(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2024-05-08
(54)【発明の名称】段ボールにおける使用のための多層の容器用板紙
(51)【国際特許分類】
D21H 27/00 20060101AFI20240426BHJP
D21H 11/06 20060101ALI20240426BHJP
D21H 27/30 20060101ALI20240426BHJP
D21H 21/18 20060101ALI20240426BHJP
【FI】
D21H27/00 E
D21H11/06
D21H27/30 B
D21H21/18
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2023570468
(86)(22)【出願日】2022-05-13
(85)【翻訳文提出日】2024-01-10
(86)【国際出願番号】 IB2022054474
(87)【国際公開番号】W WO2022243817
(87)【国際公開日】2022-11-24
(32)【優先日】2021-05-17
(33)【優先権主張国・地域又は機関】SE
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】501239516
【氏名又は名称】ストラ エンソ オーワイジェイ
(74)【代理人】
【識別番号】110002077
【氏名又は名称】園田・小林弁理士法人
(72)【発明者】
【氏名】ヘイスカネン, イスト
(72)【発明者】
【氏名】カンクネン, ユッカ
【テーマコード(参考)】
4L055
【Fターム(参考)】
4L055AC05
4L055AC06
4L055AF09
4L055AF46
4L055AG40
4L055AG45
4L055AG47
4L055AG96
4L055AH11
4L055AH16
4L055AH18
4L055BD18
4L055CD25
4L055EA04
4L055EA05
4L055EA08
4L055EA14
4L055EA32
4L055FA11
4L055FA13
4L055FA19
4L055FA21
4L055FA22
4L055GA06
(57)【要約】
本発明は段ボールに使用される多層の容器用板紙であって、前記多層の容器用板紙は、強度向上剤を含む第1の外側プライ、強度向上剤を含む第2の外側プライ、ならびに前記第1および第2の外側プライを接合する界面層を含み、前記第1および第2の外側プライの各々は乾燥重量に基づいて少なくとも50wt%の中性亜硫酸塩セミケミカル(NSSC)パルプを含み、前記界面層は0.5~20gsmの量で強度向上剤を含み、界面層中の強度向上剤の量は第1および第2の外側プライの各々の中の強度向上剤の濃度より高い、好ましくは少なくとも2倍の高さである、多層の容器用板紙に関する。
【選択図】なし
【特許請求の範囲】
【請求項1】
段ボールにおける使用のための多層の容器用板紙であって、前記多層の容器用板紙は、
強度向上剤を含む第1の外側プライ、
強度向上剤を含む第2の外側プライ、ならびに
前記第1および第2の外側プライを接合する界面層
を含み、
前記第1および第2の外側プライの各々は乾燥重量に基づいて少なくとも50wt%の中性亜硫酸塩セミケミカル(NSSC)パルプを含み、
前記界面層は0.5~20gsmの量で強度向上剤を含み、界面層中の強度向上剤の量は第1および第2の外側プライの各々の中の強度向上剤の濃度より高い、好ましくは少なくとも2倍高い、多層の容器用板紙。
【請求項2】
前記第1および第2の外側プライの各々が乾燥重量に基づいて少なくとも60wt%、好ましくは少なくとも70wt%のNSSCパルプを含む、請求項1に記載の多層の容器用板紙。
【請求項3】
前記第1および第2の外側プライの各々がさらに乾燥重量に基づいて少なくとも10wt%、好ましくは少なくとも20wt%、より好ましくは少なくとも30wt%の未漂白クラフトパルプを含む、請求項1または2に記載の多層の容器用板紙。
【請求項4】
第1の外側プライおよび第2の外側プライの各々の坪量が20~120g/m
2の範囲、好ましくは30~80g/m
2の範囲である、請求項1から3のいずれか一項に記載の多層の容器用板紙。
【請求項5】
第1および第2の外側プライが同じ組成を有するパルプ懸濁液から形成される、請求項1から4のいずれか一項に記載の多層の容器用板紙。
【請求項6】
前記界面層が0.5~20gsmの範囲の坪量を有する、請求項1から5のいずれか一項に記載の多層の容器用板紙。
【請求項7】
前記界面層が乾燥重量に基づいて少なくとも50wt%、好ましくは少なくとも70wt%の前記強度向上剤を含む、請求項1から6のいずれか一項に記載の多層の容器用板紙。
【請求項8】
前記界面層が前記強度向上剤を1~10gsmの範囲、好ましくは1~7gsmの範囲の坪量で含む、請求項1から7のいずれか一項に記載の多層の容器用板紙。
【請求項9】
前記強度向上剤がデンプンをベースとする強度向上剤、セルロースをベースとする強度向上剤、およびこれらの混合物からなる群から選択される、請求項1から8のいずれか一項に記載の多層の容器用板紙。
【請求項10】
前記強度向上剤がセルロース微粉、70~90の範囲のSchopper Riegler数を有する高度にリファイニングされたセルロース、およびミクロフィブリル化セルロース(MFC)からなる群から選択されるセルロースをベースとする強度向上剤である、請求項1から9のいずれか一項に記載の多層の容器用板紙。
【請求項11】
前記界面層がさらに、第1および第2の外側プライの各々の中の歩留り向上/濾水性向上剤の濃度より少なくとも2倍の高さの濃度で、歩留り向上/濾水性向上剤を含む、請求項1から10のいずれか一項に記載の多層の容器用板紙。
【請求項12】
前記界面層がさらに、第1および第2の外側プライの各々の中の内添サイズ剤の濃度より少なくとも2倍の高さの濃度で内添サイズ剤を含む、請求項1から11のいずれか一項に記載の多層の容器用板紙。
【請求項13】
第1および第2の外側プライが2~50kg/トン、好ましくは5~30kg/トンの量の強度向上剤を含む、請求項1から12のいずれか一項に記載の多層の容器用板紙。
【請求項14】
請求項1から13のいずれか一項に記載の多層の容器用板紙をフルーティングおよび/またはライナーとして含む段ボール。
