(57)【要約】【課題】本発明が解決しようとする課題は、木材チップを原料としたサーモメカニカルパルプ（ＴＭＰ）またはケミサーモメカニカルパルプ（ＣＴＭＰ）または漂白ケミメカニカルパルプ（ＢＣＴＭＰ）の製造工程において、一次リファイニング処理に先立つ木材チップの予備加熱に関して、高効率で且つ得られるパルプの品質が優れた予備加熱方法の提供にある。【解決手段】一次リファイニングに先立って、サーモメカニカルパルプ製造の場合は、木材チップと水の混合物に対して、ケミサーモメカニカルパルプまたは漂白ケミメカニカルパルプ製造の場合は、特定の液を含浸させた木材チップに対して、マイクロ波を照射し、予備加熱する。【特許請求の範囲】
【請求項１】
木材チップの予備加熱方法であって、サーモメカニカルパルプ製造工程において、一次リファイニングに先だって、木材チップと水との混合物にマイクロ波を照射することを特徴とする木材チップの予備加熱方法。
【請求項２】
木材チップの予備加熱方法であって、ケミサーモメカニカルパルプ製造工程において、一次リファイニングに先だって、亜硫酸ナトリウム、水酸化ナトリウム、有機キレート剤から選ばれる少なくとも１種類の薬液を含浸させた木材チップにマイクロ波を照射することを特徴とする木材チップの予備加熱方法。
【請求項３】
木材チップの予備加熱方法であって、漂白ケミサーモメカニカルパルプ製造工程において、一次リファイニングに先だって、亜硫酸ナトリウム、水酸化ナトリウム、有機キレート剤から選ばれる少なくとも１種類の薬液を含浸させた木材チップに、あるいはアルカリ性過酸化水素を含浸させた木材チップに、マイクロ波を照射することを特徴とする木材チップの予備加熱方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
サーモメカニカルパルプ、またはケミサーモメカニカルパルプ、または漂白ケミサーモメカニカルパルプの製造工程において、一次リファイニングに先立つ木材チップの予備加熱にマイクロ波照射による加熱方式を利用した、木材チップの予備加熱方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
マイクロ波加熱は一般に３００ＭＨｚから３００ＧＨｚの範囲の電磁波による誘電加熱方法であり、１〜１００ＭＨｚの高周波やラジオ波のような誘導加熱とは分けて分類されている。加熱や乾燥のようにマイクロ波をエネルギーとして利用できる周波数はＩＳＭ帯域（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ａｌｌｏｃａｔｉｏｎ  ｆｏｒ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ，Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ  ａｎｄ  Ｍｅｄｉｃａｌ  Ｐｕｒｐｏｓｅｓ）として国際的に承認されている。日本国内ではこの帯域中の２，４５０、５，８００、２４，１５０ＭＨｚが承認された周波数であるが、９１５ＭＨｚも無線設備規則第６５条を満たしていれば、工業用途の加熱用に利用することができる。
【０００３】
マイクロ波の加熱原理は、電磁波によって生じる媒体中に存在するイオン電流と分子の双極子回転によっている。加熱や乾燥では対象とする媒体が水であることが多いが、水媒体の場合は後者の双極子回転の加熱原理が支配的である。電界強度Ｅ（Ｖ／ｍ）、マイクロ波周波数ｆ（Ｈｚ）、比誘電率ε′減衰係数ｔａｎδから次式により発熱量Ｐ（Ｗ／ｍ３）を計算できる。
Ｐ＝ｋＥ２ｆε′ｔａｎδ…（式１）
式１中のε′とｔａｎδは物質固有の値であり、ε′ｔａｎδは損失係数と呼ばる。この値が大きいほどマイクロ波の吸収および発熱が大きくなる。周波数２，４５０ＭＨｚにおける水の損失係数は、２５、５５、８５℃でそれぞれ１２．３、４．６２、３．１０という大きな値である。従って、水媒体の加熱や乾燥にマイクロ波照射が極めて有効であることが知られている。
【０００４】
マイクロ波の特徴としては、次のことが挙げられる。
（１）内部まで短時間に加熱できる。
（２）被加熱物以外の加熱の必要がなく、物体への高効率直接加熱である。
