JP3243066B2 - 水分散性シートの製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は水分散性シートの製造方
法、更に詳しくは、水不溶繊維状カルボキシメチルセル
ロースを含む抄紙原料を特定の炭酸塩または炭酸水素塩
で処理することにより、抄造工程において抄紙機の抄き
網およびフエルトからの湿紙の剥離性を改良すると共
に、かつ１段の簡便な処理で水に容易に分散(水解)しう
るシートを製造する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】水不溶繊維状カルボキシメチルセルロー
ス(以下、ＣＭＣ繊維と称す)を含む抄紙原料を用いて水
分散性シートを製造する方法について、古くから研究、
開発が進められ、数多くの方法が報告されている。たと
えば、ＣＭＣ繊維単独またはＣＭＣ繊維と繊維状原料の
混合物をシート状に抄造した後、このシート(湿紙)に、
アルカリ金属化合物、アンモニア等のアルカリ性物質を
含有する親水性有機溶媒に浸漬するなどの処理を行い、
カルボキシメチルセルロースをアルカリ塩に中和して、
水分散性を付与する方法(特公昭４０−９６８号公報、
特公昭４３−１２１４号公報等参照)、あるいはＣＭＣ
繊維を含む抄紙原料を抄造して湿紙とし、フエルト上で
この湿紙にアルカリ金属化合物をスプレー等により添加
し、次いで乾燥する方法(特公昭４８−２７６０５号公
報等参照)が知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
の従来方法では次のような問題点があった。 １)第一段階でＣＭＣ繊維を含むシートを抄造し、次工
程でアルカリ処理を行うため製造工程が煩雑で長くな
る。又、有機溶剤が作業環境を悪化させる。 ２)湿紙にアルカリ性物質を添加して１段で製造する場
合も、湿紙の強度が弱いためスプレー圧の調整が難し
い。又、抄造速度を上げにくいため生産効率が悪い。 ３)ＣＭＣ繊維は一般的にパルプなどの繊維状原料に比
べて繊維長が短く強度も弱い為、その配合割合が増加す
るにしたがって湿紙の強度が低下し抄紙機の抄き網等か
らの剥離が難しくなる。特に、ＣＭＣ繊維１００％で抄
造する場合、非常に困難で不可能に近い。

【０００４】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明者らは、
抄紙機の抄き網等からの剥離性を改良し、且つ後工程を
必要とせず１段にて水分散性シートを製造する方法を提
供するため鋭意研究を進めた結果、ＣＭＣ繊維単独また
はＣＭＣ繊維と繊維状原料の混合物をシート状に抄造す
る際に、炭酸水素ナトリウムや他のアルカリ金属もしく
はアンモニウムの炭酸水素塩、あるいはアルカリ金属も
しくはアンモニウムの炭酸塩を含有する水溶液に分散さ
せて抄造すれば、抄紙機の抄き網等からの剥離性が改善
でき、且つ１段の製造工程にて水分散性シートが得られ
ることを見出した。さらに検討を進めたところ、使用す
るＣＭＣ繊維の種類(特にＣＭＣ繊維のカルボキシメチ
ル基中のエステル結合形成の割合)によっては、ＣＭＣ
繊維の水溶化によって抄造困難となったり、あるいは製
造された水分散性シートの風合いが非常に硬くなり実用
上障害となる傾向にあることがわかった。

【０００５】すなわち、本発明は、ＣＭＣ繊維(好まし
くはカルボキシメチル基の２％以上がエステル結合を形
成したもの)単独またはＣＭＣ繊維(好ましくは上記と同
様のもの)と繊維状原料の混合物をシート状に抄造する
際に、アルカリ金属もしくはアンモニウムの炭酸塩およ
び炭酸水素塩の群から選ばれる少なくとも１種を含有す
る水溶液に分散させて抄造することを特徴とする水分散
性シートの製造方法を提供するものである。

