JP2022538973A - 精製セルロース繊維組成物 - Google Patents
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Abstract
本発明は、紙および板紙用の強度向上剤として有用な精製セルロース繊維組成物であって、該精製セルロース繊維組成物が、標準ＩＳＯ５２６７－１によって決定される８０～９８の範囲のショッパー・リーグラー（ＳＲ）ナンバーを有し、該精製セルロース繊維組成物が、乾燥重量に基づいて１グラム当たり少なくとも１２００万本の長さ＞０．２ｍｍを有する繊維の含有量を有する、精製セルロース繊維組成物に関するものである。本発明はさらに、精製セルロース繊維組成物を調製する方法、および精製セルロース繊維組成物を含むパルプ紙および板紙に関するものである。
Description
技術分野
本開示は、紙または板紙の強度特性を向上させるための強度向上剤、特にＺ強度および／または引張強度を向上させるための強度向上剤に関するものである。本開示はさらに、そのような強度向上剤の製造、およびそのような強度向上剤を含む紙または板紙に関するものである。
本開示は、紙または板紙の強度特性を向上させるための強度向上剤、特にＺ強度および／または引張強度を向上させるための強度向上剤に関するものである。本開示はさらに、そのような強度向上剤の製造、およびそのような強度向上剤を含む紙または板紙に関するものである。
背景
板紙は、パルプと任意の添加剤からなる複数の層（プライとも呼ばれる）で構成されている。これらの層は、板紙の所望の特性を達成するために選択され、配置される。板紙の本質的な特性は、曲げ剛性である。板紙の曲げ剛性は、通常、高い引張剛性を持つ外側のプライと、その間にある１枚または数枚の嵩高なプライによって構築され、外側のプライが互いに所望の距離に配置されるようになっている。嵩高いプライ／プライ（複数）は、しばしば中間層／中間層（複数）である。
板紙は、パルプと任意の添加剤からなる複数の層（プライとも呼ばれる）で構成されている。これらの層は、板紙の所望の特性を達成するために選択され、配置される。板紙の本質的な特性は、曲げ剛性である。板紙の曲げ剛性は、通常、高い引張剛性を持つ外側のプライと、その間にある１枚または数枚の嵩高なプライによって構築され、外側のプライが互いに所望の距離に配置されるようになっている。嵩高いプライ／プライ（複数）は、しばしば中間層／中間層（複数）である。
板紙の中間層は、サーモメカニカルパルプ（ＴＭＰ）やケミサーモメカニカルパルプ（ＣＴＭＰ）などの機械パルプで構成されていることがある。ＴＭＰやＣＴＭＰは一般的に嵩高であるため、例えば化学パルプと比較して、低いグラム数で所望の高剛性を有する板紙を構成することができる。
ＣＴＭＰプロセスでは、木材チップにリグニンを軟化させる薬剤を含浸させてから加圧精製を行う。これによりリグニンが軟化し、精製中の繊維の破断がリグニンを多く含む中間ラメラに集中することになる。その結果、ＴＭＰと比較して、一定のエネルギー投入量で硬い繊維が得られ、ファイン（微細）やシャイブの量が少なくなる。長い繊維が多く含まれていることは、嵩高さが求められるすべての製品にとって重要である。したがって、板紙ではＴＭＰよりもＣＴＭＰの方が有利である。
紙の強度は、木目方向（Ｘ方向）、クロス木目方向（Ｙ方向）、紙の表面に垂直な方向（Ｚ方向）の３次元で測定される。紙のサンプルを引き裂くのに必要な力は、内部結合強度、またはＺ方向の引張強度として記録される。板紙の中間層の剥離、ひいては板紙の剥離を避けるためには、中間層のＺ強度が高いことが望まれる。しかし、このようなＺ強度は、曲げ剛性を悪化させることなく、つまり、紙ウェブの密度を上げることなく達成しなければならない。
板紙層のＺ強度と密度は、通常、原材料の変更、在庫の準備や板紙製造機での異なる操作条件の選択、製紙用薬品の添加などによって最適化される。他の多くの強度特性と同様に、Ｚ方向の強度は密度の増加とともに増加し、その効果は繊維間の結合面積の増加に起因する。密度と面外強度の関係は、パルプの種類や高密度化の方法によって異なる場合がある。リファイニング（精製）はウェットプレスよりも強度が上がる。リファイニングの主な目的は、繊維の結合性を向上させることである。繊維同士の結合を向上させる変化は、内部および外部のフィブリル化と微粉の生成である。この３つの変化により、パルプの保水力、密度、引張強度や剛性、破裂強度や圧縮強度などの強度特性、さらにはＺ方向の強度が向上する。
ＣＴＭＰは嵩高である一方で、Ｚ方向の強度は比較的低いのである。
高い耐剥離性や曲げ剛性が求められるのは板紙だけではない。これらの特性は、例えば印刷、加工、そして最終用途において重要である。つまり、Ｚ方向に高い強度を持つ紙や板紙を作ることは、多くの紙製品にとって非常に重要なことなのである。
