JP2009530508A

JP2009530508A - 機械パルプの製造方法

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Publication number: JP2009530508A
Application number: JP2009500882A
Authority: JP
Inventors: エスコハルコネン、; タイストティエンビエリ、; ヨウコエイチレハト、; マルックグムメルス、; フォルケオルサ、; リイサピリネン、; ミアピイライネン、; ジュアン−クリストフオスタシ、; セルジュコシムスキ、; エルンスト−マルティンビリング、
Original assignee: UPM Kymmene Oy
Current assignee: UPM Kymmene Oy
Priority date: 2006-12-28
Filing date: 2007-12-27
Publication date: 2009-08-27
Anticipated expiration: 2027-12-27
Also published as: EP2097582A4; CN101389808B; BRPI0707368A2; EP2097582A1; WO2008081078A1; CN101389808A; JP4882090B2; FI20065860A0; RU2373313C1; US20110036523A1; CA2633800C; CA2633800A1; FI119062B

Abstract

本発明は機械パルプの製造方法に関するものであって、該方法は、機械パルプの原料を投入すること、その原料を第１の精練段階において精練して機械パルプを生成すること、機械パルプのpHを、第１のプロセス遅延が配設されたプロセス工程で９ないし11に調整して、その第１のプロセス遅延を少なくとも0.5時間にすること、機械パルプを選別して第１の精選紙料（A1）と第１の選外紙料（R1）とにすることと、オゾン処理プロセス開始時のpHが９ないし11である第１の選外紙料（R1）をオゾン処理すること、オゾン処理した第１の選外紙料（R1）を第２の精練段階で精練し、少なくともその一部を第２の精選紙料に属するものにすること、それらの精選紙料を合わせることを含む。
また、本発明は、機械パルプの使用に関するものである。
【選択図】図１

Description

詳細な説明

本発明は、機械パルプの製造方法に関するものである。

フィンランド国特許公報FI61926号および対応するドイツ国特許公報DE2444475号は、パルプをオゾン処理するプロセスを開示している。オゾン処理後にパルプのpHを調整することが可能である。

フィンランド国特許公報FI67412号および対応するカナダ国特許公報CA1083870号は、パルプを分離し、一つの分離物、できれば粗分離物をオゾン処理するプロセスを開示している。オゾン処理中において、アルカリがそのプロセスに供給される。

オゾン処理プロセスに関する問題は、これが強度の有機酸を生成することにある。有機酸は、パルプのpHを低下させ、たとえば処理水から鉄分を沈降することによって、漂白プロセスにおいて問題を発生させる。また、有機酸は、腐食によってプロセス装置を劣化させる。

上述の欠点は、本発明の方法により克服することができる。本方法は、
− 機械パルプの原料を投入すること、
− その原料を第１の精練段階において精練して機械パルプを生成すること、
− 機械パルプのpHを、第１のプロセス遅延が配設されたプロセス工程で９ないし11に調整して、その第１のプロセス遅延を少なくとも0.5時間にすること、
− 機械パルプを選別して第１の精選紙料と第１の選外紙料とにすること、
− オゾン処理プロセスの開始時のpHが９ないし11である第１の選外紙料をオゾン処理すること、
− オゾン処理した第１の選外紙料を第２の精練段階において精練し、少なくともその一部を第２の精選紙料に属するものにすること、および
− それらの精選紙料を合わせること
を含む。

機械パルプは、オゾン処理プロセス後に、パルプのpHがパルプ全体で一定であるような手法で処理され、これによってパルプの漂白を容易にする。従来技術の機械パルプのオゾン処理プロセスに比べて、その新規の方法は、次の利点を提供する：
− 目標のパルプ濾水度が達成される低エネルギー消費、
− 優れた強度特性、
− pHを４以上のpH値に調整するためのオゾン処理プロセスの後に配置されたプロセス装置の腐蝕の防止、および
− 優れたパルプの最終漂白性。

