JP5552245B2 - パルプの中コンシステンシーリファイニング方法および装置 - Google Patents
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Description
本発明は、リグノセルロース繊維材のリファイニングに関し、特にサーモメカニカルパルプ（ＴＭＰ）化方法および他のメカニカルリファイニング方法に関する。
ＴＭＰプロセスは、従来、高コンシステンシーで、すなわち、通常、リファイナーを通過するパルプ懸濁液の繊維が重量基準で２０パーセント（２０％）以上であるコンシステンシーで、繊維材をリファイニングするものであった。高コンシステンシーレベルでは、パルプ懸濁液は、繊維の塊であり、そのような塊を扱うことができる加圧ブローラインまたはスクリューコンベヤーで輸送される。対照的に、低コンシステンシーレベルのパルプ懸濁液は、ポンプ輸送可能なスラリー液として流れる。
高コンシステンシーで機械的にパルプをリファイニングするには、リファイニング域でパルプの粘弾性変形に関連する摩擦熱損失に主として費やされる大量のエネルギーが必要になる。これらの摩擦熱損失は、パルプをリファイニングするのには直接関与しない大量のエネルギーである。パルプのリファイニングとは、木質繊維の分離（解繊）と展開（フィブリル化）である。普通、高コンシステンシーＴＭＰリファイナーで加えられた電気エネルギーの１０％〜１５％未満が直接パルプのリファイニングに有効利用される。従って、ＴＭＰリファイナーのエネルギー効率を増加させることが、長い間求められているニーズである。
電気エネルギー消費を低減するというニーズに対処するため、ＴＭＰ製紙工場では、エネルギー多量消費の高コンシステンシーリファイニング（ＨＣＲ）をエネルギー少量消費のリファイニングプロセスに置き換える方法を探し求めている。最近の１０〜１５年間、多くのＴＭＰ製紙工場では、本流の高コンシステンシーリファイニング（ＨＣＲ）ステージの直ぐ後に単一の低コンシステンシーリファイニング（ＬＣＲ）ステージを取り付けてきている。これらの製紙工場に適用するケースの大部分では、低コンシステンシーリファイナー（ＬＣＲ）には、１５０ｋＷｈ／ＯＤＭＴ（オーブン乾燥メートルトン（ｏｖｅｎ ｄｒｉｅｄ ｍｅｔｒｉｃ ｔｏｎ）当たりのキロワット時）未満の比エネルギーが加えられ、ろ水度は１００ｍｌ（ミリリットル）未満に減少する。
低コンシステンシーリファイナーでは、パルプスラリー液にエネルギーが加えられるので、高コンシステンシーリファイナーに較べて格段に高いリファイニング強度で運転される傾向となる。しかし、高リファイニング強度を液媒体に加えても、ＬＣＲのリファイニング域に加えることができる総エネルギーには限度がある。さらに、低コンシステンシーリファイニングでは、ろ水度の減少程度が限定されたパルプが得られる傾向がある。ろ水度の減少が限定されてしまうのは、プレート間の間隙が狭く、単一段の低コンシステンシーリファイニングでは高エネルギーが負荷されるので、繊維が過度に剪断され、パルプ強度の損失が生じるからである。低コンシステンシーリファイニングを複数段に分けて行うことが提案されている。しかし、低コンシステンシーリファイナーでは、繊維の展開の程度が少ない（高ろ水度の）メカニカルパルプ繊維に固有の剪断により、ＬＣＲの利用可能段数には実用上の限界がある。
繊維の柔軟性と耐剪断性を高めるために繊維前処理を付加すると、高コンシステンシーリファイニングと複数段の低コンシステンシーリファイニングとの組み合わせでは、約４００ｍｌのろ水度が得られ、従来製造されていたサーモメカニカルパルプ（ＴＭＰ）と比較して３０％超のエネルギー節約が得られた。これらの付加的前処理法としては、例えば、加圧チッププレスで部分的に木質繊維の解繊を行い（米国特許第６，８９９，７９１号明細書に記載のように）、その後に高コンシステンシーリファイナーで温和な繊維分離（米国特許第７，３００，５４１号明細書に記載のように）、化学処理、および高圧／高強度一次リファイニング（米国特許第５，７７６，３０５号明細書、および米国特許第６，１６５，３１７号明細書に記載のように）を行う方法がある。これらの前処理の助けを得ると、繊維の展開が改良され、低コンシステンシーリファイニングをそのような広範囲のろ水度で行うとき繊維損傷が最小限に抑えられる。
