JP6280417B2 - 製紙用パルプ及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、樹木を切削して得られたチップを化学パルプ化して得られる製紙用パルプ及びその製造方法に関する。

製紙用パルプの原料としては、針葉樹や広葉樹に代表される樹木の幹、いわゆる木材が主に用いられている。木材は、木部とその外側を覆う樹皮とを含んで構成されているところ、通常製紙用パルプの原料として用いられているのは実質的に木部のみである。製紙用パルプは通常、木材から樹皮を剥ぎ取り、残った木部を切削してチップを得、該チップをクラフト蒸解法等によりパルプ化することによって製造される。一般に、製紙用パルプに樹皮が混入すると、それを用いて製造される紙の白色度や強度が低下する、パルプ化工程の薬品使用量が増える、パルプ収率が低下する、などの不都合が生じるとされており、そのため、製紙用途では樹皮は利用されずに廃棄される場合が多い。

木材の樹皮の有効利用に関し、例えば特許文献１には、樹皮を原料とする靭皮繊維の製造方法が記載されている。靭皮繊維は、その強度や軽さ、また生分解性等の特性や、比較的簡単な処理で繊維が得られ、カーボンニュートラルであり再生可能な資源である木質バイオマスから得られるという点で、近年需要が拡大しており、繊維強化樹脂用の繊維素材などとしての利用も研究されている。特許文献１記載の靭皮繊維の製造方法は、樹木の樹皮を破砕して水中に分散し、糖化酵素により糖化処理を行い、次いで、糖を含む液分と固形分残渣とを分離する固液分離処理を行い、残渣から靭皮繊維を得るという工程を有している。特許文献１記載の靭皮繊維の製造方法は、樹木由来の原料としては樹皮のみを用いるもので、木部を用いるものではない。

特許文献２には、植物の柔細胞より得られる繊維をバインダーとして不織布を製造すると、シートの形成が促進され、シート強度が高くなることが記載されている。この「植物の柔細胞より得られる繊維」は、食品加工工場や製糖工場などから排出される、果実からのジュースの絞り粕やサトウキビ、サトウダイコンなどからの搾汁粕などを原料とし、これらの原料に含まれる柔細胞を主体とした部分を、パルプ化処理して得られるセルロースを主成分とし、水に不溶な繊維である。特許文献２によれば、柔細胞の細胞壁をパルプ化処理して得られる繊維は、木材などから得られる繊維に比べて細く短いために、単独では従来の製紙原料や繊維素材として利用するのは困難だが、細い繊維であることによる比表面積の大きさと、乾燥時に形成される繊維間の水素結合を活かして、不織布製造時のバインダーとして利用できるとされている。また特許文献３には、柔細胞の細胞壁をパルプ化処理して得られる繊維の応用例として、該繊維とパルプとを含有する透明紙が記載されている。

特開２０１１−４７０８３号公報 特開２００５−３０７４０１号公報 特開２００８−７５１９９号公報

本発明は、強度に優れた紙を提供し得る製紙用パルプ及びその製造方法に関する。

本発明者らは、前記課題を解決するために製紙用パルプについて種々検討を重ねた結果、針葉樹から樹皮を剥ぎ取らずに、樹皮が付いたままの状態で常法に従って切削して得られたチップをクラフト蒸解法により化学パルプ化したところ、そうして得られた製紙用パルプは、樹皮が除去された樹木のチップを用いて得られた従来の製紙用パルプに比して、比引張強度及び比破裂強度が高いことを知見した。従来は、例えば、「紙およびパルプ 製紙の化学と技術 第１巻（１）分冊」（昭和６０年１２月５日 中外産業調査会発行）の１２７頁に記載されているように、製紙用パルプに樹皮が混入すると紙力が低下する、というのが当業者の常識であり、本発明者らが見出した前記知見は、当業者の常識の範疇には無いものである。

本発明は、前記知見に基づきなされたもので、樹木を樹皮が付いたままの状態で切削して得られたチップを化学パルプ化して得られる製紙用パルプである。また本発明は、前記製紙用パルプを湿式抄紙して得られる紙である。

また本発明は、前記知見に基づきなされたもので、樹木を樹皮が付いたままの状態で切削してチップを得る工程と、得られたチップを化学パルプ化する工程と有する、製紙用パルプの製造方法である。

