JP5052435B2 - 積層材の製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、高りゃん、とうもろこし、砂糖きび等のイネ科の植物の茎を主な原料とする強化された積層材の製造方法に関する。更に詳しくは建築用材、家具用材、断熱材、吸音材、ディスプレイ用材、各種工作用材に利用される積層材の製造方法に関するものである。
従来、この種の積層材の製造方法として、リグノセルロースを主体とする皮部と多孔性の随部とを有する直線部分の植物茎にリグノセルロースの液化液又はリグノセルロースの樹脂化液である加熱硬化液を含浸処理し、上記植物茎を複数互いに平行に配列し、配列した植物茎を熱圧成形して上記加熱硬化液を加熱硬化させる積層材の製造方法が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。この積層材の製造方法では、植物茎を圧縮して皮部に割れ目を発生させた後、加熱硬化液を含浸処理する。このように構成された積層材では、植物茎に加熱硬化液を含浸すると、加熱硬化液が容易に植物茎の皮部のみならず、芯の多孔性の髄部にまで均一に浸透するとともに、加熱硬化液のリグノセルロースの液化液又はその樹脂化液にはリグノセルロースの加水分解等の分解の際に広範囲の分子量成分が生成されているために、髄部には低分子量成分及び高分子量成分がともに浸透する。それと同時に皮部には低分子量成分が皮層内部へ浸透して皮部の増強効果を示し、また高分子量成分は皮部表層にて樹脂層を形成し、皮部の増強と同時に接着作用を示す。更にリグノセルロースの液化液又はその樹脂化液を使用することにより、積層に際して使用する接着剤の使用量を減らすか或いは全く使用せずに済む効果も得られるとともに、配列した複数の植物茎を熱圧成形すると接着剤が乾燥し、かつ加熱硬化液が硬化して樹脂化合物に変わり、強化された積層材となる。この結果、製造コストが安価で済み、軽量で、水により膨潤しない、用途に富んだ積層材を得られるようになっている。
特許第２９４４７９２号公報（請求項１、請求項２、段落［０００５］、段落［００１７］）
しかし、上記従来の特許文献１に示された方法で製造された積層材では、その表面に竹のような茎の形状がそのまま表面に露出するため意匠性に乏しく、積層材としての商品価値が低い不具合があった。この点を解消するために、積層材の表面に単板を貼付すると、合板と同様の外観しか現れず、天然素材である植物茎の質感を発揮できない問題点があった。
本発明の目的は、軽量で、水により膨潤せず、植物茎の質感と意匠性に富んだ、積層材の製造方法を提供することにある。
本発明の別の目的は、積層材の手触りを良好にすることができる、積層材の製造方法を提供することにある。
本発明の更に別の目的は、中間に位置するシート状物や端部に位置するシート状物のうねりを低減でき、また第１接着剤を容易に塗布できる、積層材の製造方法を提供することにある。
本発明の目的は、軽量で、水により膨潤せず、植物茎の質感と意匠性に富んだ、積層材の製造方法を提供することにある。
本発明の別の目的は、積層材の手触りを良好にすることができる、積層材の製造方法を提供することにある。
本発明の更に別の目的は、中間に位置するシート状物や端部に位置するシート状物のうねりを低減でき、また第１接着剤を容易に塗布できる、積層材の製造方法を提供することにある。
請求項１に係る発明は、図１〜図１０に示すように、(a) 複数の植物茎１１を互いに平行に配列してシート状物１３を形成する工程と、(b) 複数のシート状物１３をシート状物を構成する植物茎１１が互いに交差するように第１接着剤を介して積層して第１積層体２１を形成する工程と、(c) 第１積層体２１を熱圧成形して板状の第１積層成形体３１を形成する工程と、(d) 第１積層成形体３１をその積層面に垂直にかつその構成要素である植物茎１１に平行に又は直交するように所定の幅でスライスして複数のスライス片１８を得る工程と、(e) 平面状の基材１９の片面又は両面に第２接着剤を塗布する工程と、(f) 第２接着剤が塗布された基材１９の片面又は両面に複数のスライス片１８をスライス面が接着面となるように配列しかつ互いに第２接着剤により接着して第１層４１を形成する工程と、(g) 上記工程(f)で基材１９の片面又は両面に第１層４１を積層して得られた第２積層体２２を冷圧成形又は熱圧成形して板状の第２積層成形体からなる積層材１０を形成する工程とを含む積層材の製造方法である。
請求項２に係る発明は、(a) 複数の植物茎を互いに平行に配列してシート状物を形成する工程と、(b) 複数のシート状物をシート状物を構成する植物茎が互いに交差するように第１接着剤を介して積層して第１積層体を形成する工程と、(c) 第１積層体を熱圧成形して板状の第１積層成形体を形成する工程と、(d) 第１積層成形体をその積層面に垂直にかつその構成要素である植物茎に平行に又は直交するように所定の幅でスライスして複数のスライス片を得る工程と、(e) 平面状の基材の片面又は両面に第２接着剤を塗布する工程と、(f) 第２接着剤が塗布された基材の片面又は両面に複数のスライス片をスライス面が接着面となるように配列しかつ互いに第２接着剤により接着して第１層を形成する工程と、(h) 平面状の第１層の表面に第３接着剤を塗布する工程と、(i) 第３接着剤が塗布された第１層の表面に複数のスライス片をスライス面が接着面となりかつ第１層の配列方向と直交するように配列しかつ互いに第３接着剤により接着して第２層を形成する工程と、(j) 工程(h)と工程(i)を１回ずつ行うか或いは２回以上繰返し行うことにより多重積層体を得る工程と、(k) 多重積層体を冷圧成形又は熱圧成形して板状又は柱状の多重積層成形体からなる積層材を形成する工程とを含む積層材の製造方法である。
請求項３に係る発明は、請求項１又は２に係る発明であって、図１又は図１４に示すように、基材１９，９９が、第１積層成形体、単板、紙又は不織布であることを特徴とする。
