(57)【要約】【課題】  熱可塑性樹脂およびイソシアネート化合物をバインダーとして使用した小片状材料の成型装置の提供。【解決手段】  イソシアネート化合物添加手段、水添加手段、加熱手段、および混合手段を有し、一定温度条件での混合下に、小片状材料表面にイソシアネート化合物と水を均一に付与することができる、小片状材料の混合容器、および該混合容器から排出された小片状材料を成型する手段を有する、熱可塑性樹脂およびイソシアネート化合物をバインダーとして使用した小片状材料の成型装置。【特許請求の範囲】
【請求項１】
イソシアネート化合物添加手段、水添加手段、加熱手段、および混合手段を有し、一定温度条件での混合下に、小片状材料表面にイソシアネート化合物と水を均一に付与することができる、小片状材料の混合容器、および
該混合容器から排出された小片状材料を成型する手段を有する、熱可塑性樹脂およびイソシアネート化合物をバインダーとして使用した小片状材料の成型装置。
【請求項２】
熱可塑性樹脂添加手段をさらに有する、請求項１記載の装置。
【請求項３】
該混合容器から排出された小片状材料をほぼ一定の厚さの板状とする手段をさらに有する、請求項１または２記載の装置。
【請求項４】
加熱手段が温風である、請求項１から３のいずれか１項記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、小片状材料を、熱可塑性樹脂およびイソシアネート化合物をバインダーとして使用した小片状材料の成型装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特開２００４−１７４９５７号には、乾燥状態の熱可塑性樹脂が表面に付着した小片状材料を、イソシアネート化合物により結合した成型物が開示されている。この特許出願においては、「乾燥状態の熱可塑性樹脂が表面に付着した小片状材料とイソシアネート化合物との混合は、公知の任意の方法により行うことができ、例えばスプレー塗布または含浸等の方法により行うことができる。混合方法、混合装置、混合時間などは乾燥状態の熱可塑性樹脂が表面に付着した小片状材料の、種類および大きさに応じて適宜選択することができる。乾燥状態の熱可塑性樹脂が表面に付着した小片状材料の表面全体にイソシアネート化合物が存在するように、充分に混合することが望ましい。」と記載されている。
しかし、実際の製造に際しては、混合容器内において、イソシアネート化合物と水を同時又は逐次的に小片状材料の表面に付与することが生産速度向上のために必要であることが見いだされた。さらに、水とイソシアネート化合物との反応は迅速であるため、安定した生産のためには一定温度において混合を行う必要のあることも見いだされた。
【特許文献１】特開２００４−１７４９５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明は、上記のように、特開２００４−１７４９５７号に開示された成型方法を実際に行う際に必要とされる、新たに見いだされた課題を解決することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明は、イソシアネート化合物添加手段、水添加手段、加熱手段、および混合手段を有し、一定温度条件での混合下に、小片状材料表面にイソシアネート化合物と水を均一に付与することができる、小片状材料の混合容器、および
該混合容器から排出された小片状材料を成型する手段を有する、熱可塑性樹脂およびイソシアネート化合物をバインダーとして使用した小片状材料の成型装置を提供する。
本発明の装置は好適には、熱可塑性樹脂添加手段をさらに有する。
また、本発明の装置は、好ましくは混合容器から排出された小片状材料をほぼ一定の厚さの板状とする手段をさらに有する。
また、好適には本発明の装置における加熱手段は温風である。
【発明の効果】
【０００５】
本発明により、熱可塑性樹脂およびイソシアネート化合物をバインダーとして使用した小片状材料の成型物を好適に成型することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
