JPWO2018216682A1 - ヤシ材の利用方法、並びに、木質系材料及びその製造方法 - Google Patents
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Description
ヤシ材を粉砕、圧搾、爆砕、水流高圧噴射等の手段を用いて維管束と柔細胞とに分離し、
分離された維管束と柔細胞とをそれぞれ工業用材料、又は、農林水産用資源として有効利用することを特徴とする。
前記ヤシ材を維管束と柔細胞とに分離する方法において、
円筒の表面に円周方向に沿って平行して設けられた、山部と谷部とからなるV字状又は凹凸状の複数の溝を有する2本の金属ロールを具備する圧搾装置を使用し、
これらの金属ロールが互いの円筒軸方向を平行にして、互いの山部と谷部とが咬合した状態で逆方向に回転し、
前記ヤシ材の板片を前記咬合して回転する2本の金属ロールの間に、その維管束の長さ方向を前記咬合する複数の溝に平行、又は交差するように挿入することにより、
維管束と柔細胞とに効率よく分離することを特徴とする。
前記ヤシ材を維管束と柔細胞とに分離する方法において、
粉砕装置を使用する粉砕操作と、当該粉砕操作後の粉砕物を篩分器により維管束と柔細胞とに分離する篩分操作とからなり、
前記粉砕操作において、前記粉砕装置の放出口に設けた多孔篩の目開きと、前記篩分操作に使用する篩分器の目開きとを変化させることにより、
分離した維管束の軸径及び軸長、並びに、当該維管束に残留する柔細胞の比率を変化させることを特徴とする。
前記多孔篩の目開きは、孔径5mm〜20mmであって、
当該多孔篩を通過した前記維管束及び前記柔細胞を利用することを特徴とする。
前記ヤシ材を伐採後、含水率15質量%以下に乾燥した後に、維管束と柔細胞とに分離することを特徴とする。
前記ヤシ材を伐採後、乾燥することなく維管束と柔細胞とに分離することを特徴とする。
請求項1〜6のいずれか1つに記載の方法によって分離した柔細胞を使用し、
当該柔細胞を家畜用飼料として利用することを特徴とする。
請求項1〜6のいずれか1つに記載の方法によって分離した柔細胞を使用し、
当該柔細胞をバイオエタノールの原料として利用することを特徴とする。
請求項1〜6のいずれか1つに記載の方法によって分離した柔細胞を使用し、
当該柔細胞をキノコの菌床栽培に使用する培地として利用することを特徴とする。
ヤシ材を構成する維管束と柔細胞のうち、柔細胞を離脱した状態の維管束を使用し、
当該維管束を複数組み合わせた構造材と、これらの維管束を結合する樹脂材料とから構成されてなることを特徴とする。
前記構造材は、前記維管束が互いに交差する2軸以上の方向に配向してなることを特徴とする。
前記構造材は、所定の長さに切断した前記維管束を無配向に構成してなることを特徴とする。
前記構造材は、前記樹脂材料を付与した状態で成形されており、
成形後の気乾密度の値が0.3〜1.5(g/cm3)の範囲内にあることを特徴とする。
請求項10〜13のいずれか1つに記載の木質系材料を製造する方法であって、
ヤシ材を維管束と柔細胞とに分離する分離工程と、
前記維管束に樹脂材料を付与する付与工程と、
前記樹脂材料により前記維管束の間を結合する結合工程とからなり、
前記付与工程において、
前記樹脂材料としてフェノール樹脂を使用し、前記維管束に2〜50質量%濃度のフェノール樹脂水溶液を含浸させ、
前記結合工程において、
前記フェノール樹脂水溶液を含浸した前記維管束を乾燥後、温度140〜220℃の高圧プレス装置で成形することを特徴とする。
本第1実施形態は、オイルパーム幹材を分離して、その維管束を木質系材料の構成要素として利用するものである。また、本第1実施形態は、本発明に係る木質系材料として、分離した維管束を固定化した積層板を製造する。以下、その製造方法を説明する。本第1実施形態に係る積層板の製造方法は、分離工程と付与工程と結合工程とからなる。以下、各工程に従って説明する。
