JP3213320B2

JP3213320B2 - セルロース系材料の処理及びそれに使用される組成物

Info

Publication number: JP3213320B2
Application number: JP51812693A
Authority: JP
Inventors: ラングレイ，ジヨン・グラハム
Original assignee: アライド・コロイズ・リミテツド
Priority date: 1992-04-15
Filing date: 1993-04-14
Publication date: 2001-10-02
Anticipated expiration: 2016-10-02
Also published as: AU666006B2; CA2118304A1; DE69319335D1; EP0636192A1; CA2118304C; GB9208293D0; NO943916D0; JPH07505683A; ES2118948T3; MX9302167A; DE69319335T2; AU3902993A; KR950701026A; FI115847B; NO943916L; ATE167713T1; NO304749B1; FI944826A0; FI944826A; WO1993021376A1

Description

【発明の詳細な説明】本発明は古紙の脱インキに関する。本明細書において
本発明者らは“紙”なる用語は、充填剤含有及び充填剤
非含有の紙並びに板紙を含むセルロース系シート材料に
対して包括的に使用する。

古紙を再生し、再生紙の繊維を、後の製紙の紙料の一
部または全部として使用することは、慣例である。古紙
は脱インキする必要があり、これは、脱インキ薬品を含
む水性媒質中で古紙からパルプを形成し、パルプからイ
ンキを分離することにより行われるのが慣例である。こ
の分離は、例えば洗浄及び／または浮選によって行ない
得る。

一般的な化学的脱インキ処理は、米国特許第1,925,37
2号明細書、同第２ ,525,594号明細書、同第4,347,099号明細書及び同第4,7
80,179号明細書、国際特許出願公開WO90/10749号明細
書、並びに仏国特許第2,281,456号明細書に記載されて
いる。これらの特許明細書から明らかなように、典型的
な脱インキ薬品は化学薬品の複雑な混合物からなる。通
常それらは有意な量のアルカリ化合物を含むが、ケイ酸
ナトリウム、水酸化ナトリウム及び炭酸ナトリウムがし
ばしば提案されている。

文献を、脱インキ処理の際に得られるパルプのpHは一
般に高く、例えば９以上、最も一般的には10以上である
ことを示している。セルロース繊維をこの程度のアルカ
リ性に暴露すると、繊維が黄変し易く、通常は過酸化物
を漂白剤として添加する必要がある。

脱インキ薬品が種々の他の添加剤を含むことも公知で
ある。例えば米国特許第4,347,099号明細書には、水酸
化ナトリウム、過酸化水素、カルボキシルポリマー（一
般にポリアクリル酸または好ましくはポリヒドロキシア
クリル酸）、アニオン性、カチオン性もしくは非イオン
性界面活性剤のごとき分散剤、並びに、他の添加剤、例
えば捕集剤、起泡剤、アルカリケイ酸塩及びpH調節剤の
混合物を使用することが提案されている。上記の複雑で
アルカリ性の高い混合物の使用は、脱インキ処理から生
じた溶液が環境廃棄問題をもたらすが故に望ましくな
い。

より単純な組成物が国際特許出願公開90/10749号明細
書に記載されており、商品名Ennesco Dで市販されてい
る。この組成物は明らかに炭酸ナトリウム及びリン酸ナ
トリウムの混合物のみからなり、必要によっては過酸化
水素を含む。この組成物の使用は環境問題のうちのある
ものは低減し得るが、脱インキ溶液中に大量の溶存ホス
フェートが存在することが環境に望ましくないことか
ら、他の問題をもたらす。

従って、脱インキ処理で生じた廃液を廃棄しても、公
知の方法から生じるアルカリ性の高い溶液及び／または
ホスフェートを含有している溶液を廃棄するより環境問
題の少ない化学薬品の単純な組合せを使用する条件下で
実施し得る脱インキ方法を提供し得ることが望ましい。

古紙を脱インキ処理する本発明の方法は、pH6〜９を
有し、溶存ホスフェートを含まず、且つインキを分散さ
せるだけの量の分散剤を含む水性媒質中で古紙からパル
プを形成し、次いでパルプからインキを分離することか
らなり、前記分散剤は、エチレン性不飽和カルボン酸塩
を含むエチレン性不飽和モノマー化合物のポリマーから
選択された物質を含有し、1,000〜100,000の分子量を有
する。

