JPS59637B2 - 製紙原料処理方法 - 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する
ものであり、更に詳しくは結束繊維を含んでいる一応の
解繊済製紙原料懸濁液を、少なく共１枚が回転する２枚
の円板状物体の相対面する側に設けられている微小な凹
凸から成る摩砕部の間隙を通過させることを特徴とする
製紙原料の処理法に係るものである。

製紙工業においては、クラフトパルプ、サルファイドパ
ルプなどの化学パルプ：および砕木パルプ、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
率パルプを原料として紙を抄造しているが、高収率パル
プは木材資源の有効利用の観点から近年益々その重要度
を増して来ている。

高収率パルプの製造においては、先ず木材に直接機械力
を作用させるか、若しくは加熱或いは薬液前処理を施し
て後に機械力を作用させて解繊を行なうが、解繊工程後
の繊維、即ち解繊繊維は常に著量の結束繊維を含んでお
り、且つリグニン含量が多いので極めて剛直である。

抄紙原料に結束繊維が含まれていると、抄紙時に紙切れ
が起こり易（、得られる紙の外観が著しく不良であり、
またピッキング或いは印刷面不良など印刷適性の点でも
多く問題を残す。

しかし既存の精選装置を用いて結束繊維のみを選択的に
分離することは殆んど不可能である。

また解繊繊維は前述の如（剛直であるので、繊維を所謂
フィブリル化状態にして繊維間結合能力を高める様努力
する必要がある。

更に広葉樹材から製造されたパルプを抄紙原料とする場
合、広葉樹材の構成要素である道管はフィブリル化し難
いので繊維との馴染みが悪く、紙の表面に道管が存在す
るとベッセルピックや平滑性低下の原因となるが道管の
みを分離することは依然極めて困難である。

以上述べた如く、高収率パルプ化法によって得た解繊繊
維を抄紙原料として使用するに当っては、結束繊維の離
解、繊維のフィブリル化および道管の破壊（広葉樹材の
場合）を図るための処理、即ち精砕工程が不可欠であり
、現在では、この目的に対し専らディスクリファイナ−
にょろりファイニングで達成させ様としている。

しかし、この方法では結束繊維の離解および道管の破壊
は極めて不充分にしか行なわれておらず、また高収率パ
ルプ化法で得られた剛直な繊維はバーのエツジによって
切断されるのみのものが多いので、フィブリル化も起こ
り難い。

更にディスクリファイナ−は多量のりファイニングエネ
ルギーを消費するという問題点をも有しており、この傾
向は製紙原料濃度が１５〜３０％の所謂、高濃度リファ
イニングにおいて特に顕著である。

この事実はエネルギーが繊維間に発生する摩擦熱として
浪費されることによるものである。

高収率パルプ化法によって得た解繊繊維のりファイニン
グに関する之等の問題点の中で結束繊維についてをζ例
えば特公昭４５−２０１２２号の方法で結束繊維を含む
製紙原料にアルカリ性媒体中で圧縮力および剪断力を作
用させることによって成る程度は解決している。

けれ共、この方法では圧縮力を働らかせて結束繊維が自
由に運動出来ない様に制限した状態に置くことが必要で
あり、この目的をディスクリファイナ−によって達する
には高濃度リファイニングが望ましい。

また、この方法ではアルカリを使用するので・排液回収
が必要であり、パルプが着色したり紙の無透明度が低下
するといった問題点もあった。

更に解繊温度が比較的低い条件下で得られた解繊繊維の
場合にはその効果が小さいという欠点もあった。

なお、従来より、摩砕部が天然砥石または人造砥石から
成るディスクリファイナ−が周知であるが、この場合も
リファイニングはバーのエツジによって行なわれるので
、ディスクリファイナ−の前記問題点は何ら解決される
ものではない。

以上の様に従来の製紙原料の処理方法では多量のエネル
ギーを消費し結束繊維の離解、繊維のフィブリル化およ
び道管の破壊を図っていたのであり、且つ之等の効果の
程度は未だ充分なものではなかった。

本発明者等はディスクリファイナ−によるリファイニン
グの上記問題点について研究した結果、ディスクリファ
イナ−では解繊繊維にエネルギーを伝達する力の作用点
が極めて少ないことが、その原因であることを解明した
。

作用点が少ないと総べての結束繊維および道管にエネル
ギーを均等に与えることが極めて困難であり、また繊維
は局所的に衝撃的な剪断力を受けるので切断され易く、
この現象は柔軟性に乏しい高収率のパルプ化法の解繊繊
維の場合には特に著しい。

