JP7323481B2

JP7323481B2 - 段ボール中芯原紙の製造方法

Info

Publication number: JP7323481B2
Application number: JP2020031859A
Authority: JP
Inventors: 篤田村
Original assignee: Hokuetsu Corp
Current assignee: Hokuetsu Corp
Priority date: 2020-02-27
Filing date: 2020-02-27
Publication date: 2023-08-08
Anticipated expiration: 2040-02-27
Also published as: JP2021134449A

Description

本発明は、段ボール中芯原紙の製造方法に係り、特に貼合適性に優れた段ボール中芯原紙の製造方法に関する。

段ボールを構成する段ボール原紙は、外装用ライナーと内装用ライナーと中芯原紙とに分類され、これらのうち中芯原紙をフルートと呼ばれる波形に成形した後、中芯原紙の段頂に接着剤を塗工して各ライナーを貼合することにより段ボールが製造される。

段ボールは安価なため手軽に使用できる包装材料である反面、近年更なるコストダウンが求められている。原材料では古紙比率の増大等で対応しているがその分紙力低下が起こり紙力増強剤の多用、特に表面紙力剤を多用してしまう結果となりコストダウンも頭打ちとなっている。

以上のように、安価な原料を使用しながら表面紙力剤の制限、更には原紙生産で使用するエネルギー低減も推し進め中芯原紙を製造することは、段ボール原紙メーカーにとって解決すべき課題の１つとなっている。

かかる課題を解決する方法としては、例えば、特許文献１には、澱粉水溶液をフイルムトランスファー方式で塗工する方法が開示されている。

特開２００９－１１４５７２号公報

しかしながら、特許文献１に開示される方法は、２層抄きであるため剥離が懸念され層間に澱粉をスプレーしていることによるコストアップ、ゲートロールコーターで表裏両面同時に澱粉を塗工し乾燥していることにより乾燥効率ダウンが示唆され、満足できるものではなかった。

本発明は、上記事情に鑑み、生産性が高く、貼合適性に優れる段ボール中芯原紙の製造方法を提供することをその目的とする。

また本発明の他の目的並びに作用効果については、以下の記述を参照することにより、当業者であれば容易に理解されるであろう。

上記課題を解決するため、本発明に係る中芯原紙の製造方法は、単層抄きの段ボール中芯原紙用基紙の表裏面に水溶性高分子を有する段ボール原紙の製造方法であって、片面へ水溶性高分子を塗工する工程、乾燥する工程、もう一方の面に水溶性高分子を塗工する工程、乾燥する工程を有し、塗工方式がフィルム転写方式であることで生産性が高く、貼合適性に優れる。

本開示によれば、生産性が高く、貼合適性に優れる段ボール中芯原紙の製造方法を提供することができる。

実施例における中芯原紙の配合と評価結果を示す図表である。

次に、本発明について実施形態を示して詳細に説明するが、本発明はこれらの記載に限定して解釈されない。本発明の効果を奏する限り、実施形態は種々の変形をしてもよい。

本実施形態に係る段ボール中芯原紙は、片面へ水溶性高分子を塗工する工程、乾燥する工程、もう一方の面に水溶性高分子を塗工する工程、乾燥する工程を有し、塗工方式がフィルム転写方式である。

本発明に係る段ボール中芯原紙は段ボール中芯原紙用基紙（以下、「基紙」と表記することがある）の両面に水溶性高分子を塗工してなるものであり、基紙は古紙パルプを主成分とすることが望ましい。ここで「主成分」とは、基紙を構成する成分のうち質量基準で最も含有量の多い成分を意味する。本実施形態では、基紙を構成する成分のうち６０質量％以上が古紙パルプであることが好ましく、古紙パルプの割合が９０質量％以上であればより好ましく、１００質量％であることが最も好ましい。基紙に使用する原料古紙としては例えば、上白、罫白、カード、模造、色上、ケント、白アート、ミルクカートンなどの上質系古紙や新聞、雑誌、切付、中質反古、茶模造、段ボール、台紙、地券、ボール紙などの中質系古紙などが挙げられる。これらの中でも針葉樹未晒しクラフトパルプ（ＮＵＫＰ）広葉樹未晒しクラフトパルプ（ＬＵＫＰ）の配合率が高く、紙の諸強度が高くなりやすいという理由から段ボール古紙が好ましく、特に段ボール古紙が好ましい。

