JP2005029917A - 積層成形体の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】変形性を抑制してパルプを用いた積層成形体を製造する方法を提供する。
【解決手段】この積層成形体の製造方法は、天然繊維由来の繊維を７０重量％以上含有する抄紙を形成し（Ｓ１，Ｓ３）、熱硬化性バインダ液に浸漬させて（Ｓ５）乾燥する（Ｓ７）層体形成工程１と、層体を複数積層して、前記熱硬化性バインダの硬化温度以上の温度に加熱して加圧し（Ｓ９）、この加圧に係る圧縮状態を維持して５０℃以下まで冷却する（Ｓ１１）成形工程３とを備える。この方法では、抄紙の表面に良好に熱硬化性バインダを付与することができる。したがって、この層体を積層して加熱加圧によって熱硬化性バインダを硬化させることにより、剥離しにくい積層成形体が得られる。また、加熱加圧の圧縮状態を維持した状態で５０℃以下に冷却することにより、成形終了後の圧力解放の後で起こる変形を低減することができる。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、繊維、特に古紙などから再生される繊維に好適な積層成形体の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
新聞、雑誌、チラシ、印刷用紙、コピー用紙など、いわゆる紙の多くは、パルプより形成されている。これらは、木材自体が備えていた繊維構造をそのまま保持しており、使用後の紙、いわゆる古紙を加工してより高強度の材料としたり、水系溶媒中で攪拌することでスラリー状のパルプに再生したりできることが公知である。例えば、古紙の利用方法として、型枠材や壁材など、種々用途に利用されるボードの原料として利用する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。この方法では、再生パルプのスラリーにフェノール樹脂などの熱硬化性樹脂を混合し、これを抄造、圧搾、乾燥させたシートを複数重ねた状態で、熱硬化温度以上の温度で加熱加圧することで、ボードを製造することができる。
【０００３】
【特許文献１】
特開平９−２３９９１８号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この方法では、寸法安定性があまり高くなく、成形後に反りや撓みが発生する場合がある。また、成形前に重ねたシートどうしの剥離強度が小さく、特に、水に浸漬したり、濡れたりしやすい環境では、剥離しやすい。
そこで、本発明では、変形性を抑制してパルプを用いた積層成形体を製造する方法を提供することを課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明では、積層成形体の製造方法であって、天然繊維由来の繊維を７０重量％以上含有する抄紙を熱硬化性バインダ液に浸漬させてから乾燥する層体形成工程と、前記層体を複数積層して、前記熱硬化性バインダの硬化温度以上の温度に加熱して加圧した後、この加圧に係る圧縮状態を維持して５０℃以下まで冷却する成形工程とを備える方法を提供する。
この方法では、抄紙を熱硬化性バインダ液に浸漬させるため、抄紙の表面に良好に熱硬化性バインダを付与することができる。したがって、この層体を積層して加熱加圧によって熱硬化性バインダを硬化させることにより、剥離しにくい積層成形体を得ることができる。また、加熱加圧のときの圧縮状態を維持した状態で５０℃以下に冷却することにより、成形終了後の圧力解放の後で起こる変形を低減することができ、反りや撓み、歪みなどの変形が小さい積層成形体を得ることができる。
また、層体形成工程では、含水率５％以下の抄紙を熱硬化性バインダ液に浸漬させると、抄紙への熱硬化性バインダ液の含浸を均一且つ良好にすることができ、寸法安定性を向上させることができる。
