JPH0447902A - 積層材の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は高りゃん、とうもろこし、砂糖きび等のイネ科
の植物茎を主な原料とする積層材の製造方法に関する。

更に詳しくは建築用材、家具用材、断熱材、吸音材、デ
イスプレィ用材、各種工作用材に利用される積層材の製
造方法に関するものである。

［従来の技術］ 従来、木質系建築用材、家具用材、デイスプレィ用材、
吸音材、各種工作用材には、合板、集成材の他にパーテ
ィクルボード、ファイバボード等が用いられ、またデイ
スプレィ用材、吸音材、断熱材には、ポリスチレン、ポ
リウレタン、ポリエチレン、フェノール樹脂、ユリア樹
脂等の合成樹脂の中実体又は発泡体が使用、されている
。

これらの用途に用いられる材料は、いずれも木材資源や
石油資源に依存するものである。合板や挽材は木材その
ものであり、パーティクルボードは木材の細片に合成樹
脂接着剤を混合して熱圧硬化させて得た板材である。ま
たファイバボードは木材やその他の植物性繊維をそのま
ま、或いは合成樹脂接着剤を混合して熱圧硬化させて得
た板材である。

パーティクルボードやファイバボードには、例えば砂糖
きび等を細片もしくは繊維状化して使用することが既に
行われているが、力学的強度や寸法安定性の点で満足す
べき水準にない。合板、パーティクルボード、ファイバ
ボード等は、天然の木材より鋸断した挽材等と比べて異
方性が少なく、また節、腐朽部等の欠点部分が少なく、
反りや狂いか生じにくい特徴があり、用途に応じて所望
の比重、厚さ、寸法を選択することかできる。

しかし、建築用材等に多量に用いられる合板、集成材、
パーティクルボード、ファイバボード等の木質材料は、
いずれも天然木材を主原料としているために、近年の木
材資源の枯渇化の進行とともにその供給量に限界が見ら
れ、将来、需要を十分に満たすことが不可能になり、価
格が著しく高騰する恐れが生じてきている。

また、石油資源に依存するポリスチレン、ポリエチレン
、ポリウレタン、フェノール樹脂等の合成樹脂発泡体は
、軽量で加工性が良く、断熱性にも優れているためデイ
スプレィ用材や断熱材として広範囲の用途に利用されて
いる。しかし、これらも石油資源の有限化から価格が著
しく高騰し、将来的にその量的確保が問題視されるよう
になっている。

こうした情勢に対応するために、本出願人は世界的に豊
富に存在し、かつ−年毎に再生産されて廃棄処分すら困
難である高りゃん、とうもろこし、砂糖きび等のイネ科
の植物茎の直線部分を利用した積層材及びその製造方法
を特許出願した（特開昭６３−１０７５０５．特開平１
−２８０５３８）。

特開昭６３−１０７５０５号公報に記載の方法は、高り
ゃん、とうもろこし、砂糖き・び等のイネ科の植物茎を
繊維方向に切開き、必要により除芯を行ってから切開い
た状態で圧延し、複数の圧延茎を互いに平行に配列して
シート状物を形成し、複数のシート状物に公知の接着剤
を塗布した後、これらを積層して加圧成形する方法であ
る。

また特開平１−２８０５３８号公報に記載の方法は、高
りゃん茎を切開かずにそのまま、或いは圧縮により扁平
にして扁平茎を形成し、複数の扁平茎を配列して扁平茎
層を形成し、複数の扁平茎層に公知の接着剤を塗布した
後、これらを積層して加圧成形する方法である。

これらの方法により作られた積層材は任意の比重、厚さ
、寸法の板材になり、力学的強度が極めて優れた性能を
有する。

［発明が解決しようとする課題］ しかし、前者の方法は圧延時、加圧成形時の圧力を高く
して、或いは除芯によりシート状物の一枚当りの厚さを
薄くすると、積層数の増加に伴い原料茎の使用量に対し
て多量の接着剤を要する。

また、後者の方法は積層数が減少し、除芯する場合と比
べて原料茎の使用比率が高まるものの、低比重の芯部の
存在により吸水し易くなった扁平茎層の寸法安定性を高
めるために、多量の接着剤を用いなければならない。こ
のため上記従来の方法はいずれも比較的高価な接着剤を
多量に要する問題点があった。

