JPS59636B2 - 広葉樹から製造した製紙用パルプの処理法 - Google Patents

広葉樹から製造した製紙用パルプの処理法

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JPS59636B2
JPS59636B2 JP5832380A JP5832380A JPS59636B2 JP S59636 B2 JPS59636 B2 JP S59636B2 JP 5832380 A JP5832380 A JP 5832380A JP 5832380 A JP5832380 A JP 5832380A JP S59636 B2 JPS59636 B2 JP S59636B2
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は広葉樹材を原料として製造した化学パルプの処
理法、さらに詳しくは該化学パルプから調製された紙を
印刷に供するに際して、上記パルプに含有される導管要
素に起因する、いわゆる導管ムダの発生を防止するため
の上記化学パルプの処理法に係る。
広葉樹材を原料とする化学パルプは、針葉樹材を原料と
する化学パルプが、はとんど仮導管と呼ばれる構成要素
から成っているのに対し、木繊維、柔細胞および導管要
素を主要構成要素としており、これらの構成要素の形態
的特徴から、上記化学パルプから紙層構造を形成するに
際して、針葉樹を原料とする化学パルプとは、異った性
状を示すことが知られている。
一般に、導管要素は、細胞直径が木繊維などに比して大
きく、且つ細胞膜が薄いため、紙層構造の中では押し潰
されて扁平な状態となり易い。
このような状態の導管要素が紙層の表面に位置した場合
、このような紙層のオフセット印刷においては、導管ム
ダ(ベッセル・ピック)の原因となり、印刷工程上大き
な障害となる。
すなわち、オフセット印刷における導管ムダの現象は、
導管要素がその形態的特徴から木繊維などの紙層構成要
素と絡み合い難く、その結果紙層構造内での結合が不十
分なことに起因している。
このことは、製紙用原料として広葉樹材を使用すること
に伴う問題点であるが、従来、経験的に樹種により導管
ムダの発生程度に差異のあることが知られている。
すなわち、導管ムダの発生程度の大きい樹種の導管要素
は、一般にその形状に大型のものが多いので、大型の導
管要素をもつ樹種を原料とする化学パルプから紙を製造
する場合には、導管ムダに対する適切な対策が要求され
る。
例えば、現在熱帯性広葉樹の製紙用原料としての利用が
難しいとされている理由の一つは適切な導管ムダ対策が
確立していないためと言っても過言ではない。
而して、製紙用原木資源の逼迫は広葉樹の使用を促進し
たが、上記導管ムダ発生の問題は、現在採用されている
多くの対策をもってしても使用可能樹種の制約を止むな
くしているものである。
従来、上記導管ムダの発生を防止するための対策として
一般に行われている方法としては、先ず第一に、導管ム
ダ発生の可能性のある樹種の排除又は量的な制限が挙げ
られる。
しかし、これは利用可能資源量に制約を与えるものであ
って広葉樹資源の活用にならない。
すなわち、広葉樹である限り導管要素を必らず含んでお
り、導管ムダの問題が皆無であることはあり得ない。
したがって、導管ムダの発生が比較的軽微な樹種を選択
して使用することがこれまで最大の対策とされて来た。
また、上記導管ムダの発生を積極的に防止する対策とし
ては原料パルプの叩解を強化し、十分低フリーネスまで
叩解する方法、紙層内の導管要素、の結合を促進するた
めの接着剤を内部添加する方法、サイズプレスあるいは
サイズ槽などにおける接着剤の塗布によるいわゆる表面
サイズ処理法などが有力な方法として実用化されている
さらに、これらの方法について多くの改善が提案がされ
ている。
例えば、叩解による方法において通常の叩解法ではカナ
ディアン・スタンダード・フリーネスを通常用いられる
400rrtl程度まで叩解しても導管要素の形状はほ
とんど変化しないことが知られており(浜田忠平・松本
博次;木材学会誌、23巻第7号336頁(昭和52年
)、緒方康利;紙パ技協誌32巻第6号377頁(昭和
