JPH0482907A - フィブリル化天然セルロース繊維の製造方法及び装置 - 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、乾式でフィブリル化された天然セルロース繊
維を製造する方法及びその方法に使用される装置に関す
る。

〔従来技術及びその解決課題〕

従来より、綿や麻繊維などの天然セルロース繊維をフィ
ブリル化する方法は公知であり、その方法は、叩解、即
ち、湿式でフィブリル化する方法である。湿式であるた
め、フィブリル化天然セルロース繊維には、水分が付着
しており、そのため、例えば、充填剤としてコムなどに
配合する場合に、ゴム中に均一に混合できないなど問題
となっていた。

また、叩解作用に付される天然セルロース繊維は、そこ
に含まれるヘミセルロースを除去するため、１００℃前
後で精練されており、その結晶化度は５０以上で、重合
度は２０００〜５０００といった、高結晶化度、高重合
度のものである。

しかしながら、このような高結晶化度、高重合度の天然
セルロース繊維を直接叩解しようとしても、天然セルロ
ース繊維の強度が高いために、効果的に叩解を行うこと
は難しい。そのため、精練された天然セルロース繊維は
、叩解する前に、旦高温、高圧で蒸解し、その強度を低
下させるなどの脆化を起させる必要がある。従って、得
られたフィブリル化天然セルロース繊維は、特性の劣化
を生じているため、その用途は限定され、例えば、パル
プの代替品としての増量剤や、セルロース加工原料など
の用途が主体となるに過ぎなかった。そこで、高結晶化
度や高重合度などの天然セルロース繊維の有する優れた
特性を有効に活用でき、広範囲の素材、例えばアスベス
ト代替品や充填剤等、更にその池の複合素材などの用途
に使用できるフィブリル化天然セルロース繊維が強く要
望されて１、）だ。

〔発明の目的〕

従って、本発明は、本来の天然セルロース繊維の有する
特性を劣化させることなく、天然セルロース繊維をフィ
ブリル化できる方法及び装置を提供することを目的とす
る。

〔発明の構成〕

本発明者は、上記目的を達成するため、鋭意検討した結
果、乾燥状態で天然セルロース繊維の短繊維を解砕する
ことにより、天然セルロース繊維を乾式でフィブリル化
できることを見出し、本発明に到達したものである。

以下、本発明について詳細に説明する。

本発明で使用される天然セルロース繊維は、ヘミセルロ
ースなど、セルロース繊維以外の成分を予め除去したセ
ルロース単繊維の集合体が好ましい。例えば、麻を原料
とする場合には、ヘミセルロースを除去するために精練
することが必要である。一方、綿のようにもともとセル
ロース単繊維の集合物からなる場合には、そのような精
練工程を経る必要はない。

第１図；ま、本発明で使用される天然セルロース繊維の
形状を示す拡大写真である。

天然セルロース繊維は、所定の長さに切断された短繊維
であることが必要である。長繊維の状態て本発明の処理
に付する場合には、均一なセルロース繊維をフィブリル
化することは困難である。

通常、天然セルロース繊維の長さは、０．３〜２６０舶
であることが好ましい。

天然セルロース繊維の短繊維は、乾燥状態て解砕（剪断
応力）されて、フィブリル化される。第２図は、フィブ
リル化された天然セルロース繊維の形状を示す拡大写真
である。

なお、天然セルロース繊維を解砕する過程で、熱が発生
するので、フィブリル化を行う間、熱によりセルロース
繊維が悪影響を受けないように、冷却することが好まし
い。

以下、上記フィブリル化を有効に実施するための装置に
ついて詳細に説明する。

本発明の装置は、解砕領域を形成するためのハウジング
と、該解砕領域内に配置されたロータと、該ロータと一
体的に回転されるハンマと、該ハンマの外端面と所定の
間隔を隔てて、所定の粗さを有する周面を形成する周面
形成手段とを有する解砕装置を含む構成となっている。

