(57)【要約】  本発明は、繊維を含む完成紙料を供給する工程、デンプンを完成紙料に添加する工程、ミクロフィブリル化セルロースを完成紙料に添加する工程、ウェブを形成するために完成紙料をワイヤに導く工程を含む、紙又は板紙製品を製造する方法であって、デンプン及びミクロフィブリル化セルロースは、完成紙料に別個に添加される方法に関する。【特許請求の範囲】
【請求項１】
繊維を含む完成紙料を供給する工程、
デンプンを完成紙料に添加する工程、
ミクロフィブリル化セルロースを完成紙料に添加する工程、
ウェブを形成するために完成紙料をワイヤに導く工程を含む、紙又は板紙製品を製造する方法であって、
デンプン及びミクロフィブリル化セルロースは、完成紙料に別個に添加される上記方法。
【請求項２】
２〜１５重量％のデンプン及び１〜１５重量％のミクロフィブリル化セルロースが添加されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
デンプン及びミクロフィブリル化セルロースを含む前記完成紙料で形成されているウェブが、紙又は板紙製品の層を形成することを特徴とする、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
ウェブが、紙又は板紙製品の中間層を形成することを特徴とする、請求項３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、デンプン及びミクロフィブリル化セルロースを含む完成紙料を含む、紙又は板紙製品の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
製紙方法において、製品の特性を損なうことなく、例えば、製品の強度を低下させることなく、低減されたコストで紙又は板紙を製造する方法を見出すという継続する関心事がある。
【０００３】
コストを低減する方法の１つは、紙又は板紙製品の充填剤含有量を増加させ、したがって、紙又は板紙中の繊維の量を減少させることができることである。経済的に有益である外に、充填剤は、製品の不透明度及び印刷適性も改善する。しかし、製品中の大量の充填剤は、強度を低下させる。したがって、添加される充填剤の可能な量と、製造される紙又は板紙の必要とされる強度との間のバランスが存在する。
【０００４】
さらに、板紙の製造の間に、強いが、しかし低密度の製品を製造する要望が存在する。板紙の強度を増加させると、その密度は通常増加する。したがって、板紙製品の所望の強度と密度との間のバランスが存在する。
【０００５】
例えば、大量の充填剤の添加によって又は嵩の増加によって生じた、強度の低下を補償することが、紙又は板紙中の繊維間の繊維結合特性を改善し、それにより、強度を維持することによって可能である。紙又は板紙の強度、特に乾燥強度を改善するための有力な処理は、これまで、シート形成作業の前に完成紙料に、増強剤、好ましくはカチオン性デンプンを添加することであった。完成紙料に添加されるカチオン性デンプン分子は、静電気引力により天然にアニオン性のパルプ繊維に付着し、したがって、湿潤繊維マット中に保持され、最終の紙又は板紙にそのまま残り得る。
【０００６】
結果として生じる高い紙強度を得るために、大量のカチオン性デンプンを製紙完成紙料に添加する場合に、２つの主な問題が生じる。第一は、カチオン性デンプン分子が、セルロース繊維上のアニオン性電荷を飽和させ易く、したがって、スラリーに添加され得るカチオン性デンプンの量に制限を設けることである。過剰のカチオン性デンプンが添加されると、添加されたデンプンの一部のみが、シート中に保持され、残りは、紙又は板紙の抄紙機の白水系を循環する。第二の問題は、過剰のカチオン性デンプン添加によりカチオン性にされる繊維は、通例そのパルプスラリーに添加される他のカチオン性添加剤、例えば、サイジング剤及び保持助剤を吸着することができなくなる。さらに、大量のデンプンはしばしば、製造プロセスの間で操業性、微生物学及び泡立ちの問題を引き起こす。
【０００７】
紙又は板紙へのミクロフィブリル化セルロースの添加が、恐らくは繊維結合の改善のために、製品の強度を増加させることが最近わかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】国際公開第２００７０９１９４２号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、良好な強度特性を有するコスト効率の高い製品に対する必要性が依然としてある。
