JP2005009000A

JP2005009000A - Paper-coating agent

Info

Publication number: JP2005009000A
Application number: JP2003171853A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Ito; 健一伊藤; Kouichi Sakou; 幸一佐孝; Takuya Inui; 拓哉乾; Tetsuya Okuno; 哲也奥野
Original assignee: Rengo Co Ltd
Current assignee: Rengo Co Ltd
Priority date: 2003-06-17
Filing date: 2003-06-17
Publication date: 2005-01-13
Anticipated expiration: 2023-06-17
Also published as: JP4394382B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a paper-coating agent which is used for improving the strength of paper, does not cause the burning of paper, does not harden the paper, can be used in a high concentration, and does not need a large load for drying the paper after coated. <P>SOLUTION: This paper-coating agent comprises a sugar having an average polymerization degree of 2 to 15 and an alkali metal silicate. The sugar is preferably starch sugar. The alkali metal silicate is preferably a compound represented by formula (1): M<SB>2</SB>O-nSiO<SB>2</SB>(1) [M is an alkali metal; (n) is the real number of 0.5 to 4]. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、紙用塗工剤に関する。
【０００２】
【従来の技術】
紙の中でも、主に段ボール等の包装材料に使われる板紙は、高い圧縮強度が求められる。高い圧縮強度を実現するためには、バージンパルプを大量に使うという方法があるが、バージンパルプの使用はコストを上昇させてしまうために、低価格に抑えられがちな包装材料用には採用され難い。また、紙の主な原料である古紙は安価ではあるが、最近の資源再利用の進展から、含まれるパルプ繊維の繊維長が短くなってきており、古紙を使った紙の圧縮強度は低下の傾向にある。
【０００３】
この問題を解決し、安価でかつ高い圧縮強度を有する板紙を得る方法として、圧縮強度を向上させる塗工剤を用いる方法がある。
【０００４】
このような塗工剤として、高分子多糖類を用いる方法が一般的に行われている。この高分子多糖類を紙に塗工するためには、加熱して糊化する必要がある。しかし、この糊化物は分子量が３０万〜２００万と高いため、高濃度にすると粘度が高くなってしまう。そのため、塗工可能な粘度にするためにはかなり低濃度にする必要があり、十分な圧縮強度を得ることが困難な場合が多かった。この点を改良するため、上記高分子多糖類である澱粉を酸分解等により低分子量化、低粘度化して用いる方法が、特許文献１に記載されている。
【０００５】
また別の塗工剤として、珪酸アルカリ金属塩を板紙に塗布し、圧縮強度等の紙力を向上させる方法が、特許文献２に記載されている。
【０００６】
【特許文献１】
特開平７−２６４９４号公報
【特許文献２】
特開昭５９−２７７０６号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１に記載の方法で、粘度を下げるために上記高分子多糖類を低分子量にしようとしても、低分子量にしすぎると、紙力の向上効果そのものがほとんど望めないため、ある程度高い分子量のものを使わなければならなかった。例えば、澱粉の完全加水分解物であるブドウ糖には紙力の向上効果はまったく見られない。結果として、得られる塗工剤はある程度の粘度を有することになるので、高濃度で塗工しようとすると高粘度であるために塗工が困難となる場合があった。そのため、低濃度で塗工しなければならず、水分が増える分、乾燥負荷が高くなり、乾燥に余分な時間を要することになるという問題があった。
【０００８】
また、特許文献２に記載の方法で、珪酸アルカリ金属塩を板紙に塗工又は含浸させると、紙力を向上させることはできるものの、乾燥させた後の紙が硬くごわつくようになってしまい、段形成不良、貼合不良を生じることがあった。また、珪酸アルカリ金属塩はｐＨが高いため、塗工後に紙焼けが生じて紙の白色度が低下したり、多湿時に水分を多く含んで著しく強度が劣化することもあった。
【０００９】
そこでこの発明は、紙の強度を向上させるための塗工剤として、紙焼けを生じさせたり、紙をごわつかせたりすることがなく、また、高濃度で使用出来て、塗工後の乾燥負荷が小さい塗工剤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】
この発明は、平均重合度が２〜１５である糖と、珪酸アルカリ金属塩とを含有する紙用塗工剤を製造することによって上記の問題を解決したのである。
【００１１】
珪酸アルカリ金属塩と併用することで、分子量の低い糖であっても、紙用塗工剤として用いることができるようになる。また、糖の分子量が低い分、粘度を低く抑えることができるので、濃度を高めても塗工することができる。これにより、添加する水を減らせるので、乾燥負荷を下げることができる。
【００１２】
また、珪酸アルカリ金属塩を紙用塗工剤として用いたときに現れる紙のごわつきは、糖の含有量が増えるとともに無くなっていく。さらに、塗工剤全体に占める珪酸アルカリ金属塩の含有率が下がることによって、塗工剤のｐＨが低下するため、塗工後の紙に紙焼けが生じにくくなる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、この発明を詳細に説明する。
この発明にかかる紙用塗工剤は、平均重合度が２〜１５である糖と、珪酸アルカリ金属塩とを含有するものである。
【００１４】
上記の平均重合度が２〜１５である糖とは、単糖類が平均２〜１５個縮合した糖をいう。この単糖類としては、例えば、ブドウ糖、マンノース、ガラクトース、アラビノース、キシロース、リボース、エリスロース、グリセロース、フルクトース等が挙げられる。
【００１５】
上記平均重合度が２未満であると、単糖類そのままである分子が多くなり、圧縮強度の向上等の紙用塗工剤としての効果を十分に発揮できない可能性が高くなる。一方で平均重合度が１５を越えると、得られる糖の水溶液の粘度が高くなる。この粘度の高い水溶液を紙に塗工しても、紙への浸透性が悪いため、圧縮強度を向上する効果が得られない。このため、紙に塗工する前に塗工濃度を下げる必要があり、塗工できる量に限界を生じてしまい、得られる紙の圧縮強度も限定的なものとなってしまう。また、塗工濃度が低いために、水の添加量が多くなり、これを紙に塗工したときに乾燥負荷が大きくなるので、乾燥しにくくなる。
【００１６】
