木質系微細繊維材料の製造方法及びこの木質系微細繊維材料による木質成形体の成形方法
【課題】木質系微細繊維材料の製造において、品質の高い木質成形体を成形可能な木質系微細繊維材料を得ると共に、消費エネルギー及びコストの低減を図り、さらには環境負荷の低減を図ることのできる方法を提供する。
【解決手段】粉砕装置２によって木質系材料１００を粉砕し浸漬槽３で水１０２により膨潤させる前処理工程Ｓ１と、この前処理工程Ｓ１により得られた木質系粉粒体１０１を叩解装置５において前記水１０２中で叩解することによって微細繊維状にすると共に微細繊維化された材料から水１０２へリグニンを溶出させる微細繊維化工程Ｓ２と、これにより得られた木質系微細繊維材料１０５と水１０２による懸濁液１０４から固液分離装置６により固液分離して木質系微細繊維材料１０５を回収する固液分離工程Ｓ３とを備え、固液分離された水１０２を前処理工程Ｓ１での膨潤用に還流させる。
【解決手段】粉砕装置２によって木質系材料１００を粉砕し浸漬槽３で水１０２により膨潤させる前処理工程Ｓ１と、この前処理工程Ｓ１により得られた木質系粉粒体１０１を叩解装置５において前記水１０２中で叩解することによって微細繊維状にすると共に微細繊維化された材料から水１０２へリグニンを溶出させる微細繊維化工程Ｓ２と、これにより得られた木質系微細繊維材料１０５と水１０２による懸濁液１０４から固液分離装置６により固液分離して木質系微細繊維材料１０５を回収する固液分離工程Ｓ３とを備え、固液分離された水１０２を前処理工程Ｓ１での膨潤用に還流させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば木質プラスチックや木質繊維ボードなどの木質成形体の原料として用いられる木質系微細繊維材料を製造する方法及びこの木質系微細繊維材料を用いて木質成形体を成形する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、廃棄物の減量や再利用による資源の循環、有効利用が求められていると共に二酸化炭素の排出量の削減が求められている。木質バイオマスの有効利用は、従来からバイオマス発電やエタノールの生産等として取り組まれているが、エネルギーとしての利用が主流である。これはカーボンニュートラルという考えに基づくものであるが、光合成によって長期間にわたり大気中の二酸化炭素を体内に吸収・固定しながら成長して来た樹木は、エネルギーとして燃焼させると二酸化炭素を大気中へ戻すことになるので、二酸化炭素の固定には繋がらない。また、木材価格の低迷により、森林の間伐が進まずに木々の成長が抑制されると、二酸化炭素の吸収量の低下が引き起こされる懸念がある。
【０００３】
このような背景から、近年、木質プラスチックや木質繊維ボードなどのような木質成形体の開発が進んでいる。木質成形体は、木材の廃材や、木材として利用価値の低い曲がった樹木や間伐材などの木質系材料を粉砕し、微細繊維化した木質系微細繊維材料を成形したものである。ところがこれらの木質成形体は、その製造において、石油を原料としたフェノール系の接着剤を使用しているため、廃棄する際の環境汚染の問題が指摘され、しかもフェノール樹脂などの接着剤はホルムアルデヒドやＶＯＣ(Volatile Organic Compounds)などの有害物質を発生するため、シックハウス症候群などを引き起こす問題も指摘される。
【０００４】
そこで、これらの木質成形体の製造に際しては、石油系の接着剤を用いず、木質系材料自体に含まれる接着成分である熱可塑性のリグニンを熱により溶出させて、これを樹脂バインダとして利用し、成形する方法が開発されている。リグニンは、木材中に多量に含まれている高分子のフェノール性化合物で、木質素とも呼ばれており、この成形技術では、木質系微細繊維材料を加熱と共に加圧することによって高密度にし、リグニンによる接着面積を増大させている（例えば非特許文献１参照）。
【０００５】
この種の木質成形体においては、木質系微細繊維材料のサイズ（粒径）が大きいほど曲げ強度が低下する傾向がある。これは非特許文献１に記載されているように、木質系微細繊維材料のサイズがボード内部の欠陥のサイズを決定しているからであると思われる。したがって、木質成形体の製造においては木質系微細繊維材料のサイズの最適な制御が求められる。
【０００６】
特許文献１に開示された技術によれば、木質系微細繊維材料の表面構造の制御と共にドラムスクリーンを用いた木質系微細繊維材料のサイズの制御が行われている。ここでは木質系材料をコニカルリファイナによって繊維状にする際の前処理として、パルパーや破砕ポンプを用いているが、これにより得られる繊維状木質資源のサイズは２ｍｍアンダーと大きいものであると思われ、したがってコニカルリファイナへの負荷が大きく、エネルギー消費が多くなる問題がある。
【０００７】
この種の木質成形体を製造する際に最も重要となるリグニンの誘導条件は、特許文献２や特許文献３によれば、６０℃以上２００℃未満（飽和蒸気圧１．５５ＭＰａ）による水蒸気処理、好ましい条件としては１５０〜１７０℃（飽和蒸気圧０．４８〜０．７９ＭＰａ）以下とされている。すなわちこのため、耐圧性の高い処理装置が必要になるばかりでなく、連続的な処理が困難であるといった問題がある。
【０００８】
また、特許文献４には、フェノール誘導体を添加したリグノセルロース系物質（木質系材料）に酸を添加して混合することにより得られるリグノフェノール誘導体を用いて、成形材料としてのリグノセルロース系組成物を得る技術が開示されているが、酸を添加するため、これらの中和処理や、排水処理を行う必要があるといった問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００９−２６９２６０号公報
【特許文献２】特開２００１−００１３１８号公報
【特許文献３】特開２００４−２６１９６７号公報
【特許文献４】特開２００１−３４２３５３号公報
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】独立行政法人新エネルギー・産業技術総合開発機構 平成16年度 産業技術研究助成事業 研究成果報告書（最終）「木材粉末のみによる環境循環型材料の成形技術の開発」（平成１７年５月，京都工芸繊維大学 飯塚高志）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上述のように、従来の技術によれば、木質系材料に含まれるリグニンを誘導する手法として、水蒸気処理や試薬を用いた化学的処理が行われているが、多量の材料の処理を考えた場合、これら処理が成形体を製造する過程における律速とならないことが求められるため、装置が大型化したり、廃液量が増大したりする問題が懸念される。またこのため、イニシャルコストあるいはランニングコストが高くなる問題が懸念される。
【００１２】
また、木質系微細繊維材料のサイズ制御に微細繊維状化装置（コニカルリファイナ）のみを用いた場合、微細繊維状化装置への負荷が大きくなるためエネルギーコストが高くなることが予測される。さらに、ドラムスクリーンを用いた制御では木質系微細繊維材料のサイズのばらつきが大きくなるので、この木質系微細繊維材料を用いて成形された木質成形体に欠陥部ができてしまうことも懸念される。
【００１３】