本発明によれば、強度に優れた紙を提供し得る製紙用パルプが得られる。本発明は、従来製紙用途では樹木から除去・廃棄されていた樹皮を有効活用しているため、チップの製造工程で樹木から樹皮を剥ぎ取る作業が不要となり、優れた特性を有する製紙用パルプを効率良く製造することが可能であり、また、製紙用パルプを製造する際に生じる廃棄物が従来に比して少なく、環境に優しい技術である。

本発明の製紙用パルプの主たる特徴の１つとして、セルロース繊維の供給源として用いるチップが、樹木を樹皮が付いたままの状態で切削して得られたチップである点が挙げられる。即ち本発明では、森林などから伐採された樹木から樹皮を剥がさずにそのまま切削して得られたチップを用いる。従って、本発明で用いるチップには、従来製紙用途で用いられている、「樹皮の付いていないチップ（木部のみからなるチップ）」に加えて、少なくとも「樹皮付きチップ（樹皮及び木部を含んで構成されるチップ）」が含まれ、切削条件などによってはさらに、「樹皮のみからなるチップ」が含まれる。

本発明の製紙用パルプの効果としては、強度に優れた紙が得られる点が挙げられる。より具体的には、フリーネスが５００ｍｌの条件にて本発明の製紙用パルプのみを湿式抄紙して得られた紙（以下、評価用サンプルともいう）の、ＪＩＳ Ｐ８１１３で規定する比引張強さが、好ましくは９８．０Ｎ・ｍ／ｇ以上、さらに好ましくは１００．０Ｎ・ｍ／ｇ以上、さらにより好ましくは１０５．０Ｎ・ｍ／ｇ以上である。また、前記評価用サンプルのＪＩＳ Ｐ８１１２で規定する比破裂強さが、好ましくは８．５ｋＰａ・ｍ^２／ｇ以上、さらに好ましくは９．０ｋＰａ・ｍ^２／ｇ以上である。フリーネスは、ＪＩＳ Ｐ８１２１に規定するカナダ標準ろ水度（Ｃ．Ｓ．Ｆ．）で示される値である。前記評価用サンプルを作製する場合、製紙用パルプの製造工程におけるチップの化学パルプ化はクラフト蒸解法によって行い、例えば、前記評価用サンプルの坪量を４０〜１００ｇ／ｍ^２に調整する。

本発明の製紙用パルプが強度に優れた紙を提供し得る理由は定かではないが、以下のように推察される。即ち、樹木は樹皮直下の形成層が細胞分裂し、形成層の外側は樹皮に、内側は古い樹幹の上に新しい細胞の層を積み重ね、太く高く成長している。生まれたばかりの新しい細胞は樹木の水の移動、代謝、栄養分の貯蔵等の役割を担うが、樹木は生命活動の結果排泄される代謝物を体外に排泄する仕組みがないため、自らの代謝物を主に「リグニン」の形で不活性化し自らの細胞壁に沈着させながら活動している。このため、細胞は、誕生後、数年で自らの代謝物により窒息し生命を終え、その後は、「木部」として樹木そのものを支える構造材としての役割を果たしている。樹木から樹皮を取り除く際、この形成層とその内側の部分は結合が弱く、結果的に根こそぎ取り除かれているが、本発明の製紙用パルプは、「木部」とその外側を覆う「樹皮」とを含む、木材全体を原料としていることに起因して、形成層および生命活動を行っている生きた細胞、および、リグニンがまだ沈着しきっていない柔らかい細胞由来の柔細胞を適度に含んでいるため、湿式抄紙の際にパルプ同士の接着面積が増加し、それによって紙層中の水素結合が増加する結果、優れた強度が発現するものと推察される。

また、本発明の製紙用パルプを湿式抄紙して得られる紙は、このような強度の発現メカニズムに関連して繊維密度が高く、即ち繊維間空隙が少なく、それ故に通気性が低いという特徴も有する。より具体的には、前記評価用サンプルのＪＩＳ Ｐ８１１７に準じて規定する単位厚さあたりの透気抵抗度が、好ましくは２５秒／１００ｍｌ／ｍｍ以上、さらに好ましくは３５秒／１００ｍｌ／ｍｍ以上である。

