JP4831570B2 - 機能性粒子含有率の高い機能性セルロース材料及びその製造方法 - Google Patents
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項1.パルプ及び/又は前処理パルプ3〜50重量%と機能性粒子50〜97重量%を水の存在下で混練し、混練物を加圧して脱水及び成形し、成形物を乾燥することを包含する機能性セルロース材料の製造方法。
項2.混練、加圧及び成形が多軸混練押し出し機によるものである項1に記載の機能性セルロース材料の製造方法。
項3.機能性粒子の平均粒子径が2000μm以下である項1に記載の機能性セルロース材料の製造方法。
項4.機能性粒子が木粉、樹皮粉末、天然ゼオライト、合成ゼオライト、人工ゼオライト、酸化チタン、シリカゲル、活性炭、貝殻粉砕物、珪藻土、金属粉及びタンニンからなる群から選択される少なくとも1種の粒子であることを特徴とする項1〜3のいずれかに記載の機能性セルロース材料の製造方法。
項5.項1〜4のいずれかの方法により製造される機能性セルロース材料。
項6.3〜50重量%のセルロースミクロフィブリルと50〜97重量%の機能性粒子を含有し、曲げ強度が20MPa以上である機能性セルロース材料。
項7.機能性粒子としての木粉を10〜50重量%含有し、比重が0.6〜1.3g/cm3である項6に記載の機能性セルロース材料。
項8.機能性粒子が木粉、樹皮粉末及びゼオライトからなる群から選択される少なくとも1種であり、建築内装材用である、項5〜7のいずれかに記載の機能性セルロース材料。
本発明において、混練に供されるパルプとしては、クラフトパルプ、サルファイトパルプ、ソーダパルプ、炭酸ソーダパルプ、炭酸−ソーダパルプなどの化学パルプ、機械パルプ、ケミグランドパルプ、古紙から再生された再生パルプなどが使用できる。これらのパルプは1種単独で又は2種以上混合して使用することができる。これらパルプの原料としては、針葉樹チップ、広葉樹チップ、ソーダスト等の木材系セルロース原料、非木材系セルロース原料(例えば、バガス、ケナフ、ワラ、アシ、エスパルト等の一年生植物)を例示することができる。
機能性粒子の平均粒子径は特に制限されないが、好ましくは0.001〜2000μm、より好ましくは0.01〜1000μmである。
前記の原料は水の存在下で混練される。混練されることによって、パルプ類は機能性粒子を取り込みつつミクロフィブリル化される。水はパルプ類を膨潤し、ミクロフィブリル化しやすくする役割を果たす。水の量は、混練に使用する手段、成形性などを考慮して適宜設定できる。例えば、原料中の固形分濃度が20〜60重量%となる量或いは水分量が40〜80重量%となる量、好ましくは30〜50重量%である。また、水に代えられる成分あるいは水に添加できる成分としては、エチレングリコール、ブチレングリコール、メチルアルコール、エチルアルコール、グリセリンなどが挙げられる。これらの使用量は、上記の水の量に準じて設定できる。水量を調節するために脱水が必要な場合には、スクリュープレス、ディスクプレス、抄上げマシン、脱水フィルターなどの機械的な手段によって脱水し、調節することができる。これらの脱水手段の中には混練機能を併せ持つものも存在する。
混練及び脱水された混練物は成形される。成形に先立ち、混練物を乾燥してもよい。成形にあたっては所望の形状に適した成形法、成形機を適宜選択すればよい。特に押し出し成形、射出成形が好ましく、押し出し成形が特に好ましい。押し出し成形の手段としては、スクリュー押し出し機など公知の押し出し成型機を使用することができる。本発明では多軸混練押し出し機が好ましく、二軸混練押し出し機が特に好ましい。
本発明の機能性セルロース材料は、前記の製造方法により製造されるものであり、少量のセルロースミクロフィブリルで多量の機能性粒子を保持している。このため、セルロースミクロフィブリルに由来する高強度と、機能性粒子に由来する高い機能性を併せ持つものである。
<木粉>
「セルロシンNo.100」((株)カジノ製)
「セルロシンNo.30」((株)カジノ製)
<人工ゼオライト>
「fAゼオライトTypeCa」(前田建設(株)製)
陽イオン変換容量(CEC) 150〜400cmol/kg
比表面積(SSA) 50〜70m2/g
メジアン径 25μm
粒度分布 1〜100μm
<二軸混練押し出し機>
「KZW15TW」((株)テクノベル製)
スクリュー直径:15mm
スクリュー長さ/スクリュー直径比:30
スクリューの噛み合い型:完全噛み合い型
スクリュー回転数:300rpm
<石臼式磨砕機>
「ピュアファインミル」((株)栗田機械製作所製)
<リファイナー(コニカルリファイナー)>
「BEATFINER」((株)サトミ製作所製)
<曲げ強度測定機(10Tonオートグラフ)>
「AG−100kNG」((株)島津製作所製)
パルプと機能性粒子から二軸混練により成形物を製造し、その成形物に含まれるセルロースがミクロフィブリル化していることを確認し、また、比重と曲げ強度を測定した。まず、パルプとしてトイレットパーパーを用い、これを水:パルプ=97重量%:3重量%の割合で離解した後、前処理として、コニカルリファイナーによるリファイナー処理(5Pass)を行った。このリファイナー処理物(固形分濃度3wt%)に木粉(100メッシュ)を、パルプ(乾燥重量。以下の実施例においても同じ):木粉=50重量%:50重量%の比率で混合した後、遠心分離機で固形分30重量%になるまで脱水し、これを二軸混練押し出し機に供給した。二軸混練押し出し機(1Pass)によって得られたサンプルの電子顕微鏡写真を図1に示す。
