JP2014091278A

JP2014091278A - 繊維板とその製造方法

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Publication number: JP2014091278A
Application number: JP2012243953A
Authority: JP
Inventors: Shigeki Naito; 茂樹内藤; Kazuaki Umeoka; 一哲梅岡
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2012-11-05
Filing date: 2012-11-05
Publication date: 2014-05-19

Abstract

【課題】建材用途等として使用可能な、軽量かつ強度が優れ、製造が容易でしかも効率的である繊維板とその製造方法を提供すること。
【解決手段】植物繊維マットと、植物繊維マットに含浸され、硬化した第１の熱硬化性樹脂組成物とから形成された芯層２、芯層の表面に配設され、植物繊維マットと、植物繊維マットに含浸され、硬化した第２の熱硬化性樹脂組成物とから形成された表層３、および芯層の裏面に配設され、植物繊維マットと、この植物繊維マットに含浸され、硬化した第２の熱硬化性樹脂組成物とから形成された裏層４を備え、第２の熱硬化性樹脂組成物は、第１の熱硬化性樹脂組成物よりも硬化速度の速いものであり、かつ表層および裏層は、芯層よりも密度が高い層である。
【選択図】図１

Description

本発明は、繊維板とその製造方法に関するものである。

従来より、植物性繊維を配合した繊維板は、住宅用の床材、壁材、扉材等の建材として幅広い分野で使用されている。繊維板は、例えば、植物性繊維に合成樹脂のバインダー成分を加えて加熱加圧成形して製造される。

繊維板を建材として使用するためには、適当な密度へと加熱加圧成形して強度を発現させる必要があるが、単なる高密度化では断熱性や吸湿特性など、建材として好適な特性が低下してしまうおそれがある。また、繊維板の高密度化は重量の増大をもたらし、施工現場で扱いにくいといった問題も生じかねない。

そこで、繊維板の全体が均一な密度の単層板ではなく、繊維板の表層および裏層のみを高密度化し、芯層は表層および裏層よりも低密度化した、複数の層からなる積層板が提案されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載された繊維板では、熱圧プレス時に表層および裏層はスプリングバックを生じさせることなく半硬化させる一方、未硬化の芯層はスプリングバックを発生させる。このため、特許文献１に記載された繊維板は、表面部および裏面部の密度が高密度であり、芯部に向かって密度が低密度になる密度傾斜をもっている。

特開２００９−１０７１９６号公報

しかしながら、特許文献１に記載された繊維板では、表層、裏層および芯層の形成に用いられる熱硬化性樹脂組成物が同一のものである。このため、芯層を未硬化のまま、表層および裏層を半硬化状態にする熱圧プレス工程での温度や時間等のコントロールへの配慮が必要とされる。また、芯層の完全硬化のために熱風乾燥の工程を必要としている。したがって、特許文献１に記載された繊維板は、その製造が必ずしも容易ではなく、生産効率も良好であるとはいい切れない面がある。

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、建材用途等として使用可能な、軽量かつ強度が優れ、製造が容易でしかも効率的である繊維板とそ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、本発明の繊維板は、植物繊維マットと、植物繊維マットに含浸され、硬化した第１の熱硬化性樹脂組成物とから形成された芯層、芯層の表面に配設され、植物繊維マットと、植物繊維マットに含浸され、硬化した第２の熱硬化性樹脂組成物とから形成された表層、および芯層の裏面に配設され、植物繊維マットと、植物繊維マットに含浸され、硬化した第２の熱硬化性樹脂組成物とから形成された裏層を備えた繊維板であって、第２の熱硬化性樹脂組成物は、第１の熱硬化性樹脂組成物よりも硬化速度の速いものであり、かつ表層および裏層は、芯層よりも密度が高い層であることを特徴としている。

