JPH07166488A - リファイニング助剤及びそれを用いたリファイニング方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 アミノ基とスルフォン酸基を有するセルロー
ス又は澱粉からなる木材チップ又はパルプのリファイニ
ング助剤及びこれを用いたリファイニング方法。 【効果】 本発明のリファイニング助剤を用いると大巾
にエネルギーが節減でき、且つ紙力の増強効果を有す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は木材チップのリファイニ
ング又はパルプの叩解の際に用いられる新規なリファイ
ニング助剤及びそれを用いたリファイニング方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】近年、針葉樹チップをディスクリファイ
ナーによりリファイニングして製造されるリファイナー
砕木パルプ（ＲＧＰ）、あらかじめ加熱軟化された針葉
樹チップが加圧下にディスクリファイナーにより処理さ
れるサーモメカニカルパルプ（ＴＭＰ）、広葉樹チップ
を水酸化ナトリウムや亜硫酸ナトリウムで処理した後、
ディスクリファイナーでリファイニングして製造される
ケミグラウンドパルプ（ＣＧＰ）、セミケミカルパルプ
（ＳＣＰ）等の高収率パルプが、新聞用紙、雑誌用紙、
下級印刷用紙の主原料として多く使用されるようになっ
てきた。

【０００３】これら高収率パルプはいずれも、ディスク
リファイナーにより機械的にリファイニングされるた
め、ケミカルパルプ（ＣＰ）に比較して消費電力量が多
いという問題点があり、この問題の解決が急がれてい
る。一方、ＣＰの場合においても、抄紙に際しては、繊
維の膨潤を促進し繊維間結合を強めるため、リファイナ
ーにより叩解するのが一般的であるが、この際にもエネ
ルギーの大量消費が問題になっている。

【０００４】これらの問題点について、従来より省エネ
ルギーの観点から、リファイニングあるいは叩解の際の
電力消費量を低減するための添加剤の研究が行われてき
た。例えば、直接染料であるコンゴーレッドをパルプに
添加して叩解すると、顕著に消費電力量が抑えられるこ
とが知られている。しかし、このコンゴーレッドはパル
プを赤く染色してしまうため実用的ではなかった。ま
た、スルフォン化キトサンを木材チップのリファイニン
グ又はパルプの叩解の際に用いると、リファイニング又
は叩解に要する電力の消費量を低減させることが出来る
ことが知られているが（特開平４−２２２２８３号）、
スルフォン化キトサンは、その原料であるキトサンが高
価であるため、製紙用添加剤としては経済的ではなかっ
た。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】高収率パルプの製造、
パルプの叩解に消費される電力量を低減せしめ、世界的
課題である省エネルギー化に寄与するとともに紙力の増
強にも役立ち、しかも安価である新規なリファイニング
助剤とそれを用いたリファイニング方法を提供すること
が本発明の課題である。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明者は、前記課題を
解決するために鋭意検討した結果、アミノ基とスルフォ
ン酸基を有するセルロース又は澱粉をリファイニング助
剤として用いると、リファイニングあるいは叩解時の電
力消費量が抑えられるばかりでなく、最終的に得られた
紙の紙力も強化されるということを見い出し、本発明を
完成した。すなわち本発明は、アミノ基とスルフォン酸
基を有するセルロース又は澱粉からなる、木材チップ又
はパルプのリファイニング助剤及びこれを用いたリファ
イニング方法を提供するものである。

【０００７】次に、本発明を詳細に説明する。本発明に
おいて、リファイニング（広義）助剤とは木材チップを
機械的にリファイニング（狭義）して高収率パルプを製
造する際、又はパルプを叩解する際に用いられる助剤の
ことをいう。又、高収率パルプとは、前記ＲＧＰ，ＴＭ
Ｐ，ＣＧＰ，ＳＣＰのような、木材チップよりパルプを
製造する際にディスクリファイナー等で機械的にリファ
イニングされるパルプのことをいう。さらに、叩解され
るパルプとは、抄紙する前に更に叩解される前記高収率
パルプ、或いはサルファイトパルプ（ＳＰ）、クラフト
パルプ（ＫＰ）、ソーダパルプ（ＡＰ）等のケミカルパ
ルプ（ＣＰ）のことをいう。

【０００８】リファイニング助剤としてリファイニング
時あるいは叩解時に添加されるアミノ基とスルフォン酸
基を有するセルロース又は澱粉は、セルロース又は澱粉
が出発原料であり、これらセルロース又は澱粉を公知の
方法でアミノ化並びにスルフォン化して得ることができ
る。すなわち、アミノ化反応は、β−ハロゲン化アルキ
ル基、３−クロロ−２−ヒドロキシプロピル基、また
は、２，３−エポキシプロピル基を含む３級アミン又は
第４級アンモニウム塩とセルロース又は澱粉をアルカリ
存在下に反応させることにより、アミノ化セルロース又
はアミノ澱粉を得る事が出来る。

