カラマツ、トドマツおよびシラカンバの各部位から 製造した未晒クラフトパルプの性質
その他(別言語等)
のタイトル
Properties of unbleached kraft pulps from five tree componets of Japanese larch,fir and
white birch trees
著者 奥山 寛, 三宅 基夫, 寺沢 実
雑誌名 帯広畜産大学学術研究報告. 第I部
巻 16
号 1
ページ 41‑50
発行年 1988‑11‑30
URL http://id.nii.ac.jp/1588/00002054/
肯大研報Ⅰ一16日タβ臥す卜占β 4ユ
カラマツ、トドマツおよびシラカンパの各部位から 製造した未晒クラフトパルプの性質
奥山 寛】),三宅基夫1),寺沢 実2)
(受理二1988年5月31日)
Propertjes of11nbleaclled kraft pulps from five tree
componeJltS OfJapaneselarch,rir and whitet〉irch trees
Hiroshi(〕KUY.Ai仏1一,Mot・3MIYA此】)and MinorlエTELtAZA刷A2〉
摘 要
北海眉における主要なパルプ原料樹挿であるカラマツ(ムⅣ夜烏伽叩頭狛).トドマツ
〔舶よe−Sご旧〟氾加血涙叔.9)およぴシラカンパ(伽抽通が叫脚砂仇)を構成する乳軋幹,
抹および根の5種類の部位から,未晒クラフトパルプを製造し,製紙用パルプ傾料としての適 性を換討した。
それぞれの構成部位から製造した兼晒クラフトパルプの収率,化学組成および物理的性質か ら判断して,カラマツとトドマツの校以外の部位は,製紙用パルプ原料として,従来,使用さ れている幹にほぼ匹敵する有望な繊維資源であると思われる。一方,これらの樹種の授からは,
収率が低く,リグニン含有量の多い,比引裂き強さめ劣ったパルプしか得られなかった。ただ し】シラカンパの枝からは.斡パルプの値にほぼ匹敵するパルプが得られた。
単独では劣った性質を示した針真樹の、枝は,他の構成部位と混合蒸解することにより,品質 の改発が可能になると思われるn
これらの結果から.従来,ほとんど利用されていなかった樹木の構成部位は製紙用パルプ原 料として,有効に利用できると判断された。
Key㌧川rd二S:tJap員neSelarch,unbleached kr封t pulp.tree components.whole tree utilization
=帯広畜産大学農産化学科林産化学研究室・
き」現在:北海道大学農学部林産学科林産製造学講座
Tノaburatory of Forest Products Chemistry.Departmcnt Df Agri亡ulturalChemistry,Obihiro University〔lf Agriculture and Veterinary Mcdicine,Obihiro,Hokkaido O80,血pan.
)T」aboratr〕r)・ローCllemicalTechn81ロgy Or Forest Products.Deparも1Tlent Of Fore古LI)r【うducLs,
TTacultv Df Agriculture,Iiokkaido Universlty,Sapporo O60,Japan.
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奥山 寛・三宅基夫・寺沢 実
42
各部位の構成率は,郎付別にノ全体の生劇毒呈を辞儀 した後,各部位を代表するよう.な試料の塵材重畳と含 水率を測定し,これらの値から.部位どとの絶乾意窒 を算出して.前述の直径1cm以下の掛と椙および葉
を除いた供試木の絶乾重量に対する重量構成率として
表わした。
2.部位別材の比重および化学成分の測定 比重は.パルプ製造用として構成部位別に細裂した 木部チップの→部を使用し,飽水容積と絶乾重量め比 から求めた。
化学成分の分析は】チップ調製時に生じた鋸屑の40
〜釦mesh飾別画分を使用し、,Schこ■r酢ど嶺に準拠した 通常の木材分析法によったが,ホロセルロースはⅥ「1se 法により定量した。
中性糖軋脱脂米粉をSaemanらの方法1りで加水分 解し,得られた単糖顎をB8rChardtらの方法▲ )でテル デトールアセテートとLて,ガスクロマトグラフィー