53年))、浜田らは、カナディアン・スタンダード・
フリーネス245m1では導管要素は若干変形するがフ
ィブリル化の度合は少く、カナディアン・スタンダード
・フリーネス110m1になると導管要素の変形および
フィブリル化は著しくなると報告しており、導管要素を
変形、破壊するためには極度に強い叩解が必要なことを
示唆している。
しかし、浜田らはさらに高濃度叩解法を採用すれば、カ
ナディアン・スタンダード・フリーネス380m1程度
でも導管要素に変形が認められ、導管ムダの防止に有効
であることを報告している。
また、米国のバード等は、偏心型のりファイナ−による
高濃度叩解が導管ムダの防止に著効があることを報告し
ている( V、L、 Byrd 、 R,A。
Hord and D、J、Fahey: Papa
r Trade J、、151、(46)、55(
Nov、、13.1967)、V、L、Byrd a
nd D、 J 、Fahey : PaperT r
ade J、、153、(47)、54 (Nov、
、24.1969))。
また、接着剤を使用する方法においても、その種類、使
用条件などについて多くの提案がなされているが導管要
素の存在による紙の性能上の劣化は避けられない。
すなわち、賭方も述べているように、パルプ中の導管要
素の存在は、それより抄紙した紙の緒特性の劣化をもた
らすので出来ることならパルプから完全に除去すること
が望ましい。
しかし、このことは技術的にも経済的にも不可能であり
、したがって、導管要素を出来るだけ破壊して導管要素
の影響を少くする叩解方法を選択することが考慮。
される。
而して、パルプは叩解を進めるにしたがって、一般に乾
燥時のシート収縮率が増大し、湿度変化によるシートの
寸法変化率が大きくなることは良く知られている。
さらに、高濃度叩解法を採用した場合には、通常の叩解
度程度の叩解においても低濃度叩解法を採用した場合に
比べ乾燥時のシート収縮率が増大すると共に紙の寸法安
定性が劣化することも知られている。
すなわち、導管ムダの防止対策としての叩解による方法
には基本的に問題点が内包されていると言える。
本発明者らは、上述したごとき欠点を伴うことな(、広
葉樹材から製造した化学パルプが含有する導管要素に起
因する導管ムダの防止対策について検討した結果、上記
化学パルプ中の導管要素を液体サイクロンのごとき手段
を適用することにより有利に分離し濃縮して、導管要素
含有率が減少した部分と導管要素含有率が増大した部分
に分画し得ること、およびこのようにして得られる前者
の分画部分に低濃度叩解処理を施し、一方後者の分画部
分に高濃度叩解処理を施すことにより導管要素が有効に
破壊し得ることの知見を得て本発明をなすに至った。
したがって、本発明の目的は、広葉樹を原料として製造
した化学パルプをそれに含まれる大型導※※管要素を分
離し、破壊もしくは変形させることにより、印刷時に導
管ムダを発生しない抄紙を調製するのに適した形態にす
るための該化学パルプの処理法を提供することにある。
以下本発明の詳細な説明する。
本発明では広範囲な樹種の広葉樹材を原料として用い従
来公知の方法により製造して得られる化学パルプを処理
対象として使用し得る。
このようにして製造した化学パルプは水性懸濁液の形態
で、該化学パルプに含有される導管要素を分離し、濃縮
する手段に付される。
ここで言う導管要素を分離し、濃縮する手段とは、上記
懸濁液中の固体分を遠心式に分離する装置を意味し、典
型的なものとして液体(湿式)サイクロンを例示し得る
上記化学パルプの水性懸濁液を上記手段により処理する
と該化学パルプに含有されていた導管要素が分離されて
、上方からの溢流部分の導管要素含有率が減少し、一方
下方からの排出部分に導管要素が濃縮されてその含有率
が増大するようになる。
すなわち、液体サイクロンを使用する場合、上記水性懸
濁液を該サイクロンの入口に切線的に圧入すると、溢流
上昇管から導管要素含有率の減少した部分が溢流し、一
方円錐下端から導管要素含有率の増大した部分が排出し
て、該水性懸濁液は上述したごとく各部分に分画される
この分画に際してはパルプの水性懸濁液の濃度は0.5
%以下にすることが好ましく、パルプ濃度が0.5%よ
