カチオン性ポリアクリルアミド系乾燥紙力増強剤による紙力効果発現機構に関する包括的な研究

摘要

内漆法によるカチオン性ポリアクリルアミド系乾燥紙力増強剤（PAM）の添加の強度向上メカニズムを詳細に理解するために，漂白した広葉樹クラフトパルプからの紙の力学的性質に及ぼすPAM含有量と繊維の叩解度の影響，さらに繊維壁内でのPAMの深さプロファイルを幅広く検討した。本研究でのPAMの歩留まりは，叩解度によらず，約1％以下の低添加率レベルでは非常に高かった。しかし，高添加レベルでは叩解度の減少につれて歩留まりは減少した。スパッタエッチングを組み合わせたATR／FT－IR測定，およびESCA測定により，叩解度の増加に伴いPAMは繊維壁のより内側に分布する傾向が示唆された。末叩解および軽度に叩解したパルプからの紙において歩留まったPAMは力学的な結合面積を増加させると共に，結合面積あたりの応力保持能（force holding capacity）をある程度増加させた。他方，高度に叩解したパルプからの紙においてはPAMの添加は光学的接触をさらに増加させたが，繊維間の力学的な結合面積は増加させなかった。力学的単位結合面積あたりの結合強度の増加は，軽度に叩解したパルプからの紙において，PAM添加による強度向上の主要な要因であった。高度に叩解したパルプからの紙においてPAM添加が引張強度の向上にあまり影響しなかったことは，叩解度に伴って繊維の表面上および表面付近のPAM含有量が減少したことに関係する。未叩解および軽度に叩解したパルプからの紙において，PAM添加による引裂き強度の増加は結合面積の増加よりもむしろ力学的な単位結合面積あたりの結合強度の増加に由来するだろう。他方，中程度および高度に叩解したパルプからのよく結合した紙に対して，歩留まったPAMは結合面積の増加にもかかわらず，一定の引裂き強度を，あるいはむしろ引裂き強度の低下をもたらしたが，これはおそらく応力集中が原因であろう。