JPS61148349A - 懸濁状パルプの状態測定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は紙パルプ工業に於ける懸濁状パルプの状態測定
方法に関するものである。

（従来の技術及び発明の目的） 紙の原料であるパルプは、通常幅１０〜５０μｍ。

長さ０．５〜３ｍの木材繊維であり、かかるノくルプは
抄紙工程でシートにする前に種々の処理が施こされる。

その代表的な処理は、叩解と称される機械処理であって
、繊維は叩解機によって圧潰、切断、膨潤等の処理を受
けると共に、外部フィブリル化と称される繊維の開裂が
行なわれる。

叩解とはこのような処理を繊維に施すものであるが、そ
の程度によって、得られた紙の性質は極度に変化する。

即ち、紙の性質を決める重要な因子は叩解処理であり、
この処理を夫々どの程度節こすかによって同じ原料のパ
ルプでも異なった性質の紙が出来、その８０％以上が叩
解処理によって決まるとされている。

等が用いられ、Ｃ８Ｆ値として常用され、数値化されて
いるが、これは上記の複雑な繊維の変化をまとめて１つ
の数値で示すだけに止り、必ずしもその値だけで、得ら
れる紙の性質を反映するものではない。こうして従来か
ら、叩解による繊維の変化のうち、特に外部フィブリル
化の程度を分離して測定し得る方法が望まれている。

本発明の目的の−は、かかる外部フィブリル化の程度を
他と分離して光学的に測定し得る測定方法を提供するこ
とにある。

次に、紙の性質を変化させる、他の重要な因子としては
前記処理工程あるいは抄紙工程等に於けるパルプ濃度が
ある。従来パルプ濃度の測定方法としては、懸濁液の流
体抵抗が濃度に依存するという原理を用いたり、懸濁液
の濃度とその光透過特性とが相関関係を有するという原
理を用いたもの等があるが、これらは様々な外乱因子も
同時に測定してしまい易く、真のパルプ濃度を得ること
が難かしい。こうして従来はパルプ濃度を監視するため
の適切な測定方法がなかったので、前記処理工程に於い
て一定の品質の処理パルプを得たり、゛抄紙工程に於い
て一定の品質の紙を抄紙するのが難かしかった。

本発明の他の目的は、かかるパルプ濃度を光学的に測定
し得る測定方法を提供することにある。

ところで、例えば印刷用紙等の場合のように、パルプ懸
濁液中にカオリン、タルク、炭酸カルシウム等の数μ落
の微粒子即ち、填料を加えた場合には、かかる微粒子に
よシ光学的特性が変化し、真のパルプ濃度の測定が困難
となる。

本発明の更に他の目的は、前述の光学的測定に、音響的
測定を併用することにより、填料による光学的特性の変
化を補正し、真のパルプ濃度と共に、填料の濃度をも測
定し得る測定方法を提供することにある。

尚、前述した本発明の目的の−である、外部フィブリル
化の程度を他と分離して光学的に測定する方法として、
特開昭５３−４１５０６号公報に開示される方法がある
が、この方法は単に透過光と散乱光の強度から演算する
もので、その前提としてパルプ濃度を前述のような他の
方法により正確に測定しなければならないという欠点が
ある。

本発明はかかる従来の欠点を解消し、前述した通シ、被
測定パルプ懸濁液からの散乱光強度を、測定光の照射方
向に対して、該懸濁液の前方及び後方位置に於いて測定
し、かかる両方の散乱光強度によって所定の演算を行な
うことによって、パルプ濃度と叩解程度、特に外部フィ
ブリル化の程度の両者を光学的に測定することを特徴と
するものである。

（発明の構成及び作用） まず本発明は前述の目的を達成するために、被測定パル
プ懸濁液に測定光を照射する測定光照射装置と、該懸濁
液からの散乱光強度を、その前方及び後方位置に於いて
測定する散乱光強度測定装置とを設けた光学的測定部を
構成し、前記前方及び後方位置に於ける散乱光強度の比
を演算して、この比と濃度との対応関係によりパルプ濃
度を算出すると共に、この比またはこのように算出した
パルプ濃度に対応した、叩解程度と前方または後方の散
乱光強度との対応関係により、叩解程度を算出すること
を要旨とするものである。以下実施例に基づいて詳細に
説明すると次の通りである。

