(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｐＨが６．８以下であるパルプ原料および／または製紙原料にホワイトカーボンを対固形分で０．５〜１０重量％添加してピッチ成分を吸着させることにより、パルプ工程および／または抄紙工程におけるピッチトラブルを防止する方法。
【請求項２】
前記ホワイトカーボンが、湿式法で作られる含水けい酸である、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
ｐＨが６．８以下であるパルプ原料にホワイトカーボンを添加する、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記ホワイトカーボンの平均粒子径が１〜３０μｍである、請求項１〜３のいずれかに記載の方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかの方法によりピッチトラブルを防止することを含む製紙方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、紙、パルプなどの製造工程で発生するピッチトラブルを解消するためのピッチをコントロールする方法及びピッチ吸着剤に関するもので、より詳細には、白水中に遊離したピッチ成分に対して優れた吸着性能を示すホワイトカーボンからなるピッチ吸着剤を添加してピッチをコントロールする方法及びそのピッチ吸着剤に関する。
【０００２】
【従来の技術】
紙やパルプの製造工程や再生紙の製造工程において、原料木材に含まれる樹脂成分や、紙の加工に際して添加される樹脂成分や接着剤として用いられる粘着成分、すなわちピッチがパルプスラリー中に存在し、パルプ工程においてはチェストやパイプ壁面に堆積し、抄紙工程においては、ワイヤー、フェルトなどの抄紙用具を汚し、その析出物が製品に付着することにより製品品質を低下させる、または、紙切れなど操業の不安定化を導くなどのピッチトラブルを引き起こす。従来、このピッチトラブルを防止する方法として、分散剤や粘着防止剤としての有機薬品や吸着剤として無機薬品が一般に使用されている。無機薬品では、天然タルクを加工した微粒子タルクが広く利用されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
無機薬品の中でも、タルクなどのケイ酸マグネシウム鉱物は、表面が比較的親油性であり、パルプスラリー中の遊離ピッチ量を減少させられることから製紙用ピッチ吸着剤として高い評価を得ている。しかしながら、ピッチが多い場合、タルクの添加量を増加させて対応しているが、それだけではピッチトラブルを完全に解消するに至っておらず、効果に限界が見られていた。さらに、環境問題の観点から、抄紙工程の白水系のクローズド化が進行し古紙使用率が上昇しているため、ピッチトラブルは多発する傾向が見られている。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、pHが8以下のパルプ工程および／または抄紙工程にホワイトカーボン（非結晶性シリカゲル）を添加することで、遊離のピッチが減少しピッチトラブルが著しく解消されることを見出したことにある。ホワイトカーボンは紙の不透明度を上昇させる、または紙の摩擦係数を上げる効果を持つため製紙填料として用いられてきた。しかし、ピッチトラブルを起こす成分を吸着できることは知られていなかったので、ピッチの多い原料に添加することは行われていなかった。
【０００５】
【発明の実施の形態】
本発明では、ホワイトカーボン（非晶質シリカ）をピッチ吸着剤として用いる。ホワイトカーボンとは、ケイ酸ナトリウムを原料として製造した沈降性シリカをいい、アルミニウム、カルシウム、鉄、ナトリウムなどを少量含んでいる（化学大辞典（共立出版株式会社））。本発明で使用するホワイトカーボンは、吸油量が100mL/100g以上、且つ、平均粒子径が1〜30μｍのものが好ましい。
【０００６】
粒径が、１μｍより小さいと、ピッチの吸着能力に大きな差はないが、ピッチを吸着したホワイトカーボンが紙に留まらなくなり、ピッチを吸着したホワイトカーボンが白水中を循環することとなり、系内に蓄積されてしまう。本来は、ピッチを吸着したホワイトカーボンは紙に抄き込まれることにより、系内白水からピッチを除去する働きとなるので、紙に留まらない１μｍより小さいものはピッチ除去効果がない。一方、粒径が大きいホワイトカーボンは、ピッチを吸着した後、紙に抄き込まれるが、粒径が30μｍを超える場合、その後の工程、例えば乾燥工程で、粒子の一部が紙表面から脱落し、ドライヤーのドラム表面に蓄積する等の問題を引き起こすこととなる。また、得られる紙製品の品質面からも、粒径30μｍ以下のものを使用する場合に比べ、表面性や平滑度や不透明度を低下させるため好ましくない。
【０００７】
