研究論文

蒸気処理した竹材の解 繊と成形物の調 製
高須恭夫 ＊ １ 、高橋 勤子 ＊ ２ 、来川保 紀 ＊ ３ 、太田幸伸 ＊ ３ 、福 田聡史 ＊ ３

Fib eri zat ion a nd Prepa ra ti on of M oldi ngs U si ng S team-Trea ted Ba mboo
Yasuo TAKASU＊ １ , Iso ko TAK AHASHI＊ 2 , Yasun or i K ITAG AWA＊ 3
Yuk ino bu O HTA＊ 3 an d Sato sh i FUKUTA＊ 3
Re se ar c h a nd Deve lo pme nt D iv i sio n, AITE C * １ *２I ndustr i al Te c hnol og y D iv isio n, AI TE C * ３

蒸 気 処 理 し た 竹 材 を 、 ゼ フ ァ ー 化 装 置 に よ り 繊 維 （ 維 管 束 梢 ） と 粉 体 （ 柔 細 胞 ） に 分 離 し た 。 2 00 ℃ 、20 分 の 蒸 気 処 理 が 分 離 に 適 し て い た 。分 離 し た 繊 維 、粉 体 お よ び 両 者 を 分 離 し な い も の を 試 料 と し て 細 管式レオメー タにより 流出開始 温度を測 定した。 粉体は最 も流出開 始温度が 低く、極 めて熱流 動しやす い材料であるこ とが分か った。一 方、繊維 の流出開 始温度は 比較的高 かった。 これらを 原料とし て加熱加 圧により成形物 の調製を 試みた。 その結果 、繊維、 粉体およ び両者を 分離しな いものす べてから 樹脂状の 黒色化した成形 物が調製 できた。 繊維を原 料とした 成形物は 耐衝撃性 が大きい こと、粉 体は流動 しやすい ことから３次元 成形物の 調製が容 易である こと等が 特徴的で あった。

１．はじめに竹材は成 長が早 く、再生 可能な資 源とし て利用で きる

蒸気処理竹材

繊維

可 能性が高 い。しかしこ れまで その利用 は、工芸品な ど、特 定の分野 に限ら れていた 。筆者ら はこれ までに、 蒸気処 理した木 質材料 を加熱加 圧成形し て調製 する自己 接着成 形体（木質成 形体 ）の開 発を進め てきた

粉体

溝付きローラ

１〜３）

。こ こで

図１

ゼファー化 装置の模 式図は 、この手 法を竹 材に応用 し、新し い利用 技術の開 発を目 指して、 成形物 の製造に 適した調 製条件 を見出す ため験 では 5 対 のロー ラを有す る試験装 置を用 いた。の 試験を行 った。 具体的に は、①蒸 気処理 による繊 維と2.3 熱流動性の評価

粉 体の分離 条件の 把握、② 蒸気処理 竹材の 熱流動性 の把200℃、 20 分蒸 気処理し たマダケ および モウソウ チク

握 、③蒸気 処理竹 材を原料 とした自 己接着 プラスチ ック

か ら、分離 試験に より得ら れた繊維 、粉体 および分 離し状 成形物の 作製と 物性評価 を行った 。て いない（ 未分離 ）竹材そ れぞれに ついて 、細管式 レオ
メ ータ（島 津製作所 製フロ ーテスタ

２．実験方法2.1 竹材 の蒸気 処理

CFT-500 型）を用い て熱流動 性の評 価を行っ た。用いたノ ズルは直 径 1mm、長さ 1mm で あった 。試料粉体 1.2g を、 断面積 1cm2 の供試材料 として は、3〜 5 年生のマ ダケお よびモウ ソウ

シ リ ン ダ内 に 充填 し 、そ の 上 にピ ス トン を 挿入 し た。

チ クを用い た。解繊 試験につ いては、 比較のた めに 1 年80℃ で 5 分間 予熱し た後、 3.92kN の 荷重 を加え 、 2℃生 の材も使 用した 。長さ 90cm に切 断した 竹材を４ つ割/min の 昇 温条件下 で流出し 始める 温度を調 べた。繊 維おり にし、160〜 220℃で 20 分（ 一部試 料につい ては 180℃

