JP7581326B2 - 可搬式パルプ解繊装置ユニットを用いた現地解繊方法及び可搬式パルプ解繊装置ユニット - Google Patents
可搬式パルプ解繊装置ユニットを用いた現地解繊方法及び可搬式パルプ解繊装置ユニット Download PDFInfo
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Description
本発明は、可搬式パルプ解繊装置ユニットを用いた現地解繊方法及び可搬式パルプ解繊装置ユニットに関する。
従来セルロースナノファイバー（以下、ＣＮＦともいう。）は、変性パルプを高圧のホモジナイザーにより解繊することにより、水に安定的に分散させた状態で製造され（例えば、特許文献１参照）、通常は製造された所定濃度のＣＮＦ分散液のままユーザーの工場などに搬送され、工業材料あるいは食品や化粧品の添加物材料として各種用途に使用されている。
製造された所定濃度のＣＮＦ分散液をそのままユーザーの工場などに搬送する場合は、保管、輸送等のコストアップにつながっていた。一方ＣＮＦ分散液を乾燥させた状態で運搬する場合には、ＣＮＦ分散液の乾燥に多大な電力を必要とすることからコストアップにつながっていた。またユーザーの工場にＣＮＦの乾燥品を希釈、再分散し、使用に適した濃度に調整する設備の新規設置が必要であった。
また特許文献２には、セルロース性原料を離解し半加工品とした後に、輸送費用の削減のため半加工品を濃縮して水分含有量を減少させてから目的地まで輸送し、目的地で半加工品の希釈およびナノフィブリルセルロースまで解繊することが記載されている。
また特許文献３には、修飾セルロースパルプを製造した後に、輸送費用の削減のため所定の絶乾率まで脱水してから目的地まで輸送し、目的地で希釈およびナノフィブリルセルロースまで分解することが記載されている。さらに移送コンテナの内部にナノフィブリルセルロースの製造装置を収納して目的地まで運ぶことについても記載されている。
特許文献１等の従来の方法は、高圧のホモジナイザーを用いて解繊することから、多大な電力を必要とするものであった。また高圧のホモジナイザーは、高価な材質が必要であり、消耗品交換のサイクルが短いため、コストアップにつながっていた。また高圧のホモジナイザーでは解繊処理の程度を微調整することが難しかった。
また特許文献２の方法は、目的地に希釈および解繊に用いる機器を設置する必要があった。
また特許文献３のナノフィブリルセルロースの製造装置は、複数の装置および部品からなるものであり、目的地において組み立て等の作業が必要であった。
本発明の課題は、ユーザー側で簡単に、かつ、新規設備を設置することなく、ユーザーが希望する解繊処理の程度・濃度のＣＮＦを低いエネルギーで製造し、安い価格で提供することである。
また特許文献２の方法は、目的地に希釈および解繊に用いる機器を設置する必要があった。
また特許文献３のナノフィブリルセルロースの製造装置は、複数の装置および部品からなるものであり、目的地において組み立て等の作業が必要であった。
本発明の課題は、ユーザー側で簡単に、かつ、新規設備を設置することなく、ユーザーが希望する解繊処理の程度・濃度のＣＮＦを低いエネルギーで製造し、安い価格で提供することである。
本発明者は、上記課題を解決すべく鋭意検討した結果、ユニット化した装置を持込んで現地においてパルプ原料の解繊を行うことにより、上記目的を達成できることを見出し本発明を完成させた。
本発明は、以下を提供する。
（１）搬送車両の荷台内に積載可能なサイズのスキッド又はパレットを用意する工程と、前記スキッド又はパレット上に解繊装置を設置し可搬式パルプ解繊装置ユニットを製造する工程と、前記可搬式パルプ解繊装置ユニットを前記搬送車両の荷台に積載する工程と、前記解繊装置によりパルプ原料の解繊を行う場所まで、前記搬送車両により前記可搬式パルプ解繊装置ユニットを搬送する搬送工程と、前記パルプ原料を用意する工程と、前記解繊装置により前記パルプ原料の解繊を行う解繊工程と、を含む可搬式パルプ解繊装置ユニットを用いた現地解繊方法。
（２）前記パルプ原料が変性パルプ原料であることを特徴とする（１）記載の可搬式パルプ解繊装置ユニットを用いた現地解繊方法。
（３）更に前記変性パルプ原料の解繊を行う場所において、前記搬送車両の荷台から前記可搬式パルプ解繊装置ユニットを降ろして設置する工程を含む（２）記載の可搬式パルプ解繊装置ユニットを用いた現地解繊方法。
（４）前記解繊工程は、前記変性パルプ原料をイオン交換水または軟水に離解し、Ｎａ化し、解繊する工程を含む（２）または（３）に記載の可搬式パルプ解繊装置ユニットを用いた現地解繊方法。
