JP3151546B2 - 蒸気噴射法による木質ボードの製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、木質ボードの製造方
法、特に、フェノール・メラミン・ホルムアルデヒド系
樹脂をバインダーとして用いる、蒸気噴射法による木質
ボードの製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、木質ボード類は、通常１５０℃以
上の高温の熱盤プレスを用いた熱圧成形により製造され
てきた。しかしながら、熱盤を使用する従来の方法で
は、製造するボードの厚みが増すに従い、長時間の圧締
時間を必要とし、生産性が低下するという問題があっ
た。そこで、圧締時間を短縮する方法として、熱圧温度
を高めた場合には、表層部の熱劣化、芯層部の密度低下
をまねき、得られるボードの物性が低下するため、生産
性向上には限界があった。

【０００３】近年、この生産性を飛躍的に向上する方法
として、蒸気噴射法による成形技術が提案され、一部商
業生産にも実用化されはじめている。この方法を用いれ
ば、例えば厚さ１００ｍｍのパーチクルボードを、従来
の熱盤法では２０〜３０分の熱圧時間の所を、僅か９０
秒で製造が可能になるという画期的な方法である。

【０００４】蒸気噴射法とは、蒸気噴射用の細孔を有す
る圧締盤を熱盤の代わりに用いる方法で、噴射孔から、
木質ボード材料に高圧の水蒸気を噴射することにより、
瞬時に内層部分までを加熱することができる。この方法
では、厚みに関わらず、瞬時にボード中心層までを１０
０℃以上に加熱できるため、中心部のバインダーの硬化
に必要な熱量が厚みによらず一定時間で供給でき、ボー
ド厚さが増すほど、従来の熱盤法の製造に比べて、成形
に要する時間が短縮できるという特徴を有するものであ
る。

【０００５】しかしながら、この蒸気噴射法は、このよ
うな画期的な技術にも関わらず、実用化のスピードは当
初期待された程では無いのが実状である。この理由は、
ひとつには、この方法に最適なバインダーが見いだされ
ていないことによる。

【０００６】従来、木質ボードの製造には、ユリア・ホ
ルムアルデヒド樹脂（以下ＵＦと略す）、メラミン・ホ
ルムアルデヒド樹脂（以下ＭＦ）及びこれらの共縮合樹
脂（以下ＭＵＦ）、フェノール・ホルムアルデヒド樹脂
（以下ＰＦ）等がバインダーとして用いられてきた。こ
れらのバインダーを蒸気噴射法に用いた場合には、従来
の製造法には見られなかった欠点が明らかになり、非常
に細心の注意を払って製造条件をコントロールしない限
り、従来の方法で製造したものに比べ、性能の劣るボー
ドしか製造できない。これは、蒸気噴射法を用いる場
合、高圧・湿潤という特殊な条件下にバインダーが曝さ
れることに起因する。この影響については、佐々木らの
“連続式スチーム・インジェクション・プレスの開発”
（昭和６２−６３年度文部省科学研究費補助金研究成果
報告書）によって詳細な検討がなされている。これによ
ると、ＵＦ、ＭＵＦをバインダーに用いた場合、蒸気の
噴射には適正な時間と温度があり、長時間の噴射、高温
の蒸気の使用は、ボード物性の低下を招くことが報告さ
れている。これらの最適条件は、きわめて狭い範囲であ
り、この狭い範囲を守らないと、従来の熱盤法によって
製造されたものの性能に劣るものとなってしまう。従っ
てこれらの樹脂をバインダーとして用いる場合、実験室
の様に条件を厳密に管理の出来ない商業生産では、従来
の熱盤法により製造されたものより優れた性能を得るこ
とは極めて困難である。また、この報告中では、メラミ
ン・フェノール・ホルムアルデヒド樹脂の例も報告され
ているが、ホルムアルデヒド／メラミン／フェノール＝
２．０／１．０／０．２であるこの樹脂を用いた場合に
は、ＵＦおよび、ＭＵＦ同様、狭い範囲でのコントロー
ルを必要とするものである。また、例えこの制御が充分
に行われたとしても、これらの樹脂をバインダーとする
場合、構造用途、建材用途等に用いるだけの耐水性・耐
久性は得られない。

【０００７】ＰＦに関しては、蒸気噴射による成形時間
の短縮が他の樹脂に比べ少なく、商業的に生産される一
般的な厚み10〜30ｍｍ程度のボードでは、蒸気噴射法の
効果が発揮されないばかりか、蒸気によりバインダーが
洗い流されるウオッシュアウトと呼ばれる現象が問題と
なる場合もある。従って、ＰＦはＵＦ、ＵＭＦに比較し
て、はるかに優れた耐水性、耐久性を持つバインダーで
あり、構造用材料や建材用の木質ボード製造には欠かせ
ないが、蒸気噴射法には適さないとされている。

