JPH03505475A - 植物繊維に基づく補強用および/または加工用繊維、その製造方法およびその使用 - Google Patents

植物繊維に基づく補強用および/または加工用繊維、その製造方法およびその使用

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JPH03505475A
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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】 本発明は植物繊維に基づく補強用および/または児工用繊維、その製造方法およ びその使用に関する。
成形品にしばしばアスベスト繊維が混入さnていることは知らnている。しかし 最近になって、アスベストは健康上の見地から問題ないとはけしていえないとい うことが明らかになった。この欠点にも拘らずこの繊維は依然として広い範囲に 使用さnている。何故ならば、そnは多くの使用分野において多くの利点を有し かつ目下のところ市場において真に代替し得るものが存在しないからである。
同じことがガラス繊維にも当てはまる。人造繊維もまた問題なしとできない。何 故ならば、高温で有毒な蒸気の発生を伴う分解が起るからである。
植物繊維に基づいてもまたアスベストの代替品を見出す試みが既になさnた。か くしてドイツ国特許DB−os@30 08 204号は補強用繊維の製造方法 を記載している。その方法では、植物繊維はまず毛細管を開か11そしてこのよ うに処理さnた植物繊維は次に石灰と水と共に懸濁さnlそして中間乾燥の後に ホルムアルデヒドを含む水溶液を含浸させらnる。この処理工程はまた逆の順序 で実施さnることもできる。
しかしこの方法もまた所望の成果をもたらさなかった。
そn数本発明には、アスベスト繊維の有利な諸特性を有しかつその健康上有害な 欠点を示さない補強用および刀ロエ用繊維金提供する課題が根底にある。
この課題は後記の方法によシ得らnる植物繊維に基づく補強用および刀ロエ用繊 維によシ解決さnる。
本発明による補強用および刀ロエ用繊維を製造する方法は次のことを特命とする 。すなわち、a)繊維原料植物の繊維を含む部分をその植物の木質成分および望 ましくない成分から分離し、b)木質成分から分離さnた植物繊維を望ましい場 合には、金属酸化物、金属水酸化物、金属炭酸塩、金属硫酸塩、金属チオ硫酸塩 、金属亜硫酸塩、金属ケイ酸塩または金属リン酸塩の中から選択さnる少なくと も1種の金属化合物の水溶液によシ処理し、ひき続いて洗浄してから無機または 有機の結合剤で処理するかまたは洗浄さnない繊維金鉱酸で中和するか、または C)木質成分から分離さnた植物繊維を望ましい場合には酸化剤で処理するか、 または d)原材料の、前処理を施さ扛ない植物繊維を250〜350℃で調節さnた2 気供給の下に処理し、その結果繊維の炭素化を生じさせる。
本発明による補強用および那工用繊維の製造には、すべての繊維原料植物の繊維 が適する。特に好んで使用さnるものは靭皮繊維(例えば、大麻、亜麻、シュー ト、イラクサ植物の茎の繊維)、リュウゼツランの葉の繊維、種子の毛(例えば 、木綿)およびココヤシの外来皮の繊維などである。また草から得らnる繊維も 使用できるが、特に約50チの繊維部分を有するナビアグラスからの繊維が用い らnる。
植物繊維は切断さnたまたは切断さnない形で初めに木質成分およびその他の望 ましからぬ植物成分から分離さnなけnばならない。こnは既矧のかつ慣用の方 法に基づいて、例えば緑亜麻の浸漬と木質除去によυ行わ扛る。
好ましい実施態様によれホ、木質成分の除去は水性媒体中での超音波処理による 植物繊維の蒸解によシ行わnる。超音波の波長は臨界的でない。七nはそnぞn の装置によって、最適の音波の強さが達成されて超音波空洞現象(ultras challkavitatto: )が発生するように選択さnることが好まし い。
