JP2007191831A

JP2007191831A - 製紙用嵩高剤

Info

Publication number: JP2007191831A
Application number: JP2006012707A
Authority: JP
Inventors: Yoshiyuki Hashimoto; 賀之橋本; Keita Takeda; 啓太武田; Takushi Watanabe; 卓志渡辺
Original assignee: Dai Ichi Kogyo Seiyaku Co Ltd
Current assignee: DKS Co Ltd
Priority date: 2006-01-20
Filing date: 2006-01-20
Publication date: 2007-08-02

Abstract

【課題】嵩高性に優れ、紙の強度の低下を抑えることができる嵩高剤、およびその嵩高剤を用いる嵩高紙の製造方法を提供する。
【解決手段】炭素数１６〜２０の高級不飽和脂肪酸を重合することにより得られる多塩基酸の少なくとも１種に、繰り返し単位が炭素数２〜４のポリアルキレンオキシドを付加させてなる製紙用嵩高剤である。
【選択図】なし

Description

本発明は、製紙用嵩高剤に関するものである。さらに詳しくは、抄紙して得られるシートの嵩を向上させ、強度の高いシートが得られる嵩高剤に関する。

近年、地球環境保護の面からパルプの使用量をできるだけ抑えるために、紙製品の坪量を下げる努力がなされており、また、資源の有効利用の観点から古紙の再利用が重要視されている。紙の軽量化のために、単に紙中のパルプ量を削減すると、紙が薄くなり不透明度の低下を招いてしまう。また、古紙を原料とする再生紙では、古紙のパルプ繊維がバージンパルプ繊維と比べて短繊維化しているため嵩高性が低下するという問題がある。

これらの問題を解決するために、従来、種々嵩高性を向上させる試みがなされてきた。特許文献１には架橋パルプを用いる方法が、特許文献２には合成繊維と混抄する方法が開示されているが、これらの方法ではパルプのリサイクルが困難となる。また、特許文献３にはパルプ繊維間に無機物を充填するという方法が開示されているが、紙の強度が低下してしまうという欠点があり、いずれも有効ではなかった。

また、紙用の嵩高剤として、特許文献４には高級アルコールのアルキレンオキシド付加物を含有する紙用嵩高剤が、特許文献５には油脂または糖アルコール系非イオン界面活性剤を含有する紙用嵩高剤が、特許文献６には脂肪酸のＡＯ付加物を含有する紙用嵩高剤が、特許文献７にはカチオン性化合物、アミン、アミンの酸塩、両性化合物を含有する紙用嵩高剤が、特許文献８には多価アルコール脂肪酸エステルが開示されている。さらに、特許文献９には、脂肪族カルボン酸とポリアミンから得られる化合物にエピハロヒドリンを反応して得られる化合物を含有する紙用嵩高剤が開示されている。しかしながら、これらの化合物では嵩高性が満足できるレベルではなく、また紙の強度の低下が避けられなかった。

特開平４−１８５７９１号公報特開平３−２６９１９９号公報特開平３−１２４８９５号公報国際公開第９８／０３７３０号パンフレット特開平１１−２００２８３号公報特開平１１−２００２８４号公報特開平１１−２６９７９９号公報特開平１１−３５０３８０号公報特開２０００−２７３７９２号公報

本発明は、嵩高性に優れ、かつ紙の強度の低下を抑えることができる嵩高剤、およびその嵩高剤を用いる嵩高紙の製造方法を提供することを目的とする。

本発明は、炭素数１６〜２０の高級不飽和脂肪酸を重合することにより得られる多塩基酸の少なくとも１種に、繰り返し単位が炭素数２〜４のポリアルキレンオキシドを付加させてなる製紙用嵩高剤に関する。

