(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
木材や竹等のバイオマス原料を、１００℃から４００℃の範囲内の熱処理温度で、油性溶液を用いて加熱処理する工程と、
加熱処理されたバイオマス原料から前記油性溶液を除去する工程と、
前記油性溶液除去工程で処理されたバイオマス原料を、無酸素状態で、水の沸点温度と前記バイオマス原料の自己炭化温度との中間温度で、乾燥する工程と、
前記乾燥させたバイオマス原料を、無酸素状態で、グラファイト組織形成処理温度で、高温焼成する工程と、
を有する導電性炭化バイオマス製造方法。
【請求項２】
木材や竹等のバイオマス原料を、１００℃から４００℃の範囲内の熱処理温度で、油性溶液を用いて加熱処理する工程と、
加熱処理されたバイオマス原料から前記油性溶液を除去する工程と、
前記油性溶液除去工程で処理されたバイオマス原料を、無酸素状態で、水の沸点温度と前記バイオマス原料の自己炭化温度との中間温度で、乾燥する工程と、
前記乾燥させたバイオマス原料を、無酸素状態で、前記自己炭化温度とグラファイト組織形成処理温度との中間温度で、中温焼成する工程と、
を有する多孔質の組織が維持されたバイオマス原料としての樹枝状炭化バイオマス製造方法。
【請求項３】
前記油性溶液除去工程は、
前記バイオマス原料に浸透した前記油性溶液をアルカリ性溶液に置換する工程と、
前記バイオマス原料に浸透した前記アルカリ性溶液を除去する工程と、
を含むことを特徴とする請求項１に記載の導電性炭化バイオマス製造方法又は請求項２に記載の多孔質の組織が維持されたバイオマス原料としての樹枝状炭化バイオマス製造方法。
【請求項４】
請求項１又は３記載の導電性炭化バイオマス製造方法を用いて製造された導電性炭化バイオマス、又は請求項２又は３記載の多孔質の組織が維持されたバイオマス原料としての樹枝状炭化バイオマス製造方法を用いて製造された樹枝状炭化バイオマスを用いた複合機能材料の製造方法であって、
前記導電性炭化バイオマスの表面層、又は前記樹枝状炭化バイオマスに存在する微細孔に、機能性物質を含浸、塗布、又は蒸着することで、当該機能性物質による機能を付加させる工程を含むことを特徴とする導電性又は樹枝状炭化バイオマスを用いた複合機能材料の製造方法。
【請求項５】
請求項４記載の導電性又は樹枝状炭化バイオマスを用いた複合機能材料の製造方法において、
前記導電性又は樹枝状炭化バイオマスを所定粒径の炭粉に粉砕する工程を有し、粉砕された導電性又は樹枝状炭化バイオマスを前記機能性物質による機能を付加させる工程を含むことを特徴とする導電性又は樹枝状炭化バイオマスを用いた複合機能材料の製造方法。
【請求項６】
請求項１又は３記載の導電性炭化バイオマス製造方法を用いて製造された導電性炭化バイオマス、又は請求項２又は３記載の多孔質の組織が維持されたバイオマス原料としての樹枝状炭化バイオマス製造方法を用いて製造された樹枝状炭化バイオマスを用いたシートの製造方法であって、
前記導電性炭化バイオマスについてシート状に固化し、又は前記樹枝状炭化バイオマスに含まれる多孔質の組織が維持された樹枝状組織を保持した状態で、シート状に固化する工程を含むことを特徴とする導電性又は樹枝状炭化バイオマスを用いたシートの製造方法。
【請求項７】
請求項６記載の導電性又は樹枝状炭化バイオマスを用いたシートの製造方法において、
さらに、前記導電性炭化バイオマスの表面層、又は前記樹枝状炭化バイオマスに存在する微細孔に、機能性物質を含浸、塗布、又は蒸着することで、当該機能性物質による機能を付加させる工程を含むことを特徴とする導電性又は樹枝状炭化バイオマスを用いたシートの製造方法。
【請求項８】
請求項６又は７記載の導電性又は樹枝状炭化バイオマスを用いたシートの製造方法において、
さらに、前記シートに導電性の粉炭を塗布して薄膜を形成する工程を有することを特徴とする導電性又は樹枝状炭化バイオマスを用いたシートの製造方法。
【請求項９】
請求項６乃至８の何れか一項に記載の導電性又は樹枝状炭化バイオマスを用いたシートの製造方法において、
さらに、前記シートに機能性素材を用いた薄膜層を形成する工程を有することを特徴とする導電性又は樹枝状炭化バイオマスを用いたシートの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、木材や竹・さとうきび・とうもろこし等から容易に微細孔を有する炭化物を生成できる方法に関し、特に導電性を有するバイオマスを製造する方法に関する。また、本発明は、木材や竹・さとうきび・とうもろこし等から容易に微細孔を有する炭化物を生成できる方法に関し、特に樹枝状バイオマスを製造する方法に関する。
【０００２】
本発明は、木材や竹を加熱処理して生成される微細孔を有する導電性又は樹枝状炭化バイオマスを用いて、複合化した機能を有する材料に改質できる導電性又は樹枝状炭化バイオマスを用いた複合機能材料の製造方法に関する。また、本発明は、導電性又は樹枝状炭化バイオマスを用いた複合機能シートの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
木材や竹は、構造用材料として利用され、製紙原料として利用され、或いは炭に加工して燃料として利用され、若い芽や葉は食用に供されている。しかし、木材や竹は、構造材として利用される以外にも、間伐材や樹皮のような副生物を生成するが、このような副生物は構造材のような価格で取引されることはなく、せいぜい固体燃料や堆肥と利用されるしかなく、その量と状態によっては産業廃棄物として処理費用を負担せざるを得ない場合すらある。そこで、このような間伐材や樹皮のような副生物を有価物として利用できれば、林業振興に寄与することは疑いないと共に、二酸化炭素の排出削減にも寄与することから地球温暖化対策の一助になる筋合いのものである。
【０００４】
ところで、わが国においては間伐材や樹皮のような副生物の用途として炭が利用されてきた。そして、石炭や石油が利用される以前の明治時代や江戸時代において、炭は燃料として重要な役割を果たしていた。しかし、石炭や石油が利用され始めると、炭としての利用は衰退した。そして、現在の炭の用途は飲食店における調理態様の差別化として、一定の利用がなされているに過ぎない。
【０００５】
また、炭に似た性状を有するものとして、亜炭が知られている。亜炭とは、一般には炭化の低い石炭と認識されている。そして、日本において採掘されていた亜炭は、１００〜１３０万年前に樹木等が埋積し炭化したものである。亜炭は、海成層と陸成層が繰り返される地層の中で、海が干上がって湿地となり森林が繁茂してくる過程で、生成されたものである。他方、石炭は２０００〜３０００万年前の炭化物とされており、もともと石炭の代用燃料であった亜炭は黒煙が出る、石炭に比べてカロリーが低い等のデメリットが多く、燃料として用途では衰退の道を辿っている。しかし、亜炭には、肥料成分をしみ込ませて有機固形肥料を作る素材の用途、塩分・ミネラル補給を目的とする家畜の飼料の用途、水槽水の浄化作用の素材の用途等、燃料以外の用途に幅広く利用されている。
【０００６】
ところで、原油価格が従前の一バレル１０ドル程度から６０ドル程度と数倍に高騰したエネルギー市場において、木材のような再生可能なバイオマスは石油代替エネルギー資源として注目されている。また、木材や竹は、空気中の二酸化炭素を用いて成長するため、石炭や石油のような化石燃料と違って、二酸化炭素のような地球温暖化ガスの排出削減にも寄与する性質を有する。そこで、従来石炭や石油のような化石資源を用いていた用途で、木材のような再生可能なバイオマスを代替利用できれば、その用途における廃棄物処理の負担も含めて地球温暖化対策の一助になる。
