(57)【要約】【課題】曲げ強度、耐水性、寸法安定性などが良好であり、簡単にリサイクルできる材料を提供する。【解決手段】木粉およびポリマーからなる複合材であって、木粉の少なくとも一部分が爆砕木粉であることを特徴とする複合材。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
木粉およびポリマーからなる複合材であって、木粉の少なくとも一部分が爆砕木粉であることを特徴とする複合材。
【請求項２】
ポリマーが熱可塑性樹脂である請求項１に記載の複合材。
【請求項３】
爆砕木片が、木材のチップを１〜１０ＭＰａの圧力および１８０〜３００℃の温度の蒸気下においた後、急激に大気中に放出する圧力差の衝撃で破裂させ、次いで粉砕機で粉状にして得られたものである請求項１に記載の複合材。
【請求項４】
ポリマーの量が、木粉１００重量部に対して、５〜１０００重量部であり、爆砕木粉の量が、木粉１００重量部に対して、５〜１０００重量部である請求項１に記載の複合材。
【請求項５】
ポリマーにマレイン酸（ＭＡ）をラジカル付加させた、無水マレイン酸変性ポリマーである相溶化剤をも含有する請求項１に記載の複合材。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載の複合材から形成された成形品。
【請求項７】
請求項１に記載の複合材を製造する方法であって、ポリマーを有機溶媒に溶解した溶液を木粉と混合した後、この混合物から有機溶媒を除去する製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、木材とポリマー（例えば、プラスチック）を使用して、両者の特性を併せ持つ複合材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、容器、包装および各種産業用品として多量のプラスチックが使用されている。しかし、プラスチックの原料となる石油および石炭は、その量に限界のある埋蔵資源である。さらに、プラスチックには、容易に廃棄処理することができないなどという廃棄の問題がある。
【０００３】
石油、石炭、鉄鉱石などの埋蔵資源は堀り出して使ってしまうと、いつかは底を尽きてしまう。しかし、木質資源（木材、竹材）は伐採しても、その後に新しい苗木を植えておけば、３０〜５０年後に再び材料やエネルギー源として使えるまでに成長する。木材の使用量が樹木の生長量を超えない限り、木材は永久に持続可能な資源として利用できる。さらに、木材製品の耐久化技術およびリサイクル技術の向上によって、製品の使用期間の長期化も可能となる。木材焼却量が森林の生長量を下回るように工夫すれば、大気中の二酸化炭素量を減少させることができる。
【０００４】
石油や石炭などの化石資源に代り、環境に優しく再生産可能な資源である木材の有効利用に期待が寄せられている。さらに、間伐材を含む林地残材や、製材加工時に発生する端材や木屑、さらには木材工業から廃棄される木粉などをいかに利用するかが注目されている。
【０００５】
自然が生産した素材（天然物）を再構成して、接着成形加工したものをエンジニアードウッドと言う。これは生産方式が高度に工業化され、製品の品質が安定しており、かつ寸法の制約が小さい高信頼性木質材料とされている。集成材以降、１９７０年代に単板を積層した単板積層材（ＬＶＬ）が出現し、さらに１９８０年代には小幅単板を構成要素としたパララムが、またごく最近では３０ｃｍ程度の長さのストランドを構成要素にもつ配行性ストランドランバー（ＯＳＬ）が開発されている。一方、平面材料では単板を直行（２軸）配行させた合板や木材小片あるいは繊維束をランダムに並べて成板したパーティクルボードやファイバーボード（ＭＤＦ）のほか、１９８０年代には長さ５０〜１００ｍｍのストランドを直行配行させた配行性ストランドボード（ＯＳＢ）が開発された。
