JP2582838B2 - 炭素ガスを用いてセルロースパルプのｐＨを調整する方法およびそのための装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明はセルロースパルプの調製に関するものであ
り、更に詳しく述べると製紙装置で処理する前のアルカ
リセルロースパルプの化学処理に関する。

（従来の技術） 現在、セルロース材料の蒸解は主としてソーダ法、硫
酸塩法、亜硫酸塩法または中性亜硫酸塩法のいずれかを
用いて遂行され、頻々回分法により実施される。回分法
では比較的小さな片状乃至チツプ状の微粒セルロース材
料を圧力蒸煮釜すなわち蒸解器に導入し、そこで混合物
を脱リグニン温度まで高めたあと、濃厚パルプおよび廃
液として排出して更なる処理操作に供する。連続法も知
られている。化学薬品の強度、時間および温度といつた
脱リグニン条件を定める処理データは、実験室データか
らよりも実際の経験から決定されることが多い。仕込み
セルロース材料に対する化学薬品の攻撃の厳しさが材種
間でかなり変化するからである。

脱リグニンされたセルロース材料を稀釈のため蒸解器
からブロータンクに導入し、蒸煮薬品を分解・回収する
ため固形分1.5乃至４パーセントのポンプ輸送可能な稠
度に稀釈し、そのあとセルロースパルプスラリーに精製
ならびに更なる処理を施し、フオルドリニア（Fourdrin
ier）機などの製紙機械に導入する。

このような機械で形成される紙、紙ボードまたは類似
物に適当なおよび／または所望の物理的諸性質を付与す
るため、各種化学薬品をセルロースパルプスラリーに添
加し、さもなくば不足し勝ちな一以上の性質を改善す
る。例えばある種の液の浸透に対する抵抗性を紙に付与
するためにサイズ剤を使用し、白色度、不透明性および
印刷性を改善するために粘土およびその他の顔料を；繊
維の接合および繊維分布を改善するためにデンプンやガ
ム類を；湿潤強度を付与するために各種合成重合体を；
所望の色調を与えるために染料および着色顔料を；吸収
性、コンバツトセルフサイジング（combat self−sizin
g）を改善し、発泡およびピツチのトラブルを減少させ
るために界面活性剤を使用する。

一般に、このような添加剤によるセルロースパルプス
ラリーの処理は、約4.5乃至7.0のpHで行うのが有利であ
る。アルカリパルプ化法で製造されるセルロースパルプ
のpHは約12.0乃至10.0であり、先ずは硫酸で処理してセ
ルロースパルプを9.5乃至7.5の適正pH範囲にして前記添
加剤による処理を効果的にするなど、包括的な化学処理
が必要である。

（発明が解決しようとする問題点） 本発明の一目的は、紙の形成前にアルカリ性セルロー
スパルプのpHを調整する改善方法を提供することであ
る。

本発明の別目的は、簡単な方法でアルカリ性セルロー
スパルプのpHを調整して所望のpH水準を容易に達成でき
る改善方法を提供することである。

本発明の更に別の目的は、アルカリ性セルロースパル
プのpHを調整し、それにより紙の物理的諸性質を改善す
る方法を提供することである。

本発明の更に別の目的は、パルプ排水がより良好とな
るようアルカリ性セルロースパルプのpHを調整し、それ
により乾燥エネルギーを減らした製紙を可能とする改善
方法を提供することである。

本発明の更なる一目的は、アルカリ性セルロースパル
プのpHを調整し、それにより製紙機械の操作を改善する
方法を提供することである。

本発明の尚更なる一目的は、アルカリ性セルロースパ
ルプのpHを調整し、それにより製紙操作の改善をもたら
し、それに付随して不合格紙を減少させるような改善方
法を提供することである。

本発明の尚更なる一目的は、アルカリ性セルロースパ
ルプのpHを調整し、（明ばんまたは硫酸アルミニウムな
ど）ある種の添加薬剤の所要量を低下させる改善方法を
提供することである。

