JPH10194858A

JPH10194858A - 炭素系セラミックス及びその製法

Info

Publication number: JPH10194858A
Application number: JP8350047A
Authority: JP
Inventors: Takuro Sekiya; 卓朗関谷
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1996-12-27
Filing date: 1996-12-27
Publication date: 1998-07-28

Abstract

(57)【要約】【課題】紙質材料と有機高分子化合物とよりなる複合
体を炭化させた新素材を提供する。【解決手段】草と木と竹との細胞組織を、機械的処
理，化学的処理によって分解し、抄紙工程を経て薄いシ
ート状の紙を作製し、その後、該紙を時間をかけて昇温
させ、その後、一定の時間，一定の温度に保ち、その
後、時間をかけて降温させ、炭化させてシート状炭素系
セラミックスを得る。Ａ４サイズ（２１０ｍｍ×２９７
ｍｍ）のＰＰＣ用紙をフェノール樹脂ＰＸ−１６００溶
液に浸した後、乾燥，熱硬化（１３５℃，６０分）さ
せ、その後、真空熱処理炉中（３×１０^-1Ｔｏｒｒ）で
焼成した（１０００℃，１２０分）ところ、元のＡ４サ
イズより面積で約６割の大きさになった（１６４ｍｍ×
２３２ｍｍ）シート状セラミックスを得ることができ
た。このシート状セラミックスは、薄くて軽量で場所を
取らない電磁波シールド材として電子機器内で使用でき
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、炭素系セラミック
ス及びその製法、より詳細には、新規炭素素材に関する
ものであり、紙質材料と有機高分子化合物とよりなる複
合体を炭化させた新素材及びその製法に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】近年、オフィスオートメーションの普及
とともに、オフィス内で使用されるコピー用紙，プリン
ター用紙，コンピュータの出力用紙の使用量は激増して
いる。これらの使用済みのものは、一部は分別・集収・
再生紙というリサイクルシステムの中で再資源化されて
きているが、その多くは、廃棄・焼却という非資源化の
道をたどっている。

【０００３】例えば、使用済みコピー用紙を脱墨（脱イ
ンク）し、新しいパルプと混合させて、再生紙として使
用する方法が一般化している。しかし、完全脱墨（脱イ
ンク）の技術が確立されているわけではなく、また、そ
の方法によって再生された紙は、１００％バージンパル
プで作られる紙に較べて、やや黄色がかった色になると
いう欠点がある。また、このように再生紙として生まれ
かわった紙も、最後は、廃棄・焼却という非資源化の道
をたどざらるを得ないのが実状である。

【０００４】一方、本出願人より、特開平７−２８１５
６６号公報として出願されている発明は、カールソンプ
ロセス（電子写真法ともいう）によって画像形成された
使用済みのコピー用紙から、トナーを剥離し、新たなコ
ピー用紙として再生させている。この技術を利用する
と、１枚のコピー用紙は、複数回、再使用することが可
能であり、コピー用紙のリサイクル技術として注目され
ている。しかしながら、複数回、再使用することが可能
であっても、最後にはその紙も上記のような再生紙と同
様に、廃棄・焼却という非資源化の道をたどる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】オフィスにおけるこの
ようなコピー用紙は、日本国内だけでも、年間５０万ト
ン（Ａ４サイズ紙換算で１千億枚をこえる）という莫大
な量が使用されており、それらが最終的に、廃棄という
道をたどらねばならない実状を考えると、使用済み紙資
源の廃棄以外の、より有効な利用方法を考える必要があ
る。

【０００６】一方、日本国内の新聞用紙も、年間３２０
万トンという莫大な量が使用されており、オフィスにお
けるコピー用紙と同様に、使用済み紙資源の廃棄以外
の、より有効な利用方法を考える必要がある。

