JP4219316B2

JP4219316B2 - 抄造体の製造方法

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Publication number: JP4219316B2
Application number: JP2004291789A
Authority: JP
Inventors: 徹宇賀神; 邦夫松井
Original assignee: Kao Corp
Current assignee: Kao Corp
Priority date: 2004-10-04
Filing date: 2004-10-04
Publication date: 2009-02-04
Anticipated expiration: 2024-10-04
Also published as: JP2006104608A

Description

本発明は、繊維状物質及び粉粒体を固形成分として含む抄造体の製造方法に関する。

固形成分として繊維状物質及び粉粒体を含む原料スラリーから抄造シートを製造する従来技術としては、例えば、下記特許文献１に記載の技術が知られている。
この技術は、透水性シートの表面に粉体を水に分散させた原料スラリーを供給してグリーンシートとした後に、減圧、吸引して脱水する抄造式の原板製造方法であり、供給する原料スラリーの密度を逐次測定し、該密度に基づいて透水性シートの速度を制御することによって、得られるグリーンシートの厚みを制御するものである。

ところで、この技術は、原料スラリーの密度に基づいて透水性シートの速度をフィードフォワード制御し、得られるシートの厚みを制御するため、生産能力が一定でなく、また、減圧、吸引しての脱水は速度依存性が高いため、均一な紙を得ることが難しいなどの課題があった。

特開平５−２７９９９８号公報

本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、固形成分が均一に配合された抄造体を好適に製造することが可能な抄造体の製造方法を提供することを目的とする。

本発明は、固形成分を含む原料スラリーを移送手段で抄造工程に供給し、前記抄造工程で抄造体を製造する方法であって、前記原料スラリーは、前記固形成分中に繊維状物質及び比重が１．５〜９．０ｇ／ｃｍ³の粉粒体を質量比率で該繊維状物質／該粉粒体＝５０／５０〜８／９２含んでおり、前記移送手段で移送された前記原料スラリーの質量流量及び密度をコリオリ式質量流量計で逐次計測し、計測した前記質量流量及び前記密度に基づいて、前記移送手段による前記原料スラリーの移送量を逐次制御し、前記抄造工程に供給する前記原料スラリー中の前記固形成分の濃度を略一定に調整する抄造体の製造方法を提供することにより、前記目的を達成したものである。

本発明によれば、固形成分が均一に配合された抄造体を好適に製造することができる。

以下本発明の抄造体の製造方法を、その好ましい実施形態に基づき説明する。

図１は、本発明の抄造体の製造方法を、抄造シートの製造方法に適用した一実施形態における製造工程の一部を模式的に示したものである。

図１に示すように、本実施形態の抄造体の製造方法は、固形成分を含むスラリー状の原料スラリーをその貯留槽１から抄造工程２に移送手段３で移送し、前記抄造工程２で前記固形成分を抄き取って湿潤状態の抄造シートを製造する。

前記原料組成物の貯留槽１は、前記原料スラリーに応じて適宜設定される。前記原料スラリーの貯留槽１は、パルパー離解機、アジター攪拌機などあげられるが、そのせん断力（混合能力）を考慮すると、パルパー離解機を用いることが好ましい。

前記抄造工程２は、抄造シートの種類に応じて適宜設定される。前記抄造工程２に備える抄造手段には、円網抄紙機、長網抄紙機、短網抄紙機、ツインワイヤー抄紙機等が挙げられる。前記抄造工程２で抄造する前記原料スラリーは、前記固形成分中に繊維状物質及び比重が１．５〜９．０ｇ／ｃｍ³の粉粒体を質量比率で該繊維状物質／該粉粒体＝５０／５０〜８／９２含んでおり、このことを考慮すると、傾斜短網抄紙機が好ましい。

前記原料スラリーを移送する前記移送手段３には、前記抄造工程２で抄造する前記原料スラリーは、前記固形成分中に繊維状物質及び比重が１．５〜９．０ｇ／ｃｍ³の粉粒体を質量比率で該繊維状物質／該粉粒体＝５０／５０〜８／９２含んでおり、粉粒体の噛み込みなどを考慮するとモノフレックスポンプなど分解洗浄の容易なものを用いることが好ましい。

前記原料スラリーは、低比重側におけるコリオリ式質量流量計による密度の検出、高比重側における移送手段による移送を考慮すると、前記固形成分中に繊維状物質及び比重が１．５〜９．０ｇ／ｃｍ³、好ましくは３．０〜９．０ｇ／ｃｍ³、より好ましくは７．５〜９．０ｇ／ｃｍ³の粉粒体を含んでいる。

