JP2006517621A - ガラス及びセルロース繊維から作製されるベールのカチオン媒体中での製造 - Google Patents

Abstract

本発明は、セルロース繊維とチョップトガラス繊維を白水に分散させる工程；フォーミングファブリック上にこの分散体を通過させて白水を排出することにより、形成装置において層を形成する工程であって、これらの繊維が該ファブリック上に保持され、該分散体がその通過の間カチオン性の白水を含む工程；次いで、乾燥装置における熱処理工程を含む、ガラス繊維とセルロース繊維を含むベールを製造する方法に関する。本方法によって、特には２〜１２％のセルロースと、７０〜８０％のガラスと、８〜２７％のバインダーとを含み、その引裂強さが４３０ｇｆを超えるベールを製造することが可能となる。

Description

本発明は、ガラス繊維とセルロース繊維を含むベールをカチオン媒体中で製造する方法に関する。

セルロース繊維とガラス繊維を含むベールは、高い引張強さと高い引裂強さの両方を示す。この特性の組み合わせにより、このタイプの材料が、しばしばカナディアンシングルと呼ばれる屋根板を強化するための優れた候補材料となる。このような屋根板は、ベールなどの繊維構造体にタール又はアスファルトを含浸することによって一般に得られる。

「ベール」という用語は、完全に分散したフィラメントから成る不織布を意味すると解される。本発明のベールは、２０〜１５０ｇ／ｃｍ²、より特には３０〜１３０ｇ／ｍ²、例えば、約１００ｇ／ｍ²の単位面積当たりの質量を一般に有する。

国際公開第９９／１３１５４号パンフレットは、バインダーを５〜１５％含有するガラス／セルロースベールの湿潤調製法を教示している。この文献によれば、繊維は、アニオン性粘度調節剤（Ｎａｌｃｏ ２３８８）と分散剤の存在下で分散されるが、分散剤の性質については詳しく記載されていない。

国際公開第０１／１１１３８号パンフレットは、セルロース繊維を含む懸濁液を調製する第１工程と、ガラス繊維、分散剤及び粘度調節剤を含む懸濁液を調製する第２工程とを含む２工程の調製法を教示しており、次いで、これら２つの懸濁液が一緒にされた後、フォーミングファブリック上に通される。この文献は、フォーミングファブリック上に通される間の白水のイオン性又は非イオン性について何ら教示していない。

繊維が分散された水溶液は白水と呼ばれる。出願人は、２つのタイプの繊維を含む懸濁液をフォーミングファブリック上に通す間の白水のイオン性が、分散体自体の品質、結果として形成されるベールの均一性に関して非常に重要であることを見出した。本発明による方法は、ガラス繊維とセルロース繊維の両方を単一工程において懸濁液、直接的には白水に導入することができるので特に簡単である。

ベールの連続的な製造は、幾つかの連続した装置であって、それぞれが特定の処理を繊維に適用する装置の組み合わせを通して、分散された繊維の層を移動させることを伴う。繊維層は、「形成装置」において形成された後、適切な場合には、次いで「バインダー堆積装置」続いて「乾燥装置」に通される。この層は、層を一方のベルトからもう一方のベルトへ渡すことが一般に可能であるコンベヤーベルトによってこれらの装置に運ばれる。

本発明による方法は、
セルロース繊維とチョップトガラス繊維を白水に分散させる工程；
フォーミングファブリック上にこの分散体を通過させて白水を排出することにより、形成装置において層を形成する工程であって、これらの繊維が該ファブリック上に保持され、このときの白水がそれ自体、好ましくはこのときの白水１０ｍｌを１．１０^-3Ｎのアニオン性滴定溶液１〜４ｍｌによって中和することができるようなカチオン性であるという事実のために、該分散体がその通過の間陽イオン（即ち、カチオン）電荷を示す工程；次いで
乾燥装置における熱処理工程
を含む。