本発明の繊維板の製造方法は、植物繊維マットに第１の熱硬化性樹脂組成物を含浸させた第１の樹脂含浸繊維マットの表面に、植物繊維マットに第１の熱硬化性樹脂組成物の硬化速度よりも硬化速度の速い第２の熱硬化性樹脂組成物を含浸させた第２の樹脂含浸繊維マットを配置し、かつ第１の樹脂含浸繊維マットの裏面にも第２の樹脂含浸繊維マットを配置し、積層して加熱加圧成形し、第１の熱硬化性樹脂組成物は未硬化の状態とする一方、第２の熱硬化性樹脂組成物を完全に硬化させて、表側に表層が形成され、裏側に裏層が形成された積層体を得る１次プレス工程と、１次プレス工程の後、解圧して第１の樹脂含浸繊維マットにスプリングバックを生じさせ、次いで１次プレス工程よりも低い圧力で積層体を加熱加圧成形し、第１の熱硬化性樹脂組成物を硬化させて、第１の樹脂含浸繊維マットより芯層を形成させ、この芯層の密度を表層および裏層の密度よりも低くする２次プレス工程とを含むことを特徴としている。

この繊維板の製造方法では、第１の熱硬化性樹脂組成物と第２の熱硬化性樹脂組成物は、ともに同一の熱硬化性樹脂を含有する一方、硬化剤の含有量が異なるか、または熱硬化性樹脂のｐＨが互いに異なるものであることが好ましい。

また、この繊維板の製造方法では、第１の熱硬化性樹脂組成物と第２の熱硬化性樹脂組成物は、互いに異なる熱硬化性樹脂を含有するものであることが好ましい。

本発明の繊維板とその製造方法によれば、建材用途等として使用可能な、軽量かつ強度が優れ、製造が容易でしかも効率的である繊維板が提供される。

本発明の繊維板を概略的に示した断面図である。図１に示した繊維板の製造工程を例示した工程断面図である。

以下、本発明の繊維板について図面に沿って詳細に説明する。

図１は、本発明の繊維板を概略的に示した断面図である。

繊維板１では、植物繊維マットと、この植物繊維マットに含浸され、硬化した第１の熱硬化性樹脂組成物とから芯層２が形成されている。また、繊維板１では、芯層２の表面に配設され、植物繊維マットと、この植物繊維マットに含浸され、硬化した第２の熱硬化性樹脂組成物とから表層３が形成されている。表層３は、芯層２の表面に配設されている。また、繊維板１では、植物繊維マットと、この植物繊維マットに含浸され、硬化した第２の熱硬化性樹脂組成物とから形成された裏層４が形成されている。裏層４は、芯層２の裏面に配設されている。このように、繊維板１は、表層３、芯層２および裏層４の３層からなる積層板である。

植物繊維マットは、植物性繊維が配向した、または配向しない集合体を用いてマットにしたものである。植物性繊維を配向させる場合には、例えば、植物性繊維束をほぼ平行となるように並べて、繊維方向にテンションをかけながら解繊する方法を適用することができる。植物性繊維の配向を乱さないように解繊することで、多数本の植物性繊維がほぼ同一方向を向くように分離させることができる。また、植物性繊維を配向させる場合には、解繊時にランダム方向を向いた植物性繊維を配向させることもできる。植物性繊維を配向させない場合には、解繊時にランダム方向を向いたままの植物性繊維を使用することができる。

植物性繊維としては、通常、繊維板に用いられる植物性繊維であれば特に制限なく用いることができる。例えば、ケナフ、亜麻、ラミー、大麻、ジュート等の麻類植物の靭皮から採取される繊維、マニラ麻やサイザル麻等の麻類植物の茎または葉の筋から採取される繊維が例示される。また、針葉樹繊維や広葉樹繊維等の木材繊維（天然繊維）を単独、またはこれらの２種以上を併用したものが例示される。また、さとうきびから糖分を煮出した後の搾りかすのような、さとうきび、とうもろこし、竹、イネ等の農産廃棄物を原料とする繊維も例示される。麻類植物が主体となる繊維、例えば、植物性繊維の全重量中で、麻類植物の繊維が５０質量％以上となる繊維は、針葉樹繊維や広葉樹繊維等の木材繊維に比べて約２〜１４倍の高い引張強度を有している。以上の植物性繊維を配向させて成形した植物繊維マットは、植物性繊維自体の高い引張強度を有効に活用することができる。このため、曲げ性能および温度変化や湿度変化による長さ変化等に対して特に優れた性能を有する繊維板１が実現される。

