JP2012251252A - ポリアクリルアミド系内添紙力剤および紙の製造方法 - Google Patents

ポリアクリルアミド系内添紙力剤および紙の製造方法 Download PDF

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Abstract

【構成】
両性ポリアクリルアミドを含有するポリアクリルアミド系内添紙力剤であって、両性ポリアクリルアミドが、(a)(メタ)アクリルアミド 70〜99.8mol%、(b)カチオン性ビニルモノマー 0.1〜15mol%および(c)アニオン性ビニルモノマー 0.1〜15mol%を重合成分とし、ポリアクリルアミド系内添紙力剤の重量平均分子量(A)が200万〜1000万であり、ポリアクリルアミド系内添紙力剤の重量平均分子量(A)とポリアクリルアミド系内添紙力剤の20%水溶液の粘度(B)の比(A)/(B)が500以上であり、ポリアクリルアミド系内添紙力剤の20%水溶液の曳糸性が5〜60mmであることを特徴とするポリアクリルアミド系内添紙力剤である。
【効果】
本発明は、紙の地合いが良く、また、紙力増強効果、濾水性に優れるポリアクリルアミド系内添紙力剤およびその内添紙力剤を用いた紙の製造方法を提供することができる。
【選択図】 なし

Description

本発明は、ポリアクリルアミド系内添紙力剤および紙の製造方法に関するものであり、詳細には、紙の地合いが良く、また、紙力増強効果、濾水性に優れるポリアクリルアミド系内添紙力剤及びそのポリアクリルアミド系内添紙力剤を用いる紙の製造方法に関する。
抄紙機の高速化に伴う生産性の向上、あるいは紙質の品質向上を図る為に、製紙工程では種々のポリアクリルアミド系内添紙力剤を含む紙力増強剤が用いられている。特にポリアクリルアミド系内添紙力剤は紙質向上及び生産性向上を図るために改良が進んでいる。
例えば、高濃度、高分子量でありながら低粘度のアクリルアミド系ポリマー水溶液であり、比破裂強度、Z軸強度等の紙力強度、あるいは、濾水度に優れた紙力増強剤として重量平均分子量、重量平均慣性半径、及び平均架橋度を示す指標としての重量平均慣性半径と重量平均分子量が特定の範囲である紙力増強剤が提案されている(例えば、特許文献1参照)。また、分岐構造を有する両性アクリルアミド系紙力増強剤の紙力増強性能の更なる向上と安定化を図る特定の分子量分布を有する紙力増強剤が提案されている(例えば、特許文献2参照)。
しかしながら、これらの発明では紙力増強剤の定着助剤となる硫酸バンドやポリ塩化アルミニウム(PAC)などのアルミニウム化合物がパルプスラリーに添加されていない抄紙系や紙力増強剤をパルプスラリーに高添加しても紙力増強効果が頭打ちになる抄紙系において使用された場合、紙の地合いが良いとともに紙力増強効果及び濾水性の向上効果に関して十分に満足できるものではなかった。
特開平08−067715号公報 特開2010−196192号公報
本発明は、紙の地合いが良く、また、紙力増強効果、濾水性に優れるポリアクリルアミド系内添紙力剤およびその内添紙力剤を用いた紙の製造方法を提供することを目的とする。
本発明者は上記課題を解決するために、鋭意検討を行った結果、特定の構成要素を有するポリマー及び特定の物性を有するポリアクリルアミド系内添紙力剤は紙の地合いが良く、また、紙力増強効果、濾水性、歩留まり向上効果に優れること、更に、そのポリアクリルアミド系内添紙力剤を特定の抄紙条件で用いることが好ましいことを見出した。
すなわち、前記課題を解決するための手段である本発明は、
<1>両性ポリアクリルアミドを含有するポリアクリルアミド系内添紙力剤であって、両性ポリアクリルアミドが、(a)(メタ)アクリルアミド 70〜99.8mol%、(b)カチオン性ビニルモノマー 0.1〜15mol%および(c)アニオン性ビニルモノマー 0.1〜15mol%を重合成分とし、ポリアクリルアミド系内添紙力剤の重量平均分子量(A)が200万〜1000万であり、ポリアクリルアミド系内添紙力剤の重量平均分子量(A)とポリアクリルアミド系内添紙力剤の20%水溶液の粘度(B)の比(A)/(B)が500以上であり、ポリアクリルアミド系内添紙力剤の20%水溶液の曳糸性が5〜60mmであることを特徴とするポリアクリルアミド系内添紙力剤、
<2>ポリアクリルアミド系内添紙力剤の重量平均分子量(A)が400万〜700万であり、ポリアクリルアミド系内添紙力剤の20%水溶液の曳糸性が10〜40mmである上記<1>のポリアクリルアミド系内添紙力剤、
<3>両性ポリアクリルアミドの重合成分100mol%に対して更に(d)連鎖移動剤として(メタ)アリル基を有するモノマー 0.01〜2.0mol%及び(e)架橋剤としてN置換(メタ)アクリルアミドモノマー 0.01〜2.0mol%を重合成分として使用する上記<1>または<2>のポリアクリルアミド系内添紙力剤、
<4>上記<1>〜<3>のいずれか一項のポリアクリルアミド系内添紙力剤をパルプスラリーに添加する紙の製造方法、
<5>上記<1>〜<3>のいずれか一項のポリアクリルアミド系内添紙力剤をパルプスラリーに添加し、pH5.0〜8.5で抄紙する紙の製造方法、
<6>パルプスラリーに対して、アルミニウム化合物を添加せず、上記<1>〜<3>のいずれか一項に記載のポリアクリルアミド系内添紙力剤を添加することを特徴とする紙の製造方法、
<7>パルプスラリーに対して、アルミニウム化合物を添加し、上記<1>〜<3>のいずれか一項に記載のポリアクリルアミド系内添紙力剤をパルプ固形分に対し0.5〜3.0固形質量%添加することを特徴とする紙の製造方法、
である。
紙の地合いが良く、また、紙力増強効果、濾水性に優れるポリアクリルアミド系内添紙力剤およびその内添紙力剤を用いた紙の製造方法を提供することができる。
本発明の内添紙力剤は、特定のモノマーの構成を有する両性ポリアクリルアミドを含有することで、紙力増強効果を有し、内添紙力剤が特定の重量平均分子量、特定の重量平均分子量/粘度、特定の曳糸性を持つという微妙なバランスにより、紙の地合いを悪くすることなく、良好な紙力増強効果、濾水性が得られるものと推測される。
