JP2023079924A - 紙製成形体の製造装置及び製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 十分な強度を有し、表面に皺が生ぜず、表面から紙粉が生じない紙製の成形体を低コストで製造可能とする。【解決手段】 植物繊維と熱融着繊維を空気流で混合するとともに分散して分散空間の下方の堆積位置にて堆積体Ｓ１と成すエアレイド部２と、前記エアレイド部２で形成された堆積体Ｓ１を加圧してシートＳ２と成す加圧部４と、前記加圧部４で成形されたシートＳ１の第１面に保護フィルム６１０を貼着するとともに前記第１面の裏面側の第２面に保護フィルム６２０を貼着するラミネート部６と、前記ラミネート部６で表裏に保護シート６１０，６２０を貼着されたシートＳ２２を所望の成形面の金型でプレス成形して成形体と成す成形部８と、を有することを特徴とする紙製成形体の製造装置【選択図】 図１

Description

本発明は、紙製成形体の製造装置及び製造方法に関する。詳しくは、乾式で紙製の成形体を製造する装置と方法に関する。

特開２０１５－１３６８７８号公報（特許文献１）には、被解繊物を大気中で解繊する解繊部と、解繊された解繊物に樹脂を含む添加物を大気中で混合する混合部と、前記解繊物と前記添加物とを混合した混合物を加熱する加熱部とを備え、乾式法によって機械的強度及び／又は耐水性の良好な紙を製造できる紙製造技術が開示されている。
特開２００４－３４６４４１号公報（特許文献２）には、植物繊維を主材料とし、熱融着可能な熱可塑性樹脂材料と吸水性材料を混合し、乾式積繊法により製造したマット状シートを熱プレス成形して成る成形体が開示されている。

特開２０１５－１３６８７８号公報 特開２００４－３４６４４１号公報

乾式で紙製の成形体を製造する従来の技術では、十分な強度が得られない、成形体に皺が生ずる、成形体の表面から紙粉が生ずる、等の問題がある。

強度を向上させるべく厚みを増すと、プレス加工に時間を要し、コスト面で問題が生ずる。

本願は、上記の問題を解決することを目的とする。

本発明の構成を、下記［１］～［６］に記す。なお、この項（［課題を解決するための手段］）と次項（［発明の効果］）に於いて、符号は理解を容易にするために付したものであり、本発明を符号の構成に限定する趣旨ではない。