また、冷却工程では、冷却工程の後で、圧力開放したときの膨張率が２％以下となる温度まで冷却すると、得られる積層成形体における反りや撓みを良好に低減することができる。
また、成形工程では、層体を複数積層した積層体の少なくとも一面に、印刷が施されたシートを重ねて加熱加圧することにより、意匠性を付与することができる。また、シートによって表面硬度や釘、ビスなどの保持力を向上させることが可能である。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明の積層成形体の製造方法では、各種ボードを製造することができ、特に、強度、剛性、耐熱性などが求められるボードの製造に適する。例えば、建築物の床材や、机の天板、家具の構造材とされるボードの製造に適する。特に、少なくとも一面に印刷が施されたシートを付与して製造した積層成形体は、視認される部位に好適に使用できる。また、少なくとも一面に釘、ビスなどの保持力を高めるシートを付与して製造した積層成形体は、ビス、釘などが打たれるボードとしての使用に好ましく、例えば、机の天板などでは、脚部へのビス止めが可能である。
【０００７】
本製造方法の実施形態について、図１〜４を参照して詳細に説明する。図１に示す製造方法では、大きく分けて層体形成工程１と、成形工程３とを備えている。以下、各工程について詳細に説明する。
【０００８】
（層体形成工程）
層体形成工程１は、積層成形体の各層を形成する層体を形成する。層体形成工程１は、図１に示すように、抄紙形成処理Ｓ１と、圧搾・乾燥処理Ｓ３と、バインダ付与処理Ｓ５と、乾燥処理Ｓ７とを備えている。
【０００９】
抄紙の原料として利用可能な材料は、少なくとも７０重量％のパルプを含む。パルプは、ヴァージンパルプを使用しても良いが、古紙より再生した再生パルプを好適に用いることができる。再生パルプの原料とされる古紙は、新聞紙、電話帳、雑誌、段ボール、チラシ、包装紙、オフィスで使用されるコピー用紙や印刷用紙など、いわゆる紙や、パルプ由来の紙製品、例えば、紙おむつの該当部分や紙ナプキンなどである。ヴァージンパルプおよび古紙を構成するパルプは、特に限定されず、機械パルプやセミケミカルパルプ、ケミメカニカルパルプ、ケミカルパルプのいずれでも良い。歩留まりを良好にするため、リグニンの少ないケミカルパルプを用いることが好ましい。また、層体形成工程１で形成される複数の層体のうち、両表面に露出しない層体については、物性の調整を必要としない場合、漂白処理しないものを利用しても良い。再生パルプは、一般的には、古紙を適宜、リファイナなどで粉砕した後、脱インキ処理、除塵処理、また留め具、接着剤などの夾雑物の除去処理を施すことで得られる。
【００１０】
抄紙の原料には、パルプ以外に樹脂、エラストマー、ゴムなどの樹脂系材料が含まれていても良い。例えば、紙おむつでパルプシートと積層状に一体化されている樹脂フィルムが混入しても良い。樹脂系材料は、抄紙の形成を阻害しない大きさ、柔軟性を備えることが好ましい。例えば、粉砕、切断などによって粒子状、薄片状など微小化しておくことが好ましい。樹脂系材料は、抄紙の原料全体の３０重量％以下とされる。３０重量％を超えると、抄紙の形成を阻害したり、得られる積層成形体の物性を悪化させたりするおそれがある。
なお、抄紙の原料に無機質繊維や防腐剤、防虫剤など公知の添加材を添加しておくことができる。
【００１１】
