JP2006224512A - 成形体の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】効率的な自己接着性成形体の製造方法を提供する。
【解決手段】１種あるいは２種以上の繊維状リグノセルロース系材料の仮成形体を、前記繊維状リグノセルロース系材料の自己接着性を発現可能な程度に水蒸気処理する工程と、該水蒸気処理工程においてあるいはその後前記自己接着性により前記繊維状リグノセルロース系材料を相互に結合させて成形体とする成形工程と、備えるようにする。
【選択図】なし

Description

本発明は、成形体の製造方法に関する。

従来、リグノセルロース系材料を成形材料とする成形体の製造方法としては、例えば、木質ファイバーをマット化するなどして仮成形体とし、バインダ樹脂を供給し熱圧して一定形状のボードに成形する方法が採用されている。仮成形体を一旦形成することで、製造工程における取り扱いを容易にできるというメリットがある。また、水蒸気処理などを利用して自己接着性を付与したリグノセルロース系材料を熱圧して成形する方法がある（特許文献１）。
特開２００４−９２９９

しかしながら、リグノセルロース系ファイバーにバインダ樹脂を添加して熱圧する場合、バインダ樹脂の生分解性が問題となる場合がある。また、繊維状のリグノセルロース系材料を水蒸気処理した上、マット化し熱圧するのは製造工程が多工程に及び効率的ではない。さらに、水蒸気処理したリグノセルロース系材料はマット化しにくい場合がある。そこで、本発明は、効率的な自己接着性成形体の製造方法を提供することをその目的とする。

本発明者らは、広くリグノセルロース系材料を含有する成形体について、リグノセルロース系材料の自己接着性を利用ししかも効率的に成形するべく検討した結果、成形体に形状を付与する段階において、リグノセルロース系材料に対して水蒸気処理を行うとともにそれにより発現される自己接着性を利用して形状を付与することを見出し、本発明を完成した。すなわち、本発明によれば、以下の手段が提供される。

本発明の１つの形態によれば、成形体の製造方法であって、１種あるいは２種以上の繊維状リグノセルロース系材料の仮成形体を、前記繊維状リグノセルロース系材料の自己接着性を発現可能な程度に水蒸気処理する工程と、該水蒸気処理工程においてあるいはその後前記自己接着性により前記繊維状リグノセルロース系材料を相互に結合させて成形体とする成形工程と、を備える、製造方法が提供される。この製造方法においては、前記繊維状リグノセルロース系材料はカーリングされていることが好ましい態様であり、また、前記繊維状リグノセルロース系材料をニードルパンチングおよび／またはフォーミングすることにより仮成形体とする工程を備えることが好ましい態様である。さらに、前記繊維状リグノセルロース系材料は単子葉植物の一部あるいは全体であることが好ましい。

本発明の１つの形態である成形体の製造方法は、成形体の製造方法であって、１種あるいは２種以上の繊維状リグノセルロース系材料の仮成形体を、前記繊維状リグノセルロース系材料の自己接着性を発現可能な程度に水蒸気処理する工程を備え、該水蒸気処理工程により前記繊維状リグノセルロース系材料を相互に結合させて成形体とすることを特徴としている。この製造方法によれば、リグノセルロース系繊維材料の仮成形体を水蒸気処理し、その後成形するため、容易に仮成形体を製造できるとともに、水蒸気処理を容易にし、さらに、最終的な形状付与をも容易にすることができる。また、本製造方法によれば、リグノセルロース系繊維材料とバインダ樹脂を用いるのに替えて、仮成形体を水蒸気処理することにより繊維状リグノセルロース系材料を相互に結合することができる。また、成形体を得るための最終段階において水蒸気処理するため、水蒸気処理を自己接着性の発現に効率的に用いることができる。

