JPH1015918A

JPH1015918A - パーティクルボード

Info

Publication number: JPH1015918A
Application number: JP17466996A
Authority: JP
Inventors: Tadashi Okamoto; 忠岡本; Ryozo Hamada; 良三浜田; Masahiro Takatani; 政広高谷
Original assignee: Kinki University
Current assignee: Kinki University
Priority date: 1996-07-04
Filing date: 1996-07-04
Publication date: 1998-01-20

Abstract

(57)【要約】【課題】大規模な設備を必要とすることなく、しかも
寸法安定性に優れたパーティクルボードを提供する。【解決手段】加熱加圧成形前にアセタール化処理した
セルロース系パーティクルを熱硬化性接着剤で接合成形
してなるパーティクルボード。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は建材や家具等に使用
される新規なパーティクルボードに関する。特に寸法安
定性に優れたパーティクルボードに関する。

【０００２】

【従来の技術】パーティクルボードは、小径木、工場残
廃材などを主な原料として小片（パーティクル）化し、
熱硬化性合成樹脂接着剤を用いて熱圧成形した板状材料
である。熱硬化性合成樹脂接着剤としては、家具用ボー
ドにはユリア樹脂接着剤、構造用ボードにはユリア・メ
ラミン、フェノール・メラミン、フェノールおよびイソ
シアネート系の各樹脂接着剤が用いられる。パーティク
ルボードは、木材の優れた機能、性能および風合を有す
るとともに、比較的安価に、厚みのある、大型のパネル
が得られるのが特徴である。

【０００３】木材は吸湿性に富み、そのため室内の湿気
を吸収および放出するいわゆる呼吸作用を有し、居住環
境を快適なものに保つという特徴がある。しかし、この
吸湿性により、含有水分の変化によって膨張、収縮の寸
法変化をおこして、その結果、木材製品に反り、狂い、
割れなどを発生する。このようなトラブルの原因である
吸湿性を少なくして寸法安定性を確保するためにするた
めに種々の手段がとられている。そのひとつにホルムア
ルデヒドによるアセタール化処理がある。

【０００４】パーティクルボードの製造においても、ホ
ルムアルデヒドをパーティクルボードに作用させてその
寸法安定性を改良する方法が採用されている。即ち、パ
ーティクルを熱硬化性合成樹脂接着剤を用いて加熱加圧
成形してパーティクルボードとしたのち、これにホルム
アルデヒドを吸収、反応させて寸法安定性の改良が行わ
れている。しかし成形された大型のボード形態でアセタ
ール化処理を行うにはそれに相当する大規模な設備が必
要であり、また均一な処理効果を発現することは容易で
はなかった。一方、アセタール化処理は酸性条件下で行
うため、セルロース系パーティクルをホルマール処理し
た後、熱硬化性樹脂で加熱圧着してボードに成形すると
セルロースが熱と酸により加水分解し、寸法安定性が低
下するのみならず。強度的にも著しく低下すると考えら
れていた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、大規模な設
備を必要とすることなく生産することのできる寸法安定
性に優れたパーティクルボードを提供することを目的と
する。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は加熱加圧成形前
にアセタール化処理したセルロース系パーティクルを熱
硬化性接着剤で接合成形してなるパーティクルボード、
およびその製造法に関する。

【０００７】本発明のパーティクルボードを得るには、
まずパーティクルボードの原料であるセルロース系パー
ティクルをホルムアルデヒドにより化学的処理を施し
て、その寸法安定性を向上させる。この寸法安定化の機
構はセルロース分子間のヒドロキシル基がホルムアルデ
ヒドによりアセタール構造を形成してセルロース分子間
を架橋するためと考えらえる。セルロース材料（一般に
は木材）の吸湿による膨張、収縮の寸法変化はセルロー
ス高次構造における非晶領域に水分子が出入りすること
により引き起こされるから、この非晶領域に架橋が形成
されることにより、この領域への水の侵入が抑えられ
て、寸法変化が抑制される。また吸収された水の量が多
い場合でも、架橋が形成されることにより寸法変化を著
しく少なくすることができる。