【０００７】本発明は、上述のごとき実情に鑑みてなさ
れたもので、第１に、地球上の植物質源を有効利用し、
新規材料として再生させること、第２に、材質に依存す
る異方性を持たない新規材料を提供すること、第３に、
このような新規材料に形状を与えること、第４に、この
ような形状を与えられた新規材料で、材質に依存する異
方性を持たないようにすること、第５に、地球上の化石
資源を有効利用し、新規材料として再生させること、第
６に、シート状の新規材料を提供すること、第７に、新
規材料による構造物を提供すること、第８に、このよう
なシート状の新規材料の原材料の物性を限定すること、
第９に、このような新規材料の原材料を限定すること、
第１０に、紙資源の有効利用法を提供すること、第１１
に、紙資源の有効利用法を提供すること、第１２に、紙
資源の別の利用法を提供すること、第１３に、古紙の有
効利用法を提供すること、を目的としてなされたもので
ある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するために、草と木と竹との細胞組織を、機械的処
理，化学的処理によって分解し、抄紙工程を経て薄いシ
ート状の紙を作製し、その後、該紙を時間をかけて昇温
させ、その後、一定の時間，一定の温度に保ち、その
後、時間をかけて降温させ、炭化させたことを特徴とし
たものであり、更には、第１に植物を分解して得られる
繊維の集合体と、該集合体に絡ませた有機高分子化合体
とよりなる複合体を炭素させた素材を提供すること、第
２に、植物組織を物理的もしくは化学的処理により分解
し、該組織の持つ異方性をなくした繊維の集合体と、該
集合体に絡ませた有機高分子化合物とよりなる複合体を
炭化させた素材を提供すること、第３に、植物を分解し
て得られる繊維の集合体と有機高分子化合物とよりなる
複合体の成形物を炭素させた構造物を提供すること、第
４に、植物組織を物理的もしくは化学的処理により分解
し、該組織の持つ異方性をなくした繊維の集合体と有機
高分子化合物とよりなる複合体の成形物を炭素させた構
造物を提供すること、第５に、化学的に合成されたシー
ト基材もしくは繊維集合体と、該シート基材もしくは繊
維集合体に塗布もしくは絡ませた有機高分子化合物とよ
りなる複合体を炭化させた素材を提供すること、第６
に、上記第１，２，３，４，５のいずれか１に記載の素
材もしくは構造物において、前記集合体が紙であるこ
と、第７に、上記第１，２，２，４，５，６のいずれか
１に記載の素材もしくは構造物において、前記集合体が
紙の構造物であること、第８に、上記第６，７のいずれ
か１に記載の素材もしくは構造物において、前記紙はそ
の密度が０．５ｇ／cm³以上であるようにしたこと、第
９に、上記第１，２，３，４，５のいずれか１に記載の
素材もしくは構造物において、前記集合体がパルプであ
るようにしたこと、第１０に、上記第１，２，３，４，
５のいずれか１に記載の素材もしくは構造物において、
前記集合体が古紙を分解して得られる繊維の集合体であ
るようにしたこと、第１１に、上記第１，２，３，４，
５のいずれか１に記載の素材もしくは構造物において、
前記集合体が古紙を分解して得られる繊維の集合体と新
しい植物を分解して得られる繊維の集合体との混合集合
体であるようにしたこと、第１２に、上記第１，２，
３，４，５，６のいずれか１に記載の素材もしくは構造
物において、前記集合体が紙の積層物であるようにした
こと、第１３に、上記第５，６，７，８，１２のいずれ
か１に記載の素材もしくは構造物において、前記紙が古
紙であるようにしたこと、を特徴とするものである。

【０００９】

【発明の実施の形態】生物は細胞の集合体であるが、中
でも草，木，竹等に代表される植物には、細長い細胞
（繊維，繊維細胞という）が多く含まれ、人類は洋の東
西を問わず古くから、この繊維をときほぐしたり、再加
工したりして、この素材を利用してきた。古くは古代エ
ジプトのパピルス，中国の麻紙に始まり、和紙，洋紙等
の各種の紙として、あるいは、麻，綿に代表される糸，
繊維として利用されていることは周知の事実である。

【００１０】本発明は、このような植物の従来ながらの
利用方法にとどまらず、さらに有効な利用方法を提供す
ることを目的としてなされたものであり、植物を出発材
料とし、従来なかった全く新規な炭素系セラミックスを
提案するものである。

【００１１】本発明は、簡単にいえば、例えば、植物を
分解して得られる繊維の集合体の代表例である紙に、フ
ェノール樹脂等の有機高分子化合物を含浸させて、その
複合体を熱あるいは光等により硬化させ、その後、真空
中あるいは窒素等の不活性雰囲気中で、５００〜３００
０℃の加熱処理を行うことにより、新規な炭素系セラミ
ックスとして生まれかわらせるものである。

【００１２】なお、後述するが、紙とは、一般的には植
物を分解して得られる繊維の集合体としての紙が代表例
としてあげられるが、本発明に使用する紙は、これに限
定されるものではなく、石油・石炭・天然ガス等の化石
燃料から化学的に作られるいわゆる合成紙もそれに含ま
れるものである。

【００１３】植物を分解して得られる繊維の集合体とし
ては、前述のような紙が一般的であるが、この紙も、一
般に木材を機械的（物理的）手段，化学的手段あるいは
両方の手段を併用してパルプとし、その後、さらに、化
学的処理，機械的処理，抄紙等の工程を経て完成するい
わゆる洋紙の他に、楮（こうぞ），三椏（みつまた），
雁皮（がんぴ）に代表されるような非木材繊維を原料と
するいわゆる和紙がある。さらに、一度紙として完成，
利用された後、再びパルプに戻され（古紙パルプ）、再
生紙として再生される古紙，再生紙あるいはこの古紙パ
ルプに前記手段によって木材から作られるバージンパル
プを混合して加工される古紙，再生紙など様々なものが
あるが、それらは全て本発明でいうところの植物を分解
して得られる繊維の集合体であり、新規な炭素系セラミ
ックスを作るための出発材料として好適に用することが
できる。

