(57)【要約】【課題】      熱伝導率が小さく断熱性に優れており、かつ、建築用基材として扱いやすい弾力性をもった木質繊維板を提供することにある。【解決手段】    本発明に係る炭化ボードの製造方法は、木材チップ等の木質材料を蒸煮解繊して木質繊維を得、この木質繊維を湿式抄造法等により全乾密度０．０５ｇ／ｃｍ3〜０．３５ｇ／ｃｍ3の木質繊維板に成形し、該木質繊維板を不活性ガス雰囲気下において加熱して炭化処理するもので、断熱性と弾力性に優れた炭化ボードを生産性良く得ることができる。【特許請求の範囲】
【請求項１】
木質材料を蒸煮解繊して得た木質繊維を成形して全乾密度０．０５ｇ／ｃｍ3〜０．３５ｇ／ｃｍ3の木質繊維板に形成し、該木質繊維板を不活性ガス雰囲気下において加熱して炭化処理することを特徴とする炭化ボードの製造方法。
【請求項２】
蒸煮解繊して得た木質繊維を、アルカリ溶液中で蒸煮した後成形することを特徴とする請求項１に記載の炭化ボードの製造方法。
【請求項３】
アルカリ溶液中での蒸煮を、温度１４０℃〜１９０℃、圧力６ｋｇ／ｃｍ2〜９ｋｇ／ｃｍ2で行うことを特徴とする請求項２に記載の炭化ボードの製造方法。
【請求項４】
炭化処理を、最高温度４００℃〜８００℃の加熱下で行うことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の炭化ボードの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、住宅等建築物の天井材、壁下地材、畳床、パネル芯材等に用いることのできる、優れた断熱性と適度な強度と弾力性を有する炭化ボードの生産性の良い製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、断熱性や調湿性、ＶＯＣ（揮発性有機化合物）等の吸着性の良い材料として、木質材料等の植物質材料を炭化処理したものが知られている。例えば、特許文献１には、新聞紙などの古紙を粉砕して得た木質繊維を炭化させた綿状の形態の炭化木質繊維断熱材が提案されている。また、特許文献２には、木質繊維と繊維状の炭類とを接着剤を介して成形一体化させた木質繊維板が提案されている。
【０００３】
しかしながら、特許文献１に記載の炭化木質繊維断熱材は、綿状の形態であり、外壁や床の内部空間に吹き込んで用いるものであるため、取り扱い上自立したボードという形態で用いることができず、その建築用材料としての用途も著しく限定されるとともに、施工に特別な装置を必要とするという問題がある。
【０００４】
また、特許文献２に記載の木質繊維板は、５０重量％以下の繊維状の炭類が添加されているので、ＶＯＣ等の吸着性能や調湿性能の向上はある程度期待できるが、その比重が０．３５以上と高いため、強度的性質には優れているものの断熱性には乏しいという問題がある。
【０００５】
尚、上記特許文献１および２に記載されているような炭化させた木質繊維を用いて断熱性に優れた低比重のボードを形成することも考えられるが、この場合には繊維が炭化によって弾力性を消失して脆くなっており、特に断熱性に優れた低比重のボードに成形することが難しいという問題がある。
【０００６】
一方、ＪＩＳ  Ａ  ５９０５に規定されているインシュレーションボードと称される木質繊維板は、その密度が、例えば畳の芯に用いられるものが０．２７ｇ／ｃｍ3未満（通常０．２０ｇ／ｃｍ3〜０．２５ｇ／ｃｍ3程度）、断熱板用に用いられるＡ級のものが０．３５未満（通常０．２３ｇ／ｃｍ3〜０．３０ｇ／ｃｍ3程度）と軽量で適度な強度や弾力性を備えているが、断熱性については、例えば密度が０．２７ｇ／ｃｍ3のＡ級インシュレーションボードの場合でも、その熱伝導率が０．０４９Ｗ／ｍＫ程度であり、充分とは言えなかった。
【特許文献１】特開２００３−２５１６１６
【特許文献２】特許第３５２３６２４号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は係る問題点に鑑みなされたもので、断熱性に優れ、ボードとしての適度な強度と弾力性を有する炭化ボードを生産性良く製造することができる炭化ボードの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１の発明に係る炭化ボードの製造方法は、木質材料を蒸煮解繊して得た木質繊維を成形して全乾密度０．０５ｋｇ／ｃｍ3〜０．３５ｋｇ／ｃｍ3の木質繊維板に形成し、該木質繊維板を不活性ガス雰囲気下において加熱して炭化処理することを特徴とする。
