(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複合木質製品の製造方法であって、
硬化されていない２０分より長い沸騰水ゲル化時間を有するフェノールホルムアルデヒドバインダーで処理された、木質粒子を備えるマットを形成させ、前記バインダーのアルカリ度が、２．５％未満であり、ｐＨが１０未満であるステップと、
第１及び第２の圧縮プラテンとの間に画定される圧縮キャビティー中に、前記マットを置くステップと、
前記圧縮キャビティーを閉めるステップと、
前記第１及び第２の圧縮プラテンの少なくとも１つを、前記第１及び第２の圧縮プラテンの他方に向かって、最終の圧縮位置まで動かすことによって、前記マットを完全に固めるステップと、
前記第１の圧縮プラテンの少なくとも１つの蒸気孔を通して、前記マットに第１の蒸気を供給するステップであって、前記第１の蒸気が、２５〜７５psi (１．７〜５．２×１０２kPa) の範囲の圧力で、３０〜１２０秒間の範囲の時間供給される前記ステップと、
過剰の空気を前記マットから取り除く様に、前記第１の圧縮プラテンの前記少なくとも１つの蒸気孔を通して、前記マットから前記第１の蒸気を排気するステップと、
前記第１の圧縮プラテンの前記少なくとも１つの蒸気孔を通して、前記マットに第２の蒸気を供給するステップであって、前記第２の蒸気が、１００〜２５０psi (０．６９〜１．７×１０３kPa)の範囲の圧力で、バインダーを硬化させるのに充分な温度で供給される前記ステップと、
前記圧縮キャビティーを開口する前に、前記マットから過剰の圧力を抜くステップと、
前記圧縮キャビティーを開口するステップと、を備えることを特徴とする複合木質製品の製造方法。
【請求項２】
フェノールホルムアルデヒドバインダーが２０分〜６０分の範囲の沸騰水ゲル化時間を有することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
複合木質製品の製造方法であって、
硬化されていないバインダーで処理された、木質粒子からなるマットを形成させるステップと、
第１及び第２の圧縮プラテンとの間に画定される圧縮キャビティー中に、前記マットを置くステップと、
前記圧縮キャビティーを閉めるステップと、前記第１及び第２の圧縮プラテンの少なくとも１つを、前記第１及び第２の圧縮プラテンの他方に向かって、最終の圧縮位置まで完全に動かすことによって、前記マットを固めるステップと、
前記第１の圧縮プラテンの少なくとも１つの蒸気孔を通して、前記マットに第１の蒸気を供給し、かつ、前記第１の圧縮プラテンの前記少なくとも１つの蒸気孔を通して、前記マットから前記第１の蒸気を排気するステップであって、前記第１の蒸気が、過剰の空気を前記マットから取り除く様な、圧力及び時間供給される前記ステップと、
前記第１の圧縮プラテンの少なくとも１つの蒸気孔を通して、前記マットに第２の蒸気を供給するステップであって、前記第２の蒸気が、バインダーを硬化させるのに充分な温度及び圧力で供給される前記ステップと、を備えることを特徴とする複合木質製品の製造方法。
【請求項４】
前記圧縮キャビティーを開口する前に、前記マットから過剰の圧力を抜くステップと、
前記圧縮キャビティーを開口するステップと、をさらに備えることを特徴とする請求項３に記載の複合木質製品の製造方法。
【請求項５】
前記第１の蒸気が樹脂の吹き出しの発生を防ぐのに充分な低圧で供給されることを特徴とする請求項３に記載の複合木質製品の製造方法。
【請求項６】
前記第１の蒸気が、１００psi (６．９×１０２kPa) 未満の圧力で供給されることを特徴とする請求項３に記載の複合木質製品の製造方法。
【請求項７】
前記第１の蒸気が、２５〜７５psi (１．７〜５．２×１０２kPa) の範囲で供給されることを特徴とする請求項６に記載の複合木質製品の製造方法。
【請求項８】
前記第１の蒸気が、３０〜１２０秒間供給されることを特徴とする請求項３に記載の複合木質製品の製造方法。
【請求項９】
前記第１の蒸気が、３０〜１２０秒間供給されることを特徴とする請求項６に記載の複合木質製品の製造方法。
【請求項１０】
前記第１の蒸気が、３０〜１２０秒間供給されることを特徴とする請求項７に記載の複合木質製品の製造方法。
【請求項１１】
前記第２の蒸気が、前記第１の蒸気の圧力よりも高い圧力で供給されることを特徴とする請求項３に記載の複合木質製品の製造方法。
【請求項１２】
前記第２の蒸気が、１００psi (６．９×１０２kPa) 以上の圧力で供給されることを特徴とする請求項３に記載の複合木質製品の製造方法。
【請求項１３】
前記第２の蒸気が、１００〜２５０psi (０．６９〜１．７×１０３kPa) の範囲の圧力で供給されることを特徴とする請求項１２に記載の複合木質製品の製造方法。
【請求項１４】
前記第２の蒸気が、３０〜１２０秒間供給されることを特徴とする請求項３に記載の複合木質製品の製造方法。
【請求項１５】
