WO2014104261A1 - ピッチ抑制剤、ピッチ抑制方法、及び脱墨パルプの製造方法 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a pitch inhibitor, a pitch suppression method, and a deinking pulp manufacturing method that are preferably used during paper pulp manufacture. More specifically, the present invention effectively suppresses and prevents pitch failure in a paper manufacturing process.
- the present invention relates to a pitch inhibitor and a pitch suppression method, and a method for producing deinked pulp from which foreign matters such as pitch are removed.
- the pitch in the paper manufacturing process is a hydrophobic resin mainly composed of adhesive resin components contained in raw wood, synthetic adhesive substances in recycled used paper, and organic substances derived from additive chemicals used in the paper manufacturing process. Indicates a sticky substance.
- the pulp manufacturing process for manufacturing pulp from pulp raw materials and the paper making process for manufacturing paper from pulp obstacles due to pitch may occur.
- pitch exists as a colloid in water, but precipitates in water or on papermaking tools due to the destruction of the colloidal state caused by large shear force, pH, water temperature change, addition of chemicals, etc.
- the agglomerated fine pitch agglomerates may adhere to the paper making tool, causing pitch agglomerates to be mixed into the product, poor squeezing, and paper breakage.
- Patent Document 1 describes that a specific coagulant (diallyldimethylammonium chloride-containing polymer) is used to prevent pitch precipitation.
- Patent Document 2 describes that the pitch is suppressed by using a flocculant.
- Patent Document 3 describes adsorbing pitch to talc.
- Patent Document 4 describes a paper-made pitch adhesion preventive agent containing a polymer containing maleic acid or maleamic acid and isobutylene, diisobutylene or styrene as constituent units and a nonionic surfactant.
- Patent Document 5 describes that pitch is decomposed by an enzyme derived from a specific microorganism.
- a cationic polymer When a cationic polymer is used as a coagulant as in Patent Document 1, the mechanism of action is to fix a pitch, which is said to have a negative charge, to the pulp with a cationic polymer, but a cationic polymer having an appropriate molecular weight and chemical structure is used. Must be used in appropriate amounts. If it is used in an inappropriate state, the pitches may be aggregated to deteriorate the obstacle. In addition, since it is a charge reaction, its action is inferior for pitches with strong hydrophobicity.
- the flocculant When the flocculant is used as in Patent Document 2, the problem is that the whiteness of the pulp decreases due to the fixing of the anionic ink or the like to the fiber because the agent is cationic, and the fiber is flossed due to floc formation.
- a pitch inhibitor comprising an alkaline solution in which a phenol resin and / or a modified phenol resin is dissolved, or an acid solution in which a phenol resin and / or a modified phenol resin is dissolved.
- a pitch suppression method comprising adding the pitch suppressor according to any one of [1] to [4] in a paper manufacturing process.
- a pitch inhibitor is added to at least one of chemical pulp, mechanical pulp and waste paper pulp in the pulp manufacturing process, broke and disk filter in the pulp recovery process, and mixing chest, machine chest, seed box and inlet in the paper making process.
- Pitch suppression according to any one of [5] to [9] wherein a pitch inhibitor is added to the flotation process and / or the preceding process in the deinking process of the used paper pulp manufacturing process among the paper manufacturing processes.
- a method for producing deinked pulp wherein the pitch inhibitor according to any one of [1] to [4] is added to the pulp slurry in the deinking step.
- the pitch suppression method according to [7] wherein a pitch inhibitor is added to at least one of a wire, a felt, a canvas, a roll, and a suction roll among the tools.
- the cleaning shower is a stain prevention shower attached to at least one of a tool, a chest, and an apparatus.
- the present invention in the paper manufacturing process, it is possible to satisfactorily suppress pitch obstruction even in a situation where pitch is present at a high concentration, and it is possible to satisfactorily inhibit pitch obstruction even for highly hydrophobic pitches. it can.
- the pitch inhibitor of the present invention comprises an alkaline solution in which a phenol resin and / or a modified phenol resin is dissolved, or an acid solution in which a phenol resin and / or a modified phenol resin is dissolved.
- the pitch inhibitor of the present invention in the paper manufacturing process, it is possible to satisfactorily suppress pitch obstruction even in a situation where pitch is present at a high concentration, and it is possible to favorably inhibit pitch obstruction even for highly hydrophobic pitches. .
- the details of the mechanism by which the present invention exerts the effect of suppressing pitch disturbance are unknown, it is estimated as follows.
- Phenol resin and / or modified phenol resin dissolved in an alkali solution or acid solution in the pitch inhibitor causes hydrophobic interaction with pitch existing in water or pitch attached to papermaking raw material, and all or part of the pitch. It is presumed that deposits are formed by further coating and depositing by some action. Alternatively, it is presumed that the phenol resin and / or the modified phenol resin is deposited by pitching the pitch by some action to form a precipitate. Precipitates composed of phenolic resin and / or modified phenolic resin and pitch formed in this way have a lower viscosity than that of pitch-only precipitates, thus preventing aggregation in the process and adhesion of pitch to tools. And the pitch disturbance is improved.
- phenolic resins with ionic properties can be used in combination with appropriate charge control agents (cationic polymer, sulfuric acid band, anionic polymer) to promote the precipitation of phenolic resin by charge neutralization and improve the interaction with pitch.
- charge control agents cationic polymer, sulfuric acid band, anionic polymer
- it since it can promote fixing to the pulp fiber which is anionic with the particle diameter of the particle
- the phenol resin deposited in the flotation process and / or the preceding process in the deinking process precipitates by entraining the pitch by some action, adheres to bubbles that are more hydrophobic than pulp fibers, and is discharged out of the process by the flowmeter. Is done.
- phenol resin and / or modified phenolic resin examples include novolak type phenol resins and modified phenol resins thereof, resol type phenol resins and modified phenol resins thereof, and these phenol resins and modified phenol resins thereof.
- Those subjected to secondary reaction treatment can be used, and these can be used alone or in combination of two or more.
- the product subjected to the secondary reaction treatment include a resin whose molecular weight is controlled by adding an aldehyde to an alkaline solution of a phenol resin and reacting with the phenol resin.
- a modified phenol resin the Mannich reaction material obtained by making phenols and / or a phenol resin, amines, and aldehydes react is mentioned, for example.
- the novolac type phenol resin is a phenol resin obtained by reacting phenols and aldehydes in the presence of an acidic catalyst
- the resol type phenol resin is phenols and aldehydes in the presence of a basic catalyst. It is a phenolic resin obtained by reacting with a kind.
- the weight average molecular weight of the phenolic resin and / or the modified phenolic resin is not particularly limited, but if the molecular weight is small, the coating effect on the pitch and the precipitation efficiency of the precipitate are reduced, and if the molecular weight is large, the precipitate formed is For example, it is 500 to 60,000, preferably 1,000 to 60,000, and more preferably 1,000 to 30,000 because it may become a foreign substance having a size that adversely affects paper manufacture. It is a range.
- phenols used in the production of the above-mentioned novolak type phenol resin and resol type phenol resin include phenol, cresol isomers, ethylphenol isomers, xylenol isomers, alkylphenols such as butylphenol, and unsaturated compounds such as cardanol.
- alkylphenols polyaromatic phenols such as ⁇ and ⁇ naphthols, polyphenols such as bisphenol A, bisphenol F, bisphenol S, pyrogallol, resorcin, and catechol, and hydroquinone, but are not limited thereto. It is not something.
- These phenols may be used individually by 1 type, and 2 or more types may be mixed and used for them.
- aldehydes examples of the aldehydes used in the production of the above-mentioned novolak-type phenol resin and resol-type phenol resin include formaldehyde, paraformaldehyde, acetaldehyde, propylaldehyde, benzaldehyde, salicylaldehyde, glyoxal, and the like, but are not limited thereto. It is not a thing. These aldehydes may be used individually by 1 type, and may mix and use 2 or more types.
- Examples of amines used in the Mannich reaction in the production of the modified phenolic resin include isophorone diamine, metaxylene diamine, diethylenetriamine, diethanolamine, and N-methylethanolamine, but are not limited thereto. Absent. These amines may be used individually by 1 type, and may mix and use 2 or more types. Examples of the aldehydes used in the Mannich reaction include the same compounds as those exemplified in the description of the aldehydes used in the production of the novolak type phenol resin and the resol type phenol resin.
- the alkali solution is preferably an alkali metal hydroxide solution from the viewpoint of sufficiently dissolving the phenol resin and / or the modified phenol resin.
- the alkali metal hydroxide sodium hydroxide, potassium hydroxide, lithium hydroxide and the like are preferable, and sodium hydroxide is more preferable.
- the pH of the pitch inhibitor when the pitch inhibitor is an alkaline solution is not particularly limited as long as it is alkaline, but is preferably 8 to 14 from the viewpoint of sufficiently dissolving the phenol resin and / or the modified phenol resin, 11 to 14 is more preferable.
