(57)【要約】【課題】成形加工を行う際にシワや破れが発生しにくいウェブ構造体を提供する。【解決手段】複数のセルロース繊維と、該セルロース繊維を結着させる結合材料と、を含むウェブ構造体であって、前記ウェブ構造体の表面における前記結合材料の溶融割合が、前記ウェブ構造体の厚さ方向の中心における前記結合材料の溶融割合よりも大きい、ウェブ構造体。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のセルロース繊維と、該セルロース繊維を結着させる結合材料と、を含むウェブ構造体であって、
前記ウェブ構造体の表面における前記結合材料の溶融割合が、前記ウェブ構造体の厚さ方向の中心における前記結合材料の溶融割合よりも大きい、ウェブ構造体。
【請求項２】
請求項１において、
前記結合材料は、前記ウェブ構造体に対して５．０質量％以上５０．０質量％以下含有される、ウェブ構造体。
【請求項３】
請求項１又は請求項２において、
厚さが、１．０ｍｍ以上２０．０ｍｍ以下であり、
密度が、０．０２ｇ／ｃｍ３以上０．２０ｇ／ｃｍ３以下である、ウェブ構造体。
【請求項４】
複数のセルロース繊維と、該セルロース繊維を結着させる結合材料と、を混合する混合部と、
混合された前記複数のセルロース繊維と前記結合材料とを堆積させる堆積部と、
前記堆積部で堆積された堆積物を加熱してウェブ構造体を形成する加熱部と、
を備え、
前記加熱部は、前記ウェブ構造体の表面における前記結合材料の溶融割合が、前記ウェブ構造体の厚さ方向の中心における前記結合材料の溶融割合よりも大きくなるように、前記堆積物を７０．０℃以上２２０．０℃以下で加熱する、ウェブ構造体の製造装置。
【請求項５】
請求項４において、
前記加熱部は、一対の加熱ローラーを含み、該加熱ローラーの回転速度が、３０．０ｒｐｍ以上３５０．０ｒｐｍ以下である、ウェブ構造体の製造装置。
【請求項６】
請求項４又は請求項５において、
前記混合部は、前記結合材料が前記堆積物に対して５．０質量％以上５０．０質量％以下含有されるように混合し、
前記堆積部は、前記堆積物の厚さが１．０ｍｍ以上１５０．０ｍｍ以下となるように堆積させ、
前記加熱部は、前記ウェブ構造体の厚さが１．０ｍｍ以上２０．０ｍｍ以下、かつ、密度が０．０２ｇ／ｃｍ３以上０．２０ｇ／ｃｍ３以下となるように形成する、ウェブ構造体の製造装置。
【請求項７】
請求項４ないし請求項６のいずれか一項において、
前記ウェブ構造体を加湿する加湿部を備えた、ウェブ構造体の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ウェブ構造体、及び、ウェブ構造体の製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、セルロース繊維を含む素材を用いた容器が用いられている。このような容器は、例えば食品トレーに用いられ、皿、惣菜パック等の用途に合わせた形状に成形加工されている。例えば、特許文献１には、セルロース繊維を主成分とした撥水性油吸収紙よりなる積層シートで構成されている紙容器であって、撥水性油吸収紙が紙容器の内面となる紙容器が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−０５８８０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に開示されている積層シートの構造は、原紙層の片面あるいは両面に熱可塑性樹脂層を設けた構成とされており、成形加工の際にはシートの表面に存在する熱可塑性樹脂のみで形状を維持させることになるため、成形物として十分な強度・剛性が得られない。また、同文献の積層シートは、基材を、高密度な紙としているので、いわゆる深絞り等を要する立体形状を形成する場合には、成形品にシワや破れが発生することがあった。したがって、成形加工を行う際にシワや破れが発生しにくいウェブ構造体が要求される。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明に係るウェブ構造体の一態様は、
複数のセルロース繊維と、該セルロース繊維を結着させる結合材料と、を含むウェブ構造体であって、
前記ウェブ構造体の表面における前記結合材料の溶融割合が、前記ウェブ構造体の厚さ方向の中心における前記結合材料の溶融割合よりも大きい。
【０００６】
上記ウェブ構造体の態様において、
前記結合材料は、前記ウェブ構造体に対して５．０質量％以上５０．０質量％以下含有されてもよい。
【０００７】
上記ウェブ構造体のいずれかの態様において、
厚さが、１．０ｍｍ以上２０．０ｍｍ以下であり、
密度が、０．０２ｇ／ｃｍ３以上０．２０ｇ／ｃｍ３以下であってもよい。
【０００８】
本発明に係るウェブ構造体の製造装置の一態様は、
複数のセルロース繊維と、該セルロース繊維を結着させる結合材料と、を混合する混合部と、
混合された前記複数のセルロース繊維と前記結合材料とを堆積させる堆積部と、
前記堆積部で堆積された堆積物を加熱してウェブ構造体を形成する加熱部と、
