トウモロコシ茎パルプ製造方法、およびトウモロコシ茎パルプからの製紙方法
【課題】 低資本で低経費であるシンプルで、環境にやさしいプロセスを用いる。
【解決手段】 農業残留物でパルプを作る新しい方法は作物茎のある一部を収穫することを含んでいる。収穫された作物茎はすくい出され、輸送され、保管される。ミルでは、作物茎は切られ、パルプ化プロセスを受ける。パルプは、他の木材ベースのパルプとブレンドされ、あるいはブレンドされることなく種々の紙の製造するために用いられる。
【解決手段】 農業残留物でパルプを作る新しい方法は作物茎のある一部を収穫することを含んでいる。収穫された作物茎はすくい出され、輸送され、保管される。ミルでは、作物茎は切られ、パルプ化プロセスを受ける。パルプは、他の木材ベースのパルプとブレンドされ、あるいはブレンドされることなく種々の紙の製造するために用いられる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トウモロコシ作物の一部を分離するプロセス、および紙製品を製造するための、その作物からパルプを製造することに関する。より詳細には、本発明は、トウモロコシ作物の一部を収穫する方法、すなわち、トウモロコシ作物の地面から穂のあたりまでの一部を収穫する方法に関する。また、本発明は、種々の紙製品に適したパルプを製造するための、機械的、半化学的、および化学的プロセスの少なくとも一つを含む汎用性のあるパルプ化プロセス、およびそのパルプから種々の紙製品を製造することに関する。
【背景技術】
【０００２】
木は、紙および板紙の製品産業への繊維源として主な供給源である。軟材は機械的パルプ化に非常に適した種である。紙製品の強度が重要なところでは、軟材のケミカルパルプが用いられる。硬材は、軟材より非常に短い繊維を有し、一般に機械的パルプ化には適しておらず、化学的および半化学的パルプ化に適している。硬材ケミカルパルプは、表面平滑性および光学特性が重要な紙製品に用いられる。木材ベースの繊維は、パルプ化のための高額な化学薬品経費、煮沸および精製のための高エネルギーの投入、および高コストな化学薬品回収システムを招くので、高価である。また、木材ベースの繊維の環境影響は欠点である。
【０００３】
トウモロコシ茎など農業残留物は、繊維の有望な代替供給源である。詳細には、それらは、印刷や筆記のための製品、トップ・ライナーボード、ライナー、ティッシュペーパーおよび他の専門グレードの紙を含む紙製品を製造するための重要な原料として機能することができる。また、環境問題は、農業の繊維を用いることへの関心を高めることとなった。紙製品を製造するための、農業ベースの資源の開発は、農場収益性を改善し、かつ焼却および土壌処理からの環境汚染を低減するために、重要である。現在のところ、紙製品を製造するための農業の作物の使用は無視できるほどでしかない。これは、１億５０００万トンのトウモロコシ茎を含む約２億８４００万トンの総農業残留物が毎年利用可能な米国において、特に当てはまる。大規模な資本集約的なパルプミルのために原料必要条件を満たすパルプ材の、豊富で、安定した供給があるので、製紙のための繊維源としてのトウモロコシ茎は主なパルプおよび紙生産国においてポピュラーではない。農業残留物に基づいた大規模なパルプミルは、かさの大きい原料の大量供給を必要とし、それによって、輸送問題を生じる。また、農業残留物は季節的であり、それによって、保管問題を生じる。収穫の際のトウモロコシ茎残留物の適切な部分の分離は輸送と保管の問題を低減する。トウモロコシ茎をベースとするパルプミルは小規模で、地域ベースであるべきである。必要に応じて、トウモロコシ茎の有効性および供給ロジスティックスにより、大規模ミルを用いてもよい。
【０００４】
非木材のパルプ化をおよび製紙を含む関連技術にはＨｕｒｔｅｒらが発行した特許文献１が含まれる。この公報は、製紙のための非木材のパルプ化の方法を説明している。トウモロコシのかいば（茎、葉および皮）は、このプロセスにおいて用いられ、低品質繊維および多数の残骸を含んでいる。したがって、ミルと同様に、農場における輸送と保管の問題は、本関連技術分野にも存在する。また、髄、葉および皮は、含んでいる良質の繊維の量が少ない。したがって、チューブ研磨機、コンベアー、ハイドロパルパー、ポンプ、磁気セパレーターおよび脱水スクリーンは、大容量の不必要な材料を取扱わなければならない。
【特許文献１】米国特許６，３０２，９９７号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このように、パルプの収率は３９．６％であり、これは下流側の処理の際にほとんど除去される低品質繊維が多数存在することによりかなり低い。この低品質繊維は質的にも量的にもパルプにどのような利益も与えることなく、化学薬品を消費する。また、ミルは多数の除去物により大量の廃棄問題に直面する。関連技術では従来のアルカリ蒸煮方法が用いられる。酸処理ステップ、オゾン漂白ステップおよび過酸化漂白ステップの追加によって、このプロセスは費用がかさみ、複雑になる。そのプロセスは、また、過酸化水素漂白の際に高投与量の化学薬品を伴う。前述の米国特許における興味あるプロセスステップの開示にもかかわらず、この発明は多くの欠点を有する。例えば：１）繊維価値のほとんどない髄、葉および皮などの材料を有するトウモロコシのかいばの取り扱い；２）不必要なかさ高いものをミルへ移送することは、輸送と、保管と、大量供給量の除去材料の廃棄問題を生じる；３）低パルプ収率；４）酸ステージ、漂白ステージにおける、およびｐＨの調整における高化学薬品消費；５）プロセスは資本コストと運用経費を増加させる余分なステップを含んでいる；６）プロセスはアルカリ煮沸中にはエネルギーを節約するが、精製を通じてより多くのエネルギーを消費する。
【０００６】
本発明では、有利なアプローチを有する非木材パルプ紙の製造に注目した。農場での収穫、プレス、およびすくい出しプロセスを確立し、製品と保管の場所を集約する。あるいは、農業従事者が自分の貯蔵場所有し、ミルによって決められたスケジュールでミルへ材料を輸送するトウモロコシ栽培領域の中心に小型のミルを設立する。理想的には、ミルを空間に最適化するために、ミル保管は約１５日よりも多くするべきでない。より大規模な木材をベースとするミルと競争するために、ミルは、低資本で低経費であるシンプルで、環境にやさしいプロセスを用いるべきである。これらのプロセスは、当技術分野では、現在のところ得られていない。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
したがって、本発明は、関連技術の制限および欠点による１つ以上の問題を実質的に除去する、パルプとパルプから紙製品を製造するプロセスに対するものである。例えば、製紙、トップホワイトライナーの製造、ライナーの製造および他の専門紙の製造における使用に適しているパルプを製造プロセス。プロセスには、農地において繊維源として最適なトウモロコシ茎の一部を分離し、アントラキノンおよび／または他の触媒を有する、あるいは有しないアルカリパルプ化溶液で選択されたトウモロコシ茎の一部を蒸煮し、製紙に適した漂白パルプを生産するための基本的に無塩素の漂白液でパルプを処理する収穫プロセスが含まれる。本発明の利点は、ほとんどが良質の繊維を含み、髄および従来の農場用用地における作物の残りの後の残余をあまり含んでいない、作物の穂あたりより下のトウモロコシ茎作物の底部を取り入れるトウモロコシ茎を収穫するプロセスを提供することにある。
【０００８】
本発明の他の利点は、改良された加工木材チッパーを用いて、選択されたトウモロコシ茎部を切ることにある。
本発明の他の利点は、切られた軸から切られた葉および髄を圧搾空気により分離することにある。
本発明の他の利点は、収穫から蒸煮へのトウモロコシ茎の処理ステップを低減することにある。
【０００９】
本発明の他の利点は、分離プロセスを簡単化するよう１５％以内の髄を蒸煮がまに収容することにある。
本発明の他の利点は、必要な処理ステップ数を最小とするトウモロコシ茎パルプ化プロセスを提供することにある。
本発明の他の利点は、小規模から中規模レベルでコスト面で効果的で環境に優しいトウモロコシ茎パルプ化プロセスを提供することにある。
【００１０】
本発明の他の利点は、最小量の、簡単に入手可能でコストのかからない装置を用いるトウモロコシ茎の収穫およびパルプ化プロセスを提供することにある。
本発明の他の利点は、収穫する際に、従来の農場の農業従事者が入手可能な作物の残りから、トウモロコシ茎作物の穂あたりより下のトウモロコシ茎作物の底部を分離するよう収穫プロセスシステムを提供することにある。
【００１１】
本発明の他の利点は、輸送および保管問題を回避するよう容積を低減する収穫プロセスの際に乾燥したトウモロコシ茎のコンパクトな正方形の梱を製造することにある。
本発明の他の利点は、選択されたトウモロコシ茎の輸送および保管のための管理システムの開発にある。
本発明の他の利点は、収集所からミルへトウモロコシ茎を輸送することにある。
【００１２】
本発明の他の利点は、農地における収穫に際し、土調整および他の従来の農場用途のために、排斥されるトウモロコシ茎作物の一部を残しておくことにある。
本発明の他の利点は、化学薬品含浸および蒸煮ステップの前に、洗浄ステージにおける湯の必要条件を軽減するために、収穫およびコンパクト梱包プロセスに際し、トウモロコシ茎の汚染物質を低減することにある。
【００１３】
本発明の他の利点は、蒸煮がまに入る前の湯洗浄、および煮沸用化学薬品を含浸させたスクリューフィーダにおける圧縮が後に行われるトウモロコシ茎を切ることにある。
また、本発明の他の利点は、材料から水および湯に可溶な抽出物を除去し、蒸煮がまの取り入れ量を増加する圧縮ステップを適用することにある。
本発明のさらなる利点は、連続的な蒸煮がまにおいて分解された原料のよりよい化学薬品含浸のために、圧縮ステップ直後に、煮沸用化学薬品を加えることにある。
【００１４】
本発明の他の利点は、蒸煮がまの取り入れを増加させ、材料へのリカー含浸を増加する圧縮ステップを適用することにある。
本発明の他の利点は、煮沸された繊維を処理するために標準的なペーパミル装置を用いることにある。
本発明の他の利点は、約３０〜１８０分の保持時間、範囲約１１０〜１６０℃の低温で原料を蒸煮することにある。
【００１５】
本発明の他の利点は、洗浄および圧縮ステップ直後に、ＭｇＣｌ２あるいはＭｇＣＯ３などセルロース保護剤が範囲約６０〜１００℃の温度で範囲約３０〜６０分の時間含浸する前処理ステップを加えることにある。
本発明の他の利点は、セルロース保護剤を用いて、前含浸ステージを導入することにより、トウモロコシ茎のケミカルパルプのヘミセルロース要素を最大限にすることにある。
【００１６】
本発明の他の利点は、軟材クラフトパルプとブレンドし、ウェットエンド化学を用いることにより、製紙プロセスにおけるトウモロコシ茎パルプにおけるヘミセルロース要素の利点を取り入れることにある。
本発明の他の利点は、一般的な製紙／製板の紙原料におけるトウモロコシ茎パルプの共同効果を見出すことにある。
【００１７】
本発明の他の利点は、化学薬品、例えば、アントラキノンなど触媒を有するあるいは有しない８〜２０％の活性アルカリ、の使用をより少なくすることにある。
本発明の他の利点は、基本的に無塩素の漂白プロセスにおいて化学薬品の使用を少なくすることにある。
本発明の他の利点は、白色度約８０〜９５％を得るよう、二酸化塩素、アルカリ抽出物、過酸化物、オゾンおよび酸素漂白ステージを適用することである。
【００１８】
本発明の他の利点は、環境に優しいパルプ化および漂白プロセスという方針を変えないよう、煮沸用リカーあるいは漂白リカーにおける硫黄ベースの化学薬品を回避することにある。
本発明の他の利点は、漂白後の繊維を（主としてトウモロコシ茎の皮からの）長い繊維、および（ほとんどが髄からの）短い繊維に、分別することにある。本発明の他の利点は、長い繊維成分および短い繊維成分に繊維分別されていないような種々のグレードの紙を製造するためにトウモロコシ茎パルプを用いることにある。
【００１９】
本発明の他の利点は、（事前の精製がなされた、あるいはなされていない）漂白された軟材クラフトパルプおよびフィラーとのブレンドにおいて、化学パルプを用いる柔軟性にある。
本発明の他の利点は、長い繊維成分が約２５０〜５００ｍｌＣＳＦに精製され、次に、製紙ステップの前に短い繊維成分に加えられることにある。
【００２０】
本発明の他の利点は、洗浄ステージ数の低減により、および稀釈および厚みを増すステージの数を最小限にすることにより、できるだけ内部水を再利用することにより、水の使用を最小限にするトウモロコシ茎パルプ化プロセスにある。
本発明の他の利点は、約５〜２０％の漂白された軟材クラフトパルプ、約５〜６０％の無機フィラー、約０．２５〜４％のデンプン、約０．０２５〜０．５％サイズ剤、カチオン、アニオンおよび／または両性保持剤などを加えることにより、漂白されたトウモロコシ茎パルプから作られた紙の品質を向上させることにある。
【００２１】
本発明の他の利点は、（事前の精製がなされた、あるいはなされていない）漂白された軟材クラフトパルプおよびフィラーとのブレンドにおいて、精製がなされた、あるいはなされていないトウモロコシ茎ケミカルパルプを用いることである。
本発明の他の利点は、漂白された軟材クラフトパルプ、漂白された硬材化学パルプおよびフィラーとのブレンドにおいて、漂白されたトウモロコシ茎ケミカルパルプを用いることである。
【００２２】
本発明の他の利点は、硬材ＣＴＭＰ（ケミサーモメカニカルパルプ）および／またはＢＣＴＭＰ（漂白されたケミサーモメカニカルパルプ）およびフィラーとのブレンドにおいて、漂白されたトウモロコシ茎ケミカルパルプを用いることである。
本発明の他の利点は、漂白されたトウモロコシのケミサーモメカニカルパルプ（ＣＴＭＰ／ＢＣＴＭＰ）、漂白された硬材メカニカルパルプ、漂白された軟材クラフトパルプおよびフィラーとのブレンドにおいて漂白されたトウモロコシ茎ケミカルパルプを用いることにある。
【００２３】
本発明の他の利点は、硬材ケミカルパルプおよび／または漂白された硬材メカニカルパルプ、漂白された軟材クラフトパルプおよびフィラーとのブレンドにおいて、漂白されたトウモロコシ茎メカニカルパルプを用いることにある。
本発明の他の利点は、パッケージンググレードの紙を準備するために、無漂白の軟材クラフトパルプ、および／または無漂白の軟材セミケミカル（クラフト）パルプとのブレンドにおいて、無漂白のトウモロコシ茎ケミカルおよび／またはセミケミカルパルプを用いることにある。
【００２４】
