JP6837058B2 - パルプ積繊シート製造方法及びパルプ積繊シート製造装置 - Google Patents

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Description

本発明は、清浄用シートとして利用可能なパルプ積繊シートの製造方法及びパルプ積繊シート製造装置に関する。
パルプを積繊してシート状にしたパルプ積繊シートであるウェットティッシュとして、セルロール繊維を含むティッシュウェブからなる第一層と、エアレイド不織布ウェブからなる第二層から構成されるものがある(特許文献1、特許請求の範囲、請求項11参照)。
特許文献1に記載のウェットティッシュは、抄紙により得られる第一層と、第一層とは異なる製法のエアレイド法により得られる第二層と、両者を一体化させるバインダーとを必要とする。ここで、ウェットティッシュに強度を持たせる方法として、バインダーの塗布量を多くすることが考えられる。
米国特許第8257553号公報
しかしながら、バインダーの塗布量を多くすると、所望の量を塗布することができず、パルプ積繊シートに強度を持たせることができなかったり、乾燥に長時間を要したりしてしまうという問題がある。
本発明の目的は、所望の強度を有するパルプ積繊シートの生産効率を向上させるパルプ積繊シート製造方法及びパルプ積繊シート製造装置を提供することである。
本発明の第1の態様に係るパルプ積繊シート製造方法は、粉砕パルプ又は前記粉砕パルプを主原料とする繊維を含むパルプ積繊シートの同一の面にバインダーを複数回塗布する塗布工程と、バインダーが塗布されるたびに前記パルプ積繊シートを乾燥させる乾燥工程と、を具備するようにした。
本発明の第2の態様に係るパルプ積繊シート製造装置は、粉砕パルプ又は前記粉砕パルプを主原料とする繊維を含むパルプ積繊シートの少なくとも一方の面にバインダーを塗布する第1バインダー塗布装置と、前記第1バインダー塗布装置によってバインダーが塗布された前記パルプ積繊シートを乾燥させる第1乾燥装置と、乾燥され、かつ、前記第1バインダー塗布装置がバインダーを塗布した面にバインダーを塗布する第2バインダー塗布装置と、前記第2バインダー塗布装置によってバインダーが塗布された前記パルプ積繊シートを乾燥させる第2乾燥装置と、を具備する構成を採る。
本発明によれば、所望の強度を有するパルプ積繊シートの生産効率を向上させることができる。
本発明の一実施形態に係るパルプ積繊シート製造装置の構成を示す模式図 液体供給装置と、パルプ検出装置を説明するための図 粉砕パルプが積繊される様子を示す概要図
以下、本発明の実施形態について、図面を用いて詳細に説明する。
(一実施形態)
本発明の実施形態に係るパルプ積繊シートは、パルプ層からなり、典型的には、清掃用の非水解性の清浄用シート、身体清浄用の水解性の清浄用シート、トイレクリーナーなどの水解性の清浄用シートとして用いるのに適したものである。また、本実施形態にかかる製造方法は、パルプ積繊シートを合理的且つ適切に製造し得るものである。
本実施形態において、水解性とは、シートを構成する繊維間の接着力が、水に著しく浸されていない状態では、シートの成形加工及び拭く等の機能に必要なだけの強度を最低限有するが、水中に投棄された場合のように、水に著しく浸された状態では、その接着力が極端に低下し、何らかの外力を与えると容易に分解または分散することをいう。また、非水解とは、シートを構成する繊維間の接着力が、水に著しく浸されていない状態でも、水に著しく浸された状態でも、何らかの外力を与えても容易に分解または分散等をしないことをいう。
図1は、本発明の一実施形態に係るパルプ積繊シート製造装置100の構成を示す模式図である。以下、図1を用いてパルプ積繊シート製造装置100について説明する。なお、図1では、図面の複雑化を避けるために、パルプ積繊シート101はパルプ積繊シート製造装置100の一部にのみ符号を付し、それ以外では図示を省略する。また、図1では、紙面右側の方向(MD:Machine Direction)をX方向、紙面奥側の方向(CD:Cross Direction)をY方向、紙面上側(鉛直方向上側に相当)をZ方向と定義する。
パルプ原反103は、パルプ及び粉砕パルプ等の天然繊維、レーヨン等の再生繊維、あるいは天然繊維と再生繊維の混合物等により形成される。パルプ以外の天然繊維としては、例えば、ケナフ、竹繊維、藁、綿、繭糸、サトウキビ等を用いることができる。
ここで、粉砕パルプとは、パルプ材料を粉砕機等によって細かく粉砕して綿状にしたものをいう。原料パルプとしては、木材パルプ、合成パルプ、古紙パルプ等を挙げることができ、トイレットペーパー材料を用いることもできる。木材パルプとしては、針葉樹晒クラフトパルプと広葉樹晒クラフトパルプを配合したものを用いることができるが、針葉樹晒クラフトパルプからなる原料パルプを用いることが製造上の観点から好ましい。針葉樹晒クラフトパルプは、広葉樹晒クラフトパルプに比べて繊維長が長いため、針葉樹晒クラフトパルプより得た粉砕パルプを用いて、後述するパルプ積繊シート101を構成すると、繊維相互の絡み具合が高まり、その結果、強度が向上する。また、針葉樹晒クラフトパルプを用いた場合、繊維同士の絡み合いによる繊維間空間容積が、繊維長の短い広葉樹晒クラフトパルプ等を用いた場合より大きくなり、各繊維が動く自由度が大きくなるため、柔軟性も向上する。
原料繊維が、粉砕パルプを主原料とする材料の場合には、粉砕パルプの配合割合が30%以上であることが好ましく、50%以上であることがより好ましい。さらに、粉砕パルプの配合割合が80%以上であることが好ましく、100%が粉砕パルプで形成されていることがより好ましい。粉砕パルプは、パルプ材料を粉砕して綿状に形成したものであるから、繊維が圧縮された状態にある抄紙された紙に比べ、繊維間に無数の空間が形成されている。繊維間に無数の空間が形成されていると、パルプ積繊シート101を構成する各繊維が動く自由度を大きくすることができる。このため、粉砕パルプの配合を上記した割合にすることにより、より少ない目付量でもパルプ積繊シート101の嵩高を大きくすることができる。この結果、全体としての柔軟性を向上させたり、製造時の生産効率を向上させたりすることができる。
