JPS6261718B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は繊維材料をリフアイニング処理又は叩
解処理する場合にきわめて効率的なリフアイナー
素子に関する。

紙を製造する工程で叩解及びリフアイニングと
呼ばれる機械処理工程は非常に重要な工程であ
り、紙は機械処理によつて作られるといつても過
言ではない。この工程で繊維は離解、膨潤、フイ
ブリル化、切断等の作用を受け次第に柔軟になつ
て好ましい抄紙特性及び製品特性を獲得する。

機械処理のうち叩解とは一般に既に化学的処理
等によつて解繊された繊維の機械処理を呼ぶこと
が多く、パルプ濃度は10％以下であることが普通
である。リフアイニングという概念は比較的新し
くデイスクリフアイナーの導入以降のことで作用
としては叩解作用以外に解繊作用を同時に併せ持
つ。又処理時のパルプ濃度が50％程度にまで拡げ
得ることがこの処理の特徴である。しかしデイス
クリフアイナーを低濃度領域で化学パルプの機械
処理に用いることは一般的でこの場合にはリフア
イニングと叩解は同義である。したがつて現在で
はリフアイニングを製紙用繊維原料又は繊維の機
械的処理全般を含めた意味で使うことが多く以後
リフアイニングを広義に解釈して用いることにす
る。

リフアイナーを大別するとデイスク型、コニカ
ル型、ドラム型の３種がある。デイスク型リフア
イナーは通常相対する２つの円盤（デイスク）か
らなり、このデイスクに刃部及び溝部により構成
される金属製動作面を取り付ける。デイスクは一
方又は両方が回転し、繊維の懸濁液は両デイスク
間の狭い間隙を通過する際に前記動作面によつて
リフアイニングされる。

コニカル型リフアイナーはシエルとシエルの内
側で回転するローターから成り、シエルとロータ
ーの両方に金属製動作面を有する。

ドラム型リフアイナーは金属製動作面を有する
前二者と異なりストーンのシエルとローターから
なる円筒状のリフアイナーでこのローターに多数
の溝をきざんで刃部を形成している。シエルは一
般に四分割されていて各々にストーンがとりつけ
てあり、いずれも水圧でローターに押しつけられ
るようになつている。ストーンの材質は玄武岩又
は熔岩であるためにリフアイニング作用は金属製
動作面に比べておだやかなものであり、繊維の切
断、損傷が少ないので繊維の強度を充分に向上さ
せる特徴があるとされている。その反面、天然材
質であるために均質な材質の入手が困難であつた
り材質が磨耗し易く、品質管理、保守に問題があ
るとされており特殊な用途に使用されている。

繊維に対するリフアイニングの効果について
は、外部フイブリル化、内部フイブリル化、繊維
の切断等多くの知見が得られているが、リフアイ
ニング機構に関する知見は非常に乏しい。A.J.
Pearson等（Paperi ja Puu No.4a，241
（1978））による繊維に対するリフアイニング機構
は繊維の内腔が圧縮力によつて押しつぶされその
あと平らに変形した繊維を回転させる力によつて
リフアイニングが進むものと考えられている。又
繊維とリフアイナー動作面との作用については、
繊維と刃部、特に刃部のエツジとの作用が重要視
されており、溝部の作用については繊維の通路程
度の認識しかない。例えばGoncharov（Bumazh.
Pro.No.５，12―14（1971））は、デイスクリフア
イナーで未晒サルフアイトパルプをリフアイニン
グして刃部にかかる圧力を実測しているが、刃部
の先端部から2.5〜３mmの間に強い力がかかるこ
とを認めている。最適リフアイニング条件におけ
る刃部の先端部の圧力は35Kg／cm²に達するが、こ
の数値は刃部の全接触面積当りの圧力の13倍の大
きさである。この最大圧力領域で繊維は解繊、圧
壊、切断等の作用を集中的に受けることを認めて
いる。このようにリフアイナー動作面の刃部によ
る機械処理は、かなり局部的で、しかもその部分
ではかなり過酷な処理である。このため繊維は切
断される傾向が強く、又刃部の材質にも高い強度
と耐磨耗性が要求される。

