特開 2015-51576 木質繊維の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2015-51576(P2015-51576A)

(43)【公開日】2015年3月19日

(54)【発明の名称】木質繊維の製造方法

(51)【国際特許分類】

   B27K 5/00 20060101AFI20150220BHJP

【ＦＩ】

   B27K5/00 FZAB

【審査請求】未請求

【請求項の数】16

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2013-185334(P2013-185334)

(22)【出願日】2013年9月6日

(71)【出願人】

【識別番号】000204985

【氏名又は名称】大建工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100100158

【弁理士】

【氏名又は名称】鮫島 睦

(74)【代理人】

【識別番号】100068526

【弁理士】

【氏名又は名称】田村 恭生

(74)【代理人】

【識別番号】100138863

【弁理士】

【氏名又は名称】言上 惠一

(74)【代理人】

【識別番号】100145403

【弁理士】

【氏名又は名称】山尾 憲人

(72)【発明者】

【氏名】森下 滋

(72)【発明者】

【氏名】後藤 裕次郎

(72)【発明者】

【氏名】竹市 靖規

【テーマコード（参考）】

2B230

【Ｆターム（参考）】

2B230AA30

2B230BA05

2B230BA17

2B230CC21

2B230DA02

2B230EA20

2B230EA30

2B230EB02

2B230EB13

(57)【要約】      （修正有）

【課題】化学的変性を受けない高品質の木質繊維を簡易に製造する方法を提供する。
【解決手段】木質材料１を繊維化して木質繊維を作製するに当たり、木質材料内に液化二酸化炭素を注入して、前記木質材料内にドライアイスを形成し、内部にドライアイスが形成された前記木質材料に衝撃を与えることにより、前記木質材料内のドライアイスを急激に昇華・膨張させて前記木質材料に前記ドライアイスの膨張による衝撃を与え、それにより前記木質材料を微細化して木質繊維１Ａを作製し、前記微細化された木質繊維を回収する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

木質材料を繊維化して木質繊維を作製する方法であって、
木質材料内に液化二酸化炭素を注入して、前記木質材料内にドライアイスを形成する工程と、
内部にドライアイスが形成された前記木質材料に衝撃を与えることにより、前記木質材料内のドライアイスを急激に昇華・膨張させて前記木質材料に前記ドライアイスの膨張による衝撃を与え、それにより前記木質材料を微細化して木質繊維を作製する工程と、
前記微細化された木質繊維を回収する工程と、を備える、木質繊維の作製方法。

【請求項2】

前記木質材料内に液化二酸化炭素を注入する工程が、加圧下液化二酸化炭素に木質材料を浸漬することによって行われる請求項１記載の木質繊維の作製方法。

【請求項3】

前記木質材料内に液化二酸化炭素を注入する工程が、液化二酸化炭素を前記木質材料に噴射することによって行われる請求項１記載の木質繊維の作製方法。

【請求項4】

前記内部にドライアイスが形成された木質材料に衝撃を与えることが、前記木質材料に物体を衝突させることにより行われる請求項１記載の木質繊維の作製方法。

【請求項5】

前記内部にドライアイスが形成された木質材料に衝撃を与えることが、前記木質材料を物体に衝突させることにより行われる請求項１記載の木質繊維の作製方法。

【請求項6】

前記内部にドライアイスが形成された木質材料に衝撃を与えることが、前記木質材料をドライアイスと混合して混合物を得、前記混合物を固めて塊状体を形成し前記塊状体を物体に衝突させることにより行われる請求項１記載の木質繊維の作製方法。

【請求項7】

前記物体が予め加熱される請求項５又は６に記載の木質繊維の作製方法。

【請求項8】

前記物体が、回転体又は可動体であり、前記木質材料が衝突する位置の手前において前記回転体又は可動体が加熱される請求項７記載の木質繊維の作製方法。

【請求項9】

前記内部にドライアイスが形成された木質材料に衝撃を与えることが、前記木質材料を対向衝突させることにより行われる請求項１記載の木質繊維の作製方法。

【請求項10】

前記内部にドライアイスが形成された木質材料に衝撃を与えることが、前記木質材料をドライアイスと混合して混合物を得、前記混合物を固めて塊状体を形成し前記塊状体を対向衝突させることにより行われる請求項１記載の木質繊維の作製方法。

【請求項11】

前記内部にドライアイスが形成された木質材料に衝撃を与えることが、前記木質材料を急速に高温条件下に曝すことにより行われる請求項１記載の木質繊維の作製方法。

【請求項12】

前記内部にドライアイスが形成された木質材料と前記ドライアイスとの割合が、５：１〜１：５である請求項６に記載の木質繊維の作製方法。

【請求項13】

前記木質材料内にドライアイスを形成する工程の前に、前記木質材料を予備粉砕する工程をさらに備える請求項１〜１２のいずれかに記載の木質繊維の作製方法。

【請求項14】

前記物体が木質繊維の回収容器であり、当該回収容器に前記内部にドライアイスが形成された木質材料を衝突させることにより、当該木質材料を微細化するとともに、微細化された木質繊維を回収する請求項１記載の木質繊維の作製方法。

【請求項15】

ドライアイスを昇華させた際に発生する二酸化炭素を回収する工程をさらに備える請求項１記載の木質繊維の作製方法。

【請求項16】

前記木質繊維が、セルロース繊維を含む請求項１〜１５のいずれかに記載の木質繊維の作製方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、木質繊維の製造方法に関し、より詳細には、ミリメートルオーダー〜ナノメートルオーダーの木質繊維を作製する方法に関する。