［１］発明１
植物繊維と熱融着繊維を空気流で混合するとともに分散して分散空間の下方の堆積位置にて堆積体Ｓ１と成すエアレイド部２と、
前記エアレイド部２で形成された堆積体Ｓ１を加圧してシートＳ２と成す加圧部４と、
前記加圧部４で成形されたシートＳ２の第１面に保護フィルム６１０を貼着するとともに前記第１面の裏面側の第２面に保護フィルム６２０を貼着するラミネート部６と、
前記ラミネート部６で表裏に保護フィルム６１０，６２０を貼着されたシートＳ２２を所望の成形面の金型でプレス成形して成形体と成す成形部８と、
を有することを特徴とする紙製成形体の製造装置。
［２］発明２
植物繊維を空気流で混合するとともに分散して分散空間の下方の堆積位置にて堆積体Ｓ１と成すエアレイド部２と、
前記エアレイド部２で形成された堆積体Ｓ１を加圧してシートＳ２と成す加圧部４と、
前記加圧部４で成形されたシートＳ２の第１面に接着剤を用いて保護フィルム６１０を貼着するとともに前記第１面の裏面側の第２面に接着剤を用いて保護フィルム６２０を貼着するラミネート部６と、
前記ラミネート部６で表裏に保護フィルム６１０，６２０を貼着されたシートＳ２２を所望の成形面の金型でプレス成形して成形体と成す成形部８と、
を有することを特徴とする紙製成形体の製造装置。
［３］発明３
発明１に於いて、
前記エアレイド部２で分散される植物繊維と熱融着繊維の混合物に対して紙力剤を噴霧する噴霧機構５，５ｂを有する、
ことを特徴とする紙製成形体の製造装置。
［４］発明４
発明２に於いて、
前記エアレイド部２で分散される植物繊維に対して紙力剤を噴霧する噴霧機構５，５ｂを有する、
ことを特徴とする紙製成形体の製造装置。
［５］発明５
発明１～発明４の何れかに於いて、
前記エアレイド部２で形成された堆積体Ｓ１に対して紙力剤を噴霧する噴霧機構５，５ｃを有する、
ことを特徴とする紙製成形体の製造装置。
［６］発明６
発明１～発明５の何れかに於いて、
前記ラミネート部６が貼着する保護フィルム６１０，６２０は紙製又は生分解性プラスチック製である、
ことを特徴とする紙製成形体の製造装置。
［７］発明７
発明１又は発明３に於いて、
前記熱融着繊維は、芯鞘タイプである、
ことを特徴とする紙製成形体の製造装置。
［８］発明８
発明１～発明７の何れに於いて、
前記エアレイド部２で分散される繊維、前記エアレイド部２から前記加圧部４へ送られる堆積体Ｓ１、前記加圧部４で堆積体Ｓ１を加圧する加圧ローラ４１，４２、前記加圧部４から前記ラミネート部６へ送られるシートＳ２を、１０～４０℃の温度範囲に制御する温度制御部７、
を更に有することを特徴とする紙製成形体の製造装置。
［９］発明９
植物繊維と熱融着繊維を空気流で混合するとともに分散して分散空間の下方の堆積位置にて堆積体Ｓ１と成し、
前記堆積体Ｓ１を加圧してシートＳ２と成し、
前記シートＳ２の第１面に保護フィルム６１０を貼着するとともに前記第１面の裏面側の第２面に保護フィルム６２０を貼着し、
前記表裏に保護フィルム６１０，６２０を貼着されたシートＳ２２を所望の成形面の金型でプレス成形して成形体と成す、
ことを特徴とする紙製成形体の製造方法。
［１０］発明１０
植物繊維を空気流で混合するとともに分散して分散空間の下方の堆積位置にて堆積体Ｓ１と成し、
前記堆積体Ｓ１を加圧してシートＳ２と成し、
前記シートＳ２の第１面に接着剤を用いて保護フィルム６１０を貼着するとともに前記第１面の裏面側の第２面に接着剤を用いて保護フィルム６２０を貼着し、
前記表裏に保護フィルム６１０，６２０を貼着されたシートＳ２２を所望の成形面の金型でプレス成形して成形体と成す、
ことを特徴とする紙製成形体の製造方法。

発明１は、植物繊維と熱融着繊維を空気流で混合するとともに分散して分散空間の下方の堆積位置にて堆積体Ｓ１と成すエアレイド部２と、前記エアレイド部２で形成された堆積体Ｓ１を加圧してシートＳ２と成す加圧部４と、前記加圧部４で成形されたシートＳ１の第１面に保護フィルム６１０を貼着するとともに前記第１面の裏面側の第２面に保護フィルム６２０を貼着するラミネート部６と、前記ラミネート部６で表裏に保護フィルム６１０，６２０を貼着されたシートＳ２２を所望の成形面の金型でプレス成形して成形体と成す成形部８と、を有することを特徴とする紙製成形体の製造装置であるため、十分な強度を有し、表面に皺が生ずることもなく、表面から紙粉が生じない紙製の成形体を、低コストで製造することができる。
発明２～発明１０は、上記発明１と同様の効果を少なくとも奏する。

本発明の紙製成形体の製造装置の具体的な一例を示す模式図。 図１のラミネート部の一例を示す模式図。 本発明の紙製成形体の製造装置の図１とは異なる具体的な一例を示す模式図。

図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。
図１に示すように、実施の形態の製造装置は、解繊部１、エアレイド部２、サクション部２５、搬送部３、加圧部４、噴霧機構５、ラミネート部６、成形部８、端材回収部９１を有する。

解繊部１は、原料をエアレイド処理可能な繊維に破砕・解繊する機能を奏し、図示の例では、樹木や木材パルプ等の天然セルロース原料を破砕・解繊して植物繊維と成す解繊部Ａ１１と、熱可塑性樹脂等の合成原料を熱融着繊維と成す解繊部Ｂ１２とを有する。熱融着繊維は、加熱すると比較的低温で軟化・溶融する繊維であり、素材としては、エステル系、オレフィン系、アミド系等を挙げることができる。

