(57)【要約】【課題】吸水による膨張率が低減され良好な寸法安定性を有し、かつ、軽量でも高強度の木質系複合材料を得ることができる木質系複合材料の製造方法、及び、該木質系複合材料の製造方法により製造された木質系複合材料を提供する。【解決手段】木質ストランドに、加熱により硬化、樹脂化される低分子フェノール系物質を含浸させて被薬剤処理ストランドを得る薬剤処理工程と、前記被薬剤処理ストランドに結合剤を付着させる結合剤付着工程と、前記結合剤を付着させた被薬剤処理ストランドを長さ方向に略揃えて配向させて積層して積層マットを形成する積層マット形成工程と、前記積層マットを熱圧成形する熱圧成形工程と、を有する木質系複合材料の製造方法であって、前記薬剤処理工程に供する木質ストランドは、厚さが０．１〜１．０ｍｍ、繊維方向長さが２０ｍｍ以上、平均長さ／厚さが１００〜５００、平均長さ／幅が５〜３０であり、かつ、繊維方向長さが平均長さ±２０％の範囲内にある木質ストランドが全木質ストランドの７０％以上を占めるものであり、前記積層マット形成工程において、前記結合剤を付着させた被薬剤処理ストランドを、長手方向に対し平均２４°以下の角度で配向させ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】
木質ストランドに、加熱により硬化、樹脂化される低分子フェノール系物質を含浸させて被薬剤処理ストランドを得る薬剤処理工程と、
前記被薬剤処理ストランドに結合剤を付着させる結合剤付着工程と、
前記結合剤を付着させた被薬剤処理ストランドを長さ方向に略揃えて配向させて積層して積層マットを形成する積層マット形成工程と、
前記積層マットを熱圧成形する熱圧成形工程と、を有する木質系複合材料の製造方法であって、
前記薬剤処理工程に供する木質ストランドは、厚さが０．１〜１．０ｍｍ、繊維方向長さが２０ｍｍ以上、平均長さ／厚さが１００〜５００、平均長さ／幅が５〜３０であり、かつ、繊維方向長さが平均長さ±２０％の範囲内にある木質ストランドが全木質ストランドの７０％以上を占めるものであり、
前記積層マット形成工程において、前記結合剤を付着させた被薬剤処理ストランドを、長手方向に対し平均２４°以下の角度で配向させる
ことを特徴とする木質系複合材料の製造方法。
【請求項２】
薬剤処理工程に供する木質ストランドの原材料の密度が０．５ｇ／ｃｍ３以下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。
【請求項３】
加熱により硬化、樹脂化される低分子フェノール系物質は、下記一般式（１）で表されるメチロール化フェノール単量体を含有することを特徴とする請求項１又は２記載の木質系複合材料の製造方法。
【化１】
2013223954.tif 000005
式（１）中、ｍは１、２又は３を表す。
【請求項４】
薬剤処理工程において、更に硫酸塩、リン酸塩、リン酸水素塩、炭酸塩、炭酸水素塩及び塩酸塩からなる群より選択される少なくとも１種の無機塩系薬剤を木質ストランドに含浸させることを特徴とする請求項１、２又は３記載の木質系複合材料の製造方法。
【請求項５】
薬剤処理工程において、更に防腐性金属塩を木質ストランドに含浸させることを特徴とする請求項１、２、３又は４記載の木質系複合材料の製造方法。
【請求項６】
熱圧成形は、蒸気により加熱しつつ加圧する方法により行うことを特徴とする請求項１、２、３、４又は５記載の木質系複合材料の製造方法。
【請求項７】
請求項１、２、３、４、５又は６記載の木質系複合材料の製造方法により製造されたものであることを特徴とする木質系複合材料。
【請求項８】
密度が０．７５ｇ／ｃｍ３以下であり、かつ、曲げ強さが２０ＭＰａ以上であることを特徴とする請求項７記載の木質系複合材料。
【請求項９】
コーンカロリーメーターによる発熱性試験において難燃レベル以上であることを特徴とする請求項７又は８記載の木質系複合材料。
【請求項１０】
コーンカロリーメーターによる発熱性試験において準不燃レベル以上であることを特徴とする請求項７又は８記載の木質系複合材料。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、吸水による膨張率が低減され良好な寸法安定性を有し、かつ、軽量でも高強度の木質系複合材料を得ることができる木質系複合材料の製造方法、及び、該木質系複合材料の製造方法により製造された木質系複合材料に関する。
【背景技術】
【０００２】
森林資源には限りがあり、またその保守維持も大変であることから、廃棄木材の有効活用が有望視され、木造建築物の解体時に発生する解体廃材を、木質チップにするなどして原材料とし、これに接着剤等の結合剤を付着させ、長手方向に揃えて配向させ、熱圧成形してなる木質材料が種々検討されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
木質チップを原料とし、結合剤により結合させて成形した木質系複合材料は、吸水性や吸湿性が高く、吸水や吸湿により膨張し、寸法安定性が低いという問題があった。これに対して特許文献２には、低分子フェノール系物質単独、又は、低分子フェノール系物質と無機塩系薬剤とを含浸し、結合剤が付着させた木質チップを積層し、これを熱圧成形して作製された木質系複合材料が開示されている。
