JP2002361611A - 易分解性リグノセルロースボードおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】草本植物の茎を利用し、使用目的が終了したの
ちに容易に分解して、堆肥化あるいは炭化処理などの処
理を行っても無害なボードを提供する。 【解決手段】非木質系リグノセルロース材料を加熱加圧
した時の自己接着性の程度を、加熱加圧条件と非木質リ
グノセルロース材料の含有率をコントロールすることに
よって、ボードとしての形状と強度を保ちながら耐水性
能や耐久性能を抑えて自然界において分解しやすいボー
ドが得られた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は易分解性のボードお
よびその製造方法に関するもので、公知の接着剤を用い
ず、非木質材料に含まれる糖およびヘミセルロースなど
の含有成分による自己接着性を利用して成形した易分解
性リグノセルロースボードで、仮設材料、包装材料また
は運搬用パレットなどの用途に一時的に使用したのち、
廃棄する際に堆肥や炭化処理などへの再利用が容易なボ
ードとして提供するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より仮設材料や、包装材料あるいは
運搬用パレットのように一時的に使用するものには熱硬
化性樹脂接着剤を用いて接着した合板、パーティクルボ
ードやファイバーボード、あるいは挽き材などの製材品
を使用してきた。これらに使用される材料は木材である
ため、数回繰り返し再利用が可能ではあるが、その後廃
棄する際に腐朽に時間を要し、そのため焼却するか、チ
ィプ化してボード原料として再利用することがおこなわ
れている。

【０００３】しかし、木材を焼却したり、廃棄すること
は時代の趨勢として困難になりつつあり、また繰り返し
再利用のためにも、使用者から出荷業者へ返送する運賃
が高く、かつ完全に回収することが困難であるなど、種
々の問題が生じつつある。

【０００４】また、わが国における木材の供給も、その
大部分は輸入により賄われる状態であり、原木の輸出国
も木材資源の枯渇に加えて自国の森林資源や環境の保護
のために丸太のまま輸出することを禁じずる処置を取っ
ている。そのため原木の価格は高騰すると共に良材の輸
入も困難になりつつある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】このような状況に鑑
み、木材と同様にリグノセルロース成分からなり、世界
において多量に産出して利用されていない草本植物の茎
を利用し、使用目的が終了したのちに容易に分解して、
堆肥化あるいは炭化処理などの処理を行っても無害なボ
ードを提供することを目的とした。

【０００６】

【課題を解決するための手段】一般に草本植物の茎は木
材と異なり、リグニン含有量が少なく、その分、糖を含
むヘミセルロース含有量が多く、そのために腐朽しやす
い性質がある。またヘミセルロース成分は加熱すること
により分解して反応性に富むフルフラール化合物を生成
し、それが低分子化したリグニン成分と反応するもの
で、加熱加圧するだけで自己接着する性質を有する。こ
の自己接着性は加熱加圧する際の温度や時間、さらには
圧力によって接着性能が大きく影響される。すなわち熱
圧温度が高くなるほど、また熱圧時間が長くなるほど、
さらには加圧圧力が大きくなるほどヘミセルロースやリ
グニンの分解とそれら間における反応が進んで強固な耐
水接着性能を発揮するようになる。

【０００７】このような加熱によって容易に分解するヘ
ミセルロースや低分子リグニンの含有量は１％カセイソ
ーダ水溶液で処理したときにその溶解分が３０から６０
％の値を示す非木質系リグノセルロース材料を用いた
時、耐水接着性の程度は加熱加圧条件と非木質リグノセ
ルロース材料の含有率をコントロールすることによっ
て、ボードとしての形状と強度を保ちながら耐水性能や
耐久性能を抑えて自然界において分解しやすいボードが
得られることから、その性質を利用して本発明の課題を
解決することができた。

