(57)【要約】【課題】  本発明の課題は、再生可能な種々の天然の植物資源より、セルロース繊維の周囲にヘミセルロース、リグニン、樹脂成分を含み、分散性や強度などに優れた機能性を有す繊維束を提供することである。【解決手段】  植物原料をサルファイト（亜硫酸塩）蒸解、クラフト（硫酸塩）蒸解、アルカリ蒸解、熱水蒸煮、等の加熱処理することによって、セルロース重量に対してリグニンを５〜８０重量％、樹脂分を１〜５０重量％、ペントサンを１５重量％以下含有する植物繊維束を得る。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
セルロース重量に対してリグニンを５〜８０質量％、樹脂分を１〜５０質量％、ペントサンを１５質量％以下含有する植物繊維束。
【請求項２】
植物原料を水系で加熱処理した後、機械的に解繊処理するものである請求項１に記載の植物繊維束。
【請求項３】
セルロース繊維の周囲にヘミセルロース及び／又はリグニンが含まれる細胞単位の単繊維同士が組織化した高次構造をとる請求項１又は２に記載の植物繊維束。
【請求項４】
植物繊維束が、植物原料をサルファイト（亜硫酸塩）蒸解、クラフト（硫酸塩）蒸解、アルカリ蒸解、熱水蒸煮、から選択される少なくとも１種の加熱処理することにより得られる繊維束である請求項１〜３のいずれかに記載の植物繊維束。
【請求項５】
平均繊維長が５〜５０ｍｍ、アスペクト比が２０〜２００である請求項１〜４のいずれかに記載の植物繊維束。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載の植物繊維束を過熱蒸気で処理する植物繊維束。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかに記載の植物繊維束を用いる繊維補強材料。
【請求項８】
請求項１〜６のいずれかに記載の植物繊維束を疎水化処理した繊維補強材料。
【請求項９】
請求項１〜６のいずれかに記載の植物繊維束を無機成分と複合化した繊維補強材料。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれかに記載の植物繊維束を配合する成型物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、舗装材、構造材、建材、家具などの複合材に用いる植物由来の植物繊維束および成型物に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、エネルギー分野や材料分野においては、石油などの化石資源に大きく依存した産業構造となっている。プラスッチック製品、アスファルト舗装あるいは鉄筋コンクリートに代表されるセメント加工製品に補強や機能性を付与する目的で、高強度を有する有機系の炭素繊維やアラミド繊維などの石油資源由来の合成繊維あるいは無機系のガラス繊維などの繊維補強材料が使われてきた。
【０００３】
石油資源枯渇などの環境問題から、非石油系材料の開発が盛んになっており、代替可能な天然資源として、セルロース系材料は、資源量が多く再生可能で機械的強度に優れていることから、エンジニアプラスチックの分野では、繊維補強材として植物体の細胞単位の単繊維を取り出して配合する方法が実用化されている（非特許文献1、特許文献1）。
【０００４】
また、道路舗装材料やコンクリート資材の分野でもセルロース繊維が使われるが、主に増粘作用を訴求するものであり、天然繊維の持つ機械的強度をはじめとする多彩な機能を生かした使い方とはなっていなかった（特許文献2）。
【０００５】
さらに、媒体中で繊維間の分散性を改善し、天然繊維の持つ機械的強度を発現させる目的で、帯電防止剤を添加する試みが為されている。しかし、高価な薬剤を使用する必要があり、薬剤の有効濃度範囲が限られるだけでなく、製造工程の複雑化の避けられないものであった（特許文献3）。
【０００６】
一方で、植物体から高強度で靭性に優れ、且つ、生分解性を有す有意の長さの繊維束を取り出し強度を付与する試みとして、竹材を高圧容器内で蒸気加熱し所定温度で一定時間保持し、リリースバルブを開けて圧力を開放し爆砕処理した後、ローラーで潰して解繊する方法が検討され、得られた繊維束が、生竹より切り出した竹繊維束よりも高強度になることを報告している（非特許文献2、特許文献4）。
【０００７】
さらに特許文献5では、竹材を弱アルカリ処理で得られた竹繊維束を用い、複数の竹繊維束を撚って縄状に形成しさらに樹脂を含浸させ強度を有する竹繊維束の製造方法が提案されている。しかし、原材料が竹材に限定されるものであり、林地残材などの木質資源には適応できなかった。
【０００８】
