JP2004263321A - Method for reinforcing paper and treating solution therefor - Google Patents

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JP2004263321A JP2003054101A JP2003054101A JP2004263321A JP 2004263321 A JP2004263321 A JP 2004263321A JP 2003054101 A JP2003054101 A JP 2003054101A JP 2003054101 A JP2003054101 A JP 2003054101A JP 2004263321 A JP2004263321 A JP 2004263321A
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Tsuneyuki Morita
恒之 森田
Naoko Sonoda
直子 園田
Takayuki Okayama
隆之 岡山
Masazumi Seki
正純 関
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NATIONAL MUSEUM OF ETHNOLOGY
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for reinforcing paper, with which deteriorated paper data are surely reinforced and which has no fear of unpredictably damaging paper data even in a long-term view point and to obtain a treating solution therefor. <P>SOLUTION: A cellulose derivative is dissolved or dispersed into an organic solvent to give a solution or a dispersion, which is used as the treating solution for reinforcing paper. The treating solution is sprayed on paper by a spraying machine. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、紙資料の保存技術に関し、より詳しくは、劣化により脆弱化した或いは将来的に脆弱化しうる紙資料の強度を向上させるための強化技術に関する。
【0002】
【従来の技術】
今日、紙資料、特に19世紀半ばの技術革新によって大量生産された紙を用いた紙資料の急激な劣化が世界的な問題になっている。この紙資料の劣化は、紙の酸性化によるものである。かつての紙の製造工程では、インキの滲み止めであるサイズ剤を紙に定着させるために硫酸アルミニウムが用いられていたが、この硫酸アルミニウムが空気中の水分と反応して酸を生じることが、今日の紙の酸性化の原因になっている。紙の酸性化は紙の繊維を構成するセルロースの損傷を招き、繊維間のつながりが断たれる結果、紙の強度は大きく低下してしまう。
【0003】
このため、今日では、酸化の原因である硫酸アルミニウムを用いることなく紙を製造する方法が開発され実用化されている。しかしながら、図書館や博物館等においては酸性化した紙(酸性紙)からなる紙資料は現在でも多く存在しており、その中には多くの保存すべき貴重な資料も含まれている。これら酸性紙からなる紙資料は、そのまま放置しておくとやがてはボロボロになって取り扱い不能になってしまうため、現存する紙資料の劣化を如何にして抑制するかは極めて重要な課題である。
【0004】
このような課題に対し、従来から様々な解決手段が提案されている。例えば、特許文献1には、酸性紙の表面にローラを用いてケイ酸ナトリウムの水溶液を塗布することにより、酸性紙のpHを調整して長期保存を可能にすることが開示されている。
また、特許文献2には、熱可塑性高分子物質を有機溶媒で溶かして第I液を作るとともに、水酸化ナトリウムに少量の水を加え加熱状態にしたのち非イオン性界面活性剤を加えて第II液を作り、第II液に第I液を加えて攪拌後、酸化マグネシウムを加えて均質化して第III液を作り、この第III液をハケ塗り、ドブ漬け、スプレー等の方法によって酸性紙に塗布することで、熱可塑性高分子物質によって酸性紙を補強するとともに、中和剤である酸化マグネシウムによって酸性紙のpHを調整することが開示されている。
【0005】
【特許文献1】
特開平5−265245号公報
【特許文献2】
特開平10−46497号公報
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献1に開示されているようなローラやハケを用いて塗布する方法では、対象が毎葉資料に限定され、冊子状の資料には対応できない。また、水溶液は乾燥に長時間を要するだけでなく、塗布後の資料に波打ちなどの損傷を生じることになる。さらに、この方法では、pHの調整によって資料の劣化を抑制できるものの、劣化した資料を強化することはできない。
【0007】
