JPH09511030A - 嵩高いセルロース繊維を用いているマルチプライセルロース製品 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 従来のセルロース繊維と、水媒介性結合剤約０．１ − 約６重量％とから成る少なくとも１つの第一プライ；及び化学的に繊維内で架橋された嵩高いセルロース繊維と水媒介性結合剤約０．１ − 約６重量％から成る少なくとも１つのプライを含むマルチプライペーパーボード。水媒介性結合剤は、改質澱粉、ポリビニルアルコール、ポリビニルアセテート、ポリエチレン／アクリル酸コポリマー、アクリル酸ポリマー、ポリアクリレート、ポリアクリルアミド、ポリアミン、グアーガム、酸化ポリエチレン、ポリビニルクロリド、ポリビニルクロリド／アクリル酸コポリマー、アクリロニトリル／スチレンコポリマー又はポリアクリロニトリルであることができる。ペーパーボードを作る方法。

Description

【発明の詳細な説明】 嵩高いセルロース繊維を用いているマルチプライセルロース製品 発明の分野 本発明は、マルチプライセルロース製品に関するものであり、また、化学的に 架橋されたセルロース繊維と水媒介性結合剤（water-borne binding agent）と を含む組成物を用いる前記製品を作る方法に関するものである。 発明の背景 セルロース繊維から作られる製品は、生分解性で、再生可能源から作られ、そ して再利用することができるので、望ましい。その主な欠点は、典型的なセルロ ース製品は比較的高密度であるか又は嵩高くない点である。嵩は、密度に反比例 し、材料の比重量によって占められる体積であり、cm³/gmの単位で示される。必 須の強度を提供するために必要とされるセルロース材料の量により、重い製品が 作り出される。その製品の断熱性は良くない。 Weyerhaeuser Company から１９９０年に出版された小冊子では、嵩高い添加 剤（High Bulk Additive）又はＨＢＡとして知られている化学的に架橋されたセ ルロース繊維が説明されており、またＨＢＡ繊維を５％及び１５％のレベルでペ ーパーボードの中に組み込むことができることを示している。また、前記の小冊 子は、ＨＢＡを３プライペーパーボードの中間プライにおいて用いることができ ることも示している。前記のボードを、従来の３プライボードと比較した。基本 重量は２５％減少し；テーバー剛性は一定のままであるが；破壊荷重は縦方向に おいて２５kN/mから１６kN/mまで減少し、横方向においては９kN/mから６kN/mま で減少した。 Kundsen ら による米国特許第４，９１３，７７３号には、基本重量は増加し ていないが、剛性が増大している製品が記載されている。その製品は、３プライ ペーパーボードマットである。中間プライは多屈曲繊維から成る。２つの外部プ ライは従来の繊維から成る。すべて多屈曲繊維から成る中間プライを含むこの構 造を、従来の繊維と多屈曲繊維とから成る単一プライマット、及び異なる従来の 繊維から成るダブル及びトリプルプライ構造と比較している。その比較において 、中間プライはすべて多屈曲繊維であるが、Kundsen ら は、中間プライが、従 来の繊維と多屈曲繊維とを組み合わせている構造も提案している。この後者の構 造では、Kundsen ら は、必要な剛性を得るために、中間プライにおいて多屈曲 繊維が少なくとも１０重量％存在していることを求めている。 Kundsen ら は、機械的処理によって、アンモニア又は苛性ソーダによる化学 的処理によって、あるいは機械的処理と化学的処理とを組み合わせることによっ て多屈曲繊維を得ている。Kundsen ら によって提案された処理では、繊維内架 橋が得られない。Kundsen ら は、ある種のマルチプライ構造と共に結合剤を用 いているかもしれない。また、プライを十分に結合させるために、澱粉を１重量 ％用いているかもしれない。 Kokko による欧州特許第０ ４４０ ４７２号では、嵩高い繊維について考察し ている。前記の繊維は、ポリカルボン酸を用いて木材パルプを化学的に架橋する ことによって作られる。Kokko は、個別化され架橋された繊維、及びこの繊維か ら作られた単一プライ吸収剤と嵩高い紙製品に関心を向けている。 Kokko は、未処理繊維７５％と処理繊維２５％とのブレンドを用いた。Kokko によって達成された最大乾燥嵩高さは、クエン酸処理繊維２５％を用いて５．２ cm³/gm、及びクエン酸／燐酸一ナトリウム処理繊維２５％を用いて５．５cm³/gm であった。 また、Kokko は、ポリカルボン酸架橋繊維は、製紙にとって重要なカチオン性 添加剤に対して一層受容的であるべきであり、更に架橋繊維から作られたシート の強度は、カチオン性湿潤補強樹脂（cationic wet strength resin）を混和す ることによって嵩高さを高めることに関して妥協しない回復可能なものであるべ きである、ことを記載している。Kokko が、カチオン性添加剤、または他の補強 添加剤を架橋繊維と共に実際に試して見たという説明は無い。従って、Kokko は 、用いることができるカチオン性添加剤の量について、及び前記添加剤を用いた 場合の結果について説明していなかった。