JP3793783B2

JP3793783B2 - Bamboo powder plastic-like molded body and method for producing the same

Info

Publication number: JP3793783B2
Application number: JP2002350612A
Authority: JP
Inventors: 久雄岸; 伸吾中山
Original assignee: Mie Prefecture
Current assignee: Mie Prefecture
Priority date: 2002-12-03
Filing date: 2002-12-03
Publication date: 2006-07-05
Anticipated expiration: 2022-12-03
Also published as: JP2004181737A

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、竹材は、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、請求項１乃至３の何れかに記載の製造方法に従って得られた、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重量％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２，３，４，５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、採用する竹粉の粒度に関しても、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 chemical treatment, and a general synthetic resin and The present invention relates to an unprecedented plastic-like molded body capable of obtaining equivalent or better strength characteristics and a method for producing the same.
[0002]
[Background]
In 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. However, in recent years, they have been decomposed as they become available in large quantities. In addition to the difficulty, 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 natural wood is attracting attention, and conventionally, for example, particle boards and fiber boards are well known as molded bodies using wood. However, all of the conventional molded bodies using such wood are merely formed as a composite material of a small piece of wood or fiber and a synthetic resin material such as phenol resin, and can be said to be a natural material. There is also concern about the use of formaldehyde, which has been pointed out as an adverse effect on the human body as an environmental hormone.
[0004]
On the other hand, in recent years, moldings made from wood flour can be put on an industrial production process, and can be efficiently used up to wood scraps and processed scraps. Research is ongoing. Specifically, for example, “Plastic-like molded products using wood flour or tannin as a raw material” in “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 to the deformation of the element due to pressure and thermoplasticity, to maintain a high degree of adhesion between the elements and to maintain their state As a result, it was revealed that a plastic-like material having a strength comparable to that of 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 powder obtained in this way, the adverse effects on the human body and the environment are very small, and “the obtained molded product has a plastic-like appearance, Thus, it is easily decomposed by boiling and can be recycled, and exhibits excellent biodegradability ”(Non-Patent Document 1).
[0006]
However, in order to put a molded body using such wood powder or the like into practical use, there are still large hurdles. Such a hurdle is that treatment at a very high temperature and high pressure is required in order to secure the strength stably. For example, regarding the necessity of processing at a high temperature, the above-mentioned Non-Patent Document 1 states that “the molded product shows an appearance that is just hardened wood powder under the conditions of 180 ° C. and 10 minutes. As the pressing time increased, a plastic-like appearance was partially exhibited. At 220 ° C., 10 minutes or 240 ° C., 6 minutes, the entire sample showed a plastic-like appearance. ” Has been. Further, regarding the necessity of processing at high pressure, Non-Patent Document 1 describes that a molding pressure of about 100 MPa is adopted.
[0007]
Thus, the fact that high-temperature heating is required when molding wood powder not only requires a lot of production energy, but also approaches the temperature range that causes thermal degradation of wood, so that wood powder is altered by heat. As a result, problems such as poor appearance and the occurrence of a strange odor are likely to occur, and heat management is difficult. In addition, the fact that high-pressure treatment is required for molding wood powder not only requires a lot of manufacturing energy, but also inevitably increases the size of the molding equipment and increases equipment costs. Therefore, there is a problem that the shape and dimensions of the molded product are easily limited.
[0008]
In addition, as a measure for coping with such a problem, for example, in Non-Patent Document 1, the particle size of wood powder is made finer, specifically, the element size of wood powder is 250 mesh pass (63 μm or less). It has been proposed to make it finer and more preferably 45 μm or less. However, if the element size is made fine, the production of wood flour becomes troublesome, the handling becomes difficult, and the cost increases. In addition, in combination with the fact that high temperature treatment is required, when a small element size is used, water vapor tends to stay inside during molding, and so-called puncture (breakage) occurs. However, there is a problem that molding is often defective. Therefore, it is difficult to practically adopt a fine element size.
[0009]
Further, Patent Document 1 (Japanese Patent Publication No. 38-26773) discloses a hard molded product without using an adhesive by heating and pressurizing a fibrous strip containing wood flour as a main raw material in a sealed state. For example, by mixing glass fibers into the main raw material wood strip, or by pre-treating the main raw material such as wood fiber by a specific method such as a semi-chemical method, etc. In addition, a technique for reducing the molding pressure has been proposed, and the non-patent document 1 is also preliminarily subjected to cutting wood powder lignin network by sodium chlorite treatment or cutting wood powder lignin network in advance. A technique for lowering the molding temperature by subjecting to a blasting treatment is disclosed.
[0010]
