JP2009209490A - 嵩高紙及び嵩高紙の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】パルプに填料と嵩高剤とが内添された嵩高紙であって、前記填料として、製紙スラッジを焼却して得られた焼却灰を粉砕した白色顔料が使用されている。
【選択図】なし
Description
〔請求項1記載の発明〕
パルプに填料と嵩高剤とが内添された嵩高紙であって、
前記填料として、製紙スラッジを焼却して得られた焼却灰を粉砕した白色顔料が使用されている、
ことを特徴とする嵩高紙。
前記填料として、古紙処理工程から排出される脱墨フロスを主原料とする前記製紙スラッジを脱水、乾燥、焼成及び粉砕工程を経ることにより得られ、前記焼成工程で凝集させ、粒子中にカルシウム、ケイ素及びアルミニウムの3成分を含有する再生粒子が使用されている、請求項1記載の嵩高紙。
電荷密度−0.3〜−6.0meq/gのアニオン性凝集剤の存在下で抄紙された、請求項1又は請求項2記載の嵩高紙。
前記嵩高剤が、ノニオン性である、請求項1〜3のいずれか1項に記載の嵩高紙。
前記嵩高剤が、脂肪酸エステルを主成分として含む、請求項1〜4のいずれか1項に記載の嵩高紙。
パルプに填料及び嵩高剤を内添して嵩高紙を製造する方法であって、
古紙処理工程から排出される脱墨フロスを主原料とする製紙スラッジを脱水、乾燥、焼成及び粉砕工程を経ることにより得られ、前記焼成工程で凝集させ、粒子中にカルシウム、ケイ素及びアルミニウムの3成分を含有する再生粒子を、前記填料として用い、
電荷密度が−0.3〜−6.0meq/gのアニオン性凝集剤の存在下で抄紙する、
ことを特徴とする嵩高紙の製造方法。
(本発明の概要)
本発明の嵩高紙は、産業廃棄物として焼却や埋立て処分されていた製紙スラッジや脱墨フロスを焼却して得られた焼却灰を粉砕した白色顔料(以下、再生粒子と記載する)を使用するものであり、資源を循環使用して低コストで製造でき、更には再生粒子を使用することで嵩高剤の歩留りを改善し、より嵩高な紙を得るものである。また、嵩高剤と再生粒子とを、アニオン性凝集剤の存在下で抄紙することにより、更なる嵩高性が得られるものである。その理由は、次のように考えられる。
嵩高剤は水素結合による繊維間結合を弱めることで嵩高とさせる方法であり、嵩高性を向上させるには、アニオン性であるパルプ繊維への歩留りが良いカチオン性嵩高剤が好ましいが、カチオン性嵩高剤の場合は、パルプ繊維と密なフロックを形成するため、結果的に嵩高さが低下する可能性が有る。そのため、パルプ繊維との親和性が高くなりすぎないよう、カチオン性基のみならずアニオン性基をも導入した、全体としてノニオン性である嵩高剤が好適に用いられている。しかしながらノニオン性の嵩高剤は、嵩高効果に優れるものの、パルプ繊維への定着性が低く、抄紙機内部で堆積して、異物欠陥となりやすい問題がある。
次に、本発明の実施の形態を、塗工紙の場合を例に説明する。
〔パルプ〕
本形態において用いるパルプ(以下、「原料パルプ」ともいう。)は、種類が特に限定されず、例えば、化学パルプ、機械パルプ、古紙パルプ、またはこれら以外のパルプも使用することができ、これらの中から一種又は二種以上を適宜選択して使用することができる。
上記パルプは調成工程において、嵩高剤などの各種薬品が添加され、所定の品質に加工され、抄紙機に送られる。
パルプのフリーネスは、280cc〜360ccが好ましく、300cc〜340ccがより好ましい。280cc未満では叩解が進みすぎて微細繊維が多くなり、微細繊維の歩留りが悪化し、また、360ccを超過しても、濾水が速いために微細繊維が歩留りにくく、抄紙機内部を汚してピッチトラブルが発生しやすくなる。
a)製紙スラッジ由来の再生粒子
製紙スラッジ由来の再生粒子(製紙スラッジを焼却して得られた焼却灰を粉砕した白色顔料)としては、例えば、特開2002−167523号公報に記載のものを使用することができる。具体的には、例えば、製紙スラッジを直径3〜10mmの紐状に押出成形し、長さ8〜10cmにカットし、次いでロータリーキルンで500〜1000℃で焼却し、この焼却により得た焼却灰を乾式粉砕、湿式粉砕の順で粉砕して得た、平均粒径0.1〜10μmの白色顔料を使用することができる。製紙スラッジ由来の再生粒子の品質としては、例えば、白色度(粉体白色度計((株)ケット科学研究所製、形式C−100))が60%以上であり、硬度(プラスチックワイヤー摩耗度(日本フィルコン製、3時間))が100mg未満のものを使用することができる。
