JP2004181737A

JP2004181737A - Plastic-like molded article made of bamboo powder and its production method

Info

Publication number: JP2004181737A
Application number: JP2002350612A
Authority: JP
Inventors: Hisao Kishi; 久雄岸; Shingo Nakayama; 伸吾中山
Original assignee: Mie Prefecture
Current assignee: Mie Prefecture
Priority date: 2002-12-03
Filing date: 2002-12-03
Publication date: 2004-07-02
Anticipated expiration: 2022-12-03
Also published as: JP3793783B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a novel method which can obtain a plastic-like molded article using a natural plant as a raw material. <P>SOLUTION: The production of the plastic-like molded article of a bamboo powder includes a preparation process (a) for preparing the bamboo powder having a water content of 20 wt% or below and a particle size of 10 mesh-pass or below, a molding process (b) in which the bamboo powder is packed in a prescribed molding mold, heated at 80-200°C, and pressurized under 20 MPa or above, and a cooling process (c) in which the powder is cooled and solidified in the molding mold to obtain the molded article. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【技術分野】
本発明は、天然の植物繊維の一種である竹粉を原料として成形されることにより、接着剤や化学処理を採用することなく多様の形状を付与することが出来、しかも一般的な合成樹脂と同等かそれ以上の強度特性も得ることの出来る、従来にないプラスチック様成形体と、その製造方法に関するものである。
【０００２】
【背景技術】
現代の社会において、ポリエチレンやポリプロピレン，ポリスチレン，塩化ビニル樹脂などの合成樹脂材は広範な分野に亘る各種製品の材料として利用されているが、近年では、それが大量に出回ることに伴い、分解され難いことに加えて焼却時に有害物質が発生し易く廃棄処理が困難であることや、環境ホルモン等として作用するおそれのあることなど、幾つかの問題が指摘されるに至っている。
【０００３】
このような状況下、天然物である木材の有効利用が再注目されており、木材を利用した成形体としては、従来から、例えばパーティクルボードやファイバボード等が周知である。しかしながら、このような木材を利用した従来の成形体においては、何れも、木材の小片やファイバとフェノール樹脂等の合成樹脂材との複合材として形成されているに過ぎず、必ずしも天然材料と言えるものではなかったのであり、環境ホルモン等として人体への悪影響も指摘されているホルムアルデヒド等の使用も懸念される。
【０００４】
一方、近年では、木粉を原料とする成形物は、工業的な生産過程にのせることの出来る可能性があることや、木屑や加工屑等まで効率的に利用することが出来ること等から、研究が進められている。具体的には、例えば「第２８回木材の化学加工研究会シンポジウム講演集（１９９８）」（非特許文献１）の中の「木粉あるいはタンニンを原材料としたプラスチック様成形物」には、「接着剤や化学修飾を用いないで、エレメントを再構築するために、エレメントの大きさ、さらには圧力と熱可塑によるエレメントの変形に注意して、エレメント間の高度な密着およびその状態の保持を試みた。その結果、全乾の微粉末を高温・高圧下で圧締することで、エンジニアリングプラスチックに匹敵する強度を有するプラスチック様材料が製造できることが明らかになった。」ことが開示されている。
【０００５】
このようにして得られる木粉を用いた成形物にあっては、人体や環境への悪影響が非常に小さく、しかも、「得られた成形物は、プラスチック様の外観を呈しながらも、紙のように煮沸で容易に分解し、リサイクルが可能であると共に、優れた生分解性を示した。」（非特許文献１）ことが認められている。
【０００６】
ところが、かくの如き木粉等を用いた成形体を実用化するためには、未だ大きなハードルがあったのである。かかるハードルは、強度を安定して確保するためには、非常に高温および高圧での処理が必要となることである。例えば、高温での処理が必要となることに関して、前述の非特許文献１では「成形物は、１８０℃、１０分の条件では、木粉を固めただけの外観を示す。しかし、圧締温度、圧締時間の増大に伴い部分的にプラスチック様の外観を示すようになり、２２０℃、１０分あるいは２４０℃、６分では、試料全体において、プラスチック様の外観を示すに至った。」とされている。また、高圧での処理が必要となることに関して、非特許文献１では、１００ＭＰａ程度の成形圧力が採用されるものと記載されている。
【０００７】
このように、木粉の成形に際して高温加熱が必要となるということは、製造エネルギーが多く必要となるだけでなく、木材の熱劣化を生ずる温度域に近づくことから、木粉が熱作用で変質してしまい、外観が悪くなったり、異臭が発生する等の問題が発生し易く、熱管理が難しい等という不具合があるのである。また、木粉の成形に際して高圧処理が必要となるということは、製造エネルギーが多く必要となるだけでなく、成形装置の大型化と設備費用の増大が避けられず、更に、成形時の圧力分布の点から成形品の形状や寸法が制限され易いという問題がある。
【０００８】