本発明のポリアクリルアミド系内添紙力剤に含有する両性ポリアクリルアミドは、ポリアクリルアミド系内添紙力剤の主要成分であり、全固形分当りに占める割合が90質量%以上100質量%であることが好ましく、両性ポリアクリルアミドとして反応が終わったものを用いることが好ましい。
本発明のポリアクリルアミド系内添紙力剤に含有する両性ポリアクリルアミドは、通常の方法で重合することにより得ることができるが、モノマーを分割して重合したり、モノマーを滴下して重合を行うことが、本発明に用いる両性ポリアクリルアミドを得やすくなるため好ましい。
本発明の(a)(メタ)アクリルアミドはアクリルアミド、又はメタクリルアミドであり、粉体でも、水溶液でも使用することができる。
本発明の(b)カチオン性ビニルモノマーは、3級アミノ基、又は4級アンモニウム塩類を有するビニルモノマーを挙げることができる。
3級アミノ基を有するビニルモノマーとしては、例えばジメチルアミノエチル(メタ)アクリレート、ジエチルアミノエチル(メタ)アクリレート、ジメチルアミノプロピル(メタ)アクリレート、及びジエチルアミノプロピル(メタ)アクリレート等のジアルキルアミノアルキル(メタ)アクリレート類、ジメチルアミノプロピル(メタ)アクリルアミド、及びジエチルアミノプロピル(メタ)アクリルアミド等のジアルキルアミノアルキル(メタ)アクリルアミド類、前記3級アミノ基を有するビニルモノマーの塩酸塩、及び硫酸塩等の無機酸塩類、並びに前記3級アミノ基を有するビニルモノマーのギ酸塩、及び酢酸塩等の有機酸塩類が挙げられる。
また、4級アンモニウム塩類を有するビニルモノマーとしては、前記3級アミノ基を有するビニルモノマーと4級化剤との反応によって得られるビニルモノマーが挙げられる。前記4級化剤としては、メチルクロライド、及びメチルブロマイド等のアルキルハライド、ベンジルクロライド、及びベンジルブロマイド等のアラルキルハライド、ジメチル硫酸、ジエチル硫酸、エピクロロヒドリン、3−クロロ−2−ヒドロキシプロピルトリメチルアンモニウムクロライド、並びにグリシジルトリアルキルアンモニウムクロライド等が挙げられる。これらの3級アミノ基、又は4級アンモニウム塩類を有するビニルモノマーは1種単独で用いても良いし、2種以上を併用しても良い。
本発明の(c)アニオン性ビニルモノマーとしては、不飽和モノカルボン酸、不飽和ジカルボン酸、不飽和トリカルボン酸、不飽和テトラカルボン酸、不飽和スルホン酸、不飽和ホスホン酸およびそれらの塩類等が挙げられ、これらの一種を単独でまたは二種以上を併用して使用することができる。
これらのうち不飽和モノカルボン酸およびそれらの塩類としては、アクリル酸、メタクリル酸、2−(メタ)アクリルアミド−N−グリコール酸、N−アクリロイルグリシン、3−アクリルアミドプロパン酸、4−アクリルアミドブタン酸およびそれらのナトリウム、カリウム塩等のアルカリ金属類またはアンモニウム塩等が挙げられる。
不飽和ジカルボン酸およびそれらの塩類の例としては、マレイン酸、フマル酸、イタコン酸、シトラコン酸およびそれらのナトリウム、カリウム塩等のアルカリ金属塩類またはアンモニウム塩等が挙げられる。
不飽和トリカルボン酸およびそれらの塩類の例としてはアコニット酸、3−ブテン−1,2,3−トリカルボン酸、4−ペンテン−1,2,4−トリカルボン酸およびそれらのナトリウム、カリウム塩等のアルカリ金属塩類またはアンモニウム塩等が挙げられる。
不飽和テトラカルボン酸およびそれらの塩類の例としては、1−ペンテン−1,1,4,4−テトラカルボン酸、4−ペンテン−1,2,3,4−テトラカルボン酸、3−ヘキセン−1,1,6,6―テトラカルボン酸およびそれらのナトリウム、カリウム塩等のアルカリ金属塩類又はアンモニウム塩等が挙げられる。
不飽和スルホン酸の例としては、ビニルスルホン酸、スチレンスルホン酸、2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸およびそれらのナトリウム、カリウム等のアルカリ金属塩またはアンモニウム塩等が挙げられる。
不飽和ホスホン酸の例としては、ビニルホスホン酸、α−フェニルビニルホスホン酸およびそれらのナトリウム、カリウム塩等のアルカリ金属塩類またはアンモニウム塩等が挙げられる。
上記のアニオン性ビニルモノマーの中でも紙力増強向上効果及び経済性の点で不飽和モノカルボン酸、不飽和ジカルボン酸、具体的には、アクリル酸、2−アクリルアミド−N−グリコール酸、イタコン酸およびその塩類が特に好ましい。
両性ポリアクリルアミドの重合成分として(a)(メタ)アクリルアミド 70〜99.8mol%、(b)カチオン性ビニルモノマー 0.1〜15mol%および(c)アニオン性ビニルモノマー 0.1〜15mol%であることが紙力増強効果から必要であり、好ましくは、(a)(メタ)アクリルアミド 80〜99.8mol%、(b)カチオン性ビニルモノマー 0.1〜10mol%および(c)アニオン性ビニルモノマー 0.1〜10mol%である。
本発明においては、連鎖移動剤を併用することが好ましく、前記モノマー(a)〜(c)の合計100mol%に対して0.01〜2.0mol%用いることが好ましい。本発明の(d)連鎖移動剤としては、アルキルメルカプタン類、チオグリコール酸及びそのエステル類、イソプロピルアルコール、並びにアリルアルコール、アリルアミン及び(メタ)アリルスルホン酸等のアリル基を有するモノマー等を挙げることができる。これらの中でも(メタ)アリルスルホン酸及び(メタ)アリルスルホン酸のナトリウム塩、カリウム塩等のアルカリ金属塩またはアンモニウム塩が好ましい。