【０００８】ＰＦに代わる耐水性に優れたバインダーと
して、イソシアネート系樹脂が提案されている。これ
は、蒸気噴射法に対しても比較的許容条件が広く、良い
性能を示すが、これをバインダーとして用いた場合、熱
盤に付着するという重大な欠点を有するため、従来から
使用が制限されてきた。蒸気噴射法の場合は、付着防止
のために用いられる離型フィルム等を使用出来ないた
め、実用化には特殊な工夫を必要とする。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、生産性の優
れた蒸気噴射法により木質ボードを製造する際の問題
点、すなわち、前記のようにＵＦ、ＭＦ、ＵＭＦをバイ
ンダーとして用いる場合には、非常に狭い範囲で製造条
件を制約する必要から、その特性を充分引き出せないの
みならず、耐久性・耐水性に劣り、一方、イソシアネー
ト系およびＰＦをバインダーとして用いることは、実用
的ではないという問題点を解決したもので、蒸気噴射法
の特長を活かして耐水性・耐久性にすぐれた木質ボード
を工業的に、かつ生産性良好に製造することに成功した
ものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、前記の課
題を解決するために、鋭意研究の結果、特定のホルムア
ルデヒド、メラミン、フェノールのモル比を有する樹脂
バインダーを用いることにより、蒸気噴射法で耐水性、
耐久性に優れた木質ボードが製造できることを見いだし
た。

【００１１】本発明における樹脂バインダーとは、フェ
ノールとメラミンのモル比がＰ／Ｍ＝０．３〜１．０で
あり、かつホルムアルデヒドとメラミンのモル比がＰ／
Ｍの関数として下記の式で表される原料構成を有するメ
ラミン・フェノール・ホルムアルデヒド樹脂であり、か
つフェノールとメラミンの間にメチレン結合による共縮
合の存在しないものを言う。 Ｆ／Ｍ≧３×（Ｐ／Ｍ）＋３／２ （式−１） Ｆ／Ｍ≦４×（Ｐ／Ｍ）＋３ （式−２）

【００１２】この式を図１を用いて、簡便に説明する。
本発明の樹脂組成物は、図中のＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄの４点を
結ぶ４本の直線で区切られた斜線の範囲内のフェノー
ル、メラミン、ホルムアルデヒドのモル比構成により合
成したフェノール・メラミン・ホルムアルデヒド樹脂を
言う。この範囲より上方ではホルムアルデヒド臭が高く
なり、下方では、反応性が低く、高圧・湿潤下という蒸
気噴射法の過酷な条件下では、充分に硬化反応が進行し
ない。また、この範囲の左方では、ＵＦ、ＭＵＦ同様、
狭い範囲に製造条件を規制する必要があり、また充分な
耐久性も得られない。さらに、この範囲の右方では、反
応性が低下し、蒸気噴射法の過酷な条件下では、充分に
硬化反応が進行しない。

【００１３】本発明に使用するメラミン・フェノール・
ホルムアルデヒド樹脂は、その製造方法は限定しない
が、メラミンとフェノールの間にメチレン結合の存在し
ない（所謂、共縮合していない）ものでなくてはならな
い。両者が、メチレン結合により共縮合している場合に
は、樹脂液の貯蔵安定性、水溶性が著しく悪いばかりで
なく、蒸気噴射法における製造条件の許容範囲が狭くな
る。

【００１４】また、本発明のメラミン・フェノール・ホ
ルムアルデヒド樹脂は、フェノールの代わりに、一部レ
ゾルシノール、アルキルレゾルシノール、リグニン、タ
ンニン、アミノフェノール等のフェノール類を用いて変
性しても良い。また、必要に応じて、ポリビニルアルコ
ール、メチルセルロース、カルボキシメチルセルロー
ス、澱粉、ポリアクリルアミド等の水溶性高分子を、粘
度調節等のために用いても良い。さらにまた、木質材料
からのホルムアルデヒド放散量の低減を目的として、メ
ラミンとフェノールのモル数の合計を１００モル％と置
いた場合、３０モル％以下の尿素を加えてもよい。本発
明の樹脂組成物は、必要に応じて、尿素樹脂と混合して
使用することも可能であるが、その場合には、耐水性を
損なわないために、２０重量部以下の添加が望ましい。

