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JP6162368B2 - 衛生用紙ウェッブの製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、ティッシュペーパー、トイレットペーパー、ペーパータオルなどの衛生用紙製品の原紙(ウェッブ)製造方法に関する。
ティッシュペーパー、トイレットペーパーやペーパータオルなどの衛生用紙製品は、ペーパーマシンで抄造された原紙(ウェッブ)を1プライ又は2プライ以上に重ねたものをシート状に折畳み積層し、またはロール状に巻き取って適宜所定の大きさに加工して製造されている。
このような衛生用紙製品においては、水分の吸収能力を確保するため、バルク(比容積)が高いことが品質面で重要な要素である。さらに、強度、柔らかさ(しなやかさと滑らかさとボリューム感の総合官能)も重要である。
高バルクで柔らかなウェッブを得る方法として、抄紙工程で抄紙原料にデボンダー又は嵩高剤と呼ばれる薬剤を添加して化学的処理し、パルプ繊維の繊維間結合を抑えてウェッブの繊維層に緩みを与える方法が知られている(特許文献1)。
又、高バルクなウェッブを得るための機械的処理として、抄紙工程の脱水乾燥工程において、湿紙をプレス脱水せずに通風乾燥する方法TAD(through air drying;通風乾燥)方式(特許文献2)や、湿紙形成から乾燥工程の間において湿紙ウェッブに凹凸処理を行う方法がある。
さらに、抄造後のウェッブにエンボスなどにより機械的に凹凸処理を行う方法がある。さらに、これら方法を組み合わせる場合もある。
しかしながら、上記した化学的処理法の場合、薬剤コストが高いと共に、パルプの繊維間結合が低下するためにウェッブ強度が低下する問題がある。又、上記したTAD方式の場合、乾燥エネルギーのコストが膨大になる。さらに、抄紙後に凹凸処理する方法では、繊維間の結合や紙層構造が破壊されてウェッブ強度が低下し、ウェッブの見かけ嵩は高くなるがウェッブ自体の紙層嵩(キャリパー)を高くする(ふんわり感をだす)ことが難しいという問題がある。
一方、従来の衛生用紙ウェッブの抄造においては、湿紙ウェッブを、フェルトを介して1又は2つのロールプレスニップでヤンキードライヤーに押し付けて脱水し、さらにヤンキードライヤー(シリンダー)に貼り付けて乾燥し、次いでヤンキードライヤーからウェッブを剥がす際にクレープ付け(しわ付け)を行っている。
しかしながら、このヤンキードライヤーへの押付けによって、ウェッブが相対的に低バルクになるという問題がある。そして、上記した嵩高剤をパルプ原料に添加してクレープ付けによるバルク低下を抑制しようとしても、せいぜい3〜5%程度の嵩高効果しか得られず、一方で強度が著しく低下する。
又、上記したTAD方式は、ヤンキードライヤーで最終的に仕上げの乾燥及びクレープ付けを行う前にバキュームにより脱水し、通風ドライヤーで予備乾燥する技術であり、ロールプレスニップによる脱水工程が無いためにバルクロスが無く、高バルクなウェッブが得られる。ところが、TAD方式はプレスニップ脱水相当の水分を通風熱で除去するため、従来のロールプレスニップ方式に比べて約2倍の乾燥エネルギーが必要になるとされている。
そこで、TAD方式を用いずに、湿紙工程で高バルクな処理を行う方法として、シュープレス方式と呼ばれる広いプレスニップにより、加圧脱水を調整する方法も提案されている(特許文献3)。シュープレス方式は、従来のロールプレスニップ方式に比べて、より高いバルク及び柔らかさを得ることができるが、TAD方式ほど高いバルクは得られない。
さらに、これらの諸問題を解決する方法として、ファブリックプレス方式と呼ばれる製紙機械が開発されている(特許文献4)。ファブリックプレス方式は、従来のプレス技術を踏襲するが、脱水と同時に凹凸付けベルト又はファブリックによりウェッブに凹凸付けを行うものである。この脱水及び凹凸付けは、湿紙ウェッブがフェルトから凹凸付けベルトに送られる間に、1又は2つ以上のプレスニップで行なわれ、次いでウェッブがヤンキードライヤーに運ばれて乾燥される。
