JPH08510416A - 再生可能原料からの複合材料の製造法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 所定の温度および時間分布に従って水を添加することによりバインダーとしての澱粉を成型し、ボードおよび成型品を形成することからなる、天然原料が、特に、繊維形態である再生可能な原料からの複合材料の製造法を提供する。この方法の利点は該材料が十分に生分解性であり、有害物質を含まないことである。

Description

【発明の詳細な説明】 再生可能原料からの複合材料の製造法 本発明は、再生可能原料からのバインダーを含有する生分解性の天然繊維材料 （木材、織物繊維、紙等）の製造法に関する。かかる方法は、例えば、環境適合 性のホルムアルデヒド不含のパーティクルボードの製造において益々その重要性 が増している。 木材チップまたは木材繊維製の複合材料の大部分は家具または建築事業におい て平板ボードの形態で使用されている。製紙または繊維工業におけるとは異なり 、澱粉ペーストは木材工業では全く使用されていないか、合成樹脂接着剤用のエ キステンダーとして供されているに過ぎない。 これまで、ボード状木材製品の製造には、塩基性石油化学物質からの有機バイ ンダーが主に採用されてきた。そのような合成バインダーのほんのわずかな部分 でも再生可能な原料製のバインダーに置き換えられれば、実質的にエコロジカル かつマクロ経済的な利点がもたらされる。 従来のボード状材料の製造法において、例えば、木材繊維は合成バインダーを 用いるホットプレスにより製造されている。合成バインダーは、化学反応（重合 、重付加等）により架橋または硬化されている。これらの化学反応の間、木材粒 子は外部圧力により、それらの嵩密度に対応するよりも高い圧縮度を示すように なる。合成バインダーの硬化により、木材粒子の弾性回復が減少する。この加圧 プロセスは、バインダーにより復元力が十分に吸収されたときに完了する。従来 の全ての製造法は、木材粒子を接着剤の適用前に硬化させる点で共通している。 合成バインダーの割合によって、接着剤適用後、１０〜１５％の木材チップ水分 がもらされる。ホットプレスの間に生じる水蒸気圧により、従来の製造法におけ るより高い木材チップ水分は、ボードの横断方向に材料中に過剰の引張強さの張 力応力を生ずる。プレスを開いた後、ボードがひび割れする。 本発明の目的は、十分に生分解性の、有害物質を含まない天然繊維材料の、環 境適合性で、原価効率のよい製造法を提供することである。 この目的は、請求の範囲に示す特徴を提供することにより達成される。 この目的を達成するにおいて、本発明は、十分に生分解性の天然繊維材料の製 造法で澱粉ベースバインダーを利用するという着想に基づき、工程を整合させ、 制御し、バインダー、水、所望により、さらなる添加剤の乾燥木材チップまたは 木材繊維の量に基づく量を選択し、かくして、ホットプレスの間の保持時間を最 適化し、所望の用途に応じて複合材料の機械的特性を形成する。繊維材料として 使用する木材チップの水分を、天然繊維混合物の溶媒および膨潤剤として用いる 。 澱粉および／またはデキストリンガムは、木材チップおよび木材繊維製の複合 材料の製造において、特に、必要な工程要件を、合成樹脂バインダーを使用する 際の原料に匹敵する量で置換可能な製品を製造できるように工業的生産に変更す る場合に経済的に有用でありうる。 種々の植物から得られる天然澱粉は冷水に不溶で、したがって、そのような状 態ではバインダーとして使用できない。