ポリアルキレンオキシドがエチレンオキシドおよびプロピレンオキシドの少なくとも１種を繰り返し単位とすることが好ましい。

また、本発明は、前記の製紙用嵩高剤を添加して得られる嵩高紙にも関する。

さらに、本発明は、前記の製紙用嵩高剤を製紙工程中に添加して抄紙する嵩高紙の製造方法にも関する。

本発明の嵩高剤は、嵩高性が良好であるため、嵩高剤を製紙工程で添加することにより、紙力の低下を最低限に抑えつつ紙の厚みを増加させることができる。そのため、紙製品を製造する際に、パルプ原料の使用量を低減することができる。また、製紙の強度を高い水準に維持することができる。

ここで、多塩基酸とは塩基を中和することのできる水素原子が２個以上含まれている酸、すなわち塩基度が２以上の酸をいう。多塩基酸としては、ダイマー酸、トリマー酸などがあげられるが、これらの中で、ダイマー酸が長鎖のアルキル基を有し、パルプ繊維を疎水化する点から好ましい。

高級不飽和脂肪酸は、炭素数が１６〜２０であるものが好ましく、炭素数が１８であるものがより好ましい。炭素数が１６より小さいと、嵩高効果の不足を招く傾向がある。一方、炭素数が２０より大きいと、原料を工業的に安価に入手することが困難となる傾向がある。高級不飽和脂肪酸としては、具体的にはオレイン酸、リノール酸、リノレン酸などがあげられ、例えば、多塩基酸は該高級不飽和脂肪酸のモノエン酸またはジエン酸をＤｉｅｌｓ−Ａｌｄｅｒ反応させることにより得られる。実用的には、特にオレイン酸およびリノール酸が大部分を占め、少割合の飽和脂肪酸を含んでいるトール油脂肪酸により得られるダイマー酸を主成分とする多塩基酸の混合物が市場において入手可能であり、例えばハリダイマー（ハリマ化成（株）製）などが市販されている。該ダイマー酸は、少割合のモノマー酸の存在も許容し得る。

炭素数２〜４のアルキレンオキシド（ＡＯ）は、具体的にはエチレンオキシド（ＥＯ）、プロピレンオキシド（ＰＯ）、ブチレンオキサイドなどがあげられる。これらのうち、嵩高効果が良好であり、価格が安い点からエチレンオキシドおよびプロピレンオキシドが好ましい。アルキレンオキシドとしてエチレンオキシドおよびプロピレンオキシドを用いた場合、ＥＯ／ＰＯのモル比は、好ましくは１／０．３〜１／１０、特に好ましくは１／１〜１／５である。プロピレンオキシドのモル比がエチレンオキシド１モルに対して０．５より小さいと、嵩高効果が不足するおそれがあり、１０を超えると水への分散性が不良となるおそれがある。また、アルキレンオキシドの付加モル数の合計が、前記多塩基酸１モルあたり３〜１００モルが好ましく、特に好ましくは１０〜５０モルである。付加モル数の合計が５モルより小さいと嵩高効果が不足し、１００モルを超えると製品粘度が高くなり取り扱いが困難となる恐れがある。なお、ポリアルキレンオキシドは、ブロック、ランダムは問わず、ブロック付加の場合、その順序も問わない。

本発明においてアルキレンオキシドの付加方法は特に限定されるものではなく、通常の方法、すなわち、多塩基酸にアルカリを触媒として、１００〜２００℃、１〜５ｋｇ／ｃｍ²でアルキレンオキシドを数時間反応させることにより得ることができる。

本発明の製紙用嵩高剤を適用できるパルプ原料としては、広葉樹晒しクラフトパルプ（以下、ＬＢＫＰと略す）、針葉樹晒しクラフトパルプ（以下、ＮＢＫＰと略す）、機械パルプ、化学パルプ、古紙パルプのほか、バガス、竹などの非木材パルプなども挙げられる。

本発明の嵩高剤は、製紙工程におけるいずれの工程においても添加することができる。たとえば、叩解前後、薬品などを添加する調成工程または抄紙前などであり、古紙の場合でも、いずれの工程においても添加することができる。また、嵩高剤を添加すると同時に抄紙をおこなって、嵩高紙を製造することもできる。

