JPH08504894A - メカニカルパルプおよびケミメカニカルパルプの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 紙または板紙製品製造用のメカニカルパルプまたはケミメカニカルパルプをリグノセルロース含有原料から８５％より大きい収率で製造する方法。原料を少なくとも２段階の機械的処理にかける。最初の段階にかけるとき、原料はリグニンの軟化温度より低い温度を有する。原料を少なくとも１つの次の処理段階に供給するとき、原料はリグニンの軟化温度より高い温度を有する。

Description

【発明の詳細な説明】 メカニカルパルプおよびケミメカニカルパルプの製造方法 本発明は、リグノセルロース含有原料から紙または板紙製品製造用のメカニカ ルパルプおよびケミメカニカルパルプを８５％より高い収率で製造することに関 する。 メカニカルパルプ（例えばＴＭＰ）またはケミメカニカルパルプ（例えばＣＴ ＭＰ）は今日、蒸気処理したチップをいろいろなタイプのディスクリファイナー 中でリファイニングする数種の異なる方法で製造されている。いろいろな板紙タ イプの印刷用紙または包装材用パルプの製造においては、リファイニングを通常 １段階以上で行う。第１段階は通常、加圧下で行う。すなわち、リファイニング を１００℃を超える温度で、通常リグニンのいわゆる軟化温度（Ｔｇ）であるか それよりもほんの少し低い温度で行う。従来は、次のリファイニング段階の圧力 および温度を第１のリファイニング段階と同じレベルに保つかまたは、後のリフ ァイニング段階を加圧せず、すなわち、最初の段階における温度よりも低い温度 で、通常はリグニンの軟化温度またはそれよりも低い温度の系で行ってきた。 リグニンの軟化温度（メカニカルパルプおよびケミメカニカ ルパルプ製造方法におけるチップのリファイニングにおいて重要な要素であるこ とが判明している）は最近数１０年間に、多数のタイプの当該木材に対する多く の科学研究において測定されてきた。それらの研究においては、粘弾性パラメー タの測定のための標準装置および従来の測定原理が使用されてきた。木材の場合 、他の粘弾性物質の場合と同じように、軟化温度は測定時の負荷回転数と共に変 化する。負荷回転数が高ければ、軟化温度は上昇する。リファイナーに通常適用 される処理回転数において、針葉樹の軟化温度は１２５℃〜１４５℃の間である と測定されたが、我々の最も通常の広葉樹タイプの軟化温度はそれよりいくらか 低いものであることが判明した。軟化温度はいろいろな化学物質を加えることに より変化させ得る。例えばサルファイトタイプの通常のリグニン軟化物質に含浸 させると、軟化温度を下げることができる。 比較的高い全電力量が前述のタイプのパルプを製造するのに必要である。例え ば、針葉樹からの新聞紙用のパルプの製造には２０００ｋＷｈ／パルプ１トンま でが必要であり得る。ＴＭＰ方法における電力消費量を下げようとする試みを目 的として最近行われた多くの研究において、最初の処理フェーズが、い ろいろな変法の全電力消費量および得られるパルプの性質にとってかなり本質的 であることが判明した。このことは、リファイニング工程における全電力消費量 のほんの少量しかチップから個々の遊離ファイバーへの転換（離解とも呼ばれる ）に適したファイバーの分離目的に使用されないという事実にもかかわらず、適 用されるように思われる。 しかしながら、リグニンが豊富なチップ部分が効果的に熱または化学的に軟化 される結果としてエネルギー的に有効なファイバー分離が必ず低い全電力消費量 となるとは判明していない。逆に、低エネルギーの軽度ファイバー分離から開始 されるＴＭＰ変法ではしばしば高い全エネルギー入力が必要であることが判明し ている。 この状況は以下の事実から起こるように思われる。木材リグニンの軟化温度よ り高い温度で離解して得られる、軽度（ｍｉｌｄ）に分離されてはいるが処理さ れていないファイバーはリファイニング工程における連続作業の間にフィブリル 化されにくい。このフィブリル化はファイバーの可撓性を所期のレベルに増加さ せ、良好なＴＭＰ品質を特徴付ける微細な原料を生じさせるのに必要である。他 方、最初および連続リファイ ニング工程の間に木材リグニンの軟化温度より低い温度で徹底的に処理をすると 、容易に長繊維含量が低下し、そのことによりパルプの強度性能が悪化する。