を備え、
前記加熱部は、前記ウェブ構造体の表面における前記結合材料の溶融割合が、前記ウェブ構造体の厚さ方向の中心における前記結合材料の溶融割合よりも大きくなるように、前記堆積物を７０．０℃以上２２０．０℃以下で加熱する。
【０００９】
上記ウェブ構造体の製造装置の態様において、
前記加熱部は、一対の加熱ローラーを含み、該加熱ローラーの回転速度が、３０．０ｒｐｍ以上３５０．０ｒｐｍ以下であってもよい。
【００１０】
上記ウェブ構造体の製造装置のいずれかの態様において、
前記混合部は、前記結合材料が前記堆積物に対して５．０質量％以上５０．０質量％以下含有されるように混合し、
前記堆積部は、前記堆積物の厚さが１．０ｍｍ以上１５０．０ｍｍ以下となるように堆積させ、
前記加熱部は、前記ウェブ構造体の厚さが１．０ｍｍ以上２０．０ｍｍ以下、かつ、密度が０．０２ｇ／ｃｍ３以上０．２０ｇ／ｃｍ３以下となるように形成してもよい。
【００１１】
上記ウェブ構造体の製造装置のいずれかの態様において、
前記ウェブ構造体を加湿する加湿部を備えてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施形態に係るウェブ構造体の断面の模式図。
【図２】実施形態に係るウェブ構造体の厚さ方向の中央領域におけるセルロース繊維及び結合材料の存在状態を示す模式図。
【図３】実施形態に係るウェブ構造体の厚さ方向の表面領域におけるセルロース繊維及び結合材料の存在状態を示す模式図。
【図４】実施形態に係るウェブ構造体の厚さ方向における結合材料の溶融割合の分布の一例を示すグラフ。
【図５】実施形態に係るウェブ構造体の製造装置の一例を模式的に示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に本発明のいくつかの実施形態について説明する。以下に説明する実施形態は、本発明の一例を説明するものである。本発明は以下の実施形態になんら限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲において実施される各種の変形形態も含む。なお以下で説明される構成の全てが本発明の必須の構成であるとは限らない。
【００１４】
１．ウェブ構造体
本実施形態のウェブ構造体は、複数のセルロース繊維と、該セルロース繊維を結着させる結合材料と、を含む。そして、ウェブ構造体の表面における結合材料の溶融割合が、ウェブ構造体の厚さ方向の中心における結合材料の溶融割合よりも大きい。以下、セルロース繊維、結合材料、ウェブ構造体における厚さ方向における結合材料の溶融割合の分布及びウェブ構造体の形成方法について順次説明する。
【００１５】
１．１．セルロース繊維
本実施形態のウェブ構造体において、セルロース繊維は原料の一部として使用され、ウェブ構造体には複数のセルロース繊維が含まれる。係るセルロース繊維としては、天然セルロース繊維（動物セルロース繊維、植物セルロース繊維）、化学セルロース繊維（有機セルロース繊維、無機セルロース繊維、有機無機複合セルロース繊維）などが挙げられる。更に詳しくは、セルロース繊維としては、セルロース、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、広葉樹等からなるセルロース繊維が挙げられ、これらは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セルロース繊維として用いてもよい。また、セルロース繊維は、乾燥されていてもよいし、水、有機溶剤等の液体が含有又は含浸されていてもよい。さらにセルロース繊維は、各種の表面処理が施されていてもよい。
【００１６】
本実施形態のウェブ構造体に含まれる複数のセルロース繊維のうちの１つのセルロース繊維は、独立した１本のセルロース繊維としたときに、その平均的な直径（断面が円でない場合には長手方向に垂直な方向の長さのうち、最大のもの、又は、断面の面積と等しい面積を有する円を仮定したときの当該円の直径（円相当径））が、平均で、１．０μｍ以上１０００．０μｍ以下、好ましくは５．０μｍ以上１００．０μｍ以下である。
【００１７】
本実施形態のウェブ構造体に含まれるセルロース繊維の長さは、特に限定されないが、独立した１本のセルロース繊維として、そのセルロース繊維の長手方向に沿った長さは、１．０μｍ以上５．０ｍｍ以下である。また、セルロース繊維の平均の長さは、長さ−長さ加重平均セルロース繊維長として、２０．０μｍ以上３６００．０μｍ以下である。さらに、セルロース繊維の長さは、ばらつき（分布）を有してもよい。
【００１８】
本明細書では、セルロース繊維というときには、セルロース繊維１本のことを指す場合と、複数のセルロース繊維の集合体（例えば綿のような状態）のことを指す場合とがある。また、セルロース繊維は、被解繊物を解繊処理することにより繊維状に解きほぐされたセルロース繊維（解繊物）であってもよい。ここで被解繊物としては、例えば、パルプシート、紙、古紙、ティッシュペーパー、キッチンペーパー、クリーナー、フィルター、液体吸収材、吸音体、緩衝材、マット、段ボールなどの、セルロース繊維が絡み合い又は結着されたものを指す。