一方、特許文献2に開示されている技術によれば、処理液(第III液)中に中和剤とは別に強化剤を含んでいるので、紙資料の中和と同時に補強も可能であり、また、強化剤を水溶液とするのではなく有機溶剤に溶かして用いているので、乾きが速く乾燥後の波打ちも防ぐことができるという、特許文献1の技術にはない利点がある。また、塗布手段としてスプレーも挙げられており、これによれば一定時間内に多量の資料に塗布することができ、冊子状の資料にも対応することができる。
【0008】
しかしながら、特許文献2の技術で強化剤として用いている熱可塑性高分子物質(ホットメルト)は、紙資料を構成する紙繊維とは異質なものであるため、紙繊維と馴染まない虞がある。また、長期的に見た場合には、ホットメルトが変質することで紙資料に現在予測できない新たな損傷を与えることも考えられる。さらに、特許文献2の技術では処理液の製造過程において界面活性剤を加えているため、強化剤、中和剤以外のものが処理後の紙資料に残留してしまうことになり、その影響も懸念される。
【0009】
本発明は、このような課題に鑑み創案されたもので、劣化した紙資料を確実に強化することができ、しかも長期的に見ても紙資料に予測できない損傷を与える虞のない、紙の強化方法及びそのための処理液を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明では、セルロース誘導体を有機溶剤中に溶解或いは分散させて得られる溶液或いは分散液を紙の強化のための処理液とする。そして、この処理液を噴射機によって処理対象物である紙に吹き付ける。
本発明では、セルロース誘導体が紙の強化剤となる。セルロース誘導体はセルロースに置換基を導入したものであり、有機溶剤或いは水への溶解性が優れているという特徴がある。したがって、有機溶剤に可溶なセルロース誘導体であれば、そのまま有機溶剤に溶解させて溶液とし、水のみに可溶なセルロース誘導体であれば、水に溶解させた後で有機溶剤に加えて強い攪拌を与えて分散液とし、これら溶液或いは分散液を紙に塗布することで、紙繊維表面にセルロース誘導体を付着させることができる。紙繊維はセルロースを主成分としているので、強化剤としてセルロース誘導体を用いることで紙繊維に良く馴染ませることができる。特許文献2の技術は紙繊維を異質な熱可塑性高分子物質でコーティングするものであるのに対し、本発明は劣化により断たれた紙繊維間のつながりを紙繊維と類似の化学構造をもつセルロース誘導体によって再びつなぎ合わせるものである。このように強化剤を紙繊維と類似の化学構造をもつセルロース誘導体とすることで、強化剤の劣化により紙の強度が再び劣化したり、強化剤が変質して紙に現在予測できない新たな損傷を与えてしまったりすることを防止できる。
【0011】
また、上記のように塗布手段として噴射機を用いることで、処理対象である紙資料が毎葉状であるか冊子状であるかにかかわらず、強化剤であるセルロース誘導体を短時間で均一に紙の表面に塗布することができる。さらに、溶剤として有機溶剤を用いているので、乾燥時間が短縮化され効率的に措置を行うことができるとともに、乾燥に伴う波打ちも防止することができる。
【0012】
なお、紙資料が酸性紙の場合には、強化剤によって一時的にその強度が強化されたとしても、酸の影響は依然として残っているために時間がたつと紙資料の強度は再び低下してしまう。そこで、酸性紙を処理対象とする場合には、好ましくは、上記の処理液中において酸性中和剤を添加したものを用いるようにする。これによれば、酸性中和剤によって紙資料のpHは中性に調整され、紙資料がこれ以上劣化するのを抑制することができる。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。
本発明では、紙を強化するための処理液として、強化剤としてのセルロース誘導体を有機溶剤中に溶解或いは分散させて得られる溶液或いは分散液を使用する。本発明において使用可能なセルロース誘導体としては、カルボキシルメチルセルロース(CMC)、メチルセルロース(MC)、ヒドロキシプロピルセルロース(HPC)、エチルセルロース(EC)、ヒドロキシエチルセルロース(HEC)、ヒドロキシエチルメチルセルロース(HEMC)、メチルヒドロキシエチルセルロース(MHEC)、メチルヒドロキシプロピルセルロース(MHPC)、エチルヒドロキシエチルセルロース(EHEC)などが挙げられるが、これらに限るものではない。このうち、有機溶剤に溶解或いは分散しやすく、また強化効果が高いという点において、カルボキシルメチルセルロース(CMC)、メチルセルロース(MC)、ヒドロキシプロピルセルロース(HPC)、エチルセルロース(EC)が特に好ましい。
【0014】
これらのセルロース誘導体のうち、有機溶剤に可溶なものは、そのまま有機溶剤に溶かして溶液として用いる。一方、有機溶剤には不溶であるが水には可溶なものは、水に溶解させた後で有機溶剤に加え、強い攪拌を与えて分散液として用いる。セルロース誘導体の有機溶剤或いは水に対する溶解性が温度によって変化する場合には、その温度特性に応じて適度に加温しながら溶解させるようにしてもよい。また、有機溶剤或いは水に対するセルロース誘導体の添加量は、セルロース誘導体が有機溶剤或いは水に対して完全に溶解する程度が好ましいが、溶けきれなかったセルロース誘導体が残存していてもそれが極微量である限りは問題ない。
【0015】
セルロース誘導体を溶かす或いは分散させる有機溶剤としては、メチルアルコール、エチルアルコール、ブチルアルコール、イソプロピルアルコール、ベンゼン、トルエン、キシレン、酢酸エチル、酢酸ブチル、アセトンなどが挙げられるが、これらに限るものではない。有機溶剤の選定基準としては、添加するセルロース誘導体の溶解度や、取り扱いの容易性、紙資料や環境に対する影響などが挙げられるが、他の基準により選定することも勿論可能である。上に列挙した有機溶剤の中では、特にメチルアルコールやエチルアルコールのようなアルコール系溶剤が好ましい。アルコールは有機溶剤の中でも比較的人体に対する安全度が高く、後述するようにエアーガンを用いて塗布する際の取り扱いが容易だからである。