【００１４】なお、以上の説明は、植物を分解して得ら
れる繊維の集合体としての紙の説明であるが、前述のよ
うな合成紙は、例えば、ポリスチレン，ポリプロピレン
などを押し出し成形して作ったり（フィルム合成紙）あ
るいはポリエチレン繊維などをフィブリル化して作った
合成パルプを用いて、通常の植物パルプを漉いて紙を作
るのと同様な方法で作ることができる（ファイバー法合
成紙）。

【００１５】また、紙の品種として、新聞巻取紙，非塗
工印刷用紙（上級，中級，下級，薄葉の各印刷紙），微
塗工印刷用紙（微塗工上質紙，微塗工印刷紙），塗工印
刷用紙（アート紙，コート紙等），情報用紙（複写原
紙，感光用紙，フォーム紙，ＰＰＣ用紙，感熱紙等），
包装用紙（クラフト紙，模造紙等），衛生用紙（ティッ
シュペーパー，ちり紙，トイレットペーパー，タオル用
紙等），雑種紙（建材用原紙，積層板原紙，コンデンサ
ーペーパー，ライスペーパー，グラシンペーパー等），
段ボール原紙（ライナー，中しん原紙等）等々色々ある
が、これらも本発明に好適に用いることができる。

【００１６】なお、この紙についてであるが、その密度
は最終的に形成される炭素系セラミックスの強度をある
程度保つため、あるいは、その処理途中で破損しないよ
うにするためには、後述するように、一定の値以上の紙
が望ましい。本発明では、その密度が０．５ｇ／cm³以
上の紙を出発原料とすることにより、１枚のシート状の
炭素系セラミックスを形成するに当たり、その処理途中
で破損することなく、また、形成後もある程度の強度が
あり、破損しにくいシート状の炭素系セラミックスを得
ることができるようになった。

【００１７】さらに、このような紙の他に、木材を化学
的手段，機械的（物理的）手段あるいは両方の手段を併
用して作られるバージンパルプや、前述のような和紙を
作る前段階の原料（楮（こうぞ），三椏（みつまた），
雁皮（がんぴ））に代表されるような非木材繊維を、化
学的手段，機械的（物理的）手段あるいは両方の手段を
併用して作られる原料，古紙パルプ，バージンパルプと
古紙パルプの混合物等も、本発明でいうところの植物を
分解して得られる繊維の集合体であり、新規な炭素系セ
ラミックスを作るための出発材料として好適に用いるこ
とができる。

【００１８】次に、このような繊維の集合体に絡ませる
（含浸させる）有機高分子化合物であるが、天然のもの
としては、天然高分子化合物およびその誘導体である天
然ゴム，セルロース，デンプン，タンパク質，ニトロセ
ルロース，アセチルセルロースなどがあり、合成高分子
化合物として合成樹脂，合成ゴムなどがある。このう
ち、合成樹脂としては、熱硬化性樹脂として、フェノー
ル系樹脂，尿素系樹脂，メラミン系樹脂，エポキシ系樹
脂，ウレタン系樹脂，ポリエステル系樹脂，シリコーン
系樹脂などが本発明に好適に利用できる。ただし、熱硬
化性樹脂としてここに記載したが、本発明では必ずしも
熱硬化である必要はなく、化学反応による硬化，紫外線
照射による硬化であってもよい。

【００１９】また、フラン樹脂，フルフリールアルコー
ル樹脂等，フェノール樹脂と同じように、ガラス状炭素
を形成する熱硬化樹脂も好適に利用できる。また、本発
明の繊維の集合体，紙あるいはパルプはそれ単体でも炭
化，セラミックス化することは可能であるが、このよう
に樹脂と一緒にセラミックス化することにより、ガラス
状炭素が形成されるので、はるかに強度の大きいものが
得られる。

【００２０】次に、このような新規な炭素系セラミック
ス素材の持つ特微的な性質について説明する。ここで説
明する各性質は、後述するような各実施例に示したよう
な手段で形成したものをその用途に応じて、シート状，
ブロック状、さらには、ブロック状のものを特性測定が
できるように、機械的に加工して適当な試験片にして、
それぞれの性質を調べたものである。

【００２１】まず、はじめに、力学的特性であるが、密
度は、約１．０Ｍｇ／m³であり、金属等に較べて非常に
軽いという性質を持つ。また、ヤング率は約３．１ＧＰ
ａであり、樹脂等に近い値を示す。破壊強度は約２４Ｍ
Ｐａ，破壊靭性値は約０．２ＭＰａ√ｍであり、セメン
ト等に近い性質を持つ。

【００２２】次に、摩擦特性であるが、動摩擦係数は、
空気中で０．１３〜０．２５の範囲をとる。また、対ア
ルミナでは、基油含浸条件下で０．１３〜０．２２の範
囲をとり、他材料、例えば、Ｓ４５Ｃの対アルミナ（同
条件下で０．５〜０．９）と比較するときわめて低い値
であり、低摩擦が要求される軸受け等への利用が期待で
きる。ちなみに、水中では、対アルミナの値は０．１３
〜０．２２である。