【０００７】
しかし、従来は木材や竹を熱処理する場合にも、構造材として利用することを主に念頭に置いてきたため、特許文献１に摘示されるように、木材の乾燥処理の一態様として技術開発が進められていたに過ぎない。また、特許文献２に摘示されるように、地球環境に誤って漏出する油分を吸着する吸着剤として、木材に含有されるセルロース成分を利用することも提案されている。しかし、従来石炭や石油のような化石資源を用いていた用途で、木材や竹のような再生可能なバイオマスを代替利用するために、木材や竹の性状を物理的に変更するような着想は、何ら開示されていなかった。
【０００８】
【特許文献１】特表２００４−５３４６５３号公報
【特許文献２】米国特許第４７５３９１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
すなわち、本発明は上記課題を解決するもので、従来石炭や石油のような化石資源を用いていた用途で、木材や竹等のような再生可能なバイオマスを代替利用するために、木材や竹の性状を物理的に変更する具体的な手段を提供するものである。即ち、本発明は、木材や竹・さとうきび・とうもろこし等からバイオマスを製造する方法に関し、導電性を有する炭化バイオマスを製造する方法に関する。また、本発明は、木材や竹・さとうきび・とうもろこし等から容易に微細孔を有する炭化物を生成できる方法に関し、特に樹枝状炭化バイオマスを製造する方法に関する。
【００１０】
また、本発明は、本発明は上記課題を解決するもので、従来石炭や石油のような化石資源を用いていた用途で、木材や竹等のような再生可能なバイオマスを代替利用するために、木材や竹等を加熱処理して生成される微細孔を有する導電性又は樹枝状炭化バイオマスを用いて、複合化した機能を有する材料に改質できる導電性又は樹枝状炭化バイオマスを用いた複合機能材料の製造方法に関する。また、本発明は、導電性又は樹枝状炭化バイオマスを用いた複合機能シートの製造方法に関する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決する本発明の導電性炭化バイオマス製造方法は、例えば図１〜図３及び図４に示すように、木材や竹等のバイオマス原料１０を、１００℃から４００℃の範囲内の熱処理温度で、油性溶液４０を用いて加熱処理する工程（Ｓ１００）と、加熱処理されたバイオマス原料１２から油性溶液４０を除去する工程（Ｓ１１０）と、油性溶液除去工程で処理されたバイオマス原料１４を、無酸素状態で、水の沸点温度とバイオマス原料の自己炭化温度との中間温度で、乾燥する工程（Ｓ１２０）と、乾燥させたバイオマス原料１６を、実質的に無酸素状態で、グラファイト組織形成処理温度で、高温焼成する工程（Ｓ１３０）と、を備えている。
【００１２】
本発明の導電性炭化バイオマス製造方法によれば、Ｓ１００は油で揚げる工程で、木材や竹等のバイオマス原料１０を、バイオマス原料の植物細胞が保持される熱処理温度、即ち１００℃から４００℃の範囲内の熱処理温度で、油性溶液を用いて加熱処理する工程である。油で揚げる工程Ｓ１００により、バイオマス原料に含まれる水分・リグニン・ヘミセルロースが、油性溶液４０の浸透圧で押し出される。Ｓ１１０は油抜き工程で、加熱処理されたバイオマス原料１２から油性溶液４０を除去する。Ｓ１２０は乾燥工程で、油性溶液除去工程Ｓ１１０で処理されたバイオマス原料１４を、無酸素状態で、水の沸点温度とバイオマス原料の自己炭化温度との中間温度で、乾燥する工程である。乾燥工程Ｓ１２０により、バイオマス原料の植物細胞内に含まれている水分が水蒸気となって蒸発し、乾燥させたバイオマス原料１６をえる。乾燥工程Ｓ１２０では、バイオマス原料の自己炭化温度よりも低い温度で乾燥させるので、バイオマス原料の炭化は進行せず、バイオマス原料の植物細胞が保持される。Ｓ１３０は高温焼成工程で、乾燥させたバイオマス原料１６を、無酸素状態で、グラファイト組織形成処理温度で、高温焼成する工程である。高温焼成工程Ｓ１３０では、グラファイト組織形成処理温度で高温焼成されるので、グラファイト組織が形成されたバイオマス原料１７となり、導電性を有するようになる。
【００１３】
好ましくは、導電性炭化バイオマス製造方法において、例えば図２及び図４に示すように、さらに、油性溶液除去工程（Ｓ１１０）は、加熱処理されたバイオマス原料１２に浸透した油性溶液４０をアルカリ性溶液５４に置換する工程（Ｓ１１２）と、バイオマス原料に浸透したアルカリ性溶液５４を除去する工程（Ｓ１１４）とを含むことを特徴とする。Ｓ１１２はアルカリ置換工程で、加熱処理されたバイオマス原料１２に浸透した油性溶液４０をアルカリ性溶液５４に置換する。Ｓ１１４はアルカリ除去工程で、例えばアルカリ置換工程Ｓ１１２で処理されたバイオマス原料１３を、真水につけて洗浄し、バイオマス原料１３に浸透したアルカリ性溶液５４のアルカリ成分を除去して、油性溶液除去工程Ｓ１１０で処理されたバイオマス原料１４をえる。
【００１４】
上記課題を解決する本発明の多孔質の組織が維持されたバイオマス原料としての樹枝状炭化バイオマス製造方法は、例えば図１〜図３及び図５に示すように、木材や竹等のバイオマス原料を、バイオマス原料の植物細胞が保持される熱処理温度、即ち１００℃から４００℃の範囲内の熱処理温度で、油性溶液４０を用いて加熱処理する工程（Ｓ２００）と、加熱処理されたバイオマス原料１２から油性溶液４０を除去する工程（Ｓ２１０）と、油性溶液除去工程で処理されたバイオマス原料１４を、無酸素状態で、水の沸点温度とバイオマス原料の自己炭化温度との中間温度で、乾燥する工程（Ｓ２２０）と、乾燥させたバイオマス原料１６を、無酸素状態で、自己炭化温度とグラファイト組織形成処理温度との中間温度で、中温焼成する工程（Ｓ２３０）と、を備えている。
【００１５】
本発明の樹枝状炭化バイオマス製造方法において、Ｓ２００、Ｓ２１０、Ｓ２２０は、前述のＳ１００、Ｓ１１０、Ｓ１２０と同様である。Ｓ２３０は中温焼成工程で、乾燥させたバイオマス原料１６を、無酸素状態で、自己炭化温度とグラファイト組織形成処理温度との中間温度で、中温焼成する工程である。中温焼成工程Ｓ２３０では、自己炭化温度とグラファイト組織形成処理温度との中間温度で、中温焼成されるので、バイオマス原料１６にグラファイト組織が形成されることはなく、導電性を有しない。他方で、自己炭化温度以上で中温焼成されるので、バイオマス原料の植物細胞が保持された状態で焼成されるので、多孔質の組織が維持されたバイオマス原料１８が得られる。
【００１６】
好ましくは、樹枝状炭化バイオマス製造方法において、例えば図２及び図５に示すように、さらに、油性溶液除去工程（Ｓ２１０）は、加熱処理されたバイオマス原料１２に浸透した油性溶液４０をアルカリ性溶液５４に置換する工程（Ｓ２１２）と、バイオマス原料に浸透したアルカリ性溶液５４を除去する工程（Ｓ２１４）とを含むことを特徴とする。Ｓ２１２はアルカリ置換工程で、加熱処理されたバイオマス原料１２に浸透した油性溶液４０をアルカリ性溶液５４に置換する。Ｓ２１４はアルカリ除去工程で、例えばアルカリ置換工程Ｓ２１２で処理されたバイオマス原料１３を、真水につけて洗浄し、バイオマス原料１３に浸透したアルカリ性溶液５４のアルカリ成分を除去して、油性溶液除去工程Ｓ２１０で処理されたバイオマス原料１４をえる。
【００１７】
