JP4856466B2

JP4856466B2 - ピッチコントロール剤

Info

Publication number: JP4856466B2
Application number: JP2006119453A
Authority: JP
Inventors: 英昭黒▲崎▼; 一彦鈴木
Original assignee: 黒崎白土工業株式会社
Priority date: 2006-04-24
Filing date: 2006-04-24
Publication date: 2012-01-18
Anticipated expiration: 2026-04-24
Also published as: JP2007291550A

Description

本発明は、ベントナイトからなるピッチコントロール剤に関するものである。

パルプや紙の製造工程におけるピッチトラブル対策は、古くからの重要課題である。
製紙工場において、ピッチはパルプ分散液中に必然的に混入する物質であり、主として木材チップ、古紙パルプ、ロジンサイズ剤等から持ち込まれ、一部は排水とともに系外に除去されるものの、除去されないものは、紙の中に抄き込まれるもの以外は、蒸解、叩解、抄紙の各工程内で蓄積され、系内を循環している。このため、各工程におけるパルプの処理設備、パルプスラリーの貯蔵チェストの壁、抄紙機上のワイヤー、プレスロール、ドライヤーロール、フェルト、カンバス等に凝集したピッチが付着し、各種のトラブルを引き起こす。

このようなピッチ対策としては、白水やパルプ液などのパルプ分散液中にピッチコントロール剤を添加する方法が広く採用されている。このようなピッチコントロール剤には、大きく分けて有機系のものと無機系のものとが知られている。有機系のピッチコントロール剤は、例えば界面活性剤や高分子凝集剤などからなるものであり、パルプ分散液中から樹脂成分であるピッチを水中に分離除去するものであり、一方、無機系のピッチコントロール剤は、タルク、珪藻土、シリカ、クレー、酸性白土、ベントナイトなどが知られており、ピッチを水中に分離するのではなく、パルプ中に取り込むことにより、ピッチトラブルを防止しようというものである。

ところで、ピッチコントロール剤としては、従来は、紙の品質への影響がないことから有機系のピッチコントロール剤が主流であったが、現在は、無機系のピッチコントロール剤が注目されている。即ち、現在では、種々のコーティング剤が紙に塗布されたり、或いは本の綴じ代部分に接着剤が使用されるなどの結果、著しいピッチ増を招いており、ピッチを排出するような手段では、排水処理など、処理の負担が大きくなりすぎている。このため、ピッチをパルプ中に取り込んでしまう無機系のピッチコントロール剤が見直されているわけである。

一方、無機系のピッチコントロール剤としては、タルクが最もピッチコントロール性に優れているものとして知られていたが、現在の原料品質の低下による著しいピッチ増に対処するためには、さらなる性能向上が求められているのが現状である。

タルクに代わる無機系のピッチコントロール剤としては、例えば特許文献１に、酸性白土の酸処理物をさらにアルミニウム塩で処理したものが提案されている。
特許第２７６１９３４号

上記特許文献１のピッチコントロール剤は、タルクと同等以上のピッチコントロール性を有するものであり、非常に注目すべきであるが、酸性白土を酸処理したのち、さらにアルミニウム塩で処理するため、コストが高いという問題があり、また、性能的にも、著しいピッチ増を招いている現況下では、さらなる向上が求められている。

一方、先にも述べたように、ベントナイトもピッチコントロール剤として知られているが、パルプ分散液に添加したときに、継粉と呼ばれるダマを形成してしまい、充分に性能を発揮できず、実用性の点で問題があった。

従って、本発明の目的は、極めて安価であり、しかもピッチコントロール性がさらに向上した無機系のピッチコントロール剤を提供することにある。
本発明の他の目的は、ベントナイトからなり、分散性が改善されたピッチコントロール剤を提供することにある。

本発明によれば、Ｎａ_２Ｏ含量が１．９８重量％以上であって、ＡＣＣ法膨潤度が３０乃至４５ｍｌ／ｇの範囲にあるベントナイト粒子の粉末からなることを特徴とするピッチコントロール剤が提供される。

