JP2008007622A - リグノフェノール誘導体を利用した樹脂組成物 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】木材などのリグノセルロース系材料から得られる、リグノフェノール誘導体もしくは変性リグノフェノール誘導体あるいはリグノフェノール誘導体もしくは変性リグノフェノール誘導体と部分加水分解された炭水化物との複合体と、フェノール樹脂系接着剤などの合成樹脂系接着剤とをアルカリ性水溶液に溶解して得られる樹脂組成物は、接着剤などに使用でき、森林資源である木材などのリグノセルロース系材料を有効利用できる。
【選択図】なし
Description
最近、このようなリグノセルロース系材料から親水性の炭水化物と疎水性のリグニンとを効率的に分離する技術として、相分離変換システムが開発されている(特許文献1、特許文献2など)。この相分離変換システムは、リグノセルロース系材料にクレゾールなどのフェノール誘導体を添加した後、濃硫酸やリン酸などの濃酸を添加して混合攪拌することにより、フェノール誘導体相と濃酸相の2相を生成させ、フェノール誘導体相から、リグニンがフェノール誘導体で誘導体化されたリグノフェノール誘導体を回収し、濃酸相からは、セルロースやヘミセルロース等の部分加水分解された炭水化物を回収する技術である。
即ち本発明は、リグノフェノール誘導体もしくは変性リグノフェノール誘導体あるいはリグノフェノール誘導体もしくは変性リグノフェノール誘導体と部分加水分解された炭水化物との複合体、アルカリ性水溶液に溶解する合成樹脂系接着剤およびアルカリ性水溶液からなる樹脂組成物に関する。
また、本発明の樹脂組成物は、適当な顔料などを添加して塗装用に用いることもでき、本発明の樹脂組成物そのものを主として用いて適当な成形体を作成することもでき、各方面に利用できるものでもある。
あるいは、リグノセルロース系材料に、固体状あるいは液体状のフェノール誘導体を溶解した溶媒、例えば、エタノールあるいはアセトンなどを浸透させた後、溶媒を留去して、フェノール誘導体をリグノセルロース系材料に収着させ、次に、このリグノセルロース系材料に濃酸を添加して炭水化物成分を溶解し、上記した方法と同様に、フェノール誘導体により溶媒和されたリグニンは、フェノール誘導体と濃酸とが接触する界面において、酸と接触し、フェノール誘導体により攻撃されて、フェノール誘導体相にリグノフェノール誘導体が生成される。そして、濃酸相に部分加水分解されたセルロースなどの炭水化物成分が生成される。
リグノフェノール誘導体と部分加水分解された炭水化物との複合体は、上記した相分離変換システム技術により生成されるフェノール誘導体相と濃酸相の2相を含む全反応液を過剰の水中に投入し、不溶区分を遠心分離にて集め、脱酸後、乾燥することにより得ることが出来る。得られる複合体中には、リグノフェノール誘導体と部分加水分解されたセルロースなどの炭水化物成分が均一に存在している。
変性リグノフェノール誘導体あるいは変性リグノフェノール誘導体と部分加水分解された炭水化物との複合体は、上記のようにして得られたリグノフェノール誘導体あるいは複合体を、メチロール化処理などを行うことにより得ることが出来る。例えば、メチロール化するには、上記のようにして得られたリグノフェノール誘導体あるいは複合体に、水酸化ナトリウムなどのアルカリ水溶液を加え、更にホルムアルデヒドを加えて、加熱下に反応させることにより得ることが出来る。
本発明で使用するリグノフェノール誘導体もしくは変性リグノフェノール誘導体と部分加水分解された炭水化物との複合体においては、部分加水分解された炭水化物が5重量%から75重量%含有するのが好ましい。
