JP5883393B2 - 紙または板紙製品の製造方法およびこれらの方法に従い製造される紙または板紙 - Google Patents

Description

（発明の分野）
本発明は少なくとも２つの層を含み、層の結合を増強させるためにこれらの層間にミクロフィブリル化セルロースを付加する紙または板紙（ｂｏａｒｄ）の製造方法に関する。本発明はさらに、紙または板紙製品に関する。

（背景）
セルロースファイバーから製造されたカートン板紙（ｃａｒｔｏｎｂｏａｒｄ）は多くの場合、３つの層から、または或る種の場合、４つの層から形成される。典型的に、最上層および最下層は化学パルプから形成される。砕木パルプ、加圧砕木パルプ、熱化学パルプ（ＴＭＰ）、化学機械パルプ（ＣＴＭＰ）、アルカリ性過酸化物機械パルプ（ＡＰＭＰ）および機械損紙などの機械パルプは多くの場合、カートン板紙の１つまたは２つ以上の中間層に使用される。機械パルプまたは低精製化学パルプは中間層に使用され、これにより最高可能な嵩が得られる。また、最上層および最下層の基礎重量は最低化され、これにより高い嵩が達成され、およびまた原料価格が減少される。

カートン板紙は折畳み用板紙の製造に使用することができる。折畳み用板紙の基本的要件は或るレベルの機械的強度および剛性にある。或る滑らかレベルにおける曲げ剛性および特に、直交機械方向曲げ剛性は臨界的である。曲げ剛性は主として、板紙の厚みおよびその原料物質により付与される弾性率により影響を受ける。最適構造は、中間層が高い嵩を有し、および最上層および最下層が高い弾性率を有する場合である。一定の剛性において達成することができる基礎重量が低いほど、良好な結果が得られる。これが満たされると、多くの分野、すなわち紙または板紙を同一重量のパルプから製造することができる。

板紙に折目を付ける場合、引張力、圧縮力およびせん断力が板紙上に作用する。板紙表面の亀裂形成は回避されるべきであり、亀裂形成傾向はまた、板紙の構造によって影響を受ける。亀裂形成傾向を最低にするために、最上層の破壊に至るまでの伸張度はできるだけ大きくなければならない。また、ｚ−方向強度は重要である。ｚ−方向強度が低過ぎると、板紙は印刷操作中に離層することがある。他方で、ｚ−方向強度が高過ぎると、亀裂が生じることがある。これは中間層が折目付けに際し離層しない場合、最上層の伸張が大き過ぎるようになるからである。

板紙製造機の形成部は代表的に、長網抄紙機ロールを用いる各層の分離した形成をもたらす。中間層長網抄紙機は多くの場合、成形を改良し、および排水能力を増加させるために、最上部分に脱水装置を備えている。

シートのｚ−方向の微細物質および充填剤の分布は湿潤ウェブの脱水にほとんど依存する。例えば、脱水が一方向（長網抄紙機）または二方向（二本ワイヤーまたはＭＢ−型フォーマー）でなされる場合、脱水に依存する。さらにまた、ウェブの水が取り除かれた方の面は典型的により少ない量の微細物質を含有する。すなわちこの面は微細物質について清明に洗浄されている。

数枚の湿潤シートを一緒に湿ったまま重ね合わせた場合、当該板紙の最も弱い地点は代表的に、この地点における低い微細物質含有量およびさらに開放的な構造によって相違する層と層の間にある。これは、板紙が相違する層の折目付け中に離層する状況を導き、これにより変換操作の間に亀裂形成を導くことがある不完全な折目付けを生じさせる。

従来技術において、これらの問題の処理に数種の方法が存在する。

この方法の一つは最上層および最下層のグラム数を増加することによる方法である。この方法で、最上層および最下層の強度は増加され、亀裂形成傾向が防止される。この方法が付随する欠点は化学パルプの使用量が増加することによる価格の増加、および構造体が曲げ剛性に対し最適化されているようには見えない減少された曲げ剛性指数を有することにある。

もう一つの方法は中間層のパルプの精製を強化することによる方法である。精製の強化は相違する層間に位置する微細物質の量の増加を導き、存在する微細物質の量を増加する。しかしながら、これは残念なことに、板紙の厚さを減少させ、従ってまた、曲げ剛性指数を減少させる。

さらにもう一つの方法は頂上脱水装置において中間層から取り除かれる水の量を減少させることによる方法である。この方法は中間層から取り除かれる微細物質の量を少なくするという結果をもたらす。しかしながら、残念なことに、生産量は減少する。

