JP2003145514A

JP2003145514A - 高強度部材及びその製造方法

Info

Publication number: JP2003145514A
Application number: JP2001346523A
Authority: JP
Inventors: Koutetsu Matsunaga; 興哲松永; Kunimori Nakamura; 國司中村
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2001-11-12
Filing date: 2001-11-12
Publication date: 2003-05-20

Abstract

(57)【要約】【課題】耐水性及び強度に優れ、かつ環境に優しい高
強度部材を提供する。【解決手段】天然有機物に由来する非繊維質成分及び
／又は繊維分解物によって分散した植物繊維が固められ
ている部材を用いる。この部材は、室温下、４時間水に
浸漬した後引き上げたときの湿潤引張強度が８ＭＰａ以
上であり、水に浸漬しないときの引張強度が２０ＭＰａ
以上であり、生分解性を有しており、建築・建具用、家
具用、運搬・梱包製品用又は機械・電気製品用の高強度
部材として有用である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、建築・建具用部
材、家具用部材、運搬・梱包製品用部材、又は機械・電
気製品用部材などとして有用な高強度部材に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】建築・建具用部材などとして、従来、種
々の木材製品が使用されており、例えば、板状木材、木
材の薄板（ベニヤ）、前記薄板を貼り合わせることによ
り得られる合板（ベニヤ板）などが使用されている。し
かしこれら木材製品は、森林から切り出された材木を解
繊や粉砕等することなくそのまま加工することによって
製造されるため、小径材（間伐材）や廃材を有効利用す
ることが困難であり、森林破壊の一因になっている。

【０００３】一方、前記木材製品としては、解繊した木
材から得られる製品（ファイバーボード）、破砕した木
材から得られる製品（パーティクルボード）なども知ら
れている。これら木材製品は、小径材や廃材を有効利用
できるため、その点では地球環境に優しい製品であると
いえる。しかし、前記解繊したファイバーや、破砕した
木材を接着するためには、一般に、合成樹脂接着剤（ユ
リア・メラミン樹脂、フェノール樹脂など）が使用され
ている。これら合成樹脂接着剤を使用すると、その使用
過程で有害ガス（例えば、ホルムアルデヒドなど）が発
生したり、使用後廃棄処分する際に木材製品の生分解性
が無くなってしまったりするなど、環境に様々な悪影響
を与える。そのため、さらに地球環境に優しい製品が求
められている。

【０００４】一方、接着成分として合成樹脂接着剤を使
用しないファイバーボードやパーティクルボードなども
知られている。例えば、古くは繊維中のヘミセルロース
やリグニンなどの結合力を利用している。また近年で
は、繊維物質と粉末の澱粉と水とからなる混合物をマッ
ト状に成形し、温度１６０℃の蒸気及び温度１５０℃の
高温空気を同時に６０秒間前記マットに吹き付け、その
後乾燥させることにより得られる繊維板（特開平９−２
０７２３０号公報）や、古紙・残飯等の澱粉質を原料と
し、ホウ素及び同様な化学変化をもたらす物質を混ぜる
ことにより得られるボード（特開平１１−１３８５１４
号公報）が開示されている。しかし、これら合成樹脂接
着剤を使用しないファイバーボードやパーティクルボー
ドでは、耐水性が不十分であり、水に濡れると極端に強
度が低下する。なお前記特開平１１−１３８５１４号公
報によれば、古紙・残飯等の澱粉質と、ホウ素等を混ぜ
ることで、強度が増し、しかも石膏ボードより強い耐水
性が出るとしているが、本発明者らが得た知見からすれ
ば、混ぜることで強度が増大し、耐水性が上がるとは考
えられない。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記の様な事
情に着目してなされたものであって、その目的は、耐水
性及び強度に優れ、かつ環境に優しい高強度部材、及び
その製造方法を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、前記課題
を解決するために鋭意研究を重ねた結果、（１）分散し
た植物繊維（古紙を解繊したものなど）と、（２）天然
有機物に由来する結合剤（動物の排泄物、生ゴミなどの
非繊維質成分、草炭などの繊維分解物など）とを混合し
て成形した後、この成形物を乾燥条件を超えた強い条件
で加熱すると、生分解性を備えながらも、前記植物繊維
を結合剤によって強固に固めることができ、その強度
（引張強度）と耐水性（湿潤引張強度）とが極めて高く
なり、建築・建具用、家具用又は機械・電気製品用部材
として極めて有用であることを見出し、本発明を完成し
た。なお成形物の強度や耐水性が極めて高くなるのは、
乾燥条件を超えた強い条件で熱処理することにより、植
物繊維中のヒドロキシル基など（例えば、セルロースの
ヒドロキシル基など）と、非繊維質成分中又は繊維分解
物中のカルボキシル基など（例えば、草炭フミン酸中の
カルボキシル基やフェノール性水酸基、蛋白質の末端カ
ルボキシル基など）とが脱水縮合して網目構造を形成さ
れるためではないかと推定される。この新たな化学結合
の形成は、赤外吸収スペクトル（ＩＲ）の熱処理前後の
変化によって確認できる。

