HARIMATECHNOLOGY REPORT

ポリアクリルアミド（PAM）系
ピッチコントロール剤『ASシリーズ』―効果の検証方法と最適な使用条件の選定―
Novel polyacrylamide-based pitch control agent “AS series”- Method to verify effect and selection of optimal condition -人長秀治／研究開発カンパニー 研究開発センター 製紙用薬品開発室
Shuji Hitoosa Paper Chemicals Development, R&D Center, R&D Company

1
はじめに
製紙用薬品は紙の品質や操業性の改善等、製紙工程における課題を解決するための重要な役割を担っている。工程改善薬剤であるピッチコントロール剤も製紙用薬品の一つ

処方とその適用事例について紹介する。

2『ASシリーズ』の特性
2-1 『ASシリーズ』のコンセプトであり、操業性の低下につながる断紙や設備の破損、品質クラフトパルプや古紙パルプの製造工程および調成工程低下につながる欠点等のピッチトラブルを抑制するためにでは、パルプスラリーのpHや電気伝導度、温度等が変化適用されている。

する。これら用水環境の変化がピッチを不安定化させ、ピ製紙工程におけるピッチとは、木材パルプ中の樹脂成分ッチトラブルを発生させる要因となっている。パルプ工程や古紙パルプから混入する雑誌の背糊やラベルの粘着剤なにおける用水環境の変化がピッチに与える影響の一例としどに由来する合成樹脂が、pHや温度、電気伝導度等の用て、pHの低下によるピッチの状態変化を図1に示した。

水環境の変化により凝集し粗大化した粘着性物質である。

高pH（pH 11）において、ピッチは水への親和性が高い

このようなピッチの発生を抑制するために、親油性であるため水中に分散しているが、pHの低下に伴い水への親和タルクに樹脂を吸着させ除去する方法や、界面活性剤で樹性が低下、表面積を小さくしようとして不溶化・凝集する

脂を分散させて安定化する方法など、さまざまな成分や作ことがわかる。

用機構を持つピッチコントロール剤が用いられている。し

図2にはpHの低下によるピッチの挙動と、『ASシリーズ』

かし、これらの薬剤は一時的な対策として有用ではあるが、によるピッチトラブル抑制のモデル図を示した。まず、ピ製紙工程における用水循環系内で樹脂成分が蓄積されていッチがトラブルの発生につながる前の微細なコロイダルピくことになり、恒久的な対策としては課題を残しているとッチの段階において、表面に保護層を形成して安定に分散考えている。また、国内の製紙業界においては食品安全衛させる。これにより、ピッチは周囲の環境が変化しても凝生に関する意識が高まりつつあり、紙製食品包装材の製造集せず、微細に分散した状態でパルプに歩留まり、ピッチ時に使用されるピッチコントロール剤には、化学物質としを抄紙系外へ排出してピッチトラブルを軽減することがでての安全性が必要と考えている。

きる。
『ASシリーズ』は微細物を紙中に歩留める作用のあこれらの課題を解決し、製紙工程での操業性を改善する

るポリアクリルアミド系ポリマーをベースとして、耐熱性ため、当社はポリアクリルアミド（PAM）系ピッチコントや耐アルカリ性に優れた性能を付与した設計としている。

ロール剤『ASシリーズ』を開発した。
『ASシリーズ』はピッチの原因となる樹脂を微細な状態で安定化するとともpH11pH7に表面の粘着性を抑制し、紙に定着させる機能を有しており、特に木材パルプの製造工程（パルプ工程）において高pH低下い評価を得ている。また、実機にて薬剤効果を検証していく中で、ピッチコントロール剤の効果を評価するための手法に関しても知見を深めてきた。
本稿では、『ASシリーズ』の特性や間接食品添加物としての法規制対応、ピッチコントロール剤の評価方法、クラフトパルプ製造工程を対象とした『ASシリーズ』の推奨
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Harima Quarterly No.150 2022 SPRING