【００１９】
１．２．結合材料
本実施形態のウェブ構造体は、結合材料を含む。
１．２．１．結合材料
結合材料は、セルロース繊維とセルロース繊維とを結着する機能を有する。結合材料は、セルロース繊維とセルロース繊維とを結着すること以外の機能を有してもよい。また、結合材料は、必ずしも全てが特定の機能を発揮する必要はない。結合材料は、着色材、凝集抑制剤等を含む複合体であってもよい。結合材料は、有機溶剤、界面活性剤、防黴剤・防腐剤、酸化防止剤・紫外線吸収剤、酸素吸収剤等を含んでもよい。
【００２０】
結合材料は、ウェブ構造体に対して、例えば、セルロース繊維とセルロース繊維との結着、着色、ウェブ構造体同士若しくはウェブ構造体と他の物体との接着又は貼着、ウェブ構造体の難燃化、等の機能を付与してもよい。また、結合材料は、他の機能材（着色剤など）がウェブ構造体から脱落することを抑制する機能を有してもよい。
【００２１】
結合材料には樹脂が含まれる。樹脂の種類としては、天然樹脂、合成樹脂のいずれでもよく、また、結合材料は、熱可塑性を有する。これにより熱を付与することで結合材料が溶融して、セルロース繊維間で延展することによりセルロース繊維間を結着させやすい。
【００２２】
天然樹脂としては、ロジン、ダンマル、マスチック、コーパル、琥珀、シェラック、麒麟血、サンダラック、コロホニウムなどが挙げられ、これらを単独又は適宜混合したものが挙げられ、また、これらは適宜変性されていてもよい。
【００２３】
合成樹脂のうち熱可塑性樹脂としては、ＡＳ樹脂、ＡＢＳ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、ポリエステル樹脂、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、などが挙げられる。
【００２４】
さらに、結合材料には、合成樹脂のうち、ポリ乳酸、ポリブチレンサクシネート、ポリヒドロキシブタン酸などの生分解性樹脂を用いてもよい。生分解性樹脂を用いることにより、ウェブ構造体を環境適合性により優れたものとすることができる。
【００２５】
また、樹脂は、共重合体化や変性が為されてもよく、このような樹脂の系統としては、スチレン系樹脂、アクリル系樹脂、スチレン−アクリル系共重合樹脂、オレフィン系樹脂、塩化ビニル系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリウレタン系樹脂、ポリビニルアルコール系樹脂、ビニルエーテル系樹脂、Ｎ−ビニル系樹脂、スチレン−ブタジエン系樹脂等が挙げられる。以上例示した樹脂は、単独又は適宜混合して用いてもよい。
【００２６】
結合材料に含まれる樹脂は、２００．０℃以下で溶融又は軟化するものが好ましく、１６０．０℃以下で溶融又は軟化するものが省エネルギーの観点でさらに好ましい。結合材料に含まれる樹脂のガラス転移温度（Ｔｇ）は、例えばウェブ構造体の厚さや熱処理される温度により適宜選択され得る。好ましくは４５．０℃以上、より好ましくは５０．０℃以上である。また、Ｔｇの上限値は、好ましくは９５．０℃以下、より好ましくは９０．０℃以下である。ガラス転移温度が４５．０℃以上であれば、高温時の結合材料の軟化が抑制される。
【００２７】
結合材料は、セルロース繊維の直径よりも小さい体積平均粒子径の粒子で構成された粉体がよい。粉体であれば、セルロース繊維に対する配合量を容易に変えることができる。また粉体であることにより、セルロース繊維に対する付着の均一性が向上する。結合材料の体積平均粒子径としては、例えば、１．０μｍ以上１００．０μｍ以下、好ましくは５．０μｍ以上５０．０μｍ以下である。
【００２８】
結合材料は、例えば、ニーダー、バンバリーミキサー、単軸押出機、多軸押出機、二本ロール、三本ロール、連続式ニーダー、連続式二本ロールなどを用いて混練した後、適宜の方法でペレタイズし、粉砕することにより得ることができる。結合材料には様々な大きさの粒子が含まれている場合もあり、公知の分級装置を用いて分級してもよい。また、結合材料の粒子の外形形状は、特に限定されず、球状、円盤状、繊維状、不定形等の形状であってもよい。
【００２９】
本明細書において、「セルロース繊維と結合材料とを結着する」とは、セルロース繊維と結合材料とが離れにくい状態や、セルロース繊維とセルロース繊維との間に結合材料が配置され、セルロース繊維とセルロース繊維とが結合材料を介して離れ難くなっている状態をいう。また、結着とは、接着を含む概念であって２種以上の物体が接触して離れにくくなった状態を含む。また、セルロース繊維とセルロース繊維とが結合材料を介して結着した際に、セルロース繊維とセルロース繊維とが平行に又は交差してもよいし１本のセルロース繊維に複数のセルロース繊維が結着してもよい。
【００３０】
本実施形態のウェブ構造体を用いて成形される成形体において、セルロース繊維とセルロース繊維とを結着させる方法は、結合材料を溶融又は軟化させてセルロース繊維間を結着させることができるかぎり、特に限定されない。そのような結着を実現する構成としては、例えば、熱プレス、ヒートローラー、立体成形加工機等が挙げられる。
