JP2550482B2 - セルロース系ボード - Google Patents

セルロース系ボード

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はセルロース系構成材料か
ら、特定のアルカリ性フェノール系レゾール樹脂を接着
結合剤として用いて成形したセルロース系ボードに関す
る。
【0002】
【従来の技術】木材産業用フェノール系樹脂は過去20
年間にわたって改良が加えられて現在の「技術水準」に
達し、そのままで、確立した標準に至っている。イソシ
アネート類の近年の発展によりフェノール類よりはるか
に硬化が早い木材接着剤が出現してきた。これは健康上
および経済上でマイナス面を有するが、硬化速度が早い
という理由で急速ないきおいでフェノール系の代替物に
なってきている。しかし、フェノール−ホルムアルデヒ
ド樹脂は、今尚合板、パーティクルボード、繊維ボー
ド、ハードボードおよび配向型ストランドボードのよう
な構造木材製品を含む、多くの木材製品中接着剤および
結合剤として広く使用されている。液状フェノール−ホ
ルムアルデヒドレゾール(PF)結合剤を使用して構造
木材製品を製造する大部分の工場の生産性は、ホットプ
レス中結合剤の硬化速度によって制限される。これは、
他の普通使用されている結合剤に比べてこれらの製品が
本来熱硬化が遅くしかも硬化の間水分を除去する必要が
あるからである。
【0003】合板は、互いにある角度(通常90°)で
隣接する層の木目と接している、比較的うすい層、或い
はプライより構成される接着木材パネルである。通常の
構成は、奇数のプライを有し、バランスのとれた構成が
得られている。木材の厚い層がプライとして使用される
場合には、互いに平行の木目方向をもつ2つの対応する
層が使用されることが多い;このように構成させる合板
は、4−プライまたは6−プライと呼ばれることが多
い。外側の片は、表対表または表対裏のプライであり、
内側のプライは、しんまたは中心であり、内側および外
側のプライの間のプライは、クロスバンドである。しん
は、ベニヤ板、ランバーまたはパーティクルボードであ
ってよく、全パネル厚さは、典型的には1/8インチ未満
でも2インチを超えることもない。
【0004】一般に、プライを乾燥させて接着と共存で
きる水準まで水分を除去する。プライは、接着剤塗布器
を用い、適当に前および(または)後に、接着剤で被覆
される。ホットプレス中熱および圧力をかけて接着剤を
硬化させ、パネルを結合させて合板を形成させる。乾式
法組成ボードは、複合パネルの普通の形態である。それ
は、木材繊維からつくることができる。このボードの製
造においては、原料木材をこわして繊維状の形態とし、
適当な接着剤を噴霧し、次にシフト法または乾式成形技
術によって成形してマットにする。次にこのマットに高
圧および高温をかけて所望の密度、普通40〜60ポン
ド/立方フィートまで固める。このホットプレス処理に
おいては、高温により樹脂は硬化し、繊維の間に接着結
合を形成する。
【0005】パーティクルボードをつくるのに使用され
るパーティクルの調製においては、種々の材料を用いる
ことができる。このボードは、均質な型のパーティクル
から形成してよい。即ち、パーティクルはすべて、フレ
ークであってよく、或いはそれらはすべて繊維であって
よい。このボードは、単一の層から形成されてよく、ま
たは多層であり、粗いフレークのしんの上に細かな表面
フレークを塗ってよく、或いは粗いフレークのしんの表
面の各々の上に繊維の上層を有していてよい。他の組合
せも使用することができる。パーティクルボードの製造
においては、乾燥木材100部あたり樹脂固形物約6〜
約10部の量の合成樹脂結合剤の水溶液を木材パーティ
クル上に噴霧する。次に樹脂処理パーティクルを成形し
てマットにし、ホットプレス中所望の密度まで固める。
この型のパネルは、通常約35ポンド/立方フィート〜
約45ポンド/立方フィートの範囲の密度を有するよう
につくられる。典型的には、パーティクルボードの厚さ
は、1/8インチ〜2インチの範囲にはいる。
【0006】この型の方法は、全く用途が広い。さもな
くば廃物となる材料を、所望の製品に成形することがで
きる。例えば、かんなくずを、単独で使用するか、或い
は他の木材パーティクルと組み合わせて、この方法によ
って有用なパーティクルボードに成形することができ
る。マット法は、精巧になり改良されているので、今や
多プライボードをつくるのに普遍的である。例えば、3
成形用ヘッドを使用することができる。各ヘッドは、樹
脂およびワックスが噴霧されているフレーク、繊維また
はパーティクルの移動するワイヤー、或いは当て板上へ
の配置を行なう。第1の成形用ヘッドは、細かな表面材
料を置き、第2のものは、ボードの中心層のためのそれ
より粗い材料を置き、第3のヘッドは、細かな表面材料
の他の外側の1層を置く。マット成形性ホットプレス法
の外に、押出し法が現在使用されている。この方法にお
いては、木材パーティクル、樹脂、ワックスサイズの混
合物をダイスに通して平らなボードをつくる。押出し法
は、普通家具のしんに使用するために得られる複合パネ
ルを得る会社によって社内生産用に使用される。
【0007】新しい方法の中には、ホットプレートを用
いるプレス硬化と高周波電力により発生された熱との組
合せを利用するものがある。この組合せにより、最小の
プレス時間で迅速な硬化が可能となる。複合パネルを製
造するための乾式法技術は、合成樹脂接着剤に全く依存
しているが、合成樹脂接着剤なしにパネルをつくるのに
使用することができる湿式技術がある。しかし、実地に
おいては、ハードボードのような湿式法パネルの製造
は、要求される応用において使用することができるよう
に製品の性質を改善するために少量の合成樹脂結合剤を
添加することが多い。使用される樹脂の割合は、乾式法
において使用される割合の1/10〜1/20のオーダーである
ことが多い。湿式法のマット形成段階においては、繊維
