JPH03504256A - 機械的及び化学機械的製紙用パルプの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 機械的および科学的製紙用パルプの製造方法　本発明は、機械的及び化学機械的 製紙用バルブを、少なくとも二つの工程で木質材料を破砕し、叩解することによ り製造する方法に関する。

本発明の一つの目的は、以下に記述するように、全エネルギー消費が実質的に減 少するやり方で破砕及び叩解を行なうことにある。

低いパルプ濃度でセルロース含有材料を叩解するのは、繊維の製紙特性を改良す るために以前から用いられてきた方法である。しかｌ〜、これは、硫酸又は亜硫 酸パルプ法により製造される繊維の如きリグニンを含まない又はリグニンを実質 的に含まない繊維にしか適用できない。

熱機械的パルプ（Ｔ　Ｍ　Ｐ　）又は化学機械的パルプ（ＣＴ　ＭＰ）の如き機 械的に製造されるパルプに関し、低濃度で叩解する、所謂後精砕（ｐｏｓｔ−ｒ ｅｆ　ｉｎ　ｉｎｇ）は、パルプの光散乱能力を増大し、繊維の長さを僅かに減 少し、それによって製紙時の形成を改良すること以外の方法としては適用できな いと考えられていた。

高濃度で製造されたＴＭＰを低濃度で再び叩解する研究が今まで行なわれてきた ６例えば、スキャン・フオルスク、ラボート（Ｓｃａｎ　Ｆｏｒｓｋ　Ｒａｐｐ ｏｒｔ）　４０９／１９８４には、高濃度での精砕と比較して、低濃度で再び叩 解した時のエネルギー消費に関する研究が報告されている。この研究による結果 は、ＴＭＰのｒ氷炭は、強度特性を本質的に悪化することなく１０〜３０ｚ１！ 低下することができ、５０〜１５０ｋＷ時／ｌのエネルギーを節約することがで きることを示している。しかし、全エネルギー消費はかなり高く、１６００〜２ ３００ｋＷ時／ｌの大きさになっている。

バルブ・アンド・ペーパー・マガジン・オス・カナダ（Ｐｕｌｐ　ａｎｄ　Ｐａ ｐｅｒ　Ｍａｇａｚｉｎｅ　ｏｆ　Ｃａｎａｄａ）、８１．　Ｎｏ、６（１９８ ０）、ｐｐ、７２−８０　（Ｎ、Ｈａｒｔｌｅｒ）には、チップ精砕時のエネル ギー消費を減少させる実験が報告されている。そこで与えられている提案は、化 学物質を添加することにより、化学的環境を変えることにある。水酸化ナトリウ ムを添加することにより、エネルギー消費は３０％低下させることはできるが、 全エネルギー消費はまだ約１３００ｋＷ時／ｌになっている。しかしこれらの実 験では、収率は僅かに悪くなり、ｒｓｏ明るさくｂｒｉｇｈｔｎｅｓｓ）はかな り低下する。

スベンスク　パベルスティッドニング（ＳｖｅｎｓｋＰａｐｐｅｒｓｔｉｄｎｉ ｇ）、１９８２、ｐｐ、Ｒ１３２−１３９（Ｐ、＾ｘｅｌｓｏｎ　＆Ｒ，Ｓｉｍ ｏｎｓｏｎ＞には、精砕工程に対するチップの亜硫酸含浸効果、及びエネルギー 消費が論じられている６取り込まれる亜硫酸塩のある量で所でエネルギー消費曲 線は最低を示している。しかし、全体的には、エネルギー消費は２０００ｋＷ時 ／ｌの高い水準になっている。

熱機械的バルブを繊維変性化学物質で処理する研究も今まで行なわれてきた。そ れにより、２工程法で精砕する前に、繊維離解バルブをオゾンで処理することに より、エネルギー消費の低下は３０％まで行えることが見出だされている。しか し、これは収率を犠牲にしなければ達成できない。

本発明によれば、実冒的にエネルギー消費を減少させて機械的製紙用バルブを製 造することができることが判明している。

これは次のようにして本発明により達成される。第一工程で木質材料を２０％よ り高い濃度で粗く破砕する。この場合、導入エネルギーは木質材料１を当たり最 大８００ｋＷ時になるであろう。然る後、木質材料に含まれる酸基を完全に又は 部分的に中和し、その材料をリグニンの軟化温度に相当する温度の水で希釈する 。希釈水は最大０．０５モル／ｒのイオン濃度を有する。粗く破砕した材料を次 に１〜ＩＱ％の濃度で叩解し、合計のエネルギー人力は材料ＩＩ当たり最大５０ ０ｋＷ時になる。