【０００６】
なお、プラスチック化木材は１９７０年ごろから市場に出回るようになり、漆器、面木、ドア、額縁などの製品が目立っていた。しかし、新しい技術が提案されている近年では、住宅部材としても用いられるようになっている。
【０００７】
木材の細分化は、その異方性を人工的に平均化し、膨潤、収縮、反り、およびひずみが少なく再現性も良い均質材料に変換できる。さらに均質性を向上させ、伐採した木材の利用率をより高める方向に向かっている。しかし、それは同時に吸湿による寸法安定性の低下に向かうことにもなる。寸法安定性の向上、および硬化後の接着剤中に残存するホルムアルデヒド放出量の低減が、エンジニアードウッドに求められる重要な課題である。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、ホルムアルデヒドの放出がなく、機械的性質（例えば、強度、弾性率）、耐水性（例えば、寸法安定性）などが良好であり、簡単にリサイクルできる材料を提供することにある。
【０００９】
【発明を解決するための手段】
本発明の目的は、木粉およびポリマーからなる複合材であって、木粉の少なくとも一部分が爆砕木粉であることを特徴とする複合材によって達成される。
【００１０】
木粉は、木材またはその他の植物性廃棄物の粉末である。木材の樹種は特に限定されない。木材の例は、スギ、ヒノキ、マツ、ツガ、モミなどの針葉樹、ブナ、ラワン（メランチ）、ナラ、カエデなどの広葉樹、竹、ケナフ、モミガラ、ワラなどである。木粉の大きさは、１０〜２００メッシュ、例えば２０〜１２０メッシュであってよい。
【００１１】
木粉は、爆砕木粉を含有する。すなわち、木粉は、爆砕木粉、および爆砕木粉以外の木粉から構成される。爆砕木粉は、ポリマーと木粉との混和促進剤として働く。爆砕木粉の量は、木粉１００重量部に対して、５〜１０００重量部、例えば６〜６００重量部であってよい。
爆砕木粉は、木材のチップを圧力釜の中で高圧力（例えば１〜１０ＭＰａ、特に１．９〜４．７ＭＰａ）・高温（例えば１５０〜３００℃、特に２１０〜２６０℃）の蒸気（特に、水蒸気）の雰囲気下においた後、急激に大気中に放出する圧力差の衝撃で破裂させ、次いで粉砕機で粉状（例えば１０〜２００メッシュ、特に４２〜８３メッシュ）にしたものである。
【００１２】
ポリマーは、可塑性樹脂（プラスチック）または硬化性樹脂であってよい。ポリマーは、一般に、熱可塑性樹脂である。可塑性とは固体物質にその弾性限界を超えて外力を加えた場合に、その物質が加えられた外力の方向にひずみを生じ、外力を除いてもそのひずみがそのまま残る性質のことである。特に、この可塑性による流動性を利用すると、可塑性樹脂と木材とを混練複合化して、両者の特徴を生かした新しい複合材を与える。
【００１３】
ポリマーの例としては、ポリエチレン（ＰＥ）およびポリプロピレン（ＰＰ）などのポリオレフィン、ポリ塩化ビニルなどのビニル系ポリマー、ポリメチルメタクリレートなどのアクリル系ポリマー、ポリスチレンなどの芳香族ポリマー、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン共重合体などがある。ＰＰは、他の熱可塑性樹脂に比べて比重が軽い汎用樹脂であり、同じポリオレフイン系のＰＥに比べて剛性が高い。さらに、ＰＰは、木粉などのフィラー（充填材）の取り込み性に優れている。
