JP3125489B2 - 微細リグノセルロース繊維およびその繊維を用いた紙製品 - Google Patents

微細リグノセルロース繊維およびその繊維を用いた紙製品

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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、木材および非木材から
得られる微細リグノセルロース繊維に関し、特に紙中に
含有させた場合に、紙の不透明度,平滑性および腰(剛
度)を向上させるリグノセルロース繊維に関するもので
ある。
【0002】
【従来の技術】従来、木材および非木材からリグノセル
ロース繊維を製造する方法としては材料となる木材およ
び非木材をグラインダーやリファイナー等で処理して得
られるGP,RGP,TMP等のメカニカルパルプ化
法、あるいは木材および非木材を薬品(亜硫酸ナトリウ
ム,または水酸化ナトリウム)で処理して、リファイナ
ー等の機械処理を施して得られるCGP,CTMP等の
ケミメカニカルパルプ化法が知られている。これらパル
プ化法に使用される木材および非木材は単繊維化を容易
にするために新鮮なものが使用されている。また、GP
の場合は丸太を使用し、RGP,TMP,CGP,CT
MPは丸太をチッパーとスクリーンで処理して小片(厚
さ4〜10mm,幅25mm前後,繊維方向の長さ15
〜35mm)にして使用されている。
【0003】一般に、これらのメカニカルパルプ化法や
ケミメカニカルパルプ化法で得られたリグノセルロース
繊維は通常の化学パルプに比較し、長繊維や結束繊維が
多く、不透明度や印刷インキの受理性を必要とする新聞
紙や中質紙等に専ら利用されている。しかし、これら不
透明度や印刷インキの受理性に関与するものはリグノセ
ルロース繊維のうち、微細繊維フラクションであり、長
繊維フラクションは殆ど寄与していない。
【0004】既述したように上記の如きリグノセルロー
ス繊維はその大半は長い繊維や結束繊維を含有してお
り、そのまま紙中に入れると平滑性や紙面状態を悪化さ
せるといった難点を抱えている。そのために、実用にお
いては、適宜リファイナー処理等により、繊維を細片化
する等の対策が採られてはいるものの、紙力や不透明
度、さらには平滑性等の品質を総合的に高品位に維持す
る上からは、未だ不満足な結果しか得られていないのが
実状である。また、一般に紙の不透明度を上げる方法と
しては、例えばタルク,クレー,炭酸カルシウム,酸化
チタン等の抄紙用内添填料を使用する方法があるが、こ
のような鉱物顔料を使用すると紙の緊度が上がるため
に、嵩高で軽量な紙製品を得ることが難しく、さらに紙
腰が弱くなるという難点を有している。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上記の如き実状から、
本発明者等は、特に軽量紙として、不透明性および平滑
性に優れ、且つ紙腰の強い製品を得るための紙原料につ
いて鋭意検討を重ねた。その結果、木材および非木材か
ら得られるリグノセルロース繊維のうち、特定の繊維分
を紙料として使用すると、上記の如き品質を低下させる
ことなく、高品位の紙質を維持した紙製品が得られるこ
とを見出したのである。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は、木材および非
木材から得られる微細リグノセルロース繊維において、
該繊維の長さがJIS−Z−8801に規定される目開
き106μmの標準篩を通過する繊維の長さであり、且
つ該繊維のJIS−P−8211に規定されるKapp
a−Noが80〜250およびJ.TAPPI No.26
に規定される保水度が20〜200%であることを特徴
とする微細リグノセルロース繊維および前記微細リグノ
セルロース繊維を配合して得られる紙製品である。
【0007】
【作用】本発明で使用される木材および非木材について
は特に限定されるものではなく、例えばメカニカルパル
プ(以後、MPと呼称),ケミメカニカルパルプ(CM
P),クラフトパルプ(KP)に使用する丸太やチッ
プ、一般的に燃料として使用しているチップダスト(5
〜6mmφのチップスクリーンの通過分)や鋸屑等、さ
らにはMPやCMPのスクーリン工程のリジェクト等が
例示され、リグニンを含有する木材および非木材繊維で
あればよい。しかし、MP,CMP,KPで使用される
