JP2021017657A - 繊維構造体、繊維構造体の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
特許文献2では、絹タンパク質を含む熱伝導体の製造方法が開示されている。
特許文献3では、繊維支持体とフィブロイン多孔質体とで構成されたフィブロイン複合体の製造方法が開示されている。
特許文献4では、フィブロイン様構造を有するポリペプチド組成物の製造方法が開示されている。
0.03≦Bの体積平均粒径/Aの短手方向における平均幅≦4.00 ・・・(1)
0.01≦繊維構造体全量に対するBの乾燥質量/(繊維構造体全量に対するAの乾燥質量+繊維構造体全量に対するBの乾燥質量)≦0.40 ・・・(2)
0.03≦Bの体積平均粒径/Aの短手方向における平均幅≦4.00 ・・・(1)
0.01≦繊維構造体全量に対するBの乾燥質量/(繊維構造体全量に対するAの乾燥質量+繊維構造体全量に対するBの乾燥質量)≦0.40 ・・・(2)
0.2≦Cの質量/(繊維構造体全量に対するAの乾燥質量+繊維構造体全量に対するBの乾燥質量)≦10.0 ・・・(3)
0.01≦繊維構造体全量に対するBの乾燥質量/(繊維構造体全量に対するAの乾燥質量+繊維構造体全量に対するBの乾燥質量)≦0.40 ・・・(1)
0.2≦Cの質量/(繊維構造体全量に対するAの乾燥質量+繊維構造体全量に対するBの乾燥質量)≦10.0 ・・・(2)
0.03≦Bの体積平均粒径/Aの短手方向における平均幅≦4.00 ・・・(1)
0.01≦繊維構造体全量に対するBの乾燥質量/(繊維構造体全量に対するAの乾燥質量+繊維構造体全量に対するBの乾燥質量)≦0.40 ・・・(2)
0.2≦Cの質量/(繊維構造体全量に対するAの乾燥質量+繊維構造体全量に対するBの乾燥質量)≦10.0 ・・・(3)
まず、繊維構造体Sの構成について説明する。
図1及び図2は、繊維構造体Sの構成を示す模式図である。詳細には、図1は、繊維構造体Sの構造を示す断面模式図であり、図2は、繊維Saの形態の一例を示す模式図である。
0.03≦Bの体積平均粒径/Aの短手方向における平均幅≦4.00 ・・・(1)
0.01≦繊維構造体全量に対するBの乾燥質量/(繊維構造体全量に対するAの乾燥質量+繊維構造体全量に対するBの乾燥質量)≦0.40 ・・・(2)
なお、より好適には、0.5≦Bの体積平均粒径/Aの短手方向における平均幅≦2.00であり、0.10≦繊維構造体全量に対するBの乾燥質量/(繊維構造体全量に対するAの乾燥質量+繊維構造体全量に対するBの乾燥質量)≦0.20である。なお、繊維Saの短手方向における平均幅は、図2に示す寸法Hである。また、本発明において、乾燥質量とは、100〜110℃の温度で水が蒸発し存在しなくなるまで乾燥した状態での質量のことである。
フィブロインSbの粒子の体積平均粒径は、例えば、レーザ回折散乱法を測定原理とする粒度分布測定装置により測定することができる。粒度分布測定装置としては、レーザ回折式粒子径分布測定装置「SALD―2300」株式会社島津製作所製)が挙げられる。