本発明は、以上のような点に鑑みてなされたものであって、その技術的課題は、木質系微細繊維材料の製造において、品質の高い木質成形体を成形可能な木質系微細繊維材料を得ると共に、消費エネルギー及びコストの低減を図り、さらには環境負荷の低減を図ることのできる方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上述した技術的課題を有効に解決するための手段として、請求項１の発明に係る木質系微細繊維材料の製造方法は、木質系材料を粉砕し溶媒で水和・膨潤させる前処理工程と、この前処理工程により得られた木質系粉粒体を前記溶媒中で叩解することによって微細繊維状にしてその表面へリグニンを誘導すると共に溶媒へリグニンを溶出させる微細繊維化工程と、これにより得られた木質系微細繊維材料と溶媒による懸濁液を固液分離して木質系微細繊維材料を回収する固液分離工程とを備え、固液分離された溶媒を前記前処理工程での水和・膨潤処理用に還流させることを特徴とするものである。なお、「叩解」とは、木質系材料を引きちぎり、すり潰すことによって木質系材料の繊維を細かく解きほぐすことをいう。
【００１５】
請求項２の発明に係る木質系微細繊維材料の製造方法は、請求項１に記載の方法において、前処理工程により得られる木質系粉粒体の粒径を３００μｍ以下とすることを特徴とするものである。
【００１６】
請求項３の発明に係る木質系微細繊維材料の製造方法は、請求項１に記載の方法において、溶媒として水を用いることを特徴とするものである。
【００１７】
請求項４の発明に係る木質系微細繊維材料の製造方法は、請求項１に記載の方法において、微細繊維化工程と固液分離工程とを循環する溶媒中に溶出されたリグニンの濃度が所定値以上になったときに前記溶媒を回収し、この溶媒からリグニンを抽出することを特徴とするものである。
【００１８】
請求項５の発明に係る木質系微細繊維材料の製造方法は、請求項１に記載の方法において、固液分離工程では、微細繊維化工程により得られた懸濁液を貯留する処理槽と、この処理槽内に水平軸心を中心として回転可能に配置されメッシュ材からなる固液分離ドラムと、この固液分離ドラムの外周面に付着・堆積した浮遊固形物からなるプレコート層を剥離回収する回収部とからなるドラム式固液分離装置を用いることを特徴とするものである。
【００１９】
請求項６の発明に係る木質系微細繊維材料による木質成形体の成形方法は、請求項１〜５のいずれかに記載の方法によって回収された木質系微細繊維材料を加圧・加熱し、前記木質系微細繊維材料の表面に誘導されたリグニンをバインダとして木質成形体を成形することを特徴とするものである。
【００２０】
請求項７の発明に係る木質系微細繊維材料による木質成形体の成形方法は、請求項６に記載の方法において、請求項４の方法により抽出されたリグニンをバインダとして添加することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２１】
請求項１の発明に係る木質系微細繊維材料の製造方法によれば、前処理工程で木質系材料を粉砕し溶媒で水和・膨潤させるため、微細繊維化工程での木質系微細繊維材料の粒径の制御が容易になると共に、微細繊維化工程での負荷が低減され、しかも微細繊維化工程におけるリグニン誘導・溶出のために必要な材料の溶媒浸漬時間を短縮することもできる。したがって、高品質の木質成形体を成形可能な木質系微細繊維材料を、低コストで多量に得ることができ、固液分離工程において木質系微細繊維材料が分離された溶媒を前処理工程での水和・膨潤処理用に還流して循環利用することにより、環境負荷の低減も可能となる。
【００２２】
請求項２の発明に係る木質系微細繊維材料の製造方法によれば、請求項１の発明による効果に加え、前処理工程により得られる木質系粉粒体の粒径を３００μｍ以下とすることによって、微細繊維化工程での負荷を確実に低減することができる。
【００２３】
請求項３の発明に係る木質系微細繊維材料の製造方法によれば、請求項１の発明による効果に加え、木質系材料（木質系微細繊維材料）からリグニンを誘導し溶出させる溶媒として酸などを用いずに水を用いるため、中和処理なども不要であり、処理コストを安価にすることができる。
【００２４】
請求項４の発明に係る木質系微細繊維材料の製造方法によれば、請求項１の発明による効果に加え、微細繊維化工程と固液分離工程とを循環することにより発生した所定濃度以上のリグニンを含有する溶媒から、リグニンを抽出して接着剤やプラスチックの原料などとしてマテリアル利用することができ、しかもこのため廃液が発生せず、処理コストの低減及び環境負荷の低減が可能になる。
【００２５】
請求項５の発明に係る木質系微細繊維材料の製造方法によれば、請求項１の発明による効果に加え、ドラム式固液分離装置を用いることで木質系微細繊維材料の回収及び溶媒の循環を容易に行うことができ、しかも、溶媒中のリグニン濃度が高くなった場合の溶媒の交換も容易であるため、廃液を発生させないシステムを容易に構築することができる。
【００２６】
請求項６の発明に係る木質系微細繊維材料による木質成形体の成形方法によれば、木質系微細繊維材料の製造過程でその表面に誘導され露出したリグニンを、木質成形体を成形する際のバインダとして利用するため、フェノール樹脂などの接着剤を用いる必要がなく、このため成形コストを低減でき、ホルムアルデヒドやＶＯＣによるシックハウス症候群などを引き起こすこともない。
【００２７】
請求項７の発明に係る木質系微細繊維材料による木質成形体の成形方法によれば、木質系微細繊維材料の製造過程で循環溶媒中に溶出されたリグニンを、木質成形体を成形する際のバインダとして添加するため、請求項６の発明による効果に加え、木質系微細繊維材料の接着強度を一層高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明に係る木質系微細繊維材料の製造方法の好ましい実施の形態を示すシステムフローの説明図である。
【図２】本発明に係る木質系微細繊維材料の製造方法における前処理工程により得られた木質系粉粒体を示す顕微鏡による拡大図である。
【図３】本発明に係る木質系微細繊維材料の製造方法における微細繊維化工程での温度変化を示す線図である。
【図４】本発明に係る木質系微細繊維材料の製造方法における循環溶媒の吸光度の計測結果を示す線図である。
【図５】本発明に係る木質系微細繊維材料の製造方法により得られた木質系微細繊維材料を示す顕微鏡による拡大図である。
【図６】本発明に係る木質系微細繊維材料による木質成形体の成形方法を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、本発明に係る木質系微細繊維材料の製造方法を実施するための形態を、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明に係る木質系微細繊維材料の製造方法を適用した好ましい実施の形態を示すシステムフローの説明図である。
【００３０】
図１に示されるシステムにおいて、参照符号１はベルトコンベア等の材料搬送装置、参照符号２は前処理装置としての粉砕装置、参照符号３は粉砕装置２により粉砕された木質系粉粒体１０１を溶媒としての水１０２と混合して水和・膨潤させる前処理装置としての浸漬槽、参照符号５は浸漬槽３からスラリーポンプ４によって送られた混合液１０３中の木質系粉砕材料を叩解して極微細化し木質系微細繊維材料による懸濁液１０４を生成する叩解装置、参照符号６は叩解装置５から供給される懸濁液１０４から木質系微細繊維材料１０５を回収するドラム式固液分離装置である。