本発明の上記構成によれば、ハンマは、その回転によっ
て、ハンマの外端面と上記周面との間に挿入された天然
セルロース繊維の外表面を解砕して、天然セルロース繊
維の外部フィブリル化を行うととも）＝、天然セルロー
スの内部に剪断芯ノコを作用させて、内部フィブリル化
を行うので、乾式法により天然セルロース繊維をフィブ
リル化することができる。

本発明の好ましい実施態様においては、前記ノ＼ウジン
クは、冷却水が循環される冷却水室を備えている。この
構成によれば、解砕に伴う発熱が冷却水によって吸収さ
れることから、上記周面への天然セルロース繊維の焼付
きなどが防止される。

本発明の別の好ましい実施態様においては、前記解砕装
置は、前記ハウジングと協働して解砕領域を形成するス
クリーンを有し、該スクリーンは、フィブリル化された
天然セルロース繊維のみを選択的に通過させる複数の孔
部を備えている。この構成によれば、フィブリル化され
た天然セルロス繊維のみがスクリーンを通過するので、
フィブリル化した天然セルロース繊維をフィブリル化し
ていない天然セルロース繊維から容易に分離することが
可能となる。

更に好ましくは、フィブリル化すべき天然セルロース繊
維を前記解砕領域に案内するとともに、前記スクリーン
の前後に所定の差圧を形成する吸気手段が設けられる。

これによって、所望のフィブリル化がなされた天然セル
ロース繊維のみを差圧の下で連続的に送りだすことがで
きるので、フィブリル化された天然セルロース繊維を、
連続運転によって、比較的大量に製造することが可能と
なる。

（実施例） 以下、図面を参照しながら、本発明の装置の実施例につ
いて説明する。

第３図及び第４図は、本発明の実施例に係るフィブリル
化天然セルロース繊維の製造装置の全体構成を概略的に
示す正面図及び平面図である。

第３図及び第４図において、フィブリル化天然セルロー
スの製造装置１は、予備工程により所望の繊維長に切断
された天然セルロース繊維が供給される原料供給装置１
０、原料供給装置１０によって供給される天然セルロー
ス繊維を解砕する解砕機２０、解砕機２０によって解砕
された天然セルロースを給送する輸送管３０．輸送管３
０の下流側端が接続されているフィルターユニット４０
、フィルターユニット４０の下端部分に接続されている
ホンパ５０、及び吸気管６１を介してフィルターユニッ
ト４０の上端部分と接続されているブロワ−ユニット６
Ｄとから略構成されている。

原料供給装置１０は、天然セルロースの原料を解砕機２
０の上方から解砕機２０に供給するために、仮想線で示
す架台１１に支持されている。原料供給装置１０は、上
記天然セルロース繊維が投入される原料ホンパ１２と、
原料ホンパ１２に投入された天然セルロース繊維を解砕
機２０に向かって移送するスクリュー式フィーダー１３
と、フィーダー１３の吐出口１３ａから吐出された天然
セルロース繊維を上面で受ける振動板１４とを備えてい
る。フィーダー１３は図示しないモータに連結され、モ
ータの作動によって所定の方向に回転されるように構成
されている。また、振動板１４は、天然セルロースを均
一な送り速度で解砕機２０の原料受は口２１に案内する
ように、図示しない振動手段によって振動される。

解砕機２０は、仮想線で示すフレーム２０ａに支持され
ており、上記原料受は口２１と、解砕領域を形成するた
めのハウジング２３とを備えている。また、原料受は口
２１とハウジング２３との間には、ロータ２４の回転に
よって生じる騒音を吸収するための消音器２２が介挿さ
れている。

第５図は、第３図及び第４図に示す解砕機２０の概略断
面図であり、第６図は、第５図に示すハンマの外端部分
を概略的に示す拡大断面図である。

また、第７Δ図及び第７Ｂ図は、第５図に示す内側被覆
部材を構成している被覆ブロックの各々を示す斜視図で
ある。

第５図に示すように、消音器２２の下端が、ハウジング
２３に形成された原料案内通路２３ａと連通している。

ハウジンク２３内には、ハウジンり２３に回転可能に支
持されたロータ２４と、ロータ２４から半径方向夕１方
に延びるようにロータ２４に枢着された複数のハンマ２
５と、ハンマ２５の外端面から半径方向外方に所定の間
隔を隔てた周面を形成している内側被覆部材２６と、ロ
ータ２４の下側に配置された全体的；こ半円状のスクリ
ーン２７とが配置されている。また、ハウジンク２３に
は、冷却水室２３ｂが形成されており、冷却水室２３ｂ
は、冷却水大口ポー）２３Ｃ及び冷却水出口ポート２３
ｄを介して、図示しない冷却水供給管路及び冷却水戻し
管路にそれぞれ連結されている。

