高機能歩留り剤「リアライザーFX シリーズ」による新規ウエットエンドコントロール技術

ソマール株式会社*１ 技術開発部 春 日 一 孝*２

但木 孝一，大石 浩之

The Latest Wet-end Control Technology
by New Type Retention Aid “REALIZER FX Series”
Kazutaka Kasuga*２, Koichi Tadaki and Hiroyuki Oishi
Technical Dept., SOMAR Corporation*１

Abstract
We have been working on developing more efficient retention aid with new concept to replace the today’s main Dual
Addition System of Cationic retention aid and Anionic retention aid. As a result of the effort, “AXISZ System”
was successfully brought to market,“AXISZ System”consists of “REALIZER A Series”/high-performance coagulant,
good for minimizing the stain of paper making machine and “REALIZER R”Series/high-performance Cationic retention
aid.
“AXISZ System” is very unique and is extremely different from competitive products design. Especially, in caseof Cationic-single addition,“REALIZER-R300”achieved extremely better retention that resulted in expanding its
application to coating machines and board paper machines. Since then, we kept working on the development of Cationicpolymers good for single addition.
As was pointed out, closed system of water and increase of waste paper ratio have brought a lot of pitch and ash.
Consequently, there has been a trend that increased dosage of various kinds of chemicals for fillers. As for retention
aid, there are cases that conventional dual addition system or cationic single addition cannot work well as before.
Under these circumstances, we newly developed“REALIZER FX Series”/Anionic retention aid and then, have beenworking on establishing the innovative retention system based on the Anionic retention aid. In this paper, we would
like to show the instances of REALIZER FX System applications and dual addition system with new concept which iseffective in stable fixation of various kinds of chemicals for filling in combination with “REALIZER A Series”.
1． は じ め に
これまで弊社では，現在主流であるカチオン性歩留り剤とアニオン性歩留り剤を併用するデュアル添加システ
ムに代わる新しいコンセプトの歩留り向上システムの開発に取り組んできた。
その結果として，抄紙マシンの汚れ低減に有効な高機能凝結剤「リアライザーA シリーズ」と高い歩留り効果を発揮できる高機能カチオン性歩留り剤「リアライザーR シリーズ」からなる「アクシーズシステム」を上市し，競合他社との差別化を図ってきた 1)。特に，超高分子量カチオン性歩留り剤である「リアライザーR300」を用いたカチオンシングル添加では，従来のデュアル添加システムと比較して大幅に填料歩留りが向上し，洋紙マシン，板紙マシン等幅広い分野へ適用を進めることができた。その後もカチオンシングル添加ポリマーの開発を中心に進め，国内外の大型高速塗工紙マシンや板紙マシンへの適用を果たしてきた 2)。近年では，直鎖タイプの歩留り剤である「リアライザーR300」から，灰分歩留りや地合い向上に有効な特殊構造化された「リアライザーR600」を開発し，シングル添加システムの開発を継続して進めている。
しかし，近年の用水のクローズド化や古紙原料の品質悪化等によるピッチや持ち込み灰分の増加が依然として進んでいるため，各種内添薬剤の添加量が顕著な増加傾向にある。歩留り剤に関しても，従来のデュアル添加システムやカチオンシングル添加システムだけでは対応が不十分なケースも増えてきている。
＊１＊２〒340-0003 埼玉県草加市稲荷 5-19-1／19-1,Inari5-Chome.Soka,Saitama,340-0003.Japan
E-mail: kasuga.kazutaka.j7@somar.co.jp

