JP2888153B2 - 耐久性木質ボードの製造方法 - Google Patents

耐久性木質ボードの製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】安価な木質材料を利用し、強度、
耐水性、寸法安定性に優れた耐久性木質ボードの製造方
法に関する。
【0002】
【従来の技術】木質のチップ、ファイバー、粉等の木質
細片を使用して木質ボードを製造する試みは、数多くな
されている。一般に木質ボードは、前記木質細片に水溶
性の接着剤を添加し、熱プレスすることにより製造され
る。しかしながら、このようにして得られた木質ボード
は、木材が一般には撥水性であり、接着剤との濡れ性が
悪いため、木質細片同士の界面での接着性が悪く、合板
並の強度及び耐水性が得られていないのが現状である。
これに対して、塩化ベンジル等により表面をエーテル化
し、加熱により表面溶融化して熱融着パーティクルボー
ドを作製する試み〔木口、木材学会誌 Vol.36,No.10,
p.867-875(1990)〕や硝酸等により化学的に木材組織を
改質し、強度の高いボードを作る試みもなされている
〔W.E. Johns et al. Holzforschyung, 32(1978),p.162
-166〕が、製造工程が複雑であり、実用化までには至っ
ていない。また、界面での密着性を向上させるためにオ
ゾンを利用し、これにより表面を酸化して接着特性を向
上させる試みもなされている〔富村他「木材学会誌」Vo
l.4,No.6, p.656-660,1994〕。しかしながら、パルプ等
の比較的不純物質の少ない材料には効果があっても、木
質材のような樹脂分を多量に含んだ材料に対しては、こ
の技術では効果が小さい。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】本発明は前記の事実に
鑑みてなされたもので、その目的とするところは、強度
及び耐水性に優れた耐久性木質ボードの製造方法を提供
することにある。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明の請求項1に係る
耐久性木質ボードの製造方法は、木質チップ、木質ファ
イバー及び/又は木質粉からなる木質細片を平板状に形
成した後、熱プレス成形して木質ボードを得る木質ボー
ドの製造方法において、前記木質細片の表面を常圧下で
グロー放電することにより励起させたプラズマ中でプラ
ズマ処理し、150〜230℃の温度で熱プレス成形す
ることを特徴とする。
【0005】本発明の請求項2に係る耐久性木質ボード
の製造方法は、前記グロー放電を不活性ガス及び/又は
反応性ガスの存在下で行うことを特徴とする。
【0006】本発明の請求項3に係る耐久性木質ボード
の製造方法は、前記不活性ガスがHe及び/又はArで
あることを特徴とする。
【0007】本発明の請求項4に係る耐久性木質ボード
の製造方法は、前記反応性ガスが酸化性を有する空気、
酸素及び二酸化炭素からなる群から選択される少なくと
も1種であることを特徴とする。
【0008】本発明の請求項5に係る耐久性木質ボード
の製造方法は、前記反応性ガスが還元性を有する水素及
び/又はアンモニアであることを特徴とする。
【0009】本発明の請求項6に係る耐久性木質ボード
の製造方法は、前記木質細片の表面を常圧下でグロー放
電することにより励起させたプラズマ中でプラズマ処理
した後、この木質細片を平板状に形成する前に、水を添
加して含有させることを特徴とする。
【0010】本発明の請求項7に係る耐久性木質ボード
の製造方法は、前記木質細片の表面を常圧下でグロー放
電することにより励起させたプラズマ中でプラズマ処理
した後、この木質細片を平板状に形成する前に、水溶性
の接着剤を添加して含有させることを特徴とする。
【0011】本発明の請求項8に係る耐久性木質ボード
の製造方法は、前記接着剤の種類がフェノール系、ユリ
ア系、ユリアメラミン系、イソシアネート系、酢酸ビニ
ル系及びエチレンビニルアセテート系の群の中から選ば
れた少なくとも1種であることを特徴とする。
【0012】本発明の請求項9に係る耐久性木質ボード
の製造方法は、前記接着剤の添加量が固形分換算で、木
質細片100重量部に対して、3〜20重量部の割合で