請求項４に係る発明は、請求項１又は２に係る発明であって、図１３に示すように、基材８９が、第１積層成形体３１をその積層面に垂直にかつその構成要素である植物茎１１に平行に又は直交するように所定の幅でスライスして得られた複数のスライス片１８をスライス面が露出するように配列して互いに接着された配列層であることを特徴とする。
請求項５に係る発明は、請求項１又は２に係る発明であって、第２積層成形体の表面にパテを塗り込んでサンドペーパーで磨き上げることにより表面を平滑化する工程と、この平滑化した第２積層成形体又は多重積層成形体の表面に透明又は半透明の第１色材又は光沢材を塗布し乾燥する工程とを更に含むことを特徴とする。
請求項６に係る発明は、請求項１又は２に係る発明であって、図６に示すように、複数のシート状物１３を積層するときに、シート状物１３とシート状物１３の間に薄いシート１６を介在させるか、或いは複数のシート状物１３を積層して得られた積層物の一方の面又は双方の面に薄いシート１６を重ねて第１積層体２１を形成することを特徴とする。
請求項７に係る発明は、請求項１又は２に係る発明であって、図１１に示すように、複数の植物茎１１を第２色材により着色した後、シート状物を形成することを特徴とする。
請求項４に係る発明は、請求項１又は２に係る発明であって、図１３に示すように、基材８９が、第１積層成形体３１をその積層面に垂直にかつその構成要素である植物茎１１に平行に又は直交するように所定の幅でスライスして得られた複数のスライス片１８をスライス面が露出するように配列して互いに接着された配列層であることを特徴とする。
請求項５に係る発明は、請求項１又は２に係る発明であって、第２積層成形体の表面にパテを塗り込んでサンドペーパーで磨き上げることにより表面を平滑化する工程と、この平滑化した第２積層成形体又は多重積層成形体の表面に透明又は半透明の第１色材又は光沢材を塗布し乾燥する工程とを更に含むことを特徴とする。
請求項６に係る発明は、請求項１又は２に係る発明であって、図６に示すように、複数のシート状物１３を積層するときに、シート状物１３とシート状物１３の間に薄いシート１６を介在させるか、或いは複数のシート状物１３を積層して得られた積層物の一方の面又は双方の面に薄いシート１６を重ねて第１積層体２１を形成することを特徴とする。
請求項７に係る発明は、請求項１又は２に係る発明であって、図１１に示すように、複数の植物茎１１を第２色材により着色した後、シート状物を形成することを特徴とする。
請求項１〜４に係る発明では、第１積層成形体をスライスして形成されたスライス片をそのスライス面が露出するように配列して積層接着して積層材を作製したので、この積層材の表面に従来の木材や合板にない独特の模様が現れる。この結果、本発明の積層材は植物茎の質感と意匠性に富んでいるので、家具・什器の材料や内装品として、或いはオブジェや装飾材料として幅広く利用できる。また高りゃん、とうもろこし、砂糖きびなどの植物茎の直線部分を細片に切断せずに用いるので、軽量でありながら極めて高い曲げ強度を有する積層材を作製できる。更に本発明の積層材は、イソシアネート系化合物を接着剤に用いているため、耐水性に優れており、水により膨潤し難い。この結果、寸法安定性に優れるという効果を奏する。
請求項５に係る発明では、第２積層成形体又は多重積層成形体の表面にパテを塗り込んでサンドペーパーで磨き上げたので、積層材の表面を平滑化することができる。この結果、積層材の手触りも良好となる。また平滑化した第２積層成形体又は多重積層成形体の表面に透明又は半透明の第１色材又は光沢材を塗布し乾燥することで、積層材は更に意匠性に富んだものとなる。
請求項６に係る発明では、複数のシート状物の間に薄いシートを介在したり、或いは複数のシート状物の積層物の両面等に薄いシートを重ねたので、中間に位置するシート状物や端部に位置するシート状物のうねりを低減できるとともに、第１接着剤を容易に塗布できる。
請求項７に係る発明では、植物茎を第２色材により着色したので、これを用いた積層材は更に植物茎の質感と意匠性に富んだものとなる。
請求項５に係る発明では、第２積層成形体又は多重積層成形体の表面にパテを塗り込んでサンドペーパーで磨き上げたので、積層材の表面を平滑化することができる。この結果、積層材の手触りも良好となる。また平滑化した第２積層成形体又は多重積層成形体の表面に透明又は半透明の第１色材又は光沢材を塗布し乾燥することで、積層材は更に意匠性に富んだものとなる。
請求項６に係る発明では、複数のシート状物の間に薄いシートを介在したり、或いは複数のシート状物の積層物の両面等に薄いシートを重ねたので、中間に位置するシート状物や端部に位置するシート状物のうねりを低減できるとともに、第１接着剤を容易に塗布できる。
請求項７に係る発明では、植物茎を第２色材により着色したので、これを用いた積層材は更に植物茎の質感と意匠性に富んだものとなる。
次に本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。
＜第１の実施の形態＞
本発明の積層材の製造方法は、次の工程(a)〜(g)を含む。
(1) 工程(a)
図１及び図２に示すように、本実施の形態の積層材１０に用いられる材料は、表面にリグノセルロースを主体とする皮部１１ａと芯に多孔性の髄部１１ｂを有する構造の植物茎１１である。高りゃん、とうもろこし、砂糖きびなどの茎はその代表的なものである。これ以外に、葦、稲、むぎ等のごとき他のイネ科の植物の茎を使用することもできる。植物茎１１は葉又は袴の部分を切除した直線部分を細片に切断せずに用いる。これにより細片に切断してボード状に成板した従来のバガスボードやストローボードに比べて、軽量でありながら極めて高い曲げ強度を有する積層材１０が僅かな工数で得られる。接着剤を塗布する前に、植物茎１１を繊維方向に切開かずにそのまま圧縮ローラ等により圧縮して皮部に割れ目１１ｃを発生させておく（図３及び図４）。圧縮ローラ１２，１２を用いる場合には、ローラ１２，１２の外周面にローラの円周方向に延びる複数のリング状の溝（図示せず）を形成することにより、ローラ１２，１２の圧力で植物茎１１の一部が溝に進入して皮部１１ａの割れ目１１ｃを増やすことができる。この状態で複数の植物茎１１を互いに平行に配列してシート状物１３を形成する（図５）。シート状物１３にするに際して、各植物茎１１が分散しないように、配列した全ての茎の端部を糸１４で結束するか、図示しないが粘着テープや再湿テープで仮止めするか、或いは糸状又は帯状に接着剤を塗布して全ての茎を結束する。
