(57)【要約】【課題】木材チップを原料とした木質ボードを短時間で効率よく製造することができ、かつ、コスト削減も図られ、さらには、高品質な木質ボードを製造することが可能な木質ボードの製造方法を提供する。【解決手段】木材チップを原料とした木質ボードを製造するための方法であって、接着剤として水溶性フェノール樹脂を使用し、かつ、該水溶性フェノール樹脂を含浸させた原料を所定の成型容器に充填して電磁波加熱により熱圧成型する方法からなる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
木材チップを原料とした木質ボードを製造するための方法であって、接着剤として水溶性フェノール樹脂を使用し、かつ、該水溶性フェノール樹脂を含浸させた原料を所定の成型容器に充填して電磁波加熱により熱圧成型することを特徴とする木質ボードの製造方法。
【請求項２】
前記原料となる木材チップの含水率を１２ｗｔ％以下に乾燥させることを特徴とする請求項１に記載の木質ボードの製造方法。
【請求項３】
前記接着剤が水溶性フェノール樹脂に硬化促進剤を配合したものであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の木質ボードの製造方法。
【請求項４】
前記電磁波が高周波であることを特徴とする請求項１から請求項３に記載の木質ボードの製造方法。
【請求項５】
前記電磁波がマイクロ波であることを特徴とする請求項１から請求項３に記載の木質ボードの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、木材チップを原料として木質ボードを製造するための方法に関し、詳しくは、水溶性フェノール樹脂及び電磁波の特性を活かして短時間で高品質の木質ボードを製造することができる方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
今日、建築副産物として木材小片等といった多量の木屑類の建築廃材が排出されている。この建築廃材を焼却処分することは、環境保護等の面から問題となっており、現在、何らかの形で再利用を図ることが試みられている。
【０００３】
再利用の方法の一つとして、前記建築廃材を破砕機によりチップ状に砕き、それをボード化することによって、木質ボードとして建築材料や道路における敷設材料として再利用することが一般的に知られている。かかる木質ボードの製造方法としては、チップ状に砕いた建築廃材に熱硬化性のあるフェノール系樹脂やアミノ系樹脂の接着剤を含浸させ、それに熱と圧力を同時に加える熱圧成型を行うことにより製造される。そして、かかる熱圧成型には、ホットプレス方式、すなわち、被加熱体の外部から熱を加え熱伝導により外部から内部へと徐々に熱を伝えていく外部加熱方式が採られている。
【０００４】
しかしながら、この外部加熱方式による熱圧成型は、被加熱体の外部から熱伝導により内部へ徐々に熱を伝えるため、断面サイズの大きいものや容量の大きいものについては内部まで充分加熱するのに長時間を要する。ましてや、熱伝導率の低い木材等についてはなおさらである。その結果、被加熱体の表面と内部とに温度差が生じてしまい、内部温度が低いまま表面温度のみが上昇しすぎて、被加熱体の表面を焦がしてしまうことが多々発生する。また、成型された木質ボードの品質が一定ではなくバラツキが生じて、不良品として実際に木質ボードとして使用できないものが多く成型されてしまい、コストアップの大きな要因になってしまうといった問題があった。
【０００５】
また、従来における木質ボードは、原料となる木材チップと接着剤とを単純に塗り固めて熱圧成型して製造されていたが、かかる工程のみでは木材チップ全体の隅々まで接着剤が行き届かないことが多々あり、そのため木質ボードの強度が充分ではないため、構造材や下地材としてのみ使用される等、板状の表層材を補強材として貼付けなければ製品として活用できないといった問題があった。
【０００６】
さらには、従来の木質ボードの製造において、木材チップを木質ボードの原料として使用するためには、該木材チップの含水率を４ｗｔ％以下に乾燥させる必要があったため、その乾燥のために使われる灯油の量について莫大な量を必要としていた。
【特許文献１】特開２００２−２７３７１１号公報
