(57)【要約】【課題】本発明では、木粉の成型にあたり、供試木粉として全乾状態にしなくても気乾状態の木粉を使用でき、また、成型された木粉成型物が耐水性、生分解性を有し、任意の形状に成型した高密度、高強度、高硬度の木粉成型物及びその製造方法を提供することを目的とする。【解決手段】供試木粉（１）を冷間静水圧法装置（ＣＩＰ装置）（３）内で等方加圧により予備成型する工程（Ａ）と、該予備成型工程で得られた予備成型物（４）を温間静水圧法装置（ＷＩＰ装置）（６）内で、超高圧の下、等方加圧により本成型する工程（Ｂ）とを備えたことを特徴とする木粉成型物（７）を製造する方法である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
気乾木粉を使用した木粉成型物であって、耐水性や生分解性を有し、任意の形状に成型したことを特徴とする木粉成型物。
【請求項２】
請求項１記載の木粉成型物において、その密度が少なくとも１．３ｇｃｍ−３で、その圧縮強度が少なくとも８５ＭＰａで，そのロックウェル硬さが少なくとも９０ＨＲＲであることを特徴とする木粉成型物。
【請求項３】
請求項１ないし２記載の木粉成型物を製造する方法において、前記木粉を冷間静水圧法装置内で等方加圧により予備成型する工程と、
該予備成型工程で得られた予備成型物を温間静水圧法装置内で、超高圧の下、等方加圧により本成型する工程と、
を備えたことを特徴とする木粉成型物の製造方法。
【請求項４】
請求項３記載の木粉成型物の製造方法において、予備成型物を温間静水圧法装置により等方加圧で本成型する際の超高圧条件が１００〜５００ＭＰａであることを特徴とする木粉成型物の製造方法。
【請求項５】
請求項３ないし４記載の木粉成型物の製造方法において、予備成型物を温間静水圧法装置により等方加圧で本成型する際の温度条件が１５０℃以下であることを特徴とする木粉成型物の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、木粉の成型にあたり、全乾状態にしなくても気乾状態の木粉を使用でき、また、成型された木粉成型物が耐水性、生分解性を有し、任意の形状に成型した高密度、高強度、高硬度の木粉成型物及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、木材資源の有効利用や保護等の観点から、木粉を高密度・高強度の成型物へ加工・成型するための木粉成型技術が研究されてきた。
【０００３】
木粉を成型するための技術としては、２５０メッシュパス（６３μｍ以下）の全乾木粉を金属製ダイに充填し、静圧プレス機を用いて圧力１００ＭＰａ、温度１８０〜２４０℃で６〜１０分間熱圧締するものがある（非特許文献１）。この技術では、例えば、２２０℃で１０分間の熱圧条件或いは２４０℃で６分間の熱圧条件の時に木粉状態が認識できないプラスチック様外観を持ち、高密度（約１．４５ｇｃｍ−３）で高強度（曲げ強度７０〜８０ＭＰａで、曲げ弾性率１０ＧＰａ程度）の板状の形状を有する木粉成型物が得られた。
【０００４】
また、この他にも１００メッシュパスの気乾木粉に対して粉末フェノール樹脂接着剤を重量百分率で３〜４０％添加し、圧力３ＭＰａ、温度１６０〜２２０℃で１２分間熱圧締する技術がある（非特許文献２）。この技術では、木粉成型物として密度が０．６〜１．０ｇｃｍ−３の厚さ１２ｍｍのボードが得られ、得られたボードの強度は曲げ強度が最大６０ＭＰａ、曲げ弾性率は最大６ＧＰａで、内部接合力は最大５ＭＰａであった。
【０００５】
【非特許文献１】第２８回木材の化学加工研究会シンポジウム講演集、日本木材学会、ｐ２７−３４（１９９８）
【非特許文献２】材料４７（４）、日本材料学会、ｐ３４４−３４９（１９９８）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
２５０メッシュパス（６３μｍ以下）の全乾木粉を金属製ダイに充填し、静圧プレス機を用いて圧力１００ＭＰａ、温度１８０〜２４０℃で６〜１０分間熱圧締する技術では、木粉を全乾させなければならないため、木粉を乾燥させるためのエネルギーが必要で、作業効率も低下し、経済コストが高いという課題がある。
【０００７】
また、この技術では金属製ダイを使用した１軸方向の成型を行うものであるため、成型物の形状は板状に限定されてしまうという課題がある。
【０００８】
