JP7202019B2

JP7202019B2 - 段ボール用接着剤の製造方法

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Publication number: JP7202019B2
Application number: JP2020203462A
Authority: JP
Inventors: 英生鈴木; 靖宗廣部; 永振全
Original assignee: 林六株式会社
Priority date: 2020-12-08
Filing date: 2020-12-08
Publication date: 2023-01-11
Anticipated expiration: 2040-12-08
Also published as: JP2022090887A

Description

本発明は、段ボール用接着剤の製造方法に関する。

一般に段ボールは、波状に加工した中芯紙をライナー紙で挟んで接着して製造される。この中芯紙とライナー紙を接着するために、種々の接着剤（バインダー）が使用される。

段ボールシートを作る際、段ボール箱の裏側になる部分である片段に使用する糊剤をシングル糊と呼ぶ。また、段ボール箱の表側になる部分に使う糊剤をダブル糊と呼ぶ。

段ボールの貼り合せはコルゲータという機械でおこなう。３枚の段ボール原紙は表ライナー、中芯、及び、裏ライナーである。シングルフェーサの部分で、中芯を波型に成形して糊をつけ、裏ライナーと貼り合せ、片面段ボールを作る。ダブルフェーサの部分で、片面段ボールのもう一面に糊を付け、表ライナーと貼り合せる。これにより、長大な段ボールシートを作製する。

接着は、浸透接着、界面接着、及び、凝集接着の順により接着は行われる。浸透接着は、ライナーと中芯の表面から紙層の中に糊液が浸透し、絡み合っている繊維の隙間を埋めて強く結合する。界面接着は、ライナー及び中芯の表面と接着剤の界面で分子間引力による接着である。凝集接着は、原紙に浸透した接着剤と界面接着のジョルダ結成分が一つの集団を作りそれに澱粉自体の分子間結合も加わって接着する。
浸透接着と界面接着のバランスが重要である。
シングルフェーサ側では加圧による界面接着であり、ダブルフェーサ側では密着による浸透接着である。

古くから段ボール用糊剤には、比較的安価で品質、及び、供給の面で安定しているコーンスターチが多く利用されてる。

水、澱粉、苛性ソーダ、及び、硼砂を配合し、段ボール用糊剤を作ることを製糊という。
配合する際、配合比率、配合タイミング、配合時の温度、及び、使用する澱粉の品質等により、出来上がる糊剤の良し悪しが決まり、段ボールを生産する時の生産性が変わる。

苛性ソーダの使用量は、０．０１質量％程度の添加率変化でも、糊剤性能への影響が大きいため、添加率を調製する時は、慎重に行わなければならない。
苛性ソーダは澱粉の糊化開始温度を下げるとともに糊化する時の粘度を高くする。
苛性ソーダは段頂に糊が転移しやすくする。また、苛性ソーダはキャリア形成においてキャリア澱粉を短時間で糊化させる。苛性ソーダは、医薬外劇物に指定され、取扱には安全第一に留意しなければならない。

硼砂は、苛性ソーダの存在下で、澱粉と疑似架橋反応して見掛の分子量が大きくなり、粘着力を増し、初期接着性を改良する。また、硼砂は、糊液の保水性が高くなり、ゲル強度を強くする。
一方、硼砂の添加量を過剰量使用すると、糊液の流動性は悪くなり乾燥時及び接着時には堅くて脆いものとなり、貼合時バリツキ発生の要因となり、糊液は糊着性を失いゴム状となる。

コーンスターチは極めて純度が高く、品質を均一に保てるという特徴があり、段ボール用糊剤に利用されている。段ボール用糊剤用途のコーンスターチの品質には、水分、アルカリ糊化開始温度、原料トウモロコシの品質、及び、浸漬工程などの製造条件等により決まる。

ブラベンダーは、澱粉を水溶液に分散させた試料を１分間に１．５℃ずつ昇温しながら攪拌して、攪拌ピンへの抵抗を数値化し時間を横軸に粘度を縦軸に糊化の様子をグラフ化出来る分析機器である。

従来、段ボール用糊剤の製糊方法には、主にステインホール方式、及び、ノーキャリア方式がある。

ステインホール方式では、キャリア部において、水にキャリア澱粉を分散させ苛性ソーダを添加させ、メイン部において、メイン水を添加し、メイン澱粉を添加後、硼砂を添加する。
ステインホール方式で得られる糊剤は、保水性が低くＢ型粘度が低い。