また特許文献6では、木材原料から完全にはリグニンを除去することはせず、リグニンが除去されていない或いはリグニンの一部が除去されたパルプを、必要に応じて蒸煮し、機械的に解繊処理することによって、周囲がヘミセルロース、リグニンの順で被覆された構造の耐熱性を有すセルロースミクロフィブリル束の製造法が提案されている。微細繊維の単位まで加工するためには複雑な工程と、多くのエネルギーを消費するものであった。
【０００９】
一方で非特許文献3では、苛性ソーダと亜硫酸ソーダの水性混合物中での煮沸工程によって天然木材からリグニンとヘミセルロースを部分的に除去した後、高温圧縮によって細胞壁を全て潰して天然木材を完全に高密度化し、木材中のセルロースナノファイバーを高度に整列させる。バルクの天然木材を、強度、靭性、防弾性が10倍以上高く、寸法安定性が優れた高性能構造材料に直接変える簡便な手法が報告されている。しかしながら、繊維状または繊維束状の形態に加工できるものでは無かった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開2009-516032号公報
【特許文献２】特開2003-147709号公報
【特許文献３】特開2018-104263号公報
【特許文献４】特開2009-166397号公報
【特許文献５】特開2009-154387号公報
【特許文献６】特開2009-019200号公報
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】「材料」Vol.60,No.1,pp.79-85,(2011)
【非特許文献２】「材料」Vol.52,No.4,pp.353-356,(2003)
【非特許文献３】Nature volume 554, pages 224-228(08 February 2018)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
石油資源由来の合成繊維の強度に対抗する天然素材から成る繊維補強材料として、従来的には、材料が竹材に限定されており、さらに製造工程の複雑化が避けられず、エネルギー消費の大きいものであった。
【００１３】
また、セルロースを主体とする製紙用パルプは、水系・非水系にかかわらず繊維同士が凝集しやすく絡み合って分散し難いものであり、繊維補強材料としての強度も不十分であった。
【００１４】
本発明は、林地残材に代表される再生可能な種々の天然の植物資源より、効率よく取り出された、セルロース繊維の周囲にヘミセルロース、リグニン、樹脂成分を含む細胞単位の単繊維を組織化した有意の長さを持つ、分散性や強度などに優れた機能性を有す繊維束に関する。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
従来、伝統工芸の分野で、竹材は「油抜き」と称する技法で、弱アルカリ性の熱湯で蒸煮し、さらに乾燥後に熱処理を施すことで、例えば釣り竿などの竹製品に強度と耐久性を付与しており、素材に化学的な変性を施すことによって、物理的な性質を強化できることが知られていた。
【００１６】
竹などの植物材料は、導管、仮道管や師管を形成するパイプ状の細胞単位の繊維束の積層体からなる高強度のセルロースおよびヘミセルロース／リグニンの集合体であり、パイプ状の構造体が水分の導通や植物体の剛性と靭性を付与している。さらに竹など単子葉植物では繊維束と同じ方向に柔組織が、木材では、繊維束と垂直方向に放射柔組織が存在し、成長に関わる生体成分の輸送や貯蔵さらに構造体のクッションとしての役目を果たしている。
【００１７】
本発明は、植物体を蒸解または蒸煮することで、細胞壁の薄い柔組織から軟化させて裂け目を入れ、繊維束の積層体から一部のヘミセルロース／リグニンを脱落させ、その後機械的に裂け目を広げる方向に解繊することによって、細胞単位の単繊維を組織化した有意の長さ（原材料の繊維方向の長さ）を有する繊維束を得るものである。
【００１８】
また、元の原料に含まれる樹脂分は、残存するリグニンに固溶化することによって繊維束表面に被覆され、さらに、この後の乾燥過程で仮道管や師管を形成するパイプ状の繊維束の空洞が潰れることにより繊維束内の結合が強化されて高密度化し、高強度で多彩な機能を発現するものである。
【００１９】
さらに、過熱水蒸気を用いて１７０℃〜２００℃程度で乾燥させると、加えた熱によって、リグニン成分が熱可塑化の後熱硬化することで単繊維同士の結束がより強化され、繊維束の剛度がさらに上昇した乾燥体を得ることができる。
【００２０】
すなわち本発明は下記の発明を提供するものである。
（１）  セルロース重量に対してリグニンを５〜８０質量％、樹脂分を１〜５０質量％、ペントサンを１５質量％以下含有する植物繊維束。
（２）  植物原料を水系で加熱処理した後、機械的に解繊処理するものである（１）に記載の植物繊維束。
（３）  セルロース繊維の周囲にヘミセルロース及び／又はリグニンが含まれる細胞単位の単繊維同士が組織化した高次構造をとる（１）又は（２）に記載の植物繊維束。
