JP2009097111A - 原料植物の単繊維より長い紡績用繊維の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】
セルロース繊維を主成分としリグニン、ペクチンその他不純物副成分とするバナナの古木等、農産廃棄物等、麻屑等およびガンピの靭皮等の非木材、非木質を原料とし、それらに含まれる単繊維よりもはるかに長い繊維並びに綿花の代用及び又は綿花との混紡可能な柔軟な肌さわりの繊維状の物体を、紡績用素材として大量かつ効率的に製造する方法を提供する。
【解決手段】
強制攪拌可能でかつ、好ましくは加温可能な容器中にリグニン又は及びペクチンその他不純物の溶出可能なアルカリ性の薬液と、長さ20〜60mmのチップ状、麻状又は細い棒状に取り出した非木材植物を原料として入れ、この両者を好ましくは加温しつつ気相または液相で強制攪拌してリグニン又は及びペクチンその他不純物の一部を可溶性にして除去し、長さ20〜６0mmの柔軟な肌ざわりの繊維状の物体を紡績用素材として取得する。
【選択図】 なし

Description

本発明は非木材及び非木質植物資源から紡績原料の製造方法に関わる。

人口の増加に伴う、天然の紡績原料の需要増加に応えるため、新たに紡績用繊維を大量に生産する技術が求められている。合成繊維には強度の極めて大きいものもあるが、再生と持続可能な綿花等の天然繊維は吸湿性や、人に優しい感触があって捨てがたく、今後その供給量が需要に追い付かない不安がある。一方合成繊維は再生不能な石油、石炭を原料とし、その原料が世界的に極めて厳しい需給関係ある。しかして、未利用資源の潜在機能を利用して綿花に代わる紡績用繊維又は綿花と混紡できる繊維、更には進んで新たな感触を持った紡績原料を製造し供給することが求められている。

非木材植物体は主成分がセルロースとヘミセルロースからなる繊維で、副成分がグニン又は及びペクチンからなる。セルロースとヘミセルロースは通常長さ0.5〜3.0ｍｍの単繊維となり、単繊維の間をリグニン及び又はペクチンで固めて硬くて長い茎幹を作るので、花や実や、幹茎自体の重みを支えることが可能となる。この茎幹を細長く切れば繊維状となるが、刺々しく硬いので、軟らかな肌触りなどは到底望めず、紡績原料としては使えなかった。

かつて発明者は木材資源の枯渇を防ぐものとして非木材資源の量を推定し、特に食糧作物を生産する際の副産物が豊富にあることを世間に先駆けて推定値として発表した。さらにこれら非木材資源がセルロース、ヘミセルロースを主成分とし、あとはリグニンおよびペクチン等からなることを明らかにするとともに木材チップに代わりうるセルロース資源であり、有用なパルプ原料と位置付けた（例えば非特許文献1参照）。

非木材植物資源はPA法（過酸化水素アルカリ法）（特許文献1参照）及びその改良法を用いて（特許文献２）、加圧下又は常圧下で熱処理することでリグニンおよびペクチン等を選択的に除去することができ、例えばディスクリファイナーや、ホットリハイナー等のブレード（刃）を持つ解繊機械等を全く用いることなく、繊維を傷めずに、純度の高いセルロース繊維を単繊維として分離した。さらに非木材植物原料から製紙用パルプを高収率で取得することに工業的に成功し、大量の非木材パルプと非木材紙を製造する道を開いた。

しかし、綿花に代用できる紡績用の素材又は新たな紡績用の素材の提供は非常に困難な状況にあった。非木材植物の種類は極めて多くしかも大量にあるが、綿花以外に長い単繊維を持ち紡績にそのまま使えるような未利用繊維資源が容易に見つからない。例外的にコウゾ（楮）の靭皮や亜麻、大麻等があるが、その資源量は極めて少なく、それぞれに特殊高度の用途があって貴重で、綿花の代用にはならなかった。

資源的に大量にある竹、稲わら及び砂糖キビ等の幹茎は、いずれも長さが1mm程度の長さのセルロースとヘミセルロースからなる単繊維をリグニンで固めて1m又はそれより長い幹茎を形成している。細く削れば一見繊維状になるが、竹や砂糖キビなどは堅過ぎて刺になり肌さわりが悪く、稲わら、等は脆く折れやすく紡績用には使用不能であった。

然し、これらの植物に含まれ単繊維はいずれも短く、木材パルプのうちでも繊維長の短い広葉樹パルプよりも更に短くパルプ化すれば平均繊維長1mm以下の短繊維しか得られず、製紙原料としては使えても、このままでは到底紡績用には使えない。

