JP6532289B2 - コットン繊維集合体の製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、コットンを粉砕処理して得られたフィブリル化コットン及び機能性微粒子を、コットン不織布等のコットン繊維群に付与して、コットン繊維集合体を製造する方法に関するものである。
多数のコットン繊維からなるコットン不織布等のコットン繊維群は、コットン繊維の持つ高吸湿性、高吸水性、高保温性及び風合の良好さ等により、従来より、衣料品や衛生用品として用いられている。コットン不織布等のコットン繊維群の引張強度等を向上させる場合、樹脂バインダーを用いて、コットン繊維相互間を接着するのが一般的である。また、コットン繊維群中のコットン繊維表面に、抗菌性、消臭性又は紫外線吸収性等を持つ機能性微粒子を付着させる場合においても、樹脂バインダーを用いるのが一般的である。
しかしながら、樹脂バインダーを用いてコットン繊維相互間を接着すると、コットン繊維表面も樹脂で被覆されるため、コットン繊維の持つ高吸湿性、高吸水性及び風合の良好さ等が損なわれる。また、コットン繊維表面に機能性微粒子を付着すると、機能性微粒子表面が樹脂で被覆され、所望の抗菌性等が低下するという問題があった。
本発明者は、樹脂バインダーに代えて、コットン繊維と同種のものがバインダーとして機能しないか検討していたところ、コットンを粉砕処理したものが使用しうるのではないかと考え、種々検討した結果、本発明に至ったものである。なお、コットンを粉砕処理したものを、パルプと共に抄紙することが知られているが（特許文献１）、この粉砕処理したコットンはバインダーとして機能するものではない。この粉砕処理したコットンは、紙に柔軟さを付与するためのものである。
本発明は、コットン繊維群中のコットン繊維相互間を、コットン繊維の高吸湿性、高吸水性及び風合を損なわずに接合すると共に、コットン繊維表面に機能性微粒子の各種機能を低下させずに付着させる方法を提供することを課題とするものである。
本発明は、コットンを粉砕処理して得られたフィブリル化コットンを、コットン繊維相互間の接合材として使用することにより、上記課題を解決したものである。すなわち、本発明は、コットンを粉砕処理して得られたフィブリル化コットン及び機能性微粒子が水に分散しているコットンスラリーを、コットン繊維群に付与して、該コットン繊維群中の各コットン繊維相互間を該フィブリル化コットンで接合することを特徴とするコットン繊維集合体の製造方法に関するものである。
まず、フィブリル化コットンについて説明する。フィブリル化コットンは、コットンを粉砕処理して得られたものである。粉砕処理は、一般的な粉砕機を用いて行えるが、具体的には石臼形式の粉砕機を用いるのが好ましい。また、粉砕処理の前に、コットンを切断して、その繊維長を短くしておく方が効率が良い。具体的には、３ｍｍ程度以下にコットンを切断し、それを水に分散させて粉砕機に導入するのが好ましい。さらに、コットンは脱脂処理しておくのが好ましい。脱脂処理をしないと、コットンが水に分散しにくくなる傾向が生じる。
コットンを粉砕処理すると、その繊維長が短くなると共に多数の枝分かれが生じて、フィブリル化コットンとなる。フィブリル化コットンの平均繊維長は任意であるが、一般的には、１００μｍ以下であるのが好ましく、特に１０μｍ以下となるように粉砕処理するのが好ましい。
フィブリル化コットンは、水に分散した状態、すなわちコットンスラリーの状態で用いられる。コットンスラリー中におけるフィブリル化コットンの濃度は１〜５質量％程度であるのが好ましい。この濃度が１質量％未満になると、フィブリル化コットンによるコットン繊維相互間の接合強力が低下する傾向が生じる。
コットンスラリー中には、抗菌機能や消臭機能を持つ機能性微粒子を含有させておく。機能性微粒子は、コットンスラリー中に１〜５質量％程度含有させておくのが好ましい。機能性微粒子を含有させておくと、フィブリル化コットンと共に機能性微粒子がコットン繊維表面に付着する。機能性微粒子としては、一般的に、抗菌機能や消臭機能を持つ無機系微粒子が用いられる。具体的には、二酸化チタン微粒子や酸化亜鉛微粒子等が採用されるが、これに限定されず公知の各種機能を持つ機能性微粒子を採用することができる。
