特許 7156652 微細繊維シート製造装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-10-11

(45)【発行日】2022-10-19

(54)【発明の名称】微細繊維シート製造装置

(51)【国際特許分類】

   D21F 2/00 20060101AFI20221012BHJP

   D21F 1/10 20060101ALI20221012BHJP

   D21F 3/00 20060101ALI20221012BHJP

   D21H 11/18 20060101ALI20221012BHJP

【ＦＩ】

D21F2/00

D21F1/10

D21F3/00

D21H11/18

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2021189816

(22)【出願日】2021-11-24

【審査請求日】2022-01-20

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】391054453

【氏名又は名称】川之江造機株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】504147254

【氏名又は名称】国立大学法人愛媛大学

(74)【代理人】

【識別番号】100210620

【弁理士】

【氏名又は名称】村上 武榮

(72)【発明者】

【氏名】合田 真二

(72)【発明者】

【氏名】西谷 慎也

(72)【発明者】

【氏名】内村 浩美

(72)【発明者】

【氏名】薮谷 智規

(72)【発明者】

【氏名】伊藤 弘和

(72)【発明者】

【氏名】秀野 晃大

【審査官】藤原 敬士

(56)【参考文献】

【文献】特表２０２０－５３００７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－０５９９４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－０９６０２６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｄ２１Ｆ １／００ － ３／１０

Ｄ２１Ｈ １１／１８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

連続脱液装置で処理済みの繊維径が３ｎｍ～１０００ｎｍ、繊維長が５００μｍ以下の微細繊維から成る脱液微細繊維シート中の水分を除去する装置であって、
前記連続脱液装置で処理中の又は処理後の脱液微細繊維シート表面を次の処理部へ引き継ぐ微多孔シートで覆う被覆部と、
前記微多孔シートと前記脱液微細繊維シートを構成要素とする重畳シートを形成する引継部と
前記重畳シートを脱液する脱液部と
を備えることを特徴とする微細繊維シート製造装置

【請求項2】

前記引継部において、
曲率半径を持つ曲面の面圧で脱水する台を有し、前記連続脱液装置から引き継いだ脱液ワイヤシートと前記脱液微細繊維シートと前記微多孔シートをその表面を通過させる
請求項１に記載の微細繊維シート製造装置

【請求項3】

前記引継部において、
前記脱液ワイヤシートと前記脱液微細繊維シートと前記微多孔シートから前記脱液微細繊維シートと前記微多孔シートを取り出し、取り出された前記微多孔シートと前記脱液微細繊維シートに新たな微多孔シートを加えて重畳シートを形成する
請求項１または２に記載の微細繊維シート製造装置

【請求項4】

前記引継部において、
吸引特性のあるロールを用いて、前記脱液ワイヤシートと前記脱液微細繊維シートと前記微多孔シートから前記脱液微細繊維シートと前記微多孔シートを取り出す
請求項１から３のいずれかに記載の微細繊維シート製造装置

【請求項5】

前記引継部において、
前記脱液ワイヤシートと前記脱液微細繊維シートと前記微多孔シートを用いて重畳シートを形成する
請求項１または２に記載の微細繊維シート製造装置

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、微細繊維シート製造装置に関する。

【背景技術】

【0002】

セルロースナノファイバー（ＣＮＦ）を含む微細繊維は、繊維径が約３ｎｍ～１０００ｎｍ、繊維長が約５００μｍ以下の微小繊維である。
ＣＮＦは、一般的に「直径（繊維幅）が３～１００ｎｍであって、長さ（繊維長）が直径の１００倍以上の繊維状物質」と定義されるものであり、軽量、高弾性、高強度などの特性を有しており、工業分野のみならず食品分野や医療分野など様々な分野への利用が期待されている。

【0003】

ＣＮＦはその親水性や製造方法の特性により、微細繊維内外に多数の水分子を包含しており、運搬や利用に困難を生じている。そのため水分を除去する技術が必要とされている。その技術の一つに無端脱液シートによる連続脱液装置がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特許第６１３１９７４

