(57)【要約】【課題】木質系成形品の機械的強度や寸法安定性に重要な植物材料の繊維構造を維持しつつも、成形時の成形圧力を低く抑えることができる成形用植物繊維の製造方法を提供すること。【解決手段】植物材料と液状の接着成分とを含む混合物を加熱するとともに、せん断力を付与して前記植物材料を繊維状に解繊する工程を含む。【選択図】図１
2013043357.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
植物材料と液状の接着成分とを含む混合物を加熱するとともに、せん断力を付与して前記植物材料を繊維状に解繊する工程を含むことを特徴とする成形用植物繊維の製造方法。
【請求項２】
前記液状の接着成分は、熱硬化性樹脂であることを特徴とする請求項１に記載の成形用植物繊維の製造方法。
【請求項３】
前記混合物は、改質処理剤を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の成形用植物繊維の製造方法。
【請求項４】
請求項１から３のいずれかの製造方法で得られた成形用植物繊維。
【請求項５】
請求項４に記載の成形用植物繊維を金型に供給し、押圧して成形することを特徴とする木質系成形品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、成形用植物繊維の製造方法、成形用植物繊維および木質系成形品の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、石油由来のプラスチックに替わる材料として、再生産可能であり、持続性を有する植物材料が注目されている。例えば、植物材料と樹脂との混合物を成形して得られる木質系成形品は、外観に木質感を表現でき、さらに、退色や腐食が生じ難いという特徴を有しているため、建物の内装材や外装材などに利用されている。
【０００３】
木質系成形品の製造方法としては、例えば、木質系材料（植物材料）を細かく粉砕した微粉末を水蒸気で処理して流動性をもたせ、金型に流し込んで成形して、冷却固化する木質系成形品の製造方法が知られている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開2003−11109号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１の製造方法のように、木質系材料の微粉末を水蒸気で処理した場合には、十分な流動性をもたせることは難しく、成形時には、およそ140Mpa程度の高い成形圧力が求められる。成形時に高い成形圧力が必要な場合、既存設備を利用することが難しく、高圧に耐え得る特殊な設備や金型が必要になるため、コストの増加、生産効率の低下を招くという問題がある。
【０００６】
さらに、特許文献１の製造方法では、木質系材料を細かく粉砕した微粉末を使用しているため、木質系材料が本来有する繊維構造が破壊されている。このため、木質系材料の配合比率が高い場合には、成形品の機械的強度や寸法安定性が低下してしまうという問題がある。
【０００７】
本発明は、以上のとおりの事情に鑑みてなされたものであり、木質系成形品の機械的強度や寸法安定性に重要な植物材料の繊維構造を維持しつつも、成形時の成形圧力を低く抑えることができる成形用植物繊維の製造方法を提供することを課題としている。また、この製造方法により得られる成形用植物繊維、および、この成形用植物繊維を成形して得られる木質系成形品を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決するために、本発明の成形用植物繊維の製造方法は、前記植物材料と液状の接着成分とを含む混合物を加熱するとともに、せん断力を付与して植物材料を繊維状に解繊する工程を含むことを特徴としている。
【０００９】
この成形用植物繊維の製造方法においては、前記液状の接着成分は、熱硬化性樹脂であることが好ましい。
【００１０】
この成形用植物繊維の製造方法においては、前記混合物は、改質処理剤を含むことがより好ましい。
【００１１】
本発明の成形用植物繊維は、前記いずれかの製造方法で得られる。
【００１２】
本発明の木質系成形品は、前記の成形用植物繊維を金型に供給し、押圧して成形することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の成形用植物繊維の製造方法によれば、植物材料の繊維構造を維持し、成形時の成形圧力を低く抑えることができる。また、本発明の木質系成形品は、機械的強度、寸法安定性に優れている。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施例１および比較例１、２で使用した金型の形態を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の成形用植物繊維の製造方法では、まず、植物材料と液状の接着成分とを混合する。