り高くなるにしたがって上記分画効果が低下するので留
意する必要がある。
液体サイクロンによるパルプ中の導管要素の分離効果に
与える上記パルプ濃度の影響を試験した結果を下記表1
に例示する。
なお、パルプとしてオーストラリア産のユーカリBKP
を用いた。
上記表1に示した試験結果から明らかなごとく、パルプ
濃度が0.25%の水性懸濁液を処理した場合では原料
パルプ中の導管要素の含量が355個/■パルプ、その
平均面積がo、 0229 mr?t/個であったもの
が、溢流部分(以下アクセプトと称する)に含まれる導
管要素の量は310個/m9パルプ、その平均面積は0
.016m777個に減少し、一方排出部分(以下リジ
ェクトと称する)における導管要素の量は442個/m
9バルブ、その平均面積は0.0383mi/個にいず
れも増大している。
すなわち、パルプ中の導管要素はりジェットに濃縮され
ているのみならず、その太きさも増大している。
また、パルプの分離率によると原料パルプ中に存在して
いた355個/myパルプの導管要素は、アクセプト側
に215個、リジェクト側に137個の割合で配合され
たことになる。
したがって、リジェクトの分離率が約30%であること
を考慮するとりジェット側に大型の導管要素が選択的に
分離、濃縮されていることは驚くべき結果であると言い
得る。
なお、パルプ水性懸濁液中のパルプ濃度が0.5%では
導管要素の分離効果は十分に認められるも、075%に
なると該分離効果が低下して実用的でな(なる。
本発明による上述した分画操作は液体サイクロンを2段
階又は3段階方式で適用して行い得る。
例えば、上述のごとくしてパルプ水性懸濁液を分画して
得られるアクセプトをさらに第2液体ザイクロンに導入
して、さらに導管要素含有率を減少させることが可能で
あり、また、第1および第2の液体サイクロンからのり
ジェットを一緒にして第3液体サイクロンに導入してさ
らにアクセプトとりジェットに分画することも可能であ
る。
なお、いずれの場合にも液体サイクロンに導入する水性
懸濁液のパルプ濃度は0.5%以下にコントロールする
ことが好ましい。
次に、本発明では上述のごとく分画して得られるアクセ
プトとりジェットの各区分をそれぞれ別個に叩解処理す
る。
この叩解処理は、アクセプト(導管要素含有率を減少さ
せた部分)についてはパルプ濃度を10%未満の低濃度
で所定のフリーネスまで行い、リジェクト(導管要素を
増大させた部分)についてはパルプ濃度を10%以上の
高濃度で所定のフリーネスまで行うことが好ましい。
これは、アクセプトの叩解処理ではそのパルプ濃度が1
0%を越えると、後記実施例に示すごとく叩解処理後の
パルプを抄製して得られる抄紙の破断伸び(寸法安定性
の尺度となる)が大きくなり、一方リジエクトの叩解処
理ではそのパルプ濃度が10%より低いと叩解による導
管要素の破壊率が低下することに因る。
本発明により上述したごとく叩解処理するとパルプ中の
大型導管要素は破壊、変形されて木繊維1 と絡み合い
易くなるので、上記叩解処理した各区分を混合したもの
を、又は各区分を別々に抄紙して得られる紙においては
印刷時に導管ムダの発生が殆んどみられなくなる。
次に、参考としてパルプ中の導管要素含有率、・ 叩解
処理および導管ムダ発生との関係を試験した結果を示す
添附の第1図は、ラワン材を原料として用い実験室的に
製造したBKPについて松井らの方法(木材学会誌第2
4巻、第5号、1978年5月、: 第299頁参照)
に準拠してパルプ中の導管要素とその他の構成成分を分
離したのち、導管要素の含有率が2.5%、50%、7
.5%、10.0%となるように再配合し、それぞれの
再配合パルプをパルプ濃度5%、10%、20%でPF
Iミルを用いて一定フリーネスまで叩解し、手抄きシー
トにしたものについて、IGTユニバーサル型印刷試験
機によって印刷した際の導管ムダの発生状態を図示した
ものである。
第1図から明らかなように、導管要素含有率が少くなれ
ば導管ムダの発生は少くなる。
すなわち、導管要素含有率を減少させることは明らかに
導管ムダ対策として有効であることが実証される。
また、同図から明らかなように、再配合パルプを同一フ