澱粉にバインダー特性を与えるには、化 学的および／または物理的方法が要求される。用いる方法とは無関係に、澱粉は コロイド系に変更される。溶媒（水）の蒸発により、多かれ少なかれ接着により 他の物質と強固の結合できる固体マトリックスが生成する。 有利には、天然繊維に基づく本発明で製造される材料、ボード、成型品および 形材は全て再生可能な原料から製造される。これらは生分解性で、完全に有害物 質不含（ホルムアルデヒド不含）であり、高温用にも使用できる。 本発明の方法における加工の間の技術的パラメーターには、とりわけ、プレス 温度（例、１６０〜２２０℃）、型圧力、プレスクローズ速度、プレス時間、生 地温度および型相（超圧縮（supercompression）、開放、加熱期、検定（calibr ation）期）が包含される。 技術的パラメーターは処方パラメーターおよび原料の特性との関連で最適化さ れる。プレス関連のパラメーターに加えて、澱粉の膨潤に要求される水の量が、 プレス時間に関連する処方ファクターとなる。したがって、適当な添加剤をバイ ンダーに加えて、水−バインダー比を減じ、木材の水分を溶媒または膨潤剤とし て活用可能にすべきである。 原料混合物を適当な混合機、好ましくは、ナイフヘッドを有するプラウブレー ド（plow blade）ミキサーで調製する。例えば、木材チップ、水および澱粉粉の ような全ての原料を上記のようなミキサーに入れる。十分に混合した後、混合物 を型に入れ、短時間圧縮し、カバーし、加熱プレスに入れる。このケーキを、つ いで、所定の温度で特殊な方法を用いて成型し、型から外して仕上がったボード が形成される。かくして、種々の機械的特性を有する複合ボードが製造できる。 また、合板または装飾ボードを型に入れ、繊維複合ボード上にプレスすること ができる。 さらに、原料の混合物を、適当なダイを有する押出機で成型し、所望により、 押出しにより上記のボードにプレスすることができる。 再生可能な原料（例、澱粉）からのバインダーを用いる場合、結合方法は化学 反応によりもたらされるものではない。天然バインダーの硬化は水の蒸発により 開始される物理的方法である。硬化は乾燥の進行によって増加する。天然バイン ダーと反応性の合成バインダーとの間のかかる特徴的相違は、従来の製造法とは 実質的に掛け離れた、完全に異なる方法を要求する。 本発明の方法の具体例を以下に示す。 実施例１ 中細木材チップ１７６０ｇをナイフヘッドを有する１３０リットル・プラウブ レード・ミキサーに入れ、水５２０ｇを噴霧した。ついで、馬鈴薯澱粉５２０ｇ を加え、さらに１分間混合した。 この混合物のうち、５０％を取り出し、内径４２０×４２０ｍｍフレーム内の 金属シート上に均一に散布した。このバルクを７００Ｎの力で短時間圧縮した。 かくして得られたケーキをさらに金属シートでカバーし、加熱プレスに入れた。 ケーキを１７０℃のプレス温度で２秒間、１０ｍｍのレベルまで圧縮した。型 圧力を０．１Ｎ／ｍｍ²に２０分間保持した。プレス表面間の距離を１０ｍｍに １分間調整した。ついで、型を開放し、仕上がったボードを取り出した。 研究室での実験により、以下の結果が導かれた。 嵩密度：５３０ｇ／ｌ 曲げ強さ：１８Ｎ／ｃｍ² 実施例２ 中細木材チップ１７６０ｇをナイフヘッドを有する１３０リットル・プラウブ レード・ミキサーに入れ、水５２０ｇを噴霧した。ついで、コーンスターチ５２ ０ｇを加え、さらに１分間混合した。 この混合物のうち、５０％を取り出し、内径４２０×４２０ｍｍフレーム内の 金属シート上に均一に散布した。このバルクを７００Ｎの力で短時間圧縮した。 