(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
木材、古紙、パルプ原料、米糠、アシ、エスパルト、ジュート、ドイツリンター、タケ、麻、わら、ケナフ、ササ、バガス、リンゴ、米、大豆からなる群から選ばれた少なくとも１種の植物系原料とフェノール化合物類を混合加熱して液状化した液化物を木材、木質材料、又は古紙ボードの何れかより選ばれた植物系材料に含浸し、無酸素雰囲気中で焼成することを用いたウッドセラミックスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば電極基材、ヒーター、電磁シールド材、クラッチ板、軸受け材、湿度センサー、温度センサー、フィルター、道路用遠赤外線放射骨材等に用いられる植物系液化物を用いたウッドセラミックスの製造方法に関する。
【０００２】
【従来技術及び発明が解決する課題】
従来より木材又は木質材料の炭化物の一種であるウッドセラミックは、電極基材、湿度センサー、温度センサー、フィルター、道路用遠赤外線放射骨材等に用いられていることは知られている。そして、その製造方法としては、木材、木質材料、古紙ボード等に石油系フェノール樹脂を含浸し、無酸素下で焼成することによって製造している。
そして、本発明者は先にウッドセラミックの特性を高め、高収率で得る為に種々検討した結果、木材の切削片若しくは破砕片にフェノ−ル樹脂を含浸、硬化させた後、高温で炭化することにより硬質で割れや狂いが少なく、原料木材の多孔質構造を残し、通電材料、電子機器内の電磁シールド材、航空宇宙材料、原子力用材等の用途に供される可能性を有する硬質炭素製品（ウッドセラミックス）を高収率で得られることを見出した（特許第２５５２５７７）。
しかし、ウッドセラミックを製造する際、石油系フェノール樹脂を含浸させると、焼成時に遊離ホルマリンが発生し環境上好ましくなく、又、このようにして得られたウッドセラミックを処理するに当たっては、より多く植物系廃棄を使用できるかどうかという廃棄物処理能力の点において欠けるきらいがある。
【０００３】
一方、木材などのリグノセルロース物質をフェノール類化合物に加えて混合、加熱する事によって木材を液化物とし、これをプラスチックや繊維、接着剤の原料として使用すべく種々検討されているが、この原料を炭化し、新たな用途開発を行うことについては未だ十分な研究がなされていない。
このような状況の下において、この木材液化物を木材、木質材料に含浸し、焼成したところ、寸法安定性、電気的特性について優れた特性を有するウッドセラミックを得ることを見いだし、本発明を完成したもので、本発明の目的は、石油系フェノール樹脂を使用することなく、天然材料を原料として寸法安定性、電気的特性の優れたウッドセラミクスの製造方法を提供する。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明の要旨は、木材、古紙、パルプ原料、米糠、アシ、エスパルト、ジュート、ドイツリンター、タケ、麻、わら、ケナフ、ササ、バガス、リンゴ、米、大豆からなる群から選ばれた少なくとも１種の植物系原料とフェノール化合物類を混合加熱して液状化した液化物を木材、木質材料、又は古紙ボードの何れかより選ばれた植物系材料に含浸し、無酸素雰囲気中で焼成することを用いたウッドセラミックスの製造方法である。
本発明は原料である被含浸物が植物系材料であり、又、含浸物が植物系原料とフェノール化合物類より得たものであるので、環境の点から見ても好ましい材料ということが出来る。
【０００５】
【発明の実施の形態】
本発明について詳細に述べる。
本発明で使用する被含浸物である植物系材料としては、ウッドセラミックスに使用されている原料は何れも使用可能であり、例えば、木材、木質材料、古紙ボード等を挙げることが出来る。
又、含浸材料である植物系液化物は植物系原料をフェノ−ル類化合物存在下で液状化したものを使用する。ここで使用する植物系原料としては、木材、古紙、パルプ原料、米糠、アシ、エスパルト、ジュート、ドイツリンタ、タケ、麻、わら、ケナフ、ササ、バガス、リンゴ、米、大豆等の植物原料であれば何れでもよいが、特に本発明では紙原料を使用することが好ましい。即ち、紙原料はセルロースであるので、極めて簡単に液化物となりやすく、含浸する際に浸透性等の特性を有するので植物原料として好適である。液化物製造の際に使用する際のフェノール類化合物としては、フェノール、ｏ−クレゾール、ｍ−クレゾール、３，５−キシレノール、２，３−キシレノール、カテコール、レゾルシノール等を挙げることができる。液化物製造としては、上記植物系原料と前記フェノール類化合物とを硫酸などの酸の触媒存在下、約２００℃〜３００℃の温度範囲、好ましくは約２５０℃程度に加熱して得ることができ、得られた液状物は熱可塑性の樹脂状であって冷却によって硬化する。
更に、植物系原料を液化するに使用するフェノール類化合物としては、該化合物を含有する木酢油やパルプ廃液から回収されるアルカリリグニンを使用することができる。木酢油は木材等を乾留することによって得られる木タールを減圧蒸留したもので、主としてクレオソートを含有するものである。また、パルプ廃液に排煙ガス或いは酸を加えてｐＨを８．２迄下げるとリグニンが沈殿してくるので、加熱後、分離し、これを熱水に再溶解し、熱稀硫酸で再沈殿させ、濾過、洗浄する事によってアルカリリグニンが得られ、フェノール類化合物を含有する。これらは何れも植物系原料を液化するのに有用なフェノール類化合物である。
