JP2007204896A - 繊維シ−ト及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明の目的は、可撓性と柔軟性を有し、かつ、高度な耐熱性、難燃性を維持した上で、廃棄処理の際焼却装置を傷めることなく安価に使用できる繊維シ−トを供給することにある。
【解決手段】本発明の繊維シ−トは、バサルト繊維を湿式抄紙法にて絡めたシ−トであって、該繊維間が熱溶融によって結合してなることを特徴とする繊維シ−トであり、バサルト繊維と結着剤を主成分とする繊維素材を水に分散して水性スラリ−を作成する工程、該水性スラリ−を湿式抄紙法により抄紙し一次繊維シ−トを作成する工程、および該一次繊維シ−トに加熱処理を施してバサルト繊維間を熱溶融によって接着する工程とからなることを特徴とする製造方法である。
【選択図】なし

Description

本発明は、湿式抄紙法によりシ−ト化したバサルト繊維を主体とする耐熱性と難燃性に優れた紙に関するもので、詳細にはバサルト繊維と少量の結着剤とで湿式抄紙法により湿紙を作り乾燥熱圧着処理により繊維間が接着構造化したことを特徴とする、物理強度が優れた高度な耐熱性と難燃性を有する繊維シ−ト及びその製造方法に関する。
［背景技術］

従来このような用途に適用される繊維シ−トとしては、ガラス繊維シ−トとカ−ボン繊維シ−トが知られている。
特開平５−２４７８８２号公報にはガラス繊維紙の改良が開示され、特開２００３−２９３２６４号公報には炭素繊維紙の改良が開示されている。

特開平５−２４７８８２号公報 特開２００３−２９３２６４号公報

しかし、ガラス繊維シ−トは、４６０℃以上では軟化するためシ−トの形状維持が困難であり耐熱性の点で用途範囲が限定されること、及び焼却廃棄の際焼却炉の壁面にガラスが付着するとの不都合があり、一方、カ−ボン繊維シ−トは高価であること、及び電気絶縁性を保持しないために用途範囲が限定されるものであった。
本発明の目的は、可撓性と柔軟性を有し、かつ、高度な耐熱性、難燃性を維持した上で、廃棄処理の際焼却装置を傷めることなく安価に使用できる繊維シ−トを供給することにある。

本発明の繊維シ−トは、バサルト繊維を湿式抄紙法にて絡めたシ−トであって、該繊維間が熱溶融によって結合してなることを特徴とする繊維シ−ト（請求項１）であり、前記バサルト繊維の繊維長が０．１〜１０ｍｍのであることを特徴とし（請求項２）である。
本発明の第１の製造方法は、バサルト繊維と結着剤を主成分とする繊維素材を水に分散して水性スラリ−を作成する工程、該水性スラリ−を湿式抄紙法により抄紙し一次繊維シ−トを作成する工程、および該一次繊維シ−トに加熱処理を施してバサルト繊維間を熱溶融によって接着する工程とからなることを特徴とし（請求項３）、本発明の第２の製造方法は、バサルト繊維束を水に離解してバサルト繊維を得る工程、該バサルト繊維と結着剤を主成分とする繊維素材を水に分散して水性スラリ−を作成する工程、および該水性スラリ−を湿式抄紙法により抄紙し一次繊維シ−トを作成する工程、および該一次繊維シ−トに加熱処理を施してバサルト繊維間を熱溶融によって接着する工程、とからなることを特徴とし（請求項４）、本発明の第３の製造方法は、バサルト繊維と結束材からなる結束バサルト繊維に熱処理を施して結束材を除去してバサルト繊維束を作成する工程、バサルト繊維束を水に離解してバサルト繊維を得る工程、該バサルト繊維と結着剤を主成分とする繊維素材を水に分散して水性スラリ−を作成する工程、および該水性スラリ−を湿式抄紙法により抄紙し一次繊維シ−トを作成する工程、および該一次繊維シ−トに加熱処理を施してバサルト繊維間を熱溶融によって接着する工程とからなることを特徴とし（請求項５）、さらに本発明の第４の製造方法は、バサルト繊維と結束材からなる結束バサルト繊維に溶剤処理を施して結束材を除去してバサルト繊維束を作成する工程、バサルト繊維束を水に離解してバサルト繊維を得る工程、該バサルト繊維と結着剤を主成分とする繊維素材を水に分散して水性スラリ−を作成する工程、および該水性スラリ−を湿式抄紙法により抄紙し一次繊維シ−トを作成する工程、および該一次繊維シ−トに加熱処理を施してバサルト繊維間を熱溶融によって接着する工程とからなることを特徴とする（請求項６）。
さらに好ましい態様として、バサルト繊維束を水に離解してバサルト繊維を得る工程に際し、シランカップリング剤共存下において離解が行なわれることを特徴とすること（請求項７）、バサルト繊維束を水に離解してバサルト繊維を得る工程に際し、界面活性剤共存下において離解が行なわれることを特徴とすること（請求項８）、結着剤がポリエチレンテレフタレ−ト繊維であること（請求項９）、結着剤がポリビニルアルコ−ル繊維からなること（請求項１０）前記ポリビニルアルコ−ル繊維が水中溶解温度４０〜１００℃の易溶解性繊維であること（請求項１１）を特徴とする。