上記問題の解決に最も慣用されている方法は、層を一緒に重ね合わせる前に、層間にデンプンを噴霧する方法である。残念なことに、デンプンは層間に非常に無伸張性の結合を形成し、板紙の亀裂形成傾向を増加する。

従って、減少された亀裂形成傾向を有し、同時に板紙の層の離層が回避または減少される多層板紙の改良された製造方法が求められている。

（発明の要旨）
本発明の目的は層間に増強された結合性を有し、もって減少された亀裂形成傾向および／または離層傾向を有する多層板紙の製造方法を提供することにある。

この目的、並びにその他の目的および利点は特許請求の範囲請求項１に従う方法によって達成される。本発明は少なくとも２つの層を含む板紙または紙の製造方法であって、この方法は第一層を与える工程、第一層の表面にミクロフィブリル化セルロースを付加する工程、第二層を与える工程および付加されたミクロフィブリル化セルロースが第一層と第二層との間に位置するように第一層に第二層を貼付ける工程を含む。紙または板紙製品の層間にミクロフィブリル化セルロースを付加すると、層の結合が増強され、および製品の亀裂形成および／または離層が減少されることが示された。

ミクロフィブリル化セルロースは好ましくは、第一層の表面に０．１〜５ｇ／ｍ ^２ （乾燥状態）の量で付加する。ミクロフィブリル化セルロースの量は層の性質、例えば厚み、ファイバー含有量などに依存する。

紙または板紙は好ましくは、少なくとも３つの層を含む。しかしながら、４つ、５つ、６つまたは７つ以上の層を含むこともできる。

紙または板紙が少なくとも３つの層を含む場合、ミクロフィブリル化セルロースは好ましくは、ミクロフィブリル化セルロースが紙または板紙の層間に位置するように層の少なくとも２つの表面に付加する。

紙または板紙層の固体含有量は好ましくは、ミクロフィブリル化セルロースを付加する前において７〜１３重量％である。

ミクロフィブリル化セルロースは好ましくは、噴霧によって付加する。ミクロフィブリル化セルロースを含む溶液を１つまたは２つ以上の層に噴霧することによってミクロフィブリル化セルロースを付加すると好ましい。この方法で、ミクロフィブリル化セルロースの付加は容易に制御され、同時に処理工程は迅速になされる。

ミクロフィブリル化セルロースは、層の表面の一部分にのみ付加してよい。１つまたは２つ以上の層の表面における、結合の増強が要求される部分にのみミクロフィブリル化セルロースを付加することが可能である。

ミクロフィブリル化セルロースは１つの工程より多い工程において、１つまたは２つ以上の層の表面に付加することができ、これによって層間に少なくとも２つのミクロフィブリル化セルロース層を形成される。この方法で、１つまたは２つ以上の層の表面に付加するミクロフィブリル化セルロースの量を増加することができる。これにより、層間の強度をさらに増強することさえできる。さらにまた、相違する電荷を有するミクロフィブリル化セルロースを付加することができ、例えば最初にアニオン性ＭＦＣを付加し、引続いてカチオン性ＭＦＣを付加することができる。

少なくとも１種の添加剤、好ましくは充填剤または強度増強剤、例えばクレイ、ベントナイト、シリカおよび／または架橋剤を別々に、またはミクロフィブリル化セルロースと一緒に少なくとも１つの層の表面に付加することができる。デンプンを別個に、またはミクロフィブリル化セルロースと一緒に、少なくとも１つの層の表面に付加することもできる。この方法で、複数の層間のさらに強いことさえある結合を生じさせることができる。

本発明はさらにまた、前記方法に従って製造される紙または板紙に関する。製造された製品は減少された離層傾向および増強された層間結合を有する。

（発明の詳細な説明）
本発明は少なくとも２つの層を含む紙または板紙、すなわち多層紙または板紙の製造方法に関する。少なくとも２つの層間にミクロフィブリル化セルロース（ＭＦＣ）を付加し、紙または板紙の相違する層の間の離層を減少させる。ＭＦＣの付加によって、従来技術で開示されている層間にデンプンが付加されている製品に比較し、さらに大きい柔軟性を有する構造が得られる。従って、構造の増大された柔軟性は折目付けおよび／または折畳み中の紙または板紙製品の柔軟性を改良する。増大された柔軟性によって、製品の亀裂形成および／または離層は減少される。さらにまた、紙または板紙製品の複数の層（プライ）間へのミクロフィブリル化セルロース（ＭＦＣ）の付加は離層および／または亀裂形成の減少に寄与し、層間の結合を増強する。