本発明のピッチコントロール剤においては、
（１）レーザ回折散乱法により測定した平均粒径（Ｄ_５０）が１５μｍ以下の範囲にあること、が好適である。

本発明によれば、また、スメクタイト系粘土にアルカリ化合物を添加して無水物換算でのＮａ_２Ｏ含量が１．９８重量％以上となるようにアルカリ処理を行い、処理後の含有水分が５％以上となるように１００℃未満で加熱乾燥処理し、且つレーザ回折散乱法での平均粒径（Ｄ_５０）が１５μｍ以下となるように粉砕・分級することを特徴とするピッチコントロール剤の製造方法が提供される。

本発明のピッチコントロール剤は、スメクタイト系粘土に属するベントナイト粒子の粉末からなるものであり、アルミニウム塩などの格別の剤を用いての処理が不要であり、極めて安価である。

また、本発明で用いるベントナイトは、Ｎａ含量が多く、ＡＣＣ法膨潤度が３０乃至４５ｍｌ／ｇの範囲に調製されているが、パルプが分散されている液に添加したときに継粉を生成せず、均一な分散液を形成し得るため、ピッチコントロール剤として極めて優れた特性を示す。例えば、後述する実施例から明らかなように、パルプ分散液に添加してろ過を行うと、そのろ液の濁度は、タルクを用いた場合に比して低く、極めて透明なろ液が得られる。即ち、ピッチを有効に捕捉し、紙中に取り込むことができ、極めて優れたピッチコントロール性を有している。

さらに、このピッチコントロール剤は、パルプ分散液に添加混合した場合にも、分散液の粘度上昇を低く抑えることができるため、作業性の低下をもたらすこともない。

本発明において用いるベントナイトは、所謂スメクタイト系粘土に属するものであり、ＳｉＯ_４四面体層−ＡｌＯ_６八面体層−ＳｉＯ_４四面体層からなり、且つこれらの四面体層と八面体層が部分的に異種金属で同型置換された三層構造を基本構造（単位層）としており、このような三層構造の積層層間には、Ｃａ，Ｋ，Ｎａ等の陽イオンや水素イオンとそれに配位している水分子が存在している。また、基本三層構造の八面体層中のＡｌの一部がＭｇやＦｅ^(II)に置換し、四面体層中のＳｉの一部がＡｌに置換しているため、結晶格子はマイナスの電荷を有しており、このマイナスの電荷が基本層間に存在する金属陽イオンや水素イオンにより中和されている。

即ち、このようなスメクタイト系粘土には、酸性白土、ベントナイト、フ−ラーズアースなどがあるが、基本層間に存在する金属陽イオンの種類や量、及び水素イオン量などによってそれぞれ異なる特性を示すのであり、本発明において用いるベントナイトでは、酸性白土などに比して基本層間に存在するＮａイオン量が多く、このため、水に懸濁分散させた分散液のｐＨが高く、一般に高アルカリサイドにあり、また、水に対して高い膨潤性を示し、さらにはゲル化して固結するという性質を示す。即ち、上記単位層の積層層間に水が入り、Ｎａイオンを取り囲むようにして層間を押し広げ、いわゆる膨潤が起こり、さらに多くの水が供給されると、やがては単位層がバラバラなコロイド状に分散し、流動状態となる。これを放置すると、単位層同士の吸引反発により、カード・ハウス構造が形成され、ゲル化したゲル状物（塊状物）となる。一方、酸性白土では、基本層間に存在するＮａイオン量が少なく、このため、水に分散させたときのｐＨは低く、一般に酸性サイド近くにあり、さらに高い吸水性は示すものの、膨潤性は極めて低く、ゲル化による固結化には至らない。

ところで、上記のようなベントナイトは、水膨潤性が高く、さらには膨潤した粒子同士が固結（ゲル化）してしまうという性質を有しているため、パルプ分散液に添加したときに、継粉を形成してしまうという欠点があり、これ故に、ピッチコントロール剤としての実用化が妨げられていたのである。しかるに、本発明においては、ベントナイトの中でも特に、無水物換算で測定して、Ｎａ_２Ｏ含量が１．９８重量％以上の範囲にあり、ＡＣＣ法膨潤度が３０乃至４５ｍｌ／ｇの範囲にあり、１００℃以下の低温処理により含有水分が５％以上あるため、上述した水膨潤性や固結性が低下しており、この結果、パルプ分散液に添加したときに、継子のようなダマを形成せず、均一に分散することができ、ピッチコントロール剤として優れた特性を発揮する。