【特許文献２】登録実用新案第３０８０５０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記問題点に鑑み、本発明は、接着剤として水溶性フェノール樹脂を使用するとともに、熱圧成型における加熱方式について電磁波による内部加熱方式を採用することにより、耐水性や耐候性、耐久性、さらには、透水性に優れた環境負荷の少ない高品質の木質ボードを製造することができるとともに、作業効率の改善及びコスト削減を実現する木質ボードの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記目的を達成するため、本発明は、木材チップを原料とした木質ボードを製造するための方法であって、接着剤として水溶性フェノール樹脂を使用し、かつ、該水溶性フェノール樹脂を含浸させた原料を所定の成型容器に充填して電磁波加熱により熱圧成型する方法となっている。
【０００９】
また、本発明は、前記原料となる木材チップの含水率を１２ｗｔ％以下に乾燥させ、それを木質ボードの原料として使用する方法を採用することもできる。
【００１０】
さらに、本発明は、前記接着剤として水溶性フェノール樹脂に鉄粉等の硬化促進剤を配合したものを使用する構成を採ることができる。
【００１１】
またさらに、本発明は、前記電磁波のうち高周波を利用することにより熱圧成型する方法を採用することができる。
【００１２】
さらにまた、本発明は、前記電磁波のうちマイクロ波を利用することにより熱圧成型する方法を採用することもできる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の木質ボードの製造方法によれば、接着剤として水溶性フェノール樹脂を使用しているため、耐水性や耐候性、耐久性、さらには、透水性に優れた環境負荷の少ない高品質の木質ボードを製造することができる。
【００１４】
また、本発明に係る木質ボードの製造に使用する木材チップの含水率は１２ｗｔ％以下で足りるため、該木材チップを乾燥させるために使用する灯油の量を減らすことができ、乾燥に掛かる時間の短縮及びコスト削減につながる。
【００１５】
さらに、本発明に係る熱圧成型において、電磁波プレス方式、すなわち、被加熱体の内部へ直接熱を加える内部加熱方式を採用しているため、短時間で木材チップ同士が接着され、木質ボードの大量生産が効率よく可能となって生産性が格段に高くなり、さらには、木材チップの焦げの発生がなくなり、確実に一定の品質を保った木質ボードを製造することができ、不良品の発生を抑え、コスト削減が図られるといった効果もある。
【００１６】
またさらに、原料となる木材チップに水溶性フェノール樹脂を含浸させる工程を経ることで、木材チップの一つ一つの全表面が該水溶性フェノール樹脂で被覆されることにより、木材チップ同士が強固に接着され、板状の表層材を補強材として貼付けなくても充分に強度が確保できる。
【００１７】
さらにまた、木材チップの表面全体が水溶性フェノール樹脂で被覆され、該木材チップの内部に水分が容易に入り込まない構造となっているため、木質系ボードの特性である大気中の湿度の影響による膨張・収縮といった問題が発生せず、水分に対する寸法安定性が極めて優れている木質ボードが得られる。
【００１８】
また、前記の通り木材チップ同士が強固に接着されることから、熱圧成型の際の圧力を変化させることにより、木質ボードの内部に空気層を形成することも可能であり、断熱効果の高い壁装材や透水性に優れた床材等、付加価値・利用価値の高い木質ボードを得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
木材チップを原料とした高品質な木質ボードを、短時間かつ低コストで製造するという目的について、接着剤として水溶性フェノール樹脂を使用し、熱圧成型の方式として電磁波加熱による内部加熱方式を採用することにより実現した。
【実施例】
【００２０】
本発明に係る木質ボードの製造方法に使用される原料は、建築廃材として排出される木材小片や木材繊維等の建築副産物としての木屑類をチップ状に加工したものである。かかる木材チップを製造するのには破砕機が用いられ、該破砕機で破砕加工された木材チップの大きさは、厚さ約０．１〜１０ｍｍ、長さ約１０〜１００ｍｍ、巾約１〜１５ｍｍ位のものとする。そのようにして加工された木材チップは、大きさごとに４種類に分別され、種類別にスチール製の専用カゴに投入される。
【００２１】
