JPH08510186A - ボード及びその製造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 リグノセルロース含有材料製のボード及びボードの製造方法。材料を粒子又は繊維に離解し、乾燥し、乾燥の前又は後に接着し、マットに形成し、熱プレスすることによって仕上げ乾燥して完成ボードとする。本発明によれば、親水基の導入によって結合反応性が増加し、リグニンの軟化温度が下がるように、粒子又は繊維中の少なくとも表面層のリグニンを仕上げ乾燥の前に化学的に改質する。それによって、有機的に結合した硫黄が材料の本来の硫黄含有量を越えるが、０．４％よりは少なくなるようにボード中のリグノセルロース材料を部分的にスルホン化する。

Description

【発明の詳細な説明】 ボード及びその製造 本発明は、パーティクルボード及びファイバーボードような粒子又は繊維状の リグノセルロース含有材料製ボードに関する。本発明はまた、該ボードの製造法 に関する。 このタイプのボードはリグノセルロース含有材料を粒子又は繊維に離解させる ことによって製造される。次いで、この離解した材料を乾燥し、接着し、マット に形成するが、接着は乾燥の前又は後に実施し得る。次いでマットを仕上げ乾燥 することによって完成ボードを製造するが、この仕上げ乾燥は接着剤を固めるた めの熱プレスによって行なわれ、完成ボードが形成される。 このタイプのボードの例はパーティクルボード及びＭＤＦ（中密度ファイバー ボード）である。パーティクルボードは粗い粒子に離解した材料から造られ、フ ァイバーボードはデファイバリングにより離解した材料、つまり多少むき出しの 繊維に離解した材料から造られる。 ボードの強度は粒子又は繊維の相互の結合によって決まる。硬化した接着剤が 粒子又は繊維を相互に結合するので、乾式形 成された接着ボード（glued board）の強度は接着剤の添加によって決まる。 接着ボードの製造に使用される結合剤としては、普通尿素−ホルムアルデヒド 接着剤を離解した材料に混和して使用する。接着剤の量は６％以上までであり得 る。接着剤は比較的高価であるので接着剤の添加量を最小限にすることが望まし い。しかし接着剤が少量になるほど、完成ボードの強度は低下する。このような 観点から接着剤の添加を最適化すべきである。 本発明は前述のタイプのボードの強度の改善を可能にする。また、ボードの強 度を維持しながら接着剤の添加を減らすことができる。 本発明によれば、親水基の導入によって結合反応性が増加し、リグニンの軟化 温度が下がるように、粒子又は繊維の少なくとも表面層のリグニンを仕上げ乾燥 の前に化学的に改質する。リグニンの化学的改質は例えばスルホン化又はオゾン 処理の様に化学薬品によって、又は他の何らかの方法で実施し得る。 本発明をいくつかの態様に言及して以下により詳細に記載する。 乾式法によるファイバーボードの製造では、原料のチップか ら始め、チップをデファイバリング装置で一回以上の工程でデファイバリングす ることによって離解させる。離解後、接着、乾燥、形成、熱プレスを実施する。 又は乾燥を接着の前に実施してもよい。熱プレスでは、尿素−ホルムアルデヒド を主成分とする接着剤系の場合温度がボードの中心で１００〜１１５℃に達する ようにする。 この方法ではリグニンと反応する化学薬品を熱プレスの前に材料に添加する。 親水基の導入によって結合反応性が増加するように、化学薬品処理、例えばスル ホン化によってリグニンを化学的に改質する。リグニンの軟化温度も同時に下が る。それ自体既知のこのような化学薬品の例としてＮａ₂ＳＯ₃及びＮａＨＳＯ₃ を挙げることができる。該化学薬品は材料を最終的にデファイバリングした後、 デファイバリング中又はその前に添加し得る。化学薬品をデファイバリングに直 結させて、ディスクリファイナーの、例えば入口、ディスクの中心又は中心から 外周にかけて添加するのが適切であり得る。２回以上の工程でのデファイバリン グでは、化学薬品を第二又は最後のデフィバリング工程の直前又はその間に添加 すべきである。他の可能な化学薬品投与点はリファイナーの後ろの吹き込みライ ンで あり、乾燥に関連させるか又はデファイバリングの前の予熱時に投与する。 パーティクルボードの製造では、チップ状の原料を粒子に離解させる。該粒子 を乾燥、接着、ウェブに成形し、それに熱プレスを施し完成ボードとする。ファ イバーボード製造の場合は、尿素−ホルムアルデヒドを主成分とする硬化型接着 剤を普通使用する。この場合も、リグニンと反応する化学薬品を熱プレスの前に 添加する。化学薬品による処理はファイバーボード製造と同じ目的を有し、同様 に行うことができる。化学薬品は材料の最終的離解後、離解中またはその前に添 加し得るが、離解の直前が好ましい。それによってリグニン内の化学反応が離解 中及び次の乾燥中に起こる。 