【００１４】
ポリマーは高分子量化合物であり、ポリマーの分子量は例えば２００００〜１０００００００である。
ポリマーの量は、木粉１００重量部に対して、５〜１０００重量部、例えば１３〜３００重量部であってよい。
【００１５】
ポリマーおよび木粉に加えて、木粉以外の天然物の粉末、および添加剤を使用してもよい。
天然物の例として、茶葉、米ぬか、落花生の殻などが挙げられる。天然物の大きさは、１０メッシュ以上、例えば４２〜８３メッシュであってよい。
添加剤の例は、相溶化剤、滑剤、保存剤、抗菌剤、着色料等である。
【００１６】
相溶化剤は、たとえば、予めポリマー（例えば、ＰＰ）にマレイン酸（ＭＡ）をラジカル付加させた、無水マレイン酸変性ポリマー（例えば、ＰＰの場合にＭＡＰＰが形成する）である。相溶化剤は、相溶化剤の酸無水物基とセルロース繊維表面の水酸基との間でエステル結合を形成させることにより、ポリマーと木粉との間の接着性を高める効果を有する。
【００１７】
木粉とポリマーとの複合化は、木粉とポリマーを混練することによって行える。例えば、ポリマーのマトリックスに木粉を混合させることによって複合化できる。ポリマーを有機溶媒に溶解した溶液を木粉と混合した後、この混合物から有機溶媒を除去（例えば、蒸発）する方法、および溶解温度以上の温度に加熱して溶解したポリマーを木粉と混合する方法などを用いることができる。
本発明の複合材は、成形してよい。成形方法としては、圧縮成形（例えば、熱圧縮成形）、押出成形、射出成形、固形成形などを使用できる。
【００１８】
本発明の複合材（複合体）は、住宅部材、食器、園芸用品、自動車内装材などに使用できる。
【００１９】
以下、実施例を示し、本発明を具体的に説明する。以下において、「％」および「部」は、特記しない限り、「重量％」および「重量部」を表す。
実施例において、物性試験として、曲げ試験と耐水試験とを行った。
【００２０】
１）曲げ試験
熱圧縮成形により得られた成形板（８ｃｍ×１０ｃｍ×厚さ約０．２ｃｍ）を、長さ１０ｃｍ、幅２．５ｃｍの寸法で３等分して、試験片とした。余り０．５ｃｍ分は切り捨てた。
予め試験片の重量と厚さとを測った。厚さは試験片の端から１ｃｍ、５ｃｍ、７．５ｃｍの３点をマイクロメーターで測定し、平均値を求めた。最終的な結果の数値は、ＭＰａ単位［１ＭＰａ＝１０．１９７２ｋｇｆ／ｍ２〕で示した。なお、試験はＴＣＭ５００型万能試験機によりヘッドスピード５ｍｍ／ｍｉｎで行った。
【００２１】
曲げ強度（常態曲げ強度）および曲げヤング率は次のようにして算出した（３点曲げ中央集中荷重方式）。
曲げ強度（Ｍｏｄｕｌｕｓ　ｏｆ　ｒｕｐｔｕｒｅ　：　ＭＯＲ）＝３ＰＬ／２ｂｔ２（ｋｇｆ／ｃｍ２）
曲げヤング率（Ｍｏｄｕｌｕｓ　ｏｆ　ｅｌａｓｔｉｃｉｔｙ　：　ＭＯＥ）＝ΔＰＬ３／４Δｙｂｔ３（ｋｇｆ／ｃｍ２）
Ｐ：最大荷重（ｋｇｆ）
Ｌ：スパン幅（ｃｍ）＝厚さの１５倍（５ｃｍ）
ｔ：試験片の厚さ（ｃｍ）
ｂ：試験片の幅（ｃｍ）
ΔＰ：比例限度内での荷重（ｋｇｆ）
Δｙ：比例限度内でのΔＰに対するたわみ量（ｃｍ）
【００２２】
「曲げ強度（ＭＯＲ）／比重」および「曲げヤング率（ＭＯＥ）／比重」とは、比強度および比ヤング率と呼ばれるものである。
【００２３】
２）耐水試験
