(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ａ．界面活性剤、及び
Ｂ．疎水性のカオリン系脱墨成分
を含む古紙脱墨用組成物であって、
前記脱墨成分は、カオリン粒子を疎水化剤で処理し、次いで、非疎水化カオリン粒子から疎水化されたカオリン粒子を分離することにより調製される、組成物。
【請求項２】
前記界面活性剤がイオン性、カチオン性、非イオン性又はこれらの混合物である請求項１記載の組成物。
【請求項３】
前記脱墨成分が、ケイ酸塩、酸化物、炭酸塩、非金属、硫化物又はこれらの混合物からなる群より選択される鉱物を含む請求項１又は２記載の組成物。
【請求項４】
前記界面活性剤が非イオン性ポリアルキレンオキシド系界面活性剤である請求項１ないし３のいずれか１項に記載の組成物。
【請求項５】
Ａ．界面活性剤と疎水性のカオリン系脱墨成分とを含む組成物であって、該脱墨成分は、カオリン粒子を疎水化剤で処理し、次いで、非疎水化カオリン粒子から疎水化されたカオリン粒子を分離することにより調製されたものである、前記組成物で古紙を処理すること、及び
Ｂ．処理された古紙を洗浄脱墨又は浮選脱墨に付すこと
を含む、古紙の脱墨方法。
【請求項６】
前記界面活性剤がイオン性、カチオン性、非イオン性又はこれらの混合物である請求項５記載の方法。
【請求項７】
前記脱墨成分が、ケイ酸塩、酸化物、炭酸塩、非金属、硫化物又はこれらの混合物からなる群より選択される鉱物を含む請求項５又は６記載の方法。
【請求項８】
前記界面活性剤が非イオン性ポリアルキレンオキシド系界面活性剤である請求項５ないし７のいずれか１項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は古紙の脱墨に関する。より具体的な局面では、本発明は、鉱物系脱墨成分の、古紙の脱墨用途に関する。
【０００２】
本発明はまた、古紙の脱墨方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
脱墨パルプは、新聞用紙やティッシュペーパーの製造等において紙生産のための原料の重要な供給源となっている。リサイクル紙からのインク除去を提供するため、脱墨方法は年々進化している。従来の紙リサイクル方法では、古新聞、古雑誌及びオフィスからの混合廃棄物等の古紙をパルプに変換し、次いで該パルプを、pH調整と繊維の膨張のためにアルカリに接触させ、またインク粒子を安定化し線維へのインク粒子の再付着を低下させるために界面活性剤に接触させる。パルプ線維に由来するインク粒子及び他の不純物は次いで放出分離される。
【０００４】
古紙中の線維からインクを分離するのに用いられる近年の脱墨方法には、洗浄脱墨（wash deinking）、浮選脱墨（flotation deinking）又は両者の組み合わせが包含される。浮選脱墨には、インク粒子と気泡と線維との間の相互作用が関与する。脱墨界面活性剤により通常疎水性が付与されるインク粒子は気泡表面に付着し、浮選装置の上部に向かって浮上する。典型的な条件下では、線維は親水性を維持し、気泡に付着することなく浮選工程中で浮上することもないだろう。洗浄脱墨の場合、界面活性剤によってインク粒子が水相中に十分に分散した状態に維持される。スクリーンを通して線維のそばを通る反復した水流により、線維からインク粒子が分離される。この洗浄脱墨技術には、複合的な希釈及び濃縮段階が関与する。
【０００５】
脱墨において、使用される界面活性剤は、脂肪酸、アルコキシレート等の合成界面活性剤、又はこれら２種類の界面活性剤の混合物である。脂肪酸は鉱物及び非鉱物の両者に用いられる周知の浮遊剤である。米国特許第4,483,741号及び第4,605,773号には、アルキルアミンポリエーテル等の合成界面活性剤を脱墨助剤として使用することが記載されている。米国特許第4,964,949号には、脂肪酸とアルキレンオキシドの混合物を脱墨剤として用いることが記載されている。
