説明

印刷古紙の脱墨方法

【課題】印刷古紙を原料とする脱墨パルプの製造において、粘着異物の微細化を防ぎ、排水のCODを低下させ、かつ残留インキ量の少ない脱墨パルプを製造する。
【解決手段】印刷古紙の脱墨パルプの製造の際の脱インキ工程において結晶性層状珪酸塩の無水物、及び、pH10.5、40℃、臨界ミセル濃度(CMC)以上の濃度における静的表面張力とpH8.5、40℃、臨界ミセル濃度(CMC)以上の濃度における静的表面張力との差が0〜3.5mN/mの脱墨剤を、好ましくは絶乾パルプ質量に対して0.1〜1.5質量%添加し、pH7.0〜9.9でインキを剥離する

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、脱墨パルプを製造する方法に関する。さらに詳しくは、脱墨パルプの製造における脱インキ工程において、結晶性層状珪酸塩の無水物と、特定の静的表面張力を有する脱墨剤とを添加し、弱アルカリ性領域から中性領域の条件でパルプからインキを剥離する脱墨パルプの製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、省資源あるいは地球規模での環境保護といった観点から、古紙の再生利用が注目される中で、古紙をより高度に処理し、再生利用の範囲を拡大することが製紙業界における極めて重要な課題となっている。この一つの方向として印刷古紙の印刷インキを脱墨して除去し、残留インキの少ないパルプを製造して、必要に応じてバージンパルプと混合し新たな紙が製造されている。
【0003】
しかしながら、脱墨パルプ製造における離解処理やインキ剥離処理では、一般に10を超えるpHといった高アルカリ条件下で高剪断力をかけるため、古紙の中に混入している粘着剤、接着剤、粘着テープ、雑誌の背糊、ビニールテープ等の異物が微細化し、その後のスクリーンやクリーナーなどといった精選処理を通しても完全に取り除くことは非常に困難となっている。脱墨パルプに微細化された異物が混入していると脱墨パルプを用いて紙を製造する際に紙切れなどのマシントラブルが生じたり、紙に異物が抄き込まれるなどの紙の品質の低下が起こる。さらに、アルカリ条件下で高剪断力をかけるため、排液の化学的酸素要求量(COD, chemical oxygen demand)が増加し、またパルプ繊維が痛むので濾水度が低下しマシン走行性が悪化し、さらに嵩の低い光学適性に劣るパルプとなるという問題がある。
【0004】
紙パ技協誌 第49巻(1)121〜130頁(非特許文献1)に、低温、中性で印刷古紙を離解することによって異物の微細化を防ぎ、スクリーンなどで異物を大きい状態で取り除いてから、高アルカリ条件下でインキを剥離する方法が提案されている。しかし、異物に関しては改善が期待されるが、高アルカリ条件下で高剪断力をパルプに与えることになり、CODの低下に関しては期待できない。
【0005】
これらの課題に対し、脱墨パルプ(DIP, deinked pulp)製造でのアルカリ薬品を軽減し、中性化することにより古紙の中に混入している異物の微細化を防ぎ、かつ排液のCODを低下させる方法が提案されている。しかし、アルカリ薬品の軽減はインキ剥離性の低下を招き最終パルプの品質を損なうことになる。そのため特開平11−200269号公報(特許文献1)ではアルカリ条件下で熟成した印刷古紙を酸添中和する方法を採用し、中和後あるいは中和と同時に高剪断力をかけることで残留インキの少ないDIPを製造し、かつDIP製造工程からの排液のCODを低下させる方法を提案している。しかし、アルカリ熟成した古紙の中和に酸を使用することはコストアップに繋がっている。
【0006】
特許第3260211号公報(特許文献2)には、脱インキ性能を有する結晶性珪酸塩が示されている。しかし、これを、弱アルカリ性から中性領域といった脱インキが困難である条件下で使用することは示されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0007】
【特許文献1】特開平11−200269号公報
【特許文献2】特許第3260211号公報
【非特許文献】
【0008】
【非特許文献1】紙パ技協誌 第49巻(1)121〜130頁
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
本発明は、脱インキ工程を弱アルカリ性から中性領域の条件で行うことにより、異物の微細化を防ぎ、排水のCODを低下させ、残留インキ量の少ない脱墨パルプを製造することができ、かつ、操業性に優れた脱墨パルプの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0010】