サーモメカニカルパルプの製造方法は引き続いて進歩しているけれども、長い間求められているいくつかのニーズには、ｉ）パルプ品質の展開を改良すること、ｉｉ）エネルギー消費量の少ないポンプ直結リファイナーを開発すること、およびｉｉｉ）ＴＭＰ装置の機械設備の複雑さとコストを減少することなどがある。
初期ＨＣＲステージとその後に少なくとも一段の中コンシステンシーリファイニング（ＭＣＲ）ステージとを備える新規ＴＭＰプロセスが開発された。前記ＭＣＲステージ（複数を含む）は、木材チップ、予備調質セルロース繊維、または他の細砕セルロース繊維材の、５％〜１４％の範囲のパルプコンシステンシーを有する濃厚なストックパルプスラリーを処理する。対照的に、ＬＣＲステージは、従来、通常５％以下のコンシステンシーを有するパルプスラリー液を処理する。ＭＣＲステージ（複数を含む）を使用すると、リファイニングプロセスのパルプ化能力が増大し、ＬＣＲステージを備える類似の従来のＴＭＰプロセスと比較してリファイナーの数が減少する。例えば、８％のコンシステンシーを有するパルプを処理する中コンシステンシー（ＭＣ）リファイナーは、４％のコンシステンシーを有するパルプを処理する、２つの同一サイズの低コンシステンシー（ＬＣ）リファイナーと代替可能である。
ＭＣＲステージ（複数を含む）を備える新規なＴＭＰプロセスは、高コンシステンシーリファイニング（ＨＣＲ）を、好ましくは単一のＨＣＲステージに限定し、そしてリファイニング活動の大部分をＨＣＲステージから中コンシステンシーリファイニングステージ（複数を含む）に移行させることによって、エネルギー消費量を削減する。そうすることで、高コンシステンシーリファイナーの数とポンプ直結リファイナーの数が、ＨＣＲステージといくつかのＬＣＲステージとを備える従来のＴＭＰプロセスと比較して、好ましく削減される。さらに、ＭＣＲステージ（複数を含む）は、ＨＣＲステージステージとＬＣＲステージを備える従来のＴＭＰプロセスと比較して、高められたパルプ品質の展開をもたらす。ＨＣＲステージとＭＣＲステージとを組み合わせは、高品質のパルプ、例えば、高引張り強さを、特に低ろ水度レベルで有するパルプを製造することを可能とする。
本明細書に開示の新規なＴＭＰプロセスは、中コンシステンシーのリファイニングに先立ち繊維の展開を増大させるための予備調質処理を有する第１のＨＣＲステージとその後の少なくとも一段のＭＣＲステージを備える。ポンプ直結ＭＣリファイナーは、同じサイズの従来のＬＣリファイナーで処理されるパルプ量の２倍を処理するように構成されている。ＭＣリファイナーは、製紙工場での運転におけるリファイニングステージの総数を削減するために使用される。予備調質工程は、高いろ水度レベルでＭＣリファイニング応答性を向上させ、エネルギー多消費のＨＣＲの置換（ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ）を増加させる。ＴＭＰ予備処理は、加圧チッププレスにおける部分的解繊、ファイバーライザーリファイナーにおける温和な繊維分離、化学処理（ＨＣリファイニングステージの前、途中、または後で）、高強度または高圧ＨＣリファイニング、およびこれらのプロセスの組み合わせを含む。
サーモメカニカルパルプを製造する方法が開発されたが、この方法は、高コンシステンシーリファイニングステージと、高コンシステンシーリファイニングステージからのリファイニングされたパルプ排出物を処理する、一段の中コンシステンシーリファイニング（ＭＣＲ）ステージまたは多段のＭＣＲステージとでパルプをリファイニングすることを含むものである。高コンシステンシーリファイニングステージは、パルプ、例えば、木材チップ、予備調質木質繊維および細砕セルロース繊維材を加圧高コンシステンシーリファイナーでリファイニングすることを含み得る。本方法は、また、高コンシステンシーリファイニングステージから排出されたリファイニングされたパルプをスタンドパイプ中で希釈し．そしてスタンドパイプ中でパルプを流動化することも含み得る。中コンシステンシーリファイニングステージは、開放された入口を有するプレートセグメントを備えるメカニカルディスクリファイナーを含み得る。