例えばKokko が説明しているようなア ニオン性繊維をカチオン性添加剤で処理することによって、添加剤で前記繊維の 全表面は実質的に完全に被覆される。前記の事実は、メチレンブルー染料による 実験で Kokko によって注目されている。カチオン性添加剤は、アニオン性繊維 の全表面に引き付けられる。全繊維が被覆されるので、繊維と繊維との接触点に おいて結合剤を提供するのに必要とされるよりも更に多くの添加剤が用いられる 。 Young ら による米国特許第５，２１７，４４５号では、おむつの捕捉（acqui sition）／分配領域が開示されている。前記おむつは、化学的に剛化されたセル ロース繊維を５０ − １００重量％及び結合手段を０ − ５０重量％含む。結合 手段は、他の剛化されていないセルロース材料、合成繊維、化学添加剤及び熱可 塑性繊維であることができる。前記材料は、約０．３０gm/cm³未満の乾燥密度、 ３．３３cm³/gmの嵩を有する。 発明の概要 適当な水媒介性結合剤を繊維内架橋セルロース繊維に対して添加し、この材料 をマルチプライ構造の１つ又はそれ以上のプライの中に組み込むと、比較的嵩高 く且つ比較的高い物理的強度を有する材料が製造される。また、水媒介性結合剤 を添加すると、望ましい強度を得るのに、従来の繊維に比べて繊維が少なくて済 む（すなわち、より軽い基本重量製品）材料が製造される。２プライペーパーボ ード構造のプライのうちの１つ、３プライペーパーボード構造の中間プライ、又 は３を超えるプライを有するマルチプライペーパーボード構造の中間プライは、 嵩高い繊維／水媒介性結合剤組成物を用いている。 嵩高い繊維は、約１cm³/g − 約５０cm³/gの嵩を有するマットへと成形するこ とができる、繊維内で化学的に架橋されたセルロース材料である。前記繊維から 成形されるマットの嵩は、典型的には、約５cm³/gを超える。適当な架橋剤は、 一般的には、ヒドロキシル基と結合して、繊維内のセルロース分子にあるヒドロ キシル基の間に共有結合の橋を作り出すことができる二官能価タイプである。例 えばクエン酸のようなポリカルボン酸架橋剤を用いると、食品包装に特に適する 製品が製造される。 化学的に架橋された嵩高い繊維に対して、例えば澱粉及びポリビニルアルコー ルのような水媒介性結合剤をある重量％加えると、嵩高い繊維のみに比べて、従 来の繊維のみに比べて、又は前記結合剤を有していない嵩高い繊維と従来の繊維 とから成る混合物に比べて、優れた物理的性質を有する組成物が製造される。 図面の簡単な説明 図１は、嵩高い化学的に架橋された繊維を作る方法を示している構成図である 。 図２は、本発明に従って作られた、嵩高い添加剤繊維（ＨＢＡ）／水媒介性結 合剤組成物の走査電子顕微鏡写真（ＳＥＭ）である。 図３は、ＨＢＡを含む中間プライ部分が本発明に従って製造される方法を示し ている構成図である。 図４は、固形分 対 荷重圧 のグラフであり、嵩高い繊維が組成（furnish）中 に含まれているときには基本重量が増加することを示している。 図５は、エッジ吸上（edge wicking）対 密度 のグラフであり、嵩高い繊維が 組成中に含まれているときには吸収性が低下することを示している。 好ましい態様の詳細な説明 本発明は、化学的に架橋されたセルロース繊維及び水媒介性結合剤を含む組成 物を提供する。前記組成物は、マルチプライペーパーボード構造のプライの中に 組み込むとき、従来の製紙繊維組成と組み合わされる。従来の製紙繊維組成とは 、硬木及び軟材を含む任意の種から作られる製紙繊維のことであり、またパルプ 化プロセスの後に別な方法で化学的に処理されていない場合に、繊維に対して適 用される剥離剤を有し得る繊維のことである。それらは、化学木材パルプ繊維を 含む。 セルロース繊維は、綿、麻、イネ科の植物（grasses）、籐類、植物の殻（hus ks）、トウモロコシ茎又は他の適当な源を含む任意の源から得ることができる。 化学木材パルプは好ましいセルロース繊維である。 嵩高い化学的に架橋されたセルロース繊維は、様々な適当な架橋剤を用いて架 橋することができる、繊維内で架橋されたセルロース繊維である。各繊維は、そ れぞれ、多数のセルロース分子から構成されていて、セルロース分子にあるヒド ロキシル基の少なくとも一部分は、架橋剤による架橋反応によって、同じ繊維内 のセルロース分子にある他のヒドロキシル基に結合されている。架橋繊維は、約 １cm³/gm − 約５０cm³/gm、典型的には約１０cm³/gm − 約３０cm³/gm、及び通 常は約１５cm³/gm − 約２５cm³/gmの嵩を有するマットへと成形することができ る。 架橋剤は、当業において公知の様々な架橋性溶質の任意のものの溶液である。 適当な架橋剤は、一般的には、ヒドロキシル基と結合することができ、且つ繊維 内のセルロース分子にあるヒドロキシル基との間に共有結合の橋を作り出すこと ができる二官能価タイプである。架橋剤の好ましいタイプは、ポリカルボン酸で あるか、又は例えばメトリル化尿素、メチロール化環状尿素、メチロール化低級 アルキル置換環状尿素、メチロール化ジヒドロキシ環状尿素のような尿素誘導体 から選択される。