HARIMATECHNOLOGY REPORT

硫酸アルミニウム削減下におけるトータルウェットエンドシステム〜ロジン系エマルションサイズ剤の最適な使用方法“Co-mingle®” 〜Total wet end system with reduced Alum dosage for Linerboard~Co-mingle , optimal application method of rosin dispersed size~

中村亮太／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
Ryota Nakamura

Paper Chemicals Development, R&D Center, R&D Company

1
はじめに体を捉えた薬品処方（トータルウェットエンドシステム）を最適化する中で、ロジン系エマルションサイズ剤の新規添加方法“Co-mingle®”の導入を提案している。本報告では、当社が提案しているCo-mingle®を適用したAlum削減下

日本国内における紙・板紙の生産量はリーマン・ショッのサイジングシステムについて、製紙会社での適用事例をク後の2009年以降大きく減少し、その後もペーパーレス交えて紹介する。

化の煽りを受けて印刷・情報用紙や新聞用紙などは減少傾向にある。一方、段ボールなどに加工される板紙は食品分

2
新規添加方法Co-mingle®の開発コンセプト

野・家電向けが堅調なことに加え、eコマースの普及などを背景に増加傾向で推移している。しかし、板紙の生産状
況に目を向けると、1）古紙回収からの雑誌古紙配合比率の上昇による填料（炭酸カルシウム）混入量の増加、2）

ロジン系エマルションサイズ剤とAlumを用いたサイジ環境対応（排水対応）からの抄紙工程のクローズド化によ

ングシステムにおけるサイズ発現機構に関しては、さまざした抄紙速度の高速化による強脱水等、抄紙環境は年々悪ョンサイズ剤のサイズ発現は、パルプ繊維上へのエマルシ製紙用薬品（内添薬品）においては目的とする効果が得らけるロジン成分のアルミニウム塩（アルミニウムロジネー

る抄紙系の電気伝導度上昇、3）生産効率の向上を目的とまな研究がなされている1）。一般的に、ロジン系エマルシ化している。これらの影響を受けて、抄紙系に添加されるョンサイズ剤の定着と、抄き上がった湿紙の乾燥工程におれ難い環境になってきている。一方、製紙会社各社では、

ト）の形成によって達成される。このとき、Alumはイオ

抄紙条件の合理化や薬品コスト削減による収益改善の要求

ン的な相互作用によってエマルションサイズ剤をパルプ繊が年々高まっており、費用対効果に優れる薬品や薬品処方維上へ定着させる定着剤としての役割と、溶融・マイグレの提案が必要不可欠となっている。

ーションしたロジン成分とアルミニウムロジネートを形成

抄紙工程で使用される硫酸アルミニウム（以下、Alum）

してパルプ繊維上へロジン成分を固着させる役割を担っては、内添薬品のパルプ繊維への定着助剤としての効果に加おり2）3）、 得られるサイズ性 はAlum添加量の影響を受けえ、抄紙系の清浄化、脱水性の改善等の効果があり、かつることがわかっている。

薬品コストが安価であるため、古くから使用されている。

上述したサイズ発現機構の効率化について種々検討を重

特に板紙では、耐水性付与を目的としてロジン系エマルシねた結果、ロジン系エマルションサイズ剤のパルプ繊維へためにAlumが必要不可欠となっている。しかし、過剰な化する手法として、エマルションサイズ剤の新規添加方法

ョンサイズ剤がよく用いられ、高いサイズ効果を発揮するの定着と、繊維上でのアルミニウムロジネート形成を効率

Alumの使用は抄紙系の電気伝導度上昇による内添薬品のCo-mingle®を開発した。Co-mingle®の設計コンセプト

効果低下や、抄紙系内のカルシウムイオンとの作用によるを以下にまとめる。

石膏スケール形成（成紙や設備汚れの原因）に繋がっている。

【設計コンセプト】

板紙の抄紙工程ではAlum削減による薬品処方の適正化①アニオン性のロジン系エマルションサイズ剤とAlumをが必要となっているものの、Alumの使用量が少ない環境相互作用させ、エマルション粒子表面をカチオン性に帯下ではロジン系エマルションサイズ剤によるサイズ効果が電転換させることで、アニオン性のパルプ繊維への自己十分に得られないという課題を抱えている。当社は、板紙定着を可能にする。の抄紙工程が抱えるさまざまな問題に対して、抄紙工程全②アニオン性ロジン系エマルションサイズ剤とAlumを直1接作用させることで、必要最低限のAlum量でエマルシ