ロータ２４は、解砕機２０の回転軸線方向に延びる回転
軸２４ａと、回転軸２４ａに一体的に支持された略円板
状のハンマ支持部材２４ｂとから構成されている。回転
軸２４ａは、図示しない軸受を介してハウジンク２３に
回転自在に支持されるとともに、第４図に示すように、
ハウジング２３を貫通して回転軸線方向に延び、プーリ
　（図示せず）及び無端ベル）２４ｃを介して、原動機
２９に連結されている。

ハンマ２５の各々は、半径方向外方に延びるアーム部２
５ａと、アーム部２５ａの半径方向外端部分に一体的に
連結されている解砕部２５ｂとからなり、アーム部２５
ａの半径方向内端部は、／ＳＳママ持部材２４ｂの側面
に固定軸２５ｃを介して回動可能に支持されている。

第５Ａ図に示すように、ロータ２４の回転軸線方向に整
列して、２つの解砕部２５ｂが配列されており、各列に
おける一方の解砕部２５ｂと、他方の解砕部２５ｂとは
、異なる長さを有し、互いに所定の間隔を隔てている。

周方向に隣合う解砕部２５ｂも又、異なる長さを有して
おり、比較的長い長さに設定された解砕部２５ｂと、比
較的短い長さに設定された解砕部２５ｂとが周方向に交
互に配置されている。したがって、回転軸線方向に列を
なす２つの解砕部２５ｂの間の間隙は、回転軸線方向の
中央部に配置されたノ＼ンマ支持部材２４ｂの両側に交
互に位置決めされ、周方向に千鳥状に配列されている。

また、第６図に示すように、ハンマ２５の解砕部２５ｂ
は、その外端面が、内側被覆部材２６の周面から所定の
間隔β、例えば、１　ｍｍの間隔を隔てて、該周面と相
補するように湾曲している。

更に、内側被覆部材２６は、第７Ａ図に示すように、表
面に所定の粗さを有する被覆ブロック２６ａ、２６ｂを
組み合わせることによって形成されている。被覆ブロッ
ク２６ａ、２６ｂは、第７Ｂ図に示すように、複数の突
出部と、各突出部に隣接する複数の溝部とを備えており
、第７Ｂ図に矢印て示す解砕部２５ｂの進行方向に対し
て、相対的に大きな摩擦抵抗が作用するようにハウジン
グ２３の内周面に取付けられる。被覆ブロック２６ａ及
び被覆ブロック２６ｂは、互いに類似する形状を有する
が、突出部の高さｈが互いに異なっており、第６図に示
すように、周方向に交互に配置される。

スクリーン２７は、第５図に示すように、ロータ２４の
下側に配置され、内側被覆部材２６と協働して、略円筒
状の解砕領域を形成しており、スクリーン２７は、スク
リーン２７の前後の雰囲気に所定の差圧が形成されたと
きに解砕された天然セルロース繊維のみを選択的に通過
させる複数の孔部２７ａを備えている。孔部２７ａの各
々は、例えば、第８八図に示すような長孔状の開口ｊご
形成され、その最小径りは、好ましくは、０．３　ｍｍ
乃至１５　ｍｍに設定される。

解砕機２０は又、スクリーン２７の下方に、スクリーン
２７を通過した天然セルロース繊維を受けるンユート、
２８を備えており、シュート２８は、下方に延びるにつ
れて縮径し、その下端部に、輸送管３０と連通する開口
（図示せず）が形成されている。