更に、この技術により得られた成型物は、５時間煮沸すると、強度が著しく低下してしまい、バラバラに分解してしまう。このため、得られた成型物の耐水性が十分ではないという課題がある。
【０００９】
１００メッシュパスの気乾木粉に対して粉末フェノール樹脂接着剤を重量百分率で３〜４０％添加し、圧力３ＭＰａ、温度１６０〜２２０℃で１２分間熱圧締する技術では、フェノール樹脂という熱硬化性合成樹脂の接着剤を使用しているため、廃棄後のリサイクルが困難で、環境に適した廃棄が難しいという課題を有する。
【００１０】
熱圧締をする際に１５０℃を超える温度で加熱することは、木材の熱分解を考慮すると、一般的に好ましくない。
【００１１】
従って、本発明では、木粉を成型するにあたり、木粉成型物の高密度性と高強度性を保持しつつ、上記課題を解決するため、木粉を全乾状態にせずに成型できる木粉成型物及び該木粉成型物の製造方法を提供することを目的とする。
【００１２】
また、本発明では、木粉を成型するにあたり、木粉成型物の高密度性と高強度性を保持しつつ、成型物が耐水性を有する木粉成型物及び該木粉成型物の製造方法を提供することを目的とする。
【００１３】
本発明では、木粉を成型するにあたり、木粉成型物の高密度性と高強度性を保持しつつ、木粉成型物が有する生分解性により、リサイクル可能である木粉成型物及び該木粉成型物の製造方法を提供することを目的とする。
【００１４】
更に、本発明では、木粉を成型するにあたり、木粉成型物の高密度性と高強度性を保持しつつ、任意の形状に成型した木粉成型物及び該木粉成型物の製造方法を提供することを目的とする。
【００１５】
本発明では、高強度性を保持するにあたって、できる限り高硬度性を図る。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、供試木粉を冷間静水圧法により等方加圧で予備成型し、得られた予備成型物を温間静水圧法により、超高圧の下、等方加圧で本成型すれば、供試木粉として気乾木粉を使用でき、また、耐水性や生分解性を有し、任意の形状に成型した高密度、高強度、高硬度の木粉成型物が得られるという知見に基づいてなされたものである。
【００１７】
ここで、高密度とは、木材の最大密度である約１．３ｇｃｍ−３よりも大きく、木材実質の密度である約１．５ｇｃｍ−３に近い密度であることをいう。なお、木材実質の密度とは、細胞壁と空隙からなる木材の細胞壁そのものの密度を意味する。
【００１８】
また、高強度成型物とは、木材の最大圧縮強度である約１１０ＭＰａよりも大きい圧縮強度を有する木粉成型物をいう。
【００１９】
本発明では、等方加圧により成型するため、板状、棒状、柱状等のような多種の形状の成型物を任意に得ることができる。
【００２０】
木粉とは、その母体である木材を砕いたときに生じる粒子或いは粉体をいい、供試木粉とは、木粉成型物を製造するにあたって使用される木粉をいう。この木粉の粒径は通常０．５ｍｍ以下程度のものをいうが、これに限定されるものではない。
【００２１】
本発明によって得られる成型物は生分解性の木粉からなるため、全て生分解でき、この結果、リサイクルを図ることができる。
【００２２】
本発明の木粉成型物は、本願請求項１に記載されているように、気乾木粉を使用した木粉成型物であって、耐水性や生分解性を有し、任意の形状に成型したことを特徴とするものである。
【００２３】
これにより、木粉成型物を得るにあたり、供試木粉を全乾させずに使用できるため、木粉を乾燥させるためのエネルギーを必要としなくて済む。
【００２４】
また、得られた木粉成型物は、生分解性の木粉からなるため、生分解に基づくリサイクルを図ることができ、自然環境に適した廃棄ができる。
【００２５】
更に、木粉成型物の形状を任意に成型しているため、木粉成型物として板状以外にも柱状、棒状等の形状のものが存在する。このため、木粉成型物の形状を用途に応じて任意に特定することが可能となり、木粉成型物の使い勝手が向上する。
【００２６】
本発明の木粉成型物は、本願請求項２に記載されているように、木粉成型物の密度が少なくとも１．３ｇｃｍ−３で、その圧縮強度が少なくとも８５ＭＰａで，そのロックウェル硬さが少なくとも９０ＨＲＲであることを特徴とするものである。
【００２７】