- the acid solution examples include an inorganic acid solution and an organic acid solution. From the viewpoint of sufficiently dissolving the phenol resin and / or the modified phenol resin, an inorganic acid solution is preferable.
- an inorganic acid solution hydrochloric acid, sulfuric acid, nitric acid, phosphoric acid solution and the like are preferable, hydrochloric acid, sulfuric acid or nitric acid is more preferable, and hydrochloric acid is more preferable.
- the pH of the pitch inhibitor when the pitch inhibitor is an acid solution is not particularly limited as long as it is acidic, but is preferably 1 to 5 from the viewpoint of sufficiently dissolving the phenol resin and / or the modified phenol resin.
- Water is preferably used as the solvent for the alkaline solution or acid solution used in the pitch suppressant of the present invention, but other solvents may be included.
- the content of water in the solvent is 80% by mass or more, preferably 90% by mass or more, more preferably 95% by mass or more, still more preferably 99% by mass or more, and still more preferably 100%. % By mass.
- Other solvents include, but are not limited to, ketones such as acetone, esters such as ethyl acetate, water-soluble organic solvents such as alcohols such as methanol, amines, and the like.
- the total content of the phenol resin and / or the modified phenol resin and the alkali or acid in the component excluding the solvent from the pitch inhibitor (non-solvent component of the pitch inhibitor) is from the viewpoint of improving the pitch hindrance inhibitory effect.
- it is 80 mass% or more, More preferably, it is 90 mass% or more, More preferably, it is 95 mass% or more, More preferably, it is 99 mass% or more, More preferably, it is 100 mass%.
- an optional component such as another resin may be contained in the pitch inhibitor, and the content of the optional component in the non-solvent component of the pitch inhibitor is preferably It is 20 mass% or less, More preferably, it is 10 mass% or less, More preferably, it is 5 mass% or less, More preferably, it is 1 mass% or less, and it is still more preferable not to contain.
- pitch inhibitor production method There is no restriction
- the pitch suppression method of the present invention is characterized in that the above-described pitch suppression agent of the present invention is added in the paper manufacturing process.
- the pitch inhibitor is added to various chests and / or pipes in a paper manufacturing process, for example, a pulp manufacturing process, a washing / selection process, a preparation process, a papermaking process, and a white water recovery process. Or added to a cleaning shower.
- the pitch inhibitor is added to chemical pulp, mechanical pulp or waste paper pulp in the pulp manufacturing process, or added to broke or disk filter in the pulp recovery process, or mixing chest or machine in the paper making process. It is preferable to add a pitch inhibitor to the chest, seed box or inlet, white water silo, seal pit, white water recovered water, etc., or to the flotation step in the deinking process of the used paper pulp manufacturing process and / or the preceding step. .
- process water whose suspended solids concentration is 1.0 mass% or less.
- white water silos, seal pits, and white water recovered water are more preferable.
- a pitch inhibitor to process water having a suspended solid concentration of 1.0% by mass or less, it may be circulated to a pulp raw material system having a suspended solid concentration of more than 1.0% by mass. Good.
- the pitch inhibitor to a paper manufacturing tool such as a wire, felt, canvas, roll, or suction roll, and the addition of the pitch inhibitor to the washing shower can be performed by using various tools, chests or It is preferable to carry out a shower for preventing dirt attached to an apparatus or the like.
- a paper manufacturing tool such as a wire, felt, canvas, roll, or suction roll
- the addition of the pitch inhibitor to the washing shower can be performed by using various tools, chests or It is preferable to carry out a shower for preventing dirt attached to an apparatus or the like.
- the amount of the pitch inhibitor added is preferably such that the amount of the active ingredient is 1 to 10,000 g per 1,000 kg of pulp. If the amount of the active ingredient is 1 g or more per 1,000 kg of pulp, the effect of preventing the adhesion of pitch is sufficiently exhibited. On the other hand, when the amount of the active ingredient is 10,000 g or less with respect to 1,000 kg of pulp, it is economically advantageous.
- the amount of the pitch inhibitor added is more preferably 5 to 8,000 g, more preferably 10 to 6,000 g, per 1,000 kg of pulp.
- the pitch inhibitor may be dispersed and added at a plurality of locations in the paper manufacturing process. For example, you may add to the floatator of a pulp manufacturing process, and the machine chest of a papermaking process.
- the “active ingredient” means a resin component in the pitch inhibitor.
- the pitch inhibitor in the paper manufacturing process, it is added to a tank or piping for washing or sealing shower water installed at or near a spot where dirt is attached, or The method of spraying directly can be mentioned.
- a value such that the amount of the active ingredient is 1 to 100,000 mg per liter of shower water is preferable.
- the amount of the active ingredient is 1 mg or more per liter of shower water, the pitch adhesion preventing effect is sufficiently exerted.
- the amount of the active ingredient is 100,000 mg or less per liter of shower water, it is economically advantageous.
- the amount of the pitch inhibitor added is more preferably 5 to 2,000 mg per liter of shower water, and even more preferably 10 to 1,000 mg.
- the pitch inhibitor may be continuously added to shower water, or may be intermittently added.
- a wire, a felt, a roll etc. can be mentioned, for example.
- a cationic polymer can be used in combination with the pitch suppressor of the present invention.
- the cationic polymer include amine-epichlorohydrin resin, diallylamine (DAA) polymer, diallyldimethylammonium chloride (DADMAC) polymer, and polyethyleneimine having a weight average molecular weight of tens of thousands to tens of millions. These may be used alone or in combination of two or more.
- DAA diallylamine
- DMAC diallyldimethylammonium chloride
- polyethyleneimine having a weight average molecular weight of tens of thousands to tens of millions. These may be used alone or in combination of two or more.
- a resin other than the Mannich reaction product is preferable.
- the amount of the cationic polymer mixed with the phenol resin and / or modified phenol resin should be such that the colloidal equivalent during mixing is about 0.005 to 1 meq / L. Is preferred. Moreover, you may use it combining an aluminum compound with the pitch inhibitor of this invention.
- the aluminum compound is not particularly limited, and examples thereof include aluminum compounds such as aluminum sulfate, aluminum chloride, polyaluminum chloride, alumina sol, aluminum silicate, and aluminum nitrate.
- the amount of aluminum compound added is preferably such that the amount of active ingredient is 1 to 100,000 g per 1,000 kg of pulp.
- the method for producing deinked pulp of the present invention is characterized in that the pitch inhibitor is added to the pulp slurry in the deinking step.
- Production of deinked pulp in the present invention can be carried out in the same manner as conventionally known deinked pulp production methods.
- the raw paper is added to an aqueous solution of sodium hydroxide, sodium silicate, etc.
- the used paper is dissociated with a pulper (pulp disintegrator) to form a pulp slurry
- the pulp slurry and deinking agent for example, a nonionic interface
- Activator is kneaded and the printing ink is peeled off from the pulp.
- the mixture is bleached with a tower to which hydrogen peroxide has been added, and foreign matters such as ink, ash, and pitch are floated and separated by a flotator (flotation machine) and discharged out of the system as floss.
- a flotator foulation machine
- water in the pulp slurry is removed with an extractor or the like, and the pulp is resuspended in water, and then the pulp is washed with a filter to obtain deinked pulp (DIP).
- DIP deinked pulp
- the pitch suppressant of the present invention may be added to the flotator or may be added at the previous stage, but is preferably added immediately before the flotator.
- the pitch inhibitor to both the flowator and the preceding process.
- the flotator bubbles are blown into the pulp slurry, and foreign matters such as ink adhere to the bubbles and float, and are separated from the pulp fibers.
- a known organic deinking agent can also be added.
- the pitch inhibitor according to the present invention is added and the flotation is performed, the peeled ink, the foreign matter such as the pitch, and the pitch inhibitor interact to form a colloid. This adheres to bubbles that are more hydrophobic than pulp fibers and floats and separates.
- the deinked pulp from which foreign matters such as ink and pitch are removed in this way is preferably used as a raw paper raw material for producing newspaper, magazine paper, OA paper, medium-sized printing paper, flyer paper, cardboard paper and the like. Can do.
- a yellow transparent novolac cresol resin (weight average molecular weight: 2,000) was obtained.
- a yellow transparent novolac cresol resin (weight average molecular weight: 2,000) was obtained.
- 40.0 g of the resin obtained in a beaker, 209.5 g of ion-exchanged water, and 16.5 g of a 48% by mass aqueous sodium hydroxide solution were added and dissolved by stirring with a magnetic stirrer, and a novolac cresol resin alkaline solution ( 266 g of PC agent V) was obtained.
- the resin component (active ingredient) concentration of this solution was 15.0% by mass, and pH was 11.7.
- a yellow transparent novolac cresol resin (weight average molecular weight: 2,000) was obtained. It was obtained by putting 200.0 g of the obtained resin and 400.0 g of methanol in a separable flask equipped with a stirrer, a thermometer and a reflux condenser, heating to 40 ° C. with a heater, and stirring for 1 hour. The resin was dissolved in methanol. Next, 400.0 g of ion exchange water was added. By this operation, the resin precipitated and was separated into solid and liquid. Subsequently, the separated solution portion was carefully removed to obtain a resin. The same operation was further repeated twice on the obtained resin to finally obtain 43.0 g of resin.
