JPH0726494A - 強化中芯の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 貼合性や離解性を損わずに、圧縮強度を改善
した強化中芯を経済的有利に製造することができる、強
化中芯の製造方法を提供する。 【構成】 無機酸と尿素を添加した澱粉の水性懸濁液を
連続糊化装置に通して熱化学変性により低粘度化した澱
粉糊液を、中芯原紙の表面に塗布する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

【０００２】本発明は強化中芯の製造方法に関し、更に
詳しくは、中芯原紙の表面に熱化学変性により低粘度化
した澱粉糊液を塗布して圧縮強度を高める強化中芯の製
造方法に関する。

【０００３】

【従来の技術】

【０００４】段ボールは軽量で安価なため、各種物品の
包装、運搬に使用される産業上の基礎資材であり、一般
に中芯原紙とライナーをコルゲーターで貼り合わせて製
造される。

【０００５】段ボールはその用途から圧縮強度が要求さ
れるので、特に中芯原紙の圧縮強度が重視される。

【０００６】近年軽量化、資源の節約、コストダウンな
どより単位面積当たりの重量の割に強度の高い、いわゆ
る強化中芯が普及し、その生産量が年々増大している。

【０００７】従来、強化中芯の製造法としては強度の高
いパルプを原料として使用する方法、抄造時の紙料にポ
リアクリルアミドなどの合成紙力増強剤を添加する方
法、抄造された湿紙に澱粉の水性懸濁液をスプレーする
方法、抄造された紙に石油樹脂、ポリスチレンなどの樹
脂を含浸する方法などが知られており、一部で実用に供
されている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】

【０００９】上記強化中芯の製造法のうち、強度の高い
パルプを原料とする方法は故紙が主体の中芯原紙にあっ
て高価なパルプを使用することは経済性の点で不利であ
ること、ポリアクリルアミドを添加する方法は離解性が
低下するため、損紙や段ボールの離解回収が困難となる
こと、肝心のライナーとの貼合性が低下する（段ボール
接着剤とポリアクリルアミドとの親和性が比較的乏しい
ため、貼合速度や接着強度が出にくい）ことなどの解決
すべき課題が存在する。

【００１０】また、澱粉スプレー法は貼合性や経済性で
は良好な反面、霧滴の飛散により抄紙機が汚れやすいこ
と、樹脂含浸法は耐水強度が得られやすい反面、貼合
性、離解性、経済性などの解決すべき課題がある。

【００１１】以上の如く、従来の強化中芯の製造法には
一長一短があるため、業界ではこれらの課題を解決した
強化中芯の製造法が強く要望されている。

【００１２】従って、本発明の目的は貼合性や離解性を
損わずに、圧縮強度を改善した強化中芯を経済的有利に
製造することができる、強化中芯の製造方法を提供する
ことにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】

【００１４】本発明者らは、上記目的をもって鋭意研究
した結果、無機酸と尿素を添加した澱粉の水性懸濁液を
連続糊化装置に通して熱化学変性により低粘度化した澱
粉糊液を、中芯原紙の表面にポンド式サイズプレスを用
いて塗布することにより種々問題点が解消され、上記目
的が達成されることを見出し、本発明を完成した。

【００１５】即ち、本発明は、第１に、無機酸と尿素を
添加した澱粉の水性懸濁液を連続糊化装置に通して熱化
学変性により低粘度化した澱粉糊液を、中芯原紙の表面
に塗布することを特徴とする強化中芯の製造方法であ
る。

【００１６】第２に、塗布方法がポンド式サイズプレス
であることを特徴とする上記第１記載の強化中芯の製造
方法である。

【００１７】第３に、澱粉糊液の濃度が２５％以上、粘
度が１５ｃＰ以下である上記第１又は第２記載の強化中
芯の製造方法である。

【００１８】本発明で使用される澱粉は、コーンスター
チ（とうもろこし澱粉）、馬鈴薯澱粉、甘藷澱粉、アセ
チル化タピオカ澱粉など各種の未加工、加工澱粉を使用
することができるが、目的の一つとする経済性を考慮す
ればコーンスターチが最も適当である。

