(57)【要約】  本発明は(i)セルロース繊維を含む主水性流を供給し、(ii)一種以上の歩留り向上成分を主水性流に導入して一種以上の歩留り向上成分を含む主水性流を生成し、(iii)希釈水性流を供給し、(iv)低分子量カチオン有機ポリマーを希釈水性流に導入して5,000,000までの重量平均分子量を有する低分子量カチオン有機ポリマーを含む希釈水性流を生成し、(v)低分子量カチオン有機ポリマーを含む希釈水性流を一種以上の歩留り向上成分を含む主水性流に導入して得られる水性流を生成し、次いで(vi)得られる水性流をワイヤに放出し、得られる水性流を脱水して紙のウェブを形成することを特徴とする紙の製造方法に関する。更に、本発明は(i)一種以上の歩留り向上成分をセルロース繊維を含む主水性流に導入し、得られた主水性流を希釈ヘッドボックスに供給し、(ii)5,000,000までの重量平均分子量を有する低分子量カチオン有機ポリマーを希釈水性流に導入し、得られた希釈水性流を希釈ヘッドボックスに供給し、(iii)得られた主水性流をヘッドボックス中で得られた希釈水性流と混合して得られる水性流を生成し、そして(vi)得られる水性流をワイヤに放出し、得られる水性流を脱水して紙のウェブを形成することを特徴とする希釈ヘッドボックスを含む抄紙機による紙の製造方法に関する。本発明はまた一種以上の歩留り向上成分をセルロース繊維、及び任意のてん料を含む水性懸濁液に導入し、続いてその懸濁液に5,000,000までの重量平均分子量を有する低分子量カチオン有機ポリマーを導入し、次いで懸濁液をワイヤ上で地合構成し、脱水することを特徴とする、水性懸濁液からの紙の製造方法に関する。【特許請求の範囲】
【請求項１】
(i)一種以上の歩留り向上成分をセルロース繊維を含む主水性流に導入し、得られた主水性流を希釈ヘッドボックスに供給し、
(ii)5,000,000までの重量平均分子量を有する低分子量カチオン有機ポリマーを希釈水性流に導入し、得られた希釈水性流を前記希釈ヘッドボックスに供給し、
(iii)得られた主水性流を前記ヘッドボックス中で得られた希釈水性流と混合して得られる水性流を生成し、そして
(iv)得られる水性流をワイヤ上に放出し、得られる水性流を脱水して紙のウェブを形成することを特徴とする希釈ヘッドボックスを含む抄紙機による紙の製造方法。
【請求項２】
(i)セルロース繊維を含む主水性流を供給し、
(ii)一種以上の歩留り向上成分を前記主水性流に導入して一種以上の歩留り向上成分を含む主水性流を生成し、
(iii)希釈水性流を供給し、
(iv)低分子量カチオン有機ポリマーを前記希釈水性流に導入して5,000,000までの重量平均分子量を有する低分子量カチオン有機ポリマーを含む希釈水性流を生成し、
(v)低分子量カチオン有機ポリマーを含む希釈水性流を一種以上の歩留り向上成分を含む前記主水性流に導入して得られる水性流を生成し、次いで
(vi)得られる水性流をワイヤ上に放出し、得られる水性流を脱水して紙のウェブを形成することを特徴とする紙の製造方法。
【請求項３】
セルロース繊維、及び任意のてん料を含む水性懸濁液からの紙の製造方法であって、一種以上の歩留り向上成分を前記懸濁液に導入し、続いてその懸濁液に5,000,000までの重量平均分子量を有する低分子量カチオン有機ポリマーを導入し、次いで該懸濁液をワイヤ上で地合構成し、脱水することを特徴とする紙の製造方法。
【請求項４】
前記主水性流が前記希釈水性流よりも高いコンシステンシーを有する、請求項１又は２記載の方法。
【請求項５】
前記希釈水性流が得られる水性流を脱水することにより得られた白水である、請求項１、２又は４記載の方法。
【請求項６】
前記歩留り向上成分が微粒子歩留り向上系及び少なくとも２種の有機ポリマーを含む歩留り向上系からなる群から選ばれる、請求項１から５のいずれか１項記載の方法。
【請求項７】
前記歩留り向上成分が少なくとも一種のカチオン有機ポリマー及びアニオン性のシリカをベースとする粒子を含む、請求項１から６のいずれか１項記載の方法。
【請求項８】
歩留り向上成分がカチオン澱粉又はカチオン性のアクリルアミドをベースとするポリマーであるカチオン有機ポリマーを含む、請求項１から７のいずれか１項記載の方法。
【請求項９】
前記低分子量カチオン有機ポリマーが500,000から3,000,000までの範囲内の重量平均分子量を有する、請求項１から８のいずれか１項記載の方法。
【請求項１０】
前記低分子量カチオン有機ポリマーがジアリルジメチルアンモニウムクロリドをベースとするホモポリマー又はコポリマーである、請求項１から９のいずれか１項記載の方法。
【請求項１１】
歩留り向上成分が一つ以上の芳香族基を含む少なくとも一種の有機ポリマーを含む、請求項１から１０のいずれか１項記載の方法。
【請求項１２】
前記方法が300〜2500m/分の機械速度で紙を製造することを含む、請求項１から１１のいずれか１項記載の方法。
【請求項１３】
前記方法が白水の循環及び製造される乾燥紙１トン当り０〜30トンの生水の導入を含む、請求項１から１２のいずれか１項記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は抄紙添加剤がセルロース紙料に導入され、その後にそれがヘッドボックスからワイヤ上に放出され、脱水されて紙のウェブを形成する紙の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
製紙業界では、セルロース繊維並びに任意のてん料及び添加剤を含む水性懸濁液（紙料と称される）がヘッドボックスに供給され、これが紙料をフォーミングワイヤ上に放出する。水が紙料から脱水され、その結果、紙の湿潤ウェブがワイヤ上で形成され、ウェブが抄紙機の乾燥部分で更に脱水され、乾燥させられる。
【０００３】