好ましい尿素誘導体架橋剤は、ジメチロールジヒドロキシエチ レン尿素（ＤＭＤＨＥＵ）及びジメチルジヒドロキシエチレン尿素である。尿素 誘導体の混合物も用いることができる。好ましいポリカルボン酸架橋剤は、クエ ン酸、酒石酸、リンゴ酸、琥珀酸、グルタル酸及びシトラコン酸である。これら のポリカルボン酸は、材料の目的用途が食品用包装であるときには特に有用であ る。用いることができる他のポリカルボン酸架橋剤は、ポリ（アクリル酸）、ポ リ（メタクリル酸）、ポリ（マレイン酸）、ポリ（メチルビニルエーテル・コ・ マレエート）コポリマー、ポリ（メチルビニルエーテル・コ・イタコネート）コ ポリマー、マレイン酸、イタコン酸、及びタルトレートモノ琥珀酸である。ポリ カルボン酸の混合物を用いることもできる。 他の架橋剤は、Chungによる米国特許第３，４４０，１３５号、Lash ら によ る米国特許第４，９３５，０２２号、Herron ら による米国特許第４，８８９， ５９５号、Shaw ら による米国特許第３，８１９，４７０号、Steijer ら によ る米国特許第３，６５８，６１３号、Dean ら による米国特許第４，８２２，４ ５３号、及び Graef ら による米国特許第４，８５３，０８６号において説明さ れており、前記特許のすべては本明細書において参照として完全に含まれる。 架橋剤は、架橋剤とセルロース分子との間の結合反応を促進する触媒を含むこ とができるが、ほとんどの架橋剤は、触媒を必要としない。適当な触媒としては 、 尿素に基づく架橋物質を用いるときに有用であることができる酸性塩が挙げられ る。前記の塩としては、塩化アンモニウム、硫酸アンモニウム、塩化アルミニウ ム、塩化マグネシウム、あるいはこれら又は他の類似化合物の混合物が挙げられ る。燐含有酸のアルカリ金属塩を用いることもできる。 架橋剤は、典型的にはセルロース繊維１トン当たり約２kg − 約２００kg、好 ましくは約２０kg − 約１００kgの量で適用される。 セルロース繊維は、架橋剤で処理する前に剥離剤で処理されたかもしれない。 剥離剤は、内部繊維結合を最小にする傾向があり、それによって繊維を互いから 一層容易に分離することができる。結合剤は、カチオン性、アニオン性又は非イ オン性であることができる。カチオン性剥離剤は、非イオン性又はアニオン性剥 離剤よりも優れていると考えられる。剥離剤は、典型的には、セルロース繊維紙 料（stock）に加えられる。 適当なカチオン性剥離剤としては、第四アンモニウム塩が挙げられる。これら の塩は、典型的には、１つ又は２つの低級アルキル置換基、及び脂肪性で比較的 長鎖の炭化水素であるか又はそれを含む１つ又は２つの置換基を有する。非イオ ン性結合剤は、典型的には、エチレンオキシド、プロピレンオキシド又はそれら の２つの材料の混合物と反応する脂肪性・脂肪族（fatty-aliphatic）アルコー ル、脂肪性・アルキルフェノール、及び脂肪性・芳香族酸及び脂肪酸の反応生成 物を含む。 剥離剤の例は、Hervey ら による米国特許第３，３９５，７０８号及び第３， ５４４，８６２号、Emanuelsson ら による米国特許第４，１４４，１２２号、F orssblad ら による米国特許第３，６７７，８８６号、Osborne III による米国 特許第４，３５１，６９９号、Hellston ら による米国特許第４，４７６，３２ ３号及び Laursen による米国特許第４，３０３，４７１号において見出すこと ができる。前記特許のすべては、引例として本明細書に完全に含まれる。適当な 剥離剤は、Berol Chemicals，Incorporated of Metairie，Louisianaから市販さ れている Berocell 584 である。それは、繊維の重量に対して剥離剤０．２５重 量％のレベルで用いることができる。又、剥離剤は必要ではないかもしれない。 嵩高い繊維は、Weyerhaeuser Company から市販されている。それは、ＨＢＡ 繊維であり、多数のグレードのものが市販されている。そのグレードの任意のも のの適合性は、製造される最終製品によって決まる。いくつかのグレードは、他 のグレードに比べて、食品グレードの用途に一層適するかもしれない。米国特許 出願第０７／３９５，２０８号及び第０７／６０７，２６８号では、ＨＢＡ繊維 を製造する方法及び装置が説明されている。これらの出願は、参照として本明細 書に完全に含まれる。 本質において、コンベヤー１２（図１）は、セルロース繊維マット１４を運ん で、アプリケーター１８によりマット１４上に架橋剤が適用される繊維処理領域 １６を通過させる。典型的には、化学薬品は、前記マットの両側に均一に適用さ れる。マット１４は、フィベライザー（fiberizer）２０によって、実質的に破 壊されていない独立繊維へと分離される。繊維化のために、ハンマーミル及びデ ィスク精砕機（disc refiner）を用いることができる。次に、乾燥装置２２にお いて、その繊維を乾燥させ、架橋剤を硬化させる。 嵩高い繊維からは、繊維と繊維の結合強度が不良なセルロース製品が製造され る。繊維と繊維の結合強度を測定する方法の１つは引張指数である。