JP2006200044A - 低密度で寸法安定性に優れたバルカナイズドファイバーとその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 低密度で寸法安定性を良くしたバルカナイズドファイバーを提供する。
【解決手段】 綿および木材その他のセルロースパルプ５０〜９０ｗｔ％と熱融着性繊維１０〜５０ｗｔ％とで構成された原紙を用い、３０〜６０℃、濃度６６．０〜７３．０Ｂｅ'の塩化亜鉛溶液中に浸漬したのち、熟成、水洗、乾燥することにより低密度で寸法安定性に優れたバルカナイズドファイバーを製造する。その製品は寸法安定性に優れ電気絶縁材料、各種用途のほかラップまたはフォイル用切刃等の用途に好適である。
【選択図】 図１

Description

本発明は、パルプに熱融着性繊維を混抄させた原紙を塩化亜鉛溶液へ浸漬し、熟成、乾
燥したバルカナイズドファイバーを、熱カレンダー又は熱プレスにより熱融着性繊維を融
着させることにより得られる、低密度化及び寸法安定性の良いバイルカナイズドファイバ
ーとその製造方法に関する。

バイルカナイズドファイバー（以下ＶＦという）の原料は天然繊維の綿ラグパルプ、リ
ンターパルプ、木材パルプにより塩化亜鉛溶液へ浸漬し各セルロース繊維の膨潤作用によ
り密に接着し、洗浄により塩化亜鉛を５００ｐｐｍ以下に除去し乾燥させたものはセルロ
ース繊維の凝集体となり、１．０〜１．４ｇ／ｃｍ^３の高密度のボード化となり同じセル
ロース繊維の紙ボード以上の強固な引張強度、紙破裂強度、剥離強度特性を有し、機械的
強度、耐磨耗性及び電気絶縁性に優れた特徴から、電気絶縁板、研磨材、ラップ切刃、各
種容器、等に使われている。

ＶＦは精製された有機質天然繊維からなる原料紙を、塩化亜鉛の膨潤膠化反応を利用し
て積層一体化した有機質の工業材料であり、密度高く、天然繊維質材料としては、最も機
械的強度に優れ、コールドパンチング、折り曲げ、絞り加工等が可能で、かつ耐磨耗性、
耐油性等に優れた材料で多くの用途に使用されている。しかしながら、天然繊維を素材と
しているため、吸湿性があり、吸湿、放湿による膨潤、と乾燥での伸縮を避けられない特
性があるため、合成樹脂塗料の塗布、防水性を付与することで、防水、防湿による寸法変
化を低減する加工をしているが、要求とされる寸法安定化とまではいかなかった。
また、製品化されているＶＦ素材のラップ切り刃は防水防湿対策としてＰＥをラミネー
トし寸法安定化を計り、無機繊維であるガラス繊維を使用しての寸法安定化が有効である
ことも公知である。ラップ切刃の寸法安定化に関し、ガラス繊維を含め無機繊維を検討し
たが、環境対応でガラス繊維を使用した製品は採用が受け入れられなかった経緯をもって
いる。一方、ガラス繊維を使用したＶＦ採用している電気絶縁材料分野でも環境対応が要
求されているため、後処理に苦慮している。

発明は研究の結果、天然繊維であるＶＦ寸法安定性の欠点を解消するために熱融着性繊
維を用いることで寸法安定性の極めて良いＶＦの製造方法を確立した。すなわち、ＶＦの
吸湿時における寸法変化をなくすため、パルプ等の天然繊維に有機繊維である熱融着性繊
維を混抄した原紙を用い熱処理することにより天然繊維の吸湿時の膨張収縮を抑制できる
、との知見に基づき、低密度化し寸法安定性を発現するＶＦの製造方法を検討して本発明
を達成したものである。

一般にＶＦは、原料パルプ繊維のゼラチン化ないしは膠化の程度に大きく作用し強固に
接着されているので、密度は高く引張・剛度・電気絶縁性等の物理及び電気特性を持って
いる。このように、ＶＦはセルロースが高密度に接着形成していて吸湿性を保ち、置かれ
た環境に反応し伸縮性を有していることが、ＶＦの長所であり欠点である特徴といえる。
従来よりＶＦの湿潤寸法変化の改善は大きな課題であり克服出来ないでいた。絶縁材料の
打ち抜き品又はボックス等では、湿度の変化で部品装着が出来なかったり困難であったり
し、平板では湿度変化でカールが生じ、ラップ切り刃では波打ちが発生し顧客要求として
寸法安定性を保持した製品、すなわち、ＶＦ特徴である剛度とは逆の特性となる曲げ加工
性、柔軟性を求められ、低密度１．０ｇ／ｃｍ^３以下の低密度ＶＦ化を課題として、原材
料であるパルプにて対応を試みたが十分の効果が得られなかった。

