JP2005219442A - 木質成形体および木質成形体の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】 本発明の課題は、木質成形体を形状精度良く製造することにあるる。
【解決手段】フェノール系樹脂初期縮合物を混合した熱可塑性樹脂Ｒ溶融物をダイ３のノズル孔４より糸状に吐出させてフェノール系樹脂の硬化剤を散布および／または含浸せしめた木質材料Ｗに供給混合し、該熱可塑性樹脂Ｒを混合した木質材料Ｍｘをプレス成形によって所定形状に成形する。上記熱可塑性樹脂Ｒ溶融物に混合したフェノール系樹脂初期縮合物は、プレス成形時に木質材料Ｗに散布および／または含浸されている硬化剤によって樹脂化硬化し、成形体のスプリングバックを防止する。
【選択図】 図２
【解決手段】フェノール系樹脂初期縮合物を混合した熱可塑性樹脂Ｒ溶融物をダイ３のノズル孔４より糸状に吐出させてフェノール系樹脂の硬化剤を散布および／または含浸せしめた木質材料Ｗに供給混合し、該熱可塑性樹脂Ｒを混合した木質材料Ｍｘをプレス成形によって所定形状に成形する。上記熱可塑性樹脂Ｒ溶融物に混合したフェノール系樹脂初期縮合物は、プレス成形時に木質材料Ｗに散布および／または含浸されている硬化剤によって樹脂化硬化し、成形体のスプリングバックを防止する。
【選択図】 図２
Description
本発明は軽量な木質成形体および該木質成形体の製造方法に関するものである。
〔発明の背景〕
従来、木粉等の木質材料と熱可塑性樹脂とを混合して木質成形体を成形するものとしては、エクストルーダーや加熱溶融型ニーダー等で熱可塑性樹脂を溶融させて、その中に木粉等を投入し、練り込んだ混合物を押出成形したり、木質材料と熱可塑性樹脂チップもしくはペレットとの混合物をホットプレスして成形体を得ることが提案されている。木質材料としては、木粉のほか故紙を粉砕したもの等、細かい木質材料が用いられている。このような木質成形体は建築板や家具素材として有用である。
上記のように高温高圧下で溶融状態にした熱可塑性樹脂中に木質材料を投入すると、元来木質材料が保有する種々の糖分、リグニン等が該溶融熱可塑性樹脂に溶出し、さらにエクストルーダー等のスクリューによる高圧状態での練込み作用によって、その溶出成分が該熱可塑性樹脂に分散されることゝなる。その結果該熱可塑性樹脂成分が劣化し、所定の硬度や強度が得られなかったり更に靱性が得られず脆くなったりし、また耐候性も悪くなって屋外で紫外線に曝露されることでチョーキングを起こす等の不具合が生じる。
また、木質材料に熱可塑性樹脂チップもしくはペレットを混合する場合、常温下で該木質材料と該樹脂を混合しても均一に該樹脂が分散し難く、また木質材料として故紙粉砕物を用いた場合、比表面積が増加することでバインダーとしての樹脂分が多量に必要となり、その結果密度が高くなってしまい、合板、ＯＳＢと云った熱硬化性樹脂を用いた強度特性に優れた既存構造材にかわるような軽量木質成形体が得られ難いと云う問題点があった。
従来、木粉等の木質材料と熱可塑性樹脂とを混合して木質成形体を成形するものとしては、エクストルーダーや加熱溶融型ニーダー等で熱可塑性樹脂を溶融させて、その中に木粉等を投入し、練り込んだ混合物を押出成形したり、木質材料と熱可塑性樹脂チップもしくはペレットとの混合物をホットプレスして成形体を得ることが提案されている。木質材料としては、木粉のほか故紙を粉砕したもの等、細かい木質材料が用いられている。このような木質成形体は建築板や家具素材として有用である。
