JP2660947B2 - 疎水性ゼオライトを用いたサイジング紙の製造方法 - Google Patents

疎水性ゼオライトを用いたサイジング紙の製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、紙に疎水性ゼオライト
を含有させることによってサイジングの効果を達成した
サイジング紙(sized paper)に関するもの
である。ゼオライト粒子は、乾燥済みの紙への液体の浸
透量を低減し、この効果は、紙が通常のサイジング剤も
含有する場合にはさらに高まる。上記サイジング紙は、
固形あるいは液状の食品、煙草、あるいは薬品包装用の
上質紙、クラフトライナー、あるいは板紙とするのが適
当である。食品包装用板紙の場合には、ゼオライトの化
学物質吸着能力も利用されることになり、その結果、望
ましくない風味を生じる物質や有害物質が、包装から包
装された食品へと移行する問題が相当程度解決される。
さらに、本発明は、リグノセルロース含有繊維の懸濁液
を紙層形成しかつ脱水することによりサイジング紙を製
造するにあたって、脱水を疎水性ゼオライトの存在下で
行う方法にも関する。前記ゼオライトは結晶性で、その
結果不活性であるという性質を有するので、従来公知で
あったサイジング剤よりはるかに広いpH範囲で、紙の
製造に使用することが可能である。上質紙の製造に際し
ては、前記ゼオライトが有する瞬時のサイジング効果を
利用することにより、コーティング処理とサイズプレス
の適用を容易に行うことができる。
【0002】
【従来の技術】通常、紙は、水素結合で互いに結合した
リグノセルロース含有繊維から構成されている。仕上が
った紙に特定の所望の特性を付与する目的で、紙には、
特定の紙用化学物質であるいわゆる機能性化学物質、た
とえばサイジング剤、乾燥強力剤、および湿潤強力剤を
含有させることが多い。紙の製造にあたっては、加工用
化学物質を使用して生産効率を向上させることも多い。
こうした加工用化学物質の例としては、歩留り向上剤、
脱水剤、泡消し剤、およびスライム防止剤が挙げられ
る。
【0003】紙は主に湿潤法によって製造され、この方
法では、リグノセルロース含有繊維、水、そして大抵は
一種以上の紙用化学物質からなる懸濁液を、透水性の布
(網)上で脱水することにより繊維のウェブあるいはシ
ートを形成し、これを搾水し、乾燥して紙の完成品とす
る。
【0004】多種の紙が液体、すなわち主に水性の溶液
あるいは水蒸気と接触する。繊維は水に対する強い吸引
性を有しており、すなわち親水性であるので、水を吸収
し、その結果紙が弱くなる。こうした現象は、繊維を撥
水性、すなわち疎水性の物質で被覆して、既に乾燥した
ウェブあるいはシートへの液体の浸透の可能性を低減す
ることによって抑えることができる。こうした目的に
は、たとえば硫酸塩法で生じるトール油ロジン、パラフ
ィンワックス分散液、ステアリン酸ナトリウム、および
セルロース反応性サイジング剤が以前から使用されてい
る。紙の製造の際には、疎水性物質の導入は、通常、繊
維と水の懸濁液(紙料)への添加、すなわちいわゆる紙
料サイジングによって行われる。サイジングが行われる
紙の例としては、液体カートン用の板紙、上質紙、およ
びクラフトライナーを挙げることができる。
【0005】日本特許明細書第55−62299号(J
P62299/80)には、ゼオライトを含有する紙が
開示されている。この日本の明細書によれば、この紙は
親水性のゼオライトであるモルデナイトを含有してお
り、このモルデナイトによって紙の吸水能力が上昇す
る。すなわちこれは、サイジング剤として望まれる特性
とは全く逆である。
【0006】スイス特許明細書第678636号(CH
678636)には、天然あるいは合成の樹脂と、アル
ミニウムおよび珪素を含有する無機マトリックスとの組
合せからなるサイジング剤を添加することによって、紙
および板紙をサイジングすることが開示されている。こ
の不溶性の無機マトリックスは、天然あるいは合成のゼ
オライトとするのが適当である。この明細書に記載され
ているゼオライトは、完全に親水性とすることも、前処
理に応じて親水性としたり疎水性としたりすることもで
きる。スイス特許明細書第678636号に記載されて
いるゼオライトの使用目的は、サイジング剤の歩留りを
改善することであって、ゼオライト自体をサイジング剤
として作用させることではないので、ゼオライトが強度
に疎水性でなければならないという情報はこの明細書に
は何ら含まれていない。
【0007】また、天然のゼオライトを製紙の際の填料
として使用することも公知である。この場合の天然ゼオ
ライトは、アルミニウムの含有率が高く、また、いわゆ
る残留ブタノール試験で疎水性を測定すると残留ブタノ
ール含量が1.0ないし1.0に極めて近接した値であ
ることから、親水性である。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、紙中に疎水
性ゼオライトが存在することによってサイジング効果が
発揮される、液体との接触時における紙層構造への液体
の浸透速度が低減されている紙を提供するものである。
本発明の一つの利点は、極めて広いpH範囲で紙を製造
しかつサイジングすることを可能としたことにあり、こ
のことによって、繊維懸濁液のpHを選択するにあたっ