即ち繊維の長さは針葉樹材で３羽前後、広葉樹材で約１
．ｍｍであるのに対し、ディスクリファイナ−のバーお
よび溝の幅は２〜５關程度であるから第１図ａに示した
従来法における繊維１本当りの力の作用点の数を示す模
式図の様に繊維にエネルギーを伝達するバーのエツジと
繊維との接触点は繊維１本当り精々２個所に過ぎない。

なお高濃度リファイニングによればエツジから繊維に与
えられる衝撃力は成る程度分散されるため繊維の切断が
起こり難くなるので高収率パルプ化法の解繊繊維の場合
に屡々利用されているが、前述の通り著量のりファイニ
ングエネルギーが必要である。

本発明者等は以上の知見に基づき省エネルギーおよびよ
り一層品質の良い紙を造るという立場から、従来法の問
題点を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、本発明法にお
ける繊維１本当りの力の作用点の数を示す模式図である
第１図すの如く繊維長３ｒｎ７１Ｌ、凸部の間隔の平均
値を１５０μｍとして繊維にエネルギーを伝達する力の
作用点を大幅に増加させる工夫をすることによって、即
ち微小な凹凸から成る摩砕部の間隙に製紙原料懸濁液を
通過させるという新規な方法によって従来法より比較的
少ないエネルギーで結束繊維の離解、繊維のフィブリル
化および道管の破壊を効率良く達成出来ることを見出し
本発明を完成した。

以下、図面により本発明方法について詳細に説明する。

第２図は本発明方法を実施するための２枚の円板の縦断
面図、第３図は第２図におけるＡ−Ａ線断面図である。

図中１は駆動軸５によって回転する円板、２は開口部６
を有する固定円板、３及び４は摩砕部、７及び８は原料
通過面である。

なお図の装置は本発明方法を実施するための装置の一例
に過ぎず、本発明の基本思想を逸脱しない範囲でその構
造を改変し得ることは言うまでもない。

この様な構造において、開口部６より製紙原料懸濁液を
送入すると、製紙原料は円板１０回転により摩砕部３，
４０間隙で、リファイニング作用を受けた後、外周から
排出される。

ここで摩砕部に要求される第一の要件は摩砕部を微小な
凹凸で構成して力の作用点を多（することであり、この
目的は総べての結束繊維および道管にエネルギーを均等
に与え、且つ繊維が局所的に衝撃的な剪断力を受けない
様にすることである。

実験の結果、力の作用点を繊維１本当り６個所以上にし
た時、即ち摩砕部の凸部の間隔の平均値を１０００μｍ
以下とした時に之等のことが効率良く行なわれることが
認められた。

一方、力の作用点の数が増加すると作用点１個所当りの
エネルギーは減少するので、作用点の数には上限が存在
している。

実験によると、この数を６００個所よりも多くすると、
即ち摩砕部の凸部の間隔の平均値を１０μｍより小さく
すると繊維のフィブリル化が起こり難くなることが判明
した。

従って本発明方法では摩砕部に設けた凹凸の凸部の間隔
の平均値を１０〜１０００μｍとする必要があり、１０
０〜５００μｍの範囲がより一層好都合である。

摩砕部が満たすべき第二の要件は、その間隙を繊維幅と
同程度に維持することである。

この要件を前記要件と組合わせることにより結束繊維を
単繊維にまで離解し繊維にエネルギーを均等に与えてフ
ィブリル化させ、また道管を繊維幅と同程度にまで破壊
することが可能である。

一般に繊維の幅は１０〜５０μｍであるから本発明にお
ける摩砕部の間隙は基本的にはこの範囲とすべきである
。

但し例えば薬液前処理して得た解繊繊維の場合には繊維
は成る程度柔軟化しているので摩砕部の間隙を繊維幅よ
り狭くする方が望ましいこともある。

また結束繊維、或いは道管には幅が５００μｍに達する
巨大なものも存在するが、之等を含む製紙原料を処理す
る場合には先ず間隙を繊維幅上り広くして処理して後、
漸次間隙を狭め最終的には繊維幅と同程度の間隙で処理
した方が好結果を得る場合もある。

実験の結果、この様な多段処理においては第１段目の間
隙を３００μｍ以下とした時にその効果が発揮されるこ
とが判った。

以上の理由から本発明方法における摩砕部の間隙は５〜
３００μｍの範囲とすべきである。

摩砕部が満たすべき之等二つの要件について模式的に示
したのが第１図すである。

更に摩砕部に要求される第三の要件として、その全面若
しくは大部分の面を前記微小凹凸で構成して砥石状平面
にすることが挙げられる。

このことは解繊繊維がエネルギーを殆んど与えられずに
摩砕部を通過することがない様にするためである。

従って本発明方法における摩砕部には半径方向に貫通し
た溝が存在しないことが望ましい。

ただし、製紙原料懸濁液の摩砕部への流入を容易にさせ
るため、例えば、摩砕部の内側端付近に溝を設けること
は可能である。

摩砕部が以上、三要件を満たしていると製紙原料濃度の
高低に拘わらず結束繊維および道管はその運動を極端に
制限されるので、従来法の様に高濃度で圧縮力を働らか
せることは全く不必要となる。

