JP2000351106A

JP2000351106A - 木質材の製造法

Info

Publication number: JP2000351106A
Application number: JP11164432A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiro Hirano; 善啓平野; Tatsuo Iwata; 立男岩田; Satoshi Suzuki; 敏鈴木
Original assignee: Yamaha Corp
Current assignee: Yamaha Corp
Priority date: 1999-06-10
Filing date: 1999-06-10
Publication date: 2000-12-19
Also published as: US6723766B1; DE10028607A1

Abstract

(57)【要約】【課題】安価で、水分による寸法変化が小さく、また
ホルムアルデヒド放出量も少ない木質材を提供するこ
と。【解決手段】木材を砕いた木質砕片、木材を薄片に切
削した木質薄板、木材を解繊して得られた木質繊維から
選択された木質材料を、アセチル化度７〜１８重量％に
アセチル化したアセチル化木質材料をポリイソシアネー
トを含むバインダーにより結合する木質材の製造法であ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、木質砕片、木質薄
板、木質繊維等をバインダーにより結合した木質材の製
造法に関する。

【０００２】

【従来の技術】木質繊維等をバインダーで結合した木質
材は、強度に優れる、方向性が少ない、均質で加工が容
易である、平面状のもの以外にも曲面状の成形品を得る
ことができ、建材、家具等の材料として用いられてい
る。このような木質材の製法は、例えば特許第２５００
４９１号公報に開示され、該公報にはアセチル化木質繊
維をフェノール樹脂樹脂系接着剤を用いて一体化した成
形品が開示されている。また、前記アセチル化木質繊維
のアセチル化度として１０〜３０％が開示されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
成形品は、アセチル化剤が高価な為、コストアップの要
因となり、またホルムアルデヒドが放出されるといった
問題があった。

【０００４】本発明は、安価で、水分による寸法変化が
小さく、またホルムアルデヒド放出量も少ない木質材を
提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の木質材の製造法
は、木材を砕いた木質砕片、木材を薄片に切削した木質
薄板、木材を解繊して得られた木質繊維から選択された
木質材料を、アセチル化度７〜１８重量％にアセチル化
したアセチル化木質材料をポリイソシアネートを含むバ
インダーにより結合する製造法である。また、本発明の
木質材の製造法は、木材を砕いた木質砕片、木材を薄片
に切削した木質薄板、木材を解繊して得られた木質繊維
から選択された木質材料であって、この木質材料をアセ
チル化したアセチル化木質材料とアセチル化されていな
い未処理木質材料とを平均アセチル化度７〜１８重量％
となるようにしたものをポリイソシアネートを含むバイ
ンダーにより結合する製造法である。また、上記の木質
材の製造法のそれぞれにおいて、前記木質材料をポリイ
ソシアネートを含むバインダーにより結合した層を２以
上形成し、且つこれらの層に含まれる木質材料の種類が
異なる複層構造の木質材を製造してもよい。

【０００６】

【発明の実施の形態】本発明において、木質材料として
木材を砕いた木質砕片（以下、木質砕片という）、木
材を薄片に切削した木質薄板（以下、木質薄板とい
う）、及び木材を解繊して得た木質繊維（以下、木質繊
維という）からなる群から選択された少なくとも１種が
用いられる。木質材料は、針葉樹、広葉樹どちらでも良
く、アスペン、ラジアータパインロッジポールパイン、
杉、桧、から松、とど松、えぞ松等の木材から得られ
る。

【０００７】木質砕片として、上記木材をチッパーによ
りチップとした後、ハンマーミル等を用いて砕き、篩い
分けして得たものが挙げられる。アセチル化されてない
木質砕片或いはアセチル化された木質砕片として、幅１
〜５ｍｍ、長さ５〜３０ｍｍ、厚さ０．１〜３ｍｍのも
のが好適である。木質薄板として、木材をフレーカー等
を用いて薄片に切削したものが挙げられる。アセチル化
されてない木質砕片或いはアセチル化された木質砕片と
して、幅１〜５０ｍｍ、長さ５〜３５ｍｍ、厚さ０．１
〜３．０ｍｍのものが好適である。木質繊維としては、
図１に示すように、木材をチッパーでチップ化し、得ら
れた木材チップ１を解繊したものが用いられる。解繊に
は、高圧蒸気により蒸煮したのちディスクリファイナー
などによって、解繊する方法などが用いられる。アセチ
ル化されてない木質繊維或いはアセチル化された木質繊
維として、直径０．１〜１．０ｍｍ、長さ０．２〜５０
ｍｍのものが好適である。

