JP4083576B2 - 結合された繊維性材料及び合成繊維のリサイクル方法並びにこれらから製造された繊維状材料 - Google Patents
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Description
(技術分野)
本発明は、リサイクル技術と、該技術を用いて製造された材料に関する。
【0002】
(背景技術)
全て天然繊維(例えば、動物繊維又は植物繊維)及び/又はセルロース繊維(例えばパルプ繊維)から作られた紙及びテキスタイル材料は、頻繁にリサイクルされる。これらの材料をリサイクルする技術は、該材料を破断して、繊維か又は繊維状材料にし、次いでこの材料を再成形して紙又は紙状の製品を与えるために開発されてきた。天然繊維テキスタイル及び/又は紙は、パルプ化工程によって水中に分散されて、個々の繊維のスラリーを生じる。繊維は、インク、接着剤、又は他の異物を取り除くために洗浄されるか又は処理される場合がある。処理された繊維はさらに、湿式堆積ウェブに形成される前に、精製され、及び/又は細分化される。従来のリサイクル工程においては、合成材料は汚染物と考えられ、通常は除去される。合成材料は、合成又は人造繊維及び/又はフィラメントの形態で存在するか、又は接着剤、バインダ等の形態で存在する場合がある。
【0003】
部分的に又は全て合成又は人造繊維から構成された織成布及び不織布は、天然繊維及び/又はセルロース繊維のリサイクルに焦点を合わせた従来の処理において問題を生じる。さらに、接着剤、バインダ、及び/又は、水圧交絡のような機械的交絡を利用した高強度の天然繊維及び/又はセルロース繊維ベースの布も、従来のリサイクル処理において問題を生じる。
この種の布は、通常は、パルプ化工程のような湿式処理で個々の繊維に分解するのが困難であるか又は不可能である。これは、布が、熱結合か又は接着剤結合によって接合された合成繊維から形成されていた場合には、特に明らかである。幾つかのケースでは、繊維又はフィラメントの「ロープ」が形成される場合がある。合成材料が熱可塑性である場合には、材料を破断するか又は細断するのに用いられる処理における機械的仕事によって、材料が溶融して使い物にならない塊や集塊となるのに十分なほどの熱が生じることがある。
【0004】
一般的に言えば、合成材料か、又は合成材料と天然材料を含む複合材からなる布は、2つの方法のうちの1つを用いてリサイクルされる。第1の方法においては、全て合成熱可塑性材料からなる布は、洗浄され、溶融され、次いで押し出されるか又は成形されて、ステープル繊維、連続フィラメント又はフィルムにされる。布が、合成熱可塑性材料と天然熱可塑性材料(又は非熱可塑性合成材料)を含む複合材である場合には、さらに処理される前に、熱可塑性材料から天然(又は非熱可塑性合成)材料を最初に分離しなければならない。これは、複合材の構成材の間の熱結合、機械的結合及び/又は接着剤結合が、分離を困難なものにするので、実際的でない場合が多い。分離が可能な場合であっても、この方法は、材料を溶融し再形成するために多数の処理段階とエネルギーを必要とする。結果として得られる繊維、フィラメント、又はフィルムは、リサイクル材料を含むが、繊維、フィラメント、又はフィルムは、リサイクルポリマー供給原料から「製造された」又は「押し出された」ものとして特徴付けることができる。
【0005】
第2の方法は、布を機械的に破断して、繊維束、糸、及び/又は個々の繊維のような小さい断片にすることに関係する。これは通常、乾燥した材料を機械的に引裂き、細断することによって達成される。例えば、国際出願第PCT/SE95/00938号は、乾燥した不織廃棄物及びテキスタイル廃棄物を機械的に細断することが知られており、合成繊維と天然繊維の両方を含む乾燥混合された廃棄物を使用できると記載している。PCT/SE95/00938号によれば、細断及び引裂き技術の目立った特徴は、引裂き及び細断作業は不完全である場合が多いので、リサイクル繊維は、「フロック」又は繊維束として特徴付けられる元の布の区分された小片の形態で部分的に存在するということである。これらのフロックは、こうしたフロックを含むウェブにテキスタイル状の外観を与える不均一性をもたらすものとして記載されている。
【0006】
フロック及び布の小片は、例えば、湿式堆積法、空気堆積法、水圧交絡法、又は他のウェブ成形法のような後続する工程において処理するのが困難である。これらの不均一性の存在によって、リサイクル繊維の価値が減少し、外観、強度、均一性、リサイクル繊維で作成されたウェブ又は布のその他の望ましい特性が低下する場合がある。スクリーニングやその他の技術によって不均一性を除去すると、繊維の回収効率が低下する。繊維束か又はフロックを減少させて、5mmより小さい長さをもつ繊維か又は繊維状材料にするための付加的な乾燥機械的チョッピング、細断、引裂き、ガーネッティング、又はピッキング工程は、実際的ではない。さらに、付加的な機械的仕事は、熱の形態の大きなエネルギーを移動させて、乾燥材料を溶融して使い物にならない集塊にする場合があり、材料をリサイクルすることによってそもそも与えられる環境的又は経済的利点を減らすか又は失くすことがある。
【0007】
従来の技術は、再加工のために熱可塑性材料をリサイクルしてポリマー供給原料にすること、及び、乾燥廃棄布を機械的に引裂くか又は細断してより小さい片にすることを対象とするものであるが、存在する多くの必要性に対処できない。例えば、従来の技術は、テキスタイル又は不織布から個々の繊維及び/又はフィラメントを実質的に分離するための湿式処理についての必要性に対処できない。別の例としては、従来の技術は、テキスタイル及び不織ウェブのような熱結合、接着剤結合、及び/又は機械的に交絡された布から使用可能な繊維と繊維状材料を製造するための湿式処理についての必要性に対処できない。
【0008】
従来の技術は、布を、セルロース・パルプや、例えば5mmより小さい長さといった短い天然繊維と同様の寸法をもつ個別化された繊維及び/又はフィラメントに変換するための湿式処理についての必要性に対処できない。例えば、従来の技術は、布を、従来のセルロース・パルプや、例えば5mmより小さい長さといった短い天然繊維と同様の寸法をもつ個別化された繊維及び/又はフィラメントに変換するための処理についての必要性に対処できない。
【0009】
容易に加工されて均一なシートか又はウェブにされる高価でないリサイクル繊維又は繊維状材料に対する必要性が依然として存在する。例えば、従来の湿式成形又は乾式成形技術を用いて加工して均一なシートか又はウェブにすることができる高価でないリサイクル繊維又は繊維状材料に対する必要性が依然として存在する。これはまた、高価でないリサイクル繊維か又は繊維状材料を少なくとも幾らか含む、均一なシートか又はウェブに対する必要性でもある。
【0010】
自重の何倍もの水、水性液体又は油を迅速に吸収することができる高強度のシート又は拭取り材に対する必要性もある。高価でないリサイクル繊維か又は繊維状材料を含み、自重の何倍もの水、水性液体又は油を迅速に吸収することができるシート又は拭取り材に対する必要性が存在する。高価でないリサイクル繊維か又は繊維状材料を含み、拭取り材か又は流体分散層及び/又は吸収製品の吸収体構成材として使用可能なシート又は拭取り材に対する必要性が存在する。リサイクル繊維又は繊維状材料を、高品質原木繊維パルプ及び/又は新しい合成繊維又はフィラメントに置き換えることが経済的に及び環境的に望ましく、拭取り材か又は流体分散層及び/又は吸収製品の吸収体構成材として用いられる製品をさらに与えるので、この必要性に対処することは重要である。