のスラリをスクリーン上排水して湿ったマットを形成さ
せる。このマットは、無限のリボンとして得られ、硬化
のために所望のパネル寸法に切られることが多い。
【0008】ハードボードの製造においては、湿ったマ
ットは、乾式法といくらか異なって処理される。例え
ば、ワックス乳濁液は、マット成形用機械の湿った末端
中添加される。乾燥基準で、約0.3%〜約3.0%のワ
ックスを繊維に添加するのに十分な乳濁液(一般にパラ
フィンワックスの)が使用される。同様に、湿式法中樹
脂結合剤が添加される時には、一般にマットが成形され
る前に、繊維スラリに添加される。明ばんでスラリを酸
性にすることによって繊維上に析出させてよい。 湿式法技術はまた、絶縁ボードの生産において使用され
ることが多い。この種類の製品は、複合パネル型の製品
において熱絶縁および音吸収性を合わせもつ低密度構造
が強調される。合成樹脂その他の添加剤を添加すると、
絶縁ボードの表面の品質、強度および耐水性を改善する
ことができる。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】通常は、フェノール系
樹脂は硬化を行なうように分子量が調整される。分子量
が増大すると、完全な硬化のために要する時間が減少す
る。しかし、分子量が増大するに従って、重合体の易動
度すなわち流動度が低下する。フェノール系樹脂は、隣
接している基質をぬらすことができるように硬化の時に
易動性でなければならない。水分もフェノール系樹脂の
流動を助けるので、流動度は塗布される接着剤の量およ
びホット−プレス前に許容される滞留時間によって影響
される。十分な水分が存在するかぎり、重合体は、適当
な流動度を示すが、接着剤が木材基板に固定するにつれ
て水分は接着剤層から離れて木材中に移動する。ホット
−プレス前の滞留時間が長すぎる場合或いは高い外温ま
たは低い水分の木材のように木材による水の吸収が有利
である場合には、樹脂は十分な流動度も基板をぬらす能
力も示さないで結合が悪くなる。
【0010】樹脂が所定の用途に設計される時には、分
子量は通常、使用者の処理方法によって課せられた制約
によっても樹脂の流動を十分確保するように選択され
る。より迅速な硬化が必要である場合には、樹脂の流動
の低下が、製造操作の変化によって許容されるかまたは
調節されるものでなければならない。ホルムアルデヒド
濃度の増大はフェノール系樹脂の硬化速度を改善する
が、過剰のホルムアルデヒドの放出を招く。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明者は、フェノール
ナトリウムレゾール樹脂をつくるのに使用される水酸化
ナトリウムをモル当量の水酸化カリウムにより部分的ま
たは完全に置換する場合には、はるかに迅速な硬化性の
樹脂が得られることを見出した。このようなカリウム改
質型フェノール系樹脂は流動性の損失なしに硬化速度の
有意な改善を示す。対照的なことにはこれらの樹脂は、
比較的低い分子量の縮合生成物であるかのように作用す
る。適用速度の低下が可能である。比較的迅速な硬化と
比較的低い適用速度の組合せによって、前記の樹脂は、
例えば、ベニヤまたは以前可能であったより高い水分を
有する屋内プライとの合板のための有効な接着剤として
使用することができる。
【0012】一般に、本発明による樹脂は、約1%〜約
15%、好適には約1%〜約7%(重量)、或いはそれ
より多い水酸化カリウムを含有することができる。それ
より高い量の水酸化カリウムは、経済的利点をあまりま
たは全く与えないように思えるが、技術的見地からは、
使用することができる。すべての普通の商業上の施設に
おいて、また普通のプレスサイクル時間において、例え
ば、しんの水分が10%〜12%(重量)の高さである
場合、配向型ストランドボードの製造の場合、高い水分
の木材ストックを接着する能力を示すカリウム改質フェ
ノール系樹脂を、本発明によってつくることができる。
接着剤スプレッドは、一般に常用の樹脂にあてはまるよ
り低い量でつくられ、使用される木材ストックが、例え
ば、5%〜9%(重量)の範囲の全水分のような、比較
的高い水分を有する場合にも低くてよい。その上プレス
サイクル時間は、普通の水分の木材ストック、即ち、約
4%〜約8%の範囲の水分を有するが、約3重量%より
低い水分を有する実質的な量のストックを含有する木材
ストックについて、約30秒〜約90秒だけ低下させること
ができる。本発明の樹脂接着剤の使用は、かくして比較
的低いコストで木材製品を生産する機会を与える。
【0013】
【発明の詳述】本発明は、合板またはハードボード、パ
ーティクルボード、繊維ボード、配向型ストランドボー
ド等のような複合パネルの製造の際のようなリグノセル
ロース系材料の結合のための水酸化カリウム変性レゾー
ルの使用に関する。フェノール−ホルムアルデヒドレゾ
ール樹脂は、構造木材製品の製造において、即ち、リグ
ノセルロース系材料の結合のために常用される。このフ
ェノール−ホルムアルデヒド樹脂は、非エキステンド型
であってもエキステンド型であってもよい。配向型スト
ランドボードのような、複合パネルの製造のため本発明
において利用することができる常用のフェノール−ホル
ムアルデヒド樹脂の数平均分子量は、好適には700〜
2000の範囲、更に好適には1000〜約1800の
範囲である。合板の生産のためには、数平均分子量は、
約1,350〜3,000、好適には約1,500〜2,5
00の範囲であってよい。ホルムアルデヒド対フェノー
ルの比は、好適には1.5:1〜3.0:1、更に好適に
は1.5:1〜2.0:1である。
【0014】この樹脂溶液は、塩基を水酸化ナトリウム
として計算した時、樹脂溶液の重量を基にして、1%〜
約5%、好適には2%〜8%のアルカリ度含量を有す
る、即ち塩基を含有する。塩基が水酸化カリウムである
時には、アルカリ度含量は、約1.00%〜約10.71
%となる。ここで使用されるアルカリ度含量とは、異な
