JP2020045603A - 紙および板紙製品 - Google Patents
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Abstract
Description
(i)セルロース含有基材と、
(ii)無機粒子材料、および頂部プライの全重量に基づいて少なくとも約5重量%のミクロフィブリル化セルロースを含む頂部プライと
を含み、頂部プライ中の無機粒子材料対ミクロフィブリル化セルロースの重量比は約20:1〜約3:1であり、さらに、頂部プライは、少なくとも約65%のISO規格11475による白色度を有する、
紙または板紙製品が提供される。
(i)セルロース含有基材と、
(ii)頂部プライの全重量に基づいて、約67重量%〜約90重量%の範囲の無機粒子材料、および少なくとも約10重量%のミクロフィブリル化セルロースを含む頂部プライと
を含み、頂部プライは紙または板紙製品中に約15g/m2〜約40g/m2の範囲の量で存在する、
紙または板紙製品が提供される。
(i)セルロース含有基材と、
(ii)頂部プライの全重量に基づいて、約67重量%〜約92重量%の範囲の無機粒子材料、および5重量%〜約30重量%の範囲のミクロフィブリル化セルロースを含む頂部プライと
を含む、紙または板紙製品が提供される。
ある実施形態では、頂部プライは、頂部プライの全重量に基づいて、少なくとも約5重量%のミクロフィブリル化セルロースを含む。ある実施形態では、頂部プライは、頂部プライの全重量に基づいて、約5重量%〜約30重量%のミクロフィブリル化セルロース、例えば、5重量%〜約25重量%、または約10重量%〜約25重量%、または約15重量%〜約25重量%、または約17.5重量%〜約22.5重量%のミクロフィブリル化セルロースを含む。
勾配=100×(d30/d70)
によって決定される。
基材(およびミクロフィブリル化セルロース)はセルロース含有パルプ由来であってよく、当該技術分野で周知の任意の、好適な化学的もしくは機械的処理、またはそれらの組み合わせによって調製され得る。パルプは、木材、草類(例えば、サトウキビ、タケ)または布くず(例えば、繊維廃棄物、綿、麻もしくは亜麻)などの、任意の好適な原料由来であってよい。パルプは、当業者に周知のプロセスに従って漂白されてよく、本発明での使用に適したこれらのプロセスは容易に明らかになるであろう。ある実施形態では、パルプは未漂白である。漂白または未漂白セルロースパルプは、既定のろ水度(当該技術分野においてカナダ標準ろ水度(CSF)としてcm3で報告される)まで叩解され(beaten)、叩解され(refined)、またはその両方を行われる。次に、好適なストックが、漂白または未漂白の、叩解されたパルプから調製される。
ある実施形態では、基材は、ボール紙製品における使用またはボール紙製品としての使用に適した坪量、例えば、約50g/m2〜約500g/m2の範囲の坪量を有する。このおよび他の実施形態では、頂部プライは、約10g/m2〜約50g/m2、具体的には約15g/m2〜40g/m2の範囲、およびより具体的には約20g/m2〜30g/m2の範囲の坪量を有してもよい。
(i)頂部プライのない基材もしくは頂部プライの反対側の表面上の基材について測定された白色度と比較して増加した、頂部プライについて(ISO規格11475(F8;D65−400nm)によって)測定された白色度、および/または少なくとも約60.0%の、ISO規格11475(F8;D65−400nm)によって頂部プライについて測定された白色度;
(ii)約6.0μm以下の頂部プライについて測定されたPPS粗さ(@1000kPa)、および/または頂部プライのない基材のPPS粗さより少なくとも2.0μm小さい、頂部プライについて測定されたPPS粗さ(@1000kPa)、
の1つまたは複数を有する。
紙製品を作製する方法が提供される。方法は、
(a)パルプのウェットウェブを提供することと、
(b)頂部プライスラリーをパルプのウェットウェブ上に提供することと
