JP3212759B2

JP3212759B2 - オゾンによる解繊古紙のボンディング特性改善方法

Info

Publication number: JP3212759B2
Application number: JP13118193A
Authority: JP
Inventors: 和夫栗原; 高清和田; 渉太郎高田
Original assignee: Nishimatsu Construction Co Ltd
Current assignee: Nishimatsu Construction Co Ltd
Priority date: 1993-05-07
Filing date: 1993-05-07
Publication date: 2001-09-25
Anticipated expiration: 2016-09-25
Also published as: JPH06316888A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、オゾンによる解繊古紙
のボンディング特性改善方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】地球環境を守る機運が非常に高まった今
日、貴重な森林資源から作られたセルロース繊維は、パ
ルプ・紙として使用された後、廃棄されて古紙となって
も、さらに回収して可能な限り有効に再利用されなけれ
ばならないのは無論である。

【０００３】従来、古紙は回収集荷された後、遠隔地の
紙パルプ工場に運ばれ、パルパーと称する装置で、水を
加えて回転翼で撹拌して繊維を水中に解離し、化学的手
段で脱墨し、浮遊法で繊維を分離し、この繊維はほとん
ど全量を再生紙の原料として利用している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来の古
紙リサイクル法は、繊維を解離する工程で、セルロース
が短くなり、またヘミセルロースやフィブリル構造（繊
維の枝状構造）が消失し、再生後の紙力が低下するとい
う根本的課題を有していた。

【０００５】また、上記従来の古紙リサイクル法は、解
繊のために多量の水を使用することから、水資源の浪
費、排水汚染の課題を合わせ持っている。

【０００６】さらにまた、上記従来の古紙リサイクル法
は、通常古紙が最も多く発生する大都市より遠隔地（主
として、多量の水資源を得られる理由による。）に処理
工場があって、しかも、現実的にはその処理工場が紙パ
ルプ工場に限定されていることから、回収費用・処理費
用等の経費が嵩んで回収リサイクル率はなかなか向上し
得ないという課題を有していた。

【０００７】そこで本発明は、上記課題を解決すべくな
されたもので、古紙から回収した繊維は天然木材より生
成した繊維に比べて、絡み合いずらく、接着性が悪い、
すなわちボンディング特性が悪いことに鑑み、これら物
理的性能低下を極力抑えることで、再生紙の原料として
のみでなく、多目的（例えば建築資材等）に利用可能と
し、その結果、回収リサイクル率を向上することで天然
資源の有効活用に貢献できるオゾンによる解繊古紙のボ
ンディング特性改善方法を提供することを目的としたも
のである。

【０００８】さらに、本発明の他の目的とするところ
は、古紙の主な発生地である都市近郊でも、容易に処理
できるオゾンによる解繊古紙のボンディング特性改善方
法を提供することを目的としたものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の目的に沿い、先述
特許請求の範囲を要旨とする本発明の構成は前述課題を
解決するために、リグニンを含有する古紙を乾式解繊
し、重量比で含有リグニン量の１％以上５％を越えざる
範囲で気相のオゾンと接触させ、解繊繊維と共存するリ
グニンの表面をオゾンにより酸化することを特徴とした
技術的手段を講じたものである。

【００１０】

【作用】次に本発明法の作用を説明するが、理解を深め
るため、先にパルプ（本願では、パルプ繊維という。）
の構造を説明しておく。パルプ繊維は木材をリファイナ
ーですり潰し繊維を解離させた機械パルプ繊維と、木材
を蒸解して化学的方法でリグニンを取り除いた化学パル
プ繊維とに大別される。そして、機械パルプ繊維は脱リ
グニン処理をしていないため、「図３」に示すごとく、
セルロース１００の外側をヘミセルロース１０１で覆
い、その外側をリグニン１０２が覆ってなる。なお、
「図３」は概略図であって、実際にはセルロース１００
またはヘミセルロース１０１が露出している部分があっ
たり、セルロース１００は繊維状のものが複数本束とな
り、各繊維状セルロース１００やヘミセルロース１０１
をリグニン１０２が相互に連結して、該リグニン１０２
はセルロース１００やヘミセルロース１０１の奥にも入
り込んでいるものである。また、多数本のセルロース１
００やヘミセルロース１０１の束は表面において複雑に
枝別れしているのが通常である。

