JP6266045B2 - ポリ乳酸と木繊維を用いた環境にやさしいボードの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、環境にやさしいボードの製造方法に関するものであり、より詳しくは、ポリ乳酸、架橋剤および／または架橋助剤を含む組成物を用いて一定の条件で架橋されたポリ乳酸樹脂と木繊維を用いた環境にやさしいボードの製造方法に関する。

既存のＭＤＦ（Ｍｅｄｉｕｍ Ｄｅｎｓｉｔｙ Ｆｉｂｅｒｂｏａｒｄ）およびＨＤＦ（Ｈｉｇｈ Ｄｅｎｓｉｔｙ Ｆｉｂｅｒｂｏａｒｄ）は、木質材料を高温で解繊して得られる木繊維（ｗｏｏｄ ｆｉｂｅｒ）に接着剤を塗布して成形、熱圧を通じて製造される木質板状製品であり、複雑な機械加工等が可能なため室内建築の仕上げ用や家具の全分野に亘って広く使用されている。これと関連する技術は、韓国特許公開公報第１０−２０００−００７２１４号のような文献に開示されている。

しかし、前記繊維板の製造に使用される接着剤は、主に尿素（ｕｒｅａ）−ホルムアルデヒド樹脂またはメラミン（ｍｅｌａｍｉｎｅ）−尿素−ホルムアルデヒド樹脂であって接着力に優れ、安価であるが、硬化後にも、目、鼻、皮膚を刺激するだけでなく、アトピー、気管支喘息を誘発し得、長期間吸い込み続けると癌を誘発し得るホルムアルデヒドを徐々に放出する。そして、メラミンは過量摂取すると、腎臓結石による死亡にまで至り得る。また、化石資源を原料に製造されたメラミン、尿素、ホルムアルデヒド等は、化石資源の枯渇によって持続的な価格上昇をもたらすだけでなく、製造過程で多くのエネルギーを消耗すると同時に、大量の温室ガスを放出し、焼却方式で廃棄すると、環境ホルモン、有毒ガス等、人体に有害な物質を多く放出する。

ＰＬＡ（Ｐｏｌｙｌａｃｔｉｃ Ａｃｉｄ ｏｒ Ｐｏｌｙｌａｃｔｉｄｅ）は、再生可能な植物資源（トウモロコシ、ジャガイモ、サツマイモ等）から抽出したでん粉を発酵させて得た乳酸（Ｌａｃｔｉｃ Ａｃｉｄ）を重合させて製造した樹脂であり、ＣＯ₂が低減されるだけでなく、非再生エネルギー（ｎｏｎ ｒｅｎｅｗａｂｌｅ ｅｎｅｒｇｙ）を節減できる環境にやさしい樹脂である。

しかし、ＰＬＡは、一定の湿度および温度条件で簡単に加水分解される熱可塑性樹脂であり、木繊維と複合して作ったボードは、湿気に弱いだけでなく、加工時に熱を受けると加工道具にくっ付き易いという問題点がある。

よって、有害物質の放出を最小化し、再生可能な環境にやさしい樹脂を用いたボードの製造を急いでいる実情にある。

本発明の目的は、環境にやさしいボードの製造方法に関するものであり、より詳しくは、ポリ乳酸、架橋剤および／または架橋助剤を含む組成物を用いて一定の条件で架橋されたポリ乳酸樹脂と木繊維を用いた環境にやさしいボードの製造方法を提供することである。

前記目的を達成するための本発明の一実施例にかかる環境にやさしいボードは、ポリ乳酸樹脂、架橋剤および木繊維（ｗｏｏｄ ｆｉｂｅｒ）を含む生分解性樹脂組成物で形成されることを特徴とする。

前記目的を達成するための本発明のまた別の一実施例にかかる環境にやさしいボードの製造方法は、ポリ乳酸樹脂１００重量部、木繊維５０重量部〜３００重量部、及び架橋剤０．００１重量部〜１０重量部を含む組成物を昇温してボード形態に熱成形するステップ、及び前記ボードを形成する組成物を架橋させるステップを含むことを特徴とする。

