JP5317289B2 - ヤーンまたはスライバーを叩解する方法 - Google Patents

Description

本発明は、ヤーンまたはスライバーを叩解する方法、リファイナーフィラー、および前記リファイナーフィリングを含んでなるリファイナーに関する。

ポリパラフェニレンテレフタルアミド（ＰＰＴＡ）パルプのごときパルプは、いわゆる叩解によって製造することができる。前記叩解では、繊維を切断して所望の繊維長にした後、フィブリル化することによって前記繊維に粗いすなわち毛羽立った外観を与える。
現在、繊維の叩解には繊維の前処理が必要とされる。前記前処理では、（半）連続繊維をプレカットして適当な短いサイズの繊維片を得ることによって、液体懸濁液を調製できるようにする。一般に、紡糸工程から出てくる繊維は湿っている。前記切断前処理では、繊維が乾燥していることが必要である。なぜならば、湿った（未乾燥の）繊維の切断は、ナイフが容易に破損してしまうため、実行不可能であるからである。これは、経済的な理由のみならず、製品（パルプ）の特性が「未乾燥の」繊維を基材として用いることによって向上することが周知であるという理由からも、不利である。周知の叩解法によれば、乾燥および切断後、プレカットされた繊維を液体中に浮遊させ、得られた懸濁液をリファイナーの中央に供給する。
繊維のプレカットを可能にするのに必要な乾燥工程を免除することができることが望ましい。また、乾燥繊維の高速切断は困難であり、切断ナイフの損耗が大きいので、プレカット工程を削除することが望ましい。さらに、切断技術の中には、好ましからざる物体、例えば繊維の塊、を生じさせるものがある。

前記ニーズに対処するために、本発明は、ヤーンまたはスライバーのごとき繊維の乾燥およびプレカットが実用性能のための必要条件ではない方法を開示する。本発明は、紡糸工程から直接得られる未乾燥の繊維を含む湿った未乾燥のヤーンまたはスライバーの叩解を可能にするという点で有利である。

従って、第一の態様において、本発明は、長さが少なくとも１メートルであるヤーンまたはスライバーを叩解するための方法であって、前記ヤーンまたはスライバーと液体とをリファイナーに送り込む工程を含んでなり、前記リファイナーは、中心穴を取り囲む本体と、前記ヤーンまたはスライバーのための少なくとも１つの入口とを有するリファイナーフィリングを含んでなり、前記ヤーンは未乾燥紡績糸であり、若しくは、前記スライバーは未乾燥繊維を含有する、方法を提供する。従って、前記ヤーンまたはスライバーは、短いヤーンまたはスライバー断片の懸濁液の形でリファイナーに供給はされない。

パルプを叩解する方法は、当該技術分野において周知である。米国特許第５，６８７，９１７号には、パルプ繊維に機械力を及ぼすことによって叩解パルプを製造するためのリファイナーおよび叩解方法が記載されている。前記装置は、複数の排水溝を有する部材を含んでなり、各排水溝は、入口と出口とを有する。前記入口が前記部材のパルプ側に配置され、そして前記出口が前記部材の排水側に配置されることによって、パルプ側に押し付けられるパルプ繊維から排出される水が、前記入口に収容される。これらの穴は、ヤーンまたはスライバーをリファイナーへと導くには不向きである。なぜならば、前記入口がリファイナーの間違った側に位置しているから、さらに、これらの穴は１ｍｍよりも小さく、従ってヤーンまたはスライバーのための穴として利用するには小さすぎるからである。
ＤＥ１００３１６５５には、セルロース溶液を沈殿剤中に分散させることによってセルロース粒子を製造する方法、および、この方法を実施するための装置が開示されている。前記装置は、沈殿剤を導入するために、固定子ディスクおよびプレートに軸方向ボアホールを有する円板状リファイナーを備えることを特徴とする。これらのボアホールは、ヤーンまたはスライバーを導入するためではなく液体沈殿剤を導入するために利用され、また、ヤーンまたはスライバーを前記入口穴から前記リファイナーフィリングの表面へと導くための傾斜は備えていない。