脱墨フロス由来の再生粒子(古紙処理工程から排出される脱墨フロスを主原料とする製紙スラッジを脱水、乾燥、焼成及び粉砕工程を経ることにより得られ、焼成工程で凝集させ、粒子中にカルシウム、ケイ素及びアルミニウムの3成分を含有する再生粒子)としては、例えば、特開2007−99613号公報や、特開2007−100262号公報に記載のものを使用することができる。具体的には、例えば、水分率95〜98質量%程度の脱墨フロスに凝集剤を加え、50〜60質量%程度まで脱水して、脱水物を熱風乾燥・分級した後、450〜650℃の範囲で、未燃率が10質量%以上、15質量%未満となるよう焼成して凝集させる。焼成した無機粒子凝集体を、一次粒子が平均粒子径0.01〜0.1μm、この一次粒子が凝集した二次粒子が平均粒子径0.1〜10μmとなるよう粉砕して得られた白色顔料を使用することができる。脱墨フロス由来の再生粒子の品質としては、例えば、吸油量が30〜100ml/100gである。また、コールターカウンター法による粒度分布の微分曲線における平均粒子径のピーク高さを30%以上に調整し、さらには原料スラッジ中のカルシウム、シリカ及びアルミニウムを、酸化物換算で30〜82:9〜35:9〜35の質量割合に調整することで、無機粒子凝集体の細孔容積を0.15〜0.60cc/g、細孔表面積を10〜25m2/g、細孔半径を300〜1000オングストロームに調整した白色顔料を使用することもできる。
さらに本実施形態における、原料パルプに内添する好適な再生粒子として、前記再生粒子の表面をシリカで被覆した、シリカ被覆再生粒子が特に好適に用いることができる。
上記再生粒子、シリカ被覆再生粒子以外にも、本発明の効果を阻害しない範囲で、一般に抄紙用途で使用される填料を1種類以上、併用することができる。例えば、重質炭酸カルシウム、軽質炭酸カルシウム、酸化チタン、タルク、シリカ、クレー、コロイド状含水シリカ(通称ホワイトカーボン)、水酸化アルミニウム等の無機填料、ポリスチレン樹脂、尿素ホルムアルデヒド樹脂等の合成高分子微粒子等の公知の填料を使用することができる。これらの無機質填料の形状については特に制限はなく、粒状,張り状,紡錘状,板状,無定形など種々のものが使用でき、また、粒径については、光沢度や紙の柔軟性、紙面の平滑性などに関係してくるので、通常、タルクであれば15μm以下、炭酸カルシウムであれば3μm以下のものが好ましく用いられる。
本形態において用いられる嵩高剤は特に限定がないが、カチオン性の嵩高剤よりノニオン性の嵩高剤が好ましい。カチオン性の嵩高剤を使用した場合は、パルプ繊維のアニオン性と好適に結びつくため密なフロックとなりやすく、嵩高性が低下しやすい。ノニオン性の嵩高剤を使用した場合は、カチオン性を有する再生粒子の嵩高効果とあいまって、より嵩高な紙ができるため好ましい。ノニオン性の嵩高剤としては、油脂系非イオン界面活性剤、糖アルコール系非イオン界面活性剤、糖系非イオン界面活性剤、多価アルコール型非イオン界面活性剤、高級アルコール、多価アルコールと脂肪酸のエステル化合物、高級アルコールあるいは高級脂肪酸のポリオキシアルキレン付加物、高級脂肪酸エステルのポリオキシアルキレン付加物、多価アルコールと脂肪酸のエステル化合物のポリオキシアルキレン付加物、脂肪酸ポリアミドアミンなど、一般に製紙用途で使用される嵩高剤を用いることができる。このなかでも特に、脂肪酸エステルを含有するものが、後述する凝結剤、凝集剤による歩留り効果が高く嵩高効果が高いため好ましい。
本発明において嵩高剤の添加順序は、後述する凝結剤の後、かつ、填料、凝集剤の前が好ましい。特に、凝結剤、嵩高剤、填料、凝集剤の順に添加することが好ましい。