（５）前記搬送工程においては、前記可搬式パルプ解繊装置ユニットの高さが所定の高さを越える場合には、第１原料タンクの上部に設置された第１撹拌機の第１駆動部と、第２原料タンクの上部に設置された第２撹拌機の第２駆動部とが取り外された状態で搬送される（２）～（４）の何れかに記載の可搬式パルプ解繊装置ユニットを用いた現地解繊方法。
（６）前記解繊装置により解繊を行う場所での前記変性パルプ原料の解繊が終了した後、搬送車両を用いて前記可搬式パルプ解繊装置ユニットを回収する（２）～（５）の何れかに記載の可搬式パルプ解繊装置ユニットを用いた現地解繊方法。
（７）スキッド又はパレットと、前記スキッド又はパレット上に設置された解繊装置を備え、搬送車両の荷台内に積載可能なサイズの可搬式パルプ解繊装置ユニットであって、前記解繊装置は、第１原料タンクと、前記第１原料タンク内に設置され前記第１原料タンク内のパルプ原料の撹拌を行う第１撹拌機と、前記第１原料タンクの上部に設置され前記第１撹拌機を駆動する第１駆動部と、第２原料タンクと、前記第２原料タンク内に設置され前記第２原料タンク内の前記パルプ原料の撹拌を行う第２撹拌機と、前記第２原料タンクの上部に設置され前記第２撹拌機を駆動する第２駆動部と、供給された前記パルプ原料を解繊するキャビテーターと、前記第１原料タンクまたは前記第２原料タンクから交互に前記キャビテーターに前記パルプ原料を送る第１の配管と、前記キャビテーターから供給側のタンクとは反対のタンクに前記パルプ原料を送る第２の配管とを備える可搬式パルプ解繊装置ユニット。
（８）前記パルプ原料が変性パルプ原料であることを特徴とする（７）記載の可搬式パルプ解繊装置ユニット。
（９）前記第２の配管に設けられた前記キャビテーターに前記変性パルプ原料を送る少なくとも１台の原料ポンプを備える（８）記載の可搬式パルプ解繊装置ユニット。
（１０）前記スキッド又はパレット上には、イオン交換カラム及びＮａＯＨディスペンサーを更に備える（８）または（９）記載の可搬式パルプ解繊装置ユニット。
（１１）所定の高さを越える場合には、前記第１駆動部と、前記第２駆動部とが取り外された状態で前記搬送車両により搬送される（８）～（１０）の何れかに記載の可搬式パルプ解繊装置ユニット。
（１２）前記キャビテーターは、前記変性パルプ原料の解繊を行う、原料高圧ポンプ及び解繊ノズルを備える（８）～（１１）の何れかに記載の可搬式パルプ解繊装置ユニット。
本発明は、以下を提供する。
（１）搬送車両の荷台内に積載可能なサイズのスキッド又はパレットを用意する工程と、前記スキッド又はパレット上に解繊装置を設置し可搬式パルプ解繊装置ユニットを製造する工程と、前記可搬式パルプ解繊装置ユニットを前記搬送車両の荷台に積載する工程と、前記解繊装置によりパルプ原料の解繊を行う場所まで、前記搬送車両により前記可搬式パルプ解繊装置ユニットを搬送する搬送工程と、前記パルプ原料を用意する工程と、前記解繊装置により前記パルプ原料の解繊を行う解繊工程と、を含む可搬式パルプ解繊装置ユニットを用いた現地解繊方法。
（２）前記パルプ原料が変性パルプ原料であることを特徴とする（１）記載の可搬式パルプ解繊装置ユニットを用いた現地解繊方法。
（３）更に前記変性パルプ原料の解繊を行う場所において、前記搬送車両の荷台から前記可搬式パルプ解繊装置ユニットを降ろして設置する工程を含む（２）記載の可搬式パルプ解繊装置ユニットを用いた現地解繊方法。
（４）前記解繊工程は、前記変性パルプ原料をイオン交換水または軟水に離解し、Ｎａ化し、解繊する工程を含む（２）または（３）に記載の可搬式パルプ解繊装置ユニットを用いた現地解繊方法。
（５）前記搬送工程においては、前記可搬式パルプ解繊装置ユニットの高さが所定の高さを越える場合には、第１原料タンクの上部に設置された第１撹拌機の第１駆動部と、第２原料タンクの上部に設置された第２撹拌機の第２駆動部とが取り外された状態で搬送される（２）～（４）の何れかに記載の可搬式パルプ解繊装置ユニットを用いた現地解繊方法。
（６）前記解繊装置により解繊を行う場所での前記変性パルプ原料の解繊が終了した後、搬送車両を用いて前記可搬式パルプ解繊装置ユニットを回収する（２）～（５）の何れかに記載の可搬式パルプ解繊装置ユニットを用いた現地解繊方法。