った基準によって明示されないかぎり、当量の水酸化ナ
トリウムの重量による溶液のパーセントを意味する。例
えば、6.4%KOHのアルカリ度含量は、当量の水酸
化ナトリウムを基にして、約9%のアルカリ度含量と均
等になる。追加の塩基を市販の樹脂に添加して、それを
所望の濃度としてよい。かくして本発明は、水酸化カリ
ウム変性フェノール系樹脂、接着結合剤としてこれらの
変性フェノール系樹脂を使用することによって得られる
木材製品に関する。フェノール系樹脂は、フェノールの
アルデヒド、通常ホルムアルデヒドとの縮合生成物であ
る。
【0015】本発明が関係するフェノール系樹脂は、レ
ゾールと称される熱硬化性縮合生成物である。これらの
樹脂は、少なくとも等モル量のフェノールおよびアルデ
ヒド、一般にそれより多いアルデヒドを使用して得られ
る。普通の比は、フェノール1モル対アルデヒド1〜3
モル、好適には2モルである。レゾールをつくる際通常
塩基性触媒が使用される。本発明において有用であるレ
ゾールは、使用できる時には、水酸化ナトリウムおよび
水酸化カリウムを共に含有する。当該技術において使用
される場合、用語「レゾール」は、硬化された樹脂と反
対に、有用な反応性を有するフェノール系樹脂をいう。
【0016】本発明による樹脂を製造する際には、水性
媒質中、かつ塩基性触媒の存在下にホルムアルデヒドを
フェノールと反応させる。本発明の好適な実施態様にお
いては、存在する塩基性触媒は、水酸化ナトリウム、水
酸化カリウム、或いはこれらの混合物であってよい。短
かい初期発熱反応の後、更に発熱反応のために、更に水
酸化物を添加することによって反応媒質をいくらか希釈
してよい。初期には反応させるべきホルムアルデヒドの
全量の一部分のみが用いられるので、この点において残
量のホルムアルデヒドは、反応が高度に発熱性であるの
で注意深く温度をコントロールして段階的に添加するの
が好適である。この段階において反応が実質的に完了す
ることができるのに適当な時間の終りに、水および少量
の追加の水酸化ナトリウム、水酸化カリウム或いは両者
の混合物を添加することができる。水酸化カリウムの添
加は、発熱反応を生じることが予期することができるの
で、追加量の水酸化カリウムがあればゆっくり添加され
る。反応が完了した時、反応混合物を冷却すると一般に
使用することができる。重合反応の間いつでも反応混合
物にKOHを添加することによって樹脂を製造すること
ができることが見出された。しかし、完全に重合した樹
脂になるまでのKOHの添加は、有用な樹脂を作らな
い。
【0017】フェノール成分は、フェノール自身および
クレゾール等のような置換フェノール並びにそれらの混
合物であってよい。例えば、レゾルシノール、ビスフェ
ノールA等のような高官能性のフェノール類も使用して
よいが、好適ではない。同様に、p−クレゾール、p−
クロロフェノール等のようなパラ−置換フェノール類も
使用することができるが、好適にはフェノール成分の小
さい部分のみがこのような置換フェノール類から構成さ
れる。アルデヒド成分は、好適にはホルムアルデヒドで
ある。それは、「ホルマリン」として知られる水溶液の
形態で最も好都合かつ経済的に用いられ、それは、一般
に35%〜50%(重量)のホルムアルデヒドを含有す
る。しかし、パラホルムおよびトリオキサンのような他
の形態のホルムアルデヒドも使用することができる。ア
セトアルデヒド、プロピオンアルデヒド等のような他の
アルデヒドも、ホルムアルデヒドの代りにかまたはその
部分置換として使用することができるが、一般に、市販
の形態の1つのホルムアルデヒドが使用される。
【0018】木材製品をつくる際有用である結合可能な
木材は、木材ストリップ、ベニヤ、ミール、かんなく
ず、並びに細粉、また実質的に傷つけられていないセル
ロース構造特性を有する浸出されるかまたは化学処理さ
れた固形木材の形態であってよい。更に特定すると、こ
のカリウム変性樹脂は、配向型ストランドボードおよび
合板の生産に関連して最も有用であると見られる。しか
し、この樹脂はまた、パーティクルボードその他の木材
製品の生産に対しても有用である。このカリウム変性レ
ゾール樹脂を得るためには、現在特定の工程が決定的で
あるようには思われない。一般に、最終レゾール生成物
が約7重量%までの水酸化カリウムを含有する時良好な
結果が得られる。更に一般的には、しかし、このカリウ
ム変性レゾール類は、当初使用される水酸化ナトリウム
を一部分かまたは全部水酸化カリウムに置換して製造す
ることができる。得られる樹脂は、一般に水酸化ナトリ
ウム樹脂の場合より迅速な硬化速度を示し、低い水準の
樹脂塗布によって所望の結果を達成することができる。
過去においては、水酸化ナトリウムは、良好な結果を生
じると考えられ、この方が高価でなかったので、水酸化
カリウムの使用を研究する経済的動機はなかった。
【0019】カリウム変性レゾール類の製法には、現在
の方法または装置を全くあるいは殆んど変更する必要は
ない。極端な場合として水酸化カリウムのみが使用され
るときは、現在の方法中使用されるはずである水酸化ナ
トリウムの代りに直接用い、発生する発熱の差異を調節
するようにのみ変更することができる。水酸化カリウム
(KOH)で部分置換された水酸化ナトリウム(NaO
H)が使用される時には、1つではなく2つの水酸化物
の使用を調節する若干のわずかな調整をしなければなら
ない。
【0020】一般に少なくとも1%のKOH(レゾール
の重量を基にして1%)が硬化速度の所望の認め得る改
善および低い塗布速度を得るために必要である。1%よ
り少ない量のKOHの場合には、改善はあまりまたは全
く認められない。約10%を超えるKOHの量の場合に
は、効果は平坦になる、即ち、効果の改善は、添加され
るKOHのコストに比例しない。しかし、NaOHをK
OHに完全に置換することは実施可能である。NaOH
をCa(OH)2またはNH4OHに置換すると前記の改善
は認められない。
