JP2675643B2 - 粉粒体状の微小繊維材料及びその製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、粉粒体として取り扱うことのできる微小
繊維材料及びその製造方法に関するものである。本発明
の微小繊維材料は応用分野が広く、例えば食品産業、化
粧品産業、窯業、製紙産業、繊維産業などに有用であ
る。

〔従来の技術及び発明が解決しようとする課題〕

セルロースからなる微小繊維材料の例としては、特公
昭60−19921号公報に記載の微小繊維状セルロースがあ
る。この従来技術では微小繊維材料は10重量％以下、通
常５重量％以下のセルロースを含有する水懸濁液として
得られ、通常その形で使用せざるを得ない。併しなが
ら、かかる大量の分散媒体を伴う高粘度の懸濁液は、輸
送、貯蔵、使用時の取り扱いに不利である上に、不要又
は好ましくない分散媒体が許容量以上に使用系中に入り
込む場合もあり、特公昭60−19921号公報記載の水懸濁
液は満足すべきものとは言えなかった。

又セルロースの代わりにキチンからなる微小繊維材料
の例として特開昭61−149237号公報に記載のものがある
が、この公報に記載の微粒子懸濁液も基本的には上記特
公昭60−19921号公報記載の懸濁液と同様な問題点があ
る。

セルロースからなる別の微小繊維材料の例としては、
特開昭59−189141号公報に記載のミクロフィブリル化セ
ルロースがある。この従来技術では、微小繊維材料であ
るミクロフィブリル化セルロースは乾燥品として得ら
れ、通常その形で使用される。併しながら、この乾燥し
たミクロフィブリル化セルロースからなる微小繊維材料
は通常セルロース以外の大量の添加物、即ちセルロース
繊維間の水素結合を実質的に阻止させる化合物として、
例えばシュクロース、グリセリン、ポリエチレングリコ
ール、澱粉等の添加物を含有しており、この添加物がミ
クロフィブリル化セルロースの用途を制限する。例え
ば、添加物が糖類であればセメントのように硬化反応中
糖類の存在により強度が発現しない等の分野もあるか
ら、利用分野が食品添加のように極めて限られた用途分
野しかないという欠点があり、限られた用途にしか適用
出来ない欠点がある。他方、セルロース以外の添加物を
含有していない場合は、乾燥状態では実質的に微細繊維
の機能保護が充分でなく、本来の性能が失われるため商
品化は困難である。一方、大量の水で分散させる従来技
術は、その分散液が3,000cp〜50,000cpと粘度が高く、
通常の液体として取り扱うことは出来ず、特殊な高粘性
流体設備を必要とする。又大量の水を含有する水懸濁液
では、押出成形法によるセメントへの添加のように製造
工程で使用する水そのものが量の制限のある場合は、そ
のセメント等への添加量が低く抑えられ、充分な機能を
発現させ得ない欠点を有していた。

又、乾燥したミクロフィブリル化セルロースの代わり
に乾燥したミクロフィブリル化キチン又はキトサンから
なる微小繊維材料が特開昭61−159430号公報に記載され
ているが、この従来技術も基本的には上記特開昭59−18
9141号公報に記載のものと同じ問題点がある。

本発明者等は、かかる従来の微小繊維材料の有する問
題点につき鋭意検討を加え、実質的に粉粒体として取り
扱うことが出来るため、通常の粉粒体取扱機（例えば、
ベルトコンベアー、ロータリーバルブ、スケールホッパ
ー等の仕込装置）に適した形状を有し、且つ微細繊維本
来と機能を維持し、利用分野の要請にかなった性質を備
えた製品を開発することを目的として、研究の結果本発
明に到ったものである。