符号１は被測定パルプ懸濁液に測定光を照射する測定光
照射装置であシ、２は照射された測定光による前記懸濁
液からの散乱光強度を測定する散乱光強度測定装置であ
る。これら装置１，２から光学測定部Ａｆｔ構成する。

前記測定装置２は測定光の照射方向く対して、懸濁液の
前方ａ及び後方位置すに於いて測定し得るように構成す
る。この測定装置２は、第１図に実施例として示すよう
に、懸濁液の前方ａから後方位置すに至る複数位置に光
強度センサ３ｔ−配設して、夫々の光強度センサ３によ
り、前記前方ａ及び後方位置すに於ける散乱光強度を測
定するようにしても良いし、図示はしていないが、他の
構成として単一の光強度センサを移動させて前記前方ａ
から後方位置すに至る連続位置あるいは複数位置に於い
て測定するように構成する等、適宜に構成して良い。尚
、以上の散乱光強度の測定位置は、前方ａ及び後方位置
すの適宜各１点ずつを最少構成とするが、これよシも多
くの点に於いて測定し得るように構成することに工り後
述の測定の自由度を大きくすることができる。符号４は
前記被測定懸濁液を収容する透明な収容部でるるか、こ
の収容部４は独立した容器として構成しても良いし、第
２図に示すように配管系の一部に構成して、流動してい
る懸濁液を測定するようにしても良い。

しかして第１図に示す構成に於いて、まずパルプ繊維の
モデルとして、繊維の径並びに長さを異ならせたレーヨ
ン繊維につき散乱光強度の分布を測定すると第３図（ａ
）、（ｂ）に示す如くなる。（ａ）は測定光の光量が大
の場合、（ｂ）は光量が小の場合で、夫々後方、前方位
置す、ａに特徴が表われており、かかる結果から散乱光
強度に及ばず繊維形態の影響は繊維の長さよシも、むし
ろ径の大小に支配されることがわかる。次いで広葉樹晒
クラフトパルプを叩解し、Ｃ３Ｆ３４０．４１２　、ｓ
ｓｏ（ｍｇの夫々に対してパルプ濃度２．１　、０．５
１）に於いて散乱光強度の分布を測定すると第４図（ａ
）、（ｂ）、（Ｃ）に示す如くなる。かかる図から、一
定のパルプ濃度に於いては、Ｃ８Ｆの変化によシ散乱光
強度に差が生じ、０８Ｆが少なくなり、即ち叩解が進む
につれて後方位置すに於ける散乱光強度が大きくなるこ
とがわかる。散乱光強度の差は、この実施例に於いては
、散乱光強度のピークとなる後方角度１４０〜１５０の
位置に於いて最も顕著である。以上の夫々のＣ８Ｆのパ
ルプを原料として抄紙し、強度の一つを示す比破裂度を
測定した結果は図中に示す通りであり、即ち散乱光強度
の変化に対応して強度が変化していることがわかる。

このことから一定パルプ濃度に於いては、このような叩
解程度と散乱光強度との対応関係を予め測定して求めて
おくことにより、散乱光強度から叩解度を算出し得るこ
とがわかる。前述したレーヨン繊維における測定結果と
同様に、測定光の光景を調節したυ、あるいは光強度セ
ンサ３のゲインを調節する等により、散乱光強度の差が
顕著に表われる位置を前方ａまたは後方位置すのいずれ
側とすることもでき、従って前記叩解程度はそれらのい
ずれの側の散乱光強度を用いても算出することができる
。

また前記測定結果第４図（ａ）、（ｂ）、（Ｃ）からは
、パルプ濃度が変化することにより、前方位置ａの散乱
光強度と後方位置すの散乱光強度が互いに逆方向に大幅
に変化することがわかる。即ち、パルプ濃度が低くなる
と前方位置ａの散乱光強度が大きくなシ、逆に後方位置
すに於いては小さくなる。

