JP5346237B2 - 製紙用填料を含有するコールドオフセット印刷用紙 - Google Patents
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Description
(1) 製紙スラッジ、石炭、紙を含む廃棄物、バイオマス、複合燃料からなる群より選択される1種以上を含んでなる原料を温度700〜800℃にて焼却して得られる製紙用填料を含有し、紙中灰分が13重量%を超えるコールドオフセット印刷用紙。
(2) 前記製紙用填料の平均粒径が0.1〜10μmである、(1)に記載のコールドオフセット印刷用紙。
(3) 前記製紙用填料の白色度が10〜60%である、(1)〜(3)のいずれかに記載のコールドオフセット印刷用紙。
本発明の製紙用填料は、原料に温度700〜800℃にて熱処理を施して得られる焼却灰を使用する。一般に焼却灰は、各種金属及びそれらの酸化物、硫化物、塩化物などの無機物を主に構成されているが、その組成は非常に複雑であり、焼却物や産地によっても種々異なる。焼却灰には、SiO2、Al2O3、CaO、MgOなどの無機酸化物、未燃カーボンのような燃焼原料中の有機物の他、ハロゲンや重金属を含んでいることがある。このように焼却灰は、場所、季節などによってその組成が変動するが、工業的に安定して再利用するためには、このような組成が一定しない焼却灰を原料としても一定レベルの製紙用填料を安定して製造できることが要求される。このような状況の中、本発明者は、焼却灰を得る際の焼却温度を700〜800℃に制御することによって、驚くべきことに、焼却灰のワイヤー磨耗度が改善されることを見出した。つまり、本発明によれば、熱処理を施す時間、燃焼設備の形状等の燃焼条件に関係なく、種々の原料から、ワイヤー摩耗性に優れた製紙用填料を安定的に製造することが可能である。後述する実施例において実証されているように、熱処理温度を800℃以下にして酸素存在下で原料を燃焼させることにより、ワイヤー磨耗性が著しく低下し、製紙用填料として好適に使用することが可能になる。一方、熱処理温度を700℃より低くすると、燃焼効率が低下し、主に未燃カーボンからなる未燃成分が多く残ってしまうため、好ましくない。燃焼効率などの観点から、より好ましい態様において本発明の燃焼温度は750〜800℃である。
本発明の製紙用填料を用いてコールドオフセット印刷用紙を製造することができる。本発明の製紙用填料は、抄紙機のワイヤーを摩耗させにくいため、一般的な抄紙機を用いる抄紙に使用することができる。特に、新聞用紙を抄造するために用いられる抄紙機は、両面脱水機構を有しているギャップフォーマー、ハイブリッドフォーマー、オントップフォーマーなどが望ましいが、これに限定されるものではない。
本発明における各特性値は、下記の測定方法により得られた値である。
(1)粒度分布測定(レーザー法):レーザー回折法により粒度分布を測定する。試料スラリーを、分散剤(ヘキサメタリン酸ソーダ)0.2重量%(対試料固形分)を添加した純水中に滴下混合して均一分散体とし、レーザー法粒度測定器(使用機器:マルバーン社製マスターサイザー)を使用して粒度測定する。
(2)ワイヤー磨耗度:リン青銅線円盤(以下ワイヤー)を用いてアインレーナー(Einlehner)AT1000磨耗試験機により、ワイヤー摩耗性を測定する。測定に用いるワイヤーは超音波浴中で5分間洗浄した後、イオン交換水で洗浄し、さらにアセトンにより洗浄を行った。これを105℃で1時間以上乾燥させ、デシケータ中で放冷した後、0.1mgの精度で重量を測定した。このワイヤーを試験円筒機の底に固定し、撹拌機を下ろしてワイヤーに接しさせた。イオン交換水で10%濃度としたスラリーを測定試料とし、試験円筒機に注入した。この状態で、撹拌機を174000回転させて、ワイヤーを摩耗させた。摩耗試験後のワイヤーを、再び超音波浴中で5分間洗浄した後、イオン交換水で洗浄し、さらにアセトンにより洗浄を行った。これを105℃で1時間以上乾燥させ、デシケータ中で放冷した後、0.1mgの精度で重量を測定した。摩耗試験前のワイヤー重量から摩耗試験後のワイヤー重量を差し引き、ワイヤー磨耗度(mg)とした。
(3)白色度:測定光が裏側に透けない程度の厚みを持つよう、試料をリング状の測定器具の中に入れ、約20kg/cm2の圧力をかけてペレット状にした。このペレットについて、村上色彩技術研究所CMS−35SPXを用いて、D65光源、10度視野、紫外光を含む条件で白色度を測定した。
(4)X線回折:X線回折測定装置(X’Pert PRO:PANalytical製)により、試料の結晶組成を測定した。
(5)元素分析:蛍光X線測定装置(ED2000:Oxford Instruments製)により、試料の元素組成を測定した。