上記の平均重合度が２〜１５である糖の具体例としては、麦芽糖、ショ糖、果糖、乳糖、セロビオース、セルロース分解物、キトサン分解物、澱粉糖等が挙げられ、中でも澱粉糖がより望ましい。この澱粉糖とは、澱粉を酸や酵素で加水分解した低重合度の糖のことをいい、この場合においては、平均重合度が２〜１５のものが用いられる。この澱粉糖の例としては、水飴などが挙げられる。また、上記澱粉としては、例えば、コーン、タピオカ、小麦、サゴ等の澱粉を挙げることができる。
【００１７】
上記珪酸アルカリ金属塩は、下記式（２）で示される化合物である。
Ｍ_２Ｏ・ｎＳｉＯ_２（２）
上記式（２）中のＭは、リチウム、ナトリウム、カリウム等のアルカリ金属を示している。また、ｎは０．５〜４の実数範囲であるものが実存しており、一般に市販されている。この中でも、上記紙用塗工剤に用いる化合物としては珪酸ナトリウムがより望ましい。珪酸ナトリウムは下記式（３）で表され、式（３）中、ｍは０．５〜４があり得るものであり、２〜４の範囲にあればより望ましい。
Ｎａ_２Ｏ・ｍＳｉＯ_２（３）
【００１８】
上記糖と上記珪酸アルカリ金属塩との混合比率は、重量比で９５：５〜４０：６０であることが望ましく、より望ましくは９０：１０〜６０：４０である。９５：５よりも珪酸アルカリ金属塩の量が少ないと、その効果が小さく、一方で、４０：６０よりも上記珪酸アルカリ金属塩が増加すると、上記紙用塗工剤のｐＨが高くなったり、紙焼けや紙のごわつき等、上記珪酸アルカリ金属塩による弊害が強く現れることがある。
【００１９】
この発明にかかる紙用塗工剤を紙に塗工することにより、強化紙が得られる。この塗工方法としては、例えば、刷毛やコーティング機等による塗布、浸漬、スプレー等の方法が挙げられる。上記紙としては、例えば、ライナーや中しん等のダンボール用板紙、洋紙、あるいは、白板紙、チップボール等の紙器用板紙や、紙管原紙等が挙げられる。これらの中でも、特に強度を要求される板紙に用いると効果的な強化板紙を得ることができる。
【００２０】
上記の糖及び珪酸アルカリ金属塩を塗工する処理に際して、酸や金属塩を併用してもよい。従来より、珪酸ナトリウムを漏水防止剤として使用する場合に、珪酸ナトリウムに酸や金属塩を加えて、硬いゲルを得ると同時に、ゲル化する反応時間を短縮することが知られているが、この発明においては、上記の糖及び珪酸アルカリ金属塩の混合溶液に、酸や金属塩を混合する場合、ゲル化する速度が遅いものでなればならない。この目的に沿った酸や金属塩等の添加剤としては、例えば、ホウ酸が挙げられる。
【００２１】
さらに、裂断長等の、圧縮強度以外の紙力を増強させるために、上記の糖及び珪酸アルカリ金属塩や、酸や、金属塩以外に、紙用塗工剤に、紙添加用薬剤を添加したり、増量剤として填料を添加したりしてもよい。
【００２２】
上記の紙用塗工剤に加える紙添加用薬剤としては、例えば、ポリアクリルアミド、ポリビニルアルコール、ポリビニルアミン、スチレン・アクリル共重合系樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアミン系樹脂、エピクロルヒドリン樹脂、メラミン樹脂、尿素樹脂、ケトン樹脂等の合成樹脂や、澱粉、カチオン変性澱粉、アセチル化澱粉、尿素リン酸エステル化澱粉等の変性澱粉、グアーガム、カルボキシメチルセルロース等の天然高分子、ジルコニウム化合物、グリオキサール、多価アルコール付加物、多価カルボニル付加物、環状アミド化合物等の架橋剤等が挙げられる。
【００２３】
上記填料としては、例えば、カオリン、タルク、炭酸カルシウム、酸化チタン、酸化亜鉛、シリカ、炭酸マグネシウム、水酸化マグネシウム等が挙げられる。
【００２４】
この発明による紙用塗工剤は、平均重合度が低く、かつ弱アルカリ性であるため、紙への浸透性が良好である。この紙用塗工剤により得られる強化紙は、紙の表面だけではなく紙の内部にまで上記紙用塗工剤が存在し得る。そのため、紙力が増強され、特に圧縮強度がより増強される。
【００２５】
【実施例】
以下、実施例によりこの発明をさらに詳細に説明する。まず、測定方法及び評価方法について示す。
【００２６】
［塗工量測定方法］
得られた紙用塗工剤を塗工した紙を絶乾して坪量（ｇ／ｍ^２）を測定し、使用した原紙の絶乾坪量との差を求め、塗工量（ｇ／ｍ^２）を算出した。
【００２７】
［圧縮強度・比圧縮強度測定方法］
ＪＩＳＰ８１２６の方法に従って圧縮強度（Ｎ）を測定し、さらに、得られた圧縮強度を坪量（ｇ／ｍ^２）で割り、比圧縮強度（Ｎ・ｍ^２／ｇ）を算出した。
【００２８】
［引張強度・裂断長測定方法］
ＪＩＳＰ８１１６に記載の方法に従って、引張強度（ｋＮ／ｍ）を測定し、坪量の影響を除去するため、引張強度（ｋＮ／ｍ）を（坪量×９．８１÷１０００）で割り、裂断長（ｋｍ）を算出した。
【００２９】
［吸水性測定方法］
ＪＡＰＡＮＴＡＰＰＩＮｏ．３２−２に記載の方法に従って、１０μｌの蒸留水を吸収する時間を測定した。
【００３０】
［平均重合度測定方法］
Ｓｏｍｏｇｙｉ−Ｎｅｌｓｏｎ法に従って、末端基の定量を行い、フェノール硫酸法により全糖量の定量を行った。また、全糖量／末端基量より平均重合度を算出した。
【００３１】
［粘度測定方法］
（株）トキメック製ＢＨ型回転粘度計を用いて、２０ｒｐｍでのＮｏ．１のローターを用い、各濃度における２３℃での粘度を測定した（単位：ｍＰａ・ｓ）。
【００３２】
［ごわつき評価方法］
手触りによりごわつきを下記の基準で評価した。
良い：○
普通：△
悪い：×
【００３３】
［紙焼け評価方法］
目視により、原紙に比して紙の色がどれほど濃くなっているかを下記の基準で評価した。
原紙と同じ色：○
原紙よりやや濃い色：△
原紙に比べて非常に濃い色：×
【００３４】
［澱粉糖と珪酸ナトリウムとによる塗工剤］
（実施例１〜６）
平均重合度が４．３１である澱粉糖（日本コーンスターチ（株）製：Ｋ．Ｄ．Ｌ−Ｎ７５）を１０重量％となるように水で希釈した液と、ＪＩＳＫ１４０８に定める１号珪酸ナトリウム水溶液（ナカライテスク（株）製：試薬表中「珪酸Ｎａ」と略す。）を水に１０重量％となるように希釈させた珪酸ナトリウム水溶液とを、それぞれ９５：５、９０：１０、８０：２０、７０：３０、６０：４０、４０：６０の割合で混合して塗工剤を得た。これに段ボール用中しん（レンゴー（株）製：坪量１１５ｇ／ｍ^２）を３０秒間浸漬させ、塗工量が表１に示すように塗工剤を塗工した。
【００３５】
浸漬後の紙に吸水濾紙（アドバンテック東洋（株）製：Ｎｏ．２６−ＷＡ）を１分間当てて余分な水分を除去した後、回転型乾燥器（ジャポー（株）製：Ｌ−３Ｄ）により１３０℃の温度環境で、３分間乾燥させた。得られた紙を、その後１日間に渡って、それぞれ、２３℃、５０％Ｒ．Ｈ．の環境、又は、２３℃、７５％Ｒ．Ｈ．の環境で調湿した。調湿後の、坪量、圧縮強度（比圧縮強度）、引張強度（裂断長）を上記の方法により測定した。また、２３℃、５０％Ｒ．Ｈ．で調湿したものについて、吸水性を測定し、ごわつきと紙焼けとを評価した。それらの結果を表１に示す。
【００３６】
（比較例１）
実施例１〜６の方法において、塗工剤に珪酸ナトリウム水溶液のみ（０：１００）を用い、それ以外は実施例１〜６と同様の手順により紙に塗工剤を塗工し、測定、評価を行った。その結果を表１に示す。
【００３７】
（比較例２）
実施例１〜６の方法において、塗工剤に澱粉糖を希釈させた液のみ（１００：０）を用い、それ以外は実施例１〜６と同様の手順により紙に塗工剤を塗工し、測定、評価を行った。その結果を表１に示す。
【００３８】
［塗工剤無し］
（比較例３）
塗工剤を用いず、段ボール用中しん（レンゴー（株）製：坪量１１５ｇ／ｍ^２）そのままについて、実施例１〜６と同様に測定、評価を行った。その結果を表１に示す。
【００３９】
【表１】

