JP2004001357A - Composite wood and its manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は複合木材及びその製造方法に関し、特に加工性等の木材としての優れた特性と、耐水性等の合成樹脂としての優れた特性を併有し、しかも所定の機械的強度を有する複合木材及びその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
最近、環境問題が社会的に注目されているが、特に二酸化炭素による地球温暖化が現実的になりつつある今日、樹木の伐採による森林破壊が大きな問題となっきている。通常、木材は伐採された樹木を乾燥して製材し、各種の用途に応じた形状や構造に加工されるのが一般的であるが、最終的には焼却処分されることが多く、木材が有効に利用されていなかった。
【0003】
他方、一般的に広く利用されているポリエチレンやポリプロピレン等のポリオレフィン系の熱可塑性樹脂は親油性を示し、親水性を示す木材、パルプ、紙、鋸屑等とは相互の濡れ性が悪いことから、上手く混ぜることができず、無理に混合しても相互の結合力が弱く、これらの複合材の製造は難しかった。
【0004】
そこで、木質材料とフェノール樹脂やエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂とを用いてファイバーボード、パーティクルボード、木質ブロック等の複合材料を製造する方法が種々提案されているが、熱硬化性樹脂を使用する関係でコスト高になっていた。
【0005】
これに対し、廃木材、間伐材あるいは木屑を木粉に粉砕し、木粉と溶融したポリオレフィン系の廃プラスチックとを混練し、押出し成形することにより製品とし、資源の有効利用を図る方法が提案されている(特許文献1、特許文献2、特許文献3、特許文献4、特許文献5、特許文献6、特許文献7、等参照)。
【0006】
【特許文献1】特公昭59−1304号公報
【特許文献2】特開昭58−217552号公報
【特許文献3】特公昭59−2455号公報
【特許文献4】特開昭59−217744号公報
【特許文献5】特公平03−64553号公報
【特許文献6】特開昭61−155436号公報
【特許文献7】特開平10−71636号公報
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来の木粉を用いる方法では複合木材の機械的性質を確保するためには木粉を乾燥して含有水分を所定量、例えば10%以下にする必要があり、製造工程が複雑であった。
【0008】
また、木粉の量を多くすると、溶融樹脂と上手く混練できず、実用的には木粉の量を合成樹脂材料の量に対して体積比で等倍程度までしか使用できていないのが実情である。
【0009】
さらに、木粉を用いた複合材料であるというものの、実際には合成樹脂材料に似た物性を示し、釘の打ち込み鋸による切断あるいは水溶性接着剤による接着が難しく、適用できる製品用途が制限されるという問題もあった。
【0010】
本発明はかかる問題点に鑑み、加工性等の木材としての優れた特性と、耐水性等の合成樹脂としての優れた特性を併有し、しかも所定の機械的強度を有する複合木材を製造できるようにした方法を提供することを課題とする。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明に係る複合木材は、複数の木片をバインダー樹脂によって相互に結合してなる複合木材であって、上記複数の各木片は相互に垂直な3方向において複数の微小腔の形態がほぼ残存するような立体的形状をなし、該複数の各木片の立体的形状の全体又は大部分はその表面側の微小腔を圧潰するように変形させた状態で上記バインダー樹脂によって包囲されるとともに、上記複数の各木片の表面側の微小腔には上記バインダー樹脂が入り込むことによって上記複数の木片と上記バインダー樹脂とが相互に結合されていることを特徴とする。
【0012】
本発明の特徴の1つは複数の微小腔の立体的形態がほぼ残存するような形状の複数の木片をバインダー樹脂によって強加圧状態で相互に結合するようにした点にある。
【0013】
これにより、複数の木片がバインダー樹脂によって囲まれて相互に分離されるので、断熱性が高く、又表面に露出した木片に水分が浸透しても水分はその木片のみにとどまり、他の木片まで浸透しないので、複合木材全体としては優れた耐水性能を発揮する。
【0014】
また、複数の木片の表面側がバインダー樹脂の加圧によって表面側の微小腔を圧潰するように変形されるとともに、表面側の微小腔にバインダー樹脂が入り込むので、木片とバインダー樹脂とが相互に強固に結合され、例えば親水性を示す木片と親油性を示すオレフィン系樹脂等のバインダー樹脂とを強固に結合できる。従って、複合木材の表面に木片が露出しても簡単に剥離せず、複合木材を用いた製品の品質を保証できる。
【0015】
さらに、多数の木片が分散して状態でバインダー樹脂によって結合されているので、木材に似た物性を示し、釘を簡単に打込むことができるとともに、鉋による削りができ、又物性に方向性がないので、複合木材のどのような部位であっても任意の方向に鋸で切断することができ、さらには複合木材の表面には木片が露出するので、かかる木片を利用して水溶性接着剤による接着もできる。
【0016】
また、木片の量を任意に設定できるので、木片の量を多くし、木片同士を相互にほぼ連携し合った分散状態でバインダー樹脂によって結合すると、高い引っ張り強度及び高い曲げ強度等、高い機械的強度を示す。その結果、上述の断熱性及び耐水性に加え、木材に類似した物性、合成樹脂に類似した物性及び高い機械的強度を示すので、あらゆる用途、例えば型枠等の建築資材、柱や壁材等、家具の芯材、パレット等の運搬資材、ベンチ等の屋外品等に利用できる。
【0017】
例えば、パレット等の運搬資材の場合、天然の木材を使用すると、荷受け国における森林被害を防止するため、松喰い虫等の害虫駆除のための燻蒸や熱処理を要求され、コスト高となる。これに対し、本発明においては合成樹脂中に木片を分散させた複合木材であるので、害虫駆除のために燻蒸や熱処理を要求されることはなく、複合木材を用いてパレット等の運搬資材を製作しても害虫駆除のためにコスト高を招来することはない。
【0018】
さらに、木片はその周囲をバインダー樹脂によって取り囲まれ、木片の間は相互に分離されているので、使用中に松喰い虫等の害虫が複合木材の表面側の木片に取りついても内部まで侵入することもない。
【0019】
木片を破砕機で破砕した場合、木材の繊維方向の端部がささくれた形態となる。このささくれ部分の形態に起因して木片とバインダー樹脂とを更に相互に結合することができる。
【0020】