【０００８】木質材料はアセチル化されてアセチル化木
質材料とされる。アセチル化木質材料は、例えば、アセ
チル化処理されていない木質材料とアセチル化剤の気化
蒸気を気相で接触させて、下記式のように木質材料中の
水酸基（ＯＨ）の一部をアセチル基（ＯＣＯＣＨ₃ ）に
置き換えたものである。 [W]-OH ＋ (CH₃CO)₂O → [W]-OCOCH₃ ＋ CH₃COOH 上記アセチル化剤として無水酢酸が好適に用いられる。
また、アセチル化木質材料のアセチル化度は、重量増加
率で７〜１８重量％、好ましくは９〜１８重量％とされ
る。アセチル化処理は気相中で行ってもよく、液相中で
行ってもよい。尚、アセチル化度とは、重量増加率、
（ｗーｗ₀）×１００÷ｗ₀（重量％）を意味する。但
し、ｗ₀はアセチル化する前の木質材料の重量、ｗは前
記木質材料をアセチル化した後の木質材料の重量であ
る。

【０００９】気相中でのアセチル化の方法としては、例
えば、反応容器の底部にアセチル化剤を満たし、この上
方にステンレスワイヤなどで作ったネットを張り、この
ネット上に木質材料を載せ、アセチル化剤を加熱してア
セチル化剤の蒸気を発生させて、木質材料とアセチル化
剤の蒸気を接触させる方法などが挙げられる。反応時間
は反応温度によって変わり、温度が高い程短くなるが５
分〜６０分程度とされるが、アセチル化度によって適宜
変更できる。また、反応温度は１４０〜２００℃程度で
あり、反応圧力は常圧である。木質材料のアセチル化に
際して、無水酢酸などのアセチル化剤をキシレンなどで
希釈して用いることもできる。

【００１０】また、アセチル化に用いられる木質材料
は、予め乾燥して、含水率を１重量％以下としておくこ
とが好ましい。含水率が１重量％を越えるとアセチル化
剤蒸気の無水酢酸が水分と先に反応するため、アセチル
化の効率が低下する。

【００１１】木質材料を結合するためのバインダーとし
て、ポリイソシアネートを含む樹脂が用いられる。ポリ
イソシアネートとは、一分子中にイソシアネート基を２
個以上有する化合物である。ポリイソシアネートとし
て、４，４′−ジフェニルメタンジイソシアネート（Ｍ
ＤＩ）等のジイソシアネート化合物、過剰量のジイソシ
アネート化合物とポリオール（水酸基を一分子中に２個
以上有する化合物）との反応物（その例は、トリレンジ
イソシアナート３モルをトリメチロールプロパン１モル
に付加させた付加物）、ポリメリックＭＤＩが挙げられ
る。ポリイソシアネートとして、ポリメリックＭＤＩ
（クルードＭＤＩと呼ばれることがある、以下、ＰＭＤ
Ｉと記す）、即ち４，４′−ジフェニルメタンジイソシ
アネートを重合したものが好ましい。ＰＭＤＩ等のポリ
イソシアネートは、木質材料中の水分等と反応して硬化
物（ポリウレタン樹脂）を与え、また水分と反応して発
泡する性質を有する。

【００１２】ポリイソシアネートに、メラミン樹脂、メ
ラミン・ユリア共縮合樹脂、フェノール樹脂、ユリア樹
脂、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂を混合したものをバ
インダーとして用いることができる。ポリイソシアネー
トが、バインダーの総量（固形分）中、５０重量％以
上、好ましくは７０重量％以上であると、木質材のホル
ムアルデヒド放出量が少なく、また曲げ強さなどの力学
的性能も向上する。

【００１３】バインダーには発泡性樹脂を添加できる。
発泡性樹脂として、発泡性ウレタン樹脂、発泡性フェノ
ール樹脂、発泡性メラミン樹脂が挙げられる。また、発
泡性樹脂は、非発泡性樹脂と発泡剤とから構成されてい
てもよい。非発泡性樹脂として、メラミン、メラミン・
ユリア共縮合樹脂、ユリア、フェノール樹脂等やこれら
の混合物が挙げられる。発泡剤としては、例えば、ＣＣ
ｌ₃Ｆ、ＣＣｌ₂Ｆ−ＣＣｌＦ₂等の揮発性発泡剤、アゾ
ジカルボンアミド、２，２′−アゾイソブチロニトリル
等の熱分解性発泡剤などが挙げられる。

