JP2008023919A - 木質ボードおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高い強度を有し、かつ高い耐水性を維持する木質ボードおよび木質ボードの製造方法を提供する。
【解決手段】フッ素系界面活性剤を、接着剤または防水剤であるワックスエマルジョンに添加、もしくは、ワックスエマルジョンの乳化剤として用いるなどにより接着剤混合物中に添加し、木質チップまたは木質ファイバーへ塗布しマット状とした後、加熱加圧成形することによって得られることを特徴とする木質ボードおよびその製造方法。

【表１】

Description

本発明は、高い強度を有しかつ耐水性を有する木質ボードおよびその製造方法に関するものである。

従来より、建築分野に用いられる木質材料として、木質ボードや合板などが挙げられる。その内、パーティクルボード、配向性ストランドボード（ＯＳＢ）、中質ファイバーボード（ＭＤＦ）などの木質ボードは、木質チップや木質ファイバーに接着剤、ワックスなどをスプレー処理しマット状とした後、加熱加圧成形することにより製造される。

接着剤としては、水系ユリア樹脂、水系メラミン樹脂、水系フェノール樹脂など、ホルムアルデヒド類と熱縮合により硬化するものやイソシアネート樹脂が多く利用されている。近年、間伐材やリサイクル材などの木材資源の再利用が増加するにつれ、いずれの接着剤においても木質ボードの強度低下が生じており、その改善方法が強く要望されている。

強度を上げる方法として、過剰な接着剤を使用することが提案されているが、コストがかかり過ぎると共に比重も増加するという問題がある。また、接着剤を処理する前に木質チップまたは木質ファイバーにシランカップリング剤を前処理することが提案されているが、製造工程が増え煩雑であること、および高価なシランカップリング剤を木質ボード中に０．０１〜３０重量％と多く処理することからコスト高となる問題がある（例えば、特許文献１参照）。
特開２００４−２５５６４号公報

本発明者らは、上記の課題を解決するため鋭意検討を行ったところ、接着剤が木質チップまたは木質ファイバーへの濡れ性に劣ることに起因することを見出した。すなわち、接着剤を木質チップまたは木質ファイバーにスプレー塗布を行っても、チップまたはファイバー表面に大きな接触角をもって付着しており、その後の熱圧成形工程においても、十分にチップまたはファイバー表面に行き渡らず、ボード内において部分的に存在して、十分な強度が得られにくい。

一方、接着剤に、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、アルキルスルホン酸塩などの界面活性剤を添加することにより、上記問題が解決し、強度アップが見られるが、それらの界面活性剤の添加は、ボード中への水の浸透も助長することとなり、耐水性に劣るものとなるため、防水剤ワックスエマルジョンをさらに添加する必要があった。

本発明は、木質チップまたはファイバーへの接着剤の濡れ性を改善することで木質ボードの強度アップを図り、かつ高い耐水性を維持する木質ボードおよび木質ボードの製造方法を提供することにある。

上記の課題は本発明により達成される。すなわち、フッ素系界面活性剤を接着剤または防水剤であるワックスエマルジョンに添加、もしくは、ワックスエマルジョンの乳化剤として用いるなどにより、木質チップまたは木質ファイバーに処理することである。

フッ素系界面活性剤として、式（１）

［式中、

は重合可能な鎖またはポリマー鎖中の結合を表し、Ｒ^１、Ｒ^２およびＲ^３はそれぞれ独立に水素または炭素数１〜４のアルキル基であり、Ｒ^４は１個以上の、互いに結合した炭素数２〜６の直鎖または分岐アルキレンオキシド基、または炭素数１２〜２０の直鎖または分岐アルキレン基であり、ａは２〜１０の整数であり、ｂ、ｃおよびｄは１以上の整数を示す。］が挙げられる。

また、フッ素系界面活性剤として、式（２）

［式中、Ｒ^５はＣＦ_３、Ｃ_２Ｆ_５、Ｃ_３Ｆ_７またはＣ_４Ｆ_９を表し、ｅは１〜１０の整数であり、ＭはＮａ^＋（ナトリウム）、Ｋ^＋（カリウム）またはＮＨ_４ ^＋（アンモニウム）を示す。］が挙げられる。

