JP2005504903A5 - - Google Patents

Description

着色剤、特に印刷インキを再生利用繊維材料から分離する方法

本発明は、液体、好ましくは助剤を含む水を使用して着色剤を含む再生利用繊維材料を離解し、離解中に再生利用繊維材料に含まれる着色剤を再生利用繊維から分離させる、着色剤、特に印刷インキを再生利用繊維材料から分離する方法に関する。

再生利用繊維材料は、通常、再生利用繊維材料に付着する着色剤、すなわち印刷インキまたはトナーを含む、種々の印刷物および他の材料を含む。処理の際には、一方で再生利用繊維材料を離解し、他方で再生利用繊維の再利用を妨げる着色剤、種々の填料、ワックス、および接着剤を再生利用繊維材料から分離して後から除去する必要がある。このような着色剤は、紙または板紙の製造プロセス中に、ウェブの製造時、印刷中もしくは別の仕上げステップで、またはコピー機およびプリンタ内で、完成したウェブの表面に添加される。

公知の技術では、水を加えて再生利用繊維材料を繊維にパルプ化し、同時に、水と再生利用繊維材料との混合物内で機械的衝撃を発生させることにより、着色剤および他の薬剤を再生利用繊維材料から分離する。機械的な処理に加えて、化学物質およびある程度の熱を使用して不純物を除去し、パルプ化に続く操作ステップで、ある種の不純物を分離し、そして分離された不純物を除去する。

公知の解決法における問題は、着色剤を繊維から分離するのが非常に難しく、離解中に得られるパルプの白色度が低下してしまうことである。着色剤を分離させる、長いパルプ化時間（１５分超）と化学条件とによりパルプの白色度が低下することがわかっているため、処理時間を長くすることにより分離を著しく促進させることはできない。理由の一つは、着色剤粒子が小さくなり過ぎて繊維を貫通するため、白色度が低下するからである。捕収剤として公知の薬剤を添加すると、その作用により着色剤粒子が凝集体を形成し、数分間のパルプ化後に白色度を高める。パルプの白色度は、パルプ化時間が長くなるにつれてさらに高くなるが、パルプ化時間が長いと着色剤の凝集体が多くなり過ぎて、目に見えるようになってしまう。脱インキ・プロセスの種々のステップで除去されない、目に見える着色剤の凝集体は、一般に、再度混練して目に見えないほど小さな粒子にする必要がある。

公知の解決法の別の欠点は、印刷インキおよび他の不純物が実際のパルプから除去される浮選中に、非常に多くの繊維材料が損失することである。これは、少なくとも一つには、繊維自体が親水性である一方、繊維中の印刷インキ、ワックス等が本質的に疎水性であることによる。これら疎水性の添加物があるため、浮選中に、添加物に付着した繊維がパルプ混合物から容易に除去されて、良好な分離方法を使用すれば少なくとも一部は避けられたであろう材料の損失が生じる。

本発明の目的は、従来よりも効率的に着色剤を分離して、不純物の除去後に従来よりも白色度の高い再生利用繊維を得るための方法を提供することである。本発明の方法は、再生利用繊維材料を事前に混練するために、パルプ材料および液体をパルパ等の別個のプリブレーカに最初に加え、事前に混練した再生利用繊維材料を、液体、およびガスまたは空気等のガス混合物と共に、衝撃面と半径方向開口とを有する少なくとも２つの同心に回転するリングを備える複動衝撃ミルに加えて、隣接するリングが互いに反対方向に回転するようにし、再生利用繊維材料、液体、ガス、またはガス混合物をリング中央に加え、ここから、これらの材料等を１つの衝撃面から別の衝撃面へ、かつ遠心力の作用により中央から半径方向外側へ向かって投げ、複動衝撃ミルに加えられたほぼ連続した材料の流れがガス中で分断されて、複動衝撃ミル外側の衝撃面間の開口を通って最終的に投げられる小さな材料の流れ部分になるようにし、複動衝撃ミルでの再生利用繊維材料の効率的な処理時間がせいぜい２秒であり、再生利用繊維材料に付着した着色剤が、リングの衝撃面に衝突するときに再生利用繊維材料から分離されて、更なる処理で、複動衝撃ミルから排出された生成パルプ懸濁液から着色剤を除去することができることを特徴とする。

