JP3241489B2

JP3241489B2 - 古紙のリグニン表面酸化方法

Info

Publication number: JP3241489B2
Application number: JP13118093A
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: 2001-12-25
Anticipated expiration: 2016-12-25
Also published as: JPH06316887A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、古紙のリグニン表面酸
化方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】地球環境を守る気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）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古紙のリグニン表面酸化方
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
できる解繊古紙のリグニン表面酸化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、２０００ｐｐｍ以上の濃度を有する気
相オゾンと、古紙を乾式解繊して得られる古紙パルプ繊
維とを混合接触させ、全パルプ重量の０．１％以上で、
１％を越えざるオゾンによってリグニンの表面のみをオ
ゾン酸化させることを特徴とする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４」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４」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１０
０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、本発明では原則
としてそれのみでは使用しないので、図示はしていない
が、「図４」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１０１
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
繊維を主原料として作られ、事務用紙等は化学パルプ繊
維を主原料として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く、含有リグニ
ン量は常に一定量ではない。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古紙パルプ繊維
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古紙パルプ繊
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。

【００１３】また、本発明法は分離した古紙パルプ繊維
と、２０００ｐｐｍ以上の濃度のオゾンガスとを接触さ
せるので、古紙パルプ繊維中に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。

【００１４】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。

【００１５】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。

【００１６】そして、元来、リグニ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。

【００１７】

【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、２００
０ｐｐｍ以上の濃度を有する気相オゾンと、乾式解繊し
た古紙パルプ繊維とを用意する。

【００１８】まず、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、２０００ｐｐｍ以上の濃度の気相
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。

【００１９】また、本実施例ではリグニンを含有する古
紙を乾式解繊して綿毛状の古紙パルプ繊維となしてい
る。

【００２０】古紙を乾式で解繊するには、「図２」「図
３」にもっと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右側）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２３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の一端側には
送風翼２７が取付けられ、取入口２２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】なお、「図２」中、２４ｂは各放射状翼２
４ａのセンタに取り付けたリード板で、このリード板２
４ａは屈曲可能な板材で形成され、先端自由端側は凹凸
面近くを高速通過することで共鳴振動するようになして
ある。また、２８はディストリビュータで、流路を屈曲
させると共に、途中を放射状に仕切って古紙の流れが局
所的に偏らないように均一に流れるようになしてある。

【００２３】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
〜４ｍｍ角程度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になって排出口２３より流出す
る。

【００２４】そして、機械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。

【００２５】なお、上記乾式分離装置の具体例として
は、図示はしていないが、従来公知な構成のサイクロン
分離装置を使用すると、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
から流出してバッグフィルター等で捕集される。また、
このサイクロン分離装置の本体の下部にたまった繊維は
気密ロータリーフィーダを介して下部排出口より順次取
出すようになせばよい。

【００２６】そして、本発明は上記２０００ｐｐｍ以上
の濃度を有する気相オゾンと、古紙を乾式解繊して得ら
れる古紙パルプ繊維とを混合接触させ、全パルプ重量の
０．１％以上で、１％を越えざるオゾンによってリグニ
ンの表面のみをオゾン酸化させる。

【００２７】上記オゾン酸化反応の制御は、古紙パルプ
繊維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、古紙パルプ繊維と気相オゾン
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
古紙パルプ繊維を攪拌し流動床となし、流動中の古紙パ
ルプ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、この両者の接触は古紙パルプ繊維と気
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
に古紙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４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４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４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】また、４０は制御盤で、この制御盤４０は
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の回転数等から古紙の時間あた
りの供送量を検出し、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
４０で参照してオゾン供送量を調整するのは無論であ
る。

