JP2007191831A - 製紙用嵩高剤 - Google Patents
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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
【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。
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。
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。
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。
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。
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。
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)
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))
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。
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。
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。
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 (4)
- 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。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006012707A JP2007191831A (ja) | 2006-01-20 | 2006-01-20 | 製紙用嵩高剤 |
Applications Claiming Priority (1)
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JP2006012707A JP2007191831A (ja) | 2006-01-20 | 2006-01-20 | 製紙用嵩高剤 |
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JP2006012707A Pending JP2007191831A (ja) | 2006-01-20 | 2006-01-20 | 製紙用嵩高剤 |
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JP (1) | JP2007191831A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN105085906A (zh) * | 2015-08-17 | 2015-11-25 | 广东省造纸研究所 | 一种造纸湿强剂的制备方法 |
CN107001815A (zh) * | 2014-08-22 | 2017-08-01 | 巴斯夫涂料有限公司 | 聚酯和低酸值聚酰胺的水分散体和包含所述水分散体的用于施涂底涂层的涂料组合物 |
-
2006
- 2006-01-20 JP JP2006012707A patent/JP2007191831A/ja active Pending
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JP2017531086A (ja) * | 2014-08-22 | 2017-10-19 | ビーエーエスエフ コーティングス ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツングBASF Coatings GmbH | 低酸価のポリエステルおよびポリアミドの水性分散液、ならびにベースコートを塗布するための同分散液を含むコーティング組成物 |
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