【0011】
(発明の開示)
上記に挙げられた問題は、結合された繊維性材料をリサイクルする方法に向けられた本発明によって対処される。本方法は、(a)液体中に懸濁されるように適合されたサイズをもつ結合された繊維性材料の断片を用意するステップと、(b)結合された繊維性材料の区分された断片を液体中に懸濁させるステップと、(c)区分された断片の懸濁液に機械的仕事を適用して、水圧と、結合された繊維性材料を水圧で細分化して繊維及び繊維性材料にするのに十分なだけの機械的剪断応力状態とを生じさせるステップと、(4)実質的に個々の繊維及び繊維状の構成材を液体から分離するステップとを含む。
【0012】
一般的に述べると、結合された繊維性材料の断片は、約10から約350mmまでの範囲の長さと、約3から約70mmまでの範囲の幅とをもち得る。より望ましくは、断片は、約10から約100mmまでの範囲の長さと、約3から約20mmまでの範囲の幅とをもち得る。断片は、水のような液体に懸濁できるようなサイズにされることが重要である。水性溶液、溶媒、エマルジョン等も使用できることが考慮される。
【0013】
本発明の1つの態様においては、結合された繊維性材料の区分された断片を与えるステップは、大きい布、テキスタイル、ウェブ等、又はこうした布、テキスタイル、ウェブ等の大きいセグメント又は切り屑といった、一体に結合された繊維性材料のサイズを、液体に懸濁するように適合された個々の断片にまで減少する処理工程を含む。本工程は、例えば、機械的細断、機械的切断、機械的引裂き、機械的摩砕、ウォータージェット切断、レーザー切断、ガーネッティング、及びこれらの組合せのような従来の工程とすることができる。
【0014】
本発明の別の態様においては、回転ロール上に取り付けられたブレードと、固定プレート上に取り付けられたブレードとの組合せを用いて液状懸濁液に機械的仕事を適用して、非常に高い水圧及び機械的剪断応力の領域を生じさせることができる。こうした組合せは、例えば、繊維対金属の高レベルの相互作用を与える条件下で、繊維の長さを制御するのに十分なだけのエネルギーを懸濁液に与えることができる、ビータ及び精砕機のような繊維スラリーを処理するための装置において見出すことができる。
【0015】
ブレードは、回転ブレードの回転方向又は回転平面に対して少なくとも一方向にある角度をなして位置合わせできる固定プレート上に取り付けることが可能である。例えば、固定ブレードは、回転ブレードの回転方向又は回転平面に対して約5度から約70度までの間の角度となるように取り付けることができる。望ましくは、固定ブレードは、約15度から約55度までの間の角度となるように取り付けることができる。より望ましくは、固定ブレードは、約40度から約50度までの間の角度となるように取り付けることができる。さらに望ましくは、固定ブレードは、約45度の角度となるように取り付けることができる。
【0016】
本発明によれば、プロセスは、機械的仕事が懸濁液に多段階で適用されるように構成することができる。例えば、機械的仕事は、結合された繊維性材料の断片を濡らし、該結合材料から繊維と繊維状成分の少なくとも幾らかを分離するのに十分なだけの水圧と機械的剪断応力を生じさせる条件に基づく第1段階を用いて懸濁液に適用することができる。次いで、結合された繊維性材料、繊維、及び繊維状成分を破断して実質的に個々の繊維及び繊維状成分にするのに十分なだけの水圧と機械的剪断応力を生じさせる条件に基づく第2段階を用いて、付加的な機械的仕事を適用することができる。
【0017】
本発明の一態様においては、第1段階における最近接点での回転ブレードと固定ブレードとの間隙は、約20ミリメートルから約100ミリメートルまでの間である。第2段階における間隙は、約1ミリメートル(又は金属同士が接触せずに出来る限り近接した大きさ)から約20ミリメートルまでの間である。第1段階における最近接点での回転ブレードと固定ブレードとの間隙は、約20ミリメートルから約50ミリメートルまでの間であり、第2段階においては約1ミリメートルから約10ミリメートルまでの間であることが望ましい。
【0018】
懸濁液の稠度、回転ロール及びブレードの回転速度、ブレードの寸法、回転ロールに対する重量及び/又は圧力荷重は、間隙を制御するために調節することができる変数である。
本発明によれば、液状懸濁液に適用される機械的仕事のおおよその量は、水圧と剪断応力状態を生じる部品に運動を与えるモータに流れた電流を計測することによって求められたときに、結合された繊維性材料の1乾燥トンに対して1日(24時間)当り約3馬力より多くすることができる。この数字は、1トンに対して1日当り4馬力より大きくすることができ、さらには6又はそれ以上大きくすることもできる。ある状況すなわち幾つかの条件下では、機械的仕事のおおよその量は、結合された繊維性材料の1乾燥トンに対して1日当り3馬力より少なくてもよいことも意図されている。
【0019】
本発明のプロセスは、織成布、編成布、不織ウェブ及びこれらの組合せから選択された結合された繊維性材料を用いて実施される。一般的に述べると、これらの不織ウェブは、熱結合された、接着剤結合された、機械的に交絡された、溶剤結合された、水圧で交絡された及びこれらの組合せによるウェブである。
結合された繊維性材料は、合成繊維性材料、天然繊維性材料、及びこれらの組合せを含むことができる。合成繊維性材料は、熱可塑性繊維及び熱可塑性フィラメントを含んでもよい。
本発明の一態様によれば、結合された繊維性材料は、リサイクルして、比較的均一な長さ分布をもつ実質的に個々の繊維及び繊維状成分にすることができる。例えば、繊維及び繊維状材料は、およそ7ミリメートルにわたる長さ分布をもつことができる。望ましくは、繊維及び繊維状材料は、およそ5ミリメートルの全長の長さ分布をもつことができる。繊維及び繊維状材料は、5ミリメートルより小さい長さ、例えば2から4ミリメートルまでの全長の長さ分布をもち得ることが意図されている。
【0020】
本発明は、結合された繊維性材料が液体中に懸濁された状態で、結合された繊維性材料から分離するために糸要素を水圧破砕することによって生じた少なくとも1つの不規則な歪みをもつ合成材料からなる少なくとも1つの糸要素を有するリサイクル合成繊維及び繊維性材料を包含する。
糸要素は、約1ミリメートルから約15ミリメートルまでの範囲の長さをもつことができる。例えば、糸要素は、約1.5から約10ミリメートルまでの範囲の長さをもつことができる。別の例としては、糸要素は、約2から約5ミリメートルまでの範囲の長さをもつことができる。糸要素は、100マイクロメートルより小さい直径をもつことができる。例えば、糸要素は、30マイクロメートルより小さい直径をもつことができる。
【0021】
本発明の一態様によれば、不規則な歪みは、糸要素における屈曲、糸要素の平たくなったセグメント、糸要素の広がったセグメント、及びこれらの組合せの形態であり得る。
一般的に述べると、不規則な歪みにより、リサイクル材料の糸要素が、糸要素の水圧破砕によって結合された繊維性材料から分離される前の結合された繊維性材料の糸要素より大きい表面積をもつことになる。例えば、リサイクル糸要素の表面積は、少なくとも約5パーセント大きい。