ファブリックプレス方式によれば、従来のロールプレスニップ方式と乾燥エネルギーが同等でありつつ、TAD方式に匹敵する高いバルクが得られる。
なお、ファブリックプレス方式によるウェッブの構造は、織物ではないが、織物に似た3次元パターンを形成する。これは、ウェッブの凹凸付けが以下のように行われるためと考えられる。つまり、プレス処理の間、繊維性の網状組織が凹凸付けベルトの3次元の模様(パターン)を詰めるように満たすが、そのとき、凹凸付け層の三次元の模様が湿った繊維性のウェッブに付与される。湿った繊維性のウェッブは互いに相対的に可動であり、そのため、プレスフェルトが弾性的に圧縮作用することにより、それらのウェッブは互いに新しい位置及び方向を取る。プレスフェルトは、湿った繊維性のウェッブを凹凸付けベルトの3次元の模様に押し付け、それによって、ウェッブは同じ坪量でバルク及び柔らかさを増した構造になる。
この方式によれば湿った繊維性ウェッブのバルクは、プレスニップで脱水する間、ベルトの組織中のキャビティ(空洞)で、繊維性の網状構造(ネットワーク)を受けることで、圧縮されずに維持される。
特開平7-189171号公報 特開平8-3890号公報 特開平6-158578号公報 特表2001-521999号公報
しかしながら、上記特許文献4記載の技術を用いても、ウェッブの強度、バルク(比容積)、柔らかさを両立することは十分とはいえなかった。
従って本発明は、強度、バルク(比容積)、柔らかさを両立した衛生用紙ウェッブ製造方法の提供を目的とする。
上記課題を解決するため、本発明の衛生用紙ウェッブの製造方法は、坪量10〜25g/mで、比容積が7〜25cm/gであって、JIS P8113に基づく乾燥時の縦方向の引張強さDMDTが1.0N/25mm以上、JIS P8113に基づく乾燥時の横方向の引張強さDCDTが0.3N/25mm以上である衛生用紙ウェッブの製造方法であって、抄紙及び乾燥後のウェッブ厚みに対し、20〜80%のギャップを有する一対のロールにてカレンダー加工を施し、ティッシュソフトネス測定装置TSAにより、周波数1000Hz以下の領域におけるパワースペクトルの最大値TS7、周波数6700Hz領域におけるパワースペクトルの最大値TS750、こわさ(D)測定値を測定し、ハンドフィールHF=−2×(TS7)−0.5×(TS750)+10×(D)+100で表したとき、カレンダー加工を施さずにカレンダーパートを通して得られた衛生用紙ウェッブのブランク材に比べ、HF=1ポイントを超えて高くなるように該カレンダー加工を施す
この発明によれば、強度、バルク(比容積)、柔らかさが共に向上した衛生用紙ウェッブが得られる。
本発明の実施形態に係る衛生用紙ウェッブの製造装置の一例を示す図である。 本発明の実施形態に係る衛生用紙ウェッブを製造する際のカレンダーパートの構成を示す図である。
以下に本発明の実施形態について説明する。
本発明の実施形態に係る衛生用紙ウェッブの製造方法で製造される該ウェブは、坪量10〜25g/mで、比容積が7〜25cm/gであって、JIS P8113に基づく乾燥時の縦方向の引張強さDMDT(Dry Machine Direction Tensile strengthが1.0N/25mm以上、JIS P8113に基づく乾燥時の横方向の引張強さDCDT(Dry Cross Direction Tensile strengthが0.3N/25mm以上である。ここで、衛生用紙ウェッブがトイレットペーパー向けであれば、JIS P4501法によるほぐれ易さが100秒未満であることが好ましい。
衛生用紙ウェッブがティッシュペーパー向けであれば、JIS P8135に基づく湿潤時の縦方向の引張強さ(WMDT:Wet Machine Direction Tensile strength)が0.2N/25mm以上であり、ペーパータオル向けであれば、DMDTが2.0N/25mm以上、WMDTが0.4N/25mm以上であることが好ましい。本発明のウェッブは、1PLYまたは2PLY以上とすることができる。