本発明におけるコールドオフセット印刷用紙の紙質は、下記に規定される方法に準じて測定した値である。
(1)坪量:ISO536
(2)紙中灰分:ISO1762
(3)白色度:ISO2470
(4)不透明度:ISO2471
印刷評価
本発明におけるコールドオフセット印刷用紙の印刷評価は、東芝オフセット輪転機にて、CTP出力版(KODAK社製ExThermoTP-Rポジサーマルプレート)を用いて、印刷速度900rpm、湿し水膜厚0.7μmで新聞用インキ(東洋インキ製バンテアンエコーHAS墨)を用いて、墨単色印刷を6万部行ったときの印刷作業性・印刷品質である。
(1)紙粉量の測定:6万部印刷した後のブランケット上に堆積している紙粉をかきとり、その重量を測定し、100cm2あたりの重量で表した。
(2)刷版磨耗評価方法:印刷前および6万部印刷後の刷版の画線部(網点濃度100%)を反射型印刷濃度計(マクベス濃度計RD918)で測定し、印刷前後の濃度差を算出した。濃度差が大きいほど画線部の傷みが大きく、刷版の磨耗が進行していることを示す。
(3)インキ着肉性:インキ着肉性は6万部印刷時の墨ベタ面を目視にて評価した。
(4)裏抜け:裏抜けは6万部印刷時の墨ベタ面を裏面から目視して評価した。
以下に示す方法により、焼却灰を原料として製紙用填料を製造した。原料としては、製紙工程由来のスラッジ(古紙リサイクル工程由来のスラッジ約80重量%、製紙白水由来のスラッジ約20重量%)または石炭を用いた。なお、焼却灰材料の物性評価(粒径、ワイヤー磨耗度、白色度)は前述した方法で実施した。
出発原料として、製紙工程由来のスラッジを用いた。このスラッジを、流動床炉を用い、酸素濃度7%、滞留時間2秒、770℃で焼却して、焼却灰300kgを得た。この焼却灰を測定したところ、平均粒径は230μm、白色度は51%だった。
実施例1と同様にして、製紙工程からのスラッジから焼却灰を得た。この焼却灰300kg(平均粒径230μm、白色度51%)を、水2200kgに添加し、分散剤としてポリアクリル酸ナトリウム(アロンT−40:東亜合成製)を焼却灰に対して固形分で1%添加し、アジテータにて攪拌を十分行って、固形分濃度12%の焼却灰スラリーを得た。
粉砕時間を1時間45分とし、最終的に平均粒径7.8μmの焼却灰材料を得た以外は、実施例1と同様にして製紙用填料を製造および評価した。
出発原料として、実施例1と同じ製紙工程からのスラッジを用いた。このスラッジを、流動床炉を用い、酸素濃度7%、滞留時間2秒、730℃で焼却して、焼却灰300kgを得た。この焼却灰を測定したところ、平均粒径は205μm、白色度は53%だった。
出発原料として、石炭を用いた。石炭を、バーナー炉を用い、酸素濃度4%、滞留時間2秒、750℃で焼却して、焼却灰300kgを得た。この焼却灰を測定したところ、平均粒径は145μm、白色度は21%だった。
出発原料として、実施例1と同じ製紙工程由来のスラッジを用いた。このスラッジを、流動床炉を用い、酸素濃度7%、滞留時間2秒、860℃で焼却して、焼却灰300kgを得た。この焼却灰を測定したところ、平均粒径は220μm、白色度は48%だった。
サンドグラインダーによる粉砕時間を2時間50分間に短縮し、最終的に平均粒径7.3μmの焼却灰材料を得た以外は、実施例2と同様にして製紙用填料を製造した。
以下の方法により、本発明の製紙用填料を内添してコールドオフセット印刷用紙を製造した。紙質評価(坪量、灰分、白色度、不透明度)、印刷評価(紙粉量、刷版摩耗性、インキ着肉性、裏抜け)は前述した方法で実施した。結果を表3に示す。
製紙用原料パルプとして、新聞脱墨パルプ(ろ水度200ml、灰分10%、以下DIPと略す。)、サーモメカニカルパルプ(ろ水度100ml、以下TMPと略す。)、針葉樹クラフトパルプ(ろ水度520ml、以下NKPと略す。)を80:15:5の配合割合で混合したパルプスラリーに、パルプ絶乾重量当たり、硫酸バンドを2%、填料として軽質炭酸カルシウム(粒径2.1μm)を10%、製紙用填料Aを2%、歩留り向上剤を300ppmをそれぞれ添加し、ギャップフォーマー型抄紙機、抄速1200m/分で、坪量43g/m2になるように中性抄紙し新聞用紙原紙を抄造した。さらにゲートロールコーターでヒドロキシエチル化澱粉、カチオン性表面サイズ剤(スチレン/アクリル酸エステル共重合体)をそれぞれ塗工量がフェルト面、ワイヤー面ともに0.3g/m2、0.02g/m2となるように塗工し、新聞用紙を得た。
製紙用填料Aの代わりに製紙用填料Bを添加した以外は実施例1と同様の方法で行なった。
製紙用填料Aの代わりに製紙用填料Cを添加した以外は実施例1と同様の方法で行なった。
