JP4321422B2

JP4321422B2 - 竹製木材及びその製造方法

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Publication number: JP4321422B2
Application number: JP2004291140A
Authority: JP
Inventors: 雄偉王
Original assignee: 王雄輝
Priority date: 2004-10-04
Filing date: 2004-10-04
Publication date: 2009-08-26
Anticipated expiration: 2024-10-04
Also published as: JP2006103088A

Description

本発明は、竹製木材及びその製造方法に係り、詳記すれば、従来と比べて著しく高密度且つ高強度とした竹製木材およびその製造方法に関する。

中国という国家は、竹の生産量が世界でもっとも多い地区に位置しているので、天然の竹材料が十分に利用され、地元の竹材料の使用価値が高められるようになっている。このようにして、竹材料で今までの伝統的な木材不足を補っている。つまり、木材を竹材料に変えることは、今までの人たちのずっと検討していた課題である。

竹材料を完成品へ加工する従来の一般方法は、以下の通りである。まず、モウソウ竹をある程度の厚さの切片にして乾燥後、アーク加工を実施して、横断面が矩形という竹の切片にしてから、表面に接合剤を撒いて積層し、これをプレスして完成品としている。

上記方法で製造した竹材料は、竹繊維の並び方向を変えずに生産したものであるから、竹材料が曲がり易いし、変形し易い問題があった。そればかりか、接合剤が分離したり割れ目が出現する場合も生じている。周知のようにモウソウ竹の外層は、繊維の荒さと疎密性があるので、乾燥する場合には、少し平たくなり、湿気を吸う場合には、内に向かって絶えず曲げ力が働くようになる。この結果、この従来法で製造した竹材料は、比較的長期間保存したり、使用したりする場合には、割れ目が出現する場合が生じている。更にこの方法による竹材料は、原料竹類の密度以上の密度にすることはできなかった。

この発明は、このような欠点を解消した竹製材料を提供しようとするものであり、高硬度、高密度、高安定性（変形し難い）などのメリットを持った竹製材料を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため本発明者は鋭意研究の結果、多数の竹薄片を接合剤液中に浸漬した後、加圧成型して得た竹製材料は、従来にない高硬度、高密度、高安定性竹製材料となることを見出し、本発明に到達した。

即ち本発明は、竹材料から形成され、部分的に竹繊維を切断若しくは変形させた多数の竹薄片を接合剤液中に浸漬した後、加圧成型して得た密度１．０〜１．３ｇ／ｍ^３、硬度６４〜１１０ｍｐａ、静的曲げ強度９７〜１８０ｍｐａ、24時間で吸水厚さの膨張率が０．３〜０．４５％、ショック粘り強さが１１４〜１４０ｋｊ／ｍ^２であることを特徴とする。

竹材料から裁断してプレスした竹薄片は、繊維が部分的に裁断され、巾方向（横方向）は、完全に切断されていないが、軽く引っ張ると切断する状態となり、長さ方向（縦方向）は、繊維が散乱だったり、交叉したりしているが不切断である。この状態で接合剤液（好ましくは接合剤水溶液）中に浸漬することによって、接合剤は、竹材料中に効果的に吸収される。尚、本発明で接合剤というのは、接着剤と粘着剤とを含む意味である。

前記竹製木材の遊離ホルムアルデヒドの放出量は、４．０〜６．０ｍｇ／１００ｇであるのが好ましい（請求項２）。

本発明の竹製材料の製造方法は、モウソウ竹材料から長さ方向に裁断して長さ３メートル以下、幅１．５〜４．５ｃｍ、厚さ０．１〜０．３ｃｍの薄片に裁断する工程、裁断した薄片を、縦方向（長さ方向）の繊維は不切断であるが、横方向（巾方向）の繊維は部分的に切断されて横方向に分離し易くなるようにプレスする工程、該薄片を乾燥して水分を除去する工程、水分を除去した薄片を接合剤液中に浸漬する工程、接合剤を吸収付着した薄片を乾燥する工程、乾燥した薄片を押し型中で加圧成型する工程と、を具備することを特徴とする。

前記加圧成型中若しくは加圧成型後に、100℃以上に加熱して水分を除去するのが好ましい（請求項４）。

前記薄片を乾燥して水分を除去する工程で水分を8〜13重量％とし、前記接合剤液中に浸漬する工程で接合剤含有量4〜10重量％とし、前記押し型中、80〜280mPaの成型圧力でプレスするのが好ましい（請求項５）。

