JP2967102B2 - 粉粒状または繊維状の原材料の成形方法および成形品 - Google Patents

粉粒状または繊維状の原材料の成形方法および成形品

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JP2967102B2 JP4231898A JP4231898A JP2967102B2 JP 2967102 B2 JP2967102 B2 JP 2967102B2 JP 4231898 A JP4231898 A JP 4231898A JP 4231898 A JP4231898 A JP 4231898A JP 2967102 B2 JP2967102 B2 JP 2967102B2
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修二 細谷
洋一 富村
博一 塩田
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NISHIMATSU KENSETSU KK
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【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、粉粒状または繊維
状の原材料を成形する方法および該原材料を成形してな
る成形品に関するものである。
【0002】
【従来の技術】木材から解繊された木質系繊維(繊維束
塊、繊維束、繊維破片からなる)を原材料として乾式法
によって板材(ボード)を製造する場合、例えば、前記
木質系繊維と、接着材としての樹脂(熱硬化性樹脂)と
を混合して熱圧成形することにより製造される。一般
に、上記ようにして製造されるボードの強度を増加させ
るには、前記熱硬化性樹脂の添加量を増やしたり、ボー
ドの密度を増やしたりするなどの方法が採用される。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし、前記接着剤と
しての熱硬化性樹脂の材料費は木質系繊維に比べてきわ
めて高価であるため、該熱硬化性樹脂の添加量を増やす
と製品(成形品)であるボードの単価に及ぼす影響が大
きいという問題がある。また、前記熱硬化性樹脂から発
生するホルムアルデヒドが人体に悪影響を及ぼすことが
知られており、該熱硬化性樹脂の添加量を増やすのは好
ましい方法とはいえない。一方、前記ボードの密度を増
加する方法は、該ボードの切断・釘打ち等を困難にする
ばかりか、ボード重量が増加するため運搬しづらくなる
などの問題を抱えている。
【0004】本発明は上記事情に鑑みてなされたもの
で、接着材としての熱硬化性樹脂の添加量を増やすこと
なく、もしくは削減しても、成形品の強度を増加させる
ことができ、もしくは低下させることがない粉粒状また
は繊維状の原材料の成形方法および成形品を提供するこ
とを目的としている。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の請求項1の粉粒状または繊維状の原材料の
成形方法は、粉粒状または繊維状の原材料に熱硬化性樹
脂を添加し、該熱硬化性樹脂が添加された原材料を熱圧
することによって、前記原材料を所望の形状に成形する
原材料の成形方法において、前記原材料がセルロース系
の材料であり、前記原材料に、熱硬化性樹脂に加えてラ
ジカル開始剤を添加することを特徴としている。
【0006】前記セルロース系の材料とは、木材のチッ
プまたはかんな屑等の屑材は勿論のこと、バカスの屑
材、稲藁の屑材、さらには、新聞紙等の古紙等も広く含
むものである。そして、セルロース系の繊維状の原材料
を得るには、例えば、蒸煮処理した木材のチップまたは
かんな屑等の屑材原料、あるいは古紙を解繊処理するこ
とで得る。前記蒸煮処理における蒸煮圧力は、4〜9kg
/cm2 、その保持時間は3〜10min とするのが望まし
い。前記解繊処理は、レファイナーと称される解繊機で
行われ、蒸煮原料を解繊してその粒径を所望の範囲に揃
える。そして、前記レファイナーの蒸煮原料の供給口か
ら前記熱硬化性樹脂とラジカル開始材を添加する。
【0007】前記熱硬化性樹脂としては、フェノール樹
脂が好適に使用されるが、これ以外にも、ユリア樹脂、
メラミン樹脂等も使用される。
【0008】前記ラジカル開始剤とは、周りの分子から
電子を奪い取る性質の強い物質であり、過酸化物やアゾ
