JPS61152891A - リグニンセルローズパルプの還元漂白法 - Google Patents

リグニンセルローズパルプの還元漂白法

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JPS61152891A
JPS61152891A JP60284478A JP28447885A JPS61152891A JP S61152891 A JPS61152891 A JP S61152891A JP 60284478 A JP60284478 A JP 60284478A JP 28447885 A JP28447885 A JP 28447885A JP S61152891 A JPS61152891 A JP S61152891A
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    • D21PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21CPRODUCTION OF CELLULOSE BY REMOVING NON-CELLULOSE SUBSTANCES FROM CELLULOSE-CONTAINING MATERIALS; REGENERATION OF PULPING LIQUORS; APPARATUS THEREFOR
    • D21C9/00After-treatment of cellulose pulp, e.g. of wood pulp, or cotton linters ; Treatment of dilute or dewatered pulp or process improvement taking place after obtaining the raw cellulosic material and not provided for elsewhere
    • D21C9/10Bleaching ; Apparatus therefor
    • D21C9/1021Electrochemical processes

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  • Non-Silver Salt Photosensitive Materials And Non-Silver Salt Photography (AREA)

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】 [発明の背景] 木兄用は、電気化学的に生成され錯体中の金属原子が2
価に荷電されているクロム、バナジウムおよびチタンの
多座配位錯体( polydentateligand
 complexes)を含有する物質の組成ならびに
これらの生成工程に関し、またこれらをリグニンセルロ
ーズパルプ、主として機械パルプであれ化学パルプであ
れウッドパルプ、およびこれらから製造される白色パル
プ(brightened  pulps )の漂白用
あるいは白色化( brightening)用の還元
剤として使用する工程に関する。
リグニンセルローズパルプ、特に機械ウッドバルブの還
元漂白あるいは白色化は古くから行われている。この目
的のための主な試薬としてヒドロサルファイト[ジチオ
ナイト( dithionite)]イオン(8204
−一)が用いられ、特にその亜鉛あるいはナトリウム塩
の水溶液として使われている。
さらに最近では、水素化ホウ素ナトリウム(NaBH4
)も色々な形でヒドロサルファイトの代りに使われてい
る。
両試薬ともその使用については、溶液中あるいは酸素存
在下で安定性を欠くこと、環境上許容し得る処分が要求
される使用済み試薬についてその再利用が出来ないこと
、両試薬とも高度な白色パルプを作り出す能力に限度が
あることが当業者にはよく知られている。
出願人はりグニンセルローズパルプの還元漂白における
ボロハイドライド(ホウ水素化物)やヒドロサルファイ
トの欠陥の大半を除去あるいは減少させる新規な一連の
還元剤を発見した。
電気化学的に、特に工程の中でその場で電気化学的に発
生する還元剤をリグニ′;iルローズパルブの還元漂白
に使用することは従来技術においては何らの示唆もされ
なかったことである。
[関連技4!] フレリー( F IeLlry )とラプソン(Rap
son)は、1968年3月15日号の「パルプ アン
ド ペーパー マガジン オブ カナダ,テクニカル 
ペーパーT 154J (Technical pap
er  T154。
pulp and Paper Magazine o
f Canada )の“特殊な還元剤を用いた反応に
よるグラウンドウッドおよびリグニンのモデル化合物の
発色団グループの特性′゛と題する彼らの論文において
リグニンの基本的構造の特徴を知るのを助けるための実