このような状況下において弊社では，新たな試みとして新規アニオン性歩留り剤「リアライザーFX シリーズ」を開発し，アニオン性歩留り剤を中心とした歩留り剤システムについて検討を行っている 3)。
本稿では，「リアライザーFX シリーズ」の適用例と「リアライザーA シリーズ」を組み合わせた各種内添薬剤の定着性向上に有効な新しいコンセプトのデュアル添加システムについて報告する。
2．「アクシーズシステム」のフレキシブルシステム化
弊社の「アクシーズシステム」は，「リアライザーA シリーズ」，「リアライザーR シリーズ」，「リアライザーFX シリーズ」の３種類の高機能ポリマーから構成されている。それぞれの薬剤をフレキシブルに組み合わせて最適な歩留り向上システムを構築可能である 4)。
高機能凝結剤「リアライザーA シリーズ」と高機能歩留り剤「リアライザーR シリーズ」は，ピッチや欠陥対策及び填料歩留り向上に有効なカチオン性ポリマーである。また「リアライザーFX シリーズ」は，新しいコンセプトのアニオン性歩留り剤となっている。サイズ剤や紙力剤等の各種内添薬剤の定着性を大きく向上できる特殊なアニオンポリマーである。
図１に示す様に「リアライザーR シリーズ」と「リアライザーFX シリーズ」を組み合わせた場合，填料歩留り等が大きく向上する。また「リアライザーA シリーズ」と「リアライザーFX シリーズ」を組み合わせた「ニュータイプデュアルシステム」を適用すると各種内添薬剤の定着性が大きく向上し，大幅なコストダウンが可能となる。この様にフレキシブルに選択可能な「アクシーズシステム」は，各種抄紙マシンの課題に合わせてカスタマイズ可能であり，ウエットエンド物性の向上やコストダウンにも有効である。
歩留り物性の大幅な向上
リアライザーR＋FXシリーズ＜デュアルシステム＞

リアライザーA＋Rシリーズ

Rシリーズ

FXシリーズ＜デュアルカチオンポリマー＞＜カチオンシングル添加＞＜アニオンシングル添加＞

NewTypeDual

リアライザーA＋FXシリーズ＜ニュータイプデュアルシステム＞

各種内添薬剤の定着性向上
図 1 「アクシーズシステム」のフレキシブルシステム化

3． 抄紙マシン系内の電荷状態の変化
近年は，古紙原料の品質低下や高灰分化等の影響で各種内添薬剤の添加量が増加している。特に硫酸バンド，PAM 系紙力剤，カチオン性歩留り剤等のカチオン成分の添加量が顕著な増加傾向を示している。図２に示す様に，これらの薬剤がマシン系内に多量に添加されるとカチオン要求量の値が大きく低下し，カチオン性物質が過剰な陽転状態に近づくことが多々見られる。特に紙力剤が多く添加される板紙マシン等では，陽転しているケースが多い。また系内の電気伝導度の数値も高まり，各種内添薬剤が効果を発揮するには厳しい状態といえる。

紙力剤 (PAM，カチオン化澱粉)

系内電荷状態の変化■PCD低下（陽転状態）■電気伝導度上昇

サイズ剤 （ロジン系，AKD，ASA）■原料の品質低下■高灰分化

硫酸バンド，高カチオン性凝結剤

カチオン性歩留り剤
効果低下

カチオン性歩留り剤
各種内添薬剤の増添
図 2 内添薬剤と系内電荷状態の変化

アニオン性歩留り剤
リアライザーFXシリーズ開発

系内のカチオン性物質が過剰な状態では，カチオン性歩留り剤の効果が発揮され難くなる。この様な状況下でも安定した歩留り効果を発揮できるのが，弊社が新しいコンセプトで開発した高機能アニオン性歩留り剤「リアライザーFX シリーズ」である。
4． 新規アニオン性歩留り剤「リアライザーFX シリーズ」の開発
これまでアニオン性歩留り剤が単独で使用される例は少なく，カチオン／アニオンデュアル添加における助剤的な役割を担ってきた。
弊社で開発を進めてきた「リアライザーFX シリーズ」は，分子量・アニオン電荷・ポリマー構造の最適化によりデュアル添加用の「リアライザーFX50」とアニオンシングル添加用の「リアライザーFX79」からなる新規アニオン性歩留り剤である。以下に「リアライザーFX シリーズ」の各種適用例を紹介する。
4．1 「リアライザーR シリーズ」と「リアライザーFX シリーズ」のデュアル添加
A 社 塗工原紙マシンにおける DIP 高配合銘柄(坪量 50g／m2)でのカチオン性リアライザーR600 とアニオン性リアライザーFX50 のデュアル添加適用例を示す。
「リアライザーR300」のスクリーン(S/C)前カチオンシングル添加を長期間使用していたが，DIP の高配合化が進み灰分率の上昇と歩留り低下によるピッチ由来の欠陥が課題となっていた 5)。
灰分歩留りの向上を目的に「リアライザーR600」と「リアライザーFX50」を実機にて検討を行った。手順としては，リアライザーR600 シングル添加に切り替えた後，S/C 後にリアライザーFX50 を導入する2 段階で実施した。
結果を表 1 に示す。
表 1 アクシーズデュアルシステム適用時の歩留り効果
歩留り剤シス テム

