JP2021183728A - 繊維同士を結合させるためのでんぷん複合体、繊維構造体、繊維構造体製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】粉体流動性の高いでんぷん複合体を提供する。【解決手段】繊維同士を結合させるためのでんぷん複合体は、第一粒子であるでんぷん粒子と、前記第一粒子の前記でんぷん粒子に親和性を持つ疎水性材料を有する第二粒子と、を有し、繊維同士を結合させるためのでんぷん複合体であって、前記第二粒子の重量平均粒径は、前記第一粒子の重量平均粒径よりも小さく、且つ、前記第一粒子の外側の表面を前記第二粒子が被覆している。【選択図】図１Ａ

Description

本発明は、繊維同士を結合させるためのでんぷん複合体、繊維構造体、及び繊維構造体製造装置に関する。

従来、特許文献１に示すように、乾式プロセスにおいて、繊維同士を結合させる結合材を添加してシートを製造するシート製造装置が知られている。
また、特許文献２では、上記結合材として、石油由来の材料ではなく天然材のでんぷんを用いた方法が開示されている。

特開２０１５−９２０３２号公報 特開２０１２−１４４８２６号公報

しかしながら、でんぷん粒子は、水分を吸収しやいため、でんぷん粒子の表面がゲル化し、でんぷん粒子同士が結合して凝集してしまう、という課題がある。
でんぷん粒子の凝集が発生すると、粉体流動性が低下するため、繊維に対してでんぷんを供給する際、でんぷんの供給量が不安定となり、繊維間の結合強度がばらついてしまう。

繊維同士を結合させるためのでんぷん複合体は、第一粒子であるでんぷん粒子と、前記第一粒子の前記でんぷん粒子に親和性を持つ疎水性材料を有する第二粒子と、を有し、繊維同士を結合させるためのでんぷん複合体であって、前記第二粒子の重量平均粒径は、前記第一粒子の重量平均粒径よりも小さく、且つ、前記第一粒子の外側の表面を前記第二粒子が被覆している。

繊維同士を結合させるためのでんぷん複合体は、でんぷん粒子と、前記でんぷん粒子に親和性を持つ疎水性材料で前記でんぷん粒子をコートするコート層と、を有する。

繊維構造体は、綿状の繊維と、でんぷん粒子と、前記でんぷん粒子に親和性を持つ疎水性材料と、を有して構成され、綿状の前記繊維の中に前記でんぷん粒子及び前記疎水性材料が分散され、且つ、前記繊維と前記でんぷん粒子と前記疎水性材料とが結着される。

繊維構造体製造装置は、供給された繊維原料を解繊して解繊物を生成する解繊部と、生成された前記解繊物に、でんぷん粒子に親和性を有する疎水性材料で表面が被覆されたでんぷん複合体を混入する混入部と、前記でんぷん複合体が混入された混合物を堆積させて繊維状ウェブを形成する繊維状ウェブ形成部と、前記繊維状ウェブを加熱及び加圧して繊維構造体を成形する繊維構造体成形部と、を備える。

でんぷん複合体の構成を示す模式図。 他のでんぷん複合体の構成を示す模式図。 繊維構造体の構成を示す模式図。 繊維構造体製造装置の構成を示す概略図。

まず、でんぷん複合体Ｓｂの構成について説明する。
図１Ａに示すように、でんぷん複合体Ｓｂは、でんぷん粒子（第一粒子）Ｓ１と、でんぷん粒子Ｓ１に親和性を持つ疎水性材料を有する第二粒子Ｓ２と、を有する。でんぷん複合体Ｓｂは、繊維Ｓａ（図２参照）同士を結合させるための結合材として機能する。第二粒子Ｓ２の重量平均粒径は、でんぷん粒子Ｓ１の重量平均粒径よりも小さく、且つ、でんぷん粒子Ｓ１の外側の表面を第二粒子Ｓ２が被覆している。図１Ａの例では、でんぷん粒子Ｓ１の表面は、粒状状態の第二粒子Ｓ２で被覆している。
なお、でんぷん複合体Ｓｂの集合体において、各でんぷん粒子Ｓ１の表面の全体が、第二粒子Ｓ２で被覆された状態でなくともよい。例えば、でんぷん粒子Ｓ１の表面積の２０％以上１００％以下程度が第二粒子Ｓ２で被覆された状態であれば、でんぷん粒子Ｓ１の表面が、第二粒子Ｓ２で被覆された状態であるとする。

でんぷん粒子Ｓ１は、馬鈴薯、小麦、コーン、甘藷、キャッサバ、タピオカ、コメなどのでんぷん、または、変性でんぷん（例えば、ＣＭＣ（carboxymethyl-cellulose））である。でんぷん粒子Ｓ１の粒径は重量平均粒径１μｍ以上１００μｍ以下であり、より好ましくは２μｍ以上５０μｍ以下である。

疎水性材料を有する第二粒子Ｓ２は、炭化水素類、脂肪酸類及び脂肪酸金属塩類、高級アルコール類、脂肪族アミド類、脂肪酸エステル類、無機粒子のいずれか、もしくは２種以上の組み合わせから構成される。疎水性材料を有する第二粒子Ｓ２の重量平均粒径は、０．０１μｍ以上１０００μｍであり、より好ましくは０．０５μｍ以上２０μｍ以下である。これにより、でんぷん粒子Ｓ１は第二粒子Ｓ２で覆われやすくなる。

