JPS5827464B2 - 製紙工程に於けるパルプ繊維の叩解度測定のための方法及び装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は製紙工程に卦けるパルプ繊維の叩解度を測定す
る装置と方法で、特に製造予定の製紙の物理的品質の予
測のために、叩解工程のパルプ溶液のある種の品質を測
定するための装置と方法に係わるものである。

製紙工程では、繊維はストック或いはパルプ溶液と呼ば
れるところのものを製造するバルピング工程によって生
産される。

完成紙料を生成するパルプ溶液の準備のため、更に異種
のパルプの再パルプ化及び混合と添加剤の追加等のため
に、機械的処理が繊維からシート製造に必要である。

この機械的処理が叩解と言われる。

この叩解工程に関しては全３巻”Ｐｕ１ｐ ａｎｄ Ｐ
ａｐｅｒ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ”の第３巻”Ｐａｐ
ｅｒｍａｋｉｎｇ ａｎｄ ＰａｐｅｒｂｏａｒｄＭａ
ｋｉｎｇ”の第２版の第４章に詳述されている。

現在迄のパルプ溶液の叩解度の測定方法の１つとして流
水度試験が採用されておシ、この試験はワイヤー上に生
成された繊維マットを通してのパルプ溶液からの水分の
汗水の度合に基づいている。

叩解の長いパルプ溶液はど繊維マットをゆっくりと汗水
する。

汗水度試験の主たる価値は製紙メーカが製紙工程に於け
るストックでの汗水度試験と製紙機械でのシートの挙動
と特性との間の関係を見出すためにある。

汗水度試験の欠陥の１つは微細繊維の存在によって大き
く影響を受け、繊維の物理的状態には余り影響を受けな
いことにある。

従って、沢水度試験と紙の物理的性質との相関はパルプ
溶液中の微細繊維の存在に大きく依存する。

微細繊維は紙の物理的性質には実質的に寄与しないので
、汗水度試験は不完全なものである。

汗水度試験のもう１つの欠陥は叩解工程の２つの重要な
機能の１つ、即ち繊維に於ける２つの機能の１つしか完
全に測定していないと言う事である。

第一の機能は摩耗によって繊維から分離された微細繊維
の増大により促進されるところの外部微細繊維化である
。

外部微細繊維化は紙質にとっては重要な効果をもたらす
が、引張り強度の促進には２次的な価値しかない。

第二の機能は繊維の内部表面積を増大し、内部破裂によ
り柔軟性と膨潤をもたらす繊維間結合力を増大させると
ころの内部微細繊維化である。

内部微細繊維化の度合は繊維の比容積の増大と紙の引張
シ強度に相関が強い。

今日使用されている汗水度試験は内部微細繊維化を測定
することよシ、むしろ外部微細繊維化を測定するもので
あり、それ故重要なパルプ溶液の品質を正確に測定して
いるものではない。

本発明の目的は、パルプ溶液中の繊維を沈降させた場合
に形成される繊維・水の界面の沈降速度が、内部微細繊
維化を含む叩解度と密接な関係にあることに注目し、繊
維・水の界面の沈降速度による叩解度を遠足する方法及
びその装置を提供するところにある。

本発明に関して、適当な濃度の叩解されたパルプ溶液は
溶液中の繊維を均一に混合するのに十分な攪拌のために
十分に速い速度で、本発明の測定装置の攪拌槽に注入さ
れる。

均一に混合された溶液は攪拌槽より層流を構成する部分
を経由して沈降槽に導かれる。

沈降槽には１つ以上の光源が付いており、光の受光のた
めに反対側に設置しである１つ以上の検出器に向かって
、パルプ溶液に対して水平に光線を投射する。

第１図〜第３図に関して、本発明に関連したパルプ繊維
の叩解度を決める測定装置１０が示しである。

装置１０は攪拌槽１４と沈降槽１６を有するハーメチッ
クシールのエンクロージャ１２を含む。

攪拌槽１４は第３図によく示されている様に、流れ方向
が互に直角になるように構成されており、記号１８によ
って一般に表わされるところの複数の注入口を持ってい
る。

沈降槽１６は撹乱を生じなく、層流になるように構成さ
れておシ、第２図に示すように、流れの方向に対して矩
形の断面を構成するようになっている。

装置１０を具体的に言えば、攪拌槽１４と沈降槽１６の
高さは同一であり、即ち４０６．４ｍｍであり、巾は各
々１５２．４閣と１０１．６ｍｍであり、３：２の比率
である。

