JPH08508796A - 製紙方法 - Google Patents

製紙方法

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Abstract

(57)【要約】 本発明の製紙方法は、セルロース懸濁液を形成し、歩留り向上剤を懸濁液に添加し、懸濁液をすき網を通して水切りして紙層を形成し、紙層を乾燥することからなるが、該方法において本発明者らは、懸濁液に、ポリエチレンオキシドと、より多量(乾燥重量)の実質的に式−CH2−X−〔式中、(a)基Xの65〜95%はジ(ヒドロキシフェニル)スルホン基であり、(b)基Xの5〜35%は、ヒドロキシフェニルスルホン酸基(即ち、少なくとも1つのヒドロキシ置換フェニル環と少なくとも1つのスルホン酸基とを含む基)及びナフタレンスルホン酸基から選択され、(c)基Xの0〜10%は他の芳香族基である〕の反復単位からなるフェノールスルホン−ホルムアルデヒド樹脂(PSR樹脂)とからなる歩留り系を添加する。

Description

【発明の詳細な説明】 製紙方法 セルロース懸濁液を形成し、懸濁液に歩留り系を添加し、懸濁液をすき網を通 して水切りして紙層を形成し、慣用方法で紙層を乾燥し、板紙などの所望の紙を 製造することは、標準的に行われている製紙方法である。 歩留り系は、繊維及び/または填料の歩留りを向上させるために水切りの前に 懸濁液に含ませられる。歩留り系には、通常は高分子量の合成ポリマーであるポ リマーを一度に添加するものもあるし、また種々の歩留り向上剤を順次添加する ものもある。高分子量ポリマーまたは他の歩留り向上剤を添加する前に、例えば 湿潤強力樹脂としてまたはピッチ調節剤として低分子量ポリマーを含めることが 公知である。このようなポリマーの分子量は通常は有効な歩留りを与えるには低 すぎる。 一般的な歩留り系は、例えば10〜30モル%のカチオン性モノマーを含むエ チレン性不飽和モノマーから形成された高分子量(例えば固有粘度4dl/g以 上)のカチオン性ポリマーからなる。しかしながら、高分子量非イオン性ポリマ ーまたは高分子量アニオン性ポリマーを使用する歩留り系も公知である。 欧州特許出願公開第017353号明細書に本発明者らは、ベントナイトと、 ポリエチレンオキシド、または少量のアニオン性もしくはカチオン性基を任意に 含むポリアクリルアミドであり得る実質的に非イオン性のポリマーとからなる歩 留り系を(カチオン要求量の高い)「含夾雑物(dirty)」パルプに使用す ることを記載している。従って1つの方法では、ベントナイトを「含夾雑物」懸 濁液に添加し、次いでポリエチレンオキシドを添加する。 含夾雑物懸濁液に場合によっては使用される他の歩留り系は、まず水溶性フェ ノールホルムアルデヒド樹脂、次いでポリエチレンオキシドを添加することから なり、(乾燥ベースでの)フェノールホルムアルデヒド樹脂の量はポリエチレン オキシドの量より実質的に多いのが普通である。 この系の利点は、材料が比較的安価なことと、ある含夾雑物パルプにおいては 低用量で極めて満足の行く歩留りを与えることである。しかしながら、(カチオ ン要求量が高い含夾雑物懸濁液においてさえ)結果がかなり劣悪であることが多 いという欠点を有しており、結果の広範囲のばらつきの理由は完全には理解され ていない。別の欠点は、フェノールホルムアルデヒド樹脂には時間と共に架橋が 増加す る傾向があり、樹脂の貯蔵時に性能が劣化する結果となり得ることである。更に 別の欠点は、水溶性フェノールホルムアルデヒド樹脂の分子量は、溶解性を維持 するためにはかなり低くあらねばならないことである。歩留り向上剤の分子量を 増加させれば歩留りが向上すると期待されるが、フェノールホルムアルデヒド樹 脂を使用した場合には溶解性が低下するが故に性能は劣化し得る。 