【０００７】すなわち、本発明に係る生分解性を有する
高強度部材は、天然有機物に由来する結合剤（動物の排
泄物、食品類などの非繊維質成分；草炭などの繊維分解
物など）によって分散した植物繊維（木材繊維、種子毛
繊維、靭皮繊維、茎幹繊維など）が固められている部材
であり、湿潤引張強度（室温下、４時間水に浸漬した後
引き上げたときの強度）が８ＭＰａ以上であり、非湿潤
時の（水に浸漬しないときの）引張強度が２０ＭＰａ以
上である点に要旨を有するものである。この高強度部材
は、生分解性を有すると共に、建築・建具用、家具用、
運搬・梱包製品用又は機械・電気製品用の高強度部材と
して極めて有用である。

【０００８】前記高強度部材は、天然有機物に由来する
非繊維質成分及び／又は繊維分解物によって分散した植
物繊維が固められた平面状部材が複数積層しており、各
平面状部材が非繊維質成分及び／又は繊維分解物によっ
て互いに結合されているような構成であってもよい。ま
た前記高強度部材は、天然有機物に由来する非繊維質成
分及び／又は繊維分解物によって分散した植物繊維が固
められた多数の小片状又は粒状部材が集合しており、各
小片状又は粒状部材が非繊維質成分及び／又は繊維分解
物によって互いに結合されているような構成であっても
よい。

【０００９】前記高強度部材は、さらに尿素、フミン酸
及びその塩、リン酸及びその塩などの補助バインダーを
含有していてもよい。

【００１０】前記高強度部材は、（１）分散した植物繊
維と、（２）天然有機物に由来する結合剤とが互いに混
じり合っている成形体を、乾燥後、さらに熱処理するこ
とにより製造できる。

【００１１】

【発明の実施の形態】

［原料］本発明の高強度部材は、少なくとも（１）分散
した植物繊維と、（２）天然有機物に由来する結合剤
（非繊維質成分、繊維分解物など）とを原料としてい
る。前記植物繊維、及び結合剤（非繊維質成分、繊維分
解物など）はいずれも天然有機物に由来するため、生分
解性を有しており、環境への負荷を低減できる。

【００１２】（植物繊維）本発明では、植物繊維として
分散した植物繊維を使用する。ここで「分散した」と
は、材木をそのままの状態では使用しないことを意味
し、「分散した植物繊維」には、例えば、木材から得ら
れるパルプ（機械パルプ、化学パルプ）、木材の粉砕物
などが含まれる。分散した植物繊維を使用することによ
り、必ずしも森林から切り出した材木を原料とする必要
がなくなり、材木の他、その加工工程で発生する廃材、
木材加工品の廃棄物なども原料として使用でき、環境に
対する負荷を軽減できる。

【００１３】前記植物繊維としては、種々の植物繊維が
使用でき、その繊維長も特に限定されず、短繊維、長繊
維のいずれも使用できる。好ましい植物繊維には、木材
繊維（新聞紙、紙、広告紙、ダンボール、パルプなどの
紙類など）、種子毛繊維（綿など）、靭皮繊維（麻な
ど）、茎幹繊維（ワラなど）などが挙げられる。

【００１４】前記植物繊維は、廃植物繊維［古紙、パル
プ廃材、古着（古布）など］に多量に含まれているた
め、廃植物繊維を原料として使用するのが望ましい。廃
植物繊維を原料とすれば、廃棄物を有効利用できるため
環境への負荷をさらに低減できる。なお植物繊維として
古紙を使用（例えば、植物繊維中の古紙の割合が８０質
量％以上、好ましくは９０質量％以上、特に１００質量
％となるように古紙を使用）すると、パルプを使用する
場合に比べて、製品（高強度部材）の強度や耐水性（湿
潤引張強度）が弱くなり易いにも拘わらず、本発明によ
れば後述の乾燥条件を超えた強い加熱処理を施すことに
よって、製品（高強度部材）の強度や耐水性（湿潤引張
強度）を高めることができる。