よ び未分離 の竹材 は粉砕し て 90〜 250μ m に分 級し、粉で 60 分 ）蒸気 処理を行 った。

体 はそのま ま熱流 動性試験 に用いた 。

2.2 解繊 試験

2.4 成形 体の調 製

蒸 気処理し た竹材 を自然乾 燥した後 、手揉 みおよび ゼ200℃ 、 20 分蒸 気処理し た 3〜 5 年 生のマ ダケおよ び

フ ァー化装 置を用 いて解繊 試験を行 い、繊維（維 管束梢 ）モ ウソウチ クから 、分離試 験により 得られ た繊維、 粉体と 粉体（柔 細胞）の 分離の 程度を調 べた。図 １ にゼファ

お よび未分 離の竹 材それぞ れを原料 として 自己接着 成形ー 化装置の 模式図 を示す。 使用した ゼファ ー化装置 は、物 を調製し た。繊 維は、ウ ィレー式 ミルで 粗粉砕し たも2 本 の溝 付きロー ラの間 で試料を 圧締する もので 、本実の（ 0.5mm 目 の受け 網を通過 したも の）お よび未粉 砕で＊１基盤技術部（現企画連携部）＊２基盤技術部（現工業技術部材料技術室）＊

３工業技術部

応用技術室

2cm 程 度 に切断し たもの を用いた 。未 分離の竹 材は 、ウ処 理した試 料は、 ほぼ 90cm のまま の繊維 と粉体が 採取

ィ レー式ミ ルで粗 粉砕した ものを用 いた。 さらに、 ４つで きた。 得られ たのは、図 ３ 、４ に示すよう に直径 0.2割 りして蒸 気処理 したまま の竹材を 積層し て成形し た。

〜 0.5mm の繊 維（維管 束梢） と大き さ 30〜 60μ m の粉

気 乾 状 態 （ 含 水 率 6 〜 8%） に し た こ れ ら の 試 料 を体（柔 細胞）であ った。220℃、20 分 処理し た試料で は、100×100 mm の 型 押し成形 容器内に 充填し 、熱プレ スで繊 維は脆く なり一 部は粉体 状となっ たため 分離が困 難で加 熱・加圧 （ 160℃ 、 30MPa、 10 分）し 、厚さ 約 4mm

あ った。こ れは熱 による劣 化が原因 と考え られた。 さらの 成形物を 調製し た。この 成形物か ら物性 試験片を 採取に、180℃、1 時 間処理 した試料 では、比較 的良好な 繊維し 、各試験 に供し た。また 、モウソ ウチク の粉体を 用いが 得られた が、 200℃、 20 分処理し たもの に比べて 粉体て 、丸カッ プ型の成 形を行 った。図 ２ に型押し成形 およの 割合が低 いこと から、分 離は十分 でない と思われ た。
以 上の結果 から、繊 維と粉 体を分離 するため には、200℃ 、び 丸カップ 型成形 の模式図 を示す。

20 分 の蒸 気処理 が適切で あると結 論でき る。
表 ２ に手揉みによ り解繊し た結果 を示す。マダ ケ 3〜 5
年 生では 、粉体 の割合 は 16.3％で 、こ の割合は 、ゼ ファ
ー 化 装置 によ る分 離試 験の値 15.9％ とほ ぼ一 致し ていた 。手もみ による 分離は、 丁寧に行 うこと により繊 維と型押し成 形
図２

カップ型 成形型押し成形 およびカ ップ型 成形の模 式図
1 mm

竹 材断面

2.5 物性 試験

250 μm

拡大した 断面曲げ試験 は JIS K 7171 プ ラスチ ック− 曲げ特性 の試
験 方法に拠 って行 った。ア イゾット 衝撃値 の測定は JIS
K 7110 プラス チック −アイ ゾット 衝撃強さ の試験 方法に 拠って行 った。
500μm

