JPH05116239A - 積層材及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 製造コストが安価で済み、力学的強度及び
寸法安定性が高く、軽量で、水による膨潤が少ない積層
材を得る。 【構成】 リグノセルロースを主体とする皮部１０ａ
と多孔性の髄部１０ｂとを有する植物茎１０を複数互い
に平行に配列して形成された単一のシート状物２０の片
面もしくは両面に被覆材２２が前記シート状物と一体的
に成形される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、高りゃん、とうもろこ
し、砂糖きび等のイネ科の植物茎を主な原料とする軽量
で優れた力学的強度を有する積層材及びその製造方法に
関する。更に詳しくは畳床のような建築用材、家具用
材、装飾用材、断熱材、吸音材、ディスプレイ用材、各
種工作用材及びプリント紙や塩ビフィルムや突き板等が
添着される台板に利用される積層材及びその製造方法に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、木質系建築用材、家具用材、ディ
スプレイ用材、吸音材、各種工作用材には、挽材、合
板、集成材の他にパーティクルボード、ファイバボード
等が用いられる。またディスプレイ用材、吸音材、断熱
材等には、ポリスチレン、ポリエチレン、ポリウレタ
ン、フェノール樹脂、メラミン樹脂、ユリア樹脂等の合
成樹脂の中実体又は発泡体が使用されている。これらの
用途に用いられる材料は、いずれも木材資源や石油資源
に依存するものである。挽材や合板は木材そのものであ
り、高い材料強度と寸法安定性を有するが、木材中でこ
うした特性のある部分は限られるために木材利用率（歩
留り）が低いという問題点がある。

【０００３】一方、パーティクルボードやファイバボー
ドは、木材の細片や繊維に、合成樹脂接着剤を混合して
熱圧硬化させて板状に成形したものである。これらのボ
ードは木材などを細片或いは繊維状にしているために木
材等の原料を有効に利用することができるが、反面、セ
ルロース繊維を細かく切っているためにボードの力学的
強度と寸法安定性に劣るという欠点がある。建築用材等
に多量に用いられる挽材、合板、集成材、パーティクル
ボードやファイバボード等の木質材料は、いずれも天然
木材を主原料としているために、近年の木材資源の枯渇
化の進行とともにその供給量に限界が見られ、将来、旺
盛な需要を十分に満たすことが不可能になり、価格が著
しく高騰する恐れが生じてきている。また、ポリスチレ
ン、ポリエチレン、ポリウレタンやフェノール樹脂等の
合成樹脂発泡体は、軽量で加工性が良く、断熱性にも優
れているためディスプレイ用材や断熱材として広範囲の
用途に利用されているが、これらの樹脂は石油資源に依
存するため、資源の有限化問題から将来的な量的確保が
危ぶまれている。

