JP2000514511A - パルプおよび製紙系における有機汚染物質堆積を抑制するための方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 パルプおよび製紙系においてパルプ由来の有機汚染物質の堆積を抑制するための方法が開示されている。アルブミン、グロブリン、これらの混合物および噴霧乾燥した動物血球を、有機汚染物質の影響を受ける製紙系の堆積傾向表面に噴霧するか、またはパルプに添加する。

Description

【発明の詳細な説明】 パルプおよび製紙系における有機汚染物質堆積を抑制するための方法発明の分野 本発明は、パルプおよび製紙系において有機汚染物質の堆積を抑制するための 方法に関する。発明の背景 パルプおよび製紙工業における有機汚染物質の堆積は、パルプおよび製紙系に おいて品質および効率の両問題を引き起こしうる。一部の成分は木材中に天然に 存在するものであり、種々のパルプ化および製紙工程中に遊離する。パルプ中に 見い出すことができるこれら天然樹脂、その塩、ならびに被覆バインダー、サイ ズ剤および脱泡化学物質に起因する有機構成成分からなる堆積物を指すのに、「 ピッチ」なる用語を用いることができる。さらに、ピッチは、炭酸カルシウム、 タルク、クレー、チタンおよび関連原料などの無機成分を含有することが多い。 「スティッキーズ」は、回収ファイバーを用いる系において生じる堆積物を指 すために使用することが増えている用語である。これらの堆積物は、「ピッチ」 堆積物において見い出される同じ物質と、さらに接着剤、ホットメルト、ワック スおよびインキを含有することが多い。上記物質の全ては多くの共通の性質を有 する。これらには、疎水性、脱泡性、粘着性、低表面エネルギー、ならびに、工 程中に堆積、品質および効率の問題を引き起こす可能性が含まれる。以下の一覧 表Ｉは、上記のピッチおよびスティッキーズの間の錯綜した関係を示すものであ る。一覧表Ｉ 有機汚染物質の堆積は、パルプまたは紙ミル(微粉砕機)の効率にとって有害で あり、品質の低下および運転効率の低下を引き起こしうる。有機汚染物質は製紙 系中の工程装置に堆積することができ、系における運転障害が生じることになり うる。稠度調整器および他の装置プローブへの有機汚染物質の堆積は、これら成 分を使用不可能にすることもある。スクリーンへの堆積は、処理量を減少させ、 系の運転を損なわせうる。この堆積は、系中の金属表面だけでなく、プラスチッ クおよび合成物質表面にも、例えば機械のワイヤ、フェルト、ホイル、ユーレ(U hle)ボックスおよびヘッドボックス成分に起こりうる。 歴史的に、一群の有機堆積問題である「ピッチ」および「スティッキーズ」は 、独立して別個に現れ、独立して別個に処理されていた。 物理的な見地から「ピッチ」堆積は、ストック(原質)中の接着性物質(天然ま たは人工)の微細粒子から形成されるのが普通であり、製紙またはパルプ化装置 に蓄積する。これらの堆積物は、ストック室の壁、抄紙機ホイル、ユーレボック ス、抄紙機ワイヤ、湿式プレスフェルト、乾燥機フェルト、乾燥機の缶およびカ レンダースタック上に容易に見い出すことができる。これらの堆積に関係する障 害には、汚染された表面の効率による直接的な妨害(従って、生産性の低下)、な らびに、穴、汚れおよび他のシート欠陥(これらは、後に行う操作、例えば被覆 、転化または印刷などに対して、紙の品質および有用性を低下させる)が含まれ ていた。 物理的な見地から「スティッキーズ」は、通常、回収ファイバーに起因するス トック中の目に見えるかまたはほとんど目に見える大きさの粒子であった。これ らの堆積物は、「ピッチ」を見い出すことができる表面と同じ表面の多くに蓄積 する傾向にあり、「ピッチ」が引き起こしうる障害と同じ障害の多くの原因とな る傾向にある。しかし、最も重大な「スティッキーズ」に関係した堆積物は、抄 紙機ワイヤ、湿フェルト、乾燥機フェルトおよび乾燥機缶上に見い出される傾向 にある。 パルプおよび紙ミルの装置および表面への堆積物の蓄積を防止する方法は、こ の工業にとって極めて重要である。清浄化のために抄紙機を停止させることもで きるが、清浄化のための運転停止は、生産性の重大な低下、部分的に汚染された 劣悪な品質、および堆積物が剥れ落ちてシート中に導入されたときに生じる「汚 れ」のゆえに望ましくない。