JP4664000B2 - 古紙用および損紙用の離解促進剤 - Google Patents

Description

本発明は、古紙または損紙を効率よく離解させる離解促進剤、およびこれを用いた古紙または損紙の再生方法に関する。

資源の有効利用や環境保護などの観点から古紙の再利用の重要性が増加しており、わが国においては古紙の紙への利用率は６０％に迫ろうとしている。古紙の再生は、通常はまずパルパーにおいて回収された古紙を水あるいは温水で分散させて古紙パルプスラリーを得ることで行う。この時必要に応じて、水酸化ナトリウム、炭酸ナトリウム、ケイ酸ナトリウム等のアルカリを使用する。一方抄紙機周辺で発生する損紙はブロークチェスに投入され、水あるいは温水でスラリーに再度調製される。
近年、紙は益々高度に加工されており、古紙原料には多種多様な性質を付与するための物質が含まれている。これらの中には紙の表面あるいは内部まで化学薬品で処理され、離解が困難な紙も多く含まれている。このような場合、離解を容易にするために、先の酸やアルカリをはじめ、次亜塩素酸塩や過酸化水素などの酸化剤や界面活性剤などの化学薬剤の使用が以下のように提案されている。
すなわち、特許文献１には界面活性剤と水酸化ナトリウムの併用が提案され、また、特許文献２にはグラシン紙に対し酸性物質が、特許文献３には分子内に窒素を含む界面活性剤が、特許文献４には非イオン性界面活性剤がそれぞれ提案されている。

特開昭５０−６８０２号公報 特開平０４−２０９８８１号公報 特開平０６−１９２９８５号公報 特開２００１−２７９５９０号公報

しかし、上記の方法では高度に加工された紙に対して離解性能が不足であったり、離解された古紙または損紙を製紙原料として使用するにあたり、パルプ繊維が脆化していたり、更にｐＨ等の調整が必要であったりして十分満足のいくものは得られなかった。特に抄紙工程付近で行われる損紙の離解処理においては、抄紙原料としてそのまま戻せるように強酸や強アルカリ、その他抄紙条件に大きな影響を与える薬剤の使用は好ましくない。また古紙を再利用するために離解に長時間を要することは、多大な動力エネルギーを必要とし、経済性の面からも好ましくない。
本発明の目的は、酸やアルカリなどの薬剤と併用しなくても、あるいはそれらが存在する場合においてもパルパーなどにおける機械的負荷を低減し効率よく離解を促進することができる離解促進剤を提供することにある。特に、本発明は、水への濡れ性が悪く機械によるせん断が可能となるまでに長時間を要するような撥水性の高い紙を迅速に湿潤させることができ、これにより機械によるせん断を早期に可能とし離解を促進することを目的とする。

本発明者らは、上記課題に鑑みて鋭意検討を行なった結果、これら古紙または損紙の離解において、特定のリン酸エステル化合物の使用が紙に対する水の浸透を促進し、離解機などの機械力を補助する点において有効であることを見出し、本発明に至った。即ち本発明は、
（イ）式（１）で示される化合物及び式（２）で示される化合物を含有する古紙用または損紙用の離解促進剤であって、式（１）で示される化合物と式（２）で示される化合物の合計に対し、式（１）で示される化合物をモル比で３５〜９８％含有し、かつ式（２）で示される化合物をモル比で２〜６５％含有する、古紙用または損紙用の離解促進剤、

（Ｒは炭素数４〜１２の炭化水素基であり、ＡＯは炭素数２〜４のオキシアルキレン基である。Ｘはアンモニウム、アルカノールアンモニウム又はアルカリ金属であり、ｎは２〜１０の整数を示す。）
（ロ）式（１）で示される化合物及び式（２）で示される化合物を含有する損紙用の離解促進剤であって、式（１）で示される化合物と式（２）で示される化合物の合計に対し、式（１）で示される化合物をモル比で３５〜９８％含有し、かつ式（２）で示される化合物をモル比で２〜６５％含有する、損紙用の離解促進剤、

