研究論文

凍結粉砕による繊維分離方法の開発
安 藤 正 好 *1 、 松 浦

勇 *1

Development of Separate Various Fibers Method with Freeze and Crush
Masayoshi ANDOH and Isamu MATSUURAOwari Textile Research Center, AITEC * 1
繊維製品が様々な素材から交織・混紡等されて製品化されていることがリサイクルを妨げる要因のひとつとなっている。本研究では、凍結時に天然繊維が大きく強度低下することを利用して、天然繊維を選択的に粉砕して、合成繊維と分離することを目的とした。毛・ポリエステル混用品を液体窒素で凍結させ、毛とポリエステルを粉砕、分離する技術の検討を行った。

１．はじめにする毛・ポリエステル交織織物の凍結試料を使用し、乳循環型社会を目指し、様々な産業分野においてリサイ

鉢による粉砕、ボールミルによる粉砕、油圧プレス機にクルに向けた取り組みが進められている。繊維産業においても繊維製品のリサイクルシステムが立ち上げられている １） が、一般的な衣料素材については、天然繊維と合よる粉砕等を検討し、粉砕試験機を製作した。
2.2.2 ハンマ速度の測定
高速度カメラを用いて、製作した粉砕試験機のハン成繊維が混用されているためリサイクル方法が限られ、マの速度を測定した。

反毛してウエスにしたり、焼却炉で燃料として利用する

2.3 単一素材織物の破砕実験のがほとんどである。しかも、処分量が多すぎて、対応

JIS 添付白布の凍結試料について、粉砕試験機で粉砕しきれていないのが現状である ２） 。そこで、本研究では実験を行った。

天然繊維が親水性、合成繊維が疎水性であることに注目

2.4 複合素材織物の粉砕実験

し、水分を含ませた混用繊維製品を凍結させ、物理的手

2.4.1 複合素材織物の試作法で粉砕させ、天然繊維と合成繊維を分離する方法を開

複合素材の粉砕・分離実験の実験用試料とするため、毛とポリエステルの混用（交織・交撚・混紡）織物を試発する。

２．実験方法作した。
2.4.2 粉砕実験

2.1 基本物性試験
繊維の吸湿・吸水特性と凍結時の強度の関係を求める

2.4.2.1 交織織物の粉砕
毛・ポリエステル交織織物について粉砕実験を行った。

ための実験を行った。

2.4.2.2 交撚織物の粉砕

2.1.1 吸湿・吸水実験
７種類の JIS 添付白布（毛・絹・綿・レーヨン・エステル・ナイロン・アクリル）について、相対湿度 98％の平衡吸湿量、マングルによる一定絞り圧時の吸水量を測