を含む。頂部プライスラリーは(i)15g/m2〜40g/m2の範囲の量で提供され、(ii)頂部プライスラリーは、少なくとも約5重量%のミクロフィブリル化セルロースを含む頂部プライを有する製品を得るのに十分な量のミクロフィブリル化セルロースを含み、(iii)頂部プライスラリーは、少なくとも約67重量%の無機粒子材料を含む。
ある実施形態では、ミクロフィブリル化セルロースは無機粒子材料の存在下または不在下で調製され得る。
粉砕は、従来の方法で好適に実施される。粉砕は、粒子状粉砕媒体の存在下での摩耗粉砕プロセスであってもよく、または自己粉砕プロセス、すなわち、粉砕媒体の不在下でのプロセスであってもよい。粉砕媒体とは、ある実施形態ではセルロースを含む繊維状基材と共粉砕され得る無機粒子材料以外の媒体を意味する。
あるいは、好適な粒径の天然の砂の粒子が使用されてよい。
セルロースを含む繊維状基材のミクロフィブリル化は、湿潤条件下、任意に無機粒子材料の存在下で、セルロースパルプと任意の無機粒子材料との混合物を加圧し(例えば、約500バールの圧力まで)、次により低圧のゾーンに送る方法によって達成され得る。混合物を低圧ゾーンに送る速度は十分に高く、低圧ゾーンの圧力は、セルロース繊維のミクロフィブリル化を引き起こすのに十分な程に低い。例えば、狭い入口オリフィスとはるかに広い出口オリフィスとを有する環状開口部に混合物を押し通すことによって圧力低下が起こり得る。混合物が加速してより大きな容積内(すなわち、より低い圧力ゾーン)に入る際の急激な圧力低下は、ミクロフィブリル化を引き起こすキャビテーションを誘発する。一実施形態では、セルロースを含む繊維状基材のミクロフィブリル化は、ホモジナイザーで、湿潤条件下、任意に無機粒子材料の存在下で達成され得る。ホモジナイザーでは、セルロースパルプおよび任意の無機粒子材料は加圧され(例えば、約500バールの圧力まで)、小さいノズルまたはオリフィスに押し通される。混合物は、約100バール〜約1000バールの圧力、例えば300バール以上、または約500バール以上、または約200バール以上、または約700バール以上の圧力に加圧され得る。均質化は繊維を高せん断力にさらし、加圧されたセルロースパルプがノズルまたはオリフィスを出る際に、キャビテーションがパルプ中のセルロース繊維のミクロフィブリル化を引き起こす。ホモジナイザーを通る懸濁液の流動性を改善するために、追加の水を添加してもよい。結果として得られるミクロフィブリル化セルロースおよび任意の無機粒子材料を含む水性懸濁液は、ホモジナイザーを複数回通過させるためにホモジナイザーの入口に戻されてもよい。無機粒子材料が存在する場合、および無機粒子材料がカオリンのような天然の板状鉱物である場合、均質化はセルロースパルプのミクロフィブリル化を促進するだけでなく、板状粒子材料の剥離を促進してもよい。
3gの乾燥材料を得るのに十分な共粉砕スラリーの試料をビーカーに計量し、脱イオン水で60gに希釈し、有効成分が1.5w/v%のポリアクリル酸ナトリウムの溶液5cm3と混合する。さらに、80gの最終スラリー重量になるまで脱イオン水を撹拌しながら添加する。
5gの乾燥材料を得るのに十分な共粉砕スラリーの試料をビーカーに計量し、脱イオン水で60gに希釈し、1.0重量%の炭酸ナトリウムおよび0.5重量%のヘキサメタリン酸ナトリウムの溶液5cm3と混合する。さらに、80gの最終スラリー重量になるまで脱イオン水を撹拌しながら添加する。
例1
1. 150g/m2の褐色シートを手漉き機で製造した。歩留向上剤としてPercol(登録商標)292を、最終手漉き紙の全固形分に基づいて600ppmで使用した。
2. 褐色シートが形成されたら、3枚の吸水紙を用いてシートを手動で圧搾することによって保持された水を除去した。吸水紙とシートとの間に付着は観察されなかった。
3. 次に、そのより滑らかな側を上にするために、褐色ベースシートを上下逆さまにした。