【０００９】スルフォン化反応は、上記のアミノ化セル
ロース又はアミノ化澱粉を熱湯処理した後遠心分離し、
その沈殿物にＮ，Ｎ−ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）
を混合した後、遠心分離するという前処理をした後、ス
ルフォン化剤である三酸化硫黄（ＳＯ₃ ）−ＤＭＦ錯体
またはクロロ硫酸（ＣｌＨＳＯ₃ ）−ＤＭＦ錯体により
非極性溶媒中で、スルフォン化する事が出来る。

【００１０】上記の方法で得られた「アミノ化並びにス
ルフォン化されたセルロース又は澱粉」は、例えば木材
チップをディスクリファイナーでリファイニングする際
に、或いはパルプスラリーを抄紙直前に叩解する際に、
粉末のまま又は予め水溶液として、単独もしくは他の薬
品と混合して添加される。アミノ化並びにスルフォン化
されたセルロース又は澱粉の添加量は、チップまたはパ
ルプの絶乾重量に対し０．０１〜２％が適当である。ア
ミノ化ならびにスルフォン化されたセルロース又は澱粉
の添加により、リファイニング或いは叩解の動力の大幅
な低減が可能になる。

【００１１】上記のようにして「アミノ化並びにスルフ
ォン化されたセルロース又は澱粉」を使用して得られた
パルプに、さらに必要に応じて填料、硫酸バン土、サイ
ズ剤、乾燥紙力向上剤、湿潤紙力向上剤、定着剤、濾水
性向上剤、染料等の既知の製紙用薬品が添加されて、種
々の種類の紙或いは板紙が製造される。又、サイズプレ
ス、ゲートローコーター、ビルブレードコーター、キャ
レンダー等で、澱粉、ポリビニルアルコール、染料、コ
ーティングカラー、表面サイズ剤、防滑剤等を必要に応
じて塗布する事も一向に差支えない。

【００１２】紙の例としては、例えば、コート原紙、印
刷筆記用紙、情報用紙、中級印刷用紙、包装用紙、衛生
用紙、新聞用紙等が挙げられる。又、板紙としては、ラ
イナー、中芯、白板紙、石膏ボード原紙等が挙げられ
る。

【００１３】アミノ化並びにスルフォン化されたセルロ
ース又は澱粉を使用して得られたパルプを原料とするこ
れらの紙或いは板紙は、優れた紙力をも発現する。紙力
のうち、特に引裂強度に関しては、叩解が進みパルプの
フィブリル化が進行するとフィブリル間の水素結合が強
化されて繊維が硬くなるため、一般的には引裂強度は低
下する。ところが、本発明の「アミノ化並びにスルフォ
ン化されたセルロース又は澱粉」を使用した場合には、
かえって引裂強度の向上が認められる。

【００１４】

【実施例】次に、本発明を参考例、比較参考例、及び実
施例により説明する。

【００１５】参考例１ （アミノ化セルロースの製造）セルロース１部を氷５０
部と４２％水酸化ナトリウム２７部に入れ、さらに、ジ
エチルアミノエチルクロライド９部を加えて、室温で２
４時間反応させた。反応終了後、水洗、メチルアルコー
ル洗浄、アセトン洗浄を行ない、減圧乾燥した。

【００１６】（スルフォン化アミノセルロースの製造）
上記のジエチルアミノ化セルロース１部をＤＭＦ３８部
とＣｌＨＳＯ₃ １４部の混合液に加え、撹拌しながら、
室温で６時間反応させた。反応開始後１０分で試料は溶
解し、均一溶液となった。反応終了後、１０規定水酸化
ナトリウム溶液１部とメチルアルコール３部の混合溶液
を加えて反応液を中和し、試料を析出させた。濾過、メ
チルアルコール洗浄後、再び蒸留水に溶解して濾過、濾
液中の低分子化合物を透析により分離した後、凍結乾燥
により生成物を得た。この生成物中のジエチルアミノ基
とスルフォン酸基の置換度は、それぞれ０．１９と１．
１１であった。

【００１７】参考例２ （アミノ化澱粉）市販のアミノ化澱粉である王子ナショ
ナル（株）製の“Ｃａｔｏ Ｆ”を用いた。 （アミノ化澱粉の前処理）上記アミノ化澱粉１部を熱水
でゲル化させた後、遠心分離機で脱水し、ＤＭＦで３回
置換遠心分離脱液を行なう。 （スルフォン化アミノ澱粉の製造）ＤＭＦ９４部にＳＯ
₃ ４．８部を加えた混合液に上記の前処理したアミノ化
澱粉を１部加え、室温で２４時間反応させた。反応後、
アルカリで中和して濾別し、沈殿を水に溶解、透析によ
り低分子化合物を除去、精製、凍結乾燥により生成物を
得た。この生成物中のジエチルアミノエチル基とスルフ
ォン酸基の置換度はそれぞれ０．０３と１．８７であっ
た。

