(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
セル構造のマニホールドを有するヘッドボックスを備えた抄紙機を用いて行う抄紙方法であって、
原料パルプスラリーに濃度が０．０３〜０．４重量％のポリエチレンオキサイド水溶液を添加し、
上記原料パルプスラリーおよび上記ポリエチレンオキサイド水溶液を含む混合パルプスラリーを上記マニホールドに導入する、各ステップを含み、
上記ポリエチレンオキサイド水溶液の添加は、上記ヘッドボックスと上記ヘッドボックスに最も近接したスクリーンとの間において上記ヘッドボックスよりも上流の位置にて行う、抄紙方法。
【請求項２】
原料パルプスラリーから夾雑物を除去するためのスクリーンと、
当該スクリーンよりも下流に設けられたセル構造のマニホールドを有するヘッドボックスを備えた抄紙機と、
上記スクリーンおよび上記ヘッドボックスとの間を接続する配管に対して濃度が０．０３〜０．４重量％のポリエチレンオキサイド水溶液を添加するために、上記配管における上記ヘッドボックスよりも上流側に接続された粘剤添加手段と、を含む、抄紙システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヘッドボックス内にセル構造のマニホールドを備え持つ抄紙機を用いて行う抄紙方法および抄紙システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
紙の製造は、一般に、原料パルプスラリーを生成するパルプ工程と、パルプスラリーから紙を生成する抄紙工程とからなる。パルプ工程では、原木からチップを形成した後に蒸解、洗浄、精選、漂白などの処理によって原料パルプスラリーを生成する。抄紙工程では、当該原料パルプスラリーをヘッドボックスからワイヤー上に供給して脱水し、その後のプレス、乾燥などの処理によって紙を生成する。
【０００３】
紙の製造に用いられる抄紙機としては、円網抄紙機、長網抄紙機、短網抄紙機、ツインワイヤー抄紙機、クレセントフォーマ抄紙機など種々のタイプのものが知られている。
【０００４】
円網抄紙機は、一般に、抄紙の際にヘッドボックス内で原料パルプスラリーに大きなせん断力を機械的に与える構造ではないので、パルプ分散効果が乏しい。このため、円網抄紙機を用いてティッシュペーパー、トイレットペーパーなどの低坪量紙を生産する際には、一般に、パルプ分散性を付与するための抄紙用粘剤が使用される。抄紙用粘剤の使用に際しては、例えばポリエチレンオキサイドの場合には、一般に、水に溶解して濃度が０．０１重量％程度以下の水溶液にし、適当な粘度を有するように調整されたものが原料パルプスラリーに添加される。この結果、抄紙用粘剤の使用により抄紙工程においてパルプ分散効果が発揮され、完成品として得られる紙においては、パルプ繊維が均一に分散しており、地合いが優れている。
【０００５】
これに対して、円網抄紙機の生産性を向上させるために開発され、抄速（ワイヤーの走行速度）が比較的に速い長網抄紙機、短網抄紙機、ツインワイヤー抄紙機、クレセントフォーマ抄紙機など（以下、これらを総称して「高速抄紙機」という）においては、ヘッドボックス内にセル構造のマニホールドが備えられており、原料パルプスラリーはマニホールドを通流する際に大きなせん断力が作用して機械的に分散されるため、一般に、抄紙用粘剤を使用しなくても地合いがある程度良好な低坪量紙を得ることができる。しかしながら、高速抄紙機においては、抄速の高速化に対応してワイヤー上での脱水時間が短く、また、抄紙用粘剤を使用していないことにより、ワイヤー上でのパルプ分散性が円網抄紙機に比べて劣る。したがって、高速抄紙機では、円網抄紙機に比べて生産性は優れているものの、地合いに関しての品質低下はある程度犠牲にせざるを得ない状況になっている。