（７）スキッド又はパレットと、前記スキッド又はパレット上に設置された解繊装置を備え、搬送車両の荷台内に積載可能なサイズの可搬式パルプ解繊装置ユニットであって、前記解繊装置は、第１原料タンクと、前記第１原料タンク内に設置され前記第１原料タンク内のパルプ原料の撹拌を行う第１撹拌機と、前記第１原料タンクの上部に設置され前記第１撹拌機を駆動する第１駆動部と、第２原料タンクと、前記第２原料タンク内に設置され前記第２原料タンク内の前記パルプ原料の撹拌を行う第２撹拌機と、前記第２原料タンクの上部に設置され前記第２撹拌機を駆動する第２駆動部と、供給された前記パルプ原料を解繊するキャビテーターと、前記第１原料タンクまたは前記第２原料タンクから交互に前記キャビテーターに前記パルプ原料を送る第１の配管と、前記キャビテーターから供給側のタンクとは反対のタンクに前記パルプ原料を送る第２の配管とを備える可搬式パルプ解繊装置ユニット。
（８）前記パルプ原料が変性パルプ原料であることを特徴とする（７）記載の可搬式パルプ解繊装置ユニット。
（９）前記第２の配管に設けられた前記キャビテーターに前記変性パルプ原料を送る少なくとも１台の原料ポンプを備える（８）記載の可搬式パルプ解繊装置ユニット。
（１０）前記スキッド又はパレット上には、イオン交換カラム及びＮａＯＨディスペンサーを更に備える（８）または（９）記載の可搬式パルプ解繊装置ユニット。
（１１）所定の高さを越える場合には、前記第１駆動部と、前記第２駆動部とが取り外された状態で前記搬送車両により搬送される（８）～（１０）の何れかに記載の可搬式パルプ解繊装置ユニット。
（１２）前記キャビテーターは、前記変性パルプ原料の解繊を行う、原料高圧ポンプ及び解繊ノズルを備える（８）～（１１）の何れかに記載の可搬式パルプ解繊装置ユニット。
本発明によれば、ユーザー側で簡単に、かつ、新規設備を設置することなく、ユーザーが希望する解繊処理の程度・濃度のＣＮＦを低いエネルギーで製造し、安い価格で提供することができる。
以下、図面を参照して本発明の実施の形態の説明を行う。図１は実施の形態に係る可搬式変性パルプ解繊装置ユニットを用いた現地解繊方法の工程を示す図であり、図２は実施の形態に係る可搬式変性パルプ解繊装置ユニットの基本構成を示す図である。
この可搬式変性パルプ解繊装置ユニット（可搬式パルプ解繊装置ユニット）１００を用いた現地解繊方法においては、まず搬送車両の荷台内に積載可能なサイズのスキッド（又はパレット）２を用意する（ステップＳ１）。ここで搬送車両の荷台内に積載可能なサイズとは、例えば４ｔトラックであれば、幅2150ｍｍ×長さ6235ｍｍ内のサイズであり、１０ｔトラックであれば、幅2350ｍｍ×長さ9200ｍｍ内のサイズであり、ＪＲコンテナであれば、幅2275ｍｍ×長さ3525ｍｍ内のサイズである。
次にスキッド２上に解繊装置４を設置し可搬式変性パルプ解繊装置ユニット１００を製造する（ステップＳ２）。
次にスキッド２上に解繊装置４を設置し可搬式変性パルプ解繊装置ユニット１００を製造する（ステップＳ２）。
解繊装置４は、第１原料タンク１０と、第１原料タンク１０内に設置され第1原料タンク１０内の変性パルプ原料の撹拌を行う第１撹拌機１２と、第１原料タンク１０の上部に設置され第１撹拌機１２を駆動する第１駆動部１４と、第２原料タンク１６と、第２原料タンク１６内に設置され第２原料タンク１６内の変性パルプ原料の撹拌を行う第２撹拌機１８と、第２原料タンク１６の上部に設置され第２撹拌機１８を駆動する第２駆動部２０と、供給された変性パルプ原料を解繊するキャビテーター２２とを備えている。
なお本明細書においては、第１撹拌機１２および第２撹拌機１８による変性パルプ原料の短繊維への解繊を離解といい、キャビテーター２２による変性パルプ原料のナノ解繊を解繊というものとする。
ここで第1原料タンク１０の上部には、変性パルプ原料を投入する投入口、イオン交換水を投入する投入口、ＮａＯＨを投入する投入口が設けられており、第1原料タンク１０及び第２原料タンク１６の下部には、第１原料タンク１０または第２原料タンク１６から弁２８を切り替えることにより、交互に原料ポンプ３０、原料クーラー３２を介してキャビテーター２２に変性パルプ原料を送る第１の配管２４が接続されている。またキャビテーター２２には、キャビテーター２２から弁３４を切り替えることにより、供給側のタンクとは反対のタンクに変性パルプ原料を送る第２の配管２６が接続されている。キャビテーター２２は、原料高圧ポンプ２２ａ及びノズルヘッダー２２ｂを備えており、ノズルヘッダー２２ｂには複数の解繊ノズルが設けられている。
なお原料ポンプ３０は、高粘度の変性パルプ原料を、吸入力が弱い原料高圧ポンプ２２ａに送り込む役割を果たすものであり、第１原料タンク１０および第２原料タンク１６の出口にそれぞれ１台ずつ設置されていてもよい。