本発明によれば、白水は、繊維が白水に添加され始めるとすぐに少なくともカチオン性である。好ましくは、白水とそれが含有する分散体は、フォーミングファブリック上を通過するまで少なくともカチオン性のままである。白水をリサイクルする連続プロセスにおいては、白水は一般的には常にカチオン性である。このように、プロセスは連続であることができ、白水はリサイクルされ、その循環ループを通じてカチオン性を示す。

白水のカチオン性は、ガラス及びセルロース繊維が白水に導入されるとすぐに、ガラス及びセルロース繊維の有利な分散体から生じ、フォーミングファブリック上を通過するまでカチオン性である。したがって、本発明によれば、繊維のタイプ（セルロース又はガラス）のうち一方ともう一方の繊維を混合する前に、一方の繊維のカチオン性タイプの予備分散体を調製する必要はない。詳しくは、したがって、例えば、セルロースとガラス繊維を白水中で混合する前に、カチオン性ポリマー（又はカチオン性を示す別の製品）を事前の分散体においてセルロースに適用する必要はない。ガラス繊維とセルロースを白水中で混合する前に、カチオン性ポリマー（又はカチオン性を示す別の製品）を事前の分散体においてガラスに適用する必要もない。したがって、セルロース繊維もガラス繊維も、それらが白水に導入される前にカチオン性種によって一般には処理されない。

白水のカチオン性を維持することは、必要であれば、アニオン性、非イオン性又は両性（即ち、カチオン性とアニオン性の両方）の特徴を有する成分の白水中における存在を排除しない。というのも、一般的に、白水の全体的なカチオン性は、カチオン性を示す少なくとも１つの他の成分の存在によって保証されるからである。一般的に、白水は、白水をカチオン性にするのに十分な量で少なくとも１つのカチオン性分散剤を含有する。

白水のイオン性は、電位差滴定によって決定することができる。これを行うためには、粒子電荷検出器、例えば、Ｍｕｔｅｋ ＰＣＤ ０３（商標）及びＭｕｔｅｋ Ｔｉｔｒａｔｏｒ ＰＣＤ−Ｔｗｏ滴定器の粒子電荷検出器を特に使用することができる。この方法の原理は、そのカチオン性を決定することが要求される白水の規定体積（例えば、１０ｍｌ）をアニオン性水性滴定溶液の測定体積によって中和することにある。滴定溶液として、例えば、１０^-3Ｎの濃度を有するポリエチレンスルホン酸ナトリウム（Ｎａ−ＰＥＳ）の溶液を例えば使用することができる。白水のカチオン性は、滴定される白水１０ｍｌを中和するのに必要なＮａ−ＰＥＳ溶液のｍｌ数として表すことができる。

好ましくは、白水は、白水１０ｍｌを１０^-3Ｎのアニオン性滴定溶液１〜１０ｍｌ、より好ましくは１０^-3Ｎのアニオン性滴定溶液１．５〜４ｍｌによって中和することができる程度にカチオン性である。

これはまた、白水が好ましくは１．１０^-4Ｎ〜１．１０^-3Ｎ、さらにより好ましくは１．５．１０^-4Ｎ〜４．１０^-4Ｎのカチオン性であるというのと同じことである。

白水中に分散させるためには、繊維は、白水中に混合された場合に個々の状態でとどまることができなければならず、凝集してはならない。チョップトストランド（繊維アセンブリ）が白水中に分散される場合には、これらのストランドは、白水中で分散体としてフィラメントに分割することができなければならない。「ストランド」という用語は、連続フィラメントのアセンブリ、より詳しくは１０〜２０００の繊維を含む連続フィラメントのアセンブリを意味すると解される。したがって、繊維は、より詳しくは１０〜２０００の繊維を含むストランドの形態で白水に導入することができる。

ガラス繊維は、適切な場合には、特に有機シラン及び／又は膜形成剤を含むサイジング液によってストランドの形態に結合させるために、その製造の際にサイズ剤を施すことができる。この場合には、繊維が互いに接着するのを防ぐよう、繊維が水中に分散される前に繊維を乾燥させないことが好ましい。繊維が互いに接着すると、個々のフィラメントの状態に分散するのを妨げることになる。