（４）  植物繊維束が、サルファイト（亜硫酸塩）蒸解、クラフト（硫酸塩）蒸解、アルカリ蒸解、熱水蒸煮、から選択される少なくとも１種の加熱処理で得られる繊維束である（１）〜（３）のいずれかに記載の植物繊維束。
（５）  平均繊維長が５〜５０ｍｍ、アスペクト比が２０〜２００である（１）〜（４）のいずれかに記載の植物繊維束。
（６）  （１）〜（５）のいずれかに記載の植物繊維束を過熱蒸気で処理する植物繊維束。
（７）  （１）〜（６）のいずれかに記載の植物繊維束を用いる繊維補強材料。
（８）  （１）〜（６）のいずれかに記載の植物繊維束を疎水化処理した繊維補強材料。
（９）  （１）〜（６）のいずれかに記載の植物繊維束を無機成分と複合化した繊維補強材料。
（１０）  （１）〜（９）のいずれかに記載の植物繊維束を配合する成型物。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の繊維束は、疎水性のリグニンや樹脂分が含まれており、繊維束の表面が適度の電荷と疎水性を示すことによって種々の媒体で分散性に優れるとともに剛性が高く、繊維束同士が絡まりにくい材料となる。また、各種複合材料に配合すると、リグニンの有する熱可塑性／熱硬化性によって成型時に繊維束が融着し、より強固な成型体が得られる。さらに、樹脂分の持つ防腐作用など、成型体に種々の機能を付与することができる。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
従来的に紙パルプ産業では、製品の紙の品質維持のため、大きさの揃った細胞単位の単繊維を使用する必要があり適応できる樹種が限られていた。これに対し本発明は、細胞単位の単繊維が重層した組織部分を効率よく強度を維持したまま抜き出し、平均長が５〜５０ｍｍ程度、アスペクト比が２０〜２００程度の繊維束に加工するものである。この繊維束は細胞単位の形状に依存しないため、単繊維の形状の異なる種々の樹種や部位でも適応できる。
【００２３】
本発明に使用される繊維束を供給するための植物原料としては、従来のパルプや建材に使用されていた植物原料を広く使用でき、例えば木材、竹・笹、麻、ジュート、ケナフ、農作物残廃物、などが挙げられる。好ましくは、木質材料がよく、ほとんどの材に含まれるタンニンなどのフラボノイド類の重合により単繊維間の結束が強化され剛性が高くなる。さらに好ましくは、樹脂成分が豊富に含まれる針葉樹材がよく、例えば、松材を使用すれば含まれる樹脂酸類により繊維束の表面に界面活性作用を付与でき、さらに杉材や桧材などを使用すれば含有されるフェルギノールなどのテルペン類に由来する殺蟻活性、シロアリ摂食阻害活性、抗菌活性など様々な機能を成型体に付与することができる。
【００２４】
植物原料から繊維束を取り出す方法としては、植物原料中のリグニンや樹脂分が残存する方法ならいずれでもよいが、好ましくは、繊維束中のセルロース含有重量に対しリグニン含有重量が５〜８０質量％、樹脂分を１〜５０質量％、ペントサンを１５質量％以下となる繊維束化の方法を用いることができる。
【００２５】
具体的な事例として、次のような処理工程が挙げられる。
Ａ.〔原料〕⇒〈切削/破砕〉⇒〈蒸解もしくは蒸煮・選別〉⇒〈圧搾・解繊・分級〉⇒〈乾燥〉
Ｂ.〔原料〕⇒〈切削/破砕〉⇒〈蒸解もしくは蒸煮・選別〉⇒〈圧搾〉⇒〈乾燥・解繊・分級〉
なお、本発明においては、繊維束を取り出すための化学的な熱処理を「蒸煮」と称し、「蒸解」とはパルプ化のための「蒸煮」と「解繊」を内包する下位の概念と解することができる。
【００２６】
本発明に原料のうち木質系原料にあっては、繊維束の取り出しを容易に行えるように、辺・芯材と樹皮を分割し、予め５０ｍｍ以下のサイズに粗破砕しておくのが好ましい。この皮むき、粗粉砕はバーカー、クラッシャー、チッパーなどの通常の粗破砕加工に慣用されている破砕機などを用いることができる。
【００２７】
竹・笹や草本系原料にあっては、蒸煮の効率が良好であるため破砕の必要はなく、反応容器に入る大きさに切断し、束ねた状態で用いればよく、解砕に適した長さに切りそろえても良い。
【００２８】
蒸解もしくは蒸煮・解繊処理は、たとえば、紙パルプ業界で汎用される、原料をサルファイト（亜硫酸塩）蒸解、クラフト（硫酸塩）蒸解、アルカリ蒸解、熱水蒸煮、アルカリ処理、酸素酸化処理、次亜塩素酸ナトリウム処理、亜硫酸塩処理等により化学的に或いは化学的及び機械的に繊維束化することができる。事例として、ケミカルパルプ化法（ＣＰ，（クラフトパルプ化法（ＫＰ）、亜硫酸パルプ化法（ＳＰ）など）、セミケミカルパルプ化法（ＳＣＰ）、ケミグランドパルプ化法（ＣＧＰ）、ケミメカニカルパルプ化法（ＣＭＰ）などの製造工程で生成する蒸解／未蒸解パルプ等を挙げることができる。リグニンや樹脂分が残存し所定量含まれていれば、本発明における粗繊維束として利用可能である。