また、フッ素系界面活性剤として、式（３）

[式中、Ｒ^６およびＲ^７はそれぞれ独立にＣＦ_３、Ｃ_２Ｆ_５、Ｃ_３Ｆ_７またはＣ_４Ｆ_９を表し、ｆおよびｇはそれぞれ独立に１〜５の整数であり、ｈは１０〜４０の整数を示す。]が挙げられる。

さらに、フッ素系界面活性剤として式（４）

[式中、Ｒ^８はＣＦ_３、Ｃ_２Ｆ_５、Ｃ_３Ｆ_７またはＣ_４Ｆ_９を表し、ｉは５〜２０の整数であり、Ｘは

（式中、ｊは５〜１５の整数を示す。）であり、ＹはＣＦ_３、Ｃ_２Ｆ_５、Ｃ_３Ｆ_７、Ｃ_４Ｆ_９またはＸ（化６）を示す。] が挙げられる。

本発明で得られる木質ボードは、木質チップまたは木質ファイバーへの接着剤の濡れ性を改善することで、加熱加圧成形後に接着剤がチップまたはファイバー表面に効率よく行き渡り硬化することにより、木質ボードの強度アップを図られる。かつフッ素分子が持つ、優れた撥水効果により、高い耐水性を保持することができる。また、従来の曲げ強さ、剥離強さ、耐水性で性能的に満足するものであれば、接着剤や防水剤エマルジョンの添加量が低減でき、木質ボードの低コスト化が可能となる。

つぎに、本発明を詳しく説明する。本発明において、木質材料としては、木材片、木材繊維、ウエハ、木毛、ストランド、木質パルプ、木粉などを用いることができ、その形状は小片（チップ）状、ファイバー状、粉状などがある。好ましくは木材チップまたは木材ファイバーである。

接着剤としては、ユリア樹脂、ユリア−メラミン樹脂、メラミン樹脂、フェノール樹脂などのホルマリン系樹脂が挙げられる。それらは、水溶液または水系分散体として使用される。イソシアネート系樹脂、ポリエステル樹脂などの他の樹脂と併用しても構わない。

本発明において、フッ素系界面活性剤としては、式（１）

［式中、

は重合可能な鎖またはポリマー鎖中の結合を表し、Ｒ^１、Ｒ^２およびＲ^３はそれぞれ独立に水素または炭素数１〜４のアルキル基であり、Ｒ^４は１個以上の、互いに結合した炭素数２〜６の直鎖または分岐アルキレンオキシド基、または炭素数１２〜２０の直鎖または分岐アルキレン基であり、ａは２〜１０の整数であり、ｂ、ｃおよびｄは１以上の整数を示す。］が好ましい。

ここで、Ｒ^４のアルキレンオキシド基として、エチレンオキシド基およびプロピレンオキシド基の共重合体が挙げられる。特にエチレンオキシド基は水溶性に起因するものであり、そのモル数は１０以上が望ましい。

また、フッ素系界面活性剤として、式（２）

［式中、Ｒ^５はＣＦ_３、Ｃ_２Ｆ_５、Ｃ_３Ｆ_７またはＣ_４Ｆ_９を表し、ｅは１〜１０の整数であり、ＭはＮａ^＋（ナトリウム）、Ｋ^＋（カリウム）またはＮＨ_４ ^＋（アンモニウム）を示す。］が好ましい。

ここで、Ｒ^５はＣＦ_３、Ｃ_２Ｆ_５、Ｃ_３Ｆ_７またはＣ_４Ｆ_９が挙げられる。これは、米国ＥＰＡ（環境保護庁）が、フッ素と結合している炭素数が４より大きい化合物は人体への蓄積性があると指摘しており、これらの化合物は安全性に優れている。

また、フッ素系界面活性剤として、式（３）

[式中、Ｒ^６およびＲ^７はそれぞれ独立にＣＦ_３、Ｃ_２Ｆ_５、Ｃ_３Ｆ_７またはＣ_４Ｆ_９を表し、ｆおよびｇはそれぞれ独立に１〜５の整数であり、ｈは１０〜４０の整数を示す。]が好ましい。

ここで、Ｒ^６およびＲ^７として、ＣＦ_３、Ｃ_２Ｆ_５、Ｃ_３Ｆ_７またはＣ_４Ｆ_９が挙げられる。これは、米国ＥＰＡ（環境保護庁）が、フッ素と結合している炭素数が４より大きい化合物は人体への蓄積性があると指摘しており、これらの化合物は安全性に優れている。また、中央のエチレンオキシド基は水溶性に起因するものであり、そのモル数ｈは中でも２０〜３０が好ましい。

