JPH0663912A - 古紙を原料とした木質材の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 古紙から木質材を製造し、資源の有効利用を
図る。 【構成】 リグニン量が少ないが繊維の長いクラフトパ
ルプの古紙と、リグニンリグニン量が多いが繊維の短い
機械パルプの古紙とを夫々乾式解砕の上混合してパルプ
原料となし、このパルプ原料をオゾンと接触させ、含有
するリグニンをオゾン酸化させ、骨格となる高分子樹脂
を全量の２０％以下加えて加圧加熱成形する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、回収古紙を原料として
天然木材とその性状が近似した木質材を得るようになし
た古紙を原料とした木質材の製造方法に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】近時、森林伐採による環境への影響が問
題となっている。木材消費は代表的には製紙資材として
であるが、建築資材として消費される量も今だ相当に多
いのが現状で、仮令コンクリート構築物であっても、該
コンクリート構築物を作る際に使用する型枠には通常天
然木材が使用されその使用量は、資源保護の観点から無
視できない程度に達している。

【０００３】そして従来、紙は木材を組成している主成
分であるセルロースとリグニンとを分離して、セルロー
スのみをパルプとして取り出して抄紙し、リグニンは主
に焼却処分していることに鑑み、使用済みの紙を回収し
て、未利用資源であるリグニンを混合することによって
元の木質材を得られないかという試みが種々研究されて
いる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、木材から分離
されたリグニン（リグニン単体として分離されたもの、
および、セルローズからなる繊維に付着した状態で存在
するものを含む）は天然木材中に存在している時のよう
にセルロースを結合する結合力（ボンディング特性）は
失われており、かつ、リグニンは反応性が非常に小さい
ため、簡単には両者を元の木材の状態に戻すことは困難
で、両者を混合して数千気圧の圧力を数時間加えると、
リグニンが軟粘化して再びボンディング特性を発揮しセ
ルロースどうしを結合して元の木質材に近似した性状の
物が得られたとする報告はあるが、この方法は今だ研究
段階で、面積を広く必要とする建設資材等の木質材をこ
の方法で製造すると仮定するなら、極端に大型な加圧装
置で、製造時間が長い究めて非効率的な製造工程を必要
とするため、経済的な実用性を有さないという課題を有
している。

【０００５】なお、従来の実用化された提案として本発
明に最も近似するものは、古紙を微細また細い帯状とし
て、リグニンに代えて合成樹脂で固めたものがあるが、
この方法は古紙に重量比で１０〜５０％以上の合成樹脂
を添加して古紙を固めているため、天然木材とはその性
状が大きく変化しており、これを建築資材に利用するな
ら、重量が重くなり、かつ加工特性が悪くなって従来の
鋸での切断が困難となる等の欠点を有し、杭等の後に加
工する必要性の無い使用分野に限られてしまうという課
題を有し、そればかりか、この従来法によると、合成樹
脂がそのままの分子構造で混合しているため焼却等，燃
焼時に有害ガスが放出されたり、異常高温になって焼却
炉を傷めると言う課題をも有している。

【０００６】そこで、本発明は上記課題を解決すべくな
されたもので、リサイクル資材としての古紙を利用する
も、より天然の木材に近い性状を有した木質材を製造す
ることができ、資源の有効活用ができる古紙を原料とし
た木質材の製造方法を提供することを目的としたもので
ある。

【０００７】また、本発明は、回収新聞紙に代表される
機械パルプ古紙が脱リグニン処理を行っていないため、
約３０％のリグニンを含有していることに着目し、この
リグニンを有効に使用した木質材の製造方法を提供する
ことを目的としたものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の目的に沿い、先述
特許請求の範囲を要旨とする本発明の構成は前述課題を
解決するために、第一工程として、リグニン量が少ない
が繊維の長いクラフトパルプの古紙と、リグニン量が多
いが繊維の短い機械パルプの古紙とを夫々乾式解繊の上
混合してパルプ原料となし、第二工程として、上記パル
プ原料をオゾンと接触させ、含有するリグニンをオゾン
酸化させ、第三工程として、骨格となる高分子樹脂を全
量の２０％以下加えて加圧加熱成形することを特徴とし
た技術的手段を講じたものである。

