JP2018096025A - 水解性シートの製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
この種の水解性シートは、洗浄剤が含浸された状態で提供され、また使用後にトイレに流して処理可能とされる。
このように、水解性シートにおいては、水解性を確保しつつ、更に、強く擦ったときの破れにくさを向上させたいという要望があった。
完成紙料から抄紙して原紙シートを形成する抄紙工程を含み、
前記抄紙工程が、前記完成紙料を抄造して得られた紙に水溶性バインダー及びセルロースナノファイバーを含有する溶液を付与する第1溶液付与工程と、
当該第1溶液付与工程後に連続して、前記溶液が付与された紙を乾燥させる第1乾燥工程と、を含むことを特徴とする。
前記抄紙工程後、得られた前記原紙シートの外面に対して、水溶性バインダー及びセルロースナノファイバーを含有する溶液を付与する第2溶液付与工程と、
前記第2溶液付与工程後に連続して、前記溶液が付与されたシートを乾燥させる第2乾燥工程と、
乾燥後のシートに、前記水溶性バインダーと架橋する架橋剤を含む水性薬剤を付与する薬剤付与工程と、
を含むことを特徴とする。
なお、水解性シートはトイレクリーナーを一例にして説明するが、水解性シートにはトイレクリーナー以外の清拭用途の水性薬剤を含浸させたウェットティシューなども含まれる。また、トイレクリーナーの製造時の紙の搬送方向をY方向(縦方向)、搬送方向に直交する方向をX方向(横方向)として説明する。
トイレクリーナー100は、複数枚(例えば、2枚)の原紙シートがプライ加工(積層)されたものであって、所定の水性薬剤が含浸されている。なお、原紙シートは、プライ加工されていない、1枚の原紙シートにより構成されていてもよい。
原紙シートの目付量は、30〜150gsm程度である。なお、目付量は、JIS P 8124に基づくものである。
より好ましくは、広葉樹晒クラフトパルプの配合割合が50重量%を超えるもの、すなわち広葉樹晒クラフトパルプに対する針葉樹晒クラフトパルプの配合比が1/1未満となるものがあげられる。針葉樹晒クラフトパルプに対する広葉樹晒クラフトパルプの配合比を多くすることで、繊維間隙間が減少し、水分蒸散が抑制されるため、乾きにくさを向上させることができる。
また、粉砕されたパルプからなるシート、粉砕パルプを水解紙で覆ったり、挟んだりしたシートにより構成されていてもよい。
カルボキシル基を有する水溶性バインダーは、水中で容易にカルボキシラートを生成するアニオン性の水溶性バインダーである。その例としては多糖誘導体、合成高分子、天然物が挙げられる。
また、CMCは、水膨潤性のものを用いることが好ましい。これは、水性薬剤中の架橋剤である特定金属イオンとの架橋により、未膨潤化のままシートを構成する繊維をつなぎとめる機能を発揮し、清掃・清拭作業に耐えうる拭き取りシートとしての強度を発現することができるからである。
本実施形態のトイレクリーナー100の場合には、水溶性バインダーとして、CMCが付与されている。
CMCとCNFの配合比率は、9:1〜1:1の割合であることが好ましい。即ち、水溶性バインダー溶液中に、CNFが10重量%以上、50重量%以下含まれていることが好ましい。このような配合比率とすることで、CMCの量を増やすことなく、効果的にトイレクリーナー100の表面強度を向上させることができるからである。
水溶性バインダー溶液の濃度を3.3%以上とすることで、効果的にトイレクリーナー100の表面強度を向上させることができ、その濃度が3.5%、3.8%と高くなるにつれて、より効果を高めることができる。また、その濃度を4.0%以下とすることで、操業上、取扱いが容易となる。
上記耐摩耗性試験の方法は、トイレクリーナー100を3つ折りにし、測定部分を学振型摩擦堅牢度試験機で擦り、目視で紙面に毛羽立ちや破れ等のダメージが確認された時点の回数を計測する。
