JP2010077546A - 紙の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】
大型化・高速化した抄紙機において原料となるセルロース繊維スラリーにアニオントラッシュを多く含有する場合に有効な填料歩留りを向上させる紙の製造方法を提供する。
【解決手段】
セルロース繊維スラリーに、硫酸アルミニウム、カチオン性紙力増強剤、填料を添加した後、アニオン性歩留向上剤をスクリーン処理の前後に分割添加して、さらに好ましくはアニオン性歩留向上剤のスクリーン処理後に添加する量が、スクリーン処理前に添加する量の同量以下で灰分10質量％以上の紙を製造する。
【選択図】なし

Description

本発明は、填料歩留りを向上させる紙の製造方法に関するものである。特に大型化・高速化した抄紙機において填料歩留りを向上させる紙の製造方法に関するものである。

抄紙工程におけるワイヤー上の紙料および填料の歩留りを向上させることは、排水負荷の軽減、製造コストの低下、操業効率の改善、紙の不透明度化などの紙品質の向上などの面から重要な意味を有している。

一般に、歩留向上剤と呼ばれるカチオン性あるいはアニオン性の高分子物質をストックインレットの手前で添加すると紙料および填料の歩留りが向上することが知られている。
しかし、紙の軽量化、低坪量化が要望される今日において、紙の不透明度、白色度、印刷適性などの紙品質を向上させる填料の重要性が高まり、その使用量が増加しているため、効率的に填料を歩留らせる技術が必要である。

これらの問題を解決するために、種々の填料歩留り向上法が提案されている。カチオン性高分子電解質添加後、カチオン性またはアニオン性高分子物質を添加する方法（特許文献１参照）が開示されている。しかし、この方法では、高分子物質は強剪断力によって容易に破壊され、紙料・填料の歩留り向上効果が著しく低下するという問題がある。従って、省力化・製造コスト削減を目的に、抄紙機は大型化・高速化が進む近年の抄紙設備下では、紙料スラリーに加わる剪断力が強く、高分子物質により一旦形成されたフロックが、強剪断力によって容易に破壊され、歩留向上剤の効果が著しく低下するという欠点を有している。

一方、カチオン性または両性高分子物質と無機コロイドを添加する方法（特許文献２参照）、カチオン性高分子物質を添加した後、ベントナイトを添加する方法（特許文献３参照）のように高分子物質と無機物を併用することにより強剪断力にも有効な方法も開示されている。しかし、無機物を添加するために、特別な設備が必要となってしまうという問題がある。

また、近年の抄紙工程では、原料として古紙の使用量が増加し、白水のクローズド化が進行しているため、古紙由来のインク成分や機械パルプ由来のリグニン、塗工損紙由来のラテックスといったアニオントラッシュが系内に増加している。このアニオントラッシュが増加すると、紙力増強剤、サイズ剤、歩留向上剤等のカチオン基を有する製紙用添加剤やカチオンを有する硫酸バンドとパルプ繊維との反応が阻害され、これら薬品の定着不良および効果不良が生じる。

そこで、アニオントラッシュの表面電荷を中和する目的でカチオン性物質を添加後、カチオン性歩留向上剤を添加する方法（特許文献４参照）が提案されているが、目標とする紙質を達成するためには、製紙用添加剤が過剰に添加されることになり、パルプ繊維の表面がカチオンに帯電するため、マシン汚れの原因になっているのが現状である。
特許第３７９１３４９号公報 特開平５−３３２９２号公報 特開昭６２−１９１５９８号公報 特許第３８１９７３１号公報

本発明の目的は、大型化・高速化した抄紙機においても、填料歩留りを向上させる紙の製造方法を提供することである。

上記課題を解決するため鋭意研究した結果、アニオン性歩留向上剤の添加位置により、特に分割添加することで、飛躍的に填料歩留りに優れる紙の製造方法を見出した。
本発明は以下の発明を包含する。
（１）紙の灰分が１０質量％以上である紙の製造方法であって、セルロース繊維スラリーに、硫酸アルミニウム、カチオン性紙力増強剤、填料を添加した後、アニオン性歩留向上剤をスクリーン処理の前後に分割添加する紙の製造方法。