【0016】
また、本発明においては酸性中和剤を処理液に添加することも可能であり、酸性化した紙資料のpHを調整して劣化を抑制する上では好ましいことである。処理液に添加可能な酸性中和剤としては、炭酸マグネシウム、炭酸カルシウム、酸化マグネシウム、酸化カルシウムなどの塩基性物質が挙げられるが、これらに限るものではない。これらの酸性中和剤は、少量の水に分散させた後で有機溶剤に加えて攪拌混合するか、或いは粉末の状態で有機溶剤中に添加して攪拌混合する。酸性中和剤の添加量は処理対象となる紙資料の酸性化の程度に応じて決めればよい。酸性中和剤の選定基準としては、中和能力、紙資料や環境に対する影響などが挙げられるが、他の基準により選定することも勿論可能である。なお、本発明の処理液においては酸性中和剤を添加することは必ずしも必須の要件ではない。例えば、酸性化が原因ではなく単に使用により強度が低下しただけの紙を強化するためであれば、酸性中和剤を添加する必要はない。
【0017】
本発明では、上記の処理液を紙の表面に塗布することで、劣化した紙の強化を図る。塗布方法としては、ローラやハケによって一枚一枚塗布する方法や、ドブ漬けやエアーガン等の噴射機によって一度に多数の紙に塗布する方法を用いることができるが、本発明では特に噴射機による塗布方法を採用している。噴射機によれば、紙資料が毎葉状か冊子状かによらず、短時間で均一に処理液を塗布することができ、有機溶剤の速乾性と相まって短時間で多量の紙資料を処理することが可能になる。
【0018】
【実施例】
以下、本発明の紙の強化方法及びそのための処理液にかかわる、本発明者らが確認したより具体的な実施例について説明する。
【0019】
(1)処理液の調合
まず、紙の強化のための処理液として、それぞれ異なるセルロース誘導体を用いて以下の4種類の処理液を調合した。なお、有機溶剤には何れもメタノールを用い、酸性中和剤には何れも炭酸マグネシウムを用いた。
【0020】
(1−1)処理液1の調合
セルロース誘導体としてカルボキシルメチルセルロース(CMC:ダイセル化学工業(株)製、商品名1130。水分6.6%、1%粘度76mPA・s、pH=6.8、エーテル化度0.68)を用いた。まず、ビーカーに約80℃の加温した蒸留水500mlをとり、正確に秤量したCMC25gを徐々に投入し、緩やかな攪拌を行った。CMCが水に完全に溶けたのを確認した後、全体を500gに調整し、一昼夜冷蔵庫に放置した。
【0021】
次に、ゲル化したCMC100gと酸性中和剤としての炭酸マグネシウム5gをとり、有機溶剤であるメタノール275g中に投入し、強い攪拌を行って分散させた。分散状態を確認した後、容器に移し400gになるまでメタノールを追加した。これにより、溶液水分率23.8w%、溶液CMC率1.25w%の処理液1が調合された。溶液は気化による減量が激しいので密栓できるポリ容器に入れ、即時塗布試験に供した。回数塗布する場合はその都度ゲル化したCMCをとり溶液調整を行った。
【0022】
(1−2)処理液2の調合
セルロース誘導体としてメチルセルロース(MC:信越化学工業(株)製、商品名SM−100。水分2.9%、2%粘度102mPA・s、メトキシル基29.4)を用いた。まず、ビーカーに約80℃の加温した蒸留水500mlをとり、正確に秤量したMC25gを徐々に投入し、緩やかな攪拌を行った。MCが水に完全に溶けたのを確認した後、全体を500gに調整し、一昼夜冷蔵庫に放置した。
【0023】
次に、MC100gと酸性中和剤としての炭酸マグネシウム5gをとり、有機溶剤であるメタノール275g中に投入し、強い攪拌を行って分散させた。分散状態を確認した後、容器に移し400gになるまでメタノールを追加した。これにより、溶液水分率23.8w%、溶液MC率1.25w%の処理液2が調合された。溶液は気化による減量が激しいので密栓できるポリ容器に入れ、即時塗布試験に供した。回数塗布する場合はその都度ゲル化したMCをとり溶液調整を行った。
【0024】
(1−3)処理液3の調合
セルロース誘導体としてヒドロキシプロピルセルロース(HPC:アクアロン社製、商品名Klucel E。低粘度タイプ)を用いた。まず、密閉可能な試薬瓶に有機溶剤であるメタノール400gをとり、マグネテックスターラーによる攪拌を行った(800rpm程度)。そして、HPC(Klucel E)10gを徐々に投入し、完全に溶解したのを確認した後、酸性中和剤としての炭酸マグネシウム10gを40gの水で溶いたものを加えた。均質になった後、800gになるまでイソプロピルアルコール溶液を追加した。これにより溶液水分率5.0w%、溶液HPC率1.25w%の処理液3が調合された。溶液は気化による減量が激しいので密栓できるポリ容器に入れ、即時塗布試験に供した。余った溶液は廃棄し、その都度新しい溶液を調整した。
【0025】
(1−4)処理液4の調合
セルロース誘導体としてヒドロキシプロピルセルロース(HPC:アクアロン社製、商品名Klucel G。中粘度タイプ)を用いた。まず、密閉可能な試薬瓶に有機溶剤であるメタノール400gをとり、マグネテックスターラーによる攪拌を行った(800rpm程度)。そして、HPC(Klucel G)10gを徐々に投入し、完全に溶解したのを確認した後、酸性中和剤としての炭酸マグネシウム10gを40gの水で溶いたものを加えた。均質になった後、800gになるまでイソプロピルアルコール溶液を追加した。これにより溶液水分率10.0w%、溶液HPC率1.25w%の処理液4が調合された。溶液は気化による減量が激しいので密栓できるポリ容器に入れ、即時塗布試験に供した。余った溶液は廃棄し、その都度新しい溶液を調整した。
