JP7406312B2 - 水解紙及びその製造方法 - Google Patents
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植物由来パルプを主成分とする水解紙であって、
前記植物由来パルプは、亜リン酸エステル基が備わる置換パルプを有する、
ことを特徴とする水解紙。
第1の態様に加え、
前記置換パルプは、ヒドロキシル基の少なくとも一部が亜リン酸エステルに置換されたパルプである、
態様を挙げることができる。
第1の態様に加え、
前記植物由来パルプは、前記置換パルプ1.0質量%以上を有する、
態様を挙げることができる。
第2の態様に加え、
前記置換パルプにおける、亜リン酸エステル導入量が1.0mmоl/g以上である、
態様を挙げることができる。
第1の態様に加え、
比引張強さが3.0Nm/g以上である、
態様を挙げることができる。
第1の態様に加え、
前記水解紙は、衛生紙、紙管、機密情報印刷用紙、紙袋、及び農業用紙マルチシートのうちのいずれか一つである、
態様を挙げることができる。
第1植物由来パルプを主成分とする水解紙の製造方法であって、
前記第1植物由来パルプと亜リン酸化合物とを反応させて、亜リン酸エステル基が備わる置換パルプを生成する生成工程を備え、この置換パルプを抄紙工程に送る、
ことを特徴とする水解紙の製造方法。
第7の態様に加え、
前記置換パルプと第2植物由来パルプとを混合して混合パルプを得る混合工程を備え、この混合パルプを抄紙工程に送る、
態様を挙げることができる。
第8の態様に加え、
前記置換パルプと前記第2植物由来パルプとの混合比が、1:99~100:0である、
態様を挙げることができる。
第7の態様に加え、
前記置換パルプは、亜リン酸エステル基が1.0mmоl/g以上導入されたものである、
本形態の水解紙は、植物由来パルプを主成分とするものである。植物由来パルプとしては、例えば、広葉樹、針葉樹等を原料とする木材パルプ、ワラ・バガス・綿・麻・じん皮繊維等を原料とする非木材パルプ、回収古紙、損紙等を原料とする古紙パルプ(DIP)等の中から1種又は2種以上を選択して使用することができる。なお、以上の各種原料は、例えば、セルロース系パウダーなどと言われる粉砕物(粉状物)の状態等であってもよい。
まず、固形分濃度0.01~0.1質量%のパルプの水分散液100mlをテフロン(登録商標)製メンブレンフィルターでろ過し、エタノール100mlで1回、t-ブタノール20mlで3回溶媒置換する。次に、凍結乾燥し、オスミウムコーティングして試料とする。この試料について、構成する繊維の幅に応じて100倍~1000倍のいずれかの倍率で電子顕微鏡SEM画像による観察を行う。具体的には、観察画像に二本の対角線を引き、対角線の交点を通過する直線を任意に三本引く。さらに、この三本の直線と交錯する合計100本の繊維の幅を目視で計測する。そして、計測値の中位径を平均繊維径とする。あるいは、バルメット社製の繊維分析計「FS5」を使用し、平均繊維径を測定することができる。
セルロース繊維(パルプ繊維)のヒドロキシル基の少なくとも一部(この少なくとも一部には、全部も、もちろん含まれる。)と亜リン酸とが反応すると次記構造式(1)に示す官能基で置換された繊維が生成する。なお、セルロース繊維におけるヒドロキシル基の亜リン酸エステル化は、公知の手法で適宜行うことができる。
示すエステル基)の平均置換数をいう。置換度は、反応速度論のパラメータである、反応温度や反応時間の影響を受ける。例えば、反応温度や反応時間を制御することで所望の置換度とすることができる。
水解紙は、1枚の原紙シートで構成されてもよいが。複数枚(例えば、2~3枚)の原紙シートがプライ(積層)加工されたものであってもよい。原紙シートの目付量は5~1000g/m2とするとよい。目付量はJIS P8124に準拠して測定したものである。