かくして得られたケーキをさらに金属シートでカバーし、加熱プレスに入れた。 ケーキを１７０℃のプレス温度で２秒間、１０ｍｍのレベルまで圧縮した。型 圧力を０．１Ｎ／ｍｍ²に２０分間保持した。プレス表面間の距離を１０ｍｍに １分間調整した。ついで、型を開放し、仕上がったボードを取り出した。 研究室での実験により、以下の結果が導かれた。 嵩密度：５４６ｇ／ｌ 曲げ強さ：１４Ｎ／ｃｍ² 実施例３ 中細木材チップ１７６０ｇをナイフヘッドを有する１３０リットル・プラウブ レード・ミキサーに入れ、水５２０ｇを噴霧した。ついで、カチオン化小麦澱粉 ５２０ｇを加え、さらに１分間混合した。 この混合物のうち、５０％を取り出し、内径４２０×４２０ｍｍフレーム内の 金属シート上に均一に散布した。このバルクを７００Ｎの力で短時間圧縮した。 かくして得られたケーキをさらに金属シートでカバーし、加熱プレスに入れた。 ケーキを１７０℃のプレス温度で２秒間、１０ｍｍのレベルまで圧縮した。型 圧力を０．１Ｎ／ｍｍ²に２０分間保持した。プレス表面間の距離を１０ｍｍに １分間調整した。ついで、型を開放し、仕上がったボードを取り出した。 研究室での実験により、以下の結果が導かれた。 嵩密度：５２８ｇ／ｌ 曲げ強さ：２１Ｎ／ｃｍ² 実施例４ 中細木材チップ１７６０ｇをナイフヘッドを有する１３０リットル・プラウブ レード・ミキサーに入れ、水５２０ｇを噴霧した。ついで、馬鈴薯澱粉５２０ｇ を加え、さらに１分間混合した。粗い木材チップ１７６０ｇをナイフヘッドを有 する１３０リットル・プラウブレード・ミキサーに入れ、水５２０ｇを噴霧した 。ついで、馬鈴薯澱粉５２０ｇを加え、さらに１分間混合した。 各混合物のうち、２５％を取り出し、内径４２０×４２０ｍｍフレーム内の金 属シート上につぎのようにして散布した：まず、細かい木材チップの半分、つい で粗い木材チップ、最後に細かい木材チップのもう一方の半分。このバルクを７ ００Ｎの力で短時間圧縮した。かくして得られたケーキをさらに金属シートでカ バーし、加熱プレスに入れた。 ケーキを１７０℃のプレス温度で２秒間、１１ｍｍのレベルまで圧縮した。型 圧力を０．１Ｎ／ｍｍ²に１４分間保持した。プレス表面間の距離を１０ｍｍに １分間調整した。ついで、型を開放し、仕上がったボードを取り出した。 研究室での実験により、以下の結果が導かれた。 嵩密度：５２４ｇ／ｌ 曲げ強さ：１９Ｎ／ｃｍ² 実施例５ 中細木材チップ１７６０ｇをナイフヘッドを有する１３０リットル・プラウブ レード・ミキサーに入れ、水５２０ｇを噴霧した。ついで、小麦澱粉５２０ｇを 加え、さらに１分間混合した。 この混合物のうち、５０％を取り出し、内径４２０×４２０ｍｍフレーム内の 金属シート上につぎのようにして散布した：まず、３ｍｍのベース層、ついで水 １００ｇ、ついで残りの混合物、最後に水１００ｇをシートの上に噴霧した。こ のバルクを７００Ｎの力で短時間圧縮した。かくして得られたケーキをさらに金 属シートでカバーし、加熱プレスに入れた。 ケーキを１９０℃のプレス温度で２０秒間、９．５ｍｍのレベルまで圧縮した 。プレス表面間の距離を１２．５ｍｍに１２分間調整した。つぎに、プレス表面 間 の距離を１０ｍｍに３分間調整した。ついで、型を開放し、仕上がったボードを 取り出した。 研究室での実験により、以下の結果が導かれた。 嵩密度：５５１ｇ／ｌ 曲げ強さ：１７Ｎ／ｃｍ²