上記耐摩耗性試験では、トイレクリーナーを実際に使用する場面を想定、すなわち汚れが付着したことにより便器の縁等がザラザラした状態を想定し、表面に網目模様が施されたPPバンドを学振子として使用している。これにより、トイレクリーナーの実際の使用時を想定した環境試験が可能となり、トイレクリーナーが実際の使用時に耐え得るか否かについて信頼性の高い評価を行うことができる。また、上記耐摩耗性試験では、トイレクリーナーが実際の使用時に耐え得る目安として40回以上であることを条件としている。
紙の製造工程である抄紙工程においては抄紙機のワイヤーの上に繊維を敷き詰めて搬送方向に流すため、一般的には、紙は、抄紙機の搬送方向である縦方向に多くの繊維が並んでいる(例えば、縦:横=2.3:1等。図2(a)参照)という特性がある。そのため、横方向の繊維密度が薄く繊維が断裂しやすい。即ち、拭くときの方向によって破れやすい。そこで、本実施形態においては、図2(b)に示すように、トイレクリーナー100の縦横の繊維配向比率を0.8〜2.0、好ましくは、0.8〜1.2とすることで、どの方向から拭いても破れにくいトイレクリーナー100を提供することができる。なお、縦横の繊維配向の比率は、MD及びCD方向の湿潤強度の比により求めることができる。
また、エンボスEM12は、図3(b)に示すように、膨出部PR22が平面の形状を有している。
また、エンボスEM11の膨出部PR21とエンボスEM12の膨出部PR22が近接するだけであって、連なっていない場合であってもよい。
次に、トイレクリーナーの製造方法について説明する。図5は、トイレクリーナーの製造方法を示すフローチャートである。図6は、トイレクリーナーの原紙シート(抄紙シート)に対して水溶性バインダー溶液を付与する溶液付与設備の模式図である。図7は、図6に示す溶液付与設備で水溶性バインダー溶液が付与された原紙シートを加工する加工設備の模式図である。
以下、各工程の詳細については、詳述する。
まず、本実施形態にかかる抄紙工程(S1)について説明する。本発明の抄紙工程(S1)では、例えば、公知の湿式抄紙技術により抄紙原料を抄紙して原紙シートを形成する。すなわち、抄紙原料を湿紙の状態とした後に、ドライヤーなどによりこれを乾燥して、薄葉紙、クレープ紙などの原紙シートを形成する。
なお、原紙シートには、パルプ及び凝集剤の他、湿潤紙力剤、接着剤、剥離剤等の抄紙用薬品を適宜用いてもよい。
抄紙工程でも水溶性バインダー溶液を付与した場合、得られる水解性シート全体の強度を高めることができ、後工程の第2溶液付与工程で更に水溶性バインダー溶液を付与することにより、当該水解性シートの表面強度をより一層高めることができるようになる。
次いで、本実施形態のプライ加工工程(S2)について説明する。プライ加工工程(S2)では、図6に示すように、原反ロール1から連続的に繰り出される各連続乾燥原紙1A,1Aを、その連続方向に沿ってプライ加工しプライ連続シート1Bとする重ね合わせ部2に供給される。重ね合わせ部2は、一対のロールで構成され、各連続乾燥原紙1A,1Aをプライ加工し、プライ加工されたプライ連続シート1Bを形成する。なお、連続乾燥原紙1A,1A同士を重ね合わせる際に、連続乾燥原紙1A,1A同士がずれにくくなるように、ピンエンボス(コンタクトエンボス)で軽く留めておいてもよい。
次いで、本実施形態の第2溶液付与工程(S3)ついて説明する。第2溶液付与工程(S3)では、図6に示すように、プライ連続シート(抄紙シート)1Bの両方の外面(連続乾燥原紙1A,1Aをプライ加工した時に連続乾燥原紙1A,1A同士が対向しない面)に2流体方式の各スプレーノズル3,3により水溶性バインダー溶液を噴霧して連続シート1Cを生成する。
本実施形態において、スプレーノズル3のノズル径は、0.09gal/min以下とする。また、本実施形態のスプレー条件としては、水溶性バインダー溶液の濃度;3.3〜4.0%、水溶性バインダー溶液の粘度;900〜3000cPs、出温度;50〜70℃、液圧;2MPa以上、エア圧;0.05〜0.2MPsとなるようにすることが好ましい。