歩留り助剤がセルロース繊維への微粒子、例えば、微細繊維及びてん料粒子の吸着を増大するために紙料に通常導入され、その結果、それらがワイヤ上で繊維で保持される。多種の歩留り助剤が当業界で知られており、その例として、アニオン性、ノニオン性、両性及びカチオン性の異なる分子量の有機ポリマー、無機材料、並びにこれらの組み合わせが挙げられる。不完全な保持のために、紙料及び湿潤ウェブを脱水することにより得られる水（白水と称される）は、ワイヤ上に保持されない微粒子を含み、白水は異なる流れ回路で通常循環される。
【０００４】
希釈ヘッドボックスを有する抄紙機中で、白水がヘッドボックス内で紙料を希釈するのに使用される。これにより、高コンシステンシー紙料の流れが白水に由来する低コンシステンシー流で希釈される。ヘッドボックスはヘッドボックスの幅にわたって分布された一連の混合部分又は希釈ラインを有し得る。白水が混合部分に注入されて紙料希釈を局所で調節し、それにより可変のコンシステンシープロフィールを形成してスライスを一定容積の流れで開放させる。希釈ヘッドボックスデザインは機械を横切る希釈ヘッドボックスの複数の位置で、希釈の量、即ち、高コンシステンシー流対低コンシステンシー流の比を調節することにより、紙の性質の一層良好な調節を与え、ウェブの基本重量が改良された様式で調節でき、交差機械方向に実質的に一様にされる。しかしながら、注目すべきは、高性能歩留り助剤を使用する場合、抄紙方法及び製造された紙の性質が依然として完全には満足ではないことが経験され、これが不適当なピッチ付着制御の原因であった。
【０００５】
抄紙機のピッチ蓄積及び全ての型の紙の製造における最終紙中のピッチ小滴の形成により生じた問題が既に認められていた。ピッチは一般に乳化された疎水性有機化合物を表す。ピッチはパルプ化方法中に木材から放出される粘着性の、樹脂状材料と定義し得る。ピッチはまた被覆された損紙及びリサイクルされた繊維の成分から生じる粘着性材料、例えば、接着剤を含むようになり、しばしば粘着物及びタッキーズと称される。製紙工場のプロセス水中に、ピッチが疎水性粒子の不安定な、コロイド分散液として存在する。それ故、典型的な抄紙方法の条件、例えば、流体力学的せん断力及び機械的せん断力並びに温度の急な変化だけでなく、化学的環境及び平衡が、コロイドピッチ粒子をワイヤ又はその他の装置の表面上のセルロース懸濁液又は付着物内で凝集させ得る。これが完成製品中の品質欠陥、例えば、スポット又は穴の形成及び不十分な品質の紙表面、並びに短縮された装置寿命、運転性の問題、抄紙機停止時間及び、最終的には、工場についての失われた利益をもたらし得る。これらの問題が高レベルのプロセス水閉鎖、例えば、徹底的な白水循環による製紙工場で増大される。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は一般に
(i)セルロース繊維を含む主水性流を供給し、
(ii)一種以上の歩留り向上成分を前記主水性流に導入して一種以上の歩留り向上成分を含む主水性流を生成し、
(iii)希釈水性流を供給し、
(iv)低分子量カチオン有機ポリマーを前記希釈水性流に導入して低分子量カチオン有機ポリマーを含む希釈水性流を生成し（前記低分子量カチオン有機ポリマーは5,000,000までの重量平均分子量を有する）、
(v)低分子量カチオン有機ポリマーを含む前記希釈水性流を一種以上の歩留り向上成分を含む前記主水性流に導入して得られる水性流を生成し、次いで
(vi)前記の得られる水性流をワイヤ上に放出し、前記の得られる水性流を脱水して紙のウェブを形成することを特徴とする紙の製造方法に関する。
【０００７】
更に、本発明は希釈ヘッドボックスを含む抄紙機による紙の製造方法に関するものであり、その方法は
(i)一種以上の歩留り向上成分をセルロース繊維を含む主水性流に導入し、得られた主水性流を希釈ヘッドボックスに供給し、
(ii)5,000,000までの重量平均分子量を有する低分子量カチオン有機ポリマーを希釈水性流に導入し、得られた希釈水性流を希釈ヘッドボックスに供給し、
(iii)得られた主水性流をヘッドボックス中で得られた希釈水性流と混合して得られる水性流を生成し、そして
(vi)得られる水性流をワイヤ上に放出し、得られる水性流を脱水して紙のウェブを形成することを含む。
【０００８】
また、本発明は一種以上の歩留り向上成分をセルロース繊維、及び任意のてん料を含む水性懸濁液に導入し、続いてその懸濁液に5,000,000までの重量平均分子量を有する低分子量カチオン有機ポリマーを導入し、その後に懸濁液をワイヤ上で地合構成し、脱水することを特徴とする、水性懸濁液からの紙の製造方法に関する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明によれば、紙料がワイヤ上で脱水されて紙のウェブを形成する前に、ピッチ問題が或る様式で紙料への添加剤の導入により軽減し得ることがわかった。この知見は特に紙が希釈ヘッドボックスを備えた抄紙機で製造される抄紙方法に適用可能である。また、抄紙系におけるピッチ付着が本発明に従って一層良く調節し得ることがわかった。更に、本発明の方法が改良された性質を有する紙の製造を可能にすることがわかった。
【００１０】
希釈ヘッドボックスは一般に第一の部分容積の流れのための少なくとも一つの入口、第二の部分容積の流れのための少なくとも一つの入口、部分容積の流れを混合して混合物の容積の流れを生成するための少なくとも一つの部分、及び混合物の容積の流れを放出するための少なくとも一つの出口を含む装置と記載し得る。希釈ヘッドボックスはその有効幅にわたって複数のこのような入口、部分及び出口を含むことが好ましい。好適な希釈ヘッドボックスの例として、米国特許第4,909,904号、同第5,196,091号、同第5,316,383号、同第5,545,293号及び同第5,549,793号に開示されたものが挙げられる。
【００１１】