本第1実施形態に係る分離工程は、オイルパーム材を維管束と柔細胞とに分離する。図1は、本発明者らが考えるオイルパーム材を例にした利用方法のフロー図である。図1において、まず、オイルパーム幹材を粉砕(本発明においては破砕を含む)、圧搾、爆砕、水流高圧噴射等の手段(以下「分離手段」ともいう)を用いて維管束と柔細胞とに分離する。
まず、維管束への樹脂材料の付与工程について説明する。本第1実施形態に係る積層板は、分離した維管束に樹脂材料を含浸して維管束どうしを結合したものである。本発明にいう樹脂材料とは、維管束どうしを接着して結合する材料、維管束どうしの間に充填してこれら結合する材料、或いは、維管束の内部に一部浸透して維管束を構成するセルロースその他の物質と反応してこれらを結合する材料などを含む広い概念であって、最終的に維管束どうしが結合された状態を形成する材料であればよい。従って、付与工程で維管束に付与する段階では、ポリマー、プレポリマー、オリゴマー、及びモノマーのいずれであってもよい。
次に、各マットW1〜W3に使用された配向した各維管束の結合、及び、各マットW1〜W3相互の結合を行う結合工程について説明する。なお、本第1実施形態においては、結合工程において基本的に圧密化を行わず、各維管束の充填密度を向上させた。よって、成形後の積層板の目標密度を上述の維管束の実測密度に合わせることとした。
曲げ試験は、JIS A 5908:2008(パーティクルボード)に準じて行った。また、本第1実施形態においては、常態の試験片での測定に加え、煮沸2時間後の湿潤時の試験片での測定(B法)の両方の測定を行った。なお、本第1実施形態の積層板は3層からなるため、縦方向のみの試験片で測定した。ここで、試験片の縦方向とは、図11のマットW1及びW3の2層のマットにおいて、維管束の配向する方向に長さ方向を合わせた試験片を示している。
吸水厚さ膨張率試験は、JIS A 5908:2008(パーティクルボード)に準じて行った。まず、幅50mm、長さ50mmの試験片を準備し、その中央部の厚さと重量を測定した。次に、試験片を20℃の水中に水面下30mmに水平に置き、24時間浸漬した。その後、試験片の中央部の厚さと重量を測定し、吸水厚さ膨張率及び吸水率を算出した。なお、参考値として試験片の幅と長さの寸法変化も測定した。更に、20℃24時間浸漬に代えて、煮沸2時間浸漬についても同様にして測定した。本第1実施形態に係る固定化された積層板に関する測定結果を表3に示す。なお、表3の密度とは、作製した試験片(測定前)の気乾状態の密度をいう。
木ねじ保持力試験は、JIS A 5908:2008(パーティクルボード)に準じて行った。まず、幅50mm、長さ50mmの試験片を準備し、その中央部に径2.7mm、長さ16mmの木ねじを垂直にねじ部(約11mm)までねじ込んだ。次に、試験片を固定して木ねじを垂直に引き抜き、それに要する最大荷重を精密万能試験機オートグラフ(登録商標;株式会社島津製作所製)で測定した。本第1実施形態に係る固定化された積層板に関する測定結果を表4に示す。なお、表4の密度とは、作製した試験片(測定前)の気乾状態の密度をいう。
表面硬さ(ブリネル硬さ)試験は、JIS Z 2101:2009(木材の試験方法)に準じて行った。まず、先端が半径5mmの半球状のプランジャーを0.5mm/minの一定速度で、試験片の表面に深さ1/π(約0.32mm)まで圧入し、その深さに達したときの荷重を測定した。次に、測定した荷重を10(圧入面の表面積が10mm2であることによる)で除してブリネル硬さとする。本第1実施形態に係る固定化された積層板に関する測定結果を表5に示す。なお、表5の密度とは、作製した試験片(測定前)の気乾状態の密度をいう。
