JP5635262B2 - 木材複合材料を製造する方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、木材複合材料の生産に使用される屑(chaff)を製造する、請求項１のプレアンブルに定義される方法及び請求項１０のプレアンブルに定義される装置、並びに木材複合材料を製造する、請求項１６のプレアンブルに定義される方法に関する。

先行技術からは、プラスチック出発物質を融解して、任意の添加剤及び着色剤と混合して、並びに特定の外形のダイを通して押し出して、物を形成する、様々な押出法が知られている。ダイから出てくるとき、生成物はその最終形状であるか、又は最終形状に近い。ダイから、生成物は較正装置に導かれ、そこでは正確で最終的な寸法が与えられて、更には冷却器として機能する貯水器に導かれ得る。生成物は、生産ラインで所望の大きさへとのこ引きされる。出発物質は、ほとんどの場合、粒状又は粉末形状で押出機に供給される。
先行技術からはまた、様々な種類の木材−プラスチック複合材料及びその生産方法が知られている。押出法により生産される木材−プラスチック複合材料は、木材をベースとする構成成分、及び充填剤(filler)のような様々な種類の加工補助剤を、マトリックスプラスチックに添加することにより製造される。使用される木材をベースとする構成成分は、典型的にはおがくずであるが、ウッドチップ又は化学パルプ繊維でもよい。出発物質は、通常、押出に粒として供給される。それ故、プラスチック同様、木材をベースとする出発物質も、まず初めに別のプロセスで粒状に押し出されなければならない。追加の処理は生産費用を増大させる。しかしながら、そのような出発物質成分を押出機に供給し、それらを生成物にすることが可能である。これには、不均質で低比重な出発物質にもかかわらず、確実に安定供給するために、様々な種類の強制供給装置を使用することが必要とされる。その方法はダイレクトフィードと呼ばれる。

マトリックスに添加される木材をベースとする構成成分により、外形を強化することを望むとき、繊維の長さ及び添加される構成成分の形状が考慮されなければならない。木材−プラスチック複合材料中に使用されるおがくずは、その大きさ及び形状から、実際に生成物を強化するのではなく、むしろプラスチックマトリックス中で充填剤として機能するだけである。
通常、おがくず又はウッドチップは、実処理の前に乾燥させることが必要とされる。なぜなら、充填物(filler)中の含水量が高いと、製造品の質を悪化させるからである。処理中に気化する水蒸気は、外形に気泡を作り、これは製品の機械的性質だけでなくその外見にも影響を与える。乾燥は、追加的な処理として行われ、追加的な費用がかかるだけでなく、爆発の危険性もあるため、望まれていない工程である。
先行技術からはまた、粒状にされた木材廃棄物、及び再生利用プラスチックに由来する木材複合材料の製造が知られている。米国4874095号公報からはまた、紙及び熱可塑性物質に由来する木材複合材料の製造が、並びに米国20020034629号及び米国3718536号公報からはまた、木材及びプラスチックをベースとする物質に由来する木材複合材料の製造が知られている。

（本発明の目的）
本発明の目的は、上述された欠点を取り除くことである。本発明の特定な一目的は、木材複合材料の生産に必要とされる廃棄屑を製造して、更に、木材複合材料を製造する、新しい種類の方法及び装置を開示することである。本発明の別の目的は、接着積層廃棄物を処理する、新規な方法及び機器(apparatus)を開示することである。

（発明の概要）
本発明に従う方法及び装置は、本請求項に記載されていることにより特徴付けられる。
本発明は、木材複合材料の生産のための屑を製造する方法に基づく。本発明に従えば、接着材料、グルー(glue)及び剥離材料を含む接着積層廃棄物は、複数の工程で屑にされて、本方法中でグルーの接着性は消去(kill)される。
本発明はまた、屑を製造する装置に基づく。本発明に従えば、装置は、接着材料、グルー及び剥離材料を含有する接着積層廃棄物を切断するための、少なくとも二つの粉砕機を含み、機器は粉砕機の温度を調整するための熱調整手段を含む。
更に、本発明は、上述の屑から木材複合材料を製造する方法に基づく。本方法では、所定の添加剤が屑と混合されて、屑は木材複合材料にされる。本方法では、好ましくは、出発物質を事前造粒することなしに、木材複合材料が製造される。一態様では、木材複合材料生成物は、屑から押し出される。これとは別に、木材複合材料生成物は、例えば、ダイカスト、プレートプレス又は同じような方法により形成されてもよい。一態様では、予成形された生成物は冷却される。