（３）損失係数の違いを利用する選択加熱が可能。
（４）エネルギー伝播が光速度であるため高速加熱が可能。
（５）密閉場で任意の雰囲気中や真空中での加熱が可能。
（６）マイクロ波発生に伴う騒音、熱気、排ガスの発生が無い。
（７）熱風や赤外線照射などの他の加熱法と併用が容易である。
【０００５】
前記の特徴を利用して、マイクロ波加熱は、食品の調理・殺菌、ゴムの加硫、木材の乾燥、セラミックスの焼結に既に応用されている。また、廃棄物処理および迅速分析法の前処理としても利用されている。近年は有機合成や無機合成における反応速度を高める目的でマイクロ波を利用することが急速な勢いで研究されている。
【０００６】
紙パルプ製造においてマイクロ波を利用した従来の技術としては以下が挙げられるが、紙パルプ製造におけるマイクロ波の更なる利用が望まれる。
（１）化学的蒸解または機械的処理プロセスを受けさせることなしに、含水セルロース材料のセルロース繊維を分離ないし離解する方法に関して、チップ状のリグノセルロース材料にマイクロ波エネルギー処理プロセスを受けさせ、リグノセルロース物質を破裂させるほど急速に加熱することにより、セルロース繊維を分離する技術が特許登録され、既に公知文献となっている（特許文献１参照。）。
（２）セルロース系材料を酸化剤で処理しパルプの最終白色度を高めることに関して、酸化剤の存在下、マイクロ波を照射する技術が開示されている。酸化剤としては、過酸化化合物、酸素、オゾン、過マンガン酸塩、塩素、二酸化塩素、次亜塩素酸塩、亜塩素酸が挙げられている（特許文献２参照。）。
【０００７】
【特許文献１】
特許第１０１８４６７号明細書
【特許文献２】
特開昭６０−８８１９１号公報
【０００８】
サーモメカニカルパルプの製造方法の特徴は、木材チップをリグニンのガラス転移点以下の温度（１００℃強）で予備加熱した後、加圧型一次リファイナーでリファイニング処理することにあり、この予備加熱に多量の蒸気が使用されている。更に詳しくは、木材チップはチップウォッシャーで洗浄された後、プレヒーター部で蒸気により１１０〜１２５℃で数分間加熱される。予備加熱されたチップは加圧型リファイナーで処理され解繊され、必要であれば更に二次リファイナーで処理され叩解される。
【０００９】
また、ケミサーモメカニカルパルプの製造方法の特徴は、木材チップを短時間、低濃度の薬品に浸した後、サーモメカニカルパルプと同様に予備加熱後にリファイニング処理することにあり、この予備加熱に多量の蒸気が使用されている。更に詳しくは、木材チップは洗浄され、スチーミング処理でチップ中の空気が除去される。その後、コニカルスクリューなどで圧縮し、インプレグネーターへ送られる。そこでチップは拡張し、薬液がチップ中へ含浸する。次いで、プレヒーター部で蒸気により予備加熱された後、一次リファイニングで解繊、二次リファイニングで叩解される。
【００１０】
このように、サーモメカニカルパルプやケミサーモメカニカルパルプの製造工程では、多量の蒸気を使用して木材チップを予備加熱しているが、より高効率であり、且つ、得られるパルプ品質が優れている予備加熱の技術開発が望まれている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明が解決しようとする課題は、木材チップを原料としたサーモメカニカルパルプまたはケミサーモメカニカルパルプまたは漂白ケミメカニカルパルプの製造工程において、一次リファイニング処理に先立つ木材チップの予備加熱に関して、高効率で且つ得られるパルプの品質が優れた予備加熱方法の提供にある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
一次リファイニングに先立って、サーモメカニカルパルプ製造の場合は、木材チップと水の混合物に対して、ケミサーモメカニカルパルプまたは漂白ケミメカニカルパルプ製造の場合は、特定の液を含浸させた木材チップに対して、マイクロ波を照射し、予備加熱する。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明者らは、サーモメカニカルパルプ（以下、ＴＭＰと記述する）、ケミサーモメカニカルパルプ（以下、ＣＴＭＰと記述する）、漂白ケミサーモメカニカルパルプ（以下、ＢＣＴＭＰと記述する）の製造工程における木材の予備加熱方法について研究した結果、本発明を完成するに至った。本発明の予備加熱方法は、広葉樹にも針葉樹にも適用できる。