ノーキャリア方式では、キャリア部がなく、水に澱粉を添加後、苛性ソーダを添加し硼酸を添加する。
ノーキャリア方式で得られる糊剤は、半膨潤であり、澱粉粒を残した状態かつ大小様々な物の混合状態であり、糊化が早い。また、ノーキャリア方式で得られる糊剤は、耐シェア性が低く、各澱粉粒子が多く水を保持しているので紙への浸透は少なく、原料コーンスターチのアルカリ糊化開始温度と反応時の温水温度によって反応時間が振れその結果仕上がり粘度が振れやすい。

ダンボールシートを製造する際、反りと呼ばれる変形が発生しており、その対策が課題となっている。熱板を通過する時、中芯紙やライナー紙も熱板の熱を受け、中芯紙やライナー紙に含まれる水分が急激に蒸発することで、紙繊維の伸縮が生じ、段ボールが平面でなくなる反りが発生する。

段ボール用接着剤として、例えば、特許文献１及び特許文献２に記載されたものが知られている。
以下の特許文献１及び特許文献２を公開例として挙げる。

特開２０１７－９５６７４号公報特開２０１９－１６３３９２号公報

特許文献１～２に係る段ボール用接着剤の製造方法は、キャリア部にトリメタリン酸塩、無水アジピン酸、無水リン酸、オキシ塩化リン、アクロレイン、エピクロロヒドリン、グリオキザール、メラニンからなる群より選択される１以上の架橋剤と澱粉を使用する。

特許文献２に係る段ボール用接着剤は、ステインホール方式を用いているが、本発明の製造方法による段ボール用接着剤はステインホール方式ではない。

本発明は、上述に鑑みてなされたものであり、その目的は、接着強度が高く、水及び澱粉の種類の影響を受けにくい段ボール用接着剤の製造方法を提供することにある。

本発明の段ボール用接着剤の製造方法は、中芯紙とライナー紙を接着させるための段ボール用接着剤の製造方法であって、キャリア水にキャリア澱粉及び硼砂を添加し、苛性ソーダを添加する第１工程と、メイン水を添加する第２工程と、メイン澱粉を添加する第３工程と、二次苛性ソーダを添加する第４工程と、硼酸を添加する第５工程とを含み、前記第１工程において作製したキャリア部の合計質量に対する硼砂の質量を示すキャリア硼砂率を０．０１～０．１０質量％含み、前記第１工程と前記第３工程において、キャリア部の澱粉量とメイン部の澱粉量の合計に対するキャリア部の澱粉の重量割合を示すキャリア率を３．０～２０．０質量％含み、前記第４工程において、５．０～３０．０質量％の範囲の二次苛性ソーダ濃度の二次苛性ソーダを使用する。

本発明の段ボール用接着剤の製造方法は、製糊方法のキャリア部において、水にキャリア澱粉だけでなく、硼砂を添加することにある。また、キャリア部の生成の後、メイン部において苛性ソーダを複数回に分けて添加する。

使用する原料において、キャリア部に硼砂を使用することでキャリア部の増粘を抑制する。２次苛性濃度を低く設定することでメイン澱粉の膨潤を均一に行える。廃水を使用することができるため、環境への配慮した製造が可能であり、環境保全に貢献する接着剤を提供することができる。キャリア部及びメイン部に使用する各組成率を限定することで安定した品質の糊剤が得られる。

本発明の段ボール用接着剤の製造方法を用いると、使用する原料、主にコーンスターチのでん粉種及び品質を問わず優れた接着性の糊剤が得られる。これにより、生産性向上及びコストダウンの効果がある。

本発明の段ボール用接着剤の製造方法を用いると、初期接着性に優れた糊剤が得られる。これにより、生産性向上の効果がある。

本発明の段ボール用接着剤の製造方法を用いると、接着力に優れた高品質の段ボールシートが製造可能である。これにより、品質向上の効果がある。

本発明の段ボール用接着剤の製造方法において、製糊に廃水を利用しても粘度が安定した優れた接着性の糊剤が得られる。これにより、廃水利用可能による環境対策及び生産性向上の効果がある。