【0026】
(2)塗工処理
塗工処理では、複数枚の紙に処理液を一度に吹き付けるバッチ処理を採り、図1に示すようにホワイトボードに4枚の紙(更紙、丸住製紙(株)製、商品名やよい。pH=5.8)を載せ、マグネットシートを約5mm程度の重ね合わせにより張り付け、紙を固定した。そして、コンプレッサー(5〜7気圧)に噴射機としてのエアーガンを装着し、処理液を紙の表面に吹き付ける方法を採った。エアーガンのノズルは最も微細な霧状にセットした。吹き付けは、処理液が紙に一様に塗布されるように、30〜50cm程度の距離から図1中に矢印で示すようにノズルを動かしながら行った。また、紙の表側への吹き付けの完了後は、紙の表裏を逆にして紙の裏側にも同様の手順で処理液を吹き付け、これを繰り返すことで表裏それぞれについて2回ずつ処理液を吹き付けた。
【0027】
(3)乾燥
乾燥は、その場での自然乾燥とした。溶剤であるアルコールは塗布後直ちに気化するため実際に乾燥が早く、瞬時に乾燥が可能であった。これにより、短時間で多量の紙資料を処理可能なことが確認できた。
【0028】
(4)塗工量の確認
上述のようにバッチ処理した4枚の紙をそれぞれ電気炉(450℃)で灰化した。灰化による残渣の増分は炭酸マグネシウムである。各処理液においては、セルロース誘導体のw%と炭酸マグネシウムのw%が同量になるように調合しているので、各紙の炭酸マグネシウム量は各紙に塗工された強化剤(セルロース誘導体)の量を意味する。
【0029】
(5)pH測定
pH測定は各処理液1〜4を塗布処理した試験紙と、何ら処理していない試験紙とについて、それぞれ処理直後とISO5630−4に準じた加速劣化処理の処理後に行った。その結果を図2に示す。
図2に示すように、処理直後(図中の劣化日数0日)において、何れの処理液1〜4を塗布された試験紙の表面pHも未処理の試験紙の表面pHに比べて上昇することが確認された。これは、酸性中和剤である炭酸マグネシウムによって効果的に脱酸性化が行われていることを示している。また、加速劣化処理の後(図中の劣化日数5,10,20日)においても、何れの処理液1〜4を塗布された試験紙の表面pHも未処理の試験紙の表面pHを上回っており、これにより脱酸性化の永続性が確認された。
【0030】
(6)引裂試験
紙資料の劣化度(強化の程度)の指針となる引裂試験を実施した。引裂試験は各処理液1〜4を塗布処理した試験紙と、何ら処理していない試験紙とについて、それぞれ処理直後とISO5630−4に準じた加速劣化処理の処理後に行った。その結果を図3に示す。
【0031】
図3に示すように、処理直後(図中の劣化日数0日)において、何れの処理液1〜4を塗布された試験紙の引裂強さも未処理の試験紙の引裂強さを上回っており、紙が効果的に強化されていることが確認された。また、加速劣化処理の後(図中の劣化日数5,10,20日)においても、何れの処理液1〜4を塗布された試験紙の引裂強さも未処理の試験紙の引裂強さを上回っており、これにより補強効果の永続性が確認された。
【0032】
(7)引張試験
さらに引張試験を実施した。引張試験は各処理液1〜4を塗布処理した試験紙と、何ら処理していない試験紙とについて、それぞれ処理直後とISO5630−4に準じた加速劣化処理の処理後に行った。その結果を図4に示す。
図4に示すように、処理直後(図中の0日目)において、処理液1,2,4を塗布された試験紙の引裂強さが未処理の試験紙の引張強さを上回った。また、加速劣化処理の後(図中の20日目)においては、何れの処理液1〜4を塗布された試験紙の引張強さも未処理の試験紙の引張強さを上回った。このことから、総合的に見て、紙が効果的に強化され、かつその効果が永続的であることが確認された。
【0033】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、強化剤としてセルロース誘導体を用いることで、劣化により脆弱化したセルロース繊維及び繊維間の結合を紙繊維と類似の化学構造をもつセルロース誘導体によって補強することができ、現在予測できない新たな損傷を与えることなく劣化した紙資料を確実に強化することができる。また、溶剤として有機溶剤を用いることで、乾燥時間が短縮化され効率的に措置を行うことができるとともに、乾燥に伴う波打ちも防止することができる。さらに、塗布手段として噴射機を用いることで、処理対象である紙資料が毎葉状であるか冊子状であるかにかかわらず、強化剤であるセルロース誘導体を短時間で均一に紙の表面に塗布することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例での処理液の塗工処理の方法を示す図である。
【図2】本発明の実施例でのpH測定の測定結果を示すグラフである。
【図3】本発明の実施例での引裂試験の試験結果を示すグラフである。
【図4】本発明の実施例での引張試験の試験結果を示すグラフである。
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a technology for preserving paper materials, and more particularly, to an enhancement technology for improving the strength of paper materials that are weakened due to deterioration or can be weakened in the future.
