JP3924190B2

JP3924190B2 - 木質系複合材料の製造方法

Info

Publication number: JP3924190B2
Application number: JP2002108247A
Authority: JP
Inventors: 勝仁高橋
Original assignee: Sekisui Chemical Co Ltd
Current assignee: Sekisui Chemical Co Ltd
Priority date: 2002-04-10
Filing date: 2002-04-10
Publication date: 2007-06-06
Anticipated expiration: 2022-04-10
Also published as: JP2003300204A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は木質系複合材料の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
木質系複合材料、例えば、細長い木質材片と結合材の混和物を長手方向に向きを揃えて積層し、加圧・加熱処理することで得られる木質系構造材料（例えば、特公昭５０−１７５１２）や木質材片を長さ方向に積層し、マット状にしてから加圧・加熱処理することによって得られる木質系構造材料が知られている（特許登録公報２５２７７６１号）。
【０００３】
上記木質系材料を加熱・加圧処理する工程において、熱盤により挟み込んでプレスする所謂、伝熱方式による加熱処理の場合、厚みの厚い木質系複合材料の場合は熱盤と接触している表層部分の密度が高く、中心に向かうにつれて密度が低くなる傾向がある。これは熱盤に接触している木質材片が熱により軟化し圧縮されるが、中心部では木質材片の軟化が遅れるため圧縮量が小さくなることが原因であり、得られる木質系複合材料は厚み方向に均質な物に比べると曲げ強度の物性は良くなる。しかしながら、熱伝導による加熱のため厚みのある物を製造する場合、加熱処理に時間がかかってしまい、処理時間が長すぎると表層付近の木質材片が劣化してしまう恐れがある。
【０００４】
一方、加熱に蒸気噴射を用いる蒸気プレス方式では、材料の中心まで一気に熱が伝わるため均質な物を短時間で作成することが可能であるが、伝熱プレスのような厚み方向で表層の密度が高く、中心の密度が低い密度分布をもった複合材料を作ることは困難であり、曲げ強度の物性は伝熱方式ほど良くない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、上記従来の木質系複合材料の製造方法上の問題点に鑑みて、なされたものであり、その目的とするところは短時間で厚み方向に密度分布を持った木質系複合材料の製造を可能にする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】
本発明は、細長い木質材片と結合剤の混和物からなりかつ細長い木質材片が、一方向に配向しながら積層することにより木質系マットを形成し、このマットを加熱・加圧工程を経て成形する木質系複合材料の製造方法において、上記加熱・加圧工程が、伝熱方式による加熱・加圧処理を行った後に蒸気噴射方式による加熱処理を行う工程を含むことを特徴とする木質系複合材料の製造方法である。
【０００７】
上記木質材片の樹種としては、スギ、ヒノキ、スプルース、ファー、ラジアータパイン等の針葉樹、シラカバ、アピトン、カメレレ、センゴンラウト、アスペン等の広葉樹が挙げられるが、これら森林から生産される植物材料だけでなく、竹、コウリャンといった森林以外で生産される植物材料をも含めることが出来る。
【０００８】
利用出来る形態としては、上記樹種の丸太、間伐材等の生材料、工場や住宅建築現場で発生する端材、部材輸送後に廃棄される廃パレット材、建築解体時に発生する解体廃材等が挙げられる。上記原材料を１ｍｍから数百ｍｍ程度に細片化したものであれば適用出来る。
【０００９】
上記原材料を細長い木質材片に加工する方法としては、ハンマーミル、表面に刃物のついたロールを回転させて木材を破砕する一軸破砕機、回転刃がかみ合った構造の二軸もしくは多軸破砕機等の破砕機が使用されるが、ベニヤ加工したものをスティック状にするロータリーカッター、丸太等を回転刃で切削してストランドにするフレーカー等も使用出来る。特に原料としてリサイクル材を使用する場合、異物が混入し易く刃の耐久性が高いという点で破砕機が好ましい。
【００１０】
上記の方法で得られた細長い木質材片はサイズのばらつきがあるので、分級工程によって所定サイズの木質材片を得る。この分級方法としては、ローラースクリーン方式や振動メッシュ方式、風選方式等があり、必要に応じて使い分ければ良い。
【００１１】
上記分級された細長い木質材片は、含水率を一定範囲に調整して置くことが好ましい。含水率を一定にすることで生産時の成形品の品質ばらつきがなくなる。好ましい含水率としては０〜１４％である。
【００１２】
上記分級され含水率を調整された細長い木質材片は、上記結合剤と混合される。結合剤の混和量は、木質材片の密度、形状、表面状態にもよるが、通常は木質材料片の重量に対して、１〜２０重量％が好ましい。
【００１３】
上記結合剤としては、フェノール樹脂、尿素樹脂、イソシアネート、合板やパーティクルボードに用いられる木材工業用の接着剤等が挙げられ、これらの結合剤は、単独又は複数を併用しても良い。