毛・ポリエステル交撚織物について粉砕実験を行った。
2.4.2.3 混紡織物の粉砕
毛・ポリエステル混紡織物について粉砕実験を行った。
2.5 分離試験定した。

複合素材織物を粉砕試験後、ボールミル等の処理を行

2.1.2 強度試験
７種類の JIS 添付白布について、標準試料（20℃、い、毛とポリエステルに分離する実験を行った。

３．結果及び考察

65%RH で調湿した試料）、湿潤試料（絞り率 130%の試料）、凍結試料（湿潤試料を液体窒素で凍結した試料）に3.1 基本物性試験

より JIS L-1096Ｂ法による破裂試験を行った。

3.1.1 吸湿・吸水実験

2.2 凍結粉砕方法の検討及び粉砕試験機の製作
2.2.1 凍結方法及び粉砕方法の検討
織物を凍結させる温度について検討した。また、後述＊

1 尾張繊維技術センター

開発技術室

天然繊維（羊毛・絹・綿）及び再生繊維（レーヨン）
は吸湿性・吸水性に優れている。一方、合成繊維のエステル・ナイロンは吸湿・吸水性とも乏しいが、アクリル

は吸湿性は乏しいが吸水性が大きいという結果が得られスの試料台に衝突させ、液体窒素で凍結させた試料を破た。（図１）

壊させるものである。粉砕の程度は、空気圧・衝突回数

吸 水 率

150
10050

吸水率（％）

20050403020100

図１

アクリル

ナイロン

エステル

レーヨン

綿

絹0
毛

吸湿率（％）

吸 湿 率 （98%R H ）等により制御することができる。
3.2.2 ハンマ速度の測定
高速度カメラを用いて粉砕試験機のハンマの速度を測定した。空気圧が高くなるほど、速度は大きくなるがその 差 は 小 さ か っ た 。 空 気 圧 5kg/cm2 の と き の 速 度 は1.0m/secであった。
3.3 単一素材織物の粉砕実験
JIS添付白布の凍結試料の粉砕実験を行った。その結素 材

果を図４に示す。粉砕条件は、空気圧力１kg/cm2、衝突吸湿率と吸水率

回数１０回である 。粉砕結果を目視で評価した結果、毛、3.1.2 強度試験
天然・再生繊維は、標準状態の破裂強力に対し、凍結レーヨン、絹、綿が粉砕され、エステル、ナイロン、ア状態で強度低下が大きく、特に毛とレーヨンは強度低下

クリルは粉砕されなかった。特に毛とレーヨンが著しくが著しいことが分かった。合成繊維は、強度低下が見ら粉砕された。これは、3.1.2 で行った破裂試験の結果と一れなかった。（図２）

致している。

図２
3.2

湿潤

凍結（ａ）毛（ｂ）綿（ｃ）絹（ｄ）レーヨン（ｅ）ポリエステル（ｆ）ナイロン

アクリル

ナイロン

エステル

レーヨン

綿

絹

9008007006005004003002001000毛破裂強力（Ｎ）

標準

素材

添付白布の破裂強力

凍結粉砕方法の検討及び試験機の製作

3.2.1 凍結方法及び粉砕方法の検討
毛織物を-30℃、-80℃、-196℃で凍結させた時の脆化度合を調べたところ、-30℃、-80℃ではほとんど脆化が（ｇ）アクリル

図４ 添付白布の粉砕後の写真
3.4 複合素材織物の粉砕実験
3.4.1 複合素材織物の試作
粉砕実験用に下記織物を試作した。組織はすべて平織認められなかった。液体窒素（-196℃）を用いた凍結方である。

法がもっとも脆化し、粉砕実験に適していることが分か

・毛、エステル交織織物（梳毛糸 2/60、エステル 300D）った。

・毛、エステル交撚織物（梳毛糸 1/60×エステル 150D）、様々な粉砕方法を検討した結果、乳棒のような硬質物

・毛、エステル混紡織物（毛・エステル混紡糸 2/60、混体を凍結試料に落下させ、その衝撃力により、毛・ポリ紡率：毛／エステル：70/30）エステルの毛を選択的に破壊することが可能であること

3.4.2 粉砕実験が解った。

3.4.2.1 交織織物

その結果を踏まえて、図３の粉砕試験機を製作した。

粉砕試験機にて粉砕した毛・ポリエステル交織織物の写真を図５に示す。条件は 5kg/cm2、50 回である。

（ａ）本体（ｂ）ハンマ

図３ 粉砕試験機製作した粉砕試験機は、エアシリンダの先端に取り付けたステンレスハンマ（ｂ）を上下運動させ、ステンレ（ａ）粉砕前
図５（ｂ）粉砕後交織織物の粉砕試験結経糸、緯糸ともに毛の部分のみが粉砕されていることが分かる。破壊された部分の電子顕微鏡写真を図６に示