サーモメカニカルパルプを製造するもう１つの方法が開発されたが、この方法は、木材チップ、予備調質木質繊維または他の細砕セルロース繊維材を高コンシステンシーリファイニング（ＨＣＲ）ステージを使用して、懸濁液の重量基準で少なくとも２０パーセント（２０％）のパルプコンシステンシーを有する高コンシステンシーパルプ懸濁液中でリファイニングすること；ＨＣＲステージから排出されたリファイニングされたパルプ懸濁液を重量基準で５％〜１４％の範囲のパルプコンシステンシーを有する中ンシステンシーにまで希釈すること；および中コンシステンシーリファイニング（ＭＣＲ）ステージを使用して、前記希釈ステップで形成された中コンシステンシー懸濁液中のリファイニングされたパルプをさらにリファイニングすることを含む。
サーモメカニカルパルプを製造する装置が開発されたが、この装置は、木材チップ、予備調質チップまたは繊維材、または他の細砕セルロース材を受容する入口と、リファイニング域と、前記リファイニングされた高コンシステンシーパルプを排出する出口とを備える高コンシステンシーリファイニングステージ；前記リファイニングされた高コンシステンシーパルプを受容する第１の入口と、希釈液を受容する第２の入口と、前記リファイニングされた高コンシステンシーパルプを希釈液で中コンシステンシーパルプに希釈するチャンバーと、中コンシステンシーパルプを排出する出口とを備えるパルプ希釈ステージ；および前記パルプ希釈区域の出口から前記中コンシステンシーパルプを受容する入口と、前記中コンシステンシーパルプをリファイニングするリファイニング域と、前記リファイニングされた中コンシステンシーパルプの出口とを備える中コンシステンシーリファイニングステージを含む。
図１は、細砕セルロース繊維材１１、例えば、木材チップ、予備調質木質繊維および破砕チップを処理するためのパルプ工場運転概略系統図１０の例を示す。パルプ工場運転は、従来の一次リファイナーステージ１２と二次リファイナーステージ２８とを含む。二次リファイナーステージは、少なくとも一段の中コンシステンシーリファイナーを含む。一次リファイナーステージ１２は、従来の高コンシステンシー加圧リファイナー、例えば、相対するローターリファイナーディスクとステーターリファイナーディスクを備え、少なくとも２０パーセント（％）、好ましくは３０％超のコンシステンシーを有する木材チップ、破砕チップまたは他の細砕セルロース材を処理する高速加圧リファイナーが用いられる。一次リファイニングステージ１２は、薬剤予備処理または調質１３、例えば、リグノセルロース繊維材のアルカリ、アルカリ性過酸化物、およびバイオ剤による予備処理や調質を行うものでも、行わないものでもよい。リグノセルロース繊維材としては、広葉樹、針葉樹、および草、ケナフ、バガスなどのような非木質系セルロー材を含み得る。
一次リファイナー１２から排出された部分的にリファイニングされたパルプは、スタンドパイプ１６に流れる。部分的にリファイニングされたパルプは、例えば、２０％超の高コンシステンシーを有する。高コンシステンシーパルプは、例えば、ブローパイプまたはスクリューコンベヤー１７でスタンドパイプ１６にブローまたは移送され、白液または他の好適な液体の給源１８からの液体の添加により希釈される。スタンドパイプ中のスラリーは、５％〜１４％、好ましくは５％〜１２％、最も好ましくは６％〜１０％の中コンシステンシーに希釈される。
スタンドパイプ１６では、スタンドパイプから排出される中コンシステンシーパルプが流動化される。流動化は、パルプと液体がスタンドパイプの排出口１４で良好に混合されることを可能にする。好適な流動化がなければ、パルプは、スタンドパイプで液体から分離して、スタンドパイプの底部や側部に沈積する恐れがある。