リフアイナー類で繊維を処理する場合リフアイ
ナー動作面の刃部及び溝部の形状の違いにより繊
維は種々の形態、物性のものができ、それが製品
である紙の性質に大きな影響を及ぼす。このため
リフアイナー動作面の刃部及び溝部の形状につい
て種々検討されている（例えば特公昭47−23321
号公報、特開昭51−109310号公報参照）が、まだ
十分満足いくものとはなつていない。

又デイスク動作面の材質も繊維の形態に大きな
影響を及ぼすことが知られている。例えば、リフ
アイナー動作面全体を弾性係数約0.7×10²〜約
1.4×10³Kg／mm²の材料、特に合成樹脂を用いて作
る方法（特開昭49−117701号公報、米国特許第
3880368号明細書参照）では長繊維分の増加、パ
ルプ品質の改善が見られるが、材質的に強度が弱
いために金属片等の異物の混入によりデイスク動
作面が破損するなど、その耐用時間が著しく短い
ものとなりコスト高となる。

又リフアイナー類による繊維の機械的処理の基
本的な問題点はエネルギー効率が極端に低く、多
大の電力を消費する点である。

リフアイニング所要動力は、化学パルプで200
〜800KWh／Ｔであるが、機械パルプの製造の際
にはRMPで1400〜1800KWh／Ｔ，TMPでは
2000KWh／Ｔ以上にも達する。したがつてリフ
アイニング工程の省エネルギーは紙パルプ工業に
とつて非常に重要な課題である。これに関連した
技術をみると、リフアイナー動作面の刃部を金属
粒子を焼結した多孔質体で作成し、リフアイナー
動作面で繊維を処理することにより所要動力を節
減する方法（米国特許第3160355号明細書参照）
が知られているが、刃部であるため大きな強度と
耐久性を要求され、更に加工上、保守上の問題点
があるために実用化されていない。

本発明は、上記現状に鑑みてなされたもので、
その目的は繊維の機械的処理の所要動力を減少さ
せ、しかも品質の面でも優れたパルプを製造でき
るリフアイナー素子を提供することにある。

本発明者等はリフアイナー動作面の溝部に着目
し、その役割を詳細に検討した。リフアイナー動
作面は一般に刃部と溝部の形状、配列により原料
繊維の外周方向への流れの順に予砕（粗砕）領
域、中間（中砕）領域及び外周（精砕）領域に区
分されるが、溝部はリフアイナー動作面のかなり
の割合を占め、その機能としてはリフアイニング
作用を受ける繊維がデイスクの回転による遠心力
により又は原料繊維の押込み圧力によつてリフア
イナー動作面の外周側へ出るための通り道である
と考えられている。特にダブルデイスクリフアイ
ナーでは動作面の原料繊維は、反対方向に回転す
るデイスクの作用によりその遠心力は打消され、
溝部に沿つて繊維が移動すると言われているが、
リフアイナー動作面の形状の違いによつて繊維は
複雑な流動をするものと推定される。

本発明者等は、リフアイニング処理時のリフア
イナー動作面の溝部の繊維の詰まり現象について
詳細に検討し以下の結果を得た。

(i) リフアイナー動作面の形状による影響 強度の優れたパルプを作るリフアイナー動作面
ほど溝部内での繊維の詰まりは良好である。

(ii) 原料繊維の処理濃度による影響 処理濃度の高い方が溝部内での繊維の詰まりは
良好である。

リフアイナー動作面上での繊維へのリフアイニ
ング作用は対向する刃部と刃部のエツジにより繊
維は圧縮力をうけ、対向する刃部と刃部の上部表
面でせん断力を受けてリフアイニングが進むもの
と一般に言われているが、本発明者等の実験によ
れば溝部の繊維の詰まりの現象から単に刃部と刃
部の作用だけでなく、刃部とその対向する動作面
の溝部の繊維、溝部とその対向する動作面の溝部
の繊維との作用も有効なリフアイニング作用を及
ぼすために必要であることが考えられる。

