(57)【要約】【課題】蒸気プレスにおいて結合剤としてイソシアネート系化合物を使用した場合であっても、成形時間短縮と製品の物性良好化が両立できる木質系複合材の製造方法およびこの製造方法で得られる木質系複合材を提供する。【解決手段】細長い木質チップと結合剤との混和物からなり、かつ細長い木質チップを一方向に配向させながら積層することにより形成された木質マットを、蒸気噴射しながら熱盤間でプレス成形する成形工程を備える木質系複合材の製造方法において、前記結合剤は、イソシアネート系化合物と水とが、イソシアネート系化合物１００重量部に対し、水を１重量部以上５０重量部未満の割合で配合されていることを特徴としている。【選択図】      なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
細長い木質チップと結合剤との混和物からなり、かつ細長い木質チップを一方向に配向させながら積層することにより形成された木質マットを、蒸気噴射しながら熱盤間でプレス成形する成形工程を備える木質系複合材の製造方法において、前記結合剤は、イソシアネート系化合物と水とが、イソシアネート系化合物１００重量部に対し、水を１重量部以上５０重量部未満の割合で配合されていることを特徴とする木質系複合材の製造方法。
【請求項２】
結合剤が、イソシアネート系化合物と水との乳化物である請求項１に記載の木質系複合材の製造方法。
【請求項３】
イソシアネート系化合物の粘度が２５℃において５００ｍＰａ・ｓ以下であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の木質系複合材の製造方法。
【請求項４】
木質チップの長さが２０ｍｍ以上１５０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の木質系複合材の製造方法。
【請求項５】
木質マットが常温もしくは１００℃以下に予備加熱された状態で、１２０℃以上２５０℃以下の蒸気を蒸気噴射する請求項１〜請求項４のいずれかに記載の木質系複合材の製造方法。
【請求項６】
請求項１〜請求項５のいずれかに記載の木質系複合材の製造方法において製造された木質系複合材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、木質チップが結合剤で結合されてなる木質系複合材の製造方法およびこの製造方法で製造される木質系複合材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
木質系複合材は、例えば、細長い木質チップに結合剤を塗布するなどした結合剤付き木質チップを、その長手方向に向きを揃えてマット状に積層し、この積層マットを加圧・加熱することによって得られている。
ところで、近年、このような木質系複合材の結合剤として成形サイクルアップやノンホルマリン化を目的としてイソシアネート系化合物が頻繁に使用されるようになってきている。
【０００３】
このようなイソシアネート系化合物は接着性が良いことから接着剤使用量が少なくて良いが、イソシアネート系化合物は一般的には粘性が高く、そのままでは木質チップへの塗布が不均一になりやすい。したがって、実際の使用に当たっては水などの希釈剤を多量に配合して増量・低粘度化して使用している。
イソシアネート系化合物と水との配合量は、例えばパーチクルボードの生産ラインでは、出来上がり製品の含水率も考慮してイソシアネート系化合物１００重量部に対して水５０〜２００重量部程度配合するのが一般的である（特許文献１）。すなわち、水はイソシアネート系化合物の硬化剤としての働きもあり、水を多量に配合することは成形時間短縮や物性向上の面からも効果的である。
【０００４】
また、近年、木質系複合材のプレス方法として、成形時間を短縮できることや物性良好な製品を得られることから蒸気噴射しながらプレス成形する手法が好適に行われつつある。