あることを特徴とする。
【0013】以下、本発明を詳述する。本発明に係る耐
久性木質ボードに用いる木質細片は、木質チップ、木質
ファイバー、木質粉等からなる。この原料とする木質細
片の樹種、形状、サイズについては特に限定しないが、
木質細片のサイズが、あまり小さ過ぎるとボード化した
場合の絡み合いによる強度発現の程度が小さくなり、大
き過ぎると表面積が小さいため、プラズマの処理効果が
小さくなる。すなわち、木質細片のサイズとしては20
mm程度以下の大きさが好ましい。この木質細片の表面
を常圧下でグロー放電することにより励起させたプラズ
マ中で大気圧プラズマ処理を施す。大気圧プラズマによ
る各種材料の処理方法は、本願出願人が出願した特開平
5−69417号公報等に詳述されている。大気圧プラ
ズマ処理では、真空設備等が不要であり、特に木質材料
のような、内部に水分や樹脂成分の様な真空下で揮発す
る成分を大量に含んだ材料に対して、本方法は有効であ
る。すなわち、木質細片をプラズマ処理することによ
り、この木質細片の表面に化学的変化が生じ、密着性が
向上する。プラズマ処理に使用する反応ガスの種類につ
いては、空気、酸素、二酸化炭素等の酸化性を有するガ
ス又は水素、アンモニア等の還元性ガスを使用する。こ
れらのガスを不活性のHe、Arガスに適当量混合して
プラズマ処理を行なう。反応ガスの混合量は処理の種
類、所望の効果にも依存するが、反応ガス及び不活性ガ
スの全量に対して、反応ガスの含有量が、0.0001
〜5容量%であることが好ましい。木質細片に対する酸
化性ガスの効果はおよそ次のように考えられる。すなわ
ち、プラズマ中で生成した酸素のラジカルが木材中のリ
グニンやセルロースに作用し一部その構造を分解し、極
めて反応性に富む表面を形成する。さらに、オゾンに比
べて、本方法により生成した酸素ラジカルはこの効果が
大きいと考えられる。したがって、このプラズマ処理を
行なった後、所望のボードの形状に形成し、熱圧プレス
を施すことにより、その表面の自己接着性により強度の
高い木質ボードが得られる。プレスの温度は150〜2
20℃程度が望ましい。さらに、表面は親水性にもかか
わらず界面での密着性に優れるため、耐水性においても
優れた特性のボードが得られる。また、水素やアンモニ
ア等の還元性ガスを使用した場合、表面の酸素が除去さ
れ、表面が撥水性になる。したがってこのような処理を
施した木質細片を使用して得られた木質ボードは強度は
酸化性ガスの処理を施したものと比べると劣るが、極め
て耐水性に優れたものとなる。
【0014】また、熱圧プレスの処理に先立って、水分
を該木質細片に含浸させることも有効である。これはプ
ラズマ処理によって、活性化された木質材表面に水分が
吸着し、それに続く熱圧プレスにより木材内部及び界面
でに水素結合が形成され、強固な接着力が発現したもの
と考えられる。
【0015】さらに、水溶性の接着剤を添加することに
より一層の強度アップを図ることができる。接着剤の種
類として、水溶性のフェノール系、ユリア系、ユリアメ
ラミン系、イソシアネート系、酢酸ビニル系及びエチレ
ンビニルアセテート系が好ましい。また、接着剤の添加
量が固形分換算で木質細片100重量部に対して、3〜
20重量部が望ましい。接着剤の添加によって、プラズ
マ処理で活性になった表面に接着剤が強固に密着する。
【0016】
【作用】本発明の請求項1乃至請求項3に係る耐久性木
質ボードの製造方法では、木質細片の表面を常圧下でプ
ラズマ処理し、熱プレス成形するので、前記木質細片の
表面に化学的変化が生じ、密着性が向上する。
【0017】本発明の請求項4に係る耐久性木質ボード
の製造方法では、反応性ガスが酸化性を有する空気、酸
素及び二酸化炭素からなる群から選択される少なくとも
1種であるので、プラズマ中で生成した酸素のラジカル
が木質細片中のリグニンやセルロースに作用し一部その
構造を分解し、極めて反応性に富む表面を形成する。
【0018】本発明の請求項5に係る耐久性木質ボード
の製造方法では、前記反応性ガスが還元性を有する水素
及び/又はアンモニアであるので、木質細片の表面の酸
素が除去され、木質細片の表面が撥水性になる。
【0019】本発明の請求項6に係る耐久性木質ボード
の製造方法では、木質細片の表面をプラズマ処理した
