JPS6398563A - 繊維状分散液の動特性測定方法 - 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、繊維状分散液の動特性を測定する方法に関し
、特に、紙パルプ工業における繊維状分散液の動的ろ水
度や填料の歩留まりなどを測定する方法に関する。

（従来の技術とその問題点） 製紙工業における抄紙工程では、一般に、次のような処
理が行われる。まず、多足の水の中に繊維状原料を分散
させる。この繊維状分散液を、エンドレスに回転する金
網の水平走行面上に、均一に噴出させる。そして、金網
を通して水をろ過脱水する過程で、金網上に繊維状原料
層を形成させる。この繊維状原料層を脱水乾燥させて所
望の乾燥シートを得る。

必るいは、上述の処理の代わりに、次のような処理が行
われる。まず、繊維状分散液槽の中に、円筒形の金網を
浸す。金網面を通って水がろ過される過程で、繊維状原
料層が金網面上に形成される。この繊維状原料層を剥ぎ
とって、脱水乾燥させ、紙を得る。

前者の処理は長網抄紙機で実施されるのであるが、最近
では、１枚のエンドレスの金網を回転させる代わりに、
２枚の金網を対向して配置した、いわゆるツインワイヤ
抄Ｍ１機も使用されている。

この場合は、２枚の金網の間に形成されるくさび状の間
隙に繊維状分散液を噴出させ、金網の両面から脱水して
繊維状原料層を形成させている。

後者の処理は円網抄紙機で実施されるのでおるが、１台
の円網で抄紙する方法、多数の円網で抄かれた湿紙を重
ね合わせて多層抄ぎする方法などが必る。また、長網と
円網とを組み合わせた、いわゆるコンビネーションマシ
ンを使用する方法もおる。

要するに、抄紙機の原理は、金網の上に稀薄な繊維状分
散液を噴出させ、金網によって水と繊維を分離させる、
一種のろ過脱水操作でおる。分散液中の繊維状原料の人
きざは、数十ミクロンから２〜３ｍｍまでの間に分布し
ている。また、出来上がった紙の印刷性、不透明性など
を向上させるために、分散液には、数ミクロン以下の無
は粉体（填料）や、サイズ剤と称する薬品、その他の各
種助剤が加えられる。この様な配合で出来上かっている
繊維状分散液が、実際の抄紙機においてどのような脱水
挙動を示すかは、抄紙機の運転土性めて重要であり、し
かも出来上がった紙の特性にも大きな影響を与える。

従来、この様な繊維状分散液の抄紙特性を推定する方法
としては、次のものがおる。すなわち、下面に金網を張
った円筒容器に繊維状分散液を入れ、金網を通って排出
される水の量と時間との関係を求める。この関係、すな
わちドレネージ曲線を用いて、抄紙特性を判定していた
。しかし、この方法は、あくまで静的な試験方法であり
、金網が毎分数百メートル以上の速度で走行している実
際の抄紙機には対応していないという欠点がおった。ま
た、脱水量と時間の関係を測定するために、メスシリン
ダーで液面を監視しながらストップウォッチで刻々の時
間を求めねばならないという欠点もあった。

そこで、金網によってろ過脱水を始める前に、容器中の
繊維状分散液を攪拌しながら脱水量を求める方法が提案
され、これによれば、静的な測定方法とかなり異なった
挙動を示すことが報告されている（Ｋ、Ｗ、Ｂｒ１ｔｔ
、丁ａｐｐｉ、５６．ＩＱ）　。この装置では、抄紙槽
中に原料パルプなどを加え、これを攪拌する際に、抄紙
槽下部の金網の目づまりが起こり、また、攪拌中に紙層
が形成されてしまう。