なお、ウェッブ抄紙の流れ方向を「縦方向」とし、流れ方向に直角な方向を「横方向」とする。
ウェッブの坪量が10g/mであると強度が低下し、50g/mを超えると柔らかさに劣る。
又、ティッシュペーパー、トイレットペーパー、ペーパータオル用ウェッブの強度が上記値未満であると、やぶれ易くて実用に適さない。
さらに、本発明による衛生用紙ウェッブの比容積が7cm/g未満であると、ふんわり感が乏しく、バルク(嵩高さ)が低下して水分の吸収能力に劣る。一方、比容積が25cm/gを超えると、バルク(嵩高さ)は高くなるが、強度が低下し、平滑性が劣る。
本発明の実施形態に係るウェッブは、坪量、DMDT及びDCDT、並びに比容積を上記範囲に規定することにより、強度、バルク(比容積)、柔らかさを両立することができる。
衛生用紙ウェッブは木材パルプ100%から成っていてもよく、古紙パルプ、非木材パルプを含んでも良い。例えば、NBKP:LBKP=10:90〜70:30(質量比)の木材パルプを原料としてもよく、又は、このパルプ比率の木材パルプに対し、古紙パルプを50質量%程度まで含むことができる。古紙パルプは品質的バラツキが大きく、配合割合が増えると製品の品質、特に柔らかさに大きく影響するので、木材パルプに対して20質量%以下配合するのが望ましい。
なお、ウェッブの用途に合わせて適正な強度を確保するために、通常の手段で原料配合し、パルプ繊維の叩解処理にて強度調整を行うことができる。又、ウェッブの用途に合わせて湿潤紙力増強剤を使用することができる。
ウェッブの製造方法の詳細については後述する。
本発明の実施形態に係るウェッブをティッシュソフトネス測定装置(TSA:Tissue Softness Analyzer)により測定したとき、周波数1000Hz以下の領域におけるパワースペクトルの最大値(TS7)が20dBVrms以下であり、周波数6700Hz領域におけるパワースペクトルの値(TS750)が20dBVrms以下であることが好ましい。
又、TSAによる、こわさ(D)測定値が2.5mm/N以上であることが好ましい。
ここで、ティッシュソフトネス測定装置(TSA)は、紙試料をロータで回転させたときの各種センサで検知した振動データを、振動解析してパラメータ化(TS値)することにより、紙のソフトネス(手触り感)を定量評価するものであり、ドイツのエムテック(emtec Electronic GmbH、日本代理店は日本ルフト株式会社)社製の商品名である。
TSAを用いた具体的な測定は、試料台に設置したウェッブサンプル(10cm角)に対し、(i)回転体の付いている可動測定ヘッドが、指定した圧力でサンプルを押し込み、(ii)指定した速度で回転体が作動し、(iii)結果として生じる振動をセンサーで検出し、振動周波数を解析する。(iv)次に指定した圧力でサンプルを変形し、変形時の特性から、弾性、粘弾性、及び塑性変形を計算する。(i)〜(iii)の手順により、ウェッブの総合的なハンドフィール及びハンドフィールの要素(滑らかさ、しなやかさ、ボリューム感)が各々数値化できる。測定は1サンプルについて5回繰り返し、平均化する。
又、パワースペクトルとは、信号のパワー(dB)を一定の周波数帯域毎に分割し、各帯域毎のパワーを周波数の関数として表したものである。
TS7の値が低いほど、ふんわり感に優れ、TS750の値が低いほど、滑らかさに優れる。又、Dの値が大きいほど、しなやかさに優れる。
さらに、TS7、TS750、及びDの関数に基づき、総合的なハンドフィールHFを算出することができる。
例えば、(HF)=A×(TS7)+B×(TS750)+C×(D)+αという関数を設定することで、総合的なハンドフィールを客観的(定量的)に数値化できる。ここで、A,B,C及びαは係数であり、これら係数を適宜設定することで、HFを構成するファクター(つまり、TS7、TS750、及びDにそれぞれ対応する、滑らかさ、ふんわり感、こわさ)の重み付けを調整し、実際のHFの官能評価に合致させることができる。