分散

不溶化・凝集図1 pH低下によるピッチの状態変化

ピッチトラブル

AS未添加時ピッチ

3-1 付着試験

パルプへ定着変化

pH

AS添加時

3
ピッチコントロール剤の評価方法

付着試験は目視で確認できる約80 µm以上の比較的粗大なピッチの量を評価する手法である。図3に付着試験の模式図を示す。特殊な疎水性のフィルムを取り付けた攪拌羽
根をパルプスラリーに挿入し、スラリーを一定時間攪拌すAsることでフィルムの表面にスラリー中のピッチ成分が付着する。この付着したピッチの面積を測定することで、スラ図2『ASシリーズ』によるピッチトラブル抑制のモデル図

2-2

リー中の粗大なピッチ量を評価している。図4は付着試験

間接食品添加物としての法規制対応を行ったフィルム表面を二値化した画像であり、ピッチが『ASシリーズ』の製品一覧を表1に示した。現在、『AS付着した部分を白抜けで判別でき、画像解析にて定量化がシリーズ』はAS-02、AS-11、AS-50の3品種を取りそろ可能である。ピッチの量は、試験フィルムの全観察面積にえている。製品名の数字が大きいほど、アニオン夾雑物が対するピッチが付着した面積の割合である「ピッチ付着面多い製紙工程に適した設計としており、AS-50は古紙パル積率」として数値化する。

プでの適用を想定した製品となっている。
ピッチ多

また、表1に示すように、AS-02とAS-11はアメリカやピッチ少中国、⽇本の規制に準拠しており、表2に示す各国の法規制で定められた使用量の上限以内で間接食品添加物として使用することができる。これらの製品はカップ原紙や家庭紙といった安全という品質が要求されるパルプに対しても、ピッチ安心して使用していただけると考えている。

フィルム
パルプ

表1『ASシリーズ』の製品一覧
製品名

AS-02

AS-11

AS-50

固形分（％）

20

25pH

3.0～5.0

2.5～5.0

粘度（mPa･s、25℃）

3,000～5,000

500以下

FCN
（アメリカ）

法規制対応と使用量上限※

GB9685
（中国）
暫定PL
（日本）

適用対象

〇〇

≦1.5%s

≦1.5%s

〇〇≦1.5%s

≦1.5%s

〇〇≦1.5%s〇≦0.05%s〇≦1.5%s

木材パルプ

図3 付着試験の模式図

1cm
図4 付着試験後のフィルムの二値化処理画像

3-2 フローサイトメトリー（FCM）
フローサイトメトリーは、水中に分散している微小な粒子の量を測定する手法である。図5に示すように、蛍光染料で染色したコロイダルピッチを細い流路に流し、レーザーによってコロイダルピッチの大きさと個数を測定することで、系中のコロイダルピッチを定量的に評価することが可能になる。

古紙パルプ染色した試料※各規制における薬剤（固形）の最大使用量／対パルプ

表2 各国における食品包装用の紙・板紙に関する規制
国名管轄機関規制

アメリカ食品医薬品局(FDA)

CFR Title21 Part176"間接食品添加物"に関する
紙・板紙の構成成分
Food Contact Notification(FCN)
食品接触物質の届出制度

中国

中国国家衛生健康委員会

GB9685
食品容器・包装材料用添加剤に関する使用衛生基準

日本

日本製紙連合会

暫定ポジティブリスト(暫定PL)
食品に接触することを意図した原紙に使用された実績のある物質

アメリカ

散乱光
レーザー光

粒子の大きさ・個数

蛍光
ピッチの種類の判別

図5 フローサイトメトリーの模式図

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HARIMATECHNOLOGY REPORT

W/SW/S

W/S

W/S

W/S

※

蒸解釜
※W/S＝洗浄機

O段

D0 段

Eop段

D1 段（酸素漂⽩） （⼆酸化塩素漂⽩）（アルカリ漂⽩）（⼆酸化塩素漂⽩）

クリーナー

完成
チェスト

図6 O-D 0 -Eop-D1 漂白工程

当手法を用いて一連の製紙工程におけるコロイダルピッが確認された。これはD0 段でpHが低下することにより、チの量の推移を把握することにより、ピッチコントロールスラリー中のコロイダルピッチが不安定化し、凝集・粗大剤の最適な添加位置の見極めや、ピッチコントロール剤の化した可能性を示唆している。Eop段ではD0 段に対しスラ効果を評価することが可能となる。