上記装置をざらに改良したものとして、バーキュレス・
ダイナミック・ドレネージ・テスター（［１ｅｒｃｕｌ
ｅｓ　ｄｙｎａｍｉｃ　ｄｒａｉｎａｇｅ　ｔｅｓｔｅ
ｒ＞がある（　Ｒ，Ｗ、　Ｏａｖ　ｉ　ｓｏｎ、　Ｔａ
ｐｐ　ｉ　、　１９８２　、　Ｐａｐｅｒｍａｋｅｒｓ
Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ、１５３）　。しかし、＜−（７
）装置テハ、原料パルプなどの分散液中に空気が混入し
、発泡の原因になるという欠点がおる。また、高速抄紙
機金網上における繊維状原料の水力学的挙動の再現には
程遠く、実際の抄紙機におけるデータとは大巾に異なっ
た測定結果しか得られないという欠点もおる。

このように、繊維状分散液の抄紙特性を推測する手段と
して、従来から多くの測定装置が提案されているが、い
ずれも実際の抄紙条件とは十分に対応していない。そし
て、ス１へツブウォッチ・メスシリンダー法で測定が行
われるため、かなりのばらつきがあり、信頼性に欠ける
という欠点があった。

次に、繊維状分散液に加えられた填料、サイズ剤などの
各種助剤の、抄紙機金網における参画まりのデータを得
る場合を考えてみると、従来は、このデータを得るため
に、ＪＩＳ　Ｐ　８２０９の記載に準じて、手抄紙を調
製するのが常であった。しかし、この手抄紙調製装置は
、抄紙櫓下部に金網を設け、抄紙槽に入れた原料パルプ
などを多孔板かきまぜ職により、極めて弱く攪拌するの
みである。したがって、高速抄紙は金網上における）京
料の水力学的挙動の再現には程遠く、実際の抄紙はにお
けるデータとは大巾に異なった測定結果しか得られない
。

例えば、実際の高速抄紙機において、カナディアン・ス
タンダード・フリーネス（ｃｓｆ）が４００ミリリツト
ルとなるまで叩解したパルプに、炭酸カルシウム７５％
を加えた原料の、金網におけるワンパスリテンション（
ＯＰＲ＞は、約２０％にすぎないが、前記の手抄紙調製
装置によれば、その歩留まりは７８％である。すなわち
、前者は、動的な状態に於ける填料の歩留まりを示して
いるのに対して、後者は、静的な状態における填料の歩
留まりを示している。結局、金網における填料などの歩
留まり、あるいはその挙動を把握するためには、前記手
抄紙調製装置では極めて不都合でおることが分かる。

この様な欠点を解消するために、上述のに、Ｗ、Ｂｒ１
ｔｔの提案した装置があるが、既に）小べたような欠点
を有している。また、井上らの装置（実公昭５９−２５
０１０’＞によれば、攪拌槽と抄紙槽を、コックを介し
て独立させているので、初期ろ水での金網上への紙層形
成は起こらず、ワンパスリテンションの測定は可能であ
る。しかし、攪拌槽に入れて攪拌した原料パルプなどは
、コックを介して抄紙槽下側の金網に落下する際、所定
の動的条件とは異なり、水力学的挙動が不安定で、デー
タのばらつきが大きいという欠点がある。

したがって、本発明の目的は、実際の抄紙工程に近い条
件の下で、繊維状分散液の各種の動特性を測定できるよ
うな方法を提供することにある。

（問題点を解決するための手段） 前記目的を達成するために、本発明による方法は、以下
の工程を備える。

（イ）底のある容器に繊維状分散液を入れる工程。（ロ
）繊維状分散液を攪拌して所定の回転速度にする工程。

（ハ）容器の底を、迅速に金網に切り換える工程。（二
〉金網を通して排出される液について、所望の特性を測
定する工程。

（作用） 底のある容器に入れた繊維状分散液を攪拌するときは、
最初は、繊維状分散液はどこにも流出せずに、効率良く
攪拌される。繊維状分散液が所定の回転速度になったと
きに、容器の底は、迅速に金網に切り換えられる。その
瞬間から、繊維状分散液は、所定の速度で回転しながら
、金網を通って排出される。すなわち、実際の抄紙工程
に近い条件の下で、繊維状分散液は金網を通ることにな
り、このとき測定される各種の特性は、実際の抄紙工程
における特性に近いものとなる。