引張指数は 、シートの基本重量に関して標準化されたシートの引張強さの尺度であり、材料 の固有の引張強さの尺度を提供する。ＨＢＡが引き続いて作られる、未改質で破 壊されていないセルロース繊維から作られたウェットレイドシート（wet laid s heet）は、約１．１Nm/gの引張指数を有し、それに対して、化学的に架橋された 嵩高い繊維から作られた同様なウェットレイドシートは、前記引張指数の１４０ 分の１に当たるわずか約０．００８Nm/gの引張指数を有する。繊維は、単にパッ ドを横切るように空気を吹込むことによって、嵩高い材料のパッドから容易に取 り出すことができる。 本発明の組成物は、水媒介性結合剤を必要とする。これによって、嵩が増加し 、密度が低下し、そして嵩高い繊維を用いずに作られた製品と実質的に同じ強度 を有する製品が製造される。水媒介性という用語は、水で運ぶことができる任意 の結合剤を意味しており、水溶性で、水中に分散することができ、あるいは水中 懸 濁液を形成する結合剤を含む。適当な水媒介性結合剤としては、澱粉、改質澱粉 、ポリビニルアルコール、ポリビニルアセテート、ポリエチレン／アクリル酸コ ポリマー、アクリル酸ポリマー、ポリアクリレート、ポリアクリルアミド、ポリ アミン、グアーガム、酸化ポリエチレン、ポリビニルクロリド、ポリビニルクロ リド／アクリル酸コポリマー、アクリロニトリル／ブタジエン／スチレンコポリ マー及びポリアクリロニトリルが挙げられる。これらのうちの多くは、水中分散 液又は懸濁液のためのラテックスポリマーとなる。特に適当な結合剤としては、 澱粉、ポリビニルアルコール及びポリビニルアセテートが挙げられる。結合剤の 目的は、シート内にある嵩高い繊維の全体の結合を増加させることである。 様々な量で水媒介性結合剤を用いることができる。結合剤の量は、添加レベル として表すことができる。これは、繊維及び結合剤の乾燥重量に関連のある結合 剤の量である。適当な結合剤添加レベルは、約０．１重量％ − 約６重量％、好 ましくは約０．２５重量％ − 約５．０重量％、最も好ましくは約０．５重量％ − 約４．５重量％である。 結合剤は嵩高い繊維パッドに対して適用し、真空によってシート中に吸収させ ることができる。過剰の結合剤は吸い取ることによって除去する。更に、パッド の中に１４０℃の空気を通すことによってシートを乾燥させる。処理したパッド は低密度であり、申し分の無い剛性を有する。パッドは鋭いナイフを用いて容易 に切断することができる。その材料は、外観及び風合いが発泡ポリスチレンに極 めて似ている。 上記の材料単独又は従来の繊維と混ぜたものを用いて、申し分の無い耐熱性を 有するマルチプライペーパーボードを作ることができる。 ２プライペーパーボードシートのプライのうちの１つ、又はマルチプライペー パーボードシートの中間プライ（複数又は単数のプライ）において用いられる嵩 高い添加繊維の量は、最大２０重量％まで可能である。好ましくは、約５重量％ の量で用いる。１０重量％の量を用いることもできる。マルチプライシートの外 部プライでは嵩高い添加繊維を用いる必要はないが、外部プライでは約５％の量 で用いると有利であることがある。前記プライのいずれかにおいてＨＢＡ繊維を 用いると、プロセスの制限工程が何であるかに従って、二次成形プロセス、プレ スプロセス及び乾燥プロセスを加速することができ、またペーパーボードの製造 における圧延を向上させることができる。 マルチプライペーパーボードの例は、図４及び図５に示してある。図４は、プ ライ４０の１つが従来のパルプ繊維であるか、又は従来の繊維と嵩高い添加繊維 ５重量％以下との組み合わせである２プライペーパーボードを示しており、他の プライ４２は、嵩高い添加繊維であるか、又は嵩高い添加繊維と従来のパルプ繊 維約５重量％ − 約９９．５重量％との組み合わせである。嵩高い繊維の量は、 プライ４０に比べて、プライ４２の方が多い。両方のプライは結合剤を含む。 図５は、外部プライ４４及び４６が従来の繊維であり、中間プライ４８が嵩高 い繊維である３プライペーパーボードを示している。ここでもまた、外部プライ では嵩高い繊維は５重量％以下であることができ、中間プライでは従来の繊維５ 重量％ − ９９．５重量％であることができる。嵩高い繊維の重量％は、外部プ ライに比べて、中間プライの方が大きい。すべてのプライは結合剤を含む。 実施例１ 市販のＨＢＡ繊維２０ｇを９．５リットルの水の中に分散させて、コンシステ ンシー（consistency）０．２１％のＨＢＡ／水スラリーを作った。コンシステ ンシーは、パルプ／水スラリー重量の百分率として表した風乾パルプの重量であ る。そのスラリーを、８インチ ｘ ８インチ の実験室用ハンドシート金型の中 に配置した。まず最初に吸引し、次に吸取紙の間に入れて手でプレスし、最後に 温度１０５℃のオーブンの中で乾燥させることによって、スラリーを脱水してパ ッドを作った。得られたセルロースパッドは、密度０．０２ｇ／ｃｍ³、嵩は５ ０ｃｍ³／ｇであった。市販の紙の密度は、典型的には、約０．５g/cm³ − 約１ g/cm³であり、嵩は約２cm³/g − １cm³/gである。