纖維素纖維集合體及其制造方法、原纖化纖維素纖維及其制造方法、以及纖維素纖維復(fù)合體的制作方法
【專利說明】纖維素纖維集合體及其制造方法、原纖化纖維素纖維及其制 造方法、以及纖維素纖維復(fù)合體
[00011 本申請是2013年05月16日進(jìn)入中國國家階段、國家申請?zhí)枮?01180055255.2、發(fā) 明名稱為"纖維素纖維集合體及其制造方法、原纖化纖維素纖維及其制造方法、以及纖維素 纖維復(fù)合體"的分案申請。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002] 本發(fā)明涉及纖維素纖維集合體及其制造方法、原纖化纖維素纖維及其制造方法、 以及纖維素纖維復(fù)合體。具體而言，涉及能夠提供著色少的纖維素纖維復(fù)合體的纖維素纖 維復(fù)合體及其制造方法、原纖化纖維素纖維及其制造方法、以及使用了通過本發(fā)明方法制 造的纖維素纖維集合體的纖維素纖維復(fù)合體。
【背景技術(shù)】
[0003] 近年，對使用了纖維素的微細(xì)纖維的復(fù)合材料的研究十分盛行。已知，纖維素因其 伸展鏈晶的緣故，表現(xiàn)出低線膨脹系數(shù)、高彈性模量和高強(qiáng)度。此外，其作為通過微細(xì)化而 制成復(fù)合材料時顯示出高透明性的材料而受到關(guān)注。
[0004] 例如，專利文獻(xiàn)1中公開了使用超高壓均化器對由精制處理后的木粉構(gòu)成的纖維 素纖維原料進(jìn)行原纖化處理，來制造微細(xì)化纖維素纖維的方法。此外，專利文獻(xiàn)2中公開了 使用超聲波照射儀進(jìn)行原纖化處理，來制造微細(xì)化纖維素纖維的方法。
[0005] 在先技術(shù)文獻(xiàn)
[0006] 技術(shù)文獻(xiàn)
[0007] 專利文獻(xiàn)1:日本國特開2009-155772號公報 [0008] 專利文獻(xiàn)2:日本國特開2009-299043號公報

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]發(fā)明要解決的課題
[0010] 但是，使用專利文獻(xiàn)1、2記載的制造方法得到的原纖化纖維素纖維制造的纖維素 纖維的復(fù)合材料，如果加熱，就會產(chǎn)生著色加重的問題。
[0011] 作為具有高透明性、非著色性、低線膨脹系數(shù)的原纖化纖維素復(fù)合材料的代表用 途，可以舉出面向以平板顯示器、有機(jī)LED照明或太陽能發(fā)電面板等為代表的電氣·電子設(shè) 備的透明基板材料，但在這些設(shè)備的制造工藝中，存在需要對透明基板材料進(jìn)行加熱處理 的情況。因此，特別是在這些用途中，優(yōu)選不采用因加熱處理會產(chǎn)生著色的材料。
[0012] 本發(fā)明的課題在于提供一種加熱處理所導(dǎo)致的著色少的纖維素纖維集合體和能 制得該纖維素纖維復(fù)合體的技術(shù)。
[0013] 本發(fā)明人經(jīng)過深入研究后，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，通過在從纖維素纖維原料至得到纖維素纖 維集合體的任一制造工序中進(jìn)行纖維素的還原處理而得到的纖維素纖維集合體和由此制 造的纖維素纖維復(fù)合體的著色能夠減少，至此完成了本發(fā)明。
[0014] 即，本發(fā)明如下所述。