【背景技術】

【0002】

一般に例えば物質をナノ化することにより様々な特性が発現することが知られている。例えばセルロースに代表される天然素材においても、木質材料をナノ化してナノメートルオーダーの木質繊維（以下、ナノファイバー又はナノ繊維と称することがある）とすることにより、超比表面積効果、ナノサイズ効果、超分子配列効果が発現することが知られている。超比表面積効果とは、通常のオーダーの径を有するファイバーと比べて比表面積が数千〜数万倍大きいことをいう。単位重量当たりの表面積は、ナノメートルオーダーまで繊維化して細くすればするほど飛躍的に大きくなり、これにより「分子認識性」、「吸着特性」等に優れた性質を有するようになる。そのため、バイオフィルター、センサー、燃料電池電極材への利用が期待される。また、ナノサイズ効果とは、ナノサイズの径を有することから生じる効果で、「流体力学特性」、「光学特性」等が生み出され、これにより、圧力損失が低くサブミクロン微粒子を完全に捕捉できる超高性能フィルターへの利用が期待される。また、ナノファイバーの径が光の波長より小さいことから光の乱反射が減少し、透明度の高い繊維が作り出されるため、光透過性の優れた電子ペーパーなどへの利用が期待される。さらに、超分子配列効果とは、高分子鎖がまっすぐ並ぶことから生じる効果であり、「電気的特性」、「力学的特性」、「熱的特性」等が生み出され、導電性の原子や分子を規則正しく配列すれば、非常に導電性に優れた繊維を作製することができる。また、高分子鎖がまっすぐであることから大幅に耐熱性が向上する。

【0003】

また、マイクロメートルオーダーの木質繊維については、木繊維の数十分の一のオーダーであることから、繊維構造や木材成分が木質繊維の特徴を残し、木材固有の性質が活かされ剛直な特徴を持っている。そのため、繊維の成形体は空隙を作りやすく軽量性、断熱性を付与しやすい。また木質繊維は熱伝導率が低く、ヒートブリッジを起こしにくいので、この性質も断熱性付与に寄与する。

【0004】

このようなセルロースからなるファイバーを製造する方法としては、化学処理による方法、酵素加水分解による方法、機械的な処理による方法などが知られている。

【0005】

化学処理による方法としては、ＴＥＭＰＯ（２,２,６,６−テトラメチルピペリジノオキシラジカル）酸化処理による方法や硫酸処理による方法がある。

【0006】

ＴＥＭＰＯ酸化処理による方法では、特許文献１に示されているように、セルロース分子におけるグルコース単位にカルボキシル基を導入することで、分子間の電気的反発作用を引き起こし、セルロースナノファイバーを分離する。当該方法では、リグノセルロースからリグニンとヘミセルロースを除去しながら直接セルロースナノファイバーを製造することができるとともに、「高温の薬品処理」や「多段漂白」といったパルプ化の複雑な前工程を省略することができるため、ナノファイバーの化学的・機械的損傷（結晶化度低下）を抑えることができる。また、省エネルギー化（製造コスト削減）が図れ、そのため環境への負荷も軽減することができる。また、常温常圧で処理できることから、このことによりコスト削減を図ることができる。また、化学的処理であるため、解繊による機械的なダメージが最小限で済むという利点がある。

【0007】

硫酸処理による方法では、特許文献２に示されているように、セルロース繊維を硫酸処理し、非結晶部分を加水分解して除去することで結晶セルロースが得られ、硫酸処理により導入された硫酸基同士の静電反発によって安定に分散可能である。特許文献２の方法では、加水分解処理に加え、加水分解後の廃液からもナノファイバーが得られるため、セルロースナノファイバーを効率良く製造することができるという利点がある。

【0008】

酵素加水分解による方法では、特許文献３に示されているように、セルロース・ミクロフィブリル（ＣＭＦ）に予め非晶部分を形成し、その非晶部分にエンドグルカナーゼを作用させることでセルロースナノファイバーが効率良く得られる。簡易な設備かつ温和な条件で実行可能であるため、コストの削減が期待され、また、得られるセルロースナノファイバーの損傷も少ない。また、予め非晶部分を形成することで酵素の浸透性を確保できるため、大量の酵素を使用しなくても効率的にナノファイバーが得られるという利点がある。

【0009】

また、機械的な処理による方法としては、メカノケミカル処理、高圧ホモジェナイザー処理、カウンターコリージョン処理が挙げられる。

【0010】

メカノケミカル処理による方法では、特許文献４に示されているように、セルロース物質に、粉砕助剤として親和性合成高分子を添加した後に乾式ボールミルなどの機械的粉砕を行う。その他、機械的粉砕には、ビーズミル、ディスクミル、ハンマーミル、ミキサー、ホモジェナイザー等が用いられる。加圧水熱処理等の前処理を行うことで、セルロースの膨潤やヘミセルロースの加水分解が起こるため、機械的処理を行った際に木材主成分の交絡を容易に解くことができ、高効率にセルロースナノファイバーを得ることができるという利点がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0011】

