JP7120785B2

JP7120785B2 - Ｕｖ印刷物の脱墨方法

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Publication number: JP7120785B2
Application number: JP2018065233A
Authority: JP
Inventors: 博比古小泉; 雅人高山; 誠樹米重; 至誠後藤
Original assignee: Nippon Paper Industries Co Ltd
Current assignee: Nippon Paper Industries Co Ltd
Priority date: 2018-03-29
Filing date: 2018-03-29
Publication date: 2022-08-17
Anticipated expiration: 2038-03-29
Also published as: US20210025113A1; CN111836927A; WO2019187823A1; JP2019173239A; EP3779035A4; US11560672B2; CN111836927B; EP3779035A1

Description

本発明は、印刷物を脱墨して脱墨パルプを製造する技術に関する。特に本発明は、ＵＶ印刷された印刷物（ＵＶ印刷物）を含む古紙原料を脱墨して、脱墨パルプを製造する技術に関する。本発明によれば、脱墨が困難なＵＶ印刷物から優れた品質の脱墨パルプを効率的に製造することができる。

近年、省資源あるいは環境問題といった観点から古紙の利用が拡大している。一方で印刷物の高品質化、多様化が進み、古紙として回収される印刷物の中に、再生し難い印刷古紙、例えば、ＵＶ印刷された印刷物や樹脂フィルムで被覆された印刷物などの混入が頻発するようになっている。

これらの印刷物を原料として脱墨パルプ（ＤＩＰ）を製造する場合、製造工程の操業性が悪化したり、得られた再生紙の品質が低下したりするなどの問題が生じることがある（非特許文献１）。このような再生し難い印刷物を含む古紙原料からパルプを製造する場合、古紙原料に対して強い機械的負荷を付加したり、多くの薬品を使用したりして対応することもあるが、繊維の劣化やコストの増加など新たな問題を生じてしまう。

このような再生し難い印刷物について、これらを選別し、再生し難い印刷物を禁忌品として古紙原料から除去することが検討されてきた。しかし、例えば、ＵＶクリアコートされた印刷物は、既存の水性クリアコートされた印刷物と見た目の違和感が生じないように作られているため、ＵＶクリアコートされた印刷物を目視で判別することは困難である。そのため、印刷物を識別する技術として、特開平１０－１４９４７３号公報（特許文献１）には、フーリエ変換近赤外線分析装置（ＦＴ－ＮＩＲ）を用いた紙幣等の識別方法が提案されている。また、特開２００５－３４５２０８号公報（特許文献２）には、溶媒に対する印刷物の印刷面の溶解性から、古紙として再生し難い印刷物を選別する方法が提案されている。

また、脱墨剤の用い方を工夫して、古紙原料からの脱墨を効率的に行うことも検討されている。例えば、特開２００７－１１９９５５号公報（特許文献３）には、曇点が０～２５℃のポリエチレングリコール型非イオン性界面活性剤をパルパーに添加することによって、効率的に脱墨することが記載されている。また、特表２００５－５２００５７号公報（特許文献４）には、曇点の異なる複数の脱墨剤を用いることによってパルプ繊維から効果的にインキを除去することが提案されている。

さらに、アニオン性の界面活性剤を脱墨剤として用いることも提案されている。例えば、特開２００７－３１４８９４号公報（特許文献５）や特開２００９－２２１６３６号公報（特許文献６）には、非イオン界面活性剤とアニオン性界面活性剤を併用して脱墨することが提案されている。

特開平１０－１４９４７３号公報特開２００５－３４５２０８号公報特開２００７－１１９９５５号公報特表２００５－５２００５７号公報特開２００７－３１４８９４号公報特開２００９－２２１６３６号公報

「古紙リサイクルにおける阻害性要確認資材等に関する調査報告書」（財団法人古紙再生促進センター発行）

上記のような状況に鑑み、本発明は、ＵＶ印刷物などの脱墨し難い古紙原料から脱墨パルプを製造する技術を提供することをその目的とする。

上記課題について鋭意検討したところ、本発明者らは、回転型解繊機による機械的処理を行うことによってパルプから効率的に脱墨できることを見出し、本発明を完成させるに至った。