本発明の尚更なる一目的は、精製過程でアルカリ性セ
ルロースパルプのpHを調整する改善方法を提供すること
である。

（問題点を解決するための手段） 本発明の上記その他の諸目的は、パルプリフアイナー
に導入する前のパルプ流pHを約8.5乃至6.5に調整し、か
つ、そのpHに維持するような条件でアルカリ性セルロー
スパルプに気相の炭酸ガスを導入することにより達成さ
れる。約8.5を超えるpHでは有効性に乏しく、約6.5未満
のpHには過大量の炭酸ガスを必要とする。8.5乃至7.5範
囲のpHが好適である。製紙装置に導入する前のパルプ流
pHを約7.0乃至5.5に調整し、かつ、そのpHに維持するよ
うな条件で精製パルプにガス状二酸化炭素を導入するこ
とも好適である。6.0乃至5.5範囲のpHが更に好適であ
る。

本発明の更なる目的および利点は、本発明の概略フロ
ー図を用いて行なう下記の詳細な説明から明らかとなる
であろう。

図面はフオルドリニア機のような製紙機械の概略を示
すものである。製紙機（10で一般的に示す）は、製紙パ
ルプ材をフオルドリニア機10の移動スクリーン36上に分
配するためのヘツドボツクス12を有する。標準的アルカ
リパルプ化法にて製造されたセルロースパルプ材料をブ
ロータンク（図示していない）に導入し、室14内で洗浄
・貯蔵し、ライン16の白水を加えて固形分約1.5乃至5.0
パーセント、一般には約４パーセントのポンプ輸送可能
な稠度にし、ライン18にてポンプ20の吸引側に通す。

ポンプ20の排出側からライン22に入つたパルプスラリ
ーを、注入装置25にてライン21からの炭酸ガスと接触さ
せ、ライン26の併合流を形成する。炭酸ガスの添加量
は、併合パルプ流内のpHが約8.5乃至約6.5となるために
十分な量である。この併合パルプ流は、セルロースパル
プ材料をフイブリル化するため、リフアイナー28に通さ
れる。

一好適実施態様では、リフアイナー28より下流のライ
ン30に、精製パルプ流をライン21からの追加炭酸ガスと
接触させるための第二注入装置60がある。炭酸ガスの添
加量は、下流ライン62の併合流が約7.0乃至5.5のpHとな
るために十分な量である。

ライン62からのパルプをライン46の白水と混合して固
形分約0.4パーセントの稠度にし、ポンプ32とライン34
を経由してヘツドボツクス12に通す。一般に、明ばんな
どのサイジング前駆体を明ばん導入手段48にてパルプに
導入する。明ばんは液としてライン30、ライン46或いは
（図に示すように）直接ヘツドボツクス12に導入され
る。ヘツドボツクス12内のパルプは、フオルドリニア機
10のワイヤ織りエドレスベルト36上に分配される。ワイ
ヤ織りエンドレスベルト36上を通過する間に、形成され
つつあるセルロースパルプシートから液（前に「白水」
と称していたもの）を排出し、パルプシートを乾燥した
仕上紙にする更なる処理工程（一般にロール形態）に通
すのである。ワイヤ織りエンドレスベルト36上に分配さ
れている間にセルロースパルプから排出される白水40
は、フオルドリニア機10の液溜め38内に捕集され、ワイ
ヤピツトと呼ばれる混合タンク42に通される。特定の紙
製品を製造するために必要なその他の添加薬品をライン
44から混合タンクに添加する。硫酸イオンなどの薬品を
ライン46の再循環白水流中である予定水準に維持するた
め、一般に白水パージ流をライン45から抜き取る。

