(57)【要約】【課題】草本植物の茎を原料として、製紙原料や製糸原料となる繊維を短時間で効率的に大規模に製造する有効な方法が無かった。【解決手段】草本植物の茎を、水の存在下で加熱する軟化工程と繊維軸に沿って繊維と垂直方向にせん断力を与える解繊工程とを併用して処理することにより、種々の太さの繊維を効率的に製造することができるようになった。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
草本植物の茎を水の存在下で加熱する軟化工程と、茎の繊維軸方向に沿って繊維軸と垂直方向にせん断力を与える解繊工程とを併用することを特長とする繊維の製造方法。
【請求項２】
前記軟化工程と解繊工程との併用が、解繊工程、軟化工程、解繊工程の順で処理することを特長とする繊維の製造方法。
【請求項３】
前記軟化工程の温度が１００℃以上２５０℃以下、好ましくは１３０℃以上２００℃以下である請求項１または２に記載の繊維の製造方法。
【請求項４】
草本植物がサトウキビである請求項１または２に記載の繊維の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、紙パルプ、衣料、日用品等の各種産業分野において種々の目的、用途で利用されている非木材繊維の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
草本植物の植物体の一部あるいは全部を原料として製造された非木材繊維は、様々な産業分野で利用、加工され、紙や衣料、糸や布等の形で日常生活にも広範囲に役立っている重要な素材である。一方、稲、麦、コウリャン、サトウキビ、バナナ、ケナフ、キビ、トウモロコシといった植物体の集積が比較的容易で繊維原料となり得る草本植物は多いものの、それらの植物の茎は繊維としてはあまり活用されていないのが実情である。
【０００３】
非木材繊維の中でも、ワラや麻の茎からの繊維の製造は古くから行われており、和紙や織物の素材として伝統産業となっているものもある。こうした古くから伝わる繊維の製造方法としては、草本植物の茎を長時間、池や川の水にさらして繊維以外の部分を分解して繊維を得る方法や、大きな釜で草木灰を溶かした湯に茎を入れて煮る方法等があり、芭蕉からの繊維の効率的な製造方法として灰汁の組成や染色も同時に行う等の改良が加えられた方法が検討されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
しかしながら、この方法では灰汁の調製に必要な植物を大量に入手することが困難であり、工業的な大量生産には向かない。
【０００５】
より、大量生産が可能かと思われる製造方法として、パルプ繊維を製造することを目的とし、回転する処理槽内で植物繊維に苛性アルカリ溶液と過酸化水素溶液を反応させる方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。この方法では、装置を大型にすることで工業的な大量生産に対応することができるが、それに伴って大量の処理廃液が発生するため、環境負荷を低減するためには大規模な廃液処理工程も同時に必要になるという問題がある。
【特許文献１】特開２０００−２１２８２２号公報（第１〜７頁）
【特許文献２】特開２００１−０８９９８５号公報（第１〜５頁）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記実状を鑑みたものであって、未利用繊維資源とも言える草本植物の茎を活用して繊維を製造するにあたり、大量製造に適し、短時間で安価に製造可能な効率的製造方法の開発が求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため検討した結果、加熱による茎の軟化と茎の繊維軸と垂直方向にせん断力を与えることによる解繊により、繊維を製造できることを見出した。加熱に際しては１００℃以上２５０℃以下、好ましくは１３０℃以上２００℃以下の水蒸気を用いることによりリグニンの軟化が生じ、効果的な軟化処理ができることを見出した。さらに、原料としてサトウキビの茎を用いた場合に、優れた繊維を製造できることを見出した。
【０００８】
本発明における水の存在下で加熱する軟化工程とは、原料固形分重量に対して、５０〜５００％の水が存在する密閉環境下において、容器や容器内部を電気や水蒸気により加熱することにより原料の温度を上昇させ、主にリグニン成分を軟化させることを目的とした処理工程である。ほとんどの原料に対しては水のみで軟化可能だが、必要に応じ、酸やアルカリといった軟化を促進する薬品や漂白剤等の薬品を加えて処理しても良い。
【０００９】
本発明における茎の繊維軸方向に沿って繊維軸と垂直方向にせん断力を与える解繊工程とは、茎の繊維軸方向にほぼ直線状に作用点が連続あるいは断続的にあり、繊維軸と垂直方向に金属性の刃等を接触させ、これを移動させることにより作用するせん断力を茎に与えることにより、繊維間の結合を解裂させて解繊する工程である。一般的には茎の繊維軸とは茎の長軸方向である。
【００１０】
本発明における軟化工程と解繊工程とを併用するとは、軟化工程と解繊工程とを順に処理する他、軟化工程と解繊工程を同時に行う方法も含まれる。軟化工程と解繊工程はそれぞれどの様な組み合わせで何度行っても良いが、効率よく繊維を製造するためには、なるべく短時間で製造できる方が好ましいのは言うまでも無い。
【００１１】
本発明における軟化工程の温度とは、原料を入れた容器もしくは容器内部の水蒸気の温度のことである。
【００１２】
本発明により製造された繊維は、繊維の太さに対する繊維の長さの割合（アスペクト比）が１０以上であり、製紙原料や製糸原料として利用することができるが、それぞれの目的に応じて軟化工程と解繊工程の条件が異なることは言うまでもない。