前記第２の蒸気が、３０〜１２０秒間供給されることを特徴とする請求項１２に記載の複合木質製品の製造方法。
【請求項１６】
前記第２の蒸気が、３０〜１２０秒間供給されることを特徴とする請求項１３に記載の複合木質製品の製造方法。
【請求項１７】
複合木質製品の製造方法であって、
硬化されていないバインダーで処理された、木質粒子を備えるマットを形成させ、前記マットが対峙する第１及び第２の側面を有するステップと、
密閉された圧縮キャビティー内で、最終の厚みまで前記マットを固めるステップと、
ある量の過剰の空気によって占められていない、前記マットの厚みの少なくともある部分に、前記マットの前記第１の側から第１の蒸気を供給するステップであって、前記第１の蒸気が、前記マットの前記一部の温度を少なくとも１００℃まで上げるのに充分な圧力及び時間で、前記厚みの前記部分に供給される前記ステップと、
ある量の過剰の空気を前記マットから取り除く様に、前記第１の側を通して前記マットから排気するステップと、
前記マットの前記厚み中を通してバインダーを硬化させるのに充分な温度及び圧力で、前記第１の側から第２の蒸気を供給するステップと、をさらに備えることを特徴とする複合木質製品の製造方法。
【請求項１８】
前記圧縮キャビティーを開く前に、前記第１の側を通して、前記マットから過剰の圧力を抜くステップと、
前記圧縮キャビティーを開くステップと、をさらに備えることを特徴とする請求項１７に記載の複合木質製品の製造方法。
【請求項１９】
前記第１の蒸気が、１００psi (６．９×１０２kPa) 未満の圧力で供給されることを特徴とする請求項１７に記載の複合木質製品の製造方法。
【請求項２０】
前記第１の蒸気が、２５〜７５psi (１．７〜５．２×１０２kPa) の範囲で供給されることを特徴とする請求項１９に記載の複合木質製品の製造方法。
【請求項２１】
前記第１の蒸気が、３０〜１２０秒間供給されることを特徴とする請求項１７に記載の複合木質製品の製造方法。
【請求項２２】
前記第１の蒸気が、３０〜１２０秒間供給されることを特徴とする請求項１９に記載の複合木質製品の製造方法。
【請求項２３】
前記第１の蒸気が、３０〜１２０秒間供給されることを特徴とする請求項２０に記載の複合木質製品の製造方法。
【請求項２４】
前記第２の蒸気が、前記第１の蒸気の圧力よりも高い圧力で供給されることを特徴とする請求項１７に記載の複合木質製品の製造方法。
【請求項２５】
前記第２の蒸気が、１００psi (６．９×１０２kPa) 以上の圧力で供給されることを特徴とする請求項２０に記載の複合木質製品の製造方法。
【請求項２６】
前記第２の蒸気が、１００〜２５０psi (０．６９〜１．７×１０３kPa) の範囲の圧力で供給されることを特徴とする請求項２５に記載の複合木質製品の製造方法。
【請求項２７】
前記第２の蒸気が、３０〜１２０秒間供給されることを特徴とする請求項１７に記載の複合木質製品の製造方法。
【請求項２８】
前記第２の蒸気が、３０〜１２０秒間供給されることを特徴とする請求項２５に記載の複合木質製品の製造方法。
【請求項２９】
前記第２の蒸気が、３０〜１２０秒間供給されることを特徴とする請求項２６に記載の複合木質製品の製造方法。
【請求項３０】
複合木質製品の製造方法であって、
硬化されていないバインダーで処理された、木質粒子を備えるマットを形成させ、前記マットが対峙する第１及び第２の側面、水分含有部分、及び、空気含有部分を有するステップと、
密閉された圧縮キャビティー内で、最終の厚みまで前記マットを固めるステップと、
前記マットの前記第１の側に近接する、前記マットの厚みの第１の部分まで、前記マットの前記第１の側から、第１の蒸気を供給するステップであって、前記第１の蒸気が、前記マットの前記第１の部分の温度を少なくとも１００℃まで上げるのに充分な圧力及び時間で、前記厚みの前記第１の部分に供給される前記ステップと、
対流によって、前記マットの第２の側に近接する前記マットの厚みの第２の部分を加熱するステップであって、前記加熱が、前記マットの前記厚みの前記第２の部分の水分含有部分の少なくとも一部を、蒸気に変えるのに充分である前記ステップと、
過剰の空気を前記マットから取り除く様に、前記第１の側を通して前記マットから排気するステップと、
前記マットの前記厚み中を通してバインダーを硬化させるのに充分な温度及び圧力で、前記第１の側から第２の蒸気を供給するステップと、を備えることを特徴とする複合木質製品の製造方法。
【請求項３１】
複合木質製品であって、
１００℃より高い温度で硬化可能なバインダーで処理された、木質粒子を備えるマットを形成させ、前記マットが対する第１及び第２の側面を有するステップと、
密閉された圧縮キャビティー内で、最終の厚みまで前記マットを固めるステップと、
ある量の過剰の空気によって占められていない、前記マットの厚みの少なくともある部分に、前記マットの前記第１の側から第１の蒸気を供給し、前記第１の蒸気が、前記マットの前記部分の温度を少なくとも１００℃まで上げるのに充分な圧力及び時間で、前記厚みの前記部分に供給され、前記第１の蒸気が、前記マット内で圧力を強めさせる前記ステップと、