【００１９】次に、本発明に使用される澱粉糊液の調製
方法について説明する。

【００２０】まず、澱粉を水に溶解して、好ましくは最
終澱粉糊液の濃度が２５％以上になるように約２８％濃
度以上の水性懸濁液とする。

【００２１】これに硫酸、塩酸、硝酸、スルファミン酸
などの無機酸と尿素を最終澱粉糊液の粘度が目標の値
（好ましくは１５ｃＰ以下）となるように適量を加え
る。

【００２２】これらの薬品は上記のように使用の直前に
水性懸濁液に加えても良いが、予め澱粉に配合すること
もできる。

【００２３】薬品が添加された澱粉の水性懸濁液を連続
糊化装置（ジェットクッカー）に一定の流量で供給し、
同時に高圧蒸気を通じて瞬時に温度を１５０℃前後に高
めて澱粉を糊化する。

【００２４】この温度で数分間保持して澱粉の無機酸に
よる加水分解（低粘度化）と尿素の熱分解により生じた
アンモニアによる酸の中和を同時に進行させる。

【００２５】最後にフラッシュサイクロンに通じて糊液
と蒸気を分離する。

【００２６】なお、必要に応じ糊液と蒸気を分離する工
程の前後で希釈水を加えて適当な濃度まで希釈する。

【００２７】本発明においては澱粉糊液を中芯原紙に塗
布する方法としては、バーメタリング方式等の各種のサ
イズプレスやコーターが考えられるが、紙の内部への浸
透が良く、高い塗布量が得られ易いこと、塗布量を増大
させても表面の澱粉が比較的少ないため、ドライヤーへ
の付着や高湿度下で保存した場合に発生し易いブロッキ
ングを起こし難いこと、設備費が比較的安価なことなど
より、ポンド式サイズプレスが好ましい。

【００２８】本発明で使用される澱粉糊液の濃度は２５
〜４０％であることが好ましい。

【００２９】２５％未満では澱粉糊液が塗布された中芯
原紙の圧縮強度の増大が十分でなく、４０％を超えると
実質上これを得るために必要な高濃度の水性懸濁液を調
製しえない。

【００３０】また、本発明で使用される澱粉糊液の粘度
は５〜１５ｃＰ（Ｂ型粘度計、６０ｒｐｍ、塗布時の温
度）であることが好ましい。

【００３１】１５ｃＰを超えるとサイズプレスでの塗布
時にボイリングが発生するため、塗布速度の低下が免れ
ず、生産性の点で満足とは言い難く、一方５ｃＰ未満で
は得られる効果の割に無機酸と尿素の使用量が増大する
ことになり経済的に不利となるので好ましくない。

【００３２】

【作用】

【００３３】以上に示したように、本発明により無機酸
と尿素を添加した澱粉の水性懸濁液を連続糊化装置に通
して熱化学変性により低粘度化した、好ましくは濃度２
５％以上、粘度１５ｃＰ以下の、澱粉糊液を、中芯原紙
の表面にサイズプレスを用いて塗布することにより、貼
合性や離解性を損わずに、圧縮強度が飛躍的に増大した
強化中芯が経済的有利に製造できることが判明したが、
ここで本発明の効果が発現する機構について説明する。

【００３４】本発明で使用される無機酸と尿素を組み合
わせて行う澱粉の熱化学変性法は、従来の過硫酸アンモ
ニウムなどの酸化剤を使用する熱化学変性法に比べて、
下記の長所を有し、本発明を実施するために極めて好適
である。

【００３５】澱粉に含まれる蛋白質などの來雑物の含
量、水性懸濁液の流量、糊化変性時の温度などの条件の
変化に対しても最終糊液粘度のバラツキが少ないため、
これを中芯原紙に塗布した場合にも塗布量の変動が少な
く、安定した品質の強化中芯が得られる。