なお、パルプ積繊シート101の目付量は、80g/m以下であることが好ましく、また60g/m以下であることがより好ましい。パルプ積繊シート101の目付量を上記の範囲にすることで、パルプ積繊シート101の製造及び梱包をしやすくすることができ、使用者が使用しやすく、且つ、梱包しやすい嵩高を有するように構成することができる。また、目付量を上記の範囲とすることで、繊維密度が大きくなりすぎず、繊維間を接合するためのバインダーの量を少なくすることができる。このため、パルプ積繊シート101の表面に多量のバインダーが付着してフィルム化することによるパルプ積繊シート101の液透過性の低下を防止でき、パルプ積繊シート101の全体的な吸水性を確保することができる。
パルプ積繊シート製造装置100は、大きく分けて、粉砕前処理装置、粉砕装置106、積繊装置107、押圧装置、バインダー塗布装置、及び、乾燥装置を有する。
粉砕前処理装置は、液体供給装置104と、パルプ検出装置105とを有する。液体供給装置104は、パルプ原反103に対して液体を供給する。また、パルプ検出装置105は、パルプ原反103がパルプ積繊シート製造装置100に供給されているかどうかを検出する。
図2は、液体供給装置104と、パルプ検出装置105を説明するための図である。図2に示すように、液体供給装置104は、搬送されてきたパルプ原反103の中央領域104aに液体を供給する。後述するように、パルプ原反103は、メッシュに積繊されて搬送されるため、静電気が帯電するおそれがある。このため、液体供給装置104が供給する液体としては、静電気の帯電防止用として、エタノール、メタノール、2−プロパノール(IPA)などの溶液、または水を用いてもよい。
また、このパルプ積繊シート製造装置100により製造されたパルプ積繊シート101は、排泄物を吸収する吸収体として使用される場合がある。このため、液体供給装置104が供給する液体としては、排泄物の消臭用として、活性炭;ゼオライト;シリカ;セラミック;大谷石;木炭高分子;カーボンナノチューブ;カーボンナノホーン;クエン酸、コハク酸等の有機酸;ミョウバン(カリウムミョウバン)等を用いることができる。
なお、図1では、液体供給装置104を1つのユニットとして示しているが、静電気の帯電防止用、または消臭用など、用途に合わせて複数設けてもよい。本実施形態においては、図2に示すように、パルプ原反103のY方向全体ではなく、中央領域104aといった部分領域を液体供給領域としている。これは、パルプ原反103は、後述の粉砕装置106において綿状に粉砕されるため、液体供給領域を部分領域としても、上述した液体が粉砕パルプのほぼ全体に混合されるからである。これにより、液体供給装置104による過度な液体供給を防ぐことができ、パルプ積繊シート101の製造コストを抑制することができる。一例として、中央領域104aのY方向の長さはパルプ原反103の幅の10%から50%程度とする。なお、液体供給領域を中央領域104aではなく、図2に示す中央からY方向にずらした領域としてもよい。
また、液体供給装置104は、パルプ積繊シート製造装置100の湿度に応じて静電気の帯電防止用の液体の供給量を調整してもよい。具体的には、液体供給装置104は、パルプ積繊シート製造装置100が設置されている室内が乾燥している場合(例えば、湿度50%以下の場合)には、パルプ積繊シート製造装置100が設置されている室内が乾燥していない場合(例えば、湿度65%以上の場合)に比べて、帯電防止用の液体の供給量を増やせばよい。すなわち、液体供給装置104は、湿度が低下するに従って、帯電防止用の液体の供給量を増やし、湿度が上昇するに従って、帯電防止用の液体の供給量を減らせばよい。
同様に、液体供給装置104は、パルプ積繊シート101の用途に応じて、消臭用液体の供給量を変えてもよい。具体的には、液体供給装置104は、パルプ積繊シート101を前述の吸収体に用いる場合、消臭用液体の供給量を多くし、パルプ積繊シート101を清浄用シートに用いる場合、消臭用液体の供給量を少なくすればよい。
パルプ検出装置105は、パルプ原反103が搬送されているか否かを検出する。具体的には、パルプ検出装置105は、検出光105a(図2参照)をパルプ原反103に照射し、パルプ原反103からの反射光を不図示の検出部で検出した場合、パルプ原反103が供給されていると判定する。一方、パルプ検出装置105は、前述の反射光を不図示の検出部で検出できない場合、パルプ原反103が供給されていないと判定し、例えば、音、光などを用いて報知する。
パルプ積繊シート製造装置100では、粉砕前処理装置に引き続き、粉砕装置106がパルプ原反103を粉砕する。粉砕装置106は、一次粉砕部と、二次粉砕部とを有し、一次粉砕部がパルプ原反103をチップ状に粉砕し、二次粉砕部がチップ状に粉砕されたパルプ原反103を綿状に粉砕する。なお、粉砕装置106は、粉砕されたパルプ原反103(粉砕パルプ)の散乱を避けるため、一次粉砕部と二次粉砕部とをケースなどに収納する。また、本実施形態においては、粉砕パルプを100%とすることが好ましいが、パルプ積繊シート101を非水解とする場合には、熱融着性複合繊維(ES繊維)を粉砕パルプに混合しても構わない。
積繊装置107は、粉砕装置106によって得られた粉砕パルプを積繊する。具体的には、次の通りである。粉砕パルプは、高圧エアなどにより配管108を通過して、3つのタンク107a、107b、107cに蓄えられる。ただし、タンクの数は3つに限定されるものではない。なお、積繊装置107も粉砕パルプの散乱(拡散)を防止するため、散乱防止用カバーが設けられている。これにより、パルプ積繊シート製造装置100の作業者が粉砕パルプを吸い込むことを低減できる。また、本実施形態において、粉砕パルプの平均繊維長は、一例として1mm〜3mm程度であるものとする。