ての自由度が増大する。本発明のもう一つの利点は、サ
イジング効果を完全に発揮させるのに要する時間が短い
ことである。また、固形あるいは液状の食料品、煙草、
あるいは医療品に使用する板紙の場合には、本発明によ
って、望ましくない風味を生じる物質や有害な物質の問
題が軽減される。さらに、製紙過程で生じる白水中の溶
存物質の問題も、本発明によって軽減される。
【0009】
【課題を解決するための手段】したがって、本発明は、
リグノセルロース含有繊維の懸濁液を紙層形成しかつ脱
水することによりサイジング紙またはパルプを製造する
にあたって、前記脱水を、疎水性ゼオライトの存在下で
行う方法に関するものである。
【0010】
【0011】 上述したように、親水性ゼオライトを含
有する紙は以前から公知である。この種のゼオライトは
水素結合性であるので、リグノセルロース含有繊維に結
合しやすい。本発明では、驚くべきことに、著しく疎水
性のゼオライトとリグノセルロース含有繊維とを十分に
強力に結合させて、紙への液体の浸透速度を減少させ得
ることを見いだしたものである。本発明のサイジング紙
の製造方法によれば、通常のサイジング剤の使用を抑
え、使用量を低減することが可能となる。こうした通常
のサイジング剤は、食料品用パッケージ中の内容物に悪
影響を及ぼす望ましくない風味の原因となる物質を生じ
ることがある。歩留り向上剤を存在させると微細繊維の
歩留りが向上する。微細繊維は抽出剤の含有率が高く、
したがって、望ましくない風味の原因物質の含量が、通
常の繊維より多い。紙の中に疎水性ゼオライトが存在す
ると、木材に由来し、繊維や微細繊維中の残存している
望ましくない風味の原因物質が、紙から移行するのが抑
制される。紙の中に疎水性ゼオライトが存在すると、紙
用の化学物質を経由して混入した可能性のある望ましく
ない風味の原因物質が、紙から移行するのも抑制され
る。
【0012】ゼオライトは、四面体に配合したSiO2
とAl23 から主に構成される無機の結晶性化合物で
ある。本発明では、ゼオライトとは、ゼオライト構造を
有する他の結晶性化合物、たとえば燐酸アルミニウムも
包含するものとする。本発明で使用することができるこ
うしたゼオライト構造の結晶性化合物は、マイアー
(W.M.Meier)らによる「各種ゼオライト構造
のアトラス(Atlasof zeolite str
ucture types)、第二版、バターワース
(Butterworths)、ロンドン、1987
年」に定義されており、ここに、この文献を本出願に参
考として組みこむものである。多くのゼオライトが天然
に産出するものの、商業的に使用されるゼオライトの大
半は合成によって製造されたものである。この種のゼオ
ライトは吸着剤あるいはモレキュラーシーブとして機能
し、孔隙の寸法やゼオライト表面の性質に応じて、特定
の化学化合物の吸収量を増大させたり低減させたりする
のに使用することができる。本発明では、ゼオライトの
特性として、吸水容量が限定されていることが必須であ
る。こうした疎水性(撥水性)の性質は、有機物質がそ
の大半を占める非極性の化合物を吸着する能力の増大を
も伴う。とりわけアルデヒドならびにケトンといった望
ましくない風味の原因物質として特に重要なものを吸着
することのできるゼオライトは、主に、四面体に配位し
たSiO2 対Al23 のモル比が高いゼオライトであ
る。こうした高いSiO2 対Al23 のモル比を有す
るゼオライトは、ゼオライトの珪素含量が高くなるよう
な条件で合成を進行させることによって、および/また
はゼオライト構造からアルミニウムを除去することによ
って製造することができる。熱処理によって最終的に上
記構造を安定化させると、吸水容量を低減させることが
できる。本発明では、四面体に配位したSiO2 対Al
23 のモル比が、約10:1以上であることが重要で
ある。このモル比は、15:1から1000:1の範囲
とするのが適当で、20:1から300:1の範囲とす
るのが好適である。四面体に配位したSiO2 対Al2
3 のモル比を、25:1から50:1の範囲とするの
が特に好適である。
【0013】大抵のゼオライトでは、各種の表面処理、
たとえばアンモニア雰囲気中、水蒸気中、あるいは空気
中での加熱によって、撥水能力をある程度まで改善する
ことができる。こうしたゼオライトの表面の変性はブレ
ック(D.W.Breck)による「ゼオライトモレキ
ュラーシーブ−構造、化学的性質、そして用途(Zeo
lite molecular sieves: st
ructure, chemistry, and u
se)、ジョン・ウィリー・アンド・サンズ(John
Wiley & Sons)、ニューヨーク、197
4、第507〜523頁」、ならびにベッカム(H.v
an Bekkum)らによる「ゼオライト科学および
実践入門(Introduction to zeol
itescience and practice)、
エルセヴィエ(Elsevier)、アムステルダム、
1991年、第153〜155頁」にさらに詳しく記載
されており、ここに、これらの文献を本出願に参考とし
て組みこむものである。この種の処理を行った後のゼオ
ライトの疎水性は、英国特許明細書第2,014,97
0号(GB2,014,970)に記載された、いわゆ