更に、高りゃん、とうもろこし、砂糖きび等のイネ科の
植物茎は一定の太さを有する直線部分の比率が低いため
、上記方法で積層材を製造する場合、曲った茎や細い茎
の部分、葉や袴の部分、除芯時の芯の部分等の多くの部
分を廃棄しなければならず、植物茎の利用可能部分の収
量比率、即ち歩留りが極めて低い不具合があった。

本発明の目的は、原料である植物茎の利用比率が高く、
任意の比重、厚さ、寸法にすることが可能で、力学的強
度が極めて高い積層材の製造方法を提供することにある
。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するために、本発明の積層材の製造方法
は、伐採した高りゃ・ん、とうもろこし、砂糖きび等の
イネ科の植物茎を積層材の原料用として加工したときに
発生する原料に不向きな部分、即ち湾曲した茎、葉、袴
等を積層材の接着剤に有効利用するものである。

第１の製造方法は、複数のイネ科の植物茎から葉又は袴
の部分を切除しかつ茎の直線部分を残して切落とし、前
記切除又は切落としにより生じた断片、茎屑、葉又は袴
の部分をフェノール類に溶解した後、この溶液にアルデ
ヒド化合物及び酸触媒又はアルカリ触媒を加えて接着剤
を調製し、複数の直線部分の植物茎をそのままの状態で
互いに平行にかつ密接に配列して植物茎層を形成し、前
記植物茎層に前記接着剤を塗布し、前記複数の植物茎層
を積層して加圧成形する方法である。

また第２の製造方法は、複数の直線部分の植物茎をそれ
ぞれ繊維方向に切開かずに扁平にして複数の扁平茎を形
成し、前記複数の扁平茎を互いに平行にかつ密接に配列
して扁平茎層を形成し、前記扁平茎層に前記接着剤を塗
布し、これらを積層して加圧成形する方法である。第１
図にこの方法で作られた積層材１０を示す。図において
、ａは茎皮、ｂは芯、Ｃは節、２は扁平茎、３は扁平茎
層である。

また第３の製造方法は、直線部分の植物茎を繊維方向に
切開き又は２分割した後、扁平にして扁平分割茎をを形
成し、これを複数配列した扁平分割裏層と第２の方法で
得られた扁平茎層とに前記接着剤を塗布して、第１の方
法と同様に積層材を製造する方法である。第２図にこの
方法で作られた積層材２０を示す。図において、４は扁
平分割裏層である。

更に第４の製造方法は、直線部分の植物茎を切開き又は
２分割した後、除芯して圧延し、この圧延茎を複数配列
してシート状物を形成し、第１の方法と同様に積層材を
製造する方法である。第３図にその製造工程を示す。図
において、１は植物茎、５はナイフ、６は圧延機、７は
圧延茎、８はシート状物、３０はこの方法で作られた積
層材である。

いずれの方法においても１．高りやん、とうもろこし、
砂糖きび等のイネ科の植物茎は所望の積層材の寸法に合
わせて一定の長さに裁断される。それぞれ複数の配列し
た植物茎、扁平茎、扁平分割茎又は圧延茎が分散しない
ように、配列した全ての茎に粘着テープで仮止めするか
、糸で縫合するか、或いは糸状の接着剤が塗布される。

これにより植物茎層、扁平草履、扁平分割茎屑又はシー
ト状物が形成される。第３図に粘着テープ９が示される
。乾燥は植物茎の裁断後、或いは植物茎層、扁平草履、
扁平分割茎屑又はシート状物に形成された後に行われる
。

植物茎層、扁平草履、扁平分割茎屑又はシート状物を積
層毎に直交すると強度が高まり好ましい。

積層後、必要に応じて仮圧締を施し、１００〜２５０℃
の温度下、積層板厚１１当り０．１〜５分間、５〜３０
　ｋｇ／ｃｍ”の圧力で成形すると、本発明の積層材が
得られる。この積層材は所定の厚さになるように、スフ
レイパー、プレーナー、サンダー等により表面加工され
る。

