JP7552084B2 - 紙の製造方法 - Google Patents
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Description
具体的に、本発明は、以下の構成を有する。
パルプスラリーは、第1の軽質炭酸カルシウムと、第2の軽質炭酸カルシウムと、両性ポリマーとを含み、第1の軽質炭酸カルシウムの一次平均粒子径は、第2の軽質炭酸カルシウムの一次平均粒子径よりも小さく、
パルプスラリーを得る工程は、パルプと水を含む分散液に、第1の軽質炭酸カルシウムと両性ポリマーの混合物を添加する工程を含む、紙の製造方法。
[2] 紙の灰分は22質量%以上である、[1]に記載の紙の製造方法。
[3] 第1の軽質炭酸カルシウムの一次平均粒子径は、0.5μm以上3.0μm未満であり、第1の軽質炭酸カルシウムのゼータ電位が-80~-15mVである、[1]又は[2]に記載の紙の製造方法。
[4] 第2の軽質炭酸カルシウムの一次平均粒子径は、3.0~8.0μmであり、第2の軽質炭酸カルシウムのゼータ電位が-15mVよりも大きい、[1]~[3]のいずれかに記載の紙の製造方法。
[5] 両性ポリマーの添加量は、第1の軽質炭酸カルシウム100質量部に対して0.1~2.0質量部である、[1]~[4]のいずれかに記載の紙の製造方法。
[6] 両性ポリマーは、ポリアクリルアミドである、[1]~[5]のいずれかに記載の紙の製造方法。
[7] 灰分は、軽質炭酸カルシウムを含み、軽質炭酸カルシウムの含有量は、灰分の全質量に対して80質量%以上である、[1]~[6]のいずれかに記載の紙の製造方法。
[8] 紙の縦方向の比引張強度が40~60Nm/gであり、横方向の比引張強度が35~55Nm/gである、[1]~[7]のいずれかに記載の紙の製造方法。
[9] 紙の表面の軽質炭酸カルシウムの分布画像を走査型電子顕微鏡(SEM)を用いて組成像を取得し、画像解析ソフトIOMate2007を用いて白黒二値化した場合、白色面積率が、5~30%である、[1]~[8]のいずれかに記載の紙の製造方法。
本発明は、パルプスラリーを得る工程と、パルプスラリーを抄紙する工程を含み、灰分を10~35質量%含む紙の製造方法に関する。ここで、パルプスラリーは、第1の軽質炭酸カルシウムと、第2の軽質炭酸カルシウムと、両性ポリマーとを含み、第1の軽質炭酸カルシウムの一次平均粒子径は、第2の軽質炭酸カルシウムの一次平均粒子径よりも小さい。また、パルプスラリーを得る工程は、パルプと水を含む分散液に、第1の軽質炭酸カルシウムと両性ポリマーの混合物を添加する工程を含む。本発明では、パルプスラリーを得る工程において、粒子径の小さい第1の軽質炭酸カルシウムと両性ポリマーの混合物を添加することにより、紙の強度を維持しつつ、さらに、抄紙系内での汚れ(マシン汚れ等)の発生を抑制することができる。
本発明は、上述した製造方法で製造された紙に関するものであってもよい。本発明の製造方法で得られる紙は高強度である。具体的には、紙の縦方向の比引張強度は、40Nm/g以上であることが好ましく、42Nm/g以上であることがより好ましく、44Nm/g以上であることがさらに好ましい。紙の縦方向の比引張強度は、60Nm/g以下であることが好ましい。また、紙の横方向の比引張強度は、35Nm/g以上であることが好ましく、37Nm/g以上であることがより好ましく、40Nm/g以上であることがさらに好ましく、42Nm/g以上であることが特に好ましい。紙の横方向の比引張強度は、55Nm/g以下であることが好ましい。なお、紙の比引張強度は、JIS P 8113:2006に準拠し測定して得られる値である。
白色面積率(%)=白色部のピクセル数/画像全体のピクセル数×100