パルプ繊維上にエマルションサイズ剤粒子を均一に分布さ③ロジン系エマルションサイズ剤が溶融・マイグレーショ合でも安定したサイズ効果が得られ難いと考えられる。

せることができず、アルミニウムロジネートを形成した場ョンサイズ剤を効率よくパルプ繊維へ定着させる。

次に、ハーサイズCESシリーズとAlumを同様に混合しンする乾燥工程において、粒子から溶け出したロジン成た場合、写真2 に示したように比較的安定な分散状態を維分とAlumとのアルミニウムロジネートの形成を促進し、高いサイズ性を発揮させる。

持した。ハーサイズCESシリーズは、アニオン性のエマ

図1 に示すように、エマルションサイズ剤とAlumの従相互作用を抑制できるため、パルプ繊維上でのエマルショルションサイズ剤でありながらAlumとの過剰なイオン的来の添加方法とCo-mingle®との相違点はAlumの使用方法

ンサイズ剤粒子の均一な分布とともにアルミニウムロジネートの形成を促進できると考えている。にある。パルプ繊維へのエマルションサイズ剤の定着工程において、従来法ではエマルションサイズ剤とAlumは別々に添加され、先に添加したAlumがパルプ繊維上でカチオン性部位（アニオン性エマルションサイズ剤の定着点）を形成させることが必要であるのに対し、Co-mingle®ではエマルションサイズ剤とAlumをあらかじめ混合処理して添加する。これにより、アニオン性のパルプ繊維への自己写真1 従来品とAlumの混合状態定着が可能となるカチオン性粒子を形成することができる。
さらに、定着したエマルションサイズ剤粒子の近傍には十4Alumの削減下におけるCo-mingle®の適用分なAlumが存在しているため、乾燥工程の熱によって溶融したロジン成分とAlumが反応し、効率良くアルミニウムロジネートを形成させることができると考えている。
硫酸バンド

従来法

ES

①硫酸バンドが定着
ES

Co-mingle
パルプ
繊維Alumを削減することによって生じると考えられるメリ

ロジン系
エマルションサイズ剤②サイズ剤が定着ットとデメリットを表1 に示した4）。品質面で懸念されるサイズ性の低下は、ハーサイズCESシリーズを用いたComingle®を適用することで解決可能と考えられる。

③乾燥工程にてロジネート形成

ES表1ロジン（アビエチン酸）

Alum削減により生じるメリットとデメリット
メリット

デメリット

１）白水の電気伝導度の低下
２）石膏スケールの減少
1）ピッチトラブルの増加
操業面
３）臭気の低減
2）濾水・歩留まりの低下
４）設備腐食の抑制①サイズ剤と硫酸バンドを混合

ES

写真2 ハーサイズCESシリーズとAlumの混合状態

パルプ繊維

品質面 ５）紙力の向上

３）サイズ性の低下②硫酸バンドとサイズ剤が定着

図1 パルプ繊維へのロジン系エマルションサイズ剤の

図2 にAlum削減下における従来の添加方法（従来法）とCo-mingle®を使用した場合の相違点（イメージ図）を3
Co-mingle®用エマルションサイズ剤「ハーサイズCESシリーズ」示した。Alum削減下では、ロジン系エマルションサイズ剤の定着点となるAlumがパルプ繊維上に十分に存在していないと考えられる。このような状況ではAlumによるイオン的な相互作用が得られず、エマルションサイズ剤はパ

写真1 に一般的なアニオン性ロジン系エマルションサイ

ルプ繊維上に定着できない。一方、Co-mingle®ではエマズ剤（従来品）とAlumを混合した際のエマルションサイ

ルションサイズ剤の粒子表面に存在するAlumにより、パたものを同体積比で混合している。一般的なアニオン性ロなる。このため、少量のAlumの使用量でもパルプ繊維へルプ繊維上へのエマルションサイズ剤の自己定着が可能とズ剤粒子の分散状態を示した。各薬品は濃度1%に希釈しの定着が可能である。

