JP2003147690A

JP2003147690A - 高白色度の非木材機械パルプの製造方法

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Publication number: JP2003147690A
Application number: JP2001341645A
Authority: JP
Inventors: Akio Mita; 御田昭雄
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2001-11-07
Filing date: 2001-11-07
Publication date: 2003-05-21

Abstract

(57)【要約】【課題】高白色度の高品質の短繊維及び長繊維の非木材
パルプを排水の環境負荷を少なくして製造する方法を提
供する【解決手段】第１段で漂白し第２段で解繊することでパ
ルプ化を可能とする。漂白液は主として過炭酸ナトリウ
ム又は過酸化水素のアルカリ金属の炭酸塩水溶液からな
り、所望により少量の助剤を用い調製する。非木材セル
ロース原料を漂白した後、叩解機等の解繊機で処理して
単繊維化することにより、高白色度の非木材機械パルプ
を高収率でかつ環境負荷を極めて小さくして、製造する
ことを可能とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は非木材繊維原料から
高白色度の機械パルプを製造する方法に関わる。

【０００２】

【従来の技術】砕木パルプ（GP）で代表される機械パル
プは、本来針葉樹の丸太を水で濡らしながら回転式のグ
ラインダーで機械的に磨り潰して作るもので、９０％を
越す高収率を示すが白色度と強度は低い。GPは極度に高
収率であるのでリグニンの含有量が木粉並みに多い。高
度の漂白をすれば収率が激減するので、軽度の漂白をし
て半晒しのGPを得、半晒しのNKP（針葉樹のクラフトパ
ルプ）を２０％程度配合して新聞用紙などの下級印刷用
紙の製造に供され、大きな需要があった。

【０００３】針葉樹資源の枯渇に伴い、針葉樹に比べて
繊維が短い広葉樹のチップを用いて良質の機械パルプを
製造する研究が盛んになった。例えばホットリファイナ
ーを用い広葉樹チップを高温高圧下で磨砕するパルプ化
法（TMP法）や、さらに化学薬品を用い広葉樹チップを
熱処理して軟化させ、機械的に繊維を取り出すことによ
ってパルプの強度をTMP法のパルプより向上させるパル
プ化法（CTMP法）などが出現した。しかし、このように
熱処理によって得られるパルプの白色度は一般に低下す
るので、その漂白は更に困難な問題であった。

【０００４】バガス（砂糖きびの絞り粕）やバナナの古
木などの農産廃棄物で代表される短繊維及び長繊維を有
する非木材セルロース原料は、毎年大量に発生するが高
度の利用がなされてない。短繊維原料を利用して良質の
短繊維パルプが製造出来れば、木材パルプの製造に使わ
れてきた年間約５．５億m^３の木材の大半が節約できる
し、長繊維原料から良質の長繊維パルプが製造できれば
特殊紙や不織布の原料として需要が生まれるとして、幾
多の困難の中で非木材パルプの新しい製造法が種種試み
られている。なかでも簡単な装置、単純な工程で高白色
度のGP,TMP及びCTMP等の高収率パルプ（本発明では以下
機械パルプと総称）を製造することは極めて困難であっ
たが、その成功に大きな期待が寄せられていた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題とは非木
材セルロース原料を用い、ありふれた設備、容易に入手
し得る薬品と極めて単純な方法で高白色度の機械パルプ
を環境負荷が極度に小さい状態で製造可能な方法を提供
することにある。

【０００６】

【問題を解決するための手段】発明者は、非木材繊維原
料から高白色度の機械パルプを得るため多年努力してき
た。製糖工場から大量に排出されるバガスは、色が白
く、組織が柔らかく、繊維質に富むが、水分と残糖が多
く残り極めて腐り易く変色しやすく、貯蔵と輸送が困難
で、大半が利用されずに廃棄されていた。多くの研究者
がバガスのパルプ化に挑戦し、その結果収率はかなり低
いが高白色度の化学パルプの製造に成功し、一部では工
業生産が行われている。