- the weight average molecular weight of each sample was measured by gel permeation chromatography (GPC) as follows.
- GPC gel permeation chromatography
- the sample was soluble in the tetrahydrofuran solution, it was used as a molecular weight measurement sample as it was.
- a molecular weight measurement sample was prepared by the following operation. That is, when the sample is an alkaline solution, it is insoluble in tetrahydrofuran, and thus it is necessary to remove alkali metal ions and remove moisture without causing the low molecular weight component in the resin to flow out.
- an alkaline solution of the sample was diluted to about 0.1% by mass, and a suspension in which pH was lowered to 4.6 by slowly dropping hydrochloric acid was prepared.
- this suspension was put in a dialysis tube and sealed, and the tube was placed in a vat that was allowed to continuously pass pure water, and dialyzed for 24 hours. Thereafter, the suspension taken out from the dialysis tube was filtered through a glass filter, and the collected resin was washed with pure water and then dried at room temperature for 48 hours in a vacuum dryer to obtain a molecular weight measurement sample.
- the measurement was performed using a tetrahydrofuran solution as a molecular weight measurement sample, HLC8022 manufactured by Tosoh Corporation as a chromatography column, and tetrahydrofuran as a solvent.
- the weight average molecular weight was determined by standard polystyrene conversion.
- Mock test 1 This test is a test that simulates the effect of preventing the adhesion of pitch to papermaking tools, especially wires. Compared with blank conditions to which no chemicals are added, the smaller the amount of pitch adhesion, the higher the chemical effect for preventing pitch failure.
- Pulp slurry was prepared by beating commercially available cardboard to 350 ml of CSF (Canadian Standard Freeness) using Niagara Vita L23 manufactured by Toyo Seiki Co., Ltd., and diluted to 0.1% by mass with tap water to prepare a pulp solution. .
- Example 1 The same operation as in Example 1 was performed except that no pitch inhibitor was added. The results are shown in Table 1.
- ⁇ Comparative Examples 2 to 6> The same operation as in Example 1 was performed except that the type of pitch inhibitor and the active ingredient concentration were as shown in Table 1. The results are shown in Table 1.
- PC agent I or PC agent II was diluted to 10% by mass with pure water and slowly stirred, 1N hydrochloric acid was slowly added dropwise to lower the pH to 6 and phenol. The filtration residue obtained by precipitating the resin and then filtering was used.
- Examples 1 to 4 containing PC agent I, PC agent II and PC agent III of the present invention are Comparative Example 1 in which no pitch inhibitor is added and Comparative Examples using agents other than the present invention. It can be seen that the effect of preventing the pitch failure is higher than that of 2 to 6 with less pitch adhesion. Moreover, when pH is 9, it turns out that a pitch obstruction prevention effect is high by using a cationic polymer together.
- Example 5 using PC agent II can reduce the number of pitches in the product, compared to the treatment according to Comparative Example 7 using no drug and Comparative Example 8 or 9 using another drug. I understand that.
- (3) Actual machine test 2 This test is an example in which a pitch inhibitor is added to the shower water of a papermaking tool to prevent tool stains and prevent pitch failure.
- pitch concentration of slurry after flotation treatment The pulp slurry collected after the flotation treatment was evaporated to dryness, soxhlet extraction was performed using dichloromethane, and the concentration of pitch (adhesive or synthetic resin mixed in the pulp) was calculated from the extracted mass. A lower pitch concentration is preferable.
- Slurry after flotation and floss ink concentration A sulfuric acid band was added to the pulp slurry and floss collected after the flotation treatment until the agglomeration reaction did not proceed, and then two evaluation pulp sheets were prepared according to JIS P8209 using a tapi sheet machine. About the obtained pulp sheet, the whiteness was measured according to JIS P8123 using a Hunter whiteness meter.
- the whiteness was measured at five points for each sheet, and the average value was obtained. Separately, a predetermined amount of ink was added to the virgin pulp slurry, and two calibration curve pulp sheets were produced in the same manner as described above. About the obtained pulp sheet, the whiteness was measured by the same method as described above, and a calibration curve of the ink amount and the whiteness was created. Then, the amount of ink was calculated
- the ink concentration in the slurry after flotation is preferably low, and the ink concentration in the floss is preferably high.
- Two pulp sheets for whiteness measurement were prepared from the pulp slurry collected after the flotation treatment according to JIS P8209 using a tappi sheet machine. About the obtained pulp sheet, the whiteness was measured according to JIS P8123 using a Hunter whiteness meter. The whiteness was measured at five points for each sheet, and the average value was obtained.
- Example 10> The same operation as in Example 7 was performed except that the pitch inhibitor was not used. The results are shown in Table 3.
- ⁇ Comparative Examples 11 to 18> The same operation as in Example 7 was performed except that the pitch inhibitor added so as to have the types and active ingredient concentrations shown in Table 3 was used. The results are shown in Table 3.
- Mock test 3 This test evaluated the suspended solids concentration of the pulp slurry where the pitch inhibitor is more effective. It is evaluated that the pitch is fixed to the fiber and the drug effect is higher as the turbidity is lower and the turbidity is higher than the blank to which no drug is added.
- a pulp slurry was prepared by beatting a commercially available LBKP sheet to 200 ml of CSF (Canadian Standard Freeness) using Niagara Beata L23 manufactured by Toyo Seiki Seisakusho Co., Ltd., and 0.5 mass with a phosphate buffer adjusted to pH 6.5. % To give a test pulp slurry. Residex A-6001 manufactured by Residex Co., Ltd.
- Turbidity [(turbidity when no drug is added)-(turbidity of example)] / (Turbidity when no drug is added) ⁇ 100 [%] (1)
- a pulp slurry was prepared by beatting a commercially available LBKP sheet to 200 ml of CSF (Canadian Standard Freeness) using Niagara Beater L23 manufactured by Toyo Seiki Seisakusho Co., Ltd., and 1.0 mass with a phosphate buffer adjusted to pH 6.5. % To give a test pulp slurry.
- Residex A-6001 manufactured by Residex Co., Ltd. was added as a simulated pitch to 180 ml of the test pulp slurry, and the mixture was stirred at 800 rpm for 10 seconds with a hand mixer.
- PC agents I, II, and IV to IX shown in Table 4 were added to the mixture so that the active ingredient concentrations were 20 mg / L, 50 mg / L, and 100 mg / L, and the mixture was further stirred for 30 seconds. Then, the mixture was diluted with tap water to a slurry of 0.5% by mass. Thereafter, the solution was suction filtered with a filter paper having a pore size of 1 ⁇ m, and the turbidity of the filtrate was measured in accordance with an ordinary method using a portable turbidimeter “2100P” (manufactured by HACH), and the turbidity was calculated using the above formula (1). evaluated. The results are shown in Tables 5 and 6. The turbidity is proportional to the amount of simulated pitch reduction in the filtrate, and the higher the turbidity, the more the simulated pitch is fixed to the pulp fiber by the chemical.
- Examples 59 to 82> The same operations as in Examples 35 to 58 were performed, except that the test pulp slurry was diluted to 2.0 mass% with a phosphate buffer solution of pH 6.5. The results are shown in Table 6.
- the pitch inhibitor of the present invention can effectively suppress and prevent pitch obstacles such as paper stains, defects, paper breaks, and workability degradation in the paper manufacturing process.
