断熱性板紙
【課題】特定の最終用途に合せて板紙の温度降下を調節できるように、種々の断熱特徴を提供するように作ることができる断熱性板紙を提供する。
【解決手段】 断熱性板紙１２は、セルロース繊維の少なくとも１つの層を含有する。その１層は、少なくとも部分的に架橋繊維及び加工セルロース系繊維から構成される。この板紙は、０．５ｍｍにて少なくとも３．６℃の板紙にわたるΔＴを与えるのに充分な断熱性を提供する。この断熱性板紙から高温用カップをつくることができる。
【解決手段】 断熱性板紙１２は、セルロース繊維の少なくとも１つの層を含有する。その１層は、少なくとも部分的に架橋繊維及び加工セルロース系繊維から構成される。この板紙は、０．５ｍｍにて少なくとも３．６℃の板紙にわたるΔＴを与えるのに充分な断熱性を提供する。この断熱性板紙から高温用カップをつくることができる。
【発明の詳細な説明】
【発明の開示】
【０００１】
分野
本発明は、断熱性板紙に関し、より特定的には、架橋セルロース系繊維及び加工セルロース系繊維（processed cellulosic fibers）を含有する断熱性板紙に関する。
【０００２】
背景
高温の食物、特に高温の液体は、通常、使い捨て容器に給仕され消費される。これらの容器は、板紙や発泡ポリマーシート材料などの種々の材料から製造されている。板紙材料のうち最も費用のかからない供給源の一つは、セルロース繊維である。セルロース繊維を使用して、高温用カップ、ヌードルカップ、プレス成形された板紙プレート及びボウル、及び他の食物用・飲料用容器を作るためのすぐれた板紙が製造される。しかし、セルロース系繊維から製造される慣用的な板紙は比較的高密度であり、それゆえ、例えば発泡ポリマー材料よりも熱を伝導しやすい。そのため、高温液体は、多くの場合、慣用的な板紙でできたカップを二重にするか、又はスリーブを付けたカップに給仕される。
【０００３】
良好な断熱特徴を有する、セルロース系材料から製造された断熱性板紙を入手することが望ましい。そうすれば、使用者は、容器の中の食物が温かいか又は熱いことを感知することができ、同時に容器の中の食物又は飲料の消費者は、過度な温度を感知することなく、容器を非常に長い間、手にもつことができるようになる。特定の最終用途に合せて板紙の温度降下を調節できるように、種々の断熱特徴を提供するように作ることができる断熱性板紙を提供することが更に望ましい。
【０００４】
図面の簡単な説明
本出願は、添付する図面とともに、以下の具体的な説明を参照することにより、より容易に認識され理解されるであろう。
【０００５】
図１は、本発明にしたがって構成することができる２プライ板紙の概略断面図である。
【０００６】
図２は、図１に示したものと同様の板紙から作られた高温用カップについて一部を破断した等尺図である。
【０００７】
図３は、図２に示す高温用カップを作るために使用した板紙の一部の拡大断面図である。
【０００８】
具体的な説明
図１を参照すると、本発明の断熱性板紙１２のための基板１０は、セルロース系繊維などの容易に入手可能な繊維から慣用的な方法で製造される。本発明の板紙は、所望により、シングルプライ構造、２プライ構造、又は、多プライ構造に製造することができる。
【０００９】
本発明の顕著な特徴は、シングルプライ構造であるか多プライ構造であるかにかかわらず、断熱性板紙の少なくとも１つのプライ１４が、化学パルプ繊維に加えて、架橋セルロース系繊維及び加工セルロース系繊維の混合物を含有することである。架橋セルロース系繊維及び加工セルロース系繊維の混合物は、板紙の断熱特徴を高める。本明細書中に定義するように、本発明に使用可能な化学パルプ繊維は、主として、木材パルプから誘導されるが、リファイニングされていてもよい。また、ケナフ及びストローパルプなどの他の供給源も使用してもよい。本発明に関して使用するのに適する木材パルプ繊維は、その後の漂白の有無にかかわらず、クラフト法や亜硫酸法などの周知の化学的方法から得ることができる。木材パルプ繊維の選択に関する詳細は、当業者には周知である。例えば、本発明において使用可能な、サザンパインから製造された適するセルロース系繊維（化学パルプ繊維）は、ウェアーハウザー・カンパニー（Weyerhaeuser Company）を含む数多くの会社から、Ｃ−Ｐｉｎｅ、Ｃｈｉｎｏｏｋ、ＣＦ４１６、ＦＲ４１６及びＮＢ４１６の名称で入手可能である。漂白クラフトウェットラップパルプ、ＫＫＴ、プリンスアルバート針葉樹材、及びグランドプレーリー針葉樹材は、すべてウェアーハウザー社により製造されたものであり、使用することができる北方針葉樹材の例である。本明細書中で定義するように、加工セルロース系繊維としては、１）化学的に処理して、セルロースをセルロースＩからセルロースＩＩへと変化させた繊維が挙げられ、例えば、マーセル化が漂白工程において一段階で行われる、マーセル化繊維やマーセル化フラッシュ乾燥繊維などである。ＨＰＺなどのマーセル化繊維、ならびに、ＨＰＺ ＩＩＩ（いずれも、テネシー州メンフィスのバックアイ・テクノロジーズ（Buckeye technologies）製）及びジョージア州ジェサップのレイオニア・パフォーマンス・ファイバー・ディヴィジョン（Rayonier Performance Fibers Division）から入手可能なポロシニエール（Porosinier）−Ｊ−ＨＰなどのマーセル化フラッシュ乾燥繊維は、本発明において使用するのに適している。これらのマーセル化針葉樹材パルプは、９５％以上のα−セルロース純度を有しており、堅い繊維である。また、加工セルロース繊維としては、２）ケミサーモメカニカルパルプ繊維（ＣＴＭＰ）、漂白ケミサーモメカニカルパルプ繊維（ＢＣＴＭＰ）、サーモメカニカルパルプ繊維（ＴＭＰ）、リファイナー砕木パルプ繊維、及び砕木パルプ繊維などの機械的又は化学的機械的に処理された繊維が挙げられる。これらのパルプの例は、ノースカロライナ州グリーンヴィルのボウォーター（Bowater）により製造されたＴＭＰ（サーモメカニカルパルプ）、ワシントン州フェデラルウェイのウェアーハウザーにより、木材チップをデュアルリファイナーの三段階に通過させることにより製造されたＴＭＰ（サーモメカニカルパルプ）、及びＣＴＭＰ ＮＯＲＰＡＣ新聞用紙グレード（白色度は５３〜７５である）として販売され、ワシントン州ロングビューのノルパック（NORPAC）から得られるＣＴＭＰ（ケミサーモメカニカルパルプ）である。他の加工繊維としては、２００４年８月２０日付けで出願された米国特許出願第１０／９２３，４４７に記載の方法により、ウェアーハウザー・カンパニーにより製造された、ジェット乾燥セルロース系繊維及び処理ジェット乾燥セルロース系繊維が挙げられる。この方法では、パルプ繊維のスラリーをおよそ３４％のコンシステンシーまで脱水し、次いで、入口温度がおよそ１９０℃〜４００℃、出口温度がおよそ５０℃〜２０５℃であり、流れの圧力がおよそ１０８２ｋＰａ（１５７ｐｓｉｇ）であるジェット乾燥機に通過させる。これらの繊維は、ねじれ、よれ、カールがついている。更なる加工繊維としては、米国特許第６，８３７，９７０号に記載されるようなフラッシュ乾燥繊維及び処理フラッシュ乾燥繊維が挙げられる。また、加工繊維と架橋セルロース系繊維の混合物も使用することができる。
【００１０】
本発明において使用するのに好ましい嵩高い繊維は、架橋セルロース系繊維である。必要であれば、層に組込むべき架橋繊維を与えるために、数多くの架橋剤及び架橋触媒のうち任意の１種を使用することができる。以下は、有用な架橋剤及び触媒の代表的なリストである。
【００１１】
適する架橋剤としては、ポリカルボン酸などのカルボン酸架橋剤が挙げられる。ポリカルボン酸架橋剤（例えば、クエン酸、プロパントリカルボン酸、及びブタンテトラカルボン酸）及び触媒は、米国特許第３，５２６，０４８号；第４，８２０，３０７号；第４，９３６，８６５号；及び第５，２２１，２８５号に記載されている。少なくとも３つのカルボキシル基を含有するＣ２−Ｃ８のポリカルボン酸（例えば、クエン酸及びオキシジコハク酸）の架橋剤としての使用は、米国特許第５，１３７，５３７号；第５，１８３，７０７号；第５，１９０，５６３号；第５，５６２，７４０号；及び第５，８７３，９７９号に記載されている。