ライン21内炭酸ガスの代表的圧力はゲージ圧約276乃
至1378kPa（40乃至200psig）であり、ライン22内セルロ
ースパルプの圧力より69乃至138kPa（10乃至20psi）高
い圧力であることが好ましい。炭酸ガス注入装置25は多
孔質金属スパージヤーであり、ガスを良好に分散し且つ
輸送効率を最大にするスタテイツクミキサーと組み合せ
たものが好ましい。適当なスパージヤーやスタテイツク
ミキサーは多数の製造業者から商業的に入手することが
できる。炭酸ガスを適当に添加するとセルロースパルプ
中に急速かつ厳密に混合し、ポンプ20の排出側より下流
点でライン26のpHは均一な予定水準に達し、そのあと次
の単位操作、たとえばリフアイナー28に導入される。処
理されたパルプスラリーのpHは、ライン26内にpHプロー
ブ52を有するメータ50により測定される。メータ出力は
ライン21にある弁56を作動させるためのフイードバツク
調節信号を発生し、ライン24内の炭酸ガスの流量を調節
してパルプ流のpHを所望水準にするために使用される。
ライン24は逆止弁27を有する。

第二の炭酸ガス注入装置60は多孔質金属スパージヤー
であり、第二のスタテイツクミキサーがなくとも適当に
混合される。ライン62内にpHプローブ66を有する第二メ
ータ64は、pHを測定して第二弁68を作動させるための調
節信号を発生する。第二弁は炭酸ガスライン21と第二注
入装置60の間のライン70に接続されている。ライン70も
逆止弁72を有する。ライン21内炭酸ガスの圧力は、ライ
ン30内精製パルプ流の圧力よりもゲージ圧で約69乃至13
8kPa（10乃至20psig）高い圧力であることが好ましい。

実 施 例 以下の実施例は本発明方法の諸条件を説明するもので
あり、本発明の範囲を限定すると解されてはならない。

実施例 Ｉ 紙を600トン／日製造するプラトンにて、軟木材のク
ラフト処理により製造されたpH11、固形分15パーセント
の濃圧パルプ流を白水で稀釈し、固形分４乃至５パーセ
ントの稠度および10.5のpHにする。この稀釈されたパル
プ流をパルプポンプ20の吸引側に導入し、2100GPMの速
度でそこを通過させる（必要ならばトリム稀釈する）。
パルプポンプから下流の導管内にある稀薄パルプ流に3.
4kg/分（7.5ポンド／分）の炭酸ガスを添加し、処理の
ためリフアイナー28に導入する時点では7.0のpHを有す
る稀薄パルプ流にする。精製されたパルプ流は炭酸ガス
を添加しない。

この精製されたパルプに4.72kg/分（10.4ポンド／
分）の明ばんを添加する。このように処理・精製された
パルプ流を白水で更に稀釈し、製紙処理のためフオルド
リニア機10のベツドボツクス12に導入する前に固形分を
0.4パーセントに、pHを約4.5にする。

精製工程前に炭酸ガスをこのように調節下導入する方
法は、精製工程前に硫酸を導入してpHを調整する方法に
比べて精製が改善される結果、より強力な紙が得られ
る。

実施例 II 紙ボードを1500トン／日製造するプラントにおいて、
軟木材および軟木材からクラフトパルプ処理により、固
形分約４乃至５パーセントの稀薄パルプ流を製造する。
稀薄な軟材パルプ流と稀薄な硬材パルプを合せて精製の
ための第一ラインパルプ流を形成し、それを白水で稀釈
して固形分約0.4パーセントの稀薄パルプ流を形成し、
製紙機の第一ヘツドボツクスに導入する。

この固形分含量４乃至５パーセント、pH10.5の稀薄軟
材パルプ流をパルプポンプの吸引側に3000GPMの速度で
通す（トリム白水を含む）。パルプポンプからでた下流
導管内の稀薄パルプ流（固形分含量４パーセント）に、
4.72kg/分（10.4ポンド／分）の炭酸ガスを添加する。
この結果得られたpH7.0のパルプ流を第一リフアイナー
に導入し、そのあと第二リフアイナでpH7.0の稀薄硬材
パルプ流と併合する。

