JP3655574B2 - 木質成形体の製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は軽量な木質成形体の製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、木粉等の木質材料と熱可塑性樹脂とを混合して木質成形体を成形するものとしては、エクストルーダーや加熱溶融型ニーダー等で熱可塑性樹脂を溶融させて、その中に木粉等を投入し、練り込んだ混合物を押出成形したり、木質材料と熱可塑性樹脂チップもしくはペレットとの混合物をホットプレスして成形体を得ることが提案されている。木質材料としては、木粉のほか故紙を粉砕したもの等、細かい木質材料が用いられている。このような木質成形体は建築板や家具素材として有用である。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように高温高圧下で溶融状態にした熱可塑性樹脂中に木質材料を投入すると、元来木質材料が保有する種々の糖分、リグニン等が該溶融熱可塑性樹脂に溶出し、さらにエクストルーダー等のスクリューによる高圧状態での練込み作用によって、その溶出成分が該熱可塑性樹脂に分散されることゝなる。その結果該熱可塑性樹脂成分が劣化し、所定の硬度や強度が得られなかったり更に靱性が得られず脆くなったりし、また耐候性も悪くなって屋外で紫外線に曝露されることでチョーキングを起こす等の不具合が生じる。
また、木質材料に熱可塑性樹脂チップもしくはペレットを混合する場合、常温下で該木質材料と該樹脂を混合しても均一に該樹脂が分散し難く、また木質材料として故紙粉砕物を用いた場合、比表面積が増加することでバインダーとしての樹脂分が多量に必要となり、その結果密度が高くなってしまい、合板、OSBと云った熱硬化性樹脂を用いた強度特性に優れた既存構造材にかわるような軽量木質成形体が得られ難いと云う問題点があった。
【0004】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記従来の課題を解決するための手段として、押出機(1) のダイ(4,14)から熱可塑性樹脂加熱溶融物Rをストランド状に吐出流下させ、該ストランド状樹脂溶融物Rに木質材料Wを供給混合し、該混合物Mx を受板(9) に堆積せしめてマットMをフォーミングし、該マットMをプレス成形して木質成形体を製造する方法において、該木質材料Wを該混合物Mx 中30〜80重量%の割合で添加することによって該ストランド状樹脂溶融物Rを該木質材料Wの重量によって延伸細化する木質成形体の製造方法を提供するものである。
該木質材料Wはフレーク形状の木片であることが望ましく、また該木質材料Wはディスク回転式の散布機によってはじき飛ばしながら該ストランド状樹脂溶融物Rに添加されることが望ましい。更にまた該熱可塑性樹脂はリサイクル品であることが望ましい。
【0005】
【作用】
熱可塑性樹脂を押出機中で加熱溶融し、ダイからストランド状に吐出流下せしめる。そして該ストランド状樹脂溶融物Rに木質材料Wを供給混合する。この際、該ストランド状樹脂溶融物Rに対し、木質材料Wをディスク回転式の散布機によりはじき飛ばしながら散布すると、木質材料Wはスピンしながら接するので、該ストランド状樹脂溶融物Rに対し木質材料Wが良くからみつく。更に該木質材料Wを混合した該樹脂溶融物Rは該木質材料Wの重量により延伸細化される。この際該樹脂溶融物Rに付着している木質材料Wにおいて、相互近接している木質材料W間の樹脂溶融物Rが延伸細化されると、木質材料W相互が樹脂溶融物Rの細糸により連なった玉すだれ状となり、この状態で受板(9) 上に落下受止されマットMがフォーミングされるが、この際樹脂溶融物Rの細糸がちぢれ状態となって木質材料Wをまき込み、網目のような状態となる。このように本発明では木質材料Wと樹脂溶融物Rとは密にかつ均一に混合されるので、ミキサー等の混合機は不必要となる。
【0006】
この場合、吐出流下する該樹脂溶融物Rと該木質材料Wとの混合物Mx 中、該木質材料Wが30重量%に満たない場合には、該木質材料Wの重量による該樹脂溶融物Rの延伸細化が順調に行われず、成形体中の木質材料Wの分散が悪化して強度が低下する。該木質材料Wが80重量%を越えると、該木質材料Wは吐出流下する樹脂溶融物Rに対して過剰に供給されることになり、受板(9) 上にフォーミングされたマットM中に樹脂溶融物Rが付着していないかあるいは不充分に付着した木質材料Wが存在することになり、その結果強度等の物性が劣化し、更に外観も劣化する。
