JPS5934835B2 - 製紙原料の摩砕法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は製紙原料を連続的に摩砕処理する方法に関し、
更に詳しくは特定した粒度の微粒子から成る平面状摩砕
部を有し且つ摩砕部・駆動軸間及び摩砕部・原料供給口
間を金属または／及び有機高分子化合物で構成した円盤
型摩砕機に結束繊維を含む製紙原料懸濁液を圧力を掛け
て供給し且つ摩砕部の周速に制限を加えて摩砕処理する
事を特徴とする製紙原料の摩砕法に係るものである。

製紙工業における紙の主要な抄造原料は、クラフトパル
プ、サルファイドパルプなどの化学パルプ及び砕木パル
プ、加圧性砕木パルプ、リファイナーメカニカルパルプ
、サーモメカニカルパルプ、ケミメカニカルパルプ、セ
ミケミカルパルプなどの所謂高収率パルプであるが、木
材資源の有効利用の観点から高収率パルプは近年跡々そ
の重要度を増している。

高収率パルプの製造工程は、植物繊維質物に直接機械力
を作用させるか、若しくは加熱及び／又は薬液前処理を
施した後に機械力を作用させる粗砕工程と、得られた粗
繊維を更に摩砕処理する精砕工程とから成っている。

如何なる高収率パルプ化法においても、粗砕工程後の粗
繊維中には常に著量の結束繊維が存在している。

抄紙原料に結束繊維が含まれていると、抄紙時に紙切れ
が発生し易く、得られる紙の外観が著しく損われ、且つ
印欄鏑性の点でも問題が多い。

また、粗繊維はリグニン含量が多いので極めて剛直であ
り、その侭では殆んど抄紙不可能であり、粗維濁を機械
的作用により所謂フィブリル化状態にし、繊維間結合能
力を高める様に努力する必要がある。

更に、広葉樹材から得た粗繊維中には多量の道管が殆ん
ど未破壊の状態で存在しているが、道管は紙のベッセル
ビックや平滑性低下の原因となるので抄紙前に予め破壊
させておく事が必要である。

前述の精砕工程は結束繊維の離解、繊維のフィブリル化
及び道管の破壊を図るためのものであって之までは専ら
刃部および溝部を有する金属製プレートを備えたディス
クリファイナ−により粗繊維をリファイニングする事で
之等の目的を達成させ様としていた。

しかし、この方法では多量のりファイニングエネルギー
が消費され、しかも結束繊維の離解、繊維のフィブリル
化及び道管の破壊は極めて不充分であった。

従って省エネルギー及び高収率パルプの用途拡大のため
に、粗繊維の精砕を少ないエネルギーで効率良く行ない
得る方法の出現が強く望まれていた。

ディスクリファイバーの上記欠点を改善する事を目的と
した公知技術には例えば、 （１）リファイナーの刃部を金属粒子の焼結多孔質体で
構成したもの（米国特許３１６０３５５号）（２）刃部
及び合成樹脂などの充填材を有する溝部より成る金属製
リファイナー素子（特開昭５５−３０４２４号） （３）刃部及び摩砕面を有する溝部より成る金属製リフ
ァイナー素子（特開昭５５−３０４２５号）（４）刃部
及び溝部から成るリファイナー素子を研摩材と有機高分
子化合物より成る組成物で形成したもの（特開昭５５−
１３７２８８号）などがある。

之等の内、（１）は刃部におけるリファイニング作用の
効率向上を意図したもの、（２）〜（４）は溝部に補助
的なリファイニング作用を持たせ様としたものであり、
何れもリファイニング作用の主体は刃部であると考えら
れる。

一方、本発明者等はディスクリファイナ−の前記問題点
は製紙原料に摩砕作用を与える個所が極めて少ない事に
よるとの立場から、微小な凹凸より成る平面状摩砕部相
互の間隙でリファイニングを行なうという原理に基づい
た方法を提案しく特願昭５５−７１５４６号）、更に上
記原理によって製紙原料をリファイニングする場合には
製紙原料に作用する摩擦力の大きさが処理効率特にエネ
ルギー消費量に対して重要な因子である事を見出し、製
紙原料懸濁液を上記摩砕部相互の間隙に圧力を掛けて供
給し且つ製紙原料に作用する摩擦力の大きさを規定する
という方法を発明した（特願昭５５−１８５１２１号）
。

