JP2006240086A - 木材／プラスチック複合ボードおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 製造時間を短縮できるとともに、品質を安定させることができる複合ボードおよびその製造方法を提供する。
【解決手段】 複合ボード１０は、（ａ）木質材料１２とプラスチック材料１４とを乾式混合することによって混合材料１６を生成する工程と、（ｂ）混合材料１６をドライフォーミングすることによってフォーミングマット１８ａを成形する工程と、（ｃ）フォーミングマット１８ａを熱圧プレスすることによって単層ボード１８ｂを成形する工程と、（ｄ）単層ボード１８ｂの表面に積層材２０ｂを積層する工程と、（ｅ）単層ボード１８ｂが冷える前に単層ボード１８ｂおよび積層材２０ｂを熱圧プレスによって一体化する工程とを経て製造される。したがって、肉厚が厚い場合でも（ｅ）工程における熱圧プレスに要する時間を短くすることができ、全体の製造時間を短縮できるとともに、複合ボードの表面に「焼け」や「焦げ」が発生するのを防止できる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、建築材料（床材、壁材、天井材等）、家具材料または包装材料などの幅広い分野で使用される、木材／プラスチック複合ボードおよびその製造方法に関する。

近年では、環境問題の高まりに伴う資源の有効活用の要請から、廃木材や廃プラスチックを用いたボードが種々開発されている。その中でも、廃木材と廃プラスチックとの混合材料からなる木材／プラスチック複合ボードは、吸音性、耐衝撃性、耐水性、寸法安定性および経済性等に優れる点で建築業界等において注目されており、その一例が、特開２００１−２６０１０８号（特許文献１）に開示されている。

従来の複合ボード１（特許文献１）は、図７に示すように、木材２とプラスチック３とを混合して混合材料４を生成する「混合工程」と、混合材料４をドライフォーミングすることによってフォーミングマット５を成形する「フォーミング工程」と、フォーミングマット５を熱圧プレスすることによってボード６を成形する「熱圧プレス工程」と、ボード６を冷間プレスする「冷間プレス工程」とを経て製造されるものであり、廃木材や廃プラスチックを利用してＭＤＦ（中密度繊維板）相当以上の物性を得られるという利点を有している。
特開２００１−２６０１０８号公報

従来の複合ボード１（図７）では、１枚のフォーミングマット５をホット・コールドプレス方式でプレスすることによって製造されていたので、フォーミングマット５の肉厚が厚くなればなるほど、また、フォーミングマット５を構成するプラスチック３の密度が大きくなればなるほど、プラスチック３を溶融するのに必要な熱エネルギーが大きくなり、熱圧プレスの時間を長くする必要があった。そして、熱圧プレスの時間を長くすると、製造時間が長くなるだけでなく、複合ボード１の表面に「焼け」や「焦げ」が発生し、品質が損なわれるという問題があった。

それゆえに、この発明の解決課題は、製造時間を短縮できるとともに、「焼け」や「焦げ」の発生を防止して品質を安定させることができる、木材／プラスチック複合ボードおよびその製造方法を提供することである。

請求項１に記載した発明は、「（ａ）木質材料１２とプラスチック材料１４とを乾式混合することによって混合材料１６を生成し、（ｂ）前記混合材料１６をドライフォーミングすることによってフォーミングマット１８ａ，２４ａ，３０ａ，３６ａ，４６ａを成形し、（ｃ）前記フォーミングマット１８ａ，２４ａ，３０ａ，３６ａ，４６ａを熱圧プレスすることによって単層ボード１８ｂ，２４ｂ，３０ｂ，３６ｂ，４６ｂを成形し、（ｄ）前記単層ボード１８ｂ，２４ｂ，３０ｂ，３６ｂ，４６ｂの表面に積層材２０ｂ，２６ｂ，２６ｃ，３２，３８ｂ，４４を積層し、（ｅ）前記単層ボード１８ｂ，２４ｂ，３０ｂ，３６ｂ，４６ｂが冷える前に前記単層ボード１８ｂ，２４ｂ，３０ｂ，３６ｂ，４６ｂおよび前記積層材２０ｂ，２６ｂ，２６ｃ，３２，３８ｂ，４４を熱圧プレスによって一体化する、木材／プラスチック複合ボード１０，２２，２８，３４，４２，４８の製造方法」である。

