JP2003301400A - 段ボール用原紙とその処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 軽量で機械的強度の高い段ボールを作ること
が出来るように、同じ密度や厚さでもより強度の高い段
ボール原紙を得る。また、段ボール原紙の高強度化の処
理により、環境に対する悪影響をもたらさない。 【解決手段】 木材に多く含まれる成分の一つであっ
て、パルプを精製するときに生じる副産物でもあるリグ
ニンの作用に着目し、これを段ボール原紙に含浸させた
ものである。これにより、段ボール原紙の圧縮強さの向
上を図った。リグニンとしては、例えばリグニンスルホ
ン酸塩が使用される。リグニンを含浸させた段ボール原
紙は、リグニンを含浸させる前の元の段ボール原紙に比
べて圧縮強さが向上する。圧縮強さが大きくなることに
よる加工性の悪化に対しては、段ボール原紙に滑剤を塗
布することにより、コルゲータのローラに対する滑りを
良くし、加工性を改善する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、段ボールを作るた
めの段ボール原紙であって、特に波形に成型されてライ
ナが貼られる中芯用段ボール原紙とその処理方法に関
し、作られる段ボールの剛性を高め、圧縮強度を強化す
ることが出来る段ボール原紙の強化手段に関する。

【０００２】

【従来の技術】段ボールは中芯とライナの２種類の段ボ
ール原紙を使用して作られる。コルゲータを使用してま
ず、中芯用の段ボールが波形に成形され、その後、波形
に成形された中芯の両面または片面にライナを貼って段
ボールとする。この段ボールには、その中芯とライナと
の組み合わせにより、片面段ボール、両面段ボール、複
両面段ボール、複々両面段ボール等の種類がある。この
うち、包装用箱等の構造材としては、両面段ボールが最
も一般的に使用される。このような段ボールでは、その
平面形状を維持するたま、或いは破裂強さ、圧縮強度等
を考慮して、通常ライナには中芯より厚い段ボール原紙
を使用している。

【０００３】このような段ボールにおいて、中芯は波形
に成型されることにより、その断面二次係数が得られ、
その剛性を得ることができる。従って、段ボールの厚さ
方向の圧縮強さ、剛性、曲げ強度等の機械的特性は、主
として中芯の強さにより決定される。段ボールの厚さ
は、その構造にもよるが、同じ構造の例えば両面段ボー
ルであれば、主に中芯の波形のピッチ、換言すると波形
の曲率半径によって違ってくる。

【０００４】

【発明が解決しようとしている課題】構造材として段ボ
ールを考えると、製筺時の加工性や取り扱い等の点か
ら、その厚さが薄い割りに圧縮強さ、剛性、曲げ強さ等
の機械的強度が強いことが望まれる。しかし、前述のよ
うに、段ボールの厚さ方向の剛性や曲げ強度は、主とし
て中芯の強さに決定されるため、自ずと得られる機械的
特性には限度がある。

【０００５】段ボール中芯用原紙の圧縮強さは、その厚
さや繊維の密度にもよるが、一般的な中芯用原紙の圧縮
強さは、ＳＣＰ１２０（ｇ／ｍ²） で１２０Ｎ〜１５０
Ｎ（ニュートン、以下同じ）程度、ＳＣＰ１６０（ｇ／
ｍ²） で２２０〜２５０Ｎ程度、ＳＣＰ１８０（ｇ／ｍ
²） で２６０〜３００Ｎ程度である。

【０００６】現在市販されている段ボールにおける中芯
の厚さは、コルゲート製造機の性能や製造の容易性等の
観点から、約０．３ｍｍが上限であり、その平面圧縮強
度は、例えば、中芯の波形の高さが５ｍｍ程度の場合、
０．５〜３．０ｋｇｆ／ｃｍ ² 程度である。 このた
め、段ボールを床面上等に置いた状態で、指で上下方向
に圧縮すると、中芯の波形が比較的簡単に潰れてしま
う。

【０００７】そこで、中芯にパラフィンや合成樹脂等を
含浸させて圧縮強度を高める試みもなされてきたが、そ
の効果は十分ではない。そればかりか、樹脂の使用によ
り、古紙として再生するときの障害になったり、廃棄物
として焼却したり、或いは土中で微生物により分解させ
るときの障害にもなる。