繊維製品や板紙製品の強度を高めるには、表面のフィブリル化、改質繊維の使用、多糖類などの天然または合成の強度向上剤の使用など、繊維と繊維の接触を高める方法がある。最近の開発動向としては、ナノセルロースを強度向上剤として使用することが挙げられる。ナノセルロースは強度向上剤として非常に有用であるが、ナノセルロースの製造コンセプトは通常非常にエネルギーを必要とする。エネルギーコストを削減するために、酵素による前処理や誘導体化などの化学的前処理、あるいは繊維膨潤を利用することが提案されている。しかし、生物学的処理、化学的処理、物理化学的処理は、すべて別の処理ステップを必要とし、パルプ工場の統合／環境に採用する場合は、追加のプロセスソリューションや投資を必要とする。
そのため、紙や板紙の引張強度やＺ強度を向上させるための改善策が求められている。
発明の内容
本発明の具体的な目的は、紙や板紙に優れた強度特性、特に優れた引張り強度と優れたＺ強度を与える新しいタイプの強度向上剤を提供することである。
本発明の具体的な目的は、紙や板紙に優れた強度特性、特に優れた引張り強度と優れたＺ強度を与える新しいタイプの強度向上剤を提供することである。
本発明のさらなる目的は、これまでのセルロース系強度向上剤の製造よりも少ないエネルギーで製造できるセルロース系強度向上剤を提供することである。
本発明のさらなる目的は、従来のセルロース系の強度向上剤の製造に比べて、より少ないエネルギーで紙または板紙の強度向上剤を製造する方法を提供することである。
さらに、本発明のさらなる目的は、流動機やホモジナイザーなどの特別な装置への投資を必要とせず、パルプ工場に組み込むことができる紙・板紙用の強度向上剤の製造方法を提供することである。
上述の目的だけでなく、本開示に照らして当業者が実現するであろう他の目的も、本開示の様々な側面によって達成される。
本明細書で例示する第１の側面によれば、下記の精製セルロース繊維組成物が提供される：精製セルロース繊維組成物が、標準ＩＳＯ５２６７－１によって決定された８０～９８の範囲のショッパー・リーグラーナンバー（ＳＲ値）を有すること、および、精製セルロース繊維組成物が、乾燥重量に基づいて１グラムあたり少なくとも１２００万本の長さ＞０．２ｍｍを有する繊維の含有量を有すること。長さ＞０．２ｍｍを有する繊維の含有量は、例えば、L&W Fiber tester Plus instrument(L&W/ABB)を用いて測定することができる。
高いＳＲ値と長さ＞０．２ｍｍの繊維を多く含む本発明の精製セルロース繊維組成物は、ＣＴＭＰシートに配合した場合、強度向上剤として非常に有効であることがわかっており、紙・板紙製造の原料削減剤として持続可能な代替品となる可能性がある。
本発明組成物は、精製セルロース繊維組成物である。本明細書で使用される用語「セルロース繊維」は、天然セルロース繊維、すなわちリヨセル繊維やビスコース繊維のような再生または製造された繊維ではないものを指す。天然のセルロース繊維は、使用するために繊維をきれいにするのに必要なだけ加工されているので、元の植物の一部からのものであることがまだ認識できる。セルロースパルプの精製又は叩解とは、セルロース繊維に所望の特性を持たせるために機械的に処理することである。
いくつかの実施形態では、精製セルロース繊維組成物は、標準ＩＳＯ５２６７－１によって決定される、８５～９８の範囲、好ましくは９０～９８の範囲のショッパー・リーグラー（ＳＲ）ナンバー（ＳＲ値）を有する。いくつかの実施形態では、精製セルロース繊維組成物は、標準ＩＳＯ５２６７－１によって決定されるように、９２～９８の範囲、好ましくは９４～９８の範囲のショッパー・リーグラー（ＳＲ）ナンバーを有する。
いくつかの実施形態では、精製セルロース繊維組成物は、乾燥重量に基づいて１グラム当たり少なくとも１５００万本、好ましくは乾燥重量に基づいて１グラム当たり少なくとも１７００万本、より好ましくは乾燥重量に基づいて１グラム当たり少なくとも２０００万本の、０．２ｍｍを超える長さを有する繊維の含有量を有する。
精製セルロース繊維組成物は、典型的には、長さ＞０．２ｍｍを有する繊維の含有量が、乾燥重量を基準にして１ｇあたり５，０００万本以下、好ましくは乾燥重量を基準にして１ｇあたり４，０００万本以下、より好ましくは乾燥重量を基準にして１ｇあたり３，０００万本以下である。
いくつかの実施形態では、精製セルロース繊維組成物は、乾燥重量を基準とした１グラム当たり１５００～５０００万本の範囲の長さ＞０．２ｍｍを有する繊維の含有量を有し、好ましくは乾燥重量を基準とした１グラム当たり１７００～４０００万本の範囲、より好ましくは乾燥重量を基準とした１グラム当たり２０００～３０００万本の範囲の長さを有する繊維の含有量を有する。長さ＞０．２ｍｍを持つ繊維の含有量が特定の範囲にあると、性能とプロセス経済性のバランスが有利になることがわかっている。
長さ０．２ｍｍ以上の繊維の含有量は、Fiber Tester Plusを用いて測定することができる。
