CN101680166A - 印刷旧纸的脱墨方法 - Google Patents
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Abstract
本发明的目的是在以含有粘着物的印刷旧纸为原料的脱墨纸浆的制造中，防止粘着杂质的微细化、降低排水的COD、且残留油墨量少的脱墨纸浆的制造。在含有粘着物的印刷旧纸的脱墨纸浆的制造时的油墨剥离工序中，优选添加相对于绝对干燥纸浆为0.1～1.5质量％的结晶性层状硅酸盐的无水物，在pH7.0～9.9中进行油墨剥离处理。本发明中，一般在粘着杂质的降低中是有效的，即使在油墨剥离性差这样的从弱碱性到中性范围的条件下进行脱油墨处理，也可以制造残留油墨少的脱墨纸浆。
Description
技术领域
本发明涉及由印刷了的旧纸制造脱墨纸浆的方法。
背景技术
近年来，从节约资源或地球规模的环境保护观点考虑，旧纸的再生利用受到关注，其中对旧纸进一步进行高度处理，扩大再生利用的范围，成为造纸业界的极为重要的课题。作为其中的一个方向对印刷旧纸的印刷油墨进行脱墨、除去，制造残留油墨少的纸浆，根据需要与原纸浆混合，制造新纸。
但是，在脱墨纸浆制造中的疏解处理或油墨剥离处理中，通常是在pH超过10的高碱性条件下施加高剪切力，因此混入旧纸中的压敏粘合剂、粘结剂、粘合带、杂志的背胶、聚氯乙烯绝缘带等的杂质微细化，即使通过之后的筛、清洗器等这样的精选处理也很难完全去除。如果脱墨纸浆中混入微细化的杂质，使用脱墨纸浆造纸时就会出现破纸等机械故障，或引起纸中掺有杂质等纸的品质降低。并且，由于在碱性条件下施加高剪切力，存在如下问题：排液的化学需氧量(COD，chemical oxygen demand)增加，而且由于纸浆纤维损坏而导致滤水度降低、机器运行性恶化，进而成为体积(bulk)低的光学适应性差的纸浆。
紙パ技協紙第49卷(1)121～130页(非专利文献1)中，提出如下方案：通过在低温、中性下疏解印刷旧纸而防止杂质的微细化、用筛等将杂质以大的状态去除后，在高碱性条件下剥离油墨的方法。但是，虽然关于杂质可期待改善，但由于在高碱性条件下赋予纸浆以高剪切力，关于COD的降低不能期待。
对于这些课题，有人提出了以下的方法：减少脱墨纸浆(DIP，deinked pulp)制造中的碱性试剂，通过中性化防止混入旧纸中的杂质的微细化，且降低排液的COD。但是碱性试剂的减少引起油墨剥离性的降低，损害最终纸浆的品质。因此特开平11-200269号公报(专利文献1)中提出了以下方法：采用对在碱性件下熟化了的印刷旧纸进行加酸中和的方法，通过在中和后或与中和同时施加高剪切力而制造残留油墨少的DIP，且降低来自DIP制造工序的排液的COD。但是，在碱熟化了的旧纸的中和中使用酸使成本上升。
特许第3260211号公报(专利文献2)中公开了具有脱油墨性能的结晶性硅酸盐。但没有公开在从弱碱性到中性范围的难以脱油墨的条件下对其进行使用。
专利文献1：特开平11-200269号公报
专利文献2：特许第3260211号公报
非专利文献1：紙パ技協紙第49卷(1)121～130页
发明内容
本发明的课题是，通过在从弱碱性到中性范围的条件下进行油墨剥离处理，防止杂质的微细化，降低排水的COD，并且残留油墨少的脱墨纸浆的制造方法。
