JP2001089995A

JP2001089995A - 紙

Info

Publication number: JP2001089995A
Application number: JP26946899A
Authority: JP
Inventors: Suminori Tanaka; 住典田中; Toshiaki Shimizu; 利明清水; Toshiki Matsui; 敏樹松井; Tomoyuki Imai; 知之今井
Original assignee: Okura Industrial Co Ltd; Toda Kogyo Corp
Current assignee: Okura Industrial Co Ltd; Toda Kogyo Corp
Priority date: 1999-09-22
Filing date: 1999-09-22
Publication date: 2001-04-03
Also published as: KR20010050519A; CN1289877A; EP1087058A2; EP1087058A3

Abstract

(57)【要約】【課題】紙としての機能を維持しつつ、使用後に焼却処
理した場合においても完全燃焼して有害物質の発生が抑
制された紙を提供する。【解決手段】平均粒径が０．０１〜２．０μｍの含水酸
化鉄粒子又は酸化鉄粒子からなる鉄化合物触媒であっ
て、該鉄化合物触媒を空気中、８００℃で１５分間熱処
理して得られた酸化鉄粉末２．８×１０^−４ｍｏｌをパ
ルス式触媒反応装置を用いて不活性ガス雰囲気中で６．
１×１０^−７ｍｏｌの一酸化炭素と、２５０℃の温度に
おいて、ＳＶ＝４２４００ｈ^−１の条件で瞬時に接触さ
せた場合に、該一酸化炭素の１５％以上を二酸化炭素に
転化できる活性を有する鉄化合物触媒を、０．１〜２０
ｗｔ％含有していることを特徴とする紙。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、焼却時に完全燃焼
して燃え残りが少なく、しかも有害物質の発生が抑制さ
れた紙に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から、紙の消費量で一国の文化の程
度を表すことができるといわれるほど、紙と生活とは密
接か関係があり、その用途も書籍、印刷物、包装材料、
産業用途等多方面に渡っている。そして、最近ますます
紙の消費量が増大してきており、それに伴って新しい機
能を有する紙が次々と開発、上市されてきている。しか
しながら、従来、紙の機能、性能の向上については各方
面で検討されているが、使用後の廃棄処分に適した紙の
開発についてはあまりなされてはいなかった。これは、
紙が、元々木材パルプを主原料とすることから、そのま
ま放棄しても環境破壊にはつながらないと考えられるこ
と、土中に長期間放置すれば分解されると考えられるこ
と、及び、焼却も比較的容易であり、木材とほぼ同じ成
分であることから焼却しても有害物質を排出する恐れが
少ないと考えられていたこと等がその主な理由であっ
た。

【０００３】一方、廃棄物処理、とりわけ焼却処理につ
いては排ガス中の一酸化炭素、窒素酸化物や生成するダ
イオキシンについて大きな社会問題となっている。そし
て、それらの対策として、ゴミの減量化、焼却炉及び焼
却方法の改善が精力的に検討されると共に、各分野の素
材メーカーにおいては、素材を使用した後には焼却処分
することを予め念頭に置いて、あらかじめ燃焼特性に優
れた、すなわち焼却時の不完全燃焼や有害ガスの発生が
防止された、例えば、燃焼促進機能を有する特定の酸化
鉄粒子を０．１〜２０．０wt％含有する熱可塑性樹脂フ
ィルムからなるプラスチック製ごみ袋（特開平７−２５
７５９４号公報）が提案されている。しかしながら、こ
のような提案は、単にゴミ袋に関するものであって、焼
却炉中でかなりの割合を占める紙の燃焼特性の改善につ
いては従来全く検討されていなかった。