しかしながら、特許文献２に記載された木質チップは、寸法安定性の点では良好であるものの、高比重で重く、加工性や運搬性が悪いという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭６３−１０７５０７号公報
【特許文献２】特開２０１１−０２０４３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、吸水による膨張率が低減され良好な寸法安定性を有し、かつ、軽量でも高強度の木質系複合材料を得ることができる木質系複合材料の製造方法、及び、該木質系複合材料の製造方法により製造された木質系複合材料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】
【０００６】
本発明は、木質ストランドに、加熱により硬化、樹脂化される低分子フェノール系物質を含浸させて被薬剤処理ストランドを得る薬剤処理工程と、前記被薬剤処理ストランドに結合剤を付着させる結合剤付着工程と、前記結合剤を付着させた被薬剤処理ストランドを長さ方向に略揃えて配向させて積層して積層マットを形成する積層マット形成工程と、前記積層マットを熱圧成形する熱圧成形工程と、を有する木質系複合材料の製造方法であって、前記薬剤処理工程に供する木質ストランドは、厚さが０．１〜１．０ｍｍ、繊維方向長さが２０ｍｍ以上、平均長さ／厚さが１００〜５００、平均長さ／幅が５〜３０であり、かつ、繊維方向長さが平均長さ±２０％の範囲内にある木質ストランドが全木質ストランドの７０％以上を占めるものであり、前記積層マット形成工程において、前記結合剤を付着させた被薬剤処理ストランドを、長手方向に対し平均２４°以下の角度で配向させる木質系複合材料の製造方法である。
以下に本発明を詳述する。
【０００７】
本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討した結果、上記木質系複合材料において、原料として木質チップに代えて、特定の形状を有する木質ストランドを採用し、該木質ストランドに特定の低分子フェノール系物質を含浸させた被薬剤処理ストランドとしたうえで、特定の範囲に配向させた積層マットとして熱圧成形することにより、吸水による膨張率が低減され良好な寸法安定性を有し、かつ、軽量でも高強度の木質系複合材料が得られることを見出し、本発明を完成した。
一般にパーティクルボードに使用されているような破砕を要素としたチップ製造機で得られる木質チップは、厚さに対し長さが短くなり、強度を発現するためには、圧縮度を高める必要がある。薄く細長い木質ストランドを用いた木質系複合材料は、圧密化をしなくても強度がでやすいため、軽量でも高強度の木質系複合材料を得ることができると考えられる。
【０００８】
本発明の木質系複合材料の製造方法は、木質ストランドに、加熱により硬化、樹脂化される低分子フェノール系物質を含浸させて被薬剤処理ストランドを得る薬剤処理工程を有する。
本明細書において木質ストランドとは、木材を細かく削って得た、薄く細長い木片を意味する。
【０００９】
上記木質ストランドとなる原料材の樹種としては、スギ、ヒノキ、マツ、スプルース、パイン、ファー等の針葉樹や、ラワン、アピトン、カメレレ、ポプラ、アスペン等の広葉樹が挙げられる。また、これらの森林から生産される植物材料だけでなく、竹、コウリャン等の森林以外で生産される植物材料も用いることができる。これらの樹種は単独であってもよいし、二種以上を併用してもよい。原料材に利用できる形態としては、例えば、上記樹種の丸太、間伐材等の原木や、工場や住宅建築現場で発生する端材や、部材輸送後に廃棄される廃パレット材や、建築解体時に発生する解体廃材等が挙げられる。
なかでも、特に軽量で高強度の木質系複合材料が得られることから、密度０．５ｇ／ｃｍ３以下の樹種が好適であり、密度０．４ｇ／ｃｍ３以下のもの、例えばスギ、アスペン等がより好適である。
【００１０】
上記原料材を木質ストランドにする加工方法としては、例えば、スライサーでベニア加工したものをロータリーカッターによって短冊状にする方法や、フレーカーの回転刃によって丸太を切削してストランドにする方法等が挙げられる。
【００１１】
上記木質ストランドは、厚さが０．１〜１．０ｍｍ、繊維方向長さが２０ｍｍ以上、平均長さ／厚さが１００〜５００、平均長さ／幅が５〜３０である。このような特定の形状を有する木質ストランドを原料として用いることにより、軽量でも高強度の木質系複合材料を得ることができる。好ましくは、厚さが０．１〜０．８ｍｍ、繊維方向長さが４０〜７０ｍｍ、平均長さ／厚さが１００〜３００、平均長さ／幅が１０〜２０である。
【００１２】
上記木質ストランドは、繊維方向長さが平均長さ±２０％の範囲内にある木質ストランドが全木質ストランドの７０％以上を占めるものである。このように繊維方向長さが均一な木質ストランドを原料として用いることにより、軽量でも高強度の木質系複合材料を得ることができる。繊維方向長さが平均長さ±２０％の範囲内にある木質ストランドが全木質ストランドの８０％以上を占めることが好ましい。
【００１３】
上記木質ストランドは、含水率を１５％以下に調整してから本発明の木質系複合材料の製造方法に供することが好ましい。含水率を１５％以下に調整することにより、生産時の木質系複合材料の品質バラツキを小さくすることができる。
