JP5736582B2

JP5736582B2 - 抜け節の防止方法ならびにその木質材料

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Publication number: JP5736582B2
Application number: JP2010240144A
Authority: JP
Inventors: 白川　真也; 真也白川; 靖平林; 直之古田
Original assignee: Hokkaido Research Organization
Current assignee: Hokkaido Research Organization
Priority date: 2010-10-07
Filing date: 2010-10-07
Publication date: 2015-06-17
Anticipated expiration: 2030-10-07
Also published as: JP2012081720A

Description

本発明は、合板や単板等の木質材料の抜け節防止に関するものである。

合板の原材料は広葉樹から針葉樹へと転換が進んでいるが、カラマツ、トドマツ、スギ等の針葉樹は節が多く、単板の抜け節が合板の生産効率や製品性能を低下する原因となっている。

ベニヤレースで切削した直後の生単板では、弾性に富み、節の脱落は少ない。しかし、乾燥による含水率の低下により、木材の特徴である収縮異方性のため、単板は大きく変形し、抜け節が生じる。乾燥に伴う木材の収縮率が、接線方向＞半径方向＞軸方向の順に比率として１０：５：１と異なるためである。すなわち、単板とその節では収縮方向が異なることから、乾燥により節周辺に節の直径の１０％程度の隙間が開くことになる。その結果、トドマツの板厚１．５ｍｍの単板では、含水率が３０％以下になると死節の約１０％が、含水率５％以下になると約４０％が脱落することとなる。

節が抜け落ちた単板を用いて合板を製造した場合、構造用合板においては大きな支障はないものの、台板合板においては表板を貼った後も抜け節部分が凹みとなり、型枠用合板においては節部分がコンクリート面の凸となり、内装用合板においては節穴が美観上好ましくないなどの課題がある。

抜け節が容認できない場合、従来、人手で節を填め戻したり、落ちた節が照合できない場合はパテや栓を埋め込んだりしている。単板の生産性向上に向けては、作業性や効率性に優れた抜け節の防止技術が望まれている。

抜け節の防止方法としては、乾燥前に節をテープで裏止めする方法(例えば、非特許文献１を参照)、生単板に熱硬化性あるいは熱可塑性樹脂と繊維状材料とを混合して塗布する方法（例えば、特許文献１を参照）などがある。しかし、各々手間がかかる、樹脂の硬化に時間を要するなど生産性に課題がある。また、合板の表面性状の改善方法としては、ポリエチレン、ポリエステル、ホットメルト樹脂等の熱溶融樹脂で固定する方法（例えば、特許文献２、３を参照）、合板と木質繊維板をホットメルト樹脂接着剤で接着することにより表面を平滑にする方法（例えば、特許文献４を参照）などがある。これらは欠点の隠蔽や表面の平滑化を目的としたもので、的確に抜け節を防止する強固な固着等を形成するものではなく、さらに木目を全般的に覆ってしまうため、針葉樹としての優れた特徴が失われるものである。

また単板は、ローラーで挟み込みながら圧締乾燥する。このため、抜け節を防止する樹脂が粘着性を残したままドライヤーで乾燥すると、ローラーに樹脂が付着し、いわゆる転着が起こる。改善技術として、湿気硬化型ホットメルト接着剤（例えば、特許文献５参照）で抑える方法もあるが、針葉樹の生単板のように高含水率の材料には接着性が悪く、改善できていない。

一方、金属板やプラスチック板を材料とした加工方法では、二段硬化型樹脂を用いて一次的に固着した後、強固な接着を形成させる方法が知られる（例えば、特許文献６，７を参照）。しかし、これらの方法は親水性が低いものを対象としており、高含水率の単板に塗布しても、均一で強固な膜が形成されず、また、乾燥により膜が破損するなど、木材の特性に適した樹脂が必要となっている。

特願２００７―３３７２２６特願２００８―１８１５４４特願２０００−２８６３９９特願２００７―１０１８１３特開２００５−７５８７７特開平５−３９４３７特開平６−８３０５０

林産試験場報、４６４号（３月）、１９９４、田口崇、新岡輝一、安藤康光

従来技術あるいは樹脂では単板の乾燥過程での抜け節防止が適わず、また、節の脱落防止のために塗布した接着剤の樹脂だれによるローラーへの転着や、単板同士が接着する単板の共付きなどが避けられない。

本発明は、高含水率の単板、合板、粉砕成型物、木材、木質材料、ササ・竹、植物繊維、節など、乾燥により収縮する木質系材料に、所定のＵＶ硬化樹脂と加熱する事により
発泡して延伸する膨張性樹脂との混合樹脂を塗布して一次硬化膜を形成し、乾燥過程でその塗膜が発泡して延伸、膨張し、木材の収縮に伴う節の脱落又は剥離を防止するものである。

