JP5123404B2

JP5123404B2 - パルプの調成方法

Info

Publication number: JP5123404B2
Application number: JP2011009369A
Authority: JP
Inventors: 哲糸田川; 紀幸菊池; 達巳保坂; 雅紀相川
Original assignee: Aikawa Iron Works Co Ltd; Nippon Paper Industries Co Ltd
Current assignee: Aikawa Iron Works Co Ltd; Nippon Paper Industries Co Ltd
Priority date: 2011-01-20
Filing date: 2011-01-20
Publication date: 2013-01-23
Anticipated expiration: 2031-01-20
Also published as: JP2012149362A; WO2012099091A1

Description

本発明はパルプの調成方法に関する。特に本発明は、叩解効率が高く、少ないエネルギーでパルプの濾水度を低下させることができるディスクリファイナー用叩解プレートを用いてパルプを叩解するパルプの調成方法に関する。

パルプの叩解（リファイニング）は、水の存在下でパルプ繊維を機械的に処理することによって行われ、紙の性質を決める重要な工程の一つである。一般にパルプ繊維は、そのままでは長さや太さが不均一で剛直であるため、叩解によってパルプ繊維をシート化に適するように調整する。

パルプの叩解においては、パルプに対して機械的な応力と水力学的なせん断力が与えられる。叩解では、叩解刃（バー）の間および溝と水路内で生じるせん断応力と、刃と刃の間に捕捉された繊維に対する法線応力が繊維に加えられ、パルプ繊維のフィブリル化や切断が生じる。叩解の際には一般に叩解プレートが用いられるが、パルプに付与したい特性に応じて種々の叩解プレートが使用される（特許文献１・２、非特許文献１参照）。

一般に叩解には大きな機械エネルギーが必要とされるため、少ないエネルギーで大きな叩解効果が得られれば極めて有利である。特に、近年の環境保護気運の高まりとともに、省エネルギー効果が期待できる叩解プレートを用いてパルプを叩解することが望まれている。

特開２００７−１８３５６６号公報米国特許第５７４０９７２号公報

青島和男「最近の叩解機と刃物の実績と動向」（紙パ技協誌、第６２巻第１０号、２００８年１０月）

発明の課題

このような状況に鑑み、本発明の課題は、少ないエネルギーで効率よくパルプの濾水度を低下させることのできるパルプの調成方法を提供することである。

本発明者は上記課題について鋭意検討したところ、従来の叩解プレートよりも刃角度を大幅に大きくし、叩解刃の刃幅を狭くした叩解プレートを用いてパルプを叩解すると、極めて叩解効率が良好であることを見出し、本発明を完成させた。

すなわち、これに限定されるものでないが、本発明は以下の発明を包含する。
（１）刃幅が２．０ｍｍ以下、刃角度が２０°以上であるディスクリファイナー用叩解プレートを用いてパルプを叩解することを含む、パルプの調成方法。
（２）前記叩解プレートの溝幅が３．０ｍｍ〜４．０ｍｍである、（１）に記載の方法。
（３）前記叩解プレートの刃幅が１．０ｍｍ以上である、（１）または（２）に記載の方法。
（４）前記叩解プレートの刃角度が３５°以下である、（１）から（３）のいずれかに記載の方法。
（５）前記パルプが針葉樹由来のパルプである（１）から（４）のいずれかにに記載の方法。
（６）（１）から（５）のいずれかに記載の方法で得られたパルプ。
（７）（６）記載のパルプを用いて製造された紙。

本発明のパルプの調成方法によれば、少ないエネルギーで効率よくパルプを叩解することができる。また、叩解プレートの溝幅を３ｍｍ以上とすると、針葉樹パルプを用いても原料が溝に詰まりにくく、針葉樹パルプを叩解するためのパルプの調成方法として特に有用である。

叩解プレートの扇状部材の１態様を示す模式図である。叩解プレートの１態様を示す模式図である。実験１の結果を示すグラフである。実験１の結果を示すグラフである。実験２の結果を示すグラフである。実験３の結果を示すグラフである。実験３の結果を示すグラフである。

本発明で使用するの叩解プレートは、刃幅が２．０ｍｍ以下、刃角度が２０°以上である。ここで、一般に叩解プレートは、図１に示すような扇状部材が複数個環状に集まって構成され、図２に示すように全体として円盤（ディスク）に近い形状を有する。叩解プレートには、環状の中心部に対してその半径方向に放射状に形成された多数の刃および溝が設けられている。例えば、図１に示す叩解プレートは、１５度ごとの繰り返しパターンが６つ環状に連接されて１つの扇部を形成し、この扇部が複数あつまってディスク状の叩解プレートを構成する。