【０００７】一般に非木材繊維原料は木材に比べて木化
が進んでないのでリグニン含有量が少なくなくヘミセル
ロースが多く、組織が柔らかくポーラスなため、化学パ
ルプ化法や、セミケミカル法（半化学パルプ化法）で軽
度の蒸解を行ったのでは、得られるパルプはべたべたし
やすく、抄紙適性が悪くなるので約３０％ものピス（髄
質）を除き強度の蒸解を行うので、通常最終の収率は３
０％程度まで低下する。また純粋な機械パルプ化法に頼
れば繊維が粉々になりやすくここでも、約３０％ものピ
ス（髄質）を取り除き、白色度の低下を犠牲にしてもTM
P法又はCTMP法で高温パルプ化処理を行わなければ、抄
紙の際の水抜けが悪くパルプは使い勝手が悪いので通常
最終収率は６０％程度と機械パルプとしては極めて悪
く、白色度を上げることも困難で用途は限られていた。

【０００８】このように、バガスを含め非木材繊維原料
の機械パルプ化法については多くの努力にも関わらず成
功例の報告のないことに発明者は疑問を抱き、自分の研
究を含め従来の研究開発の実績を丹念に調査し或ものは
追試した結果、木材パルプの手法及び手順が非木材のパ
ルプ化では逆の効果を示すものが多い事に気付き、逆転
の発想を持って最初から取組んだ結果、当初に期待した
以上の成果が得られるようになった。更に改良を重ねる
ことにより、従来この分野の技術の常識では考えられな
い程プロセスを簡略化することに成功した。

【０００９】上述のように非木材繊維原料は、化学パル
プ化法や、セミケミカル法（半化学パルプ化法）で蒸解
を行ったのでは、得られるパルプはべたべたして水切れ
が悪く、抄紙適性が悪くなるのでピス（髄質）を除き強
度の蒸解を行うのでその分、収率は大きく低下する。し
かも高白色度に漂白するため、グニンを蒸解で完全に除
こうとすれば、繊維原料中のヘミセルロースをはじめと
する５０％近くの有機物は可溶化して廃液固形分に変る
ので最終の収率は３０％程度まで低下する。そのため環
境負荷が極めて大きくなる。色の白いバガスは蒸解中に
色が付くので、未晒パルプは白くするために塩素系漂白
剤による多段漂白が必要となる。しかして、世間の期待
に反して非木材パルプの製造は環境問題との大きな戦い
でもあった。

【００１０】またパルプの収率を上げるため純粋な機械
パルプ化法に頼れば繊維が粉ごなになり強度は落ち、抄
紙の際の水抜けが悪く、パルプは使い勝手が悪いので、
ここでも大量のピスを取り除き、更に白色度を犠牲にし
てTMP法又はCTMP法等で高温パルプ化処理を行わなけれ
ばならなかった。そのため最終の収率は６０％程度と木
材の機械パルプの９０％台と比べて極度に悪くなる、リ
グニン含有量が極めて多いため、漂白で白色度を上げる
ことも困難なため用途は限られていた。

【００１１】今回、発明者は脱ピスをしないバガスを約
１０ｃｍに切り過炭酸ナトリウムを添加した。バガスは
保存性が良くなり２ケ月以上たっても腐敗せず、白いバ
ガスが更に漂白されて白くなり、さらに柔軟になること
を知った。この予め漂白したバガスをビーターに掛けた
ところ容易に解繊して白色度７５．２％で微かに黄色味
のある砕木パルプ状のものを得た。このパルプ状のもの
は所望により亜硫酸ナトリウムで処理することにより黄
色味は消え白色度は８３．４％に達した。前者のパルプ
にNBKP（針葉樹の晒クラフトパルプ）を２０％配合して
漉いてみたところ高白色度で丈夫な下級印刷用紙を白色
度７８．３％で得るることに成功した。

【００１２】すなわち本発明では、従来常識とされてき
た製造工程を逆転させることにより、組織が柔らかい非
木材セルロース原料は、第１工程では解繊していなくて
も漂白が行え更に柔らかくなった。第２工程で白くかつ
柔らかくなった非木材セルロース原料を常温か又はそれ
に近い温度で解繊すことによって高白色度の機械パルプ
の製造が可能となった。さらに詳しく述べれば、硬質繊
維原料のバガスに限らず葉繊維のアバカ、靭皮繊維の楮
（こうぞ）を始め、非木材セルロース原料の殆どが木材
チップに比べポーラスであるか繊維状であり、何れも組
織が濡れ易く、漂白液の浸透が容易である。漂白剤の添
加とともに白色度の向上と組織の膨潤軟化が同時に進む
ので、機械処理による解繊が可能となり、パルプ化の目
的が一挙に達成できるようになった。しかして非木材パ
ルプを得ようとする人々は、従来のように高温で解繊し
て得られる白色度の低い未晒パルプに対し、報いられる
ことの少ない漂白作業を夢中で行う空しさから解放され
るようになった。

