JP2995422B2 - パルプの無塩素漂白方法 - Google Patents
パルプの無塩素漂白方法Info
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Description
〜1、好ましくは4〜1の初期カッパー価(Kappa Valu
e)を有する広葉樹パルプ又は製紙用パルプ(特に30を
超えない好ましくは10を超えない初期カッパー価を有す
る松等の針葉樹パルプ)を、オゾンを使用することによ
って漂白する方法に関し、この方法においては、15〜80
℃(好ましくは40〜70℃)の温度のpH値を1〜8(好ま
しくは2〜3)に保持するパルプ懸濁液が、20〜300g/m
3(好ましくは50〜150g/m3)のオゾンを含み、かつ乾燥
パルプに対して多くとも2重量%(好ましくは0.05〜0.
5重量%)のオゾンを含むオゾン含有ガスに烈しく攪拌
又は混合しながら接触させられるようになっている。
を使用して塩素なしで、すなわち環境を汚染しないで漂
白するための方法に関しては、すでに多数の特許がある
が、それらの特許は、特に物質の濃度範囲と反応条件に
おいてそれぞれ異なっている。
(HC)技術と低素材濃度(LC)技術とが普通に行なわれ
ている。
パルプ濃度において行われる。
程と組合せて行なわれ、また、通常の漂白は非常に高い
パルプ濃度では行なうことができないで、高価な脱水装
置に投資しなければならない。オゾンのパルプとの反応
は2相の反応であり急速に完全に進行する。
範囲においては不均一なオゾンの作用のためにパルプの
繊維が損傷を受け、特に初期カッパー価が低いときに
は、これが一つの欠点である。(カッパー価(Kappa Va
lue)は、過マンガン酸塩テスト(permanganate test)
で決められる過マンガン酸カリウム値(permanganate n
umberの一で、その意味と定義に関しては米国特許第4,2
29,252号のカラム2を参照されたい)。したがって、文
献においてはカッパー価が10以下のときには高素材濃度
漂白を行わないように忠告さえされている。(リンドホ
ルムC.−A.“オゾン漂白におけるパルプ濃度とpHの効
果”、第4部、Paperi ja Pun−Papier and Timber 2/1
989、リンドホルムC.−A.“オゾン漂白におけるパルプ
濃度とpHの効果”、第2部1987年国際酸素脱リグニン会
議、サンジェゴ、1987年6月7〜11日、議事録155頁、
リンドホルムC.−A.“オゾン酸化におけるパルプ濃度と
pHの効果”第3部、Nordic Pulp and Paper Research J
ournal、No.1/1988)。
すでに酸素によって漂白されていれば、セルロースの損
傷はもっとひどくなる。
化合物の使用を避けようと望むならば、提案される代替
手段は低素材濃度漂白しかない。しかしながら、高素材
濃度漂白と対比してより多くのオゾンが消費され、この
方法は実施がより複雑であり、混合のために極めて大き
なエネルギーが必要である。さらに、反応体積が大きく
なり、薬品などの損失が多くなる。
または6%までのパルプ濃度を意味すると理解される。
しかしながら、オゾン漂白においては実用可能な結果は
1%までのパルプ濃度、高くても2%のパルプ濃度のと
きにのみ得られるという一致した意見が大勢を占めてい
る。
0.7%までの範囲の濃度が請求されている。しかしなが
ら、このようなパルプ濃度範囲は、閉路式の水管理に対
するきびしい要求とそれに伴う資本支出の増加を必要と
する。この特許明細書では、クラフトパルプについては
低素材濃度技術が体系的に検討され、このことによって
オゾンのパルプとの反応が二つの障害、すなわち気相か
ら液相へのオゾンの転移および液相から固相すなわち繊
維へのオゾンの転移によって抑制されることが確認され
ている。この特許明細書によれば、11kw/m3の最低混合
動力を要することから、第2の転移だけに限定されてい
る。
な種類の方法は、米国特許第4,080,249号によって知ら
れている。この米国特許のクレーム第5項による攪拌エ
ネルギーは、パルプ懸濁液1トン当り最大でも18kwHで
あることが好ましい。オゾン含有ガスの気泡の直径は、
約3mm(1/8インチ)を超えてはならないとしている。こ
の特許明細書においては、どの実施例においても1〜2
%の範囲のパルプ濃度しか記載されていない。
ガスに気泡を発生させその直径が約3mmを超えてはなら
ないとしているが、パルプ懸濁液の粘性が著しく高い中
素材濃度の漂白においては、パルプ懸濁液中にオゾン含
