(57)【要約】【課題】  少なくとも竹の維管束を容易に解繊可能とし、望ましくは維管束に含まれる個々の単繊維を取得可能とする。【解決手段】  竹材に対して、（Ａ）冷凍処理、（Ｂ）解凍処理、（Ｃ）解繊処理を順に施す。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
竹材を冷凍し、解凍した上で解繊処理を施すことを特徴とする竹材の解繊方法。
【請求項２】
竹材の冷凍前に爆砕処理を行う請求項１記載の竹材の解繊方法。
【請求項３】
竹材の冷凍前に、竹材の水分を富化させる請求項１記載の竹材の解繊方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、竹材の解繊方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ガラス繊維の代替品として期待される植物系天然繊維の中でも、特に、国内外を問わず豊富に存在し、かつ成長が早い天然資源である竹から採取される竹繊維が注目されている。例えばガラス繊維を補強材とする複合樹脂組成物では、ガラス繊維に代えて竹繊維を使用することが試みられており、この竹繊維含有樹脂組成物の一例が特開平１１−１４７２１１号公報や特開２００２−２１０８３８号公報などに記載されている。
【特許文献１】特開平１１−１４７２１１号公報
【特許文献２】特開２００２−２１０８３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
図３に、竹の横断面組織をモデル化して示す。図示のように、竹の横断面組織は、柔細胞からなる木質部２と、竹の長手方向に延び、木質部２中に多数散在する維管束１とに大別される。このうち、維管束１は、図４に拡大して示すように、水分を運搬するための道管３と、主に養分を運搬する師管４と、これら道管３と師管４の周りを取り囲む維管束鞘５とで構成される。この維管束鞘５は繊維径５μｍ〜３０μｍ程度の単繊維６の集合体であり、単繊維６同士は結着成分を介して強固に結着されている。この結着成分はリグニンが主成分であると考えられている。
【０００４】
この結着成分による単繊維６同士の結着強度は非常に高く、ローラやカッター、あるいはミキサー等で機械的に解繊処理を施しただけでは、維管束鞘５を解繊することは難しい。現状で竹繊維として市販されているものは、ほとんど機械的に解繊されており、また繊維径が数百μｍに達することから考えても維管束１もしくは維管束鞘５の状態にすぎないと考えられる。前記特許文献中でも竹繊維を使用しているが、その何れでも繊維径を数百μｍから数ｍｍと記載していることから、これらの文献でいう竹繊維も単繊維６ではなく、維管束１もしくは維管束鞘５に相当するものであると考えられる。
【０００５】
このように従来の竹繊維と称されるものは、剛直な繊維の集合体であるから、しなやかさに欠け、折れ易い等の欠点を有する。その一方で、竹の単繊維はガラス繊維のみならずカーボン繊維に匹敵する強度を有するともいわれるものであるから、仮に単繊維を低コストにかつ安定的に抽出できれば、竹繊維を使用した各種工業製品の機械的特性を飛躍的に向上させ得ると考えられる。
【０００６】
そこで、本発明は、少なくとも竹の維管束を容易に解繊可能とすること、望ましくは維管束に含まれる個々の単繊維を取得可能とすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、本発明に係る竹材の解繊方法は、竹材を冷凍し、解凍した上で、解繊処理を施すことを特徴とする。ここでの「竹材」は、特にその形態を問わず、例えば伐採したままの円筒状のものの他、これを短冊状や細片状、あるいは繊維状等に細分化したものも使用することもできる。解繊処理の方法は特に問わず、ローラやカッター、あるいはミキサー等の機械的手段で解繊する他、手揉み等の人為的手段で解繊してもよい。
【０００８】
竹材を冷凍すると、竹材の組織中に含まれる水分の凝固膨張に伴い、竹材内部に歪が蓄積される。これを解凍すると、維管束の内部組織中に多数の空孔あるいはき裂が生じる。これにより、主としてリグニンに由来する単繊維間の結着力が低下するので、さらに解繊処理を施すことによって、容易に維管束を解繊することが可能となり、単繊維またはその繊維束を取り出すことができる。
