JP4087373B2 - 嵩高紙の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、製紙工程における紙の表面に塗液を塗布する工程で塗液の吸液が抑制された嵩高紙の製造方法に属する。

近年、白色度、不透明度、印刷適性、そしてボリューム感等の面に優れた品質の高い紙が求められている一方で、環境への配慮からパルプ使用量の少ない軽量な紙が望まれている。これらを紙の嵩高さによって解決すべく、これまでに種々の嵩向上の方法が試みられており、その一つとして紙用嵩高剤の利用が挙げられる。紙用嵩高剤としては、多価アルコール脂肪酸エステルを用いたもの（特許文献１）、ポリマーを用いたもの（特許文献２）等が知られており、既にいくつかの嵩高剤が市販され用いられている。
特許第２９７１４４７号 特開２００２−１１５１９９号

しかしながら、最近しばしば嵩高剤による嵩高紙の製造においていくつかの問題が指摘されている。その一つに紙の表面に塗液を塗布する工程であるサイズプレス工程及び塗工工程で、塗液の吸液量が増大するという問題がある。これは嵩高剤を使用すると紙の空隙率が増大することが大きな要因と考えられ、この吸液増大によって、塗液を紙表面に塗布した後の強度低下による紙切れトラブルが発生したり、塗布後の乾燥負荷が増すことによって抄速が十分に上げられなくなるなどの二次的な問題を引き起こしている。吸液量増大の現象は特に構造上、吸液制御が困難とされる２ロールサイズプレスで顕著にみられている。

この問題に対して内添サイズ剤の増添や塗液物性の変更による対応もなされてはいるが、一般的にサイズ剤の増添は抄紙系内を汚したり紙の滑りを発生させる問題があるため限度があるし、塗液物性を変更することは出来上がった紙表面の性状を大きく左右することになり現実的ではない。すなわち、当業界で有用となる具体的な解決策は未だ見い出されていない。

本発明の課題は、紙の空隙率が高い嵩高紙を製造する際に増大する塗液の吸液を抑制し、従来よりも容易に嵩高紙を製造する方法を提供することにある。

本発明は、ドライヤーパートより後に紙の表面に塗液を塗布する１つ以上の工程と、前記塗液のうち最も温度の高い塗液の温度よりも高い温度の融点を有する嵩高剤を前記塗液の塗布工程以前に紙に含有させる工程と、を有する嵩高紙の製造方法を提供する。

具体的には以下の項で詳細な説明を行うが、紙中に内添して使用される嵩高剤として、その融点が紙の表面に塗液を塗布する工程、特にサイズプレス工程（とりわけ２ロールサイズプレス）で用いられている塗液の温度と較べて高い物質を用いることや、紙の表面に塗液を塗布する工程で使用する塗液の温度を嵩高剤の融点より低くして操業することで目的が達せられる。本発明の効果の発現機構は不明であるが、塗液の温度よりも融点の高い嵩高剤を用いると、紙の表面に塗液を塗布する工程中でも紙中の嵩高剤が融解せず、内添サイズ剤や塗液の物性に悪影響しないためであると考えられる。

本発明の嵩高紙の製造方法によれば、製紙工程における紙の表面に塗液を塗布する工程で塗液の吸液が抑制され、表面への塗液の過剰塗布や紙切れ、その後の乾燥工程での乾燥負荷を低減出来る。

一般に紙の製造は、配合、ワイヤーパート、プレスパート、ドライヤーパート、サイズプレスや塗工の順で行われる。本発明の紙の表面に塗液を塗布する工程とは、ドライヤーパートより後の段階で紙に塗液を塗布する工程をいい、乾燥した紙に塗液を塗工又は含浸させる工程である。塗工方式は特に限定されず、例えば２ロールサイズプレス、バーコーター、ロールコーター、リバースロールコーター、ブレードコーター、エアナイフコーター、ロッドコーター、ビルブレードコーター、ゲートロールコーター、カーテンコーター、ダイスロットコーター、グラビアコーター、チャンプレックスコーター等が挙げられる。上記の塗工方式のいかなる場合でも、本発明の効果は得られるが、特に吸液量制御が困難な２ロール式の塗工手段を用いて行う場合、とりわけ２ロールサイズプレスで顕著な効果が得られる。

２ロールサイズプレスにはホリゾンタル、インクラインド及びバーチカルの構造があり、中でもホリゾンタル、インクラインドでより効果的である。

本発明で使用するサイズプレスでの塗液とは、例えばトウモロコシ澱粉、馬鈴薯澱粉、タピオカ澱粉、小麦澱粉、米澱粉等の澱粉類あるいはこれを加工した酸化澱粉、カチオン化澱粉、両性澱粉、尿素澱粉、エステル化澱粉等の水溶液が用いられ、これらの澱粉水溶液は１種の澱粉または２種以上の澱粉を組み合わせて水溶液として使用することも出来る。

同様にポリビニルアルコールや変性ポリビニルアルコール等の水溶液を使用することも出来、澱粉水溶液とポリビニルアルコール水溶液を各々単独で使用してもよいが、任意の割合で混合して使用することも出来る。