輸送管３０は、第１図に示すように、解砕機２０から側
方に延び、更に、上方に屈曲して、フィルターユニット
４０の上端部に接続されている。

フィルターユニット４０は、仮想線で示す架台４１によ
って支持されており、その内部空間が、所定の集塵効率
を存するバグフィルタ１１２によって、捕捉室４３と排
気室４４とに区画されている。

輸送管３０は捕捉室４３と連通し、また、吸気管６１は
排気室４４と連通し、更に、ホッパ５０は捕捉室４３と
連通している。

ホッパ５０は、その上端部が捕捉室４２の幅及び奥行と
相応する幅及び奥行を有し、下方に延びるにつれて縮径
している。ホッパ５０の下端部分には、床面（図示せず
）から所定の高さにロータリーバルブ５１が配設されて
おり、フィブリル化された天然セルロース繊維の搬出を
可能にするための所望の搬出空間が、ロータリーバルブ
５１の下方に形成される。ロータリーバルブ５１は、図
示しない駆動機構に作動的に連結された回転軸と、該回
転軸から放射状に延びる複数の弁体とを備えており、ホ
ッパ５０内の領域と周囲雰囲気とを隔絶しながら、ホッ
パ５０内に蓄積した天然セルロース繊維を下方に放出で
きるように構成されている。

フロワーユニット６０は、第４図に示すように、風量調
整用ダンパ６２を介して、吸気管６１に接続されており
、解砕機２０の原料受は口２１から、解砕機２０、輸送
管３０、輸送管３０．フィルターユニット４０及び吸気
管６１を介して、製造装置１の周囲雰囲気の空気を吸気
するのに充分な吸気能力を有する電動機付送風機からな
る。なお、輸送管３０は、所望により、／ニート２８の
下流側から周囲雰囲気の空気を輸送管３０に直接導入す
ることができるバイパスハルツ３１を備えており、バイ
パスハルツ３１には、消音器（図示せず）が取り付けら
れている。

このように構成された製造装置１は、以下の如く作動さ
れる。

製造装置１は、運転時に、原料供給装置１０のモーフ、
解砕＠２０の原動機２８、ブロアーユニ７）６０の電動
機及びロータリーバルブ５１の駆動装置が作動される。

好ましくは、ブロアーユニント６０の電動機が比較的早
期に作動され、解砕機２０及び輸送管３０が掃気される
。また、解砕機２０の冷却水室２３ｂに、図示しない冷
却水供給装置から、冷却水供給管路及び冷却水戻し管路
を介して、所望の温度の冷却水が給排される。

所定の予備工程により、図示しない予備加工装置、例え
ば、小野打社製り型ギロチンタイプの高速切断機や、ス
クリーン装置などによって、所望の繊維長に定長化され
た短繊維の天然セルロースが、原料供給装置１０の原料
ホッパ１１に投入さし、天然セルロース繊維は、スクリ
ュー式フィーダー１２の回転によって、吐出口１３ａか
ら振動板１４上に落下し、振動板１４の振動によって、
比較的均一な移送速度で解砕機２０の受は口２１内に案
内される。受は口２１は、プロアユニント６０の吸気作
用によって、周囲の空気を吸引しており、受は口２１に
案内された天然セルロース繊維は、受は口２１、消音器
２２及び原料案内通路２３ａを通って、解砕機２０の内
部、即ち、解砕領域に達する。

ロータ２４は、原動機２８の作動によって、第５図に矢
印で示す方向に所定の回転速度で回転され、ロータ２４
に枢着されたハンマ２５は、ロータ２４の回転によって
作用する遠心力により、半径方向外方に最も延びた状態
、即ち、内側被覆部材２６から所定の間隔βを隔てた状
態で安定し、回転される。なお、ロータ２４の上記所定
の回転、速度は、例えば、ハンマ２５の外端面が１００
乃至１３０ｍ／ｓの周速で回転されるように設定される
。