【０００６】
浮選脱墨に用いられる他の合成界面活性剤混合物は、米国特許第5,736,622号に記載の通り、ポリアルキレングリコール、カルボン酸及び／又は無水物並びに飽和脂肪酸の間の反応を経て得られるポリエステルである。
【０００７】
米国特許第5,227,019号；第5,225,046号；第5,725,730号及び第5,801,135号には、脂肪酸をアルコキシル化脂肪族アルコールと共に用いることが開示されている。アルキレンオキシド、油、脂肪及びアルコールを用いる浮選脱墨法は米国特許第6,251,220号に記載されている。
【０００８】
米国特許第5,151,155号及び第5,336,372号には、有機的に修飾されたスメクタイト粘土を用いる脱墨方法が記載されている。
【０００９】
米国特許第5,540,814号には、カチオン性カオリン粘土と遠心式クリーナを用いて古紙からインクを除去し粘着物を減少させる方法が記載されている。
【００１０】
古紙から得られる線維からインク粒子を分離するこれらの様々な方法には限界があるため、産業界では、より効率的で対費用効果の高い方法の開発が求められている。
【発明の概要】
【００１１】
本発明は、洗浄脱墨、浮選脱墨又はこれらの方法の組みあわせによる古紙の脱墨に用いる鉱物系脱墨成分を提供する。
【００１２】
本発明はまた、鉱物系脱墨成分を用いた古紙の脱墨方法を提供する。
【００１３】
本発明では、鉱物系脱墨成分とインク粒子との増大した相互作用により、脱墨界面活性剤を単独で使用する方法等の他の方法よりも脱墨処理の効率が増大する。
【００１４】
本発明では、鉱物系脱墨成分は、鉱物粒子を疎水化試薬で処理し、次いで疎水性鉱物粒子を非疎水性鉱物粒子から分離することにより調製される。その表面特性を考慮せずに処理粒子を全て用いる従来技術とは異なり、本発明では、疎水性の粒子のみを使用する。これらの表面修飾鉱物粒子の疎水性は、該粒子のインク粒子への付着を向上し、これにより古紙線維からのインク粒子の分離が向上する。
【００１５】
さらに、重力式セパレータ又は遠心装置に分離を頼る従来技術に対し、本発明では、インク粒子は浮選脱墨、洗浄脱墨又はこれらの組み合わせを用いて紙線維から分離される。
【００１６】
本願のために、「脱墨」という語は、その後の使用のために次いでリサイクルされ得る古紙から、インク粒子、又は少なくとも相当量のインク粒子が分離されるように、古紙を処理することを指すものと理解されるだろう。
【００１７】
本発明のこれら及び他の目的、特徴及び利点は、以下の詳細な説明から明らかとなる。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
発明の詳細な説明
本発明では、はじめに鉱物粒子の混合物を分散させてスラリー形態とし、次いで疎水化剤と混合して鉱物粒子の表面を修飾する。
【００１９】
本発明で用いられる鉱物は、カオリナイト、タルク、石英、マイカ、カリ、カイアナイト、リン酸塩、ジルコン、スメクタイト型粘土若しくは長石等のケイ酸塩鉱物；アナターゼ、ルチル、イルメナイト、スズ石、クロム鉄鉱若しくは酸化鉄等の酸化鉱物；方解石、マグネサイト若しくはドロマイト等の炭酸塩、バライト、カリ岩塩若しくは岩塩等の非金属鉱物；又は黄鉄鉱、黄銅鉱、輝銅鉱若しくは方鉛鉱等の硫化鉱物である。本発明では鉱物の混合物を用いることができる。
【００２０】
表面修飾された鉱物粒子を調製するために用いることができる疎水化剤としては、特に限定されないが、スルフヒドリル、カルボン酸、アミン、油、スルフォナート、ヒドロキサマート、脂肪酸、シロキサン及びこれらの混合物が挙げられる。疎水化された鉱物粒子は次いで濃縮され、非疎水化鉱物粒子から分離される。疎水化鉱物を分離する方法としては、浮選及び選択的凝集が挙げられる。浮選の場合、調整された鉱物は次いで浮選機のセルに移され浮流される。本発明では、疎水化鉱物粒子はその後、脱墨界面活性剤を単独で用いる場合と比較して脱墨処理を向上させるために脱墨助剤として用いられ得る。
