JP2006249650A - アルカリ脱リグニン処理して製造された化学セルロースパルプを処理する方法 - Google Patents

アルカリ脱リグニン処理して製造された化学セルロースパルプを処理する方法 Download PDF

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Abstract

【課題】二酸化塩素漂白工程によって達成されるパルプの最終白色度を、より一層改良する方法を提供する。
【解決手段】アルカリ脱リグニン処理して製造された化学セルロースパルプを処理する方法であって、(a)前記パルプを約1〜約5のpHと約40〜約100℃の温度で酸処理するステップ、(b)ステップ(a)に従って酸処理されたパルプをアルカリ性薬剤で中和し、約7〜約14のpHとするステップ、および(c)その後に前記中和されたパルプを漂白するステップを含むことを特徴とする方法である。
【選択図】 なし

Description

本発明は、化学パルプ化プロセスから得られる化学セルロースパルプを処理する方法に関する。好ましい態様では、本発明は、酸処理、その後の中和処理、中和処理後の二酸化塩素処理の工程により化学セルロースパルプを処理する方法に関する。
漂白薬剤として二酸化塩素を使用するパルプ漂白シーケンスは、多用されており、環境的にも適している。多くの実用的、経済的理由が、二酸化塩素を使用するパルプ漂白シーケンスには存在する。例えば、二酸化塩素の価格は他の漂白剤および脱リグニン薬剤に比較して競争力に優れている。また、二酸化塩素漂白で得られたパルプの強度と白色度は良好であり、実際、同一の薬剤使用量(kg/admt)では、過酸化物を用いて得られるパルプの強度および白色度と少なくともほぼ同等である。
従来の二酸化塩素による漂白は、通常50〜80℃の温度、およびパルプ1トン当たり約10〜30kgの二酸化塩素投与量で行われる。典型的な使用シーケンスは、例えば、DEDED、ODEDEDおよびこれらを修正したシーケンスである。D工程の処理時間は、他のD工程の処理時間に比べて短く、例えば、約30〜90分間である。パルプのpHはD工程の終点では1〜3の範囲に減少する。DとD工程では、処理時間は2〜3時間であり、pHは、D工程より少し高くなる。二酸化塩素処理工程(すべてのタイプ)は、通常、約70℃の温度で行われる。一方、D工程の処理時間は0.5〜2時間で、D工程とD工程では2〜3時間である。一般に、約70℃より高い温度は、避けられる。D工程で1〜3の範囲の低い最終pHと、高い温度と、長い処理時間とを用いると、パルプ繊維の強度特性を劣化させるからである。
従来の二酸化塩素漂白シーケンスは、産業界で広範囲に受け入れられているけれども、依然として幾つかの改良が望まれている。例えば、二酸化塩素漂白シーケンスによって達成される最終的な白色度を改良することは、継続的に求められている。本発明は、そのような改良を実現することを目的とするものである。
本発明は、
アルカリ脱リグニン処理して製造された化学セルロースパルプを処理する方法であって、
(a)前記パルプを約1〜約5のpHと約40〜約100℃の温度で酸処理するステップ、
(b)ステップ(a)に従って酸処理されたパルプをアルカリ性薬剤で中和し、約7〜約14のpHとするステップ、および
(c)その後に前記中和されたパルプを漂白するステップと、
を含むことを特徴とする方法、および
アルカリ脱リグニン処理して製造された化学セルロースパルプを処理する方法であって、
(a)前記化学セルロースパルプを約1〜約5のpHと約40〜約100℃の温度で酸処理するステップ、
(b)ステップ(a)で処理されたパルプをアルカリ性薬剤で中和し、約7〜約14のpHとするステップ、
(c)前記中和されたパルプを洗浄するステップ、および
(d)その後に前記中和・洗浄されたパルプを漂白するステップ
を含むことを特徴とする方法
