JP2005048333A - 乾式抄造紙の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 小規模でも効率的な紙の製造を可能にする乾式抄紙法を提供することにある。また、オフィスなど、古紙が発生した場所で再生紙を製造することを課題とする。
【解決手段】 剥離用基材の表面に水性液を付着させ、その面に静電気力により繊維を付着せしめて紙層を形成した後、紙層を剥離用基材から剥離することを特徴とする乾式抄造紙の製造方法。繊維の主成分がセルロース繊維であり、該セルロース繊維がオフィス古紙を解繊した繊維であることが好ましい。更に、紙支持体表面に水性液を付着させ、その面に静電気力によりセルロース繊維を付着せしめて紙層を形成する乾式抄造紙の製造方法。
【選択図】 図１

Description

本発明は紙の製造方法に関する。さらに詳しくは、本発明は製造時に使用する水やエネルギーの量が少なく、小規模製造に適した乾式抄紙法による紙の製造方法に関する。

通常、紙の紙層形成は製紙用の繊維（パルプ）を水に分散させ、これを抄き網上で均一に脱水することにより行われる。この方法は均一で品質の優れた紙を大量に製造する際に適した方法であるが、大量の水を使い、かつ紙層から水を取り除くために多大なエネルギーを使う。この方法では、製造規模が小さい場合には、製造コストが高くなり、例えば地域や事業所単位で小規模に紙を製造する方法としては問題が多い。

また、通常の製紙方法（湿式抄紙法）では大量に水を使用するため、設備の容積が大きくなることも小規模での紙の製造を不利にしている。抄造に使用した水も一部は廃棄する必要があり、排水処理設備が必要となる。
水を大量に使わずに紙層を形成する方法としては、特開平５−１８６９９６号公報にあるワイヤー（エンドレスの金網）に乾燥繊維を吹き付ける方法が公知である。この方法は紙層形成に水を使わないが、水の代わりに大量の空気流を使うためにブロワーや配管類など、基本的に湿式抄紙と変わらない設備を必要とし、やはり小規模製造に適した方法ではない。
以上の様に、小規模な紙の製造において、小型の設備で効率よい生産を実現する技術は従来存在しなかった。

特開平５−１８６９９６号公報

本発明が解決しようとする課題は、上記の様に従来は困難であった小規模でも効率的な紙の製造を可能にする乾式抄紙法を提供することにある。

上記課題を解決するために発明者らは鋭意努力を重ねた結果、以下に解説する方法によってその目的が達成可能であることを見出すに至った。即ち、課題を解決の手段として、本発明は以下の構成を採用する。
本発明の第１は、「剥離用基材の表面に水性液を付着させ、その面に静電気力により繊維を付着せしめて紙層を形成した後、紙層を剥離用基材から剥離することを特徴とする乾式抄造紙の製造方法」である。

本発明の第２は、上記第１発明において、繊維の主成分がセルロース繊維であることを特徴とする乾式抄造紙の製造方法である。

本発明の第３は、上記第２発明において、該セルロース繊維が紙を解繊した繊維であることを特徴とする乾式抄造紙の製造方法である。

本発明の第４は、上記第２発明において、該セルロース繊維がオフィス古紙を解繊した繊維であることを特徴とする乾式抄造紙の製造方法である。

本発明の第５は、上記第４発明において、オフィス内またはオフィスが存在するビル内で乾式抄造を行うことを特徴とする乾式抄造紙の製造方法である。

本発明の第６は、紙支持体表面に水性液を付着させ、その面に静電気力によりセルロース繊維を付着せしめて紙層を形成することを特徴とする乾式抄造紙の製造方法である。

本発明により、小規模でも効率的な紙の製造を可能にする乾式抄紙法を提供され、水を使わない乾式抄紙法においても、均一で強度の高いシートが得られる。

本発明の乾式抄造紙とその製造に用いる繊維原料は、製紙用のセルロース繊維であればその種類を特に限定するものではない。即ち、広葉樹材あるいは針葉樹材の木材を原料とする繊維（木材パルプ）、草本類や合成繊維を原料とする繊維など通常、紙の製造に用いられている繊維を広く、使用することができるが、この中で特に本発明の目的に好適なものは、木材を原料とする繊維である。木材から繊維を製造する方法も、通常紙の製造に用いられている方法、即ち、機械パルプ化法や化学パルプ化法などを好適に使用することができる。また、紙を解繊して繊維に戻した再生繊維（古紙パルプ）も好適に使用することができる。