イソシアネート添加手段とは、滴下装置およびスプレーのようなイソシアネートを所望の速度で所望の領域に添加することができる手段をいい、好ましくはスプレーが使用される。
イソシアネート化合物のライン内での固化を防止するため、イソシアネート添加手段には、窒素パージラインおよび／または溶剤洗浄ラインを設けることができる。
本発明で用いられるイソシアネート化合物としては、イソシアネート基を２個以上有する化合物が使用でき、例えばトリレンジイソシアネート（ＴＤＩ）、水素化ＴＤＩ、トリメチロールプロパン−ＴＤＩアダクト、トリフェニルメタントリイソシアネート、ジフエニルメタンジイソシアネート（ＭＤＩ）、水素化ＭＤＩ、ヘキサメチレンジイソシアネート（ＨＭＤＩ）、キシリレンジイソシアネート（ＸＤＩ）、メタキシリレンジイソシアネート、水素化ＸＤＩ、イソホロンジイソシアネート、リジンジイソシアネート、ダイマー酸ジイソシアネート、上記イソシアネート化合物の水またはアミンアダクトのような各種アダクト、上記イソシアネート化合物の２または３量体のようなオリゴマー、ポリオールに過剰のポリイソシアネートであらかじめポリマー化した末端にイソシアネート基を有するウレタンプレポリマー、末端イソシアネート基がブロックされたブロックウレタン等があげられる。各種異性体を含むこれらを単独または２種類以上混合して使用することができる。中でも、経済性等の観点から、２量体以上のＭＤＩを含む、いわゆるポリメリックＭＤＩが好適に使用される。
【０００７】
イソシアネート化合物の硬化を促進させる目的で公知の触媒を異なる添加手段を介して加えることができる。例えば、トリエチルアミン、トリエチレンジアミン、Ｎ−メチルモルフホリン、Ｎ−メチルイミダゾール、１−メチルイミダゾール、１−エチルイミダゾール、１−プロピルイミダゾール、１−シアノメチルイミダゾール、１、２−ジメチルイミダゾール、１、４−ジメチルイミダゾール、１−メチル−２−エチルイミダゾール、１−メチル−４−エチルイミダゾール、１−エチル−２−メチルイミダゾール、１−エチル−４−メチルイミダゾール、ピリジン、α−ピコリン、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、Ｎ，Ｎ，Ｎ´−トリメチルアミノエチルエタノールアミン、Ｎ，Ｎ，Ｎ´，Ｎ´−テトラメチルヒドロキシプロピレンジアミン、ジブチルチンジラウレート、ジオクチルチンジラウレート、ナフテン酸カルシウム、オクチル酸カリ、オクチル酸スズ、オクチル酸亜鉛等があげられる。添加量はイソシアネート化合物１００重量部に対し０．１から２０重量部が好ましい。０．１重量部以下では硬化促進の効果がなく２０重量部以上添加すると結合力が低下する。
かかる成型物の製造を可能とするため、本発明の装置は上記成分を添加するための添加手段を有することができる。
【０００８】
水添加手段とは、滴下装置およびスプレーのような、水を所望の速度で所望の領域に添加することができる手段をいい、好ましくはスプレーが使用される。
【０００９】
加熱手段とは、混合容器内を一定の温度に保持することのできる手段を言う。混合は、好ましくは約４０−６０℃の温度、より好ましくは約４０−５０℃の温度で行われるので、かかる範囲内において一定かつ均一に加熱できる方法が好ましい。なお、混合は一定温度条件において行われるが、一定温度とは、上記の温度範囲内であればよく、厳密である必要はない。本発明の装置において、好ましくは加熱手段は、温風である。すなわち、好ましくは本発明の成型装置において、混合容器には温風入口および出口が設けられる。
また、温風を加熱手段として用いた場合、供給される温風の流量に対応する量の空気を混合容器から排出するとともに、フィルターにより同伴される小片状材料およびイソシアネート化合物を除去することが好ましい。
【００１０】
混合手段としては、小片状材料を均一に混合することができる混合手段であれば、任意のものが使用できる。たとえば、すき板混合機、リボン混合機等が好適に使用できる。