【００１２】
また、高分子量のポリカルボン酸も適する架橋剤である。適する高分子量ポリカルボン酸架橋剤は、米国特許第４，３９１，８７８号；第４，４２０，３６８号；第４，４３１，４８１号；第５，０４９，２３５号；第５，１６０，７８９号；第５，４４２，８９９号；第５，６９８，０７４号；第５，４９６，４７６号；第５，４９６，４７７号；第５，７２８，７７１号；第５，７０５，４７５号；及び第５，８９１，７３９号に記載されている。架橋剤としてのポリアクリル酸及び関連するコポリマーは、米国特許第５，５４９，７９１号及び第５，９９８，５１１号に記載されている。ポリマレイン酸架橋剤は、米国特許第５，９９８，５１１号及び第６，５８２，５５３号に記載されている。
【００１３】
適する具体的な架橋剤としては、クエン酸、酒石酸、リンゴ酸、コハク酸、シトラコン酸、イタコン酸、モノコハク酸タートレート、マレイン酸、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸、ポリマレイン酸、ポリメチルビニルエーテル−コ−マレエートコポリマー、ポリメチルビニルエーテル−コ−イタコネートコポリマー、アクリル酸のコポリマー、及びマレイン酸のコポリマーなどのポリカルボン酸架橋剤が挙げられる。他の適する架橋剤は、米国特許第５，２２５，０４７号；第５，３６６，５９１号；第５，５５６，９７６号；及び第５，５３６，３６９号に記載されている。
【００１４】
適する架橋触媒としては、塩化アンモニウム、硫酸アンモニウム、塩化アルミニウム、塩化マグネシウム、硝酸マグネシウム、及び３価のリンを含有する酸のアルカリ金属塩などの酸性塩が挙げられる。一の態様において、架橋触媒は次亜リン酸ナトリウムである。
【００１５】
架橋剤は、セルロース系繊維を製造するときに繊維内架橋をもたらすのに充分な量で、セルロース系繊維に対して施用する。セルロース系繊維に対して施用する量は、繊維の全重量に基づいて約１重量％〜約２５重量％であることができる。一の態様においては、架橋剤は、繊維の全重量に基づいて約４重量％〜約６重量％の量である。また、架橋剤及び触媒の混合物又はブレンドも使用することができる。
【００１６】
繊維性の材料に加えて、本発明の板紙は、場合により結着剤を含んでもよい。適する結着剤は、水中に溶解性であるか、水中に分散可能であるか、水中で懸濁物を形成する。適する結着剤としては、生成物に対して湿潤及び乾燥の引張及び引裂強さを与えるために製紙産業において広く使用される結着剤が挙げられる。適する湿潤強さ薬剤としては、ニュージャージー州ブリッジウォーターのナショナル・スターチ・アンド・ケミカル・コーポレーションから入手可能なものなどの、窒素含有基（例えば、アミノ基）を有するカチオン化工デンプン；ラテックス；ポリアミド−エピクロロヒドリン樹脂（例えば、デラウェア州ウィルミントンのハーキュリーズ社のＫＹＭＥＮＥ ５５７ＬＸ）及びポリアクリルアミド樹脂（例えば、米国特許第３，５５６，９３２号を参照されたい。また、コネチカット州スタンフォードのアメリカン・シアナミド・コーポレーションにより市販されるＰＡＲＥＺ ６３１ ＮＣという商品名で商業的に入手可能なポリアクリルアミド）などの湿潤強さ樹脂；ウレアホルムアルデヒド樹脂及びメラミンホルムアルデヒド樹脂；及びポリエチレンイミン樹脂が挙げられる。製紙産業において利用される湿潤強さ樹脂に関する一般的な説明は、概して本発明に適用可能であり、ＴＡＰＰＩモノグラフシリーズＮｏ．２９，“紙及び板紙における湿潤強さ”，Technical Association of the Pulp and Paper Industry（ニューヨーク，1965）において見出すことができる。
【００１７】
他の適する結着剤としては、デンプン、化工デンプン、ポリビニルアルコール、ポリビニルアセテート、ポリエチレン／アクリル酸コポリマー、アクリル酸ポリマー、ポリアクリレート、ポリアクリルアミド、ポリアミン、グアールガム、酸化ポリエチレン、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニル／アクリル酸コポリマー、アクリロニトリル／ブタジエン／スチレンコポリマー、及びポリアクリロニトリルが挙げられる。これらのうち多くは、水中への分散又は懸濁のためのラテックスポリマーへと形成される。
【００１８】
本発明の板紙は、幅広い特徴を有することができる。例えば、一の態様においては、本発明の板紙の坪量は、約２００ｇｓｍ〜約５００ｇｓｍであることができ、別の態様においては、坪量は２５０ｇｓｍ〜４００ｇｓｍであることができる。更に別の態様においては、板紙の坪量は約３５０ｇｓｍ以上である。一の態様においては、断熱性板紙は、０．５ｇ／ｃｃ未満の密度を有し、別の態様においては、密度は約０．３ｇ／ｃｃ〜約０．４５ｇ／ｃｃであり、別の態様においては、密度は０．３５ｇ／ｃｃ〜０．４０ｇ／ｃｃである。
【００１９】
板紙の少なくとも１つのプライが、本発明にしたがった架橋セルロース系繊維及び加工セルロース系繊維の混合物を含有する場合は、有利な温度降下特徴を実現することができる。これらの温度降下特徴は、板紙に導入されるこれら２種の繊維の量を変える、板紙の坪量を調節する、例えばニップロールを通過させることにより、製造された後の板紙の厚さを調節する、そしてもちろん、板紙構造中に組み込む追加のプライの数と厚さを変化させることにより、実現することができる。一の態様においては、板紙は、０．５ｍｍ以上の厚さ、２００ｇｓｍ以上の坪量、及び０．５ｇ／ｃｃ未満の密度を有する。断熱性板紙の特性を表１に示す。
【００２０】
【表１】
【００２１】
別の態様においては、本発明の板紙は、０．５ｍｍの厚さにて少なくとも３．６℃のΔＴを示す。別の態様においては、本発明の板紙は、少なくとも１．１５ｍｍの厚さにて少なくとも９．８℃のΔＴを示す。厚さに対するΔＴ（以下に定義する）の関係は、０．５ｍｍ〜１．１５ｍｍの厚さにおいて一次の関係であり、厚さが０．５ｍｍ未満に減少するか又は１．１５ｍｍを超えて増加しても一次であり続ける。
【００２２】
これらの温度の値は、表１のサンプル１〜９についての厚さ及びΔＴの値を用いた、厚さ対ΔＴの一次回帰式に基づいている。上方及び下方信頼限界は、表１に示すデータから回帰線の各点について計算することができる。統計的なパラメータを表２に示す。
【００２３】
【表２】
【００２４】
上の表２において確立された係数を用いて、サンプル１〜９について、表３における次の関係を異なる厚さレベルでのΔＴを確立した。
【００２５】
【表３】
【００２６】
表４は、架橋繊維との混合物においてＴＭＰを使用したサンプル１０〜１８についての回帰統計を示し、表５は、表４において確立された係数及び信頼限界を用いて、種々の厚さレベルにおけるΔＴ値を示す。
【００２７】
【表４】
【００２８】
【表５】
【００２９】
本発明の板紙は、シングルプライの製品であることができる。シングルプライの製品を使用する場合は、本発明の板紙の低密度特徴により、妥当な坪量にて厚い板紙の製造が可能となる。本発明の架橋セルロース系繊維及び加工セルロース系繊維の混合物を用いると、通常の板紙と同じ坪量を有する断熱性板紙を製造することができる。効果的なことには、小さな変更を加えて生産性がわずかに減損するが、このことにより現存する板紙製造機で断熱性板紙を製造することが可能となる。そのうえ、１プライの板紙は、全体の構造が低密度であるという利点を有する。別の態様では、本発明の板紙は多プライの製品であることができ、２プライ、３プライ、又はそれより多いプライが挙げられる。シングルプライより多くを含む板紙は、乾燥の前か後のいずれかに、複数のプライを組合わせることにより製造することができる。多プライの板紙は、ウェット・フォーミング・プロセスにおいて連続して配置した多数のヘッドボックスを使用するか、又は、受容する収容力を有するバッフル付きヘッドボックスを使用して、多数のパルプ紙料を配備することにより製造することができる。多プライ製品のうち個々のプライは、同じであっても異なっていてもよい。
【００３０】