過剰の空気を前記マットから取り除く様に、前記第１の側を通して前記マットから、強められた圧力を抜くステップと、
前記マットの前記厚み中を通してバインダーを硬化させるのに充分な温度及び圧力で、前記第１の側から第２の蒸気を供給するステップと、
前記圧縮キャビティーを開く前に、前記第１の側を通して、前記マットから過剰の圧力を抜くステップと、
前記圧縮キャビティーを開くステップと、を備える方法によって製造されたことを特徴とする複合木質製品。
【請求項３２】
前記製造された複合木質製品が、陸屋根、窓部材、ドア部材、家具工業用の収納家具基板、パレット部品、コンテナー部品、内装成形品、木工所の製品、見晴台部品、シャッター、壁面羽目板及び壁面システム部品からなるグループから選択された１つであることを特徴とする請求項３１に記載の複合木質製品。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、パーティクルボード、繊維板、チップボード等の複合板の製造法に一般的には関するものであり、より詳細にはエンボス加工された、滑らかな、又は、模様付けされた、少なくとも１つの仕上げ表面を有する複合板の製造法に関するものである。前記板は、木質粒子、チップ及び／又は繊維、並びに、例えば樹脂等の硬化可能な又は硬化可能なバインダーから構成されるマットから製造される。
【０００２】
【従来の技術】
板等の複合木質製品は、物質が互いに固着して、無垢の木質様製品を形成するまで、加熱及び加圧下でリグノセルロース物質からなるゆるんだマットを固めることによって形成され得る。リグノセルロース物質は、粒子、チップ、繊維等の木質物質の形体を取り得り、本明細書ではこれらの用語は互換性をもって使用されることが理解されるであろう。更なる処理をせずに、適する加熱及び固化条件下で、リグノセルロース物質を結合させることが可能であるが、典型的には、マットを形成する物質は、その物質の固着性を高めて、最終製品の得られる特性を向上させるために、加熱及び固化される前に、樹脂等のバインダーで処理される。
【０００３】
マットの固化は一般に、圧縮機で行なわれる。バインダーで処理された木質複合マットを、特定の成形された形状、例えば板等に固化させるための従来の圧縮機は、成形キャビティーを画定するために間隔を置いた、２つの対峙する圧縮プラテンを有する。典型的には、少なくとも１つのプラテンを、例えば電気加熱コイルによる伝導によって、又は、プラテン本体に位置させられるコンジットから、加熱された流体又はガス媒体、例えば蒸気を通すことによって加熱される。マットと接触すると、熱は、伝導によって、プラテンからマットに移る。従来の圧縮機で使用される圧縮プラテン、即ち従来の圧縮プラテンは一般的には、開口又は孔のない、マットと接触するための表面を有する。プラテンの接触表面のこの様な開口は、最終製品の表面に欠陥を引き起こすであろう。従って、従来のプラテンは、「仕上げ」表面、例えば市場の用意した表面に達するために、研磨又は平削り等の後−圧縮操作で、更に機械作業又は機械加工を必要としない表面を有する板を圧縮するのには適している。研磨又は平削り等の後−圧縮仕上げ操作は、従来の圧縮機で製造される板には必要ではないので、従来の圧縮プラテンは、滑らかな「仕上げ」表面、若しくは、エンボス加工又は模様付けされた「仕上げ」表面を与えるように適合させられ得る。圧縮機から除去するのに続いて、板は、そのまま販売され得るか、又は、板の「仕上げ」表面を、高まった市場の用意した製品を生じさせるために、塗料又は染料等の、保護及び／又は装飾コーティングで処理され得る。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の圧縮プラテンを使用する圧縮には、幾つかの欠点がある。従来の圧縮プラテンを使用する圧縮は、従来のプラテンからマットの内側への熱の伝達が遅い可能性があるので、或る高温で硬化する樹脂を硬化させるのには適さない可能性があり、従って適切硬化には不適当である、マットの厚みに渡って温度差が生じる。例えば、マットの表面近くの物質は、過剰の熱に晒され得り、樹脂を余りに速く硬化させて、複合物質を燃焼させてしまい、その結果外観及び結合力等の特性に悪影響を与える。逆に、マットの内側は、充分に熱に晒されず、複合物質は充分に固化せず、また樹脂は完全には硬化せず、その結果内部の板強度が弱くなってしまう。前述の理由のために、即ち固化及び／又は硬化の間にマットの厚みに渡る加熱の差で、板の特性に悪影響が生じるという理由のために、従来の圧縮プラテンは、比較的厚い板状製品を硬化させるのには不適当である。
【０００５】