化合物などが挙げられ、例えば、α,α′−アゾビスイ
ソブチロニトリル(AIBN)が好適に使用される。そし
て、前記ラジカル開始剤によって電子を奪い取られた分
子は、ラジカルへと変質し、また周りの分子から電子を
奪い取るように働き、この結果、ラジカル反応が連鎖的
に進むと、物質が化学修飾され、反応性が増加するよう
になる。なお、前記ラジカル開始剤の添加量は、全原材
料の重量比にして0.5%以上が好ましい。
【0009】請求項1の粉粒状または繊維状の原材料の
成形方法においては、粉粒状または繊維状の原材料に、
熱硬化性樹脂に加えてラジカル開始剤を添加すること
で、該ラジカル開始剤が周りの熱硬化性樹脂の分子から
電子を奪い取り、該ラジカル開始剤によって電子を奪い
取られた熱硬化性樹脂の分子はラジカルへと変質し、ま
た周りの分子から電子を奪い取るように働く。この結
果、ラジカル反応が連鎖的に進むと、熱硬化性樹脂が化
学修飾され、反応性が増加する。このようなプロセスに
よって、熱硬化性樹脂の硬化反応、強度発現性の強化を
引き起こす。したがって、熱硬化性樹脂を所定量添加す
ることで得られる成形品と同一強度の成形品を製造する
に当たり、前記熱硬化性樹脂の添加量を削減することが
でき、この結果、成形品の単価の切り下げが可能とな
る。また、前記原材料がセルロース系の材料であるの
で、木質様の成形品を得ることができるとともに、森林
資源の再利用を図ることができる。
【0010】また、熱硬化性樹脂を従来どおり所定量添
加しても、つまり、熱硬化性樹脂の添加量を増やすこと
なく、また、成形品の密度を増加することなく、成形品
の強度を増大することが可能となる。
【0011】請求項2の成形品は、粉粒状または繊維状
の原材料に熱硬化性樹脂とラジカル開始剤とを添加し、
これら熱硬化性樹脂およびラジカル開始剤が添加された
原材料を熱圧することによって前記原材料を所望の形状
に成形してなり、前記原材料をセルロース系の材料とし
たものである。
【0012】前記セルロース系の材料とは、請求項1の
場合と同様に、木材のチップまたはかんな屑等の屑材は
勿論のこと、バカスの屑材、稲藁の屑材、さらには、新
聞紙等の古紙等も広く含むものである。
【0013】請求項2の成形品においては、添加された
ラジカル開始剤が周りの熱硬化性樹脂の分子から電子を
奪い取り、該ラジカル開始剤によって電子を奪い取られ
た熱硬化性樹脂の分子はラジカルへと変質し、また周り
の分子から電子を奪い取るように働くことで、ラジカル
反応が連鎖的に進み、熱硬化性樹脂が化学修飾され、反
応性が増加し、このようなプロセスによって、熱硬化性
樹脂の硬化反応、強度発現性の強化が引き起こされて、
成形品の強度が増大する。
【0014】したがって、この成形品は、例えば、構築
物における各種構造用部材、コンクリートを打設する際
の型枠等に使用して好適なものとなる。また、熱硬化性
樹脂を所定量添加することで得られる成形品と同一強度
の成形品を製造するに当たり、前記熱硬化性樹脂の添加
量を削減することができ、この結果、成形品の単価の切
り下げが可能となる。さらに、熱硬化性樹脂の添加量を
増やすことなく、また、成形品の密度を増加することな
く、成形品の強度を増大することが可能となる。また、
前記原材料がセルロース系の材料であるので、木質様を
呈するとともに、森林資源の再利用を図ったものとする
ことができる。
【0015】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態の一例
について説明する。本例の成形方法は乾式法によるもの
であり、繊維状の原材料に熱硬化性樹脂とラジカル開始
剤とを添加し、これら熱硬化性樹脂とラジカル開始剤が
添加された原材料を熱圧することによって、前記原材料
をボード状に成形している。
【0016】前記繊維状の原材料は、蒸煮処理した木材
のチップまたはかんな屑等の屑材原料、あるいは古紙を
解繊処理することで得る。図1に示す製造工程図を用い
て説明すると、まず、前記屑材原料は、チップ貯槽1に
投入され、このチップ貯槽1から取り出された屑材原料
はチップ秤量器2で所定の量に計量され、さらに、この
チップ秤量器2から供給装置3を介して蒸煮缶4に供給
される。
【0017】前記蒸煮缶4は内部にスクリューコンベア
が装填されており、このスクリューコンベアで前記屑材
原料が蒸煮缶4内において前方に搬送される間に、該屑
材原料が飽和水蒸気の直接吹き込みによって蒸煮処理さ