脱インキ処理の間の水性媒質のpHは、インキのセルロ
ース繊維からの遊離を助成するのに十分に高くあるべき
であり、このために、ほぼ中性または弱アルカリ性であ
る必要がある。従ってpHは少なくとも６、多くの場合に
少なくとも6.5であらねばならない。最良の結果を得る
ためには通常少なくとも7.0である。pHは、繊維の黄変
を惹起するが故に高すぎてはならず、９以下である必要
がある。通常は8.5以下であり、約８までの値で多くの
場合に満足の行く結果が得られる。

望ましいpHは必然的に、どのような紙及び分散剤を選
択して使用するかによって決まり得る。例えば紙が（水
に分散したとき）ほぼ中性または弱アルカリ性であるな
らば、望ましいpHは、望ましいポリマー分散剤の存在下
で単に紙を水に分散することにより達成し得、特にこの
ポリマー分散剤をアルカリ塩として導入したときに達成
し得る。しかしながら、多くの場合にアルカリ化合物を
意図的に添加することが望ましく、任意の環境的に容認
可能な水溶性アルカリ化合物、例えば水酸化ナトリウム
またはケイ酸ナトリウムをこのために使用し得る。添加
するアルカリ化合物は、pHを選択された値に維持するよ
うな緩衝能を有するのが好ましく、この目的のために好
ましい化合物は重炭酸ナトリウム、特に炭酸ナトリウム
である。

繊維からのインキの最初の遊離の効率を含む脱インキ
処理の効率は、処理中のpHに著しく影響され得る。pHの
変動は脱インキの効率に変動をもたらす。脱インキ処理
の原料として使用される古紙は広範な種々のタイプのも
のが可能であり、酸性紙であってもよく、アルカリ性紙
であってもよい。紙の特性の変化にかかわらず紙料のpH
を所定のほぼ一定のpHに維持する緩衝液の配合は、脱イ
ンキ性能を均一な満足の行くレベルに維持することを助
成するという利点を有する。

アルカリ性は経済的には通常、ナトリウム塩または他
の化合物を使用することにより導入されるが、これらと
等価のカリウム、アンモニウムまたは水溶性アミン化合
物を使用することもできる。

ポリマー分散剤は、例えば洗濯洗剤組成物に使用され
るタイプの再沈着防止剤であるのが好ましい。適当な再
沈着防止剤は、エチレン性不飽和カルボキシルまたはス
ルホン基を含むエチレン性不飽和モノマー化合物から形
成される水溶性ポリマーである。

ポリマー分散剤は、後のインキを繊維から分離する処
理を妨害することなく、また後の繊維を紙シート材料に
集成する処理を妨害することなく、インキの有効な分散
剤として作用する。（ゲル浸透クロマトグラフィーによ
り測定される）分散剤の分子量は一般に1,000以上、通
常は2,000以上であるべきである。通常は50,000以下で
ある。分子量が2,000〜20,000の範囲にあるときに一般
に最良の結果が得られる。

脱インキ薬品を固体形態で与えることが所望される場
合、分子量は、製品を固体として製造するのを容易にす
るのに十分に高いことが都合が良く、この場合、分子量
は通常5,000以上、多くは7,000〜20,000である。しかし
ながら、脱インキ薬品を溶液として製造するのであれ
ば、分子量はより小さくし得る。2,000〜10,000、多く
は約2,500〜6,000で多くの場合に最良の結果が得られ
る。

ポリマー分散剤を形成するモノマー化合物はエチレン
性不飽和カルボン酸を含む。これは、メタクリル酸、マ
レイン酸、クロトン酸、イタコン酸、または任意の他の
重合可能なカルボン酸であり得るが、アクリル酸、また
はアクリル酸（もしくは場合によってはメタクリル酸）
とマレイン酸（多くの場合無水物も含む）の混合物が好
ましい。アクリル酸または他のカルボキシルモノマー化
合物は、単独で、または２−アクリルアミドメチルプロ
パンスルホネート（AMPS,米国商標）、スルホン酸ビニ
ルまたは（メト）アリルスルホネート（（meth）allyl
sulphonate）のごときスルホンモノマーと一緒に重合す
ることもできるし、及び／または、非イオン性モノマ
ー、特にアクリルアミドと共重合することもできる。カ
ルボキシルモノマーがモノマーの少なくとも50重量％を
占めるのが普通であり、カルボキシルモノマーのみか
ら、またはカルボキシル及びスルホンモノマーの混合物
からポリマーを形成するのが好ましい。適当なポリマー
としては、ポリアクリル酸、これと無水マレイン酸との
コポリマー、及びアクリル酸と10〜50重量％のAMPSとの
コポリマーが挙げられる。