第１図は本発明者等による之等の発明を実施するための
装置の一例である。

この摩砕機は、裏当板２とナツト４によって駆動軸３に
取り付けられた回転砥石１及びリング状クランプ９によ
って裏渦板８に締着され原料供給口１０を備えた固定砥
石７を有しており、砥石１及び７には夫々摩砕部５及び
１１が設けられている。

原料供給口１０より導入された製紙原料懸濁液は摩砕部
５と駆動軸３との間の面６及び摩砕部１１と原料供給口
１０との間の面１２より成る空間１３を通過した後、摩
砕部相互の間隙１４に到達しリファイニング作用を受け
る。

所で本発明者等による先きの方法（特願昭５５−１８５
１２１号）では、上記の様な装置で製紙原料の処理を行
なうと処理条件または種紙原料の種類によって、摩砕部
・駆動軸間の面６及び摩砕部・原料供給口間の面１２（
以下、之等の面を原料通過面と言う）より成る空間（以
下、この空間を原料通過部と言う）に製紙原料が詰まり
原料を安定して供給する事が困難な場合があった。

そのため高い供給圧力が必要となったり、原料通過面と
製紙原料との間或いは製紙原料同志の間に摩擦が生じて
エネルギー損失が起こったり、更には原料通過部が完全
に閉塞されて処理が不可能となる事が多かった。

之等の現象は製紙原料懸濁液の濃度が高いと特に顕著に
なるため、先きの発明では比較的低い濃度で処理を行な
う必要があった。

そこで本発明者等は上記問題点を解決して原料の安定供
給及び処理濃度の向上を図るため、原料通過部に原料が
詰まる事の原因を調査した。

その結果、第１図に示した装置の様に原料通過面６及び
１２が砥石の粗面であると、製紙原料懸濁液の流れの摩
擦損失が大きくなるために上記の現象が起こる事を究明
した。

そして本発明者等は原料通過面を金属若しくは有機高分
子化合物より成る面として摩擦損失を小さくする事が上
記問題点の解決に役立つ事を見出した。

更に本発明者等は摩砕円盤の周速を充分に大きく保つ事
により原料通過部において製紙原料懸濁液に作用する剪
断量を高め製紙原料の分散を促進する事も上記問題点の
解決に寄与し得る事を見出した。

一方、摩砕円盤の周速が大きくなり過ぎると、摩砕部相
互の間隙にける流体摩擦損失（水の抵抗）が顕著に増大
して多量のエネルギーが浪費される事も明らかとなった
。

即ち本発明者等は摩砕円盤の周速に制約を設ける必要が
ある事を見出した。

本発明は以上の観点より成されたもので、摩砕部が特定
粒度の微粒子から成る平面であり且つ原料通過面が金属
または／及び有機高分子化合物である円盤型摩砕機に結
束繊維を含む製紙原料懸濁液を圧力を掛けて供給し且つ
摩砕円盤の周速に制限を加えて摩砕処理する事を特徴と
する新規な製紙原料の摩砕法を提供するものである。

以下、本発明について具体的に説明する。

まず原料通過面を金属または／及び有機高分子化合物と
する方法であるが、第１図の様な円盤型摩砕機の場合に
は原料通過面に有機高分子化合物を塗布して砥石の気孔
を充填する方法が第一に挙げられる。

また、第二の方法として有機高分子化合物または金属の
薄板或いはフィルムを原料通過面に接着させても良い。

更に第三の方法として第２図に一例を示した様に、駆動
軸３に皿状物体１５を取り付は且つ固定砥石７の裏当板
８に円環状物体１６を装着する事が挙げられ、之等の物
体は金属または有機高分子化合物で作製される。

なお、２等３種の方法を併用しても差支えなく、料えば
第２図の原料通過面３０及び３１に有機高分子化合物を
塗布しても良い。

以上の方法において使用される有機高分子化合物には熱
硬化性樹脂、熱可塑性樹脂、各種ゴム及び之等の混合物
などがあり、応等有機高分子化合物は必要に応じて充填
剤、町塑斎り硬化斉曵顔料、その他の添加剤を含ませる
事が出来る。