【００２１】
脱墨処理における基本的な工程には以下のものが関与している：古紙の再パルプ化、粗洗浄及び選別、浮選及び／又は洗浄脱墨、精洗浄及び選別、次いで漂白。
【００２２】
再パルプ化段階では、古紙は通常、水酸化ナトリウム、ケイ酸ナトリウム及び過酸化水素等の化学物質にて水性アルカリ性条件で処理される。該再パルプ化段階はまた、アルカリ化学物質の添加を最小限にするか又はそれに代えてソーダ灰を使用することにより、中性pH条件で行われる。脱墨界面活性剤及び本発明の脱墨成分は典型的にはこの段階で追加される。もっとも、これらの成分は、これよりも後、実際のインク分離段階（すなわち、洗浄又は浮選）の直前に添加することもできる。この工程の後、粗洗浄及び選別を行ない、ステープル、プラスチック等のような比較的粗大な混入物をパルプから取り除く。次いでパルプを周知の洗浄脱墨法、浮選脱墨法又は両者の組み合わせによって処理する。
【００２３】
脱墨成分として使用される鉱物の混合物は、先に列挙した鉱物のいずれかであり得る；しかしながら、粗カオリン粘土を用いて本発明の方法を記述する。粗カオリン粘土は、一般に、カオリナイト及び他の関連する水和ケイ酸アルミニウム鉱物並びに石英、マイカ、二酸化チタン及び酸化鉄鉱物を含有する。
【００２４】
表面修飾されたカオリン粘土脱墨成分を製造するため、初めに、乾燥固形分１トン当たり約１〜約２５ポンドの量の分散剤の存在下で粗カオリン粘土出発物質を水と混ぜて泥漿にすることにより分散させる。効果的な分散剤としては、ケイ酸ナトリウム、メタケイ酸ナトリウム、ヘキサメタリン酸ソーダ、及びポリアクリル酸ナトリウムが挙げられる。本発明において好ましい分散剤は、１トン当たり約２〜約１６ポンドの量で用いるケイ酸ナトリウムである。pHは、水酸化ナトリウム、炭酸ナトリウム又は水酸化アンモニウム等のpH調節剤を用いて約５〜約１１、好ましくは約７〜約１０の範囲に調整される。
【００２５】
次いで、分散カオリン粘土スラリーを、アルキルヒドロキサマート、脂肪酸、シロキサン及びこれらの組み合わせ等の疎水化剤と混合する。分散カオリン粘土スラリーに添加する疎水化試薬の量は、粗カオリン粘土を疎水化するのに十分な量でなければならない。疎水化剤の添加量は、乾燥粘土１トン当たり約０．２〜約１０ポンド、好ましくは１トン当たり約０．５〜約５ポンドである。
【００２６】
疎水化試薬と混合後、カオリンスラリーをフロス浮選セルに移し、必要に応じ希釈してパルプ密度を好ましくは約１５〜約４５固形分重量％の範囲内とする。起泡剤は、一般には異極性の界面活性有機試薬であるが、気泡を安定化させるために必要な場合には添加してもよい。起泡剤の添加量は、用いられる起泡剤の種類及びカオリン供給材料の量による。使用できる起泡剤としては、アルコール、アミン、アルコキシ化合物及びポリグリコール化合物が挙げられる。
【００２７】
本発明において好ましい起泡剤は、メチルイソブチルカルビノール、エチルヘキサノール、パイン油及びポリプロピレングリコールである。効率的な浮選のための起泡剤使用量は、１トン当たり約０．０１〜約２ポンド、好ましくは１トン当たり約０．０５〜約１ポンドである。フロス浮選機の操作は常法により行なわれる。適当な時間だけ操作した後、疎水化カオリン粘土鉱物をフロス相中で濃縮して回収する。
【００２８】