炭化水素類としては、パラフィンワックス、ポリエチレンワックス、カルナバロウ、ライスワックスなどが挙げられる。脂肪酸類及び脂肪酸金属塩類としては、ステアリン酸、ロジン、シェラック、コハクなどのカルボン酸系、ステアリン酸カルシウム、ステアリン酸マグネシウム、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸鉛などのステアリン酸金属塩が挙げられる。高級アルコール類としては、ステアリルアルコールなどが挙げられる。脂肪族アミド類としては、ステアリン酸アミド、ヒドロキシステアリン酸アミド、オレイン酸アミド、エルカ酸アミド、メチレンビスステアリン酸アミド、エチレンビスステアリン酸アミドなどが挙げられる。脂肪酸エステル類としては、ステアリン酸モノグリセリド、ステアリルステアレート、ショ糖脂肪酸エステル、グリセリン脂肪酸エステルなどが挙げられる。
また、無機粒子としては、マイカ、ガラス（ＳｉＯ₂）、炭酸カルシウム（ＣａＣＯ₃）、酸化チタン（ＴｉＯ₂）アルミナ等が挙げられる。

上記のうち、特に、脂肪酸類及び脂肪酸金属塩類、高級アルコール類及び脂肪族アミド類は、極性基を持ちでんぷん粒子Ｓ１の表面のＯＨ基と水素結合しやすい特性を有するため、でんぷん粒子Ｓ１の表面を第二粒子Ｓ２で被覆しやすくなる。

ここで、でんぷん複合体Ｓｂのでんぷん粒子Ｓ１の表面のＯＨ基は水素結合により水との親和性を有する。このため、でんぷん粒子Ｓ１は、水分を吸収しやすく、表面がゲル状を成し、でんぷん粒子Ｓ１同士が凝集しやすくなると考えられる。でんぷん粒子Ｓ１の凝集が発生すると、粉体流動性が低下し、例えば、繊維Ｓａに対してでんぷん粒子Ｓ１を供給する際、でんぷん粒子Ｓ１の供給量が不安定となり得る。
そこで、本実施形態では、でんぷん粒子Ｓ１の表面を、疎水性を有する第二粒子Ｓ２によって被覆している。このため、でんぷん粒子Ｓ１同士の結合が阻害され凝集の発生を抑制することができる。なお、でんぷん粒子Ｓ１の凝集が抑制された状態とは、でんぷん粒子Ｓ１同士が全て離散した状態を指すものではない。例えば、一部のでんぷん粒子Ｓ１同士が凝集している状態も含まれる。この場合、凝集したでんぷん粒子Ｓ１の量が、でんぷん複合体Ｓｂの集合体全体の１０質量％以下、好ましくは５質量％以下程度であれば、凝集が抑制された状態に含むものとする。さらに、でんぷん複合体Ｓｂをホッパー等の容器や袋等に収容した場合には、でんぷん複合体Ｓｂ同士は接触して存在する状態となるが、柔和な撹拌、気流による分散、自由落下など、粒子を破壊しない程度の外力を加えることにより、離散した状態にすることができる場合は、凝集が抑制された状態に含めるものとする。

図１Ｂは、他のでんぷん複合体Ｓｂａの構成を示す模式図である。
でんぷん複合体Ｓｂａは、でんぷん粒子Ｓ１と、でんぷん粒子Ｓ１に親和性を持つ疎水性材料ででんぷん粒子Ｓ１をコートするコート層Ｓ２ａと、を有する。コート層Ｓ２ａの厚みは、例えば、１ｎｍ以上１μｍ以下である。コート層Ｓ２ａの表面状態は、緩やかな曲面を有する。
なお、でんぷん複合体Ｓｂａの集合体において、各でんぷん粒子Ｓ１の表面の全体が、コート層Ｓ２ａでコートされた状態でなくともよい。例えば、でんぷん粒子Ｓ１の表面積の約２０％以上がコート層Ｓ２ａでコートされた状態であれば、でんぷん粒子Ｓ１の表面が、コート層Ｓ２ａでコートされた状態であるとする。
さらには、でんぷん複合体Ｓｂａの集合体の中に、図１Ａに示すでんぷん複合体Ｓｂが含まれた集合体であってもよい。すなわち、でんぷん複合体Ｓｂまたはでんぷん複合体Ｓｂａの各集合体が、でんぷん粒子Ｓ１表面を第二粒子Ｓ２が被覆されているものと、でんぷん粒子Ｓ１表面がコート層Ｓ２ａでコートされたものと、が混在した集合体であってもよい。

でんぷん粒子Ｓ１は、馬鈴薯、小麦、コーン、甘藷、キャッサバ、タピオカ、コメなどのでんぷん、または、変性でんぷん（例えば、ＣＭＣ（carboxymethyl-cellulose））である。でんぷん粒子Ｓ１の粒径は重量平均粒径１μｍ以上１００μｍ以下であり、より好ましくは２μｍ以上５０μｍ以下である。

疎水性材料のコート層Ｓ２ａは、炭化水素類、脂肪酸類及び脂肪酸金属塩類、高級アルコール類、脂肪族アミド類、脂肪酸エステル類、無機粒子のいずれか、もしくは２種以上の組み合わせから構成される。なお、疎水性材料の構成は上述の通りなので説明を省略する。

でんぷん複合体Ｓｂａでは、でんぷん粒子Ｓ１の表面を、疎水性を有するコート層Ｓ２ａによってコートしている。このため、でんぷん粒子Ｓ１同士の結合が阻害され凝集の発生を抑制することができる。

次に、でんぷん複合体Ｓｂ，Ｓｂａの製造方法について説明する。でんぷん複合体Ｓｂ，Ｓｂａは、でんぷん粒子Ｓ１と第二粒子Ｓ２（疎水性材料）とを攪拌処理することにより製造される。攪拌方法としては、特に限定されないが、例えば、エアーを用いた方法や高速回転ミキサーを用いた方法が挙げられる。

