(57)【要約】【課題】水中のピッチを、迅速かつ簡便に、しかも、より正確に、粒度ごとに定量するピッチ分析方法、また、製紙工程において、ピッチコントロール剤を効果的に添加するピッチ処理方法を提供する。【解決手段】パルプスラリーに蛍光染料を添加し、染色されたピッチを含むパルプスラリーの蛍光顕微鏡による観察画像を、画像解析ソフトウェアを用いて画像解析し、ピッチの定量及び粒度分布測定を行うピッチ分析方法であって、前記画像解析は、下記（１）〜（４）の処理を順次行う工程を含む、ピッチ分析方法。（１）カラー画像をグレースケール画像へ変換する変換処理（２）前記グレースケール画像のノイズを除去し、白黒に２値化する２値化処理（３）前記２値化処理後の画像の白色領域のうち、アスペクト比が０．２以下の粒子分の領域を除去する除去処理（４）前記除去処理後の画像の白色領域の各粒子の面積を計測し、各面積分画の粒度分布を求める統計処理【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
パルプスラリーに蛍光染料を添加し、染色されたピッチを含むパルプスラリーの蛍光顕微鏡による観察画像を、画像解析ソフトウェアを用いて画像解析し、ピッチの定量及び粒度分布測定を行うピッチ分析方法であって、前記画像解析は、下記（１）〜（４）の処理を順次行う工程を含む、ピッチ分析方法。
（１）カラー画像をグレースケール画像へ変換する変換処理
（２）前記グレースケール画像のノイズを除去し、白黒に２値化する２値化処理
（３）前記２値化処理後の画像の白色領域のうち、アスペクト比が０．２以下の粒子分の領域を除去する除去処理
（４）前記除去処理後の画像の白色領域の各粒子の面積を計測し、各面積分画の粒度分布を求める統計処理
【請求項２】
前記２値化処理において、黒を０、白を１００とした場合の前記グレースケール画像の明度が所定値Ｖ以下である領域を黒色、前記明度が前記Ｖを超える領域を白色に２値化し、
前記Ｖが１０〜５０の範囲内の値である、請求項１に記載のピッチ分析方法。
【請求項３】
抄紙系内の所定箇所で、請求項１又は２に記載の方法によりピッチ分析を行い、前記画像において所定面積以上のピッチが存在する箇所にピッチコントロール剤を添加する、ピッチ処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パルプスラリー中のピッチの定量及び粒度分布測定を行う分析方法、及びこれを用いたピッチ処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
製紙工程において、紙の原材料であるパルプに含まれる夾雑物のうち、木材や古紙に由来する疎水性の粘着物質は、ピッチと呼ばれている。このピッチは、パルプスラリー中では、コロイド状微粒子として分散した状態となっているが、調成工程や抄紙工程において凝集化し、粗大ピッチを生成し、紙製品の品質低下や、搾水不良、断紙等を引き起こす原因にもなり、操業性にも障害を及ぼすものである。このようなピッチ障害は、脱墨パルプや段ボール古紙など古紙原料を使用する場合や損紙を原料として再利用する場合に、特に発生しやすい。
【０００３】
このため、ピッチ障害の防止のためには、パルプスラリーが抄紙マシンに送られる前にピッチを除去したり、ピッチの凝集を抑制したりすることが望ましく、通常、パルプスラリー中には、予めピッチコントロール剤が添加される。そして、ピッチ障害を確実に防止するためには、粗大ピッチの生成に対して、ピッチコントロール剤を効果的に添加することが求められる。
そのためには、パルプスラリー中のピッチを正確に定量することが重要である。
【０００４】
従来のピッチの定量方法としては、例えば、特許文献１に、パルプスラリーを濾過処理した濾液中のピッチ（疎水性有機粒子）を蛍光染料で染色し、蛍光強度を測定して濾液中のピッチの質量濃度を測定する方法が開示されている。
また、特許文献２には、蛍光を測定したサンプルを濾過し、そのフィルターの孔径に応じて、ピッチ（疎水性夾雑物）のサイズを求めることが記載されている。
【０００５】