前記固形成分中の前記繊維状物質と前記粉粒体との組成比は、繊維状物質が少ない場合での抄造のし易さ、粉粒体が少ない場合のコリオリ式質量流量計での密度の検出による原料スラリーの移送量の逐次制御のし易さを考慮すると、質量比率で該繊維状物質／該粉粒体＝５０／５０〜８／９２、好ましくは１５／７５〜８／９２、より好ましくは１０／９０〜８／９２である。ここで、前記組成比は、熱重量分析（ＴＧ）などで求めることができる。

前記原料スラリーの前記固形成分の割合は、１．５〜２０質量%とすることが好ましい。

前記固形成分に含まれる前記繊維状物質としては、例えば、天然繊維状物質としては植物繊維（コットン、カボック、木材パルプ、非木材パルプ、落花生たんぱく繊維、とうもろこしたんぱく繊維、大豆たんぱく繊維、マンナン繊維、ゴム繊維、麻、マニラ麻、サイザル麻、ニュージーランド麻、羅布麻、椰子、いぐさ、麦わら等）、動物繊維（羊毛、やぎ毛、モヘア、カシミア、アルカパ、アンゴラ、キャメル、ビキューナ、シルク、羽毛、ダウン、フェザー、アルギン繊維、キチン繊維、ガゼイン繊維等）、鉱物繊維（石綿等）が挙げられ、合成繊維状物質としては、例えば、半合成繊維（アセテート、トリアセテート、酸化アセテート、プロミックス、塩化ゴム、塩酸ゴム等）、炭素繊維、ガラス繊維、金属繊維等が挙げられる。また、高密度ポリエチレン、中密度ポリエチレン、低密度ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン、ポリエステル、ポリ塩化ビニリデン、デンプン、ポリビニルアルコール若しくはポリ酢酸ビニル又はこれらの共重合体若しくは変性体等の単繊維、又はこれらの樹脂成分を鞘部に有する芯鞘構造の複合繊維を用いることができる。また、枝分かれを有するポリオレフィン等の合成繊維も前記粉粒体や後述する保水剤の定着性が良好なことから好ましい。これらの繊維は、単独で又は二種以上を組み合わせて用いることができる。また、これらの繊維は、その回収再利用品を用いることもできる。そして、これらの中でも、前記粉粒体や後述する保水剤の定着性、得られる抄造シートの柔軟性、通気性、製造コスト等を考慮すると、木材パルプ、コットンが好ましい。

前記繊維状物質は、そのカナディアン・スタンダード・フリーネス（ＣＳＦ：ＣａｎａｄｉａｎＳｔａｎｄａｒｄＦｒｅｅｎｅｓｓ）が、６００ｍｌ以下であることが好ましく、４５０ｍｌ以下であることがより好ましい。６００ｍｌ以下であると、繊維状物質と後述の粉粒体及び保水剤との定着性が良好であり、所定の配合量を保持できる。また、均一な厚みの抄造シートが得られ、抄造状態も良好となり好ましい。さらに、繊維状物質と後述する粉粒体や後述する保水剤との定着性が十分となることで、該粉粒体や該保水剤の脱落が生じ難く、該粉粒体及び該保水剤と該繊維状物質との絡み合い、水素結合に由来する結合強度も十分となり、曲げ強度や引張強度等の機械的強度を十分に確保することができ、加工性にも優れる。

前記繊維状物質のＣＳＦは、低い程好ましいが、通常のパルプ繊維のみの抄造では、前記繊維状物質以外の成分比率が低い場合には、ＣＳＦが１００ｍｌ以上である方が、濾水性にも優れ脱水を十分に行なうことができ、均一な厚みの抄造シートを得る上で好ましい。また、乾燥時にブリスター破れが生じるおそれもなく、良好な成形を行なうことができる。本実施形態においては、前記繊維状物質以外の成分比率が高い場合には、濾液性も良好で均一な厚みの抄造シートを得ることができる。また、ＣＳＦが低い程、フィブリルが多くなるため、前記繊維状物質と前記粉粒体及び後述する保水剤との定着性が良好となる。前記繊維状物質のＣＳＦの調整は、叩解処理などによって行うことができる。ＣＳＦの低い繊維と高い繊維とを混ぜ合わせ、ＣＳＦの調整を行っても良い。

