JP2551852B2 - 複合材料及びその製造方法 - Google Patents

複合材料及びその製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】 <産業上の利用分野> 本発明は複合材料及びその製造方法に関し、特に木質
繊維板上に金属被覆層が形成されて成る複合材料及びそ
の製造方法に関する。
<従来技術> 特開昭50−12948号公報に、ハードボード、合板、木
材、スレート、陶磁器等の基材ボードの表面に900℃以
下の融点をもつ金属または合金を溶射し、更にその上に
1000〜1600℃の融点をもつ金属または合金を溶射した耐
熱ボードが開示されている。この従来技術によるボード
は二層の溶射を行うものであり、耐熱性及び耐水性に優
れたものとされている。
<発明が解決しようとする課題> 上記従来技術による耐熱ボードは基材と金属層との複
合であるため、基材と金属層とにおける吸湿、吸水、乾
燥及び熱等に伴う膨張、収縮の違いによって、ボード自
体に反り、ねじれ、クラック、基材と金属層との層間剥
離等が発生する傾向が認められる。特にハードボード、
合板、木材等の有機質基材は、吸湿、吸水、乾燥に伴う
膨張、収縮が無機質基材に比して大きく、このような有
機質基材と金属層とを複合した場合には上記した傾向が
顕著に現れる。
また上記従来技術によるボードは基材表面を被覆する
金属層によって表面の耐熱性が向上されるものの、基材
がハードボード、合板、木材等の有機質である場合は、
金属層を介して伝達される熱の影響で基材自体が徐々に
劣化ないし炭化してしまい、最終的には発火する危険を
有している。
これらの理由によって、この従来技術による耐熱ボー
ドは、建築材或は家具、建築部材として使用されるに至
っていないのが現状である。
<課題を解決するための手段> 本発明は、このような従来技術の欠点に鑑みてその課
題を解決することを目的として鋭意工夫の末に完成され
たものであって、木繊維中に存在する水酸基をアセチル
基と置換すべくアセチル化処理されると共に、不燃性無
機化合物が木繊維の細胞孔内に充填され又は細胞孔内壁
面に付着されると共に木繊維の外周部にも付着された木
繊維が接着成形一体化されて成る木質繊維板を基板と
し、該基板の少なくとも一表面に、溶射法による金属被
膜層が形成されて成ることを特徴とする複合材料であ
る。
本発明はまたかかる複合材料の製造方法をも提供する
ものであって、この発明方法は、木材チップを蒸煮によ
り脱脂・軟化処理した後解繊して木繊維を得、該木繊維
を酢酸無水物反応液中に浸漬しつつ加熱反応させて該木
繊維中の水酸基をアセチル基と置換せしめ、次いで不燃
性無機化合物をアセチル化された該木繊維の細胞孔内に
充填し又は細胞孔内壁面に付着すると共に該木繊維の外
周部にも付着せしめ、かくしてアセチル化及び不燃化処
理された木繊維を接着性物質を用いて成形一体化して木
繊維マットを形成し、該木繊維マットを熱圧成形して木
質繊維板を形成し、該木質繊維板の少なくとも一表面に
金属を溶射した後冷却することにより金属被膜層を形成
することを特徴とする。
本発明において用いられる木繊維は、例えば松、杉、
桧等の針葉樹材又はラワン、カポール、栗、ポプラ等の
広葉樹材をチップにした後、このチップを蒸煮すること
により脱脂・軟化処理し、更にこの蒸煮チップを解繊装
置により解繊することによって得られる。この木繊維は
長さ1〜30mm、直径2〜300μ程度のものが大半を占め
る。この木繊維は導管及び仮導管又は細胞が束になった
ような形をしており、繊維外周部の細胞壁は引き裂かれ
たり割れ目を生じたりしているものが多いため、湿気や
水分を良く吸収する。
得られた木繊維は乾燥装置により乾燥した後、木繊維
の繊維中に存在する水酸基をアセチル基と置換させるべ
くアセチル化処理する。このアセチル化処理は、木繊維
を、無触媒下で或は触媒として例えば酢酸ナトリウムや
酢酸カリウム等の酢酸金属塩水溶液を含浸させ乾燥させ
た後、無水酢酸、無水クロル酢酸等の酢酸無水物反応液
槽中に浸漬し、100〜150℃にて数分乃至数時間加熱反応
させることによって行われる。反応終了後、過剰の反応
液を除去し、洗浄し乾燥する。
かくしてアセチル化処理された木繊維を次いで不燃化
処理する。即ち、該木繊維の細胞孔、導管孔等の空隙部
に不燃性無機化合物を充填させ、或は細胞孔内壁に沿っ
て層状に該不燃性無機化合物を固着又は付着させ、更に
木繊維の外周部に該不燃性無機化合物を固着又は付着さ
せて不燃化する。この不燃化処理は例えば下記工程によ
って行うことができる。即ち、木繊維を水溶性無機塩の
水溶液(以下「第1液」と称す)中に十分に浸漬させて
含浸させる。第1液としてはMgCl2,MgBr2,MgSO4・H
