使用可移动式纸浆解纤装置单元的现场解纤方法和可移动式纸浆解纤装置单元

摘要

包括：准备能够装载在运送车辆的车箱内的尺寸的滑轨或托板的工序；在所述滑轨或托板上设置解纤装置来制造可移动式纸浆解纤装置单元的工序；将所述可移动式纸浆解纤装置单元装载至所述运送车辆的车箱中的工序；利用所述运送车辆将所述可移动式纸浆解纤装置单元运送至利用所述解纤装置进行纸浆原料的解纤的场所的运送工序；准备所述纸浆原料的工序；和利用所述解纤装置进行所述纸浆原料的解纤的解纤工序。

说明书

技术领域

本发明涉及使用可移动式纸浆解纤装置单元的现场解纤方法和可移动式纸浆解纤装置单元。

背景技术

以往，纤维素纳米纤维(以下也称为CNF)通过利用高压的均质器将改性纸浆解纤并以稳定地分散在水中的状态制得(例如，参照专利文献1)，通常将所制造的预定浓度的CNF分散液直接运送至用户的工厂等，作为工业材料或食品、化妆品的添加物材料而用于各种用途。

在将所制造的预定浓度的CNF分散液直接运送至用户的工厂等的情况下，导致保存、运输等的成本上升。另一方面，当在干燥后的状态下运送CNF分散液的情况下，CNF分散液的干燥需要大量的电力，

因此导致成本增加。另外，需要在用户的工厂中新设置将CNF的干燥品稀释、再分散并调节为适合使用的浓度的设备。

另外，在专利文献2中记载了如下内容：将纤维素性原料离解而制成半成品，然后为了削减运输费用，将半成品浓缩而减少水分含量，然后运输至目的地，在目的地将半成品稀释并且解纤至纳米原纤维纤维素。

另外，在专利文献3中记载了如下内容：在制造改性纤维素纸浆之后，为了削减运输费用，在脱水至预定的绝干率之后运输至目的地，在目的地稀释并分解至纳米原纤维纤维素。在专利文献3中还记载了在转运集装箱的内部收纳纳米原纤维纤维素的制造装置并将其运送到

目的地。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2018-44274号公报

专利文献2：日本特表2017-527660号公报

专利文献3：日本特表2016-540861号公报

发明内容

发明所要解决的课题

专利文献1等以往的方法由于使用高压的均质器进行解纤，因此需要大量的电力。另外，高压的均质器需要价格昂贵的材质，消耗品更换周期短，因此导致成本上升。另外，利用高压的均质器难以对解纤处理的程度进行微调。

另外，专利文献2的方法需要在目的地设置用于稀释和解纤的设备。

另外，专利文献3的纳米原纤维纤维素的制造装置由多个装置和部件构成，需要在目的地进行组装等作业。

本发明的课题在于，在用户侧简单且不设置新设备的情况下，以低能量制造并且以低价格提供用户所希望的解纤处理的程度、浓度的CNF。

用于解决课题的手段

本发明人为了解决上述课题进行了深入研究，结果发现，通过引入单元化的装置而在现场进行纸浆原料的解纤，能够实现上述目的，从而完成了本发明。

本发明提供以下内容。

(1)一种使用可移动式纸浆解纤装置单元的现场解纤方法，包括：准备能够装载在运送车辆的车箱内的尺寸的滑轨或托板的工序；在所述滑轨或托板上设置解纤装置来制造可移动式纸浆解纤装置单元的工序；将所述可移动式纸浆解纤装置单元装载至所述运送车辆的车箱中的工序；利用所述运送车辆将所述可移动式纸浆解纤装置单元运送至利用所述解纤装置进行纸浆原料的解纤的场所的运送工序；准备所述纸浆原料的工序；和利用所述解纤装置进行所述纸浆原料的解纤的解纤工序。

(2)如(1)所述的使用可移动式纸浆解纤装置单元的现场解纤方法，其特征在于，所述纸浆原料为改性纸浆原料。

(3)如(2)所述的使用可移动式纸浆解纤装置单元的现场解纤方法，其中，所述使用可移动式纸浆解纤装置单元的现场解纤方法还包括：在进行所述改性纸浆原料的解纤的场所，从所述运送车辆的车箱卸下所述可移动式纸浆解纤装置单元并进行设置的工序。

