JP4860466B2 - パーティクルボードの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、低比重の木質材料から得られるパーティクルでマットを形成し、それを圧密成形するパーティクルボードの製造方法および該製造方法によって得られるパーティクルボードに関するものである。更に詳細には、木質材料から得られるパーティクルを用いてマットを形成し、それを圧密成形する際に、低比重の木質材料から得られるパーティクルを用いて圧密成形前後のマット厚さ圧縮率を高くしてパーティクルボードを製造することにより、軽量でかつ強度（曲げ強さ、剥離強さ、木ネジ保持力、曲げヤング率などで定義される強度）、寸法安定性および表面性に優れるパーティクルボードを安価に製造することのできるパーティクルボードの製造方法に関するものである。また、該製造方法によって得られる、特に、軽量でかつ軽量にも拘わらず、強度、寸法安定性および表面性に優れたパーティクルボードに関するものである。

近年、原木を主原料とする合板の代替材料としてパーティクルボード等の木質系ボードが注目されており、現在では、床板、壁材等の構造部材、扉部材等の造作部材（interior molding）、家具材料等として幅広い分野で使用されている。
通常パーティクルボードは、木質材料（建築木質廃材、再生材料なども含む）を粉砕して得られる気乾比重（一般的な温湿度で調湿し、含水率が 5〜13 % 程度で安定した状態の比重）が 0.4〜0.7 程度のパーティクルに接着剤を添加した混合物でマットを形成した後、そのマットを圧密成形して得られるものである。
パーティクルボードの製造方法として、例えば、特許文献１には、バルサなどの比重 0.2 以下のパーティクルを通常の方法で圧密成形する方法が記載されている。非特許文献１には、中国産ポプラから得られる低比重パーティクルを含水率を調整して圧密成形してパーティクルボードを製造する方法が記載されている。また、非特許文献２には、バルサ、アピトンなどから得られる低比重のマットを種々の圧縮比（ボード比重/原料素材比重）で圧密成形してパーティクルボードを製造することが記載されている。
特開２００１−２９３７０６号公報 第４９回日本木材学会大会研究発表要旨集、１９９９年、２６４頁 木材学会誌、Vol.33, No. 5, p.385-392, 1987

現在製造されているパーティクルボードの比重、即ちボード比重は通常 0.65 から 0.75 のものが多いが、二次加工や施工時の取り回し（handling）等の作業性を考慮すると軽量のものが好ましい。しかし、従来の製造方法で軽量のパーティクルボードを製造すると、圧密成形前後のマット厚さ圧縮率が低くなり、大きな強度を得ることが難しかった。
また、パーティクルボード表面に化粧紙や化粧シートを貼り付けて使用する用途に用いられる、３層構造のパーティクルボードを製造する場合、表面により細かいパーティクルが配置されるように、表層付近のパーティクルを風力で配置する方法が一般的であるが、この方法では、「軽い＝細かい」という関係が重要となるが、比重が極端に小さい樹種が混入すると比較的パーティクル径が大きいものでも軽量であるため、比較的径の大きいパーティクルが表面に配置されてしまい、平滑性や粗さなどの表面性が低下してしまう。そのため、一般的には、パーティクルボードの製造においては、パーティクルボードに用いる樹種としては、比重 0.4〜0.7 程度の範囲の樹種を原料とし、比重が極端に低いものは除かれるのが好ましいとされている。
本発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、軽量でかつ強度、寸法安定性および表面性に優れたパーティクルボードを安価に提供することを課題とするものである。

本発明者は上記課題を解決することを目的として鋭意研究した結果、低比重の木質材料から得られるパーティクルを用いて圧密成形前後のマット厚さ圧縮率を高くしてパーティクルボードを製造することにより、軽量でかつ強度、寸法安定性および表面性に優れるパーティクルボードを安価に製造することができることを見出し、本発明を完成させた。
従って、本発明は、木質材料から得られるパーティクルでマットを形成し、それを圧密成形してパーティクルボードを製造するに際して、低比重の木質材料を用いて圧密成形前後のマット厚さ圧縮率を高くして成形することを特徴とするパーティクルボードの製造方法である。
更に、本発明は、上記製造方法によって製造されるパーティクルボードである。

本発明のように、低比重の木質材料から得られるパーティクルを用いて圧密成形前後のマット厚さ圧縮率を高くしてパーティクルボードを製造することにより、軽量でかつ強度、寸法安定性および表面性に優れるパーティクルボードを安価に製造することができる。