また、上記のようなベントナイトからなる本発明のピッチコントロール剤は、タルクや酸性白土に比して、優れたピッチコントロール性を示す。即ち、先にも述べたように、パルプ分散液に添加してろ過（抄紙）を行うと、そのろ液の濁度は低く、極めて透明なろ液が得られる。このことから、本発明のピッチコントロール剤は、ピッチを有効に捕捉して紙中に取り込むことができる。この理由は、明確に解明されたわけではないが、おそらくＮａ含量が多いため、マイナスの電荷を多く含み、パルプ分散液に添加したときに、樹脂分を主成分とするピッチの保護コロイドを形成し、この結果として、高いピッチ捕捉性を示すのではないかと考えられる。但し、Ｎａ含量が必要以上に過剰となると、ピッチ捕捉性が低下する傾向があるため、通常、Ｎａ_２Ｏ含量が４．５重量％以下にあるのがよい。

従って、本発明においては、Ｎａ含量及び膨潤度が前述した範囲にあるものは、そのままピッチコントロール剤として使用することができるが、Ｎａ含量或いは膨潤度が上記範囲外にあるものは、例えば炭酸ソーダと混練してのアルカリ処理あるいは適度な酸処理によってＮａ含量を増減させて、膨潤度を上記範囲内に調整してピッチコントロール剤として使用することができる。

また、ピッチコントロール剤として使用する上述したベントナイトは、１００℃以下の低温処理により水分含有率が５％以上であるため、ＲＨ９０％で水分吸着量が平衡状態にあるＸ線回折パターンとほぼ同位置である２θ＝５．５乃至６．５度の領域に回折ピークを有し、その位置のずれを表わすピーク変動率は８％以内にある。さらに、かかる領域のピークは、［００１］面のピークを示すものであり、２θ＝４．０乃至８．０度の領域にある［００１］面由来の回折ピークのピーク面積（積分強度）は７００乃至１５００程度とかなり大きい。

また、本発明で用いるベントナイトは、例えば、無水物基準での酸化物換算で以下のような組成を有している。
ＳｉＯ_２とＡｌ_２Ｏ_３との合計量：８５乃至９２重量％
ＳｉＯ_２／Ａｌ_２Ｏ_３（重量比）：３乃至７

Ｎａ_２Ｏ：１．９８乃至４．５重量％
ＣａＯ：１．２乃至３．０重量％
その他の酸化物（Ｆｅ_２Ｏ_３，ＭｇＯなど）：１５重量％以下

本発明で用いるベントナイトは、上記のようなＮａ含量を有していることに関連して、５％水性懸濁液のｐＨが９．５以上、特に９．８乃至１１の範囲にあり、また、１０％水性懸濁液の粘度（２５℃、Ｂ型粘度計、ロータＮｏ．３）は、２乃至２０Ｐａ・ｓ程度であり、例えば膨潤性が前述した範囲よりも高いベントナイトに比して低く、従って、パルプ分散液に添加したときの粘度上昇を有効に抑制することができ、ろ過性、送水性などを低下させることがないという利点もある。

本発明において、上記のようなベントナイトは、天然に産出することもあるが、例えば酸性白土などのスメクタイト系粘土を原料とし、これを、炭酸ソーダなどのアルカリと混合してアルカリ処理を行い、Ｎａ_２Ｏ含量を前述した範囲に調整することによって得ることもできる。この場合、１００℃未満でアルカリ処理及び加熱乾燥処理を行なって、処理後の含有水分量を５％以上に調整することが好適である。このようなものは、適度な水分量を有しているため、水に分散したときに均一に分散し易く、継子の形成を防止する上で、特に好適である。