4. 白色頂部層のための所望の坪量を得るために、7.88重量%の全固形分含有量(18%ミクロフィブリル化セルロース)での特定の量のミクロフィブリル化Botnia松漂白クラフトパルプおよび炭酸カルシウム(Intracarb 60)を測定した(20g/m2、25g/m2、30g/m2、40g/m2、および50g/m2でシートを調製した)。次に、ミクロフィブリル化セルロース/炭酸カルシウム試料を、水道水を使用して300mlの最終体積に希釈した。
5. 試料を褐色シートの上に注ぎ、真空を適用した。Polydadmac(0.2%溶液、1ml)を使用して白色頂部層の形成を促した。
6. 次に、廃水を回収し、真空が1分間適用された形成されたシートへ戻した。
7. 2プライのシートをRapid Kothen乾燥器(約89℃、1バール)へ15分間移した。
8. 残留水中に残された試料(工程6を参照)を濾紙上に回収し、個々のシートごとに白色頂部の実際の坪量の計算に使用した。
9. 次に、それぞれのシートを、試験の前に調整された実験室に一晩放置した。
様々な坪量で製造されたシートの構造を図1に示す。画像は、互いに直接比較できるように、標準的なスキャナを使用して同一条件下で反射率スキャンを行って得られた。
試験1〜4
長網抄紙機を60フィート/分(18m/分)で運転した。「二次ヘッドボックス」を使用してコーティングを塗布した。これは、完成紙料が一連の「池」に流入し、次に堰を越えてウェブ上に流れる特注の装置であった。特注の二次ヘッドボックスは、カーテンを形成するためにGL&V Hydrasizerと同じような高い流量を必要としないため、使用されるミクロフィブリル化セルロースおよび無機微粒子材料固形分を増加させてなお目標のコーティング重量を達成することが可能であった。より高い固形分での稼働は、二次ヘッドボックスが主ヘッドボックスからより遠い、シートがより固まった位置に、位置し得ることを意味するが、頂部プライとして塗布されるミクロフィブリル化セルロースおよび無機粒子材料スラリーは、圧搾の前に依然として十分に脱水され得る。
W=重量、A=灰分含有量
添字 t=頂部層、b=底部層、s=2層シート
試験1で使用された構成を使用して一連の追加の試行を行った。長網抄紙機を、約500mlのCSFに叩解された(refined)100%針葉樹未漂白クラフトベースの上に、異なるコーティング重量で利用した。20%ミクロフィブリル化セルロース、80%鉱物および少量の凝集剤からなる頂部プライ。
結果:
結果を表1に報告する。表1では以下の略語を使用する。
BP:コーティングのない原紙
T1:約28g/m2の複合体頂部コーティング、20%ミクロフィブリル化セルロース、80% GCC。
T2:約35g/m2の複合体頂部コーティング、20%ミクロフィブリル化セルロース、80% GCC。
T3:約42g/m2の複合体頂部コーティング、20%ミクロフィブリル化セルロース、80% GCC。
T4:約48g/m2の複合体頂部コーティング、20%ミクロフィブリル化セルロース、20% GCC、60%タルク。
以下の表2は、82g/m2のベース基材に塗布された従来の頂部プライを利用して、類似の抄紙機で製造された従来の白色頂部ライナーボードに関するデータを示す。ベースは未漂白針葉樹クラフト繊維から作製され、白色頂部層は、20%以下の典型的なフィラー充填量の範囲内で、漂白広葉樹(カバノキ)クラフト繊維で作製された。基材は80g/m2を目標とし、白色層は60g/m2を目標とした。表2は、ミクロフィブリル化セルロースを含まない典型的な結果を示し、15重量%の充填量のスカルノヘドラルPCC(Optical HB)が白色層に使用された。ベースは上記の試験1〜4のものよりむしろ強かったが、頂部層の追加による機械的特性指数の低下もかなり大きいことが分かる。試験1〜4の頂部プライ層が従来の白色頂部基材よりも低い坪量で目標の白色度に達することができれば、固定合計坪量のためにFiberLeanを使用することにより、ボードメーカーは製品中により高い比率の未漂白長繊維を使用することが可能になり、従って、より強く、より剛性の高い製品が実現する。
