JP2001522951A

JP2001522951A - セルロース繊維の充填およびコーティング方法

Info

Publication number: JP2001522951A
Application number: JP2000519645A
Authority: JP
Inventors: トーマスジェラードシャノン
Original assignee: キンバリークラークワールドワイドインコーポレイテッド
Priority date: 1997-11-07
Filing date: 1998-10-30
Publication date: 2001-11-20
Also published as: CO5060554A1; AR014007A1; TWI224639B; EP1029123A1; CN1121533C; AU734350B2; CR5901A; CN1278878A; KR100530291B1; KR20010031854A; AU1290999A; US5928470A; ZA989988B; WO1999024660A1; BR9813951A; SV1998000132A

Abstract

(57)【要約】金属酸化物および金属水酸化物が有機金属顔愚物を繊維壁に吸収させることによって製紙繊維に組込まれ、繊維は非水溶性溶媒で乾燥またはスラリー化され、エステルを含む繊維を水と接触させ、金属酸化物または金属水酸化物を凝固させる。この結果得られた変性繊維はより大きな不透明さと別の改善された特性をこのような繊維から作られたぺーパに与えることになる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】（技術分野）様々な品質の紙を製造する際に、上の最適な特性を改善するために充填剤と不
透明剤とを組み入れることは一般的である。

【０００２】（背景技術）紙の透明さを高めることは特に、筆記用の紙とティッシュに望まれる。この点
において、製紙工程のパルプ化および形成段階中に充填材料が繊維と共にあるこ
とを確実にするために、充填材料を繊維に適切に保持することが必要である。商
業的には、このことは、陽イオンスターチまたは同様の凝固物で充填剤を凝固さ
せること、及び陽イオンまたは陰イオン保持剤を添加することで達成される。こ
のような工程使っても、充填剤の損失は顕著であり、特に低坪量または高速工程
において顕著である。充填剤の欠しい保持によって製紙フェルトが詰まり、白色
システムが故障し、生材料の費用が多くなってしまう。

【０００３】この目的のために、炭化カルシウムと、適当な塩類が繊維壁に組み込まれ、功
利的に機能する。しかし、顕著に改善された秘匿力を絶える別の金属化合物があ
る亜、このような化合物を繊維の壁に組み込む適当な方法は開発されてこなかっ
た。例えば、2酸化チタンは、炭化カルシウムに比較すると、より大きな屈折率と、より大きな分散力を有しており、ポンドを基本にして、約10倍も効率的であ
る。しかし、これらの別の化合物を製紙繊維の気泡壁に組み込む適当な方法がい
まだ発明されていない。

【０００４】従って、２酸化チタンのような高屈折指数顔料が繊維気泡壁に組み込むことが
できるパルプを作り出し、物理的特性をうまく保持すると共に、低坪量の高透明
工程または製品において充填座にきわめて高く保持される繊維を作り出すことが
必要とされる。

【０００５】（発明の開示）金属酸化物および2酸化チタンを含む金属水酸化物が製紙繊維の気泡壁の中に組み込むことができ、変性された繊維か様々な形態の紙を製造するための充填
剤または不透明剤として使うことが発見された。これらの繊維は従来の充填製品
に対し強度及び保持力が共に高まっており、ルメンがつけられたパルプに対し改
善された保持力を有し、気泡壁内に非溶解性の塩を組み入れる別の手段によって
変性された繊維にたいしより大きな透明力を有していることにより特徴づけられ
ている。

【０００６】このように、1態様において、本発明は、製紙繊維のような金属酸化物すなわち金属水素酸化変性されたセルロースパルプ繊維を製造する方法に関する。この
方法は、（ａ）パルプ繊維の非水溶性スラリーおよび非水溶性溶媒を形成し、該
繊維スラリーは、約10パーセント以上の濃度を有し、（ｂ）スラリーに、一般式
がＭ（ＯＲ）ｘ（ＯＲ1)Yの水素化可能な有機金属化合物所定量を添加し、有機金属化合物が繊維壁により吸収されるようになっており、(ｃ)フィルタリングま
たは希釈により繊維壁によって吸収されない有機化合物を任意的に取り除き、( ｄ)水を繊維に添加して、繊維壁内で式ＭａＯbの水不溶性金属酸化物または式Ｍ
C(ＯＨ)dの水不溶性金属水素酸化を促進する、段階からなり、ここでＭは、水不
溶性酸化物または水酸化物を形成する金属であればよく、Ｒ及びＲ1は有機基であり、同じであっても異なっていてもよく、Xは０−４であり、Yは０−４であり
、x+yは0より大きく、a、b、cおよびdは1以上である。R1はいかなる配位子であってもよく、これは、配位する金属分子と共有できる少なくとも１つの電子対を
有する有機または無機分子またはイオンとして定義される。この定義に含まれる
のは、電子対ドナーとして作用する一般的な簡単なドナー配位子であり、金属が
結合において利用できるオービタルを有していおり、配位子がドナー能力はない
が、電子を受け入れることのできる分子オービタルを含む非古典的なすなわちＩ
Ｉ結合配位子である。