まずフェノール−もしくはナフトール−硫黄樹脂またはフェノールもしくはナ フトールーホルムアルデヒド樹脂を使用し、次いでポリエチレンオキシドを使用 することが米国特許第4,070,236号明細書に記載されている。フェノール ホルムアルデヒド樹脂には市販製品の例が示されていると共に、ホルムアルデヒ ドをm−キシレンスルホン酸及びジヒドロキシジフェニルスルホンと縮合するこ とにより好ましい生成物が形成されると述べられている。名前が挙げられている 市販製品は合成なめし剤として記載されている。フェノールホルムアルデヒド樹 脂を製造するのに使用されるモル比は記載されていないが、本発明者らは、市販 のなめし剤は恐らくポリマー中の反復基の約半分を与えるような量のスルホンを 使用して製造されていると考える。 特に含夾雑物パルプにおいて歩留りがより一様であり及び/または向上し得る よう、優れた水溶性を維持しつつ容易に高分子量に製造し得て且つ貯蔵安定性が ある異なるフェノール系樹脂を使用する歩留り系を提供することが望ましい。 慣用のフェノールホルムアルデヒド樹脂に関する別の欠点は、酸性懸濁液中で 有効性が低下し得ることであり、かかる懸濁液中でそれらを満足の行くように使 用し得ることが望ましい。 本発明によれば製紙方法は、セルロース懸濁液を形成し、懸濁液に歩留り向上 剤を添加し、懸濁液をすき網を通して水切りして紙層を形成し、紙層を乾燥する ことからなるが、該方法においては本発明者らは、懸濁液に、ポリエチレンオキ シドと、より多量(乾燥重量)の実質的に式: −CH2−X− 〔式中、(a)基Xの65〜95%はジ(ヒドロキシフェニル)スルホン基であ り、(b)基Xの5〜35%は、ヒドロキシフェニルスルホン酸基(hydroxy ph enyl sulphonic acid group)(即ち、少なくとも1つのヒドロキシ置換フェニ ル環と少なくとも1つのスルホン酸基(sulphoni c group)とを含む基)及びナフタレンスルホン酸基から選択され、(c)基X の0〜10%は他の芳香族基である〕の反復単位からなるフェノールスルホン− ホルムアルデヒド樹脂(PSR樹脂)とからなる歩留り系を添加する。 基(a)の量は70または75%〜95%であるのが好ましい。 基(b)の量は5〜25%であるのが好ましい。 基(c)は通常はPSRの性能に有効に寄与することはないので、それらの量 は通常は低く、多くの場合にゼロである。 全ての基(b)がナフタレンスルホン酸基であってもよいが、通常は少なくと も半分、好ましくは全ての基(b)がヒドロキシ−フェニルスルホン酸基である 。基(c)は通常はヒドロキシ−フェニル基、最も一般的にはフェノールまたは 置換フェノールである。 基(b)の一部または全部がスルホン酸で置換されているジ(ヒドロキシ−フ ェニル)スルホン基である場合、これらの基は基(a)にも換算される。少なく とも半分の基(a)、通常は少なくとも3/4、最も好ましくは全ての基(a) がスルホン酸基をもたないのが好ましい。 好ましいPSR樹脂は、65〜95%(最も好ましくは70または75%〜9 0または95%)のスルホン酸基をもたないジ(ヒドロキシ−フェニル)スルホ ン基と、5〜30%(通常は5または10%〜25%)の、ジ(ヒドロキシ−フ ェニル)スルホン基をもたないヒドロキシ−フェニルスルホン酸基と、0〜10 %の他のヒドロキシ−フェニル基とを含む。 PSR樹脂中のメチレン架橋基は通常はフェノールヒドロキシル基に対してオ ルトであり、適当なPSR樹脂は反復基: 〔式中、RはSO3Hであり、 xは0.7〜0.95であり、 yは0.05〜0.3であり、 zは0〜0.1であり 且つx+y+z=1であるが、但し、スルホン基の一部または全部で、1つの メチレンはフェニル環に結合しており、他のメチレンは他の環に結合しているの が好ましい〕を有するものとして表わし得る。