JP2023047591A - カルバメート化セルロース繊維の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
セルロース繊維のヒドロキシ基の一部又は全部がカルバメート基で変性されたカルバメート化セルロース繊維を製造するにあたり、
原料パルプを抄紙することで帯状とした尿素又は尿素の誘導体を含むパルプシートを、一対のロール間に通して加熱し、この加熱で前記変性を行う、
ことを特徴とするカルバメート化セルロース繊維の製造方法。
前記パルプシートのシート幅が300~10000mmであり、前記一対のロールの少なくともいずれか一方が加熱ロールである、
請求項1に記載のカルバメート化セルロース繊維の製造方法。
前記加熱ロールの加熱温度が180~280℃である、
請求項2に記載のカルバメート化セルロース繊維の製造方法。
前記一対のロールの少なくともいずれか一方が加熱ロールで、かつ多段で構成されており、
一段目の加熱温度が80~140℃、かつ二段目以降の加熱温度が180~280℃である、
請求項1に記載のカルバメート化セルロース繊維の製造方法。
前記一対のロールの少なくともいずれか一方が加熱ロールで、かつ多段で構成されており、
少なくともいずれか一段の一対のロールのニップ線圧が1~100000N/cmとされている、
請求項1に記載のカルバメート化セルロース繊維の製造方法。
原料パルプを抄紙して帯状のパルプシートにする抄紙工程、前記パルプシートに尿素又は尿素の誘導体を塗工する塗工工程、及び前記尿素又は尿素の誘導体を変性する変性工程が、オンマシン内の連続的な工程として順に組み込まれている、
請求項1に記載のカルバメート化セルロース繊維の製造方法。
原料パルプP1としては、例えば、広葉樹、針葉樹等を原料とする木材パルプ、ワラ・バガス・綿・麻・じん皮繊維等を原料とする非木材パルプ、回収古紙、損紙等を原料とする古紙パルプ(DIP)等の中から1種又は2種以上を選択して使用することができる。
本形態の製造方法においては、抄紙工程100において原料パルプP1を抄紙して帯状のパルプシートにする。ここで、帯状とは、所定の幅(例えば、300~10000mm。)を有して連続する細長状のシートであり、紙の製造プロセスにおける湿紙や紙匹と同様、ないしは類似の形状を意味する。
プレドライヤーパート130にて乾燥されたパルプシートは、アフタードライヤーパート220との間のコーターパート210において尿素等が塗工される。ここで、本明細書において、「塗工」とは単に「塗る」行為を意味し、塗られた後の尿素等がどのような状態になるかまでを限定する趣旨ではない。したがって、例えば、尿素等がパルプシートの表面にも残り塗工層が形成される形態の他、尿素等が全てパルプシートに浸み込みパルプシートの表面に塗工層が形成されない形態、つまり単なる含浸状態となる形態をも含む。
すなわち、まず、本形態においては、含浸方式とは、尿素等が入った容器内をパルプシートが走行することで塗工を行う方式を意味する。また、コンマ塗工とは、2本のロールとブレードの間に液だまりを作り、塗工量を調整するクリアランスの間をパルプシートが走行することで塗工を行う方式を意味する。
アフタードライヤーパート220を通り抜けたパルプシート(パルプ繊維含有物)は、例えば、ワインダーパート(図示せず)においていったん巻取り、巻取り原反として保存することができる。その後は、この巻取り原反を、巻き取った状態のままで加熱、冷却等の処理をし、セルロース繊維に尿素等を反応させることも考えられるが、本形態においては、巻取り原反からパルプシートを引き出し、このパルプシートを処理してカルバメート化を進める。
NH2-CO-NH2 → H-N=C=O + NH3 …(1)
Cell-OH + H-N=C=O → Cell-O-CO-NH2 …(2)
尿素等をセルロース繊維に反応させる場合、カルバメート化工程X2における加熱温度は、好ましくは150~280℃、より好ましくは160~270℃、特に好ましくは180~260℃、である。加熱温度が150℃未満であると十分に反応しない可能性がある。他方、加熱温度が280℃を超えると、尿素等が熱分解する可能性があり、また、着色が顕著になる可能性がある。