本発明の段ボール用接着剤の製造方法において、使用する糊剤の粘度を自由に設定可能である。これにより、糊の安定生産の効果がある。

本発明の製造方法の模式図。本発明の実施例１とステインホール方式の比較例１によるブラベンダー粘度及び反応温度を示すグラフ。

以下、本発明による実施例を図面に基づいて説明する。

（第一実施例）
本発明の段ボール用接着剤の製造方法の一実施例の過程を図１に示す。本発明は、キャリア部において、水にキャリアコーンスターチ澱粉だけでなく、硼砂を添加し分散させる。さらに、キャリア部に、苛性ソーダを添加する。メイン部において、メイン水を添加し、メインコーンスターチ澱粉を添加後、二次苛性ソーダを段階的に添加する。さらに、メイン部に、硼酸を添加する。
本実施例では、水に澱粉だけでなく、硼砂を添加し分散させ、さらに、苛性ソーダを添加する工程のものを、キャリア部という。

以下、本発明の具体的な実施例１及び実験１から実験４を挙げながら本発明をより詳細に説明するが、本発明の範囲は下記の実施例１及び実験１から実験４に限定されるものではない。

＜実施例１＞
本発明の段ボール用接着剤の製造方法の新しい方式によって、表１に示すように、糊を調製した。得られた糊について、下記のように糊液粘度、及び、糊液接着強度を測定した。

表１は本発明の段ボール用接着剤の製造方法の実施例１の実験データである。

（糊液の調製）
実施例１では、キャリア部において、４０℃の水１２５０ｇにキャリア澱粉１００ｇだけでなく、硼砂を０．６ｇ添加し分散させる。さらに、キャリア部に、苛性ソーダを７０ｇ添加する。メイン部において、メイン水を１６８０ｇ添加し、メイン澱粉を９００ｇ添加後、二次苛性ソーダを段階的にメイン初回３０ｇ、追加１回目５ｇ、追加２回目５ｇ添加する。さらに、メイン部に、硼酸を１２ｇ添加する。

（製糊後の糊液粘度の測定）
製糊した糊液のフォードカップ粘度(秒)とＢ型粘度（ｍＰａ・ｓ）を測定した。フォードカップ粘度とＢ型粘度によりＢ/Ｆ指数を算出した。

（製糊後の糊液接着強度の測定）
製糊した糊液の圧着時間１秒、２秒、３秒、４秒、５秒、１０秒、１３秒、１５秒、１８秒においての接着強度（Ｎ）を測定した。圧着時間１秒、２秒、３秒を高速条件、圧着時間４秒、５秒、１０秒を中速条件、圧着時間１３秒、１５秒、１８秒を低速条件とする。

本発明の実施例１では、フォードカップ粘度３０秒、Ｂ型粘度４００ｍＰａ・ｓ、及び、Ｂ/Ｆ指数１３．３となり、本発明の製造方法により、接着粘度が高い、段ボール用接着剤が得られた。

次に、本発明の実施例１における、キャリア部のキャリア硼砂率を０質量％～０．１３質量％の条件下で行った実験を実験１とする。

本発明の実施例１における、メイン部の二次苛性ソーダ濃度を５質量％～５０質量％の条件下で行った実験を実験２とする。

本発明の実施例１における、総合のキャリア率を３質量％～３３質量％の条件下で行った実験を実験３とする。

＜実験１：キャリア硼砂率＞
本発明の段ボール用接着剤の製造方法の新しい方式によって、表２に示すように、糊を調製した。得られた糊について、下記のように糊液粘度、及び、糊液接着強度を測定した。
実施例１における、キャリア部のキャリア硼砂率を０質量％～０．１３質量％の条件下で行った実験を実験１とする。

表２は本発明の段ボール用接着剤の製造方法の実験１の実験データである。

（糊液の調製）
実験１では、キャリア部において、４０℃の水１２５０ｇにキャリア澱粉１００ｇだけでなく、実験１－１、１－２、１－３、１－４、及び、１－５において、硼砂を０．２ｇ、１．３ｇ、０．０ｇ、０．０７ｇ、及び、１．８ｇ添加し分散させ、キャリア硼砂率を０．０１質量％、０．０９質量％、０質量％、０．００５質量％、及び、０．１３質量％となる。さらに、キャリア部に、苛性ソーダを７０ｇ添加する。メイン部において、メイン水を１６８０ｇ添加し、メイン澱粉を９００ｇ添加後、二次苛性ソーダを段階的にメイン初回３０ｇ、追加１回目５ｇ、追加２回目５ｇ添加する。さらに、メイン部に、硼酸を１２ｇ添加する。