固形分含量４乃至５パーセント、pH10.5の稀薄な軟材
パルプ流を（トリム白水を含めて）パルプポンプの吸引
側に900GPMの速度で通す。このパルプポンプからでた下
流導管内の稀薄硬材パルプ（固形分含量４パーセント）
に1.4kg/分（3.1ポンド／分）の炭酸ガスを添加しpH7.0
の稀薄硬材パルプ流にし、第二リフアイナーに導入す
る。第二リフアイナからの併合パルプ流を（製紙機のワ
イヤピツトから回収され、硫酸で酸性化された）白水で
更に稀釈して固形分含量を0.4パーセント、pHを約4.5に
したあと、第一ヘツドボツクスに導入する。第一ヘツド
ボツクスに6.12kg/分（13.5ポンド／分）の明ばんを添
加する。

パルプポンプの吸引側に（トリム白水と共に）650GPM
の速度で導入され、ポンプの排出管内に形成された固形
分含量４乃至５パーセントの稀薄硬材パルプ流から、紙
ボード用のトツプシートを製造する。この稀薄パルプ流
に1.2kg/分（2.6ポンド／分）の炭素ガスを添加してpH
7.0の稀薄パルプ流となし、それを第一および第二のリ
フアイナーに順次通す。このようにして精製されたパル
プ流（pH7.0）を第二リフアイナーから抜き取り、（製
紙機のワイヤピツトから回収されて、硫酸で酸性化され
た）白水と混合して固形分含量0.4パーセント、pH約4.5
の稀薄パルプ流まで更に稀釈し、そのあと0.95kg/分
（2.1ポンド／分）の明ばんと共に第一ヘツドボツクス
に導入する。

精製工程の前に、硫酸の代りに炭酸ガスを調節下に導
入すると、稀釈処理タンクや腐食性液体配管を省略する
ことができる。更には、炭酸ガスは量の調節が容易であ
りかつ自己緩衝能を有するため、時強度を低下させる原
因となるパルプpHの偏差を無くし、その結果得られる紙
製品の物理的諸性質を著るしく改善する。

実施例 III 紙を1400トン／日製造するプラントにおいて、軟材お
よび硬材のクラフト処理により製造されたpH11.0、固形
分15パーセントの濃厚パルプ中を、固形分４乃至５パー
セントの稠度およびその結果として10.5のpHまで稀釈す
る。この稀釈されたパルプ流を（必要に応じてトリム稀
釈し）2000GPMでパルプポンプ20の吸引側に導入・通過
させる。パルプポンプからでた下流管26内の稀薄パルプ
流に1.5kg/分（3.3ポンド／分）の炭酸ガスを添加し、
リフアイナー28に導入し処理する際にはpH8.0の稀薄パ
ルプ流にする。

リフアイナーより下流のライン30内の精製パルプに0.
64kg/分（1.4ポンド／分）の追加炭酸ガスを添加し、管
62内にpH5.5の併合流を形成する。

この精製パルプ流に3.0kg/分（6.7ポンド／分）の明
ばんを添加する。このように処理・精製されたパルプ流
を白水で更に稀釈して固形分含量を0.4パーセントに、p
Hを約5.0にし、そのあとフオルドリニア機10のヘツドボ
ツクス12に導入して製紙に供する。硫酸は使用しない。

本発明の方法では、粗パルプおよび精製パルプのpHを
低下させるために炭酸ガスを使用することから、約5.4k
g/トン（20ポンド／トン）の硫酸が省略できることによ
る薬品費用の節約が実現される。炭酸ガスと硫酸のコス
ト差により更に費用を節約することも可能である。更に
は、本発明の方法により不合格紙も減少する。

本発明の好適方法では、硫酸を使用せず、かつ、粗パ
ルプ流および精製パルプ流に導入される炭酸ガスの量
は、リフアイナー28および製紙機10の操作が最適となる
よう個々のケースで選択される。精製プロセスを最適に
するには、リフアイナーに入る前のライン26内パルプ流
のpHが約8.5乃至約7.5の範囲内であることが好ましい。
製紙装置のワイヤピツト42内の白水40のpHは通常7.0乃
至4.5の範囲内にあり、5.5乃至4.5の範囲が代表的であ
る。この理由で、リフアイナーのあとのライン62内パル
プ流のpHは、約6.0乃至約5.5の範囲内であることが好ま
しい。併合流のpHを約5.5未満の値に低下させるため炭
酸ガスを使用することは、所要炭酸ガス量が増大するの
で通常は非経済的である。