木材チップの入った専用カゴはそのままの状態で乾燥室に搬入し、含水率が８ｗｔ％〜１２ｗｔ％の範囲内になるまで木材チップを乾燥させる。従来において原料として使える木材チップの含水率は４ｗｔ％であったが、本発明における木材チップの含水率は１２ｗｔ％以下であれば足りる。乾燥前の木材チップの含水率は約２０ｗｔ％位であり、乾燥室内の温度を５０℃〜８０℃に設定し、かかる状況下でおよそ４８時間程度乾燥させることにより、木材チップは要求する含水率８ｗｔ％〜１２ｗｔ％の乾燥状態に到達する。尚、木材チップを乾燥させる場合、通常貫流ボイラーが使用され、該ボイラーの燃料として灯油が用いられる。
【００２２】
ここで、木材チップに含有される水分を乾燥させる際の水分蒸発量の計算式について、従来の場合は下記の数式１に、本発明の場合は下記の数式２に示す。数式１は乾燥後の木材チップの含水率を４ｗｔ％として、数式２は乾燥後の木材の含水率を１２ｗｔ％として計算されている。また、原料となる建築廃材が杉材であった場合を例に採っており、廃材となる以前の建築材としての杉材１立法メートルあたりの水分は約３４０ｋｇであって、木質ボードに使用される原料は木材小片等の建築廃材であるから、該建築廃材をチップ状にした段階で１立法メートルあたり約９０ｋｇの水分が蒸発したものと想定して、平均値として木材チップ１立法メートルに含有される水分量を２５０ｋｇとして計算してある。
【００２３】
【数１】
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【００２４】
【数２】
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【００２５】
上記数式の通り、従来においては約２３６ｋｇの水分を蒸発させる必要があるのに対して、本発明においては約２０９ｋｇの水分を蒸発させれば足り、約２７ｋｇの水分蒸発量を抑えることができる。これを乾燥に使われる貫流ボイラーにおける灯油の量に換算すると、従来の場合は下記の数式３に、本発明の場合は下記の数式４によって表されることとなる。尚、１ｋｇの水分を蒸発させるのに、貫流ボイラーで約０．１５リットルの灯油が必要であり、また、実際に乾燥させる場合の熱ロスを２割程見込んで計算してある。
【００２６】
【数３】
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【００２７】
【数４】
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【００２８】
上記数式の通り、従来であれば木材チップを乾燥させるのに４２．４８リットルの灯油の量が必要であったのに対して、本発明によれば３７．６２リットルの灯油の量で足り、約４．９リットルの灯油の量を節約できる計算になる。１年間に本発明に係る熱圧成型機１台で製造可能な木質ボードに使用される木材チップの容量は約４６２０立法メートルであるため、同じ容量の木材チップを従来の熱圧成型機において成型する場合と比較すると、１年間で約２２，６３８リットルの灯油の量が節約できることとなる。このことは、単にコスト削減につながるだけでなく、灯油を燃焼させれば当然二酸化炭素が排出されるが、その排出量の削減にもつながり、今日盛んに叫ばれている環境汚染の問題に対しても非常に有益である。
【００２９】
次に、前記乾燥させた木材チップは、専用カゴに入れてある状態で接着剤が入っている水槽に投入し攪拌混合され、該木材チップに接着剤を含浸させる工程が行われる。このとき、木材チップと接着剤とを混合させる割合は、木材チップ３０００ｇに対し接着剤重量比２０％の割合で攪拌混合される。また、含浸に要する時間は約３０分程度である。
【００３０】
一般に、木材接着に使用される接着剤は、でんぷん等の天然系と合成樹脂系とに大別されるが、熱圧成型において使用される接着剤は合成樹脂系のものが用いられる。また、合成樹脂系の接着剤には、酢酸ビニルや塩化ビニルといった熱可塑性を有する合成樹脂と、フェノール系やアミノ系といった熱硬化性を有する合成樹脂がある。そして、木材チップを熱圧成型して木質ボードを製造するには、熱硬化性を有するフェノール系やアミノ系の合成樹脂が接着剤として使用されているが、それぞれの接着剤の特性について、下記の表１に示す。
【００３１】
【表１】
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【００３２】
上記表の通り、フェノール系樹脂とアミノ系樹脂にはそれぞれ相反する特性があり、いずれを接着剤として使用するかについて、品質を優先すれば生産性が劣り、生産性を優先すれば品質が劣ってしまうこととなる。本発明は、熱圧成型の方式として電磁波加熱による内部加熱方式を採用したことにより、成型に要する時間の短縮に成功し生産性を高めることができたため、品質面で優れている木質ボードを得るべくフェノール系樹脂を接着剤として採用している。