【００３１】
結合材料は、ウェブ構造体に対して５．０質量％以上５０．０質量％以下、好ましくは７．０質量％以上４５．０質量％以下、より好ましくは１０．０質量％以上４０．０質量％以下含有されることが好ましい。結合材料の含有量がこのような範囲であれば、ウェブ構造体を用いて成形物を成形した場合に、十分な強度・剛性を得やすいとともに、いわゆる深絞り等を要する立体形状を形成する場合においても、成形品におけるシワや破れの発生を抑制することができる。
【００３２】
１．２．２．ウェブ構造体における厚さ方向における結合材料の溶融割合
図１は、本実施形態のウェブ構造体の一例であるウェブ構造体ＷＳの断面を示す模式図である。
【００３３】
ウェブ構造体ＷＳは、シート状の外観を有し、一方の面側とする表面ＷＳａと、一方の面に対して表裏の関係にある他方の面側とされる裏面ＷＳｂとを有する。表面ＷＳａ及び裏面ＷＳｂの選び方は任意である。従って、以下の説明における表面とは、ウェブ構造体の一方の面側及び／又は他方の面側（裏面）に相当するものとする。
【００３４】
本実施形態のウェブ構造体ＷＳは、ウェブ構造体ＷＳの表面における結合材料ＢＭの溶融割合が、ウェブ構造体ＷＳの厚さ方向の中心における結合材料ＢＭの溶融割合よりも大きくなっている。
【００３５】
ここで、ウェブ構造体ＷＳの表面とは、例えば、表面ＷＳａ又は表面ＷＳｂから深さ方向に厚さのおよそ１／３の範囲の領域（以下「表面領域」ということがある。）を指す。また、ウェブ構造体ＷＳの厚さ方向の中心とは、例えば、ウェブ構造体ＷＳの厚さ方向の中心面ＷＳｃを中心とした厚さのおよそ１／３の範囲の領域（以下「中心領域」ということがある。）を指す。
【００３６】
結合材料ＢＭの溶融割合とは、特定の領域に存在する結合材料ＢＭのうち、溶融前の形状が保たれていない結合材料ＢＭの存在割合をいう。例えば、溶融前の結合材料ＢＭの形状が球形であった場合に、特定の領域に存在する結合材料ＢＭ全体に対する球形の形状でない結合材料ＢＭの割合を指す。
【００３７】
溶融前の形状が保たれていない結合材料ＢＭ（すなわち溶融した結合材料ＢＭ）の形状としては、例えば、セルロース繊維ＣＦに付着及び／又は膠着した不定形の形状が挙げられる。図１に示す例では、結合材料ＢＭは、ウェブ構造体ＷＳの中心領域で円形の形状（粒子形状）の黒色の粒子として示し、中心領域から表面領域に向けて徐々に長軸と短軸との比率を大きくした楕円形状として一例として模式的に示している。また図１に示す例では、結合材料ＢＭは、溶融前の形状が球形（図においては円形）であり、溶融前の形状が保たれずに円盤形（図において楕円形）に変形した様子を示している。
【００３８】
ウェブ構造体ＷＳの表面領域においては、溶融したこと及び変形して表面積が増加したことによりセルロース繊維ＣＦとの接触機会が増加して、セルロース繊維ＣＦ間の結着が生じている。
【００３９】
図２は、ウェブ構造体ＷＳの中心領域におけるセルロース繊維ＣＦ及び結合材料ＢＭの存在状態の例を示す模式図である。図３は、ウェブ構造体ＷＳの表面領域におけるセルロース繊維ＣＦ及び結合材料ＢＭの存在状態の例を示す模式図である。
【００４０】
図２に示すように、ウェブ構造体ＷＳの中心領域では、結合材料ＢＭは溶融前の球形の形状を有しており（粒子状態の形状が維持されており）、セルロース繊維ＣＦに対して付着した状態で存在している。この状態では、複数のセルロース繊維ＣＦは結着されていないが、結合材料ＢＭはセルロース繊維ＣＦに付着しており、セルロース繊維ＣＦから脱落することが抑制されている。従って、セルロース繊維ＣＦ同士の結着性は低い状態となっており、セルロース繊維ＣＦの形状追従性（繊維の変形性、移動性、流動性）、つまり中心領域では繊維としての動き易さが確保されている。
【００４１】
一方、図３に示すように、ウェブ構造体ＷＳの表面領域では、結合材料ＢＭは溶融前の球形の形状を失い、セルロース繊維ＣＦに対してへばりつくように膠着した状態で存在している。この状態では、複数のセルロース繊維ＣＦが互いに結着されており、セルロース繊維ＣＦ間の位置関係が固定される。つまり、セルロース繊維ＣＦ同士の結着性が高い状態となっている。ウェブ構造体ＷＳの表面領域の形状が固定されることにより、ウェブ構造体ＷＳの外形形状が緩やかに固定・維持されるので、例えば、ウェブ構造体ＷＳの取り扱いが容易となる。
【００４２】
結合材料ＢＭの溶融割合は、顕微鏡観察及び画像処理により求められる。結合材料ＢＭは、既に述べたように溶融して変形することにより、表面積が増大する。そのため、顕微鏡にて観察した場合には、結合材料ＢＭの面積が、溶融前のものに比較して大きくなる。したがって、結合材料ＢＭの顕微鏡画像上の面積を測定することにより、結合材料ＢＭが溶融したものか否かを判定できる。
【００４３】
