(57)【要約】【課題】蒸気噴射法により加熱されつつ加圧されて得られる木質系複合材料の寸法変化が少なく、機械的強度が高い成形品を得ることができる、木質系複合材料の製造方法を提供する。【解決手段】結合剤が混和された細長い木質チップを、長さ方向に略揃えて積層して積層マットとし、これを蒸気により加熱しつつ加圧し、木質系複合材料を製造する方法であって、蒸気加熱する前の積層マットの木質チップの含水率を、２０重量％以下とすることを特徴とする木質系複合材料の製造方法。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
結合剤が混和された細長い木質チップを、長さ方向に略揃えて積層して積層マットとし、これを蒸気により加熱しつつ加圧し、木質系複合材料を製造する方法であって、蒸気加熱する前の積層マットの木質チップの含水率を、２０重量％以下とすることを特徴とする木質系複合材料の製造方法。
【請求項２】
蒸気加熱する前の積層マットの木質チップの含水率が、３重量％から７重量％であることを特徴とする請求項１記載の木質系複合材料の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、結合剤が混和された細長い木質チップを、長さ方向に略揃えて積層し、これを蒸気により加熱しつつ加圧し、木質系複合材料を製造する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
木質系複合材料として、例えば、細長い木質チップと結合剤との混和物を長手方向に向きを揃えて積層し、加熱加圧することにより得られる木質系複合構造材料や、木質チップの長さ方向を木質系複合材料の長さ方向に揃えて積層し、マット状にしてから加熱加圧することによって得られる木質系構造材料が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
上記木質構造材料の製造においては、加熱加圧工程において、蒸気噴射方式により木質系マットの内部まで高温蒸気を吹き込んで急速に加熱し、木質チップを軟化させた状態で加圧することにより、厚さ方向に密度が均一な木質系複合材料成形する方法が採られている。
【０００４】
上記、蒸気噴射方式により加熱加圧し成形する方法においては、木質系マットの内部に高温蒸気を吹き込むため、得られる木質系複合材料の成形品は、加熱加圧する前の木質チップの含水率より高い含水率の状態のものとなる。
【０００５】
一方、成形品の含水率は、成形品の機械的強度、例えば曲げ強度等に影響し、含水率が大きすぎると、機械的強度が低下し、小さすぎると製品中又は製品毎の強度ばらつきが発生して不安定となる。含水率が大きすぎても、小さすぎても、成形後の製品を保管する際に製品の含水率が変化して、寸法変化が起きる恐れがあり、構造材料としての信頼性が低下するという問題点がある。
【０００６】
しかるに、特許文献１の方法では、成形品の含水率を積極的に調整する方法が取られていない。このため、成形品の寸法安定性が劣り、また、強度も木質系複合材料が潜在的にもつ本来の強度を発現していないという欠点がある。
【特許文献１】
特許登録公報  ２５２７７６１号（第１頁〜第６頁）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
成形品の含水率を積極的に調整する方法としては、成形後に成形品を養生して含水率を調節することもできるが、成形後に養生しても、養生により成形品に寸法変化等が起こるため、養生して一定の含水率にした成形品の強度は、養生しないで同じ含水率となるように成形された成形品と比較して、低い値になってしまうという問題点がある。
【０００８】
本発明は、上記従来の製造方法が有する課題を解決し、蒸気噴射法により加熱されつつ加圧されて得られる木質系複合材料の寸法変化が少なく、機械的強度が高く、かつバラツキが少ない成形品を得ることができる、木質系複合材料の製造方法を提供する目的で行われたものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の請求項１記載の木質系複合材料の製造方法（以下、発明１という）は、結合剤が混和された細長い木質チップを、長さ方向に略揃えて積層して積層マットとし、これを蒸気により加熱しつつ加圧し、木質系複合材料を製造する方法であって、蒸気加熱する前の積層マットの木質チップの含水率を、２０重量％以下とすることを特徴とする木質系複合材料の製造方法を提供する。
【００１０】
また、請求項２記載の発明（以下、発明２という）は、蒸気加熱する前の積層マットの木質チップの含水率が、３重量％から７重量％であることを特徴とする発明１記載の木質系複合材料の製造方法を提供する。
【００１１】
以下に本発明を詳述する。