従来開発した難燃性ファイバー又は耐水性ファイバーの湿潤寸法安定性を確かめるため
、密度の高いＶＦ表面層に薬剤を含有させたところ短時間での薬剤による効果は見られた
が、長時間では薬剤浸透の不十分な層内中心部が吸湿し、伸び寸法安定性の効果が失われ
てしまい従来より十分な対策ができなかった。このため、本願人は先に特願２００４−
０７２８２６号において、パルプに熱融着性繊維を１０〜３０ｗｔ％以上混抄させた原紙
でＶＦ化し熱融着繊維を熱融着させることで、従来にない低密度の製造方法を提供しうる
ことを見出したが、本発明は、さらに、パルプにバインダーファイバーを１０〜５０ｗｔ
％混抄させた原紙でＶＦ化し、熱融着性繊維を熱融着させることで、湿潤時伸び率が０％
に近い寸法安定製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の請求項１は低密度で寸法安定性の良いＶＦは熱融着
性繊維を有することである。請求項２は、綿および木材その他のセルロースパルプ５０〜
９０ｗｔ％と熱融着性繊維で１０〜５０ｗｔ％で構成された原紙を用い、３０〜６０℃、
濃度６６．０〜７３．０Ｂｅ'の塩化亜鉛溶液中に浸漬し、熟成、水洗したのち、前記熱
融着性繊維の融着温度を含む温度で乾燥することを特徴とする低密度で寸法安定性に優れ
たバルカナイズドファイバーの製造方法である。請求項３は、熱融着性繊維が融着温度１
００〜２００℃である請求項１記載のバルカナイズドファイバーの製造方法であり、請求
項４は、熱融着性繊維が融着温度１００〜２００℃で縮みがなく、又はカールがない直線
となる棒状ネット構成をする熱融着性繊維を用いた請求項１〜３のいずれかに記載のバル
カナイズドファイバーの製造方法である。

発明を実施するには、綿ラグパルプ、リンターパルプ、木材パルプの単独またはこれら
を混合したパルプに、熱融着性繊維を混抄した原紙を複数枚重ねてＶＦ化し熱処理する。
すなわち、温度３０〜６０℃、濃度６６．０〜７３．０Ｂｅ'の塩化亜鉛溶液中に浸漬し
たのち、熟成、水洗、乾燥でＶＦ化し１００〜２００℃で熱処理をすることにより、寸法
安定性に優れたＶＦを製造する。
この場合の寸法安定性に優れたＶＦを製造する際には、綿および木材その他のセルロー
スパルプ５０〜９０ｗｔ％と熱融着性繊維１０〜５０ｗｔ％で構成された原紙を用いる。
尚、ラップまたはフォイル用切刃に適し寸法安定性の良いＶＦを製造する際には、セルロ
ースパルプ７０〜９０ｗｔ％と熱融着性繊維１０〜３０ｗｔ％とで構成された原紙を用い
る。
熱融着性繊維としては、融着温度１００〜２００℃のポリエステルホットメルト型繊維
状バインダー（例えば、ユニチカファイバー(株)商品名「メルティー」）を、上記のよう
に１０〜５０ｗｔ％混抄する。１０ｗｔ％以下混抄させると寸法安定化効果が不十分であ
り、５０ｗｔ％以上であるとファイバー化が困難となりコスト高となる。安定化効果を良
好に保持させるためには、上記のようなｗｔ％の範囲が好ましい。

上記のようなパルプに、熱融着性繊維として、例えばポリエチレンテレフタレートバイ
ンダーファイバー（以下、ポリエステルバインダーファイバーという）を混合して抄造し
た原紙を複数枚重ねてＶＦ化し熱処理することで、バインダーファイバーが熱融解される
。ＶＦ化は通常のように、液温３０〜６０℃、濃度６６．０〜７３．０Ｂｅ'の塩化亜鉛
溶液中に浸漬処理することによって達成される。熱処理はドライヤー、カレンダー又は熱
プレス等で熱処理温度１００〜２００℃の範囲である。このことで高密度接着をしている
セルロース間をバインダーが融着構成したＶＦ化となる。他の繊維を有するＶＦと比較す
ると、無機繊維での平面方向は硬直を特徴とする繊維がセルロースの湿乾時の伸縮を制御
するが、繊維どうしの接着がないため厚さ方向の寸法安定性はない。熱融着性繊維を用い
た本発明はＶＦの巾と厚さに寸法安定性がよく新しい利用（例えば装飾品、ディスプレー
用品等）への可能性を有している。その他、熱融着性繊維のポリエステルは耐熱性、耐薬
品性、耐水性に優れており、従来天然パルプ繊維では得られなかった寸法の安定化を加え
た特性も保持したＶＦを製造することができる。