【0007】
【発明の実施の形態】
本発明を以下に詳細に説明する。
〔木質材料〕
本発明において使用される木質材料Wとしては、木片、ストランド、木粉、木毛、木質繊維束、木質パルプ等がある。該木質材料Wは例えば木造建築物を構築、改築あるいは解体する場合に発生する端切れや廃材等から得られるものであってもよい。このような端切れや廃材は従来主として焼却処理されていたが、焼却処理によれば地球温暖化の原因となるCO2 ガスが発生する。しかし上記のように端切れや廃材を木質材料Wとして再利用すれば環境負荷を低減出来る。
上記木質材料Wとしては、特にフレーク形状の木片を使用することが好ましい。フレーク形状の木片は例えばパールマン社のリングフレーカーを用いて、薄削片状にした形状で幅0.5〜20mm、長さ1〜50mm、厚み0.1〜5mmのものが好ましく、さらに幅0.5〜10mm、長さ4〜35mm、厚み0.1〜2.5mmのものが好ましく、特に幅4〜8mm、長さ20〜25mm、厚み0.5〜1mmの木片が好ましい。
上記したように該木質材料Wは廃材を使用することが出来るが、このような改築、解体木材は容易にフレーカーによってフレーク形状の木片とすることが出来る。
【0008】
また、木片に水分があると加熱成形の際木片から水蒸気が発生し、木片と熱可塑性樹脂との間に水蒸気膜を作ってしまい、木片と熱可塑性樹脂との密着がうまくいかないため、通常木片処理化した後にドライヤーにて木片の含水率は8%未満好ましくは5%未満に乾燥される。
【0009】
〔熱可塑性樹脂〕
本発明において使用される熱可塑性樹脂としては、例えばポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−プロピレン共重合体、エチレン−プロピレンターポリマー、エチレン−酢酸ビニル共重合体、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリスチレン、ポリ酢酸ビニル、フッ素樹脂、熱可塑性アクリル樹脂、熱可塑性ポリエステル、熱可塑性ポリアミド、アクリロニトリル−ブタジエン共重合体、スチレン−ブタジエン共重合体、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体等の熱可塑性樹脂および上記熱可塑性樹脂の廃材がある。これらの熱可塑性樹脂は二種類以上混合されてもよい。
【0010】
上記の熱可塑性樹脂廃材のソースとして特に有用なものは、大量に廃材が発生する農業用熱可塑性シート、包装用熱可塑性袋、PETボトル、熱可塑性繊維製品、家庭電化製品のキャビネット、自動車のバンパー等である。
【0011】
〔廃材の利用〕
また本発明の木質成形体の廃材は切削、粉砕、あるいは解繊して木質材料Wとし、再び木質成形体の原料や木質セメント板の原料として再利用が出来る。このような木質成形体の再利用においてはリサイクル性は非常に高いものであり、間接的には熱可塑性樹脂のリサイクル性が大巾に向上する。しかもこのような木質成形体は建築板、家具素材、コンクリート型枠等に大量使用されるからリサイクル熱可塑性樹脂も大量に消費出来る。
【0012】
〔第三成分〕
上記木質材料Wと、熱可塑性樹脂溶融物R以外に、本発明の木質成形体には例えば、撥水剤、防水剤、酸化防止剤、酸化抑制剤等の老化防止剤、着色剤、低粘度化剤、接着改良材等が添加されてもよいし、特に二種類以上の熱可塑性樹脂を混合して溶融紡糸する場合には相溶化剤を添加してもよい。
【0013】
〔木質成形体の製造〕
本発明の木質成形体を製造する一実施例を図1および図2に示す。上記熱可塑性樹脂は粉砕してチップ状にされたり、更に該チップを押出機中で加熱溶融し、該押出機のノズルからストランド状に押出し、冷却水槽中でカッターによってカットしてペレット状にされる。
このようにチップ状あるいはペレット状にされている熱可塑性樹脂は、図1に示す押出機(1) 内にホッパー(2) から投入され、押出機(1) 内で加熱溶融されつゝ該押出機(1) のノズル(3) に接続しているダイ(4) 中に供給され、該ダイ(4) のオリフィス(5) からストランド状に吐出流下される。
