JP2022010644A - 成形体製造方法、成形体、イレイザー - Google Patents
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Abstract
【課題】引張強度を高めた成形体を提供する。【解決手段】成形体製造方法は、繊維を含む第1層と、撥水材を含む第2層とを有する原料を解繊する解繊工程と、前記解繊工程で解繊された解繊物を堆積する堆積工程と、前記堆積工程で堆積された堆積物を結合材によって結合させて成形体を成形する成形工程と、を含む。【選択図】図7
Description
本発明は、成形体製造方法、成形体、イレイザーに関する。
従来、特許文献1に示すように、剥離材がコーティングされたセルロース材料を粉砕し、添加剤を添加して成形体を成形する方法が知られている。
しかしながら、上記の方法では、粉砕されたセルロース材料の表面に剥離材が被膜した部分が多く存在する状態なので、セルロース材料同士の結合力が弱く、成形体における引張強度が低下してしまう、という課題がある。
成形体製造方法は、繊維を含む第1層と、撥水材を含む第2層とを有する原料を解繊する解繊工程と、前記解繊工程で解繊された解繊物を堆積する堆積工程と、前記堆積工程で堆積された堆積物を結合材によって結合させて成形体を成形する成形工程と、を含む。
上記の成形体製造方法で製造された成形体。
上記の成形体製造方法で製造されたイレイザー。
まず、成形体製造方法について説明する。
図1は、成形体Mを製造する成形体製造方法を示すフローチャートである。
図2は、成形体Mを製造可能な成形体製造装置1の構成を示す模式図である。
図1に示すように、成形体製造方法は、まず、解繊工程(ステップS11)では、繊維301を含む第1層としての基材層300と、撥水材としての剥離材401を含む第2層としての剥離材層400とを有する原料OP(図3参照)を解繊し、次いで、堆積工程(ステップS12)では、解繊工程で解繊された解繊物DFを堆積し、次いで、成形工程(ステップS13)では、堆積工程で堆積された堆積物としての繊維状ウエブSを結合材P1(図4参照)によって結合させて成形体Mを成形する。
このように製造された成形体Mは、例えば、イレイザーMAとして利用することが可能である。
図1は、成形体Mを製造する成形体製造方法を示すフローチャートである。
図2は、成形体Mを製造可能な成形体製造装置1の構成を示す模式図である。
図1に示すように、成形体製造方法は、まず、解繊工程(ステップS11)では、繊維301を含む第1層としての基材層300と、撥水材としての剥離材401を含む第2層としての剥離材層400とを有する原料OP(図3参照)を解繊し、次いで、堆積工程(ステップS12)では、解繊工程で解繊された解繊物DFを堆積し、次いで、成形工程(ステップS13)では、堆積工程で堆積された堆積物としての繊維状ウエブSを結合材P1(図4参照)によって結合させて成形体Mを成形する。
このように製造された成形体Mは、例えば、イレイザーMAとして利用することが可能である。
以下、成形体製造方法について、成形体Mを製造する成形体製造装置1の構成とともに説明する。成形体製造装置1は、水を極力利用しない乾式によって、原料OPから成形体Mを製造する装置である。
成形体製造装置1は、解繊工程に相当する乾式解繊機30と、堆積工程に相当する繊維状ウエブ成形機100と、成形工程に相当する加熱加圧機構150と、を含む。
成形体製造装置1は、解繊工程に相当する乾式解繊機30と、堆積工程に相当する繊維状ウエブ成形機100と、成形工程に相当する加熱加圧機構150と、を含む。
まず、粗砕機10に原料OPを供給する。
原料OPは、例えば、粘着テープの粘着剤に接合して用いられる剥離シート、あるいはセパレーターである。原料OPは、図3に示すように、植物由来の繊維301を含む基材層300と、剥離材401を含む剥離材層400と、浸透防止材である目止め樹脂501を含む第3層としての目止め層500とを有する積層体である。基材層300と剥離材層400との間に目止め層500が積層される。基材層300の厚みは、50μm以上500μm以下である。また、剥離材層400の厚みは、1μm以上50μm以下である。
なお、目止め層500は必須ではないため、この場合には、基材にピンホールがなく耐溶剤性がある基材(例えばグラシン紙)を使い、シリコーン樹脂を直接塗工したものでもよい。
原料OPは、例えば、粘着テープの粘着剤に接合して用いられる剥離シート、あるいはセパレーターである。原料OPは、図3に示すように、植物由来の繊維301を含む基材層300と、剥離材401を含む剥離材層400と、浸透防止材である目止め樹脂501を含む第3層としての目止め層500とを有する積層体である。基材層300と剥離材層400との間に目止め層500が積層される。基材層300の厚みは、50μm以上500μm以下である。また、剥離材層400の厚みは、1μm以上50μm以下である。
なお、目止め層500は必須ではないため、この場合には、基材にピンホールがなく耐溶剤性がある基材(例えばグラシン紙)を使い、シリコーン樹脂を直接塗工したものでもよい。