験について記載している。この研究の一部で、典型的な
リグニン発色団とグラウンドウッドリグニンの還元に酸
性溶液中のり[とCr が使われた。
ジチオナイトとホウ水素化物もまた比較され、その結果
、水溶状のUIカチオンは強力な還元剤であり、グラウ
ンドウッドに対し・て、ジチオナイトより高度な白色レ
ベルまで還元することが判った。
この論文からまた、グラウンドウッドリグニンの還元は
不均一反応であり還元は水溶液系外で生じるため、水中
の還元電位はウッド中のリグニンの白色化の活量を予測
する良い目安とならず、ある還元剤の成功例も普遍的に
適用出来ないことが知られた。フレリーとラプソンはま
た、商業的には好ましくないが水溶状のU[イオンが存
在し得る低いDHでも実験した。このような低いpHは
、商業的にはパルプの性質に不利な影響を与えると考え
られる。
゛キレート剤と金属キレート″ (編集者:ドワイアー
( D wyer)とメラー(Mellor ) 、7
カデミツクプレス、ニューヨーク アンド ロンドン、
1 964 )の264〜267頁および305〜30
9真においては、クロムおよびバナジウムのキレートの
性質について論じられている。その中で C,II−と
VXは、ある種の有機配位子と錯体を形成すると水溶液
中で強力な還元作用澄水すことが開示されている。(も
しOrL−EDTA錯体の存在が可能として)水溶液中
の一般的な強力還元剤としての使用以外何ら示唆されて
いない。
Jr、E いずれの文献においても、v、cr、あるいはTiTL
 の有機配位子錯体が木材中のリグニンの漂白用還元剤
として作用し得ることについて、当業者のひとりでもそ
れらの記述を結びつけて少しでも確信をもって予測し得
るものではない。
これらの錯化還元剤が電気化学的に連続して発生しこれ
をくりかえし使用し、経済的な無汚染の還元漂白を行う
ことが出来ることについてはいずれの文献も示唆してい
ないことは確かである。
[発明の要約] 本発明はりゲニンセルローズバルブを水溶液中、本質的
に非酸化性環境にある水溶中において鉛金属イオンの電
気化学的還元によって生成したCr″ y++またはT
iH”の多座配位錯体を用いて処理することを特徴とす
る方法を提供する。
本発明の方法により製造される具体的な例は高度に白色
化されたりゲニンセルローズパルプであり、これは標準
的な方法で製造出来るものでありまたその伯の点で現行
の紙製品にとって代るものである。
本発明の諸層面について特に注意すべき点は、ここにい
うリグニンセルローズパルプは機械ウッドパルプであり
、また化学ウッドパルプであること、さらにここにいう
多座配位子はエチレンジアミンテトラ酢酸、1.2−ジ
アミノシクロヘキサンテトラ酢酸あるいはジエチレント
リアミノペンタ酢酸のようなアミノポリカルボン酸であ
り、また8−ヒドロキシキノリンあるいは8〜ヒドロキ
シキノリン−5−スルホン酸のような8−ヒドロキシキ
ノリンの置換体であることである。さらに、本発明にい
う多座配位錯体は、電気化学的還元法を使って錯体の還
元形を再発生させて循環使用される点も特に注意すべき
ものである。
[好ましい実施態様] 図面を参照して、本発明による白色化リグニンセルロー
ズパルプの製造法の実際を、その特定態様、即ち二価の
クロムのエチレンジアミン−テトラ酢酸(EDTA)1
体を用いたグラウンドウッドパルプの漂白処理を参考と
しつつ述べる。
第1図において、壁2と底部3を有する電気化学槽1は
断面として示されている。槽1内には陰極4があり便宜
的に水銀プール(pool)陰極が使われる。グラウン
ドウッドパルプ5はクロムのEDTA鏡体の水溶液6中
に懸濁している。パルプ5は、懸濁液中に保持され、E
DTA−クロム溶液は便宜的に振盪器または撹拌器7で
攪拌される。
槽1内にある陽極室8は陽極18を囲み、陰極4の入っ
た陰極室9と半透過膜10で隔離されている。
陽極室8内の電解液11はクロムEDTA錯体に荷電さ
れている正電荷とバランスするよう存在している陰イオ
ンをもつブOトン酸12の水溶液を含んでいる。槽1へ
の電流13は電源14(不図示)より、電導体15を通
って供給される。電導体15は陰極4と接触しまた陽極
18を介して電解液11と接触する。
槽1の陰極室9とその中にある溶液と懸濁物から、空気
および酸素を不活性ガス16、例えば窒素ガス16aな
どを使う方法等の標準的方法で排除することが都合よい
第2図は槽1のデザインと類似の槽内において本発明を
実施する時に生じるプロセスを図式で例示したものであ
る。電流13から電子17が陰極4に供給される。この
陰極4は、パルプ5を懸濁させており、かつ記号MLで
表示されたEDTA−Cr錯体6の水溶液と接している
。同図に示されるように、酸化されたEDTA−Cr錯
体6a、即ちE D T A −Cr”+は陰極4と接
し、ここで還元されて還元EDTA−Cr錯体6b、即
ちEDTA−Cr2士となり、パルプ5と接触し、パル