【請求項15】
多層の容器用板紙をフルーティングとして含む、請求項14に記載の段ボール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は段ボール(corrugated board)における使用のための多層の容器用板紙に関する。
【背景技術】
【0002】
段ボール(ときには段ボール(corrugated cardboard)または段ボール(corrugated fiberboard)といわれることがある)は、様々な種類の梱包解決策に変換することができる包装材料である。段ボールはセルロース繊維製の繊維基材である。繊維はバージン繊維または使用後の段ボールもしくは他の材料に由来する繊維のような再生繊維であることができる。
【0003】
段ボールは少なくとも1つの中芯(フルーティング)および中芯の表面に接着された少なくとも1つの平面原紙(ライナーまたはライナーボード)を含む。たとえば、段ボールは2つの層のライナーの間に接着されたフルーティングの層からなってサンドイッチ構造を形成し得る。サンドイッチ構造は、たとえばKirwan M.,J.,Paper and Paperboard.Packaging Technology,Blackwell Publishing 2005に記載されているように単一、二重、および三重壁のような様々な形式で形成することができる。
【0004】
段ボールを生産するときの1つの難題はライナーとフルーティングの接着である。接着が低過ぎると層間剥離を起こし、接着が充分であることを確保するために多過ぎる接着剤を添加すると段ボールの洗濯板症状およびカールを引き起こす可能性がある。添加した膠のライナーおよび/または中芯への吸着が最適であることが重要である。接着剤がフルーティング/ライナーに吸着しないと層間剥離が起こり、フルーティング/ライナーに多く吸着し過ぎても同じことが起こる。
【0005】
様々な種類の段ボールの品質があり、これらは異なる種類のライナーおよび中芯を含み得る。容器用板紙(CCMまたは段ボールケース材ともいわれる)は段ボールの生産用に特に製造されたある種の板紙であり、段ボールを構成する2つの種類の紙であるライナーボードと中芯(またはフルーティング)の両方を含む。容器用板紙は主として天然の無漂白木材繊維から作成されているので一般に褐色であるが、その色合いは木材の種類、パルプ化プロセス、リサイクル率および不純物含有量に応じて変化し得る。
【0006】
異なる種類のライナーの例はクラフトライナーおよびテストライナーである。クラフトライナーは通例漂白されているかまたは漂白されてないことができるクラフトパルプから生産され、1つ以上の層/プライを含み得、ここで一番上の層/プライは良好な印刷面および良好な耐湿性を提供するように最適化されていることが多い。テストライナーは主としてリサイクルされた段ボールから生産され、普通2つの層/プライで製造される。再生繊維の存在に起因して、テストライナーは通例クラフトライナーより低い機械的強度、特により低い破裂強度を有し得る。クラフトライナーは強度特性に関する要望がより高い包装箱に使用されることが多い。
【0007】
フルーティングは、熱、水分および圧力を用いコルゲーターを使用して波形をつけてある紙または板紙から形成される。
【0008】
フルーティングは中性亜硫酸塩セミケミカル(NSSC)パルプから調製されることが多い。通常硬材種製であるNSSCパルプは例外的な剛性および高い堅さが注目され、そのためフルーティングに使用するのに適している。中性亜硫酸塩セミケミカル(Neutral Sulfite Semi-Chemical)(NSSC)パルプ化は、紙パルプ化の分野で周知の古いプロセスである。NSSCパルプ化を使用する理由の1つは通例60%を超える高い収率である。NSSCパルプ化において、蒸解液はNa2SO3または(NH4)2SO3のような亜硫酸塩およびNaOHまたはNa2CO3のような塩基を含む。「中性」とは、NSSC蒸解液のpHが一般に6~10であることを意味する。パルプはバッチまたは連続蒸解機で蒸解することができる。通常、蒸解時間は5分~3時間であり、蒸解温度は160~200℃である。NSSCパルプは15~20%のような比較的に高い量の残留リグニンを含み、そのためNSSCパルプは硬い。NSSCパルプのKappa価は通例70を超える。NSSCパルプ化は、パルプの機械的リファイニングも含むという意味で「セミケミカル」である。リファイニングはたとえば蒸解釜圧力または大気圧でディスクリファイナーを用いて行い得る。
【0009】
現在のところ、フルーティングおよび中芯の強度および機械的特性は小量の化学パルプを機械パルプに加えることにより改良されている。通例、5~15%の化学パルプが加えられる。このため当然コストは増大するが脱水速度を低下させる。1つの可能性のある方法はNSSCのようなセミケミカルパルプを未漂白クラフトパルプと混合することであるが、これは望まれない光の斑点および色合いの変化、ならびに官能特性の変化を起こし得る。
【0010】
フルーティングおよびライナーは中芯とライナーの間に接着剤を配置することにより互いに貼り付けられる。ライナーは接着剤により中芯の少なくとも1つの表面に貼り付けられる。接着剤は好ましくは溝付きの中芯の少なくとも1つの表面に塗布され、その後ライナーが前記表面に貼り付けられる。当分野で慣用のあらゆる接着剤が使用できる。接着剤はたとえば、多種多様な植物から抽出することができるデンプンを主体とする膠であり得る。最も一般的な植物のいくつかはトウモロコシ、小麦、大麦、稲、ジャガイモ、タピオカおよびエンドウである。デンプンは好ましくは天然であり、すなわちデンプンの変性はされていない。接着剤は水、水酸化ナトリウムおよびホウ酸も含み得る。湿潤強度または接着剤結合強度を改良する添加剤のような他の添加剤を加えてもよい。また、たとえば耐湿性またはゲル化挙動を改良するために他の機能性化学品、たとえばホウ砂、グリオキサールまたはこれらの混合物を加えることもできる。
【0011】
中芯および段ボールを作成するときの1つの重要な課題は湿気に対する耐性である。段ボールが湿気に晒されると、水および水蒸気がライナーを通って拡散し、中芯を軟化させることがある。この問題に対する一般的な解決策はフルーティングおよび/またはライナーの坪量を増大することであるが、これはより少ない原材料を消費するより低い坪量の材料を要求する環境上の要請と矛盾する。