本発明の基本的な概念は、同時かつ互いに同心に回転し、衝撃面と、再生利用繊維材料がリング中央から装置の半径方向外側に搬送されるときに通る半径方向開口とを含む少なくとも２つのリングを備える複動衝撃ミルに、事前に混練した再生利用繊維材料を加えることである。本発明のさらに基本的な概念は、装置での再生利用繊維材料の全処理時間がほんの数秒であり、最大でせいぜい２秒、好ましくは１秒未満であることである。本発明のさらに基本的な概念は、ガスまたは空気等のガス混合物を複動衝撃ミルに加えることにより、複動衝撃ミルに加えられた材料の流れが、連続したパルプ流になる代わりに複数の別個の部分に分断され、したがって１つの衝撃面から別の衝撃面へ高速で自由かつばらばらに投げることが可能になることである。その結果、繊維が非常に強力な衝撃パルスおよび剪断力と高圧パルスおよび低圧パルスとを受け、このような振動により着色剤粒子が繊維から効率的に分離される。さらに、本発明の好ましい実施形態の基本的な概念は、複動衝撃ミルの、衝撃面と開口とを備えたせいぜい４つの同軸に配置されたリングを使用することであり、これによって、装置の特性により処理時間が確実に十分に短いままとなる。本発明の別の好ましい実施形態によれば、アルカリ、例えば、水酸化ナトリウム、石鹸、珪酸ナトリウム、および過酸化水素等の、着色剤および／または分離される残りの部分の分離を促進するための、かつ／または更なる処理を促進するための化学物質が、再生利用繊維材料、液体、およびガスと同時に複動衝撃ミルに加えられる。

本発明の方法の利点は、実際の繊維から着色剤粒子を分離するための多くの前記強力な衝撃が短時間で再生利用繊維材料に向けられるが、短い処理時間と装置の解決法の開放性により、着色剤粒子が過度に小さく粉砕され混練されることはなく、繊維を容易に貫通することができないことである。本発明の方法の更なる利点は、迅速な分離ステップ後に、着色剤および繊維が、従来技術のパルパで行われていたような長時間の混合および混練を受けることがなく、液圧により狭い間隙に押し込められることがなく、したがって互いに十分に分離されたままとなり、浮選により、または他の好適な方法により、複動衝撃ミルの後の分離ステップで着色剤を効率的に除去できることである。さらに、本発明の方法の好ましい実施形態の利点は、好適な化学物質は、再生利用繊維材料と同時に複動衝撃ミルに加えられると、直ちに材料および液体の残りと非常に効率的に混合されるため、直ちに着色剤が分離され、分離された着色剤粒子が蓄積してより大きな凝集体になることである。これにより、分離された印刷インキが処理中に過度に分解されることが避けられる。一方、パルプ懸濁液と複動衝撃ミルで生成された成分とが複動衝撃ミルの後の次の処理ステップに直ちに入るので、通常長い処理時間によって生成される過度に大きな凝集体は生成されない。更なる利点は、本発明の方法を使用することにより、従来技術の解決法よりもはるかに少ない化学物質量で、着色剤と分離される残りの部分との分離に対する化学物質の同一の効果またはより効率的な効果を達成できることである。本発明の目的の更なる利点は、このようにして、複動衝撃ミルに送られるエネルギーが、効率的に、かつ短時間で分解された物質流に向けられることにより、過渡的な強いエネルギー・パルスを受けることである。この結果、着色剤が繊維から効果的に分離されるが、処理時間が短いため、長時間のエネルギーの影響を受けず、容易に繊維から分離されたままとなる。

本発明は、添付図面において詳細に説明されている。

図１および２は、それぞれ、本発明の方法を実施するのに適した複動衝撃ミルの、側面図および上面横断面図である。

図１は、本発明の方法で使用される複動衝撃ミル２０の縦断面図であり、複動衝撃ミル２０は、衝撃面１ａ、１ｂ．．．、３ａ、３ｂ．．．等を備えたロータ１１が内部に配置されたハウジング１０を含む。図２は、個々の衝撃面の詳細を示す。ハウジング内には、第１のロータ１１と同心の第２のロータ１２が配置される。第２のロータ１２は、衝撃面２ａ、２ｂ．．．、４ａ、４ｂ．．．等を備える。第１のロータ１１および第２のロータ１２の衝撃面１ａ、１ｂ．．．、２ａ、２ｂ．．．、３ａ、３ｂ．．．は同心のリング１、２、３に配置され、第１のロータ１１のリング１、３、５と第２のロータ１２のリング２、４とが重なるようになっている。これにより、ロータ１１、１２および衝撃面が、同心に異なる方向に自由に回転することができる。