本発明の他の利点は、多層紙の外側層に、漂白された軟材クラフトパルプ（０〜１０％）およびフィラー（１０〜６０％）とのブレンドにおいて漂白されたトウモロコシ茎ケミカルパルプを、適用することである。紙の内側層は、再利用された繊維、低級ヴァージン繊維、抽出物を有するパルプ、および紙面における露出に適さないパルプなど低級繊維を含んでいてもよい。
【００２５】
本発明の他の利点は、少量のデンプン、サイズ剤および保持剤に加えて漂白された軟材クラフトパルプ（０〜１０％）およびフィラー（０〜６０％）をブレンドすることによって、トップ・ライナーに、漂白されたトウモロコシ茎ケミカルパルプを用いることにある。
本発明の他の利点は、トウモロコシ茎パルプの優れた繊維ボンディング能力によって紙強度特性を向上するために、硬材および軟材パルプおよびフィラーからなる紙原料を用いて、既存のミルに漂白されたトウモロコシ茎ケミカルパルプを用いることにある。
【００２６】
本発明の他の利点は、強度特性を落とさずに、紙におけるフィラー保持を向上するよう、漂白されたトウモロコシ茎化学パルプを用いることにある。
本発明の他の利点は、袋用紙、パッケージング紙などの紙の強度特性を向上するよう、無漂白のケミカルおよびセミケミカル軟材クラフトパルプとともに、無漂白のトウモロコシ茎ケミカルパルプを用いることにある。
【００２７】
本発明のさらなる特徴および利点は、以下の説明、およびその説明から明らかな、また本発明の実施から得られる部分に示される。本発明の目的および他の利点は、記載の説明、および特許請求の範囲、同様に添付の図面において示された詳細な構造からわかり、また得られるであろう。
本発明のさらなる理解を提供するために含まれており、明細書と合わせてその一部を構成する添付図面は、本発明の実施例を図示し、詳細な説明と共に本発明の原理を説明するよう機能する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
今日、米国の紙産業は数十年前の製鉄業と同じ状況である。小規模な現代の製鉄業は大規模設備より効率的である。したがって、今は、小規模な効率的なパルプおよび紙産業の開発のための技術を見出す時である。また、今は、ユーカリ樹、アカシアなど高産出プランテーション樹からの競合と対抗する安価な繊維源を見出す時である。トウモロコシのかいばなど農業残留物は繊維の安価な供給源としてユーカリ樹とアカシアと競争しうる。トウモロコシのかいばの潜在的な世界的供給量は１年当たり約７億５０００万トン以上である。また、米国単独でも毎年約１億５０００万トン供給できる。
【００２９】
本発明では、紙産業における、ミニミルプロセスへの移行と、繊維源としてトウモロコシ茎など農業残留物等を用いる必要性を強調する。そのプロセスは、高品質パルプを製造する圧縮含浸およびケミカルプロセスの組合せである。
農業残留物とは、作物から主作物を分離した後に農場に残る材料を示すものとして用いる。例えば、主産物トウモロコシを収穫した後に農地に残るので、トウモロコシ茎は農業残留物である。現在、残ったトウモロコシ茎は商品価値が、ほとんど、あるいは全くない。もちろん、他の農業残留物を用いてもよく、またそのことを企図している。
【００３０】
本発明は、コストに効果があり、環境に優しいプロセスを提供する。例えば、圧縮含浸およびパルプ化および次の３〜７つの漂白ステージが、トウモロコシ茎の選択された部分を優れた強度、清潔性、および排水レートの、高品質で、明るい製紙パルプ、に変換する。そのプロセスは、穂あたりより下のトウモロコシ茎作物の一部、例えば、底部から約２〜３ｆｔの（葉と皮のない）トウモロコシ茎作物を用いる。これら部分は、どのようなタイプの機械的あるいは化学的に髄を取り去る方法を用いなくとも含まれる髄は１５％以内であり、そのため、研究所規模の実験では、硬材パルプの特性と同等および／または優れた強度特性有するパルプを製造している。また、約４６〜５０％の全パルプ収率が選択されたトウモロコシ茎の一部によって達成でき、それは硬材パルプの全収率値と同じかそれ以上である。硬材パルププロセスでは、より厳しいパルプ化条件およびよりコストのかかるパルプ化および漂白プロセスを用いる。本発明の処理は、低い化学薬品代金、温度および圧力を用いた高生産性を確立する。
【００３１】
トウモロコシ茎処理ステージ
本発明のプロセスは、地面から作物の穂のあたりまでの、トウモロコシ茎作物の一部を分離する特有の収穫するプロセスを含む。例えば、分離された部分は、底部から約２〜３ｆｔのトウモロコシ茎作物である。もちろん、これは、作物の特性に依存する。分離されたトウモロコシ茎の部分は、梱に圧縮される。例えば、それらは正方形あるいは長方形の梱に圧縮され、ミルへ輸送される所定時まで農場に保管される。
【００３２】
パルプ化において葉および皮を含むトウモロコシ茎全体の使用は、低生産性をもたらし、実利のない多くの化学薬品を消費する。
ケミサーモメカニカルパルプには共通であるが、化学パルプ化に用いられない圧縮含浸ステップが、異なる目的に用いられている。
パルプ化において本発明に用いられるアルカリパルプ化ステップは、堅材パルプ化プロセスに用いられるそれよりマイルドである。パルプ化ステップではバッチおよび連続プロセスの両方を用いる。例えば、Ｐａｎｄｉａタイプ連続蒸煮がまがトウモロコシ茎のアルカリパルプ化に適当である。蒸煮がまからのパルプは低いリグニン、例えばカッパ８〜１０、を含む。また、パルプを、硬材パルププロセスより少数のステップを用いて、高白色度に漂白することができ、かつ、同様の生産性が得られる。
【００３３】
本発明のプロセスは以下の順序で行うことができる；しかしながら、その順序からの変更も企図している。
トウモロコシ茎の収穫、保管および輸送
このプロセスにおいて、収穫者は、トウモロコシ茎作物の一部を除去する。例えば、収穫者は、ちょうど穂より下のトウモロコシ茎を切る。第１のカットは、土調整、動物の敷きわらおよび他の従来の農場用途に用いることができる。第２のカットは、トウモロコシ茎作物の穂あたりより下のトウモロコシ茎作物の一部を除去する。この部分は、約１０〜２０％の含水率を有し、梱に圧縮される。一般に、それは長方形の梱あるいは正方形の梱に圧縮され、その後、貯蔵場所へ輸送される。菌類など回避するために、梱は乾燥した環境で保管される。
【００３４】
パルプミルに対して約５０マイルの半径内のそれぞれの農民は、ミルに材料を配達する所定時まで、農場にコンパクトな梱を保管する。これにより、ミルは、低減された時間、例えば約２週間分の、コンパクトな梱の在庫を維持するだけでよい。もちろん、梱の保管の時間は、より長くあるいはより短くてもよい。このような管理はミルサイトにおける保管条件を軽減する。ミルは農業者に保管時間に対して代金を支払うか、他の契約関係の形態を農業者と定めることもできる。
【００３５】
原料の処理
そうしたプロセスの次のステップは蒸煮がまに原料を入れることである。このプロセスにおいて、トウモロコシ茎部分の圧縮された梱は解かれて、約２５〜４０ｍｍのサイズに切られる。切られた材料は、傾斜コンベヤベルトの下部の上に置かれる、例えば、投げ下ろされる。コンベヤベルトは、一定循環下の湯で満たされたスチールハウジングに取り付けられることができる。コンベアーは、コンベアーの一端からコンベアーの他端にトウモロコシ茎を液体内において輸送する。これはトウモロコシ茎を湿らせるプロセスである。このプロセスにおいて、トウモロコシ茎部分に付着した汚れおよび／または異物が湯に可溶の材料を介して水溶媒へ離れて、分離される。コンベアーの上端部は少し傾斜され、他の部分のコンベアーはスチールハウジングに取り付けられることができ、約３０度の傾斜を有している。コンベヤーベルトはホッパーに導く。しかしながら、ベルトの構成は、ホッパーに導く適当ないずれの構成にもできる。例えば、傾斜は、３０度未満でもよく、あるいはそれを越えてもよい。コンベヤーベルトに沿って輸送されるとき、インサイチュークリーニングプロセスがトウモロコシ茎に行なわれる。例えば、残った汚れおよび異物をクリーニングするよう、湯が、コンベヤーベルトに沿って輸送される材料に連続的にスプレーされる。コンベヤーベルトの反対端では、湯に浸されてクリーニングされた材料が、ホッパーに入れられる。材料は、プラグスクリューフィーダあるいは他の適当な技術で、ホッパーに供給される。
【００３６】
パルプ化プロセス
プラグスクリューフィーダは、フィーダーから来るトウモロコシ茎を圧縮し、水および湯に可溶の過剰な抽出物を除去する。スクリューフィーダの端部で、圧縮されたトウモロコシ茎は煮沸用リカーに接し、それによって、蒸煮がまに入るとき、煮沸用リカーのよりよい浸透を提供する。このゾーンにおいて、煮沸用リカーフローは、リカーとトウモロコシ茎との比率が約３：１〜７：１となるように制御される。
【００３７】
セルロース保護剤による前処理の場合には、煮沸用リカーを加える前に、追加ステップがパルプ化プロセスに加えられる方がよい。
様々な異なる蒸煮がま、例えば、Ｐａｎｄｉａ蒸煮がまなどを用いることができる。Ｐａｎｄｉａ蒸煮がまは、すべての異なる非木部繊維原料からのパルプの生産によく適しており、高生産性処理に優れた結果を提供する水平に連続的な蒸煮がまである。
【００３８】
連続的なＰａｎｄｉａ蒸煮がまを用いるとき、Ｐａｎｄｉａ蒸煮がまは２〜３本の水平チューブを含むことができる。ブロータンクへ吹き付ける前に、温度は第１のチューブの端部で約１２０〜１７０℃に上げられ、第２のチューブでは煮沸を継続するために約１２０〜１７０℃であり、第３のチューブにおいては冷ますために約１００〜１１０℃とすることができる。第１の水平のチューブにおけるランプ時間は約２０〜４０分で変えることができ、第２のチューブでの煮沸時間は約２０〜９０分で変えることができ、第３の水平チューブにおける冷却時間は約１０〜１５分で変えることができる。任意に、ブロータンクは、熱いパルプ廃液媒体において煮沸された繊維を解離するために適した撹拌器を含んでいてもよい。
【００３９】
バッチプロセスにおいて、プラグスクリューフィーダは、最大積載量を考慮してかさばったトウモロコシ茎を圧縮する。その積載は、回転および／または静止蒸煮がまを、リカーと固形分との比率約３：１〜７：１で満たす。煮沸温度は、約１２０〜１７０℃、時間約３０〜１２０分で変えられる。供給材料温度から煮沸温度まで温度を上げるランプ時間は約１５〜６０分で変えられる。煮沸の後、蒸煮がまの温度は約１００〜１１０℃に低下し、パルプはブロータンクに放出される。ブロータンクにおける撹拌器は熱いパルプ廃液媒体において煮沸された繊維を解離するために適したものである。
【００４０】
煮沸用リカーは約２〜２０％の活性アルカリを含んでいる。溶液を煮沸する約１２〜１５％（オーブンドライのトウモロコシ茎基準）の活性アルカリを、収率範囲約４５〜５０％の漂白可能なグレードのトウモロコシ茎パルプを得るために、用いることができる。収率範囲約６０〜７０％でライナーパルプを得るために、活性アルカリ度は範囲約６〜１０％とできる。収率範囲約８０〜９５％で波形中芯を得るために、活性アルカリ度は範囲約２〜４％とできる。煮沸用リカーは、触媒のアントラキノンおよび／または他の同様の試薬のいずれの組合せも含んでいてもよい。
【００４１】
繊維処理ステップ
ケミカルパルプについては、底面に装着されることができる撹拌器は、熱いリカーがある状態において繊維解離を行う。繊維解離は、十分なパルプ洗浄のために繊維を分離する。また、繊維は、製紙のために、さらに精製される必要があることもある。特に約６０〜７０％の収率であるような高収率ケミカルパルプのためには、ケミカルパルプは、個々の繊維を自由な状態にする煮沸プロセスの後に精製される。波形中芯のために得られる約８０〜９５％の超高収率パルプについては、パルプは個々の繊維を自由な状態にするよう精製される。
【００４２】
スクリーニング、洗浄およびクリーニングステージ
ブロータンクにおける分解の後、パルプを洗浄ステージに送る前に煮沸されていないおよび／または半煮沸および／または繊維塊を除去するよう、パルプを粗目スクリーンを通して送ることができる。黒液はスクリーニングおよび洗浄ステージで分離され、再利用のための化学薬品回収ボイラーに送られる。処理用化学薬品を回収し、パルプをクリーニングにするため、ケミカルパルプは十分な洗浄を必要とする。既存の商用洗濯機は、ブラウン製紙原料を洗浄することができる。トウモロコシ茎パルプのスクリーニングおよびクリーニングは、漂白の前に好ましくは行われる。これによって、漂白用化学薬品を節約し、パルプの漂白性を向上できる。
【００４３】
漂白
残余のリグニンを除去し、パルプ白色度を所定のレベルに増加するよう、漂白液、例えば二酸化塩素、アルカリ過酸化水素およびアルカリ抽出物溶液、の適度な利用を用いることができる。温度、時間および漂白リカー濃度などの漂白条件は、一般に、パルプのリグニン含有量および特定の漂白剤に対する最適の条件に依存する。
【００４４】
例えば、密閉系に漂白剤として二酸化塩素あるいはアルカリ過酸化物を用いるとき、温度範囲約６０〜約９０℃が用いられる。一般に、漂白プロセスは、所望の温度レベルにパルプ温度を調節するために必要な時間を含む約３０〜１２０分間続けられる。漂白温度は、約３０〜１２０分間保持される。３ステップの漂白シーケンス（以下「ＤＥＤ」）は、ＩＳＯ約８０〜８５％のレベルにトウモロコシ茎パルプの白色度を上げることができる。過酸化物、オゾンあるいは酸素漂白ステージなどよりさらなる漂白ステージの１つを追加することは、ＩＳＯ約８６〜９５％に白色度を上げることができる。
【００４５】
製紙
漂白されたパルプは、主としてトウモロコシ茎の皮から得られた長い繊維と、主として髄から得られた短い繊維と、の混合物である。微繊維は繊維より多くの水を保持することから、排水問題を引き起こす微繊維を、製紙の前のこの混合物の精製はより多くを生成することになる。
【００４６】
短い繊維は精製を必要としない。しかし、長い繊維は、ボンディング特性を示すために、精製を必要とすることもあり、また必要としないこともある。漂白された繊維は、長いおよび短い繊維成分に分別される方がよい。長い繊維成分を精製し、次に、製紙の前に短い繊維成分と混合することができる。
他の方法として、漂白されたトウモロコシ茎パルプが、製紙のために、漂白された軟材クラフトおよび／または漂白された硬材クラフトパルプと混合されるとき、分別は必要ではない。トウモロコシ茎パルプはより軟質で、細く、精製するために要するエネルギーがより少ないので、軟材クラフトパルプおよび／または硬材クラフトパルプと混合する際の機械的な作用がある程度精製を行い、繊維−繊維ボンディング特性を生じさせる。最終製品に応じて、（漂白されたあるいは無漂白の）トウモロコシ茎パルプを、種々の程度まで、（漂白されたあるいは無漂白の）軟材クラフトパルプと混合することができる。