为了解决上述课题，本发明人等对在从弱碱性范围到中性范围的条件下，以印刷旧纸作为原料的脱墨纸浆的制造方法进行了专心研究。其结果发现，在油墨剥离工序中添加结晶性层状硅酸盐的无水物，通过以pH7.0～9.9进行从纸浆剥离油墨的处理，可以有效地达到目的。
通过在油墨剥离工序中使用结晶性层状硅酸盐的无水物，与通常使用的pH超过10的高碱性范围相比，即使在油墨剥离性差的从弱碱性到中性范围的条件下进行脱油墨处理，也可以制造残留油墨量少的纸浆。另外，通过在从弱碱性到中性范围的条件下进行脱油墨处理，粘着杂质没有被过度微细化，因此可以提高在之后的除尘工序中的粘着杂质去除效率，且可以降低排液的COD。
具体实施方式
作为本发明的脱墨纸浆的原料的旧纸包括：报纸，传单，杂志，书籍，办公用纸，其他复印机、OA机器所产生的印刷纸等。特别是：含有压敏粘合剂、粘结剂、粘合带、杂志的背胶等的粘着物的杂志旧纸等也可作为本发明的脱墨纸浆的原料使用。
通常，在脱墨纸浆的制造中，进行如下处理：添加碱性试剂及表面活性剂进行旧纸的疏解的疏解处理；在机械剪切与碱性条件下从纸浆中剥离油墨的油墨剥离处理；将从纸浆中分离的油墨除去的浮选处理及/或洗涤处理；通常脱水至10～35质量％的纸浆浓度后，添加碱性试剂、过氧化氢、及/或表面活性剂从纸浆中进一步剥离油墨的碱浸渍处理；以及再次的浮选处理及/或洗涤处理。之后，以除尘工序(杂质除去工序)中除去杂质。
在本发明中，必须在油墨剥离工序中添加无水物的结晶性层状硅酸盐。本发明中所谓的“油墨剥离工序”，是指通过给予机械剪切而剥离附着于纸浆纤维上的油墨的工序，具体来说，是指通过上述的疏解处理、碱浸渍处理(也称熟化处理)及利用机械剪切的油墨剥离处理。结晶性层状硅酸盐也可以在以上任何一个处理中添加。
在本发明中通过抑制碱性试剂的添加量，在从pH7.0～9.9、优选pH7.0～9.5的从弱碱性范围到中性范围的条件下进行油墨剥离。在pH比7.0低的情况下，旧纸的疏解性、油墨剥离性显著降低，因此不希望。另外，在pH超过9.9的情况下，旧纸疏解时的碱性增强，粘着杂质的微细化被促进，排液的COD显著增加，因此不优选。
在本发明的疏解处理中，可以使用高浓度碎浆机、低浓度碎浆机及圆筒式碎浆机的任意一种，但优选使用高浓度碎浆机进行疏解处理。另外，关于疏解处理时的温度，优选在60℃以下、更优选在50℃以下进行，但不限于此。
在利用机械剪切的油墨剥离处理中，使用捏合机、分散机及精炼机中的任何一种都可以。
在本发明中使用的结晶性层状硅酸盐的无水物，优选使用通式Na2O·2SiO2、K2O·2SiO2等表示的结晶性层状硅酸盐的无水物，但是并不限定于此。通常在油墨的剥离中使用的硅酸盐(水玻璃等)是非结晶状态，并不具有定形的结晶结构。与此相对，本发明使用的结晶性层状硅酸盐的无水物，具有如下面的[化学式1]所示的结构，分子的基本结构由硅酸盐层(SiO4)和其周围的钠离子或钾离子构成，具有盘状的层重叠形成的层状结构，具有δ型的结晶结构。这种结晶性层状硅酸盐与其他的结晶性硅酸盐相比，金属离子捕获能力格外高。
[化学式1]
在本发明中使用的结晶性层状硅酸盐的无水物，优选以固体、或悬浊液状态添加，但不限定于此。
另外，优选粒径在600μm以下。但不限定于此，更优选使用粒径在60μm以上、100μm以下的物质。