【００１１】なお、化学パルプ繊維は、図示はしていな
いが、「図３」のリグニン１０２が極端に少なくなって
いるが、化学パルプ繊維といえどもリグニン１０２が皆
無ではなく、セルロース１００及びヘミセルロース１０
１よりなる繊維素を束ねるのはやはりリグニン１０２
で、一般的には機械パルプ繊維は重量比で約２０〜３３
％の、化学パルプ繊維では約２〜４％のリグニン１０２
を含有しているものである。

【００１２】そして、紙は新聞雑誌等が上記機械パルプ
繊維で作られ、事務用紙等は化学パルプ繊維で作られる
のが通常であるが、古紙となると両者が混合して回収さ
れることも多いく、含有リグニン量は常に一定量ではな
い。

【００１３】そこで、本発明は、機械パルプ繊維と化学
パルプ繊維とが混合した古紙を乾式解繊、すなわち古紙
に機械的外力を加えて綿毛繊維状にに解離するので、水
の使用が不要で小型な装置で所望の処理能力の解繊がで
き、排水処理の必要性が無いという利点を有するが、古
紙より機械的にうまく繊維を解離したとしても、水と撹
拌力とで古紙を解離する従来例に比べては、繊維が切断
される蓋然性は大きくなる。しかし、機械的な乾式解繊
は繊維束に枝別れ部を形成する作用を呈し、従来のパル
パーを使用すると枝別れ部は溶けたり折れたりして消失
するのに比べ、本発明法では無論多くは外力によっても
ぎ取られるが、その際に外力が加わることで新たな枝別
れ部が生成され、結果として枝別れ部が低減せず、この
枝別れ部が絡み合って相互に結合し易くなる作用を呈す
るものである。

【００１４】また、本発明法は解繊繊維と、気相のオゾ
ンとを接触させるので、含有するリグニンをオゾン酸化
リグニンに酸化する作用を呈する。

【００１５】リグニンは分子量が非常に大きい複雑な構
成をしており、化学的に究めて安定した物質であるの
で、分解することも困難で接着性も悪い、そこで、究め
て強い酸化力を有するオゾンで分解できないかと試行し
たところ、リグニンを分解する以前にセルロースおよび
ヘミセルロースを分解するであろうとの推測に反し、オ
ゾンはセルロースを選択的に分解する作用を呈すること
が判明した。

【００１６】もっとも、オゾンがリグニンを分解すると
いっても、２００〜３００の分子量のリグニンを数個乃
至数十個の分子量の物質に分解するのでは無く、本発明
のオゾン酸化リグニンはその芳香核を解裂する程度にと
どめたもので、前記選択的分解もこの範囲で言えるもの
である。

【００１７】そして、元来、グニンンは物理的には表面
が平面的で、化学的には反応性が究めて小さいが、芳香
核が解裂されたオゾン酸化リグニンは表面が凹凸面的
で、化学的には反応性が大きくなる作用を、すなわち、
ボンディング特性を増す作用を呈するものである。

【００１８】なお、オゾンはリグニンを選択的に酸化す
るとしたが、セルロースおよびヘミセルロースを全く酸
化しないわけではなく、オゾン量が多かったり、オゾン
との接触時間が長いと、リグニンよりもセルロースおよ
びヘミセルロースが酸化され易い。そして、これらがオ
ゾン酸化されると、せっかくのパルプ繊維が破損を受け
てしまうことになる。そこで、本発明では重量比で含有
リグニン量の１％以上５％を越えざる範囲のオゾンに限
定することで、オゾンがリグニンを選択酸化することで
消費され、セルロースおよびヘミセルロースへのオゾン
の影響を最小にとどめる作用を呈するものである。

【００１９】

【実施例】次に、本発明の実施例を添附図面に従って説
明すれば以下の通りである。本発明法は、まず、リグニ
ンを含有する古紙を乾式解繊する。

【００２０】古紙を乾式で解繊するには、「図２」に最
も明らかに示すごとき解繊機２が使用できる。すなわ
ち、２１が解繊機２の本体で、この本体２１には一端側
（図２奥側）に古紙を取り込む取入口２２を、他端側に
（図手前側に）解繊したパルプ原料を排出する排出口２
３を設け、さらに該本体２１内には一端側から他端側
（図において、奥手前方向）に水平に設けた駆動軸２６
によって高速回転する回転子２４を収納してある。

