JP2012111160A - 長繊維板の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】過熱蒸気処理によりＴＳを大幅に低減することができ、過熱蒸気処理における取扱いも容易な長繊維板の製造方法を提供すること。
【解決手段】天然長繊維を解繊して不織布の長繊維マットを成型する工程と、長繊維マットを過熱蒸気処理する工程と、過熱蒸気処理した長繊維マットを熱圧成型する工程とを含むことを特徴としている。
【選択図】なし

Description

本発明は、天然長繊維を原材料とした長繊維板の製造方法に関する。

従来、天然長繊維を原材料とした長繊維板が知られている（特許文献１、２参照）。この長繊維板は、ケナフやジュート等の植物の靱皮部分等から得られる天然長繊維を原材料として用い、これを樹脂で接着して得られるボードである。

長繊維板を製造する際には、天然長繊維を解繊して不織布の長繊維マットを成型する。そして長繊維マットの成型時または成型後に接着用の樹脂を供給し、この樹脂を供給した長繊維マットを熱圧成型する。

長繊維板は、住宅用部材、内装部材、造作部材等として用いられている従来の木質板、例えばパーティクルボード（ＰＢ）、ＭＤＦ（中密度繊維板）等の木質板に比べて高強度で、かつ高い寸法安定性を有している。

特に長繊維板は、含水率が変化したときの平面方向の寸法安定性が非常に優れている。そのため、例えばこれを建具の表面材として用いた場合、表面材の寸法変化が少ないため反りの小さい建具とすることができる。

また、床材等の基材として、長繊維板を合板等の他の木質板と接着剤で貼り合わせて複合して用いる場合も、反りの発生しにくい複合材料とすることができる。

そして長繊維板は、長繊維同士が絡み合った構造となっているため、曲げ強度等の強度物性にも優れている。

しかしながら、長繊維板は、ＭＤＦ等の従来より知られている他の一般的な繊維板に比べると、熱圧成型後に吸水したときの厚さ方向の膨潤率（ＴＳ）が大きい。ボードのＴＳが大きいと、例えば突きつけ施工した部分に段差が生じ易くなり、あるいは木口から吸水したときに吸水した箇所が部分的に膨らんで意匠性を損なう等の不具合が生じる。

長繊維板のＴＳが大きくなる原因の一つとしては、構成要素である天然長繊維の主要成分として親水性の高いヘミセルロースを含有していることが挙げられる。

このような長繊維板のＴＳを低減する技術として、特許文献３には、天然長繊維を高温の水蒸気を用いて過熱蒸気処理する方法が提案されている。具体的には、解繊前の天然長繊維を過熱蒸気処理し、これに樹脂を供給して混合し、その後ローラーカードを用いて混綿し、解繊して不織布を作製して熱圧成型し長繊維板を得ている。

特許第３９８７６４４号公報 特許第４０８５９６１号公報 特開２００９−１３２０９４号公報

しかしながら、解繊前の天然長繊維を過熱蒸気処理する特許文献３の方法では、過熱蒸気処理によるＴＳ低減が必ずしも十分ではなく、さらに改善の余地があった。また、過熱蒸気処理は長繊維板の製造において別途の工程を有するが、解繊前の天然繊維を過熱蒸気処理する場合は取扱い性が悪いという問題点があった。

本発明は、以上のとおりの事情に鑑みてなされたものであり、過熱蒸気処理によりＴＳを大幅に低減することができ、過熱蒸気処理における取扱いも容易な長繊維板の製造方法を提供することを課題としている。

上記の課題を解決するために、本発明の長繊維板の製造方法は、天然長繊維を解繊して不織布の長繊維マットを成型する工程と、長繊維マットを過熱蒸気処理する工程と、過熱蒸気処理した長繊維マットを熱圧成型する工程とを含むことを特徴としている。

この長繊維板の製造方法においては、過熱蒸気処理の時間が２〜１０分であることが好ましい。

この長繊維板の製造方法においては、熱圧成型した長繊維板の吸水による厚さ方向の膨潤率が１５％以下であることが好ましい。

本発明の長繊維板の製造方法によれば、過熱蒸気処理によりＴＳを大幅に低減することができ、過熱蒸気処理における取扱いも容易である。

以下に、本発明を詳細に説明する。

本発明の長繊維板の製造方法では、最初の工程として、天然長繊維を解繊して不織布の長繊維マットを成型する。

天然長繊維としては、植物から得られる各種のセルロース繊維を用いることができ、例えば、ケナフ、ジュート、ヘンプ、ラミー、リネン等の靱皮繊維を用いることができる。中でも、ケナフ繊維は、強度が高く、一年草であり熱帯地方や温帯地方での成長も早く容易に栽培できることから好ましく用いることができる。

天然長繊維は、その長さが１０〜２００ｍｍ程度のものが好ましい。このような天然長繊維を用いることで、寸法安定性の良い長繊維板を得ることができる。

このような天然長繊維を解繊して不織布の長繊維マットを成型する。不織布の成型方式としては、特に限定されないが、例えば、従来より知られているエアレイ方式やカーディング方式等を用いることができる。