【００３３】
また、本発明は、フェノール系樹脂の中でも水溶性フェノール樹脂を接着剤として使用している。従来における木質ボードの成型には、接着剤としての樹脂液を希釈するのにメタノールが使用されてきたが、該メタノールは取扱いを一歩間違えれば失明や死に至るといった非常に有毒な物質であって、取扱いに大変注意を要していた。これに対して、水溶性フェノール樹脂は水で簡単に希釈ができるため、取扱いが大変便利かつ簡単であり、安全性の面からも非常に有益である。
【００３４】
尚、水溶性フェノール樹脂に鉄粉等の硬化促進剤をさらに配合したものを接着剤として使用することも効果的である。かかる場合、水溶性フェノール樹脂のみを接着剤として使用するよりも、電磁波による被加熱体の内部加熱が効率よく行われることとなって、成型に要する時間の短縮により資することとなる。尚、該硬化促進剤は、水溶性フェノール樹脂に対して重量比５％の割合で配合される。
【００３５】
水溶性フェノール樹脂が含浸された木材チップは、水槽から取出され、専用台に置かれて該水溶性フェノール樹脂溶液の水切りが行われ、その後、再度乾燥室に搬入されて、手で触ってべたつかない状態になるまで乾燥させる。この工程を経ることにより、希釈剤として使用している水分を蒸発させるとともに、熱圧成型を行う際の作業性が高まる。
【００３６】
上記各工程を経て得られた木材チップは、所定の容器に充填され、その後、充填された木材チップの形状を崩すことなく保持させながら、容器の側壁が外される。そして、電磁波プレス機に装填され、１平方センチメートルにつき１０〜２０ｋｇの圧力で圧縮し、そのままの状態で数分間電磁波加熱が行われる。加熱時間については、所定の容器に充填された木材チップの厚みによって異なる。この電磁波による加熱により、接着剤による投錨効果及び接着剤中の分子と木材チップの分子との引き合う力の促進効果が発生し、非常に短時間で品質の優れた木質ボードが製造されることとなる。
【００３７】
本発明で採用する内部加熱方式に使用される電磁波について、実際に電磁波加熱を行うにあたっては、電磁波のうちの高周波あるいはマイクロ波が使用される。高周波とは電磁波のうちの周波数が１ＭＨｚ〜３００ＭＨｚの領域をいい、マイクロ波とは電磁波のうちの周波数が３００ＭＨｚ〜３００ＧＨｚの領域をいう。この高周波及びマイクロ波で加熱原理は同じであるが、用途や特徴が異なる。すなわち、高周波は断面サイズの大きなものや形状の長いものの加熱に適しており、マイクロ波は比較的断面サイズの小さいものや形状の不定形なものの加熱に適している。したがって、この特徴を活かして、各用途ごとに高周波とマイクロ波との使い分けを行うことが望ましい。
【００３８】
ここで、従来のホットプレス方式による熱圧成型と本発明に係る電磁波プレス方式による熱圧成型との性能比較を、下記の表２において示す。尚、比較対象として、縦９５０ｍｍ、横１８５０ｍｍ、厚さ６０ｍｍの木質ボードを製造する場合についての性能比較である。
【００３９】
【表２】
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【００４０】
上記表にある通り、ホットプレス方式による熱圧成型よりも電磁波プレス方式による熱圧成型の方が、成形時間は短縮され、不良品の発生についても効果を発揮し、製品の仕上がり状態についても優れている。また、成形時間が短縮されることから生産性が格段に向上され、木材チップの使用量が増加していることが明確である。
【００４１】
さらにここで、本発明に係る製造方法により製造された木質ボードとコンクリート製平板ブロック及びインターロッキングブロックとの強度等の性能比較を、下記の表３において示す。その際、コンクリート製平板ブロックの規格サイズは、縦３００ｍｍ、横３００ｍｍ、厚さ６０ｍｍであるため、木質ボードについても同様のサイズに成型したものを３枚用意し、それぞれについて試験を行い、その平均値を算出して性能比較を行った。尚、試験方法として、曲げ強度についてＪＩＳ規格Ｚ２１０１の９．における曲げ試験を、圧縮強度についてＪＩＳ規格Ｚ２１０１の７．２における横圧縮試験を、透水計数について社団法人インターロッキングブロック舗装技術協会発行の「インターロッキングブロック舗装設計要領」の９．２．４における試験を、耐候性についてＪＩＳ規格Ａ１４１５のＷＳ−Ａで２５０時間の暴露試験を行った。
【００４２】
【表３】
