515 測定 (二) 賦與紙張具耐油性 高分子固體表面對液體的濕潤性，可由固體的臨界表面張力(γc)與液體的表面張力(γs)比較而判斷出。
γc >γs 液體可自由的在固體表面擴張濕潤γc <γs 則液體在固體的表面，形成一定的接觸角而達到平衡，而得到防油性的賦與一般油脂的表面張力PDF created with pdfFactory trial version 蘇裕昌 VOL,11 No.3 漿紙技術 (2007) 4 γS 為 32～36 dyne/cm，代表的性的高分子材料的其値為表 1 所示由此表中所顯示纖維素的γc 為 44 dyne/cm，因而可知，紙張很容易被油脂滲透因此在紙面塗布或含浸較油脂的γS 値低的塗佈樹脂，可製備出紙面難被油脂滲透的紙張，此作業即可賦與紙張耐油性如表 1 所示氟碳化合物樹脂具有非常低的表面張力，氟碳化合物塗布製成之耐油紙紙表面由於樹脂之表面張力，使油無法滲入紙層，因此常被應用為賦與紙張耐油性的樹脂其理由為由内添、塗工/含浸等方法均可，容易賦與紙張耐油性，所使用之材料安全可應用在食品包裝用途上，即使紙張的多孔性也不成為加工障礙，紙張的可回收性及自然分解性氟碳化合物樹脂在紙上的加工方法有内添、塗布、含浸等內添的方法，一般使用陰離子性氟素化物樹脂，使用時必須添加陽離子性藥品作為定著劑在塗布、含浸時則各方法均可如上膠轆上膠法 (size press coatin)、超壓光塗布法 (calendar coating)，gravure coating，轆式塗佈 (roll coating)等，加工作業時常與聚乙烯醇 (PVA)、澱粉併用。
氟碳化合物樹脂的塗布量依所要求的耐油性的程度而異，塗布量約為(0.3～0.6 g/㎡)矽利康樹脂也是臨界表面張力低的材料，常作為紙張製備離型劑，撥水劑使用，但未常見作為耐油劑之使用例，其理由雖然不太清楚，但離型性太高，不適合作為包裝材料 表 1 各種高分子材料的臨界表面張力(高橋, 1997) 材料 臨界表面張力γc (dyne/cm) Regenerat。