JP3163188B2 - 紙の常態強度を高めるための紙製造法 - Google Patents

紙の常態強度を高めるための紙製造法

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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、パルプ供給物にカチオ
ン性ポリマーとアニオン性ポリマーの組み合わせ物を加
えることを含む、紙の柔軟性さを低下させることなく、
製造された紙の常態強度を高めるための紙製造法に関す
る。
【0002】
【従来の技術】ティシューメーカーやタオルメーカーが
直面している主要な問題の1つは、ティシューやタオル
等の紙製品(高度の柔軟性と常態強度が必須である)に
おいてその常態強度が許容限度を越えて低下することで
あり、これは、再使用パルプもしくは二次パルプ(se
condary pulp)、ケミサーモメカニカルパ
ルプ(chemithermomechanical
pulp)(CTMP)、および砕木パルプ等の使用割
合が多くなってきていること、そしてそのために平均繊
維長が低下していることが原因である。柔軟性は、高品
質のティシューやタオルの製造に使用される紙に求めら
れる極めて重要な特性であり、紙の強度増大をもたらす
手順改良や添加剤は通常、紙の柔軟性を低下させるかあ
るいは剛性を増大させる。したがって、紙の柔軟性に悪
影響を及ぼすことなく紙の強度を高める有効な添加剤が
求められている。
【0003】ティシューメーカーとタオルメーカーは、
製品の柔軟性をヒューマンパネル(human pan
el)の触感的認知により評価している。これは非常に
主観的な試験であるので、ある1つの実験室的試験評価
と触感的試験結果とに相関性を見いだすのは困難な場合
がある。しかしながら、業界関係者の広範な研究努力に
より、折り曲げ剛性(bending stiffne
ss)試験それ自体、または引張剛性データと組み合わ
せたものの結果は、人間による触感的認知評価とよく相
関していることが明らかとなった。ヨーロッパ特許公報
第0362770A2号(出願番号89118245.
3)は、製紙プロセスにおける強度アップ用添加剤とし
ての、カチオン性ポリマーとアニオン性ポリマーとの混
合物(黒液を含有した非さらしパルプにとっては必須で
ある)を開示している。該混合物は、2dl/g以上の
比粘度と0.2〜4meq/gの電荷密度を有する水溶
性のカチオン性線状ポリマー、および5meq/g以下
の電荷密度を有していて、水の存在下でカチオン性ポリ
マーと反応して高分子電解質錯体を形成することのでき
る水溶性のアニオン性ポリマーを含んでいる。カチオン
性グアー(例えば、グリシジルトリメチルアンモニウム
クロライドを使用して“誘導”されたグアー)やカチオ
ン性アクリルアミドコポリマーと、アニオン性ポリマー
〔黒液中にすでに含まれているアニオン性ポリマー(カ
ルボキシメチルナトリウムグアーも含む)の他に〕との
組み合わせ物が開示されている。好ましいアニオン性ポ
リマーの含量は、化学パルピングまたは機械的パルピン
グで造られた非さらしパルプ中に天然に存在するポリマ
ーによって構成されている。
【0004】米国特許第3,058,873号は、紙の
湿潤強度を改良するための、ポリアミド−エピクロロヒ
ドリン樹脂とセルロースエーテルもしくはカチオン性ス
ターチとの組み合わせ物〔特に、CMC CT、粗製工
業用グレードのカルボキシメチルセルロース(CM
C)、およびポリアミド−エピクロロヒドリン樹脂の使
用〕を開示している。日本特許出願JP5310680
3Aは、セルロース系材料、カルボキシアルキルセルロ
ース、およびポリアミド−エピクロロヒドリン樹脂から
シートを形成し、これを乾燥し、そして酸で処理するこ
とによって、改良された湿潤強度と透明性をもった紙を
製造することを開示している。具体的には、該特許の方
法は、(1)(a)セルロース系材料と(b)部分置換
されたカルボキシ−(低級アルキル)−セルロース〔置
換度(D.S.)が0.10〜0.50〕との混合物か
らシートを作製し、次いで得られたシートに(c)ポリ
アミド−エピクロロヒドリン樹脂を塗布する工程〔ある
いは、(a)+(b)+(c)の混合物からシートを作
製する工程〕;(2)シートを乾燥する工程;および
(3)乾燥したシートを酸希釈溶液で処理する工程;を
含む。ポリアミド−エピクロロヒドリン樹脂が存在する
場合は、部分置換された低級アルキルカルボキシル化セ
ルロース(通常はD.S.が0.10〜0.50のCM
C)がセルロース系パルプにしっかり固定される。
【0005】米国特許第4,925,530号は、製紙
用繊維の水性分散液と充填剤の水性分散液をアニオン性
ポリマーまたはカチオン性ポリマーで別々に処理し、次
いで充填剤または繊維の一方を反対電荷のポリマーで処
理する、というプロセスを開示している。懸濁液を混合
して製紙用原質を形成させ、これから従来法にしたがっ
てコート紙が製造される。個々の処理用ポリマーとし
て、アニオン性ガムやカチオン性ポリアクリルアミトが
挙げられている。Sinclairらの紙物品は、いず
れも充填剤としてチョークやクレー(供給システムの一
部である)を含有しており、当然のことながら紙の強度
が大幅に低下する。充填剤が存在すると紙の強度が低下
するので、プロセスの目的は、強度をあまり低下させる
ことなく系中に組み込むことのできる充填剤の量を増大
させること、および製紙プロセスにおける充填剤の損失
を防止することにある。
【発明が解決しようとする課題】公知のプロセスより効
率的に紙の常態強度を高めるためのカチオン性ポリマー
とアニオン性ポリマーとの組み合わせ物を使用した、さ
らしパルプ供給物からの紙製造法を提供することが望ま
しい。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、紙の柔
軟性を低下させることなく紙の常態強度を高めるための
紙製造法は、(1) カルボキシメチルグアー、カルボ
