JP5484003B2 - 製紙用填料を含有する印刷用塗工紙 - Google Patents
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Description
一方で、印刷用塗工紙においては、環境負荷の低減や、製造エネルギーの低減などの観点から、資源循環型の製紙原料が求められている。現在の印刷用塗工紙の製造においては、填料や顔料といった無機材料の大部分は循環型資源として印刷用塗工紙の材料として再利用されていなかった。
(1) 製紙スラッジ、石炭、紙を含む廃棄物、バイオマス、複合燃料からなる群より選択される1種以上を含んでなる原料を温度700〜800℃にて焼却して得られる製紙用填料を含有する印刷用塗工紙。
(2) 前記製紙用填料の平均粒径が0.1〜10μmである、(1)に記載の印刷用塗工紙。
(3) 前記製紙用填料の白色度が10%〜60%である、(1)または(2)に記載の印刷用塗工紙。
本発明の製紙用填料は、原料を700〜800℃の温度で熱処理して得られる焼却灰である。一般に焼却灰は、各種金属及びそれらの酸化物、硫化物、塩化物などの無機物を主に構成されているが、その組成は非常に複雑であり、焼却物や産地によっても種々異なる。焼却灰には、SiO2、Al2O3、CaO、MgOなどの無機酸化物、未燃カーボンのような燃焼原料中の有機物の他、ハロゲンや重金属が含まれることがある。このように焼却灰は、場所、季節などによってその組成が変動するが、工業的に安定して再利用するためには、このような組成が一定しない焼却灰を原料としても一定レベルの製紙用填料を安定して製造できることが要求される。このような状況の中、本発明者は、焼却灰を得る際の焼却温度を700〜800℃に制御することによって、驚くべきことに、焼却灰のワイヤー磨耗度が改善されることを見出した。つまり、本発明によれば、熱処理を施す時間、燃焼設備の形状等の燃焼条件に関係なく、種々の原料から、ワイヤー摩耗性に優れた製紙用填料を安定的に製造することが可能である。後述する実施例において実証されているように、熱処理温度を800℃以下にして酸素存在下で原料を燃焼させることにより、ワイヤー磨耗性が著しく低下し、製紙用填料として好適に使用することが可能になる。一方、熱処理温度を700℃より低くすると、燃焼効率が低下し、主に未燃カーボンからなる未燃成分が多く残ってしまうため、好ましくない。燃焼効率などの観点から、より好ましい態様において本発明の燃焼温度は750〜800℃である。
本発明の製紙用填料を用いて塗工紙を製造することができる。本発明の製紙用填料は、抄紙機のワイヤーを摩耗させにくいため、一般的な抄紙機を用いる抄紙に使用することができる。
上剤;退色防止剤等の助剤を使用することができる。これらの助剤は、本発明の焼却灰填料のスラリーに予め添加してから抄紙機に施用してもよく、また、本発明の焼却灰填料のスラリーと別々に抄紙機に施用してもよい。
塗工後の湿潤塗工層を乾燥させるドライヤとしては、一般的なものを使用することができ、例えば、蒸気加熱ヒーター、ガスヒーター、赤外線ヒーター、電気ヒーター、熱風加熱ヒーター、マイクロウェーブ、シリンダドライヤ等の通常の装置を用いることができる。
本発明における片面あたりの塗工量は、塗工紙の種類に応じて適宜設定することができるが、0.5〜12g/m2、好ましくは1〜8g/m2とすることができる。
本発明における各特性値は、下記の測定方法により得られた値である。
(1)粒度分布測定(レーザー法):レーザー回折法により粒度分布を測定する。試料スラリーを、分散剤(ヘキサメタリン酸ソーダ)0.2重量%(対試料固形分)を添加した純水中に滴下混合して均一分散体とし、レーザー法粒度測定器(使用機器:マルバーン社製マスターサイザー)を使用して粒度測定する。