＜第１の実施の形態＞
本発明の積層材の製造方法は、次の工程(a)〜(g)を含む。
(1) 工程(a)
図１及び図２に示すように、本実施の形態の積層材１０に用いられる材料は、表面にリグノセルロースを主体とする皮部１１ａと芯に多孔性の髄部１１ｂを有する構造の植物茎１１である。高りゃん、とうもろこし、砂糖きびなどの茎はその代表的なものである。これ以外に、葦、稲、むぎ等のごとき他のイネ科の植物の茎を使用することもできる。植物茎１１は葉又は袴の部分を切除した直線部分を細片に切断せずに用いる。これにより細片に切断してボード状に成板した従来のバガスボードやストローボードに比べて、軽量でありながら極めて高い曲げ強度を有する積層材１０が僅かな工数で得られる。接着剤を塗布する前に、植物茎１１を繊維方向に切開かずにそのまま圧縮ローラ等により圧縮して皮部に割れ目１１ｃを発生させておく（図３及び図４）。圧縮ローラ１２，１２を用いる場合には、ローラ１２，１２の外周面にローラの円周方向に延びる複数のリング状の溝（図示せず）を形成することにより、ローラ１２，１２の圧力で植物茎１１の一部が溝に進入して皮部１１ａの割れ目１１ｃを増やすことができる。この状態で複数の植物茎１１を互いに平行に配列してシート状物１３を形成する（図５）。シート状物１３にするに際して、各植物茎１１が分散しないように、配列した全ての茎の端部を糸１４で結束するか、図示しないが粘着テープや再湿テープで仮止めするか、或いは糸状又は帯状に接着剤を塗布して全ての茎を結束する。
(2) 工程(b)
複数のシート状物１３をシート状物を構成する植物茎１１が互いに交差するように第１接着剤を介して積層して第１積層体２１を形成する。具体的には、全ての方向に均一な曲げ強度をもたせ、積層材１０の反りを防止するために、図６に示すように構成する植物茎１１がシート状物１３毎に交差するようにシート状物１３を複数重ね合わせて第１積層体２１を作製する。このとき複数のシート状物１３を積層して得られた積層物の双方の面に薄いシート１６をそれぞれ重ねる。これにより端部に位置するシート状物１３のうねりを低減できる。なお、薄いシートをシート状物とシート状物の間に介在させてもよい。この場合、中間に位置するシート状物のうねりを低減できるとともに、第１接着剤を容易に塗布できる。
複数のシート状物１３をシート状物を構成する植物茎１１が互いに交差するように第１接着剤を介して積層して第１積層体２１を形成する。具体的には、全ての方向に均一な曲げ強度をもたせ、積層材１０の反りを防止するために、図６に示すように構成する植物茎１１がシート状物１３毎に交差するようにシート状物１３を複数重ね合わせて第１積層体２１を作製する。このとき複数のシート状物１３を積層して得られた積層物の双方の面に薄いシート１６をそれぞれ重ねる。これにより端部に位置するシート状物１３のうねりを低減できる。なお、薄いシートをシート状物とシート状物の間に介在させてもよい。この場合、中間に位置するシート状物のうねりを低減できるとともに、第１接着剤を容易に塗布できる。
接着剤としては、イソシアネート系接着剤を好適に使用できる。即ち、接着剤は、分子内に少なくとも２つのイソシアネート基を有する室温で液状の化合物と、充填剤とを有する。イソシアネート基を有する室温で液状の化合物としては、トリレン・ジイソシアネート、ジフェニルメタン・ジイソシアネート（以下、ＭＤＩという）、キシレン・ジイソシアネート、ヘキサメチレン・ジイソシアネート、ナフタレン・ジイソシアネート等のような分子内に少なくとも２つの同種のイソシアネート基を有し、常温において液状を保つ化合物（モノメリック及びポリメリックの各種異性体を含む。）、又はこれらの化合物の中から選ばれた１種又は２種以上の化合物を含む混合物が挙げられる。
充填剤としては、クレー，ベントナイト，カルシウム，マグネシウムなどの炭酸塩や、硫酸カルシウム，ケイ酸カルシウムなどのカルシウム化合物や、アルミニウム，亜鉛，マグネシウム，鉄などの金属酸化物又は水酸化物や、カーボン，ガラス，マイカなどの無機物の粉末又は繊維状物や、木屑，やし殻，籾殻，高りゃんなどの粉末や、クルミ，桃などの種子殻粉や、小麦，米，芋デンプン，脂肪大豆，血粉，カゼインなどのタンパク質粉末又はデンプン質粉末が挙げられる。充填剤の配合割合は、使用可能な粘度の範囲内において、イソシアネート化合物１００質量部に対し、５０〜２００質量部であることが好ましい。充填剤の配合割合を５０〜２００質量部の範囲に限定したのは、５０質量部未満ではイソシアネート化合物がシート状物などの被着体の内部へ浸透し過ぎるため接着性能が不十分となり、２００質量部を超えると配合物である接着剤の流動状態が低下しシート状物などの被着体の表面への均一な塗布が困難となるからである。また必要に応じ界面活性剤、難燃剤、着色剤、増粘剤、湿潤剤、可塑剤等を接着剤に添加することができる。なお、上記接着剤は常温接着も可能であるが、耐水性の安定及び生産性向上のために熱圧することが好ましい。
(3) 工程(c)