従って、堆積の防止は、それを効率的に実施できる ならば極めて好ましい。 過去において、スティッキーズ堆積とピッチ堆積は、異なる系において現れる のが普通であった。これは、新たなファイバーのみまたは回収ファイバーのみを ミルに用いるのが普通であるためであった。非常に異なった処理化学物質および 処理方法を用いて、これらの独立した問題を制御することが多かった。 最近の傾向は、全ての系において回収ファイバーの強制使用が増加する方向に ある。これにより、あるミルにおいてスティッキーズおよびピッチの問題が同時 に起こることになりつつある。２またはそれ以上の独立した化学物質を供給する ことなく上記の両問題を排除するのに極めて効果的な処理化学物質および処理方 法を見い出すことが望ましい。本発明の物質は、この目的を達成しうることを明 瞭に示した。発明の要約 本発明は、パルプおよび製紙系においてパルプ由来のピッチおよびスティッキ ーズなどの有機汚染物質の堆積を抑制するための方法を提供するものである。こ の方法は、有効堆積抑制量の血液関連タンパク質を製紙機の表面またはパルプに 添加することからなる。関連分野の説明 ケージー(James Casey)の「パルプおよび紙」[第III巻、第３版、第1587-1588 頁]は、ピッチの問題の改善手段としてゼラチンを示唆している。米国特許出願 第０８／４２１，３４９号は、相乗的な比率のポリビニルアルコールと高分子量 ゼラチンからなる組成物が、パルプおよび製紙系において有機汚染物質の堆積を 抑制することを教示している。発明の詳細な説明 本発明は、パルプおよび製紙系における製紙機の表面へのパルプ由来の有機汚 染物質の堆積を抑制するための方法であって、有効堆積抑制量の血液関連タンパ ク質を製紙機の表面に適用するかまたはパルプに添加することからなる方法に関 する。 本発明において「血液関連タンパク質」とは、アルブミン、グログリン、アル ブミンとグログリンの混合物および噴霧乾燥した動物血球からなる群から選択さ れるタンパク質と定義される。 有機汚染物質には、パルプ(新たなパルプ、回収パルプまたはこれらの組合せ パルプ)中に見い出される成分であって、抄紙機の性能または紙の品質を低下さ せ、堆積する可能性のある成分が含まれる。これには、天然樹脂、例えば脂肪酸 、樹脂酸、これらの不溶性塩、脂肪エステル、ステロール、ならびに、他の有機 構成成分、例えばエチレン ビス-ステアラミド、ワックス、サイズ剤、接着剤 、ホットメルト、インキ、脱泡剤、およびラテックス(製紙系において堆積する ことができる)が含まれるが、これらに限定はされない。 血液は身体の輸送系であり、栄養物質および酸素を全細胞に運び、細胞から二 酸化炭素および他の老廃物を除去する。血液は、液体血漿中に懸濁した細胞から なる。血液の全容積の４５％を構成する細胞は、赤血球、白血球および血小板を 包含する。血漿は、血液の約５５容積％を構成する透明な液体である。比較的高 い比重のゆえに、これら細胞成分を遠心により血漿から分離することができる( １.０９対１.０３)。血清は、凝固性タンパク質であるフィブリノーゲンを含ま ない血漿である。 細胞 (Ａ)赤血球 血液１ｍｍ³あたりに約５,０００,０００個の赤血球が存在する。これら の主な機能は、肺から細胞に酸素を運ぶことである。また、これらは細胞 から二酸化炭素を除去し、肺に運ぶ。ヘモグロビンが赤血球に色を与える タンパク質であり、約６７,０００の分子量を有する。 (Ｂ)白血球 血液１ｍｍ³あたりに約６,０００個の白血球が存在する。これらの機能は 、有害微生物を破壊することである。 (Ｃ)血小板 血液１ｍｍ³あたりに約２５０,０００個の血小板が存在する。これらは、 血液凝固に関係している。 血漿 血清アルブミン、血清グログリンおよびフィブリノーゲンが、血漿の最も重要 なタンパク質成分である。血清アルブミンの機能は、正常な浸透圧を維持するこ と、従って身体の水バランスを維持することである。血清グログリンは、α、β およびγグログリンからなる。γグログリンには抗体および抗毒素が含まれ、身 体はこれを用いて感染と闘う。フィブリノーゲンは血液凝固に関係している。一 般的に言うと、アルブミンは輸送および貯蔵タンパク質である。グログリンは、 脊椎動物の血液における保護性タンパク質および収縮性タンパク質である。 