この発明では、単層ボード１８ｂ，２４ｂ，３０ｂ，３６ｂ，４６ｂと積層材２０ｂ，２６ｂ，２６ｃ，３２，３８ｂ，４４とを別々に成形し、これらを重ね合わせて熱圧プレスによって一体化するようにしているので、肉厚が厚い場合でも（ｅ）工程における熱圧プレスに要する時間を短くすることができる。なお、（ｄ）工程で積層される「積層材」としては、（ｃ）工程で成形される「単層ボード」と同種または異種のボードや装飾性または耐熱性等を有するシート等が用いられ得る。

請求項２に記載した発明は、請求項１に記載の「木材／プラスチック複合ボードの製造方法」において、「（ｄ）工程で積層される前記積層材は、木質材料とプラスチック材料とからなるフォーミングマットを熱圧プレスすることによって成形されたボード２０ｂ，２６ｂ，３８ｂである」ことを特徴とするものである。

この発明は、（ｄ）工程で積層される「積層材」として、（ｃ）工程で成形される「単層ボード」と同種のボードを用いたものである。

請求項３に記載した発明は、請求項１または２に記載の「木材／プラスチック複合ボードの製造方法」において、「（ｄ）工程では、前記単層ボードの表裏両面に前記積層材を積層する」ことを特徴とするものである。

この発明は、「単層ボード」の表裏両面に「積層材」を備える複合ボードを製造する方法に関する。

請求項４に記載した発明は、「請求項１に記載した木材／プラスチック複合ボードの製造方法で製造された複数の複合ボードを準備し、これらを冷える前に重ね合わせて熱圧プレスによって一体化する、木材／プラスチック複合ボードの製造方法」である。

この発明は、木質材料とプラスチック材料とからなる複合ボードを重ね合わせることによって、より厚肉の複合ボードを製造する方法に関する。

請求項５に記載した発明は、「木質材料１２とプラスチック材料１４とからなるフォーミングマット２４ａを熱圧プレスすることによって成形された芯層２４と、木質材料１２とプラスチック材料１４とからなるフォーミングマット２６ａを熱圧プレスすることによって成形された表層２６とを備える、木材／プラスチック複合ボード２２であって、前記芯層２４の表裏両面に前記表層２６が積層されて一体化されており、前記芯層２４の密度は前記表層２６の密度よりも小さく設定されている、木材／プラスチック複合ボード２２」である。

この発明では、芯層２４の密度を表層２６の密度よりも小さく設定しているので、芯層２４の熱伝導性を抑制して断熱性を高めることができるとともに、表層２６の強度を高めることができる。

請求項１〜４に記載した発明によれば、「単層ボード」を成形する際の熱圧プレス工程と、「単層ボード」と「積層材」とを一体化させるための熱圧プレス工程とを別々に行うようにしているので、一体化させるための熱圧プレス工程に要する時間を短くすることができる。したがって、複合ボードの表面に「焼け」や「焦げ」が発生するのを防止して品質を安定させることができるとともに、製造時間を短縮することができる。

請求項５に記載した発明によれば、芯層を成形する際の熱圧プレス工程と、表層を成形する際の熱圧プレス工程と、これらを一体化させるための熱圧プレス工程とを別々に行うことができるので、一体化させるための熱圧プレス工程に要する時間を短くすることができる。したがって、複合ボードの表面に「焼け」や「焦げ」が発生するのを防止して品質を安定させることができるとともに、製造時間を短縮することができる。また、芯層の密度を表層の密度よりも小さく設定しているので、芯層に断熱性を持たせるとともに、表層に十分な強度を持たせることができ、軽量、低密度で高強度な複合ボードを得ることができる。

図１は、本発明が適用された木材／プラスチック複合ボード（以下、単に「複合ボード」という。）１０およびその製造方法を示す工程図である。

複合ボード１０は、床材、壁材または天井材等のような建築材料や、タンス等に用いられる家具材料や、梱包箱等に用いられる包装材料などの幅広い分野で使用される板状部材であり、木質材料１２とプラスチック材料１４とを混合した混合材料１６に熱圧プレス等の加工を施すことによって製造される。

