(57)【要約】【課題】イネ科植物はパルプ化やパルプ特性に悪影響を及ぼすケイ素化合物や樹脂の含有率が多く、効率的なパルプ化が困難であった。【解決手段】イネ科植物の茎の表皮を回転刃等で削り取るなどして除去することにより、ケイ素化合物や樹脂の含有率を劇的に低減したパルプ材を製造することができるようになった。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
イネ科植物を用いて、ケイ素含有率及び樹脂含有率が共に２％以下であるパルプ材の製造方法。
【請求項２】
イネ科植物の茎部分の表皮を取り除くことによる請求項１に記載のパルプ材の製造方法。
【請求項３】
イネ科植物の茎の表面を、回転刃でかきとることを特徴とする請求項１または２に記載のパルプ材の製造方法。
【請求項４】
イネ科植物が稲、麦、竹、サトウキビのいずれかである請求項１〜３のいずれかに記載のパルプ材の製造方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の方法で製造したパルプ材を原料として製造したパルプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、紙パルプ産業においてパルプ原料として用いられるイネ科植物を加工することによりパルプ化に適した原料（パルプ材）を製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
イネ科植物は非木材製紙原料として多用されており、世界でワラを用いたパルプが２２００万ｔ／年、バガス（サトウキビ絞り粕）を用いたパルプが３００万ｔ／年製造されている。しかしながら、イネ科植物の多くは、パルプ製造に阻害的に作用するケイ素化合物や樹脂（アルコール−ベンゼンやヘキサン等の有機溶媒で抽出されるものの総称）を植物体中に多量に含む。ケイ素化合物は、アルカリを使用する化学パルプ製造工程において蒸解薬品の増大や蒸解薬品の回収性の低下、配管等へのスケーリングを生じさせ、機械パルプ製造工程においては切削工具の刃の劣化を促進させる。また、パルプ中に残存したケイ素化合物は叩解の阻害や、シート化した際にパルプ同士の水素結合の形成を阻害し、シート強度を低下させるという問題を生じる。一方、樹脂は不溶成分となってパルプ中へ異物として混入する等の問題がある。従って、ケイ素化合物や樹脂を多く含むイネ科植物は、パルプ材として必ずしも優れた植物であるとは言い難い。
【０００３】
しかしながら、木材資源の乏しい地域や、食料としてイネ科植物を大量に栽培している地域では、稲わらや麦わら、竹、サトウキビは重要なパルプ材であると共に、それ以外の地域でも木材パルプとは異なる、特徴のあるパルプ繊維を得られることから、パルプ材としての潜在的な需要は大きく、ケイ素化合物や樹脂の問題を解消するパルプ材の改良や効率的なパルプ製造方法の開発が期待されている。
【０００４】
パルプ製造工程において、ケイ素化合物に由来するスケーリングの発生には、操業を一時停止しての定期的なはく離や洗浄により除去するか、難溶性のケイ酸塩の生成を阻害するスケール抑制剤を使用する方法（例えば、特許文献１参照）が提案されている。また、樹脂による障害を防止するためには、ピッチコントロール剤と呼ばれる界面活性剤を使用して除去したり、有機溶剤を用いて除去する方法（例えば、特許文献２参照）が提案されている。
【０００５】
上記いずれの方法においても、パルプ材中のケイ素化合物や樹脂のすべてをパルプ製造工程中において除去するという発想によるものであり、そのために種々の薬品を工程中に投入することが必要であり、パルプの製造コストを上昇させると共に、薬品の期待される効果を得るためにパルプ化方法が限定されたり、操業を安定化させるために多大の労力を要するといったデメリットが生じることが想像される。
【特許文献１】特開２００２−１０５８９１号公報（第１〜８頁）
【特許文献２】特開平１１−２１７７８３号公報（第１〜４頁）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記実状を鑑みたものであって、従来の方法とは異なる発想に基づき、より簡易で低コストな加工処理により、イネ科植物由来でありながら、ケイ素化合物や樹脂の少ないパルプ材を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため検討した結果、従来のように、蒸解や漂白といったパルプ化工程においてケイ素化合物や樹脂を除去するのではなく、パルプ化工程に投入前の原料（パルプ材）の段階でケイ素化合物や樹脂を除去し、ケイ素含有率及び樹脂含有率を２％以下とすることにより、パルプ製造時におけるケイ素化合物や樹脂の影響を低減あるいは皆無にできることを見出した。これによりイネ科植物がよりパルプ原料として適したものとなり、その利用が促進されることが期待された。