【００４７】
漂白されたパルプは、例えば、印刷や筆記用紙、コピー紙、トップホワイトライナーボード、ティッシュペーパー、ベースペーパー、非木材紙、コート紙、マルチプレーヤーペーパー／ペーパーボード、専門紙、などの紙を準備するために用いられる。トウモロコシ茎のＣＴＭＰおよびＢＣＴＭＰは、軟材クラフトパルプ（５〜２０％）とブレンドすることにより新聞用紙を準備するために用いることができる。漂白されたトウモロコシ茎ＣＴＭＰを、筆記および印刷グレード紙の準備のために、漂白されたトウモロコシ茎ケミカルパルプとブレンドすることができる。高収率セミケミカルトウモロコシ茎の紙を、袋用紙、包装紙、パッケージングボード、カートンボードなどを製造するため、高収率軟材クラフトパルプとブレンドすることもできる。トウモロコシ茎から、溶解パルプおよびヘミセルロースから得た有用な副産物を製造することもできる。
【００４８】
印刷および筆記用紙、コピー紙、およびトップホワイトライナーボードは、フィラー含有量約５〜６０％の約５〜２０％漂白された軟材クラフトパルプを含むことができる。フィラーは、炭酸カルシウム、粘土、滑石、カオリン、二酸化チタンなどのどのような組合せも含むことができる。フィラーに加えて、サイズ剤、乾燥強化剤、湿潤強化樹脂および保持剤のどのような組合せも、製紙の際に利用することができる。サイズ剤は、ロジン乳濁液、アルケニル無水コハク酸（ＡＳＡ）、アルキルケテンダイマー（ＡＫＤ）などのどのような組合せを含むことができる。乾燥強化剤は、デンプン、ゴム、可溶性セルロース誘導体などのどのような組合せを含むことができる。湿潤強化樹脂は、ポリビニルアルコール、ラテックスなどのどのような組合せも含むことができる。保持剤は、ポリアクリルアミド、ポリエチレンアミンなどのどのような組合せも含むことができる。
【００４９】
＜実施例＞
以下に示された実施例は、トウモロコシ茎パルプおよび硬材パルプと比較した紙品質を例示する。実施例のある面を、発明の実施においてよく機能するよう、発明者らによって見出された技術と手順の点から説明する。実施例は、発明者らの標準的な実験室における手法を用いて作成された。示された実施例は、発明を制限するためのものではなく、本発明の範囲を逸脱することなく種々の変更、変形、代替を行うことができる。
【実施例１】
【００５０】
トウモロコシ茎部分を、葉および他の不要な材料と手作業で分離した。その後、トウモロコシ茎の軸を小さいかけらに機械的に割った。機械的な分離は２枚の反対に回転するデビルティースプレートで行った。システムは皮を分離する。しかし、相当数の髄が皮とともに残る。なお、他の適当な機械的な分離工具を用いてもよい。
パルプ化実験は、そうしたプロセスから得られた髄および皮を用いて行なわれた。髄の量は、葉、トウモロコシの実および穂以外のトウモロコシ茎の合計の約２３％であった。いくつかの研究所規模の実験において、トウモロコシ茎の皮は完全に分離され、またある場合にはハンドシート特性に対する髄の効果を確認するため１５％の髄を皮に加えた。実験において、トウモロコシ茎片を、湯を用いてパルパーにおいてクリーニングし、所望のトウモロコシ茎コンシステンシーを得るために、空気中で乾燥する。クリーニングされたトウモロコシ茎のコンシステンシーは、煮沸用化学薬品の量、トウモロコシ茎とリカーとの比率を調整する上で、またパルプ収率を知る上で、有用である。
【００５１】
この一連の実験において、約６０分のランプ時間が適用され、煮沸時間は約６０分であり、煮沸温度は約１５０℃であった。煮沸はソーダ法を用いて行われた。活性アルカリとして表示された水酸化ナトリウムの量を、一応は満足できるパルプを得るよう、約１２〜１５％で変えた。表１、２および３は、煮沸用リカーにおける活性アルカリの量、スクリーニングにかけられたパルプの収率、パルプフリーネス（ＣＳＦ）およびハンドシートの機械的・光学的特性を示す。
【００５２】
【表１】
【００５３】
【表２】
【００５４】
【表３】
約１５％の髄を含んでいるトウモロコシ茎からのパルプの特性は、髄のないトウモロコシ茎から得られたパルプ特性より少し低い品質である。ハンドシート特性は硬材パルプのそれに近い。これらの結果は、ある量の髄を含んでいるトウモロコシ茎が良質のパルプの製造に適当であることを示している。これにより、皮からの髄の機械的な分離に関連する多くの作業およびコストを容易に回避することができる。髄から皮を分離するために用いることができるであろう既存のプロセスはハンマーミルである。このプロセスは多くの微繊維および塵を生成し、それらは環境汚染を起こし、繊維品質を低下させ、良質繊維の損失を増加させるであろう。環境に優しい方法で、よい繊維を切ることも失うこともなく、皮を効果的に分離する新しい機械の開発はコストがとてもかかるであろう。表１、２および３に示す通り、研究所規模の実験において実証されたように、髄からのトウモロコシ茎の皮の、こうした分離は全く必要ではない。Ｔａｐｐｉ標準方法を用いて測定されたパルプのカッパー価は約８〜１２の間にあり、それは同様なパルプ収率のクラフト軟材パルプ（カッパー価約２７〜３０）および硬材パルプ（カッパー価約１８〜２２）と比較して非常に低い。したがって、トウモロコシ茎パルプが必要とする漂白用化学薬品は、軟材および硬材パルプに要するそれの半分より少ない。
【実施例２】
【００５５】
作物の底部からのトウモロコシ茎原料は主として皮を備えており、またノットと髄を含んでいる。それは、作物の穂あたりより下のトウモロコシ茎作物の下部、例えば、底部約２〜３ｆｔのトウモロコシ茎を含む。これは厚い皮および比較的少ない髄からなる。トウモロコシ茎の下部にある葉は、切った後に容易に除去することができる。葉の除去あるいは分離は、切られたトウモロコシ茎および葉の密度の差により、エアーブローによって行うことができる。繊維品質は、実施例１に示されるようなトウモロコシ茎の下部における少量の髄の存在によっては、大きく影響されることはない。
【００５６】
この実験においては、１．２７ｋｇ（オーブンドライ基準）の選択されたトウモロコシ茎を、上述の通り、約１４％の活性アルカリを用いて煮沸した。これは、約８０〜１５０℃に温度を上げるために、リカーとトウモロコシ茎との比率７：１、煮沸温度約１５０℃、煮沸時間約６０分、ランプ時間約６０分で行われる。スクリーニングにかけられたパルプ収率は約４６％であった。パルプを、スロットタイプスクリーン０．００８インチでスクリーニングにかけて、パルプから微繊維を除去する２００メッシュスクリーンで脱水した。この煮沸からのパルプを（ＣＴ−Ｄ１）として示しており、漂白テストにかけた。機械的・光学的特性を求めるために、２つの漂白されたパルプサンプルをハンドシートを準備するよう処理した。
【００５７】
約１０ｇずつの６つのサンプルを以下の表４にＣＴ−ｄ−１−１、ＣＴ−ｄ−１−２、ＣＴ−ｄ−１−３、ＣＴ−ｄ−１−４、ＣＴ−ｄ−１−５、ＣＴ−ｄ−１−６として示す。これらのサンプルを、（Ｄ１）ステージにおいて様々な濃度の二酸化塩素を用いて、続いて、抽出ステージ（Ｅ）において同様の濃度の水酸化ナトリウム、（Ｄ２）ステージにおいて同様の濃度の二酸化塩素によって漂白した。また、６つのサンプルの３つを、３つのケースすべてにおいて同様の化学組成の過酸化水素（Ｐ）ステージを用いて、さらに漂白した。漂白条件、化学薬品濃度、異なる漂白ステージおいて用いられる化学薬品および最終白色度を、表４に示す。
【００５８】
【表４】
結果は、少量の化学薬品を用いても、トウモロコシ茎パルプが高い白色度レベルを得ることができることを示している。結果は、軟材と硬材のケミカルパルプの１／３に相当するパルプの低リグニン含有量を示す。トウモロコシ茎は、木材と比較して、必要な煮沸用化学薬品が少なく、煮沸温度が低く、煮沸時間が短い。トウモロコシ茎の下部の選択された部分を用いる場合、トウモロコシ茎処理費は木材と同等であろう。また、保管と輸送のコストはトウモロコシ茎の低価格によって最小限に抑制されるであろう。最終的に、ミルゲートでのトウモロコシ茎のコストは木材よりはるかに安いであろう。
【００５９】
以下に、ハンドシートの機械的・光学的特性におけるトウモロコシ茎パルプの漂白について説明する。
【００６０】
【表５】
漂白されたトウモロコシ茎パルプのカナデイアンスタンダードフリーネス（ＣＳＦ）は範囲約５４０ｍｌであった。漂白されたユーカリ樹（硬材）ケミカルパルプが要する１／１０より小さいわずか１０００回転でＰＦＩミルにおいて精製することにより、これらのＣＳＦ値は約３３０ｍｌまで下がった。このことは、精製エネルギー消費が低減されているという点から、トウモロコシ茎パルプが大きな利点を持つことを示す。
【００６１】
１つの過酸化物ステップの追加は、パルプの白色度を約８２．４から８７．２％へ増加させた。しかし、ハンドシートの強度特性は非常に減少する。結果、漂白シーケンスおよびステージの数を選択するために、最終製品の白色度条件を定めておくことが必要であろう。例えば、紙の表面平滑性、印刷不透明度および白色度を向上させるために、筆記および印刷用紙は、フィラーとして約１５〜２５％の炭酸カルシウムを含んでいる。紙の湿潤ウェブ強度および乾燥強度は、ウェットエンド化学を用いることにより容易に操作することができる。
【実施例３】
【００６２】
パイロット規模煮沸において、約２１．５６ｋｇの切られたトウモロコシ茎（オーブンドライ基準）を、回転蒸煮がまに入れた。トウモロコシ茎にリカー（煮沸溶液）がより含浸するよう、減圧を、蒸煮がまに行った。よい含浸のために周囲環境から約８０℃まで温度が上昇するよう、蒸煮がまを、約３０分間回転した。ランプ時間、約３０分で、温度を約８０から１５０℃へ上昇させた。また、煮沸時間は約１５０℃で約６０分であった。煮沸用リカーは約１４％の活性アルカリを含む。煮沸期間の終わりで、蒸煮がまとブロータンクとの間のパイプラインが接続され、そして、約１００〜１０５℃の温度に対応する圧力を減少するよう圧力を緩やかに解放した。このとき、圧力差を介して蒸煮がまからブロータンクへパルプをすべて吹き飛ばすよう、バルブを完全に開いた。パルプのブロータンクへの移送の後に、湯でパルプを洗浄することを円滑化するために、ブロータンクは底面にスクリーンを有する。パルプを湯で洗浄し、次に、０．００８インチ幅のスロットを有する大きなスクリーンに移送した。スクリーン除去は約０．０７％未満であった。その後、パルプを圧力下で約３０％の固形分に脱水した。その後、脱水されたパルプを細切れにし、将来の使用のために低温室に保管した。スクリーニングにかけられたパルプ収率は、研究所規模の研究と同程度の約４６．５％であった。それぞれがオーブンドライ基準で約３０ｇの３つのサンプルを、ＰＦＩミルにおいて４００、７００のおよび１０００回転で精製した。ハンドシートをＴＡＰＰＩ標準方法に応じて準備し、テストした。表６は、ＰＦＩミルにおいて４００、７００および１０００回転で精製した３つのサンプルの結果をそれぞれ示す。
【００６３】
【表６】
ハンドシートは、引張り係数８２Ｎ−ｍ／ｇ、引裂き係数４．５ｍＮ．ｍ２／ｇおよびバースト係数５．５ｋＰａ．ｍ２／ｇを有する非常によい機械的性質を示す。研究所規模パルプ化の際に、トウモロコシ茎を湯でよく洗浄し、髄成分を手作業で調整したことに注目することは重要である。しかしながら、パイロット規模試験中において、含まれた材料が大量であったために、我々は髄成分を洗浄し調整することができなかった。その結果、パイロット規模の煮沸において用いられたトウモロコシ茎は、研究所規模の煮沸において用いられたトウモロコシ茎と比較して、汚れと髄をより高いパーセンテージで含んでいた可能性がある。これが、研究所規模パルプと比較して少し低級のパルプおよび低い初期白色度であった理由の一つである。パルプがパルプミルで製造され、洗浄、スクリーニングおよびクリーニングシステムのフルセットに組み入れられる場合、これらの問題を解決することができる。
【実施例４】
【００６４】
この実施例において、漂白されたトウモロコシ茎パルプの特性を、同等な漂白されたクラフト硬材パルプと比較した。また、坪量約７５ｇ／ｍ２の２セットのコピー用紙を、特性を見るためにフィラー、例えば、沈降炭酸カルシウム、デンプン、サイズ剤、保持剤など、を用いて準備した。表から、それは、トウモロコシ茎パルプが、ユーカリ樹およびポプラのパルプより十分に高い引張りおよびバースト係数値を与えることがわかる。しかしながら、ユーカリ樹の引裂き値はトウモロコシ茎パルプより十分に高い。結果を表７に示す。
【００６５】
【表７】
これらの２つの実験は、トウモロコシ茎パルプから作られた紙を十分に向上することができることを、製紙に際しウェットエンド化学の公平な使用によって、示す。繊維マトリックスにおけるフィラー（沈降炭酸カルシウム）組み込みにより、ハンドシートの不透明、筆記および印刷グレード紙のための重要な条件は、大部分向上した。
【実施例５】
【００６６】
この実施例においては、漂白されたトウモロコシ茎パルプおよび漂白したされた混合硬材クラフトパルプからのパイロット規模抄紙機において準備された紙の物理的、光学的および機械的特性を比較のために示す。トウモロコシ茎のパルプ化をパイロット規模蒸煮がまにおいて行い、洗浄、スクリーニング、脱水および漂白を行った。実施例２に示したと同様に、トウモロコシ茎パルプの白色度は８８〜９０％の範囲であった。
【００６７】
トウモロコシ茎紙の準備のための紙原料は以下のとおりである：漂白されたトウモロコシ茎パルプ：６０％、漂白された北部軟材クラフトパルプ（商用グレード）：２０％、フィラー（沈降炭酸カルシウム）：２０％；デンプン：０．５％（オーブンドライ繊維基準ベース）；Ｈｅｒｃｏｎサイズ７９ＡＫＤ（０．５％）：０．２％（オーブンドライ繊維基準）およびＮａｌｃｏ７５２０保持剤（０．１％）：０．０５％（オーブンドライ繊維基準）。漂白されたトウモロコシ茎パルプ（乾燥されていない）は、ハイドロパルパーにおいて軟材クラフトパルプとブレンドされる。ハイドロパルパーの単なる撹拌がフリーネスを約４００ｍｌまで下げたので、精製は必要ではなかった。フィラーとデンプンを機械室に加える。サイズ剤と保持剤を機械室に調節しながら供給する。
【００６８】
硬材紙の準備のための紙原料は以下のとおりである：漂白された混合硬材パルプ（商用グレード）：６０％、漂白された北部軟材クラフトパルプ（商用グレード）：２０％；フィラー（沈降炭酸カルシウム）：２０％；デンプン：０．５％；Ｈｅｒｃｏｎサイズ７９ＡＫＤ（０．５％）：０．２％、およびＮａｌｃｏ７５２０保持剤（０．１％）：．０５％．
