JP2022156206A - シート製造方法およびシート製造装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】樹脂を用いなくても十分な強度を有するシートを製造することができるシート製造方法を提供する。【解決手段】解繊物を乾式で堆積させてウェブを形成するウェブ形成工程と、前記ウェブに水分を付与する水分付与工程と、水分が付与された前記ウェブを加圧する加圧工程と、水分が付与された前記ウェブを加熱する加熱工程と、を含み、前記水分付与工程で水分が付与された前記ウェブの含水率は、１２質量％以上であり、前記加圧工程において前記ウェブに加える圧力は、０．２ＭＰａ以上であり、前記加熱工程における前記ウェブの温度は、１００℃以下である、シート製造方法。【選択図】図２
Description
本発明は、シート製造方法およびシート製造装置に関する。
小型化、省エネルギーのために、乾式によるシート製造方法が提案されている。
例えば特許文献１には、被解繊物を大気中で解繊する解繊工程と、解繊された解繊物に樹脂を含む添加物を大気中で混合する混合工程と、解繊物と添加物とを混合した混合物を調湿する調湿工程と、調湿した混合物を加熱する加熱工程と、を含む、シート製造方法が記載されている。
しかしながら、特許文献１では、十分な強度を有するシートを製造するために結着材として樹脂が必要であった。近年、樹脂を用いなくても十分な強度を有するシートの製造方法が求められている。
本発明に係るシート製造方法の一態様は、
解繊物を乾式で堆積させてウェブを形成するウェブ形成工程と、
前記ウェブに水分を付与する水分付与工程と、
水分が付与された前記ウェブを加圧する加圧工程と、
水分が付与された前記ウェブを加熱する加熱工程と、
を含み、
前記水分付与工程で水分が付与された前記ウェブの含水率は、１２質量％以上であり、
前記加圧工程において前記ウェブに加える圧力は、０．２ＭＰａ以上であり、
前記加熱工程における前記ウェブの温度は、１００℃以下である。
解繊物を乾式で堆積させてウェブを形成するウェブ形成工程と、
前記ウェブに水分を付与する水分付与工程と、
水分が付与された前記ウェブを加圧する加圧工程と、
水分が付与された前記ウェブを加熱する加熱工程と、
を含み、
前記水分付与工程で水分が付与された前記ウェブの含水率は、１２質量％以上であり、
前記加圧工程において前記ウェブに加える圧力は、０．２ＭＰａ以上であり、
前記加熱工程における前記ウェブの温度は、１００℃以下である。
本発明に係るシート製造装置の一態様は、
解繊物を乾式で堆積させてウェブを形成するウェブ形成部と、
前記ウェブに水分を付与する水分付与部と、
水分が付与された前記ウェブを加圧する加圧部と、
水分が付与された前記ウェブを加熱する加熱部と、
を含み、
前記水分付与部で水分が付与された前記ウェブの含水率は、１２質量％以上であり、
前記加圧部において前記ウェブに加える圧力は、０．２ＭＰａ以上であり、
前記加熱部における前記ウェブの温度は、１００℃以下である。
解繊物を乾式で堆積させてウェブを形成するウェブ形成部と、
前記ウェブに水分を付与する水分付与部と、
水分が付与された前記ウェブを加圧する加圧部と、
水分が付与された前記ウェブを加熱する加熱部と、
を含み、
前記水分付与部で水分が付与された前記ウェブの含水率は、１２質量％以上であり、
前記加圧部において前記ウェブに加える圧力は、０．２ＭＰａ以上であり、
前記加熱部における前記ウェブの温度は、１００℃以下である。
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また、以下で説明される構成の全てが本発明の必須構成要件であるとは限らない。
本実施形態に係るシート製造方法は、解繊物を乾式で堆積させてウェブを形成するウェブ形成工程と、ウェブに水分を付与する水分付与工程と、水分が付与されたウェブを加圧する加圧工程と、水分が付与されたウェブを加熱する加熱工程と、を含む。以下、まず本実施形態のシート製造方法を実施することができるシート製造装置の一例を説明し、その後シート製造方法について説明する。
１． シート製造装置
本実施形態のシート製造方法に適した本実施形態に係るシート製造装置の一例について、図面を参照しながら説明する。図１は、本実施形態に係るシート製造装置１００を模式的に示す図である。
本実施形態のシート製造方法に適した本実施形態に係るシート製造装置の一例について、図面を参照しながら説明する。図１は、本実施形態に係るシート製造装置１００を模式的に示す図である。
シート製造装置１００は、図１に示すように、例えば、供給部１０と、粗砕部１２と、解繊部２０と、選別部４０と、第１ウェブ形成部４５と、回転体４９と、混合部５０と、堆積部６０と、第２ウェブ形成部７０と、シート形成部８０と、切断部９０と、を含む。
供給部１０は、粗砕部１２に原料を供給する。供給部１０は、例えば、粗砕部１２に原料を連続的に投入するための自動投入部である。供給部１０によって供給される原料は、例えば、古紙やパルプシートなどの繊維を含むものである。
粗砕部１２は、供給部１０によって供給された原料を、大気中等の気中で裁断して細片にする。細片の形状や大きさは、例えば、数ｃｍ角の細片である。図示の例では、粗砕部１２は、粗砕刃１４を有し、粗砕刃１４によって、投入された原料を裁断することができる。粗砕部１２としては、例えば、シュレッダーを用いる。粗砕部１２によって裁断された原料は、ホッパー１で受けてから管２を介して、解繊部２０に移送される。