【０００４】しかも、これまでは紙と天然の木材とは同
等ということで焼却処分に関する問題点についてはあま
り考慮されていなかったが、多数の紙が積み重なってい
る書籍やパンフレット、カタログ等を焼却処理した場
合、表面部分だけが燃えて内部が燃え残りになりやす
く、また不完全燃焼しやすいといった問題があった。更
に、紙中に製紙工程で使用する塩素系化合物や木材パル
プ中のリグニンが残存している場合は、焼却時にダイオ
キシンの前駆体を生成する可能性も全くないとはいえな
いものであった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】したがって、本発明
は、上述した問題点を解決した、紙としての機能を維持
しつつ、使用後に焼却処理した場合においても完全燃焼
して有害物質の発生が抑制された紙を提供することを目
的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】前記技術的課題は以下の
通りの本発明によって達成される。すなわち、平均粒径
が０．０１〜２．０μｍの含水酸化鉄粒子又は酸化鉄粒
子からなる鉄化合物触媒であって、該鉄化合物触媒を空
気中、８００℃で１５分間熱処理して得られた酸化鉄粉
末２．８×１０^−４ｍｏｌをパルス式触媒反応装置を用
いて不活性ガス雰囲気中で６．１×１０^−７ｍｏｌの一
酸化炭素と、２５０℃の温度において、ＳＶ＝４２４０
０ｈ^−１の条件で瞬時に接触させた場合に、該一酸化炭
素の１５％以上を二酸化炭素に転化できる活性を有する
鉄化合物触媒を、０．１〜２０ｗｔ％含有していること
を特徴とする紙である。

【０００７】本発明の構成を詳しく説明すれば、次の通
りである。本発明に係る鉄化合物触媒は、平均粒径が
０．０１〜２．０μｍ、好ましくは０．０５〜１．０μ
ｍ、より好ましくは０．０５〜０．５μｍである。０．
０１μｍ未満の場合には、ハンドリングが困難となるば
かりか、抄紙工程において歩留まりが低下する。２．０
μｍを越える場合には、紙の平滑性を損なったり、ＢＥ
Ｔ比表面積が小さいため、一酸化炭素を二酸化炭素に転
化する酸化活性が低下して、紙を完全燃焼する効果が得
られにくくなる。

【０００８】本発明に係る鉄化合物触媒は、ＢＥＴ比表
面積が０．２〜２００ｍ^２／ｇ、好ましくは０．５〜２
００ｍ^２／ｇ、より好ましくは０．５〜１００ｍ^２／ｇ
である。

【０００９】本発明に係る鉄化合物触媒は、ゲータイ
ト、アカゲナイト、レピドクロサイト等の含水酸化鉄粒
子、ヘマタイト、マグヘマイト、マグネタイト等の酸化
鉄粒子の１種又は２種以上からなるが、特に好ましいの
はゲータイトである。

【００１０】本発明に係る鉄化合物触媒を構成する含水
酸化鉄粒子又は酸化鉄粒子の粒子形状は、粒状、球状、
紡錘状、針状等のいずれであってもよいが、特に好まし
いのは紡錘状である。

【００１１】本発明に係る鉄化合物触媒は、リン含有量
が０．０２〜０．０００１ｗｔ％、好ましくは０．０１
〜０．０００１ｗｔ％、より好ましくは０．００５〜
０．０００１ｗｔ％である。０．０２ｗｔ％を越える場
合には、このリンが触媒毒として働くため、一酸化炭素
を二酸化炭素に転化する酸化活性が低下し、紙の完全燃
焼効果が得られにくくなる。また、リン含有量はなるべ
く少ないのが好ましいが、工業的に得られるものとして
は０．０００１ｗｔ％以上である。

【００１２】本発明に係る鉄化合物触媒は、硫黄含有量
が０．３〜０．００１ｗｔ％、好ましくは０．１〜０．
００１ｗｔ％、より好ましくは０．０７〜０．００１ｗ
ｔ％である。０．３ｗｔ％を越える場合には、この硫黄
が触媒毒として働くため、一酸化炭素を二酸化炭素に転
化する酸化活性が低下し、紙の完全燃焼効果が得られに
くくなる。また、硫黄含有量はなるべく少ないのが好ま
しいが、工業的に得られるものとしては０．００１ｗｔ
％以上である。