硬材および軟材のクラフトパルプラップは、ハイドロパルパーにおいて混合され、コンシステンシー３．７１％で４７０ｍｌＣＳＦレベルに精製される。フィラーとデンプンは機械室に加えられる。サイズ剤と保持剤を機械室に調節しながら供給する。結果を、表８、９、１０および１１に示す。
【００６９】
【表８】
表８は、トウモロコシ茎パルプの密度が木材パルプのものより高かったことを示している。トウモロコシ茎パルプの白色度は木材パルプよりほぼ１ポイント高い。しかし、印刷不透明度は２ポイント以上も低い。木材パルプの散乱係数および吸収係数の両方は、トウモロコシ茎パルプより少し高かった。散乱係数は、紙のボンディング特性と逆の関係にある。トウモロコシ茎パルプの間隙率は、木材パルプの７．１ｓｅｃ／１００ｍｌと比較して、１７１ｓｅｃ／１００ｍｌである。これは、木材パルプの結果が、トウモロコシ茎パルプよりはるかに多孔性のある構造であることを意味する。
【００７０】
【表９】
表９は、トウモロコシ茎パルプのＣＩＥホワイトネスが４ポイント以上木材パルプより高く、ＣＩＥ色調が木材パルプより低かったことを示している。トウモロコシ茎パルプおよび木材パルプの白色度、不透明度、散乱係数、吸収係数は同程度であった。黒に対応する０から完全白色に対応する１００まで増加する明るさを表わすＬＬ＊は、トウモロコシ茎パルプおよび木材パルプの両方とも同程度であり；プラスのとき赤っぽいことを表わすａ，ａ＊は木材パルプよりトウモロコシ茎パルプの方が高く；プラスのとき黄色っぽいことを表わすｂ，ｂ＊はトウモロコシ茎パルプより木材パルプの方が高い。
【００７１】
【表１０】
表１０は、マシン方向（ＭＤ）および横方向（ＣＤ）の両方における木材パルプおよびトウモロコシ茎パルプの強度特性の比較を示す。トウモロコシ茎パルプの強度特性はすべて、木材パルプのそれよりも４０％から３００％高い。マシン方向におけるトウモロコシ茎パルプの引張り強度特性は、木材パルプのそれより約５０％高く、横方向においては１２２％高い。ＭＤおよびＣＤ方向におけるトウモロコシ茎パルプの引張り値は硬材パルプのものよりもそれぞれ５０％、１００％高かった。ＭＤ方向におけるトウモロコシ茎パルプのＴＥＡ（引張りエネルギー吸収）値は硬材パルプのものよりも１３０％高く、ＣＤ方向においては２００％高い。同様に、ＭＤ方向におけるトウモロコシ茎パルプの引裂き係数は、硬材パルプのよりも５５％高く、ＣＤ方向においては３６％高い。フィラーは、一般に、紙のボンディング特性の弱さの原因である。木材パルプにおける１７％のフィラーと比較して、トウモロコシ茎パルプは２２％のフィラーを保持していたが、トウモロコシ茎パルプは木材パルプよりはるかに強度があった。パイロット抄紙機試験は、トウモロコシ茎パルプが繊維マトリックスの中にフィラーを、木材パルプより効率的に保持することができることを、さらに実証した。
【００７２】
【表１１】
表１１は、トウモロコシ茎と硬材パルプの両方のＳｈｅｆｆｉｅｌｄ平滑性、バースト係数、Ｔａｂｅｒ強度および二重折りの数を示す。トウモロコシ茎パルプおよび硬材パルプのＳｈｅｆｆｉｅｌｄ平滑性はフェルト方向において同等であった。しかし、ワイヤ方向においては、トウモロコシ茎パルプは、硬材パルプより平滑であった。トウモロコシ茎パルプのバースト強度は硬材パルプより１００％以上強度があった。ＭＤおよびＣＤ方向におけるトウモロコシ茎パルプの二重折りの数は、木材パルプの２３＊および８＊と比較して、それぞれ４１と１９である。木材パルプは、１ｋｇの張力下で折り重ねるには弱すぎるので、０．５ｋｇの張力を加えた。もし１ｋｇの張力の下で測定されれば、８＊が折り目の数１と実際には同等である。また、２３＊は折り目の数のたったの８と同等である。
【００７３】
抄紙機試験は、硬材紙と同一の条件の下で準備されたそのトウモロコシ茎の紙が、硬材紙より強度特性の点からはるかに優れていて、光学的特性の点から互いと同等であることを明白に実証した。
本発明の種々の項目を本発明の範囲から逸脱することなく変更できることは理解されよう。また、種々の実施例における上述の説明は、例示のためのみのものであって、制限のためのものではない。本発明においては、本発明の精神あるいは範囲から逸脱することなく、種々の変形を行うことができる。このように、本発明は、添付の特許請求の範囲およびそれらの均等物の範囲内にある本発明の変形および変更を含むものである。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】図１は、トウモロコシ茎パルプの化学パルプ化プロセスを説明するフローチャートである。
【図２】図２は、トウモロコシ茎パルプの機械パルプ化および高収率パルプ化プロセスを説明するフローチャートである。
【図３】図３は、トウモロコシ茎パルプからの製紙プロセスを説明するフローチャートである。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トウモロコシ作物の一部を分離するプロセス、および紙製品を製造するための、その作物からパルプを製造することに関する。より詳細には、本発明は、トウモロコシ作物の一部を収穫する方法、すなわち、トウモロコシ作物の地面から穂のあたりまでの一部を収穫する方法に関する。また、本発明は、種々の紙製品に適したパルプを製造するための、機械的、半化学的、および化学的プロセスの少なくとも一つを含む汎用性のあるパルプ化プロセス、およびそのパルプから種々の紙製品を製造することに関する。
【背景技術】
【０００２】
木は、紙および板紙の製品産業への繊維源として主な供給源である。軟材は機械的パルプ化に非常に適した種である。紙製品の強度が重要なところでは、軟材のケミカルパルプが用いられる。硬材は、軟材より非常に短い繊維を有し、一般に機械的パルプ化には適しておらず、化学的および半化学的パルプ化に適している。硬材ケミカルパルプは、表面平滑性および光学特性が重要な紙製品に用いられる。木材ベースの繊維は、パルプ化のための高額な化学薬品経費、煮沸および精製のための高エネルギーの投入、および高コストな化学薬品回収システムを招くので、高価である。また、木材ベースの繊維の環境影響は欠点である。
【０００３】
トウモロコシ茎など農業残留物は、繊維の有望な代替供給源である。詳細には、それらは、印刷や筆記のための製品、トップ・ライナーボード、ライナー、ティッシュペーパーおよび他の専門グレードの紙を含む紙製品を製造するための重要な原料として機能することができる。また、環境問題は、農業の繊維を用いることへの関心を高めることとなった。紙製品を製造するための、農業ベースの資源の開発は、農場収益性を改善し、かつ焼却および土壌処理からの環境汚染を低減するために、重要である。現在のところ、紙製品を製造するための農業の作物の使用は無視できるほどでしかない。これは、１億５０００万トンのトウモロコシ茎を含む約２億８４００万トンの総農業残留物が毎年利用可能な米国において、特に当てはまる。大規模な資本集約的なパルプミルのために原料必要条件を満たすパルプ材の、豊富で、安定した供給があるので、製紙のための繊維源としてのトウモロコシ茎は主なパルプおよび紙生産国においてポピュラーではない。農業残留物に基づいた大規模なパルプミルは、かさの大きい原料の大量供給を必要とし、それによって、輸送問題を生じる。また、農業残留物は季節的であり、それによって、保管問題を生じる。収穫の際のトウモロコシ茎残留物の適切な部分の分離は輸送と保管の問題を低減する。トウモロコシ茎をベースとするパルプミルは小規模で、地域ベースであるべきである。必要に応じて、トウモロコシ茎の有効性および供給ロジスティックスにより、大規模ミルを用いてもよい。
【０００４】
非木材のパルプ化をおよび製紙を含む関連技術にはＨｕｒｔｅｒらが発行した特許文献１が含まれる。この公報は、製紙のための非木材のパルプ化の方法を説明している。トウモロコシのかいば（茎、葉および皮）は、このプロセスにおいて用いられ、低品質繊維および多数の残骸を含んでいる。したがって、ミルと同様に、農場における輸送と保管の問題は、本関連技術分野にも存在する。また、髄、葉および皮は、含んでいる良質の繊維の量が少ない。したがって、チューブ研磨機、コンベアー、ハイドロパルパー、ポンプ、磁気セパレーターおよび脱水スクリーンは、大容量の不必要な材料を取扱わなければならない。
【特許文献１】米国特許６，３０２，９９７号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このように、パルプの収率は３９．６％であり、これは下流側の処理の際にほとんど除去される低品質繊維が多数存在することによりかなり低い。この低品質繊維は質的にも量的にもパルプにどのような利益も与えることなく、化学薬品を消費する。また、ミルは多数の除去物により大量の廃棄問題に直面する。関連技術では従来のアルカリ蒸煮方法が用いられる。酸処理ステップ、オゾン漂白ステップおよび過酸化漂白ステップの追加によって、このプロセスは費用がかさみ、複雑になる。そのプロセスは、また、過酸化水素漂白の際に高投与量の化学薬品を伴う。前述の米国特許における興味あるプロセスステップの開示にもかかわらず、この発明は多くの欠点を有する。例えば：１）繊維価値のほとんどない髄、葉および皮などの材料を有するトウモロコシのかいばの取り扱い；２）不必要なかさ高いものをミルへ移送することは、輸送と、保管と、大量供給量の除去材料の廃棄問題を生じる；３）低パルプ収率；４）酸ステージ、漂白ステージにおける、およびｐＨの調整における高化学薬品消費；５）プロセスは資本コストと運用経費を増加させる余分なステップを含んでいる；６）プロセスはアルカリ煮沸中にはエネルギーを節約するが、精製を通じてより多くのエネルギーを消費する。
【０００６】
本発明では、有利なアプローチを有する非木材パルプ紙の製造に注目した。農場での収穫、プレス、およびすくい出しプロセスを確立し、製品と保管の場所を集約する。あるいは、農業従事者が自分の貯蔵場所有し、ミルによって決められたスケジュールでミルへ材料を輸送するトウモロコシ栽培領域の中心に小型のミルを設立する。理想的には、ミルを空間に最適化するために、ミル保管は約１５日よりも多くするべきでない。より大規模な木材をベースとするミルと競争するために、ミルは、低資本で低経費であるシンプルで、環境にやさしいプロセスを用いるべきである。これらのプロセスは、当技術分野では、現在のところ得られていない。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
したがって、本発明は、関連技術の制限および欠点による１つ以上の問題を実質的に除去する、パルプとパルプから紙製品を製造するプロセスに対するものである。例えば、製紙、トップホワイトライナーの製造、ライナーの製造および他の専門紙の製造における使用に適しているパルプを製造プロセス。プロセスには、農地において繊維源として最適なトウモロコシ茎の一部を分離し、アントラキノンおよび／または他の触媒を有する、あるいは有しないアルカリパルプ化溶液で選択されたトウモロコシ茎の一部を蒸煮し、製紙に適した漂白パルプを生産するための基本的に無塩素の漂白液でパルプを処理する収穫プロセスが含まれる。本発明の利点は、ほとんどが良質の繊維を含み、髄および従来の農場用用地における作物の残りの後の残余をあまり含んでいない、作物の穂あたりより下のトウモロコシ茎作物の底部を取り入れるトウモロコシ茎を収穫するプロセスを提供することにある。
【０００８】
本発明の他の利点は、改良された加工木材チッパーを用いて、選択されたトウモロコシ茎部を切ることにある。
本発明の他の利点は、切られた軸から切られた葉および髄を圧搾空気により分離することにある。
本発明の他の利点は、収穫から蒸煮へのトウモロコシ茎の処理ステップを低減することにある。
【０００９】
本発明の他の利点は、分離プロセスを簡単化するよう１５％以内の髄を蒸煮がまに収容することにある。
本発明の他の利点は、必要な処理ステップ数を最小とするトウモロコシ茎パルプ化プロセスを提供することにある。
本発明の他の利点は、小規模から中規模レベルでコスト面で効果的で環境に優しいトウモロコシ茎パルプ化プロセスを提供することにある。
【００１０】
本発明の他の利点は、最小量の、簡単に入手可能でコストのかからない装置を用いるトウモロコシ茎の収穫およびパルプ化プロセスを提供することにある。
本発明の他の利点は、収穫する際に、従来の農場の農業従事者が入手可能な作物の残りから、トウモロコシ茎作物の穂あたりより下のトウモロコシ茎作物の底部を分離するよう収穫プロセスシステムを提供することにある。
【００１１】
本発明の他の利点は、輸送および保管問題を回避するよう容積を低減する収穫プロセスの際に乾燥したトウモロコシ茎のコンパクトな正方形の梱を製造することにある。
本発明の他の利点は、選択されたトウモロコシ茎の輸送および保管のための管理システムの開発にある。
本発明の他の利点は、収集所からミルへトウモロコシ茎を輸送することにある。
【００１２】
本発明の他の利点は、農地における収穫に際し、土調整および他の従来の農場用途のために、排斥されるトウモロコシ茎作物の一部を残しておくことにある。
本発明の他の利点は、化学薬品含浸および蒸煮ステップの前に、洗浄ステージにおける湯の必要条件を軽減するために、収穫およびコンパクト梱包プロセスに際し、トウモロコシ茎の汚染物質を低減することにある。
【００１３】
本発明の他の利点は、蒸煮がまに入る前の湯洗浄、および煮沸用化学薬品を含浸させたスクリューフィーダにおける圧縮が後に行われるトウモロコシ茎を切ることにある。
また、本発明の他の利点は、材料から水および湯に可溶な抽出物を除去し、蒸煮がまの取り入れ量を増加する圧縮ステップを適用することにある。
本発明のさらなる利点は、連続的な蒸煮がまにおいて分解された原料のよりよい化学薬品含浸のために、圧縮ステップ直後に、煮沸用化学薬品を加えることにある。
【００１４】
本発明の他の利点は、蒸煮がまの取り入れを増加させ、材料へのリカー含浸を増加する圧縮ステップを適用することにある。
本発明の他の利点は、煮沸された繊維を処理するために標準的なペーパミル装置を用いることにある。
本発明の他の利点は、約３０〜１８０分の保持時間、範囲約１１０〜１６０℃の低温で原料を蒸煮することにある。
【００１５】
本発明の他の利点は、洗浄および圧縮ステップ直後に、ＭｇＣｌ２あるいはＭｇＣＯ３などセルロース保護剤が範囲約６０〜１００℃の温度で範囲約３０〜６０分の時間含浸する前処理ステップを加えることにある。
本発明の他の利点は、セルロース保護剤を用いて、前含浸ステージを導入することにより、トウモロコシ茎のケミカルパルプのヘミセルロース要素を最大限にすることにある。
【００１６】
本発明の他の利点は、軟材クラフトパルプとブレンドし、ウェットエンド化学を用いることにより、製紙プロセスにおけるトウモロコシ茎パルプにおけるヘミセルロース要素の利点を取り入れることにある。