本発明では、熱融着性繊維のポリエステルバインダーファイバーを混抄した原紙で、塩
化亜鉛へ浸漬、熟成、水洗、乾燥、を経てＶＦ化させ、目的とする寸法安定性のよいＶＦ
を得るための加熱温度１００〜２００℃を加えることで、ＰＥＴ繊維どうしが融着する。
このようにして得られたＶＦは、高密度に接着しているセルロースと融着したＰＥＴ繊
維とで複雑に絡み合った構成をしている。ＰＥＴ繊維どうしの融着の接点数がセルロース
の動きを制御することとなるため、ＰＥＴ繊維の数がＶＦの安定性である耐乾湿率に比例
することとなることが分かった。
安定性の良いＶＦを得るための研究を進めていくと、ＰＥＴ繊維の融着状態によりＶＦ
の安定性に差があり、同配合ｗｔ％ではＰＥＴ繊維が棒状を維持し繊維どうしがネット構
成しているＶＦは、特に湿潤時伸び率が巾方向と厚さ方向に対し少なく非常に効果的で、
熱融着繊維の強固な接着作用を発現することを確認した結果、塩化亜鉛液によるパルプの
セルロース繊維の膠化作用で高密度化に対して、寸法安定性の良いＶＦの実現に至ったも
のである。
熱融着性繊維配合で寸法安定性は向上するが、最も効率が良いものは先に述べた棒状ネ
ットワークを生じさせる繊維であり、これにはポリエステルの紡糸後、未延伸のユニチカ
ファイバー製５４Ｖに代表されるが、これに限るものではない。

表１は、熱融着性繊維の未延伸糸タイプ（５４Ｖ）を０〜５０ｗｔ％配合したものと、
ガラス繊維を０〜５０％配合したものとのＶＦシートの密度の関係を示し、図１はそのグ
ラフを示す。

表２は熱融着性繊維の未延伸糸タイプ（５４Ｖ）を０〜５０ｗｔ％配合したものと、ガ
ラス繊維を０〜５０％配合したものとのＶＦシートのＸＹ方向湿潤寸法変化率（％）を示
し、図２はそのグラフを示す。

表３は、ＶＦで各種の種熱融着性繊維を２０ｗｔ％配合した、湿潤条件：４０℃−９０
％ＲＨ×２４時間、熱処理条件：線圧２０ｋｇ／ｃｍ、１３０℃×５分での調湿→湿潤時
の寸法変化（％）を示す表であり、図３はそのグラフを示す。
尚、表３の熱融着性繊維はポリエステルバインダー（ユニチカファイバー(株)製）、未
延伸糸タイプ（５４Ｖ）、延伸糸タイプ（４０８０）、延伸糸タイプ（３３００）、延伸
糸タイプ（４０００）、ビニロンバインダーファイバー（ユニチカ(株)製）延伸糸タイプ
（ＳＭＬ）である。

表４は、表３における試料の厚さ方向湿潤変化率を示し、図４はそのグラフを示す。

表５は熱融着繊維の未延伸糸タイプ（５４Ｖ）によるＸＹ方向耐乾湿寸法変化率（％）
を示す。

表６は、各種の熱融着繊維による厚さ方向耐乾寸法変化率（％）を示す。

図５は、熱融着性繊維のポリエステルバインダーファイバーを配合したＶＦ製品を熱処
理した表面の５０倍の顕微鏡写真で、（ａ）ＰＥＴは未伸糸タイプ（５４Ｖ）、（ｂ）
ＰＥＴは延伸糸タイプ（３３００）で、いずれも天然繊維であるセルロースと熱融着性
繊維とでネットが形成され、未延伸糸（５４Ｖ）は棒状ネット構成であり、延伸糸（３３００）は縮れたカールのネット構成である熱融着性繊維の形状の違いを良く明示している。なお、図中、青色部分はセルロース、白い部分はＰＥＴ繊維である。