なおキャビテーター２２は、上流圧と下流圧を調整する調整機構、及び複数の解繊ノズルの中で、消耗又は閉塞した解繊ノズルを切り離して運転を継続する機構を備えている。またスキッド２上には、イオン交換カラム３６及びＮａＯＨディスペンサー３８も備えている。
次に可搬式変性パルプ解繊装置ユニット１００を低床式セミトレーラーまたはトラックで搬入しクレーンおよびフォークリフトなどで吊降ろすことにより、搬送車両の荷台に積載する（ステップＳ３）。ここで可搬式変性パルプ解繊装置ユニット１００の高さが搬送車両の荷台内に積載可能な所定の高さを越える場合には、第１原料タンク１０の上部に設置された第１撹拌機１２の第１駆動部１４と、第２原料タンク１６の上部に設置された第２撹拌機１８の第２駆動部２０とを取り外して、搬送車両の荷台内に積載する。なお搬送車両の荷台内に積載可能な所定の高さとは、スキッド及びパレットの高さを含んで、例えば４ｔトラックであれば2150ｍｍであり、１０ｔトラックであれば2470ｍｍであり、ＪＲコンテナであれば2158ｍｍである。
次に解繊装置４により変性パルプ原料の解繊を行う場所まで、搬送車両により可搬式変性パルプ解繊装置ユニット１００を搬送する（ステップＳ４）。変性パルプ原料の解繊を行う場所とは、製品の製造にＣＮＦを使用するユーザーの工場や、変性パルプ原料を製造するパルプ工場である。
次に、解繊を行う変性パルプ原料を用意する（ステップＳ５）。なお変性パルプ原料については後述する。ここで変性パルプ原料の解繊を行う場所がユーザーの工場である場合には、パルプ工場において製造した変性パルプ原料を搬送することにより用意する。また変性パルプ原料の解繊を行う場所がパルプ工場である場合には、変性パルプの製造を行うことにより用意する。
変性パルプ原料は必要に応じてＮａ化するなどして、或いはＮａ化せずに、適当な濃度で可搬式変性パルプ解繊装置ユニット１００に乗せて輸送しても良い。
変性パルプ原料は必要に応じてＮａ化するなどして、或いはＮａ化せずに、適当な濃度で可搬式変性パルプ解繊装置ユニット１００に乗せて輸送しても良い。
次に変性パルプ原料の解繊を行う場所において、搬送車両の荷台から可搬式変性パルプ解繊装置ユニット１００を降ろし、可搬式変性パルプ解繊装置ユニット１００を設置する（ステップＳ６）。即ち可搬式変性パルプ解繊装置ユニット１００を所定の位置に設置すると共に工業用水供給管、冷却水供給管への接続、電源への接続を行う。
なお搬送車両の荷台から可搬式変性パルプ解繊装置ユニット１００を降ろすことなく、解繊装置４により変性パルプ原料の解繊を行う場合には、搬送車両の荷台に積載されている可搬式変性パルプ解繊装置ユニット１００に工業用水供給管、冷却水供給管を接続し、電源を接続する。
次に可搬式変性パルプ解繊装置ユニット１００の解繊装置４により変性パルプ原料の解繊を行う（ステップＳ７）。なお変性パルプ原料の解繊については後に詳述する。
なお可搬式変性パルプ解繊装置ユニット１００は、解繊装置４により解繊を行う場所での変性パルプ原料の解繊が終了した後、搬送車両を用いて回収する。
なお可搬式変性パルプ解繊装置ユニット１００は、解繊装置４により解繊を行う場所での変性パルプ原料の解繊が終了した後、搬送車両を用いて回収する。
（変性パルプ原料）
次に本発明の実施の形態で用いる変性パルプ原料について説明する。変性パルプ原料は、セルロース原料を化学変性したものである。
セルロース原料は、グルコース単位あたり３つのヒドロキシル基を有しており、各種の化学変性を行うことが可能である。本発明では、化学変性がなされたセルロース原料およびなされていないセルロース原料のいずれも使用できる。しかしながら、化学変性されたセルロース原料を用いると繊維の微細化が十分に進んで均一な繊維長および繊維径のセルロースナノファイバーが得られるので化学変性がなされたセルロース原料が好ましい。化学変性としては、例えば、酸化、エーテル化、リン酸化、亜リン酸化、エステル化、シランカップリング、フッ素化、カチオン化などが挙げられ、エーテル化としては、カルボキシメチル（エーテル）化、メチル（エーテル）化、エチル（エーテル）化、シアノエチル（エーテル）化、ヒドロキシエチル（エーテル）化、ヒドロキシプロピル（エーテル）化、エチルヒドロキシエチル（エーテル）化、ヒドロキシプロピルメチル（エーテル）化などが挙げられる。中でも、酸化（カルボキシル化）、エーテル化、カチオン化、エステル化が好ましい。
次に本発明の実施の形態で用いる変性パルプ原料について説明する。変性パルプ原料は、セルロース原料を化学変性したものである。