2O,Mg(NO32・6H2O,AlCl3,AlBr3,Al2(SO43,Al
(NO33・9H2O,CaCl2,CaBr2,Ca(NO32,ZnCl2,B
aCl2・2H2O,BaBr2,Ba(NO32等の水溶液が例示され
る。第1液の含浸後脱液し、木繊維を乾燥させてこれを
表面乾燥状態若しくは絶乾状態とし、必要に応じて表面
に析出した第1液の成分結晶を除去する。次いで、第1
液と反応して水不溶性の不燃性無機化合物を生成するよ
うな化合物液(以下「第2液」と称す)をブレンダー,
スプレー等を用いて木繊維に添加混合し或は浸漬せしめ
ることによって、該第2液を木繊維に含浸させる。第2
液としては、Na2CO3, (NH42CO3,H2SO4,Na2SO4, (NH42SO4,H2PO4,NaHPO4, (NH42HPO4,H3BO3,NaBO2, NH4BO2等が例示される。第2液を塗布含浸させることに
より、木繊維中で第1液と第2液とが反応し、不燃性無
機化合物が生成される。生成される不燃性無機化合物と
しては、リン酸マグネシウム,リン酸カルシウム,リン
酸バリウム,リン酸アルミニウム,ホウ酸マグネシウ
ム,炭酸マグネシウム,炭酸カルシウム,リン酸亜鉛,
炭酸バリウム,硝酸カルシウム,硝酸バリウム等のカル
シウム化合物、マグネシウム化合物、アルミニウム化合
物、バリウム化合物、鉛化合物、亜鉛化合物、ケイ酸化
合物等が例示される。反応終了後脱液し乾燥させる。こ
の不燃性無機化合物は水不溶性であるため、乾燥後にお
いて、木繊維の細胞孔内に充填され又は細胞孔内壁面に
付着されると共に木繊維外周部にも付着される。なお、
不燃性無機化合物が細胞内に充填されるか細胞孔内壁面
に付着されるかは、細胞孔の内容積や処理液量等の処理
条件に依存し、いずれにしても木繊維の細胞孔内に入り
込んだ状態で不燃性無機化合物が存在するものである。
また、木繊維外周部の細胞壁に裂け目や割れ目が含まれ
る場合にも、これを閉塞ないし充填するような形で不燃
性無機化合物が存在することとなる。
不燃性無機化合物は、木繊維に対して33重量%以上の
割合で混入されることが好ましく、これ以下では十分な
防火性能が得られない。また第1液と第2液との反応効
率を高めるために、第2液の添加混合は加熱雰囲気下、
特に40℃以上更に好ましくは50℃以上の温度で行うこと
が好ましい。
かくしてアセチル化及び不燃化処理された木繊維を混
合装置に投入し、接着剤、サイズ剤等を添加混合して付
着させる。次いで木繊維を風送し、フォーミング装置に
て搬送装置上に一定厚の連続した木繊維マットを形成す
る。
得られた木繊維マットを定尺切断した後、ホットプレ
スに挿入して熱圧成形し、木質繊維板が得られる。この
木質繊維板の比重は0.4〜1.2の範囲内とすることが好ま
しい。この理由は、比重が0.4以下であると表面がポー
ラスとなって金属被膜層が形成されにくくなり、膜厚を
大きくする必要が生ずるためであり、また比重が1.2以
上であると表面が密になり過ぎて金属被膜層の木質繊維
板に対する投錨効果が減少し、密着力が低下するためで
ある。また木質繊維板の含水率は20%以下とすることが
好ましい。この理由は、含水率が20%以上であると、金
属溶射時にその熱の影響で溶射面側の内部水が蒸発し反
対側に水分移動されるために内部バランスが崩れ、金属
溶射中において木質繊維板自体に溶射面側を凹とする反
りが生じ易くなるためである。
得られた木質繊維板を養生し、必要に応じてその表面
(後に金属被膜層が形成される側)をサンディングした
後、溶射器を用いて必要量の溶融金属を吹き付け溶射を
行う。金属溶射は木質繊維板の表面に限らず裏面、木口
面等の必要箇所、また全面を被覆するように行うことが
できる。金属溶射が行われる木質繊維板の面の温度は40
〜100℃であることが好ましく、この観点より、熱圧成
形後の木質繊維板の材温が高いうちに或は少なくとも木
質繊維板の金属被膜層を形成する面の温度を温めた後
に、金属溶射を行うことが好ましい。40℃以下であると
吹き付けられた溶融金属が直ちに冷却固化してしまうた
め、木質繊維板の被覆面に対する投錨効果による密着力
が十分に発揮されない。また100℃以上であると溶融金
属の温度影響が強く、木質繊維板の表面を劣化させるこ
ととなって、密着力が低下する。溶射される金属として
は錫、鉛、亜鉛、銅、黄銅、青銅、アルミニウム、ニッ
ケル、鉄、ステンレス等の金属合金が好適に用いられ
る。溶射法としては一般に行われる電気溶線式溶射法、
ガス溶線式溶射法、粉末式溶射法のいずれを採用しても
良い。溶射された金属は、その後の冷却により固化し、
木質繊維板の表面上に金属被膜層が密着形成される。
<作用> 木質繊維板の表面に形成される金属被膜層によって耐
熱性が向上される。木質繊維板は、その木繊維中の水酸