本明細書に使用される“主水性流”という用語は、セルロース繊維、及び任意のてん料を含み、ヘッドボックスに入る紙料（これは高コンシステンシー（以下、HCと称される）、即ち、高固形分を有する）、HC紙料の主流を表し、それにより高コンシステンシー流（以下、HC流と称される）に相当する。HC流のコンシステンシーは0.1重量％から3.5重量％まで、好適には0.3重量％から2.2重量％まで、好ましくは0.4重量％から1.9重量％までの範囲内であってもよい。本明細書に使用される“希釈水性流”という用語は、HC流を希釈するのに使用され、HC流に関して、低コンシステンシー(LC)、即ち、低固形分、LC紙料を有し、それにより低コンシステンシー流（以下、LC流と称される）に相当する水性流を表す。LC流のコンシステンシーは0-1.5重量％、好適には0.002-0.9重量％、好ましくは0.005-0.8重量％の範囲内であってもよく、但し、LC流のコンシステンシーがHC流のそれよりも低いことを条件とする。ヘッドボックス中で、HC流は、例えば、乱流発生装置の直前でLC流と混合され、希釈されて得られる流れ（これは脱水のためのワイヤに排出される）を生成することが好ましい。HC流対LC流の容積比は99:1から50:50まで、好適には97:3から60:40まで、好ましくは95:5から75:25までの範囲内、典型的には約85:15であってもよい。希釈ヘッドボックスデザインで通常のように、HC流対LC流の容積比は希釈の量を調節し、それにより形成される紙ウェブの基本重量クロスプロフィールの一層良好な調節を可能にするためにその幅を横切ってヘッドボックスの複数の位置で変化していることが好ましい。部分容積の流れ、即ち、HC流及びLC流は、ヘッドボックス中で混合されて得られるHC/LC混合物の容積の流れ（これはヘッドボックスから放出され、これは交差機械方向に実質的に一定である）を生成することが好ましい。
【００１２】
希釈に使用される水性LC流は生水、白水及びその方法で循環されるその他の型の水性流から選ばれる。希釈LC流は微細繊維及びてん料を含んでもよく、またそれはヘッドボックスに供給される前にあらゆる精製工程により処理されてもよい。これらの型の水性流を精製又は清澄化するのに使用し得る好適な工程の例として、濾過、浮遊、沈降、嫌気処理及び好気処理が挙げられる。このLC流は、例えば、セルロース微細繊維、パルプ化方法中に木材から放出される抽出物及びその他の材料だけでなく、HC流に導入されたが、ワイヤに保持されないてん料及びその他の添加剤を含む白水であることが好ましい。使用される白水は紙料及び／又はワイヤ上の湿潤ウェブを脱水することにより得られることが好ましく、それは希釈ヘッドボックスに供給される前に上記のように清澄化されてもよい。このLC流は通常HC流の組成とは異なる組成を有する。てん料がその方法に使用される場合、LC流のてん料含量は通常HC流のそれとは異なる。このLC流は通常HC流より高いてん料含量（流れの乾燥物質の％として表される）を有する。
【００１３】
上記のヘッドボックスに入るHC流及びLC流に加えて、本発明のヘッドボックスに入る少なくとも一種の付加的な流れがあり得る。この付加的な流れは水単独を含む流れであることが好ましい。この付加的な流れはまた紙料又はパルプの流れであってもよく、そのコンシステンシー及び／又は組成はHC流のそれとは異なる。
【００１４】
本発明のHC流に導入される一種以上の歩留り向上成分は単一歩留まり助剤又は歩留り向上系、例えば、以下に定義されるもののいずれかであってもよい。この単一成分は歩留り助剤として機能するあらゆる成分、好ましくはカチオンポリマー、例えば、本明細書に定義されるもののいずれかであってもよい。この実施態様において、主水性流に導入される成分の量はその成分を添加しない場合に得られるよりも良好な歩留りを与えるのに充分であるべきである。
【００１５】
本発明の好ましい実施態様において、歩留り向上系が使用される。本明細書に使用される“歩留り向上系”という用語は、紙料に添加される場合に、２種以上の成分、又は薬剤を添加しない場合に得られるよりも良好な歩留りを与える２種以上の成分、又は薬剤を表す。この歩留り向上系の成分は２種以上の有機ポリマー及びアルミニウム化合物及び／又は無機微粒子と組み合わせた一種以上の有機ポリマーから選ばれることが好ましい。
【００１６】
本発明の好ましい実施態様において、微粒子状歩留り向上系が使用される。本明細書に使用される“微粒子状歩留り向上系”という用語は、微粒子状材料、又は微粒子、例えば、本明細書に定義される、アニオン無機粒子、カチオン無機粒子及び有機微粒子を含む歩留り向上系を表す。この微粒子状材料は少なくとも一種の更なる成分、通常少なくとも一種の有機ポリマー（本明細書中、また主ポリマーと称される）、好ましくはカチオン性、両性又はアニオン性のポリマーと組み合わせて使用される。アニオン性微粒子は少なくとも一種の両性ポリマー及び／又はカチオン性ポリマーと組み合わせて使用されることが好ましく、一方、カチオン性微粒子は少なくとも一種の両性ポリマー及び／又はアニオン性ポリマーと組み合わせて使用されることが好ましい。これらの微粒子はアニオン性無機粒子であることが好ましい。これらの微粒子は粒子サイズのコロイド範囲であることが更に好ましい。前記歩留り向上系、例えば、微粒子を含む系は、２種より多い成分を含み得る。例えば、それは３成分又は４成分歩留り向上系であってもよい。このような好適な付加的な成分として、例えば、アルミニウム化合物及び低分子量カチオン有機ポリマーが挙げられる。通常、微粒子状歩留り向上系を含む、歩留り向上系はまた成分を添加しない場合に得られるよりも良好な脱水を生じ、これらの系が歩留り向上かつ脱水系と普通称される。
【００１７】
本発明の別の好ましい実施態様において、一種以上のカチオン有機ポリマー及び一種以上のアニオン有機ポリマーを含む歩留り向上系が使用される。このような歩留り向上系は本明細書に定義される、一つ以上の芳香族基を有するカチオン有機ポリマー及び／又は一つ以上の芳香族基を有するアニオン有機ポリマーを含むことが好適である。