古紙パルプと他のパルプとを併用する場合に用いるパルプは特に限定するものではないが、木材パルプであれば好ましい。このような木材パルプとしては、針葉樹晒しクラフトパルプ（ＮＢＫＰ）や針葉樹未晒しクラフトパルプ（ＮＵＫＰ）、広葉樹晒しクラフトパルプ（ＬＢＫＰ）、広葉樹未晒しクラフトパルプ（ＬＵＫＰ）などの化学パルプ、砕木パルプ（ＧＰ）やサーモメカニカルパルプ（ＴＭＰ）などの機械パルプ等が挙げられ、これらの原料パルプから選択した１種又は２種以上を使用することができる。これらの中でも紙の諸強度を向上させやすいという理由から特にＮＢＫＰやＮＵＫＰが好ましい。ＮＢＫＰやＮＵＫＰを古紙パルプと併用する場合には全パルプに対して２０質量％以下であることが好ましく、１０質量％以下であればコストの面からからより好ましい。

前記原料パルプは、離解機及び叩解機を使用して適切な叩解度を有するパルプスラリーとする。本発明においては、カナダ標準濾水度（ＪＩＳＰ８１２１：１９９５パルプのろ水度試験方法）でＣＳＦ２００～５００ｍｌとすることが好ましく、ＣＳＦ２５０～４５０ｍｌであればより好ましい。ＣＳＦが２００ｍｌ未満になると、ワイヤーパートでの濾水性が低くなることに加え、次工程のプレスパートでの窄水性も悪くなるために生産性に劣るおそれがある。一方ＣＳＦが５００ｍｌを超えると、リングクラッシュ等の強度が低くなり所望する性能が得られない可能性がある。

適切な叩解度に調整したパルプスラリーを原料スラリーとし、抄紙機で抄紙して段ボール中芯原紙の基紙を形成する。抄紙機としては、長網式抄紙機、ツインワイヤー抄紙機、円網式抄紙機、ハイブリッドフォーマー、ギャップフォーマー等の公知の抄紙機を用いることができる。これらの中でもトップワイヤーを持つツインワイヤー抄紙機や、トップワイヤーを有するハイブリッドフォーマー、ギャップフォーマーが好ましい。このような抄紙機を採用することで、フェルト面からも脱水するためワイヤー面同様灰分、微細繊維が抑えられ結果として表裏差が無く表裏面への水溶性高分子の塗工量も少なくすることができる。上部脱水比率は全体の脱水量に対して５％以上が好ましく、より好ましくは１０％以上である。上部脱水比率が５％未満では表裏差が所望する品質とならずまた生産性も低くなる。基紙の構成は単層とする。２層以上の多層抄きでは基紙が固くなることに加え、層間からの剥がれ防止のため澱粉等をスプレーするなどが必要となり、品質面とコスト面の双方で不利となる。

本発明においては抄紙機にシェーキング装置を導入することが好ましい。このことにより抄紙機上の地合が改善され、水溶性高分子を塗工した時に均一なフィルム層となりやすい。一般に、シェーキング装置の摺動のエネルギーを示す指標としては、
シェーキングナンバーＩ＝ｆ^２×ｓ／Ｖ
が利用される。シェーキングナンバーの範囲は１０００～８０００であることが好ましく、２０００～５０００であればより好ましい。尚、Ｉ：シェーキングナンバー、ｆ：周期［サイクル／分］、ｓ：振幅［ｍｍ］、Ｖ：抄速［ｍ／ｍｉｎ］である。用いるシェーキング装置は特に限定しないが、例えばデュオシェイク４００Ｎｍ（Ｖｏｉｔｈ社製）などが挙げられる。