【0021】このKOH変性レゾール樹脂は、現在使用
されているいずれの形態の常用の装置を用いても木材に
施すことができる。このような装置は、噴霧ノズル、霧
化ホイール、ロールコーター、カーテンコーター、並び
にフォーム塗布器を包含する。リグノセルロース系材料
への樹脂の塗布は、ホットプレス処理の直前またはかな
り短かい前に実施される。例えば、マット法によってパ
ーティクルボードのような複合パネルを製造する時に
は、木材フレーク、繊維またはパーティクルに樹脂の溶
液を噴霧する。噴霧された木材片は、成形用ヘッドを通
してマットをつくることができる。別法として、多成形
用ヘッドを用いてよい。例えば、3成形用ヘッドを使用
して3−プライボードの製造のために並列させることが
できる3つの別々のマットを得ることができ、2つの外
側のヘッドは、細かな表面材料を置くのに使用され、内
側のヘッドは、ボードの中心層のための比較的粗い材料
を置くのに使用される。
【0022】リグノセルロース系成分のための原料の選
定は、主に入手可能性およびコストを基にしている。ボ
ードの製造操作において普通であるように、パーティク
ルが製造される木材は、あまりに小さいかあまりに継ぎ
が多いかまたはあまりに節が多い等の理由からランバー
または合板に変換するのに適していない素材の形態であ
ってよい。このような素材を小さいパーティクルの形態
にする時には、欠陥はふるい分けられる。本発明は、均
質なリグノセルロース材料から、または異なった種類の
前記の材料の混合物からつくられるボードの生産の際に
有用である。ボードに、例えば、完全に木材パーティク
ルから、或いは完全に木材フレークから、或いは繊維、
かんなくず等から、或いはこれらの混合物からつくるこ
とができる。同様に、ボードは、多層を用いて、細かな
表面フレークおよび粗いフレークのしんを用いて形成さ
せてよく、或いはそれは、表面の各々の上に繊維のオー
バーレイをもつ粗いフレークのしんを有していてよい。
他の組合せも生産することができる。
【0023】木材フレークは、一般に各フレークの長さ
が木材の木目に平行になる方向に木材のフレークをシェ
ーブオフする機械によってつくられる。普通の寸法のフ
レークは、1/4″×1″のような寸法を有し、厚さは、
意図される最終用途によって、約0.005″〜約0.0
75″の範囲である。セルロース系材料はまた、木材繊
維の形態であることができる。このような繊維の製造の
際には、木材チップを、一般に円板粉砕機中機械的に繊
維の形態にする。このようにして製造された繊維は、一
般に約1重量%〜2重量%の繊維を含有するパルプまた
は水スラリの形態とされる。繊維からの複合パネルの製
造において時に化学結合剤を除くことができるが、フェ
ノール−ホルムアルデヒド型の樹脂結合剤が用いられる
時には、本発明は有用である。
【0024】複合パネルをつくる際用いられる木材片
は、水に対し若干の親和性およびそれを吸収する傾向を
有する。複合パネルにはいる水は、それを弱める傾向が
あり、表面繊維の若干の膨潤をおこすことがあり、複合
パネルの寸法不安定性を増大させる。水を吸収するこの
傾向を防止するため、ワックスを木材片に塗布して複合
パネル中水の吸収に対する組み込まれた抵抗性を与える
ことができる。用いられるワックスは、満足されるいず
れのワックス、例えば、粗スケールワックスまたはミク
ロ結晶性ワックスであってよい。一般に、それは、乾燥
固体基準で、結合剤の約10重量%〜約30重量%、好
適には約20重量%の割合で塗布される。オーブン乾燥
した仕上り固形分で表わすと、ワックスの量は、木材に
対して約0.3重量%〜約3.0重量%である。
【0025】使用されるフェノール−ホルムアルデヒド
樹脂の量は、一般に最終製品中必要とされる特性によっ
てきまる。高級絶縁ボードの場合には、使用される結合
剤の量は、乾燥仕上りボードを基にして約5%までの樹
脂固形分であってよく、一般に約2%〜約4%であって
よい。良級のパーティクルボードの場合には、樹脂の量
は、複合パネルのための仕上り固形物の重量を基にして
約3%〜約8%の乾燥樹脂固形物を与えるのに十分であ
るべきである。多層ボードにおいては、例えば、しんに
対して3%の樹脂固形物、また2つの表面層中8%の樹
脂固形物のように、表面層に対して使用されるより少量
の樹脂がしんにおいて使用されることが多い。表面層中
添加される樹脂の量は、しんに対してに比べて、追加の
強度および硬度を付与する。8%より多い樹脂を使用す
ることができるが、大量は現実にコスト効率的ではな
い。
【0026】ホットプレス処理条件は、複合ボードの厚
さ、並びに樹脂の特性によってきまる。314″の厚さ
のフェノール系結合パーティクルボードの製造の場合代
表的なプレスサイクルは、約380°〜420°Fのプ
レスプラーテン温度において約7〜10分となる。本発
明によってプレス処理時間は、ボードの品質の損失なし
に減少させることができる。本発明はまた、合板の製造
において有用である。 合板法は、バットの加熱効率を増大させるため水および
表面活性剤を含有する加熱されたバット中長さを切り、
かつ条件づけされた真直な素材を必要とする。加熱され
た素材は、次に「剥ぎ取られ」、その際素材の直径があ
る点、通常5〜8インチになるまで、予め定められた厚
さのベニヤが取り出される。次にベニヤをクリップでと
めてストリップとし、区分し、15%以下の水分になる
まで乾燥する。
【0027】乾燥後、ベニヤを等級分けし、合板パネル
に組み立てる。この製造段階においてベニヤに接着剤を
塗布する。接着剤は、通常フェノール−ホルムアルデヒ
ド樹脂、水、水酸化ナトリウムのような塩基性材料、並
びに小麦粉、木材細粉、並びに粘土のような無機および
有機細粉を含む充填剤から構成される。接着剤は、製造
装置、接着されるべき木材の型、つくられるべき製品の
型、並びにパネル製造時の外部環境条件によって個々の
使用者の装置について特別に処方される。接着剤は、通
