JP6458897B2 - 紙の製造方法、製紙用添加剤の製造装置、及び紙の製造装置 - Google Patents
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Description
アクリルアミド系ポリマーをホフマン分解反応に付して反応物を生成する反応物生成工程と、
前記ホフマン分解反応の開始時から24時間以内に前記反応物を抄紙機に供給する供給工程と、を有する方法。
アクリルアミド系ポリマーをホフマン分解反応に付する反応機構を備え、
前記ホフマン分解反応の開始時から24時間以内に反応物を抄紙機に供給可能な供給手段をさらに備える、製造装置。
前記製造装置により前記反応物が供給される抄紙機と、を備える、紙の製造装置。
本発明の紙の製造方法は、アクリルアミド系ポリマーをホフマン分解反応に付して反応物を生成する反応物生成工程と、ホフマン分解反応の開始時から24時間以内に、反応物を抄紙機に供給する供給工程と、を有する方法である。
本発明の紙の製造方法で用いられるアクリルアミド系ポリマーは、特に限定されないが、固有粘度(1N−NaNO3水溶液中30℃での測定値)、アニオン化度が所定の範囲内(例えば、固有粘度が12.5〜28dl/g、アニオン化度が0.3meq/g以下)であるアクリルアミド系ポリマーであることが好ましい。固有粘度及びアニオン化度が所定の数値の範囲にあることにより、製紙用添加剤が、歩留向上、濾水性向上の点において、バランスよく十分な効果を有することができる。
50ppm水溶液(純水で希釈)に希釈したアニオン性高分子化合物を100mlメスシリンダーに採取して200mlビーカーに移す。回転子を入れて撹拌しながらN/10水酸化ナトリウム溶液(和光純薬工業(株)製)0.5mlをホールピペットで加えた後、N/200メチルグリコールキトサン溶液(和光純薬工業(株)製)5mlをホールピペットで加える。トルイジンブルー指示薬(和光純薬工業(株)製)を2〜3滴入れ、N/400ポリビニルアルコール硫酸カリウム溶液(和光純薬工業(株)製)で滴定する。青色が赤紫色に変わり数秒経っても赤紫色が消えない点を終点とする。同様に純水にて空試験を行う(ブランク)。
アニオンのコロイド当量値(meq/g)=〔アニオン性高分子化合物の測定値(ml)−空試験の滴定量(ml)〕/2
反応物生成工程では、上述したアクリルアミド系ポリマーをホフマン分解反応に付することにより、濾水性向上効果、歩留向上効果をバランスよく十分に有する製紙用添加剤として利用可能な反応物を製造することができる。
供給工程は、反応物生成工程でのホフマン分解反応の開始時から24時間以内に反応物を抄紙機に供給する工程である。
〔カチオンのコロイド当量値の測定方法〕
50ppm水溶液(純水で希釈)に希釈した反応物を100mlメスシリンダーに採取して200mlビーカーに移す。回転子を入れて撹拌しながら0.5重量%硫酸水溶液をホールピペットで加え、pH3に調整する。次に、トルイジンブルー指示薬(和光純薬工業(株)製)を2〜3滴入れ、N/400ポリビニルアルコール硫酸カリウム溶液(和光純薬工業(株)製)で滴定する。青色が赤紫色に変わり数秒経っても赤紫色が消えない点を終点とする。同様に純水にて空試験を行う(ブランク)。
カチオンのコロイド当量値(meq/g)=〔反応物の測定値(ml)−空試験の滴定量(ml)〕/2
紙原料としては、化学パルプ(「クラフトパルプ」とも称する)及び機械パルプなどのいわゆるバージンパルプであってもよいし、製紙工程における製造残渣(損紙)や再生用古紙などの古紙であってもよい。本発明においては、古紙、填料(炭酸カルシウム、クレイ、タルクなど)を含有する紙原料、又は多価金属(アルミニウムなど)の含有量がパルプスラリーに対して1質量%以下である紙原料であっても、高い濾水性、歩留率の向上効果、湿紙の含水率の低減効果が得られることから、特に好ましい。