本発明において基紙には紙力増強剤を添加することが好ましい。原料スラリーに紙力増強剤を添加することにより古紙パルプの配合率が高くても十分な強度が確保され、フルート加工時も割れが発生しにくい。ここで用いる紙力増強剤としては特に限定するものではないが、安価でありかつカチオン基の付与が容易という理由から、澱粉、変性澱粉、ポリアクリルアミド系樹脂、ポリビニルアルコール系樹脂を用いることが好ましく、カチオン性澱粉や両性ポリアクリルアマイド樹脂であればより好ましい。カチオン基を有するものであれば、アニオン性であるパルプへの定着がより容易となる。紙力増強剤の添加量としては、パルプ１００質量％に対してカチオン性澱粉は０．１～２．０質量％とすることが好ましく、より好ましくは０．２～１．０質量％、両性ポリアクリルアマイド樹脂は０．０５～１．０質量％とすることが好ましく、より好ましくは０．１～０．５質量％である。また、その他の製紙用添加剤として、内添サイズ剤、填料、歩留まり向上剤、染料、硫酸バンドなどを用いることも可能である。

基紙にはペーパースラッジ焼却灰を配合しても良い。ペーパースラッジ焼却灰とは製紙工場からの流出原料を脱水、焼却して得られる粉体である。元々古紙原料や製紙製造の排出物のためクレー、炭酸カルシウム、タルク、シリカなどが主成分となる。ペーパースラッジの添加量としては、中芯原紙内に２０質量％以下とすることが好ましく、より好ましくは１６質量％以下である。添加量が２０質量％を超えると、コスト面では有利となるが、フルート成型時に割れが生じやすく生産時に工程汚れにもつながる。配合量の下限は特にないが、コスト面を考慮すると１質量％以上が好ましい。

本発明において、基紙の表裏両面には水溶性高分子を塗工する。基紙に水溶性高分子を塗工することにより古紙パルプの配合率が高くても十分な強度が確保され、フルート加工時にも割れが発生しにくい。ここで用いる水溶性高分子としては、澱粉、変性澱粉、ポリビニルアルコール系樹脂、ポリアクリルアマイド樹脂から選ばれる１種以上を用いることができるが、粘度調整が容易であり粘度を低くすることで濃度を高められることから自家製の熱化学変性澱粉（ＴＣＣ）が好ましい。熱化学変性澱粉を用いる場合には、一例として濃度が１７質量％でＢ型粘度１５～２５ｃｐｓ（６０ｒｐｍ、６０℃）程度のものを６～１４質量％に希釈し使用することが好ましい。熱化学変性澱粉の調製方法としては、生澱粉若しくはアセチル化澱粉等を過硫酸アンモニウム等の酸化剤存在下において１４０℃程度でクッキングすることで、塗工しやすい粘度の澱粉糊液として得られる。

本発明において水溶性高分子の塗工方法はフィルム転写方式とする。フィルム転写方式としては、例えばメタリングサイズプレス、ゲートロールサイズプレスが挙げられる。水溶性高分子はより表面に局在した方がその効果を発現するが、ポンドに通すタイプのサイズプレス機ではサイズ液が内部まで紙の浸透しすぎてしまい、表面に残存する水溶性高分子の量が減少するため好ましくない。内部まで浸透したサイズ液は表面改質に寄与せず、その後の乾燥負荷の増大にも繋がる。

水溶性高分子の塗工方法として使用するフィルム転写方式のアプリケーターロールは合成ゴム製が好ましい。ポリウレタン製とすると材質が固すぎて転移量をコントロールすることができない。