セルロース原料は、グルコース単位あたり３つのヒドロキシル基を有しており、各種の化学変性を行うことが可能である。本発明では、化学変性がなされたセルロース原料およびなされていないセルロース原料のいずれも使用できる。しかしながら、化学変性されたセルロース原料を用いると繊維の微細化が十分に進んで均一な繊維長および繊維径のセルロースナノファイバーが得られるので化学変性がなされたセルロース原料が好ましい。化学変性としては、例えば、酸化、エーテル化、リン酸化、亜リン酸化、エステル化、シランカップリング、フッ素化、カチオン化などが挙げられ、エーテル化としては、カルボキシメチル（エーテル）化、メチル（エーテル）化、エチル（エーテル）化、シアノエチル（エーテル）化、ヒドロキシエチル（エーテル）化、ヒドロキシプロピル（エーテル）化、エチルヒドロキシエチル（エーテル）化、ヒドロキシプロピルメチル（エーテル）化などが挙げられる。中でも、酸化（カルボキシル化）、エーテル化、カチオン化、エステル化が好ましい。
（セルロース原料）
本発明において、セルロース原料とは、セルロースを主体とした様々な形態の材料をいい、パルプ（晒又は未晒木材パルプ、晒又は未晒非木材パルプ、精製リンター、ジュート、マニラ麻、ケナフ等の草本由来のパルプなど）、酢酸菌等の微生物によって生産されるセルロース等の天然セルロース、セルロースを銅アンモニア溶液、モルホリン誘導体等の何らかの溶媒に溶解した後に紡糸された再生セルロース、及び上記セルロース原料に加水分解、アルカリ加水分解、酵素分解、爆砕処理、振動ボールミル等の機械的処理等をすることによってセルロースを解重合した微細セルロースなどが例示される。
本発明において、セルロース原料とは、セルロースを主体とした様々な形態の材料をいい、パルプ（晒又は未晒木材パルプ、晒又は未晒非木材パルプ、精製リンター、ジュート、マニラ麻、ケナフ等の草本由来のパルプなど）、酢酸菌等の微生物によって生産されるセルロース等の天然セルロース、セルロースを銅アンモニア溶液、モルホリン誘導体等の何らかの溶媒に溶解した後に紡糸された再生セルロース、及び上記セルロース原料に加水分解、アルカリ加水分解、酵素分解、爆砕処理、振動ボールミル等の機械的処理等をすることによってセルロースを解重合した微細セルロースなどが例示される。
（酸化パルプ）
酸化によりセルロース原料を変性して得られる酸化パルプの絶乾重量に対するカルボキシル基の量は、０．５ｍｍｏｌ／ｇ以上、好ましくは０．８ｍｍｏｌ／ｇ以上、より好ましくは１．０ｍｍｏｌ／ｇ以上である。上限は、３．０ｍｍｏｌ／ｇ以下、好ましくは２．５ｍｍｏｌ／ｇ以下、より好ましくは２．０ｍｍｏｌ／ｇ以下である。すなわち、本発明に用いる酸化セルロースナノファイバーは、カルボキシル基の量が０．５ｍｍｏｌ／ｇ～３．０ｍｍｏｌ／ｇであり、０．８ｍｍｏｌ／ｇ～２．５ｍｍｏｌ／ｇが好ましく、１．０ｍｍｏｌ／ｇ～２．０ｍｍｏｌ／ｇがより好ましい。
酸化によりセルロース原料を変性して得られる酸化パルプの絶乾重量に対するカルボキシル基の量は、０．５ｍｍｏｌ／ｇ以上、好ましくは０．８ｍｍｏｌ／ｇ以上、より好ましくは１．０ｍｍｏｌ／ｇ以上である。上限は、３．０ｍｍｏｌ／ｇ以下、好ましくは２．５ｍｍｏｌ／ｇ以下、より好ましくは２．０ｍｍｏｌ／ｇ以下である。すなわち、本発明に用いる酸化セルロースナノファイバーは、カルボキシル基の量が０．５ｍｍｏｌ／ｇ～３．０ｍｍｏｌ／ｇであり、０．８ｍｍｏｌ／ｇ～２．５ｍｍｏｌ／ｇが好ましく、１．０ｍｍｏｌ／ｇ～２．０ｍｍｏｌ／ｇがより好ましい。
本発明においては、酸化する方法として、Ｎ－オキシル化合物、及び、臭化物、ヨウ化物若しくはこれらの混合物からなる群より選択される物質の存在下で酸化剤を用いて水中でセルロース原料を酸化する。この方法によれば、セルロース表面のグルコピラノース環のＣ６位の一級水酸基が選択的に酸化され、アルデヒド基、カルボキシル基、及びカルボキシレート基からなる群より選ばれる基が生じる。反応時のセルロース原料の濃度は特に限定されないが、５重量％以下が好ましい。
Ｎ－オキシル化合物とは、ニトロキシラジカルを発生しうる化合物をいう。ニトロキシルラジカルとしては例えば、２，２，６，６－テトラメチルピペリジン１－オキシル（ＴＥＭＰＯ）が挙げられる。Ｎ－オキシル化合物としては、目的の酸化反応を促進する化合物であれば、いずれの化合物も使用できる。