本発明の一態様では、接着積層廃棄物は、グルー層(glue layer)が配置されている接着材料から形成され、そしてグルー層を保護するシートとして機能するように、グルー層の上には、剥離材料が適用されている。剥離材料は適用部位で容易に剥離することができる。好ましい一態様では、接着材料及び／又は剥離材料は、木質繊維をベースとする成分及び／又はプラスチック若しくはポリマーをベースとする成分又は他の有機の成分を含む。一態様では、接着材料及び／又は剥離材料は、木質繊維をベースとする紙又は板紙等である。一態様では、木質繊維をベースとする紙又は板紙等は、プラスチック若しくはポリマーをベースとする物質を含むか、又はプラスチック若しくはポリマーをベースとする物質で処理される。一態様では、接着材料及び／又は剥離材料は、実質的にプラスチック又はポリマーをベースとする物質から形成されてもよい。一態様では、剥離材料はシリコーンをベースとする成分を含む。好ましくは、剥離材料はシリコーン処理される。
一態様では、グルーは、分散系グルー、ホットメルトグルー又はその混合物からなる群から選択される。

本発明の一態様では、接着積層廃棄物は、二つの工程及び二つの粉砕機で切断されて、所望の屑サイズにされる。一態様では、接着積層廃棄物は、最初に予粉砕機で、その後、細粉砕機で切断される。好ましい一態様では、予粉砕工程後の屑サイズは、３０〜１００ｍｍである。好ましい一態様では、細粉砕工程後の屑サイズは、１〜１０ｍｍである。
本発明の一態様では、接着積層廃棄物中に含有されるグルーの接着性は、１よりも多い工程で徐々に廃棄物を粉砕して屑にすることにより、及び切断中に温度を十分低く保つことにより、複数の工程での切断を通して中和される。
本発明の一態様では、形成される屑の温度は、それぞれの粉砕工程の出口において６０℃未満(less than)であり、好ましくは、５０℃未満である。
本発明の一態様では、接着積層廃棄屑は、切断と実質的に連動して、好ましくは、細粉砕工程と連動して、選別されて所望の屑サイズクラスにされる。好ましくは、細粉砕装置は、所望のサイズクラスのスクリーンを含む。

本発明の一態様では、未使用又は再生利用でもよい、追加のプラスチックが、接着積層屑に添加される。一態様では、追加のプラスチックは、木材複合材料を生産する前、例えば、押出前、例えば、混合及び混合装置と連動して添加される。一態様では、追加のプラスチックは、廃棄物と共に一つの流れ(flow)としてか、又は別の流れとして、例えば、生産と実質的に連動して、例えば、押出と連動して、添加される。
一態様では、添加剤が、木材複合材料の生産前又は生産と連動して、例えば、押出前及び又は押出と連動して屑に添加される。一態様では、接着積層廃棄物及び添加剤が、及び別の一態様では、追加のプラスチックもまた、木材複合材料を生産する前に、混合装置で混合され得て、好ましくは、均一混合物にされる。
一態様では、添加剤には、接着積層屑とポリマー／プラスチックとの接着を向上させるためにカップリング剤、例えばＭＡＰＰ（無水マレイン酸誘導体）が、表面を滑らかにするため、及び剛性を付与するためにタルクが、着色剤が、スリップ剤が、防カビ剤が、難燃剤が、及び／又は紫外線安定剤が使用されてもよい。
好ましくは、添加剤及び／又は追加のプラスチックは、接着積層廃棄物の量又はその中に含有されるプラスチックの量に関連する、所定の量で添加される。供給されるべき添加剤及び／又は追加のプラスチックの量は、投与装置によって調整される。
本発明の一態様では、屑は、添加剤を添加する前に、均一化される。

一態様では、押出機の初めの温度は、１８０℃を超えるよう調整され、別の一態様では、２００℃を超えるよう調整され、また、好ましい一態様では、２００〜２４０℃に調整される。好ましくは、押出機の温度プロファイルは、鋭く下降するよう調整される。
それ自体知られている押出装置はどれでも、例えば、二軸スクリュー押出機は、本発明と併せて使用されてもよい。好ましくは、生成物は、押出と連動して成形される。
一態様では、機器は、様々な装置内に若しくは装置間で供給物質及び／又は屑を運ぶために、又は機器の外に生成物を運ぶために、少なくとも一つのコンベヤー、例えば、ベルトコンベヤーを含む。