本発明の他の利点は、一般的な製紙／製板の紙原料におけるトウモロコシ茎パルプの共同効果を見出すことにある。
【００１７】
本発明の他の利点は、化学薬品、例えば、アントラキノンなど触媒を有するあるいは有しない８〜２０％の活性アルカリ、の使用をより少なくすることにある。
本発明の他の利点は、基本的に無塩素の漂白プロセスにおいて化学薬品の使用を少なくすることにある。
本発明の他の利点は、白色度約８０〜９５％を得るよう、二酸化塩素、アルカリ抽出物、過酸化物、オゾンおよび酸素漂白ステージを適用することである。
【００１８】
本発明の他の利点は、環境に優しいパルプ化および漂白プロセスという方針を変えないよう、煮沸用リカーあるいは漂白リカーにおける硫黄ベースの化学薬品を回避することにある。
本発明の他の利点は、漂白後の繊維を（主としてトウモロコシ茎の皮からの）長い繊維、および（ほとんどが髄からの）短い繊維に、分別することにある。本発明の他の利点は、長い繊維成分および短い繊維成分に繊維分別されていないような種々のグレードの紙を製造するためにトウモロコシ茎パルプを用いることにある。
【００１９】
本発明の他の利点は、（事前の精製がなされた、あるいはなされていない）漂白された軟材クラフトパルプおよびフィラーとのブレンドにおいて、化学パルプを用いる柔軟性にある。
本発明の他の利点は、長い繊維成分が約２５０〜５００ｍｌＣＳＦに精製され、次に、製紙ステップの前に短い繊維成分に加えられることにある。
【００２０】
本発明の他の利点は、洗浄ステージ数の低減により、および稀釈および厚みを増すステージの数を最小限にすることにより、できるだけ内部水を再利用することにより、水の使用を最小限にするトウモロコシ茎パルプ化プロセスにある。
本発明の他の利点は、約５〜２０％の漂白された軟材クラフトパルプ、約５〜６０％の無機フィラー、約０．２５〜４％のデンプン、約０．０２５〜０．５％サイズ剤、カチオン、アニオンおよび／または両性保持剤などを加えることにより、漂白されたトウモロコシ茎パルプから作られた紙の品質を向上させることにある。
【００２１】
本発明の他の利点は、（事前の精製がなされた、あるいはなされていない）漂白された軟材クラフトパルプおよびフィラーとのブレンドにおいて、精製がなされた、あるいはなされていないトウモロコシ茎ケミカルパルプを用いることである。
本発明の他の利点は、漂白された軟材クラフトパルプ、漂白された硬材化学パルプおよびフィラーとのブレンドにおいて、漂白されたトウモロコシ茎ケミカルパルプを用いることである。
【００２２】
本発明の他の利点は、硬材ＣＴＭＰ（ケミサーモメカニカルパルプ）および／またはＢＣＴＭＰ（漂白されたケミサーモメカニカルパルプ）およびフィラーとのブレンドにおいて、漂白されたトウモロコシ茎ケミカルパルプを用いることである。
本発明の他の利点は、漂白されたトウモロコシのケミサーモメカニカルパルプ（ＣＴＭＰ／ＢＣＴＭＰ）、漂白された硬材メカニカルパルプ、漂白された軟材クラフトパルプおよびフィラーとのブレンドにおいて漂白されたトウモロコシ茎ケミカルパルプを用いることにある。
【００２３】
本発明の他の利点は、硬材ケミカルパルプおよび／または漂白された硬材メカニカルパルプ、漂白された軟材クラフトパルプおよびフィラーとのブレンドにおいて、漂白されたトウモロコシ茎メカニカルパルプを用いることにある。
本発明の他の利点は、パッケージンググレードの紙を準備するために、無漂白の軟材クラフトパルプ、および／または無漂白の軟材セミケミカル（クラフト）パルプとのブレンドにおいて、無漂白のトウモロコシ茎ケミカルおよび／またはセミケミカルパルプを用いることにある。
【００２４】
本発明の他の利点は、多層紙の外側層に、漂白された軟材クラフトパルプ（０〜１０％）およびフィラー（１０〜６０％）とのブレンドにおいて漂白されたトウモロコシ茎ケミカルパルプを、適用することである。紙の内側層は、再利用された繊維、低級ヴァージン繊維、抽出物を有するパルプ、および紙面における露出に適さないパルプなど低級繊維を含んでいてもよい。
【００２５】
本発明の他の利点は、少量のデンプン、サイズ剤および保持剤に加えて漂白された軟材クラフトパルプ（０〜１０％）およびフィラー（０〜６０％）をブレンドすることによって、トップ・ライナーに、漂白されたトウモロコシ茎ケミカルパルプを用いることにある。
本発明の他の利点は、トウモロコシ茎パルプの優れた繊維ボンディング能力によって紙強度特性を向上するために、硬材および軟材パルプおよびフィラーからなる紙原料を用いて、既存のミルに漂白されたトウモロコシ茎ケミカルパルプを用いることにある。
【００２６】
本発明の他の利点は、強度特性を落とさずに、紙におけるフィラー保持を向上するよう、漂白されたトウモロコシ茎化学パルプを用いることにある。
本発明の他の利点は、袋用紙、パッケージング紙などの紙の強度特性を向上するよう、無漂白のケミカルおよびセミケミカル軟材クラフトパルプとともに、無漂白のトウモロコシ茎ケミカルパルプを用いることにある。
【００２７】
本発明のさらなる特徴および利点は、以下の説明、およびその説明から明らかな、また本発明の実施から得られる部分に示される。本発明の目的および他の利点は、記載の説明、および特許請求の範囲、同様に添付の図面において示された詳細な構造からわかり、また得られるであろう。
本発明のさらなる理解を提供するために含まれており、明細書と合わせてその一部を構成する添付図面は、本発明の実施例を図示し、詳細な説明と共に本発明の原理を説明するよう機能する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
今日、米国の紙産業は数十年前の製鉄業と同じ状況である。小規模な現代の製鉄業は大規模設備より効率的である。したがって、今は、小規模な効率的なパルプおよび紙産業の開発のための技術を見出す時である。また、今は、ユーカリ樹、アカシアなど高産出プランテーション樹からの競合と対抗する安価な繊維源を見出す時である。トウモロコシのかいばなど農業残留物は繊維の安価な供給源としてユーカリ樹とアカシアと競争しうる。トウモロコシのかいばの潜在的な世界的供給量は１年当たり約７億５０００万トン以上である。また、米国単独でも毎年約１億５０００万トン供給できる。
【００２９】
本発明では、紙産業における、ミニミルプロセスへの移行と、繊維源としてトウモロコシ茎など農業残留物等を用いる必要性を強調する。そのプロセスは、高品質パルプを製造する圧縮含浸およびケミカルプロセスの組合せである。
農業残留物とは、作物から主作物を分離した後に農場に残る材料を示すものとして用いる。例えば、主産物トウモロコシを収穫した後に農地に残るので、トウモロコシ茎は農業残留物である。現在、残ったトウモロコシ茎は商品価値が、ほとんど、あるいは全くない。もちろん、他の農業残留物を用いてもよく、またそのことを企図している。
【００３０】
本発明は、コストに効果があり、環境に優しいプロセスを提供する。例えば、圧縮含浸およびパルプ化および次の３〜７つの漂白ステージが、トウモロコシ茎の選択された部分を優れた強度、清潔性、および排水レートの、高品質で、明るい製紙パルプ、に変換する。そのプロセスは、穂あたりより下のトウモロコシ茎作物の一部、例えば、底部から約２〜３ｆｔの（葉と皮のない）トウモロコシ茎作物を用いる。これら部分は、どのようなタイプの機械的あるいは化学的に髄を取り去る方法を用いなくとも含まれる髄は１５％以内であり、そのため、研究所規模の実験では、硬材パルプの特性と同等および／または優れた強度特性有するパルプを製造している。また、約４６〜５０％の全パルプ収率が選択されたトウモロコシ茎の一部によって達成でき、それは硬材パルプの全収率値と同じかそれ以上である。硬材パルププロセスでは、より厳しいパルプ化条件およびよりコストのかかるパルプ化および漂白プロセスを用いる。本発明の処理は、低い化学薬品代金、温度および圧力を用いた高生産性を確立する。
【００３１】
トウモロコシ茎処理ステージ
本発明のプロセスは、地面から作物の穂のあたりまでの、トウモロコシ茎作物の一部を分離する特有の収穫するプロセスを含む。例えば、分離された部分は、底部から約２〜３ｆｔのトウモロコシ茎作物である。もちろん、これは、作物の特性に依存する。分離されたトウモロコシ茎の部分は、梱に圧縮される。例えば、それらは正方形あるいは長方形の梱に圧縮され、ミルへ輸送される所定時まで農場に保管される。
【００３２】
パルプ化において葉および皮を含むトウモロコシ茎全体の使用は、低生産性をもたらし、実利のない多くの化学薬品を消費する。
ケミサーモメカニカルパルプには共通であるが、化学パルプ化に用いられない圧縮含浸ステップが、異なる目的に用いられている。
パルプ化において本発明に用いられるアルカリパルプ化ステップは、堅材パルプ化プロセスに用いられるそれよりマイルドである。パルプ化ステップではバッチおよび連続プロセスの両方を用いる。例えば、Ｐａｎｄｉａタイプ連続蒸煮がまがトウモロコシ茎のアルカリパルプ化に適当である。蒸煮がまからのパルプは低いリグニン、例えばカッパ８〜１０、を含む。また、パルプを、硬材パルププロセスより少数のステップを用いて、高白色度に漂白することができ、かつ、同様の生産性が得られる。
【００３３】
本発明のプロセスは以下の順序で行うことができる；しかしながら、その順序からの変更も企図している。
トウモロコシ茎の収穫、保管および輸送
このプロセスにおいて、収穫者は、トウモロコシ茎作物の一部を除去する。例えば、収穫者は、ちょうど穂より下のトウモロコシ茎を切る。第１のカットは、土調整、動物の敷きわらおよび他の従来の農場用途に用いることができる。第２のカットは、トウモロコシ茎作物の穂あたりより下のトウモロコシ茎作物の一部を除去する。この部分は、約１０〜２０％の含水率を有し、梱に圧縮される。一般に、それは長方形の梱あるいは正方形の梱に圧縮され、その後、貯蔵場所へ輸送される。菌類など回避するために、梱は乾燥した環境で保管される。
【００３４】
パルプミルに対して約５０マイルの半径内のそれぞれの農民は、ミルに材料を配達する所定時まで、農場にコンパクトな梱を保管する。これにより、ミルは、低減された時間、例えば約２週間分の、コンパクトな梱の在庫を維持するだけでよい。もちろん、梱の保管の時間は、より長くあるいはより短くてもよい。このような管理はミルサイトにおける保管条件を軽減する。ミルは農業者に保管時間に対して代金を支払うか、他の契約関係の形態を農業者と定めることもできる。
【００３５】
原料の処理
そうしたプロセスの次のステップは蒸煮がまに原料を入れることである。このプロセスにおいて、トウモロコシ茎部分の圧縮された梱は解かれて、約２５〜４０ｍｍのサイズに切られる。切られた材料は、傾斜コンベヤベルトの下部の上に置かれる、例えば、投げ下ろされる。コンベヤベルトは、一定循環下の湯で満たされたスチールハウジングに取り付けられることができる。コンベアーは、コンベアーの一端からコンベアーの他端にトウモロコシ茎を液体内において輸送する。これはトウモロコシ茎を湿らせるプロセスである。このプロセスにおいて、トウモロコシ茎部分に付着した汚れおよび／または異物が湯に可溶の材料を介して水溶媒へ離れて、分離される。コンベアーの上端部は少し傾斜され、他の部分のコンベアーはスチールハウジングに取り付けられることができ、約３０度の傾斜を有している。コンベヤーベルトはホッパーに導く。しかしながら、ベルトの構成は、ホッパーに導く適当ないずれの構成にもできる。例えば、傾斜は、３０度未満でもよく、あるいはそれを越えてもよい。コンベヤーベルトに沿って輸送されるとき、インサイチュークリーニングプロセスがトウモロコシ茎に行なわれる。例えば、残った汚れおよび異物をクリーニングするよう、湯が、コンベヤーベルトに沿って輸送される材料に連続的にスプレーされる。コンベヤーベルトの反対端では、湯に浸されてクリーニングされた材料が、ホッパーに入れられる。材料は、プラグスクリューフィーダあるいは他の適当な技術で、ホッパーに供給される。
【００３６】
パルプ化プロセス
プラグスクリューフィーダは、フィーダーから来るトウモロコシ茎を圧縮し、水および湯に可溶の過剰な抽出物を除去する。スクリューフィーダの端部で、圧縮されたトウモロコシ茎は煮沸用リカーに接し、それによって、蒸煮がまに入るとき、煮沸用リカーのよりよい浸透を提供する。このゾーンにおいて、煮沸用リカーフローは、リカーとトウモロコシ茎との比率が約３：１〜７：１となるように制御される。
【００３７】
セルロース保護剤による前処理の場合には、煮沸用リカーを加える前に、追加ステップがパルプ化プロセスに加えられる方がよい。
様々な異なる蒸煮がま、例えば、Ｐａｎｄｉａ蒸煮がまなどを用いることができる。Ｐａｎｄｉａ蒸煮がまは、すべての異なる非木部繊維原料からのパルプの生産によく適しており、高生産性処理に優れた結果を提供する水平に連続的な蒸煮がまである。
【００３８】
連続的なＰａｎｄｉａ蒸煮がまを用いるとき、Ｐａｎｄｉａ蒸煮がまは２〜３本の水平チューブを含むことができる。ブロータンクへ吹き付ける前に、温度は第１のチューブの端部で約１２０〜１７０℃に上げられ、第２のチューブでは煮沸を継続するために約１２０〜１７０℃であり、第３のチューブにおいては冷ますために約１００〜１１０℃とすることができる。第１の水平のチューブにおけるランプ時間は約２０〜４０分で変えることができ、第２のチューブでの煮沸時間は約２０〜９０分で変えることができ、第３の水平チューブにおける冷却時間は約１０〜１５分で変えることができる。任意に、ブロータンクは、熱いパルプ廃液媒体において煮沸された繊維を解離するために適した撹拌器を含んでいてもよい。
【００３９】
バッチプロセスにおいて、プラグスクリューフィーダは、最大積載量を考慮してかさばったトウモロコシ茎を圧縮する。その積載は、回転および／または静止蒸煮がまを、リカーと固形分との比率約３：１〜７：１で満たす。煮沸温度は、約１２０〜１７０℃、時間約３０〜１２０分で変えられる。供給材料温度から煮沸温度まで温度を上げるランプ時間は約１５〜６０分で変えられる。煮沸の後、蒸煮がまの温度は約１００〜１１０℃に低下し、パルプはブロータンクに放出される。ブロータンクにおける撹拌器は熱いパルプ廃液媒体において煮沸された繊維を解離するために適したものである。
【００４０】
煮沸用リカーは約２〜２０％の活性アルカリを含んでいる。溶液を煮沸する約１２〜１５％（オーブンドライのトウモロコシ茎基準）の活性アルカリを、収率範囲約４５〜５０％の漂白可能なグレードのトウモロコシ茎パルプを得るために、用いることができる。収率範囲約６０〜７０％でライナーパルプを得るために、活性アルカリ度は範囲約６〜１０％とできる。収率範囲約８０〜９５％で波形中芯を得るために、活性アルカリ度は範囲約２〜４％とできる。煮沸用リカーは、触媒のアントラキノンおよび／または他の同様の試薬のいずれの組合せも含んでいてもよい。