これにより、本発明の木粉成型物は、高密度、高強度の木粉成型物である。もっとも、ここでいう圧縮強度とは、作成した円筒形成型物の半径方向と長さ方向について圧縮試験を行った時の双方の強度を包含する意味である。
【００２８】
本発明の木粉成型物の製造方法は、請求項３に記載されているように、木粉を冷間静水圧法装置内で等方加圧により予備成型する工程と、該予備成型工程で得られた予備成型物を温間静水圧法装置内で、超高圧の下、等方加圧により本成型する工程とを備えたことを特徴とするものである。
【００２９】
これにより、木粉成型物の高密度性と高強度性を保持しつつ高硬度性も有する供試木粉として気乾木粉を使用した木粉成型物であって、耐水性や生分解性を有し、任意の形状に成型した木粉成型物が得られる。
【００３０】
上記木粉成型物を製造するための本発明に係る木粉成型物の製造方法は、請求項４に記載されているように、上記予備成型物を本成型するための超高圧条件が１００〜５００ＭＰａであることを特徴とするものである。
【００３１】
また、本発明の木粉成型物の製造方法は、請求項５に記載されているように、上記予備成型物を本成型するための温度条件が１５０℃以下であることを特徴とするものである。
【００３２】
これにより、木材の熱分解を極力抑制することが可能となり、また、密度が少なくとも１．３ｇｃｍ−３であるという高密度性と、圧縮強度が少なくとも８５ＭＰａであるという高強度性と、ロックウェル硬さが少なくとも９０ＨＲＲであるという高硬度性とを有する木粉成型物が得られる。
【００３３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。但し、本発明は本実施例に限定されるものではない。
【００３４】
本発明である木粉成型物を製造する方法について図１を用いて詳細に説明する。本発明の木粉成型物（７）を製造する方法は、図１に例示するように、供試木粉（１）を冷間静水圧法装置（ＣＩＰ装置）（３）内で等方加圧により予備成型する工程（Ａ）と、該予備成型工程で得られた予備成型物（４）を温間静水圧法装置（ＷＩＰ装置）（６）内で、超高圧の下、等方加圧により本成型する工程（Ｂ）とを備えたことを特徴とするものである。
【００３５】
なお、冷間静水圧法装置（ＣＩＰ装置）（３）には、株式会社神戸製鋼所製のＤｒ．ＣＩＰを、温間静水圧法装置（ＷＩＰ装置）（６）には、三菱重工業株式会社製の三菱温間等方圧加圧装置を使用した。
【００３６】
予備成型工程（Ａ）で使用する供試木粉（１）としては、表１に示すように、粒径をそれぞれ３２メッシュパス−６０メッシュオン、６０メッシュパス−１００メッシュオン、１００メッシュパス−１７０メッシュオン、１７０メッシュパス−２５０メッシュオン、２５０メッシュパス−３５０メッシュオンに区分した気乾状態の木粉を使用した。
【００３７】
なお、メッシュパスとは、そのメッシュを持つ網目を通過することを意味し、メッシュオンとは、そのメッシュを持つ網目を通過せずにその網に堆積することを意味する。
【００３８】
本発明の木粉成型物（７）を製造する方法においては、供試木粉（１）を冷間静水圧法装置（３）内で等方加圧するにあたり、予め、高さ１０ｃｍ、直径６．５ｃｍ程の円筒形の冷間静水圧法成型用ゴムモールド（２）に充填したうえで、冷間静水圧法装置（３）内で、ＣＩＰ装置用加圧用ポンプ（８）を使用して、圧力を５０ＭＰａ、温度を室温に設定して１０分間程等方加圧した。その結果、高さ５．２ｃｍ、直径５ｃｍ程の予備成型物（４）を得た。
【００３９】
本成型工程（Ｂ）では、予備成型工程で得られた予備成型物（４）を直径が５．５ｃｍ程で高さが５〜１０ｃｍに可変できる円筒形の温間静水圧法成型用ゴムモールド（５）に入れて、温間静水圧法装置内（６）で、ＷＩＰ装置用加圧用ポンプ（９）を使用して、圧力１００〜５００ＭＰａの超高圧の下、温度９０〜１４０℃で１〜３時間程等方加圧し、本成型を行った。温度調整にはＷＩＰ装置用加熱ヒーター（１０）を使用した。
【００４０】
なお、超高圧の上限は、ＷＩＰ装置の最大圧力である５００ＭＰａにあわせたものであり、特に限定するものではない。
【００４１】
その結果、高さ４．７ｃｍ、直径４．８ｃｍ程の高密度、高強度の木粉成型物（７）を得た。
【００４２】
例えば、上述の製造方法によって製造された本発明の木紛成型物は以下のようにして特定した。
【００４３】
本発明の木粉成型物の密度は、気乾状態における成型物の重量をその寸法測定により算出した体積で割ることにより特定した。