リフアイナー動作面の溝部の機能は前記の様に
繊維の通り道と考えられているが、D.Atack（P.
P.M.C.conventional issue Ｔ―75（1963））によ
ればリフアイニング中に溝部に詰まつた底の部分
の繊維は新しく供給される繊維とほとんど入れ替
らず（固定又は滞留する）、新しく供給された原
料は溝部に詰まつた繊維の表面近くの領域を通つ
ていると報告されている。本発明者等は、上記
D.Atackと同様の実験を行ない上記結果を確認し
た。

本発明者等は強度の優れたパルプを作るリフア
イナー素子ほど溝部内での繊維の詰まりは良好で
あるとの先の実験結果を更に詳細に検討したとこ
ろ溝部の詰まりとリフアイニング条件（モーター
の電力負荷等）及び繊維の詰まりとパルプ強度と
の間には密接な相関関係があることを知得した。

すなわち本発明者等は、外周領域又は外周領域
と中間領域のリフアイナー動作面の溝部における
繊維の詰り、又は滞留の現象を利用して、溝部に
充填材を詰めたリフアイナー素子を用いてリフア
イニング条件とパルプ品質について種々検討した
結果、充填材を溝部に詰めたリフアイナー素子を
使用するリフアイニングにおいては従来のリフア
イナー素子に比較して所要動力を減少させ、しか
もパルプ品質の面でも優れたパルプを製造できる
リフアイナー素子であることを確認し本発明を完
成した。

本発明について概説すると本発明は外周領域又
は外周領域と中間領域の動作面が刃部及び溝部を
埋める充填材よりなり、かつ充填材の面は刃部の
面と等しいことを特徴とするリフアイナー素子に
存する。

本発明に適する充填材としては、充填の容易さ
及び加工性の面から熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂
を含む合成樹脂材料及びゴム材料が適している。
熱可塑性樹脂としては塩化ビニル系樹脂、塩化ビ
ニリデン系樹脂、ポリスチレン、ポリエチレン、
ポリプロピレン、ポリアミド（例えばナイロン―
６、―６，６、―11及び―12等）ポリカーボネー
ト、ポリアセタール、ポリスルホン、ポリエーテ
ルスルホン、飽和ポリエステル（例えばポリアル
キレンテレフタレート、ポリアリレート等）、ポ
リアリ―レンサルフアイド（例えばポリフエニレ
ンサルフアイド）、ポリフエニレンオキサイド、
変性ポリフエニレンオキサイド、ABS樹脂、ア
クリル系樹脂（例えばポリメチルメタクリレー
ト）、スチレン―無水マレイン酸エステル共重合
体、フツ素樹脂（例えばポリテトラフルオロエチ
レン）、ポリアミドイミド、ポリメチルペンテン
等が挙げられ、熱硬化性樹脂としてはフエノール
樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、アルキツド樹
脂、エポキシ樹脂、ポリウレタン樹脂、メラミン
樹脂、尿素樹脂、シリコーン樹脂、ポリイミド
〔例えば米国デユポン社製Vespel（登録商標）〕
等が挙げられ、又ゴム材料としてはエチレン―プ
ロピレン共重合体、エチレン―プロピレンターポ
リマー、硬質ゴム等が挙げられる。前記した充填
材の内で好適なものはナイロン、ポリウレタン樹
脂、エポキシ樹脂、高密度ポリエチレン、ポリプ
ロピレン、ポリカーボネート樹脂であり、これら
合成樹脂材料は一般の成形材料と同様に充填材、
顔料、触媒等を含むことができる。合成樹脂材料
及びゴム材料の選択の基準は充填材の充填の容易
さ、及び切削加工性の容易さの他に、リフアイニ
ング条件下で劣化しない材料及び耐磨耗性のある
合成樹脂材料及びゴム材料を選択することが好ま
しい。

リフアイナー動作面上での前記充填材を充填す
る溝部は前記した実験結果に基づき外周領域又は
外周領域と中間領域の溝部であり、チツプからの
解繊用リフアイナー素子等については動作面の外
周領域でよい。又相対する動作面の両面だけでな
く、その片面のみに充填してリフアイニング処理
効果を調整できる。