ポリマーは、例えば欧州特許出願公開第129,329号明
細書に記載のごとく、２以下、好ましくは1.8以下、最
も好ましくは1.5以下で、且つ通常は1.1以上の多分散度
を有するのが好ましい。

上記ポリマーと別の分散剤の混合物、特に、上述のポ
リマー分散剤、とりわけポリアクリル酸またはアクリル
酸とマレイン酸（無水物も含む）もしくはAMPSとのコポ
リマーのいずれかと、ポリホスホネート、金属イオン封
鎖剤、CMCまたはメチルセルロースとの混合物を使用す
ると、特に優れた結果が得られる。かかる混合物の成分
は通常、重量で1:3〜3:1の比で存在させる。

本発明において上記ポリマーと共に使用し得る、多く
の場合に再沈着防止助剤として使用するのに適している
他の適当な分散剤としては、セルロース誘導体、ポリホ
スホネート、ベントナイト、及び金属イオン封鎖剤が挙
げられる。

適当なセルロース誘導体としては、メチルセルロース
のごときセルロースエーテル、及びカルボキシメチルセ
ルロースが挙げられる。

適当なベントナイトとしては、純ベントナイト（true
bentonite）、フーラー土、ヘクトライト及び種々の膨
潤性モンモリロナイト、例えば活性化カルシウムモンモ
リロナイトを含む日常的にベントナイトと称されている
種々の膨潤性クレーが挙げられる。

適当な金属イオン封鎖剤は、エチレンジアミン四酢酸
及びニトリロ三酢酸のごときアミノカルボン酸金属イオ
ン封鎖剤である。

可溶性ホスフェートは意図的に配合されるべきではな
い。不純物量は容認され得るが、その量はほぼゼロであ
るのが好ましい。

２種以上の分散剤の混合物、とりわけ、上述のポリマ
ー分散剤、特にポリアクリル酸またはアクリル酸とマレ
イン酸（無水物も含む）もしくはAMPSとのコポリマーの
いずれかと、ポリホスホネート、金属イオン封鎖剤、CM
Cまたはメチルセルロースとの混合物を使用すると、特
に優れた結果が得られる。かかる混合物の成分は通常、
重量で1:3〜3:1の比で存在させる。

水性媒質は更に、界面活性剤、通常はエトキシル化フ
ェノールまたはエトキシル化脂肪族アルコールのごとき
非イオン性界面活性剤を含むのが好ましい。界面活性剤
は、油質を水中に乳化するのに好適である。最終的なイ
ンキのパルプからの分離を浮選によって行なう場合に界
面活性剤の配合は有用であるが、界面活性剤の配合は、
分離を洗浄によって行なう場合に特に価値がある。

分離が浮選による場合、捕集剤または他の慣用浮選助
剤を慣用方法で配合し得る。

本発明は更に、パルプに配合するのに適した組成物で
あって、ポリマー分散剤及び他の添加剤、特にポリマー
分散剤及びアルカリ化合物、好ましくは炭酸ナトリウム
または重炭酸ナトリウムのごとき緩衝用アルカリを含む
組成物を提供する。特に好ましい組成物は、ポリマーが
5,000以上（多くは7,000以上）で且つ20,000または50,0
00以下の分子量を有し、アルカリが重炭酸ナトリウムま
たは好ましくは炭酸ナトリウムである固体組成物であ
る。一般に、化合物の種類、及びポリマー分散剤の分子
量は上述の通りとし得る。

アルカリ化合物と分散剤の比は、乾燥重量を基準に
し、一般に重量で1:5〜5:1、好ましくは2:1〜1:2であ
る。

最適な性能のために必要な分散剤の量は常法に従い実
験を行なうことによって選択し得るが、通常は、パルプ
の乾燥重量を基準にして0.01〜１重量％、一般に0.05〜
0.5重量％である。界面活性剤の量は通常はこれと同じ
範囲である。