【００１３】本発明に係る鉄化合物触媒は、ナトリウム
含有量が０．３〜０．００１ｗｔ％、好ましくは０．２
〜０．００１ｗｔ％、より好ましくは０．１５〜０．０
０１ｗｔ％である。０．３ｗｔ％を越える場合には、こ
のナトリウムが触媒毒として働くため、一酸化炭素を二
酸化炭素に転化する酸化活性が低下し、紙の完全燃焼効
果が得られにくくなる。また、ナトリウム含有量はなる
べく少ないのが好ましいが、工業的に得られるものとし
ては０．００１ｗｔ％以上である。

【００１４】本発明に係る鉄化合物触媒は、該鉄化合物
触媒を空気中、８００℃で１５分間熱処理して得られた
酸化鉄粉末２．８×１０^−４ｍｏｌをパルス式触媒反応
装置を用いて不活性ガス雰囲気中で６．１×１０^−７ｍ
ｏｌの一酸化炭素と、２５０℃の温度において、ＳＶ＝
４２４００ｈ^−１の条件で瞬時に接触させた場合に、該
一酸化炭素を二酸化炭素に１５％以上、好ましくは１８
％以上、より好ましくは２０％以上を転化させる活性を
有する。また、該一酸化炭素を二酸化炭素に転化させる
活性の上限は５０％以下である。

【００１５】次に、本発明に係る鉄化合物触媒の製造法
について述べる。本発明に係る鉄化合物触媒のうち、ゲ
ータイト粒子の製造法としては、例えば、第一鉄塩と水
酸化アルカリ、炭酸アルカリ又はアンモニアから選ばれ
る１種又は２種以上とを反応させて得られる鉄の水酸化
物や炭酸塩等の第一鉄含有沈澱物を含む懸濁液中に空気
等の酸素含有ガスを通気してゲータイト粒子を生成させ
て得ることができる。

【００１６】前記第一鉄塩としては、硝酸第一鉄、酢酸
第一鉄、しゅう酸第一鉄、硫酸第一鉄等を使用できる。
好ましくは、硝酸第一鉄、酢酸第一鉄、しゅう酸第一鉄
等の触媒毒となるリン、硫黄等を含まないものが好まし
い。硫酸第一鉄を用いた場合には、触媒毒となる硫黄の
残存を抑えるため、得られたゲータイト粒子について、
十分な水洗等の精製処理が必要となる。前記水酸化アル
カリとしては、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水
酸化カルシウム、水酸化マグネシウム等を使用すること
ができる。前記炭酸アルカリとしては、炭酸ナトリウ
ム、炭酸カリウム等を使用することができる。

【００１７】本発明に係る鉄化合物触媒のうち、ヘマタ
イト粒子は、例えば、前記ゲータイト粒子を空気中２０
０〜８００℃の温度範囲で加熱脱水、加熱処理を行って
得ることができ、マグネタイト粒子は、例えば、前記ヘ
マタイト粒子を還元性雰囲気下、３００〜８００℃で加
熱還元して得られる。マグヘマイト粒子は、例えば、前
記マグネタイト粒子を空気中２００〜６００℃で加熱酸
化して得ることができる。

【００１８】本発明に係る鉄化合物触媒の製造にあたっ
ては、触媒毒となる、リン、硫黄及びナトリウムの含有
量が所定量以下になるようにすることが必要であり、具
体的には、通常、加熱焼成時の焼結防止処理に用いられ
るヘキサメタリン酸ナトリウムを使用せず、第一鉄原料
に由来する硫酸イオンやアルカリに由来するナトリウム
イオンについては十分な水洗等の精製処理を行うことに
より、リン、硫黄及びナトリウムの含有量の低減をはか
ることが必要である。

【００１９】本発明の紙は、上述した鉄化合物触媒を
０．１〜２０．０ｗｔ％含有している必要がある。含有
量が０．１ｗｔ％未満では本発明の目的とする効果が期
待できず、２０．０ｗｔ％を超えると、紙の着色、強度
や表面平滑性の低下が著しいので好ましくない。したが
って、これらのことを考慮すると０．５〜１０．０ｗｔ
％が好ましく、より好ましくは０．５〜５．０ｗｔ％で
ある。