上記木質ストランドの含水率を１５％以下に調整する方法としては、例えば、温調したオーブン中に一定時間木質ストランドを放置する方法が挙げられる。例えば、１０５℃のオーブン中に２４時間放置すると、木質ストランドの含水率はほぼ５％以下に保たれる。
【００１４】
上記薬剤処理工程においては、上記木質ストランドに、加熱により硬化、樹脂化される低分子フェノール系物質（以下、単に「低分子フェノール系物質」ともいう。）を含浸させて被薬剤処理ストランドを得る。
上記低分子フェノール系物質は、水溶液や水性溶液（以下、「低分子フェノール系溶液」ともいう。）とすることにより、ワレが発生する前の含水率の高い状態のままの木質ストランドに含浸させことができる。低分子フェノール系物質は低分子量であるため、上記木質ストランドを構成する木材細胞の微細な空隙にまで浸透することができ、含浸後に加熱することにより、硬化、樹脂化し、木材の細胞壁を膨張した状態に固定することができる。従って、本発明の木質系複合材料の製造方法により製造された木質系複合材料は、吸水や吸湿により膨張することなく、極めて高い寸法安定性を発揮することができる。
【００１５】
上記低分子フェノール系物質は、例えば、下記一般式（１）で表されるメチロール化フェノール単量体を含有することが好ましい。
【００１６】
【化１】
2013223954.tif 000002
【００１７】
式（１）中、ｍは１、２又は３を表す。メチロール化フェノール単量体はｍが１、２又は３である単体を用いてもよいし、これらの混合物を用いてもよい。
【００１８】
上記メチロール化フェノール単量体は、既知の反応を利用して合成することができる。例えば、フェノール：ホルムアルデヒド：ＮａＯＨ＝１：（１．９〜２．０）：（０．２〜０．５）のモル比で、３０℃において１５時間反応させ、次に１時間かけて７０℃まで昇温し７０℃で３０分間反応させた後、冷却し、アルカリを除去することによりメチロール化フェノール単量体混合物として得ることができる。
上記メチロール化フェノール単量体の合成条件により、未反応フェノールやフェノール類の重合体が含まれていることがあるが、微少量であれば（一般的には１０モル％以下）メチロール化フェノール単量体の機能に実質的な影響を与えることはない。
【００１９】
上記木質ストランドに、上記低分子フェノール系物質を含浸させて被薬剤処理ストランドを得る具体的方法は、例えば、上記低分子フェノール系物質の水溶液又は水性溶液を調製し、該水溶液又は水性溶液中に上記木質ストランドを浸漬する方法等が挙げられる。
上記低分子フェノール系物質の水溶液又は水性溶液は、ｐＨ３．０〜７．０程度の弱酸性乃至中性に調整した水に低分子フェノール系物質を溶解することにより調製することができる。弱酸性乃至中性とすることにより、ホルムアルデヒドは存在しても極めて少量であるので、ホルムアルデヒドによる上記低分子フェノール系物質の架橋形成反応を防止することができる。上記水溶液又は水性溶液中の低分子フェノール系物質の濃度は４５重量％以下、５〜２０重量％の範囲とすることが好ましい。
【００２０】
上記木質ストランドへの上記低分子フェノール系物質の水溶液又は水性溶液の含浸量は、上記木質ストランドに対し、低分子フェノール系物質の固形分換算で２０〜５０ｋｇ／ｍ３の範囲とすることが好ましい。
【００２１】
上記木質ストランドへ上記低分子フェノール系物質の水溶液又は水性溶液の含浸させた後は、適宜乾燥させることが好ましい。
乾燥させる場合には、ワレが発生したり、上記低分子フェノール系物質を加熱により硬化、樹脂化させる際にむらが生じたりするのを防止するために、ゆるやかな乾燥を行うことが重要である。具体的な乾燥条件は、上記木質ストランドの形状や寸法等を考慮して設定する。一般的には風乾を行った後に、乾燥機を用いて繊維飽和点になるまで乾燥させる。上記乾燥機としては、蒸気式、除湿式、高周波式、減圧式、マイクロ波式乾燥機等が挙げられるが、蒸気式乾燥機が好適である。
【００２２】
上記薬剤処理工程においては、上記木質ストランドに、更に硫酸塩、リン酸塩、リン酸水素塩、炭酸塩、炭酸水素塩及び塩酸塩からなる群より選択される少なくとも１種の無機塩系薬剤を含浸させることが好ましい。無機塩系薬剤を含浸させることにより、得られる木質系複合材料の難燃性を向上させることができる。
上記無機塩系薬剤としては、例えば、硫酸塩、リン酸塩、リン酸水素塩、炭酸塩、炭酸水素塩、塩酸塩等が挙げられる。具体的には、硫酸アンモニウム、リン酸水素二アンモニウム、リン酸アンモニウム、炭酸アンモニウム、炭酸水素アンモニウム、アルカリ金属炭酸塩（例えば炭酸ナトリウム、炭酸カリ等）、アルカリ金属炭酸水素塩（例えば炭酸水素ナトリウム、炭酸水素カリ等）、塩化アンモニウム等が好適である。これらの無機塩系薬剤は単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。
【００２３】
上記木質ストランドに、上記無機塩系薬剤を含浸させて被薬剤処理ストランドを得る具体的方法は、例えば、上記無機塩系薬剤の水溶液又は水性溶液を調製し、該水溶液又は水性溶液中に上記木質ストランドを浸漬する方法等が挙げられる。