以下、本発明のパーティクルボードの製造方法について詳細に説明する。
本発明は、木質材料から得られる破砕物であるパーティクルでマットを形成し、それを圧密成形することによってパーティクルボードを製造するパーティクルボードの製造方法である。
本発明では、木質材料として低比重のものを用いる。好ましくは、木質材料としては、比重が 0.2 を超え、0.4 未満のものであり、更に好ましくは、0.23 から 0.36 の範囲であり、具体的には、樹種としてはモルッカネム（Paraserianthes falcataria Becker）（別名、ファルカタ（Albizia falcataria）とも言う）、ポプラ（Populus spp.）等の低比重材を用いるのが好ましい。本発明では、比重 0.2 超、0.4 未満の木質材料から作製したパーティクルを用いることによって圧密成形前後のマット厚さ圧縮率を高くすることができ、得られるパーティクルボードの内部接着力と表面比重が高くなることにより強度が向上し、また寸法安定性も向上し、原料コストを抑え安価に製造することが可能となる。
このような低比重の木質材料から得られるパーティクルのパーティクル径は、特に限定されないが、通常は0.1 mm〜15 mm の範囲、更に好ましくは、0.25 mm〜9 mm の範囲である。また、パーティクルを得るための破砕には、チッパー、フレーカー、リファイナー等を用いる方法が一般的であるが、パーティクルを得る方法については特に限定はされない。

次いで、パーティクルをドライヤーで含水率 2 〜10 % 程度まで乾燥し、乾燥したパーティクルを接着剤と混合し、その混合物でマットを形成する。マットの形成には、単層構造とする方法や、ボード表面に対応する部分に径の細かいパーティクルを配置し、芯層には径の粗いパーティクルを配置して３層構造にする方法等があるがここではどのような製造法を用いてもかまわない。

一般的に、３層構造のパーティクルボードを製造する場合、ボード表面により細かいパーティクルが配置されるように表層用には径の細かいパーティクルを用い、それを風力によって配置し、表層部分のマットを形成するようにして、３層構造のパーティクルボードを製造する方法が採用されており、このような方法が本発明においても好ましい。本発明では、比重が 0.2 を超え、0.4 未満の範囲にあるファルカタやポプラといった樹種のみをそれ以外の比重のものと混合せず用いることによって、表面性に優れた軽量パーティクルボードを製造することができる。

パーティクルと混合して用いる接着剤についてはパーティクルとの混合、圧縮接着に問題がなければどのようなものを用いてもかまわず、例えば、ホルムアルデヒド系接着剤、イソシアネート系接着剤などが用いられる。ホルムアルデヒド系接着剤としては、例えば、ユリア樹脂接着剤、メラミンユリア共縮合樹脂接着剤などのユリア樹脂系接着剤；メラミン樹脂接着剤；あるいはフェノール樹脂接着剤などが挙げられる。イソシアネート系接着剤としては、水性高分子イソシアネート系接着剤などが挙げられる。これらの接着剤については、一般的に、例えば造作部材（interior molding）などの水のかからない用途に用いるパーティクルボードであればユリア樹脂接着剤を用いるのが好ましく、また、洗面所、キッチン、構造部材などの水のかかる用途に用いるパーティクルボードであればメラミンユリア共縮合樹脂接着剤、メラミン樹脂接着剤、フェノール樹脂接着剤、イソシアネート系接着剤を用いるのが好ましく、用途に応じて選ぶことができる。また、取り扱いに手間を要さず安価に製造しようとするならば、ホルムアルデヒド系接着剤を用いるのが望ましい。さらに安価に製造しようとするならば、ユリア樹脂接着剤を用いるのが望ましい。
接着剤の使用量は、単層構造の場合、通常パーティクルの全乾重量に対して 4〜10 % 程度の量である。また、３層構造の場合には、通常パーティクルの全乾重量に対して表層で 6〜12 %、芯層で 4〜10 % 程度の量である。