Ｎ－オキシル化合物の使用量は、原料となるセルロースを酸化できる触媒量であれば特に制限されない。例えば、絶乾１ｇのセルロースに対して、０．０１ｍｍｏｌ以上が好ましく、０．０２ｍｍｏｌ以上がより好ましい。上限は、１０ｍｍｏｌ以下が好ましく、１ｍｍｏｌ以下がより好ましく、０．５ｍｍｏｌ以下が更に好ましい。従って、Ｎ－オキシル化合物の使用量は絶乾１ｇのセルロースに対して、０．０１～１０ｍｍｏｌが好ましく、０．０１～１ｍｍｏｌがより好ましく、０．０２～０．５ｍｍｏｌがさらに好ましい。
臭化物とは臭素を含む化合物であり、例えば、臭化ナトリウム等の、水中で解離してイオン化可能な臭化アルカリ金属が挙げられる。また、ヨウ化物とはヨウ素を含む化合物であり、例えば、ヨウ化アルカリ金属が挙げられる。臭化物又はヨウ化物の使用量は、酸化反応を促進できる範囲で選択すればよい。臭化物及びヨウ化物の合計量は絶乾１ｇのセルロースに対して、０．１ｍｍｏｌ以上が好ましく、０．５ｍｍｏｌ以上がより好ましい。上限は、１００ｍｍｏｌ以下が好ましく、１０ｍｍｏｌ以下がより好ましく、５ｍｍｏｌ以下が更に好ましい。従って、臭化物及びヨウ化物の合計量は絶乾１ｇのセルロースに対して、０．１～１００ｍｍｏｌが好ましく、０．１～１０ｍｍｏｌがより好ましく、０．５～５ｍｍｏｌがさらに好ましい。
酸化剤は、特に限定されないが例えば、ハロゲン、次亜ハロゲン酸、亜ハロゲン酸、過ハロゲン酸、それらの塩、ハロゲン酸化物、過酸化物などが挙げられる。中でも、安価で環境負荷が少ないことから、次亜ハロゲン酸又はその塩を使用する事が好ましく、次亜塩素酸又はその塩を使用する事がより好ましく、次亜塩素酸ナトリウムを使用する事が更に好ましい。酸化剤の使用量は、絶乾１ｇのセルロースに対して、０．５ｍｍｏｌ以上が好ましく、１ｍｍｏｌ以上がより好ましく、３ｍｍｏｌ以上が更に好ましい。上限は、５００ｍｍｏｌ以下が好ましく、５０ｍｍｏｌ以下がより好ましく、２５ｍｍｏｌ以下が更に好ましい。従って、酸化剤の使用量は絶乾１ｇのセルロースに対して、０．５～５００ｍｍｏｌが好ましく、０．５～５０ｍｍｏｌがより好ましく、１～２５ｍｍｏｌがさらに好ましく、３～２５ｍｍｏｌが最も好ましい。Ｎ－オキシル化合物を用いる場合、酸化剤の使用量はＮ－オキシル化合物１ｍｏｌに対して１ｍｏｌ以上が好ましい。上限は、４０ｍｏｌが好ましい。従って、酸化剤の使用量はＮ－オキシル化合物１ｍｏｌに対して１～４０ｍｏｌが好ましい。
酸化反応時のｐＨ、温度等の条件は特に限定されず、一般に、比較的温和な条件であっても酸化反応は効率よく進行する。反応温度は４℃以上が好ましく、１５℃以上がより好ましい。上限は４０℃以下が好ましく、３０℃以下がより好ましい。従って、温度は４～４０℃が好ましく、１５～３０℃程度、すなわち室温であってもよい。反応液のｐＨは、８以上が好ましく、１０以上がより好ましい。上限は、１２以下が好ましく、１１以下がより好ましい。従って、反応液のｐＨは、好ましくは８～１２、より好ましくは１０～１１程度である。通常、酸化反応の進行に伴ってセルロース中にカルボキシル基が生成するため、反応液のｐＨは低下する傾向にある。そのため、酸化反応を効率よく進行させるためには、水酸化ナトリウム水溶液などのアルカリ性溶液を添加して、反応液のｐＨを上記の範囲に維持することが好ましい。酸化の際の反応媒体は、取扱い性の容易さや、副反応が生じにくいこと等の理由から、水が好ましい。
酸化反応における反応時間は、酸化の進行の程度に従って適宜設定することができ、通常は０．５時間以上である。上限は通常は６時間以下、好ましくは４時間以下である。従って、酸化における反応時間は通常０．５～６時間、例えば０．５～４時間程度である。
酸化は、２段階以上の反応に分けて実施してもよい。例えば、１段目の反応終了後に濾別して得られた酸化パルプを、再度、同一又は異なる反応条件で酸化させることにより、１段目の反応で副生する食塩による反応阻害を受けることなく、効率よく酸化させることができる。
（変性パルプ原料の解繊）
まず解繊装置４の第１原料タンク１０に固形分濃度２０～３０％の変性パルプ原料を入れ、軟水またはイオン交換カラム３６を通過させた工業用水により１．０～２．５％に離解する。その後ＮａＯＨディスペンサー３８から苛性ソーダを添加してｐＨ調整を行う。
まず解繊装置４の第１原料タンク１０に固形分濃度２０～３０％の変性パルプ原料を入れ、軟水またはイオン交換カラム３６を通過させた工業用水により１．０～２．５％に離解する。その後ＮａＯＨディスペンサー３８から苛性ソーダを添加してｐＨ調整を行う。
次に第１の配管２４の弁２８を切り替えることにより、第１原料タンク１０から変性パルプ原料を原料ポンプ３０、原料クーラー３２を介してキャビテーター２２に送り、原料高圧ポンプ２２ａによりノズルヘッダー２２ｂに備えられている複数の解繊ノズルから噴出させ変性パルプ原料の解繊を行う。複数の解繊ノズルにより解繊された変性パルプ原料は、第２の配管２６の弁３４を切り替えることにより、第２原料タンク１６に送られる。