キシメチルビーンガム、カルボキシメチルヒドロキシエ
チルグアー〔例えば、Aqualon社からギヤラクシ
ー(Galaxy)707Dの商品名で、またHi−T
ek社からジャガー(Jaguar)8707の商品名
で市販されている〕、およびカルボキシメチルヒドロキ
シプロピルグアー(例えば、Hi−Tek社からジャガ
ー8600の商品名で市販)、からなる群から選ばれる
アニオン性ポリマー;および(2) カチオン性グア
ー、カチオン性アクリルアミドコポリマー、カチオン性
ビーンガム、およびポリメリックアミン−エピクロロヒ
ドリン樹脂であるカチオン性湿潤紙力増強用樹脂〔例え
ば、ポリアミド−エピクロロヒドリン(PAE)樹脂、
ポリアルキレレポリアミン−エピクロロヒドリン(PA
PAE)樹脂、またはアミンポリマー−エピクロロヒド
リン(APE)樹脂などであって、二塩基酸(より好ま
しくはアジピン酸)とポリアルキレンポリアミン(より
好ましくはポリエチレンポリアミン)との反応生成物が
好ましく、このときアゼチジニウム官能価もしくはエポ
キシド官能価を有するポリアミド−エピクロロヒドリン
樹脂が得られるよう、アミンポリマー−エピクロロヒド
リン樹脂のアミン基がエピクロロヒドリンでアルキル化
・架橋化されている〕からなる群から選ばれるカチオン
性ポリマー;を、さらしパルプ供給物に別々あるいは一
緒に加えることを含む。
【0007】ポリアミド−エピクロロヒドリン樹脂は、
より具体的にはポリ(アミノアミド)−エピクロロヒド
リン樹脂として表すことができ、ポリアミド−ポリアミ
ン−エピクロロヒドリン樹脂と呼ばれることもある。カ
チオン性添加剤が湿潤紙力増強用樹脂であれば、本発明
の利点が達成され、紙の湿潤強度がさらに増大する。さ
らしパルプ供給物において、本発明による添加剤組み合
わせ物は、常態強度アップ用添加剤としてそれぞれ同量
のカチオン性グアーやアニオン性グアーよりはるかに有
効であり、このとき同時に、従来の常態強度アップ用添
加剤を加えていない紙において見られるのと実質的に同
程度の柔軟性(折り曲げ剛性によって測定)が保持され
る。アニオン性グアーとカチオン性アクリルアミドコポ
リマーとの組み合わせ物も同様に、常態強度アップ用添
加剤として、同レベルの添加量においてはアクリルアミ
ドコポリマー単独より有効である。これらの利点は、本
発明のプロセスにおいてさらしパルプが使用される場合
にのみ達成される。湿潤紙力増強用樹脂は、本発明にし
たがってアニオン性グアー/カチオン性グアー組み合わ
せ物に加えるのが好ましい。アニオン性グアー、カチオ
ン性グアー(またはアクリルアミドコポリマー)、およ
び湿潤紙力増強用樹脂の組み合わせ物は、他の条件はす
べて同じであるとして、カチオン性グアー(またはアク
リルアミドコポリマー)と湿潤紙力増強用樹脂との組み
合わせ物より有効である。またアニオン性グアーと湿潤
紙力増強用樹脂との組み合わせ物と少なくとも同程度に
有効である。
【0008】本発明による混合物の各成分の透明溶液を
一緒に加えると、通常コアセルベートと呼ばれる微細コ
ロイド粒子の凝集体(ある物理的もしくは化学的な力に
よって互いに結合していると考えられる)が形成され
る。こうした組み合わせ物を使用すると、同じ量のカチ
オン性グアーまたはアニオン性グアーを使用するより高
い紙の強度アップが得られ、微細コロイド粒子の凝集体
からの相乗効果(同じアニオン性化合物およびカチオン
性化合物を個々にパルプ系に加えることによって得られ
る結果と実質的に同一である)を示している。カチオン
性添加剤は、パルプ系に個々にまたはコアセルベートと
して、アニオン性化合物と一緒に加える場合は、湿潤紙
力増強用樹脂であってもよい。いずれの場合において
も、アニオン性化合物が存在すると、湿潤紙力増強用樹
脂の効率を大幅に高め、またコアセルベートの使用は処
理しやすいという利点を有する。
【0009】本発明はさらに、紙の柔軟性を実質的に低
下させることなく、製造された紙の常態強度を高めるた
めの、紙パルプスラリー変性用組成物であって、(1)
カルボキシメチルグアー、カルボキシメチルビーンガ
ム、カルボキシメチルヒドロキシエチルグアー、および
カルボキシメチルヒドロキシプロピルグアー、からなる
ポリマー群から選ばれるアニオン性ポリマー成分;およ
び(2)カチオン性グアー、カチオン性アクリルアミド
コポリマー、カチオン性ビーンガム、カチオン性湿潤紙
力増強用樹脂、およびカチオン性湿潤紙力増強用樹脂と
前記カチオン性ポリマーの少なくとも1種との組み合わ
せ物、からなるポリマー群から選ばれるカチオン性ポリ
マー成分、このとき前記湿潤紙力増強用樹脂が、ポリア
ミド−エピクロロヒドリン(PAE)樹脂、ポリアルキ
レンポリアミン−エピクロロヒドリン(PAPAE)樹
脂、およびアミンポリマー−エピクロロヒドリン(AP
E)樹脂、からなる群から選ばれるアミンポリマー−エ
ピクロロヒドリン樹脂であって、アゼチジニウム官能価
もしくはエポキシド官能価を有するポリアミン−エピク
ロロヒドリン樹脂が得られるよう、アミン基がエピクロ
ロヒドリンでアルキル化されている;を含む。
【0010】前記組成物においては、好ましくは、アニ
オン性ポリマー成分はカルボキシメチルグアーであり、
そしてカチオン性ポリマー成分はカチオン性グアーと湿
潤紙力増強用樹脂である。前記湿潤紙力増強用樹脂は、
3〜10個の炭素原子を有する飽和脂肪族ジカルボン酸
と、2〜4個のエチレン基、2個の第一アミン基、およ
び1〜3個の第二アミン基を有するポリアルキレンポリ
アミン(例えば、ジエチレントリアミン、トリエチレン
テトラミン、およびテトラエチレンペンタミン)とを反
応させて、エピクロロヒドリンでアルキル化されてPA
E樹脂を形成する第二アミン基をもったポリ(アミノア
ミド)を形成させることによって得られる。湿潤紙力増
強用樹脂はキメン(Kymene)557H(ハーキュ
レス社から市販)が最も好ましく、この場合、アジピン
酸とジエチレントリアミンとを反応させてポリ(アミノ
アミド)を形成させ、これをエピクロロヒドリンでアル