後、この木質細片を平板状に形成する前に、水を添加し
て含有させるので、プラズマ処理によって、活性化され
た木質材表面に水分が吸着し、それに続く熱圧プレスに
より木材内部及び界面でに水素結合が形成され、強固な
接着力が発現する。
【0020】本発明の請求項7乃至請求項9に係る耐久
性木質ボードの製造方法では、木質細片の表面を常圧下
でグロー放電することにより励起させたプラズマ中でプ
ラズマ処理した後、この木質細片を平板状に形成する前
に、水溶性の接着剤を添加して含有させるので、水を添
加して含有させる前記作用に加えて、プラズマ処理で活
性になった木質材表面に表面に接着剤が強固に密着す
る。
【0021】
【実施例】以下、本発明に係る耐久性木質ボードの製造
方法の一実施例を具体的に説明する。木質細片として、
ラワン材を解繊して得た平均径80μm、平均長さ5m
mの木質ファイバー、平均径15mmの木質チップ及び
平均径1mmの木質粉を用いた。
【0022】(実施例1)木質ファイバーをプラズマ反
応器で、大気圧プラズマ処理を施した。処理条件は表1
に示したように、以下のとおりであった。 (1)使用ガス及びその流量 ヘリウム 2000sccm 酸素 50sccm (2)プラズマ条件 周波数 3000Hz 電力 100W 処理時間 30秒 処理圧力 1気圧 これをボード状に形成し、表1に示したように、220
℃の温度で10分間熱圧プレスを行ない、木質ボードを
得た。得られた木質ボードの曲げ強度、密度、吸湿率及
び厚み膨潤率を測定し、その結果を表2に示した。な
お、sccmはスタンダードccm(25℃、1気圧の
ときのcc/min)である。
【0023】(実施例2)木質ファイバーのプラズマ処
理に先立ち、木質ファイバーに水分を含浸させて、表1
に示したように、含水率30重量%にした以外は、実施
例1と同様にして木質ボードを得た。得られた木質ボー
ドの曲げ強度、密度、吸湿率及び厚み膨潤率を測定し、
その結果を表2に示した。
【0024】(実施例3)木質ファイバーのプラズマ処
理に先立ち、木質ファイバー100重量部に対して、木
質ファイバーに濃度が25重量%の接着剤水溶液である
水溶性ユリア・メラミン系接着剤を固形分換算で、表1
に示したように、10重量部の割合で添加し、表1に示
した条件で行った以外は、実施例1と同様にして木質ボ
ードを得た。なお、接着剤水溶液に含まれた水により、
表1に示したように、木質ファイバーの含水率が30重
量%になる。得られた木質ボードの曲げ強度、密度、吸
湿率及び厚み膨潤率を測定し、その結果を表2に示し
た。
【0025】(実施例4〜実施例10)表1に示した条
件で行った以外は、実施例1と同様にして木質ボードを
得た。得られた木質ボードの曲げ強度、密度、吸湿率及
び厚み膨潤率を測定し、その結果を表2に示した。
【0026】(比較例1〜比較例3)表1に示した条件
で行った以外は、実施例1と同様にして木質ボードを得
た。得られた木質ボードの曲げ強度、密度、吸湿率及び
厚み膨潤率を測定し、その結果を表2に示した。
【0027】なお、実施例及び比較例で使用した接着剤
は、濃度が25重量%の接着剤水溶液になるように調整
して用いた。
【0028】
【表1】
【0029】
【表2】
【0030】曲げ強度は、JIS Z2113に準じて
測定した。含水率及び吸湿率は、乾式基準の含水率及び
吸湿率を用いた。吸湿率は、木質ボードを室温で水中浸
漬24時間後の吸水率である。含水率及び吸湿率は次式
で定義した。
【0031】含水率(又は吸湿率)〔%〕=〔(W1
0 )/W0 〕×100 W0 :上記木質細片(又は木質ボード)を恒温器を用い
て、105℃で恒量に到達したときの重量〔g〕 W1 :乾燥前の木質細片(又は木質ボード)の重量
〔g〕 厚み膨潤率は、木質ボードを室温で水中浸漬24時間後
の厚み膨潤率である。厚み膨潤率は次式で定義した。
【0032】 膨潤率〔%〕=〔(T1 −T0 )/T0 〕×100 T0 :水中浸漬前の厚み〔mm〕 T1 :水中浸漬24時間後の厚み〔mm〕 以上の結果、表2に示すように、実施例は比較例に比べ
て、密度が略同じであるにもかかわらず、曲げ強度が大
きく、吸湿率及び厚み膨潤率が小さく、したがって、強
度及び耐水性に優れた耐久性木質ボードが得られること
が確認できた。
【0033】