However, it is difficult to implement such a mixture of reinforcing materials and special chemical pretreatment because the labor and cost required for producing the desired molded article increase. . In particular, it is not desirable to use chemical treatment agents because there are concerns not only about the chemical impact on the molded product, but also the impact of industrial wastewater and exhaust on the natural environment. There is no.
[0011]
[Non-Patent Document 1]
Hiroyuki Yano and three other authors, “The 28th Symposium on Chemical Processing of Wood Research Symposium (1998)”, pp. 27-35 (plastic-like moldings made from wood flour or tannin)
[Patent Document 1]
Japanese Patent Publication No. 38-26773 [0012]
[Solution]
Here, the present invention has been made in the background as described above, and the problem to be solved is that only natural plant fibers are used as raw materials, the addition of reinforcing materials such as glass fibers, It is an object of the present invention to provide a novel method capable of obtaining a plastic-like molded article at a sufficiently low temperature and at a sufficiently low pressure without requiring a special pretreatment.
[0013]
[Solution and embodiment of the present invention]
Hereinafter, the aspect of this invention made in order to solve such a subject and its embodiment are described. In addition, the component employ | adopted in each aspect and embodiment described below is employable by arbitrary combinations as much 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 can be understood by those skilled in the art from those descriptions. It should be understood that it is recognized on the basis of.
[0014]
A feature of the first aspect of the present invention is 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 pass or less, and (b) the bamboo powder A molding step of filling a predetermined mold and pressurizing 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. There is a method for producing a plastic-like molded body made of bamboo powder.
[0015]
That is, one of the major 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 is that only the bamboo powder is used to obtain a desired plastic-like molded body without using an adhesive. Furthermore, one of the other major features of the present invention is that, in 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. It is to have done.
[0016]
In other words, bamboo is conventionally used as a core material for earthen walls in the construction field, used for sericulture and vegetable cultivation in the business field, and widely used in a wide range of fields such as clothespins and fishing rods in the daily necessities field. However, in recent years, the use has been replaced by synthetic resin materials and the like, and the utility value and demand have been greatly reduced. On the other hand, bamboo continues to grow due to its great vitality and fertility, and as the demand declines, damage to satoyama cannot be ignored. Under such circumstances, the fact that it is possible to obtain a plastic-like molded body using bamboo powder is not only environmentally friendly but also has great social significance.
[0017]
In addition, since it is possible to form only bamboo powder, effective use of bamboo can be efficiently achieved, and effects such as easy forming work are exhibited. The problem of environmental hormones and harmful substances in the product can be prevented, and excellent biodegradability is realized in the molded product, so that it is possible to provide a molded product that can exhibit excellent environmental characteristics. .
[0018]
Moreover, in the field that has been mostly focused only on wood powder, by adopting bamboo powder, a plastic-like molded body having a practical strength level is compared with the molding conditions of conventional wood powder. It became possible for the first time to mold under molding conditions at sufficiently low temperature and low pressure. The fact that the use of bamboo powder has made it possible to form at low temperature means that a transparent plastic-like molded body can be obtained without exhibiting the appearance of simply hardening bamboo powder. That's what it means. Moreover, in the present invention, not only that, but by adopting bamboo powder, it was possible to sufficiently ensure the fluidity of the molding material made of bamboo powder until reaching the low temperature range, It becomes possible to easily form a molded body having a complicated shape at a low temperature, and the bamboo powder molded body can be used in a wide range of fields.
[0019]
In addition, the remarkable technical effects as described above, which are exhibited by adopting bamboo powder, are not yet supported sufficiently, and it is not the object of the present invention to elucidate it. Compared to wood, hemicellulose and sugar content are high, but these hemicellulose and sugar content have a large heat transfer rate compared to lignin and the like, which are also contained in wood, and therefore have high heat fluidity. It can be 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 pulling water, a positive effect on fluidity by pentosan or the like that contributes to the flexibility of the bamboo material can be considered.
[0020]
The second aspect of the present invention is a method for producing a bamboo-like plastic-like molded body according to the first aspect, wherein the bamboo powder prepared in the preparation step has a particle size of 400 mesh pass or more. It is characterized by being. According to such a manufacturing method of this aspect, molding defects associated with the occurrence of so-called puncture in the molding process of molding under heat and pressure can be effectively reduced or eliminated without employing a special mold structure or molding conditions. It can be prevented. Although the cause of this puncture has not yet been clarified, when the bamboo powder having a predetermined moisture content is compacted and molded under heat and pressure, the water vapor generated inside is molded under pressure. It is thought that it stays in the inside, and this may be caused by a small explosion caused by heating to be exposed on the molding surface or by generating an internal thermal decomposition product.