本発明は、木質材料を繊維へ破砕するのと、エネルギーパルスが材料へ伝達され る仕方、即ちエネルギーパルスが液体相で伝達されるか、又は水蒸気相で伝達さ れるかその仕方との間には関係が存在すると言う考えに基づいている６エネルギ ーパルスが伝達されつつある時の木質材料の熱的及び物理的状態にも注意が払わ れるべきである。

今まで木材パッケージ（ｐａｃｋａｇｅ）を繊維離解させるのに低濃度で叩解し たのでは、機械的バルブを製造する時のエネルギー消費の減少に成功を収めるこ とはできなかった。その理由は、繊維がもつれ、そのため得られる機械的バルブ の抗張力及び引き裂き指数が余りにも低くなるのを防ぎ、同時にバルブの結合性 を改良する方法が分からなかったことによる。

これを達成するため、叩解と一緒に、繊維懸濁物の温度及び化学的状態を正確に 制御することが重要である。

全エネルギー消費を低くするためには、粗く繊維離解する第一工程でのエネルギ ー人力は低くなければならない。その第一高濃度工程は大気圧又は加圧下で行な うことができ、引き裂き（寸断）、チッププレス、プラグ螺旋回転〔インプレッ サファイナー（Ｉｍｐｒｅｓｓａｆ　１ｎｅｒ）又はＰＲＥＸ型〕により、又は 精砕機中での繊維離解により行なうことができる。

次に最終的叩解は低いバルブ濃度、即ち１〜１０％の温度で１工程又は数工程で 行なわれる。この叩解で、比エッチ荷重（ｓｐｅｃｉｆｉｃ　ｅｄｇｅ　１ｏａ ｃｌ）が充分低く、繊維懸濁物の温度及び化学的条件が木質重合体の軟化及び膨 潤状態を得るように調節されていることが観察されなければならない。このこと は、本発明に従い、叩解時の温度が最も堅い無定形木質重合体の軟化温度と少な くとも同じ高さになっており、木質重合体の酸基が実質的にイオン化され、工程 水のイオン濃度が充分低くなっていることを意味している。

本発明を図面を参照して幾つかの態様により一層詳細に以下に記載する。図面中 、 第１図は本発明による方法の一つの態様の工程図であり、 第２図〜第４図は、第１図により製造されたバルブの性質及びエネルギー消費を 示すグラフであり、第５図は、本発明の第二の態様の工程図であり、そして 第６図〜第８図は、前記第二の態様による方法のエネルギー消費及び性質を示す グラフである。

実施例１ 第１図による工程図は、新聞用紙のための熱機械的ノ＜ルブの製造を例示してい る。

針葉樹のチップに第一工程で水蒸気を通し、予熱した。

次に予熱したチップを加圧精砕機中で７００ｋＷ時／ｌのエネルギー消費で破砕 した。この粗い繊維離解では、木質材料中に含まれている酸基を中和するために ３ｋｇのＮａＯＨを精砕機の叩解領域中に添加した。繊維離解された材料に、８ ０℃の温度及び２．０ｍＭ／ｌ！のイオン濃度を有する希釈水を添加し、３％の バルブ濃度を得た。

次にこの濃度で、バルブを０３〜Ｑ、５ｗｓ／−の比エツジ荷重で、バルブ１を 当たり２５０ｋＷ時の総（ｇｒｏｓｓ）エネルギー消費に相当するバルブ１を当 たり１５０ｋＷ時の全真の（ｔｏｔａｌ　ｎｅｔ）エネルギー消費で連続５工程 で叩解し、１５０ｗ１ｃ　Ｓ　ＦのＰ氷炭及び１．８１１３＋の平均繊維長さく ＰＭＬ）、即ち従来のやり方でほぼバルブ１を当たり１７５０ｋＷ時のエネルギ ー消費で製造されていたＴＭＰバルブにほぼ等しいものを得た。従って、本発明 による方法の全エネルギー消費は、パルプ］を当たり１７５０から９５０ｋＷ時 へ減少した。

収率は約９７％になった。

従来通りに製造されたＴＭＰバルブと、本発明により製造されたものとの性質に ついての比較が表１に示されている。

これに関連して、従来のＴＭＰ法として、今日まで必要エネルギーが最も小さい ものとして知られている精砕装置、即ち加圧予熱時の滞留時間が短く組合された 加圧双円盤型精砕機を用いたことを述べておきたい。