即ち、木片はその表面側の一部が複数のささくれた形状をなし、該複数のささくれた形状部分の間にはバインダー樹脂が入り込むとともに、複数のささくれた形状部分が相互に接近する方向に変形されることによって複数の木片とバインダー樹脂とが更に相互に結合されることができる。
【0021】
ここで、木片とは相互に垂直な3方向において複数の微小腔の形態がほぼ残存するような立体的形状をなすものをいう。本発明では破砕機の櫛目の大きさで2mm以上の大きさを有するものをいい、木粉とは破砕機又は粉砕機の櫛目の大きさで2mm未満の大きさを有するものをいう。また、木材のスライス薄片とは相互に垂直な3方向のうちの2方向においてのみ複数の微小腔の形態がほぼ残存するような平面的形状をなすものをいう。
【0022】
木片は相互に垂直な3方向において複数の微小腔の形態がほぼ残存するような立体的形状を有するという点で、微小腔の形態がほとんど残存しない木粉や垂直な3方向のうちの1方向において微小腔の形態がほとんど残存しない木材のスライス薄片と区別される。木片の微小腔とは主として細胞腔をいうが、導管腔や毛細管腔も含まれていてもよい。この点で本発明でいう木片は木粉や木材のスライス薄片と区別される。
【0023】
廃木材等を破砕した場合、大きさの異なる木片や木粉が含まれているのが一般的である。従って、複数の木片は均一な大きさとしてもよいが、選別工程を省略すべく、大きさの異なる複数の木片をそのまま用いるのがよい。
【0024】
また、複数の木片の間には破砕機の櫛目の大きさで2mm未満の大きさを有する木粉や相互に垂直な3方向のうちの2方向においてのみ複数の微小腔の形態がほぼ残存するような平面的形状をなす木材のスライス薄片が分散されていてもよい。
【0025】
上述のように、バインダー樹脂と木片との高い結合強度を確保できるので、木片の量はバインダー樹脂の量に対して任意とすることができるが、実用的には木片の量はバインダー樹脂の量に対して体積比で1倍〜5倍とするのがよい。
【0026】
また、バインダー樹脂はどのような樹脂でもよく、例えば一般的に広く用いられているポリプロピレン、ポリエチレン、ポリ塩化ビニル、その他の熱可塑性樹脂を使用するのがよい。
【0027】
さらに、木片は新しい木材から得たものでもよいが、木材資源の有効利用という点を考慮すると、廃木材に由来するものを用いるのがよい。
【0028】
また、熱可塑性樹脂には新しい樹脂を用いてもよいが、資源の有効活用という点を考慮すると、廃プラスチックに由来する樹脂を用いるのがよい。
【0029】
さらに、本発明に係る複合木材はある用途に使用した後、従来と同様に廃棄処分することもできるが、熱可塑性樹脂を使用している関係上、使用済みの複合木材を加熱すると、熱可塑性樹脂が軟化溶融し、木片と熱可塑性樹脂とを混練した最初の状態に戻る。従って、本発明に係る複合木材は使用後に原料として何度でも再使用することができるという点で、リサイクル性に優れている。
【0030】
即ち、複数の木片及び熱可塑性樹脂には使用済みの複合木材の破砕片に由来するものを全部又は一部に用いることができる。
【0031】
また、本発明に係る複合木材の製造方法は、相互に垂直な3方向において複数の微小腔の形態がほぼ残存するような立体的形状をなす複数の木片がほぼ全体にわたって分散されるとともに相互に垂直な3方向のうちの少なくとも1方向に強加圧された状態でバインダー樹脂によって相互に結合されかつ上記複数の各木片は該複数の各木片の立体的形状の全体又は大部分の表面側の微小腔を圧潰するように変形させた状態で上記バインダー樹脂によって包囲されるとともに、上記複数の各木片の表面側の微小腔には上記バインダー樹脂が入り込むことによって上記複数の木片とバインダー樹脂とが相互に結合されてなる複合木材であって、該複合木材を製造するにあたり、木片を加熱して木片の含有水分を蒸発させるとともに、バインダー樹脂を溶融させて該溶融したバインダー樹脂と上記複数の木片とを混練し、上記木片とバインダー樹脂の混練物を相互に垂直な3方向あるいは該3方向のうちの2方向又は1方向に強加圧し、該強加圧状態を維持したまま冷却するか又は上記強加圧と冷却とを繰り返して上記バインター樹脂を硬化させるようにしたことを特徴とする。
【0032】
本発明の特徴の1つは複数の微小腔の形態がほぼ残存するような立体的形状の複数の木片をバインダー樹脂と混練し、3方向、2方向又は1方向に強加圧し、その状態で冷却し、バインダー樹脂を硬化させるようにした点にある。
【0033】
これにより、複数の木片の表面側の微小腔を圧潰するように変形させた状態でバインダー樹脂によって包囲するとともに、複数の各木片の表面側の微小腔にはバインダー樹脂が入り込むので、複数の木片とバインダー樹脂とが相互に強固に結合する。その結果、断熱性、耐水性、木材に類似した物性、合成樹脂に類似した物性、高い引っ張り強度や高い曲げ強度等の高い機械的強度を示す複合木材を製造することができる。
【0034】
ここで、木片とバインダー樹脂との混練物を3方向に強加圧するとは、1面の開放した成形型に混練物を注入し、開放された1方向から加圧プレートによって強加圧するような場合をいい、型締め力以上の加圧力が加えられる点で通常の型成形と区別される。
【0035】
混練物を1方向から強加圧するとは、混練物を混練機からプレート状に押し出し(混練機から押出し機に移して押出し機から押し出してもよい)、プレート状の混練物をローラで強加圧するような場合をいい、2方向から強加圧するとは縦ローラ及び横ローラで縦横から加圧するような場合をいう(縦ローラに代え、横ローラの両側に型部を設け、横ローラの強加圧力でもって混練物の両側の型部に押し付けて横方向からの強加圧を得るようにしてもよい)。
【0036】
3方向に加圧する場合には成形型及び加圧プレートを水冷することによって混練物を強加圧状態のままで冷却することができる。しかし、2方向又は1方向に加圧する場合には3方向加圧の場合と同様の方法を採用できない。そこで、2方向又は1方向に加圧する場合における方法を種々検討し実験を繰り返したところ、強加圧と冷却とを繰り返す方法を採用すれば同様の結果が得られることが分かった。
【0037】
木片の含有水分は溶融したバインダー樹脂との混練前に、他の熱源で加熱し含有水分を蒸発させるようにしてもよいが、溶融したバインダー樹脂と複数の木片とを混練する際に木片をバインダー樹脂の熱によって加熱して木片の含有水分を蒸発させるようにしてもよい。このようにすると、木片の乾燥工程を別途必要とせず、製造工程を簡素化できる。
【0038】
使用済みの複合木材を再使用する場合、回収した複合木材を木片の立体的形状が残存する程度の大きさ、例えば一辺が25mm〜35mmの大きさに破砕し、適当な熱源によって加熱して熱可塑性樹脂を溶融させ、必要に応じて熱可塑性樹脂を添加し、木片と熱可塑性樹脂の混練物の全部又は一部として用いるようにすればよい。
【0039】
使用済みの複合木材を再使用する場合にも木片と熱可塑性樹脂の適切な比率を維持する必要がある。
