JP5729095B2

JP5729095B2 - 広葉樹機械パルプの製造方法

Info

Publication number: JP5729095B2
Application number: JP2011081107A
Authority: JP
Inventors: 知恵湯沢; 徹中谷; 勇雄小野寺; 扇元　政人; 政人扇元; 知章小柳
Original assignee: Nippon Paper Industries Co Ltd
Current assignee: Nippon Paper Industries Co Ltd
Priority date: 2011-03-31
Filing date: 2011-03-31
Publication date: 2015-06-03
Anticipated expiration: 2031-03-31
Also published as: JP2012214929A

Description

本発明は木材チップから広葉樹機械パルプを製造する方法に係るものである。

機械パルプ製造において課題となっているのは、省電力と品質向上である。また、昨今紙製品に求められる重要な品質として嵩があげられる。近年の環境保護気運の高まりに伴い、森林資源から製造される製紙用パルプを有効に活用する上で紙の厚さは維持しつつ紙の軽量化、すなわち低密度化がユーザーから求められている。また嵩高な、即ち密度の低いシートは、一般的に光散乱能が高い。印刷用紙の場合、印刷時に発生するトラブルである“裏抜け”の理由には、“染み透し”(strike through)と“透き通し”（show through)の二つが代表的であるが、“透き通し”（show through）の場合はシートの光散乱能が低いため、比散乱係数を上げる対策が施され、この場合二酸化チタンなどの高価な填料を増配するか、比散乱係数の高いサーモメカニカルパルプ(TMP)や砕木パルプ(GP)を配合することにより解決がなされている。しかし現行のTMP、GPは針葉樹から製造されており、高白色度が要求される紙製品を製造することに問題がある。

嵩高パルプの製造方法としては、パルプに架橋剤を反応させて嵩高化を図る手法があるが、薬品処理を施す必要がある。また、界面活性剤の添加によりパルプ表面を疎水化して密度の低いシートを製造する技術も既に公知となっているが、このためには高価な薬品を使用する必要があり、いずれも薬品の消費量が増加する欠点が生じていた。

高白色度かつ、密度の低いシートを形成する原料として、近年では針葉樹よりもリグニン含有量が少なく、高白色度なパルプを得ることができる広葉樹の機械パルプ化が注目されている。しかし、従来機械パルプの原料として広く利用されている針葉樹と広葉樹と
では機械パルプ化の際に全く異なる挙動を示す事が知られている。H. W. Giertzによると(1977 Int. Mech. Conf. Proc., pp. 37-51)、広葉樹からＴＭＰを製造したが得られたパルプに含まれるファイン分の性質がパルプ強度に影響を及ぼしていることが報告されている。

苛性ソーダと過酸化水素を用いる方法(ＡＰＭＰ法)は特許文献１中で紹介されており、広葉樹、特にヤマナラシを用いてチップの状態で過酸化水素、苛性ソーダとキレート剤であるジエチレントリアミンペンタ酢酸（DTPA）を含浸させ、酸性物質で中和後、大気圧下でリファイニング装置に通して高収率、高強度漂白ケミメカニカルパルプを製造する方法である。但し、この特許公報に述べられている方法はリファイニング装置に薬液含浸チップを通す前に塩酸、硫酸などの酸性物質で中和して過酸化水素による漂白反応を停止させているため、リファイニングの際に発生した熱によりパルプの着色が起こり、白色度が低下して好ましくない。

また、特許文献２では、容積重450ｋｇ／ｍ^３以上、ルンケル比4.0以上の広葉樹を含む木材チップから、キレート剤を含む薬液への含浸、及びアルカリ過酸化物を含む薬液の多段含浸処理により嵩高、高白色度かつ高比散乱係数をもつ機械パルプを製造している。この方法では、通常のCTMP法で製造されたパルプ(同種チップ使用時)よりも嵩高で強度、光学適性に優れたパルプが製造されているが、広葉樹由来の機械パルプは、針葉樹由来の機械パルプよりも強度が低くなっていた。

特開昭57−14958号公報特開2003−027385号公報

1977 Int. Mech. Conf. Proc., pp. 37-51

広葉樹木材チップを用いた従来の機械パルプ製造方法では、嵩高、高比散乱係数をもつ機械パルプを製造している。しかし、強度面に関しては、通常使用されている針葉樹由来の機械パルプと比較して、同密度条件下であっても格段に低いレベルであり、嵩高で、光学特性、強度に優れたパルプを製造するには限界があった。