ジン系エマルションサイズ剤では、Alumと接触すると速乾燥工程におけるサイズ発現においても、Co-mingle®

やかに沈降物を生成する。これは、エマルションサイズ剤は従来法より優位と考えられる。Alum削減下では、乾燥粒子とAlumがイオン的に相互作用することで粗大な凝集工程においてロジン成分が溶融・マイグレーションする際、物になるためである。このような凝集物を生成する場合、

2

HARIMATECHNOLOGY REPORT

ES
サイズ剤
定着工程

ES

ES

5
実機におけるCo-mingle®の適用事例

ES

従来法 ESESES

ここでは、実際の製紙会社の板紙抄紙系を対象とした

Co-mingle®のテスト結果を一例として紹介する。当該製ES紙会社では石膏スケール対策としてAlum削減の要望があり、ライナー銘柄（ジュートライナー、坪量約160g/ ㎡）を対象にAlum削減下におけるCo-mingle®の効果をハーサイ

ズCESシリーズで検証した。現行処方は弱酸性ロジン系エマルションサイズ剤（現行品）が種箱に添加される一般

サイズ発現工程的なサイズ剤処方である。なお、実機テストでは弱酸性タイプのハーサイズ CES-306を使用してCo-mingle®を適用した。

図4 に実機テスト中のCobb吸水度と薬品添加率（ロジ

図2 Alum削減下のサイズ発現機構の比較

ン系エマルションサイズ剤、Alum）の推移を示した。まず、ロジン成分とAlumの接触確率が著しく低下し十分なアル

現行処方からCo-mingle®への処方切り替えとして、①にミ ニ ウ ム ロ ジ ネ ー ト の 形 成 が で き な い。 し か し、Co-示す区間がサイズ剤処方のみを切り替えた条件である。こAlumがエマルションサイズ剤粒子近傍に存在することから、ョンサイズ剤の使用量は現行処方と同等としている。次に、が可能となる。

系エマルションサイズ剤の減添と併せてAlumも減添してmingle®ではアルミニウムロジネート形成に必要となる

こでは、Co-mingle®適用中もAlumやロジン系エマルシ効率良くアルミニウムロジネートを形成でき、サイズ発現②に示す区間では薬品の減添を行った。このとき、ロジン

Alum使用量によるサイズ性について、汎用サイズ剤（以いる。ロジン系エマルションサイズ剤を約20%、AlumをCo-mingle®との効果を手抄き紙にて確認した。手抄き紙は、程度の値で推移した。さらなる減添ではCobb吸水度の上2.0%）、乾燥紙力増強剤（PAM、対パルプ0.2%s）、エマジン系エマルションサイズ剤を約30%、Alumを約40%減下、汎用品）を用いた従来法とハーサイズCESを用いた約15%減添した条件においてもCobb吸水度は減添前と同段 ボ ー ル 古 紙 を 用 い てAlum（対 パ ル プ6.0%、 お よ び昇（サイズ性の悪化）が確認されたものの、結果としてロルションサイズ剤（汎用品、ハーサイズCESとも対パル添した条件においても目標とした範囲内のサイズ性を付与プ0.2%s）を添加し、抄紙pH6.8にて坪量80g/㎡とした。

できた。

得られた手抄き紙のCobb吸水度（任意時間における水の吸収量）を図3 に示した。Alum6.0%条件において、得ら60

れるCobb吸水度は従来法47g/㎡に対してCo-mingle®40g/㎡

Ｃ 50ｏｂｂ 40
吸水 30度︵ｇ 20／㎡︶ 10であった。Alum2.0%として使用量を削減した条件ではCobb吸水度が従来法は66g/ ㎡となり、サイズ性が大きく悪化した。しかし、Co-mingle®ではAlum使用量を削減した条件でもCobb吸水度は43g/ ㎡となり、良好なサイズ性を維持できた。

07:00

80Co-mingle
Ｃ 60ｏｂｂ
吸水 40度︵ｇ／㎡ 20︶0従来法

Cob b 吸水度

Alu m 添加率①

サイズ剤添加率②5.04.0薬3.0 品
添
加2.0 率︵％s︶

1.0
10:00

13:00

抄造時間

16:00

19:00

0.0

本テスト結果を基に薬品コストを試算した結果を表2 に示した。ここでは、従来のサイズ剤処方による薬品コスト指数を100とし、Co-mingle®を適用した場合に期待できるコストを指数で示した。また、比較として同程度のサイズ度を得るために必要な中性サイズ剤（AKDサイズ剤）