【０００６】
一方、近年では製紙業界においても品質競争が激化しており、安定的、且つ、簡便に優れた地合いの紙が得られるシステムが望まれている。抄紙機の改良に関しては日進月歩で開発が進められているが、高速抄紙機におけるパルプ分散性の改善を目的とした薬品添加に関する検討はあまり進んでいないのが現状である。この理由としては、高速抄紙機のヘッドボックス内では大きなせん断力が作用するため、ポリエチレンオキサイド系などの比較的にせん断に弱いとして知られた抄紙用粘剤を使用しても、ヘッドボックス内で抄紙用粘剤がせん断されることにより粘度が低下し、その結果、粘剤としての効果が著しく低下して円網抄紙機の場合のような地合い改善効果が発現されないと認識されていたことが考えられる。
【０００７】
下記特許文献１には、ポリエチレンオキサイドに代わる抄紙用粘剤が開示されているが、その用途としては、円網抄紙機しか示されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０００−２９０８９２号公報
【発明の開示】
【０００９】
本発明は、上記従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、原料パルプスラリーへ添加する抄紙用粘剤水溶液の濃度を最適化することにより、高速抄紙機においても従来より優れた地合いを有する紙を得ることのできる抄紙方法および抄紙システムを提供することを目的とする。
【００１０】
本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討した結果、ポリエチレンオキサイド水溶液のせん断による粘度変化を種々評価したところ、所定の濃度以上ではせん断に対する粘度低下の悪影響を殆ど受けないことを確認し、その結果を抄紙へ応用した結果、高速抄紙機においても優れた地合いの紙を得ることができることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１１】
本発明の第１の側面によれば、セル構造のマニホールドを有するヘッドボックスを備えた抄紙機を用いて行う抄紙方法であって、原料パルプスラリーに濃度が０．０３〜０．４重量％の抄紙用粘剤の水溶液を添加し、上記原料パルプスラリーおよび上記抄紙用粘剤水溶液を含む混合パルプスラリーを上記マニホールドに導入する、各ステップを含む、抄紙方法が提供される。
【００１２】
以上の抄紙方法によれば、ヘッドボックス内にセル構造のマニホールドを備える抄紙機においても抄紙用粘剤の使用によるパルプ分散効果が適切に発揮される。したがって、完成品として得られる紙においては、パルプ繊維が均一に分散しており、優れた地合いを有するものとなる。このように、本抄紙方法によると、抄紙用粘剤を効果的に活用することができ、紙の品質向上を図ることができる。
【００１３】
また、本発明の抄紙方法では、抄紙用粘剤の適切な使用によりパルプ繊維の分散不良に起因する断紙などの不具合が減少し、安定的に抄造が行えるようになる。したがって、本抄紙方法によると、抄造における歩留まりが向上し、生産効率の改善を図ることができる。
【００１４】
好ましくは、上記抄紙用粘剤水溶液の添加は、上記ヘッドボックスと上記ヘッドボックスに最も近接したスクリーンとの間で行う。この要件は、抄紙用粘剤の使用によるハルプ分散効果を適切に発揮させるうえで好適である。
【００１５】
好ましくは、上記抄紙用粘剤は、ポリエチレンオキサイド系抄紙用粘剤である。この場合、抄紙用粘剤はポリエチレンオキサイドのみからなるものであることが好ましい。
【００１６】
