JP4503178B2 - 製紙用添加剤 - Google Patents

Description

【０００１】
本発明は、製紙工程のウェブ形成段階前に繊維パルプに添加される製紙用添加剤に関する。本発明の添加剤によって、紙にダスト発生（dusting）低下傾向を付与することが可能である。さらに、製紙用添加剤は、ウェブ形成段階における脱水を容易にし、填料の保持性を改善し、抄紙機の水循環系に蓄積する有害物質を有利に除去する効果を示す。また、添加剤は、仕上げ紙の強度、即ち乾燥強度及び湿潤強度をともに向上させる。本発明の製紙用添加剤を用いることによって、インクジェット印刷への応用に関して印刷適性の改善も見られる。
【０００２】
仕上げ紙において生じる問題は、紙の表面から小繊維粒子や填料粒子が離脱されるために、ダスト発生傾向が高いということである。ダスト（dust）は製紙工程の乾燥段階においてすでに問題となるが、印刷装置等の紙を扱う全ての機械及び装置においても問題が生じる。機械の高速化及び長い印刷シリーズ（long printing series）を意味する上述の問題を有する印刷方法が発展してきた。高速化はダスト形成を促進する。長い印刷シリーズは停止時間（standing time）を短縮し、その間装置のクリーニングを行うことが可能である。
【０００３】
ダスト発生問題を解決するために、通常、ウェブ形成前の繊維パルプに添加される化合物に基づく方法を使用することが知られている。サイジング剤として、ミネラルワックス及びマイクロワックスの使用、ＡＫＤ分散液及びＡＳＡ分散液等の使用、湿潤強度樹脂及びパルプサイジング澱粉の使用が知られている。上記公知の方法にかかわらず、紙のダスト発生はなお深刻な問題である。
【０００４】
驚くべきことに、ウェブ形成前の繊維パルプに添加される本発明の添加剤により、紙のダスト発生を著しく低下できることが発見された。該添加剤は、本発明で使用できるように分子量を低下させることにより変性され、かつ好適なカチオン電荷レベルを付与するように適切な窒素化合物と反応させた澱粉をベースとしている。
【０００５】
低分子量化は、過酸化物酸化等の酸化により有利に行われる。６０℃での濃度５％澱粉懸濁液の粘度が、１０〜４００mPas［ブルックフィールド（Brookfield）粘度計で測定］、好ましくは１００〜４００mPasの範囲、特に好ましくは１００〜２００mPasの範囲になるように、適切に低分子量化を行なう。これは、例えば、澱粉に対し乾燥基準で約０．０２〜０．３％の過酸化水素を用いて、弱アルカリ性反応条件で達成される。また、カチオン電荷が増加すると最終生成物の粘度が低下するので、望ましい分解度は最終生成物の望ましいカチオン電荷に拘束される。さらに、分子量とカチオン電荷の間には相互依存性があり、該電荷は抄紙機内における澱粉の挙動に影響を与える。
【０００６】
望ましい粘度レベルになるように処理された澱粉はその後本発明における第四級窒素化合物で処理されて、カチオン電荷レベルが１．５mEq／ｇ未満、好ましくは０．３６〜１．４６mEq／ｇ、特に好ましくは０．７２〜１．１０mEq／ｇの範囲になる。それによって、第四級カチオン化剤を用いたときの窒素含有量が、０．５〜２．５％の範囲、特に好ましいカチオン電荷レベルに対応して１．０〜１．５％になる。澱粉は粒状の形態でカチオン化工程に導入され、該工程中に澱粉が完全に溶解するような条件が選択される溶液カチオン化により、生成物が有利に調製される。この点に関する工程の本質的なパラメーターは、カチオン化される澱粉の濃度、好適なアルカリ度及び高められた温度である。アルカリ（ＮａＯＨ）の添加量は澱粉に対し乾燥基準で約１．５〜３％であり、温度は好適には約６０〜８０℃の範囲にある。反応混合物の固形分含量は５０％を越えることが好ましく、それにより高収率で最終生成物が得られる。好適な第四級カチオン化剤は２，３−エポキシプロピルトリメチルアンモニウム・クロライドであり、澱粉量に対し約１０〜４０％の量で用いるべきである。
【０００７】
以下、紙を扱う様々な条件における紙のダスト発生の防止効果を有する紙の特性を測定した実施例によって、本発明の実施態様を説明する。印刷操作等の応用工程において紙を長時間操作することなく、紙のダスト発生傾向を測定するには問題がある。しかし、デニソン（Dennison）、ＩＧＴ値及びスコット ボンド値（Scott Bond）等、紙から測定することができる強度パラメーターにダスト発生傾向が相関することが一般に知られている。
【０００８】
実施例１
本実施例においては、新聞用紙抄紙機により製造された紙を用いて、フルスケールの実用印刷条件下で試験を行なった。２４時間当り７００トンの製造能を有する新聞用紙抄紙機により、圧力粉砕木パルプ及び熱機械パルプから紙を製造した。ウェブ形成前に、ポンプの吸引側のパルプ混合機中で本発明の澱粉をベースとする添加剤を１．５〜２．５kg/tの添加量でパルプと混合した。このようにして製造された紙は印刷ハウス（printing house）で印刷され、それによって、印刷ローラーのクリーニング間の時間が、印刷回数換算で８００００コピーから３５００００コピーに増加した。使用した添加剤は、使用可能な粘度レベル（１００〜２００mPas，濃度５％，６０℃，ブルックフィールド粘度計で測定）に酸化分解した澱粉に対し乾燥基準で２５％の量でカチオン化剤として用いる２，３−エポキシプロピルトリメチルアンモニウム・クロライドによりカチオン化して製造された。澱粉の窒素含有量は、１．５％（電荷１．０７mEq／ｇ）であった。また、交互薄片間強度（結合強度）を表すスコット ボンド値（Scott Bond value）が同紙から１つの特性として測定された。これらの値を添加剤の添加量の関数として図１に示す。行なわれたダストの測定を比較すると、紙のスコット ボンド値は明確にダスト発生及び印刷適性と相関していることが確立された。
【０００９】
実施例２
２４時間当り約８００トンの製造能を有する新聞用紙抄紙機により、一連の試験が行なわれた。紙に使用されたパルプの組成は、ＴＭＰ／ＤＩＰ（thermomechanical/deinked）（熱機械パルプ／脱インクパルプ）の比が５０／５０であった。２４時間連続操業し、その間添加剤量の変化に対する強度値の変化を測定した。使用した添加剤は、２００mPas（濃度５％，６０℃，ブルックフィールド粘度計で測定）の粘度レベルに酸化分解した澱粉に対して乾燥基準で１５％の量でカチオン化剤として用いる２，３−エポキシプロピルトリメチルアンモニウム・クロリドによりカチオン化して製造された。同澱粉の窒素含有量は、１．０％（電荷０．７２mEq／ｇ）であった。
【００１０】
結果を下記の表１に示す。
【表１】