製紙原料濃度が高いとりファイニングエネルギーの一部
若しくは大部分が繊維間に発生する摩擦熱として損失さ
れるので好ましくなく、更に製紙原料にエネルギーを均
等に与えることが困難となる。

実験の結果、製紙原料懸濁液の濃度が３．０％を超える
と之等の現象が起こることが認められた。

一方、濃度が低過ぎると水を摩砕部に通過させるための
エネルギーが増大するので好ましくない。

従って本発明方法で処理される製紙原料懸濁液の濃度は
固形分濃度０．１〜３．０重量％であると好適である。

本発明方法において摩砕部を構成する物質としては通常
の砥石の原料と同様、天然石或いは酸化アルミニウム、
炭化硅素などの砥粒を結合した人造石が適当であり、ま
た金属粒を焼結させたものも用い得る。

摩砕部だけでなく原料通過面７，８をも、更には円板状
物体の全体を之等の物質で構成することも可能であり之
等の場合、原料通過面は所謂、粗砕部として機能するの
で極めて好都合である。

なお原料通過面にバーおよび溝を設けてポンプ作用を発
揮させ、製紙原料懸濁液が摩砕部に圧入される様にして
も差支えない。

また摩砕部３，４の凸部の平均間隔な一般に同一である
が、製紙原料によっては異なる平均間隔のものを具えた
方が好結果を得る場合もある。

本発明方法では少なく共１枚の円板状物体を回転させて
剪断力を得るのであるが、その回転数は両日板状物体間
の外周の相対速度差が５〜２００ｍ／ｓｅｃの範囲にな
る様に設定される。

本発明方法によって処理される製紙原料は木材に直接機
械力を作用させるか、若しくは加熱或いは薬液前処理し
た後、機械力を作用させて得た高収率パルプの解繊繊維
であるが高収率パルプを含む古紙或いは高収率パルプの
精選工程で発生する粕の処理にも有効である。

また化学パルプを本発明方法によって処理することも可
能である。

以上詳述した如く、本発明方法で高収率パルプの解繊繊
維を処理することによって比較的少ないエネルギーで結
束繊維の離解、繊維のフィブリル化および道管の破壊を
効率良く達成出来るので紙※※パルプ業界の発展に寄与
する所が極めて大きい。

次に実施例を挙げて本発明を更に詳細説明する。

実施例 １ 松材チップを通常のディスクリファイナ−で処理して得
た解繊繊維（Ｐ水産５００ｍ１Ｃ，Ｓ、Ｆ ）を第２図
および第３図に示した装置により、固形分濃度１％で１
回処理した。

摩砕部の凸部の平均間隔は１５０μｍ１摩砕部の間隔は
３０μｍ１回転円板の周速度は１４．３ ｍ ／ ｓｅ
ｃとした。

一方、比較のため同一解繊繊維を通常のシングルディス
クリファイナ−により、第１表に示した固形分濃度およ
びディスク間隙で１回または２回処理した。

以上の処理におげろ所要電力（アイドリンクを差引いた
値）、処理後のパルプの沢水度、繊維長分布、結束繊維
量およびＪＩＳ法により調製した手抄き紙の紙質は第１
表の通りである。

また、本発明方法によって処理りで得たパルプは、ディ
スクリファイナ−で処理して得たパルプに比べ、フィブ
リル化した繊維が著しく多いことを顕微鏡観察により認
めた。

第１表から明らかな様に本発明方法によれば、従来法よ
りも少ない電力で結束繊維が極めて少なく、長繊維分（
２４メツシュ残分）が多く、且つ紙力が強いパルプが得
られた。

また、従来法において処理濃度およびディスク間隙を本
発明方法と同一にしても、本発明方法の効果は全く得ら
れないことも明らかとなった。

実施例 ２ 北海道産広葉樹材の混合チップに、亜硫酸ナトリウム添
加量がチップ絶乾重量に対して７％となる様に亜硫酸ナ
トリウム水溶液（２ｏｏＰ／ｌ）を振り掛けた後、アス
プルンド式横型ダイジェスター中で圧力６．３ ｋｇ／
ｃｒｒｆ、温度１６０℃の条件により８分間の気相蒸解
に付し、引続き同一圧力および温度条件で解繊して得た
解繊繊維（収率８９％対絶乾ｆ’）プ、沢水度７７０ｒ
ｒｔｌＣ，Ｓ、Ｆ、）を、実施例１で用いたものと同一
の装置で処理した。