本発明においてチップの供給源となるのは樹木であり、植物学的には木本植物に分類されるものである。本発明では、雁皮、麻、竹、藁、ケナフ、バガス、エスパルトなどの草本植物や非木材繊維は原料として使用しない。樹木としては、製紙原料用として通常用いられるものを特に制限なく用いることができ、針葉樹でも広葉樹でも良い。また本発明では、１種類の樹木由来のチップを用いても良く、２種以上の樹木由来のチップを組み合わせて用いても良い。針葉樹としては、例えばスギ（マツ目ヒノキ科）、ヒノキ（マツ目ヒノキ科）、マツ（マツ目マツ科）、モミ（マツ目マツ科）、ツガ（マツ目マツ科）、シラベ（マツ目マツ科）、スギ（スギ目）、ツガ（マツ目マツ科）、ヒノキ（スギ目ヒノキ科）、トウヒ（マツ目マツ科）、ダグラスファー（マツ目マツ科）、ホワイトファー（マツ目マツ科）、スプルース（マツ目マツ科）、バルサムファー（マツ目マツ科）、シダー（マツ目マツ科）、パイン（マツ目マツ科）、ラジアータパイン（マツ目マツ科）が挙げられる。広葉樹としては、例えばブナ、カバ、アスペン、マングローブ、オーク、ユーカリ、ドロノキ、ハコヤナギ、シナノキ、ハンノキ、ナラ、タブ、シイ、シラカバ、ポプラ、タモ、ドロヤナギ、アカシア、オルダー、ラワンが挙げられる。これらの樹木の中でも特に針葉樹、とりわけマツ目は、チップの供給源として本発明で好ましく用いられる。

本発明で用いるチップは、樹木を樹皮が付いたままの状態で切削することにより得られる。樹木の切削は、チッパー、カッター、一軸破砕機、二軸破砕機、ハンマークラッシャー等の公知の切削装置を用いて常法に従って行うことができる。また、本発明で用いるチップの大きさや形状は、樹木の種類などによって異なるが、その後の化学パルプ化に適合する範囲であれば良く、通常、５〜４０ｍｍ角、好ましくは１０〜３０ｍｍ角であり、厚さが１０ｍｍ以下である。

本発明の製紙用パルプを製造するのに用いるチップの全量（多数のチップの総質量）に占める、樹皮の含有率は、そのチップとなっている樹木の種類、産地、伐採時期などによって異なるが、好ましくは１０〜６０質量％、さらに好ましくは２０〜５０質量％、さらにより好ましくは３０〜４０質量％である。

本発明の製紙用パルプは、木材を樹皮が付いたままの状態で切削して得られたチップを化学パルプ化することによって得られる。チップの化学パルプ化は、チップを蒸解薬液と共に蒸解（煮沸）することによって行われる。チップを蒸解薬液と共に蒸解することにより、チップに含まれる、セルロースの結合機能を持つリグニンが薬液中に溶解させ、セルロース及びヘミセルロースを単離させることにより、セルロースの塊である製紙用パルプ（未晒しパルプ）が生成される。本発明において化学パルプ化の方法は特に制限されず、従来の製紙用パルプの製造で採用されている蒸解法を特に制限なく用いることができ、例えば、クラフト蒸解法（硝酸塩法）、ソーダ蒸解法、サルファイト蒸解法などを用いることができる。特にクラフト蒸解法は、パルプ収率が高いため本発明で好ましく用いられる。クラフト蒸解法は、チップを、水、水酸化ナトリウム及び硫化ナトリウムを主成分とする蒸解薬液と共に、所定気圧（通常６〜７気圧）の容器内にて所定温度（通常１６０℃程度）で数時間以上（通常３時間以上）煮沸（蒸解）する処理である。クラフト蒸解法によるチップの化学パルプ化においては、キノン類の添加、ポリサルファイドの添加などの各種改良法を行っても構わない。また、クラフト蒸解法によるチップの化学パルプ化は、バッチ式でも連続式でも良い。化学パルプ化における詳細な条件は、チップの性状、目的とする繊維の性状、収率などを鑑みて適宜決定すれば良い。

樹木を樹皮が付いたままの状態で切削して得られたチップを化学パルプ化することによって得られた、未晒しパルプは、そのまま本発明の製紙用パルプとして用いることができるが、必要に応じ、未晒しパルプを漂白処理して晒しパルプとしても良い。漂白処理は、過酸化水素、二酸化塩素、次亜塩素酸ソーダ、酸素、オゾンなどの公知の漂白剤を用いて常法に従って行うことができ、また、塩素を用いる方式、塩素そのものは用いない方式（ＥＣＦ）、塩素を全く用いない方式（ＴＣＦ）のいずれも可能である。

