JPH10183500A - セルロース質成形物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来、燃料、飼料など低価値物として扱われ
てきた製紙パルプスラッジや甜菜パルプを活用し、軽量
で強靱な板状または成形物として活用する。 【解決手段】 製紙パルプスラッジと甜菜パルプを各ス
ラリー状態で均一混合し、金型に入れ脱水、乾燥、熱処
理して所定の形状の成型物を得る。製紙スラッジからの
微細セルロース繊維間の水素結合とヘミセルロース、ペ
クチンを主成分とするピートパルプが結合剤となって形
成する軽量で強靱な成形体が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、建材、家具、什
器等の成形物の製造に関するものであり、より詳しく
は、セルロース繊維である材料と、植物根等の天然原料
から軽量強靱な板状等の成形物を提供することにある。

【０００２】

【従来の技術】従来、建材に用いられている材料として
の石膏ボードや無機材料のボードは、重量が大で扱いに
難があり、また、衝撃に対し脆く用途が限定される。ま
た、木質合板は、熱帯樹林などからベニア板を接着剤で
張り合わせた材料で、原木の取得が環境問題などから困
難になり、将来的な使用に問題がある。ファイバーボー
ドは、木材チップを繊維化し湿式ないし乾式でボード化
して得られる。湿式法では、抄紙機で抄紙し、脱水、乾
燥、熱圧により主に繊維中のリグニンを結合剤としボー
ドを得る。乾式法では、フェノール樹脂、ユリア樹脂、
メラニン・ユリア樹脂を接合剤として繊維にブレンド
し、乾燥し、機械的方法で繊維分散し、積繊し、シート
化後、熱圧してボードが作られる。このボードは木材チ
ップからパルプ化する工程が必要であり、また接着剤と
しての合成樹脂を多く含有し高価になっている。また燃
焼の際有害ガスを発生する可能性があり、また使用後の
廃棄にも困難を生ずる欠点がある。このように、従来既
知の建材において、充分に満足できるものの製造に成功
した例は知られていないのが現状である。

【０００３】甜菜（ビート）パルプは、甜菜糖製糖工程
において、甜菜根部を、長さ５〜１０ｃｍ、厚さ４〜５
ｍｍにスライスし、これを７０〜８０℃温水中に浸漬し
て水溶性成分である糖分等を抽出した後、圧搾脱水され
た残渣を言い、通常は生のままもしくは乾燥させて牛な
どの動物用飼料として用いられている。現状では、その
全てが家畜飼料として利用されているわけではなく、廃
棄処分しなければならない場合がある。これは、甜菜パ
ルプの保存に必要な設備等の問題や飼料の需要状況から
必然的に生じることである。しかし、自然環境保全の見
地から再利用できればこれほど好ましいことはない。

【０００４】このように、甜菜パルプの工業的利用とし
ては動物用飼料以外にはなく、その新しい有効利用の途
が当業界において強く要望されている。

【０００５】一方、製紙パルプスラッジ（以下、製紙ス
ラッジと称することもある）は、製紙工程から排水中に
排出される微細繊維で、沈殿法や加工浮上法などによっ
て水中より回収され処分されているが、有効利用の方策
が無く、精々燃料として利用されているのみである。そ
の処分は、近年問題となっており、その利用が、環境問
題の解決の一つとして、パルプモールド、包装資材、建
設資材などに検討されてきている。しかし、製紙スラッ
ジ中には各種パルプが混合しており、更にその損傷度
（叩解などによる）や抄紙工程から入る製紙薬品など一
定でないので、製紙スラッジのみを水性スラリーから乾
燥、成形したモールドはある程度の強度の物品が得られ
るが単独では十分な強度や一定の品質が得られず、バー
ジンパルプの併用と紙力増強剤などの添加が必須であ
り、そのためコストの上昇は避けられない。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記した欠
点を一挙に解決する目的でなされたものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記目的
を達成するために各方面から検討の結果、これらの各産
業廃棄物が大量に生成する点、物性、特にパルプとして
の性質が有効に利用し得る可能性がある点等に着目し、
数多くの工業生産物の中から建材等にはじめて着目し
た。しかして、従来の建材等の成形物は、結合材として
多量の合成樹脂接着剤を使用してきたが、本発明者ら
は、利用方法においてあまり有効利用されているとは言
えない植物根茎葉パルプと、製紙排水から回収される製
紙スラッジを主原料として使用する事により、それぞれ
主原料の物性を利用し、接着剤を使用しないか又は極少
量使用することにより、軽量強靱な成形物を創製するこ
とにはじめて成功した。