エアーを用いた方法としては、密閉容器内にでんぷん粒子Ｓ１と第二粒子Ｓ２（疎水性材料）とを投入する。密閉容器には、密閉容器内にドライエアーを吹き付け可能な吹付部と、密閉容器内のでんぷん粒子Ｓ１及び第二粒子Ｓ２が密閉容器の外部に流出させないためのフィルター付きの弁が設置される。そして、密閉容器内に投入されたでんぷん粒子Ｓ１及び第二粒子Ｓ２に向けてドライエアーを吹き付ける。ドライエアーによる吹き付け圧によりでんぷん粒子Ｓ１と第二粒子Ｓ２とが攪拌される。これにより、でんぷん粒子Ｓ１と第二粒子Ｓ２とが吸着し、でんぷん複合体Ｓｂ，Ｓｂａが形成される。

高速回転ミキサーを用いた方法としては、例えば、５０００ｒｐｍから５００００ｒｐｍで高速回転可能な公知のミキサーを適用可能であり、ＦＭミキサー、ヘンシェルミキサー、スーパーミキサーなどを用いて行うことができる。高速回転ミキサーを用いた場合は、でんぷん粒子Ｓ１と第二粒子Ｓ２とをより均一に攪拌され、でんぷん複合体Ｓｂ，Ｓｂａが形成される。

次に、繊維構造体Ｓの構成について説明する。
図２に示すように、繊維構造体Ｓは、綿状の繊維Ｓａと、繊維Ｓａ同士を結合させるためのでんぷん複合体Ｓｂと、を有する。でんぷん複合体Ｓｂは、綿状の繊維Ｓａの中に分散された状態で配置される。でんぷん複合体Ｓｂは、でんぷん粒子Ｓ１とでんぷん粒子Ｓ１に親和性を持つ疎水性材料を有する第二粒子Ｓ２とを有し、でんぷん粒子Ｓ１の表面が第二粒子Ｓ２で被覆される。なお、でんぷん複合体Ｓｂの詳細な構成は、図１Ａに示す構成と同様なので説明を省略する。

繊維Ｓａは、原料として、古紙（例えば、印刷後のＰＰＣ用紙、各種再生紙、段ボール等）、木質系パルプ材料（バージンパルプ（ＮＢＫＰ、ＬＢＫＰ、ＮＵＫＰ、ＬＵＫＰ等）、晒ケミサーモメカニカルパルプ（ＢＣＴＭＰ等）、合成パルプ（例えば、ＳＷＰ（登録商標））が挙げられる。これらを単独で用いてもよいし、適宜混合して用いてもよい。
繊維Ｓａの長手方向の寸法（繊維長）は、０．１μｍ以上１００ｍｍ以下であり、０．５μｍ以上５０ｍｍ以下が望ましい。また、繊維Ｓａの短手方向の寸法（繊維径）は、０．１μｍ以上１０００μｍ以下であり、１．０μｍ以上５００μｍ以下が望ましい。

繊維構造体Ｓの製造方法について説明する。
供給された繊維原料を解繊して解繊物（綿状の繊維Ｓａ）を生成し、当該解繊物に、でんぷん粒子Ｓ１に親和性を有する疎水性材料（第二粒子Ｓ２）で表面が被覆されたでんぷん複合体Ｓｂを混入し、でんぷん複合体Ｓｂが混入された混合物をエアレイドにより堆積させて繊維状ウェブを形成し、繊維状ウェブを、ローラーやプレス機で加熱及び加圧する。これにより、シート状の繊維構造体Ｓが成形される。

解繊物（綿状の繊維Ｓａ）と混入されるでんぷん複合体Ｓｂは、でんぷん粒子Ｓ１同士の凝集が抑制されたものであるため、綿状の繊維Ｓａに対して均一に分散された状態で繊維Ｓａ同士を結合させることができる。また、でんぷん粒子Ｓ１同士の凝集が抑制されるため、繊維Ｓａからのでんぷん複合体Ｓｂの離脱が減少する。すなわち、でんぷん複合体Ｓｂの担持性が向上する。

また、でんぷん粒子Ｓ１の表面を、疎水性を有する第二粒子Ｓ２によって被覆するため、でんぷん粒子Ｓ１の表面のＯＨ基が被覆されることになる。これにより、繊維Ｓａの表面のＯＨ基とでんぷん複合体Ｓｂの表面との間での帯電差が増加し、繊維Ｓａ表面へのでんぷん複合体Ｓｂの静電吸着性が向上する。この場合、例えば、帯電列において、繊維Ｓａやでんぷん粒子Ｓ１からより離れたところにある疎水性材料を選択することで摩擦時の帯電差がより大きく生じ、より繊維Ｓａ表面へのでんぷん複合体Ｓｂの担持性を向上させることが可能となる。

なお、繊維構造体Ｓの構成は、綿状の繊維Ｓａとでんぷん複合体Ｓｂとを備えた構成であったが、これに限定されず、繊維構造体Ｓの構成は、綿状の繊維Ｓａとでんぷん複合体Ｓｂａとを備えた構成であってもよい。このような構成であっても上記同様の効果を得ることができる。なお、でんぷん複合体Ｓｂａの構成は図１Ｂの構成と同様なので説明を省略する。

次に、繊維構造体Ｓを製造可能な繊維構造体製造装置１の構成について説明する。
繊維構造体製造装置１は、例えば、繊維原料としての使用済みの古紙を乾式で解繊して繊維化した後、加圧、加熱、切断することによって、繊維構造体Ｓを製造するのに好適な装置である。繊維化された原料に、さまざまな添加物を混合することによって、用途に合わせて、繊維構造体Ｓの結合強度や白色度を向上したり、色、香り、難燃などの機能を付加したりしてもよい。また、紙の密度や厚さ、形状をコントロールして成形することで、繊維構造体Ｓとして、例えば、Ａ４やＡ３のオフィス用紙、名刺用紙など、用途に合わせて、さまざまな厚さ・サイズの紙を製造することができる。