いくつかの実施形態では、精製セルロース繊維組成物は、少なくとも１．７、好ましくは少なくとも１．８、より好ましくは少なくとも１．９のクリル値を有する。精製セルロース繊維組成物のクリル値は、典型的には２．５未満となる。クリル値はFiber Tester Plusを用いて測定する。
いくつかの実施形態では、精製セルロース繊維組成物は、少なくとも１７％、好ましくは少なくとも２０％、より好ましくは少なくとも２２％の長さ＞０．２ｍｍを有する繊維の平均フィブリル面積を有する。精製セルロース繊維組成物は、典型的には、５０％未満、例えば４０％未満または３０％未満の長さ＞０．２ｍｍを有する繊維の平均フィブリル面積を有する。本明細書で使用する「平均フィブリル面積」という用語は、長さ加重平均フィブリル面積を意味する。平均フィブリル面積は、Fiber Tester Plus装置を用いて決定される。
本発明による精製セルロース繊維組成物は、例えば針葉樹パルプや広葉樹パルプなどの異なる原料から製造することができる。本明細書で使用される用語「セルロース繊維」は、天然のセルロース繊維、すなわちリヨセルやビスコースのような再生または製造された繊維ではない。
針葉樹クラフトパルプの画分を選択することで、エネルギー需要の低減というメリットが発揮される。したがって、いくつかの実施形態では、セルロースパルプは針葉樹パルプである。
いくつかの実施形態では、精製セルロース繊維組成物は、リグニンを実質的に含まず、好ましくは、前記セルロースパルプは、パルプの総乾燥重量を基準にして、１０重量％以下のリグニン含量を有する。
いくつかの実施形態では、精製セルロース繊維組成物は、セルロースパルプを分画して得られた微細繊維画分を、１００～１５００ｋＷ／ｔの範囲、好ましくは５００～１５００ｋＷ／ｔの範囲、より好ましくは７５０～１２５０ｋＷ／ｔの範囲の総精製エネルギーで精製に供することによって得られる。
本発明はさらに、第１の側面に記載の精製セルロース繊維組成物を、エネルギー量を低減して製造する方法に関するものである。
したがって、本明細書に例示される第２の態様によれば、紙または板紙の強度向上剤として使用するための精製セルロース繊維組成物を製造する方法であって、以下を含む方法が提供される：
ａ）セルロースパルプを分画して得られる微細繊維画分を提供すること：
ｂ）前記微細繊維画分を、０．５～３０重量％の範囲のコンシステンシーで、標準ＩＳＯ５２６７－１で決定される８０～９８の範囲のショッパー・リーグラー（ＳＲ）ナンバーになるように精製に供して、精製セルロース繊維組成物を得ること。
ａ）セルロースパルプを分画して得られる微細繊維画分を提供すること：
ｂ）前記微細繊維画分を、０．５～３０重量％の範囲のコンシステンシーで、標準ＩＳＯ５２６７－１で決定される８０～９８の範囲のショッパー・リーグラー（ＳＲ）ナンバーになるように精製に供して、精製セルロース繊維組成物を得ること。
微細繊維画分は、セルロースパルプを微細繊維画分と粗繊維画分に分級することで得られる。
非分画パルプを精製する際に問題となるのは、エネルギー消費量が高くなることである。エネルギー消費量を削減するための１つの方法は、パルプを誘導体化すること、または国際特許出願WO2007091942A1に記載されているように、フィブリル化を促進するために酵素を使用することである。しかし、化学物質や添加物の使用には、特に統合パルプ化プロセスにおいては限界がある。化学物質はコストを増加させ、また他の化学物質と干渉する可能性がある。
精製プロセスはエネルギーを大量に消費するプロセスであり、多くの紙製品の特性に大きな影響を与えるため、このプロセスを制御することは非常に重要である。現在、精製プロセスの制御には、原料の排水抵抗（ショッパー・リーグラー値など）のオンライン測定や、時には繊維の幾何学的な寸法が主に使用されている。非常に重要な変数として残されているのが、繊維が互いに結合する可能性である。繊維から部分的または完全にほぐされたフィブリルをクリルと呼ぶ。精製過程で発生するクリルは、繊維同士の結合力を大幅に向上させる。
本発明者らが行った実験によると、未分別パルプは、精製エネルギーを増加させることにより、実際に高いＳＲまで精製できることが示されており、これは予想通りであり、先行技術に沿ったものである。しかし、この結果は、長さ＞０．２ｍｍを有する繊維の含有量とクリル値が比較的低い値に留まっていることも示している。ＣＴＭＰシートに５重量％の精製未解繊パルプを使用した場合、Ｚ強度と引張指数の両方が増加するが、その増加は低いか中程度である。
一方、パルプを微細繊維画分と粗繊維画分に分別し、微細繊維画分で精製を行った場合、実験によると、針葉樹の混合物に関わらず、高いＳＲ値に達することができるが、長さが０．２ｍｍを超える繊維の含有率が高く、クリル値が高い。これは、精製が低いコンシステンシーで行われたにもかかわらず、である。
