JP3759164B2 - リグノセルロースボードの製造方法 - Google Patents

Description

リグノセルロースをベースとする原料からボードを製造する方法は周知であり、実用面で広く適用されている。この製造方法は次の主なステップを含む。すなわち、原料を適当なサイズの粒子または繊維あるいはその両方に離解するステップ、一定の水分比にまで乾燥し、乾燥の前または後に原料を接着するステップ、接着された原料を複数の層から成ることのできるマットに形成するステップ、場合によってはコールド予プレス、予加熱、表面ノズル噴射などのステップ、及び不連続または連続プレス中で圧力と熱を同時に加えてホットプレスして最終製品にするステップである。
通常のホットプレスで、プレスされた材料は実質的に、プレスされる製品の形式、使用される接着剤、所望される容量などに応じて１５０〜２５０℃の温度の隣接する加熱板または鋼ベルトからの熱伝導によって加熱される。熱源に最も近い材料の水分はこれによって蒸発し、こうしてプレスが継続するにつれて、乾燥した層が展開し、水蒸気の前面は各側から内部へボードの中央に向かって連続的に移動する。この展開する層の中の温度は少なくとも１００℃に上昇し、通常の接着剤は硬化し始める。水蒸気の前面がボードの中央に到達すると、そこの温度は少なくとも１００℃に上昇し、ボードは中央においても硬化し始め、その後、数秒間の後にプレスを終えることができる。これは、従来のユリアホルムアルデヒド接着剤（ＵＦ）や、メラミン強化接着剤（ＭＵＦ）などの類似品の使用に適用される。より高い硬化温度を有する他の接着剤を使用するときには、より高い温度とより高い圧力が、硬化開始が可能になる前に、ボードの中に展開しなければならない。在来のホットプレスのために、ボードの厚さ方向の密度プロフィールを制御する方法が開発されてきた。大抵の場合、塗布性や強度などを向上するために表面層において高い密度を達成し、そして中央層においては、ボードの重量とコストを小さく保つためにできるだけ低く、かつ容認できる内部結合強さなどを達成するために十分に高い、適度に低い密度を達成することが望ましい。粒子ボードの製造においては、ボードの表面層においてより高い密度を達成するために、表面層の水分がわずかに高いさらに細かく離解された粒子が多く使用されてきた。均質の材料構造を有するＭＤＦ（中密度ファイバーボード）の製造においては、水蒸気の前面が内部に向かって中央に移動するにつれて最終位置に所定の方法で次第に近づくために、制御された熱源間距離を用いる方法が開発されてきた。例えば、連続プレスに関するスウェーデン特許ＳＥ４６９２７０号、及び単一開放不連続プレスに関するスウェーデン特許出願ＳＥ９３００７７２−２号を参照されたい。ＭＤＦ用に開発されたこれらの方法は、他の形式のボードにも現在少なくとも部分的に使用されている。
望みの密度プロフィールを達成するために、プレスは高温で高い表面圧を加えることができなければならない。これは本質的に不連続プレスについては問題ないが、厚さの許容範囲が小さいなどの他の欠点がある。連続プレスについては、高い表面圧が必要とされると同時に高い温度が加わるため、鋼ベルトと下にある加熱プレートとの間のローラテーブルに関する精度の解決が高くつくことになる。熱伝導を通じてボードに熱を供給する方法はさらに、加熱に比較的長い時間かかり、その結果としてプレス長（大きなプレス表面）が大きくなることを意味する。長さ約４０ｍまでのプレスが出荷されている。さらに、連続プレスでは、十分に柔軟なプレスの加熱プレートを作ることは実際的には不可能であり、したがって、密度プロフィールを不連続加圧の場合のように大きな自由度を持たせて形成することはできない。
一方、現在の連続プレスは、温度に関して制限されており（ローラテーブル内の潤滑油が理由）、これはすべての形式のボードをプレスできるとは限らないことを意味する。