ウェットレイドＨＢＡ繊維パ ッドの密度は、典型的なペーパーシートの密度に比べて約２５ − ５０分の１で あり、嵩は、典型的なペーパーシートに比べて約５０ − １００倍大きい。繊維 は、空気をシートの中に吹込むことによって、ＨＢＡ繊維パッドから取り出すこ とができた。 実施例２ ＨＢＡ繊維６．５ｇを水８リットル中に分散させて、コンシステンシー約０． ０８％のセルロース・水スラリーを提供した。そのスラリーを、直径６インチの 実験室用ハンドシーと金型でパッドへと成形した。スラリーは実施例１のように して脱水した。得られたパッドは、密度０．０２５g/cm³であり、嵩は４０cm³/g であった。 このパッドの引張指数を測定した。ＨＢＡ繊維パッドに関する引張指数、及び 市販されているＨＢＡ用の出発パルプであるＮＢ３１６から作られた対照パッド に関する引張指数。表Ｉはその結果である。 エアレイイング（air laying）によって作られたＨＢＡ繊維のパッドは同様な低 い引張指数を有する。 嵩高い添加シートを実施例１のようにして調製した。水媒介性結合剤の水溶液 をシートに適用した。典型的には、その溶液をシート中に真空吸引した。過剰の 結合剤溶液は、まず最初に吸取ることによってシートから除去する。更に、パッ ドを通して空気を吸込むことによって乾燥させる。その空気は温度約１４０℃で ある。 この方法を用いて作られた乾燥パッドは、低密度であり、申し分の無い剛性を 有する。シートの強度は、結合剤を用いずに作られた嵩高い添加シートに比べて 、著しく増大した。製品はナイフで容易に切断することができた。その材料は、 外観及び風合いが発泡ポリスチレンに極めて似ている。 実施例３ 直径６インチのパッドを、エアレイド法又はウェットレイド法を用いて、嵩高 い添加繊維から作った。各方法によって、実質的に結合していない嵩高い繊維添 加パッドを作る。そのパッドの重量を計量し、直径６インチのブフナー漏斗中に 置いた。 そのパッドを、澱粉又はポリビニルアルコールの水溶液で飽和させた。その澱 粉は、A.E.Staley Manufacturing Company から市販されている HAMACO 277 澱 粉であった。ポリビニルアルコールは、DuPont Chemical Company から市販され ている ELVANOL HV であった。溶液中の結合剤の量は、溶液の総重量を基準とし て約０．５重量％ − ５重量％であった。 上記のパッドをブフナー漏斗から取り出し、合成不織布のシートの間に入れた 。適当な不織布は、James River 0.5 oz/yd² Cerex 23 不織布である。支持され たパッドを吸取紙の間で絞って、飽和シートから過剰の液体を除去した。次に、 実験室用熱接着機を用いて、そのパッドの中に、約１４０℃の熱空気を通すこと によって乾燥させた。パッド中にある繊維重量の約２．５％ − 約５％の結合剤 添加レベルが、この方法を用いて得られた。結合剤添加レベルは、典型的には、 パッド中繊維重量の約３％ − 約４．５％である。 パルプ密度及び引張指数を実施例２のようにして測定した。結合剤を有するＮ Ｂ３１６及び結合剤なしのＮＢ３１６、及び結合剤を有していないＨＢＡ繊維を 対照として用いた。サンプル及び結果を表IIに掲げる。たとえＨＢＡパッドの密 度がＮＢ３１６パッドの密度０．２２０g/cm³の１／２未満であるとしても、結 合剤で処理されたＨＢＡ繊維パッドのほとんどは、結合剤を有していないＮＢ３ １６の引張指数１．１５Nm/gに等しいか又はそれを超える引張指数を有する、こ とが注目される。ポリビニルアルコールはＨＢＡ繊維パッドの引張指数を大きく 増加させることが注目された。ポリビニルアルコールで結合されたＨＢＡ繊維パ ッドは、澱粉で結合されたＮＢ３１６繊維の１／３の密度を有していたが、澱粉 で結合されたＮＢ３１６の引張指数とほとんど等しい引張指数を有していた。ポ リビニルアルコールで結合されたＨＢＡ繊維パッドの別のサンプルの密度は、澱 粉で結合されたＮＢ３１６の密度の１／３未満であったが、ポリビニルアルコー ル結合ＨＢＡ繊維パッドの引張指数は、澱粉結合ＮＢ３１６の引張指数の２倍を 超えるものであった。 また、ＨＢＡと従来のパルプ繊維との澱粉で結合された配合物は、低密度であ り、且つ従来のパルプ繊維単独とほとんど同じ引張指数を有する製品を提供する ことができる、ということが表IIにおいて認められる。 図２は、実施例３に従って製造された、ＨＢＡ／水媒介性結合剤組成物の電子 顕微鏡写真である。図２は、水媒介性結合剤が実質的に完全に繊維間の交差点又 は接触点に集まることを示している。１つの作業理論に本発明を限定するもので はないが、ポリマーは主として毛管作用によって交差点又は接触点において集ま るか又は濃縮される、と考えられる。結合剤の大部分は必要とされる場所に存在 している。 実施例４ 直径６インチのエアレイドＨＢＡ繊維パッドの重量を計量し、直径６インチの ブフナー漏斗に置いた。水溶液の総重量を基準として２％及び５％ポリマー濃度 の、ポリビニルアセテートラテックスポリマーである Reichold PVAc ラテック ス４０−８００の水溶液。その水溶液をブフナー漏斗中にある前記パッドの中に 通した。そのパッドを実施例４におけるパッドと同じようにして乾燥させた。