スタンドパイプの底部のパルプは、コンディショナー２０、例えば、回転する垂直スクリューで流動化し得る。この回転する垂直スクリューは、スタンドパイプの底部に取り付けられ、モーター２２で回転される。コンディショナー２０があると、スタンドパイプの底部における繊維質パルプ材の過度な圧縮が回避される。スタンドパイプ中のパルプ懸濁液の圧力作用で、中コンシステンシーパルプの上に圧力ヘッドが形成され、パルプはスタンドパイプ排出口１４から排出される。
真空ポンプ２１は、スタンドパイプのパルプ懸濁液を脱ガスする作用を行い、空気３０が、パルプに接触しているコンディショナー２０の内部経由でパルプ懸濁液から取り除かれる。空気を取り除くと、ＭＣポンプ２４運転の所望のパルプスループットでの安定状態が促進される。空気３０は、中コンシステンシー（ＭＣ）ポンプ２４の入口の前にパルプ懸濁液の導管２６の他の箇所でパルプから取り除くことができる。
中コンシステンシー（ＭＣ）ポンプ２４としては、丈夫なシャフトと複数のインペラー羽根を備える遠心ポンプを使用し得る。ＭＣポンプ２４は、中コンシステンシーパルプをスタンドパイプ１６から中コンシステンシーリファイナー２８に移送する。ＭＣポンプは、従来型のものであり、低コンシステンシー懸濁液に使用される遠心型ポンプよりもはるかにヘビーデューティの構造となる傾向がある。ＭＣポンプは、ＬＣパルプ懸濁液をポンプ輸送するために必要とされるモーターより大きいモーターが必要である。スタンドパイプから流れるパルプ懸濁液が濃厚だからである。
中コンシステンシーの脱ガスされたパルプは、ＭＣリファイナー２８の入口にポンプ輸送される。加減弁２７は、導管２６経由で中コンシステンシー（ＭＣ）リファイナー２８に流れるパルプ懸濁液の流量を規制する。ＭＣリファイナー２８は、リファイニング間隙をその間に規定する対向するディスクを備える。リファイナーは、単一のリファイニング域を備える単一の回転円板を備えることもできるし、または複数のリファイニング域を備える二枚またはそれ以上の数の回転円板を備え得る。ＭＣリファイナー２８から排出されるリファイニングされたパルプは、他の追加のＭＣリファイナーにも、貯蔵タンクにも、またはさらに従来のパルププロセス３２、例えば、スクリーニング、クリーニングまたは漂白プロセスにも流れ得る。
図２Ａと図２Ｂは、リファイナープレートセグメント３４の側面図と正部図である。プレートセグメント３４は、ＭＣリファイナーの対向するディスクに取り付けられている。ＭＣリファイナー中の少なくとも一つのディスクが回転することで、パルプに遠心力が加えられ、パルプは間隙を通ってプレートセグメント上のリファイニング表面を外側に半径方向に移動する。これらの表面は、バー３６と溝３８を備え、バー３６と溝３８は、圧縮力の形でエネルギーを付与してパルプ繊維を展開する。好ましくは、リファイニングプレート３４は、中コンシステンシーパルプの安定供給を可能にするに十分に好適であり、かつ開放されている大きな開放入口３７を備える。リファイナープレートセグメント３４は、中コンシステンシーリファイニングに好適で、パルプを供給するための開放入口３７と、リファイニング間隙でパルプ強さ発現を増す（バーで加えられる力を増す）ための多数の細かいバー３６を備える。広範囲のプレートセグメントデザインを使用して中コンシステンシーレベルでパルプをリファイニングすることが可能である。プレート溝３８内には、十分な開放域が利用可能なようにし、多量のパルプがリファイナーを半径方向に通過するようにし、同時に十分にバーで処理して良好なパルプ品質が発現するようにすべきである。例えば、溝の幅は、おおよそバー幅の２倍で、バーの高さの半分とし得る。一例として、溝幅は２．７９ｍｍ、バー幅は１．５０ｍｍ、バー高さは７．０１ｍｍとし得る。