【００１４】本発明の木質材は、アセチル化度７〜１８
重量％にアセチル化処理されたアセチル化木質材料をポ
リイソシアネートを含むバインダー樹脂により結合する
ことで製造される。従って、本発明の製造法による木質
材は、アセチル化度７〜１８重量％のアセチル化木質材
料がポリイソシアネートの硬化物により結合された構造
を有する。アセチル化木質材料は、アセチル化木質材料
とポリイソシアネートの硬化物との合計量中、約８０重
量％以上、好ましくは８５重量％以上９５重量％以下で
あることが好ましい。

【００１５】また、本発明の木質材は、アセチル化処理
したアセチル化木質材料のみ、又は、アセチル化処理さ
れていない未処理木質材料と、アセチル化処理されたア
セチル化木質材料とを平均アセチル化度７〜１８重量％
となるように混合したものをポリイソシアネートを含む
バインダーにより結合することで製造される。この製造
法による木質材は、アセチル化処理されていない未処理
木質材料と、アセチル化処理されたアセチル化木質材料
とが平均アセチル化度７〜１８重量％となるように木質
材中に無秩序に存在し、且つ前記の未処理木質材料とア
セチル化木質材料とがポリイソシアネートの硬化物によ
り結合された構造を有する。アセチル化木質材料は、未
処理木質材料とアセチル化木質材料との合計量中、５０
重量％以上であることが好ましい。また、未処理木質材
料とアセチル化木質材料との合計量は、未処理木質材料
とアセチル化木質材料とポリイソシアネートの硬化物と
の合計量中、約８０重量％以上、好ましくは８５重量％
以上９５重量％以下であることが好ましい。バインダー
の使用量が５重量％未満では木質材料の接着が不十分と
なり、２０重量％を越えると、バインダーが過剰となり
不経済である。

【００１６】尚、平均アセチル化度はＡ×Ｂ÷１００
（重量％）で定義される。但し、Ａはアセチル化木質材
料のアセチル化度、Ｂは未処理木質材料とアセチル化木
質材料との合計量中の、アセチル化木質材料の重量％で
ある。

【００１７】上記バインダーに、必要に応じて、硬化
剤、硬化触媒、硬化促進剤、希釈剤、増粘剤、粘着剤、
分散剤、撥水剤等を添加してもよい。

【００１８】バインダーが付着していない木質材料（そ
の含水率は１〜１５重量％が好ましい）に、ポリイソシ
アネートを含むバインダーを塗布する方法としては、例
えば、スプレー方式で塗布する方法などが挙げられる。
具体的には、低速で回転する回転ドラム（ブレンダー）
内に木質材料を入れ、回転ドラム内で木質材料が自然落
下する際にバインダー樹脂をスプレー塗布する方法など
が用いられる。

【００１９】バインダーが塗布されたバインダー付着材
料を加熱加圧して成形、集積させることによって木質材
が得られる。加熱加圧成形法として、図１に示すよう
に、室温で仮プレスし、次いで加熱加圧成形する本プレ
スを行ってもよい。この成形時の温度は、例えばＰＭＤ
Ｉを用いる場合は、１４０〜２１０℃である。また、成
形圧力も特に限定はされないが、例えば、１５〜３０ｋ
ｇｆ／ｃｍ²程度であり、また成形時間は、例えば、成
形厚さ１ｍｍ当たり、５〜３０秒程度とする。

【００２０】難燃剤、着色剤、防虫剤、防腐剤、防かび
剤、撥水剤、吸音材、発泡ビーズ、充填材、補強材等が
木質材に含まれるように、これらを木質材料或いはバイ
ンダー樹脂に予め添加してもよい。