（２）該アニオン性歩留向上剤は、スクリーン処理後に添加する量が、スクリーン処理前に添加する量の同量以下である（１）に記載の紙の製造方法。

本発明における紙の製造方法は一種類のアニオン性歩留向上剤をスクリーン処理の前後に分割添加することで、大型化・高速化した抄紙機において填料歩留りを向上することができる。

高速抄紙が可能なツインワイヤー抄紙機では、高速化に伴って、スクリーン処理にて紙料スラリーに加わる剪断力は強くなる。この強い剪断力により、歩留り向上剤によって形成されたフロックは破壊されやすくなるため、歩留向上剤の効果が低下し、歩留りが悪い。従って、本発明の紙の製造方法を適用する抄紙機は、高速抄紙が可能なツインワイヤー抄紙機であり、ツインワイヤー抄紙機としては、ギャップフォーマー、オントップフォーマーなどが挙げられる。本発明でいう高速とは、一般に１０００ｍ／分以上を指す。

本発明で使用されるパルプ原料としては、特に限定されるものではなく、化学パルプ、機械パルプ、古紙パルプ等の中から選ばれる少なくとも１種以上のパルプを配合して使用される。好ましくは、繊維の表面電荷が高い晒化学パルプを全パルプ固形分の３０質量％以上使用すると、硫酸バンドやカチオン性紙力増強剤によって繊維がカチオン化されやすく、アニオン性歩留向上剤による凝集作用が効果的で、歩留りが向上しやすい。

本発明で使用される硫酸バンドは、パルプ繊維や填料の表面電荷を適度に調整して、後に添加するアニオン性歩留向上剤の凝集作用を効果的に行う作用がある。また、抄紙工程に存在する古紙由来のインク成分や機械パルプ由来のリグニン、塗工損紙由来のラテックスといったアニオントラッシュの表面電荷を中和する作用もある。
硫酸バンドの添加量は１４水和物として、紙料固形分質量に対し０．１％以上であり、好ましくは０．１％以上、３％以下が好ましい。０．１％未満では歩留り向上効果が小さく、一方、３％を超えて添加しても効果は頭打ちになる。

本発明で使用されるカチオン性紙力増強剤は、乾燥紙力増強剤として作用するだけでなく、パルプ繊維や填料の表面電荷を適度に調整して、後に添加するアニオン性歩留向上剤の凝集作用を効果的に行う作用がある。カチオン性紙力増強剤は、カチオン基を有する乾燥紙力増強剤であり、特に限定されるものではないが、例えば、ポリアクリルアミド主鎖にカチオン基を導入したカチオン重合体、およびポリアクリルアミド主鎖にカチオン基およびアニオン基を導入した両性重合体、カチオン化澱粉、両性デンプン等が例示される。

本発明で使用される填料としては、一般に使用されている填料が使用され、特に限定されるものではなく、例えば、重質炭酸カルシウム、軽質炭酸カルシウム、亜硫酸カルシウム、石膏、タルク、カオリン、クレー、焼成カオリン、非晶質シリカ、デラミカオリン、ケイソウ土、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、微小中空粒子等の有機顔料等が例示され、更に古紙や損紙等に含まれる填料や顔料も再生使用できる。また、必要に応じて２種以上の填料を適宜組み合わせて使用する事も可能である。好ましくは、炭酸カルシウムのように粒子表面が正に帯電する填料において、アニオン性歩留向上剤と凝集しやすく、効果がでやすい。

本発明で使用するアニオン性歩留向上剤は、アニオン性単量体の共重合体であれば、特に限定されるものではなく、アニオン性単量体としては、例えば、アクリル酸、メタクリル酸、マレイン酸、イタコン酸などが例示される。さらに、他の非イオン性の単量体との共重合体でも良く、例えば、アクリルアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルアクリルアミド、酢酸ビニル、アクリロニトリル、アクリル酸メチル、（メタ）アクリル酸２−ヒドロキシエチル、ジアセトンアクリルアミド、Ｎ−ビニルピロリドン、Ｎ−ビニルホルムアミド、Ｎ−ビニルアセトアミドなどの非イオン性の単量体が例示される。好ましい組み合わせとしては、アクリル酸とアクリルアミドであり、填料の歩留り効果が高い。分子量は、１０００万以上が好ましく、分子量が１０００万未満では、十分な填料歩留りが得られない。