本発明は、再生可能な植物資源を原料に製造されたポリ乳酸樹脂と木繊維を用いて、温室ガスの低減、化石資源の節約効果があるだけでなく、既存のＭＤＦ、ＨＤＦ及び合板に比べてホルムアルデヒド（ｆｏｒｍａｌｄｅｈｙｄｅ）等のＴＶＯＣｓ（Ｔｏｔａｌ Ｖｏｌａｔｉｌｅ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ）放出および燃焼時の有毒ガスの放出を最小化できる効果がある。

また、本発明はＰＬＡ架橋を通じて製品の耐水性を確保でき、加工時に熱を受けても加工道具に容易にくっ付かなくなるという効果がある。

また、本発明はＰＬＡ樹脂と木粉を用いたボードに比べて反り強度に優れるという効果がある。

本発明の利点および特徴、そしてそれらを達成する方法は、添付の図面と併せて詳しく後述してある実施例を参照すると明確になると考える。しかし、本発明は以下で開示する実施例に限定されるのではなく、相違する多様な形態で具現でき、単に本実施例は本発明の開示が完全になるようにし、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者に発明の範疇を完全に知らせるために提供するものであり、本発明は請求項の範疇によって定義されるだけである。

以下、本発明にかかるポリ乳酸／木繊維を用いた環境にやさしいボード及びその製造方法に関して詳しく説明する。

ポリ乳酸／木繊維を用いた環境にやさしいボード
本発明の一実施例にかかる環境にやさしいボードは、ポリ乳酸樹脂、架橋剤および木繊維（ｗｏｏｄ ｆｉｂｅｒ）を含む生分解性樹脂組成物で形成されることを特徴とする。

先ず、本発明の環境にやさしいボードは、ポリ乳酸樹脂を含む。前記ポリ乳酸樹脂は、ラクチド又は乳酸を重合して得た熱可塑性ポリエステルであり、製造例を挙げると、トウモロコシ、ジャガイモ等から抽出したでん粉を発酵させて製造される乳酸またはラクチドを重合させて製造することができる。前記のトウモロコシ、ジャガイモ等は、いくらでも再生できる植物資源のため、これらから確保できるポリ乳酸樹脂は、石油資源の枯渇による問題に効果的に対処することができる。

また、ポリ乳酸樹脂は、使用または廃棄過程でＣＯ₂等の環境有害物質の排出量が石油基盤素材に比べて遥かに少なく、廃棄時にも自然環境の下で容易に分解できるという環境にやさしい特性を持つ。

前記ポリ乳酸は、結晶質ポリ乳酸（ｃ−ポリ乳酸）と非晶質ポリ乳酸（ａ−ポリ乳酸）に分けられ、本発明で特に制限されて使用されるのではない。前記ポリ乳酸は、Ｌ−ポリ乳酸、Ｄ−ポリ乳酸およびＬ，Ｄ−ポリ乳酸から選ばれる１種以上を使用できる。

そして、既存の繊維板の製造に使用される接着剤として、尿素（ｕｒｅａ）−ホルムアルデヒド樹脂またはメラミン（ｍｅｌａｍｉｎｅ）−尿素−ホルムアルデヒド樹脂は、硬化後にも、目、鼻、皮膚を刺激するだけでなく、アトピー、気管支喘息を誘発し得る。また、長期間吸い込み続けると癌を誘発し得るホルムアルデヒドを徐々に放出するという問題点がある。しかし、本発明に使用されるＰＬＡ樹脂は、このような問題点を全て解決できる環境にやさしい特性を有する。

本発明のボード形成用樹脂組成物は、木繊維（ｗｏｏｄ ｆｉｂｅｒ）を含む。前記木繊維は、建築用内装材に使用される公知の木繊維であれば特に制限されずに使用でき、例えば、木片、おが屑またはかんな屑、再生クラフト（ｋｒａｆｔ）または古段ボール、古新聞紙または別の形態の再生紙を回転式円盤型精錬装置で粉砕して作った木繊維を挙げることができる。