前記繊維状物質は、平均繊維長が０．１〜５０ｍｍであることが好ましく、０．２〜２０ｍｍであることがより好ましい。平均繊維長がかかる範囲内であると、得られる抄造シートの曲げ強度や引張強度等の機械的強度が十分に得られるほか、抄造シートに適度な通気性が得られる。また、前記繊維状物質が均一に分散し、均一な肉厚の抄造シートが得られ、該繊維状物質による前記粉粒体及び後述する保水剤の良好な保持能力が得られる繊維間隔が確保され、該粉粒体及び該保水剤の脱落を抑えることができる。

前記繊維状物質は、そのゼータ電位がマイナス（負）であることが好ましい。ここで、ゼータ電位とは、荷電粒子界面と溶液間のずり面におけるみかけの電位をいい、流動電位法、電気泳動法等により測定される。そのゼータ電位がマイナスである方が、前記繊維状物質への前記粉粒体や後述する保水剤の定着が良好となり、所定の配合量を保持できる。また、排液に該粉粒体や該保水剤が多量に混じることもないため、ロスがなく、生産性、環境保全上も好ましい。

前記粉粒体は製造する抄造シートの用途に応じて適宜選択される。該抄造シートを、空気中の酸素との酸化反応に伴う発熱を利用した発熱シート用の抄造シート（発熱中間シート）とする場合には、前記粉粒体には被酸化性物質が採用される。該被酸化性物質としては、鉄粉、アルミニウム粉、亜鉛粉、マンガン粉、マグネシウム粉、カルシウム粉又はこれらを二種以上選択したもの等が挙げられ、これらの中でも取り扱い性、安全性、製造コストの点から鉄粉が好ましく用いられる。

前記粉粒体は、前記繊維状物質への定着性、及び所定の配合量を保持することを考慮すると、粒径（以下、粒径というときには、粉粒体の形態における最大長さ、又は動的光散乱法、レーザー回折法等により測定される平均粒径をいう。）が好ましくは５〜１００μｍ、より好ましくは２０〜６０μｍのものを５０質量％以上含有するものが好ましい。

前記原料スラリーには、製造する抄造シートの用途に応じて、前記繊維状物質及び前記粉粒体以外に、固形成分として他の成分を含ませることができる。

前記粉粒体として前記被酸化性物質を採用する場合には、保水剤を含ませる。該保水剤としては、活性炭（椰子殻炭、木炭粉、暦青炭、泥炭、亜炭）、カーボンブラック、アセチレンブラック、黒鉛、ゼオライト、パーライト、バーミキュライト、シリカ、カンクリナイト、フローライト又はこれらを二種以上選択したもの等が挙げられ、これらの中でも保水能、酸素供給能、触媒能を考慮すると活性炭が好ましい。前記保水剤には、前記被酸化性物質との有効な接触状態を形成できる点から粒径が好ましくは０．１〜５００μｍ、より好ましくは０．１〜２００μｍのものを５０質量％以上含有するものを用いることが好ましい。ここで、保水剤の粒径は、前記粉粒体と同様の方法により測定される平均粒径である。

前記固形成分中の前記保水剤の割合は、抄造シートを空気中の酸素との酸化反応に伴う発熱を利用した発熱シート用の抄造シート（発熱中間シート）とする場合には、発熱特性、特にその発熱初期の特性を考慮すると、２〜２０質量％、特に、５〜１０質量％、さらには７〜９質量％が好ましい。

前記移送手段３で移送する前記原料スラリー中の前記固形成分の濃度は、原料スラリーのハンドリング性を考慮すると、１．０〜２０．０質量％、特に、３．０〜１５．０質量％、さらには１０．０〜１２．０質量％が好ましい。

前記原料スラリーにおける前記固形成分の分散媒は、抄造シートの用途に応じて適宜選択することができる。該分散媒としては、水、白水、等が挙げられる。

前記原料スラリーには、前記繊維状物質への前記粉粒体や前記保水剤の定着を考慮してカチオン剤を含ませることができる。該カチオン剤としては、湿潤紙力剤「ＷＳ−４０２０（カイメン）」等が挙げられる。原料スラリー中の前記カチオン剤の割合は、前記繊維状物質への前記粉粒体や前記保水剤の定着を考慮すると、０．１〜５．０対固形分質量％、特に、０．５〜３．０対固形分質量％、さらには１．０〜２．０対固形分質量％が好ましい。

前記移送手段３による前記原料スラリーの移送量は、生産性、コリオリ式質量流量計の密度計測の精度等を考慮すると、質量流量で２０〜３００ｋｇ／ｍｉｎ、特に１００〜２００ｋｇ／ｍｉｎとすることが好ましい。