また、従来の圧縮機は、伝導熱（熱圧縮）のみを使用して、繊維板製品を製造する際には上手くいくが、今日の製造需要は、非常に精密な、より高い密度の、及び、時にはより厚い繊維板製品を製造するために、圧縮のサイクル時間がより速いこと、及び、より強い高温樹脂を使用することを要求している。従来のプラテンの欠点は、その目的のために蒸気注入孔を備えた変更された圧縮プラテンを通して、マットに直接に蒸気を供給又は注入することによって、克服され得ることが知られている。これは、「蒸気注入」圧縮として、一般的に知られている。蒸気は、マットを形成する、木質粒子、チップ及び／又は繊維の間の間隙空間に、注入孔から通り、その結果マットの内側に素早くかつ均一に熱が運ばれることになる。蒸気注入圧縮には、幾つかの利点がある。蒸気注入圧縮は、従来の樹脂を使用する典型的な寸法の板の硬化の速度を速め、その結果顕著に圧縮サイクルを短縮させる。蒸気注入圧縮はまた、従来の圧縮機での使用に典型的には適さない、より安価で、より安全で、及び／又は、より強く結合した製品を生じさせ得る、高温で硬化する樹脂を使用するのを可能にする。また、蒸気注入により、従来の圧縮機では適切に硬化しないか、又は、コスト的に競合する製品を与える程充分に速くは硬化しない、比較的厚い複合板を固化及び硬化させるのが可能になる。従って、蒸気注入は、複合製品の硬化の速度を速め、製品の品質を向上させ、木質複合製品、特には厚い寸法を有する製品の製造時間を短縮させることが知られている。
【０００６】
蒸気注入の利益及び利点は、密閉された圧縮機内、即ち取り巻く大気から圧縮キャビティーを隔離する圧縮機内で、注入を行うことによって、顕著に向上し得る。これは、キャビティーの周辺を密閉することによって、成し遂げられ得る。その代わりに、圧縮機全体が、密閉されたチャンバー内で隔離されてもよい。密閉された圧縮機により、貴重な蒸気の損失が顕著に減るか又はなくなり、昇温下でマットに蒸気を注入するのが容易になる。
【０００７】
蒸気注入圧縮は、上記に注目される通り、圧縮プラテンの孔により、成形された製品の表面に欠陥を引き起こすのが典型的であるので、板状製品の「仕上げ」表面を製造するのには不適当であると、一般的には考えられている。表面の欠陥は、後−圧縮製造ステップで、例えば研磨又は平削りによって、機械加工又は機械的に除去されなければならず、その結果製造のコスト及び複雑さが加わることになる。蒸気注入孔に加えて、蒸気注入プラテンは、マットの様々な部分に注入された蒸気の流れを向けるために、マットの接触表面に通路を有し得る。
【０００８】
本明細書中で「片側」蒸気注入と呼ばれる方法において、マットは、単一の蒸気注入プラテン（蒸気注入孔を有するプラテン）と、蒸気注入孔のない従来のプラテンとの間で圧縮される。単一の蒸気注入プラテンを通って注入された蒸気により、マットの硬化の速度が速まり、圧縮サイクルが短縮される。片側蒸気注入法における従来のプラテンにより、蒸気注入プラテンの蒸気注入孔に典型的には起因するであろう、成形された製品の１つの表面の望ましくない欠陥が避けられる。しかしながら、片側蒸気注入において、未硬化のマットの間隙空気は、蒸気注入孔のない従来のプラテンに向かって、蒸気注入プラテンから前方へ動く蒸気によって、押し付けられる。同時に、従来のプラテンの伝導熱によって、蒸気に変えられる水分から第２の蒸気の前方が、蒸気注入プラテンに向かってトラップされた空気を押し付け得る。従って、蒸気は圧力下で注入されるので、その空気は、蒸気注入プラテンよりも従来のプラテンに一般的にはより近い、マットの中心内にトラップされる。空気は、孔を持たない、従来のプラテンを通って排気又は逃げることはできず、注入蒸気の前方と従来のプラテンとの間、又は、注入蒸気の前方と第２の蒸気の前方との間にトラップされる。この方法が、密閉された圧縮機内で行なわれる場合、その問題が、トラップされた空気がそのマットの端から逃れるのが不可能であることによって、一層ひどくなる。トラップされた空気により、蒸気がバインダと接触して、完全にバインダーが硬化するのが阻止される。更には、トラップされた空気は、「吹き出し」及び最終製品の他の欠陥を引き起こし得る。得られる板の物理的特性は劣る。
【０００９】
D.W.Nybergに発行された、米国特許第 4,162,877 号明細書には、繊維質マットが、位置させられ、所望の形状に圧縮される、成形キャビティーを画定する２つの対峙する圧縮プラテンを有する、蒸気注入圧縮装置が開示されている。下側のプラテンのみが、成形キャビティーと、制御バルブによって分離されている、蒸気の外部源及び排気装置の両方との間に、流体を伝達させるために、注入孔を供給するコンジットを有する、蒸気の分配及び注入プラテンである。上側のプラテンには、注入又は排出孔、若しくは、ノズルはない。
【００１０】
米国特許第 4,162,877 号明細書の装置の操作において、繊維質マットを成形キャビティー内に位置させた後、蒸気供給からの蒸気は、コンジット及び下側プラテンの孔を通って導入され、成形キャビティー内に置かれた圧縮された繊維質マットに注入される。ある選択された時間後に、制御バルブを、蒸気の供給を止めるために作動させられ、その後排気装置に対して成形キャビティーを解放するために作動させられる。排気装置は、成形キャビティーから蒸気及び水分を抜き出すために、コンジット、並びに、分配及び注入プラテンの注入孔を使用する。
