(57)【要約】      （修正有）【課題】竹材を有効利用する。【解決手段】竹材を生竹状態で解繊して粉・粒状でない長い繊維部を得て熱プレスにより竹シート（竹圧紙）を作成際に、水分を乾燥によって調整せずに熱プレスできるようにする。この時シートの表裏に熱による焦げ、水蒸気が関係する染み、膨れ（結合不良）を発生させないようにする。竹繊維物に２０数％も含まれる糖類の影響を押さえるために類似物である吸湿性のある澱粉を重量比で２％程度添加する。または吸湿により粘性を発揮するポリビニールアルコール微粉末を結合材として添加する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
精砕処理工程を通して得る竹材の解繊物の含水率が約２５％以上になる竹材の解繊物をそのまま用いる未選別竹原料、または該解繊物から不純物である非解繊物と粉化した微細繊維を除去した選別竹原料に、熱可塑性樹脂と吸湿材を添加して混合した成形原料を熱プレスにより任意の形状に成形することを特徴とする竹繊維物の乾式成形方法。
【請求項２】
解繊工程を通した竹の解繊物をそのまま用いる未選別竹原料または該解繊物から不純物である非解繊物と粉化した微細繊維を除去した選別竹原料に吸湿性熱可塑性樹脂を添加して混合した成形原料を熱プレスにより任意の形状に成形することを特徴とする竹繊維物の乾式成形方法。
【請求項３】
該成形原料を１４０℃以下、１００℃以上の温度で加熱し、０．５kgf ／ｃｍ２以上の圧力
でプレスすることを特徴とする請求項１または請求項２記載の竹繊維物の乾式成形方法。
【請求項４】
該成形原料を下の加熱盤を１４０℃以下、１１０℃以上の温度で加熱し、上の加熱盤を１３０℃以下、１００℃以上の温度で加熱することを特徴とする請求項３記載の竹繊維物の乾式成形方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、竹繊維物の乾式成形方法に関するものであり、特に、予め細片にしておいた竹を乾式で粗砕機と精砕機により解繊して得た繊維物等に接着剤を添加して熱プレスする方法、およびこれを用いて作成する竹製成形物の製法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
竹は木材に匹敵する強度があり、かつ比較的低い山地に繁殖し伐採が容易な立地にあり、構造材の原料として有望である。竹の繊維およびこの集合体である繊維状の維管束を機械的な処理で得る技術は特許文献１で存在する。ここに示されるドラム衝撃式解繊機を含む２工程からなる解繊方法により８０％程度の繊維物を得ることができる。また、特許文献２には粗砕機の第一工程、反毛機を使用する第二工程およびターボミルを使用する第三工程からなる解繊方法により、先の方法とほぼ同様の結果を得られることが示されている。このようにして得た繊維物を用いて、建材、充填物、補強材、家畜の飼料等に安価な竹繊維を使用できることが説明されている。
【特許文献１】特許第２８７９９７９号公報
【特許文献２】特開平５−１３８６１７号公報
【０００３】
解繊古紙をプラスチックと混合して成形する技術が確立しており、回収プラスチックの利用を促進している。従って、竹を用いて市販されている解繊・破砕機を使用して解繊物を作成した後は、一般樹脂と混合して竹繊維物をプラスチックの充填剤として用いることができる。しかし、竹繊維物を乾式成形の主体として用い、シート状の単一繊維体または単一成形物への利用には成功していない。
【０００４】
日本に豊富にある竹を原料として工業的に用いることが行われたのは、昭和４０年ごろまでで、竹材を利用して化学蒸解した竹パルプを国内で生産し、和紙的な技法で竹紙にすることがあった。しかし、竹材を用いた化学パルプを生産しても、輸入の木材チップからの木材パルプおよび輸入の木材パルプとコスト面で競合することは不可能なため、衰退した。
【０００５】
このように産業として竹材を利用することができないまま、国内の山地、丘陵地において竹が増え続けていて、平地の民家を侵食する状態が生じている。これは森林面積が減少している中では異常なことであり、１９８０年代末より竹材の生産量は激減していることを考え合わせれば、森林以上に竹林が管理されずにきたための自然現象であるといわれている。このような状況下、国内の機械メーカーを中心に化学蒸解ではなく機械処理のみで繊維化する種々の試みが行なわれた。