水性媒体として水と少なくとも1種の極性有機溶媒の混合物を使用するとか好ま しい。有機溶媒としては、Cl−0、のモノまたはシアルコール、01く40ケ トン、水と混和し得るエーテルまたは七nらの混合物が好ましく使用さnる。特 に好まnるものはメタノール、エタノールおよびアセトンである。水の有機溶媒 に対する容積比は好ましくは5:1から1:5までの、特に6:1から1:3ま での、範囲内にある。
超音波法は、原料の植物繊維の木質成分およびその他の望ましからぬ成分の除去 のため特に速やかな、簡単なかつ損傷の少ない(θchonende)方法であ る。この方法で得らnた植物繊維は機械的に傷つけられないので、七nはもとの 繊維の引張強さを有する。その他の望ましからぬ植物成分、特に結合物質、もま た超音波処理によシ大幅に除去されるので、その繊維は他の材料と良好な相容性 をしておシ、そのため容易に一つのマトリックスの中に取シ入nら詐ることがで きる。
超音波処理の後に得らnた植物繊維はしたがってまたそn以上の後処理をしなく とも後述の使用分野に適している。
望ましい場合には、木質成分から分離さnた繊維をひき続いて金属化合物の水溶 液によシ処理することができる。この溶液は、その溶液の全重量に関して特に1 〜30重量%の、好ましくは10〜300〜30重量%合物を含む。その処理は 50〜100°で行われることが特に好ましい。
必要な場合には、繊維を次に水で洗い、場合によシ乾燥し、そして結合剤とで処 理する。あるいは繊維金鉱酸、特に塩酸、リン酸または硫酸、で中和し、場合に より乾燥し、そして結合剤と共に処理する。
他よシ好tnる金属化合物はアルカリまたはアルカリ土類金属の酸化物、水酸化 物、炭酸塩、チオ硫酸塩または硫酸塩、並びに塩基性の鉄、チタン、アンチモン またはアルミニウムの塩である。特に好ましいものはアルカリまたはアルカリ土 類金属の水酸化物、アルカリメタケイ酸塩およびアルカリチオ硫酸塩で、例えば 、水酸化ナトリウムまたはカリウム、メタケイ醗ナトリウムおよびチオ硫酸ナト リウムである。
結合剤としては、特にセメント、石膏、ケイ酸塩、鉱醸のアルカリまたはアルカ リ土類塩、ピチューメン、アスファルト、天然または合成のニジストマー、ポリ ウレタン、フェノール樹脂、レゾール、メラミン樹脂、エポキシ樹脂またはこn らの混合物が使用さnる。
結合剤の使用は水性または有機媒体(溶媒)の中で行うことができる。結合剤の 量は繊維成分に関して5〜20重量愛であることが好ましい。
繊維は結合剤の水性または有機溶液あるいは懸濁液を含浸させらn、その際例え ば、繊維を溶液または懸濁液中に浸漬するかまたは前記の液を吹きつけるかする 。この含浸は好ましくは室温で行わn、ひき続いて乾燥さnる。
上記の方法で得らnる繊維の代りに、また亜麻の加工の際に生ずる繊維成分を直 接に結合剤とで処理することもできる。
本発明の繊維の使用目的に従ってさらに追加の処理工8t−設けることができる 。例えば、淡色の繊維が望まnる場合には、繊維の前処理の後に漂白工程を挿入 することができる。この目的のためには、繊維を通例の方法で室温または高温で 過酸化物または次亜塩素酸塩の溶液あるいは塩素水で処理し、その後に水ですす ぎ洗いする。
摩擦に関する効果が望tnる場合には、繊維に固体潤滑剤を加えることができる 。適当な固体潤滑剤は例えば、二硫化モリブデン、黒鉛、亜硫酸亜鉛、リン醗三 カルシウム、酸化チタンなどである。
防炎性の薬剤の追加が望ましい場合には、繊維に防炎性の化合物、例えば酸化ア ンチモン、硫酸鉄、ミョウバン、酸化ビスマス、リン酸尿素、または塩素化パラ フィン、を添加することができる。
保存剤として繊維に殺菌剤、例えば重金属塩またはクロルフェノール化合物t− 添加することもできる。
