JP2015092032A - シート製造装置、シート製造方法、及びこれらにより製造されるシート、並びに、これらに用いる複合体及びその収容容器 - Google Patents
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Abstract
Description
また、熱融着性紛体も単に混ぜただけでは、熱融着性紛体同士が凝集してしまう場合があった。この場合、シートとしたときに、熱融着性紛体が疎となる部分ができ、その部分でパルプ同士が十分に結着できず、シートの強度が低下する課題となった。
本発明に係るシート製造装置の一態様は、繊維と、樹脂と着色材とを一体に有する複合体と、を混ぜ合せる混合部と、前記繊維と前記複合体とを結着する結着部と、を備える。
本実施形態に係るシート製造装置1000は、混合部100と、結着部200とを備える。図1は、本実施形態のシート製造装置1000の要部を示す模式図である。図2は、本実施形態のシート製造装置1000の模式図である。図3は、本実施形態のシート製造装置1000の構成の一例を示す図である。シート製造装置1000は、少なくとも、混合部100と、結着部200と、を備える。
混合部100は、繊維(繊維材)と、樹脂と着色材とを一体に有する複合体と、を混ぜ合せる機能を有する。混合部100では、少なくとも繊維及び複合体が混ぜ合される。
本実施形態のシート製造装置1000は、結着部200を備える。結着部200は、少なくとも上述の混合部100よりも、原材料の流れにおける下流側に設置される。
本実施形態のシート製造装置1000は、上述の混合部100、結着部200の他に、前処理のための構成、中間処理のための構成、後処理のための構成等を適宜有してもよい。図2は、シート製造装置1000の一例を模式的に示し、図3は、シート製造装置1000の構成の一例を示している。
粗砕部10は、パルプシートや投入されたシート(例えばA4サイズの古紙)などの原料を、空気中で裁断して細片にする。細片の形状や大きさは、特に限定されないが、例えば、数cm角の細片である。図示の例では、粗砕部10は、粗砕刃11を有し、粗砕刃11によって、投入された原料を裁断することができる。粗砕部10には、原料を連続的に投入するための自動投入部(図示せず)が設けられていてもよい。
本実施形態のシート製造装置1000において、原料の一部として使用される繊維(繊維材)としては、特に限定されず、広範な繊維材料を用いることができる。繊維としては、天然繊維(動物繊維、植物繊維)、化学繊維(有機繊維、無機繊維、有機無機複合繊維)などが挙げられ、更に詳しくは、セルロース、絹、羊毛、綿、***、ケナフ、亜麻、ラミー、黄麻、マニラ麻、サイザル麻、針葉樹、広葉樹等からなる繊維や、レーヨン、リヨセル、キュプラ、ビニロン、アクリル、ナイロン、アラミド、ポリエステル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリウレタン、ポリイミド、炭素、ガラス、金属からなる繊維が挙げられ、これらを単独で用いてもよいし、適宜混合して用いてもよいし、精製などを行った再生繊維として用いてもよい。原料としては、これらの繊維の少なくとも1種を含んでいればよい。また、繊維は、乾燥されていてもよいし、水、有機溶剤等の液体が含有又は含浸されていてもよい。また、各種の表面処理がされていてもよい。また、繊維の材質は、純物質であってもよいし、不純物、添加物及びその他の成分など、複数の成分を含む材質であってもよい。
本実施形態のシート製造装置1000において、原料の一部として使用される複合体は、樹脂及び着色材を一体に有する。
複合体又は複合体を含む粉体には、凝集抑制剤が配合されてもよい。凝集抑制剤は、複合体に配合された場合、配合されない場合に比較して、樹脂及び着色材を一体に有する複合体を、互いに凝集させにくくする機能を有する。凝集抑制剤としては、各種使用しうるが、本実施形態のシート製造装置1000では、水を使用しない又はほとんど使用しないため、複合体の表面に配置される(コーティング(被覆)等でもよい。)種のものを使用することが好ましい。なお、凝集抑制の効果だけを考えると、複合体は着色材を一体に有していなくてもよく、着色材を用いなくてもよい。つまり、本実施形態のシート製造装置1000において、原料の一部として使用される複合体は、樹脂及び凝集抑制剤を一体に有してもよい。