上記のように形成されたマットを連続プレスあるいはバッチ式の平板プレスによって、通常は熱（150℃〜250℃）を加えながら、圧密し、パーティクルボードを成形する。本発明では、圧密成形前後のマット厚さ圧縮率、即ち、圧密前のマットの厚さに対する圧密後のマットの厚さの減少割合が 80 % 以上、90 % 以下となるように圧密成形するのが好ましい。更に好ましくは、85 % 〜90 % の範囲となるように圧密成形する。ここで、圧密前のマットの厚さとは、具体的には、パーティクルと接着剤とを通常の方法で混合して、得られる混合物を、加圧や吸圧など外部からの力を加えることなく、自然の状態で落下させ散布して形成されるマットの厚さを指す。従って、例えば、マットを形成する際に、パーティクルと接着剤との混合物に、加圧や吸圧など外部からの力を加えて圧密前のマットを形成した場合には、加圧や吸圧など外部からの力を加えることによる圧密前のマットの厚さの減少を考慮に入れる必要がある。この場合には、80 % 未満の圧縮率でも本発明と同様の効果を示す。また、圧密成形後のボードをサンダー等で研磨し表面性を向上させるとともに厚みを規制することが多いが、ここで言う圧密後のマット厚さとは、圧密成形後、サンダー等で研磨する前の厚みを指す。本発明では、このような意味での圧密前のマットの厚さに対する圧密後のマットの厚さの減少割合、即ち、マット厚さ圧縮率が 80 % 以上、90 % 以下となるように圧密成形することによって、パーティクルボードの内部接着力と表面密度を容易に高めることができ、強度、寸法安定性および表面性に優れたパーティクルボードを容易に製造することが可能になる。圧縮率が高くなるほど強度も高くなるが、同時に原料コストが増加すること、製造時の圧密時間が長くかかり生産性が低下することなどから、90 % 以下とすることが適当である。
また、本発明では、得られるパーティクルボードのボード比重を、従来の製造方法の場合に比べて低くすることができ、好ましくは、0.55 以下にすることができ、このようにすることにより寸法安定性を向上させ、原料コストを抑えて安価に製造することができる。

上記のようにして製造したパーティクルボードの表面に単板や MDF といった木質薄板を貼り付けることによって、さらに強度を向上させることができる。貼り付ける薄板には木質であればどのようなものを用いてもかまわないが、ある程度の強度が必要であると同時に、全体的なボード比重を抑えるために、比重 0.1 以上 1.0 以下、厚さがパーティクルボードの最終製品の厚さの 5 % 以上、50 % 以下であることが望ましい。接着にはパーティクルボードとの接着に支障がないならばどのようなものを用いてもかまわないが、木材用の接着剤として、ユリア樹脂接着剤、メラミンユリア共縮合樹脂接着剤、メラミン樹脂接着剤、フェノール樹脂接着剤、イソシアネート系接着剤等を用途に応じて選ぶことが出来る。

以上に説明した本発明の製造方法によって得られるパーティクルボードは、ボード比重が、0.2 から 0.55 で、かつ比曲げ強度（曲げ強度をボード比重で割ったもの）が 15 以上、36 以下であり、軽量かつ強度が極めて優れたものである。
以下、実施例および比較例により本発明の優れた点を証明するが、本発明はこれらの実施例に何ら限定されるものではない。

材比重が 0.23 であるファルカタをナイフリングフレーカーにかけて得られたパーティクルを乾燥した後 2 mm から 9 mm 径のふるいで分級したものを用いて、16 mm 厚さで、ボード比重がそれぞれ 0.20、0.4 および 0.55 の単層パーティクルボードを作製した。より具体的には、ドラム式ブレンダーを用いてこれらのパーティクルと接着剤を混合し、その混合物を、加圧や吸圧など外部からの力を加えることなく、自然の状態で落下させ散布してマットを形成した。次いでこのマットを圧密成形することによってパーティクルボードを作製し、サンダー等による研磨は行わなかった。なお接着剤にはユリア樹脂接着剤を使用し、添加率はパーティクルの全乾重量に対して 8 % とした。

比較例１
材比重 0.54 であるメルクシマツ（Pinus merkusii）を原材料として、実施例１と同様の方法で、16 mm 厚さで、ボード比重がそれぞれ 0.20、0.4、0.55 および 0.6 の単層パーティクルボードを作製し、サンダー等による研磨は行わなかった。

実施例１および比較例１で得られたパーティクルボードについて物性評価試験を行った結果を表１に示す。強度性能を示す指標として曲げ強度を用い、寸法安定性を示す指標として吸水厚さ膨張率をそれぞれ用いた。

表１の結果から明らかなように、いずれのボード比重においても実施例１のパーティクルボードは比較例１のパーティクルボードに比べて優れた曲げ強度を示した。また、実施例１において比較例１より一段階低い比重のレベルで同等の曲げ強度を示した。同等の曲げ強度を有する条件同士の値を比較すると吸水厚さ膨張率は実施例１の方が低い値を示し、寸法安定性に優れていることがわかる。