【００１４】
まず、ＴＭＰ製造工程におけるマイクロ波照射による予備加熱について説明する。ＴＭＰの製造工程は一般に、以下の一連の工程から成っている。
（１）木材チップの洗浄工程（チップウォッシャー）
（２）予備加熱工程（プレヒーター）
（３）一次リファイニング工程
（４）二次リファイニング工程
この予備加熱工程では、プレヒーター部で木材チップに蒸気を吹き付け、リグニンのガラス転移点以下の温度まで加熱している。このプレヒーターに代えて、本発明のマイクロ波照射による予備加熱を行う。従って、マイクロ波照射による予備加熱温度は、従来の方法と同様に、リグニンのガラス転移点以下の温度であり、具体的には１１０〜１２５℃である。
【００１５】
マイクロ波照射により予備加熱されたチップは、公知の条件で加圧リファイナーで一次リファイニングで解繊し、必要であれば更に二次リファイニングで公知の条件で目標濾水度まで叩解し、ＴＭＰを製造する。
【００１６】
次に、ＣＴＭＰ製造工程におけるマイクロ波照射による予備加熱について説明する。ＣＴＭＰの製造工程は一般に、以下の一連の工程から成っている。
（１）木材チップの洗浄工程（チップウォッシャー）
（２）スチーミングによる脱気工程
（３）木材チップの薬液含浸工程（コニカルスクリュー、インプレグネーターなど）
（４）予備加熱工程（プレヒーター）
（５）一次リファイニング工程
（６）二次リファイニング工程
この予備加熱工程では、プレヒーター部で木材チップに蒸気を吹き付け、リグニンのガラス転移点以下の温度まで加熱している。このプレヒーターに代えて、本発明のマイクロ波照射による予備加熱を行う。従って、マイクロ波照射による予備加熱温度は、従来の方法と同様に、リグニンのガラス転移点以下の温度であり、具体的には１１０〜１２５℃である。
【００１７】
また、ＣＴＭＰ製造において、木材チップに含浸させる薬液としては、チップ中のリグニンを柔軟化あるいは膨潤化できるものであれば公知の薬液を限定無く使用できる。薬液の具体例としては、亜硫酸ナトリウム、水酸化ナトリウムが挙げられる。また、亜硫酸ナトリウムと水酸化ナトリウムを組み合わせても良い。更に、亜硫酸ナトリウムと有機キレート剤、水酸化ナトリウムと有機キレート剤、亜硫酸ナトリウムと水酸化ナトリウムと有機キレート剤の組み合わせも可能である。有機キレート剤としては、例えば、ジエチレントリアミンペンタ酢酸、２−ヒドロキシエチルエチレンジアミントリ酢酸、エチレンジアミンテトラ酢酸、ジエチレントリアミンペンタ（メチレンホスホン）酢酸、或いはそれらのアルカリ金属塩等を挙げることができる。絶乾チップに対する各薬剤の添加率（固形分重量％）は、公知の範囲で良く、例えば、亜硫酸ナトリウムで１〜１０％、水酸化ナトリウムで１〜１０％、有機キレート剤で０．０５〜１％を挙げることができる。
【００１８】
含浸装置、一次リファイニング装置、二次リファイニング装置は公知の装置を用いて、ＣＴＭＰを製造する。
【００１９】
次にＢＣＴＭＰ製造工程におけるマイクロ波照射による予備加熱について説明する。ＢＣＴＭＰは前記のＣＴＭＰに漂白剤を添加して白色度を高めたパルプであり、その製造工程は、ＣＴＭＰ製造工程に漂白工程を付加した形である。漂白剤の添加場所は、一次リファイニング工程前の含浸工程、一次リファイニング工程と二次リファイニング工程の間、二次リファイニング工程の後から選ばれる少なくとも１箇所である。このＢＣＴＭＰ製造工程における木材チップの予備加熱にも、本発明のマイクロ波照射による加熱を適用できる。マイクロ波照射による予備加熱温度は、従来の方法と同様に、リグニンのガラス転移点以下の温度であり、具体的には１１０〜１２５℃である。
【００２０】
ＢＣＴＭＰ製造における薬液の含浸は、前記のＣＴＭＰと同様に薬剤としては、亜硫酸ナトリウム、水酸化ナトリウムの単独、または亜硫酸ナトリウム、水酸化ナトリウム、有機キレート剤から選ばれる２種または３種の組み合わせでも実施できる。これらの添加率は前記のＣＴＭＰの場合と同様である。また、ＢＣＴＭＰはパルプ白色度が高いので、薬液の含浸に薬剤としてアルカリ性過酸化水素を使用しても良い。また、アルカリ性過酸化水素は、一次リファイニング工程と二次リファイニング工程の間、二次リファイニング工程の後にも添加しても良い。