キル化・架橋化してPAE樹脂としている。本発明はさ
らに、本発明による前記組成物を含有した紙物品;およ
びアニオン性グアーとカチオン性グアーとの混合物を
(好ましくは水性懸濁液として)紙パルプスラリーに加
える工程、次いで湿潤紙力増強用樹脂を加えてスラリー
状組成物を形成させる工程を含んだ前記組成物作製法;
を含む。
【0011】通常のウエットエンド製紙条件下において
は、本発明による添加剤の組み合わせ物を使用すると、
イオン結合により紙の強度がアップする。こうした強度
アップは、タオル、トイレットティシュー、あるいは柔
軟性と常態強度もしくは常態強度と湿潤強度の組み合わ
せ(このとき柔軟性の悪化がない)が有用な特性である
ような他のファインペーパーにとっては重要な点であ
る。カチオン性グアー分子は、そのイオン性基の全て
を、反対電荷のセルロース繊維イオン性基との結合に利
用できる形で有している。したがって、カチオン性グア
ーそれ自体が、多数のイオン結合を与えると考えられ
る。アニオン性グアーとカチオン性グアーを、パルプの
存在下またはそれら自体のみで混合すると、これらの間
で相互作用が起こり、この結果、セルロース繊維と結合
する組み合わせにおいてイオン結合部位の数は少なくな
る。(キメン557Hのような湿潤紙力増強用樹脂が添
加剤系中に組み込まれている場合は、同様の効果が起こ
る)。したがって、組み合わせ物のより高い効果は期待
できない。特に、黒液を含有した非さらしパルプと共に
使用される場合は期待できない。
【0012】種々のグアー添加剤を使用して得られる結
果によれば、アニオン性グアー添加剤とカチオン性グア
ー添加剤の相乗効果は、化合物の鎖長および分子量(溶
液粘度により測定)とは無関係である。さらに、添加剤
の電荷密度とも無関係である。しかしながら、組み合わ
せ物の有効性の程度は分子量に依存する。比較的高い分
子量のグアーを使用すると、比較的高い紙強度が得られ
る。グアーは、ガラクトースとマンノース(通常は1:
2)からなる天然コポリマーであって、λ−D−ガラク
トピラノシル(λ−D−galactopyranos
yl)単位を側鎖としてもったβ−d−mamopyr
ansyl単位の直鎖をなしている。アニオン性グアー
は、天然グアーと苛性アルカリとを反応させ、次いでモ
ノクロロアセテートと反応させることによって得られ
る。このようにして得られる生成物はカルボキシメチル
グアー(CMG)である。同様に、カルボキシメチルヒ
ドロキシプロピルグアー(CMHPG)は、天然グアー
と苛性アルカリとを反応させ、次いでモノクロロアセテ
ートおよびプロピレンオキシドと反応させることによっ
て得られる。CMGの例はギャラクシー707D(Aq
ualon)とジャガー8707(Hi−Tek)であ
り、CMHPGの例はWG−18(Aqualon)と
ジャガー8600(Hi−Tek)である。アニオン性
グアー添加剤の他の例としては、カルボキシメチルヒド
ロキシエチルグアーがある。
【0013】カチオン性グアーは、天然グアーを苛性ア
ルカリと反応させ、次いで第四アンモニウムクロライド
と反応させることによって得られ、ダウからダウクォー
ト(Dow Quart)188として市販されている
〔このようなカチオン性グアーはゲンドライブ(Gen
drive)162の商品名で市販されている〕。天然
グアーガムの構造は次の通りである:
【化1】 ポリアクリルアミドは、アクリルアミドとN,N’−メ
チレンビスアクリルアミドとの重合によって得られる。
カチオン性ポリアクリルアミドは通常、ポリアクリルア
ミドとアクリルオキシトリメチルアンモニウムクロライ
ド(ATMAC)、メチルアクリルオキシトリメチルア
ンモニウムクロライド(MTMAC)、またはジアリル
ジメチルアンモニウムクロライドとを反応させることに
よって得られる。好ましい湿潤紙力増強用樹脂は、3〜
10個の炭素原子を有する飽和脂肪族ジカルボン酸(好
ましくはアジピン酸)と、2〜4個のエチレン基、2個
の第一アミン基、および1〜3個の第二アミン基を有す
るポリアルキレンポリアミン(例えば、ジエチレントリ
アミン、トリエチレンテトラミン、テトラエチレンペン
タミン)とを反応させて、エピクロロヒドリンでアルキ
ル化されて第三アミノクロロヒドリン基を形成する第二
アミン基をもったポリ(アミノアミド)を形成させるこ
とによって得られる。紙の湿潤強度付与の原因と考えら
れるこれらの基は、自己アルキル化してヒドロキシアゼ
チジニウム基を形成する。これらの基はカチオン性であ
る。アミノポリアミド主鎖またはポリアミン主鎖中に第
三アミンが存在すれば、第四エポキシド基が生成され
る。これらの湿潤紙力増強用樹脂を合成するための実際
の手順は所望する生成物によって異なるが、アミノポリ
アミド−エピクロロヒドリン官能価を生成させる目的は
変わらない。
【0014】最も好ましいのはキメン(登録商標)湿潤
紙力増強用樹脂である。ハーキュレス社から入手しうる
湿潤紙力増強用樹脂のいくつかの例としては、キメン5
57H、キメン450、キメン2064(重合してアミ
ンポリマー前駆体となるメチルジアリルアミンモノマー
をベースとしたAPE樹脂)、およびキメン557LX
等の吸収されにくい有機ハロゲン化物(AOX)品など
がある。最も好ましいのはキメン557Hであり、アジ
ピン酸とジエチレントリアミン(DETA)とを反応さ
せてポリ(アミノアミド)を形成させ、これをエピクロ
ロヒドリンでアルキル化・架橋化してPAE樹脂、すな
わちアジピン酸−DETAポリ(アミノアミド)エピク
ロロヒドリンを形成させる。添加剤の使用量と種類は、
パルプ特性のタイプによって異なる。アニオン性添加剤
とカチオン性添加剤との比は、通常1/20〜10/
1、好ましくは2/1〜1/2、そして最も好ましくは
約1/1である。本発明による組み合わせ物は、0.0
5〜5%(パルプのタイプによって異なるが)の量にて
パルプストックに加えると有効である。添加剤の好まし
い使用量は、パルプの乾燥重量を基準として0.1〜2
%である。