繊維301としては、例えば、セルロース繊維、綿、リンター、カボック、亜麻、***、ラミー、絹等が挙げられ、これらのうちの1種または2種以上を組み合わせて用いることができるが、このなかでも、セルロース繊維を主とするのが好ましい。セルロース繊維は入手が容易で、成形性に優れる。セルロース繊維としては、木質系パルプに由来するものが好ましい。木質系パルプとしては、バージンパルプ、クラフトパルプ、晒ケミサーモメカニカルパルプ、合成パルプ、古紙や再生紙に由来するパルプ等が挙げられ、これらのうちの1種または2種以上を組み合わせて用いることができる。ここで、セルロース繊維とは、化合物としてのセルロース、すなわち狭義のセルロースを主成分とし繊維状をなすものであればよく、狭義のセルロースの他に、ヘミセルロース、リグニンを含むものが該当する。
剥離材401の構成材料としては、撥水性や剥離性を有していれば特に限定されないが、シリコーン樹脂、フッ素樹脂、アルキッド樹脂等が挙げられ、中でもシリコーン樹脂が好適である。
目止め樹脂501の構成材料としては、剥離材401が基材層300に浸透するのを防止する浸透防止材としての機能を有していれば特に限定されないが、ポリエチレン、ポリビニルアルコール等が挙げられる。
原料OPが粗砕機10に供給されることで、粗砕機10の粗砕刃11によって原料OPは数センチ角の粗砕片に分断される。
なお、粗砕機10には、原料OPを連続的に供給するための自動送り機構5を設けることが好ましい。自動送り機構5における供給速度は生産性を考えると高いほうがよい。
なお、粗砕機10には、原料OPを連続的に供給するための自動送り機構5を設けることが好ましい。自動送り機構5における供給速度は生産性を考えると高いほうがよい。
粗砕機10における粗砕刃11は、通常のシュレッダーの刃の切断幅を広げたような装置とすることで対応が可能である。粗砕刃11で数センチ角に分断された粗砕片は、定量供給機50を通じてホッパー12から導入管20を経て乾式解繊機30に導入される。
定量供給機50は、乾式解繊機30に定量的に粗砕片が供給されれば、いずれの方法でもよいが、振動フィーダーが好適である。
振動フィーダーでは、軽い粗砕片は静電気などに影響され、搬送が一定にならない傾向があるので、前工程の粗砕機10で重送りすることで、ブロック状にしておくことが好ましい。ブロックのサイズは一個あたり0.5g~2gにしておくのが好適である。
振動フィーダーへの粗砕片の供給は、粗砕機10からの連続した供給でもよいが、フレキシブルコンテナバッグに粗砕片を貯めてから供給してもよい。このときフレキシブルコンテナバッグがバッファーになり、原料OPとなる回収量の増減による製造効率への影響を少なくすることができる。フレキシブルコンテナバッグによる粗砕片の供給は、成形体Mの生産量にもよるが、1時間程度は成形体Mが生産できる量がよい。フレキシブルコンテナバッグから一度に大量の粗砕片が振動フィーダーに供給されると、振動フィーダーの振動に影響がでるので、フレキシブルコンテナバッグからも徐々に供給することがよい。徐々に供給する方法は、フレキシブルコンテナバッグを傾斜させたり、モーター等で揺動を与えたり、エアシリンダーで部分的に突く方法等が採用できる。
導入管20は乾式解繊機30の導入口31に連通しており、導入口31から乾式解繊機30内に導かれた粗砕片は、回転するローター34と、ステーター33との間で解繊されて解繊物DFとなる。乾式解繊機30は気流も発生する機構となっており、気中(例えば、空気中)で解繊された解繊物DFはこの気流に乗って排出口32から搬送管40へと導かれる。
ここで、乾式解繊機30の具体例を説明する。乾式解繊機30には、例えば、ディスクリファイナーや、ターボミル(フロイントターボ株式会社製)、セレンミラー(増幸産業業株式会社製)、風発生機構を備えた乾式古紙解繊装置等を利用することができる。このような乾式解繊機30へ供給する粗砕片のサイズは、通常のシュレッダーにより排出されるものでもよい。ただし、粗砕片が大きすぎると乾式解繊機30への供給が困難になるので、粗砕機10から排出される粗砕片サイズは、数センチ角であることが望ましい。
また、風発生機構を備える乾式解繊機30においては、自らの発生する気流によって、導入口31から、粗砕片を気流と共に吸引し、解繊処理し、排出口32側へと搬送する。乾式解繊機30は、供給された粗砕片を綿状に解繊する。
例えば、ターボミル形式である、インペラーミル250(株式会社セイシン企業製)では、出口側に12枚のブレードを設置することで、8000rpm(周速約100m/s)のとき、約3m3/minの風量を発生することができる。このときの導入口31側での風速は約4m/sでありこの気流に乗って粗砕片は導入される。導入された粗砕片は、高速回転するブレードと、ステーター33の間で解繊され、排出口32から排出される。排出速度は排出管径φ100で約6.5m/sである。
なお、風発生機構を備えていない乾式解繊機30を用いる場合には、粗砕片を導入口31に導く気流を発生させるブロア等を別途設けるようにすればよい。
乾式解繊機30における解繊工程では、粗砕片の形がなくなるまで繊維状に解繊することが、後の工程において成形される成形体Mのムラがなくなるので好ましい。