【００１１】
米国特許第 4,162,877 号明細書の対峙する（上側の）プラテンは、「なめらか」であるので、圧縮された繊維質マットに細部を押し付けるために、エンボス加工するプラテンとして使用され得るが、そのマットの密度が０．７未満の場合にのみである。この特許に従うと、いかなる高めのマットの密度でも、上側のプラテンの付近で空気がトラップされるのを防止するのを助けるために、メッシュが使用されなくてはならない。残念ながら、多くのエンボス加工−圧縮用途では、繊維質マットの密度が、０．７より大きく、米国特許第 4,162,877 号明細書で教示される通り、ワイヤメッシュの使用により、対峙するプラテンのエンボス加工表面プラテンの使用が排除されるであろう。
【００１２】
トラップされた空気は、マットを通る、「フラッシング」蒸気によって、マットから除去又は排気させられ得ることが知られている。マットに注入された蒸気は、マットの厚みに渡って通過させられ、マットからトラップされた空気を押出す又は運ぶ様に、マットから排気される。空気は、例えばマットの端を通って、「フラッシュ」され得る。しかしながら、マットの端から流れ出るフラッシング蒸気は、圧縮プラテンと接触しているマットの大きい表面積と比較して、端の領域が比較的小さいために、幾らかの寸法の材木の製造では、効率が悪い。端から流れ出るフラッシング蒸気はまた、流れが限定される、密閉されている圧縮用途又は高密度のマットでは、適さない。この代わりに、蒸気は、１つの注入圧縮プラテンからマットに注入されて、マットの厚みに渡って蒸気が「クロスフロー」するための孔を備えた、対峙する圧縮プラテンから排気させられ得る。複合木質パネルの製造法のための、米国特許第 4,684,489 号明細書では、第１の圧縮位置まで蒸気注入せずに圧縮し、次いで１つの注入プラテンから対峙する注入プラテンまで、蒸気を間欠的に「フラッシング」しながら蒸気圧縮し、プラテン及び真空ステップの両方からの蒸気注入で最終的に圧縮することを要求している。この現存の「クロスフロー」圧縮機設計により、蒸気がマットの全ての領域を均一にかつ効率的に加熱するのが可能になるが、いかなる注入ノズル、メッシュ、溝又は開口のない、キャビティーの１つの表面が、「なめらか」であるエンボス加工プラテンを使用することが排除される、即ち、その結果非常に細部が、圧縮されたマットの表面上にエンボス加工され得る。それ故に、この方法は、少なくとも１つの「仕上げ」表面を有する板の製造には適さない。
【００１３】
1991年4月10日、ワシントン州プルマンでの、ワシントン州立大学国際パーティクルボード／複合体物質シンポジウムの議事録（Proceedings of the Washington State University International Particleboard / Composite Materials Symposium）である、表題が「木質複合体用の実用的な蒸気圧縮技術（A Practical Steam Pressing Technology for Wood Composites）」の、Ernest W.Hsu への雑誌出版（本明細書では以降「Ｈｓｕ 1991」と呼ぶ）には一般的には、厚い板状製品を製造するのに、蒸気注入が適することが開示されている。この文献の７９頁に、Ｈｓｕは、以下の適する蒸気サイクルの例：密閉圧縮、低圧蒸気注入（３０秒間１１psi）、蒸気排気、低圧蒸気注入、高圧蒸気注入、蒸気排気、及び開口圧縮を列挙している。Ｈｓｕはまた、「注入が遅れると、特に蒸気圧が低い場合には、高密度パネル用のマットは、効率的な蒸気の浸透のために余りに圧縮されすぎ得る」、ということを教示している。しかしながら、Ｈｓｕは、少なくとも１つの仕上げ表面を有する、強くて、厚い板を製造するのに適する、圧縮サイクルを教示していない。
【００１４】
従って、適する強度及び堅さを有し、かつ、少なくとも１つの仕上げ表面を有する厚い板を製造し得る、片側蒸気注入法が必要とされている。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、いかなる蒸気も注入される前に、マットが完全に固められる、蒸気圧縮で複合木質製品を製造する方法に関するものである。完全な固化の後、低圧蒸気注入、及び、マットから空気を取り除くのに充分な排気が行なわれ、次いで樹脂を硬化させるために高圧蒸気が注入される。
【００１６】
本発明は、「片側」蒸気注入圧縮機、即ち平らな又は模様付けされた従来のプラテンに対峙する蒸気注入プラテンを有する圧縮機で、実施されるのが好ましい。本発明の方法は、以下の蒸気ステップを有する：
マットの完全な固化；
低圧蒸気注入（２５〜７５psi、好ましくは５０psi；３０〜１２０秒、好ましくは９０秒）、次いでマットからトラップされた空気を除去するのに充分に、蒸気注入プラテンの蒸気注入孔から排気；及び、