【０００８】ホルムアルデヒドによるセルロース分子と
の間のアセタール構造の形成はホルムアルデヒドをセル
ロース材料中に吸収させた状態で１００〜１８０℃に約
１〜２４時間加熱することにより達成される。セルロー
ス材料中へのホルムアルデヒドの吸収は、ホルムアルデ
ヒド水溶液にセルロース材料を含浸して行うこともでき
るが、この場合にはセルロース分子との間のアセタール
形成は効率よく進行せず、また水による膨潤状態で架橋
が形成されるためあまり優れた方法ではない。また含水
状態のセルロース材料は高温高圧環境で加水分解を受け
るため、加熱処理を水の存在下で行うことは好ましくな
い。好ましい方法は気体状態のホルムアルデヒドを乾燥
状態のセルロース材料に吸収させることであり、これに
よりセルロース材料を乾燥寸法で固定することができ
る。

【０００９】アセタール化は特に、酸触媒を共存させる
ことにより、より速やかに進行する。酸触媒としては有
機または無機の酸または無機塩をいずれも用いることが
できる。しかし、ホルムアルデヒド同様気体状態でセル
ロース材料に吸収させることが好ましく、一般にはＨＣ
ｌ、ＳＯ₃、ＳＯ₂、ＮＯ₂、Ｈ₂Ｓなどの気体状態の無機
酸が好ましい。特に好ましい酸触媒はＳＯ₂である。Ｓ
Ｏ₂はこれが存在する状態で熱が加えられてもセルロー
ス材料の加水分解、それによる成形体の強度低下を軽微
に留めることができる。酸触媒の添加量はパーティクル
に対して１×１０^-3〜５モル／ｄｍ³、好ましくは５×
１０^-2〜１モル／ｄｍ³、特に好ましくは５×１０^-2〜
５×１０^-1モル／ｄｍ³である。１×１０^-3モル／ｄｍ³
より低い場合は触媒としての反応促進効果が不十分であ
り、５モル／ｄｍ³以上では酸によりセルロース材料の
劣化が著しくなる。

【００１０】酸触媒のセルロース材料中への添加は、ホ
ルムアルデヒドに先行して行ってもよいし、ホルムアル
デヒドをセルロース材料中へ吸収させた後に行ってもよ
く、またセルロース材料へ吸収する直前にアセトアルデ
ヒドと気体状態で混合しておいてもよい。好ましい方法
はホルムアルデヒドに先行して添加する方法である。ホ
ルムアルデヒドと酸触媒とをセルロース材料に吸収させ
た後、加熱してアセタール化を行う。アセタール化は４
０〜１８０℃、好ましくは８０〜１６０℃、特に好まし
くは１００〜１５０℃の温度で、１〜２４時間処理する
ことにより達成される。処理温度が４０℃より低いとア
セタール化反応が遅れるため、必要とするアセタール化
を達成するために長時間を要する。一方１８０℃より高
い温度では加水分解等の木材の劣化が著しくなる。

【００１１】アセタール化のための加熱は、ホルムアル
デヒドと触媒を含むセルロース系パーティクルを密閉容
器、例えば、オートクレーブ中に入れて行うのが好まし
い。特別に加圧条件下におくことは必要としないが、開
放状態では吸収された気体反応剤が飛散するため、アセ
タール化の効率の上からも、また作業環境を汚染すると
いう点からも好ましくない。

【００１２】ホルムアルデヒドは、パラホルムアルデヒ
ド、トリオキサン、テトラオキサンのようなホルムアル
デヒドの重合体を加熱することにより発生するホルムア
ルデヒドを用いることが便利である。好ましくはパラホ
ルムアルデヒド、トリオキサンが取り扱い易さおよびコ
ストの面で最適である。