本発明において水溶性高分子の塗工は、片面へ水溶性高分子を塗工する工程、乾燥する工程、もう一方の面に水溶性高分子を塗工する工程、乾燥する工程の順で行うために、片面塗工用のメタリングサイズプレスを使用することが好ましい。両面同時に塗工して乾燥を行うと、水蒸気はそれぞれの塗工面側からのみ蒸発するために乾燥効率が良くない。一方、片面ずつ塗工して乾燥を行う場合には、片面分の水蒸気が両面より抜けるために生産性が向上する。また、乾燥が短時間で完了することにより、水溶性高分子を含むサイズプレス液が紙層方向に浸透しにくくより表面に局在することでその効果が十分に発現する。更に、片面ずつ塗工と乾燥を行うことで、反対面をロール等で支持しても支持具が汚れることが無く、異物混入も抑えられる。また両面同時塗工を行う場合には、アプリケーターロールからの紙離れが安定せずに紙がバタつく現象も発生しやすい。そうした場合には、塗工パターンが縞状となるため品質も安定せず、更には紙切れにもつながり生産面でも不利となる。

本発明において水溶性高分子の塗工量は、基紙の両面当たり固形分換算で０．２～２．５ｇ／ｍ²であることが好ましく、０．４～１．２ｇ／ｍ²の範囲であればより好ましい。塗工量が０．２ｇ／ｍ²未満だと古紙パルプを高配合としても十分な強度の確保ができず、またフルート加工時も割れが発生しやすい。２．５ｇ／ｍ²を超えると逆に硬すぎとなり表面が割れやすくなる。

また、本実施形態においては、乾燥後の段ボール中芯原紙基紙を、必要に応じて平滑化処理してもよい。平滑化処理の方法は特に限定するものではなく、マシンキャレンダー、ソフトキャレンダー、スーパーキャレンダーなどを適宜用いることができる。

段ボール中芯原紙の坪量は１００～２２０ｇ／ｍ²とすることが好ましく、本発明の効果をより高くするには１１０～１３０ｇ／ｍ²であることが好ましい。坪量が低い方が強度が低いため、本発明の効果が大きく発現する。

次に、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。また、例中の「部」、「％」は、特に断らない限りそれぞれ「質量部」、「質量％」を示す。なお、添加部数は、固形分換算の値である。

［生産性］
段ボール中芯原紙の時間当たりの生産量について、最も生産性に優れていた実施例２の生産量を１００とした場合の相対的な割合に基づいて以下の４段階で評価した。
◎：生産性良好。実施例２の生産量を１００とし、以下の基準とする。
○：生産性良好、◎の９６～９９％の生産量。
△：生産性下限、◎の９０～９５％の生産量。
×：生産性不良、◎の９０％未満の生産量。

［貼合性］
実施例および比較例で得られた中芯原紙をコルゲータによりライナーと貼合性を以下の４段階で評価した。
◎：段ボールシートの全面に亘って貼合状態が良好。
○：段ボールシートに貼合不良が僅かに認められる程度。
△：段ボールシートに貼合不良が見られるが、調整範囲内。（実用下限）
×：段ボールシートの一部分に貼合不良が見られ対応困難。（実用不可）

［実施例１］
段ボール古紙パルプ１００質量％の原料パルプスラリーをＣＳＦ３８０ｃｃに叩解し、原料パルプ１００質量％に対してカチオン澱粉（ネオタック４０Ｔ、日本食品加工社製）を０．７質量％、紙力増強剤（ハーマイドＲＢ２３４、ハリマ化成社製）を０．１質量％、歩留り向上剤（ハイホールダーＣ５０３、栗田工業社製）を０．０２質量％に添加した後抄紙し、フィルム転写方式のサイザーで表面に濃度１０質量％の自家製熱化学変性澱粉を固形で１ｇ／ｍ²塗工し乾燥、次にフィルム転写方式のサイザーで裏面に１ｇ／ｍ²塗工し乾燥、その後キャレンダー処理し段ボール中芯原紙を得た。尚、抄速６００ｍ／分、トップワイヤーを装着した長網単網抄紙機を使用した。