単板、合板、粉砕成型物、木材など、乾燥により収縮する木質系材料に所定のＵＶ硬化樹脂と加熱する事により発泡して延伸する膨張性樹脂との混合樹脂を噴霧等により塗布し、紫外線（ＵＶ）を照射して一次硬化膜を形成し、節を固着する。その後の乾燥による収縮に対して、樹脂の単板、合板、粉砕成型物、木材など、乾燥により収縮する木質系材料に対するアンカー効果、ファンデルワールス力、樹脂同士の凝集力により、抜け節を保持したまま塗膜として加熱し、発泡して延伸し、膨張して脱落又は剥離を抑えるものである。

一次硬化膜は、合板を製造する際の単板の積層に障害とならない膜厚で、表面は粘着性の少ないことが必要である。すなわち、塗膜を維持しながら節の脱落を防止するためには、ＵＶ照射により速やかに一次的に硬化する樹脂が良好である。そして、高含水率の単板に良好なぬれ性を持ち、塗布量１０から５００ｇ／ｍ^２で膜厚０．０１から０．５ｍｍを形成するものが良好である。なお、硬化膜が粘着性を持つと、転着や付着が起こることから、塗膜の表面の粘着性は速やかに低下するものが良好である。

節は乾燥により生単板に対して直径で約１０％、表面積で約１５％収縮する。なお、単板や木材も全体的に収縮するため、乾燥過程で発泡して延伸する塗膜としては乾燥前の５％以上、すなわち常温で幅１０ｍｍ、厚さ約１ｍｍ、長さ３０ｍｍの樹脂に引張り力を加えて破断したときの最大伸長率が１．０５倍以上に膨張するものが望ましく、１．１から１．７倍が良好である。すなわち、一次硬化膜に混入された膨張性樹脂が加熱による単板の変形に対して発泡して延伸し、節の全体あるいは一部を覆ったまま塗膜を膨張させ、また間隙を埋め込むように拡がり、そのアンカー効果等により節の脱落を防止するものである。

一次硬化膜は、ＵＶ照射後は１００から２００℃で溶融性のないことが望ましい。

一次硬化膜を形成する樹脂と、１００から２００℃で発泡して延伸する膨張性樹脂は相和性を持ち、親水性のものが望ましい。混合性が悪いと均一な膜を形成できないことになるが、エマルジョンのような混合形態、界面活性剤を添加した溶解形態も良好である。そして、乾燥過程の高温ならびに放冷後の常温など温度変化に対して安定に膜あるいは塗膜を維持するものが良好である。

ＵＶ硬化樹脂と加熱する事により発泡して延伸する膨張性樹脂の混合比は、混合樹脂の柔軟性からＵＶ硬化樹脂は重量比で７５％以下が望ましい（表１）。ＵＶ硬化樹脂の単独では、膜が硬く、乾燥による収縮に対応できずに膜が破損し、その結果、節が脱落する。冷却後も破損なく、保持するには、柔軟性の指標であるブリネル硬さが常温で０．１２Ｎ／ｍｍ^２以下の混合樹脂であることが望ましい。

ＵＶ照射後も硬化膜の表層に粘着性が残ると転着の原因になることから、ローラーへの転着が起こらない膨張性樹脂の重量比で７５％以下が望ましい（表１）。一方、膨張性が低すぎると、乾燥後も節穴を樹脂で全体あるいは一部を覆い続けることができない。乾燥過程で５％以上収縮することから、常温で幅１０ｍｍ、厚さ約１ｍｍ、長さ３０ｍｍの樹脂に引張り力を加えて破断したときの最大伸長率が１．０５倍以上である膨張性樹脂３３％以上が望ましい。従って、ＵＶ硬化樹脂と加熱する事により発泡して延伸する膨張性樹脂の混合比は、重量比で２５：７５から６７：３３の範囲内が望ましく、３３：６７から５０：５０が良好である。

※ブリネル硬さＨ_B：常温下で直径１０ｍｍの鋼球が０．３２ｍｍ押し込まれたときの圧縮荷重
※硬化膜の柔軟性：○：柔軟で抜け節防止効果が高い、×：効果が認められない
※ろ紙への付着：ＵＶを照射後、樹脂表面へろ紙を密着させたときの樹脂の付着状況
※表面性状：ドライヤー乾燥時の転着の有無、○：なし、×：あり
※膨張率：常温で幅１０ｍｍ、厚さ約１ｍｍ、長さ３０ｍｍの樹脂に引張り力を加えて破断したときの最大伸長率