植物性繊維の長さは、特に制限はないが、好ましくは１０〜１００ｍｍである。長さが当該範囲内の植物性繊維を用いることによって、加熱加圧成形後の繊維板の内部における繊維の絡み合いが多数存在するようになり、また、繊維一本当たりの熱硬化性樹脂組成物の付着部分を増やすこともできる。さらに、植物性繊維同士の継ぎ目部分を少なくできるため、植物性繊維自体の高い引張強度をより効果的に活用することができる。このため、強度、表面硬度、温度変化や湿度変化による長さ変化等に対してより優れた性能を有する繊維板１が実現される。

植物繊維マットは、植物性繊維をフォーミングし、ニードルでパンチングすることによって作製することができる。植物繊維マットの目付け量（面重量）は、特に制限はないが、３００〜１５００ｇ／ｍ^２が好ましい。

植物繊維マットに含浸する第１および第２の熱硬化性樹脂組成物としては、通常、繊維板１に用いられる樹脂であり、第１の熱硬化性樹脂組成物の硬化速度より第２の熱硬化性樹脂組成物の硬化速度が速いものである限り、特に制限なく用いることができる。例えば、フェノール樹脂、レゾルシノール樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、フルフラール樹脂、イソシアネート樹脂等の熱硬化性樹脂を単独、または２種類以上を併用したものが例示される。

第１および第２の熱硬化性樹脂組成物が、ともに同一の熱硬化性樹脂を含有する場合、硬化剤の含有量または熱硬化性樹脂のｐＨが異なるものとすることによって、硬化速度に差異を生じさせることができる。例えば、熱硬化性樹脂としてノボラック型フェノール樹脂を使用する場合、第１の熱硬化性樹脂組成物では、硬化剤であるヘキサメチレンテトラミン量を８〜１０質量％添加し、第２の熱硬化性樹脂組成物では、ヘキサメチレンテトラミン量を１３〜１５質量％添加することが例示される。このようにして、第２の熱硬化性樹脂組成物の硬化速度を第１の熱硬化性樹脂組成物の硬化速度より速くすることができる。また、熱硬化性樹脂としてレゾール型フェノール樹脂を使用する場合、第１の熱硬化性樹脂組成物では、ｐＨを７〜８とし、酸性側にシフトさせ、第２の熱硬化性樹脂組成物では、熱硬化性樹脂のｐＨを８〜１０でかつ第１の熱硬化性樹脂組成物より大きな値にすることも例示される。このようにしても、第２の熱硬化性樹脂組成物の硬化速度を第１の熱硬化性樹脂組成物の硬化速度より速くすることができる。この熱硬化性樹脂組成物のｐＨを調整する方法としては、例えば、硫酸、塩酸、シュウ酸などを用いて調整する。

植物繊維マットに熱硬化性樹脂組成物を含浸させることによって、繊維板１の曲げ強度、硬度および寸法安定性が向上する。

熱硬化性樹脂組成物の含浸量は、固形分として植物繊維マットの質量に対して１０〜５０質量％とすることが好ましい。この範囲であれば、繊維板１の強度が確保され、また、繊維板１としての性能が確保される。熱硬化性樹脂組成物を植物繊維マット１に含浸させる方法は、特に制限はなく、例えば、熱硬化性樹脂組成物の樹脂液槽の中に植物繊維マットを浸漬し、次いでロールを通過させて絞る方法が好ましく例示される。この場合、熱硬化性樹脂組成物を植物繊維マットに均一に含浸させることができる。

熱硬化性樹脂組成物を含浸させた植物繊維マットは、加熱加圧成形前に予め乾燥する。乾燥方法は特に制限はなく、乾燥炉等を用いることができる。乾燥後の植物繊維マットの含水率は、２０質量％以下であることが好ましい。植物繊維マットを加熱加圧成形するときの熱盤への熱硬化性樹脂の付着が起こりにくくなる。

図２は、図１に示した繊維板の製造工程を例示した工程断面図である。

繊維板１を製造する際には、まず植物性繊維をフォーミングし、ニードルでパンチングすることにより植物繊維マットを得た後、第１の熱硬化性樹脂組成物の樹脂液槽の中に植物繊維マットを浸漬し、次いで絞りロールを通過させる。その後、乾燥炉内に導入して植物繊維マットを乾燥し、次いで長尺の植物繊維マットを所定のサイズに裁断し、積載する。この工程によりを第１の樹脂含浸繊維マット５が得られる。