【０００６】本発明において抄紙原料として用いるＣＭ
Ｃ繊維は、一般に市販されている水溶性カルボキシメチ
ルセルロースと異なり、カルボキシメチル基がナトリウ
ム等のアルカリ金属塩に部分的に中和されたもの、ある
いは全く中和されていないものであり、親水性であるが
水中で多少膨潤する程度の性質を持つ。またその置換度
(以下、ＤＳと称す)は特に限定しないが、通常０．２〜
１．２の範囲にあるものが適当である。ＤＳ０．２未満
であると、水分散性が不十分となる傾向にあり、またＤ
Ｓが１．２を越えても、製造コストが高い割りには水分
散性は向上しない。なお、上記カルボキシメチル基のア
ルカリ金属による中和率は、ＤＳによって異なるが、通
常９０％以下に抑えることが適当である(中和率が９０
％を越えると、ＤＳの高いＣＭＣ繊維の場合、水溶性が
強まり抄造困難となる傾向にある)。

【０００７】さらに該ＣＭＣ繊維のエステル結合に関し
て、カルボキシメチルセルロースが持つカルボキシメチ
ル基は熱処理、酸触媒との共存下等でセルロース骨格内
の水酸基と脱水反応によりエステル結合を形成すること
が知られている。本発明におけるＣＭＣ繊維としては、
これらの既存の方法でエステル結合を形成させたもの
で、そのエステル結合形成の割合(以下、エステル化率
と称す)がカルボキシメチル基中の２％以上(実用的には
２０％以下)に設定されたものが好ましい。エステル化
率２％未満だと、後述のアルカリ金属もしくはアンモニ
ウムの炭酸塩を使用する場合、ＣＭＣ繊維の水溶性が強
まり抄造困難となる傾向にあり、一方、アルカリ金属も
しくはアンモニウムの炭酸水素塩を使用する場合、水分
散性シートの製造は可能だが、出来上がったシートの風
合いが硬くて実用上不向きとなる傾向にある。

【０００８】なお、上記エステル化率の算出はエステル
基が水素化ホウ素ナトリウムにより還元されてアルコー
ルを生成する性質を利用し、次のように行った。 i)ＣＭＣ繊維約１g(乾燥量)を１％水素化ホウ素ナトリ
ウム水溶液１００mlにて２４時間処理する。 ii)処理した試料を約２Ｎ硫酸にて室温で１時間処理し
た後、水洗して酸を完全に除去し、十分乾燥する。ブラ
ンクとして、水素化ホウ素ナトリウム未処理の試料も同
様に処理する。 iii)これらの試料を正確に秤量しビーカーに入れた後、
０．１Ｎ−水酸化ナトリウム５０mlを加え、カルボキシ
メチル基の中和を行う。この時中和されるカルボキシメ
チル基にはエステル基が加水分解して生じるカルボキシ
メチル基も含まれる。 iv)逆滴定により、中和で消費された試料１g当たりの水
酸化ナトリウムのmol数を求め、ブランクとの差をエス
テル量とし次式によりエステル化率を算出する。 エステル化率(％)＝(ブランク−還元試料)／ブランク×
１００

【０００９】また、上記ＣＭＣ繊維に必要に応じて配合
される繊維状原料としては、特に限定されるものではな
く、通常の木材パルプ、製紙用クラフトパルプ、サルフ
ァイトパルプ、非木材パルプ、化繊用溶解パルプ、レー
ヨン繊維、合成繊維(ポリアミド、ポリエステルなど)、
無機質繊維(グラスファイバー、石綿など)等が使用でき
るが、特に環境問題などを考えると生分解性のある材料
が好ましい。この場合の配合比率(重量比)は、ＣＭＣ繊
維１に対して繊維状原料４以下の範囲となるように選定
すればよい。繊維状原料の比率が上記範囲を越えると、
シートの水分散性が低下する傾向にある。

【００１０】本発明において上記抄紙原料の処理に用い
る炭酸塩や炭酸水素塩(以下、処理剤と称す)としては、
Ｎa,Ｋ,Ｌi等のアルカリ金属もしくはアンモニウムの炭
酸塩および炭酸水素塩が挙げられ、これらの少なくとも
１種を使用する。

【００１１】本発明に係る水分散性シートの製造方法
は、上述のＣＭＣ繊維単独またはＣＭＣ繊維と繊維状原
料の混合物を抄紙原料とし、かつ該抄紙原料を上記処理
剤を含有する水溶液に分散させて抄造することを特徴と
する(この場合、一般的な湿式抄紙法に準じる)以外は、
通常の方法および条件に従って実施することができる。
以下、方法手順について詳述する。