単一円盤型精砕機による２工程法を用いると、殆どの場合、１５０ｍＩＣＳ　Ｆ のパルプを得るのに２０００ｋＷ時／Ｌより多く尼・要になる。

表１ 従来法　本発明 エネルギー消費、ｋＷ時／ｌ　　　　　　１７５０　　９５０Ｐ水度、ｘｌｃｓ Ｆ　　　、　　　　　　　　１５０　　１５０ＰＭＬｘ）、ｗｗ　　　　　　　 　　　　　１．９　　１．９結束繊維（Ｓｏｍｓｉｅｒｖｉｌｌｅ）含有量、％ 　　１．３　　０．５引張り指数、ｋＮ鋤／ｋｇ３２．０　　３２．０引張り剛 性指数　　　　　　　　　　　３．４　　３．４破断時の伸び、％　　　　　　 　　　　２．０　　１．９引裂き指数、Ｎｍ２／ｋｆＩ６．５　　５．５密度、 ｋｇ／ｚ３３８０　　３８０ Ｓ　、　ｗ２／　ｋｇ　　　　　　　　　　　　　　５８．０　　５８．０■Ｓ 〇−白色度、％　　　　　　　　　６０６０Ｘ）　ＰＭＬ＝Ｓ　Ｉ　Ｆ　Ｉバル ブ測定装置により測定された平均粒子長さ。

本発明により製造されたＴＭＰは、現在の技術状態で存在する最低のエネルギー 消費を与えるＴＭＰ法である双円盤型精砕機で１工程精砕で慣用的に製造された ＴＭＰと、第２図、第３図、及び第４図で比較されている。

第２図は、引張り指数（ｔｅｎｓｉｌｅ　１ｎｄｅｘ）を電気エネルギー消費の 間数として示している。その図がら、成る電気エネルギー消費での引張り指数の 増大は、本発明により製造されたＴＭＰの方がかなり大きいことが明らかに分か る。

第３図は、引裂き指数（ｔｅａｒ　１ｎｄｅｘ）を、本発明によるＴＭＰ及び従 来のＴＭＰの引張り指数の関数として示している。各ＴＭＰについての引裂き指 数の増加（ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ）はほぼ同じ、即ち本発明による低濃度叩解 の最適の所では、繊維切断、従って引裂き指数の大きな減少は実質的に完全に回 避されていることが分かる。

そのような切断及び減少は、通常機械的パルプの慣用的低濃度叩解で起きている ものである。

第４図は、従来のＴＭＰ及び本発明により製造されたＴＭＰで光散乱傷数がどの ように増加する（ｄｅｖｅｌｏｐ）がを示している。Ｓ−増加には、引張り指数 の増加の場合と同じ位低い電気エネルギーの入力を必要とすること、即ち電気エ ネルギーをあるＳ−値まで節約することは、電気エネルギーをある引張り指数値 まで節約するのと同じ大きさであることがわかる。

実施例２ この実施例は、第５図に示された工程図に従って化学機械的パルプ（ＣＴ　Ｍ　 Ｐ又はＣＭＰ）を製造することに関する。

含浸化学物質は、亜［酸塩、過酸化物、酸素ガス、オゾン及び（又は）処理液で もよいが、それらの化学物質による処理は、第一繊維離解工程の前、この工程後 で最終叩解前、最終叩解後、又はそれらの組合せとして行なうことができる。工 程図では、含浸は第−繊維離解工程前に行なわれている。

高濃度での第一繊維離解工程は、実施例１の場合と同じやり方で行なわれる。

化学機械的パルプの製造では、洗浄工程が非常に重要であり、従って本発明によ り叩解は低いイオン濃度で行なわれる。従って、洗浄は最終叩解前に行なわれる 。化学的処理が最終工程段階として行なわれる場合、洗浄はその工程の後でも行 なわれる。

最終叩解は実施例１によるのと同じやり方で行なわれるが、工程温度及び取り巻 く化学的状態は、木質重合体が含浸化学物質による処理で帯びる特別な性質へ向 けて調節されなければならない、可能な亜硫酸処理によって導入されているスル ホン酸基の数に対し、注意することが重要である。スルホン酸基の量が増大する と、リグニンの軟化温度が低下するので、処理水の温度は実施例１によるＴＭＰ バルブを製造する場合よりも低くすることができる。ＣＴＭＰを製造する時の充 分高い温度は４０℃である６明るさの観点からできるだけ低い温度を用いるのが 有利である。亜硫酸ナトリウムによる処理で、スルホン酸基とカルボン酸基の両 方が最初からイオン化される。

ＣＴＭＰを製造する時に木材を過酸化物、酸素又はオゾンで変性するように選択 すると、確かにスルホン酸基は得られないが、木質材料、特にリグニンのカルボ ン酸基含有量がかなり増大し、そのことはリグニンの軟化温度が低下することを 意味している。