フィブロインSbには、繊維構造体を着色するための着色剤や、繊維構造体等が燃えにくくするための難燃剤が含まれていてもよい。また、フィブロインSbの凝集を防止するための凝集抑制剤が含まれていてもよい。凝集抑制剤としては、無機物からなる微粒子が挙げられ、これをフィブロインSbの表面に配置することで、非常に優れた凝集抑制効果を得ることができる。凝集抑制剤の材質の具体例としては、酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化亜鉛、酸化セリウム、酸化マグネシウム、酸化ジルコニウム、チタン酸ストロンチウム、チタン酸バリウム、炭酸カルシウムを挙げることができる。凝集抑制剤の粒子の平均粒径(数平均粒径)は、特に限定されないが、好ましくは、0.001〜1μmであり、より好ましくは、0.008〜0.6μmである。凝集抑制剤の一次粒子の粒径がこの範囲内であれば、フィブロインSbの表面に良好にコーティングを行うことができ、十分な凝集抑制効果を付与することができる。凝集抑制剤をフィブロインSbに添加する場合の添加量は、フィブロインSb100質量部に対して、0.1質量部以上5質量部以下とすれば、上記効果を得ることができ、該効果を高め、及び/又は製造されるシートから凝集抑制剤が脱離することを抑制する、などの観点から、フィブロインSb100質量部に対して、好ましくは0.2質量部以上4質量部以下、より好ましくは0.5質量部以上3質量部以下とすることができる。フィブロインSbの表面に凝集抑制剤を配置する態様としては、コーティング、被覆等が挙げられるが、必ずしもフィブロインSbの表面全体を覆っていなくてもよい。
ここで、混合工程では、繊維SaをA、フィブロインSbをBとした場合、下記式(1),(2)を満たし、水溶液付与工程では、水溶液付与後の繊維構造体に含まれる水分をCとした場合、下記式(3)を満たす。
0.03≦Bの体積平均粒径/Aの短手方向における平均幅≦4.00 ・・・(1)
0.01≦Bの質量/(Aの質量+Bの質量)≦0.40 ・・・(2)
0.2≦Cの質量/(Aの質量+Bの質量)≦10.0 ・・・(3)
ここで、繊維Saの短手方向における平均幅は、図2に示す寸法Hであり、Aの質量は、繊維構造体おけるAの絶乾質量であり、Bの質量は、繊維構造体におけるBの絶乾質量である。
以下、製造装置100を用いた繊維構造体Sの製造方法について説明する。
ここで、混合部50は、混合工程(ステップS11)に相当し、堆積部60及び第2ウェブ形成部70は、ウェブ形成工程(ステップS12)に相当し、水溶液付与部310は、水溶液付与工程(ステップS13)に相当し、シート形成部80は、成形工程(ステップS14)に相当する。
メッシュベルト46から落下する微粒子は、解繊物の中で比較的小さいものや密度の低いものである。
0.03≦フィブロインSbの体積平均粒径/繊維Saの短手方向における平均幅≦4.00、さらには、0.5≦フィブロインSbの体積平均粒径/繊維Saの短手方向における平均幅≦2.00。
また、0.01≦繊維構造体全量に対するフィブロインSbの乾燥質量/(繊維構造体全量に対する繊維Saの乾燥質量+繊維構造体全量に対するフィブロインSbの乾燥質量)≦0.40。さらには、0.10≦繊維構造体全量に対するBの乾燥質量/(繊維構造体全量に対するAの乾燥質量+繊維構造体全量に対するBの乾燥質量)≦0.20。
本発明において、前記水溶液に含む水は、イオン交換水、限外ろ過水、逆浸透水、蒸留水などの純水又は超純水を用いることが好ましい。特にこれらの水を紫外線照射又は過酸化水素添加などにより滅菌処理した水は、長期間に亘りカビやバクテリアの発生を抑制することができるので好ましい。
水溶液付与部310では、下記式を満たすように、水溶液を付与する。
0.2≦水溶液付与後の繊維構造体に含有する水分量/(繊維構造体全量に対する繊維Saの乾燥質量+繊維構造体全量に対するフィブロインSbの乾燥質量)≦10.0。さらには、0.5≦水溶液付与後の繊維構造体に含有する水分量/(繊維構造体全量に対する繊維Saの乾燥質量+繊維構造体全量に対するフィブロインSbの乾燥質量)≦2.0。