有ガスの気泡を発生させることはできない。
る。確かに、この特許のクレーム第6項においては、明
らかに防衛のために、10%までのパルプ濃度が請求され
ているが、3%以下のパルプ濃度が好ましいとされてお
り、3%以下の濃度では明らかに不満足な結果しか得ら
れない。
この特許では、オゾン漂白において包括的に1〜40%の
範囲のパルプ濃度が記述されている。しかしながら、実
施例においては操作は低素材濃度範囲、すなわち1%の
パルプ濃度(この明細書の第1表参照)で行なわれてい
るだけである。本来、この特許明細書に記載されたもの
ではオゾンが少なくとも一つの段階で使用される多段階
漂白法に関するものであり、オゾン漂白それ自体に関す
るものではない。
された方法を中素材濃度(MC)範囲において適用して、
もちろん低素材濃度技術と比較して良好な結果が得られ
るようにする課題を解決しようとするものである。
記「産業上の利用分野」の項に記載された方法におい
て、パルプ懸濁液は7〜15%の素材濃度を有し、そして
オゾンを含有するガスが1〜15バールの圧力においてパ
ルプ懸濁液に導入され、ガスと液との体積比は1:0.5な
いし1:8とされている。
度範囲とすることによって、反応容器を低素材濃度技術
と比較して小さい構造にすることができ、しかも一方で
は、高素材濃度技術の場合のような高価の脱水装置は必
要ではないという利点を提供する。同時にパルプ懸濁液
に烈しい攪拌又は混合を行ないながら多くとも2重量%
のオゾンを含むオゾン含有ガスを1〜15バールの圧力を
かけてパルプ懸濁液中に導入し、ガスと液との体積比を
1:0.5ないし1:8とすることによって、中素材濃度範囲に
おいて驚くべき良い結果が得られる。すなわち、均一で
緩慢でありながらしかも効率的なパルプに対するオゾン
の反応が生起する。必要な混合エネルギーは、低素材濃
度の場合よりも小さい。パルプとのオゾンの反応は、高
素材濃度の場合よりも均一に行なわれる。粘度と重合度
分布によって測定されるセルロースの損傷は、カッパー
価が非常に低いときでも高素材濃度の場合よりも少な
く、少なくとも低素材濃度の場合と同等であることは明
らかである。比オゾン消費量(カッパー価の減少に対す
るオゾン消費量の比率)は低素材濃度の場合よりも明ら
かに少ない。pHの調節を伴う酸性化(低素材濃度(LC)
でも高素材濃度(HC)でも必要になる)は別として、既
存の設備が比較的容易に転換でき、中素材濃度ポンプと
中素材濃度ミキサーに投資する必要があるだけである。
また、廃水の循環と残留オゾンを含有する反応廃ガスの
再利用が可能なので、本発明に係る方法は環境を汚染し
ないで操業することができる。必要な混合エネルギー、
使用されるオゾンの量及び必要な装置などを総合的に考
慮すると、本発明に係る方法は極めて経済的である。
法におけるオゾン段階として使用されるときに得られ
る。実際、漂白にオゾンを使用しない大部分の漂白段階
(例えば酸素漂白)はほとんどが中素材濃度範囲で操業
され、従来のように個々の段階の間でパルプ濃度を変更
することはもはや必要でないので、漂白方法全体を通じ
てより経済的になる。
第380,496号によって既に知られている。この方法にお
いては、低素材濃度範囲(2.5〜4.5%のパルプ濃度)の
パルプ懸濁液が加圧下で(実施例では4バール)オゾン
含有ガスに集中的に接触させられる。それから、パルプ
は10〜30%の濃度に脱水されて、脱水中および脱水後少
なくとも20分間は同じ圧力および温度に保持される。し
かしながら、この特許明細書によれば、低素材濃度のパ
ルプがオゾン含有ガスと密接することによって必然的に
後反応が起る(特許明細書3頁41〜45行参照)。これと
対照的に本発明によれば、中素材濃度のパルプは、加圧
下で同時に烈しい攪拌又は混合を行なう限りにおいてオ
ゾン含有ガスによって直接に処理して好結果が得られる
ことが分った。このことによって、オーストリア特許第
380,496号によって規定されていたパルプ懸濁液の希釈
および脱水(同オーストリア特許明細書3頁19〜20行お
よび35〜36行参照)は必要がなくなる。
1対0.5〜1対8、好ましくは1対1〜1対6であるこ
とが適切である。
に使用される。
用することが好ましい。
途、例えば塗料用の分散液の製造(DE−A2,406,430)、
塩化ビニル樹脂粉末の製造(US−A3,775,359)および半
固体エマルジョンの製造(US−A3,635,834)に使用され
ている。このようなミキサーをパルプ懸濁液に利用する
こともすでに知られている(JP−A63099389)。