3つのタンク107a、107b、107cに蓄えられた粉砕パルプは、下側搬送用メッシュ109上に積繊される。下側搬送用メッシュ109は、網目形状であり、1インチ×1インチにメッシュが30〜50ある30番手〜50番手を用いることができ、本実施形態では、40番手(例えば、0.5mm×0.5mm)のメッシュとする。また、下側搬送用メッシュ109は、その材料として高分子化合物を用いることができ、ポリテトラフルオロエチレンなどの合成樹脂(熱可塑性樹脂)、ナイロン、PET(Polyethylene terephthalate)などの合成繊維を用いることができる。
下側搬送用メッシュ109は、不図示の駆動源からの駆動力により、積繊した粉砕パルプ(以下、「積繊パルプ」という)を図中のX方向に搬送する。輪状の下側搬送用メッシュ109の内側には、空気流形成装置111が配置されている。空気流形成装置111は、空気流を形成し、自装置の上面に位置する網目形状の下側搬送用メッシュ109に積繊パルプを吸着させる。
図3は、粉砕パルプが積繊される様子を示す概要図である。図3(a)に示すように、タンク107aから下側搬送用メッシュ109に積繊される粉砕パルプは、積繊時間の短い−X側では少なく(嵩が低く)、+X方向に行くに従って、積繊時間が長くなるため、多くなる(嵩が高くなる)。
しかしながら、積繊量が多くなるに従って、空気流形成装置111による空気流が弱くなる(図中Vac小)。逆に言えば、積繊量が少ない部分では、空気流形成装置111による空気流が弱くなりにくい(図中Vac大)。
このため、図3(b)に示すように、タンク107bから下側搬送用メッシュ109に積繊される粉砕パルプの積繊量は、下側搬送用メッシュ109の位置によらず、その差が少なくなる。そして、図3(c)に示すように、タンク107cから下側搬送用メッシュ109に積繊される粉砕パルプの積繊量は、下側搬送用メッシュ109の位置によらずほぼ均等になる。このように、粉砕パルプの積繊量に応じて変化する空気流形成装置111による空気流の変化を利用することにより、下側搬送用メッシュ109に積繊される粉砕パルプの積繊量をほぼ均一にすることができる。なお、粉砕パルプの積繊量に場所によるムラが生じる場合には、不図示の空気流形成ポートの位置をずらしたり、この空気流形成ポートの数を変えたりして調整すればよい。
また、下側搬送用メッシュ109の上面では、空気流形成装置111に近いため、強い吸着力が作用し、粉砕パルプが密に積繊される。一方、下側搬送用メッシュ109から+Z方向に離れるに従って空気流形成装置111による空気流が弱くなり、粉砕パルプの密度が疎となる。パルプ積繊シート製造装置100で製造されたパルプ積繊シート101を製品にする際に、フローリングシート、トイレクリーナーなどの清掃製品であれば、粉砕パルプが密の面を主に用いるようにすることにより、汚れをしっかりと落とすことができる。一方、ボディシート、フェイスシートなどの肌に使用する製品であれば、粉砕パルプが疎の面を主に用いるようにすることにより、肌触りのよい肌用製品を提供することができる。
パルプ積繊シート製造装置100では、複数の押圧装置が積繊された粉砕パルプを押圧する。平ロール112は、一対のロール部材を有し、積繊パルプを押圧して、その嵩高を調整し、パルプ積繊シート101を形成する。本実施形態において、平ロール112には、ロール間に4Kgf/cmの圧力がかけられる。これにより、パルプ積繊シート101の下面(下側搬送用メッシュ109と接する面)には、下側搬送用メッシュ109のメッシュ形状の凹凸が形成される。なお、平ロール112の圧力は、例えば、2Kgf/cm〜8Kgf/cmに設定すればよい。
平ロール112は、下側搬送用メッシュ109を含めて押圧するものに限らず、メッシュではないベルトを含めて押圧してもよい。ただし、この場合、パルプ積繊シート101にメッシュ形状の凹凸が形成されないのは言うまでもない。
また、下側搬送用メッシュ109の耐圧性が優れていれば、8Kgf/cm以上の圧力をかけてパルプ積繊シート101にメッシュ形状を形成しても構わない。なお、この平ロール112の前後に液体供給装置104を設けて、静電気の帯電防止用と消臭用の少なくとも一方の液体を供給してもよい。
下側搬送用メッシュ109は、上側搬送用メッシュ113との境界までパルプ積繊シート101を搬送する。下側搬送用メッシュ109と上側搬送用メッシュ113との境界から平ロール116までは、上側搬送用メッシュ113及び空気流形成装置115を利用してパルプ積繊シート101が搬送される。具体的には、輪状の上側搬送用メッシュ113の内側に設けられた空気流形成装置115が、上側搬送用メッシュ113の下面と接触するパルプ積繊シート101の上面を吸着する方向に空気流を形成する。この状態で、不図示の駆動源からの駆動力によりパルプ積繊シート101を図中のX方向に搬送する。
平ロール116は、一対のロール部材を有し、平ロール112を通過したパルプ積繊シート101を押圧して、その嵩高を調整したり、上側搬送用メッシュ113のメッシュ形状をパルプ積繊シート101の上面(上側搬送用メッシュ113と接する面)に形成したりする。上側搬送用メッシュ113も下側搬送用メッシュ109と同じ40番手のメッシュとする。なお、平ロール116の圧力も2Kgf/cm〜8Kgf/cmの間で設定される。
エンボス装置117は、ロール周面に波目形状が形成されており、図示せぬ搬送用メッシュと協働して、平ロール116を通過したパルプ積繊シート101にエンボス加工を施す。ここでは、パルプ積繊シート101の片面のみにエンボス形状が形成されるが、パルプ積繊シート101の表裏両面にエンボス形状が形成されてもよい。パルプ積繊シート101の表裏両面にエンボス加工を施す場合には、ロール周面にエンボス加工用の多数の突起を突設してなる上下一対の金属製ロールからなるエンボスロールが用いられる。ここでは、波目形状をエンボス形状としているが、エンボス形状はどのような形でもよい。また、エンボス装置117を複数設けて、エンボス加工を複数回行ってもよい。この場合、同じ形状のエンボスでもよく、異なる形状のエンボスでもよい。また、本実施形態では、エンボス装置117の圧力は、平ロール112、116で設定された圧力よりも高い圧力が設定されており、例えば、4Kgf/cm〜10Kgf/cmの間で設定される。