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【００４３】
上記表によると、本発明に係る製造方法により製造された木質ボードは、曲げ強度において、通常のコンクリート製平板ブロックと同等の強度を有し、透水性のコンクリート製平板ブロックに対しては１．５倍強の強度を有している。また、透水計数については、透水性のコンクリート製平板ブロックの２倍強を示している。尚、耐候性においても、試験した３枚の木質ボードのいずれも変色やひび割れ等は発生しなかった。したがって、本発明に係る製造方法により製造された木質ボードは、強度も透水性もコンクリート製品に優れることは明確であり、さらに重量もコンクリート製品より軽量であるため、施工性に優れている。
【００４４】
ここでさらに、インターロッキングブロックとの性能比較を行うため、インターロッキングブロックの品質規格を、下記の表４において示す。
【００４５】
【表４】
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【００４６】
上記表３にある木質ボードの試験結果と表４に示す品質規格とを比較すると、本発明に係る製造方法により製造された木質ボードは、曲げ強度において、普通インターロッキングブロックとほぼ同等の強度を有し、透水性インターロッキングブロックに対しては１．５倍強の強度を有している。また、透水計数については、透水性インターロッキングブロックの２倍強を示しており、本発明に係る製造方法により製造された木質ボードは、全体としてインターロッキングブロックに優れることは明確である。
【００４７】
本発明に係る製造方法により製造された木質ボードの耐油性、耐酸性、耐アルカリ性についても試験を行った。その際の試験方法として、ＪＩＳ規格Ａ１４５４の６．１０に準じて行われた。汚染材料は耐酸性について潤滑油、耐酸性について５％塩酸、耐アルカリ性について２％かせいソーダ水溶液を用い、３枚の木質ボードに対してそれぞれ試験を行った。その結果、耐油性については３枚とも油が染み込んだが他は異常なく、耐酸性については３枚とも異常なく、耐アルカリ性については３枚とも水溶液が染み込んだが他は異常なかった。この結果から、本発明に係る製造方法により製造された木質ボードは、屋内や屋外を問わず、幅広い範囲での使用が可能である。
【００４８】
木質ボードの製造可能な大きさは、一般的な熱圧成型機によると、厚さが６〜１００ｍｍ、縦×横が最大で１２００ｍｍ×２４００ｍｍとなる。ただし、この大きさに限定されるものではなく、成型機の製造可能な大きさの範囲により異なる。また、木材チップを原料としているため、該木材チップの使用量や木材チップを充填する容器のサイズ、該容器の側壁の位置等の変更により、製造される木質ボードの厚さや縦×横の寸法について容易にサイズ変更が可能である。
【００４９】
上記各工程を経て製造された木質ボードは、成型機から取り出される。該取り出された木質ボードの４周辺は、成型機による圧縮により木材チップが押し出されてはみ出していたり等、ざらつきが発生している。そこで、その４周辺について仕上げ切削が行われ、最終製品として完成する。
【００５０】
本発明に係る製造方法により熱圧成型された木質ボードは、個々の木材チップが互いに接着してボードを形成しており、ボード全体を接着剤によって塗り固めたものではないため、熱圧成型時の圧縮強度を変更することで木材チップ同士の接着面に空隙ができて、内部に空気層を形成させた木質ボードを製造することも可能である。かかる空気層を有する木質ボードは断熱効果や透水性に優れ、付加価値の高いボードとして壁装材や床材等の多方面に利用することができる。
【００５１】
また、製造された木質ボードの上面及び下面の仕上がりは、原料となる木材チップの大きさの違いや破砕機による破砕方法の違い、異なった形状の木材チップを組み合せる等により、多種多様な表層面を形成する。したがって、表層面に現れる模様如何によっても、付加価値の高いボードとして多方面に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明に係る製造方法により木質ボードが製造される工程を示す概略説明図である。
【符号の説明】
【００５３】
１    専用カゴ
２    乾燥室
３    水槽
４    フェノール樹脂水溶液
５    水切り台
６    木材チップ
７    側壁
８    木質ボード
【図１】
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