本発明の接着剤は、高りゃん、とうもろこし、砂糖きび
等のイネ科の植物茎から切除された葉又は袴の部分、茎
の直線部分を残して切落とされた断片、茎屑、或いは除
芯時の芯をフェノール類に溶解した後、この溶液にアル
デヒド化合物及び酸触媒又はアルカリ触媒を加えて調製
される。

接着剤の原料として、イネ科の植物茎から切除さ、れた
葉又は袴の部分、茎の直線部分を残して切落とされた断
片、茎屑、或いは除芯時の芯（以下、植物茎等という）
が好ましいが、この植物茎等に更に木材の鋸屑、サンダ
ー屑、廃材、イネわら、もみ殻、古紙等のリグノセルロ
ース材料を加えてもよい。

また本発明の製造方法には、上記植物茎等をフェノール
類に溶解した後、この溶液にアルデヒド化合物及び酸触
媒又はアルカリ触媒を加えて調製された接着剤に、イソ
シアネート系樹脂接着剤、熱硬化性樹脂接着剤、常温硬
化性樹脂接着剤又は水性エマルジョン樹脂接着剤から選
ばれた１種又は２種以上の接着剤とを混合したものを使
用してもよい。

接着しようとする植物茎と同種の植物茎等を接着剤の原
料とすると、接着時の親和力がより高くなり、−段と高
い強度の積層材が得られる。

その上、上記植物茎等を溶解することにより樹脂化して
得られた接着剤は幅広い分子量分布をなし、高分子量部
分と低分子量部分とが適度な比率で共存する多分子性樹
脂になっている。そのため、このような多分子性樹脂か
らなる接着剤を用いて高りゃん、とうもろこし、砂糖き
び等のような多孔性の芯を有するイネ科の植物茎を接着
すると、接着剤中の高分子量部分により接着剤が過度に
茎の芯内に浸透することが抑制され、またその低分子量
部分により接着剤と前記植物茎との親和性（ぬれ性）が
増し、市販の接着剤を単独で塗布したときより格段に優
れた接着性能が得られる。

上記植物茎等を溶解するフェノール類としては、フェノ
ール、クレゾール、レゾルシノール、塩素化フェノール
、キシレノール、ビスフェノールＡ又はＦ１フロログル
シノール等が挙げられる。

フェノール類に上記植物茎等を溶解する方法には、フェ
ノール類に植物茎等を混合し、１５０〜３５０℃の温度
下１５〜１００気圧の圧力で溶解する高圧溶解法と、酸
触媒の下に前記フェノール類に植物茎等を混合し、１０
０〜２００℃の温度下１〜１．５気圧の圧力下で溶解す
る常圧溶解法とがある。常圧溶解法の酸触媒に用いられ
る酸には、硫酸、塩酸、りん酸のような無機酸、又はベ
ンゼンスルホン酸、パラトルエンスルホン酸、蟻酸、酢
酸、無水マレイン酸のような有機酸がある。

これらの酸は１種でも２種以上用いてもよい。

植物茎等はフェノール類１００重量％に対して１０〜１
００００重量％混合して溶解される。植物茎等を多量に
溶解する場合には、植物茎等のフェノール類溶液に更に
植物茎等を加える。触媒としての酸は、フェノール類１
００重量％に対して０．５〜１００重量％加えられる。

植物茎等の溶液の調製時にアセトン、ジオキサン、トル
エン等の有機溶剤をフェノール１００重量％に対して１
０〜１０００重量％添加すると植物茎等の溶解が促進さ
れるので好ましい。。

次いで植物茎等のフェノール類溶液にホルムアルデヒド
、バラホルムアルデヒド等のようなアルデヒド化合物、
或いはへキサミン等のような加熱によりアルデヒドを生
成する化合物を加え、酸触媒又はアルカリ触媒を加えて
５０〜１５０℃、大気圧下で反応させることにより、本
発明の接着剤が得られる。

この酸触媒として、塩酸、硫酸、蟻酸、酢酸、フェノー
ルスルホン酸等が挙げられ、アルカリ触媒として、苛性
ソーダ、水酸化カリウム、アンモニア、有機アミン、水
酸化カルシウム、水酸化マグネシウム等が挙げられる。

