JP2023540704A - 高度に精製されたセルロース繊維を含むフィルムを製造するための方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、高度に精製されたセルロース繊維を含むフィルムを製紙機において製造するための方法であって、ａ）０．８～３ｗｔ％の範囲内のコンシステンシーにおいて８０～１００の範囲内のＳＲ（ショッパー・リーグラー）値を有する乾燥重量で少なくとも２０％の高度に精製されたセルロース繊維を含む水性パルプ懸濁液を提供する工程並びに；ｂ）希釈水性パルプ懸濁液を得るために、高剪断ミキサーを使用して水性パルプ懸濁液を水性流に注入することにより水性パルプ懸濁液を０．１～１．５ｗｔ％の範囲内のより低いコンシステンシーまで解膠及び希釈する工程；並びにｃ）希釈水性パルプ懸濁液を製紙機のヘッドボックスに供給する工程を含む、方法に関する。【選択図】なし

Description

本開示は、ガスバリアフィルム、例えば紙及び板紙ベースの包装材料において有用なガスバリアフィルムを製造するための方法に関する。より具体的には、本開示は、高度に精製されたセルロース繊維を含むフィルム、特にミクロフィブリル化セルロース（ＭＦＣ）を含むフィルムを製造するための方法に関する。

効果的なガスバリア、芳香バリア、及び／又は水分バリアが、感受性製品を遮蔽するために包装産業において必要とされている。特に、酸素感受性製品は、それらのシェルフライフを延長するために酸素バリアを必要とする。酸素感受性製品には多くの食品が含まれるが、医薬製品及び電子産業製品も含まれる。酸素バリア特性を備える既知の包装材料は、通常は多層コーティング構造の一部としての、１つ若しくはいくつかのポリマーフィルムから、又は酸素バリアポリマーの１つ若しくはいくつかの層でコーティングされた繊維性の紙又はボードからなり得る。食品用包装のための別の重要な特性は、グリース及び油に対する耐性である。

さらに最近では、ミクロフィブリル化セルロース（ＭＦＣ）フィルムが開発されており、そこでは脱フィブリル化セルロース系フィブリルが懸濁され、例えば水に懸濁され、再組織化され、互いに再結合されて、連続フィルムが形成されている。ＭＦＣフィルムは、良好なガスバリア特性並びにグリース及び油に対する良好な耐性を与えることが見出された。

ＭＦＣフィルムは、ポリマー性又は金属基材など、非多孔質キャスト基材上にＭＦＣ分散体を塗布すること、及びエバポレーションにより前記フィルムを乾燥することを含む、キャスティング技術の使用により作ることができる。この技術の利点には、均一な厚さ分布及びフィルムの平滑な表面が含まれる。公報ＥＰ２７７１３９０Ａ４は、ＭＦＣフィルムの調製を記載しており、そこでは水性セルロースナノファイバー分散体が紙又はポリマー性基材の上にコーティングされ、乾燥され、最後にナノファイバーフィルムシートとして剥離される。

キャスティングプロセスに関係する問題は、フィルムが乾燥工程において形成するとき、水の遅い拡散が乾燥率を制限することである。フィルムを通じた水蒸気の拡散は、プロセス効率に対して悪影響を有する遅いプロセスである。乾燥速度が増加すると、ピンホールがフィルム内に形成され、そのバリア特性を悪化させることがある。キャストプロセスのさらなる問題は、破壊歪み又は引張強度など、その強度特性に対して悪影響を有し得る、乾燥及び水の除去によって引き起こされる形成されたフィルムにおける収縮張力及び応力の形成である。

あるいは、フィルムは、ウェブを形成する多孔質基材上にＭＦＣ懸濁液を塗布し、その後、フィルムを形成するために基材を通じて水を排出することによるウェブの脱水をすることにより作ることができる。多孔質基材は、例えば、膜若しくはワイヤーファブリックでよく、又はそれは、紙若しくは板紙基材であり得る。ウェブの形成は、例えば抄紙機又は板紙抄紙機タイプのプロセスの使用により達成することができる。

排出が非常に遅い高度に精製されたセルロース又は懸濁液からのフィルム及びバリア基材の製造は、ピンホールの発生のために良好なバリアを作り出すことが困難であるため、抄紙機上では困難である。ピンホールは、形成プロセスの間にウェブ内に現れ得る微視的な穴である。ピンホールの出現の理由の例には、パルプ懸濁液における不規則性、例えば、フィブリルの凝集若しくは再凝集、ファブリックの粗脱水、ワイヤ上の不均等なパルプ分布、又は低すぎるウェブ坪量により発生される、パルプ懸濁液における不規則性が含まれる。ピンホール形成は、典型的には、脱水速度の増加と共に増加する。しかし、ピンホールフリーの領域において、酸素透過率値は、坪量が２０～４０ｇ／ｍ^２を上回るとき良好である。

ＭＦＣフィブリル、特に天然フィブリルは、低剪断速度、典型的には１～１００ １／ｓでフロックを作り出す傾向を有する。しかし、この問題は、ＭＦＣフィルム又は紙製造並びに均質なフィルム及び良好なバリア特性を得るためのその関連性に関連付けられていない。

凝集問題は、フィルムのバリア特性だけでなく、排出及び強度特性にも影響する。

現在の解決策は、強度特性を改善するために長いフィブリル又は繊維を加えること、及び凝集を防止するために分散剤又は抗凝集剤を加えることを含む。しかし、長いフィブリル又は繊維を加えることはバリア性能に悪影響を及ぼし、分散剤又は抗凝集剤を加えることは排出に悪影響を及ぼす。

技術的及び経済的観点から、良好なバリア特性を維持しながら、乏しい排出及び強度特性の問題を軽減する、抄紙機又は板紙抄紙機タイプのプロセスにおいてＭＦＣフィルムの製造を可能にする改善された方法を見出すことが好ましいであろう。

本開示の目的は、先行技術の方法に関連する上述の問題の少なくともいくつかを緩和する、ミクロフィブリル化セルロース（ＭＦＣ）など、高度に精製されたセルロース繊維を含むフィルムを製造するための方法を提供することである。