【００４０】
［グルコースと珪酸ナトリウムとによる塗工剤］
（比較例４〜７）
実施例１〜６の方法において、それぞれ、澱粉糖の代わりにグルコース（ナカライテスク（株）製：試薬重合度１）を用いて、それぞれ、グルコースを希釈させた液のみ（比較例４）、グルコースを希釈させた液と珪酸ナトリウム水溶液とを８０：２０（比較例５）、６０：４０（比較例６）で混合したもの、珪酸ナトリウム水溶液のみ（比較例７）によって塗工剤を作製し、それ以外は実施例１〜６と同様の手順により紙に塗工剤を塗工し、測定、評価を行った。その結果を表２に示す。
【００４１】
【表２】

【００４２】
［ラクトースと珪酸ナトリウムとによる塗工剤］
（実施例７、８）
実施例１〜６の方法において、澱粉糖の代わりにラクトース（ナカライテスク（株）製：試薬重合度２）を用いて、ラクトースを希釈させた液と珪酸ナトリウム水溶液とをそれぞれ、８０：２０（実施例７）、６０：４０（実施例８）で混合して塗工剤を作製し、それ以外は実施例１〜６と同様の手順により紙に塗工剤を塗工し、測定、評価を行った。その結果を表３に示す。
【００４３】
（比較例８、９）
実施例１〜６の方法において、それぞれ、上記のラクトースを希釈させた液のみ（比較例８）、珪酸ナトリウム水溶液のみ（比較例９）を用いて、塗工剤を作製し、それ以外は実施例１〜６と同様の手順により紙に塗工剤を塗工し、測定、評価を行った。その結果を表３に示す。
【００４４】
【表３】