【０００７】別の態様において、本発明は、約0.5から約60重量パーセントの式ＯａＯbの金
属酸化物または式Ｍc(OH)dの金属水酸化物から形成された変性パルプ繊維に関し
、M,a,b,cおよびdは上述で定義したとおりである。

【０００８】別の態様において、本発明は、約0.5から約60重量パーセントの式ＯａＯbの金
属酸化物または式Ｍc(OH)dの金属水酸化物から形成された変性パルプ繊維からな
る紙、特にソフトティッシュに関し、M,a,b,cおよびdは上述で定義したとおりで
ある。

【０００９】本明細書において、水不溶性とは、100立方センチメートルあたり0.2グラム未
満の冷水(4℃）における溶解性を有することを意味する。適切な非水溶性溶媒は、イソプロピルアルコール、１プロパノル、１ブタノー
ル、アセトン、２エチルヘキサノル、メタノール、及びエタノールを含むがこれ
らに限定されるものではない。一般的に、極性溶媒が好まれるが、これは、本発
明において重要な態様ではない。

【００１０】製紙繊維の非水溶性スラリーの濃度(パーセント固体）は、重要ではないが、約１０から１００％である。有機金属化合物が乾燥製紙繊維(１００パーセント濃度）に導入されるが、約２０から約９５重量パーセントを有する非水溶性スラ
リーが、改善された湿潤性に関し重要である。

【００１１】ＲおよびＲ1に関し、適当な有機基は、メチル、エチル、プロピル、ブチル、２エチルヘキシル、イソブチル、イソプロピル、ヘキシル、オクチル、オクタデ
シル、ドデシル、ペンタネジオネートおよびアセチルアセトネートを含むがこれ
らに限定されない。Ｒ1が配位子である場合、適当な化合物は、制限されることなく、マックレディーに付与された米国特許第4,452,969号に開示されているように、メチルサリシレート、マレン酸、およびグリシンまたはジブチルタートレートのような置換
されたカルボキシル酸、ブルネルに付与された同第4,452,970号に開示されている、オーソ置換ヒドロキシ芳香族化合物および、ボーマンに付与された同第5,45
3,479号に開示されているように、フォスホリン酸、ジフェニルリン酸、ジブチルリン酸、ジイソプロピルリン酸及びジフェニールデシルリン酸を含んでおり、
これら特許は本発明の明細書の一部として引用する。

【００１２】製紙に関し、好ましい有機金属化合物はIIIAおよびIVA群の金属から形成されたものであり、チタンとジルコニウムが最も好ましい。適切な有機金属化合物は
、イソプロポキシドチタン（IV）、ブトキシドチタン（IV）,２エチルヘキシオキシドチタン（IV）、エトキシドチタン（IV）、プウロポキシドチタン（IV）、
ジイソプロポキシドビス（２，４−ペンタンジオネート）チタン、プロポキシド
ジルコニウム（IV）、エトキシドジルコニウム（IV）、ブトキシドジルコニウム
（IV）,イソプロポキシドジルコニウム（IV）（およびイロプロパノールとの混合物）、t−ブトキシドジルコニウム（IV）、アクセチラセトネートジルコニウム（IV）、イソプロオキシドイットリウム（III）,エトシキドイットリウム（II
I）、酸化イソプロポキシドイットリウム、エトキシドハフニウム（IV）,エトキ
シドイスカンジウム（III）,ｔ￥エトキシドタンタルム（Ｖ），エトキシドバナ
ジウム（IV）、エトキシドニオビウム（V）、イソプロポキシドセリウム（IV）(
およびイロプロパノール混合物)）、イソプロポキシドバリウム、およびメトキシド銅（II）を含むが、これらに限定されるものではない。