これに限定されるものではないが、本発明は、以下の態様を包含する。
（１）ＵＶ印刷物を含む印刷古紙を水中で離解して古紙スラリーを得る工程と、回転型解繊機を用いて古紙スラリーに機械的処理を施す工程と、を含む、脱墨パルプの製造方法。
（２）前記機械的処理を施す工程の後に、フローテーション処理によってインキを系外に排出する、（１）に記載の方法。
（３）（１）または（２）に記載の方法によって製造した脱墨パルプを含む原料から紙を抄造することを含む、紙の製造方法。

本発明によれば、再生し難い印刷物を効率的に脱墨して脱墨パルプを製造することが可能である。本発明に係る技術は、再生し難い印刷物から高品質の脱墨パルプを製造できるため、従来は禁忌品として脱墨パルプの原料として使用できなかったような印刷古紙を資源として有効活用することが可能になる。

図１は、回転式解繊機のディスク状刃物の一態様を示す写真である（左：固定刃、右：回転刃）。図２は、古紙原料から脱墨パルプを製造する工程の一態様を示す概略図である。

本発明は、古紙原料を脱墨して脱墨パルプ（ＤＩＰ）を製造する技術に関する。また、本発明は、古紙原料を脱墨して得られる脱墨パルプを用いて再生紙を抄造する技術に関する。

本発明においては、古紙原料として印刷物を使用する。印刷物としては、紙を含む基材に印刷が施されたものであれば特に制限なく使用でき、例えば、紙にフィルムなどを付したものに印刷を施した印刷物、塗工紙に印刷を施した印刷物、非塗工紙に印刷を施した印刷物などに、本発明を適用することができる。具体的には、例えば、新聞用紙、中質紙、上質紙、塗工紙、微塗工紙、感熱記録紙、ノーカーボン紙、色上質紙、ＰＰＣ用紙（トナー印刷用紙）、紙器、シール・ラベル、帳票、段ボール、白板紙などに印刷した古紙に本発明を適用でき、光沢のある印刷物やＯＰニスやＵＶクリアコート等の表面加工処理した印刷物に本発明を適用することも可能である。

本発明を適用する印刷物として、あらゆる印刷方式で印刷した古紙を用いることができ、本発明によれば、脱墨パルプや再生紙の製造に適した印刷物を選別することが可能になる。印刷物に施された印刷の方式としては、例えば、ＵＶインキやハイブリッドＵＶインキ、高感度ＵＶインキを用いたＵＶ印刷、フレキソ印刷などの凸版印刷、グラビア印刷などの凹版印刷、オフセット印刷などの平版印刷、スクリーン印刷（シルク印刷）などの孔版印刷、静電気を利用した静電印刷（トナー印刷）、パソコン用プリンターなどに広く用いられるインクジェット印刷やレーザー印刷などを挙げることができる。また、印刷されたインキ（インク）についても特に制限はなく、各種印刷方式で用いられる色材が印刷された印刷物を用いることができる。例えば、ＵＶ印刷は、ＵＶ光によってインキを硬化・定着される印刷方式であるところ、ＵＶ印刷物は脱墨し難い印刷として知られており、場合によっては、禁忌品として脱墨パルプの製造工程への混入が避けられている印刷物である。このようなＵＶ印刷物であっても、本発明によれば、脱墨パルプを製造することができる。なお、近年はＵＶ印刷物のリサイクル性を改善させるため、および／または、ＵＶ印刷にかかるエネルギー削減のため、ハイブリッドＵＶインキや通常のＵＶインキよりもリサイクルしやすい高感度ＵＶインキが開発され、使用されているが、このような高感度ＵＶインキで印刷された印刷物についても、本発明によって脱墨することができる。なおここで高感度ＵＶインキとは、いわゆる省エネＵＶシステム、ハイブリッドＵＶシステム、ＬＥＤ－ＵＶシステム等の印刷方式に対応可能なＵＶインキのことを言う。

