JP5245033B2

JP5245033B2 - 繊維板およびその製造方法

Info

Publication number: JP5245033B2
Application number: JP2009103416A
Authority: JP
Inventors: 信吹野; 尚久小川
Original assignee: Hokkaido Research Organization
Current assignee: Hokkaido Research Organization
Priority date: 2009-04-01
Filing date: 2009-04-01
Publication date: 2013-07-24
Anticipated expiration: 2029-04-01
Also published as: JP2010241094A

Description

本発明は、建材用または家具用部材などとして用いられる繊維板およびその製造方法に関する。

非特許文献１に示すように、繊維板の原料チップなどは、解繊の前処理として、通常、蒸煮処理を行う。蒸煮処理には、気相蒸煮法と液相蒸煮法（薬液処理）がある。また、比較的温度の低い処理方法として熱水処理法がある。熱水処理法とは、原料を浸漬槽中で加熱処理した後、解繊する方法である。現在は、製品ボードの品質に優れる気相蒸煮法が一般的になっている。

繊維板は、木質板の中で最も広く使われている合板と比較して表面平滑性、加工性などに優れるが、曲げ性能、長さ方向の寸法安定性能が劣るという課題があった。

繊維板の長さ方向の寸法安定性能を向上させる技術としては、アセチル化、ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）処理などの化学処理が知られているが、このような化学処理は大きなコストアップを伴うとともに強度性能が低下することが問題となっていた。

このため特許文献１，２のような強度性能が低下しない化学処理が提案されているが、化学処理に伴うコストアップという問題が残っていることや、曲げ性能が通常の繊維板製造方法で得られた繊維板と比較して向上せず同程度であるという課題があった。

なお、特許文献３のように、化学処理を行わずに、解繊後の木質繊維等のリグノセルロース繊維を８０℃以上の熱水に浸漬して熱水可溶成分を溶解除去する方法が提案されている。

この方法では、通常の繊維板製造方法で得られた繊維板と比較して厚さ方向の寸法安定性能（吸湿厚さ膨張率）は向上するが、曲げ性能が向上せず同程度であることや長さ方向の寸法安定性能が向上することが示されていないという問題があった。

化学処理など大きなコストアップを伴わずに曲げ性能と長さ方向の寸法安定性能を向上させる方法として、特許文献４のような木材の心材から得られる木材チップの重量比率を木材チップの総量に対して２０％から１００％とすることが提案されている。

しかし、木材チップを辺材チップと心材チップに仕分け管理する必要が生じることや安価で豊富な資源である辺材主体の製材廃材チップの使用割合が制限されるなどの課題があった。

通常の繊維板製造方法では、蒸煮（８０℃程度の前蒸煮を含む）を行う前に木材チップを１分間程度、常温水中に浸漬するか、木材チップに常温水を散水するか、木材チップを生材状態のまま用いるのが一般的であった。

特許第４０１３３３２号特開２００６−２０５４９２特開２０００−１０２９１０特許第３４１３８２１号

木材工学辞典、日本材料学会木質材料部門委員会編、工業出版株式会社、１９８２年、Ｐ．５３０

本発明における課題は、化学処理を行わず、原料チップを心材チップ、辺材チップの区別なく使用して曲げ性能と長さ方向の寸法安定性能を高めた繊維板を提供することにある。

請求項１記載の発明は、リグノセルロースチップを高温水中に一定時間浸漬した後に蒸煮、解繊することを特徴とする繊維板の製造方法を上記課題の解決手段とした。

請求項２記載の発明は、リグノセルロースチップを高温水中に一定時間浸漬後、常温水中に一定時間浸漬することを特徴とする請求項１記載の繊維板の製造方法を上記課題の解決手段とした。

請求項３記載の発明は、リグノセルロースチップを常温水中に一定時間浸漬後、再度、高温水中に一定時間浸漬することを特徴とする請求項２記載の繊維板の製造方法を上記課題の解決手段とした。

請求項４記載の発明は、請求項１，請求項２および請求項３のいずれかの方法により製造されるリグノセルロース繊維を用いることを特徴とする繊維板を上記課題の解決手段とした。

請求項５記載の発明は、請求項１，請求項２および請求項３のいずれかの方法により製造されるリグノセルロース繊維を表層に用いることを特徴とする繊維板を上記課題の解決手段とした。

請求項６記載の発明は、請求項１，請求項２および請求項３のいずれかの方法により製造されるリグノセルロース繊維にイソシアネート系接着剤（ＭＤＩ）を添加して得られることを特徴とする繊維板を上記課題の解決手段とした。