本第2実施形態においては、上記第1実施形態と同様に、本発明に係る木質系材料として、分離した維管束を固定化した積層板を製造する。その製造方法を説明する。本第2実施形態に係る積層板の製造方法は、上記第1実施形態と同様に分離工程と付与工程と結合工程とからなる。以下、各工程に従って説明する。
本第2実施形態においても、上記第1実施形態と同様にゼファー化装置を使用した。また、ゼファー化装置に投入するオイルパームの板片として上記第1実施形態と同様のロータリーレースによる単板を使用した。
本第2実施形態においては、上記第1実施形態に対して付与工程で維管束に付与する樹脂材料を変更した。本第2実施形態においては、樹脂材料としてセルロースなどと反応する架橋剤である多官能イソシアネートを使用した。具体的には、2官能のジフェニルメタンジイソシアネート(以下「MDI」という)を使用した。本第2実施形態においては、維管束に10質量%のMDIを付与し、気乾状態で約2時間静置した。次に、上記第1実施形態と同様にしてMDIを付与した維管束を長尺方向に配向させた3層のマットを作製した(図11参照)。
本第2実施形態においては、上記第1実施形態と同様に、結合工程において基本的に圧密化を行わず、各維管束の充填密度を向上させた。よって、成形後の積層板の目標密度を上述の維管束の実測密度に合わせることとした。
本第2実施形態においては、上記第1実施形態と同様に、JIS A 5908:2008(パーティクルボード)に準じて、常態の試験片での測定に加え、煮沸2時間後の湿潤時の試験片での測定(B法)の両方の測定を行った。なお、本第2実施形態の積層板は3層からなるため、縦方向のみの試験片で測定した。ここで、試験片の縦方向とは、図11のマットW1及びW3の2層のマットにおいて、維管束の配向する方向に長さ方向を合わせた試験片を示している。
本第2実施形態においては、上記第1実施形態と同様に、JIS A 5908:2008(パーティクルボード)に準じて行った。まず、幅50mm、長さ50mmの試験片を準備し、その中央部の厚さと重量を測定した。次に、試験片を20℃の水中に水面下30mmに水平に置き、24時間浸漬した。その後、試験片の中央部の厚さと重量を測定し、吸水厚さ膨張率及び吸水率を算出した。なお、参考値として試験片の幅と長さの寸法変化も測定した。更に、20℃24時間浸漬に代えて、煮沸2時間浸漬についても同様にして測定した。本第2実施形態に係る固定化された積層板に関する測定結果を表7に示す。なお、表7の密度とは、作製した試験片(測定前)の気乾状態の密度をいう。
本第3実施形態においては、本発明に係る木質系材料として、分離した維管束を圧密固定化した圧密積層板を製造する。以下、その製造方法を説明する。本第3実施形態に係る圧密積層板の製造方法は、上記第1実施形態と同様に分離工程と付与工程と結合工程とからなる。以下、各工程に従って説明する。
本第3実施形態においても、上記第1実施形態と同様にゼファー化装置を使用した。また、ゼファー化装置に投入するオイルパームの板片として上記第1実施形態と同様のロータリーレースによる単板を使用した。
本第3実施形態においても、上記第1実施形態と同様に維管束に含浸する樹脂材料として、数平均分子量が400以下の低分子量フェノール樹脂(充填型樹脂)を使用した。また、維管束へのフェノール樹脂の付与方法及び付与量も上記第1実施形態と同様にした。よって、ここでは詳細を省略する。
次に、各マットW11〜W15に使用された配向した各維管束の結合、及び、各マットW11〜W15相互の結合を行う結合工程について説明する。本第3実施形態においては、上記第1実施形態とは異なり、結合工程は圧密化による固定を行う。