【０００９】
請求項２の発明に係る炭化ボードの製造方法は、請求項１の発明において、蒸煮解繊して得た木質繊維を、アルカリ溶液中で蒸煮した後成形することを特徴とする。
【００１０】
請求項３の発明に係る炭化ボードの製造方法は、請求項２の発明において、アルカリ溶液中での蒸煮を、温度１４０℃〜１９０℃、圧力６ｋｇ／ｃｍ2〜９ｋｇ／ｃｍ2で行うことを特徴とする。
【００１１】
請求項４の発明に係る炭化ボードの製造方法は、請求項１乃至３のいずれか１項の発明において、炭化処理を、最高温度４００℃〜８００℃の加熱下で行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１の発明によれば、蒸煮解繊して得た木質繊維を一旦成形して全乾密度０．０５ｇ／ｃｍ3〜０．３５ｇ／ｃｍ3の軽量な木質繊維板に形成した後、該木質繊維板を不活性ガス雰囲気下において加熱して炭化処理しているので、軽量で断熱性に非常に優れ、適度な強度を有する炭化木質繊維からなる炭化ボードを生産性よく製造することができる。また蒸煮解繊により予め木質材料成分中の蒸煮可溶成分の一部が除去され結晶質のセルロース分の割合が高くなっている木質繊維を成形した木質繊維板を炭化処理しているので、脆さが改善され適度な弾性を有する炭化ボードに形成することができる。
【００１３】
請求項２の発明によれば、請求項１の発明において、蒸煮解繊して得た木質繊維を、更にアルカリ溶液中で蒸煮した木質繊維を用いているので更に結晶質のセルロース分の割合を高めることができ、請求項１の発明の効果に加えて、一層強度及び弾性に優れた炭化ボードを形成することができる。
【００１４】
請求項３の発明によれば、請求項２の発明において、アルカリ溶液中での蒸煮の最適な温度、圧力条件を採用したもので、請求項２の発明の効果に加えてアルカリ溶液中での蒸煮処理をさらに生産性良く効率的に行うことができる。
【００１５】
請求項４の発明によれば、請求項１乃至３のいずれか１項の発明において、炭化処理を最高温度４００℃〜８００℃の加熱下で行うようにしたもので、これにより請求項１乃至３のいずれか１項に記載の発明の効果に加えて、その炭化処理をさらに生産性良く行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態について説明する。尚、本発明は下記実施の形態に何等限定されるものではない。本発明は、先ず種々の針葉樹材、広葉樹材、間伐材、それに木質建築故材、木質端材、廃パレット、廃型枠などの木質産業廃材を、チッパーやフレーカー等を用いてチップ形状等の木質小片からなる木質材料にし、この木質小片を、常法に従いダイジェスターに投入して蒸煮液の存在下、高温高圧で処理して蒸煮し、この蒸煮した木質小片を、パルパーやリファイナーにより解繊して木質繊維を得る。
【００１７】
ここにおいて、木質繊維はその長さが２．０ｍｍ〜３０ｍｍ程度のものがその大部分を占めていることが望ましい。２．０ｍｍ未満や３０ｍｍを超えるものが多く含まれると後述する湿式、或いは乾式成形装置を用いて木質繊維板に形成するときの成形性が悪くなり、特に２．０ｍｍ未満の細かな木質繊維が多くなると、得られる炭化ボードの強度や弾力性が低下するので好ましくない。
【００１８】
次に、上記で得られた木質繊維を、ダイジェスター等の蒸煮装置に投入し、水酸化ナトリウム及び硫化ナトリウムの混合アルカリ水溶液に浸漬し、高温、高圧下で蒸煮する。アルカリ水溶液には上記混合アルカリ水溶液の他に、炭酸ナトリウム、硫酸ナトリウム、亜硫酸ナトリウム等を単独又は混合して調整したアルカリ水溶液を用いることもできる。アルカリ水溶液中の活性アルカリ濃度は、アルカリ水溶液１リットル当たり４０ｇ〜７０ｇ程度とするのが望ましい。また、この活性アルカリの木質繊維に対する割合は、木質繊維の全乾重量に対し１０重量％〜２５重量％程度とするのが望ましい。
【００１９】