抄紙形成処理Ｓ１では、水中に分散されたパルプ（スラリー）をシート状に漉く。抄紙形成処理Ｓ１は、公知の抄造法によって行うことができる。例えば、帯状の網を利用する長網式、円筒状の網を利用する円網式、また、一組の無端ベルト状の網を利用するツインワイヤ式を利用することができる。図２に、長網式の抄造装置を示す。この装置は、装置後端（図２中左端）に所定の流量でスラリーを供給可能なヘッドボックス１１を備え、ヘッドボックス１１の先端にフォードリニアテーブル１３を備えている。フォードリニアテーブル１３は、金網材料で形成された無端縁のコンベヤベルトを有するベルトコンベヤ１５を備えている。この装置で抄紙形成処理Ｓ１を行うには、ヘッドボックス１１にスラリー状の抄紙原料を投入し、フォードリニアテーブル１３のコンベヤベルトの上にスラリーを所定の速度で供給する。フォードリニアテーブル１３では、スラリーを搬送するとともに、コンベヤベルト２１から重力によって水を切り、コンベヤベルト上にパルプが堆積して得られる湿紙を形成する。抄紙形成処理Ｓ１で得られる湿紙は、そのまま連続して圧搾・乾燥処理Ｓ３に送ることができる。
【００１２】
圧搾・乾燥処理Ｓ３は、抄紙形成処理Ｓ１で得られる湿紙から水分を除去する処理であり、抄造法で利用される公知の方法とすることができる。圧搾・乾燥処理Ｓ３は、抄紙形成処理Ｓ１に連続して行うことが一般的であり、図２に示す装置のように、抄紙形成処理Ｓ１の装置に後続して圧搾・乾燥処理Ｓ３の装置を備える公知の抄造機を用いて行うことができる。
【００１３】
圧搾では、湿紙に含まれる水分をシート５３を破断等しない範囲で除去するとともに、ろ過によって堆積したパルプに圧を加えて高密度化する。図２に示す装置は、抄紙形成処理部分の先端側に、複数段に配置された対を成すプレスロール１７を備えており、プレスロール１７間に図示しないフェルトを備えている。圧搾は、プレスロール１７によって湿紙を挟みつつフェルトを押し付けて、湿紙から水を搾出するとともに、押し付けに係る圧力でフェルトを圧縮する。その後、プレスロール１７による押し付け圧力が解除されるときのフェルトの復元を利用して湿紙の水分を吸い取る。
【００１４】
乾燥処理では、湿紙を熱によって乾燥させて抄紙４２とする。乾燥方法は、公知の方法であり、熱風を吹き付けるファンドライヤを用いる形態でも良いし、加熱されたドラム表面を接触させて乾燥させるシリンダドライヤを用いる形態でも良い。図２に示す装置では、乾燥処理部分は、圧搾処理部分の先端から進行方向（図２中右方向）に向かって、上下に二段で複数配列されたシリンダ１９と、シリンダ１９の外表面に密接するように配置された無端縁状のコンベヤベルト２１とを備えている。シリンダ１９は、その外表面が所定の温度に加熱されるようになっている。乾燥処理では、圧搾処理後の湿紙をコンベヤベルト２１に沿って搬送することにより、シリンダ１９からの熱によって湿紙を乾燥させて、抄紙４２とする。
乾燥処理では、できるだけ抄紙４２の含水率を低くすることが好ましく、少なくとも抄紙４２の含水率が気乾含水率以下にする。好ましくは、含水率５％以下にすると、後述するバインダ付与処理Ｓ５で、バインダ液の含浸を抄紙４２全体でより均一にすることができる。
【００１５】
圧搾・乾燥処理Ｓ３で得られる抄紙の性質は、特に限定されない。例えば、机の天板（釘保持力の良い板材）を製造する場合には、３ｍｍの抄紙とすると、バインダ付与処理Ｓ５において、熱硬化性バインダ液を良好に吸収できるとともに、浸漬によっても抄紙を構成するパルプが分散しにくいため、好ましい。
【００１６】
図２に示す装置では、公知の抄造装置にあるように、乾燥処理部分の先端側にカレンダスタック２３とリール２５とを備えている。カレンダスタック２３により、得られた抄紙４２をさらに平滑にし、連続帯状に作製した抄紙４２をリール２５で巻き取ってロールにすることができる。
【００１７】
