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JP6335545B2 - パーティクルボード - Google Patents
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Description

本発明は、木質チップに竹チップを配合して熱硬化性樹脂を接着剤として添加して熱圧成形したパーティクルボードに関する。
建築用や家具用等の部材として、一般的にパーティクルボードが使用されている。このパーティクルボードは、木質チップにフェノール樹脂、メラミン樹脂、尿素樹脂、尿素メラミン共縮合樹脂、イソシアネート系樹脂等の熱硬化性樹脂を接着剤として添加してフォーミングし、このフォーミングマットを熱圧成形して製造される。木質チップのみを使用したパーティクルボードは吸湿性が高く、吸湿による面方向や厚み方向の膨張率が大きい(寸法安定性が悪い)という課題があった。
この課題を解決するために、異なるチップ形状の竹チップにイソシアネート系接着剤を添加し熱圧成形し、密度が0.73〜0.95g/cmであるパーティクルボードが提案されている(特許文献1)。また、主たるチップの形状が厚さ0.05〜0.3mm、幅1〜5mm、長さ10〜50mmである竹チップに、イソシアネート系接着剤を添加し熱圧成形したパーティクルボードが提案されている(特許文献2)。
特開2013−014040号公報 特開2013−123904号公報 特開2014−8617号公報
しかしながら、特許文献1〜3に開示されるパーティクルボードは、竹チップの種類によっては、製造工程、特に竹チップと接着剤を混合するブレンダー工程において、竹チップが破壊されることにより竹チップの長さが短くなることがあり、面方向の寸法安定性という点で満足するものではなかった。さらに、割高な竹チップを主成分として用いている場合はコストが高くなるという問題があった。
そこで、本発明は、寸法安定性が良好で、低コストのパーティクルボードの提供を目的とする。
本発明者らは、竹材の繊維比率と竹チップの配合比率という観点を検討することによって、成形性を保ちつつ、寸法安定性を良好し、低コスト化を図ることができるパーティクルボードを得ることができるという知見を得て本発明を完成するに至ったものである。
すなわち、本発明は、
(1)繊維比率50wt%〜60wt%の竹材を破砕した竹チップと、木質チップと、前記竹チップ及び前記木質チップを接着する熱硬化性樹脂を含み、
前記竹チップが前記竹チップと前記木質チップの合計重量に対して10〜70wt%配合されていることを特徴とするパーティクルボードであり、
(2)(1)に記載のパーティクルボードが表層/内層/表層からなる三層構成であり、各層における前記竹チップの配合比が前記竹チップと前記木質チップの合計重量に対して10〜25wt%/50〜80wt%/10〜25wt%であることを特徴とするパーティクルボードであり、
(3)(1)に記載のパーティクルボードが表層/内層/表層からなる三層構成であり、前記表層における前記竹チップがJIS Z 8801−1(2006)に規定する目開き1.00mmの篩を通過し目開き0.15mmの篩を通過しないものであり、前記内層における前記竹チップがJIS Z 8801−1(2006)に規定する目開き2.85mmの篩を通過し目開き1.00mmの篩を通過しないものであることを特徴とするパーティクルボードを要旨とする。
請求項1に記載の発明によれば、寸法安定性を良好にし、低コスト化を図ることができる。
請求項2に記載の発明によれば、寸法安定性をより向上することができる。
請求項3に記載の発明によれば、寸法安定性で優れた構造部材を提供することができる。
本発明の一実施形態に係るパーティクルボードにおける竹チップの配合量と寸法変化率の関係を示す図である。 本発明の一実施形態に係るパーティクルボードにおける竹材の繊維比率と寸法変化率の関係を示す図である。