【0012】
もう1つ別の解決策はライナーにバリア層を設けて水および水蒸気の透過を低減することである。しかしながら、これは単に不完全な解決策でしかなく、その理由はそれでも湿気の拡散は反対側で、または端を介して起こり得、その結果として段ボールの機械的な安定性に影響を及ぼすからである。またバリア層はコストを増大し、通例材料のリサイクル可能性を低下させる。
【0013】
フルーティングまたは中芯はまた疎水化用薬剤で処理しても、またはコーティングしてもよいが、これは一般にコストを上昇させ、またフルーティングの機械的特性に負の影響を及ぼすこともある。高レベルの疎水化用薬剤はまたフルーティングとライナーの接着を損なうこともある。特に、NSSCパルプは、完成したフルーティングで必要とされるレベルの耐水性を得るために高いレベルの疎水化用薬剤を要求する。
【0014】
新しい機械概念および増大した機械速度は省資源に対する増大した要望と相まって改良された特性のパルプに対する必要性をさらに増大させた。
【0015】
強度、低い坪量、耐水/耐湿性、低い化学品消費量、低コスト、および/または高いリサイクル可能性を併せ持つ新しい改良されたフルーティングおよびライナー材料に対するニーズが残されている。
【発明の概要】
【0016】
本開示の目的は、上述の問題の少なくともいくつかを解決または改善する、好ましくは段ボールに使用される改良された容器用板紙を提供することである。
【0017】
本開示のさらなる目的は、改良された強度特性をもつ容器用板紙を提供することである。
【0018】
本開示のさらなる目的は強度および性能薬剤をより効率的に用いた容器用板紙を提供することである。
【0019】
本開示のなおさらなる目的は、強度および性能薬剤および/またはより効率的な脱水をより効率的に用いて、好ましくは段ボールにおける使用のための多層の容器用板紙を製造する方法を提供することである。
【0020】
上述の目的、ならびに本開示に照らして当業者により理解される他の目的は本開示の様々な態様により達成される。
【0021】
本発明は、強度および他の性能薬剤が2つのNSSCをベースとするプライの間の接触面において別の界面層として設けられれば、NSSCをベースとする容器用板紙の製造における強度および性能薬剤のより効率的な使用ならびにより効率的な脱水を達成することができるという発明的認識に基づいている。NSSCをベースとするファニッシュですべての薬剤を形成する前に直接混合すると薬剤保持は不十分であり、微粉分布は調節するのが困難である。問題はまた、高い量の歩留り向上および強度薬剤が必要とされることでもある。界面層における強度および他の性能薬剤の添加はNSSCをベースとする容器用板紙の強度を改良することができ、またNSSCをベースとする容器用板紙に必要とされる特性を得るために必要な薬剤を低減し得ることにより容器用板紙のコストを低下させ得る。界面層における強度および他の性能薬剤の適用はまた、薬剤をNSSCパルプと混合するときよりも迅速な容器用板紙の脱水も可能にする。いかなる特定の科学理論にも縛られることなく、薬剤を界面層に配置することは薬剤がNSSCパルプと混合されて提供されるときと同じ程度に脱水を妨げないと考えられる。また、容器用板紙の強度は強度向上剤を容器用板紙の外側プライに加えることによってもさらに改良されることが見出された。結果として、高い量の強度向上剤を含む界面層とやはり強度向上剤を含む2つの外側プライとの組合せが容器用板紙の強度、殊に圧縮強度を改良することが見出された。
【発明を実施するための形態】
【0022】
本明細書に示される第1の態様に従って、段ボールに使用される多層の容器用板紙であって、前記多層の容器用板紙は、
強度向上剤を含む第1の外側プライ、
強度向上剤を含む第2の外側プライ、ならびに
前記第1および第2の外側プライを接合する界面層
を含み、
前記第1および第2の外側プライの各々は乾燥重量に基づいて少なくとも50wt%の中性亜硫酸塩セミケミカル(NSSC)パルプを含み、
前記界面層は0.5~20gsmの量で強度向上剤を含み、界面層中の強度向上剤の量は第1および第2の外側プライの各々の中の強度向上剤の濃度より高い、好ましくは少なくとも2倍高い、多層の容器用板紙が提供される。
【0023】
本開示の容器用板紙は少なくとも2つのプライ、すなわち第1の外側プライ(トッププライともいわれる)および第2の外側プライ(バックプライともいわれる)を含む多層の容器用板紙である。外側プライは界面層により接合される。多層の容器用板紙の外側の表面、すなわちトップおよびバックプライの界面層から離れた表面はそれぞれ上面および裏面といわれる。
【0024】
NSSCパルプの高い含有量に起因して、本開示の容器用板紙は段ボールに使用される中芯またはフルーティングとして特に有用である。したがって、好ましい実施形態において、容器用板紙はフルーティングである。
【0025】
前記のように、本開示の容器用板紙はNSSCパルプの高い含有量が許容され得る用途向けの段ボールにライナーとして使用してもよい。
【0026】
多層の容器用板紙全体に添加剤を分配するのではなく、強度向上剤を含めてより高い量の添加剤を界面層に配置することにより(外側プライによるより高いデンプン取込みに起因して)コルゲーターにおけるより良好な膠の取込みがもたらされる可能性がある。添加剤を外側プライではなく中間プライに配置すると高い量の添加剤が使用されることも可能にし、このため完成した段ボールにおけるメカノソープティブクリープをより少なくすることができる。
【0027】
本開示の容器用板紙は界面層により接合された少なくとも2つのプライを含む多層の容器用板紙である。容器用板紙は多層の容器用板紙を製造するのに適合した紙または板紙工作機械で製造することができる。容器用板紙を作成するための紙または板紙工作機械は当技術分野で周知である。通例、機械レイアウトはストック処理セクション、ウェットエンドセクション、プレスおよび乾燥セクションならびに場合によりカレンダーおよび/またはコーティングセクションを含む。ウェットエンドセクションにおいて、プライは異なるヘッドボックスを用いて個別に形成され、湿潤状態で積層されてもよいし、または多層のヘッドボックスで一緒に形成されてもよい。個別に形成された場合、プライは通例抄紙機のプレスおよび乾燥セクションの前に積層される。
