JP2013244736A - 竹ファイバー及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】太さがナノレベルの竹ファイバー及びその製造方法の提供を目的とする。
【解決手段】平均太さ５ｎｍ〜５０ｎｍ，平均長さ０．１μｍ〜５．０μｍであることを特徴とする。
【選択図】 図１
【解決手段】平均太さ５ｎｍ〜５０ｎｍ，平均長さ０．１μｍ〜５．０μｍであることを特徴とする。
【選択図】 図１
Description
本発明は、竹を原料とする竹ファイバーに関し、特に太さがナノレベルの細い竹ファイバー及びその製造方法に係る。
竹を原料とする繊維は、天然セルロースファイバーとして、その利用が期待されている。
本出願人はこれまで竹をチッパー機でチップにし、これを蒸解して竹パルプを得ることを行っている。
本発明は、パルプよりもさらに太さが細い竹ファイバーを得ることを目的に達成されたものである。
本出願人はこれまで竹をチッパー機でチップにし、これを蒸解して竹パルプを得ることを行っている。
本発明は、パルプよりもさらに太さが細い竹ファイバーを得ることを目的に達成されたものである。
これまで竹を原料にファイバーを得る方法として、特許文献１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、強アルカリ水液に浸漬する後処理工程と、さらに第２の細分化工程にて竹ファイバーを得る方法を開示する。
しかし、そのファイバーサイズは、太さが１μｍ〜２００μｍ，長さ１０ｍｍ〜３００ｍｍもあるものであった。
特許文献２は、所定の長さに切断した竹材を高圧雰囲気下に所定期間置いた後に、一気に大気圧中に放出する製造方法を開示するが、それにより得られた竹ファイバーは太さが０．０１ｍｍ〜０．５ｍｍ，長さが５ｍｍ〜６０ｃｍもあるものであった。
しかし、そのファイバーサイズは、太さが１μｍ〜２００μｍ，長さ１０ｍｍ〜３００ｍｍもあるものであった。
特許文献２は、所定の長さに切断した竹材を高圧雰囲気下に所定期間置いた後に、一気に大気圧中に放出する製造方法を開示するが、それにより得られた竹ファイバーは太さが０．０１ｍｍ〜０．５ｍｍ，長さが５ｍｍ〜６０ｃｍもあるものであった。
本発明は、太さがナノレベルの竹ファイバー及びその製造方法の提供を目的とする。
本発明に係る竹ファイバーは、平均太さ５ｎｍ〜５０ｎｍ，平均長さ０．１μｍ〜５．０μｍであることを特徴とする。
ここで、竹ファイバーの好ましい太さは、平均で５ｎｍ〜３０ｎｍ，好ましい長さは平均で０．５μｍ〜２．０μｍの範囲である。
竹ファイバーの太さが５ｎｍ未満になると、天然の階層構造が大きな損傷を受け補強効果が低下し、５０ｎｍを超えるとナノ構造の特異性が発現できなくなる。
ここで、竹ファイバーの好ましい太さは、平均で５ｎｍ〜３０ｎｍ，好ましい長さは平均で０．５μｍ〜２．０μｍの範囲である。
竹ファイバーの太さが５ｎｍ未満になると、天然の階層構造が大きな損傷を受け補強効果が低下し、５０ｎｍを超えるとナノ構造の特異性が発現できなくなる。
このような竹ファイバーは、竹由来のパルプを高圧水流にて解繊することで得られる。
ここで、高圧水流で解繊するとは、竹を蒸解等によりパルプ化した竹パルプを０．５〜１０％程度含有する混合液を、５０〜３００ＭＰａ程度の高圧状態から一気に大気解放させることで、キャビテーションや乱流が生じ、これによりパルプ繊維を細く解繊することをいう。
また、必要に応じて混合液に分散剤等を添加してもよい。
ここで、高圧水流で解繊するとは、竹を蒸解等によりパルプ化した竹パルプを０．５〜１０％程度含有する混合液を、５０〜３００ＭＰａ程度の高圧状態から一気に大気解放させることで、キャビテーションや乱流が生じ、これによりパルプ繊維を細く解繊することをいう。
