JP2014173210A - 有機溶媒滴下装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】セルロース微細繊維を含有するシートを抄紙する工程において、水分を含有するセルロース微細繊維を含むシートに対して有機溶媒を滴下することを特徴とする有機溶媒滴下装置。前記有機溶媒滴下装置が、少なくとも1つ以上の有機溶媒を排出するための吐出ノズルを有する。有機溶媒の滴下量がパルプ1質量部(乾燥重量)に対して0.1〜100質量部である。
【選択図】図1
Description
例えば、電池やキャパシタ等の蓄電デバイスは、正極と負極との間で電解質を移動させることにより蓄電性能を発揮するものである。この蓄電デバイスにおいて正負極間の短絡を防止するために、繊維シートからなるセパレータが正負極間に配置されている。
ここで、蓄電デバイスの蓄電性能を向上させるためには、正負極間の短絡を防止しつつ、電解質の移動を容易化することが必要である。正負極間の短絡を防止するために、セパレータを構成する繊維シートには、空孔径の縮小が望まれている。また、電解質の移動を容易化するために、セパレータを構成する繊維シートには、空孔率の増加が望まれている。
(1)セルロース微細繊維を含有するシートを抄紙する工程において、水分を含有するセルロース微細繊維を含むシートに対して有機溶媒を滴下することを特徴とする有機溶媒滴下装置。
(セルロース微細繊維含有シート)
本実施形態は、微細繊維を含む分散液から繊維シートを抄造し、そのシートの多孔化度を高めるために使用される有機溶媒滴下装置に関するものである。繊維シートは、微細繊維の集合体(不織布状、紙状)で構成される。微細繊維として、パルプを機械的に粉砕して微細化したセルロース微細繊維(NFCe)を使用することができる。
具体的には、原料として植物由来のセルロースや、動物由来のセルロース、バクテリア由来のセルロース等が挙げられ、より具体的には、例えば、木本性植物(針葉樹、広葉樹)、草本性植物を用いることができる。木本性植物をクラフト法、サルファイト法、ソーダ法、ポリサルファイド法などで蒸解した化学パルプ繊維;レファイナー、グラインダーなどの機械力によってパルプ化した機械パルプ繊維;薬品による前処理の後、機械力によってパルプ化したセミケミカルパルプ繊維;或いは古紙パルプ繊維などを例示でき、それぞれ未晒(漂白前)もしくは晒(漂白後)の状態で使用することができる。また、草本類から製造される非木材繊維としては、例えば綿、マニラ麻、亜麻、ワラ、竹、パガス、ケナフなどを木材パルプと同様の方法でパルプ化した繊維が挙げられる。
前記パルプとして使用される樹種は、ベイマツ、アカマツ、クロマツ、トドマツ、エゾマツ、ベニマツ、カラマツ、モミ、ツガ、スギ、ヒノキ、シラベ、トウヒ、ヒバ、ダグラスファー、ヘムロック、ホワイトファー、スプルース、バルサムファー、シーダ、パイン、メルクシマツ、ラジアータパイン等の針葉樹、ブナ、カバ、ハンノキ、ナラ、タブ、シイ、シラカバ、ハコヤナギ、ポプラ、タモ、ドロヤナギ、ユーカリ、マングローブ、ラワン等の広葉樹が挙げられる。また、麻類、三椏、竹、ワラをパルプ化して用いることも可能である。
そして、前記パルプをグラインダー(石臼型粉砕機)、高圧ホモジナイザーや超高圧ホモジナイザー、高圧衝突型粉砕機、ディスク型リファイナー、コニカルリファイナー、超音波ホモジナイザーなどの機械的作用を利用する湿式粉砕で繊維を微細化可能である。
また、アセチル化などの化学修飾、TEMPO(2,2,6,6―テトラメチルピペリジン−1−オキシラジカル)触媒酸化、オゾン処理、酵素処理などの化学処理を施してから微細化しても良い。
分散液は、水もしくは有機溶媒、または水と有機溶媒との混合液等からなる分散媒に、微細繊維を分散させて調製する。