【特許文献1】特開２００８−３０８８０２号公報

【特許文献2】特表２０１２−５２６１５６号公報

【特許文献3】特開２００８−１５０７１９号公報

【特許文献4】特開２００８−２７４２４７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0012】

しかしながら、特許文献１に開示されたＴＥＭＰＯ酸化処理による方法では、セルロース分子におけるグルコース単位にカルボキシル基が導入されるため、セルロース自体に化学変性が起こるという問題があった。ナノファイバーは分散液として得られるが、固形分濃度は５％が限界である。このように固形分の濃度が低く液体の分量が多いため、ナノファイバーを乾燥させるのに時間を要しコストが嵩むという問題があった。

【0013】

また、特許文献２に開示された硫酸処理による方法では、硝酸処理のような強酸を用いた激しい反応が行われるため、このような激しい反応に耐えうる設備が必要となり、設備の費用が嵩むという問題があった。また、硫酸処理に多量の硫酸を要するため、薬剤の費用が嵩むという問題があった。

【0014】

また、特許文献３に開示された酵素加水分解による方法では、酵素を用いるため反応促進が十分ではなく分解反応の進行が遅いという問題があった。また、大量の酵素を用いるため、コストが嵩むという問題があった。

【0015】

また、特許文献４に開示された機械的処理による方法では、製造ムラが発生しやすいため、何度も機械的処理に供しなければならず処理時間が長くなり、時間的にコストが嵩むという問題があった。また、機械的粉砕のための設備を要するため、設備的にコストが嵩むという問題があった。

【0016】

本発明は、上記課題に鑑み成されたものであり、その目的とするところは、化学的変性を受けない高品質の木質繊維を簡易且つ安価に製造す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】

【0017】

本発明者らは、上記課題に鑑み鋭意研究を重ねた結果、液化二酸化炭素（液化炭酸ガス）を、木質材料内、特に当該木質材料中に含まれるセルロースミクロフィブリル内に注入すれば、ドライアイスの昇華・膨張による衝撃力によって、木質材料を木質材料の内部から破壊することができ、微細化しうることを見出した。また、ドライアイスは、木質材料に対して変性をもたらさないことから高品質の木質繊維を得ることができ、さらには、ドライアイスは液体になることなく直接固体から気体に昇華するため、微細化後の木質繊維に他の物質等が含まれておらず、中和処理等の後工程を経ること無く木質繊維を回収することができることを見出し、本発明を完成させるに至った。
すなわち、本発明は、木質材料を繊維化して木質繊維を作製する方法であって、
木質材料内に液化二酸化炭素を注入して、前記木質材料内にドライアイスを形成する工程と、
内部にドライアイスが形成された前記木質材料に衝撃を与えることにより、前記木質材料内のドライアイスを急激に昇華・膨張させて前記木質材料に前記ドライアイスの膨張による衝撃を与え、それにより前記木質材料を微細化して木質繊維を作製する工程と、
前記微細化された木質繊維を回収する工程と、を備えることを特徴とする。

【0018】

本発明に係る木質繊維を作製する方法において、前記木質材料内に液化二酸化炭素を注入する工程は、ある態様では、加圧下液化二酸化炭素に木質材料を浸漬することによって行われる。

【0019】

別の態様では、前記木質材料内に液化二酸化炭素を注入する工程は、液化二酸化炭素を前記木質材料に噴射することによって行われる。

【0020】

また、本発明に係る木質繊維を作製する方法において、一の態様では、前記内部にドライアイスが形成された木質材料に衝撃を与えることは、前記木質材料に物体を衝突させること、または前記木質材料を物体に衝突させることにより行われる。

【0021】

他の態様では、前記内部にドライアイスが形成された木質材料に衝撃を与えることは、前記木質材料をドライアイスと混合して混合物を得、前記混合物を固めて塊状体を形成し前記塊状体を物体に衝突させることにより行われる。

【0022】

また、本発明に係る木質繊維を作製する方法において、前記物体が予め加熱されることが好ましい。

【0023】

特に、前記物体が、回転体又は可動体であり、前記木質材料が衝突する位置の手前において前記回転体又は可動体が加熱されることが好ましい。

【0024】

また、本発明に係る木質繊維を作製する方法において、さらに別の態様では、前記内部にドライアイスが形成された木質材料に衝撃を与えることが、前記木質材料を対向衝突させることにより行われる。

【0025】

また、本発明に係る木質繊維を作製する方法において、さらに別の態様では、前記内部にドライアイスが形成された木質材料に衝撃を与えることが、前記木質材料をドライアイスと混合して混合物を得、前記混合物を固めて塊状体を形成し前記塊状体を対向衝突させることにより行われる。

【0026】

また、本発明に係る木質繊維を作製する方法において、さらに別の態様では、前記内部にドライアイスが形成された木質材料に衝撃を与えることが、前記木質材料を急速に高温条件下に曝すことにより行われる。

【0027】

本発明に係る木質繊維を作製する方法において、前記内部にドライアイスが形成された木質材料と前記ドライアイスとの割合が、５：１〜１：５であることが好ましい。

【0028】

また、本発明に係る木質繊維を作製する方法は、前記木質材料内にドライアイスを形成する工程の前に、前記木質材料を予備粉砕する工程をさらに備えていてもよい。

【0029】

また、本発明に係る木質繊維を作製する方法において、前記物体が木質繊維の回収容器であり、当該回収容器に前記内部にドライアイスが形成された木質材料を衝突させることにより、当該木質材料を微細化するとともに、微細化された木質繊維を回収することが好ましい。

