工業用紙製造における内部サイズ剤と表面サイズ剤の比較

サイズ剤は工業用紙の製造において非常に重要な役割を果たし、製品の品質と機能性に直接影響を及ぼします。製造業者は、サイズ剤の配合バランスに基づいて、内部サイズ剤と表面サイズ剤を選択します。 耐水性、印刷性、耐久性内部サイズ剤は紙の基材に浸透して嵩高保護効果をもたらし、表面サイズ剤は表面特性を向上させる保護層を形成する。業界の動向は、 高性能で環境に優しいソリューション 規制と消費者の需要により、強度、印刷性、リサイクル性、環境への影響における革新が促進されます。

重要なポイント

• 内部サイズ剤 シート形成前にパルプと混ぜることで耐水性が向上し、紙シート全体が強化されます。
• 表面サイズ剤 シート形成後に塗布し、印刷品質と表面強度を高める保護層を形成します。
• 適切なサイズ剤の選択は、紙の最終用途、耐水性、印刷性、耐久性、環境への影響のバランスに応じて異なります。
• 内部サイジングにより機械的強度と耐久性が向上し、表面サイジングにより表面の滑らかさとインクのコントロールが向上します。
• メーカーは、品質と持続可能性の目標を達成するために、環境に優しい生分解性のサイズ剤を使用し、内部方法と表面方法を組み合わせるケースが増えています。

サイジング剤の概要

内部サイズ剤

内部サイズ剤 シート化前の紙パルプに直接添加されます。これらの化学物質はセルロース繊維と反応し、紙全体に疎水性バリアを形成します。このプロセスにより、耐水性が向上し、インクの吸収が抑制されます。カチオン性ロジン、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）は、工業用紙製造において最も一般的な内部サイズ剤です。 カチオンロジンは、pH制御されたミョウバンと併用すると最もよく機能します。パルプ繊維との相互作用を強化し、保持力を向上させます。 AKDとASAは繊維を化学的に改質する撥水性の表面を形成します。 AKDは湿潤強度を高める特に漂白針葉樹パルプから作られた紙では、ロジンサイズ剤が乾燥強度を低下させる可能性があります。一方、広葉樹パルプでは、ロジンサイズ剤が繊維結合に影響を与えるため、乾燥強度が低下する可能性があります。内部サイズ剤は、剛性、折り曲げ性、寸法安定性といった他の特性にも影響を与えます。

注: 内部サイズ剤は、シート形成を強化し、繊維の凝集を減らすことで、製紙機械の走行性を向上させる上で重要な役割を果たします。

表面サイズ剤

表面サイズ剤 紙シートが成形された後、通常はサイズプレス機で塗布されます。これらの剤は紙の表面に薄い膜を作り、水をはじき、印刷性を向上させます。表面サイズ剤はインクの吸収を抑え、インクの滲みを防ぎ、表面強度を高めます。 ポリビニルアルコール（PVA）は、酸化デンプンと混合されることが多いは、表面サイズ剤として広く使用されています。PVAの造膜性は、強度や通気性といった機械的特性と表面特性の両方を向上させます。また、表面サイズ剤は引張強度、引裂強度、耐折強度の向上にも役立ちます。保護層を形成することで、印刷・加工工程における紙の外観と性能を向上させます。

• 工業用紙製造におけるサイズ剤の主な機能：
  • 疎水性バリアを形成して耐水性を向上させる
  • インクの吸収を抑え、印刷性を向上させる
  • 表面強度と耐久性の向上
  • 剛性、折り曲げ性、寸法安定性に影響します
  • 抄紙機の走行性向上

種類と適用方法

よく使用される化学物質

工業製紙では、望ましい紙の特性を実現するために、様々な薬品が使用されています。その選択は、サイズ剤の種類（内部サイズ剤か表面サイズ剤か）と具体的な性能要件によって異なります。以下の表は、最も一般的な薬品とその特性をまとめたものです。

メーカーは、中性またはアルカリ性のプロセスにAKDとASAを選択することがよくあります。これらの剤は炭酸カルシウムなどの充填剤を安定化させ、長期的な疎水性を提供するためです。天然樹脂であるロジンは、コスト効率の高さから酸性プロセスで依然として人気があります。表面処理には、生分解性と低コストという理由から、デンプンベースの溶液が主流です。ポリビニルアルコール（PVA）やポリアクリルアミド（PAM）などの合成ポリマーは強度と耐久性を高め、カゼインとゼラチンは印刷適性と表面仕上げを向上させます。