本開示のさらなる目的は、抄紙機又は板紙抄紙機タイプのプロセスにおいて高度に精製されたセルロース繊維を含むフィルムを製造するための改善された方法を提供することである。

本開示のさらなる目的は、フィルムの良好なバリア特性を維持しながら、乏しい排出及び強度特性の問題を軽減する、高度に精製されたセルロース繊維を含むフィルムを製造するための方法を提供することである。

上述の目的、並びに本開示に照らして当業者により実現されるであろう他の目的は、本開示の様々な態様により達成される。

本明細書に例示される第１の態様によれば、高度に精製されたセルロース繊維を含むフィルムを製紙機において製造するための方法であって、
ａ）０．８～３ｗｔ％の範囲内のコンシステンシーにおいて８０～１００の範囲内のＳＲ（ショッパー・リーグラー）値を有する乾燥重量で少なくとも２０％の高度に精製されたセルロース繊維を含む水性パルプ懸濁液を提供する工程並びに；
ｂ）希釈水性パルプ懸濁液を得るために、高剪断ミキサーを使用して水性パルプ懸濁液を水性流に注入することにより水性パルプ懸濁液を０．１～１．５ｗｔ％の範囲内のより低いコンシステンシーまで解膠及び希釈する工程；並びに
ｃ）希釈水性パルプ懸濁液を製紙機のヘッドボックスに供給する工程
を含む、方法が提供される。

パルプ懸濁液の高度に精製されたセルロース繊維は、８０～１００の範囲内のＳＲ（ショッパー・リーグラー）値を有する。高度に精製されたセルロース繊維は、例えば、ミクロフィブリル化セルロース（ＭＦＣ）でよい。

本発明の方法は、抄紙機タイプのプロセスにおける高度に精製されたセルロース繊維を含むフィルムの改善された製造を可能にする。本発明は、解膠及び希釈パルプ懸濁液を製紙機のヘッドボックスに供給する前に高剪断ミキサー内で０．８～３ｗｔ％の範囲内のコンシステンシーにおいて高度に精製されたセルロース繊維を含む水性パルプ懸濁液を解膠及び希釈することが抄紙機の形成セクション内で様々な利点につながるという本発明の認識に基づいている。

ＭＦＣフィブリル、特に天然フィブリルは、低剪断速度、典型的には１～１００ １／ｓでフロックを作り出す傾向を有する。フロックは、形成プロセス中のウェブの脱水の間にピンホール形成を引き起こし、それは、ひいてはバリア特性に影響し、かつフィルムの強度特性に影響することもある。高剪断ミキサーにパルプ懸濁液を通過させることは、パルプ懸濁液中で形成されるフロックを分散させ、結果としてより均一な懸濁液を生じると考えられる。したがって、形成前にパルプ懸濁液中のフロックの量を減少させることは、完成フィルムのバリア特性及び強度特性を改善することができる。

本明細書において使用されるフィルムという用語は、薄い連続シート形成材料を一般に指す。パルプ懸濁液の組成に応じて、フィルムは、薄い紙、又はさらに膜とみなすこともできる。

フィルムは、好ましくは、１００ｇ／ｍ^２を下回る、好ましくは２０～１００ｇ／ｍ^２の範囲内の坪量を有する。フィルムは、典型的には比較的密である。高度に精製されたセルロース繊維の含有量のために、生じるＭＦＣフィルムは、典型的には、６００ｋｇ／ｍ^３を上回る、好ましくは９００ｋｇ／ｍ^３を上回る密度を有することになる。そのようなフィルムは、ガスバリアフィルムとして、例えば包装用途において、非常に有用であることが見出された。ＭＦＣフィルムは、紙又は板紙包装製品のリサイクル性を低下させる合成ポリマーフィルム又はアルミ箔など、従来のバリアフィルムを置き換えるために使用することができる。ＭＦＣフィルムは、フィルム及びフィルムを含む紙又は板紙包装製品の高いリサイクル性を提供しながら、高い再パルプ性を有する。

本発明の方法は、抄紙機において、より好ましくはハイブリッドフォーマー又はツインワイヤーフォーマーを任意選択で備えたフォードリニア抄紙機において実施される。抄紙機（又は製紙機）は、高速で大量に紙を作り出すためにパルプ及び紙産業において使用される産業機械である。最近の製紙機は、典型的には、フォードリニア・マシンの原理に基づいており、それは、移動する織メッシュ、いわゆる「ワイヤ」を使用して、パルプ懸濁液中に保持された繊維性材料を濾過して取り出し、連続的に移動する繊維の湿潤ウェブを生産することにより連続ウェブを作り出す。次いで、この湿潤ウェブは、典型的には、機械内で乾燥されて、強い紙ウェブ又はフィルムを生産する。

本発明の方法の形成及び脱水工程は、ウェットエンドと一般に呼ばれる抄紙機の形成セクションにおいて実施される。湿潤ウェブは、抄紙機の形成セクション内のワイヤ上で形成される。

パルプ懸濁液は、ヘッドボックスを使用してワイヤに塗布される。ヘッドボックスの機能は、ワイヤの幅にわたって均一にパルプ懸濁液を分布させることである。ヘッドボックスにおいて、パイプ内をポンプ輸送されるパルプ懸濁液は、ワイヤ幅にわたって同じ流量及び流れ方向を有する均一な矩形流に変換される。

ヘッドボックスは、典型的には、マニホールドディストリビューター、流れ安定化要素及びスライスからなる。マニホールドディストリビューターは、ワイヤーセクションの幅にわたって同じ速度、量及びジェット厚を有する矩形流へとパイプ流を変換するテーパー形ヘッダーである。

ヘッドボックスは、以下のいくつかの目的を果たす：
（１）「縦方向」（ＭＤ）に一定速度を有し、水平の「横方向」（ＣＤ）成分を有さない均一かつ安定なジェットを形成すること；
（２）パルプ懸濁液中で制御された乱流を作り出して、フロックを分散させ、均一な懸濁液を作り出すこと；及び
（３）速い紙生産のためにパルプ懸濁液を高速まで加速すること。