脱インキは追加物質の存在下で実施し得るが、本発明
の特に有利な点は、それに使用する化学薬品が実質的に
分散剤、緩衝用アルカリ、任意の界面活性剤並びに任意
の浮選助剤及び捕集剤のみからなり得ることである。所
望であれば過酸化物を含み得るが、本発明の利点は、通
常はそれが不要なことである。従って、脱インキ処理か
ら生じた溶液は、廃棄に際して環境問題を惹起する物質
を比較的含まない。

脱インキ処理は、上述のごとき脱インキ薬品を選択す
ることを除き、広範囲の慣用方法で実施し得る。脱イン
キ薬品は、古紙が最初にパルプ化される水溶液に配合し
てもよいし、または古紙をパルプ化してパルプ液を形成
し、その中に脱インキ薬品を配合してもよい。

脱インキ処理全体は一般に一連の段階からなり、通常
は、初期の浸漬またはパルプ化段階（好ましくは超高剪
断下に行われる）、砂礫及び過大粒子を除去する分別段
階、一段または二段以上の洗浄または浮選段階、及び、
そのままで使用でき、または排水して乾燥パルプにする
ことのできる清浄なパルプを形成する濃縮段階からな
る。通常の脱インキ処理は例えばG.A.SmookによりHandb
ook for Pulp and Paper Technologistsにより詳細に記
載されている。

本発明の有利性を示すため、以下の実験を実施した。
実験は、パルプ化、濃縮、洗浄及び再洗浄のステップの
この順序で行う洗浄式脱インキプラントにおいて実際に
得られるであろう結果の優れた指標を与えるように、実
験室で行なうように計画した。

1. 70％新聞紙及び30％雑誌の混合物を、本発明の脱イ
ンキ薬品を用い、標準実験用パルプ離解装置において45
℃、3 1/2％の濃度で20分間パルプ化した。

2. ブランク試験のため、脱インキ薬品を添加していな
いが等価のパルプ紙料サンプルを準備し、白色度測定用
パッド＝PAD Aに成形した。

3. 1000mlのパルプ紙料を710μステンレススチールのフ
ルイ上で10％の濃度（重量300g）に濃縮した。

4. 全ての試験において、この濃縮紙料の一部を白色度
測定用の白色パッド＝PAD Bに成形した。

5. 200gの濃縮パルプを清水を使用して2000mlに希釈
し、濃度１％とした。

6. 希釈紙料を710μステンレススチールのフルイ上で重
量200gに濃縮した。

7. 清水を使用して段階５及び６を繰り返した。

8. 最終洗浄後の紙料の一部を白色度測定用の白色パッ
ド＝PAD Cに成形した。

パッドＡ、Ｂ及びＣの白色度を457nmで測定するよう
セットしたTechnibrite反射分光光度計を使用して測定
した。

パッドＡの白色度は41.4であった。

脱インキ薬品を含まなかった場合、パッドＢ及びＣの
白色度はそれぞれ43.1及び43.9であった。

以下、全ての％値は、パルプの乾燥重量を基準した乾
燥化学薬品の重量％を表わす。

脱インキ薬品が、炭酸ナトリウム0.15％、分子量2,50
0〜10,000のナトリウムポリアクリル酸0.15％、及びノ
ニルフェノールエトキシレート0.25％を与える混合物で
あった場合、白色度はそれぞれ48.9及び50.3であった。

分子量25,000〜10,000の固体ナトリウムポリアクリル
酸を0.3％添加した場合、白色度はそれぞれ45.8及び49.
6であった。

分子量2,500〜6,000の液体ナトリウムポリアクリル酸
を0.3％添加した場合、白色度はそれぞれ44.6及び48.1
であった。

脱インキ段階で添加した化学薬品が0.3％エチレンジ
アミンテトラカルボン酸（ナトリウム塩）からなった場
合は、パッドＢ及びＣの値はそれぞれ45.1及び45.2であ
った。