製紙用填料Aの代わりに製紙用填料Dを添加した以外は実施例1と同様の方法で行なった。
製紙用填料Aの代わりに製紙用填料Eを添加した以外は実施例1と同様の方法で行なった。
製紙用填料Aを用いずに、軽質炭酸カルシウム(粒径2.1μm)をパルプ絶乾重量当たり12重量%添加した以外は実施例1と同様の方法で行なった。
製紙用填料Aの代わりに製紙用填料Fを添加した以外は実施例1と同様の方法で行なった。
製紙用填料Aの代わりに製紙用填料Gを添加した以外は実施例1と同様の方法で行なった。
製紙用原料パルプとして、新聞脱墨パルプ(ろ水度200ml、灰分10%、以下DIPと略す。)、サーモメカニカルパルプ(ろ水度100ml、以下TMPと略す。)、針葉樹クラフトパルプ(ろ水度520ml、以下NKPと略す。)を80:15:5の配合割合で混合したパルプスラリーに、パルプ絶乾重量当たり、硫酸バンドを2%、填料として軽質炭酸カルシウム(粒径2.1μm)を6%、製紙用填料Bを2%、歩留り向上剤を200ppmそれぞれ添加し、ギャップフォーマー型抄紙機、抄速1200m/分で、坪量43g/m2になるように中性抄紙し新聞用紙原紙を抄造した。さらにゲートロールコーターでヒドロキシエチル化澱粉、カチオン性表面サイズ剤(アクリル酸エステル系)をそれぞれ塗工量がフェルト面、ワイヤー面ともに0.3g/m2、0.02g/m2となるように塗工し、新聞用紙を得た。
(1)製紙用填料A〜Eは、製紙用填料F、Gと比較して、700〜800℃にて原料を焼却して得られており、それによってワイヤー磨耗度を大幅に改善できていた。特に製紙用填料AとFとを比較すると、両者は燃焼原料が同じで、粉砕後の平均粒径も、製紙用填料Aでは2.7μm、製紙用填料Fでは2.8μmと約4%しか変わらないにもかかわらず、ワイヤー磨耗度に顕著な差が見られ、770℃で処理した製紙用填料Aと860℃で処理した製紙用填料Fとは約3.1倍の開きがあった。このことから、熱処理温度がおよそ800℃を境にしてこのようにワイヤー磨耗度に著しい差が生じることがわかる。
(2)製紙用填料の白色度に関しては、製紙用填料A〜Eでは白色度を上げるための特別な工程による処理を行っていないが、問題はなかった。
(3)得られた製紙用填料をX線回折により分析したところ、860℃で熱処理した製紙用填料F、Gと比較して、730〜770℃で熱処理した製紙用填料A〜Fでは、ゲーレナイト由来のピークが小さく、ゲーレナイトの生成が抑制されていた(図1)。
(4)本発明の製紙用填料A〜Eを使用した場合(実施例1〜5)、焼却灰から得られる製紙用填料を使用しなかった場合(比較例1)と同様に、新聞用紙を問題なく製造することができた。填料の全量に炭酸カルシウムを使用している比較例1に比べ、その一部を焼却灰から得られる製紙用填料で置き換えた実施例1〜5でも、白色度、不透明度とも特に低くなることはなく、新聞用紙としての品質が維持されているといえる。
(5)6万部印刷したとき、実施例1〜5と860℃で熱処理した製紙用填料F、Gを使用した場合(比較例2、3)とを比べると、比較例2、3では紙粉量、刷版の磨耗が著しく悪化し、インキ着肉性も劣っていた。
(6)実施例1と比較例2の印刷評価結果を比べると、両者の製紙用填料は出発原料が同じで、粉砕後の平均粒径も実施例1では2.7μm、比較例1では2.8μmとほぼ同じであるのに対して、紙粉量、刷版の摩耗性、インキ着肉性に大きな差が見られた。但し、860℃で熱処理した製紙用填料であっても、紙中灰分が13%である場合(比較例4)には、紙粉量、刷版の磨耗にそれほど大きな問題はなかった。このことから、13%を超える高灰分の紙では、熱処理温度がおよそ770℃を境にして、紙粉量、刷版の磨耗、インキ着肉性が著しく変化することがわかる。
Claims (3)
- 製紙スラッジ、石炭、紙を含む廃棄物、バイオマス、複合燃料からなる群より選択される1種以上を含んでなる原料を温度700〜800℃にて焼却して焼却灰を得る工程と、焼却灰を分散してスラリー化する工程と、その焼却灰スラリーに硫酸および/または硫酸塩を添加してpHを7〜10に調整しながら湿式粉砕処理を行って平均粒径を0.1〜10μmとする工程と、を含む方法によって得られる白色度が10%〜60%である製紙用填料を含有し、紙中灰分が13重量%を超えるコールドオフセット印刷用紙。
- 前記焼却灰が、製紙スラッジ焼却灰および/または石炭焼却灰である、請求項1に記載のコールドオフセット印刷用紙。
- 前記焼却灰スラリーの固形分濃度が1〜50%である、請求項1または2に記載のコールドオフセット印刷用紙。
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