(57)【要約】【課題】  清涼飲料、果実飲料、コーヒー、ビール、お茶等の飲料用の容器として、また、納豆やヨーグルトなどの各種食物の容器の原紙として使用され、紙カップ加工適性に優れ、カップを把持した際にも潰れにくく、印刷適性の良好な紙器原紙を提供する。【解決手段】  パルプ成分として、パルプ懸濁液中にキャビテーションによって気泡を発生させ、これをパルプ懸濁液に接触させて処理し、好ましくはパルプのカナダ標準濾水度を100ｍｌ以上400ｍｌ以下、より好ましくは200ｍｌ以上350ｍｌ以下としたパルプを、好ましくは50重量％以上配合する。【特許請求の範囲】
【請求項１】
パルプ懸濁液中にキャビテーションによって気泡を発生させ、これをパルプ懸濁液に接触させて処理したパルプを含有することを特徴とする紙器原紙。
【請求項２】
テーバーこわさが4.5ｍＮ・ｍ以上30ｍＮ・ｍ以下である請求項１記載の紙器原紙。
【請求項３】
坪量が150ｇ／ｍ２以上400ｇ／ｍ２以下である請求項１または請求項２に記載された紙器原紙。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は紙カップ加工適性に優れ、印刷適性の良好な紙器原紙に関する。
【背景技術】
【０００２】
紙カップは、清涼飲料、果実飲料、コーヒー、ビール、お茶等の飲料用の容器として、また、納豆やヨーグルトなどの各種食物の容器として使用されている。飲料紙カップ用原紙としては、従来からワックス含浸紙も一部で使用されているが、近年においては、紙の一方の面が印刷され、他方の面がラミネートされたポリエチレンラミネート紙（以下ポリラミ紙という）が主に使用されている。紙カップは、上記のポリラミ紙をカップに展開した形状である扇形に打ち抜き、得られる扇形のポリラミ紙の直線部の両端を、ラミネート面を内側にして貼り合わせて（胴貼りという）カップ形状のものとし、該底部に底紙を挿入して圧着した後、上端の円周部を外側に巻き込むというトップカール処理（コップの口元となる部分を成形する処理）を施すという、一連の操作によって製造される。
【０００３】
上記の紙カップの製造に用いられる成形機の速度は、近年益々高速度化しているが、優れた品質の紙カップを高速で効率良く製造する（以下、製函性）ためには、ポリラミ紙に用いる原紙が、トップカール処理の際に大きい引っ張り力を加えられて引き延ばされても割れが生じない程度の強度（以下、紙力）を有することが要求される。また、紙カップの表面には文字等が印刷され広告として利用される。従って、その広告的機能を更に向上させるために、紙カップ表面は印刷適性に優れることが要求される。
【０００４】
従来、このような紙カップ用原紙としては、紙力を付与して製函性を改善する観点から、針葉樹材の晒クラフトパルプ（以下、ＮＢＫＰという）を多く配合した原紙が用いられている（特許文献１）。しかしながら、ＮＢＫＰは広葉樹材の晒クラフトパルプ（以下、ＬＢＫＰという）に比べて繊維形態が太くて長いので、ＮＢＫＰの配合量を多くした場合には、その紙力が改善される一方で地合いが不均一となり、表面の平面性（表面性という）が悪くなって印刷適性並びにポリエチレンラミネート適性が劣る。
【０００５】
また、紙力と表面性を付与する手段としてパルプの叩解を進める手法があるが、パルプの叩解を進めすぎると嵩がなくなり（密度が高くなり）こわさが低下するため、カップを把持して飲料を飲む際にコップが潰れやすくなるという欠点があった。
【０００６】
【特許文献１】特許第2960249号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の課題は、紙カップ加工適性に優れ、カップを把持しても潰れにくく、印刷適性の良好な紙器原紙を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らは、パルプ繊維自体の嵩が機械的叩解処理時に最も低下することに着目し、パルプ繊維表面に対して選択的に負荷を与えて繊維の損傷と内部フィブリル化の進行を抑えて、パルプ繊維の叩解を進めても嵩の低下が抑えられる方法について鋭意研究を重ねた結果、パルプ懸濁液中にキャビテーションによって気泡を発生させて、これをパルプ懸濁液に接触させてパルプを処理することで、叩解を進めても嵩の低下が少ないパルプが得られることを見出し、課題を達成できることを見出した。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、紙カップ加工適性に優れ、カップを把持した際にも潰れにくく、印刷適性の良好な紙器原紙が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明について詳細に説明する。