本発明の第２の側面によれば、原料パルプスラリーから夾雑物を除去するためのスクリーンと、当該スクリーンよりも下流に設けられたセル構造のマニホールドを有するヘッドボックスを備えた抄紙機と、上記スクリーンおよび上記ヘッドボックスとの間を接続する配管に対して濃度が０．０３〜０．４重量％の抄紙用粘剤の水溶液を添加するための粘剤添加手段と、を含む、抄紙システムが提供される。
【００１７】
好ましくは、上記抄紙用粘剤は、ポリエチレンオキサイド系抄紙用粘剤である。
【００１８】
本発明のその他の目的、特徴および利点は以下に添付図面に基づいて説明する実施形態から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明に係る抄紙方法に用いられる抄紙システムの一例を示す概略構成図である。
【図２】ヘッドボックスの要部を模式的に示す縦断側面図である。
【図３】マニホールドの一例を示す斜視図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
図１は、本発明に係る抄紙方法に用いられる抄紙システムＸ１を概略的に示す。当該抄紙システムＸ１は、主として、ポンプ１と、スクリーン２と、ヘッドボックス３と、これらを連結する配管とを備え、原料パルプスラリーＳから紙を生成すべく、抄紙方法を実施するように構成されている。
【００２１】
ポンプ１は、パルプ工程において生成されたパルプ繊維を含む原料パルプスラリーＳを所定の圧力でスクリーン２に送出する。
【００２２】
スクリーン２は、原料パルプスラリーＳに含まれる夾雑物を除去して、原料パルプスラリーＳの厚みを均一にする。スクリーン２に原料パルプスラリーＳが供給されると、当該原料パルプスラリーＳは、図示しないローラからの接触圧を受けながら極めて狭い隙間を通過することにより、原料パルプスラリーＳに含まれるパルプ繊維に比較的に高いせん断力が作用する。
【００２３】
ヘッドボックス３は、図２に示すように、エンドレス走行するワイヤー４上に原料パルプスラリーＳに抄紙用粘剤Ｐ（後述する）が添加された混合パルプスラリーＭＳを噴射するためのものであり、抄紙機の一部を構成している。ヘッドボックス３内には、図３に示すように、複数の管体３１からなるセル構造のマニホールド３０が設けられている。マニホールド３０は、混合パルプスラリーＭＳを通流させることにより当該混合パルプスラリーＭＳに含まれるパルプ繊維を分散させる。複数の管体３１の各々は、導入端３１ａおよび導出端３１ｂを有しており、導入端３１ａから導出端３１ｂに向かうにつれて段階的に通流断面積が大きくなるように構成されている。このような構成のマニホールド３０を有する抄紙機としては、クレセントフォーマ抄紙機、ツインワイヤー抄紙機、長網抄紙機などが挙げられ、これらは抄速が比較的速い、いわゆる高速抄紙機である。
【００２４】
ヘッドボックス３において、マニホールド３０の下流側には吐出開口３ａが形成されており、マニホールド３０から出た混合パルプスラリーＭＳが当該吐出開口３ａを介してワイヤー４に噴出される。図示の実施例では、吐出開口３ａは下流側に向かって先細り状になっている。
【００２５】
スクリーン２とヘッドボックス３とを連結する配管２１には、抄紙用粘剤水溶液Ｍを添加するための配管２２が接続されている。添加される抄紙用粘剤水溶液Ｍとしては、ポリエチレンオキサイド系の水溶液が挙げられる。
【００２６】
以上の構成を有する抄紙システムＸ１の稼動時には、ポンプ１の作動により、原料パルプスラリーＳがスクリーン２へ供給される。
【００２７】
スクリーン２においては、原料パルプスラリーＳから夾雑物などの不要成分が除去される。また、原料パルプスラリーＳに含まれるパルプ繊維には比較的に高いせん断力が作用し、当該パルプ繊維は、凝集状態からある程度分散された状態となる。