溝部の充填材の面は刃部の面と等しい、すなわ
ち両面は同一水平面にあるが、充填材の面はその
充填手段又は充填剤の硬化により個々の溝内では
微視的には山型又は谷型の面となる場合がある。

前記した構成を具備する本発明のリフアイナー
素子はその動作面の溝部における充填材の面が刃
部の面と等しいことにより、後記第６図〜第１０
図に示し、説明するように所要動力を減少させ、
しかも品質の優れたパルプを製造することが認ら
れた。

本発明によつて形成されるリフアイナー素子を
製造する場合、合成樹脂材料は種々の方法で溝部
に充填することができる。例えば合成樹脂は液体
状の単量体、プレポリマー又は溶融状態で溝部に
注入し、溝部の中で硬化（固化）させる方法、粉
末状又はペレツト状の合成樹脂を溝部に充填しそ
の後加熱によつて充填された合成樹脂を一旦溶融
し溝部の中で硬化させる方法、溝部の中で反応硬
化させる方法、溝部の大きさに加工した板状の合
成樹脂を溝部に詰める方法、金型で合成樹脂を押
しつけて溝部に詰める方法等がある。

本発明に係るリフアイナー素子の適用範囲はチ
ツプの解繊（RMP，TMP）はもとよりGP（砕木
パルプ）、RMP（リフアイナーメカニカルパル
プ）、TMP（サーモメカニカルパルプ）、CGP
（ケミグラウンドパルプ）、古紙パルプ、SCP（セ
ミケミカルパルプ）、SP（サルフアイトパル
プ）、KP（クラフトパルプ）、AP（アルカリパル
プ）等の製紙用原紙となる繊維材料のリフアイニ
ングに適用可能であり、リフアイニング処理濃度
は、低濃度（６％以下）、中濃度（６〜15％）、高
濃度（15％以上）と処理濃度に関係なく適用でき
ることは言うまでもない。又本発明が適用できる
繊維材料としては上記リグノセルロース材料以外
の天然有機繊維、又は無機繊維更には合成繊維、
合成パルプ等が挙げられる。又処理装置として
は、シングルデイスクリフアイナー、ダブルデイ
スクリフアイナー、フローテイングデイスクリフ
アイナー等のデイスク型リフアイナーに、又コニ
カル型リフアイナーに本発明のリフアイナー素子
を設置することができる。

次に本発明を図面に示す実施例について説明す
るが本発明はこれによりなんら限定されるもので
はない。

第１図は本発明の一具体例であるデイスク型リ
フアイナー素子、すなわちリフアイナーに取付ら
れ動作面となるプレートの外周領域の一部の斜視
図である。リフアイナー素子本体１は鋳鋼製であ
り、その前面、いわゆる動作面２に金属製刃部３
を有し、これら刃部の間に溝部４が存在する。こ
れら溝部は溝の底から刃部の上表面と同一の水平
面まで合成樹脂充填材５で充填され、具体的には
ペレツト状ナイロン―６を溝部に充填し、加熱に
より溶融硬化して形成される。

第２図は本発明の他の一具体例の動作面の一部
平面図であり、解繊を主な作用とする領域６（中
間領域）と叩解を主な作用とする領域７（外周領
域）から構成されるリフアイナー素子を示す。８
は金属製刃部であり、これら刃部の間に溝部９，
１０がある。このリフアイナー素子の溝部９，１
０の全面に合成樹脂を充填してもよく、又は外周
領域の溝部９のみに合成樹脂を充填したものでも
よい。

第３図はコニカル型リフアイナーの断面図、第
４図及び第５図は第３図のＡ―A′線における断
面図を示す。第３図、第４図及び第５図に示すコ
ニカル型リフアイナーのリフアイナー素子は鋳鋼
から作られていて軸１１上に固定されているロー
ター１２及びこのローターと相互作用し、同様に
鋳鋼から作られているステイター１３から構成さ
れている。ローター１２及びステイター１３はこ
れらの互に相対する外胴面１４，１５に金属製刃
部１６，１７を有する。これら刃部１６，１７の
間に存在する溝部１８，１９は第４図及び第５図
に示すように刃部の上表面まで合成樹脂充填材２
０を有する。又第４図はローター１２及びステイ
ター１３の両側の溝部１８，１９に合成樹脂充填
材２０を有し、第５図はローター１２の溝部１８
のみに合成樹脂充填材２０を有する。