【0040】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面に示す具体例に基づいて詳細に説明する。図1ないし図6は本発明に係る複合木材の好ましい実施形態を示し、これは運搬用パレットに適用した例である。図において、パレット10は2本の角材11、11の間に、両角材11を挟むように複数枚の板材12・・・を並べて掛け渡し、板材12・・・に釘を打ち込んで角材11に固定して製作されている。
【0041】
角材11及び板材12の素材には本例の複合木材が用いられている。この複合木材は図2に示されるように、多数の木片20・・・をほぼ全体にわたって分散するとともに相互に直交する3方向に強加圧された状態でバインダー樹脂21によって相互に結合して製造されている。
【0042】
木片20は廃木材や間伐材等に由来するものであって、破砕機の櫛目の大きさで2mm以上の大きさ、即ち相互に垂直な3方向において複数の微小腔の形態がほぼ残存するような立体的形状をなす大きさを有し、木片20の間には2mm以下の木粉22が適量分散されている。なお、木片20は2mm以上の大きさであればよく、木片の原料や破砕方法あるいは複合木材の用途に応じて適宜選択すればよい。また、木粉に代え、あるいは木粉とともに木材のスライス薄片が分散されていてもよい。
【0043】
また、バインダー樹脂21には例えばポリプロピレン、ポリエチレンあるいはポリ塩化ビニル等、廃プラスチック(新品のプラスチックでもよい)に由来する熱可塑性樹脂が用いられている。融点の近い樹脂の場合には複数種を混合してもよいが、融点の相違による樹脂の劣化や特性のばらつきを考慮すると、単一で用いるのがよい。
【0044】
木片20の量はバインダー樹脂21の量に対して体積比で1倍ないし5倍、例えば4.5倍となっている。なお、木片20の量は複合木材を用いる用途によって適宜選択すればよく、その場合には1倍未満であってもよく、5倍を越える量としてもよい。例えば、バインダー樹脂の物性を主として利用した場合には木片20の量をバインダー樹脂21に対して1倍又はそれ以下とすればよく、木片の物性を主として利用したい場合には木片20の量をバインダー樹脂21に対して2倍又はそれ以上とすればよく、用途に応じて適宜選択することができる。
【0045】
バインダー樹脂21内に埋没した複数の各木片20の表面側の全体は図3の(a)(b)に示されるようにその表面側の微小腔を圧潰する方向に変形させた状態でバインダー樹脂21によって包囲されるとともに、表面側の微小腔にはバインダー樹脂が入り込んでおり、該入り込んだバインダー樹脂がアンカーとして作用し、木片20とバインダー樹脂21とが強固に結合されている。
【0046】
また、バインダー樹脂21表面に露出した複数の各木片20の表面側の大部分(樹脂側部分)は図3の(c)(d)(e)に示されるようにその表面側の微小腔を圧潰する方向に変形させた状態でバインダー樹脂21によって包囲されるとともに、複数の各木片20の表面側(樹脂側)の微小腔にはバインダー樹脂が入り込んでおり、これによって木片20とバインダー樹脂21とが強固に結合されている一方、各木片20の樹脂と反対側の表面は微小腔がそのまま露出しているので、水溶性接着剤が微小腔内に容易に侵入することができる。
【0047】
さらに、木片20の繊維方向の端部にささくれだった部分が存在する場合には図3の(f)に示されるように、複数のさされくれた部分の間にバインダー樹脂が入り込むとともに、複数のさされくれた部分が相互に接近する方向に変形されており、これによって木片20とバインダー樹脂21とが更に結合されている。
【0048】
なお、参考のために、木粉の立体的形状を図4に示すが、木粉では微小腔の形態がほとんど残存していない。
【0049】
次に、図5及び図6を用いて製造方法について説明する。本例の複合木材を製造する場合、廃木材や間伐材を破砕機によって櫛目の大きさで2mm以上に破砕し、多量の木片20と少量の木粉22の混ざった材料を準備する一方、廃プラスチックに由来するバインダー樹脂、例えばポリプロピレン、ポリエチレンあるいはポリ塩化ビニルを破砕機によって適当な大きさのチップに破砕する。なお、これらは1種でもよく、複数種の混ざったものでもよい。
【0050】
他方、混練機30の加熱ヒータを作動させ、混練機30内部をバインダー樹脂の溶融温度、例えば100°C〜300°Cまで上昇させておき、破砕したバインダー樹脂のチップを混練機30内に投入し、攪拌しながら溶融させる。バインダー樹脂チップの投入は一度に行ってもよく、複数回に向けて分けて行ってもよい(図6のステップS10)。
【0051】
なお、バインダー樹脂の溶融中に攪拌羽根の回転による溶融樹脂の攪拌によって熱が発生する場合には加熱ヒータによる加熱温度はバインダー樹脂の溶融温度よりも多少低温であってもよい。
【0052】
バインダー樹脂21が十分に溶融すると、準備した木片20と木粉22を一度に又は複数回に分けて混練機30内に投入し、溶融したバインダー樹脂21が木片20及び木粉22の表面を確実にコーティングするように混練する(図6のステップS11)。
【0053】
なお、木片20及び木粉22は一度に大量に投入すると、溶融樹脂の温度が低下してしまうことがあるので、木片20及び木粉22を予め加熱ヒータ等で適当な温度に加熱するのがよい。
【0054】
また、バインダー樹脂を溶融状態のままで長時間加熱すると、樹脂本来の物性が損なわれることもなるので、十分に溶融した後、短時間で混練を完了させるのが好ましい。本件発明者の実験によれば、溶融してから混練が完了するまでの時間は5分〜30分程度が好ましいことが判明した。
【0055】
また、混練の際、溶融樹脂の例えば100°C〜300°Cの高熱によって木片20及び木粉22が加熱され、木片20及び木粉22に含まれていた水分が蒸発し、混練機30の開口から放散されるので、木片20及び木粉22の含有水分が大幅に減少する。なお、混練機30が密閉形の場合には一定の時間間隔をあけて開放し、水蒸気を放散させるようにする。
【0056】
また、溶融樹脂の高熱によって木片20及び木粉22が加熱されるので、木片20及び木粉22に含まれていた害虫や卵を全て死滅させることができる。
【0057】
木片20及び木粉22と溶融したバインダー樹脂21とが十分に混練されると、混練機30の下方に成形用の下型31をセットし、混練機30内の混練物を下型31内に投入する(図6のステップS12)。
【0058】
この下型31をレール35によってプレス機32まで移動させ、プレス機32にセットした上型34で下型31内の混練物を上方から強加圧、即ち通常の樹脂成型における型締め時の圧力よりも大きな圧力で加圧し、その状態で冷却し硬化させる(図6のステップS13)。冷却を行う場合、上下の型31、34には水冷ジャケットを設けておき、混練物を強加圧状態のままで水冷するようにするのがよい。