第１積層体２１を熱圧成形して板状の第１積層成形体３１（図８及び図９）を形成する。具体的には、図７に示すように、第１積層体２１は必要に応じて仮圧締を施された後に、この第１積層体２１の両面をホットプレス１７の金属板１７ａ，１７ａで挟み、５０〜２５０℃の温度下で０．２〜３ＭＰａの圧力をかけて成形する。成形時にスペーサ１７ｂ，１７ｂを配置すれば、第１積層成形体３１を所定の厚さにすることができる。なお、第１積層成形体３１の厚さは１０〜１００ｍｍの範囲に設定されることが好ましい。ここで、第１積層成形体３１の成形時の温度を５０〜２５０℃の範囲に限定したのは、５０℃未満では接着剤の効果が極めて遅く生産性に支障をきたし、２５０℃を超えると表面が炭化してしまうからである。また第１積層成形体３１の成形時の圧力を０．２〜３ＭＰａの範囲に限定したのは、０．２ＭＰａ未満では表面の凹凸が大きくなり、３ＭＰａを超えると第１積層成形体３１に割れが生じてしまうからである。更に第１積層成形体３１の厚さを１０〜１００ｍｍの範囲に限定したのは、１０ｍｍ未満ではスライス片１８を基材１９に配列する手間が多くなり、１００ｍｍを超えると熱圧時間が長くなり第１積層成形体３１の生産性が低下してしまうからである。
第１積層体２１を熱圧成形して板状の第１積層成形体３１（図８及び図９）を形成する。具体的には、図７に示すように、第１積層体２１は必要に応じて仮圧締を施された後に、この第１積層体２１の両面をホットプレス１７の金属板１７ａ，１７ａで挟み、５０〜２５０℃の温度下で０．２〜３ＭＰａの圧力をかけて成形する。成形時にスペーサ１７ｂ，１７ｂを配置すれば、第１積層成形体３１を所定の厚さにすることができる。なお、第１積層成形体３１の厚さは１０〜１００ｍｍの範囲に設定されることが好ましい。ここで、第１積層成形体３１の成形時の温度を５０〜２５０℃の範囲に限定したのは、５０℃未満では接着剤の効果が極めて遅く生産性に支障をきたし、２５０℃を超えると表面が炭化してしまうからである。また第１積層成形体３１の成形時の圧力を０．２〜３ＭＰａの範囲に限定したのは、０．２ＭＰａ未満では表面の凹凸が大きくなり、３ＭＰａを超えると第１積層成形体３１に割れが生じてしまうからである。更に第１積層成形体３１の厚さを１０〜１００ｍｍの範囲に限定したのは、１０ｍｍ未満ではスライス片１８を基材１９に配列する手間が多くなり、１００ｍｍを超えると熱圧時間が長くなり第１積層成形体３１の生産性が低下してしまうからである。
(4) 工程(d)
図１０に示すように、第１積層成形体３１をその積層面に垂直にかつその構成要素である植物茎１１に平行に又は直交するように所定の幅でスライスして複数のスライス片１８を得る。第１積層成形体３１の構成要素である植物茎１１は交互に直交するように積層されているため、スライス面は、ある植物茎１１に対しては平行になるけれども、この植物茎１１に隣接する植物茎１１に対しては直交する。またスライス片１８はジグソーやバンドソーなどにより幅が３〜１０ｍｍの範囲になるように切り出される。ここで、スライス片１８の幅を３〜１０ｍｍの範囲に限定したのは、３ｍｍ未満ではスライス片１８が折れ易くなってスライス片１８の取扱いが不便であり、１０ｍｍを超えると接着強度が低下するとともにスライス片１８を並べ難くなるからである。
図１０に示すように、第１積層成形体３１をその積層面に垂直にかつその構成要素である植物茎１１に平行に又は直交するように所定の幅でスライスして複数のスライス片１８を得る。第１積層成形体３１の構成要素である植物茎１１は交互に直交するように積層されているため、スライス面は、ある植物茎１１に対しては平行になるけれども、この植物茎１１に隣接する植物茎１１に対しては直交する。またスライス片１８はジグソーやバンドソーなどにより幅が３〜１０ｍｍの範囲になるように切り出される。ここで、スライス片１８の幅を３〜１０ｍｍの範囲に限定したのは、３ｍｍ未満ではスライス片１８が折れ易くなってスライス片１８の取扱いが不便であり、１０ｍｍを超えると接着強度が低下するとともにスライス片１８を並べ難くなるからである。
(5) 工程(e)
平面状の基材１９の両面に第２接着剤を塗布する。この実施の形態では、基材１９として、スライスする前の第１積層成形体を用いる。この第１積層成形体からなる基材１９の両面に第２接着剤を塗布する。第２接着剤を第１接着剤と同一とすれば、部品管理及び工程管理の上で好ましい。
平面状の基材１９の両面に第２接着剤を塗布する。この実施の形態では、基材１９として、スライスする前の第１積層成形体を用いる。この第１積層成形体からなる基材１９の両面に第２接着剤を塗布する。第２接着剤を第１接着剤と同一とすれば、部品管理及び工程管理の上で好ましい。
(6) 工程(f)
第２接着剤が塗布された基材１９の両面に複数のスライス片１８をスライス面が接着面となるように配列して第１層４１を形成することにより第２積層体２２を得る。このときスライス面以外の面に第２接着剤を塗布しておく。これにより隣接するスライス片１８を互いに第２接着剤により接着することができるので、積層材１０の強度を向上できる。なお、平面状の基材の片面にのみ第１層を形成することにより第２積層体を作製するときには、平面状の基材の片面のみに第２接着剤を塗布する。
第２接着剤が塗布された基材１９の両面に複数のスライス片１８をスライス面が接着面となるように配列して第１層４１を形成することにより第２積層体２２を得る。このときスライス面以外の面に第２接着剤を塗布しておく。これにより隣接するスライス片１８を互いに第２接着剤により接着することができるので、積層材１０の強度を向上できる。なお、平面状の基材の片面にのみ第１層を形成することにより第２積層体を作製するときには、平面状の基材の片面のみに第２接着剤を塗布する。
(7) 工程(g)
第２積層体２２を冷圧成形又は熱圧成形して板状の第２積層成形体からなる積層材１０を形成する（図１）。冷圧成形時の圧力は０．１〜２．０ＭＰａの範囲に設定される。また熱圧成形時の圧力は冷圧成形時と同圧力の範囲に設定され、温度は５０〜１５０℃の範囲に設定される。ここで、冷圧成形時又は熱圧成形時の圧力を０．１〜２．０ＭＰａの範囲に限定したのは、０．１ＭＰａ未満では積層材１０の表面に凹凸が発生し、２．０ＭＰａを超えると積層材１０の表面に割れが生じてしまうからである。また熱圧成形時の温度を５０〜１５０℃の範囲に限定したのは、５０℃未満では接着剤の硬化が遅くなり、１５０℃を超えるとパンク（水蒸気爆発）が発生するおそれがあるからである。