【００４５】
［澱粉糖と珪酸カリウムとによる塗工剤］
（実施例９、１０）
実施例１〜６の方法において、珪酸ナトリウムの代わりに珪酸カリウム（ナカライテスク（株）製：試薬表中、「珪酸Ｋ」と略す。）を用いて、澱粉糖を希釈させた液と珪酸カリウム水溶液とをそれぞれ、８０：２０（実施例９）、６０：４０（実施例１０）で混合して、塗工剤を作製し、それ以外は実施例１〜６と同様の手順により紙に塗工剤を塗工し、測定、評価を行った。その結果を表４に示す。
【００４６】
（比較例１０、１１）
実施例１〜６の方法において、それぞれ、澱粉糖を希釈させた液のみ（比較例１０）、上記の珪酸カリウム水溶液のみ（比較例１１）を用いて、塗工剤を作製し、それ以外は実施例１〜６と同様の手順により紙に塗工剤を塗工し、測定、評価を行った。その結果を表４に示す。
【００４７】
【表４】

【００４８】
［酵素分解澱粉と珪酸ナトリウムとによる塗工剤］
（実施例１１、１２）
実施例１〜６の方法において、澱粉糖の代わりに、未変性澱粉（日本コーンスターチ（株）製）をα−アミラーゼ（ノボザイムズジャパン（株）製：ＢＡＮ２４０Ｌ）で酵素分解し、平均重合度を１４．７とした酵素分解澱粉を用いて、酵素分解澱粉を希釈させた液と珪酸ナトリウム水溶液とをそれぞれ、８０：２０（実施例１１）、６０：４０（実施例１２）で混合して、塗工剤を作製し、それ以外は実施例１〜６と同様の手順により紙に塗工剤を塗工し、測定、評価を行った。その結果を表５に示す。
【００４９】
（比較例１２、１３）
実施例１〜６の方法において、それぞれ、上記の酵素分解澱粉を希釈させた液のみ（比較例１２）、珪酸ナトリウム水溶液のみ（比較例１３）を用いて、塗工剤を作製し、それ以外は実施例１〜６と同様の手順により紙に塗工剤を塗工し、測定、評価を行った。その結果を表５に示す。
【００５０】
【表５】

【００５１】
［未変性澱粉と珪酸ナトリウムとによる塗工剤］
（比較例１４〜１６）
未変性澱粉（日本コーンスターチ（株）製平均重合度３７６）に、水を加え１０重量％とし、９５℃で加熱して澱粉を溶解させて、１０重量％の澱粉溶液を作製した（比較例１４）。同様の手順により、３重量％の澱粉溶液（比較例１５）、２重量％の澱粉溶液（比較例１６）を作製した。これらについて、粘度を測定した結果を表６に示す。
【００５２】
【表６】

【００５３】
（比較例１７〜２０）
実施例１〜６の方法において、それぞれ、澱粉糖を希釈させた液の代わりに、比較例１４〜１６の未変性澱粉により作製した澱粉溶液のうち塗工可能な粘度である２重量％の澱粉溶液を用いて、澱粉溶液のみ（比較例１７）、澱粉溶液と珪酸ナトリウム水溶液とを８０：２０（比較例１８）、６０：４０（比較例１９）で混合したもの、珪酸ナトリウム水溶液のみ（比較例２０）によって、塗工剤を作製し、それ以外は実施例１〜６と同様の手順により紙に塗工剤を塗工し、測定、評価を行った。その結果を表７に示す。
【００５４】
【表７】