【００１３】セルロース系パーティクルとしては、広葉
樹、針葉樹などの木材パーティクルが用いられる。一般
に従来パーティクルボード用として用いられてきたもの
がすべて使用可能である。木質の特性、資源の豊かさお
よび経済的な有利さからラワン、ブナ、トウヒ、アカマ
ツ、メイプルが特に好んで用いられる。またこれらの木
材は高品位の木材を用いる必要はなく、廃材、端材、間
伐材等を用いることができる。

【００１４】アセタール化を行う前のセルロース系パー
ティクルは乾燥状態にしておくことが必要であり、熱風
乾燥または必要に応じて減圧乾燥を行って乾燥させてお
く必要がある。少なくとも、自由水（即ち、毛管引力に
よって侵入し、木材要素とは何の結合関係もなく細胞内
孔や細胞間隙などの空隙中に水分子相互の凝集力によっ
て液体形で保持されている水）を除いておくことが必要
である。好ましい乾燥状態は１２０℃で１２０分乾燥し
た場合の重量減少率として表される水分率が０.５％以
下である。

【００１５】セルロース系パーティクルの形状はストラ
ンド、フレーク、シェービング、スプリンタ等従来のパ
ーティクルボード原料として用いられる形状のものをい
ずれも用いることができる。

【００１６】ホルマール処理を施したセルロース系パー
ティクル（以下アセタール化パーティクル）は、通常の
パーティクルボード製造プロセスにしたがってパーティ
クルボードに成形される。即ち、アセタール化パーティ
クルに熱硬化性接着剤を配合し、成形型枠に充填して加
熱加圧成形を行う。

【００１７】熱硬化性接着剤としては、フェノール樹
脂、ユリア樹脂、ユリア・メラミン樹脂、フェノール・
メラミン樹脂、ユリア・メラミン・フェノール樹脂、メ
ラミン・フェノール樹脂、イソシアネート系樹脂等のい
ずれの合成樹脂接着剤がいずれも使用できる。セルロー
ス系パーティクルへの接着剤の塗布は、特に限定され
ず、何らかの容器、例えばＶ−ブレンダー中でセルロー
ス系パーティクルと接着剤を混合撹拌すればよい。また
各種の連続混合塗布装置を使用することもできる。接着
剤中には、必要に応じて硬化剤およびその他の添加剤、
例えば着色剤、防カビ剤、防腐剤、防蟻剤、難燃剤等を
添加することができる。

【００１８】

【実施例】以下、実施例により本発明をより具体的に説
明する。実施例１および２パーティクルボード用原料としてラワンスプリンターを
ふるいにかけ、７〜１０メッシュの範囲の針状（長さ約
１ｃｍ、アスペクト比５〜１０）パーティクルを得た。
このセルロース系パーティクルを凍結乾燥機にかけ絶乾
状態になるまで乾燥したのち、次のようにしてアセター
ル化処理を行った。

【００１９】〔アセタール化処理〕上記のセルロース系
パーティクル２５ｇと１.５ｇのパラホルムアルデヒド
の入った試験管を３００ｃｃ容の排気バルブ付きステン
レス反応管に入れ、図１で示すようにＳＯ₂ボンベと接
続して装置を組み立てた。まずコック（ａ）、（ｂ）、
（ｃ）をすべて開き、ステンレス反応管１、連結管４お
よび風船３内を真空ポンプ５を用いて十分排気し、二方
コック（ａ）を閉じてからＳＯ₂ボンベ２を開いてＳＯ₂
ガスを風船内に入れた。次に、真空ポンプにＳＯ₂ガス
が流入しないように三方コック（ｂ）を調整してから、
二方コック（ａ）を開き、更に三方コック（ｃ）を調整
して風船内のＳＯ₂ガスを反応管１に導入した。ここで
ＳＯ₂ガスは反応管内を常圧で満たしていると考えられ
るので、ＳＯ₂ガスの濃度は１.３×１０^-2ｍｏｌ／ｄｍ
³である。その後反応管を排気バルブを閉じて装置から
とりはずし、オイルバス中で１２０℃で２０時間加熱し
てセルロース系パーティクルのホルマール処理を行っ
た。