上記無機塩系薬剤の水溶液又は水性溶液は、上記無機塩系薬剤を水に溶解することより調製することができる。上記無機塩系薬剤の水溶液又は水性溶液中の無機塩系薬剤の濃度は５０重量％以下、１５〜４５重量％の範囲とすることが好ましい。
【００２４】
上記木質ストランドへの上記無機塩系薬剤の水溶液又は水性溶液の含浸量は、木質ストランドに対し、無機塩系薬剤の固形分換算で１００〜２００ｋｇ／ｍ３の範囲とすることが好ましい。
【００２５】
上記木質ストランドへ上記無機塩系薬剤の水溶液又は水性溶液の含浸させた後は、適宜乾燥させることが好ましい。
【００２６】
上記薬剤処理工程においては、必要に応じて、上記木質ストランドに、更に防腐性金属塩を含浸させてもよい。
上記防腐性金属塩としては、例えば、フッ化ナトリウム、フッ化カリウム、ＣＣＡ（クロム・銅・ヒ素化合物）等が挙げられる。なかでも、フッ化ナトリウムは、木材に対する浸透性に優れ、上記木質ストランド中に含浸された低分子フェノール系物質が硬化、樹脂化したときに、該樹脂に被覆された状態で細胞内腔に存在して、万一木材に小さなワレが生じた場合にでも防菌効果を発揮することができる。また、フッ化ナトリウムは、従来使用されていたＣＣＡ（クロム、銅、ヒ素）等の有害物質を含む保存剤と異なり、地球環境への影響を充分に考慮した安全性の高い薬剤である点でも好ましい。
上記防腐性金属塩は、例えば、上記低分子フェノール系物質の水溶液又は水性溶液、若しくは、上記無機塩系薬剤の水溶液又は水性溶液のいずれか一方又は両方に０．００１〜０．５重量％程度の濃度で配合することにより、上記木質ストランドへ含浸させることができる。
【００２７】
上記薬剤処理工程について、注薬缶を用いた具体的な態様の一例を詳述する。
本態様では、まず、上記木質ストランドを注薬缶内に搬入する。次いで、注薬缶内を減圧排気して木材内の空気を除く。減圧は６００ｍｍＨｇ以上とし、また、木材の外周部及び木口からの上記低分子フェノール系物質の水溶液又は水性溶液の浸潤をよくするために、減圧操作は一気に行うことが好ましい。次いで、上記低分子フェノール系物質の水溶液又は水性溶液を注薬缶内に充満させる。次いで、注薬缶内を加圧し、上記木質ストランドの内部に上記低分子フェノール系物質の水溶液又は水性溶液を含浸させる。この加圧操作は、木質ストランドの樹種、形状、寸法等を考慮して、徐々に圧力を上げてゆくようにすることが好ましい。次いで、上記低分子フェノール系物質の水溶液又は水性溶液を排出する。次いで、注薬缶から上記低分子フェノール系物質の水溶液又は水性溶液が含浸した木質ストランドを取り出す。以上の注薬缶を用いる各工程を、恒温室内で実施することにより、上記低分子フェノール系物質の水溶液又は水性溶液の変性を防止することができる。
上記無機塩系薬剤の水溶液又は水性溶液を上記木質ストランドに含浸させる場合にも、同様の操作を行うことができる。
【００２８】
本発明の木質系複合材料の製造方法は、次いで、上記被薬剤処理ストランドに結合剤を付着させる結合剤付着工程を行う。
上記結合剤としては、例えば、フェノール樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、イソシアネート樹脂、酢酸ビニル系樹脂等の熱硬化型樹脂や熱可塑型樹脂系の接着剤や、天然物成分又は天然物から精製、抽出、変性等によって得られた天然物由来の接着剤等の、合板やパーティクルボード等に用いられる従来公知の木材工業用接着剤が挙げられる。これらの結合剤は単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。
【００２９】
上記天然物由来の接着剤としては、具体的には例えば、ゼラチン、カゼイングルー、大豆グルー、にかわ、アルブミン等のタンパク質系接着剤や、でんぷん、デキストリン、米糊、グルコマンナンなどのデンプン系接着剤や、キチン・キトサンなどの動物系接着剤や、セルロース系接着剤、リグニン系接着剤、タンニン系接着剤等が挙げられる。
【００３０】
上記結合剤は、上記木質ストランドに対し１〜２０重量％の範囲で付着させることが好ましい。上記結合剤の付着量が１重量％未満であると、接着が不充分となり、２０重量％を超えて付着させても材料コストが嵩む割に接着性能が上がらず、かえって釘打ち性能が低下したり、外観が木質的でなくなったりする等の問題が生じる。
【００３１】
上記被薬剤処理ストランドに結合剤を付着させる具体的な方法は、例えば上記結合剤が液状である場合には、上記木質ストランドに噴霧する方法や、上記木質ストランドと撹拌混合して予め木質ストランドに担持させた状態でフォーミング機に供給する方法等が挙げられる。また、上記結合剤が粉末状である場合には、上記木質ストランドと攪拌混合して予め木質ストランドに担持させた状態でフォーミング機に供給する方法等が挙げられる。
【００３２】
本発明の木質系複合材料の製造方法は、次いで、上記結合剤を付着させた被薬剤処理ストランドを長さ方向に略揃えて配向させて積層して積層マットを形成する積層マット形成工程を行う。
このとき、上記結合剤を付着させた被薬剤処理ストランドを、長手方向に対し平均２４°以下の角度で配向させる。これにより、軽量でも高強度の木質系複合材料を得ることができる。長手方向に対し平均１０°以下の角度で配向させることが好ましい。
【００３３】