【００１２】Ｉ)先ず、抄紙原料を適度に離解、叩解し
た後、処理剤と共に水中に分散、たとえば上記離解、叩
解した抄紙原料を水中に分散せしめてから処理剤を添加
して、完全紙料とする。あるいは、抄紙原料を離解、叩
解する際に、予め処理剤を添加しておいてもよい。これ
らの場合、処理剤の添加量は、抄紙原料中のＣＭＣ繊維
の比率並びに湿紙のろ水率、目的シートの秤量および水
分散性の程度に応じて適宜に変化させることができる
が、通常、水中での濃度(後記抄紙機のワイヤーパート
で抄造するときの濃度)が０．０１〜３．０％(重量％、
以下同様)、好ましくは０．０４〜２．０％となるよう
に選定すればよい。上記濃度が０．０１％未満では、目
的シートの水分散性が不足し、また３．０％を越える
と、残存アルカリの影響でシートが変色したり、経時変
化でシート劣化が起る傾向にある。また、処理剤以外
に、必要に応じて他の添加剤(たとえば油脂類、炭化水
素類、界面活性剤、アルコール類、殺菌消毒剤、湿潤
剤、防腐剤、香料等)を適量加えてもよい。

【００１３】ＩＩ)次に、得られる完全紙料を適度に希
釈し、円網式、長網式等一般的な抄紙機にて抄造して、
抄き網上に湿紙を形成した後(ワイヤーパート)、湿紙を
プレスパートに移送し脱水せしめ、次いでドライパート
で乾燥することにより、目的とする水分散性シートを得
る。

【００１４】かかる本発明方法において、当該処理剤に
よる作用効果の論理的解明は不十分ではあるが、次のよ
うに考えられる。たとえば炭酸水素ナトリウムを用いた場合 炭酸水素ナトリウム水溶液は６５℃で二酸化炭素を放出
して炭酸ナトリウムに変化する性質を持つ。すなわち、
湿紙を形成するワイヤーパート、プレスパートまでは常
温であるため炭酸水素ナトリウムは変化せずＣＭＣ繊維
の中和はあまり進行しない。又、湿紙に含まれる炭酸水
素ナトリウムが何らかの作用を及ぼし、ワイヤーパー
ト、プレスパートでの剥離性を改善するため、エステル
化率が２％未満のＣＭＣ繊維を原料とした場合でも、湿
紙の移動が容易となる。そして、ドライパートになると
炭酸水素ナトリウムは１０５〜１３０℃に加熱され炭酸
ナトリウムに変化するためＣＭＣ繊維の中和がより進行
し水分散性となる。このように当該処理剤は中和剤兼剥
離性改善剤として機能する。

【００１５】一方、ＣＭＣ繊維のエステル化率に着目した場合 カルボキシメチルセルロースのエステル結合が繊維間で
形成されると架橋構造となる。このようなＣＭＣ繊維を
アルカリ金属もしくはアンモニウムの炭酸塩水溶液中で
抄造する場合、未中和のカルボキシメチル基のある程度
はアルカリ金属塩、アンモニウム塩に中和されるが、エ
ステル架橋の影響で水溶性が抑えられ抄造可能となる。
この抄造された湿紙がドライパートに移ると水分の蒸発
と共に湿紙に含まれる炭酸塩の濃度が高まる為アルカリ
性が強まり、エステルの加水分解が起こる。この結果生
成したカルボキシメチル基は炭酸塩により中和され、乾
燥シートの水分散性は良好となる。また、アルカリ金属
もしくはアンモニウムの炭酸水素塩水溶液中で抄造する
場合、未中和のカルボキシメチル基の中和反応は炭酸塩
ほど進行しないので抄造はより容易となる。この抄造さ
れた湿紙がドライパートに移ると、湿紙に水溶液として
含まれる炭酸水素塩が二酸化炭素を放出して炭酸塩に変
化する為、カルボキシメチル基の中和がより進行する。
さらに前記の説明通り、エステルの加水分解も起こるた
め乾燥シートの水分散性は良好となる。ワイヤーパー
ト、プレスパートでの剥離性が改善されるのは、使用す
る炭酸塩、炭酸水素塩と中和反応を起こしたＣＭＣ繊維
が多少膨潤するため繊維同士の接着力が上昇し、湿紙の
強度が増すことも原因の一つと考えられる。