本第4実施形態においては、本発明に係る木質系材料として、無配向の維管束を構造材とする圧密板を製造する。以下、その製造方法を説明する。本第4実施形態に係る圧密板の製造方法は、上記第1実施形態と同様に分離工程と付与工程と結合工程とからなる。以下、各工程について説明する。
本第4実施形態においても、上記第1実施形態と同様にゼファー化装置を使用した。また、ゼファー化装置に投入するオイルパームの板片として上記第1実施形態と同様のロータリーレースによる単板を使用した。なお、本第4実施形態においては、上記第1実施形態で得られた長尺の維管束を所定の長さに切断して構造材とした。長尺の維管束を使用することにより、構造材の長さを任意に調整することができると共に、長さの異なる維管束を組み合わせて構造材の物性の向上を図ることもできる。本第4実施形態においては、上記第1実施形態で得られた長尺の維管束を5mm〜8mmの長さに切断して使用した。
本第4実施形態においても、上記第1実施形態と同様に維管束に含浸する樹脂材料として、数平均分子量が400以下の低分子量フェノール樹脂(充填型樹脂)を使用した。また、維管束へのフェノール樹脂の付与方法及び付与量も上記第1実施形態と同様にした。よって、ここでは詳細を省略する。
次に、準備した成形前の板状体の各維管束の結合を行う。本第4実施形態においても、上記第3実施形態と同様の圧密化装置(図13及び14参照)を使用した。圧密化装置の構造及び操作は、上記第3実施形態と同様にして行った。
本第5実施形態においては、上記第1〜第4実施形態と同様に、オイルパーム幹材を分離して、その維管束を木質系材料の構成要素として利用するものである。本第5実施形態に係る積層板の製造方法は、分離工程と付与工程と結合工程とからなる。但し、本第5実施形態においては、上記第1〜第4実施形態と異なり、分離工程においてオイルパーム幹材を維管束と柔細胞とに分離する分離手段が異なっている。以下、各工程に従って説明する。
本第5実施形態においては、分離手段として粉砕装置の一種であるハンマークラッシャーを用いて、気乾状態及び飽水状態(生材状態を想定)のオイルパーム幹材を粉砕等して維管束と柔細胞とに分離した。図15は、本第5実施形態において使用するオイルパーム単板、ハンマークラッシャー及び粉砕物を示す写真である。分離前のオイルパーム単板は、オイルパーム幹材をロータリーレースで単板にした気乾状態の単板を100g使用した。分離装置は、ハンマークラッシャーNH−50S(株式会社三庄インダストリー製)、200V、3.7kW、外筒の内径290mmをハンマーの回転数3,450rpmで使用した。図3の粉砕物は、維管束と柔細胞との混合物であって、ハンマークラッシャーの粉砕物放出口に取り付けた多孔篩(孔径15mm)を通過したものである。
本第5実施形態においても、上記第1、第3〜第5実施形態と同様に維管束に含浸する樹脂材料として、数平均分子量が400以下の低分子量フェノール樹脂(充填型樹脂)を使用した。また、維管束へのフェノール樹脂の付与方法及び付与量も上記第1実施形態と同様にした。よって、ここでは詳細を省略する。
次に、準備した成形前の板状体の各維管束の結合を行う。本第5実施形態においても、上記第3〜第5実施形態と同様の圧密化装置(図13及び14参照)を使用した。圧密化装置の構造及び操作は、上記第3実施形態と同様にして行った。
本第6実施形態は、オイルパーム幹材を分離して、その柔細胞を家畜用飼料として利用するものである。上述のように、オイルパーム幹材には、約10%の遊離糖(主にショ糖、グルコース、フルクトースなど)や約25%のデンプンが含有されている。また、柔細胞は、デンプンなどを貯蔵する部分であり、リグノセルロースを主成分とする維管束と異なり、オイルパーム幹材に含まれるデンプンや遊離糖の大部分は、柔細胞に含まれるものと考えられる。
