JP2003201689A

JP2003201689A - 木質繊維材料の製造方法

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Publication number: JP2003201689A
Application number: JP2001397660A
Authority: JP
Inventors: Junko Sakurai; 順子桜井
Original assignee: Araco Co Ltd
Current assignee: Araco Co Ltd
Priority date: 2001-12-27
Filing date: 2001-12-27
Publication date: 2003-07-18
Anticipated expiration: 2021-12-27
Also published as: JP3964201B2

Abstract

(57)【要約】【課題】短時間に解繊でき、かつ良質な繊維材料が得ら
れる木質繊維材料の製造方法を提供する。【解決手段】木質繊維材料の製造方法であって、靭皮部
を含む木質材料を、シュウ酸アンモニウムで処理する工
程と、前記シュウ酸アンモニウム処理後の木質材料をヘ
ミセルラーゼで処理する工程とを備える木質繊維材料の
製造方法を提供する。シュウ酸アンモニウムで木質材料
を処理することにより、木質材料を表皮と繊維層、ある
いは複数の繊維層に分離することができる。また、その
後、ヘミセルラーゼで処理することにより、ヘミセルロ
ースを除去することができる。したがって、比較的短時
間で、かつセルロースが破壊されにくい条件で繊維化し
て良質な繊維材料を得ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、木質材料から木
質繊維材料を製造する方法に関し、特に、成形体の製造
に使用可能な木質繊維材料の製造に適する方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】ケナフなどの草本類から繊維束にまで開
繊された繊維材料を得る方法には、収穫後の茎部分の靭
皮を含む外皮部分をコア部分から分離して、河川に浸漬
して数週間放置するレッティングがある。レッティング
では、外皮組織と繊維束又は繊維束どうしを結合するヘ
ミセルロース等が微生物などによって分解除去されて繊
維束まで繊維化された材料が得られる。しかし、十分な
レッティングに要する時間は、数週間から数ヶ月と長
く、水温によって処理速度が大きく異なる。また、天
候、気候によってレッティングできる時期が限定されて
しまう。また、レッティングができる場所は限定されて
いる。また、パルプ化では、化学薬品、一般的には、水
酸化ナトリウム、生石灰などのアルカリ性水溶液を用い
て靭皮を熟成又は膨潤させてパルプ化する方法がある。
この方法では、処理時間は短縮されるものの、繊維束な
どの所定の繊維化段階の材料を得ようとすると、収率が
低くなる。また、洗浄などにおける攪拌によって繊維が
傷んだり絡んだりしやすい、といった問題がある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明では、
短時間に解繊でき、かつ良質な繊維材料が得られる木質
繊維材料の製造方法を提供する。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明では、木質繊維材料の製造方法であって、靭
皮部を含む木質材料を、シュウ酸アンモニウムで処理す
る工程と、前記シュウ酸アンモニウム処理後の木質材料
をヘミセルラーゼで処理する工程とを備える木質繊維材
料の製造方法を提供する。シュウ酸アンモニウムで木質
材料を処理することにより、木質材料を表皮と繊維層、
あるいは複数の繊維層に分離することができる。また、
その後、ヘミセルラーゼで処理することにより、ヘミセ
ルロースを除去することができる。したがって、比較的
短時間で、かつセルロースが破壊されにくい条件で繊維
化して良質な繊維材料を得ることができる。あるいは、
本発明では、相互に結合した繊維束を有する木質材料を
ヘミセルラーゼで処理する工程を備える木質繊維材料の
製造方法を提供する。この方法では、相互に結合した繊
維束を、ヘミセルラーゼを用いて処理することで、所定
の分解状態まで繊維化することができる。したがって、
セルロースの分解を低減して良質な繊維材料を得ること
ができる。これらの製造方法で、ヘミセルラーゼとして
キシラン分解酵素を用いると、効率良く繊維束まで分解
することができる。すなわち、本製造方法は、繊維束ま
で分解されている木質繊維材料を得るのに好適な方法で
ある。

【０００５】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態につい
て詳細に説明する。本発明の木質材料の製造方法は、種
々の程度まで繊維化された木質繊維材料を製造する方法
に適用でき、好ましくは、繊維束にまで繊維化された木
質繊維材料の製造に適用する。

【０００６】本製造方法では、靭皮部を含む木質材料を
用いる。靭皮部は、植物の茎状部分の形成層から外側に
向かって形成される繊維組織部分である。靭皮部には、
典型的には、繊維束が複数集まって形成される繊維層が
複数外側に向かって積層されている。木質材料は、草本
類であると木本類であるとを問わないが、靭皮組織が発
達している木質原材料を用いることが好ましい。靭皮部
が発達している木質原料は、草本類に多く、例えば、ミ
ツマタ、コウゾ、アサ、アマ、ケナフ、タバコなどを挙
げることができる。

