JPH11503497A - 製紙システムにおける堆積を抑制するための処理 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 パルプからの有機汚染物質がパルプおよび製紙システムの表面に堆積することを抑制するための組成物および方法である。組成物は、加水分解率５０〜１００％のポリビニルアルコールと、分子量約１００,０００またはそれ以上の高分子量ゼラチンとの組み合わせであり、この組成物をパルプに添加するかまたはパルプおよび製紙システムの表面に噴霧する。好適な具体例では、ポリビニルアルコール対高分子量ゼラチンの重量比を８：１とすることによって、相乗作用を示すことが判明した。

Description

【発明の詳細な説明】 製紙システムにおける堆積を抑制するための処理 発明の属する技術分野 本発明は、パルプ製造および製紙システムにおいて有機汚染物質の堆積を抑制 するための組成物および方法に関する。 従来の技術 パルプ産業や製紙産業において、有機汚染物質の堆積は、パルプ製造および製 紙システムにおける品質および効率上の両方の問題を引き起こしうる。種々のパ ルプ化プロセスや製紙プロセスの間に、木材中に本来存在するある種の成分が放 出される。「ピッチ」なる語は、このような天然樹脂やその塩や、パルプ中にみ られうる被覆バインダーやサイズ剤や消泡剤に由来する有機成分を含んでなる堆 積物を意味するものとして使用されている。加えて、ピッチは、無機成分、例え ば炭酸カルシウム、タルク、クレー、チタン、関連物質などをしばしば含んでい る。 「ステッキー（stickie）」なる語は、再循環繊維を用いるシステムに存在す る堆積物を意味するのに頻繁に使用されるようになってきた用語である。この堆 積物は、接着剤、ホットメルト、ロウ、インクなどに加えて、「ピッチ」堆積物 中にみられるのと同じ物質をしばしば含む。前記物質は、全て、疎水性、消泡性 、粘着性、小さい表面エネルギーおよび、堆積によってプロセスの効率および品 質上の問題を引き起こす可能性を含め、多くの共通の特性を示す。以下のダイヤ グラム１に、前記したピッチとステッキーの間の複雑な関係を示す。 有機汚染物質の堆積は、パルプまたは製紙ミルの効率に対し有害となり、品質 の低下および操作効率の低下の両者を引き起こす。有機汚染物質は、製紙システ ムのプロセス装置に堆積し、システムの操作が困難になる。有機汚染物質がコン システンシー制御器および他の計測器プローブに堆積すると、このような器具は 使用できなくなる。スクリーン上に堆積すると、処理量が減少すると共に、シス テムの操作がだめになる。このような堆積は、システムの金属面だけでなく、プ ラステッキー面および合成材料面、例えば機械ワイヤ、フェルト、フォイル、清 掃箱およびヘッドボックス機器において生じる。 これまで、ステッキー堆積物およびピッチ堆積物それ自体は、一般に異なるシ ステムにおいてみられていた。これは、各ミルが通常もっぱら未循環繊維または 再循環繊維を使用していたからである。これら別々の問題を排除するため、しば しば非常に異なる処理物質および方法を用いていた。 現在の傾向によれば、全てのシステムにおいて再循環繊維を使用しうるという 要請が増大している。その結果、所定のミルにおいて、ステッキーおよびピッチ による問題が同時に発生している。２またはそれ以上の別々の処理物質を供給す ることを必要とすることなく、これらの問題の両方を解決するような非常に有効 な処置物質および方法を見いだすことが望まれている。本発明の物質は、この目 的を達成する能力を明確に示す。 米国特許第４,８７１,４２４号は、加水分解率５０〜１００％の水溶性ポリビ ニルアルコールを用い、製紙システムにおいてパルプからのピッチ堆積物を抑制 する方法を教示する。米国特許第４,８８６,５７５号は、ホットメルトおよび／ または感圧型接着剤物質の再パルプ化装置表面への堆積および／または粘着を、 疎水基を有する加水分解率７０〜９９％のポリビニルアルコールを用いて抑制す る方法を教示する。文献〔“Pulp and Paper”，James Casey、３巻、３版、１ ５８７〜１５８８頁〕の教示によれば、ピッチによる問題の解決手段としてゼラ チンを示唆する。 発明の開示 本発明は、パルプからの有機汚染物質がパルプ抄紙機および製紙システムの表 面に堆積することを抑制するための組成物および方法であって、ポリビニルアル コールおよび高分子量ゼラチンを含んでなる組成物を堆積抑制有効量でパルプま たは抄紙機の表面に添加することを特徴とする組成物および方法を提供する。 