JPH05504173A - リグノセルロース系材料のジオキシランによる漂白 - Google Patents

リグノセルロース系材料のジオキシランによる漂白

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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】 リグノセルロース系材料のジオキシランによる漂白本発明は化学バルブの漂白法 に関する。
紙の製造において、木材は通常化学的手段でバルブに転化され、次いでワイヤー の上に拡がり、脱水されて紙を形成する。
クラフトバルブ化か化アメリカにおける化学バルブ形成の最も広〈実施されてい る形態である。このバルブは色か比較的暗く、従って商業的に許容できる紙を製 造するためにバルブは紙に形成される前に一般に漂白される。
種々の漂白剤か用いられる。これには塩素、二酸化塩素、次亜塩素酸塩、過酸化 水素及び酸素かある。典型的には、これら化学薬品の1種より多くが必要とされ るか、それらは1種ずつ、あるいは順々に混合して使用される。
この技術分野において、これら種々の漂白用化合物は文字で表示される。即ち、 塩素はC1二酸化塩素はD、苛性アルカリ抽出はE、次亜塩素酸塩はH1過酸化 水素はP、酸素は0である。
上記の化合物には塩素及びある種の塩素含有化合物か含まれるか、バルブの漂白 に際しては塩素及び塩素化合物の使用には心配な点かある。即ち、塩素及び塩素 含有化合物はバルブの成分−生としてリグニン、脂肪酸及び樹脂酸−と反応して 塩素化された存機化合物を生成させる。これらの塩素化有機化合物のあるものは 環境上心配なものであり、幾つかの主要バルブ生産国では漂白プロセスから水路 に排出可能とされる量か制限されて来た。
はとんとの国でこのような化合物の排出を制限する法制を導入することを当然の こととしているのは妥当なことである。
漂白プロセスにおいて元素状塩素及びその関連化合物を排除することは流出液中 に塩素化置載化合物を生成させないようにすると思われるが、しかしこの方針に 沿った努力は全く有効でなかった。
漂白に際して元素状塩素及びその関連化合物を使用すると、テトラ塩素化ダイオ キシン類(TCDD)及び同フラン類(TCDF)が形成される。これら化合物 はバルブ及びバルブ工場流出液に含まれる。ただし、これら2種のトキシン、即 ち毒素の形成は適用される塩素の量を減らすことによって排除することが可能で ある。しかし、残念ながら、これを現存の技術で、バルブのある種の品質を犠牲 にすることなく、或いはバルブ製造プロセスに別の問題を更に導入することなく 行うことは困難である。
酸素による脱リグニン化はバルブを約80〜120°Cの昇温下、約7. 03 kg/am2・g (100psig)の酸素圧の下で約30〜90分と言う長 時間にわたり処理する方法である。この酸素脱リグニン化法では、脱リグニン化 を長く行い過ぎると、即ちカッパ値か約IOに下かっでしまうほど行うと、弱い バルブが生成する傾向がある。このαで、バルブのカッパ値はバルブの漂白性の 尺度である。それは1グラムのバルブ(オーブン乾燥基準)か標準条件下で消費 し得る0、1規定の過マンガン酸カリウム溶液のミリリットル数を示す、過マン ガン酸塩の50%消費量に補正された値である。
0、サムエルラン(0,Samuelson)に付与された米国特許第4,43 9,271号明細書には、酸素脱リグニン化の前に二酸化窒素による予備処理を 採用する方法か開示される。この方法は酸素による漂白中にセルロースが解重合 するのを遅延させる。しかし、漂白流出液からの窒素含有化合物の放出が他の問 題を持ち出すことがあって、これらの窒素化合物を現存のクラフトバルブ形成用 化学薬品回収系で回収することはできない。