本発明者らは、弱アルカリ性領域から中性領域の条件における印刷古紙を原料とする脱墨パルプの製造方法について鋭意検討した結果、脱インキ工程において結晶性層状珪酸塩の無水物、及び、pH10.5、40℃、臨界ミセル濃度(CMC)以上の濃度における静的表面張力とpH8.5、40℃、臨界ミセル濃度(CMC)以上の濃度における静的表面張力との差が0〜3.5mN/mの脱墨剤を添加し、pH7.0〜9.9でパルプからインキを剥離することにより、目的を達成できることを見出した。
【発明の効果】
【0011】
結晶性層状珪酸塩の無水物、及び、pH10.5、40℃、臨界ミセル濃度(CMC)以上の濃度における静的表面張力とpH8.5、40℃、臨界ミセル濃度(CMC)以上の濃度における静的表面張力との差が0〜3.5mN/mの脱墨剤を脱インキ工程で使用することによって、通常用いられるpHが10を超えるような高アルカリ領域の条件に比べてインキ剥離性に劣る弱アルカリ性から中性領域の条件で脱インキ工程を行っても、残留インキ量の少ない脱墨パルプを製造することができる。また、弱アルカリ性から中性領域の条件で脱インキ工程を行うことにより、粘着異物が過度に微細化されないので、後の除塵工程での粘着異物除去効率を向上させることができ、かつ排液のCODを低下させることができる。
【発明を実施するための形態】
【0012】
本発明では、脱墨パルプの製造における脱インキ工程において、結晶性層状珪酸塩の無水物と、特定の静的表面張力を有する脱墨剤とを添加し、pH7.0〜9.9の条件下で、パルプからインキを剥離する。
【0013】
(古紙)
本発明の脱墨パルプの原料となる古紙としては、印刷古紙であればいずれでもよく、例えば、新聞紙、チラシ、雑誌、書籍、事務用紙、その他複写機、OA機器から生ずる印刷紙などが含まれる。特に、粘着剤、接着剤、粘着テープ、雑誌の背糊等の粘着物を含む雑誌古紙等も本発明の脱墨パルプの原料として用いることができる。
【0014】
(脱墨パルプの製造)
通常、脱墨パルプの製造においては、アルカリ性薬品及び界面活性剤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及び/または洗浄処理、一般的には10〜35質量%のパルプ濃度に脱水した後、アルカリ性薬品、過酸化水素及び/または界面活性剤を添加してパルプからインキをさらに剥離させるアルカリ浸漬処理(熟成処理ともいう)、さらに、再度のフローテーション処理及び/または洗浄処理が行なわれる。この後、除塵工程(異物除去工程)で異物が除去される。
【0015】
(結晶性層状珪酸塩および脱墨剤の添加)
本発明において、結晶性層状珪酸塩の無水物、及び、pH10.5、40℃、臨界ミセル濃度(CMC)以上の濃度における静的表面張力とpH8.5、40℃、臨界ミセル濃度(CMC)以上の濃度における静的表面張力との差が0〜3.5mN/mの脱墨剤を脱インキ工程で添加することが必須である。本発明における「脱インキ工程」とは、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いい、具体的には、上記の離解処理、アルカリ浸漬処理(熟成処理ともいう)、及び機械的シェアによるインキ剥離処理をいう。結晶性層状珪酸塩および脱墨剤はこれらの何れの処理で添加しても良いが、脱インキ工程の初段階である離解処理時に添加するのは好ましい。
【0016】
(pH)
本発明においてはアルカリ性薬品の添加量を抑えるなどにより、pH7.0〜9.9、好ましくはpH7.0〜9.5の弱アルカリ性領域から中性領域の条件で脱インキ工程を行う。pHが7.0より低い場合には、古紙の離解性やインキ剥離性が著しく低下するため、望ましくない。また、pHが9.9を超えた場合には、古紙の離解やインキ剥離の際、粘着異物の微細化が促進され、排液のCODが著しく増加するため、好ましくない。pHの調整は、結晶性層状珪酸塩の無水物および脱墨剤を添加する以前の段階であればいつでもよいが、脱インキ工程の初段階である離解処理時に上記範囲に調整することが最も好ましい。
【0017】
(離解処理)
本発明における離解処理では、高濃度パルパー、低濃度パルパー及びドラムパルパーのいずれを用いてもかまわないが、高濃度パルパーを用いて離解処理を行うことが好ましい。また、離解処理時の温度に関しては、好ましくは60℃以下、更に好ましくは50℃以下で行うものとするが、これに限られたものではない。