【０００８】
イネ科植物からケイ素化合物と樹脂を除去するにあたり、化学的にケイ素化合物や樹脂を分解して分離除去する方法や、物理的にケイ素化合物や樹脂を含む部位を取り除く方法が考えられる。但し、化学的な方法では薬品の使用に伴う廃液の処理等の問題があるため、その活用は制限される。一方物理的な方法では、装置とエネルギーさえあれば、比較的容易に広範囲に適用することができ汎用性が高い。
【０００９】
上記観点から検討した結果、イネ科植物においては茎の表皮を取り除くことにより、ケイ素化合物と樹脂を効率的に除去することができることを見出し、さらに表皮を効率的に取り除くためには、回転するロールの間に挟みこむ等して搬送される茎の表面に、回転する刃をあてて茎の表面を断片的に薄く削り取る方法が優れていることを見出し、この方法により、ケイ素と樹脂の含有率が共に２％以下となるパルプ材を工業的に製造できることを見出した。
【００１０】
本発明におけるパルプ材とは、製紙原料であるパルプを製造するために用いられる植物体の一部もしくは全部である。一般的なパルプ材としては、木本植物の幹や草本植物の茎が用いられるが、葉や実、種子、根等、パルプとなり得るものはすべてパルプ材に含まれる。
【００１１】
本発明におけるケイ素の含有率は、試料を５５０℃で３時間加熱して灰化した後、灰０．５〜１ｇを３〜５ｇの炭酸ナトリウムと混合して白金るつぼに入れ、約１０００℃で３０分間アルカリ融解した後、６Ｍ塩酸に溶解して原子吸光光度計やＩＣＰ発光分光装置等の元素分析装置を用いて定量した、絶乾試料に対するケイ素の含有率である。ケイ素はケイ素化合物として、イネ科やフタバガキ科の植物体に多く存在し、細胞の内外に多くは結晶状態で認められる。
【００１２】
本発明における樹脂とは、植物体内外に存在する油脂やテルペン系化合物等の総称で、植物体よりアルコール−ベンゼンやヘキサン等の有機溶媒によって抽出される。本発明における樹脂の含有率は、ＪＩＳ−Ｐ８０１０「パルプ材のアルコール・ベンゼン可溶分試験方法」に従い測定された抽出物の含有率である。
【００１３】
本発明におけるケイ素含有率、樹脂含有率が共に２％以下であるとは、上記ケイ素と樹脂の定量方法に基づき、パルプ材乾燥重量に対するケイ素と樹脂の含有率がそれぞれ２％以下であることをさす。イネ科植物の多くは数％以上のケイ素化合物を含有しており、ケイ素含有率が２％以下とは、パルプ化工程でケイ素化合物の影響をほとんど受けないパルプ材のケイ素化合物の含有割合に相当する。また、一般的に植物の多くは数％以上の樹脂を含有しており、工業的に用いられているパルプ材において樹脂含有率が２％以下のものは皆無である。
【００１４】
本発明における、茎の表面を回転刃でかきとるとは、円周表面に刃を取りつけた円柱の中心軸を回転させ、刃を所定の圧力で茎の表面と接触させることにより、表皮を削り取る処理である。刃の形状、数、材質は目的に応じて当業者が適宜選択すればよく、表皮を削り取る際は、茎を固定して回転刃を移動させても、回転刃を固定させて茎を移動させてもどちらでもよいが、効率の面から作業は機械により連続的かつ自動的に行なわれることが望ましいことは言うまでも無い。
【００１５】
本発明において製造されたパルプ材を用いてパルプを製造する際には、化学パルプ化法、半化学パルプ化法、機械パルプ化法等いずれのパルプ化法を用いても良い。使用するイネ科植物の種類、形状、組成等に応じて、当業者が適切なパルプ化法を選択すればよい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明により、従来ケイ素化合物や樹脂含有率が多く、パルプ化が困難であったイネ科植物において、ケイ素化合物や樹脂の処理に特別な手立てを講じることなくパルプ化が可能なパルプ材の提供が可能となった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明において茎部分の表皮を取り除くためには、茎を縦方向に２つ以上に分割し、それぞれの断片の表皮側を平らに押しつぶして固定し、その表面を回転刃で削り取るのが簡便である。さらに詳細に述べれば、例えばサトウキビや竹を原料にする場合、アムケイン社製のケインセパレーター等を改良し、処理工程中に表皮を取り除くための回転刃を取り付けて用いるのが最も簡便で効率が良い。刈り取ったサトウキビや竹を脱葉後、１ｍ以下の長さに切断し、改良したケインセパレーターに投入することで、連続的に表皮を削り取ることが可能となり、必要に応じてパルプ繊維に不向きな内部柔組織を同時に取り除くことも可能である。回転刃は、茎の表面を１〜３ｍｍの厚みで削り取るように調整して用いればよい。
