JP2021155894A - 竹由来の溶解パルプの製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】本願発明は、α−繊維素の含有量が95%以上で重合度が500ないし700となるとなる溶解パルプの製造方法を提供する。
【解決手段】竹材をチップにして洗浄、砂除去する第1の工程と、クラフト法により蒸解してリグニンを溶かし蒸解液中のパルプを取り出す第2の工程と、取り出した該パルプ中のリグニンを酸素やアルカリ剤により除去する第3の工程と、該パルプを過酸化水素で漂白する第4の工程と、麹菌発酵で得た真菌性キラナーゼで処理する第5の工程と、を順に経て製造される。
【選択図】図1

Description

本願発明は、竹材を原料としてα-繊維素の含有量が95%以上の高級溶解パルプの製造方法に関する。
竹は我が国で豊富に自生する資源であるものの、時として邪魔者扱いされることもある存在である。一方、竹繊維の持続的な再生性と多機能性においては、竹繊維は「国連が定めたSDGs(持続可能な開発目標)」を象徴する繊維になる可能性を秘め、より環境性に配慮した竹繊維の製造技術や竹繊維の紡績技術のレベルアップが望まれるところであり、そうなれば、竹繊維は、ウール、麻、シルク、コットンに続く天然由来の繊維として認知されることになり得る。
さらに、多くのケミカル繊維素溶解パルプは従来の事前加水分解硫酸塩工程にて生産され、この種の生産技術工程においては汚染の問題やパルプの歩留まりの低さ、生産効率の低さやパルプの反応性能や、紡績の生産性が悪く、糸切れなどの問題を抱えている。
出願人は竹繊維が有する抗菌性に着目して、鋭意、開発を進めてきた。その成果は、特許文献1や特許文献2に開示されている。
特許文献1に開示の技術は、発明の名称「抗菌性を有する竹パルプ、竹を原料とするセルロース繊維およびこれらの製造方法」に係り、「高い抗菌性を有する竹パルプを提供すること、この竹パルプから抗菌性を有するセルロース繊維を作ること、およびこれらの得られたセルロース繊維を利用した種々の抗菌性の高い製品を提供することを」課題として、その解決手段を「竹を原料として製造した竹パルプであって、α−セルロースを93%以上含有している抗菌性を有する竹パルプである。この竹パルプを原料として、誘導体を経ずに直接セルロースを有機溶剤に溶解させて紡糸して得られたセルロース繊維であり、このセルロース繊維が93%以上のα−セルロースを含有していることを特徴とする抗菌性を有するセルロース繊維」としている。
また、特許文献2に開示の技術は、発明の名称「殺菌竹繊維ガーゼ及びその製造方法と応用」に係り、「殺菌竹繊維ガーゼ及びその製造方法と応用。該殺菌竹繊維ガーゼは竹繊維ガーゼの中に殺菌原液を浸すことにより製造されること、その中の殺菌原液には0. 001−1%の溶解ブドウ球菌酵素と従来医薬品の原料として認可されておる担体を含有すること」を課題として、その解決手段を「該殺菌竹繊維ガーゼは臨床上でよく見かける細菌菌種に対する優れた殺菌効果を持つほか、最も重要なのは創傷面では癒着しないため、ガーゼを取り替えるとき患者には苦痛を与えないことである」としている。
特開2005-126871号公報 特開2006-043370号公報
しかしながら、特許文献1や特許文献2の竹繊維は、α−繊維素(α−セルロース)の含有量が93%以上であり、さらなる竹繊維の普及を図るためにはそれ以上の含有量を有する高級溶解パルプを開発する必要がある。また、パルプの歩留まりの低さ、生産効率の低さ、紡績の生産性が悪く、糸切れなどの問題については解決されていない。
そこで、出願人は鋭意、研究の結果、本願発明に至ったものである。すなわち、本願発明は、α−繊維素の含有量が95%以上で重合度が500ないし700となる高級溶解パルプを製造することができ、同時に、紡績の生産性を高め、糸切れなどの問題を解決する溶解パルプの製造方法を提供する。
上記課題を達成するために、本願請求項1に係る竹由来の溶解パルプの製造方法は、竹材をチップにして洗浄、砂除去する第1の工程と、クラフト法により蒸解してリグニンを溶かし蒸解液中のパルプを取り出す第2の工程と、圧力篩を使って該第2の工程で得られたパルプを選別洗浄濃縮し,蒸解できなかった異物を除去する第3の工程と、取り出した該パルプ中のリグニンを酸素やアルカリ剤により除去し、過酸化水素で漂白する第4の工程と、該パルプ中の金属イオンを除去する第5の工程と、麹菌発酵で得た真菌性キラナーゼで処理する第6の工程と、を順に経ることによりα−繊維素の含有量が95%以上で重合度が500ないし700となる溶解パルプを得る、ことを特徴としている。