対照的に、ゼラチンは、コラーゲンおよび不溶性の線維性タンパク質(脊椎動 物において見い出され、結合組織、腱および骨の主成分である)から加水分解に よって誘導される。現在、ゼラチンは主に牛の骨、牛の皮およびブタの皮から製 造され、２,０００〜４００,０００の範囲の分子量を有する。 以下の一覧表IIに示すように、ゼラチン、血清アルブミンおよび噴霧乾燥した 動物血液などのタンパク質の組成には、アミノ酸含量からわかるように明かな差 異が存在する。 一覧表II：選択したタンパク質のアミノ酸組成 本発明において有用なアルブミン、グリブリン、またはアルブミン／グロブリ ンの混合物には、血清グロブリン、血清アルブミン、血清グロブリン／アルブミ ンの混合物、血漿グロブリン、血漿アルブミン、および血漿アルブミン／グロブ リンの混合物が含まれるが、これらに限定はされない。これらのアルブミンおよ びグロブリンは、１２,０００〜１,０００,０００の範囲の分子量を有する。本 発明において有用なアルブミンおよびグロブリンは、市販品から容易に入手する ことができる。好ましいアルブミンおよびグロブリンには血清アルブミンおよび 血清グロブリンが含まれる。また、血球(例えば、動物)から得られたタンパク質 も本発明において有用である。 本発明の組成物は、製紙系において有機汚染物質の堆積を抑制するのに有効で ある。これには、クラフト(Kraft)酸スルファイト機械的パルプおよび回収ファ イバー系が含まれる。例えば、クラフト製紙工程における褐色ストック洗浄器、 スクリーン室およびデッキ系の堆積を抑制することができる。「製紙系」なる用 語は、全てのパルプ工程を包含することを意味する。一般に、種々の系条件下お よびｐＨ約３〜１２の、パルプミルから抄紙機のリールに至るまでの、製紙系の 全表面の堆積を抑制するために、上記組成物を用いることができる。より具体的 には、血液関連タンパク質は、金属表面の堆積だけでなく、プラスチックおよび 合成物質の表面の堆積をも、例えば機械のワイヤ、フェルト、ホイル、ユーレボ ックス、ロールおよびヘッドボックス成分の堆積を効率的に減少させる。 本発明に係る血液関連タンパク質は、他のパルプおよび製紙用の添加剤と共に 用いることができる。これらには、デンプン、二酸化チタン、脱泡剤、湿潤紙力 増強用樹脂、ならびにサイズ助剤、分散剤および乳化剤が含まれるが、これらに 限定はされない。 本発明に係る血液関連タンパク質は、あらゆる段階で製紙系に添加することが できる。これらを、パルプ供給物に直接、またはヘッドボックスから供給物に間 接的に添加することができる。また、本発明の組成物を、堆積が起こる表面、例 えばワイヤ、プレスフェルト、プレスロールおよび他の堆積しやすい表面に噴霧 することもできる。 本発明に係る血液関連タンパク質を、製紙系にそのままで、粉末またはスラリ ーとして、または溶液にして添加することができる。好ましい主要溶媒は水であ るが、これに限定はされない。噴霧法によって添加するときには、組成物を水で 希釈して十分な抑制剤濃度にするのが好ましい。本組成物は、汚染されていると 識別された供給物にのみ特別に添加することができ、また、混合パルプに添加す ることもできる。本組成物は、堆積の問題が起こる前にあらゆる地点において、 および１を越える堆積部位が存在するときには１を越える部位において、ストッ クに添加することができる。また、上記の添加方法の組合わせを用いることもで きる。これは、パルプ微粉砕ストックに供給することにより、抄紙機供給物に供 給することにより、ならびに、ワイヤおよびフェルトに同時に噴霧することによ り行うことができる。 本発明における「有効堆積抑制量」なる用語は、パルプおよび製紙系において 堆積を抑制するのに十分な量であると定義される。製紙系に添加する有効量は、 系のｐＨ、水の硬度、水温、追加の添加剤、有機汚染物質の種類、およびパルプ の内容を含む多くの変数に依存する。一般的には、パルプ百万部あたり約１〜約 ２００部のアルブミンおよび／またはグログリンを製紙系に添加する。好ましく は、約２〜約１００部の本組成物を、系中のパルプ百万部に対して添加する。 従来の方法と比較すると、本発明に伴っていくつかの利点が存在する。