(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水に対する溶解度が２５℃で水溶液１００ｇあたり５０ｇ未満であるトリアセチレン、プロピレングリコールジアセテート、２−フェノキシエタノール、およびそれらの混合物からなる群から選ばれた軟化剤をパルプに適用する工程を含み、前記軟化剤を適用しない場合の同一仕様の木材パルプに比較して、パルプのＭｕｌｌｅｎ強度が少なくとも５％減少し、パルプのＫａｍａｓエネルギーが少なくとも５％減少し、木材パルプの液体吸収速度は５％をこえては減少しない、毛羽立てパルプの製造に有用な木材パルプの軟化方法。
【請求項２】
請求の範囲１記載の方法において、前記軟化剤の水に対する溶解度は、２５℃で水溶液１００ｇあたり１１５ｇを超えない、木材パルプの軟化方法。
【請求項３】
請求の範囲１記載の方法において、前記木材パルプはシートの形状をしており、さらに、
前記木材パルプシートを前記軟化剤を含有する溶液に浸漬する工程と；
前記木材パルプシートをプレスする工程と；
前記木材パルプシートを乾燥する工程とを含む、木材パルプの軟化方法。
【請求項４】
請求の範囲１記載の方法において、前記木材パルプはシートの形状をしており、さらに、
前記軟化剤を木材パルプシートに、スプレー、ロール、またはプリントして適用する工程を含む、木材パルプの軟化方法。
【請求項５】
請求の範囲１記載の方法において、軟化剤を前記木材パルプに適用する工程は、前記軟化剤を前記木材パルプのスラリーに添加することを含む、木材パルプの軟化方法。
【請求項６】
請求の範囲１記載の方法において、前記軟化剤はトリアセチレンであることを特徴とする木材パルプの軟化方法。
【請求項７】
請求の範囲４記載の方法において、前記軟化剤はトリアセチレンであることを特徴とする木材パルプの軟化方法。
【請求項８】
請求の範囲１記載の方法において、前記木材パルプに適用する前記軟化剤の量は３重量％を超えないことを特徴とする木材パルプの軟化方法。
【請求項９】
請求の範囲７記載の方法において、前記木材パルプに適用するトリアセチレンの量は約０．１重量％以上約３．０重量％以下であることを特徴とする木材パルプの軟化方法。
【請求項１０】
水に対する溶解度が２５℃で水溶液１００ｇあたり５０ｇを越えないトリアセチレン、プロピレングリコールジアセテート、２−フェノキシエタノール、およびそれらの混合物からなる群から選ばれた軟化剤５重量％以下を、木材パルプに適用する工程を含む方法によって製造されることを特徴とする毛羽立てパルプの製造に有用な処理木材パルプを含む組成物。
【請求項１１】
請求の範囲１０に記載された組成物において、前記軟化剤はトリアセチレンであることを特徴とする組成物。
【請求項１２】
水に対する溶解度が２５℃で水溶液１００ｇあたり５０ｇを越えないトリアセチレン、プロピレングリコールジアセテート、２−フェノキシエタノール、およびそれらの混合物からなる群から選ばれた軟化剤５重量％以下を、木材パルプシートに適用することを含む方法によって製造されることを特徴とする毛羽立てパルプの製造に結うような木材パルプシート。
【請求項１３】
請求の範囲１２記載の木材パルプシートにおいて、前記軟化剤はトリアセチレンを含むことを特徴とする木材パルプシート。
【発明の詳細な説明】
本出願は、１９９６年１０月１０日に出願して係属中の米国特許出願シリアル番号第０８／７３１，１４２号の一部継続である。
発明の背景
発明の分野
本発明は良好な吸収特性を有する軟化木材パルプおよびその製造方法に関する。関連技術の説明
柔軟性と吸収性のどちらも最大化したセルロース木材パルプを製造することは、多くの産業用途にとって望ましい。パルプ製品の柔軟性は、それを構成する木材パルプのほぐし（ｄｅｂｏｎｄ）の程度、すなわち木材パルプ内の水素結合のほぐしの程度に大きく影響される。柔らかいパルプおよびパルプ製品は一般的に水素結合が少ない。木材パルプの柔軟性は、Ｍｕｌｌｅｎ強度（キロパスカル（ｋＰａ）で測定されるパルプまたはパルプ製品の強度、詳細は下記）やＫａｍａｓエネルギー（１キログラムあたりのワット時（Ｗｈ／ｋｇ）で測定される所定量のパルプまたはパルプ製品を毛羽立て材料に転換するのに要するエネルギー、詳細は下記）などの特性で表現できる。Ｍｕｌｌｅｎ強度とＫａｍａｓエネルギーが低いほど、柔らかく結合の少ないパルプである。
産業利用されているパルプの多くは機械的手段によって毛羽立てパルプ（ｆｌｕｆｆ  ｐｕｌｐ）にされる。毛羽立てパルプは、本来、かさ高さ、柔軟性、高吸収性、弾力性といった特性を備えている。弾力性は、パルプ繊維の長さ、直径、堅さに左右されることが多い。長くて堅い繊維は短くて柔軟性のある繊維よりかさ高くて弾力性があるが、それは、圧縮に対して繊維間の距離が比較的大きいためである。パルプの吸収力は、毛羽立てまたはほぐしパルプの繊維間に形成される空隙によって大方が決まる。水分を保持するのはこの空隙であり、空隙面積が大きいほど吸収力は高くなる。