本発明において叩解プレートの刃角度とは、叩解プレートの中心部からの半径線と刃とがなす角度であり、各刃における刃角度が異なる場合はその最小値を叩解プレートの刃角度とする。本発明の叩解プレートの刃角度は２０°以上であるが、このような刃角度とすることにより、少ないエネルギーでパルプを叩解することができる。従来の叩解プレートの刃角度は５〜２０°程度であり、このような範囲における刃角度と叩解効果との関係は、刃角度が大きくなるにつれて叩解効果は低下すると考えられていた（特許文献１［００１６］）。しかし、本発明の発明者が、従来用いられていた刃角度の範囲を超えて刃角度の影響を検討したところ、刃幅が２．０ｍｍ以下と狭い場合、一定範囲までは刃角度が大きくなると叩解効率が低下するものの、さらに刃角度を大きくすると叩解効率が再度向上することを見出した。具体的には叩解プレートの刃角度を２０°以上にすると、効率的にパルプ繊維を叩解することが可能である。

また、本発明で使用する叩解プレートの刃角度の上限は、好ましくは３５°以下である。刃角度が４０°を超えると機械エネルギーが効率的にパルプに伝わらず、叩解効率が低くなることがある。本発明において叩解プレートの刃角度は、好ましくは２５〜３３°であり、より好ましくは２７〜３３°である。

一般に叩解の際には、パルプ繊維のフィブリル化と短小化（カッティング）が生じるとされるが、フィブリル化が主なときは粘状叩解、短小化が主なときは遊離状叩解と呼ばれる。また、従来、叩解刃による叩解についてはインチカット理論（Inch Cut理論）が提唱され、下式で表されるインチカット値（Cutting Length per second：叩解刃を用いて叩解する際の刃物の交差点数を評価するパラメータ）が重要とされている。一般に、下式の叩解強度（Refining Intensity）が低いほど粘状叩解傾向が高く、フィブリル化が起こりやすく、叩解強度が高いほど遊離状叩解傾向が高く、繊維が短小化しやすくなるとされる。
・インチカット値（ｍ／ｓ）＝回転刃の数×固定刃の数×刃長×回転数
・ＣＥＬ値（ｍ／ｒｅｖ．）＝回転刃の数×固定刃の数×刃長
・叩解強度（Ｗ・ｓ／ｍ）＝叩解動力÷インチカット値
そのため、叩解の際にパルプ繊維を切断せず、パルプの嵩高性を維持したい場合は、叩解強度を低くするためにインチカット値を大きくすればよいとされる。叩解プレートの観点からインチカット値を大きくするには、刃物数を多くすること、刃物長さを長くすること、叩解動力（繊維一本当たりにかかる一回の叩解作用当たりの動力：Impact）を小さくすることが考えられる。

本発明で使用する叩解プレートの刃幅は２．０ｍｍ以下であり、一般的な叩解プレートの刃幅と比較して小さい。一般的な叩解プレートの刃幅は２．５ｍｍ程度以上であるのに対して、本発明の叩解プレートの刃幅は２．０ｍｍと小さく、叩解の際の刃物交差点を多くすることができるため、効率的な叩解が可能になる。なお従来の叩解プレートは鋳型を用いて製造されるため、本発明のように刃幅が狭い叩解刃を多数有するプレートを製造すること自体が困難であり、また、鋳型から刃物を抜く際の逃がし勾配を刃に付ける必要があるため刃幅を刃の付け根に向かって徐々に広くする必要があった。それに対して、鋼板を接着して叩解プレートを製造する方法が近年開発され（例えば、相川鉄工製finebarなど）、この製法によれば本発明の刃幅の狭い叩解プレートを好適に製造することができる。なお、刃幅をあまりに狭くすると刃の耐久性が低下するため、本発明においては刃幅を１．０ｍｍ以上とすることが好ましい。なお、本発明において刃幅は１．３〜１．８ｍｍが好ましい。

本発明で使用する叩解プレートにおける刃と刃の間の溝について、その溝幅は特に制限されないが、溝幅が大きいと叩解プレート同士の交差点数が少なくなるため４．０ｍｍ以下であることが好ましい。このような溝幅であれば、交差点数を多くすることができ効率的にパルプを叩解することが可能である。溝幅の下限についても制限はないが、溝幅が小さすぎると叩解の際にパルプ繊維が溝に詰まり、叩解効率が却って低下するおそれがあるため、３．０ｍｍ以上であることが好ましい。このような溝幅であれば針葉樹機械パルプであっても好適に叩解処理することが可能である。