同様に、植物性繊維をフォーミングし、ニードルでパンチングすることにより植物繊維マットを得た後、第２の熱硬化性樹脂組成物の樹脂液槽の中に植物繊維マットを浸漬し、次いで絞りロールを通過させる。その後、乾燥炉内に導入して植物繊維マットを乾燥し、次いで長尺の植物繊維マットを所定のサイズに裁断し、積載する。この工程によりを第２の樹脂含浸繊維マット６が得られる。

そして、１次プレス工程として、第１の樹脂含浸繊維マット５の表面および裏面に、第２の樹脂含浸繊維マット６を配置し、積層体７を得、加熱加圧成形する。このときの加熱加圧成形では、この後、積層体７に対して１次プレス工程として、第１の樹脂含浸繊維マット５は未硬化の状態とする一方、第２の樹脂含浸繊維マット６を硬化させる。このような１次プレス工程を経て、繊維板１の表側に表層３が形成され、裏側に裏層４が形成された積層体７が得られる。

この後、２次プレス工程として、解圧によって未硬化状態の第１の樹脂含浸繊維マット５にスプリングバックを生じさせ、次いで１次プレス工程よりも低い圧力で積層体７を加熱加圧成形する。このような２次プレス工程を経て、第１の樹脂含浸繊維マット５を完全に硬化させ、芯層２を形成させる。こうして、繊維板１が製造される。

１次プレス工程では、第２の樹脂含浸繊維マット６は、スプリングバックを生じることなく完全硬化し、形成された表層３および裏層４の密度は高密度化するため、繊維板１に充分な強度が付与される。また、２次プレス工程では、解圧により未硬化状態の第１の樹脂含浸繊維マット５にはスプリングバックが生じ、芯層２は表層３および裏層４よりも低密度状態で硬化する。このため、芯層２は低密度化し、繊維板１では、芯層２と表層３および裏層４との間で密度の傾斜が生じる。その結果、繊維板１は充分な強度を有しながら、繊維板１全体を高密度化させた場合と比較して軽量化することが可能となり、しかも、芯層２が低密度であるため、断熱性が期待される。

１次プレス工程および２次プレス工程におけるプレス方法としては、バッチ式の平板プレス、連続プレスなどが挙げられるが、特に制限はなく、適宜の方法を適用することができる。また、プレスの温度、圧力、および時間は、熱硬化性樹脂の種類や繊維板の厚さ等により適宜に設定可能である。例えば、一次プレス工程では、温度２０〜１８０℃、圧力３〜５ＭＰａとし、二次プレス工程では、温度２０〜１８０℃、圧力１〜２．５ＭＰａとすることができる。

２次プレス工程において加熱加圧成形した後の繊維板１の厚みは、特に制限はないが、好ましくは１〜１２ｍｍである。繊維板１の強度特性、寸法安定性等を考慮すると、１．５ｍｍ以上とするのがより好ましい。繊維板１の密度は、特に限定されないが、繊維板１の軽量化を図りつつ、強度特性と重量とのバランスがとれた繊維板１とするために、６５０〜９５０ｋｇ／ｍ^３の範囲内とすることができる。強度特性をより高めるためには、繊維板１の密度は、７００〜９００ｋｇ／ｍ^３の範囲内とすることが好ましい。

なお、表層３および裏層４のみの密度は、８００〜１１００ｋｇ／ｍ^３の範囲内であることが好ましく、芯層２のみの密度は５００〜８５０ｋｇ／ｍ^３の範囲内であることが好ましい。

以上の１次プレス工程および２次プレス工程によって、軽量かつ強度が優れた繊維板１を容易に、しかも効率よく製造することが可能となる。繊維板１は、住宅用の床材、壁材、扉材等の建材として幅広い分野で好適に用いることができる。

以下に実施例を示すが、本発明の繊維板とその製造方法は、これらに限定されるものではない。
＜実施例＞
ケナフ靭皮繊維にニードルパンチを施し、目付け１０００ｇ／ｍ^２の植物繊維マットを作製した。この植物繊維マットを、第１の熱硬化性樹脂組成物として、硬化剤であるヘキサメチレンテトラミンを１０質量％添加したフェノール樹脂を２０質量％含有する水溶液の含浸槽に浸漬した。その直後に絞りロールを通過させ、植物繊維マットに均一に樹脂液を含浸させた。次いで、樹脂含浸繊維マットを乾燥炉において１１０℃で１．５分間乾燥させ、第１の樹脂含浸繊維マットを得た。