パルプ:木粉(100メッシュ)=10重量%:90重量%とした以外は実施例1と同様にして、成形物を得、その成形物の比重及び曲げ強度評価を行った(サンプル数は3個)。その結果、比重0.77〜0.78g/cm3(平均値0.78g/cm3)、曲げ強度26.6〜29.5MPa(平均値28.12MPa)であった(表1)。
機能性粒子を木粉から人工ゼオライトに代えてパルプ:人工ゼオライト=50重量%:50重量%とした以外は実施例1と同様にして、成形物を得、その成形物の比重及び曲げ強度評価を行った(サンプル数は2個)。その結果、比重1.42〜1.47g/cm3(平均値1.45g/cm3)、曲げ強度60.2〜65.6MPa(平均値62.94MPa)であった(表1)。
トイレットペーパー(パルプ)を水:パルプ=97重量%:3重量%の割合で離解した後、リファイナー処理をせずに、石臼式磨砕機(20Pass)でミクロフィブリル化セルロースとし、機能性粒子(木粉(30メッシュ)及び人工ゼオライト)を所定の割合で添加し、手で混練した。混練物(固形分30重量%)を実施例1と同様にして成形物を得、これら成形物の比重及び曲げ強度評価を行った(サンプル数は2個)。結果を表1に示す(比重及び曲げ強度は平均値)。なお、本例では、パルプはミクロフィブリル化していた。
実施例1と同様にしてリファイナー処理物を得、これに木粉(30メッシュ)を所定の割合で添加して家庭用ミキサーで混合したが、混練は行わなかった。この混合物を実施例1と同様にして成形物を得、これら成形物の比重及び曲げ強度評価を行った(サンプル数は3個(50:50)と2個(10:90))。結果を表1に示す(比重及び曲げ強度は平均値)。なお、本例では、パルプはミクロフィブリル化しない。また、パルプ:木粉=10:90のサンプルでは成形出来たが曲げ強度が非常に小さかったため、曲げ強度は測定できなかった。
実施例1と同様にしてリファイナー処理物を得(パルプ固形分濃度3wt%)、これに木粉(30メッシュ)を所定の割合で添加し、調理用ジューサーで約5分間撹拌混合した。得られた混合物を実施例1と同様にして成形物を得、これら成形物の比重及び曲げ強度評価を行った(サンプル数は3個)。結果を表1に示す(比重及び曲げ強度は平均値)。なお、本例では、パルプはミクロフィブリル化しない。
パルプとしてクラフトパルプを用い、これを水:パルプ=97重量%:3重量%の割合で離解した後、前処理として、ディスクリファイナーによるリファイナー処理(8Pass)を行った。このリファイナー処理物(固形分濃度3wt%)に木粉(100メッシュ)を添加し(パルプ:木粉=10:90)、遠心分離機で固形分30重量%になるまで脱水し、これを二軸混練押出機に供給した。二軸混練押し出し機(1Pass)によって得られたサンプルを実施例1と同様にして成形物を得、その成形物の比重及び曲げ強度評価を行った(サンプル数は2個)。その結果、比重0.68〜0.71g/cm3(平均値0.70g/cm3)、曲げ強度20.9〜23.6MPa(平均値22.2MPa)であった。
ディスクリファイナー処理をしなかったこと以外は実施例4と同様にして成形物を得、その成形物の比重及び曲げ強度評価を行った(サンプル数は2個)。その結果、比重0.64〜0.65g/cm3(平均値0.65g/cm3)、曲げ強度11.7〜13.4MPa(平均値12.6MPa)であった。ディスクリファイナー処理(実施例4)をする方が曲げ強度の点では有利であった。
パルプとしてクラフトパルプを用い、これを水:パルプ=97重量%:3重量%の割合で離解した後、前処理として、ディスクリファイナーによるリファイナー処理(8Pass)を行った。このリファイナー処理物(固形分濃度3wt%)に人工ゼオライトを添加し(パルプ:人工ゼオライト=50:50)、遠心分離機で固形分30重量%になるまで脱水し、これを二軸混練押出機に供給した。二軸混練押し出し機(1Pass)によって得られたサンプルを実施例1と同様にして成形物を得、その成形物の比重及び曲げ強度評価を行った(サンプル数は3個)。その結果、比重1.39〜1.42g/cm3(平均値1.41g/cm3)、曲げ強度53.1〜75.1MPa(平均値65.4MPa)であった。
ディスクリファイナー処理をしなかったこと以外は実施例6と同様にして成形物を得、その成形物の比重及び曲げ強度評価を行った(サンプル数は3個)。その結果、比重1.42〜1.47g/cm3(平均値1.44g/cm3)、曲げ強度49.0〜65.6MPa(平均値58.3MPa)であった。ディスクリファイナー処理(実施例6)をする方が曲げ強度の点では有利であった。
Claims (3)
- パルプ及び/又は前処理パルプ3〜50重量%と機能性粒子50〜97重量%を水の存在下で混練し、混練物を加圧して脱水及び成形し、成形物を乾燥することを包含する機能性セルロース材料の製造方法であって、
前記混練、加圧及び成形が二軸混練押し出し機を用いて行われる機能性セルロース材料の製造方法。 - 機能性粒子の平均粒子径が2000μm以下である請求項1に記載の機能性セルロース材料の製造方法。
- 機能性粒子が木粉、樹皮粉末、天然ゼオライト、合成ゼオライト、人工ゼオライト、酸化チタン、シリカゲル、活性炭、貝殻粉砕物、珪藻土、金属粉及びタンニンからなる群から選択される少なくとも1種の粒子であることを特徴とする請求項1又は2に記載の機能性セルロース材料の製造方法。
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