【００２１】木質材の密度は、木質材の用途等により決
定されるものであるが、例えば０．４０〜０．９０ｇ／
ｃｍ³、好ましくは０．６０〜０．８０ｇ／ｃｍ³であ
る。

【００２２】

【実施例】以下、本発明を更に理解しやすくするため、
実施例について説明する。次の実施例、比較例において
部、％は重量部、重量％を意味する。実施例１木材をチッパーでチップ化し、得られたチップを解繊し
て得た木質繊維（商品名Ｆ−４−１７、キャンフォー社
製、カナダ）を木質材料として準備した。該木質繊維
は、太さが０．１〜１．０ｍｍ程度、長さが２〜３５ｍ
ｍ程度であった。このアセチル化処理されていない木質
繊維を気相アセチル化処理装置を用いて無水酢酸でアセ
チル化し、未反応の無水酢酸を吸気して除去することで
アセチル化木質繊維をアセチル化木質材料として得た。
反応温度を１６０℃とし、アセチル化時間は９分であっ
た。得られたアセチル化木質繊維のアセチル化度は、木
質繊維に対する重量増加率（ＷＰＧ：weight percent g
ain）で１０％であった。

【００２３】一方、バインダー樹脂として、ＰＭＤＩ
（商品名、スミジュール４４Ｖ−２０、住友バイエルウ
レタン社製）を用意した。上記アセチル化木質繊維の１
００部に、前記ＰＭＤＩの１５部を塗布することでＰＭ
ＤＩ付着木質繊維を得た。このＰＭＤＩ付着木質繊維
を、温度１９５℃、圧力２０ｋｇｆ／ｃｍ²で１分間熱
圧成形してＰＭＤＩを硬化させることで木質材（密度は
０．７９ｇ／ｃｍ³で、厚さ３．２ｍｍ）を得た。該木
質材は、アセチル化木質繊維（アセチル化度１０％）が
ＰＭＤＩの硬化物（１３％）で結合されたものであっ
て、アセチル化木質繊維とＰＭＤＩの硬化物の総量中、
８７％がアセチル化木質繊維（絶乾重量、以下同じ）で
あった。

【００２４】得られた木質材について、密度、曲げ強さ
等を測定した。結果を表１に示す。尚、表１に示す密度
等は次の通りである。アセチル化木質繊維の混合率；木
質繊維の総量中のアセチル化木質繊維の重量％を示す。
バインダーの混合率；木質繊維とＰＭＤＩの合計量中の
ＰＭＤＩの重量％を示す。

【００２５】実施例２本例は、図１に示す製造工程により木質材を製造した例
である。未処理木質材料として、実施例１と同じ木質繊
維２を準備した。この木質繊維２をそのまま未処理木質
繊維３とした。一方、前記木質繊維２を実施例１と同様
にアセチル化することでアセチル化木質繊維４を、アセ
チル化木質材料として得た。但し、アセチル化時間は４
０分で、得られたアセチル化木質繊維のアセチル化度は
重量増加率で２０％であった。

【００２６】上記アセチル化木質繊維４の７５部と、上
記未処理木質繊維３の２５部とを、ミキサーを用いて混
合することで、木質繊維混合物５を得た。この木質繊維
混合物５の平均アセチル化度は１５％であった。そし
て、該木質繊維混合物５の１００部に、実施例１と同じ
ＰＭＤＩの１５部を塗布することでバインダー付着木質
繊維６を得た後、該バインダー付着木質繊維６を実施例
１と同様に熱圧成形して木質材（密度は０．７６ｇ／ｃ
ｍ³、厚さは３．２ｍｍ）を得た。そして、この木質材
について密度等を実施例１と同様に測定した。その結果
を表１に示す。

【００２７】実施例３実施例１と同じ木質繊維を、実施例１と同様にアセチル
化してアセチル化木質繊維を製造した。但し、アセチル
化時間は２０分で、得られたアセチル化木質繊維のアセ
チル化度は重量増加率で１８％であった。このアセチル
化木質繊維を、実施例１のアセチル化木質繊維の代わり
に用いた以外は、実施例１と同様にして、木質板（密度
は０．７８ｇ／ｃｍ³、厚さは３．２ｍｍ）を得た後、
密度等を測定した。

【００２８】比較例１〜３比較例１は、実施例１と同じ木質繊維を、実施例１のア
セチル化木質繊維の代わりに用いた以外は、実施例１と
同様に、木質板を得た後、密度等を測定した例である。
比較例２は、実施例１と同じ木質繊維をアセチル化処理
したアセチル化木質繊維（アセチル化時間５分、アセチ
ル化度５％）を、実施例１のアセチル化木質繊維の代わ
りに用いた以外は、実施例１と同様に、木質板を得た
後、密度等を測定した例である。比較例３は、実施例１
と同じ木質繊維をアセチル化処理したアセチル化木質繊
維（アセチル化時間４０分、アヤチル化度２０％）を、
実施例１のアセチル化木質繊維の代わりに用いた以外
は、実施例１と同様に、木質板を得た後、密度等を測定
した例である。比較例１〜３についての測定結果を表１
に示す。