前述したレーヨン繊維における測定結果と同様に、パル
プ濃度の高低または測定光の光量の調節あるいは光強度
センサ３のゲインの調節等により、叩解程度の差による
散乱光強度の差が顕著に表われる位置が前方ａｉたは後
方位置すのいずれの側にも表われるが、いずれかの側で
かかる散乱光強度・の差が大きい場合には、他の側では
叩解程度の差が表われず、その散乱光強度は、パルプ濃
度によって変化する。

そこでいま、以上の測定結果につき、前方ａ及び後方位
置すに於ける散乱光強度の比ｒを演算し、これとパルプ
濃度との関係を求めてみると第５図（ａｌ、（ｂ）、（
Ｃ）に示す如くなる。γは、即ちで示され、第５図（ａ
）、（ｂ）、（Ｃ）は夫々前方位置として１５０　．１
００　　、Ｚｏｏ並びに夫々後方位置として１０．６０
．８０ｔ−用いたものである。このように前方位置ａ、
後方位置すは適宜に選択して良く、例えば（ａ）は前方
位置ａ、後方位置す共に散乱光強度が大きい位置として
選択したものである。

かかる第５図（ａ）、（ｂ）、（Ｃ）により、ｒとパル
プ濃度とは直線状の対応関係があシ、しかも同一γ値に
対応する、叩解程度の差によるパルプ濃度の差が僅かで
あることがわかり、従ってかかるγとパルプ濃度との対
応関係を予め測定して求めておくことにより、γからパ
ルプ濃度がかなシの精度で算出し得ることがわかる。

次に本発明の具体的動作を、パルプ濃度及び叩解程度の
管理に適用した場合について説明すると以下の通シであ
る。第６図（ａ）、（ｂ）、（Ｃ）はパルプ濃度０．５
〜２．５チ、０８Ｆ６００〜２００ｍノのパルプ懸濁液
について行なった測定結果を模式的に示すもので、叩解
程度の差による散乱光強度の差は角度１５０の後方位置
すに最も顕著に表われるものである。そしてこれら全て
の図に於いて実線は所定のパルプ濃度、叩解程度に於け
る分布、即ち基準状態に於ける散乱光強度分布を示すも
のである。（ａｌの破線は基準状態からパルプ濃度だけ
が変化した場合即ちパルプ濃度が上昇した場合の散乱光
強度分布を示すもので、前方、後方位置ａ、ｂの散乱光
強度が互いに逆方向に大幅に変化している。かかるパル
プ濃度の変化は前述したように予め測定して求めた比ｒ
と濃度との関係から容易に−ｒイクロコンピュータ等に
より算出することができる。次に（ｂ）の破線は定常状
態から叩解径１度だけが変化した場合、即ち叩解程度が
進んだ場合の散乱光強度分布を示すもので、後方位置す
の散乱光強度だけが上昇している。パルプ濃度が一定の
場合には、かかる散乱光強度の変化により、前述したよ
うに予め測定して求めた叩解程度と散乱光強度との対応
関係を用いて、叩解程度を算出することができる。かか
る叩解程度の算出に際しては、何らかの方法で散乱光強
度の変化を求める必要があるが、かかる変化は例えば、
■前方ａあるいは後方位置すいずれかの側に於ける適宜
位置（例えば角度１５０の位置）Ｋ於ける散乱光強度の
値から求める、■前方ａあるいは後方位置すいずれかの
側に於ける散乱光強度分布を積分して、積分値工から求
める、■前方ａあるいは後方位置すいずれかの側に於け
る適宜の２つの位置の比の値Ｓから求める方法等の適宜
の方法によって求めることができる。即ちこれら■、■
、■の方法は、夫々散乱光強度、積分値、比の値と叩解
程度との対応関係を予め測定してマイクロコンピュータ
等に於ける記憶素子にデータとして用意しておくことに
よりこれらの値から容易に叩解程度を算出することがで
きる。

次に（Ｃ）の曲線■、■並びに■は、曲線■で示す基準
状態から、夫々濃度は変化せず叩解程度のみが進んだ場
合、叩解程度は変化せず濃度のみが上昇した場合、並び
に濃度の上昇と共に叩解程度が進んだ場合の散乱光強度
分布を示すものである。