J、J、カエル(J、J、Cael)に付与された米国特許第4,404,06 1号明細書には、標準的なアルカリバルブ形成法により製造されたバルブはこれ をモノペルオキシサルフェートで漂白することによって製紙用バルブ及び漂白さ れたバルブを製造することができることが開示される。また、E、 L スブリ ンジャ−(E、L、Spr inger)に付与された米国特許第4.756, 800号明細書には、モノペルオキシ硫酸の塩を製造し、同時にバルブを漂白す る方法か開示される。しかし、どちらの特許明細書にも十分に漂白されたバルブ の強度的性質は記載されていない。
良好な品質を持つバルブを生成させ、かつそのような製造を実施するに際して環 境上の懸念を減する漂白法の必要が存在する。
ジオキシランは次の一般構造式 (式中、R1及びR2は脂肪族又は芳香族の基であってもよいし、また両基か結 合して環状化合物を形成していてもよい。) を有する公知の化合物である。これらのジオキシラン化合物及びそれらの製造は 、例えばR,W、ミュレー(R,W、 Mu r r a y)及びR,ジエイ アラマン(R,Jeyaraman)によるジャーナル オブオーガニック ケ ミストリー(Journal ofOrganic Chemistry)、5 0−120847−20853 (+985)に記載される。
本発明は元素状塩素を使用することなく、又は元素状塩素を従来法におけるより も低いレベルで使用することによって化学バルブを漂白し、かくしてトキシンで あるTCDD及びTCDFの生成を回避する方法である。
従って、本発明は、最も広い面で見ると、化学バルブをジオキシランと接触させ る工程を含んで成る化学バルブの漂白法である。
ジオキシランは公知の漂白剤と組み合わせて使用してもよいし、或いは公知の漂 白剤と順々に使用してもよい。
バルブはそれが軟材種に由来する場合は15〜60の範囲のカッパ値を、また硬 木種に由来する場合は5〜25の範囲のカッパ値を育するものか望ましい。ジオ キシランは、好ましくは約5〜50°Cの範囲の温度で約90分以下の時間バル ブと接触せしめられる。ジオキシランはオーブン乾燥バルブ基準で0.2〜1. 0%の活性酸素仕込み量、即ちジオキシラン分子当たり1個の活性酸素原子を与 えるのに十分な量で使用するのか好ましい。
ジオキシランは次の構造式: (式中、R1及びR2は同一であってもよいし、異なっていてもよく、そして各 々脂肪族又は芳香族の基であり、また百基が一緒に結合して環を形成していても よい。)を有する。有用であることか証明されている1つのジオキシラン化合物 はジメチルジオキシランであるが、いかなるジオキシランも、例えばR1及びR 2か各々1〜4個の炭素原子を有するアルキル基であるそのような化合物も適当 である。
それに続いて、即ちジオキシラン処理に続いて後続漂白工程を用いる場合、その ジオキシラン処理バルブが10カッパ値未満の残留リグニンを含むとき、バルブ のその後続漂白は二酸化塩素(D)単独で行ってもよいし、或いは二酸化塩素、 苛性アルカリ抽出、二酸化塩素なるシーケンス(D E D)で行ってもよい。
漂白をDEDンーノースを用いて行う場合、このシーケンスはり、ED、と記載 することもてきる。D1段階における二酸化塩素は0.5〜1%の範囲で、好ま しくは約0.8%で、E段階における苛性アルカリは02〜0.7%の範囲で、 好ましくは約O,4O<て、そしてD2段階における二酸化塩素は0.2〜0. 796の範囲で、好ましくは0.4%て使用される。百分率は全てオーブン乾燥 バルブに対する重量として表される。二酸化塩素を単独で使用する場合、その量 はオーブン乾燥バルブに対して0.5〜1重量%の範囲、好ましくは約0.8% である。
ジオキソラン処理バルブか10より大のカッパ値に相当する残留リグニン含量を 存するとき、後続の漂白は塩素:苛性アルカリ抽出、二酸化塩素・苛性アルカリ 抽出、二酸化塩素なるシーケンス(CEDED)を用いて行うことかてきる。シ ーケンスをCEI DI E2 Diと表現するこのシーケンスでは、実質的に 減少した塩素仕込み量か段階Cで用いられ、段階E1では苛性アルカリ仕込み量 は段階Cの量の60%であり、段階D1では0.5〜1.2%の二酸化塩素仕込 み量が用いられ、段階E2では苛性アルカリの仕込み量は段階D1て用いられた 量の50%であり、そして段階D2ては0.25〜0.6%の二酸化塩素仕込み 量か用いられる。百分率はオーブン乾燥バルブの重量に基づく。段WrCで用い られる塩素は一般に色々な量の二酸化塩素との組み合わせて適用される。