本発明による繊維、特に超音波処理により得らnた繊維はまた、例えばフッ素化 共重合体、パラフィン、ポリシロキサン、反応性疎水化剤(シラン、インシアナ ート)またはゾルコニウムまたは亜鉛の塩により疎水性化さnることもできる。
   □ 既に上記に述べたように、本発明による方法の他の一つの態様においては、有機 成分(木質成分、糖質、ペクチン)t−な2も含有する植物繊維を熱分解させる ことができる。その場合に繊維は250〜550℃の温度において調節さnた空 気供給の下に処理を受ける。
その際植物は燃焼しないで炭化するd例えば、繊維は外部加熱さ詐る管状炉の中 で強力な攪拌の下に加熱さnる。その際発生するガスは吸い出さnそして空気の 導入は、燻焼が起らずかつ約0.1〜0605バールの減圧が生じるように調節 さnる。その代カに、酸素含量を低下させるために不活性がス、例えば二酸化炭 素、窒素、窒素/水素など、をそnに添加することもできる。また実質的に純粋 な不活性ガス雰囲気の下で作業することもできる。
加熱時間は炭化度が約20〜80チ、特に20〜60チ、になるように選ばれる 。意外にもこの方法で前処理なしで、特定の使用分野において環境に有害な繊維 を代替することのできる繊維が得らnる。
熱分解によシ得らnた繊維は比較的もろいので、非常に容易に細かく砕かれて、 その結果その繊維はマイクロファイバーになることがアシ得る。こ:rtt−比 表面積(Blaine−Dyckerhoffによる)および密度に基づいて次 のように示すことができる。
比表面積     密  度 本発明の熱分焦繊維     6100      1.58(亜麻から得られ たもの) アスベスト          9900      2.5亜麻繊維(未処理 、切断   2000      1.47窟れたもの) 望ましい場合には、熱分解によシ得られた繊維を、樹脂、合成または天然の♂ム またはエラストマーから成る溶液中に浸漬するかあるいはこの溶液を吹きつける ことにより、さらに含浸させることができる。この含浸は繊維の湿潤と加工を容 易にするため役立つ。
本発明の方法の他の一つの実施態様によれば、植物繊維は化学的酸化を施さnる 。この目的のために植物繊維を本質成分から分離してから目的にかなうように約 3〜10mの長さに切断し、そRt駿化剤の水溶液と共に処理する。酸化剤とし て特にアルカリ金属過ヨウ化物、アルカリ金属過硫酸塩、好ましくはアルカリ金 属過マンガンガン酸塩そして特に過マンガン酸カリウムが適当である。
繊維は酸化溶液で、例えば吹きつけ、含浸などによシ湿らさnる。処理は約60 ℃から溶液の沸点までの温度で、好ましくは約80〜95℃、そして特に85〜 95℃で行わnる。
一般に数分間で終る酸化の後に繊維を洗ってから乾燥する。乾燥は最高140℃ までの温度で行わCる。
酸化さnた繊維は発火し難くかつ有益な摩擦特性を有する。
糸もまた酸化さ往ることができる。その場合には酸化工程を、糸が破濃さルない ように制御しなけnFiならない。これは、酸化溶液の濃度2よび酸化溶液との 接触時間によって、並びに処理さnた繊維の後に続く慣用の還元剤(例えば、亜 硫酸ナトリウム)での還元によシ行われる。
次に、本発明による繊維の使用分野について説明する。
セメント繊維工業において、本発明の「無機物化」繊維は例えば、セメント板お よびセメント成形品の製造に使用できる。この目的のために、繊維は前記のよう に処理さnl例えば4〜8118の長さに切断され、そして前記のように金属化 合物で処理さnる。セメント中への繊維の仕込みは通例の方法で、例えばセメン トへまたは配合さnたコンクリート混合物への混入によシ行わnる。
同様な方法で石膏板および石膏成形品を製造することができる。この場合に無機 物化さnた植物繊維の使用は必須でない。なぜならば石膏マツシュ中に植物繊維 を使用する際に無機物化が達成さnるからである。