【００２１】そして、上記回転子２４は多数の放射状翼
２４ａ，２４ａ，２４ａ・・・で構成され、一方、本体
２１の放射状翼２４ａ，２４ａ，２４ａ・・・の先端よ
り所定の距離離れた位置にある内壁には奥手前方向に沿
って多数のライナー２５，２５，２５，・・・を設け凹
凸面となしてある。なお、上記駆動軸２６の一端側（回
転子２４の手前側）には送風翼が取付けられ、取入口２
２より排出口２３に向けて古紙を空気輸送するようにな
してある。

【００２２】したがって、上記解繊機２の取入口２２に
「図１」に示す古紙ホッパー１の排出口を連通させる
と、古紙ホッパー１内の古紙（本実施例では、古紙を２
〜８ｍｍ角程度にに予め裁断したものを使用してい
る。）は順次解繊機２内に流入し、本体２１の内壁に衝
突して次第に解繊されて綿毛状の解繊繊維となって排出
口２３より流出する。

【００２３】そして、パルプ繊維にはセルロースよりな
る繊維に種々の填料（クレー、滑石、炭酸カルシュー
ム、チタン白等で、紙の平滑度、不透明性、重量等を増
加するため配合される）が配合され、また印刷インキ等
が付着しているので必要に応じては解繊繊維と、填料及
び付着物とを分離する。この分離は古紙を解繊すると比
較的長い繊維物と、粒形が小さい粉状の填料及び付着物
とになるので両者の分離は容易で、篩分分離、分級分離
等の従来の乾式分離装置が使用できる。

【００２４】なお、上記乾式分離装置の具体例としては
「図１」に示すごとき、従来公知な構成のサイクロン分
離装置４を使用すると、比重は小さいが大きくて重い繊
維はサイクロン本体４１の下部にたまり、比重は大きい
が小さくて軽い填料及び付着物は気流に随伴して上部排
出口４２から流出してバッグフィルター４３等で捕集さ
れる。また、このサイクロン分離装置のサイクロン本体
４１の下部にたまった繊維は気密ロータリーフィーダ４
４を介して下部排出口より順次取出すようになせばよ
い。

【００２５】そして、本発明は重量比で含有リグニン量
の１％以上５％を越えざる範囲で気相のオゾンと接触さ
せ、解繊繊維と共存するリグニンの表面をオゾンにより
酸化する。

【００２６】気相オゾンは従来公知なオゾン発生装置３
で得ればよく、気相オゾンを得るには、放電式オゾナイ
ザーが好適であり、空気または酸素（純酸素を使用する
ことが望ましい。）を原料とし、この原料を放電界を通
過させることで原料中の酸素をオゾン化させる。

【００２７】そして、上記オゾン酸化反応の制御は、解
繊繊維のリグニン量と気相オゾンとの混合比の他、接触
頻度、接触時間、反応時の温度等が条件項目として列挙
できるが、現実的にはオゾンの強力な酸化反応性からし
て、接触時間は数秒乃至数分という短時間で反応が完了
し、また温度条件にも大きな反応性の相違は認められな
いので、主に、混合比率のみの制御で酸化の程度を制御
できる。

【００２８】したがって、リグニン含有率が明らかであ
れば、解繊繊維量と気相オゾンとの混合比を所定に保つ
ことによりほぼ安定した程度のオゾン酸化が確保できる
もので、攪拌装置等で所定量の解繊繊維を攪拌し流動床
となし、流動中の解繊繊維と一定比率のオゾンガスとを
接触するようになせばよい。なお、この両者の接触は解
繊繊維と気相オゾンとを夫々用意して、混合するように
なしてもよいが、本実施例では、解繊時に所定比率の気
相オゾンが接触するようになしてある。

【００２９】すなわち、「図１」に示す装置例が連続的
に機械パルプ繊維をオゾン酸化するもので、１が古紙ホ
ッパーで、この古紙ホッパー１には底部にロータリーフ
ィーダ等の定量供送装置１１を設け、この定量供送装置
１１の運転制御により古紙の供送量が調整できるように
なしてある。

【００３０】そして、上記定量供送装置１１の下流側端
は解繊機２の取入口２２に連通されるが、古紙の均一な
空気輸送を確保するため、上記取入口２２には空気取り
入れ管５を連結して、該定量供送装置１１の下流側端は
この空気取り入れ管５に連結してある。

【００３１】そして、オゾン発生装置３の吐き出し口３
１を解繊機２の上流側に、具体的には上記空気取り入れ
管４の途中に連結し、オゾン発生装置３のオゾンと、ホ
ッパー１の古紙とが共に解繊機２に流入するようになし
てある。なお、上記オゾン発生装置３の吐き出し口３１
と空気取り入れ管５とを連通する連管３２の途中には流
量調整弁３３を介挿し、気相オゾンの供送量は、この流
量調整弁３３によって任意に調整できるようになしてあ
る。