本発明のための疎水化表面修飾鉱物粒子を製造する際、フロス浮選処理は機械式又は空気式機器のいずれかの中で行なうことができる。使用できる典型的な空気式機器は浮選カラムであり、一方、典型的な機械式機器は羽根車式浮選機である。本発明における疎水化材料はまた、加圧浮上分離（dissolved air flotation）、導入浮上分離（induced air flotation）、多油浮選（bulk oil flotation）、皮膜浮選（skin flotation）又はテーブル浮選（table flotation）等の他の浮選処理を用いて浮選法により製造することもできる。
【００２９】
本発明で用いられるヒドロキサマート剤は、ヒドロキサマート化合物、又はそのような化合物の混合物であり、以下の一般式を有する：
【００３０】
【化１】
0005441258.tif 000002
【００３１】
式中、Ｒは炭素数４〜２８のアルキル、アリール又はアルキルアリール基であり、Ｍは水素、アルカリ金属又はアルカリ土類金属である。
【００３２】
好適なＲ基の例としては、ブチル、ヘキシル、オクチル、ドデシル、ラウリル、2-エチルヘキシル、オレイル、エイコシル、フェニル、トリル、ナフチル及びヘキシルフェニルが挙げられる。
【００３３】
好適なアルカリ金属の例は、リチウム、ナトリウム及びカリウムである。
【００３４】
好適なアルカリ土類金属の例は、マグネシウム、カルシウム及びバリウムである。
【００３５】
本発明の方法において有用なヒドロキサマートの例としては、カリウムブチルヒドロキサマート、カリウムオクチルヒドロキサマート、カリウムラウリルヒドロキサマート、カリウム 2-エチルヘキシルヒドロキサマート、カリウムオレイルヒドロキサマート、カリウムエイコシルヒドロキサマート、カリウムフェニルヒドロキサマート、カリウムナフチルヒドロキサマート、カリウムヘキシルフェニルヒドロキサマート、並びにナトリウム及び他のアルカリ又はアルカリ土類金属の対応する塩が挙げられる。塩は当業者によって対応する酸に変換され得る。これらのヒドロキサマート化合物は周知の方法によって調製することができる。
【００３６】
本発明で使用される脂肪酸は下記一般式を有する：
【００３７】
【化２】
0005441258.tif 000003
【００３８】
式中、Ｒ’は炭素数１〜２６のアルキル、アリール又はアルキルアリール基であり、Ｍ’は水素、アルカリ金属又はアルカリ土類金属である。
【００３９】
好適なＲ’基の例としては、メチル、エチル、ブチル、オクチル、ラウリル、2-エチルヘキシル、オレイル、エイコシル、フェニル、ナフチル及びヘキシルフェニルが挙げられる。
【００４０】
好適なアルカリ金属の例は、リチウム、ナトリウム及びカリウムである。
【００４１】
好適なアルカリ土類金属の例は、マグネシウム、カルシウム及びバリウムである。
【００４２】
本発明で用いられるシロキサンは、ケイ素と炭素の結合を含むオルガノシラン化合物である。好適なシロキサンの例としては、ヘキサメチルジシロキサン、ヘキサメチルトリシロキサン、ジシロキサン、ビニルヘプタメチルトリシロキサン、オクタメチルトリシロキサン、テトラメチルジシロキサン、及びテトラビニルジメチルジシロキサンが挙げられる。
【００４３】
本発明で用いられるシリコーンは下記一般式を有する：
【００４４】
【化３】
0005441258.tif 000004
【００４５】
式中、Ｒ''はビニル、水素又は炭素数１〜２６のアルキル、アリール若しくはアルキルアリール基であり、ｎは０〜３であり、ｍは２以上である。
【００４６】
好適なＲ''基の例としては、メチル、エチル、ブチル、オクチル、ラウリル、2-エチルヘキシル、オレイル、エイコシル、フェニル、ナフチル、ヘキシルフェニル、ビニル及び水素が挙げられる。
【００４７】
本発明の方法で有用なシリコーンの例としては、ポリジメチルシロキサン、ポリメチルヒドロシロキサン、ポリエチルヒドロシロキサン及びポリメチルアルキルシロキサンが挙げられる。
【００４８】