本発明においては、架橋剤を併用することが好ましく、前記モノマー(a)〜(c)の合計100mol%に対して0.01〜2.0mol%用いることが好ましい。架橋剤としては、例えば、N置換(メタ)アクリルアミド、ジ(メタ)アクリレート類、ビス(メタ)アクリルアミド類、ジビニルエステル類等の2〜4官能性ビニルモノマーのような多官能性モノマー等を挙げることができ、これらは1種単独で用いても良いし、2種以上を併用しても良い。前記の他に水溶性アジリジニル化合物、水溶性多官能エポキシ化合物、シリコン系化合物等を挙げることができ、これらの中でもN置換(メタ)アクリルアミドが好ましい。これらは、1種単独で用いても良いし、2種以上を併用してもよい。
前記のN置換(メタ)アクリルアミドとしては、例えば、N−メチル(メタ)アクリルアミド、N−エチル(メタ)アクリルアミド、N,N−ジメチル(メタ)アクリルアミド、N,N−ジエチル(メタ)アクリルアミド、N−イソプロピル(メタ)アクリルアミド、及びN−t−オクチル(メタ)アクリルアミド等を挙げることができる。
前記のジ(メタ)アクリレート類としては、例えば、エチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ジエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、トリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、プロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、及びグリセリンジ(メタ)アクリレート等を挙げることができ、これらは1種単独で用いても良いし、2種以上を併用しても良い。前記のビス(メタ)アクリルアミド類としては、例えばN,N’−メチレンビス(メタ)アクリルアミド、エチレンビス(メタ)アクリルアミド、ヘキサメチレンビス(メタ)アクリルアミド、N,N’−ビスアクリルアミド酢酸、N,N’−ビスアクリルアミド酢酸メチル、N,N−ベンジリデンビスアクリルアミド、N,N’−ビス(アクリルアミドメチレン)尿素等を挙げることができ、これらは1種単独で用いても良いし、2種以上を併用しても良い。前記のジビニルエステル類としては、例えば、アジピン酸ジビニル、セバシン酸ジビニル、ジアリルフタレート、ジアリルマレート、ジアリルサクシネート等を挙げることができ、これらは1種単独で用いても良いし、2種以上を併用しても良い。前記以外の2官能性モノマーとしては、例えば、アリル(メタ)アクリレート、ジビニルベンゼン、ジイソプロペニルベンゼン、N−メチロールアクリルアミド、ジアリルジメチルアンモニウム塩、ジアリルアミン、ジアリルクロレンデート、グリシジル(メタ)アクリレート、シリコン系化合物等を挙げることができ、これらは1種単独で用いても良いし、2種以上を併用しても良い。
前記3官能性モノマーとしては、例えば、トリアクリルホルマール、トリアリルイソシアヌレート、N,N−ジアリルアクリルアミド、N,N−ジアリルメタクリルアミド、トリアリルアミン、トリアリルトリメリテート等を挙げることができ、これらは1種単独で用いても良いし、2種以上を併用しても良い。
前記4官能性モノマーとしては、例えば、テトラメチロールメタンテトラアクリレート、テトラアリルピロメリテート、N,N,N’,N’−テトラアリル−1,4−ジアミノブタン、テトラアリルアミン塩、テトラアリルオキシエタン等を挙げることができ、これらは1種単独で用いても良いし、2種以上を併用しても良い。
前記水溶性アジリジニル化合物としては、例えば、テトラメチロールメタン−トリ−β−アジリジニルプロピオネート、トリメチロールプロパン−トリ−β−アジリジニルプロピオネート、4,4’−ビス(エチレンイミンカルボニルアミノ)ジフェニルメタン等を挙げることができ、これらは1種単独で用いても良いし、2種以上を併用しても良い。前記水溶性多官能エポキシ化合物としては、例えば、(ポリ)エチレングリコールジグリシジルエーテル、(ポリ)プロピレングリコールジグリシジルエーテル、(ポリ)グリセリンジグリシジルエーテル、(ポリ)グリセリントリグリシジルエーテル等を挙げることができ、これらは1種単独で用いても良いし、2種以上を併用しても良い。前記シリコン系化合物としては、例えば、3−(メタ)アクリロキシプロピルトリメトキシシラン、3−(メタ)アクリロキシプロピルジメトキシメチルシラン、3−(メタ)アクリロキシプロピルトリメトキシシラン、3−(メタ)アクリロキシプロピルメチルジクロロシラン、3−(メタ)アクリロキシオクタデシルトリアセトキシシラン、3−(メタ)アクリロキシ−2,5−ジメチルヘキシルジアセトキシメチルシラン、ビニルジメチルアセトキシシラン等を挙げることができ、これらは1種単独で用いても良いし、2種以上を併用しても良い。
本発明においては、前記(a)〜(e)以外に他のモノマーを加えて使用することもでき、前記モノマー(a)〜(c)の合計100mol%に対して10mol%以下、好ましくは5mol%以下で用いることができ、更に好ましくは用いないことが好ましい。前記(a)〜(e)以外に、例えば、ノニオン性ビニルモノマーを挙げることができる。ノニオン性ビニルモノマーとしては、例えば、(メタ)アクリル酸エステル、(メタ)アクリロニトリル、スチレン、スチレン誘導体、酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、及びメチルビニルエーテル等を挙げることができる。これらは1種単独で用いても良いし、2種以上を併用しても良い。
本発明において使用する重合開始剤は、特に限定されるものではなく、公知のものが使用できる。例えば、過硫酸ナトリウム、過硫酸カリウム、過硫酸アンモニウム等の過硫酸塩、過酸化水素、過酸化ベンゾイル、tert−ブチルハイドロパーオキサイド、ジ−tert−ブチルパーオキサイド等の過酸化物、臭素酸ナトリウム、臭素酸カリウム等の臭素酸塩、過ホウ素酸ナトリウム、過ホウ素酸カリウム、過ホウ素酸アンモニウム等の過ホウ素酸塩、過炭酸ナトリウム、過炭酸カリウム、過炭酸アンモニウム等の過炭酸塩、過リン酸ナトリウム、過リン酸カリウム、過リン酸アンモニウム等の過リン酸塩等が例示できる。この場合、単独でも使用できるが、還元剤と組み合わせてレドックス系重合開始剤としても使用できる。