種々の環は任意に置換されていて もよいが、通常は後述するようにフェノールヒドロキシル基に対してパラ位置に スルホン基及び基Rを有する。 単一フェニル環を含む基の量に対して(2つのフェニル環を含む)スルホン基 の合計量を増加すると、メチレン結合が異なるフェニル基上に存在する傾向が高 まることから、架橋に起因する不溶化もなく、得られる分子量を増加し得る。ス ルホン酸置換基の量が増加すると化合物の溶解度も増加し易いが、比率が高すぎ ると(特にスルホン酸化合物がナフタレンスルホン酸または単環式スルホン酸で あると)、分子量が低下し得る。 本発明に使用するのに好ましい化合物は、Xが0.75〜0.95であり、yが 0.05〜0.25(好ましくは0.05〜0.2)であり、zが0〜0.1(好ま しくは0)であり、RがSO3Hである上述の式を有する。この固有の スルホン酸基(sulphonic group)含有量により、化合物を、特に適した高分子 量と溶解度とを兼備するものとし得る。化合物の分子量は、後述の溶液粘度を有 するようなものであるのが好ましい。 スルホン酸基は、所望の溶解度及び使用条件に従って、遊離酸または水溶性( 通常はアルカリ金属)塩もしくはこれらの混合物の形態であり得る。 PSR樹脂は、1モルの選択したフェノール系材料または該材料混合物とホル ムアルデヒドとをアルカリ性触媒の存在下で縮合することにより製造し得る。ホ ルムアルデヒドの量は通常は少なくとも0.7モル、一般的には少なくとも0.8 モル、最も好ましくは少なくとも0.9モルであるべきである。ホルムアルデヒ ドの量が増加すると反応速度が増加し且つ反応制御がより困難となるので、一般 的にはホルムアルデヒドの量は化学量論量を著しく超えるべきではない。例えば 通常は1.2モル以下、好ましくは1.1モル以下である。約0.9〜1モル、好 ましくは約0.95モルのホルムアルデヒドを用いた場合に一般的に最良の結果 が得られる。 使用されるフェノール系材料は通常は、(A)ジ(ヒド ロキシフェニル)スルホン、(B)フェノールスルホン酸及びスルホン化ジ(ヒ ドロキシフェニル)スルホン(及び場合によってはナフタレンスルホン酸)から 選択されるスルホン酸、及び(C)0〜10%のaまたはb以外のフェノールか らなり、ここで重量比a:bは所望の基比(a):(b)を与えるように選択さ れる。必要によっては0〜10重量%の(c)を用い、スルホン(a)のみから 縮合物を形成することもできるが、通常はこの比は25:1〜1:10の範囲で ある。一般的には上記比は20:1〜1:1.5の範囲であり、20:1〜1: 1、多くの場合に10:1〜2:1または3:1であるときに一般的に最良の結 果が得られる。 成分(A)はスルホン酸基を含まない。少なくとも50重量%の成分Bがジ( ヒドロキシフェニル)スルホン基をもたないのが通常は好ましく、全ての成分B がフェノールスルホン酸によって与えられるのが好ましい。 他のフェノール系材料(C)を含有することもできるが、通常は除外される。 好ましいPSR樹脂は、(通常は約0.9〜1モルの量の)ホルムアルデヒド を、95〜65重量部(好ましくは 95〜80または75重量部)のスルホン酸基をもたないジ(ヒドロキシフェニ ル)スルホンと5〜35(好ましくは5〜25または30)重量部のフェノール スルホン酸とからなる混合物1モルと縮合することにより製造される。 