実験１の実験結果であるキャリア硼砂濃度に対する、調製した糊液の経時的な粘度変化を調べる。

キャリア硼砂濃度が高くなるにつれ、キャリア部における硼砂の添加量が多いほど、調製した糊液の粘度が高くなった。キャリア硼砂濃度が０．００５質量％以下の時Ｂ/Ｆ指数は１０未満であり、キャリア硼砂濃度が０．０９質量％以上の時Ｂ/Ｆ指数は２０以上であった。
キャリア硼砂濃度が０．０１質量％以上０．０９質量％以下の時、Ｂ/Ｆ指数は１０以上２０以下であった。

実験１において、キャリア硼砂率を０.０１質量％～０．１０質量％の条件下で行った時に、適正であると認められた。

＜実験２：二次苛性ソーダ濃度＞
本発明の段ボール用接着剤の製造方法の新しい方式によって、表３に示すように、糊を調製した。得られた糊について、下記のように糊液粘度、及び、糊液接着強度を測定した。
実施例１における、メイン部の二次苛性ソーダ濃度を５質量％～５０質量％の条件下で行った実験を実験２とする。

表３は本発明の段ボール用接着剤の製造方法の実験２の実験データである。

（糊液の調製）
実験２では、キャリア部において、４０℃の水１２５０ｇにキャリア澱粉１００ｇだけでなく、硼砂を０．６ｇ添加し分散させる。さらに、キャリア部に、苛性ソーダを７０ｇ添加する。メイン部において、実験２－１、２－２、２－３、２－４、及び、２－５において、メイン水を１４８０ｇ、１６１０ｇ、１６８０ｇ、１６８０ｇ、及び、１６９０ｇ添加し、メイン澱粉を９００ｇ添加後、二次苛性ソーダ濃度が５質量％、１０質量％、３０質量％、３５質量％、及び、５０質量％の二次苛性ソーダを段階的にメイン初回１５０ｇ、追加１回目２５ｇ、追加２回目２５ｇ、追加３回目２５ｇ、メイン初回７５ｇ、追加１回目１３ｇ、追加２回目１３ｇ、メイン初回２５ｇ、追加１回目４ｇ、メイン初回２２ｇ、追加１回目４ｇ、及び、メイン初回１５ｇ、追加１回目３ｇ、添加する。さらに、メイン部に、硼酸を１２ｇ添加する。

実験２の実験結果である二次苛性ソーダ濃度に対する、調製した糊液の経時的な粘度変化を調べる。

二次苛性ソーダ濃度が３５質量％以上の時Ｂ/Ｆ指数は１０未満であった。二次苛性ソーダ濃度が５質量％以上３０質量％以下の時、Ｂ/Ｆ指数は１０以上２０以下であった。
二次苛性ソーダ濃度が小さくなるにつれ、メイン部における二次苛性ソーダの添加量及び添加回数が多いほど、調製した糊液の粘度が高くなった。

実験２において、二次苛性ソーダ濃度を５.０質量％～３０．０質量％の条件下で行った時に、適正であると認められた。

＜実験３：キャリア率＞
本発明の段ボール用接着剤の製造方法の新しい方式によって、表４に示すように、糊を調製した。得られた糊について、下記のように糊液粘度、及び、糊液接着強度を測定した。
実施例１における、総合のキャリア率を３質量％～３３質量％の条件下で行った実験を実験３とする。