（Ｒは炭素数４〜１２の炭化水素基であり、ＡＯは炭素数２〜４のオキシアルキレン基である。Ｘはアンモニウム、アルカノールアンモニウム又はアルカリ金属であり、ｎは２〜１０の整数を示す。）
（ハ）４．５以上のｐＨ値を有する上記（イ）または（ロ）の離解促進剤、及び
（ニ）上記（イ）〜（ハ）のいずれかに記載の離解促進剤を、式（１）で示される化合物及び式（２）で示される化合物の合計量として５０〜５０，０００ｐｐｍの濃度で使用する古紙または損紙の再生方法、
を提供するものである。

本発明の離解促進剤を使用することにより、古紙および損紙から紙を再生する際に機械的負荷を低減し、効率よく離解を行なうことができ、しかも後工程において中和などの追加の処理を必要とせず、再生紙を製造することが可能となる。

以下、本発明を更に詳細に説明する。
本願発明の離解促進剤は、前記式（１）で示される化合物及び式（２）で示される化合物を含有するが、ここで、Ｒで表わされる炭素数４〜１２の炭化水素基としては、例えば、ブチル基、イソブチル基、ヘキシル基、イソヘキシル基、オクチル基、２−エチルヘキシル基、デシル基、イソデシル基、ラウリル基などが挙げられる。本発明においては、上記炭化水素基として、好ましくは炭素数６〜１０で分岐の炭化水素基を有するものが好ましい。炭素数が上記範囲内にある炭化水素基であれば、泡立ちを生じることなく十分な性能が得られる。

式（１）及び式（２）において、ＡＯは炭素数２〜４のオキシアルキレン基である。このようなオキシアルキレン基としては、アルキレンオキサイドの付加により得られるものが好ましく、例えば、エチレンオキサイド、プロンピレンオキサイド、ブチレンオキサイドが使用できる。これらは単独でも２種以上を組みあわせて使用してもよい。組みあわせて使用する場合は、ブロックでもランダムでも使用できる。
本発明においては、前記Ｒで表わされる炭化水素基の炭素数が多い場合はエチレンオキサイドが好ましく用いられる。これらオキシアルキレン基のモル数ｎは２〜１０であり、好ましくは２〜８である。ｎが上記範囲内であれば、発泡による実用上の問題が生じることもなく優れた効果が得られる。

式（１）又は式（２）で表わされる化合物において、Ｘはアンモニウム、アルカノールアンモニウム又はアルカリ金属であり、該化合物はアンモニア、アルカノールアミン、アルカリ金属などの中和塩である。このように化合物が中和塩の形態であることにより、離解時にアルカリを添加する必要がなく、十分な浸透性が得られ、離解温度による効果の変動も少ない。本発明においては、具体的には、アンモニア水、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムなどを用いて中和を行うことができる。

本発明の離解促進剤においては、含有される式（１）で示される化合物と式（２）で示される化合物の合計に対し、式（１）で示されるジエステルをモル比で３５〜９８％、また式（２）で表わされるモノエステルをモル比で２〜６５％含有する。本発明においては、更に、ジエステルをモル比で４０〜９５％、モノエステルをモル比で５〜６０％含むことが好ましい。ジエステルの含有量が上記範囲内であれば、パルプに対する浸透性が十分でしかも起泡性が低く好ましい。
このようなジエステルとモノエステルの比率は電位差を利用した滴定や、ガスクロマトグラフィー（ＧＣ）やゲルパーミエーションクロマトグラフィー（ＧＰＣ）などの方法によって容易に求めることが可能である。