に関するものである。
本発明は、酸処理(A)と中和処理(n)と二酸化塩素処理(D)とを含む一貫した漂白工程で特に具体化される。本発明のAnD漂白工程は、オプションとして、洗浄工程を、複数の処理の間、すなわち個々の処理の間あるいは幾つかの処理の間のみに含んでもよい。A−n−Dは、酸処理(A)と中和処理(n)との間および中和処理(n)と二酸化塩素処理(D)との間に洗浄工程があることを示し、An−Doは、中和処理(n)と二酸化塩素処理(D)との間にのみ洗浄工程があることを示す。AnD工程には、その後に洗浄工程とさらなる漂白工程を設けることができる。好ましくは、(AnD)工程には、その後に、酸素と過酸化物の存在下に行われる苛性液による抽出工程(Eop)が設けられる。
酸処理の後、処理工程間の中和工程が含まれない二酸化塩素処理を行う工程(AD)と比較すると、本発明のAnD漂白工程を用いることによって、二酸化塩素処理後の白色度が高くなるとともに、以降のEop工程を行った後の白色度も高くなり、さらにカッパー価も小さくなるという驚くべき結果が得られる。また、このAnD漂白工程を用いると、漂白がそのようなADまたはD工程だけしか含まないときと実質的に同一の漂白条件で、より高い最終白色度を得る結果となる。
さらに、本発明に従って漂白されたパルプには、白色度戻り(すなわち、漂白されたパルプまたは紙の白色度が時間の経過とともに低下する程度)が少なくなることが見出されている。この点、漂白されたパルプが長期間にわたって白色(「漂白」)状態を保つことは非常に望ましいものなので、漂白されたパルプの白色度戻りの減少は非常に望ましいことである。つまり、従来のAD工程に比較して本発明のAnD漂白工程から得られる漂白パルプの白色度戻りは小さいのである。所与の白色度レベルでは、本発明のAnD漂白工程では、所要の薬剤、特に二酸化塩素使用量は少なくなることも見出されている。これらの改良はすべて、処理Aと処理Dの間に中和処理nを導入した結果である。
洗浄処理を行わないAnD工程と比較すると、本発明のAn−D漂白工程(酸処理、中和処理、洗浄、その後に二酸化塩素処理)を用いることにより、二酸化塩素処理での白色度が高くなるとともに、以降のEop工程を行った後の白色度も高くなり、さらにカッパー価も小さくなるという一層驚くべき結果さえも生じることが見出されている。また、このAn−D漂白工程を用いると、漂白がそのような工程を含まないときと実質的に同一の漂白条件で、さらにより高い最終白色度を得る結果となる。
AnDの場合のように、An−Dは、本発明に従って漂白されたパルプに対する白色度戻り(すなわち、漂白されたパルプまたは紙の白色度が時間の経過とともに劣化する程度)を少なくすることが見出されている。この点、漂白されたパルプが長期間にわたって白色(「漂白」)状態を保つことは非常に望ましいものなので、漂白されたパルプの白色度戻りの減少は非常に望ましいことである。つまり、従来のAD工程または本発明のAnD工程に比較してさえも、本発明のAn−D漂白工程から得られる漂白パルプの白色度戻りは小さいのである。所与の白色度レベルでは、本発明のAn−D漂白工程では、所要の薬剤、特に二酸化塩素使用量は少なくなることも見出されている。これらの改良はすべて、処理Aと処理Dの間に中和処理nと中和処理の後に洗浄を導入した結果である。
これらおよび他の態様と利点は、以下の好ましい態様例の詳細な説明を吟味すれば、より明白になるであろう。
なお、以下の添付図面を参照するとき、同じ参照数字は、多岐にわたる図面を通じて同じ構成要素を示す。