材比重が 0.23 であるファルカタをナイフリングフレーカーにかけて得られたパーティクルを乾燥した後 2 mm から 9 mm 径のふるいで分級したものを芯層用、0.25 mm から 2 mm 径のふるいで分級したものを表層用として、16 mm 厚さで、ボード比重がそれぞれ 0.20、0.4 および 0.55 の３層パーティクルボードを作製し、サンダーで研磨して 15 mm 厚さとした。
より具体的には、ドラム式ブレンダーを用いてこれらのパーティクルと接着剤を混合し、その混合物を加圧や吸圧など外部からの力を加えることなく、自然の状態で落下させ散布して、表層、芯層、表層の順番にパーティクルを配置することによって３層から成るマットを形成し、それを圧密成形することによってパーティクルボードを作製した。なお接着剤にはユリア樹脂接着剤を使用し、添加率はパーティクルの全乾重量に対して芯層 8 ％、表層 11％とした。

比較例２
材比重 0.54 であるメルクシマツを原材料として、実施例２と同様の方法で、16 mm 厚さで、ボード比重がそれぞれ 0.4、0.55 および 0.6 の３層パーティクルボードを作製し、サンダーで研磨して 15 mm 厚さとした。

実施例２および比較例２で得られたパーティクルボードについて物性評価試験を行った結果を表２に示す。強度性能を示す指標として曲げ強度を用い、寸法安定性を示す指標として吸水厚さ膨張率をそれぞれ用いた。

表２の結果から明らかなように、実施例２は比較例２のパーティクルボードに比べて優れた曲げ強度を示した。また、実施例２において比較例２より二段階低い比重のレベルで同等の曲げ強度を示した。同等の曲げ強度を有する条件同士で比較すると吸水厚さ膨張率は実施例1の方が低い値を示し、寸法安定性に優れていることがわかる。

材比重 0.23 であるファルカタを用いて実施例１と同様に製造したボード比重 0.20、厚さ 12 mm の単層パーティクルボードの表面に比重 0.34、厚さ 2.6 mm のファルカタ単板を両面に１枚ずつ繊維方向を平行に貼り付けた。パーティクルボードはサンダー等で研磨しないで使用した。また単板の貼り付けには水性高分子イソシアネート系接着剤を用いた。

参考例１
実施例１においてファルカタを原材料にして製造したボード比重 0.20 で厚さ16 mm の単層パーティクルボードを参考例１とした。

参考例２
比較例１において、メルクシマツを原材料にして製造した、ボード比重 0.6 で、厚さ 16 mm の単層パーティクルボードを参考例２とした。

実施例３および参考例１および２で得られたパーティクルボードについて物性評価試験を行った結果を表３に示す。

表３の結果から明らかなように、実施例３は、参考例１および２に比べて、強度、寸法安定性に著しく優れたボードであることがわかる。

実施例１と同様の方法で比重 0.23 のファルカタを用いて、マット厚さ圧縮率80 % から 90 % の範囲で、16 mm 厚さで、ボード比重 0.20、0.4 および 0.55 の単層パーティクルボードを作製し、サンダー等による研磨は行わなかった。

比較例３
実施例１と同様の方法で比重 0.23 のファルカタを用いて、マット厚さ圧縮率80 % 未満または 90 % を超えて、16 mm 厚さで、ボード比重 0.15、0.19 および 0.6 の単層パーティクルボードを作製し、サンダー等による研磨は行わなかった。

実施例４および比較例３で得られたパーティクルボードについて物性評価試験を行った結果を表４に示す。

単板等の木質薄板を表面に貼り付けて芯材として用いる場合にも 3.0 N/mm² 以上程度の曲げ強度は必要である。表４の結果から明らかなように、マット厚さ圧縮率が 80 %以上では木質薄板を表面に貼って使用する用途に必要な強度を持っていることがわかる。マット厚さ圧縮率が 90 % を超えると圧密時間がかなり長くなり、生産性が悪くなることがわかる。

実施例２と同様の方法で比重 0.23 のファルカタを用いて、マット厚さ圧縮率80 % から 90 % の範囲で、16 mm 厚さで、ボード比重 0.20、0.4 および 0.55 の３層パーティクルボードを作製し、サンダーで研磨して 15 mm 厚さとした。