処理濃度は１％、摩砕部の間隙は１０μｍ、処理回数は
５回である。

一方、比較として前記解繊繊維を通常のシングルディス
クリファイナ−により、固形分濃度２５％、ディスク間
隙２００μｍで３回処理した。

之等の処理における所要電力（アイドリンク分を除いた
値）、処理後のパルプの沢水度、繊維長分布、結束繊維
量、道管残存率（一定重量のパルプに含まれる０、０８
ｍね上の道管の合計面積で、未処理の値に対する百分率
）およびＪＩＳ法により調製しまた手抄き紙の紙質を第
２表に示した。

実施例 ３ 北海道産広葉樹材の混合チップを４０ ？／７３濃度の
水酸化ナトリウム水溶液に室温で浸漬した後、通常のデ
ィスクリファイナ−で処理して得た解繊繊維（Ｐ水産６
９５ｍ１Ｃ０Ｓ、）ｉ’、）を、実施例１で用いたもの
と同様の装置で処理した。

ただし、摩砕部の凸部の平均間隔は２５０μｍとした。

処理濃度は１％、摩砕部の間隙は１０μｍ、処理回数は
１回である。

一方、比較として前記解繊繊維を通常のシングルディス
クリファイナ−により、固形分濃度２５％、ディスク間
隙５００μｍで１回処理した。

以上の処理における所要電力（アイドリンク分を除いた
値）、処理後のパルプの沢水度、結束繊維量およびＪＩ
Ｓ法により調製した手抄き紙の紙質を第３表に示した。

実施例 ４ 通常の砕木パルプの精選工程で発生したコーワンスクリ
ーン粕（Ｆ水産５９４ｍ１Ｃ，Ｓ、Ｆ、）を、実施例３
と同一の装置により、処理濃度１％、摩砕部間隙２５μ
ｍで２回処理した。

一方、比較のため前記の粕を通常のシングルディスクリ
ファイナ−により、固形分濃度２５％、ディスク間隙３
５０μｍで１回処理した。

之等の処理における所要電力（アイドリンク分を除いた
値）、処理後のパルプの沢水度、結束繊維量およびＪＩ
Ｓ法により調製した手抄き紙の紙質は第４表の通りであ
った。

以上の実施例中の結束繊維量は、ＪＩＳ法により調製し
た坪量１５′？／ｍ”の手抄き紙の中で結束繊維が占め
る面積の割合を示す。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来法および本発明方法における繊維１本当た
りの力の作用点の数を比較するための模式図で、ａは従
来法（ディスクリファイナ−）の場合、ｂは本発明方法
の場合であり、第２図は本発明に係る製紙原料処理方法
を実施するための一対の円板の縦断面図、第３図は第２
図におけるＡ−Ａ線断面図である。 １・・・−・・回転円板、２・・・・・・固定円板、３
・・・・・・摩砕部（回転側）、４・・・・・・摩砕部
（固定側）、５・・・・・・１駆動軸、６・・・・・・
開口部、７・・・・・・原料通過面（回転側）、８・・
・・−・原料通過面（固定側）。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 中心を合わせて相対面させた２枚の円板状物体の相
   対する各面に設けられた外周を外側端とする円周方向に
   連続した帯状の摩砕部の全面若しくは大部分の面を凸部
   の間隔の平均値が１０〜１０００μｍである微小な凹凸
   から成る砥石状平面とし、両摩砕部の間隙を５〜３００
   μｍに保ち、且つ該円板状物体の少なく共１枚を回転し
   つつ両口板状物体の中心部の間隙に結束繊維を含む製紙
   原料懸濁液を供給し摩砕部の間隙を通過させた後、摩砕
   部の外周より排出させることを特徴とする製紙原料の処
   理方法。 ２ 製紙原料が木材に直接機械力を作用させて造られた
   ものである特許請求の範囲第１項記載の製紙原料の処理
   方法。 ３ 製紙原料が加熱前処理した木材に機械力を作用させ
   て造られたものである特許請求の範囲第１項記載の製紙
   原料の処理方法。 ４ 製紙原料が薬液前処理した木材に機械力を作用させ
   て造られたものである特許請求の範囲第１項記載の製紙
   原料の処理方法。 ５ 製紙原料懸濁の固形分濃度が０．１〜３．０重量％
   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処理方法。