【００４１】
繊維処理ステップ
ケミカルパルプについては、底面に装着されることができる撹拌器は、熱いリカーがある状態において繊維解離を行う。繊維解離は、十分なパルプ洗浄のために繊維を分離する。また、繊維は、製紙のために、さらに精製される必要があることもある。特に約６０〜７０％の収率であるような高収率ケミカルパルプのためには、ケミカルパルプは、個々の繊維を自由な状態にする煮沸プロセスの後に精製される。波形中芯のために得られる約８０〜９５％の超高収率パルプについては、パルプは個々の繊維を自由な状態にするよう精製される。
【００４２】
スクリーニング、洗浄およびクリーニングステージ
ブロータンクにおける分解の後、パルプを洗浄ステージに送る前に煮沸されていないおよび／または半煮沸および／または繊維塊を除去するよう、パルプを粗目スクリーンを通して送ることができる。黒液はスクリーニングおよび洗浄ステージで分離され、再利用のための化学薬品回収ボイラーに送られる。処理用化学薬品を回収し、パルプをクリーニングにするため、ケミカルパルプは十分な洗浄を必要とする。既存の商用洗濯機は、ブラウン製紙原料を洗浄することができる。トウモロコシ茎パルプのスクリーニングおよびクリーニングは、漂白の前に好ましくは行われる。これによって、漂白用化学薬品を節約し、パルプの漂白性を向上できる。
【００４３】
漂白
残余のリグニンを除去し、パルプ白色度を所定のレベルに増加するよう、漂白液、例えば二酸化塩素、アルカリ過酸化水素およびアルカリ抽出物溶液、の適度な利用を用いることができる。温度、時間および漂白リカー濃度などの漂白条件は、一般に、パルプのリグニン含有量および特定の漂白剤に対する最適の条件に依存する。
【００４４】
例えば、密閉系に漂白剤として二酸化塩素あるいはアルカリ過酸化物を用いるとき、温度範囲約６０〜約９０℃が用いられる。一般に、漂白プロセスは、所望の温度レベルにパルプ温度を調節するために必要な時間を含む約３０〜１２０分間続けられる。漂白温度は、約３０〜１２０分間保持される。３ステップの漂白シーケンス（以下「ＤＥＤ」）は、ＩＳＯ約８０〜８５％のレベルにトウモロコシ茎パルプの白色度を上げることができる。過酸化物、オゾンあるいは酸素漂白ステージなどよりさらなる漂白ステージの１つを追加することは、ＩＳＯ約８６〜９５％に白色度を上げることができる。
【００４５】
製紙
漂白されたパルプは、主としてトウモロコシ茎の皮から得られた長い繊維と、主として髄から得られた短い繊維と、の混合物である。微繊維は繊維より多くの水を保持することから、排水問題を引き起こす微繊維を、製紙の前のこの混合物の精製はより多くを生成することになる。
【００４６】
短い繊維は精製を必要としない。しかし、長い繊維は、ボンディング特性を示すために、精製を必要とすることもあり、また必要としないこともある。漂白された繊維は、長いおよび短い繊維成分に分別される方がよい。長い繊維成分を精製し、次に、製紙の前に短い繊維成分と混合することができる。
他の方法として、漂白されたトウモロコシ茎パルプが、製紙のために、漂白された軟材クラフトおよび／または漂白された硬材クラフトパルプと混合されるとき、分別は必要ではない。トウモロコシ茎パルプはより軟質で、細く、精製するために要するエネルギーがより少ないので、軟材クラフトパルプおよび／または硬材クラフトパルプと混合する際の機械的な作用がある程度精製を行い、繊維−繊維ボンディング特性を生じさせる。最終製品に応じて、（漂白されたあるいは無漂白の）トウモロコシ茎パルプを、種々の程度まで、（漂白されたあるいは無漂白の）軟材クラフトパルプと混合することができる。
【００４７】
漂白されたパルプは、例えば、印刷や筆記用紙、コピー紙、トップホワイトライナーボード、ティッシュペーパー、ベースペーパー、非木材紙、コート紙、マルチプレーヤーペーパー／ペーパーボード、専門紙、などの紙を準備するために用いられる。トウモロコシ茎のＣＴＭＰおよびＢＣＴＭＰは、軟材クラフトパルプ（５〜２０％）とブレンドすることにより新聞用紙を準備するために用いることができる。漂白されたトウモロコシ茎ＣＴＭＰを、筆記および印刷グレード紙の準備のために、漂白されたトウモロコシ茎ケミカルパルプとブレンドすることができる。高収率セミケミカルトウモロコシ茎の紙を、袋用紙、包装紙、パッケージングボード、カートンボードなどを製造するため、高収率軟材クラフトパルプとブレンドすることもできる。トウモロコシ茎から、溶解パルプおよびヘミセルロースから得た有用な副産物を製造することもできる。
【００４８】
印刷および筆記用紙、コピー紙、およびトップホワイトライナーボードは、フィラー含有量約５〜６０％の約５〜２０％漂白された軟材クラフトパルプを含むことができる。フィラーは、炭酸カルシウム、粘土、滑石、カオリン、二酸化チタンなどのどのような組合せも含むことができる。フィラーに加えて、サイズ剤、乾燥強化剤、湿潤強化樹脂および保持剤のどのような組合せも、製紙の際に利用することができる。サイズ剤は、ロジン乳濁液、アルケニル無水コハク酸（ＡＳＡ）、アルキルケテンダイマー（ＡＫＤ）などのどのような組合せを含むことができる。乾燥強化剤は、デンプン、ゴム、可溶性セルロース誘導体などのどのような組合せを含むことができる。湿潤強化樹脂は、ポリビニルアルコール、ラテックスなどのどのような組合せも含むことができる。保持剤は、ポリアクリルアミド、ポリエチレンアミンなどのどのような組合せも含むことができる。
【００４９】
＜実施例＞
以下に示された実施例は、トウモロコシ茎パルプおよび硬材パルプと比較した紙品質を例示する。実施例のある面を、発明の実施においてよく機能するよう、発明者らによって見出された技術と手順の点から説明する。実施例は、発明者らの標準的な実験室における手法を用いて作成された。示された実施例は、発明を制限するためのものではなく、本発明の範囲を逸脱することなく種々の変更、変形、代替を行うことができる。
【実施例１】
【００５０】
トウモロコシ茎部分を、葉および他の不要な材料と手作業で分離した。その後、トウモロコシ茎の軸を小さいかけらに機械的に割った。機械的な分離は２枚の反対に回転するデビルティースプレートで行った。システムは皮を分離する。しかし、相当数の髄が皮とともに残る。なお、他の適当な機械的な分離工具を用いてもよい。
パルプ化実験は、そうしたプロセスから得られた髄および皮を用いて行なわれた。髄の量は、葉、トウモロコシの実および穂以外のトウモロコシ茎の合計の約２３％であった。いくつかの研究所規模の実験において、トウモロコシ茎の皮は完全に分離され、またある場合にはハンドシート特性に対する髄の効果を確認するため１５％の髄を皮に加えた。実験において、トウモロコシ茎片を、湯を用いてパルパーにおいてクリーニングし、所望のトウモロコシ茎コンシステンシーを得るために、空気中で乾燥する。クリーニングされたトウモロコシ茎のコンシステンシーは、煮沸用化学薬品の量、トウモロコシ茎とリカーとの比率を調整する上で、またパルプ収率を知る上で、有用である。
【００５１】
この一連の実験において、約６０分のランプ時間が適用され、煮沸時間は約６０分であり、煮沸温度は約１５０℃であった。煮沸はソーダ法を用いて行われた。活性アルカリとして表示された水酸化ナトリウムの量を、一応は満足できるパルプを得るよう、約１２〜１５％で変えた。表１、２および３は、煮沸用リカーにおける活性アルカリの量、スクリーニングにかけられたパルプの収率、パルプフリーネス（ＣＳＦ）およびハンドシートの機械的・光学的特性を示す。
【００５２】
【表１】
【００５３】
【表２】
【００５４】
【表３】
約１５％の髄を含んでいるトウモロコシ茎からのパルプの特性は、髄のないトウモロコシ茎から得られたパルプ特性より少し低い品質である。ハンドシート特性は硬材パルプのそれに近い。これらの結果は、ある量の髄を含んでいるトウモロコシ茎が良質のパルプの製造に適当であることを示している。これにより、皮からの髄の機械的な分離に関連する多くの作業およびコストを容易に回避することができる。髄から皮を分離するために用いることができるであろう既存のプロセスはハンマーミルである。このプロセスは多くの微繊維および塵を生成し、それらは環境汚染を起こし、繊維品質を低下させ、良質繊維の損失を増加させるであろう。環境に優しい方法で、よい繊維を切ることも失うこともなく、皮を効果的に分離する新しい機械の開発はコストがとてもかかるであろう。表１、２および３に示す通り、研究所規模の実験において実証されたように、髄からのトウモロコシ茎の皮の、こうした分離は全く必要ではない。Ｔａｐｐｉ標準方法を用いて測定されたパルプのカッパー価は約８〜１２の間にあり、それは同様なパルプ収率のクラフト軟材パルプ（カッパー価約２７〜３０）および硬材パルプ（カッパー価約１８〜２２）と比較して非常に低い。したがって、トウモロコシ茎パルプが必要とする漂白用化学薬品は、軟材および硬材パルプに要するそれの半分より少ない。
【実施例２】
【００５５】
作物の底部からのトウモロコシ茎原料は主として皮を備えており、またノットと髄を含んでいる。それは、作物の穂あたりより下のトウモロコシ茎作物の下部、例えば、底部約２〜３ｆｔのトウモロコシ茎を含む。これは厚い皮および比較的少ない髄からなる。トウモロコシ茎の下部にある葉は、切った後に容易に除去することができる。葉の除去あるいは分離は、切られたトウモロコシ茎および葉の密度の差により、エアーブローによって行うことができる。繊維品質は、実施例１に示されるようなトウモロコシ茎の下部における少量の髄の存在によっては、大きく影響されることはない。
【００５６】
この実験においては、１．２７ｋｇ（オーブンドライ基準）の選択されたトウモロコシ茎を、上述の通り、約１４％の活性アルカリを用いて煮沸した。これは、約８０〜１５０℃に温度を上げるために、リカーとトウモロコシ茎との比率７：１、煮沸温度約１５０℃、煮沸時間約６０分、ランプ時間約６０分で行われる。スクリーニングにかけられたパルプ収率は約４６％であった。パルプを、スロットタイプスクリーン０．００８インチでスクリーニングにかけて、パルプから微繊維を除去する２００メッシュスクリーンで脱水した。この煮沸からのパルプを（ＣＴ−Ｄ１）として示しており、漂白テストにかけた。機械的・光学的特性を求めるために、２つの漂白されたパルプサンプルをハンドシートを準備するよう処理した。
【００５７】
約１０ｇずつの６つのサンプルを以下の表４にＣＴ−ｄ−１−１、ＣＴ−ｄ−１−２、ＣＴ−ｄ−１−３、ＣＴ−ｄ−１−４、ＣＴ−ｄ−１−５、ＣＴ−ｄ−１−６として示す。これらのサンプルを、（Ｄ１）ステージにおいて様々な濃度の二酸化塩素を用いて、続いて、抽出ステージ（Ｅ）において同様の濃度の水酸化ナトリウム、（Ｄ２）ステージにおいて同様の濃度の二酸化塩素によって漂白した。また、６つのサンプルの３つを、３つのケースすべてにおいて同様の化学組成の過酸化水素（Ｐ）ステージを用いて、さらに漂白した。漂白条件、化学薬品濃度、異なる漂白ステージおいて用いられる化学薬品および最終白色度を、表４に示す。
【００５８】
【表４】
結果は、少量の化学薬品を用いても、トウモロコシ茎パルプが高い白色度レベルを得ることができることを示している。結果は、軟材と硬材のケミカルパルプの１／３に相当するパルプの低リグニン含有量を示す。トウモロコシ茎は、木材と比較して、必要な煮沸用化学薬品が少なく、煮沸温度が低く、煮沸時間が短い。トウモロコシ茎の下部の選択された部分を用いる場合、トウモロコシ茎処理費は木材と同等であろう。また、保管と輸送のコストはトウモロコシ茎の低価格によって最小限に抑制されるであろう。最終的に、ミルゲートでのトウモロコシ茎のコストは木材よりはるかに安いであろう。
【００５９】
以下に、ハンドシートの機械的・光学的特性におけるトウモロコシ茎パルプの漂白について説明する。
【００６０】
【表５】
漂白されたトウモロコシ茎パルプのカナデイアンスタンダードフリーネス（ＣＳＦ）は範囲約５４０ｍｌであった。漂白されたユーカリ樹（硬材）ケミカルパルプが要する１／１０より小さいわずか１０００回転でＰＦＩミルにおいて精製することにより、これらのＣＳＦ値は約３３０ｍｌまで下がった。このことは、精製エネルギー消費が低減されているという点から、トウモロコシ茎パルプが大きな利点を持つことを示す。
【００６１】
１つの過酸化物ステップの追加は、パルプの白色度を約８２．４から８７．２％へ増加させた。しかし、ハンドシートの強度特性は非常に減少する。結果、漂白シーケンスおよびステージの数を選択するために、最終製品の白色度条件を定めておくことが必要であろう。例えば、紙の表面平滑性、印刷不透明度および白色度を向上させるために、筆記および印刷用紙は、フィラーとして約１５〜２５％の炭酸カルシウムを含んでいる。紙の湿潤ウェブ強度および乾燥強度は、ウェットエンド化学を用いることにより容易に操作することができる。
【実施例３】
【００６２】
パイロット規模煮沸において、約２１．５６ｋｇの切られたトウモロコシ茎（オーブンドライ基準）を、回転蒸煮がまに入れた。トウモロコシ茎にリカー（煮沸溶液）がより含浸するよう、減圧を、蒸煮がまに行った。よい含浸のために周囲環境から約８０℃まで温度が上昇するよう、蒸煮がまを、約３０分間回転した。ランプ時間、約３０分で、温度を約８０から１５０℃へ上昇させた。また、煮沸時間は約１５０℃で約６０分であった。煮沸用リカーは約１４％の活性アルカリを含む。煮沸期間の終わりで、蒸煮がまとブロータンクとの間のパイプラインが接続され、そして、約１００〜１０５℃の温度に対応する圧力を減少するよう圧力を緩やかに解放した。このとき、圧力差を介して蒸煮がまからブロータンクへパルプをすべて吹き飛ばすよう、バルブを完全に開いた。パルプのブロータンクへの移送の後に、湯でパルプを洗浄することを円滑化するために、ブロータンクは底面にスクリーンを有する。パルプを湯で洗浄し、次に、０．００８インチ幅のスロットを有する大きなスクリーンに移送した。スクリーン除去は約０．０７％未満であった。その後、パルプを圧力下で約３０％の固形分に脱水した。その後、脱水されたパルプを細切れにし、将来の使用のために低温室に保管した。スクリーニングにかけられたパルプ収率は、研究所規模の研究と同程度の約４６．５％であった。それぞれがオーブンドライ基準で約３０ｇの３つのサンプルを、ＰＦＩミルにおいて４００、７００のおよび１０００回転で精製した。ハンドシートをＴＡＰＰＩ標準方法に応じて準備し、テストした。表６は、ＰＦＩミルにおいて４００、７００および１０００回転で精製した３つのサンプルの結果をそれぞれ示す。