アニオン性歩留向上剤の添加位置は、セルロース繊維スラリーと硫酸バンド、カチオン性紙力増強剤、填料を添加した後、スクリーン処理前後に分割して添加することが重要である。スクリーン処理後に一括添加すると填料歩留りは高くなるが、過度の凝集による地合乱れが大きく、また填料配合による不透明度化の効果が阻害されてしまうという問題が生じる。一方、スクリーン処理前の一括添加は、剪断処理により填料歩留り効果は低下するものの、アニオン性歩留向上剤における剪断処理の影響は、カチオン性歩留向上剤に比べ受けにくいため、スクリーン処理前に添加しても効果が得られる。従って、高速マシンでは、スクリーン前後に適度に分割することで、地合を維持しつつ、かつ効率的に填料の歩留りを上げることができるため、填料歩留り率の悪くなる灰分１０質量％以上の紙を抄造したいときに有効である。灰分１０質量％未満では、もともとの歩留り率があり、アニオン性歩留向上剤添加の効果が小さくなるため、操業性や経済性へ貢献度が小さい。

本発明で使用するアニオン性歩留向上剤の添加量は、紙料の性状や抄紙速度に応じて任意に決定し得るが、通常は、紙料固形分質量に対して１００〜５００ｐｐｍである。なお、本発明においては、スクリーン処理後に添加する量が、スクリーン処理前に添加する量の同量以下であることが好ましい。スクリーン処理後に添加する量が、スクリーン処理前に添加する量を超えて添加すると、地合が乱れ濾水が不安定になり高速化では好ましくない。よって、スクリーン処理前に添加する量は、５０〜４００ｐｐｍ程度が好ましく、スクリーン処理後に添加する量は、５０〜２５０ｐｐｍ程度が好ましい。なお、分割添加にすることで填料歩留りが向上するため歩留向上剤の減添が可能となる。また、填料の減添も可能となる。

なお、本発明の目的の効果を損なわない範囲で、カチオン性歩留向上剤を併用しても良い。カチオン性歩留向上剤は、カチオン性を示す高分子電解質であれば、特に限定されるものではないが、例えば、脂肪族ポリアミンとエピハロヒドリンとの重縮合物や（メタ）アクリロイルオキシエチルトリメチルアンモニウム塩化物と（メタ）アクリルアミドとの共重合体が例示される。カチオン性歩留向上剤は、パルプ繊維や填料の表面電荷を適度に調整して、後に添加するアニオン性歩留向上剤の凝集作用を効果的に行う作用もあり、添加場所は、填料添加後〜アニオン性歩留向上剤より前で添加する。

また、抄紙工程に存在する古紙由来のインク成分や機械パルプ由来のリグニン、塗工損紙由来のラテックスといったアニオントラッシュの表面電荷を中和する目的で、ポリジメチルジアリルアンモニウムクロライドやポリアクリルアミド、ポリエチレンイミン、ポリアミン、ポリアクリル酸エステル、ポリメタクリル酸エステルなどのカチオン性高分子物質を併用することが好ましい。

本発明の方法にて製造された紙は、あらゆる等級および種類の紙製品に対して応用できる。例えば、パンフレット、カレンダー、週刊誌、包装用紙等として利用されているグラビア用紙、アート紙、コート紙、キャストコート紙、微塗工紙等の印刷用塗工紙の原紙は勿論、感圧記録紙、感熱記録紙、インクジェット用紙、感光紙、昇華転写受像紙等の情報用紙や粘着紙、ラミネートあるいは蒸着等に使用される加工紙等の原紙および各種印刷用紙、新聞用紙、書籍用紙、フォーム用紙、ＰＰＣ用紙、ＯＣＲ用紙、板紙、紙管原紙、段ボール原紙等にわたって幅広く適応できるものである。