(4)如(2)或(3)所述的使用可移动式纸浆解纤装置单元的现场解纤方法，其中，所述解纤工序包括在离子交换水或软水中将所述改性纸浆原料离解、Na化、解纤的工序。

(5)如(2)～(4)中任一项所述的使用可移动式纸浆解纤装置单元的现场解纤方法，其中，在所述运送工序中，在所述可移动式纸浆解纤装置单元的高度超过预定高度的情况下，在将在第一原料罐的上部设置的第一搅拌器的第一驱动部和在第二原料罐的上部设置的第二搅拌器的第二驱动部拆下的状态下进行运送。

(6)如(2)～(5)中任一项所述的使用可移动式纸浆解纤装置单元的现场解纤方法，其中，在利用所述解纤装置进行解纤的场所处的所述改性纸浆原料的解纤结束之后，使用运送车辆回收所述可移动式纸浆解纤装置单元。

(7)一种可移动式纸浆解纤装置单元，所述可移动式纸浆解纤装置单元具有滑轨或托板和设置在所述滑轨或托板上的解纤装置，并且为能够装载在运送车辆的车箱内的尺寸，其中，所述解纤装置具有：第一原料罐；第一搅拌器，所述第一搅拌器设置在所述第一原料罐内，并对所述第一原料罐内的纸浆原料进行搅拌；第一驱动部，所述第一驱动部设置在所述第一原料罐的上部，并驱动所述第一搅拌器；第二原料罐；第二搅拌器，所述第二搅拌器设置在所述第二原料罐内，并对所述第二原料罐内的所述纸浆原料进行搅拌；第二驱动部，所述第二驱动部设置在所述第二原料罐的上部，并驱动所述第二搅拌器；空化器，所述空化器对所供给的所述纸浆原料进行解纤；第一管道，所述第一管道从所述第一原料罐或所述第二原料罐交替地向所述空化器输送所述纸浆原料；和第二管道，所述第二管道从所述空化器向与供给侧的罐相反的罐中输送所述纸浆原料。

(8)如(7)所述的可移动式纸浆解纤装置单元，其特征在于，所述纸浆原料为改性纸浆原料。

(9)如(8)所述的可移动式纸浆解纤装置单元，其中，所述可移动式纸浆解纤装置单元具有至少一台原料泵，所述原料泵向设置于所述第二管道的所述空化器中输送所述改性纸浆原料。

(10)如(8)或(9)所述的可移动式纸浆解纤装置单元，其中，在所述滑轨或托板上还具有离子交换柱和NaOH分配器。

(11)如(8)～(10)中任一项所述的可移动式纸浆解纤装置单元，其中，在超过预定高度的情况下，在将所述第一驱动部和所述第二驱动部拆下的状态下，利用所述运送车辆进行运送。

(12)如(8)～(11)中任一项所述的可移动式纸浆解纤装置单元，其中，所述空化器具有进行所述改性纸浆原料的解纤的原料高压泵和解纤喷嘴。

发明效果

根据本发明，能够在用户侧简单且不设置新设备的情况下，以低能量制造并且以低价格提供用户所希望的解纤处理的程度、浓度的CNF。

附图说明

图1为表示实施方式涉及的使用可移动式改性纸浆解纤装置单元的现场解纤方法的工序的图。

图2为表示实施方式涉及的可移动式改性纸浆解纤装置单元的基本构成的图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。图1为表示实施方式涉及的使用可移动式改性纸浆解纤装置单元的现场解纤方法的工序的图，图2为表示实施方式涉及的可移动式改性纸浆解纤装置单元的基本构成的图。

在该使用可移动式改性纸浆解纤装置单元(可移动式纸浆解纤装置单元)100的现场解纤方法中，首先准备能够装载在运送车辆的车箱内的尺寸的滑轨(或托板)2(步骤S1)。在此，能够装载在运送车辆的车箱内的尺寸是指，例如如果是4吨卡车，则是宽度2150mm×长度6235mm内的尺寸，如果是10吨卡车，则是宽度2350mm×长度9200mm内的尺寸，如果是JR集装箱，则是宽度2275mm×长度3525mm内的尺寸。

接着，在滑轨2上设置解纤装置4，制造可移动式改性纸浆解纤装置单元100(步骤S2)。

解纤装置4具有第一原料罐10、设置在第一原料罐10内并对第一原料罐10内的改性纸浆原料进行搅拌的第一搅拌器12、设置在第一原料罐10的上部并驱动第一搅拌器12的第一驱动部14、第二原料罐16、设置在第二原料罐16内并对第二原料罐16内的改性纸浆原料进行搅拌的第二搅拌器18、设置在第二原料罐16的上部并驱动第二搅拌器18的第二驱动部20、和对所供给的改性纸浆原料进行解纤的空化器22。