また、結合材料ＢＭの粒子の１つずつを観察せずとも、例えば、ウェブ構造体ＷＳの表面領域及び中心領域を顕微鏡観察し、観察した視野内の結合材料ＢＭの面積の和を求めることにより、各領域における結合材料ＢＭの溶融割合を評価することもできる。
【００４４】
さらに、顕微鏡で観察される結合材料ＢＭの個数を増やすことにより観察範囲に存在する結合材料ＢＭの溶融割合を統計処理することもできる。例えば溶融前の結合材料ＢＭの顕微鏡画像における面積を基準として、各観察箇所における結合材料ＢＭの面積を統計的に画像処理することにより、その箇所における結合材料ＢＭの溶融割合を見積もることができる。
【００４５】
なお、ウェブ構造体ＷＳは、セルロース繊維ＣＦが結着されていない部分を有することから、容易に変形させることができるので、断面を露出させて観察することにより、ウェブ構造体ＷＳの中心領域及び表面領域の溶融割合を容易に見積もることができる。
【００４６】
図４は、本実施形態のウェブ構造体ＷＳの厚さ方向における結合材料の溶融割合の分布の一例を示すグラフである。図４のグラフの横軸は、ウェブ構造体ＷＳ全体の厚さを１００％とした場合のウェブ構造体ＷＳの厚さ方向の位置を厚さに対する割合（％）で示しており、縦軸は、ウェブ構造体ＷＳ中の一定個数の結合材料ＢＭを顕微鏡にて観察した画像における結合材料ＢＭの面積の和（μｍ３）を示している。図４のグラフの横軸は、ウェブ構造体の厚さ方向の深さをウェブ構造体の厚さにより規格化したものであり、縦軸は、結合材料ＢＭの溶融割合に対応したものである。
【００４７】
本実施形態のウェブ構造体ＷＳにおける厚さ方向の結合材料ＢＭの溶融割合の分布は、図４に示すように、厚さ方向の中心で小さく、厚さ方向の両端（ウェブ構造体の表面）で大きくなっている。
【００４８】
ウェブ構造体ＷＳの表面付近における結合材料ＢＭの溶融割合は、ウェブ構造体ＷＳの厚さ方向の中心における結合材料ＢＭの溶融割合を０．０％とした場合に、５０．０％以上１００．０％以下、好ましくは６０．０％以上１００．０％以下、さらに好ましくは７０．０％以上１００．０％以下である。ウェブ構造体ＷＳにおける結合材料ＢＭの溶融割合の分布がこのような範囲であれば、ウェブ構造体ＷＳの外形形状が緩やかに固定されることにより、ウェブ構造体ＷＳにコシが生じて取り扱いがより容易となる。また、ウェブ構造体ＷＳを用いて成形物を成形（型成形）した場合に、十分な強度・剛性を得やすいとともに、いわゆる深絞り等を要する立体形状を形成する場合においても、中心領域では繊維としての動き易さ（セルロース繊維ＣＦの形状追従性、繊維の変形性、移動性、流動性）が確保されているので、成形品におけるシワや破れの発生をさらに抑制することができる。
【００４９】
なお、図４の例では、結合材料ＢＭの溶融割合の分布がウェブ構造体ＷＳの厚さ方向の中心に対して対称的となっているが、結合材料ＢＭの溶融割合が表面及び裏面で大きくなっている限り、非対称であってもよい。
【００５０】
結合材料ＢＭの溶融割合の分布は既に述べた通りであるが、ウェブ構造体ＷＳにおける結合材料ＢＭの存在量は、ウェブ構造体ＷＳの厚さ方向において均一であってもよいし、分布を有していてもよい。
【００５１】
１．３．ウェブ構造体の性状
ウェブ構造体ＷＳは、シート状の外観を有する。ウェブ構造体ＷＳの厚さは、例えば、０．５ｍｍ以上３０．０ｍｍ以下、好ましくは１．０ｍｍ以上２０．０ｍｍ以下、さらに好ましくは１．５ｍｍ以上１５．０ｍｍ以下である。このような厚さとすることにより、ウェブ構造体ＷＳを用いて成形物を成形した場合に、十分な強度・剛性を得やすいとともに、いわゆる深絞り等を要する立体形状を形成する場合においても、成形品におけるシワや破れの発生をさらに抑制することができる。
【００５２】
また、ウェブ構造体ＷＳの密度は、０．０１ｇ／ｃｍ３以上０．５０ｇ／ｃｍ３以下であることが好ましく、０．０２ｇ／ｃｍ３以上０．２０ｇ／ｃｍ３以下であることがより好ましく、０．０５ｇ／ｃｍ３以上０．１５ｇ／ｃｍ３以下であることがさらに好ましい。ウェブ構造体ＷＳの密度がこの範囲であれば、ウェブ構造体ＷＳを用いて成形物を成形した場合に、十分な強度・剛性を得やすいとともに、いわゆる深絞り等を要する立体形状を形成する場合においても、成形品におけるシワや破れの発生をさらに抑制することができ、例えば食品トレー等の容器に成形加工することが容易である。
【００５３】
２．ウェブ構造体の製造装置
本実施形態のウェブ構造体の製造装置は、上述のウェブ構造体を製造することのできる装置である。すなわち、ウェブ構造体製造装置は、複数のセルロース繊維と、該セルロース繊維を結着させる結合材料と、を混合する混合部と、混合された複数のセルロース繊維と結合材料とを堆積させる堆積部と、堆積部で堆積された堆積物を加熱してウェブ構造体を形成する加熱部と、を備え、加熱部が、ウェブ構造体の表面における結合材料の溶融割合が、ウェブ構造体の厚さ方向の中心における結合材料の溶融割合よりも大きくなるように、堆積物を７０．０℃以上２２０．０℃以下で加熱する。
【００５４】