なお、A及びBを負の値とし、Cを正の値とした場合、HFの値が大きくなるほど、総合的なハンドフィールに優れる。
本発明の衛生用紙ウェッブは、ティッシュペーパー、トイレットペーパー、ペーパータオルなどに適用することができ、ティッシュペーパー製品であれば、例えば衛生用紙ウェッブを2PLYにしてフォルディングマシンにて折畳み積層して、ポップアップ式に連続引き出す形態の製品とする。また、トイレットペーパー製品であれば、衛生用紙ウェッブを1PLYまたは2PLYにしてロールワインダーマシンでロール状に巻取り、カットして製品とすることができる。ペーパータオル製品であれば、上記したいずれの形態でも製品化できる。
次に、図1、図2を用いて、本発明の実施形態に係る衛生用紙ウェッブの製造方法について説明する。図1は衛生用紙ウェッブの製造装置50の一例を示し、図2はカレンダーパートの構成を示す。
図1の装置50は、ファブリックプレス方式の製紙機であり、予備的に脱水するための通風乾燥(TAD)設備を用いず、プレス手段のみで凹凸付けしたウェッブ103を製造することができる。装置50は、連続するウェッブを形成するウェット部1、ウェッブを脱水して模様付け又は凹凸付けするプレス部2、及びウェッブを最終乾燥する乾燥部3を備えている。
ウェット部1は、クレセントフォーマー形式で湿紙を形成するものであり、繊維及び水からなる紙料をフォーミング領域に供給するヘッドボックス5、ウェッブの水の一部を脱水するフォーミングフェルト8及びフォーミングワイヤー7、複数のガイドロール10、並びにフォーミングロール9を有する。
ヘッドボックス5は、フォーミングワイヤー7とフォーミングフェルト8との間のフォーミングゾーン6にて紙料ジェットを吐出する。フォーミングワイヤー7はエンドレスのループ形態であり、複数のガイドロール10及びフォーミングロール9の周りを走行し、フォーミングロール9にてフォーミングフェルト8に接触する。従って、ゾーン6に吐出された紙料はフォーミングワイヤー7によって脱水されて繊維性ウェッブ101を形成し、この繊維性ウェッブ101がフォーミングフェルト8にてプレス部2に搬送される。フォーミングフェルト8も複数のガイドロール11の周りを走行するエンドレスのループ形態となっている。
なお、フォーミングゾーン6をサクションブレストロールフォーマーとすることもできる。
プレス部2はメインプレス(MP)及び凹凸付けファブリック15を備え、メインプレスは#1プレスロール12と、#2プレスロール13とからなる。#1、#2のプレスロール12,13は、互いに圧着してそれらの間にプレスニップNP1を形成する。そして、#1プレスロール12が凹凸付けファブリック15のループ内に位置し、#2プレスロール13がフォーミングフェルト8のループ内に位置し、プレスニップNP1にてフォーミングフェルト8と凹凸付けファブリック15が接触する。メインプレス(MP)は、長いニッププレス又はシュープレス(図示しない)でも良い。
凹凸付けファブリック15は、エンドレスのループ形態をなし、複数のガイドロール16、及び乾燥部3に対向する転送ロール17の周りを走行する。凹凸付けファブリック15は、#1プレスロール12の周りを走行したときにメインプレス(MP)のプレスニップNP1を通り、フォーミングフェルト8で搬送された繊維性ウェッブ101と接触する。そして、プレスニップNP1にて、凹凸付けファブリック15が繊維性ウェッブ101の脱水及び凹凸付けを行って、凹凸付け繊維性ウェッブ102を形成する。凹凸付け繊維性ウェッブ102は、凹凸付けファブリック15によって転送ロール17まで搬送される。
転送ロール17は、後述する乾燥部4の乾燥シリンダー18と対向し、両者の間に転送ニップNP2を形成する。そして、転送ニップNP2に搬送された凹凸付け繊維性ウェッブ102は、プレス及び脱水を施されずに乾燥にのみ供される。尚、繊維性ウエッブ102の厚さ(バルク)は、ファブリック15のパターンの深さ(0.2〜0.4mm)と、メインプレス(MP)のニップ圧とで調整される。