繊維構造体製造装置１は、供給部１０と、粗砕部１２と、解繊部２０と、選別部４０と、第１ウェブ形成部４５と、回転体４９と、混合部５０（混入部）と、堆積部６０と、第２ウェブ形成部７０（繊維状ウェブ形成部）と、搬送部７９と、繊維構造体成形部８０と、切断部９０と、を含む。

さらに、繊維構造体製造装置１は、例えば、原料に対する加湿、および原料が移動する空間を加湿する目的で、加湿部２０２，２０４，２０６，２０８，２１０，２１２を含む。加湿により、静電気による原料の付着等を抑制する。加湿部２０２，２０４，２０６，２０８は、例えば、気化式または温風気化式の加湿器で構成される。加湿部２１０，２１２は、例えば、超音波式加湿器で構成される。

供給部１０は、粗砕部１２に原料を供給する。粗砕部１２に供給される原料は、繊維Ｓａを含むものであればよく、例えば、紙、パルプ、パルプシート、不織布、布、あるいは織物等が挙げられる。以下では、繊維構造体製造装置１が古紙を原料とする構成を例示する。供給部１０は、例えば、古紙を重ねて蓄積するスタッカーと、スタッカーから古紙を粗砕部１２に送り出す自動投入装置と、を有する。

粗砕部１２は、供給部１０によって供給された原料を粗砕刃１４によって裁断して、粗砕片にする。粗砕刃１４は、大気中等の気中で原料を裁断する。粗砕部１２は、例えば、原料を挟んで裁断する一対の粗砕刃１４と、粗砕刃１４を回転させる駆動部と、を有し、いわゆるシュレッダーと同様の構成とすることができる。粗砕片の形状や大きさは、任意であり、解繊部２０における解繊処理に適していればよい。粗砕部１２は、原料を、例えば１ｃｍ〜数ｃｍ四方またはそれ以下のサイズの紙片に裁断する。粗砕部１２によって裁断された粗砕片は、シュート９を介して管２を通り、解繊部２０に搬送される。

解繊部２０は、粗砕部１２で裁断された粗砕物を解繊する。より具体的には、解繊部２０は、粗砕部１２によって裁断された原料を解繊処理し、解繊物を生成する。ここで、「解繊する」とは、複数の繊維Ｓａが結着されてなる原料を、繊維１本１本に解きほぐすことをいう。解繊部２０は、原料に付着した樹脂粒やインク、トナー、にじみ防止剤等の物質を、繊維Ｓａから分離させる機能を有する。

解繊部２０を通過したものを解繊物という。解繊物には、解きほぐされた繊維Ｓａの他に、繊維を解きほぐす際に繊維から分離した樹脂粒、すなわち複数の繊維同士を結着させるための樹脂粒や、インク、トナーなどの色材や、にじみ防止剤、紙力増強剤等の添加剤を含んでいる場合もある。解きほぐされた解繊物の形状は、ひも状や平ひも状である。解きほぐされた解繊物は、他の解きほぐされた繊維Ｓａと絡み合っていない状態、すなわち独立した状態で存在してもよいし、他の解きほぐされた解繊物と絡み合って塊状となった状態、すなわちダマを形成している状態で存在してもよい。

解繊部２０は、乾式で解繊を行う。ここで、液体中ではなく、大気中等の気中において、解繊等の処理を行うことを乾式と称する。解繊部２０は、例えば、インペラーミルを用いて構成されている。具体的には、解繊部２０は、図示しないが、高速回転するローターと、ローターの外周に位置するライナーと、を有している。粗砕部１２で裁断された粗砕片は、解繊部２０のローターとライナーとの間に挟まれて解繊される。解繊部２０は、ローターの回転により気流を発生させる。この気流により、解繊部２０は、原料である粗砕片を管２から導入口２２を介して吸引し、解繊物を排出口２４へと搬送できる。解繊物は、排出口２４から管３に送り出され、管３を介して選別部４０に搬送される。図示の例では、繊維構造体製造装置１は、気流発生装置である解繊ブロアー２６を備え、解繊ブロアー２６が発生する気流により解繊物が選別部４０に搬送される。

選別部４０には、管３から解繊部２０により解繊された解繊物が気流とともに流入する導入口４２が設けられている。選別部４０は、導入口４２から導入された解繊物を、繊維Ｓａの長さによって選別する。詳細には、選別部４０は、解繊部２０により解繊された解繊物のうち、予め定められたサイズ以下の解繊物を第１選別物とし、第１選別物より大きい解繊物を第２選別物として、選別する。第１選別物は、繊維Ｓａまたは粒子等を含み、第２選別物は、例えば、大きい繊維、未解繊片、十分に解繊されていない粗砕片、解繊された繊維が凝集し、あるいは絡まったダマ等を含む。

選別部４０は、例えば、ドラム部４１と、ドラム部４１を収容するハウジング部４３と、を有する。

ドラム部４１は、モーターによって回転駆動される円筒の篩である。ドラム部４１は、網を有し、篩として機能する。この網の目により、ドラム部４１は、解繊物を、網の目開きの大きさより小さい第１選別物と、網の目開きより大きい第２選別物と、に選別する。ドラム部４１の網としては、例えば、金網、切れ目が入った金属板を引き延ばしたエキスパンドメタル、金属板にプレス機等で穴を形成したパンチングメタルを用いることができる。

導入口４２から導入された解繊物は、気流とともにドラム部４１の内部に送り込まれ、ドラム部４１の回転によって第１選別物がドラム部４１の網の目から下方に落下する。ドラム部４１の網の目を通過できない第２選別物は、導入口４２からドラム部４１に流入する気流により流されて排出口４４に導かれ、管８に送り出される。管８は、ドラム部４１の内部と管２とを連結する。管８を通って流される第２選別物は、解繊部２０に戻されて、解繊処理される。

