JP5064859B2

JP5064859B2 - 嵩高紙の製造方法

Info

Publication number: JP5064859B2
Application number: JP2007089305A
Authority: JP
Inventors: 誠幸渡邊; 幸治大篭; 伸夫中西; 文就野々村
Original assignee: Nippon Paper Industries Co Ltd
Current assignee: Nippon Paper Industries Co Ltd
Priority date: 2007-03-29
Filing date: 2007-03-29
Publication date: 2012-10-31
Anticipated expiration: 2027-03-29
Also published as: JP2008248413A

Description

本発明は、嵩高剤を含有する嵩高紙において、効率よく製造する方法である。

昨今、紙製品に求められる重要な品質の一つとして嵩高性（低密度）が挙げられる。近年の環境保護気運の高まりにともない、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、紙の厚さを維持しつつ軽量化、すなわち低密度化した嵩高の紙製品がユーザーから求められている。

従来、紙の低密度化（嵩高化）の方法の一つとして、嵩高なパルプの使用がある。製紙用パルプとしては、一般に木材パルプが汎用されるが、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等のような機械パルプの方が繊維は剛直であり、紙の低密度化には効果的であることが知られている。しかし、機械パルプは、大部分がリグニン含有量の高い針葉樹を原料として製造されており、高白色度の嵩高紙を製造することが困難、紙が褪色するなど、多くの問題があった。機械パルプのうち、比較的白色度が高く、一般的に利用される針葉樹サーモメカニカルパルプは、比較的繊維長が長く、また剛度が高いことから、これをパルプ原料として抄造した紙は地合が悪くなったり、平滑度が低下したり、オフセット印刷時のインク着肉が不良になるという問題があった。そして、針葉樹のサーモメカニカルパルプを原料として抄造した紙は、剛度が高いことから、オフセット印刷時作業性の１つである折り適性が低下したり、印刷・製本した書籍のめくりやすさが不良となる問題があり、印刷用紙の曲げ剛さを低下させる、いわゆる柔軟化の向上が課題となっていた。
紙の低密度化のもう一つの手法として嵩高剤を使用することも知られている。公知の嵩高剤として、例えば、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 (特許文献１参照)、非イオン界面活性剤 (特許文献２参照)、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３参照)が知られていおり、こららの嵩高剤を用いることにより、柔軟な嵩高紙が得られるものである。

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号公報

しかしながら、嵩高剤を使用する嵩高紙の製造方法として、問題がある場合があった。例えば、嵩高剤と炭酸カルシウムを組み合わせる方法が挙げられる。但し、この方法で得られた紙は紙力が弱くなる。このため、２ロールサイズプレスコーターで紙力剤を塗布することで、特に層間強度を改善することができる。
しかし、嵩高紙を２ロールサイズプレスコーターで塗工する場合、特に高灰分の嵩高紙の場合に吸液量が増加して乾燥負荷が大きくなり、抄速が低下してしまうという課題があった。この問題に対して、アルキルケテンダイマー(AKD)やアルケニル無水コハク酸(ASA)などの中性内添サイズ剤の増添を検討したが、全く効果はなかった。

本発明の課題は、柔軟で強度に優れた嵩高紙を、抄速が低下せず、従来よりも効率よく製造する方法を提供することにある。

本発明者らは、前記課題について鋭意研究を行った結果、紙中に炭酸カルシウムを15〜35重量%含有し、融点が70℃以上のポリアミドポリアミン系嵩高剤を含有した紙料を抄紙し、、2ロールサイズプレスで紙力剤を塗布する嵩高紙の製造方法により本発明を完成するに至った。

柔軟で強度に優れた嵩高紙を、抄速が低下せず、従来よりも効率よく製造する方法を得ることができる。

本発明の嵩高紙は、原料パルプに高配合の炭酸カルシウムと特定の嵩高剤を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。
本発明で使用す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、良好な嵩高性を示す。

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。

本発明で使用する填料としては、炭酸カルシウムを紙中に15〜35重量％含有する必要があり、好ましくは20〜30%である。35%を超えると紙力の低下による抄造時の断紙や、非塗工紙の場合では、印刷時のパイリングなどの問題が発生する。また、15%未満だと紙の柔軟性、不透明度などが不十分となる。炭酸カルシウムとしては、重質炭酸カルシウム、針状、柱状、紡錘状、球状、立方体状、不定形、ロゼッタ型の軽質炭酸カルシウムのいずれを使用しても良い。この中でも特にロゼッタ型の軽質炭酸カルシウムが好ましい。
本発明においては、炭酸カルシウム以外にホワイトカーボン、タルク、カオリン、クレー、酸化チタン又は合成樹脂填料等の公知の填料を併用することができる。