【００１０】
本発明の目的は、容易でコスト効率の高い方法で、改善された強度及び密度を有する紙又は板紙を製造することができる方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
これらの目的及び他の利点は、請求項１に記載の紙又は板紙製品によって達成される。本発明は、繊維を含む完成紙料を供給する工程、デンプンを完成紙料に添加する工程、ミクロフィブリル化セルロースを完成紙料に添加する工程及びウェブを形成するために完成紙料をワイヤに導く工程を含む、紙又は板紙製品を製造する方法であって、デンプン及びミクロフィブリル化セルロースは、完成紙料に別個に添加される方法に関する。デンプンの量は、紙又は板紙製品の密度を増加させることなく増加させ得るので、デンプン及びミクロフィブリル化セルロース（ＭＦＣ）の両方を含む製品は、製品の強度を増加させることが示されている。
【００１２】
完成紙料が、２〜１５重量％のデンプン及び１〜１５重量％のミクロフィブリル化セルロースを含むことが好ましい。製品のデンプン又はＭＦＣの量は、最終用途及び製品の対応した所望の特性に依存する。大量のデンプンは、製品の強度を増加させ、ＭＦＣ及びデンプンの組合せにより、製品がより大量のデンプンを保持することが可能になることが示されている。
【００１３】
デンプン及びミクロフィブリル化セルロースを含む前記完成紙料で形成されているウェブは好ましくは、紙又は板紙製品の層を形成する。紙又は板紙製品は好ましくは、少なくとも２層を備える多層製品である。製品は、少なくとも３層を備えること、並びに製品の中間に位置する層は、デンプン及びミクロフィブリル化セルロースを含む完成紙料を含むこと、すなわち、デンプン及びＭＦＣを含む完成紙料で形成されているウェブは、紙又は板紙の中間層を形成することが好ましいことがあり得る。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明は、デンプン及びミクロフィブリル化セルロースを含む完成紙料を含む、紙又は板紙製品の製造方法に関する。完成紙料は、２〜１５重量％、好ましくは３〜５重量％の量でデンプンを含む。結果として、製品は、そのように２〜１５重量％、好ましくは３〜５重量％の量のデンプンを含む。
【００１５】
完成紙料は、好ましくはセルロース繊維を含む。セルロース繊維は、広葉樹材及び／又は針葉樹材の繊維であってもよい。セルロース繊維は、機械的に、化学機械的に及び／又は化学的に処理され得る。繊維はまた、漂白されていても、又は漂白されていなくてもよい。
【００１６】
デンプン及びミクロフィブリル化セルロース（ＭＦＣ）の完成紙料への添加は、紙又は板紙の強度に非常に良い効果を与えることがわかった。大量のデンプン、及びＭＦＣの両方を含む製品により、製品がより大量のデンプンを保持することを可能にする。驚くべきことに、大量のデンプン、及びＭＦＣの両方の添加は、製品の緻密化を増加させないこともわかった。したがって、製品の密度を同じ程度まで増加させることなく、紙又は板紙製品の強度を高めることに関しては、ＭＦＣとデンプンの組合せは相乗効果を有する。したがって、紙又は板紙製品の密度を低下させることが可能であるが、強い製品を製造することがなお可能である。このように、製品の繊維含有量を減少させることができ、且つ強度をそのままにすることができるので、非常に安価な製品を製造することができる（従来技術によって製造された製品に比べて）。さらに、製品の重量は、減少し、これは、輸送及び取扱いの間のコストを低減する。
【００１７】
ミクロフィブリル化セルロース（ＭＦＣ）（ナノセルロースとしても知られている）は、木材セルロース繊維から作られる物質であり、個々のミクロフィブリルは、互いに部分的に又は全体的に分離されたものである。ＭＦＣは通常、非常に薄く（約２０ｎｍ）、その長さはしばしば、１００ｎｍから１０μｍである。しかし、ミクロフィブリルは、より長くてもよいが（例えば、１０〜１００μｍ）、最大２００μｍの長さを用いることもできる。フィブリル化され、表面上にミクロフィブリルを有する繊維、及び分離して、スラリーの水相にあるミクロフィブリルは、ＭＦＣの定義に含まれる。
【００１８】
ＭＦＣは、いくつかの異なる方法で製造され得る。ミクロフィブリルが形成されるように、セルロース繊維を機械的に処理することが可能である。細菌によるナノセルロース又はミクロフィブリル化セルロースの製造も別の選択肢である。繊維を細分化又は溶解する種々の化学物質及び／又は酵素を用いてセルロースからミクロフィブリルを製造することも可能である。