本発明において脱墨パルプ（ＤＩＰ）とは、印刷物から印刷インキなどを除去して再生されたパルプを意味し、一般に、印刷物を離解してスラリーとしつつ、機械的応力、脱墨剤などの薬品を用いてインキを除去することによって得られる。原料となる印刷物としては、例えば、新聞紙、チラシ、雑誌、書籍、事務用紙、封書、感熱紙、ノーカーボン紙、段ボール、白板紙、その他複写機、ＯＡ機器から生ずる印刷紙などが含まれる。粘着剤、接着剤、粘着テープ、雑誌の背糊などの粘着物、樹脂などのコーティングやラミネートを含む印刷物も本発明の印刷物として用いることができる。また、印刷物は、灰分と呼ばれる無機粒子を含有してもよい。灰分は無機粒子全般を指し、紙の製造時に内添された、もしくは、塗工された填料、顔料など紙を灰化した際に残存する物質である。例えば、炭酸カルシウム、タルク、カオリン、二酸化チタン等が挙げられるが、これらに限定するものではない。

本発明においては、印刷物を含む古紙原料を用いて脱墨パルプを製造することができる。脱墨パルプを製造するための方法は特に制限されず、一般に公知の方法を採用することができる。本発明において印刷物を脱墨する際には、公知の脱墨装置や脱墨剤を使用することができる。脱墨工程で用いる装置の例としては、例えば、ニーダーやディスパーザー、フローテーターなどを挙げることができる。脱墨剤の例としては、公知の界面活性剤、例えば、脂肪酸塩、高級アルキル硫酸塩、アルキルベンゼンスルホン酸塩、高級アルコール、アルキルフェノール、脂肪酸などのアルキレンオキシド付加物などの非イオン界面活性剤、陰イオン界面活性剤、陽イオン界面活性剤、両性界面活性剤、および、有機溶剤、タンパク質、酵素、天然高分子、合成高分子などが挙げられるが、これらに限定されるものではない。単一成分からなるものであっても２種以上の成分の混合物であっても脱墨剤として使用できることは当然である。例えば、脱墨パルプを製造する一つの態様において、アルカリ性薬品や界面活性剤などを添加して古紙の離解を行う離解処理、機械的シェアとアルカリ条件下でインキをパルプから剥離するインキ剥離処理、パルプから分離されたインキを除去するフローテーション処理および／または洗浄処理、などを実施することができる。また、例えば、パルプを脱水して１０～３５質量％のパルプ濃度に調整した後、アルカリ性薬品や界面活性剤などを添加してパルプからインキをさらに剥離させたり（アルカリ浸漬処理や熟成処理）、再度のフローテーション処理や洗浄処理によってパルプからインキを除去したりすることをしてもよい。また、除塵工程（異物除去工程）を設けて異物を除去してもよい。

本発明においては、パルプ繊維に付着しているインキを機械的なシェアを与えることにより剥離する工程のことを「脱インキ工程」といい、剥離されたインキを系外に除去する工程のことを「インキ除去工程」ということもある。

回転型解繊機による機械的処理
本発明においては、古紙スラリーに対して回転型解繊機で機械的処理を施す。すなわち、細かなスリットを持つディスク状またはコニカル状刃物を高速回転させ、そこに古紙スラリーを導入することによって機械的処理を施す。本発明で用いる解繊機は、回転型であれば特に制限されず、このような装置の例としては、ファイナー、コニファイナー、トップファイナー、セブンファイナー、コニディスク、デフレーカー、コニカルフレーカー、パワーファイナー等が挙げられる。なお、ニーダーやパルパーも解繊機として知られているが、回転型でないため、本発明に係る回転型解繊機には該当しない。

本発明においては、回転型解繊機を用いて古紙スラリーに機械的処理を施す。機械的処理の速度（１時間あたりの処理量）は、例えば、２００ｍ^３／ｈ以下であり、好ましくは１～１７０ｍ^３／ｈ、より好ましくは１０～１４０ｍ^３／ｈ、さらに好ましくは２０～１００ｍ^３／ｈである。