本発明の方法では、機械パルプの原料がプロセスに導入される。その原料は、マツ属（ヨーロッパマツ）、南部マツ属（さまざまなマツ類）、トウヒ属（ヨーロッパトウヒ）またはマツ属およびトウヒ属の混合種などの針葉樹類にすることができる。また、広葉樹類およびその針葉樹類との混合種も原料にすることができる。原料は、ウッドチップの形状にすることができる。また、開始材料をPGW（加圧砕木）法で砕木した丸太にすることもできる。

脱水して濃度を25％から35％、典型的には30％にしたウッドチップなどの原料を、リファイナーに供給し、それを第１の精練段階で精練する。このリファイナーを、ディスクリファイナーまたは円錐部分を有するディスクリファイナーにすることができる。原料がリファイナーにおいて高温かつ加圧下で精練されて機械パルプを作る。また、第１の精練段階をハンマーミルによって行うこともできる。

望ましい原料はマツである。なぜならば、本発明の方法は、原料がマツであるときに、他のプロセスに比して最も有利になるからである。マツの精練性が悪いことは一般的に公知である。しかしながら、それはオゾンを用いることによって改善することができる。オゾン処理したパルプは、オゾン処理されていないパルプに比べて少ない微細繊維および結束繊維を含んでいる。また、オゾン処理は、ピッチ除去に有利な影響を及ぼし、それはマツ原料に関して重要なことである。

第１段階の精練は、むしろ軽度のものであり、パルプは、600-700 ml CSFの濾水度にまで精練される。その上限は、700 ml CSF以上にすることもできる。

第１の精練段階の後には、２つの主たる選択肢があり：すなわち、１）すべての機械パルプをアルカリ処理反応炉へ送ることができる、または、２）パルプを第１の精選紙料と第１の選外紙料とに選別し、選外紙料をアルカリ処理反応炉へ送ることができる。

第１の主たる選択肢によれば、機械パルプ全体が、所定のpHレベルを達成するためにアルカリ処理反応炉へ送られる。機械パルプは、水酸化ナトリウム（NaOH）、重炭酸ナトリウム（Na₂CO₃）、水酸化マグネシウム（Mg(OH₂)）または水酸化カルシウム（Ca(OH)₂）などのアルカリで処理される。アルカリ処理反応炉におけるプロセスは、プロセス遅延があるように配設され、すなわちパルプは少なくとも0.5時間、典型的には１ないし２時間は反応炉に滞留する。このプロセス遅延が必要であるのは、アルカリがパルプの繊維の表面から繊維（または、パルプの粗さによっては、繊維集合体）の内部へ浸透すべきだからであり、すなわち、本発明の利点を達成するためには繊維および／または繊維集合体を処理すべきである。このプロセス遅延は、一括のプロセスまたは連続的なプロセスに対して配設することができる。

パルプは、アルカリ処理反応炉で処理された後、スクリーンまたはサイクロンなどの選別器へ送られる。パルプは、第１の精選紙料と第１の選外紙料とに選別される。その選別工程は、0.5ないし1.5パーセント、典型的には約１パーセントの濃度で行われ、第１の精選紙料は、選別後もその濃度を維持する。通常、精選紙料／選外紙料の比は、約20/80でよい。しかし、精選紙料／選外紙料の比を、60/40または50/50にすることもできる。したがって、精選紙料は、パルプの総量の20ないし60パーセント、またはパルプ全量の15ないし65パーセントでよい。

第１の選外紙料は、まず脱水して、第１の選外紙料の濃度を30％以上にすることが望ましい。その濃度は、35％以上がより望ましい。余剰液体は循環されてプロセスへ戻される。第１の選外紙料は、上記濃度でオゾン反応炉へ送られて、その第１の選外紙料が軟毛状にされ、オゾン処理される。エネルギーの節減およびパルプ品質の要求条件に応じて、オゾン処理プロセスが配設され、オゾン量はパルプ重量の0.5ないし10％、望ましくは1ないし4％となる。そのプロセス温度は20ないし90℃である。強度の有機酸がオゾン処理プロセスにおいて生成されるが、第１の選外紙料を処理したアルカリは、それらの強度の有機酸を中和する。オゾン処理プロセスはコンスタントに有機酸を生成するが、強度の有機酸およびアルカリが緩衝溶液を生成し、そのpHは長時間、所定のレベルで維持できる。オゾン処理プロセスの最後において、選外紙料のpHは５ないし７となり、それは以降のプロセス工程に関して有利な範囲である。

