JP2013086472A

JP2013086472A - 木質材料の製造方法

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Publication number: JP2013086472A
Application number: JP2011231985A
Authority: JP
Inventors: Hiroo Inoue; 宏夫井上; Koichi Karukaya; 孝一刈茅; Katsuhito Takahashi; 勝仁高橋; Hidefumi Yamauchi; 秀文山内
Original assignee: Sekisui Chemical Co Ltd; Akita Prefectural University
Current assignee: Sekisui Chemical Co Ltd; Akita Prefectural University
Priority date: 2011-10-21
Filing date: 2011-10-21
Publication date: 2013-05-13

Abstract

【課題】林地残材、小径木を有効活用するとともに、軽量で、高強度の木質材料の製造方法を提供する。
【解決手段】上記木質構造材の製造方法を、密度０．５ｇ／ｃｍ^３以下の小径木および／又は林地残材を切削して、厚さが０．１〜１．０ｍｍ、繊維方向長さが２０ｍｍ以上、平均長さ／厚さが１００〜５００、平均長さ／幅が５〜３０であって、かつ繊維方向長さが平均長さ±２０％の範囲内にあるストランドは全ストランドの７０％以上を占める、長さのほぼ揃ったストランドを作製し、ストランドを含水率１０％以下に乾燥し、ストランドに接着剤を付着させるとともに、ストランドを長手方向に対し平均２４°以下の角度で配向させて積層してマットを形成させ、次いでマットを熱圧成形するものとする。
【選択図】なし

Description

本発明は、木質材料の製造方法に関する。

森林資源には限りがあり、またその保守維持も大変であることから、廃棄木材の有効活用が有望視され、木造建築物の解体時に発生する解体廃材を、チップにするなどして原材料とし、これに接着剤等の結合剤を付着させ、長手方向に揃えて配向させ、熱圧成形してなる木質材料が種々検討されている（例えば、特許文献１参照）。

しかしながら、このような木質材料は、構造材としての強度を担保するには、かなり高密度で重質のものとせざるを得ない上に、釘、金具等の異物が混入しているため、チップ化用刃物を損傷しやすいし、均質なチップを得にくく、長さや厚さ等でも揃えるのが困難であるなど、取り扱いにくい上に、最近では石油等化石資源の高騰等により、上記解体廃材も燃料用とされる傾向にある。

一方、国策的にも、森林の荒廃に対し、二酸化炭素排出の抑制等地球規模の環境保護の機運の高まりにも沿い、森林資源を維持するべく、これまで放置されていた林地残材や小径木等森林資源の有効活用が前面に押し出されるようになってきた。

特開昭６３−１０７５０７号公報

本発明の課題は、このような事情の下、上記林地残材、および／又は構造材用には適していない小径木を有効活用し、軽量でも高強度の木質材料を製造する方法を提供することにある。

本発明者は、上記課題を解決すべく鋭意検討した結果、所定密度の小径木および／又は林地残材を所定ストランドに切削し、該ストランドを乾燥し、それに接着剤を付着させ、ストランドを所定状態に配向させ、積層し、熱圧成形するのが課題解決に資することを見出し、この知見に基づいて本発明をなすに至った。

すなわち、本発明の第１の発明によれば、密度０．５ｇ／ｃｍ^３以下の小径木および／又は林地残材を切削して、厚さが０．１〜１．０ｍｍ、繊維方向長さが２０ｍｍ以上、平均長さ／厚さが１００〜５００、平均長さ／幅が５〜３０であって、かつ繊維方向長さが平均長さ±２０％の範囲内にあるストランドは全ストランドの７０％以上を占める、長さのほぼ揃ったストランドを作製し、ストランドを含水率１０％以下に乾燥し、ストランドに接着剤を付着させるとともに、ストランドを長手方向に対し平均２４°以下の角度で配向させて積層してマットを形成させ、次いでマットを熱圧成形することを特徴する木質材料の製造方法が提供される。

また、本発明の第２の発明によれば、第１の発明において、原材料の密度が０．４ｇ／ｃｍ^３以下であることを特徴とする請求項１記載の木質材料の製造方法が提供される。

また、本発明の第３の発明によれば、第１または２の発明において、木質材料は、密度が０．５５ｇ／ｃｍ^３以下であることを特徴とする木質材料の製造方法が提供される。

また、本発明の第４の発明によれば、第１〜３のいずれかの発明において、原材料は、その樹種がスギ、マツおよびヒノキの中から選ばれた少なくとも一種の針葉樹であることを特徴とする木質材料の製造方法が提供される。

また、本発明の第５の発明によれば、第１〜３のいずれかの発明において、原材料は、その樹種がポプラ、アスペンおよびファルカタの中から選ばれた少なくとも一種の広葉樹であることを特徴とする木質材料の製造方法が提供される。