解繊部２０は、粗砕部１２によって裁断された原料を解繊する。ここで、「解繊する」とは、複数の繊維が結着されてなる原料を、繊維１本１本に解きほぐすことをいう。解繊部２０は、原料に付着した樹脂粒やインク、トナー、にじみ防止剤等の物質を、繊維から分離させる機能をも有する。
解繊部２０を通過したものを「解繊物」という。「解繊物」には、解きほぐされた解繊物繊維の他に、繊維を解きほぐす際に繊維から分離した樹脂粒や、インク、トナーなどの色剤や、にじみ防止材、紙力増強剤等の添加剤を含んでいる場合もある。解きほぐされた解繊物の形状は、ひも状である。解きほぐされた解繊物は、他の解きほぐされた繊維と絡み合っていない状態、すなわち独立した状態で存在してもよいし、他の解きほぐされた解繊物と絡み合って塊状となった状態、すなわちダマを形成している状態で存在してもよい。
解繊部２０は、乾式で解繊を行う。ここで、液体中ではなく、大気中等の気中において、解繊等の処理を行うことを乾式と称する。解繊部２０としては、例えば、インペラーミルを用いる。解繊部２０は、原料を吸引し、解繊物を排出するような気流を発生させる機能を有している。これにより、解繊部２０は、自ら発生する気流によって、導入口２２か
ら原料を気流と共に吸引し、解繊処理して、解繊物を排出口２４へと搬送することができる。解繊部２０を通過した解繊物は、管３を介して、選別部４０に移送される。なお、解繊部２０から選別部４０に解繊物を搬送させるための気流は、解繊部２０が発生させる気流を利用してもよいし、ブロアー等の気流発生装置を設け、その気流を利用してもよい。
ら原料を気流と共に吸引し、解繊処理して、解繊物を排出口２４へと搬送することができる。解繊部２０を通過した解繊物は、管３を介して、選別部４０に移送される。なお、解繊部２０から選別部４０に解繊物を搬送させるための気流は、解繊部２０が発生させる気流を利用してもよいし、ブロアー等の気流発生装置を設け、その気流を利用してもよい。
選別部４０は、解繊部２０により解繊された解繊物を導入口４２から導入し、繊維の長さによって選別する。選別部４０は、例えば、ドラム部４１と、ドラム部４１を収容するハウジング部４３と、を有している。ドラム部４１としては、例えば、篩を用いる。ドラム部４１は、網を有し、網の目開きの大きさより小さい繊維または粒子、すなわち網を通過する第１選別物と、網の目開きの大きさより大きい繊維や未解繊片やダマ、すなわち網を通過しない第２選別物と、を分けることができる。例えば、第１選別物は、管７を介して、堆積部６０に移送される。第２選別物は、排出口４４から管８を介して、解繊部２０に戻される。具体的には、ドラム部４１は、モーターによって回転駆動される円筒の篩である。ドラム部４１の網としては、例えば、金網、切れ目が入った金属板を引き延ばしたエキスパンドメタル、金属板にプレス機等で穴を形成したパンチングメタルを用いる。
第１ウェブ形成部４５は、選別部４０を通過した第１選別物を、管７に搬送する。第１ウェブ形成部４５は、例えば、メッシュベルト４６と、張架ローラー４７と、サクション機構４８と、を有している。
サクション機構４８は、選別部４０の開口を通過して空気中に分散された第１選別物をメッシュベルト４６上に吸引することができる。第１選別物は、移動するメッシュベルト４６上に堆積し、ウェブＶを形成する。メッシュベルト４６、張架ローラー４７、及びサクション機構４８の基本的な構成は、後述する第２ウェブ形成部７０のメッシュベルト７２、張架ローラー７４、およびサクション機構７６と同様である。
ウェブＶは、選別部４０および第１ウェブ形成部４５を経ることにより、空気を多く含み柔らかくふくらんだ状態に形成される。メッシュベルト４６に堆積されたウェブＶは、管７へ投入され、堆積部６０へと搬送される。
回転体４９は、ウェブＶを切断することができる。図示の例では、回転体４９は、基部４９ａと、基部４９ａから突出している突部４９ｂと、を有している。突部４９ｂは、例えば、板状の形状を有している。図示の例では、突部４９ｂは４つ設けられ、４つの突部４９ｂが等間隔に設けられている。基部４９ａが方向Ｒに回転することにより、突部４９ｂは、基部４９ａを軸として回転することができる。回転体４９によってウェブＶを切断することにより、例えば、堆積部６０に供給される単位時間当たりの解繊物の量の変動を小さくすることができる。
回転体４９は、第１ウェブ形成部４５の近傍に設けられている。図示の例では、回転体４９は、ウェブＶの経路において下流側に位置する張架ローラー４７ａの近傍に設けられている。回転体４９は、突部４９ｂがウェブＶと接触可能な位置であって、ウェブＶが堆積されるメッシュベルト４６と接触しない位置に設けられている。これにより、メッシュベルト４６が突部４９ｂによって磨耗することを抑制することができる。突部４９ｂとメッシュベルト４６との間の最短距離は、例えば、０．０５ｍｍ以上０．５ｍｍ以下である。これは、メッシュベルト４６が損傷を受けずにウェブＶを切断することが可能な距離である。
混合部５０は、例えば、選別部４０を通過した第１選別物と、添加物と、を混合する。混合部５０は、例えば、添加物を供給する添加物供給部５２と、第１選別物と添加物とを搬送する管５４と、ブロアー５６と、を有している。図示の例では、添加物は、添加物供
給部５２からホッパー９を介して管５４に供給される。管５４は、管７と連続している。
給部５２からホッパー９を介して管５４に供給される。管５４は、管７と連続している。
混合部５０では、ブロアー５６によって気流を発生させ、管５４中において、第１選別物と添加物とを混合させながら、搬送することができる。なお、第１選別物と添加物とを混合させる機構は、特に限定されず、高速回転する羽根により攪拌するものであってもよいし、Ｖ型ミキサーのように容器の回転を利用するものであってもよい。