木質材料１２は、建築廃材または一般廃材等を破砕することによって得られたチップ状、粉状、繊維状またはフレーク状の材料であり、無機物材料に比べて低密度かつ嵩高であるという性質を有している。

プラスチック材料１４は、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレンまたはＡＢＳ等の熱可塑性樹脂からなるチップ状または粉状の材料であり、加熱によって溶融され、冷却によって硬化される性質を有している。なお、プラスチック材料１４の製造方法は、特に限定されるものではないが、廃プラスチック等を破砕することによって得ることもできる。また、プラスチック材料１４の溶融温度が高過ぎる場合には、これを加熱溶融する際に木質材料１２が焼け焦げてしまうため、この溶融温度は、木質材料１２が焼け焦げない温度すなわち略２００℃以下であることが望ましい。

混合材料１６は、木質材料１２とプラスチック材料１４とを攪拌混合機等を用いて乾式混合することによって生成されるものである。なお、混合材料１６を構成する木質材料１２およびプラスチック材料１４は、同種の木質粒子またはプラスチック粒子の集合体であってもよいし、異種の木質粒子またはプラスチック粒子の集合体であってもよい。また、適宜相容化剤等を加えてもよい。

以下には、複合ボード１０の製造方法について、図１の工程図に基づいて説明する。この製造方法では、「混合工程」、「フォーミング工程」、「熱圧プレス工程」、「積層工程」および「一体化工程」がこの順に実行される。

「混合工程」（図示省略）では、木質材料１２とプラスチック材料１４とを攪拌混合機等を用いて乾式混合することによって混合材料１６が生成される。木質材料１２とプラスチック材料１４との混合割合は、複合ボード１０の用途に応じて設定され、木質主体の建築資材ボードとして用いる場合には、十分な曲げ強度を確保する観点から、木質材料１２が７０〜５０％、プラスチック材料１４が３０〜５０％に設定される。

「フォーミング工程」では、混合材料１６がドライフォーミングされることによって２枚のフォーミングマット１８ａおよび２０ａが成形される。つまり、混合材料１６が、２つの型枠のそれぞれに収容され、この混合材料１６が所定圧力でプレスされることによって、フォーミングマット１８ａおよび２０ａが成形される。

「熱圧プレス工程」では、フォーミングマット１８ａおよび２０ａが個別に熱圧プレスされることによって単層ボード１８ｂおよび２０ｂが成形される。この工程における熱圧プレス時間は、プラスチック材料１４を加熱溶融することのできるように、フォーミングマット１８ａおよび２０ａの肉厚や、これを構成するプラスチック材料１４の密度に応じて設定される。つまり、フォーミングマット１８ａおよび２０ａの肉厚が厚くなるほど、また、プラスチック材料１４の密度が大きくなるほど、溶融に必要な熱エネルギー量が増大するため、熱圧プレス時間は長く設定される。

「積層工程」では、「熱圧プレス工程」で加熱された単層ボード１８ｂおよび２０ｂが冷却されることなく重ね合わされる。つまり、後の「一体化工程」では、単層ボード１８ｂおよび２０ｂが熱圧プレスによって再加熱されるため、その前工程で冷却したのでは加熱効率が著しく低下し、熱圧プレスに要する時間が長くなってしまう。そこで、「一体化工程」における加熱効率の低下を防止する観点から、単層ボード１８ｂおよび２０ｂの温度を高温に維持した状態のままで、「熱圧プレス工程」から「積層工程」を経て「一体化工程」へ移行される。なお、「積層工程」で積層される単層ボード１８ｂまたは２０ｂの一方が、本発明の「単層ボード」に対応し、他方が、本発明の「積層材」に対応する。

「一体化工程」では、単層ボード１８ｂおよび２０ｂが冷える前にこれらが熱圧プレスによって一体化される。そして、所定の熱圧プレス時間が経過すると、プレス装置から完成した複合ボード１０が取り外される。「一体化工程」では、単層ボード１８ｂおよび２０ｂの接触面を融着させて、これらを一体化させることを目的としているため、プラスチック材料１４の全体を溶融させるほどの大きな熱エネルギーは不要である。