る残留ブタノール試験によって測定することができる。
この試験では、ゼオライトを空気中で300℃にて16
時間にわたって加熱することによって活性化する。次
に、10重量部のこうして活性化したゼオライトを、1
重量部の1−ブタノールと100重量部の水からなる溶
液と混合する。得られたスラリーを25℃にて16時間
にわたってゆっくりかきまぜる。最後に、溶液中に残留
した1−ブタノールの含量を測定すると、結果が重量%
で得られる。値が低いほうが疎水性が高いことを示すこ
とになる。本発明では、残留ブタノール含量で特徴づけ
られる疎水性を約0.5重量%以下とする必要があり、
0.0002〜0.5重量%の範囲とするのが適当であ
る。残留ブタノール含量を0.001〜0.3重量%の
範囲とするのが好適で、残留ブタノール含量を0.01
〜0.2重量%の範囲とするのが特に好適である。
【0014】必要に応じて特定の変性を加えた後に高度
の疎水性を示し、それ故、本発明によって望ましくない
風味の原因物質がパッケージから内容物へと移行するの
を十分に抑制することのできるゼオライトは、ペンタシ
ル(pentasil)型、ホージャサイト型、モルデ
ナイト、エリオナイトおよびゼオライトLのゼオライト
類である。ペンタシル型ゼオライトの製造は、米国特許
明細書第3,702,886号ならびに第4,061,
724号に記載されており、ここに、これらの文献を本
出願に参考として組みこむものである。疎水性ゼオライ
トはペンタシル型とするのが適当である。これは、ペン
タシル型のゼオライトが、望ましくない風味の原因物質
が存在する場合に、この物質の移行を相当に低減するか
らである。同時に、このペンタシル型のゼオライトは、
紙、ボードまたは板紙を乾燥する際などに、望ましくな
い風味を生じる自動酸化生成物の形成をほとんど防止す
る。ペンタシル型のゼオライトとしては、ZSM−5、
ZSM−11、ZSM−8、ZETA−1、ZETA−
3、NU−4、NU−5、ZBM−10、TRS、MB
−28、ウルトラゼット(Ultrazet)、TsV
Ks、TZ−01、TZ−02、およびAZ−1を挙げ
ることができる。ペンタシル型のゼオライトとしては、
ZSM−5あるいはZSM−11が適当で、ZSM−5
が好適である。ZSM−5およびZSM−11型のゼオ
ライトは、ジャコブス(P.A.Jacobs)らによ
る「高珪素アルミノ珪酸塩ゼオライトの合成(Synt
hesis of high−silica alum
inosilicate zeolites)、表面科
学および触媒作用の研究(Studies in su
rface science and catalys
is)、第33巻、エルセヴィエ、アムステルダム、1
987年、第167〜176頁」に説明されており、こ
こに、この文献を本出願に参考として組みこむものであ
る。
【0015】ゼオライトの添加量は、乾燥繊維および必
要に応じて用いる填料(フィラー)1トン当たり約0.
05kg〜約50kgの範囲とすることができる。疎水
性ゼオライトは、填料として使用することもでき、その
場合には、添加量はこれよりはるかに多くなってもよ
い。ゼオライトの添加量は、乾燥繊維および必要に応じ
て用いる填料1トン当たり0.1kg〜25kgの範囲
とするのが適当で、乾燥繊維および必要に応じて用いる
填料1トン当たり0.2kg〜10kgの範囲とするの
が好適である。
【0016】良好なサイジング効果を得るには、サイジ
ング剤を十分に分散させる必要がある。この十分な分散
は、とりわけ粒子が小さくそれによって紙の組織の全体
に浸透する場合、ならびに紙料への添加を激しく攪拌し
た状態で行う場合に達成される。ゼオライトの粒径は約
20μm以下とするのが適当で、0.1μm〜15μm
の範囲とするのが好ましい。
【0017】製紙の際には、リグノセルロース含有繊維
の懸濁液のpHは、繊維の種類、紙用の化学物質それ自
体あるいはその要求、白水の含量などに応じて広範に変
化する。たとえば板紙を製造するにあたっては、サイジ
ング剤として樹脂を使用する場合にはpHが酸性である
のに対し、セルロース反応性サイジング剤は中性あるい
はアルカリ性の条件下で使用されることが多い。本発明
の方法では ゼオライト粒子が結晶性で、その結果不活
性の性質を示すので、サイジングを極めて広いpH範囲
で実施することができる。このため、脱水の前の繊維の
懸濁液のpHが約3.0から約10.0の範囲であれ
ば、良好な効果が得られる。懸濁液の脱水の前のpH
は、3.5〜9.5の範囲とするのが適当で、4.0〜
9.0の範囲とするのが好適である。
【0018】本発明では、疎水性ゼオライトの紙への導
入を、抄紙機のヘッドボックスの手前で添加を行う、い
わゆる紙料サイジングによって行うのが好適である。疎
水性ゼオライトは、安定化剤を含有するあるいは含有し
ないスラリーの形態、スクリューコンベヤーによって供
給する乾燥粉末の形態、あるいは紙用化学物質、たとえ
ば歩留り向上剤および無機コロイドを含有する混合物の
形態で、紙料に添加することができる。紙料に通常のサ
イジング剤、たとえばアルキルケテン二量体および/ま
たはアルケニル琥珀酸無水物の分散液も加える場合に
は、前記ゼオライトをその分散液に混合してから、この
混合物を紙料に添加することができる。しかし、本発明