不連続プレスにおいて加熱プレートの間に水蒸気を供給することをベースとする他のボード製造方法も、使用上の制限があることがわかった。そこで材料は水蒸気供給部で数秒間加熱され、したがって、加熱時間を根本的に短縮することができる。さらに、水蒸気を供給した後は、圧縮に対する材料の抵抗は著しく低下する。これは、プレスをより低いプレス動力とはるかに短い長さ（より小さなプレス表面）で設計できることを意味する決定的な特徴である。しかしながら、この方法にしたがって製造されるボードで望みの密度プロフィールを達成するためには、プレス過程の開始時に高い表面圧力及び従来型の加熱プレートからの熱伝導を伴う従来型のプレス技術を適用しなければならず、この場合には、長い加熱時間の後に密度の高い表面層が得られた。その後に始めて、ボードの中央部分を加熱するために水蒸気を噴射することができた。これは、新たに形成された密度の高い表面層を通じて水蒸気を吹きつけなければならず、かつ高圧及び熱伝導周期におけるプレス時間が著しく延びたために、問題を引き起こすことになった。その結果として、この概念による水蒸気プレスは非常に小さな容量を有し、その代わりより大きなプレス表面を有し、均一な密度を達成しようと試みる場合に必要な以上の高いプレス出力を必要とする。
上に述べたすべての製造方法において、低い強度と容認できない塗布性などを持つ柔らかい表面層が得られ、これは、この層が必ず磨滅することを意味する。結果として生ずる材料の損失はボードの形式、厚さ、その他に応じて５〜１５％である。
本発明の一つの目的は、水蒸気加熱の利点を活用することのできるリグノセルロース材ボードを連続的にプレスする方法であって、したがって設備を、著しく小さなプレス表面とより低いプレス動力によって、すなわちより廉価で、その上プレートを加熱することなく設計でき、これによってローラテーブルによる現在の精度の解決が不要となり、そのため設備がさらに廉価になりしかも望みの密度プロフィールを達成する可能性のある、前記の方法を提供することである。
本発明の他の目的は、様々な密度プロフィールと表面特性を新しい方法で形成し、これによってボードのための新しい適用分野を開拓できるように製造工程を柔軟にすることである。
本発明によれば、前述の目的は、原料を粒子または繊維あるいはその両方に離解し、乾燥し、接着し、マットに形成し、最終ボードにプレスする、リグノセルロース繊維材料からボードを製造する方法において、第１のステップで形成されたマットを水蒸気によって加熱し、実質的に均一の密度を有する少なくとも部分的に硬化されたボードに圧縮し、それから第２のステップにおいてボードをより高い密度に圧縮し、較正ゾーンにおいて最終ボードに硬化させることを特徴とする方法によって達成される。
本発明による方法の好ましい特徴によれば、第１のステップにおけるマットを最終厚さ以下にまで圧縮し、その後に最終厚さに膨脹できるようにし、較正ゾーンにおいて硬化し、マットが第２のステップに移る前にこの厚さを維持するのがよい。
本発明による方法の他の好ましい特徴によれば、第１のステップにおいて水蒸気を、マットに含まれた空気がマットを通じて後方に押されるような量で供給するのがよい。
本発明による方法の更に他の好ましい特徴によれば、第１のステップにおいて圧縮されたボードを、第２のステップに移す前に中間的に貯蔵するのがよい。
本発明による方法の更に他の好ましい特徴によれば、第１のステップにおいて圧縮されたボードを直接第２のステップに移すのがよい。
本発明による方法の更に他の好ましい特徴によれば、繊維材料を接着剤で接着し、第１のステップでボードを生成するために十分な結合を発生させるが、第２のステップでの処理の前には表面層において最終結合を生じさせないのがよい。
本発明による方法の更に他の好ましい特徴によれば、形成されたマットが複数の層から成り、表面層が第２のステップで初めて全体的に軟化するのがよい。
本発明による方法の更に他の好ましい特徴によれば、第１のステップで製造されたボードの表面層を、第２のステップにおける圧縮の前または途中あるいはその両方で硬化するのがよい。
本発明による方法の更に他の好ましい特徴によれば、第２のステップにおけるボードの表面層を、圧縮中に繊維材料のガラス転移温度よりも５０℃高い温度を超える温度まで加熱するのがよい。
本発明による方法の更に他の好ましい特徴によれば、第１のステップで製造されたボードの表面層を、第２のステップにおける圧縮の前に液体膜でコーティングするのがよい。
本発明による方法の更に他の好ましい特徴によれば、液体膜が溶解した接着剤物質を含むのがよい。