曲げ試験片と同様の試験片を中央で分割し、５ｃｍ×２．５ｃｍの耐水試験片とした。耐水試験片について重量と厚さとを測った。厚さは試験片の端から１ｃｍおよび４ｃｍの２点で測定し、平均値を求めた。次に２５℃の水中へ沈め、浸漬させてから１時間後、２時間後、３時間後、および２４時間後、１週間後、１ヵ月後、および以後１ヶ月ごとに重量、厚さ、および長さを測定した。測定は、試験片表面の水分を軽く拭き取って行った。
常温水中浸漬での耐水性評価を重量増加率および厚さ膨張率によって行った。
【００２４】
重量増加率（Ｗａｔｅｒ　ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ：ＷＡ）＝［（Ｗ２−Ｗ１）／Ｗ１］×１００　　（％）
Ｗ１：吸水前の重量（ｇ）
Ｗ２：吸水後の重量（ｇ）
厚さ膨張率（Ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ　ｓｗｅｌｌｉｎｇ：ＴＳ）＝［（ｔ２−ｔ１）／ｔ１］×１００　（％）
ｔ１：吸水前の厚さ（ｍｍ）
ｔ２：吸水後の厚さ（ｍｍ）
【００２５】
なお、物性試験（曲げ試験および耐水試験）の最終的な結果は、３つまたは５つの試験片から求めた平均値で示した。
【００２６】
実施例１
以下の原料を使用して、複合体の成形板を製造した。
Ａ　主原料
スギ木粉（４２〜８３ｍｅｓｈ）
スギの小片をリングフレーカーで細片とし、次に粉砕機を用いて粉砕した。
【００２７】
Ｂ　ポリマー
１）ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ粉状，（株）キシダ化学製）
２）ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ粉状，（株）米山薬品工業製）
３）ポリスチレン（ＰＳｔ粉状，日立化成工業（株）製）
【００２８】
Ｃ　爆砕木粉（４２〜８３ｍｅｓｈ）
バッチ式爆砕処理試験機［Ｈｉｓａｋａ　Ｗｏｒｋｓ，　ＬＴＤ（日坂製作所製）］を用い、チップ状にした木材を飽和水蒸気下１．９３ＭＰａ、２１０℃、および１０〜１５ｍｉｎの爆砕条件で処理した後、６０℃の乾燥機で乾燥し、粉砕機を用いて粉砕した。
爆砕ブナ木粉（広葉樹）：１．９３ＭＰａ，　２１０℃，　１０〜１５ｍｉｎ
【００２９】
Ｄ　添加剤（ステアリン酸エチレンビスアミド）
ＡＢＳ、ＰＳおよび硬質ＰＶＣ用滑剤を用いた。
合成樹脂加工助剤アルフローＨ‐５０シリーズ（粉状，中京油脂（株）製）
【００３０】
上記の原料Ａ、Ｂ、ＣおよびＤを混合して成形した。複合体を成形するにあたり、主原料／爆砕木粉／ポリマーの混合質量比と、各成分の質量は以下のとおりであった。
【００３１】
【表１】
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混合比の総和は１０で、混合質量の総和は１９．２ｇとした。
【００３２】
それぞれの成分を、上記の表の質量にしたがって量り取った。主原料と爆砕木粉は、バット内に敷いたテフロンシートの上に入れ、薬さじでよく混ぜておいた。ポリマーは約２５０ｍｌの溶媒に溶かし、ポリマー溶液として用いた。ＰＶＣはテトラヒドロフラン［ＴＨＦ］（環状エーテル）に、ＰＳｔはベンゼン（芳香族系炭化水素）に、ＰＭＭＡはアセトン（ケトン）に溶かした。主原料と爆砕木粉とを混ぜておいたバット内にポリマー溶液を流し込み、よく掻き混ぜた。その際、３種類の混合物を粘土様に均一に混ぜ合わせ、ドラフト内で一晩風乾した。風乾した混合物は、テフロンシートより剥ぎ取り粉砕機で粉砕した。粉状になった混合物を、上下の金板にテフロンシートを被せた８×１０ｃｍの金型に入れ、熱圧縮成形した。熱圧縮成形条件は、圧力２０ＭＰａ、温度１３０℃、および１０分間とした。熱圧縮成形後、金型ごと万力に挟んで室温になるまで放冷し、複合体の成形板を金型から抜き取った。得られた複合体の成形板を「新規成形板」と表記する。