高価な原料を使用するより、廃物に近いチップダストや
鋸屑等、あるいはMPやCMPのスクーリン工程のリジ
ェクトを使用するのが経済的であり、且つ、資源保護や
環境破壊の面からも好ましい実施態様である。
【0008】なお、木材および非木材から微細リグノセ
ルロース繊維を得る方法としては、酸加水分解と機械的
処理(磨砕,粉砕,分級等)とを併用する方法、あるい
は機械的処理(磨砕,粉砕,分級等)のみによる方法が
ある。しかし、機械的処理のみの場合は電力を非常に多
く消費するため、酸加水分解と機械的処理とを併用した
方法が省エネルギー面から好ましい方法である。
【0009】本発明では、上記の如き方法で得られた微
細リグノセルロース繊維(以後、微細繊維と呼称する)
のうち、下記に詳述するように3つの要件を同時に満足
する繊維分について特定するものである。
【0010】第1は、繊維長さがJIS−Z−8801
で規定される目開き106μmの標準篩を通過した繊維
長さを有するものであること。因みに、目開き106μ
mの標準篩の残渣には非常に多くの結束繊維片が残って
おり、分級せずに紙原料とした場合にはこの結束繊維片
が原因となって、紙の表面の平滑性を著しく悪化させ
る。一方、目開き106μmの標準篩を通過した微細繊
維には殆ど結束繊維片が存在しておらず、紙の原料とし
て使用した場合、使用していない場合と比較し、得られ
る紙表面の平滑性の低下は極めて小さいものである。
【0011】第2には、上記微細繊維のKappa−N
o(JIS−P−8211)が80〜250であるこ
と。ここでいうKappa−Noは繊維中のリグニン量
を示す指標であり、Kappa−Noの数値が高い方が
リグニン量が多い。因みに、紙の原料に使用する場合、
Kappa−Noが80未満では、紙の不透明度向上効
果が小さく、一方、250を越えると微細繊維中のセル
ロース分の加水分解が進み過ぎて、紙の強度が低下する
ので好ましくない。従って、本発明では、微細繊維の繊
維長さとそのKappa−Noを既述した如く特定した
ものを使用することにより、本発明が所望する効果が効
率良く達成されるものである。
【0012】なお、微細繊維のKappa−Noを調節
する方法としては、微細繊維を酸加水分解や脱リグニン
する工程での処理条件を適宜選択することにより行うこ
とができる。例えば、Kappa−Noを高くしたい場
合には、酸(塩酸や硫酸等)加水分解の処理条件の強
化、即ち酸濃度を高めたり,処理温度を高めたり,ある
いは処理時間を長くする等して木材や非木材中のヘミセ
ルロースやセルロースの加水分解度を大きくしてヘミセ
ルロースやセルロースの溶出量を多くしてやることによ
りその目的を達成することができる。なお、この場合、
リグニンへの影響は殆どないので、相対的にリグニンの
量が多くなり、結果としてKappa−Noが高くな
る。他方、Kappa−Noを低くしたい場合には、化
学パルプの製造に使用される蒸解や漂白薬品を用いて脱
リグニン処理、その条件を適宜調節することにより所要
のKappa−Noに調整することができる。なお、こ
の場合は、上記の場合とは反対にヘミセルロースやセル
ロースへの影響は少ないので、結果的にKappa−N
oが下がることになる。
【0013】さらに、第3として、上記微細繊維のJ.
TAPPI No.26に規定される保水度が20〜200
%の範囲にあること。なお、ここでいう保水度とは繊維
の膨潤度を示す指標であり、値が大きくなる程、繊維の
膨潤度が大きくなり、濾水性を悪化させるものである。
他方、紙の原料とした場合、紙の強度は増加するもので
ある。因みに、紙の原料として使用する場合、保水度が
20%未満であると紙力の低下が大きい。他方、200
%を越えると、紙力の低下は大きくないが、抄紙工程で
の濾水性低下による生産性や乾燥性の低下、さらには微
細リグノセルロース繊維の製造過程における乾燥性の低
下等も懸念され、生産性の悪化や消費電力、蒸気の消費
量増加等が懸念される。
【0014】なお、この微細繊維の保水度を調節する方
法としては、酸による加水分解の処理条件を適宜選択す
ることによって、その目的を達成することができる。例
えば、保水度を高めたい場合には、酸(塩酸や硫酸等)
濃度を薄くしたり,処理温度を下げたり,あるいは処理
時間を短くする等の方法によって調節が可能である。他
方、保水度を低下させる場合には、上記の方法と逆の条
件を適宜選択することによって目的を達成することがで