S/ C前

S/C後全歩留り

灰分歩留り

NTU濁度
※

ｶﾁｵﾝ要求量※

地合い †ｲﾝﾃﾞｯｸｽ

ｶﾁｵﾝ(ppm)

ｱﾆｵﾝ(ppm)

(%)

(%)

(度)

290－

58.8

33.4

32.2

2.0

18.1

リアライザーR60 0
カチオンシングル添加

290－

62.4

39.7

24.4

1.4

19.5

230－

59.2

35.2

27.8

1.6

20.7

リアライザーR600／FX50
アクシーズデュアルシステム

140

150

65.7

42.6

13.5

1.3

19.8

100

110

60.9

38.5

17.2

1.5

22.6

リアライザーR30 0
カチオンシングル添加(μeq/L)※白水の値†高いほど良好

リアライザーR600 のカチオンシングル添加への切り替えにより，灰分歩留りが約6 ポイントアップした。
次に，S/C 後にリアライザーFX50 を導入することで灰分歩留りがさらに 3 ポイント向上した。最終的にトータル添加量が約 30％削減可能となり，灰分歩留りと地合いが向上した。
リアライザーR600 とリアライザーFX50 とのデュアル添加した際は，白水濁度が大きく低減し欠陥が減少傾向にあった。これは従来のシステムとは異なり，S/C のシェアに強いリアライザーR600 と特殊構造化により凝集力を抑えたリアライザーFX50 の適用により，これまでとは異なるメカニズムで歩留り物性が向上したものと考えられる。
以上より，カチオンシングル添加だけでなく「リアライザーR シリーズ／FX シリーズ」のデュアル添加により，大幅な灰分歩留りの向上だけでなく，ピッチ由来の欠陥減にも有効であることが確認された。
4．2 アニオンシングル添加対応型「リアライザーFX79」の特徴
一般にアニオン性歩留り剤は，マイナスに帯電しているパルプ繊維と電荷的に反発するため相互作用し難く，アニオン性単独では歩留り剤としての効果は低い。しかし，近年ではコストダウンを目的として，安価なカチオン化澱粉や凝結剤，カチオン性サイズ剤の使用などカチオン系物質を多く配合する抄紙マシンも増えてきており，以前と比較してアニオン性歩留り剤単独でも効果を発揮することがわかってきた 3)4)。
このような背景を基に開発した「リアライザーFX79」は，「リアライザーR300」の超高分子量化技術を発展させた「低アニオン性超々高分子量ポリマー」であり，パルプとの電荷的な相互作用に頼らないシェアに強いフロックの形成と大幅な添加量削減が可能である。また，「リアライザーR600」の特徴である特殊構造も導入されているため，微細なパルプ繊維や填料成分との相互作用を強化した新規アニオン性歩留り剤である。

4．3 カチオンシングル添加との「リアライザーFX79」置き換え例
B 社 上質紙(65g／m2)における S/C 前カチオンシングル添加から S/C 前アニオンシングル添加への切り替え例
について報告する。従来の歩留り剤は S/C 前カチオンシングル添加であり，バンドや紙力剤などのカチオン性薬剤の添加量が多く，抄紙系内が陽転しやすい状況にあった。ラボテストにて，アニオン性歩留り剤の効果が高いことが確認されたため，実機での検討を行った。結果を表 2 に示す。
表 2 リアライザーFX79 によるアニオンシングル添加
歩留り剤システム
他社カチオンシングル添加