【０００８】他方において、段ボールやその二次製品で
ある包装用箱等の補強については、段ボールの構造を複
層化したり、或いは包装用箱の構造の改良する等の対策
がなされてきた。しかし、前者の場合、段ボールが厚く
なって、嵩高となり、段ボールの保管、運搬の際の容積
が大きくなりってしまう。また、後者の場合、箱の構造
が複雑になる結果、段ボール箱の組み立て、製造等に手
数がかかるという課題を生じる。

【０００９】最近、環境問題等の観点から、容器包装の
簡略化によりゴミの量を減量しようとする動きがある。
段ボールなどの包装材料についても、出来るだけ環境に
対する負荷を最小限にすることが求められている。特
に、二酸化炭素の放出に伴う地球温暖化の問題では、パ
ルプの出発物質となる木材が二酸化炭素を減少させる効
果があるため、その伐採は最小限にすべきである。その
ため、軽量で強度の高い段ボールが得られれば、包装資
材の減量化も図れ、木材資源の有効活用にもつながるこ
とから、そのような段ボールの要請が強くなっている。

【００１０】本発明は、前記従来の段ボールにおける課
題に鑑み、その第一の目的は、軽量で機械的強度の高い
段ボールを作ることが出来るように、同じ密度や厚さで
もより強度の高い段ボール原紙を得ることが出来るよう
にすることである。さらに、その第二の目的は、その高
強度化を図るために、環境に対する悪影響をもたらさず
に実行できるようにすることである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明では、前記の目的
を達成するため、検討の結果なされたもので、木材に多
く含まれる成分の一つであって、パルプを精製するとき
に生じる副産物でもあるリグニンの作用に着目し、これ
を段ボール原紙に含浸させたものである。これにより、
段ボール原紙の圧縮強さの向上を図った。

【００１２】すなわち、本発明による段ボール原紙は、
リグニンが含浸され、元の段ボール原紙に比べて圧縮強
さが強化されているものである。このような段ボール原
紙は、元の段ボール原紙にリグニンの水溶液を塗布し、
乾燥することにより得られる。リグニンとしては、例え
ばリグニンスルホン酸塩が使用される。

【００１３】後述するように、リグニンを含浸させた段
ボール原紙は、リグニンを含浸させる前の元の段ボール
原紙に比べて圧縮強さが向上する。元の段ボール原紙に
対し、圧縮強さが１０％以上強化されることを目安とす
る。ただし、段ボール原紙の圧縮強さが大きくなり過ぎ
ると、硬すぎて取り扱いがしににくなり、さらにコルゲ
ータにかけて波形に成形するとき、割れてしまう。その
ため、圧縮強さが最大８００Ｎ以下とする。圧縮強さが
大きくなることによる加工性の悪化に対しては、段ボー
ル原紙に滑剤を塗布することにより、コルゲータの段ロ
ールに対する滑りを良くし、加工性を改善することも出
来る。

【００１４】リグニンは、セルロースやヘミセルロース
などと共に木材を構成する成分の一つつであり、天然の
高分子材料である。そのため、リグニンを含浸させた段
ボール原紙を使用して作られた段ボールは、含浸させた
リグニンが古紙として再生するときの障害にならず、ま
た廃棄物として焼却或いは土中で微生物による分解させ
るときの障害にもならない。

【００１５】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態につい
て、具体的且つ詳細に説明する。本発明では、段ボール
原紙にリグニンを一様に含浸させる。リグニンとして
は、例えばリグニンスルホン酸カルシウム、リグニンス
ルホン酸マグネシウム、リグニンスルホン酸ナトリウム
等のリグニンスルホン酸塩が使用される。例えば、日本
製紙株式会社製のサンエキスＰ２０１（リグニンスルホ
ン酸カルシウム）、サンエキスＰ３２１（リグニンスル
ホン酸マグネシウム）、サンエキスＰ２５２（リグニン
スルホン酸ナトリウム）、サンエキスＭ１００（リグニ
ンスルホン酸ナトリウム）等の市販のものを使用するこ
とが出来る。これらはリグニン成分の純度約８６重量％
の粉末品または液体として市販されており、これを５０
重量％濃度程度の水溶液にして段ボール原紙にスプレー
法、ロールコータ法等、適宜の塗布手段を使用して一様
に塗布し、その後乾燥させる。