第５図による実施例で、針葉樹のチップに水蒸気を通し、２％の含有量に相当す る量で亜硫酸ナトリウム溶液を含浸させた後、それらを１３０℃の温度で３分間 予熱した。次にその材料を高濃度（約３５％）で加圧チップ精砕機で約６００ｋ Ｗ時／ｌのエネルギー消費で粗く破砕した。得られた収率は約９６％になった。

得られた粗く繊維離解した材料を約３％へ希釈し、次に８０℃で２０〜３０分間 レーテンしイ（ｌａｔｅｎｅｙ）処理した。パルプを４５〜５０％の濃度へプレ スし、再び７０℃の温度で３％へ希釈した。この濃度でパルプを次に０．３〜０ ．５ｗｓ／ｍの比エツジ荷重で、２５０ｋＷ時／ｌの総エネルギー消費に相当す る１５０ｋＷ時／ｌの正味エネルギー消費で連続５工程で叩解し、２５０ｘｆＣ Ｓ　Ｆのｒ氷炭及び１．７＋ｕ＋の平均繊維長さくＰＭＬ）、即ちほぼ！７５０ ｋＷ７５０ｋＷネルギー消費で１工程で従来製造されていたＣＴＭＰパルプと同 じものが得られた。

従って、本発明による方法により全エネルギー消費は、従来の１７５（ｌｋＷ時 ／ｌから８５０ｋＷ時／ｌへ減少した。

得られたＣＴＭＰパルプの性質を、従来のＣＴＭＰバルブと比較して、表２に示 しである。

表λ 従来法　本発明 エネルギー消費、ｋＷ時／ｌ　　　　　　１７５０　　９５０ＣＳ　Ｆ　ｗ１２ ５０　　　２５０ ＰＭＬ、ｚｚ　　　　　　　　　　　　　　　　　　１．７引張り指数、ｋＮ輪 ／　ｋｇ　　　　　　　　４０　　　４０引張り剛性指数　　　　　　　　　　 　　　　　４．６破断時の伸び、％　　　　　　　　　　１．９　　　１．６引 裂き指数、Ｎ＋＊２／　ｋｇ　　　　　　　　６．７　　　５．５密度、ｋｌ？ ／ｚ’　　　　　　　　　　　　４２０　　　４５０Ｓ　、　ｉ＋２／ｋｇ４３ 　　　４５ ＩＳＯ−白色度、％　　　　　　　　　６０６０本発明により製造されたＣＴＭ Ｐは、従来の技術により製造されなものと比較して、第６図、第７図、及び第８ 図に示されている。

第６図は、本発明により製造されたＣＴＭＰバルブと従来通り製造されたパルプ について、引張り指数を電気エネルギー消費の関数として示している。成る引張 り指数値、例えば４０ｋＮｍ／ｋｇで比較すると、従来の精砕はパルプ１を当た り約１７５０ｋＷ時を消費するのに対し、本発明による方法ではわずか約８５０ ｋＷ時／ｌｌ、か消費されない。

引張り指数の関数としての引き裂き指数の関係について本発明による方法と従来 の方法とを比較すると、それら関係は同様であり、即ち低濃度叩解で通常起き、 実質的に減少した引裂き指数を与えることになる繊維の切断は回避されることが 分かる。このことは第７図のグラフから分かる。

本発明により製造されたＣＴＭＰバルブの光散乱係数をエネルギー消費の間数と して第８図のグラフに、従来通り製造されたパルプと比較して示しである。そこ には、本発明によると成る光散乱指数までのエネルギー消費は実質的に一層低い ことを示している。

実施例３ この実施例は、高度にスルホン化されなＣＴＭＰ又はＣＭＰ、即ち木質材料１ｋ ｐ当たり４ｇより多い結合硫黄を含むパルプを製造することに関する。

針葉樹のチップに、約１２％の含有量に相当する量で１１当たり約１２０ｇの亜 ＶＮ酸ナトリウムを含む亜硫酸ナトリウム溶液を含浸させた。それらチップを１ ４０℃の温度で１０分間予熱した後、それらを木材１を当たり約４００ｋＷ時の エネルギー消費で租く破砕した。繊維離解は加圧チップ精砕機で行なわれ、得ら れた収率は９３〜９４％であった。

３％のバルブ濃度で６０℃で２０〜３０分間レーテンしイ処理した後、パルプを ０．３−０．５Ｗｓ／ｍのエツジ荷重で、１６０ｋＷ時／ｌの総エネルギー消費 に相当する１００ｋＷ時／ｌの正味エネルギー消費で３工程で叩解した。