【００２９】

【表１】

【００３０】表１から、実施例１〜３の木質材は、比較
例１〜３の木質材と比較して、耐湿性と曲げ強さとホル
ムアルデヒド放出量とが適正範囲にあり、品質のバラン
スに優れていることが判る。吸水厚さ膨張率ＴＳ２０が
９．０％以下となる耐湿効果を得るためには、アセチル
化度７％以上が必要であることが、図２から判る。ま
た、図２に示すようにアセチル化度９％以上であると吸
水厚さ膨張率ＴＳ２０が８．０％以下となり、特に好ま
しい。アセチル化度１８％以上にすると、アセチル化に
時間もかかり、またアセチル化剤の使用量が増加して不
経済である。また、ホルムアルデヒド放出量もアセチル
化度を大きくすることで減少すること、その放出量もア
セチル化度７％以上で０．３ｍｇ／ｌ以下となること
が、表１から判る。尚、放出されたホルムアルデヒドは
木質繊維に元々含まれていたものと推定される。

【００３１】前記実施例では、木質材料として木質繊維
を使用して木質板を成形したが、前記木質繊維の代わり
に木質薄片を使用して木質板（木質材）を成形してもよ
い。また、前記実施例の木質繊維の代わりに木質砕片を
使用してパーチクルボードを成形してもよい。あるいは
木質繊維と木質薄片等の木質材料を順次積層して木質板
を成形してもよい。この際、求める性能に応じて、木質
板を構成する木質繊維、木質材料等を変えても良い。即
ち、木質砕片、木質薄板、木質繊維等の木質材料の単独
（１種）をバインダ一樹脂で一体成形して木質板を得て
もよいし、前記木質材料の複数種を積層したものをバイ
ンダ一樹脂で一体成形して複層構造の木質板を得てもよ
い。複層構造の木質板の製造例は、図３に示すように、
アセチル化された木質砕片７がポリイソシアネートを含
むバインダー８により結合された層の表裏両面に、アセ
チル化木質繊維４がポリイソシアネートを含むバインダ
ー８により結合された層が一体に積層された、３層構造
の木質板を製造する方法である。

【００３２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
安価で、水分による寸法変化が小さく、曲げ強さ等の機
械的性質に優れ、またホルムアルデヒド放出量も少ない
木質材が提供される。このような木質材は、建材用ボー
ド、例えば床材、壁材等として有用である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の木質材の製造法の例を示す図であ
る。

【図２】実施例１〜３、比較例１〜３におけるアセチ
ル化度と吸水厚さ膨張率との関係を示したグラフであ
る。

【図３】複層構造の木質板の例を示す断面図である。

【符号の説明】

１・・木材チップ、２・・木質繊維、３・・未処理木質
繊維、４・・アセチル化木質繊維、５・・木質繊維混合
物、６・・バインダー付着木質繊維、７・・木質砕片、
８・・バインダー

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者鈴木敏静岡県浜松市中沢町10番１号ヤマハ株式会社内Ｆターム(参考） 2B260 AA10 AA12 BA01 BA02 BA18 BA19 CB01 CB04 CD02 CD03 CD04 CD06 DA05 DB13 DD01 DD02 EA05 EB02 EB05 EB06 EB12 EB13 EB19 EB21 EB42

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】木材を砕いた木質砕片、木材を薄片に切
削した木質薄板、木材を解繊して得られた木質繊維から
選択された木質材料を、アセチル化度７〜１８重量％に
アセチル化したアセチル化木質材料をポリイソシアネー
トを含むバインダーにより結合することを特徴とする木
質材の製造法。
【請求項２】木材を砕いた木質砕片、木材を薄片に切
削した木質薄板、木材を解繊して得られた木質繊維から
選択された木質材料であって、この木質材料をアセチル
化したアセチル化木質材料とアセチル化されていない未
処理木質材料とを平均アセチル化度７〜１８重量％とな
るようにしたものをポリイソシアネートを含むバインダ
ーにより結合することを特徴とする木質材の製造法。
【請求項３】ポリイソシアネートが、ポリメリックＭ
ＤＩである請求項１又は２記載の木質材の製造法。