本発明の紙器原紙は、パルプ懸濁液中にキャビテーションによって発生させた気泡をパルプ懸濁液に接触させて処理（以下キャビテーション処理という）したパルプを使用する。通常パルプはリファイナーなどで機械的な力を利用し叩解を行うが、機械的な力を利用した叩解ではパルプ繊維の内部までフィブリル化が進められる。本発明ではパルプ繊維懸濁液中にキャビテーションを発生させて、キャビテーションにより発生した微細気泡の崩壊衝撃力により濾水度の調整を行う。この方法により処理されたパルプの特徴として、パルプ繊維表面に対して選択的に負荷が与えられるため、機械力による叩解で発生していたパルプ繊維のカッティング（損傷）や内部フィブリル化の進行を抑えることができ、パルプ繊維の嵩が保持されるという特徴がある。
【００１１】
本発明においてキャビテーション処理の対象とするパルプは、針葉樹または広葉樹、非木材繊維などを原料とする。より具体的には、クラフトパルプ等の化学パルプ、砕木パルプ、サーモメカニカルパルプ、ケミサーモメカニカルパルプ等の機械パルプ、あるいは古紙や繊維素からなるシート状の物質から製造された再生パルプ等が挙げられる。古紙としては、例えば、新聞、チラシ、更系雑誌、塗工紙系雑誌、感熱記録紙、感圧記録紙、模造紙、色上質紙、電子写真用転写紙、コンピューターアウトプット用紙、あるいはこれらの混合古紙に適用できる。
【００１２】
キャビテーションは液体が加速され、局所的な圧力がその液体の蒸気圧より低くなったときに発生するため、流速及び圧力が特に重要となる。このことから、キャビテーション状態を表わす基本的な無次元数、キャビテーション数（Cavitation Number）σは次のように定義される（加藤洋治編著、新版キャビテーション基礎と最近の進歩、槇書店、1999）。
【００１３】
【数１】
2006257626.tif 000002
【００１４】
（p∞：一般流の圧力、U∞：一般流の流速、pv：流体の蒸気圧、ρ：流体の密度）
ここで、キャビテーション数が大きいということは、その流れ場がキャビテーションを発生し難い状態にあるということを示す。特にキャビテーション噴流のようなノズルあるいはオリフィス管を通してキャビテーションを発生させる場合は、ノズル上流側圧力p1、ノズル下流側圧力p2、試料水の飽和蒸気圧pvから、キャビテーション数σは下記式（２）のように書きかえることができ、キャビテーション噴流では、p1、p2、pv間の圧力差が大きく、p1≫p2≫pvとなることから、キャビテーション数σはさらに以下のように近似することができる（H. Soyama, J. Soc. Mat. Sci. Japan, 47(4)， 381  1998）。
【００１５】
【数２】
2006257626.tif 000003
【００１６】
本発明におけるキャビテーションの条件は、上述したキャビテーション数σが0.001以上0.5以下であることが望ましく、0.003以上0.2以下であることが好ましく、0.01以上0.1以下であることが特に好ましい。キャビテーション数σが0.001未満である場合、キャビテーション気泡が崩壊する時の周囲との圧力差が低いため効果が小さくなり、0.5より大である場合は、流れの圧力差が低くキャビテーションが発生し難くなる。
【００１７】
また、ノズルまたはオリフィス管を通じて噴射液を噴射してキャビテーションを発生させる際には、噴射液の圧力（上流側圧力）は0.01ＭＰａ以上30ＭＰａ以下であることが望ましく、0.7ＭＰａ以上15ＭＰａ以下であることが好ましく、2ＭＰａ以上10ＭＰａ以下であることが特に好ましい。上流側圧力が0.01ＭＰａ未満では下流側圧力との間で圧力差を生じ難く作用効果は小さい。また、30ＭＰａより高い場合、特殊なポンプ及び圧力容器を必要とし、消費エネルギーが大きくなることからコスト的に不利である。
【００１８】
また、噴射液の噴流の速度は1ｍ／秒以上200ｍ／秒以下の範囲であることが望ましく、20ｍ／秒以上100ｍ／秒以下の範囲であることが好ましい。噴流の速度が1ｍ／秒未満である場合、圧力低下が低く、キャビテーションが発生し難いため、その効果は弱い。一方、200ｍ／秒より大きい場合、高圧を要し特別な装置が必要であり、コスト的に不利である。
【００１９】