木材パルプを効率よく機械的に毛羽立たせるには、最小の力で所望の程度に結合が切れ、繊維の機械的損傷も少ないパルプが必要とされる。そのようなパルプは適当なかさ高さと適度の繊維間の結合を有していなければならない。堅いパルプシートは毛羽立てるためにより大きな力を要するので、繊維の損傷が大きくなる。過度に柔らかいパルプシートは多量のパルプ片が引き抜かれるので、うまく毛羽立たない。
木材パルプ製品、たとえば衛生用紙の製造に、陽イオン表面活性剤を使用すると手触りの柔らかい製品ができることが知られている。これは、直接軟化分子の潤滑性によって達成される。繊維間の結合が少なければ、大きなかさ高さと、これらの添加剤の可塑化作用が導き出される。陽イオン表面活性剤を毛羽立て・ほぐしパルプの製造に用いるのは、かさを増し、Ｍｕｌｌｅｎ強度を減少させ（したがって繊維間結合を減少させ）、繊維に柔軟性を付与するためである。これらの薬剤の潤滑作用により、多数の繊維間結合が妨げられ、機械作成のパルプシートのかさ高さが増加する。毛羽立ての際、これらの薬剤によってパルプシートのほぐし特性が改善されるため、必要な力は少なくて済み、繊維損傷も少なくなる。繊維損傷が少なければ、かさ高く弾力性のある毛羽立てパルプが製造できる。
毛羽立てまたはほぐしセルロースパルプの製造において、陽イオン表面活性剤は主にパルプシートの繊維間結合を減少させるのに用いられる。繊維間結合が減少すると、通常、Ｍｕｌｌｅｎ強度が著しく減少する。パルプを最終の毛羽立て製品に転換するには多大な量のエネルギーを要するので、ほぐしパルプを使用すれば転換のための総エネルギーコストが削減される。
製紙業界では、長年、パルプの軟化とほぐしに陽イオン表面活性剤（または使用が制限されている非イオン性ほぐし剤）を利用すると、木材パルプの吸収特性を犠牲にせざるを得ないとされてきた。陽イオン表面活性剤などの疎水性物質でパルプの結合をほぐせば、吸収特性が減少すると一般的に信じられている。ほぐしに標準的な陽イオン性第四アンモニウム化合物を使用した場合、吸収特性はかなり減少する（例、部分的に結合をほぐした米国南部産マツの漂白クラフトパルプは１８％の減少、完全に結合をほぐした米国南部産マツの漂白クラフトパルプは約２７％の減少）。
毛羽立てまたはほぐしパルプを製造するためにパルプの軟化に用いられる陽イオン性の化学物質は４種類ある。いずれも第四アンモニウム化合物で、１個の窒素イオンに４個の有機基が共有結合しているのが特徴である。１個の陰イオン、通常はハロゲン化物イオン（たとえば塩化物イオン）または硫酸イオンが陽イオンの第四窒素に会合している。そのような第四アンモニウム化合物の例は次の一般式を含む。
0004140064.tif 000002
0004140064.tif 000003
上記式中、Ｒは一般的にはＣ−１２からＣ−１８のアルキル基、またはＣ−９のアリール基が適切である。Ｘは一般的にはハロゲン化物イオンか硫酸イオンである。ｎの値の範囲は２−３０である。
上図に示した陽イオン表面活性剤の軟化およびほぐし剤は、液体、ペースト、粉末、水とアルコールの溶液、水のみの溶液として供給できる。しかしながら、第四アンモニウムのほぐしおよび軟化剤は、一般的には水の希釈エマルジョンとして適用される。高度に希釈されたエマルジョンを添加するのが、ほぐし剤を確実に均一に分布させるために好ましい。
ほぐし剤としての使用に要する表面活性剤の処理量の範囲は、通常パルプ１トンあたり３−１０ポンドである。軟化剤としての使用に要する処理量の範囲は、通常パルプ１トンあたり１−６ポンドである。
上図の化学構造式から当業者にはわかるとおり、木材パルプの柔軟性を改善し結合をほぐすのに使用できる第四アンモニウム化合物には多くの種類がある。それぞれに利点と欠点があるが、セルロース木材パルプの軟化またはほぐしにいずれの第四アンモニウム化合物を用いても、吸収力には一律に有害作用を及ぼす欠点がある。
製紙業界では非イオン性の薬剤も限られた量ではあるがパルプのほぐしに用いられる（例、Ｂｅｒｏｃｅｌｌ  ５８７、Ｅｋａ  Ｎｏｂｅｌ）。しかし、それらも吸収力には悪影響を及ぼす。これは長い疎水性の側鎖があるための影響と考えられている。
したがって、パルプの吸収特性を犠牲にせずに、かさ高さと柔軟性が改善され、繊維間結合の少ない毛羽立てパルプを製造するためのパルプ処理法を提供することが望ましい。
発明の目的
本発明の目的は、従来技術における上述の困難を克服するすることである。
本発明の別の目的は、木材パルプの吸収力を著しく低下させずに木材パルプの特性を改善するための方法と、同方法による改良木材パルプ製品を提供することである。
さらに本発明の目的は、木材パルプの軟化方法を提供することである。
またさらに本発明の目的は、かさ高さと柔軟性が改善され、および／または繊維間結合の少ない、しかも吸収力の低下しない木材パルプ製品を提供することである。
本発明の上述およびその他の目的と利点は以下の説明に記載されている。あるいは、以下の記載から明らかとなる。
発明の要約