【文献】特許第６６５３８９１

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献１や特許文献２には、脱液ワイヤシートに微細セルロース分散液を乗せ、上流から下流へ連続して流す間に脱液を進める連続脱液装置が開示されている。流れの途中、上下から吸引して脱液能力を高める工夫も示されている。

【0006】

それでも、前記連続脱液装置では脱液が十分ではなく、脱液微細繊維シートそのままでは運搬や利用が困難で、さらなる脱水や乾燥の工程が必要となる場合がある。

【0007】

特許文献１には前記連続脱液装置で処理された脱液微細繊維シートを連続して乾燥ドラムで水分を除去し、シート化する装置が開示されている。この装置では多量の水分を含んだままの脱液微細繊維シートを直接乾燥ドラムに接触させている。ＣＮＦのような繊維長が短く絡み合い難い微細繊維は、相互の絡み合いができていてもそれを維持しながら脱水や乾燥をすることが難しい。急激な乾燥は微細繊維間の絡み合いを壊しその分布を偏らせることになり、品質上問題となることが多い。

【0008】

更に、多量の水分を含んだままの脱液微細繊維シートを乾燥ドラムに直に接触させ乾燥させることは、多量の水分を熱エネルギーだけで除去するのでエネルギー効率が悪い。

【0009】

また、脱液ワイヤシートは特許文献１と特許文献２とで異なっているように様々な構成が考えられ、その違いに対応できる搾水、乾燥工程を装置化するのは困難である。

【課題を解決するための手段】

【0010】

既存技術である連続脱液装置９で処理中の又は処理後の繊維径が３ｎｍ～１０００ｎｍ、繊維長が５００μｍ以下の微細繊維から成る脱液微細繊維シート９１の表面を次の処理へ引き継がれる微多孔シート１１で連続して覆う被覆部と、微多孔シート１１などを用いて脱液微細繊維シート９１を間に挟んだ重畳シート２６を形成する引継部と、形成された重畳シートを脱液する脱液部を備えることを特徴とする微細繊維シート製造装置とする。

【0011】

本装置では、曲率半径を持つ曲面のＲ台２１からの面圧により脱水を進めておくことができる。また、形成された重畳シート２６を搾水することにより、脱液微細繊維シート９１内に残る水分を排出する搾水部を設けることができる。

【0012】

更に乾燥部を付け加え、脱水の進んだ重畳シート２６を乾燥させることも可能である。

【発明の効果】

【0013】

被覆部で脱液微細繊維シート９１の表面を覆った微多孔シート１１は、脱液微細繊維シート９１へ密着し、その残留水分を吸水、排出する。

【0014】

引継部では、微多孔シート１１などを用いて脱液微細繊維シート９１を間に挟んだ重畳シート２６を形成する。脱液微細繊維シート９１を上下から覆うことで、上下の被覆シートで面として吸水が可能となると同時に、互いに密着し、脱液微細繊維シート９１を保持する事で、搾水ロールからの局所的な圧力を広く分散して受け、微細繊維間の絡み合いの破壊による配向の乱れを防ぎ、搾水圧力によるシートの形崩れを防ぐことができる。また曲率半径を持つ曲面のＲ台２１での面圧による脱水は、微細繊維の絡み合いを維持しながら徐々に脱水を進める効果がある。

【0015】

搾水部では微細繊維の配向に配慮した脱液微細繊維シート９１内の残留水分の排出ができる。

【0016】

乾燥部により前の処理部で徐々に脱水された脱液微細繊維シート９１を乾燥することで、使用エネルギーを低く押さえて、乾燥した微細繊維シートも製造できる。

【0017】

本発明装置の各処理部で、脱液微細繊維シート９１を内部の微細繊維が偏らないよう徐々に脱水し、乾燥を進めることで、低いエネルギーコストで均質な微細繊維シートを連続して製造することができる。

【0018】

また、重畳シート２６を形成する過程で、連続脱液装置９で用いられた脱液ワイヤシート９２を微多孔シート２５と取り換えることで、脱液ワイヤシート９２の種類にとらわれない搾水、乾燥が実現できる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】実施例に記載の微細繊維シート製造装置の概略説明図である。