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Abstract
Description
パルプ原料からパルプを製造するパルプ製造工程や、パルプから紙を製造する抄紙工程において、ピッチによる障害が生じることがある。すなわち、ピッチは水中でコロイドとして存在しているが、大きなせん断力やpH、水温の変化,薬剤の添加等によりコロイド状態が破壊されることにより水中や抄紙用具上で析出したり、水中に析出した微細ピッチ同士の凝集物が抄紙用具上に付着することで、製品へのピッチ凝集物の混入、搾水不良、断紙等を引き起こしたりすることがある。これにより、製品の品質低下や、設備を停止して抄紙用具等を洗浄することによる生産性低下等の問題が発生する。
ピッチ障害は脱墨パルプや段ボール古紙など古紙原料を使用する場合や損紙を再利用するブローク原料を使用する場合に特に発生しやすい。
近年、原料中への古紙配合率の増加や用水原単位の低減が進むにつれて、紙製造工程に持ち込まれるピッチ量が増加しピッチ障害が多くなるとともに複雑化している。
特許文献1には、特定の凝結剤(ジアリルジメチル塩化アンモニウム含有ポリマー)をピッチの析出防止のために用いることが記載されている。
特許文献2には凝集剤を用いてピッチを抑制することが記載されている。
特許文献3には、ピッチをタルクに吸着させることが記載されている。
特許文献4には、構成単位としてマレイン酸又はマレインアミド酸とイソブチレン、ジイソブチレン又はスチレンとを含む重合体及びノニオン性界面活性剤を含有する製紙用ピッチ付着防止剤が記載されている。
特許文献5には、特定の微生物に由来する酵素により、ピッチを分解することが記載されている。
特許文献2のように凝集剤を用いる場合、薬剤がカチオン性であるためアニオン性を示すインク等の繊維への定着が進んでパルプの白色度が低下するといった問題や、フロック形成により繊維がフロスと共に系外に排出されてパルプ歩留まりが低下するといった問題がある。
特許文献3のようにタルクを用いる場合、ピッチの吸着が必ずしも十分でないため添加量を多く必要とする。また粉体であるために用具を摩耗させ交換頻度が増加するという問題がある。
特許文献4のように界面活性剤を用いる場合、十分な効果を得るためにはピッチを溶解するために高濃度の界面活性剤を添加する必要があるため、界面活性剤の発泡によりワイヤーにおける脱水不良や泡に付着したスカムの製品への混入による欠点等の品質低下を引き起こしたり、後の工程でピッチの再析出が起こり障害の根本的な解決にならない場合がある。
特許文献5のように微生物由来の酵素を用いる場合、基質特異性によりピッチの種類によっては効果を示さないこと、効果が発現するまでに長時間を必要とし、その間にピッチの付着が生じるという問題がある。
本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、高濃度にピッチが存在する状況であってもピッチ障害を良好に抑制することができ、疎水性の高いピッチに対してもピッチ障害を良好に抑制できるピッチ抑制剤及びピッチ抑制方法を提供することを目的とする。また、ピッチ等の異物が除去された脱墨パルプの製造方法を提供することを目的とする。
フェノール樹脂及び/又は変性フェノール樹脂が溶解しているアルカリ溶液、あるいはフェノール樹脂及び/又は変性フェノール樹脂が溶解している酸溶液は、疎水性相互作用により、従来処理の困難であった疎水性の高いピッチに対しても効果的に作用することで、ピッチによる障害を抑制し得ること、そして前記アルカリ溶液又は酸溶液をピッチ抑制剤として用いることにより、紙の製造工程において、効果的にピッチ障害を防止し得ることを見出した。
本発明は、かかる知見に基づいて完成したものである。
〔1〕フェノール樹脂及び/又は変性フェノール樹脂が溶解しているアルカリ溶液、あるいはフェノール樹脂及び/又は変性フェノール樹脂が溶解している酸溶液からなるピッチ抑制剤。
〔2〕前記フェノール樹脂及び/又は変性フェノール樹脂が、ノボラック型フェノール樹脂、レゾール型フェノール樹脂、変性フェノール樹脂、及びこれらの樹脂を原料樹脂として二次反応させて得られる二次反応フェノール樹脂の中から選ばれる少なくとも1種である〔1〕に記載のピッチ抑制剤。
〔3〕前記二次反応フェノール樹脂が、前記原料樹脂のアルカリ溶液にアルデヒド類を加え、前記原料樹脂と反応させて得られるものである〔2〕に記載のピッチ抑制剤。
〔4〕前記変性フェノール樹脂が、フェノール類及び/又はフェノール樹脂とアミン類とアルデヒド類とを反応させて得られるマンニッヒ反応物である〔1〕~〔3〕のいずれか1項に記載のピッチ抑制剤。
〔5〕紙製造工程において、〔1〕~〔4〕のいずれか1項に記載のピッチ抑制剤を添加することを特徴とするピッチ抑制方法。
〔6〕カチオンポリマーを併用する〔5〕に記載のピッチ抑制方法。
〔7〕前記紙製造工程のうち、パルプ製造工程、洗浄・精選工程、調成工程、抄紙工程、及び白水回収工程の少なくとも1つの工程において、チェスト、配管、用具、及び洗浄用シャワーの少なくとも1つに前記ピッチ抑制剤を添加する〔5〕又は〔6〕に記載のピッチ抑制方法。
〔8〕パルプ製造工程における化学パルプ、機械パルプ及び古紙パルプ、パルプ回収工程におけるブローク及びディスクフィルター、並びに抄紙工程におけるミキシングチェスト、マシンチェスト、種箱及びインレットの少なくとも1つにピッチ抑制剤を添加する〔5〕~〔7〕のいずれか1項に記載のピッチ抑制方法。
〔9〕懸濁物質の濃度が1.0質量%以下である工程水へ前記ピッチ抑制剤を添加する〔8〕に記載のピッチ抑制方法。
〔10〕前記紙製造工程のうち、古紙パルプ製造工程の脱墨処理におけるフローテーション工程及び/又はその前工程にピッチ抑制剤を添加する〔5〕~〔9〕のいずれかに記載のピッチ抑制方法。
〔11〕脱墨工程のパルプスラリー中に〔1〕~〔4〕のいずれかに記載のピッチ抑制剤を添加する脱墨パルプの製造方法。
〔12〕前記用具のうち、ワイヤー、フェルト、カンバス、ロール及びサクションロールの少なくとも1つにピッチ抑制剤を添加する〔7〕に記載のピッチ抑制方法。
〔13〕前記洗浄用シャワーが、用具、チェスト及び装置の少なくとも1つに付属する汚れ防止のためのシャワーである〔7〕に記載のピッチ抑制方法。
[ピッチ抑制剤]
本発明のピッチ抑制剤は、フェノール樹脂及び/又は変性フェノール樹脂が溶解しているアルカリ溶液、あるいはフェノール樹脂及び/又は変性フェノール樹脂が溶解している酸溶液からなるものである。
本発明によると、紙の製造工程において、高濃度にピッチが存在する状況であってもピッチ障害を良好に抑制することができ、疎水性の高いピッチに対してもピッチ障害を良好に抑制できる。
本発明によりピッチ障害抑制効果が発揮されるメカニズムの詳細は不明であるが、次のように推定される。ピッチ抑制剤中における、アルカリ溶液又は酸溶液に溶解したフェノール樹脂及び/又は変性フェノール樹脂が、水中に存在するピッチや製紙原料に付着したピッチと疎水性相互作用を生じてピッチの全部もしくは一部を被覆し、さらに何らかの作用で析出して、析出物が形成されるものと推定される。あるいは、フェノール樹脂及び/又は変性フェノール樹脂が、何らかの作用により、ピッチを巻き込んで析出して析出物が形成されるものと推定される。このように形成されたフェノール樹脂及び/又は変性フェノール樹脂とピッチからなる析出物は、ピッチ単独の析出物と比較して粘性が低くなるため、工程内での凝集や用具へのピッチ付着が抑制され、ピッチ障害が改善される。
また、イオン性を持つフェノール樹脂においては、適切な荷電調整剤(カチオンポリマー、硫酸バンド、アニオンポリマー)と併用することで、荷電中和によりフェノール樹脂の析出を促進させピッチとの相互作用を向上させることができ、また、当該相互作用により形成された粒子の粒子径が微小のままアニオン性であるパルプ繊維に定着することを促進することができるため、ピッチ障害にならない。
あるいは、脱墨処理におけるフローテーション工程及び/又はその前工程では析出したフェノール樹脂は何らかの作用によりピッチを巻き込んで析出し、パルプ繊維より疎水性の強い気泡へ付着し、フローテーターにより工程外へ排出される。
本発明のピッチ抑制剤に含まれるフェノール樹脂及び/又は変性フェノール樹脂としては、ノボラック型フェノール樹脂及びその変性フェノール樹脂、レゾール型フェノール樹脂及びその変性フェノール樹脂、並びにこれらのフェノール樹脂及びその変性フェノール樹脂に二次反応処理を施したものを用いることができ、これらは単独で又は2種以上を組み合わせて用いることができる。
前記二次反応処理したものとしては、例えばフェノール樹脂のアルカリ溶液にアルデヒド類を加え、該フェノール樹脂と反応させて、その分子量を制御した樹脂などが挙げられる。
また、変性フェノール樹脂としては、例えばフェノール類及び/又はフェノール樹脂とアミン類とアルデヒド類とを反応させて得られるマンニッヒ反応物などが挙げられる。
