JP2014054762A - 繊維板の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高い強度を有した繊維板を提供すること。
【解決手段】植物系繊維を含有する繊維マットの繊維間を水溶性の熱硬化性樹脂で接着してなる繊維板の製造方法であって、繊維マットを水溶性の熱硬化性樹脂に含浸させ、繊維マットを乾燥させた後、繊維マットに水分をスプレー塗布し、次いで加熱加圧成形することを特徴とする
【選択図】なし

Description

本発明は、植物系繊維を原料とする繊維板の製造方法に関するものである。

パーティクルボード（ＰＢ）、中密度繊維板（ＭＤＦ）などの木質系繊維板は、建築用材料として幅広い分野で使用されている。これらは、製材時の残廃材や製紙未利用低質チップ、建築解体材などから得られる木材小片、木質繊維を熱硬化性樹脂などで接着して板状に成形したものである。このため木質資源の有効活用といった観点から環境に優しい材料である。また、前記の木質系繊維板は、木材を製材して得られる挽き板に比べて品質が安定している、異方性が少なくて加工性に優れている、などの特徴を有している。

しかしながら、前記の木質系繊維板は構成要素として木材小片や木質系繊維などを用いているため、一般的には挽き板に比べて強度が充分ではない。中でもＭＤＦなどの木質繊維板は、壁材などに用いた場合、充分な強度が得られないことがあるという課題があった。

このため、本出願人は前記の課題に対し、ケナフ（アオイ科の一年生草本類）などの靭皮部分から得られる長繊維を原料として用い、熱硬化性樹脂で接着したより高い強度特性と寸法安定性を備えた繊維板を提案している（特許文献１、２参照）。

また、本出願人は前記の課題に対し、低重合度のフェノール樹脂成分と高重合度のフェノール樹脂成分を長繊維マットに含浸することによる、高強度で寸法安定性に優れた繊維板の製造方法を提案している（特許文献３参照）。

前記靭皮繊維を用いた繊維板は、従来の木質系繊維板に比べ、高強度、かつ高い寸法安定性を有している。しかしながら、栽培によって得られる靭皮繊維作物が、紡績や不織布製造を目的として様々な用途で活用されてきており、作物の出来高によっては市場価格が大きく変動する。近年では靭皮繊維作物の材料価格の上昇が続いており、価格面での問題も指摘されている。

また、前記重合度の異なるフェノール樹脂を用いた繊維板の製造方法では、繊維への浸透性の高い低重合度のフェノール樹脂成分が繊維の細胞壁中に浸透し、繊維への浸透性の低い高重合度のフェノール樹脂成分が繊維の表面に付着する。そのため、細胞壁中で硬化した樹脂成分は繊維板への水分の吸収を抑制するとともに、水分による繊維の膨潤、変形を抑制する。また、繊維の表面に付着した樹脂成分は繊維同士を強固に接着・結合させることで、繊維板の強度を高める。しかしながら熱硬化性樹脂供給工程において、重合度の異なる２種類の熱硬化性樹脂を用意する必要があり、コスト面等で問題が指摘されている。

特許第３９８７６４４号公報 特許第４０８５９６１号公報 特許第４０８５５８２号公報

これらのことから、より安価でかつ価格面でも安定している植物原料を利用可能とする技術へのニーズが高まっている。また、近年、住宅部材に求められる品質がより高くなっており、より一層高い品質の繊維板が望まれている。

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、安価でかつ価格面でも安定している植物原料を利用しながら、強度特性が充分に高められた繊維板の製造方法を提供することを課題としている。

前記の課題を解決するために、本発明にかかる繊維板の製造方法は、植物系繊維を含有する繊維マットの繊維間を水溶性の熱硬化性樹脂で接着してなる繊維板の製造方法であって、繊維マットを水溶性の熱硬化性樹脂に含浸させ、繊維マットを乾燥させた後、繊維マットに水分をスプレー塗布し、次いで加熱加圧成形することを特徴とする。

そして、前記繊維板の製造方法においては、前記繊維マットと水溶性の熱硬化性樹脂の混合比率が、質量比で７０：３０〜９５：５の範囲内であることが好ましい。

本発明によれば、安価でかつ価格面でも安定している植物原料を利用しながら、強度特性が充分に高められた繊維板の製造方法を提供することができる。加熱加圧成形直前の水分塗布工程により、繊維マットに含浸した水溶性の熱硬化性樹脂が繊維表面に溶出し、加熱加圧成形により完全に硬化させることで、強度の向上が図られる。