本発明において叩解プレートの刃高さは特に制限されず、適宜選択することが可能である。刃高さとは、溝のくぼみから刃の最高部までの距離を意味し、刃によって高さが異なる場合はその平均値を叩解プレートの刃高さとするが、本発明においては刃高さが3〜8ｍｍであることが好ましい。

本発明で使用する叩解プレートは、ディスク型叩解機（ディスクリファイナー）に使用される。一般に叩解機としては、ホーランダー叩解機（Hollander beater）、コニカル型叩解機（conical refiner）、ディスク型叩解機（disk refiner）などが知られている。ホーランダー叩解機はバッチ式であり、床板に相対する回転棒の間を繊維の流れが垂直に通過する際に繊維が叩解される。その一方で、コニカル型叩解機やディスク型叩解機は連続式であり、繊維の流れが叩解刃（バー）の交点を並行に流動する際に繊維が叩解される。そして、ディスク型叩解機では、回転刃の高速回転によって原料が内周側から外周側へ移動する際に回転刃と固定刃の交差により繊維の叩解が行われるのに対し、コニカル型叩解機では、上記作用に加えて回転刃によって発生する遠心力によってパルプ繊維は固定刃方向に飛ばされることになる。

本発明で使用する叩解プレートは、シングルディスクリファイナーおよびダブルディスクリファイナーのいずれにも使用することができる。シングルディスクリファイナーは、回転刃とその回転刃と相対して設けられる固定刃を使用する一方、ダブルディスクリファイナーでは、２組の回転刃とそれと相対して設けられる固定ディスクとを使用する。ディスクリファイナーでは、パルプは中心部から入り、遠心力で外周部に押し出されるが、その間に叩解刃によって機械的作用を受ける。

本発明で使用する叩解プレートの材質は特に制限されず、公知の材質を使用することができるが、耐久性や強度の観点からステンレス鋼が好ましく、例えば、ＳＵＳ６３０などのマルテンサイト系析出硬化型ステンレスを特に好ましく使用することができる。

本発明において処理対象とされるパルプは特に制限されず、針葉樹または広葉樹などの木材由来のパルプはもちろん、こうぞ、バガス、稲わら、バナナ繊維、アバカ繊維、綿などの非木材由来のパルプ、さらにはこれらの混合パルプを使用することもできる。また、上記パルプは、漂白した晒パルプであっても、未漂白の未晒パルプであってもよい。また、パルプの種類も特に制限されず、例えば、化学パルプ、半化学パルプ、機械パルプ、再生パルプ等の従来公知の各種のパルプを処理対象とすることができ、好ましい処理対象はＮＫＰであり、ＮＢＫＰが特に好ましい。本発明においては叩解刃の溝幅を３．０ｍｍ以上とすると針葉樹由来のパルプを叩解する際に特に好適である。

本発明は、上記叩解プレートを用いたパルプの叩解方法である。また他の観点において本発明は、上記叩解プレートを用いてパルプを叩解することを含むパルプの調成方法である。さらに他の観点からは、本発明はこのようにして得られたパルプである。さらにまた他の観点からは、本発明はこのようにして得られたパルプを用いて製造された紙である。

以下、本発明の実施例について説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。なお、本明細書において、部および％は重量基準であり、数値範囲はその端点を含むものとして記載される。

評価方法
以下の実施例及び比較例において用いた評価法は下記の通りである。
・カナダ標準ろ水度（csf：ml）：ＪＩＳＰ８１２１：１９９５に従った。
・カッパー価：ＪＩＳＰ８２１１に従い測定した。
・叩解電力原単位（KWh/t）：
循環叩解の場合（実験１・２）、叩解機の消費電力量を電源ラインモニタ3351（HIOKI社製）を用いて記録し、以下の式にてパルプ１トンあたりに与えた電力量に換算した。
叩解電力原単位（KWh/t）＝電力量（KWh）／パルプ絶乾量（t）
ワンパス叩解の場合(実験３)、原料サンプル時の叩解機負荷と、原料通過量を記録して以下の方法で計算した。
叩解電力原単位（KWh/t）＝叩解機負荷（KW）×１(h)／叩解機パルプ通過量（t/h）
叩解プレート
本実施例においては以下の叩解プレートを使用した。

＜実験１：シングルディスクリファイナーによる針葉樹未晒クラフトパルプの叩解＞
実施例１
水で重量濃度３％へ希釈したＮＵＫＰ（未叩解、ろ水度713ml、カッパー価55、1,500Ｌ）を叩解した。叩解機は、相川鉄工社製１４インチシングルディスクリファイナーを使用し、回転刃、固定刃共に刃幅１．６ｍｍ、溝幅３．２ｍｍ、平均刃角度３０°の叩解刃（プレート１）を使用した。