添加物供給部５２としては、図１に示すようなスクリューフィーダーや、図示せぬディスクフィーダーなどを用いる。
添加物供給部５２から供給される添加物は、特に限定されないが、例えば、複数の繊維を結着させるための樹脂、澱粉などの水溶性多糖を含んでいてもよい。この場合において、添加物は、樹脂を含んでもよいが、シートの環境適合性をより向上できる点で、樹脂を含まないほうがよい。
添加物供給部５２から供給される添加物に樹脂を含有させる場合、添加物が供給された時点では、複数の繊維は結着されていない。樹脂としては、熱可塑性樹脂や熱硬化性樹脂であり、例えば、ＡＳ（Acrylonitrile Styrene）樹脂、ＡＢＳ（Acrylonitrile Butadiene Styrene）樹脂、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン、アクリル樹脂、ポリエステル、ポリエチレンテレフタレート、ポリフェニレンエーテル、ポリブチレンテレフタレート、ナイロン、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリアセタール、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルエーテルケトン、などである。これらの樹脂は、単独または適宜混合して用いてもよい。添加物供給部５２から供給される添加物は、繊維状であってもよく、粉末状であってもよい。
なお、添加物供給部５２から供給される添加物には、製造されるシートの種類に応じて、繊維を着色するための着色剤や、繊維の凝集や添加物の凝集を抑制するための凝集抑制剤、繊維等を燃え難くするための難燃剤が含まれていてもよい。混合部５０を通過した混合物は、管５４を介して、堆積部６０に移送される。
堆積部６０は、混合部５０を通過した混合物を導入口６２から導入し、絡み合った解繊物をほぐして、空気中で分散させながら降らせる。さらに、堆積部６０は、添加物供給部５２から供給される添加物の樹脂が繊維状である場合、絡み合った樹脂をほぐす。これにより、堆積部６０は、第２ウェブ形成部７０に、混合物を均一性よく堆積させることができる。
堆積部６０は、例えば、ドラム部６１と、ドラム部６１を収容するハウジング部６３と、を有している。ドラム部６１としては、回転する円筒の篩を用いる。ドラム部６１は、網を有し、混合部５０を通過した混合物に含まれる、網の目開きの大きさより小さい繊維または粒子を降らせる。ドラム部６１の構成は、例えば、ドラム部４１の構成と同じである。
なお、ドラム部６１の「篩」は、特定の対象物を選別する機能を有していなくてもよい。すなわち、ドラム部６１として用いられる「篩」とは、網を備えたもの、という意味であり、ドラム部６１は、ドラム部６１に導入された混合物の全てを降らしてもよい。
第２ウェブ形成部７０は、堆積部６０を通過した通過物を堆積して、ウェブＷを形成する。第２ウェブ形成部７０は、例えば、メッシュベルト７２と、張架ローラー７４と、サクション機構７６と、を有している。
メッシュベルト７２には、堆積部６０の開口を通過した通過物が堆積される。メッシュベルト７２は、張架ローラー７４によって張架され、通過物を通し難く空気を通す構成となっている。メッシュベルト７２は、張架ローラー７４が自転することによって移動する。メッシュベルト７２が連続的に移動しながら、堆積部６０を通過した通過物が連続的に降り積もることにより、メッシュベルト７２上にウェブＷが形成される。
サクション機構７６は、メッシュベルト７２の下方に設けられている。サクション機構７６は、下方に向く気流を発生させることができる。サクション機構７６によって、堆積部６０により空気中に分散された混合物をメッシュベルト７２上に吸引することができる。これにより、堆積部６０からの排出速度を大きくすることができる。さらに、サクション機構７６によって、混合物の落下経路にダウンフローを形成することができ、落下中に解繊物や添加物が絡み合うことを防ぐことができる。
以上のように、堆積部６０および第２ウェブ形成部７０を経ることにより、空気を多く含み柔らかくふくらんだ状態のウェブＷが形成される。
堆積されたウェブＷには、シート形成部８０に搬送される途中で、水分が付与される。水分は、水分付与部７８により付与される。水分付与部７８は、ウェブＷの所定の含水率となるように水分を付与し、例えば、水蒸気、ミスト、シャワー、インクジェット等により構成できる。また図示の例では、水分付与部７８のウェブＷを挟んで対抗する位置に、サクション機構７９が設けられている。サクション機構７９は、下方に向く気流を発生させることができる。サクション機構７９によって、水分付与部７８から発生する水分を、ウェブＷを通過させて吸引することができる。これにより、ウェブＷの厚さ方向により均一に水分を付与することができる。
水分付与部７８により水分が付与されたウェブＷは、シート形成部８０へと搬送される。
