JP2010255167A - 紙の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】同心状構造の多流体ノズルを有する噴射装置33によって、紙料に対して、1種以上の製紙用薬品を他の液体とともに噴射して混合させることを含む、紙の製造方法であって、多流体ノズルの最も外側のノズルから噴射される液体の濃度が0.1〜2.0重量%であり、かつ、多流体ノズルの最も内側のノズルから噴射される液体の濃度が、最も外側のノズルから噴射される液体の濃度より0.1重量%以上低い、上記方法。
【選択図】図3
Description
(1) 同心状構造の多流体ノズルを有する噴射装置によって、紙料に対して、1種以上の製紙用薬品を他の液体とともに噴射して混合させることを含む、紙の製造方法であって、多流体ノズルの最も外側のノズルから噴射される液体の濃度が0.1〜2.0重量%であり、かつ、多流体ノズルの最も内側のノズルから噴射される液体の濃度が、最も外側のノズルから噴射される液体の濃度より0.1重量%以上低い、上記方法。
(2) 他の液体が、紙料、白水、クリア白水、清水から選択される1つ以上である、(1)に記載の方法。
(3) 前記紙料の濃度が2重量%以下である、(1)または(2)に記載の方法。
(4) 前記紙料が、スクリーンを通過した後の紙料である、(1)〜(3)のいずれかに記載の方法。
(5) 前記製紙用薬品が歩留剤を含む、(1)〜(4)のいずれかに記載の方法。
(6) 前記紙の灰分が8重量%以上である、(1)〜(5)のいずれかに記載の方法。
本発明は、1つの態様において、同心状構造の多流体ノズルを有する噴射装置によって、紙料に対して、1種以上の製紙用薬品を他の液体とともに噴射して混合させることを含む、紙の製造方法である。本発明によれば、歩留剤などの製紙用薬品の効果を十分に発揮させることができるため、本発明により製造される紙は、紙に内添する填料を多くすることができ、例えば、灰分が8重量%以上の比較的高灰分である紙も安定して製造することができる。したがって、本発明によれば、不透明度が高く、各種印刷用途に好適に用いることができる印刷用紙を高い操業性で製造することができる。なお、本発明における紙とは板紙を含まない。本発明によって得られる紙は、例えば、コールドオフセット印刷やヒートオフセット印刷などの平版印刷、グラビア印刷などの凹版印刷、凸版印刷などの印刷方式で印刷することができる。したがって、本発明によって製造される紙は、例えば、上質印刷用紙、中質印刷用紙、新聞用紙、書籍用紙、各種コート紙用の原紙、情報記録用紙などとして用いることができる。
(液体濃度)
本発明の紙の製造方法は、同心状構造の多流体ノズルを有する噴射装置によって、歩留剤などの製紙用薬品を他の液体とともに紙料流れに対して噴射して混合させることを含み、多流体ノズルの最も外側のノズルから噴射される液体の濃度を0.1〜2.0重量%とする。本発明の好ましい態様において、多流体ノズルの最も外側のノズルから噴射される液体の濃度は0.3重量%以上とすることが好ましく、0.5重量%以上とすることがより好ましい。また、多流体ノズルの最も外側のノズルから噴射される液体の濃度は1.8重量%以下とすることが好ましく、1.6重量%以下とすることがより好ましい。