上記のように高温高圧下で溶融状態にした熱可塑性樹脂中に木質材料を投入すると、元来木質材料が保有する種々の糖分、リグニン等が該溶融熱可塑性樹脂に溶出し、さらにエクストルーダー等のスクリューによる高圧状態での練込み作用によって、その溶出成分が該熱可塑性樹脂に分散されることゝなる。その結果該熱可塑性樹脂成分が劣化し、所定の硬度や強度が得られなかったり更に靱性が得られず脆くなったりし、また耐候性も悪くなって屋外で紫外線に曝露されることでチョーキングを起こす等の不具合が生じる。
また、木質材料に熱可塑性樹脂チップもしくはペレットを混合する場合、常温下で該木質材料と該樹脂を混合しても均一に該樹脂が分散し難く、また木質材料として故紙粉砕物を用いた場合、比表面積が増加することでバインダーとしての樹脂分が多量に必要となり、その結果密度が高くなってしまい、合板、ＯＳＢと云った熱硬化性樹脂を用いた強度特性に優れた既存構造材にかわるような軽量木質成形体が得られ難いと云う問題点があった。
〔従来の技術〕
上記課題を解決するための手段として、従来木質材料と糸状の熱可塑性樹脂とを混合した原料混合物を成形した木質成形体が提供されている。
上記木質成形体を製造するには、木質材料と押出機のダイのノズルから糸状に吐出させる熱可塑性樹脂溶融物とを混合した原料混合物をプレス成形する。
上記従来技術にあっては、糸状の熱可塑性樹脂溶融物が木質材料に絡みつくので、該熱可塑性樹脂は木質材料と分離することなく均一に混合され、その結果高強度な木質成形体が得られる（例えば特許文献１、２参照）。
上記課題を解決するための手段として、従来木質材料と糸状の熱可塑性樹脂とを混合した原料混合物を成形した木質成形体が提供されている。
上記木質成形体を製造するには、木質材料と押出機のダイのノズルから糸状に吐出させる熱可塑性樹脂溶融物とを混合した原料混合物をプレス成形する。
上記従来技術にあっては、糸状の熱可塑性樹脂溶融物が木質材料に絡みつくので、該熱可塑性樹脂は木質材料と分離することなく均一に混合され、その結果高強度な木質成形体が得られる（例えば特許文献１、２参照）。
上記従来技術にあっては、プレス成形した後、完全に冷却して熱可塑性樹脂が固化するまでに成形体がスプリングバックすると云う問題点があり、スプリングバックを防止するにはプレス成形したまゝで冷却しなければならず、成形に長時間を要すると云う問題点があった。
本発明は上記従来の課題を解決するための手段として、フェノール系樹脂の硬化剤を散布および／または含浸せしめた木質材料Ｗをフェノール系樹脂初期縮合物を混合した熱可塑性樹脂Ｒ溶融物と混合し、プレス成形した木質成形体を提供する。該フェノール系樹脂初期縮合物はノボラックであることが望ましい。
更に本発明ではフェノール系樹脂初期縮合物を混合した熱可塑性樹脂Ｒ溶融物をダイ(3) のノズル孔(4) より糸状に吐出させてフェノール系樹脂の硬化剤を散布および／または含浸せしめた木質材料Ｗに供給混合し、該熱可塑性樹脂Ｒを混合した木質材料Ｍｘをプレス成形によって所定形状に成形する木質成形体の製造方法が提供される。該フェノール系樹脂初期縮合物はノボラックであることが望ましい。
更に本発明ではフェノール系樹脂初期縮合物を混合した熱可塑性樹脂Ｒ溶融物をダイ(3) のノズル孔(4) より糸状に吐出させてフェノール系樹脂の硬化剤を散布および／または含浸せしめた木質材料Ｗに供給混合し、該熱可塑性樹脂Ｒを混合した木質材料Ｍｘをプレス成形によって所定形状に成形する木質成形体の製造方法が提供される。該フェノール系樹脂初期縮合物はノボラックであることが望ましい。
〔作用〕
本発明では木質材料にフェノール樹脂の硬化剤が散布および／または含浸してあるので、フェノール系樹脂初期縮合物を含む熱可塑性樹脂溶融物が該木質材料に絡みついた時、該硬化剤によって該初期縮合物が樹脂化硬化する。