本発明に従う装置10の概要図が、添付の図1に示される。この図では、目標のパルプコンシステンシーを有するスラリーが、処理槽12に供給ライン14を経て導入され、パルプが酸処理Aに付される。酸処理されたパルプは、処理槽12からライン16経由で排出され、スラリーポンプ18でミキサー20に圧送される。適切な量の中和薬剤(例えば、NaOH)が、ミキサー20でパルプスラリーに添加される。中和されたパルプスラリーは、次に処理槽22に供給ライン24経由で導入することができる。槽22の大きさは、パルプスラリーの中和に必要な滞留時間を有するように定められる。中和されたパルプスラリーは、次いでライン26経由で槽22から抜き出され、ミキサー28に送られ、ここで二酸化塩素ClOの漂白所要量が添加される。次いで、パルプスラリーはライン32経由で漂白槽30に導入される。漂白槽30の大きさは、パルプスラリーが漂白に十分な時間だけ滞留し得るように定められ、漂白されたパルプは、次いでライン34経由で漂白槽30から排出される。
本発明は、酸処理Aと中和処理nと二酸化塩素処理Dとを含む一貫した漂白工程で特に具体化される。本発明のAnD漂白工程は、オプションとして、A−n−Dで表される各処理の間の洗浄、あるいはA−nDで表される酸処理と中和処理の間のみの洗浄、あるいはAn−Dで表される中和処理と二酸化塩素処理の間のみの洗浄を含んでもよい。
図2は、中和処理n(槽22で行われる)とミキサー28による二酸化塩素添加との間の洗浄工程40において洗浄が行われる、装置10の概略図を示す。この洗浄工程には圧搾装置(図示せず)を備えても差し支えない。洗浄工程40(圧搾装置があってもなくとも行われる)には洗浄液(好ましくは約20℃〜約100℃の新規な水)が中和工程後にライン41経由で添加され、洗浄工程40をライン26−1経由で出るスラリーがコンシステンシー約4〜約35%、好ましくは約10〜約14%となる。洗浄液は洗浄工程40からライン42経由で抽出することができる。
好ましい酸処理は、約1〜約5、より好ましくは約2〜約3.5のpHで行われる。そのような酸処理で使用される酸は本分野で従来から使用されている酸、例えば硫酸、塩酸などで差し支えない。フッ化水素酸も使用し得る。酸処理に必要なパルプ保持時間は、一般に、約30秒〜約5時間、より好ましくは約2〜約4時間の範囲である。酸処理は、約40〜約100℃,より好ましくは約80〜約90℃(例えば、約85℃)の高温で行うのが好ましい。酸処理中のパルプスラリーのコンシステンシーは、好ましくは約0.1〜約50%,より好ましくは約4〜約15%、最も好ましくは約10〜約12%である。
特に好ましい酸処理は、より詳細には米国特許第6,776,876号明細書に記載されているので、その全文を本明細書において参考文献として引用する。具体的には、好ましい酸処理工程(A)には、アルカリ脱リグニン処理で製造された、カッパー価24以下と固体コンシステンシー0.1〜50%とを有する化学セルロースパルプを、温度85℃以上、約2〜5のpHで十分な時間処理して、ヘキセンウロン酸の少なくとも50%を除去し、カッパー価を少なくとも2単位減少することが含まれる。
本発明の酸処理の後には、中和処理工程(n)が続き、中間洗浄工程もオプションとして含んでもよい。以下に議論されるように、特に好ましい態様では、酸処理されたパルプは、中間洗浄(すなわち、白色度戻りを減少するための洗浄)なしに、中和処理に付される。中和処理の目的は、水酸化ナトリウムなどのアルカリ性薬剤を使ってパルプスラリーを約7〜約14のpH(好ましくは、約9.5のpH)に中和することである。好ましい中和処理は、約40〜約100℃、より好ましくは約60〜約90℃、最も好ましくは、約80〜約90℃の温度で洗浄なしに酸処理直後に中和薬剤をパルプスラリーに直接添加することによって行われる。中和処理に必要なパルプ保持時間は、一般に、約30秒〜約2時間、より好ましくは約5〜約20分間の範囲である。中和処理中のパルプスラリーのコンシステンシーは、好ましくは約4〜約15%、より好ましくは約10〜約12%である。