【００５５】
［結果］
実施例１〜６の、２３℃、５０％Ｒ．Ｈ．の環境で調湿したものは、珪酸ナトリウムのみを塗工剤に用いた比較例１の同様の湿度環境で調湿したものとほぼ同等の強度を示している。また、実施例１〜６の２３℃、７５％Ｒ．Ｈ．の環境で調湿したものは、比較例１の同様の湿度環境で調湿したものに比べて、ほぼ同等の強度か、あるいは著しく強度が増加し、紙焼けやごわつきを解決した以外にも、より優れていることを示した。
【００５６】
また、実施例１〜６は全て、澱粉糖のみを塗工剤に用いた比較例２よりも吸水性が改善された。さらに、ごわつきと紙焼けは比較例１よりも軽減された。
【００５７】
重合度が１であるグルコースと珪酸ナトリウムとを塗工剤に用いた比較例５、６は、珪酸ナトリウムのみを塗工剤に用いた比較例７の、同様の湿度環境で調湿したものと比べて、ごわつきや紙焼けは改善されたが、強度が大きく低下してしまった。なお、グルコースのみを塗工剤に用いた比較例４は、何も塗工しない比較例３と比較しても大差の無い強度となり、吸水性も改善されなかった。
【００５８】
重合度が２であるラクトースと珪酸ナトリウムとを塗工剤に用いた実施例７、８では、珪酸ナトリウムのみを塗工剤に用いた比較例９の、同様の湿度環境で調湿したものと比べて、ほぼ同等の強度を示し、また、ごわつきや紙焼けも改善された。なお、ラクトースのみを塗工剤に用いた比較例８は、澱粉糖のみを塗工剤に用いた比較例２と同様に、吸水性が大きく低下した。
【００５９】
珪酸ナトリウムの代わりに珪酸カリウムを用いた実施例９、１０と比較例１０、１１とは、珪酸ナトリウムを用いた場合とほぼ同様の挙動を示し、他のアルカリ金属塩でも同様の効果が得られることがわかった。
【００６０】
平均重合度が１４．７である酵素分解澱粉と珪酸ナトリウムとを塗工剤に用いた実施例１１、１２は、珪酸ナトリウムのみを塗工剤に用いた比較例１３の、同様の湿度環境で調湿したものと比べて、ほぼ同等の強度を示し、また、ごわつきや紙焼けも改善された。なお、酵素分解澱粉のみを塗工剤に用いた比較例１２は、澱粉糖のみを塗工剤に用いた比較例２と同様に、吸水性が大きく低下した。
【００６１】
平均重合度が３７６である未変性澱粉を塗工剤として用いると、濃度１０重量％ではゲル化し、３重量％でも粘度が高くなりすぎ、塗工することが困難になった。２重量％まで希釈して用いると塗工可能になり、澱粉と珪酸ナトリウムとを混合したものは強度の向上が見られたが、低濃度のため塗工量が少なく、強度向上効果は充分ではなかった。
【００６２】
【発明の効果】
平均重合度が２〜１５である糖と、珪酸アルカリ金属塩とを含有する紙用塗工剤を紙に塗布することにより、圧縮強度等の物性に優れ、かつ、ごわつきや紙焼けの少ない紙の製造が可能となる。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a paper coating agent.
[0002]
[Prior art]
Among papers, paperboards mainly used for packaging materials such as cardboard are required to have high compressive strength. In order to achieve high compressive strength, there is a method of using a large amount of virgin pulp. However, the use of virgin pulp increases the cost, so it is used for packaging materials that tend to be kept at a low price. hard. Waste paper, which is the main raw material of paper, is cheap, but the fiber length of the pulp fiber contained has become shorter due to recent progress in resource recycling, and the compressive strength of paper using waste paper has decreased. There is a tendency.
[0003]
As a method for solving this problem and obtaining a paperboard that is inexpensive and has a high compressive strength, there is a method that uses a coating agent that improves the compressive strength.
[0004]
As such a coating agent, a method using a polymeric polysaccharide is generally performed. In order to apply this high molecular polysaccharide to paper, it is necessary to gelatinize by heating. However, since this gelatinized product has a high molecular weight of 300,000 to 2,000,000, the viscosity increases when the concentration is increased. For this reason, in order to obtain a coatable viscosity, the concentration needs to be considerably low, and it is often difficult to obtain sufficient compressive strength. In order to improve this point, Patent Document 1 describes a method of using starch, which is the above-mentioned high molecular polysaccharide, with a low molecular weight and a low viscosity by acid decomposition or the like.
[0005]
Further, as another coating agent, Patent Document 2 discloses a method for improving paper strength such as compressive strength by applying an alkali metal silicate to paperboard.
[0006]
[Patent Document 1]
JP-A-7-26494 [Patent Document 2]
Japanese Patent Laid-Open No. 59-27706
[Problems to be solved by the invention]
However, even if an attempt is made to reduce the viscosity of the high molecular weight polysaccharide by the method described in Patent Document 1, if the molecular weight is too low, the effect of improving the paper strength itself can hardly be expected. I had to use. For example, glucose, which is a complete hydrolyzate of starch, shows no improvement in paper strength. As a result, the obtained coating agent has a certain degree of viscosity, and when attempting to apply at a high concentration, it may be difficult to apply due to the high viscosity. Therefore, there is a problem that the coating must be applied at a low concentration, and the amount of moisture increases, so that the drying load increases and extra time is required for drying.
[0008]
Moreover, when the alkali metal silicate is coated or impregnated on the paperboard by the method described in Patent Document 2, the paper strength can be improved, but the paper after drying becomes stiff and stiff. As a result, step formation failure and bonding failure may occur. Further, since the alkali metal silicate has a high pH, paper burning may occur after coating, and the whiteness of the paper may be reduced, or the strength may be significantly deteriorated by containing a lot of moisture when humid.
[0009]
Therefore, the present invention is a coating agent for improving the strength of paper, which does not cause paper burn or stiffen the paper, and can be used at a high concentration and has a drying load after coating. An object of the present invention is to provide a coating agent having a small size.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
The present invention solves the above problems by producing a paper coating agent containing a sugar having an average degree of polymerization of 2 to 15 and an alkali metal silicate.
[0011]
By using in combination with an alkali metal silicate, a sugar having a low molecular weight can be used as a paper coating agent. Further, since the viscosity can be kept low because the sugar has a low molecular weight, it can be applied even if the concentration is increased. Thereby, since the water to add can be reduced, a drying load can be lowered | hung.
[0012]
Also, the paper wrinkle that appears when an alkali metal silicate is used as a paper coating agent disappears as the sugar content increases. Furthermore, when the content of the alkali metal silicate in the entire coating agent is lowered, the pH of the coating agent is lowered, so that paper burn is less likely to occur on the coated paper.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in detail.
The paper coating agent according to the present invention contains a sugar having an average polymerization degree of 2 to 15 and an alkali metal silicate.
[0014]
The sugar having an average degree of polymerization of 2 to 15 means a sugar obtained by condensing an average of 2 to 15 monosaccharides. Examples of the monosaccharide include glucose, mannose, galactose, arabinose, xylose, ribose, erythrose, glycerose, and fructose.
[0015]
When the average degree of polymerization is less than 2, the number of molecules as they are monosaccharides increases, and there is a high possibility that the effect as a paper coating agent such as improvement in compressive strength cannot be sufficiently exhibited. On the other hand, when the average degree of polymerization exceeds 15, the viscosity of the resulting aqueous sugar solution increases. Even if this aqueous solution with high viscosity is coated on paper, the effect of improving the compressive strength cannot be obtained because of its poor permeability to paper. For this reason, it is necessary to lower the coating concentration before coating on the paper, which limits the amount that can be coated, and the compression strength of the resulting paper is also limited. In addition, since the coating concentration is low, the amount of water added is large, and when this is coated on paper, the drying load becomes large, so that drying becomes difficult.
[0016]
Specific examples of the sugar having an average polymerization degree of 2 to 15 include maltose, sucrose, fructose, lactose, cellobiose, cellulose degradation product, chitosan degradation product, starch sugar, etc. Among them, starch sugar is more preferable. . The starch sugar refers to a sugar having a low degree of polymerization obtained by hydrolyzing starch with an acid or an enzyme. In this case, those having an average degree of polymerization of 2 to 15 are used. Examples of this starch sugar include chickenpox. Moreover, as said starch, starches, such as corn, tapioca, wheat, and sago, can be mentioned, for example.
[0017]
The alkali metal silicate is a compound represented by the following formula (2).
M ₂ O · nSiO ₂ (2)