前記木繊維の含量は、ポリ乳酸樹脂１００重量部基準で５０重量部〜３００重量部含まれることが好ましい。前記木繊維の含量が５０重量部未満だと天然原木に相応する外観あるいは質感を提供し難く、逆に３００重量部を超えると木繊維相互間の結合力低下により目的とする程度の強度および耐久性を提供し難い。

前記木繊維は、比重が７００ｋｇ／ｍ³以下であることが、製造原価の面で好ましい。前記比重が７００ｋｇ／ｍ³を超えると製造原価が嵩むという問題点がある。

また、前記木繊維は、水分含量が３．０重量％未満であることが、耐久性の面で好ましい。前記水分含量が３．０重量％を超えると、製造された環境にやさしいボード内のポリ乳酸が水分によって加水分解されるという問題点がある。

さらに、本発明の環境にやさしいボードを形成する組成物は、ポリ乳酸を架橋するために架橋剤を含む。

ここで、前記架橋剤はポリ乳酸の架橋反応に用いられる。前記架橋剤は、有機過酸化物が好ましいが、具体的に、ジクミルパーオキサイド（ＤＣＰ）又はパーブチルパーオキサイド（ＰＢＰ）、ジメチルジ−ｔ−ブチルパーオキシヘキサン、ｔ−ブチルエチルヘキシルモノパーオキシカーボネート等を挙げることができるが、これに制限されるのではない。

前記架橋剤は、前記組成物中ポリ乳酸１００重量部に対して０．００１重量部〜１０重量部含まれることが好ましい。架橋剤の含量が前記０．００１重量部未満だと架橋反応が開始されないという問題点があり、１０重量部を超えると架橋度が過度に高くなって熱硬化性を帯びるため加工時に問題になる。

本発明において、前記生分解性樹脂組成物は、架橋剤以外に架橋助剤をさらに含み得る。

先ず、前記架橋助剤は、本発明の架橋反応がスムーズに起こるように助ける役割をする。前記架橋助剤は、ＴＡＩＣ（トリアリルイソシアヌレート）であることが好ましいが、これに制限されるのではない。

ここで、前記架橋助剤の含量は、ポリ乳酸樹脂１００重量部に対して１．０重量部以下であることが好ましい。前記含量が１．０重量部を超えると、過度に架橋が形成されて熱硬化性樹脂または加工し難い樹脂に転換されるという問題がある。

前記で説明した本発明の環境にやさしいボードは、架橋剤によってポリ乳酸が架橋されて、耐水性、加工性に優れるという効果がある。以下では、本発明による環境にやさしいボードの製造方法を説明する。

ポリ乳酸／木繊維を用いた環境にやさしいボードの製造方法
本発明のまた別の一実施例にかかる環境にやさしいボードの製造方法は、ポリ乳酸樹脂１００重量部、木繊維５０重量部〜３００重量部および架橋剤０．００１重量部〜１０重量部を含む組成物を昇温してボード形態に熱成形するステップ、及び前記ボードを形成する組成物を架橋させるステップを含むことを特徴とする。

先ず、本発明のポリ乳酸樹脂、木繊維および架橋剤を含む組成物に対して、一定の温度を加えることによりボード形態に熱成形する。

前記熱成形の温度は、１００℃〜２００℃の温度で行うことが好ましい。熱成形温度が１００℃未満だと使用されたポリ乳酸のゲル化が行われないため成形物が形成されないという問題があり、２００℃を超えるとポリ乳酸の熱分解が行われて強度が低下するという問題がある。

次に、前記ボードを形成する組成物を架橋させるステップを含む。

前記の架橋させるステップは、前記ボードに熱成形温度より高い温度の熱を加えて、前記組成物を架橋させることができる。

この過程で必要な温度は、前記熱成形時の温度より高い温度であって、約１００℃〜２５０℃であることが好ましい。このとき、前記組成物に含まれた架橋剤がラジカルに分解されながらポリ乳酸樹脂間の架橋反応を開始させる。このとき、一定温度雰囲気を有するオーブンを用いることができる。

また、前記の架橋させるステップは、前記ボードに電磁線を照射して、前記組成物を架橋させることができる。

電磁線の照射量は、特に制限されるのではなく、１０ｋＧｙ〜１００ｋＧｙであることが好ましい。１０ｋＧｙ未満だと架橋がうまく行われないという問題が発生し、１００ｋＧｙを超えると架橋が過度に行われてポリ乳酸の分解が発生し得る。