【0059】
プレス機32は上型34を複数の油圧シリンダ又はエアーシリンダで下降させ、各シリンダで19.6×10−5Pa(20kgf/cm2)の面圧を加える構造となっている。なお、面圧は58.8×10−5Pa(60kgf/cm2)程度まで複合木材の用途や材料等に応じて適宜設定すればよいが、必要に応じてそれよりも大きな面圧を加えることもできる。
【0060】
所定時間が経過し、混練物が十分に硬化すると、上型34を引き上げ、下型31を取出し機33まで移動させ、真空吸着等を利用して下型31内の所定寸法のブロック状又は板状の複合木材40を取り出し(図6のステップS114)、下型31は混練機30まで戻す。
【0061】
取り出したブロック状又は板状の複合木材40は鋸によって所定の厚みの板状又は所定の大きさの角材に切断し、これらを組み合わせて釘打ちすると、図1に示される複合木材からなるパレット10を製造することができる。
【0062】
また、使用済みのパレット10、その他の複合木材の製品を回収し、再使用する場合には回収したパレット10等を破砕機又は粉砕機によって櫛目の大きさで30mm程度に破砕又は破砕し、これを混練機30に投入し、必要に応じて木片又はバインダー樹脂を投入し、バインダー樹脂を混練機30の加熱ヒータによって溶融させると、木片及び木粉とバインダー樹脂との混練物が得られるので、後は上記と同様にして新しいブロック状又は板状の複合木材を製造することができる。
【0063】
以上のような本例の複合木材では多数の木片20がバインダー樹脂21によって囲まれて相互に分離されているので、断熱性が高く、又複合木材の表面に露出した木片20に水分が浸透しても水分はその木片20のみにとどまり、内部の木片20まで浸透しないので、複合木材全体としては優れた耐水性能を発揮する。
【0064】
本件発明者が常温水及び煮沸水の吸水試験を行ったところ、常温水の平均吸水率は天然木材が1.5〜2.7%であるのに対し、本例の複合木材では0.6%以下であった。また、煮沸水の平均吸水率は本例の複合木材では2.3%以下であった。いずれにしても本例の複合木材では天然木材に比してほとんど吸水が起こらず、吸水に起因する寸法変化も発生しないことが確認された。
【0065】
また、本件発明者が木材としての物性を調べたところ、釘を簡単に打込むことができるとともに、鉋による削りができ、又複合木材のどのような部位であっても任意の方向に鋸で切断することができ、さらには水溶性接着剤による接着もできることが確認された。
【0066】
さらに、本件発明者が機械的強度について調べたところ、木材よりも高い引っ張り強度及び高い曲げ強度等、高い機械的強度を示すことが確認された。
【0067】
図7は第2の実施形態を示し、図において図5と同一符号は同一又は相当部分を示す。本例では2軸加圧押出し機50(1軸加圧押出し機でもよい)が設けられ、バインダー樹脂のチップを2軸加熱押出し機50の投入口に投入すると、内蔵の加熱ヒータによってバインター樹脂のチップが加熱されるとともに2つのスクリューによって前方に練られながら送られて更に昇温し、出口から十分に溶融したバインダー樹脂が送り出されるようになている。
【0068】
本例のシステムを用いて複合木材を製造する場合、混練機30に木片と木粉を一度に又は複数回に分けて投入し、混練機30の加熱ヒータによって木片と木粉を加熱し、その含有水分を十分に蒸発させておく。他方、バインダー樹脂のチップを2軸加熱押出し機50に投入し、バインダー樹脂を十分に溶融させて混練機30に投入し、溶融したバインダー樹脂が木片及び木粉の表面を確実にコーティングするように混練する。その後は、第1の実施形態と同様に、混練物を成形用の下型31を投入し、プレス機32にセットした上型34で下型31内の混練物を上方から強加圧しながら冷却し、硬化すると取り出せばよい。
【0069】
図8は第3の実施形態を示し、図において図5及び図7と同一符号は同一又は相当部分を示す。混練機30の前方には2軸加熱押出し機60(1軸加熱押出機であってもよい)が設けられ、2軸加熱押出し機60の押出し口にはダイ70が取り付けられている。ダイ70の前方には複数の受けプレート71が長手方向に並べて設けられ、隣接する受けプレート71の間には一対の横ローラ80が設けられ、最終の横ローラ80の前方には切断機90が設けられている。
【0070】
本例のシステムを用いて複合木材を製造する場合、バインダー樹脂のチップを混練機30に投入して溶融させた後、木片と木粉を一度に又は複数回に分けて投入し、バインダー樹脂と木片及び木粉とを混練する。その際、溶融したバインダー樹脂の熱によって木片と木粉を加熱し、その含有水分を十分に蒸発させる。
【0071】
混練物が十分に混練されると、混練物を混練機30から2軸加熱押出し機70の投入口に投入し、2軸加熱押出し機60によって練りながら前方に送られ、ダイ70からプレート状に押し出される。すると、混練物には2軸加熱押出し機60及びダイ70内において周囲から大きな加圧力が作用し、複数のうちの幾つかの木片の表面側の微小腔が潰されるように変形され、微小腔にバインダー樹脂が侵入する。
【0072】
混練物がダイ70からプレート状に押し出されると、混練物は受けプレート71上を前方に送られ、周囲から冷却エアーが次々と吹きつけられ、温度が徐々に低下する。また、受けプレート71上を前方に送られたプレート状の混練物は複数の横ローラ80によって上下方向に繰り返し強加圧され、こうして複数の木片の表面側の微小腔が潰されるように変形され、微小腔にバインダー樹脂が侵入する。横ローラ80の加圧力は第1の実施形態における加圧力と同程度となるように設定する。
【0073】
プレート状の混練物が最終の横ローラ80を通過すると、冷却エアーの作用によって所定の温度まで低下し、プレート状の混練物は十分に硬化し、最後に切断機90によって所定の長さに切断されてプレート状の複合木材が得られる。なお、最後の横ローラ80は加熱ヒータを内蔵し、プレート状の複合木材の表面を平滑にする機能を持たせてもよい。
【0074】
本例の複合木材はダイ70から押し出された後に前方に送られながら上下に強加圧されるので、複数の木片が送り方向に整列した状態でバインダー樹脂によって結合されている。従って、上記送り方向に沿う方向の曲げに対しては高い耐曲げ性を示すことが確認された。
【0075】
なお、本発明は上記の製造方法に限定されず、他の方法を採用することもできる。例えば、製品形状の成形型を用い、製品を成型するようにしてもよい。また、上下、左右及び高さの3方向のうちの2方向から加圧を行うようにすることもできる。
【0076】
また、複合木材の用途はパレットに限定されず、他の製品、例えば合板等の建築用資材、柱材等の建築材料、家具の芯材やベンチ等の耐久消費材に利用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る方法の好ましい実施形態によって製造された複合木材を用いたパレットを示す概略斜視図である。