【００１５】前記植物繊維原料は、単独で又は２種以上
組み合わせて使用してもよい。好ましくは、紙類などの
木材繊維を２種以上組み合わせて使用する。２種以上組
み合わせると、単独の場合に比べて、製品（高強度部
材）の強度が低下する傾向があるものの、本発明では後
述の乾燥条件を超えた強い加熱処理を施すことによって
製品の強度や耐水性（湿潤引張強度）を高めているた
め、２種以上の植物繊維原料を組み合わせても高い製品
特性（強度、耐水性）を維持できる。そのため、古紙を
分別することなく混ざったままで原料として使用でき
る。

【００１６】（結合剤）結合剤を構成する非繊維質成分
としては、天然有機物に由来する成分である限り特に限
定されないが、好ましくは動物の排泄物（特に糞）、食
品類（食品又は食品廃棄物）などが使用できる。また繊
維分解物としては草炭（泥炭ともいう）などが使用でき
る。これら結合剤は、ヒドロキシル基、アミノ基、カル
ボキシル基などのような脱水縮合反応に対して活性な基
を含む成分を多く含有している。従って後述の熱処理
で、結合剤と植物繊維との間、及び／又は結合剤同士で
脱水による結合が形成されるためか、製品（高強度部
材）の強度や耐水性が極めて高くなる。

【００１７】（動物排泄物）動物排泄物としては、野生
動物の排泄物を利用してもよいが、馬、牛、豚などの家
畜排泄物（特に糞）が好ましい。家畜排泄物（畜糞な
ど）は、入手が容易であり、安価であって製造コストを
低減できるだけでなく、廃棄物を有効利用できるため環
境への負荷をさらに低減できる。

【００１８】前記畜糞には、家畜を飼育する際に使用す
る敷料（籾殻、鋸屑、樹皮など）が混入していてもよ
く、尿成分が混入していてもよい。また動物排泄物は発
酵処理してもよい。例えば、動物排泄物を好気性発酵
（堆肥化などの腐熟処理など）すると、微生物によって
臭気を除去できるだけでなく、製品（高強度部材）の強
度や耐水性も高めることができる。

【００１９】（食品類）食品類としては、食品、食品廃
棄物（生ゴミ、例えば、スーパー、コンビニエンススト
ア、レストランなどから廃棄される生ゴミなど）などが
利用できる。これら食品類は、入手が容易であり安価で
あるため製品（高強度部材）の製造コストを低減でき
る。特に食品廃棄物は、廃棄物を有効利用できるため環
境への負荷をさらに低減できる。

【００２０】食品類は、蛋白質又は澱粉（好ましくは蛋
白質、特に水に溶解しにくい、又は水中で固体形状を維
持できる蛋白質）を含むものが望ましい。蛋白質又は澱
粉を含む食品類は、製品（高強度部材）の強度や耐水性
を著しく高めることができる。

【００２１】また食品類は、発酵処理してもよい。例え
ば食品類を嫌気性発酵すると、製品（高強度部材）の強
度や耐水性を高めることができる。強度や耐水性を高め
ることができるのは、発酵によって有機酸（ポリ乳酸な
ど）が生成するため、植物繊維と混合した後で熱処理す
る際に、この有機酸が植物繊維（セルロース）と結合す
るためと推定される。

【００２２】一方、食品類は腐敗を防止してもよい。例
えば、空気との接触を遮断することにより、又は低温下
（例えば、０〜−３０℃程度）で保存することにより腐
敗を防止できる。

【００２３】（繊維分解物）繊維分解物としては繊維が
微生物の作用などによって分解したものが使用できる。
好ましい繊維分解物は、フミン酸類（フミン酸、その
塩、又はそれらの微生物分解物）を含有する成分（草炭
など）である。