常ロールコーター、カーテンコーター、スプレーライン
またはフォーム押出機によってベニヤに施される。施さ
れる時接着剤は、20%〜40%(重量)の樹脂固形物
水準のフェノール−ホルムアルデヒド樹脂を含有するこ
とが多い。接着剤は、通常ベニヤが両側にスプレッドさ
れる時50ポンド〜110ポンド、或いは片側にスプレ
ッドされる時25ポンド〜55ポンド(接着剤層(グル
ーライン)1000平方フィートあたり)のスプレッド
水準で使用される。
【0028】接着剤が木材ベニヤに施され、パネルが組
み立てられて後、パネルは、熱および圧力下に一体化さ
れる。これは、通常240°〜350°Fのプラーテン
温度および75〜250psiの圧力を使用してスチーム
ホット−プレス中で行なわれる。合板を製造する際、最
も決定的な接着剤層は、最も内側のものである。この接
着剤層は、現在の条件下に硬化させることが最も困難で
ある。即ち、他の接着剤層が硬化された時、最も内側の
接着剤層が完全には硬化されないことが多い。次に、こ
の接着剤層を硬化させるために追加のホットプレスをボ
ードに施こすことが必要である。
【0029】構造木材製品、即ち、合板および複合ボー
ドの製造において、KOH変性レゾール樹脂を利用する
ことによっていくつかの利点が得られることが見出され
た。例えば、3/4″の配向型ストランドボードの製造に
おいて、樹脂が未変性レゾール樹脂である時には、54
0秒のサイクル(プレスおよび熱)が利用される。この
時間は、KOH変性樹脂の場合には、耐久性、結合強度
その他の重要な性質の損失なしに、10%短かいサイク
ルとすることができる。第2の有意な利点は、KOH変性
樹脂の使用がプライまたは仕上り物における水分に対す
る耐溶性を増大させることである。かくして、木材は、
常用の系より、ブレンド処理の前3%高い水分を有する
ことができる。その上、KOH変性樹脂は、有害な副作
用なしに、硬化が早いだけではなく、流動性の損失がな
い。KOH変性レゾールは、より低い分子量の縮合生成
物であるかのような挙動を示し、スプレッド(即ち施用
割合)を減らすことができる。
【0030】比較的高い水分の仕上り物が使用される時
でさえも、ブローは生じず、厚さ、膨潤および耐久性の
ようなボードの性質は良好である。プレス処理および加
熱、即ち、樹脂を硬化させて後、生成物の水分も一般に
比較的高い。3/4″のストランドボード中2.7%〜3.
0%の水分がまれではない。このストランドボードは、
後に、それ程多くの水分を吸収せず、座屈の問題が比較
的少ないので、この利点も有意である。ボードが厚けれ
ば厚い程、KOH変性レゾール結合剤は有効であり、利
点が有意であることが見出された。以下の実施例によっ
て本発明を更に詳しく説明する。これらの実施例におい
て、明細書の他の部分と同じく、特記しないかぎり部お
よび%はすべて重量によって示し、そしてすべての温度
は摂氏で示す。
【0031】例1 モル基準で水酸化ナトリウムの約1/2が水酸化カリウム
に置換されているカリウム変性レゾールの製造 レゾール樹脂の製造は、この反応の発熱性のゆえに実質
的な量の熱の発生を含む。その結果、この例において
は、反応は反応をコントロール下に保つように起させ
る。従って、フェノールは別にして、残余の成分を段階
的に添加し、各成分について下記の表中の項目により、
%量、「そのまま」の重量、並びに乾燥基準の量で示さ
れる。
【0032】
【表1】
【0033】材料1、2および3を反応器に入れると、
直ちに温和な発熱反応がおこり、反応混合物の温度は、
約36℃に上昇した。混合を確実にするため反応器の内
容物の若干の撹拌下に材料4を添加した。発熱反応がお
こり、温度は45℃。次に材料5を、材料1が反応器中
に入れられて後1時間40分に添加した。更に発熱反応
がおこり、温度は約53℃に上昇した。10分後温度は
66℃に上昇し、材料6を、反応に対するコントロール
ができるように少量ずつ添加した。約15分後、材料6
中のホルムアルデヒドの半分を添加し、温度は約75℃
に上昇した。10分後、材料6のホルムアルデヒドを全
部添加し、温度は91℃に上昇した。この点において、
反応器の上のジャケットに冷却水を通すことによって温
度を91℃に保った。25分後温度は約98℃に上昇し
たが、更に10分後、冷却によって約96℃に低下し
た。5分後、撹拌下反応器に材料7および9を添加し
た。この時発熱反応は認められなかった。次に材料8
を、きわめてゆっくり反応器に添加し、数分後添加が完
了すると、温度は96℃に留まった。冷却を継続し、温
度は15分間に亘って80℃未満に低下した。20rpm
および25℃においてスピンドル2号を使用してブルッ
クフィールド粘度計モデルRVF上測定して、レゾール
の粘度は510cpsであった。レゾールは、52.53%
の固形物を含有していた。比重は1.2229、25/25
であった。
【0034】次の実施例についてコメント 次の実施例においては、例1のカリウム変性レゾール樹
脂または同様にして製造されたカリウム改質レゾール樹
脂を使用して木材製品をつくった。次に、これらの製品
を、カリウム変性レゾール樹脂が対照樹脂によって置換
された製品と比較した。対照樹脂は、1つの塩基、水酸
化ナトリウムだけを使用して対照樹脂をつくったことを
除いて、カリウム変性樹脂と同様にして、また同じ成分
を使用してつくられた。対照をつくるのに使用された塩
基の全モル数は、カリウム変性レゾール樹脂をつくるの
に使用された塩基の全モル数と同じであった。
【0035】例2および例3においては、未処理材料お
よびOSB(配向型ストランドボード)から実験室条件
下にストランドボードをつくった。未処理材料をドラム
ブレンダーに入れ、樹脂処方物を噴霧した。このミック
スを、18インチ×18インチのフレーム中手でマット
にした。次にマットは、測られた長さの時間400°F
のプラーテン温度を使用してプレスされた。このように
して形成された非配向型ストランドボードは、7/16″の