【０００８】

【発明の実施の形態】すなわち本発明においては、１％
カセイソーダ水溶液で抽出したときに、アルカリで容易
に分解して抽出されるヘミセルロース成分やアルカリに
容易に溶解して抽出される低分子リグニン成分などの溶
解分が３０から６０％になる非木材リグノセルロース茎
をハンマーミルやフレーキングミルで粉砕したのち、網
目が６ｍｍおよび１ｍｍの篩で篩分けし、網目６ｍｍの
篩を通過する粒度のチップにしたのち、含水率を１０か
ら３０％に調整する。

【０００９】このようにして得たチップは接着剤を塗布
せずに一定の厚みでフォーミングしたのち、温度が１０
０から２５０℃に保持したホットプレスに挿入し、圧力
１から５０ＭＰａの熱圧条件で所定の時間熱圧する。

【００１０】本発明のボードの非木質リグノセルロース
原料は１％カセイソーダ水溶液で抽出したときに３０か
ら６０％の溶解分が得られるものであれば何れのもので
もよく、イネ、コムギ、オオムギなどの穀物の藁、コー
リャン、トウモロコシ、サトウキビ（バガス）、アシな
どのイネ科の大型植物の茎や髄、オクラ、ケナフなどの
アオイ科植物の茎や髄、タイマ、チョマ、アユ、ジュー
トなどの茎や髄、ワタ、ダイズ、ヒマワリなどの茎や髄
など、通常農産物廃棄物として利用されずに廃棄される
ものが再利用できる。

【００１１】これらの原料を粉砕して網目が６ｍｍの篩
を通過する粒度の細かいチップが使われる。その際に６
ｍｍより大きい粒度のものを使用すると、熱圧してボー
ドにするときに高い圧力で圧締する必要があり、されに
加圧圧力をあまり高くすると、熱圧に際してフクレの発
生を防止するために含水率を低く抑える必要がある。

【００１２】また熱圧してボードにするときは、チップ
の含水率を１０から３０％に調整しておくことが望まし
い。その理由は、自己接着性の現象がチップに含まれる
成分の加水分解により促進されるために、チップの含水
率が１０％以下になると、加熱加圧時の自己接着反応が
遅くなる。そのためにチップ含水率が低いときには水も
しくは蒸気を噴霧するなどの加水操作が必要になる。

【００１３】反対にチップ含水率が３０％以上あるとき
は、加熱加圧時にボード内部の蒸気圧が高くなり、除圧
したときにパンクやふくれを生じる。そのために、この
ような時は蒸気圧が大気圧に近くまで低下するまで熱圧
時間を大幅に延長する必要があり、ボードの生産性を著
しく低下させる問題が出る。

【００１４】本発明のボードを熱圧する際には、熱圧温
度が１００から２５０℃、好ましくは１５０から２００
℃に保持するのがよい。熱圧温度が１００℃以下になる
と、熱圧中にボード中芯層が成分の加水分解を起こすに
十分な温度に到達しない。また、熱圧温度が２５０℃以
上になると、ボード表面付近にあるチップ成分の熱分解
ならびに加水分解が促進されて、表層が暗褐色に変色
し、ボード内部へのヘミセルロース成分やリグニン成分
の不均一な分解を起こすなどの問題を生じる。このよう
な問題を軽減するためにチップに触媒として塩酸、硫
酸、硝酸などの鉱酸やギ酸、酢酸やスルホン酸化合物な
どのごとき有機酸を、全乾チップ重量に対して０．１か
ら５％添加することにより、チップに含有する成分の熱
分解あるいは加水分解を促進してボードの自己接着性を
均一にする。

【００１５】また本発明のボードを熱圧したとき、チッ
プ内に存在する自己接着に寄与する成分、すなわち糖や
ヘミセルロース、ならびにリグニンの熱分解や加水分解
により生成する成分が互いに反応して架橋反応を進行さ
せて、耐水接着性能を発揮するようになるが、本発明の
ボードの熱圧はそのような反応が進行する直前の時間に
抑えておく必要がある。その際にチップに対してヘミセ
ルロースヤ低分子リグニン成分に富む茎の髄部分の微
粉、あるいは廃糖蜜などを１から３０％、好ましくは５
から１５％添加することにより、安定した常態強度を有
するボードを得ることができる。その際に鉱酸や有機酸
を髄粉末や廃糖蜜に混合しておいても本発明のボードを
えることができる。