【0028】
「NSSCパルプ」は「NSSCパルプ化」により得られ、それ自体は背景技術の欄に定義されている。NSSCパルプは硬材パルプもしくは軟材パルプ、またはこれらの混合物であることができる。NSSCパルプは好ましくは硬材パルプまたは15wt%未満の軟材、好ましくは10wt%未満の軟材、より好ましくは5wt%未満の軟材を含む硬材/軟材パルプ混合物である。硬材はたとえばアスペン、ハンノキ、ポプラ、ユーカリ、カバノキ、アカシア、またはブナノキであり得る。NSSCパルプは好ましくは亜硫酸塩、好ましくはNa2SO3または(NH4)2SO3および塩基、好ましくはNaOHまたはNa2CO3を含む蒸解液を用いて蒸解調製される。いくつかの実施形態においてNSSCパルプ化からの収率は60%を超え、好ましくは65%を超え、好ましくは70%を超え、より好ましくは75%を超える。用語「中性」はNSSC蒸解液のpHが6~10の範囲であることを意味する。蒸解時間は好ましくは5分~3時間の範囲である。蒸解温度は好ましくは160~200℃の範囲である。NSSCパルプは15~20%のような比較的に高い量の残留リグニンを含み得る。NSSCパルプのKappa価は通例ISO 3260によると70を超え、好ましくは80を超え、好ましくは95を超え、より好ましくは100を超える。NSSCパルプ化は、パルプの機械的なリファイニングも含むという意味で「セミケミカル」である。リファイニングはたとえば、ディスクリファイナーを蒸解釜圧力または大気圧で用いて行い得る。リファイニングは1つ以上の工程で同じまたは異なるパルプ稠度で行うことができる。第1のリファイニング工程は好ましくは5~35%のようなより高い稠度で行い得、第2のリファイニング工程は好ましくはより低い稠度<5%で行い得る。
【0029】
いくつかの実施形態において、NSSCパルプは120~300%の範囲、好ましくは120~270%の範囲の保水値(WRV)を有する。WRV値はISO規格23714により100メッシュワイヤを使用して決定し得る。
【0030】
第1および第2の外側プライの各々は乾燥重量に基づいて少なくとも50wt%のNSSCパルプを含む。いくつかの実施形態において、前記第1および第2の外側プライの各々は乾燥重量に基づいて少なくとも60wt%、好ましくは少なくとも70wt%のNSSCパルプを含む。第1および第2の外側プライは100wt%のNSSCパルプを含み得るが、より一般的には、プライはまた、第1および第2の外側プライが乾燥重量に基づいて95wt%以下、90wt%以下、85wt%以下、80wt%以下、または75wt%以下のNSSCパルプを含むように、他の成分も含み得る。
【0031】
第1および第2の外側プライのNSSCパルプでない部分は硬材および/または軟材繊維のようなあらゆる種類の繊維を含み得、たとえば、化学パルプ、機械パルプ、サーモメカニカルパルプまたはケミサーモメカニカルパルプ(CTMP)を含み得る。第1および第2の外側プライのNSSCパルプでない部分はまたたとえば再生繊維を含んでもよい。たとえば、本開示の第1および第2の外側プライは本質的にNSSCパルプまたはNSSCパルプと再生繊維の混合物からなり得る。「再生繊維」とは、以前にある種の紙または板製品に組み込まれたことがある繊維材料を意味する。あるいは、または補足物として、NSSCパルプでないパルプ部分はたとえばリジェクトパルプを含み得る。たとえば、本開示のパルプは本質的にNSSCパルプおよびリジェクトパルプからなり得る。「リジェクトパルプ」はパルプ化プロセスからのスクリーンリジェクトをリファイニングすることにより調製されるパルプを意味する。
【0032】
いくつかの実施形態において、前記第1および第2の外側プライの各々はさらに乾燥重量に基づいて少なくとも10wt%、好ましくは少なくとも20wt%、より好ましくは少なくとも30wt%の未漂白クラフトパルプを含む。未漂白クラフトパルプ、またはUBKPは、一般にマツおよび/またはトウヒを主体とする未漂白の硫酸塩パルプを指す。
【0033】
いくつかの実施形態において、第1の外側プライおよび第2の外側プライの各々の坪量は20~120g/m2の範囲、好ましくは30~80g/m2の範囲である。多層の容器用板紙の総坪量は好ましくは60~300g/m2の範囲である。
【0034】
いくつかの実施形態において、第1および第2の外側プライは同じパルプ懸濁液から、または同じ組成を有するパルプ懸濁液から形成される。いくつかの実施形態において、第1および第2の外側プライの組成は同じ、またはほとんど同じである。いくつかの実施形態において、第1および第2の外側プライの組成および坪量は同じ、またはほとんど同じである。同じ、またはほとんど同じ第1および第2の外側プライを有すると、湿度および温度の変動に曝露されたときの多層の容器用板紙の変形に関する問題を低減する。
【0035】
外側プライのNSSCパルプの高い含有量のため、多層の容器用板紙は全体として高い含有量のNSSCパルプを有する。いくつかの実施形態において、前記多層の容器用板紙は乾燥重量に基づいて少なくとも50wt%、好ましくは少なくとも60wt%のNSSCパルプを含む。いくつかの実施形態において、多層の容器用板紙は乾燥重量に基づいて50~95wt%、好ましくは少なくとも60~95wt%のNSSCパルプを含む。
【0036】
いくつかの実施形態において、多層の容器用板紙に使用されるNSSCパルプは分画されたNSSCパルプである。分画されたNSSCパルプはNSSCパルプ出発物質の細繊維画分および粗繊維画分へのサイズ分画により得られる。出発物質と比較して、細繊維画分はより高い量のより短いより細い繊維を有する。言い換えると、細繊維画分のNSSCパルプの平均粒度は粗繊維画分のNSSCパルプの平均粒度より低い。細繊維画分はたとえばNSSCパルプ出発物質を圧力スクリーンで分離してより短いより細い繊維の画分を獲得することにより得られ得る。
【0037】
NSSCパルプのサイズ分画により得られる細繊維画分は、NSSCパルプの未分画または粗繊維画分と比較してライナーの光学的特性に及ぼす影響がより少ないので、多層の容器用板紙の外側プライに使用するのに殊に有利である。
【0038】