本発明の板紙は、例えば、ロトフォーマー、フォードリニア（長網式）、傾斜ワイヤ・デルタフォーマー、及びツインワイヤ・フォーミング・マシンを含む慣用的な抄紙機を用いて形成することができる。
【００３１】
一の態様において、シングルプライの板紙を本発明にしたがって使用する場合は、その組成は均一である。しかし、シングルプライは組成に関して層状にしてもよく、一方の層が架橋セルロース系繊維及び加工セルロース系繊維を多く含み、他方の層が、滑らかで、密度が高く、小孔が少ない表面を提供するためにセルロース系繊維（化学パルプ繊維）を多く含んでいてもよい。
【００３２】
最も経済的であるのは、均一な板紙であって、架橋セルロース系繊維及び加工セルロース系繊維をセルロース系繊維と均一に混合したものを製造することである。一の態様においては、架橋セルロース系繊維及び加工セルロース系繊維は、約３５％〜約６０％の量で断熱性プライ又は層中に存在する。別の態様においては、それらは、セルロース系繊維の全乾燥重量の４５％〜約５５％の量で存在する。２プライ構造においては、例えば、第一のプライはセルロース系繊維を１００％含有し、第二のプライは架橋セルロース系繊維及び加工セルロース繊維を２５％〜７０％含有してもよい。別の態様においては、第二のプライは架橋セルロース系繊維及び加工セルロース繊維を３５％〜６０％含有してもよい。一の態様においては、３プライの層において、底層及び上層はセルロース系繊維を１００％含有し、中間層は架橋セルロース系繊維及び加工セルロース系繊維を約２５％〜約７５％含有してもよい。別の態様においては、３プライの層において、中間層は架橋セルロース系繊維及び加工セルロース系繊維を約３５％〜約６０％含有してもよい。
【００３３】
本発明の板紙は、幅広い強度特性を有する。例えば、一の態様においては、テーバー剛性は、約９０ｇ−ｃｍ〜約１０００ｇ−ｃｍであることができる。別の態様においては、テーバー剛性は、約１５０ｇ−ｃｍ〜約５００ｇ−ｃｍであり、更に別の態様においては、テーバー剛性は、約２００ｇ−ｃｍ〜約４００ｇ−ｃｍである。テーバー剛性は、ＴＡＰＰＩ Ｔ−４８９により測定した。
【００３４】
慣用的な厚紙からカップへの加工操作においては、この操作の間に層間剥離が起きないように、適切なリム又はトップ・カールを形成するためには、最小のＺ方向の引張り（ＺＤＴ）が必要である。一の態様においては、ＺＤＴは約１８０ｋＰａ〜４５０ｋＰａであり、別の態様においては、ＺＤＴは約３００ｋＰａ〜約４００ｋＰａである。ＺＤＴは、ＴＡＰＰＩ Ｔ−５４１により測定した。
【００３５】
シートの嵩は、ＴＡＰＰＩ Ｔ−４１１により測定した。
【００３６】
本発明の板紙は、断熱特徴を有することが望ましい種々の構造、特に容器を作るために利用することができる。図２を参照すると、これらの容器のうちで最も一般的なもののひとつは、コーヒーや茶などのような温かい飲み物用に利用される広く普及している高温用カップである。また、改良された断熱特性から利益を得ることができる、ヌードルカップ、ならびに、プレス成形された板紙プレート及びボウルなどの他の食品給仕用製品も、本発明の板紙を組み込むことができる。また、慣用的に板紙や発泡材料から製造される持ち帰り用容器も本発明の板紙を使用することができる。図２に示すように、本発明にしたがって製造される高温用カップタイプの容器は、一つ又はそれより多いプライ２２及び２４を含んでもよく、そのうちの一つ、この例では２４が、架橋セルロース系繊維及び加工セルロース系繊維を含有する。この態様においては、架橋セルロース系繊維及び加工セルロース系繊維は、内部のプライ２４中に存在する。液体不浸透性の裏材２６は、好ましくは、内部プライに積層される。裏材は、例えば、ポリエチレンのような種々の熱可塑性材料を含んでもよい。カップの底部において使用される板紙は、架橋セルロース系繊維及び加工セルロース系繊維を含有しないことが好ましい。
【００３７】
ΔＴ試験手順
板紙の熱的性能は、紙製カップにおける熱移動を模擬する試験ユニットにおいて測定する。内部寸法が１０×１０×１０ｃｍであるプレクシグラス製の箱を使用する。この箱は一の側面に８．２ｃｍ×８．２ｃｍの試料用開口部を有している。この箱に対して８．２ｃｍ×８．２ｃｍ開口部の外辺部周囲に外科用のチューブを取り付ける。１０ｃｍ×１０ｃｍの板紙試料の一の表面上に１０ｃｍ幅の３Ｍ Ｔａｒｔａｎ ３７６５包装用テープを貼り合わせる。別の方法では、ポリエチレンを板紙の表面上に押出してもよい。この板紙試料を装置に載せ、試料用開口部をシール面により内部に向かって覆う。別のプレクシグラス製のピース（箱と同じ外部寸法及び８．２ｃｍ×８．２ｃｍに切り出した穴を有する）を板紙試料上にクランプで固定し、箱に対して堅く保持する。熱水が試料と完全に接触するように、９６．１℃（２０５°Ｆ）の温度の熱水を箱の頂部にある小さい開口部からこの箱に注ぐ。この箱に小さい攪拌子を挿入し、次いで、このアセンブリを撹拌プレート上に置いて測定段階の間撹拌できるようにする。箱頂部の小さい開口部を通してＫタイプの熱電対を熱水中に挿入し、そして、放射率０．９６にて測定するように設定された赤外線温度計 ＩＲＣＯＮ社 Ｍｏｄｌｉｎｅシリーズ３４００放射線温度計を２９．７ｃｍの間隔にて板紙試料の中心部外側に向け、ＩＲ放射を測定する。データロガー（利得３０．０、オフセット１００で調節した放射温度計からのｍＶｄｃ応答と調節していない熱電対からのｍＶｄｃ応答とを取り込む、ＨＰ３４９７０Ａデータ収集／スイッチユニット）により、（熱水中に挿入した熱電対からの）内部の熱水の温度と（赤外線温度計銃からの）試料外部表面の温度の両方を記録し、その記録から温度降下（ΔＴ）を計算することができる。熱水の温度が８５℃（１８５°Ｆ）に到達したら、データの取り込みを停止する。データロガーにより取り込んだ各々のデータポイントについて、内部の熱水の温度と板紙外部の温度の差を計算する。このデータに関して、「ΔＴ（内部熱水温度−外部壁温度）」対「内部熱水温度」について一次回帰分析を行い、回帰から８７．８℃（１９０°Ｆ）でのΔＴを決定する。一次回帰分析は、外部壁の最高温度点から内部熱水温度８５℃（１８５°Ｆ）に対応する曲線上の点まで行う。ΔＴは、８７．８℃（１９０°Ｆ）の熱水温度と、試験ユニット上にある板紙の対応する外部壁温度との温度差である。
【００３８】
表１に示す種々の組成の架橋繊維及び加工セルロース系繊維、坪量、及び他の特性をもつ断熱性板紙を、適する量の繊維及び添加物を置換することにより、実施例１及び２に示すのと同様の方法により製造した。
【００３９】
実施例１
この方法は、３５０ｇｓｍの板紙を製造する例である。この板紙は、繊維混合物の全乾燥重量の６０％が、架橋繊維及びＢｏｗａｔｅｒ ＴＭＰ繊維の５０／５０ブレンドで構成される。すべての場合において、繊維の乾燥重量は、１０５℃にて１時間乾燥させた繊維を意味する。種々の坪量と種々の架橋繊維レベル及び加工繊維レベルとをもつ、表１に示す他の板紙は、繊維及び他の添加物を適する量及び重量に調節して製造することができる。表１に示すすべての試料において、漂白ダグラス・ファー（Douglas Fir）成分は５１０ＣＳＦまでリファイニングし、ロッジポール・パイン（Lodgepole Pine）（５０ＣＳＦまでリファイニング）を全乾燥繊維重量の５％のレベルですべての試料に添加した。すべての試料に全乾燥繊維重量基準で１０重量％のＰＶＯＨを添加した。他の添加物レベルは本実施例及び実施例２に示す。
【００４０】