表４は本発明の段ボール用接着剤の製造方法の実験３の実験データである。

（糊液の調製）
実験３では、キャリア部において、４０℃の水１２５０ｇに実験３－１、３－２、３－３、３－４、及び、３－５において、キャリア澱粉３０ｇ、５０ｇ、２００ｇ、３００ｇ、及び、３３０ｇだけでなく、硼砂を０．６ｇ添加し分散させる。さらに、キャリア部に、苛性ソーダを７０ｇ添加する。メイン部において、メイン水を１６８０ｇ添加し、実験３－１、３－２、３－３、３－４、及び、３－５において、メイン澱粉を９７０ｇ、９５０ｇ、８００ｇ、７００ｇ、及び、６７０ｇ添加後、二次苛性ソーダを段階的にメイン初回３０ｇ、追加１回目５ｇ、追加２回目５ｇ、追加３回目５ｇ、メイン初回３０ｇ、追加１回目５ｇ、追加２回目５ｇ、メイン初回３０ｇ、追加１回目５ｇ、追加２回目５ｇ、メイン初回３０ｇ、追加１回目５ｇ、及び、メイン初回３０ｇ、追加１回目５ｇ添加する。さらに、メイン部に、硼酸を１２ｇ添加する。実験３－１、３－２、３－３、３－４、及び、３－５において、キャリア率は、３質量％、５質量％、２０質量％、３０質量％、及び、３３質量％となる。

実験１の実験結果であるキャリア率に対する、調製した糊液の経時的な粘度変化を調べる。

キャリア率が３０質量％以上の時Ｂ/Ｆ指数は１０未満であった。キャリア率が３質量％以上２０質量％以下の時、Ｂ/Ｆ指数は１０以上２０以下であった。
キャリア率が小さくなるにつれ、メイン部における澱粉の添加量がキャリア部における澱粉の添加量に比べ多いほど、調製した糊液の粘度が高くなった。

実験３において、キャリア率を３.０質量％～２０．０質量％の条件下で行った時に、適正であると認められた。

＜実験４：ステインホール方式とノーキャリア方式＞
本発明の方式ではない。ステインホール方式とノーキャリア方式によって、表５に示すように、糊を調製した。得られた糊について、下記のように糊液粘度、及び、糊液接着強度を測定した。

表５は、ステインホール方式とノーキャリア方式の実験データである。

比較例１は、ステインホール方式である。
比較例１は、キャリア部において、４０℃の水１２５０ｇにキャリアコーンスターチ１２０ｇを分散させ苛性ソーダを８０ｇ添加させ、メイン部において、メイン水を１６８０ｇ添加し、メインコーンスターチを８８０ｇ添加後、硼酸１９ｇを添加する。

比較例２は、ノーキャリア方式である。
比較例２では、キャリア部がなく、水２８５０ｇにメインコーンスターチ１０００ｇを添加後、苛性ソーダを１９０ｇ添加し、硼酸を１２ｇ添加する。

ステインホール方式ではＢ型粘度/カップ粘度が８．９以下であるが、本発明による段ボール用接着剤の製造方法の新しい方式の製糊のＢ型粘度/カップ粘度は９．０以上であった。

ノーキャリア方式ではＢ型粘度/カップ粘度が２１以上であるが、本発明による段ボール用接着剤の製造方法の新しい方式の製糊のＢ型粘度/カップ粘度は２０．０以下であった。

次に、本発明の実施例１とステインホール方式の比較例１のブラベンダー粘度及び反応温度の比較を図２に示す。

（製糊後のブラベンダー粘度の測定）
ブラベンダーを用いて、本発明の実施例１の試料とステインホール方式の比較例１の試料のブラベンダー粘度（単位：ＢＵ）を測定した。

本発明の実施例１の方式は従来の比較例１のステインホール方式に比べ、ブラベンダー粘度が高かった。また、本発明の実施例１の方式は、ステインホール方式と同様に、膨潤、低下、及び、粘度上昇が見られた。

次に、本発明の製造方法による、高速条件における、Ｂ型粘度に対する接着強度の実験結果の分布を調べる。
本発明の製造方法による、低速条件における、Ｂ型粘度に対する接着強度の実験結果の分布を調べる。

表６は、本発明の段ボール用接着剤の製造方法の実施例１及び実験１から実験３実験データである。

表７は、本発明の段ボール用接着剤の製造方法の実験１から実験３、ステインホール方式、及び、ノーキャリア方式の実験の経時的な接着強度変化の実験データである。

発明の製造方法の実施例１は、Ｂ/Ｆ指数が１３．３、高速条件において、接着強度は８３Ｎであり、ステインホール方式である比較例１は、Ｂ/Ｆ指数が８．０、高速条件において、接着強度は３７Ｎだった。
本発明の段ボール用接着剤の製造方法は、ステインホール方式に比べ、Ｂ/Ｆ指数が高く、高速条件において、接着強度も高かった。

