JPH11509149A - 木材／プラスチック複合材料、その製法および使用 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、バインダーがポリオール、水およびポリイソシアネートからなる二酸化炭素除去二液型ポリウレタンバインダーである、木片および／またはセルロース含有材料および少なくとも１つのバインダーをベースとする木材-プラスチック複合材料を提供する。バインダーは、木片および／またはセルロース含有材料100重量部に基づき10〜200重量部の量で存在し、複合材料は、木片および／またはセルロース含有材料と、バインダーとを少なくとも１kg/cm²、好適には50〜100kg/cm²の圧力下に反応させることによって得られる。

Description

【発明の詳細な説明】 木材/プラスチック複合材料、その製法および使用 本発明は、改善された耐水性を示すホルムアルデヒド非含有プラスチック/木 材複合材料、その製法および使用に関する。 れ以下の記載）によれば、木材をベースとする材料は、以下のような部類の半製 品に分類することができる。 木材チップボードまたはパーティクルボードは、一般に、機械的に調製した木 材チップまたは木材含有部分を加圧しながらバインダーによって接着して製造さ れるボードであると、理解されている。用いられる合成樹脂またはバインダーは 、尿素樹脂、アミノプラスチック、フェノール樹脂または、尿素樹脂、メラミン 樹脂およびホルムアルデヒド樹脂の混合樹脂から選択される。イソシアネート、 特にジフェニルメタンジイソシアネートをベースとする物質および架橋性ポリマ ーも使用される。チップボードの特性は、用いたチップの寸法や形状や配置およ び合成樹脂またはバインダーの量(約５〜10%)によって変化させることができる 。高品質ボードは、微粒子表面層を有する数個の層を含む。家具製造の用途につ いては、チップボードに、装飾フィルム、プライマーフィルムおよびベニヤを被 覆することができる。なお、密度を基準として分類すれば、中密度500〜800kg/m³ のフラットプレスト(flatpressed)ボードと密度約300kg/m³の軽量フラットプレ ストボードの間に入る。 CA100:104746(JP-A-58185670に対応)は、4,4'-ジフェニルメタンジイソシアネ ート成分をベースとするチップボード用のバインダーを開示する。この文献によ れば、チップボードを水で湿潤させ、これにより上記ジイソシアネートを、150 ℃/25kg/cm²のホットプレスの間に反応させることができる。得られたポリウレ タン含有チップボードは、曲げ強度が改善されている。 木材-繊維チップボードは、木材繊維またはリグノセルロース含有材料から製 造される。フィブリル化装置の加熱作用、湿潤作用および機械的圧力によって、 リグニン、セルロースおよびヘミセルロースを含む原料は、繊維状の基本構成成 分に、個々の繊維形態および繊維束の形態で分解する。製造工程の間において、 繊維材料は、成形、圧縮およびプレスされる。この目的に、繊維のマット化およ び天然の結合力が主として使用される。この結合力は、結合剤および疎水化剤の 添加並びに熱処理および他の後処理によって増加させることができる。このよう にして、意図した用途に物性および強度特性を適合させることができる。 DIN 68 753によれば、木材-繊維チップボードは、800kg/m³を越える密度の硬 質ボード、350kg/m³〜800kg/m³の密度の半硬質ボードおよび230〜350kg/m³の多 孔質ボードに分類される。湿潤法および乾燥法の両方法によれば、結合および疎 水化のために、製造した木材-繊維チップボード１メートルトン当たり25kgまで の樹脂および1.5〜20kgのパラフィンが必要である。現在主流である湿潤法では 、化学用水は、2.0〜2.5%までの可溶性材料の含量で循環させる必要があり、こ れには、65℃までの水温の高いエネルギー強度が必要である。加えて、ホルムア ルデヒドは、高濃度循環水による木材-チップボードの厄介な汚染を回避するに は、0.02〜0.2%の量で添加しなければならない。 