こ の現象は多くの場合、品質の観点から許容できない。ＴＭＰ方法においてエネル ギー消費量が所定レベルより減少すると、一般に得られるパルプの特定の品質性 能が劣化し、例えば、長繊維含量が低下し、引裂強さおよび引張強さが低下し、 結束繊維含量が増加する。したがって、ＴＭＰ−およびＣＴＭＰ−方法において エネルギー消費量が高いことは所望のパルプ性能を達成するために必要であった 。 驚くべきことには、メカニカルパルプおよびケミメカニカルパルプ製造方法に おいて低エネルギー消費量と品質性能の保持とを組合せることが可能であること が今や判明した。本発明は機械的処理（例えばリファイニング）を少なくとも２ 段階で行う前記方法に関する。本発明によれば、原料の温度を、第１処理段階に 供給されるときにはリグニンの軟化温度よりも低い温度としかつ少なくとも１つ の次の処理段階に供給されるときにはリグニンの軟化温度を超える温度とする。 本発明を、いくつかの適当な実施態様および実施例ならびに図１〜８を参照して 、以下に詳細に説明する。 本発明のＴＭＰ方法において、リファイニングは少なくとも２つの段階で行な う。第１段階において、チップをリファイナーにリグニンの軟化温度より低い温 度で供給し、その後比較的強い条件下、例えば、少なくとも１２００ｒｐｍの速 度のダブルディスクリファイナーまたは、リファイナーのディスク間に高い相対 速度（少なくとも１８００ｒｐｍ、好ましくは少なくとも２４００ｒｐｍ）を有 するシングルディスクリファイナーで行なう。第１段階におけるエネルギー入力 は、リファイニングにおいて後で強度を潜在的に増大させ得るようにパルプの長 繊維含量がかなり悪化しないような低レベルに選択する。したがって、第１段階 の後のパルプのろ水度（ＣＳＦ）は高く、好ましくは＞５００ｍｌである。次の リファイニング段階はファイバー原料のリグニンが十分軟化される条件下で行な う。この場合、ファイバー原料をリファイナーにリグニンの軟化温度を超えた温 度で供給する。原料が化学物質で処理されていない針葉樹から成る場合、温度は １５０℃を超え、適当には１６０℃を超え、好ましくは１７０℃を超えねばなら ない。原料を化学物質で処理したときは、温度は１３５℃を超え、適当には１５ ０℃を超え、好ましくは１６０℃を超えねばならない。 温度の上限については、ファイバー原料が暗く着色するので２００℃を超える温 度は避けなければならない。処理回転数は、十分軟化したファイバー原料の処理 において高い（相対速度少なくとも２４００ｒｐｍ）のが好ましく、エネルギー の観点から特に好ましいことが判明している。 第１および続く処理段階のそれぞれにおける供給時点での原料の温度差は少な くとも１５℃、適当には少なくとも２５℃、好ましくは少なくとも３５℃でなけ ればならない。 本発明の方法において、原料中の裂断および裂断の徴候は、最初、リグニンが 豊富でないファイバーの壁の層と導かれる。その後、最終リファイニングの間に 、ファイバー原料は、木材リグニンの軟化温度より高い温度で、リグニンが豊富 な領域中に低いエネルギー入力で分離し得るという公知の事実を使用し得る。裂 断は最初、リグニンが豊富ではない部分に導かれ、フィブリル化するのが難しい リグニンが覆われた表面を有するファイバー原料は生じない。これは、以前、印 刷用紙または板紙製品用のメカニカルパルプの製造においてリグニンの軟化温度 より高いリファイニング温度を使用しようとするとき大きな問題であった。最初 の裂断領域とリグニンが豊富なファイバーの 中間層の間の領域からの微細な原料もまた、後のリファイニング段階においてリ グニンの軟化温度よりも高い温度で容易に放出される。以上のことにより、この 処理段階および本発明の処理全体における特定のろ水度（ＣＳＦ）に対する低い 全エネルギー消費が説明できる。さもなければ、微細な原料の製造は、従来技術 を使用するメカニカルパルプ処理の最も多くのエネルギーを必要とする部分であ る。実施例 トウヒ類チップから、良好に装備された試験プラントの２０″シングルディス クリファイナー中で２段階のリファイニングの後にサーモケミカルパルプを製造 した。チップを１１５℃、すなわちリグニンの軟化温度よりも低い温度で約３分 間予熱した後に、第１のリファイニング段階（離解）を行った。