古紙パルプの原料となる紙の種類もこれを特に限定するものではないが、オフィスから出る使用済みのコピー用紙や、新聞、雑誌等（オフィス古紙）を解繊して使用することができる。オフィス古紙は、機密上の問題からリサイクルが進んでおらず、現状ではその大部分が焼却されているが、これを紙に再生することができれば資源の有効利用の観点から極めて有意義なことである。本発明が提供するコンパクトで省エネルギーな紙の製造がその発生場所（オフィス）でできれば、オフィス古紙のリサイクルが可能になる。また、発生場所でのリサイクルが可能になれば、古紙を輸送するためのエネルギーや、費用が削減可能になり、環境面で相乗的な効果が期待できる。

これらの繊維は本発明に使用する場合、必要に応じて乾燥、あるいは水分調節を行なう。特に、紙を解繊して古紙パルプを製造する場合は、水を使用しないで解繊を行なう方法（乾式法）が乾燥エネルギーを節約する上で好ましい。乾式法で古紙パルプを製造する方法は、特にその種類を限定するものではないが、製造過程で繊維の切断が過度に起こらない方法を用いることが望ましい。必要に応じて、予め紙を小片に切断しておくことや、被処理紙に若干の水分を持たせておくことなども過度の切断を防ぐ上で有効な場合がある。
前記解繊はブレンダー、ミキサー、リファイナー、セパレーターなどで行っても良い。リファイナーで行う場合には、繊維をカットしないように刃の間隙などを調整する必要がある。

本発明に用いる繊維は、長さが0.5〜10ｍｍのものが好ましく、1〜5ｍｍのものがさらに好ましい。長さが0.5ｍｍより小さいと製造した紙の強度が著しく低下してしまい、好ましくない。また、長さが10ｍｍより大きいと、静電気による紙層形成の際に、繊維同士の絡み合いが過度に起こり、紙の均一性（地合）の悪化が起こりやすくなる。

本発明に用いる繊維は、繊維径が0.1〜100ミクロンのものが好ましく、1〜50ミクロンのものがさらに好ましい。繊維径が0.1ミクロンより小さいと凝集による紙の均一性（地合）の悪化が起こりやすくなり、繊維径が100ミクロンより大きいとやはり均一な紙が得られにくくなる。

本発明の乾式抄造紙は、上記のような製紙用の繊維の他に、必要に応じて種々の材料を含むことができる。即ち、紙の製造に通常用いられる各種の填料や顔料、紙力増強剤、サイズ剤などを静電気による紙層形成の前、あるいは後で添加することが可能である。

静電気の力を使って繊維を対象物に飛翔させるためには、静電植毛加工の分野で経験的に知られているように繊維の表面（漏洩）抵抗値が10⁴Ω／ｃｍ〜10⁹Ω／ｃｍであることが好ましい。繊維の表面抵抗値を好ましい範囲にするために、公知の抵抗調整剤を用いることができる。調整剤の例としては、塩化ナトリウムやケイ酸ソーダなどの無機塩類、各種の界面活性剤、タンニンなどがある。これらの調整剤を処理する方法は、繊維を処理剤を含む液にに含浸、または繊維に処理剤を含む液をスプレーし、乾燥することなどで実施可能である。また、繊維に加湿することで表面抵抗値を小さくする方法も使用可能である。