乾式解繊機30に解繊された解繊物DFは、解繊された繊維301、表面に剥離材401が付着した繊維301、表面に目止め樹脂501が付着した繊維301等が混在した状態である。また、解繊によって粉砕された目止め樹脂501の粒子は、単体として解繊物DF中に存在している。
乾式解繊機30に解繊された解繊物DFは、解繊された繊維301、表面に剥離材401が付着した繊維301、表面に目止め樹脂501が付着した繊維301等が混在した状態である。また、解繊によって粉砕された目止め樹脂501の粒子は、単体として解繊物DF中に存在している。
また、乾式解繊機30として、例えば、ディスクリファイナーを用いる場合には、円盤状の面において半径方向に回転刃が形成されているが、円周のふちにも固定刃が形成されていることが望ましい。また、ローター34側の回転刃と、ステーター33側の固定刃のギャップは粗砕片の厚さ程度、例えば100μm~150μm程度に維持することが望ましい。このとき解繊物DFは回転刃の発生する気流により外周に移動し、排出口32から排出される。
乾式解繊機30から排出(φ100で断面積約78cm2)された解繊物DFは、搬送管40及び搬送管60を通過して、繊維状ウエブ成形機100へと導かれる。
搬送管60からは、結合材搬送管61が枝分かれしている。結合材搬送管61に接続されるホッパー13には結合材P1が供給される。結合材P1は、結合材調整バルブ65によってその分量が調整され、結合材搬送管61を経て搬送管60に供給される。これにより、搬送管60において搬送される解繊物DFに結合材P1を混入させることができる。
結合材搬送管61の管径は搬送管60の管径より小さくすることが望ましい。風速が向上し気流中に結合材P1が分散しやすくなるからである。
結合材P1は、成形体Mとしての強度や剛性を保ったり、繊維301の飛散を防止したりするものである。結合材P1は、解繊物DF中に添加され、加熱されることで溶融し、解繊された繊維301同士を結合させる。結合材P1は、加熱工程により溶融するものなら、繊維状、粉(粒子、粉体)状等どのようなものでもよいが、200℃以下で溶融するものが好ましい。さらに、エネルギー的には、160℃以下で溶融するものが好ましい。
また、結合材P1は、加熱成形時に溶融する熱可塑性樹脂を含むことが望ましい。さらには、図4に示すように、結合材P1は、芯部P1Aと、芯部P1Aの外周部を被覆する鞘部P1Bとから成る芯鞘構造が望ましい。芯鞘構造の結合材P1は、鞘部P1Bが低温で溶融し接着機能を発揮し、芯部P1Aが繊維状となって残留形状を維持するので好ましい。例えば、芯鞘構造の結合材P1として、帝人ファイバー株式会社製乾式不織布用ポリエステルファイバー テトロン(登録商標)等がよい。
芯部P1Aおよび鞘部P1Bの構成材料としては、それぞれ、熱可塑性樹脂、硬化性樹脂のいずれをも用いることができるが、主に、熱可塑性樹脂を用いるのが好ましい。熱可塑性樹脂としては、例えば、AS樹脂、ABS樹脂、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン-酢酸ビニル共重合体(EVA)等のポリオレフィン、変性ポリオレフィン、ポリメチルメタクリレート等のアクリル樹脂、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート等のポリエステル、ナイロン6、ナイロン46、ナイロン66、ナイロン610、ナイロン612、ナイロン11、ナイロン12、ナイロン6-12、ナイロン6-66等のポリアミド(ナイロン:登録商標)、ポリアミドイミド、ポリフェニレンエーテル、ポリアセタール、ポリエーテル、ポリフェニレンオキシド、変性ポリフェニレンエーテル、ポリエーテルエーテルケトン、ポリカーボネート、ポリフェニレンサルファイド、熱可塑性ポリイミド、ポリエーテルイミド、芳香族ポリエステル等の液晶ポリマー、ポリテトラフルオロエチレン等のフッ素系樹脂、スチレン系、ポリオレフィン系、ポリ塩化ビニル系、ポリウレタン系、ポリエステル系、ポリアミド系、ポリブタジエン系、トランスポリイソプレン系、フッ素ゴム系、塩素化ポリエチレン系等の各種熱可塑性エラストマー等が挙げられ、これらのうちの1種または2種以上を組み合わせて用いることができる。熱可塑性樹脂としては、特に好ましいものは、ポリエステルまたはこれを含む樹脂である。また、ポリ乳酸、ポリカプロラクタン、変性でんぷん、ポリヒドロキシブチレート、ポリブチレンサクシネート、ポリブチレンサクシネートアジペート等のバイオマスプラスチックや生分解性プラスチックを含んでいてもよい。これにより、環境適合性が向上する。また、熱硬化性樹脂、光硬化性樹脂等の硬化性樹脂を含んでいてもよい。熱硬化性樹脂としては、例えばエポキシ樹脂、フェノール樹脂等が挙げられ、これらのうちの1種または2種以上を含んでいてもよい。
中でも、芯部P1Aは、ポリエステルからなり、鞘部P1Bはポリエチレンからなることが好ましい。これにより、解繊された繊維301同士の結着が良好になされる。
芯部P1Aと鞘部P1Bとの軟化点の差は10℃以上であるのが好ましく、20℃以上であるのがより好ましい。
このように、結合材P1は、芯部P1Aと、芯部P1Aの外周部を被覆し、芯部P1Aよりも軟化点が低い鞘部P1Bとを有する2層構造を成している。これにより、結合材P1のコシを強くして成形体Mの強度を高くすること、および結合材P1のバインダーとしての機能を高めることを両立することができる。