バインダ付与処理Ｓ５では、熱硬化性バインダ液５１に抄紙４２を浸漬して、抄紙４２全体に熱硬化性バインダを付与する。熱硬化性バインダ液５１は、熱硬化性バインダ成分が溶解または分散した液である。熱硬化性バインダとしては、フェノール樹脂、ウレア樹脂、ウレタン樹脂など公知のバインダを選択できるが、得られる積層成形体をより高強度とするために、フェノール樹脂を用いることが好ましい。また、熱硬化性バインダ液５１の溶媒（分散媒）は、親水性であると、抄紙４２に吸収されやすいため、好ましい。したがって、フェノール樹脂として水溶性フェノール樹脂を用いると、水や水と有機溶媒との混合溶媒などを用いることができ、好ましい。なお、溶媒としての水は、有機溶媒を用いる場合と異なり作業環境が悪化しにくい点からも好ましい。
【００１８】
バインダ付与処理Ｓ５では、熱硬化性バインダ液の浴に、抄紙４２を所定時間だけ浸漬する。図３に、バインダ付与処理装置の一実施形態を示す。図３の装置は、熱硬化性バインダ液５１を貯留するバインダ槽２７と、ロール状の抄紙４２を回転可能に保持する回転軸２９とを備えている。また、バインダ槽２７内には、抄紙４２を挟みつけて搬送する複数の誘導ロール３１が設けられており、熱硬化性バインダ液５１に浸漬しない位置に抄紙４２を挟みつける除去ロール３３が設けられている。この装置では、回転軸２９に抄紙４２のロールを設置して所定の回転で抄紙４２を繰り出し、誘導ロール３１によって抄紙４２をバインダ槽２７内に誘導する。これにより、抄紙４２をバインダ槽２７に貯留する熱硬化性バインダ液５１に浸漬させる。その後、除去ロール３３によって抄紙４２を誘導して熱硬化性バインダ液５１から取り出すとともに除去ロール３３で余分な熱硬化性バインダ液５１を搾り取る。その後、更に除去ロール３３より先端側（図３中右側）に配置されたロール等の搬送手段によって乾燥処理Ｓ７に送る。
【００１９】
抄紙４２に付与するバインダの量は、主として熱硬化性バインダ濃度によって調節することができる。例えば、厚さ３ｍｍ、含水率５％の抄紙を作製した場合、水：水溶性フェノール樹脂の重量比が７：３の熱硬化性バインダ液を用いると、良好に熱硬化性バインダを抄紙４２に付与することができる。
【００２０】
乾燥処理Ｓ７では、熱硬化性バインダの硬化温度より低い温度で抄紙４２を乾燥させる。例えば、硬化温度が１３５℃である水溶性フェノール樹脂をバインダとした場合、１００℃以下の温度で乾燥させることにより、確実に硬化を防いで乾燥させることができる。この時点の乾燥では、後工程である成形工程において水蒸気が発生することによる破裂やガス膨れの発生を防止できる程度まで乾燥させる。具体的には、含水率２０％以下であると良好に成形することができる。したがって、この乾燥処理Ｓ７は、常温での自然乾燥や送風乾燥でも良い。乾燥処理Ｓ７が完了すると、熱硬化性バインダを付与した抄紙を得ることができる。図３に示す乾燥処理の装置は、除去ロール３３を通った抄紙４２を搬送するコンベヤ３５と、コンベヤ３５を包囲するように設けられたファンドライヤ３７とを備えている。この装置は、搬送と同時に抄紙４２を乾燥させる。また、図３の先端（右端）には、カッター３８が配置されており、この抄紙４２を所定の大きさにカットして層体４４に形成する。
【００２１】
（成形工程）
成形工程３では、図４の上に示すように所望の数の層体４４を積層状態にして、所望の厚み、形状に加圧成形するのと同時に積層状態で層体どうしを一体化する。成形工程３は、加熱加圧処理Ｓ９と冷却処理Ｓ１１とを備えている。成形は、典型的には、図４の下に示すように、積層した複数の層体を両面から挟みつけることで加圧する一対の型３９を用いて行う。
【００２２】