すなわち、このような蒸気プレスにおいては、高圧の蒸気が勢いよく木質マットの内部まで入り込むので、木質マットが厚い場合でもマットの内部まで短時間で加熱することができ、前述のパーチクルボードラインで使用されている一般的な電熱プレスの数分の１の成形時間で成形できるようになるわけである。
【０００５】
しかしながら、このような蒸気プレスにおいては、前記のような目的でイソシアネート系化合物に多量の水を配合した場合、木質マットに付着した水の影響で木質マットの熱容量が大きくなってしまい、短時間では木質マットの温度を内部まで十分に上げることが困難で、成形時間短縮と製品の物性良好化を両立することができず、蒸気プレスの特長を十分に生かすことができなくなってしまうという問題がある。
【０００６】
【特許文献１】
特開２０００−２２９３０８号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記従来の問題に鑑み、蒸気プレスにおいて結合剤としてイソシアネート系化合物を使用した場合であっても、成形時間短縮と製品の物性良好化が両立できる木質系複合材の製造方法およびこの製造方法で得られる木質系複合材を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の請求項１に記載の木質系複合材の製造方法（以下、「請求項１の製造方法」と記す）は、細長い木質チップと結合剤との混和物からなり、かつ細長い木質チップを一方向に配向させながら積層することにより形成された木質マットを、蒸気噴射しながら熱盤間でプレス成形する成形工程を備える木質系複合材の製造方法において、前記結合剤は、イソシアネート系化合物と水とが、イソシアネート系化合物１００重量部に対し、水を１重量部以上５０重量部未満の割合で配合されていることを特徴としている。
【０００９】
本発明の請求項２に記載の木質系複合材の製造方法（以下、「請求項２の製造方法」と記す）は、請求項１の製造方法において、結合剤が、イソシアネート系化合物と水との乳化物であることを特徴としている。
【００１０】
本発明の請求項３に記載の木質系複合材の製造方法（以下、「請求項３の製造方法」と記す）は、請求項１または請求項２の製造方法において、イソシアネート系化合物の粘度が２５℃において５００ｍＰａ・ｓ以下であることを特徴としている。
【００１１】
本発明の請求項４に記載の木質系複合材の製造方法（以下、「請求項４の製造方法」と記す）は、請求項１〜請求項３のいずれかの製造方法において、木質チップの長さが２０ｍｍ以上１５０ｍｍ以下であることを特徴としている。
【００１２】
本発明の請求項５に記載の木質系複合材の製造方法（以下、「請求項５の製造方法」と記す）は、請求項１〜請求項４のいずれかの製造方法において、木質マットが常温もしくは１００℃以下に予備加熱された状態で、１２０℃以上２５０℃以下の蒸気を蒸気噴射することを特徴としている。
【００１３】
一方、本発明にかかる木質系複合材は、上記請求項１〜請求項５のいずれかの木質系複合材の製造方法において製造されることを特徴としている。
【００１４】
本発明において、結合剤は、イソシアネート系化合物と水とが、イソシアネート系化合物１００重量部に対し、水１〜５０重量部の割合で配合されていることが特徴であるが、その理由は、配合する水の量が１重量部より少ないと、イソシアネート系化合物と反応する水の量が十分でなく製品の物性、特に耐水性や耐久性が悪くなり、水の量が５０重量部より多い場合、木質マットに付着した水の影響で木質マットの熱容量が大きくなってしまい、短時間では木質マットの温度を十分に上げることが困難で、成形時間短縮と製品の物性を両立することができないためである。なお、より好ましい水の配合量は３〜２０重量部である。さらに好ましくは５〜１５重量部である。
【００１５】