還元剤としては、亜硫酸塩、亜硫酸水素塩あるいはN,N,N’,N’−テトラメチルエチレンジアミン等の有機アミン、2,2’−アゾビス−2−アミジノプロパン塩酸塩等のアゾ化合物、アルドース等の還元糖等が例示できる。また、アゾビスイソブチロニトリル、2,2’−アゾビス−2−アミジノプロパン塩酸塩、2,2’−アゾビス−2,4−ジメチルバレロニトリル、4,4’−アゾビス−4−シアノ吉草酸及びその塩等のアゾ化合物も使用可能である。これらの開始剤は2種類以上併用してもよい。
両性ポリアクリルアミドの製造方法としては、特に制限はなく、従来公知の各種の方法を採用することが出来る。例えば、窒素ガス等の不活性ガス雰囲気下、撹拌機及び温度計を備えた反応容器に、前述のモノマーと溶媒である水(必要に応じて有機溶媒を併用することも可能である)、必要に応じて連鎖移動剤を仕込む、さらに必要に応じて硫酸、塩酸等の酸もしくは水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、アンモニア等のアルカリといったpH調整剤によりpHを調製する。その後重合開始剤を加え、反応温度20〜90℃で1〜5時間反応させ、目的とする両性ポリアクリルアミドを得ることが出来る。また、必要に応じて、モノマー、水、連鎖移動剤、pH調整剤、重合開始剤の一部または全量を反応容器に滴下しながら重合することもできる。
両性ポリアクリルアミドは、通常水溶液の状態で供給される。濃度に関しては特に制限はないが、輸送コスト、取扱いの観点から、10〜40質量%が好ましい。
ポリアクリルアミド系内添紙力剤の重量平均分子量(A)が200万〜1000万であり、好ましくは、400万〜700万である。重量平分子量(A)が200万より小さいと紙力増強効果が十分に得られず、1000万より大きいと凝集が起こりやすくなるため、地合いが悪くなる。
本発明のポリアクリルアミド系内添紙力剤の重量平均分子量測定は、GPCに多角度光散乱検出器を接続したGPC−MALS法により行って得られるものであり、測定条件は以下の通りである。
GPC本体 : アジレント・テクノロジー社製 LC1100シリーズ
カラム : 昭和電工(株)製 SHODEX SB806MHQ
溶離液 : N/10硝酸ナトリウムを含むN/15リン酸緩衝液 (pH3)
流速 : 1.0ml/分
検出器1 : ワイアットテクノロジー社製多角度光散乱検出器DAWN
検出器2 : 昭和電工(株)製示唆屈折率検出器RI−101
ポリアクリルアミド系内添紙力剤の固形分濃度が20.0質量%になるよう希釈又は濃縮した際の25℃におけるB型粘度が3,000〜10,000mPa・sであることが重量平均分子量/粘度の比が500以上となりやすいことから好ましい。
重量平均分子量/粘度の比は、500以上であることが必要であり、好ましくは500以上1500以下である。500未満であると十分な紙力増強効果が得られない。ここで、粘度は、ポリアクリルアミド系内添紙力剤の固形分濃度が20.0質量%になるよう希釈又は濃縮し、その20.0質量%のポリアクリルアミド系内添紙力剤のpHが3.0になるように硫酸又は水酸化ナトリウムで調整した際の25℃におけるB型粘度であり、B型粘度計のローターとしてNo.4のものを使用し、粘度に応じてローターの回転数を適宜12から60rpmに調整して測定した。単位はmPa・sである。
ポリアクリルアミド系内添紙力剤の曳糸性は、5〜60mmであり、好ましくは10〜40mmである。曳糸性が5mm未満であると十分な紙力増強効果が得られず、60mmを越えると過凝集が起こり、地合いが悪くなる。
本発明におけるポリアクリルアミド系内添紙力剤の曳糸性は、(有)佐川製作所の万能試験機を用い、内径4cmのガラス製100mlの容器にポリアクリルアミド系内添紙力剤20%水溶液を100g入れ、25℃に保温し、長さ140mm、直径2mmの棒の先端に直径10mmの球が付いたステンレス製の棒を使用し、球がある方をポリアクリルアミド系内添紙力剤20質量%水溶液の中に液面から20mm入れ、そこから万能試験機を用いて、1mm/秒の速度でステンレス棒を引き上げた時の液面から伸びる糸の長さを測定した値である。
本発明のポリアクリルアミド系内添紙力剤の使用方法としては、ポリアクリルアミド系内添紙力剤をパルプスラリーに添加する方法(以下、「内添」と略することがある。)である。
パルプスラリーはパルプを水で希釈してスラリー状にしたものであり、パルプとしては、クラフトパルプ及びサルファイトパルプ等の晒、又は未晒化学パルプ、砕木パルプ、機械パルプ、サーモメカニカルパルプ等の晒、又は未晒高収率パルプ、並びに新聞古紙、雑誌古紙、段ボール古紙及び脱墨古紙等の古紙パルプのいずれにも使用することができる。
本発明のポリアクリルアミド系内添紙力剤は、パルプスラリーにパルプの乾燥質量当たり通常0.01〜5.0固形分質量%、好ましくは0.05〜3.0固形分質量%、さらに好ましくは0.5〜3.0固形分質量%を添加して使用することができる。硫酸バンドやポリ塩化アニミニウム(PAC)などのアルミニウム化合物を添加する場合には、0.5〜3.0固形分質量%を添加することが好ましい。また、ポリアクリルアミド系内添紙力剤をパルプスラリーに添加する方法としては、例えば、アルミニウム化合物を全く用いずにポリアクリルアミド系内添紙力剤を添加する方法、アルミニウム化合物を添加した後にポリアクリルアミド系内添紙力剤を添加する方法、ポリアクリルアミド系内添紙力剤を添加した後にアルミニウム化合物を添加する方法、アルミニウム化合物とポリアクリルアミド系内添紙力剤を同時に添加する方法などが挙げられ、いずれの方法を用いてもよい。