なお、厚み方向において内側及び外側とは、両面に塗布した場合には、厚み方向の中央部を内側とし、外面を外側とする。また、片面に塗布した場合には、水溶性バインダー溶液の非塗布面を内側とし、塗布面を外側とする。
次いで、本実施形態の第2乾燥工程(S4)について説明する。第2乾燥工程(S4)では、図6に示すように、乾燥設備4において、上述の連続シート1Cの水溶性バインダー溶液中の不溶な液分を蒸発させて、有効成分、特にCMCを繊維に対して定着させる。
ここで、連続シート1Cの厚み方向外側から内側に向かうにつれて、水溶性バインダー溶液の浸み込む量が減少していくことから、当該厚み方向内側に向かうにつれて、CMCの定着量が減少することとなる。そのため、後述する仕上げ加工工程(S7)で水性薬剤が含浸された際、当該厚み方向内側に向かうにつれて、架橋反応が起こり難く、空隙を多く有することから、シート内部に当該水性薬剤を閉じ込めた状態とすることができる。これにより、得られるトイレクリーナーを乾き難くすることができる。また、連続シート1Cの厚み方向外側付近にCNFが多く存在し、且つ連続シート1Cの厚み方向外側付近でCMCの架橋反応が多く生じることとなるので、得られるトイレクリーナーの表面強度を強固なものとすることができる。
乾燥設備4としては、連続シート1Cに対して熱風を吹き付けて乾燥させるフード付きドライヤー設備が利用できる。なお、シート同士をより密着させるために、プレスロールやターンロールを設置し、第2乾燥工程(S4)の前に当該プレスロールや当該ターンロールに連続シート1Cを通しても良い。
次いで、本実施形態のスリット・巻き取り工程(S5)について説明する。スリット・巻き取り工程(S5)では、プライ加工された連続水解性シート1Dをオフラインの加工機で加工する際の原反とするために、上述の第2乾燥工程(S4)で乾燥されCMCの定着が図られた連続水解性シート1Dをテンションを調整しながら、スリッター5で所定の幅にスリットし、ワインダー設備6において、巻き取ることとなる。巻き取り速度は、プライ加工工程(S2)、第2溶液付与工程(S3)、第2乾燥工程(S4)を考慮して適宜定める。過度に早いとシートの破断が生じ、過度に遅いと皺が発生するのでこれに留意する。
スリット・巻き取り工程(S5)で、プライ加工された連続水解性シート1Dが圧着されることにより、連続水解性シート1Dがより一体化され、1枚相当のシートとなる。
次いで、本実施形態のエンボス加工工程(S6)について説明する。エンボス加工工程(S6)では、図7に示すように、2次原反ロール11から繰り出される、連続水解性シート1Dに対して、エンボスロール12によって、シート全面に所定の形状をなすエンボス加工が施される。このエンボス加工は、シートの強度、嵩高性、拭き取り性等を高めるとともに、デザイン性を高めることを目的としてなされている。
次いで、本実施形態の仕上げ加工工程(S7)について説明する。仕上げ加工工程(S7)では、図7に示すように、仕上げ加工設備13において、エンボス済シート1Eの裁断加工、裁断された各シートの折り加工、折り加工がなされた各シートへの水性薬剤(水性洗浄剤、香料、防腐剤、除菌剤、紙力増強剤、有機溶剤等を含む)の含浸、当該水性薬剤を含浸させた各シートの包装を一連の流れで行う。
以上の各工程を経ることにより、トイレクリーナーが製造される。
まず、固形分濃度0.01〜0.1質量%のセルロースナノファイバーの水分散液100mlをテフロン(登録商標)製メンブレンフィルターでろ過し、エタノール100mlで1回、t−ブタノール20mlで3回溶媒置換する。
次に、凍結乾燥し、オスミウムコーティングして試料とする。この試料について、構成する繊維の幅に応じて5000倍、10000倍又は30000倍のいずれかの倍率(本実施例では、30000倍の倍率)で電子顕微鏡SEM画像による観察を行う。具体的には、観察画像に二本の対角線を引き、対角線の交点を通過する直線を任意に三本引く。さらに、この三本の直線と交錯する合計100本の繊維の幅を目視で計測する。そして、計測値の中位径(メジアン径)を平均繊維径とする。なお、計測値の中位径に限らず、例えば、数平均径や、モード径(最頻径)を平均繊維径としてもよい。