本発明で使用する嵩高剤は飽和脂肪酸ポリアミドポリアミン系である。不飽和脂肪酸系であるとアフタドライヤーの負荷が大きくなる。また、嵩高剤はポリアミドポリアミン系以外に高級アルコールアルキレンオキサイド付加物系や多価アルコール脂肪酸エステル系など他の化学構造の嵩高剤もあるがアフタドライヤーの負荷は大きくなる。ポリアミドポリアミン系が良好である理由は定かではないが、ポリアミドポリアミンは表面改質に有効と考えられているグラフト重合が起こりやすく、そのためにパルプ表面の疎水化を促進していると考えられる。

本発明では、嵩高剤の融点は70℃以上である。そのためには飽和脂肪酸の炭素数18以上が好ましく、嵩高剤の乳化作業性及び性能のバランスから炭素数22のベヘン酸が最も好ましい。18よりも炭素数が少ないと嵩高剤の融点が70度より低くなり、ドライヤー負荷低減効果も発現しない。脂肪酸の種類は単独でも良いし、2種以上でも良い。融点が高いほど良好である理由については定かではないが、融点が高いとプレドライヤーから紙が出ると、紙中で溶けていた嵩高剤は直ぐに固化し、その為にサイズ性の立ち上がりが速くなると考えられる。
また、全パルプへの嵩高剤の添加量は、全パルプ絶乾重量基準で0.1〜2.0％が好ましく、0.5〜1.2％が更に好ましい。0.1%未満では、嵩高効果がほとんど無く、2.0％を越えて添加しても、嵩はそれ以上高くならない。

また、本発明の用紙は、硫酸バンドや各種のアニオン性、カチオン性、ノニオン性又は両性の歩留まり向上剤、濾水性向上剤、紙力増強剤や内添サイズ剤等の抄紙用内添助剤を必要に応じて使用することができる。

さらに、染料、蛍光増白剤、pH調整剤、消泡剤、ピッチコントロール剤又はスライムコントロール剤等も必要に応じて添加しても何ら問題はない。
本発明の用紙の抄造は、長網抄紙機、ギャップフォーマ又はハイブリッドフォーマ(オントップフォーマ)等の公知の抄紙機にて行うことができる。また、抄紙の際、澱粉等の紙力剤を塗布することができる。

抄紙機におけるプレス線圧は、操業に支障を来さない範囲内でなるべく低いことが望ましく、また、カレンダー線圧は嵩高中質印刷用紙の平滑性が損なわれない範囲内でなるべく低いことが望ましい。

本発明では、紙力剤の塗工方式は２ロールサイズプレスコーターである。高灰分の場合、紙力、特に層間強度は弱くなり、ゲートロールコーターでは紙力剤が紙の表面にとどまってしまい層間強度の向上は不十分である。表面紙力剤としては澱粉系紙力剤が一般的であり、澱粉系表面紙力剤に用いる澱粉の種類は、特に限定はなく、生澱粉や、酸化澱粉、ジアルデヒド澱粉、リン酸変性澱粉、ヒドロキシエチル化澱粉、ヒドロキシプロピル化澱粉、カチオン化澱粉又は酵素変性澱粉等の加工澱粉を使用できる。表面紙力剤の塗工量は0.3〜4.0g/m²、好ましくは0.5〜3.0g/m²である。
また、他の水溶性高分子を混合して併用塗工してもよく、これらの水溶性高分子としては、カルボキシメチルセルロース、ポリアクリルアミド又はポリビニルアルコール等の表面処理剤として通常使用されるものを単独又は２種以上を併用できる。また、他に耐水化や表面強度向上を目的とした紙力増強剤やサイズ性付与を目的とした外添サイズ剤を添加することもできる。内添サイズ剤としてAKD、ロジン、ASAどれを使用しても特に問題はなく、アフタドライヤー負荷には大きな影響はない。

本発明の嵩高紙の用途は特に限定はないが、例えば、上質書籍用紙など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など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。