現在、半硬質木材-繊維チップボードは、主としてホルムアルデヒド含有縮合 樹脂製の中密度繊維板(MDF)として半製品の形態で市販されている。しかしなが ら、このような製品は、場合により数年間も発癌性のホルムアルデヒド蒸気を連 続的に放出するため、生態学的観点から、望ましいものではない。家具産業では 、中密度繊維板に被覆を施してホルムアルデヒドの放出を規制限界値以下にし、 これにより、このような状況を回避している。加えて、中密度繊維板は、35〜85 %の代表的な湿度で天然の木材よりも寸法安定性が高いが、ある種の用途では尚 不十分である。また、合成尿素-ホルムアルデヒドバインダー製の中密度繊維板 は、高湿度環境、特に水において適していない。 木材/プラスチック複合材料は、木材をモノマーまたはプレポリマーで処理し て得られる、木材とプラスチックの組み合わせであると理解されている。木材／ プラスチック複合材料は、木材に液体出発物質を含浸させ、その後含浸したモノ マーを重合させてなる複合材料である。実際には、液体モノマーおよび溶液、例 えばスチレン中に溶解した不飽和ポリエステルまたはメタクリレートプレポリマ ーが、好適に使用されている。プレポリマーは、主として木材強度、とりわけそ の硬度および圧縮強度を増加させる。最後に、天然木材の美的作用を損なわない ばかりでなく、多くの場合、実際にはこれを向上させている。このような利点に も拘わらず、木材／プラスチック複合材料は、これまで、特定の用途、例えば寄 木張り床、スポーツ用具、台所用品および工具の柄としてもっぱら非常に限られ た程度で使用されているにすぎない。 木材／プラスチック複合材料の純粋な含浸法とは対照的に、スキンプレッグ（ skinpreg）法は、プラスチックによる表面含浸を含んでなり、プラスチックは、 完全には木材中に含浸せずに軽い押圧によって木材の種々の深さに浸透する。 CA 111:59849（JP-A-01045440に対応）は、充填材としておが屑を含むイソシ アネートまたはホルムアルデヒドベース木材／発泡体複合材料を開示する。得ら れた発泡体は、密度0.35g/m³を有すると共に、非常に高い強度を示す。おが屑ま たは木材粉末は、通常、非常に小さい寸法に減少した木材であって、これは、充 填補助材、充填材、粗い繊維被膜用の添加材などとして使用されている。しかし ながら、上記文献は、発泡体が高圧下に製造されることについて、全く示唆して いない。なお溶剤が使用されている。 CA 111:9171（JP-A-63303703）は、成形の前後に水またはスチームに接触させ る、植物繊維または植物粒子、より好適には木材粉末およびウレタンプレポリマ ーからなる複合材料を開示する。この種の複合材料は、密度0.29g/cm³、圧縮強 度5.3kg/cm²および引張強度3.4kg/cm²を有する。しかしながら、この文献は、複 合材料が大気圧以上の圧力で製造されることについて、直接的にも間接的にも全 く示唆していない。 したがって、本発明が解決しようとする課題は、現在主流の中密度繊維板中の 必須成分であるホルムアルデヒド含有バインダーの使用を回避すると共に有利な 性能特性を示す、新規な木材/プラスチック複合材料を提供することである。 この課題は、請求項１の特徴によって解決される。 本発明は、木片および／またはセルロース含有材料および少なくとも１つのバ インダーをベースとする木材-プラスチック複合体であって、 上記バインダーは、ポリオール、水およびポリイソシアネートからなる二酸化 炭素除去二液型ポリウレタンバインダーであって、木片および／またはセルロー ス含有材料100重量部に基づき10〜200重量部の量で存在すること、および 複合体は、木片および／またはセルロース含有材料と、バインダーとを少なく とも１kg/cm²、好適には50〜100kg/cm²の圧力下に反応させることによって得ら れる ことを特徴とする複合体を提供する。 複合材料の内部でさえも、木材硬度が著しく増加していることから見て、木材 対バインダーの重量比、木片の寸法および適用圧力に応じて、木材は、その表面 また全体がポリウレタンによって強化され、木材は、１つの木材／プラスチック 複合材料として存在するものと、考えられる。 