パルプ繊維を亜リン酸エステル化するためのリン酸に、公知の、亜リン酸、亜リン酸化合物(例えば、亜リン酸類や亜リン酸金属塩類)を適宜使用できる。例えば、亜リン酸、亜リン酸水素ナトリウム、亜リン酸水素アンモニウム、亜リン酸水素カリウム、亜リン酸二水素ナトリウム、亜リン酸ナトリウム、亜リン酸リチウム、亜リン酸カリウム、亜リン酸マグネシウム、亜リン酸カルシウム、亜リン酸トリエチル、亜リン酸トリフェニル、ピロ亜リン酸等の亜リン酸化合物等を使用することができる。
繊維を亜リン酸エステル化する際、前述のとおり尿素や尿素誘導体を添加するのも好ましい。添加する尿素としては、尿素や尿素誘導体等公知のものを適宜添加できる。例えば、尿素、チオ尿素、ビウレット、フェニル尿素、ベンジル尿素、ジメチル尿素、ジエチル尿素、テトラメチル尿素等を使用することができる。これらの尿素や尿素誘導体は、それぞれを単独使用してもよいし、複数を組み合わせて使用してもよい。特に尿素を使用すると好適である。
NH2-CO-NH2 → HN=C=O+NH3 ・・・(2)
(繊維)-OH + H-N=C=O → (繊維)-O-C-NH2 ・・・(3)
反応式(3)の生成物と亜リン酸化合物との存在により、亜リン酸エステル化反応が促進される。
本発明の水解紙の製造工程の一例を要すれば次のとおりである。
(1)パルプを亜リン酸エステル化して置換パルプとする置換工程10
(2)置換パルプと未置換パルプとを混合して混合パルプとする混合工程20
(3)回転するワイヤに混合パルプ(紙料)を噴出させて湿紙を形成するワイヤ工程
(4)回転するフェルトで湿紙を運び、圧力を掛けて脱水するプレス工程
(5)脱水した湿紙を、熱をかけて乾燥させるドライ工程
なお、上記、ワイヤ工程からドライ工程までの一連の工程をまとめて抄紙工程30ともいう。
溶媒100質量%に、亜リン酸塩Pが4.5~9.5質量%、尿素Uが16.5~33.5質量%含まれるように混合して混合溶液とする。尿素の添加率が4.5質量%未満であると、繊維に亜リン酸エステル基が十分に導入されないおそれがある。他方、尿素の添加率が33.5質量%を超えても、尿素の添加によるそれ以上の効果は見込めないおそれがある。
水解紙の嵩密度は、0.1~1.0g/cm3、好ましくは0.1~0.8g/cm3、とするとよい。この範囲よりも低いと、乾燥時に所望の強度が保てず破けやすい。また、この範囲よりも高いと、水に浸したとき水解性に乏しいものとなる。
水解紙の坪量は、5~1000g/m2、好ましくは5~500g/m2、この範囲であれば、乾燥時に所望の強度が保て、また、水に浸したとき水解性に優れたものとなる。
水解紙の比引張強さは、3Nm/g以上、好ましくは4Nm/g以上、より好ましくは5Nm/g以上とするとよい。3Nm/g未満だと、乾燥した状態で水解紙を使用するときに裂けやすい。
(実施例1~6)
(1)亜リン酸水素ナトリウム・5水和物6.0gと尿素22.0gとを水72gに混合させ混合溶液100gを調整した。
(2)原料パルプ(NBKP、水分98.0質量%)乾燥重量10gを、(1)の混合溶液100gに十分に混合させ105℃で乾燥させて乾燥物を得た。
(3)乾燥物を130℃、2時間反応させ、その後、その反応生成物に対して、水洗とそれに続くろ過を2回行い、無機分からなる陽イオンを含む亜リン酸エステルが導入されたセルロース繊維すなわち、亜リン酸エステル基が備わる置換パルプ(置換パルプともいう。)を得た。この得られた置換パルプを実施例1~6の原料パルプとした。
(実施例7、8)
(4)亜リン酸水素ナトリウム・5水和物6.0gと尿素22.0gとを水72gに混合させ混合溶液100gを調整した。
(5)原料パルプ(NBKP、水分98.0質量%)乾燥重量10gを、(4)の混合溶液100gに十分に混合させ105℃で乾燥させて乾燥物を得た。
(6)乾燥物を140℃、2時間反応させた以外は、上記(3)と同様の操作を行い、置換パルプを得た。この得られた置換パルプを実施例7、8の原料パルプとした。
(7)上記(1)~(6)とは別に、第2植物由来パルプ(未置換パルプ(NBKP、水分98.0質量%))とマイクロフィブリルセルロース(MFC)を用意した。マイクロフィブリルセルロースについては、後述する。なお、第2植物由来パルプは、平均繊維幅10μm以下、平均繊維長10000μm以下であるものを用いた。