本発明の組成物に用いられる界面活性剤は産業界で周知であり、イオン性、非イオン性及びカチオン性界面活性剤が挙げられる。
【００４９】
本発明の実施の方法を当業者に教示し、本発明を実施する最良と考える形態を例示することを意図したいくつかの具体例の例示である実施例をさらに以下に記載する。
【実施例１】
【００５０】
下記の方法を用いて、ジョージア州のWashington Countyから得たカオリン粘土サンプルを疎水化して非疎水化カオリン粘土から分離した。乾物重2000 gの粗カオリン粘土サンプルを高速ミキサーを用いて水と混合し泥漿にした。粘土のブランギングは、乾燥粘土１トン当たり2.4ポンドのケイ酸ナトリウム及び乾燥粘土１トン当たり1.6ポンドの水酸化ナトリウムを用いて６０％固形分にて行なった。次いで、この分散カオリン粘土を以下の疎水化試薬を用いて疎水化した：乾燥粘土１トン当たり1ポンドのアルキルヒドロキサマート、乾燥粘土１トン当たり1ポンドのトール油、及びトール油の活性剤として乾燥粘土１トン当たり0.5ポンドの塩化カルシウム。疎水化された材料を水で固形分２５％まで希釈し、Denver D-12浮選セルに移した。次いでスラリーを浮選し、疎水化された材料をフロス相中で回収した。次いで該材料を脱水し、回収スラリー中に存在する水の一部を除去した。本実施例で製造された疎水化カオリン粘土材料を実施例２〜６で脱墨助剤として用いた。
【実施例２】
【００５１】
本実施例で用いた浮選脱墨試験方法は以下の通りである。Macon Telegraph、ウォールストリートジャーナル及びUSA Today紙からの種々の古新聞用紙（ONP）を裁断した。300 gmのONPを高温の水道水と混合し、以下の化学物質を添加して固形分５％とした：乾燥ONP１トン当たり2ポンドの塩化カルシウム、乾燥ONP１トン当たり2ポンドのケイ酸ナトリウム、脱墨界面活性剤及びスラリーのpHをpH９〜１０に調整するために水酸化ナトリウム。実施例１で製造した脱墨助剤を他の化学物質と共にここで添加した。Formax Maelstrom Laboratory Pulper中で１０分間サンプルをパルプ化した。パルプ化後、サンプルを固形分１％まで希釈し、Denver cell中で５分間浮選した。浮選後、脱墨線維を含むアクセプトを回収してその白色度を測定した。白色度測定は、脱墨パルプをパッドに成形し、オーブンで乾燥し、TAPPI試験法T-218を用いてGE白色度を測定することにより行なった。
【００５２】
従来法では脱墨界面活性剤のみ使用する。本実施例では、乾燥ONP１トン当たり5ポンドのLionSurf 850脱墨界面活性剤を用いた（LionSurf 850とはVinings Industriesから市販の非イオン性ポリアルキレンオキシド系界面活性剤である）。本発明の方法では、乾燥ONP１トン当たり5ポンドのLionSurf 850脱墨界面活性剤に加え、実施例１で製造した脱墨助剤を乾燥ONP１トン当たり5ポンド使用した。表１に記載した脱墨試験の結果は、本発明の疎水化カオリン粘土脱墨助剤の添加により脱墨パルプの白色度が高まることを示している。
【００５３】
【表１】
0005441258.tif 000005
【実施例３】
【００５４】
Macon Telegraph、ウォールストリートジャーナル及びUSA Today紙から得た古紙を等量ずつ含むONP混合物に対し、実施例２で用いた浮選脱墨試験方法を繰り返した。従来法では脱墨界面活性剤のみ使用する。本実施例では、乾燥ONP１トン当たり7.5ポンドのLionSurf 850脱墨界面活性剤を用いた。しかし、本発明の方法では、乾燥ONP１トン当たり3.75ポンドのLionSurf 850脱墨界面活性剤に加え、実施例１で製造した脱墨助剤を乾燥ONP１トン当たり3.75ポンド使用した。表２に記載した結果は、脱墨界面活性剤の半分量を疎水化カオリン粘土脱墨助剤で置き換えることで脱墨パルプの白色度が増大することを示している。脱墨界面活性剤の半分量をより費用対効果の高い本発明の脱墨助剤の等量で置き換えた場合であっても脱墨は改善される。