本発明の木材/プラスチック複合材料は、先行技術に比し、以下の利点を有す る： ・前記した既知の木材ベース材料とは対照的に、本発明の複合材料は、所望の形 態、すなわちボード、ストリップ、キューブ、スクエアーなどの形態で製造する ことができる。 ・本発明の複合材料は、密度0.40〜0.65g/cm³であるので、軽量の建築材として 適している。このため、本発明の複合材料は、ホルムアルデヒド使用に伴う問題 が生じることなく、軽量および中重量フラットプレストボードまたは半硬質ない し硬質木材-繊維チップボード用の代用品となる。 ・本発明の複合材料は、室温の水において膨潤しない。すなわち、24時間後の水 （20℃）中での厚みの増加は、６〜12mmまたは＞35mmの厚みについて、＜４%ま たは１%である。 ・現在なお使用されている多くの木材ベース材料および中密度繊維板とは対照的 に、本発明の複合材料は、ホルムアルデヒドを含まずかつ難燃性である。 ・本発明の複合材料は、直径５mmの木材用ネジを、何ら裂けることなくねじ込む ことができるような弾性を示す。 ・本発明の複合材料は、またSpaxネジ、即ち幅広のネジ山を有するネジのために ネジ山を形成できるような寸法安定性を示す。 ・本発明の複合材料は、ポリウレタンとして存在するため、容易に塗布すること ができる。 ・最後に、本発明の複合材料は、均一性を特徴とする。すなわち、通常の層形成 が存在せず、特に内層および外層が存在しない。 本発明の木材/プラスチック複合材料の好適な一具体例によれば、木材出発材 料として、軟材、例えばスプルース材、マツ材、モミ材、カラマツ材、カバ材、 ハンノキ材、トチノキ材、ハコヤナギ材、ヤナギ材、ポプラ材およびライム材を 使用する。しかしながら、硬木、例えばブナ材、サンザシ材、サクラ材、トリネ コ材、カエデ材、クルミ材、リンゴ材、セイヨウナシ材、イチイ材またはオーク 材を用いる。軟材と硬木の混合物も使用することができる。 本発明の好適な一具体例によれば、本発明の複合材料中のセルロース含有材料 として、植物繊維、例えば綿、ジュート、亜麻、大麻、ジンビ、シザル麻、ラミ ー麻、ココヤシ繊維、イトラン繊維または化学変性繊維、例えばビスコースレー ヨンおよびレーヨンステープル、、クオックサム(cuoxam)繊維、アセテート繊維 、紙糸およびセルロース系糸を使用することができる。 木片は、本発明の複合材料において、最大で５mm（厚み）×20mm（幅）×50mm （長さ）の寸法で木材チップおよび／または木片の形態またはセルロース含有材 料として存在する。0.5〜３mmの厚み範囲、１〜15mmの幅範囲および３〜40mmの 長さ範囲が、好適である。 本発明の複合材料の木片またはセルロース含有材料の湿分含量は、通常５〜20 重量％である。所望により、湿分含量は、水またはスチームによる湿潤によって 増加させることができ、また高温の乾燥によって低下させることができる。しか しながら、湿分含量は、好適には周囲温度における複合材料の平衡湿分含量に相 当する。 本発明の組成物は、ワイヤ、ケーブル、金網、ロッドなどを、例えば安定化の ために含むことができる。 本発明の複合材料に使用される二液型ポリウレタンバインダーは、少なくとも １つのポリオールと少なくとも１つのポリイソシアネートとの反応生成物からな る。 ２つの反応体の用量は、常にポリイソシアネートが過剰に存在するように選択 される。即ち、NCO基：OH基の当量比は、5:1、好適には2:1〜1.2:1である。 用いられるポリイソシアネートは、通常脂肪族、脂環式または芳香族ジイソシ アネートまたはトリイソシアネートである。 ポリイソシアネートは、好適には、平均して２まで、最大で４つのNCO基を含 む。