本発明の繊維板を構成する植物系繊維は、例えば、ケナフ、ジュート、亜麻、ラミー、ヘンプおよびサイザルのうちから選ばれた一種以上の靭皮繊維系植物を解繊して得られる繊維である。また、油ヤシ、ココヤシ、サトウキビ、竹、イネ、トウモロコシおよび麦などから得られる農産廃棄物由来の繊維（農産物繊維）であってもよい。このように、安価でかつ価格面でも安定している植物原料や、従来利用されずに廃棄されていた植物原料を利用して、強度特性が良好な繊維板を得ることが可能となる。

これら植物原料の中で靭皮繊維系植物は、既に紡績や不織布工業の中で一般的な工業原料として流通しており、安定的な調達が可能である。この靭皮繊維系植物の靭皮部分から得られる長繊維束を解繊することによって靭皮繊維を得ることができる。

このように靭皮繊維系植物を原料とする靭皮繊維は、セルロース成分が多く、高い引っ張り強度を有している。このため、靭皮繊維を用いることによって繊維板に充分な強度特性を付与し、良好な強度特性を有する繊維板を得ることができる。

本実施形態においては、農産物繊維は、例えば、農産廃棄物などを原料とする植物系繊維である。農産物繊維は、油ヤシ、ココヤシ、サトウキビ、竹、イネ、トウモロコシまたは麦などの農産廃棄物から得ることができる。前記の農産廃棄物は繊維板の原料としてほとんど利用されていない。このような農産廃棄物を利用することで、廃棄物を削減し、貴重な木材資源を節約することができる。また、前記した農産物繊維の原料は安価であるため、繊維板のコストを低減できる。

繊維マットとしては、例えば、ケナフ繊維などのリグノセルロース長繊維の集合体をニードルでパンチングすることにより３次元状に絡ませ、繊維マット状にしたものなどを用いることができる。繊維マットの目付け量（面重量）は、特に制限はないが、好ましくは０．２〜０．４ｇ／ｃｍ^２である。

また、前記のようにして得た繊維マットを水溶性の熱硬化性樹脂中に浸漬させることによって、繊維マットに水溶性の熱硬化性樹脂を含浸させ、水溶性の熱硬化性樹脂を含浸した繊維マットを絞りローラーに通すことによって、水溶性の熱硬化性樹脂の付着量が所定の範囲となるように調整する。その際、植物系繊維の合計質量に対する水溶性の熱硬化性樹脂の添加量は、固形分換算で５〜３０質量％、好ましくは１５〜２５質量％の範囲内になるように添加混合される。水溶性の熱硬化性樹脂の添加量が５質量％未満であれば、繊維を強固に接着することができなくなり、繊維板の高い強度特性が損なわれる恐れがある。また水溶性の熱硬化性樹脂の添加量が３０質量％を超えると、接着剤が無駄に消費されたり、接着剤を硬化させるのに多くの熱が必要となってコスト面で不利となるおそれがある。

本実施形態において、水溶性の熱硬化性樹脂の種類については特に限定されない。例えば、ユリア系樹脂、メラミン系樹脂、フェノール系樹脂、レゾルシノール系樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、フルフラール系樹脂、イソシアネート系樹脂など加熱硬化する液状の熱硬化性樹脂のうち、親水性の高いものを使用することができる。本発明では、上記の水溶性の熱硬化性樹脂を単独で用いたり併用したりすることができる。

なかでも、水溶性フェノール樹脂を使用するのが好ましい。フェノール系樹脂のなかでも、水溶性のレゾール型フェノール樹脂を用いるのが好ましいものであり、レゾール型フェノール樹脂は次のようにして調製することができる。すなわち、蒸留したフェノールと、ホルムアルデヒド水溶液と、アルカリ触媒とを秤量して反応容器にとり、オイルバスなどで加熱しながら攪拌することによって反応させる。次いで、硫酸を適量加えてｐＨ調製することによって、過剰のアルカリ触媒を中和して沈殿させる。この後に、アスピレータで減圧しながら蒸留・脱水することによって、不揮発成分（樹脂成分）の重量比が５０質量％程度のフェノール樹脂水溶液を得ることができ、これを水溶性の熱硬化性樹脂として使用することができるものである。

前記アルカリ触媒としては水酸化ナトリウム、水酸化カルシウム、水酸化バリウム、アンモニア、アミン類などを用いることができるものである。また、反応条件は、温度条件が６０〜９５℃の範囲、反応時間が数十分から２時間程度の範囲が一般的である。そしてレゾール型フェノール樹脂は、フェノール、モノメチロールフェノール、ジメチロールフェノール、トリメチロールフェノールなどの単量体と、これらの単量体が２以上結合した多量体の混合物として調製されるものである。

本実施形態においては、水溶性の熱硬化性樹脂の樹脂成分として、平均分子量（質量平均分子量）が、３００〜１０００のフェノール樹脂を用いることが好ましい。かかる水溶性の熱硬化性樹脂を使用することによって、繊維板の強度特性をより高めることができる。