アルカリ水溶液中の活性アルカリ濃度が、アルカリ水溶液１リットル当たり４０ｇ未満となると、処理時間を多く要して生産性が低くなるので好ましくなく、７０ｇを超えると処理費用が高くなるので好ましくない。また、活性アルカリの全乾木質繊維に対する重量割合が、１５重量％未満となると未反応な木質成分が多くなるので好ましくなく、２５ｇを超えると逆に未反応なアルカリ成分が多くなるので好ましくない。
【００２０】
また、上記木質繊維の蒸煮に際しての高温高圧処理は、ダイジェスター等密閉容器内の最高温度が１４０℃〜１９０℃好ましくは１７０℃〜１８０℃、最高圧力が６ｋｇ／ｃｍ2〜９ｋｇ／ｃｍ2好ましくは７ｋｇ／ｃｍ2〜８ｋｇ／ｃｍ2程度の条件で行う。上記最高温度が１４０℃未満であればリグニン等アルカリ蒸煮液による溶出成分の溶出が不十分となるので好ましくなく、１９０℃を超えるとセルロースの分解が進むので好ましくない。また、最高圧力が６ｋｇ／ｃｍ2未満となると処理時間を多く要するので好ましくなく、９ｋｇ／ｃｍ2を超えると高エネルギーを要するので好ましくない。
【００２１】
このようにして、木質小片を蒸煮解繊して得た木質繊維に対し、更にアルカリ水溶液で蒸煮することにより、木質繊維中のセルロース以外の成分の一部が更に除去されて一層セルロースリッチな繊維化が進み、後述する木質繊維板の炭化時に適度な強度と弾力性（柔軟性）、及び断熱性を発現できる良好な木質繊維に形成することができる。
【００２２】
尚、木質繊維としては、上記アルカリ水溶液で蒸煮せず、木質小片を蒸煮解繊して得たものを用いることもできる。また、古紙やダンボールをハイドロパルパー等で解繊した古紙繊維、椰子殻繊維、バガス繊維、ケナフ繊維等の植物質繊維も広義の木質繊維として、木質繊維と同様に用いることもできる。
【００２３】
次に、上記で得られた木質繊維に、必要に応じてバインダーなどの添加物を加えた木質繊維組成物を、公知の湿式抄造法、或いは乾式抄造法等を用いて成形し、木質繊維板に形成する。
【００２４】
バインダーを用いる場合には、例えば湿式抄造法で木質繊維板を成形する場合、コーンスターチ等のデンプン類、ポリビニルアルコール、エチレンビニルアルコール等の熱可塑性樹脂、或いはフェノール樹脂、メラミン樹脂、尿素樹脂、尿素−メラミンイソシアネート樹脂等の熱硬化性樹脂、或いはそれらの混合樹脂からなるバインダーを木質繊維に対し通常１〜１０重量％程度スラリー中に添加して用いることができる。また乾式抄造法で木質繊維板を成形する場合、上記デンプン類やメラミン樹脂等を木質繊維に対し通常５〜３０重量％程度添加して用いることができる。尚、添加物としては、バインダーの他に難燃剤、耐水化剤、定着剤、撥水剤等を必要により添加することができる。
【００２５】
このようにして成形される木質繊維板は、その全乾密度が０．０５ｇ／ｃｍ3〜０．３５ｇ／ｃｍ3特に０．１０ｇ／ｃｍ3〜０．３５ｇ／ｃｍ3の範囲にあるのが好適である。上記密度が０．０５ｇ／ｃｍ3未満になると、後述の炭化処理により得られる炭化ボードの強度的性質が低下し、破損し易くなるので好ましくなく、また、密度が０．３５ｇ／ｃｍ3を超えると、得られる炭化ボードの断熱性が低くなるので好ましくない。
【００２６】
尚、このような繊維板として、ＪＩＳ  Ａ  ５９０５に規定され、市販されているタタミボード、Ａ級インシュレーションボード等のインシュレーションボードを用いることもできる。
【００２７】
次に、上記木質繊維板を、間接加熱式或いは直下加熱式などの公知の炭化炉に搬入し、炭化炉内の空気をチッソガス等の不活性ガスに置換した後加熱し、木質繊維板を充分に炭化させて炭化ボードを形成する。
【００２８】
炭化条件は特に限定されるものではないが、生産効率を良くするためにその最高到達温度が４００℃〜８００℃、好ましくは６００℃〜８００℃となるように加熱し、この最高到達温度或いはそれに近い温度を３０分〜１００分程度維持することにより、良好に炭化された木質繊維板製の炭化ボードを生産性良く製造することができる。
【実施例】
【００２９】
次に、本発明の実施例について説明する。
【００３０】
（実施例１）
マツ、スギ等の針葉樹材からなる木材チップを蒸煮解繊して得た針葉樹木質繊維を、水酸化ナトリウム３．７５重量％と硫化ナトリウム１．２５重量％を含む蒸煮水溶液とともに密閉耐圧容器内に供給した。
【００３１】