【0018】
(インキ剥離処理)
機械的シェアによるインキ剥離処理では、ニーダー、ディスパーザー及びリファイナーのいずれを用いてもかまわない。
【0019】
(結晶性層状珪酸塩の無水物)
本発明に使用する結晶性層状珪酸塩の無水物は、一般式としてNa2O・2SiO2、K2O・2SiO2等で表されるものを使用することが好ましいが、必ずしもそれに限定されるものではない。通常インキの剥離に使用される珪酸塩(水ガラス等)は、非結晶状態であり、定形の結晶構造を有するものではない。それに対して、本発明で使用する結晶性層状珪酸塩の無水物は、次の[化1]に示されるような構造を有するものであり、分子の基本構造がシリケート層(SiO4)とその周囲のナトリウムイオンあるいはカリウムイオンによって構成され、盤状の層が積み重なった層状構造を有し、δ型の結晶構造を有する。このような結晶性層状珪酸塩は、他の結晶性珪酸塩に比べて、金属イオン捕捉能力が格段に高い。
【0020】
【化1】

【0021】
結晶性層状珪酸塩の無水物としては、粒子径が600μm以下のものを用いることが好ましいが、必ずしもこれに限定されるものではない。より好ましくは、粒子径が60μm以上100μm以下のものを使用する。 本発明に使用する結晶性層状珪酸塩の無水物の添加量は、絶乾パルプ質量に対して0.1〜1.5質量%であることが好ましく、0.1〜1.0質量%であることがより好ましい。添加量を0.1質量%以上とすることにより、古紙の離解性やインキ剥離性をより良好にすることができる。また、1.5質量%以下とすることにより、古紙の離解やインキ剥離の際のpHが高くなりすぎるのを防ぎ、粘着異物の微細化やCODの著しい増加を抑えることができる。
【0022】
本発明に使用する結晶性層状珪酸塩の無水物は、固体、若しくは懸濁液状態で添加されることが好ましいが、必ずしもそれに限定されるものではない。
結晶性層状珪酸塩の無水物と併用するアルカリ薬品は、苛性ソーダ、水酸化カリウム、珪酸ソーダ、炭酸ソーダのうち少なくとも一種類以上を使用すればよい。
【0023】
(脱墨剤)
本発明においては、pH10.5、40℃、臨界ミセル濃度(CMC)以上の濃度における静的表面張力とpH8.5、40℃、臨界ミセル濃度(CMC)以上の濃度における静的表面張力との差が0〜3.5mN/mの脱墨剤を添加する。このような脱墨剤を用いることで、弱アルカリ性から中性領域の条件で脱インキ処理を行っても、脱墨剤の効果が十分に発揮される。ここで、臨界ミセル濃度(CMC;Critical Micelle Concentration)とは、脱墨剤中の界面活性剤分子が親油基同士を内側に向けた会合体(ミセル)を形成する濃度をいう。また、静的表面張力は、Wilhelmy法(プレート法)に基づいて測定することができる。
【0024】
このような脱墨剤としては、高級アルコールポリオキシアルキレンエーテルを含むものが好ましい。
本発明において使用するpH10.5、40℃、臨界ミセル濃度(CMC)以上の濃度における静的表面張力とpH8.5、40℃、臨界ミセル濃度(CMC)以上の濃度における静的表面張力との差が0〜3.5mN/mの脱墨剤の添加量としては、パルプ絶乾質量に対して0.01〜0.5質量%であることが好ましい。
【0025】
本発明においては、上記の特定の静的表面張力を有する脱墨剤に加えて、必要に応じて、他の公知の脱墨剤を同時に使用することができる。そのような他の脱墨剤としては、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、陰イオン性海面活性剤、非イオン性界面活性剤、陽イオン性界面活性剤を用いることができる。
【0026】
(フローテーション処理/洗浄処理および除塵工程)
離解処理、若しくは、インキ剥離処理を終えた後は、所望に応じて追加の脱墨剤、漂白剤、キレート剤、凝集剤などのフローテーション助剤などを加えてフローテーション処理または洗浄処理を行なうことができる。また、その後、除塵工程(異物除去工程)を行なうことができる。これらのときには繊維や異物に高剪断力がかからないため、pHは弱アルカリ性から中性のままでもよいし、アルカリ性にしてもかまわない。ただし、望ましくは弱アルカリ性から中性のままで処理を行った方が、パルプ繊維がアルカリ性条件下にある時間が短くなるので、CODの低減効果は高くなる。除塵工程(異物除去工程)は離解処理の後及び/またはインキ剥離処理の後で行ってもよい。
【0027】
(脱墨パルプ)