上記課題を解決するため、本発明者等は、少なくとも、広葉樹チップを解繊してパルプ化する磨砕工程、磨砕工程で得られたパルプと粕を分級するスクリーニング工程、スクリーニング工程で分級された粕分を解繊しパルプ化する粕処理工程を含む広葉樹機械パルプの製造方法において、該磨砕工程において粕が該磨砕工程出口の全パルプ絶乾重量換算で40〜70質量％となるように磨砕処理を行い、該スクリーニング工程において0.15〜0.2ｍｍのスリット幅を有するスリットスクリーンを用い、該粕処理工程でリファイニング処理を行い得られたパルプと、該スクリーニング工程でスリットスクリーンを通過したパルプとを混合する、ことによって針葉樹由来の機械パルプ並の強度を持ち、かつ嵩高で光学特性に優れた広葉樹由来の機械パルプを製造する方法を見出した。

本発明によれば、広葉樹機械パルプの特性である嵩高性、光学特性を維持しつつ、従来技術では低いレベルであった強度面において、通常の針葉樹機械パルプと同等の性能を有する広葉樹機械パルプが得られる。

本発明の好ましい形態は、まず木材チップを圧縮し、圧縮した状態、或いは圧縮した後に苛性ソーダ、及び亜硫酸ソーダを含む水溶液に浸漬させ、圧を解放しチップを膨張させながら薬液を含浸させる。この圧縮及び含浸に用いる装置には、特に制限はないが、アンドリッツ社(Andritz社)のインプレッサファイナー(impresafiner)やバルメット社(Valmet社)のプレックススクリュー（Prex screw）を用いて行うのが便利である。更にチップの含浸は圧縮前に木材チップを水蒸気で前処理することにより容易にすることができる。また、薬液を木材チップ中に含浸させる場合、薬液中に圧縮された木材チップを浸漬し、木材チップの圧縮比を連続的に変化させれば効率良く薬液の浸透を実施することができ、設備設置のコストを低減できる。本発明で原料とする木材は、広葉樹又は広葉樹と針葉樹との混合物である。

上記薬品含浸チップは、チップ柔軟化のため十分時間保持され、木材チップの種類、大きさに応じて、温度10℃〜80℃、5分以上行うことができる。

本発明において、後述のスクリーン工程で分画される粕が該磨砕工程出口の全パルプ絶乾重量換算で40〜70質量％となるように磨砕処理を行うことを必須とする。粕の割合が40質量％未満では、トータルパルプ中に占める粕から製造されたパルプの割合が低下し、完成パルプに与える影響が小さくなるため、望ましくない。また、粕の割合が70質量％を超えると、強度面では向上効果が見られるものの、消費エネルギーは増加傾向となり、嵩高性が損なわれる可能性も考えられ、望ましくない。なお、粕とは、結束繊維やスリットスクリーンを通過できない長繊維のパルプも含まれる。

柔軟化がなされた前記チップは、磨砕工程にて、加圧もしくは大気圧リファイニング装置にてパルプ繊維に解繊される。リファイニングは一般の磨砕装置、解繊装置を用いることができ、好ましくはシングルディスクリファイナー、コニカルディスクリファイナー、ダブルディスクリファイナー、ツインディスクリファイナー等を使用する。磨砕工程中のチップの濃度は約20〜50％で実施するのが好ましい。また、この磨砕工程は最低1段処理でも可能であるが、2段以上での連続処理の方がより好ましい。

解繊されたパルプは、次に濃度4.0％以下に希釈した後、スクリーン工程によって粕とパルプを分級する。スクリーン工程では少なくとも0.15〜0.2ｍｍのスリット幅のスリットスクリーンを用いて、パルプと粕分を分級する。このスクリーン工程は、スクリーン1台のみでの処理でも何台かでのシリーズ処理でもかまわない。

その後、脱水機、もしくは洗浄機を用いて濃度を20％以上、好ましくは25％以上にまで濃縮し、粕処理工程においてリファイニング処理を行う。この際の濃縮工程はシックナー（ウルフ型、カミヤ型、バルブレス型、ディスク型等）や、プレス（ディスク型、スクリュー型、シリンダー型等）の一般的なパルプ濃縮装置を用いて実施することができる。また、リファイニング処理は、加圧、もしくは大気圧リファイニング装置にて行い、一般的な解繊装置で十分である(詳細は前述)。