【００１６】リグニンは、セルロースやヘミセルロース
などと共に木材を構成する成分の一つであり、樹木を化
学的にも物理的にも強固なものとし、風雨などの外界か
ら守る役割を果たしている。リグニンの構造は生物学的
に安定な炭素（Ｃ）−炭素（Ｃ）結合や炭素（Ｃ）−酸
素（Ｏ）−炭素（Ｏ）結合を持つことから、木材の他の
成分よりも比較的微生物分解を受け難く、木材に耐腐朽
性を与える成分でもある。ただ、土壌微生物によって分
解され得る成分であることには違いがない。

【００１７】このようなリグニンは、３つのモノリグノ
ールの重合体からなる３次元網目状構造をしている。こ
のリグニンは、セルロースに次いで多く存在する天然の
高分子材料であるだけでなく、固定された太陽エネルギ
ー量から見れば地球上で最も大量に存在する有機物の一
つである。

【００１８】後述するように、リグニンを含浸させた段
ボール原紙は、リグニンを含浸させる前の元の段ボール
原紙に比べて圧縮強さが大きくなる。段ボール原紙に含
浸させる量と段ボール原紙の圧縮強さの改善との間には
相関はある。しかしそれは元々の段ボール原紙の圧縮強
度、段ボール原紙の密度、段ボール原紙の溶液の含浸し
やすさ等により異なるため、単位面積当たりどの程度の
量のリグニンを含浸させればよいかは一概には言えな
い。前述の純度約８６重量％のリグニンの５０重量％濃
度の水溶液で単位面積当たり５〜２０ｇ／ｃｍ² 程度の
塗布量が目安となる。これにより、元の段ボール原紙に
対し、圧縮強さが１０％以上強化される。

【００１９】一方で、段ボール原紙の圧縮強さが強すぎ
ると、段ボール原紙が硬過ぎて取り扱いがし難くなり、
さらにコルゲータにかけて波形に成形するとき、割れて
しまう。そのため、圧縮強さが最大８００Ｎ以下とす
る。圧縮強さが大きくなることによる加工性の悪化に対
しては、段ボール原紙に滑剤を塗布することにより、コ
ルゲータの段ロールに対する滑りを良くし、加工性を改
善することが出来る。滑剤は、リグニン溶液の中に添加
して段ボール原紙に塗布することもでき、またリグニン
の塗布と前後してリグニンとは別に段ボール原紙に塗布
することも出来る。滑剤の塗布効果を得るためには、リ
グニンの塗布と乾燥の後に滑剤を塗布するのが好まし
い。リグニンと別に滑剤を塗布する場合は、油性の滑剤
を使用することも出来る。

【００２０】このような目的で段ボール原紙に塗布する
滑剤としては、シリコーン油もしくは蝋（シリコーン
油、極性基を有するシリコーン、脂肪酸改質シリコーン
およびフッ素含有シリコーンを包含する）、フッ素含有
アルコール、フッ素含有エステルもしくはエーテル、フ
ッ素化ポリアルカン、ポリオレフィン、ポリグリコール
アルキルホスフェートもしくはそのアルカリ金属塩、ポ
リフェニルエーテル、フッ素含有アルキルスルフェート
もしくはそのアルカリ金属塩、１０〜２４個の炭素原子
を有する（分枝鎖もしくは直鎖の、飽和もしくは不飽和
の）一塩基性脂肪酸もしくはその金属（アルカリ金属も
しくは銅）塩、１２〜２２個の炭素原子を有する（分枝
鎖もしくは直鎖の、飽和もしくは不飽和の）一価もしく
は多価アルコール、１２〜２２個の炭素原子を有するア
ルコキシアルコール、１０〜２４個の炭素原子を有する
（分枝鎖もしくは直鎖の、飽和もしくは不飽和の）一塩
基性脂肪酸のモノ、ジもしくはトリエステル、アルキレ
ンオキシド・ポリマーのモノアルキルエーテルの脂肪酸
エステル、８〜２２個の炭素原子を有する（分枝鎖もし
くは直鎖の、飽和もしくは不飽和の）脂肪酸アミド、ま
たは８〜２２個の炭素原子を有する（分枝鎖もしくは直
鎖の、飽和もしくは不飽和の、そして任意に１つ以上の
カルボニル、オキシ、アミノ、チオ、カルボニルオキ
シ、オキシカルボニルもしくはカルボナミド基で中断さ
れた）脂肪族アミンが含まれる。前記任意の基の範囲内
の化合物の混合物、または２つ以上の基からの化合物の
混合物も有用である。そのようにこれらの物質の多くが
市販されているので、混合物が好ましい。