本発明を実施例て例証するか、これらの実施例は例示説明のために含まれるもの であって、本発明を限定するものではない。
実施例1 クラフト法てバルブコンシスチンシー39%において16.4のカッパ値に製造 されたアスペンパルブ(オーブン乾燥重量50g)をジメチルジオキシラン(D MD)のアセトン溶液(280mL:濃度4.59g / L、即ちオーブン乾 燥バルブ基準で0.55重量%の活性酸素)で25°Cにおいて1時間処理した 。ジメチルジオキシラン処理バルブを次ぎに二酸化塩素(オーブン乾燥バルブ基 準で0.8重量%)で70°Cにおいて3時間漂白した。
同じアスペンクラフトパルブの第2の試料(オーブン乾燥重量100 g>を水 酸化ナトリウム(オーブン乾燥バルブ基準で4重量93)、硫酸マグネシウム( オーブン乾燥バルブ基準で0.5重量%)、分子状酸素(7,03kg/cm2 ・g ; I 00psig)を用いてバルブコンシスチンシー10.7%及び 115℃において15時間分子状酸素により脱リグニン化した。分子状酸素で脱 リグニン化されたこのバルブを次に元素状塩素(オーブン乾燥バルブ基準で1. 8%の有効塩素)によりバルブコンシスチンシー3%及び20℃において1時間 漂白し、水酸化ナトリウム(オーブン乾燥バルブ基準で1.1重量%)によりバ ルブコンシスチンシー12%及び74°Cにおいて2時間抽出し、そして二酸化 塩素(オーブン乾燥バルブ基準て0,5重量%)によりバルブコンシスチンシー 6%及び74°Cにおいて3時間更に脱リグニン化した。この漂白シーケンスは 0CEDと称されるものである。
同じアスペンクラフトパルブの第3の試料(オーブン乾燥重量50g)について もCHDシーケンスを用いる常用の方法で漂白した。即ち、元素状塩素による漂 白をオーブン乾燥バルブ基準で3.3%の有効塩素仕込み量を用いてバルブコン シスチンシー3%及び20℃において1時間、抽出を水酸化ナトリウム(オーブ ン乾燥バルブ基準で2.0重量%)を用いてバルブコンシスチンシー ] 29 6及び74℃において2時間、そして二酸化塩素(オーブン乾燥バルブ基準で1 .0%)による脱リグニン化をバルブコンシスチンシー6%及び74℃において 3時間それぞれ行った。
表1に示される結果は、DMDにより脱リグニン化レベル8096まて処理され たアスベンクラフトバルブは分子状酸素により脱リグニン化レベル67%まで処 理された同バルブよりも良好な機械的性質を有していることを例証している。D MD処理が施された、エルレフオ(Elrepho)白色度86.8%のこの十 分に漂白されたバルブは常用のCHD漂白法で漂白されたエルレフォ白色度s9 .9o6のバルブと同様のゼロスパン(zero 5pan)引っ張り強度を有 する。
表1 ジメチルジオキシラン若しくは分子状酸素により、又は常用の漂白法により漂白 されたアスベンクラフトパルブの物理的性質及び光学的性質未漂白 16.4  − 16.3 40.6DMD−処理 3.4 80 17.0 59.4DV D−D漂白 −−17,486,80CED−漂白 10.0 91.5 CE叶漂白 −−18,489,9 これらの実施例において、エルレフオ白色度はテクノブライト(Technob r i te :商標)ミクロ(Mi c r o) TB −I C装置を用 いて4570mにおいて測定した。この標準試験法はTAPPI T−452a m −87およびCPPA E、1.に記載されている。
ゼロスパン引っ張り強度はバルマック インスツルメンツ社(Pulmac I nstrument)のサトラブルシューター(The Trouble、−5 hooter:商標)ゼロスパンテスターを用いてTAPP I T23 ]、 cm−85に従って測定した。