【００１８】参考例３ （スルフォン化アミノ澱粉の製造）ＤＭＦ３８部とＣｌ
ＨＳＯ₃ ８部の混合液に、参考例２のアミノ化澱粉を１
部加え、室温で２４時間反応させた。反応後、アルカリ
で中和して濾別、沈殿を水に溶解、透析により低分子化
合物を除去、精製、凍結乾燥により生成物を得た。この
生成物中のジメチルアミノエチル基とスルフォン酸基の
置換度は、それぞれ０．０３と０．２８であった。

【００１９】比較参考例 （スルフォン化キトサンの合成）特開平４−２２２２８
３号の参考例１の方法により合成した。

【００２０】実施例１ （スルフォン化アミノセルロース又はスルフォン化アミ
ノ澱粉のリファイニング効果）製紙工場より提供された
含水の未叩解針葉樹漂白クラフトパルプを絶乾重量とし
て１５ｇになるように分取し、これに水を加えてパルプ
濃度が１５％になるように調製した。これに参考例１〜
３及び比較参考例のスルフォン化キトサンを対パルプ１
％添加した。これをＰＦＩミルを用い、叩解圧１．８ｋ
ｇ／ｃｍ² 、クリアランス０．４ｍｍの条件で２０℃で
叩解した。所定回転数に達したところで、パルプを取り
出し、叩解度（フリーネス）をカナダ標準法濾水度試験
機により測定した。又、何も添加していないパルプにつ
いても同様にＰＦＩミルで叩解してフリーネスを測定し
た。その結果を表１に示した。参考例２の添加剤が最も
高いリファイニング効果を示し、６０００回転で、無添
加の時の８０００回転で得られるフリーネスにほぼ到達
できた。

【００２１】実施例２ （スルフォン化アミノセルロース又はスルフォン化アミ
ノ澱粉の紙力増強効果）実施例１と同様にして各添加剤
を用いて叩解して、フリーネスが４００ｍｌのものを選
び、絶乾重量として６ｇになるように秤量して離解機に
入れ、水１．５１を加えて１０分間離解した。さらに、
水を加えて全量を２１にして、坪量が６０．０±１．０
ｇ／ｍ² になるようにしてｐＨ６．２で抄紙を行なっ
た。抄紙はＴＡＰＰＩ標準法により円筒型標準抄紙で行
なった。ウエットプレスは３．９ｋｇ／ｍ² で５分、
３．５ｋｇ／ｍ² で２分行なった。得られた試験紙は温
度２０℃、相対湿度６５％で２４時間調湿した後、ＪＩ
Ｓの規定に従って破裂強度、引張強度、並びに引裂強度
を測定した。結果を表２に示した。スルフォン化アミノ
セルロース又はスルフォン化アミノ澱粉を添加して叩解
して得られた試験紙はいずれも無添加の試験紙より高い
強度を示したが、特に、叩解促進効果の最も高かったス
ルフォン化アミノ澱粉（参考例２）が紙力でも、最も良
い効果を示した。

【００２２】

【表１】

【００２３】

【表２】

【００２４】

【発明の効果】近年、工業における省エネルギー化は単
にコスト的見地のみならず、地球環境の保全の上からも
強く要請されているが、紙パルプ産業もエネルギー多消
費型産業の一つであるため、鋭意省エネルギー化が進め
られており、熱エネルギーに関しては回収再利用により
大きな節減が図られている。しかし、動力用電力は殆ど
減少しておらず、これを減少させることが今後の中心課
題となっている。木材チップ又はパルプのリファイニン
グも多量の電力を消費する操作の一つで、この節減は重
要な意義を持っている。

【００２５】本発明のスルフォン化アミノセルロース又
はスルフォン化アミノ澱粉を添加する方法によると、無
添加の場合に比べ約２５％のリファイニング動力を節減
でき、大きな効果を持っている。同時にこのリファイニ
ング助剤は紙力増強効果も持っている。最近は、パルプ
資材の不足から、パルプ繊維の質の低下、古紙混入率の
増加が起こり、紙力増強剤の様な添加薬品の力を借りる
必要が増大している中で、本発明のリファイニング効果
と紙力増強効果の両方を併せ有するスルフォン化アミノ
セルロース又はスルフォン化アミノ澱粉は、経済的のみ
ならず社会的にも大きな意義を持つものといえる。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 アミノ基とスルフォン酸基を有するセル
   ロース又は澱粉からなる木材チップ又はパルプのリファ
   イニング助剤。
2. 【請求項２】 スルフォン化アミノセルロース又はスル
   フォン化アミノ澱粉の存在下、木材チップのリファイニ
   ングもしくはパルプの叩解を行うことを特徴とするリフ
   ァイニング方法。