オゾン処理の後で、第１の選外紙料は、主たる精練ラインにおいて精練され、それは連続するリファイナーを含むものでよい。第１の選外紙料は、第２の精選紙料と第２の選外紙料とに選別することが可能である。第２の選外紙料は、さらなる精練のために、すなわち第３の精練段階へと送ることができるが、これをプロセスからただ除去するようにすることもできる。第３の精練段階がある場合、それは前の精練段階と同様の手法で行われる。

第１の精選紙料と、第１の選外紙料の精選された量とを、上述のプロセス段階後に混合する。第１の選外紙料の精選された量とは、パルプが第１の精選紙料および第１の選外紙料に選別された後で得られたすべての精選紙料を指す。

第１の精選紙料をオゾン処理し、オゾン処理済パルプを混合することができる。また、第１の精選紙料をオゾン処理した後で、それにアルカリを加えることもできる。アルカリは、オゾン処理前に加えたものと同じものでよい。さらに、まだオゾン処理していない精選紙料を、第１の選外紙料のうちの精選された量と混合する前にアルカリで処理することができる。

結果として得られる紙料の濾水度は、90ないし150 ml CSFでよいが、下限を30または40 ml CFSにすることもできる。当然、上述の濾水度は、所望の紙質によって異なる。

第２の主たる選択肢によれば、第１の精練段階の後、パルプは、スクリーンまたはサイクロンなどの選別器において第１の精選紙料と第１の選外紙料とに選別される。選別器における濃度は１ないし2％である。通常、精選紙料／選外紙料の比は、約20/80でよい。しかし、精選紙料／選外紙料の比は、60/40または50/50でもよい。したがって、精選紙料は、パルプ総量の20ないし60パーセント、またはパルプ総量の15ないし65パーセントでもよい。

第１の選外紙料は、アルカリ処理反応炉において水酸化ナトリウム（Na₂CO₂）、水酸化マグネシウム（Mg(OH)₂）または水酸化カルシウム（Ca(OH)₂）などのアルカリで処理される。第１の選外紙料のpHは、適用すべきオゾン量および処理すべき原料に応じて、９ないし11のレベルに高められる。その後、第１の選外紙料から液体を除去して、望ましくは30％以上の濃度を達成する。その濃度は、より望ましくは35％以上である。余剰の液体は循環されてプロセスへ戻される。第１の選外紙料は、上述の濃度でオゾン反応炉へ送られて、第１の選外紙料が軟毛状にされ、オゾン処理される。エネルギーの節減およびパルプ品質の要求条件に応じて、オゾン処理プロセスが配設され、オゾン量はパルプ重量の0.5ないし10％、望ましくは１ないし4％となる。そのプロセス温度は20ないし90℃である。強度の有機酸がオゾン処理プロセスにおいて生成されるが、第１の選外紙料を処理したアルカリは、それらの強度の有機酸を中和する。オゾン処理プロセスはコンスタントに有機酸を生成するが、強度の有機酸およびアルカリが緩衝溶液を生成し、そのpHは長時間、所定のレベルで維持できる。オゾン処理プロセスの最後において、選外紙料のpHは５ないし７となり、それは以降のプロセス工程に関して有利な範囲である。

オゾン処理の後で、第１の選外紙料がリファイナーへ送られて、第２の精練段階を行う。第１の選外紙料はオゾン処理されているので、その特性は変化していて、第２の精練段階ではオゾン処理していない紙料に比べてエネルギー消費が非常に少なくなる。第１の選外紙料はリファイナーから選別器へ送られ、それが第１の選外紙料を第２の精選紙料と第２の選外紙料とに選別する。精選紙料、すなわち第１の精選紙料および第２の精選紙料の濾水度は、90ないし150 ml CSFでよいが、下限を30または40 ml CSFにすることもできる。当然、上述の濾水度は、所望の紙質によって異なる。

第２の選外紙料は、さらなる精練のために、すなわち第３の精練段階へ送ることができるが、それをプロセスからただ除去するようにすることもできる。第３の精練段階がある場合、これは前の精練段階と同様の手法で行われる。