上述のように、化学薬品処理（好ましくはスルホン化）の目的は、１つにはリ グニンの結合反応性を増加させるように親水基を導入することによって、１つに はリグニンの軟化温度を下げることによって、粒子又は繊維の少なくとも表面層 のリグニンを化学的に改質することである。化学的に改質する表面は約１μｍの 厚さを有さねばならず、そこでは軟化温度の低下は少なくとも１０℃になるであ ろう。 スルホン化においては、粒子又は繊維の横断面全体にわたって硫黄が分布する 様にリグニンをスルホン化すべきであるが、その硫黄含有量は粒子又は繊維の表 面層で多くなる。それ故、厚さ２μｍの表面層の硫黄含有量は、粒子又は繊維の 残りの部分の平均硫黄含有量より少なくとも５０％以上多くなければならない。 更に、厚さ１μｍの表面層の硫黄含有量は、粒子又は繊維の残りの部分の平均硫 黄含有量の少なくとも２倍でなければならない。 ボードの仕上げプレスでは、ボード全体をくまなく、確実に硬化させるために 、ボード全体において、接着剤の硬化温度以上に温度を上昇させる。それ故、熱 プレス時のボードの最低温度を必要な硬化温度より高くしなくてはならない。 その結果、粒子又は繊維の表面層のリグニンの軟化温度は熱プレス時のボード の最低温度より低くなる。軟化温度が低くなる結果として、粒子又は繊維の表面 層の軟化したリグニン層が隣接する粒子又は繊維との接触点でプレスされ、それ によって接触表面の大きさが増し、接着剤がより有効に使用され、ボードの強度 特性、特にボードの横方向の強度特性が改善される。 親水基を導入することによるリグニンの結合反応性の増加は、更に、リグニン が水素結合をより簡単に形成し得ることを意味する。それによって単位表面ごと の結合力が増加し、ボードの結合力は更に増加する。 粒子又は繊維の内部のリグニンの化学的改質は寸法安定性を維持するために避 けなければならない。従って、亜硫酸塩の投与量は少ない方が有利である。少量 の投与で、繊維の一次壁及び二次壁が実質的にスルホン化される。投与量を多く すると、硫黄の分布は細胞壁内のリグニンの分布と深く関連する。このような背 景に対して、スルホン化のための硫黄は、リグノセルロース含有材料１トンにつ き最大１３ｋｇ、好ましくは最大６ｋｇの量で添加する。 粒子又は繊維の表面層におけるリグニンの所望の化学的改質を得るために、化 学薬品は材料の離解時又はその後で添加すべきである。化学薬品の投与、反応時 間及び温度条件は正しく制御しなければならない。粒子又は繊維の表面層にある リグニンを選択的にスルホン化することで、より少ない投与量でリグニンを改質 することができ、粒子又は繊維の内部の大部分はスルホン化の影響を受けないで あろう。従ってこれらの部分は強固 なままで且つ寸法安定性を維持するが、このことはボードの強度に有利である。 それによって、有機的に結合させ硫黄がリグノセルロース材料の本来の硫黄含有 量を越えるが０．４％よりは少なくなるように、粒子又は繊維状のリグノセルロ ース材料を部分的にスルホン化する。好ましくは、結合した硫黄の量は０．０４ 〜０．２％である。硫黄はリグノセルロース材料のリグニンと、スルホン酸基の 形で本質的に結合している。 実施例１ ヨーロッパブナの木に由来するチップ状の原料を１７５℃に予熱し、Ｎａ₂Ｓ Ｏ₃溶液を添加した。その後、材料をデファイバリング装置中で離解させた。亜 硫酸塩（Ｎａ₂ＳＯ₃）の充填量はチップ１トンにつき１０ｋｇ（チップ１トンに つき硫黄２．５ｋｇ）とした。化学薬品を添加しない対照材料も製造した。 対照材料のリグニンの軟化温度は約１２５℃であったが、化学薬品で処理した 材料のリグニン軟化温度は繊維材料の表面層では約１００℃に下がった。 デファイバリング装置の後ろの吹き込みラインに尿素−ホルムアルデヒド接着 剤（ＵＦ接着剤）を添加した。亜硫酸塩で処理した材料 の場合、充填量は乾燥繊維材料で計算してＵＦ接着剤８％、対照材料の場合は乾 燥繊維材料で計算してＵＦ接着剤１３％であった。その後、２種類の材料を乾燥 物含有量約９０％に乾燥し、マットに乾式成形した。これらのファイバーマット を１．５ＭＰａで予備プレスし、６分間１７０℃で熱プレスしてボードとした。 熱プレス終了時のボードの中心部の温度を測定したところは１１５〜１２０℃で あった。つまり、対照材料のリグニンの軟化温度より低いが亜硫酸塩で処理した 材料のリグニンの軟化温度より高かった。 このようにして製造したボードの強度を試験した。得られた結果は以下の通り であった： 結果は、リグニン軟化温度を下げたボードの接着剤含有量はずっと少なかった にもかかわらずボードの強度は等しいことを 示している。これは上記において言及した技術的効果を確認するものである。 実施例２ トウヒに由来するチップ状の原料を１７０℃に予熱し、Ｎａ₂ＳＯ₃溶液を添加 した。その後材料をデファイバリング装置でデファイバリングした。