セルロース繊維は、木材パルプから一般に得られる。この木材パルプは、水で軟化される市販の板シートから一般に得られる。次いで、板を軟化するのに用いられたこの水は、分散体を製造するためのプラントにパルプを輸送するのに用いられる。この水／パルプ混合物は、ちょうど流れによってパルプを運ぶことができるぐらいの水を一般に含有する。中くらいの分散を達成する前のこのパルプ／水混合物は、７０〜９９ｗｔ％の水と、１〜３０ｗｔ％のセルロースを一般に含有する。

両タイプの繊維を白水中に分散させる操作は、例えば、パルプ製造機において実施することができる。この分散操作は、まず、例えば、ガラス繊維の質量とセルロース繊維の質量の合計が、繊維の質量と白水の質量の合計の０．０１ｗｔ％〜０．５ｗｔ％であるような繊維の割合でパルプ製造機において実施することができる。

フォーミングファブリック上に層を形成する工程に通すときの繊維／白水分散体は、繊維の質量の合計がこの分散体の０．０１〜０．５ｗｔ％、好ましくは０．０２〜０．０５ｗｔ％に相当するようにすることが好ましい。この分散体は、パルプ製造機から層形成装置に進む際に繊維濃度の低減を受けることができる。

白水において、ガラス繊維の質量とセルロース繊維の質量の比は、最終ベールにおいて要求される比と同じである。

白水は、白水の粘度を増加させるために増粘剤を含むことができる。この増粘剤は、白水中において０〜０．５ｗｔ％の量で存在させることができる。この増粘剤は、例えば、ヒドロキシエチルセルロース（例えば、ヘラクレス製のＮａｔｒｏｓｏｌ ２５０ＨＨＲ）であることができる。ヒドロキシエチルセルロースは、アニオン性タイプの化合物である。

白水は、カチオン性分散剤を一般に含む。このカチオン性分散剤は、白水中において０〜０．１ｗｔ％の量で一般に存在させることができる。例えば、このカチオン性分散剤は、グアニジン又は脂肪鎖アミンであることができる。とりわけ、サイテックによって販売されているＡＥＲＯＳＯＬ Ｃ６１を用いることができる。それは、ポリオキシル化アルキルアミンであることもできる。

増粘剤は、白水が２０℃で１〜２０ｍＰａ・ｓ、好ましくは３〜１６ｍＰａ・ｓの粘度を有する程度に導入される。

白水／繊維分散体は撹拌され、次いで、白水がフォーミングファブリックを通って絶えず流れることを可能にしかつフォーミングファブリックの表面上に繊維を保持する浸透性のフォーミングファブリックに送られる。白水の除去を改善するため白水を吸い込むことができる。白水は、さらに繊維と混合するためにリサイクルすることができる。こうして、繊維はフォーミングファブリックの表面上で層を形成する。

最終ベールのためのバインダー又はバインダー前駆体が分散体中にすでに導入されている場合には、形成された層をバインダーを適用するための装置に通す必要はない。

しかしながら、一般には、分散体は、バインダー又は最終的なバインダーの前駆体を含有せず、このバインダー又はこのバインダーの前駆体は、層形成工程と熱処理工程の間に配置されるバインダー又はその前駆体を適用するための装置においてベールに適用されるのが一般的である。

（熱処理後の乾燥した）最終ベールは、一般的には８〜２７ｗｔ％のバインダー、より一般的には１５〜２１ｗｔ％のバインダーを含み、ベールの残りの質量は、一般的には繊維の質量から成り、この繊維は、それをコートするサイジング製品を含む場合がある。このように、最終ベールは、
２〜１２％のセルロースと、
７０〜８０％のガラスと、
８〜２７％のバインダーと
を含むのが一般的である。

