JP2009137065A

JP2009137065A - 圧縮成形ボードの製造方法

Info

Publication number: JP2009137065A
Application number: JP2007313389A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Fukuhara; 敦志福原; Kazuaki Nakabayashi; 和昭中林; Kohei Morimoto; 康平森本
Original assignee: Itoki Corp
Current assignee: Itoki Corp
Priority date: 2007-12-04
Filing date: 2007-12-04
Publication date: 2009-06-25

Abstract

【課題】天然素材である農作物の殻に着目して、この農作物の殻を用いたボードを、曲げ強度や反りを抑制しながら低コストで実現する。
【解決手段】農作物の殻を含有する圧縮成形ボード１の製造方法であって、所定の大きさに粉砕された農作物の殻１２にイソシアネート系の接着剤１３を配合した素材を単層にして、加熱温度１４０〜１８０℃、加圧力１５〜５０ｋｇ／ｃｍ^２で、２０〜４０分圧縮して成形する。
【選択図】図１

Description

本発明は、もみ殻等の農作物の殻を含有する圧縮成形ボードの製造方法に関するものである。

家具や建材用のボードとして、従来から木片チップや農作物等の天然素材の小片を、接着剤と混合し加熱圧縮して成形したボート（パーティクルボード等）が、様々な形態で提案されている（特許文献１、２他）。このような天然素材製のボードは、廃棄物の活用や環境保護の観点（バイオマス材料の活用）からも推奨されている。

天然素材の小片のうち、特に廃材や鉋屑等を粉砕した小片をボード状に圧縮成形すると、大きさが不揃いな小片が混じっているため表面に小片同士の隙間が生じて凹部となり、平滑性が不十分であった。このようなボードの表面の平滑性を高めるために、特許文献１では接着剤を含浸した紙を接着した後にこれを研磨で取り除いている。一方、特許文献２では、細かい小片からなる緻密な層で上下を挟む多層（サンドイッチ）構造にして、平滑性だけでなく、曲げ強度を高めて全体の反りも抑制している。
特開２０００−３７７１２号公報特開平６−１６６０１１号公報

しかしながら、特許文献１では研磨工程が必要であり、特許文献２では大きさや種類の異なる複数の素材を用意する必要があり、製造工程が複雑化するという問題があった。

一方、パーティクルボードに木材の廃材や鉋屑等が用いられていると、廃材や鉋屑等はボードに利用される前に十分に管理された状態で保存されていない（野晒しに近い）ことが多いため、湿気を多く含んでいる。圧縮成形してボード化するときに、接着剤の種類によっては、素材に含まれる水分が反応の妨げになるという問題があった。そのため、ボードの成形のために、わざわざ木片の素材を乾燥させる工程を付加する場合もあった。

これに対して、農作物、特にもみや麦等の穀物は、保存庫で乾燥した状態で管理保存された後に脱穀されるから、殻を乾燥した状態で安定して入手し易く、また穀物自体の大きさにバラつきが少ないので、殻の大きさが比較的均一であるという利点もある。

そこで、本発明は、上記課題を解消するものであって、農作物の殻に着目して、この農作物の殻を用いたボードを、曲げ強度や反りを抑制しながら低コストで実用的に仕上げることを課題とするものである。

前記目的を達成するために、請求項１に記載の発明における圧縮成形ボードの製造方法は、農作物の殻を含有する圧縮成形ボードの製造方法であって、所定の大きさに粉砕された農作物の殻にイソシアネート系の接着剤を配合した素材を単層にして、加熱温度１４０〜１８０℃、加圧力１５〜５０ｋｇ／ｃｍ^２で、２０〜４０分圧縮して成形することを特徴とするものである。

また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の圧縮成形ボードの製造方法において、前記素材には、前記イソシアネート系の接着剤を５〜２０重量％の範囲内で配合したことを特徴とするものである。

請求項１に記載の発明によれば、素材として、農作物の殻にイソシアネート系の接着剤を配合したものを用いていて、加熱温度１４０〜１８０℃、加圧力１５〜５０ｋｇ／ｃｍ２で、２０〜４０分圧縮し、単層の圧縮成形ボードを形成している。農作物の殻は、その大きさが比較的均一であるので、殻同士の隙間によるボードの表面の凹部が少なくまたは小さくなって、平滑性が高くなるという利点がある。