ポ リマーバインダーの添加レベルは約２重量％ − 約４重量％であった。得られた パッドは十分に結合されていた。 実施例５ 化学的に架橋された嵩高い繊維とＮＢ３１６従来パルプとの重量比１０／９０ 配合物９．９５ｇを水９．５リットル中に分散させた。水は、水溶性カチオン性 ポテト澱粉である D.S．0.3「ACCOSIZE 80」澱粉を０．８重量％含んでいた。そ のセルロース分散液を８インチ ｘ ８インチ ハンドシート金型の中に入れて、 基本重量約２４０g/m²を有するパッドを製造した。吸取紙の間でプレスすること によって、そのパッドから過剰の水分を除去し、次に１０５℃のファンオーブン の中で乾燥させた。 その乾燥パッドに関して密度、テーバー剛性及び耐熱性を試験した。McDonald 's Corporation によって用いられているクラムの貝殻の包装箱のふたの発泡ポ リスチレンと同じ値が得られた。セルロースパッドにおける単位面積当たりの材 料費と、ポリスチレンぶたにおける単位面積当たりの材料費は実質的に等しかっ た。試験の結果を表IIIに掲げる。 繊維配合物は、有望なことに、スチロフォーム材料に匹敵した。 実施例６ ＨＢＡ繊維を、３プライペーパーボード構造において、従来の中間プライ１０ 重量％で置き換えた。その方法は図３に示してある。高コンシステンシーにおい て中間プライ繊維１００重量部を製造することについて説明している。この方法 において、高コンシステンシーとは、組成において２重量％を超えるコンシステ ンシーのことである。この実施例では、組成は３重量％である。 従来の繊維 Douglas Fir（ＤＦ）８０重量部を、ハイドロパルパー（hydropul per）３０において水と混合して、３重量％コンシステンシー組成を作る。その 組成を、ハイドロパルパー３０から、精砕又は叩解して繊維表面をフィブリル化 し乾燥シートにおける繊維・繊維結合を強化する精砕機３２へと送る。精砕機３ ２を出る繊維は、カナダ標準叩解度（Canadian Standard Freeness）（ＣＳＦ） において、約５６０であった。精砕した繊維は中間プライ貯蔵室３４へと運んだ 。 ＨＢＡ繊維は、水性懸濁液中で凝集して、ゆるい繊維の凝集塊（clumps）及び アグロメレーションを形成する傾向がある。またＨＢＡは皺（nits）又は結節（ knots）を含むことがある。皺及び結節、並びに塊及びアグロメレーションによ って、ペーパーボードにおいて塊（lumps）が生じることがある。凝集塊及びア グロメレーションは、ＨＢＡ繊維と従来の繊維とを組み合わせて、水中において 前記混合物を分散させることによって減少させることができる。従来の繊維の量 は１０重量％−９０重量％であることができる。実施例では、ＨＢＡ繊維１０重 量部を従来のＤＦ繊維１０重量部と組み合わせて、ハイドロパルパー３６中にあ る水に加えて、３重量％コンシステンシー組成を作る。従来の繊維は、精砕又は 未精砕の繊維であることができる。 皺又は結節及び残っている凝集塊又はアグロメレーションは、ハイドロパルパ ー３６からデフレーカー（deflaker）３８までスラリーを通すことによって除去 される。 精砕によって繊維が破断して、繊維の長さが短くなり、製品における嵩高さを 提供する能力が減少するので、ＨＢＡ繊維を精砕すべきではない。ハイドロパル パー３６からのＨＢＡ繊維／従来の繊維の組み合わせを、図３に示してあるよう に、精砕機３２の後で、ハイドロパルパー３０から送られてくる従来の繊維組成 ８０重量部と組み合わせる。それは貯蔵室３４で組み合わせられる。 実施例７ 実施例６の繊維組成を用いて３プライペーパーボードの中間プライを調製した 。 中間プライは、高コンシステンシー生成ヘッドボックス（headbox）を用いて作 った。実験の目的は、化学的に改質された嵩高い繊維を高コンシステンシーシス テムで用いることができるかどうか、前記繊維が、高コンシステンシーシステム で用いるとき、最終製品において嵩を提供するかどうか、及びペーパーボードが 成形され、許容可能な結合強度を有するかどうかを測定するためであった。 水媒介性結合剤は、貯蔵室か、又は貯蔵室とヘッドボックスとの間で、プライ のそれぞれに対して加える。 ３つの条件について研究した。対照３プライペーパーボードはＨＢＡ繊維を有 しておらず、風乾パルプ１トン（Air Dry Ton（ＡＤＴ））当たり従来の澱粉添 加量１５ポンドを用いた。ＨＢＡ繊維を２つの澱粉レベルで研究した。第一は、 風乾パルプ１トン当たり澱粉添加量１５ポンドであり；第二は、風乾パルプ１ト ン当たり澱粉添加量３０ポンドであった。澱粉添加量は３つのプライすべてで同 じであった。各場合において、澱粉は、冷水溶解性カチオン性澱粉である ROQUE TTE High Cat．CSW 042 カチオン性ポテト澱粉（DS 0.37-0.38）であった。ペー パーボードを成形し、従来の缶ドライヤーで乾燥させ、その後、圧延して、一定 の滑らかさを得た。その結果を表ＩＶに掲げる。 上記表において認められるように、例えば厚さ、内部結合強度、印刷適性、ミ ューレン及び引張のようなボードの物理的性質を損なわずに、ボードの基本重量 を有意に減少させることができる。 