れる。前記蒸煮処理においては、蒸煮圧力(水蒸気圧
力)が高く、保持時間が長ければ、得られたファイバの
性質も概してよくなるが、収率低下を伴うし、エネルギ
ー収支の点からも、最低条件が求められており、例え
ば、蒸煮圧力は4〜9kg/cm2に、保持時間は3〜10mi
nに設定される。
【0018】前記蒸煮処理された蒸煮原料は、ホッパ5
からコンベア6を介してレファイナーと称される解繊機
7に供給され、解繊処理される。この解繊処理において
は、#400 Bauer Double Disk Refiner により、乾式一
段解繊を行うことで、前記蒸煮原料の粒径を所望の範囲
に揃える。一方、前記解繊機7の蒸煮原料の供給口から
前記熱硬化性樹脂とラジカル開始材とを添加する。
【0019】前記解繊機7から排出された繊維状の原材
料は、含水率が70〜130%におよぶので、これを乾
式熱圧するために、6〜14%、多くの場合10%以下
までに乾燥しなければならない。このため、前記解繊機
7の排出口には、気流型乾燥機8の乾燥管に直結され、
前記排出された繊維状の原材料は直ちに気流乾燥され
る。
【0020】前記気流乾燥された原材料は、フェルター
9に供給されて抄造される。すなわち、乾燥された原材
料は、フェルティングボックス頂部の振子式ノズルの先
端から吹き出され、金網ベルト上に吸引抄造されて繊維
マットとなる。この繊維マットはシェーブ・オフ・ロー
ルによって余剰の繊維が掻き取られて、厚さの規制が行
われる。
【0021】前記厚さの規制が行われた繊維マットは、
プリプレス機10の上下のロールによって所定の厚さに
プリプレスされ、さらに、このプリプレスされた繊維マ
ットは、ホットプレス機11で熱圧されて、所定の厚さ
にボード状に成形されて、成形品となる。なお、前記熱
圧温度は、通常185〜260℃の範囲が用いられ、圧
締時間短縮のために、高温側の230℃付近が多くとら
れている。
【0022】上述したような成形方法において、前記解
繊機7の蒸煮原料の供給口から添加される前記熱硬化性
樹脂は、接着剤として機能するものであり、本例では、
フェノール樹脂が使用される。このフェノール樹脂を添
加する場合、レゾール型フェノール樹脂水溶液(例え
ば、濃度50%、pH10、150℃、硬化時間50〜
80SEC、粘度1〜2.5Poise)を10〜20%濃度に
希釈して添加する。なお、この添加量は、原材料の重量
比にして2〜5%程度が好ましい。
【0023】また、前記解繊機7の蒸煮原料の供給口か
ら添加される前記ラジカル開始剤は、周りの分子から電
子を奪い取る性質の強い物質であり、本例ではアゾ化合
物の一つである、α,α′−アゾビスイソブチロニトリ
ル(AIBN)が使用される。前記ラジカル開始剤を添加す
ると、該ラジカル開始剤が周りの熱硬化性樹脂の分子か
ら電子を奪い取り、該ラジカル開始剤によって電子を奪
い取られた熱硬化性樹脂の分子はラジカルへと変質し、
また周りの分子から電子を奪い取るように働く。この結
果、ラジカル反応が連鎖的に進むと、熱硬化性樹脂が化
学修飾され、反応性が増加する。このようなプロセスに
よって、熱硬化性樹脂の硬化反応、強度発現性の強化を
引き起こす。
【0024】前記連鎖反応は閉鎖空間内では永続的に続
くが、実際の製造工程ではラジカルが気化して散逸して
しまうので、一定の割合以上添加しないと最大の効果は
得られない。したがって、このラジカル開始剤の添加量
は、全原材料の重量比にして0.5%以上添加する。実
験により、ラジカル開始剤を極微量添加すると、図2に
示すように、同量の樹脂を添加したときに比べて、最終
的に得られるボード状の成形品の強度指標である曲げ強
度、曲げヤング率はそれぞれ35〜45%、45〜55
%程度増加した。
【0025】このように、ラジカル開始剤を添加する
と、前記熱硬化性樹脂を所定量添加することで得られる
成形品と同一強度の成形品を製造するに当たり、前記熱
硬化性樹脂の添加量を削減することができ、この結果、
成形品の単価の切り下げを行うことができる。また、前
記熱硬化性樹脂を従来どおり所定量添加しても、つま
り、熱硬化性樹脂の添加量を増やすことなく、また、成
形品の密度を増加することなく、成形品の強度を増大す
ることができる。さらに、上記のようにして製造された
成形品は、木材のチップまたはかんな屑等の屑材原料を
材料としているので、木質様を呈することができるとと
もに、森林資源の再利用を図ることができる。