上記積層マットを形成する方法としては、例えば、オリエンテッド・ストランド・ボード（ＯＳＢ）等の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、公知の配向手段を持つフォーミング機を用いることができる。
【００３４】
上記フォーミング機の形状は、得ようとする木質系複合材料によって適宜決定されるが、例えば、１０００×５００×２０ｍｍの板形状の木質系複合材料を得る場合は、ディスクオリエンターにより１０００×５００×１００ｍｍ程度の積層マットを形成させることが好ましい。即ち、積層マットの縦、横の寸法は、得ようとする木質系複合材料の縦、横と同じ寸法か、或いは少し大きめで作製しておき、積層マットの厚さは、得ようとする木質系複合材料の５倍以上の厚さとすることが好ましい。
【００３５】
上記ディスクオリエンターを用いて木質ストランドを配向し積層する場合、得ようとする木質系複合材料の横より少し大きめの寸法にディスクを並べ仕切ればよい。分割する方向については、木質ストランドを配向させた方向と配向と直角方向では強度特性が異なるため、必要な成形品により決まる。例えば１０００×５００×２０ｍｍの板形状の木質系複合材料を得る場合は、幅方向にｔ１．０ｍｍ、φ２４０ｍｍのディスクを２４ｍｍの一定間隔で配置した軸材を長さ方法に５列並べ、ディスクを回転させながら、木質ストランドをディスク上方から幅方法に均一に振り撒けばよい。振り撒かれた木質ストランドはディスクの下方に設置されたコンベア等に積層すればよい。
【００３６】
上記木質ストランドの長さとディスクの間隔には、高強度の木質系複合材料を得るためにより好ましい関係があり、例えば、木質ストランドの長さが２０ｍｍ〜１５０ｍｍである場合、ディスクの間隔を５ｍｍ〜４０ｍｍとすることが好ましく、木質ストランドの長さが４０ｍｍ〜８０ｍｍである場合ディスクの間隔を１０ｍｍ〜３０ｍｍとすることが好ましい。
【００３７】
本発明の木質系複合材料の製造方法は、次いで、上記積層マットを熱圧成形する熱圧成形工程を行う。
上記熱圧成形時の温度条件は、１００〜２５０℃の範囲であることが好ましい。上記加熱の方法は、例えば、熱盤を用いて積層マットの表面から伝熱により内部に熱を伝える方法や、蒸気噴射や高周波加熱等のように清掃マットの内部を直接加熱する方法が挙げられる。蒸気で加熱する場合には、０．５〜２ＭＰａの圧力で蒸気を噴射することが好ましい。蒸気の噴射圧力が０．５ＭＰａ未満でえると、積層マット中の木質ストランドが軟化せずに圧縮しにくくなることがあり、２ＭＰａを超えると、設備が大型化しすぎて現実的ではない。
【００３８】
上記熱圧成形時の圧力条件は、１〜１０ＭＰａであることが好ましい。圧力条件が１ＭＰａ未満であると、充分に圧縮できないことがあり、１０ＭＰａを超えると、圧縮のための設備が高価になる。加圧の方法としては、プレス機による機械的加圧で圧縮することより加圧する方法が挙げられる。上記プレス機としては、既存の木質系材料成形用の縦型プレス機や連続プレス機を垂直方向動作にしたものを用いることができる。
【００３９】
上記熱圧成形における加熱と加圧とは、同時に行ってもよいし、加圧をした後に加熱をしてもよいし、加熱した後に加圧してもよい。なかでも、蒸気により加熱しつつ加圧する方法が好適である。
上記熱圧成形の時間は、結合剤が硬化する時間であればよく、結合剤が硬化するまでの時間、加熱と圧力とを加えればよい。
【００４０】
本発明の木質系複合材料の製造方法は、熱圧成形工程に、木質系複合材料の寸法精度や表面性を向上させるために、更に切削工程やサンディング加工を行ってもよい。
【００４１】
本発明の木質系複合材料の製造方法により製造された木質系複合材料もまた、本発明の１つである。
【００４２】
本発明の木質系複合材料は、上記薬剤処理工程において上記木質ストランドを構成する木材細胞の微細な空隙にまで低分子フェノール系物質を浸透させ、その後該低分子フェノール系物質が硬化、樹脂化をさせたことにより細胞壁が膨張した状態で固定されている。このようなバルキング効果のため、本発明の木質系複合材料は、吸水や吸湿により膨張することなく、極めて高い寸法安定性を発揮することができる。更に、寸法変化が抑制されることによりワレの発生を最小限にとどめることができ、樹脂化したフェノール系物質が細胞壁を被覆するために腐朽菌による木材成分の分解も防止することができる。
なお、本発明の木質系複合材料中に硬化、樹脂化した低分子フェノール系物質が浸透、存在していることは、当該複合材料の一部をスライスし、ゼフリー試薬でリグニン部を除き、その後、７２％硫酸でセルロース部およびヘミセルロース部を加水分解したものの残存物をＩＲスペクトルで分析することにより確認することができる。更に、塩化鉄を塗布しても青色が認められないことからも樹脂化していることを確認できる。
【００４３】
本発明の木質系複合材料は、特定の形状を有する木質ストランドを原料として採用し、該木質ストランドに特定の範囲に配向させた積層マットとして熱圧成形したものであることにより、軽量でも高強度を発揮することができる。
本発明の木質系複合材料は、密度が０．７５ｇ／ｃｍ３以下であり、かつ、曲げ強さが２０ＭＰａ以上であることが好ましい。
【００４４】
本発明の木質系複合材料は、コーンカロリーメーターによる発熱性試験において、難燃レベル以上であることが好ましく、準不燃レベル以上であることがより好ましい。