高いＳＲ値と長さ＞０．２ｍｍの繊維を多く含む本発明の精製セルロース繊維組成物は、ＣＴＭＰシートに配合した場合、強度向上剤として非常に有効であることがわかっており、紙・板紙製造の原料削減剤として持続可能な代替品となる可能性がある。
本発明方法で出発原料として用いる微細繊維画分は、セルロースパルプの出発原料を微細繊維画分と粗繊維画分にサイズ分画して得られる。微細繊維画分は、出発原料と比較して、短くて細い繊維が多く含まれている。微細繊維画分は、例えば、セルロースパルプ出発原料を圧力スクリーンで分離して、より短く、より薄い繊維を有する画分を得ることができる。微細繊維画分の乾燥重量は、例えば、未分画のセルロースパルプ出発材料の全乾燥重量の７５重量％未満、５０重量％未満、２５重量％未満で構成されていてもよい。
微細繊維画分は、典型的には、１．７ｍｍ以下の長さ＞０．２ｍｍを有する繊維の平均繊維長（ＩＳＯ１６０６５－２に従って決定）、および乾燥重量に基づいて１グラムあたり少なくとも５００万本の長さ＞０．２ｍｍを有する繊維の含有量を有する。微細繊維画分の長さ＞０．２ｍｍを有する繊維の含有量は、典型的には乾燥重量を基準にして１ｇあたり１，０００万本未満の繊維である。
このようにして得られた粗い繊維画分は、微粉末や微細な繊維の量が減少しているため、例えば組織の製造に使用することができる。
いくつかの実施形態では、ステップａ）のセルロースパルプは、針葉樹パルプである。
いくつかの実施形態では、ステップａ）のセルロースパルプは、決して乾燥していないパルプである。
いくつかの実施形態では、ステップａ）のセルロースパルプは、非叩解パルプである。
いくつかの実施形態では、ステップａ）のセルロースパルプは、決して乾燥していないパルプである。
いくつかの実施形態では、ステップａ）のセルロースパルプは、非叩解パルプである。
いくつかの実施形態では、前記セルロースパルプは、リグニンを実質的に含まず、好ましくは、前記セルロースパルプは、パルプの総乾燥重量を基準にして、１０重量％以下のリグニン含有量を有する。
いくつかの実施形態では、セルロースパルプは、パルプの総乾燥重量を基準にして、１０～３０重量％の範囲のヘミセルロース含有量を有する。
微細繊維画分は、場合により、ステップｂ）の精製の前に、酸化によってまたは補助的な強度向上剤の添加によって処理されてもよい。いくつかの実施形態では、微細繊維画分は、精製の前に酸化剤で処理される。
いくつかの実施形態では、精製の前に補助的な強度向上剤を微細繊維画分に添加する。
いくつかの実施形態では、ステップａ）の微細繊維画分は、標準ＩＳＯ５２６７－１で測定したショッパー・リーグラー（ＳＲ）ナンバーが７０未満、好ましくは５０未満である。
いくつかの実施形態では、ステップａ）の微細繊維画分は、０．２ｍｍを超える長さを有する繊維の含有量が、１～１０００万本／グラムの範囲、好ましくは５００～１０００万本／グラムの範囲である。
いくつかの実施形態では、ステップａ）の微細繊維画分は、１～２の範囲、好ましくは１～１．７の範囲の平均繊維長を有する。
いくつかの実施形態では、微細繊維画分は、１～１０重量％の範囲内のコンシステンシーで精製に供される。
いくつかの実施形態では、微細繊維画分は、１００～１５００ｋＷ／ｔの範囲、好ましくは５００～１５００ｋＷ／ｔの範囲、より好ましくは７５０～１２５０ｋＷ／ｔの範囲の総精製エネルギーで精製に供される。
いくつかの実施形態では、ステップｂ）の精製セルロース繊維組成物は、標準ＩＳＯ５２６７－１によって決定される、８５～９８の範囲、好ましくは９０～９８の範囲のショッパー・リーグラー（ＳＲ）ナンバーを有する。いくつかの実施形態では、精製セルロース繊維組成物は、標準ＩＳＯ５２６７－１によって決定されるように、９２～９８の範囲、好ましくは９４～９８の範囲のショッパー・リーグラー（ＳＲ）ナンバーを有する。
微細繊維画分を精製することで、高いクリル値を有してフィブリル化が進んだ長さ０．２ｍｍ超の繊維を多く含む精製セルロース繊維組成物が得られる。
いくつかの実施形態では、精製セルロース繊維組成物は、乾燥重量に基づいて１グラム当たり少なくとも１２００万本、好ましくは乾燥重量に基づいて１グラム当たり少なくとも１５００万本、より好ましくは乾燥重量に基づいて１グラム当たり少なくとも１７００万本、さらに好ましくは乾燥重量に基づいて１グラム当たり少なくとも２０００万本の、０．２ｍｍを超える長さを有する繊維の含有量を有する。
いくつかの実施形態では、精製セルロース繊維組成物は、少なくとも１．７、好ましくは少なくとも１．８、より好ましくは少なくとも１．９のクリル値を有する。精製セルロース繊維組成物のクリル値は、典型的には２．５以下となる。クリル値はFiber Tester Plusを用いて測定する。