【００１６】そのためにには、本発明に指定した熱圧温
度の範囲内において、熱圧時間をボード厚さ１ｍｍあた
り０．３から３．０分の範囲に抑えることが必要であ
る。熱圧温度が２５０℃に近くなるほど熱圧時間を短
く、また熱圧温度が１００℃に近くなるほど熱圧時間を
２．０から３．０分とする必要がある。

【００１７】熱圧時間と熱圧温度が本発明の範囲から逸
脱して加熱効果が不十分になると、ボードの常態強度が
不十分となり、ボードの自重によって崩れるなどの現象
を起こす。また加熱効果が過剰になると、成分同士の架
橋反応が進み過ぎて耐久性に優れたボードになってしま
う。したがって本発明の目的とする易分解性ボードを得
ることができない。

【００１８】チップ同士の自己接着性はチップの表面で
起こるので、加圧圧力はチップ同士を密着させる程度の
圧力を加えることが必要で、その圧力は１から５ＭＰａ
の範囲になる。熱圧圧力が１ＭＰａ以下ではチップ同士
の密着性が十分でなく、ボード強度は実用に耐えない。
また５ＭＰａ以上での圧力になると、除圧直後に水蒸気
の膨張を起こしてボード内部にふくれやパンクを発生さ
せる。

【００１９】本発明の易分解性ボードはチップ成分の自
己接着性を利用したもので、通常は自己接着反応を十分
に起こさせ、耐久性に優れたボードとすべきところを、
自己接着反応を適度に抑えることによって易分解性を持
たせたものである。したがって本発明のボードを得るた
めにはチップ含水率と熱圧条件を本発明の範囲内で組み
合わせることが必要である。

【００２０】

【実施例】以下に本発明のボードの詳細について試験例
を記して説明する。 ＜実施例１＞１％カセイソーダ水溶液の溶解分が３０％
から６０％を示すバガスチップをハンマーミルにて粉砕
し、網目が６ｍｍの篩を通過するチップを作製した。こ
れに水をスプレーし、含水率がそれぞれ５％、１０％、
２０％、３０％、４０％のマットを形成させた。次に、
得られたマットを、それぞれ１８０℃、５ＭＰａ、３分
の熱圧プレスを行い、それぞれ比重０．９、厚み約３ｍ
ｍのボードを得た。これらのボードについて曲げ強度、
曲げヤング率、２４時間冷水浸せき後の厚さ膨潤率を測
定し、結果を表１に示した。

【００２１】

【表１】

【００２２】上記結果から、チップ含水率が１０％から
３０％で好適な結果が得られた。

【００２３】＜実施例２＞１％カセイソーダ水溶液の溶
解分が３０％から６０％を示すバガスチップをハンマー
ミルにて粉砕し、網目が６ｍｍの篩を通過するチップを
作製した。このチップに水をスプレーし含水率３０％の
マットを形成させた。次いで得られたマットをプレス温
度がそれぞれ８０℃、１００℃、１２５℃、１５０℃、
１７５℃、２００℃、２５０℃でプレス圧力５ＭＰａ、
３分の熱圧プレスを行い、それぞれ比重０．９、厚み３
ｍｍのボードを得た。これらのボードについて曲げ強
度、曲げヤング率、２４時間冷水浸せき後の厚さ膨潤率
を測定し、結果を表２に示した。