ワイヤに塗布された後、湿潤ウェブは、ワイヤ上で部分的に脱水される。ワイヤ上のウェブの脱水は、当技術分野において既知の方法及び設備を使用して実施されてよく、例には、テーブルロール及びフォイル、サクションボックス、無摩擦脱水並びに超音波支援脱水が含まれるが、これらに限定されない。ウェブから排出される水は白水と呼ばれる。白水は、典型的には、ワイヤータンクに集められ、短循環と呼ばれる流れループ内でヘッドボックスに再循環される。

工程ａ）において提供される水性パルプ懸濁液は、セルロースベースの繊維性材料と任意選択で非繊維性添加剤との水懸濁混合物を含む水性懸濁液である。本発明の方法は、高度に精製されたセルロース繊維を含むパルプ懸濁液を使用する。セルロースパルプのリファイニング、又は叩解は、それらに所望の特性を与えるためのセルロース繊維の機械的処理及び改質を指す。

高度に精製されたセルロース繊維は、異なる原材料、例えば針葉樹パルプ又は広葉樹パルプから生産することができる。高度に精製されたセルロース繊維は、好ましくは未乾燥セルロース繊維である。いくつかの実施形態において、高度に精製されたセルロース繊維は、高度に精製された天然セルロース繊維である。天然繊維により、加熱され、かつ任意選択で漂白されているが、化学的に修飾されていない繊維を意味する。

工程ａ）において提供される水性パルプ懸濁液は、規格ＩＳＯ ５２６７－１により決定されるとき８０～１００の範囲内、好ましくは８０～９８の範囲内又は８５～９８の範囲内のショッパー・リーグラー（ＳＲ）値を有する高度に精製されたセルロース繊維を含む。

工程ａ）において提供される水性パルプ懸濁液は、０．８～３ｗｔ％の範囲内のコンシステンシーを有する。いくつかの実施形態において、工程ａ）において提供される水性パルプ懸濁液のコンシステンシーは、１～２．５ｗｔ％の範囲内、好ましくは１～２ｗｔ％の範囲内、より好ましくは１～１．７５ｗｔ％の範囲内である。

パルプ懸濁液の乾燥固体含有量は、高度に精製されたセルロース繊維だけからなってよく、又はそれは、高度に精製されたセルロース繊維と他の成分又は添加剤との混合物を含むことができる。フロック形成は、高度に精製されたセルロース繊維の含有量の増加と共に増加し、したがって、パルプ懸濁液中の高度に精製されたセルロース繊維の含有量が高いほど、本発明の方法はより有用である。いくつかの実施形態において、パルプ懸濁液は、パルプ懸濁液の全乾燥重量に基づいて乾燥重量で少なくとも３０％、乾燥重量で少なくとも４０％、乾燥重量で少なくとも５０％、乾燥重量で少なくとも７０％、乾燥重量で少なくとも８０％又は乾燥重量で少なくとも９０％の高度に精製されたセルロース繊維を含む。パルプ懸濁液は、好ましくは、パルプ懸濁液の全乾燥重量に基づくその主成分として、高度に精製されたセルロース繊維を含む。好ましい実施形態において、パルプ懸濁液は、パルプ懸濁液の全乾燥重量に基づいて乾燥重量で少なくとも５０％、乾燥重量で少なくとも７０％、乾燥重量で少なくとも８０％又は乾燥重量で少なくとも９０％の高度に精製されたセルロース繊維を含む。

いくつかの実施形態において、パルプ懸濁液の高度に精製されたセルロース繊維は、精製されたクラフトパルプである。精製されたクラフトパルプは、典型的には、乾燥重量で少なくとも１０％のヘミセルロースを含むことになる。したがって、いくつかの実施形態において、パルプ懸濁液は、高度に精製されたセルロース繊維の量の乾燥重量で１０～２５％の範囲内など、乾燥重量で少なくとも１０％の量でヘミセルロースを含む。

パルプ懸濁液は、天然デンプン若しくはデンプン誘導体、カルボキシメチルセルロースナトリウムなどのセルロース誘導体、充填剤、保持及び／若しくは排出化学薬品、凝集添加剤、解膠添加剤、乾燥強度添加剤、柔軟剤、架橋助剤、サイジング化学薬品、色素及び着色剤、湿潤強度樹脂、固定剤、脱泡助剤、微生物及びスライム抑制助剤、又はそれらの混合物などの添加剤をさらに含んでよい。パルプ懸濁液は、フィルムの延性を向上させるためのラテックス及び／又はポリビニルアルコール（ＰＶＯＨ）などの、混合物及び／又は生産されたフィルムの異なる特性を改善することになる添加剤をさらに含んでよい。

本発明の方法は、いわゆるミクロフィブリル化セルロース（ＭＦＣ）のフィルムを製造するのに特に有用である。したがって、いくつかの実施形態において、高度に精製されたセルロース繊維はＭＦＣである。

ミクロフィブリル化セルロース（ＭＦＣ）は、本特許出願の文脈において、１０００ｎｍ未満の少なくとも１つの寸法を有するナノスケールセルロース粒子繊維又はフィブリルを意味すると理解されるものとする。ＭＦＣは、部分的に、若しくは完全にフィブリル化したセルロース又はリグノセルロース繊維を含む。遊離したフィブリルが１００ｎｍ未満の直径を有する一方、実際のフィブリルの直径又は粒子サイズ分布及び／又はアスペクト比（長さ／幅）は、源及び製造方法に依存する。最小のフィブリルはエレメンタリーフィブリルと呼ばれ、およそ２～４ｎｍの直径を有し（例えばＣｈｉｎｇａ－Ｃａｒｒａｓｃｏ，Ｇ．、Ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ ｆｉｂｒｅｓ，ｎａｎｏｆｉｂｒｉｌｓ ａｎｄ ｍｉｃｒｏｆｉｂｒｉｌｓ，：Ｔｈｅ ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｉｃａｌ ｓｅｑｕｅｎｃｅ ｏｆ ＭＦＣ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ ｆｒｏｍ ａ ｐｌａｎｔ ｐｈｙｓｉｏｌｏｇｙ ａｎｄ ｆｉｂｒｅ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｐｏｉｎｔ ｏｆ ｖｉｅｗ、Ｎａｎｏｓｃａｌｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｌｅｔｔｅｒｓ ２０１１年、６：４１７参照）、一方、ミクロフィブリルとしても定義される、エレメンタリーフィブリルの凝集形態（Ｆｅｎｇｅｌ，Ｄ．、Ｕｌｔｒａｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｂｅｈａｖｉｏｒ ｏｆ ｃｅｌｌ ｗａｌｌ ｐｏｌｙｓａｃｃｈａｒｉｄｅｓ、Ｔａｐｐｉ Ｊ．、１９７０年３月、第５３巻、第３号。）は、例えば拡張リファイニングプロセス又は圧力降下分解プロセスを使用することにより、ＭＦＣを製造するとき得られる主生成物であることが一般的である。源及び製造プロセスに応じて、フィブリルの長さは、およそ１マイクロメートルから１０マイクロメートル超まで変化し得る。粗いＭＦＣグレードは、かなりの割合のフィブリル化繊維、すなわち仮道管（セルロース繊維）から突出しているフィブリルを、仮道管（セルロース繊維）から遊離したある一定量のフィブリルと共に含み得る。