(GLC)法により分析した。こ由場合,my□一イノシ トールを内部極準とし,蹄の絶対量を求め.無水物に
換算して、未脱脂絶乾試料に対する含有率として表示 した。
3.パルプの製進条件,繊維形態の測定および化学
成分の分析
パルプの製造は.クラフト法により,王研式4威容
電熱型オートクレープを用いて行った。すなわち、チッ プ泉500g(絶乾換算),硫化度25タ石.液比5(カラマ
ツとトドマツ),4(シラカンパ).最高塩船7P℃,
最高温度に到達までの時隈65分,最高温度保持時間60 分とした。ただし.活性アルカリ立は,カラマツとト
ドマツでは2哨,シラカンパでは15%としだ㌔
兼解終了乳オートクレープは室温で放冷し,木綿 袋に取り出した生成ノヾルプを流水で1・分に洗漱後,12
カットのフラ・ソトスタリープを通した。スクリーン残 麓吼 一度だけTAPPIスタンダード離解機 紅
2()5m)で2ち分間離解した後,再度,上記のスグリーン を適して7それでもスクリーン上に留まった部分の簡
乾重量を求ぬ、スクリーン残澄とした。一見スクリー ン通過の精選パルプは収率を求ぬた後,以後の各樺の
議験に供した。
繊維形態の測定には,1昼夜蒸留心こ浸潰した各部 位の末叩解クラフトパルプを使用した。すなわち,メ 緒 盲
人口の急増にともなって.世界的に木材の消費量は 着い−増加を続けているため,現在,世界の森林資源
は急速に減少の傾向にある。わが国における最近の年 間木材消費量は,9,000万出金りでほぼ横ばい状態が
緩いているがl白給率は静%程度で大変低く.その.大
半が輸入材に依存している♭世界の森林資意の需給状 態は,次第に逼迫の煩向にあるため,鹿料として大皇
の木材を継続的に使用する紙・パルプ工業においても,
原料め確保が次第に困≡軌こなることが予測きれ,越椎
資源の有効利用が強く望まれている。このまうな状況 での原料間組の解決法の一手段として,従乳 ほとん
ど利用されていない樹木を構成する各部位の活用が考 えられるが明,パルプ原料として輸入チップの比率
の高いわが国では,このような観点からの研究はほと んど行われていない。しかし今後.輸入チップ旦は次 第に減少していくことは自明であり,国内における潜
在的な繊維資源の有効な利用法を換甜すろことば、き わめて大切なことであると思われる。
本研究は,未利用絶経費源の有効利用のための基礎 的な研究として.北海道における代表的なパルプ材用 樹種であるカラマツ.トドマツおよぴシラカンパ客用 い.樹木を構成する5樫顎の酢桝こついて,製紙用パ ルプ原料としての適性を検討Lた。
稟 験 方 法 1.供試木の形状および各部位の構成率の測定
供試水には、帯広畜産大学の構内に壁背したカラマ ツ臼元痔=如研擁rO,トドマツ(A占、Je占βαど随一
拍夜那壷)およぴシラカンパ(加毎払が叫粉桓摘)
を,それぞれ1本棟用した。
これらの供試木は1戊倒後,次の条件で5稀頸の構 成部位に分別した。すなわち,幹、(地上高:カラマツ;
0.3−13.馳1,トドマツ;0.3〜5.3れ.シラカンパ:
P.3ん鎧.3m).梢(タラマツ;13,3〜17.3m.トドマ ッ;5.3〜8.7111,シラカンパ;6.3−1D.3m),株(地上 部:3樹種とも0.3血.地下郡ニカラマツ;0.4m,トド
マツ;0.3m.シラカンパ:0.3m).根=3樹種とも木 部の直径1cm以上楼:3樹種とも木部の直径1cm 以上とした。なお,直径1cm以下の枝と椙および薬 ほ,完全な濾取が困難であったため,本研究の対象か ら除外した。
42
各構成部位から製造したパルプの性質 43 パルプの化学成分の分析ほ,各部枠の未叩解パルプ から基本重量60g/d程直のシートを圧縮せずに作製 して,風乾乳1c†庁大に裁断したものを使用し.前述
の木粉試料の分析方法に準拠して行った。
4.パルプの叩解法および物理劇性質の測定
カラマツとシラカンパの来所クラフトパルプの叩解
には,TApPIスタンダードナイヤガラ型12ゼ零ピー タを凍用Lたがコトドマツバルプの叩解には,アルミ
供試木の形状
チレンブルーで薄く染色Lた破綻(ガラマツとトドマ ツでは仮道管,シラカンパでは木繊維)を,桜限マイ クロメータを装着した光学甑敬鏡により,繊維良は釦 倍.繊維幅と肉腫幅は500倍の倍率で,カラマツは30り 應.トドマツとシラカンパは200本測定しれっ なお 繊維幅と内脚酌ま,繊維の両端からの長さ1/2付近の 位置を側溝したが,両者の測定値の羞から細胞壁厚