プレス部2を通る間、各ウェッブ101、102の乾燥度は、繊維濃度15〜30%の範囲から42〜52%の範囲とすることができる。
乾燥部3は、乾燥シリンダー18、クレープ付けドクター20、及び乾燥シリンダー18を覆うフード21を備えている。なお、図1の例では、乾燥シリンダー18はヤンキードライヤーであるが、他のタイプの乾燥部(たとえばエアースルードライヤー、金属製の乾燥ベルト)を適用することができる。又、乾燥部は、単一の乾燥部(例えば、図1のように1つのシリンダー)であってもよく、複数の乾燥部で構成することもできる。
乾燥シリンダー18の表面には、転送ニップNP2近傍にて、凹凸付け繊維性ウェッブ102を接触乾燥するコーティング層19が形成されている。又、クレープ付けドクター20により、乾燥した凹凸付け繊維性ウェッブ102にクレープ付けを行い、それによって、凹凸付け及びクレープ付けの両方を施された最終ウェッブ(凹凸付けしたウェッブ)103が得られる。クレープ付は、紙を縦方向(マシン走行方向)に機械的に圧縮し、クレープと称される波状の皺を形成する公知の方法であり、紙に嵩(バルク感)、柔らかさ、吸水性、表面の滑らかさ、美観(クレープの形状)などを付与する。
なお、凹凸付けファブリック15から乾燥シリンダー18にウェッブ102を確実に転送させるため、スプレー装置22によって乾燥シリンダー18の表面に接着剤を塗布するようにすると良い。スプレー装置22は、クレープ付けドクター21と転送ニップNP2との間に配置することができる。
次に、図2を参照し、本発明の実施形態に係る衛生用紙ウェッブの製造方法の特徴部分であるカレンダー加工について説明する。
カレンダーパート60は、対向する一対のロール61、62から構成され、ロール61、62間のギャップに、抄紙及び乾燥後の凹凸付けしたウェッブ103が装入されてカレンダー加工される。
ここで、ウェッブ103の厚みtに対し、ロール61、62間のギャップの距離tを20〜80%に設定すること、及び、カレンダーのトップロールとボトムロールで±5%以内の回転スピード差を付与することで、より滑らかで、柔軟性に富んだ嵩高なウェッブが得られる。
距離tが厚みtの20%未満であると、ウェッブは平滑になるが、バルクロスが生じ、比容積が7〜25cm/gの嵩高なウェッブが得られない。距離tが厚みtの80%を超えると、ウェッブを滑らかにすることが困難になる。
なお、距離tが厚みtの20〜80%であれば、ロール61、62を通過したウェッブのキャリパー(厚み)が自然に復元し、キャリパーの大きな減少が見られない。
ロール61、62としては、鋼鉄ロール、チルドロール、表面硬質メッキ仕上げロール等の金属性ロール、又は弾性材料でコーティングされたシリンダーを用いることができる。ウェッブをより滑らかにできる点では、金属ロールが好ましい。
本発明は上記した実施形態に限定されず、本発明の思想と範囲に含まれる様々な変形及び均等物に及ぶことはいうまでもない。
パルプ組成(質量%)をNBKP30%、LBKP70%とし、表1に示す特性を有するウェッブを図1に示すファブリックプレス方式の製紙機50を用い、凹凸付けしたウェッブ103を製造した。次に、図2に示すプルユニットカレンダーパート60を用い、抄紙及び乾燥後のウェッブ103をカレンダー加工した。カレンダー加工の条件を表1に示す。
さらに、カレンダー加工後の最終ウェッブを所定の大きさの試験片に切断し、以下の評価を行った。
引張強さDMDT及びDCDT:JIS P8113に基づいて測定した。
坪量:JIS P8124に基づいて測定した。
ウェッブ厚:シックネスゲージ(尾崎製作所製のダイヤルシックネスゲージ「PEACOCK」)を用いて測定した。測定条件は、測定荷重250gf、測定子直径30mmで、測定子と測定台の間に試料を置き、測定子をゆっくりと下ろしたときのゲージを読み取った。このとき、測定子をのせるだけとした。なお、1回の測定は試料を5組(1プライ×5)重ねて行い、測定を10回繰り返して測定結果を平均した。そして、得られた1回当りの平均値を枚数で割ってウェッブ(1プライ)当りの紙厚とした。