複合体は、上述した樹脂、着色剤、凝集抑制剤の他に、その他の成分を含有してもよい。その他の成分としては、例えば、有機溶剤、界面活性剤、防黴剤・防腐剤、酸化防止剤・紫外線吸収剤、酸素吸収剤等が挙げられる。
本実施形態のシート製造装置1000によれば、液体の少ない状態(乾式)であっても、混合部100において、繊維と複合体との混合を良好に行うことができる。そして、結着部200において樹脂及び着色材を一体に有する複合体が繊維と結着される。また、複合体が樹脂及び着色材を一体に有することで、繊維同士を結着する樹脂によって着色材が保持され易いことから、着色材が脱離しにくいシートを製造することができる。
本実施形態のシート製造方法は、繊維と、樹脂及び着色材、または、樹脂及び凝集抑制剤を一体に有する複合体と、を混ぜ合せる工程と、当該繊維と、当該複合体と、を結着させること、を含む。繊維、樹脂、着色材、複合体、及び結着は、上述のシート製造装置の項で述べたと同様であるため、詳細な説明を省略する。
本実施形態のシート製造装置1000、又はシート製造方法によって製造されるシートSは、少なくとも上述の繊維を原料とし、シート状にしたものを主に指す。しかしシート状ものに限定されず、ボード状、ウェブ状、又は凹凸を有する形状であってもよい。本明細書におけるシートとは、紙と不織布に分類できる。紙は、例えば、パルプや古紙を原料としシート状に成形した態様などを含み、筆記や印刷を目的とした記録紙や、壁紙、包装紙、色紙、画用紙、ケント紙などを含む。不織布は、紙より厚いものや低強度のものであり、一般的な不織布、繊維ボード、ティッシュペーパー、キッチンペーパー、クリーナー、フィルター、液体吸収材、吸音体、緩衝材、マットなどを含む。
本実施形態の収容容器は、繊維と混ぜて用いられ、樹脂及び着色材、または、樹脂及び凝集抑制剤を一体に有する、上述の複合体を収容する。
本実施形態のシート製造装置、シート製造方法は、上述の通り、水を全く又はわずかにしか使用しないものであるが、必要に応じて、噴霧等により、調湿等を目的として適宜水分を添加してシートを製造することもできる。
以下に実験例を示し、本発明をさらに説明するが、本発明は以下の例によってなんら限定されるものではない。
(1)樹脂及び着色材を一体に有する複合体の製造
(樹脂への着色材の一体化)
ポリエステル樹脂(東洋紡株式会社製、商品名「バイロン220」、ガラス転移点:54℃、軟化温度:96℃)1700部、青色銅フタロシアニン顔料(トーヨーカラー株式会社製、商品名LIONOL BLUE FG−7330)300部を高速ミキサー(日本コークス工業株式会社製、商品名「FM型ミキサーFM−10C」)により処理し、樹脂顔料混合物を得た。この樹脂顔料混合物を二軸混練押出機(東芝機械株式会社製、商品名「TEM−26SS」)のホッパーから供給して溶融混練を行いペレタイズして約3mm径のペレットを得た。この時ペレットからは、顔料が脱離する現象は皆無であったことから、樹脂及び着色材は一体となっていると判断した。
上記のようにして得られたペレットを室温付近まで冷却した後、ハンマーミル(株式会社ダルトン製、商品名「ラボミルLM−05」)にて、直径1mm以下の粒になるまで粉砕を行った。さらにこの粉砕された粒子をジェットミル(日本ニューマチック株式会社製、商品名「PJM−80SP」)により粉砕を行い、最大粒子径が40μm以下の複合体を得た。この複合体の粉砕物を気流分級機(日本ニューマチック株式会社製、商品名「MDS−3」)により分級し、複合体の体積平均粒子径dを10μmとなるようにした。