【００２９】
また、蒸煮・解繊処理は、木質ボード業界で慣用されている、熱水蒸煮、亜硫酸塩蒸煮、アルカリ蒸煮などの湿式の加熱処理で得られる粗繊維束なども利用可能である。さらに蒸煮工程と解繊工程を連続して行えるデファイブレーター等の装置を用いて実施すると効果的である。
【００３０】
本発明の植物繊維束を得る方法の一つの方法として、クラフト（硫酸塩）蒸解について以下に説明する。
【００３１】
本発明の繊維束は木材チップをクラフト蒸解した後に繊維化されずに残存した物、所謂蒸解粕を原料とすることが好ましい。原料となる木材チップに、従来的に化学パルプ化が困難といわれる材種、例えは、紫檀、黒檀、杉心材などを配合することで、これらの材から効率的に蒸解粕に転換することができる。また、原料となる木材チップに粗大なチップや蒸解され難い節の部分を混入させておくと、蒸解が不均一となるので、蒸解粕を含むパルプを効率的に製造することが可能となる。例えば、チップを篩い分けした際、長径が２２．４ｍｍ以上の粗大チップを１０％以上混入させておくことが好ましく、１５％以上を混入させておくことがより好ましい。さらに、蒸解後のノッターや精製工程において、パルプ分と蒸解粕を分離することが可能となる。
【００３２】
木材チップは蒸解液と共に蒸解釜へ投入され、クラフト蒸解に供する。また、ＭＣＣ、ＥＭＣＣ、ＩＴＣ、Ｌｏ−ｓｏｌｉｄなどの修正クラフト法の蒸解に供しても良い。また、１ベッセル液相型、１ベッセル気相／液相型、２ベッセル液相／気相型、２ベッセル液相型などの蒸解型式なども特に限定はない。すなわち、本願のアルカリ性水溶液を含浸し、これを保持する工程は、従来の蒸解液の浸透処理を目的とした装置や部位とは別個に設置してもよい。木材チップと薬液の液比は、例えば、１．０〜５．０Ｌ／ｋｇとすることができ、１．５〜４．５Ｌ／ｋｇが好ましく、２．０〜４．０Ｌ／ｋｇがさらに好ましい。
【００３３】
また、本発明においては、キノン化合物を含むアルカリ性蒸解液を蒸解釜に添加してもよい。キノン化合物を含むアルカリ性蒸解液を添加する場合は絶乾チップ当たり０．０１〜１．５質量％が好ましい。
【００３４】
使用されるキノン化合物はいわゆる公知の蒸解助剤としてのキノン化合物、ヒドロキノン化合物又はこれらの前駆体であり、これらから選ばれた少なくとも１種の化合物を使用することができる。これらの化合物としては、例えば、アントラキノン、ジヒドロアントラキノン（例えば、１，４−ジヒドロアントラキノン）、テトラヒドロアントラキノン（例えば、１，４，４ａ，９ａ−テトラヒドロアントラキノン、１，２，３，４−テトラヒドロアントラキノン）、メチルアントラキノン（例えば、１−メチルアントラキノン、２−メチルアントラキノン）、メチルジヒドロアントラキノン（例えば、２−メチル−１，４−ジヒドロアントラキノン）、メチルテトラヒドロアントラキノン（例えば、１−メチル−１，４，４ａ，９ａ−テトラヒドロアントラキノン、２−メチル−１，４，４ａ，９ａ−テトラヒドロアントラキノン）等のキノン化合物であり、アントラヒドロキノン（一般に、９，１０−ジヒドロキシアントラセン）、メチルアントラヒドロキノン（例えば、２−メチルアントラヒドロキノン）、ジヒドロアントラヒドロアントラキノン（例えば、１，４−ジヒドロ−９，１０−ジヒドロキシアントラセン）又はそのアルカリ金属塩等（例えば、アントラヒドロキノンのジナトリウム塩、１，４−ジヒドロ−９，１０−ジヒドロキシアントラセンのジナトリウム塩）等のヒドロキノン化合物であり、アントロン、アントラノール、メチルアントロン、メチルアントラノール等の前駆体が挙げられる。これら前駆体は蒸解条件下ではキノン化合物又はヒドロキノン化合物に変換する可能性を有している。
【００３５】
蒸解液は、対絶乾木材チップ重量当たりの活性アルカリ添加率（ＡＡ）を５〜３５質量％とすることが好ましい。活性アルカリ添加率が５質量％未満であると蒸解が進行しないため繊維束の収率が低下し、３５質量％を超えると蒸解が過度になり繊維束の収率が低下する。ここで活性アルカリ添加率とは、ＮａＯＨとＮａ２Ｓの合計の添加率をＮａ２Ｏの添加率として換算したもので、ＮａＯＨには０．７７５を、Ｎａ２Ｓには０．７９５を乗じることでＮａ２Ｏの添加率に換算できる。また、硫化度は２０〜３５％の範囲が好ましい。
【００３６】
クラフト蒸解は、１００〜１８０℃の温度範囲で行うことが好ましく、１１０〜１６０℃がより好ましい。温度が低すぎると蒸解が進行しないため繊維束の収率が低下し、温度が高すぎると繊維束が繊維化されしまい収率が低下する。また、本発明における蒸解時間とは、蒸解温度が最高温度に達してから温度が下降し始めるまでの時間であるが、蒸解時間は、３０分以上３６０分以下が好ましく、５０分以上２２０分以下がさらに好ましい。蒸解時間が３０分未満では蒸解が進行しないため繊維束の収率が低下し、３６０分を超えると繊維束が繊維化されしまい収率が低下する。