また、本発明の第６の発明によれば、第１〜５のいずれかの発明において、木質材料は、厚さが９ｍｍ以上であることを特徴とする木質材料の製造方法が提供される。

また、本発明の第７の発明によれば、第１〜６のいずれかの発明において、熱圧成形は、伝熱および／又は水蒸気加熱とプレス機での加圧により行われることを特徴とする木質材料の製造方法が提供される。

また、本発明の第８の発明によれば、第１〜７のいずれかの発明において、接着剤は、熱硬化性接着剤であるイソシアネート系接着剤および／又はフェノール樹脂系接着剤であることを特徴とする木質材料の製造方法が提供される。
本発明において、小径木材とは、構造材用には適していない、直径１３０ｍｍ以下の丸太を意味し、また、平均長さとは、ストランドの繊維方向長さの平均値を意味する。

本発明方法によれば、未利用の森林資源を有効活用するとともに、軽量でも高強度の木質材料を製造しうるという利点がある。

実施例１の原材切削のストランドの厚さ−長さ分布図。比較例１の原材切削のストランドの厚さ−長さ分布図。

本発明方法においては、先ず、原材料を切削して、長さのほぼ揃ったストランドを作製し、乾燥する。
原材料としては、密度０．５ｇ／ｃｍ^３以下の樹種の小径木、および／又は林地残材が用いられる。
上記樹種としては、例えば、スギ、マツ、ヒノキ等の針葉樹や、ポプラ、アスペン、ファルカタ等の広葉樹などが挙げられ、これらは一種（単独）であってもよいし、また、二種以上を組み合わせて用いてもよい。
原材料は、好ましくは密度０．４ｇ／ｃｍ^３以下のもの、例えばスギ、アスペン等が挙げられ、中でもスギが大量に産出され、軽量で取り扱いやすいのでよい。

上記原材料をストランドにするには、フレーキングミル（ドラムフレーカー）によって原材料を切削するのが好ましい。ナイフリングフレーカーでも切削しうるが、それにより得られるストランドは、長さのバラツキが大きく強度が劣り、それを改善すべく、長さを揃えようとすると歩留りが落ちるのを免れない。
切削されたストランドは、厚さが０．１〜１．０ｍｍ、好ましくは０．１〜０．８ｍｍ、繊維方向長さが２０ｍｍ以上、好ましくは４０〜７０ｍｍ、平均長さ／厚さが通常１００〜５００、好ましくは１００〜３００、平均長さ／幅が通常５〜３０、好ましくは１０〜２０であって、かつ、繊維方向長さが平均長さ±２０％の範囲内にあるストランドは全ストランドの７０％以上、好ましくは８０％以上を占めるというものである。

乾燥処理は、ストランドの含水率が通常１０％以下、好ましくは５％以下になるように行われ、例えば、温調したオーブン中に一定時間放置することで、含水率を一定にすることが可能であり、１０５℃のオーブンに２４時間放置すると、含水率はほぼ５％以下になる。

本発明方法においては、次いで、乾燥ストランドを長手方向に向きを揃えて配向させ、積層し、マットを形成させる。構造材料とするには十分な厚さとなるように嵩高に積層するのがよい。
この配向積層に当り、適当な段階で乾燥ストランドに接着剤を付着させる。
接着剤としては、熱硬化性接着剤であるフェノール樹脂系、メラミン樹脂系、尿素樹脂系、イソシアネート系等のもの、中でもイソシアネート系やフェノール樹脂系のものが好ましい。
接着剤付着処理は、配向積層処理の前に予め行う（例えばドラムブレンダー内でストランドに接着剤を噴霧するなどして両者を混和させる）か、あるいは配向時に直接行う（例えば配向積層させているコンベア上のストランドに接着剤を噴霧する）など適宜行えばよい。
接着剤の用量は、ストランドの密度、形状等にもよるが、ストランドに対し、通常１〜２０ｗｔ％、好ましくは４〜１０ｗｔ％の範囲で選ばれる。

配向については、ストランドの長手方向の水平角度ブレが平均２４°以下、好ましくは平均１０°以下の許容範囲内となるように行われる。配向装置としては、一定間隔に分割されたフォーミング型やディスクオリエンター等が用いられる。
積層は、コンベヤやそれに載置したコール板上に直接行うか、若しくは上記フォーミング型或いはそれとは別に一定間隔に分割された型をコンベヤに直接載置して行うことができる。積層を嵩高くすると積層状態が崩れる場合には、それを防ぐべく、崩れ防止シートやサイドガード等を配設するのが好ましい。