３．実験結果及び考察

繊維（ 維管束 梢）

200μm

粉 体（柔 細胞）図 ３ 竹材の断 面と得ら れた繊 維および 粉体3.1 蒸気 処理竹 材の解繊 試験
竹材は爆 砕処理 により、 竹繊維を 取り出 せること が知ら れてい る４)。ここで は、竹 繊維と 共に粉体 の成形 性を調 べる目的 で、蒸 気処理し た竹材を 手やゼ ファー化 装置
な どでほぐ すこと により 、繊維 と粉体を 分離し採 取した 。
表 １ に各条件で蒸 気処理し たマダ ケ 3〜 5 年生のゼ ファ ー化装置 による 分離試験 の結果を 示す。 処理条件 が適切 であれば ゼファ ー化装置 により容 易に分 離できる ことが 分かった 。 160℃ または 180℃、 20 分蒸 気処理し た試
料 は、ノシ イカ状 の竹材が 得られる ものの 、粉体は 採取
さ れず分離 できな いことが 分かった 。 200℃ 、 20 分 蒸気表1

蒸気処理した マダケ 3〜 5 年 生のゼフ ァー化装 置によ る解繊試 験結果
蒸気処理条件解繊の状態
160℃、20分分離不可
180℃、20分分離不可
200℃、20分分離可
220℃、20分分離不可
180℃、60分分離可

図４
表２

得られた繊 維および 粉体

手揉みによ る解繊試 験結果（ 蒸気処理 条件 200℃ 、20 分 ）粉体の割合(%)
15.9
7.6

試料
解繊の状態 粉体の割合(%)
モウソウ1年生
分離可
5.2
モウソウ3〜5年生
分離可
13.7
マダケ1年生分離可
7.3
マダケ3〜5年生
分離可16.3

粉体の十分な分離ができることから、ゼファー化装置に粉体と繊維の流出開始温度の違いは、試験に用いた試よって十分な分離が行われたと考えることができる。こ料の寸法・形状の違いと構成成分の違いが理由として考の方法は連続的に行うことができ、工業的利用が可能とえられる。すなわち、繊維は粉砕し 90〜250μm に分級したものを試料としたが、アスペクト比が大きく、繊維考えられる。
これらの解繊試験の結果から、モウソウチクとマダケの形状を残していた。一方、粉体は採取時のままで 30では、大きな差は無いこと、１年生の竹材は、粉体量が少なくおよそ 5〜8％であり、３〜5 年生では粉体量はお〜60μm の粒状であった。この違いが、流出開始温度に影響を及ぼすと考えられる。しかし、流出開始温度の大よそ 13〜17％であることが分かった。

きな差は、これまでの木材での実験の結果から、試料の3.2 繊維 と粉体 の熱流動 性寸法・形状の差だけでは説明できないと考えられ、構成成分による影響も大きいことが推定される。この点につ細管式レオメータによる測定から、繊維も粉体も熱流動を起こすことが分かった。表３ に繊維及び粉体の流出いては、今後より詳細な検討が必要である。

開始温度を示す。粉体の流出開始温度は 88℃〜97℃と極めて低く、同一条件で試験した木材のスギ（流出開始温3.3 成形 物の調製と物性、ブナ（同 110℃）、イエロ−ポプラ（同 105℃）
度 185℃）