【００１８】
本発明に従って使用し得るアニオン無機粒子として、アニオン性のシリカをベースとする粒子及びスメクタイト型のクレーが挙げられる。アニオン性のシリカをベースとする粒子、即ち、SiO2又はケイ酸をベースとする粒子（コロイドシリカ及び異なる型のポリケイ酸及びポリシリケートを含む）が、使用されることが好ましい。アニオン性のシリカをベースとする粒子は通常水性コロイド分散液、所謂ゾルの形態で供給される。本発明の好適なシリカをベースとするゾルはまたその他の元素、例えば、窒素、アルミニウム及びホウ素を含んでもよい。このような元素は夫々、有機窒素含有有機化合物、アルミニウム含有化合物及びホウ素含有化合物を使用する変性の結果として存在してもよい。これらの化合物は水性ゾル及び／又はシリカをベースとする粒子中に存在してもよい。好適なアニオン性のシリカをベースとする粒子を含む歩留り向上かつ脱水系が米国特許第4,388,150号、同第4,927,498号、同第4,954,220号、同第4,961,825号、同第4,980,025号、同第5,127,994号、同第5,176,891号、同第5,368,833号、同第5,447,604号、同第5,470,435号、同第5,543,014号、同第5,571,494号、同第5,584,966号、同第5,603,805号、及び同第6,379,500号（これらの全てが参考として本明細書に含まれる）に開示されている。
【００１９】
アニオン性のシリカをベースとする粒子は好適には約50nm以下、好ましくは約20nm以下、更に好ましくは約1nmから約10nmまでの範囲の平均粒子サイズを有する。シリカ化学で通常のように、この粒子サイズは一次粒子（これらは凝集されてもよく、また凝集されなくてもよい）の平均サイズを表す。シリカをベースとする粒子の比表面積は好適には約50m2/g以上、好ましくは100m2/g以上である。通常、この比表面積は約1700m2/gまで、好ましくは1000m2/gまでである。この比表面積はアルミニウム種及びホウ素種のような滴定を乱し得るサンプル中に存在する元素又は化合物の適当な除去又はそれらについての調節後に、例えば、Sears著Analytical Chemistry 28(1956):12, 1981-1983及び米国特許第5,176,891号により記載されているような既知の様式のNaOHによる滴定により測定される。こうして、所定の面積は粒子の平均比表面積を表す。
【００２０】
本発明の好ましい実施態様において、前記アニオン性の無機粒子は50m2/gから1000m2/gまで、好ましくは100m2/gから950m2/gまでの範囲内の比表面積を有するシリカをベースとする粒子である。これらのアニオン性の無機粒子は、300m2/gから1000m2/gまで、好適には500m2/gから950m2/gまでの範囲の比表面積を有するシリカをベースとする粒子（これらの粒子はアルミニウムで変性されていなくてもよく、またアルミニウム変性されていてもよく、好適にはアルミニウムで表面変性されていてもよい）を含む、８％から45％まで、好ましくは10％から35％までの範囲のＳ値を有するシリカをベースとするゾル中に存在する。Ｓ値はIler及びDalton著J. Phys. Chem. 60(1956), 955-957により記載されたように測定され、計算される。このＳ値は凝集物又はミクロゲル形成の程度を示し、低いＳ値は高度の凝集を示す。
【００２１】
本発明の更に別の好ましい実施態様において、前記アニオン性の無機粒子は好適には約1000m2/g以上の、高い比表面積を有する、必要によりアルミニウムと反応させられていてもよい、ポリケイ酸から選ばれる。この比表面積は1000m2/gから1700m2/gまで、好ましくは1050m2/gから1600m2/gまでの範囲内であってもよい。当業界では、ポリケイ酸はまたポリマーのケイ酸、ポリケイ酸ミクロゲル、ポリシリケート及びポリシリケートミクロゲルと称され、これらの全てが本明細書に使用されるポリケイ酸という用語により含まれる。アルミニウム含有ポリケイ酸は普通ポリアルミノシリケート及びポリアルミノシリケートミクロゲルと称され、これらの両方が本明細書に使用されるポリケイ酸という用語により含まれる。
【００２２】
本発明の方法に使用し得るスメクタイト型のクレーが当業界で知られており、天然産材料、合成材料及び化学的に処理された材料を含む。好適なスメクタイトクレーの例として、モンモリロナイト/ベントナイト、ヘクトライト、ベイデライト、ノントロナイト及びサポナイト、好ましくはベントナイト、特に膨潤後に400m2/gから800m2/gまでの表面積を有することが好ましいこのようなものを含む。好適なクレーが米国特許第4,753,710号、同第5,071,512号、及び同第5,607,552号（これらが参考として本明細書に含まれる）に開示されており、後者の特許がアニオン性のシリカをベースとする粒子及びスメクタイトクレー、好ましくは天然ベントナイトの混合物を開示している。使用し得るカチオン性の無機粒子として、カチオン性のシリカをベースとする粒子、カチオン性アルミナ、及びカチオン性ジルコニアが挙げられる。
【００２３】
本発明の歩留り助剤又は歩留り向上系の一部としての使用に適した有機ポリマーはその性質がアニオン性、ノニオン性、両性、又はカチオン性であってもよく、それらは天然源又は合成源に由来してもよく、それらは線状、分岐又は架橋であってもよく、例えば、微粒子の形態であってもよい。このポリマーは水溶性又は水分散性であることが好ましい。
【００２４】