また、芯部P1Aと鞘部P1Bとの境界部は明確でなくてもよい。すなわち、結合材P1が、中心側から外周側に向って、軟化点が徐々に低くなっている構成であっても、前述した効果が得られる。
結合材P1の平均繊維長さは、0.5mm以上、5.0mm以下であるのが好ましく、0.7mm以上、3.0mm以下であるのがより好ましい。これにより、上記効果をより顕著に得ることができる。
結合材P1の平均幅は、0.001mm以上、0.05mm以下であるのが好ましく、0.005mm以上、0.03mm以下であるのがより好ましい。これにより、上記効果をより顕著に得ることができる。
結合材P1の平均径は、10μm以上100μm以下であることが好ましい。
また、原料OPと結合材P1との重量比は、9:1~7:3であるが好ましく、8:2であるのがより好ましい。
また、搬送管60からは、結合材搬送管61に加え、機能材料搬送管62が枝分かれしている。機能材料搬送管62に接続されたホッパー14には機能材料としての難燃材が供給される。難燃材は、機能材料調整バルブ66によってその分量が調整され、この機能材料搬送管62を経て、搬送管60に供給される。これにより、搬送管60において搬送される解繊物DFに難燃材を混入させることができる。なお、機能材料は、難燃材の他、着色材等であってもよい。
機能材料搬送管62の管径は搬送管60の管径より小さくすることが望ましい。風速が向上し気流中で難燃材が分散しやすくなるからである。
難燃材は、解繊物DFにより繊維状ウエブSを成形したときに、繊維状ウエブSに難燃性を付与するために添加されるものであり、水酸化アルミニウムや水酸化マグネシウム等の水酸化物、ホウ酸やホウ酸アンモニウム等のホウ酸化合物、ポリリン酸アンモニウム、リン酸エステル等のリン系の有機材料、メラミン、イソシアヌレート等の窒素含有物等を用いることができる。中でもメラミンリン酸系の複合材がよい。
難燃材としては、固体の難燃材が望ましい。固体難燃材の体積平均粒子径は1μm以上50μm以下であることが望ましい。体積平均粒子径が1μmより小さいと、後のサクション工程で繊維状ウエブSとして堆積させる際、気流で搬送しにくくなる。また、50μmより大きくなると繊維301への付着力が小さくなり脱落しやすくなり、ムラとなり、十分な難燃性を発揮できない。
搬送管60を経て、結合材P1及び難燃材が混入された解繊物DFは、繊維状ウエブ成形機100に導入される。
第1形状維持シート供給ローラー81からは、第1形状維持シートN1が繊維状ウエブ成形機100に供給される。この第1形状維持シート供給ローラー81から供給される第1形状維持シートN1は、繊維状ウエブ成形機100で形成される繊維状ウエブSの底面(第1面)の土台部となる。
ここで、第1形状維持シートN1は、繊維状ウエブSを支持して形状を維持させることができるシートであれば、織布や不織布のいずれも利用することができる。サクション装置110による気流が第1形状維持シートN1を介して作用し、第1形状維持シートN1上に混合した解繊物DFと結合材P1や難燃材とが適切に堆積されるようにするために、第1形状維持シートN1は通気性も有する必要がある。このサクションにより、例えば、解繊によって粉砕された目止め樹脂501の単体粒子が解繊物DFから除去されやすくなる。第1形状維持シートN1の目開きは、100μm以下が望ましい。第1形状維持シートN1は、製品の外観になるもので、着色されていてもよい。このように通気性がある第1形状維持シートN1として、本実施形態においては、スパンボンド法によって製造されたポリエステル長繊維不織布である東洋紡株式会社製エクーレ(登録商標)3151Aを用いた。
繊維状ウエブ成形機100の概略について説明する。繊維状ウエブ成形機100は、概略、解繊された繊維301を気中(例えば、空気)に均一に分散させる分散機構と、これにより分散された繊維301をメッシュベルト122上に吸引する機構と、を有している。
分散機構はフォーミングドラム101を有しており、回転するフォーミングドラム101内に解繊物DFと混合気体(混合空気)が同時に供給される。フォーミングドラム101の表面には小孔スクリーンが設けられており、これから、結合材P1及び難燃材が混入された解繊物DFが吐出されるようになっている。小孔スクリーンの径(ドラムメッシュ孔の径)は解繊物DFのサイズにも関係し、円形でもよいが、5mm×25mm程度の長孔が生産性と均一性を両立でき望ましい。
混合気体(混合空気)は、解繊された繊維301と、結合材P1と、難燃材と、を混合させて、均一化し、フォーミングドラム101の穴を通過させる。
フォーミングドラム101下には、整流板が設置され、幅方向の均一性を調整することができる。整流板の下には、張架ローラー121によって張架されるメッシュが形成されているエンドレスのメッシュベルト122が配されている。サクションボックスを介して、搬送気体(搬送空気)と混合気体(混合空気)を吸引する。「吸引気体量」>「搬送気体量+混合気体量」にしておくことで、解繊時に発生した材料の吹き出しを防ぐことができる。吸引気体には、第1形状維持シートN1とメッシュベルト122を通過した、微粉(廃粉)が混じっているので、分離するために、下流にサイクロンや、フィルター集塵機を設置することが望ましい。
