JPH0692966B2

JPH0692966B2 - 繊維状分散液の動特性測定方法

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Publication number: JPH0692966B2
Application number: JP61244942A
Authority: JP
Inventors: 幸次郎中田; 富男新井; 輝夫牧田; 公男日吉; 卓門屋; 久三郎石黒
Original assignee: Shizuoka Prefecture
Current assignee: Shizuoka Prefecture
Priority date: 1986-10-15
Filing date: 1986-10-15
Publication date: 1994-11-16
Anticipated expiration: 2009-11-16
Also published as: JPS6398563A

Description

【発明の詳細な説明】（産業状の利用分野）本発明は、繊維状分散液の動特性を測定する方法に関
し、特に、紙パルプ工業における繊維状分散液の動的ろ
水度や填料の歩留まりなどを測定する方法に関する。

（従来の技術とその課題）製紙工業における抄紙工程では、一般に、次のような処
理が行われる。まず、多量の水の中に繊維状原料を分散
させる。この繊維状分散液を、エンドレスに回転する金
網の水平走行面上に、均一に噴出させる。そして、金網
を通して水をろ過脱水する工程で、金網上に繊維状原料
層を形成させる。この繊維状原料層を脱水乾燥させて所
望の乾燥シートを得る。

あるいは、上述の処理の代わりに、次のような処理が行
われる。まず、繊維状分散液槽の中に、円筒形の金網を
浸す。金網面を通って水がろ過される過程で、繊維状原
料層が金網面上に形成される。この繊維状原料層を剥ぎ
とって、脱水乾燥させ、紙を得る。

前者の処理は長綱抄紙機で実施されるのであるが、最近
では、１枚のエンドレスの金網を回転させる代わりに、
２枚の金網を対向して配置した、いわゆるツインワイヤ
抄紙機も使用されている。この場合は、２枚の金網の間
に形成されるくさび状の間隙に繊維状分散液を噴出さ
せ、金網の両面から脱水して繊維状原料層を形成させて
いる。

後者の処理は円網抄紙機で実施されるのであるが、１台
の円網で抄紙する方法、多数の円網で抄かれた湿紙を重
ね合わせて多層抄きする方法などがある。また、長網と
円網とを組み合わせた、いわゆるコンビネーションマシ
ンを使用する方法もある。

要するに、抄紙機の原理は、金網の上に稀薄な繊維状分
散液を噴出させ、金網によって水と繊維を分離させる、
一種のろ過脱水操作である。分散液中の繊維状原料の大
きさは、数十ミクロンから２〜3mmまでの間に分布して
いる。また、出来上がった紙の印刷性、不透明性などを
向上させるために、分散液には、数ミクロン以下の無機
粉体（填料）や、サイズ剤と称する薬品、その他の各種
助剤が加えられる。この様な配合で出来上がっている繊
維状分散液が、実際の抄紙機においてどのような脱水挙
動を示すかは、抄紙機の運転上極めて重要であり、しか
も出来上がった紙の特性にも大きな影響を与える。

従来、この様な繊維状分散液の抄紙特性を推定する方法
としては、次のものがある。すなわち、下面に金網を張
った円筒容器に繊維状分散液を入れ、金網を通って排出
される水の量と時間との関係を求める。この関係、すな
わちドレネージ曲線を用いて、抄紙特性を判定してい
た。しかし、この方法は、あくまで静的な試験方法であ
り、金網が毎分数百メートル以上の速度で走行している
実際の抄紙機には対応していないという欠点があった。
また、脱水量と時間の関係を測定するために、メスシリ
ンダーで液面を監視しながらストップウォッチで刻々の
時間を求めねばならないという欠点もあった。

そこで、金網によってろ過脱水を始める前に、容器中の
繊維状分散液を攪拌しながら脱水量を求める方法が提案
され、これによれば、静的な測定方法とかなり異なった
挙動を示すことが報告されている（K.W.Britt,Tappi,5
6.10）。この装置では、抄紙槽中に原料パルプなどを加
え、これを攪拌する際に、抄紙槽下部の金網の目づまり
が起こり、また、攪拌中に紙層が形成されてしまう。

