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JP2008031586A - 記録用紙およびその製造方法 - Google Patents

記録用紙およびその製造方法 Download PDF

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Yoshinori Kato
由憲 加藤
Koichi Katayama
康一 片山
Ayano Kawae
綾乃 河江
Yosuke Uchida
洋介 内田
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Abstract

【課題】本発明は記録用紙、およびその製造方法に関し、地合を悪化させることなく強度を向上した用紙、およびその製造方法を提供するものである。
【解決手段】針葉樹を原料とした化学パルプを原料パルプ中に10質量%を越えて70%質量以下配合し、原料パルプの平均繊維長が1.05mm〜1.55mmであり、前記針葉樹原料中にスギ材を60質量%以上100質量%以下含み、前記スギ材は、樹齢15年以上50年以下の材であるものを20%以上100%含む記録用紙であり、針葉樹化学パルプ原料のうち30質量%以下、かつ全化学パルプのうち50質量%以下に相当する量の針葉樹化学パルプを叩解処理しない記録用紙の製造方法。
【選択図】なし

Description

本発明は記録用紙、およびその製造方法に関し、地合を悪化させることなく強度を向上した用紙、およびその製造方法を提供するものである。
紙の引張強度を向上させる手法としては、原料に紙力剤を添加する方法や針葉樹を原料とした化学パルプを配合する方法などがある。しかし、薬品の凝集能力で繊維を凝集させたり、針葉樹化学パルプの長い繊維長を核としてフロック形成するため、いずれも地合が悪化するという欠点があった。
針葉樹は紙の引張強度を向上させるが、繊維長が長いためフロックを形成して原料懸濁液が凝集しやすく、地合を悪化させるという欠点があり、これまで記録用紙への利用はなされなかった。
さまざまな針葉樹材の繊維形態を比較した結果、他の針葉樹材と比較してスギ材は繊維長が短く、繊維壁厚が薄いことが特徴である。しかし、繊維幅は他の針葉樹材と比較して同等である。つまり、ルンケル比が低く、繊維は潰れやすいといえる。ルンケル比とは、繊維壁厚の2倍をルーメン径で除した値であり、大きいほど繊維は剛直で潰れにくい指標である。
スギ材の繊維形態は、ある程度の繊維幅を有しながら潰れやすいため、繊維間の結合面積が広いという特徴を発現し、引張強度の向上に寄与すると言える。
特開2004−225201号公報(特許文献1)には、スギ材の機械パルプ化およびそれを使用した新聞用紙が提供されている。しかし、スギ材は結束繊維が多く、機械パルプ化では解繊をしにくく、十分に解繊しようすると短繊維化が進行してしまうといった欠点がある。スギ材の機械パルプ化では繊維を十分柔軟化することができず、化学パルプに代えて引張強度を向上するには役立ち得なかった。
特開平6−158579号公報(特許文献2)には保水度が2.0〜3.0の針葉樹パルプと1.1〜1.4の広葉樹パルプを重量比で5/95〜20/80に抄紙し、乾燥時の収縮を抑え、保水度と特定の繊維長の針葉樹の配合とカレンダー処理により低密度で剛直性と平滑性を改善した紙の製造方法が開示されているが、実施例には針葉樹10%をこえて配合した例はなく、針葉樹を多配合したときの平滑性は確かではない。
特開2004−225201号公報 特開平6−158579号公報
本発明は記録用紙、およびその製造方法に関し、地合を悪化させることなく強度を向上する記録用紙、およびその製造方法を提供するものである。
本発明では、繊維長の短い針葉樹を原料とした化学パルプを配合して、地合を悪化させることなく紙の引張強度を向上させる手法を考案した。
