JPH0345149B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔技術分野〕 本発明は水を溶媒とする無塩素、無硫黄の蒸解
薬液を用い、常圧下での１段蒸解により、広く非
木材セルロース原料から白色度の高い化学パルプ
を迅速かつ高歩留りで製造する方法と装置に関す
るものである。 〔従来技術及びその問題点〕 非木材セルロース原料は、木材に比べ一般に組
織が粗く、柔かく、リグニン含有量も少ない。そ
のため蒸解薬液の浸透もよく蒸解も容易である。
木材パルプの製造と同様にAP法やKP法を適用す
れば木材に比べ10〜20℃低温（140〜160℃）で蒸
解が可能であるが、原料のセルロース含有量に比
べてパルプの収率が著しく低くなると言う欠点が
あり、その欠点を改良するため古くから多くの研
究がなされて来た。そのための方法の１つとし
て、木材パルプの高収率化におけると同様に、化
学的処理を軽度にますせ、後処理として、リフア
イナー又はビーター等による機械的解繊を行つて
高収率パルプを得るSCP、CGP、CTMP法等が
試みられ、麻類などリグニン含有量が少ない一部
の原料のパルプ化においては、古くから実用化さ
れている。また、その改良に関する研究報告等に
おいても、化学処理のみの条件が研究され、機械
的処理については、改良の余地がない程度にリフ
アイナーやビータの採用が常識化されていた。す
なわち、麻類のアルカリ蒸解後ビーター等で解繊
してパルプ化するのが常識となつている。 また楮、三椏等の靭皮パルプの高収率化を目的
とした研究において、高賀、高村、鮫島氏ら〔紙
パ技協誌34巻、10号、50頁（1980年）〕は、しゆ
う酸アンモニウムの水溶液を蒸解薬液として用い
常圧下での蒸解後ランペンミルで処理して解繊
し、高収率パルプを得るのに成功している。赤
松、上嶋、藤井、吉原氏らはマニラ麻（アバカ）
に対して白色腐朽菌による生化学的処理を行つた
のち、デイスクリフアイナーによる機械的解繊処
理法（bio−RMP法）で強度は低いが高収率でパ
ルプを得るのに成功している〔第29回リグニン討
論会要旨集79頁（1984年）〕。橘、磯田、野村氏ら
（特公昭41−4801号）は過酸化水素を主体として、
補助剤として水酸化ナトリウム及びケイ酸ナトリ
ウムを添加した混合液を蒸解薬液として用い、麻
類を60〜120℃で４時間蒸解を行い、次に次亜塩
素酸塩を用いて漂白することにより、高収率で麻
パルプを得ることに成功している。しかし、この
方法も追試して見ると、常圧下での蒸解を行つた
場合、後処理として機械的解繊を行わなければ漂
白工程に掛けられるような完全なパルプ化は可能
でないので、機械的解繊工程の使用は必須である
ことが分る。 なお、メカノケミカル法は、稲わら、麦わら、
バガス、麻殻等セルロースを含む農産廃棄物から
パルプを得る方法として知られている。この方法
は水に強力な渦流を起こさせ、その中にパルプや
古紙を投入すれば容易に離解しうるハイドロパル
パーのような高濃度離解機を用い、同機の中に水
の代りに高温、高濃度の水酸化ナトリウム水溶液
を張り、パルプ又は古紙の代りに上記のセルロー
ス原料を投入することにより、常圧下約100℃の
温度で約１時間処理することにより、直接未晒パ
ルプを60〜70％の高収率で得る簡便なパルプ化法
である。しかし、この方法では節の部分がパルプ
化せず、得られるパルプは、ごみが多く、白色度
は低く、漂白は可能であるが、リグニンが多いた
め漂白剤を大量に必要とする。そのため未晒パル
プのままで下級包装紙や板紙の原料として使われ
るに過ぎなかつた。 以上のように機械的解繊を伴うパルプ化はパル
プ収率の飛躍的な向上を可能とするが、一方では
用いるビーター、ランペンミル、又はリフアイナ
ー等の解繊装置を必要とし、加えるエネルギーは
半蒸解状態のセルロース原料の組織を壊す際にセ
ルロースの破壊にも使われ、著量の結束繊維や短
繊維を生む結果となる。そのため、このようなパ
ルプ化方式による高収率化は、著量の動力を必要