【0015】本発明の添加剤組み合わせ物は2つ以上の
成分からなるので、プラントの生産速度や最終生成物の
特性に影響を与えるよう、添加剤を種々の仕方で供給物
に加えることができる。通常の仕方は、あらかじめ定め
たシーケンスにてこれら添加剤をウェットエンド系に個
々に加えて、実験により最も望ましいことがわかってい
る生成物を得る、という方法である。しかしながら、こ
れら添加剤は、アニオン性添加剤とカチオン性添加剤と
をあらかじめ組み合わせ、こうして得られたコアセルベ
ートを加えることによって、ウェットエンド系中に導入
するのが好ましい。以下の実施例においては、バレービ
ーター(Valley beater)中で500±5
ccのカナダ標準フリーネス(Canadian St
andard Freeness)に精製したパルプか
らハンドシートを作製した。22.50%コンシステン
シーのパルプスラリーを、プロポーショナー(prop
ortioner)中にて通常の水道水で266%ソリ
ッドに希釈し、このとき本発明による添加剤組み合わせ
物を、撹拌しながらパルプに加えた。このパルプスラリ
ーのアリコートをさらに、ハンドシート成形用のデック
ルボックス(Deckle box)中で約0.023
%に希釈した。精製と製紙はpH7.5〜8.0で行っ
た。したがって、製紙プロセスは3つの主要工程からな
る。これらの工程は、(a)セルロース繊維の水性スラ
リーを作製する工程;(b)常態強度アップ用添加剤を
添加する工程;および(c)シートを作製し、所望の水
分(好ましくは3〜6%)になるまで乾燥する工程;で
ある。
【0016】工程(b)は、先ずアニオン性成分をパル
プに加え、次いでカチオレ性成分と湿潤紙力増強用樹脂
(使用する場合)を加えることによって行うことができ
る。アニオン性成分とカチオン性成分のブレンド物を、
製紙システムにおいて直接パルプ中に加えることもでき
る。個々に加える場合でも、ブレンド物の形で加える場
合でも、添加剤は抄紙機のウェットエンド中に(好まし
くは剪断状態にて)混合する。引張強さ、モジュラス、
および伸びを、標準法(指針としてTappi494)
にしたがってインストロン材料試験機により測定した。
乾燥は、水分が3〜6%となるまで行った。同じ試験法
によって、単位体積当たりの引張エネルギー(繊維が破
断する点)も求めた。これは引張エネルギー吸収(te
nsile energy absorption)
(TEA)と呼ばれる。折り曲げ剛性はHandle
O’Meter(Thwing−Albert Ins
trument Co.)により測定した。同じ試験法
により、シートの剛性、表面摩擦、および厚さの組み合
わせ効果(これが紙物品の柔軟性の主観的触感認知に影
響を与える)を調べた。(Holger Hollma
rk,TAPPI Journal,p97,Febr
uary 1983;Handbook of Phy
sical and Mechanical Test
ing of Paper and Paperboa
rd,Ed.Richard E.Mark,Ch.1
1,p511,1983)。
【0017】
【実施例】実施例1 本実施例では、70/30ノーサンソフトウッド(No
rthern Softwood)/CTMP供給物を
使用して作製したハンドシートに関して、強度特性と折
り曲げ剛性を実験室的に評価した。得られた結果を表1
に示す。先ずアニオン性添加剤をパルプに加え、次いで
カチオン性添加剤を加えた。この場合において使用した
対照標準は、同じパルプ(添加剤を含まない)で作製し
たハンドシートである。ギャラクシー707Dはカルボ
キシメチルグアー(DS 0.08)であり、ゲンドラ
イブ162は第四アンモニウムクロライドで処理したグ
アー(DS 0.075)、ジャガー8600(Hi一
Tekから市販)、およびWG−18はヒドロキシプロ
ピルカルボキシメチルグアーである。グアーAQU−3
129とHighDSカチオン性グアー(404−48
−3)は、それぞれアクアロン社とハーキュレス社から
市販されている。WC−100とハーコフロック(He
rcofloc)1129は、それぞれアクリル酸ナト
リウム−アクリルアミドコポリマーおよびポリアクリル
酸ナトリウムホモポリマーである。レテン(Rete
n;登録商標)200は、定着剤として使用されるポリ
アミド−エピクロロヒドリンポリマー材料である。“ジ
ャガー”製品はHi−Tek社から市販されている。
【表1】
【0018】実施例2 実施例1にて作製したハンドシートに関する強度特性、
引張剛性、および折り曲げ剛性の実験室的評価結果を表
2に示す。セットNo.1に使用したパルプ系は、50
/50再使用/ノーザンソフトウッドのさらしクラフト
パルプである。セットNo.2においては、100%さ
らしクラフトである。グアーを作製するプロセスは、ア
ニオン性グアーが0.15のDSを有するカルボキシメ
チルグアー(アクアロン社からAQU−D3129の商
品名で市販)であり、カチオン性グアー(アクアロン社
から404−48−3の商品名で市販)が0.10のD
Sを有する第四アンモニウム塩変性によるグアーである
こと以外は、実施例1にて説明したのと同様である。
【表2】
【0019】実施例3 70/30ノーザンソフトウッド/CTMP(No.1
と2)、および再使用パルプ(No.3〜5)を使用し
て作製したハンドシートに関する強度特性および折り曲
げ剛性の実験室的評価結果を表3に示す。パルプには、
アニオン性添加剤を加えてからカチオン性添加剤を加え
た。グアー添加剤であるギャラクシー707Dとゲンド
ライブ162は、実施例1において使用したものと同じ
である。キメン557Hはポリアミドとエピクロロヒド
リンとの反応生成物であって、従来より湿潤紙力増強用
樹脂として使用されており、ハーキュレス社から市販さ
れている。KN9−56CMGはカルボキシメチルグア
ーである。剛性データに示されているように、本発明の
組み合わせ物は、湿潤紙力増強用樹脂の存在によって引
き起こされる紙柔軟性に対する悪影響を最小限に抑えて