M in the above formula (2) represents an alkali metal such as lithium, sodium, or potassium. Moreover, what exists in the real number range of 0.5-4 exists and n is generally marketed. Among these, sodium silicate is more preferable as a compound used for the paper coating agent. Sodium silicate is represented by the following formula (3), and in formula (3), m may be 0.5 to 4, and more preferably in the range of 2 to 4.
Na ₂ O · mSiO ₂ (3)
[0018]
The mixing ratio of the sugar and the alkali metal silicate is preferably 95: 5 to 40:60, more preferably 90:10 to 60:40, by weight. When the amount of the alkali metal silicate is less than 95: 5, the effect is small. On the other hand, when the alkali metal silicate is increased from 40:60, the pH of the paper coating agent is increased. The harmful effects of the alkali metal silicates such as paper burns and paper wrinkles may appear strongly.
[0019]
Reinforced paper is obtained by applying the paper coating agent according to the present invention to paper. Examples of the coating method include methods such as coating, dipping, and spraying using a brush or a coating machine. Examples of the paper include cardboard paperboards such as liners and medium shins, paperboards, paperboard paperboards such as white paperboards and chip balls, and paper tube base papers. Among these, effective reinforced paperboard can be obtained when used for paperboard that requires particularly high strength.
[0020]
In the treatment for applying the sugar and the alkali metal silicate, an acid or a metal salt may be used in combination. Conventionally, when sodium silicate is used as a water leakage preventing agent, it is known that an acid or a metal salt is added to sodium silicate to obtain a hard gel and at the same time, the reaction time for gelation is shortened. In the invention, when an acid or a metal salt is mixed with the mixed solution of the sugar and the alkali metal silicate, the gelation rate must be slow. Examples of additives such as acids and metal salts that meet this purpose include boric acid.
[0021]
Furthermore, in order to enhance paper strength other than compressive strength, such as tear length, in addition to the sugar and alkali metal silicate, acid, and metal salt, a paper additive is added to the paper coating agent. It may be added or a filler may be added as a bulking agent.
[0022]
Examples of the paper additive to be added to the above paper coating agent include polyacrylamide, polyvinyl alcohol, polyvinylamine, styrene / acrylic copolymer resin, polyamide resin, polyamine resin, epichlorohydrin resin, melamine resin, and urea resin. , Synthetic resins such as ketone resins, modified starches such as starch, cation-modified starch, acetylated starch and urea phosphate ester starch, natural polymers such as guar gum and carboxymethylcellulose, zirconium compounds, glyoxal, polyhydric alcohol adducts And crosslinking agents such as polyvalent carbonyl adducts and cyclic amide compounds.
[0023]
Examples of the filler include kaolin, talc, calcium carbonate, titanium oxide, zinc oxide, silica, magnesium carbonate, and magnesium hydroxide.
[0024]
Since the paper coating agent according to the present invention has a low average polymerization degree and is weakly alkaline, it has good permeability to paper. In the reinforced paper obtained by the paper coating agent, the paper coating agent may exist not only on the surface of the paper but also inside the paper. For this reason, the paper strength is enhanced, and in particular, the compressive strength is further enhanced.
[0025]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples. First, a measurement method and an evaluation method will be described.
[0026]
[Method of measuring coating amount]
The paper coated with the obtained paper coating agent was absolutely dried, and the basis weight (g / m ² ) was measured, and the difference from the absolute dry basis weight of the used base paper was determined, and the coating amount (g / m m ² ) was calculated.
[0027]
[Method for measuring compressive strength and specific compressive strength]
The compressive strength (N) was measured according to the method of JIS P 8126, and the specific compressive strength (N · m ² / g) was calculated by dividing the obtained compressive strength by the basis weight (g / m ² ).
[0028]
[Measurement method of tensile strength and fracture length]
According to the method described in JIS P 8116, the tensile strength (kN / m) is measured, and the tensile strength (kN / m) is divided by (basis weight × 9.81 ÷ 1000) in order to remove the influence of the basis weight. The tear length (km) was calculated.
[0029]
[Water absorption measurement method]
JAPAN TAPPI No. According to the method described in 32-2, the time for absorbing 10 μl of distilled water was measured.
[0030]
[Average polymerization degree measurement method]
The end group was quantified according to the Somogyi-Nelson method, and the total sugar amount was quantified by the phenol sulfuric acid method. The average degree of polymerization was calculated from the total sugar amount / terminal group amount.
[0031]
[Viscosity measurement method]
No. at 20 rpm using a BH type rotational viscometer manufactured by Tokimec Co., Ltd. The viscosity at 23 ° C. at each concentration was measured using a rotor of 1 (unit: mPa · s).
[0032]
[Roughness evaluation method]
Stiffness by touch was evaluated according to the following criteria.
Good: ○
Normal: △
Bad: ×
[0033]
[Paper burn evaluation method]
The darkness of the paper color compared to the base paper was evaluated by the following criteria.
Same color as base paper: ○
Slightly darker than the base paper: △
Very dark color compared to the base paper: ×
[0034]
[Coating agent with starch sugar and sodium silicate]
(Examples 1-6)
A starch sugar having an average degree of polymerization of 4.31 (manufactured by Nippon Corn Starch Co., Ltd .: KD L-N75) diluted with water to 10% by weight, and No. 1 silicic acid as defined in JIS K 1408 A sodium silicate aqueous solution obtained by diluting a sodium aqueous solution (manufactured by Nacalai Tesque Co., Ltd .: reagent abbreviated as “Na silicate” in the table) to 10% by weight in water, respectively, 95: 5, 90:10, 80 : 20, 70:30, 60:40, and 40:60 were mixed to obtain a coating agent. A corrugating medium shin (manufactured by Rengo Co., Ltd .: basis weight 115 g / m ² ) was immersed in this for 30 seconds, and the coating agent was applied as shown in Table 1.
[0035]
A water-absorbing filter paper (manufactured by Advantech Toyo Co., Ltd .: No. 26-WA) is applied to the paper after immersion for 1 minute to remove excess water, and then a rotary dryer (Japo Co., Ltd .: L-3D) is used. It was dried for 3 minutes in a temperature environment of 130 ° C. The resulting paper was then treated at 23 ° C. and 50% R.S. H. Environment, or 23 ° C., 75% R.V. H. Conditioned in the environment. Basis weight, compressive strength (specific compressive strength), and tensile strength (breaking length) after humidity control were measured by the above methods. Moreover, 23 degreeC and 50% R. H. The water absorption was measured for the conditioned water, and the stickiness and paper burn were evaluated. The results are shown in Table 1.
[0036]
(Comparative Example 1)
In the methods of Examples 1 to 6, only the sodium silicate aqueous solution (0: 100) was used as the coating agent, and the coating agent was applied to the paper by the same procedure as in Examples 1 to 6, and measured. Evaluation was performed. The results are shown in Table 1.
[0037]
(Comparative Example 2)
In the method of Examples 1-6, only the liquid (100: 0) which diluted starch sugar was used for the coating agent, and a coating agent was apply | coated to paper by the procedure similar to Examples 1-6 other than that. Measurement and evaluation were performed. The results are shown in Table 1.
[0038]
[No coating agent]
(Comparative Example 3)
Measurement and evaluation were performed in the same manner as in Examples 1 to 6 without using a coating agent, and using a shin for cardboard (manufactured by Rengo Co., Ltd .: basis weight 115 g / m ² ) as it was. The results are shown in Table 1.
[0039]
[Table 1]