前記のような本発明の環境にやさしいボードの製造方法によると、ＰＬＡ架橋を通じて製品の耐水性を確保することができ、加工時に熱を受けても加工道具に容易にくっ付かない環境にやさしいボードの製造が可能になる。こうして製造された環境にやさしいボードは、ＰＬＡ樹脂と木粉を用いたボードに比べて反り強度に優れるという効果がある。

実施例および比較例によるボードの製造
以下では、本発明の好ましい実施例による環境にやさしいボードの製造例、及び比較例による製造例を提示する。但し、これは本発明の好ましい例示として提示するものであり、如何なる意味でもこれによって本発明が制限されると解釈してはならない。

ここに記載していない内容は、本技術分野における熟練者であれば十分に技術的に類推できるもののため、その説明は省略する。

実施例１
結晶質ポリ乳酸樹脂４０重量％に、架橋剤であるｔ−ブチル−２−エチルヘキシルモノパーオキシカーボネート０．４重量％および木繊維５９．６重量％を混合して生分解性樹脂組成物を製造した。

その後、前記組成物を１２０℃でボード形態に熱成形し、１８０℃の熱を提供するプレスを通じて架橋反応させた後、実施例にかかる環境にやさしいボードを製造した。

実施例２
結晶質ポリ乳酸樹脂４０重量％に、架橋剤であるｔ−ブチル−２−エチルヘキシルモノパーオキシカーボネート０．３重量％、架橋助剤であるトリアリルイソシアヌル酸塩０．１重量％および木繊維５９．６重量％を混合して生分解性樹脂組成物を製造した。

その後の環境にやさしいボードの製造は、前記実施例１と同様である。

実施例３
架橋剤を、ジメチルジ−ｔ−ブチルパーオキシヘキサンを使用した点を除いては、実施例２と同一条件で実施例３にかかるボードを製造した。

比較例１
架橋剤および架橋助剤を入れない点を除いては、実施例１と同一条件で比較例１にかかるボードを製造した。

比較例２
木繊維の代わりに木粉を含む点を除いては、実施例１と同一条件で比較例２にかかるボードを製造した。

評価
実施例と比較例の反り強度に対する評価結果は、下記表１に示した通りである。

前記評価結果の通り、本発明による環境にやさしいボードは、ポリ乳酸および木繊維を用いてこれらを架橋させることにより、優れた物性を有することが分かった。これと異なり、比較例にかかるボードは、架橋剤により架橋されなかったり、木繊維ではない木粉を含んでいるため、実施例に比べて反り強度が良くないことが分かった。

以上では、本発明の実施例を中心に説明したが、これは例示的なものに過ぎなく、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する技術者であれば、これにより多様な変形および均等な他実施例が可能だという点を理解すると考える。よって、本発明の真正な技術的保護範囲は、以下に記載する特許請求の範囲によって判断しなければならない。

Claims (4)

1. ポリ乳酸樹脂１００重量部、
   水分含量が３．０重量％未満でかつ比重が７００ｋｇ／ｍ ³ 以下の木繊維５０重量部〜３００重量部、
   架橋剤０．００１重量部〜１０重量部、および
   トリアリルイソシアヌレートである架橋助剤、
   を含む組成物を昇温してボード形態に熱成形するステップ；および
   前記ボードを形成する前記組成物を架橋させるステップ；を含むことを特徴とする環境にやさしいボードの製造方法。
2. 前記の架橋させるステップは、
   前記ボードに熱成形温度より高い温度の熱を加えて、前記組成物を架橋させることを特徴とする請求項１に記載の環境にやさしいボードの製造方法。
3. 前記の架橋させるステップは、
   前記ボードに電磁線を照射して、前記組成物を架橋させることを特徴とする請求項１に記載の環境にやさしいボードの製造方法。
4. 前記電磁線の照射量は、
   １０ｋＧｙ〜１００ｋＧｙ範囲であることを特徴とする請求項３に記載の環境にやさしいボードの製造方法。