繊維を基材に均一に飛翔させて紙層を形成する方法は、静電植毛加工などで広く行なわれているが、発明者らはこの方法を紙層形成に応用することで従来より大幅に少ないエネルギーと用水量で、なおかつコンパクトな装置により紙が製造できることを見出すに至った。以下、その装置の例を図面により解説するが、この図面に示した装置は本発明の内容を限定するものではない。

基材１はローラー２の周りにエンドレスのベルトとして取り付けられており、ローラー２を駆動することにより任意の速度で移動させることができる。基材１の表面には液体アプリケーター３により液体が塗布され、直流電圧が印加された電極４（正極）と電極５（負極）の間を通過する際に、繊維供給装置６から舞い上がった繊維が電極４に静電気力で引き付けられて、基材１表面に堆積し紙層を形成する。形成された紙層は、カレンダーロール７で圧縮されて、繊維間結合が形成され、熱風ドライヤー８で乾燥される。乾燥された紙匹は、基材１から剥離されてリール９に巻き取られる。

基材に塗布される水性液とは水、もしくはバインダーを含んだ水溶液又は水分散液で、繊維が基材から脱落するのを防止する効果、カレンダーロールで圧縮された際に繊維間結合が形成されるのを促進する効果がある。バインダーとしては、でんぷん、ＰＶＡなどの水溶性ポリマーや、アクリル樹脂や酢酸ビニル樹脂などのエマルジョンなど通常用いられるバインダー類を使用することができる。
電極間に印加される電圧は１０〜７０ｋＶが好ましく、２０〜５０ｋＶが特に好ましい。負極は網状であることも差し支えなく、基材表面から５〜２０ｃｍ程度の距離に設置することが望ましい。繊維供給装置の中には乾燥した繊維が入っていて、ファンやスクリューなどで舞い上がることで電極間の電位がかかっている領域に供給される。

静電植毛加工では、目的に応じて、被植毛物に対して植毛繊維を上方、側方、あるいは下方から堆積させる方法が知られているが、本発明の方法に適した繊維の堆積方法は繊維を基材の下方、もしくは側方から堆積させる方法である。中でも下方から繊維を堆積させる方法が均一な堆積状態を得やすいという点から特に適している。繊維を上方から堆積させる方法は、比較的繊維の凝集を起こしやすいという欠点がある。

必要に応じて、基材の表面に堆積された繊維のうちの余分なものを除去する工程を繊維の堆積工程の後に設けることも可能である。この場合、エアーで吹き飛ばす方法や、ブラシで払い落とす方法、振動で振るい落とす方法など常法を用いることができる。この工程で除去された繊維や、堆積（紙層形成）工程で基材に堆積されなかった繊維は、常法により回収されて、再度原料として使用することも可能である。

カレンダーは、繊維同士を結合させる役割を果たすもので、必要に応じて加熱することも行われ、複数ニップとする場合もある。また、カレンダーの前に必要に応じて加湿装置を設けることも可能である。カレンダー処理の後、ドライヤーを通すことにより紙匹を乾燥させ、基材から剥離して紙匹を巻き取る。カレンダー処理を基材から剥離した後に行なうことも差し支えない。
以上は、連続的に紙匹を製造する装置であるが、基材を移動させずに電極間に置き、その表面に所定量の繊維を堆積させることで枚葉でシートを製造することも可能である。

オフィス古紙は印刷インクやトナーなどが付着しているため、本発明を繰り返し実施した場合紙が次第に黒ずんで来ることが予想され、そのため、古紙を解繊した繊維に対して新しいセルロース繊維を混合して本発明を実施することが好ましい。その場合、新しい繊維の配合割合は、古紙に対して20〜100質量％程度が好ましい。
また、静電植毛装置を2台直列に取り付け、一方の植毛機には、新しいセルロース繊維またはインク・トナーが付着していない古紙を解繊した繊維を使用する方法も有効である。

