JP5225896B2

JP5225896B2 - 製紙用助剤及びそれを用いた紙の製造方法

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Publication number: JP5225896B2
Application number: JP2009053185A
Authority: JP
Inventors: 佳宏上田
Original assignee: Somar Corp
Current assignee: Somar Corp
Priority date: 2009-03-06
Filing date: 2009-03-06
Publication date: 2013-07-03
Anticipated expiration: 2029-03-06
Also published as: JP2010203019A

Description

本発明は製紙用助剤及びその製紙用助剤を用いて特に紙力を増強させた紙を得るための製造方法に関するものである。

近年、二酸化炭素やＶＯＣの排出規制などにより世界中で地球環境保全に対する意識が高まってきている。二酸化炭素の排出量削減のために新たな森林資源から製造する所謂バージンパルプの使用量を減らし、その分を脱墨古紙パルプなどの再生パルプを用いた配合した再生紙やバージンパルプの使用量を減らした軽量紙やボリューム感に優れた軽量嵩高紙などの各種紙が使われるようになってきている。しかしながら、再生パルプの使用量が増加すると紙厚が低下し、その結果、紙の引張り強さや引張破断伸びなどの紙力が低下する。また、軽量紙や軽量嵩高紙などでも強度が低下する場合があり、それに起因し筆記性、印刷性、形状保持性、取り扱い性等、紙に要求される物性が低下するという問題があり、紙力増強や剛度低下を防止するために各種紙力増強剤を製紙原料スラリー中に添加後、その製紙原料スラリーを乾燥したり、製紙原料スラリーを乾燥後、紙の表面に紙力増強剤を塗布することにより紙を製造することがなされている。

このような紙力増強剤としては、例えばカチオン化デンプンやアニオン性タイプ、カチオン性タイプ、両性タイプのポリアクリルアミド系ポリマーなどの水溶性高分子が挙げられる。カチオン化デンプンとしては、例えば２５℃における固形分１５％水溶液の粘度が５乃至５００ｃｐｓとなるように酵素変性したカチオン化澱粉を有効成分とする内添紙力増強剤（特許文献１参照）やカチオン化澱粉を酵素により変性して温度２５℃における固形分１０％水溶液の粘度が１〜５０ｃｐｓとなるように低粘度化した酵素変性低粘度カチオン化澱粉水溶液中において、（メタ）アクリルアミドを必須成分とするビニルモノマー類を重合して得られる水溶性重合体を有効成分とすることを特徴とする製紙用紙力増強剤（特許文献２参照）、カチオン化処理を施した未溶解のデンプン粒子表面にアニオン性無機填料が吸着されてなる紙力増強剤（特許文献３参照）などが提案されている。
また、ポリアクリルアミド系ポリマーとしては、ｐＨ４．５における未中和アニオン性基量が１０００〜４０００μ当量／ｇで、かつ全アニオン性基量に対する未中和アニオン性基量の比率が７０％以上であり、さらに全アニオン性基に対するカチオン性基量の比率が２０〜４０％である両性ポリアクリルアミド系紙力増強剤を含有又は外添塗布した紙（特許文献４参照）や（ａ）（メタ）アクリルアミド９４〜９９．９８モル％、（ｂ）架橋性モノマー０．０１〜１モル％、および（ｃ）特定のビニル化合物０．０１〜５モル％を構成成分として重合して得られる水溶性ポリマーからなることを特徴とする紙力増強剤（特許文献５参照）が提案されている。