本発明の好ましい態様において、歩留剤などの製紙用薬品が、2重量%以下という比較的低濃度の紙料に添加される。一般にパルプや填料、各種薬品などを含んでなる紙料は、ミキシングチェスト、マシンチェスト、種箱などにおいて混合され、徐々に希釈されてからヘッドボックスに送られ、ヘッドボックスから抄紙ワイヤーに噴射されて、紙が形成される。種箱などにおける紙料は固形分濃度が3重量%以上であることが多く、その後、白水などによって紙料が希釈されて2重量%以下になるが、本発明においては、2重量%以下まで希釈された後の紙料に対して歩留剤その他の製紙用薬品を添加する。製紙用薬品を添加する際のより好ましい紙料濃度は1.8重量%以下、さらに好ましくは1.6重量%以下である。また、理由は明らかではないが、紙料に含まれる繊維の中で1mmを超える繊維の比率が多い場合に、繊維同士が絡み合いやすくなり、それによって生成された繊維の塊や粕が紙の欠陥発生や抄紙工程での断紙の原因の一つになると考えられることから、本発明では、ヘッドボックスにおけるパルプ全繊維に対し繊維長1mm以上の繊維量が50長さ加重%以下であることが好ましく、40長さ加重%以下であることがより好ましい。
本発明の好ましい態様において、歩留剤などの製紙用薬品を添加する場所は、種箱からヘッドボックスの間である。一般に種箱などで混合された紙料は、ファンポンプなどによって白水などで希釈され、さらに、クリーナーやスクリーンなどで異物を除去してから、ヘッドボックスに送られ、抄紙ワイヤーに噴射される。本発明において歩留剤などの製紙用薬品を添加する場所は、種箱より後であり、特に、スクリーンを通過した後の紙料に製紙用薬品を添加することが好ましい。従来、歩留剤を紙料に十分に混合させるために、スクリーンを通過前の紙料に歩留剤を添加していたが、本発明においては、スクリーンを通過した後の紙料に製紙用薬品を添加することによって、スクリーンを通過する際に受ける機械的せん断力を回避することができ、歩留剤などの製紙用薬品の効果を損なうことなく発揮させることが可能になる。つまり、スクリーンを通過する前の紙料に歩留剤などを添加すると、歩留剤などの製紙用薬品を均一に分散させることはできるものの、歩留剤などの製紙用薬品とパルプや填料との凝集がスクリーン通過時に破壊され、歩留り効果が低下してしまうおそれがある。
本発明において紙料に添加される製紙用薬品は、特に制限されず、種々の薬品を単独または組み合わせて用いることができる。具体的には、本発明の製紙用薬品としては、例えば、歩留剤、濾水性向上剤、凝結剤、硫酸バンド、ベントナイト、シリカ、サイズ剤、乾燥紙力剤、湿潤紙力剤、嵩高剤、填料、染料、消泡剤、紫外線防止剤、退色防止剤、ピッチコントロール剤、スライムコントロール剤などの製紙用薬品を用いることができる。中でも、短時間で紙料との混合ができるという本発明の効果を大きく享受できる点で、製紙用薬品として歩留剤を添加することが特に好ましい。歩留剤の他、本発明の製紙用薬品として好適に使用できるものとしては、ポリアクリルアミド系高分子、ポリビニルアルコール系高分子、カチオン性澱粉、各種変性澱粉、尿素・ホルマリン樹脂、メラミン・ホルマリン樹脂などの内添乾燥紙力増強剤;ポリアミドポリアミンエピクロロヒドリン樹脂などの内添湿潤紙力増強剤;ロジン系サイズ剤、AKD系サイズ剤、ASA系サイズ剤、石油系サイズ剤、中性ロジンサイズ剤などの内添サイズ剤;などを挙げることができる。
本発明によって歩留剤を添加する場合、歩留剤の種類は特に制限されず、有機歩留剤、無機歩留剤、あるいは、複数の歩留剤の混合システムを用いることもできる。本発明において歩留剤とは、パルプや填料の歩留りを向上させるために用いられる製紙用薬品であり、濾水性向上剤や凝結剤などの名称で販売等されていたとしても、歩留り向上効果があれば本発明における歩留剤に該当する。本発明においては極めて短時間で製紙用薬品を紙料に混合できるため、経時的に効果が変化するようなデリケートな歩留剤であっても好適に使用することができ、本発明においては、ポリマー系歩留剤を好ましく用いることができる。また、歩留剤の添加量は、パルプ固形分に対して400ppm以下が好ましく、300ppm以下がより好ましく、200ppm以下がさらに好ましい。歩留剤の添加量が多すぎると、凝集力が強くなりすぎ、地合が悪化する可能性があるためである。一方、歩留剤の効果を発揮させるため、歩留剤を10ppm以上添加することが好ましい。