本発明の有機溶媒滴下装置を図1に示す。溶媒容器1内の有機溶媒は送液用ポンプ3により、分岐装置6へ移送され、さらに分岐装置8へ移送される。分岐の数を多くするために、分岐装置6と分岐装置8の間にさらに分岐装置を設置しても良い。分岐装置8へ移送された有機溶媒は、吐出ノズル10(有機溶媒の排出口)から排出される。分岐装置8は少なくとも1個以上複数個を設置することができる。また、分岐装置8には、分岐装置1個当たりに少なくとも1本以上複数本の吐出ノズル10を接続することができる。分岐装置8に3本以上の吐出ノズル10を接続する場合は、分岐装置8に接続される各吐出ノズル10の間隔は等間隔に配置してもよいし、異なる間隔で配置しても良いが、等間隔で配置することが、有機溶媒が含水ウェブ(水分を含有するセルロース微細繊維)に効率的に添加できるため望ましい。また、有機溶媒は、含水ウェブの走行方向に対して上部から滴下させることが望ましいが、滴下の角度は有機溶媒が含水ウェブに均一に添加できる角度であれば特に制限されない。含水ウェブに対して垂直に滴下させることが最も望ましい。
有機溶媒の滴下量は送り調整弁4、戻り調整弁5、微調整弁7と吐出量調整弁9を調製することで制御することができる。各吐出ノズル10で滴下量を微調整する場合には、各ノズルに装備されている吐出量調整弁9で滴下量を調節することができる。
各吐出ノズルの滴下量を一定にするためには、分岐装置6から分岐装置8までの各配管の長さや、分岐装置8から吐出ノズルまでの各配管の長さをほぼ同等にすることで各吐出ノズルの先端での滴下量が一定することが可能となる。
本発明の有機溶媒装置の吐出ノズルおよび有機溶媒用配管は、帯電防止のため金属製(導電性)にするか、樹脂製にする場合には配管内に導電性の金属線を通した配管を用いることが望ましい。
本発明の有機溶媒装置にて使用するポンプは、電力でモーターを回転させて移送するポンプではなく、圧縮空気の力を利用して移送させるポンプである。電気を使用する場合、接続端子で火花が散ると、最悪の場合、揮発した溶剤に引火して爆発が起こる可能性がある。
本発明でいうシートの製造装置とは、図2に示すようなセルロース微細繊維を含有するシートを連続的に製造する装置である。シートの製造プロセスについて次に説明する。
セルロース微細繊維を含む分散液をファブリックシート上に均一に吐出させ、下部から吸引装置によって搾水を行い、含水ウェブを得る。
図2に示すように、本発明の有機溶媒滴下装置34から含水ウェブに対して有機溶媒を滴下する。有機溶媒を、セルロース微細繊維を含有するシートの上面から下面へ浸透させ、一部の水と有機溶媒を置換させるために、ファブリックシートの下部から吸引装置によって吸引を行う。一部の水と有機溶媒が置換されたセルロース微細繊維を含有するシートは乾燥プロセスにて、シリンダ状のドラム型乾燥機にて拘束されながら乾燥される。通常、溶媒置換されていない含水ウェブを乾燥すると、水の蒸発に伴い微細繊維間に収縮力が働き空孔率の小さい、つまり密度の高いシートとなる。一方、溶媒置換された含水ウェブでは、微細繊維間に働く収縮力が小さくなり結果として乾燥前に近い状態の繊維ネットワークが保持された空孔率の高いシートが形成される。
有機溶媒滴下装置周辺は、安全を確保するために適切な防爆対策を施す必要がある。有機溶媒は常温、常圧下でも揮発しやすく、その蒸気が人体に入ると健康被害を及ぼすほか、各種有機溶媒が固有に持つ爆発濃度範囲に入ったときに、着火源(火花)があると、最悪の場合爆発が起こる可能性がある。そのため、有機溶媒の気体濃度を爆発下限値以下に保持できるよう、有機溶媒発生源周辺を区画で囲い(局所排気区画)、排気装置で区画内の気体を常に排出する局所排気装置が通常設置される。局所排気区画内では、静電気による火花が散らないよう、帯電防止対策が通常施される。具体的には、帯電しやすい絶縁性物質は極力使用せずに導電性の物質を使用し、各装置の接地を必ず行い、局所排気区画内の湿度を一定以上に保つ。
乾燥設備については、電気式抵抗を熱源としたものは火花が散る可能性があるため局所排気区画内では使用できない。そのため、蒸気を熱源とした蒸気式ドライヤを使用する必要がある。
上記解繊液の上澄みの濃度が約3質量%になるように水を加えて希釈し、ホモミキサーで攪拌して微細繊維分散液を得た。微細繊維含有濃度を測定したところ、3.1質量%であった。
図2に示す製造装置を用いて微細繊維含有シートを作製した。すなわち、上記微細分散液を傾斜部Aに溜め、抄紙用ワイヤー12を送出リール16から乾燥セクション20に向けて走行させるとともに、吸引手段14により水平部12a上の微細繊維分散液中の水分を吸引して抄紙用ワイヤー11に微細繊維分散液を付着させた。吸引手段14により抄紙用ワイヤー12上の微細繊維分散液中の水分を吸引し、含水ウェブBを得た。