(1)スギを原料としたとした針葉樹化学パルプを原料パルプ中に10質量%を越えて70%質量以下配合し、平均繊維長が1.05〜1.55である記録用紙。
(2)前記スギは、樹齢15年以上50年以下の材を20質量%〜100%質量含む(2)記載の記録用紙。
(3)前記(1)又は(2)において、針葉樹化学パルプ原料のうち30質量%以下かつ全化学パルプのうち50質量%以下の針葉樹化学パルプを叩解処理しないで抄紙する記録用紙の製造方法。
記録用紙において、地合を悪化させることなく引張強度を向上した用紙を提供する。
本発明の紙は、そのまま静電記録用紙、電子写真用紙、インクジェット用紙として使用することもでき、又、表面そして、または、裏面に塗被組成物層を設ける紙の基紙としても使用することができる。
本発明では針葉樹を原料とした化学パルプを原料パルプ中に10質量%を越えて70質量%以下配合する。
針葉樹の蒸解方法としては、特に制限はないが、針葉樹は樹脂成分が多く心材部には着色成分が多いため、蒸解性が悪いといわれている。蒸解性に影響を与える樹脂成分、着色成分を蒸解前に除去することにより、蒸解性が向上する。除去する方法としては原料チップを蒸解前にアルカリやエタノールやメタノール等のアルコールに浸漬し、樹脂成分や着色成分を抽出することにより蒸解性は向上する。また、樹齢の若い物には樹脂成分や特に心材部の着色成分は少ないため、樹齢の若いものを使用することが好ましい。針葉樹原料の蒸解後のカッパー価は12以上35以下であることが望ましい。
針葉樹をクラフト蒸解する場合、クラフト蒸解液の硫化度は5〜75%、好ましくは15〜45%、有効アルカリ添加率は絶乾木材重量当たり5〜30重量%、好ましくは10〜25重量%、蒸解温度は130〜170℃で、蒸解方式は、連続蒸解法あるいはバッチ蒸解法のどちらでもよく、連続蒸解釜を用いる場合は、蒸解液を多点で添加する修正蒸解法でもよく、その方式は特に問わない。
蒸解に際して、使用する蒸解液に蒸解助剤として公知の環状ケト化合物、例えばベンゾキノン、ナフトキノン、アントラキノン、アントロン、フェナントロキノン及び前記キノン系化合物のアルキル、アミノ等の核置換体、あるいは前記キノン系化合物の還元型であるアントラヒドロキノンのようなヒドロキノン系化合物、さらにはディールスアルダー法によるアントラキノン合成法の中間体として得られる安定な化合物である9,10−ジケトヒドロアントラセン化合物等から選ばれた1種あるいは2種以上が添加されてもよく、その添加率は木材チップの絶乾重量当たり0.001〜1.0重量%である。
本発明では、蒸解により得られた未晒クラフトパルプは、洗浄、粗選及び精選工程を経て、公知のアルカリ酸素漂白法により脱リグニンされる。本発明に使用されるアルカリ酸素漂白法は、公知の中濃度法あるいは高濃度法がそのまま適用できるが、現在、汎用的に用いられているパルプ濃度が8〜15重量%で行われる中濃度法が好ましい。
前記中濃度法によるアルカリ酸素漂白法において、アルカリとしては苛性ソーダあるいは酸化されたクラフト白液を使用することができ、酸素ガスとしては、深冷分離法からの酸素、PSA(Pressure Swing Adsorption)からの酸素、VSA(Vacuum Swing Adsorption)からの酸素等が使用できる。前記酸素ガスとアルカリは中濃度ミキサーにおいて中濃度のパルプスラリーに添加され、混合が十分に行われた後、加圧下でパルプ、酸素及びアルカリの混合物を一定時間保持できる反応塔へ送られ、脱リグニンされる。
アルカリ酸素脱リグニン後のパルプは原子状塩素を用いないECF漂白方法により、白色度70%以上に漂白される。
蒸解前および/又は漂白前にアルカリやアルコールによる処理を施したものや、樹齢50年以内の若い物は漂白性に影響を与えないため好ましい。漂白性という観点からは、樹齢30年以内が尚一層好ましい。