本発明に従って使用されるヤーンまたはスライバーは、同じ長さを有する長いポリマーフィラメントの束の形態にあるヤーンまたはスライバーを包含する。前記ヤーンは、長さが少なくとも１ｍである連続したヤーンであることが好ましいが、それよりもずっと長い、例えば少なくとも１０ｍであることが好ましく、少なくとも１００ｍであることがさらに好ましい。前記ヤーンは、撚糸でも不撚糸でもよい。本発明による他の実施態様において、スライバーは、例えば約３０〜約１，０００ｍｍの範囲で同じまたは異なる長さを有する重複フィラメントの束の形態をとる。そのような繊維をスライバーと呼ぶ。個々のフィラメントはずっと短いかもしれないが、スライバーの長さは、少なくとも１ｍ、好ましくは少なくとも１０ｍ、さらに好ましくは少なくとも１００ｍである。
前記ヤーンまたはスライバーは、原則として、任意のヤーンまたはスライバーでよい。例えば、セルロース、麻、綿または羊毛といった天然のヤーンまたはスライバーでもよいし、アラミド、ポリアミド、ポリエステルまたはポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）といった人工のヤーンまたはスライバーでもよい。前記ヤーンまたはスライバーは、好ましくはアラミドヤーンまたはアラミドスライバーであり、さらに好ましくはポリパラフェニレンテレフタルアミド（ＰＰＴＡ）ヤーンまたはポリパラフェニレンテレフタルアミドスライバーである。

ヤーンまたはスライバーおよび液体は、前記ヤーンまたはスライバーがスレッドとしてリファイナーの内部およびリファイナーフィリングの表面へと誘導されるような、および、ヤーンまたはスライバー断片の懸濁液がリファイナーの外側でリファイナーから排出されるような方法でリファイナーに一緒に供給される。前記懸濁液は、適当に切断およびフィブリル化されたヤーンまたはスライバー断片を含んでなる。前記ヤーンまたはスライバーがリファイナーに供給される速度は、一般に、前記ヤーンまたはスライバーの厚みによって決まるが、当業者が容易に調節して必要なパルプ材料を得ることができる。前記速度は、リファイナーの回転カウンターディスク（回転子）の速度を調節することによって、および／または、任意に加圧トランスポートデュオロールシステムのごとき供給装置を使用することによって調節することができる。
ヤーンまたはスライバーは、リファイナーの中央に供給されてもよい。ヤーンまたはスライバーがリファイナーに供給される速度は、ヤーンまたはスライバーの十分な輸送が行われ且つ未叩解のヤーンまたはスライバーがリファイナー内に蓄積しないような速度となるように注意を払う必要がある。

本発明の好ましい実施態様において、ヤーンまたはスライバーは、偏心してリファイナーに供給される。「偏心」という用語は、入口が円形リファイナーの中心に位置しているのではなく、その中心から一定の距離を置いた場所に位置していることを意味する。偏心供給は、例えば、リファイナーフィリングに位置する入口を介して行うことができる。リファイナーフィリングにおけるヤーンまたはスライバー入口のそのような配置によって、リファイナーの内部およびリファイナーフィリングの表面へのヤーンまたはスライバーの輸送がより簡単になり、また、リファイナー内にヤーンまたはスライバーが蓄積する危険性が減るので有利である。
特に好ましい実施態様において、ヤーンまたはスライバーは、本発明のさらなる態様において提供されるような、入口の流出側に傾斜を有するようにリファイナーフィリングに配置された入口を通じてリファイナーに供給される。前記傾斜は、ヤーンまたはスライバーを入口穴からリファイナーフィリングの表面へと導く役割を果たす。