いる。
【表3】
【0020】比較例4 約2%の黒液を含有した非さらしクラフトを使用して作
製したハンドシートに関する強度の評価結果を表4に示
す。この結果は、アニオン性グアー添加剤とカチオン性
グアー添加剤の組み合わせ物が、同じトータル使用量に
て加えたときに、カチオン性グアー添加剤単独より有効
ではないことを示している。グアー添加剤であるギャラ
クシー707Dとゲンドライブ162は実施例1におい
て使用したものと同じである。
【表4】
【0021】比較例5 0.9%の黒液を外部から組み込んだ非さらしクラフト
を使用して作製したハンドシートに関する強度特性の評
価結果を表5に示す。この結果は、アニオン性グアーと
カチオン性グアーの組み合わせ物をこの非さらしクラフ
ト−黒液系に加える場合、同じトータル添加量において
は、実際上カチオン性グアー単独ほど有効ではないこと
を示している。グアー添加剤は実施例1において使用し
たものと同じである。
【表5】
【0022】実施例6 本実施例では、従来の抄紙機を備えた小スケールのパイ
ロットプラント〔ミシガン州カラマズーに立地、ここで
はラボラトリー・フォーマー(Laboratory
Former)と呼ぶ〕において作製した紙の強度特性
および折り曲げ剛性を調べた。試験に使用したパルプの
番号付けは次のとおりである。No.1と2は,50/
50 NSW/NHWクラフト;No.3.4,7,お
よび8は、70/30 長繊維/おがくず;そしてN
o.1と2は,70/30 バージンファイバー/損
紙;である。いずれの場合も、アニオン性添加剤とカチ
オン性添加剤(グアーまたはアクリルアミドコポリマ
ー)の組み合わせ物をパルプ中に導入し、次いで同じ量
の湿潤紙力増強用樹脂キメン557Hを導入した。使用
したアニオン性化合物はいずれもカルボキシメチルグア
ーであった。カチオン性添加剤については、パーコル
(Percol)743がポリアクリルアミドコポリマ
ーであり、その他はグアーである。2週間の自然キュア
ー後に記録した結果(表6に記載)によれば、1%のキ
メン557H単独にて得られたものを凌ぐ特性アップを
示している。これらの結果は、アニオン性成分とカチオ
ン性成分の組み合わせが、紙の湿潤強度だけでなく常態
強度に対しても相乗効果を与えている、という事実を示
している。これらの効果は、成分の一方が従来の湿潤紙
力増強用樹脂(例えばキメン557H)である場合に特
に大きい。
【表6】
【0023】実施例7 本実施例では、ラボラトリー・フォーマーにて作製した
ハンドシートに関する強度特性と折り曲げ剛性を調べ
た。使用したパルプの番号付けは次のとおりである。N
o.1〜6,55/30/15 ノーザンソフトウッド
/CTMP/再使用パルプ、およびNo.7.50/5
0 ノーザンソフトウッド/ハードウッド供給物。N
o.8の結果は、70/30 ノーザンソフトウッド/
CTMPパルプを使用したハンドシートから得た。カチ
オン性添加剤はいずれも変性したポリアクリルアミドを
使用した。パーコル743はアクリルアミドと10モル
%のMTMAC(メチルアクリルオキシトリメチルアン
モニウムクロライド)とのコポリマーであり、レテン1
57は10モル%のATMAC(アクリルオキシトリメ
チルアンモニウムクロライド)を含有し、そしてハーコ
フロック1154は6モル%のDADMAC(ジアクリ
ルオキシジメチルアンモニウムクロライド)を含有して
いる。アニオン性添加剤は、いずれもアクアロン社から
市販されているグアー物品である。これらの結果を表7
に示す。
【表7】
【0024】実施例8 本実施例では、カラマズーのラボラトリー・フォーマー
において70/30ノーザンソフトウッド/CTMP供
給物を使用して作製した紙に関して、その強度特性と折
り曲げ剛性を調べた。先ずアニオン性成分を加え、次い
でカチオン性成分を加え、そして最後に湿潤紙力増強用
樹脂(キメン557H)を加えた。表8に記載の結果
は、湿潤紙力増強用樹脂とアニオン性グアーとカチオン
性グアーとの組み合わせ物、そしてさらにはアニオン性
グアーと湿潤紙力増強用樹脂との組み合わせ物でさえ
も、同量の湿潤紙力増強用樹脂のみを使用して得られる
対応した特性に比べて、常態強度を高めるだけでなく湿
潤強度も大幅に高める、ということを示している。紙サ
ンプルの折り曲げ剛性は、これらの添加剤組み合わせ物
の存在によって悪影響を受けてはいない。AQU−D3
129,ギャラクシー707D,および0.1DSCM
Gは、アニオン性のカルボキシメチルグアーである。4
04−48−3,404−48−1,およびゲンドライ
ブ162はアクアロン社製のカチオン性グアーであり、
このうち前の2種は試作品である。同じ供給物を使用し
て対照標準を作製し、添加剤は使用しなかった。
【表8】
【0025】実施例9 本実施例では、以下のパルプから作製したハンドシート
の強度特性と折り曲げ剛性について調べた: No.1
〜4,50/50 ソフトウッドクラフト/ハードウッ
ドクラフト(SWK/HWK);No.5と6,70/
30 ノーザンソフトウッドクラフト/CTMP(NS
K/CTMP)。AQU−D3129とギャラクシー7
07Dは前述のアニオン性カルボキシメチルグアーであ
り、ゲンドライブ162は前述のカチオン性グアーであ
り、そして404−48−3は試作品段階のカチオン性
グアーである。表9に記載の結果は、アニオン性成分と
カチオン性成分をプレミックスすることにより形成され
るコアセルベートをパルプに加えることによって得られ
る紙の強度特性が、添加剤をパルプに個々に加えること
によって得られる強度特性とほぼ同じである、というこ
とを示している。コアセルベートにして使用するほうが
ずっと扱いやすい。
【表9】
【0026】実施例10 カラマズーのラボラトリー・フォーマー(KLF)に
て、55/30/15NSK/CTMP/セカンダリー
(secondary)供給物を使用して作製した紙
の、常態強度特性と折り曲げ剛性を表10に示す。K−
17803とK−17822に関して記載のデータは、