この製造方法（図１）によれば、２枚の単層ボード１８ｂおよび２０ｂを別々に成形し、これらを熱圧プレスによって一体化するようにしているので、「一体化工程」における熱圧プレス時間を短くすることができ、複合ボード１０の製造時間を短縮することができる。また、複合ボード１０の表面に「焼け」や「焦げ」が発生するのを防止でき、品質を安定させることができる。さらに、製造途中での冷却が不要なため、連続プレス装置を用いて複数の単層ボードを連続的に成形し、最終の「一体化工程」において必要枚数を一体化させることが可能であり、これによって生産性を飛躍的に高めることができる。

なお、図１実施例では、同肉厚の２枚の単層ボード１８ｂおよび２０ｂを重ね合わせることによって複合ボード１０を製造するようにしているが、同肉厚の３枚以上の単層ボードを重ね合わせるようにしてもよいし、異肉厚の複数の単層ボードを重ね合わせるようにしてもよい。

発明者等は、本発明の効果を実験により確認した。以下には、その実験方法と実験結果について説明する。

［実験方法］
単層ボードの肉厚および積層枚数が異なる３種類の複合ボード、すなわち「試料１」、「試料２」および「比較試料」を準備し、これらについて、JIS A 5908に準じて曲げ試験を行った。各試料の製造方法は以下の通りである。

試料１： 木材チップとＰＰ樹脂とを６：４の割合で混合して混合材料を生成し、この混合材料をボード目標密度０．８０ｇ／ｃｍ3（比重０．８０）、目標肉厚１２ｍｍでドライフォーミングすることによって２枚のフォーミングマットを成形した。続いて、各フォーミングマットを「プレス圧力２０ｋｇ／ｃｍ2、プレス時間２５分、プレス温度１９０℃」の条件下で熱圧プレスすることによって２枚の単層ボードを成形した。その後、２枚の単層ボードを重ね合わせて、これらを「プレス圧力１０ｋｇ／ｃｍ2、プレス時間３分、プレス温度１９０℃」の条件下で熱圧プレスすることによって「試料１」を得た。

試料２： 木材チップとＰＰ樹脂とを６：４の割合で混合して混合材料を生成し、この混合材料をボード目標密度０．８０ｇ／ｃｍ3（比重０．８０）、目標肉厚８ｍｍでドライフォーミングすることによって３枚のフォーミングマットを成形した。続いて、各フォーミングマットを「プレス圧力２０ｋｇ／ｃｍ2、プレス時間２０分、プレス温度１９０℃」の条件下で熱圧プレスすることによって３枚の単層ボードを成形した。その後、３枚の単層ボードを重ね合わせて、これらを「プレス圧力１０ｋｇ／ｃｍ2、プレス時間３分、プレス温度１９０℃」の条件下で熱圧プレスすることによって「試料２」を得た。

比較試料： 木材チップとＰＰ樹脂とを６：４の割合で混合した混合材料を生成し、この混合材料をボード目標密度０．８０ｇ／ｃｍ3（比重０．８０）、目標肉厚２４ｍｍでドライフォーミングすることによって１枚のフォーミングマットを成形した。続いて、このフォーミングマットを「プレス圧力２０ｋｇ／ｃｍ2、プレス時間４５分、プレス温度１９０℃」の条件下で熱圧プレスすることによって「比較試料」を得た。

［実験結果］
実験結果は表１の通りであり、各試料の「曲げ強度」および「曲げヤング率」を同程度に設定することができた。

表１より、「曲げ強度」および「曲げヤング率」を同程度に設定することを前提にすると、「比較試料」よりも「試料１」および「試料２」の方が、また、「試料１」よりも「試料２」の方が合計プレス時間を短縮でき、ひいては製造時間を短縮できることが分かる。つまり、複合ボードを構成する単層ボードの肉厚を薄くして、その積層枚数を多くするほど、製造時間を短縮できることが分かる。