発明の製造方法の実施例１は、Ｂ/Ｆ指数が１３．３、高速条件において、接着強度は８３Ｎであり、ノーキャリア方式である比較例１は、Ｂ/Ｆ指数が２６．７、高速条件において、接着強度は２０Ｎだった。
本発明の段ボール用接着剤の製造方法は、ノーキャリア方式に比べ、Ｂ/Ｆ指数は低いが、高速条件において、接着強度が非常に高かった。

発明の製造方法の実施例１は、Ｂ/Ｆ指数が１３．３、低速条件において、接着強度は３３０Ｎであり、ステインホール方式である比較例１は、Ｂ/Ｆ指数が８．０、低速条件において、接着強度は２３０Ｎだった。
本発明の段ボール用接着剤の製造方法は、ステインホール方式に比べ、Ｂ/Ｆ指数が高く、低速条件において、接着強度も非常に高かった。

発明の製造方法の実施例１は、Ｂ/Ｆ指数が１３．３、低速条件において、接着強度は３３０Ｎであり、ノーキャリア方式である比較例１は、Ｂ/Ｆ指数が２６．７、低速条件において、接着強度は２８３Ｎだった。
本発明の段ボール用接着剤の製造方法は、ノーキャリア方式に比べ、Ｂ/Ｆ指数は低く、低速条件において、接着強度が高かったが、キャリア硼砂率が低い時及び二次苛性ソーダ濃度が高い時接着強度は低かった。

本発明の製造方法による実験の実施例において、圧着時間より、接着強度は高速条件から中速条件へと経時的に大きくなり、その後中速条件の接着強度をピークに、中速条件から低速条件へと変化無し或いは少し小さくなった。

本発明の製造方法による実験の比較例において、圧着時間より、接着強度は高速条件から中速条件へと経時的に大きくなり、その後中速条件の接着強度をピークに、中速条件から低速条件へと少し小さくなった。

（第二実施例）
本発明の段ボール用接着剤の製造方法は、廃水を使用することができる。キャリア水又はメイン水に使用する水は、特に限定されず、廃水を使用することができる。その他実施例の他の基本的構成は、第一実施例と同様である。

（その他実施例）
本発明の段ボール用接着剤の製造方法は、種々の澱粉をメイン部に使用することができる。メイン部に使用される澱粉は特に限定されず、種々の原料に由来する澱粉を使用することができる。例えば、コーンスターチ、ハイアミロースコーンスターチ、タピオカ澱粉、小麦澱粉、馬鈴薯澱粉、甘藷澱粉等を使用することができる。その他実施例の他の基本的構成は、第一実施例と同様である。

以上、本発明は、上記実施例になんら限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の実施形態で実施可能である。

Claims

中芯紙とライナー紙を接着させるための段ボール用接着剤の製造方法であって、
キャリア水にキャリア澱粉及び硼砂を添加し、苛性ソーダを添加する第１工程と、
メイン水を添加する第２工程と、
メイン澱粉を添加する第３工程と、
二次苛性ソーダを添加する第４工程と、
硼酸を添加する第５工程とを含み、
前記第１工程において作製したキャリア部の合計質量に対する硼砂の質量を示すキャリア硼砂率を０．０１～０．１０質量％含み、
前記第１工程と前記第３工程において、キャリア部の澱粉量とメイン部の澱粉量の合計に対するキャリア部の澱粉の重量割合を示すキャリア率を３．０～２０．０質量％含み、
前記第４工程において、５．０～３０．０質量％の範囲の二次苛性ソーダ濃度の二次苛性ソーダを使用する、段ボール用接着剤の製造方法。
前記第４工程において、二次苛性ソーダを段階的に添加し、添加する毎に計測するカップ粘度が所定値に到達したらその段階で止め、次いで前記第５工程において、硼酸を添加する、請求項１に記載の段ボール用接着剤の製造方法。
前記請求項１または２のいずれかに記載の段ボール用接着剤の製造方法を用いて接着剤を調整する工程と、調整した接着剤を中芯紙に塗布する工程と、接着剤が塗布された中芯紙とライナー紙を貼合する工程とを含む、段ボールの製造方法。