【０００６】
この試みの背景には竹材の成分は繊維の結合成分であるリグニンが木材の約半分であり、繊維物間の結合力は木材ほど強固でないことから機械処理が容易であることに着目して、乾式で機械処理仕上げの繊維物を工業的に生産することにいくつかのメーカーが成功した。しかし、工業的には建材の原料、充填物、補強材に使用する用途しか想定されていない。つまり、竹材を繊維物にすることに成功しても、強度的にまた価格的に有利な木材繊維に打つ勝つことができない状態が続くことになる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
そこで、この発明は、木材の解繊物および破砕物にない竹だけの特性であるリグニンが少ない分だけ糖類が多いという特徴を生かして容易に成形物を作ることができれば、木材にはない素材を形成できるという考えが生じたものであり、この成形物の一部として薄い紙状の竹シートがある。紙の類縁物としての特徴を有する竹シートの成形方法を見出すことが本発明の課題である。
【０００８】
従来の紙の製法であるパルプ液を使用する湿式抄紙法ではなく、繊維化の過程で廃液を生じさせない乾式繊維化法で作成した繊維物を用いて水を使用しない環境にやさしい竹繊維物の乾式成形法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
課題を解決するために、この発明は、竹繊維を高含水率に保持し、これを加熱することで過剰な水分が水蒸気として放出されるが、多量に含む糖類が関与すると見られる熱盤との接触面の焦げ（焼け）、染み・膨れの発生を防止して竹シートとして使用できるような外観とシート強度を得るために、竹材を維管束レベルまで解繊した未選別の竹繊維物をそのまま用いる原料、または未解繊物および粉化した微細繊維を除去した選別竹繊維物に、吸湿性熱可塑性樹脂を添加して熱プレスする竹繊維物の乾式成形法である。
【００１０】
さらに、この発明は、前記吸湿性熱可塑性樹脂が一般熱可塑性樹脂と吸湿材になっている竹解繊物原料を熱プレスする成形法および竹シート等の竹解繊物の乾式成形物である。      
【００１１】
また、この発明は、前記成形時の温度が１００℃以上、１４０℃以下であり、かつ０．５kg／ｃｍ２以上の圧力でプレスすることを特徴とする竹解繊物の乾式成形法である。
【００１２】
また本発明は、前記成形時に上の加熱盤の温度が１００℃以上、１３０℃以下であり、下の加熱盤の温度が１１０℃以上、１４０℃以下で、かつ０．５kg／ｃｍ２以上の圧力でプレ
スすることを特徴とする竹解繊物の乾式成形法である。
【発明の効果】
【００１３】
高水分の竹を解繊して作成した維管束等からなるの高含水率繊維物を熱プレスした竹シート等の成形物において、結合材としての熱可塑性樹脂の他に澱粉等の吸湿微粒子を含むことにより、または熱可塑性樹脂として吸湿性のある樹脂を選定し、ブレンドすることで糖類を多量に含有することによる熱プレス時の焦げ発生のトラブルを解消できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
竹繊維を高含水率に保持し、これを加熱することで過剰な水分が水蒸気として放出されるが、多量に含む糖類が関与すると見られる熱盤との接触面の焦げ（焼け）、染み・膨れの発生を防止して竹シートとして使用できるような外観とシート強度を得るために、竹材を維管束レベルまで解繊した未選別の竹繊維物をそのまま用いる原料、または未解繊物および粉化した微細繊維を除去した選別竹繊維物に、吸湿性熱可塑性樹脂を添加して熱プレスした竹繊維物の乾式成形法である。
【実施例】
【００１５】
さらに、この発明の一実施例を詳述すると、精砕処理工程を通して得る竹材の解繊物の含水率が約２５％以上になる竹材の解繊物をそのまま用いる未選別竹原料、または該解繊物から不純物である非解繊物と粉化した微細繊維を除去した選別竹原料に、熱可塑性樹脂と吸湿材を添加して混合した成形原料を熱プレスにより任意の形状に成形することを特徴とする竹繊維物の乾式成形方法から構成される。
【００１６】