前記接合剤はホルムアルデヒドを少量含む、熱硬化性を有するフェノール樹脂とするのが好ましい（請求項６）。

接合剤中に、フェノール樹脂に混入してリグニンスルホン酸カルシウムを含有させるのが好ましい（請求項７）。

前記接合剤の吸収付着量は、4〜６重量％とするのが特に好ましい（請求項８）。前記接合剤中に、活性剤としてクロム若しくは燐酸（プレッシー緑）を添加するのが好ましい（請求項９）。このように燐酸を添加することによって、接合剤が水に溶け易くなると共に高圧、高温の作用の下で粘着剤を使用する際、製品の固体化過程を加速することができる。

前記成型圧力は、110〜200mPaとするのが好ましい（請求項１０）。前記加熱して水分を除去する熱固化温度は、好ましくは120℃〜150℃、時間は3〜15時間とするのが好ましい（請求項１１）。

本発明によれば、接合剤が竹材料中に吸収されていることと、竹繊維が部分的に切断され、竹繊維の密度の略均一化が達せられることと、加圧成型していることから、変形したり、割れ目が出現したりすることのない高硬度、高密度、高安定性（変形し難い）の竹製材料とすることができる。

次に本発明の実施の形態を説明する。
（１）モウソウ竹は機械加工で長さ3m以下（好ましくは2〜3m）、幅1.5〜4.5cm（好ましくは2〜3cm）、厚さ0.1〜0.4cm（好ましくは0.2〜0.3cm）の竹薄片にする。
（２）凹凸面を有するプレス型を使用して薄片をプレスし、横方向（巾方向）の繊維は部分的に切断しているが、分離はしていないようにし、縦方向（長さ方向）は部分的に不切断であり、竹薄片の長繊維は保留した形とする。

モウソウ竹全体を全自動の自動セット加工機械(auto combination machinery)に入れて、一工程で部分的に繊維が切断された竹薄片とすることもできる。
（３）第一乾燥工程
上記のようにして得た竹薄片を、室温で乾燥して水分を8〜13重量％の含有量まで減少させる。このようにすることによって、水溶性接合剤を平均的に薄片に吸収させることができる。
（４）これを接合剤水溶液中に浸漬させて、接合剤を吸収させ、接合剤含有量4〜10重量％とする。
（５）第二乾燥工程
室温で乾燥して竹材料に含まれる水分含有量を１５〜２０重量％とする。このように乾燥させることによって、接合剤が高圧によって流出することを防ぎ、接合剤の平均的分布を高め、固体化した後の強度を保持させることができる。
（６）押し型に導入する
従来は、竹の繊維構造順列を変えないように側面を抑えて積層していたが、本発明では、鋳型内に不規則に配置する不規則順列を採用する。即ち、隣接する薄片同士が、或る角度で交差する（９０°で交差する場合は除くのが好ましい）ようにして積層して、鋳型内に装入する。本発明によれば、1800トン以上の圧力によって木質型竹材料に成型することができるので、竹の繊維構造を変え、竹の繊維の密度を高めて木質の筋模様の竹材料を形成することができる。また、薄片に接合剤が含浸しているので、加圧によって自由に変形するから、鋳型内に装入する場合に、従来のように所定の形状とする必要がない。
（７）加熱固体化
加熱固体化は、成型と同時であっても成型後であってもよいが、プレスで押圧した状態で、加熱固体化させるのがよい。例えばプレスで押圧した状態で、温度制御乾燥機に入れて、高温で固体化させて成型する。熱固化温度は好ましくは120℃〜150℃であり、熱固化時間は、好ましくは3〜15時間である。

竹薄片は接合剤を含浸させたり、押し型に入れたりする前に、通常の方法によって、オキシフルあるいは炭化処理を行うようにするとよい。オキシフルで処理した竹材料は本来色の竹材料とすることができ、炭化処理した竹材料は、コーヒー色の竹材料とすることができる。

本発明に使用する接合剤としては、ホルムアルデヒドを少量含んだ熱硬化性フェノール樹脂が特に好ましい。フェノール樹脂の好ましくは１０重量％〜１５重量％をリグニンスルホン酸カルシウム（Calcium-Based sulfuric lignin）で置き換えることによって、熱硬化性は更に向上する。

