JP2006116917A - 竹繊維の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】竹から天然の細い竹繊維を製造する。
【解決手段】竹繊維の製造方法は、竹を加熱加圧状態から瞬時に非加圧状態とする爆砕工程と、爆砕処理された竹を繊維状に細分化する第１細分化工程と、第１細分化工程で細分化された竹繊維を強アルカリ水溶液に浸漬する後処理工程と、後処理工程の後、竹繊維をさらに細い繊維に細分化する第２細分化工程とで竹繊維を製造する。
【選択図】図４

Description

本発明は竹繊維の製造方法に関し、とくに竹を原料として化学繊維を製造するのではなくて、原料の竹から細い繊維を分離する天然の竹繊維を製造する方法に関する。

竹を原料とする竹繊維はふたつの方法で製造される。第１の方法は、竹を加熱加圧状態から瞬時に非加圧状態として爆砕し、これを細分化して竹繊維とする方法である。この方法は、天然の竹から繊維を分離するので、天然の竹繊維を製造できる特徴がある。しかしながら、この方法は、細い竹繊維を製造できないので、その用途が、たとえば合成樹脂に埋設して補強する等の用途に限定される欠点がある（特許文献１参照）。

さらに、この方法で製造された竹繊維は、太いので全体を均一に漂白するのが難しく、漂白するとむらができる欠点がある。このため、全体を綺麗な白色とする竹繊維を製造できない欠点がある。このことも、用途を制限する理由のひとつとなっている。すなわち、外部から見える用途に使用して、綺麗な製品にできない欠点がある。

この欠点は、竹を原料として、これを溶融してセルロース原料とし、これをノズルから噴射して繊維に加工するレーヨン繊維で解消できる（特許文献２参照）。この方法で製造されるレーヨン繊維は、原料に竹を使用するが、竹を溶融してセルロースとし、このセルロースをノズルから噴射して繊維状に加工するので、化学繊維となり、天然の竹繊維が有する物性を示すことがない。
特開２００３−２５３０１１号公報 特開２００１−１１５３４７号公報

本発明は、この欠点を解決することを目的に開発されたものである。本発明の重要な目的は、竹から天然の細い竹繊維を製造できる竹繊維の製造方法を提供することにある。

本発明は、前述の目的を達成するために、以下の工程で竹繊維を製造する。
竹を加熱加圧状態から瞬時に非加圧状態とする爆砕工程と、爆砕処理された竹を繊維状に細分化する第１細分化工程と、第１細分化工程で細分化された竹繊維を強アルカリ水溶液に浸漬する後処理工程と、後処理工程の後、竹繊維をさらに細い繊維に細分化する第２細分化工程とで竹繊維を製造する。

後処理工程は、強アルカリ水溶液に苛性ソーダ水溶液を使用することができる。この後処理工程は、苛性ソーダ水溶液に、爆砕して細分化した竹繊維を浸漬して、さらに次の細分化工程で小さくできるように処理する。また、竹繊維の強度を向上するには、竹を苛性ソーダ水溶液に浸漬する予備処理した後、爆砕工程で爆砕する。

さらに、本発明の製造方法は、第２細分化工程で細分化した竹繊維を、漂白工程で漂白して綺麗な白色繊維とすることができる。この竹繊維は、第２細分化工程で細分化された細い竹繊維を漂白するので、全体をむらなく綺麗な白色にできる特徴がある。第２細分化工程で処理された竹繊維、あるいは漂白された細い竹繊維は、その太さを好ましくは０．００１〜０．２ｍｍとする。また、第２細分化工程で処理され、あるいは漂白された竹繊維は、平均長さを１０ｍｍ〜３００ｍｍとすることができる。

本発明の竹繊維の製造方法は、竹を溶融してセルロースにすることなく、天然の竹繊維を細分化して細い天然の竹繊維とすることができる。それは、本発明の製造方法が、竹を爆砕工程で爆砕して細分化した後、後処理工程で強アルカリ水溶液に浸漬し、その後さらに細分化して極めて細い繊維に加工できるからである。竹は、爆砕工程で爆砕した後に細分化して繊維に加工できる。しかしながら、この方法で製造される竹繊維は、織物用の繊維として使用できる程度の細い繊維にできない。このため、用途がプラスチックに埋設する補強繊維等に特定される。しかしながら、本発明は、さらにこの竹繊維を、後処理工程で強アルカリ水溶液に浸漬した後、さらに細分化する。強アルカリ水溶液に浸漬された竹繊維は、その後の第２細分化工程で、さらに微細な繊維に加工できる。とくに、この後処理工程は、強アルカリ水溶液に浸漬する時間を長くして、次の第２細分化工程で細分化できる繊維の太さをより細くできる。このため、本発明の方法で製造された天然の竹繊維は、織物用の繊維として、あるいは不織布用の繊維として、さらにまた、布団綿用の繊維として使用できる。