6.0

Alum 添加 率（%）

を使用した場合に予想されるコストも示した。結果として、2.0Co-mingle®を適用することで大幅なAlumの削減と薬品コストの低減が期待できることがわかった。

図3 Alum削減下におけるサイズ効果比較36-2 濾水・歩留まりの低下への対応

表2 Alum削減下における薬品コスト比較
Alum%

サイズ剤種と使用方法
ロジン系
エマルション
サイズ剤

従来法

AKDサイズ剤

従来法

Alumの削減下ではAlumによる繊維の凝集効果や薬剤のサイズ剤 薬品コスト
指数%

6.2

1.00

100

3.50.70700.00.25

96

定着効果が低下し、濾水・歩留まりの低下が生じる。紙力増強剤ハーマイドKSシリーズは、このようなAlum削減下においてもパルプ繊維への定着性が高く、濾水・歩留まりの改善が可能である。

弱酸性系への適用性が高いハーマイドKS2、およびKS26
Alum削減下におけるトータルウェットエンドシステムと同等の分子量やイオン量を有する従来型のPAM系紙力増強剤（従来品）を使用し、Alum未添加における濾水性（CSF：カナディアン・スタンダード・フリーネス）を評価した結果を図6 に示した。従来品では添加量を0.5%まで増やしても濾水性の上昇はほとんど見られなかった。しか上述した結果から、Alum削減下で懸念されるサイズ性の低下は、ハーサイズCESシリーズを用いたCo-mingle®

し、ハーマイドKS2では添加量の増加にともなって濾水性の向上が確認されている。の適用によって解決できることが示唆された。また、当社

では、Alum削減下で懸念される、①ピッチトラブルの増加、

500②濾水・歩留まりの低下、といった課題にも取り組んでいハーマイド KS2

る。これらへの対策となるトータルウェットエンドシステ
ムとして、①ピッチトラブルに対してはピッチコントロー

450

ル剤ASシリーズ、②濾水・歩留まりの低下に対しては弊社ハーマイドKSシリーズの適応を提案している。

従来品

ＣＳ
Ｆ 400︵mL︶

6-1 ピッチトラブルへの対応

Alumの削減下、板紙抄紙系において生じるピッチトラ

350

ブルは、主に古紙に含まれる接着剤などの合成高分子系樹脂に由来するものが多く確認されている。ピッチコントロール剤ASシリーズは、このピッチの原因となる樹脂を微300

細な状態で安定化するとともに粘着性を抑制し、紙に定着させる機能を持つPAM系ピッチコントロール剤である。

00.25

添加率（%s、対パルプ）

0.50

図6 乾燥紙力剤の添加量と濾水性（CSF）

古紙系への適用性が高いピッチコントロール剤AS-50と7おわりにモデルピッチを使用し、ピッチ付着性試験を実施した結果を図5 に示した。なお、試験は既報に従って行い、試験結

果はAlum使用量と試験片へのピッチ付着量の関係として示した4）。

日本国内において使用比率の高いロジン系エマルション

AS-50未添加（ブランク）ではAlum使用量の削減にと

サ イズ 剤 について、新 規 サイジングシステ ムで あ るCo-ることでピッチ付着量は大幅に減少することが確認できて薬品減添効果とコストメリットが得られることを紹介した。

mingle®を適用することにより、Alum削減下においてももなってピッチ付着量が増加するものの、AS-50を使用すいる。

また、ロジン系エマルションサイズ剤は、世界各国で使用されている主要な製紙用薬品の1つであるとともに、松か30ら得られる“松やに”を原料とする環境や人に優しい製品ブランク25である。私たちは「自然の恵みをくらしに活かす」という

AS-50:200ppm

20

ハリマ化成グループの企業理念のもと、天然由来であるロ

AS-50:400ppm

15

ジンを有効利用し、さまざまな抄紙系の変化や製紙会社の要求に対応できるような製品開発に努めていく所存である。

105001246

Alu m 添加量（%、対パルプ、有姿換算）＜参考文献＞
1）磯貝明「紙パ技協誌．52（12）24-32」（1998）2）磯貝明「紙パ技協誌．48（3）20-32」（1994）
3）Davison R.W.「J.Pulp Pap.Sci. 14（6）J151-J159」（1988）
4）瀬崎崇生、吉本康秀「紙パ技協誌．60（8）29-37」（2006）

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図5 Alum使用量とピッチ付着量4