[0015] 1.-種纖維素纖維集合體的制造方法，其特征在于，包括將纖維素纖維原料進(jìn)行 原纖化處理得到原纖化纖維素纖維的原纖化工序;和使用該原纖化纖維素纖維得到纖維素 纖維集合體的集合體制造工序，其中，包括進(jìn)行還原處理的工序。
[0016] 2.上述1所述的纖維素纖維集合體的制造方法，其特征在于，對上述集合體制造工 序中所得的纖維素纖維集合體進(jìn)行還原處理。
[0017] 3.上述1或2所述的纖維素纖維集合體的制造方法，其特征在于，還包括進(jìn)行化學(xué) 改性處理的工序。
[0018] 4.上述1~3中任一項(xiàng)所述的制造方法制造的纖維素纖維集合體。
[0019] 5. -種纖維素纖維復(fù)合體，其特征在于，含有上述4所述的纖維素纖維集合體和基 體材料。
[0020] 6.-種原纖化纖維素纖維的制造方法，其特征在于，對纖維素纖維原料進(jìn)行原纖 化處理、還原處理和化學(xué)改性處理。
[0021 ] 7. -種原纖化纖維素纖維，其特征在于，通過上述6所述的制造方法制造。
[0022] 8. -種纖維素纖維復(fù)合體，其特征在于，含有上述7所述的原纖化纖維素纖維和基 體材料。
[0023]發(fā)明效果
[0024]根據(jù)本發(fā)明的制造方法，能夠得到本身著色少、且即使在經(jīng)過了加熱處理的情況 下也能夠抑制著色增加的纖維素纖維集合體和纖維素纖維復(fù)合體。
【具體實(shí)施方式】
[0025]以下，詳細(xì)說明本發(fā)明的實(shí)施方式，但下述組成要素的說明僅為本發(fā)明實(shí)施方式 的一例(代表例），本發(fā)明并非限定于這些內(nèi)容。
[0026]本發(fā)明涉及對纖維素纖維原料進(jìn)行原纖化處理、還原處理及化學(xué)改性處理的原纖 化纖維素纖維的制造方法、含有由該制造方法制造的原纖化纖維素纖維和基體材料的纖維 素纖維復(fù)合體。
[0027]另外，本發(fā)明涉及纖維素纖維集合體的制造方法和含有由該制造方法制造的纖維 素纖維集合體及基體材料的纖維素纖維復(fù)合體，在上述纖維素纖維集合體的制造方法中， 包括對纖維素纖維原料進(jìn)行原纖化，得到原纖化纖維素纖維的原纖化工序;和使用該原纖 化纖維素纖維得到纖維素纖維集合體的集合體制造工序，其中，還包括進(jìn)行還原處理的工 序。
[0028] 1.原纖化纖維素纖維的制造方法
[0029] 首先，對本發(fā)明的原纖化纖維素纖維的制造方法進(jìn)行說明。
[0030] 本發(fā)明的原纖化纖維素纖維的制造方法，其特征在于，對纖維素纖維原料進(jìn)行原 纖化處理、還原處理和化學(xué)改性處理。
[0031] 此外，原纖化纖維素纖維通常是以分散有被原纖化的纖維素纖維的分散液的狀態(tài) 得到。即，這種情況下，由本發(fā)明的制造方法得到的原纖化纖維素纖維是指包括分散有被原 纖化的纖維素纖維的分散液的原纖化纖維素纖維。
[0032] 使用本發(fā)明的制造方法制造的原纖化纖維素纖維制造纖維素纖維集合體，再使用 該集合體，得到后述的纖維素纖維復(fù)合體。
[0033]采用本發(fā)明的制造方法制造的原纖化纖維素纖維制成的纖維素纖維復(fù)合體的著 色少，適宜在平板顯示器、有機(jī)LED照明或太陽能發(fā)電等電氣?電子設(shè)備基板等中使用。 [0034]〈纖維素纖維原料〉
[0035]在本發(fā)明中，所謂纖維素纖維原料是指從下述所示的含纖維素的物質(zhì)中經(jīng)過常規(guī) 的精制工藝除去了雜質(zhì)的產(chǎn)物。