熱融着繊維の成分やタイプは、表裏両面にフィルム６１０，６２０を備えるシートＳ２２と成したとき等の望まれる特性に応じて適宜に選択することができる。
例えば、接着剤無しでシートＳ２の表裏両面にフィルム６１０，６２０を貼着するべく、加熱ローラ６１ａ－６１ｂ間や、加熱ローラ６２ａ－６２ｂ間で加熱・加圧する際に、適切に溶融してシートＳ２の表面とフィルム６１０／６２０とを良好に接着できる成分や、構造のタイプを選択することができる。

植物繊維としては、広葉樹、針葉樹、イネ、葦等の草本類の繊維を用いることが可能で、その利用形態としては、パルプ繊維になったもの、古紙由来のパルプ、古紙等も可能である。熱融着可能な熱可塑性樹脂としては、表面が少なくとも熱融着性があることが必要であり、例えば、内部が植物繊維や化学繊維等で構成されている芯鞘構造の表面が熱可塑性樹脂から成る繊維状のものでもよい。
解繊部１に供給される原料は、最終製品の紙製の成形体の端材であってもよい。
解繊部１には、噴霧機構５から噴霧器（ノズル等）５ａを介して、適宜の薬剤等を噴霧するように構成してもよい。適宜の薬剤としては、下記のエアレイド部２の場合と同様の薬剤を例示することができる。

エアレイド部２は、解繊部１から供給される繊維（植物繊維、熱融着繊維）を混合し及び分散して、搬送部３の搬送ワイヤ３０上に堆積させて堆積体Ｓ１と成す。堆積体Ｓ１の厚みは、目的の紙製成形体の形状やサイズ等に応じても異なるが、例えば、３～３０ｍｍ程度とすることができる。エアレイド部２の混合・分散用の空間内の繊維が搬送ワイヤ３０上へ堆積する際には、下方のサクション部２５からの吸引（図中、下矢印で示す）が寄与する。

エアレイド部２の混合・分散用の空間には、噴霧機構５から噴霧器（ノズル等）５ｂを介して、適宜の薬剤等を噴霧するように構成してもよい。
例えば、耐水・耐油剤を、水分に対し、固形分換算０．０５～２２％に溶解したものを噴霧すると、ノズル詰まりを防止することができる。目的とする紙製成形体の表裏にはフィルムが貼着されている（後述）ため、一応は耐水・耐油機能を奏するのであるが、例えば、紙製成形体が食器の場合、フォーク等の使用により孔が開くと、内部へ水や油が侵入する。このため、堆積体Ｓ１の部位にも耐水・耐油機能を付与するとよい。
また、紙力剤（乾式紙力剤、湿潤紙力剤等）を、水分に対し、固形分換算０．０５～１８％に溶解したものを噴霧すると、コストを改善することができる。プレス加工（後述）で得る紙製成形体が或るサイズを越えて大きくなると、使用中に折れ曲がる等の不具合が発生する場合がある。堆積体Ｓ１の厚みを増してシートＳ２の厚みを増せば強度は向上するが、機器仕様の制約からプレス加工の所要時間が長時間化して、コスト面で不利となる。この改善のため、紙力剤を用いると、良い結果を得る。紙力剤としては、例えば、尿素ホルムアルデヒド樹脂、メラミンホルムアルデヒド樹脂、ポリアミドポリアミンエピクロルヒドリン（PAE）、ポリビニルアミン（PVAm）を用いることができる。
また、柔軟剤を、水分に対し、固形分換算０．０５～２４．５％に溶解したものを噴霧すると、プレス加工（後述）で得る紙製成形体の表面の皺を抑制することができる。