ドラム部４１により選別される第１選別物は、ドラム部４１の網の目を通って空気中に分散し、ドラム部４１の下方に位置する第１ウェブ形成部４５のメッシュベルト４６に向けて降下する。

第１ウェブ形成部４５は、メッシュベルト４６と、ローラー４７と、吸引部４８と、を有している。メッシュベルト４６は、無端形状のベルトであって、３つのローラー４７に懸架され、ローラー４７の動きにより、図中矢印で示す方向に搬送される。メッシュベルト４６の表面は、所定サイズの開口が並ぶ網で構成される。選別部４０から降下する第１選別物のうち、網の目を通過するサイズの微粒子は、メッシュベルト４６の下方に落下し、網の目を通過できないサイズの繊維Ｓａがメッシュベルト４６に堆積し、メッシュベルト４６とともに矢印方向に搬送される。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、すなわち、繊維Ｓａと繊維Ｓａとの結着に不要な樹脂粒や色材や添加剤などを含み、繊維構造体製造装置１が繊維構造体Ｓの製造に使用しない除去物である。

メッシュベルト４６は、繊維構造体Ｓを製造する通常動作中には、一定の速度Ｖ１で移動する。ここで、通常動作中とは、繊維構造体製造装置１の始動制御、および停止制御の実行中を除く動作中であり、より詳細には、繊維構造体製造装置１が望ましい品質の繊維構造体Ｓを製造している間を指す。

吸引部４８は、メッシュベルト４６の下方から空気を吸引する。吸引部４８は、管２３を介して集塵部２７に連結される。集塵部２７は、フィルター式あるいはサイクロン式の集塵装置であり、微粒子を気流から分離する。集塵部２７の下流には捕集ブロアー２８が設置され、捕集ブロアー２８は、集塵部２７から空気を吸引する集塵用吸引部として機能する。また、捕集ブロアー２８が排出する空気は、管２９を経て繊維構造体製造装置１の外に排出される。

メッシュベルト４６の搬送経路において、選別部４０の下流側には、加湿部２１０によって、ミストを含む空気が供給される。加湿部２１０が生成する水の微粒子であるミストは、第１ウェブＷ１に向けて降下し、第１ウェブＷ１に水分を供給する。これにより、第１ウェブＷ１が含む水分量が調整され、静電気によるメッシュベルト４６への繊維Ｓａの吸着等を抑制できる。

繊維構造体製造装置１は、メッシュベルト４６に堆積した第１ウェブＷ１を分断する回転体４９を有している。第１ウェブＷ１は、メッシュベルト４６がローラー４７により折り返す位置で、メッシュベルト４６から剥離して、回転体４９により分断される。

回転体４９は、板状の羽根を有し回転する回転羽形状を有している。回転体４９は、メッシュベルト４６から剥離する第１ウェブＷ１と羽根とが接触する位置に配置される。回転体４９の回転、例えば図中矢印Ｒで示す方向への回転により、メッシュベルト４６から剥離して搬送される第１ウェブＷ１が羽根に衝突して分断され、細分体Ｐが生成される。回転体４９によって分断された細分体Ｐは、管７の内部を下降して、管７の内部を流れる気流によって混合部５０へ搬送される。

混合部５０は、搬送される解繊物が分断された細分体Ｐにでんぷん複合体Ｓｂを混入し、繊維Ｓａで構成される細分体Ｐとでんぷん複合体Ｓｂとを混合する。
混合部５０は、でんぷん複合体Ｓｂが収容される収容部５２と、管７に連通し、細分体Ｐを含む気流が流れる管５４と、混合ブロアー５６と、を有している。

混合部５０では、混合ブロアー５６によって気流を発生させ、管５４中において、細分体Ｐとでんぷん複合体Ｓｂとを混合させながら、搬送する。また、細分体Ｐは、管７および管５４の内部を流れる過程でほぐされて、より細かい繊維状となる。

収容部５２は、ホッパーであり、収容部５２から管５４へのでんぷん複合体Ｓｂの供給量を調整する調整弁５２ａを有する。
ここで、収容部５２に収容されるでんぷん複合体Ｓｂは、でんぷん粒子Ｓ１と、でんぷん粒子Ｓ１に親和性を持つ疎水性材料を有する第二粒子Ｓ２と、を有し、でんぷん粒子Ｓ１の外側の表面を第二粒子Ｓ２が被覆している。これにより、でんぷん粒子Ｓ１同士の結合が阻害され凝集の発生を抑制することができる。すなわち、粉体流動性が向上する。従って、収容部５２に収容されたでんぷん複合体Ｓｂが収容部５２の側面に残留してしまう現象、すなわちラットホールや、収容部５２に収容されたでんぷん複合体Ｓｂの上部がアーチ状に閉塞する現象、すなわちブリッジ等の不具合の発生が抑制され、繊維Ｓａに対してでんぷん複合体Ｓｂの供給量を一定に保持することができる。
収容部５２に収容されるでんぷん複合体Ｓｂの構成は図１Ａに示す構成と同様なので説明を省略する。なお、でんぷん複合体Ｓｂではなく、図１Ｂに示すでんぷん複合体Ｓｂａであってもよい。

でんぷん複合体Ｓｂを構成するでんぷん粒子Ｓ１及び第二粒子Ｓ２の構成は図１Ａに示す構成と同様なので説明を省略する。また、でんぷん複合体Ｓｂａを構成するでんぷん粒子Ｓ１及びコート層Ｓ２ａの構成は図１Ｂに示す構成と同様なので説明を省略する。

