WO2003037583A1 - Recycled lumber producing method - Google Patents

Description

明細書

再生木材の製造方法 技術分野

本発明は、廃材や間伐材などのような従来は不要であった木材を利用し、これを加工 して大断面木材まで製造することができる技術に係り、特にバインダに有害成分を用い ずに再生木材を製造する技術に関するものである。 背景技術

木材は、 建築や室内装置品などに広く利用することが可能な自然材であるが、 その用 途の増大によって自然木が枯渴する一方である。 そして、 乱伐、 無計画な植林によって 資材が減るだけでなく、 地球環境をも悪化させる大きい要因となっている。 その一方、 木材廃材は生活の向上に伴って大量に発生するが、これを有効に活用しなければ単に焼 却するだけにとどまってしまい、 資源の無駄につながる。 また、 間伐材の再利用が提唱 されているものの、その利用範囲は狭く、 用途、 品質、 量とも限られている。

これを解消し、木材繊維をひも状としてこれを接着剤によって圧着し、 大断面集成材 や積層材等を製造する方法が公知である （米国特許第 4 0 6 1 8 1 9号)。 この構成で は、 接着剤としてレジンを用いている。 しかしながら、 レジンはその種類によっては一 般的に火災などの場合には有毒ガスを発生するので、多量のレジンが構造材に用いられ るのは好ましくない。 また、 レジンがいわゆるシックハウスの原因となることも知られ ており、有害要因となるレジンの使用は回避すベきである。

発明者は、 これら従来の技術の課題に着目し、本発明によって、木材のパインダとして 有害物質を用いることなく、 廃材などを再利用して大断面木材などを再生することがで きる技術を開示することを目的とした。 発明の開示

本発明では、上述した目的を達成するために、小片からなる木材原料に対して天然成 分を主剤料とする高分子剤のミストを噴霧し、 その後に前記噴霧された原料を長手方向 に整列させて加圧し、 高圧雰囲気下でスチーム加熱することによって隣合う前記木材原 料同士を高分子結合させて再生木材を製造するという手段を用いることとした。 ここで、 高分子剤のミストは、 小片の木材原料同士に含浸させて一定の条件を付与することによ り、バインダとして機能する。 ミストを噴霧する手段は、高分子剤を木材原料の表面に均 等に付着させるための手段である。 また、 高圧雰囲気は、隣合う木材原料をより強固に 結合するための手段であり、さらにスチーム加熱は、 木材繊維を軟花させ、 さらに膨張 させるために機能するものであり、 これによつて高分子剤を活性化させて高い結合力を 生ぜしめる。 ここに、 高分子剤としてはリグニン、 セルロース、 へミセルロース、 タン ニンなどを挙げることができる。 そして、 この高分子剤によって木材繊維中の細胞を融 合するものである。

高分子剤としてタンニンを主成分とする高分子剤を使用する手段では、 タンニンがホ ルムアルデヒドと結合するので、 ホルムアルデヒドが単独でバインダに存在することを 拒絶し、 有害物質の再生木材からの放出を適格に抑制する。

また、 高分子剤のミストを噴霧する前に木材原料を予備加熱する手段は、木材原料に よってはスチーム加熱のみでは繊維の内部まで十分に加熱されずに高分子剤が含浸し ない場合があるので、予備的に原料を加熱し、 高分子剤の働きをより活性化するという 作用を行う。

一方、別の手段として、 第 1の手段におけるミスト状の高分子剤を噴霧する手段に換 えて、 高分子剤を塗布する手段を用いる発明も開示した。 高分子剤をミスト状にして噴 霧する手段では、 剤の粘性が高すぎれば効果的な細かい粒径のミストを発生できないが、 木材によっては粘性の高い高分子剤が要求されることがある。 この場合には高分子剤を 塗布する手段を採用する。 また、 タンニン系などの高分子剤のみでは接着剤として期待 する接着力を得ることができない場合には、天然成分からなる接着剤を補強のために混 合するという手段を採用することがある。 さらに、 タンニン系の高分子剤は一般的に濃 色であるから、 再生木材も色の濃い木材になってしまうが、 明色の再生木材を得ようと すれば、白色の天然顔料をさらに混合する。 なお、 天然顔料は白色に限らず、再生木材に 期待する色合いに応じて決定される。

さらに、 木材原料の長手方向への整列を函体およびこの面体の開口部からのプレスを 備えた治具によって行う手段は、治具の面体自体が再生木材の寸法を決定する機能を有 すると同時に、 高分子剤を噴霧した木材原料を整列させた状態で搬送する機能を有する。 スチーム加熱を約 8 0〜1 2 0 °Cの 1次加熱と、 これに続く 1 2 0〜1 8 0 °Cの 2次 加熱とする手段では、 1次加熱によって木材繊維を軟化させ、 2次過熱によって繊維を 膨張させるものであり、 これによつて高分子剤による結合を確実に行う機能を発揮する。 また、 小片からなる木材原料を製材機によって予め所望の寸法に成型する手段は、 完成 した再生木材の精度を向上させる。