きる。因みに、MPやCMP繊維の目開き106μm以
下の篩を通過し、目開き45μmの篩に留まるフラクシ
ョンの保水度は250%以上であり、この場合にも、上
記の如き酸加水分解の条件を適宜選択することによっ
て、所要の保水度を有する繊維を得ることができる。
【0015】微細繊維の白色度については特に限定する
ものでなく、目標としている品質に応じて適宜選定すれ
ば良い。例えば、白色度を上げたい場合には、リグニン
保存漂白として知られている過酸化水素や過酸化ソーダ
で漂白すれば良い。
【0016】かくして得られた微細繊維は抄紙用パルプ
繊維として、例えば全パルプ繊維に対し5〜30重量%
程度の範囲で配合した場合、得られる紙の不透明度,平
滑度,あるいは紙腰(剛度)といった紙品質を低下させ
ることなく、優れた紙製品を提供できるものである。
【0017】
【実施例】以下に、実施例を挙げて本発明をより具体的
に説明するが、勿論これらに限定されるものでない。な
お、例中の部および%は、特に断らない限り、それぞれ
重量部および重量%を示す。
【0018】実施例1 広葉樹チップダストを目開き2mmの標準篩にかけて処
理し、篩上に残ったチップダストを酸加水分解処理(液
比1:10,H2 SO4 濃度:1N,温度:85℃,2
時間)した後、水洗し、水酸化ナトリウムで中和し、乾
燥する。この乾燥物をウイレーミルで粉砕し、この粉砕
物をJIS−Z−8801の目開き106μmの標準篩
にかけて処理し、篩を通過した微細粉砕物を得た。次
に、この微細粉砕物の固形分に対し過酸化水素5%,水
酸化ナトリウム4%,ケイ酸ナトリウム3%,硫酸マグ
ネシウム0.05%を添加し、微細粉砕物の濃度が10
%、温度70℃の条件下で3時間漂白処理をし、漂白後
水洗して、微細リグノセルロース繊維を得た。このリグ
ノセルロース繊維のKappa−NoをJIS−P−8
211に準じ、さらに保水度をJ.TAPPI No.26
に準じてを測定し、得られた結果を表1に示した。
【0019】上記の微細リグノセルロース繊維10部と
フリーネス500mlのLBKP90部とを混合し、こ
のパルプスラリ−に歩留向上剤(商品名;DC−4/ミ
サワセラミックケミカル社製)を絶乾パルプに対して
0.02%添加し、手抄きマシンを使用して坪量60g
/m2 のシートを作成した。
【0020】実施例2 鋸屑を目開き1mmの標準篩で振って、篩上に残った鋸
屑を酸加水分解処理(液比1:10,H2 SO4 濃度:
4N,温度:80℃,3時間)した後、水洗し、水酸化
ナトリウムで中和し、乾燥する。この乾燥物をウイレー
ミルで粉砕し、この粉砕物をJIS−Z−8801の目
開き75μmの標準篩にかけて処理を行い、篩を通過し
た微細粉砕物を得た。次に、この微細粉砕物の固形分に
対し過酸化水素5%,水酸化ナトリウム4%,ケイ酸ナ
トリウム3%,硫酸マグネシウム0.05%を添加し、
微細粉砕物の濃度が10%、温度70℃の条件下で3時
間漂白処理をし、漂白後水洗して、微細リグノセルロー
ス繊維を得た。実施例1と同様にしてこのリグノセルロ
ース繊維のKappa−Noおよび保水度を測定し、得
られた結果を表1に示した。
【0021】この微細リグノセルロース繊維10部とフ
リーネス500mlのLBKP90部とを混合し、この
パルプスラリ−に歩留向上剤(商品名;DC−4/ミサ
ワセラミックケミカル社製)を絶乾パルプに対して0.
02%添加し、手抄きマシンを使用して坪量60g/m
2 のシートを作成した。
【0022】実施例3 CGPのスクリーン粕を酸加水分解処理(液比1:1
0,H2 SO4 濃度:0.5N,温度:70℃,2時
間)した後、水洗し、水酸化ナトリウムで中和し、乾燥
する。この乾燥物をウイレーミルで粉砕し、この粉砕物
をJIS−Z−8801の目開き45μmの標準篩にか
けて処理を行い、篩を通過した微細粉砕物を得た。次
に、この微細粉砕物の固形分に対し過酸化水素5%,水
酸化ナトリウム4%,ケイ酸ナトリウム3%,硫酸マグ
ネシウム0.05%を添加し、微細粉砕物の濃度が10
%、温度70℃の条件下で3時間漂白処理をし、漂白後
水洗して、微細リグノセルロース繊維を得た。この繊維
のKappa−Noおよび保水度を測定し、得られた結
果を表1に示した。
【0023】この微細リグノセルロース繊維10部とフ
リーネス500mlのLBKP90部とを混合し、この
パルプスラリ−に歩留向上剤(商品名;DC−4/ミサ
ワセラミックケミカル社製)を絶乾パルプに対して0.