二酸化塩素処理Dは、中和処理の直後に行われる。前に議論したように、パルプスラリーの中間洗浄は、処理nと処理Dとの間で行っても行わなくてもよい。二酸化塩素処理は、約1〜約7,好ましくは約2.5〜約3.5のpHで実施される。目標pHは、二酸化塩素および/または硫酸、塩酸、またはフッ化水素酸などの酸を添加することによって達成される。二酸化塩素処理の温度は、約40〜約100℃、より好ましくは約60〜約90℃、最も好ましくは約80〜約90℃である。二酸化塩素処理の間のパルプ保持時間は、約30秒〜約2時間、好ましくは約15〜約30分の範囲である。二酸化塩素の添加は、オーブン乾燥パルプ重量(odpt)基準で約0.05〜約2.5%、またはカッパーファクターの3〜24倍のカッパー価(0.05〜1のカッパーファクター、好ましくは0.15〜0.25のカッパーファクター)で、一般に、D処理の初めに行われる。D処理の間のパルプスラリーコンシステンシーは、約4〜約15%、好ましくは約10〜約12%である。本発明の実施に使用できる二酸化塩素処理は、米国特許出願公開第2002/0,056,533号公報に詳細に記載されている(その全文を本明細書において参考文献として引用する)。
AnDまたはAn−D工程の後には、洗浄工程またはさらに漂白工程も設けることができる。好ましくは、AnDまたはAn−D工程の後には、アルカリ抽出、好ましくは酸素と過酸化物の存在下での苛性液によるEop工程が行われる。好ましくは、Eop工程は、米国特許第4,568,420号明細書に詳細に記載されているものである(同明細書の全文を本明細書において参考文献として引用する)。
前述のように、中間洗浄処理を、オプションとして、中和処理と酸処理および二酸化塩素漂白処理各々との間、または酸処理と中和処理との間、または中和処理と二酸化塩素処理との間に設けてもよい。このような工程は、A−n−D、A−nDまたはAn−Dと表現することができる。そのような中間洗浄処理に用いられる、通常20〜100℃の温度の好適な洗浄液は、パルプ工場から得られる好適な水なら実質的にどんな水でもよく、例えば、新規な水または最終のD(二酸化塩素)工程から得られる濾過水でよく、あるいは工場のいかなる場所から得られる凝縮水(クリーンなものでも汚れているものでもよい)、洗浄機濾過液、廃水処理プラントからの流出水またはこれらの液の混合物でもよいが、好ましくは新規な水である。
別法としては、初期量の二酸化塩素を、酸処理Aに添加し、結果として工程(AnD)とすることができる。本発明のこの態様に従えば、二酸化塩素の全添加量が、A処理とD処理との間で分割されて、二酸化塩素が2つの処理工程に添加されることになる。具体的には、二酸化塩素は、中和処理の後は勿論のこと、酸処理のときに、または酸処理とともに添加される。
好ましくは、この態様に従えば、処理Aは、工程に使われる全量の二酸化塩素の1%〜99%を添加して酸処理を達成するように行われる。例えば、この工程で添加される全量の二酸化塩素の10%が、酸処理Aと一緒に添加される場合は、二酸化塩素の残りの90%が後段の二酸化塩素処理Dに導入される。このA処理の操作条件は、好ましくは、前記の酸処理の条件と実質的に同じである。すなわち、pHは1〜4、好ましくは2〜3.5で、処理に必要な保持時間は、30秒〜5時間、好ましくは2時間〜4時間で、処理温度は、40℃〜100℃、好ましくは80℃〜90℃で、処理中のパルプスラリーコンシステンシーは、4%〜15%、好ましくは10%〜12%である。好ましくは、使用する酸は、硫酸、塩酸、またはフッ化水素酸である。
処理後は、中間洗浄なしに、直接中和処理が行われる。すなわち、A処理とn処理の間のパルプスラリー洗浄は行われない。D処理は、中間洗浄なしに中和処理の後に直接行われる。すなわち、n処理とD処理の間のパルプスラリー洗浄は行われない。n処理とD処理に対する操作条件は、中和およびD処理に関して前記した条件と実質的に同一である。もちろん、二酸化塩素添加量の残余がD処理に添加され、その添加量は、A処理で添加された二酸化塩素の量に依存するという相違はある。