【００３６】出来上がった澱粉糊液の着色が全くない
か、わずかであることより、最終的に得られた強化中芯
の白色度が高く、見栄えが良い。

【００３７】中和用のアルカリの添加が不要（過硫酸
アンモニウムを使用する熱化学変性法では反応により生
成する硫酸を中和するためにアルカリの添加が必要）で
あるため、熱化学変性を実施する際の作業性が良い。

【００３８】中芯原紙の圧縮強度をより高めるには、澱
粉の塗布量をより多くする必要がある。

【００３９】澱粉の塗布量は、澱粉糊液の濃度、粘度が
高いほど、サイズプレス塗布時の速度が上がるほど増大
することが知られている。

【００４０】しかしながら、本発明者らの検討では糊液
粘度が１５ｃＰ（塗布時の温度で）を超えると流体力学
的力が大きくなり、ポンド式サイズプレスのロール間に
供給された澱粉糊液がいわゆるボイリング（ジャンピン
グ）を起こして、実用的な速度（３００ｍ／ｍｉｎ以
上）での塗布が困難となることが判明した。

【００４１】従って、澱粉の塗布量を上げる方法として
は、粘度を１５ｃＰ以下に維持しながら（ボイリングを
抑える）澱粉糊液の濃度を高める必要がある。

【００４２】しかし、この方法、即ち粘度を上げずに濃
度を高める方法は澱粉の分子量を下げることに繁がり、
紙の強度の点で好ましくないと考えられる。

【００４３】因みに従来より、紙の引張強度、破裂強
度、内部強度、表面強度などの紙力を向上させるのに、
一般的には平均分子量として３０万〜２００万程度の澱
粉が紙の表面に塗布されている。

【００４４】しかしながら、本発明者らが鋭意研究した
結果、澱粉糊液の濃度が２５％以上で粘度が１５ｃＰ以
下の澱粉糊液（平均分子量が約２万以下）をポンド式サ
イズプレスで塗布した場合には、引張強度などの一般紙
力の向上は確かに望めないものの、圧縮強度の飛躍的な
向上が認められた。

【００４５】これは、他の紙力の場合（強度が澱粉の分
子量に依存する）と異なり、圧縮強度においては、澱粉
は紙の繊維間に単に固形状として存在するだけでその効
果が発揮されるためと思われる。

【００４６】また、貼合性や離解性が損われないのは、
前者は段ボール接着剤（澱粉が主成分）との相容性が優
れていることに、後者は離解時に加えられる水によって
澱粉が容易に膨潤、溶解して、繊維の分散を妨げないこ
と（ポリアクリルアミドなどの合成紙力剤は水に対して
抵抗性を有するため、繊維を互いに結着した状態に保ち
やすい）に起因するものと考えられる。

【００４７】

【実施例】

【００４８】以下、実施例をもって本発明を説明する。

【００４９】

【実施例１】

【００５０】コーンスターチ１００部を水道水に溶解
し、４０％濃度の懸濁液を調製した。これに０．７部の
スルファミン酸と２部の尿素を加え、溶解した。

【００５１】得られた水性懸濁液を連続糊化装置に１０
リットル／ｍｉｎの流量で供給し、同時に蒸気を通じて
１５０℃に加熱した。

【００５２】この温度に５分間保持して変性を進め低粘
度化した。

【００５３】フラッシュチャンバーに通じて、糊液と蒸
気を分離するとともに希釈水を添加して濃度を３０％に
調整した。

【００５４】得られた澱粉糊液の濃度及び粘度を測定し
た。

【００５５】これを実験用ポンド式サイズプレスを用い
て塗布速度６０ｍ／ｍｉｎで市販中芯原紙（坪量１２５
ｇ／ｍ² ）に塗布した。

【００５６】次いで、シリンダードライヤーで乾燥し、
温度２０℃、相対湿度６５％の条件で調湿後、坪量、澱
粉塗布量、比破裂度及び圧縮強度を測定した。

【００５７】

【実施例２】

【００５８】澱粉糊液の濃度を２６％にすること以外は
実施例１と同様に実施した。

【００５９】

【実施例３】

【００６０】スルファミン酸の添加量を０．６部とし、
澱粉糊液の濃度を２６％にすること以外は実施例１と同
様に実施した。

【００６１】

【比較例１】

【００６２】引張強度、表面強度などの一般紙力を上げ
るために一般的に塗布される酸化澱粉（商品名ＭＳ＃３
８００、平均分子量約８０万）をバッチ式オープンクッ
カーを用いて加熱糊化して得た糊液を用いて実施例１と
同様に行った。