実施例2 クラフト法によりバルブコンシスチンシー39%において16.4のカッパ値に 製造されたアスペンパルブの第4の試料(オーブン乾燥重量50g)をD M  Dのアセトン溶液(170mL;濃度4.44g/L、即ちオーブン乾燥バルブ 基準て0.33重量%の活性酸素)及びアセトン80mLにより25°Cにおい て3時間処理した。このDMD処理バルブを濾過し、大量の蒸留水で洗浄した。
得られたバルブを次に二酸化塩素(オーブン乾燥バルブ基準で1.Of量96) を用いてバルブコンシスチンシー6%及び74°Cにおいて3時間更に脱リグニ ン化し、水酸化ナトリウムによりバルブコンシスチンシー10%及び74°Cに おいて2時間抽出し、そしてもう1つの二酸化塩素段階(オーブン乾燥バルブ基 準で0.596)を用いてバルブコンシスチンシー696及び74°Cにおいて 3時間漂白した。
同じアスペンクラフトバルブの第5の試料(オーブン乾燥重量100g)を水酸 化ナトリウム(オーブン乾燥バルブ基準で4重量%)、硫酸マグネシウム(オー ブン乾燥バルブ基準で0.5重量%)及び分子状酸素(7,03kg/Cm”  ・g + 100psig)を用いてバルブコンシスチンシー12%及び110 °Cにおいて1.5時間分子状酸素により脱リグニン化した。分子状酸素で脱リ グニン化されたこのアスペンパルブを元素状塩素(オーブン乾燥バルブ基準で2 96の有効塩素)によりバルブコンシスチンシー3%及び20℃において1時間 更に漂白し、水酸化ナトリウム(オーブン乾燥バルブ基準で1.2重量%)によ りバルブコンシスチンシー12%及び74°Cにおいて2時間抽出し、そして二 酸化塩素(オーブン乾燥バルブ基準で0.5重量%)によりバルブコンシスチン シー6%及び74°Cにおいて3時間更に漂白した。
この特定の実施例において、アスベンクラフトパルブはDMD漂白剤と分子状酸 素のいずれによっても同じ程度(63%)に脱リグニン化された。表2に示され る結果はDMD処理とそれに続く元素状塩素によらないDED漂白により製造さ れた、十分に漂白されたアスペンパルブは分子状酸素による脱リグニン化とそれ に続く、元素状塩素段階におけるオーブン乾燥バルブ基準で2%の有効塩素仕込 み量を用いるCED漂白によって製造された同バルブよりも良好なゼロスパン引 っ張り強度を存していることを例証している。他方、DMD処理バルブは漂白に 元素状塩素の使用を伴う常用の方法で製造されたバルブと同様のゼロスパン引っ 張り強度を有する十分に漂白されたバルブを生成させる。
表2 DMD処理され、分子状酸素で脱リグ ニン化されたバルブ及び常用の方法で 製造されたバルブの七ロスパン強度と粘度未漂白 16.4 − 16.3 4 0.6DIJD−処理 6.0 63 +5.0 54.00CED−漂白 − −12,691,0CED−漂白 −−18,489,9 実施例3 クラフト法によりバルブコンシスチンシー35%において164のカッパ値に製 造されたアスペンパルプの第6の試料(オーブン乾燥重量50g)をDMDのア セトン溶液(643mL;濃度2.0g/L、即ちオーブン乾燥バルブ基準で0 ゜55重量%の活性酸素)により25℃において1時間処理した。得られたバル ブを次に大量の脱イオン水て完全に洗浄した。
同じアスペンクラフトバルブの第7の試料(オーブン乾燥重量100g)を水酸 化ナトリウム(オーブン乾燥バルブ基準で4重量%)、硫酸マグネシウム(オー ブン乾燥バルブ基準で0.5重量%)及び分子状酸素(7,03kg/cm2−  g : 100psig)を用いてバルブコンシスチンシー12%及び+15 °Cにおいて1.5時間分子状酸素により脱リグニン化した。得られた、酸素で 脱リグニン化されたバルブを大量の脱イオン水で完全に洗浄した。
表3に示される結果はDMD処理パルプは分子状酸素により同じ脱リグニン化度 まで漂白されたバルブよりも収率か良好であることを例証している。このことは DMDか分子状酸素か奏するよりもリグニンに対して良好な選択性を有すること を例証するものである。