有機汚染物質には、堆積によって抄紙機の性能および紙の品質を低下させうる パルプ中に存在する成分（パルプの未循環成分、再循環成分およびそれらの組み 合わせ）が包含される。有機汚染物質は、以下のものに制限されるものではない が、天然樹脂、例えば脂肪酸、樹脂酸、それらの不溶性塩、脂肪エステル、ステ ロールおよび他の有機成分、例えば、製紙システムに堆積しうるエチレンビス- ステアロアミド、ロウ、サイズ剤、接着剤、ホットメルト、インク、消泡剤およ びラテックスを包含する。 本発明のポリビニルアルコール成分は、次のように誘導または合成することが できる。すなわち酢酸ビニルを重合してポリ酢酸ビニルを形成し、次いで、ポリ 酢酸ビニルをアルコーリシス処理または加水分解処理してポリビニルアルコール を形成する。ポリビニルアルコールは、加水分解率約５０〜１００％、好適には 約７０〜約１００％を有することができる。本明細書において用いられる「加水 分解率（％）」なる語は、加水分解したポリ酢酸ビニル（ポリビニルアルコール ）ポリマー中のヒドロキシ基：出発アセテート基のモル比を１０倍したものと定 義される。最も好適には、ポリビニルアルコールは、約８５.５％〜約８７％の 加水分解率を有する。更に好適には、ポリビニルアルコールは、分子量約１５, ０００〜約１２５,０００を有する。本発明に有用なポリビニルアルコールは、 容 ０（ＭＶ約１２５,０００）が包含され、これらは、全てAir Products,Inc.から 各商標名で市販されている。 相乗作用的組成物における使用に好適なゼラチンは、分子量約１００,０００ 〜約２５０,０００を有する。最も好適には、ゼラチンは分子量約１３０,０００ を有する。このようなゼラチンの１つは、Hormel Foodsから商標名FlavorestＧ Ｐ-４として市販されている。本明細書において用いられる「高分子量ゼラチン 」なる語は、約１００,０００またはそれ以上の分子量を有するゼラチンである と定義される。 驚くべきことに、各成分を混合すると、ある場合には混合物は、この混合物を 構成する各成分が示す有機堆積物抑制作用よりもより高い抑制作用を示すことが 判明した。したがって、パルプおよび製紙システムでの使用に非常に有効な抑制 剤を製造することができる。混合物の活性向上によって、堆積物抑制処理のため の総量を減少させることができる。加えて、各成分をより高い濃度で用いること なく、各成分によって得られる高い抑制度を利用することができる。 ポリビニルアルコールおよび高分子量ゼラチンの組成物は、ＰＶＡ対ゼラチン の重量比約１：１〜約１０：１で使用すると、堆積抑制剤として向上した活性を 示す。上記重量比を約８：１にすると、優れた相乗作用を示すことが判明した。 本発明の組成物は、他のパルプおよび製紙用の添加剤と適合性を示すことがで きる。このような添加剤には、でんぷん、二酸化チタン、消泡剤、湿潤強化樹脂 およびサイジング助剤が包含される。 本発明の組成物は、どのような段階でも製紙システムに添加することができる 。本発明の組成物は、パルプ完成紙料に直接添加してもよいし、またはヘッドボ ックスを介して完成紙料に間接的に添加してもよい。本発明の組成物は、また堆 積によって損害を受ける表面、例えばワイヤ、加圧フェルト、加圧ロールおよび 堆積しやすい他の表面に噴霧することができる。 本発明の組成物は、そのまま、粉末、スラリーまたは溶液の形態で製紙システ ムに添加することができる。好適な基本的溶媒は、水であるが、これに限らない 。噴霧法によって添加する場合、本発明の組成物は、好適には水によって満足の ゆく抑制濃度に希釈する。本発明の組成物は、特に汚染が確認された完成紙料の み または混合パルプに添加することができる。組成物は、堆積による問題が現れる 前の所望の時点および１またはそれ以上の堆積部位が生じた場合に１またはそれ 以上の箇所において、供給原料に添加することができる。また前記した添加法の 組み合わせは、パルプミルストック(millstock)への供給、抄紙機完成紙料への 供給およびワイヤおよびフェルトへの同時噴霧を介し、ポリビニルアルコールま たは高分子量ゼラチンのいずれかを別々に供給することによって採用することが できる。 製紙システムに添加される組成物の有効量は、システムのｐＨや水の硬度や水 の温度や付加的な添加剤やパルプの有機汚染物質の種類および含量を含め、種々 の変数に依存する。一般に、パルプ１００万部当たり０.５〜約１５０部の本発 明の組成物を製紙システムに添加する。好適には、パルプ１００万部当たり約２ 〜約１００部の本発明の組成物をシステムに添加する。 先行技術の方法と比較して、本発明に伴ういくつかの利点が存在する。