本発明の紙の製造にあたっては、硫酸アルミニウムを用いる酸性系、または、硫酸アルミニウムを全く用いないかあるいは少量用いる中性系のいずれのパルプスラリーを用いても良い。また、パルプスラリーに対して、酸性ロジン系サイズ剤、中性ロジン系サイズ剤、アルキルケテンダイマー系サイズ剤、アルケニルもしくはアルキルコハク酸無水物系サイズ剤などを添加しても良い。これらサイズ剤の添加方法としては、例えば、パルプスラリーにサイズ剤を添加した後に、ポリアクリルアミド系内添紙力剤を添加する方法、ポリアクリルアミド系内添紙力剤を添加した後に、サイズ剤を添加する方法、サイズ剤にポリアクリルアミド系内添紙力剤を希釈して予め混合した後に、添加する方法などが挙げられる。また、他に、パルプスラリーにサイズ定着剤、本発明以外の内添紙力剤、消泡剤、クレー、カオリン、炭酸カルシウム、硫酸バリウム、酸化チタン等の充填剤、pH調整剤、染料、蛍光増白剤等を適宜含有せしめてもよい。また、製造される紙は、通常、坪量が10〜400g/m程度である。
本発明においては、硫酸バンドやポリ塩化アニミニウム(PAC)などのアルミニウム化合物を添加しないことが好ましく、アルミニウム化合物を使用する場合には、ポリアクリルアミド系内添紙力剤0.5〜3.0固形分質量%を添加することが好ましい。
また、前記原料パルプからなるパルプスラリーに、填料、染料、本発明以外の内添紙力剤、湿潤紙力増強剤、及び歩留り向上剤等、前記サイズ剤以外の添加剤も必要に応じて使用しても良い。更にサイズプレス、ゲートロールコーター、ビルブレードコーター、キャレンダー等で、澱粉、ポリビニルアルコール、アクリルアミド系ポリマー等の表面紙力増強剤、表面サイズ剤、染料、コーティングカラー、防滑剤等を必要に応じて塗布しても良い。
上記のように本発明のポリアクリルアミド系内添紙力剤をパルプスラリーに添加し、必要に応じて他の添加剤などを加えたパルプスラリーの抄紙pHは5.0〜8.5であることが紙力増強効果の点から好ましく、6.5〜8.5であることが更に好ましい。なお、本発明における抄紙pHとは、抄紙機にて脱水する直前のパルプスラリーのpHであり、抄紙機にて脱水する直前のパルプスラリーのpHは、一般的に実機ではインレットにおけるpHに相当する。
本発明のポリアクリルアミド系内添紙力剤を用いて製造される紙としては、PPC用紙・感光紙原紙・感熱紙原紙のような情報用紙、アート紙、キャストコート紙、上質コート紙等のコート原紙、ティシュペーパー、タオルペーパー、ナプキン原紙のような衛生用紙、果樹袋原紙、クリーニングタグ原紙、化粧板原紙・壁紙原紙、印画紙用紙、積層板原紙、食品容器原紙のような加工原紙、重袋用両更クラフト紙・片艶クラフト紙などの包装用紙、電気絶縁紙、ライナー、中芯、紙管原紙、石膏ボード原紙、新聞用紙、紙器用板紙等を挙げることができ、何れの抄紙工程においても、抄造された紙に有用な紙力増強効果を与えることができる。この中でも特に紙力が必要とされる紙や硫酸バンドの使用が制限される紙に用いることが好ましい。なお、本発明でいう紙には板紙も含まれる。
以下、実施例および比較例によって本発明を更に詳しく説明するが、本発明はその要旨を超えない限り、以下の実施例に制約されるものではない。以下、%に特に記載のない場合には質量%であることを示す。
実施例1
撹拌機、温度計、還流冷却管、及び窒素ガス導入管を付した1リットル四つ口フラスコに、水547.80g、モノマー類(1)として、50%アクリルアミド水溶液201.70g、ジメチルアミノエチルメタクリレート12.26g、イタコン酸5.07g、N,N−ジメチルアクリルアミド1.16g、メタリルスルホン酸ナトリウム1.97gを仕込み、30%硫酸水溶液12.02gでpH3.0に調整した。次いで、窒素ガス雰囲気下、60℃に昇温し、重合開始剤として過硫酸アンモニウム0.24gを加え、重合を開始させ反応温度を90℃まで昇温させた。その後、水49.20g、30%硫酸水溶液8.60g、50%アクリルアミド水溶液136.68g、ジメチルアミノエチルメタクリレート8.17g、イタコン酸1.69g、N,N−ジメチルアクリルアミド0.77g、メタリルスルホン酸ナトリウム0.90gから成るモノマー類(2)を加え、更に過硫酸アンモニウム0.48gを加え、25℃における推定粘度が3000mPa・sになった時点で、水49.45gを投入し、固形分20.2%のポリアクリルアミド系内添紙力剤を得た。得られたポリアクリルアミド系内添紙力剤を固形分20.0%、pH3.0に調整し、曳糸性、粘度(25℃)、重量平均分子量を測定した結果及び測定結果から算出した重量平均分子量と粘度の比を表2に示す。
ポリアクリルアミド系内添紙力剤の曳糸性は(有)佐川製作所の万能試験機を使用して測定した。内径4cmのガラス製100mlの容器にポリアクリルアミド系内添紙力剤20%水溶液を100g入れ、25℃に保温した。その後、長さ140mm、直径2mmの棒の先端に直径10mmの球が付いたステンレス製の棒を使用し、球がある方をポリアクリルアミド系内添紙力剤20%水溶液の中に液面から20mm入れ、そこから万能試験機を用いて、1mm/秒の速度でステンレス棒を引き上げた。その時、液面から伸びる糸の長さを曳糸性の値とした。
ポリアクリルアミド系内添紙力剤の重量平均分子量測定は、GPCに多角度光散乱検出器を接続したGPC−MALS法により行った。測定条件は以下の通りである。
GPC本体 : アジレント・テクノロジー社製 LC1100シリーズ
カラム : 昭和電工(株)製 SHODEX SB806MHQ
溶離液 : N/10硝酸ナトリウムを含むN/15リン酸緩衝液 (pH3)
流速 : 1.0ml/分
検出器1 : ワイアットテクノロジー社製多角度光散乱検出器DAWN
検出器2 : 昭和電工(株)製示唆屈折率検出器RI−101
実施例2〜9、比較例1〜7
モノマー類(1)、モノマー類(2)の組成を表1に示すように変え、ポリアクリルアミド系内添紙力剤の粘度を表2に示すように変えたこと以外は、実施例1と同様に行い、ポリアクリルアミド系内添紙力剤を得た。得られたポリアクリルアミド系内添紙力剤を実施例1と同様に固形分20.0%、pH3.0に調整し、曳糸性、粘度(25℃)、重量平均分子量を測定した結果及び測定結果から算出した重量平均分子量と粘度の比を表2に示す。
Figure 2012251252
表1中の略号は以下の通りである。
AAm : アクリルアミド、
DM : ジメチルアミノエチルメタクリレート、
DMBz : ジメチルアミノエチルメタクリレート塩化ベンジル4級化物、