【００１６】
植物材料としては、例えば、木材、竹、麻、草本類、農産物等を例示することができる。具体的には、木材としては、スギ、ヒノキ、マツ等の針葉樹、ポプラ、ブナ、ナラ、カバ等の広葉樹などを例示することができる。麻としては、ジュート、ケナフ、亜麻、ヘンプ、ラミー、サイザルなどを例示することができる。その他の植物材料としては、葦、稲わら、籾殻、ヤシの実やさとうきびの絞りカスなどを例示することができる。また、植物材料は、廃棄物、残渣物（皮、葉、茎、実）を使用することもできる。
【００１７】
さらに、植物材料は、例えば、原料を適当な大きさに切断したものや、単板状、チップ状などの形態に加工されたもの、紙、パルプなどに加工されたものなどを適宜使用することができる。植物材料は、粉末状に微粉化されたものではなく、材料中に植物繊維が残存した状態のものが使用される。
【００１８】
液状の接着成分としては、例えば、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂などを使用することができる。
【００１９】
熱硬化性樹脂は、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、イソシアネート樹脂、メラミン樹脂、尿素樹脂などの公知のものを１種または２種以上使用することができる。
【００２０】
熱可塑性樹脂は、ポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィン系樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂などのα−オレフィン系樹脂、ABS樹脂、ポリメタクリル酸メチル樹脂などのアクリル系樹脂などの公知のものを１種または２種以上使用することができる。
【００２１】
液状の接着成分は、接着性、取り扱い性、成形性などの観点から、熱硬化性樹脂を使用することが特に好ましい。
【００２２】
また、上記したような熱硬化性樹脂および熱可塑性樹脂のなかでも、植物材料の主成分であるセルロース、ヘミセルロース、リグニンなどとの親和性がある樹脂を使用することが好ましく、特に、ＯＨ基との親和性を有する樹脂を使用することが好ましい。
【００２３】
植物材料と液状の接着成分とを混合した混合物を加熱するとともに、せん断力を付与する。混合物へのせん断力の付与方法は、特に限定されることはないが、例えば、高速ミキサー、ニーダーなどの混練機に投入して混合し、この混合物を加熱しながら、スクリューなどで撹拌することでせん断力を付与することができる。
【００２４】
植物材料と液状の接着成分の混合物にせん断力を付与する際、接着成分は液状の状態が維持されている。例えば、液状の接着成分が熱硬化性樹脂である場合、混合物の加熱は、熱硬化性樹脂が硬化しない温度で加熱する。加熱温度は、例えば、７０℃〜１００℃程度の範囲を例示することができる。また、例えば、液状の接着成分が熱可塑性樹脂である場合、混合物の加熱は、熱可塑性樹脂が溶融状態となる温度で加熱する。
【００２５】
植物材料と液状の接着成分との混合物を加熱しながら、繰り返しせん断力を付与することによって、植物材料を繊維状に解繊することができ、成形用植物繊維を得ることができる。この成形用植物繊維には接着成分が含浸している。混合物にせん断力を付与する際に、接着成分が液状の状態で維持されているため、解繊された植物材料の繊維に接着成分を確実に含浸させることができる。また、例えば、液状の接着成分として、セルロースなどとの親和性がある熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂を使用した場合には、より確実に植物材料の内部まで樹脂を含浸させることができる。さらに、成形用植物繊維は、せん断力の付与によって植物材料の繊維にずり変形が与えられ、接着成分の含浸とともに流動性が発現している。
【００２６】
なお、熱可塑性樹脂を含浸させた成形用植物繊維は、流動性を維持するための温度が維持されていることが望ましい。温度低下（冷却）によって、熱可塑性樹脂が固化している場合には、成形用植物繊維の流動性が失われることから、そのままの状態で成形を行うことが難しく、新たに熱可塑性樹脂などの添加が必要になる可能性がある。一方、  熱硬化性樹脂を含浸させた成形用植物繊維は、常温でも流動性が確保された状態を維持し易いため、取り扱い性に優れている。