粕処理工程でのリファイニング時の電力原単位と磨砕工程での電力原単位の比率が85／15〜60／40の範囲、より好ましくは80／20〜70／30の範囲内となるような処理を行うことが好ましい。粕処理工程での電力原単位比率が15％未満となった場合、粕処理工程に粕を多く回しても、リファイニング処理自体が効果的に進まず、結果として強度、嵩を合わせ持ったパルプを製造することが困難となり、望ましくない。一方、粕処理工程の電力原単位比率が40％を超えた場合、磨砕工程での電力原単位が低くなることによりチップの解繊が進まず、その後のスクリーン工程における繊維分級が効率的に行われなくなる可能性があり、望ましくない。

その後、前記粕処理工程で得られたパルプと、スクリーン工程でスクリーンを通過したパルプとを混合させ、濃縮工程を経た後、更に1つ以上の公知の叩解工程で叩解し、所望の濾水度に調整したパルプを得る。この工程は常圧下で行い、叩解装置は一般の常圧型叩解装置を用いるのが好ましく、濃度は約3〜10％で実施することができる。

より高い白色度が望ましい場合、1つ以上の公知の漂白工程によりパルプを更に漂白することができる。この場合には、過酸化水素、オゾン、過酢酸等の酸化剤或いはハイドロサルファイト（亜二チオン酸ナトリウム）、硫酸水素ナトリウム、水素化ホウ素ナトリウ
ム、ホルムアミジンスルフィン酸（FAS）等の還元剤を用いることができる。

本発明の広葉樹機械パルプは嵩高で、白色度、比散乱係数が高く各種紙に配合することができる。例えば、印刷用紙、新聞用紙の他、情報用紙、加工用紙、衛生用紙等として使用することができる。情報用紙としてさらに詳しくは、電子写真用転写紙、インクジェット記録用紙、フォーム用紙等である。加工用紙としてさらに詳しくは、剥離紙用原紙、積層板用原紙、成型用途の原紙等である。衛生用紙としてさらに詳しくは、ティッシュペーパー、トイレットペーパー、ペーパータオル等である。また、段ボール原紙等の板紙として使用することも可能である。

以下に実施例を挙げて本発明をより具体的に示すが、本発明は係る実施例に限定されるものではない。なお、「部」及び「％」は、特に明示しない限り、それぞれ「質量部」及び「質量％」を表す。

［実施例1］
広葉樹であるユーカリ・グロビュラス100％のチップに対して、対絶乾チップ重量当たり、NaOH1.5％、及び亜流酸ソーダ3.0％を浸透させた後、濃度30％で加圧型シングルディスクリファイナー(アンドリッツ・アールストローム社製、モデル36-1CP)を用いて2段のリファイニング処理により磨砕した。磨砕後得られたパルプに温水を加え、濃度2.0％で希釈した。次いで、2台のスクリーン（1台目：丸穴（φ1.5ｍｍ）、2台目:スリット（0.18ｍｍ））を用いて粕を分級し、脱水機で濃度30％まで濃縮・脱水をおこなった。この時の粕は2段目のリファイニング処理後の絶乾パルプ重量換算で42％であった。その後、粕処理工程において、磨砕工程と粕処理工程における電力原単位の比率が80／20となる様に加圧型シングルディスクリファイナー（アンドリッツ・アールストローム社、モデル36-1CP)を用いてをリファイニング処理を行い得られたパルプ、と前記2台目スクリーンを通過したされたパルプを合わせた後、漂白（濃度23％、過酸化水素添加率5％）を行った。次に常圧型ダブルディスクリファイナー（濃度4％、アンドリッツ・アールストローム社、モデルNo.401）を用いて叩解処理を行い、カナダ標準ろ水度（CSF）の異なる広葉樹機械パルプを得た。

［実施例２］
実施例１において、磨砕工程と粕処理工程における電力原単位の比率が78／22となる様にリファイニング処理を行った以外は、実施例1と同様に処理して、広葉樹機械パルプを得た。この時の粕は2段目のリファイニング処理後の絶乾パルプ重量換算で45％であった。

［比較例１］
実施例１において、磨砕工程と粕処理工程における電力原単位の比率が91／9となる様にリファイニング処理を行った以外は、実施例1と同様に処理して、広葉樹機械パルプを得た。この時の粕は2段目のリファイニング処理後の絶乾パルプ重量換算で35％であった。