また、従来、ピッチコントロール剤として使用していたタルクの吸油量は40mL/100g程度であり、100mL/100g以上の吸油量を持つホワイトカーボンは、明らかにピッチ吸着能力は高い。吸油量が高いことは、表面が親油性であることを意味し、疎水性であるピッチ成分の吸着を促す。通常、入手できるホワイトカーボンは、100〜400mL/100gであり、この範囲にあるものは入手も容易で、かつこれにより得られる紙製品は、印刷時に要求されるインキ吸収性等の性能も十分満足させるものである。ピッチコントロールとして使用できるホワイトカーボンは、大別して合成非晶質シリカに属し、乾式法で作られるものでは、燃焼法による無水ケイ酸、加熱法による無水ケイ酸、湿式法で作られるものでは、含水ケイ酸、超微粉含水ケイ酸を含むが、その中で好ましくは湿式法で作られる含水けい酸がよい。粒径や吸油量などの特性に関して制限はないが粒系が小さく表面積が大きいものが有利である。
【０００８】
本発明において、ホワイトカーボンの対象となるものは、ピッチ分を含むパルプ原料、製紙原料、白水である。ホワイトカーボンは、ピッチの凝集を抑制することができる。これらの対象のｐHが８より酸性側である場合にのみ、ホワイトカーボンはピッチ吸着剤として効果が見られる。
【０００９】
ピッチを含んだパルプ原料および抄紙原料にホワイトカーボンを添加すれば、その原料中に存在するピッチを吸着することができるが、その添加量は存在するピッチ量に適切な量であることが望ましい。具体的なホワイトカーボンの添加量としては、好ましくは、０．１〜１０重量％（対固形分）、より好ましくは、０．５〜５重量％（対固形分）である。添加量が多くなりすぎても、製品である紙の品質低下（粉落、表面強度の低下など）が見られることから、１０重量％以下、より厳しい品質管理を要求される製品の場合には５重量％以下にすることが望ましい。一方、０．１重量％未満では、ピッチ吸着効果が期待できない。また、ピッチ量の変動などを考慮した場合には、０．５重量％以上添加すると、より安定したピッチ吸着効果が期待できる。
【００１０】
添加場所はピッチトラブル成分の多い原料に添加する必要があり、抄紙工程の比較的上流のピッチが多いパルプ原料に添加することで効果的である。例えば、古紙原料中の成分がトラブルを起こしている場合は、古紙原料の製造工程で添加することが好ましい。
【００１１】
【実施例】
以下に実施例を挙げて発明をより具体的に示すが、本発明はかかる実施例に限定されるものではない。
【００１２】
なお、以下の実施例および比較例で用いたホワイトカーボンおよび微細タルクの平均粒子径（Malven Instruments社製マスターサイザーＳを用いるレーザー法にて体積分布平均粒子径を測定）および吸油量（JIS K5101-1991にて測定）はそれぞれ次のとおりであった。
【００１３】
ホワイトカーボン：  ５．２μｍ、  ２４０ｍＬ／１００ｇ
微細タルク      ：  ７．２μｍ、    ４５ｍＬ／１００ｇ
また、実施例４を除く以下の実施例および比較例での実験は、サンプル温度を４０℃に調整して行った。
〔実施例１〕
古紙パルプスラリーをろ布で絞って得られた搾水(pH6.8)に対して、ホワイトカーボン懸濁液（100g/L）を、表１、２に示した添加量0、1、1.5、2g（絶乾）／500mLになるように添加してサンプルを調整した。このサンプルを、マグネットスターラーにより15分間600rpmで攪拌し、搾水中のピッチ成分をホワイトカーボンに吸着させた。吸着させた後、遠心分離（2000G,15分）で搾水中のホワイトカーボンを含む固形分を沈殿させ、白水と固形分を分離した。上澄み液中に残留している総有機物量はTOCによって測定した。また、トルエン抽出（液-液抽出、5分）により、上澄み液中の疎水性成分の定量も行なった。これらの結果を表1,2および図1,2に示す。
【００１４】
【表１】
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【００１５】
【表２】
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【００１６】
〔比較例１〕
実施例１と同じ搾水を用い、微粒子タルク（ミストロンベーパー、日本タルク社製）懸濁液（100g/L）を、表１、２に示した添加量0、1、1.5、2g（絶乾）／500mLになるように添加してサンプルを調整した後、実施例１と同じ条件でタルクにピッチ分を吸着させた。吸着後の搾水は同様に遠心分離で固形分と水溶液を分離し、吸着されなかったピッチが残存する水を分離した。
【００１７】
上澄み液は、実施例１と同様にTOCとトルエン抽出によって評価し、結果を表1,2および図1,2に実施例1と共に示す。