混合容器内において、小片状材料を混合しつつ、その表面にイソシアネート化合物と水が均一に付与される。均一に付与されるとは、成型物の強度などの特性が不均一にならない程度に均一に付与されるとの意味である。
混合容器内において、小片状材料の表面にイソシアネート化合物および水、並びに任意に熱可塑性物質を均一に付与しつつ混合し、その後硬化する前に小片状材料は混合容器から排出される。好適には、混合容器の下にコンベアを配置し、この上に小片状材料を排出し、平坦化しつつ次の成型工程に移送される。
【００１１】
本発明の装置は、前記の混合容器から排出された小片状材料を成型する手段を有する。かかる成型手段は、公知の任意の手段であることができる。典型的な成型手段としては、プレス成型装置、真空成型装置、および圧空成型装置などを使用することができる。たとえば、混合容器から排出された小片状材料を、ほぼ均一な厚さのマット状にし、コンベア等でプレス内に移動し、プレプレスをした後、プレス成型装置、真空成型装置、および圧空成型装置等により成型することができる。また、たとえばプレス成型した後に真空成型装置または圧空成型することもできるので、これらの成型装置を複数有することもできる。
【００１２】
本発明で用いられる小片状材料の材質、粒系および形状は、その材料および製造する成型物の種類、要求性能などにより変化するので、公知の技術に基き当業者が適宜選択することができる。小片状材料としては、木材小片、木材繊維、樹皮等の木材に由来する木質材料が好適に使用される。合板等の木材の廃材、新聞紙および雑誌等の古紙、紙管、段ボール、木炭、もみがら、とうもろこし、ゴムの木、わら、コーリャン茎、ケナフ等の材料も使用することができる。これらの材料は必要に応じ、破断粉砕して適当な大きさにして使用することができる。好適な小片状材料は木質材料である。
木質材料を使用する場合に、その木の種類は問わないが、松、杉、ひのき等の針葉樹、ラワン、カポール、ポプラ、ヤナギ等の広葉樹由来のものが好適に使用される。小片状材料として木材チップを使用する場合には、一般に０．０１から１００ｍｍのサイズのものが使用される。用途に応じて複数種類の小片状材料を混合使用することができる。
【００１３】
小片状材料は、あらかじめ熱可塑性樹脂と混合され、乾燥された、乾燥状態の熱可塑性樹脂が表面に付着した小片状材料であることができる。「乾燥状態の熱可塑性樹脂が表面に付着した小片状材料」とは、熱可塑性樹脂が小片状材料表面に乾燥状態で存在するものであれば良く、乾燥とは水分がほぼなくなった状態をいう。具体的にはイソシアネート化合物を添加しても著しい発泡が生じない程度まで水分が減少された状態をいう。この状態では、たとえば、熱可塑性樹脂のエマルジョンの水分がほぼ蒸発し、半透明ないし透明となった熱可塑性樹脂の乾燥皮膜が形成される。
小片状材料は必要に応じ水洗し、乾燥した後使用することができる。熱可塑性樹脂と小片状材料との混合は、公知の任意の方法により行うことができ、例えばスプレー塗布または含浸等の方法により行うことができる。混合方法、混合装置、混合時間などは小片状材料の種類および大きさ、ならびに熱可塑性樹脂の種類および混合比率に応じて、適宜選択することができる。小片状材料の表面全体に熱可塑性樹脂が存在するように、充分に混合することが望ましい。      
得られた混合物の乾燥も公知の方法により行うことができ、たとえば室温における風乾、熱風乾燥、オーブン中における加熱乾燥など、任意の方法が使用できる。
【００１４】
また、小片状材料は、本発明にかかる成型装置内で、熱可塑性樹脂、イソシアネート化合物、および水を同時にまたは逐次的にその表面に付与されることができる。好ましくは、熱可塑性樹脂、イソシアネート化合物、および水が、この順番で逐次的に添加される。
かかる製造方法を可能とするため、本発明の装置は、その一態様として、熱可塑性樹脂添加手段をさらに有することができる。さらに、熱可塑性樹脂、イソシアネート化合物、および水の添加時期を制御する制御装置を有することができる。
【００１５】