上記課題を解決する本発明の導電性又は樹枝状炭化バイオマスを用いた複合機能材料の製造方法は、例えば図１２に示すように、請求項１又は３記載の導電性炭化バイオマス製造方法（Ｓ１００〜Ｓ１４０）を用いて製造された導電性炭化バイオマス１７、又は請求項２又は３記載の多孔質の組織が維持されたバイオマス原料としての樹枝状炭化バイオマス製造方法（Ｓ２００〜Ｓ２４０）を用いて製造された樹枝状炭化バイオマス１８を用いた複合機能材料の製造方法であって、導電性炭化バイオマス１７の表面層、又は樹枝状炭化バイオマス１８に存在する微細孔に、機能性物質を含浸、塗布、又は蒸着することで、当該機能性物質による機能を付加させる工程（Ｓ３１０、Ｓ３６０）を含むことを特徴とする。
【００１８】
本発明の導電性炭化バイオマスを用いた複合機能材料の製造方法によれば、導電性炭化バイオマス１７の有する導電性表面層に機能性物質を含浸、塗布、又は蒸着する工程（Ｓ３１０）を設けることで、当該機能性物質による機能を付加させる。機能性物質としては、例えば抗菌性物質や酸化チタンがある。また、本発明の樹枝状炭化バイオマスを用いた複合機能材料の製造方法によれば、樹枝状炭化バイオマス１８の有する多孔質表面層に機能性物質を含浸、塗布、又は蒸着する工程（Ｓ３６０）を設けることで、当該機能性物質による機能を付加させる。樹枝状炭化バイオマスには微細孔が多数存在しているので、微細孔に機能性物質が入り込むことで、機能性物質の機能を長時間維持することが可能となる。
【００１９】
好ましくは、導電性又は樹枝状炭化バイオマスを用いた複合機能材料の製造方法において、さらに、前記導電性又は樹枝状炭化バイオマスを所定粒径の炭粉に粉砕する工程（Ｓ３００、Ｓ３５０）を有し、粉砕された導電性又は樹枝状炭化バイオマスを前記機能性物質による機能を付加させる工程（Ｓ３１０、Ｓ３６０）を含むことを特徴とする。導電性炭化バイオマス１７を炭粉にする工程（Ｓ３００）を設けると、導電性炭化バイオマスの有する導電性が発揮されて、例えばＡＢＳ樹脂・ポリエチレン樹脂・ポリプロピレン樹脂等に添加することにより、導電性樹脂を形成する材料として利用できる。樹枝状炭化バイオマス１８を炭粉にする工程（Ｓ３５０）を設けると、樹枝状炭化バイオマスの有する多孔質表面層が有効に作用して、吸湿性や脱臭性に富み、例えば室内の壁面用建築素材として適している。
【００２０】
上記課題を解決する本発明の導電性又は樹枝状炭化バイオマスを用いたシートの製造方法は、例えば図１３に示すように、請求項１又は３記載の導電性炭化バイオマス製造方法（Ｓ１００〜Ｓ１４０）を用いて製造された導電性炭化バイオマス１７、又は請求項２又は３記載の多孔質の組織が維持されたバイオマス原料としての樹枝状炭化バイオマス製造方法（Ｓ２００〜Ｓ２４０）を用いて製造された樹枝状炭化バイオマス１８を用いたシートの製造方法であって、導電性炭化バイオマス１７についてシート状に固化し、又は樹枝状炭化バイオマス１８に含まれる多孔質の組織が維持された樹枝状組織を保持した状態で、シート状に固化する工程（Ｓ４００、Ｓ４５０）を含むことを特徴とする。
【００２１】
本発明の導電性炭化バイオマスを用いたシートの製造方法によれば、導電性炭化バイオマス１７についてシート状に固化する工程（Ｓ４００）を設けることで、導電性炭化バイオマス１７の有する導電性を有するシート状固化材料が得られる。導電性炭化バイオマス１７が、例えば木材のように堅い炭として利用できる態様であれば、特段バインダーを用いることなく、必要な剛性を有する場合もある。また、導電性炭化バイオマス単体では脆くて強度が必要な用途での使用に適さない場合でも、例えば樹脂のようなバインダーを混合して導電性炭化バイオマス１７を補強することで剛性が増して、強度が必要な用途での使用が可能になる。そして、例えばバインダーと導電性炭化バイオマスを混合して、固形の板状又は任意の形状に金型で成型することで、各用途に応じた形状の導電性炭化バイオマスシートを得ることができる（Ｓ４３０）。
【００２２】
また、本発明の樹枝状炭化バイオマスを用いたシートの製造方法によれば、樹枝状炭化バイオマス１８に含まれる樹枝状組織を保持した状態で、シート状に固化する工程（Ｓ４５０）を設けることで、樹枝状炭化バイオマスを有するシート状固化材料が得られる。樹枝状炭化バイオマス１８が、例えば木材のように堅い炭として利用できる態様であれば、特段バインダーを用いることなく、必要な剛性を有する場合もある。また、樹枝状炭化バイオマス単体では脆くて強度が必要な用途での使用に適さない場合でも、例えば樹脂のようなバインダーを混合して樹枝状炭化バイオマスを補強することで剛性が増して、強度が必要な用途での使用が可能になる。そして、例えばバインダーと樹枝状炭化バイオマスを混合して、固形の板状又は任意の形状に金型で成型することで、各用途に応じた形状の樹枝状炭化バイオマスシートを得ることができる（Ｓ４８０）。
【００２３】
好ましくは、導電性又は樹枝状炭化バイオマスを用いたシートの製造方法において、さらに、導電性炭化バイオマス１７の表面層、又は樹枝状炭化バイオマス１８に存在する微細孔に、機能性物質を含浸、塗布、又は蒸着することで、当該機能性物質による機能を付加させる工程（Ｓ４１０、Ｓ４６０）を含むことを特徴とする。本発明の導電性炭化バイオマスを用いたシートの製造方法によれば、導電性炭化バイオマス１７の有する導電性表面層に機能性物質を含浸、塗布、又は蒸着する工程（Ｓ４１０）を設けることで、当該機能性物質による機能を付加させたシートを製造できる。機能性物質としては、例えば抗菌性物質や酸化チタンがある。
【００２４】
また、本発明の樹枝状炭化バイオマスを用いたシートの製造方法によれば、樹枝状炭化バイオマス１８の有する多孔質表面層に機能性物質を含浸、塗布、又は蒸着する工程（Ｓ４６０）を設けることで、当該機能性物質による機能を付加させたシートを製造できる。樹枝状炭化バイオマスには微細孔が多数存在しているので、微細孔に機能性物質が入り込むことで、機能性物質の機能を長時間維持することが可能となる。
【００２５】
好ましくは、導電性又は樹枝状炭化バイオマスを用いたシートの製造方法において、さらに、前記シートに導電性の粉炭を塗布して薄膜を形成する工程（Ｓ４２０、Ｓ４７０）を有することを特徴とする。導電性炭化バイオマスシートに導電性の粉炭を塗布して薄膜を形成する工程（Ｓ４２０）を有することで、導電性炭化バイオマスシートの導電性を、導電性炭化バイオマスシートの表面に形成された導電性の粉炭の性状によって調整できる。また、樹枝状炭化バイオマスシートは多孔質表面層であるが導電性を有しないところ、樹枝状炭化バイオマスシートに導電性の粉炭を塗布して薄膜を形成する工程（Ｓ４７０）を設けることで、樹枝状炭化バイオマスシートシートの表面に形成された導電性の粉炭の性状によって導電性を持たせることができる。
【００２６】
好ましくは、導電性又は樹枝状炭化バイオマスを用いたシートの製造方法において、さらに、前記シートに機能性素材を用いた薄膜層を形成する工程を有することを特徴とする。本発明の導電性炭化バイオマスを用いたシートの製造方法によれば、導電性炭化バイオマスシートに機能性素材を用いた薄膜層を形成することで、当該機能性物質による機能を付加させたシートを製造できる。また、本発明の樹枝状炭化バイオマスを用いたシートの製造方法によれば、樹枝状炭化バイオマスシートに機能性素材を用いた薄膜層を形成することで、当該機能性物質による機能を付加させたシートを製造できる。樹枝状炭化バイオマスには微細孔が多数存在しているので、微細孔に機能性物質が入り込むことで、機能性物質の機能を長時間維持することが可能となる。
【発明の効果】
【００２７】
本発明の導電性炭化バイオマス製造方法によれば、グラファイト組織形成処理温度で高温焼成されるので、バイオマス原料にグラファイト組織が形成され、導電性を有する。そこで、高温焼成したバイオマス原料を微細粒径の炭粉に粉砕して、例えばＡＢＳ樹脂・ポリエチレン樹脂・ポリプロピレン樹脂等に添加することにより、導電性樹脂を形成する材料として利用できる。