第2ウェブW2に水溶液を付与することで、繊維Sa間の水素結合が促進され、繊維Sa間の接合強度を高めることができる。
本実施形態では、選別部40と結合材供給部52との間に親水化処理装置としてのプラズマ処理装置320が配置される。プラズマ処理装置320は、プラズマビームを発生させ、メッシュベルト46に堆積した第1ウェブW1に対してプラズマビームを当てる。これにより、発生した活性酸素が第1ウェブW1を構成する繊維Saの表面に衝突して、表面層の分子鎖を切断し、切断された分子と反応して新たな官能基(OH,CHO,COOHなど)を生成することで親水化処理される。これにより、繊維Sa間の接合強度を高めることができる。
なお、プラズマ処理装置320に替えてUVオゾンを発生させるUVオゾン装置、コロナ放電処理装置等であってもよい。また、プラズマ処理装置320を、粗砕部12に配置してもよいし、堆積部60と水溶液付与部310との間に配置してもよい。
図5は、本実施形態にかかる繊維構造体Sの製造方法を示すフローチャートである。図6は、本実施形態にかかる繊維構造体Sを製造する製造装置100Aの構成を示す模式図である。なお、実施形態1と同一の構成部位については、同一の番号を使用し、重複する説明は省略する。また、製造装置100Aによって製造された繊維構造体Sの構成は、実施形態1と同様なので説明を省略する。
ここで、水溶液付与工程では、繊維SaをA、フィブロインSbをB、水溶液付与後の繊維構造体に含まれる水分をCとした場合、下記式(1),(2)を満たす。
0.01≦繊維構造体全量に対するBの乾燥質量/(繊維構造体全量に対するAの乾燥質量+繊維構造体全量に対するBの乾燥質量)≦0.40 ・・・(1)
0.2≦Cの質量/(繊維構造体全量に対するAの乾燥質量+繊維構造体全量に対するBの乾燥質量)≦10.0 ・・・(2)
以下、製造装置100Aを用いて繊維構造体Sの製造方法について説明する。
ここで、堆積部60及び第2ウェブ形成部70は、ウェブ形成工程(ステップS21)に相当し、水溶液付与部340は、水溶液付与工程(ステップS22)に相当し、シート形成部80は、成形工程(ステップS23)に相当する。
水溶液付与部310では、下記式を満たすように、水溶液を付与する。
0.2≦水溶液付与後の繊維構造体に含有する水分量/(繊維構造体全量に対する繊維Saの乾燥質量+繊維構造体全量に対するフィブロインSbの乾燥質量)≦10.0。さらには、0.5≦水溶液付与後の繊維構造体に含有する水分量/(繊維構造体全量に対する繊維Saの乾燥質量+繊維構造体全量に対するフィブロインSbの乾燥質量)≦2.0。
また、0.01≦繊維構造体全量に対するフィブロインSbの乾燥質量/(繊維構造体全量に対する繊維Saの乾燥質量+繊維構造体全量に対するフィブロインSbの乾燥質量)≦0.40。さらには、0.10≦繊維構造体全量に対するフィブロインSbの質量/(繊維構造体全量に対する繊維Saの乾燥質量+繊維構造体全量に対するフィブロインSbの質量)≦0.20。第2ウェブW2にフィブロインSbを含む水溶液を付与することで、繊維Saに対してフィブロインSbを容易に添加させることができるとともに、繊維Sa間の水素結合が促進され、繊維Sa間の接合強度を高めることができる。
以降、シート形成部80及び切断部90を介して繊維構造体Sが形成される。
図7は、本実施形態にかかる繊維構造体Sの製造方法を示すフローチャートである。図8及び図9は、本実施形態にかかる繊維構造体Sの製造方法及び製造装置100Bの構成を示す模式図である。なお、製造装置100Bによって製造された繊維構造体Sの構成は、実施形態1と同様なので説明を省略する。
以下、製造装置100Bを用いた繊維構造体Sの製造方法について説明する。