ＭＦＣには、セルロースミクロフィブリル、フィブリル化セルロース、ナノフィブリル化セルロース、フィブリル凝集体、ナノスケールセルロースフィブリル、セルロースナノファイバー、セルロースナノフィブリル、セルロースマイクロファイバー、セルロースフィブリル、ミクロフィブリル状セルロース、ミクロフィブリル凝集体及びセルロースミクロフィブリル凝集体などの異なる頭字語が存在する。ＭＦＣは、その大きい表面積、又は水中に分散したときに低固形物（１～５ｗｔ％）でゲル様材料を形成するその能力などの様々な物理的若しくは物理化学的特性によっても特徴付けることができる。

１回又は複数回のパスリファイニング、前加水分解とその後に続くリファイニング又は高剪断分解又はフィブリルの遊離など、ＭＦＣを製造する様々な方法が存在する。ＭＦＣ製造をエネルギー効率的かつ持続可能にするために、１つ又はいくつかの前処理工程が通常必要とされる。したがって、利用されるパルプのセルロース繊維を、例えば酵素的又は化学的に前処理して、繊維を加水分解したり、若しくは膨潤させたり、又はヘミセルロース若しくはリグニンの量を減少させたりしてよい。セルロース分子が、天然セルロースに見出されるもの以外の（より多くの）官能基を含むように、セルロース繊維が、フィブリル化前に化学修飾されてよい。そのような基には、とりわけ、カルボキシメチル（ＣＭＣ）、アルデヒド及び／又はカルボキシル基（Ｎ－オキシル媒介酸化、例えば「ＴＥＭＰＯ」により得られるセルロース）、第四級アンモニウム（カチオン性セルロース）又はホスホリル基が含まれる。上記の方法のうちの１つにおいて修飾又は酸化された後、繊維をＭＦＣ又はナノフィブリルへと分解するのはより容易である。

ナノフィブリル状セルロースは、数種のヘミセルロースを含んでよく、その量は、植物源に依存する。前処理された繊維、例えば加水分解、前膨潤、又は酸化されたセルロース原材料の機械的分解は、リファイナー、粉砕機、ホモジナイザー、コロイダー、摩擦粉砕機、超音波ソニケーター、マイクロフルイダイザー、マクロフルイダイザー又はフルイダイザー型ホモジナイザーなどのフルイダイザーなどの適した設備を用いて行われる。ＭＦＣ製造方法に応じて、生成物は、微細繊維、又はナノ結晶セルロース、又は木材繊維中又は製紙プロセス中に存在する他の化学薬品も含み得る。生成物は、効率的にフィブリル化されていない様々な量のミクロンサイズの繊維粒子も含み得る。

ＭＦＣは、広葉樹繊維及び針葉樹繊維の両方からの木材セルロース繊維から生産される。それは、微生物源、麦わらパルプ、竹、バガスなどの農業繊維、又は他の非木材繊維源からも作ることができる。それは、好ましくは、バージン繊維からのパルプ、例えばメカニカル、ケミカル及び／又はサーモメカニカルパルプを含むパルプから作られる。それは、損紙又は再生紙からも作ることができる。いくつかの実施形態において、ＭＦＣの少なくとも一部はＭＦＣ損紙から得られる。いくつかの実施形態において、ＭＦＣは天然ＭＦＣである。

パルプ懸濁液の乾燥固形分は、ＭＦＣだけからなってよく、又はそれは、ＭＦＣと他の成分又は添加剤との混合物を含むことができる。パルプ懸濁液は、好ましくは、パルプ懸濁液の全乾燥重量に基づくその主成分として、ＭＦＣを含む。いくつかの実施形態において、パルプ懸濁液は、パルプ懸濁液の全乾燥重量に基づいて乾燥重量で５０～９９％、好ましくは少なくとも乾燥重量で７０～９９％、より好ましくは乾燥重量で少なくとも８０～９９％のＭＦＣを含む。

高度に精製されたセルロース繊維に加えて、パルプ懸濁液は、ある一定量の精製されていないか、又はわずかに精製されたセルロース繊維も含んでよい。本明細書において使用される精製されていないか、又はわずかに精製された繊維という用語は、好ましくは、規格ＩＳＯ ５２６７－１により決定されるとき３０を下回る、好ましくは２８を下回るショッパー・リーグラー（ＳＲ）値を有するセルロース繊維を指す。精製されていないか、又はわずかに精製されたセルロース繊維は、脱水を促進させるのに有用であり、かつフィルムの強度及び破壊靭性を改善することもできる。いくつかの実施形態において、パルプ懸濁液は、パルプ懸濁液の全乾燥重量に基づいて乾燥重量で０．１～５０％、好ましくは乾燥重量で０．１～３０％、より好ましくは乾燥重量で０．１～１０％の精製されていないか、又はわずかに精製されたセルロース繊維を含む。精製されていないか、又はわずかに精製されたセルロース繊維は、例えば、晒若しくは未晒又はメカニカル若しくはケミメカニカルパルプあるいは他の高収率パルプから得ることができる。精製されていないか、又はわずかに精製されたセルロース繊維は、好ましくは未乾燥セルロース繊維である。