添加剤を使用しない対照標準にて得られるものより常態
強度がアップしていることを示している。使用したアニ
オン性添加剤はCMG(AQU−D3129,ギャラク
シー707D)とCMHPG(WG−18)であり、ま
た使用したカチオン性成分はカチオン性グアー(ジャガ
ーCP13−HiTek,0083−40−3)とアク
リルアミドコポリマー(パーコル743)である。表に
記載の結果は、添加剤の同使用レベルでは殆どの場合に
おいて、アニオン性グアーとカチオン性グアー(または
カチオン性ポリアクリルアミド)との組み合わせ物を使
用したときの常態強度が、アニオン性グアーと湿潤紙力
増強用樹脂(キメン557H)との組み合わせ物を使用
したときに得られるものよりかなり高く、また折り曲げ
剛性結果に示されているように、紙の柔軟性に対する影
響はより少ない、ということを示している。
【表10】
【0027】実施例11 KLFにて70/30 NSK/CTMP供給物を使用
して作製した紙の常態強度特性と折り曲げ剛性を調べ
た。その結果を表11に示す。これらのデータは、添加
剤を使用していない対照標準から得られるものより常態
強度がアップしていることを示している。アニオン性添
加剤はCMGであり、またカチオン性成分はカチオン性
グアーもしくはキメン557H湿潤紙力増強用樹脂であ
る。表に記載の結果は、添加剤の同使用レベルでは殆ど
の場合において、アニオン性グアーとカチオン性グアー
との組み合わせ物を使用したときのほうがが、アニオン
性グアーとキメンとの組み合わせ物を使用したときの常
態強度よりかなり高く、また紙の柔軟性に及ぼす影響は
より少ない、ということを示している。
【表11】
【0028】比較例12 カラマズーのラボラトリー・フォーマーにて70/30
NSW/CTMPを使用して作製した紙の強度特性と
折り曲げ剛性を調べた。その結果を表12に示す。表に
記載の結果は、添加剤を含まない対照標準から得られる
ものより強度特性がアップしていること、また湿潤引張
強さが0.5%キメン単独にて得られるものよりアップ
していることを示している。本発明によるアニオン性成
分とカチオン性成分との組み合わせ物が、米国特許第
3,058,873号に記載の組み合わせ物より優れて
いることを示すため、本発明にしたがって使用するアニ
オン性添加剤はCMGおよびCMHPGであり、またC
MC−6CTLは工業用グレードのカルボキシメチルセ
ルロース(例えば該特許に開示のもの)である。ゲンド
ライブ162はカチオン性グアーであり、レテン157
はアクリルアミドコポリマーである。カルボキシメチル
セルロースを使用したときには、常態強度の急激な低下
(折り曲げ剛性の増大を伴う)が認められた。
【表12】
【0029】実施例において使用した添加剤の試験値 グアー添加剤の0.25%水溶液に関する粘度と相対比
粘度(RSV)を表13に示す。これらの結果は、実施
例に使用されている代表的な添加剤の相対分子量の範囲
を示している。これらのデータからは添加剤の絶対分子
量は得られないので、異なった分子形状の材料に対する
類似データでは比較をすることはできない。実施例にお
いて使用した代表的な添加剤の電荷密度を表14に示
す。
【表13】
【表14】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平2−251696(JP,A) 特開 昭51−105408(JP,A) 特表 昭58−502004(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) D21H 11/00 - 27/42

Claims (38)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 さらしパルプ供給物に、カチオン性ポリ
    マーとアニオン性ポリマーの組み合わせ物を別々もしく
    は一緒に加えることを含む、紙の柔軟性を実質的に低下
    させることなく、製造された紙の常態強度を高めるため
    の紙製造法であって、 (1) 前記アニオン性ポリマーが、カルボキシメチル
    グアー、カルボキシメチルビーンガム、カルボキシメチ
    ルヒドロキシエチルグアー、およびカルボキシメチルヒ
    ドロキシプロピルグアー、からなるポリマー群から選ば
    れるアニオン性ポリマー成分であること;および (2) 前記カチオン性ポリマーが、カチオン性グア
    ー、カチオン性アクリルアミドコポリマー、カチオン性
    ビーンガム、およびカチオン性湿潤紙力増強用樹脂と前
    記カチオン性ポリマーの少なくとも1種との組み合わせ
    物、からなる群から選ばれ、このとき前記湿潤紙力増強
    用樹脂が、ポリアミド−エピクロロヒドリン(PAE)
    樹脂、ポリアルキレンポリアミン−エピクロロヒドリン
    (PAPAE)樹脂、およびアミンポリマー−エピクロ
    ロヒドリン(APE)樹脂、からなる群から選ばれるポ
    リメリックアミン−エピクロロヒドリン樹脂であって、
    アゼチジニウム官能価もしくはエポキシド官能価を有す
    るポリアミン−エピクロロヒドリン樹脂が得られるよ
    う、アミン基がエピクロロヒドリンでアルキル化されて
    いること; を特徴とする前記紙製造法。
  2. 【請求項2】 前記アニオン性成分がアニオン性グアー
    であることをさらに特徴とする、請求項1記載の紙製造
    法。
  3. 【請求項3】 前記カチオン性成分がカチオン性グアー
    であることをさらに特徴とする、請求項1記載の紙製造
    法。
  4. 【請求項4】 前記カチオン性成分がカチオン性アクリ
    ルアミドコポリマーであることをさらに特徴とする、請
    求項1記載の紙製造法。
  5. 【請求項5】 前記カチオン性成分が湿潤紙力増強用樹
    脂を含むことをさらに特徴とする、請求項1記載の紙製
    造法。
  6. 【請求項6】 前記カチオン性成分が、カチオン性グア