本実施形態においては、乾燥工程の方法については特に限定はなく、例えば、常温風あるいは熱風などの送風や加熱による乾燥を挙げることができる。また、送風や加熱による乾燥の前にローラーなどで圧搾操作を行ってもよい。さらにまた、繊維マット中の水分が２０質量％以下になるように乾燥を行うことが好ましい。

その後、繊維マットを加熱加圧成形する直前に、繊維マットに水分をスプレー塗布するが、このとき植物系繊維の表面に熱硬化性樹脂が溶出するように水分を塗布する。樹脂成分が植物系繊維の内部まで浸透・硬化した繊維板は、耐衝撃性が低下するおそれがある。しかしながら、前記のように加熱加圧成形する直前に、繊維マットに水分をスプレー塗布することで、植物系繊維の内部まで浸透した水溶性の熱硬化性樹脂が溶出し、植物系繊維の表面に熱硬化性樹脂が付着した状態になる。この状態で、加熱加圧成形することで、繊維同士を強固に接着することができる。

本実施形態においては、繊維板の密度は特に限定されないが、繊維板の軽量化を図りつつ、強度特性とのバランスがとれた繊維板とするために、６５０〜９５０ｋｇ／ｍ^３の範囲内の密度とすることができる。強度特性をより高めるために、繊維板の密度は、７００〜９００ｋｇ／ｍ^３の範囲内であることが好ましい。

繊維板の厚みは特に限定されないが、繊維板の強度特性を考慮すると、１．５ｍｍ以上とすることができる。

以下に繊維板の製造法について説明する。

まず、靭皮繊維の原料を機械的に解繊処理することによって、平均繊維長が１０〜２００ｍｍ及び平均繊維径が１０〜３００μｍの靭皮繊維を調製する。また、農産物繊維についても、その原料を機械的に解繊処理することによって、平均繊維長が２〜５ｍｍ、平均繊維径が３０〜２００μｍの農産物繊維を調製する。

次に、前記靭皮繊維または農産物繊維を積層し、ニードルパンチングすることによって繊維マットを得た。次にこの繊維マットを水溶性の熱硬化性樹脂中に浸漬した後、絞りローラーに通して絞ることによって、水溶性の熱硬化性樹脂の含有量が５〜３０質量％となるように調製する。

次に、水溶性の熱硬化性樹脂を含有する繊維マットを５０〜９０℃で、含水率が２０質量％以下となるように乾燥する。この後、この繊維マットに水分をスプレー塗布し、熱板間に配置する。熱板によって繊維マットに熱と圧力を加えて加熱加圧成形し、繊維マットを板状に成形すると共に水溶性の熱硬化性樹脂を硬化させて繊維同士を接着することによって、繊維板を形成することができる。加熱加圧成形の際の温度や圧力は、水溶性の熱硬化性樹脂の種類や繊維板の厚みや密度などによって適宜に設定される。例えば、温度２０〜１８０℃、圧力３〜５ＭＰａとすることができる。また加熱加圧成形の際のプレス方法としては、バッチ式の平板プレスや連続プレスなどを採用することができる。

このような繊維板は、床材や壁材などの建築用部材、ドア、扉材などの内装部材の基材として利用することができる。
以上、実施形態に基づき本発明を説明したが、本発明は前記の実施形態に何ら限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内において各種の変更が可能である。

以下、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）
ジュートの靭皮繊維束を切断機によって長さ方向に所定長さでカットした後、機械的に解繊処理することによって、平均繊維長が１０ｍｍ及び平均繊維径が約０．１５ｍｍであるジュート繊維を得た。

次に、ジュート繊維を積層し、ニードルパンチングすることによって繊維マットを得た。この繊維マットを水溶性フェノール樹脂中に浸漬した後、絞りローラーに通して絞ることによって、水溶性フェノール樹脂の含有量が固形分換算で樹脂成分が２０質量％となるように調製した。水溶性フェノール樹脂添加後の繊維の乾燥は、８０℃×１時間で行った。なお、水溶性フェノール樹脂は、平均分子量が７００であり、分子量分布が４００〜１５００のレゾール型フェノール樹脂を用いた。

この繊維マットに、表面が湿る程度の水分をスプレー塗布し、１８０℃、３ＭＰａ、３分間の条件で加熱加圧成形し、厚み１．５ｍｍの繊維板を得た。この繊維板の密度は約８００ｋｇ／ｍ^３であった。

（比較例１）
実施例１と同様にして得られたジュート繊維マットを用い、繊維板を作製した。加熱加圧成形の直前に、繊維マットに水分を塗布しなかった点以外は実施例１と同様の条件とした。
（実施例２）
サトウキビの繊維束を切断機によって長さ方向に所定長さでカットした後、機械的に解繊処理することによって、平均繊維長が１０ｍｍ及び平均繊維径が約０．５ｍｍであるサトウキビ繊維を得た。