【０００４】このような情勢に対応するために、本出願
人は世界的に豊富に存在し、かつ一年毎に再生産されて
廃棄処分すら困難である高りゃん、とうもろこし、砂糖
きび等のイネ科の植物茎の直線部分を利用した積層材及
びその製造方法を特許出願した（特開昭６３−１０７５
０５，特開平１−２８０５３８）。特開昭６３−１０７
５０５号公報に記載の方法は、高りゃん、とうもろこ
し、砂糖きび等のイネ科の植物茎を繊維方向に切開き、
必要により除芯を行ってから切開いた状態で圧延し、複
数の圧延茎を互いに平行に配列してシート状物を形成
し、複数のシート状物に公知の接着剤を塗布した後、こ
れらを積層して加圧成形する方法である。また特開平１
−２８０５３８号公報に記載の方法は、高りゃん茎を切
開かずにそのまま、或いは圧縮により扁平にして扁平茎
を形成し、複数の扁平茎を配列して扁平茎層を形成し、
複数の扁平茎層に公知の接着剤を塗布した後、これらを
積層して加圧成形する方法である。これらの方法により
作られた積層材は任意の比重、厚さ、寸法の板材にな
り、力学的強度に優れた性能を有する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前者の方法
は、極めて高い力学的強度と寸法安定性が得られる反
面、植物茎の切開き、除芯、圧延等の工程が多く、所定
の厚さの積層材を１枚得るために多くの工数と原料であ
る植物茎を要し、製造コストが高価になる問題点があっ
た。また、後者の方法は、製造コストが安価である反
面、前者の方法により製造された積層材より力学的強度
が高くなく、しかも積層材を水に浸漬させたり、積層材
が水分を含むと、積層材が膨潤して厚くなる不具合があ
った。本発明の目的は、製造コストが安価で済み、力学
的強度及び寸法安定性が高く、軽量で、水による膨潤が
少ない、用途に富んだ積層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】上記目的を達成するため
に、図１〜図３に示すように、本発明の積層材２０は、
リグノセルロースを主体とする皮部１０ａと多孔性の髄
部１０ｂとを有する植物茎１０を複数互いに平行に配列
して形成された単一のシート状物２１の片面（図１）も
しくは両面（図２）に被覆材２２がシート状物２１と一
体的に成形された積層材である。本発明の積層材を製造
する第一の方法はリグノセルロースを主体とする皮部１
０ａと多孔性の髄部１０ｂとを有する植物茎１０を複数
互いに平行に配列してシート状物２１を形成し、このシ
ート状物２１の片面又は両面或いは被覆材２２の片面に
接着剤を塗布し、この接着剤の塗布面に被覆材２２又は
シート状物２１を積層し、この積層体を成形することを
特徴とする。また本発明の積層材を製造する第二の方法
は、リグノセルロースを主体とする皮部１０ａと多孔性
の髄部１０ｂとを有する植物茎１０に高分子化可能な液
状化合物、樹脂液又はこれらの混合物の硬化液を含浸処
理し、この含浸処理された植物茎を複数互いに平行に配
列してシート状物２１を形成し、このシート状物に被覆
材２２を積層し、この積層体を成形して前記硬化液を加
熱硬化させることを特徴とする。前記第二の製造方法に
おいて、シート状物２１の片面又は両面に接着剤を塗布
するか、或いは被覆材２２の片面に接着剤を塗布した
後、前記接着剤の塗布面に被覆材２２又はシート状物２
１を積層することが好ましい。

【０００７】以下、本発明を詳述する。 (a) 出発原料 図３に示すように、本発明の積層材に用いられる材料
は、表面にリグノセルロースを主体とする皮部１０ａと
芯に多孔性の髄部１０ｂを有する構造の植物茎１０であ
る。高りゃん、とうもろこし、砂糖きびなどの茎はその
代表的なものである。これ以外に、葦、稲、むぎ等のご
とき他のイネ科の植物の茎を使用することもできる。植
物茎は葉又は袴の部分を切除した直線部分を丸茎のま
ま、又は繊維方向に切開くか或いは複数分割して用い
る。本発明においては、植物茎の繊維を細片に切断せず
に用いるため、植物茎を細片に切断してボード状に成板
した従来のバガスボードやストローボードに比べて、軽
量でありながら極めて高い曲げ強度を有する積層材が得
られる。植物茎を複数互いに平行に配列して形成された
単一のシート状物の片面又は両面に一体的に成形される
被覆材としては、木材単板、合板、パーティクルボー
ド、ハードボード、インシュレーションボード、ＭＤＦ
（Medium Density Fiber Board）、ＬＶＬ（Laminated
Veneer Lumber）、製材板、段ボール等の木質材料；鉄
板、塗装鋼板、ステンレス板、アルミニウム板、銅板、
鉛板等の金属材料；けい酸カルシウム板、木毛セメント
板、石綿セメント板、石膏ボード等の無機材料；塩化ビ
ニル樹脂、アクリル樹脂、スチロール樹脂、ＡＢＳ樹
脂、ＡＳ樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、ユリア
樹脂、ポリエチレン、ポリプロピレン等の合成樹脂；天
然ゴム又は合成ゴム等のゴム；或いは紙、合成紙、織
布、不織布、フェルトが用いられる。被覆材には表面が
平坦な平板以外にも、波板やキーストンプレートのよう
な凹凸表面を有する板、発泡板、網状板等を用いてもよ
い。