【００６３】

【比較例２】

【００６４】サイズプレスによる塗布とシリンダードラ
イヤーによる乾燥を同一の紙に４回繰り返すことを除
き、比較例１と同様に行った。

【００６５】

【参照例１】

【００６６】実施例１に準じて水サイズした中芯原紙に
ついて同様の測定を行った。

【００６７】実施例１〜３、比較例１、２及び参照例１
の結果を表１にまとめて示す。

【００６８】

【表１】

【００６９】比較例１の酸化澱粉を塗布した中芯原紙は
比破裂度が澱粉塗布量の割にはかなり上昇しているが、
圧縮強度の向上はそれほどではない。

【００７０】これに対し、実施例１〜３はいずれも比破
裂度の上昇はわずかであるが、圧縮強度の顕著な上昇が
見られ、本発明の効果が明白である。

【００７１】なお、参考として酸化澱粉を繰り返し塗布
して塗布量を増大した比較例２でも、高い圧縮強度が示
されているが、もちろんこの方法では実用性が乏しい。

【００７２】

【実施例４】

【００７３】コーンスターチ１００部を水道水に溶解
し、４０％濃度の懸濁液を調製した。

【００７４】これに０．８部の硫酸と１部の尿素を加
え、溶解した。

【００７５】得られた水性懸濁液を連続糊化装置に１０
リットル／ｍｉｎの流量で供給し、同時に蒸気を通じて
１５０℃に加熱した。

【００７６】この温度に５分間保持して変性を進め低粘
度化した。

【００７７】フラッシュチャンバーに通じて、糊液と蒸
気を分離するとともに希釈水を添加して濃度を約３０％
に調整した。

【００７８】得られた澱粉糊液の濃度及び粘度を測定し
た。

【００７９】これを試験用パイロット型ポンド式サイズ
プレスを用いて３００ｍ／ｍｉｎの塗布速度で市販中芯
原紙（坪量１２５ｇ／ｍ² ）に塗布し、直ちにエアドラ
イヤーで乾燥した。

【００８０】温度２０℃、相対湿度６５％の条件で調湿
後、坪量、澱粉塗布量、引張強度及び圧縮強度を測定し
た。

【００８１】

【実施例５】

【００８２】硫酸の添加量を１．１部、塗布速度を４０
０ｍ／ｍｉｎとしたことを除き、実施例４と同様に実施
した。

【００８３】

【実施例６】

【００８４】硫酸の添加量を０．６部、塗布速度を１５
０ｍ／ｍｉｎ（これを超える速度ではボイリングが起
き、塗布が困難となった）としたことを除き、実施例４
と同様に実施した。

【００８５】

【実施例７】

【００８６】硫酸の添加量を０．５部、塗布速度を１０
０ｍ／ｍｉｎ（これを超える速度ではボイリングが起
き、塗布が困難となった）としたことを除き、実施例４
と同様に実施した。

【００８７】

【参照例２】

【００８８】実施例４〜７により調製された強化中芯と
同程度の坪量を有する中芯原紙（原料の組成などはこれ
らの実施例に用いた中芯原紙と同じ）について同様の測
定を行った。

【００８９】実施例４〜７及び参照例の結果を表２にま
とめて示す。

【００９０】

【表２】

【００９１】実施例４、５は実施例１〜３に比べ塗布速
度が大幅に上がっていることから、澱粉塗布量が増大し
ており、これに伴って圧縮強度の顕著な向上が見られ
る。

【００９２】実施例６、７も澱粉糊液の粘度が高いこと
から、澱粉塗布量がかなり増大しており、圧縮強度の向
上が見られる。

【００９３】しかしながら、塗布速度が１５０または１
００ｍ／ｍｉｎを超えると、ボイリング現象のため塗布
そのものが不可能となり、実用性にはやや乏しいことが
判明した。