【0030】

また、本発明に係る木質繊維を作製する方法は、ドライアイスを昇華させた際に発生する二酸化炭素を回収する工程をさらに備えることが好ましい。

【0031】

また、本発明に係る木質繊維を作製する方法において、前記木質繊維が、セルロース繊維を含むことが好ましい。

【発明の効果】

【0032】

本発明に係る方法によれば、木質材料の微細化にドライアイスを用いるため、化学的変性を受けない高品質の木質繊維を簡易且つ安価に製造する方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0033】

【図1】図１は、木質材料の予備粉砕工程を示した図である。

【図2】図２は、木質材料の内部に液化二酸化炭素を注入する工程を示した図である。

【図3】図３は、内部にドライアイスが形成された木質材料に外部から衝撃を与える工程を示した図である。

【図4】図４は、木質材料とドライアイスとの混合物を作製する工程を示した図である。

【図5】図５は、内部にドライアイスが形成された木質材料に外部から衝撃を与える手法の第１の態様を示している。

【図6】図６は、内部にドライアイスが形成された木質材料に外部から衝撃を与える手法の第２の態様を示している。

【図7】図７は、内部にドライアイスが形成された木質材料に外部から衝撃を与える手法の第３の態様を示している。

【図8】図８は、内部にドライアイスが形成された木質材料に外部から衝撃を与える手法の第４の態様を示している。

【図9】図９は、衝撃付与工程と木質繊維回収工程とを同時に行うことができる回収容器を示した概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0034】

本発明を実施するための形態を、以下、図面を参照しながら詳細に説明する。しかしながら、以下に示す形態は、本発明の技術的思想を具体化するための木質繊維を作製する方法を例示するものであって、本発明を限定するものではない。

【0035】

（実施の形態１）
木質材料１を繊維化して木質繊維４を作製するに際し、木質材料１内、特に木質材料１のセルロースミクロフィブリル内に液化二酸化炭素を注入して、木質材料１（セルロースミクロフィブリル）内にドライアイス２を形成する。そして、内部にドライアイス２が形成された木質材料１（セルロースミクロフィブリル）に衝撃を与えることにより、木質材料１（セルロースミクロフィブリル）内のドライアイス２を急激に昇華・膨張させて木質材料１にドライアイス２の膨張による衝撃を与え、それにより木質材料１を微細化して木質繊維４を作製し、微細化された木質繊維４を回収する。木質材料１とドライアイス２との混合物３を得る前に、木質材料１を予備粉砕する工程をさらに備えていてもよい。また、混合物３を衝突させた際に発生する二酸化炭素を回収する工程をさらに備えていてもよい。以下、木質繊維４を作製する方法における各工程について詳細に説明する。

【0036】

なお、本発明において、「セルロースミクロフィブリル（本明細書においてセルロース微小繊維と称することもある）」とは、数十本から数百本のセルロース分子が水素結合により束状に結合して形成された構造体である。セルロースは直鎖状の高分子であり、この直鎖状のセルロースが同一方向に並んで水素結合により結合することにより棒状のセルロースミクロフィブリルが形成されている。セルロースミクロフィブリルは、互いに平行に並んで植物の細胞壁の骨組みとなっている。

【0037】

また、本発明において、「木質材料内に液化二酸化炭素を注入する」とは、液化二酸化炭素の少なくとも一部を木質材料の表面から内部へ浸透させることを意味し、必ずしも、木質材料の全体に液化二酸化炭素を浸透させることまでは必要とされない。しかしながら、木質材料１を構成するセルロースミクロフィブリル間、およびセルロースミクロフィブリル内のセルロース分子間に液化二酸化炭素が浸透されていることが好ましい。

【0038】

また、「木質繊維４」とは、ミリメートルからナノメートルまでの直径を有する木質からなる繊維を意味し、好ましくはナノメートルオーダーの直径を有する木質の繊維（以下、本明細書においてナノメートルオーダーの直径を有する木質繊維を特にナノファイバー、ナノ繊維と称することがある。本発明において、木質材料の一部がナノ化し当該部分がナノメートルオーダーの直径を有するものであればナノファイバーと称する。）を意味する。

【0039】

（木質材料予備粉砕工程）
図１は、木質材料の予備粉砕工程を示した図である。木質材料の予備粉砕工程は、以下に示すように任意の工程である。はじめに、木質材料１を準備する。木質材料１としては、セルロースを含むものであれば如何なるものであっても良いが、例えばスギ、ヒノキやマツなどの針葉樹、また、例えばシラカンバ、ナラ、カバやクリなどの広葉樹などが例として挙げられる。

【0040】

次に、予め木質材料１を粉砕する必要がある場合は、木質材料１を破砕機（不図示）により予備粉砕する。予備粉砕後の木質材料には参照番号１Ａを付している。予備粉砕後の木質材料１Ａの径は、１μｍ〜３ｍｍであることが好ましく、１μｍ〜３００μｍであることがより好ましく、１μｍ〜５０μｍであることがさらに好ましい。木質材料１をこのような大きさに予め粉砕しておけば、後述する微細化をより効率的に行うことができる。しかしながら、はじめから、ある程度微細な木質材料１を用いる場合は、予備粉砕を行うことは必ずしも必要ではない。予備粉砕工程を経るか否かは用いる木質材料１の大きさに基づき適宜決定すればよい。