実施例８ 従来の繊維から成るシートのエッジ吸上と、従来の繊維と嵩高い添加繊維との 混合物から成るシートのエッジ吸上とを比較した。タッピー（Tappi）ハンドシ ートを調製した。それらは、風乾繊維１トン当たり澱粉１０ポンド及び風乾繊維 １トン当たりカイメン（Kymene）５ポンドを含んでいた。２種類の繊維組成を用 いた。第一の組成は、従来のパルプ繊維を含んでいた。第二の組成は、従来のパ ルプ繊維を９０重量％及び嵩高い添加繊維を１０重量％含んでいた。湿潤ハンド シートをプレスして異なる密度とし、エッジ吸上について比較した。シートの重 量を計量し、シートのエッジを、特定の時間、液体の中に入れた。その後で、シ ートの重量を再び計量した。吸上は、エッジ１００インチ当たりに吸収される液 体のｇ数で表す。その結果を図６に掲げる。任意の密度において、従来の繊維は 、従来の繊維／嵩高い添加繊維混合物に比べて、より多量の液体を吸収した。従 来の繊維は太線で示してあり、従来の繊維／嵩高い添加繊維混合物は点線で示し てある。 実施例９ 湿潤プレスの後、従来の繊維から成るシートの固形分レベルと、従来の繊維と 嵩高い添加繊維との混合物から成るシートの固形分レベルとを比較した。２種類 のパルプ組成を用いた。第一組成は従来のパルプ繊維を含んでいた。第二組成は 、従来のパルプ繊維を９０重量％及び嵩高い添加繊維を１０重量％含んでいた。 湿潤ハンドシートを異なる荷重圧でロールプレスし、プレスの後、シート中の固 形分レベルを重量％で測定した。その結果を図７に掲げる。従来の繊維と嵩高い 添加繊維との混合物から成るシートは、より高い固形分レベルを有していた。す なわち、前記のシートは、従来の繊維シートに比べて、プレス後に一層乾燥した 。 明細及び実施例はほんの一例であり、本発明の範囲は以下の請求の範囲におい て具体化されることは当業者には明らかである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ダッドレー，ドワイト・アルバート，ザ・ セカンド アメリカ合衆国ワシントン州98023，フェ デラル・ウェイ，エスダブリュー・スリー ハンドレッドサーティース・ストリート 119，アパートメント 1903 (72)発明者 シアラー，ドウェイン・エム アメリカ合衆国ワシントン州98105，シア トル，エヌイー・フォーティサード・スト リート 4838

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．（Ａ）（ｉ）従来のセルロース繊維及び（ｉｉ）水媒介性結合剤を約０． １ − 約６重量％含む少なくとも１つの第一プライ； （Ｂ）（ｉ）化学的に繊維内で架橋された嵩高いセルロース繊維及び（ｉｉ）水 媒介性結合剤を約０．１ − 約６重量％含む少なくとも１つの第二プライ を含むマルチプライペーパーボード。 ２．該ペーパーボードが２つの外部プライと少なくとも１つの中間プライを有 し、及び該外部プライが該第一プライを含み、該少なくとも１つの中間プライが 該第二プライを含む請求項１記載のペーパーボード。 ３．水媒介性結合剤がアニオン性又は非イオン性である請求項１又は２記載の ペーパーボード。 ４．水媒介性結合剤を、澱粉、改質澱粉、ポリビニルアルコール、ポリビニル アセテート、ポリエチレン／アクリル酸コポリマー、アクリル酸ポリマー、ポリ アクリレート、ポリアクリルアミド、ポリアミン、グアーガム、酸化ポリエチレ ン、ポリビニルクロリド、ポリビニルクロリド／アクリル酸コポリマー、アクリ ロニトリル／ブタジエン／スチレンコポリマー及びポリアクリロニトリルから成 る群より選択する請求項１又は２記載のペーパーボード。 ５．結合剤を、澱粉及び改質澱粉から成る群より選択する請求項１又は２記載 のペーパーボード。 ６．結合剤が、ポリビニルアルコールである請求項１又は２記載のペーパーボ ード。 ７．組成物が、水媒介性結合剤を約０．２５重量％ − 約５重量％含む請求項 １又は２記載のペーパーボード。 ８．架橋剤を、メチル化尿素、メチル化環状尿素、メチル化低級アルキル置換 尿素、ジヒドロキシ環状尿素、メチル化ジヒドロキシ環状尿素、及びそれらの混 合物から成る尿素誘導体から成る群より選択する請求項１又は２記載のペーパー ボード。 ９．架橋剤を、ジメチロール尿素、ジメチロールジヒドロキシエチレン尿素、 ジヒドロキシエチレン尿素、ジメチロールエチレン尿素、及び４，５−ジヒドロ キシ−１，３−ジメチル−２−イミダゾリジノンから成る群より選択する請求項 １又は２記載のペーパーボード。 １０．架橋剤が、ポリカルボン酸である請求項１又は２記載のペーパーボード 。 １１．架橋剤を、クエン酸、酒石酸、リンゴ酸、グルタル酸、シトラコン酸、 及びそれらの混合物から成る群より選択する請求項１又は２記載のペーパーボー ド。 １２．ポリ（アクリル酸）、ポリ（メタクリル酸）、ポリ（マレイン酸）、ポ リ（メチルビニルエーテル・コ・マレエート）コポリマー、ポリ（メチルビニル エーテル・コ・イタコネート）コポリマー、マレイン酸、イタコン酸、及びタル トレートモノ琥珀酸から成る群より選択する請求項１又は２記載のペーパーボー ド。 １３．該第二プライが、更に、従来の繊維組成を約５重量％ − 約９９．