ヒント: 適切な化学薬品の選択は、紙のグレード、最終用途、および他の添加剤との適合性によって異なります。

申請プロセス

製紙会社は、製造工程の異なる段階で、それぞれ異なる方法と考慮事項に基づき、内部サイズ剤と表面サイズ剤を塗布します。以下の表は、主な塗布プロセスを概説しています。

AKD、ASA、ロジンなどの内部サイズ剤は、パルプ原料に直接投入されます。 ウェットエンドこのアプローチにより、繊維マトリックス全体に疎水性が確保されます。デンプン誘導体や合成ポリマーなどの表面サイズ剤は、シート形成後、最終乾燥前に塗布されます。サイズプレス、フィルムプレス、ブレードコーティングやロッドコーティングなどのコーティング方法により、シートの両面に均一な層が形成されます。最適な結果を得るには、粘度、温度、乾燥速度などのプロセスパラメータを慎重に制御する必要があります。

強さの比較

内部 vs. 表面

工業用紙の製造において、機械強度は依然として重要な要素です。メーカーは、内部サイズ剤と表面サイズ剤が最終製品の耐久性と性能に与える影響を評価することがよくあります。 内部サイズ剤シート形成前のパルプに添加されたサイズ剤は、セルロース繊維と直接相互作用する。最近の実験室研究では、特定の内部サイズ剤、例えば （3-グリシドキシプロピル）トリメトキシ（GPS）と天然ロジンを組み合わせるセルロースと共有結合を形成します。この化学結合はFTIRおよびXPS分析によって確認されており、機械的強度と疎水性の両方が大幅に向上します。これらの剤で処理された紙は、より弱い水素結合や電荷中和に依存する従来のロジンでサイズ処理された紙よりも耐久性と耐水性が向上します。

表面サイズ剤一方、表面サイズ剤は、シート成形後、通常はサイズプレスで塗布されます。これらの剤は紙の表面に保護膜を形成し、毛細管を充填して表面強度を向上させます。しかし、繊維と化学的に結合するわけではありません。むしろ物理的な補強効果があり、紙の内部構造よりも表面特性の向上に大きく寄与します。そのため、表面サイズ剤は、内部サイズ剤に比べて全体的な機械的強度の向上効果は小さくなります。

注: 内部サイズ剤はシート全体に浸透して均一な強度と耐久性を実現しますが、表面サイズ剤は主に表面の耐久性と印刷性を高めます。

次の表は、 筋力パフォーマンスにおける主な違い:

優れた機械的強度と長期的な性能を求めるメーカーは、多くの場合、内部サイズ剤を選択します。表面サイズ剤は、表面品質と印刷適性が優先される用途において依然として価値があります。

印刷性と表面品質

サイズ剤と印刷適性

印刷適性は、工業用紙製造業者にとって依然として最優先事項です。サイズ剤の選択は、インク吸収性、印刷の鮮明さ、そして全体的な印刷品質に直接影響します。サイズ剤の種類によって、印刷性能にそれぞれ独自の利点があります。 下の表:

デンプンやミョウバンなどの表面サイズ剤は、インク吸収を制御し、過剰なインク浸透を防ぐ上で重要な役割を果たします。インクの密着性を高め、インクの広がりを抑えることで、よりシャープで鮮明な画像を実現します。パルプ製造時に添加される内部サイズ剤は、耐水性と耐久性を高め、間接的にインク吸収に影響を与えます。紙湿潤剤は、表面特性とインク分布を改善することでサイズ剤を補完し、均一な印刷品質と高速印刷をサポートします。

• 表面サイズ剤:
  • 滑らかさと印刷適性を向上させます。
  • インクの吸収を直接制御します。
  • 過度のインクの浸透を防ぎます。
  • インクの付着性を高め、インクの広がりを抑えます。
• 内部サイズ剤:
  • 耐水性と耐久性を向上します。
  • 間接的にインクの吸収に影響します。