第１の精選紙料をプロセスから除去して、他の目的に使用してよいが、第１の精選紙料および第２の精選紙料を混合して、１つの紙料として次の精練工程へ送ることもでき、それは通常は漂白工程である。第２の精練段階から得られた紙料が５ないし７のpHを有し、第１の精選紙料がほぼ同じpHを有するので、pHを調整するためにさらなる工程は必要ではない。

精練の前にpHを９ないし11のレベルに調節することは、過酸化物の消費が減少するので、漂白段階を促進する。有害な木材抽出物は、アルカリを加えた水に溶解できる。

本方法（上述の第１および第２の主たる選択肢）から得られた機械パルプは、紙製品製造プロセスにおいて利用される。その紙製品は、機械パルプを含有する印刷用紙などの機械パルプを含有する紙でよく、または厚紙でもよい。

次に、本発明を、実施例を通して、かつ図面を参照して説明する。
実施例０
オゾン処理前にはアルカリ処理を含まない方法を、マツで作った機械パルプの処理に用いた。

点１および２は、通常のTMP精練から得た結果に相当するものであり、ここではマツを原料として用いている。

図５および図６における点５は、オゾン処理したマツの選外物を、オゾン処理していないマツの精選物と混合するプロセスから得られた結果に相当するものである。アルカリは加えていない。

図５および図６における点７は、オゾン処理したマツの選外物を、オゾン処理したマツの精選物と混合するプロセスから得られた結果に相当するものである。

図５および図６から分かるように、マツの選外物をオゾン処理することによって、通常のマツ処理プロセスに対して、±20％の節減エネルギーと、より大きな強度特性とが達成された。
実施例１
次に、図１を参照して第１のプロセス選択肢を説明する。

まず、機械パルプの原料を、たとえばスクリュープレスなどのシックナー１において脱水し、その後、原料をリファイナー２へ供給し、ここでマツチップなどの原料を高温かつ加圧下で精練する第１段階において精練して、機械パルプを生成する。その精練中の濃度は約30％である。望ましい原料はマツである。なぜならば、本発明の本方法は、原料をマツにした場合に他のプロセスに比べて最も有利だからである。第１段階の精練は、むしろ軽度のもので、パルプは600-700 ml CSFの濾水度にまで精練される。濾水値を700 ml CSF以上にすることもできる。パルプは、水酸化ナトリウムなどのアルカリでアルカリ処理反応炉３において処理する。第１の選外紙料のpHを９ないし10のレベルに高める。アルカリ処理反応炉には遅延があり、パルプがアルカリ処理反応炉にて少なくとも0.5時間、典型的には１ないし２時間留まるようにしている。また、パルプをアルカリ処理反応炉で希釈して、その濃度を0.5ないし1.5％にする。

パルプをスクリーンなどの選別器４において第１の精選紙料A1と第１の選外紙料R1とに選別する。通常、精選紙料／選外紙料比は20/80であるが、一般的な説明で記述される他の比率が適することもある。

その後、第１の選外紙料R1をスクリュープレスなどのシックナー１へ送り、それが選外紙料から液体を除去して35％以上の濃度を達成している。余剰な液体９は循環されてそのプロセスへ戻される。第１の選外紙料R1を上述の濃度でオゾン反応炉６へ送り、ここで第１の選外紙料R1をオゾン処理する。オゾン処理プロセスでは強度の有機酸を生成するが、第１の選外紙料を処理したアルカリがそれらの強度な有機酸を中和する。オゾン処理プロセスはコンスタントに有機酸を生成するが、強度の有機酸およびアルカリが緩衝溶液を生成し、そのpHは長時間、所定のレベルで維持できる。オゾン処理プロセスの最後において、選外紙料のpHは５ないし７となり、それは以降のプロセス工程に関して有利な範囲である。

オゾン処理の後、第１の選外紙料R1をリファイナー７へ送る。第１の選外紙料R1はオゾン処理してあるので、その特性は変化していて、その精練段階ではオゾン処理していない紙料に比べてエネルギーの消費が非常に少なくなる。第１の選外紙料R1をリファイナー７から他のリファイナー８へ送ることができる。また、第１の選外紙料を第２の精選紙料と第２の選外紙料と選別する選別器（図示せず）に対して第１の選外紙料を送ることもできる。第２の選外紙料を、さらなる精練のために送ることができるが、それをプロセスからただ除去するようにすることもできる。