図５は、本実施形態に係るウェブ構造体製造装置１００を模式的に示す図である。ウェブ構造体製造装置１００は、図５に示すように、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、ウェブ構造体形成部８０と、切断部９０と、加湿部７８と、を有している。
【００５５】
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。粗砕部１２に供給される原料は、セルロース繊維を含むものであればよい。
【００５６】
粗砕部１２は、供給部１０によって供給された原料を、大気中（空気中）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（搬送）される。
【００５７】
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、複数のセルロース繊維が結着されてなる原料（被解繊物）を、セルロース繊維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、填料、にじみ防止剤等の物質を、セルロース繊維から分離させる機能をも有する。
【００５８】
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セルロース繊維の他に、セルロース繊維を解きほぐす際にセルロース繊維から分離した樹脂（複数のセルロース繊維同士を結着させるための樹脂）粒や、インク、トナー、填料、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。
【００５９】
解繊部２０は、乾式で解繊を行う。水等の液体中（スラリー状に溶解させる湿式）ではなく大気等の気中において、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、本実施形態では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。
【００６０】
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、セルロース繊維の長さによって選別する。選別部４０は、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（ふるい）を用いる。ドラム部４１は、網（フィルター、スクリーン）を有し、網の目開きの大きさより小さいセルロース繊維又は粒子（網を通過するもの、第１選別物）と、網の目開きの大きさより大きいセルロース繊維や未解繊片やダマ（網を通過しないもの、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、混合部５０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。
【００６１】
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、混合部５０に搬送する。第１ウェブ形成部４５は、メッシュベルト４６と、張架ローラー４７と、吸引部（サクション機構）４８と、を含む。
【００６２】
吸引部４８は、選別部４０の開口（網の開口）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及び吸引部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及びサクション機構７６と同様である。
【００６３】
ウェブＶは、選別部４０及び第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、混合部５０へと搬送される。
【００６４】
回転体４９は、ウェブＶが混合部５０に搬送される前に、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。
【００６５】
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（張架ローラー４７ａの横に）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。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。
【００６６】
混合部５０は、選別部４０を通過した第１選別物（第１ウェブ形成部４５により搬送された第１選別物）と、結合材料を含む添加物と、を混合する。混合部５０は、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。
【００６７】
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。
【００６８】
添加物供給部５２としては、図５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、上述の結合材料ＢＭを含む。結合材料ＢＭが供給された時点では、複数のセルロース繊維は結着されていない。結合材料ＢＭは、ウェブ構造体形成部８０を通過する際に一部が溶融して、ウェブ構造体ＷＳの表面領域の複数のセルロース繊維を結着させる。
