技術資料

山口県産業技術センター

研究報告No.32 p25-27 (2020)25

竹の繊維化に関する検討
小川友樹*

Study on fiberization of bamboo
Tomoki Ogawa
１．緒言

山口県の竹林面積は約 12，000 ha であり(全国で第 4 位，表 1 参照)，やまぐち森林づくり整備事業の中で繁茂竹林整備事業として竹を伐採しているが，伐採された竹は一部バイオマス発電用燃料として使用されているのみであり，多くは竹林中に野積みされたまま放置されている(図 1 参照)．
有効な利用手段は確立されていない．
竹を資源として活用する一つの方法として繊維化が行われ，プラスチックコンポジット材料等への応用がなされてきた．今日では，従来から使用されている湿式法や乾式法を用いたナノファイバー化について検討されている．湿式解繊では竹の前処理工程が必要であり，柔軟化，蒸解・漂白工程等に薬品の使用，廃水処理等が課題となる 1) ．

図1

野積みされた竹また，乾式粉砕では，剛直な竹繊維が生じて肌に刺さる懸念があり，粉砕回数を増加させるとアスペクト比（繊維長さ/繊維径）が小さくなってしまい，繊維として得ることは困難である(図 2 参照)．
そこで，本研究ではこれらの問題を解決するため，先ず竹の繊維化装置を試作し，剛直ではない竹繊維の作製について検討した．また，得られた竹繊維の物理的処理によるナノファイバー化について検討した．
表1

都道府県別竹林面積

100μm

都道府県

竹林面積(ha)鹿児島県

17,927大分県

14,042

福岡県

13,619通常，竹繊維とは柔細胞を除去した維管束の部分をいう．

山口県

12,001

維管束の分布は表皮側が密であり，内皮側にいくに従って島根県

11,157粗になるため，繊維を効率良く取り出すためには表皮を薄H29.3.31 林野庁統計より

図2

竹の乾式粉砕物の SEM 像く削り取る必要がある．また，維管束は 100 m 程度の幅で竹の伸長方向に直線状に存在しているため，竹繊維を取り２．実験方法
２・１

竹繊維の原料出すためにはできるだけ竹の伸長方向と同じ向きで処理することが重要である．
図 4 に試作した繊維化装置の外観を示す．竹の処理部は竹は西日本技術開発有限会社所有の竹林のモウソウチク

ベルトサンダー(RYOBI 製 BDS1010)を使用し，ベルトは 3M(竹年齢：1 年未満)を使用し，竹を伐採後，稈を切り出して製キュービトロン(粒度 36)を用いた．竹の処理は手動で行節を取り除いたものを実験に使用した．

い，ベルト処理面の動作方向と竹の伸長方向が同じ向きに２・２

竹繊維の作製なるように接触させながら研削した．先ず，表皮を削り取

図 3 に竹の稈の部分を切り出した外観および断面を示った後，柔細胞・維管束部分まで研削した(内皮部分は処理す．稈は外側から表皮，柔細胞・維管束および内皮からなせず)．研削された竹は集じん機で回収した後，ふるいで粉り，表皮および内皮には繊維質のものは存在しない．

末を除いて竹繊維を得た．得られた竹繊維は，金蒸着後，低真空走査電子顕微鏡(日本電子製 JSM-5600LV)で観察した．

*

企業支援部環境技術グループ

山口県産業技術センター

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研究報告

No.32 (2020)

理するに従って徐々に砥石間隔を狭めていき，最終的には砥石同士が接触する寸前まで間隔を狭めた．
得られた処理物は静置し，上澄みを吸引ろ過で取り除き，再度解繊処理を数回繰り返し行った．
各処理で得られた繊維の観察は乾燥物を白金蒸着し，フィ ー ル ド エ ミ ッ シ ョ ン 走 査 電 子 顕 微 鏡 (日 本 電 子 製 JSM7500)で観察した．ただし，脱水後，再度解繊処理したものの乾燥は噴霧凍結乾燥により行った 2) ．
３．実験結果３・１

竹繊維の観察

繊維化装置で得られたものは粉末状および嵩高い繊維であり，剛直な繊維質のものはなかった．粉末は柔細胞，繊維(a)外観写真(節無し)は維管束から得られたものと考えられる．得られた繊維を目開き 10 mm の篩でふるったところ，篩に残った繊維重量
維管束
柔細胞