表3 DVD処理後及び酸素脱リグニン化後のバルブの収率未漂白 16.4 − DM叶処理 5.3 68 98.0 クラフト法てバルブコンシスチンシー37%において32のカッパ値に製造され たハリモミバルブ(オーブン乾燥重量50g)をDMDのアセトン溶液(330 mL;濃度4.6g/L、即ちオーブン乾燥バルブ基準で065重量%の活性酸 素)で25°Cにおいて0.5時間処理した。このDMD処理バルブをCEDシ ーケンスて更に漂白した。即ち、元素状塩素による漂白をオーブン乾燥バルブ基 準で28重量%の有効塩素を用いてバルブコンシスチンシー3%及び20°Cに おいて1時間、抽出を水酸化ナトリウム(オーブン乾燥バルブ基準で1.7重量 %)を用いてバルブコンシスチンシー12%及び74℃において2時間、そして 二酸化塩素(オーブン乾燥バルブ基準で0.8重量%)による脱リグニン化をバ ルブコンシスチンシー696及び74℃において3時間それぞれ行った。
同じハリモミクラフトバルブの第2の試料(オーブン乾燥重量50g)について もCHDシーケンスを用いる常用の方法で更に漂白した。即ち、元素状塩素によ る漂白をオーブン乾燥バルブ基準で6.4%の有効塩素を用いてバルブコンシス チンシー3%及び20°Cにおいて1時間、抽出を水酸化ナトリウム(オーブン 乾燥バルブ基準で3.8重量%)を用いてバルブコンシスチンシー12%及び7 4°Cにおいて2時間、そして二酸化塩素(オーブン乾燥バルブ基準で1%)に よる漂白をバルブコンシスチンシー6%及び74°Cにおいて3時間それぞれ行 った。
表4に示される結果は、DMD処理バルブは常用の方法で漂白されたバルブの白 色度と同し白色度に漂白できることを例証している。前者では常用の方法か要す る元素状塩素と比較して著しく少ない量の元素状塩素か用いられている。両方法 で漂白されたバルブのゼロスパン引っ張り強度と粘度は同程度である。
表4 DMDにより、又は常用の方法で漂白されたハリモミクラフトバルブの物理的性 質と光学的性質未漂白 32.0 − 19.4 35.0 32.70MD− 処理 18.8 41+8.823.0 40.2CED−漂白 −19,12 5,082,3かくして、本発明によれば後続工程で極く少量の元素状塩素を用 い、或いは用いずにエルレフォ白色度90%まで十分に漂白することができるバ ルブの処理法か提供される。残留リグニン含量かカッパ値5以下に相当するDV D処理バルブは未処理バルブと同等のバルブ強度を有する。本発明の方法で製造 された十分に漂白されたバルブは元素状塩素を高仕込み量で使用する従来の漂白 法で製造されたバルブと同様の強度的性質を有する。
化学バルブのジオキシラン化合物による漂白はある範囲の漂白条件、漂白シーケ ンス並びに分子状塩素及び上記では具体的に例示されなかったその他の漂白剤、 例えば過酸化水素、酸素及びモノベルオキシサルフェートとの組み合わせについ て改変することかてきる。ジオキシランによる処理はまた酸素による脱リグニン 化と組み合わせることもてき、それは酸素処理の前後に配される。
2個の酸素を含有する化合物を使用すると、塩素及び塩素化合物を使用するとき にシーケンスの各段階間に必要とされる洗浄工程か省かれると言う利点を得るこ とができる。
本発明で使用されるバルブはクラフトバルブ、亜硫酸バルブ、ソーダバルブ或い は硬木種及び軟材種由来の他のタイプの化学バルブであることかできる。本発明 は化学バルブに及ぶものであるが、この用語は木材成分を分離するための木材種 の有機溶剤による処理によって製造されるバルブにも及ぶものである。
国際調査報告

Claims (19)

    【特許請求の範囲】
  1. 1.化学パルプをジオキシランと接触させる工程を含んで成る、化学パルプの漂 白法。
  2. 2.化学パルプがそれが軟材種に由来する場合に15〜60の範囲のカッパ値を 、また硬木種に由来する場合には該パルプは5〜25の範囲のカッパ値をそれぞ れ有する、請求の範囲第1項に記載の方法。
  3. 3.ジオキシランをパルプと約5〜約50℃の範囲の温度において約90分以下 の時間接触させる、請求の範囲第1項に記載の方法。
  4. 4.ジオキシランをオーブン乾燥パルプ基準で0.2〜1.0%の活性酸素仕込 み量を与えるのに十分な量で使用する、請求の範囲第1項に記載の方法。