一次硬化膜を形成するＵＶ硬化樹脂には、常温でＵＶ照射により瞬時に硬化し、表面の粘着性が速やかに低下するアクリルレートあるいは不飽和ポリエステルを主成分としたラジカル重合型樹脂等、エポキシ、オキセタンあるいはビニルエーテルを主成分としたカチオン重合型の光硬化樹脂等が良好である。

発泡して延伸する膨張性樹脂には、常温で表面の粘着性が少なく、１００から２００℃で発泡性、延伸性を持つポリウレタン、ポリスチレン、ポリオレフィン、ポリ塩化ビニル、シリコーンやポリイミド等を主成分とするものが良好で、発泡性、延伸性、膜強度を向上させるために発泡剤や熱硬化剤等の添加も良好である。

塗布は、樹脂の種類や粘度、節の形状や大きさ、単板や木材など被着材の材質や表面性状によって、ハケ、ブラシ、ハンドローラ、スプレーガン、スプレッダなどを使用する。

塗布量は、樹脂の種類や粘度、被着材の材質や表面の性状に応じて調整することとなるが、厚く塗布すると単板の積層の際に凸となって間隙を生じやすく、樹脂のしみ出しの原因になる。一方、少なすぎると固着力が弱く、脱落が防止できないこととなる。ついては、塗布量が単位ｍ^２あたり１０から５００ｇが望ましく、８０から４００ｇが良好で、塗膜厚として０．０１から０．５ｍｍが望ましく、０．０８から０．４ｍｍが良好である。

ＵＶ照射には、一次硬化膜を形成するまでは、熱による変形を抑えるために灯具にシャッター機能やコールドミラーなどを組み込んだコンベア一体型の照射装置等が良好である。ランプは、ランプ寿命が長く、硬化に有効な波長域３００〜４００ｎｍの高圧水銀灯やメタルハライドランプ等、特に透過性の高い長波長３６５ｎｍの発光量が多い後者が良好である。そして、樹脂のブリネル硬さ、表面の接着性等が所定値となるように、紫外線量、照射幅等の照射条件により調整する。

木材や木質材料等の乾燥とは、日常的な湿度、温度等で曲げや収縮のない状態にするもので、含水率１５％以下が安定である。そのため、木材や木質材料を風に曝したり、６０℃以上に加熱、加温するもので、生産性から温度１００℃以上で行うのが一般的である。なお、高温ほど木材や樹脂の劣化が起こることから、塗布する樹脂は塗布時には適正なぬれ性を持ち被着し、１００から２００℃の加熱により膨張するものが望ましい。

樹脂を塗布する被着材としては、単板、合板、粉砕成型物、木材、木質材料、ササ・竹、植物繊維、節など、乾燥により収縮する木質系材料であればいずれも良好で、割れや剥離、脱落等を防止できる。

当該発明は、ＵＶ照射により表面の粘着性の少ない硬化膜を形成し、１００から２００℃でその硬化膜が膨張し、樹脂の木質材料に対するアンカー効果、ファンデルワールス力、接着剤同士の凝集力により、節穴の全体あるいは一部を覆い続けて、節等の脱落を防止するもので、所定のＵＶ硬化樹脂と加熱する事により発泡して延伸する膨張性樹脂との混合樹脂を、適正に塗布するものである。

以下、実施例にて効果を示すが、発明を限定するものではない。

厚さ１.５ｍｍのトドマツ生単板を用い、一次硬化膜を形成するＵＶ硬化樹脂と膨張するウレタン樹脂とを、６７：３３、５０：５０、３３：６７の重量比で混合した。混合樹脂は、平均直径４ｃｍの節（面積１２．５ｃｍ^２）に対して、固形分５０％の樹脂を０．１から０．５ｇ（単位ｍ^２あたり８０から４００ｇに相当）塗布し、日本電池(株)製ＧＳミニコンベア型紫外線照射装置（ＡＳＥ―２０）でＵＶを照射した。ランプの出力は８０Ｗ/ｃｍ、コンベアの送り速度は５ｍ/分とした。そして、単板は有効長８ｍの単板乾燥機（ベニヤドライヤー：(株)太平製作所製）で、温度１２０℃、風速３ｍ／秒、送り時間２分（４ｍ／分）で全乾となるまで繰り返し通して乾燥した。その結果、３条件ともに、膜の膨張性、厚さは良好で、転着やバラツキもなく、節の脱落率は０％であった（表２）。

比較例

（比較例１）
厚さ１.５ｍｍのトドマツ生単板を前述の単板乾燥機を用いて、全乾まで繰り返し乾燥した。その結果、節の脱落率は約４０％であった。

※生産性：○：硬化時間が短い、×:長い
※転着の有無：硬化時間を３０分間とし、１２０℃で乾燥過程の転着度合い
※膨張性：○：１.０５倍以上の膨張、×：１.０５倍未満