ここにおいて、蒸煮水溶液は、該蒸煮水溶液１リットルに対し、活性アルカリの重量が５０ｇとなるように調整されており、また全乾木質繊維の重量に対する活性アルカリの重量は２０重量％、活性アルカリの硫化度は２５重量％となるように、蒸煮水溶液量と木質繊維量を調整した。尚、硫化度とはアルカリ溶液中の硫化ナトリウムの含有量であり、Na2S／(NaOH＋Na2S)×１００（％）で導き出されるものである。
【００３２】
次いで、上記密閉容器内を加温、加圧して最高到達温度１７０℃、最高圧力７ｋｇ／ｃｍ2の高温高圧条件下で、最高到達温度１７０℃の状態を約９０分間維持して木質繊維を蒸煮した。
【００３３】
次いで、上記で得られた木質繊維９５重量部とコーンスターチ（日食コーンスターチＹ：日本食品化工株式会社製）５重量部とを大量の水と混合攪拌して木質繊維のスラリーに調整し、このスラリーを湿式抄造してウェットマットに形成した後、１５０℃〜１７０℃のドライヤーで乾燥して、厚さ１２ｍｍ、密度０．０７ｇ／ｃｍ3の木質繊維板を得た。
【００３４】
次に、得られた木質繊維板を間接加熱式の炭化炉に供給し、炭化炉内の空気をチッソガスで置換した後、５℃／１分の昇温速度で炭化炉内が６００℃となるまで昇温し、しかるのち、炭化炉内を上記６００℃前後の温度に約６０分間維持して炭化ボードを作成した。
【００３５】
得られた実施例１に係る炭化ボードは、厚さ１０ｍｍ、密度０．０５ｇ／ｃｍ3であった。そして、JＩＳ  Ａ  １４１２−２に基づき熱伝導率を測定した。また、ＪＩＳ  Ｌ  １０９７に基づき圧縮弾性試験を行い、圧縮率とその回復率を測定した。その結果を表１に示す。
【００３６】
（実施例２）
実施例１と同様にして得た針葉樹木質繊維を、実施例１と同条件の密閉耐圧容器内で、実施例１と同一のアルカリ蒸煮液で蒸煮処理し、実施例と同一のアルカリ蒸煮処理木質繊維を得た。
【００３７】
次いで、上記で得られた木質繊維８５重量部と前記実施例１で用いたコーンスターチ１５重量部とを混合し、乾式成形した後、１５０℃のスチーム及び熱風下に晒し、コーンスターチを硬化させて厚さ２５ｍｍ、密度０．０８ｇ／ｃｍ3の木質繊維板を得た。
【００３８】
次に、得られた木質繊維板を間接加熱式の炭化炉に供給し、炭化炉内の空気をチッソガスで置換した後、５℃／分の昇温速度で炭化炉内が８００℃となるまで昇温し、しかるのち、炭化炉内を上記８００℃前後の温度に約６０分間維持して実施例２に係る炭化ボードを作成した。
【００３９】
得られた炭化ボードは厚さ２０ｍｍ、密度０．０６ｇ／ｃｍ3であった。そして、実施例１と同様にして、熱伝導率を測定した。その結果を表１に示す。
【００４０】
（実施例３）
実施例１で用いた木材チップを蒸煮解繊して得た針葉樹木質繊維を、実施例１のようにアルカリ水溶液による蒸煮処理を行わずに、実施例１と同様にして湿式抄造した後乾燥して、厚さ１２ｍｍ、密度０．０７ｇ／ｃｍ3の木質繊維板を得た。
【００４１】
得られた木質繊維板を、実施例１と同様にして炭化処理し、厚さ１０ｍｍ、密度０．０５ｇ／ｃｍ3の実施例３に係る炭化ボードを得た。得られた炭化ボードは、実施例１と同様にして熱伝導率を測定し、圧縮弾性試験により圧縮率とその回復率を測定した。その結果を表１に示す。
【００４２】
（比較例１）
実施例３で得た、炭化処理を行っていない、厚さ１２ｍｍ、密度０．０７ｇ／ｃｍ3の木質繊維板を比較例１とし、この比較例１に係る木質繊維板について、実施例１と同様にして熱伝導率を測定した。その結果を表１に示す。
【００４３】
（比較例２）
実施例２で得た、炭化処理を行っていない、厚さ２５ｍｍ、密度０．０８ｇ／ｃｍ3の木質繊維板を比較例２とし、この比較例２に係る木質繊維板について、実施例１と同様にして熱伝導率を測定した。その結果を表１に示す。
【００４４】
図１から明らかなように、実施例１〜３と比較例１、２とでは、密度がほぼ同程度にも拘らず、実施例１〜３の方が熱伝導率が顕著に小さくなっており、木質繊維板の断熱性は炭化処理によって大幅に向上していた。
【００４５】
また、実施例の中では、実施例１と３の比較から、圧縮率は実施例３よりも実施例１の方が小さいにも拘らず、回復率は逆に実施例１の方が大きくなっており、このことから、通常得られる木質繊維を更にアルカリ液で蒸煮処理した木質繊維を用いて木質繊維板に形成し、この木質繊維板を炭化させた場合には、弾力性の良い炭化ボードを得ることができることが判った。
【００４６】
【表１】
2006035792.tif 000002