（実施例） 以下、添付図面を参照して、本発明の実施例を詳しく説
明する。本発明の実施例は、大きく分けて、「Ａ、動的
ろ水度測定方法」と、「Ｂ９填お１歩留まり測定方法」
とがある。以下、順に説明する。

「Ａ、動的ろ水度測定方法」 第１図は、この実施例に使用する装置の構成図である。

円筒容器１の内部には、攪拌羽根２を設けである。攪拌
羽根２は、軸３に取り付けてあり、軸３にはプーリ４を
固定しである。プーリ４は、モータ５で駆動するように
なっている。円筒容器１の下端には、水平断面が長方形
のスライドケース６を一体に固定しである。スライドケ
ース６の内部には、スライドプレート７を挿入してあり
、スライドプレート７は、スライドケース６の中を、水
平移動できるようになっている。スライドプレート７の
上面と、これに滑り接触するスライドケース内面とは、
液密を保つようになっている。第２図は、スライドプレ
ート７の平面図である。スライドプレート７の、第２図
の右半分には、円形の金網８を張っである。金網８の直
径は、円筒容器１の内径と等しくしておる。

スライドケース６の下端には、ロー１〜部９を接続しで
ある。ロート部９の上端の内径は、金網８の直径と等し
くしである。ロー１〜部９の下端には、三方弁１０を接
続しである。三方弁１０には、下向きの出口１１と、横
向きの負圧接続口１２がある。出口１１の下方には、排
水容器１３がある。

排水容器１３は、ｉｔ　ｆｆｌ器１４で支えている。こ
の装置では、計四器１４は、両端支持梁に歪みゲージを
貼り付けて構成しである。

スライドプレート７は、アクチュエータ１５に接続して
あり、アクチュエータ１５によって水平方向に駆動され
る。アクチュエータ１５は、制御装置１６からの信号を
受けて動作する。三方弁１０も、制御装置１６からの信
号を受けて動作する。計量器１４の出力信号は、制御装
置１６に入力される。制御装置１６の出力信号のひとつ
は、データ処理装置１７に入力される。データ処理装置
１７の出力は、プリンタ１８に入力されてプリントアラ
Ｉ−される。

次に、この装置を使用して繊維状分散液の動的ろ水度を
測定する方法を説明する。まず、スライドプレー！・７
を、第１図に示すように、右方向に移動しておく。次に
、円筒容器１内に、所定最の繊維状分散液を入れる。そ
して、魔拌羽根２を回転させ、繊維状分散液とスライド
プレー１へ７との相対速度が、実際の抄紙機における条
件に適合するようにする。繊維状分散液が所定の速度に
達すると、アクチュエータ１５が作動して、スライドプ
レート７は瞬時に左方向に移動する。したがって、円筒
容器１の底は、金網８に切り替わる。繊維状分散液は、
攪拌による速度を与えられたままで、すなわち動的状態
のままで、金網８を通って排出される。排出された液（
白水）は、ロート部９に落下し、三方弁１０を通って、
出口１１に導かれる。そして、排水容器］３内に落下す
る。排水容器１３内の白水の但が増加するにしたがって
、計量器１４の両端支持梁が撓み、歪みゲージが歪みを
検出する。歪みゲージの出力信号は、制御装置１６に送
られる。これにより、排出容器１３内に刻々入ってくる
白水の足を検知することができる。データ処理装置１７
では、白水の但の時間的変化を基に、繊維状分散液の動
的ろ水度を訓算する。この点については、以下に詳しく
述べる。

まず、白水の♀の時間的変化と、繊維状分散液の動的ろ
水度との関係について考察する。水と巨視的な繊維が共
存する、いわゆる繊維状分散液のろ過の機構は、次の数
学的モデルによって取り扱われる。

Ｉ　ｎ　（１−（１／Ｑ）＋Ｑ／Ｑ＝−↑／Ｋｒここで
、Ｑは、円筒容器に入れる繊維状分散液の量、ｑは、時
間尤にあける排水された液体の但、Ｋｒは、繊維状原料
の特性によって定まる定数で必る。定数Ｋｒは、繊維状
原料の種類、化学的、機械的処理の程度、繊維状分散液
に加える薬液あるいは填料の量および質に依存し、極め
て重要な定数である。