このとき、要求される接着剤の品質性状、植物茎等の溶
解量によって異なるが、フェノール類溶液１００重量％
に対してアルデヒド化合物が５〜２０００重量％、触媒
が１〜２００重量％それぞれ添加される。

接着剤の粘度や接着性を調整しかつ硬化時の収縮率を減
少させるために、こうして得られた接着剤に、更に小麦
粉、米粉、大麦粉、脱脂大豆粉、コーンスターチ、じゃ
がいもスターチ、血粉等の増量剤、或いは木粉、くるみ
穀粉、炭酸カルシウム、炭酸ナトリウム、ベントナイト
、カオリンクレー、タルク、ゼオライト等の充填剤を加
えても差し支えない。

上記接着剤の塗布方法は、スプレーコーティング、カー
テンフローコーティング、ローラコーティング、ディッ
ピング等のいずれの方法でもよい。

［発明の効果］ 以上述べたように、本発明によれば、植物茎から任意の
比重、厚さ、寸法の積層材を作ることができる。

また、接着剤の原料がリグノセルロース材料の中で接着
しようとする植物茎と同じイネ科の植物茎等であるため
、接着時の親和力が高く、高強度かつ堅牢に接着した積
層材が得られる。

また、従来歩留りが低かった植物茎を更に有効に利用す
ることができ、かつ従来の高価な積層材を使用しなくて
済む等の優れた効果を奏する。

［実施例］ 次に本発明の実施例を比較１例とともに詳しく説明する
。

〈実施例１〉 １７本の高りやん茎から葉、袴及び曲った茎部分を切落
とした後、１８０ｃ■の直線部分の高りゃん茎をそれぞ
れ繊維方向に切開き、サンディングローラにより芯を除
去した。切開いた状態で圧延機により圧延して片面が茎
皮からなる圧延茎を得た。これらの圧延茎をそれぞれ３
０ｃｍの長さに切断し、更に７枚の圧延茎を平行にかつ
密接に配列した後、両端部を粘着テープで仮止めして幅
３０Ｃ−で長さが３０ｃ■のシート状物を得た。

一方、前記高りゃん茎から発生した断片、茎屑、葉、袴
、芯の部分等を細片にし、この高りやん茎の細片７００
ｇとフェノール３００ｇとを１文容積のオートクレーブ
に詰め、ゆっくり攪拌しながら２５０℃まで昇温した。

オートクレーブ内の圧力が４５気圧まで高まり、この状
態を約３時間維持し、高りゃん茎の細片をフェノールに
溶解した。

次にこの溶液８００ｇと３７％ホルマリン１００ｇとを
１文容積の３つロフラスコに入れ、攪拌しながら４０％
苛性ソーダ水溶液１６ｇを加えて、８５〜９０℃の温度
下で２０分反応させ、その後急冷して接着剤を調製した
。この接着剤８００ｇに充填剤として炭酸カルシウム４
０ｇ及び炭酸ナトリウム４０ｇを加えて接着糊を得た。

前記シート状物を１４枚用意し、各シート状物の片面に
前記得られた接着糊をスプレーコーティングした。最初
に３枚のシート状物、を繊維方向を同一にして重ね合わ
せ、次にこの３枚のシート状物の繊維方向と繊維方向が
直交するように７枚のシート状物を重ね合わせ、更に最
初の３枚重ねのシート状物の繊維方向と同一にして４枚
のシート状物を重ね合わせた。１４枚重ねのシート状物
を１５０℃に維持したホットプレスで１０　ｋｇ／Ｃｍ
’の圧力を加えて６分間熱圧成形した。

シート状物から水分が蒸発し、比重が０．６８で厚さ９
■ｌの正方形の積層板を得た。約１週間室温にて養生し
た後、ＪＩＳ　　Ａ　　５９０８に準じて積層板の曲げ
強度及び剥離強度を測定した。