以下に、本発明の一実施形態に係るパーティクルボードについて説明する。尚、以下の実施形態および実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において任意に変更することができる。
<パーティクルボード>
本発明のパーティクルボードは、繊維比率50wt%以上の竹材を粉砕した竹チップと、木質チップと、これらの竹チップ及び木質チップを接着する熱硬化性樹脂から構成される。本発明のパーティクルボードの構成は、単層でも多層でもよいが、多層の場合は表層/内層/表層の三層構成にすることが好ましい。以下、三層構成である多層のパーティクルボードについて説明する。
各層の竹チップの配合量は10〜70wt%、さらに15〜60wt%、よりさらには25〜50wt%にすることが好ましい。前記配合量にすることにより成形性を確保することができ、かつ湿気の脱吸着による寸法変化を低減することができる。また、竹チップと木質チップを含む全チップの各層(表層/内層/表層)の重量比は、10〜25wt%/50〜80wt%/10〜25wt%であることが好ましい。
<竹チップ>
本発明に係るパーティクルボードにおいては、繊維比率50wt%以上の竹材を粉砕した竹チップを用いることを特徴とし、さらに繊維比率が53wt%〜60wt%の竹材であることがより好ましい。繊維比率が50wt%以上の竹材を粉砕した竹チップを用いると繊維束が密集しているため、パーティクルボード製造における各工程(フレーカー、乾燥、接着剤塗布、フォーミング及びそれらの工程間における搬送)において、外部からの衝撃があってもチップの形状を保つことで竹チップが破壊されにくいために、竹チップが短くならず、また前記竹チップが吸湿しにくいことから、パーティクルボードを成形したときに湿気の脱吸着による寸法変化の少なく維持することができる。なお、繊維比率が50wt%未満の竹材を粉砕した竹チップを用いると、柔細胞組織が多いため外部からの衝撃により、竹チップ形状が崩れるために、パーティクルボードの製造工程、特に竹チップを接着剤とのブレンダー工程において、竹チップが短くなり、パーティクルボードを成形したときに湿気の脱吸着による寸法安定性を向上させることができない。
竹材は、繊維束と柔細胞組織からなっており、前記繊維比率とは竹材に含まれる繊維束の竹材に対する重量比率である。竹材の繊維比率は下記の方法で求める。
まず、竹材を適当な大きさにカットし、全乾させた後に竹材の重量を測定する。次に2〜3%水酸化ナトリウム水溶液で2時間煮沸する。次に、水洗後に圧搾し、柔らかくなった柔細胞組織を破壊させ、さらに充分に水洗し、繊維束と柔細胞組織を分離させて、繊維束を得る。得られた繊維束を乾燥させ、繊維束の重量を測定する。繊維束の重量/全乾時の竹材の重量を求めることにより、繊維比率を求める。
竹チップに用いる竹材の種類としては、前記繊維比率の竹材であれば特に制限されず、イネ科タケ亜科に属するタケ類やササ類の中から選択することができ、例えば孟宗竹、真竹、慈竹等が挙げられる。
また、前記竹材は全層を用いてもよいが、竹材によって(例えば孟宗竹)は表皮(外側)近くに繊維束が密に形成され、表皮から内部(内側)になると疎に形成されているため、この場合は、竹の断面の厚さ方向に割り、表皮(外側)近くのみを用いることが好ましい。なお、繊維束は群状をなして存在し、柔細胞組織内に点在している。
前記竹チップは、先ず、山林などから伐採した竹の枝を払い得られた幹の部分を50cm〜2mに切断し、切断した竹材をチップ製造装置に投入して得ることができる。加工方式は、竹稈を回転させながら刃物で竹の周囲を削り取るかつら剥き方式、竹稈を一軸シュレッダーにて削り取るシュレッダー方式、または長さ20〜100mm程度にカットした竹切削チップをリングフレーカーにて加工するフレーカー方式などを採用することができ、中でも木質チップと同等の粒度分布のチップを得ることができ、生産能力に優れているフレーカー方式を用いることが好ましい。