の方法は、ゼオライトの添加を製紙過程のこれより以前
および/または以降の工程で行う方法も包含するもので
ある。すなわち、前記ゼオライトの添加を、パルプの製
造過程という速い段階で行うこともでき、この場合、ゼ
オライトの添加は、一連のパルプ製造シーケンスの最後
の工程で行うのが適当である。また、たとえば板紙を製
造する際には、ゼオライトを含有するスラリーを1層以
上のリグノセルロース含有層上に吹きつけてから、これ
らの層を(クーチにおいて)脱水結合させることができ
る。また、前記ゼオライトを、リグノセルロース含有繊
維を含まない層として紙に導入することもできる。かか
る層は、リグノセルロース含有層の間に配置すること
も、紙層構造の表面に配置することもできる。後者の例
としてはコーティングスリップを挙げることができる。
【0019】本発明の紙は、製紙の際に使用することが
公知である他の紙用化学物質も含有することができる。
紙に特定の最終的な特性を付与するための紙用化学物質
は機能性化学物質と称され、一方、生産効率を向上する
ための化学物質は加工用化学物質と称される。当然のこ
ととして、第一義的には上記の機能性化学物質が仕上が
った紙の一部を構成することになるものの、加工用化学
物質によっては紙中での作用を残すものもある。機能性
化学物質としては、サイジング剤、乾燥強力剤、湿潤強
力剤、顔料、填料、着色剤、および蛍光増白剤を挙げる
ことができる。機能性化学物質は、乾燥強力剤および湿
潤強力剤のように化学的に活性でも、顔料および填料の
ように相当不活性でもよい。填料としては、炭酸カルシ
ウム(たとえば沈降炭酸カルシウム(PCC)あるいは
白亜粉末(ground chalk))、カオリン、
タルク(滑石粉)、石膏、および二酸化チタンが挙げら
れる。加工用化学物質としては、歩留り向上剤、脱水
剤、泡消し剤、スライム防止剤、ならびにフェルトおよ
び網の洗浄剤を挙げることができる。
【0020】本発明のサイジング紙の撥水能力は、該紙
が前記ゼオライトだけでなく通常のサイジング剤も含有
する場合にはさらに高まる。通常のサイジング剤は、強
化あるいは非強化樹脂、ワックス分散液、ステアリン酸
ナトリウム、ならびにフッ素系およびセルロース反応性
サイジング剤に分類することができる。本発明では、仕
上がった紙がセルロース反応性サイジング剤を含有する
のが特に適当であることを見いだした。これは、この種
のサイジング剤がセルロース繊維と共有結合し、したが
って他のサイジング剤より繊維と強固に結合しているか
らである。共有結合の結果、樹脂系のサイジング剤と比
べて、酸、塩基、乳酸、アルコール、および高温で使用
される液体のようなアグレッシブな液体に対する撥水能
力が高まる。そのため、アルキルケテン二量体(AK
D)がしばしば液体カートン用板紙に耐乳酸性を付与す
るのに使用される。他のセルロース反応性サイジング剤
としては、アルケニル琥珀酸無水物(ASA)、塩化カ
ルバモイル、およびステアリン酸無水物が挙げられる。
AKDあるいはASA、またはそれらの組み合わせを使
用するのが特に好適である。
【0021】通常のサイジング剤の添加量は、乾燥繊維
および必要に応じて用いる填料1トン当たり、活性成分
換算で約0.1kg〜約15kgの範囲とすることがで
きる。この添加量は、乾燥繊維および必要に応じて用い
る填料1トン当たり、0.2kg〜10kgの範囲とす
るのが適当である。疎水性ゼオライト対通常のサイジン
グ剤の比は、約0.003〜約500の範囲とすること
ができ、0.01〜250の範囲とすることが適当で、
0.02〜50の範囲とするのが好適である。
【0022】通常のサイジング剤を疎水性ゼオライトと
ともに使用する場合、添加の順序は任意である。しか
し、ゼオライトを通常のサイジング剤の前に加えると、
液体の浸透速度がより遅くなる。通常のサイジング剤と
ゼオライトを混合してから繊維懸濁液に加えても、良好
なサイジング効果が得られる。
【0023】ゼオライトを添加する際の収率を上昇させ
るには、紙層形成ならびに脱水を歩留り向上剤の存在下
で行うのが適当である。この種の歩留り向上剤は製紙で
は以前から公知である。適当な化合物としては、多糖類
(たとえばデンプン、セルロース誘導体、およびグアー
ルガム)、または合成によって製造した単独重合体(た
とえばポリアクリルアミド(PAM)、ポリアミドアミ
ン(PAA)、ポリジアリルジメチルアンモニウムクロ
リド(ポリ−DADMAC)、ポリエチレンイミン(P
EI)、およびポリエチレンオキシド(PEO))、あ
るいはそれらの共重合体を挙げることができる。歩留り
向上剤の陽イオンおよび陰イオンとしての性質は、それ
ぞれ窒素含有基あるいは共有結合したフォスファー基
(phosphor groups)を導入することに
よって増強される。この種の基の導入方法は、当業者に
は周知である。本発明の方法では陽イオン歩留り向上
剤、たとえばデンプン、PAM、およびPEI、あるい
はそれらの組み合わせを使用すると、とりわけ高い歩留
り率が得られるので、特に適当であることを見いだし
た。
【0024】歩留り向上剤の添加量は、乾燥繊維および
必要に応じて用いる填料1トン当たり約0.01kg〜
約20kgの範囲とすることができる。この添加量は、
乾燥繊維および必要に応じて用いる填料1トン当たり
