JP2015512348A - 木材プラスチック複合材及びその製造方法 - Google Patents

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Abstract

本発明は、木材プラスチック複合材の主原料である木粉からリグニン成分を除去することにより高い耐変色性を持たせることのできる木材プラスチック複合材及びその製造方法を提供することを目的とし、蒸解工程を通じて木材屑に含まれているリグニン成分を除去するステップと、リグニンの除去された木材屑を破砕して木粉を製造するステップと、木粉に高分子樹脂及び添加剤を投入した後に混練してゲル状の混合物を製造するステップと、製造された混合物を押出成形、射出成形または圧縮成形して木材プラスチック複合材を製造するステップと、を含むことを特徴とする。本発明によれば、蒸解工程を通じてリグニン成分を除去した木粉を用いて木材プラスチック複合材を製造することから、ＵＶまたは水分に長時間露出される場合であっても脱色及び黄変現象の発生を防ぐことができ、これにより、長期耐候性を向上させることができるというメリットがある。

Description

本発明は、木材プラスチック複合材に係り、さらに詳しくは、木材プラスチック複合材の主原料である木粉からリグニン成分を除去することにより高い耐変色性を持たせることのできる木材プラスチック複合材及びその製造方法に関する。
一般に、木材プラスチック複合材（Ｗｏｏｄ Ｐｌａｓｔｉｃ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ）とは、天然木とほとんど同じ外観や性質を有するように木粉とプラスチックを練り合わせて混合物を生成した後、これを射出成形または押出成形して木材とほとんど同様にしたものである。かような木材プラスチック複合材は、天然の木材に代え得る材料であり、その使用は毎年高い割合で増えつつある。木材プラスチック複合材は、基本的に、上述したように木粉とプラスチックを練り合わせて製造しているが、ここに様々な添加物を混合したり、その製造方法を変更したりして木材プラスチック複合材を生産している。
また、従来の木材プラスチック複合材の製造方法において用いられるプラスチックとしては、高密度または低密度のポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）などを採用し、木粉としては、通常、リサイクルされた木の生産物と木材屑、鋸屑を用いる。
さらに、木材プラスチック複合材の製造に際して添加される添加物の種類及び量は、木材プラスチック複合材を形成するための材料、生産方式、製品の最終用途などに応じて変更される。
例えば、木粉とプラスチックとの混合物の付着及び分散を促すための連結用に混合剤が添加され、混合物の結束を妨げないように遮断剤が添加され、製品の性能低下を防ぐ紫外線遮断剤と緩衝材、製品の密度を減らすための発泡剤などが添加される。
しかしながら、上述した木材プラスチック複合材の主原料となる木粉にはリグニン成分が含まれており、このような木粉を用いて成形・製造した木材プラスチック複合材がＵＶまたは水分に長時間露出される場合に脱色及び黄変現象が発生する。これにより、長期耐候性が低下するという問題がある。
本発明は上述した問題を解消するために案出されたものであり、木材プラスチック複合材の主原料となる木粉からリグニン成分を除去することにより、高い耐変色性を持たせることのできる木材プラスチック複合材及びその製造方法を提供することにその目的がある。
上述した目的を達成するための本発明の木材プラスチック複合材の製造方法は、蒸解工程を通じて木材屑に含まれているリグニン成分を除去するステップと、前記リグニンの除去された木材屑を破砕して木粉を製造するステップと、前記木粉に高分子樹脂及び添加剤を投入した後に混練してゲル状の混合物を製造するステップと、前記製造された混合物を押出成形、射出成形または圧縮成形して木材プラスチック複合材を製造するステップと、を含むことを特徴とする。
好ましくは、前記蒸解工程は、前記木材屑と水との液比（重量配分比）を１：２．０〜５．０にして蒸解器内に投入し、二酸化硫黄（亜硫酸）または硫酸からなる蒸解液を添加した後、８０〜１６０℃で１２０〜１８０分間蒸解することにより行われる。
また、好ましくは、前記木粉は、前記木粉内の水分含有率が１０〜２０重量％になるように８０〜１２０℃の温度に加熱して乾燥したものである。
さらに、好ましくは、前記混合物は、木粉１０〜９０重量％と、高分子樹脂（ＰＰ、ＰＥ、ＰＶＣ、ＡＢＳ、ＰＳ、ＰＣ及びＰＭＭＡのうちのいずれか一種または複数種を選択的に）１０〜５０重量％と、結合剤３〜６重量％と、ＵＶ安定剤０．２〜１重量％と、相溶化剤０．１〜５０重量％と、充填剤１〜５０重量％と、酸化防止剤０．１〜３０重量％と、潤滑剤０．１〜３０重量％及び顔料０．１〜３０重量％の添加剤を選択的に含む。
さらに、好ましくは、本発明に係る木材プラスチック複合材は、上記のいずれか一つの製造方法により製造される。
本発明によれば、蒸解工程を通じてリグニン成分を除去した木粉を用いて木材プラスチック複合材を製造することから、ＵＶまたは水分に長時間露出される場合であっても脱色及び黄変現象の発生を防ぐことができ、これにより、長期耐候性を向上させることができるというメリットがある。