【００１５】本発明の樹脂組成物には、必要に応じて、
反応促進のため、塩酸、硫酸等の無機酸、しゅう酸、蟻
酸、酢酸、リンゴ酸等の有機酸および、これらのアンモ
ニウム塩、アルミニウム塩等を使用時に添加しても良
い。

【００１６】

【実施例】次に実施例を示して本発明を説明するが、本
発明の効果はもとよりこの実施例に限定されるものでは
ない。

【００１７】〔合成例１〕還流冷却器、温度計、攪拌機
を備えた反応缶に、フェノール５４ｋｇ（５７４ｍｏ
ｌ）、メラミン１２７ｋｇ（１０００ｍｏｌ）、３７％
ホルマリン４８６ｋｇ（ホルムアルデヒド６０００ｍｏ
ｌ）を仕込み、２５％ＮａＯＨ水溶液を１５ｋｇ添加し
てｐＨ１０とした後、８０℃で６０分反応後冷却した。
これにより得られた樹脂は、赤褐色透明で、粘度５０ｍ
Ｐａｓ、不揮発分５２％であった。この樹脂は¹³Ｃ−Ｎ
ＭＲの分析により、フェノールとメラミンのメチレン結
合による４０．５、４４．２、４９．２ｐｐｍのシグナ
ルが認められない事を確認した。

【００１８】〔実施例１〕合成例１で得た、ホルムアル
デヒド対メラミン対フェノールのモル比Ｆ：Ｍ：Ｐが
６．０：１．０：０．５７である樹脂組成物を用い、商
業用の蒸気噴射プレスを用いたＭＤＦ製造プラントで、
厚さ２４ｍｍ、比重６７５ｋｇ／ｍ³ のＭＤＦを製造し
た。このときの樹脂添加量は、絶乾ファイバー重量に対
し、樹脂固形分１２％、プレス条件は、噴射蒸気圧力４
および６気圧、蒸気噴射時間３４秒〜４８秒の条件で製
造を行った。これにより得られたＭＤＦを、２０℃、関
係湿度６５％の条件下で１週間養生した後、物性試験を
行った結果を、第１表に示す。

【００１９】〔合成例２〕合成例１と同じ反応缶に、フ
ェノール１８．８ｋｇ（２００ｍｏｌ）、メラミン１２
７ｋｇ（１０００ｍｏｌ）、３７％ホルマリン１６２ｋ
ｇ（２０００ｍｏｌ）を仕込み、２５％ＮａＯＨ水溶液
を１０ｋｇ添加してｐＨ１０とした後、８０℃で６０分
反応させ冷却した。得られた樹脂は、赤褐色透明液で、
粘度３０ｍＰａｓ、不揮発分６２％であった。

【００２０】〔比較例１および２〕比較例として、市販
ＵＭＦ（株式会社ホーネンコーポレーション製ＭＢ−０
９４）および、合成例２で合成した、ホルムアルデヒ
ド、メラミン、フェノール各原料の構成モル比が、Ｆ：
Ｍ：Ｐ＝２．０：１．０：０．２となるように合成した
ＰＭＦの各樹脂バインダーを用いて、同様の条件で製
造、調整したものの試験結果についても第１表に示し
た。

【００２１】

【表１】

【００２２】〔合成例３〕還流冷却器、温度計、攪拌機
を備えた反応フラスコに、フェノール９４ｇ（１ｍｏ
ｌ）、３７％ホルマリン２４３ｇ（ホルムアルデヒド３
ｍｏｌ）、２５％ＮａＯＨ水溶液１０ｇ、水３５ｇを仕
込み、８０℃で６０分反応した後、尿素１８ｇ（０．３
ｍｏｌ）を加えて溶解させながら冷却し、初期縮合物Ｐ
１を４００ｇ得た。

【００２３】〔合成例４〕合成例３と同様の反応フラス
コに、フェノール９４ｇ、３７％ホルマリン１６２ｇ
（ホルムアルデヒド２ｍｏｌ）、２５％ＮａＯＨ水溶液
１０ｇ、水１３４ｇを仕込み、８０℃で６０分反応した
後冷却し、初期縮合物Ｐ２を４００ｇ得た。

【００２４】〔合成例５〕同様の反応フラスコに、フェ
ノール８４．５ｇ（０．９ｍｏｌ）、レゾルシノール１
０．５ｇ（０．１ｍｏｌ）、３７％ホルマリン２４３ｇ
（ホルムアルデヒド３ｍｏｌ）、２５％ＮａＯＨ水溶液
１０ｇ、水５２ｇを仕込み、８０℃で６０分反応した後
冷却し、初期縮合物Ｐ３を得た。