コットンスラリーは、コットン繊維群に付与される。コットン繊維は、綿花から摘み取った繊維であって、平均繊維長が２０〜３０ｍｍ程度のものである。コットン繊維群としては、複数本のコットン繊維よりなるもので、単にコットン繊維を集めたコットン綿やコットン繊維同士を堆積した後に水流等で絡み合わせてなるコットン乾式不織布が用いられる。また、平均繊維長が３ｍｍ程度以下に切断してなるコットン繊維を抄紙して得られたコットン湿式不織布も用いることができる。
コットンスラリーをコットン繊維群に付与する方法としては、コットンスラリー中にコットン綿或いはコットン不織布を投入する方法、又はコットン綿或いはコットン不織布にコットンスラリーを滴下する方法等が挙げられる。コットンスラリーをコットン繊維群に付与した後は、適宜乾燥させてコットン繊維集合体を得ればよい。乾燥後には、コットン繊維相互間にフィブリル化コットンが多数存在し、コットン繊維相互間がフィブリル化コットンで接合された状態となる。
したがって、得られたコットン繊維集合体はその強度が向上する。たとえば、コットン繊維群としてコットン綿やコットン不織布を用いれば、得られたコットン繊維集合体の引張強度が向上する。また、複数枚のコットン不織布を重ね合わせ、その間にコットンスラリーを付与した場合は、重ね合わせたコットン不織布よりなるコットン繊維集合体の剥離強度が向上する。そして、コットンスラリー中に機能性微粒子が含有されているので、機能性微粒子がフィブリル化コットンと共に、強固にコットン繊維表面に付着する。
本発明は、コットン繊維群中のコットン繊維相互間を、樹脂バインダーで接合するものではなく、コットン繊維と同種のフィブリル化コットンで接合するものである。したがって、得られたコットン繊維集合体はコットン類で構成されており、コットン繊維の持つ高吸湿性、高吸水性及び風合が損なわれないという効果を奏する。そして、フィブリル化コットンと共に機能性微粒子が用いられており、樹脂バインダーで機能性微粒子をコットン繊維表面に付着させずに、フィブリル化コットンとコットン繊維の接合間に機能性微粒子が付着されるので、その抗菌性や消臭性等の機能が損なわれないという効果を奏する。
［コットンスラリー１の製造例］
脱脂処理したコットンを約２．５ｍｍに切断したものを、水に分散させて濃度２質量％の分散液を得た。この分散液を、石臼式粉砕機（増幸産業株式会社製の「スーパーマスコロイダーＭＫ ＣＡ６−２Ｊ」）に投入した。石臼式粉砕機は、砥石としてＭＫＧＣ６−８０を用い、砥石の回転数を１８００ｒｐｍとした。粉砕後の分散液を石臼式粉砕機にさらに４回の投入（合計で５回の投入）を繰り返してコットンスラリーを得た。そして、コットンスラリー中のフィブリル化コットンの濃度を１質量％に調整して、コットンスラリー１を得た。コットンスラリー１中のフィブリル化コットンの平均繊維長は１２５．６μｍであった。なお、平均繊維長は、ベックマン．コールター社製の粒度分布測定機ＬＳ２００で測定したものである。なお、図１はコットンスラリー１中のフィブリル化コットンを取り出し、日本電子株式会社製の走査型電子顕微鏡ＪＣＭ−５０００で観察したＳＥＭ写真である。
脱脂処理したコットンを約２．５ｍｍに切断したものを、水に分散させて濃度２質量％の分散液を得た。この分散液を、石臼式粉砕機（増幸産業株式会社製の「スーパーマスコロイダーＭＫ ＣＡ６−２Ｊ」）に投入した。石臼式粉砕機は、砥石としてＭＫＧＣ６−８０を用い、砥石の回転数を１８００ｒｐｍとした。粉砕後の分散液を石臼式粉砕機にさらに４回の投入（合計で５回の投入）を繰り返してコットンスラリーを得た。そして、コットンスラリー中のフィブリル化コットンの濃度を１質量％に調整して、コットンスラリー１を得た。コットンスラリー１中のフィブリル化コットンの平均繊維長は１２５．６μｍであった。なお、平均繊維長は、ベックマン．コールター社製の粒度分布測定機ＬＳ２００で測定したものである。なお、図１はコットンスラリー１中のフィブリル化コットンを取り出し、日本電子株式会社製の走査型電子顕微鏡ＪＣＭ−５０００で観察したＳＥＭ写真である。