本発明の記録用紙においては、スギを原料とする針葉樹化学パルプを10質量%以上70質量%以下で配合することが望ましい。スギを原料とした針葉樹化学パルプが10質量%未満の場合、紙の引張強度の向上効果はほとんど認められない。
また、70質量%を越えて配合した場合、記録用紙の引張強度は向上するが、地合が悪化するため好ましくない。抄紙原料パルプの平均繊維長は1.05mm〜1.55mmにすることが好ましい。1.05mm未満になると強度が落ちるため好ましくない、また1.55を越えて大きくなると地合いが悪くなるため好ましくない。
針葉樹化学パルプの原料のうちスギを針葉樹原料中60質量%以上配合することが望ましい。化学パルプの針葉樹原料のうち、スギ材の比率を60質量%未満とした場合、長繊維が増えるため、記録用紙の引張強度は向上するが、地合は悪化する。スギを多配合することにより、地合い悪化が抑えられるため、スギの比率を60%以上とすることにより、針葉樹化学パルプとして多配合することが可能となる。40質量%以上70質量%の割合で配合すると強度も向上するため好ましい。
原料に用いたスギのうち、樹齢15年以上50年以下の材が20%以上100%以下であることが望ましい。スギの樹齢が50年を越える場合、抽出成分が多く、蒸解性を阻害するため好ましくない。また、スギの樹齢が15年未満の場合、成長途上の幼木を伐採することになるため、継続的な原料の調達が困難であった。
本発明のスギ材には、間伐材を使用することが健全な森林経営の観点からも望ましい。間伐とは、植林木の成長に伴って密になる森林から一部を間引き伐採し、残った樹木に光や養分を行き届くようにすることである。
スギ材を含む針葉樹化学パルプ以外には、カエデ、ハンノキ、カバ、ブナ、トネリコ、ユリノキ、モクレン、ハコヤナギ、ニレ、ツガ、コウヤマキなどの広葉樹を原料とした化学パルプ、新聞古紙、雑誌古紙、回収古紙、チラシ古紙、ダンボール古紙などを原料とした古紙パルプを使用することができる。針葉樹や広葉樹を原料とした機械パルプ、具体的にはサーモメカニカルパルプやケミサーモメカニカルパルプ、グランドウッドパルプなども使用できるが、強度を低下させるため、その配合量は全パルプに対し5質量%以下に抑えることが望ましい。
間伐材を使用することが健全な森林経営の観点からも望ましい。間伐とは、植林木の成長に伴って密になる森林から一部を間引き伐採し、残った樹木に光や養分を行き届くようにすることである。
先に述べたように、スギ材は繊維壁が薄いため、叩解を進めない繊維をある量配合しても、所要の繊維間結合数、繊維間結合面積を確保することができる。紙中に存在する針葉樹化学パルプのうち30%以下、かつ化学パルプ中50%以下に相当する量を未叩解とすることができる。未叩解分が針葉樹化学パルプのうちの30%、化学パルプ中50%のいずれかを越えてしまうと、結合面積が不足して強度向上効果が失われるため好ましくない。すべての針葉樹パルプを叩解しても、本発明の効果が損なわれることはない。
針葉樹化学パルプには褪色に影響を与えるヘキセウロン酸量が少ないため、どのようなECF漂白シークエンスを用いた場合でも、酸性抄紙においても褪色性がないため多配合することが好ましい。
本発明においては、製紙用紙力増強剤や湿潤紙力増強剤、サイズ剤、填料、歩留向上剤、CMC(カルボキシメチルセルロース)、澱粉、PVA、PAM、染料、消泡剤、防腐剤、粘度低下剤等の公知抄紙薬品を必要に応じて内、外添することができ、これらの種類及び添加率は得られる紙に必要とされる品質を満足できれば、特に限定されるものではない。
本発明の紙の抄造において抄紙機について制限はなく、公知の湿式抄紙機、例えば長網式抄紙機、ギャップフォーマ型抄紙機、円網式抄紙機、短網式抄紙機等の商業規模の抄紙機を目的に応じて適宜選択して行われる。
