はじめに
乾燥紙力増強剤は、製紙工程において最も一般的に使用される機能性添加剤の一つです。これらの添加剤はセルロース繊維間の水素結合を強化し、紙シート全体の強度を向上させます。品質が低いことが多い古紙パルプの使用増加、水リサイクル率の向上、機械速度の高速化、そして紙・板紙に対する最終用途の要件の多様化に伴い、必要な強度仕様を満たすために、乾燥紙力増強剤、GPAM、カチオン澱粉などの様々な種類の紙力増強剤が不可欠となっています。
紙の強度に影響を与える主な要因は次のとおりです。
- 個々の繊維の固有の強度、
- 繊維間の結合強度、
- 繊維の絡み合いによる摩擦強度。
乾燥紙力増強剤は、繊維に固定され、シート形成および乾燥中に水素結合の可能性を高め、繊維間の接触面積を拡大することで紙の強度を高めます。
2. 一般的な種類：デンプンとPAM
広く使用されている乾燥紙力増強剤には、デンプン（主にカチオンデンプンですが、アニオン性、両性、グラフト共重合、ノニオン性のものも含まれています）とポリアクリルアミド（PAM）があります。PAMはイオン性に基づいて以下のように分類されます。
- アニオン性PAM
- カチオン性PAM
- 両性PAM
両性 PAM はさらに次のように分類されます。
- マンニッヒ型PAM
- ホフマン型PAM
- 共重合体型PAM
分子量、構造、イオン基の含有量と分布の違いにより、さまざまな応用シナリオが生まれます。
3. 比較分析：PAMとデンプン
デンプンは、キャッサバ、トウモロコシ、ジャガイモなどの原料から得られる天然ポリマーです。使用前に化学的に修飾（酸化またはイオン置換）する必要があります。一般的なカチオンデンプンは強度向上効果が中程度で、使用前にゲル化処理が必要です。高度に置換されたデンプンは強度向上に効果的ですが、デンプンはCOD/BOD濃度の上昇に寄与し、排水処理コストの増加や微生物の増殖による腐敗を引き起こす可能性があります。しかしながら、デンプンはPAMよりも費用対効果に優れています。
PAMは幅広い用途に使用できます。特に両性共重合体型PAMは汎用性が高く、分子構造をカスタマイズでき、様々な製紙条件下での性能安定性を実現します。紙の強度向上に加え、PAMは以下の効果も発揮します。
- ワイヤー部の排水性を高め、
- 微粒子や充填剤の保持力を高め、
- プレス部の清浄度と走行性を向上させます。
- 乾燥部の蒸気消費量を削減します。
4. 両性共重合体PAMの設計
の設計 両性共重合体PAM 各製紙システムの固有の特性を考慮する必要があります。主なパラメータは以下のとおりです。
- イオン性モノマーの量と種類（例：アニオン性の場合、イタコン酸、アクリル酸） DMDAAC、AETAC、METAC（カチオン系）
- イオン性官能基の分布（線形構造とネットワーク構造）。
適切に設計された PAM 配合により、カスタマイズされたパフォーマンスで紙の強度を効果的に高めることができます。
5. 使用上の考慮事項
両性PAMは、使用前に工業用水または水道水で均一に希釈する必要があります。他の化学物質（例：ミョウバン、加工デンプン、サイズ剤、歩留まり向上剤）の添加順序は、最終的な紙の強度に影響を与える可能性があるため、慎重に最適化する必要があります。
PAMは粘度が高いため、連続希釈システムを使用して塗布する必要があります。元の溶液は室温で最大6ヶ月間安定していますが、一度希釈するとpHの変化や長期保管の影響を受けやすく、性能が低下する可能性があります。
重要な取り扱いガイドライン:
- PAMを濃縮状態で他の化学物質と混ぜないでください。
- ステンレス鋼、PVC、またはFRP（繊維強化プラスチック）製の機器を使用してください。炭素鋼は避けてください。
- 最適な結果を得るには、適切な希釈と制御された添加が重要です。
