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【発明の名称】 木質系複合材料
【発明者】 【氏名】橋本 圭祐

【要約】 【課題】成形後の応力による膨張等の変形を抑制しうる木質系複合材料を提供する。

【解決手段】木質系複合材料を、木質片同士が水蒸気存在下で圧縮され接着一体化されている木質系複合材料において、木質片に予め酸性水溶液を含浸させてなるものとする。このものは、表面に接着剤を付着させた木質片を集成して木質片群を得る木質片群形成工程と、木質片群を水蒸気存在下で圧縮して木質片同士を接着一体化させる接着工程とを含む方法であって、木質片に予め酸性水溶液を含浸させる方法や、表面に接着剤を付着させた木質片を集成して木質片群を得る木質片群形成工程と、木質片群を水蒸気存在下で圧縮して木質片同士を接着一体化させる接着工程とを含む方法であって、木質片に予め酸性水溶液を含浸させる方法により得られる。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
木質片同士が水蒸気存在下で圧縮され接着一体化されている木質系複合材料において、木質片に予め酸性水溶液を含浸させることを特徴とする木質系複合材料。
【請求項2】
酸性水溶液に用いられる酸が、常温で固体のものであることを特徴とする請求項1記載の木質系複合材料。
【請求項3】
表面に接着剤を付着させた木質片を集成して木質片群を得る木質片群形成工程と、木質片群を水蒸気存在下で圧縮して木質片同士を接着一体化させる接着工程とを含む請求項1または2に記載の木質系複合材料の製造方法であって、木質片に予め酸性水溶液を含浸させることを特徴とする木質系複合材料の製造方法。
【請求項4】
各木質片の表面に接着剤を付着させた木質片群を積層して積層マットを形成させる積層マット形成工程と、積層マットを水蒸気存在下で圧縮して木質片同士を接着一体化させる接着工程とを含む請求項1または2に記載の木質系複合材料の製造方法であって、木質片に予め酸性水溶液を含浸させることを特徴とする木質系複合材料の製造方法。
【発明の詳細な説明】【技術分野】
【0001】
本発明は、木質系複合材料に関し、さらに詳しくは、成形後の応力による膨張等の変形を抑制しうる木質系複合材料に関する。
【背景技術】
【0002】
住宅建材などには、合板、パーティクルボード、集成材、単板積層材、OSB(オリエンティッド・ストランド・ボード)など、木質エレメントを接着一体化した木質材料が広く用いられている。
パーティクルボードのように、高度に圧縮して製造する成形品は、成形品の圧縮方向、つまりパーティクルボードの面方向に対しての圧縮応力が成形品内に残留し、湿熱によってこの方向へ膨張するといった問題があった。この問題に対して、撥水剤の添加や、樹脂含浸といった手段が開発されてきたが、コスト面の問題や長期の寸法安定性の問題がある。また、水蒸気で加熱をしながら圧縮処理することで膨張の問題を解決する手法も開発されたが、処理に長時間を要するなどの問題がある。
また、木質エレメントに各種機能性薬剤を含浸し一体化してなる機能性木質材料も提案されているが(例えば、特許文献1参照)、成形後の応力による膨張等の変形について対処しうるものではない。
【0003】
【特許文献1】特開2006−297890
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
本発明は、このような事情の下、成形後の応力による膨張等の変形を抑制しうる木質系複合材料を提供することを課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討した結果、木質片同士が水蒸気存在下で圧縮され接着一体化されている木質系複合材料において木質片として予め酸性水溶液を含浸させたものを用いることにより、上記課題が達成されることを見出し、この知見に基づいて本発明をなすに至った。
【0006】
すなわち、本発明の第1の発明によれば、木質片同士が水蒸気存在下で圧縮され接着一体化されている木質系複合材料において、木質片に予め酸性水溶液を含浸させることを特徴とする木質系複合材料が提供される。