上記化合物0.15％と、アクリル酸とAMPSのコポリマー
0.15％との混合物を使用した場合、同様の値が得られ
た。

カルボキシメチルセルロースを（ナトリウム塩）とし
て使用した場合、それぞれ44.7及び48の値が得られた。

0.3％のポリホスホン酸ナトリウム塩を使用した場合
は、それぞれ45.1及び47.5の値が得られ、0.15％の同じ
ポリホスホン酸塩を0.15％炭酸ナトリウムと一緒に使用
した場合はこれらより僅かに高い値が得られた。

0.3％ナトリウム活性化カルシウムモンモリロナイト
を使用した場合は、それぞれ43.9及び47.4の値が得られ
た。

以上の結果から、本発明の脱インキ薬品を含有するこ
とによりパッドＢ及びＣの両方において白色度が向上し
得ることが判る。しかしながら、パッドＣ中にはより多
量の遊離水が存在してインキ除去をより促進する傾向に
あることから、パッドＢではなくパッドＣのみで向上が
達成されたということは受け入れ得ることである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭62−85089（ＪＰ，Ａ) 特開昭59−53532（ＪＰ，Ａ) 特開昭54−23705（ＪＰ，Ａ) 特表平４−502038（ＪＰ，Ａ) 特表平６−509742（ＪＰ，Ａ) 特表平４−505946（ＪＰ，Ａ) 米国特許4162186（ＵＳ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) D21C 5/02

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】古紙を脱インキする方法であって、該方法
が、pH6〜９を有し且溶存ホスフェートを含まない水性
媒質中で古紙からパルプを形成することを含み、更に該
方法が、水性媒質中に、インキを分散させるだけの量
の、エチレン性不飽和カルボン酸塩を含むエチレン性不
飽和モノマー化合物から形成された、1,000〜100,000の
分子量を有するポリマー分散剤、及び任意に、水性媒質
中のpHを６〜９に維持するための緩衝液、のみから実質
的になる化学薬品を配合する方法。
【請求項２】前記分散剤が2,000〜20,000の分子量を有
する請求項１に記載の方法。
【請求項３】前記分散剤が、アクリル酸ホモポリマーま
たはアクリル酸とマレイン酸もしくは２−アクリルアミ
ドメチルプロパンスルホネートとのコポリマーである請
求項１または２に記載の方法。
【請求項４】前記分散剤がアクリル酸のホモポリマーで
あり、2,500〜6,000の分子量を有する請求項１から３の
いずれか一項に記載の方法。
【請求項５】前記水性媒質のpHが6.5〜８である請求項
１から４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】pHを選択された値に維持するために前記水
性媒質に緩衝液を添加する請求項１から５のいずれか一
項に記載の方法。
【請求項７】前記緩衝液が重炭酸ナトリウムまたは炭酸
ナトリウムを含む請求項６に記載の方法。
【請求項８】前記緩衝液と分散剤の比が、乾燥重量を基
準にし、重量で1:5〜5:1である請求項６又は７に記載の
方法。
【請求項９】前記ポリマー分散剤の量が、パルプの乾燥
重量を基準にして0.01〜１重量％である請求項１から８
のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】古紙を脱インキするための組成物であっ
て、脱インキすべきパルプ中に配合するのに適してお
り、エチレン性不飽和カルボン酸塩を含むエチレン性不
飽和モノマー材料から形成されたポリマー分散剤及び脱
インキ中のパルプをpH6〜９に維持するためのアルカリ
性緩衝液のみから実質的になり、可溶性ホスフェートは
含んでいない組成物。
【請求項１１】前記アルカリ性緩衝液が重炭酸ナトリウ
ムまたは炭酸ナトリウムを含んでいる請求項10に記載の
組成物。
【請求項１２】前記アルカリ性緩衝液と分散剤の比が、
乾燥重量を基準にし、重量で1:5〜5:1である請求項10ま
たは11に記載の組成物。
【請求項１３】前記ポリマー分散剤が2,000〜20,000の
分子量を有し、アクリル酸ホモポリマーまたはアクリル
酸とマレイン酸もしくは２−アクリルアミドメチルプロ
パンスルホネートとのコポリマーである請求項10から12
のいずれか一項に記載の組成物。
【請求項１４】請求項10から13のいずれか一項に記載の
組成物を前記水性媒質中に配合する請求項１から９のい
ずれか一項に記載の方法。