界面層は好ましくは強度向上剤を含む水性懸濁液を第1および第2の外側プライの間に塗布して第1および第2の外側プライの間で界面層を得ることにより形成される。水性懸濁液および強度向上剤が第1および第2の外側プライに吸収される程度に応じて、界面層は別のプライの形態をとってもよいし、または2つの外側プライの間の接触面における高含有量の強度向上剤を含む界面ゾーンの形態をとることができる。
【0039】
第1および第2の外側プライならびに界面層は少なくとも1つの強度向上剤を含む。強度向上剤は好ましくはデンプンをベースとする強度向上剤、セルロースをベースとする強度向上剤、およびこれらの混合物からなる群から選択される。
【0040】
いくつかの実施形態において、強度向上剤はデンプンをベースとする強度向上剤である。デンプンをベースとする強度向上剤はたとえば蒸解もしくは糊化(gelatinzed)または未蒸解デンプン、またはこれらの混合物を含み得る。
【0041】
繊維および板紙製品の強度はたとえば表面フィブリル化により繊維-繊維接触を高めることにより増大することができる。より粗な繊維混合物の強度を増大する1つの可能性は、たとえばウェブ形成中ホワイトウォーターから得られるセルロース微粉、高度にリファイニングされたセルロース、またはミクロフィブリル化セルロース(MFC)のような微細なセルロース材料を強度向上剤として加えることである。
【0042】
いくつかの実施形態において、強度向上剤はセルロースをベースとする強度向上剤である。セルロースをベースとする強度向上剤は好ましくは高度にリファイニングされたセルロースのような微細なセルロース材料を含むか、またはそれからなる。セルロースパルプのリファイニング、または叩解は、セルロース繊維に所望の特性を付与するためのセルロース繊維の機械的処理および変性を意味する。
【0043】
いくつかの実施形態において、セルロースをベースとする強度向上剤は≧250%、より好ましくは≧300%の保水(WRV)値を有する。さらに、WRV値は好ましくは≦500%、より好ましくは≦450%または≦400%または≦350%である。いくつかの実施形態において、セルロースをベースとする強度向上剤は250~400%、または250~380%、または250~350%、または300~350%のWRV値を有する。WRV値はISO規格23714により200メッシュワイヤを使用して決定し得る。
【0044】
いくつかの実施形態において、セルロースをベースとする強度向上剤はISO規格5267-1により決定して70を超える、好ましくは70~98の範囲のSchopper-Riegler(SR)数を有する。
【0045】
いくつかの実施形態において、強度向上剤はセルロース微粉、70~90の範囲のSchopper Riegler数を有する高度にリファイニングされたセルロース、ミクロフィブリル化セルロース(MFC)、およびこれらの混合物からなる群から選択される。
【0046】
本明細書で使用するセルロース微粉という用語は一般にセルロース繊維より大きさがかなり小さいセルロース粒子を意味する。いくつかの実施形態において、本明細書で使用する微細という用語は、慣用の実験室用分画装置の200メッシュスクリーン(相当穴直径76μm)を通過することができる微細なセルロース粒子を指す(SCAN-CM 66:05)。2つの主要な種類の繊維微粉、すなわち一次および二次微粉がある。一次微粉はパルプ化および漂白中に生成し、そこで化学的および機械的な処理により細胞壁マトリックスから除去される。その起源(すなわち、複合細胞間層、放射組織細胞、柔組織細胞)の結果として、一次微粉は小繊維物質を少量だけ共用するフレーク様構造を示す。対照的に、二次微粉はパルプのリファイニング中に生成する。
【0047】
本明細書で使用する高度にリファイニングされたセルロースパルプという用語は、かなりのリファイニングに付されているが、すべてのセルロースパルプが慣用の実験室用分画装置(SCAN-CM 66:05)の200メッシュスクリーン(相当穴直径76μm)を通過するほどではないセルロースパルプを意味する。本明細書で使用する高度にリファイニングされたセルロースパルプという用語はISO規格5267-1により決定して70を超える、好ましくは70~90の範囲のSchopper-Riegler(SR)数を有するセルロースパルプを意味する。
【0048】
ミクロフィブリル化セルロース(MFC)は本特許出願において20nm~1000nmの幅または直径を有するセルロース粒子、繊維またはフィブリルを意味する。
【0049】
MFCを作成するには、単一もしくは多数回パスリファイニング、前加水分解とそれに続くリファイニングまたはフィブリルの高剪断崩壊もしくは解放のような様々な方法がある。MFCの製造をエネルギー効率が良く、しかも持続可能とするためには通常1つまたはいくつかの前処理工程が必要とされる。このようにMFCを生産するときに使用されるパルプのセルロース繊維は天然でもよいし、または、たとえばヘミセルロースまたはリグニンの量を低減するために酵素によりもしくは化学的に前処理されてもよい。セルロース繊維はフィブリル化の前に化学的に修飾され得、ここでセルロース分子は元のセルロースに見られる官能基以外(または追加の官能基)を含有する。かかる基としては、とりわけ、カルボキシメチル(CM)、アルデヒドおよび/またはカルボキシル基(N-オキシル媒介酸化、たとえば「TEMPO」により得られるセルロース)、または四級アンモニウム(カチオン性セルロース)がある。上記方法の1つで修飾または酸化された後、繊維をMFCに分解するのはより容易である。
【0050】
MFCは木材セルロース繊維から、硬材または軟材繊維の両方から生産することができる。また微生物起源、農業繊維、たとえば小麦わらパルプ、竹、バガス、またはその他の非木材繊維起源から作成することもできる。バージン繊維由来のパルプ、たとえば機械、化学および/またはサーモメカニカルパルプを含めたパルプから作成することができる。また、破れた紙または再生紙から作成することもできる。
【0051】
いくつかの実施形態において、強度向上剤はデンプンをベースとする強度向上剤およびセルロースをベースとする強度向上剤の混合物を含む。いくつかの実施形態において、前記デンプンをベースとする強度向上剤の含有量と前記セルロースをベースとする強度向上剤の含有量との比は0.1:10~10:0.1の範囲、より好ましくは0.1:5~5:0.1の範囲である。
【0052】
