JPH04185794A - ウィスカーシートおよびその製造法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は微細繊維状結晶体、いわゆるウィスカーを通常
の湿式抄造により混抄し、当該ウィスカーの有する各種
特性を損なうことのないシートを提供することおよびそ
の製造法に関する。

し従来の技術］ ウィスカーを各種複合材料の強化材として用いる場合ウ
ィスカーかマトリックス中に均一に分散されて始めてそ
の補強材料としての特性か生かされるか、この均一分散
は容易ではない。

従って均一に分散されたウィスカーよりなる。

−トか得られればそれを用いて複合材料を容易に形成す
ることか可能になる。しかるに、かかるウィスカーは、
その形態か極めて小さく、例えば窒化珪素や炭化珪素の
ウィスカーは繊維径０．　５μｍ未満で、長さが３００
μｍ未満の極微細であるためウィスカー単体でのシート
化は困難であり、よしんばシートを形成したとしても、
その取扱い」ニシートそのものの機械強度は皆無てあり
、実用化へは供し難い。また、実質的にウィスカーはガ
ラス繊維や炭素繊維等に比へて極小ザイズであるという
点にとどまらずそれ自体分散能が極端に低いため、これ
を均一にシート化することは困難である。

ウィスカーはその属性上優れた耐薬品性、耐熱および安
定な化学特性と、物理的な面での優れた引張り、高弾性
率等の力学特性が期待できるところから各種複合材料強
化材、耐熱材料用等に早期工業化が望まれている。

従来、例えばウィスカーのシート化は公表特許公報昭５
８−５０２１９３号公報等に見られる炭化珪素または窒
化珪素からなるウィスカーをアセトン等の有機溶剤でポ
リヒニルブチラール樹脂と混合し、アルミ箔上に薄く塗
布、乾燥して一体化する例を見ることが出来るか、ウィ
スカーはあくまてアルミ箔上に付着しているのみて、シ
ート自体の保持能力に欠如する点、作業性を含めて未た
実用的シートの形成には至っていない。また、これとは
別に通常の結合剤、例えば水溶性樹脂を加えたシート化
も考えられるか、かかる手法のみては湿紙の強度か弱く
シート化は困難である。

特開昭６０−８８１９９号公報において、単繊維径が１
μｍ以下の微小繊維状セルロースを金属短繊維、無機短
繊維、有機短繊維のうち２種類以上の繊維を含有する複
合シートの結合剤としての利用が例示されている。

しかしながら、繊維長か請求項記載の範囲であっても、
繊維長が３００μｍ未満のいわゆるウィスカーを用いる
場合、湿式抄紙法により抄紙した場合、繊維長が短くワ
イヤーからうまくピックアップできない、微細繊維かウ
ィスカーを充分補足することかできずワイヤーからウィ
スカーが流出しウィスカーの歩留まりか悪い、乾燥後シ
ートからウィスカーの脱落が多いという欠点がある。

［発明が解決しようとする課題］ 本発明の目的は、取扱いに優れ、高歩留まりかつ低コス
トにウィスカーの属性を具体化しうる、任意の厚みおよ
び密度を可能とするウィスカーシートを提供することに
あるう また、通常の湿式抄紙法で容易にウィスカーシートを製
造する方法を提供するものである。

［課題を解決するための手段］ 本発明者は前記の課題を解決するため鋭意研究を行った
。その結果、ウィスカー、繊維、微細繊維状セルロース
にさらに凝集剤を加えたスラリーを抄紙し得られたウィ
スカーシートかウィスカーの歩留まりか良いだけでなく
、均一で強度が大きくシートからのウィスカーの脱落も
少ないという予想外の効果を見いだし本発明を完成した
。

すなわち、本発明は ■ウィスカー、 ■有機繊維および無機繊維から選ばれた少なくとも１種
類以上の繊維、 ■凝集剤、 及び ■単繊維径か１μｍ以下である微小繊維状セルロース の上記４成分を必須成分として含有するスラリーから湿
式抄紙法を用い抄紙し得られるウィスカーシートに関す
るものである。