いくつかの実施形態では、精製セルロース繊維組成物は、少なくとも１７％、好ましくは少なくとも２０％、より好ましくは少なくとも２２％の長さ＞０．２ｍｍを有する繊維の平均フィブリル面積を有する。精製セルロース繊維組成物は、典型的には、５０％未満、例えば４０％未満または３０％未満の長さ＞０．２ｍｍを有する繊維の平均フィブリル面積を有する。本明細書で使用する「平均フィブリル面積」という用語は、長さ加重平均フィブリル面積を意味する。平均フィブリル面積は、Fiber Tester Plus装置を用いて決定される。
長さ＞０．２ｍｍを持つ繊維の平均長さ、長さ＞０．２ｍｍを持つ繊維のフィブリル面積、およびクリル値は、L&W Fiber Tester Plus(L&W/ABB)機器（本明細書では「Fiber Tester Plus」または「FT+」とも呼ばれる）を用いて、ＩＳＯ１６０６５－２規格に従って、０．２ｍｍより長い繊維状の粒子として繊維を定義して測定した。
各サンプルには既知のサンプル重量０．１００ｇを使用し、長さ＞０．２ｍｍを持つ繊維の含有量（１ｇあたりの百万本の繊維）を以下の式で算出した。百万繊維／グラム＝（試料中の繊維数）／（試料重量）／1 000 000＝（特性ＩＤ３１４１）／特性ＩＤ３１３６）／1 000 000
クリル測定法は、粒子がその直径に応じて異なる波長の光を吸収・発散する能力を利用している。パルプ懸濁液を紫外光と赤外光の光源に通し、反対側に検出器を設置することで、溶液中に小さな粒子が存在するかどうかを検出することができる。粒子が多いほど、光はより多く発散または吸収される。クリルのような小さな粒子は、紫外線光源からの光を拡散・吸収し、繊維は赤外線光源からの光に影響を与える。クリルの含有量は、ＵＶ／ＩＲを検出したときのクォータとして得られる。
本発明の精製セルロース繊維組成物は、セルロースパルプ（例えばＣＴＭＰ）中の強度増強添加剤として、そのパルプから製造される紙または板紙の強度を高めるために好ましく用いることができる。精製セルロース繊維組成物は、典型的には、少なくとも０．１重量％、好ましくは少なくとも１重量％の濃度で、強化すべきパルプに添加される。いくつかの実施形態では、精製セルロース繊維組成物は、乾燥重量を基準にして、１～２５重量％の範囲、好ましくは１～１５重量％の範囲、より好ましくは１～１０重量％の範囲、最も好ましくは２～７重量％の範囲の濃度で強化すべきパルプに添加される。いくつかの実施形態では、精製セルロース繊維組成物は、乾燥重量に基づいて、２～５重量％の範囲の濃度で強化すべきパルプに添加される。
本明細書に例示されている第３の態様によれば、紙または板紙を製造するためのセルロースパルプであって、前の態様を参照して本明細書に記載されている精製セルロース繊維組成物を、乾燥重量に基づいて、少なくとも０．１重量％、好ましくは１～２５重量％の範囲、より好ましくは１～１０重量％の範囲、最も好ましくは２～７重量％の範囲で含んでいるセルロースパルプが提供される。
いくつかの実施形態では、セルロースパルプは、ケミサーモメカニカルパルプ（ＣＴＭＰ）である。
本発明の精製セルロース繊維組成物を含む紙・板紙は、本発明の精製セルロース繊維組成物を含まない対応する紙・板紙と比較して、引張強度が著しく向上し、Ｚ強度も改善されている。
本明細書に示される第４の側面によれば、１つ以上のプライを含む紙または板紙が提供され、少なくとも１つのプライが、乾燥重量に基づいて、前の側面を参照して本明細書に記載された精製セルロース繊維組成物を少なくとも０．１重量％、好ましくは１～２５重量％の範囲、より好ましくは１～１０重量％の範囲、最も好ましくは２～７重量％の範囲で構成される。
紙とは一般的に、木材のパルプやセルロース繊維を含む繊維状の物質から薄いシート状に製造され、文字や絵、印刷に使用されたり、包装材として使用されたりする素材のことである。
板紙とは、箱などの包装に使われるセルロース繊維でできた丈夫で厚い紙や段ボールのことである。板紙には、漂白・未漂白、コーティング・非コーティングがあり、最終用途に応じてさまざまな厚さのものが作られている。
本明細書に例示される第５の態様によれば、紙または板紙のＺ強度および／または引張強度を改善するための、これまでの態様を参照して本明細書に記載された精製セルロース繊維組成物の使用が提供される。
第３、第４および第５の態様における強度向上剤は、第１および第２の態様を参照して上述したようにさらに定義することができる。
本明細書で使用されている「乾燥重量に基づく％」という用語は、（例えば、パルプ組成物またはパルプフラクションに関連して）組成物の総乾燥重量に基づく重量％を意味する。
本発明を様々な例示的な実施形態を参照して説明してきたが、本発明の範囲を逸脱することなく、様々な変更を加えたり、その要素に同等のものを代用したりすることができることは、当業者であれば理解できるであろう。さらに、本発明の本質的な範囲から逸脱することなく、特定の状況または材料を本発明の教示に適応させるために、多くの変更を行うことができる。したがって、本発明は、本発明を実施するために考えられる最良の態様として開示された特定の実施形態に限定されるものではなく、添付の請求項の範囲内に入るすべての実施形態を含むことを意図している。