本発明の望ましい態様において使用する歩留剤としては、カチオン性の直鎖状または分枝状ポリマーが好ましく、製品の形態として、エマルション型もしくはディスパージョン型ポリマーであることが好ましい。種類としては、ポリアクリルアミド(PAM)系物質が好ましい。エマルション型で直鎖状のカチオン性ポリアクリルアミド系物質、ディスパージョン型で直鎖状のカチオン性ポリアクリルアミド系物質がより好ましい。
本発明においては、歩留剤を初めとする製紙用薬品を、他の液体とともに紙料に噴射する。本発明で使用する他の液体に特に制限はなく、工業用水などの通常の清水、白水、クリア白水、本流から抜き出した紙料、製紙用薬品を含有する水溶液などを適宜使用することができるが、清水、白水、クリア白水、紙料などを特に好適に用いることができる。これらの液体は、単独または2種以上混合して用いることができる。また、これらの液体の温度は、特に制限はないが、5〜50℃程度が好ましい。
本発明においては、歩留剤を初めとする製紙用薬品を、他の液体とともに紙料に噴射することによって、紙料に対して製紙用薬品を迅速かつ均一に混合することができる。本発明によって迅速かつ均一な混合が可能になる理由の詳細は完全には明らかでなく、本発明はこれに拘束されるものではないが、製紙用薬品を含む液体を紙料に噴射することによって、配管中で層流を形成しやすい低濃度紙料に製紙用薬品を均一に行き渡らせ、また、製紙用薬品を含む液体を他の液体とともに噴射させることによって、製紙用薬品を含む液体の流れを他の液体の流れに瞬時に巻き込ませて迅速な混合を可能にしているものと考えられる。また、本発明によれば、製紙用薬品を紙料中に効率よく混合し、製紙用薬品の効果を十分に発揮させることができるため、従来より製紙用薬品の使用量を抑制することができ、コストダウンの観点からも有利である。
本発明において液体を紙料に噴射するとは、液体を紙料に単に合流させるのでなく、一定以上の圧力をもって紙料流れに液体を導入することをいい、具体的には、紙料流れの内圧よりも0.2bar以上高い圧力で液体を導入することをいう。圧力の調整は、例えば、流体を送り出すポンプの出力を調整することによって行うことができる。なお、噴射される液体の流量は、抄速や配管の大きさなどに基づいて適宜決定される。
上記のようにして製紙用薬品を混合された紙料は、ヘッドボックスに送られ、ヘッドボックスからワイヤーに噴射されて抄紙される。本発明は、種々の抄紙機や抄紙法に適用することができる。抄紙機としては例えば、長網抄紙機、ツインワイヤー抄紙機、ギャップフォーマー抄紙機、ヤンキー抄紙機等で適宜抄紙できるが、特に地合が悪化しやすいツインワイヤー抄紙機でも、本発明の効果を有意に発揮させることができる。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。
本発明の製造方法によれば、高い歩留り率で地合が良好な紙を得ることができる。地合は、レーザー光透過光変動法による地合指数(紙パルプ技術タイムス28(5),1985,P30−35参照)により評価することができ、例えば、新聞用紙の場合、地合指数が10.0以下であることが好ましく、8.0以下がさらに好ましい。ここで、地合指数は、値が小さいほど紙の紙合が良好であることを示し、地合指数で0.5の差は、肉眼でも地合の差として認識できるものである。
本発明の内容をより詳細に説明するため、本発明の1つの態様に即して本発明の内容を以下に記載する。
<歩留りの測定方法>
