JP2017500458A - 前処理済みのフィラー組成物を提供する方法並びに紙およびボードの製造におけるその使用 - Google Patents
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Abstract
Description
a)沈降炭酸カルシウムを含むフィラーを提供し、前記フィラーが、添加剤を全く含まないスラリーの形態であるステップと、
b)ポリビニルアミンまたはポリアクリル酸アミドから選択される少なくとも1種のポリマーを提供し、前記ポリマーが、pH7で求めた最大でも4meq/gの絶対値の電荷密度を有するステップと、
c)ステップb)の前記少なくとも1種のポリマーをステップa)のフィラーと配合するステップと、
d)ナノフィブリルセルロースのスラリーを提供するステップと、
e)前記ナノフィブリルセルロースのスラリーをステップc)の形成した組み合わせと配合して、強凝集体を含む前処理済みのフィラー組成物を形成するステップと
を備える。
使用する試験紙料は、製紙工場からのフィラーと希釈水(水道水)とからなった。所望の固形分を有するスラリーの形態にフィラーを処理した。1%濃度に希釈したスラリー水形態のフィラーに、調べる前処理ポリマーおよびNFCを添加した。収束ビーム反射測定(FBRM)装置を用いてフィラーの前処理試験を実施した。使用したFBRM装置は、Laser Sensor Technology,Redmond,WA,USA,製造番号1106からのLasentec FBRM Model D600Lであり、その検出器は、D600L−HC22−K,製造番号961であった。FBRM検出器は、動作原理として高度に集束したレーザ光線および後方散乱配置を用いるフロキュレーション分析器である。回収したデータから、FBRM検出器は、弦寸法分布、弦寸法値の平均および検出した粒子の数をもたらす。機器の測定範囲を1〜1000μmに調節する。
試験は、以下の段階的手順を用いた:
1.0秒、撹拌速度1000rpmで、1%の稠度まで希釈したフィラー試料(500ml)をダイナミックドレネージジャーDDJ(dynamic drainage jar;Paper Research Materials Inc.製)に注ぎ、
2.15秒で、前処理ポリマーをフィラースラリーに投与し、
3.25秒で、撹拌速度1000〜1500rpm未満、
4.30秒で、NFCをフィラースラリーに投与し、
5.30秒で、撹拌速度1500〜1000rpm未満、
6.45秒で、平均粒径(D50)=平均弦長を測定し、
7.50秒で、撹拌速度1000〜1500rpm未満、
8.60秒で、撹拌速度1500〜1000rpm未満、
9.69秒で、平均粒径(D50)=平均弦長を測定した。
ポリマー1は、6.4Mg/molおよび0.5meq/g(pH7で)を有するCPAMである。
ポリマー2は、6Mg/molおよび1.3meq/g(pH7で)を有するCPAMである。
ポリマー3は、800,000g/molおよび1.3meq/g(pH7で)を有するCPAMである。
ポリマー4は、カチオン性バレイショデンプン、置換度(DS)0.035である。
ポリマー5は、6Mg/molおよび−1.3meq/g(pH7で)を有するAPAMである。
ポリマー6は、4Mg/molおよび4.3meq/g(pH7で)を有するPVAMである。
ポリマー7は、300,000g/molおよび5.8meq/g(pH7で)を有するPVAMである。
ポリマー8は、4Mg/molおよび0.6meq/g(pH7で)を有するPVAMである。
−NFCだけでは、弱い凝集(agglomerate)を全く生じない(試験0と1との比較を参照のこと)
−低分子量材料は、効率的でない、ポリマー3およびポリマー7を参照
−デンプン(ポリマー4)は、高投与量でのみ弱い凝集を生じる
−ポリマー2および5は、効果的に強い凝集を生じ、フロック安定性は、良好である