バインダーが硬化するのに充分な高圧蒸気注入（１００〜２５０psi、好ましくは２００psi；３０〜１２０秒、好ましくは９０秒）。
【００１７】
本発明の方法により、１枚の蒸気分配プラテンと１枚の従来のプラテンとを利用して、バインダーで処理された高密度の繊維質マットを均一に硬化させるのが可能になる。従って、本発明の方法により、従来のプラテンによって圧縮された板の側の仕上げ表面に、エンボス加工が施される。
【００１８】
他の実施形態は、以下のステップを有する：マットの厚みの第１の部分に、第１のプラテンから低圧蒸気を注入するステップであって、その蒸気は、マットの厚みの第１の部分の温度を１００℃以上に上げるのに充分に掛けられるステップ、第１のプラテンを排気するステップ、マットの厚みの第２の部分に、第２のプラテンから熱を対流させるステップであって、その熱が、マットから間隙の空気を取り除くのに充分なものであるステップ、及び、マットを硬化させるために、第１のプラテンから高圧蒸気を注入するステップ。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明の方法に従うと、好ましくは、木質繊維は、マットを形成するための従来の方法によって調製される。また、従来の方法によって、木質繊維が、処理されて、マット状に形成され、その結果得られる密閉され圧縮された板の重量含有量は、以下の通りである：水分含量５〜１５％；フェノール樹脂バインダー４〜８％；ワックス１〜４％；及びホウ酸亜鉛０．５〜１．０％を有する木質繊維。重量含有量は、板の合計乾燥重量を基準として、圧縮前及び後で本質的に同じであることが理解されるであろう。圧縮前のマットの水分含量は、約７〜１２％であり、圧縮された板状製品の水分含量は、約４〜８％である。ワックスにより、密閉され圧縮された製品に撥水性が付与される。ホウ酸亜鉛は、防カビ剤として作用し、塩化アルミニウムは密閉された圧縮製品の機械特性を向上させる。他の公知の添加剤又は処理を、望む通りに、木質繊維に与え得る。上記に注目される通り、本発明の方法はまた、例えば木質チップ又は粒子等の、他のリグノセルロース物質から製造されるマットでも十分に働くであろう。
【００２０】
好ましいバインダーは、ゆっくり硬化し、アルカリ性が２．５％未満であり、ｐＨが１０未満のフェノール樹脂である。好ましい樹脂の沸騰水ゲル化時間は、２０分より長く、好ましくは２０〜６０分の範囲であるべきである。（沸騰水ゲル化時間は、２１２°Ｆで樹脂の硬化速度を測定することによる、様々な樹脂のタイプ又は様々な樹脂配合の相対的な硬化速度を確立するのに使用される、標準的な樹脂試験によって測定される。）バインダーは、木質繊維に添加され、その混合物は、繊維質マットに形成され、圧縮機のプラテンの間で完全に圧縮される。マットを完全に圧縮した後、蒸気の形体で熱を、第１の注入で掛けて、空気を取り除き、第２の注入でマット中に掛けて、樹脂を硬化させる。例えば尿素−ホルムアルデヒド、フェノール−ホルムアルデヒド、レゾルシノール−ホルムアルデヒド、縮合フルフリルアルコール樹脂又は有機ポリイソシアネート等の熱硬化性樹脂等の他のバインダーが、本発明の方法で使用するのに適する。バインダーは、木質繊維同士を固着させ、圧縮された繊維質マットを構造的に完全にし、それを所望の成形された形状に保持させる。
【００２１】
片側蒸気注入は、非常に高密度のマット、特には厚い断面寸法を有するマットでは、蒸気の浸透、トラップされた空気及び樹脂の吹き出しに関連する問題のために、行なわれ得ない、とこれまでは考えられていた。固化は、効率的に蒸気が浸透するのを妨げると考えられていた。蒸気の浸透を容易にするために、注入された蒸気の圧力を高めることによって、蒸気を、空気をトラップすると知られている従来のプラテンに向かって、蒸気注入プラテンから前方に動かす。トラップされた空気は、従来のプラテンから逃げることができず、注入された蒸気の圧力と等しい圧力に到達する。トラップされた空気は、マットの一部のバインダーと蒸気が接触するのを阻止し、その結果これらのマットの部分が硬化するのが妨げられ得る。更には、成形キャビティーが開けられると、固化させられ硬化させられた製品中のトラップされた空気中で強められた圧力が突然放たれることによって、欠陥、例えば最終製品に傷又は不完全が生じ得る。更には、高圧蒸気注入により、通常は注入孔に最も近いマットの部分で、樹脂の吹き出し、即ち蒸気注入の力によって木質粒子又は繊維から樹脂の望まれない除去が生じると考えられている。吹き出した樹脂によって、最終製品に欠陥が生じる。
【００２２】
