JP2848994B2 - 積層材及びその製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、高りゃん、とうもろこ
し、砂糖きび等のイネ科の植物茎を主な原料とする軽量
で優れた力学的強度を有する積層材及びその製造方法に
関する。更に詳しくは畳床のような建築用材、家具用
材、装飾用材、断熱材、吸音材、ディスプレイ用材、各
種工作用材及びプリント紙や塩ビフィルムや突き板等が
添着される台板に利用される積層材及びその製造方法に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、木質系建築用材、家具用材、ディ
スプレイ用材、吸音材、各種工作用材には、挽材、合
板、集成材の他にパーティクルボード、ファイバボード
等が用いられる。またディスプレイ用材、吸音材、断熱
材等には、ポリスチレン、ポリエチレン、ポリウレタ
ン、フェノール樹脂、メラミン樹脂、ユリア樹脂等の合
成樹脂の中実体又は発泡体が使用されている。これらの
用途に用いられる材料は、いずれも木材資源や石油資源
に依存するものである。挽材や合板は木材そのものであ
り、高い材料強度と寸法安定性を有するが、木材中でこ
うした特性のある部分は限られるために木材利用率（歩
留り）が低いという問題点がある。

【０００３】一方、パーティクルボードやファイバボー
ドは、木材の細片や繊維に、合成樹脂接着剤を混合して
熱圧硬化させて板状に成形したものである。これらのボ
ードは木材などを細片或いは繊維状にしているために木
材等の原料を有効に利用することができるが、反面、セ
ルロース繊維を細かく切っているためにボードの力学的
強度と寸法安定性に劣るという欠点がある。建築用材等
に多量に用いられる挽材、合板、集成材、パーティクル
ボードやファイバボード等の木質材料は、いずれも天然
木材を主原料としているために、近年の木材資源の枯渇
化の進行とともにその供給量に限界が見られ、将来、旺
盛な需要を十分に満たすことが不可能になり、価格が著
しく高騰する恐れが生じてきている。また、ポリスチレ
ン、ポリエチレン、ポリウレタンやフェノール樹脂等の
合成樹脂発泡体は、軽量で加工性が良く、断熱性にも優
れているためディスプレイ用材や断熱材として広範囲の
用途に利用されているが、これらの樹脂は石油資源に依
存するため、資源の有限化問題から将来的な量的確保が
危ぶまれている。

【０００４】このような情勢に対応するために、本出願
人は世界的に豊富に存在し、かつ一年毎に再生産されて
廃棄処分すら困難である高りゃん、とうもろこし、砂糖
きび等のイネ科の植物茎の直線部分を利用した積層材及
びその製造方法を特許出願した（特開昭６３−１０７５
０５，特開平１−２８０５３８）。特開昭６３−１０７
５０５号公報に記載の方法は、高りゃん、とうもろこ
し、砂糖きび等のイネ科の植物茎を繊維方向に切開き、
必要により除芯を行ってから切開いた状態で圧延し、複
数の圧延茎を互いに平行に配列してシート状物を形成
し、複数のシート状物に公知の接着剤を塗布した後、こ
れらを積層して加圧成形する方法である。また特開平１
−２８０５３８号公報に記載の方法は、高りゃん茎を切
開かずにそのまま、或いは圧縮により扁平にして扁平茎
を形成し、複数の扁平茎を配列して扁平茎層を形成し、
複数の扁平茎層に公知の接着剤を塗布した後、これらを
積層して加圧成形する方法である。これらの方法により
作られた積層材は任意の比重、厚さ、寸法の板材にな
り、力学的強度に優れた性能を有する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前者の方法
は、極めて高い力学的強度と寸法安定性が得られる反
面、植物茎の切開き、除芯、圧延等の工程が多く、所定
の厚さの積層材を１枚得るために多くの工数と原料であ
る植物茎を要し、製造コストが高価になる問題点があっ
た。また、後者の方法は、製造コストが安価である反
面、前者の方法により製造された積層材より力学的強度
が高くなく、しかも積層材を水に浸漬させたり、積層材
が水分を含むと、積層材が膨潤して厚くなる不具合があ
った。本発明の目的は、製造コストが安価で済み、力学
的強度及び寸法安定性が高く、軽量で、水による膨潤が
少ない、用途に富んだ積層材及びその製造方法を提供す
ることにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、図１〜図３に示すように、本発明の積層材２０は、
リグノセルロースを主体とする皮部１０ａと多孔性の髄
部１０ｂとを有する植物茎１０を複数互いに平行に配列
して形成された単一のシート状物２１の片面（図１）も
しくは両面（図２）に被覆材２２がシート状物２１と一
体的に成形された積層材である。本願請求項１に係る発
明の積層材を製造する方法はリグノセルロースを主体と
する皮部１０ａと多孔性の髄部１０ｂとを有する植物茎
１０に高分子化可能な液状化合物、樹脂液又はこれらの
混合物の硬化液を含浸処理する工程と、この含浸処理さ
れた植物茎１０を複数互いに平行に配列してシート状物
２１を形成する工程と、このシート状物２１の片面又は
両面或は被覆材２２の片面に接着剤を塗布した後、この
接着剤の塗布面に被覆材２２又はシート状物２１を積層
する工程と、この積層体を成形して上記硬化液を硬化さ
せる工程とを含むことを特徴とする。