本発明でいうバサルト繊維とは、玄武岩に由来する無機繊維であり、玄武岩の溶融紡糸により得ることが出来る。バサルト繊維としては、例えば、ＳｉＯ_２を１０〜１４重量％、Ｆｅ_２Ｏ_３を１１〜１４重量％、Ａｌ_２Ｏ_３を９〜１４重量％、ＴｉＯ_２を１〜３重量％、ＭｇＯを１０〜１４重量％、ＣａＯを１０〜１４重量％、Ｎａ_２Ｏを２〜４重量％、Ｋ_２Ｏを１〜３重量％という組成のものが本発明に適用される。
又、本発明に適用されるバサルト繊維の比重は通常３８０〜４２０ｇ／ｄｍ^３であり、さらに繊維長は特に制限されないが、０．１〜３０ｍｍ、好ましくは１〜１２ｍｍ、繊維径は１〜２０μｍである。

このような性状の繊維は、通常、前記溶融紡糸後、一旦、結束剤によって結束された後短繊維にカットされたものが、本発明に供給される。この場合の、結束剤としては、水性エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、酢酸ビニル樹脂、エチレン-酢酸ビニル共重合体樹脂、ポリビニルアルコ−ル、水性ウレタン樹脂、アクリル樹脂、合成ゴムラテックス、架橋澱粉、アセチル化澱粉、エ−テル化澱粉等が例示され、これらは本発明に適用される際には、熱処理若しくは溶剤処理により除去される。
具体的には、例えば、中部工業社、帝人社及び昭和高分子社等にて上市している各種バサルト繊維が使用できる。

本発明を構成する結着剤としては、抄紙機の乾燥パ−トでの乾燥熱圧着により軟化してバサルト繊維間の接着に機能する樹脂や無機物質か、又は木材繊維パルプのように繊維のフィブリル化によりバサルト繊維間の接着に機能する材料が適用される。前者の、バサルト繊維間の接着に機能する樹脂とは、繊維状又は溶液状であっても粒状であってもとくにその性状は問わない。該樹脂としては、ポリエチレンテレフタレ−ト（ＰＥＴ）樹脂、ポリビニルアルコ−ル（ＰＶＡ）、ポリエチレンん、ポリプロピレン等のポリオレフィン、ポリ塩化ビニル樹脂、アラミド樹脂、ナイロン、アクリル系樹脂等が本発明に供される。

又、バサルト繊維間の接着に機能する無機物質としては、コロイダルシリカ、コロイダルアルミナ等が本発明に適用可能である。
又、ＰＶＡは繊維状に加工したＰＶＡ繊維が好適に使用される。これは、ＰＶＡを加熱溶融紡糸後、軽く熱処理され繊維の形態にしたもので、ＰＶＡ分子の配列度、結晶化度が比較的低く太さ１デニ−ル、長さ３〜５ｍｍにカットされたものが使用される。特に本発明でいうＰＶＡ繊維の特徴は、繊維を投入した水の温度を上昇させると４０〜１００℃で溶解する易溶解性、すなわち水中溶解温度４０〜１００℃のものが好適に使用され、例えばクラレ社製のビニロンＶＰ（商品名）が適用される。