好ましくは、接着積層廃棄物中に含有されるグルーの接着性は、１よりも多い工程／粉砕機で、好ましくは、予粉砕機及び細粉砕機で、徐々に廃棄物を粉砕して屑にすることにより、及び粉砕中に温度を十分低く、好ましくは６０℃未満(below)、より好ましくは５０℃未満に保つことにより、複数の工程での事前処理を通して中和、すなわち消去される。事前処理では、グルーの接着性は消去されるが、押出プロセス中に剥離されるグルー粒子はスリップ剤として利用される。経済的な生産率を達成するためには、スリップ剤を、補助剤として従来の木材−プラスチック複合材料に添加しなければならないが、これにより生産費用が増大する、ということが一般に知られている。接着積層廃棄物が出発物質として使用されるとき、別のスリップ剤は必ずしも必要でない。接着積層物は、様々な種類の分散系グルー及びホットメルトグルー、並びにシリコーンを含み、それらは再処理中で溶けるとスリップ剤として機能する。

本発明に従う方法及び装置は、様々な種類の接着積層廃棄物質を処理し、屑を生産し、かつ木材複合材料を製造するのに適している。
本発明に従う方法及び機器は、複雑なグルー含有接着積層廃棄物の処分と、利用可能な産物の生産を同時に行い得る。
本発明に従う方法及び機器は非常に単純であり、投資及び処理費用を削減する。
本発明に従う、屑及び木材複合材料の生産は極めて環境にやさしい方法であり、持続的発展の理念を進展させる。本発明は、それ自体が再生利用材料であり、再生利用材料として利用され得る物を提供する。これはまた、常日頃からより厳しい、環境規準を満たしてもいる。

（発明の詳細な説明）
以下の項で、本発明は、詳細な例示的態様を用いて、添付のフローチャート１を参照して、説明する。フローチャート１は、木材複合材料を製造する機器(apparatus)と結合されるような、本発明に従う一装置(device)を示す。

接着積層廃棄物から木材複合パティオボードを製造する機器を示す。

本発明に従う装置は、接着積層廃棄物を予粉砕機１に運ぶための、供給装置、これに関連するベルトコンベヤー９を含む。予粉砕機１では、接着積層廃棄物を切って３０〜１００ｍｍの範囲にある屑サイズとする。予粉砕機から出てくるときの、屑の出口温度は、約４０〜６０℃である。更に、装置は少なくとも一つの細粉砕機２を含み、この中に、コンベヤーによって、予粉砕機１から屑を導入する。細粉砕機では、屑を切って２〜８ｍｍの範囲にあるより小さな屑サイズとする。所望の水準に、どんなものでも８ｍｍより小さいように粒径を規定するため、細粉砕機２と併せてスクリーンが配置されている。いくつかの、隣接して配置される細粉砕機があってもよい。細粉砕機の刃の隙間(blade clearance)は０．１５〜０．２５ｍｍに調整される。細粉砕機から出てくるときの、屑の出口温度は、特に何も制限がなければ、８０℃まで上昇させてもよい。細粉砕機を、水または空気のどちらかで冷却してもよい。好ましくは、細粉砕機後の屑の温度を５０℃未満に制限する。

スクリーン間隙の大きさ及び種類を、製造しようとする屑及び木材複合材料に基づいて選択する。試験から、直径と間隙の深さの比が、好ましくは１：１であり、かつ間隙の表面積と間隙を除いたスクリーンの表面積の比が、好ましくは４５〜６０％であることは、選別を乱されずに遂行するのに非常に重要である、ということが示されている。
好ましくは、粉砕機、粉砕機の効率比及び屑サイズを、屑の生産の中で調整する。もし予粉砕機中のスクリーン間隙が大きすぎれば、予粉砕機は、細粉砕機に比べて十分に機能しないだろう。それに応じて、もし予粉砕機中のスクリーン間隙が小さすぎれば、予粉砕機は機能しすぎるだろう。粉砕機を、それ自体の生産に由来する廃棄物で、きれいな木材で、及び／又はタルクで掃除し得る。

図１に従う機器は、特定の用途に応じた、所望の又は特定の粒径を集めるための分類機８を含む。
機器はまた、屑を均一化するための均一化タンク３を含む。所望の及び所定の添加剤並びに追加のプラスチックを、混合装置４で屑と混合する。この中には、コンベヤーにより、均一化タンク３から均一化された屑が導かれている。