第１の精選紙料と、第１の選外紙料のうちの精選された量とを、第１の選外紙料が上述の手法で処理された後に混合して、それらを１つの紙料として、通常は漂白工程である次のプロセス工程へ送ることができる。得られた紙料は５ないし７のpHを有する。

図４および図５における点４は、上述のプロセスにより達成された結果に相当するものである。
実施例２
次に、図２を参照して第２のプロセスを説明する。

まず、機械パルプの原料を、たとえばスクリュープレスなどのシックナー１において脱水し、その後、原料をリファイナー２へ供給し、ここでマツチップなどの原料を高温かつ加圧下で精練する第１段階において精練して、機械パルプを生成する。この精練中の濃度は約30％である。望ましい原料はマツである。なぜならば、本発明の本方法は、原料をマツにした場合に他のプロセスに比べて最も有利だからである。第１段階の精練は、むしろ軽度のもので、パルプは600-700 ml CSFの濾水度にまで精練される。パルプは、水酸化ナトリウムなどのアルカリでアルカリ処理反応炉３において処理する。第１の選外紙料のpHを９ないし10のレベルに高める。アルカリ処理反応炉には遅延があり、パルプがアルカリ処理反応炉にて少なくとも0.5時間、典型的には１ないし２時間留まるようにしている。同時に、パルプを希釈して、その濃度を0.5ないし1.5％にする。

その後、第１の選外紙料R1をスクリュープレスなどのシックナー１へ送り、それが選外紙料から液体を除去して35％以上の濃度を達成している。余剰な液体９は循環されてそのプロセスへ戻される。第１の選外紙料R1を上述の濃度でオゾン反応炉６へ送り、ここで第１の選外紙料R1をオゾン処理する。そのオゾン量は、パルプ重量の0.5ないし10％、望ましくは１ないし4％である。オゾン処理中の温度は20ないし90℃である。

オゾン処理プロセスでは強度の有機酸を生成するが、第１の選外紙料を処理したアルカリがそれらの強度な有機酸を中和する。オゾン処理プロセスはコンスタントに有機酸を生成するが、強度の有機酸およびアルカリは緩衝溶液が生成し、そのpHは長時間、所定のレベルで維持できる。オゾン処理プロセスの最後において、選外紙料のpHは５ないし７の間であり、それは以降のプロセス工程に関して有利な範囲である。

オゾン処理の後、第１の選外紙料R1をリファイナー７へ送る。第１の選外紙料R1はオゾン処理してあるので、その特性は変化していて、第２の精練段階ではオゾン処理してない紙料に比べてエネルギーの消費が非常に少なくなる。第１の選外紙料R1をリファイナー７から他のリファイナー８へ送ることができる。また、第１の選外紙料を第２の精選紙料と第２の選外紙料と選別する選別器（図示せず）に対して第１の選外紙料を送ることもできる。第２の選外紙料を、さらなる精練のために送ることができるが、それをプロセスからただ除去するようにすることもできる。

第１の精選紙料A1を、0.5ないし1.5％の濃度でオゾン反応炉11に送る。第１の精選紙料A1をオゾン反応炉11でオゾン処理する。オゾンは、第１の精選紙料A1に注入されてもよい。

第１の精選紙料A1と、第１の選外紙料R1のうちの精選された量とを、第１の紙料が上述の手法で処理された後に混合して、それらを１つの紙料として、通常は漂白工程である次のプロセス工程へ送ることができる。得られた紙料は５ないし７のpHを有する。

図４および図５における点６は、上述のプロセス選択肢により達成された結果に相当するものである。

図４および図５から分かるように、アルカリで選外物を処理し、マツの選外物をオゾン処理することによって、通常のマツの処理プロセスに対して、±30％のエネルギー節減と、より高い強度特性とが達成された(点４および点６)。
実施例３
次に、図３を参照して第３のプロセスを説明する。