本実施形態では、前記移送手段３で移送された前記原料スラリーの質量流量及び密度をコリオリ式質量流量計４で逐次計測する。コリオリ式質量流量計４には、送液性、圧損、耐震動性などを考慮すると、シングルストレートチューブタイプを用いることが好ましい。

本実施形態では、前記コリオリ式質量流量計４で計測した前記質量流量及び前記密度に基づいて、前記移送手段３による前記原料スラリーの移送量を逐次フィードバック制御（ＰＩ制御）する。該制御は、制御コントローラー５において行われる。

図３に示すように、前記制御コントローラー５には、前記抄造工程２に供給する前記原料スラリーの固形成分質量の設定値（Ａ）、及び予め求めた前記原料スラリーの密度と固形成分濃度との校正線（校正値）をデーターとして入力しておく。

制御コントローラー５は、まず、原料スラリー中の固形分設定値に対し、前記コリオリ式流量計５から入力される前記密度の計測値に基づいて、前記校正線から固形成分濃度を算出し、該固形成分濃度と前記コリオリ式流量計４から入力される前記質量流量の計測値から実測固形成分質量（α）を算出する。

次に、制御コントローラー５は、前記固形成分質量の設定値（Ａ）と前記実測固形成分質量（α）とを比較する。そして、比較の結果、Ａ＞αの場合には、前記移送手段３の出力を高める指令を出し、該出力を高めて前記原料スラリーの移送量を増量させる。Ａ＜αの場合には、前記移送手段３の出力を低める指令を出し、該出力を低めて前記原料スラリーの移送量を減量させる。Ａ＝αの場合には、前記移送手段３の出力を維持する指令を出し、該出力を維持して前記原料スラリーの移送量を一定に維持させる。制御コントローラー５は、このようなフィードバック制御によって、前記抄造工程２に供給する前記原料スラリー中の前記固形成分の濃度を略一定に調整する。

固形分が一定に調整された前記原料スラリーは、前記抄造工程２に供給する前に希釈液槽６から希釈液を供給して希釈することができる。該希釈液としては、前記原料スラリーの液体成分を用いることが好ましい。該希釈液には、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）等のアニオン薬剤等の添加剤を適量添加することもできる。

該希釈液による前記原料組成物の希釈率は、抄紙シートの紙地合、歩留まり等をすると、固形分濃度を０．０１〜２．０％、特に０．０５〜１．５％、さらに０．５〜１．０％とすることが好ましい。

上述のように調整・希釈された原料組成物は、希釈後の原料組成物の均一性等を考慮するとスタティックミキサー等の混合手段を備えたインラインの混合工程７でさらに混合した上で、前記抄造工程２に供給することが好ましい。

前記抄造工程２で抄造された抄造シートは、乾燥工程８で乾燥される。乾燥工程８の備える乾燥手段としては、ヤンキードライヤー等のロール式ドライヤー（単、多段）が挙げられる。そして乾燥した抄造シートには、その後、裁断、トリミング、積層化等の処理が施される。

以上説明したように、本実施形態の抄造体の製造方法は、従来技術のような原料スラリーの密度に基づく透水性シートの速度制御を行わずに済むため、固形成分が均一に配合された抄造シートを好適に製造することができる。

本発明は、前記実施形態に制限されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、適宜変更することができる。

本発明は、前記実施形態のように、各種機能を有する抄造シートの製造に特に好適であるが、立体形状を有する抄造体の製造にも適用することができる。

以下、本発明をさらに具体的に説明する。

〔実施例１〕
下記のようにして原料スラリーを上述のフィードバック制御によって固形分濃度を調整し、下記希釈条件で希釈して下記混合手段で混合した後に、下記抄造手段に供給して下記抄造条件で抄造シートを作製した。

＜原料組成物＞
繊維状物質：パルプ繊維（平均繊維長１．８ｍｍ、ＣＳＦ２００ｍｌ、カナダ産、商品名「マッケンジー」）、１５質量％
被酸化性物質：鉄粉（比重７．６、平均粒径４５μｍ、同和鉱業社製、商品名「ＲＫＨ」）、７５質量％
保水剤：活性炭（平均粒径５０μｍ、日本エンバイロケミカルズ社製、商品名「カルボラフィン」）、１０質量％
湿潤紙力剤カチオン剤：カイメン（星光ＰＭＣ社製、商品名「ＷＳ４０２０」）
水：工業用水、固形分濃度が０．５質量％となるまで添加
質量比（繊維状物質／被酸化性物質）：１５／８５
原料組成物の固形分濃度：１２質量％