【００３４】そして、本発明は、２０００ｐｐｍ以上の
濃度を有する気相オゾンと、乾式解繊した古紙パルプ繊
維とを混合接触させ、全パルプ重量の０．１％以上で、
１％を越えざるオゾンによってリグニンの表面のみをオ
ゾン酸化させるとしたのは、本発明者等は先に特願平４
−２４２７８５号として５０００ｐｐｍ以上のオゾンを
古紙パルプ繊維と接触させる方法を提案したが、当初は
全パルプ重量の３〜５％以上のオゾンを使用し、できる
だけ多くのリグニンをオゾン酸化することを目指してお
り、事実、オゾン反応装置より未反応のオゾンが流出す
る程度に多量のオゾンを使用して反応時間を長く確保す
るとリグニンのボンディング特性が向上することが認め
られた。

【００３５】しかし、オゾンは高価であるのでオゾン反
応装置より未反応のオゾンを排出することは不経済であ
るので、経済的にも最も効率的なオゾン量を種々追試し
たところ、２０００ｐｐｍ以上のオゾン濃度で、全パル
プ重量の０．１％以上１％を越えざるオゾン量で、５０
００ｐｐｍ以上で全パルプ重量の３〜５％以上のオゾン
量に匹敵するボンディング特性の向上が認められること
が見いだされた。

【００３６】すなわち、ボンディング特性の向上はリグ
ニン表面のみが影響しているもので科学的に安定状態に
結合したリグニンの奥の部分を酸化しても効率向上に大
きな影響はないとの推考のもとに、オゾン酸化した古紙
パルプ繊維を圧縮して板状物となし、その機械的強度を
測定したところ、全パルプ重量の０．５％のオゾン量で
最も強度が大きく、それ以上のオゾン使用量では５％ま
では逆にオゾン使用量を増やすと強度は低下するもので
あった。この、オゾン酸化の進行に伴う、強度低下は、
リグニンが低分子量に分断されるのと、セルロース及び
ヘミスロースをもがオゾン酸化される両者の原因による
ものと想われ、リグニンが低分子量に分断された場合は
先願のごとく結合反応核物質の混入量及び反応条件を調
整すればよいが、ボンディング特性自体はオゾン酸化に
より分断したリグニン分解物質によって低下するもので
あった。

【００３７】なお、本発明古紙のリグニン表面酸化方法
によってリグニンをオゾン酸化したものは、種々の繊維
材料として使用可能であるが、その具体例を以下に記
す。

【００３８】「使用例１」填料等を除去していない本発
明法による古紙パルプ繊維を所定の厚み（例えば数ミ
リ）となし、重量比１００％以下の水を加え、圧延ロー
ルで圧延（１２０℃〜４００℃で加熱も同時に行うこと
が乾燥のために望ましい。）すると、茶色味をおびた灰
色の紙を得た。この紙は引き裂き強度が通常の機械パル
プを主原料として作られる紙より１〜２割劣るが、厚手
の包装紙には充分実用に耐えるものであった。

【００３９】「使用例２」填料等を除去した本発明法に
よる古紙パルプ繊維に重量比２０％以下の高分子樹脂
（実施例としてはポリエチレングリコール）を混入し、
所定の厚み（例えば数センチ）となし、厚みが１割程度
になるまで圧縮し、加熱（８０〜１５０℃）した状態を
所定時間（例えば４５分間）継続させたところ、南洋木
材に近似した木質物を得た。

【００４０】石膏に填料等を除去した本発明法による古
紙パルプ繊維を容量比で３００％混入し常法で石膏ボー
ドを製造したところ２００ｇ／ｃｍ²の強度を有し、５
割程強度を向上できた。

【００４１】

【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古紙のリグニン表面酸化方
法を提供することができるものである。

【００４２】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
なる古紙のリグニン表面酸化方法を提供することができ
るものである。

【００４３】なお、本発明により得られた古紙パルプ繊
維は、再生紙原料として使用できることは無論である
が、上記のごとく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】「図２」解繊機の要部正面図である。

【図４】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４０制御盤

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】２０００ｐｐｍ以上の濃度を有する気相
オゾンと、古紙を乾式解繊して得られる古紙パルプ繊維
とを混合接触させ、全パルプ重量の０．１％以上で、１
％を越えざるオゾンによってリグニンの表面のみをオゾ
ン酸化させることを特徴とする古紙のリグニン表面酸化
方法。