【０００８】(b) 硬化液 本発明の植物茎には硬化液を含浸することが好ましい。
この硬化液は、加熱により、又は室温中に放置すること
によって植物茎を硬化させる液状物であって、高分子化
可能な液状化合物、樹脂液又はこれらの混合物である。
この高分子化可能な液状化合物としては、 アクリル酸エステルモノマー、メチルメタクリレート
モノマー、スチレンモノマー等のような重合可能な液状
モノマー類、 これらのモノマー類を縮合、重合又は付加重合反応さ
せることによって生じる高分子化可能なプレポリマー、 トリレンジイソシアネート、ジフェニルメタンジイソ
シアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、イソホ
ロンジイソシアネート、キシリレンジイソシアネート等
のような液状イソシアネート化合物、或いは フルフラール、フルフリルアルコールもしくはリグノ
セルロースの液化液等のような重合反応、縮合反応又は
付加縮合反応等により高分子化可能な液状化合物が挙げ
られる。 ここでリグノセルロースの液化液とは、リグノセルロー
スにフェノール類、ポリオール類などを加えてリグノセ
ルロースを液化した溶液をいう。このリグノセルロース
の液化液は、例えば高りゃん茎のような植物茎のうち、
廃棄処分する葉、又は袴の部分、或いは使用に適しない
湾曲茎や端材部分をフェノール類等の存在下で１５０〜
３００℃、１〜１００気圧の高温高圧下で溶解して調製
される。硫酸、塩酸、フェノールスルホン酸、パラトル
エンスルフォン酸等の酸触媒を用いることにより、１０
０〜２００℃、大気圧下での溶解が可能となる。また、
樹脂液には、不飽和ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、
フェノール樹脂、メラミン樹脂、ユリア樹脂等のような
液状のポリマー及びこれらのプレポリマーが一般に挙げ
られる。これ以外にポリ塩化ビニル、ポリ酢酸ビニル、
アクリル樹脂、ポリスチレン、ポリビニルアルコール、
ナイロン、ポリアミド樹脂等のような熱可塑性樹脂を溶
媒に溶解させた樹脂溶液又はリグノセルロースの樹脂化
液を用いることもできる。ここでリグノセルロースの樹
脂化液とは、リグノセルロースの液化液をアルデヒト化
合物やイソシアネート化合物等で樹脂化し、水や溶剤に
溶解させた樹脂液をいう。

【０００９】(c) 硬化液の含浸 本発明において、植物茎に硬化液を含浸処理する場合に
は、硬化液は植物茎の全乾重量に対して５〜２００重量
％含浸することが好ましい。室温大気圧下で植物茎に十
分含浸するが、硬化液を特別に加熱して又は加圧もしく
は減圧して含浸させてもよい。硬化液の含浸量が５０重
量％を越えると、シート状物を積層するときに硬化液が
滲み出て接着作用を生じ、本来の接着剤の使用量を大幅
に削減することができる。硬化液に高分子量成分が含ま
れていない場合には、硬化液の含浸量を５０重量％以上
にするか、或いは接着剤を使用する必要がある。硬化液
の含浸量が５重量％未満になると、硬化液を含浸する目
的の１つである積層材の増強効果が十分得られず、また
積層材の使用時に植物茎が膨潤して、寸法安定性が低下
する恐れがある。一方、２００重量％を越えると、含浸
が困難になり、たとえ加圧注入等の操作で強制的に含浸
させても、積層材の強度はそれ以上は向上しない。

【００１０】(d) シート状物の形成 シート状物は直線部分の乾燥した植物茎をそれぞれ繊維
方向に切り開かずに丸茎のまま、又は圧縮して皮部に割
れ目を発生させるか、又は繊維方向に切開くか、或いは
複数分割した後、複数互いに平行に配列して形成され
る。シート状物にするに際して、各植物茎が分散しない
ように、配列した全ての茎の端部を糸で結束するか、粘
着テープや再湿テープで仮止めするか、或いは糸状又は
帯状に接着剤を塗布して全ての茎を結束する。

【００１１】(e) シート状物と被覆材との接合 シート状物に接合される被覆材は、積層材の用途に応じ
て、シート状物の片面又は両面に積層される。被覆材を
表面材に、又はシート状物を芯材とすることが好ましい
が、シート状物の意匠を生かすときにはシート状物の片
面のみに被覆材を積層する。被覆材として単板のような
力学的強度と方向性を合わせ持つ材料を使用する場合に
は、シート状物の植物茎の繊維方向と単板の繊維方向と
が互いに直交するように重ね合わせることが望ましい。
植物茎に硬化液が含浸されていない場合、或いは含浸量
が少ない場合には、シート状物と被覆材とからなる積層
体を一体的に成形するときに、接着剤を使用する。その
際に使用する接着剤は公知のものでよく、例えばユリア
樹脂、メラミン・ユリア共縮合樹脂、フェノール・メラ
ミン樹脂、フェノール樹脂、フェノール・レゾルシノー
ル樹脂、レゾルシノール樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン
樹脂、水性高分子イソシアネート接着剤を含むイソシア
ネート系接着剤、タンニン樹脂、リグノセルロースの液
化樹脂、酢酸ビニル樹脂、酢酸ビニル・アクリル共縮合
樹脂、エチレン・酢酸ビニル共縮合樹脂、αーオレフィ
ン系樹脂、天然ゴム、合成ゴム、又はこれらの一種また
は二種以上の混合物が用いられる。接着剤の使用量は選
ばれた接着剤によって異なるが、一般的には接着面の１
平方メートル当たり２０〜５００ｇである。接着剤使用
量が２０ｇ未満のときには積層材の力学的強度が著しく
低下し、またその使用量が５００ｇを越えるときには積
層材の性能に比べてコストが著しく上昇する。