【００６９】
なお、添加物供給部５２から供給される添加物には、結合材料ＢＭの他、製造されるウェブ構造体ＷＳの種類に応じて、セルロース繊維を着色するための着色剤や、セルロース繊維の凝集や結合材料ＢＭの凝集を抑制するための凝集抑制剤 、セルロース繊維等を燃えにく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（第１選別物と添加物との混合物）は、管５４を介して、堆積部６０に移送される。
【００７０】
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（セルロース繊維）をほぐして、空気中で分散させながら降らせる。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。
【００７１】
堆積部６０は、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セルロース繊維又は粒子（網を通過するもの）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。
【００７２】
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。
【００７３】
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、ウェブ構造体ＷＳとなる堆積物であるウェブ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。
【００７４】
メッシュベルト７２は、移動しながら、堆積部６０の開口（網の開口）を通過した通過物を堆積する。メッシュベルト７２は、張架ローラー７４によって張架され、通過物を通しにく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。メッシュベルト７２は、例えば、金属製、樹脂製、布製、あるいは不織布等である。
【００７５】
サクション機構７６は、メッシュベルト７２の下方（堆積部６０側とは反対側）に設けられている。サクション機構７６は、下方に向く気流（堆積部６０からメッシュベルト７２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抑制できる。
【００７６】
以上のように、堆積部６０及び第２ウェブ形成部７０（ウェブ形成工程）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。メッシュベルト７２に堆積されたウェブＷは、ウェブ構造体形成部８０へと搬送される。ウェブ構造体形成部８０に搬送されるウェブＷ（堆積物）の厚さは、１．０ｍｍ以上１５０．０ｍｍ以下であることが好ましく、より好ましくは２．０ｍｍ以上１２０．０ｍｍ以下、さらに好ましくは５．０ｍｍ以上１００．０ｍｍ以下である。また、ウェブＷ（堆積物）の密度は、０．０２ｇ／ｃｍ３以上０．０５ｇ／ｃｍ３以下、好ましくは０．０２ｇ／ｃｍ３以上０．０３ｇ／ｃｍ３以下である。
【００７７】
ウェブ構造体形成部８０は、メッシュベルト７２に堆積したウェブＷを加熱してウェブ構造体ＷＳを形成する。ウェブ構造体形成部８０では、ウェブＷにおいて混ぜ合された解繊物及び添加物の混合物の堆積物（ウェブＷ）に、熱を加えることにより、表面領域の結合材料ＢＭを溶融させることができる。溶融した結合材料ＢＭにより複数のセルロース繊維が結着されてもよい。
【００７８】
ウェブ構造体形成部８０は、ウェブＷを加熱する加熱部８４を備えている。加熱部８４としては、例えば、ヒートプレス、加熱ローラー（ヒーターローラー）が用いられるが、以下は加熱ローラー（ヒーターローラー）を用いた例で説明する。加熱部８４における加熱ローラーの数は、特に限定されない。図示の例では、加熱部８４は、一対の加熱ローラー８６を備えている。加熱部８４を加熱ローラー８６として構成することにより、ウェブＷを連続的に搬送しながらウェブ構造体ＷＳを成形することができる。加熱ローラー８６は、例えば、その回転軸が平行になるように配置される。加熱ローラー８６のローラー半径は、例えば、２．０ｃｍ以上５．０ｃｍ以下、好ましくは２．５ｃｍ以上４．０ｃｍ以下、より好ましくは２．５ｃｍ以上３．５ｃｍ以下である。
【００７９】
加熱ローラー８６は、ウェブＷに接触し、ウェブＷを挟んで搬送しつつウェブＷを加熱する。加熱ローラー８６の回転速度は、例えば、２０．０ｒｐｍ以上５００．０ｒｐｍ以下、好ましくは３０．０ｒｐｍ以上３５０．０ｒｐｍ以下、より好ましくは５０．０ｒｐｍ以上３００．０ｒｐｍ以下である。加熱ローラー８６の回転速度がこの程度であれば、ウェブＷの表面領域を十分にかつ精度よく加熱することができる。
【００８０】