[0036](含纖維素的物質(zhì)）
[0037] 作為含纖維素的物質(zhì)，例如可以舉出：針葉樹和闊葉樹等的木質(zhì)纖維，棉毛纖維及 皮棉等的棉纖維，甘蔗和甜菜等的榨渣;亞麻、皮麻、黃麻以及洋麻等的韌皮纖維;劍麻和鳳 梨等的葉脈纖維；馬尼拉麻和香蕉等的葉柄纖維;椰子樹等的果實(shí)纖維;竹等的莖干纖維； 產(chǎn)生細(xì)菌的細(xì)菌纖維素;法囊藻及綠藻等海草以及海鞘的被囊等。
[0038] 由于這些天然纖維的結(jié)晶性高，容易實(shí)現(xiàn)低線膨脹系數(shù)和高彈性模量，因此優(yōu)選。 細(xì)菌纖維素引起容易實(shí)現(xiàn)微細(xì)的纖維徑而優(yōu)選。棉纖維也因容易實(shí)現(xiàn)微細(xì)的纖維徑而優(yōu) 選，且因原料容易得到而為優(yōu)選。
[0039] 針葉樹或闊葉樹等木質(zhì)纖維也能夠?qū)崿F(xiàn)微細(xì)的纖維徑，而且是地球上最大量的生 物資源，據(jù)統(tǒng)計(jì)是每年產(chǎn)出量約700億噸以上的可持續(xù)型資源，有望大幅削減影響溫室效應(yīng) 的二氧化碳，從經(jīng)濟(jì)效益方面考慮很有優(yōu)勢。這樣的含纖維素的物質(zhì)經(jīng)過常規(guī)的精制工藝 形成本發(fā)明的纖維素纖維原料。
[0040] (含纖維素的物質(zhì)的精制方法）
[0041] 本發(fā)明所用的纖維素纖維原料是通過采用常規(guī)方法對上述來源的含纖維素的物 質(zhì)進(jìn)行精制而得到。
[0042]作為該精制方法，例如可舉出在苯-乙醇混合溶劑或碳酸鈉水溶液中對含纖維素 的物質(zhì)進(jìn)行脫脂處理之后，用亞氯酸鹽進(jìn)行脫木質(zhì)素處理(wise法），用堿進(jìn)行脫半纖維素 處理的方法。
[0043 ]另外，除了 w i s e法之外，例如使用過乙酸的方法(pa法）、使用過乙酸過硫酸混合物 的方法(pxa法)等也可用作精制方法。此外，還可以適當(dāng)進(jìn)行進(jìn)一步的漂白處理等。
[0044]或者，也可以按照常規(guī)的化學(xué)紙漿的制造方法，例如按照牛皮紙漿、亞硫酸鹽紙 漿、堿紙漿或硝酸法紙漿的制造方法進(jìn)行精制處理，在蒸煮器中對含纖維素的物質(zhì)進(jìn)行加 熱處理、脫木質(zhì)素處理等處理，再進(jìn)行漂白處理等的方法。
[0045](纖維素纖維原料的纖維徑）
[0046]本發(fā)明對所用的纖維素纖維原料的纖維徑?jīng)]有特別限制，優(yōu)選其數(shù)均纖維徑為幾 ym到幾_。優(yōu)選為經(jīng)過常規(guī)精制的纖維原料為幾 mm。例如，在對芯片(chip)等幾 cm大小的制 品進(jìn)行了精制的情況下，優(yōu)選為用勻漿機(jī)或打漿機(jī)等疏解機(jī)進(jìn)行機(jī)械處理，達(dá)到幾_左右。 [0047]〈原纖化工序〉
[0048]本發(fā)明的原纖化纖維素纖維的制造方法，包括對纖維素纖維原料進(jìn)行原纖化處理 的原纖化工序。
[0049]作為原纖化工序的具體方法，沒有特別限定，例如，可舉出將直徑約Imm的陶瓷珠 (beads)加入纖維素纖維原料濃度為0.1~10重量％、例如約1重量％的纖維素纖維原料的 分散液(下文也稱為"纖維素纖維分散液"）中，使用油漆攪拌器或珠磨機(jī)施加振動，將纖維 素原纖化的方法等。