繊維状ウエブ成形機100の下方においては、複数の張架ローラー121のうちの少なくとも1つが駆動回転することで、このメッシュベルト122は図中矢印に示す方向に移動するようになっている。また、メッシュベルト122はこれに当接するクリーニングブレード123によって表面の汚れ等が除去される。クリーニングはエアーに因るクリーニングを行ってもよい。
メッシュベルト122は吸引空気量を確保し、材料を保持できる強度をもっていれば金属製でも、樹脂製でも、どのようなものでもよいが、メッシュの穴径が大きすぎると繊維状ウエブSを成形したときに表面が凸凹形状になるので、メッシュの穴径は60μm~125μm程度が望ましい。また、60μm以下では、サクション装置110による安定した気流を形成しづらい。
第1形状維持シート供給ローラー81からは、第1形状維持シートN1が、このメッシュベルト122の移動と同じ速度で移動するように、メッシュベルト122上に供給される。サクション装置110はメッシュベルト122下に所望のサイズの窓を開けた密閉箱を形成し、窓以外から気体(例えば、空気)を吸引し箱内を真空にすることで形成することができる。
以上のような構成において、搬送管60によって搬送された解繊物DFは、繊維状ウエブ成形機100に導入される。解繊物DFは、フォーミングドラム101表面の小孔スクリーンを通過し、サクション装置110による吸引力によって、メッシュベルト122上に供給された第1形状維持シートN1上に堆積される。このとき、メッシュベルト122と第1形状維持シートN1とを移動させることにより、第1形状維持シートN1上に均一なシート状の解繊物DFを堆積させて繊維状ウエブSを構成することができる。この繊維状ウエブSが加熱・加圧されてシート状の成形体Mとなる。
繊維状ウエブ成形機100において、解繊物DFを堆積するときの堆積量により後の成形工程で成形される成形体Mの密度が決定される。例えば、10mm厚の密度0.1g/cm3~0.15g/cm3程度の成形体Mを得るときには、約40mm~60mm程度堆積させる。
なお、本実施形態においては、結合材P1及び難燃材を、搬送管60で搬送されている解繊物DFに混入するために、それぞれを個別に供給する結合材搬送管61及び機能材料搬送管62を設けたが、結合材P1及び難燃材を混合してから一つの搬送管で解繊物DFを搬送する搬送管60に接続して供給してもよいし、繊維状ウエブ成形機100において設けるようにしてもよい。この場合、例えば、フォーミングドラム101内に、定量した結合材P1及び難燃材を混入させるようにする。
また、水分噴霧器130を設け、これにより噴霧する水分に、水溶性の難燃材(例えば、株式会社三和ケミカル製 アピノン145)を添加することで、成形された繊維状ウエブSに難燃性を付与することもできる。
第2形状維持シート供給ローラー82からは、第2形状維持シートN2が、繊維状ウエブ成形機100、及び水分噴霧器130の後工程に供給される。この第2形状維持シート供給ローラー82から供給される第2形状維持シートN2は、繊維状ウエブ成形機100で形成される繊維状ウエブSの上面(第2面)のカバー部となる。
第2形状維持シートN2は、織布や不織布のいずれも利用することができる。本実施形態においては、第2形状維持シートN2として、第1形状維持シートN1と同様の、スパンボンド法によって製造されたポリエステル長繊維不織布である東洋紡株式会社製エクーレ(登録商標)3151Aを用いた。
なお、本実施形態においては、第1形状維持シート供給ローラー81から第1形状維持シートN1を繊維状ウエブ成形機100に供給し、第1形状維持シートN1上に繊維状ウエブSを形成した後に、第2形状維持シート供給ローラー82から第2形状維持シートN2を供給し、繊維状ウエブSの上面をカバーするような工程が採用されている。
または、繊維状ウエブ成形機100の後段(下流側)に、第1形状維持シート供給ローラー81及び第2形状維持シート供給ローラー82を設けておき、繊維状ウエブ成形機100で形成された繊維状ウエブSを第1形状維持シートN1と第2形状維持シートN2とでサンドイッチ状に挟むような工程を採用することもできる。
または、繊維状ウエブ成形機100の後段(下流側)に、第1形状維持シート供給ローラー81及び第2形状維持シート供給ローラー82を設けておき、繊維状ウエブ成形機100で形成された繊維状ウエブSを第1形状維持シートN1と第2形状維持シートN2とでサンドイッチ状に挟むような工程を採用することもできる。
続いて、第1形状維持シートN1上に繊維状ウエブSが形成された後であって、繊維状ウエブSの第2面側に第2形状維持シートN2が供給される前に、バッファー部140に到達する構成としている。
本実施形態においては、繊維状ウエブSの第2面側に、第2形状維持シート供給ローラー82から供給される第2形状維持シートN2を配置させた後に、バッファー部140を配置した構成とすることもできる。
本実施形態においては、繊維状ウエブSの第2面側に、第2形状維持シート供給ローラー82から供給される第2形状維持シートN2を配置させた後に、バッファー部140を配置した構成とすることもできる。