一方、特許文献３，４には、画像解析を用いる方法として、濾過した濾物上の粘着物を加圧加熱処理することにより、濾紙やステンレス鋼等の媒体に転写して付着させたものを試料とすることが記載されている。
【０００６】
また、非特許文献１には、ピッチと繊維や灰等を分離する方法として、チューブフロー型繊維分級分析装置を用いることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特表２０１０−５２０４４４号公報
【特許文献２】特表２０１２−５２１００９号公報
【特許文献３】特開２００７−２７１３８９号公報
【特許文献４】特許第４８０２１５６号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】福岡萌、外３名「新規繊維分級分析装置を用いたパルプスラリーの解析に関する検討（第２報）」、［online］、２０１５年３月１６日、インターネット〈DOI：http://doi.org/10.2524/jtappij.1503〉
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記のように、ピッチを観察及び定量する方法は種々提案されているが、上記特許文献３，４に記載されているように、ピッチの粘着性を利用して媒体へ転写した試料により定量分析する場合、転写による媒体への付着物は、ピッチを介した微細繊維や炭酸カルシウム等の混合異物である場合があり、ピッチのみを定量しているとは言い難い。
【００１０】
一方、ピッチを染色して蛍光を測定する方法によれば、疎水性であるピッチのみを分離して定量することができる。しかしながら、上記特許文献１，２に記載されているような蛍光光度計による散乱光や透過光の測定においては、蛍光強度と濃度の関係は、粒子の大きさの影響を受けるため、正確に定量できる方法であるとは言い難い。しかも、実際の操業において、ピッチ障害と蛍光強度と相関関係は明らかでない。
【００１１】
また、特許文献１に記載されたような濾液中のピッチについて測定しても、ピッチ障害の原因となる粗大ピッチは検出されない。
上記非特許文献１に記載されているようなチューブフロー型繊維分級分析装置を用いれば、ピッチと繊維とを分離して観察することができるが、ピッチは水中で不安定であるため、分析を開始するまでに時間がかかると、ピッチの状態の経時変化によって正確な分析を行うことができない。
【００１２】
したがって、水中のピッチの状態をより正確に、簡便に把握することができる方法が求められている。
本発明は、このような状況下でなされたものであり、水中のピッチを、迅速かつ簡便に、しかも、より正確に、粒度ごとに定量するピッチ分析方法を提供することを目的とするものである。また、本発明は、前記分析方法を用いて、製紙工程において、ピッチコントロール剤を効果的に添加するピッチ処理方法を提供することも目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の分析方法は、水中のピッチを正確に定量する手段として、画像解析を用いるものであり、この方法により、製紙工程において、ピッチコントロール剤を効果的に添加することを可能とするものである。
【００１４】
すなわち、本発明は、以下の［１］〜［３］を提供するものである。
［１］パルプスラリーに蛍光染料を添加し、染色されたピッチを含むパルプスラリーの蛍光顕微鏡による観察画像を、画像解析ソフトウェアを用いて画像解析し、ピッチの定量及び粒度分布測定を行うピッチ分析方法であって、前記画像解析は、下記（１）〜（４）の処理を順次行う工程を含む、ピッチ分析方法。
（１）カラー画像をグレースケール画像へ変換する変換処理
（２）前記グレースケール画像のノイズを除去し、白黒に２値化する２値化処理
（３）前記２値化処理後の画像の白色領域のうち、アスペクト比が０．２以下の粒子分の領域を除去する除去処理
（４）前記除去処理後の画像の白色領域の各粒子の面積を計測し、各面積分画の粒度分布を求める統計処理
［２］前記２値化処理において、黒を０、白を１００とした場合の前記グレースケール画像の明度が所定値Ｖ以下である領域を黒色、前記明度が前記Ｖを超える領域を白色に２値化し、前記Ｖが１０〜５０の範囲内の値である、上記［１］に記載のピッチ分析方法。