比容積:ウェッブ厚さを坪量で割り、単位gあたりの容積cm3で表したもの。
吸水度:旧JIS−S3104法に従い、温度23±1℃、湿度50±2%の状態で、0.1ml精製水を滴下し、水滴がウェッブに吸収される時間(秒)を測定した。
TS7、TS750、Dの測定は、上記TSA装置を用いて行った。表裏を測定した値の平均値であり、測定条件も上記のとおりである。
総合的なハンドフィールHFは、(HF)=−2×(TS7)−0.5×(TS750)+10×(D)+100の式に基づいて算出した。ブランク材との比較で、HF=0.5〜1ポイント高い場合、ハンドフィール(手触り)が良くなる。ブランク材との比較で、HF=1を超えて3以下の場合、ハンドフィールが明らかに良くなる。ブランク材との比較で、HF=3を超えて高い場合、ハンドフィールが著しく良くなる。
なお、坪量、引張強さ、ウェッブ厚、密度、及びTSA装置による測定は、JIS-P8111に規定する温湿度条件下(23±1℃、50±2%RH)で平衡状態に保持後に行った。
得られた結果を表1に示す。表1のT/Bは、カレンダー加工のトップロールとボトムロールの回転スピード差(%)を表す。表1の「従来PM」は、一般の抄紙機で製造したウェッブを表す。
Figure 0006162368

表1から明らかなように、DMDTが1.0N/25mm以上、DCDTが0.3N/25mm以上であって、比容積が7〜25cm/gであり、抄紙及び乾燥後のウェッブ厚みに対し20〜80%のギャップを有する一対のロールにてカレンダー処理した各実施例の場合、著しいハンドフィール改善効果が得られた。
なお、各実施例は、厚みが同一のブランク材に比べたバルクロス(嵩の減少率)が30%以下で済み、バルク(比容積)を大きく減じることなく、ハンドフィールが改善することがわかる。例えば、実施例3とブランク3との比容積の比8.8/12.2=0.72である。
一方、抄紙及び乾燥後のウェッブ厚みに対し、20%未満のギャップを有する一対のロールにてカレンダー加工した比較例1の場合、比容積が7cm/g未満となり、バルクロスが40%を超え(比較例1とブランク1の比容積6.8/12.4=0.54)、吸水度も低下した。
また、抄紙及び乾燥後のウェッブ厚みに対し、80%を超えるギャップを有する一対のロールにてカレンダー加工した比較例2の場合、バルクロスは小さいものの(比較例2とブランク1の比容積12.2/12.4=0.98)、ハンドフィール改善効果が劣った。
60 カレンダーパート
61 トップカレンダーロール(カレンダーパートの一対のロール)
62 ボトムカレンダーロール(カレンダーパートの一対のロール)
103 抄紙及び乾燥後のウェッブ(凹凸付けしたウェッブ)
抄紙及び乾燥後のウェッブ厚み
一対のロールのギャップの距離

Claims (1)

  1. 坪量10〜25g/mで、比容積が7〜25cm/gであって、JIS P8113に基づく乾燥時の縦方向の引張強さDMDTが1.0N/25mm以上、JIS P8113に基づく乾燥時の横方向の引張強さDCDTが0.3N/25mm以上である衛生用紙ウェッブの製造方法であって、
    抄紙及び乾燥後のウェッブ厚みに対し、20〜80%のギャップを有する一対のロールにてカレンダー加工を施し、
    ティッシュソフトネス測定装置TSAにより、周波数1000Hz以下の領域におけるパワースペクトルの最大値TS7、周波数6700Hz領域におけるパワースペクトルの最大値TS750、こわさ(D)測定値を測定し、
    ハンドフィールHF=−2×(TS7)−0.5×(TS750)+10×(D)+100で表したとき、
    カレンダー加工を施さずにカレンダーパートを通して得られた衛生用紙ウェッブのブランク材に比べ、HF=1ポイントを超えて高くなるように該カレンダー加工を施す衛生用紙ウェッブの製造方法
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