次に本発明のリフアイナー素子の効果について
詳しく説明する。

スプラウト・ワルドロン社の17804型プレート
の外周領域及び中間領域の溝部にナイロン―６、
及びポリプロピレンをそれぞれ充填し、溝部の深
さ０mm、１mm、２mm、3.8mm（充填材なし）の４
種類（計７種）のプレートを作り、このプレート
をそれぞれ熊谷理機工業(株)製12インチシングルデ
イスクリフアイナーに取付け、各リフアイナーで
パルプ濃度６％及び15％のRMPパルプを処理
し、リフアイナー処理後のパルプの24メツシユオ
ンと未選フリーネス、裂断長と精選フリーネスの
関係、比引裂強さと精製フリーネスの関係、裂断
長と消費電力の関係、比散乱係数と消費電力の関
係を溝部の深さについてそれぞれ第６図〜第１０
図のグラフに示す。各グラフにおいて―×―は溝
部の深さ０mm、―▲―は１mm、―■―は２mm、―
●―は3.8mm（充填材なし）の場合を示す。

上記の結果よりパルプ濃度６％（低濃度領域）
では、溝部の深さの影響は溝部の深さが浅いほど
24メツシユオン、裂断長、比引裂強さは増大し、
充填材の材質ナイロン―６、ポリプロピレンの有
意差は認められなかつた。パルプ濃度15％（高濃
度領域）では消費電力と強度を比較した場合溝部
の深さが浅いほどパルプ強度は増大し、比較乱係
数への溝部の深さの効果は１mm＞２mm＞3.8mmの
順であり、充填材の材質ナイロン―６、ポリプロ
ピレンには有意差はなかつた。

以上の説明から明らかなように本発明によれば
リフアイナー素子の動作面の外周領域又は外周領
域と中間領域の溝部に、充填材の面が刃部の面と
同一になるように充填材を充填することによりパ
ルプ品質の改善及び消費電力の節減等の効果が奏
されるので紙パルプ工業に益するところが大であ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一具体例であるデイスク型リ
フアイナー素子の一部の斜視図、第２図は本発明
の他の一具体例の動作面の一部平面図、第３図は
コニカル型リフアイナーの断面図、第４図及び第
５図は第３図のＡ―A′線における断面図で第４
図はローター及びステイターの両側の溝部に充填
材を有する場合、第５図はローターの溝部のみに
充填材を有する場合を示す。第６図はリフアイナ
ー出パルプの24メツシユオンと未選フリーネスの
関係、第７図は裂断長と精選フリーネスの関係、
第８図は比引裂強さと精選フリーネスの関係、第
９図は裂断長と消費電力の関係、第１０図は比散
乱係数と消費電力の関係を溝部の深さについて示
すグラフである。第６〜１０図のグラフにおいて
―×―は溝部の深さ０mm、―▲―は１mm、―■―
は２mm、―●―は3.8mm（充填材なし）の場合を
示す。 図中１…リフアイナー素子本体、２…動作面、
３…金属製刃部、４…溝部、５…充填材、６…解
繊を主な作用とする領域、７…叩解を主な作用と
する領域、８…金属製刃部、９，１０…溝部、１
１…軸、１２…ローター、１３…ステイター、１
４，１５…ローター及びステイターの外胴、１
６，１７…金属製刃部、１８，１９…溝部、２０
…充填材。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 外周領域又は外周領域と中間領域の動作面が
   刃部及び溝部を埋める充填材よりなり、かつ充填
   材の面は刃部の面と等しいことを特徴とするリフ
   アイナー素子。 ２ 充填材が相対する動作面の両面又は片面の溝
   部に設けられる特許請求の範囲第１項記載のリフ
   アイナー素子。 ３ リフアイナーの型式がデイスク型、コニカル
   型である特許請求の範囲第１項記載のリフアイナ
   ー素子。 ４ 充填材が合成樹脂又は繊維強化合成樹脂であ
   る特許請求の範囲第１項記載のリフアイナー素
   子。