[0050] 作為纖維素纖維分散液的分散介質(zhì)，例如可以舉出有機(jī)溶劑、水以及有機(jī)溶劑和 水的混合液。作為有機(jī)溶劑，例如可以舉出甲醇、乙醇、異丙醇、正丙醇、正丁醇、乙二醇、乙 二醇單叔丁醚等醇類，丙酮和丁酮等酮類，以及其它水溶性有機(jī)溶劑，可使用其中的1種或 兩種以上。分散介質(zhì)優(yōu)選為有機(jī)溶劑和水的混合液或者水，特別優(yōu)選為水。
[0051] 除此之外，作為原纖化方法，例如可以舉出使纖維素纖維分散液通過混砂機(jī)型分 散機(jī)或高速旋轉(zhuǎn)的槽之間，利用剪切力的作用進(jìn)行原纖化的方法(使用高速旋轉(zhuǎn)式均化器 的方法）；通過從高壓急速減壓，在纖維素纖維之間產(chǎn)生剪切力，進(jìn)行原纖化的方法(使用高 壓均化器的方法）；和使用"Massco Mizer(日本增幸產(chǎn)業(yè)株式會社)"之類的對向撞擊型分 散機(jī)等的方法等。特別是通過采用高速旋轉(zhuǎn)式均化器或者高壓均化器的處理，能夠提高原 纖化效率。
[0052]當(dāng)以上述處理方式進(jìn)行原纖化時，是對作為經(jīng)過上述常規(guī)精制工序的纖維素纖維 原料的固態(tài)成分濃度優(yōu)選為〇. 1重量％以上、更優(yōu)選為0.2重量％以上、特別優(yōu)選為0.3重 量％以上，并優(yōu)選為10重量％以下、更優(yōu)選為6重量％以下的纖維素纖維分散液進(jìn)行原纖化 處理。
[0053]通過使用于上述原纖化工序的纖維素纖維分散液中的固態(tài)成分濃度在上述下限 之上，分散液量相對于待處理纖維素量不會過多，效率較高。此外，當(dāng)固態(tài)成分濃度過高時， 流動性變差，因此，會在用于原纖化處理的纖維素纖維分散液中適當(dāng)添加水等進(jìn)行濃度調(diào) -K- To
[0054] (高速旋轉(zhuǎn)式均化器）
[0055] 使用高速旋轉(zhuǎn)式均化器進(jìn)行纖維素纖維原料的原纖化的情況下，轉(zhuǎn)數(shù)越高、所受 剪切力越大、原纖化效率越高。就轉(zhuǎn)數(shù)而言，例如，優(yōu)選為1000 Orpm以上、更優(yōu)選為15000rpm 以上、特別優(yōu)選為20000rpm以上。
[0056] 此外，處理時間優(yōu)選為1分鐘以上、更優(yōu)選為5分鐘以上、特別優(yōu)選為10分鐘以上。 [0057] 上述處理優(yōu)選在5~50°C的溫度下進(jìn)行，更優(yōu)選為在10~40 °C的溫度下進(jìn)行，特別 優(yōu)選為在15~30°C的溫度下進(jìn)行。通過在該范圍內(nèi)進(jìn)行原纖化處理，能夠防止原纖化性降 低。在因剪切而發(fā)熱的情況下，優(yōu)選為冷卻到液體溫度不超過50°C。此外，優(yōu)選為攪拌分散 液或使之循環(huán)，以使得纖維素纖維分散液受到均勻剪切。
[0058]在使用該高速旋轉(zhuǎn)式均化器進(jìn)行原纖化處理的情況下，也可以與后述的利用超聲 波處理的原纖化處理組合。例如，優(yōu)選為通過高速旋轉(zhuǎn)均化器進(jìn)行原纖化處理之后，進(jìn)行后 述的超聲波處理，進(jìn)行纖維素纖維的進(jìn)一步的微細(xì)化處理。
[0059](高壓均化器）