本発明は、吸収力に重点の置かれる用途にふさわしい毛羽立てパルプを製造するのに有用な木材パルプの処理法に関する。また、本発明は、本発明の方法によって製造された改良特性を有するパルプ製品に関する。さらに詳しくは、本発明は、パルプを軟化するための軟化剤を用いて材料の吸収力に悪影響を及ぼすことなく木材パルプを処理する方法に関する。好ましくは、軟化剤は、アルキルエーテル類またはアリールエーテル類（たとえばメチルエーテル類）、および低分子量グリコール類のギ酸、酢酸、プロピオン酸エステル類（たとえば酢酸エステル類）、たとえば、トリアセチン、プロピレングリコールジアセテート、２−フェノキシエタノールから選ばれる。得られたパルプは、前記物質で処理していないパルプよりも明らかに柔軟性が高い。木材パルプは、軟化剤を含む十分な量の物質を前記木材パルプに適用することによって処理される。
本発明を工業的に実施する場合、発明の軟化剤は、保持タンクで調製するかインラインの静止ミキサで連続的に調製した水溶液の中で木材パルプに適用するか、発明の軟化剤を乾燥パルプシートにスプレーして適用する。吸水パルプシートの製造では、これらの軟化剤はマシンチェスト、ファンポンプ、ヘッドボックスで繊維スラリーに添加される。また、これらの軟化剤はウェットパルプシートにスプレー法によって適用することもできる。または“ディップ・アンド・ニップ”法、すなわち水分を除去してあるが完全には乾燥していないパルプシートを軟化剤を含む溶液に浸漬し、次いでプレスする方法で適用することもできる。さらに、優れた結果が得られるのは、発明の軟化剤を水分含有量が１５重量％以下のパルプシートを含むパルプシートの片面または両面にスプレー、ロール、プリントしたときであることもわかった。水分含有量が１５％以下のパルプシートをここでは乾燥パルプシートと呼ぶ。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明による処理法の用量−Ｋａｍａｓエネルギーの関係を表したグラフで、トリアセチン０．００−２．５０％を未処理の米国南部産マツのクラフト木材パルプに適用した場合を示す。
図２は、本発明による処理法の用量−Ｍｕｌｌｅｎ強度の関係を表したグラフで、トリアセチン０．００−２．５０％を未処理の米国南部産マツのクラフト木材パルプに適用した場合を示す。コントロールパルプのＫａｍａｓエネルギーは７２．２である。
図３は、本発明による処理法の用量−Ｍｕｌｌｅｎ強度の関係を表したグラフで、トリアセチン０．００−１．２０重量％を未処理の米国南部産マツのクラフト木材パルプに適用した場合を示す。コントロールパルプのＫａｍａｓエネルギーは５５．６である。
発明の実施の形態
定義
以下の定義は、本発明の本質の理解の一助となるように用意した。
ここで言う“木材パルプ”とは、これに限られないがサルファイト、クラフト、サーモメカニカル法によるパルプ化工程を含むパルプ化工程に従って製造された木材から得られたセルロース材料で、リグニンおよびその他のセルロースパルプの不純物の全部または一部が、これに限られないが酸化法または他の漂白法を含む方法によって除去され、セルロース材料に当然存在するセルロースの水酸基が化学的に置換または誘導されていないものを言う。セルロースエーテルおよび酢酸セルロースの最終誘導体製品は木材パルプとみなさない。
“軟化パルプ”とは、パルプを好ましくは繊維間の結合を減少させることによって軟化するために添加したある化学薬剤（軟化剤）を含有する繊維性の最終木材パルプ（たとえば毛羽立てパルプ）を言う（軟化剤の添加によって柔らかいパルプシートが得られる）。化学薬剤（軟化剤）は、シート形成中に毛羽立てパルプに添加される市販の製品で、これによりパルプシートは柔らかく、また、毛羽立ちやすく、あるいは繊維がほぐしやすくなる。パルプ繊維の結合力は、Ｍｕｌｌｅｎ強度、または所定のパルプシートのほぐしまたは毛羽立てに費やす力（またはエネルギー）を測定することによって間接的に測定される。
“Ｍｕｌｌｅｎ強度”とは、ある実験条件下で材料を破裂させるのに要する静水圧のことで、通常キロパスカルで測定される。実施例にあるいくつかの製品のＭｕｌｌｅｎ強度は、ＴＡＰＰＩ  Ｔ８０７に基づいた方法で測定した。パルプシートの破裂に要する静水圧は、ＴＭＩ  Ｍｏｎｉｔｏｒ  Ｂｕｒｓｔ  １０００を用いて測定した。Ｍｕｌｌｅｎ強度は破裂時のｋＰａで記録される。
“Ｋａｍａｓエネルギー”とは、所定量のパルプまたはパルプ製品を毛羽立て材料に転換するのに要するエネルギーのことで、１キログラムあたりワット時（Ｗｈ／ｋｇ）で測定される。Ｋａｍａｓ  Ｌａｂのハンマーミル  Ｍｏｄｅｌ  Ｈ−０１−Ｃを用いて実施例のいくつかの製品をほぐした。５ｃｍ幅のパルプシートの帯を、４２００ｒｐｍのモータースピード、５０％のフィーダスピード、８ｍｍのスクリーンを用いたハンマーミルに供給した。パルプシートをほぐすのに要するエネルギーを記録し、それを毛羽立てのＷｈ／ｋｇで報告している。
“吸収力”とは、パルプの液体を捕らえ保持する能力のことである。ここで言う吸収力の増減は、ここに記載のＳＣＡＮ／ＰＦＩ方法論を用いた、パルプサンプルが液体を吸収するのに要する時間の変化を意味する。