パルプ懸濁液のｐＨ値は、典型的には、４～１０の範囲内、好ましくは５～８の範囲内、より好ましくは５．５～７．５の範囲内であり得る。

パルプ懸濁液の温度は、典型的には、３０～７０℃の範囲内、好ましくは４０～６０℃の範囲内、より好ましくは４５～５５℃の範囲内であり得る。

本発明の方法によれば、パルプ懸濁液は、水性流への希釈の間又は直前に高剪断速度、又は高剪断力に供される。剪断速度測定のＳＩ単位は１／ｓである。この点に関して、高剪断速度により、典型的には少なくとも５００ １／ｓ、又は１０００ １／ｓ超の剪断速度を意味する。剪断速度が２０００００ １／ｓ未満、又はさらにより好ましい１５００００ １／ｓ未満であることが好ましい。

高剪断ミキサーを使用した水性パルプ懸濁液の解膠及び希釈は、好ましくは、ヘッドボックスの前の短循環内で実施される。短循環により、パルプがワイヤ上で脱水されるとき白水が集められるワイヤータンクから、ポンプ及び浄化システムを経由して、ヘッドボックスまでの、及びワイヤータンクまで戻る流れループを意味する。

高剪断ミキサーは、スタティックミキサー又はダイナミックミキサーであり得る。スタティックミキサーが混合ゾーン内にいかなる可動要素も有さないのに対し、ダイナミックミキサーは可動要素を使用して、懸濁液に剪断を加える。高剪断ミキサーは、例えば、ＴｒｕｍｐＪｅｔ（登録商標）ミキサー、高圧液体注入装置、超音波装置、高圧低下装置、若しくは高剪断混合装置、又はこれらの任意の組合せのいずれか１つでよい。

ＴｒｕｍｐＪｅｔ（登録商標）ミキサーはスタティックミキサーの一種であり、それは、水性流とのパルプ懸濁液の効果的な混合を実現する。超音波装置は、例えば、超音波混合デバイスでよい。所望の剪断速度は、ｃａｖｉｔｒｏｎ、連続高剪断ホモジナイザー混合システムなど、可動又は回転要素を用いて生じさせることもできる。高圧液体注入装置は、例えば、細いチャネル又はキャピラリーを含んでよい。

いくつかの実施形態において、高剪断ミキサーはＴｒｕｍｐＪｅｔ（登録商標）ミキサーである。

いくつかの実施形態において、工程ｂ）における水性パルプ懸濁液は、少なくとも１０ｍ／秒、好ましくは少なくとも１５ｍ／秒、より好ましくは少なくとも２０ｍ／秒の流速で水性流に注入される。

述べられたように、工程ａ）において提供される水性パルプ懸濁液のコンシステンシーは、０．８～３ｗｔ％の範囲内、好ましくは１～２．５ｗｔ％の範囲内、好ましくは１～２ｗｔ％の範囲内、より好ましくは１～１．７５ｗｔ％の範囲内である。

水性パルプ懸濁液は、０．１～１．５ｗｔ％の範囲内のより低いコンシステンシーまで希釈される。いくつかの実施形態において、工程ｂ）において得られる希釈水性パルプ懸濁液のコンシステンシーは、０．１～１．２ｗｔ％の範囲内、好ましくは０．４～０．９ｗｔ％の範囲内、より好ましくは０．５５～０．８ｗｔ％の範囲内である。

高剪断ミキサーを使用した解膠の間又は直後に水性パルプ懸濁液を希釈することは、分散効果を改善する。ゲルの高剪断混合の間に水又は任意の他の希釈液体を加えることにより、パルプ懸濁液の分散は改善される。

工程ｂ）において水性パルプ懸濁液を希釈するために使用される水性流は、好ましくは、０．５ｗｔ％未満の高度に精製されたセルロース繊維を含むか、又は高度に精製されたセルロース繊維を含まない。水性流は、低い、好ましくは０．５ｗｔ％を下回る固形分を有する清浄水又は水性溶液又は懸濁液であり得る。固形分は、例えば、化学薬品又はＭＦＣを含んでよい。水性流は、例えば、白水、すなわち、パルプ脱水プロセスからの排出水でよい。

好ましくは、工程ｂ）において得られる希釈水性パルプ懸濁液の固形分の大部分が、工程ｂ）において高剪断ミキサーを使用した解膠に供された。言い換えれば、工程ｂ）において得られる希釈水性パルプ懸濁液の固形分の大部分が、工程ａ）において提供される水性パルプ懸濁液により供給された。いくつかの実施形態において、工程ｂ）において得られる希釈水性パルプ懸濁液の固形分の少なくとも５０％、好ましくは少なくとも６０％、好ましくは少なくとも７０％、好ましくは少なくとも８０％、好ましくは少なくとも９０％、より好ましくは少なくとも９５％が、工程ｂ）において高剪断ミキサーを使用した解膠に供された。好ましい実施形態において、工程ｂ）において得られる希釈水性パルプ懸濁液の固形分の少なくとも８０％、好ましくは少なくとも９０％、より好ましくは少なくとも９５％が、工程ｂ）において高剪断ミキサーを使用した解膠に供された。

工程ｂ）において得られる希釈水性パルプ懸濁液は、続いて、製紙機のヘッドボックスに供給される。いくつかの実施形態において、パルプ懸濁液がワイヤに塗布される前のフィブリルの再凝集が防止されるように、高剪断ミキサーはヘッドボックスに密接に関連して配列される。いくつかの実施形態において、ヘッドボックスへの輸送の間のフィブリルのさらなる凝集を防止するための対策が講じられる。ヘッドボックスへの輸送の間のフィブリルのさらなる凝集を防止するために、高剪断ミキサーとヘッドボックスの間の希釈パルプ懸濁液流速は、好ましくは、２．５ｍ／秒を下回らない。好ましくは、高剪断ミキサーとヘッドボックスの間の流速は、３ｍ／秒を下回らず、より好ましくはそれは４ｍ／秒を下回らない。好ましくはヘッドボックスマニホールド管内も、流速は、２．５ｍ／秒を下回らず、より好ましくは３ｍ／秒を下回らず、より好ましくは４ｍ／秒を下回らない。