【００１６】

【実施例】次に実施例および比較例を挙げて、本発明を
より具体的に説明するが、本発明はこれらに限定される
ものではない。 実施例１ ＤＳ０．４３のＣＭＣ繊維および木材パルプ(ＮＢＫＰ)
を７００mlcsfに叩解し、水中に所定の配合割合で混合
分散する。次に、炭酸水素ナトリウムを所定濃度となる
ように添加して完全紙料を調整し、抄紙、乾燥を経て秤
量８０gの水分散性紙を得た。水分散性の評価方法は以
下のように行う。 (水分散性評価方法)水分散性紙を幅２０mm、長さ１２０
mmの短冊状に切断し、その紙片の片側を４０mm水に浸け
５秒後に持ち上げた時、ちぎれたものを水分散性良好と
判定する。これらの結果を表１に示す。

【００１７】

【表１】

【００１８】実施例２および比較例１ ＤＳ０．５０のＣＭＣ繊維およびＮＢＫＰを６５０mlcs
fに叩解し、実施例１と同様に水分散性紙を作る操作を
行う際の抄き網からの剥離性を検討する。同時に、炭酸
水素ナトリウム未添加の場合と比較する。これらの結果
を表２に示す。

【００１９】

【表２】

【００２０】実施例３ ＤＳ０．４２、中和率０％、エステル化率６％のＣＭＣ
繊維、及びＮＢＫＰを６８０mlcsfに叩解し、水中に所
定の配合割合で混合分散する。次に、炭酸水素ナトリウ
ム及び炭酸ナトリウムを所定濃度となるように添加して
完全紙料を調整し、抄紙、乾燥を経て秤量６０gの水分
散性を得た。水分散性の評価方法は以下のように行う。 (水分散性評価方法)水分散性紙を５cm×５cmに切断し、
１リットルの水を入れ５００rpmで撹拌しているビーカ
ー内にその紙片を投入し、崩れるまでの時間を測定す
る。これらの結果を表３に示す。

【００２１】

【表３】

【００２２】実施例４ ＤＳ０．４２、中和率７０％、エステル化率６％のＣＭ
Ｃ繊維、及びＮＢＫＰを６８０mlcsfに叩解し、実施例
３と同様に水分散性紙を作る。これらの結果を表４に示
す。

【００２３】

【表４】

【００２４】実施例５および比較例２ ＤＳ０．５２、中和率６０％でエステル化率を変えたＣ
ＭＣ繊維とＮＢＫＰを９０:１０の割合で混合し７００m
lcsfに叩解した後、実施例３と同様に水分散性紙を作
る。この際、抄き網からの剥離性及び乾燥後の紙の風合
いも調べる。これらの結果を表５に示す。

【００２５】

【表５】

【００２６】

【発明の効果】以上の構成から成る本発明方法によれ
ば、煩雑な後工程を必要とせず容易に水分散性シートを
作ることができ、且つワイヤーパート、プレスパートで
の剥離性も改善できるため、ＣＭＣ繊維を高比率で含有
するより水分散性の高いシートを効率よく製造すること
ができる。なお、得られる水分散性シートは、衛生用
紙、生理用ナプキンの吸収体、使い捨ておむつの吸収パ
ット、病院用アンダーパット、除菌雑巾、機密文書用
紙、ラベル原紙等を含む事務用紙、包装紙等の各種の分
野で利用することができる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) D21H 11/00 - 27/42

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 水不溶繊維状カルボキシメチルセルロー
   ス単独または水不溶繊維状カルボキシメチルセルロース
   と繊維状原料の混合物をシート状に抄造する際に、アル
   カリ金属もしくはアンモニウムの炭酸塩および炭酸水素
   塩の群から選ばれる少なくとも１種を含有する水溶液に
   分散させて抄造することを特徴とする水分散性シートの
   製造方法。
2. 【請求項２】 水溶液におけるアルカリ金属もしくはア
   ンモニウムの炭酸塩および炭酸水素塩の群から選ばれる
   少なくとも１種の濃度が、０．０１〜３．０重量％であ
   る請求項１に記載の製造方法。
3. 【請求項３】 水不溶繊維状カルボキシメチルセルロー
   スが、カルボキシメチル基の２％以上がエステル結合を
   形成したものである請求項１または２に記載の製造方
   法。