接合剤水溶液中には、クロム若しくは燐酸を添加剤（活性剤）として添加するのが好ましい。このような活性剤を添加することによって、粘着剤が水に溶け易くなると共に、高圧、高温の作用の下で粘着剤を使用する際、製品の固体化過程を加速することができる。

竹薄片中への接合剤の含有量は、好ましくは4〜10重量％、特に好ましくは4〜６重量％である。このようにすることによって、優れた性能を有する竹材料を生産できるほか、遊離ホルムアルデヒドの放出量を国際基準内とすることができる。

竹薄片を押し型に入れる場合には、薄片の表裏は任意に並べることができ、並べ方によってタイプの異なる竹材料を生産することができる。プレス圧力は、好ましくは80〜280mPa、特に好ましくは110〜200 mPaである。

押し型から取り出す際には、30℃あるいは室温とするのがよい。このようにして得た竹材料は、10日間以上放置してから使用に供するのがよい。

本発明は高強度な木質型の竹材料とその生産方法を提供するものであり、本発明方法は、竹繊維を再組み立てするものである。未処理竹繊維は外層が過密で、内層が過疎であるが、この内層と外層の差異によって、竹繊維は湿気を吸う過程中で曲がる可能性がある。

本発明の成型方法は、モウソウ竹を竹薄片にし、これをプレスして幅方向の繊維は部分的に切断し、この竹薄片を押し型に入れる場合には、薄片の表裏を任意に並べて、疎密が均一に分散するようにし、高い圧力でのプレスを実施する。プレスを行う前に、竹材料に含まれている水分を15〜20重量％とすることによって、固化した製品を成型させた後の安定性が向上する。

このようにして得た竹材料は、季節の変化によって曲がったり、変形したり、割れ目ができたり、湿気で膨張したりする現象を克服するようになる。得られた竹材料は、各種の物理特性にも優れている。実験によれば、密度が1.3g/m³、遊離ホルムアルデヒドの放出量4.5mg/100g、24時間での吸水厚さの膨張率0.3〜4.5重量％（標準値以下）というレベルである。本発明は、竹繊維の構造を再組立てたものであるから、多くの対応する指標は木材よりはるかに優れたものになる。

本発明によれば、モウソウ竹を竹薄片にして、竹材料の縦繊維を完全には破壊してないことと、接合剤の含有量を低くしたことから、得られた竹材料は天然木材に類似するストリークを有する。

本発明によれば、高い圧力でモウソウ竹を再成型するが、そこで、各種の必要な形材によって竹材料を再組立ててもよい。更に、生産した竹材料は優れた性能を持っているので、この材料は広く建築、室内、室外のドア、窓、壁、床等に応用できるほか、家具、台所設備、オフィス用具、工芸品などにも利用され、交通業、航空業、鉄道、自動車、工業などのどの分野にも，木材，鉄鋼の代替材として使用することができる。

次に、実施例を挙げて本発明を更に説明するが、本発明は、これら実施例に限定されない。
実施例１：
（１）原材料の竹薄片の製造：図１に示すように、まず、モウソウ竹１を竹の長さ2m、幅3cm、厚さ0.15cmの竹薄片とする。これを圧力機でプレスして、横のほうの繊維が完全に切断されてなく、縦のほうの繊維が散乱だったり、交叉したりしているが不切断の竹薄片とする。それからこの竹薄片２を、常法によって炭化処理する。
（２）乾燥すること：炭化処理された竹薄片を乾燥装置中に放置して、水分約9重量％に乾燥した。
（３）接合材の含浸：乾燥した竹薄片を、クロム若しくは燐酸を活性剤として添加して接合材水溶液中に浸漬させて、取り出す。竹薄片に吸収された接合剤の含有量は5.95重量％であった。上記実施例では使用した接合剤は熱硬化性を有するフェノール樹脂である。
（４）乾燥すること：接合剤を含浸させた竹薄片を乾燥装置に入れて、水分16重量％に乾燥した。
（５）プレスして、成型：接合剤を含浸させた竹薄片を押し型に入れる場合には、竹繊維の疎密が略均一になるように装入し、プレス機４によりプレス圧力120 mPaでプレスする。
（７）熱硬度処理：プレスを行った型材は、内部モードと一緒に乾燥装置に入れて、熱硬度処理温度は130℃、時間は5時間熱硬度処理をする。
（８）押し型から取り出して、それから、竹型材を交差積層して１０日間放置した後に加工に供する。