繊維状原料の前処理の程度、すなわち叩解度を変化させ
て、時間ｔと、Ｉ　ｎ　（１−ｑ／Ｑ）　十ｑ／Ｑ　　
との関係を求めてみると、第３図のようになる。叩解の
程度をカナディアンろ水度（ＣＳｆ）で表示したとき、
時間ｔと、Ｉｎ（１−Ｑ／Ｑ）　十Ｑ／Ｑ　　との関係
は、第３図のように直線関係となる。この直線の傾斜は
、上記の繊維状原料の特性を示す指標となる。

以上の点に着目して、第１図に示す装置を使用して、繊
維状原料の分散液濃度、金網との相対速度、ｔＸ料添加
但などを変化させて、時間ｔと、Ｉ　ｎ　（’１−Ｑ／
Ｑ）　十ｑ／Ｑ　　との関係を実測したものを、第４図
、第５図、第６図に示す。すなわち、これらのグラフは
、抄紙される紙の、抄紙機上において金網部に繊維状分
散液が流出され、脱水される際の、動的ろ水特性を示す
ものである。

時間ｔと、Ｉ　ｎ　（１−ｑ／Ｑ）　＋Ｑ／Ｑ　　との
関係は、データ処理装置１７で瞬時に計算され、プリン
タ１８で出力される。

この様な方法によって、抄紙原料である繊維状原料の状
態を瞬時に把握することができ、抄紙工程の管理に役立
たせることができる。また、必要によっては、この方法
で得たデータを前処理工程にフィードバックし、リファ
イナーによる叩解の条件を制御することも可能である。

さらに、第１図の装置において、三方弁１０の出口１１
側を遮断し、負圧接続口１２側を開けることもできる。

このようにすると、金網８の下側の空間には、負圧接続
口１２から負圧が導入され、急速ろ過が実施される。す
なわち、実際の抄紙機のサクションボックスの排水挙動
をシミュレーションすることができ、動的条件における
紙シートを得ることができる。

ｒＢ、　１ｉｌＱ料歩留まり測定方法」この方法を実施
するには、第１図に示す装置の一部を使用する。すなわ
ち、円筒容器１から排水容器１３に至るまでの構成を利
用する。この場合、スライドプレート７の駆動時刻は、
タイマーセットによって変更できるようにしておる。ス
ライドプレート７の金網８は、試験条件に応じて適宜変
更し１ｑる。

次に、第１図を参照して、この方法の実施手順を説明す
る。まず、スライドプレー１〜７を第１図に示す状態に
セットして、円筒容器１内に原料パルプなどを入れる。

そして、抄紙機の条件に適合するように、攪拌羽根２で
原料パルプなどを攪拌し、その動的な状態を維持する。

次に、撹拌しながら、スライドプレート７を瞬時に左方
向に移動し、円筒容器１の底を金網８に切り換える。原
料パルプなどは、動的状態のままで、金網８を通って排
出される。次に、排水容器１３内に落下した排水（白水
）の適当伍を採取し、その中の填料を測定する。

く実験例〉 本実験は、中性抄紙において炭醒カルシウムを添加する
際の、各種薬品のワンパスリダクションへの効果を検問
するものである。

広葉樹晒しクラフトパルプを試料として、叩解機ナイヤ
ガラ・ビータ−にて、カナディアン・スタンダード・フ
リーネス（ｃｓｆ）３５０ミリリツトルまで叩解した。

続いて、下記の第１表に示す、各種薬品の添加順序およ
び添加最に従って、原料パルプなどの調整を行った。そ
の後、原料濃度０．３％としたもの２リツトルを、容量
３リツトルの円筒容器に入れ、ｉｏｏｏｒｐｍおよび３
０００ｒｐｍの回転速度で２分間攪拌した。攪拌を持続
させた状態で、スライドプレート７を移動して、円筒容
器１の底を金網８に切り替えた。