本発明の方法は、抄紙機において、より好ましくはフォードリニア抄紙機において実施される。抄紙機（又は製紙機）は、高速で大量に紙を作り出すためにパルプ及び紙産業において使用される産業機械である。最近の製紙機は、典型的には、フォードリニア・マシンの原理に基づいており、それは、移動する織メッシュ、いわゆる「ワイヤ」を使用して、パルプ懸濁液中に保持された繊維性材料を濾過して取り出し、連続的に移動する繊維の湿潤ウェブを生産することにより連続ウェブを作り出す。次いで、この湿潤ウェブは、典型的には、機械内で乾燥されて、強い紙ウェブ又はフィルムを生産する。

したがって、いくつかの実施形態において、本方法は、
ｄ）ヘッドボックスからの希釈パルプ懸濁液を移動するワイヤ上に塗布することにより湿潤ウェブを形成する工程；及び
ｅ）高度に精製されたセルロース繊維を含むフィルムを得るために、湿潤ウェブを脱水し、かつ任意選択で乾燥する工程
をさらに含む。

ワイヤは、好ましくはエンドレスワイヤーである。本発明の方法において使用されるワイヤは、好ましくは、パルプ懸濁液の速い脱水を可能にするために比較的高い多孔度を有する。ワイヤの透気度は、好ましくは１００Ｐａで５０００ｍ^３／ｍ^２／時間を上回る。ワイヤは、好ましくは、繊維マーキングを減少させるために１ｃｍ^２当たり少なくとも５００ナックル、より好ましくは１ｃｍ^２当たり少なくとも１０００ナックルを含み得る。いくつかの実施形態において、縦方向のワイヤ速度は、３５０ｍ／分超、好ましくは４５０ｍ／分超、より好ましくは５５０ｍ／分超である。

形成された後、湿潤ウェブは、ワイヤ上で部分的に脱水される。ワイヤ上のウェブの脱水は、当技術分野において既知の方法及び設備を使用して実施されてよく、例には、テーブルロール及びフォイル、サクションボックス、無摩擦脱水並びに超音波支援脱水が含まれるが、これらに限定されない。ウェブから排出される水は白水と呼ばれる。白水は、ワイヤータンクに集められ、短循環と呼ばれる流れループ内でヘッドボックスに再循環される。脱水は、湿潤ウェブの乾燥固体含有量がパルプ懸濁液の乾燥固体含有量と比較して減少するが、脱水されたウェブが依然として著しい量の水を含むことがあることを意味する。いくつかの実施形態において、湿潤ウェブの脱水は、脱水されたウェブの乾燥固体含有量が１ｗｔ％を上回るが、１５ｗｔ％を下回ることを意味する。いくつかの実施形態において、湿潤ウェブの脱水は、脱水されたウェブの乾燥固体含有量が１ｗｔ％を上回るが、１０ｗｔ％を下回ることを意味する。

さらなる脱水及び任意選択の乾燥工程ｂ）において、ウェブの乾燥固体含有量は、典型的には、さらに増加する。生じるフィルムは、好ましくは、９０ｗｔ％を上回る乾燥固体含有量を有する。

さらに脱水することは、典型的には、できるだけ多くの水を絞り出すためにウェブをプレスすることを含む。さらに脱水することは、例えば、形成されたウェブを抄紙機のプレスセクションに通過させることを含んでよく、ここで、ウェブは、水を絞り出すために高圧下で負荷された大きいロール間を通過する。除去された水は、典型的には、ファブリック又はフェルトにより受け取られる。いくつかの実施形態において、さらなる脱水後のフィルムの乾燥固体含有量は、１５～４８ｗｔ％の範囲内、好ましくは１８～４０ｗｔ％の範囲内、より好ましくは２２～３５ｗｔ％の範囲内である。

任意選択の乾燥は、例えば、一連の加熱された乾燥シリンダーの周りにウェブを通すことによりウェブを乾燥することを含んでよい。乾燥することは、典型的には、ウェブ内の水含有量を約１～１５ｗｔ％のレベルまで、好ましくは約２～１０ｗｔ％まで減少させることができる。

最終的なフィルムの乾燥固体含有量は、フィルムの意図される使用に応じて変化してよい。例えば独立した製品としての使用のためのフィルムは、８５～９９ｗｔ％の範囲内、好ましくは９０～９８ｗｔ％の範囲内の乾燥固体含有量を有してよい。

完成フィルムは、典型的には、リール上に、例えばポープリール配列を使用して集められる。

全乾燥重量に基づく湿潤ウェブ、及びフィルムの坪量は、典型的には１００ｇ／ｍ^２未満、好ましくは６０ｇ／ｍ^２未満、より好ましくは４０ｇ／ｍ^２未満である。いくつかの実施形態において、全乾燥重量に基づく湿潤ウェブ、及びフィルムの坪量は、１０～１００ｇ／ｍ^２の範囲内、好ましくは１０～６０ｇ／ｍ^２の範囲内、より好ましくは２０～４０ｇ／ｍ^２の範囲内である。経済的な理由により、フィルムは、好ましくは、バリア特性と妥協することなくできるだけ薄く作られる。フロック形成によって引き起こされるピンホールなどの問題は、２０～４０ｇ／ｍ^２の範囲内など、より薄いフィルムにおいて特に顕著である。この範囲内の坪量を有するピンホールフリーのフィルムは、良好な酸素バリア特性を有することが見出された。したがって、本発明の方法は、２０～４０ｇ／ｍ^２の範囲内の坪量を有するフィルムの調製に特に有利であり得る。

いくつかの実施形態において、ワイヤは、工程ａ）における形成及び工程ｂ）における脱水の間に振盪に供される。形成及び脱水の間にワイヤを振盪することは、湿潤ウェブ内のさらなるフロック形成を防止するのを助ける。

