JP4478019B2 - インクを除去する方法 - Google Patents

Description

本発明は、印刷された廃棄紙からインクを除去する方法に関する。

森林破壊が引き起こす環境被害に関する認識の高まりにより、近年、廃棄紙の再生利用の増大が見られるようになってきた。リサイクル廃棄紙が商業的に有利であり、かつ未使用の繊維資源の保護において重要な影響を与えるという能力が認識されてきた。しかしながら、印刷用インク及び印刷媒体における技術的な発展は、再生資源業者に対して挑戦し続けるべく問題を提起し続ける一方である。

紙への印刷は、典型的には二種類のインク即ち、紙上へ物理的に押圧されるインパクトインク（ｉｍｐａｃｔ ｉｎｋ）と、帯電された画像に吸引され、かつ紙へ移動される非インパクトインク（ｎｏｎ−ｉｍｐａｃｔ ｉｎｋ）のうちの一方を用いて行われる。インパクトインクは、典型的には、例えば、活版印刷用インク、オフセット平版印刷用インク、グラビア印刷用インク及びフレキソ印刷用インクのような湿式インクである。例えば、活版印刷用インクは、通常、鉱油担体中のカーボンブラック顔料から構成されており、例えば、新聞の印刷に使用されている。オフセット平版印刷用インクは活版印刷用インクに比べより多くの顔料を含んでおり、かつアマニ又はアルキル樹脂のような乾燥した油を含んでいる。フレキソ印刷用インクは、活版印刷用インクと同様の工程において使用されるが、水性であり、かつアルカリの可溶性結合剤中に乳化したインクを含んでいる。それらのインクは容易に除去され得るが、捕捉及び除去が困難であるような極端に微細な粒子を形成するかもしれない。

例えばトナーのような非インパクトインクは、通常、乾燥した、粉末状のインクであり、かつレーザ印刷、コピー印刷及びファクシミリ機において使用されるとともに熱可塑性樹脂及び顔料から構成されている。

これら二つの異なるタイプのインクを含んだ紙からのインクの除去は、異なる脱インクの工程及び条件を必要とする。従来、非インパクトインクを含んだ紙からのインクの除去は、中性条件下において界面活性剤にてパルプ化することのみが必要であるのに対し、インパクトインクを含んだ紙からのインクの除去は、例えば、界面活性剤に加えて、アルカリ、ケイ酸塩及び過酸化物を用いて処理するような異なる条件を必要とする。

従来の脱インク法において、廃棄紙は水性媒体中にて機械的撹拌により分解され（パルプ化され）、紙の繊維からインク及び不純物を分離し、かつインクを約０．１乃至１０００μｍの粒子に分解する。従って、灰色のスラリーが得られ、インクは該スラリー中において微細に分散した状態において存在している。例えば、プラスチック、アルミホイル、石、ビス、留め金、ペーパークリップ等のような不純物は、種々の選別工程において除去される。

例えば、コピー印刷のような非インパクト印刷紙のインクの除去は通常中性の条件下にて実施されるが、他の印刷紙において、インクの除去は通常、アルカリ性水酸化物、アルカリ性ケイ酸塩、酸化漂白剤及び界面活性剤を使用するアルカリ性のｐＨレベルにて、３０乃至５０℃の温度にて実施される。通常、石鹸、エトキシ化脂肪アルコール及び／又はエトキシ化アルキルフェノールのようなアニオン性及び非イオン性の界面活性剤（ｔｅｎｓｉｄｅｓ）が界面活性剤として使用される（例えば、欧州特許第００１３７５８号明細書を参照されたい）。