【００２３】次に、摩擦特性であるが、以下の条件下で
使用すれば、ほとんど摩耗することなく、機械的周動部
材として好適に使用できる。・Ｐｍａｘ＝６１ＭＰａ以下（大気中）・Ｐｍａｘ＝１２２ＭＰａ以下（基油含浸）・Ｐｍａｘ＝４６ＭＰａ以下（水中）

【００２４】次に、熱的特性であるが、比熱容量は０．
５〜２Ｊ／ｇ・Ｋの値をとり、一般の金属よりかなり高
く、ゴム，磁器，紙，ガラス（石英），コンクリートに
近い性質を示す。赤外線放射率は約８０％（４〜２２μ
ｍの波長において）であり、これは、一般の金属より高
い値である。

【００２５】次に電気特性であるが、電気抵抗率は１０
³〜１０^-2Ωcmであり、これは焼成条件（特に温度）に
よって変化し、使用用途に応じて焼成条件を適宜選ぶこ
とにより、所望の値とすることができる。また、実際に
使用する時の使用温度によっても０．５〜１０Ωcmまで
変化することがわかっている。これは、本発明素材が、
温度センサーとして使用することができるということを
意味している。

【００２６】次に、磁気特性であるが、基本的には、反
磁性を示すが、本発明素材の出発材料である植物がその
成長過程において、土壌からＦｅを吸い上げ、その細胞
内部にＦｅが存在する度合によって磁性を示すことがわ
かっている。あるいは、繊維の集合体と該集合体の絡ま
せた有機高分子化合物とよりなる複合体にＦｅを添加
し、その後、焼成を行えば磁性を示す材料とすることが
できる。

【００２７】次に、電磁波シールド特性であるが、これ
は、焼成温度が４００〜６００℃という低い温度のもの
はその効果はないが、６００℃以上で焼成したものには
その効果がある。焼成温度によって多少の違いはあるも
のの、６５０〜１１００℃で焼成したものは、１００〜
５００ＭＨｚの周波数領域で最大の遮蔽性を示すことが
わかっており、本発明素材は、電磁シールド材として非
常に有望である。

【００２８】次に、誘電特性であるが、誘電率は導電性
ポリエチレンフォーム，導電性接着剤より高い値をとる
ことがわかっている。このように、本発明素材は、数々
の特徴的性質を示し、機械的材料素材として、温度セン
サーとして電子機器内の電磁波シールド材，その他各分
野で利用可能である。

【００２９】次に、本発明素材および構造物のより具体
的な製作方法を実施例をあげて説明する。（実施例１）Ａ４サイズ（２１０ｍｍ×２９７ｍｍ）の
ＰＰＣ用紙，６２００（（株）リコー製）をフェノール
樹脂ＰＸ−１６００（（株）ホーネンコーポレーション
製）溶液に浸した後、乾燥，熱硬化（１３５℃，６０
分）させた。その後、真空熱処理炉中（３×１０^-1Ｔｏ
ｒｒ）で焼成した（１０００℃，１２０分）ところ、元
のＡ４サイズより面積で約６割の大きさになった（１６
４ｍｍ×２３２ｍｍ）シート状セラミックスを得ること
ができた。そして、このシート状セラミックスは、前述
のように、電磁波シールド特性が優れているので、薄く
て軽量で場所を取らない電磁波シールド材として電子機
器内で使用できることがわかった。熱処理炉の焼成プロ
グラムの詳細は、図１に示すとおりである。

【００３０】（実施例２）Ｔｙｖｅｋの商品名で知られ
るポリエチレン合成紙（Ａ４サイズ）の両面それぞれ
に、フェノール樹脂ＰＸ−１６００（（株）ホーネンコ
ーポレーション製）を約５μｍの厚さにコートした後、
乾燥，熱硬化（１３５℃，６０分）させた。その後、真
空熱処理炉中（３×１０^-1Ｔｏｒｒ）で焼成した（焼成
条件は、実施例１と同じ）ところ、元のＡ４サイズより
面積で約６割の大きさになった（１６５ｍｍ×２３４ｍ
ｍ）シート状セラミックスを得ることができた。そし
て、このシート状セラミックスは、実施例１と同様に、
電磁波シールド特性が優れており、薄くて軽量で場所を
とらない電磁波シールド材として電子機器内で使用でき
ることがわかった。