[0021]
And according to the results examined by the present inventors, it has been confirmed that the occurrence of the above-described puncture state can be suppressed even with a grain size sufficiently smaller than that of wood flour, particularly in bamboo flour. Therefore, by adopting bamboo powder with a small particle size, it is possible to increase the fluidity of the molding material to improve the molding accuracy, and to further reduce the molding temperature and molding pressure. . The reason why the occurrence of a puncture state is suppressed in bamboo powder in a particle size range smaller than that of wood powder has not been clarified yet, but bamboo has a plurality of types with different characteristics and content compared to wood. It is thought that this is due to structural differences when consolidated due to the inclusion of fiber.
[0022]
The third aspect of the present invention is a method for producing a bamboo-like plastic-like molded body according to the first or second aspect, wherein the heating time in the molding step is 80 ° C to 200 ° C. The heating temperature is set to 1 minute or longer. According to such a manufacturing method of this aspect, a plastic-like molded body having excellent physical properties such as strength and few molding defects can be produced more stably and advantageously while ensuring good molding workability. Is possible. In addition, when the heating temperature of the molding process is less than 80 ° C., or when the heating time (molding time) is less than 1 minute, the appearance of simply hardening the bamboo powder remains, and the structure like a plastic It becomes difficult to obtain a uniform one-piece appearance. On the other hand, when the heating temperature of the molding process exceeds 200 ° C., or when the heating time (molding time) becomes too long, the physical properties are considered to be deteriorated due to chemical reaction such as decomposition, or it is remarkable. In the case of carbonization, physical properties may be deteriorated. In addition, the upper limit of the heating time is set to such an extent that a defect such as burning does not occur in consideration of the heating temperature and the grain size and properties of bamboo powder.
[0023]
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a bamboo powder plastic obtained by the manufacturing method according to any one of claims 1 to 3 and having a light transmittance of 1% or more at a thickness of 1.5 mm. Features a shaped body. In such plastic-like molded products, by adopting bamboo powder of a specific particle size as a material, not only physical properties such as strength, but also a new product that exhibits a plastic-like appearance as an integral polymer Therefore, it can be easily formed into various shapes and has higher practicality.
[0024]
【Example】
Hereinafter, in order to clarify the present invention as described above, embodiments of the present invention will be described with reference to actual measurement data. It should be noted that the present invention is not construed as being limited in any way by the following examples and the specific description relating to the present invention described above. The present invention can be implemented in a mode with improvements and the like, and all such embodiments are included in the scope of the present invention unless departing from the gist of the present invention. Needless to say.
[0025]
In this embodiment, as shown in FIG. 1, first, in step: S1, bamboo powder obtained by crushing the harvested bamboo using dry bamboo that has been dried to some extent in the atmosphere. The bamboo powder having a particle size of 100 mesh pass or less was obtained by sieving it. Next, in step S2, the moisture is adjusted by leaving it in a shaded atmosphere with good air permeability, and the moisture content is 10% by weight (ratio of the moisture content to the weight of the bamboo material in a completely dry state). A molding material composed of bamboo powder in an air-dried state was obtained. Thereafter, in step: S3, a molding material composed of 100% of the bamboo powder is filled in a predetermined mold, and in subsequent step: S4, by performing heat-pressure molding under temperature and pressure control, A molded body having a disk shape with an outer diameter of 60 mm and a wall thickness of 1.5 mm was formed. Furthermore, after cooling to predetermined temperature with a shaping | molding die with step: S5, the molded object as a test body was obtained by removing in step: S6.
[0026]
And the physical property etc. which were expressed on various shaping | molding conditions were measured about the molded object obtained in this way. The result is shown with a graph and a table | surface in the following FIGS. 2-5 and Tables 1-2. Further, in order to confirm the relationship between the grain size of the bamboo powder to be used and the strength of the obtained molded body, it is 10 to 100 mesh separately from the molded body employing the bamboo powder having a particle size of 100 mesh pass or less as described above. FIG. 6 shows the results of actual measurement of the bending strength of the molded body obtained by adopting the bamboo powder of the pass in the same manner as the above-described molding process. Furthermore, in order to confirm the relationship between the moisture content of the bamboo powder to be used and the strength of the obtained molded body, as described above, separately from the molded body using 10% by weight of air-dried bamboo powder, FIG. 7 shows the result of actually measuring the bending strength of a molded body obtained by employing the dried bamboo powder dried to about 2% by weight in the same manner as described above.
[0027]
[Table 1]