以下、製紙用添加剤の製造装置及び紙の製造装置について説明する。図2は、本発明の製紙用添加剤の製造装置及び紙の製造装置の構成を示す構成図である。図2に示すように、紙の製造装置100は、製紙用添加剤の製造装置1と、抄紙機4とを備える。製紙用添加剤の製造装置1は、アクリルアミド系ポリマーをホフマン分解反応に付する反応機構2と、ホフマン分解反応の開始時から24時間以内に反応物を抄紙機に供給可能な供給手段たる薬注ポンプ3とを備える。ここで使用するアクリルアミド系ポリマーは、上述したように、固有粘度が12.5〜28dl/gであり、かつアニオン化度が0.3meq/g以下であるアクリルアミド系ポリマーを含むことが好ましい。
[反応機構]
アクリルアミド系ポリマーをホフマン分解反応に付する反応機構2は、主に、アクリルアミド系ポリマーを供給するポリマー供給部10と、次亜ハロゲン酸を供給する次亜ハロゲン酸供給部20と、アルカリである水酸化ナトリウムを供給する水酸化ナトリウム供給部30と、これらアクリルアミド系ポリマーと次亜ハロゲン酸と水酸化ナトリウムとを混合してホフマン分解反応に付する反応部40と、反応部40内の反応液を貯留する貯留部50とを備える。
薬注ポンプは、貯留部50内の所定量の反応液を所定のタイミングで抄紙機に供給する。ここで、所定のタイミングとは、反応部40でのホフマン分解反応の開始時から24時間以内であり、反応物の組成、温度によって適宜決定されるものである。供給は、所定のタイミングに達したか否かを自動で検出して行ってもよく、所定のタイミングに達した際に手動で行ってもよい。
抄紙機4は、特に制限されず、従来公知の抄紙機を使用することができ、一般に、紙料流出部(ストックインレット)、脱水部(ワイヤーパート)、及び圧搾・搾水部(プレスパート)、乾燥部(ドライヤーパート)などを備えて構成される。
紙原料として古紙100%の段ボールを用い、CSF(カナディアン・スタンダード・フリーネス)値で150mlに叩解したパルプスラリーを作製し、水道水で1質量%に希釈し、パルプ溶液を作製した。そして、このパルプ溶液に、硫酸アルミニウム1質量%(パルプスラリーの固形分に対する添加割合)を添加した。
硫酸アルミニウムの添加量と、アクリルアミド系ポリマー及び次亜塩素酸ソーダとのモル比とを、表1に示すように変更して、実施例1と同様に抄造用パルプスラリーを作製した。
製紙用添加剤として、カチオン性アクリルアミド系ポリマー(商品名:ハイフォーム201、栗田工業(株)社製)(以下、表中、CPAMと記す)0.5kg/tを用い、硫酸アルミニウムの添加量を表1に示すように変更して、実施例1と同様に抄造用パルプスラリーを作製した。
シリカ0.5kg/tを添加した以外は、比較例1と同様に抄造用パルプスラリーを作製した。
実施例1〜7及び比較例1〜4の抄造用パルスラリーの評価を行った。濾水性は、CSF測定方法により評価する。湿紙含水率(プレス脱水性)は、DDA(Dynamic Drainage Analyzer:AB Akribi Kemikonsulter社製)により測定する。歩留率は、DFS(ダイナミックフィルトレーションシステム:ミューテック社製)により測定する。その結果を表1に示す。