【００４４】
本発明の木粉成型物の圧縮強度は、強度試験機（島津（株）製  オートグラフ）による測定で特定した。
【００４５】
本発明の木粉成型物の硬さは、硬さ試験機（アカシ（株）製  ロックウェル硬さ試験機）により直径１２．７ｍｍの鋼球を初試験力９８．０７Ｎ、全試験力５８８．４Ｎで試験したときの変形量を測定して特定した。なお、この硬さ試験における測定結果がロックウェル硬さと呼ぶものである。
【００４６】
耐水性の有無は、木粉成型物を沸騰水中で７２時間煮沸した後、その成型物の形状変化を目視により確認し、判断した。
【００４７】
その結果、本発明の木粉成型物の密度は、供試木粉の粒径に拘わらず１．４ｇｃｍ−３程度であり、木材細胞壁の密度（１．５ｇｃｍ−３）に比較的近く、通常の木材の密度（０．３〜１．１ｇｃｍ−３）よりも遥かに大きく、１．３ｇｃｍ−３以上の高密度を示した（表１参照）。また、本発明の木粉成型物の強度は、供試木粉の粒径によって相異するものの、いずれも圧縮強度が８５〜１３４ＭＰａという値を示し、強度の大きな木材が有する値（１００ＭＰａ程度）と同程度或いはそれ以上の高強度であった（表１参照）。
【００４８】
なお、円筒形状の木粉成型物では、半径方向と長さ方向で圧縮強度が異なり、長さ方向が大きな圧縮強度を示した（表１参照）。
【００４９】
本発明である上記木粉成型物の硬さ（ロックウェル硬さ）は、粒径に拘わらず、極めて硬い木材（ボンゴシ材）の木口面硬さ（９０ＨＲＲ程度）よりも大きい１１０〜１２０ＨＨＲという高い値を示した（表１参照）。
【００５０】
本発明である上記木粉成型物は、該木粉成型物を７２時間煮沸しても形状は崩れることなく、十分な耐水性を示した。
【００５１】
【実施例】
以下、実施例により、本発明である木粉成型物について、各種粒径の気乾木粉を成型した場合の本成型工程（Ｂ）における成型圧力、成型温度及び成型時間の各種条件とその結果得られた木粉成型物の密度、ロックウェル硬さ及び圧縮強度の各種特性との関係で具体的に説明する。但し、本発明の木紛成型物及びその製造方法はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００５２】
実施例１  ３２メッシュパス−６０メッシュオンの気乾木粉を供試木粉（１）として使用し、この供試木粉（１）を円筒形の冷間静水圧法成型用ゴムモールド（２）に充填し、冷間静水圧法装置（３）内で圧力を５０ＭＰａ、温度を室温に設定して１０分間等方加圧し、予備成型物（４）を得た。
【００５３】
この予備成型物（４）を円筒形の温間静水圧法成型用ゴムモールド（５）に入れ、温間静水圧法装置（６）内で、表１に示す条件下で、等方加圧により本成型物である高さ４．７ｃｍ、直径４．８ｃｍ程の円柱状の木粉成型物（７）を得た。
【００５４】
得られた木粉成型物の密度、圧縮強度及びロックウェル硬さは、それぞれ、気乾状態の重量と寸法の測定、強度試験機（島津（株）製  オートグラフ）による測定、硬さ試験機（アカシ（株）製  ロックウェル硬さ試験機）による測定により決定した。
【００５５】
測定結果は表１に示した。
【００５６】
実施例２  ６０メッシュパス−１００メッシュオンの気乾木粉を供試木粉（１）として使用し、この供試木粉（１）を円筒形の冷間静水圧法成型用ゴムモールド（２）に充填し、冷間静水圧法装置（３）内で圧力を５０ＭＰａ、温度を室温に設定して１０分間等方加圧し、予備成型物（４）を得た。
【００５７】
この予備成型物（４）を円筒形の温間静水圧法成型用ゴムモールド（５）に入れ、温間静水圧法装置（６）内で、表１に示す条件下で、等方加圧により本成型物である高さ４．７ｃｍ、直径４．８ｃｍ程の円柱状の木粉成型物（７）を得た。
【００５８】
得られた木粉成型物の密度、圧縮強度及びロックウェル硬さは、それぞれ、気乾状態の重量と寸法の測定、上記強度試験機による測定、上記硬さ試験機による測定により決定した。
【００５９】
測定結果は表１に示した。
【００６０】
実施例３  １００メッシュパス−１７０メッシュオンの気乾木粉を供試木粉（１）として使用し、この供試木粉（１）を円筒形の冷間静水圧法成型用ゴムモールド（２）に充填し、冷間静水圧法装置（３）内で圧力を５０ＭＰａ、温度を室温に設定して１０分間等方加圧し、予備成型物（４）を得た。
【００６１】