【0041】

予備粉砕の際、一軸破砕機、二軸破砕機、ハンマークラッシャー、レファイナー、ニーダー、離解機、叩解機、パルパー及びブロアーなどの破砕装置を用いることができる。予備粉砕に用いる破砕装置としては、所望の大きさに木質材料１を粉砕することが可能であれば如何なるものを使用しても良い。

【0042】

（液化二酸化炭素注入工程）
図２は、木質材料１の内部に液化二酸化炭素（以下、液化炭酸ガス、液化ＣＯ_２と称することもある）を注入する工程を示した図である。この工程において、液化二酸化炭素を木質材料１の内部、特に木質材料１のセルロースミクロフィブリル内、さらにはセルロースフィブリル内のセルロース分子間に注入する。本発明において、木質材料１を液化二酸化炭素に高圧下接触させることにより、木質材料１の内部、特に、木質材料１を構成するセルロースミクロフィブリル間、およびセルロースミクロフィブリル内のセルロース分子間に液化二酸化炭素が浸透し、高圧状態を解除することにより、液化二酸化炭素が液体の状態を維持することができなくなってセルロースミクロフィブリル間、およびセルロースミクロフィブリル内のセルロース分子間においてドライアイスが形成される。ここで、木質材料１には、予備粉砕されていない木質材料１だけでなく、上述のように予備粉砕された木質材料１Ａも含む。

【0043】

図２は、液化二酸化炭素を木質材料１内に注入する手法の第１の態様を示した図である。液化二酸化炭素を木質材料１内に注入するため、第１の態様では、図２に示すように、耐圧容器３１内において加圧下（好ましくは高圧下）液化二酸化炭素３２に木質材料１を浸漬する。ここで、「高圧」とは、液化二酸化炭素３２が液体の状態を保つことができる圧力以上を意味し、例えば常温では、５．６ＭＰａ以上である。高圧下液化二酸化炭素３２に木質材料１を浸漬することにより、液化二酸化炭素３２が気化することを防止することができるとともに、耐圧容器３１内において液化二酸化炭素３２が高圧に保たれることにより液体状態の液化二酸化炭素３２が木質材料１内へ容易に浸透する。より効率良く液化二酸化炭素３２を木質材料１内へ浸透させるためには、耐圧容器３１内の圧力は、６．０ＭＰａ以上であることが好ましい。このように耐圧容器３１内の圧力を６．０ＭＰａ以上とすれば、液化二酸化炭素３２の木質材料１内への浸透が良好に行われる。耐圧容器３１内の圧力は、より好ましくは７．５ＭＰａ以上、さらに好ましくは１０ＭＰａ以上である。

【0044】

木質材料１を液化二酸化炭素３２に浸漬する時間は、３０分〜６０分であることが好ましい。浸漬時間が３０分以上であれば木質材料１内に注入される液化二酸化炭素３２の量を増加させることができる。また、浸漬時間を６０分以上としても木質材料１内に注入される液化二酸化炭素３２の量はそれ程増加しない。したがって、浸漬時間が３０分〜６０分であれば、効率良く液化二酸化炭素３２を木質材料１内へ浸透させることができる。浸漬時間は、より好ましくは４０分〜６０分であり、さらに好ましくは５０分〜６０分である。

【0045】

耐圧容器３１内において液化二酸化炭素３２に木質材料１を投入した後、攪拌装置（不図示）によって液化二酸化炭素３２を攪拌しても良い。液化二酸化炭素３２を攪拌することにより、木質材料１内に浸透する液化二酸化炭素３２の量が増加し後の微細化工程を良好に行うことができる。攪拌装置としては、ステーター、メカニカルスターラー、マグネットスターラー、超音波撹拌装置等を例示することができる。

【0046】

また、耐圧容器３１内において液化二酸化炭素３２に木質材料１を投入した後、攪拌装置による攪拌とは別に、または攪拌装置による攪拌に加重して、耐圧容器３１に振動装置（不図示）により振動を与えても良い。これにより、上記同様、木質材料１内に浸透する液化二酸化炭素３２の量を増加させることができ、後の微細化工程を良好に行うことができる。

【0047】

（衝撃付与工程）
図３は、衝撃付与工程を示した図である。内部にドライアイスが形成された木質材料１に外部から衝撃を与えることにより、木質材料１の内部に形成されたドライアイスを昇華させ、これにより急激にドライアイスを膨張させる。膨張による衝撃が木質材料１に与えられ、これにより木質材料１が微細化され木質繊維４が形成される。

【0048】

図３に示すように、実施の形態１では、内部にドライアイスが形成された木質材料１に物体８を衝突させる。物体８が木質材料１に衝突すると、その衝撃が、木質材料１の内部のドライアイスに伝わり、ドライアイスが昇華する。ドライアイスは、木質材料１の内部、特に、木質材料１を構成するセルロースミクロフィブリル間、およびセルロースミクロフィブリル内のセルロース分子間に形成されており、このような位置においてドライアイスが昇華することにより、体積が膨張し、このような膨張力によってセルロースミクロフィブリルが解繊され、さらにはセルロース分子が解けてナノファイバーが得られる。