バインダー適用装置によって全バインダーの少なくとも一部を適用することが選択される場合には、バインダーは、
２つのフォーミングファブリックの間で浸漬させること（この場合には、２つのファブリックの間に保持される生成物が数対のロールによって浴に浸される）、又は
カスケードによって繊維層上に堆積させること（カスケードとは、水性バインダー分散体が繊維ウェブに垂直な及び繊維ウェブの進行方向に垂直な流れとして繊維ウェブに注入されることを意味する）
によって水性分散体の形態で一般に適用される。

バインダーは、この種類の製造において通常用いられるタイプのバインダーであることができる。とりわけ、それは、可塑化ポリ酢酸ビニル（ＰＶＡｃ）、自己架橋性アクリル樹脂、スチレンアクリル樹脂、ユリアホルムアルデヒド、又はメラミンホルムアルデヒドであることができる。余分なバインダーは、フォーミングファブリックを通して吸い込むことによって除去することができる。

熱処理工程の目的は、水を蒸発させること、及び様々な成分間で起こり得る化学反応を実施すること、及び／又はバインダー前駆体をバインダーに転化すること、及び／又はバインダーにその最終的な構造を与えることである。熱処理は、１４０〜２５０℃、より一般的には１８０〜２３０℃に加熱することによって実施することができる。熱処理の期間は、一般的には２秒〜３分、より一般的には２０秒〜１分（例えば、２００℃で３０秒）続けられる。ベールは、ベルトを介した熱風循環によって乾燥器中で乾燥及び熱処理することができる。

図１は、本発明によるベールの連続製造のための産業的なプロセスを概略的に示している。ガラス繊維が（ｇ）でパルプ製造機に導入され、セルロース繊維が白水の存在下において分散体を形成するために撹拌しながら（ｃ）で同じパルプ製造機に導入される。次に、この混合物は、ライン３を介して貯蔵タンク２に注ぎ込むことができる。この貯蔵タンクの機能は、フィラメントと白水の間の混合時間を延長することである。この貯蔵タンクは任意選択である。次いで、混合物はライン４を介してライン５に取り込まれ、ここで、ライン４からの混合物の流れが、ヘッドボックス６からライン７を介して来るリサイクルされた白水の流れと一緒になる。この時点で、繊維／白水混合物中の繊維含有量は大きく低減される。白水は、１４で排出され、場合により１５でフォーミングファブリック８を介して吸い込まれた後、ライン１７を介してリサイクルされる。次いで、このリサイクル水は１６で分割され、例えば、リサイクル水の約１０％がライン１０を介してパルプ製造機に戻され、約９０％がライン９、７及び次いで５を介してヘッドボックス６に戻される。水はポンプ１１、１２及び１３によってライン中で循環される。ポンプ１１はファンポンプと呼ばれる。次いで、形成されたベール１８によって、熱処理を実施するための乾燥装置１９へ「ベルトを上昇」させ、最終ベールが２０で巻き上げられる。

本発明によって、試験片を切断するための治具の幅が５０ｍｍでありかつグリッパーの移動速度が５０ｍｍ／分±５ｍｍ／分であるように適合されたＩＳＯ ３３４２規格に従って測定した場合に２２ｋｇｆを一般に超える高い引張強さを依然として示しながら、その引裂強さがＩＳＯ １９７４規格によって測定した場合に４３０ｇｆを超えさえすることができるか、それどころか４５０ｇｆを超えることができるベールを製造することが可能となる。この値は、とりわけ、そのガラス／セルロース（バインダーを除く）質量比が２．４／９７．５〜１４．６／８５．３である本発明によるベールに関して適切である。

実験室バッチプロセスを用いた実施方法が以下に記載される。
増粘剤として０．２５ｗｔ％のヒドロキシエチルセルロース（ヘラクレス製のＮＡＴＲＯＳＯＬ ２５０ＨＨＲ（商標））と；
カチオン性分散剤として０．０１５ｗｔ％のＣｙｔｅｃ ＡＥＲＯＳＯＬ Ｃ６１（「イソプロパノール中アルキルグアニジン−アミン−エタノール複合体」界面活性剤）と；
水と
を含有するカチオン性白水を調製し、最大１００％の白水組成物を作製した。