本発明による方法の更に他の好ましい特徴によれば、液体膜が表面シール剤を含むのがよい。
本発明による方法の更に他の好ましい特徴によれば、液体膜が軟化効果を有する化学剤を含むのがよい。
本発明による方法の更に他の好ましい特徴によれば、第１のステップで製造されたボード上の表面層を、第２のステップにおける圧縮の前にガスまたは水蒸気によって事前準備するのがよい。
本発明による方法の更に他の好ましい特徴によれば、第１のステップにおけるマットを、水蒸気を供給する前に１５０〜５００ｋｇ／ｍ³、好ましくは２５０〜４００ｋｇ／ｍ³の密度にまで圧縮するのがよい。
本発明による方法の更に他の好ましい特徴によれば、第１のステップにおけるマットを、水蒸気を供給する前に１５０〜９００ｋｇ／ｍ³の密度に相当する最終密度にまで圧縮するのがよい。
本発明による方法の更に他の好ましい特徴によれば、制御された圧力の水蒸気を、第１のステップで較正ゾーンにも供給するのがよい。
本発明による方法の更に他の好ましい特徴によれば、第１のステップで較正ゾーンの端部に真空を作用させるのがよい。
本発明によれば、プレスは次の二つのステップで実施される。すなわち第１のステップでボードに均一な（直線の）密度プロフィールを与え、第２のステップで表面層の密度を形成し、そして第１のステップでボードを加熱するために水蒸気が使用される。
第１のステップで、マットを適度の密度に圧縮し、その後に水蒸気を供給し、それからマットをさらに第１のステップの最終密度に圧縮する。その後、ボードを保持部で完全にまたは部分的に硬化することができる。
第２のステップで、表面層は実質的に熱と圧力の作用を受け、こうして表面材料は、望みの深さと高い密度を有する表面層を得るのに十分な時間だけ軟化される。第２のステップにおける処理は、得ようとする最終製品に応じて、いくつかの方法でかつ様々な目的によって準備することができる。代替実施例では、繊維は元来、第１のステップでボードを生成するのに十分な結合が得られ、第２のステップで熱と圧力による処理によって表面層の最終結合が行われるような、成分を有する接着剤によって接着されていた。
他の代替実施例では、ボードは三層ボードとして形成され、その際に中央層は第１のステップで硬化されるが、このとき表面層の接着剤はまだ完全に硬化していない。
第三の代替実施例では、第２のステップにおける表面層の軟化は、接着剤、表面シール剤、またはその他の化学剤を含むことのできる液体を塗布することによって行う。
第四の代替実施例では、製造されたボードの上の表面層は、各表面に供給される制御された量のガスまたは水蒸気で処理される。
さらに別の代替実施例では、第２のステップにおける軟化を、既知の軟化効果を有する化学剤によって行うことができる。
本発明による方法は、望みの中央密度を有するボードを最終プレスにかけることができ、表面層を再形成可能にするように軟化するために再加熱しても既に硬化した中央層が劣化しないという、従来型のボードプレスと比較して本質的な差異を示す。これによって得られる工程は、低い圧力でより短い時間プレスすることが可能である（プレスの全面積は小さくなる）。
第１のステップによる工程の好ましい実施例では、形成ステーション（マットをプレスしないようにすることができ、またはベルト移動のより良好な管理と使用できる金属のより容易な指示の両方を望む場合には、個別の予プレスにおいてコールドプレスすることができる）から来るマットは、まずワイヤを備えたローラプレスのプレス入口で密度１５０〜５００ｋｇ／ｍ³にまで圧縮され、その後、水蒸気が水蒸気室または水蒸気ローラあるいはその両方を介して表面を通って供給される。その後、マットはローラ対によって最終厚さより僅かに薄い厚さまでさらに連続的に圧縮され、それからマットはロールを有する保持ステーション（較正ゾーン）で膨脹し硬化することが可能になる。水蒸気が供給されるときの凝縮を避けるため、ローラプレスを加熱しなければならない。最終厚さ未満への前記のわずかな過剰圧縮によって、保持セクションにおいて必要な表面圧は非常に低くなり、したがってプレスを軽量構造として設計することができる。リグノセルロースボードを製造するためのこれまで周知のすべてのプレスに対して、第１のステップで保持セクションにおいて加熱プレートを使用しないにもかかわらず、高い密度においてもすぐれた特性を持つボードを得ることが、プロセス技術的な観点から可能であることがわかった。