このようにパルプ状態が曲線■の状態から曲線■の状態
に移行すると、前方、後方位置ａ、ｂの散乱光強度が共
に互いに逆方向に変化する。しかして曲線■の状態では
後方位置すに於ける散乱光強度の変化には、パルプ濃度
並びに叩解程度の変化による変化分の両方が含まれるの
で、これらを分離しなければならない。かかる分離は、
例えば次のような方法によシ行なうことができる。第１
の方法はまず予め適宜の叩解程度に於いてパルプ濃度を
変化させた場合の散乱光強度分布の第１のデータ並びに
基準状態のパルプ濃度において叩解程度を変化させた場
合の散乱光強度分布の第２のデータを測定によって得て
、第１のデータによシ各々のパルプ濃度についてのγ値
を算出すると共に、各々のパルプ濃度に於いて各受光角
度についての散乱光強度を前記基準状態に補正するため
の係数Ｋｔ−求め、そして第２のデータから基準状態に
対する各叩解程度についての散乱光強度分布の差りを算
出し、以上の値ｒ、に、Ｄｌｉマイクロコンピュータ等
の記憶装置に記憶させる。かかる状態に於いて叩解程度
並びにパルプ濃度共変化した試料について前述した曲線
■のような散乱光強度分布を測定し、まずγ値を算出し
て前述したように記憶させたｒとＫの関係によシパルブ
濃度を基準値に補正した散乱光強度分布を求め、これか
ら前述したように記憶させ７’ｊＤと叩解程度との関係
により叩解程度を算出するものである。この方法の特徴
は予めのデータ収集が少なくてよいことである。

次に第２の方法は、叩解の程度をパラメータとしてパル
プ濃度を変化させた場合のデータを測定によって得て、
夫々の叩解程度、パルプ濃度毎にγ値並びに前記積分値
工、比Ｓ等を算出して、これらをデータテーブルとして
マイクロコンピュータ等に於ける記憶装置に予め記憶し
、次いで叩解程度並びにパルプ濃度共変化した試料につ
いて前述した曲線■のような散乱光強度分布を測定し、
これに基づいて前記γ、Ｉ、８等を算出して前記データ
テーブル中のデータと比較して叩解程度を算出するもの
である。この方法の特徴は基準となるデータの数を多く
することにより精密な測定が可能であることである。

このように本発明は、パルプ濃度及び叩解程度の両者が
変化した場合にも、前記γ値によってパルプ濃度の変化
分を算出することができ、かかるｒｍまたは算出したパ
ルプ濃度と叩解程度との直接的もしくは間接的対応関係
によシ叩解程度の変化分を分離して算出することができ
る。

次に、以上のように算出されるパルプの叩解程度は、前
述した繊維の切断、圧潰、膨潤又は開裂のどの因子を表
わしているのかを考察する。まず前述した通シ、レーヨ
ン繊維による測定では、繊維の長さの変化に対する散乱
光強度の変化は僅かであることから、パルプに於いても
繊維の切断の程度は本発明に於ける叩解程度には含まれ
ないと類推し得る。第７図は叩解時のパルプ濃度を１゜
チと３０％で行なった場合のパルプ懸濁液についての透
過光強度の、０８Ｆ４ｃ対する変化を示すもので、かか
る透過光強度は１０％と３０％のもので明確に異なるこ
とがわかる。ところでバルブ濃　。

度３０％程度の条件で叩解したパルプは、いわゆる高濃
度叩解と称され、これは１０％程度のパルプ濃度で叩解
したパルプとは明らかに異なった性質を示すものであシ
、即ち繊維の開裂が烈しく、著しい外部フィブリル化を
生じているものであシ、従来の叩解度を示す０８Ｆでは
同一値を示すにも係らず、光学的測定に於いては明確に
識別可能である。これらのことから本発明に於いては、
叩解程度として、外部フィブリル化の程度を主体として
測定し得るものと見做すことができる。

本発明は以上の通シ、パルプ懸濁液の光学的な測定結果
に基づいてパルプ濃度並びに外部フィブリル化を主体と
する叩解程度を算出することができるので、かかる算出
値に基づいて、製紙工程の各工程に於ける処理を制御す
るととくよシ、安定な品質の紙を製造することができる
。前述したパルプ懸濁液の測定は、バッチ式に行なって
も良いし、インライン弐に行なっても良く、これに基づ
いた前記制御の具体的方法も適宜である。