ジ(ヒドロキシ−フェニル)スルホンは通常は、各フェニル環がスルホン基に 対してパラ位置でヒドロキシによって置換されている対称化合物であるが、使用 し得るこの種の他の化合物として、ヒドロキシ基の一方または両方がスルホン基 に対してオルトまたはメタ位置にあるものや、環の他の場所に非妨害性の置換基 があるものが挙げられる。 ヒドロキシフェニルスルホン酸は通常はフェニルのスルホン酸基に対してパラ 位置にヒドロキシル基を有するが、使用し得るこの種の他の化合物として、スル ホン酸基がヒドロキシル基に対してオルトまたはメタ位置にあるものや、環の他 の場所に他の非妨害性の置換基があるものが挙げられる。 含有し得る他のフェニルは、未置換フェニル及び非妨害性の基で置換されたフ ェニルである。 任意のフェニル環に含み得る典型的な非妨害性の基としては、例えばメチルの ごときアルキル基が挙げられる。 縮合物の分子量は、ブルックフィールド粘度計においてスピンドル1を使用し て20rpm及び20℃で測定したときに、該縮合物の完全ナトリウム塩の40 %水溶液が少なくとも50cp、通常は少なくとも200cp、典型的には最高 で1000cpまたはそれ以上の溶液粘度を有するようなものであるのが好まし い。 フェノールスルホン酸含有量が25%以上である適当なPSR樹脂はAlli ed Colloids Limitedから商標Alcofix SX及びA lguard NSで市販されている。 ポリエチレンオキシドは好ましくは少なくとも約1百万、最も好ましくは約1 .5または2百万、例えば最高では5百万またはそれ以上の分子量を有する。P SRは、例えばPSR溶液を懸濁液中に混合することにより、懸濁液に最初に配 合されるのが好ましい。このことによりPSRは懸濁液の繊維上に吸着し得る。 次いでポリエチレンオキシドを溶液として懸濁液に添加すると、眼に見える凝集 が起こる。本発明者らは、この凝集は恐らくPSRとポリエチレンオキシドとの 水素結合による相互作用に起因するものと考える。 PSRとポリエチレンオキシドの乾燥重量比は通常は少なくとも1:1、好ま しくは少なくとも1.5:1である。例えば6:1と高くすることもできるが、 通常は約3:1以上にする必要はない。 2種の歩留り向上剤は懸濁液に同時にまたは好ましくは順次に添加することが できる。まずPSRを添加し、それが懸濁液中に完全に行き渡り繊維上に吸着し てからPEOを添加すると、一般的に最良の結果が得られる。 PSRを比較的低量、例えば50g/トン(懸濁液の乾燥重量1トン当たりの PEOの乾燥重量のg数)のPEOと併用すると有効な歩留りが得られるが、可 能な限り最高の歩留り値を得るつもりで全体の用量を決めようとするとき本発明 は特に重要である。一般にはポリエチレンオキシドの量が増加すると共に歩留り 値は増加するが、PSRを使用することの利点は、例えば少なくとも100また は200g/t、通常は少なくとも300または400g/tといったポリエチ レンオキシド用量が高いときに特に有意である。ポリエチレンオキシドの量は通 常は2,000以下、好ましくは1,500g/t以下である。200〜1,00 0、好ましくは300または400〜1,000g/ tのポリエチレンオキシドと、ポリエチレンオキシドの量の1.5〜3倍の量の PSRを使用し、好ましくはPSRがセルロース繊維上に吸着されてからポリエ チレンオキシドを添加すると、本発明において最良の結果が得られる。 併用歩留り系の使用は、懸濁液が比較的多くの夾雑物を含んでおり、リグニン やアニオン性塵埃(trash)を含む場合に特に有効である。含夾雑物懸濁液 は、有意な量、例えば少なくとも25重量%、通常は少なくとも50重量%の、 砕木、サーモメカニカルパルプ、脱インキパルプ及び再利用パルプから選択され るような夾雑パルプを含み得る。