以上のように、本発明に係る繊維板およびその製造方法は、リグノセルロースチップの蒸煮前の簡易な処理により、化学処理を行わず、原料チップを辺材、心材の区別なく用いて高い曲げ性能と長さ方向の寸法安定性能の繊維板が得られるという優れた効果がある。この効果は、得られる繊維のフィブリル化の程度が大きくなることに起因すると考えられる。特に、本発明は、繊維板がＭＤＦの場合、得られるリグノセルロース繊維を繊維板の表層に用いる場合、接着剤にＭＤＩを用いる場合に好適な方法である。

以下、本発明を実施するための形態を詳細に説明する。

リグノセルロースチップとは、針葉樹材、広葉樹材、建築廃木材等あらゆる種類の木材の他、竹、ケナフ、バガス、稲わら等、リグニンとセルロースを含有する物質からのチップを示す。

リグノセルロースチップを約５０〜１００℃、好ましくは約７０〜１００℃の高温水中に２０分〜６時間程度、好ましくは３０分〜５時間程度浸漬させる。高温水の温度は、約７０〜１００℃の場合と比較して、約７０℃より低いと製品材質が低下傾向となり、約５０℃より低いと製品材質が低下する。高温水への浸漬時間は、３０分〜５時間程度の場合と比較して、３０分程度より短いと製品材質が低下傾向となり、２０分程度より短いと製品材質が低下する。一方、５時間程度より長くなると製品材質の向上効果が小さくなり、６時間程度より長くなると製品材質の向上効果が見られなくなる。また、高温水浸漬後のリグノセルロースチップを常温水中に浸漬させる場合もある。常温水の温度は約５０℃未満、好ましくは約１５〜２５℃とし、常温水への浸漬時間は１０分〜８００時間程度、好ましくは２０分〜４８時間程度とする。常温水の温度は特に管理する必要がなく、冬季間凍結するような場合を除き、放置された成り行きの温度で良い。常温水への浸漬時間は、２０分〜４８時間程度の場合と比較して、２０分程度より短い場合、製品材質が低下傾向となり、１０分程度より短い場合、製品材質が低下する。一方、常温水への浸漬時間が４８時間程度より長い場合、製品材質の向上効果が小さくなり、８００時間程度より長い場合、製品材質の向上効果が見られなくなる。さらに、常温水浸漬後のリグノセルロースチップを再度、高温水中に浸漬させる場合もある。このときの高温水の温度は約５０〜１００℃、好ましくは約７０〜１００℃とし、高温水への浸漬時間は２０分〜６時間程度、好ましくは３０分〜５時間程度とする。高温水の温度は、約７０〜１００℃の場合と比較して、約７０℃より低いと製品材質が低下傾向となり、約５０℃より低いと製品材質が低下する。高温水への浸漬時間は、３０分〜５時間程度の場合と比較して、３０分程度より短いと製品材質が低下傾向となり、２０分程度より短いと製品材質が低下する。一方、高温水の浸漬時間が５時間程度より長くなると製品材質の向上効果が小さくなり、６時間程度より長くなると製品材質の向上効果が見られなくなる。なお、複層構成の繊維板とする場合、芯層用として、リグノセルロースチップを通常の繊維板製造方法と同様に１分間程度常温水に浸漬する場合や、リグノセルロースチップに常温水を散水する場合、リグノセルロースチップを生材状態のまま用いる場合もある。

高温水や常温水に所定の時間浸漬したリグノセルロースチップや常温水を散水したリグノセルロースチップ、生材状態のままのリグノセルロースチップを約０．３〜２．０ＭＰａ、好ましくは約０．６〜１．２ＭＰａで２〜１５分間程度、好ましくは３〜１０分間程度蒸煮した後に解繊する。蒸煮圧力が約０．６ＭＰａより低い場合、製品材質が低下傾向となり、約０．３ＭＰａより低い場合、製品材質が低下する。一方、蒸煮圧力が約１．２ＭＰａより高い場合、製品材質の向上効果が小さく、蒸煮圧力が約２．０ＭＰａより高い場合、製品材質の向上効果が見られなくなる。

得られたリグノセルロース繊維に添加する接着剤は、メラミン・ユリア共縮合樹脂接着剤、ＭＤＩ、ユリア樹脂接着剤、フェノール樹脂接着剤など通常のあらゆる接着剤を使用できるが特にＭＤＩが好ましい。接着剤とワックスの添加率は、各３０％程度以下と５％程度以下、好ましくは各２０％程度以下と３％程度以下である。リグノセルロース繊維は接着剤添加後に乾燥する。あるいは、乾燥後に接着剤を添加する場合もある。