【０００９】
この場合、竹材の冷凍前に爆砕処理を行うのが望ましい。爆砕処理は、高温高圧の水蒸気下に対象物を一定時間保持した後、圧力を瞬時に開放することにより物質成分を分解する処理であるが、圧力の開放に伴って維管束に含まれる水分も急膨張し、これにより維管束の内部組織に歪が蓄積されるので、その後解凍して解繊すれば、より確実に維管束を解繊することができる。また、予め爆砕処理を行うことで、繊維状に細分化された竹材が冷凍されることになるため、細分化前の竹材を直接冷凍する場合に比べて冷却効率が高まり、冷凍処理時間の短縮化を図ることができる。
【００１０】
なお、爆砕後に冷凍処理を経ることなく解繊処理を行っても、ある程度維管束を解繊することもできる。しかしながら、この場合には、図２に示すように、解繊後には、単繊維６または単繊維６の繊維束７（図２は繊維束７を表す）の表面にリグニンを主成分とする多量の付着物８（重繊維）が残る傾向にある。このように繊維表面に付着物が存在すると、繊維束が剛直となるために繊維の折損が生じやすくなり、アスペクト比の低下を招く。また、この種の付着物と樹脂との間で接着力が低下するため、界面強度の低下、ひいては複合樹脂組成物の強度低下を招く。
【００１１】
これに対し、竹材に冷凍処理を施せば（冷凍前の爆砕処理の有無を問わない）、この種の付着物を後の解繊工程で容易に脱落させることが可能となる。これにより、より細い繊維が得られかつ繊維の折損も生じにくくなるので、アスペクト比を向上させることができる。また、樹脂と繊維間の界面強度もより向上させることができる。
【００１２】
冷凍時に蓄積される竹材の内部歪は竹材中の含水量が多いほど増加すると考えられる。従って、冷凍前に竹材の水分を十分に富化させれば、さらに高い解繊効果が得られる。この水分富化処理は、例えば乾燥した竹材を使用する場合はもちろん、未乾燥の竹材についても必要に応じて行うことができる。伐採直後の生の竹材を使用する場合のように、竹材が十分な含水量を有する場合は、この水分富化処理を省略してもよい。竹材に水分を富化するための具体的手段として、例えば竹材を蒸煮することが挙げられる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る竹材の解繊方法によれば、竹の維管束を容易かつ低コストに解繊することができ、また、維管束に含まれる個々の単繊維を取り出すことも可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態を、図面に基づいて説明する。
【００１５】
本発明に係る竹材の解繊方法の一実施形態は、次の工程（図１参照）で説明される。すなわち、竹材は、（Ａ）冷凍処理、（Ｂ）解凍処理、そして（Ｃ）解繊処理を経て解繊される。以下、これら（Ａ）〜（Ｃ）の処理を説明する。
【００１６】
（Ａ）冷凍処理
先ず、竹材を、例えば冷凍庫内に一定時間保持すせる等して冷凍し、竹材内の水分を凝固させる。この凝固に伴う水分膨張により、竹材の内部に圧力が発生して竹材内部、特に維管束１の単繊維６（図１および図２参照）間に歪が蓄積され、その一部でき裂や空孔が生じる。この際、図２に示す付着物８（重繊維）と繊維束７表面との間でも水分膨張が生じるため、付着物８と繊維束７との間にも歪が蓄積され、両者間の結着力が減じられる。なお、冷凍方法は任意であり、この他にも例えば竹材を液体窒素で満たされた容器に一定時間浸漬させて冷凍させることが考えられる。しかしながら、この場合には、液体窒素が低温過ぎるため、竹材が外部から凍り始める。これに対して、冷凍庫内では竹材が外部からと同時に内部からも凍り始めるので、竹材内部に発生する歪が大きくなる。以上のことから、この冷凍処理は冷凍庫内で行うのが望ましい。
【００１７】
（Ｂ）解凍処理
その後、自然解凍あるいは炉などの解凍装置に入れて加熱することにより、凍結した竹材を解凍する。この解凍後、特に自然解凍後は、竹材を乾燥して余剰水分を除去するのが望ましい。
【００１８】
（Ｃ）解繊処理