解砕機２０の解砕領域に達した天然セルロース繊維は、
ハンマ２５の外端部分によって、内側被覆部材２６の周
面に沿って上昇され、ハンマ２５の外端面と内側被覆部
材２６の内側面との間に挿入される。ハンマ２５の各列
を構成する２つの解砕部２５ｂの間の間隙が、周方向に
千鳥状に配列されており、また、異なる高さの突出部を
有する被覆ブＤ　ンク２６ａ、２６ｂが、周方向に交互
に配置されていることから、ハンマ２５の回転に伴って
解砕領域に乱気流が生じるので、天然セルロース繊維は
、ハンマ２５の外端面と内側被覆部材２６の内側面との
間に局部的に偏って挿入されることなく、比較的均一に
挿入されるとともに、各一定の方向に配向することなく
、ランダムに配向される。

解砕部２５ｂと内側被覆部材２６の内側面との間に挿入
された天然セルロース繊維は、内側被覆部材２６の内側
面の摩擦抵抗と、ハンマ２５の回転に伴って該内側面に
対して相対運動する解砕部２５ｂの解砕作用によって、
その外表面が解砕され、外部フィブリル化が施される。

また、天然セルロース繊維は、内側被覆部材２６の内側
面と解砕部２５の相対運動により、その内部に剪断応力
が作用し、内部フィブリル化が施される。

かくしてフィブリル化した天然セルロース繊維は、プロ
アユニット６０の吸気作用によって全体的にスクリーン
２７に向かうように形成された気流により、スクリーン
２７上に運ばれて、スクリーン２７に付着し、更に、ス
クリーン２７の通気抵抗によりスクリーン２７の前後に
生じている差圧により、所望のフィブリル化がなされた
天然セルロース繊維のみがスクリーン２７を選択的に通
過する。スクリーン２７を通過した天然セルロース繊維
は、プロアユニット６０の吸気作用により、シュート２
８及び輸送管３０を介して、フィルターユニント４０の
捕捉室４３に給送され、ハタフィルタ４２によって、搬
送媒体である空気と分離され、ホッパ５０内に落下し、
更に、ロータリーハルツ５１の回転によって、ホッパ５
０の下方に順次放出される。

このように、上記製造装置１は、解砕機２０を有し、解
砕機２０は、解砕領域を形成するためのハウジンク２３
と、解砕領域内に配置されたローフ２４と、ローフ２４
と一体的に回転されるハンマ２５と、ハンマ２５の外端
面と所定の間隔を隔てて所定の粗さを有する周面を形成
する内側被覆部材２６とを有しており、ハンマ２５の回
転によって、ハンマ２５の外端面と内側被覆部材２６の
内側面との間に挿入された天然セルロース繊維は、その
外表面が解砕され、外部フィブリル化が行われるととも
に、その内部に剪断応力が作用し、内部フィブリル化が
行われる。かくして、天然セルロース繊維は、叩解する
ことなく、即ち、湿式法によることなく、乾式法により
フィブリル化される。

また、ハウジング２３に冷却水が循環される冷却水室２
３ｂが形成され、解砕に伴う発熱が冷却水によって吸収
されることから、内側被覆部材２６への天然セルロース
繊維の焼付きが防止される。

更に、解砕機２０は、内側被覆部材２６と協働して解砕
領域を形成するとともに、プロアユニット６０の吸気作
用によって、フィブリル化した天然セルロース繊維のみ
を選択的に通過させる複数の孔部２７ａを有するスクリ
ーン２７を備えているので、所望のフィブリル化がなさ
れた天然セルロース繊維のみを連続的に送りだすことが
でき、かくして、フィブリル化した天然セルロース繊維
を、連続運転によって、比較的大量に製造することが可
能となる。

本発明は、上記実施例に限定されることなく、種々の変
形又は変更が可能であり、それらも特許請求の範囲に記
載された発明の範囲内に包含されるものであることはい
うまでもない。

例えば、上記実施例において、上記スクリーン２７の孔
部２７ａは、長孔状に形成されているが、第８Ｂ図又は
第８Ｃ図に示すように菱形又は円形のものを選択しても
良く、或いは、これと同等の各種形状のものを選択して
も良い。

また、内側被覆部材２６は、２種類の被覆ブロック２６
ａ、２６ｂを組み合わせることによって形成されている
が、かかる被覆ブロックによって形成される周面を他の
方法、例えば、一体的なライナによって形成しても良い
。