とするとともに、繊維の漂白は困難になり、漂白
剤の原単位を押し上げる。またこのことは、パル
プの劣化を招くことになるなどの不都合を生じ
る。 最近では、パルプの収率向上や蒸解促進等を目
的として蒸解薬液中にアルコール等の溶媒を加え
たり、フエノールなどの有機溶媒中でセルロース
原料を蒸解する研究等が発表されるようになつた
が、常圧下での短時間の蒸解で良品質のパルプを
高収率で得ることに成功した例はなかつた。 先に、本発明者らは過酸化水素のアルカリ溶液
に助剤としてキレート剤及びアントラキノン類等
を加えた混合液を蒸解薬液として用い、140〜170
℃で１時間処理するだけでまつたく機械的解繊工
程を経ずに広く非木材及び木材セルロース原料か
ら良品質のパルプを高収率で得ることに成功した
（PA法、特公昭59−9677号等）。 このPA法によれば従来のPA法やKP法等の化
学パルプの製法に比べ高収率でパルプが得られ、
パルプは色が白く、強度も大きく、漂白も容易で
あるなど多くの利点がある。しかし、SCP法や
CGP法に比べれば機械的解繊工程や装置は必要
としないものの、収率は未だ低く、ケミメカニカ
ル法や、前記の橘、磯田、野村氏らの方法に比べ
高温で蒸解するため耐圧性の蒸解釜を必要とする
などの欠点もあつた。 〔発明の課題〕 本発明は前記の過酸化水素のアルカリ性溶液を
蒸解薬液として用いる非木材セルロース原料のパ
ルプ化において、蒸解を著しく促進させることに
より、常圧化で短時間蒸解するだけで、独立した
機械的解繊工程を経ることなしに白色度の高い良
品質のパルプを高収率で得る方法及び装置を提供
することをその課題とする。 〔課題を解決するための手段〕 本発明者らは広く非木材パルプ及び木材パルプ
の製造方法を合理化するため長年にわたつて研究
を進めて来た。先に本発明者らは前記した新しい
PA法を開発したことにより、白色度が比較的高
い未晒パルプが得られるようになつた。さらに本
発明者らは、このPA法の長所であるまつたく機
械的な解繊工程と装置を必要としない長所を生か
したままで、高圧、高温での蒸解工程と、耐圧蒸
解装置を必要としない新しい方法が開発されれ
ば、パルプ工業が極めて合理化しうるものと着想
して、鋭意研究を続けて来た。そして、今回、常
圧下で加温したPA蒸解薬液中にアバカ及びバガ
ス等の非木材セルロース原料を投入すると、極め
て短時間で原料表面に極く薄いパルプ化された層
が生ずることを見い出した。このパルプ化された
層を拭い去ることにより次々と内部の新しい面が
現われてパルプ化し、原料の組織に機械的な破壊
を加えることなしに原料の殆どすべてが、常圧下
の沸点以下の温度で極めて短時間でパルプ化する
という事実を発見した。本発明はこの知見を基に
して完成されたものである。 すなわち、本発明によれば、水、過酸化水素又
は過酸化水素発生剤、水酸化アルカリ及び過酸化
水素安定剤からなる混合液又はこの混合液にアン
トラキノン類を加えたものを蒸解薬液とし、非木
材セルロース原料をパルプ原料として使用し、液
比２〜15／Kgになるよう蒸解薬液とパルプ原料
の両者を蒸解装置に供給し、常圧下で、かつ沸点
以下の温度で強制的に攪拌混合することにより高
速で１段蒸解し、得られた蒸解物から、磨砕も、
叩解も、離解もせずに、粕、塵等の夾雑物を除く
だけで精選パルプを得ることを特徴とする非木材
セルロース原料から白色度の高い未晒パルプを製
造する方法（以下、急速PA法：FPA法と略称）
が提供される。 また、このFPA法の実施装置として、パルプ
原料と蒸解薬液を低液比で供給した混合物を強制
的に攪拌混合しつつ常圧下で沸点又は沸点近い温
度に加熱及び／又は保温し得る機能を有する攪拌
機及び高濃度ポンプのうち少なくとも１つ以上を
備えた耐食性の容器からなる蒸解反応装置と、蒸
解物から粕及び塵等夾雑物と精選未晒パルプを分
離回収しうる装置との組合せからなることを特徴
とする装置（以下、FPA装置と略称）が提供さ
れる。 今回、発明者らは、パルプ原料としてアバカを
長さ30〜40mmに切断して蒸解に供した。この場合