表面特性

滑らかさや光沢などの表面特性は印刷品質に大きな影響を与えます。 アルキルケテンダイマー（AKD）サイズ剤内部と表面の両方に使用することで、耐水性が向上し、硬化速度が速くなります。また、微粒子や充填剤の保持力も向上し、表面がより滑らかになり、光沢も高まります。 形状測定研究 キトサンなどの表面サイズ剤で処理した紙は、サイズ剤未処理の紙に比べて表面がはるかに滑らかであることが示されています。紙の表面に連続した膜が形成されることで、インクのべたつきを防ぎ、高品質な筆記と印刷を実現します。内部サイズ処理は、サイズ剤を紙全体に行き渡らせ、耐水性と紙全体の品質を向上させます。表面が滑らかになることで光沢と印刷適性が向上するため、高級印刷グレードでは表面サイズ処理が不可欠です。

リサイクル性と環境への影響

内部サイズ剤

内部サイズ剤は、再生紙の製造において重要な役割を果たします。古い段ボールパルプを用いた環境研究では、カチオン性ロジンとミョウバンを組み合わせることで、再生紙の耐水性が大幅に向上することが示されています。この改良は、破裂強度、引張強度、引裂強度といった機械的特性を損なうものではありません。ミョウバンはアニオン性のゴミ収集剤および安定剤として作用し、繊維上でのカチオン性ロジンの保持力と配向性を高めます。このプロセスにより疎水性が向上し、再生繊維の複雑な化学的性質を補います。研究者らは、最適な添加量を特定しました。1.0%ミョウバンと0.5%カチオンロジンコスト効率と環境への配慮の両方において優れています。添加順序とpH条件によって性能がさらに向上します。これらの知見は、リサイクル紙に内添サイズ剤を使用することで、リサイクル性と持続可能性の両方を維持することを裏付けています。

しかし、環境に関する懸念はいくつか残っています。

• 厳しい規制により特定の化学物質の使用が制限されているコンプライアンスコストが増加します。
• デンプンやロジンなどの天然原材料への依存は、サプライチェーンや環境上の課題を生み出す可能性があります。
• 業界は産業廃水からサイズ剤を回収することが困難であり、 使用された薬剤の8～12％が排水中に失われる.
• 製紙工場の 65% 以上が、サイズ損失が 4 トンあたり XNUMX キログラムを超えており、処理コストと環境への影響が増加していると報告しています。
• 原材料価格、特に石油化学由来の原料価格の変動は、さらなる課題をもたらします。
• 業界は革新を続け、これらの問題に対処するために生分解性で無毒の代替品を開発しています。

表面サイズ剤

表面サイズ剤は、環境問題や規制への圧力を受けて急速な革新を遂げてきました。特にリサイクルボードの製造においては、固形サイズ剤の採用がメーカーの間で増加しています。天然澱粉やタンパク質のブレンドなど、生分解性でバイオベースのサイズ剤の人気が高まっています。これらのサイズ剤は石油化学製品への依存を軽減し、持続可能性の目標にも合致しています。EU REACH規則などの規制枠組みは、生分解性の澱粉やタンパク質を含むサイズ剤の使用を奨励しており、関税は国内調達や代替化学物質の活用を促進しています。

表面サイズ剤は、印刷適性と耐摩耗性の向上により、印刷・包装分野をリードしています。デジタル計量システムとリアルタイム品質管理の導入により、廃棄物の削減と品質の安定性がさらに向上しています。こうしたトレンドにより、表面サイズ剤は、環境負荷の低減と変化する規制への対応を目指すメーカーにとって、最適な選択肢となっています。

産業選好

内部サイズ設定を使用する場合

工業用紙メーカーは、紙全体にわたって堅牢な耐水性と構造的完全性が求められる用途において、内部サイズ処理を選択します。製造時と最終使用時の両方で紙が湿気にさらされる必要がある場合、内部サイズ処理は不可欠となります。メーカーは、以下のシナリオにおいてこのアプローチを選択することが多いです。

1. 特に水性インクを使用する用紙や湿気の多い環境で使用する用紙の場合、耐水性は重要な要件です。
2. 包装材や食品容器などの漂白板製品には、通常、内部サイズ剤を使用するのが効果的です。 ロジンサイズ 耐久性を確保するため。
3. 沈降炭酸カルシウムを含む上質紙には、性能と印刷品質を維持するために合成樹脂による内部サイズ剤が必要です。
4. カルシウムイオンやマグネシウムイオンが存在する高硬度紙料で製造された紙は、サイズ効果を管理し、充填剤保持の問題を防ぐために内部サイズ剤に依存しています。
5. 事前に反応させたミョウバンロジン組成物は、特に厚い紙料と薄い紙料の両方において、厳しい pH と濃度の条件下でのサイズ剤性能を改善します。
6. 製造業者は、無菌包装などの特殊紙の場合、耐水性とバリア性を最大限に高めるために、内部サイズと表面サイズを組み合わせることがよくあります。