[0002]
[Prior art]
Today, the rapid deterioration of paper materials, especially those made of paper mass-produced by technological innovation in the mid-19th century, has become a worldwide problem. This deterioration of the paper material is due to the acidification of the paper. In the past, in the paper manufacturing process, aluminum sulfate was used to fix the sizing agent, which is an ink bleeding agent, on the paper.However, this aluminum sulfate reacts with moisture in the air to generate an acid, It is responsible for the acidification of paper today. Acidification of paper causes damage to the cellulose constituting the fibers of the paper, and breaks the connection between the fibers, resulting in a great decrease in the strength of the paper.
[0003]
For this reason, a method for producing paper without using aluminum sulfate, which causes oxidation, has been developed and put to practical use today. However, there are still many paper materials made of acidified paper (acid paper) in libraries and museums, and these include many valuable materials to be preserved. If these paper materials made of acidic paper are left as they are, they will eventually become tattered and unusable, and it is a very important issue how to suppress the deterioration of existing paper materials.
[0004]
Various solutions have been proposed for such problems. For example, Patent Document 1 discloses that by applying an aqueous solution of sodium silicate to the surface of an acidic paper using a roller, the pH of the acidic paper is adjusted to enable long-term storage.
Further, Patent Document 2 discloses that a thermoplastic polymer substance is dissolved in an organic solvent to prepare a liquid I, and a small amount of water is added to sodium hydroxide, the mixture is heated, and then a nonionic surfactant is added. Liquid II is prepared, liquid I is added to liquid II, and after stirring, magnesium oxide is added and homogenized to prepare liquid III. This liquid III is brushed, dipped, sprayed or the like to obtain an acidic paper. It is disclosed that the acidic paper is reinforced by a thermoplastic polymer substance by applying the acidic paper, and the pH of the acidic paper is adjusted by magnesium oxide as a neutralizing agent.
[0005]
[Patent Document 1]
JP-A-5-265245 [Patent Document 2]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-46497
[Problems to be solved by the invention]
In the method of applying using a roller or a brush as disclosed in Patent Literature 1, the target is limited to each leaf material, and it is not possible to handle a book-like material. In addition, the aqueous solution not only takes a long time to dry, but also causes damage such as waving on the coated material. Further, in this method, although the deterioration of the material can be suppressed by adjusting the pH, the deteriorated material cannot be strengthened.
[0007]
On the other hand, according to the technology disclosed in Patent Literature 2, since the treatment liquid (liquid III) contains a reinforcing agent in addition to the neutralizing agent, it is possible to simultaneously strengthen and neutralize the paper material. In addition, since the reinforcing agent is not dissolved in an aqueous solution but is dissolved in an organic solvent and used, there is an advantage not found in the technology of Patent Document 1 that drying can be performed quickly and waving after drying can be prevented. Sprays are also mentioned as an application means, whereby a large amount of materials can be applied within a certain period of time, and booklet materials can be handled.
[0008]
However, the thermoplastic polymer substance (hot melt) used as a reinforcing agent in the technique of Patent Document 2 is different from the paper fibers constituting the paper material, and may not be compatible with the paper fibers. Also, in the long run, the deterioration of hot melt may cause new unpredictable damage to paper materials at present. Further, in the technique of Patent Document 2, since a surfactant is added in the process of producing the treatment liquid, substances other than the toughening agent and the neutralizing agent are left on the paper material after the treatment, which also has an effect. There is concern.
[0009]
The present invention has been made in view of such a problem, and it is possible to reliably strengthen a deteriorated paper material, and furthermore, there is no possibility of causing unpredictable damage to the paper material even in a long term. It is an object of the present invention to provide a strengthening method and a processing solution therefor.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, in the present invention, a solution or dispersion obtained by dissolving or dispersing a cellulose derivative in an organic solvent is used as a treatment liquid for strengthening paper. Then, the processing liquid is sprayed onto the paper to be processed by the sprayer.
In the present invention, the cellulose derivative serves as a paper reinforcing agent. The cellulose derivative is obtained by introducing a substituent into cellulose, and is characterized by having excellent solubility in an organic solvent or water. Therefore, if the cellulose derivative is soluble in an organic solvent, the cellulose derivative is dissolved in the organic solvent as it is to form a solution, and if the cellulose derivative is soluble only in water, the cellulose derivative is dissolved in water and then added to the organic solvent and strongly stirred. To give a dispersion, and applying the solution or the dispersion to paper enables the cellulose derivative to adhere to the paper fiber surface. Since the paper fiber contains cellulose as a main component, the use of a cellulose derivative as a reinforcing agent allows the paper fiber to be well adapted to the paper fiber. While the technique of Patent Document 2 is to coat paper fibers with a foreign thermoplastic polymer material, the present invention provides a connection between paper fibers cut by deterioration due to cellulose having a chemical structure similar to that of paper fibers. It is reconnected by the derivative. In this way, by using a cellulose derivative having a chemical structure similar to that of paper fiber, the strength of the paper is degraded again due to the deterioration of the paper, or a new damage that cannot be predicted at present due to the deterioration of the paper. Can be prevented from being given.