その結果平均曲げ強度は常態で７２０　ｋｇｆ／ｃｍ’
、煮沸繰返し処理で３３０　ｋｇｆ／ｃｍ’、平均剥離
強度は常態で６　、６　ｋｇｆ／ａｍ’であった。

〈比較例１〉 実施例１のシート状物の接着剤の代わりに、市販のフェ
ノール樹脂接着剤（［ホーネンコーポレーション製ＰＦ
−１０９）　８００　ｇに専用の充填剤（■ホーネンコ
ーポレーション製ＥＰ−９０５）　８０　ｇを加えて接
着糊を調製し、この接着糊を用いた以外は実施例１と同
様にして積層板を製造した。

この積層板の曲げ強度及び剥離強度を実施例１と同様に
測定したところ、平均曲げ強度は常態で３６０　ｋｇｆ
／ｃｍ”、煮沸繰返し処理で１７０　ｋｇｆ／ｃが、平
均剥離強度は常態で４　、３　ｋｇｆ／ｃ＋ａ”であっ
た。

このことから、本発明の積層板は従来のものより強度が
約２倍高いことが判明した。

〈実施例２〉 １７本のとうもろこし茎から葉、袴及び曲った茎部分を
切落とした後、３０ｃｍの直線部分のとうもろこし茎を
繊維方向に切開いて圧延し圧延茎を形成した。この圧延
茎４枚を一組として配列し、１　ａ＋ｍＸ　３００ｍ＋
ａＸ　３００ｍｍのシート状物を得た。

このシート状物１４枚のそれぞれの両面に実施例１の接
着糊をローラコーティングした。接着糊の使用量は５０
ｇであった。最初に４枚のシート状物を繊維方向を同一
にして重ね合わせ、次にこの４枚のシート状物の繊維方
向と繊維方向が直交するように６枚のシート状物を重ね
合わせ、更に最初の４枚重ねのシート状物の繊維方向と
同一にして４枚のシート状物を重ね合わせた。１４枚重
ねのシート状物を１５０℃に維持したホットプレスで１
５　ｋｇ／ａｍ”の圧力を加えて７分間熱圧成形した。

シート状物から水分が蒸発し、比重が０．６１で厚さ１
２＋ｏ■の正方形の積層板を得た。実施例１と同様に養
生した後、ＪＩＳ　　Ａ　　５９０８に準じて積層板の
常態曲げ強度を測定したところ、平均で４２２　ｋｇｆ
／ｃ＋＋１であった。

〈実施例３〉 砂糖きびの絞り粕の細片５００ｇとフェノール５００ｇ
とを１文容積の溶解缶に入れ、濃硫酸１２ｇを添加して
１５０℃まで昇温した。この状態を約２時間維持し、砂
糖きびの細片をフェノールに溶解した。

次にこの溶液２００ｇと３７％ホルマリン５４０ｇとを
１立容積の反応缶に入れ、攪拌しながら４０％苛性ソー
ダ水溶液１００ｇを加えて、８５〜９０℃の温度下で５
０分反応させ、その後急冷して接着剤を調製した。この
接着剤８００ｇに増量剤として木粉８０ｇと充填剤とし
て炭酸ナトリウム８０ｇを加えて接着糊を得た。

次に高りゃん茎をナイフにより繊維方向に２分割した後
、圧延機により圧延した。この圧延茎を配列して１　ｍ
ｍＸ　３００ｍｍＸ　３００ｍｍのシート状物を得た。

このシート状物を８枚用意し、各シート状物の茎皮側と
反対面の芯側に前記接着糊をローラコーティングにより
塗布した。接着糊の使用量は５０ｇであった。最初に２
枚のシート状物を繊維方向を同一にして重ね合わせ、次
にこの２枚のシート状物の繊維方向と繊維方向が直交す
るように４枚のシート状物を重ね合わせ、更に最初の２
枚重ねのシート状物の繊維方向と同一にして２枚のシー
ト状物を重ね合わせた。８枚重ねのシート状物を１５０
℃に維持したホットプレスで１５ｋｇ／ｃｍ”の圧力を
加えて５分間熱圧成形した。

シート状物から水分が蒸発し、比重がｏ、５３で厚さ６
ｍｍの正方形の積層板を得た。実施例１と同様に養生し
た後、ＪＩＳ　　Ａ　　５９０８に準じて積層板の常態
曲げ強度を測定したところ、平均で２８７　ｋｇｆ／ｃ
ｍ”であった。