表1の結果から、紙原料として古紙を使用し、製紙用添加剤としてポリマーAがホフマン分解反応に付された反応物を使用し、反応物を所定時間内に抄紙機に供給した実施例1〜7は、湿紙含水率が比較例1〜4に比べ低く、いずれも硫酸アルミニウムの使用量が減っても、濾水度と、歩留率の低下が小さいことが確認された。特に、硫酸アルミニウムを使用していない実施例3、5、7では、比較例1に比べ、濾水度、歩留率の向上効果が大きいことが確認された。これに対し、CPAMが添加された抄造用パルプスラリーを使用した比較例1〜4は、いずれも硫酸アルミニウムの使用量が減ることにより、濾水と、歩留率の低下が大きいことが確認された。これらの結果から、実施例1〜7の製造方法は、硫酸アルミニウムなどの多価金属の添加量の有無によらず、濾水性及び歩留まりが良好となり、湿紙含水率を下げることができ、特に多価金属を含まない系において特に有効であることがわかる。
紙原料として、広葉樹漂白パルプ(LBKP)85質量%、炭酸カルシウム15質量%を用い、CSF(カナディアン・スタンダード・フリーネス)値で450mlに叩解したパルプスラリーを作製し、水道水で1質量%に希釈し、パルプ溶液を作製した。
紙原料として、広葉樹漂白パルプ(LBKP)85質量%、炭酸カルシウム15質量%を用い、CSF(カナディアン・スタンダード・フリーネス)値で450mlに叩解したパルプスラリーを作製し、水道水で1質量%に希釈し、パルプ溶液を作製した。
製紙用添加剤として、カチオン性アクリルアミド系ポリマー(商品名:ハイフォーム201、栗田工業社製)0.5kg/tを用いた以外は、実施例1と同様に抄造用パルプスラリーを作製し、これを抄紙機に投入した。
シリカ0.5kg/tを添加した以外は、実施例1と同様に抄造用パルプスラリーを作製し、これを抄紙機に投入した。
評価1と同様に、実施例8、9及び比較例5、6の抄造用パルスラリーの評価を行った。その結果を表2に示す。
表2の結果から、紙原料として広葉樹漂白パルプ(LBKP)を使用し、製紙用添加剤として、ポリマーAがホフマン分解反応に付された反応物を使用し、反応物を所定時間内に抄紙機に供給した実施例8、9は、製紙用添加剤としてCPAMを用いた比較例5、6に比べ、濾水度、湿紙含水率、DDA圧力、歩留率共に良好であることが確認された。
紙原料として古紙100%の段ボールを用い、CSF(カナディアン・スタンダード・フリーネス)値で150mlに叩解したパルプスラリーを作製し、水道水で1質量%に希釈し、パルプ溶液を作製した。そして、このパルプ溶液に、硫酸アルミニウム1質量%(パルプスラリーの固形分に対する添加割合)を添加した。
実施例10で得られた抄造用パルプスラリーを、反応開始時から4時間経過した後に抄紙機に投入した。
中和剤として塩酸を用い、抄造用パルプスラリーのpHを6に調整し、還元剤として亜硫酸ソーダを用いた以外は、実施例10と同様にして、抄造用パルプスラリーを作製した。そして、この抄造用パルプスラリーを反応開始時から4時間経過した後に抄紙機に投入した。
実施例10で得られた抄造用パルプスラリーを反応開始時から1週間経過した後に抄紙機に投入した。
実施例12で得られた抄造用パルプスラリーを反応開始時から1週間経過した後に抄紙機に投入した。
評価3と同様に、実施例10、11及び比較例7、8の抄造用パルスラリーの評価を行った。その結果を表3に示す。
表3の結果から反応開始時から1時間、4時間経過した抄造用パルプスラリーを用いた実施例10〜12では、1週間経過した比較例7、8より濾水度、湿紙含水率、DDA圧力、歩留率、共に良好であることが確認された。但し、中和剤を添加した実施例12では、実施例10、11に比べ、効果が小さく、中和剤を使用しない方が好ましいことがわかる。
表4の結果から、実施例1の抄造用パルプスラリーを使用した場合は、比較例1と同等以上の歩留率83%超を安定して得ることができることがわかる。
2 反応機構
3 薬注ポンプ
4 抄紙機
10 ポリマー供給部
20 次亜ハロゲン酸供給部
30 水酸化ナトリウム供給部
40 反応部
41 温度センサ
42 液面センサ
43 pHセンサ
50 貯留部
51 温度センサ
52 液面センサ
53 pHセンサ
100 紙の製造装置