各層に用いる竹チップの大きさとしては、JIS Z 8801−1(2006)に規定する目開き1.00mmの篩を通過し目開き0.15mmの篩を通過しない竹チップを表層に用いることが好ましく、目開き2.85mmの篩を通過し目開き1.00mmの篩を通過しない竹チップを内層に用いることが好ましい。前記のように竹チップを用いることで、木質チップの長さより長い竹チップが含有し、内層に用いるチップの長さ方向の長さの平均値が長くなることから、本発明のパーティクルボードの寸法安定性に効果的である。
<木質チップ>
木質チップの種類としては、例えばスギ、ヒノキ、スプルース、ダグラスファー、ラジアータパイン等の針葉樹や、シラカバ、アピトン、カメレレ、センゴン、ラウト、アスペン等の広葉樹の植物材料が挙げられる。木質チップの材料としては、例えばこれらの樹種の丸太、間伐材等の生材料、工場や住宅建築現場で発生する端材、部材輸送後に廃棄される廃パレット材、建築解体時に発生する解体廃材等が使用される。
木質チップの大きさとしては、竹チップと同様にJIS Z 8801−1(2006)に規定する目開き1.00mmの篩を通過し目開き0.15mmの篩を通過しない竹チップを表層に用いることが好ましく、目開き2.85mmの篩を通過し目開き1.00mmの篩を通過しない竹チップを内層に用いることが好ましい。
<熱硬化性樹脂>
熱硬化性樹脂としては、イソシアネート系、フェノール系、尿素系、メラミン系等のものが挙げられる。竹チップや木質チップの接着性の観点から、好ましくはイソシアネート系樹脂が使用される。イソシアネート系樹脂としては、4,4′−ジフェニルメタンジイソシアネート(MDI)、トリレンジイソシアネート(TDI)、ヘキサメチレンジイソシアネート(HMDI)、キシレンジイソシアネート(XDI)、イソホロンジイソシアネート(IPDI)、ポリメチレンポリフェニルポリイソシアネート(PMDI)、エマルジョンタイプのEMDIが挙げられ、これらを単独あるいは2種以上組み合わせたものが使用される。イソシアネート系樹脂を用いることは、イソシアネート基が竹チップの親水基と反応して、結合が強固となり、パーティクルボードにした後の吸水性及び吸湿性を低下することができるため好ましい。さらには、全層にイソシアネート系樹脂をいるとフォーミングした後のマットが崩れやすいことがあるため、3層構成のパーティクルボード場合は表面層にイソシアネート系樹脂と尿素系樹脂を混合して用いることでマット崩れを防止することができる。
熱硬化性樹脂の添加量は全チップ100重量部に対して、5〜20重量部、さらには6重量部〜19重量部であることが好ましい。前記添加量であれば、優れた接着性と耐水性を得ることができる。
また、本発明のパーティクルボードにおいては、必要に応じて添加剤を加えることができる。例えば、粘着付与剤、アルデヒドキャッチャー剤、硬化促進剤、離型剤、撥水剤、乳化剤、乳化安定剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、難燃剤、安定剤、界面活性剤、可塑剤、シランカップリング剤、金属触媒、合成ゴムラテックス、アクリル系エマルジョン、防腐剤、防カビ剤などが使用することができる。
<パーティクルボードの製造方法>
本発明の一実施形態に係るパーティクルボードの製造方法について説明する。まず、前述の竹材を準備し、公知のチッパー機を使って竹を粉砕して、公知のフレーカーで切削して繊維状の竹チップを得る。このとき、この竹チップを公知の分級機で分級してもよい。
一方、木質チップについては、前述の廃材等を準備し、公知のチッパー機で粉砕して、公知のフレーカーで切削して得ることができる。このとき、この木質チップを公知の分級機で分級してもよい。
次いで、得られた竹チップ及び木質チップを、例えば含水率が2〜4%程度に達するまで乾燥させる。