フェノール樹脂及び/又は変性フェノール樹脂の重量平均分子量は、特に限定されないが、分子量が小さいとピッチへの被覆効果の低下や析出物の析出効率の低下が生じ、分子量が大きいと形成する析出物が紙製造に悪影響を及ぼす大きさの異物となる可能性があるため、例えば500~60,000であり、好ましくは1,000~60,000であり、より好ましくは1,000~30,000の範囲である。
前記のノボラック型フェノール樹脂及びレゾール型フェノール樹脂の製造に用いるフェノール類としては、例えばフェノール、クレゾール各異性体、エチルフェノール各異性体、キシレノール各異性体、ブチルフェノールなどのアルキルフェノール類、カルダノールなどの不飽和アルキルフェノール類、α,βの各ナフトールなどの多芳香環フェノール類、ビスフェノールA、ビスフェノールF、ビスフェノールS、ピロガロール、レゾルシン、カテコールなどの多価フェノール類、ハイドロキノンなどが挙げられるが、何らこれらに限定されるものではない。これらのフェノール類は1種を単独で用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。
前記のノボラック型フェノール樹脂及びレゾール型フェノール樹脂の製造に用いられるアルデヒド類としては、例えばホルムアルデヒド、パラホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、プロピルアルデヒド、ベンズアルデヒド、サリチルアルデヒド、グリキオキザールなどが挙げられるが、何らこれらに限定されるものではない。これらのアルデヒド類は1種を単独で用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。
前記の変性フェノール樹脂の製造において、マンニッヒ反応に用いられるアミン類としては、例えばイソホロンジアミン、メタキシレンジアミン、ジエチレントリアミン、ジエタノールアミン、N-メチルエタノールアミンなどが挙げられるが、何らこれらに限定されるものではない。これらのアミン類は1種を単独で用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。
なお、マンニッヒ反応に用いられるアルデヒド類としては、前述したノボラック型フェノール樹脂及びレゾール型フェノール樹脂の製造に用いられるアルデヒド類の説明において例示した化合物と同じものを挙げることができる。
本発明のピッチ抑制剤には、アルカリ溶液又は酸溶液が用いられる。
アルカリ溶液としては、フェノール樹脂及び/又は変性フェノール樹脂を十分に溶解させる観点から、アルカリ金属の水酸化物溶液が好ましい。アルカリ金属の水酸化物としては、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化リチウム等が好ましく、水酸化ナトリウムがより好ましい。また、ピッチ抑制剤をアルカリ溶液とする場合におけるピッチ抑制剤のpHは、アルカリ性であれば特に限定されないが、フェノール樹脂及び/又は変性フェノール樹脂を十分に溶解させる観点から、8~14が好ましく、11~14がより好ましい。
本発明のピッチ抑制剤に用いるアルカリ溶液又は酸溶液の溶媒としては、水が好適に用いられるが、他の溶媒を含んでいてもよい。溶媒中の水の含有量は、80質量%以上であり、好ましくは90質量%以上であり、より好ましくは95質量%以上であり、さらに好ましくは99質量%以上であり、よりさらに好ましくは100質量%である。
他の溶媒としては、特に限定はないが、アセトン等のケトン、酢酸エチル等のエステル、メタノール等のアルコール等の水溶性有機溶媒、又はアミン等が挙げられる。
ピッチ抑制剤から溶媒を除いた成分(ピッチ抑制剤の非溶媒成分)中における、フェノール樹脂及び/又は変性フェノール樹脂とアルカリ又は酸との合計含有量は、ピッチ障害抑制効果の向上の観点から、好ましくは80質量%以上であり、より好ましくは90質量%以上であり、さらに好ましくは95質量%以上であり、さらに好ましくは99質量%以上であり、さらに好ましくは100質量%である。
すなわち、本発明の目的を阻害しない範囲において、ピッチ抑制剤中に他の樹脂等の任意成分が含まれていてもよく、ピッチ抑制剤の非溶媒成分中における任意成分の含有量は、好ましくは20質量%以下であり、より好ましくは10質量%以下であり、さらに好ましくは5質量%以下であり、さらに好ましくは1質量%以下であり、含有していないことがさらに好ましい。
ピッチ抑制剤の製造方法には特に制限はなく、例えば、前述のフェノール樹脂及び/又は変性フェノール樹脂を、前述のアルカリ溶液又は酸溶液に溶解させることにより好適に製造することができる。
また、フェノール樹脂及び/又は変性フェノール樹脂の合成時に使用した溶媒を留去せず溶液状のままとし、必要に応じて不足分の溶媒を添加し、さらに必要に応じて任意成分を添加することにより、ピッチ抑制剤を得てもよい。
[ピッチ抑制方法]
本発明のピッチ抑制方法は、紙製造工程において、前述した本発明のピッチ抑制剤を添加することを特徴とする。
このようにして懸濁物質の濃度が1.0質量%以下である工程水へピッチ抑制剤を添加後、懸濁物質の濃度が1.0質量%超であるパルプ原料系に循環させてもよい。
当該ピッチ抑制剤の添加量は、パルプ1,000kgに対し、有効成分の量が1~10,000gになるような値であることが好ましい。有効成分の量が、パルプ1,000kgに対して1g以上であれば、ピッチの付着防止効果が充分に発揮される。一方、有効成分の量がパルプ1,000kgに対して10,000g以下であると、経済的に有利である。上記観点から、当該ピッチ抑制剤の添加量は、パルプ1,000kgに対し、5~8,000gになるような値がより好ましく、10~6,000gになるような値がさらに好ましい。
また、当該ピッチ抑制剤は紙製造工程の複数個所に分散して添加してもかまわない。例えばパルプ製造工程のフローテーターと抄紙工程のマシンチェストに添加してもよい。なお、「有効成分」とは、ピッチ抑制剤中の樹脂成分のことをいう。
当該ピッチ抑制剤をシャワー水を介して添加する場合の添加量としては、シャワー水1L当たり、有効成分の量が1~100,000mgになるような値が好ましい。有効成分の量が、シャワー水1L当たり1mg以上であると、ピッチ付着防止効果が充分に発揮される。一方、有効成分の量が、シャワー水1L当たり100,000mg以下であると、経済的に有利である。上記観点から、当該ピッチ抑制剤の添加量は、シャワー水1L当たり5~2,000mgになるような値がより好ましく、10~1,000mgになるような値がさらに好ましい。
なお、シャワー水に、当該ピッチ抑制剤を連続添加してもよく、間欠添加してもよい。また、ピッチが付着しやすい機器としては、例えばワイヤー、フェルト、ロールなどを挙げることができる。
本発明のピッチ抑制剤と共に、他の有効成分、例えばカチオンポリマーを併用することができる。
このカチオンポリマーとしては、例えば重量平均分子量が数万~数千万である、アミン-エピクロロヒドリン樹脂、ジアリルアミン(DAA)重合体、ジアリルジメチルアンモニウムクロライド(DADMAC)重合体、ポリエチレンイミンなどを用いることができ、これらは1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
カチオンポリマーを併用する際のフェノール樹脂及び/又は変性フェノール樹脂としては、マンニッヒ反応物以外の樹脂が好ましい。
前記のフェノール樹脂及び/又は変性フェノール樹脂に対するカチオンポリマーの混合量は、ピッチ抑制剤として性能の観点から、混合時のコロイド等量が0.005~1meq/L程度になるような量であることが好ましい。
また、本発明のピッチ抑制剤と共にアルミニウム化合物を組み合わせて使用してもよい。アルミニウム化合物は特に制限されないが、硫酸アルミニウム、塩化アルミニウム、ポリ塩化アルミニウム、アルミナゾル、珪酸アルミニウム、硝酸アルミニウム等のアルミニウム化合物等である。アルミニウム化合物の添加量はパルプ1,000kgに対し、有効成分の量が1~100,000gになるような値であることが好ましい。
本発明の脱墨パルプの製造方法は、脱墨工程のパルプスラリー中に、前記ピッチ抑制剤を添加することを特徴とする。
本発明における脱墨パルプの製造は、従来公知の脱墨パルプの製造方法と同様にして行うことができる。例えば、まず水酸化ナトリウム、ケイ酸ナトリウム等の水溶液に原料古紙を加え、パルパー(パルプ離解装置)で古紙を離解してパルプスラリー化した後、ニーダーでパルプスラリーと脱墨剤(例えばノニオン性界面活性剤)を混練し、印刷インクをパルプから引き剥がす。次いで、過酸化水素を加えたタワーで漂白し、フローテーター(浮選機)でインク、灰分、ピッチ等の異物を浮上分離して、系外にフロスとして排出する。その後、パルプスラリー中の水をエキストラクタ等で除去し、さらにパルプを水に再懸濁した後、フィルターでパルプを洗浄して脱墨パルプ(DIP)を得ることができる。本発明のピッチ抑制剤は、フローテーターに添加してもよく、又はその前段階で添加してもよいが、フローテーター直前に添加することが好ましい。また、後段の抄紙工程におけるピッチ汚れや製品欠陥を低減する観点からは、ピッチ抑制剤はフローテーター及びその前工程の両方に添加することが好ましい。