  5. 5.ジオキシラン処理が施されたパルプが10未満のカッパ単位に相当する残留 リグニンを含有するとき、二酸化塩素(D)によるか、又は二酸化塩素、苛性ア ルカリ抽出、二酸化塩素なるシーケンス(DED)による漂白工程を含む、請求 の範囲第1項に記載の方法。
  6. 6.漂白を、二酸化塩素をD1段階において0.5〜1%の範囲で、苛性アルカ リをE段階において0.2〜0.7%の範囲で、そして二酸化塩素をD2段階に おいて0.2〜0.7%の範囲でそれぞれ使用するD1ED2シーケンス(百分 率は全てオーブン乾燥パルプの重量基準である)を用いて行う、請求の範囲第5 項に記載の方法。
  7. 7.D1段階における二酸化塩素が約0.8%であり、E段階における苛性アル カリが約0.4%であり、そしてD2段階における二酸化塩素が約0.4%であ る、請求の範囲第6項に記載の方法。
  8. 8.漂白をオーブン乾燥パルプに対して0.5〜1重量%の範囲の二酸化塩素を 用いて行う、請求の範囲第5項に記載の方法。
  9. 9.二酸化塩素がオーブン乾燥パルプに対して約0.8%である、請求の範囲第 8項に記載の方法。
  10. 10.ジオキシラン処理が施されたパルプが10を越えるカッパ値に相当する残 留リグニン含量を有するとき、漂白を塩素、苛性アルカリ抽出、二酸化塩素、苛 性アルカリ抽出、二酸化塩素なるシーケンス(CEDED)を用いて行う、請求 の範囲第1項に記載の方法。
  11. 11.シーケンスが、段階Cで塩素をジオキシランとの接触後のパルプのカッパ 値に適切な量で使用し、段階E1において苛性アルカリ仕込み量はC段階で使用 された仕込み量の60%であり、段階D1において0.5〜1.2%の二酸化塩 素仕込み量を使用し、段階E2において苛性アルカリ仕込み量はD1段階で使用 された仕込み量の50%であり、そして段階D2において0.25〜0.6%の 二酸化塩素仕込み量を使用するCE1D1E2D2(百分率はオーブン乾燥パル プ基準である)である、請求の範囲第10項に記載の方法。
  12. 12.ジオキシランが次の構造式 ▲数式、化学式、表等があります▼ (式中、R1及びR2は同一でも、異なっていてもよく、そして各々脂肪族又は 芳香族の基であり、また両基が一緒に結合して環を形成していてもよい。)を有 するものである、請求の範囲第1項に記載の方法。
  13. 13.R1及びR2が各々芳香族基である、請求の範囲第12項に記載の方法。
  14. 14.R1及びR2が各々脂肪族基である、請求の範囲第12項に記載の方法。
  15. 15.脂肪族基が1〜4個の炭素原子を有するアルキル基である、請求の範囲第 14項に記載の方法。
  16. 16.ジオキシランがジメチルジオキシランである、請求の範囲第12項に記載 の方法。
  17. 17.次の: (a)化学パルプを次の構造式 ▲数式、化学式、表等があります▼ (式中、R1及びR2は各々脂肪族又は芳香族の基であり、また両基が一緒に結 合して環を形成していてもよい。) を有するジオキシランとオーブン乾燥パルプに対して0.2〜1重量%の活性酸 素仕込み量において接触させ; (b)得られたパルプをそれが10未満のカッパ値に相当する残留リグニン含量 を有するとき二酸化塩素(D)なるシーケンスを用いるか、又は二酸化塩素、苛 性アルカリ抽出、二酸化塩素なるシーケンス(DED)を用いて漂白し;また (c)パルプが10より大のカッパ値に相当する残留リグニン含量を有するとき 該パルプを著しく少ない量の元素状塩素仕込み量を用いて、塩素、苛性アルカリ 抽出、二酸化塩素、苛性アルカリ抽出、二酸化塩素なるシーケンス(CEDED )により漂白する;工程を含んで成る化学パルプの漂白法。
  18. 18.ジオキシランがジメチルジオキシランである、請求の範囲第17項に記載 の方法。
  19. 19.ジオキシランを約5〜50℃の範囲の温度において約90分以下の時間パ ルプと接触させる、請求の範囲第17項に記載の方法。
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