本発明の製造方法で得られる紙は、2種類の軽質炭酸カルシウムを含む。具体的には、一次平均粒子径の異なる、第1の軽質炭酸カルシウムと第2の軽質炭酸カルシウムを含む。ここで、第1の軽質炭酸カルシウムの一次平均粒子径は、第2の軽質炭酸カルシウムの一次平均粒子径よりも小さい。また、第1の軽質炭酸カルシウムのゼータ電位は-80~-15mVであり、第2の軽質炭酸カルシウムのゼータ電位は-15mVよりも大きい。
本発明の製造方法で得られる紙は、両性ポリマーを含む。本明細書において、両性ポリマーとは、一分子中にアニオン基とカチオン基の両方を有するポリマーである。両性ポリマーは、パルプスラリー中において、軽質炭酸カルシウムを被覆することで、軽質炭酸カルシウムの一部を凝集させる機能を有する。これにより、軽質炭酸カルシウムをある程度以上含む紙においてもその強度を維持することができる。
パルプスラリーを得る工程では、まず、パルプと水を含む分散液を得る。本発明で用いることのできるパルプとしては、例えば、広葉樹由来のパルプ、針葉樹由来のパルプ、非木材由来のパルプを挙げることができる。広葉樹クラフトパルプとしては、例えば、広葉樹未晒クラフトパルプ(LUKP)、広葉樹晒クラフトパルプ(LBKP)、広葉樹半晒クラフトパルプ(LSBKP)、広葉樹亜硫酸パルプ等を挙げることができる。また、針葉樹クラフトパルプとしては、例えば、針葉樹未晒クラフトパルプ(NUKP)、針葉樹晒クラフトパルプ(NBKP)、針葉樹半晒クラフトパルプ(NSBKP)、針葉樹亜硫酸パルプ等を挙げることができる。
本発明では、上述した軽質炭酸カルシウムや両性ポリマーに加えて、他の内添薬品や填料等を加えてもよい。内添薬品としては、例えば、澱粉等の紙力増強剤、ポリアマイド等の濾水度歩留り向上剤、消泡剤、塩基性染料、酸性染料、アニオン性直接染料、カチオン性直接染料等の公知の種々のものを挙げることができる。
原料となるパルプとして、CSF400mLの広葉樹晒クラフトパルプ(LBKP)を用いた。パルプ100質量部(絶乾質量)に対し0.5質量部の硫酸バンド(硫酸アルミニウム18水和物)と、1.2質量部のカチオン化澱粉(P-3Y、ピラースターチ株式会社製)を添加し、パルプ濃度が0.5質量%になるよう希釈した。希釈後のパルプスラリーに、パルプ100質量部(絶乾質量)に対し0.14質量部のアルケニル無水コハク酸(荒川化学株式会社製)を添加した。
別の容器において、パルプ100質量部(絶乾質量)に対し16質量部分の軽質炭酸カルシウム(a)(タマパールTP-121、一次平均粒子径1.7μm、奥多摩工業株式会社製)を準備し、水で30質量%に希釈した。この希釈液中に含まれる軽質炭酸カルシウム(a)100質量部(絶乾質量)に対し0.5質量部の両性ポリマー(化合物A、両性ポリアクリルアミド 星光PMC株式会社製)を添加し、3分間攪拌した。このようにポリマー処理した軽質炭酸カルシウム(a)を、パルプ濃度0.5質量%のパルプスラリーに添加した。続いてパルプ100質量部(絶乾質量)に対し、12質量部の軽質炭酸カルシウム(b)(タマパールTP-NPF、一次平均粒子径5.0μm、奥多摩工業株式会社製)を、パルプ濃度0.5質量%のパルプスラリーに添加した。続けて、パルプスラリーに、パルプ100質量部(絶乾質量)に対し0.02質量部の歩留剤(ND-300、ハイモ株式会社製)を添加し、日本工業規格JIS P8222に準拠し、角型手抄きマシンで抄紙して坪量60g/m2の手抄き紙を得た。
混合溶液における両性ポリマー(化合物A)の添加量を軽質炭酸カルシウム(a)100質量部(絶乾質量)に対し1.0質量部に変更した以外は、実施例1と同様にして、手抄き紙を得た。
混合溶液における両性ポリマー(化合物A)の添加量を軽質炭酸カルシウム(a)100質量部(絶乾質量)に対し0.1質量部に変更した以外は、実施例1と同様にして、手抄き紙を得た。
実施例1において軽質炭酸カルシウム(a)(タマパールTP-121、一次平均粒子径1.7μm、奥多摩工業株式会社製)を、軽質炭酸カルシウム(a)(タマパールTP-221BM、一次平均粒子径2.8μm、奥多摩工業株式会社製)に変更した以外は、実施例1と同様にして、手抄き紙を得た。