【００３１】
すなわちこのシステムによる処理は、木質系材料１００を粉砕装置２で粉砕し浸漬槽３で水１０２により膨潤させる前処理工程Ｓ１と、この前処理工程Ｓ１により得られた木質系粉粒体１０１を前記水１０２中で叩解装置５により叩解することによって微細繊維状にしてその表面へリグニンを誘導すると共に水１０２中へリグニンを溶出させる微細繊維化工程Ｓ２と、これにより得られた木質系微細繊維材料１０５と水１０２による懸濁液１０４をドラム式固液分離装置６により固液分離して木質系微細繊維材料１０５を回収する固液分離工程Ｓ３からなり、固液分離された水１０２を前記前処理工程Ｓ１での膨潤用に還流させるものである。
【００３２】
詳しくは、ベルトコンベア等の材料搬送装置１によって粉砕装置２へ投入される木質系材料１００は、建設現場で発生する廃木材、製材所の廃材、果樹剪定や公園・街路樹の剪定による枝材、林地残材、間伐材、木材として利用価値の低い曲がった樹木などであり、あらかじめ適当な大きさに粗破砕されている。
【００３３】
前処理工程Ｓ１で使用される粉砕装置２としては、カッターミル、ボールミル及びロッドミルなど、連続粉砕処理が可能な装置が選択される。カッターミルは、投入した粗破砕木材を回転刃と固定刃によって連続的に剪断粉砕する装置であり、ボールミルは、セラミックなどの硬球と、粗破砕木材を容器に入れて回転させることによって、硬球で木材を破壊し粉砕する装置であり、ロッドミルは、ドラムの中に多数の鋼棒を入れ、ドラムの回転に伴い互いに平行に転動して衝突する鋼棒によって、粗破砕木材を比較的均一に粉砕する装置である。この粉砕装置２では、不図示のスクリーンを用いて粒径３００μｍ以下の木質系粉粒体１０１を排出する。粒径が３００μｍを超えるものについては、上記スクリーンによって回収され、粉砕装置２へ戻される。
【００３４】
図２は、前処理工程により得られた木質系粉粒体を示す顕微鏡による拡大図である。この図２に示されるように、粉砕装置２による処理時間が長いほど木質系粉粒体の粒径が小さくなり、処理時間が６０分を超えると、粒径３００μｍ程度の粉粒体が確実に減少していることがわかる。
【００３５】
前処理工程Ｓ１で使用される浸漬槽３は、その内部に、外部駆動源３２によって回転される撹拌羽根３１が配置されており、粉砕装置２から排出された木質系粉粒体１０１は、この浸漬槽３内で水１０２に浸漬されると共に撹拌羽根３１によって均一に撹拌される。そして浸漬槽３に投入される木質系粉粒体１０１は、粒径が３００μｍ以下の小さなものであるため、浸漬槽３内での短時間の浸漬・撹拌によって、十分に膨潤される。
【００３６】
上述した粉砕装置２及び浸漬槽３による前処理工程Ｓ１を経て得られる木質系粉粒体１０１と水１０２との混合液１０３は、スラリーポンプ４によって叩解装置５による微細繊維化工程Ｓ２へ送られる。このとき、叩解装置５へ供給される混合液１０３の固形分濃度は、３〜５％に調整される。また、叩解装置５としては、例えばリファイナ（好ましくはコニカルリファイナ）が用いられる。
【００３７】
すなわち叩解装置５は、軸方向に互いに対向配置された円盤状又は円錐状の静止砥石の刃面と回転砥石の刃面との間の隙間へ、混合液１０３を送ることによって、この混合液１０３中の木質系粉粒体１０１を叩解（すり潰し、引きちぎり）し、粒径１００μｍ以下の極微細の繊維状にするものである。木質系粉粒体１０１に含まれるリグニンは疎水性の物質であるが、混合液１０３中の木質系粉粒体１０１は十分に膨潤しているため、叩解により微細繊維化する過程で容易にリグニンが固形分の表面へ露出し、かつ溶出される。そして、微細繊維状の木質系材料は沈降性が低く、このため混合液１０３は極微細の木質系微細繊維材料による懸濁液１０４となって排出される。
【００３８】
また、スラリーポンプ４によって微細繊維化工程Ｓ２へ送られる混合液１０３は、上述のように固形分濃度を３〜５％に調整してあり、この固形分（木質系粉粒体１０１）は、前処理工程Ｓ１によって粒径３００μｍ以下に粉砕され十分に膨潤されたものであるため、叩解装置５の回転砥石を回転させる駆動源５１への負荷を低く抑えることができ、しかも叩解装置５による微細繊維化工程Ｓ２は一度の処理でよく、循環による複数回の処理は不要である。したがってエネルギーコストを低減することができる。
【００３９】
図３は、粒径３ｍｍの木材チップを微細繊維化処理した際の溶媒温度（叩解装置５から排出される懸濁液１０４の温度）を測定した結果を示す線図である。この図３に示されるように、処理開始時は負荷が高いため熱が発生しているが、経時的に木材が微細化されることにより、処理時間６０分程度をピークにして、負荷が徐々に低減して溶媒温度が低下することが確認された。したがって、木材を６０分程度の前処理工程Ｓ１によって粒径３００μｍ以下に粉砕することで、叩解装置５による微細繊維化工程Ｓ２の負荷を低減することができる。
【００４０】
また、上述の前処理によって、浸漬槽３での水和・膨潤に必要な浸漬時間を短縮することができる。そしてこのため、単位時間当たりの処理量が増加するので、システムをコンパクトにすることも可能である。さらには粉砕装置２及び浸漬槽３による前処理工程Ｓ１と、叩解装置５による微細繊維化工程Ｓ２との間での律速がなくなり、その結果、装置の小型化を図ることができるのに加え、律速の調整のために貯留槽を設ける必要もないので、イニシャルコストを低減することができる。
【００４１】
図４は、叩解装置５により微細繊維化処理された懸濁液１０４の上清を遠心分離により固形分を完全に取り除いて吸光度測定を行った結果を示す線図である。リグニンの吸光度である２０５〜２８０ｎｍ、及び２７０〜２８０ｎｍにピークが出ていることから、溶媒（水）中へリグニンが溶出されていることがわかる。また、リグニンの溶出が確認されたことから、懸濁液１０４中の固形分である木質系微細繊維材料の表面にもリグニンが誘導されていることが示唆される。
【００４２】
図５は、叩解装置５による微細繊維化工程Ｓ２により得られた木質系微細繊維材料１０５を示す顕微鏡による拡大図である。この図５から、繊維が微細繊維状になっていることがわかる。この状態になると表面積が著しく大きくなって、沈降性が低くなることから、沈降性を確認することで微細繊維状に処理できているかの指標とすることができる。
【００４３】
次に、叩解装置５での微細繊維化工程Ｓ２により得られた懸濁液１０４は、ドラム式固液分離装置６による固液分離工程Ｓ３へ送られる。ドラム式固液分離装置６は、懸濁液１０４を貯留する処理槽６１と、この処理槽６１内に不図示の水平軸心を中心として回転可能に配置され外周壁がメッシュ材からなる固液分離ドラム６２と、この固液分離ドラム６２の外周壁に付着・堆積した木質系微細繊維材料(プレコート層)１０５を転写・付着させる転写ローラ６３と、この転写ローラ６３に転写・付着された木質系微細繊維材料１０５を剥離して掻き取るスクレーパ６４とを備える。
【００４４】
この種のドラム式固液分離装置６は機械トラブルとなる要因が少なく、低エネルギーコストであり、高い分離能を有しており、しかも後述するように、溶媒としての水１０２の循環が容易に行えるため好適である。
【００４５】