いくつかの実施形態において、界面層はさらに架橋剤を含む。架橋剤はたとえばクエン酸であってもよい。いくつかの実施形態において、界面層はさらに不溶化剤を含む。不溶化剤はたとえばアミノ樹脂、グリオキサール、またはジルコニウム塩不溶化剤であり得る。
【0053】
界面層は好ましくは強度向上剤および場合により他の性能薬剤、たとえばデンプン、歩留り向上/濾水性向上剤、および内添サイズ剤を含む。
【0054】
界面層はまたいくらかのセルロース繊維、すなわち繊維状形態のセルロースで、高度にリファイニングまたはミクロフィブリル化されてないセルロースも含み得る。界面層は好ましくはセルロース繊維の含有量が第1および第2の外側プライよりかなり低い。界面層は好ましくは乾燥重量に基づいて30wt%未満、より好ましくは20wt%未満のセルロース繊維を含む。いくつかの実施形態において、界面層はセルロース繊維を含まないか、またはほとんど含まない。いくつかの実施形態において、界面層は乾燥重量に基づいて2wt%未満、好ましくは0.5wt%未満のセルロース繊維を含む。
【0055】
界面層の坪量は第1および第2の外側プライの坪量よりかなり低い。いくつかの実施形態において、前記界面層は0.5~20gsmの範囲、好ましくは1~10gsmの範囲の坪量を有する。
【0056】
界面層は好ましくは主に強度向上剤からなる。いくつかの実施形態において、前記界面層は乾燥重量に基づいて少なくとも50wt%、好ましくは少なくとも70wt%の前記強度向上剤を含む。
【0057】
界面層は0.5~20gsmの範囲、好ましくは1~10gsmの範囲、さらにより好ましくは1~7gsmの範囲の坪量で前記強度向上剤を含む。
【0058】
第1および/または第2の外側プライは好ましくは乾燥重量に基づいて2~50kg/トン、好ましくは5~30kg/トンの量で強度向上剤を含む。乾燥重量に基づいて2~15kg/トン、好ましくは4~10kg/トンの量でデンプンをベースとする強度向上剤を加えるのが好ましい。乾燥重量に基づいて2~50kg/トン、好ましくは5~40kg/トン、またはさらにより好ましくは10~30kg/トンの量でセルロースをベースとする強度向上剤を加えるのが好ましい。
【0059】
第1および第2の外側プライは同じ種類の強度向上剤を含み得るが2つの外側プライに異なる強度向上剤を使用することも可能である。同じ量の強度向上剤を第1および第2の外側プライに使用することが可能であるが異なる量の強度向上剤を2つの外側プライに加えることも可能である。
【0060】
界面層中の強度向上剤の量は界面層で外側プライより高い。いくつかの実施形態において、強度向上剤の量は界面層で第1および第2の外側プライの各々より高い、好ましくは少なくとも2倍高い。好ましくは、界面層中の強度向上剤の量は第1および第2の外側プライの各々の中の強度向上剤の量より少なくとも4、6、8または10倍高い。2つの外側プライが異なる量の強度向上剤を含むならば、界面層は最も高い量の強度向上剤の外側プライより少なくとも2倍高い量を含む。界面層中の強度向上剤の量は、界面層により高い量の強度向上剤を有し、外側プライにより低い量を有することで、改良された脱水および多層の容器用板紙中の強度向上剤のより良好な保持が提供される。また、容器用板紙の圧縮強度が外側プライにおけるより低い量の強度向上剤および界面層におけるより高い量の強度向上剤の添加により改良されることも見出された。
【0061】
界面層はさらに、充填剤、歩留り向上および/または濾水性向上薬剤、凝集添加剤、解膠添加剤、乾燥強度添加剤、軟化剤、架橋助剤、サイズ薬剤、染料および着色剤、湿潤強度樹脂、固化剤、消泡助剤、微生物およびスライム制御助剤、またはこれらの混合物のような添加剤を含み得る。
【0062】
いくつかの実施形態において、前記界面層はさらに第1および第2の外側プライの各々における歩留り向上/濾水性向上剤の濃度より少なくとも2倍高い濃度で歩留り向上/濾水性向上剤を含む。
【0063】
界面層に歩留り向上/濾水性向上剤を配置することにより、より良好な形成が可能になるが、必要とされる歩留り向上助剤の総量を低減することもできる。
【0064】
いくつかの実施形態において、前記界面層はさらに内添サイズ剤を含む。いくつかの実施形態において、界面層はさらに内添サイズ剤を各々の第1および第2の外側プライの内添サイズ剤の濃度より少なくとも2倍高い濃度で含む。
【0065】
内添サイズ剤は好ましくは疎水化サイズ剤である。いくつかの実施形態において、内添サイズ剤はアルキルケテンダイマー(AKD)、アルケニルコハク酸無水物(ASA)、ロジンサイズ、およびこれらの混合物からなる群から(form)選択される。
【0066】
いくつかの実施形態において、多層の容器用板紙の内添サイズ剤の量は0.5~5kg/tnの範囲である。
【0067】
いくつかの実施形態において、前記内添サイズ剤の含有量と前記強度向上剤の含有量との比は0.1:10~10:0.1の範囲、より好ましくは0.1:5~5:0.1の範囲である。
【0068】
多層の容器用板紙には乾燥し過ぎないという点で有益であることが判明した。特に、多層の容器用板紙のより良好な破壊靱性は特定の水分含量に乾燥したときに得られることが判明した。いくつかの実施形態において、多層の容器用板紙の水分含量は3~17wt%の範囲、好ましくは4~14wt%の範囲、より好ましくは5~15wt%の範囲である。
【0069】
いくつかの実施形態において、多層の容器用板紙は6Jm/kgより高い、好ましくは7Jm/kgより高い、より好ましくは8Jm/kgより高い破壊靱性指数GEOM(ISO/TS 17958)を有する。
【0070】
いくつかの実施形態において、多層の容器用板紙は23Nm/gより高い、好ましくは24Nm/gより高い、より好ましくは25Nm/gより高いSCTインデックスGEOM(ISO 9895)を有する。
【0071】