リー中のコロイダルピッチ数に増加が見られている。これはEop段にてパルプからピッチ（樹脂分）が抽出されたためと考えられる。またEop段からD1 段の工程ではピッチ4
クラフトパルプ製造工程での処方例

付着面積率が大きく増加しており、D1 段でピッチトラブルの原因となるピッチの粗大化が発生していることがわか

4-1 クラフトパルプ製造工程のピッチ発生箇所の解析る。これはD0 段で粗大化したピッチが核となり、Eop段でピッチトラブルを未然に防止するためには、パルプ工程や原質工程でピッチが粗大化している箇所を特定すること抽出されたピッチ（樹脂分）によって、より大きなピッチへ成長した可能性を考えている。

が重要となる。ここでは多くのパルプ工程で採用されていこのように実機のO-D0-Eop-D1 漂白工程においても付るO-D0-Eop-D1 漂白工程(図6)を対象として、付着試験と着試験とFCMの組み合わせによりピッチが粗大化していFCMを用いることにより、ピッチが粗大化している箇所る箇所を特定することが可能となる。

を特定した事例を紹介する。
図7に付着試験、図8にはFCMの測定結果をそれぞれ示した。D0 段前に対してD0 段後では、ピッチ付着面積率が増加し、スラリー中のコロイダルピッチ数が減少する傾向

4-2 『ASシリーズ』の処方例
O-D0-Eop-D1 漂白工程におけるピッチの粗大化に関して、
図9にモデル図を示した。前述のとおり、本工程ではD0 段とD1 段でpH低下によるピッチの粗大化が生じていると考

ピッチ付着面積率︵％︶0.06えられる（図9、上）。これに対し、『ASシリーズ』をD00.05

段とD1 段の直前に添加することで系中に存在するコロイ0.04

ダルピッチを安定化することができ、ピッチの粗大化を防0.03

ぐことができると考えられる（図9、下）。
なお、コロイダルピッチが多い工程に『ASシリーズ』

0.02を添加すると、微小なコロイダルピッチがパルプに過剰に0.01吸着することで、白色度の低下が懸念される。このため

0O段前

D0 段前

pH13

D0 段後

Eop段後

D1 段後

pH3

pH11pH3完成とは推奨していない。D0 段直前より上流の工程においては、十分な洗浄でピッチを洗い流すことが理想的であるが、十図7 O-D 0 -Eop-D1 漂白工程での付着試験の結果分な洗浄ができない場合もある。このような工程に対して

6000

コロイダルピッチ数︵個︶は、タルクと『ASシリーズ』との併用を推奨している。

5000

タルクはピッチコントロール剤として作用する機構が『AS4000シリーズ』とは異なり、親油性、かつ疎水性が高い性質を3000持つことから、高pHにおいてはコロイダルピッチを油分2000として吸着する。油分としてタルクに吸着したピッチ成分は洗浄によってタルクとともに除去されるため、D0 段へ1000持ち込まれるコロイダルピッチが減少する。これによって

0O段前

D0 段前

pH13

D0 段後

Eop段後

D1 段後

pH3

pH11pH3

図8 O-D 0 -Eop-D1 漂白工程でのFCMの結果

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D0 段直前より上流の工程へ『ASシリーズ』を適用するこHarima Quarterly No.150 2022 SPRING