【００２８】
スクリーン２を通過した原料パルプスラリーＳは、配管２１に導入される。ここで、原料パルプスラリーＳに対し、配管２２を介して抄紙用粘剤水溶液Ｍとしてのポリエチレンオキサイド水溶液が添加される。当該水溶液は、ポリエチレンオキサイドの濃度が０．０３〜０．４重量％の範囲内で所定値となるように調製されたものである。ポリエチレンオキサイド水溶液の調製方法は特に限定されないが、例えば、攪拌装置を備えたステンレス製の溶解槽を使用し、当該槽内の水を攪拌しながら抄紙用粘剤としてのポリエチレンオキサイドの粉末を水に溶解させればよい。配管２１内では、原料パルプスラリーＳと抄紙用粘剤水溶液Ｍとが混合され、この結果生じる混合パルプスラリーＭＳがヘッドボックス３へ送られる。
【００２９】
ヘッドボックス３においては、混合パルプスラリーＭＳがマニホールド３０（複数の管体３１）に導入される。管体３１の導入端３１ａの近傍においては通流断面積が比較的に小さいため、ここを流れる混合パルプスラリーＭＳの流速は速くなる。そして、導出端３１ｂに向かうにつれて通流断面積が段階的に広がり、混合パルプスラリーＭＳの流速が段階的に低下する。これにより、管体３１内では渦流が発生し、混合パルプスラリーＭＳに比較的に大きなせん断力が作用する。このせん断力の作用により、混合パルプスラリーＭＳに含まれるパルプ繊維は効果的に分散させられる。一方、抄紙用粘剤水溶液Ｍは、管体３１内で発生した渦流により大きな劣化を伴うことなく、原料パルプスラリーＳに分散混合される。
【００３０】
マニホールド３０（管体３１）を通過することにより包含するパルプ繊維が適切な分散状態になり、かつ、せん断により適切に粘度低下した混合パルプスラリーＭＳは、導出端３１ｂを介して吐出開口３ａから走行するワイヤー４上に噴射される。ワイヤー４上において抄紙用粘剤のパルプ分散効果により、混合パルプスラリーＭＳに含まれるパルプ繊維は均一に分散される。その後、混合パルプスラリーＭＳは脱水され、プレス、乾燥などの諸工程を経て完成品としての紙が生成される。
【００３１】
本発明に係る抄紙システムＸ１による抄紙方法においては、ヘッドボックス内にセル構造のマニホールドを備える、いわゆる高速抄紙機を用いて行う抄造であっても、ポリエチレンオキサイド系抄紙用粘剤を有効に活用することができる。即ち、従来から円網抄紙機に使用されていたポリエチレンオキサイド系抄紙用粘剤は、高速抄紙機を用いて行う抄造に使用しても粘度低下が著しく、パルプ分散効果が得られないとして敬遠されていた。このような状況に対し、本発明者らは、工業的に安定した生産性を有するとともに円網抄紙機において抄紙用粘剤としての利用実績を有するポリエチレンオキサイドについて、高速抄紙機への有効利用を模索した結果、円網抄紙機において添加する抄紙用粘剤水溶液の濃度（０．０１重量％程度以下）よりも大幅に高い濃度（０．０３〜０．４重量％）で使用した場合に適切なパルプ分散効果が発揮され、優れた地合いの紙が得られることを見出したのである。
【００３２】
本発明の抄紙方法において、原料パルプスラリーＳへ添加する抄紙用粘剤水溶液Ｍの粘剤濃度は０．０３〜０．４重量％であることが好ましい。さらに好ましくは０．０３〜０．２重量％である。
【００３３】
添加する抄紙用粘剤水溶液Ｍの粘剤濃度が０．０３重量％未満の場合には、ヘッドボックス３内でのせん断による粘度低下に起因して抄紙用粘剤のパルプ分散効果が低下するため、紙の地合い改善効果は殆ど見られない。一方、添加する抄紙用粘剤水溶液Ｍの濃度が０．４重量％を超える場合には、抄紙用粘剤水溶液Ｍの粘度が高いことに起因してヘッドボックス３内で原料パルプスラリーＳと充分に混合されない状態となるので、ワイヤー４上において、抄紙用粘剤水溶液Ｍが筋状または塊状に凝集する部位が形成され、パルプ繊維の分散が阻害される。このため、断紙などの不具合が発生し、安定的に抄造が行えなくなる虞がある。加えて、生成される紙には斑や穴あきなどの欠損部が生じ、品質低下を招く虞がある。