［コットンスラリー２の製造例］
石臼式粉砕機に投入する回数を６回にする他は、コットンスラリー１の製造例と同一の方法でコットンスラリー２を得た。コットンスラリー２中のフィブリル化コットンの平均繊維長は２２．０μｍであった。
石臼式粉砕機に投入する回数を６回にする他は、コットンスラリー１の製造例と同一の方法でコットンスラリー２を得た。コットンスラリー２中のフィブリル化コットンの平均繊維長は２２．０μｍであった。
［コットンスラリー３の製造例］
石臼式粉砕機に投入する回数を８回にする他は、コットンスラリー１の製造例と同一の方法でコットンスラリー３を得た。コットンスラリー３中のフィブリル化コットンの平均繊維長は７．４μｍであった。
石臼式粉砕機に投入する回数を８回にする他は、コットンスラリー１の製造例と同一の方法でコットンスラリー３を得た。コットンスラリー３中のフィブリル化コットンの平均繊維長は７．４μｍであった。
［コットンスラリー４の製造例］
石臼式粉砕機に投入する回数を１０回にする他は、コットンスラリー１の製造例と同一の方法でコットンスラリー４を得た。コットンスラリー４中のフィブリル化コットンの平均繊維長は４．６μｍであった。
石臼式粉砕機に投入する回数を１０回にする他は、コットンスラリー１の製造例と同一の方法でコットンスラリー４を得た。コットンスラリー４中のフィブリル化コットンの平均繊維長は４．６μｍであった。
［コットンスラリー５の製造例］
コットンスラリー４に、ＺｎＯを主成分とする平均粒子径８０ｎｍの抗菌性微粒子（大和化学工業株式会社製の抗菌剤ＦＺＯ）を、その濃度が２質量％となるように投入し、均一に分散させてコットンスラリー５を得た。
コットンスラリー４に、ＺｎＯを主成分とする平均粒子径８０ｎｍの抗菌性微粒子（大和化学工業株式会社製の抗菌剤ＦＺＯ）を、その濃度が２質量％となるように投入し、均一に分散させてコットンスラリー５を得た。
［コットンスラリー６の製造例］
コットンスラリー４の水量を減少させて、フィブリル化コットンの濃度が５質量％となるように調整して、コットンスラリー６を得た。
コットンスラリー４の水量を減少させて、フィブリル化コットンの濃度が５質量％となるように調整して、コットンスラリー６を得た。
［コットンスラリー７の製造例］
コットンスラリー４の水量を減少させて、フィブリル化コットンの濃度が２質量％となるように調整して、コットンスラリー７を得た。
コットンスラリー４の水量を減少させて、フィブリル化コットンの濃度が２質量％となるように調整して、コットンスラリー７を得た。
［コットンスラリー８の製造例］
コットンスラリー４の水量を増加させて、フィブリル化コットンの濃度が０．５質量％となるように調整して、コットンスラリー８を得た。
コットンスラリー４の水量を増加させて、フィブリル化コットンの濃度が０．５質量％となるように調整して、コットンスラリー８を得た。
参考例１
コットン繊維相互間が水流によって交絡されたコットン不織布（コットン乾式不織布、大きさ：１００ｍｍ×１００ｍｍ、目付：２７ｇ／ｍ2）を、二枚準備した。二枚のコットン不織布を重ね合わせ、その中央部にコットンスラリー１を４ｇ滴下した。そして、自然乾燥させて、二枚のコットン不織布を貼合させたコットン繊維集合体を得た。その後、コットン繊維集合体中の二枚のコットン不織布を剥離させたが、比較的容易に剥離しうるものであった。
コットン繊維相互間が水流によって交絡されたコットン不織布（コットン乾式不織布、大きさ：１００ｍｍ×１００ｍｍ、目付：２７ｇ／ｍ2）を、二枚準備した。二枚のコットン不織布を重ね合わせ、その中央部にコットンスラリー１を４ｇ滴下した。そして、自然乾燥させて、二枚のコットン不織布を貼合させたコットン繊維集合体を得た。その後、コットン繊維集合体中の二枚のコットン不織布を剥離させたが、比較的容易に剥離しうるものであった。
参考例２