上記のようにして積層されたマットは、加熱可能なプレス装置へ搬送あるいは投入して加圧加熱する熱圧成形に付すことで賦形される。加熱と加圧とは、同時に行ってもよいし、加圧をした後に加熱をしてもよい。上記プレス装置としては、熱板のようにマット表面から伝熱により内部に熱を伝えるものや、蒸気噴射や高周波加熱等のように内部を直接加熱するもの等が挙げられ、熱圧成形は、好ましくは伝熱加熱とプレス機での加圧により行われる。
プレス機の温度条件は、通常１００〜２５０℃の範囲が好ましい。圧力条件は、１〜１０ＭＰａの範囲が好ましい。１ＭＰａ未満であると、充分に圧縮できず、１０ＭＰａ以上であると、プレスのための設備が高価になる。プレス時間は、接着剤が硬化する時間であればよい。

以下、実施例により、本発明をさらに詳しく説明するが、本発明はこれらの例によって何ら限定されるものではない。

実施例１
原材料に、末口１３０ｍｍ、長さ３００ｍｍのスギ丸太を用い、これをフレーキングミルにて切削して、図１に示される厚さ−長さ分布を有するストランドを作製した。
次いで、上記ストランドを加熱オーブン中に１０５℃で２４時間放置して含水率５％以下に調整した後、接着剤としてＰＭＤＩ（イソシアネート系接着剤）をストランドに対して７重量％、ドラムブレンダーに投入して混合した。次に、接着剤の付着されたストランドを、コール板上に配設したフォーミング型に投入し、長手方向の水平角度ブレを平均２４°以下の範囲内にあって下記表示結果をもたらすように設定して配向積層し、３通りのマットを形成させた。
この際用いられるフォーミング型は多数の薄肉の仕切り板が互いに平行に前記角度ブレを達成しうるように狭い間隔（例えば２４ｍｍ）で等分に設けたものである。
次に、３通りのマットをフォーミング型から脱型し、伝熱プレス機（ジンペルカンプ社製）に投入した。伝熱プレス機の熱板は直径７００ｍｍの円盤状である。加熱温度２２０℃、圧力３ＭＰａで、８．５分間プレスして５００ｍｍ×５００ｍｍ×２０ｍｍの木質材料を得た。この木質材料をＪＩＳＡ５９０８パーティクルボードに準拠し密度および曲げ強さを測定したところ、下記の表１の通りであった。

比較例１
実施例１と同様の小径木材をナイフリングフレーカーにて切削したところ、図２に示される厚さ−長さ分布を有するストランドが作製されたが、このストランドは長さが９〜７３ｍｍと広範な分布を示した。
このストランドを用い、実施例１と同様にして木質材料を得た。この木質材料をＪＩＳＡ５９０８パーティクルボードに準拠し密度および曲げ強さを測定したところ、下記の表２の通りであった。

以上より、比較例の木質材料は、密度と曲げ強さの関係が、ストランドの長さのほぼ揃った、歩留りの良好である実施例１の木質材料に比べ、明らかに劣っていた。

本発明は、林地残材および／又は小径木を有効活用し、軽量でも高強度の木質材料を提供しうるので、産業上大いに有用である。

Claims

密度０．５ｇ／ｃｍ^３以下の小径木および／又は林地残材を切削して、厚さが０．１〜１．０ｍｍ、繊維方向長さが２０ｍｍ以上、平均長さ／厚さが１００〜５００、平均長さ／幅が５〜３０であって、かつ繊維方向長さが平均長さ±２０％の範囲内にあるストランドは全ストランドの７０％以上を占める、長さのほぼ揃ったストランドを作製し、ストランドを含水率１０％以下に乾燥し、ストランドに接着剤を付着させるとともに、ストランドを長手方向に対し平均２４°以下の角度で配向させて積層してマットを形成させ、次いでマットを熱圧成形することを特徴する木質材料の製造方法。
原材料の密度が０．４ｇ／ｃｍ^３以下であることを特徴とする請求項１記載の方法。
木質材料は、密度／比重が０．５５ｇ／ｃｍ^３以下であることを特徴とする請求項１又は２記載の方法。
原材料は、その樹種がスギ、マツおよびヒノキの中から選ばれた少なくとも一種の針葉樹であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の方法。
原材料は、その樹種がポプラ、アスペンおよびファルカタの中から選ばれた少なくとも一種の広葉樹であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の方法。
木質材料は、厚さが９ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の方法。
熱圧成形は、伝熱および／又は水蒸気加熱とプレス機での加圧により行われることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の方法。
接着剤は、熱硬化性接着剤であるイソシアネート系接着剤及び／又はフェノール樹脂系接着剤であることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の方法。