次に、サトウキビ繊維を積層し、ニードルパンチングすることによって繊維マットを得た。この繊維マットを水溶性フェノール樹脂中に浸漬した後、絞りローラーに通して絞ることによって、水溶性フェノール樹脂の含有量が固形分換算で樹脂成分が２０質量％となるように調製した。水溶性フェノール樹脂添加後の繊維の乾燥は、８０℃×１時間で行った。なお、水溶性フェノール樹脂は、平均分子量が７００であり、分子量分布が４００〜１５００のレゾール型フェノール樹脂を用いた。

この繊維マットに、表面が湿る程度の水分をスプレー塗布し、１８０℃、３ＭＰａ、３分間の条件で加熱加圧成形し、厚み１．５ｍｍの繊維板を得た。この繊維板の密度は約８００ｋｇ／ｍ^３であった。

（比較例２）
実施例２と同様にして得られたサトウキビ繊維マットを用い、繊維板を作製した。加熱加圧成形の直前に、繊維マットに水分を塗布しなかった点以外は実施例２と同様の条件とした。
（実施例３）
ヤシの繊維束を切断機によって長さ方向に所定長さでカットした後、機械的に解繊処理することによって、平均繊維長が１０ｍｍ及び平均繊維径が約０．２ｍｍであるヤシ繊維を得た。

次に、ヤシ繊維を積層し、ニードルパンチングすることによって繊維マットを得た。この繊維マットを水溶性フェノール樹脂中に浸漬した後、絞りローラーに通して絞ることによって、水溶性フェノール樹脂の含有量が固形分換算で樹脂成分が２０質量％となるように調製した。水溶性フェノール樹脂添加後の繊維の乾燥は、８０℃×１時間で行った。なお、水溶性フェノール樹脂は、平均分子量が７００であり、分子量分布が４００〜１５００のレゾール型フェノール樹脂を用いた。

この繊維マットに、表面が湿る程度の水分をスプレー塗布し、１８０℃、３ＭＰａ、３分間の条件で加熱加圧成形し、厚み１．５ｍｍの繊維板を得た。この繊維板の密度は約８００ｋｇ／ｍ^３であった。

（比較例３）
実施例３と同様にして得られたヤシ繊維マットを用い、繊維板を作製した。加熱加圧成形の直前に、繊維マットに水分を塗布しなかった点以外は実施例３と同様の条件とした。

前記の実施例１〜３及び比較例１〜３の繊維板を試料として、曲げ強度、釘逆引き抜き強度について物性評価した。
曲げ強度並びに釘逆引き抜き強度の計測は，ＪＩＳ Ａ ５９０５（繊維板）に規定された方法に基づき、評価した。
前記結果を表１に示す。

表１に示されるように、実施例１〜３の繊維板は、強度特性（曲げ強度、釘逆引き抜き強度）が良好である。これは、繊維マットに浸透した水溶性フェノール樹脂が、スプレー塗布された水分によって溶出し、続く加熱加圧成形工程において繊維マットを構成する植物系繊維同士を強固に接着したためだと考えられる。特に、実施例１のジュート繊維からなる繊維板の曲げ強度は、実施例２及び３の農産物繊維からなる繊維板と比較して１．４〜１．７倍であった。また、実施例３のヤシ繊維からなる繊維板の釘逆引き抜き強度は、実施例１及び２の繊維板と比較して１．３〜１．４倍であった。

比較例１〜３の繊維板は、加熱加圧成形前に繊維マットに水分を塗布していないので、強度特性が劣っている。特に比較例１〜３の繊維板の曲げ強度は、加熱加圧成形前に繊維マットに水分を塗布した実施例１〜３の繊維板の３分の１程度の強度しか示さなかった。これは、植物系繊維の細胞壁内部まで水溶性フェノール樹脂が浸透・硬化したため、得られた繊維板の耐衝撃性が高まらず、繊維同士の接着も強固ではなかったと考えられる。

Claims (2)

1. 植物系繊維を含有する繊維マットの繊維間を水溶性の熱硬化性樹脂で接着してなる繊維板の製造方法であって、繊維マットを水溶性の熱硬化性樹脂に含浸させ、繊維マットを乾燥させた後、繊維マットに水分をスプレー塗布し、次いで加熱加圧成形することを特徴とする繊維板の製造方法。
2. 前記繊維マットと水溶性の熱硬化性樹脂の混合比率が、質量比で７０：３０〜９５：５の範囲内であることを特徴とする請求項１に記載の繊維板の製造方法。