次に、熱融着性繊維におけるＶＦ寸法安定性の優位性を無機繊維及び有機繊維との比較
で述べると下記の通りである。
ａ．熱融着処理によりバインダーのネットワーク構成で結着抵抗となり寸法安定化が計
られる。
→無機繊維である代表例ガラス繊維は、吸水吸湿せず剛直かつ強靭であるので、高密
度に接着していいる天然繊維であるセルロースが自由に膨張収縮することを制御し寸法安
定化が計られると共に、セルロース繊維とは接着をしていないため低密度化となる。（ガ
ラス以外の無機繊維、鉱物繊維も似た挙動を示す。）
→有機繊維はＶＦの低密度化はするがセルロースの膨張収縮を制御する効果はない。
ｂ．巾方向だけでなく厚さ方向にも寸法安定化が計られる。
バインダー繊維の熱処理によりネット構成で接着することで、巾方向だけでなく圧さ方
向（Ｚ方向）に対しても寸法安定化が作用する。
→無機繊維、鉱物繊維は極めて僅かしか作用せず厚さ方向の寸法安定化の効果は見ら
れない。
ｃ．熱融着性繊維であるＰＥＴ系繊維は柔軟性を特徴とし、無機繊維は剛直性を特徴と
している。このために無機繊維を配合したＶＦは連続工程での屈折箇所で腰折れ又は横割
れが生ずる。厚さが増すにつれて発生し製品化の課題であるが、ＰＥＴ系繊維は柔軟であ
るため折り曲げ工程には効果がある。
ここで、腰折れとは、積層したＶＦが横方向に割れてしまう状態をいい、横割れとは、
積層したＶＦが横方向に横皺になる状態をいう。

熱融着性繊維を配合し加熱処理をしたＶＦの寸法安定性はＰＥＴ繊維の未延伸糸タイプ
が特に優位性があることを究明した。
ａ．ＰＥＴ繊維の延伸糸（４０００）の５０倍顕微鏡写真の未処理繊維（図６（ａ））が１３０℃の熱処理後は（図６（ｂ））に示すようにＰＥＴ繊維が縮むように融着するのに対し、ＰＥＴ繊維の未延伸糸（５４Ｖ)は同じく５０倍顕微鏡写真の未処理繊維（図７（ａ））は延伸糸（４０００）の未処理と同じ直線である。その未延伸糸（５４Ｖ）に同じく１３０℃熱処理した（図７（ｂ））は、繊維が縮むことなく棒状を保ち融着することを示している。この特徴が延伸糸よりＸＹ方向の寸法安定性が優れていることとなる。
ｂ．上記ａ項の特徴から、巾方向だけでなく厚さ方向も寸法安定性が優位に作用する。
ｃ．熱融着性繊維とＶＦ寸法安定性には配合率で比例関係があるため、棒状でのネット
構成は配合率とコストで優位性がある。

熱融着性繊維であるＰＥＴ繊維未延伸糸タイプ（５４Ｖ）とガラス繊維配合によるＶＦ密度との関係を示すグラフ。 熱融着性繊維であるＰＥＴ繊維未延伸糸タイプ（５４Ｖ）配合率とＶＦのＸＹ方向湿潤寸法変化率との関係を示すグラフ。 木材パルプ１００％と木材パルプに各種熱融着性繊維２０％配合した、調湿→湿潤時のＶＦ巾（ＸＹ）方向寸法変化率（％）を示すグラフ。 木材パルプ１００％と木材パルプに各種熱融着性繊維２０％配合した、調湿→湿潤時のＶＦ厚さ（Ｚ）方向寸法変化率（％）を示すグラフ 熱融着性繊維を配合して熱処理したＶＦ製品の表面を１５０倍の顕微鏡写真であり、（ａ）は未延伸糸タイプ（５４Ｖ）、（ｂ）は延伸糸タイプ（３３００）である。 熱融着性繊維であるＰＥＴ延伸糸（４０００）の未処理（ａ）と１３０℃加熱処理（ｂ）した５０倍に拡大した顕微鏡写真である。 熱融着性繊維であるＰＥＴ未延伸糸（５４Ｖ）の未処理（ａ）と、１３０℃加熱処理（ｂ）した５０倍に拡大した顕微鏡写真である。

Claims (4)

1. 綿ラグ、リンターパルプ、木材パルプの単独またはこれらを混合したパルプに熱融着性
   繊維を１０％以上混合してなるバルカナズドファイバーであり、前記熱融着性繊維が抄紙
   工程で縮みやカールが抑制された紙から加工されていることを特徴とする低密度で寸法安
   定性に優れたバルカナズドファイバー。
2. 綿および木材その他のセルロースパルプ５０〜９０ｗｔ％、熱融着性繊維１０〜５０ｗ
   ｔ％で構成された原紙を用い、液温３０〜６０℃、液濃度６６．０〜７３．０Ｂｅ'の塩
   化亜鉛溶液中に浸漬したのち、熟成、水洗したのち、前記熱融着性繊維の融着温度を含む
   温度で乾燥することを特徴とする低密度で寸法安定性に優れたバルカナイズドファイバー
   の製造方法。
3. 熱融着性繊維が融着温度１００〜２００℃である請求項１又は２記載のバルカナイズド
   ファイバーの製造方法。
4. 熱融着性繊維で融着温度１００〜２００℃において融着した繊維が縮まない、カールし
   ない直線となる棒状ネット構成であることを特徴とする、請求項１〜３いずれかに記載の
   バルカナイズドファイバー。