なお、パルプ積繊シート101を用いた製品の用途、または、水解性の製品か非水解の製品かに応じて、エンボス加工を行う回数を設定してもよく、エンボス加工を行わなくてもよい。一対のエンボスロールを有するエンボス装置117においてエンボス加工を行わない場合には、一対のエンボスロールの間隔をパルプ積繊シート101のZ方向の厚さよりも大きくしておけばよい。なお、図1から明らかなように、エンボス加工時にパルプ積繊シート101は搬送用メッシュを介在させていない。これは、エンボス加工により搬送用メッシュが破損するのを避けるためである。
このとき、パルプ積繊シート101は、非湿潤状態であり、エンボス加工は、非湿潤状態にあるパルプ積繊シート101に対して施される。ここにおいて、非湿潤状態とは、パルプ積繊シート101に水を吹き付けるなどして水分を供給した態様を含まないという意味である。通常、パルプ積繊シート101は、気温、湿度条件に相応した湿気(水分)を含んでいるが、この湿気は外部から積極的に供給した水分ではないから、このような湿気を含んでいても非湿潤状態に相当する。したがって、気温、湿度条件によって積繊層に含まれる水分の含有率も変化するが、その含有率がどのような数値であろうとも、非湿潤状態に相当するものといえる。
このように、本実施形態では、パルプ積繊シート101に外部から水分を供給することなく、大気下において通常の乾燥した状態でパルプ積繊シート101にエンボス加工を施している。よって、バインダーが含浸されている状態でエンボス加工を施すものではないから、パルプ積繊シート101がエンボスロールに付着するおそれはない。従って、エンボス装置117またはパルプ積繊シート101に剥離剤を塗布する必要はない。エンボス加工の際、エンボス装置117を加熱しなくてもよいが、エンボス装置117を所定温度に加熱してエンボス加工を行ってもよい。後者の場合、エンボス装置117の加熱温度は、60℃〜150℃が好ましい。
本実施形態においては、液体供給装置104によりパルプ積繊シート101に液体を供給するが、平ロール112までにパルプ積繊シート101が非湿潤であればよい。例えば、平ロール112の押圧時にパルプ積繊シート101の水分含有量が15%未満程度であればよく、メッシュによる搬送にて静電気の影響を受けない程度であればよい。
また、平ロール112、116、エンボス装置117を60℃から150℃程度の範囲で加熱し、パルプ積繊シート101の温度を40℃から70℃程度にすることにより、後述のバインダー塗布装置において、バインダーがパルプ積繊シート101に浸透しやすくなり、バインダーの塗布量を低減でき、製造コストを安くすることができる。なお、パルプ積繊シート101の温度がバインダーの溶解温度(例えば、40℃〜60℃)と同じ温度になるように、平ロール112、116、エンボス装置117を加熱してもよい。
パルプ積繊シート製造装置100では、バインダー塗布装置がパルプ積繊シート101にバインダーを塗布する。本実施形態においては、バインダー塗布装置は、第1バインダー塗布装置121と第2バインダー塗布装置130とを有し、第1バインダー塗布装置121と第2バインダー塗布装置130との間に後述の第1乾燥装置124が配置される。ここでは、第1バインダー塗布装置121について説明する。
第1バインダー塗布装置121は、パルプ積繊シート101の上方(+Z方向)においてパルプ積繊シート101に対向する複数のノズルを有し、パルプ積繊シート101の上面にバインダーを塗布する。バインダーの供給は、典型的には、噴霧装置のノズルからバインダーを噴霧して行われる。噴霧に用いるノズルは、従来公知のものを任意に選択して用いてよい。なお、バインダーの供給は、噴霧に限定されるものではなく、グラビア印刷機を用いるなど、他の公知の方法を用いてもよい。
また、第1バインダー塗布装置121では、パルプ積繊シート101が網目形状の下側搬送用メッシュ118上に載置され、かつ、輪状の下側搬送用メッシュ118の内側に設けられた空気流形成装置120により−Z方向に吸着された状態で、X方向に搬送される。下側搬送用メッシュ118のメッシュは、下側搬送用メッシュ109、上側搬送用メッシュ113よりも粗いメッシュでよく、10番手〜30番手を用いることができ、本実施形態では、16番手(例えば1.0mm×1.0mm)のメッシュとする。
このように、第1バインダー塗布装置121は、パルプ積繊シート101の上面に対して、上側(+Z方向)から下側(−Z方向)に向けてバインダーを塗布し、かつ、空気流形成装置120によりパルプ積繊シート101を下面側から下側(−Z方向)に吸着する。
パルプ積繊シート101の上面に塗布(噴霧)されるバインダーとしては、種々のものを用いることができる。本実施形態で用いることができるバインダーとしては、多糖誘導体、天然多糖類、合成高分子などが挙げられる。多糖誘導体としては、カルボキシメチルセルロース(CMC)、カルボキシエチルセルロース、カルボキシメチル化デンプン又はその塩、デンプン、メチルセルロース、エチルセルロース等が挙げられる。天然多糖類としては、グアーガム、トラントガム、キサンタンガム、アルギン酸ナトリウム、カラギーナン、アラビアゴム、ゼラチン、カゼイン等が挙げられる。また、合成高分子としては、ポリビニルアルコール(PVA)、エチレン−酢酸ビニル共重合樹脂(EVA)、ポリビニルアルコール誘導体、不飽和カルボン酸の重合体又は共重合体、その塩等が挙げられ、不飽和カルボン酸としてはアクリル酸、メタクリル酸、無水マレイン酸、マレイン酸、フマール酸などが挙げられる。上記したもののうち、特にCMC、EVA、PVAが好ましい。
なお、本実施形態においては、パルプ積繊シート101を水解性の製品に用いる場合、バインダーとしてはCMCを塗布し、パルプ積繊シート101を非水解の製品に用いる場合、バインダーとしてはEVAを塗布するものとする。前述したように、パルプ積繊シート101の上面側は、パルプ積繊シート101の下面側に比べて粉砕パルプが疎であるため、バインダーが浸透しやすい。このため、パルプ積繊シート101の上面に塗布(噴霧)されるバインダーがパルプ積繊シート101の上面に残留するおそれを低減することができる。