なお、このような問題に対処するための方策として、例えば、前記非特許文献１には、木粉の粒度を細かくすること、具体的には木粉のエレメントサイズを２５０メッシュパス（６３μｍ以下）より細かく、より好適には４５μｍ以下にすることが提案されている。しかしながら、エレメントサイズを細かくすると、木粉製造が面倒となると共に、取扱いも難しくなり、コストが嵩む。また、それに加えて、特に高温処理が必要となることと相俟って、細かいエレメントサイズのものを採用すると、成形に際して内部に水蒸気が滞留し易くなって、所謂パンク（破壊）の状態が発生し、成形不良となることが多いという問題がある。それ故、現実的に細かいエレメントサイズを採用することは難しいのである。
【０００９】
また、特許文献１（特公昭３８−２６７７３号公報）には、木粉を含む繊維状細片を主原料として密閉下に加熱加圧することにより、接着剤の使用を必要とせずに硬質成形物を製造する方法として、主原料である木材の細片にガラス繊維を混合したり、主原料である木材等の植物繊維をセミケミカル法等の特定の手法で解離させる事前処理を施すこと等によって、成形圧力を下げる技術が提案されており、前記非特許文献１にも、亜塩素酸ナトリウム処理による木粉のリグニンネットワーク切断処理を事前に施したり、木粉のリグニンネットワークを切断するために事前に爆砕処理を施すことによって、成形温度を下げる手法が開示されている。
【００１０】
しかしながら、このような補強材の混合や、特別な化学的な前処理を採用することは、結局、目的とする成形品の製造に必要とされる労力やコストが増大することから実施が難しくなる。また、特に化学的な処理剤を採用することは、製品である成形品への化学的な影響だけでなく、工場排水や排気等が自然環境に及ぼす影響も懸念されることから、望ましいことではないのである。
【００１１】
【非特許文献１】
矢野博之他３名共著、「第２８回木材の化学加工研究会シンポジウム講演集（１９９８）」、第２７頁〜第３５頁（木粉あるいはタンニンを原材料としたプラスチック様成形物）
【特許文献１】
特公昭３８−２６７７３号公報
【００１２】
【解決課題】
ここにおいて、本発明は、上述の如き事情を背景として為されたものであって、その解決課題とするところは、天然の植物繊維だけを原料とし、ガラス繊維等の補強材の添加や、化学的な前処理を必要とすることなく、十分に低温で、且つ十分に低圧で、プラスチック様成形物を得ることの出来る、新規な方法を提供することを目的とする。
【００１３】
【解決手段および本発明の実施形態】
以下、このような課題を解決するために為された本発明の態様と、更にその実施形態を記載する。なお、以下に記載の各態様や実施形態において採用される構成要素は、可能な限り任意の組み合わせで採用可能である。また、本発明の態様乃至は技術的特徴は、以下に記載のものに限定されることなく、明細書全体および図面に記載され、或いはそれらの記載から当業者が把握することの出来る発明思想に基づいて認識されるものであることが理解されるべきである。
【００１４】
本発明の第一の態様の特徴とするところは、（ａ）２０重量％以下の水分含有量および１０メッシュパス以下の粒度を有する竹粉を準備する準備工程と、（ｂ）該竹粉を所定の成形型に充填し、８０℃〜２００℃の加熱温度および２０ＭＰａ以上の圧力で加圧する成形工程と、（ｃ）前記成形型内で冷却固化せしめて成形体とする冷却工程とを、含むことを特徴とする竹粉製のプラスチック様成形体の製造方法にある。
【００１５】
すなわち、本発明の大きな特徴の一つは、植物繊維の一種である竹粉を採用したことにある。また、本発明の別の大きな特徴の一つは、かかる竹粉のみで、接着剤を使用することなく目的とするプラスチック様成形体を得るようにしたことにある。更にまた、本発明の更に別の大きな特徴の一つは、かかる成形に際して、従来の木粉を利用した成形体に比して十分に低温且つ低圧で、プラスチック様成形体を得ることを可能にしたことにある。
【００１６】
すなわち、竹粉は、従来、建築分野において土壁用心材等として用いられ、事業分野で養蚕用や野菜栽培用等に用いられ、日用品分野で物干し竿や釣り竿等として、広範な分野に亘って多用されていたが、近年では、その用途が、合成樹脂材等にとって代わられており、利用価値と需要が大幅に減少してきている。反面、竹は、その大きな生命力と繁殖力によって増殖を続けており、需要の減少に伴って、里山への被害も無視できない状況となっている。このような状況下で、竹粉を利用して、プラスチック様成形体を得ることを可能と為し得たことには、単に環境にやさしいだけではない、社会的に大きな意義がある。
【００１７】
また、竹粉のみでの成形を可能と為し得たことにより、竹の有効利用が効率的に達成され得ることや、成形作業が容易となる等といった効果が発揮されるのであり、更に成形品における環境ホルモンや有害物質の問題が防止され得ると共に、成形品において優れた生分解性が実現されることから、環境的にも優れた特性を発揮し得る成形品が提供可能となるのである。
【００１８】
しかも、従来は殆ど木粉だけに着目されていた分野において、あえて竹粉を採用したことによって、実用的な強度レベルを持つプラスチック様成形体を、従来の木粉の成形条件に比して、十分に低温で且つ低圧での成形条件下で成形することが、はじめて可能となったのである。なお、竹粉を採用したことにより、低温での成形が可能となったということは、単に竹粉を固めた様相を呈することなく、透光性のあるプラスチック様の成形体を得ることが出来るということである。しかも、本発明では、それに止まらず、竹粉を採用したことにより、竹粉からなる成形材料の流動性を低温域に至るまで十分に確保することを可能となし得たのであり、これによって、複雑な形状の成形体を低温下で容易に成形することが可能となり、竹粉成形体を広い分野で利用することができるのである。
【００１９】
なお、竹粉を採用したことに伴って発揮される、上述の如き顕著な技術的効果は、その裏付けが未だ十分でなく、それを解明することが本発明の目的ではないが、例えば竹は木に比して、ヘミセルロースや糖分の含有量が多いが、これらヘミセルロースや糖分は、木にも多く含まれるリグニン等に比して熱伝達率が大きく、それ故に熱流動性が高いこと等が、技術的根拠の一つであろうと解せられる。或いはまた、ヘミセルロースが比較的分解し易く、水分をひくことで流動性が向上され易いことに加えて、竹材の柔軟性に寄与するペントサン等による流動性への好影響も考えられる。
【００２０】
また、本発明の第二の態様は、前記第一の態様に係る竹粉製のプラスチック様成形体の製造方法であって、前記準備工程において準備する竹粉が、４００メッシュパス以上の粒度であることを、特徴とする。このような本態様の製造方法に従えば、加熱加圧下で成形する成形工程における所謂パンクの発生に伴う成形不良が、特別な型構造や成形条件を採用しなくても効果的に軽減乃至は防止され得ることとなる。なお、このパンクの発生原因は、未だ明確にされていないが、所定の含水量とされた竹粉を圧密して加熱加圧下で成形する際に、内部に発生する水蒸気が加圧下で成形体内部に滞留し、これが加熱によって小爆発して成形表面に露呈したり、或いは内部の熱分解物を発生させることによるものであろうと考えられる。