本発明の製紙用パルプは、通常の製紙用パルプと同様に湿式抄紙の紙料として用いることができる。本発明の製紙用パルプを湿式抄紙する際には、必要に応じ、通常湿式抄紙で用いられる添加剤、例えば、澱粉、ポリアクリルアミド、ポリアミンポリアミドエピクロルヒドリン等の紙力増強剤又は定着剤、サイズ剤、填料、濾水歩留り向上剤、耐水化剤、定着剤、消泡剤、スライムコントロール剤等の１種以上を併用しても良い。本発明の製紙用パルプを湿式抄紙して得られる紙は、特に紙の強度が要求される用途に好適であり、具体的には、包装用紙、段ボール原紙（ライナー、中芯）、カートン原紙、紙箱、ティーバッグ紙、育苗紙、滅菌紙、印刷用紙、各種塗工紙、工程紙、建材用紙、壁紙、耐水紙、耐油紙、圧着紙、絶縁紙、偽造防止用紙などを例示できる。

以下、実施例を挙げて、本発明を更に詳細に説明するが、本発明は以下の実施例により制限されるものではない。

〔実施例１〕
チップとして、樹木の幹を樹皮が付いたままの状態で切削して、５〜４０ｍｍの径で篩い分けをして通過したチップのみを用いた。このチップをバッチ式蒸解釜に蒸解薬液と共に投入し、クラフト蒸解法により化学パルプ化して未晒しパルプを製造した。クラフト蒸解法は、有効アルカリ添加率１６．５％、硫化度３０％、液比４．５の条件で常法に従って行った。得られた未晒しパルプについて、ＪＩＳＰ ８２１１で規定する方法に従ってカッパー価を測定したところ４５であった。

〔実施例２〕
チップの樹種を変更した以外は実施例１と同様にしてカッパー価４５の未晒しパルプを製造した。

〔試験評価〕
各実施例の製紙用パルプ（未晒しパルプ）を湿式抄紙して紙を作製した。より具体的には、評価対象の製紙用パルプのフリーネスを、叩解機（ＰＦＩミル）を用いて５００ｍｌに調整し、そのフリーネス調整済みの製紙用パルプのみを用いて、卓上円型シートマシンにより常法に従って湿式抄紙して坪量６０ｇ／ｍ^２の紙を得た。
また比較例として、従来どおりに、樹皮を除去した樹木の幹を切削して得られたチップのみを用いた以外は、実施例１と同様にしてカッパー価４５の未晒しパルプを製造し、その未晒しパルプを前記と同様に湿式抄紙して、坪量６０ｇ／ｍ^２の紙を得た。
こうして得られた紙について、比引張強度、比破裂強度、透気抵抗度をそれぞれ前記方法により測定した。その結果を下記表１に示す。

表１に示す通り、各実施例の製紙用パルプは、各比較例の製紙用パルプに比して、湿式抄紙により得られた紙の強度が高く且つ通気性が低いという特徴を有する。特に、実施例１と比較例１とは互いにチップの樹種は同じであり、チップの製造方法のみが異なるところ、「樹木を樹皮が付いたままの状態で切削して得られたチップ」を用いた実施例１の方が、「樹皮を除去した樹木を切削して得られたチップ」を用いた比較例１よりも、明らかに紙の強度が高く且つ通気性が低い。同じくチップの製造方法のみが互いに異なる実施例２と比較例２との比較においても、同様の結果が得られた。以上のことから、強度に優れ且つ通気性の低い紙を得るためには、チップとして、「樹木を樹皮が付いたままの状態で切削して得られたチップ」を用いることが有効であることがわかる。

Claims (3)

1. 樹木を樹皮が付いたままの状態で切削して得られたチップを化学パルプ化して得られる製紙用パルプであって、
   フリーネスが５００ｍｌの条件にて前記製紙用パルプのみを湿式抄紙して得られた紙の、ＪＩＳ Ｐ８１１３で規定する比引張強さが９８．０Ｎ・ｍ／ｇ以上である製紙用パルプ。
2. 前記樹木が針葉樹である請求項１に記載の製紙用パルプ。
3. 請求項１又は２に記載の製紙用パルプを湿式抄紙して得られる紙。