在本发明中使用的结晶性层状硅酸盐的无水物的添加量，优选相当于绝对干燥纸浆重量的0.1～1.5质量％、更优选0.1～1.0质量％。通过使添加量为0.1质量％以上，可以使旧纸的疏解性、油墨剥离性更良好。另外，通过使添加量为1.5质量％以下，可以防止旧纸疏解时的碱性变得过强，抑制粘着杂质的微细化、COD的显著增加。
与结晶性层状硅酸盐的无水物并用的碱性试剂，可使用苛性钠、氢氧化钾、硅酸钠、碳酸钠中的至少一种以上。另外，作为脱墨剂可以使用任意种类的脱墨剂，但是更优选主成分由长链烷和与聚环氧乙烷及/或聚环氧丙烷构成的表面活性剂、即高级醇类脱墨剂。
疏解处理、或油墨剥离处理结束后，可以根据希望添加脱墨剂、漂白剂、螯合剂、凝聚剂等的浮选助剂等进行浮选处理或洗涤处理。另外，在此之后可以进行杂质除去工序。由于在这几个步骤中不对纤维、杂质施加高剪切力，pH保持中性也可碱性也可。但是，由于纸浆纤维在碱性条件下的时间短，因此希望的是，在中性下进行处理提高COD的降低效果。杂质除去工序在疏解处理之后及/或油墨剥离处理之后进行也可。
通过本发明的方法制造的脱墨纸浆，由于降低了粘着杂质，因此在制造含有脱墨纸浆的纸时，由粘着杂质引起的破纸等缺陷的发生受到抑制、可减轻操作故障，能够确保稳定的生产率。另外，含有本发明的脱墨纸浆的纸，纸面上的污物(黑点、灰尘等)少，产品品质优异。在本发明的脱墨纸浆的制造方法中，由于纸浆纤维的膨润、损伤受到抑制，纤维的滤水性、强度不降低，因此，可以得到体积、不透明度、刚度良好，且印刷适应性优异的纸。
含有本发明的脱墨纸浆的纸，例如可以作为印刷用纸、信息记录用纸、加工用纸、卫生用纸等进行使用。而且，也可作为涂布纸、信息记录用纸、加工用纸等的具有含颜料的涂布层的纸的原纸进行使用。
作用
通过使用结晶性层状硅酸盐的无水物，即使在从弱碱性到中性范围的条件下进行脱油墨处理，也可以制造未剥离油墨少的脱油墨纸浆。作为其理由，可认为，使用结晶性层状硅酸盐产生的对油墨的研磨效果、及结晶性层状硅酸盐粒子表面的溶解产生的局部pH上升对油墨剥离的促进。
实施例
以下，举出实施例更具体的示出本发明，但本发明并不限定于这些实施例。对于实施例及比较例得到的脱墨纸浆，对下述项目进行测定、评价。
<残留油墨的测定>
使用150目(mesh)(φ0.1mm)对纸浆中的游离油墨进行洗涤除去直到滤液达到澄清后，根据JIS P 8222制作手抄纸张，使用薄层色谱扫描仪2000(アポジ一テクノロジ一社制造、夹杂物测定装置)测定纸张表面残留的油墨的面积率。
<COD的测定>
基于JIS K 0102测定从分散机出口采集的脱墨纸浆浆料的滤液的COD，以单位重量的绝对干燥纸浆的COD(COD(kg)/绝对干燥纸浆重量(t))来表示。
<粘着杂质个数及面积>
根据以下所示的在特愿2006-95937号中公开的粘着杂质测定方法，测定粘着杂质个数及面积。
将绝对干燥重量1kg的脱墨纸浆调制成低浓度的浆料，使用具有0.15mm裂缝宽度的试验用平筛分离杂质。用玻璃纤维类滤纸(以下简称甲)过滤这些杂质，将滤纸上的杂质干燥后，将纤维素纤维类滤纸(以下简称为乙)覆盖上面以夹住杂质。加热至105℃，立即以3.5kg/cm2加压5分钟。接着把甲与乙在杂质附着面剥下，对附着于甲的粘着杂质(低粘着性杂质)、及附着于乙的粘着杂质(高粘着性杂质)用0.01％的油蓝-N的乙醇溶液进行染色。染色后，将试样在水/乙醇＝50/50的混合溶液中洗涤5分钟。洗涤重复2次。将试样干燥后使用夹杂物测定装置(アポジ一テクノロジ一社制Spec Scan2000)，计算附着于甲及乙上的粘着杂质的个数及面积。