−ポリマー1は、興味深く有望な結果を示している。ポリマー6および8もまた、非常に有望な結果を明示している。
異なる繊度を有する3種のNFCを試験した。以下の手順を用いて、粘度および透過率の測定から、繊度を求めた。
−低いポリマー投与量で、粗いNFC、試料Bが、粒径の増大においてより効果的である。
実施例6は、投与順序がいかにフロック径に影響を与えるかを例証する。
FBRM試験として試験を実施した。試験組成物は、沈降炭酸カルシウム、PCCスラリーからなった。前処理ポリマーは、カチオン性ポリアクリルアミドポリマー1であった。NFCは、市販のセルロース、Daicel KY−100G2.5%であった。
1.0秒、撹拌速度1000rpmで、1%の稠度まで希釈したフィラー試料(500ml)をダイナミックドレネージジャーDDJ(Paper Research Materials Inc.製)に注ぎ、
2.15秒で、前処理ポリマーをフィラースラリーに投与し(実施形態PCC+CPAM+NFC)、
3.30秒で、NFCをフィラースラリーに投与し、
4.35秒で、前処理ポリマーをフィラースラリーに投与し(実施形態PCC+NFC+CPAM)、
5.50秒で、撹拌速度1000〜1800rpm未満、
6.60秒で、撹拌速度1800〜1500rpm未満、
7.111秒で、平均粒径(D50)=平均弦長を測定した。
50秒〜60秒での撹拌は、高剪断での撹拌であるとみなされることを留意されたい。
フロック径=剪断後の平均弦長
試験稠度g/l
PCC=10g/l=1%
投与量は、活性(乾燥)としてフィラー1トン当たりのgである。
試験は、以下の段階的手順を用いた:
1.0秒、撹拌速度1000rpmで、1%の稠度まで希釈したフィラー試料(500ml)をダイナミックドレネージジャーDDJ(Paper Research Materials Inc.製)に注ぎ、
2.15秒で、前処理ポリマーまたはNFCをフィラースラリーに投与し、
3.30秒で、NFCまたは前処理ポリマーをフィラースラリーに投与し、
4.45秒で、平均粒径(D50)=平均弦長を測定し(剪断前)、
5.50秒で、撹拌速度1000〜1500rpm未満
6.60秒で、撹拌速度1500〜1000rpm未満
7.65秒で、平均粒径(D50)を測定した(剪断後)。
50秒〜60秒での撹拌は、高剪断での撹拌であるとみなされることを留意されたい。
−投与順序は、弱凝集体の挙動に強い影響力を有する。
−ポリマーをNFCと同時に(または一緒に)添加するならば、弱凝集体が全く存在しないかまたは殆ど存在しない。
−投与順序がNFCの前にポリマーである場合、つまり、PCCフィラー、次にポリマー、その後にNFCである場合に、最良の効果が実現される。
市販の漂白した圧力砕木パルプ(PGW)を完成紙料混合の83%として用い市販の漂白したEnoreinの粗精製したケミカルトウヒ/マツパルプを17%用いた。フィラーは、分散されていない偏三角面体の沈降炭酸カルシウム(PCC)であった。製造業者によると、このPCCの平均粒径は、1.9μmであった。前処理済みのフィラー組成物において、CPAM(ポリマー1)を用い、その投与量は、乾燥フィラー1トン当たり125gで、NFCは、Daicel KY−100G2.5%であった。Ashland cPAM PC435を200g/tおよびアニオン性有機マイクロ粒子SP700を500g/t含む2成分歩留りシステムを使用した。
Claims (16)
- 紙およびボードの製造に使用する前処理済みのフィラー組成物を提供する方法であって、
a)沈降炭酸カルシウムを含むフィラーを提供し、前記フィラーが、添加剤を全く含まないスラリーの形態であるステップと、
b)ポリビニルアミンまたはポリアクリル酸アミドから選択される少なくとも1種のポリマーを提供し、前記ポリマーが、pH7で求めた最大でも4meq/gの絶対値の電荷密度を有するステップと、
c)ステップb)の前記少なくとも1種のポリマーをステップa)の前記フィラーと配合するステップと、