また、必要に応じて混合液に分散剤等を添加してもよい。
本発明に係る竹ファイバーは、太さが５０ｎｍ以下のナノレベルであり、長さが０．１μｍ〜５．０μｍでアスペクト比２０以上、好ましくは１００以上のものであると竹ファイバーの強度が高く、樹脂材料等と複合化すると優れたファイバー強化材となる。
以下、本発明に係るファイバーの製造例を説明する。
原料となる竹の種類に限定はなく、産地も日本国内外を問わない。
現在、日本では約６００種類の竹があるといわれ、代表例としては真竹，孟宗竹，淡竹等が挙げられる。
竹をチッパー機でチップにし、これを蒸解してパルプにした。
このパルプを０．５〜１０質量％の水混合液にしたものを、約２００ＭＰａの高圧状態から例えば、ノズルから噴射させることで一気に大気解放した。
この高圧状態から大気解放させる処理回数をパス回数と表現する。
また、この高圧水流による細分化をする前に叩解処理等の予備処理をすると、細分化のコストを抑えることができる。
原料となる竹の種類に限定はなく、産地も日本国内外を問わない。
現在、日本では約６００種類の竹があるといわれ、代表例としては真竹，孟宗竹，淡竹等が挙げられる。
竹をチッパー機でチップにし、これを蒸解してパルプにした。
このパルプを０．５〜１０質量％の水混合液にしたものを、約２００ＭＰａの高圧状態から例えば、ノズルから噴射させることで一気に大気解放した。
この高圧状態から大気解放させる処理回数をパス回数と表現する。
また、この高圧水流による細分化をする前に叩解処理等の予備処理をすると、細分化のコストを抑えることができる。
高圧水流処理を１０パスした竹ファイバーサンプル１の３Ｄ像を図１に示し、図２に竹ファイバーの長さの分布（ａ）及び太さの分布（ｂ）を示す。
竹ファイバーの計測は、走査型プローブ顕微鏡（株式会社島津製作所製 ＳＰＭ−９７００）を用いて行い、太さはファイバー高さ（Ｚ）として計測した。
図２に示した分布図から算出した竹ファイバーの平均長さは０．２８μｍ，標準偏差σ＝０．１５８であり、太さの平均は９．７ｎｍ，標準偏差σ＝４．４３であった。
竹ファイバーの計測は、走査型プローブ顕微鏡（株式会社島津製作所製 ＳＰＭ−９７００）を用いて行い、太さはファイバー高さ（Ｚ）として計測した。
図２に示した分布図から算出した竹ファイバーの平均長さは０．２８μｍ，標準偏差σ＝０．１５８であり、太さの平均は９．７ｎｍ，標準偏差σ＝４．４３であった。
高圧水流処理を２０パスした竹ファイバーサンプル２の３Ｄ像を図３に示し、その分布図を図４に示す。
その結果、１０パスの実施例１よりもやや長さが長く、平均長さ０．３４μｍ，標準偏差σ＝０．２０２，太さもやや太く、平均太さ１２．４８ｎｍ，標準偏差σ＝５．７７であった。
このことから、高圧水流による処理回数は１０〜２０パスで充分であることが推定される。
その結果、１０パスの実施例１よりもやや長さが長く、平均長さ０．３４μｍ，標準偏差σ＝０．２０２，太さもやや太く、平均太さ１２．４８ｎｍ，標準偏差σ＝５．７７であった。
このことから、高圧水流による処理回数は１０〜２０パスで充分であることが推定される。
Claims (3)
- 平均太さ５ｎｍ〜５０ｎｍ，平均長さ０．１μｍ〜５．０μｍであることを特徴とする竹ファイバー。
- 竹由来のパルプを高圧水流にて解繊することで、平均太さ５〜５０ｎｍ，平均長さ０．１〜５．０μｍのファイバーにすることを特徴とする竹ファイバーの製造方法。
- 竹由来のパルプを叩解による予備処理をした後に高圧水流にて解繊することを特徴とする請求項２記載の竹ファイバーの製造方法。
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