金属としては鋼、ステンレス鋼、銅、各種鋼合金、アル
ミニウム、各種アルミニウム合金などが挙げられる。

之等材料は第−及び第二の方法では主に砥石との接着性
、第三の方法では主として強度的性質の観点より選択さ
れる。

原料通過面を金属面とする他の方法として、既存のディ
スクリファイナ−に砥石摩砕部を取り付ける事が挙げら
れる。

第３図〜第５図はその一例であり、シングルディスクリ
ファイナ−の回転円盤１８及び固定円盤２６にホルダー
２０を介して円環状砥石２１を装着したものである。

ホルダー２０は鋼製であり、また円盤１８及び２６はス
テンレス鋼で造られているので、原料通過面２４及び３
２は金属面となる。

なお、原料通過面３３に有機高分子化合物を塗布する事
が出来る。

以上述べた総べての方法において、原料通過面は特に精
密な加工は不要であり、従って表面粗さを厳密に規定す
る必要はないが、一応の目安としては中心線平均粗さが
５０μ以下程度であれば好適である。

また、原料通過面の全体を金属または／及び有機高分子
化合物とする事が望ましいが、原料通過面の一部例えば
摩砕部の近傍などは粗面の侭でも差支えない。

更に第２図の１７及び第３図と第４図の２８の様に駆動
軸に撹拌羽根を取付けたり、第３図〜第５図に見られる
様にホルダー２０の原料通過面２４に放射状の溝２９を
設けたり、また図面には示していないが原料通過面に撹
拌羽根を付けたりすると、原料通過部における製紙原料
の分散がより促進されるので好都合である。

なお原料通過面に設けられる上記の溝または撹拌羽根は
相対向する原料通過面の両方に存在する事が望ましいが
、一方のみとする事も可能である。

次に本発明では摩砕部の周速に制限を設けるが、先ずそ
の下限について説明する。

原料通過部において製紙原料懸濁液は円盤の回転により
剪断力を受けるが、この作用は繊維の絡み合い、即ちブ
ロック化を抑制して原料の汁散状態を向上させるのに重
要な作用である。

従って剪断力が小さいと原料の分散状態が不良になり原
料通過部が詰まる事の一因となる。

実験の結果、摩砕部の外周における周速が１０ ｍ／ｓ
ｅ以上であると製紙原料の分散状態が良好になる事が認
められた。

摩砕部の周速の上限については、周速を増すと水の粘性
に基づくエネルギー損失が増大する事は従来のディスク
リファイナ−でも周知の事実である力ζ本発明では摩砕
部の全面若しくは大部分の面が微粒子で構成された平面
であり且つ摩砕部相互の間隙を可成り狭くして（通常０
〜５０μ）処理するため、水によるエネルギー損失の影
響が極めて大きい。

第６図は熊谷理機工業（株）製シングルディスクリファ
イナ−（１２インチ）に本発明の摩砕部（粒度８０番の
アランダム砥石）または溝付きスチールディスクプレー
ト（Ａ：１８０３４Ｎ）を取付は水のみを処理した場合
の実験結果であり、図中、実線は本発明の摩砕部を用い
た場合、点線は溝付きスチールディスクプレートを用い
た場合であり、■は摩砕部外用の相対周速（ｍ／ｒｓｅ
ｃ）を示す。

同−周速及び同−摩砕部間隙で比較すると、本発明で使
用される摩砕部の方が溝付きディスクプレートよりも水
による負荷が太きいが、周速を半減する事により水の負
荷を大幅に減少出来る事が判る。

従って本発明では摩砕部の周速の上限をも厳密に規定す
る必要があり、実験の結果、摩砕部の外周における周速
が４５７７Ｌ／ｓｅｃを超えるとエネルギー消費量が極
めで多くなった。

本発明では先きの発明（特願昭５５−１８５１２１号）
同様、摩砕部を刃及び溝が無い平面とするが、摩砕部を
構成する粒子の粒度はエネルギー消費量、単位時間当り
の処理量、製紙原料に作用する摩擦力などと密接な関係
にある事が本発明者らのその後の研究により明らかとな
った。

