製紙用化学薬品

製紙用化学薬品は、製紙に使用される、または紙の特性を変更する化学物質のグループを指します。これらの化学物質は、色や明るさを変えたり、強度や耐水性を高めたりするなど、さまざまな方法で紙を変更するために使用できます。 ^[1]化学物質は、プロセスでの使用に基づいて定義できます。

化学薬品の使用は、紙に特性を与えるためだけではなく、プロセス中の水循環の処理、布地の調整、機器の洗浄、その他さまざまな用途にも使用されます。

製紙に使用される化学物質

パルプ化

化学パルプ化では、木材繊維からセルロースを抽出するためにリグニンを溶解します。化学パルプ化のさまざまなプロセスには、苛性ソーダと硫化ナトリウムを使用するクラフトプロセスがあり、これが最も一般的です。また、亜硫酸を使用する亜硫酸プロセス、亜硫酸とは別の第3のプロセスとして扱われる中性亜硫酸半化学薬品、および水酸化ナトリウムまたはアントラキノンを使用する最も環境への危険性が低いソーダパルプ化があります。^[2]

苛性ソーダは、繊維のパルプ化工程で pH を上げるために添加されます。紙繊維溶液の pH が高くなると、繊維が滑らかになり、膨張します。これは、繊維の粉砕工程にとって重要です。

漂白

白紙の製造では、木材パルプを漂白して、化学パルプ化プロセスで抽出されなかった微量のリグニンから色を取り除きます。漂白には主に 3 つの方法があります。

元素塩素漂白では塩素と次亜塩素酸塩を使用します。
元素塩素フリー漂白は次亜塩素酸塩の使用をなくし、塩素を二酸化塩素または塩素酸ナトリウムに置き換えるため、より環境に優しいです。^[3]
完全に塩素を使わない漂白では、酸素と過酸化水素を使用します。これは、塩素汚染物質をすべて除去するため、最も環境に優しいプロセスです。^[4]

サイズ

ほとんどの紙の種類は、特定の書き心地と印刷適性を維持するために、ある程度の耐水性が必要です。1980 年まで、この耐性を追加する一般的な方法は、ミョウバンと組み合わせてロジンを使用することでした。製紙業界が充填剤として陶土の代わりにチョークを使用し始めたとき、紙の化学は中性プロセスに切り替える必要がありました。いくつかの場所では、AKD (アルキルケテンダイマー) と ASA (アルケニルコハク酸無水物) が使用されています。最新の開発は、サイズプレスを使用して塗布される表面サイズを使用することです^[5]。表面サイズの利点は、バックエンドの水の化学に影響を与えないことです。

強化

耐湿性

紙強度増強剤は、紙が濡れても強度を保つようにします。これはティッシュペーパーでは特に重要です。この目的で使用される化学物質には、エピクロロヒドリン、メラミン、尿素ホルムアルデヒド、ポリイミンなどがあります。これらの物質は紙の中で重合し、強度を高めるネットワークを構築します。

紙の強度を高めるため、製造工程でウェットパルプにカチオンデンプンが添加されます。デンプンはパルプのセルロース繊維と化学構造が似ており、デンプンと繊維の両方の表面が負に帯電しています。カチオン（正に帯電）デンプンを添加することで、繊維がデンプンと結合し、繊維間の相互接続も増加します。デンプンの正に帯電した部分は通常、第四級アンモニウムカチオンによって形成されます。使用される第四級塩には、2.3-エポキシプロピルトリメチルアンモニウムクロライド（EPTAC、別名Glytac Quab、GMAC™）および（3-クロロ-2-ヒドロキシプロピル）トリメチルアンモニウムクロライド（CHPTAC、別名Quat 188、Quab 188、Reagens™）があります。

乾燥強度

乾燥強度添加剤、または乾燥強度向上剤は、通常の状態で紙の強度を向上させる化学物質です。これらは紙の圧縮強度、破裂強度、引張破断強度、および剥離抵抗を向上させます。使用される典型的な化学物質には、カチオンデンプンとポリアクリルアミド(PAM) 誘導体があります。これらの物質は、多くの場合、紙シート内のアルミニウムイオンの助けを借りて、繊維を結合することによって作用します。

バインダー

バインダーは、顔料粒子と紙のコーティング層との結合を促進します。^[6]バインダーは、直径1μm未満の球状粒子です。一般的なバインダーは、スチレン無水マレイン酸コポリマーまたはスチレン-アクリレートコポリマーです。^[7]表面の化学組成は、アクリル酸またはアニオン性界面活性剤の吸着によって区別され、どちらも水中での分散を安定化するために使用されます。^[8]共バインダー、または増粘剤は、一般に水溶性ポリマーであり、紙の色の粘度、保水性、サイズ、光沢に影響します。一般的な例としては、カルボキシメチルセルロース（CMC）、カチオン性およびアニオン性ヒドロキシエチルセルロース（EHEC）、変性デンプン、デキストリンなどがあります。スチレンブタジエンラテックス、スチレンアクリル、デキストリン、酸化デンプンは、紙にフィラーを結合するためのコーティングに使用されます。共バインダーはデンプンや CMC (カルボキシメチルセルロース)などの天然物で、スチレンアクリルやスチレンブタジエンなどの合成バインダーと一緒に使用されます。共バインダーは、合成バインダーのコストを削減し、コーティングの保水性とレオロジーを改善するために使用されます。