また、塗液中にスチレン・アクリル系等の合成サイズ剤や、耐水化剤、消泡剤、粘度調整剤、増粘剤などを添加することも出来、ごく一般的に使用されているものを適当量配合しても差し支えない。

また、本発明で使用する塗工での塗液とは、例えばクレー、カオリン、重質炭酸カルシウム、軽質炭酸カルシウム、酸化チタン、サチンホワイト、硫酸バリウム、プラスチックピグメント等の顔料を１種または２種以上混合して水に分散させたスラリーが用いられるが、その他にスチレン・ブタジエン系、アクリル系、酢酸ビニル系等の接着剤、ポリビニルアルコール、澱粉、たんぱく質類、分散剤、増粘剤、保水剤、消泡剤、耐水化剤、染料等が必要に応じて添加される。ただし本発明の効果を発揮する塗液は上記のような具体的な説明によって特に限定されるものではないし、塗液の調製方法についても特に限定されない。

本発明における紙は特に制限はされず各種の紙に適用出来る。紙の種類としては、例えば、書籍用紙や雑誌などに用いられる非塗工紙や微塗工紙、カタログ、ポスター等に用いられる塗工紙といった印刷用紙及びこれらの原紙、あるいは、インクジエット用紙、ＰＰＣ用紙、フォーム用紙、感熱紙、感圧紙などの情報用紙及びその原紙、あるいは新聞用紙、包装用紙、その他白板紙や色板紙等の板紙など、酸性、中性またはアルカリ性抄紙した紙を挙げることが出来る。なかでも印刷用紙及びその原紙に好適に用いられる。

紙を形成するパルプ原料としては、クラフトパルプ、機械パルプ、砕木パルプ、再生パルプの他、化学修飾パルプ、合成繊維等を１種または２種以上混合して用いてもよい。

また、パルプに添加する薬剤としては填料、紙力増強剤、歩留向上剤、サイズ剤等が必要に応じて用いられる。紙への吸液性を抑えるという観点からサイズ剤を使用することが好ましい。このため、本発明では、塗液を塗布する工程以前の紙にサイズ剤を含有させる工程を有することが好ましい。ここで紙の表面に塗液を塗布する工程以前とは、最初の塗液の塗布工程の前という意味である。サイズ剤は一般的な内添サイズ剤が使用出来る。内添サイズ剤として、ロジン、アルキルケテンダイマー、アルケニル無水コハク酸等が挙げられる。抄紙系内の汚れ低減、紙の滑り防止の観点から、添加量は対パルプあたり０．０１〜０．５重量％が好ましい。

本発明における紙は一般的な抄紙機により得られた紙でよく、抄紙機としては例えば、長網式、円網式、短網式、ツインワイヤー式、及び傾斜ワイヤー式抄紙機等が挙げられる。

ワイヤーパートについては、例えばギャップフォーマー、ハイブリッドフォーマーなどが挙げられる。

本発明の製造方法は、嵩高剤を紙の表面に塗液を塗布する工程以前に紙に含有させる工程を有する。本発明で用いられる嵩高剤とは、無添加のパルプシートに比べて緊度の低いパルプシートを得ることが出来る剤である。本発明の嵩高剤の添加場所としては、紙の表面に塗液を塗布する工程以前であれば特に限定されるものではなく、具体的にはドライヤーパート以前が挙げられるが、パルプスラリー中に添加されることが好ましい。具体的にはレファイナー、ミキシングチェスト、マシンチェスト、ファンポンプ付近、ヘッドボックス等のような均一にパルプ原料にブレンド出来る場所が望ましい。なお、本発明の嵩高剤はパルプ原料に添加後、紙上に残存して性能を発揮すると考えられ、本発明の嵩高剤の添加量は対パルプあたり０．０１〜１０重量％、更に０．１〜５重量％、特に０．２〜２重量％が好ましい。

嵩高剤としては、オルガノシロキサン、グリセリルエーテル、４級アンモニウム塩、イミダゾール誘導体、アミン、アミド、エステル、高級アルコール、及び高級アルコールやエステルのアルキレンオキサイド付加物等が挙げられる。嵩高剤としては、パルプ表面を疎水化する化合物が好ましい。エステルには、多価アルコール脂肪酸エステルや多価カルボン酸エステルを含む。

本発明で用いられる嵩高剤は、紙の表面に塗液を塗布する工程（例えばサイズプレス工程及び塗工工程）で使用する塗液の温度の最も高い温度よりも高い温度の融点のものであり、好ましくは３℃以上、より好ましくは５℃以上、より好ましくは８℃以上、より好ましくは１０℃以上、さらに好ましくは１５℃以上高い融点を有するものである。また、言い換えれば嵩高剤の融点に対して紙の表面に塗液を塗布する工程で使用する塗液の温度の最も高いものの温度が低いことであり、好ましくは３℃以上、より好ましくは５℃以上、より好ましくは８℃以上、より好ましくは１０℃以上、さらに好ましくは１５℃以上低いことである。本発明の嵩高紙の製造方法は、紙の表面に塗液を塗布する工程で使用する塗液の温度よりも高い融点の嵩高剤を選択することや、該工程で使用する塗液の温度を嵩高剤の融点よりも低くして操業することで達成される。