实施例1
使用容量2L的具有旋转数可任意变更的搅拌叶片的碎浆机进行以下的实验。在碎浆机中加入包含80质量％的报纸旧纸及20质量％的杂志旧纸(更系雑誌古紙)的印刷旧纸。其中再加入清水和试剂使纸浆浓度达到15质量％。作为试剂，分别基于旧纸重量添加0.3％的苛性钠、0.1％的结晶性层状硅酸盐的无水物(商标プリフイ一ド、トクヤマシルテツク社制)、及0.2％的高级醇类的脱墨剂(商标DI-7027、花王株式会社制)。使温度为40～50℃，以400rpm进行15分钟疏解。接着，经由粗选筛、浮选机、精选筛、分散机而制造脱墨纸浆。将由此得到的脱墨纸浆使用150目(φ0.1mm)进行洗涤直到滤液达到澄清。残留油墨及COD的测定结果示于表1。
实施例2
在实施例1中，作为使用试剂，分别添加以对旧纸重量的比例计为0.3％的苛性钠、0.3％的结晶性层状硅酸盐的无水物、0.2％的高级醇类的脱墨剂(商标DI-7027、花王株式会社制)，除此之外与实施例1同样进行处理。结果示于表1。
实施例3
在实施例1中，作为使用试剂，分别添加以对旧纸重量的比例计为0.3％的苛性钠、0.5％的结晶性层状硅酸盐的无水物、0.2％的高级醇类的脱墨剂(商标DI-7027、花王株式会社制)，除此之外与实施例1同样进行处理。结果示于表1。
比较例1
在实施例1中，作为使用试剂，分别添加以对旧纸重量的比例计为1.0％的苛性钠、1.0％的3号硅酸钠(纯度)、0.2％的高级乙醇系的脱墨剂(商标DI-7027、花王株式会社制)，除此之外与实施例1同样进行处理。结果示于表1。
比较例2
在实施例1中，作为使用试剂，分别添加以对旧纸重量的比例计为1.0％的苛性钠、0.2％的脱墨剂(商标DI-7027、花王株式会社制)，除此之外与实施例1同样进行处理。结果示于表1。
比较例3
在实施例1中，作为使用试剂，分别添加以对旧纸重量的比例计为0.1％的苛性钠、0.2％的高级醇类的脱墨剂(商标DI-7027、花王株式会社制)，除此之外与实施例1同样进行处理。结果示于表1。
比较例4
在实施例1中，作为使用试剂，分别添加以对旧纸重量的比例计为0.3％的苛性钠、0.2％的高级醇类的脱墨剂(商标DI-7027、花王株式会社制)，除此之外与实施例1同样进行处理。结果示于表1。
比较例5
在实施例1中，作为使用试剂，分别添加相当于旧纸重量0.3％的苛性钠、0.25％的高级醇类的脱墨剂(商标DI-7027、花王株式会社制)，除此之外与实施例1同样进行处理。结果示于表1。
比较例6
在实施例1中，作为使用试剂，分别添加以对旧纸重量的比例计为0.3％的苛性钠、0.3％的高级醇类的脱墨剂(商标DI-7027、花王株式会社制)，除此之外与实施例1同样进行处理。结果示于表1。
表1
| pH | 残留油墨(％) | |
| 实施例1 | 8.7 | 0.33 |
| 实施例2 | 9.2 | 0.30 |
| 实施例3 | 9.4 | 0.28 |
| 比较例1 | 10.6 | 0.32 |