ヘッドボックス原料とワイヤー下に抜け落ちた白水(ワイヤー下白水と記述する)について、それぞれ固形分濃度と灰分濃度を測定した。下記式(1)により紙料歩留りを、下記式(2)により灰分(填料)歩留りを測定した。なお、灰分の測定は、ヘッドボックス原料とワイヤー下白水について、その固形分を525℃で灰化し、重量を測定した。
野村商事製のFMT−MIII(光透過光変動法)により地合指数を測定した。サンプル形状は18×25cmとし、使用したCCDカメラの絞り(感度)は12とした。
坪量:JIS P 8124:1998(ISO 536:1995)に従った。
灰分:JIS P 8251:2003に従った。
抄紙機による紙製造中に発生する紙面欠陥のうち、抄紙機に設置されている欠陥検出機にて検出された紙面欠陥で、大きさが縦4mm×横4mm以上のものが単位時間に発生した数から一日あたりの紙面欠陥数として下記式(4)にて算出した。また、紙面欠陥数は、以下の基準により評価した。◎:40個/日以下、○:41〜80個/日、△:81〜120個/日、×:121個/日以上。
抄紙機の稼働中における一日あたり(24時間操業)の紙切れの回数を集計した。断紙回数は、以下の基準により評価した。◎:0.4回/日以下、○:0.6回/日以下、△:0.8回/日以下、×:1.0回/日以上。
繊維分析装置(Lorentzen&Wettre製FiberTester)により測定した繊維分布から、1mm以上の繊維が紙料に占める割合を求めた。
・分子量:極限粘度法による重量平均分子量である。
・カチオン電荷密度:0.1g/Lのサンプルの水溶液を1/1000規定のポリビニルスルホン酸カリウム(PVSK)を用い自動滴定装置(BTG製 MUTEK PCD−04)にてアニオン要求量を測定し、下記式(5)よりカチオン電荷密度を算出した。
・粒子径:塩化ナトリウムにより電気伝導度を100mS/mに調整した水で、サンプルを250mg/Lに希釈し、粒子径・ゼータ電位測定装置(Malvern製ZETASIZER3000HSA)により測定した。
DIP(濾水度200ml)80部、TMP(濾水度100ml)15部、及び針葉樹晒クラフトパルプ(NBKP、濾水度600ml)5部を混合離解して調製したパルプスラリーに、填料として対パルプ固形分20%の軽質炭酸カルシウム、内添紙力増強剤として対パルプ固形分0.5%のカチオン変性澱粉、対パルプ固形分2%の硫酸バンドを添加して紙料を調製した。なお、濾水度はカナダ標準濾水度(CSF)を表し、紙料における1mm以上の繊維が占める割合は約33長さ加重%であった。
実施例1において、3流体ノズルの最も内側から噴射される液体としてクリア白水(固形分濃度:0.1%)を用いた以外は、実施例1と同様にしてオフセット印刷用新聞用紙を得た。
実施例1において、3流体ノズルの最も内側から噴射される液体として清水(固形分濃度:0%)を用いた以外は、実施例1と同様にしてオフセット印刷用新聞用紙を得た。
実施例1において、3流体ノズルの最も外側から噴射される液体としてクリア白水(固形分濃度:0.1%)、3流体ノズルの最も内側から噴射される液体として清水(固形分濃度:0%)を用いた以外は、実施例1と同様にしてオフセット印刷用新聞用紙を得た。
実施例1において、3流体ノズルの最も外側から噴射される液体として紙料流れから抜き出した紙料(固形分濃度:1.2%)、3流体ノズルの最も内側から噴射される液体として清水(固形分濃度:0%)を含む液体を用いた以外は、実施例1と同様にしてオフセット印刷用新聞用紙を得た。
実施例5において、歩留剤としてエマルション型で直鎖状のカチオン性ポリアクリルアミド系歩留剤(リアライザーR−300、重量平均分子量約2000万、カチオン電荷密度1.7meq/g、粘度600mPa・s、平均粒子径1000nm、ソマール株式会社製)を用いた以外は、実施例1と同様にしてオフセット印刷用新聞用紙を得た。