Claims (13)
- 紙の製造方法であって、 直鎖構造のアクリルアミド系ポリマーをホフマン分解反応に付して反応物を生成する反応物生成工程と、 前記ホフマン分解反応の開始時から10分以上24時間以内に前記反応物を抄紙機に供給する供給工程と、を有し、 前記ホフマン分解反応における温度は10〜50℃であり、 前記アクリルアミド系ポリマーは、固有粘度が12.5〜28dl/gであり、かつアニオン化度が0.3meq/g以下であるアクリルアミド系ポリマーを含み、 前記ホフマン分解反応において、前記アクリルアミド系ポリマーを含む液体に次亜ハロゲン酸がpH11以上の条件下で混合される方法。
- 前記ホフマン分解反応において、前記アクリルアミド系ポリマーを含む液体に次亜ハロゲン酸とともにアルカリが添加される、請求項1に記載の方法。
- 前記供給工程において、前記反応物のカチオン化度が最大カチオン化度に対して50%以上のときに前記反応物の供給が行われる、請求項1又は2に記載の方法。
- 前記ホフマン分解反応において、中和剤が添加されない、請求項1から3のいずれかに記載の方法。
- 紙の原料として、古紙、填料を含有する紙原料、又は多価金属の含有量がパルプスラリーに対して1質量%以下である紙原料を用いる、請求項1から4のいずれかに記載の方法。
- アクリルアミド系ポリマーを供給するポリマー供給部と、次亜ハロゲン酸を供給する次亜ハロゲン酸供給部と、アルカリであるアルカリ金属水酸化物を供給するアルカリ金属水酸化物供給部と、これらアクリルアミド系ポリマーと次亜ハロゲン酸とアルカリ金属水酸化物とを混合してホフマン分解反応に付する反応部と、反応部内の反応液を貯留する貯留部とを備える製紙用添加剤の製造装置であって、 前記反応部は、反応液の液温を検知する温度センサ、反応液の液面を検出する液面センサ及び反応液のpHを検出するpHセンサを備え、 前記ホフマン分解反応の開始時から24時間以内に反応物を抄紙機に供給可能な供給手段をさらに備える、製造装置。
- 前記アクリルアミド系ポリマーは、固有粘度が12.5〜28dl/gであり、かつアニオン化度が0.3meq/g以下であるアクリルアミド系ポリマーを含む、請求項6に記載の製造装置。
- 前記ポリマー供給部と、前記次亜ハロゲン酸供給部と、前記アルカリ金属水酸化物供給部と、前記反応部と、前記貯留部とを備え、 前記ホフマン分解反応において、前記アクリルアミド系ポリマーを含む液体に次亜ハロゲン酸をpH11以上の条件下で混合可能である、請求項6又は7に記載の製造装置。
- 前記ポリマー供給部と、前記次亜ハロゲン酸供給部と、前記アルカリ金属水酸化物供給部と、前記反応部と、前記貯留部とを備え、 前記ホフマン分解反応において、前記アクリルアミド系ポリマーを含む液体に次亜ハロゲン酸とともにアルカリを添加可能である、請求項6から8のいずれかに記載の製造装置。
- 前記ポリマー供給部と、前記次亜ハロゲン酸供給部と、前記アルカリ金属水酸化物供給部と、前記反応部と、前記貯留部とを備え、 前記反応物のカチオン化度が最大カチオン化度に対して50%以上のときに前記反応物を供給可能である薬注ポンプをさらに備える、請求項6から9のいずれかに記載の製造装置。
- 前記ホフマン分解反応において、中和剤が添加されない、請求項6から10のいずれかに記載の製造装置。
- 請求項6から11のいずれかに記載の製紙用添加剤の製造装置と、 前記製造装置により前記反応物が供給される抄紙機と、を備える、紙の製造装置。
- 紙の原料として、古紙、填料を含有する紙原料、又は多価金属の含有量がパルプスラリーに対して1質量%以下である紙原料が用いられる、請求項12に記載の製造装置。
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