DABz : ジメチルアミノエチルアクリレート塩化ベンジル4級化物、
IA : イタコン酸、
AGA : 2-アクリルアミド-N-グリコール酸、
AA : アクリル酸、
SMAS : メタリルスルホン酸ナトリウム、
DMAA : N,N−ジメチルアクリルアミド
Figure 2012251252
表2中の比較例7の括弧内の数値は固形分15%水溶液の物性を示している。
応用実施例1
濃度2.4%、叩解度(カナディアンスタンダード・フリーネス)350、電導度300mS/mの段ボール古紙パルプスラリーに、実施例1で得られたポリアクリルアミド系内添紙力剤をパルプ固形分に対し、0.5固形質量%添加した。このパルプスラリーを撹拌後、pH7.0の水でパルプ濃度を0.8%に希釈した後、ノーブル・アンド・ウッド(The Noble & Wood)製シートマシンにて抄紙し、プレス後、ドラムドライヤーで100℃、120秒間乾燥させて、坪量120g/mの紙を得た。得られた紙は、以下に記載する、地合い、比破裂強さ、及びインターナルボンドにて評価を行った。結果を表3に示す。また、パルプ濃度を0.8%にするまでは上記と同様にしてパルプスラリーを調整した上で濾水性の評価(DDT)を行った。結果を表3に示す。
地合い : 20cm角の紙の下から光を当て、濃淡がはっきりと確認できるものについては紙の地合いが悪いと目視にて評価した。
比破裂強さ : JIS P 8112に準拠して行った。
インターナルボンド : JAPAN TAPPI 18−2に準拠して行った。
DDT : Tappi、第56巻、第10号(1973年)の第46頁に記載されている「ダイナミック ドレネージ ジャー(Dynamic Drainage Jar)」用と同様な装置を用いて、希釈後のパルプスラリー(濃度0.8%)500mLを直径7.5cmのジャーに注ぎ、600rpmの撹拌をさせながら下部コックを開き、100メッシュの金網にて濾過させ、一定の濾液量になるまでの時間を測定するものであり、濾水性の評価に用いることができる。濾液量が100gに達するまでの時間を測定した。数値が小さいほど、濾水性が良いことを示している。
応用実施例2〜9、応用比較例1〜7
応用実施例1において、表3のようにポリアクリルアミド系内添紙力剤の種類を変えた以外は、応用実施例1と同様な操作を行い、坪量120g/mの紙を得た。得られた紙は、応用実施例1と同様に評価を行った。結果を表3に示す。また、応用実施例1と同様にして濾水性の評価(DDT)を行った。結果を表3に示す。なお、本発明の解決しようとする課題は、紙の地合いが良く、また、紙力増強効果に優れる製紙用添加剤を提供することであり、手抄き紙の地合いが悪かった場合は、後続する評価である比破裂強さ、インターナルボンド及びDDTの測定を行わなかったため、表3に「−」と表記した。
Figure 2012251252
応用実施例10
濃度2.4%、叩解度(カナディアンスタンダード・フリーネス)350、電導度300mS/mの段ボール古紙パルプスラリーに、パルプ固形分に対し、硫酸バンドをアルミナ換算で0.1質量%添加し、次いで、実施例1で得られたポリアクリルアミド系内添紙力剤を0.5固形質量%添加した。このパルプスラリーを撹拌後、pH6.5の水でパルプ濃度を0.8%に希釈した後、ノーブル・アンド・ウッド(The Noble & Wood)製シートマシンにて抄紙し、プレス後、ドラムドライヤーで100℃、120秒間乾燥させて、坪量120g/mの紙を得た。得られた紙は、応用実施例1と同様に評価を行った。結果を表4に示す。また、応用実施例1と同様にして濾水性の評価(DDT)を行った。結果を表4に示す。
応用実施例11〜18、応用比較例8〜14
応用実施例10において、表4のようにポリアクリルアミド系内添紙力剤の種類を変えた以外は、応用実施例10と同様な操作を行い、坪量120g/mの紙を得た。得られた紙は、応用実施例1と同様に評価を行った。結果を表4に示す。また、応用実施例1と同様にして濾水性の評価(DDT)を行った。結果を表4に示す。なお、本発明の解決しようとする課題は、紙の地合いが良く、また、紙力増強効果に優れる製紙用添加剤を提供することであり、紙の地合いが悪かった場合は、後続する評価である比破裂強さ、インターナルボンド及びDDTの測定を行わなかったため、表4に「−」と表記した。
応用実施例19〜27、応用比較例15〜21
応用実施例10において、表5のようにポリアクリルアミド系内添紙力剤の種類と添加率を変えた以外は、応用実施例10と同様な操作を行い、坪量120g/mの紙を得た。得られた紙は、応用実施例1と同様に評価を行った。結果を表5に示す。また、応用実施例1と同様にして濾水性の評価(DDT)を行った。結果を表5に示す。なお、本発明の解決しようとする課題は、紙の地合いが良く、また、紙力増強効果に優れる製紙用添加剤を提供することであり、紙の地合いが悪かった場合は、後続する評価である比破裂強さ、インターナルボンド及びDDTの測定を行わなかったため、表5に「−」と表記した。
応用実施例28〜36、応用比較例22〜28
応用実施例10において、表6のようにポリアクリルアミド系内添紙力剤の種類と添加率を変えた以外は、応用実施例10と同様な操作を行い、坪量120g/mの紙を得た。得られた紙は、応用実施例1と同様に評価を行った。結果を表6に示す。また、応用実施例1と同様にして濾水性の評価(DDT)を行った。結果を表6に示す。なお、本発明の解決しようとする課題は、紙の地合いが良く、また、紙力増強効果に優れる製紙用添加剤を提供することであり、紙の地合いが悪かった場合は、後続する評価である比破裂強さ、インターナルボンド及びDDTの測定を行わなかったため、表6に「−」と表記した。
Figure 2012251252
Figure 2012251252
Figure 2012251252
応用実施例37