比較例４
実施例２と同様の方法で比重 0.23 のファルカタを用いて、マット厚さ圧縮率 80 % 未満または 90 % を超えて、16 mm 厚さで、ボード比重 0.15、0.19 および 0.6 の３層パーティクルボードを作製し、サンダーで研磨して 15 mm 厚さとした。

実施例５および比較例４で得られたパーティクルボードについて物性評価試験を行った結果を表５に示す。

表５の結果から明らかなように、マット厚さ圧縮率が 80 % 以上では木質薄板を表面に貼って使用する用途に必要な強度を持っていることがわかる。マット厚さ圧縮率が 90 % を超えると圧密時間がかなり長くなり、生産性が悪くなることがわかる。

実施例１と同様の方法で比重 0.23 のファルカタを用いて、16 mm 厚さで、ボード比重 0.4 の単層パーティクルボードを作製し、サンダー等による研磨は行わなかった。

比較例５
実施例１と同様の方法で、比重 0.44 のグメリナ（Gmelina arborea）、比重 0.54 のメルクシマツ、そして比重 0.6 のアカシアマンギュウム（Acacia mangium）を用いて、16 mm 厚さで、ボード比重 0.4 の単層パーティクルボードを作製し、サンダー等による研磨は行わなかった。

実施例６および比較例５で得られたパーティクルボードについて物性評価試験を行った結果を表６に示す。

表６の結果から明らかなように、実施例６のパーティクルボードは比較例５のいずれのパーティクルボードに比べても優れた曲げ強度を示した。

実施例２と同様の方法で比重 0.23 のファルカタを用いて、16 mm 厚さで、ボード比重 0.4 の３層パーティクルボードを作製し、サンダーで研磨して 15 mm 厚さとした。

比較例６
実施例２と同様の方法で、比重 0.44 のグメリナ、比重 0.54 のメルクシマツ、そして比重 0.6 のアカシアマンギュウムを用いて、16 mm 厚さで、ボード比重 0.4 の３層パーティクルボードを作製し、サンダーで研磨して 15 mm 厚さとした。

実施例７および比較例６で得られたパーティクルボードについて物性評価試験を行った結果を表７に示す。

表７の結果から明らかなように、実施例７のパーティクルボードは比較例６のいずれのパーティクルボードに比べても優れた曲げ強度を示した。

以上に詳細に説明したように、低比重の木質材料から得られるパーティクルを用いて圧密成形前後のマット厚さ圧縮率を高くしてパーティクルボードを製造することにより、軽量でかつ強度、寸法安定性および表面性に優れるパーティクルボードを安価に製造することができる。

Claims (11)

1. 木質材料から得られるパーティクルでマットを形成し、それを圧密成形してパーティクルボードを製造するに際して、低比重の木質材料を用いて圧密成形前後のマット厚さ圧縮率を高くして成形し、圧密成形前後のマット厚さ圧縮率が 80 % 以上、90 % 以下であることを特徴とするパーティクルボードの製造方法。
2. 原料に用いる木質材料の比重が 0.2 超、0.4 未満である請求項１に記載のパーティクルボードの製造方法。
3. ボード比重が 0.55 以下である請求項１または２に記載のパーティクルボードの製造方法。
4. 木質材料として、モルッカネム（Paraserianthes falcataria Becker）またはポプラ（Populus spp.）を用いる請求項１から３のいずれかに記載のパーティクルボードの製造方法。
5. 単層構造である請求項１から４のいずれかに記載のパーティクルボードの製造方法。
6. ボード表面にパーティクル径の細かいパーティクルを配置し、芯層にはパーティクル径の粗いパーティクルを配置して３層構造とする請求項１から４のいずれかに記載のパーティクルボードの製造方法。
7. 接着剤としてホルムアルデヒド系接着剤を用いる請求項１から６のいずれかに記載のパーティクルボードの製造方法。
8. ホルムアルデヒド系接着剤がユリア樹脂系接着剤である請求項７に記載のパーティクルボードの製造方法。
9. 更に、得られるパーティクルボード表面に木質薄板を貼り付ける請求項１から８のいずれかに記載のパーティクルボードの製造方法。
10. 請求項１から９のいずれかに記載の製造方法によって製造されるパーティクルボード。
11. ボード比重が、0.2 以上、0.55 以下で、かつ比曲げ強度が15 以上、36 以下である請求項１０に記載のパーティクルボード。