注：内部サイズ剤は、メーカーが原料調製時にpHと濃度を適切に管理することで、最も効果的に機能します。これにより、繊維マトリックス内でサイズ剤が最適に分散され、保持されます。

メーカーは生産規模とコストも考慮します。合成内部サイジング剤、例えば アルキルケテンダイマー（AKD）大量生産において効率性と一貫性を実現します。内部サイズ調整により、従来のゼラチンタブサイズ調整に比べて労働集約性が低く、大規模な工業プロセスに適しています。

表面サイジングを使用する場合

表面のサイズ 触感、印刷適性、表面強度が優先される状況では、表面サイズ剤が好まれます。メーカーは、紙とインクやコーティングとの相互作用を高めるために、シート形成後に表面サイズ剤を施します。表面サイズ剤を使用するかどうかの判断は、以下の要因に基づいて行われます。

• 高品質の印刷と加工には、用紙の印刷の鮮明度の向上、インクのにじみの低減、表面の滑らかさの向上が求められます。
• 高級筆記用紙、アート紙、特殊包装などの用途では、特定の触感や光沢が求められます。
• 表面サイジングにより、紙の外側を対象的に変更することができ、水彩画の重ね塗り、水墨画、混合メディアなどの複雑な芸術技法をサポートします。
• 湿度や保管環境などの環境条件が選択に影響します。ゼラチン系の表面サイズ剤は湿気の多い気候では劣化する可能性がありますが、デンプン系や合成のものはより安定しています。
• 持続可能性の目標を達成しようとするメーカーは、デンプンやセルロース誘導体などの植物由来または生分解性の表面サイズ剤をますます採用しています。
• コストと生産の柔軟性が重要な役割を果たします。表面サイジングにより、コアとなる紙料を変更することなく紙の特性を迅速に調整できるため、多様な製品ラインと小ロット生産に対応できます。

ヒント: 多くのメーカーは デュアルサイジングアプローチ内部サイジングと表面サイジングを組み合わせることで、耐久性と洗練された表面特性を両立させています。この戦略は、要求の厳しい用途における機能的要件と美的要件の両方に対応します。

製造業者は、乾燥中の水の純度、乾燥時間、周囲の湿度といった変数も管理する必要があります。これらの要因は紙の最終的な挙動に影響を与えるため、一貫したサイズ性能を確保するには、綿密なプロセス管理が不可欠です。

長所と短所のまとめ

内部サイズ剤

内部サイズ剤は、工業用紙の生産においていくつかの明確な利点を提供します。 均一で予測可能なサイズ シート全体にサイズ剤を塗布することで、要求の厳しい用途でも安定した性能を発揮します。これらの剤はインクの滲みや滲みを防ぐことで印刷品質を向上させ、高品質な印刷や包装に適しています。また、内添サイズ剤は耐液浸透性も向上させ、湿気に敏感な製品に不可欠な機能です。繊維ネットワークを強化することで、紙の強度と耐久性を向上させるとともに、寸法安定性を向上させ、カールや反りなどの問題を軽減します。

主な利点：

• 紙全体にわたって均一なサイズ
• 印刷品質とインク制御の改善
• 水やその他の液体に対する耐性が強化されています
• 強度と耐久性の向上
• 寸法安定性の向上

しかし、内部サイズ剤にはいくつかの課題があります。製造と使用時に揮発性有機化合物（VOC）が放出される可能性があり、環境への懸念が高まっています。製紙工場は残留化学物質を除去するために徹底的な廃水処理に投資する必要があり、これが操業コストの増加につながります。厳しい環境規制への準拠は、特に有害な化学物質が関与する場合、その使用をさらに複雑にします。ポリマーやデンプンなどの原材料価格の変動は、収益性に影響を与える可能性があります。一部の地域では、サイズ剤の認知度と普及が限られていること、そして代替技術との競争も、市場の成長に影響を与えています。

主な欠点:

• VOC排出による環境問題
• 高い廃水処理コストとコンプライアンスコスト
• 原材料価格の変動
• 発展途上市場での採用は限定的
• 代替技術や環境に優しい技術との競争

実用的なヒント：産業ユーザーは、内部サイズ剤を選択する際に、性能上の利点と環境コンプライアンスコストのバランスを評価する必要があります。規制の変更を監視し、環境に優しい代替品を検討することで、競争力を維持することができます。

表面サイズ剤

表面サイズ剤は、紙の表面特性を向上させる上で重要な役割を果たします。繊維をしっかりと結合する連続膜を形成し、引張強度と圧縮強度の両方を向上させます。これらの剤はインクの浸透を抑制することで印刷性を大幅に向上させ、より鮮明な画像と鮮やかな色彩を実現します。また、表面サイズ剤は疎水性バリアも提供するため、耐湿性と寸法安定性が向上します。特にデンプン系サイズ剤は、生分解性、低毒性、持続可能性目標への貢献など、環境面での利点を提供します。

業界の専門家は次のように指摘している。 デンプン系表面サイズ剤 循環型経済の原則によく合致しています。これらの添加剤は二酸化炭素排出量を削減し、規制遵守を支援します。しかしながら、原材料のばらつきや生産コストの上昇が課題となる場合があります。合成ポリマーは優れた性能を提供する一方で、リサイクルを複雑化し、環境への影響を増大させる可能性があります。業界は、性能を犠牲にすることなく持続可能性を向上させるため、酵素修飾やPFASフリーの添加剤に焦点を当て、革新を続けています。

注：産業用途のユーザーは、印刷方法、環境規制、最終用途の要件を考慮し、特定の用途ニーズに合わせて表面サイズ剤を選択する必要があります。バイオベースおよび生分解性サイズ剤の継続的なイノベーションは、持続可能な生産のための新たな機会をもたらします。

産業ユーザー向けの実際的な考慮事項:

• 分析 耐水性、印刷品質、強度要件 各アプリケーションごとに。
• 性能と持続可能性の観点から、天然サイズ剤と合成サイズ剤の利点を比較検討します。
• 環境規制と原材料市場の動向を監視して、コストとコンプライアンスを管理します。
• 製紙用サイズ剤を選択する際には、技術の進歩と地域の市場動向を考慮してください。

工業用紙メーカーは、それぞれの目標に合わせてサイズ戦略を策定する必要があります。 下の表は主な違いを示しています 産業用途：

鮮明な印刷品質と持続性を求める生産者はカチオン化澱粉を好むかもしれないが、 PolyDADMACベースのエージェント 産業上の実現可能性を高めます。各事業においては、最終用途のニーズを評価し、技術専門家に相談して性能とコンプライアンスを最適化する必要があります。

FAQ

内部サイズ剤と表面サイズ剤の主な違いは何ですか?

内部サイズ剤は、シート形成前にパルプと混合されます。表面サイズ剤は、紙が形成された後に塗布されます。内部サイズ剤はシート全体に作用しますが、表面サイズ剤は外層のみを対象とします。

メーカーは内部サイジングと表面サイジングの両方を併用できますか?

はい。多くのメーカーが両方の方法を組み合わせています。このアプローチにより、耐水性、印刷適性、表面強度が向上します。二重サイジングは、包装紙や特殊紙の厳しい製品要件を満たすのに役立ちます。

表面サイズ剤は内部サイズ剤よりも環境に優しいですか?

表面サイズ剤 多くの場合、デンプンなどの生分解性素材が使用されています。これらの薬剤は通常、環境への影響が少ないです。一方、内添サイズ剤には合成化学物質が使用される場合があり、排水処理の必要性が高まる可能性があります。

サイズ剤はリサイクル紙の生産にどのような影響を与えますか?

サイズ剤はリサイクル紙の耐水性と強度を向上させます。 内部サイズ 性能維持に役立ち、表面サイジングは印刷品質を向上させます。メーカーは化学物質の損失を管理し、環境規制を遵守する必要があります。

工業用紙の生産においてサイズ剤の選択に影響を与える要因は何ですか?

メーカーは、最終用途、印刷品質、耐水性、コスト、環境規制を考慮し、紙のグレードや製造工程ごとの具体的なニーズに基づいてサイズ剤を選択します。