上記の方法により得られた脱墨パルプは、その後、必要に応じて、ECF漂白などの漂白を行なってもよい。本発明の方法により製造された脱墨パルプは、粘着異物が低減されているので、脱墨パルプを含む紙を製造する際に、粘着異物に起因する紙切れなどの欠陥の発生が抑えられ操業トラブルを軽減することができ、安定した生産性を確保することが可能になる。
【0028】
(紙)
本発明により製造された脱墨パルプを含む紙は、紙面上のダート(黒点、チリ等)が少なく、優れた品質を有する。本発明の脱墨パルプの製造方法においては、パルプ繊維の膨潤や損傷が抑制され、繊維の濾水性や強度が低下することがないため、嵩、不透明度、剛度が良好で、かつ印刷適性に優れた紙を得ることができる。
【0029】
本発明により製造された脱墨パルプを含む紙は、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。
【0030】
(作用)
結晶性層状珪酸塩の無水物を添加することにより、弱アルカリ性から中性領域の条件で脱インキ工程を行っても、未剥離インキの少ない脱墨パルプを製造することが可能となる。その理由としては、結晶性層状珪酸塩を使用することによるインキに対する砥粒効果、及び結晶性層状珪酸塩粒子表面の溶解による局所的なpH上昇によるインキ剥離の促進などが考えられる。
【0031】
また、pH10.5、40℃、臨界ミセル濃度(CMC)以上の濃度における静的表面張力とpH8.5、40℃、臨界ミセル濃度(CMC)以上の濃度における静的表面張力との差が0〜3.5mN/mの脱墨剤を添加することにより、弱アルカリ性から中性領域の条件で脱インキ工程を行っても、脱墨剤の性能が変化しにくいため、発泡力が低下せず、フローテーターなどのインキ除去工程においても十分な発泡力を維持するため、操業性の変動が少なく、残留インキ量の少ない脱墨パルプを安定して製造することができる。
【実施例】
【0032】
以下に実施例を挙げて本発明をより具体的に示すが、本発明は係る実施例に限定されるものではない。実施例及び比較例で得られた脱墨パルプについて、下記の項目の測定を行い評価した。
【0033】
<残インキ面積の測定>
150メッシュ(φ0.1mm)を用いて濾液が清澄になるまでパルプ中の遊離インキを洗浄して除去した後、JIS P 8222に従って手抄きシートを作成し、夾雑物測定装置(アポジーテクノロジー社製、商品名:スペックスキャン2000)を用いてシート表面に残留したインキの面積を測定した。
【0034】
<粘着異物個数及び面積>
以下に示す特願2006−95937号(特開2007−271389号公報)に開示された粘着異物測定方法に従って、粘着異物個数及び面積を測定した。
【0035】
絶乾質量1kgの脱墨パルプを低濃度のスラリーに調製し、0.15mmのスリット幅を持つテスト用フラットスクリーンを用いて異物を分離した。それらの異物をガラス繊維系濾紙(以下甲と略記する)を用いて濾過し、濾紙上の異物を乾燥させた後、セルロース繊維系濾紙(以下乙と略記する)を、異物を挟むように上に被せて、105℃に加熱し、直ちに3.5kg/cm2で5分間加圧した。次に甲と乙とを異物付着面で剥がし、甲に付着した粘着異物(低粘着性異物)、及び乙に付着した粘着異物(高粘着性異物)を0.01%のオイルブルーNのエタノール溶液を用いて染色した。染色後、サンプルを水/エタノール=50/50の混合溶液内で5分間洗浄した。洗浄は2回繰り返した。サンプルを乾燥させた後、夾雑物測定装置(アポジーテクノロジー社製、製品名:Spec Scan 2000)を用いて、甲及び乙に付着した粘着異物の個数及び面積を計測した。
【0036】
<静的表面張力の測定>
脱墨剤を濃度0.005%となるように蒸留水で希釈し、アルカリを添加してpHを10.5又は8.5に調整し、自動表面張力計(協和界面科学(株)社製、商品名:CBVP−Z)を用いて、40℃での脱墨剤水溶液の静的表面張力を、白金プレートを用いたWilhelmy法(プレート法)に基づいて測定した。
【0037】
[実施例1]
日本製紙のA工場の脱墨パルプ製造工程の高濃度パルパー(相川鉄工(株)製)に、新聞古紙37.5質量%及び雑誌古紙62.5質量%からなる古紙を投入した。ここにさらに薬品を加えてパルプ濃度が15質量%となるようにして、離解処理を行った。使用薬品としては、それぞれ古紙質量に対し、苛性ソーダ、珪酸ソーダ、結晶性層状珪酸塩の無水物(商品名:プリフィード、トクヤマシルテック社製)、及び高級アルコールポリオキシアルキレンエーテルを含む脱墨剤(濃度0.005%、40℃、pH10.5における静的表面張力34.1mN/m、pH8.5における静的表面張力33.8mN/m)0.14%を添加した。続いて、粗選スクリーン、フローテーターを経て脱墨パルプを製造した。フローテーターでのpHは10.0あるいは8.5程度となるように調整した。フローテーター入口及び出口から採取した脱墨パルプの白色度を測定した。結果を表1に示す。