本発明の一実施形態においては、リサイクル合成繊維及び繊維状材料は、合成熱可塑性材料である合成材料とすることができる。例えば、合成熱可塑性材料は、ポリプロピレン、ポリエチレン及びこれらの組合せのポリオレフィンとすることができる。合成熱可塑性材料は、多成分繊維、フィラメント、ストランド等の形態とすることができ、種々の断面形状、裂片、又は他の形状をとる繊維及び/又はフィラメントを含むことができる。
【0022】
本発明は、上述のリサイクル合成繊維及び繊維状材料からなる不織繊維性ウェブを包含するものである。ウェブは、湿式形成、又は湿式堆積、乾式形成、空気堆積、発泡体形成、及びこれらの組合せのような種々のウェブ形成プロセスを用いて形成することができる。
不織繊維状ウェブはさらに、非リサイクル天然繊維性材料、非リサイクル天然合成材料、リサイクル天然繊維性材料、粒子状材料、及びこれらの組合せを含むことができる。
【0023】
(定義)
本明細書で用いられる「機械方向」という用語は、この限りではないが、スパンボンドウェブ、メルトブローン繊維ウェブ及び紙を含む不織ウェブの形成中の、その上に繊維が堆積される成形面の移動方向のことをいう。
本明細書で用いられる「機械横方向」という用語は、上記に定義された機械方向に垂直な方向のことをいう。
本明細書で用いられる「パルプ」という用語は、木本植物及び非木本植物のような天然資源からの繊維のことをいう。木本植物は、例えば、落葉樹及び針葉樹を含む。非木本植物は、例えば、綿、亜麻、エスパルト、アフリカハネガヤ、トウワタ、わら、ジュートヘンプ、及びバガスを含む。
【0024】
本明細書で用いられる「平均繊維長さ」という用語は、顕微鏡技術を用いる測定によって求められた繊維、繊維束、及び/又は繊維状材料の平均長さのことをいう。少なくとも20の無作為に選択された繊維サンプルが、繊維の液状懸濁液から分離される。繊維は、該繊維を水中に懸濁するように準備された顕微鏡のスライド上に設置される。セルロース含有繊維を着色して該繊維を合成繊維から区別する又は分離するために、懸濁された繊維に着色染料を添加する。スライドを、フィッシャー・ステレオマスターII顕微鏡 S19642/S19643シリーズの下に設置する。0−20ミルのスケールを用いて線倍率20Xでサンプル中の20の繊維の測定を行い、平均長さ、最小及び最大長さ、及び変動値の偏差又は係数を算出する。幾つかのケースにおいては、平均繊維長さは、例えばフィンランド、カヤーニ所在のKajaani Oy Electronics社から入手可能なKajaani繊維分析器、モデルNo.FS−200のような装置によって測定された繊維(例えば繊維、繊維束、繊維状材料)の加重平均長さとされる。標準的な試験手順によれば、サンプルは、繊維束又は結束が存在しないことを確実なものにするために、離解液で処理される。サンプルの各々を、熱水中で崩壊させて、およそ0.001%の溶液となるように希釈する。標準カヤーニ繊維分析試験手順を用いて試験するときに、希釈溶液から個々の試験サンプルをおよそ50から100mlまでの分量で分取する。加重平均繊維長さは、算術平均、長さ加重平均、又は重量加重平均とされ、次式で表すことができる。
ここで、k=最大繊維長さ、xi=繊維長さ、ni=長さxiの繊維の数、n=測定した繊維の総数、である。
カヤーニ繊維分析器で測定した平均繊維長さデータの1つの特徴は、異なるタイプの繊維の間に相違がないことである。したがって、平均長さは、もしあればサンプル中の異なるタイプの全ての繊維の長さに基づく平均を表す。
【0025】
本明細書で用いられる「スパンボンデッド・フィラメント」という用語は、溶融した熱可塑性材料を、紡糸口金の複数の微細な普通は円形の毛細管からフィラメントとして押し出し、次いで、押し出されたフィラメントの直径を、例えば引き出し延伸及び/又は他の周知のスパンボンド機構によって急速に縮小することにより形成される小直径の連続したフィラメントのことをいう。スパンボンドされた不織ウェブの製造は、例えば、アッペル他に付与された米国特許第4,340,563号、及びドーシュナー他に付与された米国特許第3,692,618号といった特許に記載されている。これらの特許の開示は、引用により本明細書に組み入れられる。
【0026】
本明細書で用いられる「メルトブローン繊維」という用語は、溶融した熱可塑性材料を、複数の微細な通常は円形のダイ毛細管を通じて、高速ガス(例えば空気)流の中へ溶融糸又はフィラメントとして押し出し、溶融した熱可塑性材料のフィラメントがガス流によって細められ、該直径が、マイクロファイバーの直径にまで縮小されることにより形成される繊維のことをいう。その後、溶融した繊維は、高速ガス流により運ばれ、集積面に堆積されて、不規則に分散されたメルトブロー繊維のウェブを形成する。このような工程は、例えば、ビューティン他に付与された米国特許第3,849,241号に開示されており、該特許の開示は、引用により本明細書に組み入れられる。
本明細書で用いられる「マイクロファイバー」という用語は、約100ミクロン以下の平均直径、例えば、約0.5ミクロンから約50ミクロンまでの平均直径を有する小直径の繊維を意味し、より特定的には、マイクロファイバーは、約4ミクロンから約40ミクロンまでの平均直径を有していてもよい。
【0027】
本明細書で用いられる「熱可塑性材料」という用語は、高温に曝された時に軟化し、室温まで冷却された時には実質的に元の状態に戻る高重合体のことをいう。この挙動を呈する天然物質は、生ゴム及び幾つかのワックスである。他の例示的な熱可塑性材料は、この限りではないが、ポリ塩化ビニル、幾つかのポリエステル、ポリアミド、ポリフルオロカーボン、ポリオレフィン、幾つかのポリウレタン、ポリスチレン、ポリビニルアルコール、カプロラクタム、エチレンと少なくとも1つのビニルモノマー(例えばポリ(エチレンビニルアセテート))とのコポリマー、エチレンとn−ブチルアクリレート(例えばエチレンn−ブチルアクリレート)とのコポリマー、及びアクリル系樹脂を含む。
本明細書で用いられる「非熱可塑性材料」という用語は、上記の「熱可塑性材料」の定義に含まれない材料のいずれかのことをいう。
【0028】
(発明を実施するための最良の形態)
本発明は、結合された繊維性材料をリサイクルして実質的に個々の繊維及び繊維状材料にする方法に向けられている。本発明の方法は、合成繊維を含む結合された繊維性材料を利用して実施することができる。本発明のプロセスは、例えば、織成布、編成布、不織ウェブ及びそれらの組合せのような結合された繊維性材料を用いて実施することができる。一般に、不織ウェブの形態の結合された繊維性材料は、熱結合された、接着剤結合された、機械的に交絡された、溶剤結合された、水圧交絡された、及び/又はこのような技術の組合せから得られたウェブである。
結合された繊維性材料は、合成繊維性材料、天然繊維性材料、及びこれらの組合せを含むことができる。合成繊維性材料は、熱可塑性繊維及びフィラメントを含んでもよい。
【0029】
本方法は、(a)液体中に懸濁するように適合された大きさをもつ、結合された繊維性材料の断片を用意するステップと、(b)結合された繊維性材料の区分された断片を液体中に懸濁させるステップと、(c)区分された断片の懸濁液に機械的仕事を適用し、結合された繊維性材料を水圧で細分化して繊維及び繊維状成分にするのに十分なだけの水圧及び機械的剪断応力状態を発生させるステップと、(4)該液体から実質的に個々の繊維及び繊維状成分を分離するステップとを含む。