【００２０】本発明の紙は、以下のようにして製造する
ことができる。例えば、紙は、必要に応じて塩素、次亜
塩素酸塩、亜塩素酸ソーダ、二酸化塩素、過酸化水素、
過酸化ソーダ等の晒し剤で漂白し、スクリーン処理を施
した、木材チップ、ワラ、葦、バガス、竹等の植物原料
や故紙、ボロ等から得られる砕木パルプ、アルカリ法木
材パルプ、亜硫酸パルプ、ケミカルグランドパルプ、セ
ミケミカルパルプ等から選ばれる一種又は二種以上を混
合し、適宜叩解して繊維の形状及びそのコロイド性を変
化させ、更に色料、サイズ、填料を加えて完全紙料とな
し、それを抄紙した後仕上げ処理を施して製造するので
あるが、その際に、使用する色料及び／又は填料の一部
又は全部を上述した鉄化合物触媒に置き換える方法が挙
げられる。

【００２１】或いは、目的とする紙が塗被紙の場合は、
上述した鉄化合物触媒を塗被液或いは接着剤に混入する
方法が挙げられ、積層紙の場合には、積層するプラスチ
ックフィルム中に混入することも可能である。本発明
は、上述した方法で製造される紙に限定されるものでは
なく、様々な種類、用途の紙全般に適用することができ
る。

【００２２】

【発明の実施の形態】本発明の代表的な実施の形態は以
下の通りである。鉄化合物触媒の平均粒径は電子顕微鏡
写真から測定した数値の平均値で示した。また比表面積
はＢＥＴ法により測定した値で示した。鉄化合物触媒を
構成する粒子が含有するリン、ナトリウムの含有量は、
誘導結合プラズマ原子発光分光光度計ＳＰＳ−４００
０型（セイコー電子工業（株）製）で測定した値で示し
た。鉄化合物触媒を構成する粒子が含有する硫黄の含有
量は、炭素−硫黄分析計ＥＭＩＡ−２２０型（（株）堀
場製作所製）によって測定した値で示した。

【００２３】鉄化合物触媒の触媒活性は、該鉄化合物触
媒を空気中、８００℃で１５分間熱処理して得られた酸
化鉄粉末（α−Ｆｅ_２Ｏ_３）２．８×１０^−４ｍｏｌを
パルス式触媒反応装置を用いて不活性ガス雰囲気中で
６．１×１０^−７ｍｏｌの一酸化炭素と、２５０℃の温
度において、ＳＶ＝４２４００ｈ^−１の条件で瞬時に接
触させた場合に、該一酸化炭素が二酸化炭素に転化した
比率でその活性を示した。ここで、ＳＶとは、Ｓｐａ
ｃｅＶｅｌｏｃｉｔｙといい、反応ガスの流量を触媒
の体積で割った量であり、時間の逆数の単位（ｈ^−１）
で表される。前記パルス式触媒反応装置としては、リア
クター部とガスクロマトグラフィー部とからなり、ガス
クロマトグラフィー部は、ガスクロマトグラフィーＧ
Ｃ−１６Ａ（（株）島津製作所製）である。なお、本評
価方法は、Ｋｏｂｅｓらの文献（Ｒ．Ｊ．Ｋｏｂｅｓ，
ｅｔａｌＪ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．，７７，
５８６０（１９５５））や、日本化学会編「実験化学講
座１１反応と速度」（丸善、東京（１９９３））を参
考にして行った。