プを還元してその色を減少させ錯体自体は6aに再酸化
される。
半透過膜10によって陰極室9から隔離された陽極室8
の内部では、水は陽極18によって電解され電子11を
放出し、これは陽極18から電流13となって運び去ら
れる。陽極18ではまた、プロトン19と酸素20を生
成し、酸素は都合よく大気中に放出される。摺電流は、
半透過膜10を通して陽極室S tfiら陰極室9に移
動するプロトン19によって運ばれる。
第1図および第2図に図示したり、これらに関連して述
べられた装置やプロセスは、槽1内においてEDTA−
Cr還元錯体6bが生成されるものであり、槽1の陰極
室9内において該EDTA錯体6bに接してバルブ5が
漂白されるものであり、当業者はバルブ5をEDTA−
Cr還元錯体6bで処理するのに陰極室9から隔離され
た容器中で行うこともまた可能であることを理解する。
第3図はこうした場合の装置を図式で例示したものであ
る。
第3図において、槽101は壁102と底部103を有
し槽内で水銀陰極104はEDTA−Cr水溶液106
と接しており、半透過膜110によって陰極室109と
陽極室108は隔離されている。陽極室108内には電
解液111がありこれはやはり陰極室109内のEDT
A−Cr錯体106に荷電されている正電荷とバランス
するよう存在している陰イオンをもつプロトン酸112
の水溶液である。電流113は電源114により電導体
115を通って槽110に供給される電導体115は、
陰極104と陽極118に接続し両極はそれぞれ電解液
111に接している。
陰極室109と陽極室108内での槽反応は第2図に関
連しまたそれを参考とした記述と類似したものである。
槽反応の結果、酸化されたEDTA−Cr106aは陰
極室109内で陰極104に接するとEDTA−Or還
元体106bニ変換サレ、陽極室108内の陽極118
では酸素120が放出される。
バルブ105を漂白するためにEDTA−Cr 還元錯
体106bの水溶液は導管121を通って容器122に
移される。導管123を通って窒素ガス116aがこの
容器に十分に導かれそれを加圧することにより空気と酸
素は、EDTA−Cr錯体106bの循環物を含有する
水溶液を通ってこのシステムから排除される。かくして
窒素116aとEDTA−Cr還元錯体106bを含有
する溶液はグラウンドウッドバルブ105を含有する塔
125に移される。王のパルプ塊を通りすぎながら10
6bの溶液はバルブ105と接しこれを還元漂白する。
同時に106bの少なくとも一部分は酸化されEDTA
−Cr3+1体106aとなる。
106aを含有する使用済の液は塔125から排出され
導管126を通ってポンプ121に送られ、ポンプ12
7を通って導管128により陰極室109に戻される。
この室内で106aは再び106bに還元されこの工程
を通じて再循環される。ポンプ127はEDTA−Cr
錯体106を含有する流最の循環に必要な水圧を提供す
る。
当業者は、上図で説明されたグラウンドウッドバルブに
加えて、本質的にリグニンの存在による発色団を含有す
る機械バルブや化学バルブも本発明の方法によって還元
漂白され、その還元によってこれらのバルブは無色かあ
るいはより淡い色の状態に変化し得ることを認識する。
かかるバルブについて説明すると、これらは精製された
機械バルブ、熱加工した機械バルブ(thermo−m
echanical pulp) 、アスブルンドパル
プ(asplund pulp)および“未漂白”バル
ブ即ち脱リグニン“漂白”により部分的に“漂白”され
た化学バルブである。さらにここにのべられてきた説明
で特定されたウッドバルブに加えて、前述のバルブ化方
法(pulping 1ethocl) t、:よッテ
調製された他の伝統的な植物@@ (vegetabl
e fibers)も本発明を実施するのに適している
ことを当業者は認識する。かかる繊維について説明する
と、これらは竹(bamboo) 、バガス(baga
sse > 、わら(straw ) 、亜麻(fla
x) 、ケナ7 (kenaf )、麻(help) 
、ジュート(jute)等である。
本発明の方法において、活性剤として使われるクロム錯
体を形成する多座配位子(polydentateli
gand)としてEDTAが使われることは前述したと
ころであるが、当業者はこれに加えて本発明の方法の条
件の下で不活性な他の多座配位子も使用出来ることを認
識する。かかる配位子と当価(eqUiValent)
のものは当業者には容易に明らかとなる。そのような他
の当価なものを例小りれば次のものである。即ち1.2
−ジアミノシクロヘキサン−テトラ酢酸やジエチレント
リアミノペンタ酢酸のようなアミノポリカルボン酸;8
−ヒドロキシキノリンあるいは8−ヒドロキシキノリン
−5−スルホン酸のような8−ヒドロキシキノリンの置
換体である。
前述したごとき多座配位子をもった21i1[iのクロ
ム錯体に加えて、これと全く当価なものとして、これと