【００２８】
本発明の樹枝状炭化バイオマス製造方法によれば、自己炭化温度とグラファイト組織形成処理温度との中間温度で中温焼成されるので、バイオマス原料の植物細胞が実質的に保持された状態で焼成され、多孔質の組織が維持され、所謂亜炭と類似した組成となる。そこで、樹枝状炭化バイオマス製造方法によれば亜炭と類似した組成が得られるので、黒檀・紫檀のような色、艶が表面に発生すると共に、中温焼成のバイオマス原料をほぐすと樹枝状繊維や樹枝状炭粉が得られる。樹枝状繊維や樹枝状炭粉は、吸湿性や脱臭性に富み、例えば室内の壁面用建築素材として適している。
【００２９】
本発明の導電性炭化バイオマスを用いた複合機能材料の製造方法によれば、導電性炭化バイオマスの有する導電性が発揮されると共に、含浸、塗布、又は蒸着される機能性物質の機能に応じた複合機能材料が製造できる。例えば、抗菌性物質であれば、擦り傷や切り傷に対して保護層として使用する絆創膏の代替製品となる。また、本発明の樹枝状炭化バイオマスを用いた複合機能材料の製造方法によれば、樹枝状炭化バイオマスには微細孔が多数存在しているので、例えば抗菌性物質を機能性物質として選択した場合には、擦り傷や切り傷に対して保護層として使用する絆創膏の代替製品となると共に、また微細孔が傷口の分泌物を吸収して保湿効果を持たせることが出来、傷口を早く乾かして傷口が早く治癒する効果を有すると期待できる。
【００３０】
本発明の導電性炭化バイオマスを用いたシートの製造方法によれば、導電性炭化バイオマスについてシート状に固化することで、導電性炭化バイオマスの有する導電性を有するシート状固化材料が得られる。また、本発明の樹枝状炭化バイオマスを用いたシートの製造方法によれば、樹枝状炭化バイオマスに含まれる樹枝状組織を保持した状態で、シート状に固化することで、樹枝状炭化バイオマス単体の有する樹枝状形状を有するシート状固化材料が得られる。特に、樹枝状炭化バイオマス１８が、例えば木材のように堅い炭として利用できる態様であれば、特段バインダーを用いることなく、必要な剛性を有する場合もある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下、図面によって本発明の第１の実施の形態について説明する。
【００３２】
図１は、本発明に係る導電性炭化バイオマス製造方法及び樹枝状炭化バイオマス製造方法のうち、油で揚げる工程Ｓ１００、Ｓ２００を説明する構成図で、（Ａ）は準備段階、（Ｂ）は油で揚げる工程、（Ｃ）は油で揚げたバイオマス原料を油槽から引き上げた段階、（Ｄ）は油で揚げたバイオマス原料の油落し段階を示している。図２は、本発明に係る導電性炭化バイオマス製造方法及び樹枝状炭化バイオマス製造方法のうち、油抜き工程Ｓ１１０、Ｓ２１０を説明する構成図で、特にアルカリ置換工程Ｓ１１２、Ｓ２１２を示しており、（Ａ）は準備段階、（Ｂ）はアルカリ溶液に漬ける工程、（Ｃ）はアルカリ溶液で処理したバイオマス原料をアルカリ溶液槽から引き上げた段階、（Ｄ）はアルカリ置換したバイオマス原料のアルカリ溶液落し段階を示している。図３は、本発明に係る導電性炭化バイオマス製造方法及び樹枝状炭化バイオマス製造方法のうち、乾燥工程Ｓ１２０、Ｓ２２０と高温焼成工程Ｓ１３０、中温焼成工程Ｓ２３０を説明する構成図である。図４は、本発明に係る導電性炭化バイオマス製造方法を説明する流れ図である。
【００３３】
図１（Ａ）において、バイオマス原料１０、加熱油の収容容器としての油槽２０、加熱装置３０、油性溶液４０がある。油槽２０にバイオマス原料１０を浸して油で揚げるため、バイオマス原料保持槽２２、バイオマス原料保持槽２２の底部に設けられた金網部２４、バイオマス原料保持槽２２の上端縁部に係止された吊り鋼線２６、油槽２０を支持する支持脚部２８が設けられている。油槽２０やバイオマス原料保持槽２２には、油性溶液４０に対する耐油性のある材料が用いられ、例えばステンレス鋼や炭素鋼を用いることができる。加熱装置３０には、電熱線やガスバナー、石油燃焼式バーナーが用いられる。
【００３４】
バイオマス原料１０には、木材や竹、さとうきび、トウモロコシ等の植物性の原料が用いられる。油性溶液４０は、バイオマス原料１０を１８０℃〜２４０℃程度の温度で数十分乃至数時間程度揚げるのに用いるもので、てんぷら油やサラダ油のような食用にも利用できる油脂を用いても良いが、１８０℃〜２４０℃程度の温度で液化する動物性油脂を用いても良く、工業目的で量産化の必要がある場合には、食用油脂と比較して格段に価格の安い鉱油を用いても良い。
【００３５】
図１（Ａ）の状態に準備された装置を用いて、本発明に係る導電性炭化バイオマス製造方法を以下説明する。図４は、本発明に係る導電性炭化バイオマス製造方法を説明する流れ図である。図において、Ｓ１００では、木材や竹等のバイオマス原料１０を、バイオマス原料１０の植物細胞が実質的に保持される熱処理温度で、油性溶液４０を用いて加熱処理する。Ｓ１００は油で揚げる工程で、木材や竹等のバイオマス原料１０を、バイオマス原料の植物細胞が実質的に保持される熱処理温度（例えば１８０℃〜２４０℃）で、油性溶液を用いて加熱処理する工程である。図１（Ｂ）に示すように、バイオマス原料保持槽２２にバイオマス原料１０を投入し、油槽２０に油性溶液４０を溜めて加熱装置３０により加熱して、油性溶液４０を熱処理温度に維持する。油性溶液４０が熱処理温度に到達していれば、吊り鋼線２６を引き下げてバイオマス原料保持槽２２を油槽２０に降ろして、バイオマス原料１０に対する油で揚げる工程を開始する。
【００３６】
図４の油で揚げる工程Ｓ１００により、バイオマス原料に含まれる水分・リグニン・ヘミセルロースが、油性溶液４０の浸透圧で押し出される。油で揚げる処理時間は、油性溶液４０の種類、処理対象となるバイオマス原料１０の種類、形状、量によって相違するが、一般に油性溶液４０の粘度が低いほど油で揚げる処理時間を短くすることができる。油で揚げる工程Ｓ１００により、バイオマス原料１０から押し出された水分は、油槽２０の底に堆積すると共に、リグニンやヘミセルロースは油性溶液４０中で浮遊する。浮遊しているリグニンやヘミセルロースは油性溶液４０の泡を消す作用があるので、消泡剤の作用を代替して行うことになるため、油性溶液４０からリグニンやヘミセルロースを除去する必要性は乏しい。
【００３７】
油で揚げる処理が完了すると、図１（Ｃ）に示すように、吊り鋼線２６を引き上げてバイオマス原料保持槽２２を油槽２０から出して、バイオマス原料１０に対する油で揚げる工程を完了する。そして、図１（Ｄ）に示すように、バイオマス原料１０に付着している油性溶液４０を自然落下等によって分離させる。これによって、加熱処理されたバイオマス原料１２が得られる。
【００３８】
次に、図４のＳ１１０として、加熱処理されたバイオマス原料１２から油性溶液４０を除去する工程に入る。Ｓ１１０は油抜き工程で、加熱処理されたバイオマス原料１２から油性溶液４０を除去する。油抜き工程Ｓ１１０は、加熱処理されたバイオマス原料１２に浸透した油性溶液４０をアルカリ性溶液５４に置換する工程Ｓ１１２と、バイオマス原料に浸透したアルカリ性溶液５４を除去する工程Ｓ１１４とを含む。Ｓ１１２はアルカリ置換工程で、加熱処理されたバイオマス原料１２に浸透した油性溶液４０をアルカリ性溶液５４に置換する。Ｓ１１４はアルカリ除去工程で、例えばアルカリ置換工程Ｓ１１２で処理されたバイオマス原料１３を、真水につけて洗浄し、バイオマス原料１４に浸透したアルカリ性溶液５４のアルカリ成分を除去する。
【００３９】