完成

十分な洗浄ができない工程でもピッチトラブルを抑制することが可能になる。
上記までをまとめた当社の『ASシリーズ』の推奨処方

の一例を図10に示す。また向流洗浄が用いられているO

抄紙工程やパルプシートの製造工程の白水循環系において段前の工程へタルクを添加することは、エバポレーターにはピッチが濃縮され、粗大化してピッチトラブルが発生しおけるスケール（トラブル）を懸念する場合があるが、プている。このような系に対しても、AS-02を適用することレート式のエバポレーターを採用している工場では問題はで欠点数が減少し、安定して高品質な紙やパルプシートが発生していない。

生産できる事例が得られている。

O段

D0 段

pH 13

Eop段

pH 3

D1 段

pH 11

抽出工程を経てピッチが増加

AS
添加

pH低下でさらに粗大化

AS
添加

ピッチ付着面積率︵％︶

ピッチpH低下で粗大化

0.12

pH 3

0.08
0.06
0.04
0.02
0.00

持ち込みのピッチの粗大化を防止増加したピッチの粗大化を防止

図9 O-D 0 -Eop-D1 漂白工程におけるピッチの粗大化（モデル図）

ASシリーズ

W/S

蒸解釜

W/S

O段

ASシリーズ

W/S

D0 段

W/S

Eop段

W/S

D1 段

クリーナー

完成
チェスト図10 O-D 0 -Eop-D1の漂白工程における『ASシリーズ』の推奨処方の一例

国内製紙会社のクラフトパルプ工程において、O-D0-AS-02添加期間

1200
100080060040020005AS-02の適用事例

Eop-D1 漂白工程のD1 段直前にAS-02を適用した事例を紹図11 完成チェストでの付着試験結果の推移（網掛け部分がAS-02添加期間）

1400

コロイダルピッチ数︵個︶

洗浄強化またはタルク

AS-02添加期間0.10

図12 完成チェストでのFCM測定結果の推移（網掛け部分がAS-02添加期間）

6
おわりに介する。本事例ではAS添加前後の完成チェストで採取しPAM系ピッチコントロール剤『ASシリーズ』は、コロたパルプスラリーに対してピッチ付着面積率ならびにコロイダルピッチの粗大化を防ぎつつ、パルプ中に歩留めてピイダルピッチ数の推移を観察した。図11にピッチ付着面ッチを系外へ排出することにより、ピッチトラブルを軽減

積率、図12にスラリー中のコロイダルピッチ数の結果を示可能なことがクラフトパルプ工程で立証された。また、本した。なお、図中の網掛け部分がAS-02の添加期間である。

稿にて紹介した事例のようにピッチトラブルや工場設備とAS-02を添加した期間はAS-02未添加の期間と比較して、いった状況に応じた処方を提案できつつある。今後は、『ASピッチ付着面積率並びにスラリー中のコロイダルピッチ数シリーズ』の効果をさらに発揮できる処方を提示できるよは低い値で推移した。これはD1 段直前にAS-02を添加すう研鑽を積むとともに、古紙パルプ系での適用性を追求しることにより、D1 段でのpH低下によるコロイダルピッチていきたいと考えている。さらに、食品包装材向けに使用の粗大化の抑制とコロイダルピッチをパルプに定着できてされる間接食品添加物としての法規制下での認可取得を進いることを示唆している。また、AS-02の添加期間中の紙め、「安心・安全」なモノづくりに貢献していく。

製品において欠点数は減少しており、実機テストを通じてハリマ化成グループでは、製紙業界における操業性改善

AS-02のコンセプトどおりの効果とその有効性を確認できといった省エネルギー化に貢献でき、かつ「安心・安全」

た。に使用できる製品の開発を通じ、“自然の恵みをくらしにその他のAS-02の適用事例として、パルプ工程だけでなく抄紙工程やパルプシートの製造工程における実績がある。

活かす”という企業理念に合致した豊かな社会の創造に寄与していく。
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