リファイナーを ３０００ｒｐｍのモーターで作動させ、最初の離解があまり軽度な条件下で起こ らないようにした。最初の段階において適用したエネルギー入力は６４０ｋＷｈ ／ｔであり、それによりろ水度（ＣＳＦ）５１８ｍｌのパルプが得られた。第２ のリファイニング段階において、条件を以下の表のように変化させた。 ｘ）予熱時およびリファイナーへの供給時の温度 異なる条件の効果を図１〜６に示す。最も基本的なパルプ性能を評価し、以下 のように解説する。図１ 図１はエネルギー消費量を関数としてろ水度を示す。第２リファイニング段階 をリグニンの軟化温度より高い温度で行うことにより、リファイニングにおける 特定のろ水度のためのエネルギー入力をリグニンの軟化温度よりも低い温度での 従来の第２リファイニング段階と較べてかなり減少させ得ることが明らかである （試験ＡとＢとを比較）。加えて、速度を１５００から３０００ｒｐｍまで上げ るとエネルギーはさらに減少する（試験Ｂと試験ＣおよびＤを比較）。図２ 図２はエネルギー消費量を関数として結束繊維含量を示す。第２段階リファイ ニングをリグニンの軟化温度よりも高い温度 で行うことにより、リグニンの軟化温度よりも低い温度でのリファイニングに較 べて、特定のエネルギー入力において結束繊維含量が明らかに低くなることが明 らかである（試験Ａと試験Ｂ〜Ｄとを比較）。この場合でも、より高い速度では 最も好ましい値が得られた。このことにより、本発明の条件を使用することによ りさらに有利であることが判明した。図３ 図３はろ水度を関数として長繊維含量を示す。パルプの長繊維含量は一般に、 本発明の条件のリファイニングにおいてエネルギーが大きく減少するにもかかわ らず、ろ水度が１５０〜２００ｍｌに下がるまでずっと保たれ得ることが明らか である。図４ 図４はろ水度を関数として引裂指数を示す。パルプの引裂指数は、本発明のリ ファイニングにおいてエネルギーが大きく減少するにもかかわらず、ろ水度が１ ５０〜２００ｍｌに下がるまでずっと保たれ得ることが明らかである。図５および図６ 図５および図６は、ろ水度を関数として、それぞれ、引張指数および光散乱を 示す。全ての被験パルプはろ水度を従来通り に評価したときと同様に引張指数および光散乱係数をそれぞれ示すことが明らか である。 記載された試験とその試験の参照と同時に、本発明の条件と逆のリファイニン グ処理を、第１段階リファイナーへの供給時の温度がリグニンの軟化温度よりも 高いリファイニング段階から開始したとき、エネルギー消費およびパルプの品質 がどのように影響を受けるのかも調査した。この場合でも、トウヒ類チップから サーモケミカルパルプをシングルディスクリファイナーにより２段階でリファイ ニングした後に製造した。第１のリファイニング段階をリグニンの軟化温度より も高い温度で、試験において前に使用した同じ装置中で行った。第１のリファイ ニング段階の条件および特定のエネルギー入力でリファイニングした後のろ水度 を以下の表に示す。 ｘ）予熱時およびリファイナーへの供給時の温度 大気条件下リグニンの軟化温度よりも低い温度において２０″リファイナー中 で行われた第２のリファイニング段階において、ろ水度を印刷用紙パルプにとっ て興味深い範囲まで下げた。この場合のリファイナーの速度は１５００ｒｐｍで あった。 異なる条件のエネルギーの消費量および光散乱許容度への効果は図７および８ から明らかである。図７および８はそれぞれ、エネルギー消費量を関数としてろ 水度およびろ水度を関数として光散乱を示す。図７ 図７は、ＴＭＰ方法をリグニンの軟化温度よりも高い温度でのリファイニング 段階から開始したとき、エネルギー消費が本発 明の条件で得られたものよりかなり高いことを示す（図１と比較）。図８ 図８は、ＴＭＰ方法をリグニンの軟化温度よりも高い温度でのリファイニング 段階から開始したとき、光散乱係数が本発明の条件で得られたものよりかなり低 いことを示す（図６と比較）。したがって、本発明に従って製造したパルプは明 らかに、光散乱係数が所望の光学性能を達成するのに十分に高くなければならな い印刷用紙パルプとして使用するのに最も適している。 記載した実施例は明らかに、低エネルギー消費の本発明の条件でメカニカルパ ルプを製造することができると同時に、結束繊維含量、長繊維含量、引裂強さ、 引張強さおよび光散乱のような基本性能として、このタイプのパルプの高い要求 を満たす。