本第7実施形態は、オイルパーム幹材を分離して、その柔細胞をバイオエタノールの原料として利用するものである。上述のように、オイルパーム幹材には、約10%の遊離糖(主にショ糖、グルコース、フルクトースなど)や約25%のデンプンが含有されている。また、柔細胞は、デンプンなどを貯蔵する部分であり、リグノセルロースを主成分とする維管束と異なり、オイルパーム幹材に含まれるデンプンや遊離糖の大部分は、柔細胞に含まれるものと考えられる。
本第8実施形態は、オイルパーム幹材を分離して、その柔細胞をキノコの菌床栽培に使用する培地として利用するものである。
(1)上記各実施形態においては、オイルパーム材を使用して説明するものであるが、これに限るものではなく、ココヤシなど他のヤシ材を使用するようにしてもよい。
(2)上記各実施形態においては、分離工程の分離手段としてゼファー化装置、又は、ハンマークラッシャーを使用するが、これらに限るものではなく、他の分離手段を使用するようにしてもよい。他の分離手段としては、ハンマーミル、スパイラルミル、振動ボールミル、震動ロッドミル、ウィーリーミル、チッパー、シュレッダー、水蒸気爆砕装置、高圧噴射装置などを挙げることができる。
(3)上記各実施形態においては、木質系材料の製造に使用する樹脂材料として、低分子量フェノール樹脂(充填型樹脂)、又は、イソシアネート架橋剤を使用するが、これに限るものではなく、維管束どうしを接着して結合する材料、維管束どうしの間に充填してこれら結合する材料、或いは、維管束の内部に一部浸透して維管束を構成するセルロースその他の物質と反応してこれらを結合する材料などを含む広い意味の樹脂材料を使用してもよい。
(4)上記第1〜第3実施形態においては、3層又は5層のマットを積層して積層板又は圧密積層板を製造するものであるが、これに限るものではなく、2層、4層、或いは6層以上を積層するようにしてもよい。
(5)上記第1〜第3実施形態においては、維管束を配向させたマットのみを積層して積層板又は圧密積層板を製造するものであるが、これに限るものではなく、表面の化粧板として他の木材板を積層するようにしてもよい。
(6)上記第3〜第5実施形態においては、圧密化に特殊な圧密化装置を使用するが、これに限るものではなく、通常のホットプレス機を使用するようにしてもよい。
(7)上記各実施形態においては、オイルパーム材から分離した維管束を木質系材料の構造材として利用するが、これに限るものではなく、維管束を木粉・プラスチック複合材(混練型WPC)の充填材として使用するようにしてもよい。
(8)上記第4実施形態においては、粉砕回数1回で孔径15mmの多孔篩を通過した粉砕物を目開き750μmの篩分器で篩い分けた後の維管束を使用した。しかし、これに限るものではなく、粉砕回数と多孔篩の孔径、及び篩分器の目開きを適宜選定することにより、目的に合わせた大きさの材料を使用するようにしてもよい。
(9)上記第1〜第5実施形態においては、オイルパーム材から分離した維管束を木質系材料の構造材として利用するが、これに限るものではなく、維管束をその他の工業用材料や農林水産用資源として使用するようにしてもよい。
(10)上記第6〜第8実施形態においては、オイルパーム材から分離した柔細胞を家畜用飼料、バイオエタノールの原料、及び、キノコの菌床として利用するが、これに限るものではなく、柔細胞をその他の工業用材料や農林水産用資源として使用するようにしてもよい。
MC…圧密化装置、10…プレス盤、10A…上プレス盤、10B…下プレス盤、
IS…内部空間、18…位置決め孔。
Claims (14)
- ヤシ材を粉砕、圧搾、爆砕、水流高圧噴射等の手段を用いて維管束と柔細胞とに分離し、