次に、含水ウェブBへの有機溶剤の滴下は図1に示す有機溶媒滴下装置を用いて、「滴下方式」で下記の方法で実施した。含水ウェブBの幅方向に均間隔で配置された複数の有機溶剤排出口を有する滴下装置を用いて、含水ウェブBへジエチレングリコールジメチルエーテル(DEGDME、東邦化学社製、商品名:「ハイソルブMDM」、分子量134、沸点162℃、表面張力28N/m)を含水ウェブの固形分100部に対して200部を含水ウェブに対して垂直に滴下させた。
次に、抄紙用ワイヤー上の含水ウェブBを第一ドライヤー21の外周面に接触させて含水ウェブBに残留していた水分を蒸発させ、さらに含水ウェブBを第二ドライヤー22の外周面に接触させて含水ウェブBに残留していた水分をさらに蒸発させ、微細繊維含有多孔化シートを得た。得られた微細繊維含有多孔化シートの密度をJIS P8118:1998に準じて測定した。結果を表1に示す。
実施例1において、滴下方式でなくジエチレングリコールジメチルエーテル(DEGDME)を満たした含浸浴槽に含水ウェブBを通過させた以外は全て実施例1と同様の方法で試験した。結果を表1に示す。
実施例1において、滴下方式でなくグラビアロールコーターを用いてジエチレングリコールジメチルエーテル(DEGDME)を含水ウェブBに塗布した以外は全て実施例1と同様の方法で試験した。結果を表1に示す。
これに対し、含浸浴槽を用いた含水ウェブBに有機溶媒を含浸させた比較例1では、空孔度が高いシートは得られたが、実施例1〜3と比較して溶媒の使用量が多くセルロースシートの生産性が低下した。また得られるシートの空孔度が一定になるよう含浸浴槽の溶媒濃度を一定に保つために溶媒を少しずつ含浸浴槽へ添加させる必要があり、有機溶媒を添加の制御が困難であった。
グラビアロールコーターを用いて含水ウェブBに有機溶媒を塗布した比較例2では、含水ウェブとグラビアロールコーターが直接接触し、実施例1〜3と比較し、アレやスジが発生し、セルロースシートの品質(表面性)が低下した。
2.有機溶媒
3.送液用ポンプ
4.送り調整弁
5.戻り調整弁
6.分岐装置
7.微調整弁
8.分岐装置
9.吐出量調整弁
10.吐出ノズル
11.溶媒液滴
12 抄紙用ワイヤー
12a 水平部
13 供給タンク
13a 攪拌機
14 吸引手段
15 脱水セクション
16 送出リール
17 ガイドロール
18 ダイコーター
18a 開口部
18b ヘッド
20 乾燥セクション
21 第1ドライヤー
22 第2ドライヤー
23 含水ウェブ用ガイドロール
24 フェルト布
25 フェルト布用ガイドロール
26 局所排気区画
30 巻取セクション
31a,31b 分離ローラ
32 巻取りリール
33 回収リール
34有機溶媒滴下装置
A 微細繊維分散液
B 含水ウェブ
C 微細繊維含有シート
Claims (5)
- セルロース微細繊維を含有するシートを抄紙する工程において、水分を含有するセルロース微細繊維を含むシートに対して有機溶媒を滴下することを特徴とする有機溶媒滴下装置。
- 前記有機溶媒滴下装置が、少なくとも1つ以上の有機溶媒を排出するための吐出ノズルを有することを特徴とする請求項1に記載の有機溶媒滴下装置。
- 前記有機溶媒滴下装置の吐出ノズルおよび有機溶媒用配管に導電処理が施されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の有機溶媒滴下装置。
- 前記有機溶媒滴下装置内に、有機溶媒を移送させるためのポンプが設置されており、前記ポンプは圧縮空気の力を利用して有機溶媒を移送させることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の有機溶媒滴下装置。
- 前記有機溶媒の滴下量が、パルプ1質量部(乾燥重量)に対して0.1〜100質量部であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の有機溶媒滴下装置。
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