上記木質チップに用いる木質材料の樹種としては、杉、檜、赤松、姫小松、唐松、蝦夷松、とど松、椹、栂、檜葉、樅、ねずこ、エンゲルマンスプルース、シトカスプルース、米栂、レッドウッド、米檜葉、ポンデローサパイン、アガチス、米松、ノーブルファー、欧州赤松、ホワイトウッド、ラジャータパイン等の針葉樹類；樫、桐、楠、栗、シナノキ、タブノ木、ぶなのき、ラミン、白樺、アピトン、センゴンラウト、アスペン等の広葉樹類等が挙げられるが、これら樹木だけでなく、竹、コウリャンといった植物材料等をも含めることができる。
【００１２】
木質チップの作成に用いる木質材料の利用できる形態としては、上記樹種の丸太、製材品、背板、間伐材等の生材料だけでなく、合板や単板積層材（ＬＶＬ）等の集成材；パーチクルボード、オリエンテッドストランドボード（ＯＳＢ）等木質材料の加工品も利用できる。又、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や建築解体時等に発生する解体廃材等も利用可能である。
【００１３】
上記原材料の細長い木質チップ、すなわち細長い木質材料片に加工する方法は特に限定されないが、ハンマーミル、表面に刃物の付いたロールを回転させて木材を破砕する一軸破砕機、回転刃が噛み合った構造の二軸若しくは多軸破砕機等の破砕機、ベニヤ加工したものを割り箸状に切断してスティックにするロータリーカッター、丸太等を回転刃で切削してストランドにするフレーカー等、一般的に用いられる方法が利用できる。
【００１４】
木質チップを一方向に配向した状態に積層する方法としては、一定間隔に分割されたフォーミング型に投入したり、ＯＳＢ等既存の木質系成形材料の製造装置で用いられるディスクオリエンター等の配向積層装置を用いることができる。
【００１５】
木質チップは木質材料を木質材料片に加工されたものであるが、本発明の細長い形状としては、通常、厚さが１ｍｍ〜２０ｍｍ程度、長さが０ｍｍ〜２５０ｍｍ程度で、長さが厚さより大きい形状である。好ましくは、厚さが１ｍｍ〜８ｍｍ程度、長さが１ｍｍ〜１５０ｍｍ程度で、長さが厚さより大きい形状をいう。
【００１６】
本発明に用いられる結合剤は特に限定されないが、フェノール樹脂、尿素樹脂、イソシアネート類等、合板やパーティクルボードの製造に用いられる木材工業用の接着剤が挙げられ、これらの接着剤は単独、あるいは数種類を併用されても良い。結合剤の混和量は、木質チップの密度、形状、表面状態、含水率にもよるが、通常は木質チップの重量に対し１〜２０重量％が望ましい。
【００１７】
配向状態の評価方法は、積層後の表面状態を撮像し、細長い木質チップの長軸の長軸方向と基準線の方向とがなす角度を測定し、その平均値を算出して行う。ほぼ一方向に配向した状態とは、この方法により、基準線の方向と木質チップの長軸方向とがなす角度の平均値が、±３０度の範囲内にある状態を言う。
【００１８】
積層マットの加圧又は加熱方法としては、通常の水蒸気加熱式プレス機を用いることができる。例えば、厚さ３０ｍｍの木質系複合材を得るためには、熱板温度１８０℃、加圧圧力２．９４ＭＰａ、加圧時間１０分が可能なものであればよい。プレス機の温度条件は、通常１００〜２５０℃の範囲が好ましい。圧力条件は、１〜１０ＭＰａの範囲が好ましい。プレス時間は、結合剤が硬化する時間だけ加熱と圧力を加えればよい。
本発明では、予め、木質チップの含水率を一定範囲に調整するか、一定範囲のにあるものを用いる。成形品の含水率は、用いる木質チップの含水率を一定の範囲に調節することにより、制御することが可能である。
【００１９】
木質チップの含水率は、２０重量％以下とされる。木質チップの含水率が２０重量％より高いと成形された木質複合材の含水率も高く、保管中、使用中に放湿して、寸法変化の原因になる。また、含水率が高いと曲げ強度も低下する。
更に、成形後の製品の含水率が大きくなり、製品の保管状態にもよるが、保管中もしくは製品使用中に製品含水率が徐々に低下し、寸法変化が大きく、不具合が生じる恐れがある。
曲げ強度、寸法変化に対しては、含水率は実質上０重量％と見なされる程度であっても構わない。
【００２０】
木質チップの含水率は３〜７重量％が最も良い。含水率がこの範囲の木質チップを用いて成形すれば、蒸気噴射式プレスの条件にもよるが、得られる成形品の含水率は５〜１０重量％程度でコントロールすることができ、得られら製品は、保管及び使用中の含水率変化も少なく、寸法安定性に優れ、機械的強度が高く、かつバラツキがすくない。
【００２１】
木質チップの含水率は例えば、以下のように調節される。
木質系材料が破砕されて得られた木質チップは、４０℃〜１２０℃の温度、および、１％〜６０％の相対湿度に保たれた雰囲気中に所定時間（例えば１２時間以上）以上放置され含水率が調整される。