ＭＦＣは紙または板紙の２つまたは数個の層間に付加する。ミクロフィブリル化セルロースが層間に配置されるように、ＭＦＣを少なくとも１つの層の少なくとも一方の表面に付加し、次いでこのミクロフィブリル化セルロースを含む層にもう１つの層を貼り付けると好ましい。３つの層を使用する場合、ＭＦＣは中央に位置する層の両面に、または２つの相違する層の一方の表面のどちらかに付加し、ＭＦＣが層間に位置するようにする。ミクロフィブリル化セルロースを紙または板紙製品の全ての層間に付加し、全ての層間の結合を増強し、製品の強度を増大させ、および製品の離層を減少させると好ましい。

ＭＦＣは形成部で、代表的には相違する層を一緒に重ね合せる直前であって、水ラインの後に層に付加すると好ましい。ウェブ固体含有量は重ね合せを行う時点で、約７〜１３重量％であることができる。この固体含有量は、２つのファイバーを基材とするウェブを一緒に重ね合わせる場合に好ましいことが示された。付加されたＭＦＣは相違する層間の結合剤として作用する。しかしながら、ＭＦＣは湿潤終了時点において付加すると好ましいこともある。

ＭＦＣは好ましくは、ＭＦＣを含む溶液を層の表面に噴霧することによって付加することができる。表面にＭＦＣなどの小型物質を含む溶液を、例えばインクジェットまたはコーティング装置、例えばフローコーティングによって表面に適用するためのいずれか公知の方法を使用することによって、または微細物質ヘッドボックス（ｆｉｎｅｓ ｈｅａｄｂｏｘ）の使用によってミクロフィブリル化セルロースを付加することもできる。

ＭＦＣは好ましくは、相違する紙または板紙間のファイバー結合が増加されるように最適化すると好ましい。

本は明によるもう一つの大きい利点は、２つの層間の結合が貧弱になりそうな場所に、ＭＦＣを正確に付与することができることにある。例として、紙または板紙構造中の微細物質の量が少ない場合、または微細物資が失われている場所である。従って、層間の結合を局所的に、必要な場所で増強することができる。紙または板紙のｚ−強度および／またはスコット（Ｓｃｏｔｔ）結合を測定することによって、ｚ−方向における破損地点が位置している場所を測定することができる。この方法で、製造された紙または板紙製品の強度を増加するために、ＭＦＣが付加されるべき場所を局限することができる。このようにして、付加されるＭＦＣの量を減少することができ、従ってまた価格を減少させることができ、およびまた改良された強度および減少された離層傾向および亀裂形成傾向の両方を有する紙または板紙製品を製造することができる。

さらにまた、湿ったウェブ上にＭＦＣを種々の固形物と共に付加することもできる。この方法で、付加されたＭＦＣの吸着を制御することができ、ウェブによるＭＦＣの全体的吸着を回避することができる。ＭＦＣはウェブ表面上の結合剤として作用する場所に留まっていると好ましい。

ミクロフィブリル化セルロースは一工程よりも多い工程で１つの層または２つ以上の層の表面に付加することができる。すなわち、紙または板紙の層間に少なくとも２つのミクロフィブリル化セルロース層を形成することができる。二工程、三工程、四工程または五工程以上の工程でミクロフィブリル化セルロースを付加することもでき、この場合、紙または板紙の少なくとも２つの層間に多層のＭＦＣを形成することができる。この方法で、１つの層または２つ以上の層の表面に付加されるミクロフィブリル化セルロースの量を増加することができる。さらにまた、相違する電荷を有するミクロフィブリル化セルロースを紙または板紙の１つの層または２つ以上の層の表面に付加することができ、例えば最初にアニオン性ＭＦＣを、次いでカチオン性のＭＦＣを付加することができる。

ミクロフィブリル化セルロース（ＭＦＣ）（この物質はナノセルロースとしても知られている）は代表的に、木材セルロースファイバーから製造することとができ（または微生物源、農業関連ファイバーなどからも製造することができる）、各ミクロフィブリルはそれぞれ相互に部分的にまたは全体的に分離している。ＭＦＣは通常、非常に薄く（〜２０ｎｍ）、およびその長さは多くの場合、１００ｎｍ〜１０μｍである。しかしながら、ミクロフィブリルはまた、さらに長く、例えば１０〜２００μｍであることもでき、広い長さ分布によって２０００μｍの長さでさえ見出すことができる。フィブリル化されており、また表面上にミクロフィブリルを有するファイバーおよび分離しており、スラリーの水相に位置しているミクロフィブリルはＭＦＣの定義内に包含される。さらにまた、ホイスカーもまた、ＭＦＣの定義に包含される。