フローテーターでは、パルプスラリーに気泡を吹き込み、泡にインク等の異物を付着させて浮上させ、パルプ繊維と分離する。この場合、公知の有機脱墨剤を添加することもできる。
本発明に係る前記ピッチ抑制剤を添加してフローテーションを行うと、剥離したインク、ピッチ等の異物と前記ピッチ抑制剤が相互作用し、コロイドを形成する。これがパルプ繊維よりも疎水性の強い気泡に付着して浮上し分離される。このようにしてパルプスラリーのインク、ピッチ等の異物の除去率が向上すると、得られた脱墨パルプを配合して製造した紙製品の白色度の向上や、異物による欠点、断紙の低減、歩留り、ろ水性の向上、紙強度の向上等の品質改善や、生産性の向上、操業性の改善に繋がる。また、これらの改善点により、脱墨パルプの配合率を高めることができ、製造原価に占めるパルプ原料費を低減することが可能となる。
原料樹脂として群栄化学工業株式会社製の「レヂトップPSM-4324」を使用した。本品は、フェノールとホルムアルデヒドを酸触媒の存在下にて重縮合を行って得られたノボラック型フェノール樹脂であり、重量平均分子量は2,300である。
ビーカーに、「PSM-4324」64.0g、イオン交換水126.4g、48質量%水酸化ナトリウム水溶液9.6gを入れ、マグネチックスターラにて撹拌溶解し、「PSM-4324」を32質量%含有するノボラック型フェノール樹脂アルカリ溶液(PC剤I)200gを得た。この溶液のpHは12.2であった。
原料樹脂として群栄化学工業株式会社製の「レヂトップPSM-6358」を使用した。本品はフェノールとホルムアルデヒドを酸触媒の存在下にて重縮合を行って得られたノボラック型フェノール樹脂であり、重量平均分子量は5,400である。
ビーカーに「PSM-6358」41.0g、イオン交換水146.2g、48質量%水酸化ナトリウム水溶液12.8gを入れ、マグネチックスターラにて撹拌溶解し、「PSM-6358」を20.5質量%含有するノボラック型フェノール樹脂アルカリ溶液200gを得た。この溶液のpHは12.4であった。
共栓付三角フラスコに前記溶液100gを入れ、約60℃に加温してから37質量%のホルムアルデヒド水溶液4.43gを加え、コンデンサー、撹拌用窒素ガス吹き込み管、及び温度計を共栓に取り付け、オイルバスで、液温度85℃で8時間、レゾール型のホルムアルデヒド付加・重縮合反応を進行させ(レゾール型2次反応)、フェノール類2核体を含む低分子量成分含有率を低減し、重量平均分子量を増加させた。その後、これを冷却し、イオン交換水(濃度調整用)4.46gを加えて、2次反応フェノール樹脂アルカリ溶液(PC剤II)を得た。この溶液の樹脂成分(有効成分)濃度は19.4質量%、当該樹脂の重量平均分子量は13,400、pHは11.7であった。
攪拌機、温度計、還流冷却管を備えたセパラブルフラスコに、クレゾール450.0gを入れ、次いで37質量%ホルムアルデヒド水溶液200.0gを添加した。その後、触媒としてシュウ酸3.0gを添加し、系を攪拌しながらヒーターにより加熱を行い95℃まで昇温し、温度を維持したまま4時間反応を行った。次に、常圧下で200℃まで昇温しながら脱水濃縮を行い、200℃に達したところで5.3kPaの減圧下において未反応クレゾールの留去を行なった。こうして黄色透明なノボラック型クレゾール樹脂(重量平均分子量:2,000)350gを得た。
撹拌機、温度計、還流冷却管を備えたセパラブルフラスコに得られたクレゾール樹脂110g、エタノール110gを入れ、ヒーターで70℃まで加熱を行い、2時間撹拌することにより、クレゾール樹脂をエタノールに溶解させた。次に樹脂溶液を40℃以下に冷却した後、ジエタノールアミン57.8gを添加し、次いで37質量%ホルムアルデヒド水溶液4.50gを添加した。その後、系を撹拌しながら70℃まで加熱し、15時間保持することによりクレゾール樹脂をジエタノールアミンにより変性させた。次に系を冷却により40℃以下とした後、3.6質量%塩酸55.0gを添加した。よく撹拌を行い均一溶液とした後に、減圧下で加熱を行うことによりエタノールを留去し、最後にイオン交換水を所定量添加することで濃度調整を行った。これによりクレゾール樹脂のマンニッヒ反応物の酸溶液(PC剤III)を得た。この溶液の樹脂成分(有効成分)濃度は15.8質量%、pHは1.8であった。
原料樹脂として群栄化学工業株式会社製の「レヂトップPSM-6358」を使用した。本品は、フェノールとホルムアルデヒドを酸触媒の存在下にて重縮合を行って得られたノボラック型フェノール樹脂であり、重量平均分子量は2,300である。
攪拌機、温度計、還流冷却管を備えたセパラブルフラスコに、「PSM-6358」200.0g、メタノール400.0gを入れ、ヒーターで40℃まで加熱を行い、1時間撹拌することにより、「PSM-6358」をメタノールに溶解させた。次にイオン交換水400.0gを添加した。この操作により、樹脂が析出し、固液分離した。続いて、分離している溶液部分を丁寧に除去することにより樹脂を得た。得られた樹脂に対して同様の操作をさらに2回繰り返すことにより最終的に樹脂40.0gを得た。
次にビーカーに、得られた樹脂40.0g、イオン交換水209.5g、48質量%水酸化ナトリウム水溶液16.5gを入れ、マグネチックスターラにて撹拌溶解し、ノボラック型フェノール樹脂を分離精製したアルカリ溶液(PC剤IV)266gを得た。この溶液の樹脂成分(有効成分)濃度は15.0質量%、当該樹脂の重量平均分子量は9,200、pHは11.8であった。
攪拌機、温度計、還流冷却管を備えたセパラブルフラスコに、クレゾール450.0gを入れ、次いで37質量%ホルムアルデヒド水溶液200.0gを添加した。その後、触媒としてシュウ酸3.0gを添加し、系を攪拌しながらヒーターにより加熱を行い95℃まで昇温し、温度を維持したまま4時間反応を行った。次に、常圧下で200℃まで昇温しながら脱水濃縮を行い、200℃に達したところで5.3kPaの減圧下において未反応クレゾールの留去を行なった。こうして黄色透明なノボラック型クレゾール樹脂(重量平均分子量:2,000)350gを得た。
次に、ビーカーに得られた樹脂を40.0g、イオン交換水209.5g、48質量%水酸化ナトリウム水溶液16.5gを入れ、マグネチックスターラにて撹拌溶解し、ノボラック型クレゾール樹脂アルカリ溶液(PC剤V)266gを得た。この溶液の樹脂成分(有効成分)濃度は15.0質量%、pHは11.7であった。
共栓付三角フラスコにPC剤Vを100.0gを入れ、約60℃に加温してから37質量%のホルムアルデヒド水溶液3.02gを加え、コンデンサー、撹拌用窒素ガス吹き込み管、及び温度計を共栓に取り付け、オイルバスで、液温度85℃で8時間、レゾール型のホルムアルデヒド付加・重縮合反応を進行させ(レゾール型2次反応)、フェノール類2核体を含む低分子量成分含有率を低減し、重量平均分子量を増加させた。その後、これを冷却し、イオン交換水(濃度調整用)2.06gを加えて、2次反応フェノール樹脂アルカリ溶液(PC剤VI)を得た。この溶液の樹脂成分(有効成分)濃度は15.2質量%、当該樹脂の重量平均分子量は9,200、pHは12.6であった。
攪拌機、温度計、還流冷却管を備えたセパラブルフラスコに、クレゾール450.0gを入れ、次いで37質量%ホルムアルデヒド水溶液200.0gを添加した。その後、触媒としてシュウ酸3.0gを添加し、系を攪拌しながらヒーターにより加熱を行い95℃まで昇温し、温度を維持したまま4時間反応を行った。次に、常圧下で200℃まで昇温しながら脱水濃縮を行い、200℃に達したところで5.3kPaの減圧下において未反応クレゾールの留去を行なった。こうして黄色透明なノボラック型クレゾール樹脂(重量平均分子量:2,000)350gを得た。
攪拌機、温度計、還流冷却管を備えたセパラブルフラスコに、得られた樹脂200.0g、メタノール400.0gを入れ、ヒーターで40℃まで加熱を行い、1時間撹拌することにより、得られた樹脂をメタノールに溶解させた。次にイオン交換水400.0gを添加した。この操作により、樹脂が析出し、固液分離した。続いて、分離している溶液部分を丁寧に除去することにより樹脂を得た。得られた樹脂に対して同様の操作をさらに2回繰り返すことにより最終的に樹脂43.0gを得た。
次にビーカーに、得られた樹脂40.0g、イオン交換水209.5g、48質量%水酸化ナトリウム水溶液16.5gを入れ、マグネチックスターラにて撹拌溶解し、ノボラック型クレゾール樹脂を分離精製したアルカリ溶液(PC剤VII)260gを得た。この溶液の樹脂成分(有効成分)濃度は15.4質量%、当該樹脂の重量平均分子量は2,600、pHは11.9であった。