| 比较例2 | 11.1 | 0.27 |
| 比较例3 | 7.3 | 0.41 |
| 比较例4 | 8.8 | 0.39 |
| 比较例5 | 8.8 | 0.39 |
| 比较例6 | 8.5 | 0.38 |
如表1所示，实施例1～3示出了与在pH超过10的高碱性条件下进行疏解的比较例1、2大致相同程度的油墨剥离性。另外，实施例1～3与在pH7.0～9.9下进行疏解处理的比较例3～6相比，示出了高的油墨剥离性。
实施例4
使用容量5m3的、具备旋转数可任意变更的搅拌叶片的碎浆机进行以下的实验。在碎浆机中加入包含报纸旧纸100质量份及粘着纸张0.1质量份的印刷旧纸。向其中再加入清水和试剂，使纸浆浓度达到15质量％。作为试剂，分别基于旧纸重量添加0.3％的苛性钠、0.5％的结晶性层状硅酸盐的无水物(商标プリフイ一ド、トクヤマシルテツク社制)、0.2％的高级醇类的脱墨剂(商标DI-7027、花王株式会社制)。使温度为40～50℃，以265rpm进行15分钟疏解。接着，经由粗选筛、浮选机、精选筛、分散机而制造脱墨纸浆。将由此得到的脱模纸浆用150目(φ0.1mm)进行洗涤直到滤液达到澄清。测定残留油墨、COD、粘着杂质的个数及面积，结果示于表2。
比较例7
在实施例4中，作为使用试剂，分别添加以对旧纸重量的比例计为1.0％的苛性钠、1.0％的硅酸钠(纯度)、0.2％高级醇类的脱墨剂(商标DI-7027、花王株式会社制)，除此之外与实施例4同样进行处理。结果示于表2。
比较例8
在实施例4中，作为使用试剂，分别添加以对旧纸重量的比例计为0.2％的苛性钠、0.15％的硅酸钠(纯度)、0.15％的高级醇类的脱墨剂(商标DI-7027、花王株式会社制)、0.2％的脂肪酸类的脱墨剂(商标DI-260、花王株式会社制)，除此之与实施例4同样进行处理。结果示于表2。
比较例9
在实施例4中，作为使用试剂，分别添加以对旧纸重量的比例计为0.2％的苛性钠、0.15％的硅酸钠(纯度)、0.3％的高级醇类的脱墨剂(商标DI-7027、花王株式会社制)、0.2％的脂肪酸类的脱墨剂(商标DI-260、花王株式会社制)，除此之外与实施例2同样进行处理。结果示于表2。
表2
如表2所示，实施例4与在通常使用的在高碱性条件下进行处理的比较例7相比，残留油墨等同、COD降低。另外，实施例4与比较例7相比，粘着杂质的个数及面积小。未使用结晶性层状硅酸盐的无水物的比较例8、9与实施例4相比，残留油墨量多、粘着杂质的个数及面积大。
实施例5
在日本制纸的A工场的脱墨纸浆的制造工序的高浓度碎浆机(相川铁工(株)制)中投入包含37.5质量％的报纸旧纸及62.5质量％的杂志旧纸的旧纸。向其中再加入试剂使纸浆浓度达到15质量％，进行疏解处理。作为使用试剂，分别加入以对旧纸重量的比例计为0.2％的苛性钠、0.3％的结晶性层状硅酸盐的无水物(商标プリフイ一ド、トクヤマシルテツク社制)、高级醇类脱墨剂(商标DI-7027、花王株式社制)。接着，经由粗选筛、浮选机、精选筛、分散机而制造脱墨纸浆。完成脱墨纸浆的残留油墨量、白度、粘着杂质量、纸厚、密度、泰伯刚度(Taber stiffness)用下述方法测定。另外，测定从分散机出口采集的脱墨纸浆浆料的滤液的COD及微粘着杂质量，结果示于表3。