【００２７】
さらに、本発明の成形用植物繊維においては、植物材料と液状の接着成分との混合物に改質処理剤を添加することもできる。
【００２８】
改質処理剤としては、例えば、水酸基含有有機溶媒やアミド類、またはアミン類を例示することができる。このような改質処理剤が配合された混合物とすることで、せん断力の付与に伴って植物材料を大きく膨潤させ、より軟化した状態へと改質することができ、植物材料をより効率的に解繊することが可能となる。
【００２９】
さらに、改質処理剤としては、例えば、無水マレイン酸や無水酢酸などのポリカルボン酸を使用することもできる。このような改質処理剤が配合された混合物とすることで、酸処理によって植物材料が本来有する親水基を疎水基に置換することも可能である。このような改質処理剤を使用して得られた成形用植物材料を成形した木質系成形品は、吸湿または吸水による寸法安定性に優れている。
【００３０】
そして、このようにして得られた成形用植物繊維を型に供給し、押圧して成形することで木質系成形品を得ることができる。
【００３１】
成形は、例えば、公知の射出成形や押出成形を採用することができる。具体的には、成形用植物繊維を金型内へ供給し、含浸させた接着成分に適した条件で加熱しながら、押圧して成形することで、木質系成形品を得ることができる。また、必要に応じて、成形後に冷却する工程を含んでいてもよい。成形用植物繊維は、植物材料と液状の接着成分とが共存した状態でせん断力が付与されて得られたものであるため、流動性が高く、成形時の成形圧力を低く抑えることができる。また、成形用植物繊維は、液状の接着成分が、解繊された植物材料の繊維に含浸しているため、この含浸量を調整することで、成形時に樹脂などの接着成分を新たに配合しなくてもよい。この場合、成形用植物繊維は、製造されたそのままの状態のものを金型へ供給し、押圧して成形することで木質系成形品を得ることができるため、木質系成形品の製造における手間が省かれ、製造工程を効率化させることができる。なお、必要に応じて、樹脂などの接着成分を供給してから、成形するようにしても良い。
【００３２】
この成形用植物繊維を成形して製造した木質系成形品は、液状の接着成分が共存しない状態でせん断力を付与して得られた繊維を用いた場合と比較して、植物材料の繊維に含浸している接着成分によって機械的強度が向上している。さらに、木質系成形品は、使用されている成形用植物繊維の植物材料が繊維状であるため、粉末化した植物材料を使用した木質系成形品と比較して、機械的強度、寸法安定性に優れている。
【００３３】
さらに、木質系成形品の製造においては、成形用植物繊維に加え、その他、公知の充填材、安定剤などを適宜配合することもできる。
【００３４】
充填材としては、例えば、水酸化アルミニウム、エトリンガイト、硅砂、ホウ砂、アルミナ、タルク、カオリン、炭酸カルシウム、シリカ、水酸化マグネシウム、マイカ、フライアッシュ、ケイ酸カルシウム、雲母、二酸化モリブデン、滑石、ガラス繊維、ガラスビーズ、酸化チタン、アスベスト、酸化マグネシウム、硫酸バリウム、クレイ、ドロマイト、ケイ酸カルシウム、カルシウム・アルミネート水和物、鉄粉などの金属粉などのうちの１種または２種以上を例示することができる。
【００３５】
安定剤としては、酸化防止剤、光安定剤などを挙げることができる。これらを配合することで、木質系成形品の機械特性、成形性、耐熱性および耐久性を向上させることができる。
【００３６】
次に、本発明を実施例を用いて具体的に説明するが、本発明の成形用植物繊維および木質系成形品の製造方法は、以下の実施例に限定されるものではない。
【実施例】
【００３７】
＜実施例１＞
２５％に希釈したフェノール樹脂水溶液（群栄化学工業株式会社製、PL-5648）２７０gにポプラチップ５００gを浸漬し5分間静置した。その後、MS式加圧型ニーダー（株式会社モリヤマ製、ＤＳ１−５ＭＨＨ−Ｅ）に投入し、温度８０℃、回転数45ｒｐｍ、ブレード−容器間クリアランス1mmでせん断力を与えて解繊し、成形用植物繊維を得た。
【００３８】
成形用植物繊維の成形には、図１に示した形態の金型を使用した。金型１は、中央に位置する成形型１１と、上型１２と、下型１３とに３分割されている。成形型１１は、略正方形であるとともに、中央には、略正方形状の材料保持空間Ｘが形成されている。また、成形型１１の四隅には、円柱状の位置決め部１１aが形成されている。上型１２は、成形型１１と略等しい大きさの正方形状であり、四隅には、成形型１１の位置決め部１１aに対応する位置に、上下に貫通して開口する円形の開口部１２aが形成されている。また、上型１２の下面には、成形型１１の材料保持空間Ｘの形状と対応した略正方形状の押込部１２bが形成されている。下型１３は、成形型１１の材料保持空間Ｘの形状と対応した略正方形状に形成されている。