【００３４】
これに対し、添加する抄紙用粘剤水溶液Ｍの粘剤濃度が０．０３〜０．４重量％の場合には、パルプ分散効果が適切に発揮されるとともに、斑や穴あきなどの欠損部の発生が防止される。したがって、本発明の抄紙方法によると、優れた地合いを有する紙が得られ、品質向上を図ることができる。
【００３５】
また、本発明の抄紙方法では、抄紙用粘剤の適切な使用によりパルプ繊維の分散不良に起因する断紙などの不具合が減少し、安定的に抄造が行えるようになる。したがって、抄造における歩留まりが向上し、生産効率の改善にも資する。
【００３６】
本発明の抄紙方法において使用される抄紙用粘剤（ポリエチレンオキサイド）は、パルプ分散性や取り扱いなどの観点から粘度平均分子量にして３００万〜１１００万、好ましくは４００万〜９００万が効果的である。
【００３７】
抄紙用粘剤の使用量としては、紙の種類によって様々であり、特に限定されることはないが、生成される紙の乾燥重量に対して、０．００１〜１．０％、好ましくは０．０１〜０．５％が効果的である。
【００３８】
抄紙用粘剤水溶液Ｍの添加箇所は、スクリーン２およびヘッドボックス３の連結用の配管２１に接続された配管２２を介して行う構成に限定されるものではないが、抄紙用粘剤の使用によるパルプ分散効果を適切に発揮させるうえで、スクリーン２とヘッドボックス３との間、別言すればスクリーン２の下流側でヘッドボックスの上流側であることが好ましい。スクリーン２の上流側において抄紙用粘剤水溶液Ｍを添加する場合には、スクリーン２におけるせん断により粘度低下を引き起こし、抄紙用粘剤の使用によるパルプ分散効果が発揮されない虞があるからである。
【００３９】
なお、本発明の抄紙方法は、坪量６０ｇ／ｍ2程度以下のティッシュペーパーやトイレットペーパーなどの薄葉紙の抄造に適用するのが好ましいが、これに限定されることはない。
【００４０】
次に、本発明の実施例を比較例とともに説明する。
【実施例１】
【００４１】
〔抄紙方法〕
上記実施形態に係る抄紙システムＸ１を使用し、原料パルプスラリーＳから紙を生成した。本実施例では、抄紙機としてクレセントフォーマ抄紙機を使用し、抄速８００ｍ／ｍｉｎにて坪量１３ｇ／ｍ2のティッシュペーパーを抄造する条件で稼動させた。抄紙原料には叩解度６４０ｍｌｃｓｆ(カナダ標準濾水度)のＮＢＫＰ（針葉樹パルプ）／ＬＢＫＰ（広葉樹パルプ）＝４０／６０（重量比）を用い、０．１５重量％の原料パルプスラリーＳとした。抄紙用粘剤としてはポリエチレンオキサイド（商品名：ＰＥＯ−２７、粘度平均分子量７５０万、住友精化株式会社製）を使用し、これを水に溶解したうえで充分に攪拌し、抄紙用粘剤水溶液Ｍとして０．０７重量％のポリエチレンオキサイド水溶液を準備した。このポリエチレンオキサイド水溶液をスクリーン２とヘッドボックス３の間の配管２１へ添加して抄紙した。抄紙用粘剤の使用量は、生成された紙の乾燥重量に対する重量比率にして０．１％であった。
【００４２】
〔紙の地合いの評価〕
上記抄紙方法により得られた紙について、地合いの改善効果を評価した。評価は、目視判定により行ない、パルプ繊維が均一に分散し、穴あきやパルプ繊維の凝集部などが殆どなく地合い改善効果が大きいものを○とし、地合い改善効果が殆ど見られないものを△とし、穴あきやパルプ繊維の凝集部などが目に付いて地合いが悪化するもの、或いは断紙などの抄紙不良を引き起こすものを×とした。本実施例によって得られた紙について地合いを確認した結果を表１に示す。