撹拌機、温度計、還流冷却管を備えたセパラブルフラスコに群栄化学工業株式会社製の「レヂトップPSM-4324」110.0g、エタノール110.0gを入れ、ヒーターで70℃まで加熱を行い、2時間撹拌することにより、「PSM-4324」をエタノールに溶解させた。次に樹脂溶液を40℃以下に冷却した後、ジエタノールアミン84.1gを添加し、次いで37質量%ホルムアルデヒド水溶液64.9gを添加した。その後、系を撹拌しながら70℃まで加熱し、15時間保持することにより「PSM-4324」をジエタノールアミンにより変性させた。次に系を冷却により40℃以下とした後、30.0質量%水酸化ナトリウム水溶液80.0gを添加した。よく撹拌を行い均一溶液とした後に、減圧下で加熱を行うことによりエタノールを留去し、最後にイオン交換水を所定量添加することで濃度調整を行った。これにより「PSM-4324」のマンニッヒ反応物のアルカリ溶液(PC剤VIII)1300gを得た。この溶液の樹脂成分(有効成分)濃度は15.4質量%、pHは12.2であった。
攪拌機、温度計、還流冷却管を備えたセパラブルフラスコに、クレゾール450.0gを入れ、次いで37質量%ホルムアルデヒド水溶液200.0gを添加した。その後、触媒としてシュウ酸3.0gを添加し、系を攪拌しながらヒーターにより加熱を行い95℃まで昇温し、温度を維持したまま4時間反応を行った。次に、常圧下で200℃まで昇温しながら脱水濃縮を行い、200℃に達したところで5.3kPaの減圧下において未反応クレゾールの留去を行なった。こうして黄色透明なノボラック型クレゾール樹脂(重量平均分子量:2,000)350gを得た。
次に、攪拌機、温度計、還流冷却管を備えたセパラブルフラスコに、得られた樹脂110.0g、エタノール110.0gを入れ、ヒーターで70℃まで加熱を行い、2時間撹拌することにより、樹脂をエタノールに溶解させた。次に樹脂溶液を40℃以下に冷却した後、ジエタノールアミン84.1gを添加し、次いで37質量%ホルムアルデヒド水溶液64.9gを添加した。その後、系を撹拌しながら70℃まで加熱し、15時間保持することによりクレゾール樹脂をジエタノールアミンにより変性させた。次に系を冷却により40℃以下とした後、30.0質量%水酸化ナトリウム水溶液80.0gを添加した。よく撹拌を行い均一溶液とした後に、減圧下で加熱を行うことによりエタノールを留去し、最後にイオン交換水を所定量添加することで濃度調整を行った。これによりクレゾール樹脂のマンニッヒ反応物のアルカリ溶液(PC剤IX)1320gを得た。この溶液の樹脂成分(有効成分)濃度は15.4質量%、pHは13.0であった。
なお、ピッチ抑制剤(PC剤)I~IXの一覧を表4に示す。
なお、各試料の重量平均分子量は、次のとおり、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)で測定した。
(分子量測定試料の調製)
試料がテトラヒドロフラン溶液に可溶の場合には、そのまま分子量測定試料とした。一方、試料がテトラヒドロフラン溶液に不溶の場合には、次の操作によって分子量測定試料を調製した。
すなわち、試料がアルカリ溶液の場合はテトラヒドロフランに不溶のため、アルカリ金属イオンの除去と水分除去を樹脂中の低分子量成分を流出させずに行う必要がある。
そのため試料のアルカリ溶液を0.1質量%程度に希釈し、塩酸をゆっくり滴下してpHを4.6に下げた懸濁液を調製した。次にこの懸濁液を透析チューブに入れて密閉し、連続で純水を通水できるようにしたバットにそのチューブを入れ、24時間透析を行った。その後、透析チューブから取り出した懸濁液をガラスフィルターでろ過し、回収した樹脂を純水にて洗浄後、真空乾燥機にて48時間室温で乾燥させることにより分子量測定試料とした。
(重量平均分子量の測定)
分子量測定試料をテトラヒドロフラン溶液とし、クロマトカラムとして東ソー株式会社製HLC8022、溶媒としてテトラヒドロフランを用い、測定を行った。重量平均分子量は標準ポリスチレン換算により求めた。
(1)模擬試験1
本試験は抄紙用具、特にワイヤーへのピッチ付着防止効果を模擬した試験である。薬品を添加していないブランク条件と比較し、ピッチ付着量が少ないほどピッチ障害を防止する薬剤効果が高いと評価する。
<実施例1~4>
市販の段ボールを株式会社東洋精機製作所製ナイアガラビータL23を用いてCSF(カナダ標準濾水度)350mlに叩解したパルプスラリーを作製し、水道水で0.1質量%に希釈しパルプ溶液を作製した。パルプ溶液1,000mlに、水酸化カリウム1質量%と樹脂ピッチ成分としてトール油を4質量%及びロジンを2質量%の割合で混合しエタノール溶液20ml及び2.7質量%塩化カルシウム溶液7mlを添加し、塩酸にてpHを7もしくは9に調整したものを調製液とした。この調製液に対して表1に示すピッチ抑制剤を添加し、さらにナイロンワイヤーを懸架し40℃で12時間撹拌した。撹拌後のワイヤーへのピッチ付着量を比較することでPC剤の効果を比較した。このピッチ付着量は、攪拌後のワイヤーを80℃で2時間保持して乾燥し、乾燥前後の質量差から算出した。薬剤と試験結果を表1に示す。
ピッチ抑制剤を添加しないこと以外は実施例1と同様の操作を行った。その結果を表1に示す。
<比較例2~6>
ピッチ抑制剤の種類及び有効成分濃度を表1のとおりとしたこと以外は実施例1と同様の操作を行った。その結果を表1に示す。
なお、比較例5及び6では、ピッチ抑制剤として、PC剤I又はPC剤IIを純水で10質量%に希釈し緩速撹拌しつつ1規定塩酸をゆっくり滴下しpHを6に下げてフェノール樹脂を析出させ、その後にろ過して得たろ過残渣を使用した。
また、pH9の時はカチオンポリマーを併用することでピッチ障害防止効果が高いことが分かる。
本試験はピッチ抑制剤をパルプ原料スラリーに添加することでピッチ障害を防止した例である。
<実施例5>
段ボール原紙製造工場にて試験を行った。
(試験運転条件)
当該原紙製造工場では、原料にクラフトパルプと段ボール古紙を使用しており、比較例2の薬剤を用いて処理していたが、試験のために段ボール古紙の配合率を50質量%から80質量%に増加したところ、ピッチが乾燥工程の用具に付着し製品に転写されることで製品に直径2mm以上のピッチ汚れが付着し製品品質が低下するようになった。このように段ボール古紙の配合率を50質量%から80質量%に増加する前後において、付着物の成分が、樹脂ピッチから古紙由来の粘着物由来の疎水性ピッチに変化していた。
(薬剤の添加)
上記の運転条件において、マシンチェストに、表2に示すピッチ抑制剤を表2に示す有効成分濃度になるよう添加した。その後、1時間で製造された製品に付着した、直径2mm以上のピッチ汚れの個数を測定した。その結果を表2に示す。
<比較例7>
ピッチ抑制剤を添加しなかったこと以外は実施例5と同様の操作を行った。その結果を表2に示す。
<比較例8及び9>
ピッチ抑制剤の種類及び有効成分濃度を表2のとおりとしたこと以外は実施例5と同様の操作を行った。その結果を表2に示す。
(3)実機試験2
本試験はピッチ抑制剤を抄紙用具のシャワー水に添加することで、用具汚れを防止しピッチ障害を防止した例である。
<実施例6>
段ボール原紙製造工場にて試験を行った。当該工場では原料に段ボール古紙を使用しており、古紙中の粘着物由来の疎水性ピッチが、ワイヤーやフェルト、特にプレスパートのロールに付着し、紙へ転写されることで欠点が1.5個/10km発生し、製品品質の低下及び生産性悪化の原因となっていた。
そこでロールの水ドクター添加水に、PC剤IIをシャワー水1L当たり100mg添加した結果、プレスロールへの付着物は認められなくなり、欠点の発生数は0.4個/10kmに低減し、製品品質及び生産性が向上した。
紙製造工場のスラリーを試料に用いて、下記の試験を行った。
本試験は古紙処理工程のフローテーション工程におけるピッチ及びインクの除去効果を確認した試験である。薬剤を添加していないブランクと比べ、フローテーション後のスラリー中のピッチ濃度、インク濃度が低く、白色度が高く、フロス中のインク濃度が高いほど、ピッチ抑制剤がピッチやインクを気泡へ付着させスラリー中から除去する効果が高いと評価する。
<測定>
なお、各種測定は以下の方法により行った。
(フローテーション処理後のスラリーの懸濁物質濃度)
JIS K0l02に準じて、フローテーション処理後のパルプスラリーの懸濁物質濃度を測定した。
(フローテーション処理後のスラリーのピッチ濃度)
フローテーション処理後に採取したパルプスラリーを蒸発乾固し、ジクロロメタンを用いてソックスレー抽出を行い、抽出質量からピッチ(パルプ中に混入した接着剤や合成樹脂等)の濃度を算出した。なお、ピッチ濃度は低い方が好ましい。
(フローテーション処理後のスラリー、及びフロスのインク濃度)