比較例では、ピッチコントロール用タルクを添加した場合、1.5ｇ（絶乾）／500mL以上添加しても搾水中のピッチ分は減少せず、これ以上のピッチ除去効果はなかった。実施例１のホワイトカーボンを添加した場合も1.5g(絶乾)／500mL以上の添加ではピッチ除去効果は横ばいとなり、ホワイトカーボンが吸着できるピッチ分は搾水中にはもはや存在しないことを示す。ここで、実施例と比較例の最大吸着量を比べると、ホワイトカーボンの方がピッチ分を多く吸着していることが明らかである。すなわち、白水中に安定化したピッチに対してもホワイトカーボンの方が優れた吸着性能があることを示す。
〔実施例２〕
機械パルプ（TMP）スラリーをろ布で絞って得られた搾水 (pH6.5)に対して、実施例１と同じホワイトカーボン懸濁液を、表１、２に示した添加量0、1、1.5、2g（絶乾）／500mLになるように添加してサンプルを調整した後、実施例1と同様な処理を行い、填料に吸着されなかった搾水中の総有機物量（TOC）とトルエン抽出量を測定した。これらの結果を表3,4および図3,4に示す。
【００１８】
【表３】
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【００１９】
【表４】
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【００２０】
〔比較例２〕
実施例2と同じ搾水を用い、比較例１と同じ微粒子タルク（ミストロンベーパー、日本タルク社製）を使用し同じ条件でタルクにピッチ分を吸着させた。TOCとトルエン抽出の結果を表3,4および図3,4に実施例2と共に示す。
【００２１】
実施例１では、古紙のピッチに対してホワイトカーボンのピッチ吸着の力がタルクのそれと比較して優れていることが示されたが、実施例２と比較例２においては機械パルプのピッチ、すなわち、木材樹脂に対してもホワイトカーボンは優れた吸着力を持つことが示された。
〔実施例３〕
アクリルなどの接着剤を含む古紙パルプスラリーをろ布で絞って得られた搾水のpHは、硫酸と苛性ソーダを用いて酸性から弱アルカリまでの範囲で３点調整した。それぞれのpHに調整した搾水 500mLに実施例１と同じホワイトカーボン懸濁液（100g/L）をそれぞれ10mL添加し、実施例1と同様な処理をおこない、填料に吸着されなかった搾水中の総有機物量（TOC）とトルエン抽出量を測定した。これらの結果を表5,6および図5,6に示す。
【００２２】
【表５】
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【００２３】
【表６】
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【００２４】
〔比較例３〕
実施例3と同じ搾水を用い、比較例１と同じ微粒子タルク（ミストロンベーパー、日本タルク社製）を使用し同じ条件でタルクにピッチ分を吸着させた。実施例１と同様にTOCとトルエン抽出によって評価し、結果を表5,6および図5,6に実施例3と共に示す。
【００２５】
実施例3では、ピッチを吸着させる時の白水pHが8以下である場合に、比較例３のタルクのピッチ吸着よりホワイトカーボンの吸着力が優れていることが示された。
〔実施例４〕
実際の製紙工場において、ピッチ吸着剤として古紙パルプに添加していた比較例１と同じ微粒子タルクを実施例１と同じホワイトカーボンに置き換え、その時の抄紙工程におけるピッチ発生率を調査した。ピッチの発生率は、製品である新聞用紙の紙面のピッチ欠陥数で評価した。対象の新聞用抄紙機は日産約300トンの新聞用紙を製造し、ピッチ欠陥数は１日の生産量に対しての発生個数で表した。紙面ピッチはスポットディテクターにより自動計測せれるもので、この数が増加することは品質が低下していることを示し、数が多くなると紙切れが多発する可能性もあるので、この数を低いレベルに保つことが品質上操業安定上、欠かせないと考えられている。表7に8日間のホワイトカーボン添加結果を示す。なお、この期間中、抄紙工程における製紙原料の温度は４７〜５２℃であった。
【００２６】
【表７】
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【００２７】
表７から実機工程においても、ホワイトカーボンはタルクよりピッチ軽減効果が大きいことが明らかとなった。
【図面の簡単な説明】
【図１】  填料の添加量と搾水中の残総有機物量（ＴＯＣ）との関係を示すグラフである。
【図２】  填料の添加量と搾水中のトルエン抽出量との関係を示すグラフである。
【図３】  填料の添加量と搾水中の残総有機物量（ＴＯＣ）との関係を示すグラフである。
【図４】  填料の添加量と搾水中のトルエン抽出量との関係を示すグラフである。
【図５】  填料の添加量と搾水中の残総有機物量（ＴＯＣ）との関係を示すグラフである。
【図６】  填料の添加量と搾水中のトルエン抽出量との関係を示すグラフである。
【図７】  ホワイトカーボンの添加の一例を示すフローである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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