したがって該熱可塑性樹脂が完全に冷却固化されていなくても、樹脂化硬化したフェノール樹脂によって、プレス成形後の木質成形体のスプリングバックが防止される。
本発明では木質材料にフェノール樹脂の硬化剤が散布および／または含浸してあるので、フェノール系樹脂初期縮合物を含む熱可塑性樹脂溶融物が該木質材料に絡みついた時、該硬化剤によって該初期縮合物が樹脂化硬化する。
したがって該熱可塑性樹脂が完全に冷却固化されていなくても、樹脂化硬化したフェノール樹脂によって、プレス成形後の木質成形体のスプリングバックが防止される。
〔効果〕
したがって本発明にあっては、プレス成形時間を短縮することが出来、木質成形体の製造工程が大巾に合理化される。
したがって本発明にあっては、プレス成形時間を短縮することが出来、木質成形体の製造工程が大巾に合理化される。
本発明を以下に詳細に説明する。
〔木質材料〕
本発明において使用される木質材料としては、木片、ストランド、木粉、木毛、木質繊維束、木質パルプ等がある。該木質材料は例えば木造建築物を構築、改築あるいは解体する場合に発生する端切れや廃材等から得られるものであってもよい。このような端切れや廃材は従来主として焼却処理されていたが、焼却処理によれば地球温暖化の原因となるＣＯ2 ガスが発生する。しかし上記のように端切れや廃材を木質材料として再利用すれば環境負荷を低減出来る。
上記木質材料として、特にフレーク形状の木片を使用することが好ましい。フレーク形状の木片は例えばパールマン社のリングフレーカーを用いて、薄削片状にした形状で幅０．５〜２０mm、長さ１〜５０mm、厚み０．１〜５mmのものが好ましく、さらに幅０．５〜１０mm、長さ４〜３５mm、厚み０．１〜２．５mmのものが好ましく、特に幅４〜８mm、長さ２０〜２５mm、厚み０．５〜１mmの木片が好ましい。
上記したように該木質材料は廃材を使用することが出来るが、このような改築、解体木材は容易にフレーカーによってフレーク形状の木片とすることが出来る。
また、木片に水分があると加熱成形の際木片から水蒸気が発生し、木片と熱可塑性樹脂との間に水蒸気膜を作ってしまい、木片と熱可塑性樹脂との密着がうまくいかないため、通常木片処理化した後にドライヤーにて木片の含水率は５％未満に乾燥される。
〔木質材料〕
本発明において使用される木質材料としては、木片、ストランド、木粉、木毛、木質繊維束、木質パルプ等がある。該木質材料は例えば木造建築物を構築、改築あるいは解体する場合に発生する端切れや廃材等から得られるものであってもよい。このような端切れや廃材は従来主として焼却処理されていたが、焼却処理によれば地球温暖化の原因となるＣＯ2 ガスが発生する。しかし上記のように端切れや廃材を木質材料として再利用すれば環境負荷を低減出来る。
上記木質材料として、特にフレーク形状の木片を使用することが好ましい。フレーク形状の木片は例えばパールマン社のリングフレーカーを用いて、薄削片状にした形状で幅０．５〜２０mm、長さ１〜５０mm、厚み０．１〜５mmのものが好ましく、さらに幅０．５〜１０mm、長さ４〜３５mm、厚み０．１〜２．５mmのものが好ましく、特に幅４〜８mm、長さ２０〜２５mm、厚み０．５〜１mmの木片が好ましい。
上記したように該木質材料は廃材を使用することが出来るが、このような改築、解体木材は容易にフレーカーによってフレーク形状の木片とすることが出来る。
また、木片に水分があると加熱成形の際木片から水蒸気が発生し、木片と熱可塑性樹脂との間に水蒸気膜を作ってしまい、木片と熱可塑性樹脂との密着がうまくいかないため、通常木片処理化した後にドライヤーにて木片の含水率は５％未満に乾燥される。
〔熱可塑性樹脂〕