次いで、インク粒子は洗浄及び／又は浮選（ｆｌｏｔａｔｉｏｎ）により繊維スラリーから除去される。より小さなインク粒子は洗浄により除去され、より大きなインク粒子及び棒状のインク（例えば、のりの残留物及び接着剤）は、浮選により除去される。浮選時、気泡がパルプ中に送り込まれる。分散したインク粒子は気泡に付着し、該気泡がインク粒子を表面に運ぶ。得られた泡は表面からすくい取れられる。次の工程は、パルプを加熱して、落ちにくいインク粒子を均等に分配し、かつ傷ついた繊維、短い繊維、又は弱い繊維を分別するためにパルプを選別する工程を含む。選別後に残った、不純物が取り除かれた状態のパルプをローラー間にて押圧し、シートを形成し、乾燥させる。

従って、効果的な脱インク法では、インクを紙繊維から有効に分離することと、分散されたインクを繊維状スラリーから除去することの両方を必要とする。
しかしながら、従来の脱インク法には種々の欠点が存在する。例えば、インク粒子の繊維スラリーからの除去が不完全である場合、得られた紙が、灰色の色調となったり、染みがついていたり、明度の低いものとなる。明度及び色は、多くの紙の用途において重要な品質の基準となっている。

加えて、従来の脱インク法において使用されるアルカリ条件は、例えば、フィラー、微細な繊維及び棒状体のような水溶性及び／又はコロイド状の固形物及び微細に分散した固形物の処理水への混入を引き起こす。これら混入物が洗浄工程時において十分に除去されていない場合、該混入物が引き続く洗浄工程において濃縮され、かつ紙繊維中に再び組み込まれるので、得られた紙が明度を失うことになる。更に、従来の脱インク法において使用されている上述の化学物質を含む廃液は、環境上好ましいものではない。

本発明は、従来の脱インク法の欠点を克服した、廃棄紙からインクを除去する方法を提供することをその目的としている。

本発明によれば、印刷紙からインクを除去する方法が提供され、該方法は、水性スラリーを形成するために紙をパルプ化する工程と、脱インク用添加物を紙に加える工程と、浮選により分離されたインクを除去する工程とからなり、該添加物は、以下の式：

、にて示される単位からなる有機変性シロキサン、
［ここで、Ｒ^１はそれぞれ独立して、水素原子、アルキル、アリール、アルケニル、アラルキル、アルカリル、アルコキシ、アルカノイルオキシ、ヒドロキシル、エステル又はエーテル基から選択され；
Ｚはそれぞれ独立して、アミン、アミド、カルボキシル、エステル若しくはエポキシ基にて置換されたアルキル基、又は

基から選択され；
ｎは１より大きい整数であり；
ａ及びｂは独立して、０、１、２又は３であり；
Ｒ^２はアルキレン基または直接結合であり；
Ｒ^３は上記Ｒ^１又はＺにて定義された基であり；
ｐ及びｒは独立して、１乃至６の整数であり；
ｑ及びｓは独立して、０又は１≦ｑ＋ｓ≦４００を満たす整数であり、かつ
有機変性シロキサンの各分子が少なくとも一つのＺ基を含む］からなる。

Ｚは、

基であることが好ましく、より好ましくはｐ及び／またはｒは独立して２、３又は４であり、即ち、エチレン、プロピレン及び／またはブチレンオキサイド基からなる置換基である。好ましくは、ｑ及びｓはそれぞれ独立して１０乃至３０の整数であり、より好ましくは１５乃至２５（例えば、１８）の整数である。特に好ましいＺ基において、ｐは２であり、ｒは３であり、かつｑ及びｓはいずれも１８である。Ｒ^２は例えば１乃至６個の炭素原子を有するアルキレン基（即ち、メチレン、エチレン、プロピレン、ブチレン、ペンチレン、又はヘキシレン基）であるか、または直接結合している。Ｒ^３は上記Ｒ^１又はＺにて定義された置換基であり、かつ好ましくは水素原子又はヒドロキシル基である。