〔課題を解決するための手段〕

ミクロフィブリル化セルロース或いはミクロフィブリ
ル化キチン又はキトサンの様なミクロフィブリル化繊維
は、水又は他の極性溶媒中では安定な高粘性の懸濁液を
形成しているが、乾燥すると上記の如くその本来的性能
である分散性、水和性及び粘性は失われるか、実質的に
減少する。しかるに本発明者等はミクロフィブリル化繊
維を媒体中に懸濁してなる懸濁液をフィルタープレス或
いは遠心分離等により脱液して固形分濃度が10〜60％程
度のケーキ状物質となし、これを粉砕して得られる粒状
体状物が、実質的に再ブロック化しない粉粒体として取
り扱い可能な微小繊維材料であって、特開昭59−189141
号公報に記載の如きポリヒドロキシ化合物等の添加物を
配合しなくても、ミクロフィブリル化繊維の分散性、水
和性、粘性等の性能が実質的に変化しないことを見出し
て、本発明に到ったものである。

即ち本発明は、媒体で湿潤された状態のミクロフィブ
リル化繊維よりなり、実質的に再ブロック化しない粉粒
体として取り扱い可能な微小繊維材料であって、媒体に
再分散した時粉粒体化前に媒体に分散した同一濃度のミ
クロフィブリル化繊維の粘度の少なくとも50％の粘度を
有することを特徴とする粉粒体状の微小繊維材料に係る
ものであり、又本発明は、ミクロフィブリル化繊維が媒
体中に懸濁してなる懸濁液を脱液処理し、得られたケー
キ状物質を粉砕して粉粒体物とすることを特徴とする上
記の如き粉粒体状の微小繊維材料の製造方法を提供する
ものである。

本発明の微小繊維材料は、粘性が実質上変化乃至低下
しないことで示される媒体への再分散性を保持するに必
要な量の媒体を含有すると共に、その形態が粉粒体とし
て取り扱い可能な実質的に再ブロックしない粉粒体状で
ある点に特徴を有し、かかる粉粒体状の微小繊維材料は
従来知られていない。

次に、本発明による微小繊維材料の製造工程の概要を
説明する。

原料の繊維質物質（例えばセルロース）を媒体（例え
ば水）に分散させ、高圧ホモジナイザーで処理して、該
繊維質物質のミクロフィブリル化懸濁液を得る（第１工
程）。次に、この懸濁液を脱液（例えばフィルタープレ
ス脱水）して固いケーキ状とする（第２工程）。次に、
このケーキ状物質を取り扱いが便利な程度にまで粉砕し
て、液体媒体で湿った状態であるにもかかわらず、相互
付着性がなく、包装された材料が積み重ねられてもブロ
ック化することのない実質的に粉粒体として取り扱うこ
とが可能な微小繊維材料とする（第３工程）。

以下、本発明の構成と作用につき順を追って詳細に説
明する。

（第１工程） 原料の繊維質物質としては得に限定する必要はない
が、経済性、応用範囲の広さなどからセルロースが実質
的に最も多用される材料となる。セルロースの原料は、
パルプ、リンターに留まらず、その他の植物に由来する
もの、動物に由来するもの、微生物に由来するものがあ
る。セルロース以外の繊維質物質としては、その特長、
機能、用途に応じて選択すれば良く、キチン、キトサ
ン、皮革等は特に有用であるが、大豆繊維、羊毛、絹等
も有用である場合がある。又合成繊維、例えばアラミド
繊維を使用することも出来る。

媒体としては、経済性、取り扱いの容易性、汎用性な
どから水が通常最も好適であるが、特殊な目的（水を嫌
う応用用途に使いたい場合又は最終的に媒体を全て蒸発
させて乾燥した微小繊維材料を得る場合など）のために
メタノール、エタノールなどの有機溶剤及びこれらの有
機溶剤と水との混合媒体が有用である場合もある。