【0007】
また、本発明の第2の発明によれば、前記第1の発明において、酸性水溶液に用いられる酸が、常温で固体のものであることを特徴とする木質系複合材料が提供される。
【0008】
また、本発明の第3の発明によれば、表面に接着剤を付着させた木質片を集成して木質片群を得る木質片群形成工程と、木質片群を水蒸気存在下で圧縮して木質片同士を接着一体化させる接着工程とを含む前記第1または2の発明の木質系複合材料の製造方法であって、木質片に予め酸性水溶液を含浸させることを特徴とする木質系複合材料の製造方法が提供される。
【0009】
また、本発明の第4の発明によれば、各木質片の表面に接着剤を付着させた木質片群を積層して積層マットを形成させる積層マット形成工程と、積層マットを水蒸気存在下で圧縮して木質片同士を接着一体化させる接着工程とを含む前記第1または2の発明の木質系複合材料の製造方法であって、木質片に予め酸性水溶液を含浸させることを特徴とする木質系複合材料の製造方法が提供される。
【発明の効果】
【0010】
本発明の木質系複合材料によれば、成形後の応力による膨張等の変形を抑制しうるなどの顕著な効果が奏される。
【発明を実施するための最良の形態】
【0011】
本発明の木質系複合材料は、木質片同士が水蒸気存在下で圧縮され接着一体化されている木質系複合材料において、木質片に予め酸性水溶液を含浸させることで特徴付けられるものである。
以下、上記木質系複合材料について、木質片、酸性水溶液、接着一体化、製造方法等を詳細に説明する。
【0012】
<木質片>
本発明に用いられる木質片は特に限定されず、例えば間伐材、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、建築物解体時に発生する解体廃材、木質チップ、単板などが挙げられる。
木質片の大きさについては、特に限定されないが、酸性水溶液の含浸速度化が速く、再乾燥も容易な点から、細かいものが適している。また、成形品の用途によって木質片の大きさを選択することが好ましい。強度が必要な場合はより繊維長のある木質片が適している。
個々の木質片は通常集成されて木質片群の形態で用いられる。この木質片群としては、長さが20mm〜150mmの木質片を70質量%以上含んでいるものが好ましい。このような木質片群における木質片の含有割合が70質量%未満であると、得られる成形品の強度が不足したり、外観が悪くなったりする虞がある。
このような木質片群を調製する方法としては、特に限定されず、例えば破砕等によって得られた大きさが不揃いの木質片を、ウェーブローラー方式の分級機等の適当な分級機を用いて分級する方法が挙げられる。なお、ウェーブローラー方式の分級機は、木質片の厚さを基準に連続的に分級する装置である。
【0013】
<酸性水溶液>
酸性水溶液に用いられる酸としては特に制限されず、種々の有機酸や無機酸が用いられるが、好ましくは、有機酸として、例えばクエン酸、リンゴ酸、イタコン酸、コハク酸、フマル酸、酒石酸、乳酸、アジピン酸、グルコン酸、酢酸、プロピオン酸などが、無機酸として、リン酸やホウ酸などが挙げられ、中でも常温で固体であり、人体や環境への安全性が高く、食品添加物として認可されている有機酸であるクエン酸、リンゴ酸、イタコン酸、コハク酸、フマル酸、酒石酸、乳酸、アジピン酸、グルコン酸などが好ましい。
ここで、常温とは、木質系複合材料を製造する環境、または使用する環境のいずれか高い方をいい、通常は20℃を目処とする。
常温で液体の酸を使用すると、作業環境に問題があるだけでなく、該酸が成形後の木質系複合材料から容易に脱離し人体や周辺に悪影響を及ぼす危険がある。また、揮発性のある酸の場合は、臭気が発生し好ましくない場合がある。
【0014】
木質片に酸性水溶液を含浸させる方法には、木質片を酸性水溶液に浸漬する、酸性水溶液をスプレーなどで木質片に塗布するまたは吹き付けるなどの常圧処理の他、減圧・加圧条件下で木質片に酸性水溶液を含浸させる減圧処理、加圧式処理がある。木質片が小さい場合は常圧処理でも十分に酸性水溶液が含浸されるので、敢えて減圧処理や加圧式処理を用いずともよい。