【００１３】

【発明の実施の形態】

【００１４】本発明に適用できる非木繊維原料の種類は
極めて広い。リグニン含有量が比較的多くて硬い、いわ
ゆる硬質のパルプ原料とされてきたバガス（砂糖きびの
絞り粕）や葦（あし）、エスパルトや、稲、麦等のわら
類等種類が多い。リグニン含有量の少なく、いわゆる軟
質のパルプ原料としてはアバカやバナナのような葉繊
維、楮（こうぞ）、三椏（みつまた）、雁皮（がん
ぴ）、亜麻やジュート、ケナフのような靭皮繊維等が、
含まれる。これら非木材繊維原料はパルプ化に際し常圧
下で攪拌されるので、原料の長さは３〜３００ｍｍ、好
ましくは３０〜１００ｍｍである。

【００１５】湿潤バガスは残糖の他と水分が約５０％も
あり、稲、麦等は収穫の時は未だ水分が1５〜３５％も残
るため腐敗し易く着色して、繊維原料として劣化が急速
に進むためパルプ原料としての評価は低く、特に機械パ
ルプの原料と見なされていなかった。

【００１６】本発明を小型工場で行う場合、漂白液の調
製に過炭酸ナトリウムを用いれば反応が温和で安定した
固体の粒子として取り扱えるので、反応の過激な過酸化
水素の水溶液を専用のタンクに入れたり取り扱う不便さ
がなくなる。大型工場では、コスト削減のため、当然大
型のタンクと計量ポンプを設備することも、更には自家
生産することも可能であろ。その使用量は過炭酸ナトリ
ウムの形であれば３〜１００％、好ましくは５〜３０％
である。また過酸水素化水素の形で加えるなら、H₂O₂
として０．３〜１０％、好ましくは１〜５％である。ア
ルカリの使用量はNa₂CO_３とH₂O₂ のモル比で０．５〜
５、好ましくは１．２〜３である。カリウム塩を用いる
場合もK₂CO₃とH₂O₂との使用量の比はナトリウム塩と同
様のモル比が推奨される。

【００１７】漂白の際、助剤として以下の少なくとも１
種以上を添加することが望ましい。過酸化水素の安定剤
として水ガラス、DTPA（ディエチレン.トリアミン.ペン
タ.アセティックアシド又はそのナトリウム塩）、EDTA
(エチレン.ディアミン.テトラアセティックアシド又は
そのナトリウム塩)及び、ディフォスフォン酸等のキレ
ート剤及びアントラキノン、アミノアントラキノン等の
アントラキノン類が挙げられる。NMP（ノルマルメチル
ピロリドン）の添加は樹脂の溶出を助け樹脂障害を防ぐ
効果がある。薬品の使用量として、水ガラスは０．１
〜３％、好ましくは０．３〜１％で、キレート剤は０．０
５〜２％、好ましくは０．１〜０．５％で、アントラキ
ノン類は０．０２〜０．５％、好ましくは０．０３〜
０．２％である。NMPの添加量は０．０３〜０．５％で、
好ましくは０．０６〜０．２％である。

【００１８】液比は０．７〜１０ L/kg で, 好ましくは
１．５〜３．５ L/kg である。

【００１９】非木材セルロース原料の漂白は、温度は０
〜1１０℃、好ましくは室温から９０℃で、時間は９０
℃であれば１時間で極めて薄いクリーム色で高白色度に
漂白され柔軟になる。なお室温又は低温で長時間保持す
る方がパルプを更に高白色度で得るためには望ましい。
バガスや湿潤稲わら等の貯蔵に際して漂白液を用いるこ
とは保存性を高め原料を安定供給するうえでも、原料を
柔軟にする上でも、また高白色度の機械パルプを得るう
えでも好ましい。また漂白後もしくは解繊後に亜硫酸塩
の水溶液で常温又は高温で処理することは黄色味のない
純白のパルプを得る上で好ましい。