さらに、本発明は、竹から極めて細く加工された天然繊維である竹繊維を製造できる。このため、天然の竹繊維が有する独特の物性、たとえば抗菌作用と脱臭作用を備える天然繊維として使用できる。したがって、本発明で製造される竹繊維は、従来のように竹をセルロースに溶融してノズルから噴射して繊維とする化学繊維では実現できない天然繊維独特の優れた物性を備えながら、種々の用途に有効に使用できる特徴がある。

また、本発明の竹繊維は、極めて細い天然繊維に加工できるので、これを漂白して斑なく綺麗な白色に加工できる。爆砕して細分化された竹繊維は、爆砕工程で加熱される工程で焦げた茶色となる。このため、綺麗な竹繊維を製造できない。また、これを漂白しても、太いので全体をむらなく綺麗な白色に加工できない。しかしながら、本発明の竹繊維は、爆砕して細分化された竹繊維を、さらに強アルカリ水溶液に浸漬した後に再び細分化して細繊維に加工しているので、これを漂白して全体を綺麗な白色にできる。このため、竹を原料としてこれを溶融して繊維に加工する化学繊維と同じように、綺麗な白色繊維として種々の用途に使用できる。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施例は、本発明の技術思想を具体化するための竹繊維の製造方法を例示するものであって、本発明は竹繊維の製造方法を以下の方法には特定しない。

竹繊維は以下の工程で製造される。本発明の方法で竹繊維とする竹は、原料として、孟宗竹が最適である。それは、孟宗竹が太くて多量の繊維があるために、能率よく多量の竹繊維を製作できるからである。ただし、他の種類の竹も使用できるのはいうまでもない。

［予備処理工程］
竹を所定の長さに切断した後、この工程で予備処理してから爆砕処理する。ただし本発明の製造方法は、必ずしも竹を予備処理して爆砕する必要はない。このため、本発明の竹繊維の製造方法は、この予備処理工程を省略することができる。

予備処理された竹は、爆砕処理の後に繊維をより分離しやすくできる。予備処理は、竹を苛性ソーダ水溶液に浸漬する処理、あるいは竹を煮沸する処理である。竹を浸漬するする苛性ソーダ水溶液は、好ましくは１００リットルの水に２ｋｇ〜２０ｋｇの苛性ソーダを添加して製作される。竹は、この苛性ソーダ水溶液に１〜４８時間、好ましくは２〜２４時間、さらに好ましくは２〜１２時間浸漬される。苛性ソーダ水溶液から取り出した竹を水で洗浄した後、乾燥することなく圧力容器に入れて次の爆砕工程で爆砕する。苛性ソーダ水溶液に浸漬した後、爆砕された爆砕竹繊維は、爆砕処理の後の第１細分化工程で効率よく繊維に分離できる。したがって、この予備処理工程は、苛性ソーダ水溶液の浸漬時間を、第１細分化工程で細分化された竹繊維の引張強度を向上できる時間に設定する。苛性ソーダ水溶液の浸漬時間は、短すぎても、また長すぎても第１細分化工程で細分化たれた竹繊維の引張強度が低下する。竹繊維の引張強度を強くするために、竹を苛性ソーダ水溶液に浸漬する時間を前述の範囲に設定する。

竹を熱湯に浸漬する予備処理工程は、竹を２〜４８時間煮沸する。この方法は、煮沸された竹を洗浄することなく、また乾燥することなく圧力容器に入れて速やかに温度上昇できる。また、煮沸して軟化された竹を効率よく爆砕して繊維に分離できる。

［爆砕工程］
この工程は、加熱加圧状態から瞬時に非加圧状態とする爆砕処理をして、竹繊維に分離し、あるいは分離しやすくする。加熱加圧状態とするために、竹は気密の圧力容器に充填される。この圧力容器に加熱加圧された水蒸気を供給して、竹を加熱加圧状態とする。水蒸気で圧力容器の内部を加熱する温度は、１４０〜２００℃、好ましくは１５０℃〜１８５℃、さらに好ましくは１６０〜１８０℃とする。水蒸気を圧力容器に供給して加熱する方法は、温度で圧力が特定される。すなわち、温度と圧力は一定の関係となる。温度と圧力の関係を図１に示す。この図に示すように、たとえば、圧力容器の内部温度を１４０〜２００℃とすれば、内部圧力は０．３６ＭＰａ〜１．５５ＭＰａとなり、内部温度を１５０℃〜１８５℃とすれば内部圧力は０．４８ＭＰａ〜１．１３ＭＰａとなり、さらに内部温度を１６０〜１８０℃とすれば内部圧力は０．６２ＭＰａ〜１．００ＭＰａとなる。