一方、イソシアネート系の接着剤は、殻や空気中に含まれている水分、あるいは殻に含まれているセルロースのＯＨ基と反応して硬化するが、その硬化反応は発熱反応である。発熱反応で硬化する接着剤を用いると、圧縮成形の際に、もみ殻の内部温度が、加熱温度（環境温度）よりもさらに上昇して、もみ殻自体の可塑化（軟化）が促進される。従って、もみ殻が押し潰され易くなり、圧縮成形されたボードの緻密性が極めて高くなる。換言すれば、発熱反応で硬化する接着剤を用いることによって、圧縮成形の加熱温度以上の高温でもみ殻を圧縮することができるから、もみ殻を単層でボード化しても、十分な密度及び強度が確保でき、実用性に優れた単層ボードを得ることができる。

また、単層のボードであるから、製造工程や材料の準備を極めて簡素化でき、コストの削減が可能となる。

請求項２に記載の発明によれば、イソシアネート系の接着剤の配合率を５〜２０重量％の範囲内で適宜選択することができる。前述したように、発熱反応で硬化する接着剤として、イソシアネート系の接着剤を用いているが、反応時の発熱量は、接着剤の含有率で変化する。従って、配合率を５〜２０重量％の範囲で調整することで、製造時のもみ殻の内部温度、つまりもみ殻の可塑化の度合いの調整を図ることができ、その結果、単層ボードとして密度及び強度の調節が可能となるのである。つまり、単層ボードの使用目的に応じて、イソシアネート系の接着剤の配合率を変えることで、使用目的に最適な密度及び強度を得ることができる。

以下に、本発明の具体的な実施形態を、図面を用いて説明する。本発明の圧縮成形ボード１は、農作物の殻を含有するボードであって、農作物としては、穀物が好適で、稲、大麦、小麦、燕麦、あわ、ひえ、きび、とうもろこし、豆等が利用できる。特に、稲の殻であるもみ殻は、他の素材と比較しても一括して大量に入手し易く、工業的にも安定した材料として利用できる。従って、以下の説明では、農作物の殻としてもみ殻を利用した圧縮成形ボード１について説明する。

もみ殻は、稲から分離した状態のままでは嵩比重が０．１５〜０．２程度と小さいため、嵩比重が０．２５程度になるように粉砕したもみ殻（以下、単にもみ殻と記載する）１２を用いている。この場合、もみ殻の繊維組織が長く残るような方向に粉砕することが好ましい。

圧縮成形ボード１は、図１（ａ）に示すように、単層構造であって、基材１１は、もみ殻１２にイソシアネート系の接着剤１３を混合したものである。なお、イソシアネート系の接着剤としては、オーシヤレジン社製の製品名「Ｂ１６０１」が好適である。

次に、実施形態の圧縮成形ボード１の製造方法について説明する。あらかじめ、もみ殻１２に未硬化のイソシアネート系の接着剤１３をＭ％（重量％）配合した素材を用意する。配合率Ｍは、５〜２０％の範囲で設定することが望ましく、ここでは、一例として、１０％に設定している。

そして、図１（ｂ）に示すように、ホットプレス装置に用いる枠体２の内部に、前述した条件でもみ殻１２に未硬化のイソシアネート系の接着剤１３を配合した素材を所定量（所定の高さ）投入するが、投入するのは、前記素材のみなので単層となる。この単層の素材を加熱しながら、所定時間だけ加圧して、高さが１／３〜１／５程度になるように圧縮する。成形条件は、加熱温度が１４０〜１８０℃の範囲、圧力が面圧１５〜５０ｋｇ／ｃｍ^２の範囲、加熱時間が２０〜４０分の範囲から選ばれることが望ましい。

本発明では、接着剤として硬化時に発熱するイソシアネート系の接着剤１３を用いている。もみ殻１２に配合されている未硬化のイソシアネート系の接着剤１３は、空気中またはもみ殻１２に付着している水分と反応する尿素結合か、またはもみ殻１２に含まれるセルロースのＯＨ基と反応するウレタン結合の、いずれか一方又は両方によって、発熱しながら硬化する。

このように発熱反応で硬化する接着剤を用いると、成形工程の際に、もみ殻１２の内部温度が、成形温度である外部温度よりも高くなる。つまり、接着剤の発熱によって、もみ殻１２がその可塑化（軟化）温度（約２００℃）に急激に到達することができるので、もみ殻１２が押し潰され易くなる。従って、成形後のボードの密度、強度が、成形条件のみで予測される値よりも高められるのである。