【００２０】〔パーティクルボードの製造〕上記のよう
にアセタール化処理を施したセルロース系パーティクル
４５ｇをバットに入れ、これに下記の熱硬化性接着剤を
セルロース系パーティクルに対して１０重量％加え、さ
じでよく撹拌したのち、１５ｃｍ×１５ｃｍのフォーミ
ングボックスの中に均一に散布し、マットを成形した。
成形したマットは、３ｍｍのストッパーをセットした
後、水溶性フェノール樹脂の場合は、１５０℃、５分
間、２０ｋｇｆ／ｃｍ²、ユリア樹脂の場合は１３０
℃、５分間、３０ｋｇｆ／ｃｍ²のプレス条件で、一段
ホットプレスにより熱圧成形して、パーティクルボード
を製造した。このようにして得られたパーティクルボー
ドを性能評価のため２.５×１０×０.３ｃｍの寸法に裁
断後凍結乾燥機で絶乾にし、絶乾比重０.３５〜０.６
０、含樹脂率１０％の試験片とした。

【００２１】使用熱硬化性接着剤：次のようにして合成
したものを使用した。実施例１用：水溶性フェノール樹脂３００ｍｌの三つ口フラスコに、撹拌機、還流冷却管、
温度計を取り付け、水浴上に組み立てた。フェノール４
７ｇと３７％ホルマリン８１ｇを反応フラスコに加え
た。次いで、ＮａＯＨ８ｇを水１６ｍｌに溶かした溶
液を反応フラスコに撹拌しつつ加えた。水浴の加熱を開
始し、水浴が沸騰し始めてから約１時間反応させた後、
反応を止め流水で冷却した。得られた混合物をそのまま
使用した。実施例２用：ユリア樹脂３００ｍｌの三つ口フラスコに、撹拌機、還流冷却管、
温度計を取り付け、水浴上に組み立てた。１４６ｇの３
７％ホルマリンを三つ口フラスコに入れ、１Ｎ-水酸化
ナトリウムでｐＨ８に調整した。その中に尿素６０ｇの
およそ８割を加えて室温より約３０分間で９０℃になる
ように撹拌しながら加温して尿素を溶解した。次の残り
の尿素を加え、９０℃に保ちながらｐＨの変化を見た。
ｐＨが８から６に低下した後、濃酢酸でｐＨ５.４に下
げ、２０分程度で反応を止め、１０％炭酸ナトリウム水
溶液でｐＨ７に調整し、常温まで冷却したものをそのま
ま使用した。

【００２２】実施例３、４〔アセタール化処理〕実施例１と同じセルロース系パー
ティクルをＨＣｌを触媒として以下のようにアセタール
化処理を実施した。１Ｌのデシケータ中に触媒として１
２モル／ｄｍ³の濃塩酸２.５ｍｌを入れたシャーレを置
き、上の棚に絶乾状態のセルロース系パーティクル４５
ｇを載せ、デシケータごと２４℃一定の恒温槽内に２時
間放置した。ＨＣｌガスを吸収したセルロース系パーテ
ィクルを１.５ｇのパラホルムアルデヒドの入った試験
管とともにを３００ｃｃ容の排気バルブ付きステンレス
反応管に入れ、真空ポンプを用いて５分間排気した。そ
の後反応管を排気バルブを閉じてオイルバスに入れ、１
２０℃で２０時間加熱してセルロース系パーティクルの
ホルマール処理を行った。

【００２３】〔パーティクルボードの製造〕上記のよう
にアセタール化処理を施したセルロース系パーティクル
４５ｇを実施例１または実施例２と同様にして、フェノ
ール樹脂接着剤（実施例３）およびユリア樹脂接着剤
（実施例４）を用いてパーティクルボードを製造した。
このようにして得られたパーティクルボードを性能評価
のため実施例１または実施例２と同様に試験片を作成し
た。