(2)ワイヤー磨耗度:リン青銅線円盤(以下ワイヤー)を用いてアインレーナー(Einlehner)AT1000磨耗試験機により、ワイヤー摩耗性を測定する。測定に用いるワイヤーは超音波浴中で5分間洗浄した後、イオン交換水で洗浄し、さらにアセトンにより洗浄を行った。これを105℃で1時間以上乾燥させ、デシケータ中で放冷した後、0.1mgの精度で重量を測定した。このワイヤーを試験円筒機の底に固定し、撹拌機を下ろしてワイヤーに接しさせた。イオン交換水で10%濃度としたスラリーを測定試料とし、試験円筒機に注入した。この状態で、撹拌機を174000回転させて、ワイヤーを摩耗させた。摩耗試験後のワイヤーを、再び超音波浴中で5分間洗浄した後、イオン交換水で洗浄し、さらにアセトンにより洗浄を行った。これを105℃で1時間以上乾燥させ、デシケータ中で放冷した後、0.1mgの精度で重量を測定した。摩耗試験前のワイヤー重量から摩耗試験後のワイヤー重量を差し引き、ワイヤー磨耗度(mg)とした。
(3)白色度:測定光が裏側に透けない程度の厚みを持つよう、試料をリング状の測定器具の中に入れ、約20kg/cm2の圧力をかけてペレット状にした。このペレットについて、村上色彩技術研究所CMS−35SPXを用いて、D65光源、10度視野、紫外光を含む条件で白色度を測定した。
(4)結晶組成:X線回折測定装置(X’Pert PRO:PANalytical製)により、試料の結晶組成を測定した。
(5)元素分析:蛍光X線測定装置(ED2000:Oxford Instruments製)により、試料の元素組成を測定した。
本発明における印刷用塗工紙の紙質は、下記に規定される方法に準じて測定した値である。
(1)坪量:ISO536
(2)紙中灰分:ISO1762
(3)白色度:ISO2470
(4)不透明度:ISO2471
(5)引張強さ:ISO1924
(6)白紙面感:目視評価にて、被覆ムラ、光沢ムラを評価した。評価基準は、◎極めて良好、○良好、△やや劣る、×劣る、の4段階で評価した。
(7)ブレード磨耗性:一定時間塗工後のブレードを目視にて評価した。評価基準は、◎極めて良好、○良好、△やや劣る、×劣る、の4段階で評価した。
以下に示す方法により、焼却灰を原料として製紙用填料を製造した。原料としては、製紙工程由来のスラッジ(古紙リサイクル工程由来のスラッジ約80重量%、製紙白水由来のスラッジ約20重量%)または石炭を用いた。なお、焼却灰材料の物性評価(粒径、ワイヤー磨耗度、白色度)は前述した方法で実施した。
出発原料として、製紙工程由来のスラッジを用いた。このスラッジを、流動床炉を用い、酸素濃度7%、滞留時間2秒、770℃で焼却して、焼却灰300kgを得た。この焼却灰を測定したところ、平均粒径は230μm、白色度は51%だった。
製紙用填料Aと同様にして、製紙工程からのスラッジから焼却灰を得た。この焼却灰300kg(平均粒径230μm、白色度51%)を、水2200kgに添加し、分散剤としてポリアクリル酸ナトリウム(アロンT−40:東亜合成製)を焼却灰に対して固形分で1%添加し、アジテータにて攪拌を十分行って、固形分濃度12%の焼却灰スラリーを得た。
粉砕時間を1時間45分とし、最終的に平均粒径7.8μmの焼却灰材料を得た以外は、製紙用填料Aと同様にして製紙用填料を製造および評価した。
出発原料として、製紙用填料Aと同じ製紙工程からのスラッジを用いた。このスラッジを、流動床炉を用い、酸素濃度7%、滞留時間2秒、730℃で焼却して、焼却灰300kgを得た。この焼却灰を測定したところ、平均粒径は205μm、白色度は53%だった。
Hは8.5だった。
出発原料として、石炭を用いた。石炭を、バーナー炉を用い、酸素濃度4%、滞留時間2秒、750℃で焼却して、焼却灰300kgを得た。この焼却灰を測定したところ、平均粒径は145μm、白色度は21%だった。
Hは8.5だった。
出発原料として、製紙用填料Aと同じ製紙工程由来のスラッジを用いた。このスラッジを、流動床炉を用い、酸素濃度7%、滞留時間2秒、860℃で焼却して、焼却灰300kgを得た。この焼却灰を測定したところ、平均粒径は220μm、白色度は48%だった。