なお、本実施形態の収容部５２には、すでに形成されたでんぷん複合体Ｓｂを収容する構成としたが、これに限定されない。例えば、収容部５２にでんぷん複合体Ｓｂを製造する製造装置を接続してもよい。すなわち、収容部５２に高速回転ミキサーを接続してもよい。高速回転ミキサーにでんぷん粒子Ｓ１と疎水性材料の第二粒子Ｓ２とを投入し、でんぷん粒子Ｓ１と第二粒子Ｓ２とを攪拌してでんぷん複合体Ｓｂを製造し、製造したでんぷん複合体Ｓｂを収容部５２に供給する構成とする。このようにすれば、繊維構造体製造装置１の稼働を停止すことなく、収容部５２から管５４へのでんぷん複合体Ｓｂ供給を行うことができる。

でんぷん複合体Ｓｂは、加熱により溶融して複数の繊維同士を結合させる。したがって、でんぷん複合体Ｓｂと繊維Ｓａとを混合させた状態であり、でんぷん複合体Ｓｂが溶融する温度まで加熱されていない状態では、繊維Ｓａ同士は結着されない。

混合ブロアー５６が発生する気流により、管７を降下する細分体Ｐ、および収容部５２により供給されるでんぷん複合体Ｓｂは、管５４の内部に吸引され、混合ブロアー５６内部を通過する。混合ブロアー５６が発生する気流、および混合ブロアー５６が有する羽根等の回転部の作用により、細分体Ｐを構成した繊維Ｓａとでんぷん複合体Ｓｂとが混合され、この混合物は、管５４を通って堆積部６０に搬送される。

堆積部６０は、上記混合物を導入口６２から導入し、絡み合った細分体Ｐをほぐして、空気中で分散させながら降らせる。これにより、堆積部６０は、第２ウェブ形成部７０に、混合物を均一性よく堆積させることができる。

堆積部６０は、ドラム部６１と、ドラム部６１を収容するハウジング部６３と、を有している。ドラム部６１は、モーターによって回転駆動される円筒の篩である。ドラム部６１は、網を有し、篩として機能する。この網の目により、ドラム部６１は、網の目開きのより小さい繊維Ｓａや粒子を通過させ、ドラム部６１から下降させる。ドラム部６１の構成は、例えば、ドラム部４１の構成と同じである。

ドラム部６１の下方には第２ウェブ形成部７０が配置される。第２ウェブ形成部７０は、堆積部６０を通過した通過物を堆積して、繊維状ウェブとしての第２ウェブＷ２を形成する。第２ウェブ形成部７０は、例えば、メッシュベルト７２と、ローラー７４と、サクション機構７６と、を有している。

メッシュベルト７２は、無端形状のベルトであって、複数のローラー７４に懸架され、ローラー７４の動きにより、図中矢印で示す方向に搬送される。メッシュベルト７２は、例えば、金属製、樹脂製、布製、あるいは不織布等である。メッシュベルト７２の表面は、所定サイズの開口が並ぶ網で構成されている。ドラム部６１から降下する繊維Ｓａや粒子のうち、網の目を通過するサイズの微粒子は、メッシュベルト７２の下方に落下し、網の目を通過できないサイズの繊維がメッシュベルト７２に堆積し、メッシュベルト７２とともに矢印方向に搬送される。メッシュベルト７２は、繊維構造体Ｓを製造する通常動作中には、一定の速度Ｖ２で移動する。

メッシュベルト７２の網の目は、微細であり、ドラム部６１から降下する繊維Ｓａや粒子の大半を通過させないサイズとすることができる。

サクション機構７６は、メッシュベルト７２の下方に設けられる。サクション機構７６は、サクションブロアー７７を備え、サクションブロアー７７の吸引力によって、サクション機構７６に下方に向く気流を発生させることができる。

サクション機構７６によって、堆積部６０により空気中に分散された混合物をメッシュベルト７２上に吸引する。これにより、メッシュベルト７２上における第２ウェブＷ２の形成を促進し、堆積部６０からの排出速度を大きくすることができる。さらに、サクション機構７６によって、混合物の落下経路にダウンフローを形成することができ、落下中に解繊物や添加物が絡み合うことを防ぐことができる。

以上のように、堆積部６０および第２ウェブ形成部７０を経ることにより、空気を多く含み柔らかくふくらんだ状態の第２ウェブＷ２が形成される。メッシュベルト７２に堆積された第２ウェブＷ２は、繊維構造体成形部８０へと搬送される。

メッシュベルト７２の搬送経路において、堆積部６０の下流側には、加湿部２１２によって、ミストを含む空気が供給される。これにより、加湿部２１２が生成するミストが第２ウェブＷ２に供給され、第２ウェブＷ２が含む水分量が調整される。これにより、静電気によるメッシュベルト７２への繊維Ｓａの吸着等を抑制できる。

繊維構造体製造装置１は、メッシュベルト７２上の第２ウェブＷ２を、繊維構造体成形部８０に搬送する搬送部７９を有している。搬送部７９は、例えば、メッシュベルト７９ａと、ローラー７９ｂと、サクション機構７９ｃと、を有している。

サクション機構７９ｃは、図示しないブロアーを備え、ブロアーの吸引力によってメッシュベルト７９ａに上向きの気流を発生させる。この気流は、第２ウェブＷ２を吸引し、第２ウェブＷ２は、メッシュベルト７２から離れてメッシュベルト７９ａに吸着される。メッシュベルト７９ａは、ローラー７９ｂの自転により移動し、第２ウェブＷ２を繊維構造体成形部８０に搬送する。