天然長繊維を解繊して不織布としマット状にフォーミングした後、ニードルでパンチングすること（ニードルパンチ）により、薄く密度の高い長繊維マットにすることができる。

不織布の長繊維マットの目付は、３００〜１５００ｇ／ｍ²とすることが好ましい。目付が小さ過ぎると後の過熱蒸気処理において不織布が破損してしまう場合がある。目付が大き過ぎると過熱蒸気処理を不織布の深部まで十分に行うことができない場合がある。

本発明の長繊維板の製造方法では、次の工程として、不織布の長繊維マットを過熱蒸気処理する。このように、予め天然長繊維を解繊して不織布とし、これを過熱蒸気処理することで、不織布を構成する天然長繊維への過熱蒸気の浸透性が向上し、天然長繊維に含まれる親水性の高いヘミセルロースを効率良く分解することができる。これにより、得られる長繊維板の耐水性が向上し、ＴＳを大幅に低減することができる。具体的には、解繊前の状態は繊維径が例えば５０〜２００μｍ程度の長繊維が集まった繊維束の状態である。これに対して解繊後はその繊維束が解れて長繊維が1本〜数本ずつになった状態となっている。このように、解繊することで長繊維が解れるため、解繊前よりも効率良く水蒸気を浸透させることができる。

また、予め不織布をマット状にすることで、ニードルパンチを用いて繊維同士が物理的に絡み合っているため形状保持性が良い。そのため、過熱蒸気処理時における取扱いも容易である。

過熱蒸気処理の方法としては、特に限定されないが、例えば、蒸気噴射プレスを用いることができる。

蒸気噴射プレスを用いる場合、外枠を設けて密閉空間を形成し、その中に不織布の長繊維マットを入れて蒸気噴射することが好ましい。これにより、不織布の長繊維マットをプレスした状態でそのまま不織布の長繊維マットに蒸気を噴射する場合に比べて、不織布の長繊維マットに高温高圧の蒸気を効率良く吹き付けることができる。また、安全面においても、周囲への高温高圧の蒸気の飛散を抑制することができる。

過熱蒸気処理の時間は、２〜１０分が好ましい。過熱蒸気処理の時間をこの範囲内とすることで、短時間でＴＳを大幅に低減することができる。

過熱蒸気処理における過熱蒸気の温度は、１６０〜２００℃が好ましい。過熱蒸気の温度をこの範囲内とすることで、天然長繊維のヘミセルロースを効率的に分解することができる。

過熱蒸気処理した不織布の長繊維マットは、含水率が高くなっているため、この状態のまま次に樹脂の供給を行うと接着不良等の原因となり得る。そのため、乾燥機等を用いて乾燥し、含水率が５〜１５％となるように調整することが好ましい。

不織布の長繊維マットには、接着用の樹脂が供給される。樹脂の供給は、不織布の長繊維マットの成型時に行うこともできるが、過熱蒸気処理を行った不織布の長繊維マットに樹脂を供給することが好ましい。すなわち、不織布の長繊維マットを成型した直後に過熱蒸気処理を行うため、過熱蒸気処理時に不織布に樹脂が付着していると、過熱蒸気処理によるＴＳ低減が樹脂によって阻害される場合がある。また、蒸気の熱による樹脂の硬化や溶出が生じる場合がある。

樹脂の供給方法としては、特に限定されないが、例えば、不織布の長繊維マットに水溶性樹脂を含浸させる湿式の方法、不織布の長繊維マットの成型時に樹脂繊維や粉末樹脂を混綿しておく乾式の方法等を用いることができる。

樹脂としては、特に限定されないが、例えば、尿素樹脂、メラミン樹脂、フェノール樹脂、ウレタン樹脂等の熱硬化性樹脂や、酢酸ビニル樹脂、アクリル樹脂等の水性エマルジョン樹脂等を用いることができる。中でも、長繊維板の耐水性を高めることを考慮すると、耐水性の高いフェノール樹脂等が好ましい。

本発明の長繊維板の製造方法では、最後の工程として、この過熱蒸気処理した長繊維マットを熱圧成型する。

熱圧成型は、例えば、次のようにして行うことができる。樹脂が供給された不織布の長繊維マットを、熱盤間に配置する。そして熱盤により不織布の長繊維マットに熱と圧力を加えて熱圧成型を行い、板状に成型するとともに樹脂を硬化させて天然長繊維同士を接着することにより、長繊維板を製造することができる。

熱圧成型の際の温度、時間、および圧力は、接着用の樹脂の種類、長繊維板の厚さや密度等により適宜に設定されるが、例えば、温度は１４０〜２００℃、圧力は１〜３ＭＰａに設定される。また、熱圧成型の際のプレス方法としては、特に限定されないが、例えば、バッチ式の平板プレスや連続プレス等を用いることができる。

長繊維板の密度は、特に限定されないが、高い力学的強度が必要な場合は、好ましくは０．６ｇ／ｃｍ³〜１．４ｇ／ｃｍ³、より好ましくは０．８ｇ／ｃｍ³〜１．２ｇ／ｃｍ³に設定する。長繊維板の密度が小さ過ぎると、長繊維板の力学的強度が低下する場合がある。長繊維板の密度が大き過ぎると、熱圧成型の際の圧力が高過ぎて天然繊維自体が破損し、長繊維板の力学的強度が十分に向上しなくなる場合がある。