目標厚さを有していた。
【0036】各ストランドボードパネルを試験するた
め、2″×2″のブロックに切断した。各パネルからの
10のブロックを、重量および厚さについて試験した。
次に10のブロックの各々を、その結合強度を決定する
ために試験した。この試験においては、ブロックの2″
×2″の面の各々を、2つの金属プレートの1つに接着
した。次に測られた増大する力を、ブロックがこわれる
までかけて金属プレートを離そうとした。例2において
は、例1のカリウム変性レゾール樹脂を対照樹脂と比較
した。例1中記載された処方物および対照樹脂の処方物
は、尿素を含んでいなかった。典型的には、尿素は、樹
脂の流動を改善するためOSB樹脂の処方に含まれてい
る。例3においては、例1のカリウム改質樹脂の処方に
尿素を添加し、得られた処方物を例1のカリウム変性樹
脂と比較した。
【0037】例2 例1の対照樹脂を用いてつくられたストランドボードと
比較した、例1のカリウム変性樹脂を用いてつくったス
トランドボード この例においては、使用された材料は、5%の水分をも
つルイジアナからの硬い木材の面材料であった。樹脂
は、材料および樹脂の全重量の4.0%に等しい量で材
料に噴霧された。4つのストランドボードパネルをつく
り、試験した。表2中結果の要約を示す。10の試料を
使用して、下に別記されないかぎり、平均パネル厚さ、
平均パネル密度、並びに平均内部結合をはかった。
【0038】
【表2】
【0039】試験1において、9つの試料の試験結果を
使用して平均を計算した。1つの試料は、折り重ね不良
により使用しなかった。折り重ね不良は、材料中の木材
の大きなフレークがそれ自体の上に折り重ねられるの
で、内面が樹脂によって覆われない時出現する。ブロッ
クを引き離して内部結合の強度を決定する時、この領域
には樹脂がないゆえに、樹脂結合の不良を反映しない折
り重ねにおける破壊がある。この理由から、折り重ね不
良試料の結果は使用されない。
【0040】試験2においては、6つの試料の試験結果
を使用した。2つの試料の場合に折り重ね不良があっ
た。第3の試料の場合にホットメルト不良があった。即
ち、試料と接着された金属プレートの1つとの間の結合
がこわれた。第4の試料の場合には、試料は、試験中早
くに欠陥があると判断されたように見える。試験3にお
いては、10の試料の試験結果を使用した。試験4にお
いては、9つの試料の試験結果を使用した。1つの試料
は、折り重ね不良の理由で使用されなかった。
【0041】表2中示されるデータを研究することによ
っていくつかの結論を出すことができる。試験1および
試験3の結果を比較する時、両試験においてプレスサイ
クルは180秒であった。カリウム変性樹脂ボードの内
部結合は25psiであり、対照ボードのそれは10psiで
あった。カリウム変性樹脂ボードの結合は、係数2.5
で大きかったことがノートされる。試験2および試験4
の結果を比較する時、両試験においてプレスサイクルは
180秒であった。カリウム変性結合の内部結合は94
psiであった。また対照ボードの内部結合は76psiであ
ったことがノートされる。カリウム変性樹脂ボードの結
合は、係数1.24で大きかった。従ってカリウム変性
樹脂は、高プレスサイクルおよび低プレスサイクルの両
方において対照よりすぐれていた。カリウム変性樹脂
は、短かいプレスサイクルにおいての方が大きく対照よ
りすぐれていた。
【0042】例3 尿素を含むカリウム変性樹脂処方物と比較した、尿素を
含まないカリウム変性樹脂の処方物を用いてつくられた
ストランドボード この例においては、使用された材料は、4.2%の水分
をもつルイジアナからの硬い木材の両材料であった。こ
の樹脂を、材料および樹脂の全重量の4.0%に等しい
量で材料に噴霧した。4つのストランドボードをつく
り、試験した。結果の要約を表3に示す。下に別記しな
いかぎり、10の試料を使用して平均パネル厚さ、平均
パネル密度および平均内部結合を決定した。例3のカリ
ウム変性樹脂を、次のようにして尿素で変性した。カリ
ウム変性樹脂の製法において、すべての水酸化物が添加
され、混合物が冷却された時点において、尿素が添加さ
れた。成分の全重量を基にして約10重量%の尿素が添
加された。
【0043】
【表3】
【0044】試験1においては、9つの試料の試験結果
を使用した。1つの試料は、折り重ね不良のゆえに使用
されなかった。試験2においては、7つの試料の試験結
果を使用した。3つの試料は、折り重ね不良のゆえに使
用されなかった。試験3においては、8つの試料の試験
結果を使用した。2つの試料は、折り重ね不良のゆえに
使用されなかった。試験4においては、6つの試料の試
験結果を使用した。4つの試料は、折り重ね不良のゆえ
に使用されなかった。
【0045】表3を研究することによっていくつかの結
論を出すことができる。表1および表3におけるよう
に、プレス時間が150秒であった時には、樹脂中尿素
を含まないカリウム変性樹脂ボードと樹脂中尿素を含む
カリウム変性樹脂ボードとは、大体同じ内部結合強度:
それぞれ15psiおよび16psiを有していた。試験2お
よび試験4中示されるように、プレス時間が180秒で
あった時には、その場合も2つのボードは大体同じ内部
結合強度:それぞれ69psiおよび67psiを有してい
た。これらの試験結果は、尿素の添加による内部結合の
改善がないことを示す。
【0046】例4、5および6についてのコメント 例4、例5、並びに例6において、1/8インチのサウザ
ーンパインのベニヤおよび異なった樹脂を使用する標準
接着結合剤処方を使用し、実験室条件下に合板をつくっ
た。 接着結合剤処方: 樹脂固形物% 28.8 充填剤(CocobTM)% 6.5 エキステンダー(小麦粉)% 5.5 水酸化ナトリウム% 1.5 水% 58.0
【0047】この処方に従って対照接着結合剤をつくり
上げた。ただし、樹脂状成分は、ボーデン・インコーポ
レーテッドによって現在販売されている標準市販合板樹