本発明は、木材パルプを軟化剤と接触させることによって、木材パルプの吸収力を著しく減少させずに木材パルプの特性を改良する方法に関する。好ましくは、軟化剤は、アルキルエーテル類、アリールエーテル類、低分子量グリコール類のギ酸、酢酸、プロピオン酸エステル類、たとえばトリアセチン、プロピレングリコールジアセテート、２−フェノキシエタノールなど、水に対する溶解度が低から中等度の物質からなる群から選ばれる。
これらの軟化剤は、もっとも代表的なものはトリアセチン（グリセロールトリアセテート）であるが、これまで、酢酸セルロースフィルタートウの濡れ強さを改良するための“可塑剤”として主に用いられている。（トリアセチンを酢酸セルロースフィルタートウ繊維に適用すると、繊維の圧縮と同時に、得られるフィルターに粘着性を付与する。）トリアセチンが吸水製品に用いる物質として魅力的な理由は、食品用としても医薬品用としても認可されているからである。酢酸フィルタートウの硬化用としての使用のほか、トリアセチンは、腸溶性カプセル製剤、香料固定剤、局所用抗真菌薬としても用いられる。皮膚接触または皮膚吸収によるトリアセチン暴露の影響は確認されていない。このため、トリアセチンの使用は本発明の特に好ましい実施の態様である。
木材パルプ、たとえば漂白した米国南部産マツのクラフトパルプをトリアセチンで処理すると、Ｍｕｌｌｅｎ強度とＫａｍａｓエネルギーを１５−５０％減少させることがわかった。さらに重要なことは、木材パルプをトリアセチンで処理しても吸収特性にほとんど悪影響がないことである。このことは、前述のとおり、これまで木材パルプの軟化および／またはほぐしに使用されていた第四アンモニウム化合物は、吸収特性に負の作用を及ぼしていたことを考えると、独自の新規発見である。さらに、トリアセチンはタバコフィルター用の酢酸セルローストウの硬化剤として使用されていたので、この軟化作用は全く意外なことであった。
さらに、木材パルプを、水に対する溶解度が低ないし中等度、たとえば２５℃で溶液１００ｇあたり５０ｇを越えない溶解度のアルキルまたはアリールエーテル類および低分子量グリコール類のギ酸、酢酸、プロピオン酸エステル類で処理すると、水に対する溶解度の高い同類の化合物と比べて木材パルプの軟化に最も効果的であることがわかった。軟化剤を木材パルプに適用する場合の適用形態は溶液だけでなく、純物質、エマルジョン、懸濁液、分散液としても適用できることに注意すべきである。
本発明の別の態様では、アルキルエーテル類、アリールエーテル類、低分子量グリコール類のギ酸、酢酸、プロピオン酸エステル類、およびそれらの混合物からなる群から選ばれる軟化剤は、軟化剤が木材パルプの吸収力に及ぼす影響がもしあるとしてもそれを考慮せずに、木材パルプを軟化するために木材パルプに添加してよい。
さらに本発明の別の態様では、トリアセチン、プロピレングリコールジアセテート、２−フェノキシエタノール、およびそれらの混合物は、これらの軟化剤が木材パルプの吸収力に及ぼす影響がもしあるとしてもそれを考慮せずに、木材パルプを軟化するために木材パルプに添加してよい。
上で特定した化合物類が木材パルプの軟化に使用できることを示唆する従来技術はない。さらに、トリアセチンが吸収特性に悪影響を及ぼさずに軟化（すなわちＭｕｌｌｅｎ強度の減少）を達成できるという発見は、従来のトリアセチンに関する工業的慣行や知識に相反するものである。
本発明でベストの働きをする物質は水に対する溶解度に限度のある物質であるので、水に対する溶解度が２５℃で溶液１００ｇあたり５０ｇ未満、さらに好ましくは１００ｇあたり１５ｇ未満、さらに好ましくは溶液１００ｇあたり９ｇ未満の物質で木材パルプを処理するのが本発明の好ましい実施の態様である。
様々な種類の木材パルプ（シート状）を試験して、本発明の軟化剤がＭｕｌｌｅｎ強度、Ｋａｍａｓエネルギー、吸収時間、液体保水量などの特性に及ぼす影響を測定した。その結果、トリアセチン、プロピレングリコールジアセテート、２−フェノキシエタノールのいずれも、ＫａｍａｓエネルギーとＭｕｌｌｅｎ強度を減少させたが、吸収時間と液体保水特性には無視できる程度の影響しか及ぼさなかった。
以下の実施例とそれに含まれるデータから見ると、本発明は、パルプのＫａｍａｓエネルギーが好ましくは５Ｗｈ／ｋｇ、さらに好ましくは１５Ｗｈ／ｋｇ、最も好ましくは２５Ｗｈ／ｋｇ以上減少した軟化パルプを提供する。
さらに、本発明は、パルプのＫａｍａｓエネルギーが好ましくは５％、さらに好ましくは１０％、さらに好ましくは２０％、さらに好ましくは３０％、最も好ましくは４０％減少した軟化パルプを提供する。
同様に、本発明は、Ｍｕｌｌｅｎ強度が１００ｋＰａ、さらに好ましくは２００ｋＰａ、最も好ましくは４００ｋＰａ以上減少した軟化パルプを提供する。
さらに、本発明は、パルプのＭｕｌｌｅｎ強度が好ましくは５％、さらに好ましくは１０％、さらに好ましくは２０％、さらに好ましくは３０％、さらに好ましくは４０％、最も好ましくは５０％減少した軟化パルプを提供する。
さらに、本発明の軟化パルプの吸収時間は、わずか０．５０秒、さらに好ましくはわずか０．２５秒しか増加せず、最も好ましくは全く増加しない。