現在、多くの製紙工業が白水を広範に再利用し ながら部分的または全面的に閉鎖系で稼働しており、無漂白及び/または漂白の 広葉樹または針葉樹パルプのようなきれいなパルプから全面的にまたは主にでき ていたとしても懸濁液は比較的多くの夾雑物を含み得るので、本発明はこのよう な閉鎖系工場において有効である。 一般に本発明は、歩留り系の不在下で懸濁液が少なくとも0.05meq/l 、通常は少なくとも0.1、最も一般的には少なくとも0.03meq/l、最高 では例えば0.6meq/lのカチオン要求量を有する場合には常に有効 である。本明細書においてカチオン要求量とは、Mutek PCD 02装置 を使用して流動電位を測定するときに、懸濁液を滴定してゼロ電荷点を得るのに 必要な約1dl/gの固有粘度を有するポリジアリルジメチルアンモニウムクロ リドホモポリマー(POLYDADMAC)の量である。 懸濁液は実質的には填料を含まず、例えば(懸濁液の乾燥重量を基準にして) 約5〜10重量%以下の填料しか含まない。填料の一部または全部は、懸濁液の 一部または全部が脱インキパルプまたは損紙から誘導された結果として導入され たり、無機填料を典型的には10〜60重量%の量で意図的に添加した結果填充 されたものであり得る。 本発明は、填料を含まないかまたは少量の填料しか含まない懸濁液において、 及び実質的に填料を含まないかまたは少量の填料しか含まない紙の製造において 特に有効である。例えば本発明は、15重量%以下、通常は10重量%の以下の 填料を含むかまたは填料を含まない紙を製造するプロセスに使用するのが好まし い。特に本発明は、ざら紙や新聞用紙の製造に有効である。 懸濁液には、歩留り向上剤を添加する以前に、ベントナ イト、カチオン性澱粉、低分子量カチオン性ポリマー、及び例えば乾燥または湿 潤強力樹脂として使用される他のポリマーなどの慣用添加剤が含有されていても よい。 本発明は懸濁液が夾雑物を含む場合に特に有効であるが、PSRが該懸濁液に おいて適当な溶解度を示すようなpHを懸濁液が有するという条件下で、例えば 無漂白及び/または漂白広葉樹または針葉樹パルプから製造され、カチオン要求 量の低い(0.1meq/l以下、通常は0.5meq/l以下)きれいな懸濁液 にも使用し得る。最適な性能を与える溶解度レベルを得るように懸濁液のpHに 関してスルホン酸基の割合を選択することが望ましい。溶解度は高すぎないこと が望ましいと見られ、PSR及びPEOは、懸濁液のpHにおいて所望の割合で 水性溶液として混合したときに、幾分ゼラチン様のレオロジーを呈することが好 ましい。 PSRではなく慣用のフェノールホルムアルデヒドを使用した時にpHを低下 させると通常は性能が低下するところが、本発明では性能を向上し得ることから 、本発明は例えばpH4〜6またはそれ以上、特にpH4.2〜5.5の酸性懸濁 液において特に有効である。 本発明の以下の実施例においては、Brittジャーにおいて500mlの砕 木紙料を1000rpmで撹拌し、第1歩留り向上剤を溶液として添加し、懸濁 液を30秒間撹拌し、次いで第2成分を溶液として添加し、30秒間撹拌した。 処理した懸濁液100mlを75μmフィルターで濾過した。最初の30mlは 捨て、残りの部分の固体含有量を測定し、歩留り率で表わした。 PFRは慣用のフェノールホルムアルデヒド歩留り樹脂(Cascophen PR511)である。 Aは、ホルムアルデヒドと、重量比50:50のp−pdi(ヒドロキシルフ ェニル)スルホン及びp−フェノールスルホン酸から形成されたPSRである。 Bは、同じ材料から、但し重量比70:30で形成されたPSRである。 PEOはEquipポリエチレンオキシドである。 CはMimosaタンニンである。 これらの実施例の各々においては、フェノールを第1成分として使用し、PE Oを第2成分として使用した。