【００２１】
含浸装置、一次リファイニング装置、二次リファイニング装置、漂白装置は公知の装置を用いて、ＢＣＴＭＰを製造する。
【００２２】
照射するマイクロ波の周波数は３００ＭＨｚ〜３００ＧＨｚ（波長１ｍｍ〜１ｍ）である。実用性と効率を考慮すると１ＧＨｚ〜５０ＧＨｚが最適である。マイクロ波照射装置は、従来の蒸気プレヒーターの場所に設置する。このマイクロ波は空間を自由に伝播するが、金属があると反射され、誘電体中では吸収される。従って、マイクロ波を照射する箇所は、マイクロ波を吸収しない材質、例えばテフロン（登録商標）、石英等で内部をライニングすることが望ましい。さらに、マイクロ波の照射方式は連続照射、パルス照射いずれでもよい。
【００２３】
【実施例】
次に実施例に基づき、本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
（１）木材チップ：日本製紙株式会社のラジアータパイン材チップをジャイロシフタで篩い分した９．５ｍｍΦｐａｓｓ〜６．５ｍｍΦｏｎのチップ。
（２）パルプ強度測定方法：Ｔａｐｐｉ  Ｔ２２０ｏｍ−８３
【００２４】
【実施例１】
ＴＭＰの実施例である。予備加熱装置としてマイクロ波照射装置システム（マイルストーンゼネラル社、２４５５ＭＨｚ、均一照射）を用いて、液比４Ｌ水／ｋｇチップ、１３５℃、１５分間予備加熱した後、直ちにラボ用加圧リファイナー（熊谷理器工業ＢＲＰ４５−３００ＳＳ）で一次リファイニングを行い、次いでパルプ濃度２０％でラボ用常圧リファイナー（熊谷理器工業ＢＲ−３００ＣＢ）で二次リファイニングを行った。二次リファイニングによりパルプ濾水度をカナダ標準フリーネスで約１００ｍＬに調整した。一次リファイニングと二次リファイニングに要した電力を測定した。調製したパルプから手抄きシート（坪量：６０ｇ／ｃｍ２）を作成して、強度を測定した。結果を表１に示す。
【００２５】
【比較例１】
液比４Ｌ水／ｋｇチップとした後、一次リファイナー前で蒸気を吹き込み、１３５℃、１５分間予備加熱した。このチップを以下、実施例１と同様に一次リファイニング、二次リファイニング処理した。結果を表１に示す。
【００２６】
【実施例２】
ＣＴＭＰの実施例である。亜硫酸ナトリウムを対絶乾チップ１．５固形分重量％含浸させたラジアータパイン材チップを、予備加熱装置としてマイクロ波照射装置システム（マイルストーンゼネラル社、２４５５ＭＨｚ、均一照射）を用いて、１３５℃、１５分間予備加熱した。直ちにラボ用加圧リファイナー（熊谷理器工業ＢＲＰ４５−３００ＳＳ）で一次リファイニングを行い、次いでパルプ濃度２０％でラボ用常圧リファイナー（熊谷理器工業ＢＲ−３００ＣＢ）で二次リファイニングを行った。二次リファイニングによりパルプ濾水度をカナダ標準フリーネスで約１００ｍＬに調整した。一次リファイニングと二次リファイニングに要した電力を測定した。調製したパルプから手抄きシート（坪量：６０ｇ／ｃｍ２）を作成して、強度を測定した。結果を表１に示す。
【００２７】
【比較例２】
亜硫酸ナトリウムを対絶乾チップ１．５固形分重量％含浸させたラジアータパイン材チップに蒸気を吹き込み、１３５℃、１５分間予備加熱した。予備加熱後の一次リファイニング、二次リファイニングは実施例２と同様に行った。結果を表１に示す。
【００２８】
【表１】
2004285533.tif 000002
【００２９】
表１の結果から、マイクロ波照射により加熱した実施例１と実施例２のほうが、低いエネルギー原単位でしかも高い強度のパルプを製造できることが解る。
【００３０】
【発明の効果】
ＴＭＰまたはＣＴＭＰまたはＢＣＴＭＰの製造工程において、一次リファイニングに先立って、ＴＭＰ製造の場合は、木材チップと水の混合物に対して、ＣＴＭＰまたはＢＣＴＭＰ製造の場合は、特定の液を含浸させた木材チップに対して、マイクロ波を照射し、予備加熱することにより、高効率の加熱が可能となり、且つ得られる高強度のパルプを製造できる。