【0026】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の請求項1
の粉粒状または繊維状の原材料の成形方法によれば、粉
粒状または繊維状のセルロース系の原材料に、熱硬化性
樹脂に加えてラジカル開始剤を添加したので、ラジカル
反応が連鎖的に進み、熱硬化性樹脂が化学修飾され、反
応性が増加し、このようなプロセスによって、熱硬化性
樹脂の硬化反応、強度発現性の強化を引き起こす。した
がって、熱硬化性樹脂を所定量添加することで得られる
成形品と同一強度の成形品を製造するに当たり、前記熱
硬化性樹脂の添加量を削減することができ、この結果、
成形品の単価の切り下げを行うことができる。
【0027】また、熱硬化性樹脂を従来どおり所定量添
加しても、つまり、熱硬化性樹脂の添加量を増やすこと
なく、また、成形品の密度を増加することなく、成形品
の強度を増大することができる。さらに、前記原材料を
セルロース系の材料としたので、木質様の成形品を容易
に得ることができるとともに、森林資源の再利用を図る
ことができる。
【0028】請求項2の成形品によれば、粉粒状または
繊維状のセルロース系の原材料に、熱硬化性樹脂に加え
てラジカル開始剤を添加したので、請求項1と同様のプ
ロセスによって、熱硬化性樹脂の硬化反応、強度発現性
の強化が引き起こされて、成形品の強度が増大する。し
たがって、この成形品を、例えば、構築物における各種
構造用部材、コンクリートを打設する際の型枠等に使用
して好適なものとすることができる。また、請求項1と
同様に、成形品の単価の切り下げを行うことができ、さ
らに、熱硬化性樹脂の添加量を増やすことなく、また、
成形品の密度を増加することなく、成形品の強度を増大
することができる。さらに、前記原材料をセルロース系
の材料としたので、木質様を呈することができるととも
に、森林資源の再利用を図ったものとすることができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の粉粒状または繊維状の原材料の成形方
法の一例を説明するためのもので、成形工程を示す工程
図である。
【図2】同、ラジカル開始剤の添加率と、ボードの曲げ
強度および曲げヤング率との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
1 チップ貯槽 2 チップ秤量器 3 供給装置 4 蒸煮缶 5 ホッパ 6 コンベア 7 解繊機 8 気流乾燥機 9 フェルター 10 プリプレス機 11 ホットプレス機
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 細谷 修二 茨城県稲敷郡茎崎町松の里1 林野庁森 林総合研究所木材化学研究室内 (72)発明者 富村 洋一 茨城県稲敷郡茎崎町松の里1 林野庁森 林総合研究所木材化学研究室内 (72)発明者 塩田 博一 東京都港区南青山5−5−21−101 株 式会社ブイエムシー内 (56)参考文献 特開 平4−332757(JP,A) 特開 昭61−102213(JP,A) 特開 平2−269004(JP,A) 特表 平5−501084(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) B29C 43/00 - 43/58 B27N 3/00 - 3/28 B29C 70/00 - 70/88

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 粉粒状または繊維状の原材料に熱硬化性
    樹脂を添加し、該熱硬化性樹脂が添加された原材料を熱
    圧することによって、前記原材料を所望の形状に成形す
    る原材料の成形方法において、 前記原材料がセルロース系の材料であり、 前記原材料に、熱硬化性樹脂に加えてラジカル開始剤を
    添加することを特徴とする粉粒状または繊維状の原材料
    の成形方法。
  2. 【請求項2】 粉粒状または繊維状の原材料に熱硬化性
    樹脂とラジカル開始剤とを添加し、これら熱硬化性樹脂
    およびラジカル開始剤が添加された原材料を熱圧するこ
    とによって前記原材料を所望の形状に成形してなり、前
    記原材料がセルロース系の材料であることを特徴とする
    成形品。
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