【００１４】
上記木質材片と結合剤の混和手段としては、木質材片と結合剤をヘンシェルミキサーのようなミキサーに投入し混合する方法が挙げられるが、結合剤が液体の場合はコンベア上やドラムブレンダー内等で木質材片に対し、スプレー等の塗布手段を用いることにより、木質材片の表面に結合剤を付着させると、均一で安定した強度の構造材が得られる。
【００１５】
上記木質材片と結合剤の混和物は、一定方向へ配向しながら積層することにより木質系マットを形成する。具体的には木質材片を型の中に投入し、積層することで行うことが出来る。一方向に配向させるには、一定間隔に分割されたフォーミング型や、オリエンテッドストランドボード（ＯＳＢ）等の製造で用いられるディスクオリエンター等の配向積層装置が用いられる。
【００１６】
本発明は、上記木質系マットを加熱・加圧成形することにより木質系複合材料を製造するが、加熱・加圧成形に用いられる方式としては木質材片の表面から熱盤等により内部に熱を伝える伝熱方式、及び材料内部を直接加熱する蒸気噴射方式を用いる。伝熱方式による加熱・加圧処理を行った後に蒸気噴射方式による加熱処理を行うことにより表層部分の密度が高く、中心に向かうにつれて密度が低くなる木質系複合材料が得られると共に、短時間で加熱・加圧処理が出来る。
【００１７】
上記加熱条件は、１００〜２５０℃が好ましい。また、圧力条件は、１〜１０ＭＰａが好ましい。また、加熱・加圧処理時間は、結合剤が硬化する時間だけ行えば良い。
【００１８】
【発明の実施の形態】
（実施例１）
以下のプロセスにより木質系複合材料からなる成形体を作成した。
木材廃棄物処理業者から購入したボード用木質材片を、ウェブローラー方式の分級機（ウェブローラースクリーン、たいへい社製）を用いて、厚み１〜１５ｍｍの木質材片に分級し、上記木質材片を加熱オーブン（５０℃、２４時間）にて含水量調整した（含水量は５．２％）。
【００１９】
次に、ドラムブレンダーを用いて上記木質材片と結合剤をブレンドした。まず、ドラムブレンダーに木質材片を投入し、結合剤としてイソシアネート系接着剤（木質材片に対して５％）を塗布した。次にブレンドされた結合剤と木質材片を木質材片の供給装置に投入し、フォーミング（配向・積層）を行った。フォーミング金型は、縦２０００ｍｍ、横５００ｍｍ、高さ１００ｍｍであり、金属製の配向板（鋼、厚み２ｍｍ）を用いて、５０ｍｍ間隔に１０等分した。これにより厚さ約１００ｍｍの木質系マットを得た。
【００２０】
次に、フォーミング金型を取り外して木質系マットを加熱プレス機へ投入した。上記加熱プレス機には縦２５００ｍｍ、横５００ｍｍ、高さ１５０ｍｍの金型を用い、伝熱タイプ（川崎油工社製、３００ｔプレス機）を用いた。上記伝熱方式による処理条件は、温度１８０℃、圧力３ＭＰａで５分間行った。その後、加圧力は一定条件で、０．９ＭＰａ、１８０℃の蒸気を噴射し、その蒸気圧を１分間保持して木質系複合材料の成形体を得た。次に前記成形体を６面カットし、１５００×４００×２５ｍｍの成形体を得た。前記成形体断面を観察したところ、表層部の密度は約０．８、中心部の密度は約０．７で全体としての密度は０．７５であった。
【００２１】
（実施例２）
上記実施例１において、伝熱方式による加熱・加圧処理の後、一旦圧力を抜いて０．９ＭＰａの蒸気噴射をすると同時に再び加圧を開始し、１８０℃、３ＭＰａにて伝熱方式にて成形したこと以外は実施例１と同様にして木質系複合材料の成形体を得た。成形品の断面を観察したところ表層部の密度は約０．８、中心部の密度は約０．７、全体としての密度は０．７６であった。
【００２２】
（比較例１）
伝熱方式による加熱・加圧処理を行わなかったこと以外は、実施例１と同様に行った。すなわち、０．９ＭＰａ、１８０℃の蒸気を噴射し、蒸気圧を１分間保持して木質系複合材料の成形体を得た。成形品は密度分布がなく全体に均質で密度は、０．７６であった。
【００２３】
（比較例２）
実施例１において、伝熱方式による処理時間を３０分間行い、その代わりに蒸気噴射方式による加熱・加圧処理は行わなかったこと以外の条件は実施例１と同様にして木質系複合材料の成形体を得た。断面を観察したところ表層部の密度が０．８程度、中心部の密度が約０．７で全体としては密度が０．７５であった。上記サンプルの曲げ強度、弾性率を評価して、その結果を表１に示した。尚、密度、曲げ強度、曲げ弾性率の測定は、ＪＩＳＺ２１０１に準拠し測定した。
【００２４】
【表１】

【００２５】
【発明の効果】
蒸気噴射が可能なプレス機を用いて、所定の時間伝熱方式による加熱・加圧処理を行った後、さらに蒸気噴射方式で加熱・加圧処理を行ったことで、表層付近の木質材片が劣化することなく、厚み方向で表層の密度が高く中心の密度が低い密度分布をもった木質系複合材料を短時間で作ることが可能となる。
従って、表層の密度が高く、中心の密度が低い密度分布をもった複合材料を短時間で得ることが出来、これらは曲げ強度の高い成形体としての特性を有するものである。

Claims

細長い木質材片と結合剤の混和物からなりかつ細長い木質材片が、一方向に配向しながら積層することにより木質系マットを形成し、このマットを加熱・加圧工程を経て成形する木質系複合材料の製造方法において、
上記加熱・加圧工程が、伝熱方式による加熱・加圧処理を行った後に蒸気噴射方式による加熱処理を行う工程を含むことを特徴とする木質系複合材料の製造方法。