第1乾燥装置124は、網目形状の下側搬送用メッシュ122上に載置されたパルプ積繊シート101に対して、電磁波乾燥を行う。なお、第1乾燥装置124は、電磁波乾燥に代えて、熱風乾燥及び又は赤外線乾燥を行ってもよい。
電磁波乾燥は、電磁波を利用して乾燥を行うもので、これに用いる電磁波乾燥機としては電子レンジと同様の機構、構造を備えた装置を用いることができる。電磁波乾燥は、マイクロ波加熱により乾燥を行うもので、マイクロ波を照射すると、極性を持つ水分子を繋ぐ振動子がマイクロ波を吸収して振動、回転し、温度が上がり、この温度上昇により水を蒸発して乾燥を行うという原理に基づくものである。
電磁波乾燥は、短時間で乾燥を行える利点があり、また、電磁波の透過能力は高く、パルプ積繊シート101の内部にまで透過して加熱することにより、均一に加熱でき、よって均一に乾燥を行うことができる。また、電磁波乾燥においては、電磁波エネルギーが直接負荷され、エネルギーの二次消耗はないので、赤外線加熱に比べてエネルギーを少なくとも30%節約することができ、エネルギー消費量を減少でき、製造コストの低減に寄与できる。本実施形態における電磁波乾燥機として、例えば、電力1kW当り、1kgの水を1時間で乾燥できる能力を持つものが好ましい。また、連続製造設備に設置する電磁波乾燥機としては、乾燥機内部に連続してパルプ積繊シート101を通すことができるトンネル式電磁波乾燥機を用いることが、連続生産に適していて好ましい。
電磁波乾燥は、熱風乾燥と異なり、エンボス加工によりパルプ積繊シート101に形成された凹凸形態が風の圧力で潰れるおそれがなく、また、熱ロール乾燥と異なり、機械的圧力により凹凸形態が潰れるおそれがない。
さらに、電磁波乾燥は、熱風乾燥、赤外線乾燥、熱ロール乾燥に比べて、乾燥効率に優れ、短時間で乾燥できるため、エンボス加工によりパルプ積繊シート101に形成された凹凸形態の高低差が減少するエンボス戻りのおそれがないという利点がある。このエンボス戻りの防止は、本実施形態において重要な意味を持つ。すなわち、本実施形態は、エンボス加工後にパルプ積繊シート101にバインダーを供給して含浸させるため、バインダーの含浸によりエンボス加工による歪がとれて、凹凸形態が崩れるいわゆるエンボス戻りの問題がある。この問題の解決のためには乾燥手段の選択が重要である。乾燥手段として電磁波乾燥を採用すれば、他の乾燥手段に比べて乾燥時間を大幅に短縮できるので、エンボス戻りの原因となる水分を速やかに除去でき、その結果、歪解除による凹凸形態の崩れを抑制し、凹凸形態の形状を維持でき、エンボス戻りを抑制できるという効果がある。電磁波乾燥においては、上述したように、電磁波がパルプ積繊シート101の内部にまで透過して加熱するので、パルプ積繊シート101は表面のみならず内部まで均一に且つ短時間で加熱乾燥される。このことが上記したエンボス戻りの抑制効果に大きく作用する。
バインダーが含浸されたパルプ積繊シート101を乾燥する手段として、赤外線乾燥も好適に用いることができる。赤外線は、波長帯が0.75μm〜1000μmであり、マイクロ波より短い波長の電磁波である。赤外線は波長によって、近赤外線(波長0.7μm〜2.5μm)と遠赤外線(波長4μm〜1000μm)に分けられるが、近赤外線は物体に吸収されにくく加熱効率が低いことから、本実施形態においては、物体に吸収されやすく加熱効率が高い遠赤外線を用いることが好ましい。本実施形態において、遠赤外線の波長帯4μm〜1000μmのうち、波長4μm〜50μmの遠赤外線を用いることが好ましい。
波長4μm〜50μmの遠赤外線は、水に対する吸光度が高く、水分を多く含んだ物体の場合、その表面から内部への深さが比較的浅い部分で遠赤外線の多くが吸収される。そのため、遠赤外線乾燥を適用した場合、エンボス加工によりパルプ積繊シート101に形成されたエンボス形状の型崩れを防止できるという作用効果を生じる。すなわち、バインダーが含浸されたパルプ積繊シート101に遠赤外線が放射されたとき、遠赤外線はパルプ積繊シート101の表面から比較的浅い内部領域に多く吸収され、そのため表面付近を速やかに加温し、乾燥する。それにより、パルプ積繊シート101の表面の乾燥が短時間で進行し、その結果、水分を含むことによるエンボス形状の型崩れを防止できる。また、このエンボス形状の型崩れ防止により、凹凸形態の高低差が減少するエンボス戻りをも防止できる。このように、遠赤外線乾燥によれば、パルプ積繊シート101の表面の速やかな乾燥を行なえるので、確実にエンボス戻りを防止でき、また、乾燥工程に要する時間を短縮できる。
遠赤外線乾燥は、空気を暖めて被乾燥体を乾燥する方式ではなく、遠赤外線による熱線により直接、被乾燥体に熱を伝えて乾燥する方式であり、いわゆる輻射熱による乾燥である。従って、被乾燥体を効率よく加温できるので、乾燥時間も短くて済む。また、反射板などにより特定の方向に熱線を反射させて、所定の位置に集中させて加熱乾燥を行うことも可能である。このような乾燥方法を採用すれば、乾燥のためのエネルギー効率を向上でき、乾燥工程コストを低減できる。
遠赤外線乾燥機としては、遠赤外線を発生する発熱体を備えたものであればどのような構造でもよく、この場合、発熱体の温度を200℃以上に保持できるものが好ましい。発熱体の温度を200℃以上に保持することにより、遠赤外線を効率よく発生することができる。また、サーモスタットなどにより間欠的に通電させれば、省電力運転が可能となる。
遠赤外線乾燥においては、通気乾燥(熱風乾燥)のように風圧による負荷がなく、また、熱ロール乾燥のように機械的圧力による負荷がないため、エンボス加工による凹凸形態の潰れまたはパルプ積繊シート101の歪みなどが発生するおそれがない。
また、下側搬送用メッシュ122は、輪状の下側搬送用メッシュ122の内側に配置された空気流形成装置125によりパルプ積繊シート101を吸着した状態で搬送する。下側搬送用メッシュ122は、10番手〜30番手を用いることができ、本実施形態では、22番手(例えば0.7mm×0.7mm)のメッシュとする。