同じケナフ靭皮繊維からなる目付け１０００ｇ／ｍ^２の植物繊維マットを、第２の熱硬化性樹脂組成物として、硬化剤のヘキサメチレンテトラミンを１５質量％添加したフェノール樹脂を２０質量％含有する水溶液の含浸槽に浸漬した。その直後に絞りロールを通過させ、植物繊維マットに均一に樹脂液を含浸させた。次いで、樹脂含浸繊維マットを乾燥炉において１１０℃で１．５分間乾燥させ、第２の樹脂含浸繊維マットを得た。

第１の樹脂含浸繊維マットと第２の樹脂含浸繊維マットを同一サイズに裁断し、第１の樹脂含浸繊維マットの表側と裏側に第２の樹脂含浸繊維マットを配置し、積層体を作製した。次いで、この積層体に対し、１５０℃、５ＭＰａで３分間熱圧プレスを行った。第２の熱硬化性樹脂組成物は硬化し、表層と裏層が形成した。一方、第１の熱硬化性樹脂組成物は未硬化の状態であった。

次いで解圧し、第１の樹脂含浸繊維マットにスプリングバックを生じさせ、１５０℃、２．５ＭＰａで５分間熱圧プレスを行った。第１の熱硬化性樹脂組成物は、表層および裏層よりも低密度な状態で完全硬化し、芯層が形成した。こうして、厚さ１．５ｍｍ、密度７５０ｋｇ／ｍ^３の繊維板が得られた。

１繊維板
２芯層
３表層
４裏層
５第１の樹脂含浸繊維マット
６第２の樹脂含浸繊維マット
７積層体

Claims

植物繊維マットと、この植物繊維マットに含浸され、硬化した第１の熱硬化性樹脂組成物とから形成された芯層、
この芯層の表面に配設され、前記植物繊維マットと、この植物繊維マットに含浸され、硬化した第２の熱硬化性樹脂組成物とから形成された表層、
および前記芯層の裏面に配設され、前記植物繊維マットと、この植物繊維マットに含浸され、硬化した第２の熱硬化性樹脂組成物とから形成された裏層を備えた繊維板であって、
前記第２の熱硬化性樹脂組成物は、前記第１の熱硬化性樹脂組成物よりも硬化速度の速いものであり、かつ
前記表層および裏層は、前記芯層よりも密度が高い層である
ことを特徴とする繊維板。
植物繊維マットに第１の熱硬化性樹脂組成物を含浸させた第１の樹脂含浸繊維マットの表面に、前記植物繊維マットに前記第１の熱硬化性樹脂組成物の硬化速度よりも硬化速度の速い第２の熱硬化性樹脂組成物を含浸させた第２の樹脂含浸繊維マットを配置し、かつ前記第１の樹脂含浸繊維マットの裏面にも前記第２の樹脂含浸繊維マットを配置し、積層して加熱加圧成形し、前記第１の熱硬化性樹脂組成物は未硬化の状態とする一方、前記第２の熱硬化性樹脂組成物を完全に硬化させて、表側に表層が形成され、裏側に裏層が形成された積層体を得る１次プレス工程と、
この１次プレス工程の後、解圧して前記第１の樹脂含浸繊維マットにスプリングバックを生じさせ、次いで前記１次プレス工程よりも低い圧力で前記積層体を加熱加圧成形し、前記第１の熱硬化性樹脂組成物を硬化させて、前記第１の樹脂含浸繊維マットより芯層を形成させ、この芯層の密度を前記表層および裏層の密度よりも低くする２次プレス工程と、
を含むことを特徴とする繊維板の製造方法。
前記第１の熱硬化性樹脂組成物と前記第２の熱硬化性樹脂組成物は、ともに同一の熱硬化性樹脂を含有する一方、硬化剤の含有量が異なるか、または熱硬化性樹脂のｐＨが互いに異なるものであることを特徴とする請求項２に記載の繊維板の製造方法。
前記第１の熱硬化性樹脂組成物と前記第２の熱硬化性樹脂組成物は、互いに異なる熱硬化性樹脂を含有するものであることを特徴とする請求項２に記載の繊維板の製造方法。