【発明を実施するための形態】

【実施例】

【0020】

本発明の実施例の微細繊維シート製造装置について説明する前に、下記の用語について説明する。

【0021】

＜連続脱液装置９＞
特許文献１や特許文献２に開示されているような既存技術であり、脱液ワイヤシート９２を無端ベルトとし、その上に脱液対象である微細繊維分散液を乗せ上流から下流へ移動する過程で微細繊維分散液の脱液を行い、脱液微細繊維シート９１を製造する装置である。微細繊維分散液が脱液ワイヤシート９２の上で、徐々に脱液微細繊維シート９１へ変化してゆく。脱液微細繊維シート９１の上側や下側に吸引部９３を複数設け、脱液を強化することもある。

【0022】

＜脱液ワイヤシート９２＞
連続脱液装置９で用いられ、脱液対象である微細繊維分散液を乗せ上流から下流へ移動させる担体としての機能と前記微細繊維分散液から重力や毛細管現象及び吸引部による吸引力による脱液機能を持つ。特許文献１では抄紙用ワイヤと記述され、ブロック番号３２に多孔質フィルムなどの例示がなされている。特許文献２では透液性シートと有孔性シートの２重構成になっており、それぞれブロック番号３６、３７に説明と金網や不織布などの例示がなされている。本発明装置の中で分離して連続脱液装置９へ返す事で無端ベルトを構成することができる。

【0023】

＜微多孔シート１１、２５＞
連続シートで、吸水と吸水した水分を内部に一定量保持すると共にその水分を外部へ排出する能力のある材質でできている。多孔質フィルム（例えばメンブレンフィルムなど）、網目の細かいプラスチックワイヤ、微細繊維などの織布や不織布、紙類（例えば上質紙、塗工紙など）などである。本発明においては、脱液微細繊維シート９１と密着し、吸水及び排水並びに担体の機能を果たす。

【0024】

＜重畳シート２６＞
脱液微細繊維シート９１の上下面を微多孔シート１１、２５、もしくは脱液ワイヤシート９２などで覆ったもので、上下の微多孔シート１１、２５には同種類でも別種類でも用いる事ができる。

【0025】

脱液微細繊維シート９１を上下から挟み込む形態であれば、微多孔シート１１、２５が上下面に複数枚用いられても良く、別種類を組み合わせても良い。また、脱液ワイヤシート９２をそのまま利用しても良い。

【0026】

繊維長の短い微細繊維が水分を含んだ状態にある脱液微細繊繊シート９１の上下面を微多孔シート１１、２５や脱液ワイヤシート９２で覆うことは、搾水部や乾燥部を通して脱液微細繊繊シート９１内での微細繊維間の絡み合いを保持し、その分布を安定させ、形崩れを防止する効果がある。

【0027】

以下、実施例の微細繊維シート製造装置について図１を用いて説明する。

【0028】

＜被覆部＞
連続脱液装置９を流れてくる脱液途中の脱液微細繊維シート９１の表面を、被覆ロール１２を用いて微多孔シート１１で連続して覆う。被覆開始位置は連続脱液装置９のなるべく上流側が良い。上記微多孔シート１１が脱液途中の脱液微細繊維シート９１の表面に密着し、吸水機能や担体機能が発揮しやすくなる。

【0029】

連続脱液装置９の下部吸引部９３が設置されている場合は被覆された脱液途中の脱液微細繊維シート９１が連続脱液装置９の下部吸引部９３を一部でも通過する位置が良い。上記微多孔シート１１の脱液途中の脱液微細繊維シート９１への密着が更に増すからである。

【0030】

被覆ロール１２を用いて微多孔シート１１で脱液微細繊維シート９１の表面を連続して覆う処理は、連続脱液装置９で処理した後の脱液微細繊維シート９１に対しても行うことができる。この場合、被覆開始位置は連続脱液装置９から引き継いだ後なるべく早いほうがよい。微多孔シート１１が被覆対象に密着しやすくなるからである。
また、被覆部を複数設け、微多孔シート１１を複数枚重ねることも可能である。設置位置は連続脱液装置９での処理中と処理後両方に設置しても良い。