【００１３】これらの有機化合物は適当な有機溶媒内の溶液として製紙繊維に添加できる。
有機化合物を繊維に添加する特に適当な手段は、製紙繊維をスラリー化するのに
しようされる同一の非水溶溶媒の溶液の形態である。このような溶液は、最終製
品において望まれる濃度によって、約1から100重量パーセント、より詳細には、
約10から約100重量パーセントの有機化合物を含むことができる。

【００１４】

【実施例】

例では、チタン２酸化物が充填されたパルプを形成するための方法を表す。水がイソプロピルアルコールで21.9パーセントの濃度にまで変位されている乾
燥されていない針葉樹クラフトパルプ46.6グラム(10グラムオーブン乾燥重量）がニトロゲンパージが設けられた1リットルのフラスコの中に配置された。200ミ
リリットルのチタン酸イソプロ（アードリッヒ９７％）がフラスコに導入され、
スラリーが室温で30分のあいだスタンドできた。次いでスラリーがろ過されて過
度のチタン（ＩＶ）酸化イソプロを取り除いた。

【００１５】ついで、繊維がフラスコに戻され、500ミリリットルの希釈水がフラスコに入れられた。2酸化チタンの白色沈殿物が直ちに作られた。パルプは、ろ過され、水で何回か、洗浄され、過度の2酸化チタンを取り除く前に10分間水の中にあった。次いでパルプは、すべてのニトが取り除かれるまで、4分の間ワーニングブレンダーにおいて高速で攪拌することによって繊維化された。パルプは、透明な
ろ過が200メッシュスクリーンを介し得られるまで洗浄された。パルプは、乾燥され、灰化によって判断されるように39.8％の2酸化チタンを有するものとして判定された。

【００１６】 2.0グラムの処理され洗浄されたパルプが取られ、500ミリリットルの水のキッ
チンブレンダー内に配置された。サンプルが、2分間高速で混合された。サンプルはろ過され（透明なろ過液が得られた）、灰化によって定義される38.6％の配
分を有するように求められた。97％の灰分の保持が繊維の気泡壁の中にしっかり
と埋め込まれたことを表している。

【００１７】例２この例は水が配置されたパルプを使用することを表している。乾燥されないユーカリパルプの例が4時間125℃で乾燥され、99.5％の濃度になった。10グラムの乾燥されたパルプが、窒素パージに設けられた250ミリリットルのフラスコの中に配置された。100ミリリットルのチタン（ＩＶ）酸化イソプロがフラスコに導入された。良好な湿潤状態が記録された。サンプルは、60分
の間、窒素状態で直立していた。次いでパルプは、過度のチタン酸化イソプロを
取り除くためにろ過され、反応容器に戻された。100ミリリットルの水がフラスコの中に導入されて、そのときは、2酸化チタンの白色沈殿物が繊維に記された。パルプは、繊維上に凝固したかどの2酸化チタンを取り除くためにろ過され、洗浄される前に、30分の間、水なかにあった。すべてのニトが取り除かれるまで
、4分の間ワーニングブレンダーにおいて高速で攪拌することによって繊維化された。パルプは、透明なろ過が200メッシュスクリーンを介し得られるまで洗浄された。パルプは、乾燥され、灰化によって判断される27.8％の2酸化チタンを有するものとして判定された。

【００１８】 2.0グラムの処理され洗浄されたパルプが取られ、500ミリリットルの水のキッ
チンブレンダー内に配置された。サンプルが、2分間高速で混合された。サンプルはろ過され（透明なろ過液が得られた）、灰化によって求められる23.2％の配
分を有するように求められた。83％の灰分の保持が繊維の気泡壁の中にしっかり
と埋め込まれたことを表している。

【００１９】例３この例は、チタン以外の金属からなる有機金属化合物でのユーカリ繊維の処理
を表す。 36.58グラムの（オーブン乾燥を基準にして10.254グラム）乾燥されないユー
カリパルプ、水は28％の濃度にまで白プロピルアルコールで取り替えられている
が4時間125℃で乾燥され、99.5％の濃度になった。10グラムの乾燥されたパルプ
が、窒素パージに設けられた250ミリリットルのフラスコの中に配置された。100
ミリリットルのジルコニウム（ＩＶ）酸化イソプロ（1プロパノル内にある鳥っひ70％）がフラスコに導入された。繊維スラリーが窒素ブラケットに30分維持さ
れた。次いでパルプは、過度のジルコニウム（ＩＶ）チタン酸化イソプロを取り
除くためにろ過され、反応容器に戻された。200ミリリットルの水がフラスコの中に導入されて、そのときは、2酸化ジルコニウムの白色沈殿物が繊維に記された。パルプは、繊維の外側上に凝固した過度の2酸化ジルコニウムを取り除くためにろ過され、洗浄される前に、30分の間、水なかにあった。すべてのニトが取
り除かれるまで、4分の間ワーニングブレンダーにおいて高速で攪拌することによって繊維化された。パルプは、透明なろ過が200メッシュスクリーンを介し得られるまで洗浄された。パルプは、乾燥され、灰化によって定義される44.58％の2酸化チタンを有するものとして判定された。