【００３７】
また、本発明におけるクラフト蒸解は、Ｈファクター（Ｈｆ）を指標として、処理温度及び処理時間を設定することができる。Ｈファクターとは、蒸解過程で反応系に与えられた熱の総量を表す目安であり、下記の式によって表わされる。Ｈファクターは、チップと水が混ざった時点から蒸解終了時点まで時間積分することで算出する。Ｈファクターとしては、３００〜２０００が好ましい。
Ｈｆ＝∫exp（43.20−16113／Ｔ）ｄｔ
［式中、Ｔはある時点の絶対温度を表す］
【００３８】
また、クラフト蒸解において、同時に得られる未晒クラフトパルプのカッパー価が３０以上となるようにクラフト蒸解を行うと、過度に木材チップが蒸解されることなく本発明の繊維束の原料となる蒸解粕が比較的多く得られるので好ましい。
【００３９】
本発明の繊維束は平均繊維長が５〜５０ｍｍ、アスペクト比(長径比)が２０〜２００であることが好ましく、本発明の事例の処理工程が適応することで該当する繊維束を得ることができる。また、必要に応じて分級処理を行っても良く、このような繊維束は、植物原料を上述の蒸解もしくは蒸煮・解繊処理した後、分級処理をすることによって、平均繊維長が５〜５０ｍｍ、アスペクト比（長径比）が２０〜２００の範囲内の特定の画分に特化して調整することができる。
【００４０】
繊維束の分級処理としては、湿式或いは乾式の何れでも行うことができる。
【００４１】
湿式で繊維束を分級する方法としては、例えば、スリットスクリーン法、サイクロン法、比重分離方法、浮遊選別方法などが利用できるが、この中でも水流を利用した液体サイクロンを利用する方法が好ましい。本法を利用すると、繊維束混合物を直接投入できる利便性があり、連続的に分級し、低コストで回収することが可能となる。また、液体サイクロンとしては、従来公知のもの、例えば、単体サイクロン（商品名、セントリクリーナー）、マルチサイクロンなどを利用することができる。
【００４２】
また、乾式で繊維束を分級する方法としては、篩い分け法、サイクロン法、など従来公知のものが利用できる。サイクロン法を利用することが好ましく、連続的に分級し、低コストで回収することが可能となる。サイクロンが乾燥機などに組み込まれた業界公知の設備を用いることもでき、工程の短縮が可能になる。
【００４３】
本発明においては、リグニンや樹脂分を含有する粗繊維束は、湿式或いは乾式で解繊することができる。解繊に用いられる機械としては、シングルディスクリファイナー、ダブルディスクリファイナー、コニカル型リファイナー等のリファイナー類、ニーダー、エッジランナー、ビーター、ＰＦＩミルその他の叩解機類、ブレンダー、デフレーカー等の撹拌機類、ハンマーミル、ピンミル、ロールミル等の粉砕機類、その他フラッファー等の解砕機、反毛機等の開繊機が挙げられる。
【００４４】
さらに、ロールプレス、スクリュープレス、レシプロプレスなどプレス類で圧搾処理をし、粗繊維束に圧力を加え脱水することによって、パイプ状の繊維束内の空洞が変形し、潰れることで繊維内の結合が強化される。加圧脱水により水分量を減じることができ、乾燥エネルギーが削減され、省エネルギーにも貢献できる。
【００４５】
また、乾燥工程で過熱蒸気を用いても良い。１７０℃〜２００℃程度で処理することができ、乾燥で加わった熱によって、リグニン成分が熱可塑化の後、熱硬化することで単繊維同士の結束が強化され繊維束の剛度が上昇する。さらに乾式で解繊を進めることによって任意の大きさの剛度に優れた繊維束を得ることもできる。
【００４６】
乾式で繊維束の解繊を進める方法としては、ハンマーミル、ロールミル等の粉砕機類、フラッファー等の解砕機類、反毛機等の開繊機類が利用できる。
【００４７】
このような繊維束を得る装置として、半乾燥状態で解繊するもの及び過熱蒸気などの導入によるフラッシュ乾燥を組み合わせた機械等、業界公知のものを用いることで、効率よく繊維束の乾燥体を得ることができる。
【００４８】
さらに、蒸煮・解繊処理で得られた粗繊維束は、湿式でニーダーやエッジランナーなどによる叩解によって圧搾と解砕の処理を同時に行うことができ、この後蒸気乾燥することもできる。
【００４９】
このようにして得られた繊維束は、セメントなどの水系媒体では表面の適度な荷電、疎水性および剛度によって、高い分散性を示すようになる。さらに、表面の適度な疎水性は、支持体が親水性の繊維にもかかわらず、非水系のアスファルトやプラスチックにおいても分散性に優れ、強化繊維として種々の媒体に馴染みの良いものとなる。
【００５０】