本発明は、高度に精製されたセルロース繊維を含む単一のウェブ層からフィルムが形成される実施形態を主に参照して本明細書に記載される。しかし、フィルムは、高度に精製されたセルロース繊維を含む追加のウェブ層も含んでよいことが理解される。したがって、形成されるフィルムは、２つ、３つ、４つ、５つ、６つ、又は７つの層など、高度に精製されたセルロース繊維を含む２つ以上のウェブ層から形成されることも可能である。追加の各層の形成、組成及び構造は、ウェブ層を参照して上記したようにさらに特徴付けることができる。

いくつかの実施形態において、ＭＦＣ又は高度に精製されたセルロース繊維を含むフィルムは、多層フィルムのうちの１層として形成される。

いくつかの実施形態において、本方法は、
ｄ）ヘッドボックスからの希釈パルプ懸濁液を移動するワイヤ上に塗布することにより湿潤ウェブを形成する工程；及び
ｅ）部分的に脱水された湿潤ウェブを得るために、湿潤ウェブを部分的に脱水する工程；
ｆ）多層ウェブを形成するために、部分的に脱水された湿潤ウェブを第２の部分的に脱水された湿潤ウェブでラミネートする工程；及び
ｇ）高度に精製されたセルロース繊維を含むフィルムを得るために、多層ウェブを脱水し、かつ任意選択で乾燥する工程
をさらに含む。

いくつかの実施形態において、ＭＦＣ又は高度に精製されたセルロース繊維を含むフィルムは、３つ以上の層からなる多層フィルムの中間層として形成される。

本発明の方法により得られるフィルムは、典型的には、高剪断混合のない従来の方法により得られるフィルムよりも小さい特定の形成数を示すことになる。本発明の方法により得られるフィルムの特定の形成数は、典型的には、０．８未満、好ましくは０．６未満、より好ましくは０．４未満になる。

ピンホールは、形成プロセスの間にウェブ内に現れ得る微視的な穴である。ピンホールの出現の理由の例には、パルプ懸濁液における不規則性、例えば、フィブリルの凝集若しくは再凝集、ファブリックの粗脱水、ワイヤ上の不均等なパルプ分布、又は低すぎるウェブ坪量により発生される、パルプ懸濁液における不規則性が含まれる。いくつかの実施形態において、フィルムは、規格ＥＮ１３６７６：２００１にしたがって測定されるとき１０ピンホール／ｍ^２未満、好ましくは８ピンホール／ｍ^２未満、より好ましくは２ピンホール／ｍ^２未満を含む。測定は、フィルムを着色溶液（例えばエタノール中の染料Ｅ１３１ Ｂｌｕｅ）で処理すること、及び微視的に表面を検査することを伴う。

フィルムは、典型的には、グリース及び油に対する良好な耐性を示すことになる。フィルムの耐グリース性は、規格ＩＳＯ １６５３２－２にしたがってＫＩＴ試験により評価された。試験は、ヒマシ油、トルエン及びヘプタンの一連の混合物を使用する。溶媒に対する油の割合が減少するにつれて、粘度及び表面張力も低下し、続く混合物が耐えるのはより困難となる。性能は、１５秒後にシートを黒ずませない最大の数が付けられた溶液により格付けされる。不良を引き起こすことなく紙の表面上に残留する最大の数が付けられた溶液（最も攻撃的）が「ｋｉｔ格付け」（最大１２）として報告される。いくつかの実施形態において、フィルムのＫＩＴ値は、規格ＩＳＯ １６５３２－２にしたがって測定されるとき少なくとも６、好ましくは少なくとも８である。

いくつかの実施形態において、フィルムは、規格ＩＳＯ ５６３６／６にしたがって測定されるとき少なくとも１００００ｓ／１００ｍｌ、好ましくは少なくとも２５０００ｓ／１００ｍｌ、より好ましくは少なくとも４００００ｓ／１００ｍｌのガーレー・ヒル値を有する。

フィルムは、好ましくは、高い再パルプ性を有する。いくつかの実施形態において、フィルムは、ＰＴＳ－ＲＨ ０２１／９７試験法にしたがってカテゴリーＩＩ材料として試験されるとき、３０％未満、好ましくは２０％未満、より好ましくは１０％未満の不合格を示す。

多量の高度に精製されたセルロース繊維を含むフィルムは、典型的には可視光に対して透明又は半透明である。したがって、いくつかの実施形態において、フィルムは、可視光に対して透明又は半透明である。

本明細書に例示される第２の態様によれば、高度に精製されたセルロースを含むフィルムであって、本発明の方法により得ることができる、フィルムが提供される。

フィルムは、熱可塑性ポリマーの１つ又は複数の層でコーティング又はラミネートされるとき薄い包装フィルムとして特に適している。したがって、フィルムは、好ましくは、１つ又は複数のポリマー層でコーティング又はラミネートされてよい。

フィルムは、片側又は両側にポリマー層が備えられてよい。

ポリマー層は、一般に紙若しくは板紙ベースの包装材料において一般に使用される熱可塑性ポリマー又は特に液体包装ボードにおいて使用されるポリマーのいずれかを含んでよい。例には、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリ乳酸（ＰＬＡ）、ポリグリコール酸（ＰＧＡ）、ポリヒドロキシアルカノエート（ＰＨＡ）、デンプン及びセルロースが含まれる。ポリエチレン、特に低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）及び高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）が、液体包装ボードにおいて使用される最も一般的かつ汎用的なポリマーである。

熱可塑性ポリマーは、それらを押出コーティング技法により簡便に加工して、良好な液体バリア特性を有する非常に薄く、かつ均質なフィルムを形成することができるため有用である。いくつかの実施形態において、ポリマー層は、ポリプロピレン又はポリエチレンを含む。好ましい実施形態において、ポリマー層は、ポリエチレン、より好ましくはＬＤＰＥ又はＨＤＰＥを含む。