以下、本発明の好適な実施形態に係る木材プラスチック複合材の構成及び作用について詳細に説明する。
本発明の好適な一実施形態に係る木材プラスチック複合材の製造方法は、高温・高圧の蒸解工程を通じて木材屑に含まれているリグニン成分を除去するステップと、前記リグニンの除去された木材屑を破砕して木粉を製造するステップと、前記木粉に高分子樹脂及び添加剤を投入した後に混練してゲル状の混合物を製造するステップと、前記製造された混合物を押出成形、射出成形または圧縮成形して木材プラスチック複合材を製造するステップと、を含むことを特徴とする。
ここで、前記蒸解工程は、前記木材屑と水との液比（重量配分比）を１：２．０〜５．０にして蒸解器内に投入し、二酸化硫黄（亜硫酸）または硫酸からなる蒸解液を添加した後、８０〜１６０℃で１２０〜１８０分間蒸解することにより行われ、これにより、木材屑に含まれているリグニンが除去される。このように蒸解工程が完了した木材屑に対しては、所定の洗浄過程が行われる。
次いで、リグニン成分の除去された木材屑を破砕する破砕工程を通じて木粉を製造する。ここで、好ましくは、前記木粉は５０〜１２０メッシュに粉砕して形成する。すなわち、木粉が５０メッシュ以下である場合には木粉そのものが大き過ぎて木材プラスチック複合材そのものの寸法安定性、弾性率などが低下する。逆に、前記木粉が１２０メッシュ以上である場合には木粉があまりにも微細に粉砕されてこれを配合する配合工程に際して木粉の塊化などの現象が頻発し、しかも、高分子樹脂と配合し難くなる。
さらに、このようにして粉砕された木粉を乾燥器内に投入し、８０〜１２０℃の温度に加熱して前記木粉内の水分含有率が１０〜２０重量％になるように乾燥する。すなわち、木粉の乾燥温度が８０℃以下である場合には乾燥に長時間がかかる。逆に、乾燥温度が１２０℃以上である場合には急激な乾燥によって木粉そのものの緻密な組織がねじれる変形を引き起こしてしまう。
加えて、本発明においては、前記木粉の水分含有率が１０〜２０重量％になるように乾燥するが、このように水分含有率を１０〜２０重量％に調節すると、別途のバインダを添加しなくてもＰＰ、ＰＥ樹脂とスムーズに混合されて、木材プラスチック複合材を容易に製造することができ、しかも、殺菌効果も得られる。これに対し、水分含有率が２０重量％以上になる場合には、木材プラスチック複合材の製造に際して木粉内部の水分が蒸発して気泡などが発生してしまう。この場合、高分子樹脂との配合に際して結合力が弱化され、これにより、木材プラスチック複合材を製造する過程で不良品が発生する。
上述した乾燥工程を経て乾燥された木粉を高分子樹脂及び添加剤とともに練り合わせて混合物を形成した後、射出成形または押出成形する。ここで、好ましくは、前記混合物は、木粉１０〜９０重量％と、高分子樹脂（ＰＰ、ＰＥ、ＰＶＣ、ＡＢＳ、ＰＳ、ＰＣ及びＰＭＭＡのうちのいずれか一種または複数種を選択的に）１０〜５０重量％と、結合剤３〜６重量％と、ＵＶ安定剤０．２〜１重量％と、相溶化剤０．１〜５０重量％と、充填剤１〜５０重量％と、酸化防止剤０．１〜３０重量％と、潤滑剤０．１〜３０重量％及び顔料０．１〜３０重量％の添加剤を選択的に含んでおり、これを混練器の内部にそれぞれ投入し、所定の時間をかけて混練する。
この場合、前記混合物には緻密な繊維組織を有する針葉樹からなる木粉が１０〜９０重量％配合されるので、木材固有の模様と質感が得られる。なお、前記木粉に高分子樹脂を１０〜５０重量％配合することにより、高分子樹脂そのものの耐薬品性と耐化学性に優れており、腐食され難く、しかも、直射光線によって物性が低下しないという固有の特性が得られる。
さらに、結合剤３〜６重量％が添加されて木粉と高分子樹脂との結合力が改善される。参考までに、木粉は親水性の極性を示し、高分子樹脂は疎水性の非極性を有するので、両物質の結合力は弱い。これにより、木粉と高分子樹脂との相互作用は、結合剤の添加によって両物質間の界面において新たな化学的結合により大幅に改善される。最も広く知られている結合剤の一つが、ＭＡＰＰ（ｍａｌｅａｔｅｄ ｐｏｌｙ−ｐｒｏｐｙｌｅｎｅ）である。
加えて、ＵＶ安定剤が０．２〜１重量％添加されることにより、木材プラスチック複合材が外部に露出されたときに紫外線などの影響によって合成樹脂高分子が分解される現象を未然に防ぐことができる。したがって、木材プラスチック複合材がねじれ易くなったり変形されたりすることを防いで、半永久的に使用することができる。
また、潤滑剤が０．１〜３０重量％添加されることにより、押出機において押出される木材プラスチック複合材の成形性が良好になり、これにより、木材プラスチック複合材の押出成形に際して不良発生率を下げることが可能になる。
上述した過程を通じて成形・製造された木材プラスチック複合材は、建物の外壁材、屋根または住宅用フェンス、テラス、散歩路の床材などとして使用することができる。
以上、本発明を特定の好適な実施形態を挙げて示して説明したが、本発明は上述した実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の技術的思想から逸脱しない範囲内において種々の変更と修正が可能であるということはいうまでもない。