イソシアネート系化合物と水とを木質チップに付着させる手段は特に限定されるものではなく、予めイソシアネート系化合物と水とを混合した後、木質チップと混合する方法や、イソシアネート系化合物と木質チップとの混合前、或いは混合後、或いは同時に水を木質チップと混合する方法などが挙げられる。
水を硬化剤として効果的に作用させるためには、請求項２の製造方法のように、イソシアネート系化合物と水とを乳化物としておくことが有効である。乳化して水を均一に分散させることで水の量が１重量部以上５０重量部未満の少量であっても硬化剤として効率的に働くわけである。
【００１６】
イソシアネート系化合物と水とを乳化物とする方法としては、ミキシングヘッドや衝突混合機などを用いて機械的に乳化する方法、水に乳化剤を配合しておく方法、変性させた自己乳化型イソシアネート系化合物を用いる方法などがある。
【００１７】
本発明において、上記イソシアネート系化合物としては、１分子中に少なくとも２個以上のイソシアネート基を有するものであれば特に制約はなく、たとえば、一例を挙げるとトルエンジイソシアネート（ＴＤＩ）、ジフェニルメタンジイソシアネート（ＭＤＩ）、トリフェニルメタントリイソシアネート、ポリメチレンポリフェニルイソシアネート（ポリメリックＭＤＩ）等が挙げられる。
これらのイソシアネート系化合物は単独または複数を併用しても良い。また、必要に応じてフェノール系接着剤等の他の接着剤との混合物として使用しても良い。
【００１８】
イソシアネート系化合物の粘度は、請求項３の製造方法のように、５００ｍＰａ・ｓ以下であることが好ましく、３００ｍＰａ・ｓ以下であることがより好ましい。すなわち、本発明では、水の配合量が５０重量部未満と少ないために、イソシアネート系化合物の粘度が５００ｍＰａ・ｓより高い場合には，結合剤を十分に低粘度化できず、木質チップに均一に塗布できず、部分的に強度不足を招く恐れがある。
【００１９】
上記木質チップの原材料となる木質材の樹種としては、たとえば、スギ、ヒノキ、マツ、スプルース、ファーなどの針葉樹、シラカバ、アピトン、センゴンラウト、アスペンなどの広葉樹が挙げられるが、これらの樹種だけでなく竹、コウリャンといった植物材料をも含めることが出来る。
原材料として利用できる形態としては、上記樹種の丸太、間伐材等の生材料、工場や住宅建築現場で発生する端材、部材輸送後に廃棄される廃パレット材、建築解体時に発生する解体廃材等が挙げられる。特に、解体廃材、廃パレット材、間伐材、製材時に発生する端材、燃料や製紙用原料として使用される木質材料等リサイクル材が好ましい。
【００２０】
上記原材料を細長い木質チップに加工する方法としては、ハンマーミル、表面に刃物のついたロールを回転させて木材を破砕する一軸破砕機、回転刃がかみ合った構造の二軸もしくは多軸破砕機等の破砕機が使用されるが、ベニア加工をしたものを割り箸状に切断してスチックにするロータリーカッター、丸太などを回転刃で切削してストランドにするフレーカー等も使用できる。特に原料としてリサイクル材料を使用する場合、異物が混入しやすく刃の耐久性が高いという点で破砕機が好ましい。
上記の方法で得られた細長い木質チップはサイズのバラツキがあるので、分級工程によって所定のサイズの木質チップにすることが好ましい。このときの分級方法としては、ローラースクリーン方式や振動メッシュ方式、風選方式等があり、必要に応じて使い分ければよい。
【００２１】
また、上記のようにして分級された細長い木質チップは、含水率を一定範囲に調整しておくことが好ましい。すなわち、含水率を一定にすることで生産時の成形品の品質バラツキがなくなる。好ましい含水率としては０〜１４％である。さらに好ましくは０〜７％である。
上記分級され含水率を調整された細長い木質チップは、上記結合剤と混合される。結合剤の混和量は、木質チップの密度、形状、表面状態にもよるが、通常は木質チップの重量に対して、イソシアネート系化合物の量として１〜２０重量％が好ましい。
【００２２】