【0031】

＜引継部＞
連続脱液装置９から脱液ワイヤシート９２と脱液微細繊維シート９１と微多孔シート１１の多重シートを引き継ぎ、曲率半径の大きなＲ台２１の表面を通すことで、引き継いだ前記多重シートの流れ方向の変更、上下の反転をしつつ脱水をおこなう。前記多重シートの進行方向への引っ張り力による曲率半径の大きなＲ台２１からの面圧により脱水が進む。緩やかな加圧力である面圧により、前記多重シートの上面である微多孔シート１１から水分が滲み出てくる。出てきた水分は下流側に設置した脱水ロール２２で系外へ排出する。

【0032】

緩やかにかかる面圧は脱液微細繊維シート９１内の微細繊維の絡み合いが壊れるのを防ぎシート内分布の偏りを防ぐ効果がある。

【0033】

曲率半径Ｒは装置で固定ではなく、下流側へ行くに従い徐々に小さくすることも効果がある。曲率半径Ｒが小さくなれば面圧がかかりやすく、脱水の進んだ下流側での面圧による脱水の補強となる。

【0034】

曲率半径Ｒは前記多重シートの長さ方向の垂直な断面上で設定する。固形分濃度２ｗｔ％程度のＣＮＦを用い、シート幅２５０mm～３５０mm、理論坪量８５ｇ／ｍ２程度の条件では、曲率半径Ｒは６００mm～９００mmが適当である。当該実施例では７５０mmを使用しているが、装置のサイズや脱液微細繊維シート９１内の微細繊維の繊維長や固形分濃度に応じて変更するのが望ましい。

【0035】

曲率半径の大きなＲ台２１で脱液微細繊維シート９１内の水分の除去が進むと、微細繊維の特性によっては、特別な分離過程を通さず脱液ワイヤシート９２の分離を行うことができる。

【0036】

曲率半径の大きなＲ台２１を通過した前記多重シートは、サクションピックアップロール２３で、脱液ワイヤシート９２から脱液微細繊維シート９１と微多孔シート１１が分離され、担体が前処理部で表面を覆った微多孔シート１１に交代させられ、次へ引き継がれる。曲率半径の大きなＲ台２１を通すことで、微多孔シート１１の脱液微細繊維シート９１への密着が進み、更に前記多重シートの上下面が反転し、分離される脱液ワイヤシート９２を上側とすることで、サクションピックアップロール２３での脱液微細繊維シート９１と微多孔シート１１の下側への吸引が容易になっている。

【0037】

サクションピックアップロール２３のロールに透気性、吸水性のある材質の物を巻き付ける。例えばスポンジや厚手の布地である。巻き付け方は材料の継ぎ目が重ならないようにする。筒状の物を被せるのも有効である。巻きつける材料はロールに対して複数枚、異なる材質、種類を組合せることも有効である。材質や巻き方で吸引特性を調整することができる。また、吸引特性の調整は処理対象である脱液微細繊維シート９１の残留水分やロールの吸引方向、位置、押付力により影響を受ける。

【0038】

調整された吸引特性により、脱液微細繊維シート９１と微多孔シート１１から成る層の吸引が適切に行え、脱液ワイヤシート９２の分離がスムースとなる。微多孔シート１１と繊維長が短く絡み合い難い微細繊維から成る脱液微細繊維シート９１との多重シートを次処理部へ上手く引き継ぐ事ができる。

【0039】

前記脱液微細繊維シート９１の分離した脱液ワイヤシート９２側を新たな微多孔シート２５で覆い、重畳ロール２４ａと２４ｂを用いて挟み込むことで、上側微多孔シート１１と脱液微細繊維シート９１と下側微多孔シート２５の重畳シート２６を形成する。脱液微細繊維シート９１の下側に新たな微多孔シート２５が配置されることで、残留水分の吸水及び排水機能を増加させる。重畳ロール２４ａと２４ｂを複数組設け、微多孔シート１１，２５を複数枚重ねることも可能であり、別種類を組み合わせることもできる。

【0040】

重畳シート２６の上下両側から微多孔シート１１，２５により吸水及び排水することで、微細繊維の脱液微細繊維シート９１内での分布の偏りを防ぎ、シートの形崩れを防ぐことができる。