後記の表１の(A)に示すように、原料に対し（以下
絶乾表示）、水酸化ナトリウム（Na₂Oとして）
を15％、過酸化水素を７％、過酸化水素の安定剤
としてキレート剤（１−ヒドロキシエタン−１，
１−ジホスホン酸）0.3％、キノン類（ｔ−ブチ
ルアントラキノン）0.1％及び水を用いて蒸解薬
液を調製した。この蒸解薬液を加熱及び保温可能
な攪拌器付き直径30cmの円筒型の20容のステン
レス製容器に入れ、90℃に加熱後アバカ１Kgを液
比10／Kgとなるように加え、常圧下で90℃に保
ち攪拌器を毎分150回転させ、原料の擦り合いに
よる表面のパルプ薄層の拭い去りが促せるように
攪拌混合を強制的に行つた。 以上の操作において、蒸解温度は従来のPA法
のそれと比べ極めて低いにも拘らず蒸解が急速に
進み、原料の原形は速やかに失われ、その結果、
結束繊維の存在も見られなくなつた。60分後に蒸
解を打ち切り、淡黄色のどろどろしたパルプ状の
蒸解物を取り出し、水で希釈し、12／1000カツト
のフラツトスクリーンで処理したところ、極めて
容易にこすことが出来、ハンター白色度が60.2％
と未晒のアバカパルプとしては極めて高いパルプ
（以下急速PA蒸解パルプ：FPAPと略称）が72.3
％と言う極めて高い収率（粕率3.2％、総収率
75.5％）で得ることが出来た。これは、後記の表
１−(B)に示すように従来のPA法が150℃で60分間
蒸解して全収率54.9％（精選収率48.5、粕率6.4
％）であるのに比べて、蒸解温度は60℃も低いに
も拘らず粕率は低く、精選収率及び総収率ともに
20％も向上した。得られる未晒パルプはカッパー
価は高かつたが、ハンター白色度はアバカの化学
パルプとしては白色度が高いとされてきたPAP
より20％以上も高いことを示す。 さらに本発明者らは研究を進めた結果、本発明
法は、アバカ、サイザルのような葉繊維ばかりで
なく、PA法におけると同様にバガス、稲わら等
のような桿茎、雁皮、三椏等のようなペクトセル
ロースを含む靭皮の他、ケナフやジユートのよう
に著量のリグニンを含む靭皮、コツトンリンタ
ー、カポツクのような種毛等の各種非木材セルロ
ース原料に対して適用できる上、未晒パルプとし
ては白色度が高いパルプを極めて高い収率で製造
し得ることが分かつた。またパルプの製造におい
て蒸解時間と蒸解薬品の節約と、パルプ化工程及
び設備の簡略化に大きく寄与しうるものであるこ
とを知つた。 本発明でパルプ原料として用いる非木材セルロ
ース原料は、５〜150mm程度の長さで蒸解装置に
供給される。非木材セルロース原料が長大の時に
はあらかじめ５〜150mm程度に切断し、短小な時
にはそのまま使用する。 蒸解に先立つて長い非木材セルロース原料を切
断するのは、蒸解中に行う攪拌混合の際に非木材
セルロース原料どうしが長すぎて強固にからみ合
わないようにするためである。一方あまり短かく
切り過ぎれば、パルプを構成する繊維の形状やパ
ルプの性質を著しく損ね、引裂き強さ等のパルプ
強度の低下を招くので好ましくない。そのため５
〜150mmの切断するのが好ましいが、FPA法にお
ける原料の最適の長さは原料植物の種類によつて
異なる。一般に種毛では短かく、５〜20mmに切断
するのが好ましい。麻類及び靭皮はそれより長
く、25〜80mmに切断するのが好ましい。また桿茎
類は更に長く50〜150mmに切断するのが望ましい。
なおこの工程はパルプ工場の内部で行うことも、
また工場に運び込む前に行うことも可能である。
原料を切断するための装置は、稲わらや桑等の切
断機のように柔軟で長い原料を切断する装置が使
用可能である。 蒸解薬液としては従来高圧高温でPA蒸解を行
つて来たときのPA蒸解薬液とまつたく同等のも
のが使用可能であるのはもとより、低温での蒸解
が可能となつたためPA法で過酸化水素の安定剤
として使用された来たキレート剤の一部又は全部
を水ガラスよりなる安定剤に置き換えることも可
能となつた。パルプ原料の表面に生成する薄いパ
ルプ層を拭い去るための混合攪拌可能な液比が、