次に、図４の油抜き工程Ｓ１１０、特にアルカリ置換工程Ｓ１１２の詳細を、図２を参照して説明する。図２（Ａ）において、アルカリ性溶液槽５０はアルカリ性溶液５４を溜めるものである。加熱装置５２には、電熱線やガスバナー、石油燃焼式バーナーが用いられる。断熱支持体５６は、アルカリ性溶液槽５０を所定の姿勢に支持すると共に、加熱装置５２の熱が効率的にアルカリ性溶液槽５０に伝熱されるように、加熱装置５２とアルカリ性溶液槽５０の周囲を囲っている。アルカリ性溶液５４は、例えば１００℃程度の沸騰状態の温水にアルカリ剤を混合したもので、アルカリ剤には重炭酸ソーダＮａＨＣＯ３や苛性ソーダＮａＯＨを用いることができる。アルカリ性溶液５４は、濃度３〜５％であり、ＰＨ９〜１２程度の弱アルカリ性を呈示する。
【００４０】
図２（Ａ）に示すように、上述のアルカリ剤濃度で所定温度のアルカリ性溶液５４に、加熱処理されたバイオマス原料１２を投入する。そして、図２（Ｂ）に示すように、加熱処理されたバイオマス原料１２を３０分間程度煮沸する。加熱処理されたバイオマス原料１２には、油性溶液４０の成分が内部に浸透しているので、アルカリ性溶液５４に油性溶液４０が滲みだして溶解し、アルカリ性溶液５４が白濁すると共に、バイオマス原料１２の組織の中では油性溶液４０とアルカリ性溶液５４とが置換する。アルカリ性溶液５４として、アルカリ性の強い溶液を使用すると、バイオマス原料１２からの油抜きが容易になるが、他方でバイオマス原料１２の組織が強アルカリによって損壊される欠点を有するので、ＰＨ９〜１２程度の範囲を保持することが望ましい。
【００４１】
バイオマス原料１２のアルカリ性溶液５４煮沸が完了したら、図２（Ｃ）に示すように、アルカリ置換工程Ｓ１１２で処理されたバイオマス原料１３をアルカリ性溶液５４から取り出して、図２（Ｄ）に示すように、バイオマス原料１４の水切りをする。
【００４２】
続いて、図４のＳ１１４のアルカリ除去工程を続行する。アルカリ除去工程Ｓ１１４に使用する装置は、図２の装置と同様であるが、アルカリ性溶液５４に代えて真水を用いるのがよい。例えば、１００℃程度の沸騰状態の温水を用いて、アルカリ置換工程Ｓ１１２で処理されたバイオマス原料１３を３０分間程度煮沸する。すると、アルカリ置換工程Ｓ１１２で処理されたバイオマス原料１３からアルカリ性溶液５４が滲み出して、温水のアルカリ濃度が高まり、バイオマス原料１４のアルカリ濃度と温水のアルカリ濃度が平衡状態に達する。バイオマス原料１４の組織内部の全てのアルカリ性溶液５４が温水に置換されるものではないが、バイオマス原料１４の組織内部に残存するアルカリ剤の濃度は低くなり、好ましい。このようにして、油性溶液除去工程Ｓ１１０で処理されたバイオマス原料１４が得られる。
【００４３】
次に、図４のＳ１２０として、油性溶液除去工程で処理されたバイオマス原料１４を、実質的に無酸素状態で、水の沸点温度とバイオマス原料の自己炭化温度との中間温度で、乾燥する工程に入る。乾燥工程Ｓ１２０は、油性溶液除去工程Ｓ１１０で処理されたバイオマス原料１４を、実質的に無酸素状態で、水の沸点温度とバイオマス原料の自己炭化温度との中間温度で、乾燥する工程である。乾燥工程Ｓ１２０により、バイオマス原料の植物細胞内に含まれている水分が水蒸気となって蒸発し、バイオマス原料１４を乾燥させる。乾燥工程Ｓ１２０では、バイオマス原料の自己炭化温度よりも低い温度で乾燥させるので、バイオマス原料１４の炭化は進行せず、バイオマス原料の植物細胞が実質的に保持される。
【００４４】
乾燥工程Ｓ１２０では、図３（Ａ）に示すように、油性溶液除去工程Ｓ１１０で処理されたバイオマス原料１４を加熱炉６０の内部に収容して、加熱装置６２により乾燥工程の温度にバイオマス原料１４を加熱する。加熱炉６０は、例えば密閉式焼成炉であることが望ましく、外部と空気を遮断した真空状態に近い状態で加熱する構造が望ましい。加熱装置６２には、電熱線やガスバナー、石油燃焼式バーナーが用いられるが、直接乾燥処理対象物であるバイオマス原料１４を加熱することは、バイオマス原料１４の細胞組織を破壊する恐れがあるため、加熱炉６０による間接的な加熱が望ましい。処理対象物支持網６４は、乾燥処理対象物であるバイオマス原料１４を、加熱炉６０の内部で支持するのに用いる。
【００４５】
乾燥工程Ｓ１２０では、図３（Ｂ）に示すように、実質的に無酸素状態で、水の沸点温度とバイオマス原料の自己炭化温度との中間温度（例えば４００℃）で、例えば一時間程度加熱して、乾燥する。加熱されたバイオマス原料１４では、植物細胞に入っていた水は水蒸気となり、加熱炉６０内に放出される。加熱炉６０内の水蒸気は、加熱炉６０に設けられた小孔より間欠的に外部に放出される。この水蒸気の放出にあたり、加熱炉６０の内部と外部との空気流を遮断して、酸素により加熱されたバイオマス原料１４が酸化や燃焼に至ることを防止する。例えば４００℃で加熱すると、バイオマス原料１４の表面は焦げる状態となり、徐々に内部に熱が伝導して、水分を放出させる。４００℃での加熱を継続すると、バイオマス原料１４の乾燥が始まり、加熱炉６０からバイオマス原料１４を取り出す状態では、バイオマス原料１４の水分含有率は約１０〜１５％程度になる。このようにして、乾燥させたバイオマス原料１６が得られる。この乾燥温度は、バイオマス原料の植物細胞が実質的に保持される温度であればよく、例えば１００℃から４００℃の範囲内とする。一般に、乾燥温度が高ければ、バイオマス原料１４の乾燥に要する時間は短くて済む。
【００４６】
次に、図４の高温焼成工程Ｓ１３０として、乾燥させたバイオマス原料１６を、実質的に無酸素状態で、グラファイト組織形成処理温度で、高温焼成する。高温焼成工程Ｓ１３０では、グラファイト組織形成処理温度で高温焼成を行うので、バイオマス原料１６にグラファイト組織が形成され、導電性を有するようになる。ここで、グラファイト（graphite）とは、石墨や黒鉛とも呼ばれるもので、一般にコークスなどの炭素材料を高温で熱処理して製造される。グラファイトの結晶構造は、六方晶系、六角板状結晶をしており、分子レベルでは、亀の甲状の層状物質で層毎の面内は、強い共有結合で炭素間が繋がっているが、層と層の間（面間）は、弱いファンデルワールス力で結合している。それゆえ、層状にはがれる性質を有する（へき開完全）。電子状態は、半金属的であるため、導電性を有する。
【００４７】
高温焼成工程Ｓ１３０では、図３（Ｂ）に示すように、グラファイト組織形成処理温度（例えば１０００℃）で、乾燥させたバイオマス原料１６を例えば１時間程度、高温焼成する。これにより、乾燥させたバイオマス原料１６は、グラファイト組織が形成されたバイオマス原料１７となり、導電性を有するようになる（図４、Ｓ１４０）。高温焼成工程Ｓ１３０では、グラファイト組織形成処理温度で高温焼成するので、高温焼成温度を例えば１０００℃から１８００℃程度の範囲とし、高温焼成時間を定めるについては、乾燥させたバイオマス原料１６がグラファイト組織に変化して、導電性を備えるような時間を確保するのが良く、例えば３０分〜数時間に定める。
【００４８】
続いて、本発明の樹枝状炭化バイオマス製造方法を説明する。図５は、本発明に係る樹枝状炭化バイオマス製造方法を説明する流れ図である。図５に示すように、木材や竹等のバイオマス原料を、バイオマス原料１０の植物細胞が実質的に保持される熱処理温度で、油性溶液４０を用いて加熱処理する工程（Ｓ２００）と、加熱処理されたバイオマス原料１２から油性溶液４０を除去する工程（Ｓ２１０）と、油性溶液除去工程で処理されたバイオマス原料１４を、実質的に無酸素状態で、水の沸点温度とバイオマス原料の自己炭化温度との中間温度で、乾燥する工程（Ｓ２２０）と、乾燥させたバイオマス原料１６を、実質的に無酸素状態で、自己炭化温度とグラファイト組織形成処理温度との中間温度で、中温焼成する工程（Ｓ２３０）と、を備えている。
【００４９】