その上、本発明の軟化パルプの液体保水量は、パルプ１ｇあたりの保水グラム数（ｇ／ｇ）で測定して、好ましくはわずか０．５０ｇ／ｇ、さらに好ましくはわずか０．２５ｇ／ｇしか減少せず、最も好ましくは全く減少しない。
特定の動作理論に限られることなく、疎水性という固有の性質のために、本発明の物質の溶解度は低から中等度にしかならず、またそのために、これらの物質が繊維内および繊維間の水素結合を妨害する能力を持つようになると考えられている。さらに、溶解度が低から中等度の物質が水素結合をより多く妨害する機序は次のように考えられている。つまり、実用上の理由から木材パルプは完全に（１００％）乾燥させないので、高溶解度の物質はパルプが十分に乾燥しているときでも大部分は溶液中に残る。低から中等度の溶解度の物質は溶液中に残らないので、より直接的に水素結合に影響を及ぼすことができる。
好ましい一実施態様によれば、軟化剤はトリアセチンを含む。以下の実施例のデータからわかるとおり、木材パルプの軟化とほぐしにトリアセチンは最も効果的であるようである。トリアセチンの溶解度は、溶液１００ｇあたり７ｇ−７．８ｇである（２−７５℃）。その他の効果的な物質には、室温における溶解度が溶液１００ｇあたり約８ｇのプロピレングリコールジアセテート、室温における溶解度が溶液１００ｇあたり約３ｇの２−フェノキシエタノールが含まれる。これに対し、トリエチレングリコールジアセテート（ＴＥＧＤＡ）は、（トリアセチン同様）酢酸セルロースフィルタートウの硬化剤であるが、（トリアセチンおよびここに開示されているその他の軟化剤とは異なって）完全に水溶性であるので、パルプの軟化やほぐしには効果がない（以下の実施例３参照）。
トリアセチンは、現在業界で使用されている従来の陽イオン性軟化剤や非イオン性軟化剤のように長い疎水性の側鎖を持たない。特定の実施理論に限られることなく、これが吸収に対する負の影響が緩和される要因であると考えられる。
別の実施の態様によれば、軟化剤は、水に対する溶解度が低から中等度のアルキルまたはアリールエーテル類（たとえばメチルエーテル類）、低分子量グリコール類のギ酸、酢酸、プロピオン酸エステル類（たとえば酢酸エステル類）、たとえばプロピレングリコールジアセテートおよび２−フェノキシエタノールを含む。これらもクラフト木材パルプの軟化に効果がある。
上述の軟化剤を木材パルプに適用する方法はいくつかある。本発明の一実施態様では、木材パルプを軟化する方法は、木材パルプを軟化物質を含む溶液に浸漬して軟化剤を適用する工程と、木材パルプをプレスする工程と、木材パルプを乾燥する工程とを含む。別の実施の態様では、木材パルプを軟化する方法は、軟化剤を木材パルプスラリーに添加する工程を含む。本発明の他の実施の態様では、軟化剤を、木材パルプシート上にスプレー、ロール、プリントすることによってウェットまたは乾燥木材パルプに適用する。グラビア式のプリントは、軟化剤をパルプシートに適用する方法として好ましい。
本発明の軟化剤をパルプシートにスプレー、ロール、プリントによって適用すると、処理パルプを毛羽立て状態に転換するのに要するＫａｍａｓエネルギーが顕著に削減され、パルプの吸収力はほとんどないし全く減少しないことがわかった。優れた結果が得られるのは、軟化剤をパルプシートの片面または両面に適用した場合である。本発明の軟化剤をパルプシートの片面または両面にスプレー、ロール、プリントした場合、Ｍｕｌｌｅｎ値も著しく減少する。
本発明は、ここに開示されている軟化剤を木材パルプに適用して製造した組成物にも関する。本発明の一態様は、処理された木材パルプを含む組成物を提供する。前記木材パルプは、いずれも水に対する溶解度が溶液１００ｇあたり５０ｇを越えないアルキルエーテル類、アリールエーテル類、低分子量グリコール類のギ酸、酢酸、プロピオン酸エステル類からなる群から選ばれた物質を木材パルプに十分な量適用して処理される。
本発明の別の好ましい実施の態様は、したがって、トリアセチン、プロピレングリコールジアセテート、２−フェノキシエタノールからなる群から選ばれた物質を木材パルプに十分な量適用して処理された木材パルプを含む組成物を提供する。
本発明の製品または方法を説明する個々の特徴、または個々の特徴群は、それ自体も本発明による独自の解決方法を構成しうるし、また１つ以上の上記特徴はどのようにでも結合することが可能である。
実施例
以下の実施例１−１０には、本明細書中に開示された軟化剤でパルプを処理することにより驚異的かつ有益な結果が得られたことが示されている（実施例３は比較例）。すなわち、Ｍｕｌｌｅｎ強度および／またはＫａｍａｓエネルギーは劇的に減少するが、パルプ業界で現在軟化剤として使用されている従来の陽イオン性または非イオン性の表面活性剤に付随する吸収時間および液体保水量の著しい減少はない。
試験手順と定義
以下に記載の試験では業界で採用されている標準の試験手順が用いられている。もし、標準の試験手順から逸脱することがあれば、それについては明記した。