【発明の効果】
【００１３】
本発明により、草本植物の茎を原料として大量に効率的に繊維を製造することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
原料となる茎は、解繊工程で一定の方向に均一にせん断力を与えるために可能な限り通直で長いものが良い。また、繊維となりにくい髄等の柔組織や、堅い表皮組織がある場合は出来る限り取り除いておく方が好ましい。原料の草本植物の茎は、繊維細胞を含むものであれば種類が限定されるものではないが、本発明の検討においては、サトウキビの茎を用いた際に特に良い結果が得られた。
【００１５】
軟化工程は、加圧容器を用いて所定量の茎と水、場合によっては必要な薬品を添加して密閉し、電気或いは内部に加圧水蒸気を加えることにより、容器や内部の水を加熱することにより実施できる。加熱温度は、原料の種類と薬品の添加の有無、希望の軟化程度により決定する。通常、植物では１００〜２５０℃で軟化処理できると考えられるが、１３０℃未満では軟化が不十分であったり、２００℃を超えると分解が促進されて収率が極端に低下する場合があり、１３０〜２００℃が好適な温度である場合が多い。
【００１６】
解繊工程は、二重円筒で、内筒が歯車の形状になる様な直線状の突起を備えた容器を用い、二重円筒の間隙に原料の茎を長軸方向が歯車の突起と平行になるように入れ、内筒を回転させることにより、茎にせん断力を与えるような装置を用いれば良い。せん断力の強度は、原料と繊維の用途によって調節すればよく、製紙原料であるパルプ繊維を製造する場合には、細胞レベルまで解繊するための強いせん断力を与え、製糸原料となる繊維を製造する場合には、茎の維管束組織を壊さない程度の弱いせん断力を与えれば良い。一般的には内筒の回転数を変化させたり、回転時間を変化させたりすることにより、茎に与えるせん断力を調節する。解繊工程は軟化工程と同程度の温度下で実施すると効果が高く、軟化工程と解繊工程を連続して行えるデファイブレーター（スンズデファイブレーター社製、スウェーデン）等の装置を用いて実施すると効果的である。
【００１７】
軟化工程と解繊工程とは、原料の種類と製造した繊維の用途により、適宜組み合わせれば良いが、均一な繊維を短時間に製造するためには、解繊工程、軟化工程、解繊工程の順に処理するのが最も効率が良い。解繊工程、軟化工程或いは軟化工程、解繊工程のみの組み合わせでは、製造される繊維の太さが不均一となりやすい。
【００１８】
本発明の方法により製造された繊維は、パルプとして製紙原料に使用したり、製糸原料として使用し、織物や布に加工することができる。
【実施例１】
【００１９】
脱葉し約５０ｃｍの長さに切りそろえた沖縄産サトウキビの茎をケインセパレーター（アムケイン社製）で処理した。柔細胞が多い茎の内部を取り除いた残りの、表皮を含む維管束の多い茎の外側部分が幅２〜５ｃｍ、長さ２５〜５０ｃｍの短冊状で得られた。
【００２０】
得られた短冊状の原料と、原料の固形分量の４倍の水をデファイブレーター（スンズデファイブレーター社製）に入れた。なお、このデファイブレーターは本来、木材からパルプを製造するための装置であり、本発明に適用するためには改良が必要である。そこで、外筒に取り付けられている刃を取り除く等して試料に加わるせん断力を弱くするための処置を施した。内筒を１５秒間回転する解繊工程の後、装置内に１ＭＰａ、温度約１８０℃の蒸気を導入して加熱し、２５分間保持する軟化工程を施し、さらに内筒を２秒間回転する解繊工程を施した。
【００２１】
蒸気をリークした後、処理物を取り出して水洗、脱水したところ、太さ０．１〜１ｍｍの製糸原料となる繊維を製造することができた。また、この時発生した廃液は、サトウキビ茎の成分やその分解物を含むのみであり、量も少ないことから廃液処理は容易であった。
【実施例２】
【００２２】
実施例１と同様に原料を調製し、デファイブレーターでの処理の際に、軟化処理後の解繊工程を１分間にした他は実施例１と同様の条件で処理した。処理物を水洗、脱水したところ、太さ数１０μｍの製紙原料となる繊維を製造することができた。
【実施例３】
【００２３】
実施例１と同様に原料を調整し、デファイブレーターでの処理の際に、２５分間の軟化工程とそれに続く１分間の解繊工程を施した。処理物を水洗、脱水したところ、太さ０．１〜５ｍｍ程度の繊維が得られた。製糸原料として使用可能であるが、実施例１で製造したものと比べて太さが不均一であるため、歩留まりの低下が懸念されるものとなった。このことから、軟化工程と解繊工程の適切な組み合わせにより、より好ましい状態の繊維を得ることができることが明らかである。
【００２４】
（比較例１）
実施例１と同様に原料を調整し、デファイブレーターに入れた。蒸気を導入せず常温で１５秒間の解繊工程のみ施して処理物を取り出したところ、処理物はフレーク状または粉状の混合物で繊維形状のものはほとんど認められなかった。
【００２５】
（比較例２）
実施例１と同様に原料を調整し、デファイブレーターに入れた。約１８０℃の蒸気を導入して加熱し、２５分間保持する軟化工程のみ施して処理物を取り出したところ、処理物は元の短冊型の形状を留めたまま、軟らかくなっているのみであり、繊維として利用できる状態にはなっていなかった。
【００２６】
比較例１、２より解繊工程または軟化工程単独では繊維を製造することは不可能であることは明らかであり、両者を併用することにより始めて繊維の製造が可能となった。
【産業上の利用可能性】
【００２７】
本発明により、草本植物の茎を原料とし、軟化工程と解繊工程を併用する製造方法により、短時間で効率的に大規模に繊維原料を製造することが可能となった。