例1および例2に記載された構成およびパラメータに従って、異なるコーティング重量およびベース基材を有するコーティングされた基材の連続製造を研究した。試験5〜7は、70g/m2の目標坪量を有する、約400mlのCSFに共に叩解された(refined)70%硬材および30%軟材で作製された原紙(BP)を利用した。試験5〜7のBPに塗布されたコーティングは以下のように同定されている:
T5、原紙BP上に約20g/m2の複合体コーティング(20% MFC、80% GCC、添加剤なし)
T6、原紙BP上に約30g/m2の複合体コーティング(20% MFC、80% GCC、添加剤なし)
T7、原紙BP上に約40g/m2の複合体コーティング(20% MFC、80% GCC、添加剤なし)。
頂部プライコーティングされたライナーボード基材の印刷特性のデータを表4に示す。
(1)
紙または板紙製品であって、
(i)セルロース含有基材と、
(ii)無機粒子材料、および頂部プライの全重量に基づいて少なくとも約5重量%のミクロフィブリル化セルロースを含む頂部プライと
を含み、前記無機粒子材料含有量は前記頂部プライの全重量に基づいて約67重量%〜約92重量%であり、さらに前記頂部プライについて(ISO規格11475(F8;D65−400nm)によって)測定された白色度は少なくとも約65%である、
紙または板紙製品。
(2)
前記製品は白色頂部ボール紙製品を含むか、または白色頂部ボール紙製品である、(1)に記載の製品。
(3)
前記製品は白色頂部板紙製品を含むか、または白色頂部板紙製品である、(1)に記載の製品。
(4)
前記基材は、約50g/m2〜約500g/m2の範囲の坪量を含む、ボール紙製品での使用に適した坪量を有し、および/または前記頂部プライは、約15g/m2〜40g/m2の範囲の坪量を有する、(2)に記載の製品。
(5)
前記頂部プライは、約15〜40g/m2の坪量を有する、(4)に記載の製品。
(6)
前記基材は再生パルプ、暗色クラフト、またはそれらの組み合わせを含む、(1)に記載の製品。
(7)
前記ミクロフィブリル化セルロースは前記頂部プライ中に約5重量%〜約30重量%の量で存在する、(1)に記載の製品。
(8)
前記無機粒子材料および前記ミクロフィブリル化セルロースは、前記頂部プライの全重量に基づいて、前記頂部プライの95重量%超を構成する、(1)に記載の製品。
(9)
前記頂部プライは、前記頂部プライの全重量に基づいて、少なくとも70重量%の無機粒子材料を含む、(1)に記載の製品。
(10)
前記頂部プライは、前記頂部プライの全重量に基づいて、少なくとも約80重量%の無機粒子材料を含む、(1)に記載の製品。
(11)
前記頂部プライは、前記頂部プライの全重量に基づいて、少なくとも約10重量%〜約20重量%のミクロフィブリル化セルロースを含む、(1)に記載の製品。
(12)
前記頂部プライは、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、ドロマイト、石膏、無水カンダイト粘土、カオリン、パーライト、珪藻土、ウォラストナイト、タルク、水酸化マグネシウム、二酸化チタン、またはアルミニウム三水和物、またはそれらの組み合わせからなる群から選択される少なくとも1つの無機粒子材料を含む、(1)に記載の製品。
(13)
前記無機粒子材料は炭酸カルシウムを含むか、または炭酸カルシウムである、(12)に記載の製品。
(14)
前記製品は、前記頂部プライについて測定されたPPS粗さ(@1000kPa)が約6.0μm以下である、および/または前記頂部プライについて測定されたPPS粗さ(@1000kPa)が前記頂部プライのない前記基材のPPS粗さより少なくとも2.0μm小さい、(1)に記載の製品。
(15)
前記頂部プライは、合計で約2重量%以下の、凝集剤、形成/排水助剤、水溶性増粘剤、デンプン、歩留向上剤およびそれらの組み合わせからなる群から選択される添加剤を含む、(1)に記載の製品。
(16)
前記頂部プライは追加の有機化合物を含まない、(1)に記載の製品。
(17)
前記頂部プライはカチオン性ポリマー、アニオン性ポリマー、または多糖親水コロイドを含まない、(16)に記載の製品。
(18)