図３は、中コンシステンシーリファイニング法４０、低コンシステンシーリファイニング法４２、および高コンシステンシーリファイニング法４４における引張インデックス（ニュートン（Ｎ）−メートル（ｍ）／グラム）に対するパルプろ水度（ミリリットル）を示す図である。これらの各方法の出発パルプは、アラスカトウヒ(Sitkaspruce)／ヨレハマツ(Lodgepole pine)の針葉樹ＴＭＰ（１１９ｍＬ）であり、高コンシステンシーリファイニングを用いて製造され、亜硫酸ナトリウム（Ｎａ２ＳＯ３）の２％添加により処理されたものである。同じタイプのリファイナー、アンドリッツ（Andritz）モデルツインフロー（TwinFlo）ＩＩＩＢ（直径２０インチ）ポンプ直結リファイナーが、低および中コンシステンシーリファイナー法４０および４２に使用された。これらの方法の各々は、リファイニングのパスを５回直列に使用することで行われた。中コンシステンシー法４０では、ＭＣリファイナーでのパルプコンシステンシーは７．８％であった。低コンシステンシー法４２では、ＬＣリファイナーでのパルプコンシステンシーは４．４％であった。高コンシステンシーリファイニング法４４では、ＨＣリファイナーでのパルプのコンシステンシーは．２４％であった。アンドリッツ（Andritz）モデル４０１大気圧ダブルディスク(Atomosoheric Double Disc）リファイナー（直径３６インチ）が、高コンシステンシーでＴＭＰパルプをリファイニングするために使用された。
ＭＣリファイニング４０では、引張インデックス（パルプ結合強さ）が安定的に増加したが、一方、低コンシステンシーリファイナー系列４４の引張インデックスは、４０ｍＬのろ水度以下にリファイニングされると、劇的に低下した。これらの結果は、低コンシステンシーでリファイニングを数回繰り返した後では、パルプ懸濁液は極めて微細になって、安定なプレート間隙を維持し得なくなり、その結果として過度の繊維切断が生じ、パルプ強さが損失することを示唆している。中コンシステンシー法４０においては、低いろ水度レベルでは、高コンシステンシー法で製造されたパルプに匹敵する引張インデックスが得られた。これらの結果は、ポンプ直結リファイナーにおける中コンシステンシーリファイニングでは、よりエネルギー消費量の多い高コンシステンシーでリファイニングされた（ＨＣＲ）パルプと同様の結合強さレベルを達成し得ることを示している。
図４は、上述のＭＣＲ４０、ＬＣＲ４２、およびＨＣＲ４４系列のろ水度（ミリリットル）に対する比エネルギー消費量（キロワット（ｋＷ）時（ｈｒ）／トン）を示す図である。水平軸に示される比エネルギー消費量（ＳＥＣ）は、最初のＴＭＰパルプに加えられたエネルギーではなく、各々３種のリファイニング法の間に加えられたエネルギーについてである。ＭＣＲ系列４０の比エネルギー消費量は、ＬＣＲ系列４２とＨＣＲ系列４４のそれらの間にある。５０ｍｌのろ水度では、ＬＣＲ、ＭＣＲ、およびＨＣＲ系列の比エネルギー消費量は、それぞれ、９５、３６３、および８６７キロワット（ｋＷ）時（ｈｒ）／トンである。ＭＣＲ４０の比エネルギー消費量は、ＨＣＲ４４で得られたものより約６０％少ない。５０ｍｌのろ水度におけるＬＣＲ、ＭＣＲ、およびＨＣＲ方法の各引張インデックス値は、４９．３、５３．５、および５４．４（ニュートン（Ｎ）−メートル（ｍ）／グラム）である。ＭＣＲ系列は、５０４キロワット（ｋＷ）時（ｈｒ）／トンだけ少ない比エネルギー消費量使用でも、ＨＣＲシリーズに匹敵する引張インデックスを実現した。
図５は、２つの中コンシステンシーリファイニング法４６と４８で得られた引張インデックス（ニュートン（Ｎ）−メートル（ｍ）／グラム）に対するパルプろ水度（ミリリットル）を示す図である。出発パルプ（ＭＣリファイニング前）は、アラスカトウヒ／ヨレハマツの針葉樹ＴＭＰ（１１９ｍＬ）であり、高コンシステンシーリファイニングを使用して製造され、亜硫酸ナトリウム（Ｎａ２ＳＯ３）２％添加により処理されたものである。アンドリッツ（Andritz）モデルツインフロー（TwinFlo）ＩＩＩＢ（直径２０インチ）ポンプ直結リファイナーが、２つの中コンシステンシーリファイナーの試験に使用された。