パルプ原料の長さ及び原料植物の種類によつてか
なり異なるので、薬品使用量を濃度で表わすのは
妥当でないものと考え、以下対絶乾原料に対する
重量％で表示すると、過酸化水素は１〜20％、好
ましくは３〜10％、水酸化アルカリ（水酸化ナト
リウムや水酸化カリウム等）は、M₂O（Ｍ：Na
又はＫ）換算で６〜40％、好ましくは10〜25％、
過酸化水素の安定剤は水ガラスであれば0.5〜15
％、好ましくは２〜８％であり、キレート剤であ
れば0.1〜２％、好ましくは0.2〜１％である。キ
レート剤としては、例えば、EDTA、DTPA、
１−ヒドロキシエタン−１，１−ジホスホン酸等
が使用できるが、１−ヒドロキシエタン−１，１
−ジホスホン酸は白色度の高い未晒パルプを得る
のに好ましい。キノン類は0.02〜１％、好ましく
は0.05〜0.5％である。キノン類としては、アン
トラキノン、テトラヒドロアントラキノンの他、
ｔ−ブチルアントラキノン等アルキルアントラキ
ノンの使用が可能で、特にｔ−ブチルアントラキ
ノン及びアミルアントラキノン等は収率向上のた
めにその使用は好ましい。 本発明のFPA法蒸解では、高濃度低液比での
強制的な攪拌混合によつて蒸解は促進される。す
なわち、可溶化する原料表面でのペクチン及びリ
グニン等の非セルロース物質は拡散されるととも
に、濃厚な状態で蒸解薬液が常に原料表面に接触
し、生成するパルプの薄層を遊離させ、遠ざけ、
内部の反応不充分な面を次々と表面に露出させる
ため、さらに促進され、蒸解に必要な温度をPA
法より一挙に50〜70℃も引き下げることを可能と
する。麻類（アバカ）のパルプ化では後記表１に
示すようにPA法の常圧下、90℃における表−１
(C)の蒸解時間の1/4の蒸解時間で殆ど完全にパル
プ化することを可能とする。FPA法の蒸解条件
のうち、圧力、温度及び時間は、常圧下で50℃〜
沸点、0.5〜３時間で、望ましくは90±10℃、１
±0.5時間である。 蒸解反応装置としては、高濃度の蒸解薬液と切
断した非木材セルロース原料との低液比（２〜15
／ｋｇ）の混合物を強制的に混合攪拌すること
が可能な耐食性の攪拌機または高濃度ポンプのう
ち、少なくとも１つ以上を有し、常圧下で沸点ま
たはそれに近い温度に加熱保温が可能な耐食性の
容器が使用しうる。この際高濃度ポンプを付属す
るものは蒸解後パルプを精選工程に移送するのに
も便利である。 精選装置は、粕及び塵等の夾雑物と精選パルプ
とを分離する機能を有するもので、細長い孔隙や
丸い孔隙を有するフラツトスクリーン等各種篩及
び各種の液体サイクロン等の分離機が有効に使用
し得る。 〔発明の効果〕 本発明の適用範囲は広く、本発明使用によるパ
ルプ製造の合理化の効果は大きい。すなわち、パ
ルプ原料としては、セルロース繊維を主成分と
し、ヘミセルロースと少量のリグニン／又はペク
チンを含むアバカ、サイザル等の葉繊維、バガ
ス、稲わら等の桿茎、ジユート、ケナフ等の靭皮
及びコツトンリンター等の種毛、摩屑等の各種非
木材植物原料に広く適用できる。 本発明によれば従来のパルプ化技術をもつてし
ては容易に相像出来ない程PA蒸解が促進される
ため、常圧下沸点以下の温度で１時間程度の蒸解
でパルプ化が可能で、白色度が極めて大きい未晒
パルプ（UFPAP）がUPAPよりもさらに高収率
で得られるようになつた。そのため蒸解薬品の原
単位を大幅に引き下げることが可能で、パルプ工
業の省資源化に役立つことが分つた。 次に本発明の実施に伴う工程及び設備の簡略化
について述べる。先ず本発明では高い白色度で極
めて高収率で未晒パルプを得るのに常圧下で蒸解
するだけですむので、高圧蒸解釜を一切必要とし
ない。また蒸解後解繊工程がないのでリフアイナ
ー、ビーターやランペンミル等をパルプ製造に際
して必要としない。UFPAPは未晒パルプとして
は白色度が高く漂白も容易で、過酸化水素１段漂
白でハンター白色度80％以上の高白色度にもなる
ので無漂白又は１段晒パルプのための設備しか通
常必要としない。 また常圧での短時間の蒸解でパルプ化が行われ