本発明の嵩高剤は、パルプに定着することによりパルプが疎水化されその状態で乾燥されるため、繊維同士の水素結合が起こりにくくなり嵩高になる。水素結合が少なくなるので当然嵩高剤無添加の紙より、強度が弱くなるが、本発明の嵩高剤であれば強度の低下が少ない。

本発明の嵩高剤を用いて抄紙した嵩高紙は、嵩高剤無添加のものと比較して密度低下率が３％以上、強度が９０％以上であることが好ましい。

本発明の製紙用嵩高剤の添加量にとくに制限はないが、パルプに対して０．０１〜５重量％であることが好ましく、０．１〜２重量％であることがより好ましい。嵩高剤が、０．０１重量％より少ないと、充分な嵩高性能が得られなくなり、５重量％を超えても添加量に見合った嵩高性能が得られなくなる。

また、本発明においては、製紙工程において一般的に使用されるほかの薬剤を添加することができる。たとえば、サイズ剤、湿潤紙力増強剤、乾燥紙力増強剤、ピッチコントロール剤、スライムコントロール剤、歩留向上剤、消泡剤、填料、顔料、染料などをあげることができる。これらのほかの薬剤は、紙料調成工程において添加することができる。具体的には、サイズ剤としてはアルキルケテンダイマー（以下、ＡＫＤと略す）、乾燥紙力増強剤としては、カチオン化澱粉などがあげられる。

以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

＜嵩高剤の製造＞
１．ダイマー酸−（１０ＥＯ／２０ＰＯ）の製造（ランダム共重合体）
５リットルのオートクレーブにオレイン酸とリノール酸の重合により得られたダイマー酸；ハリダイマー２００（ダイマー酸７６％、モノマー酸７％、トリマー酸１７％（ハリマ化成（株）製））を５８３ｇ入れ、苛性カリ２．２ｇを加え、１３０℃まで昇温した。その後エチレンオキシド／プロピレンオキシド＝１／２（モル比）の混合物１６００ｇを１２５〜１３５℃、圧力１〜３．５ｋｇ／ｃｍ²で反応させ、その後冷却し酢酸で中和してランダム共重合体の嵩高剤を得た。

なお、他の実施例で用いたランダム共重合体の嵩高剤は、表１および表２に示すモル比となるようにエチレンオキシドとプロピレンオキシドを混合し、さらに、比較例で用いたランダム共重合体の嵩高剤は、ダイマー酸の代わりにラウリン酸を用いた以外は、前記と同様の方法にて嵩高剤を製造した。

２．ダイマー酸−５ＥＯ−３０ＰＯの製造（ブロック共重合体）
５リットルのオートクレーブにハリダイマー２００を５８３ｇ入れ、苛性カリ２．５ｇを加え、１３０℃まで昇温した。その後エチレンオキシドを２２０ｇを１２５〜１３５℃、圧力１〜３．５ｋｇ／ｃｍ²で反応させ、続いてプロピレンオキシドを１７４０ｇを１２５〜１３５℃、圧力１〜３．５ｋｇ／ｃｍ²で反応させ、その後冷却し酢酸で中和してブロック共重合体の嵩高剤を得た。

なお、他の実施例で用いたブロック共重合体の嵩高剤は、表１および表２に示すモル比となるようにエチレンオキシドとプロピレンオキシドを順次反応させ、さらに、比較例で用いたブロック共重合体の嵩高剤は、ダイマー酸の代わりにステアリン酸を用いた以外は、前記と同様の方法にて嵩高剤を製造した。

表１に製造した嵩高剤の組成を示す。なお、表１におけるブロック共重合体のエチレンオキシド（ＥＯ）およびプロピレンオキシド（ＰＯ）の順序は、表記の順であり、エチレンオキシドおよびプロピレンオキシドの前の数字は、重合度を示す。