まず、加熱の方法は、大きく2種類(バッチ式、連続式(ロールtoロール式))に分けられる。バッチ式では、一度に多量のサンプルを反応できる設備である高周波加熱装置及びロータリーキルンがある。この点、高周波加熱装置においては、電極内に被加熱物を置くと、被加熱物内部で分極を起こして電荷が生じ、周波数の速度変化により分子は激しい内部摩擦を起こして加熱される。一方、ロータリーキルンは、回転式の高温焼成装置で、製紙業界では、クラフトパルプ化工程の薬品回収工程で使用されている。
本形態においては、以上のようにして得たカルバメート化セルロース繊維P3を、必要により粉砕する等し、解繊工程X3において解繊(微細化)する。この解繊により、カルバメート化微細繊維P4が得られる。
まず、固形分濃度0.01~0.1質量%の微細繊維の水分散液100mlをテフロン(登録商標)製メンブレンフィルターでろ過し、エタノール100mlで1回、t-ブタノール20mlで3回溶媒置換する。次に、凍結乾燥し、オスミウムコーティングして試料とする。この試料について、構成する繊維の幅に応じて3,000倍~30,000倍のいずれかの倍率で電子顕微鏡SEM画像による観察を行う。具体的には、観察画像に二本の対角線を引き、対角線の交点を通過する直線を任意に三本引く。さらに、この三本の直線と交錯する合計100本の繊維の幅を目視で計測する。そして、計測値の中位径を平均繊維径とする。
解繊に先立ってアルカリ処理すると、セルロース繊維が持つヘミセルロースやセルロースの水酸基が一部解離し、分子がアニオン化することで分子内及び分子間水素結合が弱まり、解繊におけるセルロース繊維の分散が促進される。
本形態においては、セルロースナノファイバーは、マイクロ繊維セルロースと同様に微細繊維であり、樹脂の強度向上にとって特有の役割を有する。
パルプスラリーにサイズ剤を添加し、所定のコッブサイズ度になるよう、ワイヤーパートにて抄紙し、次いでプレスパート、プレドライヤーパートに供して、所定坪量となるようパルプシートを製造した。次いでコーターパートにて、反応薬液をパルプシートに含浸塗工(塗工の意味については前述したとおりであり、パルプシートの表面に塗工層が形成されるか否かは問題とならない。)し、アフタードライヤーパートで乾燥させ、反応薬液含浸のパルプシート(セルロース繊維含有物)を得た。得られたパルプシートは、表1に記載の反応装置で反応させて、セルロース繊維を変性させたパルプシート(反応セルロース繊維)を得た。
反応効率=A/B×100 (%)
A:反応後のセルロースに導入したカルバメートモル量(mol)
B:反応前に添加した尿素モル量(mol)
110 ワイヤーパート
120 プレスパート
130 プレドライヤーパート
200 塗工工程
210 コーターパート
220 アフタードライヤーパート
P1 原料パルプ
P2 セルロース繊維含有物
P3 カルバメート化セルロース繊維
P4 カルバメート化微細繊維
X1 抄紙・塗工工程
X2 カルバメート化工程
X3 解繊工程
Claims (6)
- セルロース繊維のヒドロキシ基の一部又は全部がカルバメート基で変性されたカルバメート化セルロース繊維を製造するにあたり、
原料パルプを抄紙することで帯状とした尿素又は尿素の誘導体を含むパルプシートを、一対のロール間に通して加熱し、この加熱で前記変性を行う、
ことを特徴とするカルバメート化セルロース繊維の製造方法。 - 前記パルプシートのシート幅が300~10000mmであり、前記一対のロールの少なくともいずれか一方が加熱ロールである、
請求項1に記載のカルバメート化セルロース繊維の製造方法。 - 前記加熱ロールの加熱温度が180~280℃である、
請求項2に記載のカルバメート化セルロース繊維の製造方法。 - 前記一対のロールの少なくともいずれか一方が加熱ロールで、かつ多段で構成されており、
一段目の加熱温度が80~140℃、かつ二段目以降の加熱温度が180~280℃である、
請求項1に記載のカルバメート化セルロース繊維の製造方法。 - 前記一対のロールの少なくともいずれか一方が加熱ロールで、かつ多段で構成されており、
少なくともいずれか一段の一対のロールのニップ線圧が1~100000N/cmとされている、
請求項1に記載のカルバメート化セルロース繊維の製造方法。 - 原料パルプを抄紙して帯状のパルプシートにする抄紙工程、前記パルプシートに尿素又は尿素の誘導体を塗工する塗工工程、及び前記尿素又は尿素の誘導体を変性する変性工程が、オンマシン内の連続的な工程として順に組み込まれている、
請求項1に記載のカルバメート化セルロース繊維の製造方法。
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