【００２０】 2.0グラムの処理され洗浄されたパルプが取られ、500CCの水のキッチンブレン
ダー内に配置された。サンプルが、2分間高速で混合された。サンプルはろ過され（透明なろ過液が得られた）、灰色によって定義される43.0％の灰分を有する
ように求められた。97％の灰分の保持が繊維の気泡壁の中にしっかりと埋め込ま
れたことを表している。

【００２１】例４この例は、米国特許第5.069,539号により記載されてえいる炭化カルシウム繊維壁が充填されたパルプの例5との比較のために行われる。 600グラムの２炭化ナトリウムがゆっくりと室温において528グラムの希釈水に
添加された。溶液が乾燥されない北洋針葉樹クラフトパルプ（18.65％の濃度に1
072グラム）に添加されて、15分の間手で混合された。次いで材料は、40℃んで3
時間直立していた。

【００２２】パルプスラリーが過度の2炭化ナトリウムを取り除くように真空ろ過され、この結果得られた繊維は、手で破壊され、大きなビーカの中に配置された。1766グ
ラムの50重量パーセントのカルシウム塩化物溶液が、1169グラムの反応グレード
CaCL22H2Oを597ミリリットルの水にゆっくりと添加し、温度を90℃まで上昇させ
ることによって準備された。熱いカルシウム塩化物溶液が脱水された水に一度に
添加され、スパーテルで混合された。次いで混合物が45分の間着座していた。15
0メッシュスクリーンを通る流出物が透明になるまで水で洗浄された。沈殿物の生成は3つの等しいパーツに分けられた。各パーツは約2％の濃度の混合物を得る
ように3300ミリリットル水の中に懸架され、4lのワーニングブレンダー内におい
て4分の間、高速で高シアー混合をうけた。小さな玉が取り除かれ、ガラスビーカ内の500ミリリットルの水の中に懸架され、繊維の交絡状態をチェックする。繊維化後に、材料が、透明な流出物が得られるまで、タップ水ストリームで、15
0メッシュスクリーン上で洗浄された。パルプが乾燥され、灰化によって判断される35.4％の炭化カルシウム含有していると判断される。

【００２３】 1.5グラムの処理され、洗浄されたパルプが取られ、500ミリリットルの水が入
ったキッチンブレンダー内に配置された。次に、サンプルは2分間高速で混合された。サンプルがろ過され（透明なろ過が得られた）、灰化によって判断される
炭化カルシウム含有量32.4％を有すると判断された。91％の灰分保持が、ろ過が
気孔壁内にしっかりと埋め込まれたことを表す。

【００２４】例６この例は、2酸化チタン繊維壁が充填されたパルプからハンドシートが準備されたことを表す。濃度13.6％を有し（19.57グラムオーブン乾燥を基準にして）ている145グラム
の2酸化チタン繊維壁が充填されたパルプが例１の手順により作られ、北洋針葉樹クラフトパルプ30.43グラム（オーブン乾燥ベースにして）で混合され、2リッ
トルの水で混合され、5分間の間英国パルプディステングレータ内で分散された。分散された紙料のサンプルが引き出され、ろ過され、15.84％の含有料を有すると判断された。混合された紙料は、0.625％の濃度にまで希釈され、ハンドシートが英国ハンドシートモールドを使って容易された。異なった坪量が、ハンド
シートモールドに添加される紙料の容積を変えることによって得られた。坪料、
灰含有量、不透明さが以下の表に示されている。ハンドシートの灰含有量は15.8
4％であり、100％の充填剤保持を表す。同様に、乾燥されない北洋針葉樹クラフ
トパルプで作られた基準ハンドシート、炭化カルシウムで充填された乾燥されな
い針葉樹クラフトパルプおよびルーメンが添加された北洋針葉樹クラフトについ
ても表に記載されている。