このようにして得られた長繊維板は、過熱蒸気処理により耐水性が向上し、吸水による厚さ方向の膨潤率ＴＳの小さなボードとすることができる。

本発明の長繊維板の製造方法においては、熱圧成型した長繊維板のＴＳが１５％以下であることが好ましい。これにより、例えば突きつけ施工した部分に段差が生じ、あるいは木口から吸水したときに吸水した箇所が部分的に膨らんで意匠性を損なう等の不具合を抑制することができる。

本発明により得られる長繊維板は、高い強度特性および吸水・吸湿時の寸法安定性を有し、ＴＳも小さいため、このような性能が要求される住宅用部材、内装部材や造作部材等に好適に用いることができる。

以下に、実施例により本発明をさらに詳しく説明するが、本発明はこれらの実施例に何ら限定されるものではない。

＜実施例１＞
ケナフ靭皮繊維を原材料とするケナフ長繊維をエアレイ方式を用いて解繊し、繊維径５０〜１５０μｍ、平均繊維長５０ｍｍのケナフ長繊維の不織布としマット状にフォーミングした。その後、ニードルパンチにより目付１０００ｇ／ｍ²の不織布のケナフ長繊維マットとした。
この不織布のケナフ長繊維マットを、ステンレスにより外枠を設けて密閉空間を作製しその中に入れて、蒸気噴射プレスにより不織布に高温高圧の蒸気を吹き付け、１８０℃の過熱水蒸気で２分間処理した。

処理された不織布のケナフ長繊維マットは乾燥機で乾燥し、含水率が１０％となるように調整した後、この不織布のケナフ長繊維マットにフェノール樹脂を固形分換算で２０質量％供給した。

このフェノール樹脂を供給したケナフ長繊維マットを、熱圧プレスを用いて熱盤温度１９０℃、成形圧力２．０ＭＰａ、成形時間３分の条件で熱圧成型した。これにより、厚さ２．０ｍｍ、密度０．８ｇ／ｃｍ³の３００ｍｍ角サイズの長繊維板を得た。

＜実施例２＞
過熱水蒸気処理の時間を５分間とし、それ以外は実施例１と同様にして長繊維板を製造した。

＜実施例３＞
過熱水蒸気処理の時間を１０分間とし、それ以外は実施例１と同様にして長繊維板を製造した。

＜実施例４＞
過熱水蒸気処理の温度を１６０℃とし、それ以外は実施例１と同様にして長繊維板を製造した。

＜実施例５＞
過熱水蒸気処理の時間を１分間とし、それ以外は実施例１と同様にして長繊維板を製造した。

＜実施例６＞
過熱水蒸気処理の時間を２０分間とし、それ以外は実施例１と同様にして長繊維板を製造した。

＜比較例１＞
実施例１と同様にして目付１０００ｇ／ｍ²の不織布のケナフ長繊維マットを作製した後、過熱蒸気処理を行わずにフェノール樹脂を供給した。それ以外は実施例１と同様にして長繊維板を製造した。

＜比較例２＞
解繊前のケナフ長繊維を１８０℃の過熱水蒸気で１０分間処理した。この過熱蒸気処理後のケナフ長繊維を、実施例１と同様にして解繊し、目付１０００ｇ／ｍ²の不織布の長繊維マットを成型した。その後は実施例１と同様にして長繊維板を製造した。

[ＴＳの評価]
以上のようにして得られた実施例および比較例の長繊維板について、熱圧成型直後の絶乾状態を基準として、常温水に２４時間浸漬させた後の厚さ方向の膨潤率ＴＳを測定した。その結果を表１に示す。

表１より、ケナフ長繊維を解繊して不織布のケナフ長繊維マットを成型し、このケナフ長繊維マットを過熱蒸気処理して長繊維板を製造した実施例１〜６では、過熱蒸気処理をしなかった比較例１に比べてＴＳが大幅に低減した。

さらに実施例１〜６では、ケナフ長繊維を予め過熱蒸気処理した後にケナフ長繊維を解繊して不織布のケナフ長繊維マットを成型した比較例２に比べてもＴＳの低減が見られた。また、実施例１〜６では、比較例２に比べて過熱蒸気処理の取扱いも容易であった。

特に、過熱蒸気処理の時間を２〜１０分とした実施例１〜４では、短時間でＴＳを大幅に低減することができた。

Claims (3)

1. 天然長繊維を解繊して不織布の長繊維マットを成型する工程と、この長繊維マットを過熱蒸気処理する工程と、この過熱蒸気処理した長繊維マットを熱圧成型する工程とを含むことを特徴とする長繊維板の製造方法。
2. 前記過熱蒸気処理の時間が２〜１０分であることを特徴とする請求項１に記載の長繊維板の製造方法。
3. 前記熱圧成型した長繊維板の吸水による厚さ方向の膨潤率が１５％以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の長繊維板の製造方法。