【０００７】木質原材料は、採取したそのままの状態で
本製造方法に適用しても良い。繊維化に要する時間を短
縮するためには、予め、葉、芯材（コア部分）又は外皮
など、本方法において繊維を取り出さない部分を除去し
ておくことが好ましい。また、乾燥処理や、所定の大き
さに切断する処理、木質原料を軟化させるためにアルカ
リ水溶液に浸漬する処理など、種々の処理を施した木質
材料を用いても良い。

【０００８】なお、シュウ酸アンモニウム処理される木
質材料では、靭皮部に隣接する表皮は、そのまま残して
おくことが好ましい。シュウ酸アンモニウム処理では靭
皮部と表皮とを良好に分離することができるため、シュ
ウ酸アンモニウム処理前に機械的に表皮を剥がすことに
よる靭皮部中の繊維を傷めたり切断したりするおそれが
小さくなる。

【０００９】本発明の木質繊維材料の製造方法の一形態
は、靭皮部を含む木質材料を、シュウ酸アンモニウムで
処理する工程と、シュウ酸アンモニウム処理後の木質材
料をヘミセルラーゼで処理する工程とを有することを特
徴とする。

【００１０】（シュウ酸アンモニウム処理について）シ
ュウ酸アンモニウム処理は、木質材料をシュウ酸アンモ
ニウム溶液に浸漬することで行える。シュウ酸アンモニ
ウム溶液は、水を溶媒とし、シュウ酸アンモニウムを含
有する種々の溶液である。シュウ酸アンモニウムの濃度
は、用いられる木質原料の性質に応じて調節する。ケナ
フなど、靭皮部の発達した木質原料の芯材を除去した靭
皮部を木質材料として用いる場合、シュウ酸アンモニウ
ムの濃度は０．１〜０．２Ｍである溶液が好ましい。シ
ュウ酸アンモニウムが０．１Ｍ未満であると、木質材料
中にシュウ酸アンモニウムが浸透するのに時間がかか
り、処理時間が長くなる。一方、シュウ酸アンモニウム
が０．２Ｍを超える濃度であると、繊維にダメージを与
えるおそれがある。

【００１１】靭皮部を含む木質材料をシュウ酸アンモニ
ウムで処理すると、靭皮部を構成する繊維束が集合して
形成されている複数の繊維層どうし又はこの繊維層と表
皮とを分離することができる。繊維層間及び繊維層と表
皮との間には、カルシウムイオンが複数のペクチンと結
合することによって架橋構造が形成されている。シュウ
酸アンモニウムは、水溶液中でシュウ酸イオンがカルシ
ウムイオンと選択的に結合して水に不溶な白色の沈殿を
生成する。このため、靭皮部をシュウ酸アンモニウム水
溶液に浸漬すると、靭皮部に含まれるカルシウムイオン
は、次々にシュウ酸イオンに引き抜かれると考えられ
る。この結果、繊維層どうし又は繊維層と表皮とを接着
しているペクチン−Ｃａ²⁺−ペクチン架橋構造が切断さ
れていると予想される。シュウ酸アンモニウム処理によ
り、木質材料は、繊維層単位まで繊維化される。

【００１２】なお、シュウ酸アンモニウム処理では、攪
拌等しても良い。攪拌することによって、シュウ酸アン
モニウム処理工程で、繊維束どうしを分離することもで
きる。好ましくは、静置又は緩い攪拌とする。この場
合、繊維状材料が交絡したり損傷したりすることを良好
に抑制できる。シュウ酸アンモニウム処理に要する時間
は、用いられる木質原料の状態や、大きさに依存する。
例えば、芯材が除去され、表皮を有する靭皮部を０．１
Ｍシュウ酸アンモニウム溶液中に攪拌しないで放置した
場合、４時間程度である。また、シュウ酸アンモニウム
処理では、加熱すると、処理時間を短縮することがで
き、好ましい。例えば、ケナフ等の草本類の靭皮部をシ
ュウ酸アンモニウム処理する場合、７５〜８５℃を保っ
てシュウ酸アンモニウム処理することが好ましい。