（発明の他の構成及び作用） ところで、例えば印刷用紙等の場合には、１％程度のパ
ルプ懸濁液中にカオリン、タルク、炭酸カルシウム等の
数μ簿の微粒子、即ち填料を加えるので、かかる微粒子
によシ光学的特性が変化し、前述の構成だけでは真のパ
ルプ濃度の測定が困難である。これを解決したのが以下
の発明である。

即ち、この発明は、前記光学的測定部Ａに加えて、パル
プ懸濁液に超音波を透過させて、その減衰量を測定する
超音波送受信装置５，６ｔ−設けた音響的測定部Ｂとを
構成し、前記光学的測定部ＡＫ於いて、前記前方ａ及び
後方位置すに於ける散乱光強度の比ｒｔ−演算して、こ
の比γと濃度との対応関係により、パルプと填料金倉わ
せた濃度を算出すると共に、前記音響的測定部Ｂに於い
て、填料に対して鈍感な帯域の超音波の減衰量を測定し
、この減衰量とパルプ濃度との対応関係により、填料上
瞼いたパルプ濃度を算出し、これらの濃度の差を演算し
て填料の濃度を算出することを要旨とするものである。

以下実施例に基づいて詳述すると次の通りである。

まず第８図は、填料（炭酸カルシウム）の濃度変化に対
する散乱光強度（後方位置１５０）の変化を示すもので
、かかる図により填料の増加と共に後方位置すに於いて
は散乱光強度が増大し、即ち光学的特性が変化すること
がわかる。発明者はそこで、填料に対する透過超音波の
減衰量につき鋭意研究した結果、超音波の減衰量は周波
数に依存し、繊維の寸法に対しては敏感であるものの、
填料に対しては鈍感な周波数帯域が存在するとの知見を
得た。即ち、第９図は濃度０．４８　％の広葉樹晒パル
プに填料（炭酸カルシウム）を、対パルプ当シ最大４０
％まで加えたパルプ懸濁液の、２ＭＨｚの減衰特性を示
すもので、かかる図よシこのような周波数の超音波では
、填料の添加が減衰特性に影響を与えないということが
わかる。そこで、かかる周波数の超音波に対して、広葉
樹晒パルプに於いて、パルプ濃°度の変化に対応する減
衰特性を測定すると、第１０図に示すようにＯ〜２．５
チ濃度までは、叩解程度によらず、１つの直線状の対応
関係を有することがわかる。

しかして填料を含んだパルプ懸濁液については、まず光
学的測定部人に於いて前述した通シ、前方ａ及び後方位
置すに於ける散乱光強度の比ｒを演算して、この比と濃
度との対応関係により、パルプと填料を合わせた濃度を
算出し、次いで音響的測定部Ｂに於いて、填料に対して
鈍感な帯域の超音波の減衰量を測定し、第１０図に示す
ような減衰量とパルプ濃度との対応関係により、填料を
除いたパルプ濃度を算出し、これらの濃度の差を演算し
て損料の濃度を算出することができる。以上の発明は、
例えば第１１図（り、（ｂ）に示すように抄紙工程に適
用し、抄紙機から金網上に流出するパルプ、填料の総固
形分並びに金網から流出するパルプ、填料の総固形分及
び夫々の固形分を別個に求めることができ、こうして填
料上顎えた抄紙系の制御と品質の管理を効果的に行なう
ことができる。

（発明の効果） 本発明は以上の通り、被測定パルプ懸濁液に測定光を照
射する測定光照射装置と、該懸濁液からの散乱光強度を
、その前方及び後方位置に於いて測定する散乱光強度測
定装置とを設けた光学的測定部を構成し、このように散
乱光強度を前方及び後方位置に於いて合理的に測定して
、かかる測定に基づいて演算を行なうので、光学的にパ
ルプ濃度と叩解程度の両者を求めることができ、しかも
求めた叩解程度は外部フィブリル化を主体とした状態を
表わしていることにより、製紙工程の各種処理工程に於
ける制御並びに品質の管理を良好に行なえるという効果
がある。