この予備成型物（４）を円筒形の温間静水圧法成型用ゴムモールド（５）に入れ、温間静水圧法装置（６）内で、表１に示す条件下で、等方加圧により本成型物である高さ４．７ｃｍ、直径４．８ｃｍ程の円柱状の木粉成型物（７）を得た。
【００６２】
得られた木粉成型物の密度、圧縮強度及びロックウェル硬さは、それぞれ、気乾状態の重量と寸法の測定、上記強度試験機による測定、上記硬さ試験機による測定により決定した。
【００６３】
測定結果は表１に示した。
【００６４】
実施例４  １７０メッシュパス−２５０メッシュオンの気乾木粉を供試木粉（１）として使用し、この供試木粉（１）を円筒形の冷間静水圧法成型用ゴムモールド（２）に充填し、冷間静水圧法装置（３）内で圧力を５０ＭＰａ、温度を室温に設定して１０分間等方加圧し、予備成型物（４）を得た。
【００６５】
この予備成型物（４）を円筒形の温間静水圧法成型用ゴムモールド（５）に入れ、温間静水圧法装置（６）内で、表１に示す条件下で、等方加圧により本成型物である高さ４．７ｃｍ、直径４．８ｃｍ程の円柱状の木粉成型物（７）を得た。
【００６６】
得られた木粉成型物の密度、圧縮強度及びロックウェル硬さは、それぞれ、気乾状態の重量と寸法の測定、上記強度試験機による測定、上記硬さ試験機による測定により決定した。
【００６７】
測定結果は表１に示した。
【００６８】
実施例５  ２５０メッシュパス−３５０メッシュオンの気乾木粉を供試木粉（１）として使用し、この供試木粉（１）を円筒形の冷間静水圧法成型用ゴムモールド（２）に充填し、冷間静水圧法装置（３）内で圧力を５０ＭＰａ、温度を室温に設定して１０分間等方加圧し、予備成型物（４）を得た。
【００６９】
この予備成型物（４）を円筒形の温間静水圧法成型用ゴムモールド（５）に入れ、温間静水圧法装置（６）内で、表１に示す条件下で、等方加圧により本成型物である高さ４．７ｃｍ、直径４．８ｃｍ程の円柱状の木粉成型物（７）を得た。
【００７０】
得られた木粉成型物の密度、圧縮強度及びロックウェル硬さは、それぞれ、気乾状態の重量と寸法の測定、上記強度試験機による測定、上記硬さ試験機による測定により決定した。
【００７１】
測定結果は表１に示した。
【００７２】
【表１】
2004338097.tif 000003
【００７３】
なお、これらの成型物に対して７２時間の煮沸を行ったところ、膨潤したものの、形状が崩れることはなかった。
【００７４】
【発明の効果】
本発明の木粉成型物及びその製造方法によれば、木粉の成型にあたり、気乾状態の木粉を使用でき、また、成型された木粉成型物が耐水性、生分解性を有し、任意の形状に成型した高密度で高強度の木粉成型物が得られるという効果を奏する。
【００７５】
このため、本発明の木粉成型物の製造方法によれば、木粉を成型するにあたり、供試木粉として全乾状態にしなくても気乾状態の木粉を使用でき、供試木粉を乾燥させるためのエネルギーを必要としないという効果を奏する。その結果、低コストで高密度、高強度の木粉成型物を得ることができる。
【００７６】
また、木材の熱分解も極力抑制することも可能である。
【００７７】
本発明の木粉成型物及びその製造方法によれば、成型された木粉成型物が十分な耐水性を有するため、用途範囲が広いという効果を奏する。
【００７８】
本発明の木粉成型物及びその製造方法によれば、成型された木粉成型物が木粉のみからなるため、全て生分解でき、リサイクルを図ることができるという効果を奏する。このため、自然環境に適した廃棄ができる。
【００７９】
本発明の木粉成型物及びその製造方法によれば、任意の形状の木粉成型物が得られるため、木粉成型物の形状を用途に応じて任意に特定することが可能となり、用途範囲が広がるとともに木粉成型物の使い勝手が向上するという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の木粉成型物の製造方法を示した概略図
【符号の説明】
１    供試木粉
２    冷間静水圧法成型用ゴムモールド
３    冷間静水圧法装置（ＣＩＰ装置）
４    予備成型物
５    温間静水圧法成型用ゴムモールド
６    温間静水圧法装置（ＷＩＰ装置）
７    木粉成型物
８    ＣＩＰ装置用加圧ポンプ
９    ＷＩＰ装置用加圧ポンプ
１０  ＷＩＰ装置用加熱ヒーター
【図１】
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