【0049】

物体８の木質材料１への発射速度は、発射直後で１００〜５００ｍ／ｓとすることができ、１００〜３５０ｍ／ｓ程度であることが好ましい。発射速度が、１００ｍ／ｓよりも遅い場合は、木質材料１の微細化が好適に行われない。また、発射速度が、３５０ｍ／ｓを超えると、音速を超えるため、衝撃波が発生し、処理時の騒音が問題となる。すなわち、発射速度が、発射直後で１００〜３５０ｍ／ｓ程度であれば、木質材料１の微細化を良好に行うことができる。物体８の木質材料１への発射速度は、より好ましくはノズル噴出直後で２００〜３００ｍ／ｓ程度であり、このような範囲にあれば、木質材料１の微細化をさらに良好に行うことができる。

【0050】

物体８は、如何なるものであってもよいが、より好ましくは、熱を伝達することができる金属又は合金等の球体である。金属又は合金の球体は加熱することにより、木質材料１の衝突面を高温とすることができ、これによりドライアイスの昇華・膨張エネルギーを増大させることができる。これにより、木質材料１をより細かく微細化することができる。

【0051】

（木質繊維回収工程）
つづいて、木質材料１が微細化されて作製された木質繊維４を回収する。木質繊維を回収するため、吸引装置等を用いる。木質材料１の内部に形成されたドライアイスは、物体８が木質材料１に衝突した際に昇華して気体となるため、木質材料１に物体８が衝突した後は、微細化された木質繊維４のみが単独で存在する。すなわち、ドライアイスは昇華して木質繊維４と分離した状態で存在する。木質繊維４を吸引装置で吸引すれば木質繊維４だけを回収することができる。

【0052】

（二酸化炭素回収工程）
木質材料１に衝撃を与えた際に発生する気体の二酸化炭素を回収し、二酸化炭素を再利用する。二酸化炭素を回収する手段としては、多孔質体、気体吸引装置、ガス回収装置、ドラフトチャンバー、吸収液等を用いることができる。

【0053】

以上のように、本発明の実施の形態１に係る方法によれば、木質材料１の微細化にドライアイスを用いるため、化学的変性を受けない高品質の木質繊維４を簡易に製造することができる。

【0054】

（実施の形態２）
以下、実施の形態２に係る、木質繊維の作製方法について説明する。実施の形態１においては、内部に二酸化炭素が形成された木質材料とドライアイスとを混合することなく当該木質材料に衝撃を与えているのに対して、実施の形態２においては、内部に二酸化炭素が形成された木質材料とドライアイスとを混合しこのようにして得られた混合物に衝撃を与えている点で異なる。

【0055】

（木質材料予備粉砕工程）
まず、上記実施の形態１と同様、木質材料１を予備粉砕する。木質材料の予備粉砕工程は、任意ではあるが、以下に示すように木質材料１とドライアイス２とが混合されるため、木質材料１は予備粉砕することが好ましい。

【0056】

（液体二酸化炭素注入工程）
上記実施の形態１と同様、木質材料１に液化二酸化炭素を注入する。

【0057】

（木質材料−ドライアイス混合物作製工程）
図４は、内部にドライアイスが形成された木質材料１とドライアイス２との混合物３を作製する工程（木質材料−ドライアイス混合物作製工程）を示した図である。

【0058】

木質材料１とドライアイス２との混合物３は、上述のようにして得られた内部にドライアイスが形成された木質材料１（以下、単に木質材料１と称することもある）とドライアイス２とをそれぞれ別々に準備し、これらを混合することにより作製することができる。また、別の態様では、液化二酸化炭素（液化炭酸ガス）を上述のようにして得られた木質材料１に吹き付けることにより、木質材料１とドライアイス２との混合物３を作製することができる。液化二酸化炭素を木質材料１へ吹き付けた際、液化二酸化炭素は常圧では液体であることができず液化二酸化炭素が固体（ドライアイス２）となって、ドライアイス２が木質材料１に絡み合い木質材料１とドライアイス２との混合物３が得られる。混合物３は、押し固めて圧縮混合物とすることが好ましい。

【0059】

木質材料１とドライアイス２との混合比率は、重量比で、１０：１〜１：１０であることが好ましく、５：１〜１：５であることがさらに好ましい。木質材料１とドライアイス２との混合比率がこのような範囲にあれば、後述する衝撃付与工程において木質材料１を効率良く微細化することができる。

【0060】

木質材料１とドライアイス２とを別々に準備してこれらを混合することにより混合物３を作製する態様において、ドライアイス２を準備する際、ドライアイス２の原料に水分を加えることが好ましい。水分を含まない場合、ドライアイスがパウダー状となり、木質材料１とドライアイス２との混合物３を押し固めることが困難である。ドライアイス２に所定量の水分を加えることにより、パウダー状ではなく塊状の混合物３（圧縮混合物３）を作製することができる。水分の量は、１００ｇの混合物３に対して１．５ｇ〜４．５ｇであることが好ましく、１．５ｇ〜４．０ｇであることがより好ましく、１．５ｇ〜３．５ｇであることがさらに好ましい。水分の量がこのような範囲にあれば、混合物３を押し固めることにより塊状体（圧縮混合物３）とすることができる。

【0061】

木質材料１とドライアイス２との混合物３は、上述したように押し固めて塊状体（圧縮混合物３）とすることが好ましい。このように混合物３を押し固めて塊状体（圧縮混合物３）とすることにより、ドライアイス２と木質材料１との接触面積が増加し、後述する衝撃付与工程においてドライアイス２を昇華・膨張させた際、膨張による衝撃力が木質材料１に良好に伝わり、木質材料１がより細かく微細化される。