以下、本発明の各種態様について詳細に説明する。
（リグノセルロース系繊維材料）
リグノセルロース系材料としては、特に木本植物や草本植物など植物の種類を選ぶことなく、茎や幹などの一部あるいは全体などを用いることができる。例えば、スギ、マツ、ヒノキ等の針葉樹、ブナ、ナラ等の広葉樹を含む双子葉植物や、竹、ヤシ、イネ、ススキ、トウモロコシ、バガス、バショウ、バナナ、ササ、イグサ、サイザルなどの単子葉植物を用いることができる。また、これらの植物を原料とした加工品（紙類、木工品、建築材など）、刈草、刈枝、伐採物などの廃棄物を再利用することもできる。好ましくは、リグノセルロース系繊維材料としては、単子葉植物の一部あるいは全体を用いることができる。単子葉植物は、水蒸気処理によって高い結合性を発揮するバインダ成分を生成するからである。

こうしたリグノセルロース系材料は１種あるいは２種以上を組み合わせて用いることができるが、なかでも、仮成形体を構成しやすい材料を用いることが好ましい。例えば、長繊維材料を構成しやすいヤシ、バガス、バナナ、シュロ等の単子葉植物の茎部などを用いることが好ましい。こうした植物の繊維状材料によれば、ニードルパンチングやフォーミングによって容易にマット状の仮成形体を作製することができるからである。また、こうした植物の繊維状材料によれば、最終製品として軽量でかつ強度に優れた成形体を容易に得ることができるからである。

また、リグノセルロース系繊維材料は、カーリングされていてもよい。ここで、カーリングとは、例えば、繊維材料をツイストロープ手法などにより撚る若しくは捻る、あるいは巻く（ローリング）などの手法によって繊維材料に湾曲状のくせ付けが行われた状態を意味している。カーリングされている場合、ニードルパンチングやフォーミングによってマット状の仮成形体を形成しやすくなるとともに、得られた成形体の強度を高めることができる。

（仮成形体の作製）
次に、リグノセルロース系繊維材料から仮成形体を製造する。従来、水蒸気処理後のリグノセルロース系繊維材料を仮成形体化することは困難であったが、水蒸気処理前に仮成形体を製造することにより、容易に仮成形体を製造することができる。リグノセルロース系繊維材料の仮成形体を製造するには、公知の各種方法を用いることができる。積層法、フォーミング法、抄造法、ニードルパンチング法を用いることができる。仮成形体の作製にあたって、水蒸気処理を行っていないリグノセルロース系材料を用いることで、仮成形体を定法により製造することができる。仮成形体は、最終的に得ようとする成形体の形状を考慮してその形状を決定すればよい。仮成形体の形状としては、シート状、板状等が挙げられる。

なお、仮成形体を作製する際、リグノセルロース系繊維材料に加えて、他の材料を用いることもできる。例えば、樹脂材料としては、通常の熱可塑性樹脂材料、熱硬化性樹脂材料等を用いることができるが、好ましくは生分解性樹脂材料を使用することができる。熱可塑性樹脂材料としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ＡＢＳ、塩化ビニルなどを用いることができるが、好ましくは、ポリプロピレン、ポリエチレンを用いることができる。また、熱硬化性樹脂としては、フェノール樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂等を用いることができる。好ましくは、フェノール樹脂を用いることができる。生分解性樹脂材料を用いることにより、成形体全体としての生分解性を容易に確保することができる。なお、生分解性樹脂材料としては、ポリ乳酸、ポリ−β−ヒドロキシ酪酸、ポリコハク酸ブチレン等の脂肪族ポリエステル材料から選択される１種あるいは２種以上を選択して用いることができる。これらの脂肪族ポリエステル材料は、優れた生分解性と入手容易な点において好ましい。

さらに、仮成形体には、強度確保や賦形性のための無機あるいは有機フィラー、可塑剤、着色剤等を含むことができる。無機フィラーとしては、ガラス、金属、炭素系材料、およびセラミックス材料からなる、チップ状、球状、針状、及びファイバー状粒子等を挙げることができる。また、無機フィラーとしては、たとえば、クレーなどの天然物を用いることもできる。有機フィラーとしては、リグノセルロース系材料（薄片、球状、不定形状粒子やファイバーを含む）、タンパク質系材料（粒子やファイバーを含む）、あるいは合成樹脂材料（粒子あるいはファイバー）などを利用することができる。さらに、形状安定性を確保するためのネット状体やシート状体、その他成形体の用途に応じた追加の材料とともに仮成形体を構成することができる。