高圧ホモジナイザーで処理してミクロフィブリル化繊
維の懸濁液を得る方法は従来技術（特公昭60−19921、
特開昭61−149237）を参考にして実施可能である。即
ち、濃度0.5〜10重量％の原料繊維質物質のスラリーを
調整し、該スラリーを小径オリフィスを通過させるに際
し、そのスラリーに少なくとも200kg/cm²の圧力差で高
速度を与え、次にこれをオリフィス出口近傍の壁体に衝
突させて急速に減速させることにより、剪断及び切断作
用を行わせる。そして、このオリフィスを通過させて剪
断・切断作用を行わしめる工程を、繊維質物質がミクロ
フィブリル化され、実質的に安定な懸濁液となるまで繰
り返すことにより、目的とするミクロフィブリル化繊維
の安定な懸濁液が得られる。かかるミクロフィブリル化
繊維においては、電子顕微鏡写真によれば全長にわたっ
て微細化した繊維が多数観察される。微細化は必ずしも
完全である必要はなく、少し太く集束した繊維が混ざっ
ていてもよい。

ミクロフィブリル化された繊維の太さ（以後Ｄと略
称）及び長さ（以後Ｌと略称）は最終目的物である固形
化微小繊維材料の使用用途によって制約を受ける性質の
ものであるが、大雑把な目安として数値表現すれば、Ｄ
＜１μｍ、好ましくは0.02〜0.3μｍ、500＜L/D＜100,0
00となる。

（第２工程） 懸濁液からの脱液法としては、物理的な固液分離法、
例えばフィルタープレス脱液又は遠心脱液が適用出来
る。脱液の程度は最終製品の性状と機能を満足する限り
任意であるが、脱液コスト・次工程でのコストなどを勘
案して、固形分濃度は10〜60％程度、好ましくは20〜50
％程度が好ましい。通常、脱液物は固いケーキ状の固体
として得られる。

（第３工程） 本発明の粉粒体は媒体で湿った状態のケーキ状固体を
その状態を保ったまま粉砕することにより得られる。

例示により具体的に説明すれば、ケーキ状で得られる
遠心脱水物ないしプレス脱水物を完全に乾燥させず、液
体媒体で湿った状態を保つような粉砕条件で粉砕する。
得られたものは、実質的に粉粒体として取り扱うことが
でき、かつ、再離解、再水和も可能である。通常、粉砕
は発熱を伴い部分的に乾燥して微小繊維材料の表面特性
を失わせ易いため、ミクロフィブリル化繊維材料におい
ては、粉粒体として取り扱うことのできる性状と水中の
解離性とを両立させた材料が存在し得ることは、従来知
られていなかったのである。

脱液物の粉砕方法・程度は使用する用途に応じて選択
すべきであるが、粉砕機器については通常市販されてい
る種類のもので良く、特殊な機器を必要としない。粉砕
物の大きさは市販されている粉粒体取扱機で取り扱える
程度のものが望ましく、３メッシュ通過200メッシュ不
通過、好ましくは５メッシュ通過100メッシュ不通過が
望ましい。３メッシュ不通過の大きなものは取り扱いが
不便である上に、使用系内で再分散・再懸濁させる際
に、撹拌、ホモジナイズに多大のエネルギーを要し好ま
しくない。他方、200メッシュを通過するような細かい
ものについては実用上特に大きな支承はないが、必要以
上に細かくすることは特殊な粉砕機が必要となるばかり
か、粉砕コストの増大を招き不利である。

この第３工程で次のような加工処理をしても良い。つ
まり、粉砕工程でスチーム吹き込みや水噴霧を行って加
湿することにより、微細繊維の集合体の表面の再分散性
を更に良好にする処理、或いは逆に大量の乾燥空気や加
熱空気中で粉砕を行い、微細繊維集合体表面を角質化さ
せ使用状態での分散を抑え、増粘しない材料にする処理
などである。

（第４工程） 前記加工処理の中、微細繊維集合体表面を角質化させ
る処理を第４工程として実施することも出来る。即ち、
第３工程で得られた易分散性微細繊維に加熱乾燥空気を
吹き付けるなどして表面を角質化させ、使用状態での分
散を抑え、増粘しない材料にすることも出来る。