濃度2.4%、叩解度(カナディアンスタンダード・フリーネス)330、電導度500mS/mの段ボール古紙パルプスラリーに、パルプ固形分に対し、硫酸バンドをアルミナ換算で0.3質量%添加し、次いで、実施例1で得られたポリアクリルアミド系内添紙力剤を3.0固形質量%添加した。このパルプスラリーを撹拌後、pH5.5の水でパルプ濃度を0.8%に希釈した後、ノーブル・アンド・ウッド(The Noble & Wood)製シートマシンにて抄紙し、プレス後、ドラムドライヤーで100℃、120秒間乾燥させて、坪量120g/mの紙を得た。得られた紙は、応用実施例1と同様に評価を行った。結果を表7に示す。また、応用実施例1と同様にして濾水性の評価(DDT)を行った。結果を表7に示す。
応用実施例38〜45、応用比較例29〜35
応用実施例37において、表7のようにポリアクリルアミド系内添紙力剤の種類を変えた以外は、応用実施例37と同様な操作を行い、坪量120g/mの紙を得た。得られた紙は、応用実施例1と同様に評価を行った。結果を表7に示す。また、応用実施例1と同様にして濾水性の評価(DDT)を行った。結果を表7に示す。なお、本発明の解決しようとする課題は、紙の地合いが良く、また、紙力増強効果に優れる製紙用添加剤を提供することであり、紙の地合いが悪かった場合は、後続する評価である比破裂強さ、インターナルボンド及びDDTの測定を行わなかったため、表7に「−」と表記した。
Figure 2012251252
応用実施例46
濃度2.4%、叩解度(カナディアンスタンダード・フリーネス)400、電導度100mS/mの広葉樹晒クラフトパルプ(LBKP)/コートブローク(CB)=8/2の混合パルプスラリーに、実施例1で得られたポリアクリルアミド系内添紙力剤をパルプ固形分に対し、0.25固形質量%添加した。このパルプスラリーを撹拌後、pH8.0の水でパルプ濃度を0.8%に希釈し、さらに撹拌下炭酸カルシウム(タマパール121:奥多摩工業(株)製)10%を添加し、ノーブル・アンド・ウッド(The Noble & Wood)製シートマシンにて抄紙し、プレス後、ドラムドライヤーで100℃、100秒間乾燥させて、坪量60g/mの紙を得た。得られた紙は、応用実施例1と同様に地合い及びインターナルボンドの評価を行い、さらに、填料の歩留まりをJIS P 8128に準拠して灰分率の評価を行った。結果を表8に示す。また、応用実施例1と同様にして濾水性の評価(DDT)を行った。結果を表8に示す。
応用実施例47〜54、応用比較例36〜42
応用実施例46において、表8のようにポリアクリルアミド系内添紙力剤の種類を変えた以外は、応用実施例46と同様な操作を行い、坪量60g/mの紙を得た。得られた紙は、応用実施例46と同様に評価を行った。結果を表8に示す。また、応用実施例46と同様にして濾水性の評価(DDT)を行った。結果を表8に示す。なお、本発明の解決しようとする課題は、紙の地合いが良く、また、紙力増強効果に優れる製紙用添加剤を提供することであり、紙の地合いが悪かった場合は、後続する評価であるインターナルボンド、灰分及びDDTの測定を行わなかったため、表8に「−」と表記した。
応用実施例55〜63、応用比較例43〜49
応用実施例46において、表9のようにポリアクリルアミド系内添紙力剤の種類と添加率を変えた以外は、応用実施例46と同様な操作を行い、坪量60g/mの紙を得た。得られた紙は、応用実施例46と同様に評価を行った。結果を表9に示す。また、応用実施例46と同様にして濾水性の評価(DDT)を行った。結果を表9に示す。なお、本発明の解決しようとする課題は、紙の地合いが良く、また、紙力増強効果に優れる製紙用添加剤を提供することであり、紙の地合いが悪かった場合は、後続する評価であるインターナルボンド、灰分及びDDTの測定を行わなかったため、表9に「−」と表記した。
Figure 2012251252
Figure 2012251252
応用実施例64
濃度2.4%、叩解度(カナディアンスタンダード・フリーネス)410、電導度100mS/mの広葉樹晒クラフトパルプ(LBKP)/コートブローク(CB)=8/2の混合パルプスラリーに、パルプ固形分に対し、硫酸バンドをアルミナ換算で0.1質量%添加し、次いで、実施例1で得られたポリアクリルアミド系内添紙力剤を0.25固形質量%添加した。このパルプスラリーを撹拌後、pH7.5の水でパルプ濃度を0.8%に希釈し、さらに撹拌下炭酸カルシウム(タマパール121:奥多摩工業(株)製)10%を添加し、ノーブル・アンド・ウッド(The Noble & Wood)製シートマシンにて抄紙し、プレス後、ドラムドライヤーで100℃、100秒間乾燥させて、坪量60g/mの紙を得た。得られた紙は、応用実施例46と同様の評価を行った。結果を表10に示す。また、応用実施例1と同様にして濾水性の評価(DDT)を行った。結果を表10に示す。
応用実施例65〜72、応用比較例50〜56
応用実施例64において、表10のようにポリアクリルアミド系内添紙力剤の種類を変えた以外は、応用実施例64と同様な操作を行い、坪量60g/mの紙を得た。得られた紙は、応用実施例64と同様に評価を行った。結果を表10に示す。また、応用実施例64と同様にして濾水性の評価(DDT)を行った。結果を表10に示す。なお、本発明の解決しようとする課題は、紙の地合いが良く、また、紙力増強効果に優れる製紙用添加剤を提供することであり、紙の地合いが悪かった場合は、後続する評価であるインターナルボンド、灰分及びDDTの測定を行わなかったため、表10に「−」と表記した。
応用実施例73〜81、応用比較例57〜63
応用実施例64において、表11のようにポリアクリルアミド系内添紙力剤の種類と添加率を変えた以外は、実施例64と同様な操作を行い、坪量60g/mの紙を得た。得られた紙は、応用実施例64と同様に評価を行った。結果を表11に示す。また、応用実施例64と同様にして濾水性の評価(DDT)を行った。結果を表11に示す。なお、本発明の解決しようとする課題は、紙の地合いが良く、また、紙力増強効果に優れる製紙用添加剤を提供することであり、紙の地合いが悪かった場合は、後続する評価であるインターナルボンド、灰分及びDDTの測定を行わなかったため、表11に「−」と表記した。