（水蒸気処理工程）
仮成形体に対して水蒸気処理を施すことにより、リグノセルロース系繊維材料において自己接着性を発揮させる。リグノセルロース系繊維材料は水蒸気処理されることにより、当該材料中に含まれていたセルロースあるいはヘミセルロースなどのセルロース系成分が加水分解等を受けて分解成分が生成される。また、当該材料中に含まれていたリグニン系成分も変性あるいは分解され、分解成分が生成される。したがって、リグノセルロース系繊維材料を水蒸気処理して得られる処理物は、セルロース系分解成分とリグニン系分解成分とを含有する。かかる材料は、理論的に十分に解明されてはいないものの、加熱により、少なくともその一部が溶融し、可塑性を発現するため、成形体における基材のバインダとして機能することができる。

成形材料として有用な材料を得るには、水蒸気処理によって単子葉材中のリグニンやヘミセルロース系成分をに分解させて単子葉材において十分なヘミセルロース系分解成分および／またはリグニン系分解成分を生成させる必要がある。

水蒸気処理は、飽和水蒸気下で加熱するなど、各種形態で実施することができるが、好ましくは、耐圧容器内で、高圧下加熱水蒸気に単子葉材を曝すことによって行う。好ましくは、本発明における水蒸気処理は、約１００℃以上で加熱することが好ましく、また、上限は好ましくは約２６０℃以下である。１００℃以上２６０℃以下であると、ヘミセルロースの分解を行う一方、分解縮合等の副反応を抑制することができる。好ましくは、約１２０℃以上約２２０℃以下に加熱する。より好ましくは、約１８０℃以上約２２０℃以下とする。

加熱温度が約１８０℃以上約２００℃以下のとき、例えば、該温度範囲内にて数分から数十分間程度処理すればよい。なお、水蒸気を耐圧容器に供給して水蒸気処理する場合は、内部の温度によって圧力が特定されることになる。

水蒸気処理を終了させるときには、徐々に圧力を下げて、仮成形体の形状を維持するようにする。このような水蒸気処理により得られた処理物は、これら分解成分が組織内に保持されあるいは組織から材料表面に浸出した状態となっている。処理物においては、必ずしも繊維材料と粉末材料とに物理的に分解されているわけではなく、解繊あるいは解砕により繊維材料と粉末材料の形態を包含した状態となっていればよい。なお、爆砕によれば、繊維材料と粉末材料とに一挙に分離されている場合もある。

こうした水蒸気処理後の仮成形体は、リグノセルロース系繊維材料の表面あるいは内部においてバインダ成分が生成し、これらのバインダ成分を軟化溶融させることで、リグノセルロース系繊維材料を相互に結合可能な状態となっている。

（成形工程）
こうした水蒸気処理後の仮成形体を、バインダ成分が軟化あるいは溶融可能な温度に加熱し、仮成形体に所定形状を付与するよう加圧することで、仮成形体に所定の形状を付与することができる。予め形状が付与された後に水蒸気処理を施して得られた仮成形体は、成形型等最終形状への追従性に優れており、自由度が高く成形精度の高い成形が可能となっている。

この成形工程は、圧縮成形、スタンピングモールド成形、スタンパブル成形、シートスタンピング法等を含むスタンピング成形等を用いることができるが、典型的には型を用いる圧縮成形工程として行うことができる。成形工程は、水蒸気処理後の仮成形体が十分に乾燥する前に行うこともできる。成形工程における加熱温度は、水蒸気処理工程の温度にもよるが、約１００℃以上約２６０℃以下とすることができる。好ましくは、約１１０℃以上であり、より好ましくは約１５０℃以上であり、さらに好ましくは約１７０℃以上であり、最も好ましくは約１８０℃以上である。また、約２３０℃以下とすることが好ましい。