［３］抄紙系内の所定箇所で、上記［１］又は［２］に記載の方法によりピッチ分析を行い、前記画像において所定面積以上のピッチが存在する箇所にピッチコントロール剤を添加する、ピッチ処理方法。
【発明の効果】
【００１５】
本発明のピッチ分析方法によれば、水中のピッチを、迅速かつ簡便に、しかも、より正確に、粒度ごとに定量することができる。このため、本発明の分析方法を用いることにより、製紙工程において、ピッチ障害を引き起こす原因となる粗大ピッチが多く分布する箇所を迅速に特定することができる。
したがって、本発明のピッチ処理方法によれば、ピッチ障害を抑制するためのピッチコントロール剤の最適な添加箇所を定めることができ、ピッチコントロール剤を効果的に添加することができる。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態を詳細に説明する。
【００１７】
［ピッチ分析方法］
本発明は、パルプスラリーに蛍光染料を添加し、染色されたピッチを含むパルプスラリーの蛍光顕微鏡による観察画像を、画像解析ソフトウェアを用いて画像解析し、ピッチの定量及び粒度分布測定を行うピッチ分析方法である。
前記画像解析は、下記（１）〜（４）の処理を順次行う工程を含むものとする。
（１）カラー画像をグレースケール画像へ変換する変換処理
（２）前記グレースケール画像のノイズを除去し、白黒に２値化する２値化処理
（３）前記２値化処理後の画像の白色領域のうち、アスペクト比が０．２以下の粒子分の領域を除去する除去処理
（４）前記除去処理後の画像の白色領域の各粒子の面積を計測し、各面積分画の粒度分布を求める統計処理
【００１８】
上記分析方法は、パルプスラリーのうち、ピッチを選択的に染色して画像観察するものであり、濾過処理等の作業を要することなく、ピッチを粒度ごとに定量することができ、特に粗大ピッチについても、粒度分布測定の正確性の向上を図ることができる。
また、分析試料を採取後すぐに観察及び測定することができるため、ピッチの経時変化の影響を抑制することができる。このため、製紙工程におけるピッチの状態をより正確に把握することができ、ピッチ障害を引き起こす原因となる粗大ピッチが多く分布する箇所を迅速に特定することが可能となる。
【００１９】
（染色）
前記パルプスラリーに添加される蛍光染料は、ピッチを染色するものである。ピッチは、疎水性の粘着物質であり、これに対して、セルロースを主成分とするパルプ繊維は親水性である。このため、疎水性染料を用いることにより、パルプスラリーのうち、ピッチを選択的に染色することが可能である。ピッチを染色する疎水性染料としては、具体的には、Ｆｌｕｏｒｏｌ  ５５５、ナイルレッド、アクリジンオレンジ等が挙げられる。これらのうち、観察のしやすさの点からは、コントラストが強く現れるものが好ましく、黄橙色であるＦｌｕｏｒｏｌ  ５５５が好適に用いられる。
【００２０】
前記疎水性染料は、迅速な染色の観点から、有機溶剤に溶解してパルプスラリーに添加されることが好ましい。水系であるパルプスラリー中に迅速に分散させる観点から、有機溶剤としては、親水性の有機溶剤を用いることが好ましく、例えば、エタノール、プロパノール、テトラヒドロフラン等を用いることが好ましく、特に、エタノールが好適に用いられる。
【００２１】
前記蛍光染料の添加量は、特に限定されるものではなく、パルプスラリー中のピッチの含有量により適宜調整されるが、ピッチの染色が目視で十分に確認できる程度の濃度及び添加量で足り、画像観察のため、必要以上に添加することは好ましくない。通常は、染料濃度０．００１〜１０ｍｇ／Ｌで添加される。
【００２２】
（蛍光顕微鏡による観察）
蛍光染料により染色されたピッチは、蛍光顕微鏡により鮮明に観察することができる。
この観察画像は、画像解析のために、ＣＣＤカメラやデジタルカメラ等によって撮影することが好ましい。
顕微鏡の倍率及び画像サイズは、大きいほど精度は高くなるが、特に限定されるものではなく、その後の画像解析において、解析処理可能な程度であれば足りる。
【００２３】
（画像解析）