圧力容器は、外部からヒータやバーナー、あるいは金属製の圧力容器を誘導加熱する種々の外部加熱器で加熱することもできる。この場合、圧力容器の内部に、あるいは竹に水を添加することもできる。水を添加して圧力容器を加熱すると、水蒸気を添加して加熱加圧するのと同じような状態となる。水が沸騰して水蒸気となるからである。したがって、この方法は、圧力容器の内部温度と内部圧力が前述の温度と圧力に同じになる。したがって、この方法も水蒸気を供給するのと同じように圧力容器の内部温度と内部圧力を設定する。

水を添加しないで圧力容器を外部加熱しても、竹に含まれる水が沸騰して内部の圧力が上昇する。ただ、圧力容器の内容積に比較して、水が少ないと、沸騰する水と沸騰しない水とが平衡状態となる、水蒸気で加熱する温度と圧力の関係とはならなず、圧力容器の内圧は多少低くなる。ただ、加熱温度を高くすると気化した水蒸気と空気とが膨張して内部の圧力も上昇する。したがって、圧力容器の内部と竹の両方には水を添加しないで、圧力容器の内部で加熱加圧することができる。この場合、水量が少ないと、圧力容器の内圧が水を添加する方法に比較して多少は低くなるので、加熱温度を高くして効率よく竹を爆砕する。

竹を圧力容器で加熱加圧する時間は、竹の内部まで均一に加熱される時間とする。このため、加熱時間は、竹の太さと肉厚、また種類によって最適値とする。ただし、圧力容器に水蒸気を供給し、あるいは外部から加熱して、圧力容器の内部温度と圧力をゆっりと上昇させるとき、内部の温度と圧力が設定温度と圧力になれば、竹は内部までほぼ均一に加熱される。したがって、ゆっくりと加熱する場合は、設定温度と圧力になれば、圧力容器を開放して瞬時に非加圧状態として竹を爆砕することができる。温度と圧力を急激に上昇するときは、竹の内部まで均一に加熱するために、好ましくは設定温度と圧力に数分〜数十分保持し、その後圧力容器を開放して竹を爆砕する。図２は、爆砕工程で爆砕処理された爆砕竹繊維の拡大写真を示している。なお、この拡大写真は、竹繊維の太さをわかりやすくするために、スケールも表示している。このスケールの１目盛りは１ｍｍである。

竹は、１回の爆砕工程の後、次の第１細分化工程で細分化される。ただし、爆砕した竹をさらに爆砕して、すなわち、竹を複数の爆砕処理で竹繊維に分離し、あるいは分離しやすくすることもできる。複数の爆砕処理で竹を爆砕する方法は、竹の加熱温度と圧力を低くして、所定の太さの竹繊維にできる。温度と圧力を高くして爆砕された爆砕竹繊維は、１回の爆砕で細い竹繊維に細分化できる。

爆砕工程において、竹は、数十ｃｍ〜数メートルに切断して、圧力容器に入れて爆砕される。竹は節がある。節の部分で爆砕竹繊維の強度が低下する。したがって、より好ましくは、節を除いた長さに竹を切断して爆砕すると理想的な竹繊維が得られる。ただ、節の部分の強度も充分に使用できる範囲にあるので、節を含む長さに切断して、竹繊維とすることもできる。節を含む竹繊維は、相当に長くできる。

［第１細分化工程］
爆砕された竹を細分化する。この工程は爆砕された竹を叩いて細分化し、あるいは櫛梳機に繰り返しかけて、細分化する。この工程で、細分化された竹繊維を屑から分離して、竹繊維とする。この工程は、竹繊維を、平均太さが０．２〜０．５ｍｍ、好ましくは０．２〜０．４ｍｍとなるように細分化する。この工程で、爆砕された竹を強く叩き、あるいは櫛梳機にかける回数を多くして、竹繊維を無理に細く細分化すると、竹繊維の強度が著しく低下する。このため、この第１細分化工程においては、竹繊維を太さが前述の範囲となるように細分化する。第１細分化工程は、爆砕された竹を、すでに使用されている種々の構造の解繊機を使用して細分化して竹繊維とすることもできる。第１細分化工程において、細分化処理された竹繊維の拡大写真を図３に示す。この拡大写真に表示するスケールも、１目盛りを１ｍｍとしている。

［後処理工程］
この工程は、第１細分化工程で細分化された竹繊維を、強度の低下を少なくしながら、第２細分化工程において無理なく、さらに細い繊維に加工するための処理である。したがって、この処理は、竹繊維の強度を保持しながら、次の第２細分化工程で、より細い竹繊維、好ましくは平均的な太さを０．１ｍｍ以下とする竹繊維に加工するための処理である。