なお、成形工程は、水蒸気処理工程と同時に行うこともできる。すなわち、熱と水蒸気とを仮成形体に供給しつつ、所定形状に仮成形体を成形することで、水蒸気処理で生成したバインダ成分でリグノセルロース系繊維材料を相互に結合させて仮成形体に一定形状を付与することができる。

（成形体）
水蒸気処理と同時にあるいは水蒸気処理後に仮成形体に形状付与後、冷却することにより、成形体を得ることができる。得られた成形体は、リグノセルロース系繊維材料を含む成形体である。成形体は、密度や形状等各種形態のものを得ることができる。したがって、マット状体からボード状体まで各種形態のものを得ることができる。特に、本方法によれば、仮成形体を作製後に水蒸気処理してバインダ成分を生成させるため、水蒸気処理により生成したバインダ成分を仮成形体内に有効に保持させることができ、水蒸気処理により生成させたバインダ成分によって強固な成形体を容易に得ることができる。

本成形体は、床材、壁材、柱材、化粧板などの積層板や内外装材を含む建築材料他、各種樹脂材料の代替品として用いることができる。さらに、また、本成形体は、インストルメントパネル、クラブボックス、ドアトリム、灰皿、コンソールボックス、シートバック、トランクルームトレー等の車両用の内装部品の基材にも好適である。

（生分解性）
本成形体は、水蒸気処理物に由来する繊維材料と粉末材料とを含んでいるため、良好な生分解性を示す。特に、樹脂等を含まず、自己接着性繊維材料のみから構成される場合には、極めて良好な生分解性を示す。また、繊維材料の熱可塑性に基づいて、加熱により再度可塑性を発現させることができる。したがって、本成形体が不要となった場合において、再度加熱することにより、再び成形材料として使用できる。すなわち、そのままの組成で新たな形状を付与することもできるし、他の材料と組み合わせて新たな形状を付与することもできる。さらに、充填剤として別の用途に転用することもできる。また、使用済みの本成形体を可塑化させることにより、成形体中の他のフィラーなどの複合材料や樹脂材料と分離しあるいはこれらを回収することができる。

以下、本発明を実施例を挙げて具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。

平均繊維長１０ｃｍのヤシ繊維をニードル・ルームを用いて、厚さ１ｃｍ、目付け１７６０ｋｇ／ｍ^２に仮成形した後、この仮成形体を温度２００℃で２０分間水蒸気処理した。この水蒸気処理した仮成形体を室内で自然乾燥した後、これを５層積層し、ホットプレスで温度１８０℃で４分間加熱加圧して厚さ４ｍｍのボードを作製した。得られたボードについて以下の項目で評価を行った。結果を表１に示す。

１．密度
ＪＩＳ Ａ５９０５繊維板６．３密度試験
２．曲げ強さ
ＪＩＳ Ａ５９０５繊維板６．６曲げ強さ試験
３．曲げヤング係数
ＪＩＳ Ａ５９０５繊維板６．６曲げ強さ試験に準じた。
４．吸水率
ＪＩＳ Ａ５９０５繊維板６．８吸水率試験
５．吸水厚さ膨脹率
ＪＩＳ Ａ５９０５繊維板６．９吸水厚さ膨脹率試験

表１に示すように、軽量でかつ十分な強さを持つボードを得ることができた。

Claims (4)

1. 成形体の製造方法であって、
   １種あるいは２種以上の繊維状リグノセルロース系材料の仮成形体を、前記繊維状リグノセルロース系材料の自己接着性を発現可能な程度に水蒸気処理する工程と、
   該水蒸気処理工程においてあるいはその後前記自己接着性により前記繊維状リグノセルロース系材料を相互に結合させて成形体とする成形工程と、
   を備える、製造方法。
2. 前記繊維状リグノセルロース系材料はカーリングされている、請求項１に記載の製造方法。
3. 前記繊維状リグノセルロース系材料をニードルパンチングおよび／またはフォーミングすることにより仮成形体とする工程を備える、請求項１または２に記載の製造方法。
4. 前記繊維状リグノセルロース系材料は単子葉植物の一部あるいは全体である、請求項１〜３のいずれか記載の製造方法。