[0060] 使用高壓均化器進(jìn)行纖維素纖維原料的原纖化處理的情況下，在增壓器中將纖維 素纖維分散液加壓至優(yōu)選為30MPa以上、更優(yōu)選為IOOMPa以上、進(jìn)一步優(yōu)選為150MPa以上、 特別優(yōu)選為220MPa以上的高壓條件，從小孔直徑優(yōu)選為50μπι以上的噴嘴噴出以進(jìn)行減壓， 使壓力差優(yōu)選為30MPa以上、更優(yōu)選為80MPa以上、進(jìn)一步優(yōu)選為90MPa以上。利用該壓力差 下所產(chǎn)生的解理現(xiàn)象，將纖維素纖維原料原纖化。
[0061] 在此，通過使高壓條件的壓力以及從高壓至減壓條件的壓力差在上述范圍內(nèi)，能 夠提高原纖化效率，為了達(dá)到規(guī)定的纖維徑而反復(fù)噴出的次數(shù)不需要很多，因此為優(yōu)選。
[0062] 噴出時的高壓條件越高，因壓力差導(dǎo)致的解理現(xiàn)象越顯著，能夠進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)微細(xì) 化，但作為裝置規(guī)格的上限，通常優(yōu)選為在245MPa以下。
[0063] 同樣，從高壓條件至減壓下的壓力差也優(yōu)選為較大，但通常是從增壓器的加壓條 件噴出直至大氣壓，因此壓力差的上限通常優(yōu)選在245MPa以下。
[0064] 使纖維素纖維分散液噴出的小孔的孔徑優(yōu)選為50μηι以上、800μηι以下，更優(yōu)選為 100μπι以上、500μηι以下，進(jìn)一步優(yōu)選為150μηι以上、350μηι以下。
[0065] 另外，噴出纖維素纖維分散液的小孔的孔徑過大時，無法實(shí)現(xiàn)充分的原纖化效果， 此時，即使反復(fù)進(jìn)行噴出處理，也有可能無法得到期望的纖維徑的纖維素纖維。盡管噴出纖 維素纖維分散液的小孔的孔徑小就容易實(shí)現(xiàn)高壓狀態(tài)，但孔徑過小時，噴出效率變差。
[0066] 根據(jù)需要反復(fù)進(jìn)行纖維素纖維分散液的噴出，能夠提高微細(xì)化度，得到期望的纖 維徑的原纖化纖維素纖維。該反復(fù)次數(shù)(循環(huán)數(shù))通常優(yōu)選為1次以上，更優(yōu)選為3次以上，通 常優(yōu)選為20次以下，更優(yōu)選為15次以下。盡管循環(huán)數(shù)越多越能夠提高微細(xì)化程度，但循環(huán)數(shù) 過多將導(dǎo)致成本增加。
[0067] 噴出時的溫度(分散液體溫度)沒有特別限定，通常優(yōu)選為5°C以上、KKTC以下。溫 度過高時，裝置有可能提前老化，具體而言，是送液栗或高壓密封部等提前老化。
[0068] 另外，噴嘴可以為1個也可以為2個，噴出的纖維素纖維可以與設(shè)于噴出目的地的 器壁、球體或環(huán)等碰撞。且在噴嘴為2個的情況下，也可以使纖維素纖維在噴出目的地互相 碰撞。
[0069]就高壓均化器而言沒有特別限定，作為具體裝置，可采用GAULIN公司制造的或者 SUGINO MACHINE 公司制造的 "Star Burst System"。
[0070] 另外，也可以僅進(jìn)行使用該高壓均化器的處理，但在此情況下，為了實(shí)現(xiàn)充分的微 細(xì)化度需要反復(fù)的次數(shù)過多，處理效率較低，因此，優(yōu)選為進(jìn)行1~5次的高壓均化器處理之 后，進(jìn)行后述的超聲波處理來進(jìn)行微細(xì)化。
[0071] (超聲波處理）
[0072] 當(dāng)在上述原纖化處理后利用超聲波處理進(jìn)行原纖化處理時，超聲波處理的纖維素 纖維分