このように、搬送部７９は、メッシュベルト７２に形成された第２ウェブＷ２を、メッシュベルト７２から剥がして搬送する。

繊維構造体成形部８０は、堆積部６０で堆積させた堆積物から繊維構造体Ｓを形成する。より具体的には、繊維構造体成形部８０は、メッシュベルト７２に堆積され搬送部７９により搬送された第２ウェブＷ２を、加圧加熱して繊維構造体Ｓを成形する。繊維構造体成形部８０では、第２ウェブＷ２に含まれる繊維Ｓａおよびでんぷん複合体Ｓｂに対して熱を加えることにより、繊維Ｓａ同士を、でんぷん複合体Ｓｂを介して結合させる。

繊維構造体成形部８０は、第２ウェブＷ２を加圧する加圧部８２と、加圧部８２により加圧された第２ウェブＷ２を加熱する加熱部８４と、を有している。

加圧部８２は、一対のカレンダーローラー８５で構成され、第２ウェブＷ２を所定のニップ圧で挟んで加圧する。第２ウェブＷ２は、加圧されることによりその厚さが小さくなり、第２ウェブＷ２の密度が高められる。一対のカレンダーローラー８５の一方は、図示しないモーターにより駆動される駆動ローラーであり、他方は従動ローラーである。カレンダーローラー８５は、モーターの駆動力により回転して、加圧により高密度になった第２ウェブＷ２を、加熱部８４に向けて搬送する。

加熱部８４は、例えば、熱プレス成形機、ホットプレート、温風ブロアー、赤外線加熱器、フラッシュ定着器、オーブン加熱機、水蒸気加熱機、マイクロウエーブ加熱機などによって構成される。図示の例では、加熱部８４は、一対の加熱ローラー８６を備える。加熱ローラー８６は、内部または外部に設置されるヒーターによって、予め設定された温度に加温される。加熱ローラー８６は、カレンダーローラー８５によって加圧された第２ウェブＷ２を挟んで熱を与え、帯状の繊維構造体Ｓを形成する。

一対の加熱ローラー８６の一方は、図示しないモーターにより駆動される駆動ローラーであり、他方は従動ローラーである。加熱ローラー８６は、モーターの駆動力により回転して、加熱した繊維構造体Ｓを、切断部９０に向けて搬送する。

切断部９０は、繊維構造体成形部８０によって成形された繊維構造体Ｓを切断する。図示の例では、切断部９０は、繊維構造体Ｓの搬送方向と交差する方向に繊維構造体Ｓを切断する第１切断部９２と、搬送方向に平行な方向に繊維構造体Ｓを切断する第２切断部９４と、を有する。第２切断部９４は、例えば、第１切断部９２を通過した繊維構造体Ｓを切断する。

以上により、所定のサイズの単票の繊維構造体Ｓが成形される。切断された単票の繊維構造体Ｓは、排出部９６へと排出される。排出部９６は、所定サイズの繊維構造体Ｓを載せるトレイあるいはスタッカーを有している。

なお、第１切断部９２及び排出部９６を省略した構成であってもよい。すなわち、長尺の繊維構造体Ｓをロール状に形成する構成であってもよい。

以上、繊維構造体製造装置１によれば、繊維Ｓａに供給されるでんぷん複合体Ｓｂは、でんぷん粒子Ｓ１の表面が疎水性材料の第二粒子Ｓ２で覆われるため、でんぷん粒子Ｓ１同士の結合が阻害され凝集の発生を抑制することができる。そして、でんぷん粒子Ｓ１の凝集が抑制されるため粉体流動性が向上する。このため、繊維Ｓａに対してでんぷん複合体Ｓｂの供給量が一定となる。さらに、繊維Ｓａにおけるでんぷん複合体Ｓｂの担持性が向上し、繊維Ｓａ同士の結合を高め、品質の高い繊維構造体Ｓを製造することができる。
なお、本実施形態では、でんぷん複合体Ｓｂ，Ｓｂａを乾式による繊維構造体Ｓの製造において用いたが、これに限定されず、湿式による繊維構造体Ｓの製造において適用してもよい。このようにしても、含水状態でもでんぷん粒子Ｓ１が増粘しにくく、湿式での混合攪拌混錬がより容易になる。

次に、本発明の実施例について説明する。

１．実施例１から実施例４
表１に示すように、でんぷんと疎水性材料とを攪拌してでんぷん複合体を製造した。その後、でんぷん複合体とセルロースとをエアレイドによりウェブを形成した。その後、ウェブを加熱加圧してシート状の繊維構造体を形成した。
２．比較例１
表１に示すように、でんぷんとセルロースとをエアレイドによりウェブを形成した。その後、ウェブを加熱加圧して繊維構造体を形成した。

３．評価
以下の粉体流動性評価、担持性評価及び均一性評価を行った。

３−１．粉体流動性評価
実施例１から実施例４におけるでんぷん複合体、及び比較例１のでんぷんの各粉体の流動性を評価した。
具体的には、計測台に向けて一定の高さからでんぷん複合体またはでんぷんを落下させ、自発的に崩れることなく安定を保つときに、形成する粉体の山の斜面と水平面とのなす角度（安息角）を分度器で計測した。

３−１−１．評価基準
Ａ：安息角 ４０°未満
Ｂ：安息角 ４０°以上５０°未満
Ｃ：安息角 ５０°以上

３−２．担持性評価
実施例１から実施例４において、ウェブに含まれるでんぷん複合体の付着量に対する繊維構造体におけるでんぷん複合体の残留量を測定した。
比較例１において、ウェブに含まれるでんぷんの付着量に対する繊維構造体におけるでんぷんの残留量を測定した。
でんぷん複合体、でんぷんの付着量及び残留量は、光学顕微鏡（キーエンス製ＶＨＸ−５０００、３００〜５００倍）での観察に基づいて測定した。評価用サンプルは事前にヨウ素ヨウ化カリウム溶液ででんぷんを染色した。観察で得られた画像を二値化し、染色後の画像面積比を計測した。