脂であった。この樹脂は、例1中記載されている樹脂に
類似しており、本質的に同様にしてであるが、NaOH
を用い、KOHを用いずに作成された。これらの例にお
いて報告されている試験においては、合板は、対照接着
結合剤を用い、また上の処方に従うが、モル等量の水酸
化カリウムがボーデンの市販の合板樹脂を作成する際使
用された水酸化ナトリウムのうち若干を置換するのに使
用されたカリウム変性レゾール樹脂を用いてつくられ
た。前記接着剤は、カリウム変性接着処方物として引用
される。水酸化ナトリウムの50%が置換された場合に
は、ミックスは、50%カリウム変性接着剤処方と称さ
れ、以下同様である。
【0048】この接着剤ミックスの充填剤はCocobTM
填剤であり、それは、とうもろこし穂軸からフルフラー
ルアルコール製造の副産物である。この接着剤ミックス
は、水199部、CocobTM充填剤113部、並びに小麦
粉エキステンダー200部を3〜5分間混合し樹脂200
部を添加し、3分間混合し50%NaOH 45部を添
加し、15分間混合し、固形物樹脂750部を添加し、
3分間混合することによってつくられた。部は重量によ
り、樹脂は45%の固形物を有する。これらの例中合板
パネルは、1/8″ベニヤの12インチ×12インチ平方
を使用してつくられた。接着剤層において1000平方
フィートあたり80〜85ポンドに均等な量の接着剤ミ
ックスをベニヤに施した。接着剤が施された後、パネル
(3プライかまたは5プライの厚さ)は、400°Fの
プラーテン温度および200psiのパネル圧力において
プレスされた。パネルは、ホットスタックされなかっ
た。パネルについて試験を実施するために、各パネルを
3-1/2インチ×1インチの試料(合板試料のための標準
試験寸法)に切った。
【0049】合板を試験するために、試料を標準真空−
圧力試験、製品標準PSI−84にかけた。合板がせん
断された時、破壊の領域を研究した。全せん断領域がベ
ニヤ上にあった時、これは100%木部破壊であった。
全領域が接着剤結合中にあった時、これは0%木部破壊
であった。大部分の破壊は、0%と100%の極端の中
間であると測定された。これらの実験の目的は、接着剤
結合がいかに良好であるか、木部破壊のパーセントの方
が高い程接着剤結合がよいことを決定することであっ
た。
【0050】例4 組立て時間、プレス時間およびベニヤ水分の変動下50
%カリウム変性樹脂を用いて作成された接着剤処方と比
較した対照接着剤ミックスを用いてつくられた合板 この例においては、合板は、50%カリウム変性樹脂を
用いてつくられた接着剤処方物を用いてつくられ、対照
合板と比較された。試験は、変動する組立ておよびプレ
ス処理時間下に行なわれた。組立て時間は、ベニヤへの
接着剤塗布の時からプレス処理サイクルが開始される時
までに経過する時間である。試験の結果は表4に示され
る。
【0051】
【表4】
【0052】試験1〜6においては、1つの5−プライ
パネルが各試験について製造された。各パネルからの7
つの3-1/2インチ×1インチの試料が真空−圧力試験に
かけられた。7つの試験結果の平均が表に報告されてい
る。試験7〜14においては、1つの3−プライパネル
が各試験について製造された。各パネルから10の3-1/
2インチ×1インチの試料が試験された。10の試験結
果の平均が表に報告されている。表4のデータから次の
結論を出すことができる。
【0053】試験1〜6におけるように、他の条件が等
しく(ベニヤの水分を除いて)、変動するプレス時間下
では、50%カリウム変性樹脂を含有する接着剤処方物
を用いてつくられた合板パネルは、3つのプレス時間の
各々について対照処方物を用いてつくられたパネルより
すぐれていた。最も顕著に示されたのは、5分のプレス
時間においてであった。対照パネルは、1%の平均木部
破壊を有し、これは、せん断破壊がほとんど全部接着剤
層においてであったことを示す。50%カリウム変性樹
脂パネルは、79%の変性木部破壊を示し、これは、3/
4を超える破壊がベニヤ中であったことを示す。
【0054】この例においては、50%カリウム樹脂を
用いて作成された接着剤処方物を用いてつくられたベニ
ヤは、対照を用いて使用されたベニヤの半分の水分のみ
を有し、即ち3.9%に比し1.6%であった。これに関
連して、ホットプレスサイクルの間フェノール系重合体
が流れ出して合せ面をぬらすのを助けるのに不十分な水
分が留まっているような時間まで、接着剤ミックスの水
がベニヤによって吸収された「接着剤層の乾燥」の形跡
がこれらの試料になかったことに注目されるべきであ
る。50%カリウムのボードは、対照より少ない水をも
つ合板を用いてつくられたので、このことは有意であ
る。水分が少ない合板の方が「接着剤層の乾燥」をおこ
しやすい。
【0055】試験7〜14におけるように、他の条件が
等しく(水分を除いて)、変動する組立て時間下では、
組立て時間が10分の範囲で下げられた場合は、50%
カリウム変性樹脂を用いて作成された接着剤処方物を用
いてつくられた合板パネルは、対照より著しくすぐれて
いることが示された。組立て時間が40および80分に
延長された場合には、この卓越はおこらなかった。従っ
て、50%カリウム変性樹脂は、組立て時間が短い場合
特に有用である。
【0056】例5 同じ水分をもつベニヤおよび変動するプレス時間を使用
して50%カリウム変性樹脂を用いて作成された接着剤
処方物を用いてつくられた合板と比較した対照接着剤ミ
ックスを用いてつくられた合板 この例においては、合板は、50%カリウム変性樹脂を
用いて作成された接着剤処方物を用いてつくられ、対照
と比較された。各型の合板をつくるのに使用されたベニ
ヤは、大体同じ水分を有していた。変動するプレス時間
を使用し、他のものは大体等しかった。試験の結果を表
5に示す。
【0057】
【表5】
【0058】各々の試験について、1つの5−プライパ
ネルを製造した。各パネルからの10の3-1/2インチ×