前記頂部プライは外側プライである、(1)に記載の製品。
(19)
前記頂部プライはワックス、ポリオレフィン、およびシリコンを含まない、(1)に記載の製品。
(20)
紙または板紙製品であって、
セルロース含有基材と、および頂部プライの全重量に基づいて少なくとも約10重量%のミクロフィブリル化セルロースを含む頂部プライとを含み、前記頂部プライは前記製品中に約15g/m2〜40g/m2の量で存在する、
紙または板紙製品。
(21)
前記基材は、前記基材の全重量に基づいて、約1重量%以下の歩留向上剤を含む、(20)に記載の製品。
(22)
前記頂部プライは、無機粒子およびミクロフィブリル化セルロースから本質的になるか、または無機粒子およびミクロフィブリル化セルロースからなる、(20)に記載の製品。
(23)
前記頂部プライは、前記頂部プライの全重量に基づいて、約30重量%以下のミクロフィブリル化セルロースを含む、(20)に記載の製品。
(24)
前記頂部プライの全重量に基づいて少なくとも約30重量%のミクロフィブリル化セルロースを含むプライの上に、さらなる層またはプライ(単数または複数)をさらに含む、(20)に記載の製品。
(25)
前記さらなる層もしくはプライの少なくとも1つは、バリア層もしくはプライ、またはワックス層もしくはプライ、またはシリコン層もしくはプライである、(24)に記載の製品。
(26)
紙またはボード製品を作製する方法であって、
(a)パルプのウェットウェブを提供することと、
(b)頂部プライスラリーを前記パルプのウェットウェブ上に提供することと
を含み、
(i)前記頂部プライスラリーは15g/m2〜40g/m2の範囲の量で提供され、
(ii)前記頂部プライスラリーは、頂部プライの全重量に基づいて、少なくとも約5重量%のミクロフィブリル化セルロースを含む頂部プライを有する製品を得るのに十分な量のミクロフィブリル化セルロースを含み、
(iii)前記頂部プライスラリーは、前記頂部プライの全重量に基づいて、少なくとも67重量%の無機粒子材料を含む頂部プライを有する製品を得るのに十分な量の無機粒子材料を含む、
方法。
(27)
前記頂部プライスラリーは、抄紙機のウェットエンドのワイヤ上の湿った基材の上に、非加圧または加圧スロット開口を通してフィルムを形成するのに適した塗布器を使用して塗布される、(26)に記載の方法。
(28)
前記パルプのウェットウェブは、前記パルプのウェットウェブの全重量に基づいて、約50重量%超の水を含む、(26)に記載の方法。
(29)
前記パルプのウェットウェブは、前記パルプのウェットウェブの全重量に基づいて、約1重量%以下の歩留向上剤を含む、(26)に記載の方法。
(30)
前記頂部プライスラリーは無機粒子材料、および前記頂部プライの全重量に基づいて、少なくとも約15重量%のミクロフィブリル化セルロースを含む頂部プライを有する紙製品を得るのに十分な量のミクロフィブリル化セルロースを含む、(26)に記載の方法。
(31)
前記頂部プライスラリーは、前記抄紙機のウェットエンドの前記ワイヤ上の湿った基材の上に、加圧スロット開口を使用して塗布される、(26)に記載の方法。
(32)
前記頂部プライスラリーはカーテンコーターを使用して塗布される、(26)に記載の方法。
(33)
ミクロフィブリル化セルロースおよび無機粒子材料を含む前記頂部プライ上にさらなる層またはプライ(単数または複数)を塗布することをさらに含む、(26)に記載の方法。
(34)
前記さらなる層もしくはプライの少なくとも1つは、バリア層もしくはプライ、またはワックス層もしくはプライ、またはシリコン層もしくはプライである、(33)に記載の方法。
(35)
前記頂部プライは、ミクロフィブリル化セルロースから本質的になるか、またはミクロフィブリル化セルロースからなる、(20)に記載の製品。
Claims (21)
- (i)セルロース含有基材と、
(ii)無機粒子材料、および頂部プライの全重量に基づいて5重量%〜30重量%のミクロフィブリル化セルロースを含む頂部プライと
を含み、
前記セルロース含有基材上に、前記頂部プライの層が形成された構造を有し、