本発明によると、結合された繊維性材料の区分された断片を用意するステップは、例えば、機械的細断、機械的切断、機械的引き裂き、機械的摩砕、ウォータージェット切断、レーザー切断、ガーネッティング及びこれらの組合せのような通常の工程形態とすることができる。
【0030】
ここで図1を参照すると、例示的な機械細断工程10が示されている。細断機は、一連のナイフブレード14を有するナイフロール12を含む。ロール12は、通常は、これに対応する矢印の方向に回転する。ナイフブレード14は、該ナイフブレード14が固定ナイフ16と接触する際に「はさみ式の切断」作用をもたらすように、ロールの中心線に対して或る角度をなして即ち傾斜して取り付けられることが望ましい。プレスロール18は、材料を給送するためのベルトコンベヤ20と組み合わせて用いることができる。コンベヤ20とナイフロール12の速度は、この工程によって生成される断片の大きさを制御するために、別々に設定することができる。勿論、他の種類の細断装置を用いることもできる。例えば、結合された繊維性材料を裂いて破る歯又は刃を利用する「熊爪」型の細断機は申し分のないものである。
【0031】
一般に、結合された繊維性材料の断片は、約10から約350ミリメートルまでの範囲の長さと、約3から約70ミリメートルまでの範囲の幅を有することができる。重要なことだが、これらの断片は、これらが水のような液体中に懸濁できるような大きさにされるべきである。液体は、幾つかの場合においては水性溶液とすることができるが、界面活性剤、処理剤、染料、腐食剤、溶剤、乳剤等の添加剤を含み得ることが考慮されている。
本発明によると、機械的仕事は、結合された繊維性材料の断片を、有用な遊離繊維及び繊維束又は繊維状材料に細分化する、破断する、ばらばらにする又は分解するのに十分なだけの水圧及び剪断応力状態を発生させるレベルで懸濁液に適用される。一般に、細断された材料をリサイクル繊維に変換するために用いられる処理条件は、通常のパルプ化工程において見られる条件より大胆かつ厳しいものである。これらの条件は、ますます高水圧及び高機械剪断応力化していくゾーンを通して、細断された断片を送ることを含む。
【0032】
一例として、通常のパルプ化工程は、一般的には、乾燥材料1トンに対して1日(24時間)当たり約3より少ない馬力を用いる。本発明の実施の形態は、はるかにより多くのエネルギー入力量を利用することができる。例えば、本発明の方法は、結合された繊維性材料から有用な遊離繊維及び繊維束を分離するために、更に35%大きいエネルギー、更に50%大きいエネルギー又は更にそれ以上大きいエネルギーを利用して実施することができる。
本発明者らは、特定の作動理論に固執するべきではないが、水圧と剪断応力の組合せが、材料を遊離繊維及び繊維束に***させると信じている。遊離繊維の含有量及び該繊維束の平均的な大きさは、圧力と機械的応力を変化させることによって制御できるとも考えている。遊離繊維及び繊維状材料が結合された繊維性材料から分離される際に生成した熱を、このプロセスにおける水/液体が吸収するので、通常、このような高レベルの機械的作業又は仕事は、結合された繊維性材料の合成成分を著しく劣化させることなく(例えば、合成熱可塑性材料を溶解することなく)実現できると考えられる。
【0033】
一般に、従来の叩解及び/又は精砕装置は、セルロース繊維を改質して、水和及びフィブリル化製紙特性を発現させるために用いられる。本発明によると、従来のビータ及び/又は精砕機を、従来とは異なる方法で構成するか又は作動させて、結合された繊維性材料を遊離繊維、繊維束及び繊維状材料に細分化及び破砕するのに十分なだけの水圧及び剪断応力状態を与えることができる。
例示的なビータ装置は、Beloit Jones、E.D.Jones、Valley、及びNoble&Woodのような製造業者から入手可能である。ここで添付図面の図2及び図2Aを参照すると、本発明の実施において用いることができる例示的なオランダ式のビータ装置30が示されている。ビータは、中央壁34を備えた楕円形のバット32と、プラテン即ち固定プレート42上に取り付けられた第2の組のブレード40を通過する、ブレード又は羽根38を備えた円筒形のロール36とを含む。ブレード40は、回転ブレード38の回転方向又は回転平面「R」に対して少なくとも一方向にある角度をなして位置合わせされるようにして固定プレート上に取り付けることができる。例えば、固定ブレード40は、回転ブレード38の回転方向又は回転平面「R」に対して約5度から約70度までの間の角度をなすように取り付けることができる。別の例として、固定ブレードは、約15から55度までの間、約40から50度までの間、又はちょうど約45度の角度をなすように取り付けることができる。
【0034】
結合された繊維性材料の断片の懸濁液を、ビータ装置の中に導入する。代わりに及び/又は更に、結合された繊維性材料の断片を、ビータ用バットの液体の中に直接導入することができる。結合された繊維性材料と水との種々の比率を用いることができ、適切な比率は、当業者が定めることができる。
作業中に、円筒形ロール36が回転して、固定プレート上に取り付けられたブレード又は羽根38とブレード40との間に十分な水圧及び剪断応力が生じる。1つの例示的な円筒形ロールは、72インチの直径及び72インチの幅をもち、各々が72インチの長さを有し且つ2分の1インチの間隔をもって配設された192枚のブレードを備えたものである。このようなロールは約16トンの重さがある。一般に、回転速度は一定であり、修正される変数は、ロール上での圧力又は荷重である。ロールは、繊維及び結合された繊維性材料の断片が、回転ロールの底部におけるブレードと該ロールの下に取り付けられた固定ブレードとの間のギャップを通して押しつぶされる際に、0psiのゲージ圧読み取り値が、該繊維及び結合された繊維性材料の断片によって生じた圧力に対抗するロール重量の極めて僅かな量に対応するか又は一部たりとも(〜0トン)対応しないように取り付けられる。50psiのゲージ圧読み取り値は、繊維及び結合された繊維性材料の断片が、回転ロールの底部におけるブレードと該ロールの下に取り付けられた固定ブレードとの間のギャップを通して押しつぶされる際に、該繊維及び結合された繊維性材料の断片によって生じた圧力に対抗するロール重量の約2分の1(〜8トン)に対応する。100psiのゲージ圧読み取り値は、繊維及び結合された繊維性材料の断片が、回転ロールの底部におけるブレードと該ロールの下に取り付けられた固定ブレードとの間のギャップを通して押しつぶされる際に、繊維及び結合された繊維性材料の断片によって生じた圧力に対抗するロールのほぼ総重量(〜16トン)に対応する。
【0035】