アルカリ水溶液中には、リグノフェノール誘導体もしくは変性リグノフェノール誘導体あるいはリグノフェノール誘導体もしくは変性リグノフェノール誘導体と部分加水分解された炭水化物との複合体とアルカリ性水溶液に溶解する合成樹脂系接着剤とが、通常、10重量%から50重量%含有しているのが好ましく、また、リグノフェノール誘導体もしくは変性リグノフェノール誘導体あるいはリグノフェノール誘導体もしくは変性リグノフェノール誘導体と部分加水分解された炭水化物との複合体と、アルカリ性水溶液に溶解する合成樹脂系接着剤との使用割合は、重量比で、リグノフェノール誘導体もしくは変性リグノフェノール誘導体あるいは該複合体に対して、該合成樹脂系接着剤を0.5倍から5倍使用するのが好ましい。
本発明の樹脂組成物は接着剤として適しており、通常の接着剤と同様に用いることができる。本発明の樹脂組成物は、特に木質成形材料のバインダーとして有用である。木質成形材料のバインダーとして用い場合には、例えば、本発明の樹脂組成物を、成形前あるいは成形後の木質成形材料に含浸させ、次いで固形化することによって木質成形材料のバインダーとして使用することができる。
本発明の樹脂組成物を接着剤として用いて接着した接着体は、上記したと同様のアルカリ水溶液を用いて処理することにより、合成樹脂系接着剤とともに、架橋・高分子化されたリグノフェノール誘導体や変性リグノフェノール誘導体を低分子化して、容易に剥離することができ、従って、本発明の樹脂組成物を接着剤として用いた木質系複合材料では、使用後に有効にリサイクルすることができる。また、同様に、本発明の樹脂組成物を塗料や成形体に用いた場合にも、同様にして、架橋・高分子化されたリグノフェノール誘導体や変性リグノフェノール誘導体を低分子化して、容易に分解・剥離することができ、使用後に有効にリサイクルすることができる。
実施例1
リグノレゾルシノールもしくはリグノレゾルシノールレゾールと部分加水分解セルロースとの複合体およびフェノール樹脂を用いた接着剤およびその物性
(1)リグノレゾルシノールもしくはリグノレゾルシノールレゾールと部分加水分解セルロースとの複合体の製造
リグノレゾルシノール(LRS)はBirch木粉より10容量%硫酸混合85重量%リン酸を用いた、相分離変換システム技術による改良リン酸法により、LRSと部分加水分解セルロースとの複合体(LRS LC)を製造した。この複合体は、約50重量%の部分加水分解セルロースを含有していた。
具体的には、次のようにして製造した。脱脂木粉100gに、リグニン量(脱脂木粉のリグニン量はJIS規格クラソン法により測定した)に対し3モル倍のレゾルシノールを収着し、これに、98重量%濃硫酸と85重量%濃リン酸とを1:9の容量比で含有する濃硫酸と濃リン酸との混合物100mlを加えて50℃で激しく攪拌した。これに蒸留水5000mlを添加した後に、遠心分離して上澄みを除き、中性になるまで洗浄し、これを凍結乾燥した。
以上のようにして製造した、リグノレゾルシノール(LRS)と部分加水分解セルロースとの複合体(LRS LC)1gを2N NaOH5mlに溶かし、これにホルムアルデヒド1mlを加え、50℃で15分間撹拌し、ゲルを得た。このゲルを、リグノレゾルシノールにメチロール基が導入された変性リグノフェノール誘導体であるリグノレゾルシノールレゾールと部分加水分解セルロースとの複合体(LRSレゾルシノール LC)とした。
フェノール樹脂系接着剤として、(株)オーシカ JIS、P・Fタイプボード用フェノール樹脂接着剤B−1360を使用した。
LRS LC1gを2N NaOH5mlに溶かし、ホルムアルデヒド1mlを加えた。50℃で15分間撹拌してゾルを得た。このゾルにB−1360 2gを加えて、接着剤とした。
LRS LCおよびフェノール接着剤に少量のホルマリンを混合して、マリン混合系接着剤を用いて、以下に示す条件で、MDFボードの作成を行った。また、表1には、MDFボードの配合検討条件を示した。