リファイナーに供給される前記液体は、ヤーンまたはスライバーの輸送を容易にする及び／または冷却液として機能するのに適している任意の液体でよい。前記リファイナーに供給される液体の量は、とりわけ、使用される装置の寸法によって決まる。一般に、０．１〜１０％（ｗ／ｗ）のヤーンまたはスライバー懸濁液の製造が可能となる量の液体がリファイナーに供給される。ヤーンまたはスライバーのための入口穴がリファイナーの中央に位置していない場合、液体の一部を前記入口を利用してリファイナー内へと供給し、一部をリファイナーの中央に供給することが可能である。前記リファイナーに供給される液体は水であることが好ましい。さらなる好ましい実施態様において、水は、１つ以上の水噴射を用いてリファイナーに供給される。これらの水噴射は、リファイナーの方向に水流を生じさせるように構成され、噴射される水は、圧力をかけられているためヤーンまたはスライバーをリファイナーの入口まで運ぶような速度を有する。これにより、リファイナーへのヤーンまたはスライバーの輸送が円滑になる。従って、供給方向における水速は、ヤーンまたはスライバーの供給速度と少なくとも同じ程度であるが、通常はヤーンまたはスライバーの供給速度よりも速い。

本発明は、リファイナーに供給される液体に特定の添加剤を添加する自由を与える点で有利である。従って、本発明による実施態様において、リファイナーに供給される液体は、仕上剤を含んでなる。仕上剤は、一般に、加工助剤として及び／または叩解パルプの機能特性を改善するために適用されることがある油状物質である。仕上剤として使用される好適な化合物としては、例えば、エトキシ化脂肪酸エステル、およびエトキシ化アルコールと、プロポキシ化アルコール（ブタノールのごときアルコール）と、エトキシ化またはプロポキシ化脂肪アルコールとの混合物が挙げられる。例えば、仕上剤は、パルプの滑らかさを向上させ、および／または、その絶縁性および／または帯電防止性を改善する。しかしながら、仕上剤の含有量が低くなければならない用途または仕上剤が存在しないことが好ましい用途の場合、本発明は、仕上剤を添加せずにヤーンまたはスライバーを叩解することができるので、有利である。例えば、薬物用途、食品用途および紙用途においては、仕上剤は少量であるか、或いは無いことが有利である。

本発明の他の実施態様において、例えば製造工程からの残留物としてアラミドヤーンまたはスライバー中に存在する酸残基を中和するための添加剤として中和剤を添加してもよい。また、前記液体は、添加剤の混合物を含有していてもよい。

さらなる態様において、本発明は、前述の叩解工程を含んでなるパルプ叩解法を提供する。前記方法によって得られる懸濁液をさらに処理して、様々な用途に利用することができるパルプまたはパルプ状材料を得ることができる。さらなる処理は、当該技術分野において周知であるように、脱水工程および／または乾燥工程を含んでいてもよい。

他の実施態様において、前記叩解法から得られたヤーンまたはスライバー懸濁液は他のリファイナーに供給される、すなわち、前記ヤーンまたはスライバー懸濁液を前記他のリファイナーに供給することからなる通常の叩解工程に付される。

さらなる態様において、本方法は、中心穴を取り囲む本体を含んでなるリファイナーフィリングを使用する。前記本体は、活性な叩解表面と、前記リファイナーフィリングをリファイナーに取り付けるためのボルト穴とを含んでなり、前記本体は、ヤーンまたはスライバーをリファイナーへ供給するための少なくとも１つの入口をさらに含んでなる。前記中心穴を利用してパルプをリファイナーに入れてもよい。一部の構成においては、パルプを前記中心穴を通じてリファイナーから排出させることも可能である。ヤーンまたはスライバーを供給するための前記入口は、ヤーンまたはスライバーをリファイナーの内部およびリファイナーフィリングの活性表面に導くのに、および、リファイナーから排出されるパルプが好適に切断およびフィブリル化されるのに適している直径および形状およびリファイナーフィリングにおける位置を有することが好ましい。