難燃レベル及び準不燃レベルに合格するためには、コーンカロリーメーターによる発熱性試験（ＩＳＯ５６６０−１準拠）において、以下の３つに基準をそれぞれ必要な時間（難燃レベルでは５分間、準不燃レベルでは１０分間）にわたってクリアすることが必要である。
（１）総発熱量が８ＭＪ／ｍ２以下であること。
（２）２００ＫＷ／ｍ２を超える発熱速度が１０秒以上継続しないこと。
（３）防火上有害な裏面まで貫通する亀裂及び穴がないこと。
【００４５】
本発明の木質系複合材料は、例えば、構造材（柱、梁、土台等）、準構造材（間柱（壁芯材）、根太、胴縁、大引、垂木、野縁等）、造作材（建具、階段、枠材、天井、棚板等）、造作芯材（上記の芯材）、（表）面材（床材、壁材、天井材等）等の種々の用途に好適に用いることができる。
【発明の効果】
【００４６】
本発明によれば、吸水による膨張率が低減され良好な寸法安定性を有し、かつ、軽量でも高強度の木質系複合材料を得ることができる木質系複合材料の製造方法、及び、該木質系複合材料の製造方法により製造された木質系複合材料を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】実施例１で調製した木質ストランドの厚さ−長さ分布図である。
【図２】比較例２で調製した木質ストランドの厚さ−長さ分布図である。
【発明を実施するための形態】
【００４８】
以下に実施例を挙げて本発明の態様を更に詳しく説明するが、本発明はこれら実施例にのみ限定されるものではない。
【００４９】
（実施例１）
（１）木質ストランドの調製
原材料としてスギ小径木を用い、これをフレーキングミルにて切削して、図１に示される厚さ−長さ分布を有する木質ストランドを調製した。得られた木質ストランドを、加熱オーブン中に１０５℃で２４時間放置して、含水率５％以下に調整した。
【００５０】
（２）薬剤処理工程（低分子フェノール系物質の含浸）
得られた木質ストランドを、外径２０ｃｍ、長さ１ｍのステンレス製注薬缶内に投入し、注薬缶内を減圧排気して木質ストランド内の空気を除いた後、下記に示した組成の低分子フェノール系物質の１０重量％水溶液を注薬缶内に充満させた。注薬缶内を加圧し、木質ストランド内部に低分子フェノール系物質の１０重量％水溶液を注入することにより、処理剤溶液を固形分換算で約４０ｋｇ／ｍ３の含浸量で含浸させることができた。
上記減圧排気操作は６５０ｍＨｇの減圧下で１０分間行い、加圧操作は、０から２ｋｇｆ／ｃｍ２昇圧に１分かけ、２ｋｇｆ／ｃｍ２で９分間保持し、２〜６ｋｇｆ／ｃｍ２昇圧に１分かけ、６ｋｇｆ／ｃｍ２で９分間保持し、６〜１０ｋｇｆ／ｃｍ２昇圧に１分かけ、１０ｋｇｆ／ｃｍ２で９分間保持することにより合計３０分間かけて実施した。
【００５１】
（処理剤組成）
未反応フェノール                            ５〜７．８モル％
モノメチロールフェノール                    ２３〜２５モル％
ジメチロールフェノール                      ３２〜３５モル％
トリメチロールフェノール                    ３２〜３７モル％
重合体（フェノール換算）                    ０〜１．５モル％
【００５２】
得られた低分子フェノール系物質含浸木質ストランドを２４時間風乾した後、蒸気式乾燥機により２日間乾燥を行うことにより、ワレの生じていない含水率約４０％の低分子フェノール系物質含浸木質ストランドを得た。
蒸気式乾燥機による乾燥操作は、０〜１２時間において乾球温度３０℃（乾湿球温度差３℃）、１２〜３０時間において乾球温度４５℃（乾湿球温度差７℃）、および３０〜４８時間において乾球温度６０℃（乾湿球温度差１０℃）になるように行った。
乾燥後の木質ストランドを熱風乾燥機により１０５℃で２４時間処理した。
【００５３】
（３）薬剤処理工程（硫酸アンモニウム系物質の含浸）
得られた低分子フェノール系物質含浸木質ストランドに硫酸アンモニウム系物質を、以下の方法により含浸させた。
低分子フェノール系物質含浸木質ストランドを外径２０ｃｍ、長さ１ｍのステンレス製注薬缶内に投入し、注薬缶内を減圧排気して低分子フェノール系物質含浸木質ストランド内の空気を除いたのち、下記に示す組成の硫酸アンモニウム系物質の３０重量％水溶液を注薬缶内に充満させた。注薬缶内を加圧し、低分子フェノール系物質含浸木質ストランド内部に硫酸アンモニウム系物質溶液を注入することにより、硫酸アンモニウム系物質を固形分換算で約１８０ｋｇ／ｍ３の含浸量で含浸させることができた。
上記減圧排気操作は６５０ｍＨｇの減圧下で１０分間行い、加圧操作は、０から２ｋｇｆ／ｃｍ２昇圧に１分かけ、２ｋｇｆ／ｃｍ２で９分間保持し、２〜６ｋｇｆ／ｃｍ２昇圧に１分かけ、６ｋｇｆ／ｃｍ２で９分間保持し、６〜１０ｋｇｆ／ｃｍ２昇圧に１分かけ、１０ｋｇｆ／ｃｍ２で９分間保持することにより合計３０分間かけて実施した。
【００５４】
（処理剤組成）
硫酸アンモニウム                            ５５質量％
りん酸アンモニウム                          ３１質量％
炭酸カリウム                                  ７質量％
重炭酸ナトリウム                              ７重量％