好適なイソシアネートの例は、1,5-ナフタレンジイソシアネート、4,4'-ジ フェニルメタンジイソシアネート(MDI)、水添MDI(H₁₂MDI)、キシレンジイソシア ネート(XDI)、テトラメチルキシレンジイソシアネート(TMXDI)、4,4'-ジフェニ ルジメチルメタンジイソシアネート、ジおよびテトラアルキルジフェニルメタン ジイソシアネート、4,4'-ジベンジルジイソシアネート、1,3-フェニレンジイソ シアネート、1,4-フェニレンジイソシアネート、トリレンジイソシアネート(TDI )の異性体、所望により混合物として、１-メチル-2,4-ジイソシアナトシクロヘ キサン、1,6-ジイソシアナト-2,2,4-トリメチルヘキサン、1,6-ジイソシアナト- 2,4,4-トリメチルヘキサン、1-イソシアナトメチル-3-イソシアナト-1,5,5-トリ メチルシクロヘキサン（IPDI）、塩素化および臭素化ジイソシアネート、リン含 有ジイソシアネート、4,4'-ジイソシアナトフェニルパーフルオロエタン、テト ラメトキシブタン-1,4-ジイソシアネート、ブタン-1,4-ジイソシアネート、ヘキ サン-1,6-ジイソシアネート(HDI)、ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート、 シクロヘキサン-1,4-ジイソシアネート、エチレンジイソシアネート、フタル酸- ビス-イソシアナトエチルエステルである。他の重要なジイソシアネートは、ト リメチルヘキサメチレンジイソシアネート、1,4-ジイソシアナトブタン、1,12- ジイソシアナトドデカンおよび二量体脂肪酸ジイソシアネートである。また、自 己架橋型ポリウレタンの形成が可能な、部分的にマスクしたポリイソシアネート 、例えば二量体トリレンジイソシアネートも重要である。最後に、プレポリマー 、すなわち数個のイソシアネート基を含有するオリゴマーも使用することができ る。 プレポリマーは、大過剰のモノマーポリイソシアネートを用い、例えばジオール の存在下に得られる。HDIのイソシアヌレート化生成物およびHDIのビウレタン化 生成物も使用することができる。 好適に使用されるジイソシアネートまたはポリイソシアネートは、芳香族イソ シアネート、例えば純粋な異性体形態または2,4'-異性体と4,4'-異性体の混合物 形態のジフェニルメタンジイソシアネート、またはカルボジイミド液化ジフェニ ルメタンジイソシアネート(MDI)であり、これは、例えばIsonate 143 Lとして市 販されている。いわゆる「粗MDI」、即ち市販のMDI異性体／オリゴマー混合物、 例えばPAPIまたはDesmodur VKも使用することができる。加えて、いわゆる「疑 似プレポリマー」、即ちMDIまたはトリレンジイソシアネート(TDI)と低分子量ジ オール、例えばエチレングリコール、ジエチレングリコール、プロピレングリコ ール、ジプロピレンフェニルグリコールまたはトリエチレングリコールとの反応 生成物も好適である。 バインダーに適したジオールおよび／またはポリオールは、１分子当たり２ま たは３のヒドロキシ基を含む液体ポリヒドロキシ化合物、例えば分子量範囲200 〜6,000、好適には400〜3,000の二官能性および／または三官能性ポリプロピレ ングリコールである。エチレンオキシドおよびプロピレンオキシドのランダムお よび／またはブロックコポリマーも使用することができる。好適なポリエーテル ポリオールの別の群は、ポリテトラメチレングリコールであり、これは、例えば テトラヒドロフランの酸性重合によって得られる。ポリテトラメチレングリコー ルの分子量は、200〜6,000、好適には40〜4,000である。 他の好適なポリオールは、ジおよびトリカルボン酸、例えばアジピン酸、セバ シン酸およびグルタル酸と、低分子量ジオールおよびトリオール、例えばエチレ ングリコール、プロピレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレング リコール、ジプロピレングリコール、ブタン-1,4-ジオール、ヘキサン-1,6-ジオ ール、グリセロールまたはトリメチロールプロパンとの縮合によって得られる液 体ポリエステルである。 本発明の使用に適したポリオールの別の群は、「ポリカプロラクトン」として 既知のε-カプロラクトンをベースとするポリエステルである。 しかしながら、油化学物質源のポリエステルポリオールも使用することができ る。油化学物質ポリエステルポリオールは、例えば、少なくとも部分的にオレフ ィン系不飽和の脂肪酸含有脂肪混合物のエポキシ化トリグリセリドを１〜12の炭 素原子を含む１またはそれ以上のアルコールと完全に開環反応させ、その後トリ グリセリド誘導体を部分的にエステル交換させて、１〜１２の炭素原子をアルキ ル基に含むアルキルエステルポリオールを形成することによって得ることができ る。