【手続補正書】特許法第１８４条の８ 【提出日】１９９５年９月１日 【補正内容】 請求の範囲 １．澱粉ベースの生分解性バインダーで物理的に結合され、圧縮された再生可 能原料の繊維、特に、木材繊維製の複合材料であって、バインダーが乾燥澱粉コ ロイドのマトリックスである複合材料。 ２．澱粉ベースの生分解性バインダーで物理的に結合され、圧縮された再生可 能原料の繊維、特に、木材繊維製の複合材料の製造法であって、繊維材料および 膨潤できる澱粉を含むバインダーを水と混合して澱粉をコロイドに変え、ついで 、得られた混合物を加圧下に、可変開口側を有する加熱プレスで加熱し、圧力を 減じながら、所望の寸法が得られるまで乾燥する複合材料の製造法。 ３．生分解性の澱粉ベースバインダーを用いる、再生可能原料粒子製の複合材 料の製造法であって、バインダーの硬化および圧縮を、プレス表面間の距離、型 圧力、成型部の温度およびプレス時間の機能としての水の蒸発により物理的方法 で行う複合材料の製造法。 ４．バインダーが、天然または、例えば、馬鈴薯、マニオク、コーン、ワキシ ーコーン、高アミロース含量コーン、穀粉から誘導されるハイブリッド型の天然 澱粉または物理的および／または化学的に修飾した澱粉からなる澱粉誘導体を包 含する請求項２または３記載の複合材料の製造法。 ５．ａ）所定量の植物ベース原料および水を加え、混合機中で混合し、 ｂ）所定量のバインダーを加え、さらに混合し、 ｃ）混合物を型に入れ、所望により、水と交互に層にして、 ｄ）混合物を圧縮し、 ｅ）混合物を成型して複合材料を形成させる、 工程からなる請求項２、３または４記載の方法。 ６．ａ）所定量の植物ベース原料および水を加え、混合機中で混合し、 ｂ）所定量のバインダーを加え、さらに混合し、 ｃ）混合物を押出機に入れ、所望により、さらに水を加え、 ｄ）混合物を、とりわけ、２０〜２５０℃で圧縮し、 ｅ）混合物を押し出して複合材料を形成させる、 工程からなる請求項２、３または４記載の方法。 ７．混合機が、ナイフヘッドを有するプラウブレード・ミキサーである請求項 ５または６記載の方法。 ８．混合機が、植物ベース原料、水およびバインダーを計量するための計量装 置を含む請求項５、６または７記載の方法。 ９．混合物が５〜６０重量％の水および５〜６０重量％のバインダーを含有す る請求項５〜８いずれか１項記載の方法。 １０．植物ベース原料がリグノセルロース、木材、木材チップまたは綿のよう な天然繊維である請求項５〜９いずれか１項記載の方法。 １１．混合物を生地に加工する請求項５および７〜１０いずれか１項記載の方 法。 １２．工程ｅ）を高温で行う請求項５〜１１いずれか１項記載の方法。 １３．工程ｅ）を所定の温度、時間分布で行う請求項１２記載の方法。 １４．工程ｅ）を８０〜２５０℃で行う請求項１２または１３記載の方法。 １５．工程ｅ）において型圧力を１回以上変化させる請求項５〜１４いずれか １項記載の方法。 １６．工程ｅ）での型圧力が０．１〜５０Ｎ／ｍｍ²である請求項５〜１４い ずれか１項記載の方法。 １７．工程ｅ）でプレス表面間の距離を１回以上変化させる請求項５および７ 〜１６いずれか１項記載の方法。 １８．工程ｅ）で混合物をベニヤ合板または装飾ボードに適用する請求項５〜 １７いずれか１項記載の方法。 １９．再生可能原料がリグノセルロース、木材または天然繊維のような植物ベ ース原料である請求項２〜１８いずれか１項記載の方法。 ２０．請求項２〜１９いずれか１項記載の方法で得ることのできるボードおよ び成型品。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ポメランツ，ヴィンフリート ドイツ連邦共和国デー―32130エンガー、 エルンテヴェーク８番 (72)発明者 クレンケ，クルト ドイツ連邦共和国デー―47533クレーヴェ、 シュテッヒバーン63番 (72)発明者 シュミット，ハラルド ドイツ連邦共和国デー―46446エメリッヒ、 コッペルヴェーク13番 (72)発明者 ホイヤー，ヨアヒム ドイツ連邦共和国デー―47559クラーネン ブルク、メルゲルカンプ47番