【００３１】（実施例３）Ａ４サイズ（２１０ｍｍ×２
９７ｍｍ）のＰＰＣ用紙，紙源中厚口ＴｙｐｅＳ
（（株）リコー製リサイクルペーパー）を５００枚積層
したもの（厚さ約４２ｍｍ）をフェノール樹脂ＰＸ−１
６００（（株）ホーネンコーポレーション製）溶液に浸
し、超音波振動を加えながら同樹脂を含浸させ、乾燥，
熱硬化（１３５℃，６０分）させた。その後、真空熱処
理炉中（３×１０^-1Ｔｏｒｒ）で焼成した（焼成条件
は、実施例１と同じ）ところ、元の大きさより体積で約
５割の大きさになった（１６４ｍｍ×２３２ｍｍ×３３
ｍｍ）ブロック状セラミックス構造物を得ることができ
た。このブロック状セラミックス構造物は、機械加工に
よって色々な形状にすることができ、一例として、外径
φ４０ｍｍ，内径φ３０ｍｍ，奥行き３０ｍｍのブッシ
ュを機械加工で作り、それほど荷重のかからない機械の
すべり軸受けとして使用したところ、なめらかな回転性
能が得られた。

【００３２】（実施例４）Ｂ５サイズ（１８２ｍｍ×２
５７ｍｍ）の週刊誌（２６４頁，厚さ１２ｍｍ）を１
冊，フェノール樹脂ＰＸ−１６００（（株）ホーネンコ
ーポレーション製）溶液に浸し、超音波振動を加えなが
ら、同樹脂を含浸させ、乾燥，熱硬化（１３５℃，６０
分）させた。その後、真空熱処理炉中（３×１０^-1Ｔｏ
ｒｒ）で焼成した（焼成条件は、実施例１と同じ）とこ
ろ、元の大きさより小さくなった大きさ１４２ｍｍ×２
００ｍｍ×１０ｍｍの板状セラミックス構造物を得るこ
とができた。これにより、従来、焼却廃棄されていた多
量の出版物を新しい特性を持つ新規な素材へと生まれか
わらせることが可能となった。

【００３３】（実施例５）杉の廃材を３０ｍｍ×３０ｍ
ｍ×５ｍｍの大きさのチップにし、水，水酸化ナトリウ
ム，硫化ナトリウムで加圧しながら煮沸し、リグニン等
の有機物質を溶解除去し、さらに、洗浄することによ
り、いわゆるパルプを得た。次に、このパルプをフェノ
ール樹脂ＰＸ−１６００（（株）ホーネンコーポレーシ
ョン製）溶液と混ぜ合わせた後、圧力を加えながらブロ
ック化した。その後、乾燥，熱硬化（１５０℃，１２０
分）させた後、１００ｍｍ×１００ｍｍ×１００ｍｍの
大きさの立方体ブロックを切り出した。その後、真空熱
処理炉中（３×１０^-1Ｔｏｒｒ）で焼成した（１５００
℃，３００分）ところ、元の大きさより体積で約６割の
大きさ（８４ｍｍ×８４ｍｍ×８４ｍｍ）になったブロ
ック状セラミックス構造物を得ることができた。これに
より、従来、廃材とされていた材料に、化学的処理を加
えてパルプとし、さらに、本発明の処理を行うことによ
り、新しい特性を持つ新規な素材へと生まれ変わらせる
ことが可能となった。熱処理炉の焼成プログラムの詳細
は、図２に示すとおりである。

【００３４】（実施例６）樹皮を除去した杉の廃材を、
水をかけながら、グラインダーですりつぶした。その
後、洗浄，濾過を繰り返すことにより、砥石粒子等の不
純物を除去して、いわゆるパルプを得た。次に、このパ
ルプをフェノール樹脂ＰＸ−１６００（（株）ホーネン
コーポレーション製）溶液と混ぜ合わせた後、圧力を加
えながらブロック化した。その後、乾燥，熱硬化（１５
０℃，１２０分）させた後、１００ｍｍ×１００ｍｍ×
１００ｍｍの大きさの立方体ブロックを切り出した。そ
の後、真空熱処理炉中（３×１０^-1Ｔｏｒｒ）で焼成し
た（焼成条件は、実施例４と同じ）ところ、元の大きさ
より体積で約５割の大きさになった（８０ｍｍ×８０ｍ
ｍ×８０ｍｍ）ブロック状セラミックス構造物を得るこ
とができた。これにより、従来、廃材とされていた材料
に、機械的処理を加えてパルプとし、さらに、本発明の
処理を行うことにより、新しい特性を持つ新規な素材へ
と生まれ変わらせることが可能となった。

【００３５】（実施例７）楮（こうぞ）の枝を蒸気で蒸
し、その後皮を剥ぎ取り、その皮をソーダ灰１８％，苛
性ソーダ１％水溶液で煮沸し、その後、皮を水洗いした
後、長い繊維がなくなるまで叩解した。次に、この楮
（こうぞ）の繊維の塊をフェノール樹脂ＰＸ−１６００
（（株）ホーネンコーポレーション製）溶液と混ぜ合わ
せた後、圧力を加えながらブロック化した。その後、乾
燥，熱硬化（１５０℃，１２０分）させた後、１００ｍ
ｍ×１００ｍｍ×１００ｍｍの大きさの立方体ブロック
を切り出した。その後、真空熱処理炉中（３×１０^-1Ｔ
ｏｒｒ）で焼成した（焼成条件は、実施例４と同じ）と
ころ、元の大きさより体積で約５割の大きさになった
（８１ｍｍ×８１ｍｍ×８１ｍｍ）ブロック状セラミッ
クス構造物を得ることができた。これにより、従来、そ
の利用方法として和紙以外に考えられなかった植物材料
に機械的処理，化学的処理を加え、さらに、本発明の処
理を行うことにより、新しい特性を持つ新規な素材へと
生まれ変わらせることが可能となった。