実施例1において軽質炭酸カルシウム(a)(タマパールTP-121、一次平均粒子径1.7μm、奥多摩工業株式会社製)を、軽質炭酸カルシウム(a)(タマパールTP-121SA、一次平均粒子径1.1μm、奥多摩工業株式会社製)に変更した以外は、実施例1と同様にして、手抄き紙を得た。
両性ポリマー(化合物A)を添加しなかった以外は、実施例1と同様にして、手抄き紙を得た。
両性ポリマー(化合物A)の代わりにカチオン性ポリマー(化合物B、カチオン性ポリアクリルアミド、星光PMC株式会社製)を用いた以外は、実施例1と同様にして、手抄き紙を得た。
両性ポリマー(化合物A)の代わりにアニオン性ポリマー(化合物C、アニオン性ポリアクリルアミド、星光PCM株式会社製)を用いた以外は、実施例1と同様にして、手抄き紙を得た。
軽質炭酸カルシウム(a)の添加量をパルプ100質量部(絶乾質量)に対し22質量部、軽質炭酸カルシウム(b)の添加量をパルプ100質量部(絶乾質量)対し18質量部とした以外は、実施例1と同様にして、手抄き紙を得た。
実施例1における希釈後のパルプスラリーに、パルプ100質量部(絶乾質量)に対し0.14質量部のアルケニル無水コハク酸(ファイブラン、荒川化学株式会社製)を添加した。
別の容器において、パルプ100質量部(絶乾質量)に対し12質量部分の軽質炭酸カルシウム(b)(タマパールTP-NPF、一次平均粒子径5.0μm、奥多摩工業株式会社製)を準備し、水で30質量%に希釈した。この希釈液中に含まれる軽質炭酸カルシウム(b)100質量部(絶乾質量)に対し0.5質量部の両性ポリマー(化合物A、両性ポリアクリルアミド、星光PMC株式会社製)を添加し、3分間攪拌した。このようにポリマー処理した軽質炭酸カルシウム(b)をパルプ濃度0.5質量%のパルプスラリーに添加した。続いてパルプ100質量部(絶乾質量)に対し、16質量部の軽質炭酸カルシウム(a)(タマパールTP-121、一次平均粒子径1.7μm、奥多摩工業株式会社製)を、パルプ濃度0.5質量%のパルプスラリーに添加した。続けて、パルプスラリーに、パルプ100質量部(絶乾質量)に対し0.02質量部の歩留剤(ND-300、ハイモ株式会社製)を添加し、日本工業規格JIS P8222に準拠し、角型手抄きマシンで抄紙して坪量60g/m2の手抄き紙を得た。
<粒子径>
軽質炭酸カルシウムの30質量%スラリーの粒度分布をレーザー回折 粒度分布測定装置(MT 3300II マイクロトラック・ベル社製)を用いて測定し、メジアン径(頻度の累積が50%となる粒子径)を一次平均粒子径とした。
軽質炭酸カルシウムの30質量%スラリーのゼータ電位をJIS Z 8836:2017 電気泳動光散乱(ELS)法に準拠し測定した。
実施例及び比較例で得られた紙の紙中の灰分量は、JIS P 8251に準拠し測定した。
JIS P 8251に準拠し、実施例及び比較例で得られた紙を灰化した後、その灰分の粒度分布をレーザー回折 粒度分布測定装置(MT3000II、マイクロトラック・ベル社製)を用いて測定し、粒子径が1μm以上11μm未満のものを軽質炭酸カルシウム、11μm以上~16μm未満ものをタルクとして、軽質炭酸カルシウムの割合を算出した。
実施例及び比較例で得られた紙の比引張強度は、JIS P 8113:2006に準拠し測定した。
実施例及び比較例で得られた紙の表面を電子顕微鏡を用いて下記条件で観察し、組成像を得た(1シート辺り、4画像以上)。組成像は、試料の組成を反映したものである。本実施例においては、軽質炭酸カルシウム部分を白色、パルプ部分を灰色として観察した。
<電子顕微鏡観察条件>
・分析装置 走査型電子顕微鏡 (S-3600N 株式会社日立ハイテクノロジーズ社製)
・観察画像 反射電子像(組成像)
・倍率 100~150倍