すなわち、ドラム式固液分離装置６は、叩解装置５からの懸濁液１０４を処理槽６１内へ供給すると共に、回転する固液分離ドラム６２の内部空間から、この固液分離ドラム６２内へ濾過された分離水（濾水）１０２をポンプ７によって浸漬槽３へ還流させることによって、処理槽６１内の懸濁液１０４のレベルよりも固液分離ドラム６２内の水１０２のレベルを常に一定以上低い状態に保ち、その水頭差によって懸濁液１０４を濾過させ、その過程で固液分離ドラム６２の外周メッシュ材の外周面に懸濁液１０４中の懸濁物質である木質系微細繊維材料１０５を付着・堆積させてプレコート層ＰＣを形成し、このプレコート層ＰＣ自体による濾過機能を利用して、メッシュ材の目開きサイズより粒子の細かい木質系微細繊維材料１０５を分離可能となっている。
【００４６】
また、固液分離ドラム６２の外周面に形成された木質系微細繊維材料１０５によるプレコート層ＰＣが転写ローラ６３へ転写・付着される際には、固液分離ドラム６２と転写ローラ６３との間でプレコート層ＰＣが挟圧され脱水されるため、スクレーパ６４により剥離回収される木質系微細繊維材料１０５は含水率が９０％程度まで低減されたものとなっており、したがって、木質系微細繊維材料１０５を原料として木質成形体を成形する際に、この木質系微細繊維材料１０５を乾燥させるためのエネルギーを削減することができる。
【００４７】
一方、固液分離ドラム６２内へ濾過された分離水１０２は、ポンプ７によって浸漬槽３へ還流され、循環使用されるため、廃液が発生しない。また、この水１０２は、循環の過程で木質系微細繊維材料から溶出したリグニンの濃度が上昇して行くため、目視や吸光度測定などの手法によってリグニン濃度を監視し、所定の濃度以上になったら適時に排出して回収手段８により回収する。回収した水１０２からは、リグニンの抽出・精製を行い、接着剤やプラスチックの原料などとしてマテリアル利用することができる。
【００４８】
また、高濃度のリグニンを含む水１０２の回収に伴い、浸漬槽３へは給水源１０２ａから新たな水１０２が補給される。
【００４９】
以上のように、前処理工程Ｓ１による微細化、均一化の後で、微細繊維化工程Ｓ２を行うことにより、叩解装置５の負荷が少なく、多量の木材を低エネルギーコストで処理することが可能になる。
【００５０】
ドラム式固液分離装置６から剥離回収された木質系微細繊維材料１０５は、木質成形体の成形材料としてマテリアルリサイクルすることができる。この木質系微細繊維材料１０５の表面には、上述した叩解装置５による微細繊維化処理過程で、木材内部のリグニンが誘導され露出しているため、この木質系微細繊維材料１０５を熱間プレスすることによって、熱可塑性であるリグニンが熱によって軟化し、天然の樹脂バインダとして木質系微細繊維材料の間隙を埋めるように介在して接合されるので、任意の形状（例えばボード状）の木質成形体を成形することができる。
【００５１】
図６は、本発明に係る木質系微細繊維材料による木質成形体の成形方法を示す説明図である。すなわち、上述した固液分離工程Ｓ３によって得られた木質系微細繊維材料１０５は、乾燥工程Ｓ４を経て、熱盤を有する金型９を用いた熱圧縮成形（ホットプレス）工程Ｓ５、あるいは射出スクリュ１０により射出成形金型１１のキャビティ内へ射出して成形する射出成形工程Ｓ６、あるいはスクリュコンベア１２により乾燥装置１３へ送って乾燥させ、ローラ１４によって熱間圧延あるいは押出成形する工程Ｓ７によって、木質成形体１０６を成形することができる。
【００５２】
また、木質系微細繊維材料１０５で成形された木質成形体１０６は、微細繊維同士が複雑に絡まっているため、粒子状の木質材料を用いた場合と比較して木質成形体の強度が増し、しかも、前処理工程Ｓ１の後で微細繊維化工程Ｓ２を行うことにより得られる木質系微細繊維材料１０５は、そのサイズが１００μｍ以下の極微細の繊維状であるため、成形体内部の欠陥のサイズも微小なものとなる。したがって、所定の物理的強度を有する必要がある建材への適応が可能な、品質の高い木質成形体を成形することができる。
【００５３】
しかもリグニンを天然の樹脂バインダとして利用しているため、フェノール樹脂などの石油系の接着剤を用いた場合のような、ホルムアルデヒドやＶＯＣによるシックハウス症候群などを引き起こすこともなく、コストも低減することができる。なお、上述の成形工程Ｓ５〜Ｓ７では、図１に示される回収手段８により回収した水１０２から精製したリグニンをバインダとして添加すれば、成形された木質成形体１０６を一層高強度とすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
本発明によれば、木質廃棄物や端材をマテリアル利用することができるので、二酸化炭素の固定に寄与する。しかも本発明によって製造される木質系微細繊維材料は、建材などに使用可能な高密度で耐傷性の高い木質成形体を成形することができ、その結果、木材の価値向上により林業の再建にも寄与することができる。
【符号の説明】
【００５５】
１ 材料搬送装置
２ 粉砕装置
３ 浸漬槽
３１ 撹拌羽根
４ スラリーポンプ
５ 叩解装置
６ ドラム式固液分離装置
６１ 処理槽
６２ 固液分離ドラム
６３ 転写ローラ
６４ スクレーパ
７ ポンプ
８ 回収手段
９ 金型
１０ 射出スクリュ
１１ 射出成形金型
１２ スクリュコンベア
１３ 乾燥装置
１４ ローラ
１００ 木質系材料
１０１ 木質系粉粒体
１０２ 水（溶媒）
１０２ａ 給水源
１０３ 混合液
１０４ 懸濁液
１０５ 木質系微細繊維材料
１０６ 木質成形体
ＰＣ プレコート層
Ｓ１ 前処理工程
Ｓ２ 微細繊維化工程
Ｓ３ 固液分離工程
Ｓ４ 乾燥工程
Ｓ５ 熱圧縮成形工程
Ｓ６ 射出成形工程
Ｓ７ 熱間圧延あるいは押出成形する工程
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば木質プラスチックや木質繊維ボードなどの木質成形体の原料として用いられる木質系微細繊維材料を製造する方法及びこの木質系微細繊維材料を用いて木質成形体を成形する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、廃棄物の減量や再利用による資源の循環、有効利用が求められていると共に二酸化炭素の排出量の削減が求められている。木質バイオマスの有効利用は、従来からバイオマス発電やエタノールの生産等として取り組まれているが、エネルギーとしての利用が主流である。これはカーボンニュートラルという考えに基づくものであるが、光合成によって長期間にわたり大気中の二酸化炭素を体内に吸収・固定しながら成長して来た樹木は、エネルギーとして燃焼させると二酸化炭素を大気中へ戻すことになるので、二酸化炭素の固定には繋がらない。また、木材価格の低迷により、森林の間伐が進まずに木々の成長が抑制されると、二酸化炭素の吸収量の低下が引き起こされる懸念がある。
【０００３】
このような背景から、近年、木質プラスチックや木質繊維ボードなどのような木質成形体の開発が進んでいる。木質成形体は、木材の廃材や、木材として利用価値の低い曲がった樹木や間伐材などの木質系材料を粉砕し、微細繊維化した木質系微細繊維材料を成形したものである。ところがこれらの木質成形体は、その製造において、石油を原料としたフェノール系の接着剤を使用しているため、廃棄する際の環境汚染の問題が指摘され、しかもフェノール樹脂などの接着剤はホルムアルデヒドやＶＯＣ(Volatile Organic Compounds)などの有害物質を発生するため、シックハウス症候群などを引き起こす問題も指摘される。
【０００４】