0.03≦Bの体積平均粒径/Aの短手方向における平均幅≦4.00 ・・・(1)
0.01≦繊維構造体全量に対するBの乾燥質量/(繊維構造体全量に対するAの乾燥質量+繊維構造体全量に対するBの乾燥質量)≦0.40 ・・・(2)
0.2≦Cの質量/(繊維構造体全量に対するAの乾燥質量+繊維構造体全量に対するBの乾燥質量)≦10.0 ・・・(3)
繊維Saの短手方向における平均幅は、図2に示す寸法Hである。
次に、本発明の実施例について説明する。
図4に示す製造装置100を用いて繊維構造体Sを製造した。
具体的には、繊維SaとフィブロインSbとを混合させて繊維体を形成し、形成した繊維体を気中で堆積させて第2ウェブW2を形成した。その後、第2ウェブW2に霧吹きで水を吹きかけた。
このとき、繊維SaをA、フィブロインSbをB、水溶液付与後の繊維構造体に含まれる水分をCとしたとき、Bの体積平均粒径/Aの短手方向における平均幅(寸法比:B/A)、繊維構造体全量に対するBの乾燥質量/(繊維構造体全量に対するAの乾燥質量+繊維構造体全量に対するBの乾燥質量)(質量比:B/(A+B))、Cの質量/(繊維構造体全量に対するAの乾燥質量+繊維構造体全量に対するBの乾燥質量)(質量比:C/(A+B))は、表1の通りであった。
次いで、水が付与された第2ウェブW2を加圧及び加熱した。具体的には、80℃及び10MPaで5分間、第2ウェブW2を加熱加圧した後、130℃及び30MPaで5分間、第2ウェブW2を加熱加圧した。これにより、繊維構造体Sが形成された。
ここで、繊維Saは、セルロース繊維であり、フィブロインSbは、ナノフィブロインパウダー(株式会社松田養蚕場)を用いた。
上記実施例と同様の方法で表1の通り各繊維構造体Sを製造した。
ここで、比較例1から比較例4は、上記実施例と同様に、結合材としてフィブロイン(ナノフィブロインパウダー:株式会社松田養蚕場)を用いた。
比較例5は、結合材としてデンプン(ホワイトコンスターチ:日本コンスターチ(株))を用いた。
比較例6は、結合材としてゼラチン(ゼラチン 和光一級:富士フィルム和光純薬(株))を用いた。
比較例7は、結合材としてカゼイン(カゼイン 乳製:林純薬工業)を用いた。
上記のフィブロイン、デンプン、ゼラチン及びカゼインは、それぞれRETSCH社の凍結粉砕機クライオミルを用いて凍結粉砕して粉体化した。
表2の通り、図4に示す製造装置100を用いて繊維構造体Sを上記同様に製造した。
なお、実施例8から実施例11、比較例8及び比較例9は、第2ウェブW2の加圧及び加熱条件として、80℃及び10MPaで5分間、第2ウェブW2を加熱加圧した後、105℃及び30MPaで5分間、第2ウェブW2を加熱加圧した。
また、実施例12から実施例15、比較例10及び比較例11は、第2ウェブW2の加圧及び加熱条件として、80℃及び10MPaで5分間、第2ウェブW2を加熱加圧した後、130℃及び30MPaで5分間、第2ウェブW2を加熱加圧した。
以下の引張強度試験、耐折性試験及び乾燥性試験の結果に基づいて評価した。
JIS P 8113:2006に基づいて、引張強度試験を行った。
引張強度試験では、引張試験機 ASG−X500N((株)島津製作所)を用いた。
A:比引張強さ 30N・m/g以上
B:比引張強さ 10N・m/g以上30N・m/g未満
C:比引張強さ 10N・m/g未満
JIS P 8115に基づいて、耐折性試験を行った。
耐折性試験では、極軽荷重耐折度試験機 No.2015−UL(熊谷理機工業(株))を用いた。
A:耐折度 100回以上
B:耐折度 10回以上100回未満