前記リファイナーフィリングは、１つ以上のヤーンまたはスライバー入口、例えば１〜５個、あるいはそれ以上の数の入口を備えていてもよい。
前記入口は、前記リファイナーフィリングの本体において、ヤーンまたはスライバーのパルプへの適切な加工を保証できる任意の位置に配置することができる。前記ヤーンまたはスライバー入口の配置は、パルプ出口の配置によって決まることがある。例えば、パルプが下方側でリファイナーから排出される場合、前記ヤーンまたはスライバー入口の位置は、ヤーンまたはスライバーがリファイナーフィリングの表面に位置する刃と適切に接触できるようにするために、リファイナーフィリングの外端よりも内端に近くてもよい。

他の実施態様において、本発明は、ヤーンまたはスライバー入口が、リファイナーフィリングの活性な表面上に、入口穴と、前記入口の流出側にある傾斜とを含んでなるフィリングに関する。前記傾斜は、ヤーンまたはスライバーを入口穴からリファイナーフィリングの表面に位置する刃へと導く役割を果たすように形成される。

本発明を図によって説明する。

図１は、入口穴１と、傾斜２とから成るリファイナーフィリングの一部を示している。完全なフィリングは、円形のディスクでもよい。穴３は、前記リファイナーフィリングをリファイナーに取り付けるためのボルト穴である。前記リファイナーフィリングは、通常、前記フィリングをリファイナーに固定するための様々な穴３を備える。前記リファイナーフィリングは、複数の入口穴１を備えていてもよく、そしてそれらの入口穴は、それぞれ、傾斜２が与えられていることが好ましい。前記傾斜は、ヤーンまたはスライバーを前記入口穴から前記リファイナーフィリングの表面へと導く役割を果たす。しかしながら、そのような傾斜を使用する必要は無く、傾斜の無い入口穴を有するフィリングを使用することも可能である。傾斜２を備えた穴１はさておき、リファイナーフィリングは、当該技術分野において周知である。リファイナーは、固定子−回転子型でもよく、単一ディスク型、円錐型、三角錐型またはパピヨン型であることが好ましい。固定子−回転子型精製機の場合、本発明のリファイナーフィリングは、固定子ディスクである。本発明によるリファイナーの一例は、図２に示されるようなリファイナーである。このリファイナーは、ヤーンまたはスライバー５および水６のための入口１を有する固定子ディスク８を備える。この実施態様では、中心穴７を通じて水を供給することも可能である。ヤーンまたはスライバー懸濁液は、重力排出によって、生成物排出口１０からリファイナーの外へ排出される。このリファイナーは、回転カウンターディスクすなわち回転子９をさらに備える。

本発明による叩解によって、特性および様々な用途における性能が改善されたパルプが得られる。例えば、前記パルプは、低いイオン含有量、改善された着色力および／または低い仕上剤含有量を有する。従って、本発明は、さらに、本発明のパルプ状繊維が摩擦材料、紙およびガスケットを製造するための慣用の方法において利用されることを特徴とする摩擦材料、紙またはガスケットを製造するための方法、および、そのような材料に関する。紙用途において、前記パルプは、フィラー残留率、ガスケット強度および紙強度を改善する。加えて、前記紙は、多孔性が従来よりも低く、また、摩擦に関して良好な処理性能および機械的性能を有する。

装置
・ Ｓｐｒｏｕｔ Ｗａｌｄｒｏｎ製 １２インチ シングルディスク実験用リファイナー
・ 電力： ５０ｋＷ
・ 運用電力： ５〜２５ｋＷ
・ １５００ ＲＰＭ
・ フィルタパターン：Ａｎｄｒｉｔｚ Ｄ２Ａ５０４状
・ 固定子ディスクの入口穴の直径： １１ｍｍ
・ 入口穴の長さ： ２５ｍｍ、幅： １１ｍｍ（穴のスロットの始端）〜２２ｍｍ（スロットの終端）、角度： 約１５°