すなわち、上述の条件で成形したボードは、単層ボードであっても十分な強度が得られるから、従来のように、大きさや種類の異なる素材を組み合わせて、ボードの上下を緻密な層で挟む多層構造にする必要はないので、製造コストや部品コストの削減を図ることが可能である。また、もみ殻１２が十分に押し潰されていて、緻密性にも優れているうえに、粉砕したもみ殻１２は、木材の廃材や鉋屑等を利用した小片を圧縮した場合に比べて大きさが揃っているので、もみ殻同士の隙間に起因して表層に生じる凹部が、少なくまたは小さくなり平滑性も高くなる。

また、前述したイソシアネート系の接着剤１３による尿素結合やウレタン結合は、化学的な結合である。これに対して、従来よく用いられるフェノール樹脂接着剤等の結合は、機械的な結合（接着剤が天然素材の道管やその他の孔等に入り込むことによる天然素材相互の結合）またはファンデルワールス力による結合（分子間引力による結合）と言われているので、化学的結合であるイソシアネート系の接着剤１３による結合力は極めて高く、この点でもボードの強度向上に効果を奏する。

ところで、イソシアネート系の接着剤１３は、前述したように発熱反応であるため、図２に示すように、接着剤の配合率が高いと発熱量が多くなる。つまり、配合率が高い程、もみ殻１２が可塑化する温度（約２００℃）に、短時間で到達することになる。従って、接着剤１３の配合率を変えることで、成形時のもみ殻１２の可塑化（軟化）の度合いを調節できる。当然ながら、成形条件である加熱温度や加圧力を変えることでも、もみ殻１２の圧縮の度合いを変えることができるから、換言すれば、成形条件や配合条件を調整することで、圧縮成形ボード１の密度や強度をコントロールすることができる。また、ホットプレス装置に投入する素材の量を増減することで、成形条件（加圧力）を変えずに、圧縮成形ボード１の板厚をコントロールすることも可能である。

本出願人の実験によると、上述した範囲内で成形条件と配合条件とを調節することで、圧縮成形ボード１の密度を、０．７〜１．１ｇ／ｃｍ^３程度の範囲でコントロールできるようなった。ＪＩＳ規格によるパーティクルボードの密度は、０．４〜０．９ｇ／ｃｍ^３であるから、本願発明のもみ殻１２を用いた単層の圧縮成形ボード１でも、十分な密度（強度）が得られることがわかる。なお、密度（強度）の小さい圧縮成形ボード１は家具用に、密度（強度）の大きい圧縮成形ボード１は建材用に好適である。

また、本発明の圧縮成形ボード１に適用したイソシアネート系の接着剤１３は、前述したように水分と反応して硬化するので、素材であるもみ殻１２の乾燥条件を緩和することができる。つまり、もみ殻１２を乾燥する工程を、接着剤との反応性を高めるために付加したりする必要がなくなる。

また、イソシアネート系の接着剤１３は、シックハウス症候群の主な原因となるホルムアルデヒドを発生しないので、本発明の圧縮成形ボード１は、人体に優しいボードとして家具や建材に用いることができる。さらに、イソシアネート系の接着剤１３は窒素成分を含んでいるため、この圧縮成形ボード１を廃棄するときに土中に埋めると、窒素成分が肥料として作用するため、環境を汚染する心配もない。

なお、必要に応じて、上記圧縮成形ボード１の表裏面に、化粧紙等を貼着してもよいことは言うまでもない。

（ａ）は実施形態の圧縮成形ボードの縦断面図、（ｂ）は圧縮成形ボードの製造方法を説明する図である。イソシアネート系の接着剤の配合率と温度上昇の関係を示す図である。

符号の説明

１圧縮成形ボード
２枠体
１１基材
１２もみ殻
１３接着剤

Claims

農作物の殻を含有する圧縮成形ボードの製造方法であって、
所定の大きさに粉砕された農作物の殻にイソシアネート系の接着剤を配合した素材を単層にして、加熱温度１４０〜１８０℃、加圧力１５〜５０ｋｇ／ｃｍ^２で、２０〜４０分圧縮して成形することを特徴とする圧縮成形ボードの製造方法。
前記素材には、前記イソシアネート系の接着剤を５〜２０重量％の範囲内で配合したことを特徴とする請求項１に記載の圧縮成形ボードの製造方法。