実施例２及び３の結果がら、これらの積層板はともに工
業的に優れた強度を有することが判った。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明第２の方法により製造された積層材の斜
視図。 第２図は本発明第３の方法により製造された積層材の斜
視図。 第３図は本発明第４の方法の製造工程図。 １０．２０，３０：積層材、

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）複数のイネ科の植物茎から葉又は袴の部分を切除し
   かつ茎の直線部分を残して切落とし、前記切除又は切落
   としにより、生じた断片、茎屑、葉又は袴の部分をフェ
   ノール類に溶解した後、この溶液にアルデヒド化合物及
   び酸触媒又はアルカリ触媒を加えて接着剤を調製し、 複数の直線部分の植物茎をそのままの状態で互いに平行
   にかつ密接に配列して植物茎層を形成し、前記植物茎層
   に前記接着剤を塗布し、 前記複数の植物茎層を積層して加圧成形する積層材の製
   造方法。 ２）複数のイネ科の植物茎から葉又は袴の部分を切除し
   かつ茎の直線部分を残して切落とし、前記切除又は切落
   としにより生じた断片、茎屑、葉又は袴の部分をフェノ
   ール類に溶解した後、この溶液にアルデヒド化合物及び
   酸触媒又はアルカリ触媒を加えて接着剤を調製し、 複数の直線部分の植物茎をそれぞれ繊維方向に切開かず
   に扁平にして複数の扁平茎を形成し、前記複数の扁平茎
   を互いに平行にかつ密接に配列して扁平茎層を形成し、 前記扁平茎層に前記接着剤を塗布し、 前記複数の扁平茎層を積層して加圧成形する積層材の製
   造方法。 ３）複数のイネ科の植物茎から葉又は袴の部分を切除し
   かつ茎の直線部分を残して切落とし、前記切除又は切落
   としにより生じた植物茎の断片、茎屑、葉又は袴の部分
   をフェノール類に溶解した後、この溶液にアルデヒド化
   合物及び酸触媒又はアルカリ触媒を加えて接着剤を調製
   し、複数の直線部分の植物茎をそれぞれ繊維方向に切開
   き又は２分割し、前記切開き又は２分割した複数の分割
   茎をそれぞれ芯を有したまま扁平にして複数の扁平分割
   茎を形成し、 前記複数の扁平分割茎を互いに平行にかつ密接に配列し
   て扁平分割茎層を形成し、 前記扁平分割茎層及び請求項１記載の扁平層に前記接着
   剤を塗布し、 前記複数の扁平分割茎層及び扁平層を交互に積層して加
   圧成形する積層材の製造方法。 ４）複数のイネ科の植物茎から葉又は袴の部分を切除し
   かつ茎の直線部分を残して切落とした後、前記複数の直
   線部分の植物茎をそれぞれ繊維方向に切開き又は２分割
   し、 前記複数の切開き又は２分割した直線部分の植物茎から
   芯を除去し、 前記切除又は切落としにより生じた植物茎の断片、茎屑
   、葉又は袴の部分と前記除去した芯をフェノール類に溶
   解した後、この溶液にアルデヒド化合物及び酸触媒又は
   アルカリ触媒を加えて接着剤を調製し、 前記除芯した複数の直線部分の植物茎をそれぞれ切開き
   又は２分割した状態で圧延して片面が茎皮からなる複数
   の圧延茎を形成し、 前記複数の圧延茎を互いに平行にかつ密接に配列してシ
   ート状物を形成し、 前記シート状物に前記接着剤を塗布し、 前記複数のシート状物を積層して加圧成形する積層材の
   製造方法。 ５）前記切除又は切落としにより生じた植物茎の断片、
   茎屑、葉又は袴の部分或いは前記除去した芯をフェノー
   ル類に溶解した後、この溶液にアルデヒド化合物及び酸
   触媒又はアルカリ触媒を加えて調製された接着剤に、イ
   ソシアネート系樹脂接着剤、熱硬化性樹脂接着剤、常温
   硬化性樹脂接着剤又は水性エマルジョン樹脂接着剤から
   選ばれた１種又は２種以上の接着剤とを混合して塗布す
   る請求項１ないし４いずれか記載の積層材の製造方法。