02%添加し、手抄きマシンを使用して坪量60g/m
2 のシートを作成した。
【0024】実施例4 実施例1で過酸化水素漂白の前処理として、亜塩素酸ソ
ーダを微細繊維粉砕物の固形分に対し3%添加し、酢酸
でpH4になるように調節し、温度60℃で3時間処理
し、処理後水洗した他は実施例1と同様にして微細繊維
粉砕物(微細リグノセルロース繊維)を得た。この繊維
のKappa−Noおよび保水度を測定し、得られた結
果を表1に示した。この微細繊維10部とフリーネス5
00mlのLBKP90部とを混合し、得られたパルプ
スラリ−に歩留向上剤(商品名;DC−4/ミサワセラ
ミックケミカル社製)を絶乾パルプに対して0.02%
添加し、手抄きマシンを使用して坪量60g/m2 のシ
ートを作成した。
【0025】比較例1 実施例1でJIS−Z−8801の目開き106μmの
標準篩にかけて処理し、篩上に存在する粉砕物を微細繊
維として用いた他は実施例1と同様にしてKappa−
Noおよび保水度を測定し、シートを作成した。
【0026】比較例2 実施例2で酸加水分解処理の条件をH2 SO4 濃度を1
0N,温度:90℃3時間に変更した他は実施例2と同
様にして粉砕物を得、実施例2と同様にしてKappa
−Noおよび保水度を測定し、シートを作成した。
【0027】比較例3 Kappa−Noが50のサルファイトパルプを使用し
た他は実施例1と同様にして粉砕物(微細繊維)を得、
実施例1と同様にしてKappa−Noおよび保水度を
測定し、同粉砕物10部とフリーネス500mlのLB
KP90部と混合した他は実施例1と同様にしてシート
を作成した。
【0028】比較例4 フリーネス500mlのLBKPを微細繊維として使用
し、実施例1と同様にしてKappa−Noおよび保水
度を測定し、前記LBKP100部を用いた他は実施例
1と同様にしてシートを作成した。
【0029】比較例5 比較例4において、パルプシート作成に当たり抄紙用填
料としてタルク(紙灰分10%)を配合した以外は、比
較例4と同様にしてシートを作成した。
【0030】比較例6 晒CTMP(白色度82%)の篩分けを行って、JIS
−Z−8801の目開き106μmの標準篩を通過し、
目開き45μmの標準篩上に留まった微細繊維を得た。
この繊維について、実施例1と同様にしてKappa−
Noおよび保水度を測定し、この微細繊維10部とフリ
ーネス500mlのLBKP90部とを混合し、その他
は実施例1と同様にしてシートを作成した。
【0031】かくして、得られた10種類のシートにつ
いて下記の如き評価法に基づいて紙質試験を行い、得ら
れた結果を表1に示した。
【0032】〔不透明度〕JIS−P−8138に準じ
て測定した(%)。
【0033】〔ベック平滑度〕JIS−P−8119に
準じて測定した(秒/10cc)。値が大きい程、平滑
性が良い。
【0034】〔裂断長〕JIS−P−8113に準じて
測定した(Km)。
【0035】〔剛度〕J.TAPPI−No.40に準
じて測定した(mg)。値が大きい程、紙腰が強い。
【0036】〔保水度〕J.TAPPI No.26に準じ
て測定した(%)。
【0037】〔濾水性〕米坪60g/m2 のシート作成
時におけるワイヤー(150メッシュ)上での原料脱水
時間を測定した(秒)。値が大きい程、濾水性が悪い。
【0038】
【表1】
【0039】
【発明の効果】表1の結果から明らかなように、本発明
の実施例により得られた微細リグノセルロース繊維を紙
の原料に使用した場合、平滑度,不透明度,さらに裂断
長(紙力)や紙腰等の品質を殆ど低下させることなく、
高品位の紙製品を得ることができた。

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】木材および非木材から得られる微細リグノ
    セルロース繊維において、該繊維の長さがJIS−Z−
    8801に規定される目開き106μmの標準篩を通過
    する繊維の長さであり、且つ該繊維のJIS−P−82
    11に規定されるKappa−Noが80〜250およ
    びJ.TAPPI No.26に規定される保水度が20〜
    200%であることを特徴とする微細リグノセルロース
    繊維。
  2. 【請求項2】請求項1記載の微細リグノセルロース繊維
    を配合して得られる紙製品。
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