は全体の 40 %程度であり，繊維の製造量は 200 g/h であった．
図 5 に得られた竹繊維の外観および SEM 像を示す．繊維幅は 100 m 程度，繊維長は 10 mm から 50 mm であった(アスペクト比：100 から 500 程度)．繊維は繊維幅 20 m 程度(b)伸長方向に垂直な断面の繊維の集合体と考えられ，一部ほぐれており，より細い繊維を作製することが可能と考えられる．

維管束柔細胞(c)伸長方向に平行な断面
図3

竹の外観と切断面(a)竹繊維の外観

竹処理部(b)竹繊維の SEM 写真
図5
図4

３・２２・３

竹繊維の外観および SEM 写真

繊維化装置

竹繊維のナノファイバー化

繊 維 化 し た 竹 を 水 と 一 緒 に ミ キ サ ー (Vitamix 製TNC5200)に入れて解繊し，吸引ろ過により水を除去した後，デ ィ ス ク ミ ル (増 幸 産 業 製 ス ー パ ー マ ス コ ロ イ ダ ーMKZA65)で処理した．ディスクミルの砥石は MKG-C120#を用い，処

竹繊維のナノファイバー化

図 5 から竹繊維は繊維幅 20 m 程度の繊維集合体であり，部分的にほぐれていたが，ナノファイバーおよびフィブリル化した(毛羽立った)形状は観察されなかった．そこで，ナノファイバー化を行うため湿式処理であるミキサー処理およびディスクミル処理を行った．図 6 に竹繊維のミキサ

竹の繊維化に関する検討

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ー処理物の SEM 像を示す．処理物は繊維幅 20 m 程度のものであり処理時間を長くしても変化はなかったことから，作製した竹繊維はミキサー処理ではナノファイバー化されないことが分かった．竹をクエン酸処理した際はミキサーでナノファイバー化することが可能であるため 3) ，ミキサーでナノファイバーを製造するためには従来方法と同様に蒸解，漂白等の処理を行う必要があると考えられる．

100μm(a)ディスクミル処理物(脱水後)(200 倍)

ナノファイバー100μm
図6

竹のミキサー処理物の SEM 像(200 倍)

図 7 に竹繊維のディスクミル処理物の SEM 像を示す．繊
維幅 20 m 程度の繊維の表面上に繊維幅 1 m 程度のミクロフィブリルが観察され，部分的にフィブリル化されてい1μmるのが観察された．ただ，処理物の中に水が分離している状態のものを何度解繊処理してもこれ以上のフィブリル化(b) ディスクミル処理物(脱水後)(5000 倍)は進まず，ナノファイバー化はできなかった．
図8

ディスクミル処理物(脱水後)の SEM 像

４．結言
竹の繊維化に関する検討を行った結果，試作した繊維化装置により剛直ではない繊維幅 100 m 程度の繊維を作製することができた．また，この竹繊維はディスクミル処理によりナノファイバー化することが分かった．
ミクロフィブリル
本研究の実施にあたり，竹の提供をして頂いた西日本技術開発の西岡栄佑代表取締役に深く感謝いたします．
100μm
参考文献
図7

ディスクミル処理物(脱水前)の SEM 像(200 倍)

1) 次世代素材のセルロースナノファイバーの製造技術を開発～酵素処理を用い，食用にもなる素材を杉や竹の生息地で製造可能火～，Nanotech Japan Bulletin, 9(5),

図 8 に脱水後に再度ディスクミル処理して得られた処理

p.1-8(2016).

物の SEM 像を示す．脱水前の繊維よりフィブリル化が進行

2) 小川友樹：セルロースナノファイバーと熱可塑性樹脂とし，一部ナノファイバーが観察された．これは，余分な水の複合化に関する研究, 山口県産業技術センター研究が除去されたことにより竹繊維同士がより強く摩砕された

報告, 30, p.14-17(2018).

ためと考えられる．ディスクミル等の物理的処理による解

3) 小川友樹：クエン酸を用いたタケからのセルロースナノ

繊は徐々に細かく解繊していくので，処理回数を増やすほファイバーの製造について，山口県産業技術センター研

どナノファイバーの量が増加すると考えられる．

究報告，28，p.30-32(2016).