【実施例２】
【００４３】
本実施例では、抄紙用粘剤水溶液Ｍとしてのポリエチレンオキサイド水溶液の濃度を０．０３重量％にしたこと以外は実施例1と同一の条件で抄紙した。本実施例によって得られた紙について地合いを確認した結果を表１に示す。
【実施例３】
【００４４】
本実施例では、抄紙機として長網抄紙機を使用し、抄速１１００ｍ／ｍｉｎにて坪量１７ｇ／ｍ2のティッシュペーパーを抄造する条件にて稼動させた。抄紙原料には叩解度６６０ｍｌｃｓｆ（カナダ標準濾水度）のＮＢＫＰ／ＬＢＫＰ＝６０／４０（重量比）を用い、０．１２重量％の原料パルプスラリーＳとした。抄紙用粘剤としては上記ポリエチレンオキサイド（ＰＥＯ−２７）を使用し、これを水に溶解したうえで十分に攪拌し、抄紙用粘剤水溶液Ｍとして０．０６重量％のポリエチレンオキサイド水溶液を準備した。当該水溶液をスクリーン２とヘッドボックス３の間の配管２１へ添加して抄紙した。抄紙用粘剤の使用量は、生成された紙の乾燥重量に対する重量比率にして０．１５％であった。本実施例によって得られた紙について地合いを確認した結果を表１に示す。
【実施例４】
【００４５】
実施例３と同一の抄紙機を使用し、抄速１０００ｍ／ｍｉｎにて坪量１５ｇ／ｍ2のティッシュペーパーを抄造する条件にて稼動させた。抄紙原料には叩解度６６０ｍｌｃｓｆ（カナダ標準濾水度）のＮＢＫＰ／ＬＢＫＰ＝６０／４０（重量比）を用い０．１２重量％の原料パルプスラリーＳとした。抄紙用粘剤としては上記ポリエチレンオキサイド（ＰＥＯ−２７）を使用し、これを水に溶解したうえで充分に攪拌し、抄紙用粘剤水溶液Ｍとして０．１５重量％のポリエチレンオキサイド水溶液を準備した。当該水溶液をスクリーン２とヘッドボックス３の間の配管２１へ添加して抄紙した。抄紙用粘剤の使用量は、生成された紙の乾燥重量に対する重量比率にして０．１５％であった。本実施例によって得られた紙について地合いを確認した結果を表１に示す。
【比較例１】
【００４６】
本比較例では、抄紙用粘剤水溶液Ｍとしてのポリエチレンオキサイド水溶液の濃度を０．０１重量％にしたこと以外は実施例1と同一の条件で抄紙した。本比較例によって得られた紙について地合いを確認した結果を表１に示す。
【比較例２】
【００４７】
本比較例では、抄紙用粘剤水溶液Ｍとしてのポリエチレンオキサイド水溶液の濃度を０．５重量％にしたこと以外は実施例３と同一の条件で抄紙した。本比較例によって得られた紙について地合いを確認した結果を表１に示す。
【比較例３】
【００４８】
本比較例では、抄紙機として円網抄紙機を使用した。抄紙機の種類以外は比較例１と同一の条件で抄紙した。本比較例によって得られた紙について地合いを確認した結果を表１に示す。
【００４９】
【表１】
0004839320.tif 000002
【００５０】
実施例１〜４においては、添加する抄紙用粘剤水溶液Ｍの濃度を所定の範囲内で高濃度にすることにより、比較例１のように抄紙用粘剤水溶液Ｍが低濃度の場合に比べて地合い改善効果が大きかった。ここで、比較例１における抄紙用粘剤水溶液Ｍの濃度（０．０１重量％）は、抄紙用粘剤としてポリエチレンオキサイドを使用する場合（円網抄紙機を使用）において、水溶液濃度として適正であるとして従来から一般に知られた濃度範囲（０．０１重量％程度以下）の上限近傍である。
【００５１】
なお、比較例２のように、抄紙用粘剤水溶液Ｍの濃度を所定の範囲を超えて高くする場合には、抄紙の際に粘度の高い抄紙用粘剤水溶液Ｍの凝集部が形成され、断紙などの不具合が発生した。
【図１】
0004839320.tif 000003
【図２】
0004839320.tif 000004
【図３】
0004839320.tif 000005