さらにまた、 本発明では高圧雰囲気下でスチーム加熱することによって隣合う前記木 材原料同士を結合させる工程に引き続いて、高圧雰囲気を維持したままで常温附近まで 空冷あるいは自然冷却による養生工程を任意選択工程として採用することとしている。 本発明で予定しているタンニン系の高分子剤などは、 接着力が緩やかに上昇する性質が ある。 従って、木材原料を加圧によって結合させた後に、 潜熱を維持したままで高圧雰 囲気を解除した場合には、接着が不十分な状態で乾燥してしまい、 見かけの再生木材よ りも結合力が低い製品になるおそれがある。 本手段では、 これを回避するために高圧雰 囲気を維持しながら接着を確実とするものである。 図面の簡単な説明

第 1図は 本発明の製造方法の一連を示した工程図、 第 2図は本発明の製造方法に用 いる装置の一例を示す概略図、 第 3図は本発明に用いる治具の一例を示す斜視図、 第 4 図は本発明の第 2の製造方法の一連を示した工程図である。 発明を実施するための最良の形態

以下、本発明の好ましい実施形態を、添付した図面に従って説明する。 図 1は本発明の 製造方法の第 1例を示した工程図であって、 先ず最初の工程 Aとして、 材料を準備する。 この工程は再生木材を製造するに当って必須であるが、 たとえば選択する材料としては 廃材、 間伐材など、 自然の木材であれば問わない。 ただし、 バインダとして化学品を用 いた集成材は、 製造工程において好ましくない化学反応を起こすおそれがあるので、 材 料から排除される。 なお、 本発明において完成した積層材が不要になった場合にリサイ クルして再利用することも含まれる。 次に、第 2の工程 Bとして集荷した材料を分別 · 分類する。 この工程では、 たとえば杉材、 檜材など、 木材の種類に応じて選別される。 また、 用途などに応じて木材をミックスブレンドすることも可能である。 続いて、第 3 の工程 Cでは分別 '分類した材料を製材機によって加工し、 1次原料とする。 これは、 後の工程において 1次材料を積層する際にある程度は材料の大きさなどを統一してお くことが好ましいからである。 例えば、この工程では建築解体物を材料とする場合には、 くぎ抜き、 金物撤去、 接着剤やペイントの除去を行い、必要に応じて洗浄し、 プレナ一 処理を行うことが例示される。 一方、材料が山林伐採によって得られた間伐材の場合に は、樹皮をはぎ、 必要に応じてプレナ一処理を行う。 材料については大きさや長さを厳 密に統一する必要はなく、 長短混ざった材料を積層することを排除するものではない。 1次材料の形状としては、 ストランド状、 チップ状、 細めの丸太状、 あるいはベニヤ状 など、 特に限定するものではない。 なお、 間伐材の工程において剥がされた樹皮には夕 ンニンが多量に含まれている素材もあるので、後述するように接着剤として利用するた めにタンニンを抽出することもある。

次に、 これらの材料は配送コンベアによる配送工程 Dによって高周波加熱槽に搬送さ れ、 予備加熱のために高周波を照射される （工程 E )。 そして、 予備的に加熱された材 料に対してパインダとして作用する高分子剤を噴霧する （工程 F )。 高分子剤は材料表 面に対して均一に付着させることが好ましいので、 ミスト状で噴霧する。 その後、材料 を整列させて積層するために、 これら材料を治具に投入し （工程 G) 、スチームの雰囲 気下で加熱 ·加圧を行う （工程 H)。 そうすると、 加湿 ·加熱雰囲気において高分子剤 が作用し、瞵合う材料同士の繊維細胞を結合することになり、 加圧によってより強く材 料同士の細胞融合によって結合する。 治具は積層材の外形 ·寸法を決定するものであり、 治具内で加圧されているので、 完成した積層材は治具のサイズに応じたものとなる。 な お、 高周波加熱槽は、 1次材料の内部組織までも均等に加熱することを目的とするもの であるから、 1次材料が比較的薄いストランド状のものや、 薄いベニヤ状である場合に はこの工程を省略することもある。

なお、 工程 Eの高周波照射による予備加熱は、 任意に採用される工程であって、 省略 することがある。 すなわち、 材料の性質や大きさ、 厚さによっては予備加熱工程を採用 した場合には内部に含んでいる水分が短時間で沸騰して爆裂するものもある。 したがつ て、 このような場合には予備加熱は積極的に省略することになる。

上述したように完成した積層材は、 適宜製材が施され、所望の寸法の製材として取り 扱われることになる （工程 1 )。 なお、 工程 Fでは高分子剤を加熱した状態で噴霧する もので、 工程 Eと工程 Fによって工程 Hのための予備加熱工程をも構成している。