【００２５】

【００２６】これらの結果は、気泡壁内に沈殿された炭化カルシウムに対し、2酸化チタンの優れた透明力ととみに高レベルの充填保持を表している。前述の例は、例示にすぎる、本発明の範囲を制限するものではなく、本発明は
請求の範囲とこれの均等例により定義されることが明白であろう。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ) ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＷ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】金属酸化または金属酸化水素変性セルロースパルプを製造す
る方法であって、（ａ）セルロース繊維の非水溶性スラリーおよび非水溶性溶媒を形成し、該繊
維スラリーは、約10パーセント以上の濃度を有し、（ｂ）前記スラリーに、一般
式がＭ（ＯＲ）ｘ（ＯＲ1)Yの水素化可能な有機金属化合物所定量を添加し、有機金属化合物が繊維壁により吸収されるようになっており、(ｃ)前記繊維に水を
添加し、前記繊維壁内に式ＭａＯbの水不溶性金属酸化物または式ＭC(ＯＨ)dの水不溶性金属水素酸化を沈殿させる、段階からなり、Ｍは、水不溶性酸化物また
は水酸化物を形成する金属であればよく、Ｒ及びＲ1は有機基であり、同一であっても異なっていてもよく、Xは０−４であり、Yは０−４であり、x+yは0より大
きく、a、b、cおよびdは1以上である方法。
【請求項２】前記セルロースパルプは広葉樹、針葉樹、一年生植物または
これらの組み合わせから得られることを特徴とする請求項1に記載の方法
【請求項３】前記気泡壁の上、及び外側にあるかどの沈殿物を取り除くた
めに段階（C）の前記パルプを洗浄する段階を有することを特徴とする請求項1に
記載の方法。
【請求項４】前記段階（b)において前記繊維壁によって吸収されなかった
過度の有機金属化合物は前記段階（C）の前にろ過によって取り除かれることを特徴とする請求項1に記載の方法。
【請求項５】前記段階（b)において前記繊維壁によって吸収されなかった
過度の有機金属化合物と過度の溶媒は前記段階（C）の前にろ過によって取り除かれることを特徴とする請求項1に記載の方法。
【請求項６】前記過度の有機金属化合物はチタンのエステルからなること
を特徴とする請求項1に記載の方法。
【請求項７】前記有機金属はチタン（IV）イロプロオキシド、チタン（IV
）ブトキシド、チタン（IV）2エチルヘキオキシド、チタン（IV）プロポキシドおよびチタン（IV）エトキシドからなる群から選択されることを特徴とする請求
項1に記載の方法。
【請求項８】前記過度の有機金属化合物はジルコニウムのエステルからな
ることを特徴とする請求項1に記載の方法。
【請求項９】前記有機金属化合物はジルコニウム（ＩＶ)ｔ−ブトキシド、ジルコニウム(ＩＶ）プロポキシド、ジルコニウム(ＩＶ）イソプロポキシドお
よびジルコニウム(ＩＶ）エトキシドからなる群から選択されることを特徴とする請求項1に記載の方法。
【請求項１０】有機金属化合物の混合物が使用されることを特徴とする請
求項1に記載の方法。
【請求項１１】前記混合物は、ジルコニウムの有機金属化とチタンの有貴
金属化合物からなることを特徴とする請求項10に記載の方法。
【請求項１２】約0.5から約60重量パーセントの式ＭaＯbの酸化金属または、式Ｍc(ＯＨ)dの酸化水素金属から構成され、Ｍは溶融可能な酸化物または水
酸化物からなる金属であり、a、b、cおよびdは1以上であり、前記金属酸化物または金属水酸化物のほとんどの部分が前記繊維壁の気孔に配置されるようになっ
ている変性されたセルロースパルプ繊維。
【請求項１３】前記金属酸化物は２酸化チタン（ＩＶ）であることを特徴
とする請求項11に記載のパルプ繊維。
【請求項１４】前記金属酸化物は２酸化ジルコニウム（ＩＶ）であること
を特徴とする請求項11に記載のパルプ繊維。
【請求項１５】少なくとも2つの異なる金属酸化物または水酸化物からなることを特徴とする請求項11に記載のパルプ繊維。
【請求項１６】 2酸化チタン（ＩＶ）または２酸化ジルコニウム(ＩＶ）か
らなることを特徴とする請求項14に記載のパルプ繊維。
【請求項１７】請求項12の前記パルプ繊維からなるぺーパ。
【請求項１８】請求項12の前記パルプ繊維からなるティッシュ。