ＴＭＰ（Ｂｏｗａｔｅｒより）、繊維（４３．２％コンシステンシー）１９．４３ｇ、５１０ＣＳＦまでリファイニングしたダグラス・ファー（２９．１％コンシステンシー）５７．７ｇ、架橋繊維（９３．０％コンシステンシー）９．０３ｇ、５０ＣＳＦまでリファイニングしたロッジポール・パイン（２．５％コンシステンシー）７０．７ｇ、及びポリビニルアルコール（テキサス州ダラスのセラニーズ（Celanese）から入手可能なＣｅｌｖｏｌ １６５ＳＦ ＰＶＯＨ）３．５４ｇ（１００％固体）をブリティッシュ・ディスインテグレーター中で５分間粉砕した。この混合物を脱イオン水により４Ｌに希釈して、ＮａＨＣＯ３を用いて７．２−７．４のｐＨに調節した。等量である１ｇ／ｋｇ（２ｌｂ／Ｔ）Ｋｙｍｅｎｅ及び０．１３ｇ／ｋｇ（０．２６ｌｂ／Ｔ）のＰｅｒｆｏｒｍ−ＰＣ８１３８（いずれもデラウェア州ウィルミントンのハーキュリーズ（Hercules）から入手可能）をそれぞれ１％溶液から添加し、２分間混合した。２ｇ／ｋｇ（４ｌｂ／Ｔ）のＡＫＤ（デラウェア州ウィルミントンのハーキュリーズ社（Hercules, Inc.）から入手可能なアルキルケテンダイマー）及び４．２５ｇ／ｋｇ（８．５ｌｂ／トン）のデンプン（イリノイ州ディケーターのテート・ライル（Tate-Lyle）から入手可能なＳｔａ−Ｌｏｋ ３００）をそれぞれ添加し、混合物を２分間攪拌した。３１．７５×３１．７５ｃｍのフォーミング・ワイヤ（１５５メッシュ）をノーブル・アンド・ウッド（Noble & Wood）の１２．５インチ×１２．５インチ（３１．８ｃｍ×３１．８ｃｍ）の手すき紙用型の底に入れ、このスラリーを手すき紙用型に注ぎ、脱イオン水で３５リットルまで希釈し、プランジャーで混合した。次いで、スラリーを排出し、シートがおよそ２０％のコンシステンシーに到達するまで、吸い取り紙を用いて均一にハンドプレスして脱水した。このシートをスクリーンから取り出し、更に固体含量がおよそ３０％となるまで水分を吸い取った。試料の各々の面上に吸い取り紙を置き、この試料を湿りフェルトの間に入れ、次いで１３７．８ｋＰａ（２０ｐｓｉ）にてプレスを通過させて更に試料を脱水した。この時点での固体含量はおよそ４０％であった。得られたシートを、２枚の乾燥吸い取り紙の間にはさみ、ドラム乾燥機に入れ（表面温度１２１℃）、１０分間乾燥させた。次いで試料を反転させ、更に１０分間乾燥させた。この試料を試験の前に最低４時間、相対湿度５０％の部屋の中で調湿した。
【００４１】
実施例２
この方法は、２００ｇｓｍの板紙を製造する例である。この板紙は、繊維混合物の全乾燥重量の６０％が、４２％の架橋繊維及び１８％のＢｏｗａｔｅｒ ＴＭＰ繊維のブレンドで構成される。種々の坪量と種々の加工繊維レベルとをもつ、表１に示す他の板紙は、繊維及び他の添加物を適する量及び重量に調節して製造することができる。表１に示すすべての試料において、漂白ダグラス・ファー成分は５１０ＣＳＦまでリファイニングし、ロッジポール・パイン（５０ＣＳＦまでリファイニング）を全乾燥繊維重量の５％のレベルですべての試料に添加した。すべての試料に全乾燥繊維重量基準で１０重量％のＰＶＯＨを添加した。
【００４２】
ＣＴＭＰ、繊維（４３．５％コンシステンシー）８．３５ｇ、５１０ＣＳＦまでリファイニングしたダグラス・ファー（２９．１％コンシステンシー）２４．３ｇ、架橋繊維（９３．０％コンシステンシー）９．１ｇ、５０ＣＳＦまでリファイニングしたロッジポール・パイン（２．５％コンシステンシー）４０．５ｇ、及びポリビニルアルコール（テキサス州ダラスのセラニーズ（Celanese）から入手可能なＣｅｌｖｏｌ １６５ＳＦ ＰＶＯＨ）２．０２ｇ（１００％固体）をブリティッシュ・ディスインテグレーター中で５分間粉砕した。この混合物を脱イオン水により４Ｌに希釈して、ＮａＨＣＯ３を用いて７．２−７．４のｐＨに調節した。等量である１ｇ／ｋｇ（２ｌｂ／Ｔ）Ｋｙｍｅｎｅ及び０．１３ｇ／ｋｇ（０．２６ｌｂ／Ｔ）のＰｅｒｆｏｒｍ−ＰＣ８１３８（いずれもデラウェア州ウィルミントンのハーキュリーズ（Hercules）から入手可能）をそれぞれ１％溶液から添加し、２分間混合した。２ｇ／ｋｇ（４ｌｂ／Ｔ）のＡＫＤ（デラウェア州ウィルミントンのハーキュリーズ社（Hercules, Inc.）から入手可能なアルキルケテンダイマー）及び４．２５ｇ／ｋｇ（８．５ｌｂ／トン）のデンプン（イリノイ州ディケーターのテート・ライル（Tate-Lyle）から入手可能なＳｔａ−Ｌｏｋ ３００）をそれぞれ添加し、混合物を２分間攪拌した。３１．７５×３１．７５ｃｍのフォーミング・ワイヤ（１５５メッシュ）をノーブル・アンド・ウッド（Noble & Wood）の１２．５インチ×１２．５インチ（３１．８ｃｍ×３１．８ｃｍ）の手すき紙用型の底に入れ、このスラリーを手すき紙用型に注ぎ、脱イオン水で３５リットルまで希釈し、プランジャーで混合した。次いで、スラリーを排出し、シートがおよそ２０％のコンシステンシーに到達するまで、吸い取り紙を用いて均一にハンドプレスして脱水した。このシートをスクリーンから取り出し、更に固体含量がおよそ３０％となるまで水分を吸い取った。試料の各々の面上に吸い取り紙を置き、この試料を湿りフェルトの間に入れ、次いで１３７．８ｋＰａ（２０ｐｓｉ）にてプレスを通過させて更に試料を脱水した。この時点での固体含量はおよそ４０％であった。得られたシートを、２枚の乾燥吸い取り紙の間にはさみ、ドラム乾燥機に入れ（表面温度１２１℃）、１０分間乾燥させた。次いで試料を反転させ、更に１０分間乾燥させた。この試料を試験の前に最低４時間、相対湿度５０％の部屋の中で調湿した。
【００４３】
前述の本願明細書は、好ましい態様と種々の変更及び変法に関して説明してきた。当業者であれば、本明細書中に与えられた広い概念から逸脱することなく、開示された発明において均等物と置換することができるであろう。したがって、本発明は、添付する特許請求の範囲に含まれる規定によってのみ限定されるものと意図している。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】図１は、本発明にしたがって構成することができる２プライ板紙の概略断面図である。
【図２】図２は、図１に示したものと同様の板紙から作られた高温用カップについて一部を破断した等尺図である。
【図３】図３は、図２に示す高温用カップを作るために使用した板紙の一部の拡大断面図である。
【発明の開示】
【０００１】
分野
本発明は、断熱性板紙に関し、より特定的には、架橋セルロース系繊維及び加工セルロース系繊維（processed cellulosic fibers）を含有する断熱性板紙に関する。
【０００２】
背景
高温の食物、特に高温の液体は、通常、使い捨て容器に給仕され消費される。これらの容器は、板紙や発泡ポリマーシート材料などの種々の材料から製造されている。板紙材料のうち最も費用のかからない供給源の一つは、セルロース繊維である。セルロース繊維を使用して、高温用カップ、ヌードルカップ、プレス成形された板紙プレート及びボウル、及び他の食物用・飲料用容器を作るためのすぐれた板紙が製造される。しかし、セルロース系繊維から製造される慣用的な板紙は比較的高密度であり、それゆえ、例えば発泡ポリマー材料よりも熱を伝導しやすい。そのため、高温液体は、多くの場合、慣用的な板紙でできたカップを二重にするか、又はスリーブを付けたカップに給仕される。
【０００３】
良好な断熱特徴を有する、セルロース系材料から製造された断熱性板紙を入手することが望ましい。そうすれば、使用者は、容器の中の食物が温かいか又は熱いことを感知することができ、同時に容器の中の食物又は飲料の消費者は、過度な温度を感知することなく、容器を非常に長い間、手にもつことができるようになる。特定の最終用途に合せて板紙の温度降下を調節できるように、種々の断熱特徴を提供するように作ることができる断熱性板紙を提供することが更に望ましい。
【０００４】
図面の簡単な説明
本出願は、添付する図面とともに、以下の具体的な説明を参照することにより、より容易に認識され理解されるであろう。
【０００５】
図１は、本発明にしたがって構成することができる２プライ板紙の概略断面図である。
【０００６】
図２は、図１に示したものと同様の板紙から作られた高温用カップについて一部を破断した等尺図である。
【０００７】
図３は、図２に示す高温用カップを作るために使用した板紙の一部の拡大断面図である。
【０００８】
具体的な説明
図１を参照すると、本発明の断熱性板紙１２のための基板１０は、セルロース系繊維などの容易に入手可能な繊維から慣用的な方法で製造される。本発明の板紙は、所望により、シングルプライ構造、２プライ構造、又は、多プライ構造に製造することができる。
【０００９】