リーネスまで叩解するに際し、叩解濃度を5%から10
%、さらに20%と増大するに従って導管ムダの発生は
減少する。
すなわち、適切な叩解濃度の選定により有効な導管ムダ
対策の実施が可能であることが実証される。
また、添附の第2図は、パルプから導管要素のみを分離
、捕集してPFI ミルで叩解したものと、該導管要素
をその含有率が10%になるごとく配合したパルプをパ
ルプ濃度10%でPFIミルで叩解したものとの導管要
素の破壊率をそれぞれ調べた結果を示したものである。
第2図から理解されるごとく、導管要素単独を叩解した
場合にはフリーネスが低下しても導管要素の破壊率はあ
まり高くならないが、一方導管要素が木繊維や柔細胞と
混在した状態で叩解するとき導管要素の破壊率が高くな
る。
すなわち、上記結果から本発明によりパルプの水性懸濁
液を液体サイクロンで処理して得られる上述したごとき
区分(このものは導管要素が木繊維や柔細胞と混在した
状態になっている)を叩解する場合導管要素の破壊が効
果的に行われることが実証される。
以上述べたごとく、本発明によると、従来広葉樹材を原
料として用いて製造した化学パルプが大型の導管要素を
含有する故にそれを抄紙して得られる紙が印刷時に導管
ムダを発生するという問題を該紙の寸法安定性を実質上
損うことなく、解決し得るので、本発明は広葉樹材を型
紙用パルプとして大巾に利用し得る途を開いたものと言
えるであろう。
以下に実施例を例示して本発明をさらに具体的に説明す
る。
実施例 1 白ラワン材を原料として実験室的に調製した未乾燥晒ク
ラフト・パルプ(以下L−BKPとイウ)を水道水で0
.25%パルプ濃度になるように稀釈した水性懸濁液(
実測パルプ濃度0253%)をダイ上/パワー・セント
リクリーナー#600型を用いて導管含有率を減少させ
た部分(アクセプト区分)と導管含有率を増大させた部
分(リジェクト)とに分画した。
分画の処理条件は、入口圧力3.0kg/ca、ノズル
径0.318mm(%インチ)トシタ。
上記分画により得られたアクセプト区分は、流量79.
8573/m1yr、パルプ濃度0.199%、カナテ
ィアン・スタンダード・フリーネス(以下C8Fと記す
)639ml、導管要素数158個/〜、パルプおよび
平均面積0.0260m17t/個であった。
これに対しリジェクト区分は、流量1.91 、e/m
1yt。
パルプ濃度1.981%およびC3F684m1であっ
て、該リジェクト中のパルプ絶乾量を全処理原料中のパ
ルプ絶乾量で除し、100分比で表わしたりジェット率
19.21%であり、導管要素数293個/〜パルプお
よび平均面積0.0622ma/個であった。
上述のようにして得られた各区分をPF■ミルにより種
々のパルプ濃度で叩解し、夫々C8F約40011Ll
ニ調成した後、JIS P8209により60f/m
の手抄紙をそれぞれ作製した。
これらの手抄紙についてIGTユニバーサル型印刷試験
機を用い、印刷速度1.5 m / sec、印刷線圧
18.75 kg/crn1インクのタック値12、温
度20±1℃、湿度65±3%RHの条件下で印刷して
導管ムダの発生状況を調べた。
さらに、上記各手抄紙の寸法安定性の尺度として破断ま
での伸びを測定した。
これらの結果を表2に示す。上記表から明らかなごとく
、PFIミル叩解時のパルプ濃度の増大に伴い導管ムダ
個数/100cystは急激に減少し、しかも導管ムク
1個当りの面積は微小化するが、同時に破断伸びも増大
する。
しかるに、アクセプト区分はパルプ濃度5%で、リジェ
クト区分は20%でそれぞれ叩解したものを混合抄紙し
たものは、導管ムダが未処理パルプの5%叩解時に比べ
、%以下に減少しなから破断伸びは殆んど同一であり、
明らかに導管ムダの発生防止効果が改善されることが理
解し得る。
又、アクセプト区分は、5%叩解時でも導管ムダが86
個/100c4を示し、未処理パルプの5%叩解の場合
に比し、導管ムダの発生防止が大巾に改善されている。
実施例 2 オーストラリア産ユーカリ100%で製造した工場製乾
燥晒クラフト・パルプ(以下E−BKP※※という)を
水動水で離解し、0.25%パルプ濃度になるように稀
