(57)【要約】【課題】填料内添紙の製造方法において、第１の課題は、填料の凝集技術の提供にあり、第２には、紙の不透明度を高レベルに維持しつつ、填料充填による紙力と剛度の低下が少ない填料内添紙の製造方法を提供することにある。【解決手段】填料懸濁液にアクリル系ラテックスを添加して予め凝集粒子を形成する。この凝集粒子をパルプ懸濁液に添加して抄紙することにより、紙の不透明度を高レベルに維持しつつ、填料充填による紙力と剛度の低下が少ない填料内添紙を製造できる。【特許請求の範囲】
【請求項１】
填料内添紙の製造方法であって、填料懸濁液にアクリル系ラテックスを添加して、填料を予め凝集させ、該凝集粒子をパルプ懸濁液に添加して抄紙することを特徴とする填料内添紙の製造方法。
【請求項２】
填料の充填量が１〜５０固形分重量％であることを特徴とする請求項１記載の填料内添紙の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アクリル系ラテックスを添加して填料を予め凝集させる方法に関し、また、該凝集粒子をパルプ懸濁液に添加して抄紙することにより、紙の不透明度を低下させることなく、填料充填による紙力及び剛度の低下が少ない填料内添紙の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、環境保護意識の高まりと紙の製造コスト削減の観点から、また、紙の低坪量化に伴う紙の不透明低下を抑制する観点から、填料を高配合することが進行しつつある。しかし、填料を高配合して製造される紙は、相対的にパルプ配合量が減少することと、填料がパルプ繊維間の水素結合を阻害するため、引張り強度や層間強度等の紙力の低下や紙の曲げこわさや腰といった剛度の低下を生じ品質上問題となる場合がある。一般に紙の紙力や剛度を向上するにはデンプンやポリアクリルアミド等の紙力増強剤を配合する場合が多い。しかし、填料高配合紙では通常以上の紙力増強剤の配合量が必要となり、不透明度や白色度に悪影響を与える可能性がある。さらには、紙力増強剤の増配はコストの点からも難しい。そこで填料高配合紙において有効な薬品の選択や手段が必要となっている。また、通常レベルの填料配合紙においても、不透明度を維持しながら紙力や剛度の低下が少ない填料の配合技術の開発が望まれている。
【０００３】
予め填料に薬品を加えて凝集させ、これをパルプ懸濁液に添加して抄紙することで、紙力や剛度の低下を抑えつつ紙中の填料を増加する方法が知られている。例えば、水溶性のビニルポリマーやガム、ポリアクリルアミド、硫酸アルミニウム、マンノガラクタン、アニオン性デンプン、カチオン性デンプンなどの高分子有機ポリマーを使用して、填料を予め凝集させ、これを砕木パルプや再生パルプなどの低等級パルプの懸濁液に添加する方法が示されている（特許文献１、特許文献２参照。）。また、炭酸カルシウムにカチオン化デンプン又はカチオン化グァーガムを使用して予め凝集させる方法が示されている（特許文献３参照。）。しかし、これらの方法では紙力と剛度は向上するものの光学特性、特に不透明度が大幅に低下する可能性があり、未だ満足し得る成果は得られていない。
【０００４】