本発明の顕著な特徴は、シングルプライ構造であるか多プライ構造であるかにかかわらず、断熱性板紙の少なくとも１つのプライ１４が、化学パルプ繊維に加えて、架橋セルロース系繊維及び加工セルロース系繊維の混合物を含有することである。架橋セルロース系繊維及び加工セルロース系繊維の混合物は、板紙の断熱特徴を高める。本明細書中に定義するように、本発明に使用可能な化学パルプ繊維は、主として、木材パルプから誘導されるが、リファイニングされていてもよい。また、ケナフ及びストローパルプなどの他の供給源も使用してもよい。本発明に関して使用するのに適する木材パルプ繊維は、その後の漂白の有無にかかわらず、クラフト法や亜硫酸法などの周知の化学的方法から得ることができる。木材パルプ繊維の選択に関する詳細は、当業者には周知である。例えば、本発明において使用可能な、サザンパインから製造された適するセルロース系繊維（化学パルプ繊維）は、ウェアーハウザー・カンパニー（Weyerhaeuser Company）を含む数多くの会社から、Ｃ−Ｐｉｎｅ、Ｃｈｉｎｏｏｋ、ＣＦ４１６、ＦＲ４１６及びＮＢ４１６の名称で入手可能である。漂白クラフトウェットラップパルプ、ＫＫＴ、プリンスアルバート針葉樹材、及びグランドプレーリー針葉樹材は、すべてウェアーハウザー社により製造されたものであり、使用することができる北方針葉樹材の例である。本明細書中で定義するように、加工セルロース系繊維としては、１）化学的に処理して、セルロースをセルロースＩからセルロースＩＩへと変化させた繊維が挙げられ、例えば、マーセル化が漂白工程において一段階で行われる、マーセル化繊維やマーセル化フラッシュ乾燥繊維などである。ＨＰＺなどのマーセル化繊維、ならびに、ＨＰＺ ＩＩＩ（いずれも、テネシー州メンフィスのバックアイ・テクノロジーズ（Buckeye technologies）製）及びジョージア州ジェサップのレイオニア・パフォーマンス・ファイバー・ディヴィジョン（Rayonier Performance Fibers Division）から入手可能なポロシニエール（Porosinier）−Ｊ−ＨＰなどのマーセル化フラッシュ乾燥繊維は、本発明において使用するのに適している。これらのマーセル化針葉樹材パルプは、９５％以上のα−セルロース純度を有しており、堅い繊維である。また、加工セルロース繊維としては、２）ケミサーモメカニカルパルプ繊維（ＣＴＭＰ）、漂白ケミサーモメカニカルパルプ繊維（ＢＣＴＭＰ）、サーモメカニカルパルプ繊維（ＴＭＰ）、リファイナー砕木パルプ繊維、及び砕木パルプ繊維などの機械的又は化学的機械的に処理された繊維が挙げられる。これらのパルプの例は、ノースカロライナ州グリーンヴィルのボウォーター（Bowater）により製造されたＴＭＰ（サーモメカニカルパルプ）、ワシントン州フェデラルウェイのウェアーハウザーにより、木材チップをデュアルリファイナーの三段階に通過させることにより製造されたＴＭＰ（サーモメカニカルパルプ）、及びＣＴＭＰ ＮＯＲＰＡＣ新聞用紙グレード（白色度は５３〜７５である）として販売され、ワシントン州ロングビューのノルパック（NORPAC）から得られるＣＴＭＰ（ケミサーモメカニカルパルプ）である。他の加工繊維としては、２００４年８月２０日付けで出願された米国特許出願第１０／９２３，４４７に記載の方法により、ウェアーハウザー・カンパニーにより製造された、ジェット乾燥セルロース系繊維及び処理ジェット乾燥セルロース系繊維が挙げられる。この方法では、パルプ繊維のスラリーをおよそ３４％のコンシステンシーまで脱水し、次いで、入口温度がおよそ１９０℃〜４００℃、出口温度がおよそ５０℃〜２０５℃であり、流れの圧力がおよそ１０８２ｋＰａ（１５７ｐｓｉｇ）であるジェット乾燥機に通過させる。これらの繊維は、ねじれ、よれ、カールがついている。更なる加工繊維としては、米国特許第６，８３７，９７０号に記載されるようなフラッシュ乾燥繊維及び処理フラッシュ乾燥繊維が挙げられる。また、加工繊維と架橋セルロース系繊維の混合物も使用することができる。
【００１０】
本発明において使用するのに好ましい嵩高い繊維は、架橋セルロース系繊維である。必要であれば、層に組込むべき架橋繊維を与えるために、数多くの架橋剤及び架橋触媒のうち任意の１種を使用することができる。以下は、有用な架橋剤及び触媒の代表的なリストである。
【００１１】
適する架橋剤としては、ポリカルボン酸などのカルボン酸架橋剤が挙げられる。ポリカルボン酸架橋剤（例えば、クエン酸、プロパントリカルボン酸、及びブタンテトラカルボン酸）及び触媒は、米国特許第３，５２６，０４８号；第４，８２０，３０７号；第４，９３６，８６５号；及び第５，２２１，２８５号に記載されている。少なくとも３つのカルボキシル基を含有するＣ２−Ｃ８のポリカルボン酸（例えば、クエン酸及びオキシジコハク酸）の架橋剤としての使用は、米国特許第５，１３７，５３７号；第５，１８３，７０７号；第５，１９０，５６３号；第５，５６２，７４０号；及び第５，８７３，９７９号に記載されている。
【００１２】
また、高分子量のポリカルボン酸も適する架橋剤である。適する高分子量ポリカルボン酸架橋剤は、米国特許第４，３９１，８７８号；第４，４２０，３６８号；第４，４３１，４８１号；第５，０４９，２３５号；第５，１６０，７８９号；第５，４４２，８９９号；第５，６９８，０７４号；第５，４９６，４７６号；第５，４９６，４７７号；第５，７２８，７７１号；第５，７０５，４７５号；及び第５，８９１，７３９号に記載されている。架橋剤としてのポリアクリル酸及び関連するコポリマーは、米国特許第５，５４９，７９１号及び第５，９９８，５１１号に記載されている。ポリマレイン酸架橋剤は、米国特許第５，９９８，５１１号及び第６，５８２，５５３号に記載されている。
【００１３】
適する具体的な架橋剤としては、クエン酸、酒石酸、リンゴ酸、コハク酸、シトラコン酸、イタコン酸、モノコハク酸タートレート、マレイン酸、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸、ポリマレイン酸、ポリメチルビニルエーテル−コ−マレエートコポリマー、ポリメチルビニルエーテル−コ−イタコネートコポリマー、アクリル酸のコポリマー、及びマレイン酸のコポリマーなどのポリカルボン酸架橋剤が挙げられる。他の適する架橋剤は、米国特許第５，２２５，０４７号；第５，３６６，５９１号；第５，５５６，９７６号；及び第５，５３６，３６９号に記載されている。
【００１４】
適する架橋触媒としては、塩化アンモニウム、硫酸アンモニウム、塩化アルミニウム、塩化マグネシウム、硝酸マグネシウム、及び３価のリンを含有する酸のアルカリ金属塩などの酸性塩が挙げられる。一の態様において、架橋触媒は次亜リン酸ナトリウムである。
【００１５】
架橋剤は、セルロース系繊維を製造するときに繊維内架橋をもたらすのに充分な量で、セルロース系繊維に対して施用する。セルロース系繊維に対して施用する量は、繊維の全重量に基づいて約１重量％〜約２５重量％であることができる。一の態様においては、架橋剤は、繊維の全重量に基づいて約４重量％〜約６重量％の量である。また、架橋剤及び触媒の混合物又はブレンドも使用することができる。
【００１６】
繊維性の材料に加えて、本発明の板紙は、場合により結着剤を含んでもよい。適する結着剤は、水中に溶解性であるか、水中に分散可能であるか、水中で懸濁物を形成する。適する結着剤としては、生成物に対して湿潤及び乾燥の引張及び引裂強さを与えるために製紙産業において広く使用される結着剤が挙げられる。適する湿潤強さ薬剤としては、ニュージャージー州ブリッジウォーターのナショナル・スターチ・アンド・ケミカル・コーポレーションから入手可能なものなどの、窒素含有基（例えば、アミノ基）を有するカチオン化工デンプン；ラテックス；ポリアミド−エピクロロヒドリン樹脂（例えば、デラウェア州ウィルミントンのハーキュリーズ社のＫＹＭＥＮＥ ５５７ＬＸ）及びポリアクリルアミド樹脂（例えば、米国特許第３，５５６，９３２号を参照されたい。また、コネチカット州スタンフォードのアメリカン・シアナミド・コーポレーションにより市販されるＰＡＲＥＺ ６３１ ＮＣという商品名で商業的に入手可能なポリアクリルアミド）などの湿潤強さ樹脂；ウレアホルムアルデヒド樹脂及びメラミンホルムアルデヒド樹脂；及びポリエチレンイミン樹脂が挙げられる。製紙産業において利用される湿潤強さ樹脂に関する一般的な説明は、概して本発明に適用可能であり、ＴＡＰＰＩモノグラフシリーズＮｏ．２９，“紙及び板紙における湿潤強さ”，Technical Association of the Pulp and Paper Industry（ニューヨーク，1965）において見出すことができる。