前記ミクロフィブリル化セルロースは、レーザー光散乱で測定して5μm〜500μmの範囲のd50を有し、
前記無機粒子材料含有量は前記頂部プライの全重量に基づいて67重量%〜92重量%であり、前記無機粒子材料は、粒子の少なくとも20重量%〜少なくとも95重量%が2μm未満のe.s.dを有する粒子径分布を有し、さらに前記頂部プライについて(ISO規格11475(F8;D65−400nm)によって)測定された白色度は少なくとも65%であり、前記頂部プライは、15g/m2〜40g/m2の坪量を有する、
紙または板紙製品。 - 前記製品は白色頂部ボール紙製品を含むか、または白色頂部ボール紙製品である、請求項1に記載の製品。
- 前記基材は、50g/m2〜500g/m2の範囲の坪量を含む、ボール紙製品での使用に適した坪量を有する、請求項2に記載の製品。
- 前記基材は再生パルプ、暗色クラフト、またはそれらの組み合わせを含む、請求項1に記載の製品。
- 前記無機粒子材料および前記ミクロフィブリル化セルロースは、前記頂部プライの全重量に基づいて、前記頂部プライの95重量%超を構成する、請求項1に記載の製品。
- 前記頂部プライは、前記頂部プライの全重量に基づいて、少なくとも70重量%の無機粒子材料を含む、請求項1に記載の製品。
- 前記頂部プライは、前記頂部プライの全重量に基づいて、少なくとも80重量%の無機粒子材料を含む、請求項1に記載の製品。
- 前記頂部プライは、前記頂部プライの全重量に基づいて、少なくとも10重量%〜20重量%のミクロフィブリル化セルロースを含む、請求項1に記載の製品。
- 前記頂部プライは、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、ドロマイト、石膏、無水カンダイト粘土、カオリン、パーライト、珪藻土、ウォラストナイト、タルク、水酸化マグネシウム、二酸化チタン、またはアルミニウム三水和物、またはそれらの組み合わせからなる群から選択される少なくとも1つの無機粒子材料を含む、請求項1に記載の製品。
- 前記無機粒子材料は炭酸カルシウムを含むか、または炭酸カルシウムである、請求項9に記載の製品。
- 前記製品は、前記頂部プライについて測定されたPPS粗さ(@1000kPa)が6.0μm以下である、および/または前記頂部プライについて測定されたPPS粗さ(@1000kPa)が前記頂部プライのない前記基材のPPS粗さより少なくとも2.0μm小さい、請求項1に記載の製品。
- 前記頂部プライは、合計で2重量%以下の、凝集剤、形成/排水助剤、水溶性増粘剤、デンプン、歩留向上剤およびそれらの組み合わせからなる群から選択される添加剤を含む、請求項1に記載の製品。
- 前記頂部プライは追加の有機化合物を含まない、請求項1に記載の製品。
- 前記頂部プライはカチオン性ポリマー、アニオン性ポリマー、または多糖親水コロイドを含まない、請求項13に記載の製品。
- 前記頂部プライは外側プライである、請求項1に記載の製品。
- 前記頂部プライはワックス、ポリオレフィン、およびシリコーンを含まない、請求項1に記載の製品。
- 前記基材は、前記基材の全重量に基づいて、1重量%以下の歩留向上剤を含む、請求項12に記載の製品。
- 前記頂部プライは、無機粒子およびミクロフィブリル化セルロースから本質的になるか、または無機粒子およびミクロフィブリル化セルロースからなる、請求項1に記載の製品。
- 前記頂部プライは、前記頂部プライの全重量に基づいて、30重量%以下のミクロフィブリル化セルロースを含む、請求項1に記載の製品。
- ミクロフィブリル化セルロースおよび無機粒子材料を含む前記頂部プライ上にさらなる層またはプライ(単数または複数)を有する、請求項1に記載の製品。
- 前記さらなる層もしくはプライの少なくとも1つは、バリア層もしくはプライ、またはワックス層もしくはプライ、またはシリコン層もしくはプライである、請求項20に記載の製品。
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