(2\V,壁厚の2倍)を求めた。これらの測定値は,い ずれも平均値で表示した。
第1表
第2表 供試木に対する各構成部位の重量構成率
木 部 樹 皮 木部一樹皮 樹皮率 供試木 郡便 座Lコ
(雛
kg−=(%) kg : (.%′) (%〕
幹 178.1 鵡.7 20.7 52.9 l謬臥8 66.6 】0.1
珊 7.8 3_0 2.5 6.4 10.3 3.5 24.3
カラマツ 枝 20.1 7.7 7.3 18.7 27.4 9.2 26.6
株 2臥0 10.B 3.3 8.4 31」j 川.5 川.5
蝦 25.4 9.邑 5.3 13.6 3D_7 1t).2 17.3
汁 259.4 100.0 39.1 180,Q 29臥5 10t用 13.1勘
幹 23.1 50.6 3〝1 41.4 26.2 娘4 11.8
梢 3.8 臥4 0.6 巨l.8 4.4 8.2 13,6
トドマツ 拉 5.5 ほ.0 1.2 16.0 軋7 12.7 17.g
株 10.3 2召.6 1.6 21.3 11.9 22.4 13.6
根 2.9 6.4 1.0 13.3 3.9 7.3 25.6
計 ヰ5.6 100用 7,5 10t).0 53.1 1UO.0 巨i.1R〉
幹 33.7 鳩.6 3.8 27.9 37▼5 45.2 川.1
椚 6.0 8.7 0.畠 5.9 6、8 日.2 ‖」8
シラカンパ 枝 14,1 2n.3 弓.2 3日2 1′りJi 23.3 狼9
株 軋4 12.1 1.6 11.8 10.【】 12.】 l臥0
槻 計 。1 11 H2・91【)0・し)16・′1P 9.3 1L223.7 り絶乾垂遠
2う供試水の儲皮率
朗 奥山 寛・三宅基夫・寺沢 実
ナ磁器製ポ、−ルミルを嘩用し,常穣一町により叩解した。
パルプシートの作製および物理的性質の測定は,
TAPI〕Ⅰスタンダード(T205恥T220m)に準拠した 方法で行った。
ペルプの物理的性質は,CS濾水庶.シートの密度,
引張り強さ(裂断長)および引裂き趣き(比引裂き強 さ)などを測定し.兼叩解およぴCS濾水度250Ⅷ1の時 に相当する値で示した。
結果および考案
1.供託木の形状および各部位の構成率 供試木の形状は第1表に示したとおりであ∨り,、カラ マツは中径木.トドマツとシラカンパは小径木といえ るもので.、いずれ転外形の整った健全木であった。
供試木の直径1Ⅷ以下の妓と根および真の部分を除
いた絶乾垂鄭こ対する各構成部位の絶乾香登で示した
構成率は弟2義のとおりであった。いずれの樹種にお いても.最も高い値を示した部位は,通常,使用され ている幹であり.木部構成率として,カラマツが隠7
%.トドマツが5D.6%,シラカンパが48.鴎を占めた。
しかし.従米,パルプ席料などにほとんど利用されて
いない軋枝,株および根などの部位め木部構成率の 合計は,カラマツで31.3軋トドマツで49.射軋 シラ カンパで51.4鮎にも達した。.したがって,森林資源の 有効利用の観点からも〜これら未利用部位のパルプ原 料とLての利用ほ.大いに期待されるものである。
供試部位全体の樹皮率については,カラマツが13.1 乳トドマツが14」%,シラカンパが
いずれの樹種についても.文献値▲亀)に比べで,やや大 であるのほ.これらの供読本が小中経木であるため と思われる。
通常,パルプ用原木の樹尿率は18〜25%の範開にあ るが,極端に直径の細い枝のような部位では1樹皮率 が25%を堪える場合もあるといわれている■昂ノ8 カラマ ツとシラカンパの枝の樹皮率は,それぞれ26.6%およ ぴ26.9%にも達し,他の部位に比べて最も大きな値で あったが.トドマツの枝の樹皮率は17.9%で.椙の25.6
%に次や値であった。
なお,樹皮は燃料.家畜の敷料,肥料,ボード,土壌改 良材料など多方面に利許されているが,パルプ原料こ
樹皮が混入するとパルプ化の際や生成パルプの諸性質
に好ましくない影響を与えることが多いやしたがって,
帯3義 郎位別材の比重および成分組成 抽出物(%)
供試木 部位 比重 灰分 1% アルコール ホロセル リグニン
(好) NaOH ベンゼン ロース(、%)
(%)幹 0.43 n.17 1宮.7 3.4 67.7 27.1