含浸工程において、木質片と酸性水溶液の温度を調節することもでき、例えば酸性水溶液を加温しておくと液の浸透性が高まり、酸性水溶液の含浸性を向上させうるという利点が得られる。
また、加温した酸性水溶液で処理した後、加温されていない酸性水溶液や冷却されている酸性水溶液で処理するいわゆる温冷浴法によれば、浸透性をより高めることができるし、また、木質片を加温しておくことも、浸透性の向上に有効な手段である。
木質片を酸性水溶液に浸漬する場合、酸性水溶液の濃度は、低すぎると木質片への酸の浸漬が不十分となり、高すぎると必要以上に含浸され経済的でないので、0.1〜10質量%が好ましい。
【0015】
上記酸性水溶液処理は、常温で行ってもよいが、木質片への酸性水溶液の含浸を促進させるには加熱して行ってもよい。この場合の加熱温度は高すぎると作業環境が悪くなり装置が大掛かりになりエネルギーも多くかかるので、80℃以下が好ましい。
上記木質片を酸性水溶液に浸漬する時間は、短すぎると木質片への酸性水溶液の浸漬が不十分となり、長すぎても効率的でないので、1〜10分が好ましい。
<接着一体化>
【0016】
上記含浸処理の後、木質片同士の接着一体化により成形品が得られるが、通常、含浸処理された木質片は前もって接着や成形に適した含水率まで乾燥するのがよい。
木質片同士を接着一体化するのに、一般的には接着剤が用いられる。接着剤の例としては、ユリア樹脂接着剤、メラミン・ユリア共縮合樹脂接着剤、フェノール・メラミン共縮合樹脂接着剤、フェノール樹脂接着剤、レゾルシノール樹脂接着剤、イソシアネート系接着剤、水性高分子−イソシアネート系接着剤などが挙げられる。接着剤無しでの接着一体化も可能であるが、接着剤を用いた場合に比べて一般的に吸水時の強度に劣る。
【0017】
接着一体化には水蒸気存在下での加熱処理、好ましくは水蒸気存在下での加熱圧縮処理が、厚い材料でも中央まで熱が早く伝わるとともに、水蒸気により木質片が軟化され、さらには圧縮時の圧力を低減させ、また木質片の圧縮応力を緩和させる等の効果が奏されるので、望ましい。中央まで熱が伝わらないと、接着不良を生じて材の中央部分に割れを生じるいわゆるパンクを生じやすく、またパンクを生じなくても強度物性が低下するという問題を生じやすい。
上記加熱圧縮処理において、圧縮時の圧力については通常0.5〜20MPa,好ましくは1〜10MPaの範囲である。この圧力が低すぎると、得られる成形品の機械的強度が低下し、高すぎると木質片が破壊したり、比重むらが生じやすくなる。
これらの加熱方法に加えて、その他の加熱方法を併用してもよい。
このような加熱処理や加熱圧縮処理は、含浸されている酸が劣化を起こして所定の機能発揮が不十分となることのないように、行われることが肝要である。このような加熱条件下での劣化としては、酸の酸化反応による失活や、接着剤との反応による失活、分解などが推測される。
【0018】
水蒸気としては、150〜200℃の温度範囲のものが好ましい。水蒸気の温度が150℃未満では熱伝達が不十分で木質片同士を接着一体化するための加熱時間が長くなり、経済的でなく、木質片の軟化も不十分となるし、また、200℃を超えても装置が大掛かりになるとともに木質材料の劣化が起こりやすくなる。
上記加熱処理や加熱圧縮処理には、水蒸気噴射装置や高周波加熱装置を用いるのが、好ましい。
水蒸気を伴う加熱により、木材の内部で成分の加水分解を生じ、この加水分解は、木材の変形応力を緩和する効果がある。本発明においては、さらに酸を木質片に含浸させているので、上記の加水分解が促進され、その結果木材の変形応力を緩和する効果が助長されるため、成形後の吸水による膨張も抑制される。
【0019】
<木質系複合材料>