0.02kg〜10kgの範囲とするのが適当である。
【0025】疎水性ゼオライトとともに歩留り向上剤を
使用する場合には、添加の順序は任意である。しかし、
上記ゼオライトを歩留り向上剤の前に加えると、紙層構
造中に残留するゼオライトの割合が上昇し、サイジング
効果が増強され、その結果、仕上がった紙の疎水性が増
す。歩留り向上剤とゼオライトを混合してから繊維懸濁
液に加えても良好なサイジング効果が得られる。
【0026】本発明にしたがってサイジング紙を製造す
る際には、製紙では従来から使用されている陰イオン無
機コロイドを存在させると、歩留りおよび脱水が改善さ
れる。このコロイドの添加は、分散液(ゾル)の形態で
行う。ちなみに、この分散液は、表面積対容積の比が大
きいので沈降することはない。これらのコロイド状無機
粒子の比表面積は約50m2 /g以上とするのが適当で
ある。この種の無機コロイドとしては、ベントナイト、
モンモリロナイト、硫酸チタニルゾル、酸化アルミニウ
ムゾル、シリカゾル、アルミニウム変性シリカゾル、お
よびアルミニウム珪酸塩ゾルが挙げられる。使用される
上記無機コロイドとしてはシリカ系のゾルが適切であ
る。特に適当なシリカ系ゾルは、欧州特許第185,0
68号に記載されたアルミニウム含有シリカゾルであ
り、ここに、この文献を本出願に参考として組みこむも
のである。シリカ系ゾルは、アルミニウムを含む表面層
を1層以上有するのが好適で、この場合、該ゾルは全p
H範囲において抵抗性となるので、本発明の方法で使用
することが可能である。
【0027】コロイド状シリカの粒子は、約50m2
g〜約1000m2 /gの範囲の比表面積、ならびに約
1nm〜約20nmの範囲の粒径を有するのが適当であ
る。上記の仕様に合致したシリカ系ゾルは市販されてお
り、たとえばスウェーデン国のエカ ノーベル アクチ
ェボラーグ(Eka Nobel AB)から市販され
ている。
【0028】ポリ珪酸系のゾルも適当で、この場合、珪
酸が極めて大きな比表面積(少なくとも1000m2
g以上でかつ1700m2 /g以下)を有する極めて微
小な粒子(1nm程度)の形状であり、ある程度のマイ
クロゲルの生成を伴うことを意味する。この種のゾルは
オーストラリア特許第598,416号に開示されてい
る。
【0029】本発明にしたがってサイジング紙を製造す
る際には、脱水を、製紙では従来から使用されている陽
イオン無機コロイドの存在下で行うこともできる。かか
るコロイドは、市販のコロイド状シリカのゾルから製造
することも、アルカリ金属珪酸塩の酸性化によって製造
した重合体珪酸からなるシリカゾルから製造することも
できる。この種のコロイドはPCT出願第WO89/0
0062号に記載されており、ここに、この文献を本出
願に参考として組みこむものである。
【0030】陰イオンあるいは陽イオン無機コロイドの
添加量は、乾燥繊維および必要に応じて用いる填料1ト
ン当たり約0.05kg〜約30kgの範囲とすること
ができる。上記添加量は、乾燥繊維および必要に応じて
用いる填料1トン当たり0.1kg〜15kgの範囲と
するのが適当である。
【0031】繊維懸濁液に、歩留まり向上剤だけでなく
陰イオンあるいは陽イオン無機コロイドも添加する場合
には、前記ゼオライトを添加してから歩留り向上剤なら
びにコロイドの双方を添加するのが適当である。ゼオラ
イトを最初に添加し、その後歩留り向上剤を添加し、次
にコロイドを添加するのが好適で、この順序で添加を行
うと、脱水および歩留りが相当改善される。
【0032】四成分系の場合には、添加順序を以下のよ
うに、すなわちゼオライト、通常のサイジング剤、歩留
り向上剤、そして無機コロイドの順とするのが好適であ
る。本発明にしたがってサイジング紙を製造するにあた
っては、製紙では以前から公知の一種以上のアルミニウ
ム化合物を存在させることによって、歩留りならびに脱
水率をさらに向上させることができる。脱水効果が改善
されると、抄紙機の速度を上昇させることが可能とな
り、必要とされる乾燥能力が低くてもすむ。本発明にお
ける適当なアルミニウム化合物は、繊維懸濁液中で加水
分解して陽イオン水酸化アルミニウム錯体を形成するよ
うな化合物である。この場合、陽イオン水酸化アルミニ
ウム錯体が、繊維ならびに他の紙用化学物質上の陰イオ
ン基と相互に作用することによって、歩留りと脱水率が
向上する。種々のアルミニウム化合物がどれくらい加水
分解してこの種の陽イオン錯体を形成するかは、第一義
的には、繊維懸濁液のpHによって決まる。添加前のp
Hが約3.5〜約7の範囲である繊維懸濁液では、アル
ミン酸塩、たとえばアルミン酸ナトリウムあるいはアル
ミン酸カリウムを使用するのが特に適当である。添加前
のpHが約6〜約10の範囲である繊維懸濁液では、特
に適当なアルミニウム化合物として、ミョウバン、塩化
アルミニウム、硝酸アルミニウム、およびポリアルミニ
ウム化合物を挙げることができる。こうした高めのpH
範囲では、ポリアルミニウム化合物は特に強力かつ安定
な陽性の電荷を有する。したがって、中性あるいはアル
カリ性の条件下では、アルミニウム化合物としてポリア
ルミニウム化合物を使用するのが好適である。
【0033】適当な化合物としては、一般式
【0034】