カチオン化デンプンはポリアクリルアミド系ポリマーに比べ低価格であり、また、製紙現場では多量に用いられるものであるため扱い易いという利点はありが、一般に用いられている澱粉に比べるとカチオン化デンプンは高価であること、紙力増強効果を発揮させるためにはカチオン化デンプンの配合量を多くする必要があるが、添加量の増加によりカチオン化デンプンが溶解せずに紙の表面に残ってしまい、得られた紙の表面にインク等で印字すると、未溶解のデンプンにより印字部に色抜けなど着色不良が発生するという問題があった。また、カチオン化デンプンの添加量を増加すると塗工液の粘度が上昇し、これに起因し発生する気泡を抑制するために、消泡剤を添加しなければならず、製造工程数の増加や製造コストアップなど、生産性が低下するという問題もあった。さらに、消泡剤の添加した場合、消泡剤に起因する印字性等の印刷物性が低下することもあり、紙としての品質をそこなうという欠点を有している。
また、ポリアクリルアミド系ポリマーからなる紙力増強剤はカチオン化デンプンに比べ使用量を低くすることが可能であるが、構造上、炭素負荷が高く地球環境保全等の面を考慮した紙力増強剤の提案はいまだされていない。

特開平１１−１２９７９号公報（特許請求の範囲その他）特開平１１−２４１２９４号公報（特許請求の範囲その他）特開２００８−３１５９３号公報（特許請求の範囲その他）特開２００３−２７８０９４号公報（特許請求の範囲その他）特開２００４−１２４３５３号公報（特許請求の範囲その他）

本発明は、紙力増強効果と印字性を両立させ、しかも環境負荷の低減が可能な製紙用助剤およびその製造方法、これを用いた紙の製造方法を提供することを課題とする。

本発明者らは、前記課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明によれば、下記に示す製紙用助剤及びその製造方法、並びにこの製紙用助剤を用いた紙の製造方法が提供される。

（１）（Ａ）キサンタンガムと（Ｂ）タラガム又はグァガムあるいはその両方と（Ｃ）カラヤガムを配合したことを特徴とする製紙用助剤。

（２）（Ａ）成分と（Ｂ）成分の含有量が、質量比で７：３ないし３：７の範囲であり、（Ａ）成分と（Ｂ）成分の合計量と（Ｃ）成分の質量比が３０：１ないし１：１の範囲にある前記（１）に記載の製紙用助剤。

（３）前記（１）または（２）に記載の製紙用助剤が、（Ａ）キサンタンガムと（Ｂ）タラガム又はグァガムあるいはその両方と（Ｃ）カラヤガムとをあらかじめ常温の水に溶解・混合後、５０℃〜９０℃まで加熱することにより調製されていることを特徴とする製紙用助剤の製造方法。

（４）前記（１）または（２）に記載の製紙用助剤が、水を５０℃〜９０℃まで加熱後、この水に（Ａ）キサンタンガムと（Ｂ）タラガム又はグァガムあるいはその両方と（Ｃ）カラヤガムとを溶解・混合することにより調製されていることを特徴とする製紙用助剤の製造方法。

（５）前記（１）または（２）に記載の製紙用助剤を紙の表面に塗布することを特徴とする紙の製造方法。

本発明の製紙用助剤は、天然多糖類を用いているにもかかわらず、少量添加で紙力増強性及び印字適性に優れるものである。また、本発明の製紙用助剤は紙力増強したい紙の種類に関係なく効果を発揮し、しかもサイズ処理された紙のサイズ性に悪影響を及ぼすことがないため、この製紙用助剤を用いて紙を製造すると、高品質な紙を得られ、また使用する製紙用助剤及び他の添加剤に起因する抄紙マシンの汚れの低減が可能となる。さらに、カチオン化デンプン等を使用する際に添加している消泡剤等を使用しなくてよいため生産性、コスト面で優れるものである。

本発明における製紙用助剤は（Ａ）キサンタンガムと（Ｂ）タラガム又はグァガムあるいはその両方と（Ｃ）カラヤガムからなる。
本発明において、（Ａ）成分として用いられるキサンタンガムは、トウモロコシのようなデンプンを細菌により発酵させて得られる水溶性の天然多糖類で、Ｄ‐グルコースがβ‐１，４結合した主鎖とこの主鎖のアンヒドログルコースにＤ‐マンノース、Ｄ‐グルクロン酸からなる側鎖が結合した構造を有する物質である。分子量２００万ないし５０００万程度のものが知られているが、本発明においては、いずれの分子量のものも用いることができる。