また、有機繊維および無機繊維から選ばれた少なくとも
１種類以上の繊維と、ウィスカーを分散混合後、凝集剤
を添加し凝集を形成させる工程、もしくはウィスカーを
分散混合後、凝集剤を添加し凝集を形成させ有機繊維お
よび無機繊維から選ばれた少なくとも１種類以上の繊維
のスラリーを混合しウィスカーと繊維の凝集を形成させ
る工程ののち、さらに微小繊維状セルロースを添加混合
した水性スラリーを湿式抄紙法を用い抄紙するウィスカ
ーシートの製造方法を見い出した。

本発明でいうウィスカーとは、炭化珪素、窒化珪素、ア
ルミナはもとより実質的に無機化合物のなかから繊維状
結晶体としての形状を満たすものであればよいか、いわ
ゆるファインセラミックとしての粉体状物を包含するも
のではない。

本発明でで用いる有機繊維としては、木材繊維、麻、木
綿、レーヨン繊維、セルロースアセテート繊維、ポリエ
ステル繊維、ポリアミド繊維、ポリビニルアルコール繊
維、ポリオレフィン繊維、ポリアクリルニトリル繊維等
の繊維、ポリビニルアルコールの繊維状バインダーが例
示される。無機繊維としては、ガラス繊維、セラミック
繊維、ロックウール繊維、炭素繊維、セピオライト繊維
等が例示される。

用いる繊維の繊維長は１〜１５ｍｍ、好ましくは２〜８
ｍｍが適当である。１ｍｍより短いと充分なシート強度
は得られない。１５ｍｍより長いとシート補強効果は大
きいかシート内の均一分散が得にくい。また、繊維径は
５デニール以下で、さらに好ましくは、０．５デニール
以下である。

５デニールより大きいとシート内での繊維の本数が少な
く、繊維の配合量を増加する必要があり好ましくない。

すなわち、細い繊維を用いる方がシート内のウィスカー
含有量を増加させることかできる。

繊維の使用量はウィスカー１００重量部に対して１〜２
０重量部か好ましく、さらに好ましくは２〜１０重量部
である。繊維の量か１部より少ないと、湿紙のワイヤー
からのビ・Ｊクア・・ノブか困難で、２０部をこえると
、ウィスカー含有量か減少するため好ましくない。

なお、これらの繊維は、枝別れ状、バルブ状、フィブリ
ッド状の構造を持つものであってもよいっ本発明で用い
る凝集剤としては、通常の紙を作る際に用いる、いわゆ
る歩留まり向上剤のなかから適当なものを選び用いれは
よく、硫酸アルミニウム、ポリ塩化アルミニウム、ポリ
水酸化アルミニウム、高分子ポリアクリルアミド、ポリ
エチレンイミン、カチオンでんぷん等か例示される。

凝集剤の使用量はフロックか形成される量であれば特に
制限はないか、ウィスカー１００重量部に対し］０部以
下か適当である。凝集剤の量が１０部を超えると巨大な
フロックか形成され均一なシートを得ることかできない
。

本発明で用いる微小繊維状セルロースは特開昭５６−１
．　ＯＯ８０１号公報に開示されているように、一般の
製紙工程で用いられているリファイナーによる処理とは
異なり、均質化装置を用いてミクロフィブリル化したも
のである。すなわち、水に分散させたセルロースのスラ
リーをその前後に２００　ｋｇｆ　／’ｃｍ２以上の圧
力差を設けたオリフィスを高速で通過させ、直ちに減速
することによりスラリー粒子にせん断力を加えると、セ
ルロース繊維が繊維軸の方向に縦分割されたミクロフィ
ブリル状になる。この工程を繰り返すことにより得られ
た物である。具体的な例としては、ミクロフィブリル化
セルロース（ＭＦＣ−１００、ダイセル化学社製）等が
あげられる。微小繊維状セルロースはりファイナ−等の
叩解による処理では得ることができない微細な繊維径（
１μｍ以下）を有しているため繊維間の結合能力が非常
に大きく、少量混合するたけて強度の強いシートを得る
ことができる。