第２積層体２２を冷圧成形又は熱圧成形して板状の第２積層成形体からなる積層材１０を形成する（図１）。冷圧成形時の圧力は０．１〜２．０ＭＰａの範囲に設定される。また熱圧成形時の圧力は冷圧成形時と同圧力の範囲に設定され、温度は５０〜１５０℃の範囲に設定される。ここで、冷圧成形時又は熱圧成形時の圧力を０．１〜２．０ＭＰａの範囲に限定したのは、０．１ＭＰａ未満では積層材１０の表面に凹凸が発生し、２．０ＭＰａを超えると積層材１０の表面に割れが生じてしまうからである。また熱圧成形時の温度を５０〜１５０℃の範囲に限定したのは、５０℃未満では接着剤の硬化が遅くなり、１５０℃を超えるとパンク（水蒸気爆発）が発生するおそれがあるからである。
このような方法で製造された積層材１０では、第１積層成形体３１をスライスして形成されたスライス片１８をそのスライス面が露出するように配列して積層接着して積層材１０を作製したので、この積層材１０の表面に従来の木材や合板にない独特の模様が現れる。この結果、積層材１０は植物茎の質感と意匠性に富んでいるので、家具・什器の材料や内装品として、或いはオブジェや装飾材料として幅広く利用できる。また高りゃん、とうもろこし、砂糖きびなどの植物茎１１の直線部分を細片に切断せずに用いるので、軽量でありながら極めて高い曲げ強度を有する積層材１０を作製できる。更に本実施の形態の積層材１０はイソシアネート系化合物を接着剤として用いるため、耐水性に優れ、水により膨潤し難い。この結果、寸法安定性に優れるという効果を奏する。なお、成形後（工程(g)の後）、第２積層成形体からなる積層材１０の表面にパテを塗り込んでサンドペーパーで磨き上げることにより、表面を平滑化することができ、これにより積層材１０の手触りも良好となる。またサンドペーパーで磨き上げた後に、第２積層成形体からなる積層材１０の表面に透明又は半透明の第１色材又は光沢材（例えば、ニス、漆など）を塗布し乾燥してもよい。これにより積層材１０は、植物茎の質感や意匠性を損なわずに更に意匠性に富んだものとなる。
また、上記工程(f)の後に、平面状の第１層の表面に第３接着剤を塗布し（工程(h)）、第３接着剤が塗布された第１層の表面に複数のスライス片をスライス面が接着面となりかつ第１層の配列方向と直交するように配列しかつ互いに第３接着剤により接着して第２層を形成し（工程(i)）、上記工程(h)と工程(i)を１回ずつ行うか或いは２回以上繰返し行うことにより多重積層体を作製し（工程(j)）、更にこの多重積層体を冷圧成形又は熱圧成形して多重積層成形体からなる積層材を形成してもよい（工程(k)）。この場合、第１の実施の形態より厚い板状の積層材を作製したり、柱状の積層材を作製することができる。成形後（工程(k)の後）、多重積層成形体の表面にパテを塗り込んでサンドペーパーで磨き上げることにより、表面を平滑化することができ、これにより積層材の手触りも良好となる。
＜第２の実施の形態＞
図１１は本発明の第２の実施の形態を示す。この実施の形態では、植物茎１１の皮部１１ａに割れ目１１ｃを発生させた後に、植物茎１１を第２色材により着色する。具体的には、植物茎１１を一対の溝付きの圧縮ローラの間を通過させて圧縮することにより、植物茎１１の皮部１１ａに複数の細かい割れ目１１ｃを発生させた後に、割れ目１１ｃが形成された植物茎１１を所定の顔料水溶液６１に浸漬する。そして顔料水溶液６１が含浸された植物茎１１を絞って余剰の顔料水溶液６１を除去した後に、５０〜１５０℃に０．５〜３．０時間保持して乾燥する。例えば、顔料水溶液として黒顔料『ＳＤ−９０２０』（ＤＩＣ社製）の水溶液を用いる場合、植物茎を１〜１０ｋＰａの減圧下で１０〜１２０分間黒顔料水溶液に浸漬する。ここで、植物茎の黒顔料水溶液への浸漬時の圧力を１〜１０ｋＰａの範囲に限定したのは、１ｋＰａ未満では減圧装置が高価となり、１０ｋＰａを超えると着色に時間がかかり過ぎるからである。また植物茎の黒顔料水溶液への浸漬時間を１０〜１２０分間の範囲に限定したのは、１０分間未満では十分に着色できず、１２０分間を超えると作業性が低下してしまうからである。また染料水溶液として赤染料『Sumifix Red B』（住友化学社製）を用いる場合、黒色顔料と同条件で着色できる。なお、第２色材としては、黒顔料や赤染料以外に、緑色、黄色、茶色等の色材を用いることができる。上記以外は第１の実施の形態と同一に構成される。このように植物茎１１を所望の第２色材により着色したので、これを用いて製造された積層材は第１の実施の形態の積層材より植物茎の質感と意匠性に富んだものとなる。上記以外の作用及び効果は第１の実施の形態とほぼ同様であるので、繰返しの説明を省略する。
図１１は本発明の第２の実施の形態を示す。この実施の形態では、植物茎１１の皮部１１ａに割れ目１１ｃを発生させた後に、植物茎１１を第２色材により着色する。具体的には、植物茎１１を一対の溝付きの圧縮ローラの間を通過させて圧縮することにより、植物茎１１の皮部１１ａに複数の細かい割れ目１１ｃを発生させた後に、割れ目１１ｃが形成された植物茎１１を所定の顔料水溶液６１に浸漬する。そして顔料水溶液６１が含浸された植物茎１１を絞って余剰の顔料水溶液６１を除去した後に、５０〜１５０℃に０．５〜３．０時間保持して乾燥する。例えば、顔料水溶液として黒顔料『ＳＤ−９０２０』（ＤＩＣ社製）の水溶液を用いる場合、植物茎を１〜１０ｋＰａの減圧下で１０〜１２０分間黒顔料水溶液に浸漬する。ここで、植物茎の黒顔料水溶液への浸漬時の圧力を１〜１０ｋＰａの範囲に限定したのは、１ｋＰａ未満では減圧装置が高価となり、１０ｋＰａを超えると着色に時間がかかり過ぎるからである。また植物茎の黒顔料水溶液への浸漬時間を１０〜１２０分間の範囲に限定したのは、１０分間未満では十分に着色できず、１２０分間を超えると作業性が低下してしまうからである。また染料水溶液として赤染料『Sumifix Red B』（住友化学社製）を用いる場合、黒色顔料と同条件で着色できる。なお、第２色材としては、黒顔料や赤染料以外に、緑色、黄色、茶色等の色材を用いることができる。上記以外は第１の実施の形態と同一に構成される。このように植物茎１１を所望の第２色材により着色したので、これを用いて製造された積層材は第１の実施の形態の積層材より植物茎の質感と意匠性に富んだものとなる。上記以外の作用及び効果は第１の実施の形態とほぼ同様であるので、繰返しの説明を省略する。