紙または板紙の層間に付加されるＭＦＣの量は代表的に０．１〜５ｇ／ｍ ^２ （乾燥状態）であり、好ましくは０．１〜２ｇ／ｍ ^２ （乾燥状態）である。

層の表面にはまた、添加剤を付加することができる。添加剤は分離して層の表面に付加することができ、またはＭＦＣと一緒に混合物として付与することができる。添加剤は好ましくは、充填剤である。全ての慣用の充填剤を使用することができる。この方法で、紙または板紙の光学的性質または印刷物性を損なうことなく、紙または板紙層中の充填剤の量を減少することができる。

添加剤はまた、強度増強剤であることができ、これは少量、好ましくは１〜１０重量％の量で層の表面に付与する。ベントナイト、クレイ、シリカおよび／または架橋剤の小型粒子を強度増強剤として使用することができ、層の表面に分離して、またはミクロフィブリル化セルロースと一緒のどちらかで付加することができる。この方法で、層間の結合は増強される。また、添加剤は紙または板紙の層間にバリヤーを形成することができる。

本発明の方法は従来使用されてきた噴霧デンプンの代わりに全体的または部分的に使用することができる。しかしながら、デンプンを別個に、またはＭＦＣとの混合物として層間に配置されるように１つの層または２つ以上の層の表面に付加することができる。これにより、ＭＦＣの量は減少させることができる。しかしながら、デンプンの量は少量に保持する。これは、多量のデンプンは層間結合部の弾性を減少させるからである。

本発明は中間層に存在するパルプの精製を減少することができる。従って、紙または板紙により大きい曲げ剛性指数をもたらす中間層の嵩を増すことができる。本発明はまた、層間の結合がさらに柔軟であり、また従って最上層および最下層が減少された亀裂形成傾向を有することから、最上層および／または最下層のグラム数を減少させることができる。最上層および／または最下層のグラム数を数パーセントの割合で減少させることができる。すなわちまた、曲げ剛性指数に基づく板紙の構造を最適化することができる。従って、使用される化学パルプの量の減少によって、および製造される紙または板紙製品のグラム数の減少によって、主要価格の減少が達成される。

もう一つの利点はより多くの水が中間層から最上部方向に移動することによって最上部形成装置における脱水を改良することができる。この方法で、紙または板紙の形成性が改良され、および脱水が製造速度を制限する場合、紙または板紙製造機の速度を加速することができる。

本発明の前記説明の観点から、その他の修正および変更は当業者にとって明白になるであろう。しかしながら、その他の修正および変更を本発明の精神および範囲から逸脱することなく行うことができることは明白であるべきである。

Claims (9)

1. 少なくとも２つの層を含む紙または板紙の製造方法であって、
   第一層を与える工程、
   第一層の表面にミクロフィブリル化セルロースを付加する工程、
   第二層を与える工程および
   付加されたミクロフィブリル化セルロースが第一層と第二層との間に位置するように第一層に第二層を貼り付ける工程を含み、
   紙または板紙の層の固体含有量が、ミクロフィブリル化セルロースの付加前、７〜１３重量％である製造方法。
2. ミクロフィブリル化セルロースが０．１〜５ｇ／ｍ^２（乾燥状態）の量で第一層の表面に付加する、請求項１に記載の製造方法。
3. 紙または板紙は少なくとも３つの層を含む、請求項１および２のいずれかに記載の製造方法。
4. ミクロフィブリル化セルロースが紙または板紙の層間に位置するようにミクロフィブリル化セルロースを１つの層または２つ以上の層の少なくとも２つの表面に付加する、請求項３に記載の製造方法。
5. ミクロフィブリル化セルロースを噴霧によって付加する、請求項１〜４のいずれかに記載の製造方法。
6. ミクロフィブリル化セルロースを１つの層または２つ以上の層の表面の一部分に付与する、請求項１〜５のいずれかに記載の製造方法。
7. ミクロフィブリル化セルロースを１つの層または２つ以上の層の表面に一工程よりも多くの工程で付加し、層間に少なくとも２つのミクロフィブリル化セルロース層を形成する、請求項１〜６のいずれかに記載の製造方法。
8. 少なくとも１種の添加剤をミクロフィブリル化セルロースと別に、またはミクロフィブリル化セルロースと一緒に、のどちらかで１つの層の少なくとも一方の面に付加する、請求項１〜７のいずれかに記載の製造方法。
9. デンプンをまた、ミクロフィブリル化セルロースと別に、またはミクロフィブリル化セルロースと一緒に、のどちらかで１つの層の少なくとも一方の面に付加する、請求項１〜８のいずれかに記載の製造方法。