回転型解繊機は、細かなスリットを持つ刃物の高速回転により、古紙スラリーを機械的に処理することができる装置である。送入された原料は、高速回転する細かなスリットを持つ刃物の流体力学的衝撃波により、繊維の損傷を抑えつつ脱墨を促進することができる。好ましい態様において、回転型解繊機には固定刃と回転刃があり、固定刃と回転刃の間を原料が通過する際、回転刃が高速回転することにより、古紙パルプからインキの剥離・微細化をすることができる。好ましい態様において、回転刃の刃幅は１．０～１０ｍｍであり、１．２～５．０ｍｍがより好ましく、１．４～４．５ｍｍがさらに好ましく、２．０～４．５ｍｍとしてもよい。また、好ましい態様において、固定刃の刃幅は０．３～２．０ｍｍであり、０．４～１．７ｍｍがより好ましく、０．５～１．４ｍｍがさらに好ましく、０．６～１．１ｍｍとしてもよい。

古紙スラリーの固形分濃度は、例えば、０．０１～１５．０重量％であるが、０．１～１０．０重量％が好ましく、０．５～５．０重量％がより好ましく、０．８～５．０重量％がさらに好ましく、１．０～４．０重量％がよりさらに好ましい。また、スラリーのｐＨがアルカリ条件である方が、ＯＨ活性ラジカルの生成量が増加することから望ましい。本発明においては、機械的処理の温度は特に制限されないが、５～８０℃が好ましく、特に１０～７０℃がより好ましい。

本発明においては、界面活性剤を添加することで必要なエネルギーを低減することができる。使用する界面活性剤としては、公知または新規の界面活性剤、例えば、脂肪酸塩、高級アルキル硫酸塩、アルキルベンゼンスルホン酸塩、高級アルコール、アルキルフェノール、脂肪酸などのアルキレンオキシド付加物などの非イオン界面活性剤、陰イオン界面活性剤、陽イオン界面活性剤、両性界面活性剤などが挙げられる。これらの単一成分からなるものでも２種以上の成分の混合物でも良い。

紙の製造
本発明においては、上記したようにして得られた脱墨パルプを用いて紙を製造することができる。抄紙方法は特に制限されず一般に公知の方法を採用することができる。

本発明の抄紙方法においては、本発明によって得られた脱墨パルプのみを用いて抄紙しなければならないわけでなく、他のパルプを任意の比率で原料パルプとして用いて紙を製造すればよい。

本発明においてはパルプとして、例えば、脱墨パルプ（ＤＩＰ）、針葉樹または広葉樹クラフトパルプ（ＮＫＰまたはＬＫＰ）、針葉樹または広葉樹を用いた機械パルプ、例えば、砕木パルプ（ＧＰ）、リファイナー砕木パルプ（ＲＧＰ）、サーモメカニカルパルプ（ＴＭＰ）、ケミサーモメカニカルパルプ（ＣＴＭＰ）、ケミグランドパルプ（ＣＧＰ）、セミケミカルパルプ（ＳＣＰ）等、段ボールを離解した古紙パルプ、塗工紙や塗工原紙、その他の紙を含む損紙を離解してなるコートブローク、及び、これらのパルプの２種以上の混合物を併用して抄紙してもよい。