釈した水性懸濁液を、実施例1と同様にダイヤ/パワー
・セントリクリーナー#600型によりアクセプト区分
とりジエクト区分に分画処理をした。
得られるアクセプト区分の導管要素数は310個/■パ
ルプ、平均面積0.0160 mt?t/個であり、一
方リジエクト区分の導管要素数は442個/ダパルプ、
平均面積0、0383m4/個およびリジェクト率30
.7%であった(なお未処理パルプの導管要素数は35
5個/■パルプ、平均面積o、 0229ma/個であ
った)。
これらの各区分をPF■ミル叩解し、60?/rrtの
手抄紙をそれぞれ作製し、これらの手抄紙についてIG
Tユニバーサル型印刷試験機により印刷して導管ムダ発
生状況を調べた。
その結果を表3に示す。
なお印刷に際してはタック値16のインクを使用した。
上記試験ではパルプとして白ラワンより導管ムダ発生傾
向の小さいユーカリパルプを用いたけれども実施例1で
採用した印刷条件より導管ムダを起し易い条件で印刷し
たため未処理パルプの導管ムダは大きな数字を示してい
る。
しかしながら、上記のごとく分画処理したアクセプト区
分では、常法の叩解に近い5%パルプ濃度での叩解でも
、未処理パルプに比べ約%以下の導管ムダを示すにとど
まり、したがって、導管ムダの発生防止が明らかに改善
されていることが理解し得る。
さらに分画処理におけるリジェクト率に相当するりジエ
クト区分をアクセプト区分に配合し、はぼ未処理パルプ
と同数の導管要素数を含むべきパルプにおいても、リジ
ェクト区分を20%パルプ濃度で叩解しておけば配合パ
ルプからの手抄紙の導管ムダは、未処理パルプを5%叩
解したものからの手抄紙に比し、約%に低下し、極めて
優れた導管ムダ減少効果を示した。
実施例 3 実施例2に使用したE−BKPをパルプ濃度 ※※0.
25%に稀釈した水性懸濁液を多段的にダイヤ/パワー
・セントリクリーナー#600型により分画処理しアク
セプト区分■および■とリジェクト区分の3区分を得た
その分画処理工程は第3図に示す通りである。
上記分画により得られた各区分の量比、導管要素数及び
導管の平均面積は表4に示す通りであった。
上記表にみられるとと(、アクセプト■の区分の導管要
素数95個/m9パルプ、平均面積0、0136ma/
個は、導管ムダの発生傾向の非常に小さいブナ材を原料
として製造した晒クラフト・パルプについて測定した導
管要素数1323個/■パルプ、平均面積0.0138
m4/個に比べ数値的にははるかに少く、平均面積にお
いてほぼ同等である。
したがって、アクセプト■の区分は導管ムダの発生傾向
の極めて小さいことを示している。
*これに対して、リジェクト区分は未処理原料に比して
導管要素数は2.5倍に濃縮されていると同時に、平均
面積は1.5倍を示しており、大型の部分が多くなって
いることを示している。
次に、上記各区分を原料として、通常製紙工場で用いら
れている円板型リファイナーを用いて下記表5に示す条
件で叩解し、60P/m手抄紙についてIGTユニバー
サル型印刷試験機により印刷し、導管ムダの発生状況を
調べた。
上記結果から理解し得るごとく、2段階方式で分画処理
して得られるアクセプト区分では通常採用される5%パ
ルプ濃度での叩解により、導管ムダの発生が極めて少な
い抄紙が得られることが実証し得る。
また、一方多段階方式で分画処理して得られるリジェク
ト区分では大型導管要素が多数濃縮されているにかかわ
らず、20%パルプ濃度という高濃度で叩解することに
より、フリーネスが約400m1程度の通常の範囲にあ
る場合でさえ、導管ムダ発生の少ない抄紙が得られる。
さらに又、5%叩解したアクセプト1区分と20%叩解
したりジエクト区分をそれぞれ80部と20部の割合で
混合したものからも導管ムダ発生の極めて少ない抄紙が
得られることが確認された。
【図面の簡単な説明】
第1図はラワン材を原料として用いて製造したBKPに
ついて導管要素の含有率と叩解濃度が導管ムダの発生に
及ぼす影響をグラフで示したものであって、縦軸は導管
発生個数(個/ 100C4)を示し、横軸は導管要素
含有率(%)を示す。 第2図は導管要素のみを分離してPF■ミルで叩解した
ものと導管要素を10%含有するごとく配合したパルプ