【００２１】
そして、本発明者等が検討した結果によれば、特に竹粉においては、木粉よりも十分に小さい粒度であっても、上述のパンク状態の発生が抑えられ得ることが確認されているのであり、それ故、粒度の小さい竹粉を採用することにより、成形材の流動性を大きくして成形精度を向上させたり、成形温度や成形圧力の一層の低下を図ることも可能となるのである。なお、竹粉では、木粉よりも小さな粒度範囲においてパンク状態の発生が抑えられる理由も、未だ十分に明らかになっていないが、竹は木に比して特性や含有量の異なる複数種類の繊維質を含んでいること等に起因する、圧密したときの構造上の相違等によるものであろうと考えられる。
【００２２】
また、本発明の第三の態様は、前記第一又は第二の態様に係る竹粉製のプラスチック様成形体の製造方法であって、前記成形工程における加熱時間を、８０℃〜２００℃の加熱温度で１分以上とすることを、特徴とする。このような本態様の製造方法に従えば、良好なる成形作業性を確保しつつ、強度等の物性に優れ、且つ成形不良の少ないプラスチック様の成形体を、一層安定して有利に製造することが可能となる。なお、成形工程の加熱温度が８０℃に満たない場合や、加熱時間（成形時間）が１分に満たない場合には、単に竹粉を固めたような外観が残り、プラスチック様の組織的に一様な一体物の外観を得ることが難しくなる。一方、成形工程の加熱温度が２００℃を超える場合や、加熱時間（成形時間）が長くなり過ぎた場合には、分解等の化学反応に起因すると考えられる物性の低下が発生したり、著しい場合には炭化が発生することにより、物性が低下するおそれがある。なお、加熱時間の上限は、加熱温度や竹粉の粒度や性状等を考慮して、焼け等の不良が発生しない程度に設定される。
【００２３】
また、本発明の第四の態様は、１０メッシュパス以下の粒度を有する竹粉を加熱加圧下で成形することにより得られた、１．５ｍｍの厚さで１％以上の光透過率を有する竹粉製のプラスチック様成形体を、特徴とする。このようなプラスチック様成形体においては、材料として特定粒度の竹粉を採用したことにより、強度等の物性だけでなく、外観も一体的な重合体であるプラスチック様を呈する、新規な物を提供し得ることとなるのであり、各種形状に成形することも容易でより一層高い実用性を備えているのである。
【００２４】
【実施例】
以下、上述せる如き本発明を具体的に明らかにするために、本発明の実施例について、実測データを参照しつつ、説明する。なお、本発明は、以下に示す実施例および上述の本発明に関する具体的な記載によって、何等限定的に解釈されるものでなく、本発明は、当業者の知識に基づいて種々なる変更，修正，改良等を加えた態様において実施され得るものであり、また、そのような実施態様が、本発明の趣旨を逸脱しない限り、何れも、本発明の範囲内に含まれるものであることは、言うまでもない。
【００２５】
本実施例に際しては、図１に示されているように、先ず、ステップ：Ｓ１において、伐採した竹を大気中で或る程度乾燥させた乾燥竹を用いて破砕することによって得られた竹粉を用い、これを篩い分けすることで１００メッシュパス以下の粒度を有する竹粉を得た。次に、ステップ：Ｓ２において、これを通気性の良好な日陰の大気中に放置して水分調整を行い、含有水分量を１０重量％（全乾状態の竹材の重量に対する含有水分量の割合）程度とした気乾状態の竹粉からなる成形材料を得た。その後、ステップ：Ｓ３において、かかる竹粉の１００％からなる成形材料を、所定の成形型に充填し、続くステップ：Ｓ４で、温度と圧力を管理した下で加熱加圧成形を行うことにより、外径寸法：φ６０ｍｍ，肉厚寸法：１．５ｍｍの円板形状を有する成形体を成形した。更に、ステップ：Ｓ５で、成形型のままで所定温度まで冷却した後、ステップ：Ｓ６で脱型することにより、試験体としての成形体を得た。
【００２６】
そして、このようにして得られた成形体について、各種の成形条件下で発現される物性等を測定した。その結果を、以下の図２〜５及び表１〜２において、グラフおよび表をもって示す。また、使用する竹粉の粒度と、得られた成形体の強度との関係を確認するために、上述の如く１００メッシュパス以下の粒度の竹粉を採用した成形体と別に、１０〜１００メッシュパスの竹粉を採用して上述の成形工程と同様にして得られた成形体について、曲げ強度を実測した結果を、図６に示す。更にまた、使用する竹粉の含水量と、得られた成形体の強度との関係を確認するために、上述の如く１０重量％の気乾状態の竹粉を採用した成形体と別に、人工的に２％程度まで乾燥させた乾燥状態の竹粉を採用して、上述の成形工程と同様にして得られた成形体について、曲げ強度を実測した結果を、図７に示す。
【００２７】
【表１】

【００２８】
【表２】

【００２９】
なお、図２に示された流動性の測定に関しては、図８に示されている如き成形金型８を採用し、内径：φ３０ｍｍの成形用の内孔を備えた厚肉円筒形状の外周金型１０の軸方向両側から、それぞれ厚肉円板形状を有する上金型１２と下金型１４を嵌め入れて、それら上下金型１２，１４間に、上述の実施例としての成形品の成形キャビティを形成した。そして、これら上下金型１２，１４を、円環状の押圧金具１６を介して軸方向に型閉じ及び圧締することによって型締力を成形体に及ぼして成形するに際し、上金型１２の中央に貫設した小径（φ２．０ｍｍ）の貫通孔１８から成形キャビティの外部に漏れ出した成形材料（竹粉）の流出量を計量した。
【００３０】
また、比較例として、竹粉の代わりに檜の木粉を用い、上述の竹粉と同じ粒度と含水率で同様な各種条件下で成形することにより、実施例と同一形状および寸法の成形体を得た。これらの比較例としての成形体についても、上述の実施例と同様に特性等の測定を行い、その結果を、図４，５および表１，２に併せ示す。
【００３１】
これら各種の実験データからも明らかなように、本発明に従って竹粉を採用して得られた成形体においては、８０℃以上の低温域と、２０ＭＰａ以上の低圧域でも、プラスチック様の外観を呈する成形体として得ることが出来るのであり、その強度や外観，物性も十分に実用性のある領域の特性が実現され得るのである。
【００３２】
すなわち、成形に際しての温度条件についてみると、図４に示された結果から、本実施例では充填する竹粉の加熱温度（成形温度）を７０℃としても有効な曲げ強度を有する成形品を得ることが出来るのであり、８０℃以上の成形温度では充分に大きく且つ１８０℃に至るまでの広い温度範囲で略一定の安定した曲げ強度を発揮し得ることが認められる。また、表１に示された結果からも明らかなように、８０℃以上の成形温度を採用することにより、より好ましくは１００℃以上の成形温度を採用することにより、プラスチック様の外観状態とされた成形品を安定して得ることが可能となるのである。しかも、図２に示された結果から明らかなように、本実施例では、１００℃以上の成形温度において、成形キャビティの小孔を通じての成形材料の流出が確認されており、非常に優れた成形材料の流動性が発揮され得るのである。