上記装置をさらに改良したものとして、ハーキュレス・
ダイナミック・ドレネージ・テスター（Hercules dynam
ic drainage tester）がある（R.W.Davison,Tappi,198
2,Papermakers Confernce.153）。しかし、この装置で
は、原料パルプなどの分散液中に空気が混入し、発泡の
原因になるという欠点がある。また、高速抄紙機金網上
における繊維状原料の水力学的挙動の再現には程遠く、
実際の抄紙機におけるデータとは大巾に異なった測定結
果しか得られないという欠点もある。

このように、繊維状分散液の抄紙特性を推測する手段と
して、従来から多くの測定装置が提案されているが、い
ずれも実際の抄紙条件とは十分に対応していない。そし
て、ストップウォッチ・メスシリンダー法で測定が行わ
れるため、かなりのばらつきがあり、信頼性に欠けると
いう欠点があった。

次に、繊維状分散液に加えられた填料、サイズ剤などの
各種助剤の、抄紙機金網における歩留まりのデータを得
る場合を考えてみると、従来は、このデータを得るため
に、JIS P 8209の記載に準じて、手抄紙を調製するのが
常であった。しかし、この手抄紙調製装置は、抄紙槽下
部に金網を設け、抄紙槽に入れた原料パルプなどの多孔
板かきまぜ機により、極めて弱く攪拌するのみである。
したがって、高速抄紙機金網上における原料の水力学的
挙動の再現には程遠く、実際の抄紙機におけるデータと
は大巾に異なった測定結果しか得られない。

例えば、実際の高速抄紙機において、カナディアン・ス
タンダード・フリーネス（csf）が400ミリリットルとな
るまで叩解したパルプに、炭酸カルシウム75％を加えた
原料の、金網におけるワンパスリテンション（OPR）
は、約20％にすぎないが、前記の手抄紙調製装置によれ
ば、その歩留まりは78％である。すなわち、前者は、動
的な状態に於ける填料の歩留まりを示しているのに対し
て、後者は、静的な状態における填料の歩留まりを示し
ている。結局、金網における填料などの歩留まり、ある
いはその挙動を把握するためには、前記手抄紙調製装置
では極めて不都合であることが分かる。

この様な欠点を解消するために、上述のK.W.Brittの提
案した装置があるが、既に述べたような欠点を有してい
る。また、井上らの装置（実公昭59−25010号公報）に
よれば、攪拌槽と抄紙槽を、コックを介して独立させて
いるので、初期ろ水での金網上への紙層形成は起こら
ず、ワンパスリテンションの測定は可能である。しか
し、攪拌槽に入れて攪拌した原料パルプなどは、コック
を介して抄紙槽下側の金網に落下する際、所定の動的条
件とは異なり、水力学的挙動が不安定で、データのばら
つきが大きいという欠点がある。

したがって、本発明の目的は、実際の抄紙工程に近い条
件の下で、繊維状分散液の各種の動特性を測定できるよ
うな方法を提供することにある。

（問題点を解決するための手段）前記目的を達成するために、本発明では、繊維状分散液
を入れる容器の底部に、一側に測定用網を備えたスライ
ドプレートを液密に設置して液排出部を構成すると共に
容器内の液を回転させる攪拌手段を設け、スライドプレ
ートにより液排出部を閉とした状態において容器内に繊
維状分散液を入れた後、攪拌手段を動作させて容器内の
繊維状分散液を回転させると共に、所定の回転速度に至
った際に、スライドプレートを動作させて測定用網を液
排出部に対応させ、回転状態の繊維状分散液を測定用網
によりろ過脱水することにより、所望の特性を測定する
繊維状分散液の動特性測定方法を提案する。

（作用）スライドプレートにより液排出部を閉とした状態におい
て容器に入れた繊維状分散液を攪拌するときは、繊維状
分散液はどこにも流出せずに効率よく攪拌手段によって
攪拌され、回転される。