パルプの中間洗浄は行わないことが好ましいが、中間洗浄処理をオプションとして中和処理とA処理およびD処理各々との間で行ってもよい。そのようなシーケンスは(A−n−D)と表現できる。そのような中間洗浄処理に好適な洗浄液は、パルプ工場から得られる好適な水なら実質的にどんな水でもよく、例えば、洗浄機濾過液、廃水処理プラントからの流出水などである。
本発明に従う別の態様では、一連の二酸化塩素処理工程を有し、これにより漂白は先ず比較的高いpH値で行われ、次いで比較的低いpH値で行われる。このようなシーケンスは(AnDHILO)として表される。この態様では、酸処理と中和処理とは、前記と同じように行うのが好ましい。パルプスラリーの中間洗浄は、二酸化塩素処理DHI、DLOの前においても、またはその間においても行われないことが好ましい。二酸化塩素の全添加量は、DHIとDLO処理の間で分割される。従って、二酸化塩素の全添加量の約1%〜約99%がDHI処理に添加される場合は、二酸化塩素の全添加量の残り(すなわち、99%〜1%)は、次いでDLO処理に添加される。
HI二酸化塩素処理は、約4〜約7、好ましくは約5〜約6の比較的高いpHで行われる。目標pHは、二酸化塩素添加量の1〜99%を添加した後に水酸化ナトリウムまたは他のアルカリ性薬剤を加えることによって行うpH調整で達成される。DHI処理は、40℃〜100℃、好ましくは、60℃から90℃の温度で行われ、高いpHでの保持時間は、30秒〜2時間、好ましくは5分〜30分間で、そしてパルプスラリーコンシステンシーは、4%〜15%、好ましくは10−12%である。
LO二酸化塩素処理は、DHI処理の後にパルプスラリーの中間洗浄を行うことなしに、約1〜約4、好ましくは約2〜約3の比較的に低いpHで行われる。pH調整は、好適な酸、例えば、硫酸、塩酸および/またはフッ化水素酸を添加することによって達成される。pH調整のための酸の添加は、二酸化塩素添加量の残りを添加しているときに同時に、あるいはその後に引き続いて行うことができる。好ましくは、DLO二酸化塩素処理は、40℃〜100℃、好ましくは、60℃〜90℃の温度で行われ、低いpHでの保持時間は、30秒〜2時間、好ましくは5分〜30分間で、パルプスラリーコンシステンシーは、4%〜15%、好ましくは10−12%である。
中間洗浄は行わないことが好ましいが、各処理間で、特に、中和処理と酸処理との間、中和処理と高pH二酸化塩素処理との間、および高pH二酸化塩素処理と低pH二酸化塩素処理との間で中間洗浄を行うことは可能である。このような工程は(A−n−DHI−DLO)と表現することができる。洗浄液は、パルプ工場から得られる水ならどんな水でもよく、例えば、洗浄機濾過液、廃水処理プラントからの流出水などである。
本発明は、これに限定されるものではないが、以下の実施例によりさらに理解される。
硬木パルプ(Hardwood pulp)を、以下の表1に従って処理し、本発明に従うAnD処理の結果と従来のAD処理の結果とを比較した。後段のEop工程については、設けたものと設けなかったものとを示す。結果は下の表1に示されるが、図3〜図5のグラフでも示す。
表1および図3〜図5に示すように、最終白色度の改良が、本発明に従う二酸化塩素漂白工程により達成されていることが分かる。
Figure 2006249650
パルプを、以下の表2に従って処理し、本発明に従うAnD処理およびAn−D処理の結果を従来のAD処理の結果と比較した。後段のEop工程については、設けたものと設けなかったものとを示す。結果は下の表2に示されるが、図6のグラフでも示す。硬木パルプが、表2にまとめた実験で使用された。