図２は、本発明が適用された他の複合ボード２２およびその製造方法を示す工程図である。複合ボード２２は、低密度の芯層２４と、芯層２４の表裏両面に積層された高密度の表層２６とを備えており、複合ボード２２を製造する際には、以下の「混合工程」、「フォーミング工程」、「熱圧プレス工程」、「積層工程」および「一体化工程」がこの順に実行される。

「混合工程」（図示省略）では、木質材料１２とプラスチック材料１４とを乾式混合することによって混合材料１６が生成される。なお、芯層２４を構成するプラスチック材料１４と表層２６を構成するプラスチック材料１４とは、同種の熱可塑性樹脂からなるものであってもよいし、異種の熱可塑性樹脂からなるものであってもよい。

「フォーミング工程」では、混合材料１６がドライフォーミングされることによって芯層２４を構成するフォーミングマット２４ａと、表層２６を構成する２枚のフォーミングマット２６ａとが成形される。

「熱圧プレス工程」では、フォーミングマット２４ａおよび２６ａが個別に熱圧プレスされることによって「単層ボード」としての芯層ボード２４ｂと、「積層材」としての表層ボード２６ｂとが成形される。この工程における熱圧プレス時間は、プラスチック材料１４を十分に加熱溶融することのできるように、フォーミングマット２４ａおよび２６ａの肉厚や、これを構成するプラスチック材料１４の密度に応じて設定される。また、熱圧プレスの圧力は、芯層２４および表層２６に要求される密度に応じて設定され、この実施例では、芯層２４が低密度となり、表層２６が芯層２４よりも高密度となるように、フォーミングマット２４ａに対する熱圧プレスの圧力がフォーミングマット２６ａに対する熱圧プレスの圧力よりも小さく設定される。

「積層工程」では、「単層ボード」としての芯層ボード２４ｂの表裏両面に「積層材」としての表層ボード２６ｂが積層され、「一体化工程」では、芯層ボード２４ｂおよび表層ボード２６ｂが冷える前に、これらが熱圧プレスによって一体化される。そして、所定の熱圧プレス時間が経過すると、プレス装置から完成した複合ボード２２が取り外される。

この実施例（図２）によれば、芯層ボード２４ｂと２枚の表層ボード２６ｂとを別々に成形し、芯層ボード２４ｂの表裏両面に表層ボード２６ｂを積層して、熱圧プレスによって一体化するようにしているので、図１実施例と同様に、複合ボード２２の品質を安定させることができるとともに、製造時間を短縮することができる。また、芯層２４を低密度とし、表層２６を高密度としているので、芯層２４に断熱性を持たせるとともに、表層２６に十分な強度を持たせることができる。

なお、図２実施例では、「積層材」として芯層ボード２４ｂと同種の「ボード」すなわち表層ボード２６ｂを用いているが、図３に示すように、表層ボード２６ｂに代えて、装飾性または耐熱性等を有するシート２６ｃを用いるようにしてもよい。この場合には、フォーミングマット２４ａを熱圧プレスすることによって「単層ボード」としての芯層ボード２４ｂが成形され、芯層ボード２４ｂの表裏両面に「積層材」としてのシート２６ｃが積層され、芯層ボード２４ｂが冷える前に芯層ボード２４ｂおよびシート２６ｃが熱圧プレスによって一体化される。

図３実施例で製造される複合ボード２８によれば、「積層材」としてのシート２６ｃによって装飾性や耐熱性を得ることができる。なお、シート２６ｃの材質や構成は特に限定されるものではなく、熱可塑性樹脂や熱硬化性樹脂の他、熱硬化性樹脂含浸紙等であってもよく、また、単板や不織布等であってもよい。

また、図２実施例では、「単層ボード」としての芯層ボード２４ｂの表裏両面に「積層材」としての表層ボード２６ｂを積層しているが、図４に示すように、「単層ボード」としての２枚のボード３０ｂ間に「積層材」としてのプラスチックボード（ハニカムボード等）３２を積層するようにしてもよい。この場合には、フォーミングマット３２ａを熱圧プレスすることによって「単層ボード」としての２枚のボード３０ｂが成形され、２枚のボード３０ｂ間にプラスチックボード３２が配置され、ボード３０ｂが冷える前にボード３０ｂおよびプラスチックボード３２が熱圧プレスによって一体化される。

