JP2615077B2 - 接着結合剤 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はパーティクルボードおよび合板等のような構
造木材製品を製造するためのカリウム変性フェノール系
レゾール樹脂接着結合剤に関する。

〔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。

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
ライまたな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。

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
ボンド／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。

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、粗いフレーム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。

この型の方法は、全く用途に広い。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、細かな表面木材
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。

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。

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。

〔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。

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。

〔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ゾーム樹脂をつく
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変性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。

本発明によれば、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％およ
び700〜2000の数平均分子量を有するカリウム変性フェ
ノール系レゾール樹脂よりなる、構造木材製品を製造す
るための接着結合剤が提供される。

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変性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。

〔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
1,500〜2,500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。

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
販を樹脂に添加して、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。

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。

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にあるので注意深く
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。

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。

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。

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（NaOH）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。

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KOH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。

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。

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ムのし
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。

木材フレークは、一般に各フレームの長さが木材の木
目に平行になる方向に木材のフレームをシェーブオフす
る機械によってつられる。普通の寸法のフレームは、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0.075″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。

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。

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。

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い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パット中長さを切
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。

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。

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75〜250
psi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。

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、540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。

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。

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、残余と成分を段階
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。

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。結合を確実にするため反応器の内容物の若干の
攪拌下に材料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る後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、攪拌下反応器に材料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。

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変性レゾール
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。

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。

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のカリウム変性
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。

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。

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。

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。

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25ps
i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94psi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。

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。

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。

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。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（Cocob^TM）％ 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 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。

この接着剤ミックスの充填剤はCocob^TM充填剤であ
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、Coco^TM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％NaOH45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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−63566（ＪＰ，Ａ) 特開 昭52−72775（ＪＰ，Ａ) 特開 昭50−123785（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−105551（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】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％および700
   〜2000の数平均分子量を有するカリウム変性フェノール
   系レゾール樹脂よりなる、構造木材製品を製造するため
   の接着結合剤。