需要说明的是，在本说明书中，将利用第一搅拌器12和第二搅拌器18进行的改性纸浆原料向短纤维的解纤称为离解，将利用空化器22进行的改性纸浆原料的纳米解纤称为解纤。

在此，在第一原料罐10的上部设置有投入改性纸浆原料的投入口、投入离子交换水的投入口、投入NaOH的投入口，在第一原料罐10和第二原料罐16的下部连接有第一管道24，所述第一管道24通过将阀28切换而从第一原料罐10或第二原料罐16交替地经由原料泵30、原料冷却器32向空化器22输送改性纸浆原料。另外，第二管道26连接至空化器22，所述第二管道26通过将阀34切换而从空化器22向与供给侧的罐相反的罐中输送改性纸浆原料。空化器22具有原料高压泵22a和喷嘴集管22b，喷嘴集管22b设置有多个解纤喷嘴。

需要说明的是，原料泵30起到将高粘度的改性纸浆原料送入吸入力弱的原料高压泵22a的作用，也可以在第一原料罐10和第二原料罐16的出口分别设置各一台。

需要说明的是，空化器22具有调节上游压力和下游压力的调节机构和在多个解纤喷嘴中将消耗或闭塞的解纤喷嘴切离而继续运转的机构。另外，在滑轨2上还具有离子交换柱36和NaOH分配器38。

接着，利用低底盘式半拖车或卡车将可移动式改性纸浆解纤装置单元100送入，并利用起重机和叉车等吊起放下，由此装载至运送车辆的车箱中(步骤S3)。在此，在可移动式改性纸浆解纤装置单元100的高度超过能够装载在运送车辆的车箱内的预定高度的情况下，将在第一原料罐10的上部设置的第一搅拌器12的第一驱动部14和在第二原料罐16的上部设置的第二搅拌器18的第二驱动部20拆下，从而装载在运送车辆的车箱内。需要说明的是，能够装载在运送车辆的车箱内的预定高度包括滑轨和托板的高度，例如如果是4吨卡车则为2150mm，如果是10吨卡车则为2470mm，如果是JR集装箱则为2158mm。

接着，利用运送车辆将可移动式改性纸浆解纤装置单元100运送至利用解纤装置4进行改性纸浆原料的解纤的场所(步骤S4)。进行改性纸浆原料的解纤的场所是指在产品的制造中使用CNF的用户的工厂、制造改性纸浆原料的纸浆工厂。

接着，准备进行解纤的改性纸浆原料(步骤S5)。需要说明的是，将在后面说明改性纸浆原料。在此，在进行改性纸浆原料的解纤的场所为用户工厂的情况下，通过运送在纸浆工厂中制造的改性纸浆原料来准备。另外，在进行改性纸浆原料的解纤的场所为纸浆工厂的情况下，通过进行改性纸浆的制造来准备。

改性纸浆原料可以根据需要进行Na化等，或者也可以不进行Na化而以适当的浓度装载至可移动式改性纸浆解纤装置单元100来进行运输。

接着，在进行改性纸浆原料的解纤的场所，从运送车辆的车箱卸下可移动式改性纸浆解纤装置单元100，并设置可移动式改性纸浆解纤装置单元100(步骤S6)。即，将可移动式改性纸浆解纤装置单元100设置在预定的位置，并且进行向工业用水供给管、冷却水供给管的连接、向电源的连接。

需要说明的是，在不从运送车辆的车箱卸下可移动式改性纸浆解纤装置单元100而利用解纤装置4进行改性纸浆原料的解纤的情况下，在装载至运送车辆的车箱的可移动式改性纸浆解纤装置单元100上连接工业用水供给管、冷却水供给管，并连接电源。

接着，利用可移动式改性纸浆解纤装置单元100的解纤装置4进行改性纸浆原料的解纤(步骤S7)。需要说明的是，将在后面详述改性纸浆原料的解纤。

需要说明的是，可移动式改性纸浆解纤装置单元100在利用解纤装置4进行解纤的场所处的改性纸浆原料的解纤结束之后，使用运送车辆进行回收。

(改性纸浆原料)

下面，对在本发明的实施方式中使用的改性纸浆原料进行说明。改性纸浆原料是将纤维素原料化学改性而得到的原料。

纤维素原料每葡萄糖单元具有3个羟基，可以进行各种化学改性。在本发明中，进行了化学改性的纤维素原料和未进行化学改性的纤维素原料均可以使用。但是，当使用进行了化学改性的纤维素原料时，纤维的微细化充分进行，能够得到纤维长度和纤维直径均匀的纤维素纳米纤维，因此优选进行了化学改性的纤维素原料。作为化学改性，例如可以列举氧化、醚化、磷酸化、亚磷酸化、酯化、硅烷偶联、氟化、阳离子化等，作为醚化，可以列举羧甲基(醚)化、甲基(醚)化、乙基(醚)化、氰乙基(醚)化、羟乙基(醚)化、羟丙基(醚)化、乙基羟乙基(醚)化、羟丙基甲基(醚)化等。其中，优选氧化(羧基化)、醚化、阳离子化、酯化。