撮影された観察画像は、コンピュータにおいて画像解析ソフトウェアを用いて画像解析する。画像解析においては、上記（１）〜（４）の処理を順次行う。以下、（１）〜（４）の処理を順次説明する。
【００２４】
（１）変換処理
まず、蛍光染料により染色されたピッチのカラー画像をグレースケール画像へ変換する。すなわち、本発明の画像解析においては、染色されたピッチ（分析試料）の画像の色相と彩度の要素を予め除去し、無彩色としておく。
【００２５】
（２）２値化処理
さらに、上記（１）で得られたグレースケール画像に含まれるノイズを除去し、白黒に２値化する。蛍光染料により染色されたピッチ以外のものや、画像平面に対して重なり合った下側及び上側のピッチは、前記グレースケール画像において低い明度（白色度）で検出される。このため、ピッチを正確に定量する上では、これらをノイズとして除去しておくことが好ましい。また、解析を容易とする観点から、ピッチが存在する領域を白色領域として単色化し、それ以外を黒色領域とする。
具体的には、画像解析ソフトウェアにおいて、黒を０、白を１００とした場合、前記グレースケール画像の明度が所定値Ｖ以下である領域を黒色、前記明度が前記Ｖを超える領域を白色に２値化する。すなわち、明度がＶ以下の領域をノイズとみなし、明度がＶを超える領域のみを白色（単色）とし、それ以外の領域を黒色（単色）として２値化する。
前記Ｖは、画像の解像度、画像解析ソフトウェアの特性等に応じて適宜設定されるが、１０〜５０の範囲内の値であることが好ましく、より好ましくは１５〜４０であり、さらに好ましくは２０〜３０である。
このような閾値によるノイズ除去によって、ピッチをより正確に検出することができる。
【００２６】
（３）除去処理
上記（２）の２値化処理後の画像の白色領域のうち、アスペクト比が０．２以下の粒子分の領域を除去する。なお、本発明で言うアスペクト比とは、画像における粒子分の短軸と長軸の長さの比率（短軸／長軸）を意味するものとする。
アスペクト比が０．２以下の細長い形状の粒子分は、通常、ピッチではなく、蛍光染色された繊維の混入物であると考えられる。このため、ピッチの検出の正確を期する観点から、このようなアスペクト比の粒子分は除去した上で、ピッチの定量を行うことが好ましい。
【００２７】
（４）統計処理
上記（３）の除去処理後の画像の白色領域の各粒子の面積を計測し、各面積分画の粒度分布を求める。このような処理を経て、粒子面積によってピッチの定量を行うことにより、ピッチ以外の夾雑物やノイズを含むことなく、ピッチの粒度分布を迅速かつ簡便に得ることができ、しかも、正確性の向上が図られる。
【００２８】
なお、本発明において用いられる画像解析ソフトウェアは、上記の（１）〜（４）の画像解析処理を行うことができるものであれば、特に限定されるものではない。例えば、三谷商事株式会社製ＷｉｎＲＯＯＦ等が、好適に用いることができる。
【００２９】
［ピッチ処理方法］
上記の本発明のピッチ分析方法により、抄紙系内の所定箇所でピッチの分析を行うことにより、求められたピッチの粒度分布のデータから、所定面積以上の粗大ピッチが存在する場所及び量を容易に特定することができる。ここでいう面積とは、上記のピッチ分析方法における観察画像から計測されるピッチの面積である。
前記所定面積は、製造する紙の種類や質、抄紙マシンの特性等に応じて適宜設定されるが、例えば、前記面積が７００μｍ２以上の場合を粗大ピッチとみなし、該粗大ピッチの分布が見られる箇所を予め特定しておくことができる。このようにして特定された箇所にピッチコントロール剤を添加すれば、粗大ピッチの生成を効果的に抑制することができる。
したがって、抄紙系内において、ピッチコントロール剤の有効な添加箇所を定めることができ、製紙工程におけるピッチのピッチコントロール剤による効果的な制御が可能となる。
【実施例】
【００３０】
以下、本発明の実施形態をより詳細に説明するが、本発明は下記実施例により限定されるものではない。
（試験１）ピッチの定量試験