分離された維管束と柔細胞とをそれぞれ工業用材料、又は、農林水産用資源として有効利用することを特徴とするヤシ材の利用方法。 - 前記ヤシ材を維管束と柔細胞とに分離する方法において、
円筒の表面に円周方向に沿って平行して設けられた、山部と谷部とからなるV字状又は凹凸状の複数の溝を有する2本の金属ロールを具備する圧搾装置を使用し、
これらの金属ロールが互いの円筒軸方向を平行にして、互いの山部と谷部とが咬合した状態で逆方向に回転し、
前記ヤシ材の板片を前記咬合して回転する2本の金属ロールの間に、その維管束の長さ方向を前記咬合する複数の溝に平行、又は交差するように挿入することにより、
維管束と柔細胞とに効率よく分離することを特徴とする請求項1に記載のヤシ材の利用方法。 - 前記ヤシ材を維管束と柔細胞とに分離する方法において、
粉砕装置を使用する粉砕操作と、当該粉砕操作後の粉砕物を篩分器により維管束と柔細胞とに分離する篩分操作とからなり、
前記粉砕操作において、前記粉砕装置の放出口に設けた多孔篩の目開きと、前記篩分操作に使用する篩分器の目開きとを変化させることにより、
分離した維管束の軸径及び軸長、並びに、当該維管束に残留する柔細胞の比率を変化させることを特徴とする請求項1に記載のヤシ材の利用方法。 - 前記多孔篩の目開きは、孔径5mm〜20mmであって、
当該多孔篩を通過した前記維管束及び前記柔細胞を利用することを特徴とする請求項3に記載のヤシ材の利用方法。 - 前記ヤシ材を伐採後、含水率15質量%以下に乾燥した後に、維管束と柔細胞とに分離することを特徴とする請求項1〜4のいずれか1つに記載のヤシ材の利用方法。
- 前記ヤシ材を伐採後、乾燥することなく維管束と柔細胞とに分離することを特徴とする請求項1〜4のいずれか1つに記載のヤシ材の利用方法。
- 請求項1〜6のいずれか1つに記載の方法によって分離した柔細胞を使用し、
当該柔細胞を家畜用飼料として利用することを特徴とするヤシ材の利用方法。 - 請求項1〜6のいずれか1つに記載の方法によって分離した柔細胞を使用し、
当該柔細胞をバイオエタノールの原料として利用することを特徴とするヤシ材の利用方法。 - 請求項1〜6のいずれか1つに記載の方法によって分離した柔細胞を使用し、
当該柔細胞をキノコの菌床栽培に使用する培地として利用することを特徴とするヤシ材の利用方法。 - ヤシ材を構成する維管束と柔細胞のうち、柔細胞を離脱した状態の維管束を使用し、
当該維管束を複数組み合わせた構造材と、これらの維管束を結合する樹脂材料とから構成されてなることを特徴とする木質系材料。 - 前記構造材は、前記維管束が互いに交差する2軸以上の方向に配向してなることを特徴とする請求項10に記載の木質系材料。
- 前記構造材は、所定の長さに切断した前記維管束を無配向に構成してなることを特徴とする請求項10に記載の木質系材料。
- 前記構造材は、前記樹脂材料を付与した状態で成形されており、
成形後の気乾密度の値が0.3〜1.5(g/cm3)の範囲内にあることを特徴とする請求項10〜12のいずれか1つに記載の木質系材料。 - 請求項10〜13のいずれか1つに記載の木質系材料を製造する方法であって、
ヤシ材を維管束と柔細胞とに分離する分離工程と、
前記維管束に樹脂材料を付与する付与工程と、
前記樹脂材料により前記維管束の間を結合する結合工程とからなり、
前記付与工程において、
前記樹脂材料としてフェノール樹脂を使用し、前記維管束に2〜50質量%濃度のフェノール樹脂水溶液を含浸させ、
前記結合工程において、
前記フェノール樹脂水溶液を含浸した前記維管束を乾燥後、温度140〜220℃の高圧プレス装置で成形することを特徴とする木質系材料の製造方法。
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