例えば、新聞用紙を製造するときのエネルギー消費量を、従来の製造 法に較べて約４０％減らすことができる。 本発明の方法において、次のリファイニング段階のリグニンの軟化温度よりも 高い温度での暗い着色を防ぐために化学物質を有利に、第１リファイニング段階 の間またはその後に添加し得る。化学物質は漂白効果を有し得る。このような化 学物質の 例は亜硫酸ナトリウム、亜硫酸水素ナトリウム、亜ニチオン酸ナトリウム、過酸 化物等である。 本発明によれば、最初の処理は、リファイナーの他に、グラインダー、圧縮ス クリューまたは他のメカニカル処理装置中で行い得る。 処理した原料から分離したリジェクト部分をさらにメカニカル処理にかけると き、リグニンの軟化温度よりも高い温度を有するこのリジェクトを少なくとも１ つの次の処理段階に供給する。 本発明はもちろん、示した実施例に限定されるべきではなく、発明の思想の範 囲において変更し得る。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ベツク，ローランド スウエーデン国、エス‐860 20・ニユー ルンダ、ボルフランベーゲン・12 (72)発明者 ダニエルソン，オーベ スウエーデン国、エス‐114 45・ストツ クホルム、ニユベルイスガータン・８ (72)発明者 フアルク，ボー スウエーデン国、エス‐175 43・イエー ルフエーラ、アフテイクニングスベーゲ ン・46

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． リグノセルロース含有ファイバー原料から紙または板紙製品製造用のメカ ニカルパルプおよびケミメカニカルパルプを８５％より高い収率で製造するため の少なくとも２段階の機械的処理を含む方法であって、原料が、第１の処理段階 に供給されるときにはリグニンの軟化温度よりも低い温度を有し、少なくとも１ つの次の処理段階に供給されるときにはリグニンの軟化温度よりも高い温度を有 することを特徴とする方法。 ２． 第１の段階に供給されるときと少なくとも１つの次の段階に供給されると きの間の原料の温度差が少なくとも１５℃、適当には少なくとも２５℃、好まし くは少なくとも３５℃であることを特徴とする請求項１に記載の方法。 ３． 原料が化学物質で処理されていない針葉樹から成り、少なくとも１つの次 の段階に供給するときの原料の温度が１５０℃を超え、適当には１６０℃を超え 、好ましくは１７０℃を超えることを特徴とする請求項１または２に記載の方法 。 ４． 原料が化学物質で処理されており、少なくとも１つの次の段階に供給する ときの原料の温度が１３５℃を超え、適当に は１５０℃を超え、好ましくは１６０℃を超えることを特徴とする請求項１また は２に記載の方法。 ５． 少なくとも１つの次の段階における機械的処理をリファイナーで行うこと を特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。 ６． 全ての処理段階をリファイナーで行うことを特徴とする請求項１〜５のい ずれか１項に記載の方法。 ７． リグニンの軟化温度よりも高い温度を有する機械的処理した原料から分離 したリジェクト部分を少なくとも１つの次の処理段階に供給することを特徴とす る請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法。 ８． 第１の処理段階を少なくとも１２００ｒｐｍの速度のダブルディスクリフ ァイナー中または少なくとも１８００ｒｐｍ、好ましくは少なくとも２４００ｒ ｐｍの速度のシングルディスクリファイナー中で行うことを特徴とする請求項１ 〜７のいずれか１項に記載の方法。 ９． 少なくとも１つの次の段階を少なくとも２４００ｒｐｍの相対速度のリフ ァイナー中で行うことを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の方法。 １０． 亜硫酸ナトリウム、亜硫酸水素ナトリウム、亜二チオン酸ナトリウム、 過酸化物等のような白色度保持化学物質または漂白化学物質を第１の処理段階の 後またはその間に添加することを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載 の方法。