本発明で地合を良化させるためには、原料を溜めたバットにワイヤを浸して掬い上げる古典的な円網抄紙機は好ましくない。ワイヤ上に原料吐出口をもつ方式の円網抄紙機、単網抄紙機、長網抄紙機、オントップ抄紙機、さらには2枚のワイヤ間に原料を吐出するギャップフォーマが好ましく使用される。
ギャップフォーマ式抄紙機では原料組成に関わらず良好な地合が形成される傾向にあり、本発明はフォードリニア型、長網型、オントップ型にてその効果を特に顕著に発揮する。
本発明では、各種サイズプレス装置、ロールコーター等を用いて、外添処理することは勿論可能であるが、製造速度の高速化を考慮した場合には、フィルムメタリングタイプの外添装置を用いる方法が好適に用いられる。又、ロールコーター、ブレードコーター等の予備塗工を行うことは勿論可能である。又、表面処理剤である澱粉、PVA、PAM等に導電剤として種々の電解質を添加することも可能である。電解質としては、塩化ナトリウム、芒硝、カルボキシメチルセルロース、ポリアクリル酸ソーダ等が挙げられる。また、表面処理剤に耐水化剤を添加することも可能である。耐水化剤としては、スチレンマレイン酸系やスチレンアクリル酸系などの表面サイズ剤、炭酸ジルコニウムアンモニウムなどの架橋剤等、公知の技術を適用できる。
本発明の記録用紙の米坪には特に規定はないが、38g/m以上300g/m以下、さらには40g/m以上160g/mである用紙が扱いやすく望ましい。米坪300g/mを越えて高すぎると固くて扱いにくく、また38g/mより低すぎるとコシがなくて扱いにくい。
記録用紙の平滑度にも特に規定はないが、本発明の用紙を後加工せずそのまま使用する場合、平滑度は王研式平滑度(J.TAPPI−5)で15秒以上100秒以下が望ましい。
本発明では、記録用紙の地合指数は0.55以下であることが望ましい。下限は特に定めないが、もっとも均一な場合は0となる。
以下に実施例を挙げて、本発明を具体的に説明する。勿論、本発明はそれらに限定されるものではない。
実施例1
針葉樹材のうち、40年齢スギ材の比率を70%、パイン材を30%として、蒸解条件は、クラフト蒸解液の硫化度を30%、有効アルカリ添加率を絶乾木材重量当たり15重量%、蒸解温度を167℃とし、連続蒸解釜で蒸解法した。針葉樹化学パルプのカッパー価は31と、蒸解性が良好であった。
上記のクラフト蒸解により得られたこのパルプに対して、NaOHを2.0%添加し、イオン交換水を加えてパルプ濃度を10%とした後、酸素ガスを注入し、100℃、圧力0.49MPa下で60分間処理を行った。
上記で得たパルプを以下に示すように、Z−E−P−Dの4段漂白処理を行った。オゾン処理(Z)は、パルプ濃度40%に調製し、オゾンを0.5%添加し、40℃で処理を行った。次いで、イオン交換水にて洗浄、脱水後、パルプ濃度を10%に調製し、過酸化水素0.5%、苛性ソーダ0.5%を順次添加し、70℃、120分間の過酸化酸素処理(P)を行った。最後にイオン交換水にて洗浄、脱水し、漂白パルプを得た。さらにダブルディスクリファイナでカナディアンスタンダードフリーネス600mlになるように叩解した。この針葉樹晒化学(NBKP)パルプ50部に、ホワイトオーク材チップを原料とした広葉樹晒化学パルプ(LBKP)50部を追加してパルプ原料とし、抄紙幅3.3mの長網型抄紙機にて80g/mの紙を抄造した。ホワイトオーク材チップを原料として蒸解、漂白、叩解した広葉樹晒化学パルプのカッパー価は18、叩解度は430であった。
平均繊維長は1.33mm、裂断長は10.8km、地合指数は0.40であり、強度、地合のいずれも良好であった。
実施例2
針葉樹材のうち、40年齢スギ間伐材の比率を80%、パイン材を20%として、蒸解条件は、クラフト蒸解液の硫化度を30%、有効アルカリ添加率を絶乾木材重量当たり15重量%、蒸解温度を167℃とし、連続蒸解釜で蒸解法した。針葉樹化学パルプのカッパー価は30と、蒸解性が良好であった。