【図2】上記複合木材を示す一部断面図である。
【図3】上記複合木材における顕微鏡写真を示す図である。
【図4】木粉の顕微鏡写真を示す参考図である。
【図5】上記実施形態の製造方法を概念的に示す概略図である。
【図6】上記実施形態における製造工程を示す工程図である。
【図7】第2の実施形態の製造方法を概念的に示す概略図である。
【図8】第3の実施形態の製造方法を概念的に示す概略図である。
【符号の説明】
10 パレット
20 木片
21 バインダー樹脂
22 木粉
30 混練機
31 下型
32 プレス機
33 取出し機
34 上型
40 複合木材板
50 2軸加熱押出し機
60 2軸加熱押出し機
70 ダイ
80 横ローラ
90 切断機[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a composite wood and a method for producing the same, and more particularly to a composite wood having both excellent properties as wood such as processability and excellent properties as a synthetic resin such as water resistance, and having a predetermined mechanical strength. And its manufacturing method.
[0002]
[Prior art]
Recently, environmental issues have attracted public attention, and today, especially as global warming due to carbon dioxide is becoming more realistic, deforestation by cutting down trees has become a major problem. In general, timber is usually dried and sawn, and processed into shapes and structures according to various uses.However, wood is ultimately incinerated in many cases. It was not used effectively.
[0003]
On the other hand, polyolefin-based thermoplastic resins such as polyethylene and polypropylene, which are generally widely used, exhibit lipophilicity, and have poor wettability with wood, pulp, paper, sawdust, etc., which exhibit hydrophilicity. It was not possible to mix well, and even if it was forcibly mixed, the mutual bonding strength was weak, and it was difficult to produce these composite materials.
[0004]
Therefore, various methods have been proposed for producing composite materials such as fiberboards, particle boards, and wood blocks by using a wood material and a thermosetting resin such as a phenol resin or an epoxy resin. Cost was high due to the relationship.
[0005]
On the other hand, a proposal has been made to pulverize waste wood, thinned wood or wood chips into wood flour, knead wood flour with molten polyolefin waste plastic, extrude it into a product, and make effective use of resources. (See Patent Literature 1,
[0006]
[Patent Document 1] Japanese Patent Publication No. 59-1304
[Patent Document 2] JP-A-58-217552
[Patent Document 3] Japanese Patent Publication No. 59-2455
[Patent Document 4] JP-A-59-217744
[Patent Document 5] Japanese Patent Publication No. 03-64553
[Patent Document 6] JP-A-61-155436
[Patent Document 7] JP-A-10-71636
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional method using wood flour, it is necessary to dry the wood flour to a predetermined amount, for example, 10% or less, in order to secure the mechanical properties of the composite wood, and the manufacturing process is complicated. there were.
[0008]
In addition, if the amount of wood powder is increased, it cannot be kneaded well with the molten resin, and in practice, the amount of wood powder can only be used up to about 1 times the volume ratio of the synthetic resin material. It is.