【0062】

（衝撃付与工程）
図５〜８は、衝撃付与工程を示した図である。木質材料１とドライアイス２との混合物３に外部から衝撃を与えることによりドライアイス２を昇華させ、これにより急激にドライアイス２を膨張させる。膨張による衝撃が木質材料１に与えられ木質材料１が微細化され木質繊維４となる。

【0063】

図５は、混合物３に外部から衝撃を与える手法の第１の態様を示している。この態様では、ドライアイスブラスト装置６に混合物３を充填し、混合物３をドライアイスブラスト装置６から物体（例えば金属等の板）８に高速で衝突させる。木質材料１とドライアイス２との混合物３が物体８に高速で衝突することにより、ドライアイス２が昇華し昇華の際ドライアイス２の体積が約８００倍に膨張する。膨張による衝撃が、ドライアイス２の周囲に含まれていた木質材料１に伝わり、木質材料１はその衝撃を受けて微細化される。

【0064】

混合物３の物体８への発射速度は、ノズル噴出直後で１００〜５００ｍ／ｓとすることができ、１００〜３５０ｍ／ｓ程度であることが好ましい。発射速度が、１００ｍ／ｓよりも遅い場合は、混合物３の粉砕及び木質材料１の微細化が好適に行われない。また、発射速度が、３５０ｍ／ｓを超えると、音速を超えるため、衝撃波が発生し、処理時の騒音が問題となる。すなわち、発射速度が、ノズル噴出直後で１００〜３５０ｍ／ｓ程度であれば、木質材料１の微細化を良好に行うことができる。混合物３の物体８への発射速度は、より好ましくはノズル噴出直後で２００〜３００ｍ／ｓ程度であり、このような範囲にあれば、木質材料１の微細化をさらに良好に行うことができる。

【0065】

物体８は、如何なるものであってもよいが、より好ましくは、熱を伝達することができる金属又は合金等の板である。金属又は合金の板は加熱することにより、混合物３の衝突面を高温とすることができ、この高温の衝突面に、木質材料とドライアイスとの混合物を衝突させれば、ドライアイスの昇華・膨張エネルギーを増大させることができる。これにより、膨張による衝撃が大きくなり木質材料１をより細かく微細化することができる。また、物体８は必ずしも加熱することを要せず、物体８を常温（具体的には、２０℃〜３０℃）のまま用い、常温の物体８に圧縮混合物３を衝突させてもよい。

【0066】

図６は、混合物３に外部から衝撃を与える手法の第２の態様を示している。第２の態様では、物体８は、帯状の金属が筒状にロールされて中空円柱状に形成され、この円柱状の物体８の中心軸を中心として回転する回転体であってもよい。円柱状の物体８の外周面１０を衝突面としてもよいし、円柱状の物体８の内周面１２を衝突面としてもよい。円柱状の物体８の衝突面の、混合物３が衝突する位置１４の回転方向下手側に加熱手段１６が配置されこの位置１８において物体８を加熱してもよい。円柱状の物体８を回転させた場合に、混合物３が衝突する位置１４の回転方向下手側の位置１８において加熱手段１６により円柱状の物体８が加熱され、その後、加熱された部位が回転方向に回転してこの加熱部位に混合物３が衝突する。このように構成することにより、高温の衝突面に混合物３を衝突させることができるため膨張による衝撃が大きくなる。また、物体８の加熱と物体８への混合物３の衝突とを連続的に行うことができ、良好な微細化を行うことができる。さらに、混合物３の衝突時、物体８の温度を一定に保つことができ、解繊の条件を一定に保つことができる。また、加熱手段１６により加熱されるため、ドライアイス２を含む混合物３の衝突による物体８の温度低下を抑制することができ、結露を抑えることができる。

【0067】

加熱手段１６としては、ガスバーナー、電気ヒータ、高周波、ドライヤー、煮沸を例示することができる。

【0068】

加熱手段１６は、図６に示すように、円柱状の物体８の外側に設けられ（物体８の外側に設けられた加熱手段１６は実線により図示）、物体８の外側から内側へ向くように配置してもよい。加熱手段１６を円柱状の物体８の外側に設けることにより、円柱状の物体８を支える支柱に接触しないため加熱を容易に行うことができる。また、加熱手段１６は、同じく図６に示すように、円柱状の物体８の内側に設けられ（物体８の内側に設けられた加熱手段１６は破線により図示）、円柱状の物体８の内側から外側へ向くように配置してもよい。加熱手段１６を円柱状の物体８の内側に設けることにより、省スペース化を図ることができる。

【0069】

図７は、混合物３に外部から衝撃を与える手法の第３の態様を示している。第３の態様では、物体８は、板状の金属が移動する可動体である。板状の物体８の一方の面２０を混合物３が衝突する衝突面とし、他方の面２２を加熱手段１６により加熱しても良い。また、図７に示すように、板状の物体８の一方の面２０を衝突面とし、同じく一方の面２０を加熱手段１６により加熱しても良い。