【００２０】本発明では、漂白後の繊維原料は大規模生
産の場合にはディスクリファイナー又は及びニーダータ
イプの強制攪機付きの反応容器を用い高濃度で繊維を傷
めずに解繊処理をして大量のパルプを連続的に生産可能
である。また、多品種小ロット生産で、特にビーターを
用いれば極少量の原料による低濃度解繊で極少量生産が
可能である。エッジランナーを用いれば少量高濃濃度処
理により繊維を傷めずにパルプ化が可能である。長繊
維、及び短繊維非木材繊維原料は何れも解繊作用を受け
単繊維状になり、それぞれ長繊維及び短繊維の高白色度
の非木材機械パルプを高収率で、かつ環境負荷を少なく
して得ることが出来る。

【００２１】本発明の実施に必要な設備について特筆で
きることは第１段の漂白工程は常温漂白または弱い加温
漂白を行うのみであるから、既存のパルプ工場にあって
はまったく新たな設備を必要としない。また第２段の解
繊工程も紙パルプ工場にあってはまったく当然の設備で
あるので、本発明の実施に伴う初期投資を必要とせずに
済ますことができる。長繊維および短繊維いずれの非木
材繊維原料からでも従来技術では到底考えられなかった
高収率で高白色度の機械パルプが得られる。特に原料の
精選が行われ熱水抽出物の少ないアバカやバナナの繊維
を原料とする場合には９０％以上の高収率で白色度８５
％もの未晒パルプが得られた。

【００２２】

【実施例】以下実施例をもって本発明をさらに説明す
る。ただし、本発明は当該実施例のみに限定されるもの
ではない。また、特に指定しない限り「％」は重量％を
指す。また本発明では、パルプ廃液に移行する繊維原料
の有機物の量を減らして環境負荷を減らすのが最大の目
的の一つでもあるので、パルプの収率はパルプ絶乾量/
繊維原料絶乾量で表示した。

【００２３】

【実施例１】葉繊維原料としてバナナの古木から採取し
た良質のバナナ繊維を長さ５５ｍｍに切断したものを絶
乾量で１００ｋｇ用いた。漂白液としては炭酸ナトリウ
ムをNa₂CO₃ として８ｋｇと、過酸化水素を H₂O₂とし
て３ｋｇ、DTPAを２００ｇ、アントラキノン３０ｇ、NM
Pを１００ｇを水２００Lと混合し６０℃に加温して加
え．５時間漂白した。漂白後ビーターで３０分間処理
して離解してパルプ化した。得られた長繊維パルプはC.
S. F.６５０ mL 、白色度８２．２％で収率は９２．
５％を示したた。これを従来のAP法で蒸解し、総塩素使
用量５％で漂白し収率５３％で長繊維の晒パルプ１トン
生産するのと本発明でパルプを１トン生産するのとを、
収率と原料中の有機物の溶出量で比較すれば、本発明実
施例により収率は１．７倍に、廃棄物量は１/１０以下
に低減し得ることが明らかになった。得られたパルプ
は、篩分け試験の結果１４メッシュオン３８．２％、２
８メッシュオン２１．８％、１００メッシュオン１３．
２％、２００メッシュオン１０．２％、２００メッシュ
パス１６．６％であった。残りのパルプは更にビーター
C.S.F.５００ｍLまで叩解し、手漉きを行い坪量７０g/m
²のバナナの厚手和紙を得た。

【００２４】

【実施例２】硬質のセルロース原料としてバガスのパル
プ化を行った。バガスは製糖工場で排出する水分４９．
５％で長さ5ｃｍの湿潤バガス２００ｋｇを用いた。こ
れに漂白剤として過炭酸ナトリウム１０kg、DTPA ３
０ｇ，硫酸マグネシウムをMgO として１００g アン
トラキノン３０ｇを予め混合した物を漂白剤として直接
添加混合し、３０日間貯蔵後トラックで３００ｋｍ輸送
し、実験工場の土場で１０日間貯蔵した（この1３日間
の温度23〜３２℃）のち解繊に供した。解繊工程は緩圧
式の強制攪拌装置付きのニーダーで液比1.３ L/kgで20
分間処理し、ぼそぼその状態にほぐした。この間発熱に
より原質の最高温度は８０℃に達した。水を加えて原質
濃度２５％としてディスクリファイナーに掛けて精砕し
パルプ化した。得られたパルプは白色度が７９．２％
裂断長が２．８km、比破裂強度１．９で収率は９０．
１％であった。同パルプにKBKPを２０％配合して抄紙試
験を行い極めて白い新聞用紙（白色度８２．２％）が得
られた。もしバガスを脱ピスして従来のKP法で未晒パル
プを得、これを塩素系の漂白剤を用いて４段漂白で同じ
白色度まで漂白してパルプを３７％で得るとしたのと比
べ、パルプの収量は２．５倍近くになることが明らかに
なった。