図４の上に示すように、複数の層体４４の積層時に、少なくとも一方の表面にシートを積層状態に配置して、複数の層体と同時に加熱加圧しても良い。これにより、少なくとも一面にシート５３を備える積層成形体を得ることができる。シート５３は、種々の機能を付与するために設けることができ、例えば、積層成形体への意匠の付与や、表面硬度や釘の保持力の向上、あるいは反りやパルプの欠け落ちの抑制などを目的として設けることができる。このように付与されるシート５３は、成形工程３の熱に耐え得る素材から選択することができる。例えば、古紙の原料として前述した紙を用いることができる。また、熱硬化性バインダの硬化温度より融点の高い樹脂シートを用いることができ、例えば、ポリエステルシート（フィルム）やポリオレフィンシートでも良い。また、意匠性を目的として、適宜、織物、編物、手漉き和紙など表面に風合いを付与するシートを利用することができる。
シート５３には、意匠性を付与するために、適宜、印刷を施しておくことができる。印刷は、シート５３の材質に合わせて公知のインキで公知の印刷技術を用いて行うことができる。インキについても成形工程３における加熱に耐え得るものとされる。具体的には、油性インキを利用できる。
【００２３】
例えば、画用紙やチタン紙などの紙をシートとして用いると、釘保持力を向上させることが可能であり、好ましい。また、これらは、紙への通常の印刷を行うことができるとともに、透明性が小さいため、釘保持力と意匠性の両方を向上させることができる。
なお、印刷は、層体形成工程１で作製した層体のうち、表面に配置されるものの表面に直接付与しておいても良い。
【００２４】
加熱加圧処理Ｓ９での加熱は、上述した一対の型３９として、型面の温度を所望に設定できる、いわゆるホットプレスを用いて行うことができる。加熱加圧処理Ｓ９では、積層された層体４４の内部まで熱を伝達し、積層された層体全体の熱硬化性バインダを硬化させる。例えば、上述の硬化温度１３５℃の水溶性フェノール樹脂を含み、含水率２０％程度の層体を６枚積み重ねた場合、１５０℃に加熱して約３０分加圧すると良い。加熱加圧処理Ｓ９により、隣接する層体どうしが熱硬化性バインダによって互いに結合され、一体化する。
【００２５】
冷却処理Ｓ１１では、加熱加圧処理Ｓ９での圧縮状態を維持して５０℃以下まで冷却する。加熱加圧処理Ｓ９と冷却処理Ｓ１１との間で、圧力の解放を発生させないように、典型的には、加熱加圧処理Ｓ９で加圧をした対を成す型間の距離を保ったまま、すなわち、図４の下に示す位置関係を保持したままとする。冷却処理Ｓ１１は、型３９の型面の温度設定を解除して、あるいは、５０℃未満の所望の温度に設定して放置することで行える。冷却時間は、例えば、上述の加熱加圧処理Ｓ９の条件で行った積層一体化された層体（積層成形体）では、型面の温度設定を解除することにより、約３０分で５０℃以下まで冷却することが可能である。
【００２６】
ここで、冷却処理Ｓ１１の後、型３９を開いて圧力を解放すると、積層成形体４６は若干膨張する。このときの膨張率が大きい場合、この時点において反り、歪み、撓みが発生しやすい。したがって、冷却処理Ｓ１１では、上記温度条件に加えて圧力解放前後での膨張率が層体積層方向、すなわち厚み方向において０．３％以下となるように冷却することが好ましい。
冷却処理Ｓ１１の完了後、圧力解放して積層成形体４６を得る。この後、適宜、バリ取りやカッティングなどして所望の製品５とすることができる。
【００２７】
この方法によって得られる積層成形体４６は、反り、撓み、歪みなどの変形が小さく剥離強度が高い。すなわち、成形工程３で加熱加圧処理Ｓ９の後に冷却処理Ｓ１１を設けることにより、熱硬化性バインダが十分硬くなった状態で圧力解放するため、内部応力によっても積層成形体４６が変形しにくい。また、抄紙４２を形成後に、抄紙４２を熱硬化性バインダ液５１へ浸漬させて熱硬化性バインダを抄紙４２に付与するため、抄紙４２の表面に確実、且つ均一に熱硬化性バインダを付与することができる。この結果、加熱加圧処理Ｓ９によって層体４４間を確実に結合することができ、剥離しにくくなる。また、水に浸漬させても、剥離しにくく、例えば、耐水性が必要とされる洗面室や台所の床材への利用可能性がある。特に、バインダ付与処理Ｓ５前に、抄紙４２を含水率５％以下まで乾燥させることにより、より均一に熱硬化性バインダ液５１を抄紙４２に浸透させることができる。これにより、積層成形体４６の変形を良好に抑制することができる。また、熱硬化性バインダ液５１の浸透性が良いため、熱硬化性バインダが良好に浸潤する。したがって、積層成形体４６全体の強度をより均一に高めることができ、強度や剛性、釘保持力などの向上が期待できる。