硫酸の置き代えは、白色度のより高い紙シートを製造
する。尚更には硫酸およびその腐食効果の非存在下にパ
ルプを取り扱うので、フオルドリニア機はその有効性が
改善されると共に操作も改善される。炭酸ガスの使用
は、硫酸バリウムの堆積を著るしく減少させ（バリウム
はセルロース原料中に存在する）、それに付随する製紙
装置のスケール付着を著るしく減少させ、それにより製
紙ラインを一時中断させねばならぬような「吹き出し
（boil out）」記録の頻度を減少させる。

再生利用された紙製品の処理に炭酸ガスを使用するこ
とも、製紙機ならびに関連装置の操作を著るしく改善し
た。

前記の教示に基き本発明の多数の修正法および変法が
可能であり、従つて本発明は、特許請求の範囲内で、前
記の特定記述以外の方法で実施することもできる。

実施の態様 １） セルロース材料を脱リグニンし、この脱リグニン
されたセルロースパルプをリフアイナーでフイブリル化
して製紙パルプを形成するようなセルロールパルプから
の製紙方法において、フイブリル化工程前に約8.5乃至
約6.5のpHを有する前駆体紙形成パルプ流を形成する量
の炭酸ガスを、前記の脱リグニンパルプ中に導入するこ
とを包含する改善を特徴とするセルロースパルプからの
製紙方法。

２） 前記の前駆体紙形成パルプ流のpHを約8.5乃至約
7.5範囲内の値に調整する量の炭酸ガスを添加する、上
記第１項に記載の方法。

３） 製紙操作から得られた液流を前記の脱リグニンさ
れたセルロースパルプと混合して、前記の炭酸ガスと接
触させるための約４パーセント固形分含量を有する前記
の紙形成パルプを形成する、上記第１項に記載の方法。

４） 前記の液流を前記の脱リグニンされたセルロース
パルプと混合してパルプポンプの吸引側に導入するこ
と、および前記のパルプポンプから排出された前記の紙
形成パルプに炭酸ガスを導入することを特徴とする、上
記第３項に記載の方法。

５） 前記炭酸ガスの圧力がゲージ圧約276乃至1380kPa
（40乃至200psig）である、上記第４項に記載の方法。

６） 前記炭酸ガスの圧力が、前記の紙形成パルプ流の
圧力よりも69乃至138kPa（10乃至20psi）高い圧力であ
る、上記第４項に記載の方法。

７） 前記の紙形成パルプ流のpHを測定して前記炭酸ガ
スを前記の紙形成パルプに導入する量を調節する、上記
第６項に記載の方法。

８） 前記の紙形成パルプ流をリフアイナーに導入する
前にpHを測定する、上記第７項に記載の方法。

９） 約7.0乃至約5.5のpHを有する前駆体紙形成パルプ
流を形成する量の炭酸ガスを、フイブリル化されたパル
プに導入することを更に包含する上記第１項に記載の方
法。

10） 前記の前駆体紙形成パルプ流のpHを約6.0乃至約
5.5範囲の値に調整する量の炭酸ガスをフイブリル化さ
れたパルプに添加する、上記第９項に記載の方法。

11） 製紙操作から得られた液流を前記の脱リグニンさ
れたセルロースパルプと混合し、前記炭酸ガスと接触す
るための前記の紙形成パルプを形成する、上記第９項に
記載の方法。

12） 前記液流を前記の脱リグニンされたセルロースパ
ルプと混合し、パルプポンプの吸引側に導入すること、
および前記のパルプポンプから排出された前記の紙形成
パルプに炭酸ガスを導入することを特徴とする、上記第
11項に記載の方法。