亜硫酸塩の 充填量はそれぞれチップ１トンにつき１５及び２２ｋｇ（それぞれチップ１トン につき３．８及び５．６ｋｇの硫黄）とした。化学薬品を添加しない対照材料も また製造した。この試験では接着剤を添加しなかった。 対照材料のリグニンの軟化温度は約１２５℃あったが、化学薬品で処理した材 料のリグニン軟化温度は繊維材料の表面層で１００℃未満に下がった。 デファイバリングした後、ファイバー材料を乾燥物含有量約９０％に乾燥し、 マットに乾式成形した。これらのマットを圧力１．５ＭＰａで予備プレスし、１ ７０℃で６分間熱プレスしてボードとした。熱プレス終了時のボードの中心部の 温度を測定したところ１１５〜１２０℃であった。つまり、対照材料のリグニン の軟化温度より低いが、亜硫酸塩で処理した材料のリ グニンの軟化温度より高かった。 このようにして製造したボードの強度を試験した。得られた結果は以下の通り であった： 結果は、化学薬品で処理したボードと対照ボードの特性の間に本質的な違いが あることを示している。上記の２種類の強度は、結合反応性の増強及び結合領域 の増大の効果を示しているが、これらは本発明の技術的効果を確認するものであ る。 本発明は、もちろん、上記の実施態様に限定されるものではなく、本発明の思 想の範囲内で変化し得る。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 リンドシユトレム，ラルス−オーケ スウエーデン国、エス―865 00・アルネ ー、スコネルトベーゲン・18 (72)発明者 オロフソン，トーマス スウエーデン国、エス―861 00・テイム ロ、レードハケベーゲン・８

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．リグノセルロース材料を部分的にスルホン化して、有機的に結合した硫黄が リグノセルロース材料の本来の硫黄含有量を越えるが、０．４％よりは少ない、 粒子又は繊維状のリグノセルロース含有材料を乾式成形し、熱プレスしたボード 。 ２．前記有機的に結合した硫黄含有量が０．０４〜０．２％であることを特徴と する請求項１に記載のボード。 ３．前記硫黄がスルホン酸基の形でリグノセルロース材料のリグニンと実質的に 結合していることを特徴とする請求項１又は２に記載のボード。 ４．前記結合した硫黄が粒子又は繊維の表面層に集中しており、厚さ２μｍの表 面層の硫黄含有量が粒子又は繊維の残りの部分の平均硫黄含有量よりずっと多い 、好ましくは少なくとも５０％以上多いことを特徴とする請求項１〜３のいずれ か一項に記載のボード。 ５．厚さ１μｍの表面層の前記硫黄含有量が、粒子又は繊維の残りの部分の平均 硫黄含有量より少なくとも２倍多いことを特徴とする請求項４に記載のボード。 ６．リグノセルロース含有材料を粒子又は繊維に離解し、乾燥し、乾燥の前又は 後に接着し、マットに形成し、熱プレスすることによって仕上げ乾燥して完成ボ ードとするリグノセルロース含有材料製ボードの製造方法であって、仕上げ乾燥 する前に、親水基を導入して結合反応性を増加させて、粒子又は繊維の少なくと も表面層のリグニンを化学的に改質し、リグニンの軟化温度を下げることを特徴 とする、ボードの製造方法。 ７．熱プレス時に接着剤を硬化させるためにボードに必要とされる最低温度より 前記リグニンの軟化温度を低くすることを特徴とする請求項６に記載の方法。 ８．前記リグニンをリグニンと反応する化学薬品の添加によって化学的に改質す ることを特徴とする請求項６又は７に記載の方法。 ９．前記リグニンをスルホン化によって化学的に改質することを特徴とする請求 項８に記載の方法。 １０．前記リグニンの軟化温度を粒子又は繊維の厚さ約１μｍの表面層で少なく とも１０℃下げることを特徴とする請求項６〜９のいずれか一項に記載の方法。 １１．粒子又は繊維の横断面全体にわたって硫黄が分布するよ うに前記リグニンをスルホン化することを特徴とする請求項９に記載の方法。 １２．厚さ２μｍの表面層の硫黄含有量が粒子又は繊維の残りの部分の平均硫黄 含有量より少なくとも５０％以上多くなるように前記リグニンをスルホン化する ことを特徴とする請求項１１に記載の方法。 １３．前記リグニンをリグノセルロース含有材料１トンにつき最高１３ｋｇ、好 ましくは最高６ｋｇの硫黄を含む化学薬品の添加によってスルホン化することを 特徴とする請求項９〜１２のいずれか一項に記載の方法。 １４．前記リグニンをオゾン処理によって化学的に改質することを特徴とする請 求項８に記載の方法。 １５．前記化学薬品を材料の最終的な離解の後に添加することを特徴とする請求 項８に記載の方法。 １６．前記化学薬品を離解の前又はその間に添加することを特徴とする請求項８ に記載の方法。 １７．前記離解が１又は数工程で材料をデファイバリングすることを含む請求項 ６〜１６のいずれか一項に記載の方法。