るため、昇温時間は短かくてすみ、ブローする前
の降圧時間は取らなくてすむので生産性は大きく
向上する。また蒸解温度は低く、離解機を使わな
くてもすむため省エネルギー効果も期待できる。 〔実施例〕 本発明を以下実施例をもつてさらに詳細に説明
する。 実施例 １ フイリツピン産アバカを長さ30〜40mmに切断
し、絶乾量として１Kgと蒸解薬液（NaOH：
Na₂Oとして150ｇ、H₂O₂：70ｇ、ｔ−ブチルア
ントラキノン：３ｇ、キレート剤：10ｇ及び水）
を液比９／Kgとなるよう攪拌機つき20容ステ
ンレス製反応容器に入れ、90℃に保ちながら60分
間強制的に混合攪拌しながら反応を行つた。反応
後直ちに脱汁水洗し、12/1000カツトのフラツト
スクリーンを用いて総収率（以下すべて絶乾収得
物対絶乾原料表示）77.5％、うち精選収率72.3
％、粕率3.2％でパルプを得た。なお精選パルプ
は未晒のパルプは未晒の状態でハンター白色度
60.2％であつた。 実施例 ２ 沖縄産バガス（長さ40〜70mm）絶乾量で１Kgを
取り、これに対し液比６／Kgとなるよう蒸解薬
液（NaOH：Na₂Oとして180ｇ、H₂O₂：20ｇ、
アントラキノン：３ｇ、キレート剤：３ｇ及び
水）を実施例１と同様攪拌機つき反応容器に入
れ、92℃に保ちながら90分間強制的に混合攪拌し
ながら反応を行つた。反応後直ちに脱汁水洗し、
６／１０００カツトのフラツトスクリーンを用いて総収
率62.1％、うち精選収率58.2％、粕率3.9％でパル
プを得た。なお精選パルプのハンター白色度は
58.1％であつた。 実施例 ３ 繊維長２〜４mmのコツトンリンターを絶乾量で
１Kgを取り、液比９／Kgとなるよう蒸解薬液
（NaOH：Na₂Oとして120ｇ／、H₂O₃：30ｇ、
テトラヒドロアントラキノン：３ｇ、キレート
剤：３ｇ及び水）を実施例１と同様攪拌機つき反
応容器に入れ90℃に保ちながら40分間強制的に混
合攪拌して反応を行つた。反応後直ちに脱汁水洗
してハンター白色度62.8％のコツトンリンターパ
ルプを全収率84.1％で得た。 実施例 ４ バングラデツシユ産ジユートを長さ40〜60mmに
切断し、絶乾量で１Kgを取り、液比８／Kgにな
るよう蒸解薬液（NaOH：Na₂Oとして170ｇ、
H₂O₂40ｇ、ｔ−ブチルアントラキノン：２ｇ、
キレート剤：３ｇ及び水）を実施例１と同様攪拌
機つき反応容器に入れ91℃に保ちながら60分間強
制的に混合攪拌して反応を行つた。 反応後直ちに脱汁水洗して12/1000メツシユの
フラツトスクリーンを用いて総収率68.1％、うち
精選収率65.9％、粕率2.2％でパルプを得た。な
お精選パルプのハンター白色度は58.2％であつ
た。 以上の結果を表−１にまとめて示す。 【表】

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 水、過酸化水素又は過酸化水素発生剤、水酸
   化アルカリ及び過酸化水素安定剤からなる混合液
   又はこの混合液にアントラキノン類を加えたもの
   を蒸解薬液とし、非木材セルロース原料をパルプ
   原料として使用し、液比２〜15／Kgになるよう
   蒸解薬液とパルプ原料の両者を蒸解装置に供給
   し、常圧下で、かつ沸点以下の温度で強制的に撹
   拌混合することにより高速で１段蒸解し、得られ
   た蒸解物から、磨砕も、叩解も、離解もせずに、
   粕、塵等の夾雑物を除くだけで精選パルプを得る
   ことを特徴とする非木材セルロース原料から白色
   度の高い未晒パルプを製造する方法。 ２ パルプ原料と蒸解薬液を低液比で供給した混
   合物を強制的に撹拌混合しつつ常圧下で沸点又は
   沸点近い温度に加熱及び／又は保温し得る機能を
   有する撹拌機及び高濃度ポンプのうち少なくとも
   １つ以上を備えた耐食性の容器からなる蒸解反応
   装置と、蒸解物から粕及び塵等夾雑物と精選未晒
   パルプを分離回収しうる装置との組合せからなる
   ことを特徴とする請求項１を実施するための装
   置。