このうち、図５の樹枝状炭化バイオマス製造方法において、Ｓ２００、Ｓ２１０、Ｓ２２０は、図４の導電性炭化バイオマス製造方法におけるＳ１００、Ｓ１１０、Ｓ１２０と同様である。図５のＳ２３０は中温焼成工程で、乾燥させたバイオマス原料１６を、実質的に無酸素状態で、自己炭化温度とグラファイト組織形成処理温度との中間温度で、中温焼成する工程である。中温焼成工程Ｓ２３０では、自己炭化温度とグラファイト組織形成処理温度との中間温度で、中温焼成を行うので、バイオマス原料１６にグラファイト組織が形成されることはなく、導電性を有しない。他方で、自己炭化温度以上で中温焼成されるので、バイオマス原料の植物細胞が実質的に保持された状態で焼成されるので、多孔質の組織が維持されたバイオマス原料１８が得られる。
【００５０】
中温焼成工程Ｓ２３０では、図３（Ｂ）に示すように、自己炭化温度（例えば４００℃）とグラファイト組織形成処理温度（例えば１０００℃）との中間温度（例えば７００℃）で、乾燥させたバイオマス原料１６を例えば１時間程度、中温焼成する。これにより、乾燥させたバイオマス原料１６は、バイオマス原料の植物細胞が実質的に保持された状態で焼成されるので、多孔質の組織が維持されたバイオマス原料１８が得られる（図５、Ｓ２４０）。中温焼成工程Ｓ２３０では、自己炭化温度とグラファイト組織形成処理温度との中間温度で、中温焼成するので、中温焼成温度は例えば５００℃から８００℃程度の範囲とし、中温焼成時間は焼成して実質的に亜炭と評価できるような時間に定める。
【００５１】
次に、本発明の導電性炭化バイオマス製造方法を用いて製造された導電性炭化バイオマス１７と、本発明の樹枝状炭化バイオマス製造方法を用いて製造された樹枝状炭化バイオマス１８の電子顕微鏡写真を用いて、本発明を説明する。図６は、バイオマス原料１０として竹を用い、竹の軸方向断面を電子顕微鏡で撮影した写真図で、２５倍、１００倍、１０００倍、１００００倍を示している。図７は、バイオマス原料１０として竹を用いて、高温焼成してグラファイト組織化した導電性炭化バイオマスの竹軸方向断面を電子顕微鏡で撮影した写真図で、２５倍、１００倍、１０００倍、１００００倍を示している。図８は、亜炭の縦軸方向断面を電子顕微鏡で撮影した写真図で、２５倍、１００倍、１０００倍、１００００倍を示している。図９は、バイオマス原料１０として竹を用いて、中温焼成して多孔質組織の樹枝状炭化バイオマス（竹亜炭）の竹軸方向断面を電子顕微鏡で撮影した写真図で、２５倍、１００倍、１０００倍、１００００倍を示している。なお、亜炭は樹枝状炭化バイオマスとの比較対象として用いている。
【００５２】
図６の１００倍、１０００倍では、竹の細胞壁の構造が明確に現れている。これに対して、図７の１００倍、１０００倍では、竹の細胞壁が破壊されてグラファイト組織化している状況が明確に現れている。図８の１００倍、１０００倍では、樹枝状炭化バイオマスの比較対象である亜炭の縦軸方向断面を示したもので、亜炭の細胞壁の構造を感得できる。もっとも、亜炭の場合は、１００〜１３０万年前に樹木等が埋積し炭化したものであるという性格上、細胞内は高圧による長期間の圧縮により潰れた状態となっている。図９の１００倍、１０００倍では、中温焼成して多孔質組織の樹枝状炭化バイオマス（竹亜炭）であるが、竹の細胞壁の構造が明確に残存している。
【００５３】
続いて、本発明の導電性炭化バイオマス製造方法を用いて製造された導電性炭化バイオマス１７と、本発明の樹枝状炭化バイオマス製造方法を用いて製造された樹枝状炭化バイオマス１８のＸ線回析試験結果を用いて、本発明を説明する。図１０は、バイオマス原料１０としての竹と、バイオマス原料１０として竹を用いて、高温焼成してグラファイト組織化した導電性炭化バイオマスのＸ線回析試験結果を示してある。図１１は、樹枝状炭化バイオマスの比較対象である亜炭と、バイオマス原料１０として竹を用いて、中温焼成して多孔質組織の樹枝状炭化バイオマス（竹亜炭）のＸ線回析試験結果を示してある。
【００５４】
バイオマス原料１０としての竹のＸ線回析試験結果では、２３°付近に第一のピークがあり、４３°付近に第二のピークがある。これに対して、高温焼成してグラファイト組織化した導電性炭化バイオマスでは、２３°付近に第一のピークがあるが、信号の幅が強度として１００程度に拡散しているものの、Ｘ線回析試験結果では顕著な結晶構造の差は現れていない。他方、亜炭のＸ線回析試験結果では、２３°付近に第一のピークがあり、この信号強度は、バイオマス原料１０の場合の２倍程度であり、結晶構造が揃っていることが予想される。これは、亜炭が、１００〜１３０万年前に樹木等が埋積し炭化したものという由来が起因していると思われる。また、樹枝状炭化バイオマスのＸ線回析試験結果では、２３°付近に第一のピークがあり、２８°付近に第二のピークがある。２８°付近に第二のピークは、信号成分かノイズかは判然としない。いずれにしても、Ｘ線回析試験結果では、各資料の間で顕著な結晶構造の差は現れていない。
【００５５】
続いて、導電性炭化バイオマス又は樹枝状炭化バイオマスを用いた複合機能材料の製造方法を説明する。図１２は、導電性炭化バイオマス又は樹枝状炭化バイオマスを用いた複合機能材料の製造方法を説明する流れ図である。図において、導電性炭化バイオマス１７はＳ１００〜Ｓ１４０の各製造工程により製造されるもので、詳細は図４で既に説明している。樹枝状炭化バイオマス１８はＳ２００〜Ｓ２４０の各製造工程により製造されるもので、詳細は図５で既に説明している。
【００５６】
図１２のＳ３００では、導電性炭化バイオマス１７を所定粒径の炭粉に粉砕する。粒径は例えば１０〜２０μｍである。導電性炭化バイオマス１７を炭粉にする工程（Ｓ３００）を設けると、導電性炭化バイオマスの有する導電性が発揮されて、ＡＢＳ樹脂・ポリエチレン樹脂・ポリプロピレン樹脂等に添加することにより、導電性樹脂を形成する材料として利用できる。図１２のＳ３１０では、導電性炭化バイオマス１７の表面層に、機能性物質を含浸、塗布、又は蒸着することで、当該機能性物質による機能を付加させる。導電性炭化バイオマス１７の有する導電性表面層に機能性物質を含浸、塗布、又は蒸着する工程（Ｓ３１０）を設けることで、当該機能性物質による機能を付加させる。機能性物質としては、例えば抗菌性物質や酸化チタンがある。抗菌性物質であれば、擦り傷や切り傷に対して保護層として使用する絆創膏の代替製品となる。酸化チタンであれば、光触媒機能を付加できる。このようにして、機能性導電性炭化バイオマスが完成する（Ｓ３２０）。
【００５７】
図１２のＳ３５０では、樹枝状炭化バイオマス１８を所定粒径の炭粉に粉砕する。粒径は例えば１０〜２０μｍである。樹枝状炭化バイオマス１８を炭粉にする工程（Ｓ３５０）を設けると、樹枝状炭化バイオマスの有する多孔質表面層が有効に作用して、吸湿性や脱臭性に富み、例えば室内の壁面用建築素材として適している。また、微細孔が表面に多数露出するので、微細孔によって傷口の分泌物を吸収して保湿効果を持たせることが出来、抗菌性物質層を形成した表面に保護層を設けることで、抗菌性が持続する。傷口を早く乾かして傷口が早く治癒する効果を有すると期待できる。
【００５８】
図１２のＳ３６０は、樹枝状炭化バイオマス１８に存在する微細孔に、機能性物質を含浸、塗布、又は蒸着することで、当該機能性物質による機能を付加させる。樹枝状炭化バイオマス１８の有する多孔質表面層に機能性物質を含浸、塗布、又は蒸着する工程（Ｓ３６０）を設けることで、当該機能性物質による機能を付加させる。樹枝状炭化バイオマスには微細孔が多数存在しているので、例えば抗菌性物質を機能性物質として選択した場合には、擦り傷や切り傷に対して保護層として使用する絆創膏の代替製品となると共に、また微細孔が傷口の分泌物を吸収して保湿効果を持たせることが出来、傷口を早く乾かして傷口が早く治癒する効果を有すると期待できる。特に、抗菌性物質層を形成した表面に保護層を設けることで、抗菌性が持続する。このようにして、機能性樹枝状炭化バイオマスが完成する（Ｓ３７０）。