【０００７】以下、本発明を詳述する。 (a) 出発原料 図３に示すように、本発明の積層材に用いられる材料
は、表面にリグノセルロースを主体とする皮部１０ａと
芯に多孔性の髄部１０ｂを有する構造の植物茎１０であ
る。高りゃん、とうもろこし、砂糖きびなどの茎はその
代表的なものである。これ以外に、葦、稲、むぎ等のご
とき他のイネ科の植物の茎を使用することもできる。植
物茎は葉又は袴の部分を切除した直線部分を丸茎のま
ま、又は繊維方向に切開くか或いは複数分割して用い
る。本発明においては、植物茎の繊維を細片に切断せず
に用いるため、植物茎を細片に切断してボード状に成板
した従来のバガスボードやストローボードに比べて、軽
量でありながら極めて高い曲げ強度を有する積層材が得
られる。植物茎を複数互いに平行に配列して形成された
単一のシート状物の片面又は両面に一体的に成形される
被覆材としては、木材単板、合板、パーティクルボー
ド、ハードボード、インシュレーションボード、ＭＤＦ
（Medium Density Fiber Board）、ＬＶＬ（Laminated
Veneer Lumber）、製材板、段ボール等の木質材料；鉄
板、塗装鋼板、ステンレス板、アルミニウム板、銅板、
鉛板等の金属材料；けい酸カルシウム板、木毛セメント
板、石綿セメント板、石膏ボード等の無機材料；塩化ビ
ニル樹脂、アクリル樹脂、スチロール樹脂、ＡＢＳ樹
脂、ＡＳ樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、ユリア
樹脂、ポリエチレン、ポリプロピレン等の合成樹脂；天
然ゴム又は合成ゴム等のゴム；或いは紙、合成紙、織
布、不織布、フェルトが用いられる。被覆材には表面が
平坦な平板以外にも、波板やキーストンプレートのよう
な凹凸表面を有する板、発泡板、網状板等を用いてもよ
い。