そこで、これらの木質成形体の製造に際しては、石油系の接着剤を用いず、木質系材料自体に含まれる接着成分である熱可塑性のリグニンを熱により溶出させて、これを樹脂バインダとして利用し、成形する方法が開発されている。リグニンは、木材中に多量に含まれている高分子のフェノール性化合物で、木質素とも呼ばれており、この成形技術では、木質系微細繊維材料を加熱と共に加圧することによって高密度にし、リグニンによる接着面積を増大させている（例えば非特許文献１参照）。
【０００５】
この種の木質成形体においては、木質系微細繊維材料のサイズ（粒径）が大きいほど曲げ強度が低下する傾向がある。これは非特許文献１に記載されているように、木質系微細繊維材料のサイズがボード内部の欠陥のサイズを決定しているからであると思われる。したがって、木質成形体の製造においては木質系微細繊維材料のサイズの最適な制御が求められる。
【０００６】
特許文献１に開示された技術によれば、木質系微細繊維材料の表面構造の制御と共にドラムスクリーンを用いた木質系微細繊維材料のサイズの制御が行われている。ここでは木質系材料をコニカルリファイナによって繊維状にする際の前処理として、パルパーや破砕ポンプを用いているが、これにより得られる繊維状木質資源のサイズは２ｍｍアンダーと大きいものであると思われ、したがってコニカルリファイナへの負荷が大きく、エネルギー消費が多くなる問題がある。
【０００７】
この種の木質成形体を製造する際に最も重要となるリグニンの誘導条件は、特許文献２や特許文献３によれば、６０℃以上２００℃未満（飽和蒸気圧１．５５ＭＰａ）による水蒸気処理、好ましい条件としては１５０〜１７０℃（飽和蒸気圧０．４８〜０．７９ＭＰａ）以下とされている。すなわちこのため、耐圧性の高い処理装置が必要になるばかりでなく、連続的な処理が困難であるといった問題がある。
【０００８】
また、特許文献４には、フェノール誘導体を添加したリグノセルロース系物質（木質系材料）に酸を添加して混合することにより得られるリグノフェノール誘導体を用いて、成形材料としてのリグノセルロース系組成物を得る技術が開示されているが、酸を添加するため、これらの中和処理や、排水処理を行う必要があるといった問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００９−２６９２６０号公報
【特許文献２】特開２００１−００１３１８号公報
【特許文献３】特開２００４−２６１９６７号公報
【特許文献４】特開２００１−３４２３５３号公報
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】独立行政法人新エネルギー・産業技術総合開発機構 平成16年度 産業技術研究助成事業 研究成果報告書（最終）「木材粉末のみによる環境循環型材料の成形技術の開発」（平成１７年５月，京都工芸繊維大学 飯塚高志）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上述のように、従来の技術によれば、木質系材料に含まれるリグニンを誘導する手法として、水蒸気処理や試薬を用いた化学的処理が行われているが、多量の材料の処理を考えた場合、これら処理が成形体を製造する過程における律速とならないことが求められるため、装置が大型化したり、廃液量が増大したりする問題が懸念される。またこのため、イニシャルコストあるいはランニングコストが高くなる問題が懸念される。
【００１２】
また、木質系微細繊維材料のサイズ制御に微細繊維状化装置（コニカルリファイナ）のみを用いた場合、微細繊維状化装置への負荷が大きくなるためエネルギーコストが高くなることが予測される。さらに、ドラムスクリーンを用いた制御では木質系微細繊維材料のサイズのばらつきが大きくなるので、この木質系微細繊維材料を用いて成形された木質成形体に欠陥部ができてしまうことも懸念される。
【００１３】
本発明は、以上のような点に鑑みてなされたものであって、その技術的課題は、木質系微細繊維材料の製造において、品質の高い木質成形体を成形可能な木質系微細繊維材料を得ると共に、消費エネルギー及びコストの低減を図り、さらには環境負荷の低減を図ることのできる方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上述した技術的課題を有効に解決するための手段として、請求項１の発明に係る木質系微細繊維材料の製造方法は、木質系材料を粉砕し溶媒で水和・膨潤させる前処理工程と、この前処理工程により得られた木質系粉粒体を前記溶媒中で叩解することによって微細繊維状にしてその表面へリグニンを誘導すると共に溶媒へリグニンを溶出させる微細繊維化工程と、これにより得られた木質系微細繊維材料と溶媒による懸濁液を固液分離して木質系微細繊維材料を回収する固液分離工程とを備え、固液分離された溶媒を前記前処理工程での水和・膨潤処理用に還流させることを特徴とするものである。なお、「叩解」とは、木質系材料を引きちぎり、すり潰すことによって木質系材料の繊維を細かく解きほぐすことをいう。
【００１５】
請求項２の発明に係る木質系微細繊維材料の製造方法は、請求項１に記載の方法において、前処理工程により得られる木質系粉粒体の粒径を３００μｍ以下とすることを特徴とするものである。
【００１６】
請求項３の発明に係る木質系微細繊維材料の製造方法は、請求項１に記載の方法において、溶媒として水を用いることを特徴とするものである。
【００１７】
請求項４の発明に係る木質系微細繊維材料の製造方法は、請求項１に記載の方法において、微細繊維化工程と固液分離工程とを循環する溶媒中に溶出されたリグニンの濃度が所定値以上になったときに前記溶媒を回収し、この溶媒からリグニンを抽出することを特徴とするものである。
【００１８】
請求項５の発明に係る木質系微細繊維材料の製造方法は、請求項１に記載の方法において、固液分離工程では、微細繊維化工程により得られた懸濁液を貯留する処理槽と、この処理槽内に水平軸心を中心として回転可能に配置されメッシュ材からなる固液分離ドラムと、この固液分離ドラムの外周面に付着・堆積した浮遊固形物からなるプレコート層を剥離回収する回収部とからなるドラム式固液分離装置を用いることを特徴とするものである。
【００１９】
請求項６の発明に係る木質系微細繊維材料による木質成形体の成形方法は、請求項１〜５のいずれかに記載の方法によって回収された木質系微細繊維材料を加圧・加熱し、前記木質系微細繊維材料の表面に誘導されたリグニンをバインダとして木質成形体を成形することを特徴とするものである。
【００２０】
請求項７の発明に係る木質系微細繊維材料による木質成形体の成形方法は、請求項６に記載の方法において、請求項４の方法により抽出されたリグニンをバインダとして添加することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２１】
請求項１の発明に係る木質系微細繊維材料の製造方法によれば、前処理工程で木質系材料を粉砕し溶媒で水和・膨潤させるため、微細繊維化工程での木質系微細繊維材料の粒径の制御が容易になると共に、微細繊維化工程での負荷が低減され、しかも微細繊維化工程におけるリグニン誘導・溶出のために必要な材料の溶媒浸漬時間を短縮することもできる。したがって、高品質の木質成形体を成形可能な木質系微細繊維材料を、低コストで多量に得ることができ、固液分離工程において木質系微細繊維材料が分離された溶媒を前処理工程での水和・膨潤処理用に還流して循環利用することにより、環境負荷の低減も可能となる。