本発明の式（１）あるいは式（２）で表わされる化合物は、その製造方法については特に制限はなく、たとえば、アルコールにアルキレンオサイドを付加重合させた後に五酸化ニリンやピロリン酸、オキシ塩化リン、三塩化リンなどを用いてエステル化する方法などを用いることが出来る。得られたエステル化物から必要に応じ未反応物を取り除き、アンモニア、アルカノールアミン、アルカリ金属等のいずれかで中和することにより本発明の上記化合物を得ることができる。
上記アルコールの例としては、炭素数４〜１２、好ましくは６〜１０のものが挙げられ、例えば、ブチルアルコール、イソブチルアルコール、ヘキシルアルコール、イソヘキシルアルコール、オクチルアルコール、２−エチルヘキシルアルコール、デシルアルコール、イソデシルアルコール、ラウリルアルコールなどが使用できる。
アルキレンオキサイドの付加には、エチレンオキサイド、プロンピレンオキサイド、ブチレンオキサイドを単独あるいは二種以上を組みあわせて使用することができる。上記アルコールとして炭素数が多いものを用いる場合は、アルキレンオキサイドとしてエチレンオキサイドが好ましい。

本発明の離解促進剤においては、前述のように特定の中和剤を用いて中和されたものであるが、中和の程度については、例えば１％水溶液のｐＨで４．５以上であることが好ましい。ｐＨ値が４．５以上であれば紙への浸透性が十分得られ好ましい。このｐＨ値の上限は、製剤の安定性や離解時の条件を配慮したものであれば特に限定されないが、通常は、
１２である。
本発明の離解促進剤においては、式（１）で表わされる化合物及び式（２）で表わされる化合物の各々として、Ｒ、ＡＯ、ｎ及びＸの少なくとも一つが異なる化合物を二種以上含むものを使用することもできる。
本発明の離解促進剤は、式（１）あるいは式（２）で表わされる化合物を１０重量％以上含有することが好ましい。このような離解促進剤には、水などの希釈溶媒、リン酸やリン酸トリエステルといった副生物、他の界面活性剤などを含有することができる。

本発明は上記離解促進剤を使用した古紙または損紙の再生方法を提供する。すなわち、本発明の再生方法は、本発明の離解促進剤を式（１）で示される化合物及び式（２）で示される化合物の合計量として５０〜５０，０００ｐｐｍの濃度で使用するものである。
離解工程において用いる装置や処理条件については特に制限はないが、紙をなじませるに十分な水が存在することが好ましい。たとえば通常の離解機では３〜５％、高濃度パルパーでは約１０％、ニーダーでは２０％前後のパルプ濃度となるように水や温水が加えられることが好ましく、この際、離解の初期の段階から上記離解促進剤が添加されていることが好ましい。
本発明の離解促進剤の使用量が水溶液あるいは水分散液に対し上記範囲内であれば本発明の効果が十分に得られる。使用量が５０ｐｐｍ未満では古紙や損紙中に含まれる共雑物のために該促進剤が消費され、離解促進の効果は乏しくなる。また５０，０００ｐｐｍを超えると効果は更に高いが経済的な効果が薄れる。

本発明はサイズ剤や耐水化剤を含有し、あるいは表面コートした紙からなる損紙を処理する際に特に有用である。また性状等が不特定な古紙の離解にも使用することが出来る。いずれの場合においても、離解工程あるいはそれ以前の工程に本発明の離解促進剤を使用することが効果の面で好ましい。この際、必要に応じ水酸化ナトリウムや珪酸ナトリウム、酸化剤、界面活性剤等を添加することができる。本発明の離解促進剤は、そのまま使用することも可能であるが、またあらかじめ水や溶剤に溶解、乳化、分散して使用することも出来る。

以下、実施例により本発明を更に具体的に説明する。
実施例１
攪拌装置、圧力計、温度計および窒素吹き込み管のついたオートクレーブ反応装置に、イソブチルアルコール７４ｇおよび水酸化カリウム１．５ｇを加え、窒素置換した後、１１０〜１３０℃まで加温する。そこへあらかじめ計量したエチレンオキサイド１３２ｇを滴下槽より４時間かけて圧入した。その後、０．２ＭＰａの圧力下で１時間反応を続けた後、塩酸にて中和し、９５〜１０５℃、０．００４ＭＰａ以下で３時間脱水処理を行った。その後７５〜８５℃に降温して濾過を行った。得られた化合物を分析したところ水酸基価２７２であった。
次に、得られたアルキレンオキサイドを付加したアルコール２００ｇに冷却しながら五酸化二リン９２ｇを滴下し反応を行った後、残存塩素を加水分解した。得られた燐酸エステル化物の酸価を測定し、水酸化ナトリウムを溶かした水溶液を加え中和した。発熱の後室温にまで冷却して、固形分５０％の離解促進剤の製剤を得た。