これら の利点には、系中の水の硬度に大きく影響されることなく機能する能力、サイジ ングおよび微粉保持に悪影響を及ぼすことなく機能する能力、低用量で機能する 能力、低い環境への影響、より多量の回収ファイバーを供給物に使用することを 可能にする能力、ならびに、改善された生分解性が含まれる。 さらに、血液関連タンパク質は、有機堆積問題のピッチおよびスティッキーズ の両方の出現に対して有効であり、種々の新たなおよび回収されたファイバー供 給源を用いる紙ミルにおいてこれら問題の効果的な減少を与えることがわかった 。 以下に挙げるデータは、本発明の使用によって得られる予想外の結果を示すた めに示すものである。以下の実施例は、本発明の説明のために挙げたものであっ て、本発明の範囲を限定するものと解すべきではない。実施例 標準テープ脱粘着試験（ＳＴＤＴ） プラスチック表面に対する、特に回収パルプ中に見い出される種類の接着性汚 染物質に対する、堆積抑制剤としての本発明の組成物の効果を確かめるために、 接着性クーポンとして接着剤を裏塗りしたテープを用いて実験室試験を開発した 。この接着性クーポンは、水中に置いたときに分解しないあらゆる種類の接着性 テープから調製することができる。この研究のために、スチレンブタジエンゴム およびビニルエステルから調製したテープを用いた。これら潜在的な有機汚染物 質の両方は、二次ファイバー利用においてスティッキーズの問題を引き起こすこ とが知られている。第２のクーポンは、デュポン・ケミカル社(Dupont Chemical Company)から市販されている製品であるマイラー(ＭＹＬＡＲ^R)などのポリエス テルフィルムから調製した。この材料は次の理由から選択した。即ち、抄紙機形 成ファブリックが、スティッキーズおよび／またはピッチによって引き起こされ る大きな堆積問題を起こしやすいポリエステルから調製されることが多いために 選択した。 この試験は、６００ｇの試験溶液中に２"×４"の接着性テープおよび２"×４" のポリエステル製マイラークーポンを浸漬することからなっていた。６００ｍＬ ビーカー中に入れた溶液を、所望の温度まで加熱し撹拌した水浴中に入れた。浸 漬の３０分後にテープおよびクーポンを溶液から取り出し、１０,０００ｌｂの 力で１分間加圧した。次いで、引張試験装置[インストロン(Instron)]を用いて ２つを引き離すのに必要な力を測定した。必要な力の減少は、「スティッキーズ 」が脱粘着されたことを示す。制御または脱粘着の率(％)を以下の式によって計 算する。 この試験の結果を表Ｉに示す。表Ｉ：標準テープ脱粘着試験 表Ｉに示されるように、血清アルブミンは、スティッキーズの脱粘着において 高分子量ゼラチンよりも効果が高いことがわかった。同様に、低用量でのアルブ ミンとグロブリンの組合せは、高分子量ゼラチンよりも効果が高かった。 ウィルヘルミー・プレート(Wilhelmy Plate)法を用いてさらに試験を行って接 触角値を求めた。ポリエステル表面における水の前進および後退接触角を、ポリ エステル表面を種々の本組成物で被覆した後に測定した。この試験の目的は、疑 似させた有機汚染物質表面において吸着および／または脱着するタンパク質の能 力を評価することである。 清浄なポリエステル片(１５ｍｍ×４０ｍｍ×０．１１ｍｍ)を、所定濃度のタ ンパク質溶液中に３０秒間浸漬した。次いで、この被覆したポリエステル表面を 室温で２時間乾燥した。乾燥後に、被覆表面における水の前進および後退接触角 を、ダイナミック・コンタクト・アングル・アナライザー(Dynamic Contact Ang le Analyzer)[カーン(Cahn)ＤＣＡ-312]を用いて３サイクル測定した。このＤＣ Ａ-312は、同一の固体-液体の系の複数の浸漬を調べることができる。ポリエス テルフィルムは、その表面エネルギーが、製紙系の有機汚染物質(例えば、樹脂 酸、ゴムに基づく触圧接着剤、エチレン-酢酸ビニルホットメルト、脂肪酸など) の大部分の表面エネルギーに近いために用いた。さらに、ポリエステル表面は滑 らかであり、清浄化および取扱いが容易である。 この試験の結果を表IIに示す。表II：２５℃でのポリエステル表面における水のＤＣＡ後退接触角 これらの結果は、比較的高レベルの処理においては、アルブミンおよびアルブ ミン／グロブリン血清タンパク質が高分子量ゼラチンと同程度に効果的であるこ とを示す。しかし、試験した化合物に対するこれらの処理レベルにおいては、全 ての化合物が機能し、本組成物の有効性のより真実の尺度は比較的低い用量にお いて見られる。 