ハウジングの端部は、ロータ１１、１２の中央に開口した、事前に混練された再生利用繊維材料の送給入口として働く孔１４を備える。ハウジングの壁は、最も外側の衝撃面リングに対して接線方向に位置する出口開口として働く開口孔１５を備える。

第２のロータ１２を、衝撃面を備えたステータに置き換えることもできるが、２つのロータを含む解決法が好ましい。反対方向に回転するロータは強力な遠心力を発生するため、材料の流れが動いている状態に効率的に維持されるが、ステータ／ロータ・システムでは、これを同様に効率的に達成することはできない。

図２は、図１のタイプの装置を水平横断面（両ロータ１１、１２のリングの数が図１の装置よりも１つ多くなるように修正されている）として示し、ロータの回転方向を示す。当然、最も外側のリングが接線方向に配置された出口開口の方向に回転する限り、両ロータは反対方向に回転することができる。

図２の解決法によれば、リング１、２、３．．．間の水平距離Ｌは約３ｍｍであり、すべてのリング間で同一である。好ましい実施形態によれば、図示しないが、隣接するリング間の距離Ｌが装置の最も外側のリング７に向かって減少するように装置が構成され調節される。好ましくは、最も外側のリング６、７間の距離Ｌが約０．２ｍｍである。

好ましい実施形態によれば、最も外側のリングの衝撃面間の距離Ｓが内側リングの衝撃面間の距離よりも小さくなるように装置が構成される。

前記方法によって、より粗い繊維材料を確実に装置に加えることができ、それにもかかわらず十分に離解されたパルプを得ることができる。基本的な利点は、ロータ・リングの衝撃面の数およびリング間の距離（狭さ）が必要に応じて選択されることである。リング間の距離およびリングの衝撃面間の距離は、外側のリングに向かうほど小さくなるように構成することができる。このようにして、好ましくは、分散する粗い再生利用繊維材料は、混練時に、装置から排出される前により狭い空間に入って終わる。しかし、本発明の基本的な概念は、再生利用繊維材料を非常に狭い空間に押し込んで圧縮することではなく、基本的に、再生利用繊維材料が衝撃面に衝突して、半径方向開口から前方へ、かつ最終的に装置の外へ投げられるように複動衝撃ミルを動作させることである。複動衝撃ミルのハウジングのリング壁は、ロータ／ステータに対応して対のロータのすぐ近くに位置する必要はなく、より遠くに位置してもよく、すなわちハウジングを非常に緩くすることができる。この場合、ハウジングの機能は、主に生成されるパルプ懸濁液の容器として働くことである。

再生利用繊維材料および液体は、回転するロータ・リング内の中央にほぼ連続した材料の流れとして複動衝撃ミルに加えられると、内側ロータ・リングの衝撃面に衝突する。この衝撃作用により、材料の流れは複数のより小さなパルプ流部分に分解され、リングの回転方向に周方向に、しかし同時に、遠心力の作用により半径方向上方に投げられて、次のリングの衝撃面の前で終わり、これにより反対方向に投げられる。再生利用繊維材料の流れを、１つの衝撃面から別の衝撃面へ複動衝撃ミルを通って投げられる小さな部分に分割することにより、エネルギーが繊維と着色剤粒子とに効率的に影響を与える。これにより、再生利用繊維材料全体が、複動衝撃ミルの１つの衝撃面から別の衝撃面へ投げられるときに、さらに複動衝撃ミルから外へ投げられるときに、ほぼ同量のエネルギーおよび同様の処理を受ける。これは、大きな大桶内を循環するパルプ混合物のエネルギー・パルスに非常にむらがあって、離解される材料にばらばらに向けられるため、着色剤の分離が不十分で不必要に小さな粒子に分解されて、得られたパルプの白色度が損なわれる従来技術と比較して、かなり重要な違いである。複動衝撃ミルでの再生利用繊維材料の処理時間は、せいぜい２秒、好ましくはせいぜい１秒である。この処理時間は、材料を複動衝撃ミルに送給してから、材料が最も外側のロータ・リングから外側へ投げられるまでの時間である。