d)ナノフィブリルセルロースのスラリーを提供するステップと、
e)前記ナノフィブリルセルロースのスラリーをステップc)で形成した組み合わせと配合して、強凝集体を含む前処理したフィラー組成物を形成するステップと
を特徴とする方法。 - 前記ポリアクリルアミドが、カチオン性ポリアクリルアミドまたはアニオン性ポリアクリルアミド、好ましくはカチオン性ポリアクリルアミドであり得る請求項1に記載の方法。
- 前記ポリマーが、2,000,000g/mol超、好ましくは2,000,000〜20,000,000g/mol、好ましくは5,000,000〜18,000,000、好ましくは5,500,000〜15,000,000g/mol、さらに好ましくは6,000,000〜10,000,000g/molの分子量を有する請求項1または2に記載の方法。
- 前記ポリマーが、pH7で求めた0.05〜2meq/gの電荷密度を有する請求項1〜3のいずれか1項に記載の方法。
- 前記ポリマーが、ポリビニルアミンまたはカチオン性ポリアクリルアミドであり、pH7で求めた0.1〜1.35meq/g、さらに好ましくは0.2〜0.7meq/gの電荷密度を有する請求項1〜4のいずれか1項に記載の方法。
- 前記ポリマーが、アニオン性ポリアクリルアミドであり、pH7で求めた.0.1〜1.8meq/g、さらに好ましくは0.2〜1.6meq/gの絶対値の電荷密度を有する請求項1〜4のいずれか1項に記載の方法。
- 前記前処理済みのフィラー組成物の前記強凝集体が、前記沈降炭酸カルシウムを含むフィラー粒子だけの元の弦長値よりも少なくとも5%高い平均弦長の値として定義される強凝集体の粒径分布を有し、好ましくは前記平均弦長値が、前記沈降炭酸カルシウムを含むフィラー粒子だけの元の弦長値よりも10〜200%高く、好ましくは15〜100%高く、好ましくは約20〜80%高く、平均弦長が、収束ビーム反射測定法により測定されている請求項1〜6のいずれか1項に記載の方法。
- 前記前処理済みのフィラー組成物の前記強凝集体が、前記沈降炭酸カルシウムを含むフィラー粒子だけの元の弦長値よりも少なくとも100%高い平均弦長の値として定義される強凝集体の粒径分布を有し、好ましくは前記平均弦長値が、前記沈降炭酸カルシウムを含むフィラー粒子だけの元の弦長値よりも110〜300%、好ましくは110〜200%高く、平均弦長が、収束ビーム反射測定法により測定されている請求項1〜6のいずれか1項に記載の方法。
- 前記形成した強凝集体が、フロック形成後に1000rpmを超える撹拌の後と前に測定した弦長の比が、少なくとも60%、好ましくは少なくとも65%である強凝集体のフロック安定性を有する請求項1〜8のいずれか1項に記載の方法。
- 請求項1〜9のいずれか1項に記載の方法により調製される前処理済みのフィラー組成物。
- 請求項10に記載の前処理済みのフィラー組成物を含む紙料。
- 請求項1〜9のいずれか1項に記載の方法により調製される前処理済みのフィラー組成物を用いて製造される紙または板紙。
- 灰分歩留りが、少なくとも25%、好ましくは少なくとも30%、好ましくは少なくとも40%、好ましくは約40〜80%、さらに好ましくは約60〜80%である請求項12に記載の紙または板紙。
- 請求項1〜9のいずれか1項に記載の前処理済みのフィラー組成物を提供するステップと、前記前処理済みのフィラー組成物を繊維紙料と配合するステップとを備える紙または板紙を生産する方法。
- 前記前処理済みのフィラー組成物が、湿紙の形成前に薄い紙料中に添加される請求項14に記載の方法。
- スーパーカレンダ処理(SC)紙、軽量コート(LWC)紙、新聞巻取紙、上質紙、折畳み箱用板紙、白板紙または白ボールの生産のための請求項1〜9のいずれか1項に記載の方法の使用。
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