エンボス装置117によるエンボス加工に引き続き、第1バインダー塗布装置121及び第1乾燥装置124による処理を行うことにより、パルプ積繊シート101に形成されたエンボス形状が保たれやすくなる。
エンボス装置126は、一対のロール部材を有し、エンボス装置117と同様、ロール周面に波目形状のエンボス形状が形成されている。なお、エンボス形状は、これに限るものではなく、どのような形でもよい。エンボス装置126は、第1乾燥装置124を通過したパルプ積繊シート101にエンボス加工を施す。エンボス加工では、パルプ積繊シート101の片面のみまたは両面にエンボス形状が形成される。また、エンボス装置126を複数設けて、エンボス加工を複数回行ってもよい。この場合、同じ形状のエンボスでもよく、異なる形状のエンボスでもよい。また、エンボス装置126の圧力もエンボス装置117と同様に設定することができる。また、図1から明らかなように、エンボス装置126においても、エンボス加工時にパルプ積繊シート101は搬送用メッシュ及び搬送用ベルトを介在させていない。なお、エンボス装置126は、パルプ積繊シート製造装置100に設けられなくてもよいし、一対のロール部材の間隔をパルプ積繊シート101のZ方向の厚さより大きくしてもよい。
エンボス装置126の一対のロール部材は、加熱しておくことが好ましい。なお、エンボス装置126によるエンボス加工は、後述の第2バインダー塗布装置130及び第2乾燥装置133の処理に先立って行われるので、パルプ積繊シート101に形成されたエンボス形状が保たれやすくなる。
第2バインダー塗布装置130は、パルプ積繊シート101の下方(−Z方向)においてパルプ積繊シート101に対向する複数のノズルを有し、パルプ積繊シート101の下面にバインダーを塗布する。バインダーの供給方法は、第1バインダー塗布装置121と同様である。パルプ積繊シート101は、網目形状の上側搬送用メッシュ127を介して空気流形成装置129により+Z方向に吸着された状態で、X方向に搬送される。上側搬送用メッシュ127の番手は、下側搬送用メッシュ118と同じ番手にすればよい。
このように、第2バインダー塗布装置130は、パルプ積繊シート101の下面に対して、下側(−Z方向)から上側(+Z方向)に向けてバインダーを塗布し、かつ、空気流形成装置129によりパルプ積繊シート101を上面側から上側(+Z方向)に吸着する。
第2バインダー塗布装置130が塗布するバインダーは、第1バインダー塗布装置121が塗布するバインダーと同じである。第2バインダー塗布装置130では、パルプ積繊シート101の下面に対して、パルプ積繊シート101の下方(−Z方向)に位置する複数のノズルからバインダーを塗布するので、パルプ積繊シート101に浸透しなかったバインダーはパルプ積繊シート101に残留することなく落ちていき、バインダー塗布ムラが生じることがない。このため、後述の第2乾燥装置133を経た後のパルプ積繊シート101の強度ムラ及び乾燥ムラを低減することができる。
また、第1バインダー塗布装置121及び第2バインダー塗布装置130により、パルプ積繊シート101を反転することなく、パルプ積繊シート101の上面及び下面にバインダーが塗布される。このため、パルプ積繊シート製造装置100の複雑化を避けることができ、かつ、パルプ積繊シート101の搬送を高速化することができる。
第1バインダー塗布装置121及び第2バインダー塗布装置130にカバーを取り付けてバインダーの飛散を防止し、パルプ積繊シート101に塗布されなかったバインダーをポンプなどにより回収してもよい。回収したバインダーを、再度、第1バインダー塗布装置121、第2バインダー塗布装置130に供給することにより、バインダーの使用量を低減でき、パルプ積繊シート101の製造コストを低減することができる。なお、第2バインダー塗布装置130は必ずしも設けなくてもよい。
第2乾燥装置133は、網目形状の上側搬送用メッシュ131に吸着されたパルプ積繊シート101に対して、電磁波乾燥を行う。なお、第2乾燥装置133は、電磁波乾燥に代えて、熱風乾燥及び又は赤外線乾燥を行ってもよい。
上側搬送用メッシュ131は、輪状の上側搬送用メッシュ131の内側に配置された空気流形成装置132により、下面に位置するパルプ積繊シート101を+Z方向に吸着させてX方向に搬送する。上側搬送用メッシュ131の番手は、下側搬送用メッシュ122の番手と同じ番手にすればよい。
エンボス装置135は、一対のロール部材を有し、エンボス装置126と同様、ロール周面に波目形状のエンボス形状が形成されている。なお、エンボス形状は、これに限るものではなく、どのような形でもよい。エンボス装置135は、第2乾燥装置133を通過したパルプ積繊シート101にエンボス加工を施す。エンボス加工では、シート状のパルプ積繊シート101の片面のみまたは両面にエンボス形状が形成される。また、エンボス装置135を複数設けて、エンボス加工を複数回行ってもよい。この場合、同じ形状のエンボスでもよく、異なる形状のエンボスでもよい。また、エンボス装置135の圧力もエンボス装置126と同様に設定することができる。なお、エンボス装置135は、パルプ積繊シート製造装置100に設けられなくてもよいし、一対のロール部材の間隔をパルプ積繊シート101のZ方向の厚さより大きくしてもよい。
エンボス装置135の一対のエンボスロールは、加熱しておくことが好ましい。なお、エンボス装置135によるエンボス加工も、後述の第3バインダー塗布装置136及び第3乾燥装置137の処理に先立って行われるので、パルプ積繊シート101に形成されたエンボス形状が保たれやすくなる。