[0028]
[Table 2]

[0029]
For the measurement of fluidity shown in FIG. 2, a thick cylindrical outer peripheral metal having a molding inner diameter of φ30 mm, which employs a molding die 8 as shown in FIG. 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 a 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 molds

12 and 14 are formed by closing and pressing the molds in the axial direction via the annular pressing fitting 16, the mold clamping force is applied to the molded body. The outflow amount of the molding material (bamboo powder) that leaked out of the molding cavity from the small-diameter (φ2.0 mm) through-hole 18 penetrating the tube was measured.
[0030]
In addition, as a comparative example, a molded body having the same shape and dimensions as the examples is obtained by using oak wood powder instead of bamboo powder and molding under the same various conditions with the same particle size and moisture content as the above-mentioned bamboo powder. Got. The molded bodies as comparative examples were also measured for characteristics and the like in the same manner as the above-described examples, and the results are shown in FIGS.
[0031]
As is clear from these various experimental data, the molded body obtained by adopting bamboo powder according to the present invention exhibits a plastic-like appearance even in a low temperature range of 80 ° C. or higher and a low pressure range of 20 MPa or higher. It can be obtained as a molded product, and the characteristics of a region that is sufficiently practical in terms of strength, appearance, and physical properties can be realized.
[0032]
That is, regarding the temperature conditions at the time of molding, from the result shown in FIG. 4, in this example, a molded product having an effective bending strength is obtained even when the heating temperature (molding temperature) of the bamboo powder to be filled is 70 ° C. It is recognized that a molding temperature of 80 ° C. or higher is sufficiently large and can exhibit a substantially constant and stable bending strength in a wide temperature range up to 180 ° C. Further, as apparent from the results shown in Table 1, by adopting a molding temperature of 80 ° C. or higher, more preferably by adopting a molding temperature of 100 ° C. or higher, a plastic-like appearance is obtained. This makes it possible to obtain a stable molded product. Moreover, as is apparent from the results shown in FIG. 2, in this example, the molding material was confirmed to flow out through the small holes in the molding cavity at a molding temperature of 100 ° C. or higher, and very excellent molding was achieved. The fluidity of the material can be demonstrated.
[0033]
In addition, the plastic-like appearance is performed by visual inspection, and the particles of the material such as bamboo powder are almost visually invisible, and the entire surface is integrated and uniform, and the surface is smooth. Shall say what is possible. In addition, those that exhibit a high degree of plastic have a uniform molecular structure, and can be understood as having a certain degree of visible light transmission, such as a colored resin plate, so that it appears faintly bright when projected from the back. It is done. And as for the light transmittance, as shown in FIG. 5, it is a test using the above-mentioned embodiment that it has light transmittance over a wide region of 80 ° C. to 200 ° C. Has been confirmed by. The light transmission value shown in FIG. 5 was measured by irradiating light of about 18000 lux from the back of the molded product as an example, and measuring light transmitted through the front surface of the molded product. Further, regarding such light transmission value, it is assumed that the light transmittance is lowered when the molding temperature is 180 ° C. or higher due to burning (thermal decomposition) of the molding material.
[0034]
In comparison with this, in the comparative example formed using the wood powder under the same conditions as the above-described embodiment of the present invention, as shown in FIG. In the molding temperature region, a large bending strength is exhibited, but the bending strength is extremely lowered in a region lower than 120 ° C., and almost no effective strength can be exhibited at 80 ° C. or less. Also, from the results shown in Table 1, it is not possible to obtain a plastic-like appearance so that the whole looks uniform unless the temperature is 140 ° C. or higher. In the region lower than 140 ° C., at least one granular molding material is present. From the results shown in FIG. 5, effective light transmittance is recognized only at a molding temperature of 140 ° C. or higher, and when the molding temperature is lower than that, light transmission is achieved. Sex was hardly recognized. Moreover, the fluidity of the molding material at the time of molding is extremely low as compared with the example using bamboo powder from the result of FIG. 2, and there is a concern about the filling property into the molding cavity having a complicated shape. It is in a state.
[0035]