この含水率調整方法において、雰囲気温度は、４０℃〜１２０℃が望まれるが、その理由は、４０℃未満では、含水率が均一になるのに時間がかかりすぎ、１２０℃を超えると木質チップの含水率がほぼ０重量％になり、木質チップの保管時等に火災や爆発する可能性があるためである。１２０℃を超えると、水分の蒸発と同時に、長時間の加熱により、木質成分の分解が誘発されるためである。
相対湿度は、１％〜６０％が望ましいが、その理由は、相対湿度が１％未満では、木質チップの含水率がほぼ０になり、木質チップ保管時等に火災や爆発する可能性があり、相対湿度が６０％を超えると、含水率を均一化するのに時間がかかりすぎるためである。
【００２２】
放置時間は、乾燥温度と相対湿度により適宜決定される所定時間（例えば１２時間以上）以上である。その理由は、所定時間（例えば１２時間以上）以上放置することによって含水率が安定化するためである。
木質チップを上記雰囲気に放置する場合、特に限定されないが、たとえば、水蒸気を通しやすい紙袋、金網、小孔が多数穿設された袋等に入れた状態でオーブンや恒温恒湿室のような温度および湿度をコントロールできる空間内に保管する方法などが挙げられる。また、より効率を上げるために回転式ドラム乾燥機等の装置に木質チップを入れるようにしてもよい。その他熱風式乾燥機や減圧式乾燥機など用いることが挙げられる。
【００２３】
成形品の含水率は、加熱加圧直前の積層チップの含水率を一定の範囲に調節することにより、制御することが可能である。積層チップの含水率を調節し、蒸気噴射式プレス機にて加熱加圧成形をすると、得られる成形品の含水率は予測及び調節可能であり、その後の製品の保管及び養生においても含水率変化の少ない状態に維持することができる。
【００２４】
（作用）
本発明では、木質チップの含水率が２０重量％以下とした木質マットを使用するので、これを蒸気噴射式プレス機により、加熱加圧することにより得られる成形品は、保管・養生・使用中において、含水率変化がすくないため、製品の機械的強度はバラツキが少なく、また寸法安定性にもすぐれたものとなる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下に実施例を掲げて本発明をさらに許しく説明するが、本発明はこれら実施例のみに限定されるものではない。
【００２６】
（実施例１）
木材廃棄物処理業者（松井工業）より購入した製紙用木質チップをローラー式スクリーン（（株）たいへい製ウェーブローラー）にて分級し、厚みが１〜１０ｍｍの木質チップを得た。  この木質チップの含水率を６重量％に調節し、これにイソシアネート系接着剤を木質チップの重量に対し、５重量％を塗布した。
次に、塗布された木質チップを長さ方向に略揃えさせるフォーミング金型に挿入し、縦５００ｍｍ、横５００ｍｍ、高さ１００ｍｍの積層マットを形成した。得られた積層マットは蒸気噴射式プレス機にて１８０℃の蒸気を噴射し、３ＭＰａの加圧力にて５分間保持し、木質系複合材料を得た。
【００２７】
木質チップの含水率は、１１０℃のオーブンにて６時間放置し、乾燥前後の重量変化より計算しより算出した。
蒸気噴射式プレス機により得られた成形品の含水率は成形品を１１０℃のオーブンにて１週間放置し、乾燥前後の重量変化により計算し算出した。
【００２８】
（実施例２）
木質チップの含水率を７％に調整し、実施例１と同様にして、木質系複合材料を成形した。得られた木質系複合材料の含水率は９％であった。
【００２９】
（比較例１）
木質チップの含水率を２５％に調整し、実施例１と同様にして、木質系複合材料を成形した。得られた木質系複合材料の含水率は２６％であった。
【００３０】
（比較例２）
比較例２の方法で得られた木質系複合材料を６０℃のオーブンにて加熱し、含水率が９％になるように調整した。
【００３１】
１）物性評価（曲げ強度試験）
木質複合材の曲げ試験法（ＪＩＳ  Ｚ  ２１０１）に基づき、実施した。
評価結果を表１に示した。
２）物性評価（寸法安定性試験）
寸法変化は、２３℃、５０％の条件下で１ヶ月放置後の寸法変化率を測定した。
評価結果を表１に示した。
【００３２】
【表１】
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【００３３】
【発明の効果】
本発明の木質系複合材料の製造方法は、結合剤が混和された細長い木質チップを、長さ方向に略揃えて積層して積層マットとし、これを蒸気により加熱しつつ加圧し、木質系複合材料を製造する方法であって、蒸気加熱する前の積層マットの木質チップの含水率を、２０重量％以下とすることを特徴としているため、成形された木質系複合材料は、寸法変化安定性に優れ、曲げ強度が高い。
また、請求項２に記載した本発明の木質系複合材料の製造方法は、蒸気加熱する前の積層マットの木質チップの含水率が、３重量％から７重量％であることを特徴としているため、成形された木質系複合材料は、更に、寸法変化安定性に優れ、曲げ強度が高い。