[0009]
Furthermore, although it is a composite material using wood flour, it shows physical properties similar to a synthetic resin material, and it is difficult to cut with a nail driving saw or bond with a water-soluble adhesive, which limits the applicable product applications. There was also a problem that.
[0010]
In view of the above problems, the present invention can produce composite wood having both excellent properties as wood such as processability and excellent properties as a synthetic resin such as water resistance, and having a predetermined mechanical strength. It is an object to provide such a method.
[0011]
[Problems to be solved by the invention]
Therefore, the composite wood according to the present invention is a composite wood in which a plurality of pieces of wood are joined to each other by a binder resin, and each of the plurality of pieces of wood has a shape of a plurality of minute cavities in three mutually perpendicular directions. Form a three-dimensional shape as remaining, while the entire or most of the three-dimensional shape of each of the plurality of wood pieces is surrounded by the binder resin in a state deformed to crush the micro-cavities on the surface side, The plurality of wood pieces and the binder resin are connected to each other by the binder resin entering the microcavities on the surface side of the plurality of wood pieces.
[0012]
One of the features of the present invention is that a plurality of pieces of wood having such a shape that the three-dimensional shape of a plurality of microcavities is almost left are bonded to each other by a binder resin under a strong pressure.
[0013]
As a result, a plurality of pieces of wood are surrounded by the binder resin and separated from each other, so that the heat insulating property is high, and even if water penetrates into the pieces of wood exposed on the surface, the water remains only in the pieces of wood and extends to other pieces of wood. Since it does not penetrate, it exhibits excellent water resistance performance as a whole composite wood.
[0014]
In addition, the surface of the plurality of pieces of wood is deformed so as to crush the microcavities on the surface side by pressing the binder resin, and the binder resin enters the microcavities on the surface side. And, for example, a wood chip having hydrophilicity and a binder resin such as an olefin-based resin having lipophilicity can be strongly bonded. Therefore, even if a piece of wood is exposed on the surface of the composite wood, it does not easily peel off, and the quality of the product using the composite wood can be guaranteed.
[0015]
Furthermore, since a large number of pieces of wood are dispersed and joined by a binder resin, they show physical properties similar to wood, and can be easily driven with nails, can be sharpened by a plane, and have directivity in physical properties. Because there is no, it can be cut in any direction at any part of the composite wood with a saw, and furthermore, since the wood piece is exposed on the surface of the composite wood, water-soluble bonding using such wood piece Adhesion with an agent is also possible.
[0016]
In addition, since the amount of wood pieces can be arbitrarily set, the amount of wood pieces is increased, and when the wood pieces are joined together by a binder resin in a dispersed state almost cooperatively with each other, high mechanical strength such as high tensile strength and high bending strength is obtained. Indicates strength. As a result, in addition to the above-mentioned heat insulation and water resistance, it exhibits physical properties similar to wood, physical properties similar to synthetic resin, and high mechanical strength, so that it can be used in all applications, such as building materials such as formwork, columns and wall materials, etc. It can be used for core materials of furniture, transportation materials such as pallets, and outdoor goods such as benches.
[0017]
For example, in the case of a transport material such as a pallet, if natural wood is used, fumigation or heat treatment for controlling pests such as pine worms or the like is required in order to prevent forest damage in the receiving country, which increases costs. On the other hand, in the present invention, since it is a composite wood in which wood pieces are dispersed in a synthetic resin, fumigation or heat treatment is not required for controlling pests, and transport materials such as pallets using the composite wood are used. Even if it is manufactured, it does not incur high costs for pest control.
[0018]
Furthermore, the wood pieces are surrounded by a binder resin, and the wood pieces are separated from each other, so that even if pests such as pine worms are attached to the wood pieces on the surface side of the composite wood during use, they enter the interior. Not even.
[0019]
When a piece of wood is crushed by a crusher, the end of the wood in the fiber direction becomes crooked. Due to the form of the raised portion, the wood chip and the binder resin can be further bonded to each other.
[0020]
That is, a part of the surface of the wood piece has a plurality of raised shapes, a binder resin enters between the plurality of raised shapes, and the plurality of raised shapes deforms in a direction approaching each other. By doing so, the plurality of pieces of wood and the binder resin can be further bonded to each other.
[0021]
Here, a piece of wood refers to a piece having a three-dimensional shape such that a plurality of micro-cavities almost remain in three mutually perpendicular directions. In the present invention, a crusher having a comb size of 2 mm or more is referred to, and wood flour refers to a crusher or a crusher having a comb size of less than 2 mm. A slice of wood refers to a slice having a planar shape in which a plurality of microcavities almost remain in only two directions out of three directions perpendicular to each other.
[0022]
The wood piece has a three-dimensional shape such that a plurality of microcavities almost remain in three mutually perpendicular directions. One of the three directions is wood flour or the vertical three directions in which the microcavities hardly remain. Is distinguished from a slice of wood in which the microcavity morphology hardly remains. The microcavities of a piece of wood mainly refer to cell cavities, but may also include conduit cavities and capillary cavities. In this regard, the wood chips referred to in the present invention are distinguished from wood flour and wood slices.
[0023]
When crushed waste wood and the like, it is common to include wood chips and wood flours of different sizes. Therefore, the plurality of pieces of wood may have a uniform size, but it is preferable to use a plurality of pieces of wood having different sizes as they are in order to omit the sorting step.
[0024]
In addition, between a plurality of pieces of wood, wood flour having a size of less than 2 mm in the size of a comb of a crusher and a plurality of micro-cavities almost remain only in two directions among three directions perpendicular to each other. Slices of wood having such a planar shape may be dispersed.
[0025]
As described above, since the high bonding strength between the binder resin and the wood piece can be ensured, the amount of the wood piece can be arbitrarily set with respect to the amount of the binder resin. The volume ratio is preferably 1 to 5 times.
[0026]
The binder resin may be any resin, and for example, generally used polypropylene, polyethylene, polyvinyl chloride, and other thermoplastic resins may be used.
[0027]
Further, the wood chips may be obtained from new wood, but in view of effective use of wood resources, it is preferable to use wood chips derived from waste wood.