[0011]
In addition, by using a sprayer as the application means as described above, regardless of whether the paper material to be processed is a leaf-like or a booklet-like, the cellulose derivative as a reinforcing agent is uniformly applied to the paper in a short time. Can be applied to the surface. Further, since an organic solvent is used as the solvent, the drying time can be shortened, measures can be taken efficiently, and waviness accompanying drying can be prevented.
[0012]
If the paper material is acidic paper, the strength of the paper material decreases again over time, even if the strength is temporarily strengthened by the reinforcing agent, because the effect of the acid still remains. I will. Therefore, when an acidic paper is to be processed, it is preferable to use an acidic paper to which an acidic neutralizing agent is added in the above-described processing liquid. According to this, the pH of the paper material is adjusted to be neutral by the acidic neutralizing agent, and further deterioration of the paper material can be suppressed.
[0013]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.
In the present invention, a solution or dispersion obtained by dissolving or dispersing a cellulose derivative as a reinforcing agent in an organic solvent is used as a treatment liquid for reinforcing paper. Examples of the cellulose derivative that can be used in the present invention include carboxymethyl cellulose (CMC), methyl cellulose (MC), hydroxypropyl cellulose (HPC), ethyl cellulose (EC), hydroxyethyl cellulose (HEC), hydroxyethyl methyl cellulose (HEMC), and methyl hydroxyethyl cellulose. (MHEC), methylhydroxypropylcellulose (MHPC), ethylhydroxyethylcellulose (EHEC) and the like, but are not limited thereto. Among them, carboxymethylcellulose (CMC), methylcellulose (MC), hydroxypropylcellulose (HPC), and ethylcellulose (EC) are particularly preferable in that they are easily dissolved or dispersed in an organic solvent and have a high reinforcing effect.
[0014]
Among these cellulose derivatives, those soluble in an organic solvent are directly dissolved in an organic solvent and used as a solution. On the other hand, those which are insoluble in an organic solvent but soluble in water are dissolved in water and then added to the organic solvent. When the solubility of the cellulose derivative in an organic solvent or water changes depending on the temperature, the cellulose derivative may be dissolved while appropriately heating according to the temperature characteristics. The amount of the cellulose derivative to be added to the organic solvent or water is preferably such that the cellulose derivative is completely dissolved in the organic solvent or water. However, even if the undissolved cellulose derivative remains, the amount is very small. As long as there is no problem.
[0015]
Examples of the organic solvent for dissolving or dispersing the cellulose derivative include, but are not limited to, methyl alcohol, ethyl alcohol, butyl alcohol, isopropyl alcohol, benzene, toluene, xylene, ethyl acetate, butyl acetate, and acetone. The selection criteria for the organic solvent include the solubility of the cellulose derivative to be added, the ease of handling, the influence on paper materials and the environment, and of course, other criteria can also be used. Among the organic solvents listed above, alcohol solvents such as methyl alcohol and ethyl alcohol are particularly preferable. Alcohol has a relatively high degree of safety for the human body among organic solvents, and is easy to handle when applied using an air gun as described later.
[0016]
In the present invention, it is also possible to add an acid neutralizing agent to the treatment liquid, which is preferable for controlling the pH of the acidified paper material to suppress deterioration. Examples of the acidic neutralizing agent that can be added to the treatment liquid include, but are not limited to, basic substances such as magnesium carbonate, calcium carbonate, magnesium oxide, and calcium oxide. These acidic neutralizing agents are dispersed in a small amount of water and then added to an organic solvent and mixed with stirring, or added in the form of powder into the organic solvent and mixed with stirring. The amount of the acid neutralizing agent to be added may be determined according to the degree of acidification of the paper material to be treated. The selection criteria for the acidic neutralizing agent include neutralizing ability, influence on paper materials and the environment, and of course, it is also possible to select based on other criteria. In the treatment liquid of the present invention, it is not always essential to add an acidic neutralizing agent. For example, it is not necessary to add an acid neutralizing agent if the paper is to be used for strengthening paper whose strength has been simply reduced by use, not due to acidification.
[0017]
In the present invention, the above-described treatment liquid is applied to the surface of paper to strengthen the deteriorated paper. As a coating method, a method of applying one by one with a roller or a brush, or a method of applying to a large number of papers at once by a jetting device such as dough pickling or an air gun can be used. The application method is adopted. According to the ejector, the processing liquid can be uniformly applied in a short time regardless of whether the paper material is leaf-shaped or booklet-shaped, and a large amount of paper material can be processed in a short time in combination with the quick drying property of the organic solvent. It becomes possible.
[0018]
【Example】
Hereinafter, more specific examples of the method for strengthening paper of the present invention and the processing solution for the same, confirmed by the present inventors, will be described.
[0019]
(1) Preparation of treatment liquids First, the following four treatment liquids were prepared using different cellulose derivatives as treatment liquids for strengthening paper. Note that methanol was used as an organic solvent, and magnesium carbonate was used as an acidic neutralizing agent.