【００１８】
表皮を削り取った茎部分をパルプ化するためには、アルカリや酸により蒸解処理する化学パルプ化法や機械的な破砕による機械パルプ化法、それらを組み合わせた半化学パルプ化法等、当業者が必要に応じて方法を選択すればよい。また、必要に応じて漂白処理を行っても良い。
【実施例１】
【００１９】
穂を取り除いて乾燥した稲ワラ１００ｇを約１０ｃｍの長さに切りそろえ、氷酢酸と６％過酸化水素水１：１の混合液３Ｌを加え、６０℃で４８時間処理した。処理後、ｐＨ５．５以上となるまで水洗した。処理物を懸濁状態で攪拌することにより、表皮が遊離した。この懸濁物を幅５ｍｍのスリットを通過させて、遊離した表皮を分離しパルプ材を得た。
【００２０】
得られたパルプ材を乾燥後、５５０℃で３時間灰化し、灰０．５ｇを３ｇの炭酸ナトリウムと混合して白金るつぼに入れ、１０００℃で３０分間アルカリ融解した。融解物を６Ｍ塩酸に溶解してＩＣＰ発光分光装置（パーキンエルマー社製）を用いてケイ素含量を定量したところ、パルプ材の固形分に対して１．７％の含有率であった。また、ＪＩＳ−Ｐ８０１０に従い、アルコール・ベンゼン抽出した樹脂の含有率を測定したところ、０．６５％であった。
【００２１】
この処理により得られたパルプ材は、ケイ素、樹脂の含有率が共に２％以下であり、さらに元の稲ワラよりも白色度が高く、パルプ材として良好であるが、処理に長時間を要し、氷酢酸と過酸化水素の取扱や、処理廃液の発生等、大規模な処理には制約がある。
【実施例２】
【００２２】
脱葉し約５０ｃｍの長さに切りそろえた沖縄産サトウキビの茎を、回転刃を取り付けた改良ケインセパレーター（アムケイン社製ケインセパレーターを改良）で処理した。削り取る茎の表面の厚みを０、０．３、０．８、１．５、３．０、５．０ｍｍと装置の設定を変えて処理した。また、いずれの処理においても内部柔組織を同時に除去してパルプ材を調製した。
【００２３】
得られたパルプ材の一部を分けとり、実施例１と同様にケイ素と樹脂を定量した。残るパルプ材を用いてソーダ法によるパルプ化処理を行った。パルプ材に液比４、有効アルカリ添加率１１〜１４％となるように苛性ソーダを混合し、１０Ｌ容のオートクレーブにて保持温度１７０℃、保持時間３０分の条件で蒸解した。蒸解後、ろ過により洗浄して未晒しパルプを得た。未晒しパルプのケイ素と樹脂含有率をそれぞれ実施例１と同様の方法で定量した。また、それぞれの蒸解廃液中のケイ素量を実施例１に準じて定量した。０．０５％以下であれば蒸解薬品の回収性は良好であると判断できる。また投入したパルプ材量に対する得られた未晒しパルプの量をパルプ収率として算出した。５０％以上が必要であり、５５％以上であることが好ましい。総合評価は、パルプ材中のケイ素、樹脂の含有率と蒸解廃液中のケイ素含有率、パルプ収率を総合的に評価した結果であり、本発明のパルプ材ではＢ以上、好ましくはＡであることが必要である。結果を表１に示す。
【００２４】
【表１】
2005232652.tif 000002
【００２５】
表１より、茎の表面を削り取る厚みが大きいほど、パルプ材中のケイ素、樹脂の含有率が低下し、１．５ｍｍ削り取ることによりケイ素と樹脂の含有率が共に２％以下となった。このとき、蒸解廃液中のケイ素含有率が０．０４５％となり、蒸解薬品の回収が容易になる濃度に低下した。１．５ｍｍ以上削り取ることにより、パルプ材中のケイ素、樹脂の含有率と蒸解廃液中のケイ素含有率とは十分に低下するものの、５．０ｍｍの厚みで削り取ったパルプ材では、パルプの収率が極端に低下し、表皮の内側に存在する繊維が豊富に存在する領域まで削り取ってしまったものと考えられ、また、０．３ｍｍに設定した場合には、処理後のパルプ材は表面の２割程度しか削り取られておらず、茎表面と回転刃との接触が不十分であったことが示唆された。これらのことから、削り取る厚みは用いる植物の種類や大きさによって最適化する必要があることが示唆された。
【００２６】
実施例１、２の結果より、イネ科植物のケイ素と樹脂を除去することにより、パルプ材として好適なものになり、特に表皮を除去することにより、ケイ素含有率、樹脂含有率共に２％以下のパルプ材を製造できることが分かった。また、表皮の除去方法としては、物理的に削り取る方法が比較的容易で効果が高いことが分かった。
【産業上の利用可能性】
【００２７】
本発明により、イネ科植物を原料としてパルプを製造する際に、悪影響を及ぼすケイ素化合物、樹脂含有率を劇的に低減させたパルプ材を製造することが可能となった。