また、抄紙の際にアクリルラテックスを使用する技術も知られている。例えば、パルプと填料から成る懸濁液に、アニオンラテックス単独あるいはアニオンラテックスと凝集剤とを併用して、紙中灰分３０〜９０重量％の無機紙を製造する方法が示されている（特許文献４参照。）。また、パルプと填料から成る懸濁液にイオン性ラテックスを添加し、填料充填率３０〜７０％の上級紙を製造する技術が示され、イオン性ラテックスとしてスチレン−ブタジエンラテックス、アクリルラテックス、ポリ酢酸ビニルラテックスの使用が示されている（特許文献５参照。）。しかし、これらの文献に記載のアクリルラテックスは、パルプと填料から成る懸濁液に添加されるものであり、填料懸濁液にアクリル系ラテックスを添加し、予め填料の凝集体を形成させ、これをパルプ懸濁液に添加する本願発明の技術とは異なるものである。
【０００５】
【特許文献１】
特開２０００−１２９５８９号公報
【特許文献２】
米国特許第４，７９９，９６４号明細書
【特許文献３】
特開平１０−６０７９４号公報
【特許文献４】
特開昭５７−２０５５９７号公報
【特許文献５】
特開昭５７−１２１６９９号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本願発明が解決しようとする課題は、填料内添紙の製造方法において、第１に填料の凝集技術の提供と、第２に、紙の不透明度を高レベルに維持しつつ、填料充填による紙力と剛度の低下が少ない填料内添紙の製造方法を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
填料懸濁液にアクリル系ラテックスを添加して予め凝集粒子を形成する。この凝集粒子をパルプ懸濁液に添加して抄紙することにより、紙の不透明度を高レベルに維持しつつ、填料充填による紙力と剛度の低下が少ない填料内添紙を製造できる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下に本発明を詳細に説明する。填料をそのままパルプ懸濁液に添加して抄紙すると、填料がパルプ繊維間に入り込み、繊維間水素結合を妨げるため、紙力と剛度が低下する。一方、填料をポリアクリルアミドやデンプン、グァーガム等の紙力増強剤や凝集剤を用いて凝集粒子を形成し、これをパルプ懸濁液に添加して抄紙すると、凝集粒子が大きいので繊維間水素結合を阻害する度合いが小さくなり、紙力と剛度が向上する。しかし、紙の白色度や不透明度といった光学特性は、填料自身の光学特性や填料の紙中分布の均一性に影響されるため、白色度や不透明度の光学特性が低下してしまうと考えられる。本発明では、アクリル系ラテックスを用いて凝集粒子を形成することを特徴とし、アクリル系ラテックス自身の不透明性あるいは凝集粒子の光学特性が向上するため、特に不透明度の低下がなく紙力と剛度を向上させることが可能である。
【０００９】
本発明の凝集粒子の調製方法について述べる。まず、填料に水を加えて撹拌し填料懸濁液を調製する。填料懸濁液は５〜６０固形分重量％の範囲が好ましく、５〜３０固形分重量％が更に好ましい。５固形分重量％未満では、填料とアクリル系ラテックスとの撹拌や混合のための設備が大きくなり好ましくないし、凝集粒子が沈降しやすくなるという問題もある。６０固形分重量％を超える場合は、撹拌や混合が困難となるので好ましくない。得られる填料凝集粒子の平均粒子径は、填料とアクリル系ラテックスの量比、両物質の混合度合に大きく影響される。撹拌下または流動下で、この填料懸濁液にアクリル系ラテックスを添加して混合し、凝集粒子を調製する。填料とアクリル系ラテックスとの撹拌や混合の装置としては、特殊な設備は必要なく、一般的な撹拌羽根付き混合槽やインラインミキサーなどの公用の装置を用いることができる。
【００１０】
本願発明の凝集粒子を調製するために添加するアクリル系ラテックスの量は、填料固形分重量に対して０．０１〜３０固形分重量％が望ましい。３０固形分重量％を超えると凝集粒子の粒径が大きくなり過ぎて不透明度が低下する。一方、０．０１固形分重量％未満の場合は凝集が不完全となり紙力及び剛度向上の効果が得られない。