[0040]
[Coating agent with glucose and sodium silicate]
(Comparative Examples 4-7)
In each of the methods of Examples 1 to 6, only a solution obtained by diluting glucose (Comparative Example 4) using glucose (manufactured by Nacalai Tesque, Inc .: Reagent degree of polymerization 1) instead of starch sugar, respectively, glucose A coating agent was prepared by mixing the solution obtained by diluting the aqueous solution and the sodium silicate aqueous solution at 80:20 (Comparative Example 5) and 60:40 (Comparative Example 6), only the sodium silicate aqueous solution (Comparative Example 7). Other than that, the coating agent was applied to paper by the same procedure as in Examples 1 to 6, and measurement and evaluation were performed. The results are shown in Table 2.
[0041]
[Table 2]

[0042]
[Coating agent with lactose and sodium silicate]
(Examples 7 and 8)
In the methods of Examples 1 to 6, lactose (manufactured by Nacalai Tesque Co., Ltd .: Reagent degree of polymerization 2) was used instead of starch sugar, and a solution obtained by diluting lactose and a sodium silicate aqueous solution were respectively 80:20 ( Example 7), 60:40 (Example 8) is mixed to prepare a coating agent, and other than that, the coating agent is applied to paper by the same procedure as in Examples 1 to 6, and measurement and evaluation are performed. Went. The results are shown in Table 3.
[0043]
(Comparative Examples 8 and 9)
In the methods of Examples 1 to 6, a coating agent was prepared using only the liquid in which the above lactose was diluted (Comparative Example 8) and only the sodium silicate aqueous solution (Comparative Example 9), respectively. The coating agent was applied to paper by the same procedure as in Examples 1 to 6, and measurement and evaluation were performed. The results are shown in Table 3.
[0044]
[Table 3]

[0045]
[Coating agent with starch sugar and potassium silicate]
(Examples 9 and 10)
In the methods of Examples 1 to 6, a solution obtained by diluting starch sugar and potassium silicate using potassium silicate (manufactured by Nacalai Tesque Co., Ltd .: Reagents, abbreviated as “silicate K”) instead of sodium silicate. The aqueous solution was mixed at 80:20 (Example 9) and 60:40 (Example 10), respectively, to prepare a coating agent. Otherwise, it was coated on paper by the same procedure as in Examples 1-6. The coating agent was applied and measured and evaluated. The results are shown in Table 4.
[0046]
(Comparative Examples 10 and 11)
In the methods of Examples 1 to 6, a coating agent was prepared using only a solution in which starch sugar was diluted (Comparative Example 10), and only the aqueous potassium silicate solution (Comparative Example 11). The coating agent was applied to paper by the same procedure as in Examples 1 to 6, and measurement and evaluation were performed. The results are shown in Table 4.
[0047]
[Table 4]