上記木質チップと結合剤の混和手段としては、木質チップと結合剤をヘンシェルミキサーのようなミキサーに投入して混合する方法が挙げられるが、結合剤が液体の場合はコンベア上やドラムブレンダー内等で木質チップに対し、スプレー等の塗布手段を用いることにより、木質チップの表面に結合剤を付着させると、均一で安定した強度の構造材が得られる。
上記木質チップと結合剤の混和物は、一定方向へ配向しながら積層することにより木質系マットを形成する。具体的には木質チップを型の中に投入し、積層することで行うことが出来る。一方向に配向させるには、一定間隔に分割されたフォーミング型や、オリエンテッドストランドボード（ＯＳＢ）等の製造で用いられるディスクオリエンター等の配向積層装置が用いられる。
【００２３】
上記木質チップの長さは、請求項４の製造方法のように、２０ｍｍ以上１５０ｍｍ以下が好ましい。すなわち、２０ｍｍより小さいと製品の強度・弾性率が低くなってしまい、１５０ｍｍより大きいと強度ばらつきが大きくなってしまう恐れがある。
また、木質チップの長さが２０ｍｍ以上１５０ｍｍ以下の場合には、積層した木質マットのチップ間の隙間が大きいので、２０ｍｍ未満の小さい木質チップを使用するパーチクルボードなどと比較すると、木質マット内部への蒸気の通りが良く極めて短時間に木質マットを加熱させることができ、蒸気プレスの特長を効果的に発現させることができるわけである。従って配合する水の量を１〜５０重量部に調整して成形時間を短く保つことは、特に、木質チップの長さを２０ｍｍ以上１５０ｍｍ以下にした場合において効果が高く有効なわけである。
【００２４】
上記木質マットは、請求項５の製造方法のように、常温もしくは１００℃以下に予備加熱された状態で、１２０℃以上２５０以下の蒸気を噴射して成形される場合に特に本発明の効果が大きくなる。つまり、木質マットが比較的低温の状態から高い温度に蒸気加熱される場合に、配合される水の量が１〜５０重量部であると加熱時間が長くなることがなく、蒸気プレスの特長が生かせるわけである。
上記プレス成形時の圧力条件は、１〜１０ＭＰａが好ましい。また、加熱・加圧処理時間は、結合剤が硬化する時間だけ行えば良い。
【００２５】
【実施例】
以下に、本発明の実施例を詳しく説明するが、本発明は、以下の実施例に限定されない。
【００２６】
（実施例１）
まず、結合剤および木質チップを以下のようにして用意した。
（結合剤）
乳化剤（住化バイエルウレタン社製  アディティブＪ６１２）を０．１％の濃度で溶解させた水７重量部と、イソシアネート系化合物としてのポリメチレンポリフェニルイソシアネート（住化バイエルウレタン社製  品番４４Ｖ２０、粘度１８０ｍＰａ・ｓ）１００重量部とを混ぜ合わせ、攪拌機にて３０００ｒｐｍで約１０秒攪拌し、乳化した結合剤を得た。
（木質チップ）
木材廃棄物処理業者から購入したボード用チップ（一軸破砕機にて破砕）を、ローラースクリーン方式であるウエーブローラースクリーン装置（たいへい社製）を用いて、厚さ１ｍｍ〜８ｍｍに分級した。このときの木質チップの長さは２０〜１５０ｍｍであった。
【００２７】
上記木質チップを含水率６％に調整した後、結合剤をイソシアネート系化合物の量が木質チップに対して１０重量％になるように、ドラムブレンダーに投入して混合した。次に、ブレンドされた結合剤と木質チップとをＯＳＬフォーミングマシーン（たいへい社製）を介してフォーミング金型（縦２０００ｍｍ、横５００ｍｍ、高さ１００ｍｍ）に投入し、フォーミング金型の縦方向の一方向に木質チップを高さ約１００ｍｍまで積層配向した。なお、積層配向時には、フォーミング型内を９枚の金属製の仕切り板（厚み２ｍｍ）を用いて、横方向に１０等分しに区画しておいた。
【００２８】
次に。フォーミング型、仕切り板を脱型して得られた木質マットをプレス機（川崎油工社製、３００トンプレス機）に投入した。マット挿入後０．９ＭＰａ、１８０℃の蒸気を１分間噴射し、その後マットの厚さが２０ｍｍになるように金型を閉じ熱版温度１８０℃で５分間保持して木質系複合材を得た。