未置換パルプのみ、又は未置換パルプとMFCとの混合物から作製された乾燥シートよりも、置換パルプを含有して作製された乾燥シートの方が、比引張強さの向上が認められた。
実施例1で得られた乾燥シート2gを、水100g入ったビーカーに入れ、スターラーで300rpm、30秒の条件で攪拌した。この水解性試験の操作を実施例2~8、比較例1~4についても同様に行った。
乾燥シートが完全に水解しているもの:◎
乾燥シートの未水解部分がやや残るもの:〇
乾燥シートの未水解部分が多いもの:△
乾燥シートが水解していないもの:×
図中、(1)が実施例1、(2)が実施例2、(3)が実施例3、(4)が実施例4、(5)が実施例5、(6)が比較例1である。
置換パルプの混合割合が大きいほど、水解性の向上が認められた。
前述の実施例に使用したマイクロフィブリルセルロースについて、次記に説明する。
まず、固形分濃度0.01~0.1質量%のマイクロフィブリルセルロースの水分散液100mlをテフロン(登録商標)製メンブレンフィルターでろ過し、エタノール100mlで1回、t-ブタノール20mlで3回溶媒置換する。次に、凍結乾燥し、オスミウムコーティングして試料とする。この試料について、構成する繊維の幅に応じて3,000倍~30,000倍のいずれかの倍率で電子顕微鏡SEM画像による観察を行う。具体的には、観察画像に二本の対角線を引き、対角線の交点を通過する直線を任意に三本引く。さらに、この三本の直線と交錯する合計100本の繊維の幅を目視で計測する。そして、計測値の中位径を平均繊維径とするか、あるいは、バルメット社製の繊維分析計「FS5」を使用し、平均繊維径を測定する。
本発明では、原則的には製紙用助剤を使用しなくても所望の効果が達せられる。しかしながら、必要に応じて製紙用助剤を添加してもよい。例えば、乾燥紙力剤や湿潤紙力剤を内添させて、乾燥紙力、湿潤紙力等を所定の強度に調整することができる。しかしながら、環境保全の観点より発泡性の強いものや、強酸性又は強アルカリ性のものの使用は避けるべきである。乾燥紙力剤としてカチオン化デンプンやポリアクリルアミド系コポリマー、湿潤紙力剤としてポリアミドポリアミンエピクロルヒドリン、ポリビニルアミンを例示できる。
Claims (9)
- 植物由来パルプを主成分とする水解紙であって、
前記植物由来パルプは、亜リン酸エステル基が備わる置換パルプを有するものであり、
比引張強さが3.0Nm/g以上である、
ことを特徴とする水解紙。 - 前記置換パルプは、ヒドロキシル基の少なくとも一部が亜リン酸エステルに置換されたパルプである、
ことを特徴とする請求項1に記載の水解紙。 - 前記植物由来パルプは、前記置換パルプを1.0質量%以上を有する、
請求項1に記載の水解紙。 - 前記置換パルプにおける、亜リン酸エステル導入量が1.0mmоl/g以上である、
請求項1に記載の水解紙。 - 前記水解紙は、衛生紙、紙管、機密情報印刷用紙、紙袋、及び農業用紙マルチシートのうちのいずれか一つである、
請求項1に記載の水解紙。 - 第1植物由来パルプを主成分とする水解紙の製造方法であって、
前記第1植物由来パルプと亜リン酸化合物とを反応させて、亜リン酸エステル基が備わる置換パルプを生成する生成工程を備え、この置換パルプを抄紙工程に送り、
比引張強さが3.0Nm/g以上である水解紙を製造する、
ことを特徴とする水解紙の製造方法。 - 前記置換パルプと第2植物由来パルプとを混合して混合パルプを得る混合工程を備え、この混合パルプを抄紙工程に送る、
ことを特徴とする請求項6に記載の水解紙の製造方法。 - 前記置換パルプと前記第2植物由来パルプとの混合比が、1:99~100:0である、
ことを特徴とする請求項7に記載の水解紙の製造方法。 - 前記置換パルプは、亜リン酸エステル基が1.0mmоl/g以上導入されたものである、
ことを特徴とする請求項6に記載の水解紙の製造方法。
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