また、この発明の他の実施例を詳述すると、解繊工程を通した竹の解繊物をそのまま用いる未選別竹原料または該解繊物から不純物である非解繊物と粉化した微細繊維を除去した選別竹原料に吸湿性熱可塑性樹脂を添加して混合した成形原料を熱プレスにより任意の形状に成形することを特徴とする竹繊維物の乾式成形方法から構成される。
【００１７】
さらに、これらの発明は、上記成形原料を１４０℃以下、１００℃以上の温度で加熱し、０．５kgf ／ｃｍ２以上の圧力でプレスすることを特徴とするものである。
【００１８】
そして、これらの発明は、該成形原料を下の加熱盤を１４０℃以下、１１０℃以上の温度で加熱し、上の加熱盤を１３０℃以下、１００℃以上の温度で加熱することを特徴とする竹解繊物の乾式成形物である。
【００１９】
そして、解繊した竹繊維物を得るための機械として、新聞紙等の古紙解繊機として用いられる連続装置を使用した。この機械に投入する前に竹を鉈で小割にして機械の処理能力に対応するサイズに調整する。これは通常は竹炭を焼くために用いる押し出し式分割装置等を用いて粗破砕し易いように小さなサイズにする前処理工程に当り、これを行なうのを第一工程とする。
【００２０】
次に粗破砕を行なう第二工程の機械には縦回転ドラム式粗砕機〔西日本技術開発（有）製〕を用いる。次の重要な第三工程ではピンミル〔西日本技術開発（有）の「ファイバラーザ」〕を用いる。第二工程で生じる竹の小片（マッチ棒大の大きさが中心）を機械の回転ピンと固定ピンの間で粉状になるまで叩くのではなく、長い繊維物を折ることなく繊維間を剥がすような力を生む構造に配置したピンとピンの形状を調整した精破砕機を用いて処理する。
【００２１】
これらの機械処理においてはスクリーンの孔サイズと竹材の水分が重要になり、種々テストした結果、次の組み合わせ条件が良好な繊維化を可能にすることが判明した。
【００２２】
【表１】
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良好な繊維化ができた解繊条件は伐採直後の竹を使用した場合で、第二工程の粗砕機のスクリーン径は２０ミリにし、第三工程の精砕機のスクリーン径は４ミリの場合であった。この条件で繊維化ができた最大の原因は最終の精砕機で摩擦熱により繊維を切らずに剥離させる作用を生じさせるには竹材の水分を６０％以上に含ませた繊維間・維管束間が弱い結合状態になっていること、また水分が多いことで維管束に弾性があり柔軟であることが重要になっていると推察される。
【００２３】
生成した繊維物には１０−３０ｍｍの長さで平均径が０．５ｍｍの維管束がおおよそ６０％含まれて最も多く、次に、維管束が断裂して形成された５−１０ｍｍの長さで平均径が０．０５ｍｍの繊維がおおよそ１０％、粉状物と内皮の破砕物（ノッド）が約３０％という割合で生成した。
【００２４】
最終破砕物の水分は最も良好な初期水分が６２％の竹の場合で約２９％、初期水分が５０％の竹の場合で約２５％、初期水分が３８％の竹の場合で約１８％であった。
【００２５】
この生竹を解繊した繊維物を用いて平板の竹シート（１）を成形した。６２０ｇ／ｃｍ２付
近の坪量に調整し、熱圧縮機の熱盤の間に３種類の面積を持つステンレス板（３０ｃｍ×３０ｃｍ、２０ｃｍ×２０ｃｍ、１５ｃｍ×１５ｃｍ：厚さは共に３ｍｍ）使って均等に繊維物を散らした薄いマットを形成し、熱プレスする。実際にはステンレス板の竹マットとの間にはアルミ箔を介し、成形シートを剥離し易くする。次に、余熱した上下プレス板に挟んで所定の圧力で押さえ、所定の温度まで昇温させた後、スイッチをオフにして扇風機で所定の温度まで冷却する。
【００２６】
原料の調整は竹繊維物に結合を強化し、仕上がりを良好にするために添加剤を加えて混合した。混合の内容と表記法を表２にまとめる。混合比は質量％（未調湿）で示す。
【００２７】
【表２】
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ウレタン微粉末は日本ウレタン工業（株）のパールセンＵ−１００（商品名）、澱粉は片栗粉、ＰＶＡ微粉末はクラレ（株）の一般グレードを用いた。
【００２８】
加熱はテスト用の熱プレス機（井元製作所、最大プレス：２００kgf ／４０ｃｍ×３０ｃｍ）を使用した。原料、加熱温度、プレス圧をパラメータとして各種成形サンプルを作成した。