また本発明は他の構成として、前記光学的測定部に加え
て、前記懸濁液に超音波を透過させて、その減衰量を測
定する超音波送受信装置を設けた音響的測定部を構成し
、前記光学的測定と該音響的測定を極めて合理的に併用
するので、填料を加えたパルプ混濁液に於ける、真のパ
ルプ濃度並びに填料濃度を合理的に求めることができ、
かかる填料上顎えた製紙工程の各種処理工程に於ける制
御並びに品質の管理をも良好に行なえるという効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図並びに第２図（ａ）、（ｂ）は本発明方法の測定
系を示す説明図、第３図（ａ）、（ｂ）は本発明方法の
測定系を用いたモデル繊維（レーヨン）の光学特性実測
図、第４図（ａ）、（ｂ）、（Ｃ）は本発明方法の測定
系を用いたＬＢＫＰの光学特性実測図、第５図（ａ）、
（ｂ）、（Ｃ）は第４図（ａ）、（ｂ）、（Ｃ）に基づ
くｒ値とパルプ濃度との関係説明図、第６図（ａ）、（
ｂ）、（Ｃ）は叩解程度とパルプ濃度が変化した場合の
光学特性の状態変化を示すモデル説明図、第７図は叩解
濃度を変化させた場合の光学特性図、第８図は填料の濃
度変化による光学特性図、第９図はパルプに対する填料
の濃度による超音波特性図、第１０図はパルプ濃度によ
る超音波特性図、第１１図（ａ）は、本発明方法を適用
する抄紙系統の一例説明図、（ｂ）は（ａ）の系統に於
ける本発明方法の測定系の説明図である。 符号Ａ・・・光学的測定部、Ｂ・・・音響的測定部、１
・・・測定光照射装置、２・・・散乱光強度測定装置、
３・・・光強度センサ、４・・・収容部、５・・・超音
波送信装置、６・・・超音波受信装置。 第４図（Ｃ） 第６図（ａ） ノυ死Ｌｙ１Ｊ 第５図（ｂ） 第５図（Ｃ） ＃／ｆ　ｒ’ｌｌ 逐県瓢璽 第９図 第１１図（ａ） 第１１図（ｂ）

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）被測定パルプ懸濁液に測定光を照射する測定光照
   射装置と、該懸濁液からの散乱光強度を、その前方及び
   後方位置に於いて測定する散乱光強度測定装置とを設け
   た光学的測定部を構成し、前記前方及び後方位置に於け
   る散乱光強度の比を演算して、この比と濃度との対応関
   係によりパルプ濃度を算出すると共に、この比またはこ
   のように算出したパルプ濃度に対応した、叩解程度と前
   方または後方の散乱光強度との対応関係により、叩解程
   度を算出することを特徴とする懸濁状パルプの状態測定
   方法
2. （２）被測定パルプ懸濁液に測定光を照射する測定光照
   射装置と、該懸濁液からの散乱光強度を、その前方及び
   後方位置に於いて測定する散乱光強度測定装置とを設け
   た光学的測定部と、前記懸濁液に超音波を透過させて、
   その減衰量を測定する超音波送受信装置を設けた音響的
   測定部とを構成し、前記光学的測定部に於いて、前記前
   方及び後方位置に於ける散乱光強度の比を演算して、こ
   の比と濃度との対応関係により、パルプと填料を合わせ
   た濃度を算出すると共に、前記音響的測定部に於いて、
   填料に対して鈍感な帯域の超音波の減衰量を測定し、こ
   の減衰量とパルプ濃度との対応関係により、填料を除い
   たパルプ濃度を算出し、これらの濃度の差を演算して填
   料の濃度を算出することを特徴とする填料を含んだ懸濁
   状パルプの状態測定方法
3. （３）散乱光強度測定装置は、測定光の照射方向に対し
   て、懸濁液の前方から後方位置に至る複数位置または連
   続位置に於いて散乱光強度を測定自在に構成したことを
   特徴とする特許請求の範囲第１項及び第２項記載の懸濁
   状パルプの状態測定方法