【００５９】
続いて、導電性炭化バイオマス又は樹枝状炭化バイオマスを用いたシートの製造方法を説明する。図１３は、導電性炭化バイオマス又は樹枝状炭化バイオマスを用いた複合機能材料の製造方法を説明する流れ図である。図において、導電性炭化バイオマス１７はＳ１００〜Ｓ１４０の各製造工程により製造されるもので、詳細は図４で既に説明している。樹枝状炭化バイオマス１８はＳ２００〜Ｓ２４０の各製造工程により製造されるもので、詳細は図５で既に説明している。
【００６０】
図１３のＳ４００では、導電性炭化バイオマス１７についてシート状に固化する。導電性炭化バイオマス１７についてシート状に固化する工程（Ｓ４００）を設けることで、導電性炭化バイオマス１７の有する導電性を有するシート状固化材料が得られる。導電性炭化バイオマス１７が、例えば木材のように堅い炭として利用できる態様であれば、特段バインダーを用いることなく、必要な剛性を有する場合もある。また、導電性炭化バイオマス単体では脆くて強度が必要な用途での使用に適さない場合でも、例えばバインダーを添加して導電性炭化バイオマス１７を補強することで剛性が増して、強度が必要な用途での使用が可能になる。また、バインダーと導電性炭化バイオマスを混合して、固形の板状又は任意の形状に金型で成型することで、各用途に応じた形状の導電性炭化バイオマスシートを得ることができる。
【００６１】
図１３のＳ４１０では、導電性炭化バイオマス１７の表面層に、機能性物質を含浸、塗布、又は蒸着することで、当該機能性物質による機能を付加させる導電性炭化バイオマス１７の有する導電性表面層に機能性物質を含浸、塗布、又は蒸着する工程（Ｓ４１０）を設けることで、当該機能性物質による機能を付加させたシートを製造できる。機能性物質としては、例えば抗菌性物質や酸化チタンがある。抗菌性物質であれば、擦り傷や切り傷に対して保護層として使用する絆創膏の代替製品となる。酸化チタンであれば、光触媒機能を付加できる。
【００６２】
図１３のＳ４２０では、導電性炭化バイオマス１７のシートに導電性の粉炭を塗布して薄膜を形成する。導電性炭化バイオマスシートに導電性の粉炭を塗布して薄膜を形成する工程（Ｓ４２０）を有することで、導電性炭化バイオマスシートの導電性を、導電性炭化バイオマスシートの表面に形成された導電性の粉炭の性状によって調整できる。このようにして、導電性炭化バイオマスシートが完成する（Ｓ４３０）。なお、導電性炭化バイオマス１７のシートに機能性素材を用いた薄膜層を形成する工程を付加してもよい。導電性炭化バイオマスシートに機能性素材を用いた薄膜層を形成することで、当該機能性物質による機能を付加させたシートを製造できる。
【００６３】
図１３のＳ４５０では、樹枝状炭化バイオマス１８に含まれる樹枝状組織を保持した状態で、バインダーを用いてシート状に固化する。樹枝状炭化バイオマス１８に含まれる樹枝状組織を保持した状態で、バインダーを用いてシート状に固化する工程（Ｓ４５０）を設けることで、樹枝状炭化バイオマス単体の有する樹枝状形状を有するシート状固化材料が得られる。樹枝状炭化バイオマス１８が、例えば木材のように堅い炭として利用できる態様であれば、特段バインダーを用いることなく、必要な剛性を有する場合もある。また、樹枝状炭化バイオマス単体では脆くて強度が必要な用途での使用に適さない場合でも、樹枝状炭化バイオマス単体では脆くて強度が必要な用途での使用に適さないが、バインダーで樹枝状炭化バイオマスを補強することで剛性が増して、強度が必要な用途での使用が可能になる。そして、バインダーと樹枝状炭化バイオマスを混合して、固形の板状又は任意の形状に金型で成型することで、各用途に応じた形状の樹枝状炭化バイオマスシートを得ることができる（Ｓ４８０）。
【００６４】
図１３のＳ４６０では、樹枝状炭化バイオマス１８に存在する微細孔に、機能性物質を含浸、塗布、又は蒸着することで、当該機能性物質による機能を付加させる。樹枝状炭化バイオマス１８の有する多孔質表面層に機能性物質を含浸、塗布、又は蒸着する工程（Ｓ４６０）を設けることで、当該機能性物質による機能を付加させたシートを製造できる。樹枝状炭化バイオマスには微細孔が多数存在しているので、例えば殺菌性物質を機能性物質として選択した場合には、刺身のように食品の鮮度が商品価値を決定的に決定する用途に好適である。すなわち、多孔質表面層が吸湿作用を発揮するので、肉汁や食品臭を吸着して食品の鮮度低下を防止できると共に、殺菌性物質を含有する表面層を設けることで、殺菌性が高まり、食品の鮮度が持続する。
【００６５】
図１３のＳ４７０では、樹枝状炭化バイオマス１８のシートに導電性の粉炭を塗布して薄膜を形成する。樹枝状炭化バイオマスシートは多孔質表面層であるが導電性を有しないところ、樹枝状炭化バイオマスシートに導電性の粉炭を塗布して薄膜を形成する工程（Ｓ４７０）を設けることで、樹枝状炭化バイオマスシートシートの表面に形成された導電性の粉炭の性状によって導電性を持たせることができる。このようにして、樹枝状炭化バイオマスシートが完成する（Ｓ４８０）。なお、樹枝状炭化バイオマス１８のシートに機能性素材を用いた薄膜層を形成する工程を設けてもよい。樹枝状炭化バイオマスシートに機能性素材を用いた薄膜層を形成することで、当該機能性物質による機能を付加させたシートを製造できる。樹枝状炭化バイオマスには微細孔が多数存在しているので、例えば殺菌性物質を機能性物質として選択した場合には、刺身のように食品の鮮度が商品価値を決定的に決定する用途に好適である。すなわち、多孔質表面層が吸湿作用を発揮するので、肉汁や食品臭を吸着して食品の鮮度低下を防止できると共に、殺菌性物質を含有する表面層を設けることで、殺菌性が高まり、食品の鮮度が持続する。
【００６６】
図１４は、導電性炭化バイオマス１７の表面層や樹枝状炭化バイオマス１８に存在する微細孔に、機能性物質を塗布する一例を示す構成図である。機能性物質を溶液に混和して、スプレーガン７０等を用いて、導電性炭化バイオマス１７の表面層や樹枝状炭化バイオマス１８に存在する微細孔に機能性物質溶液７２を噴霧することによって、機能性物質を塗布して、機能性物質の薄膜槽７４を導電性炭化バイオマス１７や樹枝状炭化バイオマス１８の表面層に形成する。
【００６７】
続いて、本発明に係る導電性炭化バイオマス１７と樹枝状炭化バイオマス１８を素材とする用途について説明する。導電性炭化バイオマス１７を微細粒径の炭粉に粉砕して、例えばＡＢＳ樹脂・ポリエチレン樹脂・ポリプロピレン樹脂等に添加することにより、導電性樹脂を形成する材料として利用できる。具体的には、炭粉の粒径を２０μｍ程度に粉砕して、この微細粒径の炭粉を０．２線形の溝に配合し、樹脂でモールドする。微細粒径の導電性炭化バイオマス１７は、平板樹脂成型や線形樹脂成型のような比較的小型の電子部品に応用でき、配線を設けない電子用基板が提供できる。
【００６８】
樹枝状炭化バイオマス１８は、吸湿性や脱臭性に富み、例えば木製チップを圧縮して製造する合板に添加し、内装材や壁等の室内の壁面用建築素材に利用できる。この場合、樹枝状炭化バイオマス１８は、微細粒径の炭粉に粉砕してもよく、また中温焼成した状態のまま粉砕することなく、そのまま木製チップを圧縮して製造する合板に添加してもよい。樹枝状炭化バイオマス１８は、天然素材として飽きのこない樹枝状の形状をしているので、室内の壁面用建築素材に利用する場合には、壁紙を貼付しなくても利用に装飾性が得られる。