回転速度、バット中の懸濁液の稠度、及び回転ブレード又は羽根38と固定ブレード40との間の間隙はまた、遊離繊維、繊維束及び繊維状粒子の長さを切るか又は制御する「繊維対金属」の相互作用を高める条件に調整される。この「繊維対金属」の相互作用という用語は、結合された繊維性材料と固定及び/又は回転ブレードとの間の接触を説明するために用いられ、該相互作用は、長繊維を断つ、切断する又は破断するのに十分なだけの水圧及び機械的剪断圧力の条件下で生じうる。本発明によると、この相互作用は、懸濁液中に存在することがあるパルプ繊維又はステープル繊維の長さ及び/又は自由度に著しく影響を及ぼす又は低減させることなく長繊維を切断するように制御されるべきである。例えば、従来の稠度、大きいブレード寸法、回転ブレードと固定ブレードとの間の厳しい許容差、及び/又は高い回転速度より低いものを利用する作動装置によって、「繊維対金属」の相互作用を高めることができる。一般に、本発明は、主に「繊維対繊維」の相互作用を利用する代わりに、懸濁した繊維に作用する作動条件及び/又は多数の作業刃を与える装置を利用するものである。
【0036】
本発明の方法は、結合された繊維性材料をリサイクルして、比較的低い平均長さと比較的一様な平均長さ分布を有する実質的に個々の繊維及び繊維状成分にする技術を提供するものである。
本発明の方法は、幅広い範囲の長さを有する繊維、繊維束及び繊維状材料を与えるように作動させることができるが、該方法はまた、およそ7ミリメートル又はそれより少ない全長の平均長さ分布を有する繊維及び繊維状材料を形成するのに用いることもできる。
長さを制御することに加えて、幾つかの「繊維対金属」の相互作用は、結合された繊維性材料の合成成分の変形及び歪みを発生させることがある。幾つかの変形及び歪みは、結合された繊維性材料を水圧で細分化することで生じうるが、その他は、繊維及び/又はフィラメントを引き裂き、スライスし、及び破断することで生じうる。
【0037】
ここで図3、図5乃至図8及び図10乃至図14を参照すると、種々の例示的なリサイクル合成繊維、繊維束及び/又は繊維状材料が示されており、これらは、合成材料からなる少なくとも1つの糸要素を有し、該合成材料は、結合された繊維性材料が液体中に懸濁している間に該結合された繊維性材料から糸要素を分離するために該糸要素を水圧破砕することにより生じた少なくとも1つの不規則な歪みを有する。
【0038】
糸要素は、約1ミリメートルから約15ミリメートルに及ぶ長さを持つことができる。例えば、糸要素は、約1.5ミリメートルから約10ミリメートルに及ぶ長さを持つことができる。別の例として、糸要素は、約2ミリメートルから約5ミリメートルに及ぶ長さを持つことができる。糸要素は、100マイクロメートルより少ない直径を持つことができる。例えば、糸要素は、30マイクロメートルより少ない直径を有してもよい。一般に、これらの寸法は、ある種の市販のパルプに類似しており、市販のパルプと容易に混合することができる。本発明の幾つかの実施の形態において、糸要素は、10ミクロンより少ない直径を持つことができ、1ミクロンより少なくすることもできる。
【0039】
本発明の一態様によると、不規則な歪みは、糸要素における屈曲、糸要素の平たくなったセグメント、糸要素の広がったセグメント、及びこれらの組合せの形態であり得る。
一般に、不規則な歪みにより、リサイクル材料の糸要素は、結合された繊維性材料から分離するために水圧破砕する前の結合された繊維性材料における糸要素よりも、大きい表面積を持つことになる。例えば、リサイクル糸要素の表面積は、少なくとも約5パーセント大きくすることができる。
【0040】
図3は、例示的なリサイクル合成繊維の詳細を示す顕微鏡写真(約500Xの線倍率)である。このリサイクル繊維は、熱点結合された連続ポリプロピレンのフィラメントウェブと、該連続フィラメントウェブと水圧交絡されたパルプ繊維とを含む複合構造体から回収されたものである。顕微鏡写真の中央に見えている繊維は、フィラメントにおける屈曲と比較的平たくなったセグメントとを有するポリプロピレン糸要素である。これらの歪みの少なくとも幾らかは、結合された繊維性材料(例えば、複合構造体)から糸要素を水圧破砕することによって生じるか又は露出される。糸要素を取り囲んでいる材料は、セルロースパルプである。
【0041】
図4は、従来のボンデッドカーデッドウェブ構造において見られる従来のポリプロピレン・ステープル繊維を示す顕微鏡写真(約500Xの線倍率)である。図3の糸要素とは対照的に、これらの繊維は、不規則な歪みが比較ないように見える。この繊維は、比較的滑らかな表面と、一様な又は均一な直径とを有し、図3に示される糸要素においては明白な撚り、屈曲その他の不規則な歪みがない。
【0042】
図5は、図3に示される糸要素と同じ種類の複合構造体から回収された例示的なリサイクル合成繊維の詳細を示す顕微鏡写真(約120Xの線倍率)である。顕微鏡写真の中央領域を横切って見える繊維は、ループ及び屈曲、並びに比較的平たくなったセグメントを呈するポリプロピレン糸要素である。これらの歪みの少なくとも幾らかは、結合された繊維性材料(即ち複合構造体)から糸要素を水圧破砕することによって生じるか又は露出される。糸要素を取り囲んでいる材料は、セルロースパルプである。
図6は、図3に示される糸要素と同じ種類の複合構造体から回収された例示的なリサイクル合成繊維の詳細を示す顕微鏡写真(約120Xの線倍率)である。顕微鏡写真の中央に見えている繊維は、ポリプロピレン糸要素である。顕微鏡写真にある矢印は、糸要素における鋭い屈曲を示す。
【0043】
図7は、図3に示される糸要素と同じ種類の複合構造体から回収された例示的なリサイクル合成繊維の詳細を示す顕微鏡写真(約500Xの線倍率)である。顕微鏡写真の中央に見えている繊維は、屈曲と、粗いセグメントとを呈するポリプロピレン糸要素である。
図8は、図3に示される糸要素と同じ種類の複合構造体から回収された例示的なリサイクル合成繊維の詳細を示す顕微鏡写真(約500Xの線倍率)である。顕微鏡写真の中央を横切って見えている繊維は、繊維の平たく広げられた切断端を示すポリプロピレン糸要素である。
【0044】
図9は、従来のポリプロピレン・ステープル繊維の詳細を示す顕微鏡写真(約500Xの線倍率)である。図8の糸要素とは対照的に、この繊維は、不規則な歪みが比較的ないように見え、広げられた又は他の歪みの形跡がなく、きれいに切断されたように見える端部を有する。
図10は、図3に示される糸要素と同じ種類の複合構造体から回収された2つの例示的なリサイクル合成繊維の詳細を示す顕微鏡写真(約250Xの線倍率)である。顕微鏡写真の中央を横切って、及び該顕微鏡写真の下側付近に見えている繊維は、屈曲と粗いセグメントとを呈するポリプロピレン糸要素である。
【0045】
図11は、例示的なリサイクル合成繊維の詳細を示す顕微鏡写真(約500Xの線倍率)である。このリサイクル繊維は、ポリプロピレン・メルトブロー繊維の熱点結合されたウェブを含む、Kimtex(登録商標)ブランドの拭取り用製品から回収されたものである。顕微鏡写真の中央に見えている比較的微細なメルトブロー繊維は、屈曲、撚り、絡まり及び比較的平たくされたセグメントを有するポリプロピレン糸要素である。これらの歪みの少なくとも幾らかは、結合された繊維性材料(即ちKimtex(登録商標)拭取り用製品)から糸要素を水圧破砕することによって生じるか又は露出される。糸要素を取り囲んでいる材料は、セルロースパルプである。
【0046】
図12は、図11に示される糸要素と同じ種類の材料から回収された例示的なリサイクル合成繊維の詳細を示す顕微鏡写真(約100Xの線倍率)である。およそ500マイクロメートルの長さの点結合が、顕微鏡写真の中央に見える。繊維は、屈曲、撚り、絡まり及び比較的平たくされたセグメントを有するポリプロピレン糸要素の形態の結合点の縁から外向きに放射状に広がる。これらの歪みの少なくとも幾らかは、結合された繊維性材料から糸要素を水圧破砕することによって生じるか又は露出される。糸要素の背後にある幾つかの材料は、セルロースパルプである。