以上のように、本発明では、紙中の炭酸カルシウムが15〜35%で、融点が70℃以上のポリアミドポリアミン系嵩高剤を含有し、2ロールサイズプレスで紙力剤を塗布することで柔軟で印刷適性に優れた嵩高紙を従来よりも効率よく製造することができる。
[実施例]
以下に実施例を示すが、この実施例は本発明の範囲を限定するものではない。
なお、説明中％は固形分重量％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：飽和脂肪酸ポリアミドポリアミン系 (融点81℃)
・嵩高剤Ｂ：飽和脂肪酸ポリアミドポリアミン系 (融点70℃)
・嵩高剤Ｃ：飽和脂肪酸ポリアミドポリアミン系 (融点60℃)
・嵩高剤Ｄ：不飽和脂肪酸ポリアミドポリアミン系 (融点室温以下)
・嵩高剤E：多価アルコール飽和脂肪酸エステル系 (融点 53℃)
・嵩高剤F：高級アルコールアルキルオキサイド付加物系 (融点室温以下)
・嵩高剤G：不飽和脂肪酸ジアミドアミン系 (融点室温以下)
[実施例１]
LBKP(濾水度350mlCSF)100％のパルプスラリーに、硫酸バンド0.8%、カチオン澱粉1%、嵩高剤Ａを0.5%添加し、歩留り剤200ppm、ロゼッタ型の軽質炭酸カルシウムを紙中灰分25%目標で添加し、長網抄紙機にて抄紙し、酸化澱粉を２ロールサイズプレスで4g/m^２の塗布量で塗工し、坪量77g/m^２の嵩高用紙を得た。
[実施例２]
実施例１の嵩高剤Aの代りに嵩高剤Ｂを使用したこと以外は実施例１と同様の条件で抄造した。
[実施例３]
実施例１の軽質炭酸カルシウムを紙中灰分25%目標から35%目標にしたこと以外は実施例１と同様の条件で抄造した。
[実施例４]
実施例１の軽質炭酸カルシウムを紙中灰分25%目標から15%目標にしたこと以外は実施例１と同様の条件で抄造した。
[比較例１]
実施例１の嵩高剤Ａの代りに嵩高剤Cを使用したこと以外は実施例１と同様の条件で抄造した。
[比較例２]
実施例１の嵩高剤Ａの代りに嵩高剤Dを使用したこと以外は実施例１と同様の条件で抄造した。
[比較例３]
実施例１の嵩高剤Ａの代りに嵩高剤Eを使用したこと以外は実施例１と同様の条件で抄造した。
[比較例４]
実施例１の嵩高剤Ａの代りに嵩高剤Fを使用したこと以外は実施例１と同様の条件で抄造した。
[比較例５]
実施例１の嵩高剤Ａの代りに嵩高剤Gを使用したこと以外は実施例１と同様の条件で抄造した。
[比較例６]
実施例１の軽質炭酸カルシウムを紙中灰分25%目標から10%目標にしたこと以外は実施例１と同様の条件で抄造した。
[比較例７]
実施例１の軽質炭酸カルシウムを紙中灰分25%目標から40%目標にしたこと以外は実施例１と同様の条件で、断紙多発の為に抄造不能であった。
[比較例８]
実施例１の２ロールサイズプレスで塗布量4g/m^２からゲートロールサイズプレスで塗布量2g/m^２にしたこと以外は実施例１と同様の条件で抄造した。

表１に結果を示した。

・密度：JIS P 8118に準じて測定した。
・MD剛度：ベンディングテスター(Lorentzen ＆ Wettre)で測定した。
層間強度：Z方向引張り試験機(Lorentzen ＆ Wettre)で測定した。

実施例１、２と比較例１、２、３、４、５との比較から、飽和脂肪酸ポリアミドポリアミン系の嵩高剤では融点が高いほど抄速アップが可能で、融点が70℃よりも低いと他の化学構造である嵩高剤との優位性がないことが分かる。実施例1、3、4と比較例6、７との比較から、紙中の炭酸カルシウムが15%未満であると剛度が高すぎ、35%を超えると紙力が弱くなり断紙多発で抄造不能であることが分かる。実施例1と比較例８からゲートロールサイズプレスで紙力剤を塗布すると層間強度が大幅に低くなることが分かる。
本発明により、柔軟で強度、印刷適性に優れた嵩高紙を、抄速が低下せず、従来よりも効率よく製造することができる。

Claims

紙中に１５〜３５重量％のロゼッタ型軽質炭酸カルシウム、及び融点が７０℃以上である飽和脂肪酸ポリアミドポリアミン系嵩高剤を含有した紙料を抄紙し、２ロールサイズプレスコーターで澱粉系紙力剤を塗布することを特徴とした嵩高紙の製造方法。