【００３３】
新規成形板の曲げ強度および曲げヤング率を測定した。結果を図１および図２に示す。さらに耐水試験を行った。耐水試験では、重量増加率および厚さ膨張率を評価した。耐水試験（重量増加率および厚さ膨張率）の結果を図３〜図８に示す。
【００３４】
実施例２
実施例１で得られた新規成形板を粉砕後、再度成形して再生板を得た。なお、再成形の際に添加剤（ステアリン酸エチレンビスアミド）をポリマー重量に対して５％（０．２８ｇ）添加したものを「再生２」、無添加で成形したものを「再生１」と表記する。
【００３５】
主原料は、実施例１と同様に、スギ木粉、爆砕木粉はブナ、ポリマーは３種類（ＰＶＣ、ＰＭＭＡ、ＰＳｔ）を用い、混合比率は以下の４通りとした。
スギ木粉／爆砕ブナ木粉／ポリマー＝７／０／３、６／１／３、３／４／３、０／７／３
また、圧力９ＭＰａ、１５ＭＰａで成形した複合体の物性を、２０ＭＰａで得られた成形板と比較した。使用成分は上記と同様で、混合比率は以下の１通りで行った。
スギ木粉／爆砕ブナ木粉／ポリマー＝３／４／３
成形板の曲げ強度および曲げヤング率を測定した。結果を図９〜図１２に示す。
【００３６】
以下に、実施例１および２で得られた結果について説明する。
【００３７】
図１および２は、新規成形板の曲げ強度および曲げヤング率の結果である。ポリマー別に見ると、ＰＳｔ複合体の曲げ強度および曲げヤング率は共に最も大きくなった。混合比率別に見ると、爆砕木粉の量が増えると強度が増した。よって、爆砕木粉の添加により強度が向上することが分かった。
図３〜８は、耐水試験（重量増加率および厚さ膨張率）の結果である。本発明の複合材が充分な耐水性を有することがわかる。
図９〜１２は、新規成形板を再成形した再生板の曲げ強度および曲げヤング率の結果である。添加剤を加えていない再生１と、添加剤を加えた再生２との比較である。
【００３８】
再生１の強度が再生２より優れていた。ポリマー別に見ると、再生１および再生２の双方で、ＰＳｔ複合体の曲げ強度および曲げヤング率が最も大きくなった。また、混合比率別に見ると、爆砕木粉の量が増えると強度が増した。しかし再生１のＰＶＣ・ＰＭＭＡ複合体の混合比０／７／３において、強度が極端に低下した。これによりＰＶＣおよびＰＭＭＡでは、爆砕木粉のみでの再成形が困難であることが分かった。―方、再生２のＰＶＣ・ＰＭＭＡ複合体の混合比０／７／３の結果より、爆砕木粉に対する添加剤の物性向上効果が大きいことが分かった。
【００３９】
実施例３
押出成形を用いて成形板を成形した。
成形機はＣｙｎｃｉｎａｔｉｃ　Ｅｘｔｒｕｓｉｏｎ社製Ｔｉｔａｎ４５コニカル二軸押出成形機を使用した。このコニカル押出機は異方向２軸押出機である。
【００４０】
以下の原料を使用した。
Ａ　木粉
Ｃ３００Ｇ（Ｊ．レッテンマイヤー社製）：平均繊維長３〜８ｍｍ、かさ密度４２０〜５５０ｇ／ｃｍ３、繊維構造１５０〜３００μｍ
Ｂ　処理済み木粉
１）ペレット状コンパウンド（（株）御池鉄工所製コンパウンド）：　ヤマハ製廃材とポリマーとを混練混合したペレット状コンパウンド（ヤマハ製廃材（８５％）＋ポリマー（ポリプロピレンＭＳ７９１）（５％）からなる）
２）顆粒状コンパウンド（（株）カワタコンパウンド）：　ヤマハ製廃材＋ポリプロピレンのエアレーションにより製造した微顆粒状コンパウンド
【００４１】
Ｃ　ポリマー
ペレット状のポリプロピレンを用いた。ＭＴ４５０（徳山ソーダ社製）：比重０．９