実施例１〜１１
ＬＢＫＰをフリーネス４５０ｍｌに叩解し、パルプスラリーを調製した。このパルプスラリーをスターラーで撹拌しながらＡＫＤサイズ剤をパルプに対して０．２重量％添加し、５分撹拌した。その後、カチオン化澱粉をパルプに対して０．５重量％添加、５分撹拌し、最後に表１に示す嵩高剤をパルプに対して０．５重量％添加し、５分撹拌した。次に、ＴＡＰＰＩスタンダードシートマシン（熊谷理機工業（株）製）で坪量６０ｇ／ｍ²に抄紙し、０．３４ＭＰａで５分間プレス後、ドラムドライヤーで１０５℃、５分間乾燥した。乾燥後、シートを２０℃、湿度６５％の条件で１日間調湿してシートを製造し、該シートの密度、裂断長を以下の方法で測定した。密度および裂断長の結果を表１に示す。

＜密度＞
調湿されたシートの重量を測定することにより坪量（ｇ／ｍ²）を算出し、シックネスゲージで厚さ（μｍ）を測定し、下記計算式より密度（ｇ／ｃｍ³）を求めた。なお、密度が小さいほど嵩高性が良好である。
密度（ｇ／ｃｍ³）＝坪量（ｇ／ｍ²）／厚さ（μｍ）

＜裂断長＞
引張試験機で最大荷重（ｋｇｆ）を測定し、下記計算式より裂断長（ｋｍ）を求めた。
裂断長（ｋｍ）
＝最大荷重（ｋｇｆ）×１０００／（坪量（ｇ／ｍ²）×試験片幅（ｍｍ））

比較例１〜３
嵩高剤としてモノマー酸であるステアリン酸にプロピレンオキシドおよびエチレンオキシドのブロック共重合体を付加（比較例１）、嵩高剤としてモノマー酸であるステアリン酸にプロピレンオキシドおよびエチレンオキシドのランダム共重合体を付加（比較例２）、および嵩高剤を無添加（比較例３）にした以外は、実施例１と同じ条件でシートを製造した。得られたシートの密度および裂断長の結果を表１に示す。

実施例１２〜２２
フリーネス４５０ｍｌのＮＢＫＰとフリーネス１８０ｍｌの上質古紙の再生パルプとを重量比７０／３０重量％に配合したパルプスラリーを、スターラーで撹拌しながらＡＫＤサイズ剤をパルプに対して０．１重量％添加し、５分撹拌した。その後、カチオン化澱粉をパルプに対して０．５重量％添加し、５分撹拌したのち、最後に表２に示した嵩高剤をパルプに対して０．５重量％添加し、５分撹拌した。次に、ＴＡＰＰＩスタンダードシートマシンで坪量６０ｇ／ｍ²に抄紙し、０．３４ＭＰａで５分間プレス後、ドラムドライヤーで１０５℃、５分間乾燥した。乾燥後、シートを２０℃、６５％の条件で１日間調湿してから、実施例１と同様の方法にて密度、裂断長を測定した。

比較例４〜６
嵩高剤としてモノマー酸であるステアリン酸にプロピレンオキシドおよびエチレンオキシドのブロック共重合体を付加（比較例４）、嵩高剤としてモノマー酸であるステアリン酸にプロピレンオキシドおよびエチレンオキシドのランダム共重合体を付加（比較例５）、および嵩高剤を無添加（比較例６）にした以外は、実施例１２と同じ条件でシートを製造した。得られたシートの密度および裂断長の結果を表２に示す。

実施例１〜２２の嵩高剤を用いた紙は、嵩高剤無添加のものと比較して紙の強度を低下させることなく、嵩高性が向上していることがわかる。さらに、モノマー酸のアルキレンオキシド付加物を用いた場合よりも嵩高性が良好であることがわかる。

Claims

炭素数１６〜２０の高級不飽和脂肪酸を重合することにより得られる多塩基酸の少なくとも１種に、繰り返し単位が炭素数２〜４のポリアルキレンオキシドを付加させてなる製紙用嵩高剤。
ポリアルキレンオキシドがエチレンオキシドおよびプロピレンオキシドの少なくとも１種を繰り返し単位とする請求項１記載の製紙用嵩高剤。
請求項１または２記載の製紙用嵩高剤を添加して得られる嵩高紙。
請求項１または２記載の製紙用嵩高剤を製紙工程中に添加して抄紙する嵩高紙の製造方法。