沈降槽１６には記号２０によって示されるところの複数
の排出口がある。

沈降槽１６は第３図に示すように、２つの並行な垂直壁
２２と２４を有し、光源２６からの光線を沈降槽１６の
パルプ試料を通して検出器２８に投射できるような透明
部を持っている。

光源２６と垂直壁２２との間には赤外線除去のフィルタ
３０が配置されており、光源２６の熱が沈降槽１６内部
に到達しないようになっている。

レンズ３２は光源２６からの光を平行ないしほぼ平行な
光線にし、その光線は沈降槽１６を通過して検出器マト
リックス２８に到る。

勿論、もし垂直壁２２が赤外線フィルタの材料で作られ
ている場合や、光源が僅かにしか赤外線放射をしていな
い場合はフィルタ３０は不要かも知れない。

沈降槽１６に入る光線は必ずしも平行である必要はない
。

沈降槽１６を通過する発散ないし収束する透過光の使用
は成功している。

動作上、叩解からのパルプ溶液の試料が取り出される。

試料は一般に約２〜３％の濃度で、これは重量で水１０
０に対し２〜３の割合で繊維を含むことに相当する。

このために、より低濃度での方が繊維が動きやすいと言
う理由で、稀釈する必要がある。

沈降速度の測定に最も適当な濃度は０．０２〜０．２％
の範囲であり、これは重量で水１ｏｏｏに対し２〜２０
の繊維を含む事に相当し、０．１・多の濃度が最も望ま
しい。

叩解後のパルプ溶液の圧力は一般に０．３５ Ｋｇ／ｃ
ｒｔｉ 〜１０．５５ Ｋｇ／ｃ４である。

この圧力は稀釈、攪拌、沈降動作中も、気泡の発生を防
ぐために維持される。

叩解工程からのパルプ溶液が上述の濃度範囲に稀釈され
た後、注入口１８を通して、撹拌槽１４に注入される。

溶液の注入によって撹乱が生じ、水を含んだ繊維の攪拌
槽１４で攪拌を完全に行って、沈降槽１６の層流部へ流
す。

排出口２０より閉ループを構成するように図示しないポ
ンプに戻す。

繊維が均一に水中に分布したことを確認後、注入口１８
と排出口２０を閉じ、ポンプの稼動を停めて溶液の流れ
を停止させ、試料を静止させて、沈降速度の測定を開始
する。

レンズ３２によってほぼ平行にされた光源２６からの光
は静止パルプ溶液に投射され、第４図に示した検出器マ
トリックス２８に受光される。

検出器マトリックス２８は多数の光検出器により構成す
れ、９つのフォトセルは各々２８Ａ〜２８Ｉのように記
号が付けられており、各々のフォトセルはパルプ溶液の
透過率に対応した電気出力信号を得る。

本発明に関しての沈降測定のために、２つの垂直に並べ
られた検出器の出力信号が観測される。

繊維溶液部と清澄部界面がこの２つの検出器を通過する
時に、光の強度が急激に高くなり、その時の時期が記録
される。

例えば２８Ｂと２８Ｅの２つの検出器で、強度が高くな
った時の時間の差異は、界面がこの２つの検出器２８Ｂ
、２８Ｅの間隔に相当する距離を沈降するに要する時間
である。