加えて、又はこれに代えて、Ｚはアミン、アミド、カルボキシル、エステル又はエポキシ基にて置換されたアルキル基であり、例えば、１乃至６個の炭素原子を有するアルキル基、即ち、置換されたメチル、エチル、プロピル、ブチル、ペンチル又はヘキシル基であり得る。

シロキサンは、直鎖状であり得るか、又はａ＋ｂ＝０又は１である、即ち、シロキサンが分枝状のものを含む単位からなる。Ｚが、

基である場合、Ｒ^３は好ましくはヒドロキシル又はアルカノイルオキシ基である。

シロキサン分子中において、好ましくは２乃至２０モル％の、より好ましくは５乃至１６モル％のケイ素原子がＺ基にて置換されている。
シロキサンは、好ましくは、５．０乃至７．３の範囲の親水性／親油性バランス（ＨＬＢ）を有している。

シロキサンの分子量は、好ましくは１０００乃至５０００００の範囲であり、より好ましくは１００００乃至１０００００の範囲である。
本発明において使用される特に好ましいシロキサンは、ＨＬＢ値が５．９乃至６．３である水酸基のエンドキャップ処理された（ｈｙｄｒｏｘｙ−ｅｎｄｃａｐｐｅｄ）直鎖状ポリジメチルシロキサンであり、該直鎖状ポリジメチルシロキサンは１０乃至１２モル％のケイ素原子が式：

であるＺ基にて置換されており、ここで、ｐは２であり、ｒは３であり、ｑ及びｓはいずれも１８であり、Ｒ^２は１乃至６個の炭素原子を有するアルキレン基であるか、又は直接結合されており、かつＲ^３は水素原子又はヒドロキシル、エステル若しくはエーテル基である。

本発明において使用される添加物は、有機変性シロキサンに加えて更なる成分からなる。例えば、添加物は、ポリジメチルシロキサン、有機ポリエーテル及び脂肪酸から選択される一つ以上の成分からなる。適切な有機ポリエーテルは、一般式が

であり、かつＲ^４及びＲ^５が水素原子、ヒドロキシル、アルキル及びアルコキシ基から選択されるとともにｐ、ｑ、ｒ及びｓが上述に定義されたものである該一般式のうちのいくつかを含む。適切な脂肪酸は、例えば、ラウリン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、ステアリン酸、アラキン酸、ベヘン酸、リグノセリン酸、パルミトレイン酸、オレイン酸、リノール酸、リノレン酸及びアラキドン酸のような８乃至２２個の炭素原子を有する飽和及び不飽和の一塩基性脂肪族カルボン酸を含む。

添加物は、乳剤の形態であり得、例えば、有機変性シロキサンはガムベースの自己乳化型シロキサンである。
本発明の方法において、該添加物はパルプ化の前、パルプ化の工程時、又はパルプ化の後に紙に加えることができる。紙に加えられるべき添加物の量は、紙に対して０．１乃至１重量％の範囲内であることが好ましく、より好ましくは、０．１乃至０．５重量％である。添加物は、例えば、乳剤のように希釈せずに紙に加えられるか、又は例えば水溶液のように、溶解して加えられる。

本発明の方法は、該方法がアルカリ性のｐＨにて実施可能ではあるものの、ほぼ中性のｐＨにて実施されることが好ましい。
本発明のパルプ化工程及びインク除去工程は、当業者には周知であり、かつ上記に記載されたように、従来どおりの方法にて実施され得る。例えば、紙は、３５乃至４５℃のような３０乃至５０℃の範囲の温度にて、１乃至１０％（例えば、１乃至５％）の濃度を有する水性のスラリーを形成するためにパルプ化され得る。濃度（ｃｏｎｓｉｓｔｅｎｃｙ）は繊維を含んだ懸濁液中のパルプ固形物の重量％にて定義される。インクの除去は、例えば３０乃至５０℃（例えば、３５乃至４５℃）の適切な温度であり、かつ例えば５００乃至１０００ｒｐｍのような単位時間（分）当たりの所定の回転数にて、適切な浮選用セル（例えば、Ｄｅｎｖｅｒ Ｌａｂ社製の浮選セル）中にて実施され得る。本発明の方法に関連した更なる利点は、フレキソ印刷の廃棄物を処理するために使用した場合、処理工程中における水が、比較的澄んでいる点が挙げられる。これに対し、周知の脱インク法を使用した場合、水は黒色になる。更に、本発明の方法は明度が改善されたパルプを生成する。