第2面側をカバーされた繊維状ウエブSは、加熱加圧機構150へと搬送される。加熱加圧機構150は、第1基板151と、昇降可能に構成された第2基板152とで、搬送される繊維状ウエブSを挟み、繊維状ウエブSを加熱と同時に加圧するホットプレスになっている。第1基板151及び第2基板152には、ヒーターが内蔵されており、これにより、第1基板151及び第2基板152に挟まれる繊維状ウエブSを加熱させることができるようになっている。
加熱加圧機構150(第1基板151及び第2基板152)によって表層加熱しながらプレスされることから、繊維状ウエブSにおいて、第1形状維持シートN1及び第2形状維持シートN2と接する側の表面に溶融して滲み出す結合材P1を多く確保できる。このため、繊維状ウエブSと、第1形状維持シートN1及び第2形状維持シートN2と、の融着点(或いは融着面積)が増え接着が強固なものになる。
加熱加圧機構150(第1基板151及び第2基板152)によって表層加熱しながらプレスされることから、繊維状ウエブSにおいて、第1形状維持シートN1及び第2形状維持シートN2と接する側の表面に溶融して滲み出す結合材P1を多く確保できる。このため、繊維状ウエブSと、第1形状維持シートN1及び第2形状維持シートN2と、の融着点(或いは融着面積)が増え接着が強固なものになる。
繊維状ウエブSは加熱加圧機構150で加圧・加熱されることで、混入されている結合材P1が加熱され、解繊された繊維301と密接に融着する。これにより、成形体Mとしての強度保持、形状維持、成形体Mからの繊維301の飛散防止に寄与する。
また、結合材P1が溶融し、固化することで、繊維状ウエブSの第1面部において第1形状維持シートN1が繊維状ウエブSに接着され、繊維状ウエブSの第2面部において第2形状維持シートN2が繊維状ウエブSに接着される。
また、加熱加圧機構150での加圧・加熱により、余分な水分を乾燥させることで、繊維状ウエブSはさらに成形体Mとしての強度を向上させることができる。
加熱工程と加圧工程とを分離して行う構成としてもよいが、加熱加圧は繊維状ウエブSに同時に加えることが望ましい。加熱時間は、繊維状ウエブSの厚み方向における中心部付近の結合材P1が溶融できる温度まで上昇する時間を確保することが望ましい。また、加熱加圧はバッチ処理のため、加熱時間を確保するために、加熱加圧機構150の前段にバッファー部140を設けることが望ましい。バッファー部140は、いわゆるダンサーローラー(架橋ローラー)を上下させることで実現することができる。バッファー部140は、第2形状維持シートN2を供給する前に設置しているが、第2形状維持シートN2を供給した後であって加熱加圧機構150よりも前に配置した構成であってもよい。
加熱加圧が終了した後は、素早く成形体Mを移動させ、次の加熱加圧材料である繊維状ウエブSをセットする必要がある。そのために、加熱加圧機構150の出口に針を侵入させて成形体Mを保持し、引っ張り出す機構を設けることが好適である。また、第1基板151及び第2基板152の表面は、繊維301が付着している可能性があるため、クリーニングを有しているのがなお良い。例えば、PTFE(ポリテトラフルオロエチレン:Poly Tetra Fluoro Ethylene)等のシートを一定時間毎に巻き取る方法が考えられる。
なお、本実施形態では、加熱加圧機構150を第1基板151と、昇降可能に構成された第2基板152とで構成したが、加熱・加圧ローラーで構成するようにしてもよい。加熱・加圧ローラーでは、連続作成が可能になるので、バッファーは必要ではない。
上記のようにして成形された成形体Mのシートは、裁断機160によって所望のサイズ・形状にカットされ、原反としスタッカー170などに積載され冷却される。裁断機160は超音波カッター等が好適に用いられる。超音波カッターの切断は、成形体Mの幅方向の一方向に切断してもよいし、一方向と逆方向の往復で切断してもよい。また、超音波カッター以外には、ロータリーカッターや八角のロータリーカッター等を用いてもよい。原反はその後トムソン型等で型抜きされ、所望のサイズ・形状の成形体Mを得ることができる。
図5に示すように、成形体Mは、繊維状ウエブSと、繊維状ウエブSの第1面に接着された第1形状維持シートN1と、繊維状ウエブSの第2面に接着された第2形状維持シートN2と、で構成される。第1形状維持シートN1及び第2形状維持シートN2は、繊維状ウエブSと強固に接着されて強度や剛性が保たれているので、上記による切断、切り出しの際に第1形状維持シートN1、および第2形状維持シートN2が剥がれ難く高い精度でカットができ、更にハンドリング等の取り扱いにおいて作業がスムーズにできるとした効果が得られる。
また、成形体Mの原料OPは、剥離材401を含み、撥水性を有しているため、湿式で成形しようとしても成形が難しく、成形できたとしても脆くなってしまう。本実施形態では、乾式、すなわちドライファイバーテクノロジーで上述したような解繊処理を行うことにより、容易にかつ精度よく成形体Mの成形を行うことができる。
さらに、湿式方式の処理方法では、大量の水が必要であり、処理装置の大型化を招くとともに、水処理施設の整備のメンテナンスに手間がかかる上、乾燥工程に係るエネルギーが大きくなるが、本実施形態によればこのような問題も解決することができる。