本発明と本開示内容によって得られ、説明された製品を評価するために、いくつかの試験を用いて、ここに開示された軟化剤処理によって得られた繊維性木材パルプ最終製品の性能の望ましい改良の特徴を明らかにし、またパルプ製品のいくつかの分析的性質を調べた。これらの試験と定義の概要は次のとおりである。
“Ｒａｙｆｌｏｃ−Ｊ−ＬＤ”は、Ｒａｙｏｎｉｅｒ  Ｉｎｃ．社が高吸収性を要求される用途用に販売している未処理の米国南部産マツのクラフトパルプである。
“Ｒａｙｆｌｏｃ−Ｊ−ＬＤ−Ｅ”は、Ｒａｙｏｎｉｅｒ  Ｉｎｃ．社が高吸収性を要求される用途用に販売している未処理の米国南部産マツのクラフトパルプである。Ｒａｙｆｌｏｃ−Ｊ−ＬＤとの違いは、Ｒａｙｆｌｏｃ−Ｊ−ＬＤ−Ｅは特に塩素単体を使用せずに処理されていることだけである。
“Ｒａｙｆｌｏｃ−Ｊ”と“Ｒａｙｆｌｏｃ−Ｊ−Ｅ”は、“Ｒａｙｆｌｏｃ−Ｊ−ＬＤ”と“Ｒａｙｆｌｏｃ−Ｊ−ＬＤ−Ｅ”のわずかな変形版である。
毛羽立てパルプの特性の“ＳＣＡＮ試験”は、実施例に示されたいくつかの製品について実施した。試験はＳＣＡＮ／ＰＦＩ方法論（ＳＣＡＮ−Ｃ３３：８０）と試験装置を用いて、均一な毛羽立てサンプルを作り、その弾力性、液体保水量、吸収速度を測定して行った。毛羽立てサンプルは、試験に先立ち、最低２時間標準条件下（２３＋／−１℃、相対湿度５０％＋／−２％）で条件を整え、試験中も調節された雰囲気下に置かれる。
一般的には専用の装置を用いて円柱形の毛羽立てサンプル（３．００＋／−０．０５ｇ、直径５ｃｍ）を調製する。２６０ｇ／１．３ｋＰａを負荷して円柱の高さを測定し、これを弾力性として記録する。サンプルをウォーターバスに接するようにして置き、水が垂直に移動して円柱の頂点に達するのに要した時間を吸収時間として記録する。サンプル１ｇあたりの液体保水量または吸収力は、飽和した毛羽立てサンプルの重量を測定して算出する。
“パッドの完全度（Ｐａｄ  Ｉｎｔｅｇｒｉｔｙ）”試験は、実施例に示されたいくつかの製品について実施した。パッドの完全度は、毛羽立てパルプの繊維ネットワーク力を測定したもので、乾燥形態の吸水製品において毛羽立てがパッドの完全度をいかによく維持するかを示す。この方法は、１９８１年のＰＦＩ法、“乾燥毛羽立てパルプにおけるネットワーク力の測定法（Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ  ｏｆ  Ｎｅｔｗｏｒｋ  Ｓｔｒｅｎｇｔｈ  ｉｎ  Ｄｒｙ，Ｆｌｕｆｆｅｄ  Ｐｕｌｐｓ）”に基づく。試験中、１．０＋／−０．０５ｇで直径５０ｍｍの円柱形試験パッドをパッド成形機で調製する。試験パッドは破裂チェンバに入れ、応力−ひずみ装置に据え付ける。破壊体が垂直方向に試験パッドに力を加える。試験パッドの繊維ネットワークを破壊するのに要した力をパッドの完全度として記録する。
いくつかの実験は、トリアセチンが前述の木材パルプのほぐしと吸収特性に及ぼす影響を示すために実施した。
以下の実施例は、本発明の範囲内の方法によって得られた方法および製品のいくつかを例示したものである。これらの実施例は本発明に何らかの制限を加えるものではないということは言うまでもない。本発明の範囲内で多様な変形が可能である。
実施例１
Ｒａｙｆｌｏｃ−Ｊ−ＬＤ−Ｅパルプシートの形状の高吸収性の米国南部産マツのクラフトパルプを様々な量のトリアセチンで処理した。トリアセチンの量は、Ｏ．Ｄ．（オーブン乾燥）パルプの０．６６−２．５４重量％の範囲である。サンプルは、乾燥した機械製パルプシートをトリアセチン水溶液に浸漬し、次いで約４７％の乾燥度になるまでシートを機械的にプレスして調製した。プレス後ウェットパルプシートに残存しているトリアセチンの量は、ウェットシートの増加した重量から容易に算出された。ウェットパルプシートは約３０分間高温のＥｍｅｒｓｏｎドライヤに入れてほぼ乾燥させた（−９５％Ｏ．Ｄ．）。説明のために、重さ５９．７ｇＯ．Ｄ．シートを２．４％のトリアセチン水溶液に入れた。プレス後、乾燥前の同シートは１２３ｇであった。これは、Ｏ．Ｄ．ベースでトリアセチン用量２．５４％に相当する。このパルプについての評価結果は以下の表Ｉと、図１、２に示されている。
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乾燥パルプを基準にして０．６−２．５％のトリアセチンで処理したところ、ＫａｍａｓエネルギーとＭｕｌｌｅｎ強度は約３０から５０％減少したが、吸収力には負の影響はなかった。パッドの完全度を含むＳＣＡＮ吸収特性は、コントロールのパルプと同じであった。熱経時吸収時間は処理パルプで実際改善された。
明らかに、トリアセチンはパルプの柔軟性を増し、パルプのほぐしを容易にする顕著な能力を有する。これは、トリアセチンによってＭｕｌｌｅｎ強度が減少することで示される。本発明の組成物で処理する前の木材パルプが比較的堅い場合、このＭｕｌｌｅｎ強度減少効果に伴って、吸水製品用の毛羽立てパルプを製造する際のＫａｍａｓエネルギーも著しく減少する。
実施例２
Ｒａｙｆｌｏｃ−Ｊ−ＬＤパルプシートの形状の米国南部産マツのクラフトパルプを実施例１と同様の方法で０．３−１．２％のトリアセチンで処理した。このサンプルに対するＫａｍａｓエネルギー、Ｍｕｌｌｅｎ強度を含む毛羽立てパルプの吸収性試験の結果を以下の表IIおよび図３に示す。