本発明の繊維シ−トには、バサルト繊維及び結着剤としての繊維以外に、その他の繊維を混抄して形成することが出来る。その他の繊維としては、木材パルプ繊維、ケナフ、麻、竹繊維等の天然繊維、アクリル、ビニロン、レ−ヨン、アラミド、フェノ−ル系繊維、フッ素繊維等の化学繊維、ガラス繊維、炭素繊維、ステンレス等の金属繊維、シリカ繊維、ロックウ−ル、スラグウ−ル、アルミナ繊維、セラミック繊維等の無機繊維を例示することが出来る。又、これらの繊維に難燃加工剤を付与した難燃性有機繊維や、難燃加工を施した耐炎繊維を使用することが出来る。
請求項７でいうシランカップリング剤としては、例えばアミノシラン、アクリルシラン、ビニルシラン、エポキシシラン、メタアクリルシラン、アミルシラン、メルカプトシラン等がある。

本発明の製造方法では、このシランカップリング剤を、バサルト繊維束を水に離解してバサルト繊維を得る工程に使用されるが、例えば溶融玄武岩よりバサルト繊維を紡糸した直後に、当該シランカップリング剤をそれに塗布乾燥したものを使用してもよい。この場合、０．２〜２重量％のシランカップリング剤水溶液を噴霧し、瞬時にしてバサルト繊維表面の被覆を行わせる。
請求項８の製造方法でいう界面活性剤は、特に限定されるものではないが、例えば高級脂肪酸アルカリ塩、アルキル硫酸塩、アルキルスルホン酸塩等の陰イオン活性剤、第４級アンモニウム塩等の陽イオン活性剤、ポリエチレングリコ−ル脂肪酸エステル等の非イオン活性剤が本発明に適用される。
本発明の製造方法では、この界面活性剤をバサルト繊維束を水に離解してバサルト繊維を得る工程に使用されるが、例えば溶融玄武岩よりバサルト繊維を紡糸した直後に、当該界面活性剤をそれに塗布乾燥したものを使用してもよい。

次に本発明の製造方法について述べる。
本発明の製造方法は、請求項３〜６にて特定される第１〜４の製造方法からなる。
その特徴とするところは、シ−トの形成手段に湿式抄紙法を採用する点にある。
第１の製造方法は、予め結束材が除去されかつ水に分散されたバサルト繊維を出発原料としこれに結着剤を分散して水性スラリ−を作成し、湿式抄紙法でシ−ト化し、さらに加熱処理によりバサルト繊維間を熱融着するものである。
この場合、バサルト繊維と結着剤を水に良好に分散するために、抄紙用分散剤としてポリオキシエチレン系界面活性剤、ポリアクリルアミド系粘度調整剤等を用いることが好ましい。又、前記水性スラリ−には、硫酸アルミニウム、カチオンポリマー、アニオンポリマー等の凝集財を配合することが好ましい。

上記抄紙用分散剤は、種類や添加量等の色々な組合わせが可能であり、異なる種類の組合わせによってバサルト繊維の分散を向上させることが可能である。抄紙用分散剤の使用量はバサルト繊維の使用量に対して１〜５０重量％が好ましい。
本発明の湿式抄紙法において、水性スラリ−中のバサルト繊維の濃度は、水に対して３重量％以下、好ましくは２重量％以下、更に好ましくは１重量％以下であることが望ましい。
バサルト繊維の濃度が３重量％より高いと、繊維同士が絡まりやすくなるため、分散性の良好な繊維シ−トは得られなくなるので好ましくない。この傾向は、繊維が長くなるに従い強くなるので、バサルト繊維が長くなればなるほどバサルト繊維の濃度を低くすることが好ましい。

上記の操作で得られた水性スラリ−を長網式、円網式等、通常の湿式抄紙機で、ウエブ形成、プレス脱水、乾燥させて本発明による第１の製造方法を実施することが出来る。
第２の製造方法は、予め結束材が除去されたバサルト繊維束を出発原料としこれに結着剤を分散して水性スラリ−を作成し、湿式抄紙法でシ−ト化し、さらに加熱処理によりバサルト繊維間を熱融着するものである。前記第１の製造プロセスに対して、バサルト繊維束を水に離解してバサルト繊維を得る工程が付加されている。その他の製造条件は、上記第１の製造方法に準じる。
第３及び第４の製造方法は、結束材を含有する結束バサルト繊維を出発原料としこれに結着剤を分散して水性スラリ−を作成し、湿式抄紙法でシ−ト化し、さらに加熱処理によりバサルト繊維間を熱融着するものである。
前述のとおり、本発明に適用されるバサルト繊維は通常各種の樹脂類からなる結束剤にて集束されたものが短繊維状にカットした結束バサルト繊維として供給されるケ−スが多い。