微小繊維状セルロースの使用量はウィスカー１００重量
部に対し０．５〜２０重量部が好ましく、さらに好まし
くは１〜１０重量部である。

次に本発明のウィスカーノートの製造法を説明する。

ます、必要量のウィスカーを水中に添加し、ミキサーな
とて剪断力を加えながら攪拌分散する。

このとき、ウィスカーの濃度は５％以下、好ましくは２
％以下である。ウィスカーか水に濡れないときは、濡れ
剤等を適宜混合してもよい。

これとは別に、有機繊維および無機繊維から選ばれた少
なくとも１種類以上の繊維の分散スラリーを調整する。

このときスラリーの濃度は５％以下、好ましくは２％以
下である。必要に応して分散剤を混合しても良い。

ついで、ウィスカーおよび繊維のスラリーを、攪拌しな
がら混合し、均一に分散させた後、凝集剤を添加し、ウ
ィスカーと繊維の小さなフロ・ツクを形成させる。

フロックが形成されにくいときは、予めウィスカーのス
ラリーにアニオン性あるいはカチオン性の高分子電解質
あるいは無機填料等を添加し、繊維のスラリーと混合後
、尤に添加した電解質とは逆の極性をもつ電解質等を添
加し、小さなフロックを形成させればよい。

また別の方法として、ウィスカーを水中に分散後、凝集
剤を添加し、ウィスカーの小さなフロ・ツクを形成させ
、繊維のスラリーを添加し、繊維とウィスカーのフロ・
・ツクを形成させることも可能である。また、このとき
も前者の場合同様、高分子電解質あるいは無機填量等を
添加し、繊維とウィスカーのフロック形成を助けること
も可能である。

このように調整されたスラリーに、微小繊維状セルロー
スを添加混合し、攪拌分散しながら水を加え適当な濃度
に希釈する。得られたスラリーを通常の湿式抄紙法によ
り抄紙、乾燥することにより所望のウィスカーシートか
得られる。

微小繊維状セルロースは有機繊維、無機繊維との絡み合
いかよく、ウィスカーの凝集を効率よく補足することか
でき、このため抄紙機のワイヤー上に形成されたシート
は湿紙強度が強いため、次の７［稈への転移か容易であ
り、通常の抄紙設備て効率よく製造できる。

本発明のウィスカーシートは通常の湿式抄紙機、例えは
、長網、円網、それらを組み合わせたコンビネーション
等の抄紙機で抄造できる。

また、必要ならば、合成樹脂エマル／コンまたはその微
細凝集物を混合し、シート強度を向上させることかでき
る。合成樹脂エマルションとしては、ポリアクリル系重
合物、スチレンブタンエン系重合物なとのエマルション
か例示される。

［作用］ ウィスカー、繊維、凝集剤および微小繊維状セルロース
を用いることで、従来にない歩留りの良いウィスカーシ
ー１・がてきる。

また、本発明のウィスカーシートは、均一かつ取扱性に
優れる。金属、プラスチック等の複合強化材として有効
に作用する。

［実施例］ 以下に実施例を上げ、本発明の詳細な説明を行う。なお
、本発明は本実施例に限定されるものではない。

実施例において記載の部、％はす−、て重電によるもの
である。

実施例１ 炭化珪素ウィスカー（平均繊維長４０１１ｍ、直径０．
２１１ｍ）２０部を水１０００部中に添加し、家庭用ミ
キサー（三菱電気社製、Ｊ＼１−１］、、５０型）で分
散した。また、ポリエステル繊維（繊維径０．１デニー
ル、繊維長３ｍｍ、帝人社製）の１８５部を水１０００
部中に添加し往復反転式攪拌機（島崎製作所社製、アジ
ター）で攪拌しなから、上記ウィスカーのスラリーを添
加混合した。