C:耐折度 10回未満
加熱乾燥式水分計 MX−50(エー・アンド・デイ社)を用いて、繊維構造体Sの水分率を計測した。乾燥性試験において、繊維構造体Sに対する加熱温度は120℃であった。
水分率は、下記式で求めた。
水分率=(W−D)/W×100(%)
ここで、Wは乾燥前の繊維構造体Sの質量、Dは乾燥後の繊維構造体Sの質量である。
A:水分率 10%未満
B:水分率 10%以上20%未満
C:水分率 20%以上
0.03≦Bの体積平均粒径/Aの短手方向における平均幅≦4.00 ・・・(1)
0.01≦繊維構造体全量に対するBの乾燥質量/(繊維構造体全量に対するAの乾燥質量+繊維構造体全量に対するBの乾燥質量)≦0.40 ・・・(2)
0.03≦Bの体積平均粒径/Aの短手方向における平均幅≦4.00 ・・・(1)
0.01≦繊維構造体全量に対するBの乾燥質量/(繊維構造体全量に対するAの乾燥質量+繊維構造体全量に対するBの乾燥質量)≦0.40 ・・・(2)
0.2≦Cの質量/(繊維構造体全量に対するAの乾燥質量+繊維構造体全量に対するBの乾燥質量)≦10.0 ・・・(3)
0.01≦繊維構造体全量に対するBの乾燥質量/(繊維構造体全量に対するAの乾燥質量+繊維構造体全量に対するBの乾燥質量)≦0.40 ・・・(1)
0.2≦Cの質量/(繊維構造体全量に対するAの乾燥質量+繊維構造体全量に対するBの乾燥質量)≦10.0 ・・・(2)
0.03≦Bの体積平均粒径/Aの短手方向における平均幅≦4.00 ・・・(1)
0.01≦繊維構造体全量に対するBの乾燥質量/(繊維構造体全量に対するAの乾燥質量+繊維構造体全量に対するBの乾燥質量)≦0.40 ・・・(2)
0.2≦Cの質量/(繊維構造体全量に対するAの乾燥質量+繊維構造体全量に対するBの乾燥質量)≦10.0 ・・・(3)
Claims (13)
- 複数の繊維と、前記複数の繊維を結合するフィブロインと、を有し、前記繊維をA、前記フィブロインをBとした場合、下記式(1),(2)を満たす、繊維構造体。
0.03≦Bの体積平均粒径/Aの短手方向における平均幅≦4.00 ・・・(1)
0.01≦繊維構造体全量に対するBの乾燥質量/(繊維構造体全量に対するAの乾燥質量+繊維構造体全量に対するBの乾燥質量)≦0.40 ・・・(2) - 請求項1に記載の繊維構造体であって、
前記繊維が、天然繊維、化学繊維、の少なくとも一つから選択される、繊維構造体。 - 請求項1または請求項2に記載の繊維構造体であって、
前記フィブロインが、
節足動物またはその幼虫が生成する物質、又はそれらに由来する物質、又は人工的に生成された物質、の少なくとも一つから選択される、繊維構造体。 - 請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の繊維構造体であって、
前記繊維の表面には、
水酸基、アミノ基、カルボニル基の少なくとも1つを有する、繊維構造体。 - 請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の繊維構造体であって、
前記繊維の短手方向における前記平均幅が、1μm以上100μm以下である、繊維構造体。 - 請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の繊維構造体であって、
前記繊維の密度が、0.1g/cm3以上2.0g/cm3以下である、繊維構造体。 - 複数の繊維と、前記複数の繊維を結合するフィブロインと、を混合させて繊維体を形成する混合工程と、
前記繊維体を気中で堆積させてウェブを形成するウェブ形成工程と、