３−２−１．評価基準
Ａ：残留量 ８０％以上
Ｂ：残留量 ６０％以上７９％以下
Ｃ：残留量 ５９％以下

３−３．均一性評価
実施例１から実施例４において、繊維構造体の第１面と第１面の反対面の第２面とにおけるでんぷん複合体の付着量の相対比率を測定した。
比較例１において、繊維構造体の第１面と第１面の反対面の第２面とにおけるでんぷんの付着量の相対比率を測定した。
でんぷん複合体、またはでんぷんの付着量は、光学顕微鏡（キーエンス製ＶＨＸ−５０００、３００〜５００倍）での観察に基づいて測定した。評価用サンプルは事前にヨウ素ヨウ化カリウム溶液ででんぷんを染色した。観察で得られた画像を二値化し、染色後の画像面積比を計測した。

３−３−１．評価基準
Ａ：相対比率 １００：１００〜８０
Ｂ：相対比率 １００：７９〜６０
Ｃ：相対比率 １００：５９以下

結果は、表１の通りである。

表１に示すように、実施例１から実施例４では、粉体流動性、担持性及び均一性において優れた結果であった。すなわち、でんぷん複合体ではでんぷん粒子同士の凝集が抑制され、ラットホール等の供給不具合が低減し、繊維に対して安定した供給が図れる。また、繊維内にでんぷん複合体が担持されやすく繊維同士の結合強度が向上する。また、繊維構造体にでんぷん複合体が均一に分散されるため、繊維間の結合強度の均一性が図れる。
一方、比較例１では、実施例１から実施例４に比べ、全ての評価において劣ることが分かった。

１…繊維構造体製造装置、２０…解繊部、５０…混合部、６０…堆積部、７０…第２ウェブ形成部、７９…搬送部、８０…繊維構造体成形部、８２…加圧部、８４…加熱部、Ｓ…繊維構造体、Ｓａ…繊維、Ｓｂ…でんぷん複合体、Ｓｂａ…でんぷん複合体、Ｓ１…でんぷん粒子、Ｓ２…第二粒子、Ｓ２ａ…コート層、Ｗ１…第１ウェブ、Ｗ２…第２ウェブ。

Claims (10)

1. 第一粒子であるでんぷん粒子と、前記第一粒子の前記でんぷん粒子に親和性を持つ疎水性材料を有する第二粒子と、を有し、繊維同士を結合させるためのでんぷん複合体であって、
   前記第二粒子の重量平均粒径は、前記第一粒子の重量平均粒径よりも小さく、且つ、前記第一粒子の外側の表面を前記第二粒子が被覆していることを特徴とする繊維同士を結合させるためのでんぷん複合体。
2. 請求項１に記載の繊維同士を結合させるためのでんぷん複合体であって、
   前記第二粒子は、炭化水素類、脂肪酸類及び脂肪酸金属塩類、高級アルコール類、脂肪族アミド類、脂肪酸エステル類、無機粒子のいずれか、もしくは２種以上の組み合わせから構成される、繊維同士を結合させるためのでんぷん複合体。
3. でんぷん粒子と、前記でんぷん粒子に親和性を持つ疎水性材料で前記でんぷん粒子をコートするコート層と、を有することを特徴とする繊維同士を結合させるためのでんぷん複合体。
4. 請求項３に記載の繊維同士を結合させるためのでんぷん複合体であって、
   前記コート層は、炭化水素類、脂肪酸類及び脂肪酸金属塩類、高級アルコール類、脂肪族アミド類、脂肪酸エステル類、無機粒子のいずれか、もしくは２種以上の組み合わせから構成される、繊維同士を結合させるためのでんぷん複合体。
5. 綿状の繊維と、でんぷん粒子と、前記でんぷん粒子に親和性を持つ疎水性材料と、を有して構成され、綿状の前記繊維の中に前記でんぷん粒子及び前記疎水性材料が分散され、且つ、前記繊維と前記でんぷん粒子と前記疎水性材料とが結着された繊維構造体。
6. 請求項５に記載の繊維構造体であって、
   前記疎水性材料は、前記でんぷん粒子の重量平均粒径よりも小さな重量平均粒子径を有する粒子であって、該粒子が前記でんぷん粒子の表面を被覆している、繊維構造体。
7. 請求項５に記載の繊維構造体であって、
   前記疎水性材料で前記でんぷん粒子をコートするコート層を有する、繊維構造体。
8. 請求項５から請求項７のいずれか一項に記載の繊維構造体であって、
   前記疎水性材料は、炭化水素類、脂肪酸類及び脂肪酸金属塩類、高級アルコール類、脂肪族アミド類、脂肪酸エステル類、無機粒子のいずれか、もしくは２種以上の組み合わせから構成される、繊維構造体。
9. 供給された繊維原料を解繊して解繊物を生成する解繊部と、
   生成された前記解繊物に、でんぷん粒子に親和性を有する疎水性材料で表面が被覆されたでんぷん複合体を混入する混入部と、
   前記でんぷん複合体が混入された混合物を堆積させて繊維状ウェブを形成する繊維状ウェブ形成部と、
   前記繊維状ウェブを加熱及び加圧して繊維構造体を成形する繊維構造体成形部と、を備える繊維構造体製造装置。
10. 請求項９に記載の繊維構造体製造装置であって、
    前記疎水性材料は、炭化水素類、脂肪酸類及び脂肪酸金属塩類、高級アルコール類、脂肪族アミド類、脂肪酸エステル類、無機粒子のいずれか、もしくは２種以上の組み合わせから構成される、繊維構造体製造装置。

Images