表２

交織織物の粉砕結果（空気圧力 5Kg/cm2）す。(a)は凍結試料の粉砕実験後、(b)は湿潤試料の粉砕実

試料重ね合わせ枚数 [枚]験後である。破断面を比較すると、(a)は、鋭利な刃物で123素材

毛PET

毛 PET 毛PET(b)は繊維が押しつぶされフィブリル化していることが

100 回

◎

△◎×

◎×50 回

◎

△◎×

◎×

30 回

◎×

◎×

◎

×

10 回

◎×

◎×

◎×

衝突回数

切断されたように垂直に切れていることがわかる。また、分かる。また、凍結試料を粉砕した場合、経緯に用いられている毛と毛の組織点で多く切断されているこが認められた。これは、凍結した毛同士が接触した箇所に外力が加わり切断したものと考えられる。
3.4.2.2

交撚織物

試料枚数１枚の場合の、空気圧、衝突回数を変化させて粉砕実験した結果を表３に示す。その結果、試料枚数
１枚では、ほとんどの条件で、毛・ポリエステル両方と（ｂ）湿潤試料を粉砕（ａ）凍結試料を粉砕

図６も切断する結果となった。最も衝突力の弱い(空気圧力が低い)場合に、毛の一部が切断していることが分かった。

破壊された毛の電顕写真

また、空気圧を５kg/cm2に固定し、試料枚数を増やし粉砕試料が１枚の場合の、空気圧、衝突回数を変化さて粉砕した結果を表４に示す。試料枚数を増やすことにより、衝突力が弱まり毛のみを選択的に粉砕できること

せて粉砕実験した結果を表１に示す。
表中の記号で、◎は糸が５本以上切断している、○はが分かった。

糸が４本以下切断している、△は糸は切れていないが繊表３

交撚織物の粉砕結果（試料枚数：１）

維が切断している、×は繊維が切断しなかったことを表

ハンマ供給空気圧力 [kg/cm2]している。この結果から、空気圧、衝突回数（衝突条件）7を制御することにより、毛のみを選択的に粉砕すること素材が可能であることが分かった。て粉砕実験の結果を表２に示す。試料枚数を増やすこと

衝突回数

また、空気圧を５kg/cm2に固定し、試料枚数を増やし一般的に物体が衝突するときの力積（衝撃力は）衝突

表４◎ ◎◎◎ ◎ ◎ ◎ △50 回◎ ◎◎◎ ◎ ◎ △ ×30 回◎ ○◎○ ◎ ○ △ ×

10 回

◎ ○

◎

○ ◎ ○ △ ×

交撚織物の粉砕結果（空気圧力 5kg/cm2）
試料重ね合わせ枚数[枚]1

場合、運動量は、空気圧から求められる力で表すと仮定

衝突力が大きくなり、衝突時間が長いと衝突力が小さくなるといえる。したがって、試料枚数が増えることにより衝突時間が長くなるため、衝突力が減少していると考
交織織物の粉砕結果（試料枚数：１）
ハンマ供給空気圧力

3

毛PET

毛

PET

毛

PET

100 回 ◎

◎

◎×

◎

×50 回

◎◎◎

×

○×

30 回

◎○

◎

×○×

10 回

◎

○○×○×

結果の写真を示した。試料は粉砕処理後鑑別染料で染色[kg/cm 2]したため、着色しているのが毛である。粉砕後の写真（ｂ）
から、毛のみが選択的に粉砕されていることが分かった。

7531毛 PET毛 PET毛 PET毛 PET

100 回 ◎ ◎◎△◎△◎△50 回◎ △◎△◎△○×30 回

◎ ×◎

×

◎

×○×10 回

◎ ×

◎

×

◎

×○×

素材

2

図 7 に、試料枚数２枚、５kg/cm2、50 回で粉砕したえることができる。
表１

素材
衝突回数の破壊の程度が決まる。したがって、衝突時間が短いと1毛 PET 毛 PET 毛 PET 毛 PET

力×衝突時間で求められ、運動量の変化を表す。今回のすると、ハンマが衝突するときの力と時間により、試料

3100 回により、衝突力を和らげることができ、粉砕の程度を制御できることも分かった。

5

衝突回数（ａ）粉砕前（ｂ）粉砕後図７

交撚織物の粉砕試験結果

3.4.2.3 混紡織物

テルに分離することが可能と考えられる。一方、混紡織

試料枚数１枚の場合の、空気圧、衝突回数を変化させて粉砕した結果を表５に示す。その結果、試料枚数１枚物については、毛は選択的に切断されているが、ポリエステルと絡み合っている