試験の結果を下表にまとめる。竹繊維物（水分：２９．４％）を熱プレスする際は９０℃付近から上昇させ、所定温度に達した後は徐々に扇風機で冷却し、１００℃を下回ったところでプレス機を開放する。加熱条件は上下盤の最高温度のみを表３に記す。
【００２９】
【表３】
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［比較例１−４］ 
熱プレス面は高水分の原料を使用するため、１００℃付近を通過する熱プレスの際に水蒸気がプレス盤の間から噴出し、所定の温度に達したときには水蒸気は消失している。この高圧蒸気の発生に伴って竹繊維物のセルロース、リグニンは軟化し、プレスによって繊維物は平板化する（成形後の竹シート表面の繊維物は潰れている。）。従って、加熱の最終段階においては設定値まで上げたプレスゲージ値は竹繊維物の平板化により幾分低下する。竹繊維物のプレス盤との接触面は熱により焦げによる褐変が生じ易い。
【００３０】
一般的な紙は湿式抄紙であり水素結合と機械的な絡みによって紙力を得るが、竹繊維物は繊維が剛直であり、かつ熱プレスでは水素結合力が発揮されないため熱可塑性の合成樹脂で柔軟性に富むウレタン微粒子を結合補助材として添加した。このウレタンは木材の二倍程度（２０数％）の含有があり、溶出させることなく高温高圧で処理することで繊維物の固着に寄与できる糖類の補助材として機能する。従来の熱プレスの技法を用いてシート成形を行なう比較例１から４は、単に一般的なウレタン微粒子のみを添加混合した原料を用いて成形したものである。
【００３１】
比較例１のサンプルは仕上がり外観が焦げ発生により良くないが平滑性と引張り強さは良好であった。焦げが解消するところまで温度を下げると熱プレス効果が低下して仕上がり状態は悪化する。特に上盤側には焦げが出やすい状況があり、上下盤の温度をほぼ同一にした場合、下盤側には焦げが生じていないが上盤側には焦げが生じる（穀類が焦げた匂いがする。）ことがある。つまり竹シート（１）の両面を良好な表面に保つには上面の温度を下面より下げて比較的高温を選定する必要がある。この褐変を押さえる程度まで加熱温度を下げると、繊維物同士の密着状態が悪化し、かつ糖類とウレタン微粒子の接着効果が十分に得られずシートとしてのしなやかさが得られない（比較例４）。上盤を１１８℃、下盤を１３２℃に下げても成形シートの上下面に部分的に焦げが生じている（比較例３）。
［比較例１−３］ 
熱プレス効果と仕上がり外観を共によくするには、原料に過剰に含まれている水分が放散するとき糖類の上加熱盤への移動（シートの上側が下側より加熱による焦げが激しくなる現象があることからの推測）を軽減するためにはシート内で糖類を保持すべきであるとして、糖類と類似物である澱粉（片栗粉）を添加した。最初はウレタンの同じ重量％を加えて上盤と下盤の温度を調整して、外観不良を押さえる試験を重ねた。原料は竹繊維物１００部、ウレタン微粒子４部、澱粉４部を混合して調整した。結果はウレタンのみの添加を行なった場合の焦げ現象は解消したが温度を９５℃以下に下げてからプレス盤を開いたにも関わらず竹シート（１）の端部近くにやや広く膨れが生じ、その膨れの周囲に３、４ｍｍ幅の染みが発生した。
【００３２】
この染みに囲まれたエリアは繊維物同士の固着は極端に弱く、強度を有していない。温度を下方に調整して上盤の温度を１１４℃、下盤の温度を１３２℃にしても上面の膨れ現象は解消しなかった。（実施例１〜３）この染みと膨れ（結合不良）の原因を確認するために、澱粉のみを添加した（比較例５）。結果は同様の染みと膨れ（結合不良）が発生し、これには過剰な澱粉が関与していることが判明した（ウレタンの混入がないため、仕上がりシートは脆い。）。
［比較例４−５］ 
次に添加する澱粉量を少なく添加して膨れを押さえる効果を試験した。実施例４において、澱粉量をウレタン量の半分に低減して同様の加熱条件で熱プレスを行なったところ、先の膨れは解消し、焦げも一部を除いて格段に改善され解消した。この一部の焦げを防ぐために温度を幾分下げ、良好な外観を得ることができた。この条件はプレスが０．５kgf ／ｃｍ２ 、上盤の温度が１１０℃、下盤の温度が１３０℃である（実施例５）
［実施例６］ 