系列４６，４８各々は、リファイニングのパスを５回直列にして行われた。二つの中コンシステンシー法４６，４８では、ＭＣリファイナーでのパルプコンシステンシーは、それぞれ、４６については７．１％、４８については７．８％であった。最初のＭＣ法４６では、７．１％のＭＣパルプは、他の７．８％のＭＣ法４８で使用されたプレートと比較して、入口の開放域が、より狭いリファイナープレートを用いてリファイニングされた。より広い開放入口を備え、より優れた供給能力を備えているリファイナープレートにより、１００を越えるレベルのろ水度に対して、より高い引張インデックスを有するパルプが製造された。図２Ａと図２Ｂに示されるプレート４０を第二系列４８に使用した。両方の系列では、類似のリファイニング強度（比エッジ負荷）である約０．３１〜０．３７ワット秒／メートルでリファイニングされた。図５は、より開放された入口のリファイナープレートを使用して製造されたＭＣパルプ４０が、より制限された入口プレートを備えるもう片方のＭＣリファイニング法４２と比較して、より高く、より望ましい引張インデックスをもたらすことを示している。引張インデックスの差は、パルプが低ろ水度レベルまでリファイニングされるとき、さらに大きくなる。以上の諸結果が示唆するのは、より粘稠の中コンシステンシーパルプをリファイナーにポンプ移送するとき、安定供給可能の広い開放域が望ましいということである。
図６は、高リファイニング強度と低リファイニング強度の多段のステージ５０と５２で製造された２つの中コンシステンシーリファイニング法における引張インデックス（ニュートン（Ｎ）−メートル（ｍ）／グラム）に対するパルプろ水度（ミリリットル）を示す図である。出発パルプ（ＭＣリファイニング前）は、高コンシステンシーリファイニングを使用して、ろ水度４７２ｍｌに製造されたブラックスプルース（ｂｌａｃｋ ｓｐｒｕｃｅ）ＴＭＰである。モデルツインフロー（TwinFlo）ＩＩＩＢ（直径２０インチ）ポンプ直結リファイナーが、両方のシリーズに使用された。高強度系列５０は、多段のステージで６．９％のコンシステーでリファイニングされ、平均リファイニング強度は０．４２ワット（Ｗ）秒（ｓ）／メートルであった。低強度系列５２は、多段のステージで７．１％のコンシステーでリファイニングされ、平均リファイニング強度は０．３１ワット（Ｗ）秒（ｓ）／メートルであった。より高いリファイニング強度５０で生産された系列と比較して、より低いリファイニング強度５２で生産された中コンシステンシーリファイナー系列は、より高いパルプ引張インデックスの発現をもたらした。
図７は、図６に記載されたものと同じ２つの中コンシステンシーリファイニング法における引裂インデックス（ニュートン（Ｎ）−メートル（ｍ）／グラム）に対するパルプ引張インデックス（ニュートン（Ｎ）−メートル（ｍ）／グラム）を示す図である。図７は、低リファイニング強度５２で製造された中コンシステンシーリファイニングパルプが、高強度５０でリファイニングされたパルプと比較して、所与の比引張インデックスで、より高いパルプ引裂インデックスの発現もたらすことを示している。ＨＣＲとＬＣＲの場合でも観測されるように、これらの諸結果は、運転条件、例えば、リファイニング強度（比エッジ負荷）が機械パルプのＭＣＲの際にパルプ強さ特性を最適化するのに重要であることを示している。
図８は、リファイニングに先だって薬剤処理あり５６と薬剤処理なし５４で製造された２つの中コンシステンシーリファイニング法における引張インデックス（ニュートン（Ｎ）−メートル（ｍ）／グラム）に対する比エネルギー消費量（キロワット（ｋＷ）−時（ｈｒ）／トン）を示す図である。薬剤処理で製造された系列５６は、８．１％のコンシステンシーでリファイニングされ、リファイニング前にスタンドパイプでオーブン乾燥パルプ繊維基準で４％の亜硫酸水素ナトリウムを添加したものである。薬剤処理なしで製造された系列は、７．１％のコンシステンシーでリファイニングされた。両系列は、同様のリファイニング強度、すなわち、約０．３１ワット（Ｗ）秒（ｓ）／メートルで製造された。