第３のプロセスは、第１の精選紙料を混合反応炉13でのオゾン処理後にアルカリで処理することを除いては、実施例２におけるものと同様である。アルカリ量は、第１の乾燥精選紙料総量の0.5 wt.-%（たとえば、100％のNaOHのうちの0.5 wt.-%）である。プロセス遅延が混合反応炉13に配設される。パルプは、反応炉13に少なくとも0.5時間滞留する。

図４および図５における点８は、上述のプロセス選択肢により達成された結果に相当するものである。
実施例４
次に、図３を参照して第４のプロセスを説明する。

第４のプロセスは、第１の精選紙料を混合反応炉13でのオゾン処理後にアルカリで処理することを除いては、実施例２におけるものと同様である。アルカリ量は、第１の乾燥精選紙料総量の2 wt.-%（たとえば、100％のNaOHのうちの2 wt.-%）である。プロセス遅延が混合反応炉13に配設される。パルプは、反応炉13に少なくとも0.5時間滞留する。

図４および図５における点９は、上述のプロセス選択肢により達成された結果に相当するものである。

図４および図５から分かるように、アルカリで選外物を処理し、マツの選外物をオゾン処理し、またアルカリを精選紙料へ加えることによって、通常のマツの処理プロセスに対して、±30％のエネルギー節減と、より高い強度特性とが達成された（点８および点９）。

当業者には容易に理解できるように、上述の実施例に説明したプロセスは、さまざまに組み合わせることができる。また、各プロセス工程を行うのにどの程度の濃度が必要であるかも当業者には理解できる。第１のプロセス遅延と選別工程との相互の順序を逆にしてもよく；その場合、当業者には理解できるように、濃度の調整が必要であり、第１の精選紙料および第１の選外紙料は、双方に対してアルカリ処理が必要な場合、その処理を別個に行う必要がある。

図１は、第１のプロセスの概要図を示す。図２は、第２のプロセスの概要図を示す。図３は、第３および第４のプロセスの概要図を示す。図４は、引張力指数をSEC（比エネルギー消費量）の関数として示す。引裂力指数を引張力指数の関数として示す。

Claims

機械パルプを製造する方法において、該方法は、
− 前記機械パルプの原料を投入すること、
− 前記原料を第１の精練段階において精練して前記機械パルプを生成すること、
− 前記機械パルプのpHを、第１のプロセス遅延が配設されたプロセス工程で９ないし11に調整して、その第１のプロセス遅延を少なくとも0.5時間にすること、
− 前記機械パルプを選別して第１の精選紙料（A1）と第１の選外紙料（R1）とにすること、
− オゾン処理プロセス開始時のpHが９ないし11である第１の選外紙料（R1）をオゾン処理すること、
− オゾン処理した第１の選外紙料を第２の精練段階において精練し、少なくともその一部を第２の精選紙料に属するものにすること、および
− 前記精選紙料を合わせること
を含むことを特徴とする方法。
請求項１に記載の方法において、第１の選外紙料（R1）を30％以上の濃度でオゾン処理することを特徴とする方法。
請求項１または２に記載の方法において、第１の選外紙料（R1）の処理は、
− オゾン処理され、精練された第１の選外紙料（R1）を選別して第２の精選紙料と第２の選外紙料とにすること
を含むことを特徴とする方法。
前記請求項のいずれかに記載の方法において、第１の精選紙料（A1）の処理は、
− 第１の精選紙料（A1）をオゾン処理すること
を含むことを特徴とする方法。
請求項４に記載の方法において、第１の精選紙料（A1）は、0.5ないし1.5％の濃度でオゾン処理されることを特徴とする方法。
前記請求項のいずれかに記載の方法において、第１の精選紙料（A1）の処理は、さらに、
− 第２のプロセス遅延が配設されたプロセス工程において、オゾン処理した第１の精選紙料（A1）に対してアルカリを加え、その第２のプロセス遅延を少なくとも0.5時間にすること
を含むことを特徴とする方法。
前記請求項のいずれかに記載の方法において、前記精選紙料は、漂白されることを特徴とする方法。
前記請求項のいずれかにより製造される機械パルプの紙製品製造プロセスにおける使用。