好適なカチオンポリマーの例として、カチオン多糖、例えば、澱粉、グアーガム、セルロース、キチン、キトサン、グリカン、ガラクタン、グルカン、キサンタンガム、ペクチン、マンナン、デキストリン、好ましくは澱粉及びグアーガム、ジャガイモ、トウモロコシ、小麦、タピオカ、米、ワックス状トウモロコシ、大麦等を含む好適な澱粉；カチオン性合成有機ポリマー、例えば、カチオン性鎖成長ポリマー、例えば、アクリレート、アクリルアミド、ビニルアミン、ビニルアミド及びアリルアミンをベースとするポリマーのようなカチオン性ビニル付加ポリマー、並びにカチオン性段階成長ポリマー、例えば、カチオン性ポリアミドアミン、ポリエチレンイミン、ポリアミン及びポリウレタンが挙げられる。カチオン澱粉及びカチオン性のアクリルアミドをベースとするポリマーが、単一歩留り向上成分並びに歩留り向上系（アニオン性無機粒子を含み、また含まない）中の成分の両方として、特に好ましいカチオンポリマーである。一つ以上の芳香族基を有する好適なカチオン有機ポリマーの例として、WO 02/12626に開示されたものが挙げられる。このカチオン有機ポリマーの重量平均分子量は、とりわけ、使用されるポリマーの型に応じて広い制限内で変化でき、通常それは2,000,000以上、更にしばしば3,000,000以上、好適には5,000,000以上である。この上限は重要ではない。それは約600,000,000、通常150,000,000、好適には100,000,000であってもよい。
【００２５】
本発明に従ってHC流に導入し得る更に好適なカチオンポリマーの例として、低分子量を有するカチオン有機ポリマーが挙げられる。このようなカチオン有機ポリマーとして、アニオン性くずキャッチャー（以下、ATCと称される）と普通称されるものが挙げられる。このATCカチオン有機ポリマーの重量平均分子量は通常少なくとも2,000、好適には少なくとも10,000、好ましくは少なくとも50,000であり、それは通常2,000,000まで、しばしば1,500,000までである。好適なATCとして、通常高度に荷電された、線状ポリマー、分岐ポリマー及び架橋ポリマーが挙げられ、これらは天然源及び合成源に由来し得る。好適なATCの例として、低分子量の分解多糖、例えば、澱粉、グアーガム、セルロース、キチン、キトサン、グリカン、ガラクタン、グルカン、キサンタンガム、ペクチン、マンナン、デキストリン、好ましくは澱粉及びグアーガム、ジャガイモ、トウモロコシ、小麦、タピオカ、米、ワックス状トウモロコシ、大麦等を含む好適な澱粉；カチオン性合成有機ポリマー、例えば、カチオン性鎖成長ポリマー、例えば、アクリレート、アクリルアミド、ビニルアミン、ビニルアミド及びアリルアミンをベースとするポリマーのようなカチオン性ビニル付加ポリマー、例えば、ジアリルジアルキルアンモニウムハライド、例えば、ジアリルジメチルアンモニウムクロリドだけでなく、アクリルアミド、メタクリルアミド及びアクリレート、メタクリレートをベースとするホモポリマー及びコポリマー；並びにカチオン性段階成長ポリマー、例えば、カチオン性ポリアミドアミン、ポリエチレンイミン、ポリアミン、例えば、ジメチルアミン-エピクロルヒドリンコポリマー、及びポリウレタンをベースとするものが挙げられる。
【００２６】
本発明の好適なアニオン有機ポリマーの例は段階成長ポリマー、鎖成長ポリマー、多糖、天然産芳香族ポリマー及びこれらの変性物から選ばれる。好適なアニオン性段階成長ポリマーの例として、アニオン性のベンゼンをベースとする縮合ポリマー及びナフタレンをベースとする縮合ポリマー、好ましくはナフタレン-スルホン酸をベースとする縮合ポリマー及びナフタレン-スルホネートをベースとする縮合ポリマー；並びに付加ポリマー、即ち、段階成長付加重合により得られたポリマー、例えば、アニオン性ポリウレタンが挙げられる。好適なアニオン性鎖成長ポリマーの例として、アニオン性ビニル付加ポリマー、例えば、アクリル酸、メタクリル酸及びパラビニルフェノール（ヒドロキシスチレン）のようなアニオン性又は潜在的にアニオン性のモノマーを含むアクリレートをベースとするポリマー及びアクリルアミドをベースとするポリマーが挙げられる。本発明の好適な天然産芳香族ポリマー及びこれらの変性物、即ち、変性された天然産芳香族アニオンポリマーの例として、リグニンをベースとするポリマー、好ましくはスルホン化リグニン、例えば、リグノスルホネート、クラフトリグニン、スルホン化クラフトリグニン、及びタンニン抽出物が挙げられる。一つ以上の芳香族基を有するその他の好適なアニオン有機ポリマーの例として、WO 02/12626に開示されたものが挙げられる。このアニオンポリマーの重量平均分子量は、とりわけ、使用されるポリマーの型に応じて広い制限内で変化でき、通常それは少なくとも約500、好適には約2,000以上、好ましくは約5,000以上である。この上限は重要ではない。それは約600,000,000、通常150,000,000、好適には100,000,000、好ましくは10,000,000であってもよい。
【００２７】
本明細書に使用される“段階成長ポリマー”という用語は、また夫々、段階反応ポリマー及び段階反応重合と称される、段階成長重合により得られたポリマーを表す。本明細書に使用される“鎖成長ポリマー”という用語は、また夫々、連鎖反応ポリマー及び連鎖反応重合と称される、鎖成長重合により得られたポリマーを表す。
【００２８】
本発明に従って使用し得るアルミニウム化合物として、ミョウバン、アルミン酸塩、塩化アルミニウム、硝酸アルミニウム及びポリアルミニウム化合物、例えば、ポリ塩化アルミニウム、ポリ硫酸アルミニウム、塩化物イオン及び硫酸イオンの両方を含むポリアルミニウム化合物、ポリアルミニウムシリケート-スルフェート、並びにこれらの混合物が挙げられる。これらのポリアルミニウム化合物はまたその他のアニオン、例えば、リン酸、硫酸、有機酸、例えば、クエン酸及びシュウ酸からのアニオンを含んでもよい。
【００２９】
本発明の好ましい歩留り向上系は
(i)必要によりアニオン性有機粒子及び／又はATC及び／又はアルミニウム化合物と組み合わせて、カチオン澱粉、カチオングアーガム又はカチオン性のアクリルアミドをベースとするポリマーと組み合わせてのアニオン性のシリカをベースとする粒子、