本発明において使用される熱可塑性樹脂としては、例えばポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−プロピレン共重合体、エチレン−プロピレンターポリマー、エチレン−酢酸ビニル共重合体、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリスチレン、ポリ酢酸ビニル、フッ素樹脂、熱可塑性アクリル樹脂、熱可塑性ポリエステル、熱可塑性ポリアミド、アクリロニトリル−ブタジエン共重合体、スチレン−ブタジエン共重合体、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体等の熱可塑性樹脂および上記熱可塑性樹脂の成形品の廃材から回収された再生樹脂がある。
本発明において使用される熱可塑性樹脂としては、例えばポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−プロピレン共重合体、エチレン−プロピレンターポリマー、エチレン−酢酸ビニル共重合体、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリスチレン、ポリ酢酸ビニル、フッ素樹脂、熱可塑性アクリル樹脂、熱可塑性ポリエステル、熱可塑性ポリアミド、アクリロニトリル−ブタジエン共重合体、スチレン−ブタジエン共重合体、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体等の熱可塑性樹脂および上記熱可塑性樹脂の成形品の廃材から回収された再生樹脂がある。
〔フェノール系樹脂初期縮合物〕
本発明に使用するフェノール系樹脂初期縮合物とは、フェノール、クレゾール、キシレノール、レゾルシン等のフェノール類とホルムアルデヒドとの初期縮合物である。
上記初期縮合物には上記フェノール類に対してホルムアルデヒドを過剰にしてアルカリ触媒で反応して得られるレゾールと、ホルムアルデヒドに対して上記フェノール類を過剰にして酸触媒で反応して得られるノボラックとがある。
レゾールは加熱するか、または酸を加えると常温でも硬化するが、ノボラックは一般にそのまゝ加熱しても可溶可融であり、パラホルムアルデヒドやヘキサメチレンテトラミン等の硬化触媒を添加すれば硬化する。したがってノボラックは加熱溶融状態の熱可塑性樹脂中にあっても殆ど硬化せず、上記硬化触媒の添加によって初めて硬化する。
レゾールを使用する場合には、加熱溶融状態の熱可塑性樹脂中で硬化するおそれがあり、硬化した場合には熱可塑性樹脂溶融物をダイのノズルから糸状に吐出させる場合につまり等の支障をきたす場合がある。したがってレゾールを使用する場合には、熱可塑性樹脂溶融物にレゾールを添加し短時間でノズルから吐出させなければならない。
本発明に使用するフェノール系樹脂初期縮合物とは、フェノール、クレゾール、キシレノール、レゾルシン等のフェノール類とホルムアルデヒドとの初期縮合物である。
上記初期縮合物には上記フェノール類に対してホルムアルデヒドを過剰にしてアルカリ触媒で反応して得られるレゾールと、ホルムアルデヒドに対して上記フェノール類を過剰にして酸触媒で反応して得られるノボラックとがある。
レゾールは加熱するか、または酸を加えると常温でも硬化するが、ノボラックは一般にそのまゝ加熱しても可溶可融であり、パラホルムアルデヒドやヘキサメチレンテトラミン等の硬化触媒を添加すれば硬化する。したがってノボラックは加熱溶融状態の熱可塑性樹脂中にあっても殆ど硬化せず、上記硬化触媒の添加によって初めて硬化する。
レゾールを使用する場合には、加熱溶融状態の熱可塑性樹脂中で硬化するおそれがあり、硬化した場合には熱可塑性樹脂溶融物をダイのノズルから糸状に吐出させる場合につまり等の支障をきたす場合がある。したがってレゾールを使用する場合には、熱可塑性樹脂溶融物にレゾールを添加し短時間でノズルから吐出させなければならない。