このスラリーに０．　１％濃度のカチオン性ポリアクリ
ルアマイド（パーコール１６２、協和産業社製）を８０
部添加して、ウィスカーと繊維を凝集させ、小さなフロ
ックを形成させた。

該スラリーに往復反転式攪拌機で攪拌しながら、微小繊
維状セルロースを固形分て１部混合し、さらに水を加え
０．５％のスうり−を得た。該スラリーを乾燥重量で６
０ｇ／醒相当量を採取し、角型抄紙＠（８０メソシユ、
２５’２５ｃｍ’）て抄紙後、プレス、乾燥しシートを
得た。

実施例２ 微小繊維状セルロースを２部にする以外は実施例１と同
様の方法でシートを得た。

実施例３ ポリエステル繊維を３部にするり外は実施例１と同様の
方法でシートを得た。

実施例４ ポリエステル繊維を３部、微小繊維状セルロースを２部
にする以外は実施例１と同様の方法でシートを得た。

実施例５ ポリエステル繊維をアルミナ繊維（サフィル、ＩＣＩ社
製）にする以外は実施例２と同様の方法でシートを得た
。

実施例６ ポリエステル繊維をアクリル繊維（繊維径０゜１デニー
ル、繊維長３ｍｍ、三菱レーヨン社製）にする以外は実
施例２と同様の方法でシートを得た。

実施例７ 炭化珪素ウィスカーを窒化珪素ウィスカーにする以外は
実施例２と同様の方法でシートを得た。

実施例８ 炭化珪素ウィスカー（平均繊維長４０μｍ、直径０．２
μｍ）２０部を水１０００部中に添加し、家庭用ミキサ
ーで分散した。このスラリーに０゜１％濃度のカチオン
性ポリアクリルアマイド（パーコール］６２、協和産業
社製）を８０部添加して、ウィスカーを凝集させ、小さ
なフロックを形成させた。また、ポリエステル繊維（繊
維径０１デニール、繊維長３ｍｍ、蛮人社製）の１．５
部を水１０００部中に添加し往復反転式攪拌機で攪拌し
ながら、上記ウィスカーのスラリーを添加混合し、ウィ
スカーと繊維の凝集を形成させた。

以下、このスラリーを用い実施例２と同様の方法でシー
トを得た。

実施例９ 炭化珪素ウィスカー（平均繊維長４０ｕｍ、直径０．２
μｍ）２０部を水１０００部中に添加し、さらに０．１
％濃度の硫酸バンド水溶液を４０部添加し、家庭用ミキ
サーで分散した。このスラリーに０．１％濃ｊＷのアニ
オン性アクリル系エマルション（ホンコートＲ−５１，
０、大日本インキ化学社製）を８０部添加して、ウィス
カーを凝集させ、小さなフロ・ツクを形成させた。また
、ポリエステル繊維（繊維径０．　１デニール、繊維長
３ｍｍ、蛮人社製）の１，５部を水１０００部中に添加
し往復反転式攪拌機で攪拌しながら、上記ウィスカーの
スラリーを添加混合し、ウィスカーと繊維の凝集を形成
させた。

以下、このスラリーを用い実施例２と同様の方法でシー
トを得た。

以上の実施例では、ワイヤーからのウィスカーの流出、
ワイヤー上のウィスカーの付着はほとんと見られず、ま
た、乾燥後もウィスカーの脱落ちほとんどなく、柔軟で
均一なシートを得ることかできた。いずれも、取扱いは
良好で問題は見られなかった。

以上、実施例のシートの物性を表１に示すっ比較例１ 炭化珪素ウィスカー（平均繊維長４０μｍ、直径０．２
部ｍ）２０部を水１０００部中に添加し、家庭用ミキサ
ーで分散した。