短繊維パルプをどうしても紡績用に使いたいならば、一旦ヴィスコースのように液化し、更に凝固浴中に細く噴き出して引っ張り、長繊維を再生すれば原理的には可能で、事実人絹及びステーブルファイバーとして使われている。しかしそのためにはパルプを溶解用パルプのグレードまで高度に精製することが必要である。溶解用パルプの製造と人絹またはステープルファイバーの製造に際して更に多くの薬品と工程が必要であり、多大の労力や費用必要とする。

発明者はバナナの古木からPA法で得られる長繊維パルプが極めて強度のある薄紙が得られることに注目し、薄紙を幅の狭い紙片とし、更に撚りを掛け抄繊糸とし、特殊高級織物（紙布）の中間原料とすることに成功し（特許文献3参照）、優れた新素材として評価を受けたが、資源的にも限られ、製造に多くの工程と高度の技術を要するため、安い綿花に競合したり、綿花と混紡できるような価格で量産するには不向きであたった。

特公昭60-59358 特公平2-53550 特開平7-278392 「御田昭雄 非木材繊維の見直しと利用 紙パルプ技術タイムス、1991年臨時増刊号 p24（1991）

本発明の目的は、大量にある非木材植物資源から新たな風合いを持つ紡績用素材の製造並びに綿花の代用及び又は綿花と混紡可能な紡績原料を大量かつ能率的に製造する方法の提供にある。

強制攪拌可能でかつ、好ましくは加温可能な反応容器中にアルカリ金属の水酸化物、炭酸塩の水溶液、又は及び過酸化水素、蓚酸塩、アントラキノン類、キレート剤、水ガラス等のうち少なくとも一種以上を加えたものを蒸解薬液とし、この蒸解薬液とともに長さ30〜80mmの切片状、麻状、細い棒状に取り出した非木材植物を原料として入れ、好ましくは加温しつつ強制攪拌して原料中のリグニン又は及びペクチンその他不純物の一部を可溶性にして除去し、長さ30〜80mmの柔軟な肌ざわりの繊維状の物体を紡績用素材として取得する。
なお所望によりリグニン、ペクチン等を含むアルカリ性の溶出液（廃液）は濃縮燃焼処理し、エネルギーを回収し、生成する灰からはアルカリを回収する省資源、省エネルギー、低公害型の製造法とすることを可能とする。

反応容器は、付属する攪拌機と共に、アルカリと過酸化水素等に侵されにくいステンレース製であり、液相蒸解では加温可能な高濃度離解機と、類似の装置が使用可能である。気相蒸解では加温と加圧に耐えるニーダーと、類似の装置が使用可能である。また原料の連続注入と反応物の連続排出可能な装置であることはさらに望ましい。

蒸解薬液：蒸解薬液は非木材植物原料中のリグニン又は及びペクチンその他色素等の不純物の一部を可溶性にして除去し得る、アルカリ金属の水酸化物、炭酸塩の水溶液、又は及び過酸化水素、蓚酸塩、アントラキノン類、キレート剤、水ガラス等のうち少なくとも一種以上を加えた水溶液からなる。

原料及び原料の調製：利用する繊維原料としては単繊維の長さは短いが、外見上は単繊維同士がつながって長い繊維状に見えるガンピ、アバカ、ジュート及びバナナの古木等から採取される切片、麻状の繊維、また非木材植物を竹ひご様に細い棒状にしたものが用いられる。反応機に詰めるのに際して、長さ30〜70mｍ、好ましくは30〜50mmに切断されたものを用いるのが望ましい。
特にバナナの古木は、年間を通じて大量に発生し、従来利用されずに廃棄されてきた。また、麻状に取り出すことが容易であり、大量に利用できれば環境対策上も好ましい。

蒸解薬液の調製と液比：
アルカリはアルカリ金属の水酸化物および炭酸塩が用いられる。その使用量はNa₂O換算で対原料絶乾物当たり3〜20％、好ましくは5〜10％である。過酸化水素の使用は脱リグニン反応を促進し白色の製品を提供するのに効果的である。その使用量は対原料（以下絶乾物表示）当たり0.5〜10％、好ましくは１〜3％である。キレート剤を対原料使用量として0.1〜1％、好ましくは0.2〜0.5％、水ガラスの場合は同じく0.1〜3％添加することは反応中の過酸化水素の安定化及び白色度の向上に貢献する。蓚酸又は蓚酸ナトリウム等の塩を加えれば原料中のペクチンが容易に除去できるので、靭皮繊維から柔軟な紡績原料を得るのに大きな効果が期待できる。

液相及び気相蒸解と液比：これらの薬品は水を加え水溶液又は懸濁液として加えられるが、その液比は液相反応であれば3.5〜10L/kg好ましくは4〜6L/kgである。気相反応であれば0.9〜3.5L/kg好ましくは1.5〜2.5L/kgである。