【００３６】（実施例８）実施例５で使用したパルプと
同じものと実施例６で使用したパルプと同じものを半分
ずつ混ぜ合わせ、その後、実施例５，６と同様のフェノ
ール樹脂混合，成形，熱処理を行い、元の大きさより体
積で５割強の大きさになった（８２ｍｍ×８２ｍｍ×８
２ｍｍ）ブロック状セラミックス構造物を得ることがで
きた。

【００３７】（実施例９）実施例５で使用したパルプと
同じものをフェノール樹脂ＰＸ−１６００（（株）ホー
ネンコーポレーション製）溶液と混ぜ合わせた後、プラ
スチック等の成形加工と同じように、型成形でコップ形
状（外径φ１００ｍｍ，内径φ８０ｍｍ，高さ１２０ｍ
ｍ）、および皿形状（直径φ１５０ｍｍ，肉厚４ｍｍ）
のものを製作した。その後、乾燥，熱硬化（１５０℃，
１２０分）させた後、真空熱処理炉中（３×１０^-1Ｔｏ
ｒｒ）で焼成した（１５００℃，２４０分）ところ、元
の大きさよりいくぶん小さくなった、コップ形状（外径
φ８５ｍｍ，内径φ６５ｍｍ，高さ１０３ｍｍ）および
皿形状（直径φ１２５ｍｍ，肉厚３ｍｍ）のセラミック
ス構造物を得ることができた。熱処理炉の焼成プログラ
ムの詳細は、図３に示すとおりである。

【００３８】（実施例１０）実施例５で使用したパルプ
と同じものをフェノール樹脂ＰＸ−１６００（（株）ホ
ーネンコーポレーション製）溶液と混ぜ合わせた後、プ
ラスチック等の成形加工と同じように、型成形でコップ
形状（外径φ１００ｍｍ，内径φ８０ｍｍ，高さ１２０
ｍｍ）のものを製作した。その後、乾燥，熱硬化（１５
０℃，１２０分）させた後、施盤加工で外側に幅４ｍ
ｍ，深さ２ｍｍの溝を３本形成した。その後、真空熱処
理炉中（３×１０^-1Ｔｏｒｒ）で焼成した（焼成条件
は、実施例８と同じ）ところ、元の大きさよりいくぶん
小さくなった、コップ形状（外径φ８５ｍｍ，内径φ６
５ｍｍ，高さ１０３ｍｍ）で、溝もいくぶん細くなった
（幅３ｍｍ，深さ１．６ｍｍ）ものの、忠実に元の形を
維持して形成されたセラミックス構造物を得ることがで
きた。

【００３９】（実施例１１）（株）リコー製ＰＰＣ用紙
６２００に複写された複写済みのＰＰＣ用紙（トナー画
像が付いたままのもの）を、水中で叩解してパルプに戻
したものに、実施例８と同様の処理を施し、同様のコッ
プ形状（外径φ１００ｍｍ×，内径φ８０ｍｍ，高さ１
２０ｍｍ）のものを製作した。その後、乾燥，熱硬化
（１５０℃，１２０分）させた後、真空熱処理炉中（３
×１０^-1Ｔｏｒｒ）で焼成した（焼成条件は、実施例９
と同じ）ところ、元の大きさよりいくぶん小さくなっ
た、コップ形状（外径φ８６ｍｍ，内径φ６６ｍｍ，高
さ１０４ｍｍ）のセラミックス構造物を得ることができ
た。

【００４０】（実施例１２）（株）リコー製ＰＰＣ用紙
６２００に画像複写された複写済みのＰＰＣ用紙（トナ
ー画像が付いたままのもの）を、水中で叩解してパルプ
に戻したものと実施例５で使用したパルプと同じものを
半分ずつ混ぜ合わせ、その後、実施例９と同様の処理を
施し、同様のコップ形状（外径φ１００ｍｍ×，内径φ
８０ｍｍ，高さ１２０ｍｍ）のものを製作した。その
後、乾燥，熱硬化（１５０℃，１２０分）させた後、真
空熱処理炉中（３×１０^-1Ｔｏｒｒ）で焼成した（焼成
条件は、実施例９と同じ）ところ、元の大きさよりいく
ぶん小さくなった、コップ形状（外径φ８５ｍｍ×，内
径φ６５ｍｍ，高さ１０３ｍｍ）のセラミックス構造物
を得ることができた。