【００１９】
ＭＦＣの製造の一例は、国際公開第２００７０９１９４２号に示され、これには、酵素の添加と組み合わせて精製することを用いるＭＦＣの製造が記載されている。
【００２０】
完成紙料への添加前に、ミクロフィブリル化セルロースを変性することも可能である。このように、その相互作用及び他の物質への親和性を変えることが可能である。例えば、ＭＦＣによりアニオン性の電荷を導入することによって、ＭＦＣのフィブリル及びフィブリル集合体の安定性が増加する。ミクロフィブリル化繊維の変性がどのように行われるかは、例えば、完成紙料中に存在する他の成分に依存する。
【００２１】
完成紙料は、２〜１５重量％、好ましくは３〜５重量％のデンプンを含み、完成紙料は、１〜１５重量％の量でＭＦＣをさらに含むことが好ましい。完成紙料に添加されるデンプン又はＭＦＣの選択される量は、製造される最終製品及び製品の所望の特性に依存する。デンプンの量が高いほど、製品の強度は増加する。しかし、デンプンの量を過剰に増加させることは可能でなく、その場合に他の問題が生じ得るからである。また、ＭＦＣの量は、デンプンの量及び当然、製品の最終用途にも基づいて調節されなければならない。多すぎる量のＭＦＣは、ＭＦＣが水を容易に吸収する非常に微細な物質であるので、脱水問題を引き起こすことがあり得、含有量の増加は、製品を脱水することをより困難にする。
【００２２】
紙又は板紙製品は、好ましくは少なくとも２層を備える多層製品である。製品が、少なくとも３層を備えること及び製品の中間に位置する層が、デンプン及びミクロフィブリル化セルロースを含む完成紙料を含むことが好ましいことがあり得る。しかし、製品の数なくとも１つの外層又は製品のすべての層さえも、デンプン及びＭＦＣを含む完成紙料を含むことも可能である。一部の製品について、外層の少なくとも一方が、デンプン及びＭＦＣを含む完成紙料を含むことが有利であり得る。このように、この層の強度及び／又は嵩を増加させることが可能である。結果として、製品の最終用途に応じて、層のどれ及び何層がデンプン及びＭＦＣを含む完成紙料を含むか決定される。
【００２３】
紙又は板紙製品の層における完成紙料の全体が、デンプン及びＭＦＣを含むことは必要ないが、デンプン及びＭＦＣは、層の完成紙料の大部分に添加されることが好ましい。しかし、層は、他の成分、例えば、デンプン及びＭＦＣを含まない損紙パルプを含んでもよい。
【００２４】
完成紙料は、例えば、プロセス及び製造された基材の操業性及びコスト効率を増加させるために、様々な量の充填剤も含有し得る。他の一般に用いられる、紙又は板紙の製造に用いられる添加剤も添加され得る。
【００２５】
板紙製品は、好ましくは高品質の板紙製品、例えば、液体包装用ボード、グラフィックボード又は給食用ボードである。紙製品は、好ましくは高品質の紙、例えば、グレードＡ若しくはＢのコピー紙、グラフィック紙、ＬＷＣ、ＳＣ又は高速印刷機用新聞紙である。
【００２６】
紙又は板紙製品を製造する方法であって、その方法は、繊維を含む完成紙料を供給する工程、デンプンを完成紙料に添加する工程、ミクロフィブリル化セルロースを完成紙料に添加する工程及びウェブを形成するために完成紙料をワイヤに導く工程を含む。デンプン及びＭＦＣの添加は、好ましくは機械チェストにおいて又はファンポンプの前で行われる。後で完成紙料に添加される循環水への添加を行うことも可能であり得る。しかし、ワイヤに導かれる前に、時間並びにデンプン及びＭＦＣと完成紙料との混合が十分である限り、デンプン及びＭＦＣについての添加の実用的な条件のすべてが、用いられ得る。
【００２７】
デンプン及びＭＦＣは、別個に添加される。デンプンを最初に添加し、続いてＭＦＣを添加することが好ましい。完成紙料への添加前にデンプン及びＭＦＣを混合することが可能であり得るが、しかし、その場合、結果は、デンプン及びＭＦＣが別個に添加される場合ほど良くない。さらにまた、デンプン及びＭＦＣを、完成紙料への添加前に、それらを蒸解することによって、好ましくはジェット蒸解器によって混合することができる。デンプン及びＭＦＣの混合物を蒸解することによって、ＭＦＣは、あまり凝集しない傾向を示す。さらに、例えば、デンプンの電荷及び電荷密度を変えることによって、種々の程度の凝集を得ることができ、したがって、ＭＦＣの電荷を中和することが可能である。これは、製品中の繊維及び最終的な充填剤の脱水及び保持に影響を与え得る。ＭＦＣ上にデンプンの層を加え、次いで、この混合物を完成紙料に加えることも可能であり得、すなわち、重層化効果を生じさせ得る。