【0047】
図13は、図11に示される糸要素と同じ種類の材料から回収された例示的なリサイクル合成繊維の詳細を示す顕微鏡写真(約500Xの線倍率)である。幅が約40マイクロメートルである大きな繊維状材料又は繊維束が、顕微鏡写真の中央に見える。繊維は、屈曲、撚り、絡まり及び比較的平たくされたセグメントを有するポリプロピレン糸要素の形態の繊維状材料又は繊維束を取り囲み、かつ該材料又は繊維束の縁から外向きに放射状に広がる。これらの歪みの少なくとも幾らかは、結合された繊維性材料から糸要素を水圧破砕することによって生じるか又は露出される。糸要素の近くにある大きめの繊維性材料は、セルロースパルプ繊維である。
図14は、図11に示される糸要素と同じ種類の材料から回収された例示的なリサイクル合成繊維の詳細を示す顕微鏡写真(約500Xの線倍率)である。セルロースパルプと、屈曲、撚り、絡まり及び比較的平たくされたセグメントを有するポリプロピレン糸要素の形態のリサイクル繊維との混合物が示される。
【0048】
本発明の方法の実施形態では、切断された又は細断された結合された繊維性材料の断片の懸濁液に、機械的仕事を多段階で適用することができる。一例として、オランダ式のビータか又はこれに類似した装置を用いて、結合された繊維性材料の断片を濡らし、結合材料から繊維及び繊維状成分の少なくとも幾らかを分離する条件下で、結合された繊維性材料の断片懸濁液に機械的仕事を適用することができる。幾つかの状況においては、天然繊維と合成繊維との混合物、及び/又は、非常に短い繊維と非常に長い繊維(例えば、パルプ繊維と連続的な合成フィラメント)との混合物を含有する結合された繊維性材料は、1つ又はそれ以上の最初の処理段階において部分的に又は実質的に分離することができる。
【0049】
このような処理の後に、短い及び長い繊維/フィラメントの流れを分けることができる。オランダ式のビータが、第一段階又は処理段階を実行するために用いられる場合には、回転ブレードと固定ブレードとの間のギャップ又は間隙は、「繊維対金属」の相互作用ではなく、「繊維対繊維」又は「繊維性材料対繊維性材料」の相互作用を高めるのに十分なだけ大きくすることができる。一例として、通常の条件下では、回転ブレードと固定ブレードとの間の間隙は、約20ミリメートルから約100ミリメートルまでの間とすることができる。第一段階における処理を強化するために、懸濁液の稠度、ビータロールの回転速度及び/又はビータロールに加えられる圧力荷重のような他の変数も調整できることが考慮されている。
【0050】
第二段階において、結合された繊維性材料、繊維及び繊維状成分を実質的に個々の繊維及び繊維状成分に破断するのに十分なだけの水圧及び機械的剪断応力状態を発生させる条件に基づいて、付加的な機械的仕事を適用することができる。処理の第二段階を実行するためにオランダ式のビータが用いられる場合には、回転ブレードと固定ブレードとの間のギャップ又は間隙は、懸濁液中に存在することがあるパルプ繊維又はステープル繊維の長さ及び/又は自由度に著しく影響を及ぼす又は低下させることなく、長繊維(即ち長い合成繊維)を断つ、切断する又は破断するための水圧及び機械的剪断応力の条件下で生じ得る「繊維対金属」又は「繊維性材料対金属」の相互作用を高めるのに十分なだけ小さいことが望ましい。一例として、この間隙は、約1ミリメートル(又は「金属対金属」の接触なしにできるだけ近接している)から約20ミリメートルまでの間にすることができる。第二段階における処理を強化するために、懸濁液の稠度、ビータロールの回転速度、及び/又はビータロールに加えられる圧力荷重のような他の変数も調整できることが考慮されている。
【0051】
本発明によると、液状懸濁液に適用された機械的仕事量は、結合された繊維性材料の1乾燥トンに対して1日(24時間)当たり約3馬力以上である。この数字は、望ましくは、1トンに対して1日当たり6馬力より大きくすることができ、多くの例示的な材料については、10から約15の範囲とすることができる。
液状懸濁液が処理され、結合された繊維性材料が水圧で細分化されて、遊離繊維、繊維束及び繊維状材料にされた後に、これらの材料は、次に湿式成形プロセスの完成紙料の流れの中に取り込んでも良いし、後で使用するために濡れた状態でラップしても良く、或いは乾式成形プロセスのために乾燥することもできる。繊維の流れは、大きい断片やフロック等を除去するために篩い分けできることが考慮されている。
【0052】
一般に、合成繊維を含有する結合されたスクラップ又は廃棄材料は、遊離繊維及び繊維状材料にリサイクルすることができ、該遊離繊維及び繊維状材料は、増加した表面積をもつことができ、かつ制御された繊維長さをもつように処理することができる。本発明によるリサイクル繊維は、湿式成形プロセスにおいて十分な量の良好な保持を与えることが意図されており、繊維性ウェブに組み込まれる場合には機械的特性及び吸収特性を改善できることが考慮されている。更に、リサイクルされた表面積の大きい繊維は、リサイクルされたものでない合成ステープル繊維と比較してかなりの費用優位をもたらす。次に、予め繊維網状に形成された材料を用い、該材料を上述のように分離することによって、全体として増加した表面積を持つ繊維及び繊維状材料が得られる。この表面積は、繊維網を破断して、繊維の結合点、屈曲、撚り、カール、隙間のある層を依然として有する小さいセグメントと、上述の種々の顕微鏡写真に示される平たい領域にすることからもたらされる。
【0053】
更に、繊維の長さは、分離処理中にもたらされる同様の機械的仕事によって制御される。繊維の長さを制御することにより、該繊維は、湿式形成、乾式形成、発泡形成のような多くのウェブ形成工程において使用可能になる。例えば、合成繊維の長さを木材パルプ繊維の長さに制御することにより、リサイクル材料は、完成紙材の取扱特性又は処理特性に影響を及ぼすことなく、リサイクルされたものでない木材パルプ繊維の完成紙材の中に再び取り込むことができる。
【0054】
実施例1
この実施例は、天然繊維と合成フィラメントを含有する結合及び交絡された複合材料のリサイクルに関するものである。リサイクルされたものでない木材パルプと、Workhorse(登録商標)及びHydroknit(登録商標)高速吸収材料という商標名でジョージア州ロズウェル所在のキンバリー−クラーク社から入手可能な結合合成ポリプロピレン・フィラメント(重量のおよそ20パーセント)(すなわち、連続スパンボンド・フィラメント・ウェブ)とを含む水圧交絡された複合材料を細断して、長さ約10−350mm及び幅約3−70mmの範囲の断片にした。複合材は重量のおよそ80%の量で含まれ、重量の約20%はポリプロピレン・フィラメントであった。材料は、インディアナ州イーストシカゴ所在のイースト・シカゴ・マシン・ツール社から入手可能な細断機を用いて細断された。断片を、マサチューセッツ州ピッツフィールド所在のE.D.Jones&Sons社によって製造された通常のオランダ式の産業用ビータに移した。ビータは、45度の斜めベッドプレートを備えた「ナンバー3ジョーンズ・ビーティング・ユニット」であった。ビータは、図2Aに示すように、ロール上にほぼ位置合わせされたブレード又は羽根をもつ回転ロールを有するものであった。ブレード又は羽根は、おおよそ1/4インチ(〜6mm)の幅、及び、おおよそ1/2インチ(〜12から13mm)の高さであった。これらは、回転方向又は回転平面に対して垂直なロールの外側上に、おおよそ1/2インチ(〜12から13mm)だけ間隔をもって配置された。固定プレートは、回転ロールのすぐ下に取り付けられ、おおよそ1/8インチ(〜3mm)の幅、及び1/4インチ(〜6mm)の高さのブレード又は「ナイフ」を備えており、おおよそ3/8インチ(〜9から10mm)だけ間隔をもって配置された。これらは、図2Aに概略的に示すように、回転方向又は回転平面に対して45度の角度をなすように位置合わせされた。