図３〜図５は、Ｌａｍｏｒｔ型の実験用パルパを比較に使用して、本発明の方法により得られた試験結果を示す。試験では、１７日経った新聞紙をＬａｍｏｒｔパルパを使用してパルプ化し、ここから基準値を得て、翌日に本発明の方法により試験運転を行った。試験運転では、粘稠度は最初は８％で、最初の処理によりパルプが大きく膨張したため、パルプを汲み上げるためのポンピングで４％まで低下した。試験中の温度は５５℃で、ｐＨは１０．３であった。試験運転は２つの試験系列を含み、第１の試験系列では、事前に混練されたパルプ混合物を、４つのリングを含む複動衝撃ミルを通してほぼ最高の回転で７回運転させ、第２の運転は第１の試験系列の１／４（４０ １／ｓ）の速度を使用して、複動衝撃ミルの最も外側のリングなしで行われた。紙は、初めに１：３０の割合でパルプを希釈して、このパルプをブフナー漏斗で濾紙の上にワイヤを置いて濾過することにより、パルプから作られた。濾過された紙が光沢板上で丸められ、インキ粒子の粒度分布が測定された。紙のＩＳＯ白色度はＥｌｒｅｐｈｏ２０００装置で測定された。

図３は、本発明の方法により、かつ基準パルパ（Ｌａｍｏｒｔ）により処理された処理時間の関数として、スーパーウォッシュト・パルプの白色度を示す。図中、菱形は複動衝撃ミルを使用して本発明の方法により得られた結果を示し、円形は基準パルパにより得られた平均的な結果を示す。この試験では、すべてのロータ、すなわち、隣接するロータが反対方向に回転する、２対の反対方向に回転するロータを含む複動衝撃ミルを、高い動作速度（約１６０ １／ｓ）で使用した。各処理時間中の経過時間は同一であるため、複動衝撃ミルによる処理時間は処理時間の数として示され、したがって、全処理時間は処理時間の数に直接比例する。これに対応して、基準パルパ（Ｌａｍｏｒｔ）による処理時間が時間線分上に直接示される。

図示したように、本発明の方法により得られたスーパーウォッシュト紙の白色度は、基準パルパにより得られた白色度の値よりも高い。しかし、最高の白色度の値は、最短の時間を使用すること、すなわち１回の処理時間を約１秒とすることにより、本発明の方法によって得られたことに注目することができる。次の処理時間では、すなわち処理時間がより長くなると、白色度の値は本発明の方法により減少するが、基準パルパにより得られる値よりも明らかに高いままである。

図４は、最も外側のリングなしで、遅い動作速度（４０ １／ｓ）を使用したときの、本発明の方法により得られた白色度の値と、基準パルパにより得られた白色度の値とを示す。この理由は、第１の試験では過大なエネルギーが使用されたので、結果がわずかでも不完全になる状況を見つけることを目的とするからである。プロセスは、複動衝撃ミルを通して試験材料の送給を繰り返すことを含み、これにより、各パルパ装置に加えられたエネルギーが、１回の通過に必要なエネルギー量だけ毎回増加した。この場合、第１および第２の処理後も再生利用繊維材料はまだ完全に離解されておらず、少量が検出されることが分かった。残った少量部分は、第３および第４の処理まで離解されなかった。しかし、脱インキは非常に効率的に行われ、この場合、図５に示すように、４回の処理時間を使用して、３２分間の基準パルパと同一の白色度が得られた。実際には、従来技術では通常のパルプ化時間は約１０分であったが、この場合には、本発明の方法により同様の脱インキが５秒未満の処理時間で達成された。本発明の方法では、部分的にしか離解されないにもかかわらず、白色度が、第１の処理時間後、すなわち２秒未満の処理時間後に、基準パルパにより処理される材料が完全に離解される基準パルパでの通常のパルプ化中に得られる結果よりも高くなるため、本発明の方法と公知のパルプ化方法とを使用するときに、白色度と離解との間に明確な違いがあることにさらに注目されたい。