一般的な処理条件
・ 中央水流： １００Ｌ／ｍｉｎ
・ （ヤーンまたはスライバーと共に入口穴に向かう）偏心水流： ０．１〜１．０Ｌ／ｍｉｎ
・ 水温： ２０℃

試験方法
ヤーンまたはスライバーの長さの測定
Ｐｕｌｐ Ｅｘｐｅｒｔ（登録商標）ＦＳ（ｅｘ Ｍｅｔｓｏ）を用いて、ヤーンまたはスライバーの長さを測定した。長さとして、平均長（ＡＬ）、長さ加重長さ（ＬＬ）、重さ加重長さ（ＷＬ）を用いた。「０．２５」という下付き文字は、長さが２５０ミクロンよりも長い粒子についての値を意味する。微粒子の量は、長さ加重長さ（ＬＬ）が２５０ミクロンよりも短い粒子の割合として求めた。この機器を、ヤーンまたはスライバーの長さが分かっているサンプルでキャリブレートした。キャリブレーションは、表１に示されるような市販のパルプを用いて行った。

ＳＲ（ＥＮ ＩＳＯ ５２６７−１：２０００）
２ｇ（乾燥重量）の未乾燥パルプヤーンまたはスライバーを、ＬｏｒｅｎｔｚおよびＷｅｔｔｒｅ粉砕機において２５０回撹拌する間に、１Ｌの水中に分散させた。よく開いたサンプルが得られた。Ｓｃｈｏｐｐｅｒ Ｒｉｅｇｌｅｒ（ＳＲ）値を測定した。（ＥＮ ＩＳＯ ５２６７−１：２０００）。

比表面積（ＳＳＡ）の測定
比表面積（ｍ^２／ｇ）を、Ｍｉｃｒｏｍｅｒｅｔｉｃｓ社製のＴｒｉｓｔａｒ３０００を用いて、ＢＥＴ比表面積法によって、窒素の吸着を利用して測定した。乾燥パルプヤーンまたはスライバーサンプルを、窒素気流中において、２００℃で３０分間乾燥させた。

紙強度
８０％のＴｗａｒｏｎ（登録商標）パルプと２０％のラテックスとから、ハンドシート（３００ｇ／ｍ^２）を作製した。乾燥させた紙（１２０℃）について、ＡＳＴＭ Ｄ８２８およびＴａｐｐｉ Ｔ４９４ ｏｍ−９６に従って、引張インデックス（Ｎｍ／ｇ）を測定した。ここで、試料幅は１５ｍｍであり、試料長は１００ｍｍであり、そして試験速度は、２１℃／６５％ＲＨの条件下において１０ｍｍ／ｍｉｎであった。

フィラー残留率
９７％のＫａｏｌｉｎ（Ｌａｕｄｅ ＳＰ ２０）と３％のＴｗａｒｏｎ（登録商標）パルプとの混合物を、高速縦型ミキサーで調製した。２０ｇの前記混合物を、２５０メッシュの篩を用いたリドルシフター装置でふるいにかけた。前記篩に残った材料を、初期量の割合として求めた。

グリーン強度
９７％のＫａｏｌｉｎ（Ｌａｕｄｅ ＳＰ ２０）と３％のＴｗａｒｏｎ（登録商標）パルプとの混合物を、高速縦型ミキサーで調製した。１０ｇの前記混合物を７０バールで成形して、厚みが７．５〜１１．０ｍｍ、幅が１５ｍｍであるロッドを得た。前記ロッドを、その主軸に対して垂直である振り子ラム衝撃試験装置で破砕した。グリーン強度は、［ｍＪ／ｍｍ^２］で表した。

ガスケット強度
ガスケットシートを、限定条件下において、ツーロールガスケットカレンダーで作製した。ガスケット化合物は、ＮＢＲゴムと、無機充填剤と、１２％のＴｗａｒｏｎ（登録商標）パルプとで構成されていた。このガスケットの引張強度を、ＤＩＮ５２９１０に従って、ロール方向に対して縦向きおよび横向きに測定した。引張強度は、ＭＰａで表した。