梢 0.40 q.30 17.5 3.1 70.2 払.4
カラマツ 0.51 19.7 2.8 64.7 32.7
各構成部位から製造したパルプの性質 侶
成部位別材間における抽出物含有量の差は.シラカン
パよりもカラマツやトドマツの方が大であった。
ホロセルロースについては.含有量の最も多い部位 は梢で應り.3樹種に共通した結果であった。これに 対して,含有量の最も少ない部位は,カラマツでは株,
トドマツでは枝.シラカンパでは根であった。また各 構成部位のホロセルP−スの平均台青嵐は.カラマツ
とトドマツでは.それぞれ65.7%と69.9%であったの に対して,シラカンパでは80.1%とカラマツよりは 14.4タ石,トドマツよりは10.2%大であり,針葉樹材と
広糞樹材の化学成分の特徴が明瞭であった。
リグニンの含有量については.カラマツとトドマツ の槙が最も多かったのに対して.シラカンパの枝では,
とくにそのような結果がみられなかった。リグニンの 場合にも各構成部位の含有嶺の平均伯は.カラマツが
2臥2タ石,トドマツが30.8%なのに対して,シラカンパ では狐9%であり,針集樹材と広糞繊材の特徴が明瞭 であった。なお.針葉樹の枝には圧紆あて材か形成さ れるのに対して.広葉樹の枝には引張りあて材が形成 されるため.それぞれの特徴が反映され,前者ではホ ロセルロースが少なく.リグニンが多い結果となり,
後者ではホロセルロースが多く.リグニンが少ない酷 樹皮は,パルプ原料としての適性が著しく劣ると判断
されるため,木研究では!以後,研究対象から除外した。
2.部位別材の比重および成分組成
第3表に示したように,比重についての各樹種に共 通的な点は,各構成部位の巾で,枝材の比重が最も大 であることであった。この理由は,枝に形成されたあ て材の影響によるためと思われる。
構成部位と比重との間の関係は,カラマツとトドマ
ツの針葉樹では非常に類似したものであった。すなわ わち,各構成部位の中では枝の比重が最も大であるの
に対して,株の比重ほ最も小であった。また広重磯で あるシラカンパでも枝の比重は最も大であったが.最 小値を示したのは服であった。なお,各構成部相聞に おける比重の最大値と最小値の差軋カラマツが0.13,
トドマツが0.21,シラカンパが0.10であった。
部位別材の成分練成についてみるとま灰乳アルコー
ル・ベンゼンおよぴ1%N注OH溶液による抽出物の含 有崖と構成部位との間には,3樹種に共通した結果は
.とくにみられなかった。なお.抽出物の含有量は.カ
ラマツとシラカンパでは株が高い値であったのに対し
てフトドマツの境創こは枝が最も高い値を示した。構
第4表 部位別材の中性糖組成
ン
カ \ノ ル %
グ ︵
ン
々ノ ︶ ク % ラ ガ
ラムナン アラビナン キシラン マンナン
(%) (%)
(%) (%)
供試木 部位
0ハU O 9 ハ=> l 只U 6 9 5 nO 3 つり ∩ム 3 3
幹絹 枝 株根 ﹁ヽU 6 6 3 3 1 7 5 ∩ム nバU
l <U 7 0 nU0 4 0 ︹hU 2
00 6 0 9 7ハリ n‖﹀ nU ∧‖U O
ツ
マ 一フ
カ ⁝ 0
幹椚枝株根 1 2 日U つU ⊂U
9 2 3 5 17 7 3 ・・り 7 0 nC O 2 ウJ 4. 3 3 .1 4
2 5 6 7 24 J 6 4 3
ツ マ
ド
斡梢枝 株根 l 1 8 ∧八∪ 7
5 7 5 7 9リ 00 1 1 9 ︻・∨ ハhU 6 7 9
3 3 3 3 3
4 1 RU 9 ウJ
O 1 9 1 7
4 −﹂∂ ︹hU .4 バリ
シラカンパ
48 奥山 寛・三宅基夫・寺沢 実
する籍見であった。
3.部位別材の繊維形態
部位別材の繊維の形態的な因子を平均値で第5卦こ 示した。3磯稀に共通した繊維の形態的な特徴は,枝 の繊維長,繊維幅および内腔煽が最も′トさいことと柔 軟係数が小さいこと,さらに梢の繊維が幹のそれより も小型であることなどである。とくに後者の理由は,楠
は大部分未成熟材繊維から構成されているためである。
また,トドマツとシラカンパの斡の繊維轟や繊維痛 が文献値11)に比べて.やや小さいが,この理由は1こ れらの供試木が若齢′J\径木であるため,未成熟材繊維 の影響を強く受けた結果と思われる。
4.部位別末晒クラフトパルプの収率および成分組
成