本発明で用いることができるキャビテーションの発生手段としては、液体噴流による方法、超音波振動子を用いる方法、超音波振動子とホーン状の増幅器を用いる方法、レーザー照射による方法などが挙げられこれらに限定するものではないが、液体噴流を用いる方法がキャビテーション気泡の発生効率が高く、より強力な崩壊衝撃力を持つキャビテーション気泡雲を形成することから好ましい。また、キャビテーション処理は、タンクなど任意の容器内若しくは配管内で行うことができるが、これらに限定するものではない。また、ワンパスで処理することも可能であるが、必要回数だけ循環させることによって更に効果を増大できる。さらに複数の発生手段を用いて並列で、あるいは、順列で処理することができる。
【００２０】
本発明で用いることが出来る液体噴流によるキャビテーションの発生方法では、パルプ懸濁液に対する噴射液として、蒸留水、水道水、工業用水、製紙工程で回収される再用水、パルプ搾水、白水、パルプ懸濁液、アルコールなどを噴射することができるが、これらに限定するものではない。好ましくは、パルプ懸濁液自体を噴射することが処理対象とするパルプの全量を循環させて処理することが可能であり好ましい。
【００２１】
また、本発明におけるキャビテーションによるパルプの処理濃度は5重量％以下で実施することが好ましく、より好ましくは4重量％以下、さらに好ましくは0.1〜3重量％の範囲である。この範囲で処理することが気泡の発生効率の点からは好ましい。
【００２２】
本発明のキャビテーション処理は、パルプ化工程及び調成工程のいかなる場所にも適用することができるが、繊維状物質が解繊されてパルプ状となった段階で適用することが好適である。また、機械力による従来の叩解機による叩解処理と本発明のキャビテーションによる叩解処理とを組合わせてもよい。
【００２３】
本発明においてキャビテーション処理の対象とするパルプは、針葉樹または広葉樹、非木材繊維などを原料とする。より具体的には、クラフトパルプ等の化学パルプ、あるいは砕木パルプ、サーモメカニカルパルプ、ケミサーモメカニカルパルプ等の機械パルプが挙げられる。
【００２４】
本発明に用いるキャビテーション処理したパルプの濾水度は、カナダ標準濾水度で100ｍｌ以上400ｍｌ以下にすることが好ましく、より好ましくは200ｍｌ以上350ｍｌ以下である。カナダ標準濾水度が100ｍｌ未満の場合、抄紙時のワイヤーパートにおいて脱水性が著しく低下するので、抄紙速度を大幅に低下させる必要があり好ましくない。また、カナダ標準濾水度が400ｍｌを超えるとパルプ繊維間の結合面積が低下するため目的の強度を得ることが困難であり、また平滑性が低下するため良好な印刷適性が得られない。
【００２５】
本発明の紙器原紙はキャビテーション処理したパルプを使用することが必須であるが、一般的な叩解機、例えば、ディスク型、コーン型、あるいはドラム型のリファイナーにより叩解されたパルプと混合することもできる。しかしながら、その場合にはキャビテーション処理されたパルプの配合率が、パルプ成分において50重量％以上であることが望ましい。キャビテーション処理されたパルプの配合率が50重量％より少ない場合には、十分な強度、こわさ、平滑性が得られない可能性がある。
【００２６】
本発明の紙器原紙には通常の紙と同様にサイズ剤を内添、あるいは外添することができる。サイズ剤は酸性抄きの場合、ロジン系サイズ剤、ロジンエマルジョン系サイズ剤、アルファカルボキシルメチル飽和脂肪酸等が使用できる。一方、中性抄きの場合には、中性抄紙用ロジン系サイズ剤、アルキルケテンダイマー、アルケニル無水コハク酸、カチオンポリマー系サイズ剤が使用できる。
【００２７】
また、必要に応じて成紙時、定着剤、乾紙紙力剤、湿潤紙力剤、填料、歩留り向上剤、染料、顔料等の内添薬品、表面サイズ剤、表面紙力剤、染料、顔料等の外添薬品の添加付与が可能である。
【００２８】
本発明の紙器原紙の坪量は、カップの大きさや形状にも依るが、150ｇ／ｍ２以上400ｇ／ｍ２以下であることが好ましい。坪量が150ｇ／ｍ２未満であると、こわさが低くなるためカップを把持して飲料を飲む際にコップが潰れやすくなる。また、坪量が400ｇ／ｍ２を超えると、トップカール加工時にトップカール部の内側の面のカールの半径が小さくなるため内側の面に加わる圧縮応力が大きくなり、座屈や割れが発生しやすくなる。
【００２９】
本発明の紙器原紙のテーバーこわさは、4.5ｍＮ・ｍ以上30ｍＮ・ｍ以下であることが好ましい。テーバーこわさが4.5ｍＮ・ｍ未満であると、こわさが低く、カップを把持して飲料を飲む際にコップが潰れやすくなる。また、テーバーこわさが30ｍＮ・ｍを超えると、トップカール加工時に内側の面のカールの半径が小さくなるため内側の面に加わる圧縮応力が大きくなり、座屈や割れが発生しやすくなる。
【００３０】
本発明の紙器原紙は公知の抄紙機にて製造されるが、その抄紙条件は特に規定されるものではない。抄紙機としては、長網抄紙機、ツインワイヤー抄紙機等が使用される。