以下に、本発明の効果を明確なものとするために、実施例を挙げて説明するが、これらに限定されるものではない。なお、例中の部および％はそれぞれ質量部および質量％を示す。

［実施例１］
晒化学パルプ（ＣＳＦ ４５０ｍＬ）と古紙パルプを５５：４５で配合した２％製紙原料スラリー１００部を３００ｒｐｍで攪拌しながら、硫酸アルミニウム０．８部、カチオン化澱粉０．７部（エースＫ−１００、王子コーンスターチ社製）、アルキルケテンダイマー０．０１部（ＡＤ１６０８、星光ＰＭＣ社製）、を順次添加した。この懸濁液を希釈して０．５％濃度の懸濁液とし、１０００ｒｐｍで攪拌しながら、軽質炭酸カルシムウム３０部、アクリル系アニオン性歩留向上剤０．０２部（ハイモロックＦＡ−２３０、ハイモ社製）、を順次添加した後、スクリーンを想定し、高剪断３０００ｒｐｍで攪拌し、スクリーン通過後を想定した製紙原料スラリーを得た。その後、スクリーン後を想定し、１０００ｒｐｍで攪拌しながら、アニオン性歩留向上剤０．０２部（ＦＡ−２３０）添加し、インレット直前を想定した製紙原料スラリーを得た。各薬品の添加間隔は全て３０秒とした。

［実施例２］
スクリーン前のアニオン性歩留向上剤添加量を０．０２５部、スクリーン後のアニオン性歩留向上剤０．０１５部とした以外は、実施例１と同様にして、製紙原料スラリーを得た。

［実施例３］
スクリーン前のアニオン性歩留向上剤添加量を０．０３部、スクリーン後のアニオン性歩留向上剤０．０１部とした以外は、実施例１と同様にして、製紙原料スラリーを得た。

［実施例４］
スクリーン前のアニオン性歩留向上剤添加量を０．０１部、スクリーン後のアニオン性歩留向上剤０．０３部とした以外は、実施例１と同様にして、製紙原料スラリーを得た。

［実施例５］
実施例１のアクリル系アニオン性歩留向上剤としてソマール社製のＦＸ−５０を使用した以外は、実施例１と同様にして、製紙原料スラリーを得た。

［比較例１］
スクリーン前のアニオン性歩留向上剤添加量を０．０４部、スクリーン後のアニオン性歩留向上剤０部とした以外は、実施例１と同様にして、製紙原料スラリーを得た。

［比較例２］
スクリーン前のアニオン性歩留向上剤添加量を０部、スクリーン後のアニオン性歩留向上剤０．０４部とした以外は、実施例１と同様にして、製紙原料スラリーを得た。

［比較例３］
晒化学パルプ（ＣＳＦ ４５０ｍＬ）と古紙パルプを５５：４５で配合した２％製紙原料スラリー１００部を３００ｒｐｍで攪拌しながら、硫酸アルミニウム０．８部、カチオン化澱粉０．７部（エースＫ−１００、王子コーンスターチ社製）、アルキルケテンダイマー０．０１部（ＡＤ１６０８、星光ＰＭＣ社製）、を順次添加した。この懸濁液を希釈して０．５％濃度の懸濁液とし、１０００ｒｐｍで攪拌しながら、軽質炭酸カルシムウム３０部、カチオン性歩留向上剤０．０２部（ＮＲ−１２ＭＬＳ、ハイモ社製）を順次添加した後、スクリーンを想定し、高剪断３０００ｒｐｍで攪拌し、スクリーン通過後を想定した製紙原料スラリーを得た。その後、スクリーン後を想定し、１０００ｒｐｍで攪拌しながら、アクリル系カチオン性歩留向上剤０．０２部（ハイモロックＮＲ−１２ＭＬＳ）添加し、インレット直前を想定した製紙原料スラリーを得た。各薬品の添加間隔は全て３０秒とした。

［比較例４］
スクリーン前のカチオン性歩留向上剤添加量を０．０４部、スクリーン後のカチオン性歩留向上剤０部とした以外は、比較例３と同様にして、製紙原料スラリーを得た。