さらに繊維径０．１デニール、繊維長３ｍｍのポリエス
テル繊維１．５部を水１０００部中に添加し、アジター
で攪拌し、該スラリーと先に調整したスラリーを混合し
た。

該スラリーにアジターで攪拌しながら微小繊維状セルロ
ースを固形分で２部混合し、更に水を加えて０．５％濃
度に希釈し、実施例１．２と同し方法で乾燥重量約６０
　ｇ／ｒｄのシーＩ・を得ようと試みたが、ワイヤーか
らのウィスカーの流出、ワイヤー上のウィスカーの付着
が著しかった。

比較例２ 実施例２と同し方法でウィスカーと繊維を凝集させ、小
さなフロックを形成させた。この後、ポリエチレン合成
パルプ（三井石浦化学社製、５ＷＰ）を固形分て２部添
加混合し、更に水を加え０゜５％濃度に希釈し、実施例
２と同じ方法で乾燥重量６０　ｇ／ｌｒｒのノートを得
ようと試みたか、ワイヤー上にウィスカーの付着か著し
く、シートは均一でなかった。

比較例３ 実施例２と同し方法てウィスカーと繊維を凝集させ、小
さなフロックを形成させた。この後、力＋り標準濾水度
か３０ｍ１に叩解された針葉樹晒クラフトパル１２部添
加混合し、更に水を加え０゜５％濃度に希釈し、実施例
２と同し方法で乾燥重量６０ｇ／′ｎ（のシートを得よ
うと試みたか、ワイヤー上にウィスカーの付着か著しく
、シートは均一なではなかった。

また、以上、比較例は乾燥後のシートからのウィスカー
の脱落が著しく、取扱いは困難であった。

比較例４ 炭化珪素ウィスカー（平均繊維長４０μｍ、直径０．２
μｍ）２０部を水１０００部中に添加し、家庭用ミキサ
ーで分散した。このスラリーに０１部濃度のカチオン性
ポリアクリルアマイド（パーコール１６２、協和産業社
製）を８０部添加して、ウィスカーを凝集させ、小さな
フロックを形成させた。

該スラリーにアシターで攪拌しながら微小繊維状セルロ
ースを固形分で５部混合し、更に水を加えて０．　５％
濃度に希釈し、乾燥重量的６０ｇ／イのシートを得よう
と試みたか、ワイヤ〜からのｒ′フイスカーの流出はほ
とんど見られないものの、シートかワイヤーからビック
７・リプてきなかった。

以上、比較例のシートの物性を表２に示す。

（以下余白） 表１ 表２ ［発明の効果］ 本発明のウィスカーシートは均一で強度が大きく、取扱
い作業性にも優れ、金属、プラスチック等の複合強化材
として利用できる。また、本発明による製造法を用いる
ことで、強度の大きい均一なウィスカー含有量の高いウ
ィスカーシートを効率よく製造できる。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）［１］ウィスカー、 ［２］有機繊維および無機繊維から選ばれた少なくとも
   １種類以上の繊維、 ［３］凝集剤、 及び ［４］単繊維径が１μｍ以下である微小繊維状セルロー
   ス の上記４成分を必須成分とするスラリーから湿式抄紙法
   によって抄紙されることにより得られたウィスカーシー
   ト。
2. （２）有機繊維および無機繊維から選ばれた少なくとも
   １種類以上の繊維と、ウィスカーを分散混合後、凝集剤
   を添加し凝集を形成させる工程、もしくはウィスカーを
   分散混合後、凝集剤を添加し凝集を形成させ水性スラリ
   ーを調整したのち有機繊維および無機繊維から選ばれた
   少なくとも１種類以上の繊維のスラリーを混合しウィス
   カーと繊維の凝集を形成させる工程の後、さらに微小繊
   維状セルロースを添加混合した水性スラリーを湿式抄紙
   法を用い抄紙するウィスカーシートの製造方法。