また、本願請求項2に係る竹由来の溶解パルプの製造方法は、請求項1に記載の竹由来の溶解パルプの製造方法であって、前記第2の工程においては、21%のNaOHと1.75%のドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウムを混合して濃度が100g/lとなるように調整して白液とし、質量比にして80%の希釈黒液と20%の前記白液を混合し、130℃で前記第1の工程で得られた竹チップを投入して30分ないし60分間漬けて事前処理し、蒸解釜中の60%の蒸解液を60%の白液に交換して155℃に温度を上げた後、蒸解釜中の60%の蒸解液を残りの20%の白液に交換して60分間保温する、ことを特徴としている。
そして、本願請求項3に係る竹由来の溶解パルプの製造方法は、請求項1に記載の竹由来の溶解パルプの製造方法であって、前記第4の工程においては、触媒として塩化コバルトを使用する、ことを特徴としている。
さらに、本願請求項4に係る竹由来の溶解パルプの製造方法は、請求項1に記載の竹由来の溶解パルプの製造方法であって、前記第6の工程においては、パルプ液の濃度を3%とし、20IU/gないし200IU/gの真菌性キラナーゼと1.5%使用量のTween80を15分間混合攪拌して前記パルプ液に入れ、反応のpHを5.5に制御して60℃となるように加熱して3時間攪拌する、ことを特徴としている。
上記の構成により以下の効果を奏することができる。
(1)本願発明による溶解パルプは
α-繊維素の含有量≧95.0%、ヘテロ多糖の含有量≦4.0%、重合度は500ないし700、鉄イオンの含有量≦4.5mg/kg、灰分の含有量≦0.40%、
となり、パルプの重合度の分布が均一であって、反応性能は優れていた。
(2)触媒である塩化コバルトは、パルプ中のブドウ糖1-4βグリコシド結合の分解切断させることができて、繊維素の重合度も分解させることができる。
(3)本願発明に係る製造方法では、竹パルプの高反応性能と重合度維持が両立し、竹の多糖類の含有量が4.5%まで低下し、竹の灰分の含有量が0.5%以下となることから、汚染の問題やパルプの歩留まりの低さおよび生産効率の低さを解決することができ、製造される溶解パルプにより、糸切れなどの問題が生じない。
図1は、実施例に係る竹由来の溶解パルプの製造方法のフロー図である。
本発明を実施するための形態に係る実施例1ないし実施例3について、図1を参照して説明する。
まず、実施例1に係る竹由来の溶解パルプの製造方法について図1を参照して説明する。
(1)第1の工程:竹材をチップにして、洗浄、砂除去をする。
(2)第2の工程:クラフト法にて蒸解する。白液(苛性ソーダと硫化ソーダの混合液)の濃度は100g/l、アルカリ剤の使用量はNaOHに換算して21%、硫化度は22%、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウムの使用量は1.75%である。まず、質量比にして希釈黒液80%と白液20%を混合し、130℃で第1の工程で得られた竹チップを投入して30分ないし60分間漬けて事前処理し、その後、蒸解鍋の中の蒸解液60%分を同量の白液に交換し、120分で155℃まで温度を上昇させ、残った20%の白液を蒸解鍋にある蒸解液の60%と交換する。そして、蒸解最高温度の155℃ないし160℃で60分間保温する。
(3)第3の工程:圧力篩を使って上記第2の工程で得られたパルプを選別洗浄して濃縮し、蒸解できなかった竹節や繊維パルプの塊を取り除く。パルプを含んだパルプ液の溶液はpH7ないしpH8で、パルプ液の濃度は10%ないし12%となる。
(4)第4の工程:漂白塔の中で酸素やアルカリ剤を使用してリグニンを除去する。パルプ液の濃度は10%、アルカリ剤の使用量は6%、塩化コバルトの使用量は0.2%、酸素圧は0.4MPaないし0.5MPa、120℃で60分処理する。その後、漂白塔の中で過酸化水素を使用して精練漂白する。液中のパルプ濃度は10%、110℃で、アルカリ剤の使用量は10%、Hの使用量はパルプ液の2%で90分間処理する。