未コーティングの複合体100重量部と、凝集抑制剤として超微粒子二酸化チタン(富士チタン工業株式会社製、商品名「SST‐30EHJ」)1重量部とを、ブレンダー(Waring社製、商品名「ワーリングブレンダー7012型」)に投入し、回転数15600rpmで60秒間混合を行った。当該処理を行った複合体(樹脂及び着色材を一体に有する)をガラス容器にとり24時間放置したところ、放置後の複合体が凝集して塊状(ブロッキング)になることは認められず、流動性のある粉粒体の状態を維持していた。このことからコーティングがなされ(樹脂及び着色材を一体に有し)凝集しない状態が維持されていることを確認した。
粉末セルロース(日本製紙株式会社製、商品名「KCフロックW−50S」)を用いた。この繊維の平均径は19μmであった(以下、この繊維をXと表記する。)。
上記の(2)で得られた樹脂及び着色材を一体に有する複合材5重量部と、上記の繊維Xの20重量部とをブレンダー(Waring社製、商品名「ワーリングブレンダー7012型」)に投入し回転数3100rpmで7秒間混合を行い複合体と繊維とを混ぜ合せ混合材を得た。
上記(4)で得られた混合材40重量部を目開き0.6mmの直径200mmの金篩(ふるい)に投入し直径180mm(板厚1mm)のフッ素樹脂コートアルミ円板(住友電工ファインポリマー株式会社製、商品名「スミフロンコートアルミ」)上に電気ふるい振とう機(株式会社レッチェ社製、商品名「AS200」)を用いて混合材を堆積させた。
このとき金篩に若干の混合材2重量部が残留した。堆積させた混合材は嵩高い綿状の形態であるため、更に同径のフッ素コートアルミ板を乗せて、加圧して圧縮した。その成形された混合材をアルミ円板で挟み込んだ状態で、加熱プレスにセットして60秒間保持した後、圧解放してプレス機から取出し常温になるまで放置した。その後、熱成形された混合材をアルミ板からはがしとることにより、シート(紙)を得た。
(1)樹脂及び着色材を一体に有する複合体の製造
(樹脂への着色材の一体化)
実験例1と同様にしてペレットを得た。
(複合体のサイズの調整)
最大粒子径40μmの複合体を得るところまでは実験例1と同様とした。複合体を気流分級機(日本ニューマチック株式会社製、商品名「MDS−3」)により分級を行い、複合体の体積平均粒子径dを20μmとした。
実験例1と同様とした。
(3)繊維
実験例1と同様とした。
(4)混合材の製造
実験例1と同様とした。
(5)シートの製造
実験例1と同様とした。
(1)樹脂及び着色材を一体に有する複合体の製造
(樹脂への着色材の一体化)
実験例1と同様とした。
(複合体のサイズの調整)
実験例1と同様とした(10μm)。
(2)複合体への凝集抑制剤のコーティング
実験例1と同様とした。
クラフト紙(王子マテリア株式会社製、商品名「OK未晒クラフト」)を幅10mm長さ30mmの紙片に切断し、これを乾式パルプ解繊機(熊谷理機工業株式会社製No.2535)により常温で処理することにより綿状の繊維を得た。この綿状の繊維を目開き5mmの金篩にかけ繊維中に混在する未解繊物を除去して用いた。この繊維の繊維径を測定したところ33μmであった(以下、この繊維をYと表記する)。
(4)混合材の製造
上記(2)で得られた複合体5重量部、上記の繊維Yの20重量部をブレンダー(Waring社製、商品名「ワーリングブレンダー7012型」)に投入し回転数3100rpmで7秒間混合を行い複合体と繊維とを混ぜ合せた混合材を得た。
上記(4)で得られた混合材40重量部を目開き約3mmの直径200mmの金篩に投入し直径180mm(板厚1mm)のフッ素樹脂コートアルミ円板(住友電工ファインポリマー株式会社製、商品名「スミフロンコートアルミ」)上に電気ふるい振とう機(株式会社レッチェ社製、商品名「AS200」)を用いて混合材を堆積させた。このとき金篩に若干の混合材2重量部が残留した。堆積させた混合材は嵩高い綿状の形態であるため、更に同径のフッ素コートアルミ板を乗せ、加圧して圧縮した。その混合材をアルミ円板で挟み込んだ状態で、加熱プレスにセットして60秒間保持した後、圧解放してプレス機から取出し常温になるまで放置した。その後、熱成形された混合材をアルミ板からはがしとることにより、シート(紙)を得た。