また、本発明で得られる繊維束に含まれるリグニン類や樹脂分は、反応性に富むものであり容易に化学的な変性を加えることができる。公知の方法を用い、繊維束に疎水性成分を含浸させる、または含まれるフェノール性水酸基を有すリグニン類とアルデヒド類を縮合させて樹脂化させ疎水化処理を行う、あるいは、繊維束表面のイオン性を利用して無機物と複合化させる事もできる。
【００５１】
本発明の繊維束を利用した繊維補強材や成型物としては、以下に例示されるが、これらに限定されるものではない。
1）鉄筋コンクリートなどの建設資材
2）アスファルト舗装やセメントコンクリート舗装などの道路舗装資材
3）強化繊維等を添加した大型３Ｄプリンターに用いる資材
4）木片、木質パルプ、木質繊維等を添加したセメント板（木質セメント板） 、セメント押出成形板、パルプセメント板、石膏板、ケイ酸カルシウム板、炭酸マグネシウム板、ハードボード、中密度繊維板、発砲ボード、などの建築資材、日用品・楽器などの部材
5）強化プラスチックやＷＰＣ（木質プラスチック複合体）の配合繊維として、複雑な形状に加工する家電製品の躯体、航空宇宙材料、自動車部品、スポーツ用品、家具、日用品、などの成型物
6）マルチパック用紙、不織布、和紙、プリント基板原紙、などの原紙材料および成型物
素材に界面活性作用や適度な疎水性を付与することで成型体製造時の作業性が改善され、さらに、成型体に石油化学系の合成繊維と同等の補強効果が得られるだけでなく、原材料の持つ、撥水性、殺蟻活性、シロアリ摂食阻害活性、抗菌活性などの種々の機能が付与され、耐久性にも優れたものとなる。
【００５２】
また、本発明の繊維束は、紙パルプや木質ボード製造設備など、既存の設備を流用して製造することもできる。これにより廃棄物量を極小化でき、事業所全体としての省エネルギーに貢献できる。
【００５３】
通常の木質材料から製造するパルプは、その大きさが植物種特有の細胞の大きさに依存する。このため心材からは繊維長の長いパルプが得られない。これに対し、本発明を適用することで、材種に関わらず比較的繊維長の長い任意の長さの繊維束を取り出すことができる。また、繊維束にさらに熱処理を加えたことにより物理的な強度も向上する。
【００５４】
本発明による繊維束は、熱安定性に劣るペントサンの含有量が原料の原木に比べ半減しており、文献的知見より、木材で耐久性が落ちる１００〜２００℃程度の高温でも劣化の少ないことが期待できる（特許文献6）。このため、アスファルト舗装の施工など、製造、施工で高温性の工程を有していても安定した品質で製品を供給することができる。
【００５５】
さらに、原材料に含まれる樹脂類については、材種を選択することにより、繊維束に種々の成分を含有させることができる。例えば、広葉樹のクラフト蒸解で得られた繊維束には、抗酸化作用が期待できるタンニンなどのポリフェノール類が含まれている。また、杉材を原料にしてクラフト蒸解で得られた繊維束には、殺蟻活性、シロアリ摂食阻害活性、抗菌活性などの機能を有すテルペン類のフェルギノールなどが含まれており、製品に付加価値を付与することができる。
【００５６】
さらに、杉材を原料にした繊維束には、フェノール性水酸基を有すテルペン類やリグニンが多く含まれている。フェノール類は反応性に富み、繊維束に含まれた状態で重合剤と反応させることで、高強度な樹脂含浸繊維束を得ることができる。
【００５７】
一方で、サルファイト蒸解で得られる繊維束には、リグニンが変性して得られるリグニンスルホン酸が多く含まれている。分子内に強アニオン性のスルホ基が形成されており、繊維束がアニオン性の界面活性作用を有す素材としてだけでなく、多価のカチオンと複合体を作る支持体としても有用である。
【００５８】
さらに、松材を原料にしてサルファイト蒸解で得られた繊維束には、リグニンスルホン酸や樹脂酸類が多く含まれている。樹脂酸は多価の金属カチオンと金属石鹸様の複合塩を形成し、リグニンスルホン酸とともにコンクリート混和剤として使われている。このため、セメント系の媒体中で繊維束の分散性が良好となる。この様に本発明で得られる繊維束は繊維補強材料としてだけでなく、種々の機能を有す基材としても有用である。
【実施例】
【００５９】
以下に実施例に基づき、本発明を更に詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。なお、特に記載しない限り、本発明において、％などは重量基準であり、数値範囲はその端点を含むものとする。
【００６０】
実験法
＜分析・用語＞
本発明の分析・用語は原則として、Japan TAPPI紙パルプ試験方法に従った。
（1）セルロース
Japan TAPPI紙パルプ試験方法No.65「パルプ材−ホロセルロース含有率試験方法」で得られたホロセルロースを、JIS P8101：1994「溶解パルプ試験方法」に従いα-セルロースを測定し、セルロース量とした。
（2）リグニン（Klason Lignin）