【0055】
細断された材料に水を加え、水圧及び剪断応力をオランダ式ビータの中の材料に二段階で適用した。水圧及び剪断応力は、ロールが回転するときの該ロールに対する負荷を調整することにより制御された。この特定の配置において、水圧及び剪断応力は、ビータのロールが回転して、それに取り付けられたブレード又は羽根が、液体及び濡れた材料を、回転方向又は回転平面に対して斜めに取り付けられたブレードをもつ固定プレートに対して押し付けるときに生じる「外車」形式のポンプ作用によって生じる。一般に、回転ロールにかけられる、より大きな負荷は、該回転ロールと固定プレートとの間により少ない間隙を与える。これは、より大きなレベルの水圧及び剪断応力に対応する。
【0056】
第1段階における回転ロールに対する圧力又は負荷は、10分間で0ポンド/平方インチ(psi)であった。本質的には如何なる負荷もかけられず、回転ロールの「外車」作用によって、回転ロールのブレードと固定プレート上に取り付けられたブレードとの間の約1cm又はそれ以上のギャップを通して、懸濁液中の断片を圧搾した。一般に、第1段階は、細断された材料を濡らし、合成繊維から天然繊維を分離するために用いられた。稠度は、約3.3パーセントになるように調整された(空気又はオーブンにより乾燥された懸濁液中の繊維性材料の重量パーセント)。
【0057】
第2段階において、回転ロール上の可動ブレードと固定ブレードとの間の、それらの接触点に最も近い又は該接触点付近の位置に、非常に高い水圧及び剪断応力の小区域が与えられるように条件を調整した。これらの小区域は、細断された結合された繊維性材料上にマイクロバースト作用を発生させて、その結果得られる合成繊維の長さを、水圧で細分化するか、及び/又は壊し、縮小すると考えられる。さらに、水圧による細分化、及び「繊維対金属」又は「結合された繊維性材料対金属」の接触によって、より長い合成フィラメントの長さが制御され、懸濁液中に存在することがあるパルプ繊維の長さ又は自由度を著しく低減させることなく、約0.8から約3.5mmまでの範囲の天然(すなわちパルプ)繊維と同一の長さをもつようにされる。
【0058】
第2段階において、回転ロールについてのゲージ圧は、50psiまで増加され、回転ロールのブレードと固定プレートとの間の間隙は、1から10mmまでの間に減少され、断片がロールと固定プレートとの間のギャップを通して圧搾されたときに生じる圧力に対抗するために、16トンのロール重量のほぼ半分(〜8トン)が利用可能であった。これらの条件は50分間維持された。
処理後に、懸濁液から遊離繊維、繊維束、及び繊維状材料を分離した。サンプルを顕微鏡で検査し、天然又はパルプ繊維を分離して、合成繊維とは別に測定した。この実施例においては、平均繊維長は、前述のように、手動で20本の合成繊維及び20本のパルプ繊維のランダム・サンプルを分離し、顕微鏡を利用して個々の繊維の長さを測定し、次に平均長を計算することによって求められた。結果として得られるリサイクル繊維及び繊維状材料は、下記の特徴を有した。
【0059】
・合成繊維の平均長は、木材パルプ繊維とほぼ同じ長さであった。合成繊維の平均長は3.78mmであった。サンプルにおける個々の繊維の長さは、1.65から5.33mmまでの範囲であった。処理前において、合成繊維は、最初は不定の長さか又は少なくとも5.33mmをはるかに越える長さを有するほぼ連続的なポリプロピレン・フィラメントであった。パルプ成分の平均繊維長は、2.7mmであった。サンプルにおける個々のパルプ繊維の長さは、1.35から3.81mmまでの範囲であった。カヤーニFS−200繊維分析器によって得られた測定値は、0.76mmの算術平均長さと、1.72mmの長さ加重平均長さと、2.40mmの重量加重平均長さを示した。
・木材パルプの繊維の自由度は、わずかな減少(約10%−約860mLから約760mLまで)を示すが、これは、複合材の木材パルプ繊維成分上で幾つかの付加的な表面積が発現したことを示すものである。しかしながら、繊維の長さは影響を受けなかった。
・合成繊維は、残りの繊維結合領域、横断、及び平らな領域による増加した又はより高い表面積を有する。
【0060】
実施例2
この実施例においては、リサイクル繊維は、実施例1に記載の方法を用いて、リサイクルされたものでない木材パルプと結合合成ポリプロピレン・フィラメント(すなわち、Workhorse(登録商標)及びHydroknit(登録商標)高速吸収材料)とを含む水圧交絡された同一の複合材から調製された。繊維の長さは、1から5mmまでとなるように制御された。リサイクル繊維の懸濁液を、重量の60%が硬木クラフトパルプ(ユーカリ)で重量の40%が軟木クラフトパルプ(ラジアータマツ)である混合物に、乾燥重量の5%の割合でインラインで混合した。
完成紙料は、通常の筆記用紙製造プロセスを用いて160グラム毎平方メートル(gsm)の坪量をもつ湿潤したシート状に形成され、次いで乾燥して最終製品にされた。結果として得られた生成物を、同一のリサイクルされたものでないパルプ材料を用いてリサイクル材料の添加なしで同一条件下で作成された対照材料と比較した。これらの結果を表1に示す。
【0061】
【表1】
【0062】
これらの結果から、合成繊維を含むリサイクル材料を重量の5%含有する紙シートは、リサイクルされたものでないパルプシートと本質的に類似した物理的特性をもつことが明白である。重要なことであるが、添加されたリサイクル繊維は、製紙プロセスの安定性及び効率に悪影響を及ぼさない。
【0063】
実施例3
この実施例においては、出発原料は、キンバリー−クラーク社からKimtex(登録商標)拭取り材という商標名で入手可能なメルトブローン・ポリプロピレン繊維のボンデッドウェブであった。この材料は、100%メルトブローン・ポリプロピレン繊維を含有し、長さ10−30mm及び幅5−20mmの範囲の断片に細断された。これらの断片を、パルプ化工程のオランダ式の実験室用ビータ(ニュージャージー州ニューアーク所在のRoss Paper Machinery社製モデルRPM15)に移した。水圧と機械的剪断応力を二段階で適用した。
水圧と剪断応力は、濡れた材料を固定ブレードに対して押し付けるロータによって生じたポンプ作用によって発生した。ロータロールは、およそ7・5/8インチ(〜19.4cm)の直径であった。ロールの作動面は、32バールで幅6インチ(〜15.4cm)及び厚さ3/16インチ(〜4.8mm)であった。7バールのベッドプレートは、厚さ1/8インチ(〜3.2mm)で、ベッドプレートの中央で5度の「V字」を形成するために3/32インチ(〜2.4mm)離間された。