リアライザーFX79
アニオンシングル添加

S/C前

全歩留り

灰分歩留り

ｶﾁｵ ﾝ要求量

内部強度※(mN・ m)

添加量(ppm)(%)(%)(μeq/L)270

79.9

57.90.4

310160

82.7

59.4

0.9

435

160

82.2

58.81.0419

備考

紙力剤20％減※白水の値

カチオン性歩留り剤の代わりにアニオン性歩留り剤リアライザーFX79 を S/C 前添加で置き換えることにより，従来添加量の 40％削減して歩留りを向上することができた。また，内部強度等の紙力も向上した。
カチオン性薬剤の添加量が過剰な場合，パルプ繊維のマイナス電荷が低下してカチオン性薬剤の定着が阻害されてしまう。さらに，歩留りを上げるためにカチオン性歩留り剤を追加すると，歩留り剤自体が定着を阻害するため電荷的にバランスがとりにくく不安定な状況であったと推察される。従って，アニオン性歩留り剤リアライ
ザーFX79 の適用により，歩留り剤自体が紙力剤などのカチオン性薬剤のパルプ繊維への定着を阻害することなく歩留りが向上したものと考えられ，陽転へのリスクを減らして薬剤定着も有効であることが確認された(図 3)。

図 3 リアライザーFX79 の定着メカニズムイメージ

5． アニオンシングル添加「リアライザーFX79」の添加方法
C 社 塗工原紙・上質紙マシンにおける，カチオン性ポリマー／アニオン性ポリマーのデュアル添加システムからリアライザーFX79 シングル添加への適用例について報告する。このマシンでは，硫酸バンドとカチオン化澱粉を多く使用しているカチオンリッチな系であったため，リアライザーFX79 による S/C 前アニオンシングル添加の適用により，添加量を大きく削減可能であった。連続添加後もさらなる検討を進め，現在では図 4 に示すようにS/C 前後を切り替えてアニオン歩留り剤の添加を実施している。その例を，表 3 に示す。
アニオン性歩留り剤
リアライザーFX79

切替え

リアライザーFX79
S／C前後 単独添加

F/ P

ｽｸﾘｰﾝ

ｲﾝﾚｯﾄ

目的に合わせて・歩留り剤添加量 削減
・地合い向上図 4 リアライザーFX79 S/C 前後 フレキシブルスイッチングシステム

表 3 リアライザーFX79 S/C 前後フレキシブルスイッチングシステム
S/ C前

S/ C後

全歩留り

灰分歩留り

添加量(ppm)

添加量(ppm)

( %)

(% )

地合い ※
ｲﾝﾃﾞｯｸｽ

他社C-PAM/155

他社A-PAM／80

79.0

39.8

38.9

リアライザーFX79/100

-

82.3

42.7

46.9

-

リアライザーFX79/70

83.5

43.6

42.1

他社C-PAM/165

他社A-PAM/80

76.0

36.9

43.2

リアライザーFX79/80

-

77.5

42.3

49.4

-

リアライザーFX79/56

77.745.247.4

紙品種

塗工原紙(8 5g/m 2 )

上質紙(80 g/ m 2 )※高いほど良好

S/C 前から S/C 後に切り替えることにより，歩留りを維持してトータル添加量を 30％削減可能であった。
但し，S/C 前添加と比較して S/C 後添加では添加量を大幅に削減できるが，地合いが若干低下する傾向にあった。
従って，地合い重視の際は S/C 前へ，添加量削減によるコスト重視の際は S/C 後に切り替えることで，紙の品種に合わせて添加位置の調整を行っている。また，S/C 前後の切り替えもスムーズにできるよう，設備面での改良も行い操業性もクリアしている。
6． 「リアライザーA シリーズ」と「リアライザーFX シリーズ」によるニュータイプデュアルシステム
上記マシンにて，アニオンシングル添加にて順調に使用されてきたが，最近では原料やその他内添薬剤の変化も進み，リアライザーFX79 導入時と比較して系内の電荷的なバランスが変化してきた。さらなるウエットエンド
物性の向上を目的として，カチオン性凝結剤であるリアライザーA シリーズとの組み合わせた「ニュータイプデュアルシステム」について検討を行った(図 5)。
リアライザーA2900
カチオン性凝結剤