連続ローラプレスでは、水蒸気は連続的に供給され、マットの加熱に必要な量を超える僅かな水蒸気過剰量が加えられるが、これによって、マットの中に含まれる空気はすべて確実に入口の中で後方へ押され、こうしてさらにマットのすべての部分が確実に加熱される。
代替実施例では、ボードの温度、水分、及び含まれる圧力を制御するため、水蒸気室または吸引ボックスあるいはその両方を保持セクション中に配置することができる。
第１のステップでこうしてプレスされたボードは、ボードをその後の第２のステップで仕上げようとする（表面処理）ときに、中間貯蔵に移すことができ、または表面処理のために直接第２のステップに進めることができる。
第２のステップによる工程の好ましい実施例では、ボードは一対または複数対のホットロールを通過し、これによって表面層が逐次加熱され、温度とロールの線形荷重によってさらに圧縮される。ボードのために意図される適用分野に応じて、処理は塗布性などを向上するための薄い「スキン（skin）」のみを作るために、適度の圧力でのいくつかのプレスニップから成ることもでき、また高い表面密度を有するより厚い表面層が望まれる場合、すなわち従来型のボードに類似の製品のために、より高い線形荷重による複数のプレスニップから成ることもできる。この処理によって、前述の研磨をしばしば減らすまたはなくすることができ、その結果本質的な節約になる。圧延温度を周知の方法で、好ましくはホットオイル加熱によって正確に制御できることが、第２のステップにおける工程には重要である。
表面層に対する所望の効果を向上させるために、前述のような表面層をロール入口の前に設けることができる。
第２のステップの代替実施例では、第２のステップによるプレスは鋼ベルト、代替としてワイヤを備えている。これによってロール対の間のボードからの熱損失は減少し、こうして望みの効果がさらに容易に達成され、代替として必要なロールニップの数は少なくなる。
本発明を、好ましい実施例によって図面を参照してさらに詳細に説明する。
第１図は、ベルトが穴あきベルトまたはワイヤであり、プレスが水蒸気供給のための設備を備えている、本発明の第１のステップのための加熱されたベルトプレスを示す図である。
第２図は、ベルトが堅固な鋼ベルトであり、ベルトプレスに入れる前に準備を行うことができる、本発明の第２のステップのための加熱されたベルトプレスを示す図である。
第３図と第４図は、第１のステップによって製造されたボードの密度プロフィールを示す図である。
第５図は、第１のステップと第１のステップによって製造されたボードの密度プロフィールを示す図である。
第１図は、周知の方式で駆動ローラ２、引伸しローラ３、ガイドローラ４及びインレットローラ６付き調整可能入口部分５、蒸気ローラ７、保持セクション１０における圧縮ローラ８とローラ９及び周囲ワイヤ１１、あるいはワイヤ付穴あき鋼ベルトを備えたベルトプレス１の側面図によって、第１のステップの実施例を示す。入口部分５で、マットは１５０〜５００ｋｇ／ｍ³、好ましくは２５０〜４００ｋｇ／ｍ³の範囲内の所定の密度にまで圧縮され、その後、蒸気ローラ７を通り過ぎるときに１〜６バールの水蒸気が、マット全部を通じて１００℃にまで加熱するのに十分な量でワイヤと接触するセクタに噴射される。これによってマットの圧縮抵抗はかなり減少され、圧縮ローラ８と保持セクション１０における圧縮を非常に小さな力で続けることができる。保持セクション１０で接着剤が硬化し、１５０〜９００ｋｇ／ｍ³、好ましくは５００〜７００ｋｇ／ｍ³の範囲内の均一な密度プロフィールを有するボードが得られる。薄いボードの製造では、８００〜９００ｋｇ／ｍ³程度の比較的高い密度が使用される。
蒸気ローラ７の代替または補足として、従来型の吸引ボックス１２を使用することができる。
類似の方法で、（ボードの形式などに応じて）ボードの硬化中に十分に高い温度を保証するように制御された圧力で水蒸気を供給するために、かつそれぞれ、残留水分を制御するように真空を適用するため、及び保持セクションの出口端において過剰水蒸気を抜くことを可能にするために、水蒸気室と真空ボックスを保持セクション（図示せず）で使用することができる。