【００２４】比較例１〜４実施例１で使用したと同じセルロース系パーティクルを
用いて、アセタール処理をすることなく、実施例１およ
び実施例２で使用した熱硬化性合成樹脂接着剤であるフ
ェノール樹脂接着剤およびユリア樹脂接着剤を用いて、
実施例１で記載したと同じ方法でパーティクルボードを
製造した。比較例１および３：フェノール樹脂接着剤使用比較例２および４：ユリア樹脂接着剤使用

【００２５】〔パーティクルボードのアセタール化処
理〕上記で製造したそれぞれのパーティクルボードを
２.５×１０×０.３ｃｍの寸法に裁断し、凍結乾燥し
て、これを次のようにアセタール化処理した。比較例１および２：ＳＯ₂を触媒としてアセタール化比較例３および４：ＨＣｌを触媒としてアセタール化それぞれの触媒を使用したアセタール化はそれぞれ実施
例１および３に記載したと同じ方法で行った。ただし、
パラホルムアルデヒドの量は１.５ｇの代わりに１.２ｇ
を用いた。

【００２６】〔パーティクルボードの吸湿性および吸湿
時の寸法安定性の評価〕ボード表面に厚さ膨張率測定用
のスポットを付けた後、一度凍結乾燥機で絶乾にした。
その後、重量および厚さを測定し、相対湿度１００％、
２８℃の飽湿デシケータ中に放置し吸湿させた。重量が
一定になるまで一週間ごとにボードを取り出し、重量お
よび厚さを測定し、次に示す式によって定義した抗吸湿
能および抗膨潤能を評価した。吸湿率Ｍ（％）＝｛（Ｗ_m／Ｗ_d）−１｝×１００ただし、Ｗ_d：吸湿前の重量、Ｗ_m：吸湿後の重量厚さ膨潤率Ｓ（％）＝｛（Ｔ_m／Ｔ_d）−１｝×１００ただし、Ｔ_d：吸湿前の厚さ、Ｔ_m：吸湿後の厚さ抗吸湿能＝｛１−（Ｍ_t／Ｍ_c）｝×１００ただし、Ｍ_c：無処理ボードの吸湿率、Ｍ_t：吸湿ボー
ドの吸湿率抗膨潤能＝｛１−（Ｓ_t／Ｓ_c）｝×１００ただし、Ｓ_c：無処理ボードの厚さ膨張率、Ｓ_t：吸湿ボードの厚さ膨張率なお、厚さの測定には、５／１００ｍｍ精度のノギスを
用いた。

【００２７】実施例１〜４、および比較例１〜４のパー
ティクルボードの吸湿性および寸法安定性の結果をそれ
ぞれ表１および表２に記載した。

【００２８】

【表１】

【００２９】

【表２】

【００３０】

【発明の効果】熱硬化性接着剤を配合して加熱加圧成形
するに先立ってセルロース系パーティクルをホルムアル
デヒドによりアセタール化して耐吸湿性を改良した後、
これを熱硬化性接着剤を配合して加熱加圧成形して得ら
れた本発明のパーティクルボードは、成形後アセタール
化処理したパーティクルボードと同等またはそれ以上の
寸法安定性を有することが示された。本発明の方法によ
ればアセタール化処理に多大な設備を要することなく寸
法安定性を達成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ＳＯ₂を触媒とするアセタール処理用装置の
組み立て模式図。

【符号の説明】

１：ステンレス反応管、２：ＳＯ₂ボン
ベ、３：風船、４：連結
管、５：真空ポンプ、６：トラッ
プａ：二方コック、ｂ、ｃ：三方コ
ック、

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】加熱加圧成形前にアセタール化処理した
セルロース系パーティクルを熱硬化性接着剤で接合成形
してなるパーティクルボード。