粒度がＪＩＳ６００１ （１９７３）に規定された粒度
の３６番よりも粗いと摩擦力が充分に作用しないため処
理量が小さく多量のエネルギーが消費される。

一方、粒度が１５０番より細かいと原料通過部に原料が
詰まり易くなったり、高い供給圧力が必要になったり、
繊維が切断され易くなって紙力が低下したりするので好
ましくない。

なお、上述した様に粒子の粒度と摩擦力とは良好な相関
関係にあるので、本発明では先きの発明で行なった摩擦
力の規定は不必要である。

本発明では摩砕部の全面に上記粒子が存在する事が望ま
しいが、摩砕部の一部１例えば摩砕砥石を円盤に取・り
取けるためのボルトの部分などは上記粒子が存在しなく
ても差支えない。

相対向する一方の摩砕部と他方の摩砕部とは一般には同
一粒度の粒子で構成されるが、両摩砕部の粒子の粒度を
異なるものとする事も可能である。

また異なる粒度の粒子を混合したもので摩砕部を形成す
る事も出来、更に摩砕部を同心円状に分割して例えば内
周のもの程粒度を粗くする事なども可能である。

粒子の種類としては酸化アルミニウム、炭化ケイ素、炭
化ホウ素、炭化チタン、炭化タングステン、窒化ホウ素
、人造ダイヤモンドなどの人造研摩材及びザクロ石、鋼
玉、エメリー、ケイ石、ダイヤモンドなどの天然研摩材
が挙げられるが、酸化アルミニウムと炭化ケイ素が最も
一般的である。

２等粒子の結合剤としてはビトリファイド、シリケート
、オキシクロライドなどの無機質結合剤及びレジノイド
、ゴム、セラックなどの有機質結合剤が使用可能である
。

また金属や合成樹脂などの粒子の焼結体も摩砕部として
用い得る。

本発明の摩砕部は一般には円盤の中心軸に対して垂直な
環状平面であるが、傾斜した環状面とする事も出来、ま
た凸面或いは凹面とする事も可能である。

製紙原料懸濁液の濃度については、本発明では原料通過
部の改良及び周速の規定により先きの発明よりも高い濃
度でも処理が可能となり、一般には固形分濃度０．５〜
６．０重量％が望ましい。

この様に本発明では先きの発明よりも高い濃度で処理を
行なう場合があるので、製紙原料懸濁液の供給圧力とし
ては０．２〜１０． Ｏｋｙ／ｃＴ１１（ゲージ圧）の
圧力が必要である。

摩砕部相互の間隙はＯ〜５０μが好適であるが、製紙原
料に著量の粗大結束繊維が含まれている場合などは予備
処理として５０〜３００μの間隙で処理する事もある。

本発明を実施するための円盤型摩砕機としては、シング
ルディスクリファイナ−、ダブルディスクリファイナ−
などの一般に製紙工業で使用されるディスクリファイナ
−及びコロイドミルなどの湿式微粉砕機が使用可能であ
るが、本発明の基本思想に合致するものであればその他
如何なる摩砕機でも使用出来る。

なお、上記ダブルディスクリファイナ−には１枚の回転
円盤の両側に固定円盤を設けたものと、２枚の円盤が互
いに逆方向に回転するものとがあるが、周速を考慮する
と前者の方が望ましい。

本発明によって処理される製紙原料としては、砕木法、
加圧式砕木法、リファイナー砕木法、す−セメカニカル
法、ケミメカニカル法、セミケミカル法などの高収率パ
ルプ化法によって得た粗繊維及び精砕繊維、高収率パル
プを含む古紙及びパルプ工場の精選工程で発生する粕な
どが挙げられるが、化学パルプ或いは化学パルプより成
る古紙の処理に本発明を適用する事も可能である。

以上詳述した通り、本発明方法は本発明者等による先き
の発明を改良して原料の安定供給及び処理濃度の向上を
可能としたものであり、実用的価値が一段と高まったと
言える。

次に実施例を挙げて本発明を更に詳細に説明するが、本
発明は以下の実施例により何らの制約をも受けるもので
はない。

実施例 １ 第１図に示した円盤型摩砕機（コロイドミル）※※の原
料通過面６及び１２にエポキシ樹脂（アラルダイト接着
剤）を塗布したものに、マツ材チップを通常のディスク
リファイナ−で常圧下で処理して得た粗繊維（Ｐ水産４
３０ｍ１Ｃ，５−Ｆ−）の懸濁液を固形分濃度２．０重
量係でポンプにより供給し摩砕処理を行なった。