【００１１】
試験結果から、本発明の生成物によって、ダスト発生特性に影響する紙の強度特性に影響を与え得ることが分かった。
【００１２】
実施例３
２４時間当り４００トンの製造能を有する新聞用紙抄紙機により、２週間の連続操業を行なった。紙の原料として、過酸化物漂白圧力粉砕木を用いた。全試験操業において、従来のパルプ用澱粉を１０〜１３kg/tの量でパルプに添加した。試験操業は１２日間（試験日第３日目〜第１４日目）の期間を含み、その間、従来のパルプ用澱粉の他に、２．５kg/tの量で本発明に記載の添加剤をウェブ形成前の繊維パルプに添加した。この添加剤は実施例１の添加剤と同様な方法で得られたものである。毎日採取される紙試料から各々４０００枚の印刷シリーズを試験印刷機を用いて操業し、印刷シリーズについてダスト量を測定した。試験結果を図２の棒グラフに示す。従来の内添サイズ剤が紙の製造中に存在しダスト発生低下にその分だけ関与していることはあるが、本発明の添加剤を用いたことによりダスト量は顕著な低下を示している。
【００１３】
実施例４
試験操業は、新聞用紙抄紙機を用いて、圧力粉砕木、熱機械パルプ、化学パルプ及び脱インクパルプの繊維ベースから新聞用紙（３０〜４０ｇ／ｍ²）に製造することにより行なわれた。抄紙機は酸性ｐＨ領域で運転された。ベントナイト／ＰＡＭを微粒子保持系として用いた。実施例１の添加剤をポンプの吸引側の混合容器に１．０kg/tで供給した。
【００１４】
ダスト測定装置（ＭＢ リンティング ダスティング 試験機）（MB Linting Dusting Tester）を用いて、仕上げ紙の挙動をオンラインで測定した。その結果を図３に示す。本発明の添加剤を用いていない対応する紙（試験番号１〜６）と比較すると、ダスト発生が５０〜６０％低下していることが見られる（試験番号７〜１２）。また、本発明の添加剤を用いていない対応する紙の製造と比較して、抄紙機の運転においても相違することが確認された。水切りが改善し、乾燥部における水蒸気の必要量が低下することが判明した。さらに、微粒子保持性に関しても好ましい影響も見ることができ、保持助剤（ＰＡＭ，ポリアクリルアミド）の減少が約５０％になった。
【図面の簡単な説明】
【図１】 実施例１で得られた紙に関して測定された添加剤添加量とスコット ボンド値の関係を示すグラフ図である。
【図２】 本発明の添加剤をパルプに添加した試験期間とそれ以外の期間とで製造される紙のダスト発生量の相違を示すグラフ図である。
【図３】 パルプへの本発明の添加剤の添加有無による製造される紙のダスト発生量（リンティング ナンバー）（Linting number）の相違を示すグラフである。