各実施例及び比較例に対応する試料は以下のように作製した。
先ず、下記条件に合致するように、水溶性バインダー塗布設備にて、秤量(ドライ状態)45gsmの原紙を2プライにした後各シートの外面に、CMC・CNFが混合された水溶液(水溶性バインダー溶液)を、スプレー塗布した。
このとき、水溶液の濃度は、3.0%、3.3%、3.5%、3.8%、4.0%とした。また、スプレー塗布終了後に各シート上に付着するCMC・CNFの合計量が一定となるように、水溶液の濃度に応じて、シートに対する塗布量を調整した。具体的に、シートに対する水溶液の塗布量は、3.0%ではウェット塗布量40gsm、3.3%ではウェット塗布量36.4gsm、3.5%ではウェット塗布量34.3gsm、3.8%ではウェット塗布量31.6gsm、4.0%ではウェット塗布量30gsmとした。なお、ドライ塗布量は全て1.2gsmである。
その後、熱風乾燥機(温度180℃)を通過させ、水分率が約8%になるまで乾燥させ、所定幅にスリットしながら、原紙シートの加工用原反を作成する。サンプリングした原紙シートに、シリンジで、薬液をシートの重量の200重量%となるよう均一に含浸させ、試料とした。
パルプ配合;NBKP:LBKP=40:60
秤量(ドライ状態);90g/m2(2プライ)
CMC品番;CMC 1330 ダイセル社
CNF配合率;10.0重量%
水性薬剤成分;架橋剤(亜鉛)3.56重量%、プロピレングリコールモノメチルエーテル(PGME)14.5重量%、プロピレングリコール(PG)3.0重量%
水性薬剤含浸量;原紙重量の200重量%
[実施例2]
CNF配合率;30.0重量%
他の条件は、実施例1と同じである。
[実施例3]
CNF配合率;50.0重量%
他の条件は、実施例1と同じである。
[比較例1]
CNF配合率;0.0重量%
他の条件は、実施例1と同じである。
[比較例2]
CNF配合率;5.0重量%
他の条件は、実施例1と同じである。
[比較例3]
CNF配合率;100.0重量%
他の条件は、実施例1と同じである。
<試験方法>
実施例1〜3及び比較例1〜3に対応するサンプルにつき、プライを剥がさずに幅75mm×長さ240mmでMD方向とCD方向にそれぞれ切り取って、幅方向の両端部領域が重なるように3つ折りにし、測定部分を学振型摩擦堅牢度試験機で擦り、目視で紙面に毛羽立ちや破れ等のダメージが確認された時点の回数を計測する。この計測をMD方向、CD方向で各3回実施し、それぞれ各3回の測定値の平均を算出する。なお、学振型摩擦堅牢度試験機による試験条件は下記のとおりである。
・学振型摩擦堅牢度試験機:テスター産業株式会社製 品番AB301
・摩擦子:形状 20mm×R50mm
荷重 200gf(白綿布止め、アーム含む)
単位面積あたりの荷重 50gf/cm2(荷重200gf/接触面積4.0
cm2)
摩擦子の綿布止めにPPバンド(積水樹脂株式会社 品番19K(幅15mm
×長さ60mm))1枚を隙間が生じたり、しわが生じたりしないように、ね
じ止めで摩擦子に固定する。
・試料台:形状 R200mm
ストローク 120mm
往復速度 30cps
・サンプル:幅25mm(プライを剥がさず幅75mmを3つ折り)
×長さ240mm(試料台側)
・試験手順:(1)サンプルを試料台に弛まないように取り付ける。
(2)摩擦子を試料台に静かに降ろす。
(3)スタートSWを押して試験開始。
・判定方法:学振させてサンプルの状態を確認し、目視で紙面に毛羽立ちや破れ
等のダメージが確認された時点の回数を計測した。
図9は、MD方向の上記試験の結果を示すグラフである。図10は、CD方向の上記試験の結果を示すグラフである。
図9、図10に示すとおり、実施例1〜3では、水溶液の濃度が3.3%以上、4.0%以下の範囲において、トイレクリーナーが実際の使用時に耐え得るか否かの目安となる数値(40回)を超えており、実際の使用時に耐え得ることがわかった。