上記の噴霧は、エアレイド部２の混合・分散空間とともに、又は、エアレイド部２の混合・分散空間に代えて、搬送ワイヤ３０上に堆積する堆積体Ｓ１に対して行うこともできる（図中、破線矢印５ｃ）。その場合、噴霧圧力を３～５ｂａｒの範囲に設定すると、堆積体Ｓ１を吹き飛ばしてしまう等の不具合を防止しつつ、上記効果を良好に得ることができる。また、噴霧温度を１０～４０℃、好ましくは２０～３５℃の範囲とすると、濾水性及び含水性の変化に起因するフィルム（後述）の剥離等の接着不良を防止することができる。また、噴霧する薬品の粘度を５０～１５０ｍＰａ・Ｓの範囲とすると、噴霧ノズルの詰まりを防止でき、結果、薬品塗布の均一性を向上させることができ、上記の効果を良好に得ることができる。
なお、エアレイド部２の混合・分散空間への噴霧（破線矢印５ｂ）に代えて又はエアレイド部２の混合・分散空間への噴霧（破線矢印５ｂ）とともに、破線矢印５ａの如く、解繊部１への噴霧を行う構成も可能である。その場合の温度や薬品の粘度に関しても、エアレイド部２の混合・分散空間への噴霧（破線矢印５ｂ）と同様にしてよい。
また、破線矢印５ｄの如く、堆積体Ｓ１を加圧した後のシートＳ２に噴霧を行う構成も可能であり、その場合の温度や薬品の粘度に関しても、エアレイド部２の混合・分散空間への噴霧（破線矢印５ｂ）と同様にしてよい。

無端の搬送ワイヤ３０は、不図示の駆動源により駆動されて、図示の破線矢印の方向へ移動する。搬送ワイヤ３０の移動は一定速度でもよく、また、間欠的に移動・停止を繰り返す方式でもよい。要は、堆積体Ｓ１を所望の厚みと成して加圧部４へ送り込むことができればよい。
また、図１ではエアレイド部２で乾式成形した堆積体Ｓ１を、続けて、加圧部４へ送り込んでいるが、所定サイズの堆積体Ｓ１を順に加圧部４にセットして加圧する、いわゆるバッチ方式としてもよい。

加圧部４は、上ローラ４１と下ローラ４２間にて堆積体Ｓ１を加圧して、目的の紙製成形体に適した適宜の厚みのシートＳ２と成す機能を奏する。このロールプレス圧を７～９ｂａｒの範囲に設定すると、目的の紙成形体を成形部８にて例えば深絞りプレス成形する際に、破れる等の不具合を良好に防止することができる。
また、上ローラ４１と下ローラ４２間での加圧時に、及び／又は、加圧に先立って、適宜に加熱してもよい。加熱による温度範囲としては、１０～４０℃、好ましくは２０～３５℃の範囲とすると、濾水性及び含水性の変化に起因するフィルム（後述）の剥離等の接着不良を防止することができる。また、紙への浸透性や、脱水性も良好となる。

加圧部４から送り出されるシートＳ２を搬送するワイヤを、例えば、搬送ワイヤ３０から次段の搬送ワイヤ３１に受け渡すように複数段階で構成する場合、接続ローラ３５ａ－３５ｂの径を１５～５０ｍｍの範囲にすると、コンベアライン間のピッチを小さくでき、その結果、両面ラミネートでのフィルムの歪みや皺の発生を防止することができる。
加圧部４から送り出されるシートＳ２を、適宜に加熱してもよい。加熱による温度範囲としては、１０～４０℃、好ましくは２０～３５℃の範囲とすると、濾水性及び含水性の変化に起因するフィルム（後述）の剥離等の接着不良を防止することができる。また、紙への浸透性や、脱水性も良好となる。

図２は、ラミネート部６の具体的構成の一例を示す。
ロール６１からフィルム６１０を送り出して、シートＳ２の上面（第１面）に供給しつつ、ローラ６１ａ－６１ｂ間で加熱・加圧する。これにより、シートＳ２内の熱融着繊維が溶融してフィルム６１０とシートＳ２の上面（第１面）を接着する。これにより、片面にフィルムが接着されたシートＳ２１が得られる。なお、加熱温度は解繊部Ｂ１２へ供給される熱融着繊維に応じて決められる。当該の熱融着繊維が適切に溶融してフィルム６１０や６２０（下記）をシートＳ２に接着できるように決められる。

次に、シートＳ２は、図示の経路を辿り、ローラ６２ａ－６２ｂ間に至る。このローラ６１ａ－６２ｂ間に、図示のようにロール６２から送り出されるフィルム６２０が供給される。これにより、シートＳ２の裏面（第２面）に、上記と同様に溶融した熱融着繊維の作用により、フィルム６２０が接着される。
こうして、シートＳ２の両面にフィルム６１０、６２０が接着されて、保護フィルム付きシートＳ２２が得られる。