本発明方法で製造した木質型の竹材料の性能テストを行った。関係データは次の如くであった：
密度1.3g/m³、硬度84.4
mPa、静的曲げ強度122 mPa、24時間での吸水厚さの膨張率0.43％、ショック粘り強さ114.7kJ/m²、遊離ホルムアルデヒドの放出量5.5mg/100g。
実施例２：
長さ2.8m、幅3.8m、厚さ0.23cmの竹薄片をプレスし、オキシドールで処理した後、水分12重量％に乾燥した。これを接合剤水溶液を含浸させて接合剤含有量8重量％とし、それから、乾燥して水分18重量％とした。これを押し型に入れて、プレスをし、それから、押し型に入れたまま熱硬度処理を行ってから、押し型から取り出して、竹型材とした。尚、この実施例では、プレス機の圧力は250 mPa、熱硬度温度は145℃、硬度化時間は8時間とし、加工手順は実施例１と同様にして行った。

上記のようにして得た木質型の竹材料の性能結果は次の通りであった：
密度1.27g/m³、硬度101.5 mPa、静的曲げ強度159
mPa、24時間での吸水厚さの膨張率0.38％、ショック粘り強さ136.5kJ/m²、遊離ホルムアルデヒドの放出量4.8mg/100g。

特に上記に記述された材料の生産手順のように、モウソウ竹を竹薄片にして、それから、部分的に竹繊維を切断若しくは変形しないで、直接他の手順に従って、部分的に竹繊維を切断若しくは変形した竹薄片としても、本発明の目的を実現することができるのは勿論である。

モウソウ竹を竹薄片にする状態を示す略図である。プレス機でプレスを行った後の成型を示す略図である。

符号の説明

図中、１・・・竹、２・・・竹薄片、３・・・本発明の竹製木材（竹の粘着棒）、４・・・プレス機、５・・・上型、６・・・T型の押え板、７・・・成型内部モード、８・・・成型外部モード

Claims

竹材料から形成され、部分的に竹繊維を切断若しくは変形させた多数の竹薄片を接合剤液中に浸漬させた後、加圧成型して得た、密度１．０〜１．３ｇ／ｍ^３、硬度６４〜１１０ｍｐａ、静的曲げ強度９７〜１８０ｍｐａ、24時間での吸水厚さの膨張率０．３〜０．４５％、ショック粘り強さ１１４〜１４０ｋｊ／ｍ^２であることを特徴とする竹製木材。
前記竹製木材の遊離ホルムアルデヒド放出量が、４．０〜６．０ｍｇ／１００ｇである請求項１記載の竹製木材。
モウソウ竹材料から長さ方向に裁断して長さ３メートル以下、幅１．５〜４．５ｃｍ、厚さ０．１〜０．３ｃｍの薄片に裁断する工程、裁断した薄片を、縦方向（長さ方向）の繊維は不切断であるが、横方向（巾方向）の繊維は部分的に切断して横方向に分離し易くなるようにプレスする工程、該薄片を乾燥して水分を除去する工程、水分を除去した薄片を接合剤液中に浸漬する工程、接合剤を吸収付着した薄片を乾燥する工程、乾燥した薄片を押し型中で加圧成型する工程と、を具備することを特徴とする高密度・高強度の竹製木材の製造方法。
前記加圧成型中若しくは加圧成型後に、加熱して水分を除去する請求項３記載の製造方法。
前記薄片を乾燥して水分を除去する工程で水分を8〜13重量％とし、前記接合剤液中に浸漬する工程で接合剤含有量4〜10重量％とし、前記押し型中、80〜280mPaの成型圧力でプレスする請求項３又は４記載の製造方法。
前記接合剤はホルムアルデヒドを少量含む、熱硬化性を有するフェノール樹脂である請求項３〜５のいずれかに記載の製造方法。
前記接合剤中に、ニグニンスルホン酸カルシウムを含む請求項６記載の製造方法。
前記接合剤の吸収付着量は、4〜６重量％である請求項３〜７のいずれかに記載の製造方法。
前記接合剤中に、活性剤としてクロム若しくは燐酸(プレッシー緑)を添加する請求項３〜８のいずれかに記載の製造方法。
前記成型圧力は、110〜200mPaである請求項５〜９のいずれかに記載の製造方法。
前記加熱して水分を除去する熱固化温度は120℃〜150℃で、時間は3〜15時間である請求項５〜１０のいずれかに記載の製造方法。