【００３３】
なお、プラスチック様の外観とは、目視検査で行うものであり、竹粉等の材料の粒子が殆ど視認されずに全体的に一体的で一様な物であって、表面を平滑とすることが可能なものを言うものとする。また、高度なプラスチック様を呈するものは分子構造が均一であって、例えば着色した樹脂プレートのように背面からの投光によってぼんやりと明るく見えるように、可視光線の透過性をある程度有するものと解せられる。そして、かかる光の透過性に関しては、図５に示されているように、８０℃〜２００℃の広い領域に亘って光透過性を有していることが、上述の実施例を用いた試験によって確認されている。なお、図５に示された光透過値は、実施例としての成形品の背後から１８０００ｌｕｘ程度の光を照射せしめて、成形品の前面に透過する光を対象に測定した。また、かかる光透過値に関して、成形温度が１８０℃以上の場合に光透過性が低下してくるのは、成形材料の焼け（熱分解）等に起因するものであろうと推考される。
【００３４】
これに比して、木粉を用いて、本発明の上述の如き実施例と同じ条件下で成形した比較例にあっては、図４に示されているように、高温（１４０℃以上）の成形温度領域では大きな曲げ強度を示すが、１２０℃よりも低温領域で極端に曲げ強度が低下し、８０℃以下では殆ど有効な強度を発揮し得ない。また、表１に示された結果からも、１４０℃以上でないと全体が一様と見える程のプラスチック様外観を得ることが出来ず、１４０℃より低温の領域では、粒状の成形材料が少なくとも一部において残っているような状態であり、図５の結果からも、有効な光透過性は、１４０℃以上の成形温度のものでしか認められず、それよりも成形温度が低くなると、光透過性が殆ど認められなかった。しかも、成形に際しての成形材料の流動性に関しても、図２の結果から、竹粉を用いた実施例に比して、極めて低い値であり、複雑な形状の成形キャビティへの充填性が危惧される状態となっている。
【００３５】
また、成形に際しての成形圧力に関しても、表２に示された結果から明らかなように、本発明の実施例においては、成形温度：１８０℃とした場合に、２０ＭＰａ以上、好ましくは４０ＭＰａ以上の小さな成形圧力でも、良好な成形性が発揮され得て、プラスチック様の外観を呈する成形品を安定して得ることが可能であることが確認されている。
【００３６】
これに対して、木粉を用いた比較例では、同じ１８０℃の成形温度を採用しても、６０ＭＰａ以上、好ましくは８０ＭＰａ以上の成形圧力を採用することが必要となり、成形性に関して、本発明の実施例が極めて優れていることが明らかである。
【００３７】
更にまた、含水率に関しても、図７に示された結果から明らかなように、本発明の実施例においては、大気中での気乾状態で、人工的に乾燥させた場合と略同等の物性を得ることが確認され得た。従って、特別な乾燥工程を必要とすることなく成形することが出来、実用上で問題のない成形体が得られるという利点があると共に、含水量にばらつきがあったとしても、略一定の強度を備えた成形品を安定して成形して供給することが可能となるのである。
【００３８】
さらに、採用する竹材の粒度に関しても、図６に示された結果から明らかなように、少なくとも１０メッシュパス以下の粒度を採用することにより、大きな強度のばらつきもなく、目的とする物性の成形体を安定して得ることの出来ることが確認され得た。
【００３９】
【発明の効果】
上述の説明から明らかなように、本発明方法に従えば、殆ど着目されていなかった竹粉に着目し、竹粉のみからなる成形体を、プラスチック様の外観をもって、十分な強度で製造することが出来るのである。しかも、竹粉を材料とする本発明方法においては、従来の木粉を成形材料とする場合に比して、十分に低温で且つ低圧での成形条件下で成形することが可能となるのであり、それによって、製造設備も簡易化され得ると共に、得られる成形体の物性の安定化も図られて、不良品の発生率も十分に小さくなり、目的とするプラスチック様成形体を、安定して製造することが出来るのである。また、本発明方法に従えば、竹粉を成形材料として採用したことにより、成形時の流動性も良好となり、目的とする形状の成形体を一層安定して成形することが出来るのであり、その結果、竹粉成形体を広い分野で利用することが可能となるのである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に従う竹粉製のプラスチック様成形体の製造工程の具体例を示すフロー図である。
【図２】本発明に従う竹粉製のプラスチック様成形体の成形に際しての温度条件による影響を実測した結果を、木粉を採用した比較例と併せて示すグラフである。
【図３】本発明に従う竹粉製のプラスチック様成形体の成形に際しての圧力条件による影響を実測した結果を、木粉を採用した比較例と併せて示すグラフである。
【図４】本発明に従う竹粉製のプラスチック様成形体の成形に際しての温度条件による影響を実測した結果を、木粉を採用した比較例と併せて示すグラフである。
【図５】本発明に従う竹粉製のプラスチック様成形体の成形に際しての温度条件による影響を実測した結果を、木粉を採用した比較例と併せて示すグラフである。
【図６】本発明に従う竹粉製のプラスチック様成形体の成形に際しての粒度条件による影響を実測した結果を示すグラフである。
【図７】本発明に従う竹粉製のプラスチック様成形体の成形に際しての含水量条件による影響を実測した結果を示すグラフである。
【図８】本発明に従う竹粉製のプラスチック様成形体の成形に関する実施例に際して、試料の流動性測定に用いた成形型を説明するための説明図である。
【符号の説明】
８成形金型
１０外周金型
１２上金型
１４下金型
１６押圧金具
１８貫通孔[0001]
【Technical field】
The present invention is formed by using bamboo powder, which is a kind of natural plant fiber, as a raw material, so that various shapes can be imparted without employing an adhesive or a chemical treatment. The present invention relates to an unprecedented plastic-like molded product capable of obtaining the same or better strength characteristics and a method for producing the same.