Ｄ　添加剤：　マレイル化ポリプロピレン（ユーメックスＣＡ‐６０、三洋化成工業（株）社製）
【００４２】
Ｅ　爆砕木粉（４２〜８３ｍｅｓｈ）
バッチ式爆砕処理試験機（Ｈｉｓａｋａ　Ｗｏｒｋｓ，　ＬＴＤ（日坂製作所製））を用い、チップ状にした木材（建築廃材）を、飽和水蒸気下２．５５ＭＰａ、２２５℃および５ｍｉｎの爆砕条件で処理した後、６０℃の乾燥機で乾燥し、粉砕した。
爆砕ラワン系木粉：２．５５ＭＰａ、２２５℃、５ｍｉｎ
【００４３】
各成分の混合比率と成形条件を以下に示す。
【表２】
サンプル０１
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【００４４】
【表３】
2004009299.tif 000005
【００４５】
【表４】
2004009299.tif 000006
【００４６】
押出成形法を用いて、木粉と爆砕木粉、およびポリプロピレンを成形機内で混合し、６×０．７ｃｍの口金を通じて高温高圧下（温度約１８０℃，圧力１１０〜１４０ＭＰ）で連続成形（毎分０．２〜０．５ｍ）し、比重１．１〜１．２の成形板を得た。
【００４７】
物性試験として、常態曲げ試験および耐水試験を行った。常態曲げ試験および耐水試験（重量増加率および厚さ膨張率）の結果は良好なものであった。
【００４８】
【発明の効果】
本発明によれば、強度（例えば、曲げ強度）、弾性率（例えば、曲げヤング率）および耐水性（例えば、重量増加および寸法変化）に優れた複合材が得られる。本発明の複合材は、生分解性に富み、環境調和性の高い成形体を与える。また、本発明の複合材は、リサイクルが容易である。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１で得られたスギ木粉／爆砕ブナ木粉／ポリマーから成形した成形板の曲げ強度を示すグラフである。
【図２】実施例１で得られたスギ木粉／爆砕ブナ木粉／ポリマーから成形した成形板の曲げヤング率を示すグラフである。
【図３】実施例１で得られたスギ木粉／爆砕ブナ木粉／ＰＶＣから成形した成形板の重量増加率を示すグラフである。
【図４】実施例１で得られたスギ木粉／爆砕ブナ木粉／ＰＶＣから成形した成形板の厚さ膨張率を示すグラフである。
【図５】実施例１で得られたスギ木粉／爆砕ブナ木粉／ＰＭＭＡから成形した成形板の重量増加率を示すグラフである。
【図６】実施例１で得られたスギ木粉／爆砕ブナ木粉／ＰＭＭＡから成形した成形板の厚さ膨張率を示すグラフである。
【図７】実施例１で得られたスギ木粉／爆砕ブナ木粉／ＰＳｔから成形した成形板の重量増加率を示すグラフである。
【図８】実施例１で得られたスギ木粉／爆砕ブナ木粉／ＰＳｔから成形した成形板の厚さ膨張率を示すグラフである。
【図９】実施例２で得られたスギ木粉／爆砕ブナ木粉／ポリマーから成形した成形板の再生物の曲げ強度を示すグラフである。
【図１０】実施例２で得られたスギ木粉／爆砕ブナ木粉／ポリマーから成形した成形板の再生物の曲げ強度／比重を示すグラフである。
【図１１】実施例２で得られたスギ木粉／爆砕ブナ木粉／ポリマーから成形した成形板の再生物の曲げヤング率を示すグラフである。
【図１２】実施例２で得られたスギ木粉／爆砕ブナ木粉／ポリマーから成形した成形板の再生物の曲げヤング率／比重を示すグラフである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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