【0014】
上記ダイ(4) のオリフィス(5) の口径は0.2〜3.0mmとすることが好ましく、口径が0.2mm以下の場合は熱可塑性樹脂溶融物R、特に熱可塑性樹脂廃材の溶融物Rに含まれている爽雑物がオリフィス(5) に詰り易くなり、3.0mmを越えると該ストランド状樹脂溶融物Rを木質材料Wの重量によって延伸しても細化が充分行われず、木質材料Wと均一に混合することが困難となる。
口径が0.2〜3.0mmの場合は木質材料Wの重量による延伸細化後のストランド状樹脂溶融物Rの径が0.05〜0.8mmとなり、この範囲でオリフィス(5) は詰ることがなく、かつ熱可塑性樹脂溶融物Rに木質材料Wを均一に混合することが出来る。
【0015】
図2に示すように、ダイ(4) のオリフィス(5) の直下両側には木質材料Wの供給コンベア(6,6) が配置され、該供給コンベア(6,6) 上の木質材料Wを該供給コンベア(6,6) 末端に配置されている散布ロール(7,7) によって散布し、上記したようにダイ(4) のオリフィス(5) から吐出流下されているストランド状の熱可塑性樹脂溶融物Rと混合する。また、溶融吐出流下時の雰囲気温度を高温に保つことによって溶融状態を長く維持出来るので、例えば5.0mm位までオリフィス(5) の径を大きくすることができる。
【0016】
この際該樹脂溶融物Rに対し、木質材料Wをディスク式の散布ロール(7,7)によりはじき飛ばしながら散布すると、木質材料Wはスピンしながら接するので、該樹脂溶融物Rに対し木質材料Wが良くからみつき、ミキサーにて混合する必要もなく効率よく混合され、該ストランド状の樹脂溶融物Rは該木質材料Wの自重によって延伸細化される。この際該樹脂溶融物Rに付着している木質材料Wにおいて、相互近接している木質材料W間の樹脂溶融物Rが延伸細化されると、木質材料W相互が樹脂溶融物Rの細糸により連なった玉すだれ状となり、この状態で受板(9) 上に落下受止されマットMがフォーミングされるが、この際樹脂溶融物Rの細糸がちぢれ状態となって木質材料Wをまき込み、網目のような状態となる。このように本発明では木質材料Wと樹脂溶融物Rとは密にかつ均一に混合されるので、ミキサー等の混合機は不必要となる。
このように樹脂溶融物Rと該木質材料Wとが均一に混合された上で、該混合物Mx はコンベア(8) 上に搬送されている受板(9) 上にマット状に堆積し、堆積した混合物Mx は図示しないロールプレスまたは成形プレス等に送られ、板状にプレス成形される。
【0017】
図3に示すようにダイ(14)にはオリフィス(15)が複数個複数列、例えば三列に並設されていてもよい。この場合には両外側の列のオリフィス(15)群から吐出流下されたストランド状樹脂溶融物Rには図2の場合と同様に木質材料Wが供給され混合され、該樹脂溶融物Rは該木質材料Wの重量で延伸細化される。そして該熱可塑性樹脂溶融物Rと木質材料Wとが均一に混合され、該混合物Mxがコンベア(8) 上の受板(9) 上にマット状に堆積する。
【0018】
図3に示すダイ(14)のオリフィス(15)が複数個三列に並設されている場合には中央のオリフィス(15)群から吐出流下された樹脂溶融物Rには、両外側のオリフィス(15)群から吐出流下された樹脂溶融物Rに対してよりも少ない量の木質材料Wが供給され、そのために木質材料Wの重量による樹脂溶融物Rの延伸細化の度合は両外側の樹脂溶融物Rの方が中央の樹脂溶融物Rよりも大きくなる。したがって樹脂溶融物Rと木質材料Wとの混合物Mx は三層状態となってコンベア(8) 上の受板(9) 上にマット状に堆積する。
この場合には熱可塑性樹脂溶融物Rの供給量(吐出量)は3倍となるから、木質材料Wの供給量も3倍とし、受板(9) の搬送速度も3倍として生産量を3倍にすることが出来る。
【0019】
上記木質成形体の製造過程においては、熱可塑性樹脂溶融物Rの分散性を保つため、木質材料Wを加熱しつゝ供給してもよい。木質材料Wを加熱しておけば、該熱可塑性樹脂溶融物Rの絡みつき(融着)は強くなり、木質材料Wと熱可塑性樹脂溶融物Rとの分離が防止出来る。
【0020】
かくして受板(9) 上にマット状に堆積した熱可塑性樹脂溶融物Rと木質材料Wとの混合物Mx を堆積直後にプレスすれば、該混合物Mx はまだ蓄熱しているので再加熱の必要がなく、生産効率や熱効率が向上する。またプレスまでに時間がかゝる場合は、加熱プレスを行なうがマットが蓄熱しているので、樹脂再溶融に要するエネルギーは常温からの加熱成形と比べ短時間に効率良く成形が可能となる。