上述したベントナイトは、粉砕及び分級して、例えばレーザ回折散乱法により測定した平均粒径（Ｄ_５０）が１５μｍ以下、特に３乃至１０μｍの範囲となるような粒子状物として、ピッチコントロール剤として使用する。この場合、粒径が過度に大きいと、ピッチの捕捉性が低下したり、パルプ分散液への分散性の低下を生じるおそれがあり、また、粒径が必要以上に小さいと、継粉の形成やゲル化などを生じるおそれがある。従って、粒径が１μｍ以下の微細粒子の含有量が５重量％以下、粒径が２０μｍ以上の粗大な粒子の含有量が１０重量％以下となるように粒度調整されていることが好ましい。

上述したベントナイトの粒子からなる本発明のピッチコントロール剤は、白水等のパルプ分散液に添加することにより、ピッチを取り込み、取り込んだピッチとともにパルプ中に分散され、抄紙されて紙中に取り込まれた状態で存在することとなる。パルプ分散液中への添加量は、分散液中に存在するピッチの量によっても異なるが、通常、パルプ１００重量部当り、０．０１乃至５重量部程度である。

既に述べたように、本発明のピッチコントロール剤は、パルプ分散液に添加してろ過したとき、そのろ液の濁度は著しく小さく、透明性が高いことから、ピッチを効果的に取り込み、パルプ中に分散させ得ることができる。

以下の実施例により、本発明の詳細に説明する。なお、実施例における各測定は以下の方法で行った。また、実施例３は、本願発明の範囲外の参考例である。

（１）化学組成
（株）リガク製蛍光Ｘ線分析装置ＲＩＦ−３０００で測定した。

（２）Ｘ線回折
Ｘ線回折装置（（株）リガク製、ＭｕｌｔｉＦｌｅｘ、Ｃｕ−Ｋα）を使用して、以下の条件で測定した。
管電圧：４０ｋＶ、管電流：３０ｍＡ、発散スリット：０．１５ｍｍ、散乱スリット：１°、受光スリット：０．３ｍｍ。
積分強度は２θ＝４．０〜８．０°の区間をＪＡＤＥ積分強度測定法により求めた。
またピーク変動率は以下のように求めた。
ピーク変動率（％）＝［（Ａ−Ｂ）／Ｂ］×１００
但し、Ａ：試料の有姿での［００１］面ピーク位置（２θ／°）
Ｂ：ＲＨ９０％の吸湿平衡時での［００１］面ピーク位置（２θ／°）

（３）ＡＣＣ法膨潤度の測定
イオン交換水１００ｍｌを入れた１００ｍｌの共栓付きメスシリンダーに、試料２ｇを内壁に殆ど付着しないように約１０回に分けて加える。先に加えた試料が殆ど沈着したのち次の試料を加える。加え終わったら栓をして２４時間静置し容器内に堆積した試料の見掛け容積を読み取る。膨潤力の単位を（ｍｌ／２ｇ）として表示する。

（４）粒度測定
マルバーン社製マスターサイザー２０００を用い、粉末試料を純水に直接分散して測定した。

（５）粘度測定
（株）東京計器製Ｂ型粘度計で、Ｎｏ３のローターを用いて測定した。

（６）ピッチ吸着試験
有機溶媒抽出したピッチ(インク、ホットメルト、ＳＢＲ)を水に対して２００ｐｐｍになるように分散させた試験原液を調製後、２００ｍｌのビーカーに１００．０ｇ秤り取り、無機系ピッチコントロール剤を０．０５ｇ(対パルプ１．３％に相当)添加し、６０分マグネッチクスターラーで攪拌・分散後アドバンテック社製ミクロフィルターＫＧＳ−４７を用いてＮｏ．４Ａの濾紙で吸引濾過する。
次に、その濾液の濁度をＬａＭｏｔｔｅ社製濁度計２０２０ＴＵＲＢＩＤＩＭＥＴＥＲを用いて測定し、その濁度が低いほどピッチ吸着性能が高いと判定できる。
尚、ピッチ吸着時の水温は３０℃、液のｐＨは５．０で行った。

（７）分散性
２００ｍｌのビーカーに純水１００ｇを秤り取り、攪拌機（ハイスターラー）を用いて回転数３００ｒｐｍで攪拌しながら粉末試料１０ｇを1分以内に添加する。全量添加後、ハイスターラーの回転数を５００ｒｐｍに上げ、分散性を以下の４段階で評価した。
１：１０分以内に均一なスラリーに分散する。
２：３０分以内に均一なスラリーに分散する。
３：６０分以内に均一なスラリーに分散する。
４：均一なスラリーに分散するまで６０分以上必要とする。