では、交撚織物と同様、ほとんどの条件で、毛・ポリエステル両方とも切断する結果となった。最も衝突力の弱い（空気圧力が低い）場合に、毛の一部が切断していることが分かった。
また、空気圧を５kg/cm2に固定し、試料枚数を増やし（ａ）交織織物（ｂ）交撚織物て粉砕した結果を表６に示す。試料枚数を増やすことに

図９より、衝突力が弱まり毛のみを選択的に粉砕できることため、ボールミルでは分離ができなかった。そこで、粉が分かった。

砕後の織物から糸を採取し開繊処理を行った。その結果

表５を図１０に示す。これから、切断され繊維長の短くなっ混紡織物の粉砕結果（試料枚数：１）た毛と切断されていないポリエステルが容易に分離でき

2

ハンマ供給空気圧力 [kg/cm ]ることが分かった。

7531

毛 PET

毛 PET

毛 PET

毛 PET

100 回

◎◎◎◎

○○

△△50 回◎◎○○○○△×30 回

◎◎○○

○

○

△×

10 回

○

○

△△

△×△

×

素材
衝突回数

表６

粉砕後、ボールミルで分離した交織・交撚織物（ｂ）ポリエステル（ａ）混紡織物の糸混紡織物の粉砕結果（空気圧力 5kg/cm2）
試料重ね合わせ枚数 [枚]1素材

23（ｃ）毛

図１０ 混紡織物を粉砕後、糸を開繊して分離した

衝突回数

毛PET

毛PET

毛PET

100 回

◎

◎△△△×

50 回

○

○

△△△×

４．結び

30 回

○

○

△×△×

以上の結果をまとめると、次のように要約できる。

10 回

△△

△×××

（１）吸湿率・吸水率の高い毛、絹、綿、レーヨンは凍

図８に、試料枚数２枚、５kg/cm2 、30 回で粉砕した

ポリエステルと毛の写真

結時に破裂強力が大きく低下することが分かった。

結果の写真を示した。試料は粉砕処理後鑑別染料で染色（２）製作した粉砕試験機でも、毛・絹等の天然繊維が、したため、着色しているのが毛である。粉砕後の写真（ｂ、ポリエステル等の合成繊維と比較して、凍結時に粉砕しｃ）から、毛のみが選択的に切断されていることが分か易いことが分かった。

った。

（３）複合素材織物では、粉砕試験機の空気圧、衝突回数、試料枚数を変化させることにより衝突力を制御し、選択的に天然繊維だけを粉砕できることが分かった。
（４）交織・交撚織物では、粉砕後にボールミルにより、（ａ）

粉砕前

（ｂ）

粉砕後毛とポリエステルを分離できることが分かった。混紡織物では、繊維がからみあい、ボールミルでは毛とポリエステルを分離することが難しいが、開繊処理することにより、分離できることが分かった。

（ｃ）

図８3.5 分離試験

文献

粉砕後拡大

混紡織物の粉砕試験結果

図９に交織・交撚織物を凍結粉砕後の試料をボールミルで分離処理した結果を示す。
この試験結果から、交織・交撚織物は、毛とポリエス

１）浅井弘義、「繊維産業における環境・リサイクルに関する取り組みと将来展望」テキスタイル＆ファッショ
ン，18, 5,249(2001)
２）「繊維製品リサイクル懇談会報告書」、
http://www.meti.go.jp/report/data/g10919aj.html