シート形成部８０は、メッシュベルト７２に堆積したウェブＷを加圧および加熱してシートＳを成形する。シート形成部８０では、混ぜ合され、堆積され、水分が付与された解繊物および添加物の混合物に、圧力および熱を加える。シート形成部８０では、ウェブＷの厚さが小さくなって密度が高められるとともに、水分が蒸発する。圧力により密度が高まり、熱により水分が蒸発することで、水素結合によって複数の繊維が結合される。これにより、機械的強度が良好なシートＳを形成することができる。さらに、添加物として水溶性多糖を有する場合は、圧力により密度が高まり、熱により水分と水溶性多糖の温度が上昇することで、水溶性多糖が糊化し、その後水分が蒸発することにより、糊化した水溶性多糖を介して複数の繊維が結着される。これにより、機械的強度がより良好なシートＳを形成することができる。さらに、添加物として樹脂を有する場合は、熱により樹脂が軟化し、軟化した樹脂を介して複数の繊維が結着される。これにより、機械的強度がより良好なシートＳを形成することができる。
シート形成部８０は、ウェブＷを加圧加熱する加圧加熱部８４を有している。加圧加熱部８４は、ウェブＷを加圧する加圧部として機能し、かつ、ウェブＷを加熱する加熱部として機能する。図示はしないが、シート形成部８０は、ウェブＷを加圧する加圧部と、ウェブＷを加熱する加熱部と、を別々の機構として有していてもよい。
加圧加熱部８４は、例えば、加熱ローラー、熱プレス成形機、を用いて構成できる。また、加圧部と加熱部を別々の機構として設ける場合、加熱部には、前述の機構に加えて、ホットプレート、温風ブロワー、赤外線加熱器、フラッシュ定着器を用いて構成することもできる。図示の例では、加圧加熱部８４は、一対の加熱ローラー８６である。なお、加
熱ローラー８６の数は、特に限定されない。加圧加熱部８４により、ウェブＷに対して加圧および加熱を同時に行うことができる。
熱ローラー８６の数は、特に限定されない。加圧加熱部８４により、ウェブＷに対して加圧および加熱を同時に行うことができる。
切断部９０は、シート形成部８０によって成形されたシートＳを切断する。図示の例では、切断部９０は、シートＳの搬送方向と交差する方向にシートＳを切断する第１切断部９２と、搬送方向に平行な方向にシートＳを切断する第２切断部９４と、を有している。第２切断部９４は、例えば、第１切断部９２を通過したシートＳを切断する。
以上により、所定のサイズの単票のシートＳが成形される。切断された単票のシートＳは、排出受け部９６に排出される。
２． シート製造方法
次に、本実施形態に係るシート製造方法について、図面を参照しながら説明する。図２は、本実施形態に係るシート製造方法を説明するめのフローチャートである。本実施形態に係るシート製造方法は、例えば、上述したシート製造装置１００を用いて行うことができる。
次に、本実施形態に係るシート製造方法について、図面を参照しながら説明する。図２は、本実施形態に係るシート製造方法を説明するめのフローチャートである。本実施形態に係るシート製造方法は、例えば、上述したシート製造装置１００を用いて行うことができる。
本実施形態に係るシート製造方法は、図２に示すように、解繊物を乾式で堆積させてウェブを形成するウェブ形成工程（ステップＳ１）と、解繊物およびウェブの少なくとも一方に結着材を添加する結着材添加工程（ステップＳ２）と、ウェブに水分を付与する水分付与工程（ステップＳ３）と、水分が付与されたウェブを加圧する加圧工程（ステップＳ４）と、水分が付与されたウェブを加熱する加熱工程（ステップＳ５）と、を含む。
２．１． ウェブ形成工程
ウェブ形成工程では、解繊物を乾式で堆積させてウェブを形成する。上述のシート製造装置１００を用いる場合には、解繊物は、解繊部２０により形成される。解繊物は、堆積部６０および第２ウェブ形成部７０は、解繊物を乾式で堆積させてウェブを形成する。
ウェブ形成工程では、解繊物を乾式で堆積させてウェブを形成する。上述のシート製造装置１００を用いる場合には、解繊物は、解繊部２０により形成される。解繊物は、堆積部６０および第２ウェブ形成部７０は、解繊物を乾式で堆積させてウェブを形成する。
解繊物は、繊維を含む。繊維としては、特に限定されず、広範な繊維材料を用いることができる。繊維としては、天然繊維（動物繊維、植物繊維）、化学繊維（有機繊維、無機繊維、有機無機複合繊維）などを例示できる。繊維は、さらに詳しくは、セルロース、絹、羊毛、綿、大麻、ケナフ、亜麻、ラミー、黄麻、マニラ麻、サイザル麻、針葉樹、広葉樹等からなる繊維等が挙げられ、これらを単独で用いてもよいし、適宜混合して用いてもよいし、精製などを行った再生繊維として用いてもよい。本実施形態のシート製造方法で用いられる繊維は、水素結合を形成する能力がある。
繊維の原料としては、例えば、パルプ、古紙、古布等が挙げられる。また、繊維は、各種の表面処理がされていてもよい。また、繊維の材質は、純物質であってもよいし、不純物およびその他の成分など、複数の成分を含む材質であってもよい。
繊維の長さは、特に限定されないが、独立した１本の繊維で、その繊維の長手方向に沿った長さは、１μｍ以上５ｍｍ以下、好ましくは、２μｍ以上３ｍｍ以下、より好ましくは３μｍ以上２ｍｍ以下である。
２．２． 結着材添加工程
結着材添加工程では、解繊物およびウェブの少なくとも一方に結着材を添加する。結着材添加工程では、解繊物のみに結着材を添加してもよいし、ウェブのみに結着材を添加してもよいし、解繊物およびウェブの両方に結着材を添加してもよい。結着材添加工程は、上述のシート製造装置１００を用いる場合には、添加物供給部５２により行うことができる。結着材添加工程で添加される結着材は、上述のように、ポリエステルなどの樹脂であ
ってもよいし、澱粉などの水溶性多糖であってもよい。
結着材添加工程では、解繊物およびウェブの少なくとも一方に結着材を添加する。結着材添加工程では、解繊物のみに結着材を添加してもよいし、ウェブのみに結着材を添加してもよいし、解繊物およびウェブの両方に結着材を添加してもよい。結着材添加工程は、上述のシート製造装置１００を用いる場合には、添加物供給部５２により行うことができる。結着材添加工程で添加される結着材は、上述のように、ポリエステルなどの樹脂であ