［比較例５］
晒化学パルプ（ＣＳＦ ４５０ｍＬ）と古紙パルプを５５：４５で配合した２％製紙原料スラリー１００部を３００ｒｐｍで攪拌しながら、硫酸アルミニウム０．８部、カチオン化澱粉０．７部（エースＫ−１００、王子コーンスターチ社製）、アルキルケテンダイマー０．０１部（ＡＤ１６０８、星光ＰＭＣ社製）、を順次添加した。この懸濁液を希釈して０．５％濃度の懸濁液とし、１０００ｒｐｍで攪拌しながら、軽質炭酸カルシムウム３０部、カチオン性歩留向上剤０．０２部（ＮＲ−１２ＭＬＳ、ハイモ社製）を順次添加した後、スクリーンを想定し、高剪断３０００ｒｐｍで攪拌し、スクリーン通過後を想定した製紙原料スラリーを得た。その後、スクリーン後を想定し、１０００ｒｐｍで攪拌しながら、アクリル系アニオン性歩留向上剤０．０２部（ハイモロックＦＡ−２３０）添加し、インレット直前を想定した製紙原料スラリーを得た。各薬品の添加間隔は全て３０秒とした。

［比較例６］
軽質炭酸カルシウムを１０部とした以外は、実施例１と同様にして、製紙原料スラリーを得た。

［比較例７］
軽質炭酸カルシウムを１０部とした以外は、比較例１と同様にして、製紙原料スラリーを得た。

［比較例８］
軽質炭酸カルシウムを１０部とした以外は、比較例３と同様にして、製紙原料スラリーを得た。

［比較例９］
軽質炭酸カルシウムを１０部とした以外は、比較例５と同様にして、製紙原料スラリーを得た。

上記、実施例１〜５、比較例１〜９で得られた製紙原料スラリーを角型手抄き装置を用いて目標坪量が３７ｇ／ｍ^２となる手抄き紙を抄造し、プレスにより脱水後、シリンダードライヤーを用いて乾燥しシートを作製した。各製造例の紙は、２３℃／５０％ＲＨの恒温室で２４時間放置後、坪量は、ＪＩＳ Ｐ８１２４に準じて測定した。紙中灰分は、ＪＩＳ Ｐ８１２８に準じて、測定し、填料歩留りは、紙中の灰分質量を、シート抄造に加えた灰分の固形分質量で除して算出した。地合は下記の評価基準で目視判定を行った。
◎：優れている。
○：良好。
×：不良。
結果を表１に示す。

表１から、以下のことが示される。
実施例１〜５は灰分歩留りが５５％以上あり、良好な灰分歩留りであった。特に、実施例１〜２は、灰分歩留りが６０％に達しており、かつ地合も優れていた。比較例１は、アニオン性歩留向上剤の添加量は実施例１〜５と同等であるが灰分歩留りが５５％未満であり、スクリーン前後に分割して添加することで填料歩留りが向上することがわかる。比較例２では、地合不良が生じ、シートの作製が困難であった。比較例３〜５は、歩留向上剤添加量が実施例１〜５と同等であるが灰分歩留りは５０％にも達しておらず、アニオン性歩留向上剤をスクリーン前後に分割して添加することで填料歩留りが向上することがわかる。比較例６〜９は、灰分歩留りは６０％以上と高く、紙中灰分が１０％未満の紙の製造では、アニオン性歩留向上剤をスクリーン前後に分割して添加することによる十分な灰分歩留り向上効果は得られない。

Claims (2)

1. 紙の灰分が１０質量％以上である紙の製造方法であって、セルロース繊維スラリーに、硫酸アルミニウム、カチオン性紙力剤、填料を添加した後、アニオン性歩留向上剤をスクリーン処理の前後に分割添加することを特徴とする紙の製造方法。
2. 該アニオン性歩留向上剤は、スクリーン処理後に添加する量が、スクリーン処理前に添加する量の同量以下であることを特徴とする請求項１に記載の紙の製造方法。