Japan TAPPI紙パルプ試験方法No.61「パルプ材−リグニン含有率試験方法」に従い、リグニン量を測定した。
（3）樹脂分（有機溶媒可溶分）
Japan TAPPI紙パルプ試験方法No.63「パルプ材−アルコール・ベンゼン可溶分試験方法」に従い有機溶媒可溶分を測定し樹脂分量とした。
（4）ペントサン
Japan TAPPI紙パルプ試験方法No.64  「パルプ材−ペントサン含有率試験方法」に従い、ペントサン量を測定した。
（5）繊維長
JIS P8226-2：2011(ISO 16065-2：2007)「パルプ−光学的自動分析法による繊維長測定方法−第 2 部：非偏光法」に従い、長さ加重平均繊維長で表した。
【００６１】
［実施例１］
製紙用の松材切削チップを篩い分け器（ジャイロシフター）を使用して篩い分けした後に混合し、サイズが９．５〜３１．５ｍｍのチップを得た。
得られた松材のチップを回転型オートクレーブを用いて、１２０℃、６０分間、クラフト蒸解薬液の浸透を行った後、蒸解温度１４０℃で６０分間、蒸解を行い、元のチップの形の残る未蒸解パルプを得た。薬液は、活性アルカリ１０５ｇ／Ｌ（Ｎａ２Ｏ換算値）、ＮａＯＨ７５．６ｇ／Ｌ（Ｎａ２Ｏ換算値）、Ｎａ２Ｓ２９．４ｇ／Ｌ（Ｎａ２Ｏ換算値）、硫化度２８％の組成で、木材チップと蒸解薬液との液比は３．２（L／ｋg）とした。
蒸解終了後、チップの形状を残したままの未蒸解物は、１５倍量の６０℃温水で３０秒間手もみ洗浄を行った。さらにＰＦＩミルを用いて回転数１０００、クリアランス幅1ｍｍで叩解処理を行った。
【００６２】
この後、繊維束を手で軽く絞り、ほぐした後、スチームオーブンレンジの過熱蒸気で１８０℃、３０分間処理し、風乾した。
得られた繊維束のセルロース量、ヘミセルロース量、リグニン量、樹脂量、ペントサン量を測定し比率を算出した、結果を表１に示した。
【００６３】
［比較例１］
実施例１で用いたチップを、１６０℃で２４０分間蒸煮して得られた繊維状の蒸解パルプを実施例1と同様の乾燥処理をして比較対象とした。
【００６４】
［実施例２］
日本製紙（株）工場での白樺材主体のクラフトパルプ蒸解工程で発生するスクリーン・ノット粕（木材の節や心材部は反応性が悪く、未蒸解の状態で残りやすい）を原材料とし、常圧リファイナー（熊谷理器工業BR-300CB）にてプレート間隔０．７ｍｍ、濃度２０％の条件で解繊した後、スクリュープレスで圧搾し、過熱蒸気装置（第一高周波工業（株）Super-Hi10）を接続した蒸気箱内で２００℃の過熱蒸気で約３０分間処理して乾燥させ、繊維束区分を得、成分分析を行った。
【００６５】
［比較例２］
実施例２と同じロットで製造した蒸解パルプについて、解砕処理は行わず、過熱蒸気で乾燥した後に実施例２と同様の分析をして比較対象とした。
【００６６】
［実施例３］
日本製紙（株）工場での松材主体のサルファイトパルプ蒸解工程で発生するスクリーン・ノット粕を原材料とし、10倍量の水に懸濁の後、傾斜スクリーンで捕集し、スクリュープレスで圧搾し、過熱蒸気装置（第一高周波工業（株）Super-Hi10）を接続した蒸気箱内で２００℃の過熱蒸気で約３０分処理して乾燥させ、ハンマーミル（（株）奈良機械製作所ハンマーミル（HM））で解砕後、１０メッシュのスクリーンで篩い分け、非通過区分に繊維束区分を得、成分分析を行った。
【００６７】
［比較例３］
実施例３と同じロットで製造した蒸解パルプについて、解砕処理は行わず、過熱蒸気で乾燥した後に実施例３と同様の分析をして比較対象とした。
【００６８】
［実施例４］
林地残材の杉材を原料とする木材破砕チップを、篩い分け器（ジャイロシフター）を使用して篩い分けし、サイズが９．５〜５３ｍｍの木材チップを得た。
竪型オートクレーブ（容積：約２．５Ｌ）を用い、この木材チップに液比３．２Ｌ／ｋｇとなるようにアルカリ蒸煮液を加え、１３０℃にて約５０分間、蒸解処理を行った。薬液は、活性アルカリ１０５ｇ／Ｌ（Ｎａ２Ｏ換算値）、ＮａＯＨ７５．６ｇ／Ｌ（Ｎａ２Ｏ換算値）の組成で、木材チップと蒸解薬液との液比は３．２（L／ｋg）とした。
続いて、加圧シングルディスクリファイナー（熊谷理器工業BRP-45-300SS）を用いて、１３３℃、プレート間隔０．７ｍｍ、濃度40％の条件で蒸解チップの叩解を行った。
続いて、フラットスクリーン（5カットプレート板、スリット幅０．１３ｍｍ）にて、不通過分を集め、得られた画分をスチームオーブンレンジの過熱蒸気で１８０℃、３０分間処理したのち、風乾し、得られた繊維束について分析した。
【００６９】
［比較例４］
実施例４で用いたチップを、竪型オートクレーブで薬液に水を使い、チップを内籠に入れて水とチップが直接接触しない状態で、１３０℃にて約５０分間、蒸気処理を行ったチップを実施例4と同じ操作で処理して比較対象とした。
【００７０】
［実施例５］