(ii)アニオン性鎖成長ポリマー、好ましくはカチオン有機ポリマー及び／又はATCと組み合わせてのアニオン性のアクリルアミドをベースとするポリマーと組み合わせてのアニオン性のシリカをベースとする粒子、
(iii)必要によりATC及び／又はアルミニウム化合物と組み合わせての、カチオン性のアクリルアミドをベースとするポリマーと組み合わせてのベントナイト、
(iv)必要によりATC及び／又はアルミニウム化合物と組み合わせての、アニオン性段階成長ポリマー、好ましくはアニオン性のナフタレンをベースとする縮合ポリマーと組み合わせての、カチオン多糖、好ましくはカチオン澱粉、
(v)必要によりATC及び／又はアルミニウム化合物と組み合わせての、天然産芳香族アニオンポリマー及びこれらの変性物と組み合わせての、カチオン多糖、好ましくはカチオン澱粉、
(vi)必要によりATC及び／又はアルミニウム化合物と組み合わせての、アニオン性段階成長ポリマー、好ましくはアニオン性のナフタレンをベースとする縮合ポリマーと組み合わせての、カチオン性鎖成長ポリマー、好ましくはカチオン性のアクリルアミドをベースとするポリマー、及び
(vii)必要によりATC及び／又はアルミニウム化合物と組み合わせての、天然産芳香族アニオンポリマー及びこれらの変性物、好ましくはスルホン化リグニンと組み合わせての、カチオン性鎖成長ポリマー、好ましくはカチオン性のアクリルアミドをベースとするポリマー、
(viii)ATCと組み合わせての、カチオン性鎖成長ポリマー、好ましくはカチオン性のアクリルアミドをベースとするポリマー、並びに
(ix)アニオン性有機粒子と組み合わせての、カチオン性鎖成長ポリマー、好ましくはカチオン性のアクリルアミドをベースとするポリマー
を含む。
【００３０】
本発明の方法において、一種以上の歩留り向上成分が、好ましくはヘッドボックス中で、LC流と混合されるHC流に導入され、それにより一種以上の成分を希釈プロセスで得られる水性流に導入する。一種より多い成分を含む歩留り向上系を使用する場合、これらの成分は好ましくは異なる位置で、あらゆる順序で、通常の様式で紙料流に添加し得る。アニオン性無機粒子及びカチオンポリマーを含む歩留り向上系を使用する場合、たとえ添加の反対の順序が使用されてもよいとしても、微粒子状材料を添加する前にカチオンポリマーをHC紙料に添加することが好ましい。カチオン有機ポリマー及びアニオン有機ポリマーを含む歩留り向上系を使用する場合、たとえ添加の反対の順序が使用されてもよいとしても、アニオンポリマーを添加する前にカチオンポリマーをHC紙料に添加することが好ましい。第一成分、例えば、カチオンポリマーをせん断段階（これはポンプ輸送、混合、洗浄等から選ばれる）の前に添加し、かつ第二成分、例えば、アニオン性無機微粒子又は有機ポリマーをそのせん断段階後に添加することが更に好ましい。ATCとして低分子量カチオン有機ポリマーを使用する場合、それはその他の一種以上の歩留り向上成分の前又は同時にHC紙料に導入されることが好ましい。アルミニウム化合物を使用する場合、それはその他の一種以上の歩留り向上成分の前又は同時にHC紙料に導入されることが好ましい。
【００３１】
前記歩留り向上系の成分は、とりわけ、成分の型及び数、紙料の型、てん料の型、てん料含量、添加の位置等に応じて広い制限内で変化し得る量で脱水すべき紙料に導入される。一般に、これらの成分は各成分を添加しない場合に得られるよりも良好な歩留り向上を与える量で添加される。微粒子状材料としてアニオン性無機粒子を使用する場合、添加される合計量は紙料の乾燥物質を基準として、通常少なくとも0.001重量％、しばしば少なくとも0.005重量％である。この上限は通常1.0重量％、好適には0.6重量％である。アニオン性のシリカをベースとする粒子を使用する場合、その合計量は、SiO2として計算して、かつ乾燥紙料物質を基準として、好適には0.005重量％から0.5重量％までの範囲内、好ましくは0.01重量％から0.2重量％までの範囲内である。有機ポリマー、例えば、カチオンポリマー及びアニオンポリマーは、乾燥紙料物質を基準として、通常少なくとも0.001重量％、しばしば少なくとも0.005重量％の合計量で添加される。上限は通常３重量％、好適には1.5重量％である。ATCとして低分子量カチオン有機ポリマーを使用する場合、それは乾燥紙料物質を基準として、少なくとも0.01％の量でHC紙料流に導入でき、好適にはその量は0.05％から0.5％までの範囲である。アルミニウム化合物をその方法に使用する場合、脱水すべき紙料に導入される合計量は使用されるアルミニウム化合物の型及びそれから所望されるその他の効果に依存する。例えば、ロジンをベースとするサイジング剤のための沈殿剤としてアルミニウム化合物を利用することが当業界で公知である。添加される合計量は、Al2O3として計算して、かつ乾燥紙料物質を基準として、通常少なくとも0.05％である。好適には、その量は0.08％から2.8％までの範囲、好ましくは0.1％から2.0％までの範囲である。
【００３２】
本発明によれば、低分子量カチオン有機ポリマーが、好ましくは希釈ヘッドボックス中で、HC流と混合すべきLC流に導入される。好適な低分子量（以下、LMW）カチオン有機ポリマーとして、通常高度に荷電された、線状ポリマー、分岐ポリマー及び架橋ポリマーが挙げられ、これらは天然源及び合成源に由来し得る。好適なLMWカチオン有機ポリマーの例として、LMW分解多糖、例えば、澱粉、グアーガム、セルロース、キチン、キトサン、グリカン、ガラクタン、グルカン、キサンタンガム、ペクチン、マンナン、デキストリン、好ましくは澱粉及びグアーガム、ジャガイモ、トウモロコシ、小麦、タピオカ、米、ワックス状トウモロコシ、大麦等を含む好適な澱粉；LMWカチオン性合成有機ポリマー、例えば、カチオン性鎖成長ポリマー、例えば、アクリレート、アクリルアミド、ビニルアミン、ビニルアミド及びアリルアミンをベースとするポリマーのようなカチオン性ビニル付加ポリマー、例えば、ジアリルジアルキルアンモニウムハライド、例えば、ジアリルジメチルアンモニウムクロリドだけでなく、アクリルアミド、メタクリルアミド及びアクリレート、メタクリレートをベースとするホモポリマー及びコポリマー；並びにLMWカチオン性段階成長ポリマー、例えば、カチオン性ポリアミドアミン、ポリエチレンイミン、ポリアミン、例えば、ジメチルアミン-エピクロルヒドリンコポリマー、及びポリウレタンをベースとするものが挙げられる。