【００１１】
填料懸濁液にアクリル系ラテックスを添加し、撹拌羽根付き混合槽やインラインミキサーなどを用いて混合して、調製される填料の平均粒子径は、（元の填料の平均粒子径の２倍）〜１００μｍの範囲のものが良く、（元の填料の平均粒子径の２倍）〜７５μｍが好ましく、（元の填料の平均粒子径の２倍）〜５０μｍが更に好ましい。凝集填料の平均粒子径が１００μｍを超えると、紙の不透明度が低下するし、凝集填料が紙中に散見されるようになる。撹拌羽根付き混合槽においては、羽根形状、羽根段数、羽根回転数などを変えることにより、凝集填料の平均粒子径を調整する。インラインミキサーにおいては、ミキサー直径、流速、エレメント段数などを変えることにより、凝集填料の平均粒子径を調整する。
【００１２】
本発明で用いるアクリル系ラテックスとは、アクリル系モノマー単独で製造されるラテックスや、これらと共重合し得る他のモノマーを加えて製造されるラテックスが含まれる。
【００１３】
アクリル系モノマーとしては、アクリル酸、メタクリル酸、メチルアクリレートやエチルアクリレート、ｎ−プロピルアクリレート等のアクリル酸エステル、２−ヒドロキシエチルアクリレートや２−ヒドロキシプロピルアクリレート等のヒドロキシ基含有アルキルアクリレート、メチルメタクリレートやエチルメタクリレート、ｎ−プロピルメタクリレート等のアルキルメタクリレート、２−ヒドロキシエチルメタクリレートや２−ヒドロキシプロピルメタクリレート等のヒドロキシ基含有アルキルメタクリレート、アクリルアミド、Ｎ−メチルアクリルアミドやＮ−メチロールアクリルアミド等の置換アクリルアミド、メタクリルアミド、Ｎ−メチルメタクリルアミドやＮ−メチロールメタクリルアミド等の置換メタクリルアミド、Ｎ，Ｎ−ジエチルアミノエチルアクリレート等のアニノ基置換アルキルアクリレート、Ｎ，Ｎ−ジエチルアミノエチルメタクリレート等のアニノ基置換アルキルメタクリレート、グリシジルメタクリレート等のエポキシ基含有メタクリレート、ナトリウム塩やカリウム塩、アンモニウム塩等のアクリル酸の塩、ナトリウム塩やカリウム塩、アンモニウム塩等のメタクリル酸の塩を挙げることができる。これらアクリル系モノマーを単独または２種類以上使用することができる。
【００１４】
アクリル系モノマーと共重合し得る他のモノマーとしては、スチレン及びその誘導体、イタコン酸やマレイン酸等の不飽和ジカルボン酸、イタコン酸メチルやマレイン酸ジメチル等の不飽和ジカルボン酸エステル、ナトリウム塩やカリウム塩、アンモニウム塩等の不飽和ジカルボン酸の塩、スチレンスルホン酸やビニルスルホン酸等のスルホン酸基含有モノマー、無水マレイン酸や無水イタコン酸等の酸無水物、ビニルイソシアネート、アリルイソシアネート、ビニルメチルエーテル、酢酸ビニルを挙げることができる。上記モノマーを単独または２種類以上使用することができる。
【００１５】
本願発明で凝集させる填料としては、炭酸カルシウムやシリカ、クレー、焼成クレー、タルク、ケイソウ土、カオリン、塩基性炭酸マグネシウム、硫酸バリウム、炭酸バリウム、水酸化アルミニウム、酸化亜鉛、シリカ、水酸化マグネシウム、酸化チタン、尿素ホルマリン樹脂、ポリスチレン樹脂、フェノール樹脂、その他の天然または合成の無機または有機填料を挙げることができる。上記填料を単独または２種類以上の混合物で凝集処理に供することができる。
【００１６】