【００２４】なお前記草炭とは、寒冷な沼沢や湿地帯に
おいて、葦、スゲ、水蘚などの植物が生長・枯死し、嫌
気的な条件下で数百年から数万年という長い時間に亘っ
て分解不完全な状態で堆積したもののことをいう。この
ようにして形成された草炭は、植物の遺体の嫌気性酸化
に由来する天然有機酸（フミン酸、またはその塩など）
を多量に（例えば、２０〜５０質量％）含有している。
草炭中のフミン酸の割合が多いほど、コスト及び作用効
果の点で有利である。なお前記フミン酸の化学構造は十
分に明らかにされていないが、元素組成は炭素４５〜６
０質量％、水素４〜６質量％、窒素０．５〜５質量％で
あり残部は殆ど酸素である。また分子量は約数百から数
十万までの範囲で広く分布している。さらにフミン酸は
カルボン酸基やフェノール性水酸基を多量に有してい
る。前記カルボン酸基やフェノール性水酸基（活性官能
基）は、イオン交換可能でありかつキレート化合物を形
成可能であるため、これら活性官能基を有するフミン酸
は、採取場所によって種々の塩（ナトリウム塩、カリウ
ム塩、カルシウム塩、鉄塩など）を形成している。なお
草炭中には植物遺体に由来するセルロースやリグニンな
ども含まれている。採掘した草炭は、前記セルロースに
由来する繊維状成分が含まれており、この草炭中の繊維
状成分は肉眼で観察できる程度の大きさを有しているも
のの、草炭中の繊維状成分は長い年月の嫌気性分解によ
って強度が非常に低下しており、機械的粉砕によって容
易に粉末状になる。すなわち、実質的には繊維質といえ
る程の強度を有していないため、本発明では繊維分解物
とみなす。

【００２５】草炭は、入手が容易でありかつ安価である
ために製造コストを低減できる。さらに草炭は吸着性が
あるため、動物の排泄物や腐敗食品類と併用すると、悪
臭を除去できる。加えて草炭には腐敗抑制作用がある。
そのため前記食品類の保存時に食品類に混合しておく
と、食品類の腐敗そのものを抑制できる。

【００２６】植物繊維と結合剤との割合は特に限定され
ないが、好ましい植物繊維の量（乾燥質量基準）は、植
物繊維と結合剤との総量１００質量部に対して、５質量
部以上（好ましくは１０質量部以上、さらに好ましくは
１５質量部以上）であり、９５質量部以下（好ましくは
９０質量部以下、さらに好ましくは８５質量部以下）で
ある。植物繊維の割合が多すぎても少なすぎても、製品
（高強度部材）の強度や耐水性が低下する。

【００２７】一方、結合剤のうち各成分（動物の排泄
物、食品類などの非繊維質成分、草炭などの繊維分解物
など）の割合は特に限定されないが、各成分を単独で使
用する場合に比べて、各成分を組合わせて使用する場合
の方が製品（高強度部材）の強度や耐水性を高めること
ができる。特に蛋白質を含む食品類と草炭とを併用する
と、各成分を単独で使用する場合に比べて、製品（高強
度部材）の強度や耐水性を著しく高めることができる。

【００２８】結合剤（動物の排泄物、食品類などの非繊
維質成分、草炭などの繊維分解物など）を組み合わせて
使用する場合、繊維分解物（草炭など）の割合は乾燥質
量基準で、例えば、１〜９９質量％、好ましくは２０〜
７０質量％、さらに好ましくは３０〜６０質量％であ
る。

【００２９】なお繊維分解物（草炭など）は生分解性を
有するものの、前記非繊維質成分に比べて生分解速度が
遅い。従って、結合剤のうち繊維分解物の割合を高める
程、本発明の高強度部材の使用期間を長くすることがで
きる。ただし、結合剤のうち非繊維質成分（動物の排泄
物、食品類など）の割合が高くても、その使用環境等に
よっては、本発明の高強度部材を長期間に亘って使用す
ることができる。

【００３０】（補助バインダー）本発明では、前記結合
剤を使用するに際して、補助バインダーを併用してもよ
い。補助バインダーとしては、本発明の高強度部材の生
分解性が消失しない範囲で種々の公知の接着剤が使用で
きる。好ましい補助バインダーには、高強度部材の生分
解性を実質的に全く阻害しないバインダー、例えば、尿
素、フミン酸又はその塩、リン酸又はその塩などが含ま
れる。前記塩には、アルカリ金属塩（ナトリウム塩、カ
リウム塩など）、アルカリ土類金属塩、アンモニウム塩
などが含まれる。これら補助バインダーは、アミノ基、
カルボキシル基、又はリン酸基を有するため、本発明で
得られる高強度部材を網目構造化でき、高強度部材の強
度や耐水性をさらに向上できる。