このLMWカチオン有機ポリマーの重量平均分子量は通常少なくとも100,000、好適には少なくとも500,000、好ましくは少なくとも1,000,000であり、それは通常5,000,000まで、好適には3,000,000まで、好ましくは2,000,000までである。通常、カチオン有機ポリマーが歩留り助剤又は歩留り向上系の一部としてHC流に添加される場合には、このLC流に添加されるLMWカチオン有機ポリマーの重量平均分子量は該HC流に添加されるカチオン有機ポリマーのそれよりも低い。
【００３３】
前記LMWカチオン有機ポリマーは脱水すべき紙料の乾燥物質を基準として、通常少なくとも0.01％の量で前記LC流に添加される。好適には、その量は0.05％から1.0％までの範囲、好ましくは0.1％から0.5％までの範囲である。
【００３４】
本発明の好ましい実施態様において、前記LMWカチオン有機ポリマーを含むLC流を一種以上の歩留り向上成分を含むHC流に導入して得られる水性流を生成した後に、更なる歩留り向上成分が得られる水性流に導入されない。得られる水性流の生成は希釈ヘッドボックス中で行なわれることが好ましいが、またヘッドボックスの外部で行なわれてもよい。
【００３５】
本発明の方法は全ての抄紙方法及びセルロース懸濁液に適用可能であり、それは高導電率を有する紙料からの紙の製造に特に有益である。このような場合、ワイヤ上で脱水される紙料の導電率は通常少なくとも約1.5mS/cm、好適には少なくとも3.5mS/cm、好ましくは少なくとも5.0mS/cmである。導電率は通常の装置、例えば、クリスチャン・バーナーにより供給されるWTW LF 539装置により測定し得る。上記値は脱水すべきワイヤ上に放出される得られる水性流の導電率を測定することにより測定される。高導電率レベルは紙料を生成するのに使用される材料、紙料に導入される種々の添加剤、その方法に供給される生水等に通常由来する塩（電解質）の高含量を意味する。更に、塩の含量は白水が徹底的に循環される方法で通常高く、これはその方法中で循環している水中の塩のかなりの蓄積をもたらし得る。
【００３６】
更に、本発明は白水が徹底的に、即ち、高度の白水閉鎖でリサイクル、又は循環され、例えば、生水０〜30トンが製造される乾燥紙１トン当り使用され、通常20トン以下、好適には15トン以下、好ましくは10トン以下、特に５トン以下の生水が紙１トン当り使用される抄紙方法を含む。生水はあらゆる段階でその方法に導入し得る。例えば、生水は懸濁液を生成するためにセルロース繊維と混合でき、生水は高コンシステンシー流としてヘッドボックスに供給される希薄な懸濁液を生成するようにセルロース繊維を含む濃厚な懸濁液と混合されてそれを希釈し得る。
【００３７】
本発明の方法は紙の製造に使用される。本明細書に使用される“紙”という用語は勿論紙及びその製品だけでなく、その他のウェブのような製品、例えば、ボード及び板紙、並びにこれらの製品を含む。その方法は異なる型のセルロース繊維の懸濁液からの紙の製造に使用でき、これらの懸濁液は乾燥物質を基準として、好適には少なくとも25重量％、好ましくは少なくとも50重量％のこのような繊維を含むべきである。これらの懸濁液は広葉樹及び針葉樹の両方からのケミカルパルプ、例えば、硫酸パルプ及び亜硫酸パルプ、サーモメカニカルパルプ、ケモ-サーモメカニカルパルプ、有機溶剤パルプ、リファイナパルプ又は砕木パルプからの繊維、又はエレファントグラス、バガス、亜麻、わら等のような１年生植物に由来する繊維をベースとし得る。本発明は木材含有懸濁液からの紙の製造方法に適用されることが好ましい。この懸濁液はまた通常の型の無機てん料、例えば、カオリン、クレー、二酸化チタン、石膏、タルク並びに天然及び合成の両方の炭酸カルシウム、例えば、チョーク、粉砕大理石、粉砕炭酸カルシウム、及び沈降炭酸カルシウムを含む。前記紙料は勿論また通常の型の抄紙添加剤、例えば、湿潤強度増強剤、紙料サイズ、例えば、ロジン、ケテン二量体、ケテン多量体、アルケニル無水コハク酸等をベースとするものを含んでもよい。
【００３８】
本発明は木材含有紙及びリサイクル繊維、例えば、SC、LWCをベースとする紙並びに異なる型の書籍紙及び新聞紙を製造する抄紙機、並びに木材を含まない印刷紙及び筆記用紙を製造する機械に適用されることが好適であり、木材を含まないという用語は約15％以下の木材を含む繊維を意味する。本発明はまた単層機械だけでなく、多層ヘッドボックス中で紙又は板紙を製造する機械、及び幾つかのヘッドボックスを備えた機械（この場合、一つ以上の層が実質的にリサイクル繊維からなる）による板紙の製造に適用可能である。多層ヘッドボックス、又は幾つかのヘッドボックスを使用する機械（この場合、一つ以上の層が希釈型のヘッドボックスで製造される）では、本発明がこれらの層の一つ以上に適用し得る。本発明は300m/分から2500m/分まで、好ましくは1000m/分から2000m/分までの速度で運転する抄紙機に適用されることが好適である。
【００３９】
更に、本発明が以下の実施例で説明されるが、これは本発明を限定することを目的とするものではない。部数及び％は、特にことわらない限り、夫々、重量部及び重量％に関する。
【実施例】
【００４０】
LC紙料への添加剤として異なるLMWカチオン有機ポリマーを使用して、本発明の方法を試験した。
【００４１】