Claims (5)

  1. 蒸解工程を通じて木材屑に含まれているリグニン成分を除去するステップと、
    前記リグニンの除去された木材屑を破砕して木粉を製造するステップと、
    前記木粉に高分子樹脂及び添加剤を投入した後に混練してゲル状の混合物を製造するステップと、
    前記製造された混合物を押出成形、射出成形または圧縮成形して木材プラスチック複合材を製造するステップと、
    を含むことを特徴とする木材プラスチック複合材の製造方法。
  2. 前記蒸解工程は、
    前記木材屑と水との液比を１：２．０〜５．０にして蒸解器内に投入し、二酸化硫黄または硫酸からなる蒸解液を添加した後、８０〜１６０℃で１２０〜１８０分間蒸解することにより行われることを特徴とする請求項１に記載の木材プラスチック複合材の製造方法。
  3. 前記木粉は、
    前記木粉内の水分含有率が１０〜２０重量％になるように８０〜１２０℃の温度に加熱して乾燥したものであることを特徴とする請求項１に記載の木材プラスチック複合材の製造方法。
  4. 前記混合物は、
    木粉１０〜９０重量％と、高分子樹脂（ＰＰ、ＰＥ、ＰＶＣ、ＡＢＳ、ＰＳ、ＰＣ及びＰＭＭＡのうちのいずれか一種または複数種を選択的に）１０〜５０重量％と、結合剤３〜６重量％と、ＵＶ安定剤０．２〜１重量％と、相溶化剤０．１〜５０重量％と、充填剤１〜５０重量％と、酸化防止剤０．１〜３０重量％と、潤滑剤０．１〜３０重量％及び顔料０．１〜３０重量％の添加剤を選択的に含むことを特徴とする請求項１に記載の木材プラスチック複合材の製造方法。
  5. 請求項１から請求項４のうちのいずれか一項に記載の製造方法により製造されることを特徴とする木材プラスチック複合材。
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