・加速電圧 15.0kV
得られた組成像を画像解析ソフトIOMate2007(株式会社アイ・スペック社製)を用いて、二値化処理した。二値化処理の条件は以下のとおりとした。
<二値化処理条件>
・閾値 炭酸カルシウム由来の分布の中央値+炭酸カルシウム由来の分布の標準偏差
二値化処理後の画像から、白色部のピクセル数、画像全体のピクセル数を測定し、白色面積率を算出した。
白色面積率(%)=白色部のピクセル数/画像全体のピクセル数×100
実施例及び比較例で得られた紙を240mm角に切り出し、紙の中央部に粘着フィルム(新タック化成株式会社製CPETT75/AC/T2(-R3))6cmx12cmを貼り付け、誘導加熱式テストカレンダー(熊谷理機工業株式会社製35F-FC-200C)でカレンダー処理を実施した。
<カレンダー条件>
・温度:30℃
・ロールの回転速度:60m/min
・加圧回数:1往復
・線圧:65kgf/cm
次いで、紙から粘着フィルムを剥がし、6cmx12cmの粘着フィルムの両端を3cm除いた粘着フィルムの中央部6cmx6cmに付着したカルシウム量(カルシウム原子のX線強度)を蛍光X線分析装置で測定し、マシン汚れの指標とした。値が小さいほど、紙表面から剥離する軽質炭酸カルシウム量が少ないことを示し、マシン汚れが少ないことを意味する。
<蛍光X線分析 測定条件>
・分析装置:Rigaku社製走査型蛍光X線分析装置 ZSX Primus IV
・測定サンプル:直径27mm
・X線管球:Rhターゲット4kW
・励起光エネルギー:40kV-75mA
・測定線:Ca-KA
・2θ角ピーク:113.130deg
・測定時間:0.1sec(110-116deg)
Claims (5)
- パルプスラリーを得る工程と、前記パルプスラリーを抄紙する工程を含み、灰分を10~35質量%含む紙の製造方法であって、
前記パルプスラリーは、第1の軽質炭酸カルシウムと、第2の軽質炭酸カルシウムと、両性ポリマーとを含み、前記第1の軽質炭酸カルシウムの一次平均粒子径は、前記第2の軽質炭酸カルシウムの一次平均粒子径よりも小さく、
前記第1の軽質炭酸カルシウムの一次平均粒子径は、0.5μm以上3.0μm未満であり、前記第1の軽質炭酸カルシウムのゼータ電位が-80~-15m∨であり、
前記第2の軽質炭酸カルシウムの一次平均粒子径は、4.0~8.0μmであり、前記第2の軽質炭酸カルシウムのゼータ電位が-15m∨よりも大きく、
前記第1の軽質炭酸カルシウムの添加量は、紙に含まれるパルプ100質量部に対して、5質量部以上45質量部以下であり、
前記第2の軽質炭酸カルシウムの添加量は、紙に含まれるパルプ100質量部に対して、5質量部以上45質量部以下であり、
前記両性ポリマーはポリアクリルアミドであり、
前記両性ポリマーの添加量は、前記第1の軽質炭酸カルシウム100質量部に対して、0.1質量部以上2.0質量部以下であり、
前記パルプスラリーを得る工程は、パルプと水を含む分散液に、前記第1の軽質炭酸カルシウムと前記両性ポリマーの混合物を添加する工程を含む、紙の製造方法。 - 前記紙の灰分は22質量%以上である、請求項1に記載の紙の製造方法。
- 前記灰分は、軽質炭酸カルシウムを含み、前記軽質炭酸カルシウムの含有量は、前記灰分の全質量に対して80質量%以上である、請求項1又は2に記載の紙の製造方法。
- 前記紙の縦方向の比引張強度が40~60Nm/gであり、横方向の比引張強度が35~55Nm/gである、請求項1~3のいずれか1項に記載の紙の製造方法。
- 前記紙の表面の軽質炭酸カルシウムの分布画像を走査型電子顕微鏡(SEM)を用いて組成像を取得し、画像解析ソフトIOMate2007を用いて白黒二値化した場合、白色面積率が、5~30%である、請求項1~4のいずれか1項に記載の紙の製造方法。
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