本発明で使用される熱可塑性樹脂は、熱可塑性を有するものであればよく、天然樹脂および合成樹脂のいずれであってもよい。また、熱可塑性を有していれば、若干の架橋を有するものであっても良い。たとえば酢酸ビニル樹脂、エチレン−酢酸ビニル共重合樹脂、アクリル酸エステルおよび／またはメタクリル酸エステルを含むエチレン性不飽和モノマーの共重合体であるアクリル樹脂、スチレンブタジエン共重合体などが好適に使用できるが、これらに限定されるものではない。さらに好ましく本発明で用いられる熱可塑性樹脂としては、酢酸ビニル樹脂、およびエチレン−酢酸ビニル共重合樹脂からなる群から選択される少なくとも一つの樹脂があげられる。これらの熱可塑性樹脂は単独で使用することもできるし、混合して使用することもできる。
【００１６】
本発明で用いられる熱可塑性樹脂は、エマルジョン重合により製造され、提供されることが安全性、環境などの観点から好ましい。エマルジョン重合の方法については特に制限はなく、通常の方法で差し支えない。例えば、酢酸ビニル等の単量体を水中で各種乳化剤、保護コロイドの存在下、過硫酸塩等の開始剤を添加することにより得られるが、その際の、単量体の添加方法（一括添加、逐次添加、分割添加等）、乳化剤の種類（アニオン性乳化剤、ノニオン性乳化剤、カチオン性乳化剤等）や保護コロイドの種類（ポリビニルアルコール系高分子、セルロース系高分子等）、開始剤の種類（過硫酸塩等、過酸化水素等のパーオキサイド類、それらとのレドックス反応において用いる重亜硫酸ナトリウム等の還元剤等）やその添加方法（一括添加、逐次添加、分割添加等）その他撹拌条件、重合温度等をはじめとする重合条件については公知であり、当業者が必要に応じ適宜決定できる事項である。
また、エチレン−酢酸ビニル共重合体エマルジョン存在下で酢酸ビニルを乳化重合するようなシード乳化重合法などによりえられるエマルジョンも使用できる。
【００１７】
熱可塑性樹脂のエマルジョンとしては、固形分２０−７０％のものが好ましく使用される。熱可塑性樹脂のエマルジョンの粘度は特に制限はなく、その固形分濃度により変わるが、作業性等の観点で２０００００ｍＰａ・ｓ（３０℃）以下が好ましい。
本発明で用いられる熱可塑性樹脂のガラス転移温度Ｔｇは、特に制限はないが、一般的には−４０℃から６０℃の範囲から選択される。Ｔｇは好ましくは−２０℃から６０℃、より好ましくは０℃から６０℃の範囲である。
【００１８】
熱可塑性樹脂は好ましくは酢酸ビニル樹脂、エチレン−酢酸ビニル共重合体樹脂、アクリル樹脂およびスチレン−ブタジエン共重合体樹脂からなる群から選択される。
ポリ酢酸ビニルとしては、たとえば、酢酸ビニルモノマーを保護コロイドの存在下で乳化重合して得られるものが好適に使用できる。
ポリ酢酸ビニル系エマルジョンは、粘度が１０００から２０００００ｍＰａ・ｓであることが好ましい。又、ｐＨは３から８であることが好ましい。
【００１９】
エチレン−酢酸ビニルコポリマーとしては、例えば、エチレンと酢酸ビニルモノマーを保護コロイドの存在下で乳化共重合して得られるものが好適に使用できる。エチレン−酢酸ビニルコポリマー中のエチレン含有量は好ましくは５−４０重量％であり、より好ましくは１０−２５重量％である。粘度は好ましくは２００−２００００ｍＰａ・ｓである。またｐＨは４−７であることが好ましい。
ポリ酢酸ビニル、エチレン−酢酸ビニルコポリマー、アクリル樹脂およびスチレン−ブタジエン共重合体樹脂は種々のグレードのものが多くの製造者から市販されており、望ましい特性に応じて適宜選択して使用することができる。
【００２０】
また、本発明の成型装置により製造される成型物は、ポリビニルアルコール、セルロース誘導体、ポアクリル酸誘導体、（無水）マレイン酸−ビニルエーテル共重合体、（無水）マレイン酸−酢酸ビニル共重合体、イソブチレン−無水マレイン酸共重合体からなる群より選ばれる水溶性ポリマーの少なくとも一種を含有することもできる。好ましくは、ポリビニルアルコール系高分子が好ましく用いられる。ポリビニルアルコール系高分子としては各種の重合度、鹸化度のものが使用でき、一般的には重合度２００〜４０００、鹸化度５０〜１００モル％のものが使用できる。また、α−オレフィン系単量体由来の疎水基、カルボキシル基、スルホン酸基、カチオン基、アセトアセチル基、シラノール基等で変性したポリビニルアルコールも使用可能である。