例
分析
長さ＞０．２ｍｍを持つ繊維の平均長さ、長さ＞０．２ｍｍを持つ繊維のフィブリル面積、およびクリル値は、L&W Fiber Tester Plus(L&W/ABB)社の装置(FT+)を用いて、ＩＳＯ １６０６５－２規格に従って、０．２ｍｍより長い繊維状の粒子を繊維と定義して測定した。
分析
長さ＞０．２ｍｍを持つ繊維の平均長さ、長さ＞０．２ｍｍを持つ繊維のフィブリル面積、およびクリル値は、L&W Fiber Tester Plus(L&W/ABB)社の装置(FT+)を用いて、ＩＳＯ １６０６５－２規格に従って、０．２ｍｍより長い繊維状の粒子を繊維と定義して測定した。
各サンプルには既知のサンプル重量０．１００ｇを使用し、長さ＞０．２ｍｍを持つ繊維の含有量（１ｇあたりの百万本の繊維）を以下の式で算出した。百万繊維／グラム＝（試料中の繊維数）／（試料重量）／1 000 000＝（特性ＩＤ３１４１）／特性ＩＤ３１３６）／1 000 000
排水抵抗（水道水）は、Schopper-Riegler法ISO 5267-1に基づいて測定した。
シートの特性は、以下の基準で測定した：
引張試験 ＩＳＯ １９２４－３：２００５
Ｚ－ｓｔｒｅｎｇｔｈ試験 ＩＳＯ １５７５４：２００９
引張試験 ＩＳＯ １９２４－３：２００５
Ｚ－ｓｔｒｅｎｇｔｈ試験 ＩＳＯ １５７５４：２００９
出発物質
針葉樹パルプ１（ＳＷ１）は、ＩＳＯ １６０６５－２による平均繊維長（＞０．２ｍｍ）が２．１ｍｍで、ＦＴ＋に基づく長さ＞０．２ｍｍを有する繊維の含有量が４２０万本／グラムの針葉樹クラフトパルプ（トウヒ／松混合物）である。
針葉樹パルプ１（ＳＷ１）は、ＩＳＯ １６０６５－２による平均繊維長（＞０．２ｍｍ）が２．１ｍｍで、ＦＴ＋に基づく長さ＞０．２ｍｍを有する繊維の含有量が４２０万本／グラムの針葉樹クラフトパルプ（トウヒ／松混合物）である。
針葉樹パルプ２（ＳＷ２）は、ＩＳＯ １６０６５－２による平均繊維長（＞０．２ｍｍ）が２．１ｍｍで、ＦＴ＋に基づく長さ０．２ｍｍ以上の繊維の含有量が１ｇあたり３６０万本の針葉樹クラフトパルプ（松）である。
針葉樹パルプ３（ＳＷ３）は、針葉樹クラフトパルプ（スプルース）であり、ＩＳＯ １６０６５－２による平均繊維長（＞０．２ｍｍ）が２．６ｍｍ、ＦＴ＋に基づく長さ＞０．２ｍｍの繊維の含有量が１ｇあたり３１０万本である。
針葉樹パルプ４（ＳＷ４）は、針葉樹クラフトパルプ（トウヒ／松混合物）で、平均繊維長（＞０．２ｍｍ）は２．４ｍｍである。
画分化
短い繊維を多く含む画分を得ることを目的にパルプを圧力スクリーン（孔径１．２ｍｍのスクリーンバスケットを装備）で分離することで、微細繊維画分が実現された。２段階の手順により、４～７％のパルプがフィードパルプの流れから分離された。この２段階の手順により、繊維長が減少し、１グラムあたりの繊維数が増加した。ＦＴ＋による平均長さの測定に加えて、Ｖａｌｍｅｔ社のファイバーイメージアナライザーＦＳ５を使用して、ＩＳＯ １６０６５－２規格に従って０．２ｍｍよりも長い繊維状粒子を繊維と定義して平均長さを測定した。
短い繊維を多く含む画分を得ることを目的にパルプを圧力スクリーン（孔径１．２ｍｍのスクリーンバスケットを装備）で分離することで、微細繊維画分が実現された。２段階の手順により、４～７％のパルプがフィードパルプの流れから分離された。この２段階の手順により、繊維長が減少し、１グラムあたりの繊維数が増加した。ＦＴ＋による平均長さの測定に加えて、Ｖａｌｍｅｔ社のファイバーイメージアナライザーＦＳ５を使用して、ＩＳＯ １６０６５－２規格に従って０．２ｍｍよりも長い繊維状粒子を繊維と定義して平均長さを測定した。
精製
未分画および微細繊維画分サンプルの精製は、Voith Sulzer LR1リファイナー（２ｍｍディスクリファイナー付き）を用いて、～４％のコンシステンシー、１００リットル／分の流量で以下のように行った。
未分画および微細繊維画分サンプルの精製は、Voith Sulzer LR1リファイナー（２ｍｍディスクリファイナー付き）を用いて、～４％のコンシステンシー、１００リットル／分の流量で以下のように行った。
実施例１（未分画）。
ＳＷ１のパルプは、３ｍｍのバーを持つ円錐形のリファイナーフィリングを用いて、切断角６０度、エッジロード１．０Ｗｓ／ｍで精製し、精製エネルギー４６６ｋＷｈ／ｔを得た。
ＳＷ１のパルプは、３ｍｍのバーを持つ円錐形のリファイナーフィリングを用いて、切断角６０度、エッジロード１．０Ｗｓ／ｍで精製し、精製エネルギー４６６ｋＷｈ／ｔを得た。
実施例２（未分画）。
ＳＷ１のパルプは、３ｍｍのバーを持つ円錐形のリファイナーフィリングを用いて、切断角６０度、エッジロード１．０Ｗｓ／ｍで精製し、精製エネルギー１０３２ｋＷｈ／ｔを得た。