繊維の長さは石膏部品の所望の機械的強度に応じてきめらnる。
医療目的用の石膏の製造のためには、繊維はさらに前に述べたようにして漂白さ nlそしてそnは同時に殺菌の作用もする。
石膏および接着剤または水溶性樹脂″に基材とするプラスターおよびパテ材料の 製造のためには前処理さnた繊維を慣用の保存剤と共に使用する。この場合にも また、使用さnる予定の繊維の長さは、所望さする強度に応じて決めら詐る。
本発明の繊維はまた遮音材(例えば、機械ケーシングおよび乗物の床裏面の保護 材料)の製造のためにおよびシール材(Dichtmassen )、ルーフィ ングシート(Dachbahnen )および街路の舗装路面(Stra4an −belmgon )における使用にも適する。この目的のためには、繊維はビ チューメンープム粉末、アスファルト2よびエポキシ樹脂と混合される。繊維の 長さは塗布方法に従ってきまる。吹きつけ塗りの場合には繊維の長さは1011 11を超えるべきでなく、こnに反してナイフ塗りの場合には繊維の長さは20 〜50鵡になることができる。
本発明による繊維は、フェノール樹脂または熱可塑性合成樹脂への添加材として 、特に合成樹脂成形品の製造に2いて適する。
熱分解さnた2よび酸化さnた繊維は特に、数種の成分の集積から成りかつ圧力 と温度金かけて圧縮さnる断熱防音材(Diimmstoffe )および耐摩 擦被う材(ReibbrlsLge )のために有益である。不発明の繊維はそ の際、非常に異なる密度を示すことのあり得る多種の個々の成分の最適の分配と 均一な混合を保証するために役立つ。熱分解さi7’C$−よび酸化さnた繊維 はまたセメント、合成樹脂などの流動性の改良のために使用さnる。その摩擦特 性に基づいてこの繊維は工業用紙の製造にも使用さnることかできる。
本発明による繊維(酸化さnた繊維を含めて)はまた糸または織物の形でフェノ ール樹脂または熱可塑性合成樹脂の中に使用さnると、そルらは例えば、ブレー キバンド、継ぎ手および耐摩擦被覆材のようなすベシおよび摩耗部分と圧縮さn る機械部品に加工さnることができる。この繊維は成形品に優nた機械的特性、 例えば引張強さ、引裂強さおよび曲げ強さを与える。
紙および板紙工業において本発明の漂白さnたまたは漂白さnない繊維が使用さ nる。この目的のためにこの繊維は、樹脂、石けん、水ガラスおよびカゼインか ら成る樹脂溶液(サイジング)で含浸させらnることが好ましい。同様にして本 発明の繊維はまたフェルトの製造においても使用さする。
本発明による繊維はま九研磨剤の製造にも使用することができる。この目的の丸 めには約2〜4mの長さの繊維にワックスまたはプムの溶液を染みこませ、次に 押出機で小球に成形する。ワックスとしては、例えばミツロウ、合成後ワックス 、植物ワックス、例えば、カルメバワックス、カンデリラワックスなどを使用す ることができる。ワックスの種類に応じてワックスの繊維に対する比率は1f1 の繊維につ′@3〜59のワックスの範囲内にある。ワックスの適当な選択によ シまた小球の硬さと熱安定性も影響を受ける。
プム溶液としては、天然また合成プムtある溶媒、例えばメチルクロリドおよび 炭化水素(例えば、キジロール、ドルオール)に溶解したもの並びにラテックス を使用できる。ラテックスはまた水性媒体中でも使用できる。
ワックスまたはビムを染みこませた繊維の小球は特に回転ドラム材料(Trom mθ1gut )としているいろな物質(皮革、木材、金属〕の汚n落しおよび 研磨のために適する。そnはまた噴射洗浄(例えば、サンドブラスト)において 噴射材料として使用できる。♂ムを染みこませた繊維小球はまた塑性材料に混入 さnると有利である。そnはほこシを出さないし、また樹脂の存在であるいはエ ラストマーを補強する場合にマトリックス中に良好な定着性を有する。