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この例では、コントロールパルプ自体のＫａｍａｓエネルギーが実施例１のコントロール（７２．２）と比べて小さい（５５．６）。このため、Ｋａｍａｓエネルギーの減少は実施例１ほど顕著ではないが、それでも１．１６％の用量では明らかに識別できる。しかしながら、Ｍｕｌｌｅｎ強度の減少は全用量にわたって明らかで、以前観察された傾向と一致する。たとえば、０．３％の用量ではＭｕｌｌｅｎ強度の減少は約１７％であった。
０．３−１．２％の範囲で、Ｍｕｌｌｅｎ強度は約１７−３３％減少した。毛羽立てパルプの吸収特性に対しては、同じパルプを同等に柔軟になるまで陽イオン表面活性剤で処理した場合にみられるような悪影響はなかった。
実施例３
Ｒａｙｆｌｏｃ−Ｊ−ＬＤシートの形状の吸収性米国南部産マツのクラフトパルプを上述の実施例１に記載した方法を用いてＴＥＧＤＡ（トリエチレングリコールジアセテート）で処理し、ＴＥＧＤＡ用量が０．６−２．６％のパルプシートを得た。このシートについて、Ｍｕｌｌｅｎ強度、Ｋａｍａｓエネルギー、吸収時間、保水量を測定した。結果を表IIIに示す。
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上の表に示された結果から、Ｍｕｌｌｅｎ強度には何の影響もないことがわかる。ＴＥＧＤＡで処理した結果、Ｍｕｌｌｅｎ強度は著しく減少しなかった。この物質はトリアセチンよりも効果が劣る。効果がみられないのは、以前仮定したとおり、トリアセチンや本発明で効果的に使用されるその他の物質と比べて、ＴＥＧＤＡに疎水性がないことと関係があるようである。
実施例４
水に対する溶解度が低から中等度のトリアセチン、その他のアルキルおよびアリールエーテル類、低分子量グリコール類のエステル類を、米国南部産マツのクラフト木材パルプのスラリーに、シート成形機のマシンチェスト、ファンポンプ、またはヘッドボックスの位置で添加する。パルプシートは標準法によって処理パルプから形成され、これらのシートの物理的性質は、前述の公認工業法を用いて、Ｍｕｌｌｅｎ強度、Ｋａｍａｓエネルギー、吸収時間および保水量について調べる。処理パルプのＭｕｌｌｅｎ強度とＫａｍａｓエネルギーは、軟化剤の濃度範囲が０．１から１０．０重量％で減少したが、吸収時間と保水量は顕著な減少もなく維持されていることがわかった。
実施例５
水に対する溶解度が低から中等度のトリアセチン、その他のアルキルおよびアリールエーテル類、低分子量グリコール類のエステル類を、吸収性の米国南部産マツのクラフト木材パルプの、水分は除去したが未乾燥シートの上にスプレーする。パルプシートは、軟化剤で処理した後、乾燥させた。パルプシートの物理的性質は、前述の公認法を用いて、Ｍｕｌｌｅｎ強度、Ｋａｍａｓエネルギー、吸収時間および保水量について調べる。Ｍｕｌｌｅｎ強度とＫａｍａｓエネルギーは、軟化剤の濃度範囲が０．１から１０．０重量％で減少したが、吸収時間と保水量は顕著な減少もなく維持されていることがわかった。
実施例６
吸収性の米国南部産マツのクラフト木材パルプの、水分は除去したが未乾燥のシートを、水に対する溶解度が低から中等度のトリアセチン、その他のアルキルおよびアリールエーテル類、低分子量グリコール類のエステル類の様々な濃度の水溶液に浸漬し、次いでプレスし、次にオーブン乾燥する。処理シートの物理的性質は、Ｍｕｌｌｅｎ強度、Ｋａｍａｓエネルギー、吸収時間および保水量について前述のように調べる。Ｍｕｌｌｅｎ強度とＫａｍａｓエネルギーは、軟化剤の濃度範囲が０．１から１０．０重量％で減少したが、吸収時間と保水量は顕著な減少もなく維持されていることがわかった。
実施例７
Ｒａｙｆｌｏｃ−Ｊシートの形状の米国南部産マツのクラフトパルプに、プロピレングリコールジアセテートとトリアセチンを別々に適用した。パルプシートをプロピレングリコールジアセテートまたはトリアセチンの水溶液に浸漬し、次いでペーパータオルで余分な水分を吸い取った。次にシートの重量を測定し、フード内に掛けて空気乾燥した。
さらに詳しくは、前記パルプシートは、フレキシブルのワイヤメッシュスクリーンに載せて、１．１重量％のプロピレングリコールジアセテートまたは１．１重量％のトリアセチンを含有する水溶液に４５秒間浸漬した。ペーパータオルをシートの上下から当てて余分な水分を吸い取った後、ウェットシートの重量を得た。サンプルはフード内に掛けて空気乾燥した。コントロール群は未処理のＲａｙｆｌｏｃ−Ｊパルプシートであった。
プロピレングリコールジアセテートまたはトリアセチンで処理されたＲａｙｆｌｏｃ−Ｊパルプシートは、プロピレングリコールジアセテートまたはトリアセチンで処理していないコントロールのシートよりも手触りが柔らかく、かさ高かった。
詳細は以下の表IVにあるとおり、プロピレングリコールジアセテートまたはトリアセチンで処理された木材パルプの吸収力に統計的に有意な負の影響はみられなかった。