13） 製紙操作から得られた液流を、炭酸ガスと接触し
たあとのフイブリル化パルプ流と混合することを更に包
含する、上記第11項に記載の方法。

14） 混合工程前にフイブリル化パルプ流のpHを測定す
る、上記第13項に記載の方法。

15） 脱リグニンされたパルプをリフアイナーでフイブ
リル化して紙製造用パルプを形成する紙の製造装置にお
いて、リフアイナーの上流で約8.5乃至約6.5のpHを有す
る前駆体紙形成パルプ流を形成する量の炭酸ガスを、脱
リグニンされたセルロースパルプ流に注入して分散させ
る手段を有する改善を特徴とする紙の製造装置。

16） 前記の紙形成パルプ流のpHを測定し、かつ、所望
のpHを維持するよう応答して炭酸ガスの導入量を調節す
る手段を更に包含する、上記第15項に記載の装置。

17） 炭酸ガスを注入して分散させる手段がスタテイツ
クミキサーを包含する、上記第16項に記載の装置。

18） リフアイナーの下流で約7.0乃至約5.5のpHを有す
る前駆体紙形成パルプ流を形成する量の炭酸ガスを、フ
イブリル化させたセルロースパルプ流に注入して分散さ
せる手段を更に包含する上記第15項に記載の装置。

19） リフアイナーの上流および下流の双方で前記の前
駆体紙形成パルプ流のpHを測定し、かつ、リフアイナー
の上流および下流の双方で所望のpHを維持するよう応答
して炭酸ガスの導入量を調節する手段を更に包含する、
上記第18項に記載の装置。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の概略フロー図を示す。

フロントページの続き (72)発明者 ウォルター・クレインバーグ アメリカ合衆国ニュージャージー州 08817，エディソン，ブルックサイド・ ロード 47 (56)参考文献 特開 昭49−30605（ＪＰ，Ａ) 特開 昭52−31563（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−12881（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−110998（ＪＰ，Ａ) 特公 昭35−5655（ＪＰ，Ｂ１) 特公 昭48−39762（ＪＰ，Ｂ１)

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】セルロース材料の脱リグニン化によって生
   成するアルカリ性セルロースパルプから紙を製造する方
   法であって、そのようにして生成したアルカリ性脱リグ
   ニン化セルロースパルプをリファイナーでフィブリル化
   して紙形成用パルプを形成し、また前記脱リグニン化パ
   ルプにガス状の二酸化炭素を導入する工程を有する方法
   において、前記ガス状の二酸化炭素を8.5〜6.5pHを有す
   る前駆体紙形成パルプ流が形成される量でフィブリル化
   工程の上流に導入し、かつ二酸化炭素の導入量を前駆体
   紙形成パルプ流のpHの測定値に対応して調節することを
   特徴とする、紙の製造方法。
2. 【請求項２】紙を製造するための装置であって、脱リグ
   ニン化セルロースパルプをリファイナー（28）でフィブ
   リル化して紙形成用パルプを形成する機能を有し、また
   ガス状の二酸化炭素を脱リグニン化セルロースパルプ流
   に注入して分散させる手段（25）の有する装置におい
   て、前記手段は前記リファイナー（28）の上流に配置さ
   れていて、それによって二酸化炭素を8.5〜6.5pHを有す
   る前駆体紙形成パルプ流が形成される量で注入すること
   ができ、さらに前記前駆体紙形成パルプ流のpHを検知し
   てこの検知されたpH値に対応して二酸化炭素の導入量を
   調節して所望のpHを維持するための手段（52、50、56）
   を有する、紙を製造するための装置。
3. 【請求項３】ガス状の二酸化炭素を、フィブリル化され
   たセルロースパルプ流に、リファイナー（28）よりも下
   流で7.0〜5.5のpHを有する前駆体紙形成パルプ流が形成
   される量で注入して分散させる手段（60）をさらに有す
   る、請求項２に記載の装置。