【０００８】すなわち本発明は、セルロース繊維と植物
根茎パルプとを成形して成形物を製造することを基本的
技術思想とするものである。本発明においては、植物根
茎葉パルプと製紙スラッジ等のセルロース繊維の、大量
に発生し有効利用されていない材料を原料とするもので
ある。その作用機作のひとつは製紙スラッジ等からの微
細セルロース繊維間の水素結合とヘミセルロース、ペク
チンを主成分とするビートパルプが結合剤となり、軽量
で強靱な板状等の成形物が製造できるものと思料され
る。

【０００９】本発明においては、原料のひとつとして、
植物の根、茎、及び／又は葉パルプを使用するが、その
例として、甜菜パルプが挙げられる。甜菜パルプは甜菜
から蔗糖成分を抽出したあとの残渣のパルプであり、そ
のパルプから水分をのぞいた乾燥甜菜パルプは、セルロ
ース２３％、ヘミセルロース３６％、ペクチン１９％の
他、蛋白質９％と微量の脂肪、糖質、灰分などからなる
太さ２〜３ｍｍ、長さ１５〜３０ｍｍの短冊状の微細繊
維である。この甜菜パルプの内、水溶性のペクチンやヘ
ミセルロースは高い保水力を持ち、水分を含む状態から
乾燥するとそれ自身、また他のセルロース繊維と強い結
着力を持つ性質がある。本発明において使用される植物
根茎葉パルプとしては、上記のような甜菜パルプが有す
る特性を有するものであればすべてのものが使用可能で
あって、例えば、ポテトパルプ、トウモロコシの芯、豆
類のサヤ、及び／又は甘蔗糖製造粕であるバガス等が挙
げられる。

【００１０】本発明においては、もう一方の原料とし
て、セルロース繊維が使用される。天然のセルロース繊
維としての木材パルプや非木材パルプは紙、板紙の原料
として莫大な量が使用されている。これらは合成繊維、
化学繊維に比し安価で非常に高い生産性の生産機でパル
プ化、抄紙されている。これらのパルプや１度以上紙、
板紙として利用された古紙から得られる古紙パルプも本
発明のセルロース繊維として利用できるが、さらに下記
するように、製紙スラッジが有用に活用できることを見
いだした。

【００１１】フォーミングワイヤー、ウェットシートの
搬送ワイヤーあるいはフェルトから抜け落ちた微細パル
プや微細物は、排水中に入るため、それらを沈殿法又は
加圧浮上法等による回収装置で製紙スラッジとして回収
される。原料パルプ中にはワイヤーから通過できる程の
微細繊維がある。また原料調整中、叩解工程で原料パル
プの一部がフィブリル化されるが、そのうちの一部が本
体パルプから離れて微細繊維ないし微細物となる。また
紙力増強剤や工程薬剤が凝集して生じた微細物が存在す
る。これらが混合した微細繊維状物が存在することが顕
微鏡下で観察される。この回収製紙スラッジのフリーネ
ス値は、使用した原料パルプや薬品によって異なるが、
１００ｃｆｓ以下を示すものである。

【００１２】本発明は上記に示したように低利用の植物
根茎葉パルプ、例えば甜菜パルプとセルロース繊維、例
えば製紙スラッジを利用してそれらの特性を生かし安
価、軽量で強靱な成形品を製造できることを特徴とす
る。即ち甜菜パルプ中の主成分であるヘミセルロースや
ペクチンは製紙スラッジの主成分である微細パルプの結
合剤となり且つまた製紙スラッジのパルプ間の水素結合
力と相まって緻密で強靱な成形品を形成することを見い
だした。セルロース繊維のみでは曲げには弱い成形物と
なる。一方甜菜パルプのみでは固いが脆い成形物である
が、セルロース繊維が加わると脆さが改善されタフで強
固な成形物となる。適当量の紙力増強剤、樹脂加工剤を
加えることにより乾燥時、湿潤時の繊維間の結合力を更
に高め、一層高強度を付与することができる。またサイ
ズ剤、撥水剤、難燃剤、防腐剤、抗菌剤を適宜添加して
耐久性を要求される建材として利用することも出来る。