この処理は、第１細分化工程で細分化された竹繊維を強アルカリ水溶液に浸漬する。強アルカリ水溶液は、好ましくは１００リットルの水に２００ｇ〜２０ｋｇの苛性ソーダを添加して製作される。竹は、この苛性ソーダ水溶液に１〜２４時間、好ましくは２〜１８時間、さらに好ましくは２〜１２時間、最適には約６時間浸漬される。苛性ソーダ水溶液から取り出した竹を水で洗浄して乾燥する。

この工程は、第２細分化工程で細分化される竹繊維の平均的な太さが、０．１ｍｍ以下、より好ましくは０．０１ｍｍ〜０．１ｍｍとなるように、前述の浸漬時間に調製する。強アルカリ水溶液の浸漬時間を長くすると、第２細分化工程で細分化された竹繊維が平均的な太さは細くなって引張強度が低下する。反対に、竹繊維を強アルカリ水溶液に浸漬する時間を短くして、第２細分化工程で細分化された竹繊維を太くて、引張強度を強くできる。

［第２細分化工程］
第１細分化工程と同じように、櫛梳機に繰り返しかけて、竹繊維をさらに細分化する。この工程は、竹繊維を、平均太さが０．２ｍｍ以下、好ましくは０．０１ｍｍ〜０．１ｍｍ、さらに好ましくは０．０２〜０．０５ｍｍとなるように細分化する。この工程は、後処理工程で苛性ソーダに浸漬して、洗浄、乾燥された竹繊維を、櫛梳機にかける回数を多くして、竹繊維を織布、不織布、布団綿等の繊維として使用できる太さに細分化する。第２細分化工程も、第１細分化工程と同じように、すでに使用されている種々の構造の解繊機を使用して、さらに細い繊維に細分化することもできる。第４細分化工程において、細分化処理された竹繊維の拡大写真を図４に示す。この拡大写真に表示するスケールも、１目盛りを１ｍｍとしている。

［漂白工程］
第２細分化工程で細分化された茶色の竹繊維は、この工程で漂白されて白い美しい竹繊維となる。この漂白工程で漂白された竹繊維の拡大写真を図５に示す。この拡大写真に表示するスケールも、１目盛りを１ｍｍとしている。なお、この図に示す写真は、竹繊維をわかりやすくするために、あえてコントラストを付けている。このため、この写真おいて、漂白された竹繊維は多少黒っぽく見えるが、実際の漂白された竹繊維は、美しく綺麗な白色である。

この工程で漂白された竹繊維は、綺麗な白色となるので、他の繊維と混紡して、あるいは単独で使用して、美しい織布、不織布、布団綿として使用できる。さらに、漂白した竹繊維は、着色してさらに種々の用途に美しい色彩の竹繊維として使用できる。

竹繊維は、漂白剤を使用して漂白する。漂白剤には、次亜塩素酸ナトリウム等の塩素系漂白剤や、過炭酸ナトリウムや過酸化水素等の酸素系漂白剤を使用する。竹繊維は、オゾン漂白することもできる。過炭酸ナトリウムを使用する方法は、４０〜５０℃の温水１００リットルに１５０ｇの過炭酸ナトリウム粉末を溶解した液に、竹繊維を１〜５時間浸漬して漂白する。その後、水洗、乾燥して竹繊維を漂白する。漂白剤には、過炭酸ナトリウムに代わって、液体の次亜塩素酸ナトリウムや過酸化水素を使用することもできる。

水蒸気圧と温度の関係を示すグラフである。 爆砕工程で爆砕処理された竹繊維の拡大写真である。 第１細分化工程で細分化処理された竹繊維の拡大写真である。 第２細分化工程で細分化処理された竹繊維の拡大写真である。 漂白工程で漂白された竹繊維の拡大写真である。

Claims (6)

1. 竹を加熱加圧状態から瞬時に非加圧状態とする爆砕工程と、爆砕処理された竹を繊維状に細分化する第１細分化工程と、第１細分化工程で細分化された竹繊維を強アルカリ水溶液に浸漬する後処理工程と、後処理工程の後、竹繊維をさらに細い繊維に細分化する第２細分化工程とからなる竹繊維の製造方法。
2. 後処理工程の強アルカリ水溶液に苛性ソーダ水溶液を使用する請求項１に記載される竹繊維の製造方法。
3. 竹を苛性ソーダ水溶液に浸漬する予備処理した後、爆砕工程で爆砕する請求項１に記載される竹繊維の製造方法。
4. 第２細分化工程の後、竹繊維を漂白工程で漂白する請求項１に記載される竹繊維の製造方法。
5. 第２細分化工程で処理され、あるいは漂白された竹繊維の太さを０．００１〜０．２ｍｍとする請求項１に記載される竹繊維の製造方法。
6. 第２細分化工程で処理され、あるいは漂白された竹繊維の平均長さが１０ｍｍ〜３００ｍｍである請求項１に記載される竹繊維の製造方法。