【００２９】
（実施例２）
木質チップへの結合剤の塗布を、イソシアネート系化合物と水とを予め乳化物とした状態で行う代わりに、まずドラムブレンダーに投入された木質チップにイソシアネート系化合物を塗布した後、水（乳化剤未配合）を塗布するようにした以外は実施例１と同様の条件で木質系複合材を得た。
【００３０】
（実施例３）
木質チップとして厚さ１ｍｍ以下に分級され、長さが２０ｍｍ以下のものを用いた以外は、実施例１と同様の条件で木質系複合材を得た。
【００３１】
（実施例４）
イソシアネート系化合物としてポリメチレンポリフェニルイソシアネート（住化バイエルウレタン社製  品番４４Ｖ４０、粘度５５０ｍＰａ・ｓ）を用いた以外は、実施例１と同様の条件で木質系複合材を得た。
【００３２】
（比較例１）
イソシアネート系化合物１００重量部に対する水の配合量を１００重量部とした以外は実施例１と同様の条件で木質系複合材を得た。
【００３３】
（比較例２）
結合剤に水を配合しなかった以外は実施例１と同様の条件で木質系複合材を得た。
【００３４】
（比較例３）
木質チップとして厚さ１ｍｍ以下に分級され、長さが２０ｍｍ以下のものを用いた以外は、比較例２と同様の条件で木質系複合材を得た。
【００３５】
上記実施例１〜４および比較例１〜３で得られた木質系複合材からサンプルを切り出して曲げ試験を実施するとともに、煮沸処理した後のサンプルの曲げ試験も実施し、その結果を表１に示した。なお、煮沸処理は、サンプルを煮沸水中に４時間浸漬→常温水中に１時間浸漬→７０℃の空気中で処理前の重量以下になるまで乾燥という手順で行った。
【００３６】
【表１】
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【００３７】
上記表１から、水の配合量を本発明のように１重量部〜５０重量部の範囲にすれば、強度的に優れた木質系複合材を得られることがわかる。また、木質チップの長さを２０ｍｍ以上１５０ｍｍ以下とすれば、あるいは、イソシアネート系化合物の粘度が５００ｍＰａ・ｓ以下であれば、より曲げ強度に優れた木質系複合材を得られることがわかる。
【００３８】
【発明の効果】
本発明にかかる木質系複合材の製造方法は、以上のように構成されているので、蒸気プレスにおいて結合剤としてイソシアネート系化合物を使用した場合であっても、成形時間短縮と製品物性が両立した木質系複合材を提供することができる。
すなわち、結合剤がイソシアネート系化合物１００重量部に対して水を１〜５０重量部としたので、結合剤を塗布した木質マットの熱容量が大きくなりすぎず、蒸気プレスを使用した場合であっても結合剤に水を配合しない場合と比較して成形時間が長くなってしまうことがなく、さらに、適度な水分がイソシアネート系化合物の硬化剤として作用するために物性良好な製品とすることができる。
【００３９】
また、請求項２の製造方法のように、結合剤を乳化させておくようにすれば、水がイソシアネート系化合物中に均一に分散されており、水が硬化剤として効率的に働き、より物性良好な製品とすることができる。
【００４０】
請求項３の製造方法のように、イソシアネート系化合物として粘度が２５℃において５００ｍＰａ・ｓ以下のものを用いるようにすれば、少ない水の配合量でも木質チップへの結合剤の塗布を均一化でき、結果としてより物性良好な製品とすることができる。
【００４１】
請求項４の製造方法のように、木質チップとして長さが２０ｍｍ以上１５０ｍｍ以下のものを用いるようにすれば、より物性良好な製品とすることができる。
【００４２】
請求項５の製造方法のように、木質マットを常温もしくは１００℃以下に予備加熱した状態で、１２０℃以上２５０℃以下の蒸気を蒸気噴射するようにすれば、より短時間で物性良好な製品とすることができる。
【００４３】
本発明にかかる木質系複合材は、上記本発明の製造方法によって得られるので、良好な物性を示し、構造材として好適に使用することができる。