本発明の方法は、樹脂の吹き出しを避けながら、トラップされた空気の問題を解決することを見出した。低圧蒸気注入に次いで排気することで、マットからトラップされた空気を取り除く。樹脂の吹き出しは、如何なる蒸気注入も掛けられる前に、マットを完全に固化させ、圧縮機を閉めたままにすることによって、防止される。樹脂の吹き出しは更に、最終製品を放出するために圧縮キャビティーを開ける前に、固化されたマットから圧力を完全に抜く、好ましくは蒸気注入孔から抜くことによって防止される。樹脂の吹き出しを防止し、トラップされた空気を減らすことによって、マットを完全に浸透して、バインダーを硬化させる、高圧蒸気を掛けることが可能になる。また高圧蒸気により、例えばフェノール樹脂等の、硬化時間が遅く及び／又は硬化温度が高いバインダーを即座に硬化させることが可能になる。少な目の量を塗工されたフェノール樹脂により、他の公知の樹脂と比較し得る硬化された特性が与えられ、従って使用するのにより経済的である。フェノール樹脂は、現在好ましいＭＤＩ樹脂よりも安全である。この様に、得られる最終の板は、改良された板特性を示し、従来の方法と比較され得る圧縮時間で、より安くより安全な方法で製造される。
【００２３】
マットが処理され形成された後、それは圧縮機に装填される。特定の成形された形状にマットとバインダーを圧縮するのに使用され得る、片側蒸気圧縮機は、成形キャビティーの上と底をそれぞれ画定する、対峙する表面を有する２枚のプラテンを有する。圧縮機は、注入孔又は排気孔のない「なめらかな」圧縮表面を有する、従来の熱圧縮プラテンを有する。従来のプラテンの「なめらかな」圧縮表面は、蒸気注入プラテンの孔の穿いた圧縮表面と向き合っている。停止フレームが、従来のプラテンの周辺に沿って取付けられている。この様に、成形キャビティーの端は、停止フレームによって画定されている。圧縮機が閉じられると、Ｏ−リングが蒸気注入プラテンの周辺に、停止フレームを密閉して、密閉された成形キャビティー／蒸気チャンバーを形成する。停止フレームは、成形キャビティーのプラテンからプラテンの厚みを確立し、マットの端での蒸気の損失を最小限にし、その他圧縮中のマットを安定化させる等の、幾つかの機能を果たし得る。
【００２４】
従来のプラテンは、孔のない表面を有するので、それは、固化されたマットの片側に「仕上げ」表面を圧縮するのに適する。上記に注目される通り、固化された板の仕上げ表面は、滑らかであり得るか、又は、従来のプラテンの圧縮表面から写された非常に細かい模様でエンボス加工され得る。蒸気注入プラテンは、プラテンの本体の蒸気分配コンジットによって供給される、圧縮表面に多数の蒸気注入孔を有する。多数の蒸気注入孔及びコンジットによって、成形キャビティーと、制御バルブによって分離されている、蒸気の外部源及び排気装置の両方との間に、流体が伝達させられる。この様にプラテンは、制御バルブを操作して、蒸気注入孔からマットに蒸気を注入して、同じ蒸気注入孔を通って、マットから蒸気、過剰の水分及び空気を排気することによって、適応させられる。この代わりに、蒸気供給に接続されている蒸気注入孔、及び、排気装置に接続されている排気孔は、蒸気注入プラテンの圧縮表面に備えられていてもよく、その結果注入操作及び排気操作が、互いに独立させられて、別々に制御され得る。この代わりの配置では、蒸気供給装置と排気装置の間の伝達のみは、圧縮キャビティーのマットを通る。
【００２５】
蒸気注入過程の間、それぞれのプラテンは、注入される蒸気の温度以上の温度まで、例えば電気加熱コイルによってか、又は、プラテンの本体に位置させられている適当なコンジットから蒸気を通過させることによって、加熱され得なければならない。注入される蒸気の温度で又はその温度以上で、プラテンの温度を維持することによって、マット内部の注入された蒸気の凝縮が避けられ、マット内の過剰の水分が蒸気に変えられる。
【００２６】
マットを圧縮プラテンの間に装填し、位置させながら、２枚の圧縮プラテンの少なくとも１つを、圧縮プラテンの他方に向かって、最終の固化位置まで動かすことによって、マットは、完全に固化させられる。完全に固化させられたマットの厚みは、最終製品の厚みと実質的に同じ厚みである。例えば、サイジングボード製品は、約０．５インチの厚みを有し得るのに対して、トリムボード製品は１インチ以上の厚みを有し得る。完全に固化されたマット、即ち複合板は、０．６５〜０．８５グラム／立方センチメーターの範囲の密度を有する。固化されたマットの好ましい密度は、０．５インチの板では０．８０であり、１インチの板では０．７０である。
【００２７】
マットが完全に固化された後に、蒸気が浸透可能であるマットの厚み、即ち間隙のトラップされた空気を持たないマットの厚みの温度を、少なくとも１００℃まで上げるのに十分な量で、かつ、充分な時間、低圧で、マットに第１の蒸気注入が掛けられる。この文脈中の、「低圧」は、１００psi未満であることを想定している。上記に提案されている製品の重量による含有量では、約２５０〜３００°Ｆの温度の蒸気が、２１２°Ｆ（１００℃）まで実質的に全てのマットの厚みの温度を上げるために、９０秒間５０psiで注入された。しかしながら、好ましい物質、即ち木質繊維では、例えばマットの厚み及び密度、使用される樹脂等の変数は、２５〜７５psiの圧力範囲で、３０〜１２０秒間であり得る、第１の蒸気注入サイクルに影響を与えるであろう。トラップされた空気を持たないマットのこれらの部分に浸透させるのに、適する長さの時間掛けられた、１００psi未満の適する蒸気注入圧力を要求するであろう、リグノセルロース物質及び樹脂の他の組み合わせが企図される、ということが理解されるであろう。