図６は、本発明の方法を使用して再生利用繊維材料を処理するためのプロセスを概略的に示す。図は、再生利用繊維材料、オプションとして化学物質を含む水および空気が、矢印３１で示すようにパルパ３２に加えられるプロセスの線図を示す。パルパ３２はそれ自体公知のパルパであり、この例では、ドラム・パルパとして概略的に示される。パルパ３２から、事前に混練された再生利用繊維材料と物質を含む液体とが複動衝撃ミル３３に搬送され、ここで着色剤が再生利用繊維材料から分離される。複動衝撃ミル３３から、再生利用繊維材料が凝集装置３４に搬送される。凝集装置３４は、着色剤を好適な大きさの粒子に凝集するために生成されたパルプ懸濁液を処理するための、ドラム型、または他の好適な装置とすることができる。凝集装置３４から、パルプ懸濁液が浮選部３５へ向かって前方に搬送される。浮選部３５では、空気または何らかのガスにより、それ自体完全に公知の方法でパルプ懸濁液からインキが分離され除去され、その後、得られたパルプ懸濁液が、矢印３６で示すように前方に搬送されて好適な方法で使用される。

好適な助剤を再生利用繊維材料と共に複動衝撃ミルに加えることにより、本発明の方法を促進させることができる。この助剤は、再生利用繊維材料が複動衝撃ミルで機械的に分離されるのと同時に再生利用繊維材料および着色剤に作用する。複動衝撃ミルに加えられたほぼ連続したパルプ流が、第１のロータ・リングの衝撃面に衝突して、次のリングの衝撃面に衝突するために前方に投げられるときに、小さな流れ部分に分解されることにより、複動衝撃ミルに同時に加えられた化学物質も小さなパルプ流部分に効率的に作用して、化学物質の効果を向上させる。再生利用繊維材料に添加剤としてアルカリを加えると、膨張および脱インキ等の繊維に対する作用が可能な限り有利に行われる。同様に、石鹸等の捕収剤を添加剤として使用すると軟水での脱インキが促進されるが、硬水で石鹸を添加すると反対の反応が生じるため、石鹸の使用は常に状況に応じて決まる。さらに、好ましくは、珪酸ナトリウムまたは過酸化水素を添加剤として使用することができ、その作用により、分離された着色剤を、より良好に繊維から分離されたままにすることができる。当然、化学物質は、一般に仕上げに使用され浮選に必要とされる種々の化学物質を含み、これにより、化学物質の使用に必要なエネルギー量が着色剤粒子の分離に関連して同時に得られる。したがって、一部の実施形態では、複動衝撃ミルで生成されたパルプ懸濁液を、発泡した、より仕上げに適した形で排出することができる。再生利用繊維材料が複動衝撃ミルの１つの衝撃面から別の衝撃面へ投げられるときにプロセスに与える効果をできるだけ効率的にするために、水に溶かした、事前に混練した再生利用繊維材料と共にこれらの添加剤を加えることが有利である。

さらに、本発明の適用時には、事前に混練した再生利用繊維材料とオプションの添加剤とを複動衝撃ミルに加えるときに、ガスおよび／または蒸気を加えて複動衝撃ミル内に十分な量のガス／蒸気を維持し、連続した流れを分断して小さなばらばらのパルプ流部分にすることができ、分離された着色剤粒子がより良好に繊維から分離されたままとなることが明らかである。

前記明細書および図面において、本発明を例としてのみ説明したが、これに限定されるものではない。必須なのは、再生利用繊維材料が衝撃面に衝突して半径方向外側に投げられて複動衝撃ミルから排出されるように、衝撃面と半径方向開口とを備えた反対方向に回転する少なくとも２つのリングを含み、かつガスまたは蒸気を含む複動衝撃ミルに、事前に混練した再生利用繊維材料を加え、複動衝撃ミル内での全処理時間をせいぜい２秒とすることである。

本発明の方法を実施するのに適した複動衝撃ミルの側面図である。 本発明の方法を実施するのに適した複動衝撃ミルの上面横断面図である。 室内試験で得られた結果を示す図である。 室内試験で得られた結果を示す図である。 室内試験で得られた結果を示す図である。 本発明の方法を使用して再生利用繊維材料を処理するための概略的なプロセスを示す図である。