【０００９】

【作用】次に本発明法の作用を説明する。まず、第一工
程として、リグニン量が少ないが繊維の長いクラフトパ
ルプの古紙と、リグニン量が多いが繊維の短い機械パル
プの古紙とを夫々乾式解繊の上混合してパルプ原料とな
すと、該パルプ原料は綿毛繊維状となる。そして、機械
パルプは繊維が短いが、この機械パルプに繊維の長いク
ラフトパルプの古紙を混合すると、両者が絡み合って強
度を向上する作用を呈する。

【００１０】そして、第二工程として、上記パルプ原料
をオゾンと接触させると、オゾンは強力な酸化力を有す
るためリグニンをオゾン酸化し、その芳香核を「化１」
より「化２」に示すごとく解裂する作用を呈する。そし
て、元来、リグニンンは反応性が小さいが「化２」に示
すごとく芳香核が解裂されたオゾン酸化リグニンは反応
性が大きくなる作用を呈する。なお、パルプとリグニン
とを共に、オゾンと接触させると、パルプをも酸化する
おそれがあると想定したが、実際には、リグニンはセル
ロースの表面を覆っていることと、オゾンは選択的にリ
グニンを酸化する作用（ここでのオゾン酸化は、芳香核
を開裂する程度のもので、リグニンを低分子化する酸化
まで選択性があるというのではない。）が認められた。
なお、次の化学式のＲは、つながっている側鎖部分以降
を示す物である。

【００１１】

【化学１】

【００１２】

【化学２】

【００１３】そして、第三工程として、骨格となる高分
子樹脂を全量の２０％以下加えて加圧加熱成形すると、
まず、６０〜９０℃（約８０℃の反応温度）に加熱され
た段階でオゾン化リグニンと高分子樹脂との混和物が溶
けた状態（ゾル状態）となり、さらに加熱されると約１
２０℃でオゾン酸化リグニンと高分子樹脂とが反応し、
この反応物質はゲル化して粘弾性を有するようになり、
パルプ原料どうしを接着し、木質化する作用を呈する。

【００１４】すなわち、リグニンをオゾンでその芳香核
を解裂しておき、高分子樹脂を核として、解裂した該リ
グニンの芳香核部と反応させると該高分子樹脂がオゾン
化リグニンどうしを結合する。この反応は開裂した芳香
核のフェノール水酸基あるいはカルボキシル基に高分子
樹脂のイソシアナート基が付加し架橋構造を形成するも
のと説明されている。したがって、このようにして得ら
れた物質はセルロースどうしをリグニン物質（正確に
は、リグニン類似物質）で結合する作用を呈するもので
ある。

【００１５】そして、上記加熱を圧縮下で行うと、綿毛
状のパルプ原料はセルロースからなる繊維どうしが密に
絡み合いリグニン物質で結合する作用を呈する。なお、
このリグニン物質は約１２０℃で粘弾性を有することは
前期したが、化学的に究めて安定した物質であるので室
温冷却してもその粘弾性に変化を伴わない作用を有す
る。

【００１６】

【実施例】次に、本発明の実施例を添附図面に従って説
明すれば以下の通りである。本発明法は、まず、第一工
程として、リグニン量が少ないが繊維の長いクラフトパ
ルプの古紙と、リグニン量が多いが繊維の短い機械パル
プの古紙とを夫々乾式解繊の上混合してパルプ原料とな
す。

【００１７】古紙を乾式で解繊するには、特公昭４２−
２７０２１号のごとき従来公知な粉砕機が、解繊機とし
て利用可能である。すなわち、「図１」に示すごとく、
ホッパー１より供送される古紙を回転子２を収納した解
繊機３の本体３１内に導き、該回転子２で古紙を高速回
転させる。この回転子２は「図２」に示すごとく多数の
放射状翼２１で構成され、本体３１の内壁に取付けたラ
イナー３２に該古紙を衝突させて解繊する装置などが使
用できる。なお、古紙はホッパー１より供送するとした
が、通常この種回転子２を有する解繊装置３は回転子２
の駆動軸に送風翼（図示せず）を取付け空気と共に古紙
を同図奥側の取入れ口３３より吸込み、同図手前側の排
出口３４より排出するようになしているので、このよう
な場合はホッパー１より古紙を積極的に送り出す供送装
置は不要である。