【００９４】次に、本発明の実施例４、５により得た強
化中芯と市販の強化中芯を用いて、貼合性と離解性の測
定を行った。

【００９５】・試料

【００９６】本発明による強化中芯（実施例４により得
たもの） 本発明による強化中芯（実施例５により得たもの） 市販強化中芯Ａ（ポリアクリルアミドで強化されたも
の） 市販強化中芯Ｂ（ポリアクリルアミドで強化されたも
の） 市販強化中芯Ｃ（ポリアクリルアミドで強化されたも
の） 市販強化中芯Ｄ（澱粉スプレー法により強化されたも
の）

【００９７】・貼合性の測定

【００９８】試料を１２０ｍｍ×１３０ｍｍの大きさに
裁断し、１１０℃の表面温度の熱板の上に置き、錘で押
さえておく。

【００９９】別に、実機コルゲーターで貼合した片段
（１００ｍｍ×１２０ｍｍ）の段頂に段ボール接着剤を
付与し、これを直ちに熱板上の試料に載せて圧着し、５
秒後に接着部のピン強度（初期接着強度）を万能引張試
験機で測定し、貼合性の指標とした。

【０１００】・離解性の測定

【０１０１】試料０．５ｇを６ｍｍ×６ｍｍの大きさに
裁断し、蒸留水１００ミリリットルを加えて、日本精機
製ホモジナイザー「ＡＦ−７］により５，０００ｒｐｍ
５分間離解した。

【０１０２】これを１６メッシュのスクリーンを用いて
流水中で篩別し、残渣を秤量瓶に集めて、１０５℃で恒
量まで乾燥した。

【０１０３】離解率を次式（式中、０．９３は試料及び
残渣の水分を７％と仮定したもの）により、計算した。

【０１０４】離解率（％）＝［（０．５−残渣重量／
０．９３）／０．５］×１００

【０１０５】貼合性及び離解性の測定結果を表３に示
す。

【０１０６】

【表３】

【０１０７】本発明によれば、貼合性や離解回収性が損
われないことが明らかである。

【０１０８】

【発明の効果】

【０１０９】本発明の強化中芯の製造方法は、貼合性や
離解性を損わずに、圧縮強度を改善した強化中芯を経済
的有利に製造することができるものであり、以下の効果
を同時に達成することができ、その新規性及び経済的、
工業的優位性において大きな意義を有する。

【０１１０】(1) 低粘度で、一定粘度の高濃度澱粉糊液
を再現性良く得ることができる。 (2) 中芯原紙に安価な澱粉を大量に塗布することができ
る。 (3) サイズプレスによる塗布が高速で行え、抄紙機を汚
すことがないなど生産性が優れている。 (4) 高い圧縮強度の強化中芯が製造できる。 (5) 得られた強化中芯の貼合性や離解性が良好である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 野田 明亨 東京都北区王子５丁目21番１号 日本製紙 株式会社技術開発センター内 (72)発明者 大場 一政 埼玉県草加市松江町714番地 十條板紙株 式会社東京事業所内 (72)発明者 宇野 邦久 千葉県浦安市弁天２−13−３ (72)発明者 松本 行司 静岡県富士市今泉2954 日食木ノ宮寮

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 無機酸と尿素を添加した澱粉の水性懸濁
   液を連続糊化装置に通して熱化学変性により低粘度化し
   た澱粉糊液を、中芯原紙の表面に塗布することを特徴と
   する強化中芯の製造方法。
2. 【請求項２】 塗布方法がポンド式サイズプレスである
   ことを特徴とする請求項１記載の強化中芯の製造方法。
3. 【請求項３】 澱粉糊液の濃度が２５％以上、粘度が１
   ５ｃＰ以下である請求項１又は２記載の強化中芯の製造
   方法。