MDFボード作成条件
ファイバー:ラジアータパイン
フェノール接着剤:(株)オーシカ JIS、P・Fタイプボード用フェノール樹脂接
着剤 B−1360(不揮発分:42%)
サイズ:24cmx24cmx0.42cm
比重:0.7
接着剤量:15重量%(フェノール接着剤のみ使用した場合)
wax:0.8%
プレス温度:200℃
最大プレス圧力:4N/mm2
MDFボードの特性評価は、3点曲げ試験による強度測定を行った。曲げ試験は、JIS A 5905に従い、50mm×200mm試験片を三点曲げでの中央集中荷重にて、破壊まで荷重(2mm/min)した。
JIS A 5905による曲げ試験の結果を図1、図2および図3に示した。曲げ強度は樹脂率が高くなるにつれて増加した。配合E(LRS+5/PF−5−99%)は接着剤全量を塗布することができなかったため配合C,Dよりも低い値となった。配合C(LRSLC/PF=1/2−68%)樹脂量としてはフェノール接着剤の68%しかないものの曲げ強度は配合A(PF)ほぼ同じレベルが得られた。曲げ弾性率は樹脂率40%の配合Bではフェノール接着剤よりも若干低くなったが、配合C、D、Eでは樹脂量は少ないもののフェノール接着剤よりも高い値となった(図2)。
配合A〜EのMDFボードを10x40mmにカットし、ステンレスオートクレーブ中でアルカリ分解処理を行った。反応条件は滅菌用オートクレーブ装置でも可能な0.5N NaOH、120℃、1時間で行った。反応後の試験片は、すべての配合で図4に示すように褐色に変化した。配合A(PF)は図5に示すようにピンセットで崩すことは可能であったが、硬く、ファイバーとして解繊することは不可能であった。一方、配合B(LRSLC/PF=1/2−40)、配合C(LRSLC/PF=1/2−68%)では、図6に示すようにアルカリ分解後の試験片はピンセットで容易に崩すことが可能であり、その後の水洗により容易に、図7に示すように解繊が可能であり、着色はしているもののファイバーとして回収可能であった。配合C(LRSLC/PF=1/2−68%)は配合Bよりも若干硬くなっていた。
Claims (8)
- リグノフェノール誘導体もしくは変性リグノフェノール誘導体あるいはリグノフェノール誘導体もしくは変性リグノフェノール誘導体と部分加水分解された炭水化物との複合体、アルカリ性水溶液に溶解する合成樹脂系接着剤およびアルカリ性水溶液からなる樹脂組成物。
- リグノフェノール誘導体が、リグノセルロース系材料にフェノール誘導体を添加した後、濃酸を添加して反応させて生成するフェノール誘導体相から得られるものである、請求項1の樹脂組成物。
- リグノフェノール誘導体と部分加水分解された炭水化物との複合体が、リグノセルロース系材料にフェノール誘導体を添加した後、濃酸を添加して反応させて生成するフェノール誘導体相と濃酸相とからなる反応液から得られるものである、請求項1の樹脂組成物。
- 変性リグノフェノール誘導体が、リグノフェノール誘導体をメチロール化したものである、請求項1から3のいずれかの樹脂組成物。
- リグノフェノール誘導体もしくは変性リグノフェノール誘導体と部分加水分解された炭水化物との複合体中に、部分加水分解された炭水化物が5重量%から75重量%含有する、請求項1から4のいずれかの樹脂組成物。
- アルカリ性水溶液に溶解する合成樹脂系接着剤が、フェノール樹脂系接着剤またはレゾルシノール樹脂系接着剤である、請求項1から5のいずれかの樹脂組成物。
- 接着剤として用いるための、請求項1から6のいずれかの樹脂組成物。
- 木質成形材料のバインダーとして用いるための請求項7の樹脂組成物。
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