類似の方法で調製され使用される2価のバナジウムおよ
び2価のチタンをもつ多座配位錯体が考えられる。
EDTA−Cr錯体や本発明でそれと当価と考えられて
いる他の金属−液錯体を、水中で所望するCr、Vある
いはTi塩の適当な濃度に調製するには、EDTAある
いはその塩あるいは本発明でそれと当価と考えている他
の多座配位錯体の水溶液状物を所望のモル当量で添加し
、電導度測定により錯化が完了するまで昇温下で攪拌を
つづける。
Cr、V、あるいはTiの多座配位錯体の濃度は広い範
囲にわたって変化させ得る。その濃度範囲は錯体の溶解
度の最低から最高迄にわたるが、好ましくは約0.1ミ
リモル(IM)/jから約100111M / J 、
 iも好ましくは約2.0i M / jから約5.0
iM/Jである。
cr 、v、あるいはTiの水溶性塩としてはどのよう
なアニオンをもつ塩でもよい。典型的な製紙工場で使う
とすれば硫酸塩が好ましいことは理の当然であろう。
本発明の実施上のpH範囲は広範囲で変化させることが
でき、好ましくは約2.0から約9.0のpHで最も好
ましいのは約3.0から約4.0のI)Hである。
本発明の実施上の温度と圧力もまた広範囲に変化させ得
る。温度範囲としては約至温から180℃までで操業が
常圧の下で行われる場合は約25℃から約90℃が好ま
しい。圧力としては常圧から約13.6kGl / a
j (200psi )またはそれ以上が使用出来る。
前述の水銀プール陰極に加えて、本発明は他の既知の高
水素過電圧陰極(hioh hydrooen ove
r −voltage cathode )もそれと全
く当価のものとして考えられる。これらについて説明す
ると、この陰極は鉛、金属アマルガム、カドミウム、グ
ラフフィトおよび亜鉛のような材料から作られている。
さらに、もし槽内溶液に通常の適当な水素抑制用添加剤
を添加するならば、鉄のような低水素過電圧陰極も使用
出来る。第4級アンモニウム塩はかかる添加物の典型的
なものである。
陽極室と陰極室を隔離するのに使われる半透過膜は公知
の不活性の半透過膜のいずれでもよい。
デュポン社からナフィオン(Nafion )の商品名
で売られている膜が適している。この膜は陰極室内にあ
る還元された錯体に酸素が到達しこれと反応しこのため
所望の漂白反応の効率が低下するのを防ぐのに役立つ。
さらにこの膜は還元された錯体が陽極と接して再酸化さ
れることを防ぐのにも役立つ。
プラス極(陽極)は系のpHがアルカリ性の時はニッケ
ルまたはステンレスが好ましく、酸性の時、特に硫酸ア
ニオンの時は鉛が好ましい。
当業者は、陽極酸化で陰極室に酸素以外の他のオキシダ
ントを生成する可能性も認める。かかるオキシダントに
ついて説明すれば、過ホウ酸塩(pQrborate 
) 、過硫酸塩(persu l fate ) 、お
よび過塩素酸塩(perchlo−rate)のような
オキシダントである。
以下に述べる実施例は本発明の実施にあたり、本発明者
らが最もよい態様をさらに例示したものである。
[実施例1] 南方産パイングラウンドウッドで最初の白色度が60.
8%GEのものを、EDTA−CrTL錯体をs、o1
M/J含有するI)H4のNa25O4−H2804電
解液の0.15%溶液中で85℃で3hrs攪拌した。
陰極は水銀陰極で標準カロメル電極に対し約−1,30
Vに保った。次いで懸濁物を冷却し、濾過し、集められ
たバルブをり0ム錯体のすべての痕跡も除かれるまで完
全に洗浄した。
このバルブより形成されたシートを標準的な方法で乾燥
した。その白色度は81.9%GEであったが、これを
空気の存在するスチームで100℃で1時間曝し、つい
でこれを室温(23℃)で乾燥しその白色度(復元白色
度、 reverted brtghtness )を
測定したところ70.2%まで戻っていた。
[実施例21 南方産パイングラウンドウッドをEDTA−CrTL 
錯体で還元漂白した実施例1と同様の方法で、再生新聞
紙および北方産パイングラウンドウッド(NPGW)と
南方産パイングラウンドウッド(SPGW)を第1表に
記載した触媒を用いて還元漂白した。触媒濃度、処理温
度および処理時間は第1表に示した。実施例1と同様の
測定による初期および最終白色度を復元白色度とともに
第1表に示した。
〈注) 1.新聞紙は工業的に使われる標準方法でインクを除去
した。
2、DACTAは1,2−ジアミノシクロヘキサンテト
ラ酢酸である。
3.0XINEは8−ヒドロキシキノリン−5−スルホ
ン酸である。
4゜DTPAはジエチレントリアミノペンタ酢酸である
[実施例3] 実施例1と同様の条件の下で、初期白色度が64.2%
GEの北方産パイングラウンドウッドの試料を、EDT
A−Cr’ 錯体を用いて3時間、52℃で電解液のE
IHを変化させて処理する。得られた最終の白色度を第
4図に示す。
[実施例41 実施例1と同様の条件の下で初期白色度が64.2%G