【００４１】（実施例１３）１００ｍｍ×１００ｍｍの
大きさにした以下のリストに示すような密度の異なる各
種の紙を準備し、実施例１と同様のフェノール樹脂を含
浸，乾燥，熱硬化（１３５℃，６０分）、ならびに、真
蒸熱処理を行った。その結果、それぞれ約８０ｍｍ×８
０ｍｍの大きさになったシート状セラミックスを得た
が、サンプルＮｏ．７，８，９のものは、機械的強度が
弱く、真空熱処理炉から取り出す前にすでに炉中で破損
していたり、あるいは、取り出すためにわずかに手で触
れただけで破損してしまい、実用的な強度がなかった。
一方、それ以外のサンプルは、充分強度があり、破損す
ることはなかった。つまり、本発明のようなシート状セ
ラミックスで、少なくともそれを製作するにあたって、
ふつうに取り扱うことのできる必要最小限の実用的な強
度を得るには、使用する紙の密度を０．５０ｇ／cm³以
上にしなければならないことがわかった。なお、ここで
いっている密度とは、製紙業界で一般に適用している密
度のことであり、秤量（１ｍ²あたりの重さ（グラム
数））を厚さで除して算出したものである（いわゆる物
理学でいうところの密度とは厳密には同じではない）。

【００４２】リスト：サンプルＮｏ．紙種密度１グラシン紙１．１０ｇ／cm³ ２インディア紙０．８０ｇ／cm³ ３ＰＰＣ用紙０．７８ｇ／cm³ ４ライスペーパー０．６２ｇ／cm³ ５新聞用紙０．５７ｇ／cm³ ６含浸加工用原紙その１０．５０ｇ／cm³ ７含浸加工用原紙その２０．４１ｇ／cm³ ８手漉き和紙その１０．３２ｇ／ｃｍ^３９手漉き和紙その２０．２０ｇ／cm³

【００４３】（実施例１４）フェノール樹脂として、フ
ェノール樹脂接着剤ＤＰ−４６０（住友スリーエム製）
を用い、この接着剤をエタノールで希釈した溶液に、実
施例１と同様のＰＰＣ用紙を浸した後、乾燥，熱硬化
（８０℃，６０分）させた。その後、実施例１と同様の
真空熱処理を行ったところ、実施例１と同様に元のＡ４
サイズより、面積で約６割の大きさになった（１６３ｍ
ｍ×２３１ｍｍ）シート状セラミックスを得ることがで
きた。

【００４４】（実施例１５）実施例１４のフェノール樹
脂接着剤のかわりに、エポキシ系接着剤ＸＢ３０５２
（チバガイギー製）を用い、実施例１４と同様の処理を
行ったところ、実施例１４と同様に元のＡ４サイズよ
り、面積で約６割の大きさになった（１６０ｍｍ×２２
８ｍｍ）シート状セラミックスを得ことができた。

【００４５】（実施例１６）実施例１で使用したＰＰＣ
用紙６２００（（株）リコー製）を１００ｍｍ×１００
ｍｍの大きさにし、折り紙の要領で鶴と紙飛行機を折っ
た。その後、実施例１と同様の処理を行ったところ、元
の鶴と紙飛行機よりひとまわり小さくなった鶴と紙飛行
機の形状を保ったままのセラミックスを得ることができ
た。

【００４６】（実施例１７）実施例１と同じ材料を用
い、焼成条件を真空中ではなく、窒素ガス雰囲気中で行
った（焼成温度，時間は実施例１と同じ）ところ、実施
例１とほとんど同じシート状セラミックスを得ことがで
きた。

【００４７】

【発明の効果】

（１）植物を原料の出発材料とした新規な炭素系セラミ
ックス素材を提案した。この素材は、前述のように、機
械的，電磁気的，熱的特性を持ち、低摩擦係数を利用し
た軸受け等への応用，電磁シールド特性を利用した電子
機器内の電磁シールド材等への応用等様々な分野への利
用が期待できる。また、この素材は、植物を原料の出発
材料としているので、石油，石炭，各種鉱物等のように
有限の資源と違って計画的に植物育成を行うことによ
り、永久的に原料を供給できるという特徴を有してい
る。さらに、この素材は、有機高分子化合物を植物繊維
に絡ませて炭化させて、製作されるので、植物繊維単位
で炭化させて製作される素材より高強度の素材とするこ
とができた。

【００４８】（２）植物組織をいったんバラバラにし
て、植物が本来その成長過程で持っている細胞繊維組織
の方向性（異方性）をランダムにして、繊維の集合体が
等方的な性質を持つようにして、本発明の素材を形成し
たので、得られた素材は、その物理的，化学的物性に異
方性はなく、均質な素材を得ることができるようになっ
た。

【００４９】（３）植物を分解して得られる繊維の集合
体と有機高分子とよりなる複合体の成形物を炭化させ
て、本発明の素材となるようにしたので、新規素材に形
状を付与した構造物を提案できた。このように炭化させ
る前に成形によって様々な形状にすることができ、それ
が炭化した後に、寸法はある一定の比率で小さくなる
が、形状は焼成前の形状を保つので、収縮を見込んで各
種の成形を行うことにより、容易に本発明の素材による
色々な形状物を得ることできる。