[0002]
[Background Art]
In the modern society, synthetic resin materials such as polyethylene, polypropylene, polystyrene, and vinyl chloride resin are used as materials for various products in a wide range of fields. In addition to difficulties, several problems have been pointed out, such as the fact that harmful substances are easily generated during incineration and disposal is difficult, and that they may act as environmental hormones.
[0003]
Under such circumstances, effective use of wood, which is a natural product, has attracted attention again, and as a molded article using wood, for example, a particle board, a fiber board, and the like have been conventionally known. However, in a conventional molded body using such wood, any of them is merely formed as a composite material of a small piece of wood or a fiber and a synthetic resin material such as a phenol resin, and can be said to be necessarily a natural material. However, there is concern about the use of formaldehyde and the like, which have been pointed out as adverse effects on the human body as environmental hormones.
[0004]
On the other hand, in recent years, moldings made from wood flour have the potential to be put into industrial production processes, and can be efficiently used for wood chips, processing chips, and the like. , Research is ongoing. Specifically, for example, “Plastic-like molded product using wood flour or tannin as a raw material” in “The 28th Symposium on Chemical Processing of Wood (1998)” (Non-Patent Document 1) includes “ In order to reconstruct the element without using adhesives or chemical modification, pay attention to the size of the element and also the deformation of the element due to pressure and thermoplasticity, to ensure a high degree of adhesion between the elements and to maintain its state As a result, it has been revealed that a plastic-like material having a strength comparable to an engineering plastic can be produced by pressing a completely dry fine powder under high temperature and high pressure. " .
[0005]
In the molded product using the wood flour obtained in this way, the adverse effect on the human body and the environment is very small, and the obtained molded product has a plastic-like appearance, Thus, it was easily decomposed by boiling, was recyclable, and exhibited excellent biodegradability. "(Non-Patent Document 1).
[0006]
However, there were still large hurdles in putting such a molded product using wood flour or the like into practical use. Such a hurdle requires processing at a very high temperature and a high pressure in order to stably secure the strength. For example, regarding the necessity of treatment at a high temperature, Non-Patent Literature 1 described above states that “a molded product has an appearance in which wood powder is hardened at 180 ° C. for 10 minutes. With an increase in the pressing time, a plastic-like appearance partially appeared, and at 220 ° C. for 10 minutes or 240 ° C. for 6 minutes, the entire sample exhibited a plastic-like appearance. ” Have been. Regarding the necessity of high-pressure treatment, Non-Patent Document 1 describes that a molding pressure of about 100 MPa is employed.
[0007]
The need for high-temperature heating during the molding of wood flour means that not only requires a large amount of production energy, but also closes to the temperature range where wood is thermally degraded. This is liable to cause problems such as poor appearance and generation of an unpleasant odor, and it is difficult to perform heat management. In addition, the need for high-pressure treatment during the molding of wood flour requires not only a large amount of production energy but also an increase in molding equipment and an increase in equipment costs, and furthermore, a pressure distribution during molding. In view of the above, there is a problem that the shape and dimensions of the molded product are easily limited.
[0008]
As a measure to cope with such a problem, for example, Non-Patent Document 1 discloses reducing the particle size of wood flour, specifically, setting the element size of wood flour to 250 mesh pass (63 μm or less). It has been proposed to make it finer, more preferably 45 μm or less. However, when the element size is made small, wood powder production becomes troublesome, handling becomes difficult, and the cost increases. In addition, in addition to the necessity of high-temperature treatment, the use of a fine element size makes it easier for water vapor to stay inside during molding, so that a so-called puncture (destruction) occurs. However, there is a problem that molding failure often occurs. Therefore, it is difficult to employ a practically small element size.
[0009]
Patent Document 1 (Japanese Patent Publication No. 38-26773) discloses that a fibrous strip containing wood flour is used as a main raw material and is heated and pressurized in a closed state, so that a hard molded product can be obtained without using an adhesive. As a method of manufacturing, by mixing glass fiber with a thin piece of wood as the main raw material, or by performing a pretreatment to dissociate plant fibers such as wood as the main raw material by a specific method such as a semi-chemical method, etc. In addition, a technique for lowering the molding pressure has been proposed. Also in Non-Patent Document 1, a lignin network cutting treatment of wood flour by sodium chlorite treatment is performed in advance, or a pre-cutting process is performed to cut the lignin network of wood flour. A method for lowering the molding temperature by subjecting a powder to explosion treatment is disclosed.
[0010]
However, the mixing of such reinforcing materials and the use of special chemical pretreatments are difficult to implement because the labor and cost required for the production of the intended molded article increase. . In particular, it is not desirable to use a chemical treatment agent because it is not only a chemical effect on the molded article that is a product, but also the effect of factory drainage and exhaust gas on the natural environment. There is no.