実施例1 PEOとフェノールホルムアルデヒド樹脂並びに生成物 Aを使用して1%砕木紙料の歩留りを試験した場合、種々のpH値を有する紙料 で得られた歩留り率は以下の通りであった。 上記から、低pH値でPSRが有効であることが判る。実施例2 pHを調整せずに紙料をまず種々の量のフェノール樹脂、次いで200g/t のPEOで処理した場合、図2に示した結果が得られた。実施例3 pHを調整せずに紙料を、フェノール:PEO=2:1の固定比の種々の量の 歩留り向上剤で処理した場合、図2に示した結果が得られた。 これから、特にスルホン酸基の量が50%未満の場合にPSRが有効であるこ とが判る。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 EP(AT,BE,CH,DE, DK,ES,FR,GB,GR,IE,IT,LU,M C,NL,PT,SE),OA(BF,BJ,CF,CG ,CI,CM,GA,GN,ML,MR,NE,SN, TD,TG),AP(KE,MW,SD,SZ),AM, AT,AU,BB,BG,BR,BY,CA,CH,C N,CZ,DE,DK,EE,ES,FI,GB,GE ,HU,JP,KE,KG,KP,KR,KZ,LK, LR,LT,LU,LV,MD,MG,MN,MW,M X,NL,NO,NZ,PL,PT,RO,RU,SD ,SE,SI,SK,TJ,TT,UA,US,UZ, VN (72)発明者 ストツクウエル,ジヨン・オリバー イギリス国、ウエスト・ヨークシヤー・ダ ブリユ・エフ・15・8・イー・ジー、リバ ーセツジ、ハイタウン、コツツウオルド・ ドライブ・2

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1.セルロース懸濁液を形成し、懸濁液に歩留り向上剤を添加し、懸濁液をすき 網を通して水切りして紙層を形成し、紙層を乾燥することからなる製紙方法であ って、前記懸濁液に、ポリエチレンオキシドと、より多量(乾燥重量)の実質的 に式: −CH2−X− 〔式中、(a)基Xの65〜95%はジ(ヒドロキシフェニル)スルホン基であ り、(b)基Xの5〜35%は、ヒドロキシフェニルスルホン酸基及びナフタレ ンスルホン酸基から選択され、(c)基Xの0〜10%は他の芳香族基である〕 の反復単位からなるフェノールスルホン−ホルムアルデヒド樹脂(PSR樹脂) とからなる歩留り系を添加することを特徴とする方法。 2.前記基(a)の量が75%〜95%の範囲である請求項1に記載の方法。 3.前記基(b)の量が5%〜25%の範囲である請求項1または2に記載の方 法。 4.前記PSR樹脂が75%〜95%の、スルホン酸基を もたないジ(ヒドロキシ−フェニル)スルホン基及び5%〜25%のp−フェノ ールスルホン酸を含む請求項1に記載の方法。 5.前記PSR樹脂が、ブルックフィールド粘度計においてスピンドル1を使用 し20rpm及び20℃で測定したときに少なくとも200cpの溶液粘度を有 する請求項1から4のいずれか一項に記載の方法。 6.前記PSR樹脂及びポリエチレンオキシドを順次添加するが、PSR樹脂を 添加してからポリエチレンオキシドを添加する請求項1から5のいずれか一項に 記載の方法。 7.前記懸濁液が0.03meq/l〜0.6meq/lのカチオン要求量を有す る請求項1から6のいずれか一項に記載の方法。 8.前記懸濁液が、砕木、サーモメカニカルパルプ、脱インキパルプ、再利用パ ルプ及びこれらの任意の混合物から選択されるパルプを少なくとも50%含む請 求項1から7のいずれか一項に記載の方法。
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