【００３１】補助バインダーの添加量（乾燥質量基準）
は特に制限されないが、前記結合剤１００質量部に対し
て、例えば、０〜６０質量部程度、好ましくは１〜３０
質量部程度、さらに好ましくは２〜１０質量部程度であ
る。

【００３２】（添加剤）本発明では、前記植物繊維及び
結合剤に加えて、必要に応じて、種々の添加剤（防水
剤、難燃剤、着色剤、防腐剤など）を併用してもよい。
これら添加剤としては、本発明の高強度部材の生分解性
が消失しない範囲で種々の公知のものが使用できる。前
記添加剤は単独で又は２種以上組み合わせて使用でき
る。

【００３３】［製造方法］本発明の高強度部材は、前記
必須原料（分散した植物繊維、及び結合剤）が混じり合
った成形体を、乾燥後さらに熱処理することによって得
られる。なお前記乾燥及び熱処理は、別々に行ってもよ
く、別々に行うことなく乾燥体の状態となった後もさら
に加熱を継続する一連の加熱によって行ってもよい。

【００３４】乾燥手段は特に限定されず、外部加熱（加
熱炉を用いた加熱などの輻射熱による加熱、伝熱による
加熱など）、内部加熱（マイクロ波加熱、高周波誘電加
熱などの誘電加熱など）などの種々の慣用の加熱手段が
利用できる。

【００３５】乾燥体中の水分含有量は、例えば、２０質
量％以下（好ましくは１５質量％以下）、５質量％以上
（好ましくは７質量％以上）である。

【００３６】そして本発明で重要なのは、乾燥体（加熱
継続中に乾燥状態になったものを含む）を熱処理するこ
とにより、成形体の強度（非湿潤時の引張強度）及び耐
水性（湿潤引張強度）を高めている点にある。すなわち
植物繊維にはセルロースが含まれており、動物の排泄物
（特に発酵した動物の排泄物）、食品類、草炭などの結
合剤には、原料の種類に応じて種々の成分［尿素、澱粉
（又はその発酵生産物）、蛋白質（又はその発酵生産
物）、フミン酸類など］が含まれている。前記セルロー
ス、尿素、澱粉（又はその発酵生産物）、蛋白質（又は
その発酵生産物）、フミン酸類などは、ヒドロキシル
基、アミノ基、カルボキシル基など互いに反応可能な活
性基を多く有している。このため、乾燥体をさらに加熱
すると、前記活性基を有する成分が分子間脱水作用（脱
水縮合反応）等によって互いに結合し、植物繊維−結合
剤間、結合剤−結合剤間などに化学結合が形成される結
果、成形物に網目構造が形成され、成形物の一体性（強
度、耐水性など）が高まるものと推定される。なお前記
化学結合が形成されると推定しているのは、成形物の加
熱前と加熱後とで、赤外吸収スペクトル（ＩＲ）が変化
していることを根拠としている。

【００３７】熱処理手段としては、前記乾燥手段と同
様、外部加熱（加熱炉を用いた加熱などの輻射熱による
加熱、伝熱による加熱など）、内部加熱（マイクロ波加
熱、高周波誘電加熱などの誘電加熱など）などの種々の
慣用の加熱手段が利用できる。

【００３８】熱処理条件は、熱処理手段に応じて適宜選
択できる。例えば、加熱炉を用いて加熱する場合、熱処
理温度（加熱炉内の最高到達温度）は、例えば、１０５
℃以上、好ましくは１１０℃以上、さらに好ましくは１
２０℃以上である。熱処理条件が強いほど、分子間脱水
縮合反応が起こりやすいためか、高強度部材の強度及び
耐水性を高めることができ、さらには生分解性が消失し
てしまわない範囲で生分解性を抑制することができる。
そのため長期間に亘って高強度部材を使用することがで
きる。なお熱処理条件が強すぎると、部材が熱分解し始
めるためか、強度や耐水性は却って低下する。従って、
熱処理温度は、例えば、２７０℃以下、好ましくは２５
０℃以下、さらに好ましくは２３０℃以下とする。熱処
理時間（前記最高到達温度の継続時間）は、前記熱処理
温度、及び得られる高強度部材の強度や耐水性に応じて
適宜設定できる。