【００２２】
請求項２の発明に係る木質系微細繊維材料の製造方法によれば、請求項１の発明による効果に加え、前処理工程により得られる木質系粉粒体の粒径を３００μｍ以下とすることによって、微細繊維化工程での負荷を確実に低減することができる。
【００２３】
請求項３の発明に係る木質系微細繊維材料の製造方法によれば、請求項１の発明による効果に加え、木質系材料（木質系微細繊維材料）からリグニンを誘導し溶出させる溶媒として酸などを用いずに水を用いるため、中和処理なども不要であり、処理コストを安価にすることができる。
【００２４】
請求項４の発明に係る木質系微細繊維材料の製造方法によれば、請求項１の発明による効果に加え、微細繊維化工程と固液分離工程とを循環することにより発生した所定濃度以上のリグニンを含有する溶媒から、リグニンを抽出して接着剤やプラスチックの原料などとしてマテリアル利用することができ、しかもこのため廃液が発生せず、処理コストの低減及び環境負荷の低減が可能になる。
【００２５】
請求項５の発明に係る木質系微細繊維材料の製造方法によれば、請求項１の発明による効果に加え、ドラム式固液分離装置を用いることで木質系微細繊維材料の回収及び溶媒の循環を容易に行うことができ、しかも、溶媒中のリグニン濃度が高くなった場合の溶媒の交換も容易であるため、廃液を発生させないシステムを容易に構築することができる。
【００２６】
請求項６の発明に係る木質系微細繊維材料による木質成形体の成形方法によれば、木質系微細繊維材料の製造過程でその表面に誘導され露出したリグニンを、木質成形体を成形する際のバインダとして利用するため、フェノール樹脂などの接着剤を用いる必要がなく、このため成形コストを低減でき、ホルムアルデヒドやＶＯＣによるシックハウス症候群などを引き起こすこともない。
【００２７】
請求項７の発明に係る木質系微細繊維材料による木質成形体の成形方法によれば、木質系微細繊維材料の製造過程で循環溶媒中に溶出されたリグニンを、木質成形体を成形する際のバインダとして添加するため、請求項６の発明による効果に加え、木質系微細繊維材料の接着強度を一層高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明に係る木質系微細繊維材料の製造方法の好ましい実施の形態を示すシステムフローの説明図である。
【図２】本発明に係る木質系微細繊維材料の製造方法における前処理工程により得られた木質系粉粒体を示す顕微鏡による拡大図である。
【図３】本発明に係る木質系微細繊維材料の製造方法における微細繊維化工程での温度変化を示す線図である。
【図４】本発明に係る木質系微細繊維材料の製造方法における循環溶媒の吸光度の計測結果を示す線図である。
【図５】本発明に係る木質系微細繊維材料の製造方法により得られた木質系微細繊維材料を示す顕微鏡による拡大図である。
【図６】本発明に係る木質系微細繊維材料による木質成形体の成形方法を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、本発明に係る木質系微細繊維材料の製造方法を実施するための形態を、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明に係る木質系微細繊維材料の製造方法を適用した好ましい実施の形態を示すシステムフローの説明図である。
【００３０】
図１に示されるシステムにおいて、参照符号１はベルトコンベア等の材料搬送装置、参照符号２は前処理装置としての粉砕装置、参照符号３は粉砕装置２により粉砕された木質系粉粒体１０１を溶媒としての水１０２と混合して水和・膨潤させる前処理装置としての浸漬槽、参照符号５は浸漬槽３からスラリーポンプ４によって送られた混合液１０３中の木質系粉砕材料を叩解して極微細化し木質系微細繊維材料による懸濁液１０４を生成する叩解装置、参照符号６は叩解装置５から供給される懸濁液１０４から木質系微細繊維材料１０５を回収するドラム式固液分離装置である。
【００３１】
すなわちこのシステムによる処理は、木質系材料１００を粉砕装置２で粉砕し浸漬槽３で水１０２により膨潤させる前処理工程Ｓ１と、この前処理工程Ｓ１により得られた木質系粉粒体１０１を前記水１０２中で叩解装置５により叩解することによって微細繊維状にしてその表面へリグニンを誘導すると共に水１０２中へリグニンを溶出させる微細繊維化工程Ｓ２と、これにより得られた木質系微細繊維材料１０５と水１０２による懸濁液１０４をドラム式固液分離装置６により固液分離して木質系微細繊維材料１０５を回収する固液分離工程Ｓ３からなり、固液分離された水１０２を前記前処理工程Ｓ１での膨潤用に還流させるものである。
【００３２】
詳しくは、ベルトコンベア等の材料搬送装置１によって粉砕装置２へ投入される木質系材料１００は、建設現場で発生する廃木材、製材所の廃材、果樹剪定や公園・街路樹の剪定による枝材、林地残材、間伐材、木材として利用価値の低い曲がった樹木などであり、あらかじめ適当な大きさに粗破砕されている。
【００３３】
前処理工程Ｓ１で使用される粉砕装置２としては、カッターミル、ボールミル及びロッドミルなど、連続粉砕処理が可能な装置が選択される。カッターミルは、投入した粗破砕木材を回転刃と固定刃によって連続的に剪断粉砕する装置であり、ボールミルは、セラミックなどの硬球と、粗破砕木材を容器に入れて回転させることによって、硬球で木材を破壊し粉砕する装置であり、ロッドミルは、ドラムの中に多数の鋼棒を入れ、ドラムの回転に伴い互いに平行に転動して衝突する鋼棒によって、粗破砕木材を比較的均一に粉砕する装置である。この粉砕装置２では、不図示のスクリーンを用いて粒径３００μｍ以下の木質系粉粒体１０１を排出する。粒径が３００μｍを超えるものについては、上記スクリーンによって回収され、粉砕装置２へ戻される。
【００３４】
図２は、前処理工程により得られた木質系粉粒体を示す顕微鏡による拡大図である。この図２に示されるように、粉砕装置２による処理時間が長いほど木質系粉粒体の粒径が小さくなり、処理時間が６０分を超えると、粒径３００μｍ程度の粉粒体が確実に減少していることがわかる。
【００３５】
前処理工程Ｓ１で使用される浸漬槽３は、その内部に、外部駆動源３２によって回転される撹拌羽根３１が配置されており、粉砕装置２から排出された木質系粉粒体１０１は、この浸漬槽３内で水１０２に浸漬されると共に撹拌羽根３１によって均一に撹拌される。そして浸漬槽３に投入される木質系粉粒体１０１は、粒径が３００μｍ以下の小さなものであるため、浸漬槽３内での短時間の浸漬・撹拌によって、十分に膨潤される。
【００３６】
上述した粉砕装置２及び浸漬槽３による前処理工程Ｓ１を経て得られる木質系粉粒体１０１と水１０２との混合液１０３は、スラリーポンプ４によって叩解装置５による微細繊維化工程Ｓ２へ送られる。このとき、叩解装置５へ供給される混合液１０３の固形分濃度は、３〜５％に調整される。また、叩解装置５としては、例えばリファイナ（好ましくはコニカルリファイナ）が用いられる。
【００３７】
すなわち叩解装置５は、軸方向に互いに対向配置された円盤状又は円錐状の静止砥石の刃面と回転砥石の刃面との間の隙間へ、混合液１０３を送ることによって、この混合液１０３中の木質系粉粒体１０１を叩解（すり潰し、引きちぎり）し、粒径１００μｍ以下の極微細の繊維状にするものである。木質系粉粒体１０１に含まれるリグニンは疎水性の物質であるが、混合液１０３中の木質系粉粒体１０１は十分に膨潤しているため、叩解により微細繊維化する過程で容易にリグニンが固形分の表面へ露出し、かつ溶出される。そして、微細繊維状の木質系材料は沈降性が低く、このため混合液１０３は極微細の木質系微細繊維材料による懸濁液１０４となって排出される。