使用した摩砕機の回転砥石１及び固定砥石７は何れも粒
度６０番のビトリファイド砥石（アランダム）で、摩砕
部外径は２５４ｍｍ、同内径は１９２關である。

一方、比較のため上記摩砕機において原料通過面６及び
１２を砥石面の侭としたもので同一粗繊維を処理した。

以上の処理における処理条件、処理後のパルプの沖水度
及びエネルギー総消費量（アイドリング損失を含む）は
第１表の通りである。

また、何れの場合も処理後のパルプ中の結束繊維は極め
て少なかった。

第１表から明らかな様に本発明によれば原料通過部に粗
繊維が詰まる事が無いので、供給圧力を低く出来、また
エネルギー消費量も少なくなる。

実施例 ２ 熊谷理機工業（株）製１２インチシングルディスクリフ
ァイナ−の摩砕部に第３図〜第５図に示した通り鋼製ホ
ルダー２０を介して粒度８０番のビトリファイド砥石（
アランダム）２１を取付けたものに、前記粗繊維の固形
分濃度４．２重量係懸濁液をポンプにより供給して摩砕
処理を行なった。

このシングルディスクリファイナ−の原料通過面２４は
ステンレス鋼であり、摩砕部外径は３００ｍｍ、同内径
２０４ ｍｍである。

摩砕部の外周における周速は２３．６ｍ／ｓｅｃとした
が、比較のため４７．１ｍ ／ ｓｅｃでも処理を行な
った。

一方、他の比較実験として、摩砕部外径が９４ ｍｙｔ
、同内径が６８ｍｍである第１図の円盤型摩砕機に粒度
８０番のビトリファイド砥石（アランダム）１及び７を
装着し且つ原料通過面６及び１２は砥石面の侭としたも
のを用い、同一粗繊維の固形分濃度２．０重量受の懸濁
液をポンプで供給して摩砕処理を行なった。

なお、この比較実験において処理濃度３．０重量係で摩
砕する事を試みたが、原料通過部１３が粗繊維によって
閉塞されたため摩砕は不可能であった。

以上の処理における処理条件、処理後のパルプの枦水度
及びエネルギー消費量は第２表の通りで※ある。

また何れの処理においても得られたパルプ中の結束繊維
は僅かであった。

第２表に示されている様に本発明では原料通過面が金属
面であり、また撹拌羽根２８及び溝２９が設けられてい
る事もあって本発明者による先きの発明（比較実験１）
よりも高い濃度で処理する事が出来た。

一方、周速が大きくなり過ぎると水によるエネルギー損
失が激増するためエネルギー総消費量が著しく多くなる
事も明らかになった（比較実験２） 実施例 ３ 第１図の円盤型摩砕機に摩砕部外径２５４ｍｍ、同内径
１５４ｍｍの粒度６ｏ番またはＩ ００’番のビ゛トリ
ファイド砥石（アランダム）を取付け、前記粗繊維を固
形分濃度２．０重量％でポンプにより供給して摩砕処理
を行なった。

原料通過面は何れの場合も実施例１同様エポキシ樹脂と
した。

之等の処理における処理条件、処理後のパルプの沖水度
、エネルギー消費量、粗繊維に作用する摩擦力及びＪＩ
Ｓ法により調製した手抄き紙の紙質は第３表の通りであ
り、又何れの手抄き紙にも結束繊維は殆んど認められな
かった。

第３表中の摩擦力は下式により算出したものである 式中、ｆは粗繊維と摩砕部との単位接触面積当り摩擦力
（ｋｇ／ｃＩｌ！ ）、ｄは粗繊維の絶乾見掛は比重Ｃ
ｋｇ／ｍ” ）、ｐは粗繊維摩砕時の負荷（ｋｐｍ／ｓ
ｅｃ ）、ｐｗは粗繊維摩砕時と同一条件下で水のみを
処理した時の負荷（ｋｆｍ／ｓｅｃ ）、Ｃは粗繊維懸
濁液の固形分濃度（ｋｇ／ｍ” ）、ωは回転砥石の角
速度〔１／ｓｅｃ ）、ｒｏは摩砕部の外半径〔ｍ〕、
ｒｌは摩砕部の内半径（ｍ）である。