<白度的测定>
使用得到的脱墨纸浆根据JIS P 8222制作手抄纸张，基于JIS P 8148：2001测定ISO白度。
<纸厚、定量、密度的测定>
对于根据JIS P 8222制成的手抄纸张，根据JIS P 8118：1998测定纸厚。另外，根据JIS P 8124：1998(ISO 536：1995)测定定量。由手抄纸张的纸厚、定量的测定值而算出密度
<泰伯刚度的测定>
对于根据JIS P 8222制成的手抄纸张，根据JIS P 8125：1976(ISO2493：1992)测定刚度，以定量进行修改。
<微粘着杂质的测定>
将从分散机出口采集的脱墨纸浆浆料的滤液用φ25μm、φ0.45μm的过滤器进行过滤，根据JIS K 0101：1998测定滤液的总有机碳(TOC，total organiccarbon)。将在φ25μm～φ0.45μm的范围所含的TOC量作为微粘着杂质的指标使用。
比较例10
在实施例5中，作为在高浓度碎浆机中添加的试剂，分别加入以对旧纸重量的比例计为0.6％的苛性钠、0.5％的3号硅酸钠(纯度)、0.2％的过氧化氢、0.12％的高级醇类脱墨剂，除此之外与实施例5同样制造脱墨纸浆。结果示于表3。
表3
如表3所示，实施例5与比较例10相比，残留油墨量等同，COD小。另外，实施例5与比较例10相比，粘着杂质的面积小，可推测在筛上的粘着杂质除去效率提高。另外，实施例5密度低、体积大，刚度也提高了。
实施例6
在日本制纸的A工场的脱墨纸浆的制造工序的高浓度碎浆机(相川铁工(株)制)中加入包含75质量％的报纸旧纸及25质量％的杂志旧纸的旧纸。再加入试剂使纸浆浓度达到15质量％，进行疏解处理。作为使用试剂，分别基于旧纸重量添加0.2％的苛性钠、0.3％的结晶性层状硅酸盐的无水物(商标：プリフイ一ド、トクヤマシルテツク社制)、0.13％的高级醇类脱墨剂。之后经由粗选筛、浮选机、精选筛、分散机而制造脱墨纸浆。测定完成脱墨纸浆的残留油墨量、白度、粘着杂质量、纸厚、密度、泰伯刚度。另外，测定从分散机出口采集的脱墨纸浆浆料的滤液的COD量及微粘着杂质量，结果示于表4。
比较例11
在实施例6中，作为在高浓度碎浆机中添加的试剂，分别加入以对旧纸重量的比例计为0.55％的苛性钠、0.5％的3号硅酸钠(纯度)、0.12％的非离子性脱墨剂，除此之外与实施例6同样制造脱墨纸浆。结果示于表4。
表4
如表4所示，实施例6与比较例11相比，残留油墨量等同，COD小。另外，实施例6与比较例11相比，粘着杂质的面积小，可推测在筛上的粘着杂质除去效率提高。另外实施例6的密度低、体积大。
Claims (4)
1、一种脱墨纸浆的制造方法，其是以印刷旧纸为原料的脱墨纸浆的制造方法，其特征在于，在油墨剥离工序中添加结晶性层状硅酸盐的无水物，在pH7.0～9.9下进行从纸浆中剥离油墨的处理。
2、如权利要求1所述的脱墨纸浆的制造方法，其特征在于，结晶性层状硅酸盐的无水物的添加量相对于绝对干燥纸浆为0.1～1.5质量％。
3、如权利要求1或2所述的脱墨纸浆的制造方法，其特征在于，作为原料的印刷旧纸含有粘着物。
4、用权利要求1～3中任一项所述的方法制造的脱墨纸浆。
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