製紙・パルプ産業

紙は木材パルプ繊維、フィラー、顔料、および凝集添加剤から作られています。 紙を不透明にするためには、粘土やチョークなどの充填剤を添加します。また、最終製品の明度を調整するために、二酸化チタンなどの染料や顔料を添加します。こうした成分の保持力を改善することは、製紙加工において最も重要です。

ゼータ電位、レオロジーと製紙業

製品の物理的特性に使用する全成分の相互作用と製紙工場の効率は複雑な問題ですが、ゼータ電位とレオロジーの２つのパラメーターがが解決の糸口となります。ゼータ電位は粒子間の電気的相互作用を測るパラメータです。値の正負に関わりなく、ゼータ電位が高ければ凝集を防止します。ゼータ電位がゼロに近づくと、粒子が引き付けあって凝集を起こします。ゼータ電位の変化が、保持値、強度、ピッチ堆積、必要な添加物などに作用します。つまり、コストに影響を与えます。加工だけでなく、効果的な排水処理も排出した材料のゼータ電位に大きく左右されます。ゼータ電位の測定は、Zetasizer Nano Z または Nano ZS を使用すれば迅速かつ容易に実施することができます。

製紙工場におけるゼータ電位測定値の応用には 2 つの方法があります。1 つめの方法は、まず正常に稼働している状態で、製紙工場のゼータ電位の統計データを作成しておきます。この基準のばらつきに目を通すことで、後に発生する問題を調査できます。2 つめは、それぞれの段階におけるゼータ電位を確認することで、現行の工程を改善する方法です。

加工中、パルプなどの粒子のゼータ電位は、精製法の変更、pH、パルプ原料、損紙の割合、添加物の量など、さまざまな理由で変化します。こうしたさまざまなパラメータがパルプなどの粒子のゼータ電位に与える影響は、Zetasizer Nano を多目的自動滴定装置 (MPT-2) と組み合わせれば自動的に調べることができます。MPT-2 を使用すると、分散媒のゼータ電位に対する pH、導電率、添加剤濃度の影響を自動測定できます。

ゼータ電位について述べたことは、レオロジー特性にもすべて当てはまります。レオロジー特性の測定は、通常希釈剤を必要としないバルク流動を対象に実施します。紙の塗料 (複合組成) が、塗工に関わる高せん断速度と応力さらされたときにどのような性能を示すかをシミュレートできます。このような条件をレオメーターで最初にシミュレートしたり、加工の問題やダウンタイムが発生する前にレオメーターを使って紙の材料配合を設計することで、高い製造コストや生産の問題を回避できます。

粒子径測定と製紙業

粒子径は製紙加工において重要な役割を果たします。加工に使用する原料の粒子径は、注意深く観察する必要があります。これは、粒子径のばらつきが品質低下につながる場合があるからです。たとえば、製紙加工で顔料として用いる二酸化チタンの粒度分布は、完成品の明度を左右します。素材の粒子が十分小さければ (通常 1 ミクロン未満)、粒径を Zetasizer で測定できます。もう 1 つの粒径測定法にレーザー回折法があります。これは、大型粒子の分布を示す試料に適した測定方法です。この測定に利用する場合は、Mastersizer 2000 に適した乾式もしくは湿式サンプル分散ユニットを組み合わせて用います。