他の好適なポリオールは、ポリカーボネートポリオールおよび二量体ジオー ル(Henkel KGaA)、特にひまし油およびその誘導体である。市販のヒドロキシ官 能性ポリブタジエン、例えば「Poly-bd」も、本発明の複合材料のポリオールと して使用することができる。 本発明は、木材／プラスチック複合材料を製造する方法であって、木片および ／またはセルロース含有材料を、まずポリオール成分と混合し、得られた混合物 に、他の成分、好適には過剰量のポリイソシアネートを添加し、均一にし、均一 にした混合物を、所望により離型剤を被覆した加圧密閉形金型内に導入して、反 応混合物を、少なくとも１kg/cm²の圧力下に反応させ、次いで複合材料を、冷却 後に金型から取り出すことを特徴とする方法を提供する。 前記した混合および反応工程は、温度10〜30℃、より好適には室温(18〜25℃) で実施される。本発明の方法の加圧処理は、自生圧の条件下に反応混合物を反応 させることによって出発する。しかしながら、要すれば、不活性ガスまたはスチ ームの形態で、常法により外部から加圧してもよい。 本発明の方法によれば、金型における反応、したがって複合材料の形成は、５ 〜30分間、好適には10〜20分間かかる。 本発明の方法では、加圧密閉形金型を用いる。 器と複合材料の間に適用する。しかしながら、場合により品番39-5001、39-4487 、37-3200および36-3182 Acmos（PUR用の離型剤）が好適に使用される。 最後に、本発明は、前記した種類の複合材料または前記した方法によって製造 した複合材料の、ボード、ストリップ、キューブ、スクエアー形態での好適には 湿潤環境または戸外における使用を提供する。本発明は、また前記した方法によ って得られる複合材料の、建築業の外装目的の半製品としての使用を提供する。 また本発明の複合材料は、包装材、床材、階段または装飾用ビームとして使用す ることができる。複合材料のこれらの使用には、車両、好適には自動車、例えば 乗用車およびキャンピングカーだけでなく、トレーラー、船および航空機の内装 品が包含される。これとは別の態様として、本発明の複合材料は、戸外もしくは 家屋内または建物内の区画、特にキッチンまたはバスルームにおける装飾目的に 使用することができる。 実施例 次に、実施例を挙げて本発明を説明する。 実施例１ A）出発物質 a）ポリオール成分： グリセロール、エチレンオキシドおよびプロピレンオキシド をベースとする三官能性ポリエーテルポリオール 83.8 グリセロール 6.0 エチレンオキシドで変性した大豆油ポリオール 6.0 水 2.2 Tegostab Ｂ 8404（Goldschmidt） 1.3 ジラウリン酸ジブチルスズ 0.7 b）イソシアネート成分： ジフェニルメタン-4,4'-ジイソシアネート 100 （粘度200〜220mPaを有する粗MDI） B）製造 1500ｇの木材チップ（松材、４cmまでの長さ）を1,000ｇの発泡体系ポリオー ル成分と激しく混合した。1,000ｇのイソシアネートを添加して再度混合した後 、混合物を寸法約6.5dm³の金属製金型内に迅速に導入した。金型を直ちに 蓋で密閉した。30分後、発泡体含有木材／プラスチック複合材料を金型から取り 出した。 得られた複合材料は、密度0.6g/cm³および滑らかな表面を有し、木材と同様な 機械的な処理を行うことができ、例えば、ノコギリで切断したり、かんなで削っ たり、サンドペーパーをかけたり、ドリルで穴をあけることができる。また、こ の材料は、ねじ切りすることができる。 C）用途 製造実施例で得られた複合材料を、中密度繊維板（MDFボード）の品質と比較 した。この中密度繊維板は、ホルムアルデヒド含有縮合樹脂から製造したもので 、厳格に同じ厚みを有する。とりわけ、本発明の複合材料は、中密度繊維板に比 し、水分吸収が著しく低いことが判明した。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ティーレ，ロータル ドイツ連邦共和国デー−42799ライヒリン ゲン、ロスレンブルフ14番 (72)発明者 コールシュタット，ハンス−ペーター ドイツ連邦共和国デー−42549フェルバー ト、フィルヒョシュトラーセ16アー番