【００１８】そして、古紙には機械パルプ法で製紙され
たものと、化学パルプ法（本願ではクラフトパルプと称
する。）で製紙されたものがあり、機械パルプ法で抄紙
された古紙として代表的なものは回収新聞紙で、この機
械パルプ古紙は、木材チップをリファイナーですり潰
し、脱リグンニンせずに抄紙してある。また、クラフト
パルプ法で製紙された古紙としては回収ＯＡ用紙等の上
質紙で、木材チップを蒸解して脱リグンニン処理（数パ
ーセントはリグニンが残存する。）して抄紙してある。
したがって、機械パルプによる古紙はリグニンを含みリ
ファイナーでのすり潰すので繊維が短く切断され強度が
弱いという性質を有し、クラフトパルプによる古紙は繊
維が機械的に切断されることがないので長く強度が大き
いという性質を有している。

【００１９】そして、本発明では上記機械パルプの古紙
とクラフトパルプの古紙とを混合して使用する。この混
合割合は適宜設定すればよいが、本実施例では約同量を
混合するようになしているが、クラフトパルプを混合す
る目的は強度向上であり、クラフトパルプの混合比は同
量以下で充分目的が達成でき、それ以上に混合比を大き
くしても強度向上の効果は大きく変化しないばかりか、
リグニン量が不足することがあるので、該クラフトパル
プの混合比は５０％以下にとどめることが望ましい。

【００２０】上記機械パルプの古紙とクラフトパルプの
古紙とを混合する「図１」の装置例は、解繊機３を二台
使用して、一方（図左側）で機械パルプの古紙を他方
（図右側）でクラフトパルプの古紙を解繊して、両解繊
機の吐き出し口に連結した搬送路５ａ，５ｂにはサイク
ロン１６ａ，１６ｂを夫々取付け、このサイクロン１６
ａ，１６ｂの原料取出し口に定量フィーダ１７ａ，１７
ｂを取付け、この両定量フィーダ１７ａ，１７ｂの回転
速度を別個に調整することで両者の混合比を設定するよ
うになしてある。

【００２１】なお、機械パルプの古紙とクラフトパルプ
の古紙とを混合するのには、上記装置によらず、解繊機
３を一台使用して予め機械パルプの古紙とクラフトパル
プの古紙とを夫々別個に解繊しておいて両者を混合して
もよく、さらには、解繊前の機械パルプの古紙とクラフ
トパルプの古紙とを所定の割合で混合しておいて一台の
解繊器３で解繊するようになしてもよい。

【００２２】そして、第二工程として、上記パルプ原料
をオゾンと接触させ、含有するリグニンをオゾン酸化さ
せる。

【００２３】図示例において、上記パルプ原料とオゾン
との接触は、オゾナイザー４で発生したオゾンをその噴
射ノズル４ａで搬送路５内に噴射して、搬送途中のパル
プ原料がオゾンと接触するようになしてある。なお、図
示のオゾナイザー４は空気または酸素（通常、酸素ボン
ベより純粋な酸素得る）を原料として放電法で気相のオ
ゾンを発生するようになしてあるが、水を電気分解して
オゾン水を発生する装置（図示せず）を使用してもよ
く、この場合は噴射ノズル４ａよりオゾン水を噴霧する
ようになせばよい。

【００２４】また、上記パルプ原料とオゾンとの接触
は、オゾン注入後所定の反応時間（反応性が高いため、
数分の反応時間で充分）を確保することが必要で、さら
には、オゾンとパルプ原料（含有リグニン）との接触頻
度を高めるため、本実施例では撹拌反応槽６を原料供送
路５の途中に介挿してある。

【００２５】上記撹拌反応槽６も従来公知なものが使用
でき、図示例では駆動源７によって回転する駆動軸８に
多数の撹拌翼９を取付け、パルプ原料を撹拌しつつ撹拌
反応槽６内に滞留させ一定の時間（すなわち、滞留時
間）リグニンがオゾンと接触するようになしている。

【００２６】パルプ原料とオゾンとが接触すると、前記
作用の項で説明したように、含有リグニンがオゾン酸化
され、オゾン酸化リグニンとなる。

【００２７】そして、本発明は、第三工程として、骨格
となる高分子樹脂を全量の２０％以下加えて加圧加熱成
形する。

【００２８】上記高分子樹脂としては、液状（溶剤で解
かしたものを含む）または粉状のものが使用でき、材質
としては、ポリウレタン樹脂、尿素樹脂、エポキシ樹脂
等が使用できる。