【００１３】また、シュウ酸アンモニウム処理では、水
溶液をアルカリ性としても良い。例えば、水酸化カリウ
ムなどのアルカリ性塩を添加することができる。水溶液
をアルカリ性にすることにより、水に不要なヘミセルロ
ースが溶解しやすくなる。したがって、ヘミセルロース
が部分的に溶解等することにより、靭皮部が膨潤し、シ
ュウ酸アンモニウムとカルシウムイオンとの接触が容易
になる。また、シュウ酸アンモニウム処理において攪拌
等によって繊維束どうしを（部分的に）分離する場合、
繊維束どうしが分離されやすくなる。シュウ酸アンモニ
ウム水溶液のアルカリ化には、例えば、シュウ酸アンモ
ニウム重量に対して１０〜２０％程度の水酸化カリウム
を添加することができる。

【００１４】（ヘミセルラーゼ処理について）ヘミセル
ラーゼ処理は、ヘミセルロースを分解する酵素、すなわ
ちヘミセルラーゼを含有する溶液に、木質材料を浸漬す
ることで行うことができる。本処理に用い得るヘミセル
ラーゼは、特に限定されず、例えば、Ｌ−アラビナンナ
ーゼ、Ｄ−ガラクタナーゼ、Ｄ−マンナナーゼ、Ｄ−キ
シラナーゼなどがあり、一種類のみ用いても良いし、複
数種を組合わせて、あるいは一種類ずつを多段階で用い
て処理しても良い。ケナフ等、靭皮部の発達した草本類
を処理する場合、キシラナーゼを用いることで、良好に
繊維束単位までの繊維化を行うことができる。

【００１５】ヘミセルラーゼ処理は、シュウ酸アンモニ
ウム処理後の木質材料を乾燥等せずに、そのままヘミセ
ルラーゼを含有する溶液に浸漬することで行える。ま
た、洗浄、あるいは洗浄及び乾燥など種々の処理をして
からヘミセルラーゼ処理しても良い。ヘミセルラーゼ処
理では、繊維層中の繊維束に付着するヘミセルロースを
分解することによって、ヘミセルロースによって集合状
態に保たれている繊維束どうしを分離する。

【００１６】ヘミセルラーゼ処理は、酵素の種類に応じ
て酵素活性が高い温度及びｐＨに調節して行うことが好
ましい。ヘミセルラーゼに適するｐＨは、一般には中性
領域である。また、ヘミセルラーゼ処理に要する時間
は、木質材料の大きさや、酵素の活性などに合わせて調
節される。例えば、シュウ酸アンモニウム処理後のケナ
フの靭皮部をキシラナーゼで処理する場合、５０℃で１
８時間処理することで、繊維束ごとに分解できる。

【００１７】ヘミセルラーゼ処理の後は、水などで洗浄
した後、乾燥させる。本方法では、ヘミセルラーゼによ
って不溶性のヘミセルロースが分解されて水溶性の高い
糖類に変換されているため、水洗するのみでヘミセルロ
ースの分解物を繊維束から除去することができる。

【００１８】また、本発明の別の形態に係る木質繊維材
料の製造方法は、相互に結合された繊維束を有する木質
材料をヘミセルラーゼで処理する工程を備えることを特
徴とする。この方法では、種々の木質材料を用いること
ができ、典型的には、靭皮部を種々の方法である程度、
解繊処理した材料を用いることができる。解繊処理の方
法は、特に限定されず、アルカリ性水溶液による処理、
レッティング処理、または上述のシュウ酸アンモニウム
処理など、公知の種々の解繊方法を用いることができ
る。これらの解繊処理により、半解繊状態とされて、相
互に結合された繊維束を有する木質材料を処理するのに
好適である。

【００１９】本製造方法におけるヘミセルラーゼ処理の
方法は、上述と同様である。木質材料は、半解繊状態と
するための解繊処理後の木質材料を、そのままヘミセル
ラーゼ処理しても良いし、一旦、洗浄又は乾燥などの処
理をした後、ヘミセルラーゼ処理しても良い。

【００２０】上記したように、本製造方法の１番目の態
様では、シュウ酸アンモニウムで処理することで、短時
間で繊維層ごとに分離することができる。また、ヘミセ
ルラーゼで処理することにより、繊維材料、すなわちセ
ルロースにかかる負荷を低減して、短時間で繊維束どう
しを結合するヘミセルロースを除去できる。また、ヘミ
セルラーゼ処理後のヘミセルロースは水溶性を備えるた
め、軽く水洗するだけで除去でき、得られる繊維材料の
ごわつきを低減できる。特に、ヘミセルラーゼとしてキ
シラナーゼを用いると、繊維束まで繊維化することが容
易で、収率良く木質繊維材料を得ることができる。これ
らの工程では、特に攪拌を必要としないため、セルロー
スの機械的な損傷が低減された木質繊維材料が得られ
る。また、シュウ酸アンモニウム処理、及びヘミセルラ
ーゼ処理では、セルロースを傷め難く、セルロースの化
学的な損傷も低減されている。本製造方法で得られる繊
維材料は、セルロース成分の割合が大きく、ヘミセルロ
ースの含有量が少ない。このため、成形材料として好ま
しい。すなわち、加熱によって軟化又は溶融する成分が
少なく、歩留まりが良い。