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．再生可能原料の繊維、特に、木材繊維製の複合材料であって、繊維が澱粉 ベースの生分解性バインダーで物理的に結合されている複合材料。 ２．生分解性の澱粉ベースバインダーを用いる、再生可能原料粒子製の複合材 料の製造法であって、バインダーの硬化および圧縮を、プレス表面間の距離、型 圧力、成型部の温度およびプレス時間の機能としての水の蒸発により物理的方法 で行う複合材料の製造法。 ３．バインダーが、天然または、例えば、馬鈴薯、マニオク、コーン、ワキシ ーコーン、高アミロース含量コーン、穀粉から誘導されるハイブリッド型の天然 澱粉または物理的および／または化学的に修飾した澱粉からなる澱粉誘導体を包 含する請求項２または３記載の複合材料の製造法。 ４．ａ）所定量の植物ベース原料および液体添加物を加え、混合機中で混合し 、 ｂ）所定量のバインダーを加え、さらに混合し、 ｃ）混合物を型に入れ、所望により、液体添加物と交互に層にして、 ｄ）混合物を圧縮し、 ｅ）混合物を成型して複合材料を形成させる、 工程からなる請求項２または３記載の方法。 ５．ａ）所定量の植物ベース原料および液体添加物を加え、混合機中で混合し 、 ｂ）所定量のバインダーを加え、さらに混合し、 ｃ）混合物を押出機に入れ、所望により、さらに液体添加物を加え、 ｄ）混合物を、とりわけ、２０〜２５０℃で圧縮し、 ｅ）混合物を押し出して複合材料を形成させる、 工程からなる請求項２または３記載の方法。 ６．混合機が、ナイフヘッドを有するプラウブレード・ミキサーである請求項 ４または５記載の方法。 ７．混合機が、植物ベース原料、液体添加物およびバインダーを計量するため の計量装置を含む請求項４、５または６記載の方法。 ８．混合物が５〜６０重量％の液体添加物および５〜６０重量％のバインダー を含有する請求項４〜７いずれか１項記載の方法。 ９．液体添加物が水である請求項４〜８いずれか１項記載の方法。 １０．植物ベース原料がリグノセルロース、木材、木材チップまたは綿のよう な天然繊維である請求項４〜９いずれか１項記載の方法。 １１．混合物を生地に加工する請求項４および６〜１０いずれか１項記載の方 法。 １２．工程ｅ）を高温で行う請求項４〜１１いずれか１項記載の方法。 １３．工程ｅ）を所定の温度、時間分布で行う請求項１２記載の方法。 １４．工程ｅ）を８０〜２５０℃で行う請求項１２または１３記載の方法。 １５．工程ｅ）において型圧力を１回以上変化させる請求項４〜１４いずれか １項記載の方法。 １６．工程ｅ）での型圧力が０．１〜５０Ｎ／ｍｍ²である請求項４〜１４い ずれか１項記載の方法。 １７．工程ｅ）でプレス表面間の距離を１回以上変化させる請求項４および６ 〜１６いずれか１項記載の方法。 １８．工程ｅ）で混合物をベニヤ合板または装飾ボードに適用する請求項４〜 １７いずれか１項記載の方法。 １９．再生可能原料がリグノセルロース、木材または天然繊維のような植物ベ ース原料である請求項１〜１８いずれか１項記載の方法。 ２０．請求項１〜１９いずれか１項記載の方法で得ることのできるボードおよ び成型品。