［実施例２］
フィルム転写方式のサイザーでの塗工量を表裏面共に固形で１ｇ／ｍ²から０．２ｇ／ｍ²へと変更した以外は実施例１と同様にして段ボール中芯原紙を得た。

［実施例３］
フィルム転写方式のサイザーでの塗工量を表裏面共に固形で１ｇ／ｍ²から２．５ｇ／ｍ²へと変更した以外は実施例１と同様にして段ボール中芯原紙を得た。

［実施例４］
フィルム転写方式で塗工する自家製熱化学変性澱粉１０質量％に紙力増強剤（ＳＴ５０００、変性ポリアクリルアマイド樹脂、星光ＰＭＣ社製）を１質量％加えた以外は実施例１と同様にして段ボール中芯原紙を得た。

［実施例５］
フィルム転写方式で塗工する自家製熱化学変性澱粉１０質量％を５質量％へと変更し、紙力増強剤（ＳＴ５０００、変性ポリアクリルアマイド樹脂、星光ＰＭＣ社製）を２質量％加えた以外は実施例１と同様にして段ボール中芯原紙を得た。

［実施例６］
自家製熱化学変性澱粉を用いず、紙力増強剤（ＳＴ５０００、変性ポリアクリルアマイド樹脂、星光ＰＭＣ社製）３質量％をフィルム転写方式で塗工した以外は実施例１と同様にして段ボール中芯原紙を得た。

［比較例１］
フィルム転写方式のサイザーを使用して表裏両面に同時に塗工し、その後乾燥した以外は実施例１と同様にして段ボール中芯原紙を得た。

［比較例２］

基紙への吸収が大きいために自家製熱化学変性澱粉の濃度を１０質量％から５質量％へと変更して（サイズ液希釈）塗工量を片面あたり固形で１ｇ／ｍ²とし、塗工機をフィルム転写方式のサイザーからポンド式サイズプレスに変更して表裏両面に同時に塗工し、その後乾燥した以外は実施例１と同様にして段ボール中芯原紙を得た。

図１に示すとおり、実施例１～３で得られた段ボール中芯原紙は、何れも生産性が高く貼合適性に優れ、実用上問題のないレベルのものであった。

これに対して比較例１で得られた段ボール中芯原紙は、両面同時に澱粉水溶液を塗工しているため塗工直後の紙離れが安定せず、マシンクロス方向に縞状となっていたために生産速度を下げる必要が発生した。また両面同時に塗工を行ったために、乾燥時に水蒸気が原紙を通して反対面へ抜けることが出来ず、結果として塗工表面からのみ蒸発することとなり乾燥負荷が上昇した。ここで得られた段ボール中芯原紙は水溶性高分子が縞状となっていたために貼合時の糊の吸収が不安定となり、貼合が弱い部分が発生するものと考えられる。また、水溶性高分子の塗工量が少ない部分はフルート加工後に段ボール中芯原紙の段頂が割れてその表面から糊塗工ロール繊維がとられやすくなってロール汚れが発生し、結果として貼合が弱い部分が生じて糊塗工ロールの掃除頻発等の支障もきたす。

比較例２で得られた段ボール中芯原紙は、ポンド式サイズプレスを使用して水溶性高分子を塗工したために基紙への吸収量が激増し、所望の固形分当たりの塗工量とするために水溶性高分子の濃度を半減する必要が生じた。その結果、中芯原紙に塗工された水分量が増大した分だけ乾燥負荷もが増大して生産性が低下した。また、水溶液中の水分が増したことで水溶性高分子水溶液が紙層方向に浸透しやすくなり、表面に残存した水溶性高分子の量が少なかったために十分な強度が得られず、フルート加工後に段ボール中芯原紙の段頂が割れてその表面強度が落ち、糊塗工ロールの掃除が頻発して支障をきたした。

Claims

単層抄きの段ボール中芯原紙用基紙の表裏両面に水溶性高分子を有する段ボール中芯原紙の製造方法であって、
前記段ボール中芯原紙用基紙の一方の面に水溶性高分子を塗工して乾燥する第１面塗工工程と、前記第１面塗工工程終了後に前記段ボール中芯原紙用基紙の他方の面に水溶性高分子を塗工して乾燥する第２面塗工工程とを有し、前記水溶性高分子の塗工方式がフィルム転写方式であることを特徴とする、段ボール中芯原紙の製造方法。