上記では、フィルム６１０やフィルム６２０をシートＳ２の面へ送り込む位置を、加圧部４の後段としたが、フィルム６１０及び／又はフィルム６２０をシートＳ２の面へ送り込む位置を、加圧部４の前段側に設ける構成も可能である。
また、図２の構成はラミネート部６の一例を示すものであり、シートＳ２の両面にフィルムを接着できる構成であれば、異なる構成としてもよい。

フィルムとしては、公知の樹脂フィルムを用いことができる。また、紙製のフィルムや生分解性プラスチック（ポリ乳酸等）製のフィルムを用いる構成も可能である。熱可塑製樹脂製のフィルムを用いる場合は、後段の成形部でのプレス成形時に加熱を伴う場合、当該のフィルムが溶融して金型の表面に付着して剥がれる等の不具合を生じない樹脂、言い換えれば、比較的高融点の樹脂を選択することが望まれる。紙製のフィルムを用いると、成形部８の金型成形面への付着を防止でき、剥がれを防止できる。
フィルムとしては、２層もしくは多層のものを用いてもよい。２層／多層構造のフィルムを用いる場合、表層（貼着後に露出する外層）として高融点の材質を用いると、成形部８での成形時に金型成形面との融着を防止できる。また、この場合に於いて、内層側に低融点の材質を用いると、シートＳ２への貼着が良好となる。さらに、最内層（シートＳ２に貼着される層）に接着剤としての機能を付与してもよい。

成形部８は、公知の金型を用いて構成することができる。
ラミネート部６から成形部８へのシートＳ２２の供給は、間欠的に所定サイズ毎に供給する公知の方式でもよく、バッチ方式で供給する公知の方式でもよい。間欠的に所定サイズ毎に供給する公知の方式としては、例えば、特許第６８８４８４８号の図１内に、供給ユニット１７として開示されている方式を用いることができる。

成形部８では、所望の形状の成形体を、シートＳ２２からプレス成形して切り出す。この切り出し後の端材を回収して、端材回収部９１から、解繊部１へ供給し、植物繊維や熱融着繊維の原料として再度用いるように構成してもよい。

また、解繊部Ａ１１へ供給される原料としては、例えば、パルプシート、紙、古紙、ティッシュペーパー、キッチンペーパー、緩衝材、マット、段ボールなどの、繊維が絡み合い又は結着されたものを挙げることができる。

上記では図１に即して説明したが、図３のような構成も可能である。
図３では、解繊部１を、樹木や木材パルプ等の天然セルロース原料を破砕・解繊して植物繊維と成す解繊部Ａ１１のみで構成している。このため、分離機構９２を設けて、端材回収部９１から端材をリサイクルする際、植物由来の繊維のみを取り出して送り込むように構成している。

図３の構成では、熱融着繊維を原料としないため、加圧部４から送り出されてラミネート部６へ供給されるシートＳ２の両面にフィルムを貼着するためには、シートＳ２の表裏面とフィルム６１０／６２０との間に接着剤を供給する必要がある。図２に例示するラミネート部６では、接着剤供給機構は図示されていないが、シートＳ２の表裏面とフィルム６１０／６２０との間に接着剤を供給し得る適宜の位置に設けることとする。

また、図３の構成では、エアレイド部２、エアレイド部２から加圧部４へ堆積体Ｓ１を搬送する部分、加圧部４からラミネート部６へシートＳ２を搬送する部分、及び、噴霧機構５を温度制御する温度制御部７が設けられており、温度を、１０～４０℃、好ましくは２０～３５℃の範囲に温度制御している。この構成は、図１の構成に於いても、同様に設けても良い。