紙をSC等級をつくるための希釈ヘッドボックスを利用する抄紙機でセルロース懸濁液から製造した。歩留り助剤をHC紙料に添加した；最初に乾燥完成紙料を基準として0.8kg/トンの約１百万の重量平均分子量を有するジメチルアミン-エピクロルヒドリンコポリマー、次いで乾燥完成紙料を基準として0.36kg/トンの4.6百万の重量平均分子量を有するカチオン性ポリアクリルアミド。この紙料を脱水することにより、LC紙料を得た。
【００４２】
LC紙料500mlを動的脱水ジャーに添加し、1000rpmで15秒混合し、次いでLMWカチオン有機ポリマーを紙料に添加し、30秒混合した。ブランク試験のために、このLC紙料を動的脱水ジャーに添加し、LMWカチオン有機ポリマーを添加しないで1000rpmで45秒混合した。次いで得られたLC紙料を脱水し、濾液を集め、１ミクロンのフィルターに通した。迅速走査速度を有するオーシャン・オプティクスS2000 UV分光光度計を使用してUV吸収を濾過された画分のピッチ含量の表示として測定した。
【００４３】
幾つかのLMWカチオン有機ポリマーを同じ乾燥用量（全乾燥物質リールトン数を基準として約2kg/トンに相当する、LC紙料乾燥物質を基準として4kg/トン）で試験し、結果を以下に概説した。
【００４４】
LMW-1は約120,000の重量平均分子量を有するジメチルアミン-エピクロルヒドリンコポリマーであり、
LMW-2は約1,000,000の重量平均分子量を有するジメチルアミン-エピクロルヒドリンコポリマーであり、
LMW-3は約680,000の重量平均分子量を有するポリジアリルジメチルアンモニウムクロリドであり、また
LMW-4は約1,800,000の重量平均分子量を有するポリジアリルジメチルアンモニウムクロリドであった。
【００４５】
ブランク試験と較べて、本発明の方法の全てがUV吸収の減少を示した。本発明の最も有効な方法は約1,800,000の重量平均分子量を有するポリジアリルジメチルアンモニウムクロリドを使用する方法であった。
【００４６】
これらの試験を表１に要約し、その表は本発明の方法及び従来技術に相当するブランクに関する異なる波長におけるUV吸収を示す。
【００４７】
【表１】
2007501344.tif 000002
【手続補正書】
【提出日】平成17年2月14日(2005.2.14)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
(i)一種以上の歩留り向上成分をセルロース繊維を含む主水性流に導入し、得られた主水性流を希釈ヘッドボックスに供給し、
(ii)5,000,000までの重量平均分子量を有する低分子量カチオン有機ポリマーを希釈水性流に導入し、得られた希釈水性流を前記希釈ヘッドボックスに供給し、
(iii)得られた主水性流を前記ヘッドボックス中で得られた希釈水性流と混合して得られる水性流を生成し、そして
(iv)得られる水性流をワイヤ上に放出し、得られる水性流を脱水して紙のウェブを形成することを特徴とする希釈ヘッドボックスを含む抄紙機による紙の製造方法。
【請求項２】
(i)セルロース繊維を含む主水性流を供給し、
(ii)一種以上の歩留り向上成分を前記主水性流に導入して一種以上の歩留り向上成分を含む主水性流を生成し、
(iii)希釈水性流を供給し、
(iv)低分子量カチオン有機ポリマーを前記希釈水性流に導入して5,000,000までの重量平均分子量を有する低分子量カチオン有機ポリマーを含む希釈水性流を生成し、
(v)低分子量カチオン有機ポリマーを含む希釈水性流を一種以上の歩留り向上成分を含む前記主水性流に導入して得られる水性流を生成し、次いで
(vi)得られる水性流をワイヤ上に放出し、得られる水性流を脱水して紙のウェブを形成することを特徴とする紙の製造方法。
【請求項３】
セルロース繊維、及び任意のてん料を含む水性懸濁液からの紙の製造方法であって、一種以上のカチオン有機ポリマーを含む歩留り向上成分を前記懸濁液に導入し、続いてその懸濁液に5,000,000までの重量平均分子量を有する低分子量カチオン有機ポリマーを導入し、次いで該懸濁液をワイヤ上で地合構成し、脱水することを特徴とする紙の製造方法。
【請求項４】
前記主水性流が前記希釈水性流よりも高いコンシステンシーを有する、請求項１又は２記載の方法。
【請求項５】
前記希釈水性流が得られる水性流を脱水することにより得られた白水である、請求項１、２又は４記載の方法。
【請求項６】
前記歩留り向上成分が微粒子歩留り向上系及び少なくとも２種の有機ポリマーを含む歩留り向上系からなる群から選ばれる、請求項１から５のいずれか１項記載の方法。
【請求項７】
前記歩留り向上成分が少なくとも一種のカチオン有機ポリマー及びアニオン性のシリカをベースとする粒子を含む、請求項１から６のいずれか１項記載の方法。
【請求項８】
歩留り向上成分がカチオン澱粉又はカチオン性のアクリルアミドをベースとするポリマーであるカチオン有機ポリマーを含む、請求項１から７のいずれか１項記載の方法。
【請求項９】
前記低分子量カチオン有機ポリマーが500,000から3,000,000までの範囲内の重量平均分子量を有する、請求項１から８のいずれか１項記載の方法。
【請求項１０】
前記低分子量カチオン有機ポリマーがジアリルジメチルアンモニウムクロリドをベースとするホモポリマー又はコポリマーである、請求項１から９のいずれか１項記載の方法。
【請求項１１】
歩留り向上成分が一つ以上の芳香族基を含む少なくとも一種の有機ポリマーを含む、請求項１から１０のいずれか１項記載の方法。
【請求項１２】
前記方法が300〜2500m/分の機械速度で紙を製造することを含む、請求項１から１１のいずれか１項記載の方法。
【請求項１３】
前記方法が白水の循環及び製造される乾燥紙１トン当り０〜30トンの生水の導入を含む、請求項１から１２のいずれか１項記載の方法。
【国際調査報告】
2007501344.tif 000003
2007501344.tif 000004
2007501344.tif 000005
2007501344.tif 000006