そして、乾燥した竹チップと木質チップを所定量に計量して、公知のブレンダー機に投入する。これに、所定の熱硬化性樹脂と添加剤を噴霧し、混ぜ合わせる。パーティクルボードの含水率を調整するため、ここで、所定量の水を加えてもよい。
続いて、このチップをフォーミングし、これを軽く上から仮プレスして、板状のマットを形成させる。
そして、このマットを公知の熱プレス機に入れて、上下方向から熱盤で本熱プレスし、熱圧成形して、所定厚みのパーティクルボードを得る。プレス条件として、プレス温度は例えば170〜230℃、プレス圧は例えば2〜10N/mm、プレス時間は例えば5〜20sec/mmに設定される。プレス方法としては、連続プレスまたは多段プレスを好適に用いることができる。
最後に、得られたパーティクルボードを養生し、公知のサンダーで表面を研磨して、所望のパーティクルボードを完成させる。
以上、前記実施形態では、多層のパーティクルボードについて説明したが、単層のパーティクルボードでもよく、適宜竹チップの割合や熱硬化性樹脂の添加量等を変更することができる。
以下、本発明のパーティクルボードを実施例により具体的に説明する。ただし、本発明はこの実施例に限定されない。
<評価方法>
(1)繊維比率評価方法
竹材を幅30mm×長さ50mmの大きさにカットし、103℃の雰囲気で24時間乾燥させた後に竹材の重量を測定した。次に2%水酸化ナトリウム水溶液で2時間煮沸した。次に、水洗後に圧搾し、柔らかくなった柔細胞組織を破壊させ、さらに水洗を繰り返し、繊維束と柔細胞組織を分離させて、繊維束を得た。得られた繊維束を乾燥させ、繊維束の重量を測定した。繊維束の重量/乾燥させた竹材の重量を求めることにより、繊維比率を求めた。
(2)寸法変化率評価方法
100mm角にカットした試験片を2組(1組:3つの試験片)用意した。20℃−65%RH条件下で2日以上養生させた。ノギスで、4辺の長さを測定する。試験片の1組を加湿側条件40℃−90%RH条件で8日間、もう1組を乾燥側条件40℃−30%RHで8日間放置した。それぞれの試験片の試験後の長さ寸法を測定し、試験前後の試験片の長さからそれぞれの寸法変化率を算出し、それらの平均値の絶対値を合計することで寸法変化率(%)を求めた。
(3)成形性
作成したパーティクルボードの厚みを測定した。ここでは、設定厚み(12mm)との誤差が0.3mm以内のものを〇、誤差が0.3mmを超えるものを×とした。
(4)チップの形状(平均値)
内層に用いる木質チップと竹チップを接着剤とブレンダーした後、各分級チップを無作為に100〜200個程度抜き取った。それを黒色板(A4サイズ)にチップを置き、1521ピクセル×1009ピクセルの画像として取り込み画像解析を行い、各チップの幅方向と長さ方向の長さを測定した。画像処理ソフトはImage J(アメリカ国立衛生研究所製)を用いた。
さらに、チップの形状(幅方向及び長さ方向の各長さ)(平均値)は、下記式を用いて求めた。
チップの長さ(mm)=(L1.00×W1.00+L1.68×W1.68+L2.85×W2.85/W1.00+ W1.68+ W2.85)×100
1.00:目開き1.00mmの篩に残ったチップの平均長さ(幅方向または長さ方向)
1.68:目開き1.68mmの篩に残ったチップの平均長さ(幅方向または長さ方向)
2.85:目開き2.85mmの篩に残ったチップの平均長さ(幅方向または長さ方向)
1.00:目開き1.00mmの篩に残ったフレークの重量
1.68:目開き1.68mmの篩に残ったフレークの重量
2.85:目開き2.85mmの篩に残ったフレークの重量
(実施例1)
竹チップの原料として、慈竹(繊維比率:55wt%、全層)の竹稈を幅30mm程度に割った後、長さ50mm程度にカットし、105℃の雰囲気下で24時間乾燥させた後に、フレーカー(Knife Ring Flaker PZ 8,Pallmann社製)にて刃出しを0.9mmに設定して切削して竹チップを得た。その後、篩にかけて分級し、JIS Z 8801−1(2006)に規定する目開き1.00mmの篩を通過し目開き0.15mmの篩を通過しない竹チップを表層に用いて、目開き2.85mmの篩を通過し目開き1.00mmの篩を通過しない竹チップを内層に用いた。また木質チップは、建築廃材等を準備し、公知のチッパー機で粉砕して、公知のフレーカーで切削して得た。その後、前記と同様に分級して各層の木質チップを得た。