【化1】 [式中、Xは陰イオン、たとえばCl~ 、1/2SO4
2~ 、NO3 ~、あるいはCH3 COO~ 、そしてnおよ
びmは3n−mが0より大となるような正の整数であ
る]で表されるポリアルミニウム化合物が挙げられる。
XはCl~ とするのが好ましい。この種のポリアルミニ
ウム化合物は塩化ポリアルミニウム(PAC)として知
られている。
【0035】市販のポリアルミニウム化合物の例として
は、スウェーデン国のエカ ノーベル アクチェボラー
グが製造、販売しているエコフロック(Ekofloc
k)が挙げられる。
【0036】上記陽イオン錯体の電荷は、繊維懸濁液の
pHにだけでなく、アルミニウム化合物の添加から紙層
形成ならびに脱水までに経過する時間にも影響される。
経過時間が長くなればなるほど電荷強度が低減し、その
結果、微細繊維ならびに紙用化学物質の歩留りが低減
し、脱水の程度も幾分か悪化する。したがって、添加か
ら紙層形成ならびに懸濁液の脱水までのアルミニウム化
合物の繊維懸濁液中での滞留時間は、約5分以下とする
のが適当である。
【0037】アルミニウム化合物の添加量は、乾燥繊維
および必要に応じて加える填料1トン当たり、Al2
3 換算で約5kg以下とすることができる。アルミニウ
ム化合物の量は、乾燥繊維および必要に応じて加える填
料1トン当たり、Al23換算で0.01kg〜2k
gとするのが適当である。
【0038】添加したゼオライトは、紙に対するサイジ
ングの効果とは別に、リグノセルロース含有繊維ならび
に紙用化学物質を懸濁するのに用いた再循環水(白水)
を清浄化する効果も有する。この意味では、ゼオライト
を添加する時期によって、どちらかの効果が優先するか
が本質的に決まってくる。疎水性ゼオライトが、リグノ
セルロース含有繊維ならびに必要に応じて用いる紙用化
学物質の懸濁液中にとどまる時間が長いほど、ゼオライ
ト粒子の表面に吸着される溶存化学物質の量が増大す
る。ゼオライト粒子は紙層構造中に吸収されるので、白
水中の望ましくない物質の濃度が低減する。本発明で良
好なサイジング効果を得るためには、リグノセルロース
含有繊維の懸濁液の紙層形成ならびに脱水を行う約20
分前以降に前記ゼオライトを加えるのが適当である。ま
た前記ゼオライトを、懸濁液の紙層形成ならびに脱水を
行う5分前以降に加えるのが好適である。さらに、前記
ゼオライトは、抄紙機の紙料チェストにおいて、あるい
はこの紙料チェストからヘッドボックスに向かって延び
る、配管系において、ポンピング、脱気、あるいはスク
リーニングと関連して加えるのが適当である。ゼオライ
トを、抄紙機のヘッドボックスの直前、たとえば、白水
を紙料と混合するファンポンプで、生じた混合物がヘッ
ドボックスに送られる前に加えるのが好適である。
【0039】本発明によれば、サイジング紙を製造する
にあたって、疎水性ゼオライトを適切に使用することが
できる。疎水性ゼオライトは、ペンタシル型とするのが
適当で、ZSM−5とするのが好適である。上記サイジ
ング紙は、固形あるいは液状の食料品用の板紙、上質
紙、あるいはクラフトライナーとするのが適当である。
この疎水性ゼオライトを含有するサイジング紙は、包装
材料として使用するのが適当である。この包装材料は、
固形あるいは液状の食料品、薬品、または煙草を包装す
る目的で、一層以上の紙、ボード、板紙、あるいはプラ
スチック、またはそれらの組み合わせの層を有するもの
である。この疎水性ゼオライトを含有するサイジング紙
は、液状の食料品、たとえば牛乳あるいはジュースを入
れるための、必要に応じて一層以上のプラスチックでコ
ーティングされた板紙製の包装材料に使用するのが好適
である。
【0040】また、本発明は、上質紙の製造にあたって
も有利に使用される。これらの等級の紙の製造にあたっ
ては、サイジングの程度が、その後のコーティング過程
ならびにデンプンのサイズプレスでの適用における液体
の浸透を制御するうえで重要な特性である。通常、こう
したコーティング過程ならびにデンプンの適用に際して
は、セルロース反応性のサイジング剤が用いられる。こ
の種のサイジング剤の欠点の一つは、サイズプレスおよ
び/またはコーティングユニットに適用する前の、十分
なサイジング効果を得るための反応時間が長すぎること
が挙げられる。ゼオライトを紙料に加えた場合には、直
ちにサイジングの効果が得られ、液体の浸透量の制御が
改善される。また、疎水性ゼオライトは、特定の等級の
紙の不透明性を改善するうえでも有利に用いることがで
きる。乳白性すなわち不透明性とは、下側の紙上、ある
いは紙の反対側の黒色の印字を見えなくする能力のこと
を言う。不透明度に関する要求が厳しい紙の等級として
は、上質紙、改良新聞用紙、ならびに雑誌用紙がある。
【0041】本発明は、100%高収率硫酸塩パルプか
ら製造したクラフト紙であるクラフトライナーの製造に
あたっても有利に使用することができる。ゼオライトを
サイジング剤として使用することにより、白水中の溶存
物質の含量を相当低減させることが可能となり、またセ
ルロース反応性のサイジング剤をも使用することが可能
となる。
【0042】本発明では、紙とは、リグノセルロース含
有繊維をランダムに分散させてウェブあるいはシート形
状の製品としたものを意味し、化学的に活性かあるいは
かなり非活性の紙用化学物質を含有していてもよい。本