ってもよいし、澱粉などの水溶性多糖であってもよい。
なお、結着材添加工程は、行われなくてもよい。結着材添加工程を行わないことにより、工程の短縮化を図ることができる。さらに、樹脂を添加しないことにより、より環境に優しいシートを製造することができる。一方、結着材添加工程を行えば、強度がより高いシートを製造することができる。また、結着材添加工程は、加圧工程および加熱工程の前であれば、水分付与工程の後に行われてもよい。
２．３． 水分付与工程
水分付与工程では、ウェブに水分を付与する。具体的には、水分付与工程では、ウェブに水を付与する。上述のシート製造装置１００を用いる場合には、水分付与部７８によりウェブに水分を付与することができる。
水分付与工程では、ウェブに水分を付与する。具体的には、水分付与工程では、ウェブに水を付与する。上述のシート製造装置１００を用いる場合には、水分付与部７８によりウェブに水分を付与することができる。
水分付与工程で付与される水の量は、例えば、ウェブの含水率で管理することができる。水分付与工程で水分が付与されたウェブの含水率は、１２質量％以上６０質量％以下、好ましくは１４質量％以上５２質量％以下、より好ましくは１４質量％以上４０質量％以下、さらに好ましくは１５質量％以上３０質量％以下である。
また、水分付与工程では、水蒸気またはミストをウェブに付与することが好ましい。このようにすれば、ウェブ上により均一に水分を付与することができ、より簡易な装置構成でシートを製造することができる。
２．４． 加圧工程
加圧工程では、水分が付与されたウェブを加圧する。加圧工程は、上述のシート製造装置１００を用いる場合には、シート形成部８０により行うことができる。
加圧工程では、水分が付与されたウェブを加圧する。加圧工程は、上述のシート製造装置１００を用いる場合には、シート形成部８０により行うことができる。
加圧工程は、ウェブに対して圧力を加え、ウェブを薄くし、ウェブの密度を高める。加圧加程によってウェブに加えられる圧力は、０．２ＭＰａ以上１５ＭＰａ以下、好ましくは０．２ＭＰａ以上１３ＭＰａ以下、より好ましくは０．３ＭＰａ以上１０ＭＰａ以下、さらにより好ましくは０．４ＭＰａ以上２．０ＭＰａ以下である。
２．５． 加熱工程
加熱工程では、水分が付与されたウェブを加熱する。加熱工程は、上述のシート製造装置１００を用いる場合には、シート形成部８０により行うことができる。加圧工程と加熱工程とは、例えば、同時に行われる。これにより、より簡便な製造方法となり、該製造方法を行う装置の構成を簡素化することができる。なお、加圧工程と加熱工程とは、同時に行われなくてもよい。この場合、加圧工程の後に加熱工程を行ってもよいし、加熱工程の後に加圧工程を行ってもよい。
加熱工程では、水分が付与されたウェブを加熱する。加熱工程は、上述のシート製造装置１００を用いる場合には、シート形成部８０により行うことができる。加圧工程と加熱工程とは、例えば、同時に行われる。これにより、より簡便な製造方法となり、該製造方法を行う装置の構成を簡素化することができる。なお、加圧工程と加熱工程とは、同時に行われなくてもよい。この場合、加圧工程の後に加熱工程を行ってもよいし、加熱工程の後に加圧工程を行ってもよい。
加熱工程は、ウェブに対して熱を印加し、ウェブに含まれる水分を蒸発させる。加熱工程におけるウェブの温度は、１００℃以下である。加熱工程では、ウェブの温度が、好ましくは５０℃以上１００℃以下、より好ましくは６０℃以上９８℃以下、さらに好ましくは７０℃以上９６℃以下となるように加熱される。
２．６． その他の工程
本実施形態のシート製造方法は、上述の工程以外に、例えば、解繊工程、選別工程、切断工程等を含んでもよい。これらの工程は、上述のシート製造装置１００を用いれば、解繊部２０、選別部４０、第１ウェブ形成部４５、回転体４９、切断部９０等により容易に行うことができる。
本実施形態のシート製造方法は、上述の工程以外に、例えば、解繊工程、選別工程、切断工程等を含んでもよい。これらの工程は、上述のシート製造装置１００を用いれば、解繊部２０、選別部４０、第１ウェブ形成部４５、回転体４９、切断部９０等により容易に行うことができる。
２．７． 作用効果
本実施形態のシート製造方法では、解繊物を乾式で堆積させてウェブを形成するウェブ形成工程と、ウェブに水分を付与する水分付与工程と、水分が付与されたウェブを加圧する加圧工程と、水分が付与されたウェブを加熱する加熱工程と、を含む。水分付与工程で水分が付与されたウェブの含水率は、１２質量％以上であり、加圧工程においてウェブに加える圧力は、０．２ＭＰａ以上であり、加熱工程におけるウェブの温度は、１００℃以下である。
本実施形態のシート製造方法では、解繊物を乾式で堆積させてウェブを形成するウェブ形成工程と、ウェブに水分を付与する水分付与工程と、水分が付与されたウェブを加圧する加圧工程と、水分が付与されたウェブを加熱する加熱工程と、を含む。水分付与工程で水分が付与されたウェブの含水率は、１２質量％以上であり、加圧工程においてウェブに加える圧力は、０．２ＭＰａ以上であり、加熱工程におけるウェブの温度は、１００℃以下である。