この白水は、濃度１０^-3Ｎの対イオン２．６ｍｌが白水１０ｍｌに関して測定されたことを考慮すると本発明に関して必要とされるカチオン性を示した。

以下のもの、即ち、
その特性がリファイニング６０°ＳＲ、乾き度１４．５％（即ち、１４．５％乾燥した物質）であるセルロース繊維３ｇの水中懸濁液と；
約１８ｍｍの長さに切断された約１３μｍのフィラメント直径を有するガラス繊維８ｇ
をこの白水５ｌ中に入れた。

白水の粘度は、セルロース及びガラス繊維を導入する前に２０℃で１５ｍＰａ・ｓであった。

この分散体を７分間強く撹拌した後、この予備分散体を、白水２５ｌを含有する方形（３０ｃｍ×３０ｃｍ）の実験室用ハンドシートの型に入れた。次いでこの水を排出し、繊維混合物をフォーミングファブリック上に回収した。

ファブリック上に形成されたベールを吸い込み溝の上に通し、余分な白水を吸い込ませた。次いで、２つのフォーミングファブリックの間で浸漬させることによって水性分散体中の（自己架橋性のユリアホルムアルデヒドタイプの）バインダーをハンドシートの型にしみ込ませた。余分なバインダーは、吸い込み溝の上に通すことによって除去した。

次いで、得られたシートを熱風乾燥器において乾燥させ熱処理した（２００℃で９０秒）。

本発明によって坪量１００ｇ／ｍ²を有するベールが得られた。このベールは高い引裂強さを有していた。ガラス／セルロースの質量比に応じた引張強さと引裂強さの値を下表に与える。

この表は、５％のセルロースと１０％のセルロースを含有するベールの場合において、非常に高い引張強さを依然として有しながら、引裂強さが他のベールの場合よりも１９％高いことを示している。

［比較例］
実験室バッチプロセスを用いた実施方法が以下に記載される。
増粘剤として０．００４４ｗｔ％のアニオン性ポリアクリルアミド（Ｎａｌｃｏ製のＮＡＬＣＯ Ｄ ９６４１（商標））と；
カチオン性分散剤として０．００４４ｗｔ％のエトキシル化脂肪酸アルキルアミン（Ｓｃｈｅｒ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ製のＳＣＨＥＲＣＯＰＯＬ ＤＳＢ １４０（商標））と；
水と
を含有するアニオン性白水を調製し、最大１００％の白水組成物を作製した。

この白水は、濃度１０^-3Ｎの対イオン（カチオン性滴定溶液：Ｐｏｌｙ−ＤＡＤＭＡＣ＝ポリジアリルジメチルアンモニウムクロリド）１．６ｍｌが白水１０ｍｌに関して測定されたことを考慮するとアニオン性を示した。

以下のもの、即ち、
その特性がリファイニング６０°ＳＲ、乾き度１４．５％（即ち、１４．５％乾燥した物質）であるセルロース繊維３ｇの水中懸濁液と；
約１８ｍｍの長さに切断された約１３μｍのフィラメント直径を有するガラス繊維８ｇ
をこの白水５ｌ中に入れた。

白水の粘度は、セルロース及びガラス繊維を導入する前に２０℃で２．６ｍＰａ・ｓであった。

この分散体を７分間強く撹拌した後、この予備分散体を、白水２５ｌを含有する方形（３０ｃｍ×３０ｃｍ）の実験室用ハンドシートの型に入れた。次いでこの水を排出し、繊維混合物をフォーミングファブリック上に回収した。

ファブリック上の繊維の分散は非常に悪かった。すべての繊維（ガラス及びセルロース）が白水のアニオン性のために凝集していた。繊維の網目構造は、再凝集した繊維のみを含んでいた。それを吸い込み溝の上に通し、余分な白水を吸い込ませ、２つのフォーミングファブリックの間で浸漬させることによって水性分散体中の（自己架橋性のユリアホルムアルデヒドタイプの）バインダーを繊維にしみ込ませ、吸い込み溝の上を通過させることによって余分なバインダーを除去し、繊維構造体を熱風乾燥器において２００℃で９０秒間乾燥させ熱処理することができた。