＜希釈条件＞
希釈液組成：ＣＭＣ０．００２５質量％含有水
希釈率：固形成分１％

＜移送条件＞
移送手段：モノフッレクスポンプ（日機装エイコー社製「ＦＧ」）
固形分設定濃度：１２質量％
流量：６０リットル／ｍｉｎ
混合手段：スタティックミキサー（ノリタケ社製「Ｎ−６０」）

＜抄造条件＞
抄造手段：傾斜短網抄紙機（大昌鉄工所製「小型機能紙抄紙機」）
抄紙幅：１２５０ｍｍ
抄造速度３０ｍ／ｍｉｎ

＜乾燥条件＞
乾燥手段：ヤンキードライヤー（大昌鉄工所製「小型機能紙抄紙機」内）
乾燥温度：１３５℃

〔実施例２〕
質量比率で該繊維状物質／該粉粒体＝８／９２とした以外は、実施例１と同様にして抄造シートを作製した。

〔実施例３〕
粉粒体の比重を１．５ｇ／ｃｍ³とした以外は、実施例１と同様にして抄造シートを作製した

〔実施例４〕
粉粒体の比重を９．０ｇ／ｃｍ³とした以外は、実施例１と同様にして抄造シートを作製した。

〔比較例１〕
質量比率で該繊維状物質／該粉粒体＝７０／３０とした以外は、実施例１と同様にして抄造シートを作製した。
〔比較例２〕
質量比率で該繊維状物質／該粉粒体＝５／９５とした以外は、実施例１と同様にして抄造シートを作製した。
〔比較例３〕
粉粒体の比重を１．３ｇ／ｃｍ³とした以外は、実施例１と同様にして抄造シートを作製した。
〔比較例４〕
粉粒体の比重を９．５ｇ／ｃｍ³とした以外は、実施例１と同様にして抄造シートを作製した。

〔坪量の測定〕
〔配合組成の測定〕
得られた抄造シートを所定寸法に裁断し、その質量を測定して坪量を求めた。

〔配合組成の測定〕
得られた抄造シートの配合組成を、熱重量分析計（ＳＩＩ社製「ＴＧ／ＤＴＡ６３００」）によって測定した。

前記粉粒体の比重及び前記質量比が本発明の範囲内にある各実施例の製造方法では、坪量が略一定であり、固形成分が均一に配合され、その組成も略均一である抄造シートが製造できた。これに対し、前記粉粒体の比重及び前記質量比が本発明の範囲内にない各比較例の製造方法では、実施例のような抄造シートは製造できなかった。例えば比較例１ではコリオリ式質量流量計での正確な密度計測が行えず、前記原料スラリーの移送量を適当に制御できず、良好な紙が得られなかった。例えば比較例２では該繊維状物質の量が足りず、抄造し良好な紙を得ることが出来なかった。

本発明の抄造体の製造方法は、製造される抄造体の用途に特に制限はないが、上記実施形態の発熱シート用の抄造シート、触媒シート用の抄造シート以外に、例えば均一分散が難しい比重の重い機能性粉体の抄造体の製造に好適である。

本発明の一実施形態による製造工程の一部を模式的に示す図である。本発明の一実施形態における原料組成物の移送量の制御フローを示す図である。

符号の説明

１貯留槽
２抄造工程
３移送手段
４コリオリ式質量流量計
５制御コントローラー
６希釈液槽
７混合工程
８乾燥工程

Claims

固形成分を含む原料スラリーを移送手段で抄造工程に供給し、前記抄造工程で抄造体を製造する方法であって、
前記原料スラリーは、前記固形成分中に繊維状物質及び比重が１．５〜９．０ｇ／ｃｍ³の粉粒体を質量比率で該繊維状物質／該粉粒体＝５０／５０〜８／９２含んでおり、
前記繊維状物質がパルプ繊維であり、前記粉粒体が被酸化性物質であり、前記抄造体が抄造シートであり、
前記移送手段で移送する前記原料スラリー中の前記固形成分の濃度は、１．５〜２０．０質量％であり、
前記移送手段で移送された前記原料スラリーの質量流量及び密度をコリオリ式質量流量計で逐次計測し、計測した前記質量流量及び前記密度に基づいて、前記移送手段による前記原料スラリーの移送量を逐次制御し、前記抄造工程に供給する前記原料スラリー中の前記固形成分の濃度を略一定に調整する抄造体の製造方法。
前記原料スラリーを前記抄造工程に供給する前に希釈液で希釈する請求項１記載の抄造体の製造方法。