発明では、紙とは、紙、ボード(board)、板紙
(paperboard)、およびパルプを包含する。
すなわち、紙ならびにボードとは、単位面積当たりの重
量が、それぞれ約225g/m2 以下ならびに以上のウ
ェブあるいはシート形状の製品を言う。板紙は、一層以
上のリグノセルロース含有繊維の層を湿潤条件下でとも
にプレスして構成した、可撓性を有する剛固な紙あるい
は薄いボードである。板紙の各層は、同様な繊維から構
成することもできるが、一般には、内層を低品質の繊維
から構成し、表面層を高品質の繊維から構成する。ここ
で、低品質の繊維とは機械的に製造した繊維あるいはリ
サイクル繊維をさし、高品質の繊維とは、化学的に製造
した繊維をさす。たとえば液体カートン用板紙では、中
側の層をケミ−サーモメカニカルパルプ(CTMP)と
し、上層と下層を漂白あるいは未漂白の硫酸塩パルプと
するのが一般的である。シートあるいはウェブ状のウェ
ブ乾燥パルプ、ならびにフラッシュ乾燥パルプを、スラ
ッシングした後に、紙、ボ−ドあるいは板紙の製造に供
される。本発明のサイジング紙は、単位面積当たりの重
量が約700g/m2 以下の紙、ボ−ド、板紙、あるい
はパルプとするのが好適で、35g/m2 〜500g/
2 の範囲であればさらに好適である。本発明は、乾燥
破砕して、未結合のパルプ繊維および繊維フロックから
なる製品である毛羽とすることを目的とする、毛羽状パ
ルプに関するものではない。
【0043】リグノセルロース含有繊維とは、化学処理
および/または機械処理によって分離された広葉樹材お
よび/または針葉樹材の繊維、あるいはリサイクル繊維
のことを言う。化学処理の例としては、硫酸塩法、亜硫
酸塩法、ソーダ法あるいはオルガノソルブ法による蒸解
が挙げられる。機械処理の例としては、ディスク型リフ
ァイナ−でのチップのリファイニング、およびパルプグ
ラインダでの木材の摩砕が挙げられ、これらの方法によ
って、それぞれ、リファイナ−機械パルプ(RMP)お
よび砥石砕木パルプ(SGW)が得られる。チップを化
学物質に予め含浸させておいたり、および/または高温
でリファイニングしたりすると、サーモメカニカルパル
プ(TMP)、ケミメカニカルパルプ(CMP)、ある
いはケミ−サーモメカニカルパルプ(CTMP)が得ら
れる。パルプグラインダで加圧下にて機械処理を行う
と、加圧砕木パルプ(PGW)が得られる。前記繊維の
分離は、以上の化学的方法並びに機械的方法を改変した
方法によっても行うことが可能である。前記繊維は、機
械処理によって分離したものとするか、リサイクル繊維
とするのが適当である。機械処理によって分離した生繊
維を用いるのが特に適当で、ディスク型リファイナーで
分離した繊維を用いるのが特に好適である。
【0044】
【実施例】本発明ならびにその利点を以下の実施例によ
ってさらに詳しく説明する。なお、以下の実施例は本発
明を例示するために挙げたものであり、本発明はこれら
の実施例によって限定されるものではない。前記説明、
特許請求の範囲、および実施例で記載する部およびパー
セントは、特記しない限り、それぞれ重量部ならびに重
量%である。
【0045】実施例で使用した疎水性ゼオライトは、エ
カ ノーベル アクチェボラーグ製のZSM−5型のも
のである。四面体に配位したSiO2 対Al23 のモ
ル比は32で、残留ブタノール含量は0.14重量%で
ある。
【0046】実施例で使用した通常のサイジング剤は、
アルキルケテン二量体の含量が14%でかつ乾燥分が1
8.8%のアルキルケテン二量体(AKD)である。実
施例1には、アルキルケテン二量体の含量が21.6%
でかつ乾燥分が28%である種類のAKDを用いた2つ
の試験例も示してある。
【0047】実施例で使用した歩留り向上剤は、窒素含
有基の含量が0.35%でかつ乾燥分が84.9%のカ
チオンデンプンである。
【0048】実施例で使用した陰イオン無機コロイド
は、エカ ノーベル アクチェボラーグからBMA−0
の商品名で販売され、比表面積が500m2 /g、平均
粒径が5nmのシリカ系ゾルである。
【0049】実施例では、紙に対するサイジングの効果
の測定を、ウィック指数法による紙端からの浸透の測
定、ならびにコッブ法による測定によって行った。双方
とも、紙への液体の浸透度を測定する際の標準化された
方法である。ウィック指数法では、紙端を過酸化水素の
30%溶液に標準時間にわたって浸漬した後、重量の増
加を記録する。コッブ法では、標準高さおよび底面積の
水柱を紙上に45秒にわたって載置した後、重量の増加
を記録する。したがって、コッブ法ならびにウィック指
数法での低い値は、液体の浸透速度が低いことを意味す
る。
【0050】灰分を、ゼオライトの歩留り度の目安とし
て使用した。灰分は、900℃で90分燃焼した後、残
留物を秤量することによって測定した。実施例1 表1は針葉樹材のCTMPパルプ由来の繊維を含有する
繊維懸濁液に、パルプ1トン当たり1.5kgの疎水性
ゼオライトを加えたサイジング試験の結果を示す。パル
プの濃度は0.5重量%とし、繊維懸濁液のpHはH2
SO4 で7.1に調整した。ゼオライトの添加後に、パ
ルプ1トン当たり1あるいは3kgのアルキルケテン二
重体を0.5%溶液の形で加えた。次に、パルプ1トン
当たり8kgのカチオンデンプンを2.0%溶液として