[0011]
[Non-patent document 1]
Hiroyuki Yano and three others, “The 28th Symposium on Wood Chemical Processing Symposium (1998)”, pp. 27-35 (plastic-like moldings made from wood flour or tannin)
[Patent Document 1]
Japanese Patent Publication No. 38-26773
[Solution]
Here, the present invention has been made in view of the above-mentioned circumstances, and the problem to be solved is to use only natural plant fibers as a raw material, to add reinforcing materials such as glass fibers, or to use chemicals. It is an object of the present invention to provide a novel method capable of obtaining a plastic-like molded product at a sufficiently low temperature and at a sufficiently low pressure without requiring a special pretreatment.
[0013]
[Solution means and embodiments of the present invention]
Hereinafter, aspects of the present invention made to solve such problems and embodiments thereof will be described. Note that the components employed in each of the aspects and embodiments described below can be employed in any combination as possible. In addition, aspects or technical features of the present invention are not limited to those described below, but are described in the entire specification and drawings, or based on the invention ideas that can be understood by those skilled in the art from the descriptions. It should be understood that it is recognized on the basis of.
[0014]
The first aspect of the present invention is characterized in that (a) a preparation step of preparing bamboo powder having a water content of 20% by weight or less and a particle size of 10 mesh passes or less, and (b) preparing the bamboo powder. The method includes a molding step of filling a predetermined molding die and applying pressure at a heating temperature of 80 ° C. to 200 ° C. and a pressure of 20 MPa or more, and (c) a cooling step of cooling and solidifying in the molding die to form a molded body. A method for producing a plastic-like molded product made of bamboo powder, characterized in that:
[0015]
That is, one of the great features of the present invention is that bamboo powder, which is a kind of plant fiber, is employed. Another major feature of the present invention resides in that a target plastic-like molded product is obtained using only such bamboo powder without using an adhesive. Still another major feature of the present invention is that, at the time of such molding, it is possible to obtain a plastic-like molded body at a sufficiently low temperature and low pressure as compared with a molded body using conventional wood flour. I did it.
[0016]
That is, bamboo flour has been widely used as a core material for earth walls in the construction field, used for sericulture and vegetable cultivation in the business field, and as a clothesline or fishing rod in the daily necessities field. Although used frequently, in recent years, its use has been replaced by synthetic resin materials and the like, and the use value and demand have been greatly reduced. On the other hand, bamboo continues to proliferate due to its great vitality and fertility, and with the decrease in demand, damage to satoyama cannot be ignored. Under such circumstances, the fact that it was possible to obtain a plastic-like molded body using bamboo powder has great social significance as well as being merely environmentally friendly.
[0017]
In addition, since it is possible to mold only with bamboo powder, effects such as effective utilization of bamboo can be efficiently achieved and molding work are facilitated. The problem of environmental hormones and harmful substances in products can be prevented, and excellent biodegradability can be realized in molded products, so that it is possible to provide molded products that can exhibit excellent environmental characteristics. .
[0018]
Moreover, in the field where only wood flour has been focused in the past, by adopting bamboo flour, a plastic-like molded body having a practical strength level can be compared with the conventional wood flour molding conditions. For the first time, it is possible to mold under sufficiently low temperature and low pressure molding conditions. By adopting bamboo powder, molding at a low temperature became possible, which means that a plastic-like molded product having translucency can be obtained without the appearance of simply solidifying bamboo powder. That's what it means. In addition, in the present invention, not limited to that, by adopting bamboo powder, it was possible to sufficiently ensure the fluidity of the molding material consisting of bamboo powder down to a low temperature range, thereby, It is possible to easily form a compact having a complicated shape at a low temperature, and the bamboo powder compact can be used in a wide range of fields.
[0019]
In addition, the remarkable technical effects as described above, which are exhibited with the use of bamboo powder, are not yet sufficiently supported, and it is not an object of the present invention to clarify the effects. Although the content of hemicellulose and sugar is higher than that of wood, these hemicellulose and sugar have a higher heat transfer coefficient than lignin and the like, which are also contained in a large amount of wood, and therefore have high heat fluidity. It is understood that this is one of the technical grounds. Alternatively, in addition to the fact that hemicellulose is relatively easily decomposed and the fluidity is easily improved by drawing moisture, a favorable effect on fluidity by pentosan or the like which contributes to the flexibility of the bamboo material can be considered.
[0020]
Further, a second aspect of the present invention is the method for producing a plastic-like molded article made of bamboo powder according to the first aspect, wherein the bamboo powder prepared in the preparation step has a particle size of 400 mesh pass or more. There is a feature. According to the production method of this aspect, molding defects due to the occurrence of so-called puncturing in the molding step of molding under heat and pressure can be effectively reduced or achieved without employing special mold structures and molding conditions. Could be prevented. Although the cause of the puncture has not been clarified yet, when the bamboo powder having a predetermined water content is compacted and molded under heating and pressurization, the steam generated inside the molded product is compressed under pressure. It is thought that this may be due to a small explosion due to heating and exposure to the molding surface, or due to the generation of thermal decomposition products inside.
[0021]
According to the results of studies by the present inventors, especially in bamboo flour, even if the grain size is sufficiently smaller than wood flour, it has been confirmed that the occurrence of the above-described punctured state can be suppressed. Yes, therefore, by using bamboo powder with a small particle size, it is possible to increase the flowability of the molding material and improve the molding accuracy or to further reduce the molding temperature and molding pressure. . In addition, the reason why the occurrence of puncture is suppressed in a particle size range smaller than that of wood flour in bamboo flour has not yet been sufficiently clarified, but bamboo has a plurality of types having different characteristics and contents compared to wood. It is thought to be due to structural differences when compacted due to the inclusion of fibrous material and the like.