更に、上記実施例においては、ハウジング２３に冷却水
室２３ｂを設けることによって解砕時の発熱を除去して
いるが、冷却水室２３ｂによる冷却とともに、或いは、
これに代えて、製造装置１の周囲雰囲気の温度を空調装
置によって所望の温度に冷却し、解砕領域に導入される
比較的低温の空気によって、解砕時の発熱を除去するこ
とも可能である。

また、ハンマ２５の外端面の周速及びハンマ２５の外端
面と内側被覆部材２６との間隔βは、上記実施例におい
て説明した周速又は間隔に限定されるものではなく、内
側被覆部材２６に天然セルロース繊維の焼付きなどが生
じたり、或いは、ロータの回転抵抗により、原動機２８
に過負荷が生じないように、フィブリル化すべき繊維の
種類に応じて、適当に選択されるべきものであり。

更に、天然セルロースを定長化する予備工程に用いられ
る各装置は、所望の定長化を行うことができる従来知ら
れた種々のものを採用できることはいうまでもない。例
えば、上記実施例において説明した小野打社製り型ギロ
チンタイプの高速切断機に代えて、ターボ工業社製ター
ボカッターなどを適用可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、天然セルロース繊維の形状を示す拡大写真で
ある。 第２図は、本発明の方法により得られたフィブリル化天
然セルロース繊維の形状を示す拡大写真である。 第３図及び第４図は、本発明の実施例に係るフィブリル
化天然セルロースの製造装置の全体構成を概略的に示す
正面図及び平面図である。 第５図は、第３図及び第４図に示す解砕機の概略断面図
である。 第５．へ図は、第５図のＡ　−Ａ線における断面図であ
る。 第６図は、第５図に示すハンマの外端部分を概略的に示
す拡大断面図である。 第７Ａ図及び第７Ｂ図は、第５図に示す内側被覆部材を
構成する被覆ブロックの各々を示す斜視図である。 第８Δ図は、第５図に示すスクリーンに形成される孔部
の形状を示す説明図であり、第８Ｂ図及び第８Ｃ図は、
その変形例を示す説明図である。 （符号の説明） ■・・・・フィブリル化天然セルロースの製造装置１０
・・・・原料供給装置　　　　２０・・・・解砕機２１
・・・・原料受は口　　　　　２２・・・・消音器２３
・・・・ハウジング ２３ｂ・・・・酩却水室　　　　　２４・・・・ロータ
２４ａ・・・・回転軸 ４ｂ・・・・ハンマ支持部材 ５・・・・ハンマ　　　　　２５ａ・・・・アーム部５
ｂ・・・・解砕部　　　２６・・・・内側被覆部材６ａ
、２６ｂ・・・・被覆ブロック ７・・・・スクリーン　　　２８・・・・シュート９・
・・・原動機　　　　　３０・・・・輸送管Ｏ・・・・
フィルターユニット ０・・・・ホッパ Ｏ・・・・ブロワ−ユニット 第７Ｂ図

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）乾燥状態で天然セルロース繊維の短繊維を解砕さ
   せることを特徴とする天然セルロース繊維のフィブリル
   化方法。
2. （２）請求項（１）に記載の方法を実施するための装置
   であって、解砕領域を形成するためのハウジングと、該
   解砕領域内に配置されたロータと、該ロータと一体的に
   回転されるハンマと、該ハンマの外端面と所定の間隔を
   隔てて、所定の粗さを有する周面を形成する周面形成手
   段とを有する解砕装置を含む装置。
3. （３）前記ハウジングは、冷却水が循環される冷却水室
   を備えていることを特徴とする請求項（２）に記載の装
   置。
4. （４）前記解砕装置は、前記ハウジングと協働して解砕
   領域を形成するスクリーンを有し、該スクリーンは、フ
   ィブリル化された天然セルロース繊維のみを選択的に通
   過させる複数の孔部を有することを特徴とする請求項（
   ２）又は（３）に記載の装置。
5. （５）フィブリル化すべき天然セルロース繊維を前記解
   砕領域に案内するとともに、前記スクリーンの前後に所
   定の差圧を形成する吸気手段を備えていることを特徴と
   する請求項（４）に記載の装置。