フィラー

鉱物充填剤は、より高価なバインダー材料の消費量を削減するため、または紙の特性を改善するために使用されます。^[9] 中国粘土、炭酸カルシウム、二酸化チタン、タルクは、紙の生産に使用される一般的な鉱物充填剤です。^[要出典]

保持

紙にフィラーを結合させるために保持剤が添加されます。炭酸カルシウムなどのフィラーは通常、表面電荷が弱いです。保持剤は、陽イオン性が高く、正に帯電した基を持つポリマーです。保持剤のもう 1 つの特徴は、抄紙機のワイヤーセクションでの脱水を促進することです。このプロセスで使用される化学物質の例としては、ポリエチレンイミンやポリアクリルアミドなどがあります。 ^{[引用が必要]}

コーティング

顔料

可視スペクトルの黄色と赤色の部分を吸収する顔料を加えることができます。染料が光を吸収すると、光学増白剤の効果とは異なり、紙の明るさが低下します。白さを増すために、顔料と光学増白剤の組み合わせがよく使用されます。最も一般的に使用される顔料は、青と紫の染料です。^{[引用が必要]}

蛍光増白剤

蛍光増白剤は紙を白く見せるために使用されます。蛍光増白剤は蛍光を利用して光スペクトルの紫外線部分から目に見えない放射線を吸収し、その放射線を可視青色範囲の光として再放射します。こうして蛍光増白剤は反射光に追加される青色光を生成します。追加された青色光は反射光特性に存在する黄色みを相殺します。こうして材料の明るさが増します（照明に紫外線が含まれている場合）。^[10]

参照

参考文献

^ Rudolf Patt 他「紙とパルプ」、Ullman Encyclopedia of Industrial Chemistry、2005 年、Witch、Weinheim。doi :10.1002/ 14356007.a18_545.purba
^ 大気廃棄物管理局、大気質計画基準局 (1977 年 8 月)。「10 木材加工」。Lahre、Thomas (編)。大気汚染物質排出係数の編集(PDF) (第 3 版)。ノースカロライナ州リサーチトライアングルパーク 27711: 米国環境保護庁。p. 419。ISBN 978-1-249-50100-8. 2016年6月3日時点のオリジナルよりアーカイブ(PDF) 。2015年9月7日閲覧。{{cite book}}: CS1 メンテナンス: 場所 (リンク)
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^ Fardim, Pedro (2000). 「紙と表面の化学パート1 - 繊維表面とウェットエンドの化学」.キミカ研究所: 1–14.
^ Fardim, Pedro (2000). 「紙と表面化学パート2-コーティングと印刷性」.キミカ研究所: 1–13.
^ Granier (1994). 「無機表面へのラテックス粒子の接着」TAPPI J. 77 ( 5): 419.
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^ He Shi、Hongbin Liu、Yonghao Ni 、 Zhirun Yuan、Xuejun Zou、Yajun Zhou (2012)。「レビュー：高収率パルプを含む紙の製造における蛍光増白剤（OBA）の使用」。BioResources。7 （ 2）：2582–2591。2016年6月24日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2016年5月22日閲覧。

外部リンク

パルプおよび製紙に使用される化学物質のリスト

[1] Rudolf Patt 他「紙とパルプ」、Ullman Encyclopedia of Industrial Chemistry、2005 年、Witch、Weinheim。doi :10.1002/ 14356007.a18_545.purba

[ap42-2] 大気廃棄物管理局、大気質計画基準局 (1977 年 8 月)。「10 木材加工」。Lahre、Thomas (編)。大気汚染物質排出係数の編集(PDF) (第 3 版)。ノースカロライナ州リサーチトライアングルパーク 27711: 米国環境保護庁。p. 419。ISBN 978-1-249-50100-8. 2016年6月3日時点のオリジナルよりアーカイブ(PDF) 。2015年9月7日閲覧。{{cite book}}: CS1 メンテナンス: 場所 (リンク)

[akzo-3] パルプ・製紙業界向け高性能化学品(PDF) (レポート)。スウェーデン、ヨーテボリ：EKA Chemicals/Akzo Nobel。2011年。p. 2。2013年5月14日時点のオリジナルよりアーカイブ(PDF) 。 2015年9月8日閲覧。

[EPA-TDD-4] 「7.3.9. 紙グレードのクラフトパルプの完全塩素フリー漂白」。パルプ、紙、板紙カテゴリーの排水制限ガイドラインと基準に関する補足技術開発文書（報告書）。ワシントンD.C.：米国環境保護庁（EPA）。1997年10月。pp.7～26。EPA-821-R-97-011。2019年10月16日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2016年5月22日閲覧。

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[Granier-8] Granier (1994). 「無機表面へのラテックス粒子の接着」TAPPI J. 77 ( 5): 419.

[Ceresana-9] 「市場調査：フィラー（第3版）」Ceresana。2014年1月。2013年9月21日時点のオリジナルよりアーカイブ。2015年9月7日閲覧。

[10] ^ He Shi、Hongbin Liu、Yonghao Ni 、 Zhirun Yuan、Xuejun Zou、Yajun Zhou (2012)。「レビュー：高収率パルプを含む紙の製造における蛍光増白剤（OBA）の使用」。BioResources。7 （ 2）：2582–2591。2016年6月24日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2016年5月22日閲覧。