澱粉量をさらに減らして竹繊維物１００部に対し、澱粉１部にすると成形シートの上下面に薄く焦げが生じた。このことから熱プレスにおける竹繊維物中の水分の影響を押さえる澱粉は竹繊維物１００に対し、澱粉が約２であることがわかった。竹シート（１）の成形後の外観を良くする添加物としては、澱粉のほかに水ガラスの乾燥粉体、ゼラチン微粉末、セルロース微粉末、オフィス古紙の解繊繊維等の吸湿性のある物質を使用することができる。
【００３３】
竹の中に過剰に含まれる水分（竹の解繊を十分行なうには生竹のような高水分状態であることが望ましい。）は熱可塑性を得るため、および繊維物間の結合力を高めるためには不可欠である。しかし、この過剰な水分は糖類と共同して高温でプレスする際の表面形成の障害になる。解繊後に熱プレスに適した水分にマイクロ波加熱等により調整することはできるが、経済性と均一さを求めると困難な処理になる。従って、解繊時の水分を保持させたままこのマイナスに作用する糖類の影響を押さえることが必要になる。この方法として吸湿性のある竹の糖類の類似物である澱粉を添加することの効果が確認された。
［比較例９−１０］ 
また同種の吸湿性のある糖類の類似物としてポリビニールアルコール（ＰＶＡ）の微粉末がある。この添加物は温水に溶解する性質があり、微粒子として使用すると澱粉と同様に吸湿性を発揮する。またウレタン同様に熱可塑性も有している。つまり単独でウレタン微粉末と澱粉の持つ機能を併せ持つ物質であると言える。ＰＶＡの添加量を換えて試験した結果、竹繊維物１００に対し、ＰＶＡが約１０であれば繊維物間の結合力が良好で柔軟性に富んだ竹シートを成形できることが判明した。ＰＶＡの代わりに酢酸ビニルエマルジョン、ＳＢＲまたはアクリル系ラテックス等の水分散性のある樹脂加工物の乾燥粉体を使用することができる。
［比較例７−８］ 
次に竹シート（１）の熱成形時の繊維（維管束）間の結合を高めるためにプレス圧を検討した。試験の熱プレス機の能力から０．５kgf ／ｃｍ２ を標準の圧力に設定していたが、０．３kgf ／ｃｍ２に下げて成形すると繊維物の潰れが軽度になり、シートの平滑性と光沢が乏しくなり、強度低下も著しい。反対に０．９kgf ／ｃｍ２ に上げるとプレスによって繊維物の潰れが増し、シート表面の平滑性が良くなり光沢も増すことがわかった。試験機の制約で０．９kgf ／ｃｍ２ を越える圧力で試験することはできなかったが、加熱下でこれを超える圧を加えるなら、より強度特性に優れるシートを成形できることが推測できる。竹シートの外観を良好にするのは加熱温度を押さえてプレス圧を高くする条件設定が適当である。
【００３４】
実施例で示した平板シートとして６２０ｇ／ｍ２ 程度の目付けであれば、厚さが１ｍｍ弱であり竹製乾式プレス成形の板紙として使用できる。また成形する形状は雄雌型を用いて皿状のもの、ヒンジ部を形成して身蓋式の容器等、任意の形状にすることが可能である。バッチ式のプレス装置（構造図は省略）を用いて所定の寸法を有する竹シートを製造することができる。また連続ベルト式装置（構造図は省略）で連続の竹シート（竹圧紙）製造することができる。
【００３５】
また厚さを５−２０ｍｍ程度の合板状に仕上げることもできる。焦げ等の外観不良を無視するのであれば、両面を１５０℃程度にしてプレスする方が材料としての強度は向上する。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
この発明によると、竹材を用い竹だけの特性であるリグニンが少ない分だけ糖類が多いという特徴を生かして生成物を作る方法を提供することにより、実用的な乾式成形法を確立し、かつ、寄与する点で産業上の利用可能性を有する。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】この発明に使用する竹の解繊物の各種構成物を示す説明図であり、（Ａ）は維管束、（Ｂ）は繊維・綿状物、（Ｃ）はノッド（未解繊物、柔組織の破砕物）である。
【図２】この発明に使用する竹シートの表面拡大図である。
【符号の説明】
【００３８】
１  竹シート
【図１】
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【図２】
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