【００１２】シート状物と被覆材とからなる積層体は必
要に応じて仮圧締を施し、ホットプレスを用いて、室温
〜２５０℃の温度下、２〜３０ｋｇ／ｃｍ²の圧力で一
体に成形して、目的とする積層材を製造する。成形時に
ホットプレスにスペーサを配置すれば、積層体を所定の
厚さの積層材にすることができる。また積層材の表面平
滑度を上げるため、又は高い精度の厚みを得るために、
成形後、必要により積層材はスクレイパー、プレーナ
ー、サンダー等により表面加工される。

【００１３】

【作用】本発明の積層材は、単一のシート状物の片面も
しくは両面に木質材料、金属材料、無機材料、ゴム又は
合成樹脂等からなる被覆材が一体的に成形されているた
め、被覆材によって優れた表面平滑性、加工性、及び美
観性が得られるとともに、シート状物によって力学的強
度が向上し、軽量性が付与される。植物茎に硬化液を含
浸処理したときには、積層に際して使用する接着剤の使
用量を減らすか或いは全く使用せずに済む効果も得られ
る。接着剤を用いてシート状物と被覆材を一体に成形す
ると接着剤が乾燥し、かつ硬化液が硬化して樹脂化合物
に変わり、強化された積層材となる。

【００１４】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば資源
的に豊富に存在する植物茎を有効利用して、安価な積層
材が得られる。木質材料からなる被覆材を使用した場
合、積層材はその密度が０．３〜０．５ｇ／ｃｍ³の範
囲でも合板と同等の力学的強度を示す。従って、例え
ば、薄い単板や低比重のパーティクルボードやファイバ
ボードを用いることによって極めて軽量で優れた力学的
強度を有する積層材が得られる。金属材料もしくは無機
材料からなる被覆材を積層材の表面に設けた場合には、
防火性、遮音性、断熱性、電磁遮断性等の機能を付加す
ることができる。このようにして得られた本発明の積層
材は、プリント紙、塩化ビニルフィルム等で化粧する際
の台板として、或いは天然木の突き板で化粧する際の台
板として用いられる。更に、種々の建築用材、内装材
料、間仕切材料、ドア材料、家具パネルやテーブル用材
等の用途に、広く使用することができる。更に、金属材
料、無機材料、又は合成樹脂からなる被覆材を選択する
ことにより、断熱材、吸音材、遮音材として、更に装飾
材、或いは各種ディスプレイ材料として幅広く使用する
ことができる。

【００１５】

【実施例】次に本発明の実施例を図面に基づいて詳しく
説明する。 ＜実施例１＞長さ３０ｃｍにカットした高りゃん茎を切
り開かずに丸のままの状態で互いに平行に配列して糸で
結束して、３０×３０ｃｍ²のシート状物を作製した。
このシート状物の片面に水性高分子イソシアネート系接
着剤（光洋産業製ＫＲ−１３４）を１００ｇ／ｍ²の割
合で塗布した。この塗布面に被覆材として厚さ０．９ｍ
ｍのカバ単板をこの単板の繊維方向とシート状物の高り
ゃん茎の繊維方向がそれぞれ互いに直交するように重ね
合わせた後、この積層体を１４０℃に保持したホットプ
レスに入れ、４ｋｇ／ｃｍ²の圧力で５分間熱圧して、
図１に示すような厚さ６ｍｍの板状の２層積層材を得
た。図１において、２０は積層材、２１はシート状物、
２２はシート状物２１に一体的に接合したカバ単板をそ
れぞれ示す。この積層材から試験片の長さ方向が高りゃ
ん茎の繊維方向と平行になるような形状で試験片を切り
出し、曲げ強度を測定した。その結果、シート状物側か
ら荷重を加えた場合の平均曲げ強度は４２２ｋｇ／ｃｍ
²であり、カバ単板側から荷重を加えた場合の平均曲げ
強度は５２７ｋｇ／ｃｍ²であつた。