接着剤などが添加されたリグノセルロース繊維をマット状にフォーミングする。乾式法によりフォーミングする場合は、フォーミング後のマット含水率をマットが単層の場合、おおよそ５〜２０％、好ましくは、おおよそ８〜１５％とする。マット含水率がおおよそ２０％より高いときは熱圧時にパンクを生じ、マット含水率がおおよそ５％より低いときは製品の材質が全体的に低下するという問題がある。また、マット含水率がおおよそ１５％より高いときは熱圧時間を長く要し、おおよそ８％より低い場合は製品の表層密度が高まらないため十分な強度性能が得られないなどの問題を生じる。マットが複層構成の場合、表層のマット含水率は、おおよそ１０〜２０％、芯層おおよそ１０％未満、好ましくは表層おおよそ１０〜１５％、芯層おおよそ５％以上１０％未満が適当である。表層のマット含水率がおおよそ２０％より高いときは熱圧時にパンクを生じ、表層のマット含水率がおおよそ１０％より低いときは表層密度が高まらないため十分な強度性能が得られないという問題を生じる。芯層のマット含水率がおおよそ１０％以上のときは熱圧時間を長く要するという問題がある。また、表層のマット含水率がおおよそ１５％より高い場合は熱圧時間を長く要する傾向があり、芯層のマット含水率がおおよそ５％より低い場合は製品の材質が低下する傾向があるという問題がある。

熱圧温度は約３００℃以下、好ましくは約１７０〜２５０℃とする。熱圧温度が約３００℃より高い場合は、製品表面が熱劣化により脆弱化し、強度性能などが大きく低下するなどの問題を生じる。熱圧温度が約１７０℃より低い場合、熱圧時間が長くなるため生産性が低下し、約２５０℃より高い場合には、製品の表層密度が高まらず十分な強度性能が得られないという問題がある。熱圧時にマットが受ける最大圧力は７．０ＭＰａ程度以下、好ましくは３．５〜６．０ＭＰａ程度とする。最大圧力が７．０ＭＰａ程度より高い場合、製品の材質が全体的に低下するなどの問題がある。また、最大圧力が３．５ＭＰａ程度より低い場合や６．０ＭＰａ程度より高い場合は、製品の表層密度が高まらず十分な強度性能などが得られないという問題がある。熱圧時間は、製品厚さ１ｍｍあたりおおよそ２分間以内、好ましくは同おおよそ５〜３０秒間とする。熱圧時間が同おおよそ３０秒間より長いと生産性が低下傾向となり、同おおよそ２分間より長いと生産性が大きく低下する。一方、熱圧時間が同おおよそ５秒間より短いと十分な製品材質が得られないという問題を生じる。

製品厚さは１〜１００ｍｍ程度、好ましくは２〜５０ｍｍ程度、製品密度は約１．２ｇ／ｃｍ^３以下、好ましくは約０．６〜０．９ｇ／ｃｍ^３が適当である。製品密度が約１．２ｇ／ｃｍ^３より高いと、その重さゆえに取り扱い上、問題を生じる。また、製品密度が約０．６ｇ／ｃｍ^３より低いと構造用として用いる場合など、十分な強度性能が得られず、約０．９ｇ／ｃｍ^３より高いと建築現場における作業性が悪くなるなどの問題がある。

次に、本発明の実施例について説明する。建築廃木材チップを約９０〜１００℃の高温水中に１〜４時間程度浸漬させた。高温水浸漬後の建築廃木材チップを約０．７ＭＰａで６分間程度蒸煮した後に解繊した。得られた木質繊維にＭＤＩとワックスを全乾木質重量比で各８％程度と１％程度添加し、乾燥後に乾式法によりマット状にフォーミングした。含水率おおよそ１０％のフォーミングマットを熱圧温度約１９０℃、マットが受ける最大圧力５．５ＭＰａ程度、熱圧時間おおよそ３分間の条件で熱圧し、厚さ９ｍｍ程度の繊維板を得た。得られた繊維板について、ＪＩＳＡ５９０５に準じて気乾密度、含水率、はく離強さ、曲げ強さ、曲げヤング係数、吸水厚さ膨張率、吸水長さ変化率を測定した。その結果を表１に示す。