【００２１】次に、本発明の具体的な実施例について説
明する。 （実施例１）日本製紙株式会社製のサンエキスＰ２０１
（リグニンスルホン酸カルシウム）の粉末品を水に溶解
し、５０重量％の水溶液を用意した。このリグニン水溶
液をロットの異なる６ロールの中芯用段ボール原紙（Ｓ
ＣＰ１８０ｇ／ｍ² ）の片面にロールコータ法により塗
布し、乾燥してリグニンを含浸した中芯用段ボール原紙
を得た。

【００２２】その結果、リグニンの含浸前（加工前）と
含浸後（加工後）の圧縮強さの違いとその比率を表１に
示す。リグニンの塗布量は、純度約８６重量％のリグニ
ンの５０重量％濃度の水溶液での塗布量であり、塗布後
乾燥前と塗布前の溶液残量の重量の差から求め、これを
段ボール原紙の単位面積で表した。また、圧縮強さはＪ
ＩＳ Ｐ ８１２６の紙及び板紙の圧縮強さ試験法によ
り試験し、算定した。

【００２３】

【表１】

【００２４】表１から明らかな通り、リグニンの含浸前
（加工前）の段ボール原紙の圧縮強さは２８０Ｎ〜３１
０Ｎ、平均３０１．７Ｎであったものが、含浸後（加工
後）の圧縮強さは３４５Ｎ〜４４０Ｎ、平均３９０．１
Ｎとなり、１１１％〜１４２％、平均で１２９．４％圧
縮強さの向上が認められた。このときのリグニン溶液の
段ボール原紙の塗布量は、６ｇ／ｍ² 〜１０ｇ／ｍ² 、
平均７．９ｇ／ｍ² であった。

【００２５】（実施例２）日本製紙株式会社製のサンエ
キスＰ３２１（リグニンスルホン酸マグネシウム）の粉
末品を水に溶解し、５０重量％の水溶液を用意した。こ
のリグニン水溶液をロットの異なる２ロールの中芯用段
ボール原紙（ＳＣＰ１６０ｇ／ｍ² ）の片面にロールコ
ータ法により塗布し、乾燥してリグニンを含浸した中芯
用段ボール原紙を得た。

【００２６】その結果、リグニンの含浸前（加工前）と
含浸後（加工後）の圧縮強さの違いとその比率を表２に
示す。なお、リグニンの塗布量の算出と圧縮強さの試
験、算定方法は前記実施例１と同様である。

【００２７】

【表２】

【００２８】表２から明らかな通り、リグニンの含浸前
（加工前）の段ボール原紙の圧縮強さは２５０Ｎ〜２６
２Ｎ、平均２５６Ｎであったが、含浸後（加工後）の圧
縮強さは３２２Ｎ〜３７１Ｎ、平均３４６．５Ｎとな
り、１２９％〜１４２％、平均で１３５％圧縮強さの向
上が認められた。このときのリグニン溶液の段ボール原
紙の塗布量は、何れも７ｇ／ｍ² であった。

【００２９】（実施例３）日本製紙株式会社製のサンエ
キスＰ２５２（リグニンスルホン酸ナトリウム）の粉末
品を水に溶解し、５０重量％の水溶液を用意した。この
リグニン水溶液を中芯用段ボール原紙（ＳＣＰ１２０ｇ
／ｍ² ）の片面にロールコータ法により塗布し、乾燥し
てリグニンを含浸した中芯用段ボール原紙を得た。

【００３０】その結果、リグニンの含浸前（加工前）と
含浸後（加工後）の圧縮強さの違いとその比率を表３に
示す。なお、リグニンの塗布量の算出と圧縮強さの試
験、算定方法は前記実施例１と同様である。