【0038】
[比較例1]
実施例1において、高濃度パルパーに高級アルコール系の脱墨剤(濃度0.005%、40℃、pH10.5における静的表面張力36.7mN/m、pH8.5における静的表面張力32.6mN/m)を古紙質量に対して0.14%添加した以外は、実施例1と同様に処理した。結果を表1に示す。
【0039】
【表1】

【0040】
[実施例2]
日本製紙のA工場の脱墨パルプ製造工程の高濃度パルパー(相川鉄工(株)製)に新聞古紙50質量%及び雑誌古紙50質量%からなる古紙を投入した。ここにさらに薬品を加えてパルプ濃度が15質量%となるようにして、離解処理を行った。使用薬品としては、それぞれ対古紙質量に対して、苛性ソーダ0.1質量%、結晶性層状珪酸塩の無水物0.2質量%、及び高級アルコールポリオキシアルキレンエーテルを含む脱墨剤(濃度0.005%、40℃、pH10.5における静的表面張力34.1mN/m、pH8.5における静的表面張力33.8mN/m)0.14質量%を添加した。続いて、粗選スクリーン、フローテーターを経て脱墨パルプを製造した。フローテーター入口及び出口から採取した脱墨パルプの白色度、及び完成原料中の粘着異物量を測定した。結果を表2に示す。
【0041】
[比較例2]
使用薬品として、苛性ソーダ0.6質量%、珪酸ソーダ0.5質量%、及び高級アルコール系の脱墨剤(濃度0.005%、40℃、pH10.5における静的表面張力34.1mN/m、pH8.5における静的表面張力33.8mN/m)を古紙質量に対して0.14%添加した以外は、実施例2と同様に処理した。結果を表2に示す。
【0042】
[比較例3]
日本製紙のA工場の脱墨パルプ製造工程の高濃度パルパー(相川鉄工(株)製)に新聞古紙37.5質量%及び雑誌古紙62.5質量%からなる古紙を投入した。ここにさらに薬品を加えてパルプ濃度が15質量%となるようにして、離解処理を行った。使用薬品として、それぞれ古紙質量に対して、苛性ソーダ0.6質量%、珪酸ソーダ0.5質量%、及び高級アルコール系の脱墨剤(濃度0.005%、40℃、pH10.5における静的表面張力36.7mN/m、pH8.5における静的表面張力32.6mN/m)0.14質量%を添加した。フローテーター入口及び出口から採取した脱墨パルプの白色度、及び完成原料中の粘着異物量を測定した。結果を表2に示す。
【0043】
[比較例4]
使用薬品として、苛性ソーダ0.1質量%、結晶性層状珪酸塩の無水物0.4質量%、及び高級アルコール系の脱墨剤(濃度0.005%、40℃、pH10.5における静的表面張力36.7mN/m、pH8.5における静的表面張力32.6mN/m)0.14質量%を添加した以外は、実施例2と同様に処理した。結果を表2に示す。
【0044】
【表2】


【特許請求の範囲】
【請求項1】
印刷古紙を原料とする脱墨パルプの製造方法であって、脱インキ工程において、結晶性層状珪酸塩の無水物、及び、pH10.5、40℃、臨界ミセル濃度(CMC)以上の濃度における静的表面張力とpH8.5、40℃、臨界ミセル濃度(CMC)以上の濃度における静的表面張力との差が0〜3.5mN/mの脱墨剤を添加し、pH7.0〜9.9でパルプからインキを剥離することを特徴とする脱墨パルプの製造方法。
【請求項2】
前記脱墨剤が、高級アルコールポリオキシアルキレンエーテルを含む、請求項1に記載の脱墨パルプの製造方法。
【請求項3】
結晶性層状珪酸塩の無水物の添加量が、絶乾パルプ質量に対して0.1〜1.5質量%である、請求項1又は2に記載の脱墨パルプの製造方法。
【請求項4】
原料である印刷古紙が、粘着異物を含む。請求項1〜3のいずれかに記載の脱墨パルプの製造方法。
【請求項5】
請求項1から4のいずれかに記載の方法で製造された脱墨パルプ。

【公開番号】特開2010−100984(P2010−100984A)
【公開日】平成22年5月6日(2010.5.6)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2009−218414(P2009−218414)
【出願日】平成21年9月24日(2009.9.24)
【出願人】(000183484)日本製紙株式会社 (981)
【Fターム(参考)】