れている突起を有するプレートを備えている。このため
磨砕が起らないで均質で完全な混合が行なわれる。
その中間にアルカリによるリグニン抽出が行なわれるこ
とが適切である。このアルカリによりリグニン抽出に
は、酸素または過酸化物を加えて行なってもよい。この
方法の多段階の実施例は、実際上は反応器から出てきた
パルプの一部を取出して、もう一度高せん断ミキサーに
通し、このため循環路が形成されることによって容易に
行なうことができる。
たリグニン抽出の後で行なわれ、必要に応じてその後に
過酸化アルカリにより処理段階が行なわれること、およ
び/またはその後に過酸化物による処理段階またはアル
カリによるリグニン抽出が行なわれることが好ましい。
過酸化物による処理段階では、酸素を使用することもで
きる。
させられる前に、オゾンによる処理中に生成した廃水ろ
液の少なくとも一部がパルプ懸濁液に供給され、廃水ろ
液とともに所望のpH値にするのに必要な酸(特に硫酸)
もパルプ懸濁液に添加されることが適切である。廃水ろ
液は酸性なので、酸はこのようにして節約され、同時に
廃水ろ液は適当な用途に供給され、このため環境を汚染
するような除去または排水を行なう必要がない。
を超えない針葉樹パルプが本発明による方法で処理され
ると、それぞれカッパー価が10以下または5以下のパル
プが得られる。
樹パルプが本発明による方法で処理されると、それぞれ
カッパー価が0.5〜12または0.5〜1.5のパルプが得られ
る。また、初期の輝度(Brightness)がそれぞれ50〜80
%または70〜80%のパルプがそれぞれ少なくとも65〜90
%または75〜90%の輝度になる。
子量分布が確認できることは有利である。さらに、pH
値、使用されるオゾンの量および温度を変動させること
によって、フィルター値によって測定されるパルプの使
用に必要な粘度、重合度分布および反応性を得ることが
できる。
細に説明する。図面は本発明による方法を実施するのに
適した装置を示している。
化物漂白などの先行漂白段階からオゾン漂白段階に供給
されるパルプを示す。オゾン漂白段階の終端部で集めら
れた酸性廃水のろ液14が、物質の濃度を調節して残留し
た酸を利用するためにパルプ懸濁液に添加される。同時
にpHを調節するための酸の添加2が行なわれてpHの数値
が確定する。中素材濃度ポンプ3によってパルプ懸濁液
は中素材濃度ミキサー4、好ましくは高せん断ミキサー
中に運搬される。
中素材濃度ミキサー4に導入される。中素材濃度ミキサ
ー4内では、パルプ懸濁液とオゾン含有ガス7との均質
で迅速な混合が行なわれる。
継続される。必要であるならば、パルプ懸濁液を本発明
による方法によって数回処理するために、反応管5の終
端部において(管およびポンプの形態で)反応混合物の
循環路9が設けられている。
理された懸濁液を入れたバインディングが例示されてい
る。これは本発明において絶対的に必要なものではな
い。これらの図では、上昇塔と下降塔との区別がされて
いる。上昇塔(第1a図)においては、加圧下にあるガス
/パルプの懸濁液はスロットル6を使用して又は使用し
ないで漂白塔10に運搬されて、ここで付随的に後反応が
行なわれる。パルプ排出の領域では、圧力抜きが完了し
て廃ガス排出部11から廃ガスが排出される。取出された
パルプ懸濁液は希釈水12と混合されて漂白塔10から洗浄
フィルター13へ排出される。このようにして生成した廃
水ろ液14は廃水循環路15を経てパルプ供給部1に送られ
る。
出てきたガス処理されたパルプ懸濁液はスロットル6を
経由して導かれ、ガス抜き装置16中で大気圧まで圧力を
下げられる。漂白塔10中へのパルプの排出は希釈水12を
使用して同様に行なわれる。低オゾン含有量の廃ガス
は、同様に廃ガス除去部を経由して例えば触媒または加
熱によるオゾン分解装置に運ばれる。
され、過剰の酸素は対応する精製段階の後にオゾン発生
器に循環される。酸素が酸素漂白段階で使用されないな
らば、酸素は必要な精製段階の後で、全部そっくり循環
される。
高いときには、エネルギーの一部を節減することもでき
る。
間は、いずれの場合にも3時間以内、通常は1時間以内
であり、5分以内であることが好ましい。
パルプまたはスプルースの製紙用パルプが、通常の過酸
化物を加えたリグニン抽出の後、本発明によるオゾン漂
白を受ける。
パルプは下記の特性を有していた。
処理を受ける。
いる。
処理を受ける。
処理を受ける。
オゾン漂白処理を受ける。
温度の変化だけに起因するものである。
ァイトパルプに関するものである。物質のパラメーター