なお、原料OPは、目止め層500以外の中間層を有してもよい。また、目止め層500に代表される中間層が省略され、原料OPが基材層300および剥離材層400の2層構成であってもよい。
また、図6に示すように、原料OPが解繊処理されることで、解繊された繊維301は、剥離材401によってコーティングされた部分及び剥離材401がコーティングされていない部分を含む。そして、繊維301表面に剥離材401がコーティングされていない部分同士が結合材P1を介して結合される。すなわち、繊維301の表面に撥水性を有する剥離材401が付着していない部分同士で結合されることで繊維301同士の結合力が向上し、成形体Mにおける引張強度を高めることができる。
なお、例えば、原料OPを粗砕処理のみ施した場合には、繊維301の表面に剥離材401がコーティングされた部分が比較的多く存在するので、剥離材401に結合材P1が付着する場合が多くなる。この場合、剥離材401と結合材P1との結合力は低いので、繊維301同士の結合力が低下し、成形体Mの引張強度が低下してしまう。
なお、例えば、原料OPを粗砕処理のみ施した場合には、繊維301の表面に剥離材401がコーティングされた部分が比較的多く存在するので、剥離材401に結合材P1が付着する場合が多くなる。この場合、剥離材401と結合材P1との結合力は低いので、繊維301同士の結合力が低下し、成形体Mの引張強度が低下してしまう。
成形体Mは、剥離材401を含むため全体的に撥水性を有しており、水は弾くが油Gを吸収し、繊維301間で保持することができる。すなわち、油Gを優先的に吸収することができ、親油性を有する油吸収体として機能する。そこで、成形体Mの用途として、例えば、油性インクを吸収するイレイザーMAが挙げられる。
繊維301の平均繊維長さは、特に限定されないが、0.5mm以上、5.0mm以下であるのが好ましく、0.7mm以上、1.5mm以下であるのがより好ましい。これにより、成形体Mの強度を十分に高めることができるとともに、成形体Mを油吸収体として用いる場合、浸透性および油の保持性に優れる。また、比較的繊維長が短いため、通常の不織布に比べて油の保持性が高い。
同様の理由から、繊維301の平均幅、すなわち、平均径は、特に限定されないが、0.01mm以上、0.05mm以下であるのが好ましく、0.015mm以上、0.03mm以下であるのがより好ましい。
同様の理由から、繊維301の平均アスペクト比、すなわち、平均幅に対する平均長さの比率は、特に限定されないが、10以上、200以下であるのが好ましく、20以上、100以下であるのがより好ましい。
1本の繊維301において、その全体の表面積Aと、剥離材401によって被覆されている部分の面積Bとの比B/Aは、10%以上、90%以下であるのが好ましく、20%以上、80%以下であるのがより好ましい。これにより、成形体Mの撥水性を十分に確保することができる。
また、成形体Mにおける繊維301の含有量は、100重量部の成形体Mに対して、50重量部以上、90重量部以下であるのが好ましく、65重量部以上、85重量部以下であるのがより好ましい。これにより、浸透性および油の保持性を十分に確保することができる。
また、成形体Mにおける剥離材401の含有量は、100重量部の成形体Mに対して、5重量部以上、40重量部以下であるのが好ましく、20重量部以上、35重量部以下であるのがより好ましい。これにより、撥水性を十分に確保することができる。
また、成形体Mにおける結合材P1の含有量は、100重量部の成形体Mに対して、2重量部以上、30重量部以下であるのが好ましく、5重量部以上、20重量部以下であるのがより好ましい。これにより、撥水性、油の浸透性および油の保持性を十分に確保しつつ、成形体Mの強度を十分に確保することができる。
次に、成形体MをイレイザーMAとして使用する場合の使用例について説明する。
図7は、イレイザーMAの使用例を示す模式図である。
イレイザーMAは、例えば、ホワイトボードにマーカーで描かれた油性インク部分を拭き取るものである。このため、イレイザーMAは、取り扱い易いサイズ(例えば、数cm角の直方体)に形成して使用される。
図7は、イレイザーMAの使用例を示す模式図である。
イレイザーMAは、例えば、ホワイトボードにマーカーで描かれた油性インク部分を拭き取るものである。このため、イレイザーMAは、取り扱い易いサイズ(例えば、数cm角の直方体)に形成して使用される。
成形体Mは、所望のサイズの直方体に切り出される。イレイザーMAは、成形体Mを単体で使用しても良いが、取扱性や利便性を考慮し、成形体Mを複数層(例えば、3層等)に積層して使用される。
また、イレイザーMAを使用する際、イレイザーMAの容積の半分程度を覆うケースKを用いる。これにより、ケースKが持ち手となり、イレイザーMAで油性インクを拭き取る際、油性インクの手指への付着を防止することができる。
また、ケースKは、全ての成形体Mを挟み込んで支持するため、積層する成形体M間の接着は不要となる。
また、ケースKは、全ての成形体Mを挟み込んで支持するため、積層する成形体M間の接着は不要となる。
