製紙における乾燥紙力増強剤の適用と使用ガイドライン

製紙業界では、 乾燥強度 紙の機械的強度を測る重要な指標です。引張強度、破裂強度、引裂強度、表面強度などが含まれますが、これらはすべて主に以下の要素から算出されます。 繊維間の水素結合乾燥紙力増強剤は、繊維同士、および繊維と填料との結合を強化するために不可欠な化学添加剤です。原料の使用を最適化し（例えば、填料や低コスト繊維の含有量を増やすなど）、特定の紙特性要件を満たし、最終製品に付加価値を与えます。

I. メカニズム 乾燥強度増強剤

乾燥強度増強剤は、主に次のメカニズムによって作用します。

• 水素結合の強化：
  ほとんどの乾燥強度増強剤には、繊維の表面に結合して水素結合の数と強度を高める -OH や -CONH₂ などの官能基が含まれています。
• イオン結合:
  カチオン性乾燥紙力増強剤（最も一般的なタイプ）は正電荷を帯びており、負に帯電したセルロースおよび充填剤に静電的に結合します。
• 共有結合:
  一部の特殊剤（GPAM など）は、乾燥中にセルロースと安定した共有結合を形成したり、自己架橋したりすることができます。
• 微細構造の改質:
  これらの剤は、微粒子の保持力の向上や凝集の制御によって、紙の均一性と機械的特性にプラスの影響を与えることができます。

II. 主な乾燥紙力増強剤の種類

乾燥紙力増強剤は、一般的に次のように分類されます。

A. 天然ポリマーおよび加工デンプン

• カチオンデンプン：
  広く使用されています。カチオン修飾により繊維への定着率が向上します。コスト効率に優れ、強度と定着率に顕著な効果があります。
• アニオン性/両性イオン性/加工デンプン:
  特定の化学条件下で、または特別な性能ニーズのために適用されます。
• 植物ガム：
  カチオン系グアーガムやローカストビーンガムなど。高分子量は優れた接着力を発揮し、特に内部接着強度の向上に効果的です。通常は低用量で使用されますが、価格は高くなります。

B. 合成ポリマー

• ポリアクリルアミド（PAM）シリーズ：
  • カチオン性PAM（C-PAM）：
    分子量と電荷を調整可能な高効率タイプ。保持力と排水性にも使用できます。
  • アニオン性/両性イオン性PAM:
    さまざまなウェットエンド条件に適応するために使用されます。
  • グリオキシル化PAM（GPAM）：
    乾燥強度に加え、一時的な湿潤強度も追加します。
• ポリビニルアミン（PVAm）：
  強力なカチオン性で、複雑なウェットエンド環境で非常に効果的です。
• 他:
  改質セルロース（CMC）、ポリビニルアルコール（PVA）など、特定のケース、主に表面用途で使用されます。

III. 乾燥紙力増強剤の使用方法

A. ウェットエンド添加（主流）

• 通常、濃厚なストックに追加されます (例: ファン ポンプの入口)。
• 完全な混合と適切な反応時間を確保し、高せん断損傷を避けてください (特に高 MW PAM の場合)。
• サイズ剤や定着剤などの他の添加剤と投与順序を調整します。

B. 表面サイジング

• 表面特性と全体的な強度を向上させるために、サイズプレスまたはコーティング段階で使用される加工デンプンまたは PVA。

C. スプレー塗布

• 溶液を成形ウェブまたはプリプレス部にスプレーし、対象を絞って塗布します。

D. 調製と溶解

• 澱粉：
  完全にゼラチン化させるには、正確な温度と時間を管理しながら調理する必要があります。
• 合成ポリマー:
  • 粉末には特別な溶解システムが必要です。
  • エマルジョンは使用前に活性化する必要があります。
  • 液体を直接希釈できます。

E. 投与量参照

• 投与量は、紙のグレード、紙料の組成、強度目標、およびコストの考慮事項によって異なります。
• 典型的な範囲：
  カチオンデンプン：0.5～2.0％
  合成ポリマー：0.05～0.3％（乾燥繊維ベース）

IV. 乾燥紙力増強剤が抄紙機の運転に与える影響

A. 形成への影響

• マイナスの影響:
  カチオン系薬剤や高分子量薬剤による過剰凝集により、地層の品質が低下し、曇り、ピンホール、特性の不均一が生じる可能性があります。
• 潜在的なプラスの影響:
  微細材料の保持力が向上すると、場合によってはシートの均一性が向上することがあります。
• 主な課題:
  強度向上と地層品質のバランスをとる。

B. 脱水への影響

• よくある問題:
  特に真空脱水およびプレス脱水段階での脱水効率が低下します。
• 原因：
  • 微粒子の保持力が増すと、水分の保持力も高まります。
  • フロック構造と水和ポリマー鎖が排水経路を塞ぎます。
• 結果：
  • より高い真空要件
  • プレス後の乾燥度が低い
  • 蒸気消費量の増加
  • 速度低下の可能性
• 小さなプラス効果:
  重力排水は、最初はフロックの形成によりわずかに改善される可能性があります。
• 主な課題:
  脱水抵抗を管理して、機械の効率とエネルギー制御を維持します。

V. 主要なアプリケーションの考慮事項とシステム管理

1. ウェットエンドの化学バランス

• 充電制御:
  ゼータ電位と導電率を監視し、電荷反転を防止します。陰イオン性廃棄物を効果的に管理します。
• 化学的適合性:
  サイズ剤や保持剤などの他の薬剤との干渉を防ぐために投与シーケンスを最適化します。

2. 準備の質

• デンプンまたはポリマーの完全な活性化と適切な溶解/ゲル化を保証します。

3. 混合とせん断管理

• 均一な分散のために適切な添加ポイントを選択し、ポリマーの劣化や分解しにくいフロックの発生を回避します。

4. 保持と排水戦略

• 乾燥強度増強剤の効果をウェットエンドの最適化に統合します。

5. 微生物制御

• 微生物が増殖しやすいデンプン溶液には防腐剤を使用し、衛生状態を確保してください。

6. 粘度管理

• 良好なポンプ性および混合性を得るために濃度を制御します。