JP4850099B2

JP4850099B2 - 嵩高紙

Info

Publication number: JP4850099B2
Application number: JP2007066616A
Authority: JP
Inventors: 誠幸渡邊; 幸治大篭; 文就野々村
Original assignee: Nippon Paper Industries Co Ltd
Current assignee: Nippon Paper Industries Co Ltd
Priority date: 2007-03-15
Filing date: 2007-03-15
Publication date: 2012-01-11
Anticipated expiration: 2027-03-15
Also published as: JP2008223197A

Description

本発明は、嵩高、かつ剛度低下が小さい嵩高紙に関する。

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ことや物流コストの削減という点から印刷用紙の軽量化がユーザーから求められている。一方、近年の環境保護気運の高まりに伴い、印刷用紙への古紙パルプの増配も望まれている。しかしながら、軽量化の動きの中で高密度、低不透明度である古紙パルプの増配は印刷用紙の嵩及び不透明度の観点から制限されており、これらを解決するため嵩高化、高不透明度化の手段が必要であった。

紙の嵩高化、すなわち低密度化の方法としては製紙用パルプに関して検討が行われてきた。一般的に製紙用パルプには木材パルプが使用されるが、低密度化を行うためには、化学薬品により木材繊維中の補強材料であるリグニンを抽出した化学パルプよりも、グラインダーで木材を磨り潰す砕木パルプやリファイナーで木材を精砕するリファイナーメカニカルパルプ、又はサーモメカニカルパルプのような機械パルプの方が繊維は剛直で、低密度化には効果的である。しかし、砕木パルプは比散乱係数が高く高不透明度を紙に寄与するものの、強度が弱く、また原料となる丸太の確保も困難になってきている。また、砕木パルプは一般にリファイナーメカニカルパルプよりも嵩がでにくい。一方、針葉樹リファイナーパルプは嵩が出やすく強度も強い反面、比散乱係数が低く、紙の不透明度にあまり寄与しない。また、機械パルプのうちサーモメカニカルパルプは繊維長が長く、剛度は高いが、製造したシートの平滑度が低下することが問題であった。

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、及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)。

これら公知の嵩高剤の使用により、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を引き起こすものがある。このような摩擦係数が低下し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。しかし、これらの嵩高剤を添加すると紙を嵩高にすることは可能であるが、同時に著しい紙力及び剛度の低下が起こる。
以上のように、嵩高、かつ剛度低下が少ない嵩高紙の開発が望まれていた。

特開平２−３０４８６８号公報特開平２−６２３６９号公報特開平１−２５７９５９号公報特開平５−２３０７９８号公報特開平１１−２００２８２号公報国際公開９８／３７３０号パンフレット特開平１１−２００２８３号公報特開平１０−１５２８１４号公報特開平１１−８５８８８号公報特開平１１−２６９７９９号公報

本発明は、嵩高、かつ剛度低下が少ない嵩高紙を提供する。

本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意研究した結果、１級アミノ基を１つと２級アミド基を１つ有する式（１）で表される嵩高剤を含有することで本発明を完成するに至った。嵩高剤の含有量は、原料パルプに対して0.1〜2.0固形分重量％含有することが好ましい。

(Ｒは炭素数が16〜22のアルキル基もしくはアルケニル基であり、n：1〜10である。)

本発明の嵩高紙は、嵩高、かつ剛度低下が少ない、という効果を有する。

本発明の使用する嵩高剤は、1級アミノ基を１つと２級アミド基を１つ有する下記の一般式（１）で表される嵩高剤である。

(Ｒは炭素数が16〜22のアルキル基もしくはアルケニル基であり、n：1〜10である。)
本発明の嵩高剤はアルキレンジアミンと脂肪酸の反応によって得られた縮合物である。アルキレンジアミンとしてはエチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミンが一般的に使用される。脂肪酸としてはパルミチン酸、ステアリン酸、アラキン酸、ベヘン酸、パルミトレイン酸、オレイン酸、リノール酸、エルカ酸などが使用される。

本発明の嵩高剤の式(1)で表されるRの炭素数は16〜22であり、16より少ないと嵩高効果が低く、22より多いと嵩高剤の製造が困難となる。また、嵩高剤の式(1)で表されるメチレン基のｎ数は、１〜１０であり、好ましくは２〜６である。メチレン基のｎ数が２未満あるいは１０を超えると剛度低下が大きくなる。