第3バインダー塗布装置136は、パルプ積繊シート101の上方(+Z方向)においてパルプ積繊シート101に対向する複数のノズルを有し、パルプ積繊シート101のバインダーが既に塗布された面にバインダーを塗布する。第3バインダー塗布装置136が塗布するバインダーは、第1バインダー塗布装置121が塗布するバインダーと同じである。第3バインダー塗布装置136は、パルプ積繊シート101に塗布するバインダーの最終的な全量のうち、第1バインダー塗布装置121及び第2バインダー塗布装置130において塗布したバインダー量を除いた量を塗布する。ただし、第2バインダー塗布装置130が設けられない場合には、第3バインダー塗布装置136は、パルプ積繊シート101に塗布するバインダーの最終的な全量のうち、第1バインダー塗布装置121において塗布したバインダー量を除いた量を塗布する。なお、第3バインダー塗布装置136は、パルプ積繊シート101の上方(+Z方向)に加え、またはこれに代えて、下方(−Z方向)においてパルプ積繊シート101に対向する複数のノズルを有してもよい。
第3乾燥装置137は、網目形状の下側搬送用メッシュ138上に載置されたパルプ積繊シート101に対して、電磁波乾燥を行う。なお、第3乾燥装置137は、電磁波乾燥に代えて、熱風乾燥及び又は赤外線乾燥を行ってもよい。
架橋剤溶液塗布装置140は、第3乾燥装置137によって乾燥されたパルプ積繊シート101に架橋剤を塗布して含浸させる。これにより、パルプ積繊シート101の物理強度を向上させることができる。架橋剤が含浸されたパルプ積繊シート101は、図示せぬ乾燥装置によって弱い乾燥が行われる。
架橋剤は、バインダーと架橋反応を起こしてバインダーを架橋構造とし、それにより物理的強度を向上させるものである。架橋剤は、第3乾燥装置137の直後に供給される以外に、バインダーと同時に供給されてもよいし、パルプ積繊シート製造装置100中の他の箇所で供給されてもよい。
架橋剤としては、CMC等のカルボキシル基を有するバインダーを用いる場合には、多価金属イオンを用いることが好ましく、この多価金属イオンとしては、亜鉛、カルシウム、バリウム等のアルカリ土類金属、マグネシウム、アルミニウム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅等の金属イオンが挙げられる。中でも、亜鉛、カルシウム、バリウム、マグネシウム、アルミニウム、鉄、コバルト、ニッケル、銅等のイオンが好適に用いられる。これらは十分な湿潤強度を付与する点において好ましい。上記架橋剤としての多価金属イオンは、硫酸塩、塩化物、水酸化物、炭酸塩、硝酸塩等の水溶性金属塩の形で用いられる。また、バインダーとしてPVAを用いる場合、架橋剤としてはチタン化合物、ホウ素化合物、ジルコニウム化合物、ケイ素を含む化合物等を用いることができ、これらの化合物のうち、1種又は複数を混合して架橋剤として用いることもできる。チタン化合物としては、例えば、乳酸チタン、チタントリエタノールアミネート等が挙げられ、ホウ素化合物としては、例えば、ホウ砂、ホウ酸等が挙げられる。また、ジルコニウム化合物としては、例えば、炭酸ジルコニウムアンモニウム等が挙げられ、ケイ素を含む化合物としては、例えば、ケイ酸ナトリウム等が挙げられる。
折り機141は、架橋剤が含浸されたパルプ積繊シート101を所定寸法に切断し、折り畳む。ここで、パルプ積繊シート101が完全に乾燥した状態で折り畳まれると、折れ目にひび割れが生じるおそれがあるが、ここでは、完全に乾燥した状態ではないため、折れ目にひび割れが生じるおそれがない。
水性薬剤溶液塗布装置142は、折り畳まれたパルプ積繊シート101に水性薬剤溶液を塗布して含浸させる。水性薬剤溶液としては、水、水溶性有機溶剤、界面活性剤、殺菌剤、防腐剤、消臭剤、香料などを配合してなるものが挙げられる。水性薬剤溶液は、折り畳まれたパルプ積繊シート101の重量に対して50重量%〜200重量%、好ましくは130重量%〜150重量%含浸されるように供給することが十分な清掃機能を発揮する上で好ましい。
このように、水性薬剤溶液が含浸されたパルプ積繊シート101は、水性薬剤溶液によって、乳幼児の身体拭き、トイレクリーナー、または、その他の清浄用物品として利用可能なものとされる。こうして得られた清浄用物品は、その複数束が密封袋に袋詰めされ、製品143として梱包される。
次に、上述したように、パルプ積繊シート101にバインダーを複数回に分けて塗布する理由について説明する。ここでは、説明を簡単にするため、第2バインダー塗布装置130を省き、第1バインダー塗布装置121と第3バインダー塗布装置136がそれぞれパルプ積繊シート101の同一の面にバインダーを塗布する場合について説明する。
パルプ積繊シート101に大量のバインダーを塗布して、パルプ積繊シート101の強度を向上させたい場合がある。このようなとき、パルプ積繊シート101に一度に大量のバインダーを塗布すると、水分が多くなり、乾燥に長時間要してしまう。このため、生産効率が低下してしまう。
そこで、バインダーを複数回(ここでは、2回)に分けて塗布する。パルプ積繊シート101に最終的に塗布したいバインダーの塗布量を第1バインダー塗布装置121と第3バインダー塗布装置136とに振り分けて割り当てる。例えば、パルプ積繊シート101に対して最終的に8重量%のバインダーを塗布する場合、第1バインダー塗布装置121が6重量%を塗布し、第3バインダー塗布装置136が2重量%を塗布してもよいし、第1バインダー塗布装置121が4重量%を塗布し、第3バインダー塗布装置136が4重量%を塗布してもよい。さらには、第1バインダー塗布装置121が2重量%を塗布し、第3バインダー塗布装置136が6重量%を塗布してもよい。これらは一例であり、パルプ積繊シート101に対して塗布するバインダーの最終的な全量を適宜振り分け、第1バインダー塗布装置121と、第3バインダー塗布装置136とに割り当てればよい。
なお、第1バインダー塗布装置121が塗布する量は、第3バインダー塗布装置136が塗布する量より少ないことが好ましい。これは、次の理由による。大量のバインダーを塗布すると、多くの水分を含有したパルプ積繊シート101は引張強度が低下し、搬送中に破損してしまうことがある。そのため、まずは、少量のバインダーを塗布して、パルプ積繊シート101の引張強度の低下を抑え、搬送中の破損を防止する。少量のバインダーが塗布されたパルプ積繊シート101を乾燥させて強度を持たせたうえで、次に、多くのバインダーを塗布すれば、パルプ積繊シート101の引張強度の低下を抑制することができる。