（比較例２、３）
厚さ１.５ｍｍのトドマツ生単板を用い、溶剤系ＵＶ塗料（エポキシアクリレート系）と水系ＵＶ塗料をハケで節当たり０.１から０.２ｇを塗布した。同様にＵＶ照射を行いコンベアの送り速度を１〜１０ｍ／分とした。その後、単板は単板乾燥機で、温度１２０℃、風速３ｍ／秒、送り時間２分で乾燥した。溶剤系ＵＶ塗料は、ＵＶ照射により速やかに硬化したが、乾燥過程で節の周辺の膜が破損し、抜け節防止は見られなかった（表３）。また、水系ＵＶ塗料では溶剤を揮発させるために３０分以上を要して生産性が悪く、ＵＶ照射後も柔軟な塗膜が得られず、ＵＶ硬化樹脂単独では抜け節の防止効果は少なかった。

ａ：ＵＶ照射に際し、溶媒の除去に３０分以上要する。
※生単板に対する接着力：接着力が低いと、転着・共付きの原因となる
※生産性：○：硬化時間が短い、△：許容範囲、×:長い
※膜形成：十分な硬化時間を設けた場合の膜の性状：○:良好、×：不良
※転着の有無：硬化時間を３０分間として、乾燥過程の転着度合い
※膨張性：○：１.０５倍以上の膨張、×：１.０５倍未満
―：評価の対象外（転着が激しく測定不能）

（比較例４、５）
加熱により溶融し、その後の冷却によって接着力を生じるホットメルト樹脂として、ポリアミド樹脂系のホットメルト接着剤（溶融点１９０℃）と、湿気硬化型ウレタン樹脂系の反応型ホットメルト接着剤（溶融点１１０℃、反応後は難溶）を用いて、生単板に塗布した後、前述のように乾燥して抜け節の防止効果を調べた。共に生単板に対するぬれ性が低く接着力が弱いため、樹脂が乾燥過程でローラーに付着し、単板への転着が起こり、脱落率も低減できなかった。常温でも塗膜は形成するものの、膨張性のあるホットメルト樹脂の単独では、高温で軟化するため、節を保持したまま節穴を覆い続けることができず、脱落も抑制できなかった。

（比較例６、７）
膨張性のある２種類のウレタン樹脂を単独で塗布し、３０分放置後に抜け節の防止効果を調べた。２液性のウレタン樹脂系接着剤は硬化時間が比較的短いものの、３０分間ではドライヤーを通過した際にローラーへの付着が見られ、脱落率が数％見られた。また、湿気硬化型１液性ウレタン樹脂系接着剤は、硬化に一昼夜を要し、生産性が極めて悪かった。発泡性、延伸性のある樹脂の単独では、効率的に、生単板から乾燥まで、節穴の全体あるいは一部を覆い続けることができず、抜け節防止効果は少なかった。

当該発明による抜け節の防止技術は、付加価値の高い型枠用合板やフローリング、壁材、家具材料などの内装用建材に針葉樹材を利用促進することから、木材産業の活性化に寄与するものである。

乾燥による節の収縮の概略図である。節に樹脂を塗布した図である。塗布した樹脂が膨張し、抜け節を覆った概略図である。

１・・・単板
２・・・節
３・・・節穴
４・・・塗膜を形成した樹脂
５・・・膨張した樹脂

Claims

ＵＶ硬化樹脂と加熱する事により発泡して延伸する膨張性樹脂とをＵＶ硬化樹脂２５重量％：膨張性樹脂７５重量％の比率からＵＶ硬化樹脂６７重量％：膨張性樹脂３３重量％の範囲内の比率で混合し、混合された樹脂を乾燥により収縮する木質系材料に塗布して、塗膜を形成し、前記塗膜をＵＶの照射と１００から２００℃に加熱して膨張させることを特徴とする、節の脱落又は剥離を防止する方法。
混合された樹脂は、常温で幅１０ｍｍ、厚さ約１ｍｍ、長さ３０ｍｍの樹脂に引張り力を加えて破断したときの最大伸長率１．０５倍以上を選ぶことを特徴とする請求項１に記載した節の脱落又は剥離を防止する方法。
混合された樹脂は、１０から５００ｇ／ｍ ^２塗布することを特徴とする請求項１に記載した節の脱落又は剥離を防止する方法。
混合された樹脂のブリネル硬さは、０．１２Ｎ／ｍｍ ^２以下を特徴とする請求項１に記載した節の脱落又は剥離を防止する方法。
木質系材料は単板、合板、粉砕成型物、木材から選ばれ、請求項１〜４のうちの何れかに記載した節の脱落又は剥離を防止する方法により製造したことを特徴とする木質材料。