【００２５】

【実施例３】セルロース原料として楮を長さ３０ｍｍに
切断したものを絶乾量で１０．０ｋｇ用いた。漂白液と
しては過炭酸ナトリウムを１．２ｋｇ、しゅう酸ナトリ
ウム５００ｇ、水ガラス１００ｇ、DTPA１０ｇ、硫酸マグ
ネシウム１５ｇ、を水８０Lに溶かしたものを漂白液と
して調製した。１５０L容のステンレス製の容器に楮と
８０℃に予め加温した漂白液を入れて２．５時浸漬し漂
白した。漂白後ビーターで３０分間処理して解繊し、白
色度８６．９％の未晒の長繊維機械パルプを収率９１．
８％で得た。この際副生するパルプ廃液固形分とNSP法
で収率６５％でパルプを得る際に副生する廃液固形分量
を製品パルプ１トン当たりで比較したが、1/３以下に軽
減し得ることが分かった。得られたパルプは更にビータ
ーでＣ．Ｓ．Ｆ３５０ｍＬまで叩解して手漉きを行い、
得られた紙は断長１１．１ｋｍ、比破裂強さ５．８、
比引き裂き強さ２２１を示した。

【００２６】

【発明の効果】巨大なパルプ工場から零細なパルプ工場
に至るまで既存の設備を殆どそのまま用いて、高白色度
で良質の長繊維及び短繊維の非木材の機械パルプが極め
て高収率で、かつ排水の環境負荷を大幅に削減できる簡
便な製造方法を提供することが出来るようになった。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】過炭酸ソーダ又はアルカリ金属の炭酸塩と
過酸化水素のモル比で０．５〜２．０の混合液を漂白液
として、非木材植物繊維原料に加え、加温せずに漂白処
理するか、又は所望により加温して漂白処理するのを第
１工程とし、漂白された繊維原料を機械的に解繊してパ
ルプ状にすることを第２工程とし、第１工程から第２の
順に繊維原料を処理することを特徴とする、高白色度の
非木材機械パルプの製造方法。
【請求項２】非木材繊維原料が靭皮で、第１工程におい
て漂白液にアルカリ金属のしゅう酸塩を添加することを
特徴とする請求項１の方法、
【請求項３】第１工程において漂白液にパルプ収率増加
剤としてアントラキノン類、過酸化水素安定剤として水
ガラス又は及びキレート剤、、セルロース安定剤としてマ
グネシウム化合物、脱樹脂剤としてNMP（ノルマルメチル
ピロリドン）のうち少なくとも１種以上を添加すること
を特徴とする請求項１及び２の方法。
【請求項４】非木材繊維原料の保存に漂白液の一部又は
全部を使うことを特徴とする請求項1、２及び３の方法
【請求項５】第１工程における漂白処理が常圧下の沸点
以下でかつ２時間以内であることを特徴とする請求項
１、２，３及び４の方法。
【請求項６】漂白後の機械的解繊にビーター又はエッジ
ランナーを用いることを特徴とする請求項１、２，３，
４及び５の方法。
【請求項７】漂白後の機械的解繊にディスクリファイナ
ーを用いることを特徴とする請求項１、２，３，４，及
び５の方法。
【請求項８】第２工程で、ディスクリファイナーを用い
る前にニーダータイプの高濃度の強制攪拌機で処理する
ことを特徴とする請求項１、２，３，４、５及び６の方
法。
【請求項９】漂白後又は解繊後にアルカリ金属の亜硫酸
塩で処理することを特徴とする請求項１、２，３，４，
５，６及び７の方法
【請求項１０】パルプ廃液に第１鉄塩を加え、所望によ
り空気を送入しつつ攪拌して処理することを特徴とする
請求項１，２，３、４、５、６、７及び８の方法。