新規デュアルシステム
S／C前後添加F/ P

リアライザーFX79
アニオン性歩留り剤

ｽｸﾘｰﾝ

ｲﾝﾚｯﾄ

S/C前シングル添加より優れた歩留り物性と地合いの向上

図 5 「リアライザーA／FX シリーズ」によるニュータイプデュアルシステム「リアライザーA シリーズ」は，低カチオン電荷・低分子量を特徴とする水溶液タイプの凝結剤であり，分子量分布も最適化されている。また，ポリマー自体の疎水性を高めることにより疎水性の高いピッチの処理に有効な高機能凝結剤である。ラボテスト結果を表 4 に示す。
表 4 リアライザーA シリーズとリアライザーFX シリーズの併用による効果
歩留り剤システム

リアライザーFX7 9
アニオンシングル添加
従来凝結剤／FX7 9(比較例)
リアライザーA2 9 0 0 ／FX7 9
アクシーズデュアルシステム

S/ C前

S/ C後

全歩留り

灰分歩留り

NTU濁度※

ｶﾁｵﾝ要求量※地合い †
ｲﾝﾃﾞｯ ｸｽ

添加量(ppm)

添加量(ppm)

(% )

(% )

(度)

リアライザーFX79/200

-

72.5

49.1

35.3

1.733.5-

リアライザーFX7 9 / 1 4 0

75.0

53.0

24.2

1.2

30.6

従来凝結剤/60

リアライザーFX79/140

73.7

51.2

35.6

0.928.7

リアライザーA2900/60

リアライザーFX79/140

77.4

56.7

16.0

1.932.5

リアライザーA2 9 0 0 / 4 5 リアライザーFX7 9 / 1 2 0

76.8

54.4

18.1

1.1

37.8(μe q/ L)※白水の値 †高いほど良好

リアライザーA2900 と組み合わせることにより，歩留り物性と地合いが向上した。比較として，従来の高カチオン系凝結剤についても検討を行ったが，歩留り率が低下し濁度が増加する結果となった。これは，撹拌のシェアを受けてパルプに未定着の高カチオン系凝結剤がアニオン性リアライザーFX79 と反応して凝集してしまうため，相乗効果が低いものと推察される。

以上より，リアライザーA2900 との併用により，S/C 前アニオンシングル添加以上の歩留り物性と地合いの向上が確認できた。今後，実機抄造での評価に移行して詳細な検討を行う予定である。
8．ま と め新規アニオン性歩留り剤「リアライザーFX シリーズ」のカチオン性歩留り剤「リアライザーR シリーズ」とのデュアル添加やアニオンシングル添加への適用により，従来の歩留り剤システム以上の効果が確認できた。
また，歩留り物性向上だけでなく，紙力剤など内添薬剤の定着にも有効であることが示された。最後に，新しい試みとして高機能凝結剤「リアライザーA シリーズ」と組み合わせた「ニュータイプデュアルシステム」により，さらなる歩留り物性と地合いの向上が期待できる結果となった。
今後も，多様化する抄紙条件に対応すべく新規歩留り剤システムの開発と提案を行い，抄紙マシンの操業安定化に貢献していきたい。
References
1) Koichi Tadaki, Kenji Tsunekawa and Shuichi Arai : Japan Tappi J. 56,(8),58 (2002)
2) Koichi Tadaki, Tomoko Asada and Miho Kato : Japan Tappi J. 60,(8), 38 (2006)
3) Hiroyuki Oishi, Koichi Tadaki, Kazutaka Kasuga and Yukihiro Fujita : Japan Tappi J. 68,(2),32 (2014)4) Koichi Tadaki : Japan Tappi J. 68,(10),12 (2014)5) Koichi Tadaki, Tomoko Asada and Kazutaka Kasuga : Japan Tappi J. 63,(10),15 (2009)