１ 解繊部
１１ 解繊部Ａ（植物繊維）
１２ 解繊部Ｂ（熱融着繊維）
２ エアレイド部
２５ サクション部
３ 搬送部
３０ 搬送ワイヤ
３１ 搬送ワイヤ
３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４ｄ，
３５ａ，３５ｂ，３５ｄ，３５ｅ，３５ｆ，３５ｈ 接続ローラ
４ 加圧部
４１ 上ローラ
４２ 下ローラ
５ 噴霧機構
５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ 噴霧器
６ ラミネート部
６１ フィルムロール
６１０ フィルム
６１ａ 加熱ローラ
６１ｂ 加熱ローラ
６２ フィルムロール
６２０ フィルム
６２ａ 加熱ローラ
６２ｂ 加熱ローラ
６５，６６，６７ 搬送ワイヤ
７ 温度制御部
８ 成形部
９１ 端材回収部
９２ 分離機構
Ｓ１ 堆積体
Ｓ２ シート
Ｓ２１ シート（片面ラミネート）
Ｓ２２ シート（両面ラミネート）

Claims (10)

1. 植物繊維と熱融着繊維を空気流で混合するとともに分散して分散空間の下方の堆積位置にて堆積体と成すエアレイド部と、
   前記エアレイド部で形成された堆積体を加圧してシートと成す加圧部と、
   前記加圧部で成形されたシートの第１面に保護フィルムを貼着するとともに前記第１面の裏面側の第２面に保護フィルムを貼着するラミネート部と、
   前記ラミネート部で表裏に保護フィルムを貼着されたシートを所望の成形面の金型でプレス成形して成形体と成す成形部と、
   を有することを特徴とする紙製成形体の製造装置。
2. 植物繊維を空気流で混合するとともに分散して分散空間の下方の堆積位置にて堆積体と成すエアレイド部と、
   前記エアレイド部で形成された堆積体を加圧してシートと成す加圧部と、
   前記加圧部で成形されたシートの第１面に接着剤を用いて保護フィルムを貼着するとともに前記第１面の裏面側の第２面に接着剤を用いて保護フィルムを貼着するラミネート部と、
   前記ラミネート部で表裏に保護フィルムを貼着されたシートを所望の成形面の金型でプレス成形して成形体と成す成形部と、
   を有することを特徴とする紙製成形体の製造装置。
3. 請求１に於いて、
   前記エアレイド部で分散される植物繊維と熱融着繊維の混合物に対して紙力剤を噴霧する噴霧機構を有する、
   ことを特徴とする紙製成形体の製造装置。
4. 請求項２に於いて、
   前記エアレイド部で分散される植物繊維に対して紙力剤を噴霧する噴霧機構を有する、
   ことを特徴とする紙製成形体の製造装置。
5. 請求項１～請求項４の何れかに於いて、
   前記エアレイド部で形成された堆積体に対して紙力剤を噴霧する噴霧機構を有する、
   ことを特徴とする紙製成形体の製造装置。
6. 請求項１～請求項５の何れかに於いて、
   前記ラミネート部が貼着する保護フィルムは紙製又は生分解性プラスチック製である、
   ことを特徴とする紙製成形体の製造装置。
7. 請求項１又は請求項３に於いて、
   前記熱融着繊維は、芯鞘タイプである、
   ことを特徴とする紙製成形体の製造装置。
8. 請求項１～請求項７の何れに於いて、
   前記エアレイド部で分散される繊維、前記エアレイド部から前記加圧部へ送られるシート、前記加圧部でシートを加圧する加圧ローラ、前記加圧部から前記ラミネート部へ送られるシートを、１０～４０℃の温度範囲に制御する温度制御部、
   を更に有することを特徴とする紙製成形帯の製造装置。
9. 植物繊維と熱融着繊維を空気流で混合するとともに分散して分散空間の下方の堆積位置にて堆積体と成し、
   前記堆積体を加圧してシートと成し、
   前記シートの第１面に保護フィルムを貼着するとともに前記第１面の裏面側の第２面に保護フィルムを貼着し、
   前記表裏に保護フィルムを貼着されたシートを所望の成形面の金型でプレス成形して成形体と成す、
   ことを特徴とする紙製成形体の製造方法。
10. 植物繊維を空気流で混合するとともに分散して分散空間の下方の堆積位置にて堆積体と成し、
    前記堆積体を加圧してシートと成し、
    前記シートの第１面に接着剤を用いて保護フィルムを貼着するとともに前記第１面の裏面側の第２面に接着剤を用いて保護フィルムを貼着し、
    前記表裏に保護フィルムを貼着されたシートを所望の成形面の金型でプレス成形して成形体と成す、
    ことを特徴とする紙製成形体の製造方法。

Images