【００２８】
マットの十分な部分の温度が、２１２°Ｆ（１００℃）に到達すると、低圧蒸気注入が止められる。蒸気注入装置及び排気装置のための制御バルブを操作することによって、蒸気注入プラテンの圧縮表面中の蒸気注入孔が、蒸気を排気する機能に切り替えられ、近くの大気圧に開けられる。マットに含まれる強められた低圧蒸気は、孔を通って排気され、それで過剰の水分及び空気が運ばれる。加えて、従来のプラテンの温度は、注入された蒸気の温度と少なくとも同じか、又はそれよりも高い。従って、従来のプラテンからマットに伝導される熱は、マット中の過剰の水分を蒸気に変えて、それはまた、排気注入孔から空気を強制的に出す。蒸気注入孔は、マットの空気が取り除かれるまで、近くの大気圧で維持される。マットにトラップされた空気が取り除かれた後、孔は、排気機能から蒸気注入機能に切り替えられる。
【００２９】
第２の蒸気注入が、バインダーを硬化させてマットを固化させるのに充分な圧力で、マットに掛けられる。第２の蒸気注入は、高圧であるのが好ましい。この文脈中の、「高圧」は、１００psi以上である。上記に記載される製品の重量による含有量では、約３３０〜４００°Ｆの温度の蒸気が、９０秒間２００psiで注入されたが、１００〜２５０psiの範囲で、３０〜１２０秒間注入されてもよい。十分に高圧の蒸気がバインダーの硬化を所望の程度に到達するまで注入されると、蒸気注入は、停止させられる。
【００３０】
プラテンの孔は、再度排気機能に切り替えられ、マットの圧力は、圧縮キャビティーが開けられる前に、排気させられる。製品の欠陥を防止するために充分に排気した後、圧縮キャビティーは開けられる。成形され、硬化された、繊維板製品は取り出される。
【００３１】
試料の０．５インチ厚みの板を、公知の方法によって従来の圧縮機、及び、本発明の方法によって密閉された圧縮機で、調製した。特性の比較を、下記表１に要約する。米国硬質板協会（The American Hardboard Association）の基準を、その表の右手欄に列挙する。
【００３２】
【表１】
0004417560.tif 000002
【００３３】
「１時間の沸騰膨れ」は、１時間沸騰水中に１インチ×１２インチの板からなる試料を浸水した後に、板の厚みの変化割合を計算することによって、複合板製品の相対的な耐性を決めるための、発明者によって使用された試験である。沸騰水から取り出した後、板状試料の厚みは、測定され、沸騰水前の板状試料の厚みと比較される。測定間の差異は、変化の割合を計算するために使用される。
【００３４】
表１の比較データーの結果により、本発明に従って製造された密閉され圧縮された製品試料は、顕著に改良された（低めの）沸騰水膨れ及び耐腐食性、低めの比重（密度）、後圧縮加湿を減らすか又はなくすこと、並びに、顕著に短めの圧縮時間を示すことが、示されている。
【００３５】
後圧縮加湿を減らすか又はなくすことは、従来の圧縮と比較して、本発明の重要な利点である。製造後の複合板製品の水分含有量における変動は、例えば製品の線状膨張又は湾曲等の望まれない寸法変化を引き起こすことが知られている。典型的な末端での使用に晒されている間に、製品は、例えば湿度、雨、渇水等の環境因子に基づいて、水分を吸ったり、失ったりする。末端での使用に晒されている間の望まれない寸法変化を避けるために、複合板製品は、水分含有量の変動を最小限にするために、特定の地理的又は気候上の地域に適するレベルまで、製品の平均水分含有量を高めるために、従来の圧縮法の後、加湿されるのが典型的である。後−圧縮加湿は、複合板製品に水分含量を加える。後−圧縮加湿は、従来の熱プラテン圧縮で製造された製品では、特に重要であり、それは圧縮の間に「作り上げられた」実質的に全ての水分を有し、その結果ほぼ０％の水分量で圧縮機を出る。
【００３６】
複合木質製品の理想的な水分含量は、典型的には、環境的に乾燥した地域では、７％（２％の範囲をもって）であり、環境的に湿った地域では、１２％以上であるべきである。上記に注目される通り、本発明によって製造された板の水分含量は、４〜８％である。従って、本発明によって製造された板は、殆ど又は全く後−圧縮加湿なしで、様々な気候の内部又は外部用途に特に適する。板状製品に企図されている用途としては、限定されるものではないが、トリムボード、垣根の材料、サイジング、陸屋根、窓及びドア部材、家具工業用の収納家具基板、パレット及びコンテナー、内装成形品及び木工所の製品、見晴台部品、シャッター等の装飾品、並びに、壁面羽目板及び壁面システム等が挙げられる。多くの他の用途もまた、特に断りが無い限り、企図されることが理解されるであろう。
【００３７】
本発明の好ましい実施形態が、説明の目的で開示されているが、当業者は、特許請求の範囲によって定義される本発明の概念及び精神から逸脱しない限り、多くの付加、修飾、及び、置換が可能であることを理解するであろう。