実施例１
本実施例では、４つの実験を説明する。これらの実験において、４種類の異なる原料をパルプに加工した。前記異なる原料は、乾燥した及び湿った（未乾燥の）ヤーンおよびスライバーであった。本発明による精製の条件および結果を表２に示す。この叩解の結果は、水中で懸濁した、長さの異なるヤーンまたはスライバーであった。このヤーンまたはスライバー懸濁液を、通常のリファイナー処理に匹敵するさらなる処理工程に付した。すなわち、ヤーンまたはスライバー懸濁液を、リファイナーに供給した。この処理の条件および結果を表３に示す。この処理の結果は、市販のパルプに匹敵するパルプであった。前記実験は、実験室規模のリファイナーで行った。
得られたパルプに対して行った測定は、未乾燥ヤーンの使用はパルプ品質を向上させることを示している。ＳＲ値および紙強度値は乾燥ヤーンよりも高く、これは紙用途には重要である。フィラー残留率値も乾燥ヤーンより高く、これは摩擦用途には重要である。ガスケット用途は、乾燥ヤーンよりも高いガスケット強度を示している。

リファイナーフィリングの一部を示す図である。 図１のリファイナーフィリングを含んでなるリファイナーの断面を示す図である。

Claims (13)

1. 長さが少なくとも１メートルであるヤーンまたはスライバーを叩解するための方法であって、
   前記ヤーンまたはスライバーと、液体とをリファイナーに送り込む工程を含んでなり、
   前記リファイナーは、中心穴を取り囲む本体と、前記ヤーンまたはスライバーのための少なくとも１つの入口とを有するリファイナーフィリングを含んでなり、前記ヤーンは未乾燥紡績糸であり、若しくは、前記スライバーは未乾燥繊維を含有する、前記方法。
2. 前記ヤーンは、連続したヤーンである、請求項１に記載の方法。
3. 前記ヤーンまたはスライバーは、アラミドヤーンまたはアラミドスライバーである、請求項１または２に記載の方法。
4. 前記ヤーンまたはスライバーは、ポリパラフェニレンテレフタルアミドヤーンまたはポリパラフェニレンテレフタルアミドスライバーである請求項１〜３のいずれかに記載の方法。
5. 前記ヤーンまたはスライバーは、前記リファイナーに偏心して供給される、請求項１〜４のいずれかに記載の方法。
6. 前記ヤーンまたはスライバーは、リファイナーフィリングに位置する入口を通じて前記リファイナーに供給される、請求項５に記載の方法。
7. 前記ヤーンまたはスライバーは、供給方向における水速が前記ヤーンまたはスライバーの供給速度と少なくとも同じ程度である水噴射によって前記リファイナーに供給される、請求項１〜６のいずれかに記載の方法。
8. 前記液体は、中和剤および仕上げ剤のうちの少なくとも１種から選択される添加剤を含んでなる、請求項１〜７のいずれかに記載の方法。
9. 請求項１〜８のいずれかに記載の叩解方法において使用されるリファイナーフィリングであって、
   前記フィリングは、中心穴を取り囲む本体を含んでなり、
   前記本体は、活性な叩解表面と、前記リファイナーフィリングをリファイナーに取り付けるためのボルト穴（３）とを含んでなり、
   前記本体は、長さが少なくとも１メートルであるヤーンまたはスライバーのための少なくとも１つの入口をさらに含んでなり、
   前記入口は、リファイナーフィリングの活性な表面上に、入口穴（１）と、前記入口の流出側にある傾斜（２）とを含んでなり、
   前記傾斜は、ヤーンまたはスライバーを前記入口穴から前記リファイナーフィリングの表面へと導く役割を果たす、
   ことを特徴とする前記リファイナーフィリング。
10. 請求項９に記載のリファイナーフィリングを含んでなるリファイナー。
11. 入口がリファイナーの中心から偏心している、請求項１０に記載のリファイナー。
12. 固定子−回転子型である、請求項１０または１１に記載のリファイナー。
13. 単一ディスク型、円錐型、三角錐型またはパピヨン型である、請求項１０〜１２のいずれかに記載のリファイナー。
    

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