本発明において、嵩高剤の融点とは、嵩高剤中の有効成分（複数の場合を含む）について、融点測定装置〔（株）柳本製作所製ＭＰ−Ｊ３〕で測定した際に、融け始めた温度と融け終わりの温度の平均値である。その際、約１ｍｇの試料を約１℃／分で昇温させて加熱する。測定は３回繰り返し、融け始めた温度と融け終わりの温度は、それぞれ平均値を採用する。また、塗液の温度とは、操業中に塗液が紙に接触する際の平均温度である。

（抄紙方法）
ＬＢＫＰを室温下、叩解機にて離解、叩解して２．２％のＬＢＫＰスラリーとした。該スラリーのカナディアンスタンダードフリーネスは４２０ｍｌであった。この２．２％のＬＢＫＰスラリーを抄紙後のシートの坪量が絶乾で８０ｇ／ｍ²になるようにはかりとり、これに、カチオン化澱粉（ＣＡＴＯ３０８、日本ＮＳＣ社製）０．５％（重量基準、対パルプ、以下同じ）、工業用硫酸バンド１．０％、アルケニル無水コハク酸系サイズ剤（荒川化学工業（株）製サイズパインＳＡ−８６２）０．２％、嵩高剤（表１）１．０％（有効分として）、カチオン性ポリアクリルアミド系歩留向上剤（パーコール４７、チバ・スペシャルティ・ケミカルズ製）０．０１５％を攪拌しながら添加し、その後パルプ濃度が０．５％になるように水で希釈し、攪拌後角型タッピ抄紙機にて１５０メッシュワイヤーで抄紙し、コーチングを行って湿紙を得た。抄紙後の湿紙は、３．５ｋｇ／ｃｍ²で５分間プレス機にてプレスし、ドラムドライヤーを用い、１０５℃で２分間乾燥した。乾燥された紙を２３℃、湿度５０％の条件で１日間調湿してから、紙の坪量、緊度、ステキヒトサイズ度を、下記方法で測定した。更に、サイズプレス吸液量を以下の方法で比較した。

（緊度）
調湿された紙の坪量（ｇ／ｍ²）と厚み（ｍｍ）を測定し、下記計算式により緊度（ｇ／ｃｍ³）を求めた。
計算式：（緊度）=（坪量）／（厚み）×０．００１

（ステキヒトサイズ度）
ＪＩＳ−Ｐ８１２２に従って測定した。

＜サイズ液吸液量の比較＞
上記抄紙方法で得られた紙を１０ｃｍ×１０ｃｍに裁断した紙片に、ラボサイズプレス機にてサイズ液を塗工し、吸液量を測定した。得られた結果を表２に示す。サイズ液吸液量は、サイズ液塗工前後の紙片の重量差から求めた。サイズプレス条件は下記に示したとおりである。
・サイズ液：酸化澱粉（エースＡ、王子コーンスターチ製）の６重量％スラリーを攪拌しながら９５℃で３０分加熱糊化したものを、表３に示す温度で用いた。
・ラボサイズプレス：コダック・ナガセ製Ｐ−１１２プロセッサー（サイズ液５００ｇ供給）

・嵩高剤１の上記エステル（エステル化率約４０％）は、２％エタノール溶液として用いた。
・嵩高剤２の上記エステル（エステル化率約４０％）は、２％エタノール溶液として用いた。
・嵩高剤３のポリアミドポリアミンは、ジエチレントリアミンと長鎖脂肪酸（花王（株）製ルナックＳ−４０）のアミド化物のエピクロロヒドリン反応物であり、該反応物は、２％水分散液として用いた。

実験例１では、融点５３℃の嵩高剤１を使用していることから、４５〜５０℃でサイズ液吸液量に大きな変化が見られた。
実験例２では、融点７０℃の嵩高剤２を使用していることから、６５〜７０℃でサイズ液吸液量に大きな変化が見られた。
実験例３では、融点７３℃の嵩高剤３を使用していることから、６０〜６５℃でサイズ液吸液量に大きな変化が見られた。
実験例４では、嵩高剤を使用していないことから、どの温度においてもサイズ液吸液量の増加傾向が見られなかった。

Claims (4)

1. ドライヤーパートより後に紙の表面に塗液を２ロールサイズプレスで塗布する１つ以上の工程と、前記塗液のうち最も温度の高い塗液の温度よりも１０℃以上高い融点を有する嵩高剤を前記塗液の塗布工程以前に紙に含有させる工程と、を有する嵩高紙の製造方法であって、前記嵩高剤がポリアミドポリアミンである、嵩高紙の製造方法。
2. 前記塗液が澱粉水溶液である請求項１記載の製造方法。
3. 更に、サイズ剤を前記塗液の塗布工程以前に紙に含有させる工程を有する請求項１又は２記載の製造方法。
4. ドライヤーパートより後に紙の表面に塗液を２ロールサイズプレスで塗布する工程が、サイズプレス工程である、請求項１〜３の何れか１項記載の製造方法。