弟6表に示したように.束晒クラフトパルプの縫取 率は,カラマツとトドマツの枝パルプが最小値を示し たが,シラカンパの枝は槻に次いで2番目に小さな値 であった03樹種の構成部鱒とパルプの最高および革 低収率との関係についてみると,カラマツではト収率
の最高値が梢であったのに対して上長低値は枝であり
両部位における総収率に、は5.2%の差があった(】また 果となる。各構成部位別相聞のリグニン含有量の最大
値と最小値の葦は,カラマツで6.3%.トドマツで4.7
%であったが,シラカンパでは】.7%と前二者に比べ て,かなり小さな煮であった。
3樹種の部位別材の中性糖組成は第4、表に示したが,
いずれの部位においても共通した結果は,グルカン量
が最も、大であることであり、グルカンのかなりの部分
が繊維細胞壁の骨格成分となっているセルロースに由
来することを示唆している。カラマツとトドマツでは,
稜の例を除いて,ク㌧レカンに次いで多い糖はマンナン であり,針葉樹材ヘミセルロースの主体がグルコマン ナンであることを示している。また,カラマ、ンとトド マツの枝では他の構成部位に比べて,グルカンとマン ナンの含有量が明らかに少ないのに対して,ガラクタ ンの含有皆は最も多く】情婦あて材の特徴】6ンと一致し た終果であった。
シラカンパの中性糖組成では,いずれの構成部位に おいても.やはりグルカンの含有臭が最も多く,これ に次いで多いめがキシランであり.広柴樹材ヘミセル ロースの主体をなすむ0−メチルダルクロノキンランの
形で多量に存奄していることを示唆している。またシ ラカンパの枝では.他の構成部粒に比べて,ガラクタ
ンの含有亀が最も多く.引張りあて材の椿敏T)と→敦
第5義 部位別材の繊維形態
長 m
経 口l 繊
位 郡
木 試 供 繊維鴨 肉陛幅 細胞壁厚X2 柔軟係数
(W)針mこⅠ)′ぷ相 (2w)〟m 〔1/1V)親側 幹絹枝株横 ・∴ . ︹J 2 1 2r ヴ血
りい 一.I ︻− リ‖ 川ぺ6
4 O A 4 0 0
n道一71 ∧u ∧護 良U qリ サ〟 窟.︷諾 3 0け nV−てU ワ つU ハリ nU 良U︑9 nU 石川 やヤ1﹂ ︿ぷ+腐 閤7371相関 J﹁O 1 4 £U 鱒65′錦駿飢
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マ
一7
カ 幹梢接株棍
︑り‖ − ︵U ﹁ト う一6
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417
巧ム l l l つ仁 ﹂ q ∧8 2 qU 聞知17謝泌 8 7 4 d′ つレ 歪V・4 ・4 ハロ 9 番︻掃∧〟 萬∵溜+ァ⁚烏 飢鮎勒防関 757672蜘酌 0︑月V ヮ︼ 3 長じ 鎗脚ぬ蛤鮒
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りp ハム nV 3・4. 盈撤ほ詑糾
幹︑絹枝検収
∧u∴れ遥一‖nハリー一打9 ¢U 床u Dnu 葺じ 八UlnV nU nU 消U 7 り血 ︻.・− 7 拍占 爵錯舘甜賂 7 nu 只り ごU l 邪知朝野馴 仁U ︵=Q 爪0 ︹﹂月 7 6 ﹁a 5 5 ﹁ヘリ
汐ラカンが
46
47
各構成部位から製造したパルプの性質 第6表 構成部札別末晒クラフトパルプの収率および成分組成
収率(%) ホロセル
供試木 部位 経収率 精選収率 スクリーン ロース リグニン
残漬 (%) (%)
幹 41.9 4l.2 0.7 96.1 4.5 椚 42.1 41.9 D.2 95・6
4・9カラマツ 0.5 92・1 8・1
株 3臥.6 36.6 2.0 95.7 5.4
椒 肛2 40.9 0,3 9軋4 4.4
幹 44.1 43.5 0.6 96.5 4.3
梢 43.8 43.3 D.5 96.8 4.1
トドマツ 1.5 91.7 7.5
株 46.0 43.9 2,1 96.3 4.1
椴 45,7 44.4 1.3 95.6 4.6
幹 51.8 51.7 0.1 9軋5 1.6
梢 50.9 50.9 痕跡 98.4 1.6
シラカンパ 0.1 98.1 1.7
株 51.6 514 0.2 97.7 2.1
椒 4日.9 48.8 0.】 98.5 1.6
第7表 構成部種別末晒クラフトパルプの中性糖組成
ァラビナンヰシラングルカン マナン
供試木部位 ガラクタン
(%)