次に各層の竹チップが竹チップと木質チップの合計重量に対して25wt%となるように竹チップを配合した。表層は熱硬化性樹脂としては、MDIをチップの合計重量に対して6wt%及び尿素樹脂を13wt%となるように添加した。内層は熱硬化性樹脂としては、MDIをチップの合計重量に対して6wt%となるように用意した。
そして、前述の製造方法において、全層の重量に対する各層の重量の比が表層20wt%、内層60wt%、表層20wt%となるように前記接着剤を配合したチップをフォーミングした後に、プレス温度200℃、プレス圧3N/mm、プレス時間144秒のプレス条件により、縦360mm×横360mm×厚み12mm、比重0.77g/cm、パーティクルボードを作製した。
(実施例2)
各層の竹チップが竹チップと木質チップの合計重量に対して50wt%となるように竹チップを配合した以外は実施例1と同じ条件で作製した。
(実施例3)
竹チップを孟宗竹の全層(繊維比率:52wt%)とし、かつ各層の竹チップが竹チップと木質チップの合計重量に対して25wt%となるように竹チップを配合した以外は、実施例1と同じ条件で作製した。
(実施例4)
竹チップを孟宗竹の全層(繊維比率:52wt%)とし、かつ各層の竹チップが竹チップと木質チップの合計重量に対して50wt%となるように竹チップを配合した以外は、実施例1と同じ条件で作製した。
(実施例5)
竹チップを孟宗竹の外側部分(繊維比率:58wt%)とし、かつ各層の竹チップが竹チップと木質チップの合計重量に対して25wt%となるように竹チップを配合した以外は、実施例1と同じ条件で作製した。なお、孟宗竹外側とは、孟宗竹の断面の厚さ方向の中央部分から表皮側の部分を用いたものである。
(実施例6)
竹チップを孟宗竹の外側部分(繊維比率:58wt%)とし、かつ各層の竹チップが竹チップと木質チップの合計重量に対して50wt%となるように竹チップを配合した以外は、実施例1と同じ条件で作製した。
(比較例1)
実施例1において用いた木質チップのみを用いた以外は、実施例1と同じ条件で作製した。
(比較例2)
竹チップを孟宗竹の内側部分(繊維比率:45wt%)とし、かつ各層の竹チップが竹チップと木質チップの合計重量に対して25wt%となるように竹チップを配合した以外は、実施例1と同じ条件で作製した。なお、孟宗竹内側とは、孟宗竹の断面の厚さ方向の中央部分から内側の部分を用いたものである。
(比較例3)
竹チップを孟宗竹の外側部分(繊維比率:45wt%)とし、かつ各層の竹チップが竹チップと木質チップの合計重量に対して50wt%となるように竹チップを配合した以外は、実施例1と同じ条件で作製した。
(比較例4)
竹チップを孟宗竹の内側部分(繊維比率:45wt%)とし、かつ各層の竹チップが竹チップと木質チップの合計重量に対して25wt%となるように竹チップを配合した以外は、実施例1と同じ条件で作製した。
(比較例5)
竹チップを孟宗竹の内側部分(繊維比率:45wt%)とし、かつ各層の竹チップ100wt%となるように竹チップを配合した以外は、実施例1と同じ条件で作製した。
(比較例6)
竹チップを慈竹の全層(繊維比率:55wt%)とし、かつ各層の竹チップが竹チップと木質チップの合計重量に対して75wt%となるように竹チップを配合した以外は、実施例1と同じ条件で作製した。
(比較例7)
竹チップを慈竹の全層(繊維比率:55wt%)とし、かつ各層の竹チップ100wt%となるように竹チップを配合した以外は、実施例1と同じ条件で作製した。
(比較例8)