【００２４】＜燃焼試験＞鉄化合物触媒含有紙１０ｍｇ
を秤取り、３００ｍｌ／分の空気中において昇温速度１
０℃／分の割合で昇温させたときの重量変化を熱重量分
析装置（セイコー電子工業（株）製）で測定した。燃焼
特性は、燃焼速度、残存可燃成分量、低温燃焼性によっ
て評価した。燃焼速度は、急激な重量減少が開始した時
間から急激な重量減少が終了した時間までに要した時間
（この間で燃焼が起こっていると推定される。）で示し
た。残存可燃成分量（この値が小さいほど焼却後の燃え
残りや残灰量が少ないと考えられる。）は、急激な重量
減少が終了した時点における可燃成分あたりに換算した
残存重量率（％）で示した。低温燃焼性（有機物が完全
に燃え尽きてしまうのに必要な温度と考えられる。）
は、重量減少がこれ以上起こらなくなった時の温度で示
した。

【００２５】

【作用】本発明の鉄化合物触媒を含有した紙が優れた燃
焼特性を発揮する事実について、本発明者は次のように
考えている。本発明における燃焼メカニズムについて、
まず、鉄化合物触媒粒子の表面の鉄原子は水が解離吸着
してできる表面水酸基により安定化されているが、燃焼
過程における加熱によって表面水酸基間で脱水が起こ
り、配位不飽和な鉄イオン及び酸素イオンが生ずる。次
に、このようにして生成した配位不飽和な活性サイトが
燃焼過程で生起する酸素吸着による酸素の活性化、有機
物からの脱水素反応等の一連の過程で触媒活性を示し
て、燃焼促進効果を発揮するものと考えている。

【００２６】

【実施例】以下に、本発明を実施例によって具体的に説
明する。なお、本発明においては、表１に示す鉄化合物
触媒を用いた。

【００２７】

【表１】

【００２８】実施例１〜６、比較例１〜３化学実験用の濾紙の表面に、表２に示す鉄化合物触媒を
塗布することにより、濾紙中に所定量の鉄化合物触媒が
含有された紙を調製した。得られた鉄化合物触媒含有紙
の燃焼特性を同じく表２に示す。

【００２９】

【表２】

【００３０】表２からも明らかなように、本発明に係
る、実施例１〜６の紙は、鉄化合物触媒を含有していな
い比較例１の紙に比べて、燃焼速度、残存可燃成分量及
び低温燃焼特性のいずれもが優れており、焼却時には完
全燃焼して、燃え残りが少なくなることを示している。
また、本発明の範囲外の鉄化合物触媒を含有させた比較
例２、3の紙は、いずれもその燃焼特性は向上しなかっ
た。

【００３１】

【発明の効果】本発明の鉄化合物触媒を含有した紙は、
本来の紙用途に使用した後、焼却処分する場合にはこの
鉄化合物触媒が燃焼促進作用を発揮して、従来、ＮＯｘ
量の抑制と焼却炉の破損防止に有効とされる低温、低酸
素濃度条件下で焼却炉を運転した場合でも、燃焼効率を
低下させることなく完全に燃焼させて燃え残りや残灰の
生成を少なくするという効果を有している。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者松井敏樹広島県大竹市明治新開１−４戸田工業株式会社大竹工場内 (72)発明者今井知之広島県大竹市明治新開１−４戸田工業株式会社大竹工場内Ｆターム(参考） 4G069 AA03 AA08 BA29A BB04A BB04B BC66A BC66B CA07 CA14 DA06 FA02 FB14 4L055 AG15 AG96 AH01 AH50 EA16 EA20 EA24 EA26 EA32 FA20 FA30

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】平均粒径が０．０１〜２．０μｍの含水酸
化鉄粒子又は酸化鉄粒子からなる鉄化合物触媒であっ
て、該鉄化合物触媒を空気中、８００℃で１５分間熱処
理して得られた酸化鉄粉末２．８×１０^−４ｍｏｌをパ
ルス式触媒反応装置を用いて不活性ガス雰囲気中で６．
１×１０^−７ｍｏｌの一酸化炭素と、２５０℃の温度に
おいて、ＳＶ＝４２４００ｈ^−１の条件で瞬時に接触さ
せた場合に、該一酸化炭素の１５％以上を二酸化炭素に
転化できる活性を有する鉄化合物触媒を、０．１〜２０
ｗｔ％含有していることを特徴とする紙。