得られたパルプの性質を決定し、得られた数値を１５００ｋＷ時／ｌのエネルギ ー人力によるｌ工程法で従来のやり方で製造されたＣＴＭＰと比較して、次の表 ３に示しである。

灯 従来法　本発明 エネルギー消費、ｋＷ時／ｌ　　　　　　１５００　　５６０ＣＳ　Ｆ　ｗ１４ ００　　　４００ ＰＭＬ、ｘｘ　　　　　　　　　　　　　１．９　　　１．９引張り指数、ｋＮ ｍ／ｋｇ　　　　　　　　６５　　　６５破断時の伸び、％　　　　　　　　　 ｚ、ｏ　　　　ｔ、ａ引裂き指数、Ｎ　ｍ２／　ｋｇ　　　　　　　　８．０　 　　８．０密度、ｋｇ／ｙ”　　　　　　　　　　　　４４０　　　４５０Ｓ、 ｚ２／ｋｇ３４　　　３６ ＩＳＯ−白色度、％　　　　　　　　　５９５９実施例４ この態様は、第一工程で木質材料を粗く破砕するのにどのように押出し機を用い ることができるかを示す例である。実施例によりヒビス（Ｂｉｖｉｓ）型の押出 し機が用いられた。

針葉樹のチップに１００℃で１０分間通常のやり方で、水蒸気を通し、然る後そ れらをビビス押出し機へ導入した。

その機械中で繊維離解する時、材料のスルホン化度が木材１ｋｇ当たり１．５ｇ の硫黄になるように、２〜３％の亜硫酸ナトリウム溶液を入れた。材料が二軸ス クリューの４つの圧搾領域を通過した時、電気エネルギー消費は木材ＩＬ当たり 約４００ｋＷ時であった。取り出し後、繊維材料を約７０℃で約５％のパルプ濃 度へ希釈し、然る後懸濁物をポンプで送り、低濃度精砕機で７エ程で叩解した。

２５０ｋＷ時／ｌの総エネルギー消費及び１５０ｋＷ時／ｌの全頁のエネルギー 消費で、第五叩解工程後、パルプの沢氷炭は２５０＋＋ｔＩＣＳ　Ｆであり、引 張り指数は５５ｋ　Ｎ輪／ｋｇ、引裂き指数は６Ｎｖ＊２７ｋｇであった。

本発明による方法で２５０１ｔ’ＣＳ　Ｆの枦氷炭値へ化学機械的パルプ（ＣＴ 　Ｍ　Ｐ　）を製造するための全エネルギー消費は６５０ｋＷ時／ｌになり、そ れは同じヂ氷炭値を得るための最も良い従来の技術による約１７５０ｋＷ時／ｌ と比較されるべきものである。

本発明による７低４度工程で、５０ｙＩＣＳ　Ｆのｒ氷炭値を得ることができ、 得られるＣＴＭＰバルブは雑誌及びＬＷＣ紙に用いるのに適している。全エネル ギー消費は、約８５０ｋＷ時／ｌより低く保つことができる。この最後に述べた 種類のパルプは従来の技術では製造することはできない。何故ならその場合、充 分良好な滑らかさを得ることができないからである。

本発明は、記載した態様に限定されるものではなく、本発明の本質の範囲以内で 変えることができるものである。

手・・／７゜ ■ Ｆ旧、１ 急工″Ｆ１ぼ４大に輔／ｌ ＋−／７゜ ■ 国際調査報告

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. １．少なくとも２工程で、木質材料を破砕及び叩解することにより低いエネルギ ー入力で機械的及び化学機械的製紙用バルブを製造する方法において、材料を第 一工程で木質材料１ｔ当たり最大８００ｋＷ時のエネルギー入力で２０％より高 い濃度で粗く破砕し、木質重合体中に存在する酸基を最大９ｋｇ／ｔの量のＮａ ＯＨを添加することにより完全に又は部分的に中和し、前記材料をリグニンの軟 化温度に相当する温度即ち、４０〜９５℃の温度及び最大０．０５モル／ｌのイ オン濃度を有する水で希釈し、次に材料を１工程又は数工程で１〜１０％の濃度 で材料１ｔ当たり合計最大５００ｋＷ時のエネルギー入力で叩解することを特徴 とするバルブ製造方法。
2. ２．全エネルギー入力の少なくとも２５％が叩解で供給されることを特徴とする 請求項１に記載の方法。
3. ３．第一工程後、粗く破砕された材料を洗浄し、イオン濃度を減少させる請求項 １に記載の方法。
4. ４．各叩解工程でのエネルギー入力がバルブ１ｔ当たり５０〜１５０ｋＷ時にな ることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。