【００１７】
他の適する結着剤としては、デンプン、化工デンプン、ポリビニルアルコール、ポリビニルアセテート、ポリエチレン／アクリル酸コポリマー、アクリル酸ポリマー、ポリアクリレート、ポリアクリルアミド、ポリアミン、グアールガム、酸化ポリエチレン、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニル／アクリル酸コポリマー、アクリロニトリル／ブタジエン／スチレンコポリマー、及びポリアクリロニトリルが挙げられる。これらのうち多くは、水中への分散又は懸濁のためのラテックスポリマーへと形成される。
【００１８】
本発明の板紙は、幅広い特徴を有することができる。例えば、一の態様においては、本発明の板紙の坪量は、約２００ｇｓｍ〜約５００ｇｓｍであることができ、別の態様においては、坪量は２５０ｇｓｍ〜４００ｇｓｍであることができる。更に別の態様においては、板紙の坪量は約３５０ｇｓｍ以上である。一の態様においては、断熱性板紙は、０．５ｇ／ｃｃ未満の密度を有し、別の態様においては、密度は約０．３ｇ／ｃｃ〜約０．４５ｇ／ｃｃであり、別の態様においては、密度は０．３５ｇ／ｃｃ〜０．４０ｇ／ｃｃである。
【００１９】
板紙の少なくとも１つのプライが、本発明にしたがった架橋セルロース系繊維及び加工セルロース系繊維の混合物を含有する場合は、有利な温度降下特徴を実現することができる。これらの温度降下特徴は、板紙に導入されるこれら２種の繊維の量を変える、板紙の坪量を調節する、例えばニップロールを通過させることにより、製造された後の板紙の厚さを調節する、そしてもちろん、板紙構造中に組み込む追加のプライの数と厚さを変化させることにより、実現することができる。一の態様においては、板紙は、０．５ｍｍ以上の厚さ、２００ｇｓｍ以上の坪量、及び０．５ｇ／ｃｃ未満の密度を有する。断熱性板紙の特性を表１に示す。
【００２０】
【表１】
【００２１】
別の態様においては、本発明の板紙は、０．５ｍｍの厚さにて少なくとも３．６℃のΔＴを示す。別の態様においては、本発明の板紙は、少なくとも１．１５ｍｍの厚さにて少なくとも９．８℃のΔＴを示す。厚さに対するΔＴ（以下に定義する）の関係は、０．５ｍｍ〜１．１５ｍｍの厚さにおいて一次の関係であり、厚さが０．５ｍｍ未満に減少するか又は１．１５ｍｍを超えて増加しても一次であり続ける。
【００２２】
これらの温度の値は、表１のサンプル１〜９についての厚さ及びΔＴの値を用いた、厚さ対ΔＴの一次回帰式に基づいている。上方及び下方信頼限界は、表１に示すデータから回帰線の各点について計算することができる。統計的なパラメータを表２に示す。
【００２３】
【表２】
【００２４】
上の表２において確立された係数を用いて、サンプル１〜９について、表３における次の関係を異なる厚さレベルでのΔＴを確立した。
【００２５】
【表３】
【００２６】
表４は、架橋繊維との混合物においてＴＭＰを使用したサンプル１０〜１８についての回帰統計を示し、表５は、表４において確立された係数及び信頼限界を用いて、種々の厚さレベルにおけるΔＴ値を示す。
【００２７】
【表４】
【００２８】
【表５】
【００２９】
本発明の板紙は、シングルプライの製品であることができる。シングルプライの製品を使用する場合は、本発明の板紙の低密度特徴により、妥当な坪量にて厚い板紙の製造が可能となる。本発明の架橋セルロース系繊維及び加工セルロース系繊維の混合物を用いると、通常の板紙と同じ坪量を有する断熱性板紙を製造することができる。効果的なことには、小さな変更を加えて生産性がわずかに減損するが、このことにより現存する板紙製造機で断熱性板紙を製造することが可能となる。そのうえ、１プライの板紙は、全体の構造が低密度であるという利点を有する。別の態様では、本発明の板紙は多プライの製品であることができ、２プライ、３プライ、又はそれより多いプライが挙げられる。シングルプライより多くを含む板紙は、乾燥の前か後のいずれかに、複数のプライを組合わせることにより製造することができる。多プライの板紙は、ウェット・フォーミング・プロセスにおいて連続して配置した多数のヘッドボックスを使用するか、又は、受容する収容力を有するバッフル付きヘッドボックスを使用して、多数のパルプ紙料を配備することにより製造することができる。多プライ製品のうち個々のプライは、同じであっても異なっていてもよい。
【００３０】
本発明の板紙は、例えば、ロトフォーマー、フォードリニア（長網式）、傾斜ワイヤ・デルタフォーマー、及びツインワイヤ・フォーミング・マシンを含む慣用的な抄紙機を用いて形成することができる。
【００３１】
一の態様において、シングルプライの板紙を本発明にしたがって使用する場合は、その組成は均一である。しかし、シングルプライは組成に関して層状にしてもよく、一方の層が架橋セルロース系繊維及び加工セルロース系繊維を多く含み、他方の層が、滑らかで、密度が高く、小孔が少ない表面を提供するためにセルロース系繊維（化学パルプ繊維）を多く含んでいてもよい。
【００３２】
最も経済的であるのは、均一な板紙であって、架橋セルロース系繊維及び加工セルロース系繊維をセルロース系繊維と均一に混合したものを製造することである。一の態様においては、架橋セルロース系繊維及び加工セルロース系繊維は、約３５％〜約６０％の量で断熱性プライ又は層中に存在する。別の態様においては、それらは、セルロース系繊維の全乾燥重量の４５％〜約５５％の量で存在する。２プライ構造においては、例えば、第一のプライはセルロース系繊維を１００％含有し、第二のプライは架橋セルロース系繊維及び加工セルロース繊維を２５％〜７０％含有してもよい。別の態様においては、第二のプライは架橋セルロース系繊維及び加工セルロース繊維を３５％〜６０％含有してもよい。一の態様においては、３プライの層において、底層及び上層はセルロース系繊維を１００％含有し、中間層は架橋セルロース系繊維及び加工セルロース系繊維を約２５％〜約７５％含有してもよい。別の態様においては、３プライの層において、中間層は架橋セルロース系繊維及び加工セルロース系繊維を約３５％〜約６０％含有してもよい。
【００３３】
本発明の板紙は、幅広い強度特性を有する。例えば、一の態様においては、テーバー剛性は、約９０ｇ−ｃｍ〜約１０００ｇ−ｃｍであることができる。別の態様においては、テーバー剛性は、約１５０ｇ−ｃｍ〜約５００ｇ−ｃｍであり、更に別の態様においては、テーバー剛性は、約２００ｇ−ｃｍ〜約４００ｇ−ｃｍである。テーバー剛性は、ＴＡＰＰＩ Ｔ−４８９により測定した。
【００３４】
慣用的な厚紙からカップへの加工操作においては、この操作の間に層間剥離が起きないように、適切なリム又はトップ・カールを形成するためには、最小のＺ方向の引張り（ＺＤＴ）が必要である。一の態様においては、ＺＤＴは約１８０ｋＰａ〜４５０ｋＰａであり、別の態様においては、ＺＤＴは約３００ｋＰａ〜約４００ｋＰａである。ＺＤＴは、ＴＡＰＰＩ Ｔ−５４１により測定した。
【００３５】
シートの嵩は、ＴＡＰＰＩ Ｔ−４１１により測定した。
【００３６】
本発明の板紙は、断熱特徴を有することが望ましい種々の構造、特に容器を作るために利用することができる。図２を参照すると、これらの容器のうちで最も一般的なもののひとつは、コーヒーや茶などのような温かい飲み物用に利用される広く普及している高温用カップである。また、改良された断熱特性から利益を得ることができる、ヌードルカップ、ならびに、プレス成形された板紙プレート及びボウルなどの他の食品給仕用製品も、本発明の板紙を組み込むことができる。また、慣用的に板紙や発泡材料から製造される持ち帰り用容器も本発明の板紙を使用することができる。図２に示すように、本発明にしたがって製造される高温用カップタイプの容器は、一つ又はそれより多いプライ２２及び２４を含んでもよく、そのうちの一つ、この例では２４が、架橋セルロース系繊維及び加工セルロース系繊維を含有する。この態様においては、架橋セルロース系繊維及び加工セルロース系繊維は、内部のプライ２４中に存在する。液体不浸透性の裏材２６は、好ましくは、内部プライに積層される。裏材は、例えば、ポリエチレンのような種々の熱可塑性材料を含んでもよい。カップの底部において使用される板紙は、架橋セルロース系繊維及び加工セルロース系繊維を含有しないことが好ましい。