    ー、カチオン性アクリルアミドコポリマー、またはカチ
    オン性ビーンガムをさらに含有することをさらに特徴と
    する、請求項5記載の紙製造法。
  7. 【請求項7】 前記湿潤紙力増強用樹脂が、3〜10個
    の炭素原子を有する飽和脂肪族ジカルボン酸と、2〜4
    個のエチレン基、2個の第一アミン基、および1〜3個
    の第二アミン基を有するポリアルキレンポリアミンとを
    反応させて、エピクロロヒドリンでアルキル化されてP
    AE樹脂を形成する第二アミン基をもったポリ(アミノ
    アミド)を形成させることによって得られる、ことをさ
    らに特徴とする、請求項1〜6項のいずれか一項に記載
    の紙製造法。
  8. 【請求項8】 前記ポリアルキレンポリアミンが、ジエ
    チレントリアミン、トリエチレンテトラミン、およびテ
    トラエチレンペンタミンからなる群から選ばれることを
    さらに特徴とする、請求項7記載の紙製造法。
  9. 【請求項9】 前記ジカルボン酸がアジピン酸であるこ
    とをさらに特徴とする、請求項8記載の紙製造法。
  10. 【請求項10】 前記ポリアルキレンポリアミンが、ア
    ジピン酸がジエチレントリアミンと反応して、エピクロ
    ロヒドリンでアルキル化・架橋されてPAE樹脂を形成
    するポリ(アミノアミド)を形成するポリエチレンポリ
    アミンである、ことをさらに特徴とする、請求項7〜9
    のいずれか一項に記載の紙製造法。
  11. 【請求項11】 前記アニオン性グアーが、天然グアー
    を苛性アルカリと反応させ、そして引き続きモノクロロ
    アセテートと反応させることによって得られる、ことを
    さらに特徴とする、請求項1〜10項のいずれか一項に
    記載の紙製造法。
  12. 【請求項12】 前記カチオン性グアーが、天然グアー
    を苛性アルカリと反応させ、そして引き続き第四アンモ
    ニウムクロライドと反応させることによって得られる、
    ことをさらに特徴とする、請求項1〜11項のいずれか
    一項に記載の紙製造法。
  13. 【請求項13】 前記アニオン性成分と前記カチオン性
    成分が、抄紙機のウェットエンドにおいて、パルプスト
    ックの乾燥重量を基準として0.05〜5%のトータル
    量でパルプストックに別々もしくは−緒に加えられる、
    ことをさらに特徴とする、請求項1〜12項のいずれか
    一項に記載の紙製造法。
  14. 【請求項14】 前記アニオン性成分と前記カチオン性
    成分がそれぞれアニオン性グアーおよびカチオン性グア
    ーであって、これらが0.1〜2%のトータル量にて加
    えられる、ことをさらに特徴とする、請求項13記載の
    紙製造法。
  15. 【請求項15】 前記アニオン性成分対前記カチオン性
    成分の比が1/20〜10/1であることをさらに特徴
    とする、請求項13または14に記載の紙製造法。
  16. 【請求項16】 前記アニオン性グアー対前記カチオン
    性グアーの比が約1/1であることをさらに特徴とす
    る、請求項15記載の紙製造法。
  17. 【請求項17】 アニオン性グアーとカチオン性グアー
    が混合され、この混合物が湿潤紙力増強用樹脂と一緒に
    加えられる、ことをさらに特徴とする、請求項1記載の
    紙製造法。
  18. 【請求項18】 前記アニオン性グアーと前記カチオン
    性グアーが一緒に加えられ、そして前記湿潤紙力増強用
    樹脂がその後に加えられる、ことをさらに特徴とする、
    請求項1〜17のいずれか一項に記載の紙製造法。
  19. 【請求項19】 紙の柔軟性を実質的に低下させること
    なく、製造された紙の常態強度を高めるための、紙パル
    プスラリー変性用組成物であって、 (1) カルボキシメチルグアー、カルボキシメチルビ
    ーンガム、カルボキシメチルヒドロキシエチルグアー、
    およびカルボキシメチルヒドロキシプロピルグアー、か
    らなるポリマー群から選ばれるアニオン性ポリマー成
    分;および (2) カチオン性グアー、カチオン性アクリルアミド
    コポリマー、カチオン性ビーンガム、カチオン性湿潤紙
    力増強用樹脂、およびカチオン性湿潤紙力増強用樹脂と
    前記カチオン性ポリマーの少なくとも1種との組み合わ
    せ物、からなるポリマー群から選ばれるカチオン性ポリ
    マー成分、このとき前記湿潤紙力増強用樹脂が、ポリア
    ミド−エピクロロヒドリン(PAE)樹脂、ポリアルキ
    レンポリアミン−エピクロロヒドリン(PAPAE)樹
    脂、およびアミンポリマー−エピクロロヒドリン(AP
    E)樹脂、からなる群から選ばれるアミンポリマー−エ
    ピクロロヒドリン樹脂であって、アゼチジニウム官能価
    もしくはエポキシド官能価を有するポリアミン−エピク
    ロロヒドリン樹脂が得られるよう、アミン基がエピクロ
    ロヒドリンでアルキル化されている; を含む前記組成物。
  20. 【請求項20】 前記アニオン性ポリマー成分がカルボ
    キシメチルグアーであり、前記カチオン性ポリマー成分
    がカチオン性グアーとカチオン性湿潤紙力増強用樹脂で
    ある、ことをさらに特徴とする、請求項19記載の紙の
    柔軟性を実質的に低下させることなく、製造された紙の
    常態強度を高めるための、紙製造用パルプスラリー変性
    用組成物。
  21. 【請求項21】 前記ポリアルキレンポリアミンがジエ
    チレントリアミン(DETA)であることをさらに特徴
    とする、請求項19記載の紙製造用パルプスラリーに加
    えるための組成物。
  22. 【請求項22】 (1)カルボキシメチルグアー、カル
    ボキシメチルビーンガム、カルボキシメチルヒドロキシ
    エチルグアー、およびカルボキシメチルヒドロキシプロ