次に、（Ｂ）成分として用いるタラガムは、コタタビ科タラの種子の胚乳部分を粉砕、精製して得られる多糖類であり、その主成分はガラクトマンナンで、ガラクトースとマンノースが約１：３の割合で結合したものであり、グァガムは、豆科植物グァの種子の胚乳部に含有される粘液物質であり、主成分はガラクトマンナンであり、ガラクトースとマンノースが約１：２の割合で結合したものである。（Ｂ）成分としては、タラガム単独又はグァガム単独を用いてもよいし、また両方を組み合わせて用いてもよい。タラガムとグァガムを両方用いる場合は、その配合割合を質量比で１：１００〜１００：１の範囲とするのが
の面で好ましい。

また、（Ｃ）成分として用いるカラヤガムは、インド中部及び北部の乾燥地帯に分布するカラヤ木の幹から滲出する分泌物から得られる部分的にアセチル化した分岐を含む多糖類であり、ラムノースとガラクトウロン酸とからなる主鎖を有し、約４０質量％のウロン酸と８質量％以下のアセチル基を含む、分子量は約９５０万程度のものである。本発明においては、天然物をそのまま用いてもよいし、加水分解により得られる低分子量のものを用いてもよい。

本発明の製紙用助剤に用いられる前記（Ａ）成分、（Ｂ）成分及び（Ｃ）成分の配合割合は、処理する紙の種類や紙力増強効果に応じ適宜選択すればよく、例えば（Ａ）成分と（Ｂ）成分との混合割合が７：３ないし３：７、特に２：１ないし１：２の範囲を選ぶのが好ましく、（Ｃ）成分の配合割合は、通常（Ａ）成分と（Ｂ）成分の合計量と（Ｃ）成分との質量比で３０：１ないし１：１、好ましくは１５：１ないし１：１の範囲、すなわち（Ａ）成分と（Ｂ）成分の合計量を１０としたとき、（Ｃ）成分を０．３〜１０、好ましくは０．６〜５の範囲内で選ばれるが、特に制限はない。
また、製紙用助剤の調製は、前記（Ａ）成分、（Ｂ）成分及び（Ｃ）成分を水中で均一に溶解させることで調製されるが、各成分を溶解させる際の手順としては、（Ａ）成分、（Ｂ）成分及び（Ｃ）成分の必要量をあらかじめ混合してから、水中に加えてもよいし、あらかじめ混合した（Ａ）成分と（Ｂ）成分を水中に加えたのち、（Ｃ）成分を加えてもよいし、また（Ａ）成分と（Ｂ）成分と（Ｃ）成分とを別々に、任意の順序で水に加え、均一に溶解してもよい。

しかしながら、簡便で、しかも安定した効果が得られる点で、（Ａ）成分と（Ｂ）成分と（Ｃ）成分をあらかじめ混合したのち、これを水に溶解するのが有利である。混合物を溶解させる方法としては、（Ａ）成分、（Ｂ）成分及び（Ｃ）成分を混合後、この混合物を常温の水中で混合した後、５０℃〜９０℃、好ましくは８５℃まで加熱してもよいし、あらかじめ５０℃〜９０℃、好ましくは８５℃の水中に混合物を添加してもよい。
本発明の製紙用助剤は、このように各成分を水等の溶媒に添加・混合し、均一に溶解することにより紙力増強剤として調製することができるが、その場合の各成分の合計量に基づく配合量は、０．０５〜０．５質量％程度の範囲である。これは、内添用でも外添用でも概ね同様な濃度である。配合量がこの範囲より少ないと紙力増強効果が得られなくなるし、この範囲を著しく超えると、製紙用助剤の粘性が高くなり浸漬作業に若干の作業時間が必要となるので好ましくない。好ましい配合量は０．０５〜０．５質量％の範囲である。

本発明に係る製紙用助剤は単独で使用することができることはもちろんであるが、他の成分、例えば顔料、耐水化剤、サイズ剤などと併用してもよい。また、処理を行う紙はその種類によりパルプ成分や填料、内添サイズ剤、歩留剤、濾水剤等の使用材料を適宜選択することが可能である。このような紙の種類としては、例えば上質印刷用紙、中質印刷用紙、新聞印刷用紙等の非塗工印刷用紙、アート紙、キャストコート紙、上質コート紙等の原紙、ＰＰＣ用紙、インクジェット記録用紙、レーザープリンター用紙、フォーム用紙、熱転写用紙、感熱記録用紙等の記録用紙等が挙げられる。