次いで上述の竹材を、例えばローラやカッター、あるいはミキサーなどの解繊装置に供給し、あるいは手で揉んだりしごいたりして解繊する。この解繊処理で付与されたせん断力により、竹材の維管束１が解繊され、さらには、これまでの工程で繊維間の結着力を弱められた繊維束７がばらばらになり、細い繊維束７、さらには単繊維６が取り出される。また、同時に繊維束７の周りの付着物８も確実に取り除かれる。
【００１９】
このように、上述の解繊方法によれば、竹材にわずかなせん断力を加えるだけで解繊することができるため、繊維長手方向で破断させることなく、非常に長い単繊維６あるいは繊維束７を得ることができる。また、取り出された繊維は、付着物８が除去された単繊維６または細い繊維束７の状態となる。したがって、このようにして得られた竹繊維は、大きな繊維長を有するとともにその繊維径は小さく（アスペクト比が大きく）、樹脂との接着性にも優れ、かつ繊維折損が起こり難いものである。そのため、この竹繊維を補強材として、例えばポリプロピレンなどの熱可塑性樹脂を母材とする竹繊維含有樹脂組成物を成形すれば、その樹脂組成物の、強度をはじめとする機械的特性を従来品に比べて格段に向上させることができる。
【００２０】
なお、母材として用いられるポリプロピレンとしては、竹繊維との接着性をより一層向上させるために、マレイン酸を例えば５wt％程度加えて変性させたものを用いるのが好ましい。
【００２１】
以上、本発明の一実施形態を説明したが、本発明に係る竹材の解繊方法はこれに限られるものではない。例えば冷凍処理の前に、爆砕処理を行うこともでき、これによれば、事前に竹材の内部組織に歪を与え、かつ竹材を繊維状に細分化した状態で冷凍処理が行われるので、より確実に維管束１を解繊することができ、繊維のアスペクト比をさらに向上させることができる。
【００２２】
また、竹材の含水量が不足している場合には、冷凍前に例えば蒸煮処理を行って予め竹材の水分を富化させた上で、上記一連の処理を施してもよい。もちろん、水分の富化手段はこれに限られるものではなく、例えば竹材を水中に一定時間浸漬させる等、種々の手段を用いることができる。
【実施例】
【００２３】
本発明に係る解繊方法の有用性を立証するため、ポリプロピレンを母材とし、従来の解繊方法（爆砕後、ミキサーで解繊処理）で解繊した竹繊維を強化材とする竹繊維含有樹脂組成物と、同じくポリプロピレンを母材とし、本願発明に係る解繊方法（爆砕後、冷凍・解凍処理を行った上で、ローラ等で解繊処理）で解繊した竹繊維を強化材とする竹繊維含有樹脂組成物について、強度比較を行った。以下に試験条件を示す。
【００２４】
試験片に供する樹脂組成物は、従来品、本願成形品ともに繊維含有率を３０ｗｔ％とした。なお、従来の解繊方法で解繊した竹繊維の平均繊維径は２５０μｍ、本願発明に係る解繊方法で解繊した竹繊維の平均繊維径は１３０μｍであった。成形機のホッパ内にそれぞれの方法で解繊した竹繊維と樹脂（ポリプロピレン）を投入し射出成形を行った。成形時のスクリュ回転数を５０ｒｐｍ、射出速度を１００ｍ／ｓｅｃ、成形機のシリンダ温度を１７０℃とした。この射出成形品からダンベル型試験片を切り出し、標点間距離を５０ｍｍ、引張り速度を１ｍｍ／ｍｉｎとして引張り試験を行った。
【００２５】
この条件で引張り試験を行った結果、従来品の引張り強度は２４ＭＰａであった。これに対して、本願成形品の引張り強度は３０ＭＰａであった。この結果から、本願発明に係る竹材の解繊方法の有用性が確かめられた。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の一実施形態に係る竹材の解繊方法を示すフローチャートである。
【図２】付着物が付着した状態の繊維束を拡大して表す斜視図である。
【図３】竹内部組織を示す横断面図である。
【図４】図３の要部を拡大して示す横断面図である。
【符号の説明】
【００２７】
１    維管束
２    木質部
３    道管
４    師管
５    維管束鞘
６    単繊維
７    繊維束
８    付着物（重繊維）
【図１】
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【図２】
2005153160.tif 000004
【図３】
2005153160.tif 000005
【図４】
2005153160.tif 000006