さらに、フッ素系界面活性剤として式（４）

[式中、Ｒ^８はＣＦ_３、Ｃ_２Ｆ_５、Ｃ_３Ｆ_７またはＣ_４Ｆ_９を表し、ｉは５〜２０の整数であり、Ｘは

（式中、ｊは５〜１５の整数を示す。）であり、ＹはＣＦ_３、Ｃ_２Ｆ_５、Ｃ_３Ｆ_７、Ｃ_４Ｆ_９またはＸ（化６）を示す。] が好ましい。

ここで、Ｒ^８およびＹとして、ＣＦ_３、Ｃ_２Ｆ_５、Ｃ_３Ｆ_７またはＣ_４Ｆ_９が挙げられる。これは、米国ＥＰＡ（環境保護庁）が、フッ素と結合している炭素数が４より大きい化合物は人体への蓄積性があると指摘しており、これらの化合物は安全性に優れている。また、エチレンオキシド基は水溶性に起因するものであり、そのモル数ｊは中でも１０〜１５が好ましい。

防水剤ワックスとしては、パラフィンワックス、マイクロクリスタリンワックスなどの石油系ワックス、フィッシャートロプッシュワックス、ポリエチレンワックスなどの合成系ワックス、モンタンワックス、カルナバワックスなどの天然系エステルワックスなどが使用される。使用形態としては、水系エマルジョン、加熱溶融物などが挙げられる。エマルジョンとして使用する場合、脂肪酸塩、ジアルキルスルホコハク酸塩、ポリオキシエチレンアルキル硫酸塩などのアニオン系界面活性剤、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレン脂肪酸エステルなどのノニオン系界面活性剤、脂肪族アミン塩、アルキルピリジニウム塩などのカチオン系界面活性剤が乳化剤として使用される。その他の乳化剤として用いられている界面活性剤、ＰＶＡ等の水溶性分散剤を使ってもかまわない。また、前記フッ素系界面活性剤の１乃至は２種類以上を、乳化剤の全量またはその一部として使用しても構わない。

本発明の木質ボードを製造するには、まず、前記水系接着剤、前記フッ素系界面活性剤および前記防水剤エマルジョンなどの接着剤混合物を得ることが必要である。この際、必要に応じて、公知の硬化促進剤、粘度調整剤、消泡剤、ホルムアルデヒド捕捉剤などを添加してもよい。

本発明の木質ボードは、前記接着剤混合物を木質チップまたは木質ファイバーにスプレーなどにより塗布した後、マット状にフォーミングし、１３０〜２３０℃で加熱加圧成形した後、解圧して製造される。なお、防水剤が加熱溶融物として使用される場合は、前記接着剤混合物から除外され、前記接着剤と前記フッ素系界面活性剤の混合物を木質チップまたは木質ファイバーに処理する前または後にスプレーなどにより塗布する。

本発明において、該フッ素系界面活性剤の添加量は、木質チップまたは木質ファイバーの固形分の０．０００１〜０．０２重量％が好ましい。これより少ない添加量では効果が小さく、より多いと高コストとなってしまう。より好ましくは、０．０００５から０．０１重量％である。

次に、本発明の実施例を示すが、本発明の範囲はこれらに限定されるものではない。なお、実施例中、部および％はそれぞれ重量部、重量％を示す。
実施例１
ユリアメラミン樹脂水溶液（固形分６０％）１００部に

のフッ素系界面活性剤水溶液（固形分３０％）０．０２７部、パラフィンワックスエマルジョン（固形分５４％）６．１部、水４７．７部を添加して、接着剤混合物を調製した。パーティクルボード用に加工した表層用木質チップ（含水率２％）に対して前記接着剤混合物を固形分比で１２％、芯層用木質チップ（含水率１％）に対して前記接着剤混合物を固形分比で８％となるように、ブレンダーにて撹拌しながらスプレー塗布して、それぞれの混合物を得た。３５ｃｍ角の木枠を載せたステンレス製成形板の上に接着剤混合物を処理した表層用木質チップの半量を均一に散布した。次に、接着剤混合物を処理した芯層用木質チップを均一に散布し、さらにその上に、残りの接着剤混合物を処理した表層用木質チップを均一に散布し、チップ比率が表層：芯層で４０％：６０％となるようにフォーミングした。この成形板に１５ｍｍのスペーサーをはさみ、もう一枚のステンレス製成形板を載せ、プレス温度１８０℃のホットプレス装置により、２ｋｇｆ／ｃｍ^２にて ６分間熱圧してボードを成形した。成形後、サンダーにて表面より０．２ｍｍを研磨した後、必要な面積に切断し、３層のパーティクルボードを得た。