第１原料タンク１０が空になると、第１の配管２４の弁２８を切り替えることにより、第２原料タンク１６から変性パルプ原料を原料ポンプ３０、原料クーラー３２を介してキャビテーター２２に送り、原料高圧ポンプ２２ａによりノズルヘッダー２２ｂに備えられている複数の解繊ノズルにより変性パルプ原料の解繊を行う。複数の解繊ノズルにより解繊された変性パルプ原料は、第２の配管２６の弁３４を切り替えることにより、第１原料タンク１０に送られる。第１原料タンク１０または第２原料タンク１６からキャビテーター２２に変性パルプ原料を送る処理を複数回繰り返すことにより、変性パルプ原料を解繊してＣＮＦを製造する。
弁２８を切り替えた後、弁３４を切り替えるまでの時間として、配管内の原料が入れ替わるための時間を空ける事が好ましい。
弁２８を切り替えた後、弁３４を切り替えるまでの時間として、配管内の原料が入れ替わるための時間を空ける事が好ましい。
（ＣＮＦ）
本発明において、変性パルプ原料を解繊して得られたＣＮＦは、繊維径が１μｍ未満である。ＣＮＦの平均繊維径は、特に限定されないが、長さ加重平均繊維径は、通常２～９８０ｎｍ程度であり、好ましくは２～１００ｎｍである。ＣＮＦの平均繊維長は、特に限定されないが、長さ加重平均繊維長は、好ましくは５０～２０００ｎｍである。長さ加重平均繊維径および長さ加重平均繊維長（以下、単に「平均繊維径」、「平均繊維長」ともいう）は、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）または透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）を用いて、各繊維を観察して求められる。ＣＮＦの平均アスペクト比は、１０以上である。上限は特に限定されないが、１０００以下である。平均アスペクト比は、下記の式により算出できる。
平均アスペクト比＝平均繊維長／平均繊維径
本発明において、変性パルプ原料を解繊して得られたＣＮＦは、繊維径が１μｍ未満である。ＣＮＦの平均繊維径は、特に限定されないが、長さ加重平均繊維径は、通常２～９８０ｎｍ程度であり、好ましくは２～１００ｎｍである。ＣＮＦの平均繊維長は、特に限定されないが、長さ加重平均繊維長は、好ましくは５０～２０００ｎｍである。長さ加重平均繊維径および長さ加重平均繊維長（以下、単に「平均繊維径」、「平均繊維長」ともいう）は、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）または透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）を用いて、各繊維を観察して求められる。ＣＮＦの平均アスペクト比は、１０以上である。上限は特に限定されないが、１０００以下である。平均アスペクト比は、下記の式により算出できる。
平均アスペクト比＝平均繊維長／平均繊維径
本実施の形態によれば、解繊の前処理と解繊に必要な全ての機器を含む、可搬式変性パルプ解繊装置ユニットを持込んで用いるため、ユーザー側で新規設備を設置する必要がなく、変性パルプ原料をキャビテーターにより解繊するため解繊処理の程度を微調整可能であり、ＣＮＦの製造に必要なエネルギーを低減させることができ、現地においてＣＮＦを製造するため輸送コストの発生を抑制することができ、ＣＮＦの提供価格を安くすることができる。
なお上述の実施の形態によれば、可搬式パルプ解繊装置ユニットを用いた現地解繊方法により変性パルプ原料の現地解繊を行っているが、変性されていないパルプ原料を上述の実施の形態の可搬式パルプ解繊装置ユニットを用いた現地解繊方法により現地解繊してもよい。
なお上述の実施の形態によれば、可搬式パルプ解繊装置ユニットを用いた現地解繊方法により変性パルプ原料の現地解繊を行っているが、変性されていないパルプ原料を上述の実施の形態の可搬式パルプ解繊装置ユニットを用いた現地解繊方法により現地解繊してもよい。
Claims (13)
- 搬送車両の荷台内に積載可能なサイズのスキッド又はパレットを用意する工程と、
前記スキッド又はパレット上に、キャビテーターを備える解繊装置を設置し可搬式パルプ解繊装置ユニットを製造する工程と、
前記可搬式パルプ解繊装置ユニットを前記搬送車両の荷台に積載する工程と、
前記解繊装置によりパルプ原料の解繊を行う場所まで、前記搬送車両により前記可搬式パルプ解繊装置ユニットを搬送する搬送工程と、