第２図は、駆動ローラ１３、引伸し及びガイドローラ１４、リードローラ１５、較正ゾーン１８における圧縮ローラ１６と各ローラ１７、及び鋼ベルト１９を有するベルトプレス２０による、第２のステップにおける実施例を示す。第１のステップで製造されたボードは、図の左側から準備ゾーン２１に装入されてそこを通過し、準備ゾーン２１では（必要であれば上記を参照のこと）意図する結果に適した措置がとられ、その後にボードはベルトプレスの入口に装入される。リードローラ１５の位置は調整可能なので、ボードと熱い鋼ベルトとの間の接触時間は、ローラ１６において主要圧縮が実施される前に調整可能であり、これによってボードの表面層は追加的に加熱される。これによって、ローラ１６における表面層の圧縮でのプレス力は減少する。表面層の圧縮は較正ゾーン１８において連続的にニップからニップへ行われる。
処理においてガラス転移温度よりも少なくとも５０度高い温度が表面層で達成されることによって、材料を容易に圧縮することができる。
実施例
第３図には、第１のステップによる方法で製造された、均一で密度が非常に低い（平均密度１７４ｋｇ／ｍ³）ファイバボードが示されている。水蒸気供給における密度は２００ｋｇ／ｍ³である。
第４図には、やはり第１のステップによる方法で製造された、平均密度が６７７ｋｇ／ｍ³であるファイバボードが示されている。水蒸気供給における密度は３００ｋｇ／ｍ³である。
上記両方の場合において、同じ密度と良好な表面を有する従来型のボードに相当する内部結合強度が、わずかな予硬化によって得られた。
第５図は、第４図に類似の均一な密度で第１のステップによって製造され、その後に、下記のデータを有する鋼ベルト付きローラプレスで第２のステップにおいて事後プレスされたファイバボードを示す。
ローラでプレスする前に水蒸気をボード表面の中に噴射した。鋼ベルトの温度は２７０℃、圧縮ローラにおける最高圧力は６０バールであった。
実施例は上述の例に限定されるものではなく、本発明の概念の範囲内で変更することができる。

Claims (6)

1. 原料を粒子または繊維あるいはその両方に離解し、乾燥し、接着し、マットに形成し、最終ボードにプレスする、リグノセルロース繊維材料からボードを製造する方法であって、
   第１のステップで、形成されたマットを水蒸気によって加熱し、実質的に均一の密度を有する少なくとも部分的に硬化されたボードに圧縮し、
   第２のステップで、ボードの表面層をより高い密度に圧縮し、較正ゾーンにおいて最終ボードに硬化させ、
   第１のステップでは、マットを最終厚さ未満になるまで圧縮し、その後、最終厚さまで膨脹させて較正ゾーンで硬化し、マットが第２のステップに移る前にこの厚さを維持することができ、
   第１のステップではまた、水蒸気を、マットに含まれた空気がマットを通って後方に押しやられるような量で供給することを特徴とする方法。
2. 繊維材料を接着剤で接着し、第１のステップでボードを生成するために十分な結合を発生させるが、第２のステップでの処理の前には表面層において最終結合を生じさせないことを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 第２のステップにおけるボードの表面層を、圧縮中に繊維材料のガラス転移温度よりも５０℃高い温度を超える温度まで加熱することを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
4. 第１のステップで製造されたボードの表面層を、第２のステップにおける圧縮の前にガスまたは水蒸気によって事前準備することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
5. 制御された圧力の水蒸気を、第１のステップで較正ゾーンにも供給することを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
6. 第１のステップで較正ゾーンの端部に真空を作用させることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。

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