リサイクル紙の強度向上と印刷適性を両立する技術

リサイクル紙の需要拡大と課題

世界的な脱炭素化の流れにより、バージンパルプからリサイクル紙へと素材転換が進んでいます。
しかし、古紙パルプは繊維が短く表面が傷んでいるため、強度不足と印刷ムラが発生しやすいという課題があります。
企業は高いリユース率を求められる一方で、印刷品質の低下は許容されません。
この相反条件をクリアする技術が、リサイクル紙市場拡大のカギになります。

強度向上のための繊維設計

古紙繊維の選別とブレンド技術

段ボール系の長繊維と上質紙系の短繊維を組み合わせるハイブリッド配合が有効です。
光学選別機でインク量の少ない古紙を抽出し、ダメージの少ない繊維を確保することで紙層内部のネットワークを強化できます。
配合比率は長繊維30〜40％、短繊維60〜70％が一般的ですが、最終用途の強度要求に応じて最適化します。

メカニカルリファイニングの最適化

リファイニングは繊維表面をフィブリル化させ、水素結合点を増やす工程です。
過剰リファイニングは繊維を切断し、かえって強度を低下させるため、Specific Edge Loadを0.2〜0.4 Wh/mで制御します。
オンラインCSF（カナディアンスタンダードフリーネス）測定で微調整すると、工程変動を最小化できます。

化学添加剤による水素結合強化

高分子カチオン系ドライストレングス樹脂は、繊維間の距離を縮め強固な架橋を形成します。
アニオン性ゴミを中和するポリアミンと併用することで、破裂強さが15〜25％向上します。
さらにナノセルロースを0.5％添加すると、ネットワーク密度が高まり引張強さの向上が確認されています。

印刷適性を高める表面改質

サイズプレスとスターチの役割

スターチは紙表面に薄い膜を形成し、インクの過度な浸透を抑制します。
リサイクル紙の高吸水性を補うため、酸化デンプンにカチオン化処理を施し、保持率を向上させると効果的です。
乾燥温度は110〜120℃、ウェブ水分8％を維持すると、ピッキング不良を防げます。

顔料コーティングによる平滑性向上

炭酸カルシウムにクレーをブレンドしたハイブリッド顔料は、リサイクル紙特有の粗面を埋める働きをします。
固形分58〜60％の高固形分スラリーを使用し、5〜8 g/m²で塗工すると光沢度が5ポイント向上します。
最終カレンダーでニップ圧200 kN/mをかけると、さらになめらかな表面が得られ、細線抜けやモアレが低減します。

強度と印刷適性の両立を実現するプロセス最適化

オンライン測定とAIによる品質制御

近赤外分光計で水分と塗工量をリアルタイム測定し、AIがリファイナー開度や薬品添加量を自動調整します。
従来はオペレーター経験に依存していたためロス紙が3％程度発生していましたが、AI制御導入後は1％未満に低減しました。
データ蓄積により、操業条件と品質指標の相関も可視化され、改善サイクルが加速します。

製紙条件のトレードオフ管理

高強度を狙うと密度が上がり、インク浸透が悪化しスミ乗りが低下する場合があります。
そこで、紙厚を微調整し空隙率を12〜15％に保ちながら、表面に高バリア性を付与するハイブリッド施策が主流です。
カチオン化スターチとドライストレングス樹脂を層別添加することで、内部強度と表面吸収性のバランスが取れます。

環境負荷低減と経済効果

リサイクル紙の高品質化は、バージン材削減に直結し、森林資源保護とCO₂排出削減に寄与します。
また、印刷適性が向上することで、インク使用量を5〜8％削減でき、乾燥エネルギーも低減します。
歩留まり向上により廃棄ロスが減少し、総製造コストはトン当たり4000〜6000円改善した事例も報告されています。

今後の展望

ナノセルロースやバイオベース樹脂のさらなる応用により、リサイクル紙はバージン紙に匹敵する高耐久性を実現すると期待されます。
また、デジタル印刷向けに帯電量を制御する機能層を付与する研究も進行中です。
サプライチェーン全体で情報を共有し、古紙回収から製紙、印刷、ユーザー使用後の再回収までを最適化すれば、循環型経済への移行が加速します。
技術革新とデータ活用を組み合わせることで、リサイクル紙は「環境貢献」だけでなく「高機能素材」としての地位を確立していくでしょう。