本発明の製紙用助剤からなる紙力増強剤は、通常、内添紙力増強剤として使用される場合には、パルプスラリー中に、必要に応じて、硫酸バンドやカチオン性凝結剤、歩留り剤などの定着剤と併用して添加される。この場合の紙力増強剤の配合量は、パルプ固形分に対し質量比で０．０５〜０．５質量％である。また、外添用として用いる場合には、サイズプレス、キャレンダー塗布などにより紙上に塗布あるいは噴霧等行ない、乾燥することで紙を製造することができる。

次に、本発明を実施するための最良の形態を説明するが、本発明はこれらの例によってなんら限定されるものではない。

（１）引張り強さ（Kｇ/m）
横１５ｍｍ、縦２００ｍｍに切断した紙サンプルを、１サンプルにつき５枚以上作製した。湿度３０〜３０％、室温２０〜２５℃の条件化において、各々のサンプルを横型引張試験機（ＫＵＭＡＧＡＩＲＩＫＩＫＯＧＹＯ）により引張り強さを測定し、平均値を測定値とした。

（２）引張破断伸び（ｍｍ）
横１５ｍｍ、縦２００ｍｍに切断した紙サンプルを、１サンプルにつき５枚以上作製した。湿度３０〜４０％、室温２０〜２５℃の条件化において、各々のサンプルを横型引張試験機（ＫＵＭＡＧＡＩＲＩＫＩＫＯＧＹＯ）により引張り強さを測定し、平均値を測定値とした。

（３）サイズ度（秒）
縦・横を約２０ｍｍに切断した紙サンプルを、１枚につき１０〜１５枚作製した。ステキヒドサイズ法（２ｇ/ｍｌチオシアン酸アンモ、１．６ｇ/ｍｌ塩化鉄）に準じ、サイズ度（秒）を測定し、平均値を測定値とした。
実施例１

（Ａ）キサンタンガム、（Ｂ）タラガム及び（Ｃ）カラヤガムを質量比７：３：３で合計量が０．１２５ｇとして蒸留水１００ｍｌに溶解し、ウォーターバスで９０℃に加熱し、１２００ｒｐｍで６０分間撹拌して製紙用助剤を調製した。
この製紙用助を、ＪＡＰＡＮＴＡＰＰＩスタンダードに準じ作製した紙Ａ（坪量６７．５ｇ／ｍ^２、サイズ度３．９６秒）、紙Ｂ（坪量６８．３ｇ／ｍ^２、サイズ度３．４４秒）、紙Ｃ（坪量６８．１ｇ／ｍ^２、サイズ度４．７８秒）及びろ紙（５種Ｃ）の各紙の表面に３０秒間、浸漬にて塗布し、９０℃で約５分間、ＡＵＴＯＤＲＴＥＲＴＹＰＥＭＲ−３０(東西精器株式会社)を用い乾燥することにより製紙用助剤塗布紙を作製した。このものの物性を表１に示す。
比較例１

実施例１において、（Ａ）成分、（Ｂ）成分及び（Ｃ）成分の代えカチオン化澱粉を用いた以外はすべて実施例１と同様にして製紙用助剤及び製紙用助剤塗布紙を作製した。このものの物性を表１に示す。

＊表中の「使用せず」とは、製紙用助剤を表面に浸漬にて塗布せず、ろ紙（５種Ｃ）のみを用いたものであることを示す。

表１から分かるように、実施例１のものは比較例１に比べ、紙の種類に関係なく高い引張強さ及び引張破断伸びが得られている。このことから本発明の製紙用助剤を用いることにより紙の種類、特にサイズ度を変えることなく紙力増強性が向上した紙が得られることが分かる。
実施例２