接触角の測定は、疑似させたスティッキーズ表面の疎水性および疎水性の変化 についての情報を与える(界面活性物質が表面において吸着および／または脱着 されるため)。処理した試料の接触角が未処理試料の接触角よりも低いときには 、これは、表面が処理によってより親水性が高くなること、またはより粘着性が 低くなることを示すものである。 表Ｉからわかるように、血清アルブミンおよびアルブミン／グロブリン血清タ ンパク質の混合物は、高分子量ゼラチンならびに他のタンパク質よりも、表面の 粘着性を減少させるのに有効であることがわかった。 さらに、接触角の測定にゴニオメーターを用いて試験を行った。マイラーまた はテープの接着表面をフィルム台上に固定し、ガラス製の試験セルの内側に置い た。セル中に溶液１５ｍＬを注意深く注入することによって試験溶液をセルに加 えた。次いで、試験セル全体を、ゴニオメーター[クルス(Kruss)Ｇ１]のチャン バーの内側に置いた。接触時間がＳＴＤＴの場合と同等になるように、マイラー またはテープの表面を３０分間溶液中に浸漬した。先端部を逆にした微量注射器 を用いてマイラーまたはテープの表面の下側に気泡を配置した。この気泡の接触 角を、室温または５０℃にて種々の時間間隔で測定した。 種々のタンパク質でのこの試験の結果を表IIIおよび表IVに示す。表III：２５℃でのゴニオメーター接触角の測定 表IV：５０℃でのゴニオメーター接触角の測定 表IIIは、２５℃では、マイラーおよび接着テープの両表面における接触角の 有意の低下により、ウシアルブミン、ブタアルブミン、グロブリン／アルブミン 血清タンパク質および噴霧乾燥した動物血球が他の既知の抑制物質を越える改善 を示すことを示している。 表IVから明かなように、５０℃では、アルブミン／グロブリン血清タンパク質 が、試験したゼラチンに比べてマイラーにおいて低い接触角を示し、脱粘着剤と して有効であることを示した。 特定の態様に関連して本発明を説明したが、本発明の多数の他の形態および修 飾が当業者にとって自明であることが明らかである。添付した請求の範囲および 本発明は、本発明の真の思想および範囲の内にあるこれら全ての自明な形態およ び修飾を包含するものと広く解釈すべきである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．パルプおよび製紙系におけるパルプ由来の有機汚染物質の堆積を抑制する ための方法であって、該パルプに有効堆積抑制量の血液関連タンパク質を添加す ることからなる方法。 ２．血液関連タンパク質が、アルブミン、グロブリン、アルブミンとグロブリ ンの混合物、および噴霧乾燥した動物血球からなる群から選択される請求項１に 記載の方法。 ３．アルブミンが血清アルブミンおよび血漿アルブミンからなる群から選択さ れる請求項１に記載の方法。 ４．グロブリンが血清グロブリンおよび血漿グロブリンからなる群から選択さ れる請求項１に記載の方法。 ５．アルブミンが、パルプ百万部あたり約１〜約２００部の範囲の量でパルプ に添加される請求項１に記載の方法。 ６．有機汚染物質がスティッキーズ堆積物である請求項１に記載の方法。 ７．有機汚染物質がピッチ堆積物である請求項１に記載の方法。 ８．パルプおよび製紙系における製紙機械および装置の表面へのパルプ由来の 有機汚染物質の堆積を抑制するための方法であって、該表面に有効堆積抑制量の 血液関連タンパク質を噴霧することからなる方法。 ９．血液関連タンパク質が、アルブミン、グロブリン、アルブミンとグロブリ ンの混合物、および噴霧乾燥した動物血球からなる群から選択される請求項８に 記載の方法。 １０．アルブミンが血清アルブミンおよび血漿アルブミンからなる群から選択 される請求項８に記載の方法。 １１．グロブリンが血清グロブリンおよび血漿グロブリンからなる群から選択 される請求項８に記載の方法。 １２．アルブミンが、パルプ百万部あたり約１〜約２００部の範囲の量でパル プに添加される請求項８に記載の方法。 １３．有機汚染物質がスティッキーズ堆積物である請求項８に記載の方法。 １４．有機汚染物質がピッチ堆積物である請求項８に記載の方法。 １５．表面が、ワイヤ、プレスフェルトおよびプレスロールからなる群から選 択される請求項８に記載の方法。