抄紙機での通常の填料の添加場所で、本願発明の凝集填料をパルプ懸濁液へ添加する。ワイヤー上での填料歩留まりを高める目的で添加されている従来の例えば、ポリアクリルアミドなどの歩留まり向上剤を併用することができる。また、抄紙の際に添加している他の、例えば、サイズ剤、硫酸アルミニウム、カチオン化デンプン、染料などの薬品も使用できる。
【００１７】
本願発明のラテックスで填料を凝集させた粒子を充填できる紙には特に限定は無く、従来の填料を充填している紙であれば、本願発明の凝集粒子を使用できる。具体的には、例えば、上質印刷用紙、中質印刷用紙、新聞印刷用紙等の非塗工印刷用紙、アート紙、キャストコート紙、上質コート紙等の原紙、ＰＰＣ用紙、インクジェット記録用紙、レーザープリンター用紙、フォーム用紙、熱転写用紙、感熱記録用紙、感圧記録用紙等の記録用紙等に使用することができる。
【００１８】
本願発明のアクリル系ラテックスにより凝集させた填料の紙への充填率は、紙の種類により異なるが、１〜５０固形分重量％の範囲で使用できる。好ましくは１〜４０固形分重量％、更に好ましくは１〜３０固形分重量％である。
【００１９】
【実施例】
以下に実施例及び比較例を示し、本願発明をより具体的に説明するが、これらに限定されるものではない。なお、例中の％は全て重量％を示す。以下の実施例および比較例における平均粒子径や紙質の測定方法を次に示す。
（１）填料および凝集粒子の平均粒子径はマスターサイザー（ＭＡＬＶＥＲＮ　ＩＮＳＴＲＵＭＥＮＴＳ社製）を用いて測定した。
（２）密度：ＪＩＳ　Ｐ８１１８に準拠し、測定した。
（３）裂断長：ＪＩＳ　Ｐ８１１３に準拠し、測定した。
（４）純曲げこわさ：純曲げこわさ測定装置（スガ試験機社製）にて初期純曲げこわさを測定した。
（５）ハンター不透明度：ＪＩＳ　Ｐ８１３８に準拠し、測定した。
【００２０】
【実施例１】
固形分濃度１０％の炭酸カルシウムＴＰ−１２１（奥多摩工業社製、平均粒子径１．４μｍ）懸濁液を２枚羽付きスリーインワンモーターを用いて速度５００ｒｐｍで撹拌した。ここにアクリル系ラテックスＳＦＣ−５５（大日本インキ社製）を対ＴＰ−１２１で０．３％となる量を徐々に添加した。そのまま５分間撹拌し凝集粒子を得た。その平均粒子径は１８μｍであった。填料の充填率が紙重量当り３０％になるように、ＬＢＫＰ（濾水度ＣＳＦ４３５ｍｌ）懸濁液に、先に得られた凝集粒子を添加した。さらに硫酸バンドを紙重量当り０．３％添加した。このパルプと凝集粒子とから成る懸濁液を、抄紙後のシートの坪量が８０ｇ／ｍ２になるように計り取り、丸型ＴＡＰＰＩ抄紙機にて１５０メッシュワイヤー（面積２００ｃｍ２）で抄紙した。次に、４．１８ｋｇｆ／ｃｍ２で５分間さらに４．１８ｋｇｆ／ｃｍ２で２分間プレス機にてプレス脱水し、５０℃で１時間緊張乾燥して紙シートを作成した。得られた紙シートを２３℃、湿度５０％の条件で１日間調湿した。結果を表１に示した。
【００２１】
【実施例２】
固形分濃度１０％の炭酸カルシウムＴＰ−１２１懸濁液を２枚羽付きスリーインワンモーターを用いて速度５００ｒｐｍで撹拌した。ここにアクリル系ラテックスＳＦＣ−５５を対ＴＰ−１２１で３．０％となる量を徐々に添加した。そのまま５分間撹拌し凝集粒子を得た。その平均粒子径は３６μｍであった。その後、実施例１と同様に懸濁液を調製し抄紙して紙シートを作成した。結果を表１に示した。
【００２２】
【実施例３】
固形分濃度１０％の炭酸カルシウムＴＰ−１２１懸濁液を２枚羽付きスリーインワンモーターを用いて速度５００ｒｐｍで撹拌した。ここにアクリル系ラテックスＬＸ−８４２Ｅ（日本ゼオン社製）を対ＴＰ−１２１で０．３％となる量を徐々に添加した。そのまま５分間撹拌し凝集粒子を得た。その平均粒子径は８μｍであった。その後、実施例１と同様に懸濁液を調製し抄紙して紙シートを作成した。結果を表１に示した。