得られたパーティクルボードの曲げ強度と吸水厚さ膨張率を日本工業規格Ａ−５９０８「パーティクルボード」に準じて測定した。得られた結果を表１に示す。

実施例２
フッ素系界面活性剤として、

の水溶液（固形分５０％）０．０１６部を用いた以外は、実施例１と同様にパーティクルボードを成形し評価した。得られた結果を表１に示す。

比較例１
フッ素系界面活性剤の代わりに、ジ（２−エチルヘキシル）スルホコハク酸ナトリウム塩水溶液（固形分３０％）０．０２７部を用いた以外は、実施例１と同様にパーティクルボードを成形し評価した。得られた結果を表１に示す。

比較例２
フッ素系界面活性剤を使用しない以外は実施例１と同様にパーティクルボードを成形し評価した。得られた結果を表１に示す。

表１の評価結果から明らかなように、実施例１および２のパーティクルボードは、曲げ強度と吸水厚さ膨張率において、比較例１より良好であることを示した。

Claims (8)

1. 式（１）
   
   ［式中、
   
   は重合可能な鎖またはポリマー鎖中の結合を表し、Ｒ^１、Ｒ^２およびＲ^３はそれぞれ独立に水素または炭素数１〜４のアルキル基であり、Ｒ^４は１個以上の、互いに結合した炭素数２〜６の直鎖または分岐アルキレンオキシド基、または炭素数１２〜２０の直鎖または分岐アルキレン基であり、ａは２〜１０の整数であり、ｂ、ｃおよびｄは１以上の整数を示す。］で表されるフッ素系界面活性剤を含むことを特徴とする木質ボード。
2. 式（２）
   
   ［式中、Ｒ^５はＣＦ_３、Ｃ_２Ｆ_５、Ｃ_３Ｆ_７またはＣ_４Ｆ_９を表し、ｅは１〜１０の整数であり、ＭはＮａ^＋（ナトリウム）、Ｋ^＋（カリウム）またはＮＨ_４ ^＋（アンモニウム）を示す。］で表されるフッ素系界面活性剤を含むことを特徴とする木質ボード。
3. 式（３）
   
   [式中、Ｒ^６およびＲ^７はそれぞれ独立にＣＦ_３、Ｃ_２Ｆ_５、Ｃ_３Ｆ_７またはＣ_４Ｆ_９を表し、ｆおよびｇはそれぞれ独立に１〜５の整数であり、ｈは１０〜４０の整数を示す。]
   で表されるフッ素系界面活性剤を含むことを特徴とする木質ボード。
4. 式（４）
   
   [式中、Ｒ^８はＣＦ_３、Ｃ_２Ｆ_５、Ｃ_３Ｆ_７またはＣ_４Ｆ_９を表し、ｉは５〜２０の整数であり、Ｘは
   
   （式中、ｊは５〜１５の整数を示す。）であり、ＹはＣＦ_３、Ｃ_２Ｆ_５、Ｃ_３Ｆ_７、Ｃ_４Ｆ_９またはＸ（化６）を示す。] で表されるフッ素系界面活性剤を含むことを特徴とする木質ボード。
5. 請求項１〜４に記載のフッ素系界面活性剤を、接着剤または防水剤ワックスエマルジョンに１乃至は２種類以上添加して使用することを特徴とする木質ボードの製造方法。
6. 請求項１〜４に記載のフッ素系界面活性剤を、ワックスエマルジョンの乳化剤として１乃至は２種類以上添加して使用することを特徴とする木質ボードの製造方法。
7. 請求項１〜４に記載のフッ素系界面活性剤の添加量が、木質チップまたは木質ファイバーの固形分の０．０００１〜０．０２重量％であることを特徴とする請求項１〜６に記載の木質ボード。
8. 前記木質ボードが、パーティクルボード、中質ファイバーボード（ＭＤＦ）であることを特徴とする請求項１〜７に記載の木質ボード。