こうして繊維状分散液が所定の回転速度になったとき
に、スライドプレートを動作させることにより、測定用
網を液排出部に迅速に対応させることができる。

従って、その瞬間から、繊維状分散液は、所定の速度で
回転しながら、測定用網12よりろ過脱水される。すなわ
ち、実際の抄紙工程に近い条件の下で、繊維状分散液は
測定用網によりろ過脱水されることになり、このとき測
定される各種の特性は、実際の抄紙工程における特性に
近いものとなる。

（実施例）以下、添付図面を参照して、本発明の実施例を詳しく説
明する。本発明の実施例は、大きく分けて、「A.動的ろ
水度測定方法」と、「B.填料歩留まり測定方法」とがあ
る。以下、順に説明する。

「A.動的ろ水度測定方法」第１図は、この実施例に使用する装置の構成図である。
円筒容器１の内部には、攪拌羽根２を設けてある。攪拌
羽根２は、軸３に取り付けてあり、軸３にはプーリ４を
固定してある。プーリ４は、モータ５で駆動するように
なっている。円筒容器１の下端には、水平断面が長方形
のスライドケース６を一体に固定してある。スライドケ
ース６の内部には、スライドプレート７を挿入してあ
り、スライドプレート７は、スライドケース６の中を、
水平移動できるようになっている。スライドプレート７
の上面と、これに滑り接触するスライドケース内面と
は、液密を保つようになっている。第２図は、スライド
プレート７の平面図である。スライドプレート７の、第
２図の右半分には、測定用網として、円形の金網８を張
ってある。金網８の直径は、円筒容器１の内径と等しく
してある。

スライドケース６の下端には、ロート部９を接続してあ
る。ロート部９の上端の内径は、金網８の直径と等しく
してある。ロート部９の下端には、三方弁10を接続して
ある。三方弁10には、下向きの出口11と、横向きの負圧
接続口12がある。出口11の下方には、排水容器13があ
る。排水容器13は、計量器14で支えている。この装置で
は、計量器14は、両端支持梁に歪ゲージを貼り付けて構
成してある。

スライドプレート７は、アクチュエータ15に接続してあ
り、アクチュエータ15によって水平方向に駆動される。
アクチュエータ15は、制御装置16からの信号を受けて動
作する。三方弁10も、制御装置16からの信号を受けて動
作する。計量器14の出力信号は、制御装置16に入力され
る。制御装置16の出力信号のひとつは、データ処理装置
17に入力される。データ処理装置17の出力は、プリンタ
18に入力されてプリントアウトされる。

次に、この装置を使用して繊維状分散液の動的ろ水度を
測定する方法を説明する。まず、スライドプレート７
を、第１図に示すように、右方向に移動しておく。次
に、円筒容器１内に、所定量の繊維状分散液を入れる。
そして、攪拌羽根２を回転させ、繊維状分散液とスライ
ドプレート７との相対速度が、実際の抄紙機における条
件に適合するようにする。繊維状分散液が所定の速度に
達すると、アクチュエータ15が作動して、スライドプレ
ート７は瞬時に左方向に移動する。したがって、円筒容
器１の底は、金網８に切り替わる。繊維状分散液は、攪
拌による速度を与えられたままで、すなわち、動的状態
のままで、金網８によりろ過脱水される。この際に排出
された液（白水）は、ロート部９に落下し、三方弁10を
通って、出口11に導かれる。そして、排水容器13内に落
下する。排水容器13内の白水の量が増加するにしたがっ
て、計量器14の両端支持梁が撓み、歪みゲージが歪みを
検出する。歪みゲージの出力信号は、制御装置16に送ら
れる。これにより、排出容器13内に刻々入ってくる白水
の量を検知することができる。データ処理装置７では、
白水の量の時間的変化を基に、繊維状分散液の動的ろ水
度を計算する。この点については、以下に詳しく述べ
る。

まず、白水の量の時間的変化と、繊維状分散液の動的ろ
水度との関係について考察する。水と巨視的な繊維が共
存する、いわゆる繊維状分散液のろ過の機構は、次の数
学的モデルによって取り扱われる。