【００２５】〔合成例６〕同様の反応フラスコに、メラ
ミン１２７ｇ（１ｍｏｌ）、３７％ホルマリン１６２ｇ
（ホルムアルデヒド２ｍｏｌ）、２５％ＮａＯＨ水溶液
１０ｇ、メタノール２０ｇ、水８１ｇを仕込み、８０℃
で６０分間反応した後冷却し、初期縮合物Ｍ１を４００
ｇ得た。

【００２６】〔合成例７〕同様の反応フラスコに、メラ
ミン１２７ｇ（１ｍｏｌ）、３７％ホルマリン２４３ｇ
（ホルムアルデヒド３ｍｏｌ）、２５％ＮａＯＨ水溶液
１０ｇ、メタノール２０ｇを仕込み、８０℃で６０分反
応した後冷却し、初期縮合物Ｍ２を４００ｇ得た。

【００２７】〔実施例２〕合成例３で得たＰ１を４０重
量部に対し、合成例６で得たＭ１を１００重量部混合し
て得た、赤褐色透明、粘度５０ｍＰａｓ、不揮発分４２
％、Ｆ／Ｍ／Ｐ／Ｕ＝２．９／１．０／０．３／０．０
９の樹脂を用いて、後述の方法で厚さ３０ｍｍのパーチ
クルボードを製造した結果を第２表に示した。

【００２８】〔実施例３〕合成例５で得たＰ３を５０重
量部に対し、合成例６で得たＭ１を１００重量部混合し
て得た、赤褐色透明、粘度３０ｍＰａｓ、不揮発分４０
％、Ｆ／Ｍ／Ｐ＝３．５／１．０／０．５（レゾルシノ
ールは、フェノールとして計算）の樹脂を用いて、後述
の方法で厚さ３０ｍｍのパーチクルボードを製造した結
果を第２表に示した。

【００２９】〔実施例４〕合成例３で得たＰ１を９０重
量部に対し、合成例６で得たＭ１を１００重量部混合し
て得た、赤褐色透明、粘度３０ｍＰａｓ、不揮発分４４
２、Ｆ／Ｍ／Ｐ／Ｕ＝４．７／１．０／０．９／０．２
７の樹脂を用いて、後述の方法で厚さ３０ｍｍのパーチ
クルボードを製造した結果を第２表に示した。

【００３０】〔実施例５〕合成例４で得たＰ２を５０重
量部に対し、合成例７で得たＭ２を１００重量部混合し
て得た、赤褐色透明、粘度４０ｍＰａｓ、不揮発分４５
％、Ｆ／Ｍ／Ｐ＝４．０／１．０／０．５の樹脂を用い
て、後述の方法で厚さ３０ｍｍのパーチクルボードを製
造した結果を第２表に示した。

【００３１】〔実施例６〕合成例４で得たＰ２を５０重
量部に対し、合成例６で得たＭ１を１００重量部混合し
て得た、赤褐色透明、粘度５０ｍＰａｓ、不揮発分４０
％、Ｆ／Ｍ／Ｐ＝３．０／１．０／０．５の樹脂を用い
て、後述の方法で厚さ３０ｍｍのパーチクルボードを製
造した結果を第２表に示した。

【００３２】〔実施例７〕合成例３で得たＰ１を５０重
量部に対し、合成例６で得たＭ１を１００重量部混合し
て得た、赤褐色透明、粘度５０ｍＰａｓ、不揮発分４２
％、Ｆ／Ｍ／Ｐ／Ｕ＝３．５／１．０／０．５／０．１
５の樹脂に、使用直前にユリア樹脂（（株）ホーネンコ
ーポレーション製、ＵＢ−１０１、不揮発分６０％）を
２０％混合した接着剤を用いて、後述の方法で厚さ３０
ｍｍのパーチクルボードを製造した結果を第２表に示し
た。

【００３３】〔比較例３〕合成例３で得たＰ１を１２０
重量部に対し、合成例６で得たＭ１を１００重量部混合
して得た、赤褐色透明、粘度５０ｍＰａｓ、不揮発分３
８％、Ｆ／Ｍ／Ｐ／Ｕ＝５．６／１．０／１．２／０．
３６の樹脂を用いて、後述の方法で厚さ３０ｍｍのパー
チクルボードを製造した結果を第２表に示した。

【００３４】〔比較例４〕合成例３で得たＰ１を２０重
量部に対し、合成例６で得たＭ１を１００重量部混合し
て得た、赤褐色透明、粘度５０ｍＰａｓ、不揮発分３８
％、Ｆ／Ｍ／Ｐ／Ｕ＝２．６／１．０／０．２／０．０
６の樹脂を用いて、後述の方法で厚さ３０ｍｍのパーチ
クルボードを製造した結果を第２表に示した。