出発パルプ（ＭＣリファイニング前）は、高コンシステンシーリファイニングを使用し、ろ水度４７２ｍｌに製造されたブラックスプルースＴＭＰである。モデルツインフロー（TwinFlo）ＩＩＩＢ（直径２０インチ）ポンプ直結リファイナーが、両方のシリーズに使用された。重亜硫酸塩処理５６で製造された中コンシステンシーリファイナー系列は、所与の比エネルギーの適用においてパルプ引張インデックスの高い発現をもたらした。薬剤の添加を行うと、中コンシステンシーリファイニングの性能をさらに向上し得る。この場合、具体的に重亜硫酸塩添加を行うと、高ろ水度ＴＭＰパルプのパルプ強さ発現が改良された。
図９は、中コンシステンシーリファイニング５８と低コンシステンシーリファイニング６０における引張インデックス（ニュートン（Ｎ）−メートル（ｍ）／グラム）に対するパルプろ水度（ミリリットル）を示す図である。出発パルプは、これらの方法の各々に対し、アルカリ性過酸化物薬剤で処理したケミメカニカルＨＣＲリファイニング法を使用して製造された広葉樹材のユーカリ樹種（eucalyptus dunnii）である。水酸化ナトリウム６．２％と過酸化水素薬剤４．９％の合計量がユーカリ繊維に添加、処理された。ケミメカニカルパルプ製造ステップの間、前記広葉樹材繊維は、加圧ＨＣリファイナーを使用して６２４ｍｌの高ろ水度にリファイニングされた。アンドリッツ（Andritz）モデルツインフロー（TwinFlo）ＩＩＩＢ（直径２０インチ）ポンプ直結リファイナーが、低および中コンシステンシーリファイナー法５８および６０に使用された。これらの方法の各々は、リファイニングを各二回直列に行われた。中コンシステンシー法５８では、ＭＣリファイナーにおけるパルプのコンシステンシーは７．７％であった。低コンシステンシーリファイニング法６０では、ＬＣリファイナーにおけるパルプのコンシステンシーは４．１％であった。
ＭＣリファイニング５８にしろ、ＬＣリファイニング６０にしろ双方とも引張インデックスは確実に増加した。ＬＣＲ法６０と比べて、ＭＣＲ法５８では、すべてのレベルのろ水度に対して高い引張インデックスが達成された。これらの結果が示すのは、中コンシステンシーリファイニングの方が、薬剤処理広葉樹材繊維を良好に展開することである。考えられることは、ＭＣリファイニングの際にプレート間に繊維の塊が多量にあると、より多くの繊維が繊維展開を受けるが、ＬＣリファイニングでは比較的多くの繊維が剪断作用を受けてしまうということである。
以上、本発明は、現在最も実用的で、好ましい態様であると考えられるものについて記載されたけれども、本発明は、開示された態様に限定されることなく、むしろ反対に、特許請求の範囲に含まれる多岐にわたる修正や均等の配置をも網羅するものである。
Claims (13)
- サーモメカニカルパルプの製造方法であって、
木材チップ、予備調質木質繊維または他の細砕セルロース材を高コンシステンシーリファイニングステージでリファイニングして、重量基準で少なくとも２０％のパルプコンシステンシーを有するリファイニングされた高コンシステンシーパルプとし、
高コンシステンシーリファイニングステージから排出されたリファイニングされたパルプをスタンドパイプで重量基準で６〜１４％のパルプコンシステンシーを有する中コンシステンシーに希釈し、流動化した後、当該スタンドパイプで希釈され流動化されたパルプ懸濁液をポンプで移送して、
中コンシステンシーリファイニングの単一ステージまたは複数ステージで処理する
ことを特徴とする方法。 - 請求項１の方法において、前記高コンシステンシーリファイニングステージが、木材チップ、予備調質木質繊維または他の細砕セルロース材を加圧高コンシステンシーリファイナーでリファイニングすることを含むことを特徴とする方法。
- 請求項１の方法において、高コンシステンシーリファイナーの前に、チッププレスにおける加圧チップ破壊とファイバライジングリファイナーにおける離解とによって木材チップ、予備調質木質繊維または他の細砕セルロース材を処理することを少なくとも１つ含むことを特徴とする方法。