1n（１−q/Q）＋q/Q＝−t/Kr ここで、Ｑは、円筒容器に入れる繊維状分散液の量、ｑ
は、時間ｔにおける排水された液体の量、Krは、繊維状
原料の特性によって定まる定数である。定数Krは、繊維
状原料の種類、化学的、機械的処理の程度、繊維状分散
液に加える薬液あるいは填料の量および質に依存し、極
めて重要な定数である。

繊維状原料の前処理の程度、すなわち叩解度を変化させ
て、時間ｔと、1n（１−q/Q）＋q/Qとの関係を求めてみ
ると、第３図のようになる。叩解の程度をカナディアン
ろ水度（csf）で表示したとき、時間ｔと、1n（１−q/
Q）＋q/Qとの関係は、第３図のように直線関係となる。
この直線の傾斜は、上記の繊維状原料の特性を示す指標
となる。

以上の点に着目して、第１図に示す装置を使用して、繊
維状原料の分散液濃度、金網との相対速度、填料添加量
などを変化させて、時間ｔと、1n（１−q/Q）＋q/Qとの
関係を実測したものを、第４図、第５図、第６図に示
す。すなわち、これらのグラフは、抄紙される紙の、抄
紙機上において金網部に繊維状分散液が流出され、脱水
される際の、動的ろ水特性を示すものである。

時間ｔと、1n（１−q/Q）＋q/Qとの関係は、データ処理
装置17で瞬時に計算され、プリンタ18で出力される。

この様な方法によって、抄紙原料である繊維状原料の状
態を瞬時に把握することができ、抄紙工程の管理に役立
たせることができる。また、必要によっては、この方法
で得たデータを前処理工程にフィードバックし、リファ
イナーによる叩解条件を制御することも可能である。

さらに、第１図の装置において、三方弁10の出口11側を
遮断し、負圧接続口12側を開けることもできる。このよ
うにすると、金網８の下側の空間には、負圧接続口12か
ら負圧が導入され、急速ろ過が実施される。すなわち、
実際の抄紙機のサクションボックスの排水挙動をシミュ
レーションすることができ、動的条件における紙シート
を得ることができる。

「B.填料歩留まり測定方法」この方法を実施するには、第１図に示す装置の一部を使
用する。すなわち、円筒容器１から排水容器13に至るま
での構成を利用する。この場合、スライドプレート７の
駆動時刻は、タイマーセットによって変更できるように
してある。スライドプレート７の金網８は、試験条件に
応じて適宜変更し得る。

次に、第１図を参照して、この方法の実施手順を説明す
る。まず、スライドプレート７を第１図に示す状態にセ
ットして、円筒容器１内に原料パルプなどを入れる。そ
して、抄紙機の条件に適合するように、攪拌羽根２で原
料パルプなどを攪拌し、その動的な状態を維持する。次
に、攪拌しながら、スライドプレート７を瞬時に左方向
に移動し、円筒容器１の底を金網８に切り換える。原料
パルプなどは、動的状態のままで、金網８によりろ過脱
水される。この際、排水容器13内に落下した排水（白
水）の適当量を採取し、その中の填料を測定する。

〈実施例〉本実験は、中性抄紙において炭酸カルシウムを添加する
際の、各種薬品のワンパスリテンションへの効果を検討
するものである。

広葉樹晒しクラフトパルプを試料として、叩解機ナイヤ
ガラ・ビーターにて、カナディアン・スタンダード・フ
リーネス（csf）350ミリリットルまで叩解した。続い
て、下記の第１表に示す、各種薬品の添加順序および添
加量に従って、原料パルプなどの調整を行った。その
後、原料濃度0.3％としたもの２リットルを、容量３リ
ットルの円筒容器に入れ、1000rpmおよび3000rpmの回転
速度で２分間攪拌した。攪拌を持続させた状態で、スラ
イドプレート７を移動して、円筒容器１の底を金網８に
切り替えた。金網８を通過した排水（白水）中の填料を
測定し、ワンパスリテンション（OPR）のデータを得
た。また、比較例として、静的状態（手抄紙調製機）で
も測定した。これらの結果を第２表に示す。