粉砕工程を行いながら、pH調整を目的として徐々に硫酸を添加した。具体的には、97%硫酸をロータリーポンプによりホールディングタンクに添加し、97%硫酸の総添加量は24Lだった。硫酸は、1000rpmで回転しているアジテータの攪拌羽根直下に添加し、添加された硫酸が十分に分散されるようにした。pH調整後の焼却灰スラリーのpHは8.5だった。
以下の方法により、本発明の製紙用填料を内添して印刷用塗工紙を製造した。紙質評価(坪量、灰分、白色度、不透明度、引張強さ、白紙面感)は前述した方法で実施した。
製紙用填料Aを使用し、実際に印刷用塗工紙の製造を行った。塗工紙の製造手順は以下のとおりである。
NBKP10部、晒針葉樹TMP45部、NDIP45部のパルプスラリーに、硫酸バンド1.6%、紙力剤(EX−230、ハリマ化成製)0.2%を添加し、歩留剤(DR−3600、ハイモ株式会社)200ppmを添加し、内添填料として製紙用填料Aを10%、軽質炭酸カルシウムを5%含有し、ツインワイヤー型抄紙機にて、1000m/分の速度で抄紙した、密度0.60g/cm3で坪量43g/m2の塗工原紙を得た。得られた原紙は、灰分が13%であった。
顔料スラリーとして微粒重質炭酸カルシウムスラリー(ファイマテック社製 FMT-90)100部(固形分)を用い、スチレンブタジエン共重合体ラテックス(ガラス転移点温度20℃、ゲル含量85%)10部、ヒドロキシエチルエーテル化澱粉(ペンフォード社製 PG295)25部を加えた後、さらに水を加えて固形分濃度50%とし、塗工液を調製した。
上記塗工液を上記原紙に、片面あたりの塗工量が8.0g/m2となるように塗工速度800m/分でゲートロールコーターを用いて両面塗工した後、塗工紙水分が5%となる様に乾燥した。その後、2ロール1スタックの高温ソフトカレンダーを使用し、金属ロール表面温度80℃、線圧30kN/mの条件で1ニップのカレンダー処理し、印刷用塗工紙を得た。
製紙用填料Aの代わりに、製紙用填料Bを使用した以外は、実施例1と同様にして印刷用塗工紙を得た。
製紙用填料Aの代わりに、製紙用填料Cを使用した以外は、実施例1と同様にして印刷用塗工紙を得た。
製紙用填料Aの代わりに、製紙用填料Dを使用した以外は、実施例1と同様にして印刷用塗工紙を得た。
製紙用填料Aの代わりに、製紙用填料Eを使用した以外は、実施例1と同様にして印刷用塗工紙を得た。
実施例1で作製した原紙において、内添填料として製紙用填料Aを6%、軽質炭酸カルシウムを2%含有した代わりに軽質炭酸カルシウムを8%含有した以外は実施例1と同様にして印刷用塗工紙を得た。
製紙用填料Aの代わりに、製紙用填料Fを使用し、顔料塗工をゲートロールコーターからブレード塗工に変更した以外は、実施例1と同様にして印刷用塗工紙を得た。
Claims (6)
- 製紙スラッジ、石炭、紙を含む廃棄物、バイオマス、複合燃料からなる群より選択される1種以上を含んでなる原料を700〜800℃にて0.1〜60秒、0.1〜15%の酸素濃度で焼却して得られる白色度が10%以上60%未満の製紙用填料を含有する印刷用塗工紙。
- 前記製紙用填料の平均粒径が0.1〜10μmである、請求項1に記載の印刷用塗工紙。
- 前記原料が、製紙スラッジおよび/または石炭を含む、請求項1または2に記載の印刷用塗工紙。
- 前記原料を内燃燃焼炉で焼却する、請求項1〜3のいずれかに記載の印刷用塗工紙。
- 前記製紙用填料が、焼却して得られる焼却灰を分散してスラリー化し、この焼却灰スラリーに硫酸および/または硫酸塩を添加してpHを7〜10に調整しながら湿式粉砕処理を行うことによって得られる、請求項1〜4のいずれかに記載の印刷用塗工紙。
- 前記焼却灰スラリーの固形分濃度が1〜50%である、請求項5に記載の印刷用塗工紙。
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