５重 量％含む請求項１又は２記載のペーパーボード。 １４．該第二プライが、更に、従来の繊維組成を少なくとも約８０重量％含む 請求項１又は２記載のペーパーボード。 １５．該第二プライが、更に、従来の繊維組成を少なくとも約９０重量％含む 請求項１又は２記載のペーパーボード。 １６．隣接繊維が、接触していて、複数の繊維交差点を作り、該水媒介性結合 剤の大部分が、繊維・繊維交差点に存在している請求項１又は２記載のペーパー ボード。 １７．該第二プライが、１cm³/g − 約５０cm³/gの嵩を有する請求項１又は２ 記載のペーパーボード。 １８．該第二プライが、約３cm³/g未満の嵩を有する請求項１又は２記載のペ ーパーボード。 １９．該嵩高い繊維を、剥離剤で処理したパルプから誘導した請求項１又は２ 記載のペーパーボード。 ２０．該嵩高い繊維を、個別化する請求項１又は２記載のペーパーボード。 ２１．該第一プライが、該嵩高い繊維を５重量％以下含む請求項１又は２記載 のペーパーボード。 ２２．該第一プライ中にある該架橋剤が、該第二プライ中にあるものと同じで ある請求項２１記載のペーパーボード。 ２３．第一プライを作る工程； 第二プライを作る工程； 該プライを組み合わせてマルチプライ構造とする工程； 該プライの１つは従来のセルロース繊維を含む； 該プライの他のプライが化学的に繊維内で架橋された嵩高いセルロース繊維を含 む； 該プライが更にその中に混和された水媒介性結合剤を約０．１ − ６重量％有す る；及び 該組み合わされたプライを乾燥させて、マルチプライペーパーボードを作る工程 を含むマルチプライペーパーボードを製造する方法。 ２４．第三プライを作る工程； 該マルチプライ構造中にある該プライの１つが他の２つのプライの間にある； 該１つのプライが該嵩高い繊維を含む； 該他の２つのプライが従来のパルプ繊維を含む を更に含む請求項２３記載の方法。 ２５．水媒介性結合剤が、アニオン性又は非イオン性である請求項２３又は２ ４記載の方法。 ２６．水媒介性結合剤を、澱粉、改質澱粉、ポリビニルアルコール、ポリビニ ルアセテート、ポリエチレン／アクリル酸コポリマー、アクリル酸ポリマー、ポ リアクリレート、ポリアクリルアミド、ポリアミン、グアーガム、酸化ポリエチ レン、ポリビニルクロリド、ポリビニルクロリド／アクリル酸コポリマー、アク リロニトリル／ブタジエン／スチレンコポリマー及びポリアクリロニトリルから 成る群より選択する請求項２３又は２４記載の方法。 ２７．結合剤を、澱粉及び改質澱粉から成る群より選択する請求項２３又は２ ４記載の方法。 ２８．結合剤が、ポリビニルアルコールである請求項２３又は２４記載の方法 。 ２９．水媒介性結合剤を、繊維を約０．２５重量％ − 約５重量％混和させる のに十分な量で加える請求項２３又は２４記載の方法。 ３０．架橋剤を、メチル化尿素、メチル化環状尿素、メチル化低級アルキル置 換尿素、ジヒドロキシ環状尿素、メチル化ジヒドロキシ環状尿素、及びそれらの 混合物から成る尿素誘導体から成る群より選択する請求項２３又は２４記載の方 法。 ３１．架橋剤を、ジメチロール尿素、ジメチロールジヒドロキシエチレン尿素 、ジヒドロキシエチレン尿素、ジメチロールエチレン尿素、４，５−ジヒドロキ シ−１，３−ジメチル−２−イミダゾリジノン、及びそれらの混合物から成る群 より選択する請求項２３又は２４記載の方法。 ３２．架橋剤が、ポリカルボン酸である請求項２３又は２４記載の方法。 ３３．架橋剤を、クエン酸、酒石酸、リンゴ酸、琥珀酸、グルタル酸、シトラ コン酸、及びそれらの混合物から成る群より選択する請求項２３又は２４記載の 方法。 ３４．架橋剤を、ポリ（アクリル酸）、ポリ（メタクリル酸）、ポリ（マレイ ン酸）、ポリ（メチルビニルエーテル・コ・マレエート）コポリマー、ポリ（メ チルビニルエーテル・コ・イタコネート）コポリマー、マレイン酸、イタコン酸 、及びタルトレートモノ琥珀酸、及びそれらの混合物から成る群より選択する請 求項２３又は２４記載の方法。 ３５．該嵩高い繊維プライが、従来の繊維組成を約５重量％ − 約９９．５重 量％含む請求項２３又は２４記載の方法。 ３６．該嵩高い繊維プライが、従来の繊維組成を少なくとも約８０重量％含む 請求項２３又は２４記載の方法。 ３７．該嵩高い繊維プライが、従来の繊維組成を少なくとも約９０重量％含む 請求項２３又は２４記載の方法。 ３８．隣接繊維が、接触していて、複数の繊維交差点を作り、該水媒介性結合 剤の大部分が、繊維・繊維交差点に存在している請求項２３又は２４記載の方法 。 ３９．該嵩高い繊維プライが、１cm³/g − 約５０cm³/gの嵩を有する請求項２ ３又は２４記載の方法。 ４０．該嵩高い繊維プライが、約３cm³/g未満の嵩を有する請求項２３又は２ ４記載の方法。 ４１．該嵩高い繊維を、剥離剤で処理したパルプから誘導した請求項２３又は ２４記載の方法。 ４２．該嵩高い繊維を、個別化する請求項２３又は２４記載の方法。 ４３．該従来の繊維プライが、該嵩高い繊維を５重量％以下含む請求項２３又 は２４記載の方法。 ４４．該従来の単数又は複数の繊維プライ中にある該架橋剤が、該嵩高い繊維 プライ中にあるものと同じである請求項２３又は２４記載の方法。