JP4266747B2

JP4266747B2 - 嵩高中質紙

Info

Publication number: JP4266747B2
Application number: JP2003299753A
Authority: JP
Inventors: 裕司小野; 誠幸渡邊; 文就野々村; 泰徳南里
Original assignee: Nippon Paper Industries Co Ltd
Current assignee: Nippon Paper Industries Co Ltd
Priority date: 2003-08-25
Filing date: 2003-08-25
Publication date: 2009-05-20
Anticipated expiration: 2023-08-25
Also published as: JP2005068592A

Description

本発明は、抄紙時における泡発生が少なく、しかもワンパス歩留りが高く、操業性に優れた嵩高剤を添加した、機械パルプ配合率50%以上の嵩高中質紙の提供にある。

近年の活字離れを反映して、急激にコミック本やペーパーバックが普及してきた。これに伴い、紙にも軽量化が求められている。ここで、紙の軽量化とは、紙の厚さは維持した上での軽量化、すなわち嵩高化(低密度化)のことを指す。環境問題が叫ばれている現在、森林資源から製造される製紙用パルプを有効に活用する上でも、紙の軽量化は避けて通れない問題である。

紙を嵩高にする従来の技術としては、パルプと疎水性繊維の混合物に架橋剤を反応させて得られる嵩高性パルプ組成物を使用する方法がある(特許文献１参照)。また、セルロースパルプ、特定形態のポリエステル複合繊維、および熱融着性バインダーとを混抄し、嵩高パルプシートを製造する方法がある(特許文献２参照)。しかし、架橋パルプや合成繊維等の使用は紙のリサイクルを不可能にしてしまうという問題がある。また、中空球状バテライト型炭酸カルシウムを充填して嵩高中性紙を製造する技術がある(特許文献３参照)が、特殊な填料であるという問題がある。また、パルプと加熱発泡性粒子とを抄紙して低密度の嵩高紙を製造する方法がある(特許文献４参照)。発泡性粒子を用いる方法では紙力が著しく低下するという問題がある。また、バクテリアセルロースと発泡性粒子を用いる方法(特許文献５参照)があるが、バクテリアセルロースという特殊なセルロースを使用しなければならなく、実用的ではない。

また、界面活性剤を用いる方法では、特定のアルコール及び／又はそのポリオキシアルキレン付加物を含有する紙用嵩高剤が開示されている(特許文献６参照)。また、非イオン界面活性剤を用いる方法がある(特許文献７参照)。また、多価アルコールと脂肪酸のエステル化合物からなる紙用嵩高剤(特許文献８参照)が開示されており、この紙用嵩高剤を板紙に応用した技術がある(特許文献９参照)。この多価アルコールと脂肪酸のエステルを添加すると紙を嵩高にすることは可能であるが、同時に急激な紙の摩擦係数低下が起こるため、この方法で得られた紙をオフセット印刷する場合、紙流れと言われる紙の走行不良や、紙替え時のテンション変動などの印刷走行性上のトラブル問題が発生するという問題がある。

非界面活性剤系の嵩高剤の技術としては、特定構造のカチオン性化合物、アミン、アミンの酸塩及び両性化合物から選ばれた少なくとも１種以上の化合物を含有する紙用嵩高剤が開示されている(特許文献１０参照)。また、脂肪酸ポリアミドポリアミン型の嵩高剤もある。また、離水度が4%以上となる化合物であって、嵩、白色度、不透明度のいずれか２つ以上の紙質向上効果を有する化合物が記載されている(特許文献１１参照)。更に、離水度が4%以上となる化合物であって、嵩、白色度、不透明度のいずれか１つ以上の紙質向上効果を有する化合物を使用するパルプシートの製造方法が開示されている(特許文献１２参照)。

特許第2903256号明細書特許第2591685号明細書特許第1755152号明細書特開平5-230798号公報特開平11200282号公報国際公開98/03730号パンフレット特開平11-200283号公報特許第2971447号明細書特許第3041294号明細書特開平11-269799号公報特許第3283248号明細書特開2003-105685号公報