【０００８】(b) 硬化液 本発明の植物茎には硬化液を含浸する。この硬化液は、
加熱により、又は室温中に放置することによって植物茎
を硬化させる液状物であって、高分子化可能な液状化合
物、樹脂液又はこれらの混合物である。この高分子化可
能な液状化合物としては、 アクリル酸エステルモノマー、メチルメタクリレート
モノマー、スチレンモノマー等のような重合可能な液状
モノマー類、 これらのモノマー類を縮合、重合又は付加重合反応さ
せることによって生じる高分子化可能なプレポリマー、 トリレンジイソシアネート、ジフェニルメタンジイソ
シアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、イソホ
ロンジイソシアネート、キシリレンジイソシアネート等
のような液状イソシアネート化合物、或いは フルフラール、フルフリルアルコールもしくはリグノ
セルロースの液化液等のような重合反応、縮合反応又は
付加縮合反応等により高分子化可能な液状化合物が挙げ
られる。 ここでリグノセルロースの液化液とは、リグノセルロー
スにフェノール類、ポリオール類などを加えてリグノセ
ルロースを液化した溶液をいう。このリグノセルロース
の液化液は、例えば高りゃん茎のような植物茎のうち、
廃棄処分する葉、又は袴の部分、或いは使用に適しない
湾曲茎や端材部分をフェノール類等の存在下で１５０〜
３００℃、１〜１００気圧の高温高圧下で溶解して調製
される。硫酸、塩酸、フェノールスルホン酸、パラトル
エンスルフォン酸等の酸触媒を用いることにより、１０
０〜２００℃、大気圧下での溶解が可能となる。また、
樹脂液には、不飽和ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、
フェノール樹脂、メラミン樹脂、ユリア樹脂等のような
液状のポリマー及びこれらのプレポリマーが一般に挙げ
られる。これ以外にポリ塩化ビニル、ポリ酢酸ビニル、
アクリル樹脂、ポリスチレン、ポリビニルアルコール、
ナイロン、ポリアミド樹脂等のような熱可塑性樹脂を溶
媒に溶解させた樹脂溶液又はリグノセルロースの樹脂化
液を用いることもできる。ここでリグノセルロースの樹
脂化液とは、リグノセルロースの液化液をアルデヒト化
合物やイソシアネート化合物等で樹脂化し、水や溶剤に
溶解させた樹脂液をいう。

【０００９】(c) 硬化液の含浸硬化液を含浸する植物茎として直線部分の乾燥した植物
茎を用いる。この植物茎をそれぞれ繊維方向に切り開か
ずに丸茎のまま、又は圧縮して皮部に割れ目を発生させ
るか、又は繊維方向に切開くか、或いは複数分割した
後、この植物茎に硬化液が含浸される。 硬化液は植物茎
の全乾重量に対して５〜２００重量％含浸することが好
ましい。室温大気圧下で植物茎に十分含浸するが、硬化
液を特別に加熱して又は加圧もしくは減圧して含浸させ
てもよい。硬化液の含浸量が５０重量％を越えると、シ
ート状物を積層するときに硬化液が滲み出て接着作用を
生じ、本来の接着剤の使用量を大幅に削減することがで
きる。硬化液に高分子量成分が含まれていない場合に
は、硬化液の含浸量を５０重量％以上にするか、或いは
接着剤を使用する必要がある。硬化液の含浸量が５重量
％未満になると、硬化液を含浸する目的の１つである積
層材の増強効果が十分得られず、また積層材の使用時に
植物茎が膨潤して、寸法安定性が低下する恐れがある。
一方、２００重量％を越えると、含浸が困難になり、た
とえ加圧注入等の操作で強制的に含浸させても、積層材
の強度はそれ以上は向上しない。

【００１０】(d) シート状物の形成 シート状物は硬化液を含浸した複数の植物茎を互いに平
行に配列して形成される。シート状物にするに際して、
各植物茎が分散しないように、配列した全ての茎の端部
を糸で結束するか、粘着テープや再湿テープで仮止めす
るか、或いは糸状又は帯状に接着剤を塗布して全ての茎
を結束する。