これら の利点には、システムの水の硬度によって大きくは影響されずに作用する性能、 サイジングおよび微粒子の固着に悪影響を与えずに作用する性能、非常に低い用 量で作用する性能、環境悪化の減少、および改善した生分解性が包含される。 更に、本発明の組成物は、ピッチおよびステッキー形成の両方による有機堆積 物の問題に対し有効であって、製紙ミルに種々の未循環および再循環繊維源を用 いてこれらの問題が効果的に解消することが判明した。 図面の簡単な説明 図１は、以下の表１に示した、試験した種々の堆積制御剤についての粘着防止 作用の割合（２５℃）-用量を示すグラフである。 図２は、以下の表２に示した、試験した種々の堆積制御剤についての粘着防止 作用の割合（５０℃）-用量を示すグラフである。 発明の実施の態様 以下に示したデーターは、本発明の使用によって得られた驚くべき効果を証明 するために作成したものである。以下の実施例は、本発明を説明するための記載 であって、本発明はこれらに限定されるものではない。 実施例 標準テープ粘着防止作用試験 プラスチック表面に対する堆積抑制剤、特に、再循環パルプ中にみられる種類 の接着性汚染物質用抑制剤としての本発明の組成物の性能を試験するために、ス テッキークーポンとして接着剤支持テープを用い、実験室試験を行った。ステッ キークーポンは、水中に置いた場合に崩壊しない種類の接着剤テープから作成す ることができる。この実験のため、スチレンブタジエンゴム製およびビニル系エ ステル製のテープを用いた。これら有害な有機汚染物質は、両者とも繊維の二次 利用に際しステッキーの問題を引き起こすことが知られている。第２クーポンは 、 製品）から作成した。この材料を選択したのは、抄紙機形成布がしばしばポリエ ステルから製造され、このポリエステルは、ステッキーおよび／またはピッチを 原因とする堆積物による大きな問題を生じやすいからである。 この試験では、５.０８cm×１０.１６cmの接着テープおよび５.０８cm×１０. １６cmのポリエステルMYLARクーポンを試験される溶液６００ｇ中に浸漬した。 ６００mlのビーカー中に含めた溶液を撹拌しながら水浴内に入れ、所望の温度に 加熱した。３０分間の浸漬の後、テープおよびクーポンを溶液から取り出し、４ ５３０Kgの力で１分間圧縮した。次いで引張試験機(Instron)を用いて、２つの 部分を引っ張るのに必要な力を測定した。必要な力の減少は、「ステッキー」が 粘着防止処理されたことを示す。粘着防止作用の制御割合（％）は、以下の式に よって算出する。 粘着防止作用（％）＝〔（未処理の場合の力−処理した場合の力）／未処理の 場合の力〕×１００ この試験結果を以下の表１および２に示す。 以上の試験結果によれば、本発明の８：１ＰＶＡ／ゼラチン組成物は、著しい 相乗作用を示す一方、重量比１：２および１：１の組成物も相乗作用を示すこと が判明した。更に以上の試験結果によれば、ポリビニルアルコール（米国特許第 ４,８７１,４２４号および第４,８８６,５７５号）および高分子量ゼラチン（Pu lp and Paper、３巻、１５８８頁）は、本発明の組成物よりも粘着防止作用が劣 っていることが判明した。また本発明の組成物は、従来からのピッチ／ステッキ ー制御剤（実施例６、７および８）よりもより有効であることが判明した。 また、本発明の組成物を用い、接触角の測定を行った。MYLARまたはテープ接 着剤の表面をフィルム台に留め、ガラス製テストセル内に入れた。試験液１５ml をテストセル内に注意深く注いで、試験液をセルに添加した。次いでテストセル 自体を測角器（Kruss Gl）のチャンバー内に入れた。MYLARまたはテープ接着剤 の表面を試験液中に３０分間浸漬して、標準テープ粘着防止作用試験におけるよ うな接触時間をシュミレーションした。表面活性物質が表面において吸着および ／または脱着するため、接触角によって、シュミレーションしたステッキー表面 の疎水性についての情報および疎水性の変化の情報が得られる。処理した溶液の 接触角が未処理溶液の接触角よりもより小さければ、これは、表面がより疎水性 になるかまたはステッキー特性がより小さくなることを示す。この試験結果を以 下の表３および表４に示す。 表３および表４に示す結果によれば、本発明の組成物は、従来からのピッチ／ ステッキー制御剤並びに各々単独で使用した場合のポリビニルアルコールおよび 高分子量ゼラチンよりもより小さい接触角を示すことが判明した。さらに、低分 子量ゼラチンおよび肉類可溶化タンパクも本発明の組成物よりも有効ではないこ とが判明した。 表面活性物質は、臨界ミセル濃度（ＣＭＣ）で凝集体を形成する傾向を示すこ とが知られている。