評価１
ポリアミドエピクロルヒドリン樹脂を含有した坪量１６０ｇ/ｍ²の耐水紙を４ｃｍ四方の紙片に裁断し、この紙片約３０枚と水道水１００ｍｌ、さらに上記得られた離解促進剤の製剤０．１ｇを容量２００ｍｌのビーカーに入れ、直径５ｃｍのタービン羽をつけたスリーワンモーターを用い、室温で３００ｒｐｍにて攪拌した。１時間後に離解されていない大きな紙片から５枚サンプリングし、その平均粒径を求めた。また離解時の泡立ちの様子を目視観察し、次の判断を行った。
○：泡立ちが少なく問題なし
△：若干の泡立ちはあるがビーカーから泡が溢れることなく特に問題なし
×：泡立ちが多く、一部溢れるなどの問題がある

評価２
サイズ剤としてＡＫＤ（ニューペルハード７６Ｇ、日本油脂（株）製）を含有した坪量２９０ｇ/ｍ²のサイズ紙を２×１０ｃｍの紙片に裁断し、この紙片の片端を０．１％の離解剤水溶液に浸漬した。浸漬３０秒後の紙片に浸透した水溶液重量（ｍｇ）を求めた。
実施例２〜８及び比較例１〜７
表１に示す化合物を用いて、実施例１と同様にして各種ポリオキシアルキレンアルキルフォスフェートの塩を得、その後実施例１と同様の評価を行った。結果を表２に示す。

ここで、比較例２はＲで表わされるアルキル鎖が短く効果は得られず、比較例３は、アルキル鎖長が長いため泡立ち易い傾向で離解性能も十分ではなかった。比較例４は離解性に乏しい。比較例５では浸水量が少なく泡立ちも多い。比較例６、７は浸水量が不十分であり離解性も低かった。
以上より、本発明の離解促進剤は、水を容易に含浸させることができ泡立ちも少なく、優れた離解性能を示すことがわかる。

本発明の離解促進剤は、古紙または損紙を効率よく離解させることができ、古紙または損紙の再生処理に有効に用いることができる。特に、サイズ剤や耐水化剤を含有し、あるいは表面コートした紙からなる損紙を処理する際に有効に適用することができる。

Claims (3)

1. 式（１）で示される化合物及び式（２）で示される化合物を含有する古紙用または損紙用の離解促進剤であって、式（１）で示される化合物と式（２）で示される化合物の合計に対し、式（１）で示される化合物をモル比で３５〜９８％含有し、かつ式（２）で示される化合物をモル比で２〜６５％含有する、古紙用または損紙用の離解促進剤。
   

   

   （Ｒは炭素数４〜１２の炭化水素基であり、ＡＯは炭素数２〜４のオキシアルキレン基である。Ｘはアンモニウム、アルカノールアンモニウム又はアルカリ金属であり、ｎは２〜１０の整数を示す。）
2. 式（１）で示される化合物及び式（２）で示される化合物を含有する損紙用の離解促進剤であって、式（１）で示される化合物と式（２）で示される化合物の合計に対し、式（１）で示される化合物をモル比で３５〜９８％含有し、かつ式（２）で示される化合物をモル比で２〜６５％含有する、損紙用の離解促進剤。
   

   

   （Ｒは炭素数４〜１２の炭化水素基であり、ＡＯは炭素数２〜４のオキシアルキレン基である。Ｘはアンモニウム、アルカノールアンモニウム又はアルカリ金属であり、ｎは２〜１０の整数を示す。）
3. ４．５以上のｐＨ値を有する請求項１又は２に記載の離解促進剤。