図４実施例で製造される複合ボード３４によれば、「積層材」としてのプラスチックボード３２の種類を適宜選択することによって、複合ボード３４に特別な機能を持たせることが可能であり、たとえば「ハニカムボード」を採用した場合には、軽量かつ高強度で断熱性に優れた複合ボード３４を得ることができる。

また、図１、図２および図３の実施例では、フォーミングマットを熱圧プレスすることによって複数の「単層ボード」を別々に成形し、その後、複数の「単層ボード」を熱圧プレスで一体化することによって複合ボード１０、２２および２８を得るようにしているが、図５に示すように、複数の複合ボード４０を一体化することによって、より厚肉の複合ボード４２を得るようにしてもよい。この場合には、フォーミングマット３６ａおよび３８ａを熱圧プレスすることによって単層ボード３６ｂおよび３８ｂが成形され、これらを熱圧プレスで一体化することによって複合ボード４０が成形される。そして、複数の複合ボード４０が冷える前に重ね合わされ、熱圧プレスによって一体化される。

さらに、図６に示すように、単層ボード４６ｂに積層される「積層材」として、混合材料１６からなるフォーミングマット４４を用いるようにしてもよい。この場合には、フォーミングマット４６ａを熱圧プレスすることによって得られた単層ボード４６ｂと、「積層材」としてのフォーミングマット４４とが別々に成形され、これらが「積層工程」において重ね合わされる。そして、単層ボード４６ｂおよびフォーミングマット４４が冷える前に、これらが熱圧プレスで一体化されることによって複合ボード４８が得られる。

複合ボードおよびその製造方法を示す工程図 他の複合ボードおよびその製造方法を示す工程図 他の複合ボードおよびその製造方法を示す工程図 他の複合ボードおよびその製造方法を示す工程図 他の複合ボードおよびその製造方法を示す工程図 他の複合ボードおよびその製造方法を示す工程図 従来の複合ボードおよびその製造方法を示す工程図

符号の説明

１０，２２，２８，３４，４２，４８… 複合ボード
１２… 木質材料
１４… プラスチック材料
１６… 混合材料
１８ａ，２４ａ，３０ａ，３６ａ，４６ａ… フォーミングマット
１８ｂ，２４ｂ，３０ｂ，３６ｂ，４６ｂ… 単層ボード
２４… 芯層
２６… 表層
２６ｃ… シート

Claims (5)

1. （ａ）木質材料とプラスチック材料とを乾式混合することによって混合材料を生成し、
   （ｂ）前記混合材料をドライフォーミングすることによってフォーミングマットを成形し、
   （ｃ）前記フォーミングマットを熱圧プレスすることによって単層ボードを成形し、
   （ｄ）前記単層ボードの表面に積層材を積層し、
   （ｅ）前記単層ボードが冷える前に前記単層ボードおよび前記積層材を熱圧プレスによって一体化する、木材／プラスチック複合ボードの製造方法。
2. 前記（ｄ）工程で積層される前記積層材は、木質材料とプラスチック材料とからなるフォーミングマットを熱圧プレスすることによって成形されたボードである、請求項１に記載の木材／プラスチック複合ボードの製造方法。
3. 前記（ｄ）工程では、前記単層ボードの表裏両面に前記積層材を積層する、請求項１または２に記載の木材／プラスチック複合ボードの製造方法。
4. 請求項１に記載した木材／プラスチック複合ボードの製造方法で製造された複数の複合ボードを準備し、これらを冷える前に重ね合わせて熱圧プレスによって一体化する、木材／プラスチック複合ボードの製造方法。
5. 木質材料とプラスチック材料とからなるフォーミングマットを熱圧プレスすることによって成形された芯層と、木質材料とプラスチック材料とからなるフォーミングマットを熱圧プレスすることによって成形された表層とを備える、木材／プラスチック複合ボードであって、
   前記芯層の表裏両面に前記表層が積層されて一体化されており、前記芯層の密度は前記表層の密度よりも小さく設定されている、木材／プラスチック複合ボード。
   

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