これらの嵩高剤を用いて紙を嵩高にする技術では、特別な方法や装置を用いないため比較的容易に嵩高紙を得ることができる。しかしながら、機械パルプを50%以上配合する中質紙の場合、機械パルプ由来の抽出成分のために用紙の摩擦係数が低い上、従来の嵩高剤を添加すると更に用紙の摩擦係数が極端に低下し、紙が滑り易くなり、紙流れなどの問題を引き起こすという問題がある。また、疎水的な嵩高剤と抽出成分が疎水的な相互作用により、抄紙機上や白水循環系内にピッチを生成するといったピッチトラブルが発生する問題がある。更には、機械パルプが50%配合される場合には、抄紙機ワイヤーを通過する微細繊維分が極めて多いために、白水を回収する設備(例えば、セットラーなど)での泡立ちの程度が微細繊維の流出量に影響し、泡が多いほど流出量が多くなるが、従来の嵩高剤を添加すると泡の発生が多くなり、流出原料が増加するという問題がある。

本発明の課題は、機械パルプを50%以上配合した紙の抄造時でも、嵩高剤を添加した場合に、抄紙系内での泡の発生やピッチの生成が少なく、嵩高剤を含む紙料のワンパス歩留りが高いという、操業性に優れ、および、嵩高かつ摩擦係数低下が小さいという紙質に優れた中質紙を提供することである。

オレイン酸ジアミドアミンを主成分とし、そのゼータ電位が＋30〜60mVである嵩高剤を、機械パルプの配合率が50%以上の原料に添加し、この紙料を抄紙することで解決できる。

機械パルプ配合率50%以上の中質紙の製造において、オレイン酸ジアミドアミンを主成分とし、そのゼータ電位が＋30〜60mVである嵩高剤を添加し抄紙することにより、抄紙時の泡発生やピッチ生成などのトラブルがなく操業性が良好であり、嵩高かつ摩擦係数低下が小さい中質紙を製造できる。

本発明で使用する嵩高剤は、オレイン酸ジアミドアミンを主成分とするものである。

また、本発明で使用する嵩高剤は、前述のオレイン酸ジアミドアミンをそのまま使用す
ることも可能であるが、無機酸または有機酸で処理したり、あるいは四級化剤と反応させ
アンモニウム塩として使用すると取り扱いが容易になり、添加剤として使用しやすくなる
。使用する無機酸としては、例えば塩酸、硫酸、炭酸、硝酸、リンゴ酸などが挙げられる
。また、有機酸としては、例えば蟻酸、酢酸、プロピオン酸、オクチル酸、マロン酸、イ
タコン酸、アジピン酸、コハク酸、セバシン酸、クエン酸、ヒドロキシ安息香酸、リンゴ
酸、ヒドロキシマロン酸、乳酸、サリチル酸、ヒドロキシキ吉香酸、アスパラギン酸、グ
ルタミン酸、タウリン酸、スルファミン酸、ラウリン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、
ステアリン酸、オレイン酸などが挙げられる。これらの中では有機酸が好ましく、その中
でも蟻酸、酢酸、プロピオン酸が好ましい。アンモニウム塩として使用する場合には、不
飽和脂肪酸ジアミドアミンの全アミン価と当量の四級化剤を添加して、アンモニウム塩と
する。四級化剤としては、例えばエピクロルヒドリン、塩化メチル、塩化エチル、塩化ベ
ンジル、ジメチル硫酸、オキシド類などが挙げられる。

嵩高剤のゼータ電位は、＋30〜60mVが好ましく、＋45〜60mVが更に好ましい。ゼータ電位が+30mV未満では、パルプへの嵩高剤の定着率が低いため、嵩高剤のワンパス歩留りが低く、得られる中質紙の嵩が出にくい。また、嵩高剤以外の他の微細繊維や填料などのファイン分のワンパス歩留まりも低下する。ゼータ電位は高いほど好ましいが、その効果は+60mV付近でレベルオフする。

本発明の嵩高中質紙は、原料として機械パルプを50%以上配合して、通常の製紙工程によって製造される。機械パルプとしては、GP、CGP、PGW、TGW、RMP、TMP、CTMP、などが挙げられ、DIPに含有されている機械パルプも挙げることができる。

嵩高剤の添加場所は抄紙工程以前であり、内添される。抄造工程以前の場所であれば特に制限されるものではないが、好ましくはミキシングチェストや二次ファンポンプ前などであり、歩留向上剤を添加する前が良い。

嵩高剤はパルプ繊維間の結合の阻害要因となるために、一般に紙の強度が低下する傾向が見られる。また、ある一定以上の添加量を増やしても、その効果は頭打ちになることも散見される。そのため、原料パルプに対して嵩高剤を0.1〜20固形分重量%の範囲で添加することが好ましく、他の紙質(嵩、摩擦係数を除く)をあまり変化させずに効果を十分に発現させるには0.2〜5固形分重量%がより好ましい。