【００３１】

【表３】

【００３２】表３から明らかな通り、リグニンの含浸前
（加工前）の段ボール原紙の圧縮強さは１４８Ｎであっ
たものが、含浸後（加工後）の圧縮強さは１８８Ｎとな
り、１２７％圧縮強さの向上が認められた。このときの
リグニン溶液の段ボール原紙の塗布量は、８ｇ／ｍ² で
あった。

【００３３】（実施例４）日本製紙株式会社製のサンエ
キスＰ２０１（リグニンスルホン酸カルシウム）の粉末
品を水に溶解し、５０重量％の水溶液を用意した。一
方、中芯用段ボール原紙（ＳＣＰ１８０ｇ／ｍ² ）を用
意し、これを５つの区間に分け、リグニン溶液を塗布し
ない区間、リグニン溶液を片面に１４ｇ／ｍ² 塗布した
区間、リグニン溶液を片面に２８ｇ／ｍ² 塗布した区
間、リグニン溶液を両面に３０ｇ／ｍ²塗布した区間及
びリグニン溶液を両面に６１ｇ／ｍ² 塗布した区間とし
て、順次塗布、乾燥し、前記最初の区間を除いてリグニ
ンを含浸した中芯用段ボール原紙を得た。

【００３４】その結果、リグニンの含浸前（加工前）と
含浸後（加工後）の各区間の圧縮強さの違いとその比率
を表４に示す。なお、リグニンの塗布量の算出と圧縮強
さの試験、算定方法は前記実施例１と同様である。

【００３５】

【表４】

【００３６】表４から明らかな通り、リグニンの含浸前
（加工前）の段ボール原紙の圧縮強さは３０１Ｎであっ
たものが、含浸後（加工後）の圧縮強さはリグニン溶液
塗布量の増大に応じて向上し、最小で４２７Ｎ、最大で
６４２Ｎとなり、１４２％〜２４６％の圧縮強さの向上
が認められた。また、リグニン溶液を片面に２８ｇ／ｍ
² 塗布した区間とリグニン溶液を両面に３０ｇ／ｍ² 塗
布した区間とでは、リグニン溶液の塗布量にさほど違い
がないにも拘わらず、圧縮強さの向上が著しかった。

【００３７】

【発明の効果】以上説明した通り、本発明による段ボー
ル原紙とその処理方法では、段ボール原紙にリグニンを
含浸させるという簡単な処理だけで、含浸前の元の段ボ
ール原紙に比べて圧縮強を改善することが出来る。これ
により、軽量でも圧縮強さの強い段ボールを得ることが
出来るようになる。

【００３８】さらに、リグニンは、天然高分子材料であ
るため、それを含浸させた段ボール原紙から作った段ボ
ールは、通常の段ボールと同様に古紙として再生するこ
とが出来る。また、また廃棄物として焼却処分する時
に、有毒なガスを発生することもなく、埋め立て処分し
たときに土中微生物により分解させることも出来る。そ
のため、自然に与える影響も少ない。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 段ボール板の材料となる段ボール原紙で
   あって、リグニンが含浸され、元の段ボール原紙に比べ
   て圧縮強さが強化されていることを特徴とする段ボール
   原紙。
2. 【請求項２】 リグニンがリグニンスルホン酸塩である
   ことを特徴とする請求項１に記載の段ボール原紙。
3. 【請求項３】 元の段ボール原紙に対し、圧縮強さが１
   ０％以上強化され、その圧縮強さが最大８００Ｎ以下で
   あることを特徴とする段ボール原紙。
4. 【請求項４】 表面に滑剤が塗布されていることを特徴
   とする請求項１〜３の何れかに記載の段ボール原紙。
5. 【請求項５】 段ボール板の材料となる段ボール原紙を
   処理する方法であって、元の段ボール原紙にリグニンの
   水溶液を塗布し、乾燥することにより、リグニンを含浸
   し、元の段ボール原紙に比べて圧縮強さを強化すること
   を特徴とする段ボール原紙の処理方法。
6. 【請求項６】 リグニンの含浸後に滑剤を塗布すること
   を特徴とする請求項５に記載の段ボール原紙の処理方
   法。