本形態においては、上記填料や微細繊維をパルプ繊維に効果的に吸着させるため、凝結剤を添加することができる。凝結剤の種類としては、例えば、ポリアクリルアミド(PAM)、ポリビニルアミン(PVAm)、ポリジアリルジメチルアンモニウムクロライド(ポリダドマック、PDADMAC)、ポリアミン(PAm)、ポリエチレンイミン(PEI)、ポリエチレンオキシド(PEO)、メタクリル酸等の有機高分子系凝結剤や、硫酸バンド、ポリ塩化アルミニウム等の無機系凝結剤があげられる。これらの中でも、メタクリル酸が、カチオン性の再生填料および嵩高剤との親和性が高く、後述する凝集剤の歩留り作用とあいまって、再生粒子および嵩高剤の歩留りを向上できるため好ましい。
本形態においては、前記パルプの調製段階で凝結剤を添加した後、さらに当該パルプの調製段階に続く抄紙工程前段で、アニオン性凝集剤を添加することが好ましい。アニオン性凝集剤の成分としては、従来から歩留り向上剤として使用されてきた高分子凝集剤、無機凝集剤のいずれをも使用することができる。高分子凝集剤としては、ポリアクリルアミド(PAM)、ポリビニルアミン(PVAm)、ポリアミン(PAm)、ポリエチレンオキシド(PEO)等の有機高分子系凝集剤があげられる。これらの中でも、PAM及びPAmの少なくとも1種を用いることが好ましい。無機凝集剤としてはベントナイトやコロイダルシリカなどがあげられる。特に、再生粒子と嵩高剤の歩留り効果が高いアニオンPAMまたはコロイダルシリカ、特にコロイダルシリカを用いることで、効果的に嵩高効果を得られる。
本形態においては、上記の再生粒子、嵩高剤、凝結剤、凝集剤以外にも、必要に応じて内添サイズ剤、定着剤、歩留り向上剤、カチオン化剤、紙力増強剤、消泡剤、着色剤、染料等の各種製紙助剤等を添加しても良い。
以上のようにして得られた塗工紙は、JIS P 8251に準拠した灰分が3〜20%であり、JIS P 8118に準拠した密度が0.80g/cm3以上であると好適である。灰分が3%未満では、十分な不透明度が得られず、20%を超える灰分では、密度が高くなると共に、紙質強度が低下する。また、本形態の塗工紙は、密度が0.80〜1.00g/cm3、好ましくは0.86〜0.94g/cm3、より好ましくは0.88〜0.92g/cm3となるように調整するのが望ましい。密度が0.8g/cm3を下回ると、不透明度の低下、手肉感が損なわれ、印刷作業性や印刷見栄えが低下する問題が生じる。
本形態において使用できる抄紙設備としては、特に限定されないが、微細繊維の歩留りを向上させるには、ギャップフォーマからなるワイヤーパート、オープンドローのないストレートスルー型からなるプレスパート、シングルデッキドライヤーからなるドライヤーパートを組み合わせることが好ましい。
調整されたパルプスラリーは、ヘッドボックスを経由してワイヤーパートに送られる。ワイヤーパートとしては、長網フォーマや、長網フォーマにオントップフォーマを組み合わせたもの、あるいはツインワイヤーフォーマなど、特に限定されないが、ヘッドボックスから噴出された紙料ジェットを2枚のワイヤーで直ちに挟み込むギャップタイプのギャップフォーマが、両面から脱水するため表裏差が少なく、後述するプレスパートにおいて脱水にかかるニップ圧を低減でき、嵩高な紙が得られるため好ましい。
ワイヤーパートでの紙層は、プレスパートに移行され、さらに脱水が行われる。プレス機としては、ストレートスルー型、インバー型、リバース型のいずれであってもよく、またこれらの組み合わせも使用することができるが、オープンドローを無くしたストレートスルー型が、紙を保持しやすく、断紙などの操業トラブルが少ないため、好ましい。脱水方式としては、通常行われているサクションロール方式やグルーブドプレス方式等の方法を使用することができるが、脱水性が高いシュープレスを用いると、紙に掛かる線圧が低減でき、嵩高な紙が得られるため好ましい。
プレスパートを通った湿紙は、シングルデッキ方式のプレドライヤーパートに移行し、乾燥が図られる。プレドライヤーパートは、断紙が少なく、嵩を落とすことなく高効率に乾燥を行えるノーオープンドロー形式のシングルデッキドライヤーが好ましい。ダブルデッキ方式にて乾燥する方式も可能だが、キャンバスマーク、断紙、シワ、紙継ぎ等の操業性の面で、シングルデッキ方式に劣るため好ましくない。