前記パルプ原料を用意する工程と、
前記解繊装置に備えられた前記キャビテーターにより前記パルプ原料の解繊を行う解繊工程と、を含む可搬式パルプ解繊装置ユニットを用いた現地解繊方法。 - 前記パルプ原料が変性パルプ原料であることを特徴とする請求項１に記載の可搬式パルプ解繊装置ユニットを用いた現地解繊方法。
- 更に前記変性パルプ原料の解繊を行う場所において、前記搬送車両の荷台から前記可搬式パルプ解繊装置ユニットを降ろして設置する工程を含む請求項２記載の可搬式パルプ解繊装置ユニットを用いた現地解繊方法。
- 搬送車両の荷台内に積載可能なサイズのスキッド又はパレットを用意する工程と、
前記スキッド又はパレット上に解繊装置を設置し可搬式パルプ解繊装置ユニットを製造する工程と、
前記可搬式パルプ解繊装置ユニットを前記搬送車両の荷台に積載する工程と、
前記解繊装置によりパルプ原料の解繊を行う場所まで、前記搬送車両により前記可搬式パルプ解繊装置ユニットを搬送する搬送工程と、
前記パルプ原料を用意する工程と、
前記解繊装置により前記パルプ原料の解繊を行う解繊工程と、を含み、
前記パルプ原料が変性パルプ原料であり、
前記解繊工程は、前記変性パルプ原料をイオン交換水または軟水に離解し、Ｎａ化し、解繊する工程を含む、可搬式パルプ解繊装置ユニットを用いた現地解繊方法。 - 搬送車両の荷台内に積載可能なサイズのスキッド又はパレットを用意する工程と、
前記スキッド又はパレット上に解繊装置を設置し可搬式パルプ解繊装置ユニットを製造する工程と、
前記可搬式パルプ解繊装置ユニットを前記搬送車両の荷台に積載する工程と、
前記解繊装置によりパルプ原料の解繊を行う場所まで、前記搬送車両により前記可搬式パルプ解繊装置ユニットを搬送する搬送工程と、
前記パルプ原料を用意する工程と、
前記解繊装置により前記パルプ原料の解繊を行う解繊工程と、を含み、
前記パルプ原料が変性パルプ原料であり、
前記搬送工程においては、前記可搬式パルプ解繊装置ユニットの高さが所定の高さを越える場合には、第１原料タンクの上部に設置された第１撹拌機の第１駆動部と、第２原料タンクの上部に設置された第２撹拌機の第２駆動部とが取り外された状態で搬送される、可搬式パルプ解繊装置ユニットを用いた現地解繊方法。 - 前記解繊装置により解繊を行う場所での前記変性パルプ原料の解繊が終了した後、搬送車両を用いて前記可搬式パルプ解繊装置ユニットを回収する請求項２～５の何れか一項に記載の可搬式パルプ解繊装置ユニットを用いた現地解繊方法。
- 前記キャビテーターは、複数の解繊ノズルを備える請求項１～３の何れか一項に記載の可搬式パルプ解繊装置ユニットを用いた現地解繊方法。
- スキッド又はパレットと、前記スキッド又はパレット上に設置された解繊装置を備え、搬送車両の荷台内に積載可能なサイズの可搬式パルプ解繊装置ユニットであって、
前記解繊装置は、
第１原料タンクと、
前記第１原料タンク内に設置され前記第１原料タンク内のパルプ原料の撹拌を行う第１撹拌機と、
前記第１原料タンクの上部に設置され前記第１撹拌機を駆動する第１駆動部と、
第２原料タンクと、
前記第２原料タンク内に設置され前記第２原料タンク内の前記パルプ原料の撹拌を行う第２撹拌機と、
前記第２原料タンクの上部に設置され前記第２撹拌機を駆動する第２駆動部と、
供給された前記パルプ原料を解繊するキャビテーターと、
前記第１原料タンクまたは前記第２原料タンクから交互に前記キャビテーターに前記パルプ原料を送る第１の配管と、
前記キャビテーターから供給側のタンクとは反対のタンクに前記パルプ原料を送る第２の配管とを備える可搬式パルプ解繊装置ユニット。 - 前記パルプ原料が変性パルプ原料であることを特徴とする請求項８記載の可搬式パルプ解繊装置ユニット。
- 前記第２の配管に設けられた前記キャビテーターに前記変性パルプ原料を送る少なくとも１台の原料ポンプを備える請求項９記載の可搬式パルプ解繊装置ユニット。
- 前記スキッド又はパレット上には、イオン交換カラム及びＮａＯＨディスペンサーを更に備える請求項９または１０記載の可搬式パルプ解繊装置ユニット。
- 所定の高さを越える場合には、前記第１駆動部と、前記第２駆動部とが取り外された状態で前記搬送車両により搬送される請求項９～１１の何れか一項に記載の可搬式パルプ解繊装置ユニット。
- 前記キャビテーターは、前記変性パルプ原料の解繊を行う、原料高圧ポンプ及び解繊ノズルを備える請求項９～１２の何れか一項に記載の可搬式パルプ解繊装置ユニット。
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