叩解機は、電動機負荷４０ＫＷ、回転数１０７２ｒｐｍ、流量２０ｍ^３／ｈにて運転した。叩解機を出たパルプは再度叩解機へ送り、約２０分間叩解を行った。
比較例１
刃幅４．０ｍｍ、溝幅４．０ｍｍ、刃角度５°の叩解刃（プレート２）を用いた以外は、実施例１と同様の条件で叩解を行った。

比較例２
刃幅１．３ｍｍ、溝幅３．６ｍｍ、刃角度１５°の叩解刃（プレート３）を用いた以外は、実施例１と同様の条件で叩解を行った。

比較例３
刃幅１．３ｍｍ、溝幅２．６ｍｍ、刃角度７．５°の叩解刃（プレート４）を用いた以外は、実施例１と同様の条件で叩解を行った。

実験結果を表２および図３・４に示す。本発明に基づいて刃幅が小さく、刃角度が大きい叩解プレートを用いた場合、比較例よりも同一叩解電力原単位で低下するろ水度が大きく、少ないエネルギーでパルプのろ水度を低下させることができた。

＜実験２：シングルディスクリファイナーによる針葉樹晒クラフトパルプの叩解＞
実施例２
水で重量濃度３％に希釈したＮＢＫＰ（未叩解、ろ水度720ml、カッパー価10、1,500Ｌ）を叩解した。叩解機は、相川鉄工社製１４インチシングルディスクリファイナーを使用し、回転刃、固定刃共に刃幅１．６ｍｍ、溝幅３．２ｍｍ、平均刃角度３０°の叩解刃（プレート１）を使用した。

叩解機は電動機負荷４０ＫＷ、回転数１０７２ｒｐｍ、、流量２０ｍ^３／ｈにて運転した。叩解機を出たパルプは再度叩解機へ送り、約２０分間叩解を行った。
比較例４
刃幅４．０ｍｍ、溝幅４．０ｍｍ、刃角度５°の叩解刃（プレート２）を用いた以外は、実施例２と同様の条件で叩解を行った。

比較例５
刃幅１．３ｍｍ、溝幅３．６ｍｍ、刃角度１５°の叩解刃（プレート３）を用いた以外は、実施例２と同様の条件で叩解を行った。

実験結果を表３および図５に示す。本発明に基づいて刃幅が小さく、刃角度が大きい叩解プレートを用いた場合、比較例よりも同一叩解電力原単位で低下するろ水度が大きく、少ないエネルギーでパルプのろ水度を低下させることができた。

＜実験３：ダブルディスクリファイナーによる針葉樹未晒クラフトパルプの叩解＞
実施例３
水で重量濃度４％に希釈したＮＵＫＰ（未叩解、ろ水度713ml、カッパー価55、18,700Ｌ）を叩解した。叩解機は、相川鉄工社製２０インチダブルディスクリファイナー（ＡＷＮ−２０型）を使用し、回転刃、固定刃共に刃幅１．６ｍｍ、溝幅３．２ｍｍ、平均刃角度２５°の叩解刃（プレート５）を使用した。

叩解機は、電動機負荷１５０ＫＷ、回転数９００ｒｐｍ、流量１５、３０、４５ｍ^３／ｈの条件で約５分間運転した。
比較例６
刃幅５．０ｍｍ、溝幅３．５ｍｍ、刃角度１０°の叩解刃（プレート６）を用いた以外は、実施例３と同様の条件で叩解を行った。

比較例７
刃幅１．６ｍｍ、溝幅３．２ｍｍ、刃角度１５°の叩解刃（プレート７）を用いた以外は、実施例３と同様の条件で叩解を行った。

実験結果を表４および図６・７に示す。本発明に基づいて刃幅が小さく、刃角度が大きい叩解プレートを用いた場合、比較例よりも同一叩解電力原単位で低下するろ水度が大きく、少ないエネルギーでパルプのろ水度を低下させることができた。

Claims

刃幅が２．０ｍｍ以下、刃角度が２０°以上３５°以下であるディスクリファイナー用叩解プレートを用いてパルプを叩解することを含む、パルプの調成方法。
前記叩解プレートの溝幅が３．０ｍｍ〜４．０ｍｍである、請求項１に記載の方法。
前記叩解プレートの刃幅が１．０ｍｍ以上である、請求項１または２に記載の方法。
前記パルプが針葉樹由来のパルプである、請求項１〜３のいずれかに記載の方法。
請求項１〜４のいずれかに記載の方法でパルプを調成し、そのパルプを用いて抄紙することを含む、紙の製造方法。
刃幅が２．０ｍｍ以下、刃角度が２０°以上３５°以下であるディスクリファイナー用叩解プレート。