本発明の実施形態を、以下に詳細に記載する。

ａ）パルプ化
混合容器中において、４％の濃度を有する１１０ｇの空気乾燥した廃棄紙（５０％の新聞紙と５０％の雑誌）の水性懸濁液に４４０ｇの工業用水を４５℃にて加えた。懸濁された紙は４５℃にて１５分間混練された。

ｂ）インクの除去
１６°ｄＨの硬度を有する水を、上記ａ）において得られたパルプ中に加えて、１％の濃度を得た。約１１モル％のケイ素原子が−（ＯＣ_２Ｈ_４）_１８（ＯＣ_３Ｈ_６）_１８側鎖に置換された置換物を有し、ＨＬＢが約６．１であり、かつ分子量が約６００００である水酸基がエンドキャップ処理された種々の量のポリジメチルシロキサン（以下の明細書中において「シロキサン１」と参照される）を該パルプに水性溶液として加えた。該パルプをＤｅｎｖｅｒ Ｌａｂ社製の浮選セル中にて、４５℃、１０００ｒｐｍにて８分間、浮選した。その後、パルプを水から分離し、真空下、９５℃にて１０分間乾燥しながら、シート形成機の二つのフィルタの間にてシートを形成した。

比較のために、上記工程ａ）及びｂ）は、市販の脂肪酸ベースの脱インク調製物を用いて繰り返された。結果を以下の表１に示す。白色度（ｗｈｉｔｅｎｅｓｓ）はＤＩＮ（ドイツ工業標準規格）５３１４５パート１に従って評価した。

ａ）パルプ化
混合容器中において、２０％の濃度を有する１１０ｇの空気乾燥した廃棄紙（１０％の新聞紙と９０％の雑誌）の水性懸濁液に４４０ｍｌの工業用水を４５℃にて加えた。懸濁された紙は４５℃にて１５分間混練された。

ｂ）インクの除去
上記ａ）において得られたパルプ中に水を加えて、１．０９％の濃度を得た。以下の表４において定義される水酸基がエンドキャップ処理された種々の量のシロキサンを該パルプに水性溶液として加えた。該パルプをＤｅｎｖｅｒ Ｌａｂ社製の浮選セル中にて、４５℃にて８分間、浮選した。

上記工程ａ）及びｂ）は、実施例１において使用されたシロキサン（シロキサン１）及び表４において定義されたシロキサン（シロキサン２乃至８）を用いて、新しい廃棄紙と古い廃棄紙について繰り返された。表４はまた、各シロキサンに対する粘度のデータも含む。比較のために、実施例１において使用された、市販の脂肪酸ベースの脱インク調製物を用いた実験も実施した。結果を以下の表２（新しい廃棄紙の場合）及び表３（古い廃棄紙の場合）に示す。白色度はＤＩＮ５３１４５パート１に従って評価した。

ａ）パルプ化
混合容器中において、２０％の濃度を有する１１０ｇの空気乾燥した廃棄紙（１００％新聞紙）の水性懸濁液に４００ｍｌの工業用水を４５℃にて加えた。懸濁された紙は４５℃にて１５分間混練された。

ｂ）インクの除去
上記ａ）において得られたパルプ中に水を加えて、１．０９％の濃度を得た。表４及び実施例１において定義された水酸基がエンドキャップ処理された種々の量のシロキサンを該パルプに水性溶液として加えた。該パルプをＤｅｎｖｅｒ Ｌａｂ社製の浮選セル中にて、４５℃にて８分間、浮選した。