成形体Mを積層してイレイザーMAを直方体とすることにより、より表面積が大きくなる。また、複数の角部CA1,CA2,CA3,CA4,CA5,CA6,CA7,CA8が形成されるため、当該角部CA1等を用いて効率よく油性インクを拭き取ることができる。
図7の例では、ケースKから露出した複数の角部CA1,CA2,CA3,CA4を用いて油性インクを拭き取ることができる。また、イレイザーMAを構成する成形体Mの平坦面でも油性インクを拭き取ることができる。
本実施形態では、イレイザーMAを構成する各成形体Mは、第1形状維持シートN1及び第2形状維持シートN2によって剛性が保たれるため、イレイザーMAで油性インクを拭き取る処理を繰り返し行っても変形しにくい。
図7の例では、ケースKから露出した複数の角部CA1,CA2,CA3,CA4を用いて油性インクを拭き取ることができる。また、イレイザーMAを構成する成形体Mの平坦面でも油性インクを拭き取ることができる。
本実施形態では、イレイザーMAを構成する各成形体Mは、第1形状維持シートN1及び第2形状維持シートN2によって剛性が保たれるため、イレイザーMAで油性インクを拭き取る処理を繰り返し行っても変形しにくい。
また、イレイザーMAのケースKから露出した部分が油性インクを拭き取ることで汚れた場合は、ケースKに対してイレイザーMAを反転させて、イレイザーMAのケースKに被覆されていた部分を露出させる。これにより、イレイザーMAの角部CA1,CA2,CA3,CA4を含む部分がケースKで被覆され、イレイザーMAの角部CA5,CA6,CA7,CA8を含む部分がケースKから露出し、油性インクの吸収機能が回復する。
その後、イレイザーMAを構成する成形体Mを交換する場合は、汚れ具合に応じて成形体Mを1枚ずつ交換してもよいし、一度に全部交換してもよい。
なお、イレイザーMAを構成する成形体Mにおいて、第1及び第2形状維持シートN1,N2が省略された構成であってもよい。このようにしても、油性インクの吸収機能を保持することができる。
また、ホワイトボードに用いる油性インクは、拭きとれるようにシリコーンが含有されており、イレイザー原料にもシリコーンが含まれることは、インクとの親和性がよく、払拭性が良好となる。
その後、イレイザーMAを構成する成形体Mを交換する場合は、汚れ具合に応じて成形体Mを1枚ずつ交換してもよいし、一度に全部交換してもよい。
なお、イレイザーMAを構成する成形体Mにおいて、第1及び第2形状維持シートN1,N2が省略された構成であってもよい。このようにしても、油性インクの吸収機能を保持することができる。
また、ホワイトボードに用いる油性インクは、拭きとれるようにシリコーンが含有されており、イレイザー原料にもシリコーンが含まれることは、インクとの親和性がよく、払拭性が良好となる。
1…成形体製造装置、10…粗砕機、30…乾式解繊機、100…繊維状ウエブ成形機、150…加熱加圧機構、300…基材層、301…繊維、400…剥離材層、401…剥離材、500…目止め層、501…目止め樹脂、P1…結合材、P1A…芯部、P1B…鞘部、M…成形体、MA…イレイザー、DF…解繊物、S…繊維状ウエブ。
Claims (11)
- 繊維を含む第1層と、撥水材を含む第2層とを有する原料を解繊する解繊工程と、
前記解繊工程で解繊された解繊物を堆積する堆積工程と、
前記堆積工程で堆積された堆積物を結合材によって結合させて成形体を成形する成形工程と、を含む成形体製造方法。 - 請求項1に記載の成形体製造方法であって、
前記原料において、前記第1層の厚みが50μm以上500μm以下である、成形体製造方法。 - 請求項1または請求項2に記載の成形体製造方法であって、
前記原料において、前記第2層の厚みが1μm以上50μm以下である、成形体製造方法。 - 請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の成形体製造方法であって、
前記結合材は、芯部と、前記芯部の外周面を被覆する鞘部とから成る芯鞘構造である、成形体製造方法。 - 請求項4に記載の成形体製造方法であって、
前記結合材の前記芯部はポリエステルからなり、前記鞘部はポリエチレンからなる、成形体製造方法。 - 請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の成形体製造方法であって、
前記結合材の径が10μm以上100μm以下である、成形体製造方法。 - 請求項1から請求項6のいずれか一項に記載の成形体製造方法であって、
前記原料と前記結合材との重量比が9:1~7:3である、成形体製造方法。 - 請求項1から請求項7のいずれか一項に記載の成形体製造方法であって、
前記第2層は、シリコーン樹脂、フッ素樹脂、アルキッド樹脂のいずれかを含む、成形体製造方法。 - 請求項1から請求項8のいずれか一項に記載の成形体製造方法で製造された成形体。
- 請求項1から請求項8のいずれか一項に記載の成形体製造方法で製造されたイレイザー。
- 請求項10に記載のイレイザーであって、
請求項9に記載の成形体を複数層に積層したイレイザー。
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