いくつかの実施形態において、多層の容器用板紙の外側プライの少なくとも1つは良好な印刷面および良好な耐湿性を提供するように最適化される。いくつかの実施形態において、少なくとも段ボールの外側の表面として意図される外側プライは良好な印刷面および良好な耐湿性を提供するように最適化される。いくつかの実施形態において、良好な印刷面および良好な耐湿性を提供するための最適化は表面サイズ処理を含む。いくつかの実施形態において、多層の容器用板紙は表面サイズ処理される。いくつかの実施形態において多層の容器用板紙はデンプンで表面サイズ処理される。いくつかの実施形態において多層の容器用板紙はデンプンならびに、好ましくは架橋剤、補強剤および疎水化サイズ剤からなる群から選択される少なくとも1つの他の機能性成分の組合せで表面サイズ処理される。架橋剤はたとえばクエン酸であり得る。補強剤はたとえばミクロフィブリル化セルロース(MFC)であり得る。疎水化サイズ剤はたとえばアルキルケテンダイマー(AKD)、アルケニルコハク酸無水物(ASA)、SMA(スチレン無水マレイン酸)、ロジンサイズ、またはこれらの混合物であり得る。
【0072】
段ボールは波形をつけてないライナーの少なくとも1つの層、およびフルーティングの少なくとも1つの層を含む。通常の段ボール生産では、フルーティングに波形をつけた後ライナーボードに接着される。たとえば、段ボールはライナーの2つの層の間に挟まれたフルーティングの層からなり得る。
【0073】
本明細書に示されている第2の態様に従って、フルーティングおよび/またはライナーとして第1の態様を参照して定義された多層の容器用板紙を含む段ボールが提供される。
【0074】
段ボールに使用される多層の容器用板紙は:
a)強度向上剤を含む第1のパルプ懸濁液から第1のウェブ層を形成し、前記第1のウェブ層を脱水して第1の外側プライを得;
b)強度向上剤を含む水性懸濁液を塗布して第1の外側プライ上の界面層を得;
c)強度向上剤を含む第2のパルプ懸濁液から第2のウェブ層を形成し、前記第2のウェブ層を脱水して界面層上の第2の外側プライを得る
ステップを含む方法により製造することができ、
ここで前記第1および第2のパルプ懸濁液の各々は乾燥重量に基づいて少なくとも50wt%の中性亜硫酸塩セミケミカル(NSSC)パルプを含み、
前記水性懸濁液は強度向上剤を0.5~20gsmの量で含み、界面層中の強度向上剤の量は第1および第2のパルプ懸濁液中の強度向上剤の濃度より高く、好ましくは少なくとも2倍高い。
【0075】
用語第1および第2のウェブ層は必ずしもウェブ層が形成される順序を意味しない。ウェブ層は同時にまたは個別にあらゆる順序で形成することができる。
【0076】
いくつかの実施形態において、第1および第2のウェブ層は異なるヘッドボックスおよび1つ以上のワイヤを用いて個別に形成され、部分的に脱水され、その後湿潤状態で積層される。界面層は第1および第2のウェブ層が積層される前に設けられる。
【0077】
いくつかの実施形態において、第1のウェブ層、界面層、および第2のウェブ層は多層のヘッドボックスおよび単一のワイヤを用いて一緒に形成され部分的に脱水される。
【0078】
いくつかの実施形態において、前記第1および第2のパルプ懸濁液の各々は乾燥重量に基づいて少なくとも60wt%、好ましくは少なくとも70wt%のNSSCパルプを含む。
【0079】
いくつかの実施形態において、前記第1および第2のパルプ懸濁液の各々はさらに乾燥重量に基づいて少なくとも10wt%、好ましくは少なくとも20wt%、より好ましくは少なくとも30wt%の未漂白クラフトパルプを含む。
【0080】
いくつかの実施形態において、第1の外側プライおよび第2の外側プライの各々の坪量は20~100g/m2の範囲、好ましくは30~80g/m2の範囲である。
【0081】
いくつかの実施形態において、第1および第2のパルプ懸濁液の組成は同じである。いくつかの実施形態において、第1および第2の外側プライの組成および坪量は同じであるか、またはほとんど同じである。
【0082】
いくつかの実施形態において、前記水性懸濁液は乾燥重量に基づいて2wt%未満、好ましくは0.5wt%未満のセルロース繊維を含む。
【0083】
いくつかの実施形態において、前記水性懸濁液は多層ヘッドボックスを用いて中間層として塗布される。
【0084】
方法はパルプ懸濁液からたくさんのウェブを形成し、脱水することを含む。多数の層を有するウェブを形成し脱水する方法は当技術分野で周知である。容器用板紙は多層の容器用板紙の製造に適合した紙または板紙工作機械で製造することができる。多層の容器用板紙を作成する紙または板紙工作機械は当技術分野で周知である。通例、機械レイアウトはストック処理セクション、ウェットエンドセクション、プレスおよび乾燥セクションならびにカレンダーおよび/またはコーティングセクションを含む。
【0085】
ウェブは一般に当分野で慣用の通り1つ以上のワイヤを含むウェットエンドセクションで形成され脱水される。外側プライは異なるヘッドボックスを用いて個別に形成され部分的に脱水され、湿潤状態で積層されてもよいし、または多層のヘッドボックスで一緒に形成されてもよい。ウェブは通例ギャップフォーマーで形成されるが、長網抄紙機型のフォーマーで形成されてもよい。個別に形成される場合、湿ったプライは通例抄紙機のプレスおよび乾燥セクションの前に一緒に積層されるか、またはクーチングされる。
【0086】
強度向上剤を含む水性懸濁液は第1および第2の外側プライの間に塗布される。いくつかの実施形態において、水性懸濁液は多層ヘッドボックスを用いて第1および第2の外側プライの間に別の水層として形成される。水性懸濁液はまた、プライが一緒に積層されるかまたはクーチングされる前にスプレーもしくは泡もしくはカーテンコーティング塗工のような非接触析出技術を用いて第1および第2の外側プライの間に加えられてもよい。好ましくは、水性分散体の固体含有量は0.5~50wt%の範囲、より好ましくは1~30wt%の範囲である。
【0087】
ウェブは通例さらに脱水に付され、たとえば形成された多層ウェブを抄紙機のプレスセクションを通過させ得、そこでウェブはできるだけ多くの水を搾り出すように高い圧力がかけられた大きいロール間を通過する。プレスセクションは伝統的なニッププレスユニットおよびプレス織物フェルトから、および/またはさらに1つもしくはいくつかのシュープレスまたは拡張脱水ニップから構成され得る。これらは様々な位置、温度および遅延時間を含めた様々なニップまたはプレス負荷で動作することができる。プレスセクションは生産を最大化するために1つ以上のシュープレスを備え得る。1つまたはいくつかのシュープレスを使用するならば、これらは800kN/mを超え、たとえば1000kN/mを超え、たとえば1200kN/mを超え、またはたとえば1450kN/mを超えるプレスレベルで作動することができる。除去された水は通例織物またはフェルトにより受け取られる。