【００３９】他の加熱手段を用いる場合も、上記加熱炉
による加熱と同等の条件で加熱すればよい。

【００４０】本発明では、必須原料（分散した植物繊
維、及び結合剤）が混じり合った成形体を、乾燥後さら
に熱処理することによって強度と耐水性を高めることが
重要なのであり、この熱処理によって強度と耐水性を高
めることができる限り、前記熱処理は高強度部材の製造
プロセスのいずれかの段階で行えばよい。例えば、必須
原料の混合物を所定部材の形状（建築・建具用部材の形
状、家具用部材の形状、運搬・梱包製品用部材の形状、
機械・電気製品用部品の形状など）に成形した後、乾
燥、熱処理する方法によって製造してもよい。また必須
原料の混合物を、一旦、平面状（シート状、板状な
ど）、粉状、小片状などの予備形態に成形し、この予備
成形物を積層又は集合させることにより所定部材の形状
（建築・建具用部材の形状、家具用部材の形状、機械・
電気製品用部品の形状など）に成形した後、熱処理して
もよい。

【００４１】なお前記予備成形物は、積層又は集合させ
る前に予め乾燥しておいてもよく、さらには予め熱処理
しておいてもよい。予め乾燥しておく場合には、乾燥し
た予備成形体を集合又は積層させる際に、予備成形体を
湿らせたり、予備成形体に前記結合剤をさらに塗布又は
含浸させたりしておくのが望ましい。また予め熱処理し
ておく場合には、熱処理した予備成形体を集合又は積層
させる際に、予備成形体に前記結合剤をさらに塗布又は
含浸させたりしておくのが望ましい。

【００４２】上記混合物を調製するに際しては、各成分
が略均質に混ざり合うようにする必要があるため、原料
の形状によっては、粉砕（又は裁断）を行なってもよ
い。例えば、結合剤として発酵成分を使用する場合に
は、塊状成分は殆ど消失しているため粉砕する必要はな
いものの、発酵成分を使用しない場合には塊状成分が多
量に残っているため粉砕するのが好ましい。また植物繊
維も、混合度合を高めるために粉砕（又は裁断）するの
が望ましい。粉砕（又は裁断）のタイミングは特に限定
されず、混合の前、混合中、混合の後のいずれであって
もよい。

【００４３】前記混合及び粉砕は、湿式及び乾式のいず
れであってもよいが、混合物によってシート成形した
り、所定部材の形状に成形する場合には、混合及び粉砕
（特に粉砕）は湿式で行なうのが望ましい。植物繊維
（特に紙類）は乾燥状態では水素結合によって強く結び
ついているため、乾式で粉砕するとエネルギーを多量に
消費するのに対して、湿式で粉砕するとエネルギーを節
約できる。さらに、紙類は、その製造工程において既に
繊維が切断されているため、この紙の廃棄物（古紙）を
原料として用いて乾式で粉砕する場合には繊維がさらに
細かく切断される虞があるのに対して、湿式粉砕では粉
砕中に繊維が切断される虞が少なく、原料の繊維長を維
持したまま各繊維を解離できる。また結合剤（特に、動
物の排泄物、食品類、草炭など）は、もともと多量の水
を含有することが多いため、湿式で粉砕すると簡便であ
る。

【００４４】混合物の成形方法は成形体の形状に応じて
適宜選択でき、例えば、混合物を所定部材の形状に成形
する場合や板状に成形する場合には、鋳型成形（吸水性
又は透水性鋳型を用いた成形など）、塑性成形など利用
できる。前記塑性成形とは、混合物（又は混練物）の塑
性変形性を利用して成形する方法であり、例えば、プレ
ス成形機、ローラー、ろくろなどを用いて成形する方法
が挙げられる。また混合物をシート状に予備成形する場
合には、抄紙成形（抄紙法）、鋳型成形（吸水性又は透
水性鋳型を用いた成形など）、ローラーを用いた成形な
どが利用できる。混合物を粉粒又は小片状に成形する場
合には、例えば、転動造粒法、混練押出しとその後の切
断とを組み合わせた方法などが利用できる。

【００４５】また本発明では、前記乾燥及び熱処理に先
立って、成形物を加圧するのが望ましい。加圧によっ
て、熱処理後の高強度部材の密度を高めることができる
と共に、高強度部材の強度や耐水性をさらに高めること
ができる。加圧の圧力は、例えば、０．５ＭＰａ以上
（通常、１ＭＰａ以上）であり、１００ＭＰａ以下（通
常、８０ＭＰａ以下）である。