建築廃木材チップまたはトドマツチップを約９０〜１００℃の高温水中に２時間程度浸漬させた後、約１８〜２２℃の常温水中に１〜２４時間程度浸漬させた。常温水に浸漬後の建築廃木材チップまたはトドマツチップを各々、実施例１と同じ条件で蒸煮、解繊、接着剤およびワックスの添加、乾燥、フォーミング、熱圧を行い、厚さ９ｍｍ程度の繊維板を得た。得られた繊維板について、実施例１と同じ材質試験を行った。その結果を表１に示す。

建築廃木材チップを約９０〜１００℃の高温水中に１時間程度浸漬させた後、約１８〜２２℃の常温水中に３０分程度浸漬させた。その後、再度、約９０〜１００℃の高温水中に１時間程度浸漬させた。高温水浸漬後の建築廃木材チップを実施例１と同じ条件で蒸煮、解繊、接着剤およびワックスの添加、乾燥、フォーミング、熱圧を行い、厚さ９ｍｍ程度の繊維板を得た。得られた繊維板について、実施例１と同じ材質試験を行った。その結果を表１に示す。

表層用として、トドマツチップを約９０〜１００℃の高温水中に２時間程度浸漬させた後、約１８〜２２℃の常温水中に２４時間程度浸漬させた。芯層用として、トドマツチップを生材状態のまま用いた。生材状態のトドマツチップの含水率は、おおよそ８０％であった。表層用、芯層用のトドマツチップを別々に実施例１と同じ条件で蒸煮、解繊した。表層用トドマツ繊維、芯層用トドマツ繊維ともにＭＤＩとワックスを全乾木質重量比で各８％程度と１％程度添加した。乾燥後に乾式法により表層、芯層、表層の順にマット状にフォーミングした。層構成は、重量比で表層：芯層：表層＝１：２：１程度となるようにした。表層マット含水率おおよそ１２％、芯層マット含水率おおよそ９％のフォーミングマットを実施例１と同じ条件で熱圧し、厚さ９ｍｍ程度の繊維板を得た。得られた繊維板について、実施例１と同じ材質試験を行った。その結果を表１に示す。

比較例１

含水率おおよそ２０％の建築廃木材チップに散水し、含水率５０％程度となった建築廃木材チップを実施例１と同じ条件で蒸煮、解繊、接着剤およびワックスの添加、乾燥、フォーミング、熱圧を行い、厚さ９ｍｍ程度の繊維板を得た。得られた繊維板について、実施例１と同じ材質試験を行った。その結果を表１に示す。

比較例２

トドマツチップを含水率おおよそ１００％の生材状態のまま実施例１と同じ条件で蒸煮、解繊、接着剤およびワックスの添加、乾燥、フォーミング、熱圧を行い、厚さ９ｍｍ程度の繊維板を得た。得られた繊維板について、実施例１と同じ材質試験を行った。その結果を表１に示す。

表１から明らかなように、建築廃木材を原料とし、本発明により得られた実施例１〜３の繊維板は、同じく建築廃木材を原料とし、通常の繊維板製造方法により得られた比較例１の繊維板と比較して曲げ性能と長さ方向の寸法安定性能が大きく向上している。また、トドマツを原料とし、本発明により得られた実施例２，４の繊維板は、同じくトドマツを原料とし、通常の繊維板製造方法により得られた比較例２の繊維板と比較して曲げ性能と長さ方向の寸法安定性能が大きく向上している。

木材チップ以外にリグノセルロースチップとして、竹、ケナフなどから発明を実施するための形態や実施例と同様な方法で繊維板を製造すると、曲げ性能と長さ方向の寸法安定性能が高まるという同様な効果が期待できる。

Claims

リグノセルロースチップを蒸煮した後に解繊し、得られたリグノセルロース繊維をマット状に堆積しプレスする繊維板の製造工程において、蒸煮前にリグノセルロースチップを高温水中に一定時間浸漬することを特徴とする繊維板の製造方法。
リグノセルロースチップを高温水中に一定時間浸漬後、常温水中に一定時間浸漬することを特徴とする請求項１記載の繊維板の製造方法。
リグノセルロースチップを常温水中に一定時間浸漬後、再度、高温水中に一定時間浸漬することを特徴とする請求項２記載の繊維板の製造方法。
請求項１，請求項２および請求項３のいずれかの方法により製造されるリグノセルロース繊維を用いることを特徴とする繊維板。
請求項１，請求項２および請求項３のいずれかの方法により製造されるリグノセルロース繊維を表層に用いることを特徴とする繊維板。
請求項１，請求項２および請求項３のいずれかの方法により製造されるリグノセルロース繊維にイソシアネート系接着剤を添加して得られることを特徴とする繊維板。