〔フェノール樹脂硬化剤〕
本発明に使用するフェノール樹脂硬化剤としては、パラホルムアルデヒド、ヘキサメチレンテトラミン等がある。
本発明に使用するフェノール樹脂硬化剤としては、パラホルムアルデヒド、ヘキサメチレンテトラミン等がある。
〔第三成分〕
上記木質材料と、熱可塑性樹脂以外に、本発明の木質成形体には例えば、撥水剤、防水剤、酸化防止剤、酸化抑制剤等の老化防止剤、着色剤、低粘度化剤、接着改良材等が添加されてもよいし、特に２種類以上の熱可塑性樹脂を混合する場合には相溶化剤を添加してもよい。
上記木質材料と、熱可塑性樹脂以外に、本発明の木質成形体には例えば、撥水剤、防水剤、酸化防止剤、酸化抑制剤等の老化防止剤、着色剤、低粘度化剤、接着改良材等が添加されてもよいし、特に２種類以上の熱可塑性樹脂を混合する場合には相溶化剤を添加してもよい。
〔木質成形体の製造〕
本発明の木質成形体を製造するには、まず木質材料に粉末状の上記硬化剤を散布および／または上記硬化剤溶液を含浸させる。上記硬化剤の散布および／または含浸は、木質材料を該硬化剤の溶液に浸漬する方法、あるいは該硬化剤溶液を木質材料にスプレーする方法等がある。
図１に示すような押出機(1) の根端部ホッパー(2) からフェノール樹脂初期縮合物を添加したチップ状あるいはペレット状の熱可塑性樹脂を供給し、押出機(1) 中で該熱可塑性樹脂を加熱溶融状態としながらダイ(3) 内に押出し、図２に示すようにダイ(3) のノズル孔(4) から糸状に吐出する。
この際該ダイ(3) のノズル孔(4) の両側に熱風吹出し口(5) を開口させ、熱風供給路(6) からの熱風を斜め下方に吹付け、該熱可塑性樹脂Ｒ吐出物を延伸細化させてもよい。
本発明の木質成形体を製造するには、まず木質材料に粉末状の上記硬化剤を散布および／または上記硬化剤溶液を含浸させる。上記硬化剤の散布および／または含浸は、木質材料を該硬化剤の溶液に浸漬する方法、あるいは該硬化剤溶液を木質材料にスプレーする方法等がある。
図１に示すような押出機(1) の根端部ホッパー(2) からフェノール樹脂初期縮合物を添加したチップ状あるいはペレット状の熱可塑性樹脂を供給し、押出機(1) 中で該熱可塑性樹脂を加熱溶融状態としながらダイ(3) 内に押出し、図２に示すようにダイ(3) のノズル孔(4) から糸状に吐出する。
この際該ダイ(3) のノズル孔(4) の両側に熱風吹出し口(5) を開口させ、熱風供給路(6) からの熱風を斜め下方に吹付け、該熱可塑性樹脂Ｒ吐出物を延伸細化させてもよい。
上記ダイ(3) のノズル孔(4) の口径は０．２〜２．０mmとすることが好ましく、口径が０．２mm以下の場合は熱可塑性樹脂Ｒ溶融物、特に熱可塑性樹脂廃材の溶融物に含まれている爽雑物がノズル孔(4) に詰り易くなり、２．０mmを越えると該糸状熱可塑性樹脂Ｒ吐出物が太くなって、木質材料Ｗと均一に混合することが困難となる。
図２に示すように、ダイ(3) のノズル孔(4) 群の直下両側に木質材料供給コンベア(7,7) を配置し、該供給コンベア(7,7) 上の硬化剤を散布および／または含浸させた木質材料Ｗを該供給コンベア(7,7) 末端に配置されている散布ロール(8,8) によって散布し、ダイ(3) のノズル孔(4) から下方に向けて吐出された糸状の熱可塑性樹脂Ｒ吐出物と混合する。
このように熱可塑性樹脂Ｒ溶融物と該木質材料Ｗとが均一に混合された上で、該混合物Ｍx はコンベア(9) 上に搬送されている型板(10)上にマット状に堆積し、堆積した混合物Ｍx はロールプレス(11)または成形プレス等に送られ、板状にプレス成形される。