結束バサルト繊維中の結束剤は、本発明のシ−ト形成に際しては均一なシ−ト形成に悪影響がある場合は、湿式抄紙の前に取り除く必要がある。
この結束剤を予め除去するためのプロセスが、第３の製造方法における“熱処理”であり、第４の製造方法における“溶剤処理”である。
第３及び第４の製造方法において、結束剤の除去工程以外の製造条件は、上記第２の製造方法に準じる。

本発明の繊維シ−トは、環境にやさしい天然鉱物を原料としたバサルト繊維を主原料にしているので、無公害であり焼却した場合にも焼却炉を汚染することがなく、化学的安定性（耐薬品性）が優れ、しかも湿式抄紙法による製造プロセスを採用しているので、薄くて均一で、他の機能繊維との混抄が可能な繊維シ−トを安価な工業材料として提供できる。
又、本発明による繊維シ−トは、各種広汎な用途展開が可能である。
すなわち、本発明の繊維シ−トは、１）断熱、遮音特性を生かした壁材やフィルタ−、電波音波吸収体等の建築材料として、２）橋梁、トンネルの補強材、地盤補強材等の土木材料として、３）自動車用ボディや部品等の機械関連材料として、４）冷蔵庫、コンテナ、各種配管材等に使用される断熱材として、５）電気特性をいかした各種電子機器部材として、６）不燃性、耐熱性を生かした被覆材として有用である。

以下実施例をもって本発明を詳細に説明する。

実施例１
繊維径１３ミクロン、繊維長６ｍｍのバサルト繊維（帝人社製、商品名「チョップド・ファイバ−」）を予め４００℃で１時間の加熱処理を行ない繊維の結束剤を分解除去してバサルト繊維束を作成した。
然る後、該バサルト繊維束を固型分濃度が０．３％となるよう水に分散し、往復回転式アジテ−タ−にて１０分間攪拌してバサルト繊維の水分散液を作成した。
次にこの水分散液に結着剤としてのＰＥＴ繊維（クラレ社製、商品名「クラレエステルＮ−７２１」）を、バサルト繊維／ＰＥＴ繊維＝７５／２５（固型分比）となるよう分散し、固型分濃度０．１％の抄紙用スラリ−を作成した。
得られた抄紙用スラリ−を長網式抄紙機で抄紙し、脱水プレスして得た湿潤繊維シ−トを１３０℃に加熱したドライヤ−で圧着加熱乾燥し米坪量７６ｇ／ｍ^２を有する一次繊維シ−トを得た。
次に前記一次繊維シ−トを６００℃以上に加熱調整した電気炉に入れて１０分間熱処理し、ＰＥＴ繊維を分解除去すると同時に、バサルト繊維間を融着して本発明の繊維シ−トを得た。
得られた繊維シ−トの厚さは２５０μｍ、引張強度（ＪＩＳ Ｐ８１１３に準ずる）は８．６８Ｎ／１５ｍｍであり、十分な物理強度を有するものであった。

実施例２
実施例１において抄紙用スラリ−を作成する際、バサルト繊維とＰＥＴ繊維のスラリ−中に１．５重量％のアミノプロピルトリエトキシシランからなるシランカップリング剤水溶液を滴下し、分散を行なった以外は実施例１と同様にして本発明の繊維シ−トを作成した。
得られた繊維シ−トの地合はきわめて良好で緻密な表面外観を呈し、かつ、実施例１と同等の十分な物理強度を有することが確認された。