そのため、本実施形態のシート製造方法では、解繊物に含まれる複数の繊維を水素結合によって結着させることができる。これにより、樹脂を用いなくても十分な強度を有するシートを製造することができる。具体的には、ウェブの含水率を１２％以上にしてから温度１００℃以下で加熱することにより、繊維同士の水素結合を形成することができる。例えば１００℃より高い温度で加熱すると、分子運動が激しくなり、水素結合が形成され難い。さらに、ウェブの含水率を１２％以上にしてから加圧することにより、より低圧でウェブの密度を高めることができ、装置の小型化を図ることができる。さらに、解繊物を乾式で堆積させてウェブを形成することにより、湿式抄紙法と比べて、ウェブの形成に用いる水分の量を低減することができる。
本実施形態のシート製造方法では、水分付与工程で水分が付与されたウェブの含水率は、４０質量％以下であってもよい。ウェブの含水率が４０質量％以下であれば、ウェブの搬送性および成形性を向上させることができる。
本実施形態のシート製造方法では、加圧工程においてウェブに加える圧力は、１０ＭＰａ以下であってもよい。ウェブに加える圧力が１０ＭＰａ以下であれば、繊維の劣化を抑制することができる。そのため、製造したシートを解繊した解繊物を原料にして、再びシートを製造することができる。
本実施形態のシート製造方法では、加熱工程におけるウェブの温度は、６０℃以上であってもよい。ウェブの温度が６０℃以上であれば、加熱工程にかかる時間を低減することができる。
３． 実施例および比較例
３．１． シートの作製
上述したシート製造装置１００に対応する装置を用いて、シートを作製した。解繊物を乾式で堆積させてウェブを形成し、ウェブに水分を付与した後、水分が付与されたウェブを一対のローラーによって加圧加熱してシートを作製した。樹脂や水溶性多糖などの結着材は用いなかった。ウェブの加圧と加熱とは、同時に行った。
３．１． シートの作製
上述したシート製造装置１００に対応する装置を用いて、シートを作製した。解繊物を乾式で堆積させてウェブを形成し、ウェブに水分を付与した後、水分が付与されたウェブを一対のローラーによって加圧加熱してシートを作製した。樹脂や水溶性多糖などの結着材は用いなかった。ウェブの加圧と加熱とは、同時に行った。
図３は、Ｎｏ．１～１０のシートの作製条件を示す表である。図３に示すように、付与する水分量（含水率）、圧力、およびローラーの温度を振った。Ｎｏ．１～１０のシートの坪量は、８０ｇ／ｃｍ２程度であった。なお、圧力は、下記式（１），（２）に基づいて算出した。
圧力＝ローラーに付与する荷重／ニップ面積 ・・・（１）
ニップ面積＝ローラー幅×ニップ幅 ・・・（２）
ニップ面積＝ローラー幅×ニップ幅 ・・・（２）
ニップ幅は、以下の方法で測定した。まず、一対のローラーを１００℃に昇温した。次に、市販のラミネートシートを一対のローラーに挟み込んでニップした（所定の荷重を付与した）。次に、約１秒でニップを開放し、ラミネートシートを取り出した。次に、ラミネートシートの加熱された部分が透明になるので、透明な部分の幅を測定した。
また、シート温度は、図４に示すように、ニップ出口Ｅから離れた位置Ａ，Ｂ，Ｃでシート温度を、放射温度計で測定した。以下は、測定結果の一例である。シート温度は、加熱されたウェブの温度である。なお、図４は、シートの密度の算出方法を説明するための図である。
測定位置 ニップ出口Ｅからの到達時間（ｓ） シート温度（℃）
Ａ １．２ ７２
Ｂ ２．０ ６４
Ｃ ２．８ ５７
Ａ １．２ ７２
Ｂ ２．０ ６４
Ｃ ２．８ ５７
ニップ出口Ｅからの到達時間を横軸、シート温度を縦軸のグラフとして作成した。そして、２次曲線で近似曲線を作成し、ｘ＝０（ニップ出口）の温度を算出した。上記の例では近似曲線は、下記式（３）で表され、切片であるシート温度は、８５．９℃となった。
ｙ＝０．７８１３ｘ２－１２．５ｘ＋８５．８７５ ・・・（３）
３．２． 評価条件
上記のようにして作製したシートに対して、強度、密度、乾燥時間、および繰り返し再生について評価した。
上記のようにして作製したシートに対して、強度、密度、乾燥時間、および繰り返し再生について評価した。
３．２．１． 強度
本実験例において、強度は、比引張強さのことである。作製したシートから幅１０ｍｍ×長さ５０ｍｍのシート片を切り出し、下記式（４）に基づいて、比引張強さを求めた。比引張強さは、引張試験によって評価した。試験装置としては、島津製作所製「ＡＧＳ－Ｘ５００Ｎ」を用いた。引張速度を１ｍｍ／ｓとした。
本実験例において、強度は、比引張強さのことである。作製したシートから幅１０ｍｍ×長さ５０ｍｍのシート片を切り出し、下記式（４）に基づいて、比引張強さを求めた。比引張強さは、引張試験によって評価した。試験装置としては、島津製作所製「ＡＧＳ－Ｘ５００Ｎ」を用いた。引張速度を１ｍｍ／ｓとした。
比引張強さ（Ｎ・ｍ／ｇ）＝最大引張荷重（Ｎ）／シート片幅（ｍｍ）／シート片坪量（ｇ／ｃｍ２） ・・・（４）
比引張強さ（Ｎ・ｍ／ｇ）の評価基準は、以下のとおりである。
Ａ：１０以上
Ｂ：８以上１０未満
Ｃ：８未満
Ｂ：８以上１０未満
Ｃ：８未満
３．２．２． 密度
作製したシートから３０ｍｍ×２００ｍｍのシート片を切り出し、シート片の厚さおよび質量を測定して下記式（５）より密度を算出した。厚さは、マイクロメーターで、図５に示す丸のようにシート片の５か所を測定して平均値を算出した。なお、図５は、シート温度の算出方法を説明するための図である。
作製したシートから３０ｍｍ×２００ｍｍのシート片を切り出し、シート片の厚さおよび質量を測定して下記式（５）より密度を算出した。厚さは、マイクロメーターで、図５に示す丸のようにシート片の５か所を測定して平均値を算出した。なお、図５は、シート温度の算出方法を説明するための図である。
密度＝質量／（厚さ×３×２０） ・・・（５）
密度（ｇ／ｃｍ３）の評価基準は、以下のとおりである。
Ａ：０．５５以上