(纤维素原料)

在本发明中，纤维素原料是指以纤维素为主体的各种形态的材料，可以例示：纸浆(漂白或未漂白木浆、漂白或未漂白非木浆、源自精制棉绒、黄麻、马尼拉麻、洋麻等草本的纸浆等)；通过醋酸菌等微生物生产的纤维素等天然纤维素；将纤维素溶解在铜氨溶液、吗啉衍生物等某种溶剂中然后进行纺纱而得到的再生纤维素；和通过对上述纤维素原料进行水解、碱水解、酶分解、炸碎处理、利用振动球磨机等的机械处理等而将纤维素解聚而得到的微细纤维素等。

(氧化纸浆)

相对于通过氧化将纤维素原料改性而得到的氧化纸浆的绝对干重，羧基的量为0.5毫摩尔/g以上，优选为0.8毫摩尔/g以上，更优选为1.0毫摩尔/g以上。上限为3.0毫摩尔/g以下，优选为2.5毫摩尔/g以下，更优选为2.0毫摩尔/g以下。即，在本发明中使用的氧化纤维素纳米纤维中羧基的量为0.5毫摩尔/g～3.0毫摩尔/g，优选为0.8毫摩尔/g～2.5毫摩尔/g，更优选为1.0毫摩尔/g～2.0毫摩尔/g。

在本发明中，作为氧化方法，在N-氧基化合物和选自由溴化物、碘化物或它们的混合物构成的组中的物质的存在下，使用氧化剂在水中将纤维素原料氧化。根据该方法，纤维素表面的吡喃葡萄糖环的C6位的伯羟基被选择性地氧化，生成选自由醛基、羧基和羧酸根基团构成的组中的基团。对反应时的纤维素原料的浓度没有特别限制，优选为5重量％以下。

N-氧基化合物是指能够产生硝酰基自由基的化合物。作为硝酰基自由基，例如可以列举2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧基(TEMPO)。作为N-氧基化合物，只要是促进目标氧化反应的化合物，则均可使用。

N-氧基化合物的使用量只要是能够氧化作为原料的纤维素的催化剂量，就没有特别限制。例如，相对于绝干1g的纤维素，优选为0.01毫摩尔以上，更优选为0.02毫摩尔以上。上限优选为10毫摩尔以下，更优选为1毫摩尔以下，进一步优选为0.5毫摩尔以下。因此，相对于绝干1g的纤维素，N-氧基化合物的使用量优选为0.01毫摩尔～10毫摩尔，更优选为0.01毫摩尔～1毫摩尔，进一步优选为0.02毫摩尔～0.5毫摩尔。

溴化物是指包含溴的化合物，例如可以列举溴化钠等在水中解离而可以离子化的碱金属溴化物。另外，碘化物是指包含碘的化合物，例如可以列举碱金属碘化物。溴化物或碘化物的使用量可以在能够促进氧化反应的范围内选择。相对于绝干1g的纤维素，溴化物和碘化物的合计量优选为0.1毫摩尔以上，更优选为0.5毫摩尔以上。上限优选为100毫摩尔以下，更优选为10毫摩尔以下，进一步优选为5毫摩尔以下。因此，相对于绝干1g的纤维素，溴化物和碘化物的合计量优选为0.1毫摩尔～100毫摩尔，更优选为0.1毫摩尔～10毫摩尔，进一步优选为0.5毫摩尔～5毫摩尔。

对氧化剂没有特别限制，例如可以列举卤素、次卤酸、亚卤酸、高卤酸、它们的盐、卤素氧化物、过氧化物等。其中，从廉价且环境负荷小的方面考虑，优选使用次卤酸或其盐，更优选使用次氯酸或其盐，进一步优选使用次氯酸钠。相对于绝干1g的纤维素，氧化剂的使用量优选为0.5毫摩尔以上，更优选为1毫摩尔以上，进一步优选为3毫摩尔以上。上限优选为500毫摩尔以下，更优选为50毫摩尔以下，进一步优选为25毫摩尔以下。因此，相对于绝干1g的纤维素，氧化剂的使用量优选为0.5毫摩尔～500毫摩尔，更优选为0.5毫摩尔～50毫摩尔，进一步优选为1毫摩尔～25毫摩尔，最优选为3毫摩尔～25毫摩尔。在使用N-氧基化合物的情况下，相对于1摩尔的N-氧基化合物，氧化剂的使用量优选为1摩尔以上。上限优选为40摩尔。因此，相对于1摩尔的N-氧基化合物，氧化剂的使用量优选为1摩尔～40摩尔。