本発明者らは、機械パルプが50%以上配合されている中質紙の抄紙において、化学パルプに比べて用紙を嵩高にしやすい機械パルプの配合率が50%以上の場合でも、炭素数が12〜22である不飽和脂肪酸アミドアミンを主成分とし、そのゼータ電位が＋30〜60mVである嵩高剤を使用することにより、十分な嵩高効果が得られると同時に、摩擦係数の低下が少ないこと、更に、抄紙時の該嵩高剤や、微細繊維、填料などのファイン分のワンパス歩留まりが高いこと、泡の発生が少ないことを見出した。

摩擦係数の低下が少なくなるメカニズムが定かではないが、本発明で使用する不飽和脂肪酸アミドアミンの脂肪酸部が不飽和になっていることに起因していることが考えられる。不飽和脂肪酸は二重結合部で折り曲がった構造を呈しているために、物質と物質の間隔を飽和脂肪酸ほど確保できないために、摩擦力の一つと考えられている物質間のファンデスファールス力を阻害しにくいために、摩擦係数が急激に低下しないものと思われる。

該嵩高剤の歩留まりが高い理由は、該嵩高剤のゼータ電位が高いために、繊維表面への定着率が高いためと考えられる。また微細繊維が多い機械パルプを50%以上高配合した場合でも、この微細繊維や填料などのファイン分のワンパス歩留まりが高い理由は、ゼータ電位が高い前記の嵩高剤を原料パルプに添加した場合に、この原料スラリーのゼータ電位が上昇し、繊維表面などの電気二重層を圧縮するため、ワンパス歩留まりが向上すると考えられる。

泡の発生が少ないのは、該嵩高剤が繊維表面への良く定着するために、遊離している嵩高剤成分が少なく、泡の発生が少ないためと思われる。仮にパルプに定着していない場合でも、機械パルプ由来のアニオントラッシュ（樹脂酸や脂肪酸やヘミセルロース）との相互作用により、界面活性作用が低下した状態になっており、泡の発生が少なくなるものと思われる。

また、本発明の嵩高中質紙の抄紙方法は、酸性抄紙でも中性抄紙でも良い。また、填料無配合でも良いし、配合しても良い。中性抄紙で填料を配合する場合、填料としては中性抄紙で一般に使用されているものが使用でき、特に限定されるものではないが、例えば、クレー、焼成カオリン、デラミカオリン、重質炭酸カルシウム、軽質炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、炭酸バリウム、二酸化チタン、酸化亜鉛、酸化珪素、非晶質シリカ、水酸化アルミニウム、水酸化カルシウム、水酸化マグネシウム、水酸化亜鉛などの無機填料、尿素−ホルマリン樹脂、ポリスチレン樹脂、フェノール樹脂、微小中空粒子等の有機填料が単独でまたは適宜2種類以上を組み合わせて使用される。酸性抄紙で填料を配合する場合、前記中性抄紙で使用する填料から酸溶解性のものを除いた填料が使用され、その単独または適宜2種類以上を組み合わせて使用される。

本発明の嵩高中質紙の製造方法において、従来から使用されている各種のノニオン性、カチオン性の歩留まり剤、濾水度向上剤、紙力向上剤等の製紙用内添助剤が必要に応じて適宜選択して使用される。

また、製紙用内添助剤を添加しても良く、例えば、硫酸バンド、塩化アルミニウム、アルミン酸ソーダや、塩基性塩化アルミニウム、塩基性ポリ水酸化アルミニウム等の塩基性アルミニウム化合物や、水に易分解性のアルミナゾル等の水溶性アルミニウム化合物、硫酸第一鉄、硫酸第二鉄等の多価金属化合物、シリカゾル等が挙げられる。

その他製紙用助剤として各種澱粉類、ポリアクリルアミド、尿素樹脂、メラミン樹脂、エポキシ樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアミド、ポリアミン樹脂、ポリアミン、ポリエチレンイミン、植物ガム、ポリビニルアルコール、ラテックス、ポリエチレンオキサイド、親水性架橋ポリマー粒子分散物及びこれらの誘導体あるいは変成物等の各種化合物を使用できる。

更に、染料、蛍光増白剤、ｐＨ調整剤、消泡剤、ピッチコントロール剤、スライムコントロール剤等の抄紙用内添剤を用途に応じて適宜添加することもできる。

抄紙機の型式は特に限定は無く、長網抄紙機、ツインワイヤー機、ヤンキー抄紙機等で適宜抄紙できる。プレス線圧は通常の操業範囲内で用いられる。サイズプレスの型式は限定はなく、2ロールサイズプレス、ゲートロールサイズプレス、シムサイザーのような液膜転写方式サイズプレスなどを適宜用いることができる。キャレンダーは通常の操業範囲内の線圧で用いられるが、嵩高紙を製造する観点から、紙の平滑性を維持できる範囲で寝るべく低線圧が好ましく、また、ソフトキャレンダーが好ましい。