実施例１において、（Ａ）キサンタンガム、（Ｂ）タラガム及び（Ｃ）カラヤガムを質量比７：３：３で合計量が０．５ｇとした以外はすべて実施例１と同様にして製紙用助剤を調製し、この製紙用助剤をろ紙（５種Ｃ）の表面に浸漬にて塗布した以外はすべて実施例１と同様にして製紙用助剤塗布紙を作製したこのものの物性を表１に示す。また、この製紙用助剤塗布紙の表面にインクジェットプリンター（セイコーエプソン社製、製品名ＰＭ−Ｇ７３０）を用いて６０ドットのゴシック体でカタカナの「ソ」を印字し、この印字部の状態を電子顕微鏡で５０倍及び１７５倍で撮影した。このものを図３に示す。
比較例２

実施例２において、（Ａ）成分、（Ｂ）成分及び（Ｃ）成分に代えカチオン化澱粉を用いた以外はすべて比較例２と同様にして製紙用助剤及び製紙用助剤塗布紙を作製した。このものの物性を表２に示す。
比較例３

比較例２において、カチオン化澱粉の配合割合を１．８ｇとした以外はすべて比較例１と同様にして製紙用助剤及び製紙用助剤塗布紙を作製した。このものの物性を表１、印字部の状態を図２に示す。

表２から製紙用助剤の添加量が同じ実施例２と比較例２とを比較した場合、実施例２の引張り強さが高いことが分かる。また、製紙用助剤の添加量を実施例2の引張り強さは、製紙用助剤の添加量を実施例２の３．６倍である比較例３と同等かそれ以上であることが分かる。さらに印字性について実施例２（図３）、比較例３（図２）及び製紙用助剤を塗布しないもの（図１）を目視で評価した結果、図１の製紙用助剤を塗布していない紙では印字部に白抜け等の発生は見られなかった。これに対し図２の比較例３のものは印字部に明らかにカチオン化デンプンに起因する白抜け等の印字不良が確認されたが、図３の実施例２の紙力増強性は比較例３と同等又はそれ以上の効果を得ているにもかかわらず白抜け等の印字性が低下していないものであった。この結果から実施例２の製紙用助剤塗布紙は高い紙力増強性を有し、しかも印字不良のない品質の高い紙であることが分かる。

図１は及び印字性を示す写真であって、製紙用助剤を用いて表面処理を施していないろ紙の印字部拡大写真である。図２は及び印字性を示す写真であって、比較例３の製紙用助剤を用いて表面処理を施したろ紙の印字部拡大写真である。図１は及び印字性を示す写真であって、実施例２の製紙用助剤を用いて表面処理を施したろ紙の印字部拡大写真である。

本発明は、紙のサイズ性を維持しながら引張強さ、引張破断伸びなど紙力増強性の向上と印字性低下を防止し、しかも環境負荷の低減や少量添加が可能な製紙用助剤に関するものである。

Claims

（Ａ）キサンタンガムと（Ｂ）タラガム又はグァガムあるいはその両方と（Ｃ）カラヤガムを配合したことを特徴とする製紙用助剤。
（Ａ）成分と（Ｂ）成分の含有量が、質量比で７：３ないし３：７の範囲であり、（Ａ）成分と（Ｂ）成分の合計量と（Ｃ）成分の質量比が３０：１ないし１：１の範囲にある請求項１記載の製紙用助剤。
請求項１または２に記載の製紙用助剤が、（Ａ）キサンタンガムと（Ｂ）タラガム又はグァガムあるいはその両方と（Ｃ）カラヤガムとをあらかじめ常温の水に溶解・混合後、５０℃〜９０℃まで加熱することにより調製されていることを特徴とする製紙用助剤の製造方法。
請求項１または２に記載の製紙用助剤が、水を５０℃〜９０℃まで加熱後、この水に（Ａ）キサンタンガムと（Ｂ）タラガム又はグァガムあるいはその両方と（Ｃ）カラヤガムとを溶解・混合することにより調製されていることを特徴とする製紙用助剤の製造方法。
請求項１または２に記載の製紙用助剤を紙の表面に塗布することを特徴とする紙の製造方法。