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ＰＧＤＡｃ処理により、Ｋａｍａｓエネルギーは４９．７Ｗｈ／ｋｇ（コントロール）から４３．５Ｗｈ／ｋｇに減少した（１２％の減少）。Ｍｕｌｌｅｎ強度も１０５１ｋＰａから９９１ｋＰａに減少した（６％の減少）。すべての例で、これらの木材パルプシートはより柔軟に、より厚くなった。吸収時間の改善は実際のところパルプシートをプロピレングリコールジアセテートまたはトリアセチンで処理したためのようであった（コントロールが１５．０秒であるのに対し、トリアセチン処理では１０．９秒、ＰＧＤＡｃ処理ではすべて１１．０秒）。
実施例８
Ｒａｙｆｌｏｃ−Ｊ−Ｅシートの形状の米国南部産マツのクラフトパルプに、２−フェノキシエタノールとトリアセチンを別々に適用した。パルプシートを２−フェノキシエタノールまたはトリアセチンの水溶液に浸漬し、次いでペーパータオルで余分な水分を吸い取った。次にシートの重量を測定し、フード内に掛けて空気乾燥した。
さらに詳しくは、前記パルプシートは、フレキシブルのワイヤメッシュスクリーンに載せて、１．１重量％の２−フェノキシエタノールまたは１．０重量％のトリアセチンを含有する水溶液に４５秒間浸漬した。ペーパータオルをシートの上下から当てて余分な水分を吸い取った後、ウェットシートの重量を得た。サンプルはフード内に掛けて空気乾燥した。コントロール群は未処理のＲａｙｆｌｏｃ−Ｊ−Ｅパルプシートであった。
プロピレングリコールジアセテートまたはトリアセチンで処理されたＲａｙｆｌｏｃ−Ｊ−Ｅパルプシートは、２−フェノキシエタノールまたはトリアセチンで処理していないコントロールのシートよりも手触りが柔らかく、かさ高かった。
詳細は以下の表Vにあるとおり、２−フェノキシエタノールまたはトリアセチンで処理された木材パルプの吸収力に統計的に有意な負の影響はみられなかった。
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２−ＰＥＴＯＨ処理により、Ｋａｍａｓエネルギーは５２．２Ｗｈ／ｋｇから４１．８Ｗｈ／ｋｇに減少した（２０％の減少）。Ｍｕｌｌｅｎ強度は１０２９ｋＰａから９８８ｋＰａにわずかに減少した。すべての例で、これらの木材パルプはより柔軟に、より厚くなり、吸収力にはパルプシートの２−フェノキシエタノールまたはトリアセチン処理による負の影響はみられなかった。
実施例９
乾燥Ｒａｙｆｌｏｃ−Ｊパルプシート（“そのまま”で〜６２．１ｇ、またはオーブン乾燥重量で〜５８．４ｇ）に、〜０．３５ｇのトリアセチンをシートの両面に均一にスプレーした。次に、トリアセチン処理したシートと未処理のコントロールのＲａｙｆｌｏｃ−ＪシートのＫａｍａｓエネルギーとＭｕｌｌｅｎ強度を得た。次に、コントロールと処理を施した毛羽立てパルプの吸収特性を測定した。これらの測定結果を以下の表VIに示す。
トリアセチンをシートの両面にスプレーした乾燥パルプシートのＫａｍａｓエネルギーは約３３％減少した。これは、トリアセチン処理した乾燥パルプの繊維のほぐしがかなり容易になることを示している。Ｍｕｌｌｅｎ強度の減少は約２３％であった。
処理した乾燥パルプシートの吸収速度は、コントロールと比較して、熱老化の前後で減少がみられなかった。事実、コントロールの性能と比較すると吸収速度の改善は達成された。すなわち、吸収時間は処理パルプシートの方が速かった。
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実施例１０
乾燥Ｒａｙｆｌｏｃ−Ｊパルプシート（“そのまま”で〜６２．１ｇ、またはオーブン乾燥重量で〜５８．４ｇ）に、〜０．３５ｇおよび〜０．７５ｇのトリアセチンをシートの片面だけにスプレーした。スプレーした面はパルプマシンの長網抄紙ワイヤに接触していた面であった。次に、２つの用量のトリアセチンで処理したシートと未処理のコントロールのＲａｙｆｌｏｃ−ＪシートのＫａｍａｓエネルギーとＭｕｌｌｅｎ強度を得た。
結果を以下の表VIIに示すが、トリアセチンの用量が〜０．７５ｇ、すなわち濃度１．３重量％の場合、Ｋａｍａｓエネルギーは約３３％減少し、Ｍｕｌｌｅｎ強度は約２１％減少した。これらの結果は、乾燥パルプシートの両面にシートあたり同じ総用量のトリアセチンをスプレーした実施例９の結果と非常に近い。
用量が０．３５ｇ、すなわちトリアセチン濃度が０．６％の場合、Ｋａｍａｓエネルギーは約２２％、Ｍｕｌｌｅｎ強度は１６％減少した。
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本発明に関する上述の記載は説明を目的とするものであって、制限を目的とするものではない。記載された実施の態様には多様な変形が当業者にとって可能であるが、それらの変形は本発明の範囲内に含まれる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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