【００１３】乾燥紙力増強剤としては、澱粉、変性澱
粉、植物ガム、カルボキシメチル・セルロース、ポリビ
ニールアルコール、ポリアクリル・アミド、湿潤紙力増
強剤としては、尿素−ホルマリン樹脂、メラニン−ホル
マリン樹脂、ジアルデヒド・デンプン、ポリエチレンイ
ミン、エポキシ化ポリアミド、メチロール化ポリアミド
が使用できる。また表面の濡れをコントロールするため
ロジン系、石油樹脂系、アルキルケテンダイマー系、ア
ルケニル無水コハク酸系の各サイズ剤を添加することも
できる。

【００１４】セルロース繊維間を架橋し３次元構造体と
する樹脂架橋剤としては分子内にセルロースのヒドロキ
シル基と反応する官能基を２個以上有する環状の化合物
で、官能基としては、メチロール、アルコキシルメチ
ル、アルデヒド、イソシアネート、エポキシなどがあ
る。使用できる化合物としては、例えば、ジメチロール
プロピレン尿素、ジメチロールヒドロキシルエチレン尿
素、４−メトキシ−５，５−ジメチル−Ｎ，Ｎ−ジメチ
ロールプロピレン尿素、ジメチロールウロン、ジメチロ
ールアルキールトリアゾン、メチロールアセチレンジ尿
素、ジメチロールピペラジンジメチロールイソシアヌレ
ート、メチロールメラミン、メチロールグウアナミン、
ジグリシジルエーテルが使用できる。

【００１５】本発明にしたがってセルロース質成形物を
製造するには、例えば図１のブロック図にしたがえばよ
い。先ず、製紙パルプスラッジといったセルロース繊維
と、甜菜パルプといった植物根茎葉パルプの水性スラリ
ーに、必要あれば上記樹脂加工剤と触媒を加え（更に所
望するのであれば、必要な薬剤を加え）、均一攪拌また
は混練、成形金型に充填しプレスや真空脱水により脱水
し、加熱乾燥して成型物を得る。使用用途によりその後
の工程で熱圧締、調湿の工程が必要である。熱圧締は１
１０℃以上から１５０℃で行う。熱圧締時間は高温にな
るほど短時間でよく、１１０℃では３０分間、１３０℃
では１０分、１４０℃では３分でよい。それぞれの温度
で長すぎたり、１５０℃を越えると、甜菜パルプ成分の
熱分解が始まり、褐変するため好ましくない。

【００１６】熱圧締により得られた成形物で特に寸法安
定性が要求される板状物や柱状物の場合は、高温高圧の
水蒸気雰囲気内において軟化し、次いで同雰囲気内で機
械的に圧縮成形すると共にその形状を固定することが有
効である。

【００１７】本発明においては、従来、建材等成形物の
製造に必須であった接着剤を全く使用することなくある
いはごく少量の使用によって、目的とする成形物を製造
することができ、この点も重要な特徴のひとつである。

【００１８】

【実施例】次に本発明の実施例について記載するが、本
発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。

【００１９】（実施例１）製紙スラッジ（水分５１％、
固形分４９％）は、製紙用ハイドロパルパーで水中に解
繊、分散しパルプスラリーを得た。甜菜パルプ（水分７
６％、固形分２４％）はグラインダーないしビーターで
磨潰し、甜菜パルプスラリーとした。それぞれのスラリ
ーを固形分比、０：１０、１：９、２：８、３：７、
４：６、５：５、６：４、７：３、８：２、９：１、１
０：０となるように混合した。その後、成形金型（横１
８ｃｍ、幅２３ｃｍ）に固形分として一定量を流し込
み、水抜き、脱水、圧縮加工した後、ホットプレスで乾
燥（常圧で乾燥初期は２００℃、後期は１１０℃で品温
は１４０℃以下とする）して厚さ１ｃｍのボードを作成
した。それぞれのボード（試作ボード）につき、カサ比
重、曲げ強度、圧縮強度をした結果を、下記表１に示し
た。なお、曲げ強度は、ＪＩＳ・Ａ１４０８に従い、試
験体を治具の上に両端部近く２箇所で支持し、破壊まで
の最大強度を測定し、そして既知の式に従い、曲げ強度
を算出した。圧縮強度を同じ条件後破壊までの最大強度
を横断面積で割ることにより算出した。