図１で表される機器は、二軸スクリュー押出装置５を含み、この中に、混合装置４から屑混合物を導入する。成形装置６、及び成形した生成物を冷却するための冷却装置７を、押出機５に連結して配置する。この機器では、水を用いて冷却を実現する。押出機の第一末端(first end)での最初の温度を、２００〜２４０℃に調整する。これは、比較的硬い追加のプラスチックの使用を許容する。押出機の温度プロファイルが鋭くなるよう、最初は高い温度で、かつ押出機のダイではできるだけ低い温度になるよう調整した。成形した生成物の出口温度は、生成速度及び冷却水の温度に依存する。好ましくは、押出機での出口温度をできるだけ低くなるよう調整すると、木材複合生成物は最も硬い状態で機器から現出し得るだろう。冷却器の終端では、生成物の温度を低くすべきである。それにより、生成物は、冷却中に後収縮による変形をしないだろう。

図１に従う機器は、１００〜２０００ｋｇ／時間の速度、好ましくは５００〜１５００ｋｇ／時間の速度での、接着積層廃棄物の処理を可能にする。
廃棄物を複数の工程で徐々に粉砕することにより、及び粉砕中に温度を制限することにより、接着積層廃棄物中のグルーの接着性を消去し得る。これにより、木材複合材料の良好な生産が保証され、容易にかつ処理が中断することなく、所望の生成物が提供されるだろう。

要約すると、本試験によれば、本発明に従う方法及び機器を使用することで、接着積層廃棄物質から屑を容易に提供して、それに応じて、屑から木材複合生成物を容易に提供した、ということが示された。
本発明に従う方法及び装置は、接着積層廃棄物に由来する様々な種類の木材複合材料の生産に使用される屑を製造する、様々な態様において適している。
本発明の態様は、上述の実施例に制限されるものではなく、むしろ、本請求項の範囲内で多くの変形が可能である。

Claims (16)

1. 屑を製造する方法であって、接着材料、グルー及び剥離材料を含む接着積層廃棄物が、複数の粉砕工程で屑にされ、前記グルーの接着性が、形成された屑の温度が各工程の出口において６０℃以下になるように、粉砕中に温度を十分低く保つことにより中和されることを特徴とする方法。
2. 前記接着積層廃棄物が、予粉砕工程で、切断されて所望の屑サイズにされることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 前記予粉砕工程後の前記屑サイズが、３０〜１００ｍｍであることを特徴とする、請求項２に記載の方法。
4. 前記接着積層廃棄物が、細粉砕工程で、切断されて所望の屑サイズにされることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
5. 前記細粉砕工程後の前記屑サイズが、１〜１０ｍｍであることを特徴とする、請求項４に記載の方法。
6. 形成された前記屑の温度が、各工程の出口において５０℃未満であることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
7. 前記接着積層廃棄物が、前記切断と連動して、選別されて所望の屑サイズクラスにされることを特徴とする、請求項２〜５のいずれか１項に記載の方法。
8. 屑を製造する装置であって、接着材料、グルー及び剥離材料を含有する接着積層廃棄物（９）を切断する、少なくとも二つの粉砕機（１、２）と、粉砕機において形成された屑の温度を各工程の出口において６０℃以下とするための熱調整手段とを含むことを特徴とする装置。
9. 前記接着積層廃棄物（９）を切断する予粉砕機（１）を含むことを特徴とする、請求項８に記載の装置。
10. 予粉砕機（１）からの前記屑を切断する細粉砕機（２）を含むことを特徴とする、請求項８又は９に記載の装置。
11. 粉砕機（１、２）と関連して、前記屑を選別して所望の屑サイズクラスにする、スクリーンを含むことを特徴とする、請求項８〜１０のいずれか１項に記載の装置。
12. 所定の添加剤と前記屑を混合する混合装置（４）と、前記屑の木材複合材料を形成する押出機（５）と、予成形された生成物を冷却する冷却装置（７）とを含む機器と結合されていることを特徴とする、請求項８〜１１のいずれか１項に記載の装置。
13. 前記機器が、追加のプラスチックを供給する供給装置を含むことを特徴とする、請求項１２に記載の装置。
14. 木材複合材料を製造する方法であって、請求項１〜７のいずれか１項記載の方法に従い接着積層廃棄物が屑にされ、所定の添加剤が前記屑と混合され、前記屑が木材複合材料生成物にされることを特徴とする方法。
15. 前記木材複合材料生成物が、前記屑から押し出され、ダイカストされ、及び／又はプレートプレスされることを特徴とする、請求項１４に記載の方法。
16. 追加のプラスチックが、接着積層廃棄屑に添加されることを特徴とする、請求項１４又は１５に記載の方法。

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