原料をカラ松材に変え、蒸煮に用いる薬液を水に変えた以外は、実施例4と同様の操作をし、得られた繊維束について分析した。
【００７１】
［比較例５］
実施例５で用いたチップを、竪型オートクレーブで薬液に水を使い、チップを内籠に入れて水とチップが直接接触しない状態で、１３０℃にて約５０分間、蒸気処理を行ったチップを実施例４と同じ操作で処理して比較対象とした。
【００７２】
【表１】
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【００７３】
表１に示されるように、クラフト蒸解（実施例１、２）、サルファイト蒸解（実施例３）、アルカリ蒸解（実施例４）、熱水蒸煮（実施例５）の条件を調整することにより、本発明のセルロース重量に対してリグニンを５〜８０質量％、樹脂分を１〜５０質量％、ペントサンを１５質量％以下含有する植物繊維束を製造することができた。
【００７４】
［実施例６］
日本製紙（株）工場での松材主体のサルファイトパルプ蒸解工程で発生するスクリーン・ノット粕を原材料とし、パルプ製造工程で発生するアルカリ洗浄液で中和の後、傾斜スクリーンで捕集し、スクリュープレスで圧搾し、過熱蒸気装置（第一高周波工業（株）Super-Hi10）を接続した蒸気箱内で２００℃の過熱蒸気で約３０分処理して乾燥させ、ハンマーミル（（株）奈良機械製作所ハンマーミル（HM））で解砕後、１０メッシュのスクリーンで篩い分け、非通過区分に疎水性成分に富む繊維束区分を得た。コンクリートに配合する繊維補強材として利用できる。
【００７５】
［実施例７］
日本製紙（株）工場での杉材主体のクラフトパルプ蒸解工程で発生するスクリーン・ノット粕を原材料とし、常圧リファイナー（熊谷理器工業BR-300CB）にてプレート間隔０．７ｍｍ、濃度２０％の条件で解繊した後、固形分に対して10％量のホルムアルデヒドを加え常温で一時間撹拌後、スクリュープレスで固形分を圧搾し、過熱蒸気装置（第一高周波工業（株）Super-Hi10）を接続した蒸気箱内で２００℃の過熱蒸気で約３０分間処理して乾燥させ、疎水性成分を化学変性させた疎水化繊維束区分を得た。剛性が強化されており、グラスファイバーの代替として種々の繊維補強材として利用できる。
【００７６】
［実施例８］
日本製紙（株）工場での杉材主体のクラフトパルプ蒸解工程で発生するスクリーン・ノット粕を原材料とし、常圧リファイナー（熊谷理器工業BR-300CB））にてプレート間隔０．７ｍｍ、濃度２０％の条件で解繊した後、繊維束のスラリーを常温で撹拌しながら硫酸ピッチを滴下してｐＨを６〜８に調節した後、傾斜スクリーンで固形分を捕集後さらにスクリュープレスで圧搾し、過熱蒸気装置（第一高周波工業（株）Super-Hi10）を接続した蒸気箱内で２００℃の過熱蒸気で約３０分間処理して乾燥させ、疎水性成分を含浸させた疎水化繊維束区分を得た。舗装用アスファルト合材に配合する繊維補強材として利用できる。
【００７７】
［実施例９］
日本製紙（株）工場での杉材主体のクラフトパルプ蒸解工程で発生するスクリーン・ノット粕のスラリーに固形分に対して５０％量の廃食用油を加え、約７０度に加温して一時間撹拌後、常圧リファイナー（熊谷理器工業BR-300CB）にてプレート間隔０．７ｍｍ、濃度２０％の条件で解繊した後、傾斜スクリーンで固形分を捕集後さらにスクリュープレスで圧搾し、過熱蒸気装置（第一高周波工業（株）Super-Hi10）を接続した蒸気箱内で２００℃の過熱蒸気で約３０分間処理して乾燥させ、脂肪酸類を含浸させた疎水化繊維束区分を得た。舗装用アスファルト合材の中の常温合材に配合する繊維補強材として利用できる。
【００７８】
［実施例１０］
日本製紙（株）工場での松材主体のサルファイトパルプ蒸解工程で発生するスクリーン・ノット粕を、スクリュープレスで圧搾し、得られた粗繊維束（固形分約３０％）を、コンクリートミキサーに投入し、繊維束の固形分に対して等量の消石灰粉末を混錬しながら加えフレーク状の湿潤体を得た。湿潤状態のまま工場排ガス雰囲気下で一週間養生し、繊維束と炭酸カルシウムの複合体を得た。コンクリートや木質セメント板に配合する繊維補強材として利用できる。
【００７９】
［実施例１１］
日本製紙（株）工場での松材主体のサルファイトパルプ蒸解工程で発生するスクリーン・ノット粕を、スクリュープレスで圧搾し、得られた粗繊維束（固形分約３０％）を、コンクリートミキサーに投入し、繊維束の固形分に対して、消石灰（４０％）、亜硝酸カルシウム（１２％）、硫酸アルミニウム（３０％）を混錬しながら逐次添加することでフレーク状の湿潤体を得た。湿潤体は天日で乾燥し、無機成分として石膏（CaSO4・2H2O）と防錆作用のある亜硝酸型ハイドロカルマイト（Ca2Al(OH)6・(NO2)・nH2O）を含む繊維束との複合体を得た。鉄筋コンクリートに配合する防錆効果を有した繊維補強材として利用できる。