本発明の嵩高剤はアルキレン基の末端に1級アミノ基が１つ、反対側の末端に2級アミド基が１つ有することを特徴とし、剛度の低下が少ない。理由は定かではないが、この構造では１級アミノ基と２級アミド基の部分でパルプ繊維と水素結合を行い擬似架橋が起きているため、嵩高でありながら剛度低下が少ないと考えられる。
本発明の嵩高紙は、特定の嵩高剤を原料パルプに含有する紙料を抄紙することで得られるものであり、各種パルプから通常の製紙工程によって製造される。
原料パルプには化学パルプ、機械パルプ、古紙パルプ等を単独または任意の割合で混合して使用することが出来る。なお、紙の原料に用いるパルプに機械パルプ及び／または古紙パルプが含まれた場合でも、第１の発明の嵩高剤は良好な嵩高性を示す。例えば、パルプ重量当たり３０重量％以上機械パルプ及び／または古紙パルプを含まれていても良好な効果を示すものである。

嵩高剤を添加する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0.1〜2.0固形分重量%の範囲で添加することが好ましく、より好ましくは０．１〜１．０固形分重量％である。

本発明の嵩高紙の製造方法は、内添サイズ剤を添加しない酸性抄紙方法、内添サイズ剤を添加する酸性抄紙方法、内添サイズ剤を添加しない中性抄紙方法、アルキルケテンダイマーを除く中性サイズ剤を添加する中性抄紙方法である。

嵩高紙は填料無配合でも良いし、配合しても良い。填料を配合する場合、填料としては酸性抄紙あるいは中性抄紙において、一般に使用されている填料が使用でき、特に限定されるものではない。例えば、中性抄紙では、クレー、カオリン、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。また酸性抄紙では、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。
平滑性、不透明度の点から、填料の配合量としては、パルプ重量に対して２〜２０％が好ましい。

本発明の嵩高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、嵩高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。表面処理剤は塗布しても良いし、しなくても良い。表面処理剤を塗布する場合、表面処理剤の成分には特に限定は無く、またサイズプレスの型式も限定はなく、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な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。
表面処理剤は、特に限定は無く、例えば、生澱粉や、酸化澱粉、エステル化澱粉、カチオン化澱粉、酵素変性澱粉、アルデヒド化澱粉、ヒドロキシエチル化澱粉などの変性澱粉、カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、メチルセルロースなどのセルロース誘導体、ポリビニルアルコール、カルボキシル変性ポリビニルアルコールなどの変性アルコール、スチレンブタジエン共重合体、ポリ酢酸ビニル、塩化ビニル−酢酸ビニル共重合体、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリアクリル酸エステル、ポリアクリルアミドなどを単独又は併用できる。その中でも表面強度向上効果にすぐれるヒドロキシエチル化澱粉の塗布が最も好ましい。また、表面処理剤には前記の薬剤の他に、スチレンアクリル酸、スチレンマレイン酸、オレフィン系化合物、カチオン性サイズ剤などの表面サイズ剤を併用塗布することができる。

本発明で使用する嵩高剤は、紙の嵩高化する顕著な効果があるが、剛度の低下が少ない、という特徴がある。したがって、この嵩高剤を高配合でき、その分、より高剛度かつ低密度の嵩高紙を製造することができる。本発明の嵩高紙は、坪量が３５〜２００ｇ／ｍ2程度のものであるが、特に坪量が３５〜６０ｇ／ｍ2においても効果を発揮する。該嵩高紙の用途は特に限定はないが、例えば、印刷用紙、特に薄物のオフセット印刷用紙として好適である。その他にも凸版印刷用紙、電子写真用紙、あるいはインクジェット記録用紙、感熱記録紙、感圧記録紙、ＰＰＣ用紙、フォーム用紙などの情報記録用紙の原紙にも使用することができる。また、塗工紙用原紙としても使用できる。最近では、環境問題の高まりに伴い、古紙パルプを高配合する傾向が随所に見られてきている。第１の発明の嵩高剤は古紙パルプの量にかかわらず、著しい嵩高性を示す。そのため、薄物である新聞用紙でも効果を発揮する。