コットンスラリー１に代えて、コットンスラリー２を使用した他は、参考例１と同一の方法で二枚のコットン不織布を貼合した。その後、二枚のコットン不織布を剥離させたが、比較的剥離しにくいものであった。
コットンスラリー１に代えて、コットンスラリー２を使用した他は、参考例１と同一の方法で二枚のコットン不織布を貼合した。その後、二枚のコットン不織布を剥離させたが、比較的剥離しにくいものであった。
参考例３
コットンスラリー１に代えて、コットンスラリー３を使用した他は、参考例１と同一の方法で二枚のコットン不織布を貼合した。その後、二枚のコットン不織布を剥離させたが、剥離は困難であった。
コットンスラリー１に代えて、コットンスラリー３を使用した他は、参考例１と同一の方法で二枚のコットン不織布を貼合した。その後、二枚のコットン不織布を剥離させたが、剥離は困難であった。
参考例４
コットンスラリー１に代えて、コットンスラリー４を使用した他は、参考例１と同一の方法で二枚のコットン不織布を貼合した。その後、二枚のコットン不織布を剥離させたが、剥離は困難であった。
コットンスラリー１に代えて、コットンスラリー４を使用した他は、参考例１と同一の方法で二枚のコットン不織布を貼合した。その後、二枚のコットン不織布を剥離させたが、剥離は困難であった。
参考例５
コットンスラリー１に代えて、コットンスラリー６を使用した他は、参考例１と同一の方法で二枚のコットン不織布を貼合した。その後、二枚のコットン不織布を剥離させたが、剥離は困難であった。
コットンスラリー１に代えて、コットンスラリー６を使用した他は、参考例１と同一の方法で二枚のコットン不織布を貼合した。その後、二枚のコットン不織布を剥離させたが、剥離は困難であった。
参考例６
コットンスラリー１に代えて、コットンスラリー７を使用した他は、参考例１と同一の方法で二枚のコットン不織布を貼合した。その後、二枚のコットン不織布を剥離させたが、剥離は困難であった。
コットンスラリー１に代えて、コットンスラリー７を使用した他は、参考例１と同一の方法で二枚のコットン不織布を貼合した。その後、二枚のコットン不織布を剥離させたが、剥離は困難であった。
参考例７
コットンスラリー１に代えて、コットンスラリー８を使用した他は、参考例１と同一の方法で二枚のコットン不織布を貼合した。その後、二枚のコットン不織布を剥離させたが、比較的容易に剥離しうるものであった。
コットンスラリー１に代えて、コットンスラリー８を使用した他は、参考例１と同一の方法で二枚のコットン不織布を貼合した。その後、二枚のコットン不織布を剥離させたが、比較的容易に剥離しうるものであった。
参考例１〜４の結果から明らかなように、フィブリル化コットンの平均繊維長が短いほど、コットン繊維相互間の接合強力が高くなることが分かる。特に、平均繊維長が１００μｍを超えると、接合強力が不十分になることが分かる。また、参考例４〜７の結果から明らかなように、コットンスラリー中のフィブリル化コットンの濃度が高いほど、コットン繊維相互間の接合強力が高くなることが分かる。特に、コットンスラリーの濃度が１質量％未満になると、接合強力が不十分になることが分かる。
参考例８
２００ｍｌのコットンスラリー４中に、参考例１で用いたコットン不織布を投入し、攪拌しながら１５分間浸漬させた後、引き上げてコットン不織布を自然乾燥し、コットン繊維集合体を得た。このコットン繊維集合体を５０ｍｍ×１００ｍｍの短冊片に切断した試験片を、ミネベア株式会社製の万能引張圧縮試験機ＴＣＭ−５０Ｊで引張強度を測定したところ、引張強度は３８．８Ｎ／５０ｍｍであった。なお、実施例１で用いたコットン不織布の引張強度は１１．４Ｎ／５０ｍｍであり、コットン不織布の引張強度が向上していることが分かる。
２００ｍｌのコットンスラリー４中に、参考例１で用いたコットン不織布を投入し、攪拌しながら１５分間浸漬させた後、引き上げてコットン不織布を自然乾燥し、コットン繊維集合体を得た。このコットン繊維集合体を５０ｍｍ×１００ｍｍの短冊片に切断した試験片を、ミネベア株式会社製の万能引張圧縮試験機ＴＣＭ−５０Ｊで引張強度を測定したところ、引張強度は３８．８Ｎ／５０ｍｍであった。なお、実施例１で用いたコットン不織布の引張強度は１１．４Ｎ／５０ｍｍであり、コットン不織布の引張強度が向上していることが分かる。