之等の実験結果より、摩砕部を構成する粒子の粒度か細
くなると大きな摩擦力が得られるので単位時間当りの処
理量が多くなり、従って主に水及びアイドリングによる
損失が減少するためエネルギー総消費量が少なくなる事
が判った。

また粒度が粗い方が供給圧力が低くて済み、更に繊維の
切断が起こり難いので紙力が向上する傾向も認められた
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明及び本発明者等による先きの発明を実施
するための円盤型摩砕機の一例を示す縦断面図、第２図
は本発明を実施するための円盤型摩砕機の他の一例を示
す縦断面図、第３図は既存のシングルディスクリファイ
ナ−に摩砕砥石を取付けたものの縦断面図、第４図は第
３図のＡ−Ａ線における回転円盤の正面図、第５図は第
３図のＢ−Ｂ線における固定円盤の正面図であり、何れ
も本発明に関連する部分のみを示す概要図である。 第６図は水による負荷と摩砕部相互の間隙との関係を示
す図である。 第１図〜第５図中、１・・・・・・回転砥石、２・・・
・・・裏当板、３・・・・・・駆動軸、４・・・・・・
ナツト、５・・・・・・摩砕部、６・・・・・・原料通
過面、７・・・・・・固定砥石、８・・・・・・裏当板
、９・・・・・・リング状りランフ； １０・・・・・
・原料供給口、１１・・・・・・摩砕部、１２・・・・
・・原料通過面、１３・・・・・・原料通過部、１４・
・・・・・摩砕部間隙、１５・・・・・・皿状物体、１
６・・・・・・円環状物体、１７・・・・・・撹拌羽根
、１８・・・・・・回転円盤、１９・・・・・・駆動軸
、２０・・・・・・ホルダー、２１・・・・・・砥石、
２２・・・・・・摩砕部、２３・・・・・・摩砕部間隙
、２４・・・・・・原料通過面、２５・・・・・・原料
通過部、２６・・・・・・固定円盤、２７・・・・・・
原料供給口、２８・・・・・・撹拌羽根、２９・・・・
・・溝、３０．３１，３２，３３・・・・・・原料通過
面。 （

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 相対向する円盤の向い合った夫々の面に、円周方向
   に連続し且つ刃及び溝を有しない帯状の摩砕部を有し、
   該摩砕部の全面若しくは大部分の面がＪＩＳ Ｒ６０
   ０１（１９７３）に規定された３６〜１５０番に相当す
   る粒子か、ら成る平面であり、且つ相対向する一方の摩
   砕部と駆動軸との間の面及び相対向する他方の摩砕部と
   中心周囲に設けた原料供給口との間の面全体或いは大部
   分が金属または／及び有機高分子化合物より成る摩砕機
   に、結束繊維を含む製紙原料懸濁液を０．２〜１０．Ｏ
   ｋｙ／ｄ（ゲージ圧）の圧力で供給し且つ前記両摩砕部
   の外周における相対周速を１０〜４５ ｍ１ｓｅｃとし
   て摩砕処理する事を特徴とする製紙原料の摩砕法。 ２ 相対向する一方の摩砕部と駆動軸との間の面及び相
   対向する他方の摩砕部と中心周囲に設けた原料供給口と
   の間の面の両方若しくは一方に放射状の溝を有する特許
   請求の範囲第１項に記載の製紙原料の摩砕法。 ３ 相対向する一方の摩砕部と駆動軸との間の面及び相
   対向する他方の摩砕部と中心周囲に設けた原料供給口と
   の間の面の両方若しくは一方に撹拌羽根を有する特許請
   求の範囲第１項に記載の製紙原料の摩砕法。 ４ 駆動軸に撹拌羽根を取り付けた特許請求の範囲第１
   項ないし第３項中の何れか１項に記載の製紙原料の摩砕
   法。 ５ 製紙原料懸濁液の固形分濃度が０．５〜６．０重量
   係である特許請求の範囲第１項ないし第４項中の何れか
   １項に記載の製紙原料の摩砕法。 ６ 摩砕部相互の間隙が０〜３００μである特許請求の
   範囲第１項ないし第５項中の倒れか１項に記載の製紙原
   料の摩砕法。