＜第３の実施の形態＞
図１２は本発明の第３の実施の形態を示す。図１２において図３と同一符号は同一部品を示す。この実施の形態では、複数の植物茎１１を互いに平行に配列してシート状物７３を形成した後に、圧縮ローラ１２，１２等により圧縮して各植物茎１１の皮部１１ａに割れ目１１ｃを発生させる。この場合、圧縮ローラ１２，１２等の圧力で植物茎１１の結束が解除されないように、伸縮可能な紐や粘着テープ等で結束することが好ましい。上記以外は第１の実施の形態と同一に構成される。このように製造された積層材では、植物茎１１をシート状物７３にした後にまとめて圧縮ローラ１２，１２等で圧縮できるので、第１の実施の形態より短時間で植物茎１１の皮部１１ａに割れ目１１ｃを発生させることができる。上記以外の作用及び効果は第１の実施の形態とほぼ同様であるので、繰返しの説明を省略する。
図１２は本発明の第３の実施の形態を示す。図１２において図３と同一符号は同一部品を示す。この実施の形態では、複数の植物茎１１を互いに平行に配列してシート状物７３を形成した後に、圧縮ローラ１２，１２等により圧縮して各植物茎１１の皮部１１ａに割れ目１１ｃを発生させる。この場合、圧縮ローラ１２，１２等の圧力で植物茎１１の結束が解除されないように、伸縮可能な紐や粘着テープ等で結束することが好ましい。上記以外は第１の実施の形態と同一に構成される。このように製造された積層材では、植物茎１１をシート状物７３にした後にまとめて圧縮ローラ１２，１２等で圧縮できるので、第１の実施の形態より短時間で植物茎１１の皮部１１ａに割れ目１１ｃを発生させることができる。上記以外の作用及び効果は第１の実施の形態とほぼ同様であるので、繰返しの説明を省略する。
＜第４の実施の形態＞
図１３は本発明の第４の実施の形態を示す。図１３において図１と同一符号は同一部品を示す。この実施の形態では、基材８９が、第１積層成形体３１をその積層面に垂直にかつその構成要素である植物茎１１に平行に又は直交するように所定の幅でスライスして得られた複数のスライス片１８をスライス面が露出するように配列して互いに接着された配列層である。この配列層からなる基材８９の上面に第２接着剤を塗布した後に（工程(e)）、配列層からなる基材８９の上面に複数のスライス片１８をスライス面が接着面となるように配列しかつ互いに第２接着剤により接着して第１層４１を形成して第２積層体８２を得る（工程(f)）。更に工程(f)で得られた第２積層体８２を冷圧成形又は熱圧成形して板状の第２積層成形体からなる積層材８０を形成する（工程(g)）。上記以外は第１の実施の形態と同一に構成される。このように製造された積層材８０では、配列層からなる基材８９が第１層４１と同一に構成されているため、積層材８０の表面に現れる模様がスライス片１８の表面の模様のみとなり、間仕切りとして使用した場合、両面より植物茎の質感を得ることができるという効果を奏する。上記以外の作用及び効果は第１の実施の形態とほぼ同様であるので、繰返しの説明を省略する。
図１３は本発明の第４の実施の形態を示す。図１３において図１と同一符号は同一部品を示す。この実施の形態では、基材８９が、第１積層成形体３１をその積層面に垂直にかつその構成要素である植物茎１１に平行に又は直交するように所定の幅でスライスして得られた複数のスライス片１８をスライス面が露出するように配列して互いに接着された配列層である。この配列層からなる基材８９の上面に第２接着剤を塗布した後に（工程(e)）、配列層からなる基材８９の上面に複数のスライス片１８をスライス面が接着面となるように配列しかつ互いに第２接着剤により接着して第１層４１を形成して第２積層体８２を得る（工程(f)）。更に工程(f)で得られた第２積層体８２を冷圧成形又は熱圧成形して板状の第２積層成形体からなる積層材８０を形成する（工程(g)）。上記以外は第１の実施の形態と同一に構成される。このように製造された積層材８０では、配列層からなる基材８９が第１層４１と同一に構成されているため、積層材８０の表面に現れる模様がスライス片１８の表面の模様のみとなり、間仕切りとして使用した場合、両面より植物茎の質感を得ることができるという効果を奏する。上記以外の作用及び効果は第１の実施の形態とほぼ同様であるので、繰返しの説明を省略する。
＜第５の実施の形態＞
図１４は本発明の第５の実施の形態を示す。図１４において図１と同一符号は同一部品を示す。この実施の形態では、基材９９としてポプラの単板が用いられる。この単板からなる基材９９の上面に第２接着剤を塗布した後に（工程(e)）、単板からなる基材９９の上面に複数のスライス片１８をスライス面が接着面となるように配列しかつ互いに第２接着剤により接着して第１層４１を形成して第２積層体９２を得る（工程(f)）。更に工程(f)で得られた第２積層体９２を冷圧成形又は熱圧成形して板状の第２積層成形体からなる積層材９０を形成する（工程(g)）。上記以外は第１の実施の形態と同一に構成される。このように製造された積層材９０では、基材９９が単板であるので、壁材として使用した場合、ベニヤ板より植物茎の質感と意匠性に富んだものとなる。上記以外の作用及び効果は第１の実施の形態とほぼ同様であるので、繰返しの説明を省略する。