【００２９】また、上記高分子樹脂を混入するには従来
技術が利用でき、「図１」実施例では、搬送中のパルプ
原料に該高分子樹脂を噴射するようになっており、ま
た、この高分子樹脂の混合も均一に混ぜるため、撹拌す
ることが望ましく、図示例では樹脂注入装置１２の樹脂
タンク１２ｃ内の高分子樹脂をポンプ１２ａより送られ
る圧縮空気で原料供送路５に噴射し、さらにスクリュー
１１を有した撹拌槽１０で撹拌しつつ搬送するようにな
してある。

【００３０】そして、上記加圧加熱成形も従来公知な、
フォーミングマシーン１４を使用でき、図示例では必ず
しも明示していないが、成形枠１５内に樹脂混和パルプ
原料を充填し加熱プレス装置１５ａで加圧加熱成形（実
施例として８０〜１５０℃）するようになしてある。

【００３１】なお、上記加圧加熱成形は、オゾン酸化し
たリグニンと合成樹脂とが完全に反応してゲル化するの
に２〜５０分の時間（オゾンと充分反応したものは時間
が短く、樹脂の種類によっても反応時間が相違する）を
要するので、本実施例では初期に８０℃までの加熱と圧
縮とを行い。オゾン化リグニンと高分子樹脂とを溶かし
合わせ、その後、成形枠１５に収納したまま加熱温度を
１００℃乃至１５０℃に保つ雰囲気炉（図示せず）でゲ
ル化に要する時間を確保する二段加熱方法を採用した。
なお、この雰囲気炉では加圧状態を確保することが望ま
しいが、オゾン化したリグニンと高分子樹脂とが溶けた
ら加圧を解除しても、でき上がった木質材の比重は多少
低下したが実用に影響するほどの厚みおよび強度の差異
は認められなかった。

【００３２】なお、「図１」の１３は通常は使用しない
リグニン補充装置を示すもので、液状のリグニンをリグ
ニンタンク１３ｂよりポンプ１３ｃより送られる圧縮空
気と共にノズル１３ａを噴霧するようになしてある。こ
のリグニン補充装置１３は何等かの事情で機械パルプの
解繊パルプ原料が不足し、クラフトパルプの解繊パルプ
原料がの混合比が大きくなった場合に作動させ、リグニ
ン含有量を所定に保つためのものである。

【００３３】具体的実施例として、同量の機械パルプと
クラフトパルプとを乾式解繊の上混合してパルプ原料と
なし、このパルプ原料を５０００ｐｐｍの気相のオゾン
と接触（接触時間約６分）させ、全量の重量比２０％の
ポリエチレングリコールを加えて、１５Ｋｇ／ｃｍ²の
加圧で１２０℃で４５分加熱した条件で成形したところ
弾性に富む強固な木質材を得た。

【００３４】

【発明の効果】本発明は上記のごときで、古紙を主原料
とするため、再利用によって熱帯木材の使用量を低減で
き、地球環境への悪影響を回避できる省資源に貢献でき
る木質材の製造方法を提供できるものである。

【００３５】また、本発明はパルプと少量の樹脂とで構
成されるため、性状が天然木材と近似し、使用法を何ら
変更する必要がない木質材の製造方法を提供できるもの
である。

【００３６】さらにまた、本発明法は多少の樹脂を使用
するも、微量であることと、リグニンと反応して天然の
リグニン化合物に近い分子構造となっているため、最終
的に焼却処分しても、天然木材と同様に有害ガス、異常
高温の発生がないばかりか、この木質材の廃材を通常の
木材と同様に、バイオマス利用することも可能な古紙を
原料とした木質材の製造方法を提供できるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明法を実施する装置例正面図である。

【図２】本発明に使用される解繊機の一例を示す断面図
である。

【符号の説明】

１ ホッパー ３ 解繊機 ４ オゾナイザー ６ 撹拌反応槽 １０ 撹拌槽 １２ 樹脂注入装置 １３ リグニン注入装置 １４ フォーミングマシーン

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第一工程として、リグニン量が少ないが
   繊維の長いクラフトパルプの古紙と、リグニン量が多い
   が繊維の短い機械パルプの古紙とを夫々乾式解繊の上混
   合してパルプ原料となし、 第二工程として、上記パルプ原料をオゾンと接触させ、
   含有するリグニンをオゾン酸化させ、 第三工程として、骨格となる高分子樹脂を全量の２０％
   以下加えて加圧加熱成形することを特徴とした古紙を原
   料とした木質材の製造方法。