加熱ローラー８６は、ウェブＷを挟んで搬送し、所定の厚さのウェブ構造体ＷＳを形成する。ここで加熱ローラー８６によってウェブＷに印加される圧力は小さいことが好ましい。また、加熱ローラー８６によってウェブＷが加圧される場合には、ウェブＷがウェブ構造体ＷＳとなった場合に、ウェブ構造体ＷＳの密度が、０．３ｇ／ｃｍ３以下、好ましくは０．２５ｇ／ｃｍ３以下となる範囲の加圧とすることが好ましい。
【００８１】
ウェブＷを加熱する際の加熱ローラー８６の表面温度は、結合材料ＢＭに含まれる樹脂のＴｇや融点に応じて適宜設定されるが、例えば、６０．０℃以上２５０．０℃以下、好ましくは７０．０℃以上２２０．０℃以下、より好ましくは８０．０℃以上２００．０℃以下である。加熱ローラー８６の表面温度をこの範囲にすることにより、ウェブＷ（堆積物）の表面を当該温度範囲に加熱することができる。
【００８２】
加熱ローラー８６がウェブＷに接触することにより、ウェブＷの表面が加熱され、表面領域の結合材料が溶融する。ウェブＷの密度が上述の値程度であり、ウェブＷの厚さ方向の熱伝導は抑制されるので、ウェブＷの内部に存在する結合材料ＢＭは溶融しない。これにより、表面における結合材料ＢＭの溶融割合が、厚さ方向の中心における結合材料ＢＭの溶融割合よりも大きいウェブ構造体ＷＳを製造することができる。
【００８３】
加熱部８４の一対の加熱ローラー８６間のギャップは、ウェブ構造体ＷＳの厚さが１．０ｍｍ以上２０．０ｍｍ以下、好ましくは２．０ｍｍ以上１８．０ｍｍ以下、より好ましくは３．０ｍｍ以１５．０ｍｍ以下となるように調整され、かつ、ウェブ構造体ＷＳの密度が０．０２ｇ／ｃｍ３以上０．２０ｇ／ｃｍ３以下、好ましくは０．０３ｇ／ｃｍ３以上０．１８ｇ／ｃｍ３以下となるように調整されることが好ましい。
【００８４】
本実施形態のウェブ構造体製造装置１００によって、以上のように本実施形態のウェブ構造体ＷＳを製造することができる。
【００８５】
本実施形態のウェブ構造体製造装置１００は、必要に応じて、切断部９０を有してもよい。図示の例では、加熱部８４の下流側に切断部９０が設けられている。切断部９０は、ウェブ構造体形成部８０によって成形されたウェブ構造体ＷＳを切断する。図示の例では、切断部９０は、ウェブ構造体ＷＳの搬送方向と交差する方向にウェブ構造体ＷＳを切断する第１切断部９２と、搬送方向に平行な方向にウェブ構造体ＷＳ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を通過したウェブ構造体ＷＳを切断する。
【００８６】
また、本実施形態のウェブ構造体製造装置１００は、加湿部７８を有してもよい。図示の例では、切断部９０の下流側であって排出部９６の上流側に設けられている。加湿部７８は、ウェブ構造体ＷＳに対して水や水蒸気を付与することができる。加湿部７８の具体的な態様としては、例えば、水又は水溶液のミストを吹き付ける態様、水又は水溶液をスプレーする態様、水又は水溶液をインクジェットヘッドから吐出して付着させる態様等が挙げられる。
【００８７】
ウェブ構造体製造装置１００が加湿部７８を有することにより、形成されるウェブ構造体ＷＳに湿り気をもたせることができる。これにより、セルロース繊維が湿気を帯びて柔らかくなる。そのため、ウェブ構造体ＷＳを用いて容器等を立体成形する場合に、シワや破れがさらに生じにくくなる。また、ウェブ構造体ＷＳに湿り気をもたせることにより、セルロース繊維間の水素結合を形成しやすくなるので、成形された容器等の密度が高まり、例えば、強度を向上できる。
【００８８】
図５の例では、加湿部７８は、切断部９０の下流側に設けられているが、加湿部７８は加熱部８４の下流側に設けられれば、上記と同様の効果を得ることができる。すなわち、加湿部７８は、加熱部８４の下流側であって切断部９０の上流側に設けられてもよい。
【００８９】
以上により、ウェブ構造体ＷＳが成形される。製造されたウェブ構造体ＷＳは、例えば、切断部９０によって切断され、ウェブ構造体ＷＳは、必要に応じて排出部９６へと排出される。また、ウェブ構造体ＷＳは、切断されることなくロール状に巻き取られてもよい。
【００９０】
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、本発明は、実施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、実施形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。
【符号の説明】
【００９１】
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…吸引部、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…加湿部、８０…ウェブ構造体形成部、８４…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…排出部、１００…ウェブ構造体製造装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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