【００５５】
得られた低分子フェノール系物質と硫酸アンモニウム系物質とが含浸した被薬剤処理木質ストランドを２４時間風乾した後、蒸気式乾燥機により２日間乾燥を行うことにより、ワレの生じていない含水率約４０％の被薬剤処理木質ストランドを得た。
蒸気式乾燥機による乾燥操作は、０〜１２時間において乾球温度３０℃（乾湿球温度差３℃）、１２〜３０時間において乾球温度４５℃（乾湿球温度差７℃）、および３０〜４８時間において乾球温度６０℃（乾湿球温度差１０℃）になるように行った。
乾燥後の木質ストランドを熱風乾燥機により１０５℃で２４時間処理した。
【００５６】
（４）結合剤付着工程
得られた被薬剤処理木質ストランドをドラムブレンダーに投入し、結合剤としてイソシアネート系接着剤を、乾燥木質ストランドに対して７重量％の割合となるようにブレンダー内に噴霧し、被薬剤処理木質ストランドの表面に付着させた。
【００５７】
（５）積層マット形成工程
結合剤が付着した被薬剤処理木質ストランドを、配向装置を用いて、配向及び積層を行った。配向装置の配向金型は、厚さ１ｍｍの鋼板を、間隔方向が木質ストランドの搬送方向と平行となるように、２４ｍｍ間隔に並列に立設し、全体を縦５００ｍｍ、横５００ｍｍ、高さ５０ｍｍとなるように配置したものである。配向金型下面とストランドマット上面の間隔を約２〜４ｃｍに保ちながら、配向金型の上から上記木質ストランドを投入して、コール板上に、厚さ１００ｍｍの配向された積層マットを得た。このとき、結合剤が付着した被薬剤処理木質ストランドの長手方向の水平角度のブレが２４°以下となるようにした。
【００５８】
（６）熱圧成形工程
積層マットを載せたコール板を、プレス成形装置（ジンペルカンプ社製、１００トンプレス成形装置、伝熱加熱タイプ）の下側加圧熱盤の上面の所定位置に配置し、上側加圧熱盤を積層木質ストランドマット上面に接触させ更に加圧して積層マットを圧縮した。なお、下側加圧熱盤の平面寸法は、縦６００ｍｍ、横６００ｍｍ、高さ４００ｍｍであった。
更に、上下の加圧熱盤の温度をそれぞれ２００℃、加圧圧力を３．０ＭＰａとして加熱、加圧を４００秒保持し、熱圧成形した。
次いで、上側加圧熱盤を上方に移動して、木質系複合材料を得た。
【００５９】
（実施例２）
硫酸アンモニウム系物質を木質ストランドに含浸させなかった以外は、実施例１と同様にして木質系複合材料を得た。
【００６０】
（比較例１）
（１）木質チップ
森林組合から購入した、スギを原材料とする木質チップを材料として用いた。
【００６１】
（２）薬剤処理工程（低分子フェノール系物質の含浸）
木質チップを、外径２０ｃｍ、長さ１ｍのステンレス製注薬缶内に投入し、注薬缶内を減圧排気して木質ストランド内の空気を除いた後、下記に示した組成の低分子フェノール系物質の１０重量％水溶液を注薬缶内に充満させた。注薬缶内を加圧し、木質チップ内部に低分子フェノール系物質の１０重量％水溶液を注入することにより、処理剤溶液を固形分換算で約４０ｋｇ／ｍ３の含浸量で含浸させることができた。
上記減圧排気操作は６５０ｍＨｇの減圧下で１０分間行い、加圧操作は、０から２ｋｇｆ／ｃｍ２昇圧に１分かけ、２ｋｇｆ／ｃｍ２で９分間保持し、２〜６ｋｇｆ／ｃｍ２昇圧に１分かけ、６ｋｇｆ／ｃｍ２で９分間保持し、６〜１０ｋｇｆ／ｃｍ２昇圧に１分かけ、１０ｋｇｆ／ｃｍ２で９分間保持することにより合計３０分間かけて実施した。
【００６２】
（処理剤組成）
未反応フェノール                            ５〜７．８モル％
モノメチロールフェノール                    ２３〜２５モル％
ジメチロールフェノール                      ３２〜３５モル％
トリメチロールフェノール                    ３２〜３７モル％
重合体（フェノール換算）                    ０〜１．５モル％
【００６３】
得られた低分子フェノール系物質含浸木質チップを２４時間風乾した後、蒸気式乾燥機により２日間乾燥を行うことにより、ワレの生じていない含水率約４０％の低分子フェノール系物質含浸木質チップを得た。
蒸気式乾燥機による乾燥操作は、０〜１２時間において乾球温度３０℃（乾湿球温度差３℃）、１２〜３０時間において乾球温度４５℃（乾湿球温度差７℃）、および３０〜４８時間において乾球温度６０℃（乾湿球温度差１０℃）になるように行った。
乾燥後の木質チップを熱風乾燥機により１０５℃で２４時間処理した。
【００６４】
（３）薬剤処理工程（硫酸アンモニウム系物質の含浸）
得られた低分子フェノール系物質含浸木質チップに硫酸アンモニウム系物質を、以下の方法により含浸させた。
低分子フェノール系物質含浸木質チップを外径２０ｃｍ、長さ１ｍのステンレス製注薬缶内に投入し、注薬缶内を減圧排気して低分子フェノール系物質含浸木質チップ内の空気を除いたのち、下記に示す組成の硫酸アンモニウム系物質の３０重量％水溶液を注薬缶内に充満させた。注薬缶内を加圧し、低分子フェノール系物質含浸木質チップ内部に硫酸アンモニウム系物質溶液を注入することにより、硫酸アンモニウム系物質を固形分換算で約１８０ｋｇ／ｍ３の含浸量で含浸させることができた。