- 請求項３の方法において、予備処理薬剤が、チッププレス、ファイバライザーリファイナー、および高コンシステンシーリファイナーの一つの排出口に添加されることを特徴とする方法。
- 請求項１の方法において、前記高コンシステンシーリファイニングステージが、一次リファイナーで、木材チップ、予備調質木質繊維または他の細砕セルロース材をリファイニングすることを含むことを特徴とする方法。
- 請求項１の方法において、高コンシステンシーリファイニングステージの前に、またはそのステージにおいて、木材チップ、予備調質木質繊維または他の細砕セルロース材を薬剤処理することをさらに含むことを特徴とする方法。
- 請求項１の方法において、中コンシステンシーリファイニングステージが、開放入口を備えるプレートセグメントを有するメカニカルディスクリファイナーを含むことを特徴とする方法。
- サーモメカニカルパルプの製造方法であって、
木材チップ、予備調質木質繊維または他の細砕セルロース材を高コンシステンシーリファイニング（ＨＣＲ）ステージでリファイニングし、ＨＣＲステージの排出口で懸濁物の状態にあり、懸濁物が懸濁物の重量基準で少なくとも２０パーセント（２０％）のパルプコンシステンシーを有する、リファイニングされたパルプにすること、
ＨＣＲステージから排出されるリファイニングされたパルプの懸濁物をスタンドパイプで重量基準で６％〜１４％の範囲のコンシステンシーを有する中コンシステンシーパルプに希釈し、前記スタンドパイプに備えられたコンディショナーによりスタンドパイプの底部の近くで流動化すること、および
希釈工程からの中コンシステンシー懸濁物中のリファイニングされたパルプをポンプで移送し、中コンシステンシーリファイニング（ＭＣＲ）ステージを使用してリファイニングすることを含むことを特徴とする方法。 - 請求項８の方法において、パルプをリファイニングする前に、高コンシステンシーパルプ懸濁液に行われる予備調質処理をさらに含み、前記予備調質処理がＨＣＲステージでパルプ品質を改良することを特徴とする方法。
- サーモメカニカルパルプの製造装置であって、
木材チップ、予備調質木質繊維または他の細砕セルロース材を受容する入口と、リファイニング域と、前記リファイニングされた重量基準で少なくとも２０％のパルプコンシステンシーを有する高コンシステンシーパルプを排出する出口とを備える高コンシステンシーリファイニングステージ、
前記リファイニングされた高コンシステンシーパルプを受容する第１入口と、希釈液を受容する第２入口と、前記リファイニングされた高コンシステンシーパルプを希釈液で重量基準で少なくとも６〜１４％のパルプコンシステンシーを有する中コンシステンシーパルプに希釈するチャンバーと、中コンシステンシーパルプを排出する出口と、スタンドパイプと、スタンドパイプ中でパルプを流動化させるコンディショナーとを備えるパルプ希釈ステージ、および
前記パルプ希釈ステージの出口からポンプで移送された前記中コンシステンシーパルプを受容する入口と、前記中コンシステンシーパルプをリファイニングするリファイニング域と、前記リファイニングされた中コンシステンシーパルプの出口とを備える中コンシステンシーリファイニングステージを含むことを特徴とする装置。 - 請求項１０のサーモメカニカルパルプの製造装置において、前記高コンシステンシーリファイニングステージが、加圧高コンシステンシーリファイナーを含むことを特徴とする装置。
- 請求項１０に記載のサーモメカニカルパルプの製造装置において、スタンドパイプ中のパルプからの空気とコンディショナーを通しての空気を抽出する脱ガス用ポンプをさらに含むことを特徴とする装置。
- 請求項１０に記載のサーモメカニカルパルプの製造装置において、中コンシステンシーリファイニングステージが、開放入口を備えるプレートセグメントを有するメカニカルディスクリファイナーを含むことを特徴とする装置。
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