材のいずれの原料からも樹脂状の黒色化した自己接着成と比較して、非常に流動しやすい材料であることが分か形物が調製できた。図 ５ に得られた成形物の例を示す。

った。一方、繊維の流出開始温度は 156〜175℃と比較的高く、未分離の試料では、両者の中間の値となった。

また、表４ にこれらの成形物の物性試験結果を示す。

加熱・加圧成形により、繊維、粉体および未分離の竹未分離の竹材の粉砕物から得られた成形物は、これまでに木材で得られた成形物とほぼ同等の曲げ強さ、アイ

表３

蒸気処理竹 材の流出開始 温度（蒸気処 理条件ゾット衝撃値であった。粉体から調製した成形物は、木200℃、20 分）

材や他の竹原料と比べて曲げ強さは小さな値を示した。

マダケモウソウチク

流出開始温度(℃)
未分離
繊維
粉体
156
97166
17588

繊維の粉砕物から調製した成形物の曲げ強さおよびアイゾット衝撃値は、木材に比べて大きな値を示した。未粉砕の繊維から調製した成形物のアイゾット衝撃値は、28kJ/m2 と極めて大きい値であった。さらに、４つ割りして蒸気処理したままの竹材を積層して調製した成形物
は、曲げ強さは 187N/mm2、アイゾット衝撃値は 30kJ/m2

500μm

図５

熱流動試験の流出物（左）と調製した成形物（右）表４

図６

未粉砕繊維から調製した成形物の破断面の様子

各原料から調製した成形体の物性
密度

試料

3

曲げ強さ アイゾ ット衝撃値
22

未分離（粉砕）

g/cm
1.43

N/mm
90.0

kJ/m2.8

粉体

1.40

42.2

2.3

繊維（粉砕）
繊維（未粉砕）

1.45
1.43

95.3
67.03.9>30

未分離（粉砕）

1.42

77.4

2.1

粉体
モウソ
繊維（粉砕）
ウチク
繊維（未粉砕）1.39
1.4432.4
96.3

2.1
3.7

1.3554.1

28.0

蒸気処理のまま1.421.45187.1
63.0>303.4マダケ

木材（ブナ）２）

できた。
(6)繊維を用いた成形物は、曲げ強さあるいはアイゾット
衝撃値が大きく、また、蒸煮竹材をそのまま成形したときも極めて高強度の板材が調製できた。
(7)粉体からは、容易に３次元成形物の調製が可能であった。
図７

粉体（柔細胞）から調製したカップ型成形物

これらの結果は、これまで知られていなかった多くの知見を含んでおり、竹材からプラスチック材料の代替材以上と極めて大きい強度性能を示した。図 ６ に未粉砕の料を調製するための資料となるものと考えている。

繊維から調製した成形物の破断面を示す。繊維が補強の

なお本稿では、竹材成形物調製に向けた検討の概要を役目を果たしている様子が観察され、竹自身の繊維とマ示した。蒸気処理条件や成形条件と成形物の物性の関係

トリックスからなる天然の FRP と言うことができる。
一方で、粉体は上記のように曲げ強さが小さかったが、など、詳細については今後、別に報告を行う。

熱流動しやすいことから、図 ７ に示すような３次元形状の成形物が容易に調製できた。

本研究の一部は、「生物系産業創出のための異分野融合研究支援事業」により行い、参画機関である愛知教育大学、三幸毛糸紡績株式会社、名古屋港木材倉庫株式会

４．結び
本研究の結果をまとめると、以下のとおりである。

社および株式会社タカハシキカンの協力を得て遂行した。
ここに記して感謝いたします。

(1)蒸気処理により繊維（維管束梢）と粉体（柔細胞）を分離するには、200℃、20 分の処理が適切であっ た。

文献(2)分離により得られる粉体の割合は、１年生の竹材で 5１)高須ほか：第 53 回日本木材学会大会研究発表要旨集，〜8％、３〜5 年生では 13〜17％であった。
(3)繊維、粉体および未分離の竹材のいずれもが熱流動性を示した。
(4)粉体の流出開始温度は 88〜97℃と極めて低く、熱流動しやすい材料であった。
(5)繊維、粉体および未分離の竹材のいずれからも、熱圧成形によりプラスチック状の自己接着成形物が調製

P281(2003)
２)高橋ほか：愛知県産業技術研究所研究報告，3，2(2004)
３)高橋ほか：愛知県産業技術研究所研究報告，4 ，10(2005)
４)藤井透，大窪和也：繊維と工業，59(3)，12 (2003)