[0028]
Although a new resin may be used as the thermoplastic resin, it is preferable to use a resin derived from waste plastic in consideration of effective use of resources.
[0029]
Furthermore, after the composite wood according to the present invention is used for a certain purpose, it can be disposed of in the same manner as in the past.However, due to the use of a thermoplastic resin, when the used composite wood is heated, it becomes thermoplastic. The resin softens and melts, and returns to the initial state where the wood chips and the thermoplastic resin are kneaded. Therefore, the composite wood according to the present invention is excellent in recyclability in that it can be reused as a raw material any number of times after use.
[0030]
That is, as the plurality of wood pieces and the thermoplastic resin, those derived from crushed pieces of used composite wood can be used in whole or in part.
[0031]
Further, in the method for producing composite wood according to the present invention, a plurality of pieces of wood having a three-dimensional shape such that a plurality of microcavities almost remain in three directions perpendicular to each other are dispersed over substantially the entirety and mutually. The plurality of wood pieces are mutually bonded by a binder resin in a state of being strongly pressed in at least one of three perpendicular directions, and the plurality of wood pieces are all or most of the three-dimensional shape of the plurality of wood pieces on the surface side. While being surrounded by the binder resin in a state where the cavity is deformed so as to be crushed, the plurality of wood pieces and the binder resin are mutually interspersed by the binder resin entering the microcavities on the surface side of each of the plurality of wood pieces. The composite wood which is bonded to, when producing the composite wood, while heating the wood pieces to evaporate the water content of the wood pieces, the binder resin The melted binder resin is kneaded with the plurality of wood pieces, and the kneaded product of the wood pieces and the binder resin is strongly pressed in three mutually perpendicular directions or two or one of the three directions. The present invention is characterized in that the binder resin is cooled while maintaining the strong pressurized state or the strong pressurization and the cooling are repeated to cure the binder resin.
[0032]
One of the features of the present invention is that a plurality of three-dimensionally shaped pieces of wood, in which a plurality of microcavities are almost left, are kneaded with a binder resin, strongly pressed in three, two, or one direction, and cooled in that state. And the binder resin is cured.
[0033]
As a result, the microcavities on the surface side of the plurality of wood pieces are surrounded by the binder resin in a deformed state so as to be crushed, and the binder resin enters the microcavities on the surface side of each of the plurality of wood pieces. And the binder resin are firmly bonded to each other. As a result, it is possible to produce a composite wood exhibiting heat insulation, water resistance, physical properties similar to wood, physical properties similar to synthetic resin, and high mechanical strength such as high tensile strength and high bending strength.
[0034]
Here, the case where the kneaded material of the wood piece and the binder resin is strongly pressed in three directions means that the kneaded material is poured into an open mold on one side and strongly pressed by a pressing plate from one opened direction. In other words, it is distinguished from normal molding in that a pressing force greater than the clamping force is applied.
[0035]
When the kneaded material is strongly pressed from one direction, the kneaded material is extruded from the kneader into a plate shape (the kneaded material may be transferred from the kneader to the extruder and extruded from the extruder), and the plate-shaped kneaded material is strongly pressed with a roller. The strong pressure from two directions means the case where pressure is applied vertically and horizontally by the vertical roller and the horizontal roller (instead of the vertical roller, mold parts are provided on both sides of the horizontal roller, and the strong pressure of the horizontal roller is applied. It may be pressed against the molds on both sides of the kneaded material to obtain strong pressure from the lateral direction).
[0036]
In the case of pressing in three directions, the kneaded material can be cooled in a strongly pressurized state by cooling the mold and the pressing plate with water. However, when pressing in two directions or one direction, the same method as in the case of pressing in three directions cannot be adopted. Thus, various methods in the case of pressing in two directions or one direction were examined and the experiment was repeated. As a result, it was found that a similar result could be obtained by employing a method in which strong pressing and cooling were repeated.
[0037]
Before kneading with the molten binder resin, the water content may be heated by another heat source to evaporate the water content. You may make it heat by the heat of resin and evaporate the water content of a piece of wood. This eliminates the need for a separate wood chip drying step and simplifies the manufacturing process.
[0038]
When the used composite wood is reused, the recovered composite wood is crushed to a size such that the three-dimensional shape of the piece of wood remains, for example, a size of 25 mm to 35 mm on a side, and heated by a suitable heat source to heat it. The thermoplastic resin may be melted, a thermoplastic resin may be added as necessary, and the mixture may be used as a whole or a part of a kneaded product of the wood chip and the thermoplastic resin.
[0039]
When reusing used composite wood, it is necessary to maintain an appropriate ratio of wood chips and thermoplastic resin.
[0040]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in detail based on specific examples shown in the drawings. 1 to 6 show a preferred embodiment of a composite wood according to the present invention, which is an example applied to a transport pallet. In the figure, a
[0041]
The composite wood of this example is used as the material of the
[0042]
The
[0043]
Further, as the
[0044]
The amount of the
[0045]
As shown in FIGS. 3A and 3B, the entire surface of each of the plurality of
[0046]
In addition, most of the surface side (resin side portion) of each of the plurality of
[0047]
Furthermore, when there is a portion that has been squeezed at the end of the
[0048]
In addition, for reference, the three-dimensional shape of the wood flour is shown in FIG.
[0049]
Next, a manufacturing method will be described with reference to FIGS. In the case of manufacturing the composite wood of this example, waste wood and thinned wood are crushed by a crusher to a comb size of 2 mm or more to prepare a material in which a large amount of
[0050]
On the other hand, the heater of the
[0051]
When heat is generated by the stirring of the molten resin due to the rotation of the stirring blade during the melting of the binder resin, the heating temperature of the heater may be slightly lower than the melting temperature of the binder resin.
[0052]
When the
[0053]
When a large amount of the
[0054]
In addition, if the binder resin is heated in a molten state for a long time, the physical properties of the resin may be impaired. Therefore, it is preferable that the kneading be completed in a short time after sufficient melting. According to the experiment of the present inventor, it was found that the time from melting to completion of kneading is preferably about 5 to 30 minutes.