［比較例２］
実施例１において、磨砕工程と粕処理工程における電力原単位の比率が88／12となる様にリファイニング処理を行った以外は、実施例1と同様に処理して、広葉樹機械パルプを得た。この時の粕は2段目のリファイニング処理後の絶乾パルプ重量換算で39％であった。

［比較例３］
実施例１において、針葉樹であるラジアータパインを用いて、亜硫酸ソーダ3.0％のみを用いて浸透を行った以外は、実施例１と同様に処理して、針葉樹機械パルプを得た。この時の粕は2段目のリファイニング処理後の絶乾パルプ重量換算で42％であった。

実施例及び比較例で得られた機械パルプについて、ＪＩＳＰ８２２２：１９９８に基づいて手抄きシートを作成し、手抄きシートの厚さ、坪量を下記の方法で測定し、これを元に密度を算出した。さらに、裂断長、比引裂強さ、白色度、比散乱係数を下記の方法で測定した。
・厚さ：ＪＩＳＰ８１１８：１９９８に従った。
・坪量：ＪＩＳＰ８１２４：１９９８（ＩＳＯ５３６：１９９５）に従った。
・密度：手抄きシートの厚さ、坪量の測定値より算出した。
・裂断長：ＪＩＳＰ８１１３：１９９８に従った。
・比引裂強さ：ＪＩＳＰ８１１６：２０００に従った。
・白色度：ＪＩＳＰ８１４８に準じてＩＳＯ白色度を測定した。
・比散乱係数：TAPPI T425om-91に準拠して色差計（村上色彩製）で測定した。

得られた結果より、手抄きシートの密度が0.4ｇ／ｃｍ^３である時に換算した値を表1に、パルプのCSFが100ｍｌである時に換算した密度の値を表２に示した

表1に示したように、実施例１、２の本発明の方法で広葉樹の機械パルプを製造した場合、針葉樹の機械パルプである比較例３と同一密度条件下において、ほぼ同等の裂断長を示している。また、本発明以外の方法で製造した広葉樹の機械パルプである比較例１、２と比較して、実施例１、２では同一密度で明らかに裂断長が向上しており、本発明処方によって強度面に優れたパルプを製造することができた。

比散乱係数に関しても、本発明の方法で製造した広葉樹の機械パルプである実施例では、針葉樹由来の機械パルプである比較例３と比較して明らかに高い数値を示しており、高い光学特性を示した。また、本発明の以外の方法で製造された広葉樹の機械パルプである比較例１、２と比較しても、ほぼ同等の比散乱係数を示しており、広葉樹由来の機械パルプが持つ光学適正の優位性を保持していた。

表２に示しされるように、実施例１、２の本発明の方法で広葉樹の機械パルプを製造した場合、針葉樹の機械パルプである比較例３と比較して、同一ろ水度領域で低密度化しており、優位な嵩高性を示した。

以上の結果から、本発明の処方で製造した広葉樹由来の機械パルプは、従来品の持つ嵩高性、光学特性を維持した上で、大きな課題であった、強度面にも優れたパルプを製造することに成功した。

Claims

少なくとも、広葉樹チップを解繊してパルプ化する磨砕工程、磨砕工程で得られたパルプと粕を分級するスクリーニング工程、スクリーニング工程で分級された粕分を解繊しパルプ化する粕処理工程を含む広葉樹機械パルプの製造方法であって、
該磨砕工程において、粕が該磨砕工程出口の全パルプ絶乾重量換算で40〜70質量％となるように磨砕処理を行い、
該磨砕工程と該粕処理工程における電力原単位の比率が85／15〜60／40の範囲となるように加圧型シングルディスクリファイナーによるリファイニング処理を行い、
該スクリーニング工程において0.15〜0.2ｍｍのスリット幅を有するスリットスクリーンを用い、
該粕処理工程でリファイニング処理を行い得られたパルプと、該スクリーニング工程でスリットスクリーンを通過したパルプとを混合する、
ことを特徴とする広葉樹機械パルプの製造方法。
前記スクリーニング工程で分級された粕分を、粕処理工程で濃度20〜40固形分質量％でリファイニング処理することを特徴とした請求項１記載の機械パルプの製造方法。
請求項１〜２のいずれかに記載の方法にて製造された広葉樹機械パルプ。
請求項1〜２のいずれかに記載の方法にて製造された広葉樹機械パルプを含む紙。