[0022]
Further, a third aspect of the present invention is the method for producing a bamboo flour plastic-like molded body according to the first or second aspect, wherein the heating time in the molding step is from 80 ° C to 200 ° C. It is characterized in that the heating temperature is 1 minute or more. According to the production method of the present aspect, it is possible to more stably and advantageously produce a plastic-like molded body having excellent physical properties such as strength and less molding defects while securing good molding workability. Becomes possible. When the heating temperature in the molding step is less than 80 ° C. or when the heating time (molding time) is less than 1 minute, the appearance of a solidified bamboo powder remains, and the plastic-like texture is left. It is difficult to obtain a uniform monolithic appearance. On the other hand, if the heating temperature in the molding step exceeds 200 ° C. or if the heating time (molding time) is too long, physical properties considered to be caused by chemical reactions such as decomposition may be reduced, or the temperature may be extremely large. The carbonization may cause the physical properties to deteriorate. The upper limit of the heating time is set in consideration of the heating temperature, the particle size and properties of the bamboo flour, and the like, to such an extent that defects such as burning do not occur.
[0023]
The fourth aspect of the present invention has a thickness of 1.5 mm and a light transmittance of 1% or more, obtained by molding a bamboo powder having a particle size of 10 mesh pass or less under heat and pressure. It features a plastic-like molded body made of bamboo powder. The use of bamboo powder of a specific particle size as such a material in such a plastic-like molded product provides a new product that exhibits not only physical properties such as strength but also a plastic-like appearance that is an integral polymer. Therefore, it can be easily formed into various shapes and has higher practicality.
[0024]
【Example】
Hereinafter, in order to specifically clarify the present invention as described above, embodiments of the present invention will be described with reference to actually measured data. It should be noted that the present invention is not to be construed as being limited in any way by the following examples and the above-described specific description of the present invention, and the present invention may be variously modified and modified based on the knowledge of those skilled in the art. , And any such embodiments may be included in the scope of the present invention unless departing from the spirit of the present invention. Needless to say.
[0025]
In the present embodiment, as shown in FIG. 1, first, in step S1, bamboo powder obtained by crushing the cut bamboo using dried bamboo which has been dried to some extent in the atmosphere. And sieved to obtain bamboo powder having a particle size of 100 mesh or less. Next, in step S2, this is left in a shade air having good air permeability to adjust the water content, and the water content is reduced to 10% by weight (the ratio of the water content to the weight of the bamboo material in a completely dry state). A molding material comprising bamboo powder in an air-dried state was obtained. Thereafter, in step S3, a molding material consisting of 100% of the bamboo powder is filled in a predetermined molding die, and in subsequent step S4, heating and pressure molding is performed under controlled temperature and pressure. A compact having a disk shape with an outer diameter of φ60 mm and a thickness of 1.5 mm was formed. Further, in step S5, the mold was cooled to a predetermined temperature while keeping the mold, and then, in step S6, the mold was removed to obtain a molded body as a test body.
[0026]
Then, physical properties and the like exhibited under various molding conditions were measured for the molded body thus obtained. The results are shown in graphs and tables in FIGS. 2 to 5 and Tables 1 and 2 below. Further, in order to confirm the relationship between the particle size of the bamboo powder to be used and the strength of the obtained molded body, a molded body employing a bamboo powder having a particle size of 100 mesh path or less as described above, 10 to 100 mesh FIG. 6 shows the results of actually measuring the bending strength of the molded body obtained by using the bamboo powder of Pass in the same manner as in the molding step described above. Furthermore, in order to confirm the relationship between the water content of the bamboo powder to be used and the strength of the obtained molded body, an artificial artificial bamboo powder having a weight of 10% by weight as described above was used separately. FIG. 7 shows the results of actually measuring the bending strength of a molded product obtained in the same manner as in the above-mentioned molding process, by using a bamboo powder in a dried state, which is dried to about 2%.
[0027]
[Table 1]

[0028]
[Table 2]

[0029]
For the measurement of the fluidity shown in FIG. 2, a molding die 8 as shown in FIG. 8 was employed, and a thick cylindrical outer peripheral metal provided with an inner hole for molding having an inner diameter of φ30 mm. An upper mold 12 and a lower mold 14 each having a thick disk shape are fitted from both sides in the axial direction of the mold 10, and the molded product as the above-described embodiment is formed between the upper and

lower molds

12 and 14. A cavity was formed. When the upper and lower dies 12, 14 are closed and pressed in the axial direction via an annular pressing member 16, a mold clamping force is exerted on the molded body to form the center of the upper mold 12. Of the molding material (bamboo powder) leaked out of the molding cavity through the small-diameter (φ2.0 mm) through-hole 18 penetrated into the mold was measured.
[0030]
In addition, as a comparative example, by using hinoki wood flour instead of bamboo flour and molding under the same various particle size and water content as the above-mentioned bamboo flour under the same various conditions, a molded body having the same shape and dimensions as those of the example was obtained. Got. The characteristics and the like of the molded bodies as these comparative examples were measured in the same manner as in the above-described examples, and the results are shown in FIGS.
[0031]
As is clear from these various experimental data, the molded product obtained by employing bamboo powder according to the present invention exhibits a plastic-like appearance even in a low-temperature region of 80 ° C. or more and a low-pressure region of 20 MPa or more. It can be obtained as a molded article, and its strength, appearance and physical properties can be realized in a sufficiently practical region.
[0032]
That is, from the result shown in FIG. 4, in the present embodiment, a molded product having an effective bending strength is obtained even when the heating temperature (forming temperature) of the bamboo powder to be filled is 70 ° C. It can be seen that at a molding temperature of 80 ° C. or higher, a sufficiently large and stable bending strength can be exhibited in a wide temperature range up to 180 ° C. Further, as is clear from the results shown in Table 1, by adopting a molding temperature of 80 ° C. or more, more preferably by adopting a molding temperature of 100 ° C. or more, a plastic-like appearance state is obtained. Thus, it is possible to obtain a stable molded product. Moreover, as is apparent from the results shown in FIG. 2, in the present example, at a molding temperature of 100 ° C. or more, the outflow of the molding material through the small holes of the molding cavity was confirmed, and a very excellent molding The fluidity of the material can be exhibited.