[0020]
(1-1) Carboxymethyl cellulose (CMC: manufactured by Daicel Chemical Industries, Ltd., trade name: 1130, water content: 6.6%, 1% viscosity: 76 mPA · s, pH = 6.8, ether: The conversion degree was 0.68). First, 500 ml of distilled water heated to about 80 ° C. was placed in a beaker, and 25 g of CMC weighed accurately was gradually added, followed by gentle stirring. After confirming that CMC was completely dissolved in water, the whole was adjusted to 500 g and left in the refrigerator all day long.
[0021]
Next, 100 g of the gelled CMC and 5 g of magnesium carbonate as an acidic neutralizing agent were taken, put into 275 g of methanol as an organic solvent, and dispersed by vigorous stirring. After confirming the dispersion state, the mixture was transferred to a container and methanol was added until the amount became 400 g. As a result, a treatment liquid 1 having a solution water content of 23.8 w% and a solution CMC content of 1.25 w% was prepared. The solution was drastically reduced by vaporization, so that the solution was placed in a sealable plastic container and subjected to an immediate application test. When the solution was applied several times, the gelled CMC was taken and the solution was adjusted each time.
[0022]
(1-2) Methyl cellulose (MC: manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd., trade name: SM-100, moisture: 2.9%, 2% viscosity: 102 mPA · s, methoxyl group 29.4) as a prepared cellulose derivative of the treatment liquid 2 Was used. First, 500 ml of distilled water heated at about 80 ° C. was placed in a beaker, and 25 g of accurately weighed MC was gradually added thereto, followed by gentle stirring. After confirming that the MC was completely dissolved in the water, the whole was adjusted to 500 g and left in the refrigerator all day and night.
[0023]
Next, 100 g of MC and 5 g of magnesium carbonate as an acidic neutralizing agent were taken, put into 275 g of methanol as an organic solvent, and dispersed by vigorous stirring. After confirming the dispersion state, the mixture was transferred to a container and methanol was added until the amount became 400 g. As a result, a treatment liquid 2 having a solution water content of 23.8 w% and a solution MC rate of 1.25 w% was prepared. The solution was drastically reduced by vaporization, so that the solution was placed in a sealable plastic container and subjected to an immediate application test. When the solution was applied a number of times, the gelled MC was taken each time to adjust the solution.
[0024]
(1-3) Hydroxypropylcellulose (HPC: manufactured by Aqualon, trade name Klucel E. Low viscosity type) was used as the prepared cellulose derivative of the treatment liquid 3. First, 400 g of methanol as an organic solvent was placed in a sealable reagent bottle, and stirred with a magnetic stirrer (about 800 rpm). Then, 10 g of HPC (Klucel E) was gradually added, and after confirming complete dissolution, 10 g of magnesium carbonate as an acidic neutralizing agent dissolved in 40 g of water was added. After becoming homogeneous, an isopropyl alcohol solution was added until the amount became 800 g. As a result, a treatment liquid 3 having a solution water content of 5.0 w% and a solution HPC ratio of 1.25 w% was prepared. The solution was drastically reduced by vaporization, so that the solution was placed in a sealable plastic container and subjected to an immediate application test. Excess solution was discarded and a new solution was prepared each time.
[0025]
(1-4) Hydroxypropylcellulose (HPC: manufactured by Aqualon, trade name Klucel G. Medium viscosity type) was used as the prepared cellulose derivative of the treatment liquid 4. First, 400 g of methanol as an organic solvent was placed in a sealable reagent bottle, and stirred with a magnetic stirrer (about 800 rpm). Then, 10 g of HPC (Klucel G) was gradually added, and after confirming complete dissolution, 10 g of magnesium carbonate as an acidic neutralizing agent dissolved in 40 g of water was added. After becoming homogeneous, an isopropyl alcohol solution was added until the amount became 800 g. As a result, a treatment liquid 4 having a solution moisture content of 10.0 w% and a solution HPC ratio of 1.25 w% was prepared. The solution was drastically reduced by vaporization, so that the solution was placed in a sealable plastic container and subjected to an immediate application test. Excess solution was discarded and a new solution was prepared each time.
[0026]
(2) Coating process The coating process employs a batch process in which a processing solution is sprayed on a plurality of sheets of paper at once, and as shown in FIG. 1, four sheets of paper (washed paper, Maruzumi Paper Co., Ltd.) are placed on a white board. Manufactured, trade name, etc., pH = 5.8) was placed, and a magnet sheet was attached by overlapping about 5 mm to fix the paper. Then, a method was employed in which an air gun as an injector was attached to the compressor (5 to 7 atm) and the treatment liquid was sprayed on the surface of the paper. The nozzle of the air gun was set to the finest mist. The spraying was performed while moving the nozzle as shown by an arrow in FIG. 1 from a distance of about 30 to 50 cm so that the treatment liquid was uniformly applied to the paper. After the spraying of the paper on the front side was completed, the processing liquid was sprayed on the back side of the paper in the same procedure by turning the paper upside down, and the processing liquid was sprayed twice on each of the front and back sides by repeating this. .