Further, as is clear from the results shown in Table 2, regarding the molding pressure at the time of molding, in the examples of the present invention, when the molding temperature is 180 ° C., the pressure is 20 MPa or more, preferably 40 MPa or less. It has been confirmed that even with molding pressure, good moldability can be exhibited, and a molded product exhibiting a plastic-like appearance can be stably obtained.
[0036]
On the other hand, in the comparative example using wood powder, even if the same molding temperature of 180 ° C. is adopted, it is necessary to adopt a molding pressure of 60 MPa or more, preferably 80 MPa or more. It is clear that this example is very good.
[0037]
Furthermore, as is clear from the results shown in FIG. 7, the moisture content in the examples of the present invention is substantially the same as that obtained when artificially dried in the air-dried state in the atmosphere. Could be confirmed. Therefore, it can be molded without the need for a special drying process, and there is an advantage that a molded body having no problem in practical use can be obtained, and even if the water content varies, a substantially constant strength can be obtained. This makes it possible to stably mold and supply the provided molded product.
[0038]
Furthermore, as to the grain size of the bamboo powder to be adopted, as is apparent from the results shown in FIG. 6, by adopting a grain size of at least 10 mesh pass or less, there is no significant variation in strength, and molding of the desired physical properties. It was confirmed that the body could be obtained stably.
[0039]
【The invention's effect】
As is clear from the above description, according to the method of the present invention, attention is paid to bamboo powder that has hardly been noticed, and a molded body made only of bamboo powder is produced with a plastic-like appearance and sufficient strength. Is possible. Moreover, in the method of the present invention using bamboo powder as a material, it is possible to mold under molding conditions at a sufficiently low temperature and low pressure as compared with the case of using conventional wood flour as a molding material. As a result, the production equipment can be simplified, the physical properties of the resulting molded product can be stabilized, the incidence of defective products can be sufficiently reduced, and the desired plastic-like molded product can be stably produced. It can be manufactured. Further, according to the method of the present invention, by adopting bamboo powder as a molding material, the fluidity at the time of molding is also improved, and the molded body of the desired shape can be molded more stably, As a result, the bamboo powder molded body 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 body made of bamboo powder according to the present invention.
FIG. 2 is a graph showing the results of actual measurement of the influence of temperature conditions when molding a bamboo powder plastic-like molded body according to the present invention, together with a comparative example employing wood powder.
FIG. 3 is a graph showing the results of actual measurement of the influence of pressure conditions when molding a bamboo-like plastic-like molded body according to the present invention, together with a comparative example employing wood flour.
FIG. 4 is a graph showing the results of actual measurement of the influence of temperature conditions when molding a plastic-like molded body made of bamboo powder according to the present invention, together with a comparative example employing wood powder.
FIG. 5 is a graph showing the results of actual measurement of the influence of temperature conditions when molding a bamboo powder plastic-like molded body according to the present invention, together with a comparative example employing wood powder.
FIG. 6 is a graph showing the results of actual measurement of the influence of particle size conditions when molding a bamboo-like plastic-like molded body according to the present invention.
FIG. 7 is a graph showing the results of actual measurement of the influence of water content conditions when molding a bamboo-like plastic-like molded body according to the present invention.
FIG. 8 is an explanatory diagram for explaining a molding die used for measuring the fluidity of a sample in an example relating to molding of a bamboo powder plastic-like molded body according to the present invention.
[Explanation of symbols]
8 Molding die 10 Peripheral die 12 Upper die 14 Lower die 16 Press fitting 18 Through hole

Claims

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

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

The manufacturing method of the bamboo-like plastic-like molded object of Claim 1 or 2 which makes heating time in the said shaping | molding process 1 minute or more at the heating temperature of 80 to 200 degreeC.

A plastic-like molded body made of bamboo powder, characterized by having a light transmittance of 1% or more at a thickness of 1.5 mm, obtained according to the production method according to any one of claims 1 to 3 .