また本発明においては、パルプから抄紙する際に、薬品や填料を添加してもよい。添加する薬品としては、ロジンエマルションや中性ロジン、アルキルケテンダイマー、アルケニル無水コハク酸、スチレン／アクリル共重合体などのサイズ剤、カチオン性や両イオン性、アニオン性のポリアクリルアミド、ポリビニルアミン、ポリアクリル酸を含む樹脂、グアーガムなどの乾燥紙力増強剤、カチオン性や両イオン性、アニオン性の変性澱粉、ポリアミドアミンエピクロロヒドリン、カルボキシメチルセルロースなどの湿潤紙力増強剤、濾水性向上剤、着色剤、染料、蛍光染料、凝結剤、嵩高剤、歩留剤などが挙げられる。また、填料としては、一般に無機填料及び有機填料と呼ばれる粒子であれば良く、特に限定はない。具体的には、無機填料として、炭酸カルシウム（軽質炭酸カルシウム、重質炭酸カルシウム、合成炭酸カルシウム）、炭酸マグネシウム、炭酸バリウム、水酸化アルミニウム、水酸化カルシウム、水酸化マグネシウム、水酸化亜鉛、クレー（カオリン、焼成カオリン、デラミカオリン）、タルク、酸化亜鉛、ステアリン酸亜鉛、二酸化チタン、ケイ酸ナトリウムと鉱酸から製造されるシリカ（ホワイトカーボン、シリカ／炭酸カルシウム複合体、シリカ／二酸化チタン複合体）、白土、ベントナイト、珪藻土、硫酸カルシウム、脱墨工程から得られる灰分を再生して利用する無機填料および再生する過程でシリカや炭酸カルシウムと複合体を形成した無機填料などが上げられる。炭酸カルシウム－シリカ複合物としては、炭酸カルシウムおよび／または軽質炭酸カルシウム－シリカ複合物以外に、ホワイトカーボンのような非晶質シリカを併用しても良い。この中でも、中性抄紙やアルカリ抄紙における代表的な填料である炭酸カルシウムや軽質炭酸カルシウム－シリカ複合物が好ましく使用される。

本発明により製造された紙は、例えば、これらに限定されないが、印刷用紙、新聞用紙の他、塗工紙、情報記録用紙、加工用紙、衛生用紙等として使用することができる。情報記録用紙として、更に詳しくは、電子写真用転写紙、インクジェット記録用紙、感熱記録体、フォーム用紙等が挙げられる。加工用紙として、更に詳しくは、剥離紙用原紙、積層板用原紙、成型用途の原紙等が挙げられる。衛生用紙として、更に詳しくは、ティッシュペーパー、トイレットペーパー、ペーパータオル等が挙げられる。また、段ボール原紙等の板紙として使用することもできる。さらに、塗工紙、情報記録用紙、加工用紙等の顔料を含む塗工層を有する紙の原紙としても使用することができる。

具体的な実験例を挙げて本発明をより詳細に説明するが、本発明は以下の具体例に限定されるものではない。また、本明細書においては、特記しない限り、数値範囲はその端点を含むものとし、濃度などは重量基準である。

実験１
ＵＶインキ印刷物を含む印刷古紙（色上古紙、松岡リソース製）を原料として、下記の手順により脱墨パルプを製造し、抄紙した。また、比較例として、回転型解繊機による機械的処理をしない以外は同様にして脱墨パルプを製造した。

＜古紙スラリーの調製（パルパーでの離解）＞
上記の印刷古紙を高濃度パルパー（相川鉄工製）において水中で離解した。離解を４５℃で１５分間行い、古紙スラリーを得た（固形分濃度：１５％）。離解の際、パルプ１トンあたり、ＮａＯＨを９．２ｋｇ、Ｎａ_２ＳｉＯ_３を５．０ｋｇ、過酸化水素を２．８ｋｇ、脱墨剤を１．２ｋｇ添加した。次いで、ペアパルパー（ストレーナー穴の直径：７．５ｍｍ、バスケット穴の直径：２．５ｍｍ、相川鉄工製）を用いて古紙スラリーをさらに処理した。

＜スクリーンによる異物除去＞
パルパー処理の後、粗選スクリーン（Ｓ／Ｃ）を用いて異物を除去した（スラリーの固形分濃度：約３％、通過流速：１ｍ／秒、リジェクト率：１２ｖ／ｖ％）。本実験では、２つの粗選スクリーンをカスケード方式で組み合わせて使用して異物を除去した。すなわち、粗選１次スクリーン（スリット幅：０．２ｍｍ）を通過しなかったリジェクト分を粗選２次スクリーン（スリット幅：０．２ｍｍ）で処理し、粗選２次スクリーンを通過したアクセプト分を粗選１次スクリーンの入口に戻して処理した。