【００３７】
ΔＴ試験手順
板紙の熱的性能は、紙製カップにおける熱移動を模擬する試験ユニットにおいて測定する。内部寸法が１０×１０×１０ｃｍであるプレクシグラス製の箱を使用する。この箱は一の側面に８．２ｃｍ×８．２ｃｍの試料用開口部を有している。この箱に対して８．２ｃｍ×８．２ｃｍ開口部の外辺部周囲に外科用のチューブを取り付ける。１０ｃｍ×１０ｃｍの板紙試料の一の表面上に１０ｃｍ幅の３Ｍ Ｔａｒｔａｎ ３７６５包装用テープを貼り合わせる。別の方法では、ポリエチレンを板紙の表面上に押出してもよい。この板紙試料を装置に載せ、試料用開口部をシール面により内部に向かって覆う。別のプレクシグラス製のピース（箱と同じ外部寸法及び８．２ｃｍ×８．２ｃｍに切り出した穴を有する）を板紙試料上にクランプで固定し、箱に対して堅く保持する。熱水が試料と完全に接触するように、９６．１℃（２０５°Ｆ）の温度の熱水を箱の頂部にある小さい開口部からこの箱に注ぐ。この箱に小さい攪拌子を挿入し、次いで、このアセンブリを撹拌プレート上に置いて測定段階の間撹拌できるようにする。箱頂部の小さい開口部を通してＫタイプの熱電対を熱水中に挿入し、そして、放射率０．９６にて測定するように設定された赤外線温度計 ＩＲＣＯＮ社 Ｍｏｄｌｉｎｅシリーズ３４００放射線温度計を２９．７ｃｍの間隔にて板紙試料の中心部外側に向け、ＩＲ放射を測定する。データロガー（利得３０．０、オフセット１００で調節した放射温度計からのｍＶｄｃ応答と調節していない熱電対からのｍＶｄｃ応答とを取り込む、ＨＰ３４９７０Ａデータ収集／スイッチユニット）により、（熱水中に挿入した熱電対からの）内部の熱水の温度と（赤外線温度計銃からの）試料外部表面の温度の両方を記録し、その記録から温度降下（ΔＴ）を計算することができる。熱水の温度が８５℃（１８５°Ｆ）に到達したら、データの取り込みを停止する。データロガーにより取り込んだ各々のデータポイントについて、内部の熱水の温度と板紙外部の温度の差を計算する。このデータに関して、「ΔＴ（内部熱水温度−外部壁温度）」対「内部熱水温度」について一次回帰分析を行い、回帰から８７．８℃（１９０°Ｆ）でのΔＴを決定する。一次回帰分析は、外部壁の最高温度点から内部熱水温度８５℃（１８５°Ｆ）に対応する曲線上の点まで行う。ΔＴは、８７．８℃（１９０°Ｆ）の熱水温度と、試験ユニット上にある板紙の対応する外部壁温度との温度差である。
【００３８】
表１に示す種々の組成の架橋繊維及び加工セルロース系繊維、坪量、及び他の特性をもつ断熱性板紙を、適する量の繊維及び添加物を置換することにより、実施例１及び２に示すのと同様の方法により製造した。
【００３９】
実施例１
この方法は、３５０ｇｓｍの板紙を製造する例である。この板紙は、繊維混合物の全乾燥重量の６０％が、架橋繊維及びＢｏｗａｔｅｒ ＴＭＰ繊維の５０／５０ブレンドで構成される。すべての場合において、繊維の乾燥重量は、１０５℃にて１時間乾燥させた繊維を意味する。種々の坪量と種々の架橋繊維レベル及び加工繊維レベルとをもつ、表１に示す他の板紙は、繊維及び他の添加物を適する量及び重量に調節して製造することができる。表１に示すすべての試料において、漂白ダグラス・ファー（Douglas Fir）成分は５１０ＣＳＦまでリファイニングし、ロッジポール・パイン（Lodgepole Pine）（５０ＣＳＦまでリファイニング）を全乾燥繊維重量の５％のレベルですべての試料に添加した。すべての試料に全乾燥繊維重量基準で１０重量％のＰＶＯＨを添加した。他の添加物レベルは本実施例及び実施例２に示す。
【００４０】
ＴＭＰ（Ｂｏｗａｔｅｒより）、繊維（４３．２％コンシステンシー）１９．４３ｇ、５１０ＣＳＦまでリファイニングしたダグラス・ファー（２９．１％コンシステンシー）５７．７ｇ、架橋繊維（９３．０％コンシステンシー）９．０３ｇ、５０ＣＳＦまでリファイニングしたロッジポール・パイン（２．５％コンシステンシー）７０．７ｇ、及びポリビニルアルコール（テキサス州ダラスのセラニーズ（Celanese）から入手可能なＣｅｌｖｏｌ １６５ＳＦ ＰＶＯＨ）３．５４ｇ（１００％固体）をブリティッシュ・ディスインテグレーター中で５分間粉砕した。この混合物を脱イオン水により４Ｌに希釈して、ＮａＨＣＯ３を用いて７．２−７．４のｐＨに調節した。等量である１ｇ／ｋｇ（２ｌｂ／Ｔ）Ｋｙｍｅｎｅ及び０．１３ｇ／ｋｇ（０．２６ｌｂ／Ｔ）のＰｅｒｆｏｒｍ−ＰＣ８１３８（いずれもデラウェア州ウィルミントンのハーキュリーズ（Hercules）から入手可能）をそれぞれ１％溶液から添加し、２分間混合した。２ｇ／ｋｇ（４ｌｂ／Ｔ）のＡＫＤ（デラウェア州ウィルミントンのハーキュリーズ社（Hercules, Inc.）から入手可能なアルキルケテンダイマー）及び４．２５ｇ／ｋｇ（８．５ｌｂ／トン）のデンプン（イリノイ州ディケーターのテート・ライル（Tate-Lyle）から入手可能なＳｔａ−Ｌｏｋ ３００）をそれぞれ添加し、混合物を２分間攪拌した。３１．７５×３１．７５ｃｍのフォーミング・ワイヤ（１５５メッシュ）をノーブル・アンド・ウッド（Noble & Wood）の１２．５インチ×１２．５インチ（３１．８ｃｍ×３１．８ｃｍ）の手すき紙用型の底に入れ、このスラリーを手すき紙用型に注ぎ、脱イオン水で３５リットルまで希釈し、プランジャーで混合した。次いで、スラリーを排出し、シートがおよそ２０％のコンシステンシーに到達するまで、吸い取り紙を用いて均一にハンドプレスして脱水した。このシートをスクリーンから取り出し、更に固体含量がおよそ３０％となるまで水分を吸い取った。試料の各々の面上に吸い取り紙を置き、この試料を湿りフェルトの間に入れ、次いで１３７．８ｋＰａ（２０ｐｓｉ）にてプレスを通過させて更に試料を脱水した。この時点での固体含量はおよそ４０％であった。得られたシートを、２枚の乾燥吸い取り紙の間にはさみ、ドラム乾燥機に入れ（表面温度１２１℃）、１０分間乾燥させた。次いで試料を反転させ、更に１０分間乾燥させた。この試料を試験の前に最低４時間、相対湿度５０％の部屋の中で調湿した。
【００４１】
実施例２
この方法は、２００ｇｓｍの板紙を製造する例である。この板紙は、繊維混合物の全乾燥重量の６０％が、４２％の架橋繊維及び１８％のＢｏｗａｔｅｒ ＴＭＰ繊維のブレンドで構成される。種々の坪量と種々の加工繊維レベルとをもつ、表１に示す他の板紙は、繊維及び他の添加物を適する量及び重量に調節して製造することができる。表１に示すすべての試料において、漂白ダグラス・ファー成分は５１０ＣＳＦまでリファイニングし、ロッジポール・パイン（５０ＣＳＦまでリファイニング）を全乾燥繊維重量の５％のレベルですべての試料に添加した。すべての試料に全乾燥繊維重量基準で１０重量％のＰＶＯＨを添加した。
【００４２】