【００６３】
【表６】
ハンドシートは、引張り係数８２Ｎ−ｍ／ｇ、引裂き係数４．５ｍＮ．ｍ２／ｇおよびバースト係数５．５ｋＰａ．ｍ２／ｇを有する非常によい機械的性質を示す。研究所規模パルプ化の際に、トウモロコシ茎を湯でよく洗浄し、髄成分を手作業で調整したことに注目することは重要である。しかしながら、パイロット規模試験中において、含まれた材料が大量であったために、我々は髄成分を洗浄し調整することができなかった。その結果、パイロット規模の煮沸において用いられたトウモロコシ茎は、研究所規模の煮沸において用いられたトウモロコシ茎と比較して、汚れと髄をより高いパーセンテージで含んでいた可能性がある。これが、研究所規模パルプと比較して少し低級のパルプおよび低い初期白色度であった理由の一つである。パルプがパルプミルで製造され、洗浄、スクリーニングおよびクリーニングシステムのフルセットに組み入れられる場合、これらの問題を解決することができる。
【実施例４】
【００６４】
この実施例において、漂白されたトウモロコシ茎パルプの特性を、同等な漂白されたクラフト硬材パルプと比較した。また、坪量約７５ｇ／ｍ２の２セットのコピー用紙を、特性を見るためにフィラー、例えば、沈降炭酸カルシウム、デンプン、サイズ剤、保持剤など、を用いて準備した。表から、それは、トウモロコシ茎パルプが、ユーカリ樹およびポプラのパルプより十分に高い引張りおよびバースト係数値を与えることがわかる。しかしながら、ユーカリ樹の引裂き値はトウモロコシ茎パルプより十分に高い。結果を表７に示す。
【００６５】
【表７】
これらの２つの実験は、トウモロコシ茎パルプから作られた紙を十分に向上することができることを、製紙に際しウェットエンド化学の公平な使用によって、示す。繊維マトリックスにおけるフィラー（沈降炭酸カルシウム）組み込みにより、ハンドシートの不透明、筆記および印刷グレード紙のための重要な条件は、大部分向上した。
【実施例５】
【００６６】
この実施例においては、漂白されたトウモロコシ茎パルプおよび漂白したされた混合硬材クラフトパルプからのパイロット規模抄紙機において準備された紙の物理的、光学的および機械的特性を比較のために示す。トウモロコシ茎のパルプ化をパイロット規模蒸煮がまにおいて行い、洗浄、スクリーニング、脱水および漂白を行った。実施例２に示したと同様に、トウモロコシ茎パルプの白色度は８８〜９０％の範囲であった。
【００６７】
トウモロコシ茎紙の準備のための紙原料は以下のとおりである：漂白されたトウモロコシ茎パルプ：６０％、漂白された北部軟材クラフトパルプ（商用グレード）：２０％、フィラー（沈降炭酸カルシウム）：２０％；デンプン：０．５％（オーブンドライ繊維基準ベース）；Ｈｅｒｃｏｎサイズ７９ＡＫＤ（０．５％）：０．２％（オーブンドライ繊維基準）およびＮａｌｃｏ７５２０保持剤（０．１％）：０．０５％（オーブンドライ繊維基準）。漂白されたトウモロコシ茎パルプ（乾燥されていない）は、ハイドロパルパーにおいて軟材クラフトパルプとブレンドされる。ハイドロパルパーの単なる撹拌がフリーネスを約４００ｍｌまで下げたので、精製は必要ではなかった。フィラーとデンプンを機械室に加える。サイズ剤と保持剤を機械室に調節しながら供給する。
【００６８】
硬材紙の準備のための紙原料は以下のとおりである：漂白された混合硬材パルプ（商用グレード）：６０％、漂白された北部軟材クラフトパルプ（商用グレード）：２０％；フィラー（沈降炭酸カルシウム）：２０％；デンプン：０．５％；Ｈｅｒｃｏｎサイズ７９ＡＫＤ（０．５％）：０．２％、およびＮａｌｃｏ７５２０保持剤（０．１％）：．０５％．
硬材および軟材のクラフトパルプラップは、ハイドロパルパーにおいて混合され、コンシステンシー３．７１％で４７０ｍｌＣＳＦレベルに精製される。フィラーとデンプンは機械室に加えられる。サイズ剤と保持剤を機械室に調節しながら供給する。結果を、表８、９、１０および１１に示す。
【００６９】
【表８】
表８は、トウモロコシ茎パルプの密度が木材パルプのものより高かったことを示している。トウモロコシ茎パルプの白色度は木材パルプよりほぼ１ポイント高い。しかし、印刷不透明度は２ポイント以上も低い。木材パルプの散乱係数および吸収係数の両方は、トウモロコシ茎パルプより少し高かった。散乱係数は、紙のボンディング特性と逆の関係にある。トウモロコシ茎パルプの間隙率は、木材パルプの７．１ｓｅｃ／１００ｍｌと比較して、１７１ｓｅｃ／１００ｍｌである。これは、木材パルプの結果が、トウモロコシ茎パルプよりはるかに多孔性のある構造であることを意味する。
【００７０】
【表９】
表９は、トウモロコシ茎パルプのＣＩＥホワイトネスが４ポイント以上木材パルプより高く、ＣＩＥ色調が木材パルプより低かったことを示している。トウモロコシ茎パルプおよび木材パルプの白色度、不透明度、散乱係数、吸収係数は同程度であった。黒に対応する０から完全白色に対応する１００まで増加する明るさを表わすＬＬ＊は、トウモロコシ茎パルプおよび木材パルプの両方とも同程度であり；プラスのとき赤っぽいことを表わすａ，ａ＊は木材パルプよりトウモロコシ茎パルプの方が高く；プラスのとき黄色っぽいことを表わすｂ，ｂ＊はトウモロコシ茎パルプより木材パルプの方が高い。
【００７１】
【表１０】
表１０は、マシン方向（ＭＤ）および横方向（ＣＤ）の両方における木材パルプおよびトウモロコシ茎パルプの強度特性の比較を示す。トウモロコシ茎パルプの強度特性はすべて、木材パルプのそれよりも４０％から３００％高い。マシン方向におけるトウモロコシ茎パルプの引張り強度特性は、木材パルプのそれより約５０％高く、横方向においては１２２％高い。ＭＤおよびＣＤ方向におけるトウモロコシ茎パルプの引張り値は硬材パルプのものよりもそれぞれ５０％、１００％高かった。ＭＤ方向におけるトウモロコシ茎パルプのＴＥＡ（引張りエネルギー吸収）値は硬材パルプのものよりも１３０％高く、ＣＤ方向においては２００％高い。同様に、ＭＤ方向におけるトウモロコシ茎パルプの引裂き係数は、硬材パルプのよりも５５％高く、ＣＤ方向においては３６％高い。フィラーは、一般に、紙のボンディング特性の弱さの原因である。木材パルプにおける１７％のフィラーと比較して、トウモロコシ茎パルプは２２％のフィラーを保持していたが、トウモロコシ茎パルプは木材パルプよりはるかに強度があった。パイロット抄紙機試験は、トウモロコシ茎パルプが繊維マトリックスの中にフィラーを、木材パルプより効率的に保持することができることを、さらに実証した。
【００７２】
【表１１】
表１１は、トウモロコシ茎と硬材パルプの両方のＳｈｅｆｆｉｅｌｄ平滑性、バースト係数、Ｔａｂｅｒ強度および二重折りの数を示す。トウモロコシ茎パルプおよび硬材パルプのＳｈｅｆｆｉｅｌｄ平滑性はフェルト方向において同等であった。しかし、ワイヤ方向においては、トウモロコシ茎パルプは、硬材パルプより平滑であった。トウモロコシ茎パルプのバースト強度は硬材パルプより１００％以上強度があった。ＭＤおよびＣＤ方向におけるトウモロコシ茎パルプの二重折りの数は、木材パルプの２３＊および８＊と比較して、それぞれ４１と１９である。木材パルプは、１ｋｇの張力下で折り重ねるには弱すぎるので、０．５ｋｇの張力を加えた。もし１ｋｇの張力の下で測定されれば、８＊が折り目の数１と実際には同等である。また、２３＊は折り目の数のたったの８と同等である。
【００７３】
抄紙機試験は、硬材紙と同一の条件の下で準備されたそのトウモロコシ茎の紙が、硬材紙より強度特性の点からはるかに優れていて、光学的特性の点から互いと同等であることを明白に実証した。
本発明の種々の項目を本発明の範囲から逸脱することなく変更できることは理解されよう。また、種々の実施例における上述の説明は、例示のためのみのものであって、制限のためのものではない。本発明においては、本発明の精神あるいは範囲から逸脱することなく、種々の変形を行うことができる。このように、本発明は、添付の特許請求の範囲およびそれらの均等物の範囲内にある本発明の変形および変更を含むものである。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】図１は、トウモロコシ茎パルプの化学パルプ化プロセスを説明するフローチャートである。
【図２】図２は、トウモロコシ茎パルプの機械パルプ化および高収率パルプ化プロセスを説明するフローチャートである。
【図３】図３は、トウモロコシ茎パルプからの製紙プロセスを説明するフローチャートである。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
農業残留物からパルプを製造する方法であって、
トウモロコシ茎作物の一部を収穫するステップであって、その収穫においてはトウモロコシ茎作物の少なくとも１つの穂あたりより下のトウモロコシ茎の一部を除去することを含んでいるステップと；
そのトウモロコシ茎の一部を乾燥するステップと；
そのトウモロコシ茎の一部を切断するステップと；
その切断されたトウモロコシ茎の一部を洗浄するステップと；
その洗浄されたトウモロコシ茎の一部をスクリューフィーダにおいて水を除去するよう圧縮するステップと；
その圧縮されたトウモロコシ茎の一部からアルカリパルプ化溶液によって所定の条件でパルプを抽出するステップと；
そのパルプを繊維化するステップと；
そのパルプを洗浄するステップと；
その繊維化され洗浄されたパルプを漂白液で処理するステップであって、漂白液は、残留のリグニンと、白色度をＩＳＯ約７０％より大きくするように色と、を除去するステップと、
を備える方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、少なくとも震動、固定蒸煮がま、およびスーパーバッチ蒸煮がまの一つのバッチプロセスが用いられる方法。
【請求項３】
請求項１に記載の方法であって、Ｐａｎｄｉａ蒸煮がまおよびＫｙｍｅｒ蒸煮がまの少なくとも一方の連続処理が用いられる方法。
【請求項４】
請求項１に記載の方法であって、アルカリ溶液によるトウモロコシ茎の煮沸は、温度範囲約１２０〜１６０℃で約３０分〜１２０分行われる方法。
【請求項５】
請求項４に記載の方法であって、アルカリ溶液は、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化アンモニウムおよび水酸化カルシウムの少なくとも一つを含むアルカリ水酸化物溶液からなる方法。
【請求項６】
請求項４に記載の方法であって、アルカリ溶液はさらに炭酸ナトリウムおよび重炭酸ナトリウムの少なくとも一つを含む方法。
【請求項７】
請求項６に記載の方法であって、アルカリ溶液はさらに水酸化ナトリウムを含む方法。
【請求項８】
請求項７に記載の方法であって、アルカリ溶液はさらにアントラキノンを含む方法。
【請求項９】
請求項７に記載の方法であって、水酸化ナトリウムは活性アルカリ濃度範囲約２％〜１８％であり、アントラキノンは濃度範囲約０．０％〜０．５％である方法。
【請求項１０】
請求項７に記載の方法であって、トウモロコシ茎のアルカリ蒸煮中にヘミセルロースを保護するために、圧縮されたトウモロコシ茎材料にＭｇＣｌ２、ＣａＣＯ３などのセルロース保護剤を温度約６０〜約１００℃で約３０〜約６０分含ませる前処理ステップが用いられる方法。
【請求項１１】
請求項１に記載の方法であって、漂白液は二酸化塩素を含む方法。
【請求項１２】
請求項１に記載の方法であって、繊維化され洗浄されたパルプを漂白液で処理するステップは温度範囲約５０〜１００℃で約３０分〜１２０分で行われる方法。
【請求項１３】
請求項１に記載の方法であって、アルカリパルプ化溶液は約１％〜３％の濃度範囲の水酸化ナトリウムを含む方法。
【請求項１４】
請求項１に記載の方法であって、二酸化塩素−アルカリ抽出−二酸化塩素（ＤＥＤ）漂白シーケンスがパルプ白色度をＩＳＯ約８０〜８５％上げる方法。
【請求項１５】
請求項１４に記載の方法であって、ＤＥＤシーケンス後、過酸化水素漂白液（Ｐ）、オゾン溶液（Ｚ）および酸素溶液（Ｏ）の１つがパルプ白色度をＩＳＯ約８６〜９５％に上げるよう用いられる方法。
【請求項１６】
請求項１５に記載の方法であって、二酸化塩素漂白液は、パルプのカッパー価範囲約０．０１〜０．５と等価な量の二酸化塩素を含む方法。
【請求項１７】
請求項１６に記載の方法であって、過酸化水素漂白液は、
オーブンドライパルプ重量約１〜３％の過酸化水素と；
オーブンドライパルプ重量約１〜３％の水酸化ナトリウムと；
オーブンドライパルプ重量約１〜３％のケイ酸ナトリウムと；
オーブンドライパルプ重量約０．０２〜０．０６％の硫酸マグネシウムと；
微量のシーラントと
からなる方法。
【請求項１８】
請求項１７に記載の方法であって、さらに、トウモロコシ茎パルプの白色度を向上する漂白ステージを備え、漂白ステージは、約０．０５〜５％（オーバードライパルプ重量）のオゾン、および約０．１〜２％（オーバードライパルプ重量）の酸素など漂白剤を用いる方法。
【請求項１９】
農業残留物からのパルプで紙を作る方法であって、
農業残留物からパルプを精製するステップと；
農業残留物からパルプをブレンドするステップと；
クリーニングするステップと；
スクリーニングするステップと；
抄紙機においてローリングするステップと；
を備えており、
農業残留物からのパルプはトウモロコシ茎パルプである方法。
【請求項２０】
請求項１９に記載の方法であって、トウモロコシ茎パルプは、少なくとも２５０ｍｌ以上のフリーネスレベルを有する方法。
【請求項２１】
請求項１９に記載の方法であって、トウモロコシ茎パルプは範囲約７〜８０のカッパー価を有する方法。
【請求項２２】
請求項１９に記載の方法であって、トウモロコシ茎パルプは範囲約２〜７のカッパー価を有する方法。
【請求項２３】
請求項１９に記載の方法であって、トウモロコシ茎パルプは約２より小さいカッパー価を有する方法。
【請求項２４】
請求項１９に記載の方法であって、トウモロコシ茎パルプは、精製することなく、および／または紙製品のその最終用途に合う特定の特性を提供するよう木材パルプと組み合わせる前に２５０〜５００ｍｌＣＳＦに精製して用いられる方法。
【請求項２５】
請求項１９に記載の方法であって、トウモロコシ茎パルプは長い繊維成分および短い繊維成分に分別され、トウモロコシ茎パルプのパフォーマンスを最大限にするよう最終用途の特性に応じて再ブレンドされる方法。
【請求項２６】
請求項１９に記載の方法であって、筆記および印刷紙、コピー、専用用紙、封筒紙が、一つ以上のパルプおよび／または次のグループからの添加物でブレンドすることによって、漂白されたトウモロコシ茎パルプから製造される方法、
漂白された軟材ケミカルパルプ；