【００３９】
そして、成形型１１の材料保持空間Ｘの内部に、成形用植物繊維30.5ｇを配置し、上型１２および下型１３によって挟みこんで上下から押圧した。具体的には、成形型１１の位置決め部１１aを上型１２の開口部１２aに挿入し、上型１２の押込部１２bを成形型１１の材料保持空間Ｘの上側から嵌め込み、さらに、下型１３を成形型１１の材料保持空間Ｘの下側から嵌め込んだ。そして、温度150℃、加圧時間30min、成形圧力１０MPaで押圧し、平板状に成形された木質系成形品（縦80ｍｍ、横80ｍｍ、厚さ4ｍｍ）を得た。成形用植物繊維は、成形時においては、接着成分を配合する必要がなく、そのままの状態で使用して成形可能であった。また、成形圧力も低く抑えることが可能であった。
【００４０】
さらに、この木質系成形品から縦10mm×横10mm×厚さ4mmの試料を切り出して、JIS A 5905に従う２４時間吸水試験を行ったところ、平面方向の寸法変化率は0.97％であった。また、縦80mm×横10mm×厚さ4mmの短冊試料を切り出してJIS Z 2101に従う曲げ試験を行ったところ、曲げ強度は52.3MPaであった。実施例１の木質系成形品は、寸法安定性および機械的強度に優れていることが確認された。
【００４１】
＜比較例１＞
ポプラ単板を粗粉砕して分級し、ふるい目開き４mmオーバーの残分を水中に浸漬し、含水率５０％に調製した。これを９０℃に加熱したMS式加圧型ニーダー（株式会社モリヤマ製、ＤＳ１−５ＭＨＨ−Ｅ）へと投入し、回転数45ｒｐｍ、ブレード−容器間クリアランス1mm、処理時間１５分の条件下で材料にせん断力を与えて解繊し、成形用植物繊維を得た。
【００４２】
この成形用植物繊維を乾燥させて２６gを秤量し、これにフェノール樹脂水溶液（群栄化学工業株式会社、PL-5634）4.5ｇを配合し、実施例１と同様の金型（図１）を用いて成形圧力１０MPaで平板に成形し木質系成形品を得た。なお、成形条件は、金型温度150℃、加圧時間30minであった。
【００４３】
この木質系成形品から縦10mm×横10mm×厚さ4mmの試料を切り出して、JIS A 5905に従う２４時間吸水試験をおこなったところ、吸水による平面方向の寸法変化率は1.21％であった。また、木質系成形品から縦80mm×横10mm×厚さ4mmの短冊試料を切り出してJIS Z 2101に従う曲げ試験を行ったところ、曲げ強度は45.5MPaであった。
【００４４】
解繊工程で植物材料を水に浸漬させて得た成形用植物繊維を成形した比較例１の木質系成形品は、実施例１の木質系成形品と比較して、寸法安定性および機械的強度が劣っていた。また、比較例１では、解繊工程における植物繊維（ポプラ粗粉）と水の混合に加え、成形用植物繊維の成形時にさらに樹脂（フェノール樹脂水溶液）を配合する必要があるため、製造工程が複雑であり、製造効率も好ましいものではなかった。
【００４５】
＜比較例２＞
水中に浸漬し、含水率５０％に調製したスギチップ５００ｇを９０℃に加熱したMS式加圧型ニーダー（株式会社モリヤマ製、ＤＳ１−５ＭＨＨ−Ｅ）へと投入し、回転数45ｒｐｍ、ブレード−容器間クリアランス1mm、処理時間１５分の条件下で材料にせん断力を与えて解繊し、成形用植物繊維を得た。
【００４６】
この成形用植物繊維を乾燥させて２６ｇを秤量し、これにイソシアネート系樹脂（コニシ株式会社製、商品名ＫＵプライマー#３）4.5ｇを配合し、成形圧力１０MPa、温度150℃、加圧時間30分で成形し、木質系成形品を得た。
【００４７】
この木質系成形品から縦10mm×横10mm×厚さ4mmの試料を切り出して、JIS A 5905に従う２４時間吸水試験をおこなったところ、吸水による平面方向の寸法変化率は0.98％であった。また、縦80mm×横10mm×厚さ4mmの短冊試料を切り出してJIS Z 2101に従う曲げ試験を行ったところ、曲げ強度は44.5MPaであった。
【００４８】
解繊工程で植物材料を水に浸漬させて得た成形用植物繊維を成形した比較例２の木質系成形品は、実施例１の木質系成形品と比較して、機械的強度が劣っていた。また、比較例２では、解繊工程における植物繊維（スギチップ）と水の混合、浸漬に加え、成形用植物繊維の成形時に、さらに樹脂（イソシアネート系樹脂）を配合する必要があるため、製造工程が複雑であり、製造効率も好ましいものではなかった。
【符号の説明】
【００４９】
１  金型
【図１】
2013043357.tif 000003