【００２３】

【表２】

【００２４】上記結果から、プレス温度１００℃から２
５０℃で成型可能であり、更には１５０℃から２００℃
のプレス温度では好ましい結果を得た。

【００２５】＜実施例３＞１％カセイソーダ水溶液の溶
解分が３０％から６０％を示すバガスチップをハンマー
ミルにて粉砕し、網目が６ｍｍの篩を通過するチップを
作製した。このチップに水をスプレーし含水率２３％の
マットを形成させた。次いで、得られたマットをプレス
温度２００℃、プレス圧力がそれぞれ０．５ＭＰａ、１
ＭＰａ、２ＭＰａ、５ＭＰａ、６ＭＰａまた、プレス時
間がそれぞれ０．１分／ｍｍ、０．３分／ｍｍ、０．５
分／ｍｍで熱圧プレスを行い、比重０．７、厚み約３ｍ
ｍのボードを得た。また、プレス温度１００℃にても同
様に熱圧プレスを行い同様なボードを得た。これらの結
果を表３及び表４に示す。

【００２６】

【表３】

【００２７】

【表４】

【００２８】＜実施例４＞バガス単体、バガス・トウモ
ロコシ・コーリャンを全乾重量比率で１：１：１で混合
したもの、及びバガス・トウモロコシ・オクラ・ケナフ
を全乾重量比率で１：１：１：１で混合したものをそれ
ぞれハンマーミルにて粉砕し、網目が６ｍｍの篩を通過
するチップを作製した。これチップに水をスプレーし、
含水率が２０％のマットを形成させた。次に、得られた
マットを、それぞれプレス温度１８０℃、プレス圧力５
ＭＰａ、３分の熱圧プレスを行い、それぞれ比重０．
９、厚み約３ｍｍのボードを得た。これらのボードにつ
いて曲げ強度、曲げヤング率、２４時間冷水浸せき後の
厚さ膨潤率を測定し、結果を表５に示した。

【００２９】

【表５】

【００３０】上記結果から、２種以上の非木質リグノセ
ルロース材料を混合しても、強度・耐水性とも好ましい
結果が得られた。

【００３１】＜実施例５＞１％カセイソーダ水溶液の溶
解分が３０％から６０％の値を示すバガスチップをハン
マーミルにて粉砕し、網目が６ｍｍの篩を通過するチッ
プを作製した。ここで廃糖蜜（不揮発分約６０％）に水
を添加し様々な濃度の廃糖蜜水溶液を得、これをバガス
チップにスプレーし含水率が２０％、廃糖蜜添加率がバ
ガスチップ全乾重量に対し不揮発分量で１％、５％、１
０％、２０％、３０％、４０％のマットを形成させた。
次に得られたマットをそれぞれプレス温度１００℃、プ
レス圧力５ＭＰａ、３分の熱圧プレスを行い、それぞれ
比重０．９、厚み約３ｍｍのボードを得た。これらのボ
ードについて曲げ強度、曲げヤング率、２４時間冷水浸
せき後の厚さ膨潤率を測定し、結果を表６に示した。

【００３２】

【表６】

【００３３】上記結果から、廃糖蜜添加量が１％から３
０％で常態強度の良好なボードを得た。また、廃糖蜜添
加量が４０％になるとマット形成がうまくいかず、ボー
ド製造には不適となった。

【００３４】＜実施例６＞１％カセイソーダ水溶液の溶
解分が３０％から６０％を示すバガスチップをハンマー
ミルにて粉砕し、網目が６ｍｍの篩を通過するチップを
作製した。このチップに水をスプレーし含水率１８％の
マットを形成させた。なお、バガスチップの自己接着反
応を促進するために硝酸を触媒として使用し、バガス全
乾重量に対してそれぞれ０％、０．１％、０．２５、％
０．５、％０．７５％、１％、３％、５％の割合で添加
した。次に得られたマットをプレス温度が１９０℃、プ
レス圧力５ＭＰａ、３分の熱圧プレスを行い、それぞれ
比重０．８、厚み約３ｍｍのボードを得た。これらのボ
ードについて剥離強度を測定し、結果を表７に示した。