以上の原紙には、剛度を向上させる目的で、水溶性高分子を、ロールコーターを用いて、下塗り塗工することができる。水溶性高分子としては、例えば、酸化澱粉、ヒドロキシエチルエーテル化澱粉、酵素変性澱粉、生澱粉などの澱粉またはその誘導体、ポリアクリルアミド、ポリビニルアルコールなどの合成高分子、耐水化や表面強度向上を目的とした紙力増強剤、サイズ性付与を目的とした外添サイズ剤、または一般に表面処理剤として通常使用されるものを単独で、あるいはこれらを数種類混合して使用することができる。これらのうち酸化澱粉が、剛度を向上させつつ、白色度の低下を最小限に抑え、塗工作業性を向上させることができるため好ましい。
下塗り塗工後の原紙は、上塗り塗工(顔料塗工)を行う前に、プレカレンダーによる平坦化処理を行うことが好ましい。プレカレンダーは、上側が金属ロールで下側が弾性ロールであるソフトカレンダーが、表面の改良性が高いため好ましい。プレカレンダーは、1段又は必用に応じ2段以上の組合せで行うこともできる。プレカレンダーでの処理により、水溶性高分子塗布後の原紙表面を平坦化処理するとともに、後のカレンダーで過度の平坦化処理を要しないことで、紙の強度を低下させることなく、原紙表面の平坦性を向上させることが可能になり、塗工紙として充分な印刷適性と紙力が得られる。また、原紙表面を平坦化処理することで上塗り塗工の塗工性を向上させ、ミストの発生を抑え、塗工液の塗工ムラを抑えることができる。プレカレンダーの線圧は、好ましくは10〜80KN/mであり、より好ましくは10〜50KN/mである。10KN/m未満であると、水溶性高分子塗布後の原紙の平坦化が進まず、また、80KN/mを超過すると、必要以上に原紙を圧迫するため、紙力や嵩高性が低下するため好ましくない。
次に、原紙の一方又は双方の面に、顔料及び接着剤を含む塗工液を塗工して塗工層を設ける。顔料は従来公知のものを用いることができ、例えば、カオリン、微粒カオリン、炭酸カルシウム、タルク、サチンホワイト、亜硫酸カルシウム、石膏、硫酸バリウム、ホワイトカーボン、焼成カオリン、構造化カオリン、珪藻土、炭酸マグネシウム、二酸化チタン、水酸化アルミニウム、水酸化カルシウム、水酸化マグネシウム、水酸化亜鉛、酸化亜鉛、酸化マグネシウム、ベントナイト、セリサイト等の無機顔料や、ポリスチレン樹脂微粒子、尿素ホルマリン樹脂微粒子、微小中空粒子、多孔質微粒子等の有機顔料等の中から、一種又は二種以上を適宜選択して配合しても良い。中でも白色度の向上作用が大きい炭酸カルシウムや、白紙光沢度の向上作用が高いクレーが好ましい。
塗工層に光沢性や平坦性、印刷適性を付与する目的で、少なくとも一方が熱ロールとされた一対のロール、好ましくは弾性ロール及び金属ロール間に通紙して平坦化処理を施すことができる。カレンダーの線圧は、100〜600KN/mが好ましく、100〜400KN/mがより好ましい。100KN/m未満であると、顔料塗工層の平坦化が進まず、また、600KN/mを超過すると、必要以上に原紙を圧迫するため、紙力や嵩高性が低下するため好ましくない。金属ロールの温度は、100〜300℃が好ましく、100〜200℃がより好ましい。100℃未満であると、顔料塗工層の平坦化が進まず、また、300℃を超過すると、繊維焼けが発生したり、熱と圧力により、塗工紙自体が黄変化したりする、退色が発生するため好ましくない。
<再生粒子>
a)製紙スラッジ由来の再生粒子(再生粒子)
特開2002−167523号公報、試験例8の製法で粒径を調整して製造した。具体的には、DIPフローテーターのフロス又は脱水設備にて55〜65%に脱水して得られた製紙スラッジを、直径4.5mm、長さ8〜10cmの紐状にカットしてから、焼却炉において1000℃で焼却して二次粒子径3μmの再生粒子を生成した。
特開2007−146354号公報、実施例3の製法で粒径を調整して製造した。具体的には、古紙の処理工程から排出される脱墨フロスを水分率60%まで脱水し(脱水工程)、120℃で乾燥して(乾燥工程)焼成工程入口での水分率が3%になるようにし、第1焼成工程で未燃分が7%となるように、第2焼成工程で未燃分が12質量%となるように焼成し(焼成工程)、粒子径500μmとなるように粉砕して(粉砕工程)、再生粒子凝集体を生成した。