【００２８】
また、上記製造方法では、プラスチックなどを含む材料をパルプとして使用することができる。したがって、本製造方法で得られる積層成形体４６を使用後、粉砕し、再生パルプ化することで、本製造方法の抄紙の原料として使用できることが期待される。なお、上述の方法で作製した積層成形体４６におけるフェノール樹脂含有量は、例えば、３％程度であり、これをパルプ化した場合、７０重量％以上がパルプより成る原料が得られるものと考えられる。
さらに、シート５３を少なくとも一面に付与した積層成形体４６は、シート５３によって所望の機能が付与された機能性成形体となる。
【００２９】
なお、本発明は上記実施形態に限定されないことはもちろんである。
例えば、抄紙４２をロール形成することなくそのままバインダ付与処理Ｓ５から乾燥処理Ｓ７まで一連の工程で行っても良い。あるいは、抄紙４２を所定の大きさにカットしてからバインダ付与処理Ｓ５以降を行っても良い。
【００３０】
【発明の効果】
本発明では、変形性を抑制してパルプを用いた積層成形体を製造する方法を提供することにより、より広範な用途で良好に使用できる積層成形体を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る積層成形体の製造方法を示すフローチャートである。
【図２】抄紙形成処理から圧搾・乾燥処理までを一連の操作で行う装置の一実施形態を示す平面図である。
【図３】バインダ付与処理を行う装置の一実施形態を示す平面図である。
【図４】成形工程を示す平面図である。
【符号の説明】
１ 層体形成工程
３ 成形工程
５ 製品
１１ ヘッドボックス
１３ フォードリニアテーブル
１５ ベルトコンベヤ
１７ プレスロール
１９ シリンダ
２１ コンベヤベルト
２３ カレンダスタック
２５ リール
２７ バインダ槽
２９ 回転軸
３１ 誘導ロール
３３ 除去ロール
３５ コンベヤ
３７ ファンドライヤ
３８ カッター
３９ 型
４２ 抄紙
４４ 層体
４６ 積層成形体
５１ 熱硬化性バインダ液
５３ シート
Ｓ１ 抄紙形成処理
Ｓ３ 圧搾・乾燥処理
Ｓ５ バインダ付与処理
Ｓ７ 乾燥処理
Ｓ９ 加熱加圧処理
Ｓ１１ 冷却処理

Claims (4)

1. 積層成形体の製造方法であって、
   天然繊維由来の繊維を７０重量％以上含有する抄紙を熱硬化性バインダ液に浸漬させてから乾燥する層体形成工程と、
   前記層体を複数積層して、前記熱硬化性バインダの硬化温度以上の温度に加熱して加圧した後、この加圧に係る圧縮状態を維持して５０℃以下まで冷却する成形工程と
   を備える、積層成形体の製造方法。
2. 層体形成工程では、含水率５％以下の抄紙を熱硬化性バインダ液に浸漬させる、請求項１に記載の積層成形体の製造方法。
3. 冷却工程では、冷却工程の後で、圧力開放したときの膨張率が２％以下となる温度まで冷却する、請求項１又は２に記載の積層成形体の製造方法。
4. 成形工程では、層体を複数積層した積層体の少なくとも一面に、印刷が施されたシートを重ねて加熱加圧する、請求項１から３のいずれかに記載の積層成形体の製造方法。

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