【００３８】
また、スラリーポンプ４によって微細繊維化工程Ｓ２へ送られる混合液１０３は、上述のように固形分濃度を３〜５％に調整してあり、この固形分（木質系粉粒体１０１）は、前処理工程Ｓ１によって粒径３００μｍ以下に粉砕され十分に膨潤されたものであるため、叩解装置５の回転砥石を回転させる駆動源５１への負荷を低く抑えることができ、しかも叩解装置５による微細繊維化工程Ｓ２は一度の処理でよく、循環による複数回の処理は不要である。したがってエネルギーコストを低減することができる。
【００３９】
図３は、粒径３ｍｍの木材チップを微細繊維化処理した際の溶媒温度（叩解装置５から排出される懸濁液１０４の温度）を測定した結果を示す線図である。この図３に示されるように、処理開始時は負荷が高いため熱が発生しているが、経時的に木材が微細化されることにより、処理時間６０分程度をピークにして、負荷が徐々に低減して溶媒温度が低下することが確認された。したがって、木材を６０分程度の前処理工程Ｓ１によって粒径３００μｍ以下に粉砕することで、叩解装置５による微細繊維化工程Ｓ２の負荷を低減することができる。
【００４０】
また、上述の前処理によって、浸漬槽３での水和・膨潤に必要な浸漬時間を短縮することができる。そしてこのため、単位時間当たりの処理量が増加するので、システムをコンパクトにすることも可能である。さらには粉砕装置２及び浸漬槽３による前処理工程Ｓ１と、叩解装置５による微細繊維化工程Ｓ２との間での律速がなくなり、その結果、装置の小型化を図ることができるのに加え、律速の調整のために貯留槽を設ける必要もないので、イニシャルコストを低減することができる。
【００４１】
図４は、叩解装置５により微細繊維化処理された懸濁液１０４の上清を遠心分離により固形分を完全に取り除いて吸光度測定を行った結果を示す線図である。リグニンの吸光度である２０５〜２８０ｎｍ、及び２７０〜２８０ｎｍにピークが出ていることから、溶媒（水）中へリグニンが溶出されていることがわかる。また、リグニンの溶出が確認されたことから、懸濁液１０４中の固形分である木質系微細繊維材料の表面にもリグニンが誘導されていることが示唆される。
【００４２】
図５は、叩解装置５による微細繊維化工程Ｓ２により得られた木質系微細繊維材料１０５を示す顕微鏡による拡大図である。この図５から、繊維が微細繊維状になっていることがわかる。この状態になると表面積が著しく大きくなって、沈降性が低くなることから、沈降性を確認することで微細繊維状に処理できているかの指標とすることができる。
【００４３】
次に、叩解装置５での微細繊維化工程Ｓ２により得られた懸濁液１０４は、ドラム式固液分離装置６による固液分離工程Ｓ３へ送られる。ドラム式固液分離装置６は、懸濁液１０４を貯留する処理槽６１と、この処理槽６１内に不図示の水平軸心を中心として回転可能に配置され外周壁がメッシュ材からなる固液分離ドラム６２と、この固液分離ドラム６２の外周壁に付着・堆積した木質系微細繊維材料(プレコート層)１０５を転写・付着させる転写ローラ６３と、この転写ローラ６３に転写・付着された木質系微細繊維材料１０５を剥離して掻き取るスクレーパ６４とを備える。
【００４４】
この種のドラム式固液分離装置６は機械トラブルとなる要因が少なく、低エネルギーコストであり、高い分離能を有しており、しかも後述するように、溶媒としての水１０２の循環が容易に行えるため好適である。
【００４５】
すなわち、ドラム式固液分離装置６は、叩解装置５からの懸濁液１０４を処理槽６１内へ供給すると共に、回転する固液分離ドラム６２の内部空間から、この固液分離ドラム６２内へ濾過された分離水（濾水）１０２をポンプ７によって浸漬槽３へ還流させることによって、処理槽６１内の懸濁液１０４のレベルよりも固液分離ドラム６２内の水１０２のレベルを常に一定以上低い状態に保ち、その水頭差によって懸濁液１０４を濾過させ、その過程で固液分離ドラム６２の外周メッシュ材の外周面に懸濁液１０４中の懸濁物質である木質系微細繊維材料１０５を付着・堆積させてプレコート層ＰＣを形成し、このプレコート層ＰＣ自体による濾過機能を利用して、メッシュ材の目開きサイズより粒子の細かい木質系微細繊維材料１０５を分離可能となっている。
【００４６】
また、固液分離ドラム６２の外周面に形成された木質系微細繊維材料１０５によるプレコート層ＰＣが転写ローラ６３へ転写・付着される際には、固液分離ドラム６２と転写ローラ６３との間でプレコート層ＰＣが挟圧され脱水されるため、スクレーパ６４により剥離回収される木質系微細繊維材料１０５は含水率が９０％程度まで低減されたものとなっており、したがって、木質系微細繊維材料１０５を原料として木質成形体を成形する際に、この木質系微細繊維材料１０５を乾燥させるためのエネルギーを削減することができる。
【００４７】
一方、固液分離ドラム６２内へ濾過された分離水１０２は、ポンプ７によって浸漬槽３へ還流され、循環使用されるため、廃液が発生しない。また、この水１０２は、循環の過程で木質系微細繊維材料から溶出したリグニンの濃度が上昇して行くため、目視や吸光度測定などの手法によってリグニン濃度を監視し、所定の濃度以上になったら適時に排出して回収手段８により回収する。回収した水１０２からは、リグニンの抽出・精製を行い、接着剤やプラスチックの原料などとしてマテリアル利用することができる。
【００４８】
また、高濃度のリグニンを含む水１０２の回収に伴い、浸漬槽３へは給水源１０２ａから新たな水１０２が補給される。
【００４９】
以上のように、前処理工程Ｓ１による微細化、均一化の後で、微細繊維化工程Ｓ２を行うことにより、叩解装置５の負荷が少なく、多量の木材を低エネルギーコストで処理することが可能になる。
【００５０】
ドラム式固液分離装置６から剥離回収された木質系微細繊維材料１０５は、木質成形体の成形材料としてマテリアルリサイクルすることができる。この木質系微細繊維材料１０５の表面には、上述した叩解装置５による微細繊維化処理過程で、木材内部のリグニンが誘導され露出しているため、この木質系微細繊維材料１０５を熱間プレスすることによって、熱可塑性であるリグニンが熱によって軟化し、天然の樹脂バインダとして木質系微細繊維材料の間隙を埋めるように介在して接合されるので、任意の形状（例えばボード状）の木質成形体を成形することができる。
【００５１】
図６は、本発明に係る木質系微細繊維材料による木質成形体の成形方法を示す説明図である。すなわち、上述した固液分離工程Ｓ３によって得られた木質系微細繊維材料１０５は、乾燥工程Ｓ４を経て、熱盤を有する金型９を用いた熱圧縮成形（ホットプレス）工程Ｓ５、あるいは射出スクリュ１０により射出成形金型１１のキャビティ内へ射出して成形する射出成形工程Ｓ６、あるいはスクリュコンベア１２により乾燥装置１３へ送って乾燥させ、ローラ１４によって熱間圧延あるいは押出成形する工程Ｓ７によって、木質成形体１０６を成形することができる。
【００５２】