実施例 実施例1 生の亜麻繊維を浸漬と非木質化によシ木質成分′を椴シ除いた。100kgの木 質成分を除去した繊維t−5%水散化ナトリウム水溶液中で60分間60℃で攪 拌した。繊維上分離してから、10%のリンrRt−吹きつけて中和した。その 後繊維を熱空気流の中で(例えば、渦流動床でン乾燥させた。
実施例2 実施例1に述べた方法を繰返し行つ九が、この場合には繊維の処理の後力性ソー ダで繊維を単離させ、水で洗い、その後でセメント液を吹きつけた。
100に9の切断された生の亜麻繊維をオープン中で280〜500℃において 強くかき混ぜながら加熱した。発生したガスを吸い出してから、燃焼が起らない ようにして新鮮な空気で置換した。その加熱は、所望の炭化度(例えば、80t s)になるまでの間続けらnた。
800gの木質成分を取り除いた亜麻繊維に3009の過マンガン酸カリウムの 水溶液3.5 J t−9,0〜93℃の温度で含浸させた。3〜4分後に発泡 が起シ、その後酸化過程が終る。それから酸化剤を除去して、亜麻繊維を数回水 で洗う。洗浄後繊維を約110〜120℃で乾燥させた。
酸化さnた繊維は3.5fl/−3の密度と8600 m”/9のプライン拳デ イツカーホツ7 (Brain Dycker−hott )法による比表面積 を有する。
酸化さnた繊維の長さ分布は次のとおシである。
80%=10〜500μm 5チ:1〜2襲 12.5 % : 2〜3鵡 2.5%:〉3鵬 醗化さnた繊維の太さ分布は次のようである。
20%:5〜8μm 25%:10〜16μm 17.5%:30〜32μm 25係 : 〉40μm(50〜500μm)表面のみ木質部を除去さnた生の 亜麻の茎を10偽の長さに切断してから、50チ水と50%エタノール(V/V )の中に浸漬し、そして室温に2いて超音波で処理した。超音波発住機はピエゾ 電気システムで50ワツト偏/2の出力において700 KHzに調節された。
可溶化は10分後に終了して、浴の温度は30℃ぐらいに上った。その後繊維を 分離してから熱空気流で乾燥させた。
国際調査報告 一一一一−m PCT/EP 90100614111−−^帥−””””Dr TlrOQl’l/nnl;14国際調査報告 EP 9000614 SA    35992

Claims (22)

    【特許請求の範囲】
  1. 1.木質成分を取り除かれた植物繊維を、金属の酸化物、水酸化物、炭酸塩、硫 酸塩、チオ硫酸塩、亜硫酸塩、ケイ酸塩またはリン酸塩の中から選択される少な くとも1種の金属化合物の水溶液により処理し、ひき続いて洗浄してから無機ま たは有機の結合剤で処理するかまたは洗浄されない繊維を鉱酸で中和することに より得られるか、あるいは木質成分から分離された植物繊維を酸化剤で処理する かまたは前処理を施されない植物繊維を250〜350℃で調節された空気供給 の下に処理して、その結果繊維の炭素化を生じさせることにより得られる、植物 繊維に基づく補強用かよび/または加工用繊維。
  2. 2.亜麻、ジュート、イラクサ、大麻、木綿またはサイザル麻の繊維を使用する ことにより得られる請求の範囲第1項に記載の繊維。
  3. 3.金属化合物としてアルカリまたはアルカリ土類金属の酸化物、水酸化物、炭 酸塩、チオ硫酸塩または硫酸塩並びに塩基性の鉄、チタン、アンチモンまたはア ルミニウムの塩を使用することにより得られる請求の範囲第1項または第2項に 記載の繊維。
  4. 4.金属化合物として水酸化ナトリウム,水酸化カリウム、メタケイ酸ナトリウ ムまたはチオ硫酸ナトリウムを使用することにより得られる請求の範囲第3項に 記載の繊維。
  5. 5.植物繊維を1〜30重量%の、好ましくは10〜30重量%の金属化合物水 溶液で処理することにより得られる請求の範囲第1〜4項のいずれかに記載の繊 維。