【００５０】（４）植物組織をいったんバラバラにし
て、植物が本来その成長過程で持っている細胞繊維組織
の方向性（異方性）をランダムにして、繊維の集合体が
等方的な性質を持つようにして、本発明の素材を用いた
構造物としたので、得られた構造物は、その機械的強度
が繊維の方向等によって異なることなく、方向依存性の
ない均質な強度をもった構造物を得ることができるよう
になった。

【００５１】（５）地球上に有限の資源である石油・石
炭・天然ガス等の化石資源から化学的に合成された素材
を原料の出発材料とした新規な炭素系セラミックス素材
を提案した。この素材は、前述のように、機械的，電磁
気的，熱的特性を持ち、低摩擦係数を利用した軸受け等
への応用，電磁シールド特性を利用した電子機器内の電
磁シールド材等への応用等様々な分野への利用が期待で
きる。

【００５２】（６）本発明による新規素材あるいは構造
物を作るための出発材料を紙とすることにより、容易に
シート状の新規材料を得ることができる。

【００５３】（７）本発明による構造物を作るための出
発材料を紙の構造物とすることにより、容易に複雑な形
状をした本発明の構造物を得ることができるようになっ
た。例えば、紙を折ったり、切ったりして容易に複雑な
形状の構造物ができるので、置物，アクセサリー等を簡
単につくることができるようになった。

【００５４】（８）本発明による新規素材あるいは構造
物を作るための出発材料の紙の密度を、ある値以上とす
ることにより、本発明素材によるシート状の構造物であ
っても、その製作途中で破損したりすることなく、ま
た、作製後の機械的強度も充分に維持され、各種の構造
物あるいは電磁シールド部材等に支障なく使用できる。

【００５５】（９）本発明による新規素材あるいは構造
物を作るための出発材料をパルプとすることにより、焼
成前の成形によって様々な形状とすることができるの
で、容易に本発明素材に各種の形状を付与された構造物
を得ることができる。

【００５６】（１０）本発明による新規素材あるいは構
造物を作るための出発材料を、古紙を分解して得られる
繊維の集合体とすることにより、従来、廃棄するしかな
かった古紙を新規素材として再生させることが可能とな
り、紙資源の有効利用法が実現した。

【００５７】（１１）本発明による新規素材あるいは構
造物を作るための出発材料を、古紙を分解して得られる
繊維の集合体と新しい植物を分解して得られる繊維の集
合体とすることにより、従来、廃棄するしかなかった古
紙を新規素材として再生させることが可能となり、紙資
源の有効利用法が実現した。また、古紙を分解して得ら
れる繊維の集合体単体を出発材料として、本発明素材を
製作した場合は、紙製造のプロセスをすでに１回あるい
はそれ以上経ているので、そのもとの繊維が疲労してお
り、得られる本発明素材も、やや機械的強度が劣るが、
本発明では、新しい植物を分解して得られる繊維の集合
体を混合して本発明素材を得るようにしたので、強度面
の問題も解消している。

【００５８】（１２）本発明による新規素材あるいは構
造物を作るための出発材料を紙の積層物とすることによ
り、板状，ブロック状の本発明素材による構造物が得ら
れるようになった。また、不要になった古本等を本発明
素材として再生することが可能となり、紙資源の有効利
用法が実現した。

【００５９】（１３）本発明による新規素材あるいは構
造物を作るための出発材料を古紙とすることにより、オ
フィスより排出される大量の使用済みコピー用紙，プリ
ンター用紙，コンピューターの出力用紙，不要書類ある
いは新聞用紙等を廃棄・焼却という非資源化の道をたど
ることなく、本発明素材として再生させることが可能と
なり、紙資源の有効利用法が実現した。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１における熱処理炉の焼成温度条件
（焼成時間と焼成温度）を示す図である。

【図２】実施例５における熱処理炉の焼成温度条件
（焼成時間と焼成温度）を示す図である。

【図３】実施例９における熱処理炉の焼成温度条件
（焼成時間と焼成温度）を示す図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＨ０５Ｋ 9/00 Ｄ２１Ｈ 1/48

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】草と木と竹との細胞組織を、機械的処
理，化学的処理によって分解し、抄紙工程を経て薄いシ
ート状の紙を作製し、その後、該紙を時間をかけて昇温
させ、その後、一定の時間，一定の温度に保ち、その
後、時間をかけて降温させ、炭化させたことを特徴とす
るシート状炭素系セラミックス。
【請求項２】草と木と竹との細胞組織を、機械的処
理，化学的処理によって分解し、抄紙工程を経て薄いシ
ート状の紙を作製し、その後、該紙を時間をかけて昇温
させ、その後、一定の時間，一定の温度に保ち、その
後、時間をかけて降温させ、炭化させることを特徴とす
るシート状炭素系セラミックスの製法。