[0033]
In addition, the appearance of plastic is a thing to be performed by visual inspection, and it is an integral and uniform thing as a whole, with almost no particles of material such as bamboo powder being visually recognized, and the surface should be smooth. Say what is possible. In addition, those with a high degree of plasticity have a uniform molecular structure and can be understood as having a certain degree of visible light transmittance, such as a colored resin plate, which looks faint and bright when projected from the back. Can be As for the light transmittance, as shown in FIG. 5, the test using the above-described example shows that it has light transmittance over a wide range of 80 ° C. to 200 ° C. Has been confirmed by. In addition, the light transmission value shown in FIG. 5 was measured by irradiating light of about 18000 lux from the back of the molded article as an example and measuring light transmitted through the front surface of the molded article. Regarding the light transmission value, it is speculated that the decrease in light transmittance when the molding temperature is 180 ° C. or higher may be caused by burning (thermal decomposition) of the molding material.
[0034]
On the other hand, in the comparative example formed by using wood powder under the same conditions as in the above-described embodiment of the present invention, as shown in FIG. Shows a large bending strength in the molding temperature range, but the bending strength is extremely lowered in a temperature range lower than 120 ° C., and almost no effective strength can be exerted at 80 ° C. or lower. Also, from the results shown in Table 1, if the temperature is not higher than 140 ° C., it is not possible to obtain a plastic-like appearance such that the entire structure looks uniform. 5, effective light transmittance is recognized only at a molding temperature of 140 ° C. or higher, and from the results of FIG. Sex was hardly recognized. Moreover, the fluidity of the molding material at the time of molding is also extremely low as compared with the example using bamboo powder from the results of FIG. 2, and there is concern about the filling property of the molding cavity having a complicated shape. It is in a state.
[0035]
As is clear from the results shown in Table 2, the molding pressure at the time of molding is 20 MPa or more, preferably 40 MPa or more when the molding temperature is set to 180 ° C. in the examples of the present invention. It has been confirmed that even at a molding pressure, good moldability can be exhibited and a molded article having a plastic-like appearance can be stably obtained.
[0036]
On the other hand, in the comparative example using wood flour, it is necessary to adopt a molding pressure of 60 MPa or more, preferably 80 MPa or more, even if the same molding temperature of 180 ° C. is adopted. It is clear that the embodiment of Example 1 is extremely excellent.
[0037]
Furthermore, as for the water content, as is clear from the results shown in FIG. 7, in the example of the present invention, the physical properties substantially equivalent to those when artificially dried in the air-dry state in the atmosphere. Was obtained. Therefore, molding can be performed without requiring a special drying step, and there is an advantage that a molded body having no practical problem can be obtained, and even if the water content varies, a substantially constant strength can be obtained. Thus, it is possible to stably mold and supply the provided molded article.
[0038]
Further, as for the grain size of the bamboo material to be adopted, as is apparent from the results shown in FIG. Can be obtained stably.
[0039]
【The invention's effect】
As is clear from the above description, according to the method of the present invention, it is possible to produce a molded body composed of bamboo powder alone with sufficient strength with a plastic-like appearance, focusing on bamboo powder, which has received little attention. Can be done. Moreover, in the method of the present invention using bamboo flour as a material, it is possible to mold under sufficiently low temperature and low pressure molding conditions as compared with the case where conventional wood flour is used as a molding material. Thereby, the manufacturing equipment can be simplified, the physical properties of the obtained molded article can be stabilized, the incidence of defective products can be sufficiently reduced, and the intended plastic-like molded article can be stably produced. It can be manufactured. Further, according to the method of the present invention, by employing bamboo powder as a molding material, the fluidity at the time of molding is also improved, and a molded article having a desired shape can be molded more stably. As a result, the bamboo powder compact can be used in a wide range of fields.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a flowchart showing a specific example of a manufacturing process of a plastic-like molded product made of bamboo powder according to the present invention.
FIG. 2 is a graph showing the results of actually measuring the effects of temperature conditions upon molding of a plastic-like molded product made of bamboo powder according to the present invention, together with a comparative example employing wood flour.
FIG. 3 is a graph showing the results of actually measuring the effects of pressure conditions during the molding of a bamboo powder plastic-like molded product according to the present invention, together with a comparative example employing wood flour.
FIG. 4 is a graph showing the results of actually measuring the effect of temperature conditions upon molding a plastic-like molded product made of bamboo powder according to the present invention, together with a comparative example employing wood flour.
FIG. 5 is a graph showing the results of actual measurement of the influence of temperature conditions upon molding a plastic-like molded product made of bamboo powder according to the present invention, together with a comparative example employing wood flour.
FIG. 6 is a graph showing the results of an actual measurement of the influence of the particle size conditions upon molding a plastic-like molded product made of bamboo powder according to the present invention.
FIG. 7 is a graph showing the results of an actual measurement of the influence of the water content conditions when molding a plastic-like molded product made of bamboo powder according to the present invention.
FIG. 8 is an explanatory diagram for explaining a molding die used for measurement of fluidity of a sample in an example relating to molding of a plastic-like molded product made of bamboo powder according to the present invention.
[Explanation of symbols]
Reference Signs List 8 Molding die 10 Outer peripheral die 12 Upper die 14 Lower die 16 Press fitting 18 Through hole

Claims

A preparation step of preparing bamboo powder having a water content of 20% by weight or less and a particle size of 10 mesh passes or less;
A molding step of filling the bamboo powder into a predetermined mold and pressing at a heating temperature of 80 ° C to 200 ° C and a pressure of 20 MPa or more;
A cooling step of cooling and solidifying in a molding die to form a molded body. A method for producing a plastic-like molded body made of bamboo powder.

The method for producing a bamboo powder plastic-like molded product according to claim 1, wherein the bamboo powder prepared in the preparation step has a particle size of 400 mesh pass or more.

The method for producing a bamboo flour plastic-like molded product according to claim 1 or 2, wherein a heating time in the molding step is 1 minute or more at a heating temperature of 80C to 200C.

A bamboo powder-like plastic having a thickness of 1.5 mm and a light transmittance of 1% or more, obtained by molding a bamboo powder having a particle size of 10 mesh pass or less under heat and pressure. Molded body.