をパルプ濃度10%でPFIで叩解したものとの導管要
素の破壊率を対比してグラフで示したものであって、縦
軸は導管要素の破壊率(%)を示し、横軸はPF■ミル
の回転数(回)を示す。 なお、曲線における数値はC8F(ml)を示す。 第3図は本発明による分画を多段階方式で行う場合のフ
ローシートを示す。 F・・・・・・パルプ水性懸濁液、1乃至計・・・・・
すIJ−ナー、A・・・・・・アクセプト区分、R,R
1およびR2・・・・・・リジェクト区分、A1 ・・
・・・・アクセプト1区分、A2・・・・・・アクセプ
)II区分。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 広葉樹材を原料として製造した化学パルプを、該パ
    ルプ中に含有される導管要素を分離して濃縮する手段に
    より、導管要素含有率を減少させた部分と導管要素含有
    率を増大させた部分とに分画し、得られた各分画部分を
    別個に叩解処理するととを特徴とする、広葉樹から製造
    した製紙用パルプの処理法。 2 導管要素を分離して濃縮する手段が液体サイクロン
    である特許請求の範囲第1項記載の処理法。 3 分画を、上記化学パルプの水性稀薄懸濁液を液体サ
    イクロンの入口に切線的に圧入し、溢流上昇管から溢流
    する導管要素含有率を減少させた部分と、円錐下端から
    排出される導管要素含有率を増大させた部分とに分別す
    ることにより行う特許請求の範囲第1項又は第2項記載
    の処理法。 4 化学パルプの水性稀薄懸濁液のパルプ濃度が0.5
    %以下である特許請求の範囲第3項記載の処理法。 5 分画を、上記化学パルプの水性稀薄懸濁液を第1の
    液体サイクロンの入口に切線的に圧入し、溢流上昇管か
    ら溢流する導管要素含有率を減少させた部分と、円錐下
    端から排出される導管要素含有率を増大させた部分とに
    分別し、該分別により得られる導管要素含有率を減少さ
    せた部分をさらに第2の液体サイクロンにより同様にし
    てさらに導管要素含有率を減少させた部分と導管要素を
    増大させた部分とに分別することにより行う特許請求の
    範囲第1項記載の処理法。 6 分画を、上記化学パルプの水性稀薄懸濁液を第1の
    液体サイクロンの入口に切線的に圧入し、溢流上昇管か
    ら溢流する導管要素含有率を減少させた部分と、円錐下
    端から排出される導管要素含有率を増大させた部分とに
    分別し、該分別により得られた導管要素含有率を増大さ
    せた部分を水性液でパルプ濃度が065%以下になるご
    とく稀釈させたものをさらに第2の液体サイクロンによ
    り同様にして導管要素含有率を減少させた部分と導管要
    素含有率をさらに増大させた部分とに分別することによ
    り行う特許請求の範囲第1項記載の処理法。 7 分画を、上記化学パルプの水性稀薄懸濁液を第1の
    液体サイクロンの入口に切線的に圧入し、溢流上昇管か
    ら溢流する導管要素含有率を減少させた部分と、円錐下
    端から排出される導管要素含有率を増大させた部分とに
    分別し、該分別により得られる導管要素含有率を減少さ
    せた部分をさらに第2の液体サイクロンによりさらに導
    管要素含有率を減少させた部分と導管要素含有率を増大
    させた部分に分別し、上記第1液体サイクロンおよび第
    2サイクロンから分別して得られる導管要素含有率を増
    大させた部分の各々を第3液体サイクロンにより導管要
    素含有率の減少させた部分と導管要素含有率をさらに増
    大させた部分とに分別することにより行う特許請求の範
    囲第1項記載の処理法。 8 分画により得られる導管要素含有率を減少させた部
    分を10%未満のパルプ濃度で叩解処理し、導管要素含
    有率を増大させた部分を少くとも10%のパルプ濃度で
    叩解処理する特許請求の範囲第1項乃至第7項のいずれ
    かに記載の処理法。
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