【0070】

図７に示すように、混合物３が衝突する位置１４の両隣りの位置１８を加熱手段１６により加熱しても良いし、２つある位置１８のうち一方のみ加熱しても良い。板状の物体８が、右側へ移動した場合、左側の加熱手段１６により左側の位置１８において加熱された部位が、混合物３が衝突する位置１４まで変位し、加熱された部位に混合物３が衝突する。一方、板状の物体８が、左側へ移動した場合、右側の加熱手段１６により右側の位置１８において加熱された部位が、混合物３が衝突する位置１４まで変位し、加熱された部位に混合物３が衝突する。このように構成することにより、上記同様、高温の衝突面に混合物３を衝突させることができるため膨張による衝撃を大きくすることができる。また、上記同様、加熱と衝突とを連続的に行うことができ、良好な微細化を行うことができる。

【0071】

混合物３が衝突する物体８としては、耐衝撃性があるものであれば如何なるものであっても良い。このような物体８を構成する材料として、セラミック、金属、合金、コンクリート等を例示することができる。特に好ましくは上述の通り金属である。

【0072】

金属としては、高い耐衝撃性、熱伝導性を有するため、銅、銀、金、鉄、アルミ、ニッケル等を例示することができる。特に好ましくは銅である。また、合金としては、ステンレス、はんだ、青銅、黄銅等を例示することができる。特に好ましくはステンレスである。

【0073】

図８は、混合物３に外部から衝撃を与える手法の第４の態様を示している。第４の態様では、２つのドライアイスブラスト装置（不図示）から混合物３を高速で対向衝突させる。このようにドライアイスブラスト装置から混合物３を対向衝突させることにより、混合物３に加わる衝撃力が大きくなり、ドライアイスが昇華しやすくなる。そのため、昇華・膨張による衝撃力が増大し、木質材料１をより細かく微細化することができる。

【0074】

このときの混合物３の発射速度は、ノズル噴出直後で１００〜５００ｍ／ｓとすることができ、１００〜３５０ｍ／ｓ程度であることが好ましい。発射速度が、１００ｍ／ｓよりも遅い場合は、混合物３の粉砕及び木質繊維の微細化が好適に行われない。また、発射速度が、３５０ｍ／ｓを超えると、音速を超えるため、衝撃波が発生し、処理時の騒音が問題となる。すなわち、発射速度が、ノズル噴出直後で１００〜３５０ｍ／ｓ程度であれば、木質材料１の微細化を良好に行うことができる。混合物３の物体８への発射速度は、より好ましくはノズル噴出直後で２００〜３００ｍ／ｓ程度であり、このような範囲にあれば、木質材料１の微細化をさらに良好に行うことができる。

【0075】

また、混合物３に外部から衝撃を与える手法の第５の態様では、混合物３を高温条件下にさらし、急速にドライアイス２を昇華させる。高温条件とは、３０℃〜２００℃を意味する。木質材料１とドライアイス２の混合物３を高温条件下にさらしドライアイス２を急速に昇華させることにより、昇華・膨張による衝撃が木質材料１に伝わり木質材料１を微細化することができる。昇華による膨張エネルギーで繊維が解れるため、ドライアイスブラスト装置等の噴射装置が不要である。混合物３を高温条件下にさらすに際し、密閉容器を減圧し無酸素の状態で行うことが肝要である。

【0076】

（木質繊維回収工程）
つづいて、木質材料１が微細化されて作製された木質繊維４を回収する。木質繊維を回収するため、吸引装置等を用いる。ドライアイス２及び木質材料１内に形成されたドライアイスは、物体８に衝突した際に昇華して気体となるため、木質材料１とドライアイス２の混合物３が物体８に衝突した後は、微細化された木質繊維４のみが単独で存在する。すなわち、ドライアイス２及び木質材料１内に形成されたドライアイスは昇華して木質繊維４と分離した状態で存在する。木質繊維４を吸引装置で吸引すれば木質繊維４だけを回収することができる。

【0077】

また、別の態様では、図９に示すような、衝突面１４を有する回収容器２４を用いることができる。このような回収容器２４を用いれば、衝撃付与工程と、木質繊維回収工程とを同時に行うことができる。回収容器２４の奧側の面が衝突面１４に相当し、ドライアイスブラスト装置６から衝突面１４に混合物３を高速で衝突させる。これにより、ドライアイス２が昇華して木質材料１が微細化されるとともに、微細化された木質繊維４が回収容器２４内に貯まるため、木質繊維４を回収しやすい。回収容器２４には、上述の吸引装置を備えていても良い。

【0078】

（二酸化炭素回収工程）
木質材料１とドライアイス２の混合物３が物体８に衝突した際に発生する気体の二酸化炭素を回収し、二酸化炭素を再利用する。二酸化炭素を回収する手段としては、多孔質体、気体吸引装置、ガス回収装置、ドラフトチャンバー、吸収液等を用いることができる。

【0079】

上記した回収容器２４を用いる態様においては、回収容器２４の一部に二酸化炭素回収手段（不図示）が設けられていることが好ましい。

【0080】

以上のように、本発明の実施の形態に係る方法によれば、木質材料１の微細化にドライアイスを用いるため、化学的変性を受けない高品質の木質繊維４を簡易に製造することができる。

【符号の説明】

【0081】

１ 木質材料
２ ドライアイス
３ 混合物
４ 木質繊維（ナノファイバー、ナノ繊維）
６ ドライアイスブラスト装置
８ 混合物が衝突する物体
１６ 加熱手段

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】