水中の浮遊物質（ＳＳ）濃度が１質量％になるように調製した広葉樹晒クラフトパルプ（ＬＢＫＰ；カナディアンフリーネススタンダード（Ｃ．Ｆ．Ｓ）２００ｍｌ）スラリーに、模擬ピッチとして水性アクリル系粘着剤レヂテックスＡ−６００１（株式会社レヂテックス製）をスラリーに対して１００ｍｇ／Ｌ添加した。このパルプスラリーの分析試料２ｍｌに、疎水性蛍光染料（エキシトン社製Ｆｌｕｏｒｏｌ  ５５５）の０．１質量％エタノール溶液を染料濃度が０．０１ｍｇ／Ｌとなるように添加し、ボルテックスミキサーを用いて撹拌した。染色した試料１０μＬを２００μＬ用マイクロピペットで速やかに採取し、蛍光顕微鏡を用いて下記条件にて観察し、ＣＣＤカメラで撮影した。
顕微鏡：蛍光ミラーユニット：オリンパス株式会社製Ｕ−ＦＢＷ
蛍光源：ハロゲンランプ：オリンパス株式会社製Ｕ−ＨＧ  ＬＧＰＳ）
ＣＣＤカメラ：オリンパス株式会社製ＤＰ７３−ＳＥＴ−Ａ
接眼レンズ：１０倍
対物レンズ：１０倍
シャッタースピード：１秒
視野絞り、開口絞り：共に開放
ハロゲンランプ強度：３
画像サイズ：１２００×１６００ピクセル
【００３１】
得られた画像データを画像解析計測ソフトウェア（三谷商事株式会社製ＷｉｎＲＯＯＦ）にて画像解析した。解析処理は、下記（１）〜（４）の順に行った。
（１）カラー画像をグレースケール画像へ変換する変換処理
（２）黒を０、白を１００とした場合の前記グレースケール画像の明度が２０以下の領域を黒色、２０を超える領域を白色に２値化する２値化処理
（３）前記２値化処理後の画像の白色領域のうち、アスペクト比が０．２以下の粒子分の領域を除去する除去処理
（４）前記除去処理後の画像の白色領域の各粒子の面積を計測し、各面積分画の粒度分布を求める統計処理
下記表１に、上記の（３）の除去処理を行った場合と行わなかった場合との粒度分布を示す。
【００３２】
【表１】
2017009564.tif 000002
【００３３】
表１に示した結果から分かるように、蛍光顕微鏡による観察画像の画像解析により、ピッチの定量を行うことができることが認められた。
また、上記の（３）の除去処理を行うことにより、目視で確認することができる細長い形状の粒子分（繊維分）が除去され、測定された粒度分布において、特に、面積分画１０００μｍ２以上の粒子分が除去された。これにより、パルプスラリー中の繊維を含まずに、ピッチのみを簡便に定量及び分画粒度測定することができると言える。
【００３４】
（試験２）ピッチコントロール剤の適用試験（１）
段ボールの加工工程の損紙と段ボールの古紙を原料としてジュートライナーを製造する５層抄きの板紙マシンにおいて、上記（試験１）と同様の手法でピッチ分析を行った。表層の抄紙工程において、抄紙系内のミキシングタンクに、ピッチコントロール剤（栗田工業株式会社製スパンプラス５２０）を、添加量５００ｇ／ｔ対紙製造量で添加した。
パルプスラリーの分析試料は、マシンタンク、ミキシングタンク、インレット及び白水サイロのそれぞれから採取した。各試料１点につき５点の観察画像について、（試験１）における（１）〜（４）の解析処理工程により画像解析を行った。ピッチの定量及び分画粒度測定においては平均値を用いた。
下記表２に、ピッチの粒度分布を示す。
【００３５】
【表２】
2017009564.tif 000003
【００３６】
表２に示した結果から分かるように、インレット及び白水サイロにおいて、ピッチが多く、特に、インレット及び白水サイロにおいて面積分画７００μｍ２以上が多く分布していることが確認された。
【００３７】
（試験３）ピッチコントロール剤の適用試験（２）
上記（試験２）において、ピッチコントロール剤の添加箇所をインレットに変更し、それ以外は（試験２）と同様にして、ピッチの分析を行った。
下記表３に、ピッチの粒度分布を示す。
【００３８】
【表３】
2017009564.tif 000004
【００３９】
表２，３に示した結果から分かるように、（試験２）で面積分画７００μｍ２以上のピッチが多く分布していたインレットに、ピッチコントロール剤の添加箇所を変更したところ、抄紙系内全体で比較的粒度（面積分画）の大きいピッチが減少した。このことから、本発明に係る分析方法によれば、抄紙系内において、粗大ピッチの低減のために、より効果的なピッチコントロール剤の添加箇所を特定することができると言える。