【００３２】また、図示例では上記連管３２の流量調整
弁３３よりは上流側に、還流管３４の一端を連結し、こ
の還流管３４の他端はオゾン発生装置３の原料取り入れ
口３５側に連結し、この還流管３４に流量計３６を取り
付け、この流量計３６によってオゾン供送量を計測する
ようになしている。なお、この流量計３６は連管３２の
流量調整弁３３よりは下流側に設けてもよいことは無論
であり、また、オゾン発生装置３にオゾン吐き出し量調
整機構を内蔵する場合は上記流量調整弁３３を省略し、
該量調整機構の作動からオゾン供送量を計測するように
なしてもよいものである。

【００３３】なお、リグニン量はサンプリング弁５１よ
りサンプルを適宜抜き取り分析してその値を測定する。
この値は機械パルプ古紙とと化学パルプ古紙との混合比
によって変化するもので、古紙の種類が変化した場合は
サンプリング分析を頻繁に行うことが望ましい。なお、
光学式連続分析装置によって色調の変化からリグニン量
を求めることも将来的には可能である。

【００３４】また、６０は制御盤で、この制御盤６０は
りオゾン供送量と古紙供送量（ロータリーフィーダの回
転数）とをリグニン含有率を参照に所定の割合に保つよ
うになしてある。すなわち、ロータリーフィーダ１１の
回転数等から古紙の時間あたりの供送量を検出し、サン
プリング分析して入力したリグニン含有率でリグニン量
を求め、流量調整弁３３を制御してオゾンの供送量を所
定に保つようになしてある。なお、流量計３６によって
オゾン供送量を検知して古紙供送量を制御してもよいの
は無論である。また、一般的なオゾン発生装置３はその
出力が固定、すなわち、単位時間あたりのオゾン発生量
は一定となっているが、このオゾン発生量が調整可能な
場合は、無論、このオゾン発生量を制御盤６０で参照し
てオゾン供送量を調整するのは無論である。

【００３５】なお、オゾン量を含有リグニン量の１％以
上５％を越えざる範囲となしたのは、リグニンの表面を
オゾン酸化するには必要十分のの量であり、種々測定の
結果、３〜４％程度で最も効率的にリグニン表面を酸化
し、それ以上のオゾンは解繊繊維に直接作用し繊維を損
傷する傾向が認められた。

【００３６】

【発明の効果】本発明は上記のごとく、古紙を乾式解繊
するため、簡易な装置で古紙を処理でき、多量の水を使
用することもないので都市近郊でも処理でき、しかも、
繊維の枝状構造が失われないオゾンによる解繊古紙のボ
ンディング特性改善方法を提供することができるもので
ある。

【００３７】また、本発明は含有リグニンをオゾンで酸
化し、オゾン酸化リグニンとなしてあるので、表面が凹
凸面的で、反応性が大きくなり、繊維どうしが絡み易く
なるオゾンによる解繊古紙のボンディング特性改善方法
を提供することができるものである。

【００３８】まお、本発明により得られた解繊繊維は、
再生紙原料として使用できることは無論であるが、加熱
プレスしてボードとし、さらには、適宜バインダーを加
えて建築資材ボードとなす等の種々の利用が可能で、こ
のように古紙の利用範囲を拡大することにより、リサイ
クル率を向上でき資源有効活用に大きな貢献ができるも
のである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明法を実施する装置例正面図である。

【図２】本発明に使用される解繊機の一例を示す縦断面
図である。

【図３】パルプ繊維の断面略図である。

【符号の説明】

１ホッパー２解繊機３オゾン発生装置４サイクイロン分離装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭53−143706（ＪＰ，Ａ) 特開昭59−150192（ＪＰ，Ａ) 特開平３−199477（ＪＰ，Ａ) 特開平６−65881（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) D21B 1/00 - 1/38 D21C 1/00 - 11/14 D21H 11/00 - 11/22

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】リグニンを含有する古紙を乾式解繊し、
重量比で含有リグニン量の１％以上５％を越えざる範囲
で気相のオゾンと接触させ、解繊繊維と共存するリグニ
ンの表面をオゾンにより酸化することを特徴としたオゾ
ンによる解繊古紙のボンディング特性改善方法。