＜回転型解繊機による機械的処理（ＴＦ処理）＞
異物を除去したスラリーを回転型解繊機で処理した。具体的には、コニカル状刃物を有する高速回転型解繊機（トップファイナー、相川鉄工製、固定刃の最外周刃の刃幅０．８ｍｍ、回転刃の最外周の刃幅４．５ｍｍ）を用いて、古紙スラリーを機械的に処理した（処理量：３１ｍ^３／ｈｒ、負荷：７９ｋＷｈ／ｔ、古紙スラリーのｐＨ：約１１、古紙スラリーの固形分濃度：約２％）。この装置においては、細かなスリットを持つ刃物が高速回転し、流体力学的な衝撃力によって古紙スラリーが機械的に処理される。

＜インキ除去＞
機械的処理を施したサンプルについて、下記のようにしてインキ除去を行った。
フローテーター（Ｆ／Ｔ、ハイパーセルフローテーター、相川鉄工製、有効容積：６．８ｍ^３）を用いて、機械的に処理した古紙スラリーから浮選処理によってインキを除去し、脱墨パルプを回収した。フローテーター処理の条件は下表のとおりである。

＜脱墨パルプの評価＞
得られた脱墨パルプを用いて、ＪＩＳＰ８２２２に従って坪量６０ｇ／ｍ^２の手抄き紙を製造し、ＩＳＯ白色度および灰分を測定した。

また、上記のようにして得られた手抄き紙について、画像解析装置（ＥａｓｙＳｃａｎ、日本製紙ユニテック）を用いてダート個数とダート面積を計測した。ダートは３つの大きさに分けて計測し（直径が１００μｍ超、直径が２５０μｍ超、直径が３５０μｍ超）、ダートの個数とは１ｍ^２あたりのダートの個数、ダートの面積とは１ｍ^２あたりのダート面積（ｍｍ^２）の総和を意味する。

実験２
ＵＶインキ印刷物を含む印刷古紙として、実験１とは異なるＵＶインキ印刷物を含む印刷古紙を用いて脱墨パルプを製造し、抄紙した。

本実験においては、リサイクルＵＶインキ型印刷物を含む印刷古紙（色上古紙、松岡リソース製）を原料とし、粗選１次スクリーンを通過しなかったリジェクト分を、粗選２次スクリーンで処理し、通過したアクセプト分を粗選1次スクリーンの出口に戻した（フォワード方式）以外は、実験１と同様に実験を行った。また、比較例として、回転型解繊機による機械的処理をしない以外は同様にして脱墨パルプを製造した。

表に示したように、回転型解繊機による機械的処理を行って製造した脱墨パルプは、回転型解繊機による機械的処理を行わずに製造した脱墨パルプと比較して、ダート個数およびダート面積がより大きく低減した。

また、回転型解繊機による機械的処理を行った場合、フローテーター処理前の段階において、直径の大きいダート個数が低減し、直径の小さいダート個数が増加しており、機械的処理によるインキ微細化効果が確認できた。さらに、本発明による機械的処理によってダート面積が低減することがわかった。

Claims

ＵＶ印刷物を含む印刷古紙を水中で離解して古紙スラリーを得る工程と、
回転型解繊機を用いて固形分濃度が５．０重量％以下である古紙スラリーに機械的処理を施す工程と、
を含む、脱墨パルプの製造方法であって、
ここで、回転型解繊機は回転刃と固定刃を備えており、回転する回転刃と固定刃の間を古紙スラリーが通過する際に機械的処理が施されて、古紙パルプからインキが剥離される、上記方法（ただし、ニーダーを併用する方法を除く）。
前記機械的処理を施す工程の後に、フローテーション処理によってインキを系外に排出する、請求項１に記載の方法。
８０℃以下の温度で古紙スラリーに機械的処理を施す、請求項１または２に記載の方法。
前記回転型解繊機としてトップファイナーを用いる、請求項１～３のいずれかに記載の方法。
前記回転型解繊機の回転刃の刃幅が１．０～１０ｍｍ、固定刃の刃幅が０．３～２．０ｍｍ、回転刃の形状がコニカル状である、請求項１～４のいずれかに記載の方法。
請求項１～５のいずれかに記載の方法によって製造した脱墨パルプを含む原料から紙を抄造することを含む、紙の製造方法。