1インチの試料を真空−圧力試験にかけた。10の試験
の平均が表に報告される。表5中のデータから次の結論
を出すことができる。ベニヤの水分がすべてのパネルに
ついて大体同じであり、プレス時間のみが変えられる時
には、50%カリウム変性樹脂を用いて作成された接着
剤処方物でつくられたボードは、試験された毎プレス時
間において対照よりすぐれていた。しかし、この卓越
は、4.5分のプレス時間において2を超える係数で最
も顕著であった。5分のプレス時間においては、この卓
越は2より少し小さい係数であった。それより高いプレ
ス時間においては、50%カリウム変性樹脂を用いて作
成された接着剤組成物を使用する利点は消失された。
【0059】例6 樹脂中カリウムのパーセントが変えられるカリウム変性
樹脂を用いて作成された接着剤組成物を用いてつくられ
た合板と比較した、対照接着剤ミックスを用いてつくら
れた合板 この例においては、合板試料は、25%変性樹脂:50
%変性樹脂および75%変性樹脂を用いてつくられる。試
験の結果は表6に示される。
【0060】
【表6】
【0061】
【表7】
【0062】各々の試験について、1つの5−プライパ
ネルを製造した。各パネルからの10の3-1/2インチ×
1インチの試料を真空−圧力試験にかけた。10の試験
の平均が表に報告される。表6から次の結論を出すこと
ができる。プレス時間が4.5分であった時には、25
%、50%または75%の水酸化カリウムの使用とは無
関係に、カリウム変性樹脂を用いて作成された接着剤組
成物を用いてつくられたパネルは、対照より顕著にすぐ
れていた。カリウム変性を使用する利点は、比較的高い
プレス時間において消失した。これらの試験のすべてか
ら引き出される1つの重要な結論は、非変性樹脂からつ
くられた接着剤と比較する時、カリウム変性レゾール樹
脂を使用すると比肩し得、かつ多くの場合すぐれたスト
ランドボードおよび合板をつくることができることであ
る。
【0063】これらの比肩し得、かつ多くの場合すぐれ
た製品は、利点を最大にするために比較的短かいプレス
時間を使用してつくられなければならない。しかし、比
較的短かいプレス時間は有利である。製品をプレスする
のに必要とされるパワーが小さい。あるプレスは、ある
時間により多くの単位または平方フィートのボードを生
産することができるので、より短い時間でより高い生産
速度が可能である。要約すると、このカリウム変性の使
用は、経済的理由からきわめて望ましい。本発明の重要
な利点のうちに、比較的少量のレゾールそれ自体の使用
による良好な結合および良好な強度の達成がある。他の
利点は、一般に比較的迅速なサイクル時間を含むので、
ある時間内に比較的多い単位または平方フィートのパネ
ルを生産することができる。その外、本発明のレゾール
類を使用してつくられる接着結合剤は、結合されようと
している木材中の水分の存在に対して耐容性が大きい。
【0064】本発明の樹脂は硬化剤を必要としないが、
これらの樹脂について硬化剤を使用することを希望する
場合には可能である。好適な硬化剤は、ラクトン類、有
機カーボネート類、エステル類、或いはこれらの混合物
よりなる群から選択することができる。好適な1ラクト
ン硬化剤はガンマ−ブチロラクトンであり、炭酸プロピ
レンが適当な有機カーボネートの1例である。適当なエ
ステル類は、例えば、ギ酸メチルのような低分子量エス
テル類、並びにトリアセチン(トリ酢酸グリセロール)
のような高分子量材料を包含する。他の型の硬化剤も使
用することができ、当該技術において知られている。し
かし、一般に、ラクトン類、有機カーボネート類、エス
テル類、並びにそれらの混合物が好適であり、前記硬化
剤の他の例が既に参考文献として本願に組み入れられて
いる出願中のデトレフソンらの特許出願中記載されてい
る。
【0065】硬化剤が使用される場合には、接着剤の適
用前後に、別々に木材成分に噴霧してよい。別法とし
て、デトレフソンの出願中開示されているように、木材
に塗布される前合理的に十分に混合することができるよ
うに塗布機ヘッドより十分遠い上流で接着結合剤と混合
してよい。本発明をその特定の実施態様について説明し
てきたが、さらに変更できることが理解されよう。本発
明は一般に本発明の原理に従いかつ本発明が関係してい
る技術内の既知かつ通常の実施の範囲内に属する本開示
から逸脱することなしに本発明のすべての変更、使用ま
たは採用を包含するように意図される。

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 加熱および加圧により硬化した接着結合
    剤により相互に結合した、個々のセルロース系構成材料
    から加熱および加圧下に成形したセルロース系ボードで
    あって、未硬化形態の接着結合剤が1〜7重量%の水酸
    化カリウムおよび少なくとも40重量%の固形分を含
    み、かつ水酸化ナトリウムとして計算したアルカリ度含
    量2〜8重量%を有する水溶液性のアルカリ性フェノー
    ル系レゾール樹脂からなるセルロース系ボード。
  2. 【請求項2】 フェノール系レゾール樹脂の数平均分子
    量が少なくとも700であり、そしてレゾール樹脂溶液
    中の水酸化カリウム量が溶液の重量基準で3〜7重量%
    の範囲である請求項1に記載のセルロース系ボード。
  3. 【請求項3】 硬化前のフェノール系レゾール樹脂の数
    平均分子量が1350〜3000の範囲であり、そして
    配向型ストランドボードの形態である請求項1または2
    に記載のセルロース系ボード。
  4. 【請求項4】 硬化前のフェノール系レゾール樹脂の数
    平均分子量が1500〜2500の範囲であり、そして
    合板の形態である請求項1または2に記載のセルロース
    系ボード。
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