一例として、木酢油を用いた木材の液化として木酢油３５ｇ、竹パルプ２．３４ｇ、硫酸０．５ｇを混合し、加熱すると、約１０分後、木材液化物が得られる。
【０００６】
得られる液化物は熱可塑性であり、冷却すると硬化する粘稠な液状物である。従って、これを植物系材料に含浸させるに際しては、例えばエタノ−ルなどの溶媒で希釈して行う。希釈割合としては木材液化物とエタノールを重量比で２：１〜１：１である。１：１以上のエタノール割合の増加はコストの問題により好ましくない。
含浸手段としては従来のウッドセラミックスの製造方法と異ならず、例えば真空ポンプ等により減圧注入する等の手段で行う。含浸量としては植物系材料に対して３０〜７０重量％の割合で行う。
液化物を含浸させた木材、木質材料、古紙ボードなどを加圧成形手段として上下定盤の間に挟み圧締して行い、その加圧条件としては０．０１〜０．４０Ｋｇｆ／ｃｍ2であり、また、焼成炭化手段としては非酸化雰囲気下で焼成温度４００〜２０００℃である。
【０００７】
【実施例】
次に実施例をもって更に具体的に説明する。
本発明においては実施例として植物系原料より得た液化物を植物系材料に含浸し、これを炭化した所謂天然物を主体とするウッドセラミックであり、これが従来品、無含浸炭化物の三者について、特性を対比した。
実施例１
植物系材料として広葉樹を原料とした中質繊維板（厚さ１４．７ｍｍ、密度０．５８  なお、この繊維板をＭＤＦという）に植物液化物を含浸させた。使用した植物液化物は木粉とフェノールを１：３の割合で混合したものに９８％硫酸を４％加え、２５０℃で加熱して製造し、これを木材液化物：エタノール＝１：１に希釈したものである。含浸手段としては真空デシケータ−中で１０分減圧後、真空状態で２時間放置して行った。
得られた含浸物を焼成炭化した。焼成炭化には東海高熱工業（株）製圧締型ウッドセラミックス製炭装置にて真空雰囲気、昇温速度１℃／ｍｉｎ、最高温度での保持時間２時間の条件で、４００℃、５００℃、６５０℃、及び８００℃の４種類の焼成温度を設定して行った。この製品をＡという。
比較のため上記の植物系液化物に変えて石油系フェノール樹脂を含浸させ全く同様の操作を行った。この製品をＢという。又、何らの化合物もしくは樹脂を含浸することなく同様の操作を行って製品を得た。これをＣという。
Ａ：本発明に係るもの（中質繊維板に植物系液化物を含浸させたウッドセラミックス
Ｂ：従来品（中質繊維板に石油系フェノール樹脂を含浸させたウッドセラミックス
Ｃ：炭化物（中質繊維板を未含浸で焼成したもの）
対比した特性は、平面方向寸法収縮率、厚さ方向寸法収縮率、重量残存率、密度変化、圧縮強度、体積固有抵抗率及び比表面積である。
【０００８】
【表１】
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【表２】
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【０００９】
【表３】
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【表４】
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【００１０】
【表５】
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【表６】
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【００１１】
【表７】
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以上の結果を五段階評価すると次の通りである。
【００１２】
【表８】
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【００１３】
得られた製品Ａ及びＣについて、寸法、重量変化、圧縮試験、及び、体積固有抵抗率を図に示した。
【００１４】
実施例２
木材液化物とエタノール（希釈剤）の比率を２：１として点以外は実施例１と同様の操作を行って製品を製造した。得られた製品は表面に発泡痕が見られたので、寸法、圧縮強度等の測定は行わなかった。
【００１５】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明では植物系材料を用い、これに植物系原料より得た植物液化物を含浸、焼成して得たウッドセラミックスなので、所謂原料を天然物に仰いだエコロジー製品と言うことが出来、得られた製品は従来のウッドセラミックスに遜色のない特性を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】焼成温度と長さ方向収縮率との関係を示す。
【図２】焼成温度と幅方向収縮率との関係を示す。
【図３】焼成温度と厚さ方向収縮率との関係を示す。
【図４】焼成温度と残炭率との関係を示す。
【図５】焼成温度と密度との関係を示す。
【図６】焼成温度と圧縮強度との関係を示す。
【図７】焼成温度と体積固有抵抗率との関係を示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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