Ｂ：０．５０以上０．５５未満
Ｃ：０．５０未満
Ｂ：０．５０以上０．５５未満
Ｃ：０．５０未満
３．２．３． 乾燥時間
乾燥時間は、０．８秒を標準とし、０．８秒で乾燥する場合は、そのまま（乾燥時間を０．８秒）とした。水分が多くて０．８秒で乾燥しない場合は、加熱ローラーの回転数を下げて、シートが加熱ローラーのニップを通過する時間を延ばした。乾燥後のシートの含水率が１０質量％以下になる回転数を採用して、その際の乾燥時間を指標とした。具体的には、下記式（６）より乾燥時間を算出した。
乾燥時間は、０．８秒を標準とし、０．８秒で乾燥する場合は、そのまま（乾燥時間を０．８秒）とした。水分が多くて０．８秒で乾燥しない場合は、加熱ローラーの回転数を下げて、シートが加熱ローラーのニップを通過する時間を延ばした。乾燥後のシートの含水率が１０質量％以下になる回転数を採用して、その際の乾燥時間を指標とした。具体的には、下記式（６）より乾燥時間を算出した。
乾燥時間（ｓ）＝ニップ幅（ｍｍ）／ローラーの周速（ｍｍ／ｓ） ・・・（６）
含水率測定の測定装置としては、Ａ＆Ｄ社製の「ＭＸ－５０」を用いた。加熱パターンを、「乾燥時間を一定に保つ方法」とした。シート片の質量が１ｇとなるようにシートからシート片を切り出して評価した。
乾燥時間（ｓ）の評価基準は、以下のとおりである。
Ａ：１．２以下
Ｂ：１．２より大きく５以下
Ｃ：５より大きい
Ｂ：１．２より大きく５以下
Ｃ：５より大きい
３．２．４． 繰り返し再生
製紙した再生紙を原料に製紙を行い、これを２回繰り返して強度を測定した。すなわち、全部で３回製紙を行った。強度の測定方法は、上述のとおりである。１回再生ＲＣ１と３回再生ＲＣ３との強度の比率（ＲＣ３強度／ＲＣ１強度）を求めた。
製紙した再生紙を原料に製紙を行い、これを２回繰り返して強度を測定した。すなわち、全部で３回製紙を行った。強度の測定方法は、上述のとおりである。１回再生ＲＣ１と３回再生ＲＣ３との強度の比率（ＲＣ３強度／ＲＣ１強度）を求めた。
繰り返し再生の評価基準は、以下のとおりである。
Ａ：比率が０．９以上
Ｂ：比率が０．８以上０．９未満
Ｃ：比率が０．８未満
Ｂ：比率が０．８以上０．９未満
Ｃ：比率が０．８未満
３．３． 評価結果
図３に、Ｎｏ．１～１０のシートの評価結果を示す。Ｎｏ．１，２，５，７～１０のシートは、実施例に係るシートである。Ｎｏ．３，４，６のシートは、比較例に係るシートである。
図３に、Ｎｏ．１～１０のシートの評価結果を示す。Ｎｏ．１，２，５，７～１０のシートは、実施例に係るシートである。Ｎｏ．３，４，６のシートは、比較例に係るシートである。
Ｎｏ．１のシートは、図３に示すように、全ての評価項目で「Ａ」であり、Ｎｏ．２～１０のシートに比べて、良好な評価結果であった。
Ｎｏ．２のシートは、強度および密度は高いが、シート温度が低いため、乾燥に時間がかかった。
Ｎｏ．３のシートは、シート温度が高すぎるため、水素結合が形成されず、強度および密度が低かった。
Ｎｏ．４のシートは、圧力が低いため、シートが潰しきれず、密度が低かった。そのため、強度も低かった。
Ｎｏ．５のシートは、１回目の再生は良好だったが、圧力が高すぎるため、繊維が劣化し、繰り返し再生の評価が悪かった。
Ｎｏ．６のシートは、含水率が少ないため、水素結合が形成されず、強度および密度が低かった。
Ｎｏ．７のシートは、含水率が多すぎて、ニップでシートから水が染み出て液だれが発生した。また、乾燥に時間がかかった。
Ｎｏ．８のシートは、含水率が少なめなので、１回目の強度がやや低かった。さらに、圧力が高いので、繰り返し再生の評価がやや悪かった。
Ｎｏ．９のシートは、含水率がやや多めなので、乾燥時間がやや長かった。
Ｎｏ．１０のシートは、含水率がやや多いが一方で圧力がやや低いため、1回目の強度がやや低かった。繰り返し再生は、良好な評価だった。
本発明は、実施の形態で説明した構成と実質的に同一の構成、例えば、機能、方法及び結果が同一の構成、あるいは目的及び効果が同一の構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。
上述した実施形態から以下の内容が導き出される。
シート製造方法の一態様は、
解繊物を乾式で堆積させてウェブを形成するウェブ形成工程と、
前記ウェブに水分を付与する水分付与工程と、
水分が付与された前記ウェブを加圧する加圧工程と、
水分が付与された前記ウェブを加熱する加熱工程と、
を含み、
前記水分付与工程で水分が付与された前記ウェブの含水率は、１２質量％以上であり、
前記加圧工程において前記ウェブに加える圧力は、０．２ＭＰａ以上であり、
前記加熱工程における前記ウェブの温度は、１００℃以下である。
解繊物を乾式で堆積させてウェブを形成するウェブ形成工程と、
前記ウェブに水分を付与する水分付与工程と、
水分が付与された前記ウェブを加圧する加圧工程と、
水分が付与された前記ウェブを加熱する加熱工程と、
を含み、
前記水分付与工程で水分が付与された前記ウェブの含水率は、１２質量％以上であり、
前記加圧工程において前記ウェブに加える圧力は、０．２ＭＰａ以上であり、
前記加熱工程における前記ウェブの温度は、１００℃以下である。
このシート製造方法によれば、樹脂を用いなくても十分な強度を有するシートを製造することができる。
前記シート製造方法の一態様において、
前記水分付与工程で水分が付与された前記ウェブの含水率は、４０質量％以下であってもよい。
前記水分付与工程で水分が付与された前記ウェブの含水率は、４０質量％以下であってもよい。
この製造方法によれば、ウェブの搬送性および成形性を向上させることができる。