【００１１】(e) シート状物と被覆材との接合 シート状物に接合される被覆材は、積層材の用途に応じ
て、シート状物の片面又は両面に積層される。被覆材を
表面材に、又はシート状物を芯材とすることが好ましい
が、シート状物の意匠を生かすときにはシート状物の片
面のみに被覆材を積層する。被覆材として単板のような
力学的強度と方向性を合わせ持つ材料を使用する場合に
は、シート状物の植物茎の繊維方向と単板の繊維方向と
が互いに直交するように重ね合わせることが望ましい。
植物茎に対する硬化液の含浸量が少ない場合には、シー
ト状物と被覆材とからなる積層体を一体的に成形すると
きに、接着剤を使用する。その際に使用する接着剤は公
知のものでよく、例えばユリア樹脂、メラミン・ユリア
共縮合樹脂、フェノール・メラミン樹脂、フェノール樹
脂、フェノール・レゾルシノール樹脂、レゾルシノール
樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、水性高分子イソシ
アネート接着剤を含むイソシアネート系接着剤、タンニ
ン樹脂、リグノセルロースの液化樹脂、酢酸ビニル樹
脂、酢酸ビニル・アクリル共縮合樹脂、エチレン・酢酸
ビニル共縮合樹脂、αーオレフィン系樹脂、天然ゴム、
合成ゴム、又はこれらの一種または二種以上の混合物が
用いられる。接着剤の使用量は選ばれた接着剤によって
異なるが、一般的には接着面の１平方メートル当たり２
０〜５００ｇである。接着剤使用量が２０ｇ未満のとき
には積層材の力学的強度が著しく低下し、またその使用
量が５００ｇを越えるときには積層材の性能に比べてコ
ストが著しく上昇する。

【００１２】シート状物と被覆材とからなる積層体は必
要に応じて仮圧締を施し、ホットプレスを用いて、室温
〜２５０℃の温度下、２〜３０ｋｇ／ｃｍ²の圧力で一
体に成形して、目的とする積層材を製造する。成形時に
ホットプレスにスペーサを配置すれば、積層体を所定の
厚さの積層材にすることができる。また積層材の表面平
滑度を上げるため、又は高い精度の厚みを得るために、
成形後、必要により積層材はスクレイパー、プレーナ
ー、サンダー等により表面加工される。

【００１３】

【作用】本発明の積層材は、単一のシート状物の片面も
しくは両面に木質材料、金属材料、無機材料、ゴム又は
合成樹脂等からなる被覆材が一体的に成形されているた
め、被覆材によって優れた表面平滑性、加工性、及び美
観性が得られるとともに、シート状物によって力学的強
度が向上し、軽量性が付与される。植物茎に硬化液を含
浸処理することにより、積層に際して使用する接着剤の
使用量を減らすことができる。接着剤を用いてシート状
物と被覆材を一体に成形すると接着剤が乾燥し、かつ硬
化液が硬化して樹脂化合物に変わり、強化された積層材
となる。

【００１４】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば資源
的に豊富に存在する植物茎を有効利用して、安価な積層
材が得られる。木質材料からなる被覆材を使用した場
合、積層材はその密度が０．３〜０．５ｇ／ｃｍ3の範
囲でも合板と同等の力学的強度を示す。従って、例え
ば、薄い単板や低比重のパーティクルボードやファイバ
ボードを用いることによって極めて軽量で優れた力学的
強度を有する積層材が得られる。金属材料もしくは無機
材料からなる被覆材を積層材の表面に設けた場合には、
防火性、遮音性、断熱性、電磁遮断性等の機能を付加す
ることができる。このようにして得られた本発明の積層
材は、プリント紙、塩化ビニルフィルム等で化粧する際
の台板として、或いは天然木の突き板で化粧する際の台
板として用いられる。更に、種々の建築用材、内装材
料、間仕切材料、ドア材料、家具パネルやテーブル用材
等の用途に、広く使用することができる。更に、金属材
料、無機材料、又は合成樹脂からなる被覆材を選択する
ことにより、断熱材として用いることができ、同時にま
た騒音、楽器音、オーディオのスピーカ音に対する吸音
材、遮音材、反響板として、更に装飾材、或いは各種デ
ィスプレイ材料として幅広く使用することができる。