ポリマー層は、同じポリマー性樹脂又は異なるポリマー性樹脂で形成された１つ又は複数の層を含んでよい。いくつかの実施形態において、ポリマー層は、２種以上の異なるポリマー性樹脂の混合物を含む。いくつかの実施形態において、ポリマー層は、２つ以上の層からなる構造であり、ここで、第１の層は、第１のポリマー性樹脂からなり、第２の層は、第２のポリマー性樹脂からなり、それは、第１のポリマー性樹脂と異なる。

いくつかの実施形態において、ポリマー層は、フィルムの表面上へのポリマーの押出コーティングにより形成される。押出コーティングは、それにより、溶融したプラスチック材料が基材に塗布されて、非常に薄く、平滑で、かつ均一な層を形成するプロセスである。コーティングは、押出されたプラスチック自体により形成することができ、又は溶融したプラスチックを接着剤として使用して、固体プラスチックフィルムを基材上にラミネートすることができる。押出コーティングにおいて使用される一般的なプラスチック樹脂には、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、及びポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）が含まれる。

フィルムの各ポリマー層の坪量は、好ましくは５０ｇ／ｍ^２未満である。連続的かつ実質的に欠陥のないフィルムを達成するために、少なくとも８ｇ／ｍ^２、好ましくは少なくとも１２ｇ／ｍ^２のポリマー層の坪量が典型的には必要とされる。いくつかの実施形態において、ポリマー層の坪量は、８～５０ｇ／ｍ^２の範囲内、好ましくは１２～５０ｇ／ｍ^２の範囲内である。

一般に、生成物、ポリマー、材料、層及びプロセスは、様々な構成要素又は工程「を含む」という表現で記載されるが、生成物、ポリマー、材料、層及びプロセスは、様々な構成要素及び工程「から本質的になる」又は「からなる」こともできる。

本発明は、様々な例示的な実施形態を参照して記載されてきたが、本発明の範囲から逸脱することなく様々な変更が加えられてよく、その要素を均等物で置換してよいことが当業者により理解されるであろう。加えて、その本質的な範囲から逸脱することなく特定の状況又は材料を本発明の教示に適合させるために多くの修正が加えられてよい。したがって、本発明は、本発明を行うために企図される最良の形態として開示される特定の実施形態に限定されないこと、しかし、本発明は、添付の特許請求の範囲に含まれるすべての実施形態を含むことが意図される。

Claims (13)

1. 高度に精製されたセルロース繊維を含むフィルムを製紙機において製造するための方法であって、
   ａ）０．８～３ｗｔ％の範囲内のコンシステンシーにおいて８０～１００の範囲内のＳＲ（ショッパー・リーグラー）値を有する乾燥重量で少なくとも２０％の高度に精製されたセルロース繊維を含む水性パルプ懸濁液を提供する工程並びに；
   ｂ）希釈水性パルプ懸濁液を得るために、高剪断ミキサーを使用して水性パルプ懸濁液を水性流に注入することにより水性パルプ懸濁液を０．１～１．５ｗｔ％の範囲内のより低いコンシステンシーまで解膠及び希釈する工程；並びに
   ｃ）希釈水性パルプ懸濁液を製紙機のヘッドボックスに供給する工程
   を含む、方法。
2. 工程ａ）において提供されるパルプ懸濁液の高度に精製されたセルロース繊維が、８０～９８の範囲内、又は８５～９８の範囲内のＳＲ値を有する、請求項１に記載の方法。
3. 高度に精製されたセルロース繊維がミクロフィブリル化セルロース（ＭＦＣ）である、請求項１又は２に記載の方法。
4. 高度に精製されたセルロース繊維が高度に精製された天然セルロース繊維である、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
5. 高剪断ミキサーとヘッドボックスの間の希釈パルプ懸濁液流速が、２．５ｍ／秒を下回らず、好ましくは３ｍ／秒を下回らず、より好ましくは４ｍ／秒を下回らない、請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
6. 工程ｂ）における水性流が、０．１ｗｔ％未満の高度に精製されたセルロース繊維を含むか、又は高度に精製されたセルロース繊維を含まない、請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。
7. 工程ａ）において提供される水性パルプ懸濁液のコンシステンシーが１～２．５ｗｔ％の範囲内、好ましくは１～２ｗｔ％の範囲内、より好ましくは１～１．７５ｗｔ％の範囲内である、請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。
8. 工程ｂ）において得られる希釈水性パルプ懸濁液のコンシステンシーが０．１～１．２ｗｔ％の範囲内、好ましくは０．４～０．９ｗｔ％の範囲内、より好ましくは０．５５～０．８ｗｔ％の範囲内である、請求項１から７のいずれか一項に記載の方法。
9. 工程ｂ）における水性パルプ懸濁液が、少なくとも１０ｍ／秒、好ましくは少なくとも１５ｍ／秒、より好ましくは少なくとも２０ｍ／秒の流速で水性流に注入される、請求項１から８のいずれか一項に記載の方法。
10. 高剪断ミキサーがＴｒｕｍｐＪｅｔ（登録商標）ミキサーである、請求項１から９のいずれか一項に記載の方法。
11. ｄ）ヘッドボックスからの希釈パルプ懸濁液を、移動するワイヤ上に塗布することにより湿潤ウェブを形成する工程；及び
    ｅ）高度に精製されたセルロース繊維を含むフィルムを得るために、湿潤ウェブを脱水し、かつ任意選択で乾燥する工程
    をさらに含む、請求項１から１０のいずれか一項に記載の方法。
12. ｄ）ヘッドボックスからの希釈パルプ懸濁液を、移動するワイヤ上に塗布することにより湿潤ウェブを形成する工程；及び
    ｅ）部分的に脱水された湿潤ウェブを得るために、湿潤ウェブを部分的に脱水する工程；
    ｆ）多層ウェブを形成するために、部分的に脱水された湿潤ウェブを第２の部分的に脱水された湿潤ウェブでラミネートする工程；及び
    ｇ）高度に精製されたセルロース繊維を含むフィルムを得るために、多層ウェブを脱水し、かつ任意選択で乾燥する工程
    をさらに含む、請求項１に記載の方法。
13. ワイヤが、工程ａ）における形成する工程及び工程ｂ）における脱水する工程の間に振盪に供される、請求項１１又は１２に記載の方法。