なお、上記第１〜第５の実施の形態では、基材として第１積層成形体、配列層又は単板を用いたが、ＭＤＦ(Medium Density Fiber Board)、パーティクルボード、ＯＳＢ（Oriented Strand Boaed：配向性ストランドボード）、紙、不織布、無機板等を用いてもよい。
図１４は本発明の第５の実施の形態を示す。図１４において図１と同一符号は同一部品を示す。この実施の形態では、基材９９としてポプラの単板が用いられる。この単板からなる基材９９の上面に第２接着剤を塗布した後に（工程(e)）、単板からなる基材９９の上面に複数のスライス片１８をスライス面が接着面となるように配列しかつ互いに第２接着剤により接着して第１層４１を形成して第２積層体９２を得る（工程(f)）。更に工程(f)で得られた第２積層体９２を冷圧成形又は熱圧成形して板状の第２積層成形体からなる積層材９０を形成する（工程(g)）。上記以外は第１の実施の形態と同一に構成される。このように製造された積層材９０では、基材９９が単板であるので、壁材として使用した場合、ベニヤ板より植物茎の質感と意匠性に富んだものとなる。上記以外の作用及び効果は第１の実施の形態とほぼ同様であるので、繰返しの説明を省略する。
なお、上記第１〜第５の実施の形態では、基材として第１積層成形体、配列層又は単板を用いたが、ＭＤＦ(Medium Density Fiber Board)、パーティクルボード、ＯＳＢ（Oriented Strand Boaed：配向性ストランドボード）、紙、不織布、無機板等を用いてもよい。
次に本発明の実施例を比較例とともに詳しく説明する。
＜実施例１＞
図２〜図４に示すように、直径が６〜２０ｍｍであって長さを約３０ｃｍにカットした直線部分の高りゃん茎１１をクリアランス（間隔）５ｍｍの溝付きの圧縮ローラ１２，１２により圧縮し、茎１１の皮部１１ａに複数の細かい割れ目１１ｃを設けた（図３及び図４）。この高りゃん茎１１を着色剤として黒顔料『ＳＤ−９０２０』（ＤＩＣ社製）の２％水溶液６１に３ｋＰａの減圧下で１０分間浸漬した（図１１）。黒顔料水溶液は皮部１１ａは勿論、割れ目１１ｃを介して髄部１１ｂに浸透した。この高りゃん茎１１をクリアランス（間隔）３ｍｍの絞りロールに通して余剰の黒顔料水溶液６１を除去した後に、１２０℃に１時間保持して乾燥し、黒色に着色した高りゃん茎１１を得た。黒色に着色した高りゃん茎１１を１７本ずつ互いに平行にかつ密接に配列し、茎端部を糸１４で結束して幅約３０ｃｍのシート状物１３を３枚作製した（図５及び図６）。次に３枚のシート状物１３と２枚のポプラのシート１６（厚さ２．０ｍｍ）の片面に、イソシアネート系化合物ＭＲ−２００（日本ポリウレタン工業社製）１００質量部と、炭酸カルシウム１００質量部と、ノニオン系界面活性剤２質量部と、可塑剤５質量部と、水５質量部とを配合した接着剤をゴムロールにより塗布した後、構成する高りゃん茎１１がシート状物１３毎に直交するように３枚のシート状物１３を重ね、かつ２枚のポプラのシート１６が両端に位置するように重ねて、５層からなる第１積層体２１を作製した。次いで図７に示すように、この第１積層体２１を厚さ１５ｍｍのスペーサ１７ｂ，１７ｂを設置した温度１５０℃に維持したホットプレス１７に入れ、第１積層体２１の両面を金属板１７ａ，１７ａで挾み、約２．０ＭＰａの圧力で２０分間熱圧成形して厚さ１５ｍｍの第１積層成形体３１を得た。
＜実施例１＞
図２〜図４に示すように、直径が６〜２０ｍｍであって長さを約３０ｃｍにカットした直線部分の高りゃん茎１１をクリアランス（間隔）５ｍｍの溝付きの圧縮ローラ１２，１２により圧縮し、茎１１の皮部１１ａに複数の細かい割れ目１１ｃを設けた（図３及び図４）。この高りゃん茎１１を着色剤として黒顔料『ＳＤ−９０２０』（ＤＩＣ社製）の２％水溶液６１に３ｋＰａの減圧下で１０分間浸漬した（図１１）。黒顔料水溶液は皮部１１ａは勿論、割れ目１１ｃを介して髄部１１ｂに浸透した。この高りゃん茎１１をクリアランス（間隔）３ｍｍの絞りロールに通して余剰の黒顔料水溶液６１を除去した後に、１２０℃に１時間保持して乾燥し、黒色に着色した高りゃん茎１１を得た。黒色に着色した高りゃん茎１１を１７本ずつ互いに平行にかつ密接に配列し、茎端部を糸１４で結束して幅約３０ｃｍのシート状物１３を３枚作製した（図５及び図６）。次に３枚のシート状物１３と２枚のポプラのシート１６（厚さ２．０ｍｍ）の片面に、イソシアネート系化合物ＭＲ−２００（日本ポリウレタン工業社製）１００質量部と、炭酸カルシウム１００質量部と、ノニオン系界面活性剤２質量部と、可塑剤５質量部と、水５質量部とを配合した接着剤をゴムロールにより塗布した後、構成する高りゃん茎１１がシート状物１３毎に直交するように３枚のシート状物１３を重ね、かつ２枚のポプラのシート１６が両端に位置するように重ねて、５層からなる第１積層体２１を作製した。次いで図７に示すように、この第１積層体２１を厚さ１５ｍｍのスペーサ１７ｂ，１７ｂを設置した温度１５０℃に維持したホットプレス１７に入れ、第１積層体２１の両面を金属板１７ａ，１７ａで挾み、約２．０ＭＰａの圧力で２０分間熱圧成形して厚さ１５ｍｍの第１積層成形体３１を得た。
上記第１積層成形体３１をその積層面に垂直にかつその構成要素である植物茎１１に平行に又は直交するように３ｍｍの幅でスライスして複数のスライス片１８を得た（図１０）。また基材１９として第１積層成形体を用い、この第１積層成形体からなる基材１９の両面に第２接着剤を塗布した。第２接着剤は第１接着剤と同一のものを用いた。次に第２接着剤が塗布された基材１９の両面に複数のスライス片１８をスライス面が接着面となるように配列して第１層３１を形成することにより第２積層体２２を得た（図１）。このときスライス面以外の面に第２接着剤を塗布し、これにより隣接するスライス片１８を互いに第２接着剤により接着した。更に第２積層体２２を、１１０℃の温度で圧縮プレスにより１．０ＭＰａの圧力をかけて熱圧成形した。これにより厚さ２１ｍｍの第２積層成形体からなる板状の積層材１０を得た。この積層材１０を実施例１とした。