【００１５】

【実施例】次に本発明の実施例を図面に基づいて詳しく
説明する。 ＜実施例１＞ 長さ３０ｃｍにカットしたトウモロコシ茎にフェノール
樹脂（大鹿振興製ＴＤ−６２）を２０％含浸して乾燥し
た。この含浸茎をその繊維方向に２分割した後、その茎
が互いに平行になるように配列し、端部を粘着テープで
仮止めして３０×３０ｃｍ2のシート状物を作製した。
このシート状物の両面に水性高分子イソシアネート系接
着剤（光洋産業製ＫＲ−１３４）を、片面ずつ、それぞ
れ１００ｇ／ｍ2の割合で塗布した。この塗布面に被覆
材として厚さ０．８ｍｍの南洋材単板を重ね合わせた
後、この３層の積層体を１５０℃に保持したホットプレ
スに入れ、５ｋｇ／ｃｍ2の圧力で５分間熱圧して、図
２に示すような厚さ３ｍｍの板状の３層積層材を得た。
図２において、図１と同一符号は同一構成部品を示す。
この積層材から試験片の長さ方向が南洋材単板の繊維方
向と平行になるような形状で試験片を切り出し、曲げ強
度を測定した。その結果、平均曲げ強度は２６５ｋｇ／
ｃｍ2であつた。

【００１６】＜実施例２＞長さ３０ｃｍにカットしたト
ウモロコシ茎にフェノール樹脂（大鹿振興製ＴＤ−６
２）を２０％含浸して乾燥した。この含浸茎をその繊維
方向に２分割した後、その茎が互いに平行になるように
配列し、端部を粘着テープで仮止めして３０×３０ｃｍ
²のシート状物を作製した。このシート状物の両面に水
性高分子イソシアネート系接着剤（光洋産業製ＫＲ−１
３４）を、片面ずつ、それぞれ１００ｇ／ｍ²の割合で
塗布した。この塗布面に被覆材として厚さ０．８ｍｍの
南洋材単板を重ね合わせた後、この３層の積層体を１５
０℃に保持したホットプレスに入れ、５ｋｇ／ｃｍ²の
圧力で５分間熱圧して、図２に示すような厚さ３ｍｍの
板状の３層積層材を得た。図２において、図１と同一符
号は同一構成部品を示す。この積層材から試験片の長さ
方向が南洋材単板の繊維方向と平行になるような形状で
試験片を切り出し、曲げ強度を測定した。その結果、平
均曲げ強度は２６５ｋｇ／ｃｍ²であつた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の２層構造の積層材の斜視図。

【図２】本発明の３層構造の積層材の斜視図。

【図３】本発明の積層材を構成するシート状物の出発原
料である植物茎の斜視図。

【符号の説明】

１０ 植物茎 １０ａ 皮部 １０ｂ 髄部 ２０ 積層材 ２１ シート状物 ２２ 被覆材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) B32B 1/00 - 35/00 B27N 3/00 - 3/28

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 リグノセルロースを主体とする皮部(10
   a)と多孔性の髄部(10b)とを有する植物茎(10)に高分子
   化可能な液状化合物、樹脂液又はこれらの混合物の硬化
   液を含浸処理する工程と、 前記含浸処理された植物茎(10)を複数互いに平行に配列
   してシート状物(21)を形成する工程と、前記シート状物(21)の片面又は両面或は被覆材(22)の片
   面に接着剤を塗布した後、前記接着剤の塗布面に被覆材
   (22)又はシート状物(21)を積層する工程と、 前記積層体を成形して前記硬化液を硬化させる工程とを
   含む積層材の製造方法。
2. 【請求項２】 硬化液がリグノセルロースの液化液又は
   リグノセルロースの樹脂化液である請求項１記載の積層
   材の製造方法。
3. 【請求項３】 硬化液の含浸量は植物茎(10)の全乾重量
   の５〜２００重量％である請求項１記載の積層材の製造
   方法。