また、実施例1〜3から、水溶液の濃度が3.3%以上、4.0%以下の範囲において、濃度が高くなるほど数値が高くなることがわかった。
一方、比較例1〜3では、この目安となる数値を下回っており、実際の使用時に耐え得ることができないことがわかった。
<試験方法>
実施例1〜3及び比較例1〜3に対応するサンプルにつき、水解性を、JIS P 4501(2006)4.5「ほぐれやすさ」に準じた方法に従って測定した。
図11は、上記試験の結果を示すグラフである。
図11に示すとおり、実施例1〜3は、何れも40秒程度であって、良好な水解性を示すことがわかった。
<試験方法>
実施例1〜3、比較例1〜3に対応する水溶液の濃度が、3.0%、3.3%、3.5%、4.0%の場合の各々につき、60℃、60rpmの条件下で単一円筒形回転粘度計(B形粘度計)を用いて粘度測定を行った、
表1は、上記試験の結果を示す。
なお、表1では、実施例1〜3において粘度が3000cPsを超えるものがあるが、品質維持及び操業時の取扱い性の観点から、製造に用いる水溶液の粘度は、3000cPs以下とされることが好ましい。
従って、水溶性バインダー溶液に含まれるCMCの塗布量を増量することなく表面強度を向上させることができる。
例えば、本発明の実施形態等の説明に際しては、水解性シートとして、トイレクリーナーを例示したが、これに限らず、身体を拭くための体拭き用シート、お尻拭き用シートなど、使用後にトイレなどで大量の水とともに流して廃棄するニーズのある物品に適用可能である。
図13〜図15において、凹部e2は、凸部e1を反転した形状である。凸部e1と凹部e2は、交互に一例に配置され、この列が多列に、かつ隣り合う列における凸部e1と凹部e2が互いに半ピッチずれるように配列されたエンボスパターンを形成している。このように、凸部e1及び凹部e2が縦方向においても横方向においても交互に形成されていることで、凸部同士や凹部同士が一列に並んでいるエンボスパターンよりも汚れの拭き取り性を向上させることができる。なお、凸部e1と凹部e2の形状は、特に限定されず、円形、楕円形、多角形等が用いられる。各形状を組み合わせたものとしてもよい。
1 1次原反ロール
1A 連続乾燥原紙
1B プライ連続シート
1C 連続シート
1D 連続水解性シート
1E エンボス済シート
2 重ね合わせ部
3 スプレーノズル
4 第1乾燥設備
5 スリッター
6 ワインダー設備
11 2次原反ロール
12 エンボスロール
13 仕上げ加工設備
14 フォーマー
15 ワイヤー
16 サクションボックス
17 第1ドライパート
18 回転ドラム
19 フード
20 上コンベアベルト
21 下コンベアベルト
22 真空ロール
23 スプレーノズル
24 第2ドライパート
25 回転ドラム
26 フード
EM11、EM12、EM21 エンボス
PR21、PR22 膨出部
HT21、HT22 膨出部の高さ
CN31、SN32 接触面積
e1 凸部
e2 凹部
Claims (2)
- 完成紙料から抄紙して原紙シートを形成する抄紙工程を含み、
前記抄紙工程が、前記完成紙料を抄造して得られた紙に水溶性バインダー及びセルロースナノファイバーを含有する溶液を付与する第1溶液付与工程と、
当該第1溶液付与工程後に連続して、前記溶液が付与された紙を乾燥させる第1乾燥工程と、を含むことを特徴とする水解性シートの製造方法。 - 前記抄紙工程後、得られた前記原紙シートの外面に対して、水溶性バインダー及びセルロースナノファイバーを含有する溶液を付与する第2溶液付与工程と、
前記第2溶液付与工程後に連続して、前記溶液が付与されたシートを乾燥させる第2乾燥工程と、
乾燥後のシートに、前記水溶性バインダーと架橋する架橋剤を含む水性薬剤を付与する薬剤付与工程と、
を含むことを特徴とする請求項1に記載の水解性シートの製造方法。
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