上記工程ａ）及びｂ）は、実施例１において使用されたシロキサン（シロキサン１）及び表４において定義されたシロキサンのうちの二つ（シロキサン４及び７）を用いて繰り返された。比較のために、実施例１において使用された、市販の脂肪酸ベースの脱インク調製物を用いた実験も実施した。結果を以下の表５に示す。白色度はＤＩＮ５３１４５パート１に従って評価した。

実施例１の工程ａ）及びｂ）は、実施例１において使用されたシロキサン（シロキサン１）を用いて繰り返されたが、１００％フレキソ印刷紙について実施した。加えて、０．１０重量％の水酸化ナトリウム及び１．２０重量％のケイ酸ナトリウムをスラリーに加えた。

比較のために、実施例１において使用された、市販の脂肪酸ベースの脱インク調製物を用いた実験も実施した。結果を以下の表６に示す。ろ過水の外観も記録した。白色度はＤＩＮ５３１４５パート１に従って評価した。

Claims (13)

1. 印刷紙からインクを除去する方法において、前記方法は、水性スラリーを形成するために紙をパルプ化する工程と、脱インク用添加物を紙に加える工程と、浮選により分離されたインクを除去する工程とからなり、
   前記添加物は、親水性／親油性バランス（ＨＬＢ）が５．９乃至６．３である水酸基がエンドキャップ処理された直鎖状ポリジメチルシロキサンを含み、該直鎖状ポリジメチルシロキサンは、１０乃至１２モル％のケイ素原子が、式：
   

   

   で示される基にて置換されており、ここで、ｐは２であり、ｒは３であり、ｑ及びｓはいずれも１８であり、Ｒ ^２ は１乃至６個の炭素原子を有するアルキレン基であるか又は直接結合されており、かつＲ ^３ は水素原子又はヒドロキシル、エステル若しくはエーテル基である、方法。
2. 前記シロキサンは、１０００乃至５０００００の範囲の分子量を有する請求項１に記載の方法。
3. 前記シロキサンは、１００００乃至１０００００の範囲の分子量を有する請求項２に記載の方法。
4. 前記添加物は、ポリジメチルシロキサン、有機ポリエーテル及び脂肪酸から選択される一つ以上の成分を更に含む請求項１乃至３のいずれか一項に記載の方法。
5. 前記添加物は、式：
   

   

   で示される有機ポリエーテルを更に含むとともに、Ｒ^４及びＲ^５は水素原子、ヒドロキシル、アルキル及びアルコキシ基から選択され、ｐ及びｒは独立して１乃至６の整数であり、かつｑ及びｓは独立して０又は１≦ｑ＋ｓ≦４００を満たす整数である請求項４に記載の方法。
6. 前記添加物は、飽和又は不飽和の一塩基性脂肪族カルボン酸である脂肪酸を更に含む請求項４又は５に記載の方法。
7. 前記カルボン酸は、ラウリン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、ステアリン酸、アラキン酸、ベヘン酸、リグノセリン酸、パルミトレイン酸、オレイン酸、リノール酸、リノレン酸及びアラキドン酸から選択される請求項６に記載の方法。
8. 前記添加物は乳剤である請求項１乃至７のいずれか一項に記載の方法。
9. 前記添加物は、ガムベースの自己乳化型シロキサンである請求項８に記載の方法。
10. 前記添加物は紙に対して０．１乃至１重量％の範囲内の量にて前記紙に加えられる請求項１乃至９のいずれか一項に記載の方法。
11. 前記添加物は紙に対して０．１乃至０．５重量％の範囲内の量にて前記紙に加えられる請求項１０に記載の方法。
12. 中性のｐＨにて実施される請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の方法。
13. 前記添加物は、パルプ化工程の前、パルプ化工程時又はパルプ化工程の後に前記紙に加えられる請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の方法。