【実施例】
【００２８】
用いた材料：
５７０ＣＳＦにおける漂白化学熱機械的パルプ（ＢＣＴＭＰ）。
【００２９】
ミクロフィブリル化セルロース（ＭＦＣ）は、４％稠度の漂白広葉樹亜硫酸パルプを２Ｗｓ／ｍの縁荷重で、２８ＳＲまで精製することによって調製した。その後、パルプは、０．８５ＥＣＵ／ｇの活性を有するエンドグルカナーゼ（Ｅｎｎｄｏｇｌｕｃａｎａｓｅ）（Ｎｏｖｏｚｙｍ  ４７６）によって酵素的に処理した。酵素をパルプに投与し、その後、これをｐＨ７において、５０℃で２時間処理した。酵素的処理後、パルプを洗浄し、酵素を８０℃で３０分間失活させた。その後、パルプをもう１度９０〜９５ＳＲに精製し、次いで、精製パルプを、３％稠度のパルプを４００μｍのチャンバー、続いて１００μｍのチャンバーを通過させることによって、流動化させ（Ｍｉｃｒｏｆｌｕｉｄｉｚｅｒ、Ｍｉｃｒｏｆｕｉｄｉｃｓ  ｃｏｒｐ．）、ここで、用いたＭＦＣが形成された。
【００３０】
用いたデンプンは、カチオン化デンプン、Ｒａｉｓａｍｙｌ  ７００２１、Ｃｈｉｂａ（現ＢＡＳＦ）であった。
【００３１】
用いたＣ−ＰＡＭは、Ｐｅｒｃｏｌ  ２９２  ＮＳ、Ｃｈｉｂａ（現ＢＡＳＦ）であった。
【００３２】
用いたＢＭＡは、Ｅｋａ  ＮＰ４９５、Ｅｋａ  Ｃｈｅｍｉｃａｌｓであった。
【実施例１】
【００３３】
乾燥ＢＣＴＭＰを水に一晩浸し、次いで、熱水に分散させた。その後、このＢＣＴＭＰ懸濁液を０．３％の濃度に希釈した。
【００３４】
作製したＭＦＣも０．３％の濃度に希釈し、キッチンミキサーを用いて分散させた。
【００３５】
フォルメット（ｆｏｒｍｅｔｔｅ）シートフォーマーを用いて、試験用のシートを調製した。シートは、以下の手順に従って調製した：１５０ｇｓｍシートを作製するように測定したパルプ懸濁液を原料タンクに加えた。撹拌の間に、用いる場合にデンプン、及び用いる場合にＭＦＣを添加した。３０秒後、５００ｇ／ｔのＣ−ＰＡＭを、さらに３０秒後に、３００ｇ／ｔのＢＭＡを原料に添加し、その後、シート形成を開始した。
【００３６】
形成されたシートを湿式プレスして、収縮を抑えた状態で乾燥させた。乾燥シートを、ＳＣＡＮ  Ｐ  ８８：０１に従って構造密度、ＳＣＡＮ  Ｐ  ８０：８８に従ってｚ−強度及びＩＳＯ  １９２４−３に従って引張強度指数について試験した。
【００３７】
【表１】
2013513037.tif 000002
【００３８】
上の表１からわかるように、ＭＦＣ及びデンプンの組合せの添加により、強度（ｚ−強度及び引張指数の両方）が大きく増加することが明らかである。さらに、シートの緻密化は、ＭＦＣだけを添加した場合と比較して低下した。
【実施例２】
【００３９】
ＭＦＣ及びカチオン性デンプンのどちらも、予備混合又は原料に別個に添加した場合も試験を行った。
【００４０】
予備混合した場合、ＭＦＣ及びカチオン性デンプンは、原料に添加前に十分に混合した。別個に添加した場合、カチオン性デンプンを最初に添加し、原料と５分間十分に混合し、続いてＭＦＣを添加した。
【００４１】
２５ｋｇ／ｔの量のＭＦＣ及び２０ｋｇ／ｔの量のカチオン性デンプンを両方の試料（予備混合及び別個に添加した両方）に添加した。
【００４２】
ＭＦＣ及びカチオン性デンプンを原料に添加後、フォルメット（ｆｏｒｍｅｔｔｅ）シートフォーマーを実施例１に記載したのと同様に用いた。
【００４３】
基準として、ＭＦＣ及びカチオン性デンプンを有しない原料を用いた。
【００４４】
スコットボンド（Ｓｃｏｔｔ  Ｂｏｎｄ）は、ＴＡＰＰＩ  ＵＭ−４０３に従って測定した。
【００４５】
【表２】
2013513037.tif 000003
【００４６】
表２からわかるように、ｚ−強度及びスコットボンドの両方は、カチオン性デンプン及びＭＦＣを原料に別個に添加する場合に増加する。
【００４７】
本発明の上記詳細な説明を考慮して、他の修正及び変形は、当業者に明らかとなる。しかし、このような他の修正及び変形が、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく行われ得ることは明らかであるはずである。
【国際調査報告】
2013513037.tif 000004
2013513037.tif 000005