上記プレス成形の間に木質材料Ｗに散布および／または含浸されている硬化剤が熱可塑性樹脂Ｒ溶融物中のフェノール樹脂初期縮合体に接触し、該初期縮合体は樹脂化硬化して成形体のスプリングバックを阻止する。
上記プレス成形の間に木質材料Ｗに散布および／または含浸されている硬化剤が熱可塑性樹脂Ｒ溶融物中のフェノール樹脂初期縮合体に接触し、該初期縮合体は樹脂化硬化して成形体のスプリングバックを阻止する。
本発明にあっては、型板を使用せず、コンベア(9) 上に直接混合物Ｍｘをマット状に堆積してもよい。
図１および図２に示す装置によって木質成形体を製造する。
木片Ｗ（４〜８mm×２０〜２５mm×０．５〜１mmサイズ）をヘキサメチレンテトラミンの０．３質量％水−メタノール（４：６質量比）混合溶液をスプレー塗布し、その後乾燥させた。
ポリプロピレンシート廃材をシュレッダーによって粉砕した再生樹脂と、ＡＢＳ樹脂成形品廃材粉砕物とを７：３質量比に混合し、該混合物に更にノボラックを混合物に対して３質量％になるように添加混合した。
木片Ｗ（４〜８mm×２０〜２５mm×０．５〜１mmサイズ）をヘキサメチレンテトラミンの０．３質量％水−メタノール（４：６質量比）混合溶液をスプレー塗布し、その後乾燥させた。
ポリプロピレンシート廃材をシュレッダーによって粉砕した再生樹脂と、ＡＢＳ樹脂成形品廃材粉砕物とを７：３質量比に混合し、該混合物に更にノボラックを混合物に対して３質量％になるように添加混合した。
該混合物Ｍｘは図１および図２に示す装置によって糸状溶融物に吐出され、硬化物含浸木質材料Ｗに混合され、厚み１２mmの板状にプレス成形された。プレス成形温度は１９０℃、成形時間は１分であった。
本発明にあつては、プレス成形後のスプリングバックが阻止されるので、成形精度の良い木質成形体が短時間で製造される。
1 押出機
2 ホッパー
3 ダイ
4 ノズル孔
Ｒ 熱可塑性樹脂
Ｗ 木質材料
Ｍx 原料混合物
2 ホッパー
3 ダイ
4 ノズル孔
Ｒ 熱可塑性樹脂
Ｗ 木質材料
Ｍx 原料混合物
Claims (4)
- フェノール系樹脂の硬化剤を散布および／または含浸せしめた木質材料をフェノール系樹脂初期縮合物を混合した熱可塑性樹脂溶融物と混合し、プレス成形したことを特徴とする木質成形体。
- 該フェノール系樹脂初期縮合物はノボラックである請求項１に記載の木質成形体。
- フェノール系樹脂初期縮合物を混合した熱可塑性樹脂溶融物をダイのノズル孔より糸状に吐出させてフェノール系樹脂の硬化剤を散布および／または含浸せしめた木質材料に供給混合し、該熱可塑性樹脂を混合した木質材料をプレス成形によって所定形状に成形することを特徴とする木質成形体の製造方法。
- 該フェノール系樹脂初期縮合物はノボラックである請求項３に記載の木質成形体の製造方法。
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
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| JP2017515702A (ja) * | 2014-04-11 | 2017-06-15 | バイオニック アルファ アーゲーＢｉｏｎｉｃ Ａｌｐｈａ Ａｇ | 軽量建築要素、その製造方法及び使用方法、並びに軽量パネル及び断熱材 |
-
2004
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A761 | Written withdrawal of application |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A761 Effective date: 20070220 |