Figure 2012251252
Figure 2012251252
実施例のポリアクリルアミド系内添紙力剤と比較例1のポリアクリルアミド系内添紙力剤を用いた応用例の結果から本発明のポリアクリルアミド系内添紙力剤は、紙の地合い、紙力、歩留まり、濾水性がバランスよく優れるが、カチオン性ビニルモノマー及びアニオン性ビニルモノマーの使用量が15mol%より多いポリアクリルアミド系内添紙力剤は重要な効果である紙力増強効果が十分に得られていないことがわかる。
実施例のポリアクリルアミド系内添紙力剤と比較例2のポリアクリルアミド系内添紙力剤を用いた応用例の結果から本発明のポリアクリルアミド系内添紙力剤は曳糸性が5より低く、重量平均分子量が200万より低いポリアクリルアミド系内添紙力剤に比べ、紙力増強効果、歩留まり、濾水性に優れることがわかる。
実施例のポリアクリルアミド系内添紙力剤と比較例3のポリアクリルアミド系内添紙力剤を用いた応用例の結果から本発明のポリアクリルアミド系内添紙力剤は地合いが良好であり、曳糸性が60mmより高く、重量平均分子量が1000万より高いポリアクリルアミド系内添紙力剤は、紙の地合いが悪く、評価に適さないことがわかる。
実施例のポリアクリルアミド系内添紙力剤と比較例4のポリアクリルアミド系内添紙力剤を用いた応用例の結果から本発明のポリアクリルアミド系内添紙力剤は重量平均分子量/粘度の値が500より低い従来のポリアクリルアミド系内添紙力剤に比べ、紙力増強効果、歩留まり、濾水性に優れることがわかる。
実施例のポリアクリルアミド系内添紙力剤と比較例5のポリアクリルアミド系内添紙力剤を用いた応用例の結果から本発明のポリアクリルアミド系内添紙力剤は地合いが良好であり、曳糸性が60mmより高いポリアクリルアミド系内添紙力剤は、紙の地合いが悪く、評価に適さないことがわかる。
実施例のポリアクリルアミド系内添紙力剤と比較例6及び7のポリアクリルアミド系内添紙力剤を用いた応用例の結果から本発明のポリアクリルアミド系内添紙力剤は紙の地合いが良好であり、曳糸性が60mmより高く、重量平均分子量/粘度の値が500より低いポリアクリルアミド系内添紙力剤は、紙の地合いが悪く、評価に適さないことがわかる。
また、比較例7のポリアクリルアミド系内添紙力剤を用いた応用例の結果から固形分15%水溶液における曳糸性及び重量平均分子量/粘度の値を満たし、本発明の他の要件を満たしたとしても、固形分20%水溶液における曳糸性及び重量平均分子量/粘度の値が本発明の要件を満たさないときは、紙の地合いが悪く、評価に適さないことがわかる。
実施例1及び実施例8のポリアクリルアミド系内添紙力剤とそれ以外の実施例のポリアクリルアミド系内添紙力剤を用いた応用例の結果から本発明のポリアクリルアミド系内添紙力剤は曳糸性が10〜40mmであることが好ましいことがわかる。
実施例1のポリアクリルアミド系内添紙力剤と実施例2及び実施例3のポリアクリルアミド系内添紙力剤を用いた応用例の結果から本発明のポリアクリルアミド系内添紙力剤は分子量が400万〜700万であることが好ましいことがわかる。
応用実施例10から応用実施例36の結果と応用比較例8から応用比較例28の結果から、本発明のポリアクリルアミド系内添紙力剤は、その添加率が高くなるほど比較例のポリアクリルアミド系内添紙力剤との紙力増強効果の差が大きくなることがわかる。
応用実施例64から応用実施例72及び応用比較例50から応用比較例56の結果と応用実施例73から応用実施例81及び応用比較例57から応用比較例63の結果から、本発明のポリアクリルアミド系内添紙力剤は、その添加率が0.25%より0.5%の方が比較例のポリアクリルアミド系内添紙力剤との紙力増強効果の差が大きいことがわかる。

Claims (7)

  1. 両性ポリアクリルアミドを含有するポリアクリルアミド系内添紙力剤であって、両性ポリアクリルアミドが、(a)(メタ)アクリルアミド 70〜99.8mol%、(b)カチオン性ビニルモノマー 0.1〜15mol%および(c)アニオン性ビニルモノマー 0.1〜15mol%を重合成分とし、ポリアクリルアミド系内添紙力剤の重量平均分子量(A)が200万〜1000万であり、ポリアクリルアミド系内添紙力剤の重量平均分子量(A)とポリアクリルアミド系内添紙力剤の20%水溶液の粘度(B)の比(A)/(B)が500以上であり、ポリアクリルアミド系内添紙力剤の20%水溶液の曳糸性が5〜60mmであることを特徴とするポリアクリルアミド系内添紙力剤。
  2. ポリアクリルアミド系内添紙力剤の重量平均分子量(A)が400万〜700万であり、ポリアクリルアミド系内添紙力剤の20%水溶液の曳糸性が10〜40mmであることを特徴とする請求項1に記載のポリアクリルアミド系内添紙力剤。
  3. 両性ポリアクリルアミドの重合成分100mol%に対して更に(d)連鎖移動剤として(メタ)アリル基を有するモノマー 0.01〜2.0mol%及び(e)架橋剤としてN置換(メタ)アクリルアミドモノマー 0.01〜2.0mol%を重合成分として使用することを特徴とする請求項1または2に記載のポリアクリルアミド系内添紙力剤。
  4. 請求項1から3のいずれか一項に記載のポリアクリルアミド系内添紙力剤をパルプスラリーに添加することを特徴とする紙の製造方法。
  5. 請求項1から3のいずれか一項に記載のポリアクリルアミド系内添紙力剤をパルプスラリーに添加し、pH5.0〜8.5で抄紙することを特徴とする紙の製造方法。
  6. パルプスラリーに対して、アルミニウム化合物を添加せず、請求項1から3のいずれか一項に記載のポリアクリルアミド系内添紙力剤を添加することを特徴とする紙の製造方法。
  7. パルプスラリーに対して、アルミニウム化合物を添加し、請求項1〜3のいずれか一項に記載のポリアクリルアミド系内添紙力剤をパルプ固形分に対し0.5〜3.0固形質量%添加することを特徴とする紙の製造方法。
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