上記の如く、加熱乾燥空気を吹き付けて表面を角質化
させ、使用系内での再分散・再懸濁を起こさせないよう
にして得られた微小繊維材料は殺菌も同時になされてお
り、比較的高濃度で使用する食品用途向けに好適であ
る。

〔発明の効果〕

本発明の粉粒体状の微小繊維材料は、輸送、貯蔵、使
用時の取扱性にすぐれていると共に、水中の離解性にも
すぐれ、水中に入れると短時間の撹拌で、離解、再水和
して、安定な性能を示す。又、繊維材料以外の固形分を
実質的に含まないので、従来の糖類或いは澱粉などの添
加物に伴う不都合がない。

〔実 施 例〕

以下、本発明を実施例について説明するが、本発明が
これらの実施例に限定されるものでないことは言うまで
もない。

例−１〔ミクロフィブリル化キチン〕 精製キチンを原料とし、装置のノズルを通過できるよ
うに前処理されたキチン3.5％水懸濁液を常温（25℃）
で高圧ホモジナイザー（Gaulin15M−8TA）に仕込み、圧
力500kg/cm²Gで10回処理する。得られた微小繊維材料懸
濁液を濃度２％に調整し、粘度計（BL型、東京計器製）
で粘度を測定すると、1,650cps（25℃）であった。次
に、この懸濁液をフィルタープレス（栗田機械製）で圧
力70kg/cm²G、時間20分の条件で圧搾脱液処理を行う。
得られたケーキの固形分は25％であった。このケーキを
粉砕機（卓上形高速回転ミキサー、小平製作所製）にか
けて低速30秒、高速１分で粉砕を行う。得られた粉粒体
物の粒度を試験ふるいで測定すると、６メッシュ通過48
メッシュ不通過が97％であった。この粉粒体物をホモデ
ィスパー（特殊機化工業製）を用いて濃度２％、回転数
5,000rpm、時間10分で再離解し、粘度計で粘度を測定す
ると、1,570cps（25℃）であった。

例−２〔ミクロフィブリル化セルロース（リンター）〕 精製リンター（バッカイHVE）を原料とし、例−１と
同様の方法で前処理した後、高圧ホモジナイザーを用い
て濃度２％、圧力500kg/cm²Gで３回処理する。得られた
微小繊維材料懸濁液の粘度は1,950cps（25℃）であっ
た。この懸濁液を例−１同様、フィルタープレスで圧力
4kg/cm²G、時間１分の条件で圧搾脱液処理を行う。得ら
れたケーキの固形分は25％であった。このケーキを粉砕
機にかけ粉砕を行う。得られた粉粒体物の粒度を例−１
と同様に測定すると、６メッシュ通過48メッシュ不通過
が81％であった。又、例−１同様、この粉粒体物を濃度
２％で再離解し、粘度を測定すると、2,050cps（25℃）
であった。

例−３〔ミクロフィブリル化セルロース（木材パル
プ）〕 木材パルプ（レニア、アルファニアＦ）を原料し、例
−１と同様の方法で前処理した後、高圧ホモジナイザー
を用いて濃度４％、圧力500kg/cm²Gで12回処理する。得
られた微小繊維材料懸濁液の粘度は濃度２％で3,500cps
（25℃）であった。この懸濁液を遠心分離機（田辺鉄工
所製）にかけ、遠心効果Ｇ＝670、時間３時間で脱液処
理を行う。得られたケーキの固形分は25％であった。こ
のケーキを粉砕機で粉砕し、粒度分布を測定すると、６
メッシュ通過48メッシュ不通過が99％であった。得られ
た粉粒体物を例−１同様、濃度２％で再離解し、粘度を
測定すると、3,400cps（25℃）であった。