【００３５】

【表７】

【００３６】上図のように、硝酸の添加量が０．１％以
上、好ましくは１％以上で良好なボードが得られた。

【００３７】＜実施例７＞１％カセイソーダ水溶液の溶
解分が３０％から６０％を示すバガスチップをハンマー
ミルにて粉砕し、網目が６ｍｍの篩を通過するチップを
作製した。このチップに水をスプレーし含水率１５％の
マットを形成させた。なお、バガスチップの自己接着反
応を促進するために触媒として硝酸、硝酸アンモニウ
ム、酢酸、３価、４価のセリウム硝酸アンモニウム複塩
さらには塩化銅、塩化鉄といった塩を使用し、バガス全
乾重量に対して１％の割合で添加した。次に得られたマ
ットをプレス温度１９０℃、プレス圧力５ＭＰａ、３分
の熱圧プレスを行い、それぞれ比重０．８、厚み３ｍｍ
のボードを得た。これらのボードについて剥離強度、２
４時間冷水浸せき後の厚さ膨潤率を測定し、結果を表８
に示した。

【００３８】

【表８】

【００３９】上記結果から、硝酸といった鉱酸以外にも
有機酸、鉄や銅のように２価から４価を共有する金属塩
でも効果が確認できた。

【００４０】

【発明の効果】本発明によれば、従来は利用されていな
い非木質リグノセルロース材料を使用し、その成分が木
材に比べて易分解性である性質を利用して、一度使用し
たのちに屋外に放置し、風雪に曝することによって崩壊
させ、さらに自然発酵により堆肥化させたり、炭化処理
などにより有効に再利用するものである。このようなボ
ードは仮設材料、包装材料あるいはパレットなど、一時
的に使用するボードとして使うもので、再生あるいは再
利用のコストをかけずに処理することができる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2B260 AA03 AA20 BA07 BA18 CB01 CD16 CD30 DA11 EA05 EB02 EB06 EB12 EB19 EB21

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 １％カセイソーダ水溶液の溶解分が３０
   から６０％の値を示す非木質リグノセルロース材料を主
   体として、含水率１０から３０％に調整した小片もしく
   は粉末をマット状に成形したのち、温度１００から２５
   ０℃、および１から５ＭＰａの圧力でボード厚さ１ｍｍ
   当たり０．３から３．０分間加熱成形して板状体とする
   易分解性リグノセルロースボード
2. 【請求項２】 非木質リグノセルロース材料が稲、小麦
   などの穀物わら、バガス、トウモロコシ、コーリャンな
   どのイネ科大型植物の茎桿、およびオクラ、ケナフなど
   のアオイ科植物の茎などから選ばれた１種あるいは２種
   以上の混合物である請求項１記載の易分解性リグノセル
   ロースボード
3. 【請求項３】 １％カセイソーダ水溶液の溶解分が３０
   から６０％の値を示す非木質リグノセルロース材料を主
   体として、含水率１０から３０％に調整した小片もしく
   は粉末をマット状に成形したのち、温度１００から２５
   ０℃、および１から５ＭＰａの圧力でボード厚さ１ｍｍ
   当たり０．３から３．０分間加熱成形して板状体とする
   易分解性リグノセルロースボードの製造方法
4. 【請求項４】 非木質リグノセルロース材料が稲、小麦
   などの穀物わら、バガス、トウモロコシ、コーリャンな
   どのイネ科大型植物の茎桿、およびオクラ、ケナフなど
   のアオイ科植物の茎などから選ばれた１種あるいは２種
   以上の混合物である請求項１記載の易分解性リグノセル
   ロースボードの製造方法
5. 【請求項５】 １％カセイソーダ水溶液の溶解分が３０
   から６０％の値を示す非木質リグノセルロース茎の髄部
   分の微粉もしくは廃糖蜜、あるいはそれらの混合物を添
   加する請求項３記載の易分解性セルロースボードの製造
   方法
6. 【請求項６】 必要に応じて塩酸、硫酸、硝酸などの鉱
   酸、あるいは／および酢酸、ギ酸、スルホン酸化合物な
   どの有機酸を添加する請求項１、請求項３および請求項
   ５記載の易分解性リグノセルロースボード及びその製造
   方法