として下記の試験基準が使用された。
と酸素によるリグニン抽出処理)、Zはオゾン処理、PE
は過酸化アルカリ処理)。
てはEOP段階は下記の条件に従って行なわれる。
エンスZ1−PE1−Z2−PE2が三つの異なる型V1,V2およびV
3において行なわれた。
後のパルプの特性は下記の通りである。
パルプの特性は下記の通りである。
後のパルプの特性は下記の通りである。
パルプの特性は下記の通りである。
ず、強度の数値は標準的漂白パルプのものに対応するも
のである。(“標準的漂白”とはC−PE−H−Hのシー
クエンスを意味するものと理解すべきである。ここでC
は塩素漂白を意味し、Hは次亜塩素酸漂白を意味す
る。) 実施例6 実施例5と同じ原料物質(スプルース製紙用パルプ)
が、輝度に関して比較的低い要求品質に対してEOP−Z
−PEのシークエンスの漂白処理を受けた。最終漂白(P
E)の条件(V4,V5)は可能な最大の強度を維持して85%
以上の輝度を得る目的に従って変化された。
特性は下記の通りである。
の特性は下記の通りである。
されたパルプのそれに実質的に相当する。このことは、
より少ない特定の量のオゾンを連続的に作用させること
によりパルプの強度特性は悪くならないが、それでも非
常に高い輝度を得ることができることを示している。
ルプが本発明による2つの異なるシークエンスの漂白処
理を受ける。酸素抽出の後には、パルプは下記の特性を
有していた。
方ではZ1−EOP−Z2−Pのシークエンスで行なわれる。
(Zはオゾン処理、EOはアルカリ酸素処理、EOPは過酸
化物増強アルカリ酸素処理、Pは過酸化物処理)。
れた。
で行なわれる。
る。
の順序を有する塩素漂白処理を受ける(Dは二酸化塩素
漂白)。
と同等である。D段階の条件は下記の通りである。
方の未漂白パルプまたは塩素漂白パルプと他方の本発明
の方法による無塩素漂白パルプとの間には強度特性の差
異がない。
した装置を示す系統図である。 1……パルプ、2……酸の添加、 3……中素材濃度ポンプ、 4……中素材濃度ミキサー、 5……反応管、6……スロットル、 7……オゾン含有ガス、8……圧縮機、 9……反応混合物の循環、10……漂白塔、 11……廃ガス排出部、12……希釈水、 13……洗浄フィルター、14……廃水ろ液、 15……廃水循環路、16……ガス抜き装置。
Claims (9)
- 【請求項1】温度15〜80℃、pH値1〜8のパルプ懸濁液
を烈しく攪拌又は混合しながら、20〜300g/m3のオゾン
を含み、かつ、乾燥パルプに対して多くとも2重量%の
オゾンを含むオゾン含有ガスに接触させるパルプの無塩
素漂白方法において; 前記パルプ懸濁液は7〜15重量%の素材濃度を有し、前
記オゾン含有ガスは1〜15バールの圧力で前記パルプ懸
濁液中に導入され、ガスと液の体積比は1:0.5ないし1:8
であることを特徴とするパルプの無塩素漂白方法。 - 【請求項2】乾燥パルプに対して0.05〜0.5重量%のオ
ゾンを含むオゾン含有ガスを用いることを特徴とする請
求項(1)に記載の方法。 - 【請求項3】pH値2〜3のパルプ懸濁液をオゾン含有ガ
スに接触させることを特徴とする請求項(1)又は
(2)に記載の方法。 - 【請求項4】温度40〜70℃のパルプ懸濁液をオゾン含有
ガスに接触させることを特徴とする請求項(1)ないし
(3)のいずれかに記載の方法。 - 【請求項5】烈しい攪拌又は混合のために高せん断ミキ
サーが使用されることを特徴とする請求項(1)ないし
(4)のいずれかに記載の方法。 - 【請求項6】漂白処理が連続的に数回行なわれ、必要に
応じてその中間にアルカリによるリグニン抽出が行なわ
れることを特徴とする請求項(1)ないし(5)のいず
れかに記載の方法。 - 【請求項7】漂白処理が酸素および/または過酸化物を
加えたリグニン抽出の後に行われ、必要に応じてその後
に過酸化アルカリによる処理を行うことを特徴とする請
求項(1)ないし(6)のいずれかに記載の方法。 - 【請求項8】漂白処理の後に過酸化物による処理又はア
ルカリによるリグニン抽出を行うことを特徴とする請求
項(1)ないし(7)のいずれかに記載の方法。 - 【請求項9】パルプ懸濁液がオゾン含有ガスに接触する
前に、オゾンによる処理中に生成した廃水ろ液の少なく
とも一部がパルプ懸濁液に供給され、廃水ろ液とともに
所望のpH値にするのに必要な酸、特に硫酸もパルプ懸濁
液に供給されることを特徴とする請求項(1)ないし
(8)のいずれかに記載の方法。
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