実施例1において、3流体ノズルの最も外側から噴射される液体としてクリア白水(固形分濃度:0.3%)、3流体ノズルの最も内側から噴射される液体として清水(固形分濃度:0%)を用いた以外は、実施例1と同様にしてオフセット印刷用新聞用紙を得た。
実施例1において、3流体ノズルの最も外側から噴射される液体として紙料流れから抜き出した紙料(固形分濃度:2.0%)、3流体ノズルの最も内側から噴射される液体として紙料流れから抜き出した紙料(固形分濃度:2.0%)を用いた以外は、実施例1と同様にしてオフセット印刷用新聞用紙を得た。
実施例1において、3流体ノズルの最も外側から噴射される液体として紙料流れから抜き出した紙料(固形分濃度:1.2%)、3流体ノズルの最も内側から噴射される液体として紙料流れから抜き出した紙料(固形分濃度:1.2%)を用いた以外は、実施例1と同様にしてオフセット印刷用新聞用紙を得た。
実施例1において、3流体ノズルの最も外側から噴射される液体として紙料流れから抜き出した紙料(固形分濃度:2.2%)、3流体ノズルの最も内側から噴射される液体として紙料流れから抜き出した紙料を清水(固形分濃度:0%)で希釈した紙料(固形分濃度:2.0%)を用いた以外は、実施例1と同様にしてオフセット印刷用新聞用紙を得た。
実施例1において、3流体ノズルの最も外側から噴射される液体として紙料流れから抜き出した紙料(固形分濃度:2.2%)、3流体ノズルの最も内側から噴射される液体として清水(固形分濃度:0%)を用いた以外は、実施例1と同様にしてオフセット印刷用新聞用紙を得た。
実施例1〜7と比較例1〜4の結果から、本発明にしたがって3流体ノズルの最も外側から噴射される液体が2.0重量%以下であり、かつ、3流体ノズルの最も内側のノズルから噴射される液体の濃度を、最も外側のノズルから噴射される液体の濃度より0.1重量%以上低くすることによって、良好な地合が得られ、紙料および灰分の歩留りに優れるとともに、紙面欠陥や断紙が低減することがわかる。特に、実施例1〜3と比較例3・4の結果から、3流体ノズルの最も外側から噴射される液体が2.0重量%以下であることにより、地合が良化し、紙面欠陥や断紙が低減することがわかる。 また、実施例5と実施例6の比較から、ディスパージョン型の歩留剤を用いたときに、より良好な地合が得られ、紙料および灰分の歩留が向上し、紙面欠陥や断紙が低減していることがわかる。
第1ファンポンプ、16:第2ファンポンプ、17:スクリーン、18:噴射装置、19:ヘッドボックス
(図2)21:外側の流れ、22:製紙用薬品の流れ、23:内側の流れ、24:紙料の流れ
(図3)31:スクリーン、32:ポンプ、33:噴射装置、34:ヘッドボックス
Claims (6)
- 同心状構造の多流体ノズルを有する噴射装置によって、紙料に対して、1種以上の製紙用薬品を他の液体とともに噴射して混合させることを含む、紙の製造方法であって、多流体ノズルの最も外側のノズルから噴射される液体の濃度が0.1〜2.0重量%であり、かつ、多流体ノズルの最も内側のノズルから噴射される液体の濃度が、最も外側のノズルから噴射される液体の濃度より0.1重量%以上低い、上記方法。
- 他の液体が、紙料、白水、クリア白水、清水から選択される1つ以上である、請求項1に記載の方法。
- 前記紙料の濃度が2重量%以下である、請求項1または2に記載の方法。
- 前記紙料が、スクリーンを通過した後の紙料である、請求項1〜3のいずれかに記載の方法。
- 前記製紙用薬品が歩留剤を含む、請求項1〜4のいずれかに記載の方法。
- 前記紙の灰分が8重量%以上である、請求項1〜5のいずれかに記載の方法。
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