前記シート製造方法の一態様において、
前記加圧工程において前記ウェブに加える圧力は、１０ＭＰａ以下であってもよい。
前記加圧工程において前記ウェブに加える圧力は、１０ＭＰａ以下であってもよい。
この製造方法によれば、製造したシートを解繊した解繊物を原料にして、再びシートを製造することができる。
前記シート製造方法の一態様において、
前記加熱工程における前記ウェブの温度は、６０℃以上であってもよい。
前記加熱工程における前記ウェブの温度は、６０℃以上であってもよい。
この製造方法によれば、加熱工程にかかる時間を低減することができる。
前記シート製造方法の一態様において、
前記加圧工程と前記加熱工程とは、同時に行われてもよい。
前記加圧工程と前記加熱工程とは、同時に行われてもよい。
この製造方法によれば、該製造方法を行う装置の構成を簡素化することができる。
前記シート製造方法の一態様において、
前記加圧工程および前記加熱工程の前に、前記解繊物および前記ウェブの少なくとも一方に結着材を添加する結着材添加工程を含んでもよい。
前記加圧工程および前記加熱工程の前に、前記解繊物および前記ウェブの少なくとも一方に結着材を添加する結着材添加工程を含んでもよい。
この製造方法によれば、強度がより高いシートを製造することができる。
前記シート製造方法の一態様において、
前記水分付与工程では、水蒸気またはミストを前記ウェブに付与してもよい。
前記水分付与工程では、水蒸気またはミストを前記ウェブに付与してもよい。
この製造方法によれば、より簡易な装置構成でシートを製造することができる。
シート製造装置の一態様は、
解繊物を乾式で堆積させてウェブを形成するウェブ形成部と、
前記ウェブに水分を付与する水分付与部と、
水分が付与された前記ウェブを加圧する加圧部と、
水分が付与された前記ウェブを加熱する加熱部と、
を含み、
前記水分付与部で水分が付与された前記ウェブの含水率は、１２質量％以上であり、
前記加圧部において前記ウェブに加える圧力は、０．２ＭＰａ以上であり、
前記加熱部における前記ウェブの温度は、１００℃以下である。
解繊物を乾式で堆積させてウェブを形成するウェブ形成部と、
前記ウェブに水分を付与する水分付与部と、
水分が付与された前記ウェブを加圧する加圧部と、
水分が付与された前記ウェブを加熱する加熱部と、
を含み、
前記水分付与部で水分が付与された前記ウェブの含水率は、１２質量％以上であり、
前記加圧部において前記ウェブに加える圧力は、０．２ＭＰａ以上であり、
前記加熱部における前記ウェブの温度は、１００℃以下である。
このシート製造装置によれば、樹脂を用いなくても十分な強度を有するシートを製造することができる。
１…ホッパー、２，３，７，８…管、９…ホッパー、１０…供給部、１２…粗砕部、１４…粗砕刃、２０…解繊部、２２…導入口、２４…排出口、４０…選別部、４１…ドラム部、４２…導入口、４３…ハウジング部、４４…排出口、４５…第１ウェブ形成部、４６…メッシュベルト、４７，４７ａ…張架ローラー、４８…サクション機構、４９…回転体、４９ａ…基部、４９ｂ…突部、５０…混合部、５２…添加物供給部、５４…管、５６…ブロアー、６０…堆積部、６１…ドラム部、６２…導入口、６３…ハウジング部、７０…第２ウェブ形成部、７２…メッシュベルト、７４…張架ローラー、７６…サクション機構、７８…水分付与部、７９…サクション機構、８０…シート形成部、８４…加圧加熱部、８６…加熱ローラー、９０…切断部、９２…第１切断部、９４…第２切断部、９６…排出受け部、１００…シート製造装置
Claims (8)
- 解繊物を乾式で堆積させてウェブを形成するウェブ形成工程と、
前記ウェブに水分を付与する水分付与工程と、
水分が付与された前記ウェブを加圧する加圧工程と、
水分が付与された前記ウェブを加熱する加熱工程と、
を含み、
前記水分付与工程で水分が付与された前記ウェブの含水率は、１２質量％以上であり、
前記加圧工程において前記ウェブに加える圧力は、０．２ＭＰａ以上であり、
前記加熱工程における前記ウェブの温度は、１００℃以下である、シート製造方法。 - 請求項１において、
前記水分付与工程で水分が付与された前記ウェブの含水率は、４０質量％以下である、シート製造方法。 - 請求項１または２において、
前記加圧工程において前記ウェブに加える圧力は、１０ＭＰａ以下である、シート製造方法。 - 請求項１ないし３のいずれか１項において、
前記加熱工程における前記ウェブの温度は、６０℃以上である、シート製造方法。 - 請求項１ないし４のいずれか１項において、
前記加圧工程と前記加熱工程とは、同時に行われる、シート製造方法。 - 請求項１ないし５のいずれか１項において、
前記加圧工程および前記加熱工程の前に、前記解繊物および前記ウェブの少なくとも一方に結着材を添加する結着材添加工程を含む、シート製造方法。 - 請求項１ないし６のいずれか１項において、
前記水分付与工程では、水蒸気またはミストを前記ウェブに付与する、シート製造方法。 - 解繊物を乾式で堆積させてウェブを形成するウェブ形成部と、
前記ウェブに水分を付与する水分付与部と、
水分が付与された前記ウェブを加圧する加圧部と、
水分が付与された前記ウェブを加熱する加熱部と、
を含み、
前記水分付与部で水分が付与された前記ウェブの含水率は、１２質量％以上であり、
前記加圧部において前記ウェブに加える圧力は、０．２ＭＰａ以上であり、
前記加熱部における前記ウェブの温度は、１００℃以下である、シート製造装置。
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