しかしながら、得られた繊維構造体は結合性を有しておらず、機械強度試験を実施することができなかった。

（原文に記載なし）

Claims (20)

1. セルロース繊維とチョップトガラス繊維を白水に分散させる工程；
   フォーミングファブリック上にこの分散体を通過させて白水を排出することにより、形成装置において層を形成する工程であって、これらの繊維が該ファブリック上に保持され、該分散体がその通過の間カチオン性の白水を含む工程；次いで
   乾燥装置における熱処理工程
   を含む、ガラス繊維とセルロース繊維を含むベールを製造する方法。
2. 前記分散体が前記フォーミングファブリック上を通過する間、前記白水が１．１０^-4Ｎ〜１．１０^-3Ｎのカチオン性であることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 前記分散体が前記フォーミングファブリック上を通過する間、前記白水が１．５．１０^-4Ｎ〜４．１０^-4Ｎのカチオン性であることを特徴とする、請求項２に記載の方法。
4. 前記方法が連続であり、前記白水がリサイクルされ、その循環ループを通じてカチオン性を示すことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
5. 前記白水がカチオン性分散剤を含む、請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
6. 前記分散体が前記フォーミングファブリック上を通過する間、繊維の質量の合計が該分散体の０．０１〜０．５ｗｔ％に相当することを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
7. 前記分散体が前記フォーミングファブリック上を通過する間、繊維の質量の合計が該分散体の０．０２〜０．０５ｗｔ％に相当することを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法。
8. 前記分散体が前記フォーミングファブリック上を通過する間、前記白水が２０℃で１〜２０ｍＰａ・ｓの粘度を有することを特徴とする、請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法。
9. 前記分散体が前記フォーミングファブリック上を通過する間、前記白水が２０℃で３〜１６ｍＰａ・ｓの粘度を有することを特徴とする、請求項１〜８のいずれか１項に記載の方法。
10. 前記層の形成と前記熱処理の間にバインダー堆積装置を有する工程を含むことを特徴とする、請求項１〜９のいずれか１項に記載の方法。
11. 前記熱処理が１４０〜２５０℃で実施されることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の方法。
12. 最終ベールが、
    ２〜１２％のセルロースと、
    ７０〜８０％のガラスと、
    ８〜２７％のバインダーと
    を含むことを特徴とする、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の方法。
13. 最終ベールが、２０〜１５０ｇ／ｃｍ²の単位面積当たりの質量を有することを特徴とする、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の方法。
14. 最終ベールが、３０〜１３０ｇ／ｃｍ²の単位面積当たりの質量を有することを特徴とする、請求項１〜１３のいずれか１項に記載の方法。
15. 前記セルロース繊維が、水／パルプ混合物の形態で前記白水に導入されることを特徴とする、請求項１〜１４のいずれか１項に記載の方法。
16. 前記セルロースが、前記白水に導入される前にカチオン性ポリマーで処理されないことを特徴とする、請求項１〜１５のいずれか１項に記載の方法。
17. 前記セルロース繊維も前記ガラス繊維も、それらが前記白水に導入される前にカチオン性種によって処理されないことを特徴とする、請求項１〜１６のいずれか１項に記載の方法。
18. ２〜１２％のセルロースと、
    ７０〜８０％のガラスと、
    ８〜２７％のバインダーと
    を含み、その引裂強さがＩＳＯ １９７４規格によって測定された場合に４３０ｇｆを超える、ベール。
19. 前記引裂強さがＩＳＯ １９７４規格によって測定された場合に４５０ｇｆを超えることを特徴とする、請求項１８に記載のベール。
20. 試験片を切断するための治具の幅が５０ｍｍでありかつグリッパーの移動速度が５０ｍｍ／分±５ｍｍ／分であるように適合されたＩＳＯ ３３４２規格に従って測定された場合に引張強さが２２ｋｇｆを超えることを特徴とする、請求項１８又は１９に記載のベール。

Images