【0021】
〔実施例〕
ポリプロピレン樹脂廃材を粉砕加熱溶融して、図3に示すストランドダイ(14)にて繊維状に押出した。該ダイ(14)はオリフィス(15)径1.5mm、オリフィス(15)間隔5mmで一列に500個のオリフィス(15)数があるものをオリフィス(15)間隔50mmで三列設置した。
間伐材からチップ化した木片W(幅4〜8mm×厚み0.5〜1mm×長さ20〜25mm)をコンべア(6) 上からディスク回転式の散布機(7) で繊維状に押出される熱可塑性樹脂溶融物Rに向かってはじき飛ばし、該木片Wの自重により該樹脂溶融物Rを延伸細化しつゝ該樹脂溶融物Rと木片Wとを絡ませ、均一に混合した。そしてコンベア(8) 上の受板(9) に該原料混合物Mx をマット状に堆積した。この場合該原料混合物Mx 中木片Wの混合率は55重量%Wであった。その後熱間プレス、冷間プレスを経て木質成形体を得た。
【0022】
〔試験1〕
ダイのオリフィスとして径3mmφおよび径1.5mmφの二種類使用し、更にオリフィスから受板までの間隔(延伸間隔)を1.0m、1.5m、2.0mに設定し、ポリプロピレン樹脂加熱溶融物を300 g/分の吐出量で吐出流下させ、実施例に使用した木片と同様な木片を該樹脂加熱溶融物に450 g/分の添加量で添加し、実施例と同様にして木質成形体を製造した。この場合の延伸細化された樹脂加熱溶融物の径を表1に示す。比較として木片を添加しない場合を表2に示す。
【0023】
【表1】
【0024】
【表2】
【0025】
表1と表2とを比較すると、木片を添加した場合は添加しない場合に比べると、樹脂加熱溶融物の径が略1/2あるいはそれ以下に細化されていることが認められ、また延伸間隔が長い程細化が顕著であることが認められる。
【0026】
〔試験2〕
樹脂としてポリプロピレン(PP)、ポリスチレン(PS)、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン樹脂(ABS)の三種類を使用し、樹脂溶融物吐出量300 g/分、木片散布量450 g/分、オリフィス径1.5mmφ、延伸間隔1.5mに設定して試験1と同様に木質成形体を製造した。この場合の延伸細化状態を表3に示す。
【0027】
【表3】
【0028】
表3によれば、PPが最も延伸細化され易く、次いでPSが延伸細化され易いが、ブタジエンゴムを含むABSは流動性が低く、延伸細化されにくいことが確認される。
【0029】
【発明の効果】
本発明にあっては、ダイからストランド状に吐出された熱可塑性樹脂溶融物に木質材料を供給混合し、その重量で該樹脂溶融物を延伸細化するから、該樹脂溶融物の延伸細化によって該樹脂溶融物と該木質材料との混合が均一に行われ、高強度かつ軽量な木質成形体を製造することが出来る。
【図面の簡単な説明】
図1〜図3は本発明の一実施例を示すものである。
【図1】繊維状熱可塑性樹脂の製造工程説明図
【図2】繊維状熱可塑性樹脂と木質材料との混合工程説明図
【図3】繊維状熱可塑性樹脂と木質材料との他の混合工程説明図
【符号の説明】
1 押出機
4,14 ダイ
9 受板
M マット
Mx 原料混合物
R 熱可塑性樹脂加熱溶融物
W 木質材料
Claims (4)
- 押出機のダイから熱可塑性樹脂加熱溶融物をストランド状に吐出流下させ、該ストランド状樹脂溶融物に木質材料を供給混合し、該混合物を受板に堆積せしめてマットをフォーミングし、該マットをプレス成形して木質成形体を製造する方法において、該木質材料を該混合物中30〜80重量%の割合で添加することによって該ストランド状樹脂溶融物を該木質材料の重量によって延伸細化することを特徴とする木質成形体の製造方法
- 該木質材料はフレーク形状の木片である請求項1に記載の木質成形体の製造方法
- 該木質材料はディスク回転式の散布機によってはじき飛ばしながら該ストランド状樹脂溶融物に添加される請求項1または2に記載の木質成形体の製造方法
- 該熱可塑性樹脂はリサイクル品である請求項1〜3に記載の木質成形体の製造方法
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