【００６９】
乾燥させたバイオマス原料１６は、バイオマス原料の表面色彩が紫檀色や、乾燥加熱時間を長く取れば黒檀色に近くなる。そこでバイオマス原料として木材を用いた場合には、表面に紫檀や黒檀の色合いや艶を付けることが出来、導電性炭化バイオマス１７と樹枝状炭化バイオマス１８の前段階である乾燥させたバイオマス原料１６段階でも、木材の高級な表面加工方法として利用できる。
【００７０】
樹枝状炭化バイオマスを用いた複合機能材料においては、樹枝状炭化バイオマスには微細孔が多数存在しているので、例えば抗菌性物質を機能性物質として選択した場合には、この微細孔に抗菌性物質を含浸させて、その後封孔処理を行い、微細孔から抗菌性物質の流失を防止する構造とすることができ、抗菌作用を長時間持続させることができる。また、樹枝状炭化バイオマスの樹枝状組織を破壊せず、バインダーで固め、固形の板状や所望の形状に金型で成型する。さらに、樹枝状炭化バイオマスとバインダーにより組成された表面に、導電性炭化バイオマスを用いた塗装層や薄膜層を形成して、樹枝状炭化バイオマスに導電性を持たせることができる。
【００７１】
また、樹枝状炭化バイオマスとして竹を用い、竹の形状を維持した状態で利用する用途としては、フィルター、刺身皿がある。フィルターの場合は、樹枝状炭化バイオマスとしての竹を３ｍｍ程度の厚さで切り、複数枚集成して水質浄化機能を持ったフィルターを構成できる。樹枝状炭化バイオマスは亜炭に類似した組織構造をしており、表面には内径１０μｍ程度の微細孔が多数存在している。そこで、樹枝状炭化バイオマスの表面積は、１グラム当り１０００ｍ２以上あり、吸着効果が高い。この特質を生かして、水質浄化するフィルターに利用できる。一般に吸着能力を増やすには、フィルターの断面積を大きくする必要があるため、複数枚並べて集成するが、互いのフィルター縦断面（厚さ方向）を接着剤で結合して一枚の板状にするのがよい。
【００７２】
また、刺身皿の場合も、樹枝状炭化バイオマスとしての竹を３ｍｍ程度の厚さで切り、複数枚集成して皿状にする。この点、従来の刺身皿では陶器製を用いているため、刺身の水切りが悪い場合、刺身の鮮度が落ち、また顧客の見た目からも鮮度が落ちているように見える恐れがある。樹枝状炭化バイオマスとしての竹の場合は、刺身から滲み出した水分が表面に形成されている微細孔に吸着されて、無駄な水分が表面に溢れる可能性が低くなる。また、皿状にするのに代えて、０．５ｍｍ程度の厚さで切り、刺身の下に敷く不織布の代替や、揚げ物の油きり用キッチンペーパーの代替として使用できる。
【００７３】
また、乾燥させたバイオマス原料として竹を用い、竹の形状を維持した状態で利用する用途としては、仏像の表面処理、家具の表面処理として利用できる。乾燥させたバイオマス原料の表面色彩が紫檀色や、乾燥加熱時間を長く取れば黒檀色に近くなる。そこで、このように表面色彩に高級感を漂わせる表面処理を行って、美術工芸品に使用できる。美術工芸品には、仏像のほか、木製家具、お盆、茶托等の木製日用雑貨品に適用することも出来る。
【００７４】
樹枝状炭化バイオマス１８は、医療品として用途も存在する。樹枝状炭化バイオマス１８を微細粒径の炭粉に粉砕して、抗菌性物質としてポピドン沃素を含浸させる。そして、ポピドン沃素を含浸させた炭粉をＰＥＴ樹脂で製造した薄膜の上に塗布して、切り傷や擦り傷に貼って使用する絆創膏の代替商品として利用できる。炭粉では、微細孔が表面に多数露出するので、微細孔によって傷口の分泌物を吸収して保湿効果を持たせることが出来、ポピドン沃素により抗菌性が持続する。このようにして、傷口を早く乾かして傷口が早く治癒する効果を有すると期待できる。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】本発明に係る導電性炭化バイオマス製造方法及び樹枝状炭化バイオマス製造方法のうち、油で揚げる工程Ｓ１００、Ｓ２００を説明する構成図である。
【図２】本発明に係る導電性炭化バイオマス製造方法及び樹枝状炭化バイオマス製造方法のうち、油抜き工程Ｓ１１０、Ｓ２１０を説明する構成図である。
【図３】本発明に係る導電性炭化バイオマス製造方法及び樹枝状炭化バイオマス製造方法のうち、乾燥工程Ｓ１２０、Ｓ２２０と高温焼成工程Ｓ１３０、中温焼成工程Ｓ２３０を説明する構成図である。
【図４】本発明に係る導電性炭化バイオマス製造方法を説明する流れ図である。
【図５】本発明に係る樹枝状炭化バイオマス製造方法を説明する流れ図である。
【図６】バイオマス原料として竹を用い、竹の軸方向断面を電子顕微鏡で撮影した写真図である。
【図７】バイオマス原料として竹を用いて、高温焼成してグラファイト組織化した導電性炭化バイオマスの竹軸方向断面を電子顕微鏡で撮影した写真図である。
【図８】亜炭の縦軸方向断面を電子顕微鏡で撮影した写真図である。
【図９】バイオマス原料として竹を用いて、中温焼成して多孔質組織の樹枝状炭化バイオマスの竹軸方向断面を電子顕微鏡で撮影した写真図である。
【図１０】バイオマス原料としての竹と、高温焼成してグラファイト組織化した導電性炭化バイオマスのＸ線回析試験結果を示してある。
【図１１】樹枝状炭化バイオマスの比較対象である亜炭と、バイオマス原料１０として竹を用いて、中温焼成して多孔質組織の樹枝状炭化バイオマス（竹亜炭）のＸ線回析試験結果を示してある。
【図１２】導電性炭化バイオマス又は樹枝状炭化バイオマスを用いた複合機能材料の製造方法を説明する流れ図である。
【図１３】導電性炭化バイオマス又は樹枝状炭化バイオマスを用いた複合機能材料の製造方法を説明する流れ図である。
【図１４】導電性炭化バイオマス１７の表面層や樹枝状炭化バイオマス１８に存在する微細孔に、機能性物質を塗布する一例を示す構成図である。
【符号の説明】
【００７６】
１０  バイオマス原料
１２  加熱処理されたバイオマス原料
１３  アルカリ置換工程で処理されたバイオマス原料
１４  油性溶液除去工程で処理されたバイオマス原料
１６  乾燥させたバイオマス原料
１７  高温焼成したバイオマス原料（導電性炭化バイオマス）
１８  中温焼成したバイオマス原料（樹枝状炭化バイオマス）
２０  油槽（加熱油の収容容器）
３０  加熱装置
４０  油性溶液
５４  アルカリ性溶液
６０  真空加熱炉
Ｓ１００、Ｓ２００  油で揚げる工程
Ｓ１１０、Ｓ２１０  油抜き工程
Ｓ１１２、Ｓ２１２  アルカリ置換工程
Ｓ１１４、Ｓ２１４  アルカリ除去工程
Ｓ１２０、Ｓ２２０  乾燥工程
Ｓ１３０  高温焼成工程
Ｓ２３０  中温焼成工程
【要約】
【課題】  従来石炭や石油のような化石資源を用いていた用途で、木材や竹のような再生可能なバイオマスを代替利用するために、木材や竹の性状を物理的に変更する具体的な手段を提供すること。
【解決手段】  本発明に係る導電性炭化バイオマス製造方法は、木材や竹等のバイオマス原料を、バイオマス原料１０の植物細胞が実質的に保持される熱処理温度で、油性溶液４０を用いて加熱処理する工程（Ｓ１００）と、加熱処理されたバイオマス原料から油性溶液４０を除去する工程（Ｓ１１０）と、前記油性溶液除去工程で処理されたバイオマス原料４０を、実質的に無酸素状態で、水の沸点温度とバイオマス原料の自己炭化温度との中間温度で、乾燥する工程（Ｓ１２０）と、乾燥させたバイオマス原料１０を、実質的に無酸素状態で、グラファイト組織形成処理温度で、高温焼成する工程（Ｓ１３０）と、を備えている。
【選択図】  図４【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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