(1)樹脂及び着色材を一体に有する複合体の製造
(樹脂への着色材の一体化)
実験例1と同様とした。
(複合体のサイズの調整)
実験例2と同様とした。(20μm)。
(2)複合体への凝集抑制剤のコーティング
実験例1と同様とした。
(3)繊維
実験例3と同様とした。
(4)混合材の製造
実験例3と同様とした。
(5)シートの製造
実験例3と同様とした。
(1)樹脂及び着色材を一体に有する複合体の製造
(樹脂への着色材の一体化)
実験例1と同様とした。
(複合体のサイズの調整)
実験例1と同様にして得られたペレットを室温付近まで冷却した後、ハンマーミル(株式会社ダルトン製、商品名「ラボミルLM−05」)で、直径1mm以下の粒になるまで粉砕を行った。この粉砕された粒子をジェットミル(日本ニューマチック株式会社製、商品名「PJM−80SP」)によりさらに粉砕を行い、最大粒子径が60μm以下の複合体を得た。この複合体を気流分級機(日本ニューマチック株式会社製、商品名「MDS−3」)により分級を行い体積平均粒子径dが35μmの樹脂及び着色材が一体となっている複合体を得た。
実験例1と同様とした。
(3)繊維
実験例3と同様とした。
(4)混合材の製造
実験例3と同様とした。
(5)シートの製造
実験例3と同様とした。
(1)樹脂及び着色材を一体に有する複合体の製造
(樹脂への着色材の一体化)
実験例1と同様とした。
(複合体のサイズの調整)
実験例1と同様にして得られたペレットを室温付近まで冷却した後、ハンマーミル(株式会社ダルトン製、商品名「ラボミルLM−05」)にペレットを、直径1mm以下の粒になるまで粉砕を行った。この粉砕された粒子をジェットミル(日本ニューマチック株式会社製、商品名「PJM−80SP」)によりさらに粉砕を行い、最大粒子径が25μm以下の複合体を得た。この複合体を気流分級機(日本ニューマチック株式会社製、商品名「MDS−3」)により分級を行い体積平均粒子径dが5μmの、樹脂及び着色材は一体となっている複合体を得た。
上記(1)で得られた未コーティングの複合体100重量部と、凝集抑制剤として超微粒子二酸化チタン(富士チタン工業株式会社製、商品名「SST‐30EHJ」)2.5重量部を、ブレンダー(Waring社製、商品名「ワーリングブレンダー7012型」)に投入し、回転数15600rpmで30秒間混合した後120秒静止させ、更に同回転数で30秒間混合した。当該処理を行った複合体をガラス容器にとり24時間放置したところ、放置後の複合体(粉体)が凝集して塊状(ブロッキング)になることは認められず、流動性のある粉粒体の状態を維持していた。このことからコーティングがなされ(樹脂及び着色材を一体に有し)、凝集しない状態が維持されていることを確認した。
実験例1と同様とした。
(4)混合材の製造
実験例1と同様とした。
(5)シートの製造
実験例1と同様とした。
(1)樹脂及び着色材を一体に有する複合体の製造
(樹脂への着色材の一体化)
実施しなかった。
(樹脂粒子のサイズの調整)
本例では、複合体を用いず、着色材を一体に有さない樹脂粒子を用いた。ポリエステル樹脂(東洋紡株式会社製、商品名「バイロン220」)2000部(ペレット)を、ハンマーミル(株式会社ダルトン製、商品名「ラボミルLM−05」)により、直径1mm以下の大きさになるまで粗粉砕を行った。この樹脂粒子の粒状体をジェットミル(日本ニューマチック株式会社製、商品名「PJM−80SP」)によりさらに粉砕を行い、最大粒子径が40μm以下の粉粒体を得た。得られた粉粒体を開口100μmの金篩にかけ異物及び粗大粒を取り除いた。この粉粒体を気流分級機(日本ニューマチック株式会社製、商品名「MDS−3」)により分級を行い体積平均粒子径dが10μmの樹脂粒子を得た。
(樹脂粒子への凝集抑制剤のコーティング)
実施しなかった。
(3)繊維
実験例1と同様とした。