以下に、本発明を実施例により詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。

＜供試薬品＞
薬品Ａ：市販品DZ-2210（日本油脂株式会社製）、主成分：オレイン酸ジアミドアミン
嵩高剤Ｂ：市販品KB-115（花王株式会社製）、主成分：ステアリン酸エステルのカチオン性エマルジョン
嵩高剤Ｃ：市販品KB-110（花王株式会社製）、主成分：ステアリン酸エステルのアニオン性エマルジョン
嵩高剤Ｄ：市販品KB-08W（花王株式会社製）、主成分：ラウリル酸プロピレンオキサイド付加物
嵩高剤Ｅ：市販品DU-3605（日本油脂株式会社製）、主成分：ステアリン酸ジアミドアミン

＜中質嵩高紙の製造＞
パルプ分として晒TMP45部、晒GP31部、LBKP18部、NBKP3部、晒DIP3部を使用した。これに前記の供試薬品を対絶乾パルプ当たり1.0固形分重量%、硫酸バンドを対絶乾パルプ当たり1.2重量%(50固形分重量の硫酸バンド製品)、カチオン化デンプンを対絶乾パルプ当たり0.4固形分重量%、アルキルケテンダイマー系サイズ剤を対絶乾パルプ当たり0.03固形分重量%、合成紙力剤EX-363(ハリマ化成株式会社製)を0.15固形分重量%、軽質炭酸カルシウムを6固形分重量%となるように添加して紙料を調製した。そして実験用配向性抄紙機(熊谷理機工業株式会社製)を用いて抄紙速度900m/minで坪量60g/m²となるように抄紙し、4.18kg/cm²で5分間プレスし、鏡面ドライヤーを用い、105℃で３分間乾燥して中質紙を得た。この中質紙の密度、静摩擦係数を測定した。各測定方法は下記の通りである。
・薬品Ａおよび嵩高剤のゼータ電位：嵩高剤を蒸留水で希釈し、Zetasizer 300HSa(Malvern社製)で測定した。
・ファインワンパスパスリテンション：上記紙料をダイナミックドレネージジャーに入れ、1,000rpmの撹拌速度で測定した。
・摩擦係数の測定：AmontonsＩＩ（μMeasurement社)でISO15359に準拠して、F面とW面を重ね合わせ、MD方向について測定した。
・泡の発生：上記紙料でテスト抄紙機で幅50cm、抄速20m/分で抄造した時のヘッドボックスに発生した泡の高さを抄紙開始40分後に測定した。尚、このテスト抄紙機では、ワイヤーで脱水された白水が一部循環し、紙料の希釈に使用されている。
［実施例１］

嵩高剤として、薬品Ａを使用した。
［比較例1］

嵩高剤として、嵩高剤Ｂを使用した。
［比較例2］

嵩高剤として、嵩高剤Ｃを使用した。
［比較例3］

嵩高剤として、嵩高剤Ｄを使用した。
［比較例４］

嵩高剤として、嵩高剤Ｅを使用した。
［比較例５］

薬品Ａを使用しないこと以外は実施例1と同様に行った。

表１の結果から、機械パルプを50%以上配合した紙の抄造時でも、不飽和脂肪酸ジアミドアミン主成分とし、ゼータ電位が＋30〜60mVの嵩高剤を添加することにより、抄紙時のファインワンパスリテンションが高く、泡の発生がすくなく操業性にすぐれ、および、嵩高性に優れ(低密度)、かつ摩擦係数の低下が少ない中質紙を製造できることが分かる。

Claims

オレイン酸ジアミドアミンを主成分とし、そのゼータ電位が＋30〜60mVである嵩高剤を、機械パルプ配合率50%以上の紙料に添加し、これを抄紙して得られることを特徴とする嵩高中質紙。
嵩高剤の添加率が絶乾原料パルプに対して、0.1〜20固形分重量%であることを特徴とする請求項１記載の嵩高中質紙。
該嵩高剤無添加で抄紙した中質紙の静摩擦係数に比較して、該嵩高中質紙の静摩擦係数の低下幅が0.01〜0.10であることを特徴とする請求項１または２記載の嵩高中質紙。