実施例１
２００ｍｌのコットンスラリー５中に、コットン綿３ｇを投入し、攪拌しながら１５分間浸漬した後、コットン綿を引き上げて自然乾燥し、コットン繊維集合体を得た。得られたコットン繊維集合体を、日本電子株式会社製の走査型電子顕微鏡ＪＣＭ−５０００で観察したところ、抗菌性微粒子及びフィブリル化コットンがコットン繊維表面に多量に付着しているのが確認できた。なお、ＳＥＭ写真を図２として示しておいた。
２００ｍｌのコットンスラリー５中に、コットン綿３ｇを投入し、攪拌しながら１５分間浸漬した後、コットン綿を引き上げて自然乾燥し、コットン繊維集合体を得た。得られたコットン繊維集合体を、日本電子株式会社製の走査型電子顕微鏡ＪＣＭ−５０００で観察したところ、抗菌性微粒子及びフィブリル化コットンがコットン繊維表面に多量に付着しているのが確認できた。なお、ＳＥＭ写真を図２として示しておいた。
比較例１
コットンスラリー５中からフィブリル化コットンを抜いたものを使用する他は、実施例９と同一の方法により、コットン繊維集合体を得た。このコットン繊維集合体を、日本電子株式会社製の走査型電子顕微鏡ＪＣＭ−５０００で観察したところ、抗菌性微粒子がコットン繊維表面に少量付着しているのが確認できた。なお、ＳＥＭ写真を図３として示しておいた。
コットンスラリー５中からフィブリル化コットンを抜いたものを使用する他は、実施例９と同一の方法により、コットン繊維集合体を得た。このコットン繊維集合体を、日本電子株式会社製の走査型電子顕微鏡ＪＣＭ−５０００で観察したところ、抗菌性微粒子がコットン繊維表面に少量付着しているのが確認できた。なお、ＳＥＭ写真を図３として示しておいた。
参考例９
脱脂処理したコットンを石臼式粉砕機で粉砕処理して、平均繊維長が５．９μｍのフィブリル化コットンが１質量％の割合で水に分散しているコットンスラリーを得た。２００ｍｌのコットンスラリー中に、コットン綿３ｇを投入し、攪拌しながら１５分間浸漬した後、コットン綿を引き上げて自然乾燥し、コットン繊維集合体を得た。得られたコットン繊維集合体を、日本電子株式会社製の走査型電子顕微鏡ＪＣＭ−５０００で観察したところ、コットン繊維相互間がフィブリル化コットンで接合されてなる状態を確認することができた。なお、ＳＥＭ写真を図４として示しておいた。
脱脂処理したコットンを石臼式粉砕機で粉砕処理して、平均繊維長が５．９μｍのフィブリル化コットンが１質量％の割合で水に分散しているコットンスラリーを得た。２００ｍｌのコットンスラリー中に、コットン綿３ｇを投入し、攪拌しながら１５分間浸漬した後、コットン綿を引き上げて自然乾燥し、コットン繊維集合体を得た。得られたコットン繊維集合体を、日本電子株式会社製の走査型電子顕微鏡ＪＣＭ−５０００で観察したところ、コットン繊維相互間がフィブリル化コットンで接合されてなる状態を確認することができた。なお、ＳＥＭ写真を図４として示しておいた。
Claims (5)
- コットンを粉砕処理して得られたフィブリル化コットン及び機能性微粒子が水に分散しているコットンスラリーを、コットン繊維群に付与して、該コットン繊維群中の各コットン繊維相互間を該フィブリル化コットンで接合することを特徴とするコットン繊維集合体の製造方法。
- コットン繊維群がコットン繊維よりなるコットン乾式不織布又はコットン湿式不織布である請求項１記載のコットン繊維集合体の製造方法。
- フィブリル化コットンの平均繊維長が０．１ｍｍ以下である請求項１記載のコットン繊維集合体の製造方法。
- コットンスラリー中のフィブリル化コットンの濃度が１〜５質量％である請求項１記載のコットン繊維集合体の製造方法。
- 脱脂されたコットンを粉砕処理してフィブリル化コットンを得る請求項１記載のコットン繊維集合体の製造方法。
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