[0027]
(3) The drying and drying were natural drying on the spot. Alcohol, which is a solvent, evaporates immediately after coating, so that drying was actually quick, and drying was possible instantaneously. As a result, it was confirmed that a large amount of paper materials could be processed in a short time.
[0028]
(4) Confirmation of Coating Amount The four sheets of the batch-processed paper were incinerated in an electric furnace (450 ° C.). The residue increment due to incineration is magnesium carbonate. In each treatment liquid, the w% of the cellulose derivative and the w% of the magnesium carbonate are prepared so as to be the same amount. Therefore, the amount of magnesium carbonate of each paper is the amount of the reinforcing agent (cellulose derivative) applied to each paper. Means
[0029]
(5) pH Measurement The pH measurement was performed on the test paper coated with each of the treatment liquids 1 to 4 and on the test paper not treated at all, immediately after the treatment and after the accelerated deterioration treatment according to ISO5630-4. . The result is shown in FIG.
As shown in FIG. 2, immediately after the treatment (the number of days of deterioration in the figure is 0), the surface pH of the test paper coated with any of the treatment liquids 1 to 4 is higher than the surface pH of the untreated test paper. It was confirmed that. This indicates that deacidification is effectively performed by magnesium carbonate, which is an acidic neutralizing agent. Also, after the accelerated aging treatment (5, 10, 20 days of deterioration in the figure), the surface pH of the test paper coated with any of the treatment liquids 1 to 4 exceeds the surface pH of the untreated test paper. This confirmed the persistence of the deacidification.
[0030]
(6) Tearing test A tear test was performed to guide the degree of deterioration (degree of reinforcement) of the paper material. The tear test was performed on the test paper coated with each of the treatment liquids 1 to 4 and on the test paper not treated at all, immediately after the treatment and after the accelerated deterioration treatment according to ISO5630-4. The result is shown in FIG.
[0031]
As shown in FIG. 3, immediately after the treatment (the number of days of deterioration in the figure is 0), the tear strength of the test paper coated with any of the treatment liquids 1 to 4 exceeds the tear strength of the untreated test paper. It was confirmed that the paper was effectively strengthened. Also, after the accelerated aging treatment (5, 10, 20 days of deterioration in the figure), the tear strength of the test paper to which any of the treatment liquids 1 to 4 was applied was the same as the tear strength of the untreated test paper. This confirms the permanence of the reinforcing effect.
[0032]
(7) Tensile test Further, a tensile test was performed. The tensile test was performed on the test paper coated with each of the treatment liquids 1 to 4 and on the test paper without any treatment, immediately after the treatment and after the accelerated deterioration treatment according to ISO5630-4. The result is shown in FIG.
As shown in FIG. 4, immediately after the treatment (day 0 in the figure), the tear strength of the test paper coated with the treatment liquids 1, 2, and 4 exceeded the tensile strength of the untreated test paper. Further, after the accelerated deterioration treatment (day 20 in the figure), the tensile strength of the test paper coated with any of the treatment liquids 1 to 4 exceeded the tensile strength of the untreated test paper. From this, it was confirmed that the paper was effectively strengthened and the effect was permanent, as a whole.
[0033]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the present invention, by using a cellulose derivative as a reinforcing agent, cellulose fibers weakened by deterioration and bonds between the fibers are reinforced by a cellulose derivative having a chemical structure similar to that of paper fibers. Thus, the degraded paper material can be reliably strengthened without causing new damage that cannot be predicted at present. In addition, by using an organic solvent as the solvent, the drying time can be shortened, measures can be taken efficiently, and the ripples associated with the drying can be prevented. Furthermore, by using a sprayer as the application means, regardless of whether the paper material to be processed is leaf-shaped or booklet-shaped, the cellulose derivative as a reinforcing agent is uniformly applied to the paper surface in a short time. can do.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram illustrating a method of applying a treatment liquid according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a graph showing a measurement result of pH measurement in an example of the present invention.
FIG. 3 is a graph showing a test result of a tear test in an example of the present invention.
FIG. 4 is a graph showing a test result of a tensile test in an example of the present invention.

Claims (4)

セルロース誘導体を有機溶剤中に溶解或いは分散させて得られる処理液を噴射機によって処理対象物に吹き付けることを特徴とする、紙の強化方法。A method for strengthening paper, comprising spraying a treatment liquid obtained by dissolving or dispersing a cellulose derivative in an organic solvent onto an object to be treated by an injector. 上記処理液として酸性中和剤が添加されているものを用いることを特徴とする、請求項1記載の紙の強化方法。The method for strengthening paper according to claim 1, wherein the treatment liquid to which an acidic neutralizing agent is added is used. セルロース誘導体を有機溶剤中に溶解或いは分散させて得られることを特徴とする、紙の強化のための処理液。A treatment liquid for strengthening paper, which is obtained by dissolving or dispersing a cellulose derivative in an organic solvent. さらに酸性中和剤が添加されていることを特徴とする、請求項3記載の紙の強化のための処理液。The processing solution for strengthening paper according to claim 3, further comprising an acidic neutralizing agent.
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