前記ウェブに水溶液を付与する水溶液付与工程と、
前記水溶液が付与された前記ウェブを加圧及び加熱して繊維構造体を成形する成形工程と、を含み、
前記混合工程では、前記繊維をA、前記フィブロインをBとした場合、下記式(1),(2)を満たし、
前記水溶液付与工程では、前記水溶液付与後の繊維構造体に含まれる水分をCとした場合、下記式(3)を満たす、繊維構造体の製造方法。
0.03≦Bの体積平均粒径/Aの短手方向における平均幅≦4.00 ・・・(1)
0.01≦繊維構造体全量に対するBの乾燥質量/(繊維構造体全量に対するAの乾燥質量+繊維構造体全量に対するBの乾燥質量)≦0.40 ・・・(2)
0.2≦Cの質量/(繊維構造体全量に対するAの乾燥質量+繊維構造体全量に対するBの乾燥質量)≦10.0 ・・・(3) - 繊維を含む繊維体を気中で堆積させてウェブを形成するウェブ形成工程と、
前記ウェブにフィブロインを含む水溶液を付与する水溶液付与工程と、
前記水溶液が付与された前記ウェブを加圧及び加熱して繊維構造体を成形する成形工程と、を含み、
前記水溶液付与工程では、前記繊維をA、前記フィブロインをB、前記水溶液付与後の繊維構造体に含まれる水分をCとした場合、下記式(1),(2)を満たす、繊維構造体の製造方法。
0.01≦繊維構造体全量に対するBの乾燥質量/(繊維構造体全量に対するAの乾燥質量+繊維構造体全量に対するBの乾燥質量)≦0.40 ・・・(1)
0.2≦Cの質量/(繊維構造体全量に対するAの乾燥質量+繊維構造体全量に対するBの乾燥質量)≦10.0 ・・・(2) - 請求項7または請求項8に記載の繊維構造体の製造方法であって、
前記水溶液付与工程の前に、
前記繊維の表面を親水化処理する親水化処理工程を有する、繊維構造体の製造方法。 - 複数の繊維と、前記複数の繊維を結合するフィブロインと、水溶液と、を混合した混合物を成形型に充填する充填工程と、
充填された前記混合物を加圧及び加熱して繊維構造体を成形する成形工程と、を含み、
前記充填工程では、
前記繊維をA、前記フィブロインをB、前記水溶液付与後の繊維構造体に含まれる水分をCとした場合、下記式(1),(2),(3)を満たす、繊維構造体の製造方法。
0.03≦Bの体積平均粒径/Aの短手方向における平均幅≦4.00 ・・・(1)
0.01≦繊維構造体全量に対するBの乾燥質量/(繊維構造体全量に対するAの乾燥質量+繊維構造体全量に対するBの乾燥質量)≦0.40 ・・・(2)
0.2≦Cの質量/(繊維構造体全量に対するAの乾燥質量+繊維構造体全量に対するBの乾燥質量)≦10.0 ・・・(3) - 請求項7から請求項10のいずれか一項に記載の繊維構造体の製造方法であって、
前記成形工程では、
加圧する圧力が、10MPa以上80MPa以下である、繊維構造体の製造方法。 - 請求項7から請求項11のいずれか一項に記載の繊維構造体の製造方法であって、
前記成形工程では、
加熱する加熱温度が、80℃以上230℃以下である、繊維構造体の製造方法。 - 請求項7から請求項12のいずれか一項に記載の繊維構造体の製造方法であって、
前記水溶液は、
水を含むとともに、メチルアルコールやエチルアルコール、イソプロパノール、ブタノール、ヘキサンジオール等のアルコール類、グリセリン、エチレングリコール、プロピレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、ポリエチレングリコール、ブチレングリコール、チオジグリコール等のグリコール類、のいずれか一つを含む、繊維構造体の製造方法。
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