実施例３
繊維径１３μｍ、繊維長６ｍｍのバサルト繊維（帝人社製、商品名「チョップド・ファイバ−」）を予め４００℃で１時間の加熱処理を行ない繊維の結束剤を分解除去してバサルト繊維束を作成した。然る後、該バサルト繊維束を固型分濃度が０．３％となるよう水に分散し、標準離解機にて１０分間攪拌してバサルト繊維の水分散液を作成した。
次にこの水分散液に結着剤としてのＰＶＡ繊維（クラレ社製、商品名「フィブリボンドＶＰＢ１０５−１」）を、バサルト繊維／ＰＶＡ繊維＝７５／２５（固型分比）となるよう分散し、固型分濃度０．０５％の抄紙用スラリ−を作成した。当該ＰＶＡ繊維は、繊維長３ｍｍ、水中溶解温度７０℃のものを使用した。
得られた抄紙用スラリ−を長網式抄紙機で抄紙し、脱水プレスして得た湿潤繊維シ−トを１３０℃に加熱したドライヤ−で圧着加熱乾燥し米坪量８０ｇ／ｍ^２を有する一次繊維シ−トを得た。
次に前記一次繊維シ−トを６００℃以上に加熱調整した電気炉に入れて１０分間熱処理し、ＰＶＡ繊維を分解除去すると同時に、バサルト繊維間を融着して本発明の繊維シ−トを得た。
得られた繊維シ−トの厚さは２６０μｍ、引張強度は８．０１Ｎ／１５ｍｍ、引裂強度は５．１９Ｎであり、十分な物理強度を有するものであった。

Claims (11)

1. バサルト繊維を湿式抄紙法にて絡めたシ−トであって、該繊維間が熱溶融によって結合してなることを特徴とする繊維シ−ト。
2. 前記バサルト繊維の繊維長が０．１〜１０ｍｍのであることを特徴とする請求項１に記載の繊維シ−ト。
3. バサルト繊維と結着剤を主成分とする繊維素材を水に分散して水性スラリ−を作成する工程、該水性スラリ−を湿式抄紙法により抄紙し一次繊維シ−トを作成する工程、および該一次繊維シ−トに加熱処理を施してバサルト繊維間を熱溶融によって接着する工程とからなることを特徴とする繊維シ−トの製造方法。
4. バサルト繊維束を水に離解してバサルト繊維を得る工程、該バサルト繊維と結着剤を主成分とする繊維素材を水に分散して水性スラリ−を作成する工程、および該水性スラリ−を湿式抄紙法により抄紙し一次繊維シ−トを作成する工程、および該一次繊維シ−トに加熱処理を施してバサルト繊維間を熱溶融によって接着する工程、とからなることを特徴とする繊維シ−トの製造方法。
5. バサルト繊維と結束材からなる結束バサルト繊維に熱処理を施して結束材を除去してバサルト繊維束を作成する工程、バサルト繊維束を水に離解してバサルト繊維を得る工程、該バサルト繊維と結着剤を主成分とする繊維素材を水に分散して水性スラリ−を作成する工程、および該水性スラリ−を湿式抄紙法により抄紙し一次繊維シ−トを作成する工程、および該一次繊維シ−トに加熱処理を施してバサルト繊維間を熱溶融によって接着する工程とからなることを特徴とする繊維シ−トの製造方法。
6. バサルト繊維と結束材からなる結束バサルト繊維に溶剤処理を施して結束材を除去してバサルト繊維束を作成する工程、バサルト繊維束を水に離解してバサルト繊維を得る工程、該バサルト繊維と結着剤を主成分とする繊維素材を水に分散して水性スラリ−を作成する工程、および該水性スラリ−を湿式抄紙法により抄紙し一次繊維シ−トを作成する工程、および該一次繊維シ−トに加熱処理を施してバサルト繊維間を熱溶融によって接着する工程とからなることを特徴とする繊維シ−トの製造方法。
7. バサルト繊維束を水に離解してバサルト繊維を得る工程に際し、シランカップリング剤共存下において離解が行なわれることを特徴とする請求項３〜請求項６のいずれかに記載の繊維シ−トの製造方法。
8. バサルト繊維束を水に離解してバサルト繊維を得る工程に際し、界面活性剤共存下において離解が行なわれることを特徴とする請求項３〜請求項６に記載の繊維シ−トの製造方法。
9. 前記結着剤がポリエチレンテレフタレ−ト繊維であることを特徴とする請求項３〜８のいずれかに記載の繊維シ−ト。
10. 前記結着剤がポリビニルアルコ−ル繊維からなることを特徴とする請求項３〜請求項８のいずれかに記載の繊維シ−トの製造方法。
11. 前記ポリビニルアルコ−ル繊維が水中溶解温度４０〜１００℃の易溶解性繊維であることを特徴とする請求項１０に記載の繊維シ−トの製造方法。