[0055]
Further, at the time of kneading, the
[0056]
Moreover, since the
[0057]
When the
[0058]
The
[0059]
The
[0060]
After the predetermined time has elapsed and the kneaded material has sufficiently hardened, the
[0061]
The block-shaped or plate-shaped
[0062]
In addition, used
[0063]
In the composite wood of the present embodiment as described above, a large number of
[0064]
When the present inventor conducted a water absorption test at room temperature and boiling water, the average water absorption of room temperature water was 1.5 to 2.7% for natural wood, and 0.6% for composite wood of this example. % Or less. The average water absorption of boiling water was 2.3% or less in the composite wood of this example. In any case, it was confirmed that the composite wood of this example hardly absorbed water as compared with natural wood, and no dimensional change due to the water absorption occurred.
[0065]
In addition, when the present inventor examined the physical properties of wood, it was found that nails could be easily driven into the wood, sharpened by a plane, and any part of the composite wood could be sawed in any direction. It was confirmed that it could be cut, and that it could be bonded with a water-soluble adhesive.
[0066]
Further, when the present inventor examined the mechanical strength, it was confirmed that the present invention exhibited high mechanical strength such as higher tensile strength and higher bending strength than wood.
[0067]
FIG. 7 shows a second embodiment, in which the same reference numerals as in FIG. 5 denote the same or corresponding parts. In this example, a twin-screw extruder 50 (a single-screw extruder may be used) is provided. When a chip of the binder resin is put into the inlet of the twin-
[0068]
When manufacturing composite wood using the system of the present example, the wood chips and wood flour are put into the
[0069]
FIG. 8 shows a third embodiment, in which the same reference numerals as those in FIGS. 5 and 7 denote the same or corresponding parts. A twin-screw extruder 60 (may be a single-screw extruder) is provided in front of the
[0070]
When manufacturing composite wood using the system of the present example, after the chips of the binder resin are put into the
[0071]
When the kneaded material is sufficiently kneaded, the kneaded material is fed from the
[0072]
When the kneaded material is extruded in a plate shape from the
[0073]
When the plate-shaped kneaded material passes through the final
[0074]
Since the composite wood of this example is strongly pressed up and down while being pushed forward after being extruded from the
[0075]
Note that the present invention is not limited to the above manufacturing method, and other methods can be adopted. For example, the product may be molded using a product-shaped mold. In addition, pressure can be applied from two directions among three directions of up, down, left, right, and height.
[0076]
Further, the use of composite wood is not limited to pallets, but it can be used for other products, for example, building materials such as plywood, building materials such as pillars, and durable consumption materials such as furniture core materials and benches.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic perspective view showing a pallet using composite wood manufactured by a preferred embodiment of the method according to the present invention.
FIG. 2 is a partial sectional view showing the composite wood.
FIG. 3 is a view showing a micrograph of the composite wood.
FIG. 4 is a reference diagram showing a micrograph of wood flour.
FIG. 5 is a schematic view conceptually showing the manufacturing method of the embodiment.
FIG. 6 is a process chart showing a manufacturing process in the embodiment.
FIG. 7 is a schematic view conceptually showing a manufacturing method according to a second embodiment.
FIG. 8 is a schematic view conceptually showing a manufacturing method according to a third embodiment.
[Explanation of symbols]
10 pallets
20 pieces of wood
21 Binder resin
22 Wood flour
30 kneading machine
31 Lower mold
32 press machine
33 Take-out machine
34 Upper type
40 composite wood board
50 twin screw extruder
60 twin screw extruder
70 die
80 horizontal roller
90 cutting machine
Claims (12)
上記複数の各木片は相互に垂直な3方向において複数の微小腔の形態がほぼ残存するような立体的形状をなし、該複数の各木片の立体的形状の全体又は大部分はその表面側の微小腔を圧潰するように変形させた状態で上記バインダー樹脂によって包囲されるとともに、上記複数の各木片の表面側の微小腔には上記バインダー樹脂が入り込むことによって上記複数の木片と上記バインダー樹脂とが相互に結合されていることを特徴とする複合木材。A composite wood made by bonding a plurality of wood pieces to each other with a binder resin,
Each of the plurality of pieces of wood has a three-dimensional shape such that the form of a plurality of microcavities almost remains in three mutually perpendicular directions, and the entire or most of the three-dimensional shape of each of the plurality of pieces of wood is on the surface side thereof. While being surrounded by the binder resin in a state of being deformed to crush the microcavities, the plurality of wood chips and the binder resin by the binder resin enters the microcavities on the surface side of each of the plurality of wood chips. Composite wood characterized by being bonded to each other.
木片を加熱して木片の含有水分を蒸発させるとともに、バインダー樹脂を溶融させて該溶融したバインダー樹脂と上記複数の木片とを混練し、
上記木片とバインダー樹脂の混練物を相互に垂直な3方向又は1方向に強加圧し、該強加圧状態を維持したまま冷却するか又は上記強加圧と冷却とを繰り返して上記バインター樹脂を硬化させるようにしたことを特徴とする複合木材の製造方法。A plurality of pieces of wood having a three-dimensional shape such that a plurality of microcavities almost remain in three mutually perpendicular directions are dispersed over substantially the entirety, and strongly pressurized in at least one of the three mutually perpendicular directions. The plurality of wood pieces are connected to each other by a binder resin in a state in which they are formed, and the plurality of wood pieces are deformed so as to crush the entire or most of the surface-side microcavities of the three-dimensional shape of each of the plurality of wood pieces. A composite wood, which is surrounded by a resin, and wherein the plurality of pieces of wood and the binder resin are mutually bonded by entering the binder resin into the microcavities on the surface side of each of the plurality of pieces of wood. In producing wood,
Heating the wood piece to evaporate the water content of the wood piece, melting the binder resin and kneading the melted binder resin and the plurality of wood pieces,
The kneaded product of the wood chip and the binder resin is strongly pressurized in three directions or one direction perpendicular to each other, and is cooled while maintaining the strongly pressurized state or the strong pressurization and cooling are repeated to cure the binder resin. A method for producing composite wood, characterized in that:
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