漂白された硬材ケミカルパルプ：０〜２０％；
フィラー（沈殿されたあるいは粉砕された炭酸カルシウム、粘土、カオリン、滑石、二酸化チタンなど）：０〜３０％；
乾燥強度化学薬品（デンプンあるいは他の高分子材料）：０〜４％；
サイズ剤（ロジン乳濁液、ＡＫＤ、ＡＳＡあるいはその他のもの）：０．０５〜５％；および
カチオンおよび／またはアニオン重合保持剤（デンプン、ポリアクリルアミド、ポリエチレンイミン、コロイド状シリカ、ベントナイト、有機ミクロ粒子など）：０〜５％。
【請求項２７】
請求項１９に記載の方法であって、トップホワイトライナーが、次のグループからの一つ以上の添加物でブレンドすることによって、漂白されたトウモロコシ茎パルプから製造される方法、
漂白された軟材化学パルプ：０〜３０％；
漂白された硬材ケミカルパルプ：０〜３０％；
フィラー（沈殿されたあるいは粉砕された炭酸カルシウム、粘土、カオリン）０〜２０％；
乾燥強度剤（デンプンあるいは他の高分子材料）：０〜４％；
サイズ剤（ロジン乳濁液、ＡＫＤ、ＡＳＡあるいはその他のもの）：０．０５〜２％；および
保持剤（デンプン、ポリアクリルアミド、ポリエチレンイミン、コロイド状シリカ、ベントナイト、有機ミクロ粒子など）：０〜５％。
【請求項２８】
請求項１９に記載の方法であって、牛乳、ジュースおよび他の飲料用カートンパッケージが、次のグループからの一つ以上の添加物でブレンドすることによって、漂白されたトウモロコシ茎パルプから製造される方法、
漂白された軟材化学パルプ：０〜２０％；
サイズ剤（ロジン乳濁液、ＡＫＤ、ＡＳＡあるいはその他のもの）：０．０１〜５％；および
保持剤（でんぷん、ポリアクリルアミド、ポリエチレンイミン、コロイド状シリカ、ベントナイト、有機ミクロ粒子など）：０〜５．５％。
【請求項２９】
請求項１９に記載の方法であって、無漂白の軟材化学的あるいは半化学的パルプを用いずまたは用いて、ライナーボードが、無漂白の化学的あるいは半化学的トウモロコシ茎パルプから製造される方法。
【請求項３０】
請求項１９に記載の方法であって、波形中芯が、高収率硬材パルプと混合された高収率トウモロコシ茎パルプから製造される方法。
【請求項３１】
請求項１９に記載の方法であって、ティッシュペーパー、湿潤強力紙および工業紙が、次のグループからの一つ以上の添加物でブレンドすることによって、漂白されたトウモロコシ茎パルプから製造される方法、
漂白された軟材化学パルプ：０〜３０％；
漂白された硬材ケミカルパルプ：０〜２０％；
サイズ剤（ロジン乳濁液、ＡＫＤ、ＡＳＡあるいはその他のもの）：０．０１〜５％；および
保持剤（デンプン、ポリアクリルアミド、ポリエチレンイミン、コロイド状シリカ、ベントナイト、有機ミクロ粒子など）：０〜５．５％。
【請求項３２】
請求項１９に記載の方法であって、コピー紙、専用用紙、および封筒紙が、次のグループからの一つ以上の添加物でブレンドすることによって、漂白されたトウモロコシ茎パルプから製造される方法、
漂白された軟材化学パルプ：０〜３０％；
漂白された硬材ケミカルパルプ：０〜２０％；
フィラー（沈殿されたあるいは粉砕された炭酸カルシウム、粘土、カオリン）：０〜４０％；
乾燥強度剤（デンプンあるいは他の高分子材料）：０〜５％；
サイズ剤（ロジン乳濁液、ＡＫＤ、ＡＳＡあるいはその他のもの）：０．０１〜５％；および
保持剤（デンプン、ポリアクリルアミド、ポリエチレンイミン、コロイド状シリカ、ベントナイト、有機ミクロ粒子など）：０〜５．５％。
【請求項１】
農業残留物からパルプを製造する方法であって、
トウモロコシ茎作物の一部を収穫するステップであって、その収穫においてはトウモロコシ茎作物の少なくとも１つの穂あたりより下のトウモロコシ茎の一部を除去することを含んでいるステップと；
そのトウモロコシ茎の一部を乾燥するステップと；
そのトウモロコシ茎の一部を切断するステップと；
その切断されたトウモロコシ茎の一部を洗浄するステップと；
その洗浄されたトウモロコシ茎の一部をスクリューフィーダにおいて水を除去するよう圧縮するステップと；
その圧縮されたトウモロコシ茎の一部からアルカリパルプ化溶液によって所定の条件でパルプを抽出するステップと；
そのパルプを繊維化するステップと；
そのパルプを洗浄するステップと；
その繊維化され洗浄されたパルプを漂白液で処理するステップであって、漂白液は、残留のリグニンと、白色度をＩＳＯ約７０％より大きくするように色と、を除去するステップと、
を備える方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、少なくとも震動、固定蒸煮がま、およびスーパーバッチ蒸煮がまの一つのバッチプロセスが用いられる方法。
【請求項３】
請求項１に記載の方法であって、Ｐａｎｄｉａ蒸煮がまおよびＫｙｍｅｒ蒸煮がまの少なくとも一方の連続処理が用いられる方法。
【請求項４】
請求項１に記載の方法であって、アルカリ溶液によるトウモロコシ茎の煮沸は、温度範囲約１２０〜１６０℃で約３０分〜１２０分行われる方法。
【請求項５】
請求項４に記載の方法であって、アルカリ溶液は、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化アンモニウムおよび水酸化カルシウムの少なくとも一つを含むアルカリ水酸化物溶液からなる方法。
【請求項６】
請求項４に記載の方法であって、アルカリ溶液はさらに炭酸ナトリウムおよび重炭酸ナトリウムの少なくとも一つを含む方法。
【請求項７】
請求項６に記載の方法であって、アルカリ溶液はさらに水酸化ナトリウムを含む方法。
【請求項８】
請求項７に記載の方法であって、アルカリ溶液はさらにアントラキノンを含む方法。
【請求項９】
請求項７に記載の方法であって、水酸化ナトリウムは活性アルカリ濃度範囲約２％〜１８％であり、アントラキノンは濃度範囲約０．０％〜０．５％である方法。
【請求項１０】
請求項７に記載の方法であって、トウモロコシ茎のアルカリ蒸煮中にヘミセルロースを保護するために、圧縮されたトウモロコシ茎材料にＭｇＣｌ２、ＣａＣＯ３などのセルロース保護剤を温度約６０〜約１００℃で約３０〜約６０分含ませる前処理ステップが用いられる方法。
【請求項１１】
請求項１に記載の方法であって、漂白液は二酸化塩素を含む方法。
【請求項１２】
請求項１に記載の方法であって、繊維化され洗浄されたパルプを漂白液で処理するステップは温度範囲約５０〜１００℃で約３０分〜１２０分で行われる方法。
【請求項１３】
請求項１に記載の方法であって、アルカリパルプ化溶液は約１％〜３％の濃度範囲の水酸化ナトリウムを含む方法。
【請求項１４】
請求項１に記載の方法であって、二酸化塩素−アルカリ抽出−二酸化塩素（ＤＥＤ）漂白シーケンスがパルプ白色度をＩＳＯ約８０〜８５％上げる方法。
【請求項１５】
請求項１４に記載の方法であって、ＤＥＤシーケンス後、過酸化水素漂白液（Ｐ）、オゾン溶液（Ｚ）および酸素溶液（Ｏ）の１つがパルプ白色度をＩＳＯ約８６〜９５％に上げるよう用いられる方法。
【請求項１６】
請求項１５に記載の方法であって、二酸化塩素漂白液は、パルプのカッパー価範囲約０．０１〜０．５と等価な量の二酸化塩素を含む方法。
【請求項１７】
請求項１６に記載の方法であって、過酸化水素漂白液は、
オーブンドライパルプ重量約１〜３％の過酸化水素と；
オーブンドライパルプ重量約１〜３％の水酸化ナトリウムと；
オーブンドライパルプ重量約１〜３％のケイ酸ナトリウムと；
オーブンドライパルプ重量約０．０２〜０．０６％の硫酸マグネシウムと；
微量のシーラントと
からなる方法。
【請求項１８】
請求項１７に記載の方法であって、さらに、トウモロコシ茎パルプの白色度を向上する漂白ステージを備え、漂白ステージは、約０．０５〜５％（オーバードライパルプ重量）のオゾン、および約０．１〜２％（オーバードライパルプ重量）の酸素など漂白剤を用いる方法。
【請求項１９】
農業残留物からのパルプで紙を作る方法であって、
農業残留物からパルプを精製するステップと；
農業残留物からパルプをブレンドするステップと；
クリーニングするステップと；
スクリーニングするステップと；
抄紙機においてローリングするステップと；
を備えており、
農業残留物からのパルプはトウモロコシ茎パルプである方法。
【請求項２０】
請求項１９に記載の方法であって、トウモロコシ茎パルプは、少なくとも２５０ｍｌ以上のフリーネスレベルを有する方法。
【請求項２１】
請求項１９に記載の方法であって、トウモロコシ茎パルプは範囲約７〜８０のカッパー価を有する方法。
【請求項２２】
請求項１９に記載の方法であって、トウモロコシ茎パルプは範囲約２〜７のカッパー価を有する方法。
【請求項２３】
請求項１９に記載の方法であって、トウモロコシ茎パルプは約２より小さいカッパー価を有する方法。
【請求項２４】
請求項１９に記載の方法であって、トウモロコシ茎パルプは、精製することなく、および／または紙製品のその最終用途に合う特定の特性を提供するよう木材パルプと組み合わせる前に２５０〜５００ｍｌＣＳＦに精製して用いられる方法。
【請求項２５】
請求項１９に記載の方法であって、トウモロコシ茎パルプは長い繊維成分および短い繊維成分に分別され、トウモロコシ茎パルプのパフォーマンスを最大限にするよう最終用途の特性に応じて再ブレンドされる方法。
【請求項２６】
請求項１９に記載の方法であって、筆記および印刷紙、コピー、専用用紙、封筒紙が、一つ以上のパルプおよび／または次のグループからの添加物でブレンドすることによって、漂白されたトウモロコシ茎パルプから製造される方法、
漂白された軟材ケミカルパルプ；
漂白された硬材ケミカルパルプ：０〜２０％；
フィラー（沈殿されたあるいは粉砕された炭酸カルシウム、粘土、カオリン、滑石、二酸化チタンなど）：０〜３０％；
乾燥強度化学薬品（デンプンあるいは他の高分子材料）：０〜４％；
サイズ剤（ロジン乳濁液、ＡＫＤ、ＡＳＡあるいはその他のもの）：０．０５〜５％；および
カチオンおよび／またはアニオン重合保持剤（デンプン、ポリアクリルアミド、ポリエチレンイミン、コロイド状シリカ、ベントナイト、有機ミクロ粒子など）：０〜５％。
【請求項２７】
請求項１９に記載の方法であって、トップホワイトライナーが、次のグループからの一つ以上の添加物でブレンドすることによって、漂白されたトウモロコシ茎パルプから製造される方法、
漂白された軟材化学パルプ：０〜３０％；
漂白された硬材ケミカルパルプ：０〜３０％；
フィラー（沈殿されたあるいは粉砕された炭酸カルシウム、粘土、カオリン）０〜２０％；
乾燥強度剤（デンプンあるいは他の高分子材料）：０〜４％；
サイズ剤（ロジン乳濁液、ＡＫＤ、ＡＳＡあるいはその他のもの）：０．０５〜２％；および
保持剤（デンプン、ポリアクリルアミド、ポリエチレンイミン、コロイド状シリカ、ベントナイト、有機ミクロ粒子など）：０〜５％。
【請求項２８】
請求項１９に記載の方法であって、牛乳、ジュースおよび他の飲料用カートンパッケージが、次のグループからの一つ以上の添加物でブレンドすることによって、漂白されたトウモロコシ茎パルプから製造される方法、
漂白された軟材化学パルプ：０〜２０％；
サイズ剤（ロジン乳濁液、ＡＫＤ、ＡＳＡあるいはその他のもの）：０．０１〜５％；および
保持剤（でんぷん、ポリアクリルアミド、ポリエチレンイミン、コロイド状シリカ、ベントナイト、有機ミクロ粒子など）：０〜５．５％。
【請求項２９】
請求項１９に記載の方法であって、無漂白の軟材化学的あるいは半化学的パルプを用いずまたは用いて、ライナーボードが、無漂白の化学的あるいは半化学的トウモロコシ茎パルプから製造される方法。
【請求項３０】
請求項１９に記載の方法であって、波形中芯が、高収率硬材パルプと混合された高収率トウモロコシ茎パルプから製造される方法。
【請求項３１】
請求項１９に記載の方法であって、ティッシュペーパー、湿潤強力紙および工業紙が、次のグループからの一つ以上の添加物でブレンドすることによって、漂白されたトウモロコシ茎パルプから製造される方法、
漂白された軟材化学パルプ：０〜３０％；
漂白された硬材ケミカルパルプ：０〜２０％；
サイズ剤（ロジン乳濁液、ＡＫＤ、ＡＳＡあるいはその他のもの）：０．０１〜５％；および
保持剤（デンプン、ポリアクリルアミド、ポリエチレンイミン、コロイド状シリカ、ベントナイト、有機ミクロ粒子など）：０〜５．５％。
【請求項３２】
請求項１９に記載の方法であって、コピー紙、専用用紙、および封筒紙が、次のグループからの一つ以上の添加物でブレンドすることによって、漂白されたトウモロコシ茎パルプから製造される方法、
漂白された軟材化学パルプ：０〜３０％；
漂白された硬材ケミカルパルプ：０〜２０％；
フィラー（沈殿されたあるいは粉砕された炭酸カルシウム、粘土、カオリン）：０〜４０％；
乾燥強度剤（デンプンあるいは他の高分子材料）：０〜５％；
サイズ剤（ロジン乳濁液、ＡＫＤ、ＡＳＡあるいはその他のもの）：０．０１〜５％；および
保持剤（デンプン、ポリアクリルアミド、ポリエチレンイミン、コロイド状シリカ、ベントナイト、有機ミクロ粒子など）：０〜５．５％。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公表番号】特表２００６−５２７８００（Ｐ２００６−５２７８００Ａ）
【公表日】平成１８年１２月７日（２００６．１２．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−５１７１６９（Ｐ２００６−５１７１６９）
【出願日】平成１６年６月３日（２００４．６．３）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００４／０１７３４１
【国際公開番号】ＷＯ２００５／００１１９５
【国際公開日】平成１７年１月６日（２００５．１．６）
【出願人】（５０５０３８７９３）コーン パルプ アンド ペーパー，インコーポレイテッド (1)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成１８年１２月７日（２００６．１２．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年６月３日（２００４．６．３）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００４／０１７３４１
【国際公開番号】ＷＯ２００５／００１１９５
【国際公開日】平成１７年１月６日（２００５．１．６）
【出願人】（５０５０３８７９３）コーン パルプ アンド ペーパー，インコーポレイテッド (1)
【Ｆターム（参考）】
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