金網８を通過した排水（白水）中の填料を測定し、ワン
パスリテンション（ＯＰＲ＞のデータを１９だ。

また、比較例として、静的状態（手抄紙調製機）でも測
定した。これらの結果を第２表に示す。

本実験条件において、排水採取ε２５０〜３００ミリリ
ットル程度まで動的条件が保たれるが、それ以上では、
紙層形成が起こり、ろ過作用の影響を受けて、ＯＰＲ値
は高くなり、再現性のあるデータは１ｑられなかった。

第１表　原料パルプなどの調製順序 薬品添加順序　　　　　　　　薬品添加はパルプ　　　
　　　　　パルプ濃度　２．５％◆ （１）炭酸カルシウム（叶）７５％ 壷 （２）カチオン澱粉（Ｃ−３ｔ）　　　　　　　　　１
．０％÷ （３）中性サイズ剤（ＡＫＤ）　　　　　　　　　　０
．３％壷 希釈　　　　　　　　　パルプ濃度　０．３％＋ （４）リテンション助剤（Ａ−ＰＡ＾）　　　　　　０
．０３？≦（注）各種薬品の添加母は、絶乾パルプ重量
に対するパーセントで表した。

ＧＬ：＠質炭酸カルシウム （ニスカロン＃８００．三共精粉製） Ｃ−Ｓｔニカチオン澱粉、Ｎ（直０．２５％（昭和電工
製） ＡＫＤ　：アルキルケテンダイマー系中性サイズ剤（バ
ーコン４０．デックパーキュレス製）＾−Ｐ＾＾：アニ
オン系ポリアクリルアミド（セパラン＃３０１ダウクー
ミカル製）第２表　各種薬品による填料０ＰＲ（％）＋
（八Ｋ（１） （発明の効果） 以上説明したように、本発明は、底のある容器に繊維状
分散液を入れて、繊維状分散液を攪拌して所定の回転速
度にした後、容器の底を迅速に金網に切り換えるように
したので、金網を通して排出される液について各種の特
性を測定すれば、実際の抄紙工程における繊維状分散液
の動的な挙動が把握できるという効果がおる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本考案の一実施例に使用する装置の構成図、 第２図は、第１図に示す装置で使われるスライドプレー
トの平面図、 第３図は、繊維状原料の叩解度を変化させて、時間ｔと
、Ｉ　ｎ　（１−ａ／Ｑ）　＋ｑ／Ｑ　　との関係を求
めたグラフ、 第４図から第６図までは、第１図に示す装置を使用して
、各種条件で、時間ｔと、Ｉｎ（１−Ｑ／Ｑ）　十ｑ／
Ｑ　　との関係を実測したグラフである。 １・・・・・・円筒容器、 ２・・・・・・攪拌羽根、 ７・・・・・・スライドプレート、 ８・・・・・・金網、 １３・・・・・・排水容器、 １４・・・・・・計量器。 よ庖大　静　岡　紮 廟千μ枳製帆料ｐ杯片 スλミタ禰しノ・、　：、、　　　−鳩′　″ｔｑ第２
図 第３図 第５図 第６図 ｔ　（ＳＣＣ）

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）以下の工程を備える、繊維状分散液の動特性測定
   方法。 （イ）底のある容器に繊維状分散液を入れる工程。 （ロ）繊維状分散液を攪拌して所定の回転速度にする工
   程。 （ハ）容器の底を、迅速に金網に切り換える工程。 （ニ）金網を通して排出される液について、所望の特性
   を測定する工程。
2. （２）前記（ニ）の工程が以下の工程を備える、特許請
   求の範囲第１項に記載の測定方法。 （ホ）金網を通して排出される液の時間的な量の変化を
   連続的に測定する工程。 （ヘ）前記（ホ）の工程の測定結果から、繊維状分散液
   のろ水度曲線を求める工程。 （ト）前記ろ水度曲線の傾きを、繊維状原料の動的ろ水
   度の固有値とする工程。
3. （３）前記（ニ）の工程が以下の工程を備える、特許請
   求の範囲第１項に記載の測定方法。 （チ）金網を通して排出される液に含まれる填料を測定
   して、繊維状分散液に含まれていた填料の歩留まりを測
   定する工程。