かかる成型物の製造を可能とするため、本発明の装置は上記成分を添加するための添加手段を有することができる。
【００２１】
小片状材料に対する熱可塑性樹脂のエマルジョンの混合量は、材料の種類によって異なるが、例えば木材チップ（含水率５−１５％）１００重量部に対して、エマルジョンの固形分として５−５０重量部、好ましくは１０−４０重量部である。樹脂量が少ないと結合力が不十分となり、樹脂量が多すぎてもそれに対応する結合力の向上を得ることができない。
【００２２】
小片状材料に対するイソシアネート化合物の混合量は、材料の種類によって異なるが、例えば木材チップ（含水率５−１５％）１００重量部に対して、１−２０重量部、好ましくは５−１５重量部である。イソシアネート化合物量が少ないと結合力が不十分となり、イソシアネート化合物量が多すぎてもそれに対応する結合力の向上を得ることができない。
水分量は、例えば木材チップ（含水率５−１５％）１００重量部に対して、１５重量部以下の添加で充分である。１５重量部以上添加すると水分によって成型物が変形するので好ましくない。
【００２３】
成型物の吸湿変形を防止するために、パラフインワックス等の撥水剤を添加することもできる。また必要に応じて、充填材、溶剤、顔料、染料、防腐剤、防虫剤、消泡剤等を添加することができる。
【００２４】
本発明の成型物の製造方法において、加圧成型時間は材料の種類によって異なるが、典型的には１分から３０分間程度の短時間で充分である。また、加圧圧力は成型物に求められる要求性能によって異なるが、典型的には９８ｋＰａから４９００ｋＰａ（１ｋｇｆ／ｃｍ２から５０ｋｇｆ／ｃｍ２）の圧力で充分である。
【００２５】
本発明方法においては、乾燥状態の熱可塑性樹脂が表面に付着した小片状材料とイソシアネート化合物を混合した混合物を常温で加圧成型する。本明細書において「常温」とは０℃から１００℃までの温度をいう。成型温度は好ましくは１０℃から９０℃、より好ましくは３０℃から７０℃、さらに好ましくは４０−６０℃、最も好ましくは４０−５０℃である。１００℃よりも高いようなあまりに高い温度で加圧成型するとホットプレスなどの加圧板に材料が接着して成型物が得られない。０℃未満のようなあまりに低い温度で加圧成型すると結合力が弱く成型物として取り扱うことができない。
【００２６】
本発明の装置により成型される小片状材料は、成型に際し外部から高温で加熱する必要がない。そのため、従来では不可能であった約１０−３０ｃｍもの厚さの板を成型することができる。しかし、このように厚い板状物を成型する場合には、成型前の小片状材料層の厚さも非常に大きくなり、厚さむらが生じやすくなる。成型前の厚さむらが大きいと成型物の品質が不均一となり、好ましくない。かかる課題を解決するため、混合容器から排出された小片状材料をほぼ一定の厚さの板状とする手段をさらに有することが好ましい。小片状材料をほぼ一定の厚さの板状とする手段としては、たとえば、前後退スライド式コンベアーおよび微移動装置式コンベアーがあげられる。
【００２７】
本発明の装置により得られる成型物は、種々の用途に使用することができるが、代表的には屋根下地材、床材、壁材等の建築資材、家具等の木工品の材料、ならびに植林地等における雑草の成長を防止するために施設するボードおよび植物の保水性ボード等の植生材料、梱包資材として使用される緩衝材（発泡スチロ−ル等の代替）として使用することができる。特に建築資材として使用した際には断熱性、防音性にすぐれるという特徴がある。
また、本発明方法により、水分とイソシアネート化合物との反応に由来する発泡を起こすことなく成型することができる。得られた成型物は強固であり、強度をはじめとする物理特性に優れ、また耐水性においても優れる。
また、成型装置として真空装置を使用した場合には、花器、プランター、植木鉢などを製造することができる。