＜実施例２＞
高りゃん茎を着色剤として赤染料『Sumifix Red B』（住友化学社製）の３％水溶液に常圧でで３０分間浸漬したこと以外は、実施例１と同様にして厚さ２１ｍｍの板状の積層材を作製した。この積層材を実施例２とした。
＜比較例１＞
実施例１の第１積層成形体を２枚用意し、一方の第１積層成形体に第１接着剤を塗布して２層に積層した後に、熱圧成形することにより、厚さ３０ｍｍの板状の積層材を得た。この積層材を比較例１とした。
高りゃん茎を着色剤として赤染料『Sumifix Red B』（住友化学社製）の３％水溶液に常圧でで３０分間浸漬したこと以外は、実施例１と同様にして厚さ２１ｍｍの板状の積層材を作製した。この積層材を実施例２とした。
＜比較例１＞
実施例１の第１積層成形体を２枚用意し、一方の第１積層成形体に第１接着剤を塗布して２層に積層した後に、熱圧成形することにより、厚さ３０ｍｍの板状の積層材を得た。この積層材を比較例１とした。
＜比較試験１及び評価＞
実施例１及び２の積層材と比較例１の積層材を室内に７日間放置した後、ＪＩＳ Ａ ５９０８に規定されたパーティクルボードの試験方法に準じて常態曲げ強さ、曲げヤング率、厚さ膨潤率等をそれぞれ測定した。その結果を表１に示す。
実施例１及び２の積層材と比較例１の積層材を室内に７日間放置した後、ＪＩＳ Ａ ５９０８に規定されたパーティクルボードの試験方法に準じて常態曲げ強さ、曲げヤング率、厚さ膨潤率等をそれぞれ測定した。その結果を表１に示す。
１０，８０，９０ 積層材
１１ 高りゃん茎（植物茎）
１３，７３ シート状物
１６ 薄いシート
１８ スライス片
１９，８９，９９ 基材
２１ 第１積層体
２２，８２，９２ 第２積層体
３１ 第１積層成形体
４１ 第１層
１１ 高りゃん茎（植物茎）
１３，７３ シート状物
１６ 薄いシート
１８ スライス片
１９，８９，９９ 基材
２１ 第１積層体
２２，８２，９２ 第２積層体
３１ 第１積層成形体
４１ 第１層
Claims (7)
- (a) 複数の植物茎(11)を互いに平行に配列してシート状物(13)を形成する工程と、
(b) 複数のシート状物(13)をシート状物を構成する植物茎(11)が互いに交差するように第１接着剤を介して積層して第１積層体(21)を形成する工程と、
(c) 前記第１積層体(21)を熱圧成形して板状の第１積層成形体(31)を形成する工程と、
(d) 前記第１積層成形体(31)をその積層面に垂直にかつその構成要素である植物茎(11)に平行に又は直交するように所定の幅でスライスして複数のスライス片(18)を得る工程と、
(e) 平面状の基材(19)の片面又は両面に第２接着剤を塗布する工程と、
(f) 前記第２接着剤が塗布された基材(19)の片面又は両面に前記複数のスライス片(18)をスライス面が接着面となるように配列しかつ互いに前記第２接着剤により接着して第１層(41)を形成する工程と、
(g) 前記工程(f)で前記基材(19)の片面又は両面に前記第１層(41)を積層して得られた第２積層体(22)を冷圧成形又は熱圧成形して板状の第２積層成形体からなる積層材(10)を形成する工程と
を含む積層材の製造方法。 - (a) 複数の植物茎を互いに平行に配列してシート状物を形成する工程と、
(b) 複数のシート状物をシート状物を構成する植物茎が互いに交差するように第１接着剤を介して積層して第１積層体を形成する工程と、
(c) 前記第１積層体を熱圧成形して板状の第１積層成形体を形成する工程と、
(d) 前記第１積層成形体をその積層面に垂直にかつその構成要素である植物茎に平行に又は直交するように所定の幅でスライスして複数のスライス片を得る工程と、
(e) 平面状の基材の片面又は両面に第２接着剤を塗布する工程と、
(f) 前記第２接着剤が塗布された基材の片面又は両面に前記複数のスライス片をスライス面が接着面となるように配列しかつ互いに前記第２接着剤により接着して第１層を形成する工程と、
(h) 平面状の第１層の表面に第３接着剤を塗布する工程と、
(i) 前記第３接着剤が塗布された第１層の表面に前記複数のスライス片をスライス面が接着面となりかつ前記第１層の配列方向と直交するように配列しかつ互いに前記第３接着剤により接着して第２層を形成する工程と、
(j) 前記工程(h)と前記工程(i)を１回ずつ行うか或いは２回以上繰返し行うことにより多重積層体を得る工程と、
(k) 前記多重積層体を冷圧成形又は熱圧成形して板状又は柱状の多重積層成形体からなる積層材を形成する工程と
を含む積層材の製造方法。 - 基材(19,99)が、第１積層成形体、単板、紙又は不織布である請求項１又は２記載の積層材の製造方法。
- 基材(89)が、第１積層成形体(31)をその積層面に垂直にかつその構成要素である植物茎(11)に平行に又は直交するように所定の幅でスライスして得られた複数のスライス片(18)をスライス面が露出するように配列して互いに接着された配列層である請求項１又は２記載の積層材の製造方法。
- 第２積層成形体又は多重積層成形体の表面にパテを塗り込んでサンドペーパーで磨き上げることにより前記表面を平滑化する工程と、この平滑化した第２積層成形体又は多重積層成形体の表面に透明又は半透明の第１色材又は光沢材を塗布し乾燥する工程とを更に含む請求項１又は２記載の積層材の製造方法。
- 複数のシート状物(13)を積層するときに、シート状物(13)とシート状物(13)の間に薄いシート(16)を介在させるか、或いは複数のシート状物(13)を積層して得られた積層物の一方の面又は双方の面に薄いシート(16)を重ねて第１積層体(21)を形成する請求項１又は２記載の積層材の製造方法。
- 複数の植物茎(11)を第２色材により着色した後、シート状物(13)を形成する請求項１又は２記載の積層材の製造方法。
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