【００１６】＜実施例２＞長さ３０ｃｍにカットしたト
ウモロコシ茎にフェノール樹脂（大鹿振興製ＴＤ−６
２）を２０％含浸して乾燥した。この含浸茎をその繊維
方向に２分割した後、その茎が互いに平行になるように
配列し、端部を粘着テープで仮止めして３０×３０ｃｍ
²のシート状物を作製した。このシート状物の両面に水
性高分子イソシアネート系接着剤（光洋産業製ＫＲ−１
３４）を、片面ずつ、それぞれ１００ｇ／ｍ²の割合で
塗布した。この塗布面に被覆材として厚さ０．８ｍｍの
南洋材単板を重ね合わせた後、この３層の積層体を１５
０℃に保持したホットプレスに入れ、５ｋｇ／ｃｍ²の
圧力で５分間熱圧して、図２に示すような厚さ３ｍｍの
板状の３層積層材を得た。図２において、図１と同一符
号は同一構成部品を示す。この積層材から試験片の長さ
方向が南洋材単板の繊維方向と平行になるような形状で
試験片を切り出し、曲げ強度を測定した。その結果、平
均曲げ強度は２６５ｋｇ／ｃｍ²であつた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の２層構造の積層材の斜視図。

【図２】本発明の３層構造の積層材の斜視図。

【図３】本発明の積層材を構成するシート状物の出発原
料である植物茎の斜視図。

【符号の説明】

１０ 植物茎 １０ａ 皮部 １０ｂ 髄部 ２０ 積層材 ２１ シート状物 ２２ 被覆材

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 リグノセルロースを主体とする皮部(10
   a)と多孔性の髄部(10b)とを有する植物茎(10)を複数互
   いに平行に配列して形成された単一のシート状物(21)の
   片面もしくは両面に被覆材(22)が前記シート状物と一体
   的に成形された積層材。
2. 【請求項２】 植物茎(10)が高りゃん、とうもろこし、
   砂糖きびを含むイネ科の植物の茎である請求項１記載の
   積層材。
3. 【請求項３】 植物茎(10)が高分子化可能な液状化合
   物、樹脂液又はこれらの混合物の硬化液を含む請求項１
   記載の積層材。
4. 【請求項４】 被覆材(22)が木質材料、金属材料、無機
   材料、ゴム、合成樹脂、紙、合成紙、織布、不織布、又
   はフェルトからなる請求項１記載の積層材。
5. 【請求項５】 リグノセルロースを主体とする皮部(10
   a)と多孔性の髄部(10b)とを有する植物茎(10)を複数互
   いに平行に配列してシート状物(21)を形成する工程と、
   前記シート状物(21)の片面又は両面に或いは被覆材(22)
   の片面に接着剤を塗布する工程と、前記接着剤の塗布面
   に被覆材(22)又はシート状物(21)を積層する工程と、前
   記積層体を成形する工程とを含む積層材の製造方法。
6. 【請求項６】 リグノセルロースを主体とする皮部(10
   a)と多孔性の髄部(10b)とを有する植物茎(10)に高分子
   化可能な液状化合物、樹脂液又はこれらの混合物の硬化
   液を含浸処理する工程と、前記含浸処理された植物茎(1
   0)を複数互いに平行に配列してシート状物(21)を形成す
   る工程と、前記シート状物(21)に被覆材(22)を積層する
   工程と、前記積層体を成形して前記硬化液を硬化させる
   工程とを含む積層材の製造方法。
7. 【請求項７】 硬化液がリグノセルロースの液化液又は
   リグノセルロースの樹脂化液である請求項６記載の積層
   材の製造方法。
8. 【請求項８】 植物茎(10)はシート状物(21)に形成され
   る前に、圧縮して皮部に割れ目を発生させ、又は繊維方
   向に切開かれ、或いは複数分割される請求項５又は６記
   載の積層材の製造方法。
9. 【請求項９】 シート状物(21)の片面又は両面或いは被
   覆材(22)の片面に接着剤を塗布した後、前記接着剤の塗
   布面に被覆材(22)又はシート状物(21)を積層する請求項
   ６記載の積層材の製造方法。