(5)第5の工程: パルプ液を弱酸洗浄工程に導き入れる。パルプ液に対して弱酸洗浄を行い、パルプ液の酸性アルカリ性のバランスを調整し、金属イオンを除去する。そのpHはキラナーゼ酵素処理の工程の基準である5.5に調整する。
(6)第6の工程:麹菌キラナーゼは、まず使用量が1.5%のTween80を15分間混合撹拌させてからパルプ液に入れる。麹菌キラナーゼ処理のパルプは撹拌機付きの加熱容器で行い、温度は60 ℃、3時間とする。パルプ液の濃度は3%、キラナーゼの使用量は20IU/gである。
上記の工程を経て得られたパルプは、
α-繊維素の含有量が95.3%、ヘテロ多糖の含有量が3.6%、重合度が607、鉄イオンの含有量が3.7mg/kg、灰分の含有量が0.36% となった。
上記第6の工程におけるキラナーゼの使用量を120IU/gに変えた。その結果、得られたパルプは、
α-繊維素の含有量が96.2%、ヘテロ多糖の含有量が3.1%、重合度が623、鉄イオンの含有量が3.4mg/kg、灰分の含有量が0.36% となった。
上記第6の工程におけるキラナーゼの使用量を200IU/gに変えた。その結果、得られたパルプは、
α-繊維素の含有量が96.7%、ヘテロ多糖の含有量が3.01%、重合度が631、鉄イオンの含有量が3.4mg/kg、灰分の含有量が0.37% となった。
上記目的を達成するため、本願請求項1に係る竹由来の溶解パルプの製造方法は、竹材をチップにして洗浄、砂除去する第1の工程と、クラフト法により蒸解してリグニンを溶かし蒸解液中のパルプを取り出す第2の工程と、圧力篩を使って該第2の工程で得られたパルプを選別洗浄濃縮し,蒸解できなかった異物を除去する第3の工程と、取り出した該パルプ中のリグニンを酸素やアルカリ剤により除去し、過酸化水素で漂白する第4の工程と、該パルプ中の金属イオンを除去する第5の工程と、麹菌発酵で得た真菌性キラナーゼで処理する第6の工程と、を順に経ることによりα−繊維素の含有量が95%以上で重合度が500ないし700となる溶解パルプを得る、溶解パルプの製造方法において、前記第6の工程においては、パルプ液の濃度を3%とし、20IU/gないし200IU/gの真菌性キラナーゼと1.5%使用量のTween80を15分間混合攪拌して前記パルプ液に入れ、反応のpHを5.5に制御して60℃となるように加熱して3時間攪拌する、ことを特徴としている。

Claims (4)

  1. 竹材をチップにして洗浄、砂除去する第1の工程と、クラフト法により蒸解してリグニンを溶かし蒸解液中のパルプを取り出す第2の工程と、圧力篩を使って該第2の工程で得られたパルプを選別洗浄濃縮し,蒸解できなかった異物を除去する第3の工程と、取り出した該パルプ中のリグニンを酸素やアルカリ剤により除去し、過酸化水素で漂白する第4の工程と、該パルプ中の金属イオンを除去する第5の工程と、麹菌発酵で得た真菌性キラナーゼで処理する第6の工程と、を順に経ることによりα−繊維素の含有量が95%以上で重合度が500ないし700となる溶解パルプを得る、ことを特徴とする竹由来の溶解パルプの製造方法。
  2. 前記第2の工程においては、21%のNaOHと1.75%のドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウムを混合して濃度が100g/lとなるように調整して白液とし、
    質量比にして80%の希釈黒液と20%の前記白液を混合し、130℃で前記第1の工程で得られた竹チップを投入して30分ないし60分間漬けて事前処理し、
    蒸解釜中の60%の蒸解液を60%の白液に交換して155℃に温度を上げた後、蒸解釜中の60%の蒸解液を残りの20%の白液に交換して60分間保温する、ことを特徴とする請求項1に記載の竹由来の溶解パルプの製造方法。
  3. 前記第4の工程においては、触媒として塩化コバルトを使用する、ことを特徴とする請求項1に記載の竹由来の溶解パルプの製造方法。
  4. 前記第6の工程においては、パルプ液の濃度を3%とし、
    20IU/gないし200IU/gの真菌性キラナーゼと1.5%使用量のTween80を15分間混合攪拌して前記パルプ液に入れ、反応のpHを5.5に制御して60℃となるように加熱して3時間攪拌する、ことを特徴とする請求項1に記載の竹由来の溶解パルプの製造方法。
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