【００３５】〔比較例５〕合成例４で得たＰ２を８０重
量部に対し、合成例６で得たＭ１を１００重量部混合し
て得た、赤褐色透明、粘度５０ｍＰａｓ、不揮発分４０
％、Ｆ／Ｍ／Ｐ＝３．６／１．０／０．８の樹脂を用い
て、後述の方法で厚さ３０ｍｍのパーチクルボードを製
造した結果を第２表に示した。

【００３６】〔比較例６〕合成例３で得たＰ１を４０重
量部に対し、合成例６で得たＭ１を１００重量部混合し
たものに、５０％硫酸を１５重量部加えてｐＨ４とし、
４０℃で１０時間反応した後、２５％ＮａＯＨ３０重量
部加えて中和、冷却して、赤褐色透明、粘度１００ｍＰ
ａｓ、不揮発分４０％、Ｆ／Ｍ／Ｐ／Ｕ＝２．９／１．
０／０．３／０．０９の樹脂を得た。この樹脂は、¹³Ｃ
−ＮＭＲによる分析の結果、４４．２ｐｐｍのシグナル
が観測され、メラミン−フェノール間のメチレン結合が
存在した。これを用いて、後述の方法で厚さ３０ｍｍの
パーチクルボードを製造した結果を第２表に示した。

【００３７】〔実施例２〜７および比較例３〜６のパー
チクルボードの製造方法〕各例の樹脂を、常法に従って
チップに塗布し、以下の条件で、蒸気噴射プレスにより
単層パーチクルボードを製造した。 ボードサイズ ：３０ｍｍ×６００ｍｍ×６００ｍｍ 比重 ：７００ｋｇ／ｍ³ チップ含水率 ：５％ 樹脂添加率 ：１０％（樹脂固形分／ボード重量） 小口シール ：小口面は蒸気流出防止のため、ディス
タンスバーでシールした。 プレス成形条件：加圧と同時に、プレス盤に１５ｍｍピ
ッチで開けた１ｍｍ径の噴射孔から蒸気を２０秒間噴射
し、その後プレスした状態を２０秒保持した後、プレス
を開放、製品を取り出した。初期圧締圧力２ＭＰａ、蒸
気の噴射圧力は、４気圧とした。 木材チップ ：ラワンリングフレーク（芯層用）

【００３８】

【表２】

【００３９】

【発明の効果】本発明は、蒸気噴射法により、耐水性の
優れた木質ボードを従来に無い高い生産性で製造できる
画期的な方法であり、当業界の技術を飛躍的に進歩させ
得るものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明で用いるバインダーの組成範囲を示すグ
ラフである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭59−68226（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−192907（ＪＰ，Ａ) 特開 昭49−76972（ＪＰ，Ａ) 特開 昭49−18926（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−230686（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−203979（ＪＰ，Ａ) 特開 昭52−155639（ＪＰ，Ａ) 特公 昭56−28926（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B27N 3/00 - 3/18 C09J 161/34

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 蒸気噴射法により木質ボードを製造する
   に際して、バインダーとしてメラミン、フェノールのモ
   ル比が、フェノール（Ｐ）／メラミン（Ｍ）＝０．３〜
   １．０であり、かつホルムアルデヒド（Ｆ）とメラミン
   のモル比Ｆ／ＭがＰ／Ｍの関数として以下の式で表さ
   れ、 Ｆ／Ｍ≧３×（Ｐ／Ｍ）＋３／２ （式−１） Ｆ／Ｍ≦４×（Ｐ／Ｍ）＋３ （式−２） かつフェノールとメラミンの間にメチレン結合の存在し
   ない樹脂組成物を用いることを特徴とする木質ボードの
   製造方法。
2. 【請求項２】 木質ボードが、パーチクルボード、フレ
   ークボード、繊維板であることを特徴とする請求項第１
   項記載の木質ボードの製造方法。
3. 【請求項３】 メラミン、フェノールのモル比が、フェ
   ノール（Ｐ）／メラミン（Ｍ）＝０．３〜１．０であ
   り、かつホルムアルデヒド（Ｆ）とメラミンのモル比Ｆ
   ／ＭがＰ／Ｍの関数として以下の式で表され、 Ｆ／Ｍ≧３×（Ｐ／Ｍ）＋３／２ （式−１） Ｆ／Ｍ≦４×（Ｐ／Ｍ）＋３ （式−２） かつフェノールとメラミンの間にメチレン結合の存在し
   ない樹脂組成物からなることを特徴とする蒸気噴射法に
   よる木質ボード製造用バインダー。