Claims (11)

1. 分子量に関して、１０〜５００mPas（濃度５％、６０℃、ブルックフィールド粘度計で測定）の粘度レベルに低下され、かつ、第四級窒素化合物を用いてカチオン化された澱粉から構成されるウェブ形成前の繊維パルプに添加される製紙用添加剤において、該カチオン化が０．３６〜１．４６mEq／ｇの電荷レベルになるまで行なわれていることを特徴とする製紙用添加剤。
2. ０．７２〜１．１０mEq／ｇ（窒素含有量１〜１．５４％）の電荷レベルにカチオン化されていることを特徴とする請求項１に記載の製紙用添加剤。
3. 澱粉が、分子量に関して、１００〜２００mPas（濃度５％、６０℃、ブルックフィールド粘度計で測定）の粘度レベルに低下されたものであることを特徴とする請求項１または２に記載の製紙用添加剤。
4. カチオン化工程中に澱粉が完全に溶解することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の製紙用添加剤。
5. カチオン化が、反応混合物の固形分含量が５０％を超えるように行われることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の製紙用添加剤。
6. 澱粉の低分子量化が、酸化により行なわれることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の製紙用添加剤。
7. 澱粉の低分子量化が、過酸化物酸化により行なわれることを特徴とする請求項６に記載の製紙用添加剤。
8. ウェブ形成に供給される繊維パルプに紙のダスト発生傾向を低下させる化合物を添加することにより紙のダスト発生を低下させる方法にして、ダスト発生傾向を低下させる化合物として、請求項１〜７のいずれかに記載の製紙用添加剤を繊維パルプに添加することを特徴とする方法。
9. 該製紙用添加剤を１．０〜３．０kg/tの量で添加することを特徴とする請求項８に記載の方法。
10. 従来の貯蔵澱粉を繊維パルプに添加することを特徴とする請求項８または９に記載の方法。
11. 請求項１〜７のいずれかに記載の製紙用添加剤を紙のダスト発生傾向を低下させるために用いることを特徴とする製紙方法。

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