加え、さらにパルプ1トン当たり2kgの陰イオンシリ
カ系ゾルを1.0%溶液として加えた。単位面積当たり
の重量が150g/m2 の紙のシートを、フィンランド
式シート成形で製造し、その後それらをブロッティング
しかつ圧搾した。上記シートを回転ドラム上で105℃
にて5分間乾燥し、120℃にて15分間硬化させた。
対照の目的で、ゼオライトおよびアルキルケテン二量体
を使用しない試験も実施した(試験例1)。さらに、試
験例7および8では、試験例1〜6で使用したアルキル
ケテン二量体のかわりに、乾燥含量がもっと高いものを
使用した。試験例9では、ゼオライトを添加する前に、
乾燥パルプ1トン当たり1.5kgのミョウバンを加え
た。この試験例では、pHの調節を重炭酸塩によって行
い、その後、パルプ1トン当たり4kgのデンプンなら
びに1kgのシリカ系ゾル、すなわち試験例1〜8で加
えた量の半分の量を添加した。
【0051】
【表1】 表1から明らかなように、仕上がった紙が疎水性ゼオラ
イトを含有する場合には、紙端からの液体の浸透量が低
減される。実施例2 表2は、CTMPパルプの繊維懸濁液に、パルプ1トン
当たり1.5kgあるいは8kgの疎水性ゼオライトを
加えたサイジング試験の結果を示す。該パルプの濃度は
0.5重量%とし、繊維懸濁液のpHは酸で7.5に調
整した。ゼオライトの添加の5秒後に、パルプ1トン当
たり1、3、あるいは5kgのアルキルケテン二量体を
1%溶液として加えた。その10秒後に、パルプ1トン
当たり8kgのデンプンを0.5%溶液として加えた。
そのさらに30秒後に、パルプ1トン当たり2kgのシ
リカ系ゾルを、この場合も0.5%溶液として加えた。
さらに15秒後に、単位面積当たりの重量が150g/
2 の紙のシ−トを、ダイナミック(フランス式)シ−
ト成形で製造し、その後それらを耐候試験室(clim
atic chamber)で一晩乾燥し、120℃に
て12分間硬化させた。対照の目的で、ゼオライトおよ
びアルキルケテン二量体を使用しない試験も実施した
(試験例1)。さらにアルキルケテン二量体の添加の5
分前にゼオライトを加えた試験(試験例9)、ならびに
ゼオライトの添加の5分前に、アルキルケテン二量体を
加えた試験(試験例10)も実施した。
【0052】
【表2】 表2から明らかなように、疎水性ゼオライトの含量が増
大するにしたがって、紙端からの液体の浸透量が低減す
る。試験例9と試験例10を比較すると、ゼオライトを
アルキルケテン二量体より先に添加した方が、その逆の
順序で添加を行った場合より、サイジングの効果が高い
ことがわかる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ウルフ カールソン スウェーデン国、エス−427 00 ビル ダル、アスダムスバゲン 13 (56)参考文献 特開 昭61−70098(JP,A) 特開 昭64−85113(JP,A) 特開 平2−235740(JP,A) 大江礼三郎 「紙およびパルプ製紙の 化学と技術」第3巻(S58) 中外産業 調査会 P.135,136

Claims (9)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 リグノセルロース含有繊維の懸濁液を紙
    層形成し、かつ該懸濁液をゼオライトの存在下で脱水す
    ることにより、サイジング紙またはパルプを製造する方
    法であって、前記ゼオライトが残留ブタノール試験法に
    より測定された残留ブタノール量が0.5重量%以下と
    いう疎水性を有するサイジング剤であることを特徴とす
    る方法。
  2. 【請求項2】 前記ゼオライトの疎水性が、残留ブタノ
    ール試験法により測定された残留ブタノール量が0.0
    01〜0.3重量%の範囲であることを特徴とする請求
    記載の方法。
  3. 【請求項3】 前記ゼオライトの、四面体に配位したS
    iO:Alのモル比が、少なくとも約10:1
    であることを特徴とする請求項または記載の方法。
  4. 【請求項4】 ゼオライトの添加量が、乾燥繊維および
    必要に応じて用いる填料1トン当たり、約0.05kg
    〜約50kgの範囲であることを特徴とする請求項
    または記載の方法。
  5. 【請求項5】 前記脱水を通常のサイジング剤の存在下
    で行うことを特徴とする請求項記載の方法。
  6. 【請求項6】 前記の通常のサイジング剤がアルキルケ
    テン二量体(AKD)、アルケニル琥珀酸無水物(AS
    A)またはそれらの組み合わせであることを特徴とする
    請求項記載の方法。
  7. 【請求項7】 前記ゼオライトを、通常のサイジング剤
    を含有する分散液の形態で添加することを特徴とする請
    求項または記載の方法。
  8. 【請求項8】 前記ゼオライトを、通常のサイジング剤
    の前に添加することを特徴とする請求項または記載
    の方法。
  9. 【請求項9】 前記ゼオライトを、抄紙機のヘッドボッ
    クス直前で添加することを特徴とする請求項記載の方
    法。
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