また、1回目のバインダー塗布及び乾燥によりパルプ積繊シート101の表面を固くすることができるので、エンボス装置126によってパルプ積繊シート101に形成されるエンボス形状を鮮明にすることができる。
さらに、1回で塗布不可能な量(例えば、20重量%以上)のバインダーを塗布する場合に、複数回に分けて塗布することにより、1回で塗布不可能な量のバインダーであっても塗布可能となる。
このように、2回に分けてバインダーを塗布することにより、大量の水分を一度に乾燥させる場合に比べ、少量の水分を2回繰り返し乾燥させる方が乾燥時間を削減することができ、生産効率を向上させることができる。また、2度のバインダー塗布によりパルプ積繊シート101の強度を向上させることができる。ただし、パルプ積繊シート101を水解性の製品とする場合には、強度の増したパルプ積繊シート101であっても水解するものとする。
なお、第1乾燥装置124及び第3乾燥装置137が熱風乾燥又は赤外線乾燥を行う場合、第1乾燥装置124は、第1バインダー塗布装置121におけるバインダーの塗布量に応じて、また第3乾燥装置137は、第3バインダー塗布装置136におけるバインダーの塗布量に応じて、それぞれ乾燥温度を調整する。例えば、バインダーの塗布量が多いほど、乾燥温度を高くし、バインダーの塗布量が少ないほど、乾燥温度を低く設定する。これにより、パルプ積繊シート製造装置100におけるパルプ積繊シート101の搬送速度を一定に保ちつつ、各乾燥装置の長さを変えることなく、バインダーが塗布されたパルプ積繊シート101を適切に乾燥させることができる。
なお、ここでは、2回に分けてバインダーを塗布する場合について説明したが、本発明はこれに限らず、2回以上に分けて塗布してもよい。ただし、塗布する回数が多ければ多いほどよいわけではなく、適切な回数、例えば、2〜3回程度が好ましい。また、ここでは、パルプ積繊シート101の片面にバインダーを塗布する場合について説明したが、本発明はこれに限らず、両面に塗布する場合も同様に行ってもよい。
このように、本実施形態のパルプ積繊シート製造装置100は、パルプ積繊シート101の同一の面に対してバインダーを複数回塗布し、その都度、乾燥させることにより、パルプ積繊シート101の強度を向上させ、かつ、乾燥に要する時間を削減することができ、生産効率を向上させることができる。
なお、本実施形態では、パルプ積繊シート製造装置100を1つの装置(1つのライン)として説明したが、本発明はこれに限らず、パルプ積繊シート製造装置を複数に分割してもよい。例えば、粉砕前処理装置から第2乾燥装置133までを1つの装置とし、エンボス装置135から水性薬剤溶液塗布装置142までを1つの装置としてもよい。
106 粉砕装置
107 積繊装置
112 平ロール
117、126、135 エンボス装置
121 第1バインダー塗布装置
124 第1乾燥装置
130 第2バインダー塗布装置
133 第2乾燥装置
136 第3バインダー塗布装置
137 第3乾燥装置

Claims (8)

  1. 粉砕パルプ又は前記粉砕パルプを主原料とする繊維を含むパルプ積繊シートの同一の面にバインダーを複数回塗布する塗布工程と、
    バインダーが塗布されるたびに前記パルプ積繊シートを乾燥させる乾燥工程と、
    を具備するパルプ積繊シート製造方法。
  2. 前記塗布工程は、
    前記パルプ積繊シートの少なくとも一方の面にバインダーを塗布する第1バインダー塗布工程と、
    乾燥され、かつ、前記第1バインダー塗布工程においてバインダーが塗布された面にバインダーを塗布する第2バインダー塗布工程と、
    を具備する請求項1に記載のパルプ積繊シート製造方法。
  3. 前記乾燥工程は、
    前記第1バインダー塗布工程においてバインダーが塗布された前記パルプ積繊シートを乾燥させる第1乾燥工程と、
    前記第2バインダー塗布工程においてバインダーが塗布された前記パルプ積繊シートを乾燥させる第2乾燥工程と、
    を具備する請求項2に記載のパルプ積繊シート製造方法。
  4. 前記塗布工程では、前記パルプ積繊シートの一方の面に1回で塗布不可能な量のバインダーを複数回に分けて塗布する、
    請求項1に記載のパルプ積繊シート製造方法。
  5. 前記乾燥工程は、熱風乾燥又は赤外線乾燥を行う場合、前記塗布工程におけるバインダーの塗布量に応じて乾燥温度を調整する、
    請求項1に記載のパルプ積繊シート製造方法。
  6. 前記第1乾燥工程は、熱風乾燥又は赤外線乾燥を行う場合、前記第1バインダー塗布工程におけるバインダーの塗布量が多いと、乾燥温度を上昇させ、前記第1バインダー塗布工程におけるバインダーの塗布量が少ないと、前記乾燥温度を低下させ、
    前記第2乾燥工程は、熱風乾燥又は赤外線乾燥を行う場合、前記第2バインダー塗布工程におけるバインダーの塗布量が多いと、前記乾燥温度を上昇させ、前記第2バインダー塗布工程におけるバインダーの塗布量が少ないと、前記乾燥温度を低下させる、
    請求項3に記載のパルプ積繊シート製造方法。
  7. 前記第1乾燥工程において乾燥された前記パルプ積繊シートにエンボス形状を付与するエンボス工程を具備する、
    請求項3に記載のパルプ積繊シート製造方法。
  8. 粉砕パルプ又は前記粉砕パルプを主原料とする繊維を含むパルプ積繊シートの少なくとも一方の面にバインダーを塗布する第1バインダー塗布装置と、
    前記第1バインダー塗布装置によってバインダーが塗布された前記パルプ積繊シートを乾燥させる第1乾燥装置と、
    乾燥され、かつ、前記第1バインダー塗布装置がバインダーを塗布した面にバインダーを塗布する第2バインダー塗布装置と、
    前記第2バインダー塗布装置によってバインダーが塗布された前記パルプ積繊シートを乾燥させる第2乾燥装置と、
    を具備するパルプ積繊シート製造装置。
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