ＣＴＭＰ、繊維（４３．５％コンシステンシー）８．３５ｇ、５１０ＣＳＦまでリファイニングしたダグラス・ファー（２９．１％コンシステンシー）２４．３ｇ、架橋繊維（９３．０％コンシステンシー）９．１ｇ、５０ＣＳＦまでリファイニングしたロッジポール・パイン（２．５％コンシステンシー）４０．５ｇ、及びポリビニルアルコール（テキサス州ダラスのセラニーズ（Celanese）から入手可能なＣｅｌｖｏｌ １６５ＳＦ ＰＶＯＨ）２．０２ｇ（１００％固体）をブリティッシュ・ディスインテグレーター中で５分間粉砕した。この混合物を脱イオン水により４Ｌに希釈して、ＮａＨＣＯ３を用いて７．２−７．４のｐＨに調節した。等量である１ｇ／ｋｇ（２ｌｂ／Ｔ）Ｋｙｍｅｎｅ及び０．１３ｇ／ｋｇ（０．２６ｌｂ／Ｔ）のＰｅｒｆｏｒｍ−ＰＣ８１３８（いずれもデラウェア州ウィルミントンのハーキュリーズ（Hercules）から入手可能）をそれぞれ１％溶液から添加し、２分間混合した。２ｇ／ｋｇ（４ｌｂ／Ｔ）のＡＫＤ（デラウェア州ウィルミントンのハーキュリーズ社（Hercules, Inc.）から入手可能なアルキルケテンダイマー）及び４．２５ｇ／ｋｇ（８．５ｌｂ／トン）のデンプン（イリノイ州ディケーターのテート・ライル（Tate-Lyle）から入手可能なＳｔａ−Ｌｏｋ ３００）をそれぞれ添加し、混合物を２分間攪拌した。３１．７５×３１．７５ｃｍのフォーミング・ワイヤ（１５５メッシュ）をノーブル・アンド・ウッド（Noble & Wood）の１２．５インチ×１２．５インチ（３１．８ｃｍ×３１．８ｃｍ）の手すき紙用型の底に入れ、このスラリーを手すき紙用型に注ぎ、脱イオン水で３５リットルまで希釈し、プランジャーで混合した。次いで、スラリーを排出し、シートがおよそ２０％のコンシステンシーに到達するまで、吸い取り紙を用いて均一にハンドプレスして脱水した。このシートをスクリーンから取り出し、更に固体含量がおよそ３０％となるまで水分を吸い取った。試料の各々の面上に吸い取り紙を置き、この試料を湿りフェルトの間に入れ、次いで１３７．８ｋＰａ（２０ｐｓｉ）にてプレスを通過させて更に試料を脱水した。この時点での固体含量はおよそ４０％であった。得られたシートを、２枚の乾燥吸い取り紙の間にはさみ、ドラム乾燥機に入れ（表面温度１２１℃）、１０分間乾燥させた。次いで試料を反転させ、更に１０分間乾燥させた。この試料を試験の前に最低４時間、相対湿度５０％の部屋の中で調湿した。
【００４３】
前述の本願明細書は、好ましい態様と種々の変更及び変法に関して説明してきた。当業者であれば、本明細書中に与えられた広い概念から逸脱することなく、開示された発明において均等物と置換することができるであろう。したがって、本発明は、添付する特許請求の範囲に含まれる規定によってのみ限定されるものと意図している。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】図１は、本発明にしたがって構成することができる２プライ板紙の概略断面図である。
【図２】図２は、図１に示したものと同様の板紙から作られた高温用カップについて一部を破断した等尺図である。
【図３】図３は、図２に示す高温用カップを作るために使用した板紙の一部の拡大断面図である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
架橋繊維及び加工セルロース系繊維の混合物を含む少なくとも１つの層を含む断熱性板紙であって、
前記架橋セルロース系繊維及び前記加工繊維が、前記少なくとも１つの層の全乾燥重量の３５〜６０パーセントの量で前記混合物中に存在し、
前記板紙が、前記板紙全体にわたって０．５ｍｍの厚さにて少なくとも３．６℃のΔＴを与えるのに充分に断熱性であり、
前記板紙が、０．５ｇ／ｃｃ未満の密度及び２００ｇｓｍ〜５００ｇｓｍの坪量を有し、そして、
前記板紙の厚さが０．５ｍｍ以上である、
前記板紙。
【請求項２】
架橋繊維が、混合物の全乾燥重量の３０〜７０パーセントの量で存在し、加工繊維が、該混合物の全乾燥重量の７０〜３０パーセントの量で存在する、請求項１記載の架橋繊維。
【請求項３】
加工繊維が、化学的に処理された繊維、マーセル化繊維、機械的に処理された繊維、化学的機械的に処理された繊維、ジェット乾燥させた繊維、フラッシュ乾燥させた繊維、及びこれらの混合物からなる群から選択される、請求項２記載の架橋繊維。
【請求項４】
加工繊維がＣＴＭＰ繊維である、請求項３記載の架橋繊維。
【請求項５】
加工繊維がＴＭＰ繊維である、請求項３記載の架橋繊維。
【請求項６】
繊維が、クエン酸架橋繊維、ポリアクリル酸架橋繊維、及びポリマレイン酸架橋繊維からなる群から選択される、請求項１記載の架橋繊維。
【請求項７】
架橋繊維がポリアクリル酸架橋繊維である、請求項６記載の架橋繊維。
【請求項８】
架橋繊維がクエン酸架橋繊維である、請求項６記載の架橋繊維。
【請求項９】
板紙が２５０ｇｓｍ〜４５０ｇｓｍの坪量を有する、請求項１記載の断熱性板紙。
【請求項１０】
板紙が、０．５ｍｍの厚さにて少なくとも３．６℃のΔＴ、及び１．１５ｍｍの厚さにて９．８℃のΔＴを有し、前記ΔＴが、ΔＴ３．６℃からΔＴ９．８℃を超えるまでの範囲で厚さに対して実質的に一次の推移を示す、請求項１記載の断熱性板紙。
【請求項１１】
一次の推移が、３．６℃のΔＴから９．８℃のΔＴまで継続する、請求項１０記載の断熱性板紙。
【請求項１２】
テーバー剛性が少なくとも１５０ｇ−ｃｍである、請求項１記載の板紙。
【請求項１３】
ＺＤＴが少なくとも１８０ｋＰａである、請求項１記載の板紙。
【請求項１４】
板紙が、少なくとも２プライの板紙であり、少なくとも１つのプライが、架橋セルロース系繊維及び加工セルロース系繊維を含有する、請求項１記載の板紙。
【請求項１】
架橋繊維及び加工セルロース系繊維の混合物を含む少なくとも１つの層を含む断熱性板紙であって、
前記架橋セルロース系繊維及び前記加工繊維が、前記少なくとも１つの層の全乾燥重量の３５〜６０パーセントの量で前記混合物中に存在し、
前記板紙が、前記板紙全体にわたって０．５ｍｍの厚さにて少なくとも３．６℃のΔＴを与えるのに充分に断熱性であり、
前記板紙が、０．５ｇ／ｃｃ未満の密度及び２００ｇｓｍ〜５００ｇｓｍの坪量を有し、そして、
前記板紙の厚さが０．５ｍｍ以上である、
前記板紙。
【請求項２】
架橋繊維が、混合物の全乾燥重量の３０〜７０パーセントの量で存在し、加工繊維が、該混合物の全乾燥重量の７０〜３０パーセントの量で存在する、請求項１記載の架橋繊維。
【請求項３】
加工繊維が、化学的に処理された繊維、マーセル化繊維、機械的に処理された繊維、化学的機械的に処理された繊維、ジェット乾燥させた繊維、フラッシュ乾燥させた繊維、及びこれらの混合物からなる群から選択される、請求項２記載の架橋繊維。
【請求項４】
加工繊維がＣＴＭＰ繊維である、請求項３記載の架橋繊維。
【請求項５】
加工繊維がＴＭＰ繊維である、請求項３記載の架橋繊維。
【請求項６】
繊維が、クエン酸架橋繊維、ポリアクリル酸架橋繊維、及びポリマレイン酸架橋繊維からなる群から選択される、請求項１記載の架橋繊維。
【請求項７】
架橋繊維がポリアクリル酸架橋繊維である、請求項６記載の架橋繊維。
【請求項８】
架橋繊維がクエン酸架橋繊維である、請求項６記載の架橋繊維。
【請求項９】
板紙が２５０ｇｓｍ〜４５０ｇｓｍの坪量を有する、請求項１記載の断熱性板紙。
【請求項１０】
板紙が、０．５ｍｍの厚さにて少なくとも３．６℃のΔＴ、及び１．１５ｍｍの厚さにて９．８℃のΔＴを有し、前記ΔＴが、ΔＴ３．６℃からΔＴ９．８℃を超えるまでの範囲で厚さに対して実質的に一次の推移を示す、請求項１記載の断熱性板紙。
【請求項１１】
一次の推移が、３．６℃のΔＴから９．８℃のΔＴまで継続する、請求項１０記載の断熱性板紙。
【請求項１２】
テーバー剛性が少なくとも１５０ｇ−ｃｍである、請求項１記載の板紙。
【請求項１３】
ＺＤＴが少なくとも１８０ｋＰａである、請求項１記載の板紙。
【請求項１４】
板紙が、少なくとも２プライの板紙であり、少なくとも１つのプライが、架橋セルロース系繊維及び加工セルロース系繊維を含有する、請求項１記載の板紙。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２００７−１８２６６７（Ｐ２００７−１８２６６７Ａ）
【公開日】平成１９年７月１９日（２００７．７．１９）
【国際特許分類】
【外国語出願】
【出願番号】特願２００６−３５３６１６（Ｐ２００６−３５３６１６）
【出願日】平成１８年１２月２８日（２００６．１２．２８）
【出願人】（３０２００９２７９）ウェヤーハウザー・カンパニー (36)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年７月１９日（２００７．７．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−３５３６１６（Ｐ２００６−３５３６１６）
【出願日】平成１８年１２月２８日（２００６．１２．２８）
【出願人】（３０２００９２７９）ウェヤーハウザー・カンパニー (36)
【Ｆターム（参考）】
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