  6. 6.植物繊維を金属化合物水溶液で50〜100℃において処理することにより 得られる請求の範囲第1〜5項のいずれかに記載の繊維。
  7. 7.結合剤としてセメント、石膏、ケイ酸塩、ビチューメン、アスファルト、天 然または合成のエラストマー、ポリウレタン、フエノール樹脂、レゾール、メラ ミン樹脂、エポキシ樹脂またはこれらの混合物を使用することにより得られる請 求の範囲第1〜6項のいずれかに記載の繊維。
  8. 8.繊維成分に関し5〜20重量%の結合剤を使用することにより得られる請求 の範囲第1〜7項のいずれかに記載の繊維。
  9. 9.木質成分を取り除かれた植物繊維を金属化合物水溶液で処理する前に、過酸 化物、次亜塩素酸塩または塩素水で漂白することにより得られる請求の範囲第1 〜8項のいずれかに記載の繊維。
  10. 10.酸化剤としてアルカリ金属過ヨウ素酸塩、アルカリ金属過硫酸塩またはア ルカリ金属過マンガン酸塩を使用することにより得られる請求の範囲第1項また は第2項に記載の繊維。
  11. 11.酸化剤として過マンガン酸カリウムを使用することにより得られる請求の 範囲第10項に記載の繊維。
  12. 12.酸化を75〜95℃の温度で行うことにより得られる請求の範囲第10項 または第11項に記載の繊維。
  13. 13.繊維がさらに防炎加工のための薬剤、固体潤滑剤および/または保存剤を 含ませられていることを特徴とする請求の範囲第1〜12項のいずれか1項に記 載の繊維。
  14. 14.熱分解により得られた繊維に樹脂、天然または合成のゴムまたはエラスト マーを含浸させることを特徴とする請求の範囲第1項または第2項に記載の繊維 。
  15. 15.a)繊維原料植物の繊維を含む部分をその植物の木質成分および望ましく ない成分から分離し、b)木質成分から分離された植物繊維を望ましい場合には 、金属酸化物、金属水酸化物、金属炭酸塩、金属硫酸塩、金属チオ硫酸塩、金属 亜硫酸塩、金属ケイ酸塩または金属リン酸塩の中から選択される少なくとも1種 の金属化合物の水溶液により処理し、ひき続いて洗浄してから無機または有機の 結合剤で処理するかまたは洗浄されない繊維を鉱酸で中和するか、あるいは c)木質成分から分離された植物繊維を望ましい場合には酸化剤で処理するか、 または d)原材料の、前処理を施されない植物繊維を250〜350℃で調節された空 気供給の下に処理し、その結果繊維の炭素化を生じさせること、 を特徴とする植物繊維に基づく補強用繊維および/または加工用繊維を製造する 方法。
  16. 16.繊維を含む植物の部分を水性媒体の中で超音波処理にかけることによりa )項に従う工程を実施することを特徴とする請求の範囲第15項に記載の方法。
  17. 17.超音波処理を水と極性有機溶媒から成る混合物の中で行うことを特徴とす る請求の範囲第16項に記載の方法。
  18. 18.有機溶媒としてC1〜C4のモノ−またはジアルコール、C1〜C4のケ トンまたは水と混和し得るエーテルを使用することを特徴とする請求の範囲第1 7項に記載の方法。
  19. 19.有機溶媒としてメタノール、エタノールまたはアセトンを使用することを 特徴とする請求の範囲第18項に記載の方法。
  20. 20.請求の範囲第15〜19項のいずれか1項に記載の方法により得られる植 物繊維に基づく補強用および/または加工用繊維。
  21. 21.成形品の製造のための、請求の範囲第1〜14項および第20項のいずれ かに記載の繊維の使用。
  22. 22.セメント、合成樹脂および石膏の成形品の製造のため、並びにシーリング 材、ルーフィングシート、路面材、研摩材の中におよび充填材としての請求の範 囲第1〜14項および第20項のいずれか1項に記載の繊維の使用。
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