本実験条件において、排水採取量250〜300ミリリットル
程度まで動的条件が保たれるが、それ以上では、紙層形
成が起こり、ろ過作用の影響を受けてOPR値は高くな
り、再現性のあるデータは得られなかった。

第１表原料パルプなどの調製順序薬品添加順序薬品添加量パルプパルプ濃度 2.5％ ↓ （１）炭酸カルシウム（GL） 7.5％ ↓ （２）カチオン澱粉（C-st） 1.0％ ↓ （３）中性サイズ剤（AKD） 0.3％ ↓ 希釈パルプ濃度 0.3％ ↓ （４）リテンション助剤（A-PAA） 0.03％（注）各種薬品の添加量は、絶乾パルプ重量に対するパ
ーセントで表した。

GL:重質炭酸カルシウム（エスカロン＃800、三共精粉製） C-st:カチオン澱粉、Ｎ値0.25％（昭和電工製） AKD:アルキルケテンダイマー系中性サイズ剤（ハーコン40、デックハーキュレス製） A-PAA:アニオン系ポリアクリルアミド（セパラン＃30、ダウケミカル製）（発明の効果）以上説明したように、本発明は、繊維状分散液を入れる
容器の液排出部に、一側に測定用網を備えたスライドプ
レートを設置し、容器内の繊維状分散液を攪拌して所定
の回転速度にした後に、スライドプレートを動作して液
排出部を迅速に測定用網に切り換えるようにしたので、
測定用網を通して排出される液について各種の特性を測
定すれば、実際の抄紙工程における繊維状分散液の動的
な挙動が把握できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例に使用する装置の構成図、第２図は、第１図に示す装置で使われるスライドプレー
トの平面図、第３図は、繊維状原料の叩解度を変化させて、時間ｔ
と、1n（１−q/Q）＋q/Qとの関係を求めたグラフ、第４図から第６図までは、第１図に示す装置を使用し
て、各種条件で、時間ｔと、1n（１−q/Q）＋q/Qとの関
係を実測したグラフである。符号１……円筒容器、２……攪拌羽根（攪拌手段）、７
……スライドプレート、８……金網（測定用網）、13…
…排水容器、14……計量器。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者牧田輝夫静岡県清水市尾羽405 (72)発明者日吉公男静岡県静岡市川合402の78 (72)発明者門屋卓東京都目黒区五本木２−48−３ (72)発明者石黒久三郎東京都目黒区平町２−３−22 (56)参考文献特開昭52−103553（ＪＰ，Ａ)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】繊維状分散液を入れる容器の底部に、一側
に測定用網を備えたスライドプレートを液密に設置して
液排出部を構成すると共に容器内の液を回転させる攪拌
手段を設け、スライドプレートにより液排出部を閉とし
た状態において容器内に繊維状分散液を入れた後、攪拌
手段を動作させて容器内の繊維状分散液を回転させると
共に、所定の回転速度に至った際に、スライドプレート
を動作させて測定用網を液排出部に対応させ、回転状態
の繊維状分散液を測定用網によりろ過脱水することによ
り、所望の特性を測定することを特徴とする繊維状分散
液の動特性測定方法
【請求項２】繊維状分散液を測定用網によりろ過脱水す
る際に測定用網を通して排出される液の量の時間的変化
を測定してろ水度曲線を求め、その傾きを繊維状原料の
動的ろ水度の固有値とすることを特徴とする特許請求の
範囲第１項に記載の繊維状分散液の動特性測定方法
【請求項３】繊維状分散液を測定用網によりろ過脱水す
る際に測定用網を通して排出される液に含まれる填料を
測定することにより、繊維状分散液に含まれていた填料
の歩留まりを測定することを特徴とする特許請求の範囲
第１項に記載の繊維状分散液の動特性測定方法