実施例1と同様のアルカリ酸素漂白法にて漂白し、ダブルディスクリファイナでフリーネス620mlまで叩解した。この針葉樹晒化学パルプ60部に、脱墨漂白古紙パルプ(DIP)40部を追加してパルプ原料とし、実施例1と同様の抄紙機にて80g/mの紙を抄造した。
平均繊維長は1.18mm、裂断長は9.6km、地合指数は0.42であり、強度、地合のいずれも良好であった。
実施例3
針葉樹材のうち、40年齢スギ間伐材の比率を100%として、連続蒸解釜で蒸解した。蒸解条件は、実施例1と同様とした。針葉樹化学パルプのカッパー価は29と、蒸解性が良好であった。
さらに実施例1と同様にアルカリ酸素漂白法にて漂白、ダブルディスクリファイナでフリーネス580mlまで叩解した。この針葉樹晒化学パルプ50部に、脱墨漂白古紙パルプ50部を追加してパルプ原料とし、実施例1と同様の抄紙機にて80g/mの紙を抄造した。
平均繊維長は1.43mm、裂断長は10.2km、地合指数は0.38であり、強度、地合のいずれも良好であった。
実施例4
針葉樹材のうち、20年齢スギ間伐材の比率を100%として、連続蒸解釜で蒸解した。蒸解条件は、実施例1と同様とした。針葉樹化学パルプのカッパー価は26と、蒸解性が良好であった。
実施例1と同様にアルカリ酸素漂白法にて漂白した。この針葉樹晒化学パルプのうち75%だけをダブルディスクリファイナでフリーネス550mlまで叩解し、残りの25部は叩解をかけずに混合した。この針葉樹晒化学パルプ30部に、ホワイトオーク材チップを原料とした叩解度380の広葉樹晒化学パルプ70部を追加してパルプ原料とし、実施例1と同様の抄紙機にて80g/mの紙を抄造した。
平均繊維長は1.07mm、裂断長は9.8km、地合指数は0.30であり、強度、地合のいずれも良好であった。
実施例5
針葉樹材のうち、40年齢スギ間伐材の比率を100%として、連続蒸解釜で蒸解した。蒸解条件は、実施例1と同様とした。針葉樹化学パルプのカッパー価は32と、蒸解性が良好であった。実施例1と同様にアルカリ酸素漂白法にて漂白した。この針葉樹晒化学パルプのうち90%だけをダブルディスクリファイナでフリーネス610mlまで叩解し、残りの10部は叩解をかけずに混合した。この針葉樹晒化学パルプ45部に、ホワイトオーク材チップを原料とした叩解度430の広葉樹晒化学パルプ55部を追加してパルプ原料とし、実施例1と同様の抄紙機にて80g/mの紙を抄造した。
平均繊維長は1.23mm、裂断長は9.3km、地合指数は0.34であり、強度、地合のいずれも良好であった。
実施例6
針葉樹材のうち、40年齢スギ間伐材の比率を100%として、連続蒸解釜で蒸解した。蒸解条件は、実施例1と同様とした。針葉樹化学パルプのカッパー価は32と、蒸解性が良好であった。実施例1と同様にアルカリ酸素漂白法にて漂白し、ダブルディスクリファイナでフリーネス590mlまで叩解した。この針葉樹晒化学パルプ60部に、ホワイトオーク材チップを原料とした広葉樹晒サーモメカニカルパルプ(BCTMP)40部を追加してパルプ原料とし、実施例1と同様の抄紙機にて80g/mの紙を抄造した。平均繊維長は1.23mm、裂断長は7.9km、地合指数は0.34であり、強度、地合のいずれも良好であった。
比較例1
針葉樹材のうち、40年齢スギ間伐材の比率を50%、パイン材を50%として、連続蒸解釜で実施例1と同様の条件に従って蒸解し、実施例1と同様のアルカリ酸素漂白法にて漂白した。ダブルディスクリファイナでフリーネス590mlまで叩解した。この針葉樹晒化学パルプ50部に、ホワイトオーク材チップを原料とした広葉樹晒化学パルプ50部を追加してパルプ原料とし、実施例1と同様の抄紙機にて80g/mの紙を抄造した。
針葉樹化学パルプのカッパー価は30と、蒸解性は良好であった。
平均繊維長は1.95mmと長く、裂断長は9.4kmで引張強度は良好であったが、地合指数0.60と地合が劣った。
比較例2