【００３１】
本発明の紙器原紙は、清涼飲料、果実飲料、コーヒー、ビール、お茶等の飲料用の容器、あるいは納豆やヨーグルトなどの各種食物の容器の原紙として使用される。また、育苗ポットの原紙としても使用することができる。
【実施例】
【００３２】
以下、本発明を実施例によって詳細に説明するが、本発明はこれによって制限されるものではない。尚、以下に示す「重量％」はパルプの絶乾重量に対する重量％を示す。
各実施例及び比較例で得られた紙器原紙についての評価法は以下の方法を用いた。
・坪量：JIS  P  8124  に従った。
・密度：JIS  P  8118  に従った。
・テーバーこわさ（紙の抄紙方向）：JIS  P  8125  に従った。
・製函性試験（紙割れ）：得られた原紙を用いて製函した際における、紙コップのトップカール部分の紙割れの有無を目視により評価した。
○：紙割れなし    ×：紙割れがある
・印刷適性試験：テストグラビア印刷機（熊谷理機株式会社製）を用いて原紙に印刷し、その印刷状態を目視により評価した。
○：良好    ×：劣る
【００３３】
［実施例１］
図１に示すようなキャビテーション噴流式洗浄装置（ノズル径1.5ｍｍ）を用いて、噴射液の圧力は7ＭＰａ（噴流の流速70ｍ／秒）、被噴射容器内の圧力は0.3ＭＰａとして、噴射液および容器内のパルプ懸濁液に広葉樹晒クラフトパルプ（ＬＢＫＰ）の濃度1.1重量％のパルプ懸濁液を使用し、カナダ標準濾水度（ＣＳＦ）が250ｍｌになるようにキャビテーション処理によるパルプの叩解を行った（パルプＡ）。得られたパルプＡのスラリーにロジンサイズ剤（商品名：サイズパインE-50、荒川化学工業株式会社製）を固形分で0.7重量％となるように添加すると共に、スラリーのｐＨが4.5となるように硫酸バンドを添加した後、長網抄紙機で抄紙し、坪量200ｇ／ｍ２の紙器原紙を得た。得られた紙器原紙について、坪量、密度、テーバーこわさを測定し、さらに製函性、印刷適性を評価し、結果を表１に示した。
【００３４】
［実施例２］
ダブルディスクリファイナー（以下、ＤＤＲ）を用いて、針葉樹晒クラフトパルプ（ＮＢＫＰ）をカナダ標準濾水度（ＣＳＦ）が400ｍｌになるように叩解を行った（パルプＢ）。そして、パルプＡとパルプＢを重量比で80：20になるように混合したパルプスラリーを用いた以外は、実施例１と同様の方法で抄紙して、紙器用原紙を得た。得られた紙器原紙について、坪量、密度、テーバーこわさを測定し、さらに製函性、印刷適性を評価し、結果を表１に示した。
【００３５】
［比較例１］
ＤＤＲを用いてＬＢＫＰをカナダ標準濾水度（ＣＳＦ）が250ｍｌになるように叩解を行った（パルプＣ）。パルプＣを原料スラリーとした以外は、実施例１と同様の方法で抄紙して、紙器原紙を得た。得られた紙器原紙について、坪量、密度、テーバーこわさを測定し、さらに製函性、印刷適性を評価し、結果を表１に示した。
【００３６】
［比較例２］
ＤＤＲを用いてＬＢＫＰをカナダ標準濾水度（ＣＳＦ）が380ｍｌになるように叩解を行った（パルプＤ）。パルプＤを原料スラリーとした以外は実施例１と同様の方法で抄紙して、紙器原紙を得た。得られた紙器原紙について、坪量、密度、テーバーこわさを測定し、さらに製函性、印刷適性を評価し、結果を表１に示した。
【００３７】
［比較例３］
パルプＢとパルプＤを重量比で50：50になるように混合して原料のパルプスラリーとした以外は、実施例１と同様の方法で抄紙して、紙器原紙を得た。得られた紙器原紙について、坪量、密度、テーバーこわさを測定し、さらに製函性、印刷適性を評価し、結果を表１に示した。
【００３８】
【表１】
2006257626.tif 000004
【００３９】
表１に示されるように、実施例１及び２はこわさ、紙割れ、印刷適性が良好であるのに対し、比較例１はこわさが低く、比較例２は紙割れ、比較例３は印刷適性がそれぞれ不十分であった。この結果から、キャビテーション処理されたパルプを使用することで紙カップ加工適性に優れ、カップを把持しても潰れにくく、印刷適性の良好な紙器原紙が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】実施例で使用したキャビテーション噴流式洗浄装置の概略図である。
【符号の説明】
【００４１】
１：試料タンク
２：ノズル
３：キャビテーション噴流セル
４：プランジャポンプ
５：上流側圧力制御弁
６：下流側圧力制御弁
７：上流側圧力計
８：下流側圧力計
９：給水弁
１０：循環弁
１１：排水弁
１２：温度センサー
１３：ミキサー
【図１】
2006257626.tif 000005