蒸解：原料繊維は蒸解に先立って上述のように所定の長さに切断したものが、反応を均一に進め、かつ操作中に攪拌機や繊維同志の絡み合いを防ぐ上で有効である。
原料の種類及び薬液の組成と薬液濃度で反応時間と温度は異なるが反応温度は60〜150^oC、好ましくは80〜120⁰C反応時間は15〜180分、好ましくは40〜90分である。特に強制攪拌を伴う気相反応では煮えむらが少なくでき、液比が小さいので薬品の濃度が上がり、反応熱およびジュール熱が有効に使えるので加温に要するエネルギーを節約できること、全体の容量が小さくなり反応容器を小さくできること、反応時間を短縮できる。
また、廃液の濃度が高く、濃縮燃焼処理における設備が小さくて済み、濃縮工程で必要とするエネルギーを節約できるので有利である。なお連続式挿入機及び連続式排出機の付いている反応機は連続操作と温度保持が容易で省力効果が大きい。

環境対策とエネルギー及び薬品回収：本発明の紡績用繊維製造時に副生する廃液は濃縮燃焼処理することが可能で、特に水ガラスを用いないものは操作が容易で、その際エネルギー、アルカリの回収が可能である。なお、PA法のパルプ廃液と同一設備で濃縮燃焼処理ができれば、排水もPA法の排水と共同処理できるので極めて有利である。

南の途上国には技術がないためバナナの古木、パイナップルの古株等放置されている未利用資源の量は極めて大きい。本発明でバナナの古木を回収しただけでも、世界で約100万ｔの紡績用の繊維の収得が期待できるので、それに見合った綿花の栽培面積を増やさないで済む。さらに、各種の非木材植物繊維が利用できれば、雇用の創造と人口爆発に伴う飢餓と貧困が回避できる。又繊維長が紡績用の規格に合わない繊維でも製紙用のパルプに容易に加工出来るので、紙不足に悩む南の途上国の教育文化産業の振興に役立つ。

以下実施例を示す。

次に、本発明を実施例によって更に具体的に説明するが、本発明はこの実施例によって限定されない。なお、以下に記す％は重量％である。

実施例１.
バナナの古木から採取した長さ２ｍの淡黄色の絶乾物量300kgの粗繊維（原麻）を長さ約50mmに切断したものを繊維原料とした。薬液としては、絶乾物に対して水酸化ナトリウムをNa₂Oとして10％、過酸化水素をH₂O₂として２％、キレート剤としてDTPAを0.2％、アントラキノン類としてアミルアントラキノンを0.03％を加え、液比2.0L/kgとなるように水を加えて蒸解薬液を調製した。繊維原料と蒸解薬液を攪拌機の付いたステンレス製の連続反応装置内に連続的に加え100^oCで50分間滞留するよう攪拌してリグニン等の非繊維物質の一部を可溶化させ、蒸解物を連続式に排出して、洗浄し、製品として約50mmの柔軟な紡績用の繊維を71.2％の対原料収率（絶乾対絶乾）で得た。

実施例2.
非木質植物原料として非繊維質としてリグニンとペクチンを含む剥皮した、長さ約1.5mのフィリピンガンピ（雁皮）を用いた。ガンピは蒸解に先立ち切断機で長さ45mmの切片にした。蒸解薬液としては炭酸カリウムをNa₂O換算9.5％、蓚酸カリウムを6％、キレート剤として炭素数1〜11のアルキル基を有する1-ヒドロキシエタンー1，1-ジホスホン酸（商品名フェリオックス）を0.3％加えた。液比2.0L/kgとなるよう水を加え蒸解薬液を調製した。切断したガンピを絶乾物換算100kgと、薬液を加えニーダーの中で90^oC
で20分間強制攪拌し柔軟で光沢のある新しいタイプの抄繊糸に似た紡績用繊維を対原料収率（絶乾/絶乾）80.3％で得た。

Claims (3)

1. 平均繊維長が30mm以下の単繊維で構成される見かけの長い天然繊維を原料とし、原料はあらかじめ30〜70mmの長さに切断し、これにアルカリ金属の水酸化物又は及び炭酸塩を含む水溶液を蒸解薬液とし、所望により蒸解薬液には過酸化水素、アントラキノン類、水ガラス、キレート剤、の少なくとも一つ以上を加えたものを助剤として加え、
   蒸解薬液は所望により原料に加えた際に加温して、機械的に攪拌し繊維中にあって繊維間を固めているリグニン又は及びペクチン等の非繊維物質の一部分を溶出することにより柔軟な30〜700mmの繊維束として取得することを特徴とする紡績原料の製造方法。
2. 請求項１の生成物を、過酸化水素のアルカリ溶液で第2段の蒸解を行うことによる白色度の高い紡績用原料の製造方法。
3. 請求項2で副生する廃液を請求項１の蒸解薬液の一部として利用し、請求項１又は及び請求項２で発生する廃液を回収し濃縮燃焼処理することにより公害処理と同時にエネルギーと、アルカリの回収を効果的に行うことを可能とする紡績用の繊維の低公害製造方法。