ＳＷ１のパルプは、３ｍｍのバーを持つ円錐形のリファイナーフィリングを用いて、切断角６０度、エッジロード１．０Ｗｓ／ｍで精製し、精製エネルギー１０３２ｋＷｈ／ｔを得た。
実施例３（未分画）。
ＳＷ３のパルプを、２ｍｍのバーを充填したディスクリファイナーで、カット角４０度、エッジロード０．２５Ｗｓ／ｍで精製し、７５０ｋＷｈ／ｔの精製エネルギーを得た。
ＳＷ３のパルプを、２ｍｍのバーを充填したディスクリファイナーで、カット角４０度、エッジロード０．２５Ｗｓ／ｍで精製し、７５０ｋＷｈ／ｔの精製エネルギーを得た。
実施例４（未分画）。
ＳＷ２パルプは、３ｍｍのバーを持つ円錐形のリファイナーフィリングを用いて、切断角６０度、エッジロード１．０Ｗｓ／ｍで精製し、精製エネルギー９５０ｋＷｈ／ｔとした。
ＳＷ２パルプは、３ｍｍのバーを持つ円錐形のリファイナーフィリングを用いて、切断角６０度、エッジロード１．０Ｗｓ／ｍで精製し、精製エネルギー９５０ｋＷｈ／ｔとした。
例５－９ 微細な繊維の画分（フラクショナル）。
微細繊維画分は、２ｍｍのバーを充填したディスクリファイナーを用いて、切断角４０度、エッジロード０．２５Ｗｓ／ｍで精製し、精製エネルギー１０３９～１５５０ｋＷｈ／ｔとした。
微細繊維画分は、２ｍｍのバーを充填したディスクリファイナーを用いて、切断角４０度、エッジロード０．２５Ｗｓ／ｍで精製し、精製エネルギー１０３９～１５５０ｋＷｈ／ｔとした。
シートの調製
精製されたサンプルの５重量％をＣＴＭＰ（スプルースＣＴＭＰ、カナダ標準フリーネス６００ｍｌ ＣＳＦ）に加え、強度試験用のシートをFormetteダイナミックシートフォーマーで作成した。パルプ濃度は３ｇ／リットルで、１０００ｒｐｍで１分間混合した後、ノズル２５１４、圧力２．５バール、回転速度１０５０ｒｐｍ、坪量１００ｇ／ｍ２、脱水時間２分、ブロッター紙によるカウティング、フェルト間で１バールの第１ロールプレス、ブロッターを交換してフェルト間で５バールの第２ロールプレス、ブロッターを交換してフェルトなしで５バールの第３ロールプレス、９５℃の弓型乾燥機での乾燥、２３℃５０％ＲＨでのコンディショニングを行った。パルプ原料の効率的な混合のために、Formetteダイナミックシートフォーマーには、Britt Dynamic Drainage Jarを改良したようなバッフル付き混合チェストが装備されている。その後、シートのＺ強度と引張指数の分析を行った。
精製されたサンプルの５重量％をＣＴＭＰ（スプルースＣＴＭＰ、カナダ標準フリーネス６００ｍｌ ＣＳＦ）に加え、強度試験用のシートをFormetteダイナミックシートフォーマーで作成した。パルプ濃度は３ｇ／リットルで、１０００ｒｐｍで１分間混合した後、ノズル２５１４、圧力２．５バール、回転速度１０５０ｒｐｍ、坪量１００ｇ／ｍ２、脱水時間２分、ブロッター紙によるカウティング、フェルト間で１バールの第１ロールプレス、ブロッターを交換してフェルト間で５バールの第２ロールプレス、ブロッターを交換してフェルトなしで５バールの第３ロールプレス、９５℃の弓型乾燥機での乾燥、２３℃５０％ＲＨでのコンディショニングを行った。パルプ原料の効率的な混合のために、Formetteダイナミックシートフォーマーには、Britt Dynamic Drainage Jarを改良したようなバッフル付き混合チェストが装備されている。その後、シートのＺ強度と引張指数の分析を行った。
Claims (25)
- 精製セルロース繊維組成物であって、
精製セルロース繊維組成物が、標準ＩＳＯ５２６７－１によって決定された８０～９８の範囲のショッパー・リーグラー（ＳＲ）ナンバーを有すること、および
精製セルロース繊維組成物が、乾燥重量に基づいて１グラムあたり少なくとも１２００万本の＞０．２ｍｍの長さを有する繊維の含有量を有している、前記の精製セルロース繊維組成物。 - 請求項１に記載の精製セルロース繊維組成物であって、前記精製セルロース繊維組成物が、標準ＩＳＯ５２６７－１で測定したショッパー・リーグラー（ＳＲ）ナンバーが８５～９８の範囲、好ましくは９０～９８の範囲であることを特徴とする、精製セルロース繊維組成物。
- 前記精製セルロース繊維組成物が、乾燥重量に基づいて１グラム当たり少なくとも１５００万本、好ましくは乾燥重量に基づいて１グラム当たり少なくとも２０００万本の、０．２ｍｍを超える長さを有する繊維の含有量を有する、請求項１～２のいずれか１項に記載の精製セルロース繊維組成物。
- 前記精製セルロース繊維組成物が、少なくとも１．７、好ましくは少なくとも１．８、より好ましくは少なくとも１．９のクリル値を有することを特徴とする、前記請求項１～３のいずれか１項に記載の精製セルロース繊維組成物。
- 前記精製セルロース繊維組成物が、少なくとも１７％、好ましくは少なくとも２０％、より好ましくは少なくとも２２％の長さ＞０．２ｍｍを有する繊維の平均フィブリル面積を有する、請求項１～４のいずれか１項に記載の精製セルロース繊維組成物。