臨界ミセル濃度は、表面張力-濃度の片対数プロットから認 められる折れ曲がり点から評価することができる。高分子量ゼラチンでは、調べ た濃度（即ち、０.５〜１００ppm）についてＣＭＣは何ら観察されなかった。そ ては、１０ppmの臨界ミセル濃度が得られた。ＰＶＡ／高分子量ゼラチンの比率 ８：１では、臨界ミセル濃度は非常に低い２ppmであり、これは、相乗作用的混 合物であることを示す。 産業上の利用分野 本発明の組成物は、製紙システムでの有機汚染物質の堆積を抑制するのに有効 である。これには、クラフトパルプ、亜硫酸パルプ、メカニカルパルプおよび再 循環繊維システムが包含される。例えば、クラフト製紙工程において、ブラウン ストックウオッシャー、スクリーンルームおよびデッカーシステムでの堆積を抑 制することができる。本明細書において用いられる「製紙システム」なる語は、 パルププロセス全てを包含することを意味する。一般に、本発明の組成物は、ｐ Ｈ約３〜１１を有すると共に種々のシステム条件下に、パルプミルから抄紙機の リールまでの製紙システムの全ての表面への堆積を抑制するのに使用することが できる。とくに本発明の組成物は、金属面だけでなく、機械ワイヤ、フェルト、 フォイル、清掃箱、ロールおよびヘッドボックス要素のようなプラスチックおよ び合成材料の表面への堆積を有効に減少させる。 以上、本発明の具体例に関し、本発明を説明したが、多くの他の形態および変 形例も当業者には明白である。添付の請求の範囲は、全般的にこのような明白な 形態および変形例全てを包含するように構成されており、これらの形態および変 形例は本発明の技術的範囲に包含される。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項 【提出日】１９９７年４月２９日 【補正内容】 請求の範囲 １．パルプおよび製紙システムにおいてパルプからの有機汚染物質の堆積を抑 制する方法であって、 上記パルプに、加水分解率５０〜１００％のポリビニルアルコールおよび高分 子量ゼラチンを含んでなる組成物をパルプ１００万部当たり０.５〜約１５０部 の量で添加すること、 ポリビニルアルコール対ゼラチンの重量比は、８：１であること、 ポリビニルアルコールの分子量は、約１５,０００〜約１２５,０００であるこ と、および ゼラチンの分子量は、約１００,０００〜約２５０,０００である ことを特徴とする方法。 ２．ポリビニルアルコールの加水分解率は、８５.５〜８７％である請求項１ 記載の方法。 ３．前記組成物をパルプおよび製紙システムの表面に噴霧する請求項１記載の 方法。 ４．加水分解率５０〜１００％および分子量約１５,０００〜約１２５,０００ を有するポリビニルアルコールと、分子量約１００,０００〜約２５０,０００の 高分子量ゼラチンとを含んでなり、かつ ポリビニルアルコール対高分子量ゼラチンの重量比は、８：１である組成物。 ５．ポリビニルアルコールの加水分解率は、８５.５〜８７.５％である請求項 ４記載の組成物。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．パルプからの有機汚染物質がパルプおよび製紙システムの表面に堆積する ことを抑制する方法であって、 加水分解率５０〜１００％のポリビニルアルコールおよび高分子量ゼラチンを 含んでなる組成物をパルプに添加する ことを特徴とする方法。 ２．ポリビニルアルコールの加水分解率は、８５.５〜８７％である請求項１ 記載の方法。 ３．ポリビニルアルコールの分子量は、１５,０００〜１２５,０００である請 求項１または２記載の方法。 ４．ゼラチンの分子量は、１００,０００〜２５０,０００である請求項１〜３ のいずれかに記載の方法。 ５．ポリビニルアルコール対ゼラチンの重量比は、１：１〜１０：１である請 求項１〜４のいずれかに記載の方法。 ６．前記組成物を、パルプ１００万部当たり０.５〜１５０部の量でパルプに 添加する請求項１〜５のいずれかに記載の方法。 ７．前記組成物をパルプおよび製紙システムの表面に噴霧する請求項１〜６の いずれかに記載の方法。 ８．（ａ）加水分解率５０〜１００％のポリビニルアルコールおよび（ｂ）高 分子量ゼラチンを含んでなる組成物。 ９．（ａ）：（ｂ）の重量比は、１：１〜１０：１である請求項８記載の組成 物。 １０．ポリビニルアルコールの加水分解率は、８５.５〜８７％である請求項 ８または９記載の組成物。 １１．ポリビニルアルコールの分子量は、１５,０００〜１２５,０００である 請求項８〜１０のいずれかに記載の組成物。 １２．ゼラチンの分子量は、１００,０００〜２５０,０００である請求項８〜 １１のいずれかに記載の組成物。