青色銅フタロシアニン顔料(トーヨーカラー株式会社製、商品名LIONOL BLUE FG−7330)0.75重量部、上記(1)で得られた樹脂粒子4.75重量部、超微粒子二酸化チタン(富士チタン工業株式会社製、商品名「SST‐30EHJ」)0.05重量部、及び上記(3)の繊維Xの20重量部をブレンダー(Waring社製、商品名「ワーリングブレンダー7012型」)に投入し回転数3100rpmで7秒間混合を行い繊維、樹脂粒子、顔料(着色材)、凝集抑制剤からなる混合材(樹脂と着色材は別体となっている。)を得た。
(5)シートの製造
実験例1と同様とした。
(1)樹脂及び着色材を一体に有する複合体の製造
(樹脂への着色材の一体化)
実験例1と同様とした。
(複合体のサイズの調整)
実験例1と同様にして得られたペレットを室温付近まで冷却した後、ハンマーミル(株式会社ダルトン製、商品名「ラボミルLM−05」)に導入し、直径1mm以下の粒になるまで粉砕を行った。この粒状体(粉粒体)をジェットミル(日本ニューマチック株式会社製、商品名「PJM−80SP」)によりさらに粉砕を行い、最大粒子径が70μm以下の複合体を得た。得られた複合体を開口100μmの金篩にかけ異物及び粗大粒を取り除いた。この複合体を気流分級機(日本ニューマチック株式会社製、商品名「MDS−3」)により分級を行い体積平均粒子径dが50μmの樹脂及び着色材が一体となっている複合体を得た。
実験例1と同様とした。
(3)繊維
実験例1と同様とした。
(4)混合材の製造
実験例1と同様とした。
(5)シートの製造
実験例1と同様とした。
(1)樹脂及び着色材を一体に有する複合体の製造
(樹脂への着色材の一体化)
実験例1と同様とした。
(複合体のサイズの調整)
実験例1と同様にして得られたペレットを室温付近まで冷却した後、ハンマーミル(株式会社ダルトン製、商品名「ラボミルLM−05」)にペレットを導入し、直径1mm以下の粒になるまで粉砕を行った。この粉砕品を乾式粉砕機(株式会社スギノマシン製、商品名「ドライバーストDB−180W」)によりさらに粉砕し、最大粒子径が130μm以下の複合体(粉粒体)を得た。得られた複合体を開口400μmの金篩にかけ異物及び粗大粒を取り除いた。この複合体を気流分級機(日本ニューマチック株式会社製、商品名「MDS−3」)により分級を行い体積平均粒子径dが80μmの複合体(樹脂及び着色材が一体となっている)を得た。
実験例1と同様とした。
(3)繊維
実験例3と同様とした。
(4)混合材の製造
実験例1と同様とした。
(5)シートの製造
実験例3と同様とした。
(1)樹脂及び着色材を一体に有する複合体の製造
(樹脂への着色材の一体化)
実施しなかった。
(樹脂粒子のサイズの調整)
複合体を用いず、着色材を一体に有さない樹脂粒子を用いた以外は、参考例2と同様とし、体積平均粒子径dが50μmの粉粒体を得た。
(樹脂粒子への凝集抑制剤のコーティング)
実施しなかった。
(3)繊維
実験例1と同様とした。
青色銅フタロシアニン顔料(トーヨーカラー株式会社製、商品名LIONOL BLUE FG−7330)0.75重量部、上記(1)で得られた樹脂粒子4.75重量部、上記繊維Xの20重量部をブレンダー(Waring社製、商品名「ワーリングブレンダー7012型」)に投入し回転数3100rpmで7秒間混合を行い繊維、樹脂粒子、顔料からなる混合材(樹脂粒子と着色材は別体となっている。)を得た。
(5)シートの製造
実験例1と同様とした。
(粒子径の測定方法)
複合体又は樹脂粒子の粒子径の測定は、水中に懸濁させ湿式フロー式粒子径・形状分析装置(シスメックス株式会社製、商品名「FPIA−2000」)により行った。その結果を表1に記した。なお、複合体又は樹脂粒子を懸濁させる際には、懸濁液100重量部に対して2重量部の界面活性剤(花王株式会社製、商品名「エマルゲン120」)を加え超音波処理を1分間行い懸濁液の凝集を解消した状態とした。
繊維材の繊維径の測定は、繊維を水に懸濁させファイバーテスター(Lorentzen & Wettre社製、「Fiber Tester」)により実施した。得られた繊維の平均径Dを表1に記載した。