【0041】

連続脱液装置９から引き継いだ脱液ワイヤシート９２が切り離される事で、連続脱液装置９に用いられる脱液ワイヤシート９２の種類によらない微細繊維シート製造装置が実現できる。分離された脱液ワイヤシート９２は連続脱液装置９へ戻す事で、脱液ワイヤシート９２の無端ベルトを構成できる。

【0042】

脱液ワイヤシート９２を引継部で分離しないことも可能である。その場合、微多孔シート１１と脱液ワイヤシート９２で脱液微細繊維シート９１を挟み込む重畳シート２６となる。重畳シート２６を構成する脱液ワイヤシート９２は本発明装置内の適切なところで分離され、連続脱液装置９へ戻すことで無端ベルトを構成できる。

【0043】

引継部内の脱液微細繊維シート９１の固形分濃度を計測すると、連続脱液装置９の出口で４．８２ｗｔ％、サクションピックアップロール２３の出口で６．１８ｗｔ％である。曲率半径の大きなＲ台２１を主とした脱水量は１．３６ｗｔ％となる。測定での使用ＣＮＦはＦＭａ２％品（スギノマシン製）で坪量６０ｇ／ｍ２である。

【0044】

＜搾水部＞
前処理部から引き継いだ重畳シート２６を３１ａ、３１ｂから３３ａ、３３ｂまでの複数段のロールに通して搾水する。複数段のロールを通すことで、重畳シート２６の段階的な搾水が実現でき、連続脱液装置９で処理した脱液微細繊維シート９１内の水分をさらに除去することができる。

【0045】

乾燥部へ引き継ぐ前に脱液微細繊維シート９１内の水分を除去しておくことで、乾燥部の熱エネルギー消費を小さくすることができ、搾水部までで目的の水分除去を達成できた場合や本装置とは別に乾燥装置を用意する場合は、乾燥部へ繋ぐことなく処理を終えることもあり得る。

【0046】

＜乾燥部＞
搾水の進んだ前記重畳シート２６を大型の乾燥ドラム４１表面の２／３程度に巻きつけ乾燥させる。これまでの処理部で脱水が進んでいるので、必要な熱エネルギーは低く抑えられる。

【0047】

本発明の微細繊維シート製造装置から微細繊維シートをだけを分離し、取り出すことは既存技術を用いて容易に行える。

【産業上の利用可能性】

【0048】

本発明の微細繊維シート製造装置は、脱液処理後の脱液微細繊維シートを更に脱水させる微細繊維シート製造装置として最適である。

【符号の説明】

【0049】

＜被覆部＞
１１ 微多孔シート上
１２ 被覆ロール
＜引継部＞
２１ 曲率半径の大きなＲ台
２２ 脱水ロール
２３ サクションピックアップロール
２４ａ 重畳ロール上
２４ｂ 重畳ロール下
２５ 微多孔シート下
２６ 重畳シート
＜搾水部＞
３１ａ、３１ｂ 第１搾水ロール上、下
３２ａ、３２ｂ 第２搾水ロール上、下
３３ａ、３３ｂ 第３搾水ロール上、下
＜乾燥部＞
４１ 乾燥ドラム
＜連続脱液装置＞
９ 連続脱液装置
９１ 脱液微細繊維シート
９２ 脱液ワイヤシート
９３ 下段吸引装置

【要約】

【課題】 連続脱液装置で脱液済みの脱液微細繊維シートの水分の更なる脱水が必要となる場合がある。ＣＮＦ等の微細繊維は繊維長が短く取り扱いが難しい。また、単純な乾燥だけではエネルギー効率が悪い。
【解決手段】 前処理の連続脱液装置で脱液中又は脱液後の脱液微細繊維シートを、連続脱液装置から引き継いだ脱液ワイヤシートやそれと入れ替えた新たな微多孔シートで挟んだ重畳シートを作成する。作成された重畳シートを複数段の加圧ロールで段階的に加圧脱水する。乾燥処理を追加する場合は乾燥装置を用いて乾燥させる。
【選択図】図１

【図1】