また、木質系微細繊維材料１０５で成形された木質成形体１０６は、微細繊維同士が複雑に絡まっているため、粒子状の木質材料を用いた場合と比較して木質成形体の強度が増し、しかも、前処理工程Ｓ１の後で微細繊維化工程Ｓ２を行うことにより得られる木質系微細繊維材料１０５は、そのサイズが１００μｍ以下の極微細の繊維状であるため、成形体内部の欠陥のサイズも微小なものとなる。したがって、所定の物理的強度を有する必要がある建材への適応が可能な、品質の高い木質成形体を成形することができる。
【００５３】
しかもリグニンを天然の樹脂バインダとして利用しているため、フェノール樹脂などの石油系の接着剤を用いた場合のような、ホルムアルデヒドやＶＯＣによるシックハウス症候群などを引き起こすこともなく、コストも低減することができる。なお、上述の成形工程Ｓ５〜Ｓ７では、図１に示される回収手段８により回収した水１０２から精製したリグニンをバインダとして添加すれば、成形された木質成形体１０６を一層高強度とすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
本発明によれば、木質廃棄物や端材をマテリアル利用することができるので、二酸化炭素の固定に寄与する。しかも本発明によって製造される木質系微細繊維材料は、建材などに使用可能な高密度で耐傷性の高い木質成形体を成形することができ、その結果、木材の価値向上により林業の再建にも寄与することができる。
【符号の説明】
【００５５】
１ 材料搬送装置
２ 粉砕装置
３ 浸漬槽
３１ 撹拌羽根
４ スラリーポンプ
５ 叩解装置
６ ドラム式固液分離装置
６１ 処理槽
６２ 固液分離ドラム
６３ 転写ローラ
６４ スクレーパ
７ ポンプ
８ 回収手段
９ 金型
１０ 射出スクリュ
１１ 射出成形金型
１２ スクリュコンベア
１３ 乾燥装置
１４ ローラ
１００ 木質系材料
１０１ 木質系粉粒体
１０２ 水（溶媒）
１０２ａ 給水源
１０３ 混合液
１０４ 懸濁液
１０５ 木質系微細繊維材料
１０６ 木質成形体
ＰＣ プレコート層
Ｓ１ 前処理工程
Ｓ２ 微細繊維化工程
Ｓ３ 固液分離工程
Ｓ４ 乾燥工程
Ｓ５ 熱圧縮成形工程
Ｓ６ 射出成形工程
Ｓ７ 熱間圧延あるいは押出成形する工程
【特許請求の範囲】
【請求項１】
木質系材料を粉砕し溶媒で水和・膨潤させる前処理工程と、この前処理工程により得られた木質系粉粒体を前記溶媒中で叩解することによって微細繊維状にしてその表面へリグニンを誘導すると共に溶媒へリグニンを溶出させる微細繊維化工程と、これにより得られた木質系微細繊維材料と溶媒による懸濁液を固液分離して木質系微細繊維材料を回収する固液分離工程とを備え、固液分離された溶媒を前記前処理工程での水和・膨潤処理用に還流させることを特徴とする木質系微細繊維材料の製造方法。
【請求項２】
前処理工程により得られる木質系粉粒体の粒径を３００μｍ以下とすることを特徴とする請求項１に記載の木質系微細繊維材料の製造方法。
【請求項３】
溶媒として水を用いることを特徴とする請求項１に記載の木質系微細繊維材料の製造方法。
【請求項４】
微細繊維化工程と固液分離工程とを循環する溶媒中に溶出されたリグニンの濃度が所定値以上になったときに前記溶媒を回収し、この溶媒からリグニンを抽出することを特徴とする請求項１に記載の木質系微細繊維材料の製造方法。
【請求項５】
固液分離工程では、微細繊維化工程により得られた懸濁液を貯留する処理槽と、この処理槽内に水平軸心を中心として回転可能に配置されメッシュ材からなる固液分離ドラムと、この固液分離ドラムの外周面に付着・堆積した浮遊固形物からなるプレコート層を剥離回収する回収部とからなるドラム式固液分離装置を用いることを特徴とする請求項１に記載の木質系微細繊維材料の製造方法。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載の方法によって回収された木質系微細繊維材料を加圧・加熱し、前記木質系微細繊維材料の表面に誘導されたリグニンをバインダとして木質成形体を成形することを特徴とする木質系微細繊維材料による木質成形体の成形方法。
【請求項７】
請求項４の方法により抽出されたリグニンをバインダとして添加することを特徴とする請求項６に記載の木質系微細繊維材料による木質成形体の成形方法。
【請求項１】
木質系材料を粉砕し溶媒で水和・膨潤させる前処理工程と、この前処理工程により得られた木質系粉粒体を前記溶媒中で叩解することによって微細繊維状にしてその表面へリグニンを誘導すると共に溶媒へリグニンを溶出させる微細繊維化工程と、これにより得られた木質系微細繊維材料と溶媒による懸濁液を固液分離して木質系微細繊維材料を回収する固液分離工程とを備え、固液分離された溶媒を前記前処理工程での水和・膨潤処理用に還流させることを特徴とする木質系微細繊維材料の製造方法。
【請求項２】
前処理工程により得られる木質系粉粒体の粒径を３００μｍ以下とすることを特徴とする請求項１に記載の木質系微細繊維材料の製造方法。
【請求項３】
溶媒として水を用いることを特徴とする請求項１に記載の木質系微細繊維材料の製造方法。
【請求項４】
微細繊維化工程と固液分離工程とを循環する溶媒中に溶出されたリグニンの濃度が所定値以上になったときに前記溶媒を回収し、この溶媒からリグニンを抽出することを特徴とする請求項１に記載の木質系微細繊維材料の製造方法。
【請求項５】
固液分離工程では、微細繊維化工程により得られた懸濁液を貯留する処理槽と、この処理槽内に水平軸心を中心として回転可能に配置されメッシュ材からなる固液分離ドラムと、この固液分離ドラムの外周面に付着・堆積した浮遊固形物からなるプレコート層を剥離回収する回収部とからなるドラム式固液分離装置を用いることを特徴とする請求項１に記載の木質系微細繊維材料の製造方法。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載の方法によって回収された木質系微細繊維材料を加圧・加熱し、前記木質系微細繊維材料の表面に誘導されたリグニンをバインダとして木質成形体を成形することを特徴とする木質系微細繊維材料による木質成形体の成形方法。
【請求項７】
請求項４の方法により抽出されたリグニンをバインダとして添加することを特徴とする請求項６に記載の木質系微細繊維材料による木質成形体の成形方法。
【図１】
【図３】
【図４】
【図６】
【図２】
【図５】
【図３】
【図４】
【図６】
【図２】
【図５】
【公開番号】特開２０１１−１６７８７１（Ｐ２０１１−１６７８７１Ａ）
【公開日】平成２３年９月１日（２０１１．９．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−３１９１６（Ｐ２０１０−３１９１６）
【出願日】平成２２年２月１７日（２０１０．２．１７）
【出願人】（３０２０６０９２６）株式会社フジタ (285)
【出願人】（５０５４３７９０７）有限会社バイオデバイステクノロジー (10)
【出願人】（５９１０３２２０８）株式会社サトミ製作所 (5)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年９月１日（２０１１．９．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年２月１７日（２０１０．２．１７）
【出願人】（３０２０６０９２６）株式会社フジタ (285)
【出願人】（５０５４３７９０７）有限会社バイオデバイステクノロジー (10)
【出願人】（５９１０３２２０８）株式会社サトミ製作所 (5)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]