混合材における複合体又は樹脂粒子の体積平均粒子径d及び繊維の平均径Dの関係について、d/Dの値、及び、d≦Dの関係を満たすか否かについて、満たす場合を「○」、満たさない場合を「×」、値の±10%の範囲で満たす場合を「△」として、表1に記載した。
上記の方法により得られたシート(紙)からJIS K7162の1BAの試験片(全長75mm)に切り出した後、引張試験を実施した。同試験はJIS K7161に準拠し、室温23℃、相対湿度50%の環境で行った。各例の破断点の強度(MPa)値を表1に記載した。
上記の方法により得られたシート(紙)から幅15mm長さ120mmの試験片を切り出し、端部より20mm、40mm、60mm、80mm、100mm位置の光学反射濃度を分光濃度計(X rite社製、商品名「X−Rite 528」)によりCyanモードで測定を行った。この時の光学反射濃度の最大値をA、最小値をBとしたとき、C=100×(A−B)/A(%)なる値Cが5%以下を「○」(色ムラなし)、5%を越え10%以下である場合を「△」、10%より大きい場合を「×」(色ムラあり)と判定した。
上記の方法により得られたシート(紙)を981Paの圧力で挟持体に挟持しながら紙を動かした。挟持体に着色材が付着していた場合を「×」(脱離がありNG)、付着していない場合を「○」(脱離なく問題なし)として表1に記載した。これは、紙を指でこすったときに指に着色材が付着するか否かで評価を代用してもよい。
各例で得られたシート(紙)につき官能試験を行った。20才以上50才以下の男女20名に、各例の紙の感触、風合、外観を確認させ、うち15名以上が紙として使用に耐えると判断した場合を「○」、そうでないものを「×」として表1に記載した。
各実験例及び各参考例について、表1に、試料の特徴、繊維材の種類、繊維材の繊維径、複合体又は樹脂粒子の構成、シート(紙)の引張強度、シート(紙)における着色材の脱離、シート(紙)の着色均一性及び良否判定結果をまとめた。
Claims (17)
- 繊維と、樹脂と着色材とを一体に有する複合体と、を混ぜ合せる混合部と、
前記繊維と前記複合体とを結着する結着部と、を備える、シート製造装置。 - 前記複合体は、さらに凝集抑制剤を一体に有する、請求項1に記載のシート製造装置。
- 前記複合体は、粉体である、請求項1又は2に記載のシート製造装置。
- 前記複合体の大きさは、前記繊維の太さ以下である、請求項1〜3のいずれか一項に記載のシート製造装置。
- 前記着色材は、前記樹脂に内包されている、請求項1〜4のいずれか一項に記載のシート製造装置。
- 繊維と、樹脂と着色材とを一体に有する複合体と、を混ぜ合せる工程と、
前記繊維と、前記複合体と、を結着させる工程と、を含む、シート製造方法。 - 繊維と、樹脂と着色材とを一体に有する複合体と、を原料に含み、
前記繊維と、前記複合体とが、結着されている、シート。 - 繊維と混ぜて用いられ、樹脂と着色材とを一体に有する複合体、を収容する収容容器。
- 樹脂及び着色材を一体に有し、繊維と混ぜて用いられる、複合体。
- シート製造装置に用いられ、樹脂及び着色材を一体に有することを特徴とする、複合体。
- 繊維と、樹脂と凝集抑制剤とを一体に有する複合体と、を混ぜ合せる混合部と、
前記繊維と前記複合体とを結着する結着部と、を備える、シート製造装置。 - 前記複合体は、粉体である、請求項11に記載のシート製造装置。
- 繊維と、樹脂と凝集抑制剤とを一体に有する複合体と、を混ぜ合せる工程と、
前記繊維と、前記複合体と、を結着させる工程と、を含む、シート製造方法。 - 繊維と、樹脂と凝集抑制剤とを一体に有する複合体と、を原料に含み、
前記繊維と、前記複合体とが、結着されている、シート。 - 繊維と混ぜて用いられ、樹脂と凝集抑制剤とを一体に有する複合体、を収容する収容容器。
- 樹脂及び凝集抑制剤を一体に有し、繊維と混ぜて用いられる、複合体。
- シート製造装置に用いられ、樹脂及び凝集抑制剤を一体に有することを特徴とする、複合体。
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