【００２０】

【表１】

【００２１】実施例１の表１の如く、製紙スラッジへの
甜菜パルプの混合比２〜８の試作ボードは、市販品に比
べカサ比重が軽く、曲げ強度、圧縮強度においても同じ
程度であった。また、熱伝導性が低く、寸法安定性およ
び釘打ち接着能にも優れており、吸着性及び熱伝導性も
建材用途に十分のものであった。また、上記結果から、
セルロース繊維への植物根茎葉パルプへの混合比も、固
形分換算で２から８が良いことも分かった。

【００２２】（実施例２）表面処理剤処理とその効果 実施例１の各試作ボードに水を噴霧してかけた時、すべ
ての水分を吸収する特徴を示した。そこで、試作ボード
の濡れを防止するため、試作ボード（製紙スラッジ：甜
菜パルプ＝５：５）にロジン系サイズ剤を塗ったとこ
ろ、疎水性のある軽量強靱なボードとなった。

【００２３】

【発明の効果】従来ボード等建材を製造する際、接着剤
が添加され成形されていた。本発明は、従来燃料、飼料
など低価値物として扱われてきた製紙スラッジおよび甜
菜パルプの物性を生かし、接着剤を使用しなくとも軽量
で強靱な板状等の成形物を製造する事を可能とした。本
発明品は、従来品と較べても曲げ強度、圧縮強度に遜色
はなく、軽量で釘打ち接着能に優れ、また、熱伝導性が
低く、寸法安定性に優れているので、壁材など様々な建
材として提供することができる。

【００２４】また、濡れの防止を所望する場合には、撥
水剤等の表面処理剤で処理すれば水による濡れが防止さ
れ、戸外用建材としても利用可能である。しかも本発明
によれば、操作が簡単であってそのうえ成形物の形状、
大きさも自由に選択することができるので、壁材、家具
用材、コタツ板、畳床用のインシュレーションボード、
断熱材、断音材その他各種の戸外、戸内の用途に使用で
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】セルロース質成形物の製法ブロック図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 名倉 泰三 北海道帯広市稲田町南９線西13番地 日本 甜菜製糖株式会社総合研究所内 (72)発明者 正木 一路 高知県吾川郡伊野町枝川223番地30号 (72)発明者 水谷 浩 千葉県八千代市八千代台西10丁目23番地３ 号 (72)発明者 市川 英知 高知県土佐市蓮池457番地１号 県営住宅 土佐団地208号

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 セルロース繊維と、植物根、茎、及び／
   又は葉パルプとを原料として用い、これらを成形処理す
   ること、を特徴とするセルロース質成形物の製造方法。
2. 【請求項２】 熱圧締温度１１０〜１５０℃、熱圧締時
   間３〜３０分／ｃｍで熱圧締処理すること、を特徴とす
   る請求項１に記載の方法。
3. 【請求項３】 得られた成形物の表面を表面処理剤で処
   理すること、を特徴とする請求項１又は２に記載の方
   法。
4. 【請求項４】 セルロース繊維として製紙パルプスラッ
   ジ及び／又は古紙パルプを使用すること、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. 【請求項５】 製紙パルプスラッジとして、製紙工程か
   ら排水中に排出される繊維を回収した製紙パルプスラッ
   ジを使用すること、を特徴とする請求項４に記載の方
   法。
6. 【請求項６】 植物根、茎、及び／又は葉パルプとし
   て、甜菜パルプ、ポテトパルプ、トウモロコシの芯、豆
   類のサヤ、及び／又はバガスを使用すること、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. 【請求項７】 生の植物根、茎、及び／又は葉パルプ自
   体、及び／又は、そ（れら）の乾燥物に加水して元の状
   態に復元したものを使用すること、を特徴とする請求項
   ６に記載の方法。
8. 【請求項８】 セルロース繊維への根物根、茎、及び／
   又は葉パルプの混合比が固形分換算で２〜８であるこ
   と、を特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の
   方法。
9. 【請求項９】 請求項１〜８のいずれか１項に記載の方
   法で製造してなるセルロース質成形物。