【００２１】また、２番目の態様では、例えば、レッテ
ィング処理など種々の解繊処理の結果、所望の程度、例
えば、繊維束にまで解繊されていなかった木質材料につ
いて、再度処理して繊維束まで繊維化された製品を得る
ことができる。また、本製造方法を用いることにより、
レッティング処理やセルロースを傷めやすい解繊処理を
所望の期間又は所定の解繊段階で終了させ、後でヘミセ
ルラーゼ処理して所望の解繊状態まで繊維化することが
できる。したがって、レッティング処理などセルロース
を傷めるおそれのある処理に要する時間を短縮すること
ができ、セルロースが分解されることを低減して収率を
向上させることができる。

【００２２】なお、ヘミセルラーゼ処理工程の後に、他
の種々の処理を施して、所望の木質繊維材料としても良
いことは、いうまでもない。例えば、ヘミセルラーゼ処
理後にさらに繊維化を進める工程を備えていても良い。
また、シュウ酸アンモニウム処理工程後に乾燥などさせ
ることで、繊維層に分離された状態の木質繊維材料を得
ることもできる。繊維層の状態の木質繊維材料を保存し
たり、種々の加工を施したりしても良い。

【００２３】本方法によって得られる木質繊維材料は、
そのまま利用しても良いし、マット状など所定の形状に
成形して利用しても良い。成形は、繊維材料をカードな
ど公知の方法で解繊して互いに交絡させたり、ニードル
パンチングを用いたりすることによって得ることができ
る。また、木質繊維材料は、熱可塑性樹脂材料などの結
合剤と混合して、板状など種々の形状に成形することが
できる。このようにして得られる木質繊維材料の成形体
は、建築材料や車両のトリム材等として用いることがで
きる。本方法によって製造された木質繊維材料は、ヘミ
セルロースが良好に低減されているため、成形時などの
熱によって褐色化することが低減できる。このため、目
に見える部分に用いられる部材として好適であることが
期待される。また、本製造方法では、ごわつきを低減す
ることで軟らかい手触りを備える木質繊維材料を得るこ
とができる。このため、このような木質繊維材料を用い
て木質調の成形体を製造することで、成形体表面に軟ら
かい手触りを付与できることが期待される。このため、
本製造方法の木質繊維材料は、特に内装用部材の原料と
して良好に利用されることが期待できる。

【００２４】

【実施例】（実施例１）生のケナフの茎部分の靭皮部を
含む外皮を剥いて靭皮部を芯材から分離し、靭皮部を、
恒温槽で８０℃に保たれた０．１Ｍシュウ酸アンモニウ
ム水溶液に４時間浸漬した。その後、シュウ酸アンモニ
ウム水溶液から靭皮部分を取り出し、恒温槽で５０℃に
保たれた１％キシラナーゼ溶液に１８時間浸漬した。処
理後の木質材料を手洗いで軽く水洗し、新聞紙の上に広
げて２〜３日乾燥させた。得られた木質繊維材料は、繊
維束まで繊維化されており、軟らかく、ごわつき感はな
かった。

【００２５】（実施例２）レッティング処理後、乾燥さ
せたところ、繊維束が複数一体化されている部分が存在
したケナフの繊維材料を、恒温槽で５０℃に保たれたキ
シラナーゼ溶液に９６時間浸漬した。その後、実施例１
と同様にして軽く水洗後、自然乾燥させた。得られた木
質繊維材料は、繊維材料が損傷されることなく、繊維束
ごとに分離されていた。

【００２６】

【発明の効果】本発明では、短時間に解繊でき、かつ損
傷又は変質が抑制された繊維材料が得られる木質繊維材
料の製造方法を提供することができる。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】靭皮部を含む木質材料をシュウ酸アンモニ
ウムで処理する工程と、前記シュウ酸アンモニウム処理後の木質材料をヘミセル
ラーゼで処理する工程を備える木質繊維材料の製造方
法。
【請求項２】相互に結合した繊維束を有する木質材料を
ヘミセルラーゼで処理する工程を備える木質繊維材料の
製造方法。
【請求項３】前記ヘミセルラーゼとしてキシラン分解酵
素を用いる、請求項１又は２に記載の木質繊維材料の製
造方法。
【請求項４】得られる木質繊維材料は繊維束である、請
求項１から３のいずれかに記載の木質繊維材料の製造方
法。