对氧化反应时的pH、温度等条件没有特别限制，一般即使在相对温和的条件下，氧化反应也有效地进行。反应温度优选为4℃以上，更优选为15℃以上。上限优选为40℃以下，更优选为30℃以下。因此，温度优选为4℃～40℃，也可以为约15℃～约30℃、即室温。反应液的pH优选为8以上，更优选为10以上。上限优选为12以下，更优选为11以下。因此，反应液的pH优选为约8～约12，更优选为约10～约11。通常，随着氧化反应的进行，在纤维素中生成羧基，因此反应液的pH具有降低的倾向。因此，为了有效地进行氧化反应，优选添加氢氧化钠水溶液等碱性溶液，从而将反应液的pH保持在上述范围内。从易操作性、难以发生副反应等理由考虑，氧化时的反应介质优选为水。

氧化反应中的反应时间可以根据氧化进行的程度适当设定，通常为0.5小时以上。上限通常为6小时以下，优选为4小时以下。因此，氧化中的反应时间通常为0.5小时～6小时，例如为约0.5小时～约4小时。

氧化可以分为两步以上的反应来实施。例如，通过使在第一步的反应结束后过滤而得到的氧化纸浆再次在相同或不同的反应条件下氧化，能够在反应不受在第一步的反应中副产的食盐阻碍的情况下高效地进行氧化。

(改性纸浆原料的解纤)

首先，在解纤装置4的第一原料罐10中加入固体成分浓度为20％～30％的改性纸浆原料，利用软水或通过了离子交换柱36的工业用水离解为1.0％～2.5％。然后，从NaOH分配器38添加苛性钠进行pH调节。

接着，通过切换第一管道24的阀28，将改性纸浆原料从第一原料罐10经由原料泵30、原料冷却器32输送到空化器22中，并利用原料高压泵22a从喷嘴集管22b所具有的多个解纤喷嘴中喷出，进行改性纸浆原料的解纤。通过切换第二管道26的阀34，将由多个解纤喷嘴解纤而得的改性纸浆原料送到第二原料罐16中。

当第一原料罐10变空时，通过切换第一管道24的阀28，将改性纸浆原料从第二原料罐16经由原料泵30、原料冷却器32输送到空化器22中，利用原料高压泵22a并且利用在喷嘴集管22b所具有的多个解纤喷嘴进行改性纸浆原料的解纤。通过切换第二管道26的阀34，将由多个解纤喷嘴解纤的改性纸浆原料输送到第一原料罐10中。通过重复多次进行从第一原料罐10或第二原料罐16向空化器22输送改性纸浆原料的处理，将改性纸浆原料解纤而制造CNF。

作为将阀28切换之后到将阀34切换为止的时间，优选空出用于管道内的原料替换的时间。

(CNF)

在本发明中，将改性纸浆原料解纤而得到的CNF的纤维直径小于1μm。对CNF的平均纤维直径没有特别限制，长度加权平均纤维直径通常为约2nm～约980nm，优选为2nm～100nm。对CNF的平均纤维长度没有特别限制，长度加权平均纤维长度优选为50nm～2000nm。长度加权平均纤维直径和长度加权平均纤维长度(以下也简称为“平均纤维直径”、“平均纤维长度”)通过使用原子力显微镜(AFM)或透射型电子显微镜(TEM)观察各纤维而求出。CNF的平均长径比为10以上。对上限没有特别限制，但为1000以下。平均长径比可以通过下式计算。

平均长径比＝平均纤维长度/平均纤维直径

根据本实施方式，由于将包含解纤的预处理和解纤所需要的全部设备的可移动式改性纸浆解纤装置单元引入而使用，因此不需要在用户侧设置新设备，利用空化器对改性纸浆原料进行解纤，因此能够对解纤处理的程度进行微调，能够降低CNF的制造所需要的能量，能够抑制由于在现场制造CNF而产生的运输成本，并且能够降低CNF的提供价格。

需要说明的是，根据上述实施方式，通过使用可移动式纸浆解纤装置单元的现场解纤方法进行改性纸浆原料的现场解纤，但也可以通过上述实施方式的使用可移动式纸浆解纤装置单元的现场解纤方法对未改性的纸浆原料进行现场解纤。