例−４〔ミクロフィブリル化皮革〕 クロム鞣革製品の製造工程から発生するシェービング
屑（水分約50％）を遠心式粉砕機（日本精機製作所製）
で予備粉砕する。金網は1mm孔径のものを用いる。粉砕
した皮粉を高圧ホモジナイザーにかけ、濃度２％、圧力
500kg/cm²Gで20回処理する。得られた微小繊維材料懸濁
液の粘度は1,200cps（25℃）であった。この懸濁液を予
め遠心分離機を用いて脱液処理を行った後、プレスで圧
搾脱液を行う。得られたケーキの固形分は25％であっ
た。この脱液ケーキを粉砕機で粉砕し、粒度分布を測定
すると、５メッシュ通過80メッシュ不通過が90％であっ
た。得られた粉粒体物を例−１同様、濃度２％で再離解
し、粘度を測定すると、700cps（25℃）であった。

例−５〔ミクロフィブリル化アラミド繊維〕 ケブラー（Kevlar、米国Du Pont社製アラミド繊維の
商標名）を原料とし、例−１と同様の方法で前処理した
後、高圧ホモジナイザーを用いて濃度２％、圧力500kg/
cm²Gで10回処理する。得られた微小繊維懸濁液の粘度は
濃度１％で2,200cpsであった。この懸濁液を遠心分離機
にかけ、遠心効果Ｇ＝670、時間60分で脱液処理を行
う。得られたケーキの固形分は25％であった。このケー
キを粉砕機で粉砕し、粒度分布を測定すると、５メッシ
ュ通過80メッシュ不通過が95％であった。又、得られた
粉粒体物を濃度１％で再離解し、粘度を測定すると、2,
500cps（25℃）であった。

Claims (12)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】媒体で湿潤された状態のミクロフィブリル
   化繊維よりなり、実質的に再ブロック化しない粉粒体と
   して取り扱い可能で、その大きさが３メッシュ〜200メ
   ッシュである粉粒体状の微小繊維材料。
2. 【請求項２】ミクロフィブリル化繊維の一部又は全部が
   天然若しくは合成繊維質物質から成る請求項１記載の微
   小繊維材料。
3. 【請求項３】ミクロフィブリル化繊維の一部又は全部が
   キチン及び／又はキトサンからなる請求項１記載の微小
   繊維材料。
4. 【請求項４】ミクロフィブリル化繊維の一部又は全部が
   セルロースからなる請求項１記載の微小繊維材料。
5. 【請求項５】ミクロフィブリル化繊維の一部又は全部が
   皮革繊維（コラーゲン）からなることを特徴とする請求
   項１記載の微小繊維材料。
6. 【請求項６】ミクロフィブリル化繊維が媒体中に懸濁し
   てなる懸濁液を脱液処理し、得られたケーキ状物質を湿
   潤下で粉砕して粉粒体物とすることを特徴とする請求項
   １記載の粉粒体状の微小繊維材料の製造方法。
7. 【請求項７】ミクロフィブリル化繊維の一部又は全部が
   天然若しくは合成繊維質物質からなる請求項６記載の微
   小繊維材料の製造方法。
8. 【請求項８】ミクロフィブリル化繊維の一部又は全部が
   キチン及び／又はキトサンからなる請求項６記載の微小
   繊維材料の製造方法。
9. 【請求項９】ミクロフィブリル化繊維の一部又は全部が
   セルロースからなる請求項６記載の微小繊維材料の製造
   方法。
10. 【請求項１０】ミクロフィブリル化繊維の一部又は全部
    が皮革繊維（コラーゲン）からなることを特徴とする請
    求項６記載の微小繊維材料の製造方法。
11. 【請求項１１】脱液処理がフィルタープレス脱液又は遠
    心脱液である請求項６記載の微小繊維材料の製造方法。
12. 【請求項１２】ケーキ状物質の固形分濃度が10〜60％で
    ある請求項６記載の微小繊維材料の製造方法。