    ピルグアー、からなるポリマー群から選ばれるアニオン
    性ポリマー成分であること;および (2)カチオン性湿潤紙力増強用樹脂並びにカチオン性
    グアー、カチオン性アクリルアミドコポリマーおよびカ
    チオン性ビーンガムよりなる群から選択される追加のカ
    チオン性ポリマーと組み合わされたカチオン性湿潤紙力
    増強用樹脂よりなるポリマー群から選ばれるカチオン性
    ポリマー成分、このとき前記湿潤紙力増強用樹脂が、ポ
    リアミド−エピクロロヒドリン(PAE)樹脂、ポリア
    ルキレンポリアミン−エピクロロヒドリン(PAPA
    E)樹脂、およびアミンポリマー−エピクロロヒドリン
    (APE)樹脂、からなる群から選ばれるアミンポリマ
    ー−エピクロロヒドリン樹脂であって、アゼチジニウム
    官能価もしくはエポキシド官能価を有するポリアミン−
    エピクロロヒドリン樹脂が得られるよう、アミン基がエ
    ピクロロヒドリンでアルキル化されていること; を含む組成物。
  23. 【請求項23】 アニオン性ポリマー成分がカルボキシ
    メチルグアーである、請求項22に記載の組成物。
  24. 【請求項24】 追加のカチオン性ポリマー成分がカチ
    オン性グアーである、請求項22に記載の組成物。
  25. 【請求項25】 前記湿潤紙力増強用樹脂が、3〜10
    個の炭素原子を有する飽和脂肪族ジカルボン酸と、2〜
    4個のエチレン基、2個の第一アミン基、および1〜3
    個の第二アミン基を有するポリアルキレンポリアミンと
    を反応させて、エピクロロヒドリンと反応する第二アミ
    ン基をもったポリ(アミノアミド)を形成させることに
    よって得られる、請求項22に記載の組成物。
  26. 【請求項26】 アニオン成分対カチオン成分の比が約
    1:20〜約10:1である、請求項22に記載の組成
    物。
  27. 【請求項27】 追加のカチオン性ポリマーがカチオン
    性グアーであり、湿潤紙力増強用樹脂が3〜10個の炭
    素原子を有する飽和脂肪族ジカルボン酸と、2〜4個の
    エチレン基、2個の第一アミン基、および1〜3個の第
    二アミン基を有するポリアルキレンポリアミンとを反応
    させて、エピクロロヒドリンと反応する第二アミン基を
    有するポリ(アミノアミド)を形成させることによって
    得られるPAE樹脂であり、そしてアニオン成分対カチ
    オン成分の比が約1:20〜約10:1である、請求項
    23に記載の組成物。
  28. 【請求項28】 湿潤紙力増強用樹脂が、アジピン酸と
    ジエチレントリアミンと反応させて、エピクロロヒドリ
    ンと反応するポリ(アミノアミン)を形成させることに
    よって得られるPAE樹脂である、請求項27に記載の
    組成物。
  29. 【請求項29】 アニオン成分対カチオン成分の比が約
    2:1〜約1:2である、請求項28に記載の組成物。
  30. 【請求項30】 請求項22に記載の組成物を含む紙製
    品。
  31. 【請求項31】 請求項27に記載の組成物を含む紙製
    品。
  32. 【請求項32】 請求項29に記載の組成物を含む紙製
    品。
  33. 【請求項33】 セルロース繊維の水性スラリーを形成
    し、請求項22に記載のアニオン性及びカチオン性ポリ
    マー成分を予備混合し、該混合物を水性スラリーに加
    え、請求項22に記載の追加量のカチオン性湿潤紙力増
    強用樹脂を水性スラリーに加え、そして繊維をシート化
    及び乾燥して、改善された常態強度及び湿潤紙力を有す
    る望まれるセルロースウエブを形成することを含む、紙
    の常態強度及び湿潤強度を改善する方法。
  34. 【請求項34】 セルロース繊維の水性スラリーを形成
    し、請求項22に記載のアニオン性及びカチオン性ポリ
    マー成分を予備混合し、該混合物を水性スラリーに加
    え、そして繊維をシート化及び乾燥して、改善された常
    態強度及び湿潤紙力を有する望まれるセルロースウエブ
    を形成することを含む、紙の常態強度及び湿潤強度を改
    善する方法。
  35. 【請求項35】 セルロース繊維の水性スラリーを形成
    し、請求項22に記載のアニオン性ポリマー成分とカチ
    オン性湿潤紙力増強用樹脂を予備混合し、該混合物に水
    性スラリーに加え、請求項22に記載の追加量のカチオ
    ン性湿潤紙力増強用樹脂を水性スラリーに加え、そして
    繊維をシート化及び乾燥して、改善された常態強度及び
    湿潤紙力を有する望まれるセルロースウエブを形成する
    ことを含む、紙の常態強度及び湿潤強度を改善する方
    法。
  36. 【請求項36】 セルロース繊維の水性スラリーを形成
    し、水性スラリーに、どのような順序でもよいから請求
    項22に記載のアニオン性及びカチオン性ポリマー成分
    を加え、そして繊維をシート化及び乾燥して、改善され
    た常態強度及び湿潤紙力を有する望まれるセルロースウ
    エブを形成することを含む、紙の常態強度及び湿潤強度
    を改善する方法。
  37. 【請求項37】 アニオン性ポリマー成分が最初に水性
    スラリーに加えられる、請求項36に記載の方法。
  38. 【請求項38】 セルロース繊維の水性スラリーを形成
    し、請求項22に記載のアニオン性ポリマー成分とカチ
    オン性湿潤紙力増強用樹脂を予備混合し、該混合物を水
    性スラリーに加え、そして繊維をシート化及び乾燥し
    て、改善された常態強度及び湿潤紙力を有する望まれる
    セルロースウエブを形成することを含む、紙の常態強度
    及び湿潤強度を改善する方法。
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