【００４６】なお補助バインダーを使用する場合、上述
の結合剤を使用するステップで、補助バインダーも併用
すればよい。また添加剤を使用する場合、前記製造プロ
セスのいずれの段階で添加してもよい。ただし、添加剤
の熱安定性が低い場合には、熱処理の後に、含浸等によ
って添加するのが望ましい。

【００４７】本発明によって得られる高強度部材は、必
須原料が天然有機物に由来しているため生分解性を有し
ている。さらには熱処理されているため強度（非湿潤状
態での引張強度）及び耐水性（湿潤状態での引張強度）
にも優れている。

【００４８】本発明の高強度部材の非湿潤状態での引張
強度は、例えば、２０ＭＰａ以上（好ましくは２５ＭＰ
ａ以上、さらに好ましくは３０ＭＰａ以上）、８０ＭＰ
ａ以下（一般的には６０ＭＰａ以下、より一般的には４
０ＭＰａ以下）である。

【００４９】また本発明の高強度部材の湿潤引張強度
（室温下、水中に４時間浸漬した直後の引張強度）は、
例えば、８ＭＰａ以上（好ましくは１０ＭＰａ以上、さ
らに好ましくは１５ＭＰａ以上）、５０ＭＰａ以下（一
般的には４０ＭＰａ以下、より一般的には２５ＭＰａ以
下）である。

【００５０】なお前記高強度部材は、必要に応じて、表
面処理（塗装、シートによる被覆など）を施してもよ
い。

【００５１】高強度部材の形状は特に限定されず、板
状、柱状（角柱状、円柱状など）の他、用途に応じて種
々の形状を有している。

【００５２】本発明の高強度部材は、従来、木材が使用
されている種々の用途、例えば、建築・建具用途（構造
材、外装材、内装材、ドアなど）、家具用途、運搬・梱
包用途（箱、パレットなど）において有用である。また
従来プラスチック製品が使用されている種々の用途、例
えば、機械・電気製品用部品としても有用である。

【００５３】

【実施例】以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に
説明するが、本発明はもとより下記実施例によって制限
を受けるものではなく、前・後記の趣旨に適合し得る範
囲で適当に変更を加えて実施することも勿論可能であ
り、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含され
る。

【００５４】実験例１段ボール（水分含有量１０．７質量％）、草炭（中華人
民共和国遼寧省産、水分含有量４５．６質量％）、食品
廃棄物［レストラン（１２店）からの廃棄物に水を加え
て水分含有量を８０．０質量％に調整したもの］を混合
した。各原料の使用量は、水分を含んだままの質量で、
段ボール＝６７２ｋｇ、草炭＝３６８ｋｇ、食品廃棄物
＝１０００ｋｇであった。抄紙機を用いて該混合物を抄
紙し、８０℃以下の温度で乾燥することにより、乾燥シ
ートを作製した。このシートの厚みは０．２３ｍｍであ
り、乾燥直後の密度は０．６２ｇ／ｃｍ³であった。

【００５５】一方、魚２６ｇ、白身魚コロッケ２７ｇ、
魚の天ぷら１５ｇ、野菜の天ぷら１８ｇ、鶏肉２０ｇ、
玉子焼き１０ｇ、かまぼこ９ｇ、厚揚げ１４ｇ、こんに
ゃく１１ｇ、野菜及び漬け物３３ｇ、ごはん２２４ｇか
らなる弁当廃棄物に水を加えてミキサーで粉砕したもの
（シート間結合剤；生ゴミ）を調製した。

【００５６】前記乾燥シートを２００ｍｍ角の寸法に細
断し、シート表面に前記シート間結合剤（生ゴミ）を１
枚づつ均一に塗布した後、２０枚のシートを積層して圧
力２０ＭＰａでプレスし、温度１００〜１０５℃で水分
含有量が１０質量％程度になるまで乾燥することによ
り、積層板を作製した。

【００５７】この積層板を電熱式恒温箱の中に入れて、
温度１８０℃で１時間の熱処理を行うことにより高強度
板を製造した。

【００５８】実験例２シート間結合剤として、フミン酸（ｐＨ＝１１に調節し
てフミン酸を水に溶かした後、リン酸でｐＨ＝６になる
まで中和したもの）、蛋白質［キハダマグロ：卵白：澱
粉＝１：１：１（乾燥基準の質量比）］、澱粉（馬鈴薯
澱粉）を合計で５質量％含有する水溶液［フミン酸：蛋
白質：澱粉＝１：１：２（乾燥基準の質量比）］を使用
する以外は、前記実験例１と同様にして高強度板を製造
した。