針葉樹晒化学パルプを用いず、パルプ原料をホワイトオーク材チップを原料とした広葉樹晒化学パルプ100部、叩解度430mlとしてパルプ原料とし、実施例1と同様の抄紙機にて実施例1と同様の条件で80g/mの紙を抄造した。
広葉樹化学パルプのカッパー価は18と、蒸解性が良好であった。
地合指数は0.35と良好であったが、裂断長5.3kmと引張強度が劣った。
比較例3
針葉樹材のうち、40年齢スギ間伐材の比率を75%、パイン材を25%として、実施例1と同様の蒸解釜で実施例1と同様の条件に従って蒸解、漂白した。さらにダブルディスクリファイナでフリーネス610mlまで叩解した。この針葉樹晒化学パルプ6部に、ホワイトオーク材チップを原料とした広葉樹晒化学パルプ94部を追加してパルプ原料とし、実施例1と同様の抄紙機にて80g/mの紙を抄造した。
針葉樹化学パルプのカッパー価は28と、蒸解性は良好であった。
地合指数は0.37と良好であったが、裂断長5.3kmと引張強度が劣り、スギ間伐材による強度向上は認められなかった。
比較例4
実施例1と同様の条件で蒸解、漂白、抄紙したが、スギ材が55年齢の成材とした点のみ異なった。
針葉樹化学パルプのカッパー価は40と高く、蒸解性に劣った。抽出成分も2.3と多かった。
地合指数は0.45とやや劣り、裂断長は7.2kmとやや優れた。
比較例5
針葉樹材のうち、40年齢スギ間伐材の比率を70%、パイン材を30%として、ダブルディスクリファイナで加温、叩解処理を施し、さらに過酸化水素晒漂白処理を行って、晒サーモメカニカルパルプ(BCTMP)を得た。この針葉樹晒機械パルプ50部に、ホワイトオーク材チップを原料とした広葉樹晒化学パルプ50部を追加してパルプ原料とし、実施例1と同様の抄紙機にて80g/mの紙を抄造した。
抽出成分は3.3と多く、裂断長4.2kmと劣った。
地合指数は0.50と良好であった。
本実施例、比較例に用いた測定方法は、以下の通りである。
1.平均繊維長の測定:メッツォオートメーション社製カヤーニ繊維長測定器を用い、長さ加重平均繊維長を記した。
2.パルプのカッパー価:JIS P 8211に準じて測定を行った。
3.抽出分比率:原料チップをT204 OS−76に準じて、ジクロロメタンを用いて抽出を行い、比率を求めた。
4.米坪:JIS P8124に従って測定した。
5.地合指数:アンバーテック社製βフォーメーションテスターを用いて測定し、坪量規格化標準偏差を指標とした。測定面積は70mm×70mm、測定ピッチは1mm×1mmとした。
6.引張強度:SCAN P67に従い引張試験を行い、下記の式より裂断長を求めた。
烈断長(L)=100*S/9.81*g
=烈断長(Km)
S=引張強度(kN/m)
g=試験片の米坪(g/m
7.パルプ叩解度:TAPPI−T227に従って測定した。
Figure 2008031586
Figure 2008031586

Claims (3)

  1. スギを原料とした針葉樹化学パルプを原料パルプ中に10質量%〜70%質量以下の範囲で配合し、前記原料パルプの平均繊維長が1.05〜1.55であることを特徴とする記録用紙。
  2. 前記スギには、樹齢15年以上50年以下の材を20質量%〜100%質量含むことを特徴とする請求項1記載の記録用紙。
  3. 針葉樹化学パルプ原料のうち30質量%以下、かつ全化学パルプのうち50質量%以下の針葉樹化学パルプを叩解処理しないで抄紙することを特徴とする請求項1又は2のいずれか1項記載の記録用紙の製造方法。


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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011042915A (ja) * 2009-07-21 2011-03-03 Daio Paper Corp 新聞用紙

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