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．木片および／またはセルロース含有材料および少なくとも１つのバインダ ーをベースとする木材-プラスチック複合材料であって、 上記バインダーは、ポリオール、水およびポリイソシアネートからなる二酸化 炭素除去二液型ポリウレタンバインダーであって、木片および／またはセルロー ス含有材料100重量部に基づき10〜200重量部の量で存在すること、および 複合材料は、木片および／またはセルロース含有材料とバインダーとを少なく とも１kp/cm²、好適には50〜100kp/cm²の圧力下に反応させることによって得ら れる ことを特徴とする複合材料。 ２．木片の木材出発材料として、軟材、例えば針葉樹材または硬木、例えばブ ナまたはオークを用いる請求項１記載の複合材料。 ３．セルロース含有材料として、植物繊維、例えば綿、ジュート、亜麻、大麻 または化学変性繊維、例えばレーヨンステープルを用いる請求項１または２記載 の複合材料。 ４．木片を、最大で１mm（厚み）×20mm（幅）×50mm（長さ）の寸法を有する 木材チップまたは木材粉末の形態で用いる請求項１〜３のいずれかに記載の複合 材料。 ５．木片および／またはセルロース含有材料の湿分含量は、５〜２重量%であ る請求項１〜４のいずれかに記載の複合材料。 ６．さらに、インサートまたは補強材を、例えばワイヤ、ケーブル、金網また はロッドの形態で含む請求項１〜５のいずれかに記載の複合材料。 ７．ポリイソシアネートは、ジイソシアネートまたはトリイソシアネート、よ り好適にはジフェニルメタン-2,2'-ジイソシアネート(粗生成物)である請求項１ 〜６のいずれかに記載の複合材料。 ８．ポリオールは、ポリエーテルまたはポリエステルポリオールと水とのジオ ール／トリオール混合物である請求項１〜７のいずれかに記載の複合材料。 ９．密度0.40g/cm³〜0.65g/cm³を有する請求項１〜８のいずれかに記載 の複合材料。 １０．請求項１〜９のいずれかに記載の複合材料を製造する方法であって、 a)木片および／またはセルロース含有材料を、まずポリオール成分と混合し、 b)得られた混合物に、他の成分、好適には過剰量のポリイソシアネートを添加 し、均一にし、 c)均一にした混合物を、所望により離型剤を被覆した加圧密閉形金型内に導入 して、反応混合物を、少なくとも１kg/cm²の圧力下に反応させ、次いで d)金型から成形品を取り出す ことを特徴とする方法。 １１．上記工程（a）〜工程（c）は、温度10〜30℃、好適には室温(18〜25℃) で実施する請求項１０記載の方法。 １２．上記工程(c)の反応混合物の反応は、自生圧の条件下に実施する請求項 １０記載の方法。 １３．工程（c）の反応時間は、5〜30分、好適には10〜20分である請求項１０ 記載の方法。 １４．前記金型として、密閉式金属製またはプラスチック製金型を用いる請求 項１０〜１３のいずれかに記載の方法。 １５．請求項１〜９のいずれかに記載の複合材料または請求項１０〜１４のい ずれかに記載の方法によって製造される複合材料の、ボード、ストリップ、キュ ーブ、スクエアーなどの形態での好適には湿潤環境または戸外における使用。 １６．請求項１〜９のいずれかに記載の複合材料または請求項１０〜１４のい ずれかに記載の方法で製造される複合材料の、建設業の半製品または外装材とし ての使用。 １７．請求項１〜９のいずれかに記載の複合材料または請求項１０〜１４のい ずれかに記載の方法で製造される複合材料の、包装材、床材、階段または装飾用 ビームとしての使用。 １８．車両、好適には自動車、例えば乗用車およびキャンピングカーだけでな くトレーラー、船および航空機の内装品としての請求項１７記載の使用。 １９．戸外もしくは家屋内または建物内の区画、特にキッチンまたはバスルー ムにおける装飾目的のための、請求項１６記載の使用。