特開2007−146354号公報、実施例15の製法で粒径を調整して製造した。具体的には、古紙の処理工程から排出される脱墨フロスを水分率50%まで脱水し(脱水工程)、130℃で乾燥して(乾燥工程)焼成工程入口での水分率が3%になるようにし、第1焼成工程で未燃分が7%となるように、第2焼成工程で未燃分が12質量%となるように焼成し(焼成工程)、粒子径500μmとなるように粉砕して(粉砕工程)、再生粒子凝集体の表面に、シリカを析出させたシリカ被覆再生粒子凝集体を生成した。
品番:TP121−6S、奥多摩工業(株)製の軽質炭酸カルシウムを使用した。
品番:TSK−30、湛江市理子有限公司製のフィラークレーを使用した。
<ノニオン性嵩高剤>
脂肪酸エステル(品番:KB210、花王(株)製)、又は、多価アルコール(試作品、花王(株)製)を使用した。
カチオン性特殊界面活性剤(品番:BAL−1001、日新化学研究所製)を使用した。
メタクリル酸(品番:ハイモロックNR−783、ハイモ(株)製)、又は、ポリエチレンイミン(品番:カチオファストSF、BASF社製)を使用した。
コロイダルシリカ(品番:NP442、エカケミカルス(株)製)、アニオンPAM(品番:FA−230、ハイモ(株)製)、又はカチオンPAM(品番:DR−8500、ハイモ(株)製)を使用した。
JIS P 8118「紙及び板紙−厚さ及び密度の試験方法」に準じて測定した。
JIS P 8149「紙及び板紙−不透明度試験方法(紙の裏当て)−拡散照明法」に準じて測定した。
夾雑物測定装置(ESKクリエイト(有)製、スキャナ:EPSON ES−2000、光学解像度:1600DPI、カットオフ:0.001mm2、測定面積:A4サイズ、閾値設定範囲:白黒256段階、閾値:256段階のうち黒部から75%を夾雑物とする)を用いて、測定した。
オフセット印刷機(型番:リソピアL−BT3−1100、三菱重工業(株)製)を使用し、カラーインク(品番:ADVAN、大日本インキ化学工業(株)製)にてカラー4色印刷を5000部行った。この印刷面について、目視及びルーペ(10倍)にて、印刷物の印刷ムラを観察し、その程度を以下の評価基準に基づいて評価した。
○:裏抜けがなく、印刷適性に優れ、実使用可能。
△:裏抜けが多少発生し、印刷適性が多少劣るが、実使用可能。
×:裏抜けが発生し、印刷適性に劣り、実使用不可能。
前記印刷面について、目視及びルーペ(10倍)にて、紙表面のトラレ(紙表面の一部が印刷機のブランケットに取られて、印刷に抜けが生じるトラブル)の発生の程度を、以下の評価基準に基づいて評価した。
○:抜けがなく、印刷適性に優れ、実使用可能。
△:抜けが多少発生し、印刷適性が多少劣るが、実使用可能。
×:抜けが発生し、印刷適性に劣り、実使用不可能。
Claims (6)
- パルプに填料と嵩高剤とが内添された嵩高紙であって、
前記填料として、製紙スラッジを焼却して得られた焼却灰を粉砕した白色顔料が使用されている、
ことを特徴とする嵩高紙。 - 前記填料として、古紙処理工程から排出される脱墨フロスを主原料とする前記製紙スラッジを脱水、乾燥、焼成及び粉砕工程を経ることにより得られ、前記焼成工程で凝集させ、粒子中にカルシウム、ケイ素及びアルミニウムの3成分を含有する再生粒子が使用されている、請求項1記載の嵩高紙。
- 電荷密度−0.3〜−6.0meq/gのアニオン性凝集剤の存在下で抄紙された、請求項1又は請求項2記載の嵩高紙。
- 前記嵩高剤が、ノニオン性である、請求項1〜3のいずれか1項に記載の嵩高紙。
- 前記嵩高剤が、脂肪酸エステルを主成分として含む、請求項1〜4のいずれか1項に記載の嵩高紙。
- パルプに填料及び嵩高剤を内添して嵩高紙を製造する方法であって、
古紙処理工程から排出される脱墨フロスを主原料とする製紙スラッジを脱水、乾燥、焼成及び粉砕工程を経ることにより得られ、前記焼成工程で凝集させ、粒子中にカルシウム、ケイ素及びアルミニウムの3成分を含有する再生粒子を、前記填料として用い、
電荷密度が−0.3〜−6.0meq/gのアニオン性凝集剤の存在下で抄紙する、
ことを特徴とする嵩高紙の製造方法。
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