【発明の効果】本発明の請求項1乃至請求項3に係る耐
久性木質ボードの製造方法によると、木質細片の表面に
化学的変化が生じ、密着性が向上するので、強度に優れ
た耐久性木質ボードが得られる。
【0034】本発明の請求項4に係る耐久性木質ボード
の製造方法によると、プラズマ中で生成した酸素のラジ
カルが木質細片中のリグニンやセルロースに作用し一部
その構造を分解し、極めて反応性に富む表面を形成する
ので、熱圧プレスを施すことにより、密着性が向上する
ので、強度に優れた耐久性木質ボードが得られる。
【0035】本発明の請求項5に係る耐久性木質ボード
の製造方法によると、反応性ガスが還元性を有する水素
及び/又はアンモニアであるので、木質細片の表面の酸
素が除去され、木質細片の表面が撥水性になるため、耐
水性に優れた耐久性木質ボードが得られる。
【0036】本発明の請求項6に係る耐久性木質ボード
の製造方法によると、プラズマ処理によって、活性化さ
れた木質材表面に水分が吸着し、それに続く熱圧プレス
により木材内部及び界面でに水素結合が形成され、強固
な接着力が発現するので、より強度に優れた耐久性木質
ボードが得られる。
【0037】本発明の請求項7乃至請求項9に係る耐久
性木質ボードの製造方法によると、プラズマ処理で活性
になった木質材表面に表面に接着剤が強固に密着するの
で、さらに、強度に優れた耐久性木質ボードが得られ
る。

Claims (9)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 木質チップ、木質ファイバー及び/又は
    木質粉からなる木質細片を平板状に形成した後、熱プレ
    ス成形して木質ボードを得る木質ボードの製造方法にお
    いて、前記木質細片の表面を常圧下でグロー放電するこ
    とにより励起させたプラズマ中でプラズマ処理し、15
    0〜230℃の温度で熱プレス成形することを特徴とす
    る耐久性木質ボードの製造方法。
  2. 【請求項2】 前記グロー放電を不活性ガス及び/又は
    反応性ガスの存在下で行うことを特徴とする請求項1記
    載の耐久性木質ボードの製造方法。
  3. 【請求項3】 前記不活性ガスがHe及び/又はArで
    あることを特徴とする請求項1又は請求項2記載の耐久
    性木質ボードの製造方法。
  4. 【請求項4】 前記反応性ガスが酸化性を有する空気、
    酸素及び二酸化炭素からなる群から選択される少なくと
    も1種であることを特徴とする請求項1乃至請求項3い
    ずれかに記載の耐久性木質ボードの製造方法。
  5. 【請求項5】 前記反応性ガスが還元性を有する水素及
    び/又はアンモニアであることを特徴とする請求項1乃
    至請求項3いずれかに記載の耐久性木質ボードの製造方
    法。
  6. 【請求項6】 前記木質細片の表面を常圧下でグロー放
    電することにより励起させたプラズマ中でプラズマ処理
    した後、この木質細片を平板状に形成する前に、水を添
    加して含有させることを特徴とする請求項1乃至請求項
    5いずれかに記載の耐久性木質ボードの製造方法。
  7. 【請求項7】 前記木質細片の表面を常圧下でグロー放
    電することにより励起させたプラズマ中でプラズマ処理
    した後、この木質細片を平板状に形成する前に、水溶性
    の接着剤を添加して含有させることを特徴とする請求項
    1乃至請求項6いずれかに記載の耐久性木質ボードの製
    造方法。
  8. 【請求項8】 前記接着剤の種類がフェノール系、ユリ
    ア系、ユリアメラミン系、イソシアネート系、酢酸ビニ
    ル系及びエチレンビニルアセテート系の群の中から選ば
    れた少なくとも1種であることを特徴とする請求項1乃
    至請求項7いずれかに記載の耐久性木質ボードの製造方
    法。
  9. 【請求項9】 前記接着剤の添加量が固形分換算で、木
    質細片100重量部に対して、3〜20重量部の割合で
    あることを特徴とする請求項1乃至請求項8いずれかに
    記載の耐久性木質ボードの製造方法。
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