【0088】
プレスセクションの後、多層ウェブは乾燥セクションで乾燥に付され得る。乾燥はたとえば多層ウェブを一連の加熱された乾燥シリンダーの回りに通過させることにより多層ウェブを乾燥させることを含み得る。乾燥は通例約1~15wt%のレベルまで水含量を除去し得る。しかしながら、多層の容器用板紙は乾燥し過ぎないことから利益を得るということが見出された。特に、多層の容器用板紙のより良好な破壊靱性は特定の水分含量に乾燥されたときに得られることが見出された。いくつかの実施形態において、多層の容器用板紙の水分含量は3~17wt%の範囲、好ましくは4~14wt%の範囲、より好ましくは5~15wt%の範囲である。
【0089】
ウェブはさらに熱および蒸気で状態調節し得、大きい段ロール間に供給して完成したフルーティングにその波形形状をつけ得る。
【0090】
様々な例示的実施形態を参照して本発明を記載して来たが、当業者には理解されるように、本発明の範囲から逸脱することなく様々な変更をなし得、等価物をその要素と置き換え得る。加えて、本発明の本質的な範囲から逸脱することなく特定の状況または材料を本発明の教示に適合させるために多くの修正をなし得る。したがって、本発明は、この発明を実施する上で考えられる最良の態様として開示された特定の実施形態に限定されることなく、また本発明は添付の特許請求の範囲の範囲内に入るすべての実施形態を包含することが意図されている。
【実施例】
【0091】
実施例は、強度向上剤を含む界面層と組み合わせた外側プライ中の高い量のNSSCパルプが、多層の容器用板紙に良好な機械的特性をもたらすのに使用することができるということを示す。
【0092】
多層の容器用板紙調製方法
フロントプライ(本発明の第1の外側プライに対応する)、およびバックプライ(本発明の第2の外側プライに対応する)ならびにデンプンを強度向上剤として含む界面層を含む多層の容器用板紙を、3つのヘッドボックスおよび3つのワイヤ、プレスセクション、ならびに乾燥セクションを備えたパイロット機械で調製した。3プライ構造に対する目標の最終水分含有量は8.5wt%で、目標の坪量は120g/m2であった。ウェブを、オンラインで機械カレンダーを用いて100℃およびニップ荷重45kN/mでカレンダー掛けした。
【0093】
NSSCパルプはFS5 ISO法により決定して1.14mmのLc(w)繊維長を有していた。FS5カールは2%、FS5フィブリル化は1.55%であった。FS5 Fines A量は20.3%であった。
【0094】
未漂白クラフトパルプ(UBKP)をSR30にリファイニングした。対応する繊維特性は:Lc(w)繊維長2.32mm、FS5カール6.8%、FS5フィブリル化1.78%であった。FS5 Fines A量は18.8%であった。
【0095】
すべてのパルプ懸濁液は同じ量の歩留り向上および濾水性向上薬剤および強度および内添サイズ薬剤(AKD)を含有していた。
【0096】
パルプ懸濁液のpHは約7.0(±0.5)であった。
【0097】
デンプンを外側プライの間に塗布したとき、塗布量は乾燥重量に基づいて約2g/m2であった。デンプンを含む水性懸濁液をバックプライにスプレーすることによりデンプンを塗布した後プレスセクションの前にプライを一緒にクーチングした。
【0098】
例1(比較例)
表1に示す120g/m2の1-プライ容器用板紙を、多層の容器用板紙調製方法に従って、92.5%NSSCパルプおよび7.5%UBKPを含むパルプ懸濁液から調製した。
【0099】
得られた多層の容器用板紙を分析した。結果を表2に示す。
【0100】
例2Aおよび2B
例1のパルプ懸濁液を2つの異なるバッチに分け、表1に示すように2つのヘッドボックスおよび2つのワイヤを用いて多層湿潤形成モードで実験した。ウェブをプレスセクションの前に一緒にクーチングした。試料2Aでは、2g/m2のデンプンを塗布し、試料2Bではデンプンを塗布しなかった。
【0101】
得られた多層の容器用板紙を分析した。結果を表2に示す。
【0102】
例3Aおよび3B
例2で作成したような対応する多層構造を作成したが、表1に記載するようにNSSCとUBKPの50-50パルプ混合物をトッププライに、そしてNSSCとUBKPの95-5パルプ混合物をバックプライに用いた。試料3Aでは、2g/m2のデンプンを2つのウェブの間に塗布し、試料3Bではデンプンを塗布しなかった。
【0103】
得られた多層の容器用板紙を分析した。結果を表2に示す。
【0104】
例4Aおよび4B(比較)
例2で作成したような対応する多層の構造を作成したが、表1に示すように100%UBKPをトップおよびバックプライの両方に使用した。試料4Aでは、2g/m2のデンプンを2つのウェブの間に塗布し、試料4Bではデンプンを塗布しなかった。
【0105】
得られた多層の容器用板紙を分析した。結果を表2に示す。
【0106】
別途指定のない限り、本開示で論じた物理的特性は次の標準規格に従って決定される:
白色度C/2°+UV ISO 2470-1
L* C/2°+UV ISO 5631-1
a* C/2°+UV ISO 5631-1
b* C/2°+UV ISO 5631-1
坪量 ISO 536
厚さ、単一シート ISO 534
かさ、単一シート ISO 534
透気度G-H ISO 5636-5
Cobb 30s ISO 535
水分含量50%rh ISO 287
Scott-Bond TAPPI T569
引張強度 ISO 1924-3
引張指数 ISO 1924-3
引張強度md/cd ISO 1924-3
伸び ISO 1924-3
引張剛性 ISO 1924-3
引張剛性指数 ISO 1924-3
E-弾性率 ISO 1924-3
TEA ISO 1924-3
TEA指数 ISO 1924-3
TEA指数 ISO 1924-3
破壊靱性 ISO/TS 17958
破壊靱性指数 ISO/TS 17958
引裂抵抗 ISO 1974
引裂指数 ISO 1974
SCT ISO 9895
SCT指数 ISO 9895
RCT ISO 12192
RCT指数 ISO 12192
破裂指数 ISO 2759
破裂強度 ISO 2759
【0107】
別途指定のない限り、交差方向(cd)および縦方向(md)の両方で物理的および機械的特性を決定するのに標準の方法を適用することができる。
【国際調査報告】