本発明の木質系複合材料において、成形法、それに使用する装置、成形条件等は特に限定されないが、一般的には木質片同士を接着一体化する前に、木質片の積層を行う。積層工程で、特に木質片の繊維方向を1方向にそろえて積層した場合は、成形品の各種物性がそろえた方向への異方性を有するようになる。柱、梁、軸材料等として利用する場合は、このような積層を行うのが好ましい。積層工程で、木質片の繊維方向をランダムに積層した場合や、木質片の繊維方向を1方向にそろえた層を複数層とし、隣り合う層は繊維方向をそろえた方向が相互に直角をなすように積層した場合は、面材としての性能に優れたものとなる。
【0020】
木質系複合材料の製造方法としては、代表的には以下のとおりのものが挙げられる。
(i)表面に接着剤を付着させた木質片を集成して木質片群を得る木質片群形成工程と、木質片群を水蒸気存在下で圧縮して木質片同士を接着一体化させる接着工程とを含んでなり、木質片に予め酸性水溶液を含浸させる方法。
【0021】
(ii)各木質片の表面に接着剤を付着させた木質片群を積層して積層マットを形成させる積層マット形成工程と、積層マットを水蒸気存在下で圧縮して木質片同士を接着一体化させる接着工程とを含む前記第1または2の発明の木質系複合材料の製造方法であって、木質片に予め酸性水溶液を含浸させる方法。
【実施例】
【0022】
以下、実施例により、本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの例により何ら限定されるものではない。
【0023】
実施例1
住宅建材の木質端材や廃木材の破砕片を、ウェーブローラー方式の分級機で分級し、厚さ1〜11mm、長さ20〜150mm、長さ/厚さ≧10の木質片を調製した。この木質片を、0℃、1%濃度のクエン酸水溶液に3分間浸漬した。その後、含水率3%までオーブンで乾燥した。この木質片をドラムブレンダーに入れて、木質片1kgあたり、接着剤(住友バイエルウレタン社製、スミジュール44V10)を40gスプレーで塗布した。その後、木質片の長さ方向が得ようとする成形体の長さ方向とほぼ一致するように配向積層して積層マットとし、この積層マットを、加熱プレス装置として蒸気噴射プレス装置を用い、180℃に加熱しながら面圧2.5MPaで5分間圧締して成形体を形成させた。この成形体を含水率10%に調整して気乾密度0.75g/cmの木質系複合材料製品を得た。
【0024】
実施例2
クエン酸水溶液の濃度を0.1%に変えたこと以外は、実施例1と同様にして製品を得た。
【0025】
比較例1
木質片に酸性水溶液含浸処理を施さなかったこと以外は実施例1と同様にして比較製品を得た。
【0026】
比較例2
加熱プレス装置として熱板プレスを用いたこと以外は実施例1と同様にして比較製品を得た。
熱板温度は180℃で面圧5MPaとした。
【0027】
得られた各製品を試料として次の項目について評価した。
1)外観: 試料に割れや欠けの問題がないか目視で確認した。
2)吸水厚さ膨張率: JIS A 5908 パーティクルボード に準拠し、各製品ごとに、それから、長さ方向50mm、幅50mm、厚さ(圧縮方向)38mmの試験片を6個切り出し、これらを24時間常温水に浸漬して圧縮方向の膨張率を測定した結果の平均値を求めた。
評価結果を表1に示す。
【0028】
【表1】


【0029】
上記表1に示すように、実施例1、2および比較例1の製品については、外観に問題がなかったが、比較例1の試験片の場合、吸水厚さ膨張率が各実施例の試験片に比し大きかった。また、比較例2の比較製品の場合、中央付近に割れが生じ、いわゆるパンク状態であった。
【産業上の利用可能性】
【0030】
本発明の木質複合材料は、従来住宅建材等として利用できなかった木質片を、柱、梁、面材等の住宅建材等として利用しうるので、木質資源の有効利用を拡大することが可能となる。
【出願人】 【識別番号】000002174
【氏名又は名称】積水化学工業株式会社
【出願日】 平成19年3月26日(2007.3.26)
【代理人】 【識別番号】100106596
【弁理士】
【氏名又は名称】河備 健二


【公開番号】 特開2008−238448(P2008−238448A)
【公開日】 平成20年10月9日(2008.10.9)
【出願番号】 特願2007−78774(P2007−78774)