- 前記精製セルロース繊維が精製針葉樹セルロース繊維であることを特徴とする請求項１～５のいずれか１項に記載の精製セルロース繊維組成物。
- 紙または板紙の強度向上剤として使用するための精製セルロース繊維組成物の製造方法であって、以下を含む、製造方法：
ａ）セルロースパルプを分画して得られる微細繊維画分を提供すること；
ｂ）前記微細繊維画分を、０．５～３０重量％の範囲のコンシステンシーで、標準ＩＳＯ５２６７－１で決定される８０～９８の範囲のショッパー・リーグラー（ＳＲ）ナンバーになるように精製に供して、精製セルロース繊維組成物を得ること。 - 前記セルロースパルプが針葉樹パルプであることを特徴とする請求項７に記載の方法。
- 前記セルロースパルプが、決して乾燥していないパルプであることを特徴とする、請求項７～８のいずれか１項に記載の方法。
- 前記セルロースパルプが非叩解パルプであることを特徴とする、請求項７～９のいずれか１項に記載の方法。
- 前記セルロースパルプがリグニンを実質的に含まず、好ましくは前記セルロースパルプが、パルプの全乾燥重量を基準にして１０重量％以下のリグニン含量を有する、請求項７～１０のいずれか１項に記載の方法。
- 前記セルロースパルプが、パルプの全乾燥重量を基準にして、１０～３０重量％の範囲のヘミセルロース含有量を有することを特徴とする、請求項７～１１のいずれか１項に記載の方法。
- 前記微細繊維画分が、精製の前に酸化剤で処理されることを特徴とする、請求項７～１２のいずれか１項に記載の方法。
- 精製の前に補助的な強度向上剤を微細繊維画分に添加することを特徴とする、請求項７～１３のいずれか１項に記載の方法。
- ステップａ）の微細繊維画分が、標準ＩＳＯ５２６７－１で測定したショッパー・リーグラー（ＳＲ）ナンバーが７０未満、好ましくは５０未満である、請求項７～１４のいずれか１項に記載の方法。
- 前記微細繊維画分が、１～１０重量％の範囲内のコンシステンシーで精製に供されることを特徴とする、請求項７～１５のいずれか１項に記載の方法。
- 前記微細繊維画分が、１００～１５００ｋＷ／ｔの範囲、好ましくは５００～１５００ｋＷ／ｔの範囲、より好ましくは７５０～１２５０ｋＷ／ｔの範囲の総精製エネルギーで精製に供されることを特徴とする、請求項７～１６のいずれか１項に記載の方法。
- ステップｂ）の前記精製セルロース繊維組成物が、標準ＩＳＯ５２６７－１によって決定される、８５～９８の範囲、好ましくは９０～９８の範囲のショッパー・リーグラー（ＳＲ）ナンバーを有する、請求項７～１７のいずれか１項に記載の方法。
- 前記精製セルロース繊維組成物が、乾燥重量に基づいて１グラム当たり少なくとも１２００万本、好ましくは乾燥重量に基づいて１グラム当たり少なくとも１５００万本、より好ましくは乾燥重量に基づいて１グラム当たり少なくとも１７００万本、さらに好ましくは乾燥重量に基づいて１グラム当たり少なくとも２０００万本の、０．２ｍｍを超える長さを有する繊維の含有量を有する、請求項７～１８のいずれか１項に記載の方法。
- 前記精製セルロース繊維組成物が、少なくとも１．７、好ましくは少なくとも１．８、より好ましくは少なくとも１．９のクリル値を有する、先行する請求項のいずれか１項に記載の方法。
- 前記精製セルロース繊維組成物が、少なくとも１７％、好ましくは少なくとも２０％、より好ましくは少なくとも２２％の長さ＞０．２ｍｍの値を有する繊維の平均フィブリル面積を有する、先行する請求項のいずれか１項に記載の方法。
- 請求項１～６のいずれか１項に記載の精製セルロース繊維組成物または７～２１のいずれか１項に記載の方法で得られた精製セルロース繊維組成物を、乾燥重量に基づいて、少なくとも０．１重量％、好ましくは１～２５重量％、より好ましくは１～１０重量％、最も好ましくは２～７重量％の範囲で含む、紙または板紙製造用セルロースパルプ。
- セルロースパルプが化学熱機械パルプ（ＣＴＭＰ）であることを特徴とする、請求項２２に記載の紙または板紙製造用セルロースパルプ。
- １枚以上のプライを含む紙または板紙であって、少なくとも１枚のプライが、請求項１～６のいずれか１項に記載の精製セルロース繊維組成物または請求項７～２１のいずれか１項に記載の方法で得られた精製セルロース繊維組成物を、乾燥重量に基づいて、少なくとも０．１重量％、好ましくは１～２５重量％、より好ましくは１～１０重量％、最も好ましくは２～７重量％の範囲で含有する、前記の紙または板紙。
- 紙または板紙のＺ強度および／または引張強度を向上させるための、請求項１～６のいずれか１項に記載の精製セルロース繊維組成物または請求項７～２１のいずれか１項に記載の方法で得られた精製セルロース繊維組成物の使用。
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