【００５９】実験例３シート積層時のプレス圧を６０ＭＰａとする以外は、前
記実験例２と同様にして高強度板を製造した。

【００６０】実験例４〜６積層板を熱処理する際に、電熱式恒温箱による熱処理に
代えて、マイクロ波加熱（周波数＝２４５０ＭＨｚ、定
格高周波出力５００Ｗ）により２分間加熱し、裏返した
後、さらに２分間加熱する以外は、前記実施例１〜３と
同様にして高強度板を製造した。

【００６１】実験例１〜６で得られた高強度板の非湿潤
状態での引張強度をＪＩＳ規格Ｋ７１１３に準拠して測
定すると共に、これら高強度板を室温下で水中に４時間
浸漬し、引き上げた直後の引張強度（湿潤引張強度）も
ＪＩＳ規格Ｋ７１１３に準拠して測定した。なお両引張
強度は、いずれも、５回の測定の平均値である。

【００６２】結果を表１に示す。

【００６３】

【表１】

【００６４】表１より明らかなように、実験例１〜６に
よれば、段ボール繊維を結合剤で結合しているため、得
られる板材は、強さ（非湿潤時の引張強度）及び耐水性
（湿潤引張強度）に優れている。

【００６５】

【発明の効果】本発明によれば、分散した植物繊維を原
料としているため、必ずしも木材そのものを使用する必
要がなく、森林破壊を低減できる。しかも前記植物繊維
と天然物に由来する結合剤（非繊維質成分、繊維分解
物）とを原料としているため、得られる部材に生分解性
を付与できる。そのため環境に優しい高強度部材を得る
ことができる。さらには、前記植物繊維と結合材とを乾
燥条件を超えた強い条件で熱処理しているため、各原料
間に脱水縮合結合が形成されるためか、得られる部材の
強さ及び耐水性を高めることができ、建築・建具用、家
具用、運搬・梱包用又は機械・電気製品用の部材として
極めて有用な高強度部材を提供することができる。

フロントページの続き (72)発明者松永興哲京都府京都市山科区御陵鳥ノ向町６−２ロイヤルハイツ日向102号株式会社大地興園京都山科研究所内 (72)発明者中村國司栃木県鹿沼市板荷136番地２Ｆターム(参考） 2B260 AA20 BA07 BA19 BA30 CB01 EA05 EB02 EB05

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】天然有機物に由来する非繊維質成分及び
／又は繊維分解物によって分散した植物繊維が固められ
ている部材であり、室温下、４時間水に浸漬した後引き上げたときの湿潤引
張強度が８ＭＰａ以上、水に浸漬しないときの引張強度が２０ＭＰａ以上である
ことを特徴とする生分解性を有する建築・建具用、家具
用、運搬・梱包製品用又は機械・電気製品用の高強度部
材。
【請求項２】天然有機物に由来する非繊維質成分及び
／又は繊維分解物によって分散した植物繊維が固められ
た平面状部材が複数積層しており、各平面状部材が非繊
維質成分及び／又は繊維分解物によって互いに結合され
ていることを特徴とする請求項１記載の高強度部材。
【請求項３】天然有機物に由来する非繊維質成分及び
／又は繊維分解物によって分散した植物繊維が固められ
た多数の小片状又は粒状部材が集合しており、各小片状
又は粒状部材が非繊維質成分及び／又は繊維分解物によ
って互いに結合されていることを特徴とする請求項１記
載の高強度部材。
【請求項４】前記植物繊維が木材繊維、種子毛繊維、
靭皮繊維、及び茎幹繊維から選択された少なくとも１種
である請求項１〜３のいずれかに記載の高強度部材。
【請求項５】前記非繊維質成分が動物の排泄物及び食
品類から選択された少なくとも一種であり、前記繊維分
解物が草炭である請求項１〜４のいずれかに記載の高強
度部材。
【請求項６】さらに尿素、フミン酸及びその塩、並び
にリン酸及びその塩からなる群から選択された少なくと
も１種の補助バインダーを含有する請求項１〜５のいず
れかに記載の高強度部材。
【請求項７】（１）分散した植物繊維と、（２）天然
有機物に由来する非繊維質成分及び／又は繊維分解物と
が互いに混じり合っている成形体を、乾燥後、さらに熱
処理することを特徴とする請求項１記載の高強度部材の
製造方法。