フローテーション処理後に採取したパルプスラリー及びフロスに、凝集反応が進まなくなるまで硫酸バンドを添加した後、タッピシートマシンを用いて、JIS P8209に準じて評価用パルプシート2枚を作製した。得られたパルプシートについて、ハンター白色度計を用いて、JIS P8123に準じて白色度を測定した。白色度は、各シートにつき5点測定し、その平均値を求めた。
別途、バージンパルプスラリーに所定のインク量を添加して検量線用パルプシートを前述と同様の手法により2枚作製した。得られたパルプシートについて、前述と同様の手法により白色度を測定し、インク量と白色度の検量線を作成した。
その後、前述した評価用パルプシートの白色度から、前記検量線を用いてインク量を求めた。当該インク量を、シートを作製するために採取したパルプスラリー又はフロスの体積で除し、パルプスラリー又はフロスに対するインク濃度を求めた。また、これを用いて固形分濃度に対するインク濃度の質量百分率を求めた。なお、フローテーション後のスラリー中のインク濃度は低い方が好ましく、フロス中のインク濃度は高い方が好ましい。
(フローテーション後のスラリーから作製したパルプシートの白色度)
フローテーション処理後に採取したパルプスラリーを、タッピシートマシンを用いて、JIS P8209に準じて白色度測定用パルプシート2枚を作製した。得られたパルプシートについて、ハンター白色度計を用いて、JIS P8123に準じて白色度を測定した。白色度は、各シートにつき5点測定し、その平均値を求めた。
新聞及びチラシを古紙原料として脱墨処理を行っている古紙パルプ製造工程において、1次フローテーターの原水(すなわち、フローテーション処理前のスラリー)を試料に用いた。
上記試料5Lと、下記の表3に示すピッチ抑制剤を表3に示す有効成分濃度になるよう添加し、小型MTフローテーター(株式会社IHI機械システム製)に入れ、30秒間撹拌した。次に、空気量を3L/minに設定し、3分間のフローテーション処理を行った。結果を表3に示す。
なお、表3中のPC剤II及びPC剤IIIは、製造例2及び製造例3によって製造したものである。
<比較例10>
ピッチ抑制剤を用いなかったこと以外は実施例7と同様の操作を行った。結果を表3に示す。
<比較例11~18>
表3に示す種類及び有効成分濃度になるよう添加されたピッチ抑制剤を用いたこと以外は実施例7と同様の操作を行った。結果を表3に示す。
また、比較例11~16に示すとおり、比較例のピッチ抑制剤の添加量が少ないと、無添加(比較例10)の場合と比べて相違が生じず、また比較例のピッチ抑制剤の有効成分濃度が高くなると、フローテーション処理後のスラリーのピッチ濃度及びインク濃度が上昇し、得られたパルプシートの白色度が低下した。その理由は、これらの比較例のピッチ抑制剤はカチオンを有することで、ピッチ及びインクを、アニオンを有するパルプ繊維に定着するためであると考えられる。以上より、本発明のピッチ抑制剤が優れた効果を発揮していることは明らかである。
また比較例17及び18に示すとおり、固体としてフェノール樹脂を添加しても無添加(比較例10)の場合と比べてピッチ濃度、インク濃度、白色度に変化は見られなかった。したがって、本発明のピッチ抑制剤が溶液であることによりその優れた効果を発揮することは明らかである。
本試験はピッチ抑制剤がより効果的なパルプスラリーの懸濁物質濃度を評価した試験である。薬剤を添加していないブランクと比べ、濁度が低く除濁率が高いほどピッチが繊維に定着し薬剤効果が高いと評価する。
<実施例11~34>
市販のLBKPシートを株式会社東洋精機製作所製ナイアガラビータL23を用いてCSF(カナダ標準濾水度)200mlに叩解したパルプスラリーを作製し、pH6.5に調整したりん酸緩衝液で0.5質量%に希釈し試験用パルプスラリーを作製した。
試験用パルプスラリー180mlに対し、模擬ピッチとして株式会社レヂテックス製のレヂテックスA-6001をスラリーに対して100mg/Lになるように添加し、この混合液をハンドミキサーにて800rpmで10秒間撹拌した。その後、表4に示すPC剤I、II、及びIV~IXを前記混合液に対して有効成分濃度が20mg/L、50mg/L、100mg/Lとなるようそれぞれ添加して更に30秒間撹拌し、1μm孔のろ紙で吸引ろ過し、ろ液の濁度を携帯用濁度計「2100P」(HACH社製)を用い常法に従って測定し、下記式(1)を用いて除濁率で評価した。その結果を表5に示す。除濁率はろ液中の模擬ピッチ減少量に比例し、除去率が高いほど、模擬ピッチが薬剤によってパルプ繊維へ定着したことを意味する。
/(薬剤を添加していない時の濁度)×100[%] (1)
ピッチ抑制剤を添加しないことを除いて実施例11~34と同様の操作を行った。その結果を表5に示す。
市販のLBKPシートを株式会社東洋精機製作所製ナイアガラビータL23を用いてCSF(カナダ標準濾水度)200mlに叩解したパルプスラリーを作製し、pH6.5に調整したりん酸緩衝液で1.0質量%に希釈し試験用パルプスラリーを作製した。
試験用パルプスラリー180mlに対し、模擬ピッチとして株式会社レヂテックス製のレヂテックスA-6001をスラリーに対して100mg/Lになるように添加し、この混合液をハンドミキサーにて800rpmで10秒間撹拌した。その後、表4に示すPC剤I、II、及びIV~IXを前記混合液に対して有効成分濃度が20mg/L、50mg/L、100mg/Lとなるようそれぞれ添加して更に30秒間撹拌し、水道水で0.5質量%のスラリーになるよう希釈した。その後、1μm孔のろ紙で吸引ろ過し、ろ液の濁度を携帯用濁度計「2100P」(HACH社製)を用い常法に従って測定し、上記式(1)を用いて除濁率で評価した。その結果を表5及び表6に示す。除濁率はろ液中の模擬ピッチ減少量に比例し、除濁率が高いほど模擬ピッチが薬剤によってパルプ繊維へ定着したことを意味する。
ピッチ抑制剤を添加しないことを除いて実施例35~58と同様の操作を行った。その結果を表5に示す。
試験用パルプスラリーをpH6.5のりん酸緩衝液で2.0質量%になるよう希釈したことを除いて、実施例35~58と同様の操作を行った。その結果を表6に示す。
ピッチ抑制剤を添加しないことを除いて実施例59~82と同様の操作を行った。その結果を表5に示す。
Claims (13)
- フェノール樹脂及び/又は変性フェノール樹脂が溶解しているアルカリ溶液、あるいはフェノール樹脂及び/又は変性フェノール樹脂が溶解している酸溶液からなるピッチ抑制剤。
- 前記フェノール樹脂及び/又は変性フェノール樹脂が、ノボラック型フェノール樹脂、レゾール型フェノール樹脂、変性フェノール樹脂、及びこれらの樹脂を原料樹脂として二次反応させて得られる二次反応フェノール樹脂の中から選ばれる少なくとも1種である請求項1に記載のピッチ抑制剤。
- 前記二次反応フェノール樹脂が、前記原料樹脂のアルカリ溶液にアルデヒド類を加え、前記原料樹脂と反応させて得られるものである請求項2に記載のピッチ抑制剤。
- 前記変性フェノール樹脂が、フェノール類及び/又はフェノール樹脂とアミン類とアルデヒド類とを反応させて得られるマンニッヒ反応物である請求項1~3のいずれか1項に記載のピッチ抑制剤。
- 紙製造工程において、請求項1~4のいずれか1項に記載のピッチ抑制剤を添加することを特徴とするピッチ抑制方法。
- カチオンポリマーを併用する請求項5に記載のピッチ抑制方法。
- 前記紙製造工程のうち、パルプ製造工程、洗浄・精選工程、調成工程、抄紙工程、及び白水回収工程の少なくとも1つの工程において、チェスト、配管、用具、及び洗浄用シャワーの少なくとも1つに前記ピッチ抑制剤を添加する請求項5又は6に記載のピッチ抑制方法。
- パルプ製造工程における化学パルプ、機械パルプ及び古紙パルプ、パルプ回収工程におけるブローク及びディスクフィルター、並びに抄紙工程におけるミキシングチェスト、マシンチェスト、種箱及びインレットの少なくとも1つに前記ピッチ抑制剤を添加する請求項5~7のいずれか1項に記載のピッチ抑制方法。
- 懸濁物質の濃度が1.0質量%以下である工程水へ前記ピッチ抑制剤を添加する請求項8に記載のピッチ抑制方法。
- 前記紙製造工程のうち、古紙パルプ製造工程の脱墨処理におけるフローテーション工程及び/又はその前工程に前記ピッチ抑制剤を添加する請求項5~9のいずれか1項に記載のピッチ抑制方法。
- 脱墨工程のパルプスラリー中に請求項1~4のいずれか1項に記載のピッチ抑制剤を添加する脱墨パルプの製造方法。
- 前記用具のうち、ワイヤー、フェルト、カンバス、ロール及びサクションロールの少なくとも1つに前記ピッチ抑制剤を添加する請求項7に記載のピッチ抑制方法。
- 前記洗浄用シャワーが、用具、チェスト及び装置の少なくとも1つに付属する汚れ防止のためのシャワーである請求項7に記載のピッチ抑制方法。
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