表2および図6に示すように、最終白色度の改良が、本発明に従う二酸化塩素漂白工程により達成されていることが分かる。具体的には、図6に示されるように、3つの漂白シーケンス(AD)、(AnD)、および(An−D)を比較すると、酸処理と二酸化塩素処理との間に中和処理を付加することにより、酸処理と二酸化塩素処理だけのシーケンスに較べて最終白色度が改良されることが分かる。また、中和処理と二酸化塩素処理との間に洗浄工程を付加することにより、洗浄なしに酸処理と二酸化塩素処理の間で中和を行うケースよりもさらに高い最終白色度が得られる結果となることも明らかである。
Figure 2006249650
AnDプロセスの概要図である。 An−Dプロセスの概要図である。 二酸化塩素漂白シーケンスに対するパルプ白色度を示す棒グラフで、中和処理nの工程を含む場合と含まない場合と、酸素と過酸化物の存在下に行われる苛性液による抽出工程(Eop)が設けられた場合と設けられなかった場合のグラフである。 中和工程が、二酸化塩素漂白工程におけるEop後のカッパー価に与えるインパクトを示す棒グラフである。 最終白色度(%ISO)対D工程のClO添加量のグラフである。 最終白色度(%ISO)対全ClO添加量のグラフである。
符号の説明
10…装置
12…酸処理槽
14,16,24,26,26−1,32,34,41,42…ライン
18…スラリーポンプ
22…中和槽
20,28…ミキサー
30…漂白槽
40…洗浄工程

Claims (11)

  1. アルカリ脱リグニン処理して製造された化学セルロースパルプを処理する方法であって、
    (a)前記パルプを約1〜約5のpHと約40〜約100℃の温度で酸処理するステップ、
    (b)ステップ(a)に従って酸処理されたパルプをアルカリ性薬剤で中和し、約7〜約14のpHとするステップ、および
    (c)その後に前記中和されたパルプを漂白するステップ
    を含むことを特徴とする方法。
  2. ステップ(c)が、前記中和されたパルプを少なくとも一段の二酸化塩素(D)漂白工程に付することによって行われる請求項1に記載の方法。
  3. 前記酸処理工程の後にパルプを洗浄するステップ(d)をさらに含む請求項1に記載の方法。
  4. パルプを洗浄するステップ(d)が、ステップ(a)とステップ(b)の間で行われる請求項3に記載の方法。
  5. パルプを洗浄するステップ(d)が、ステップ(b)とステップ(c)の間で行われる請求項3に記載の方法。
  6. パルプを洗浄するステップ(d)が、ステップ(a)とステップ(b)の間およびステップ(b)とステップ(c)の間で行われる請求項3に記載の方法。
  7. ステップ(c)が、約4〜約7の比較的高いpHにて二酸化塩素でパルプを漂白すること(DHI)と、その後に約1〜約4の比較的低いpHにて二酸化塩素でパルプを漂白すること(DLO)とを含む請求項1に記載の方法。
  8. HIとDLOが中間洗浄なしで行われる請求項7に記載の方法。
  9. 前記化学セルロースパルプが、約24未満のカッパー価と約0.1〜約50%の固体コンシステンシーとを有し、ステップ(a)が、ヘキセンウロン酸の少なくとも50%が除去され、パルプのカッパー価が少なくとも2単位減少するに十分な時間で行われる請求項1に記載の方法。
  10. アルカリ脱リグニン処理して製造された化学セルロースパルプを処理する方法であって、
    (a)前記化学セルロースパルプを約1〜約5のpHと約40〜約100℃の温度で酸処理するステップ、
    (b)ステップ(a)で処理されたパルプをアルカリ性薬剤で中和し、約7〜約14のpHとするステップ、
    (c)前記中和されたパルプを洗浄するステップ、および
    (d)その後に前記中和・洗浄されたパルプを漂白するステップ
    を含むことを特徴とする方法。
  11. ステップ(a)とステップ(b)との間でパルプを洗浄するステップ(a1)をさらに含む請求項10に記載の方法。
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