竹チップを孟宗竹の全層(繊維比率:52wt%)とし、かつ各層の竹チップが竹チップと木質チップの合計重量に対して75wt%となるように竹チップを配合した以外は、実施例1と同じ条件で作製した。
(比較例9)
竹チップを孟宗竹の全層(繊維比率:52wt%)とし、かつ各層の竹チップ100wt%となるように竹チップを配合した以外は、実施例1と同じ条件で作製した。
(比較例10)
竹チップを孟宗竹の外側部分(繊維比率:58wt%)とし、かつ各層の竹チップが竹チップと木質チップの合計重量に対して75wt%となるように竹チップを配合した以外は、実施例1と同じ条件で作製した。
(比較例11)
竹チップを孟宗竹の外側部分(繊維比率:58wt%)とし、かつ各層の竹チップ100wt%となるように竹チップを配合した以外は、実施例1と同じ条件で作製した。
Figure 0006335545
Figure 0006335545
作製したパーティクルボードの各評価結果を表1、表2、図1、図2に示す。
表1、表2に示すように、実施例1〜6のパーティクルボードは、繊維比率50%以上の竹材を破砕した竹チップを用いることにより、ブレンダー時に竹チップが破壊されにくかったため、ブレンダー後の芯層のチップの長さの平均値が木質チップのみを用いた比較例1より長くなっていたことがわかる。また、竹チップの配合比率を25、50wt%とすることで成型性を確保することができた。そのため、図1、図2に示すように、実施例1〜6のパーティクルボードは、従来の木質チップのみを用いた比較例1パーティクルボードよりも、湿気の脱吸着による面方向の寸法変化を低減することができた。
一方、表1、表2に示すように、比較例2、3のパーティクルボードは、繊維比率が45wt%の竹材を破砕した竹チップを用いることにより、ブレンダー時に竹チップが破壊され、ブレンダー後の芯層のチップの長さの平均値が実施例1〜6より短くなっていたことがわかる。そのため、図1、図2に示すように、比較例2、3のパーティクルボードは、前記竹チップは吸湿しやすく、また従来の木質チップのみを用いた比較例1パーティクルボードよりも湿気の脱吸着による面方向の寸法変化を低減することができなかった。
また、表2に示すように、比較例4〜11のパーティクルボードは、竹チップの配合比率を75wt%以上にすると、竹チップのチップ形状が大きく、チップ散布後のマットのかさが高くなりすぎるために、パーティクルボードの圧締が不十分となり、パーティクルボードの成型が出来なかった。
本発明に係るパーティクルボードは、建築用材料、住設部材、家具等の用途に好適に利用できる。また、本発明に係るパーティクルボードは、寸法安定性に優れているため、屋根下地や床用下地及び壁面等に用いられる構造用部材、床材、収納庫(クローゼット)用部材として好適に使用できる。

Claims (3)

  1. 繊維比率50wt%〜60wt%の竹材を破砕した竹チップと、木質チップと、前記竹チップ及び前記木質チップを接着する熱硬化性樹脂を含み、
    前記竹チップが前記竹チップと前記木質チップの合計重量に対して10〜70wt%配合されていることを特徴とするパーティクルボード。
  2. 請求項1に記載のパーティクルボードが表層/内層/表層からなる三層構成であり、各層における前記竹チップの配合比が前記竹チップと前記木質チップの合計重量に対して10〜25wt%/50〜80wt%/10〜25wt%であることを特徴とするパーティクルボード。
  3. 請求項1に記載のパーティクルボードが表層/内層/表層からなる三層構成であり、前記表層における前記竹チップがJIS Z 8801−1(2006)に規定する目開き1.00mmの篩を通過し目開き0.15mmの篩を通過しないものであり、前記内層における前記竹チップがJIS Z 8801−1(2006)に規定する目開き2.85mmの篩を通過し目開き1.00mmの篩を通過しないものであることを特徴とするパーティクルボード。

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