【００２３】
【実施例４】
固形分濃度１０％の炭酸カルシウムＴＰ−１２１懸濁液を２枚羽付きスリーインワンモーターを用いて速度５００ｒｐｍで撹拌した。ここにアクリル系ラテックスＬＸ−８４２Ｅを対ＴＰ−１２１で３．０％となる量を徐々に添加した。そのまま５分間撹拌し凝集粒子を得た。その平均粒子径は２０μｍであった。その後、実施例１と同様に懸濁液を調製し抄紙して紙シートを作成した。結果を表１に示した。
【００２４】
【比較例１】
ＬＢＫＰ（濾水度ＣＳＦ４３５ｍｌ）懸濁液に、炭酸カルシウムＴＰ−１２１を紙重量当り３０％になるように添加した。ここにアクリル系ラテックスＳＦＣ−５５を対ＴＰ−１２１で０．３％となる量を添加した。さらに硫酸バンドを紙重量当り０．３％添加した。このパルプ懸濁液を実施例１と同様に抄紙して紙シートを作成した。結果を表１に示した。
【００２５】
【比較例２】
ＬＢＫＰ（濾水度ＣＳＦ４３５ｍｌ）懸濁液に、炭酸カルシウムＴＰ−１２１を紙重量当り３０％になるように添加した。ここにアクリル系ラテックスＳＦＣ−５５を対ＴＰ−１２１で３．０％となる量を添加した。さらに硫酸バンドを紙重量当り０．３％添加した。このパルプ懸濁液を実施例１と同様に抄紙して紙シートを作成した。結果を表１に示した。
【００２６】
【比較例３】
ＬＢＫＰ（濾水度ＣＳＦ４３５ｍｌ）懸濁液に、炭酸カルシウムＴＰ−１２１を紙重量当り３０％になるように添加した。ここにアクリル系ラテックスＬＸ−８４２Ｅを対ＴＰ−１２１で０．３％となる量を添加した。さらに硫酸バンドを紙重量当り０．３％添加した。このパルプ懸濁液を実施例１と同様に抄紙して紙シートを作成した。結果を表１に示した。
【００２７】
【比較例４】
ＬＢＫＰ（濾水度ＣＳＦ４３５ｍｌ）懸濁液に、炭酸カルシウムＴＰ−１２１を紙重量当り３０％になるように添加した。ここにアクリル系ラテックスＬＸ−８４２Ｅを対ＴＰ−１２１で３．０％となる量を添加した。さらに硫酸バンドを紙重量当り０．３％添加した。このパルプ懸濁液を実施例１と同様に抄紙して紙シートを作成した。結果を表１に示した。
【００２８】
【比較例５】
固形分濃度１０％の炭酸カルシウムＴＰ−１２１懸濁液を２枚羽付きスリーインワンモーターを用いて速度５００ｒｐｍで撹拌した。ここにポリアクリルアミドであるポリストロン−１１７（荒川化学社製）を対ＴＰ−１２１で０．３％となる量を徐々に添加した。そのまま５分間撹拌し凝集粒子を得た。その平均粒子径は３９μｍであった。その後、実施例１と同様に懸濁液を調製し抄紙して紙シートを作成した。結果を表１に示した。
【００２９】
【表１】
2004100119.tif 000002
【００３０】
表１の結果から、填料をアクリル系ラテックスで凝集させた実施例１〜４記載の紙シートは、通常通り添加した比較例１〜４記載の紙シートと比べて、不透明度は変わらずに紙力と剛度が向上した。また、填料をポリアクリルアミドで凝集させた比較例５と比べて、不透明度が良好であった。
【００３１】
【発明の効果】
填料懸濁液にアクリル系ラテックスを添加して凝集粒子を形成し、これをパルプ懸濁液に添加して抄紙することにより、これまで紙力や剛度低下の問題から困難であった填料高配合紙の製造が可能となり、使用パルプ量を減らすことで環境対策及び紙の製造コスト削減という効果が得られる。また、通常レベルの填料配合紙においても、不透明度を維持しながら紙力や剛度の低下が少ない紙の製造が可能となる。