【0064】
第1段階において、ロータにかかる重量又は負荷は、12分間0kgに設定され、稠度は1%に設定され、泡の発生を制御するために消泡剤が添加された。第1段階の間に、回転ロールとベッドプレートを通る材料の自由流れを達成するために、細断された材料を濡らした。第2段階の間に、回転ロールにかかる重量又は負荷は、最初に23分間5.2kgまで増加され、次いで85分間2.8kgにされた。回転ロール上のブレードとベッドプレートとの間に非常に高圧の小区域を与える第2段階の間の条件は、細断された合成繊維束上にマイクロバースト作用を生じさせてばらばらにし、結果として得られる合成繊維の長さを減少させる。これらのプロセス条件により、結果として得られた繊維は、次の特徴をもつ。
・得られた繊維は、依然として結合点、カール、繊維の隙間の開いた層、及び平たい領域をもつ、幾つかの個々の繊維と、繊維束と、小さいセグメントとの混合物を含む。
・合成繊維と繊維束の平均長さは、2.84mmであった。長さは0.6から6.1mmまでの範囲であった。
【0065】
リサイクル・メルトブローン繊維を、重量の60%が硬木クラフトパルプ(ユーカリ)で重量の40%が軟木クラフトパルプ(ラジアータマツ)である混合物に、乾燥重量の5%の割合で混合した。この完成紙料は、通常の実験室ハンドシート形成器で90gsmの坪量をもつ湿潤したシート状に形成され、次いで実験室用プレスでプレスして最後に乾燥した。結果として得られた生成物を、同一のリサイクルされたものでないパルプ材料を用いてリサイクル材料の添加なしで同一条件下で作成した対照材料と比較した。これらの結果を表2に示す。
【0066】
【表2】
【0067】
リサイクル・メルトブロー繊維を取り込んだ紙シートは、対照材料と比べて低いレベルの幾つかの機械的特性を呈したが、リサイクル繊維を含有する紙シートは、依然として概ね良好な物理的特徴をもつと考えられ、筆記用紙その他の類の紙に適している。
本発明は、特定の実施形態に関連して説明されてきたが、当業者には、上記の理解に到達するに当って、これらの実施形態の代替技術、修正、及び均等物を直ちに着想できることは明らかであろう。したがって、本発明の範囲は、特許請求範囲の請求項及びそのいずれかの均等物の範囲として判断されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【図1】 結合された繊維性材料を細断するための例示的なプロセスの概略図である。
【図2】 結合された繊維性材料の細断された断片を水圧で細分化するための例示的なプロセスの概略図である。
【図2A】 図2に示された例示的なプロセスの詳細である。
【図3】 例示的なリサイクル合成繊維の詳細の顕微鏡写真である。
【図4】 例示的なリサイクルされたものでない合成ステープル繊維の詳細の顕微鏡写真である。
【図5】 例示的なリサイクル合成繊維の詳細の顕微鏡写真である。
【図6】 例示的なリサイクル合成繊維の詳細の顕微鏡写真である。
【図7】 例示的なリサイクル合成繊維の詳細の顕微鏡写真である。
【図8】 例示的なリサイクル合成繊維の詳細の顕微鏡写真である。
【図9】 例示的なリサイクルされたものでない合成ステープル繊維の詳細の顕微鏡写真である。
【図10】 多数の例示的なリサイクル合成繊維の詳細の顕微鏡写真である。
【図11】 例示的なリサイクル合成繊維の詳細の顕微鏡写真である。
【図12】 例示的なリサイクル合成繊維の詳細を示す顕微鏡写真である。
【図13】 例示的なリサイクル合成繊維の詳細を示す顕微鏡写真である。
【図14】 例示的なリサイクル合成繊維の詳細を示す顕微鏡写真である。
Claims (12)
- 結合された合成繊維性材料を含む繊維性材料を液体中に懸濁する寸法の断片に形成し、
前記結合された合成繊維性材料を含む繊維性材料の区分された断片を液体中に懸濁させて懸濁液を形成する、ことからなる、結合された繊維性材料をリサイクルする方法であって、
回転ロールに取り付けられたブレードと固定プレートに取り付けられたブレードとの組合せを用い、前記回転ロールと前記固定プレートとの間に前記懸濁液を通しながら、前記回転ロールに取り付けられたブレードと前記固定プレートに取り付けられたブレードとの間に、前記結合された合成繊維性材料を含む繊維性材料を水圧で細分化し繊維と繊維状成分にするのに十分なだけの水圧と機械的剪断応力を生じさせ、この水圧と機械的剪断力による機械的仕事を前記懸濁液に適用して、前記結合された繊維性材料を実質的に個々の繊維及び繊維状成分に分離し、
前記個々の繊維及び繊維状成分を前記液体から分離する、
ことを特徴とする方法。 - 前記結合された合成繊維性材料の区分された断片を用意するステップが、一体に結合された合成繊維性材料の寸法を減らして、液体中に懸濁する寸法の区分された断片にする工程を含み、該工程が、機械的細断、機械的切断、機械的引裂き、機械的摩砕、ウォータージェット切断、レーザ切断、ガーネッティング、及びこれらの組合せから選択されることを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記固定プレートに取り付けられた前記ブレードが、前記回転ブレードの回転方向に対して少なくとも一方向に或る角度をなして配置されたことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の方法。
- 前記角度が20度から70度までの間であることを特徴とする請求項3に記載の方法。
- 前記機械的仕事が前記懸濁液に多段階で適用されることを特徴とする請求項1から請求項4までのいずれか1項に記載の方法。
- 前記機械的仕事が、前記結合された合成繊維性材料の断片を濡らし、該結合された合成繊維材料から繊維と繊維状成分の少なくとも幾らかを分離するのに十分なだけの水圧及び機械的剪断応力を発生させる条件に基づく第1段階と、前記結合された合成繊維性材料、繊維及び繊維状成分を破断して実質的に個々の繊維及び繊維状成分にするのに十分なだけの水圧及び機械的剪断応力状態を発生させる条件に基づく第2段階とを用いて前記懸濁液に適用されることを特徴とする請求項5に記載の方法。
- 前記第1段階における最近接点での前記回転ブレードと前記固定ブレードとの間の間隙が、約20ミリメートルから約100ミリメートルまでの間であり、前記第2段階においては約1ミリメートルから約20ミリメートルまでの間であることを特徴とする請求項5に記載の方法。
- 前記液状懸濁液に適用される前記機械的仕事の量が、結合された繊維性材料の1乾燥トンに対して24時間当たり約6馬力より多いことを特徴とする請求項1から請求項7までのいずれか1項に記載の方法。
- 前記結合された合成繊維性材料に、天然繊維性材料が組合せられていることを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記合成繊維性材料が、熱可塑性繊維及び熱可塑性フィラメントを含むことを特徴とする請求項9に記載の方法。
- 前記実質的に個々の繊維及び繊維状成分が、比較的均一な長さ分布をもつことを特徴とする請求項1から請求項10までのいずれか1項に記載の方法。
- 前記繊維及び繊維状材料が、およそ7ミリメートルの全長の長さ分布をもつことを特徴とする請求項11に記載の方法。
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