上記減圧排気操作は６５０ｍＨｇの減圧下で１０分間行い、加圧操作は、０から２ｋｇｆ／ｃｍ２昇圧に１分かけ、２ｋｇｆ／ｃｍ２で９分間保持し、２〜６ｋｇｆ／ｃｍ２昇圧に１分かけ、６ｋｇｆ／ｃｍ２で９分間保持し、６〜１０ｋｇｆ／ｃｍ２昇圧に１分かけ、１０ｋｇｆ／ｃｍ２で９分間保持することにより合計３０分間かけて実施した。
【００６５】
（処理剤組成）
硫酸アンモニウム                            ５５質量％
りん酸アンモニウム                          ３１質量％
炭酸カリウム                                  ７質量％
重炭酸ナトリウム                              ７重量％
【００６６】
得られた低分子フェノール系物質と硫酸アンモニウム系物質とが含浸した被薬剤処理木質ストランドを２４時間風乾した後、蒸気式乾燥機により２日間乾燥を行うことにより、ワレの生じていない含水率約４０％の被薬剤処理木質チップを得た。
蒸気式乾燥機による乾燥操作は、０〜１２時間において乾球温度３０℃（乾湿球温度差３℃）、１２〜３０時間において乾球温度４５℃（乾湿球温度差７℃）、および３０〜４８時間において乾球温度６０℃（乾湿球温度差１０℃）になるように行った。
乾燥後の木質ストランドを熱風乾燥機により１０５℃で２４時間処理した。
【００６７】
（４）結合剤付着工程
得られた被薬剤処理木質チップを、ダイナゲージスクリーン式分級機（ウノサワ社製）を用いて、厚さ１〜５．５ｍｍの材片を採取した。次に、上記分級された被薬剤処理木質チップをドラムブレンダーに投入し、結合剤としてイソシアネート系接着剤を、被薬剤処理木質チップに対して７重量％の割合となるようにブレンダー内に噴霧し、被薬剤処理木質チップ表面に塗布した。
【００６８】
（５）積層マット形成工程
結合剤が付着した被薬剤処理木質チップを、配向装置を用いて、配向及び積層を行った。配向装置の配向金型は、厚さ１ｍｍの鋼板を、間隔方向が木質チップの搬送方向と平行となるように、２４ｍｍ間隔に並列に立設し、全体を縦５００ｍｍ、横５００ｍｍ、高さ１６０ｍｍとなるように配置したものである。この上から木質チップを投入して、コール板上に、厚さ１６０ｍｍの配向された積層マットを得た。
【００６９】
（６）熱圧成形工程
積層マットを載せたコール板を、プレス成形装置（ジンペルカンプ社製、１００トンプレス成形装置、蒸気加熱タイプ）の下側加圧熱盤の上面の所定位置に配置し、上側加圧熱盤を積層木質マット上面に接触させ更に加圧して積層木質マットを圧縮した。下側加圧熱盤の平面寸法は、縦６００ｍｍ、横６００ｍｍ、高さ４００ｍｍである。
更に、加熱水蒸気を、上下の加圧熱盤の温度をそれぞれ１８０℃、加圧圧力を３．０ＭＰａとして加熱、加圧しながら、０．９ＭＰａ×１８０℃の水蒸気を供給して温度を維持し、加圧圧力を１分間継続して保持し、熱圧成形した。
次いで、加圧熱盤を冷却後、上側加圧熱盤を上方に移動して、木質系複合材料を得た。
【００７０】
（比較例２）
原材料としてスギ小径木を用い、これをナイフリングフレーカーにて切削して、図２に示される厚さ−長さ分布を有する木質ストランドを調製した。
得られた木質ストランドを用いた以外は、実施例１と同様にして木質系複合材料を得た。
【００７１】
（評価）
実施例及び比較例で製造した木質系複合材料について以下の評価を行った。なお、各評価はＪＩＳ  Ａ  ５９０８に準じて行った。試験は各々３又は４検体について行い、その平均値を算出した。
結果を表１、２に示した。
【００７２】
（１）密度の測定
寸法５０ｍｍ×３５０ｍｍの試験片の長さ、幅、厚さ及び重量を測定し、密度を算出した。
【００７３】
（２）曲げ強さの測定
寸法５０ｍｍ×３５０ｍｍの試験片の中央１点荷重にて、スパン２７０ｍｍ、荷重速度１０ｍｍ／ｍｉｎで荷重を加えたときの最大荷重、比例域における荷重−ひずみを測定し、曲げ強さ、曲げ弾性係数を算出した。
【００７４】
（３）吸水厚さ膨張率の測定
寸法５０ｍｍ×５０ｍｍの試験片の中央部の厚さをノギスにて測定し、これを２０±１℃の水中に２４時間浸した後の厚さを測定し、膨張した厚さの割合を算出した。
【００７５】
（４）はく離強さの測定
寸法５０×５０ｍｍの試験片の両面にアルミニウムブロックを接着させ、試験片の表面に垂直に引張荷重を加え、はく離破壊時の最大荷重を測定し、はく離強さを算出した。
【００７６】
（５）含水率の測定
寸法５０×５０ｍｍとした試験片の質量を測定し、これを１０３±２℃の乾燥機に入れて恒量となったときの質量を測定し、その減量を恒量となったときの質量で除したときの割合を求めた。
【００７７】
（６）コーンカロリーメーター試験
建築基準法の防火材料の試験方法（コーンカロリーメーター試験）に準じて、発熱性試験を行った。
【００７８】
【表１】
2013223954.tif 000003
【００７９】
【表２】
2013223954.tif 000004
【産業上の利用可能性】
【００８０】
本発明によれば、吸水による膨張率が低減され良好な寸法安定性を有し、かつ、軽量でも高強度の木質系複合材料を得ることができる木質系複合材料の製造方法、及び、該木質系複合材料の製造方法により製造された木質系複合材料を提供することができる。
【図１】
2013223954.tif 000006
【図２】
2013223954.tif 000007