【００５５】
【表２】
0005441258.tif 000006
【実施例４】
【００５６】
実施例２で用いた浮選脱墨試験方法を用いて、別の浮選脱墨試験を行なった。該試験では、Macon Telegraph、ウォールストリートジャーナル及びUSA Today紙からの古紙を等量ずつ含むONP混合物を用いた。従来法ではBuckman 2349浮選脱墨界面活性剤を乾燥ONP１トン当たり7.5ポンド使用し、一方、本発明の方法では、実施例１で製造した脱墨助剤を乾燥ONP１トン当たり3.75ポンド及びBuckman 2349浮選脱墨界面活性剤を乾燥ONP１トン当たり3.75ポンド使用した（Buckman 2349とはBuckman Laboratoriesから市販されている界面活性剤であり、エトキシル化プロポキシル化C16〜18アルコールを含有する）。表３は、脱墨界面活性剤の半分量を疎水化カオリン粘土脱墨助剤と置き換えることで脱墨パルプの白色度が増大することを示している。脱墨界面活性剤の半分量をより費用対効果の高い本発明の脱墨助剤の等量で置き換えた場合であっても脱墨は改善される。
【００５７】
【表３】
0005441258.tif 000007
【実施例５】
【００５８】
洗浄脱墨試験として、本実施例では以下の方法を用いた。Macon Telegraph、ウォールストリートジャーナル及びUSA Today紙からの種々の古新聞用紙（ONP）を裁断した。300 gmのONPを高温の水道水と混合し、以下の化学物質を添加して固形分５％とした：
乾燥ONP１トン当たり2ポンドの塩化カルシウム、乾燥ONP１トン当たり2ポンドのケイ酸ナトリウム、脱墨界面活性剤、及びスラリーのpHをpH９〜１０に調整するために水酸化ナトリウム。実施例１で製造した脱墨助剤を他の化学物質と共にここで添加した。Formax Maelstrom Laboratory Pulper中で１０分間サンプルをパルプ化した。パルプ化後、サンプルを固形分１％まで希釈し、325メッシュスクリーンを通して洗浄した。スクリーン上に残った繊維が「アクセプト」であるが、これをパッドにして該パッドの白色度を後に測定した。
【００５９】
従来法では、乾燥ONP１トン当たり5ポンドのLionSurf 850脱墨界面活性剤を用いた。本発明の方法では、実施例１で製造した脱墨助剤を乾燥ONP１トン当たり5ポンド、及びLionSurf 850脱墨界面活性剤を乾燥ONP１トン当たり5ポンド使用した。洗浄脱墨試験の結果を表４に示す。本発明の疎水化カオリン粘土脱墨助剤を用いると脱墨パルプの白色度が高まった。
【００６０】
【表４】
0005441258.tif 000008
【実施例６】
【００６１】
乾燥ONP１トン当たり5ポンドのBuckman 2317脱墨界面活性剤を用いて、実施例６で用いた洗浄脱墨試験に使用した方法を繰り返した。（Buckman 2317とはBuckman Laboratoriesから市販されている界面活性剤であり、グリコールエーテル系の洗浄脱墨界面活性剤である。）本発明の方法では、Buckman 2317脱墨界面活性剤を乾燥ONP１トン当たり5ポンド及び実施例１で製造した脱墨助剤を乾燥ONP１トン当たり2.5ポンド用いた。洗浄脱墨試験結果を表５に示す。本発明の疎水化カオリン粘土脱墨助剤はONPの脱墨を改善した。
【００６２】
【表５】
0005441258.tif 000009
【００６３】
本発明を特定の具体例に言及して詳細に記載したが、以下の請求の範囲に規定される本発明の精神及び範囲から逸脱することのない変形や修飾を行なうことは可能である。