そしてこの時間がこれから説明するようにパルプ溶液の
叩解度を正確に測定するものである。

第５図について、グラフ５０はパルプ溶液中の繊維部と
清澄部との界面の高さの変化を攪拌停止からの時間に対
してプロットしたものである。

ここに用いられている界面と言う言葉は溶液中の急峻な
不連続部である所の繊維−水の境界を意味する。

グラフ５０に容易に示される様に、攪拌が停止すると、
僅かな時間の経過後、界面がはっきりと生成されて、ゆ
つくシと下方に動き出す。

即ち沈降し始める。

界面の生成後、最初は速い速度で沈降し始め、その後速
度が遅くなり、横座標に漸近的に接近する。

グラフ５０は大体に於て対数関数のようになる。

沈降時間が遅くなることは容易に説明がつく。

即ち、界面下の繊維密度の上昇のために、沈降につれて
繊維界面はより大きな抵抗にあうからである。

グラフ５０より、沈降がかなり急激な速度であるのは記
号Ｈ１の高さから記号Ｈ２の高さ１でであることがわか
る。

この経過に於ての最高の高さはＨ８で示されるので、界
面の沈降速度の測定にとって２つの検出器の最適な位置
は測定の便宜上Ｈ□とＨ２の間になるであろう。

斯かる界面の沈降速度は、十分に攪拌されたパルプ溶液
の濃度Ｃ１溶液の温度ｔ、叩解度Ｆと相関関係があシ、
界面が定１つた二点間を通過する時の時間をＴとすると
、叩解度Ｆは、 なる実験式で求められる。

而して、濃度Ｃ１温度ｔを管理して前記時間Ｔを求める
ことにより容易に叩解度を知り得る。

第６図については、グラフ６０と６２が示されている。

両者はパルプ溶液の叩解時間に対する界面の沈降時間を
表わしたものである。

グラフ６０と６２から、沈降時間は叩解時間に応じて犬
になり、従って沈降時間でもって叩解時間の測定に使用
され得ることがわかる。

注意すべきことはパルプ溶液の種類が異なれば沈降時間
も変る事である。

例えばグラフ６０は針葉樹繊維を、又グラフ６２は広葉
樹繊維を示すということである。

仮に、上述の繊維−水の界面の沈降時間の測定法に２つ
の垂直配置の検出器の利用が含寸れ、沈降曲線の線形部
が利用されたとしても、繊維の沈降速度の価値ある測定
方法が他にもあるということである。

例えば、特定の場所に１つの検出器がおかれ、攪拌の停
止の瞬間力・ら、界面がその検出器に到達迄の時間も測
定可能である。

更に１つないし２つの検出器を使用する代すに垂直に配
置された多数の検出器を用いて、界面が、多数の間隔を
通過するに要する時間のデータを得ることも本質的に可
能である。

本発明の重要な見解は叩解時間と沈降時間が互に関連し
、従って沈降時間はパルプ溶液の叩解度とも関連すると
いうところにある。

沈降時間は繊維の流体力学的特性の測定によって決定さ
れ、界面の速度及び加速度はそのような流体力学的特性
を具現したものである。

仮に本発明の方法が最初は攪拌のために閉ループに於て
作動し、その後静止するパルプ溶液と試料に関連して記
述されているとしても、水中の繊維を均一に分布するこ
とを確実にする他の方法もある。

本発明の方法の重要な見解は均一に分布した繊維を含ん
だパルプ溶液中の繊維の流体力学的な特性を測定するこ
とにある。

【図面の簡単な説明】

第１図はパルプ繊維の叩解度の測定装置の断面図であり
、エンクロージャーと光源と検出器をも示しである。 第２図は第１図の２−２矢視断面図、第３図は第１図の
３−３矢視断面図、第４図は第１図の４−４矢視検出器
マトリツクスの側面図である。 第５図は時間に対する繊維沈澱部と清澄部界面の高さの
関係を示すグラフ、第６図は沈降時間と叩解時間の関係
を示すグラフである。 １４は攪拌槽、１６は沈降槽、１８は注入口、２０は排
出口、２３．２４は垂直壁、２６は光源、２８は検出器
、３０はフィルタ、３２はレンズを示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 適当な濃度を有する叩解されたパルプ溶液の試料を
   用意し、その試料全般に亘って繊維が均一に分布する様
   に試料を攪拌し、攪拌を停止して、パルプ溶液中の繊維
   を沈降させ、パルプ溶液中の繊維・水の界面の沈降速度
   を測定し、沈降速度の特性をパルプ溶液の叩解度の測定
   に適用することを特徴とする製紙工程に於けるパルプ繊
   維の叩解度測定方法。 ２ 開閉可能なパルプ溶液注入口を有する攪拌部と開閉
   可能なパルプ溶液排出口を有しパルプ溶液が層流となる
   様矩形流路断面とした沈降部とからなる容器と、該容器
   内にパルプ溶液を循環させるポンプと、前記沈降部を挾
   み対峙させた光源及び光検出器とを備え、パルプ溶液静
   止時の繊維・水の界面の沈降速度を検出し得る様構成し
   たことを特徴とするパルプ繊維の叩解度測定装置。