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。以下、特記しない限り「部」は重量部であり、「%」は重量%である。
供試した嵩高剤の型を下記に示した。
また、紙質測定方法は下記の通りである。
＜供試嵩高剤＞
・嵩高剤Ａ：Ｎ−ヘキサメチレン6アミノオレイン酸アミド
・嵩高剤Ｂ：Ｎ−ヘキサメチレン6アミノステアリン酸アミド
・嵩高剤Ｃ：Ｎ−ヘキサメチレン6アミノベヘン酸アミド
・嵩高剤Ｄ：Ｎ−ヘキサメチレン6アミノパルミチン酸アミド
・嵩高剤Ｅ：Ｎ−エチレンアミノオレイン酸アミド
・嵩高剤Ｆ：Ｎ−ヘキサメチレン6アミノラウリル酸アミド
・嵩高剤Ｇ：ペンタエリスリトールジステアレート
・嵩高剤Ｈ：ラウリルアルコールプロピレンオキサイド
・嵩高剤Ｉ：ステアリン酸ポリアミドポリアミン
＜紙質の測定＞
・密度：JIS P 8118に準拠して測定した。
・剛度：ベンディングテスター(Lorentzen ＆ Wettre)を用いて、MD方向の剛度を測定し、紙厚の影響を避けるために、次の計算式で求めた値を剛度とした。
剛度＝10⁵×ベンディングテスター剛度測定値／(紙厚)³
ここで、曲げ剛度測定値の単位はμN・m²/m、紙厚の単位はμｍである。

＜嵩高印刷用紙の製造＞
［実施例１］
脱墨パルプ(DIP、CSF250ml)、広葉樹クラフトパルプ(LKP、CSF350ml)を、配合比40/60の混合パルプスラリーに、炭酸カルシウムを対パルプ固形分重量当たり4%、嵩高剤Aを対パルプ固形分重量当たり0.5%となるように添加し、ツインワイヤー抄紙機を用いて抄紙速度700m/minで坪量50g/m²の嵩高紙を得た。
紙質結果等を表１に示す。
［実施例２］
嵩高剤Aを嵩高剤Ｂとした以外は、実施例１と同様に行った。
紙質結果等を表１に示す。
［実施例３］
嵩高剤Aを嵩高剤Ｃとした以外は、実施例１と同様に行った。
紙質結果等を表１に示す。
［実施例４］
嵩高剤Aを嵩高剤Ｄとした以外は、実施例１と同様に行った。
紙質結果等を表１に示す。
［実施例５]
嵩高剤Aを嵩高剤Ｅとした以外は、実施例１と同様に行った。
紙質結果等を表１に示す。
［実施例６］
嵩高剤Aの添加量を0.1%とした以外は、実施例１と同様に行った。
紙質結果等を表１に示す。
［実施例７］
嵩高剤Aの添加量を1%とした以外は、実施例１と同様に行った。
紙質結果等を表１に示す。
［比較例１］
嵩高剤Aを嵩高剤Ｆとした以外は、実施例１と同様に行った。
紙質結果等を表１に示す。
［比較例２］
嵩高剤Aを嵩高剤Ｇとした以外は、実施例１と同様に行った。
紙質結果を表１に示す。
［比較例３］
嵩高剤Aを嵩高剤Ｈとした以外は、実施例１と同様に行った。
紙質結果等を表１に示す。
［比較例４］
嵩高剤Aを嵩高剤Iとした以外は、実施例１と同様に行った。
紙質結果を表１に示す。
［比較例５］
嵩高剤を無添加とした以外は、実施例１と同様に行った。
紙質結果を表１に示す。

実施例１〜７の嵩高印刷用紙は、嵩高剤を配合しない比較例５や化学構造の違う嵩高剤を配合した比較例２〜４と比較して、紙の密度が低下して嵩高になり、剛度の低下は少ないことが分かる。比較例１から脂肪酸のアルキル基の炭素数が少ないと嵩高効果が低いことが分かる。

Claims

１級アミノ基を１つと２級アミド基を１つ有する下記の一般式（１）で表される嵩高剤を含有することを特徴とする嵩高紙。

(Ｒは炭素数が16〜22のアルキル基もしくはアルケニル基であり、n：1〜10である。)
前記嵩高剤の含有量は、原料パルプに対し、０．１〜２．０固形分重量％であることを特徴とする請求項１に記載の嵩高紙。
前記嵩高剤の式（１）で表されるｎ数が２〜６であることを特徴とする請求項１または２に記載の嵩高紙。