上記のように本発明の方法はオフィス古紙を原料として乾式抄紙し、再びオフィス古紙としてしようすることを可能にするものであるが、オフィスで使用し得る他の紙、例えば、ちり紙、手ふき紙、ワイパーなどを抄造することも可能である。

本発明の第６の発明では、ドラムまたはベルト上に紙支持体を載せ、その上にセルロース繊維を静電植毛し、積層紙を製造することを可能にする。この場合、紙支持体としては、ロール状の巻き取りを繰り出してしようすることが好ましい。更には、本発明の第１〜第５の発明により得られた乾式抄造紙を第６発明における紙支持体として使用することも好ましい態様である。

以下に、本発明を実施例により詳説するが、本発明は以下の実施例により限定されるものではない。

＜実施例１＞
使用済みのコピー用紙（古紙配合率７０％、坪量６４g/m²）適当枚を、シュレッダーで砕片化し、アイエンジニアリング社製クリーニングセパレーターで、乾式解繊した。
Ａ４サイズのＰＥＴ（ポリエステル）製基材シートに、１重量％のポリビニルアルコール水溶液を霧吹きでスプレーしたものを段ボールの台紙に固定し、段ボールの端をアースした。
小型の静電植毛機（商品名：エロー・フロック、ローデルスタイン社製）の正極バスケット上に乾式解繊したコピー用紙由来の繊維１０ｇをのせ、ポリエステルシートの下方１０ｃｍの距離から繊維を基材シートに飛翔させた。印加した電圧は３０ｋＶであった。
電圧を開放した後、繊維が堆積した基材シートを空気圧プレスにより5kg/cm²の圧力で５分間プレスし、繊維シートを基材シートを枠にとめて熱風乾燥した。

＜比較例１＞
実施例１において使用した乾式離解した使用済みのコピー用紙を、２８メッシュのふるいに入れ、実施例１と同様にしてポリビニルアルコール水溶液をスプレーしたＰＥＴ製基材シートの上方から、ふるいに振動を与えることで散布した。
繊維が堆積した基材シートを実施例１と同様にしてプレス、乾燥した。

実施例、および比較例において作製したシートの物性を表１に示す。

実施例１で作製したシートは、比較例１で作製したシートより厚さのばらつきが少なく、静電気による紙層形成が均一なシートを作る上で効果があることがわかる。
引張り強度が実施例１で作製したシートの方が、比較例１で作製したシートより大きい事も、シートの均一性が影響していると考えられる。
以上の実施例から明らかなように、本発明の方法によれば、水を使わない乾式抄紙法においても、均一で強度の高いシートが得られる。

本発明は、オフィス内またはオフィスがあるビル内で、発生する古紙をその場で再生して紙として使用することを可能とする。
また、所謂製紙工場としても、利用可能な技術である。

本発明の方法を実施するための装置の一例を示す模式図。

符号の説明

１．剥離用基材（エンドレスベルト）
２．ローラー
３．液体アプリケーター
４．電極（正極）
５．電極（負極）
６．繊維供給装置
７．カレンダーロール
８．熱風ドライヤー
９．乾式抄造紙の巻き取り

Claims (6)

1. 剥離用基材の表面に水性液を付着させ、その面に静電気力により繊維を付着せしめて紙層を形成した後、紙層を剥離用基材から剥離することを特徴とする乾式抄造紙の製造方法。
2. 繊維の主成分がセルロース繊維であることを特徴とする請求項１に記載の乾式抄造紙の製造方法。
3. 該セルロース繊維が紙を解繊した繊維である請求項２に記載の乾式抄造紙の製造方法。
4. 該セルロース繊維がオフィス古紙を解繊した繊維である請求項２に記載の乾式抄造紙の製造方法。
5. オフィス内またはオフィスが存在するビル内で乾式抄造を行うことを特徴とする、請求項４に記載の乾式抄造紙の製造方法。
6. 紙支持体表面に水性液を付着させ、その面に静電気力によりセルロース繊維を付着せしめて紙層を形成することを特徴とする乾式抄造紙の製造方法。
   

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