実施例１
スメクタイト系粘土（新潟県新発田市小戸Ｎ地区産）の有水原土２０ｋｇを１０ｍｍφの波目型造粒板を装着したスクリュー式一軸押出成型機で成型後、全体の固形分換算でＮａ_２ＣＯ_３分が３．０％になるようにＮａ_２ＣＯ_３(和光純薬製)粉末をふりかけ、よく混合後、造粒板を５ｍｍφに替えた押出成型機を３回通過させて十分に混練後、４０℃に調節した送風乾燥機中で４時間乾燥する。乾燥後の成型物の水分は１０．０％であった。
次に、乾燥上がり品を２ｍｍφのスクリーンを装着したスピードミルで粗粉砕を行い、０．３ｍｍφのスクリーンを装着した小型アトマイザーで２回粉砕してから、小型風力遠心分離機を使用して粗粉部分をカット(約３０％除去)した活性化ベントナイト微粉末を得た。
得られた粉末の組成、物性、ピッチ吸着試験結果等を表１に、Ｘ線回折パターンを図１（１−１）に示した。また、この粉末を関係湿度（ＲＨ）９０％のデシケーター中で２週間吸湿させた後のＸ線回折パターンを図１（１―２）に示した。

実施例２
実施例１において、Ｎａ_２ＣＯ_３(和光純薬製)添加量を５．０％とした以外は略同様の方法で活性化ベントナイトの粉末を調製した。得られた粉末の組成、物性、ピッチ吸着試験結果を表１に示した。

実施例３〜４
市販の土木用ベントナイトＡ(実施例３)、市販の土木用ベントナイトＢ（実施例４）を小型風力遠心分離機を使用して分級して調製したものの組成及びピッチ吸着試験結果を表１に示した。

比較例１
実施例１において、Ｎａ_２ＣＯ_３(和光純薬製)を添加しない以外は略同様の方法でスメクタイト系粘土（酸性白土）の粉末を調製した。得られた粉末の組成、物性、ピッチ吸着試験結果を表１に、Ｘ線回折パターンを図１（１―３）に示した。

比較例２
実施例１において、Ｎａ_２ＣＯ_３(和光純薬製)添加量を８．０％とした以外は略同様の方法でスメクタイト系粘土の粉末を調製した。得られた粉末の組成、物性、ピッチ吸着試験結果を表１に示した。

比較例３
実施例１において、乾燥温度を１７０℃で４時間行った以外は略同様の方法でスメクタイト系粘土の粉末を調製した。このものの分散性は４と非常に悪く、３時間経過してもダマ状物は分散しなかった。

比較例４
市販のタルク系ピッチコントロール剤（比較例４）のピッチ吸着試験結果等について表１に示した。

実施例１及び比較例１で得られた粉末試料のＸ線回折パターンを示す図であり、下からそれぞれ、実施例１の有姿（未調湿）での試料（１−１）、同試料をＲＨ９０％のデシケーター中で２週間吸湿させた後の試料（１−２）及び比較例１の試料（１−３）のＸ線回折パターンである。

Claims

無水物換算で測定して、Ｎａ_２Ｏ含量が１．９８重量％以上であって、ＡＣＣ法膨潤度が３０乃至４５ｍｌ／ｇの範囲にあるベントナイト粒子の粉末からなることを特徴とするピッチコントロール剤。
レーザ回折散乱法により測定した平均粒径（Ｄ_５０）が１５μｍ以下の範囲にある請求項１記載のピッチコントロール剤。
スメクタイト系粘土にアルカリ化合物を添加して無水物換算でのＮａ_２Ｏ含量が１．９８重量％以上となるようにアルカリ処理を行い、処理後の含有水分が５％以上となるように１００℃未満で加熱乾燥処理し、且つレーザ回折散乱法での平均粒径（Ｄ_５０）が１５μｍ以下となるように粉砕・分級することを特徴とするピッチコントロール剤の製造方法。