[0048]
[Coating agent with enzyme-degraded starch and sodium silicate]
(Examples 11 and 12)
In the methods of Examples 1 to 6, instead of starch sugar, unmodified starch (manufactured by Nippon Corn Starch Co., Ltd.) was enzymatically decomposed with α-amylase (manufactured by Novozymes Japan Co., Ltd .: BAN240L), and the average degree of polymerization A solution obtained by diluting the enzymatically-degraded starch and an aqueous sodium silicate solution were mixed at 80:20 (Example 11) and 60:40 (Example 12), respectively. A coating agent was prepared, and the coating agent was applied to paper by the same procedure as in Examples 1 to 6, and measurement and evaluation were performed. The results are shown in Table 5.
[0049]
(Comparative Examples 12 and 13)
In the methods of Examples 1 to 6, a coating agent was prepared using only the solution obtained by diluting the above-mentioned enzyme-degraded starch (Comparative Example 12) and only the sodium silicate aqueous solution (Comparative Example 13), respectively. Were coated with a coating agent by the same procedure as in Examples 1 to 6, and measured and evaluated. The results are shown in Table 5.
[0050]
[Table 5]

[0051]
[Coating agent with unmodified starch and sodium silicate]
(Comparative Examples 14-16)
Water was added to unmodified starch (average degree of polymerization 376 manufactured by Nippon Corn Starch Co., Ltd.) to 10 wt%, and the starch was dissolved by heating at 95 ° C. to prepare a 10 wt% starch solution (Comparative Example 14). ). By the same procedure, a 3 wt% starch solution (Comparative Example 15) and a 2 wt% starch solution (Comparative Example 16) were prepared. Table 6 shows the results of measuring the viscosity of these.
[0052]
[Table 6]

[0053]
(Comparative Examples 17-20)
In the methods of Examples 1 to 6, 2% by weight of starch, which is a viscosity that can be applied, of the starch solutions prepared from the unmodified starches of Comparative Examples 14 to 16 instead of the solution obtained by diluting starch sugar, respectively. Using the solution, only the starch solution (Comparative Example 17), the starch solution and the sodium silicate aqueous solution mixed at 80:20 (Comparative Example 18), 60:40 (Comparative Example 19), only the sodium silicate aqueous solution (Comparative According to Example 20), a coating agent was prepared, and other than that, the coating agent was applied to paper by the same procedure as in Examples 1 to 6, and measurement and evaluation were performed. The results are shown in Table 7.
[0054]
[Table 7]

[0055]
[result]
Examples 1-6, 23 ° C., 50% R.D. H. The one conditioned in this environment shows almost the same strength as the one conditioned in the same humidity environment of Comparative Example 1 using only sodium silicate as the coating agent. Moreover, 23 degreeC of Examples 1-6, 75% R. H. Compared with the one conditioned in the same humidity environment of Comparative Example 1, the conditioned humidity in the environment of the above is almost the same strength, or significantly increased in strength, in addition to solving the paper burn and wrinkle, It showed better.
[0056]
Moreover, all Examples 1-6 improved the water absorption compared with the comparative example 2 which used only the starch sugar for the coating agent. Furthermore, the stickiness and paper burn were reduced as compared with Comparative Example 1.
[0057]
Comparative Examples 5 and 6 using glucose and sodium silicate having a polymerization degree of 1 as coating agents were those prepared in Comparative Example 7 using only sodium silicate as a coating agent in the same humidity environment. Compared with the improvement of the stickiness and paper burn, the strength was greatly reduced. In addition, the comparative example 4 which used only glucose for the coating agent became the intensity | strength which does not have a big difference compared with the comparative example 3 which does not apply anything, and water absorption was not improved.
[0058]
In Examples 7 and 8 in which lactose having a polymerization degree of 2 and sodium silicate were used as coating agents, humidity was adjusted in the same humidity environment as in Comparative Example 9 in which only sodium silicate was used as a coating agent. Compared to this, it showed almost the same strength, and improved stickiness and paper burn. In Comparative Example 8 using only lactose as the coating agent, the water absorption was greatly reduced as in Comparative Example 2 using only starch sugar as the coating agent.
[0059]
Examples 9 and 10 and Comparative Examples 10 and 11 using potassium silicate instead of sodium silicate show almost the same behavior as when sodium silicate is used, and the same effect can be obtained with other alkali metal salts. I understood it.
[0060]
Examples 11 and 12 using an enzyme-degraded starch having an average degree of polymerization of 14.7 and sodium silicate as a coating agent were the same humidity environment as in Comparative Example 13 using only sodium silicate as a coating agent. Compared to the conditioned one, it showed almost the same strength, and improved stickiness and paper burn. In addition, the comparative example 12 which used only the enzyme-decomposed starch for the coating agent showed a significant decrease in water absorption, similar to the comparative example 2 which used only the starch sugar for the coating agent.
[0061]
When an unmodified starch having an average degree of polymerization of 376 was used as a coating agent, gelation occurred at a concentration of 10% by weight, and the viscosity became too high even at 3% by weight, making it difficult to apply. When diluted to 2% by weight, coating becomes possible, and the mixture of starch and sodium silicate has improved strength, but the coating amount is small due to the low concentration, and the strength improvement effect is not sufficient. There wasn't.
[0062]
【The invention's effect】
Paper that has excellent physical properties such as compressive strength and less wrinkles and burns by applying a paper coating agent containing a sugar having an average polymerization degree of 2 to 15 and an alkali metal silicate salt to the paper Can be manufactured.

Claims

A paper coating agent comprising a sugar having an average polymerization degree of 2 to 15 and an alkali metal silicate.

The paper coating agent according to claim 1, wherein the sugar is starch sugar.

The paper coating agent according to claim 1 or 2, wherein the alkali metal silicate is a compound represented by the following formula (1).
M ₂ O · nSiO ₂ (1)
(In the formula, M represents an alkali metal, and n represents a real number of 0.5 to 4.)

The paper coating agent according to any one of claims 1 to 3, wherein a mixing ratio between the sugar and the alkali metal silicate is 95: 5 to 40:60 by weight.

Reinforced paper obtained by coating the paper coating agent according to any one of claims 1 to 4 on paper.

The reinforced paper according to claim 5, wherein the paper is paperboard.