Eの北方産パイングラウンドウッドの試料を、EDTA
−Cr7L錯体を用いて3時間、温度を変化させて処理
する。得られた最終の白色度を第5図に示す。
[実施例51 実施例1と同様の条件の下で、初期白色度が64.2%
GEの北方産パイングラウンドウッドの試料をEDTA
−Or”錯体を用い、82℃(傾斜の大なる曲線)と5
2℃(傾斜の小なる曲線)において、時間を変化させて
処理する。得られた最終の白色度を第6図に示す。
[実施例6] 実施例1と同様の条件の下で、初期白色度が64.2%
GEの北方産パイングラウンドウッドの試料を52℃で
EDTA−Cr−I錯体の温度を変化させて処理する。
得られた最終の白色度を第7図に示ず。
[実施例7] 実施例1と同様の条件の下で、初期白色度が64.2%
GEの北方産パイングラウンドウッドの試料を52℃で
E D T A −Cr’錫錯体濃度を変化させて処理
するが、その濃度は便宜上、最初に反応に導入されたE
DTA−Cr’錯体の初期濃度を変化させて測定した。
得られた最終の白色度を第8図に示す。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の実施に適した電気化学槽の略断面図で
ある。 第2図は電気化学槽の図式表示で本発明を実施する除土
じると考えられる主要な槽内反応を図説したものである
。 第3図は本発明の実施に適した装置の一例のダイアグラ
ムである。 第4図は本発明の方法で処理されたパルプの最終の白色
度に及ぼす反応pHの影響を図示したものである。 第5図は本発明の方法で処理されたパルプの最終の白色
度に及ぼす反応温度の影響を図示したものである。 第6図は52℃と82℃で本発明の方法による処理をし
たパルプの白色度の反応時間に対する依存性を図示した
ものである。 第7図は本発明の夕法によって得られたパルプの白色度
と反応中′の1<ルプ濃度の関係を図示したものである
。 第8図は本発明の方法によって得られたパルプの白色度
と反応中のEDTA−Cr錯体の濃度の関係を図示した
ものである。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、錯金属イオンの電気化学的還元によって生成したC
    r^+^+、V^+^+またはTi^+^+の多座配位
    錯体を用いてリグニンセルローズパルプを処理すること
    を特徴とする前記リグニンセルローズパルプの白色度を
    向上する方法。 2、前記リグニンセルローズパルプが機械ウッドパルプ
    であることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の方
    法。 3、前記リグニンセルローズパルプが化学ウッドパルプ
    であることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の方
    法。 4、前記多座配位錯体がCr^+^+をもつことを特徴
    とする特許請求の範囲第1、2または3項記載の方法。 5、前記多座配位錯体がV^+^+をもつことを特徴と
    する特許請求の範囲第1、2または3項記載の方法。 6、前記多座配位子がアミノポリカルボン酸であること
    を特徴とする特許請求の範囲第1、2、3、4または5
    項記載の方法。 7、前記アミノカルボン酸が1,2−ジアミノシクロヘ
    キサンテトラ酢酸である特許請求の範囲第6項記載の方
    法。 8、前記アミノカルボン酸がジエチレントリアミノペン
    タ酢酸である特許請求の範囲第6項記載の方法。 9、前記多座配位子が8−ヒドロキシキノリンまたは8
    −ヒドロキシキノリンの置換体であることを特徴とする
    特許請求の範囲第1、2または3項記載の方法。 10、前記8−ヒドロキシキノリン置換体が8−ヒドロ
    キシキノリン−5−スルホン酸であることを特徴とする
    特許請求の範囲第9項記載の方法。 11、実質的に非酸化性環境の下で処理されることを特
    徴とする前記特許請求の範囲第1〜10項のいずれかに
    記載の方法。 12、前記Cr^+^+、V^+^+またはTi^+^
    +で錯化された該多座配位子が、その金属の三価の形に
    酸化され、それが回収され再使用されることを特徴とす
    る前記特許請求の範囲第1〜11項のいずれかに記載の
    方法。 13、前記Cr^+^+、V^+^+またはTi^+^
    +で錯化された該多座配位子が0.1ミリモル/リット
    ルから100ミリモル/リットルの濃度である特許請求
    の範囲第1〜12項のいずれかに記載の方法。
JP60284478A 1984-12-21 1985-12-19 リグニンセルローズパルプの還元漂白法 Granted JPS61152891A (ja)

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