基がアセチル基と置換されてアセチル化処理されるので
寸法安定性に優れ、木繊維中への水分吸収及び乾燥に伴
う板の膨張・収縮が抑制される。同時に、この木質繊維
板は、その木繊維の細胞孔内に充填され又は細胞孔内壁
面に付着されると共に木繊維外周部にも付着されること
によって不燃化されるため、金属被膜層を介して伝達さ
れる熱によっても劣化ないし炭化することがない。木質
繊維板自体において、その木繊維が蒸煮脱脂処理されて
いるため、溶融金属の溶射に際して前処理を行う必要が
ない。
<実施例> ラジアータパインのチップをダイジェスターにより16
0℃、7kg/cm2で5分間蒸煮して脱脂・軟化処理した。こ
のチップをディファイブレーター式リファイナーで解繊
し、脱脂された木繊維を得た。この木繊維を乾燥した
後、無水酢酸に浸漬し、120℃で1時間加熱反応を行っ
た。反応終了後、過剰の反応液を除去し、直ちに洗浄機
に投入して水洗し、乾燥させることによって、アセチル
化処理された木繊維を得た。この際アセチル化による重
量増加率は17%であった。
更にこのアセチル化処理された木繊維を、塩化バリウ
ムを主成分とする水溶液に10分間浸漬し、拡散処理の
後、脱液した。これを熱風乾燥して含水率を7%に調整
した。乾燥後、この木繊維をブレンダー装置に投入し
て、リン酸アンモニウムを主成分とする水溶液を添加混
合し、該木繊維の細胞孔等の孔内又は木繊維外周部に水
不溶性リン酸バリウムとリン酸水素バリウムから成る不
燃性無機化合物を充填ないし付着せしめるべく不燃化処
理を行った後、熱風乾燥して、その含水率を6%に調整
した。この不燃化処理によって生成された不燃性無機化
合物による重量増加率は50%であった。
かくしてアセチル化処理されると共に不燃化処理され
た木繊維をブレンダーに投入し、該ブレンダー内におい
て木繊維量に対して4%のワックスサイズ及び10%のフ
ェノール樹脂接着剤を添加混合した後、風送し、フェル
ターにてスクリーンコンベア上にフォーミングして一定
厚の連続した木繊維マットを形成した。この木繊維マッ
トをその幅、長さを所定寸法に切断した後、ホットプレ
スに挿入して200℃にて4分間圧締成形し、比重0.8、10
mm厚、3′×6′サイズの木質繊維板を得た。
得られた木質繊維板を養生し、表面温度が50℃になっ
たところで、粉末式溶射法によりニッケル合金(Ni30
%、Zn4%、Cu66%,融点800〜1200℃)溶融金属を溶射
し、後冷却することにより、金属被膜層を形成し、本発
明による複合材料が得られた。
<発明の効果> 本発明による複合材料は、木質繊維板の表面に金属被
膜層が形成されることにより耐熱性・耐水性に優れ、し
かも基材である木質繊維板はアセチル化処理されている
ために寸法安定性に優れ、吸湿・吸水に伴う膨張・収縮
が抑制され、同時に不燃化処理されているために、金属
被膜層を介して伝達される熱によって劣化ないし炭化す
ることがなく、長期的にも発火する恐れがない。よって
広く建築材料或は家具・建築部材として好適に用いられ
る。

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】木繊維中に存在する水酸基をアセチル基と
    置換すべくアセチル化処理されると共に、不燃性無機化
    合物が木繊維の細胞孔内に充填され又は細胞孔内壁面に
    付着されると共に木繊維の外周部にも付着された木繊維
    が接着成形一体化されて成る木質繊維板を基板とし、該
    基板の少なくとも一表面に、溶射法による金属被膜層が
    形成されて成ることを特徴とする、複合材料。
  2. 【請求項2】木材チップを蒸煮により脱脂・軟化処理し
    た後解繊して木繊維を得、該木繊維を酢酸無水物反応液
    中に浸漬しつつ加熱反応させて該木繊維中の水酸基をア
    セチル基と置換せしめ、次いで不燃性無機化合物をアセ
    チル化処理された該木繊維の細胞孔内に充填し又は細胞
    孔内壁面に付着すると共に該木繊維の外周部にも付着せ
    しめ、かくしてアセチル化処理及び不燃化処理された木
    繊維を接着性物質を用いて成形一体化して木繊維マット
    を形成し、該木繊維マットを熱圧成形して木質繊維板を
    形成し、該木質繊維板の少なくとも一表面に金属を溶射
    した後冷却することにより金属被膜層を形成することを
    特徴とする、複合材料の製造方法。
  3. 【請求項3】上記金属溶射を、熱圧成形後の上記木質繊
    維板の材温が40〜100℃である状態で行うことを特徴と
    する、請求項2記載の複合材料の製造方法。
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