ところで、 本発明において使用する高分子剤は、 従来のような化学品ではなく、 主に 天然成分から抽出された薬剤からなっている。 たとえば、 原料としてタンニン系高分子 などが利用される。 また、 これに加水することもある。 加水は、 後の工程におけるスチ ーム加熱 ·加圧工程 Hでのスチーム付与のための水分を補完することを目的としている。 また、 加水によってタンニン系高分子ェマルジョン剤の濃度を噴霧に適するように調整 することも目的とする。 タンニン系高分子は、 たとえば 「木材技術第 6 1号、 1 9 8 5 年 4月、 1〜8頁」 に開示されている構造があり、 これらの構造はホルムアルデヒドと 容易に反応するために、完成した再生木材からホルムアルデヒドが析出することを大幅 に抑制することができる。

次に、スチーム加熱 ·加圧工程 Hにおける条件であるが、 温度条件としては 1次加熱 として約 8 0〜1 2 0 °Cとする。 これは、 木材軟化温度がおよそこの範囲であるからで あり、 木材原料を軟化させることによつて高分子剤が木材繊維に十分にしみわたり、隣 合う材料同士を強固に結合するからである。 そして、 これに続いて 2次加熱として、 1 2 0〜 1 8 0 °Cの木材膨張温度に昇温し、 5〜： L 0 tの圧縮をかける。 これによつて、 タンニンを基剤とした高分子結合反応が生じ、 木材繊維質の鎖状結束を誘導させている。 図 2は、 本発明方法を達成するために用いる装置の概略を示したものである。 図中、 1は原材料の製材機であり、 図 1における工程 Cに対応している。 2は高周波加熱槽で あり、 同様に図 1の工程 Eに対応する。 3は高分子剤の噴霧機であり、 図 1の工程 Fに 対応する。 そして、 4は治具である。 治具 4は図面上において左右方向に移動可能に構 成されており、一方側には高圧化雰囲気で蒸気を付与するための高圧スチームタンク 5 が接続しており、他方側には治具 4から製材を取り出すための搬出口 6に接続されてい る。

図 3 aおよび図 3 bは治具 4の具体的実施形態の一例であって、 図 3 aは先ず製材し た後の 1次原料を治具 4の函体 4 aに落とし込み、 1次原料を長手方向に整列させた後 に振動機 （図示せず） によって前後左右に振動を与え、原料の方向を最終的に整列させ、 大きく空隙が生じないようにする。 そして、 図 3 bに示すように油圧プレス 4 bなどを 用いて所定の圧力を印加する。 この状態で高圧スチームタンク 5に導入し、 繊維間の結 合を行うのである。

なお、 本実施形態では治具 4を移動させて高圧スチームタンク 5内に導入するように 説明しているが、逆に高圧スチームタンク 5を移動可能とし、 治具 4は固定式にするこ とも可能である。 必要なことは、先ず治具 4において 1次原料を整列させて加圧し、 そ の後に高圧雰囲気下でスチームを供給することであり、 装置の何れを移動させるかとい うことは本発明の本質には直接影響するものではない。 次に、 本発明方法を達成するための第 2例を図 4として示す。 この例は、 図 1に示し た第 1例の工程中、 高周波照射工程 Eを省略することがあるのは、 第 1例と同様である。 そして、 第 2例では第 1例のミスト状の高分子剤の噴霧工程 Fに換えて、 高分子剤を口 ーラゃ口一夕で直接材料に塗布する高分子塗布工程 F Fを採用した。 の他の工程は第 1例と同様である。 第 1例において高分子剤をミスト状にするためには、 粘性の低いェ マルジョンなどを採用する必要があるが、 この場合には接着性を極度に高めることは困 難である。 そのために、 タンニン系の接着剤のみでは接着力が弱い場合には第 2例の塗 布工程 F Fを採用する。 そして、 接着力を高めることを目的として、タンニンに対して カゼィンなどの天然の接着成分を混合することがある。 カゼィンは動物性の蛋白質なの でそれ自身ではカビの発生が問題になるが、タンニンに殺菌、 滅菌作用があるために力 ビの発生や腐敗を防止することができる。 また、 タンニンは一般的に色調が濃色であり、 再生した木材もタンニンの色調に影響されて濃色の木材になってしまう。 したがって、 用途に応じて明るい色調の再生木材を得ようとするのであれば、上記接着剤にさらに天 然顔料を混合することがある。 顔料は白色のものを用いれば木材は白木に似た色合いに なるが、 別の色彩を望むのであれば色は限定されるものではない。 なお、 顔料は水に溶 解しない性質があるので、 これを混合することによって再生木材表面を顔料で被覆する ことになり、 »水性を向上させる効果も得ることができる。

続いて、図 1あるいは図 4に示した例では、 スチーム加圧による結合工程 Hによって 再生木材はほぼ完成するものとして説明した。 しかしながら、 例えば図 3の装置を用い てスチーム加圧した再生木材を即座に外部温度雰囲気に曝した場合には、急激な熱傾斜 によって木材にゆがみが生じることがある。 また、 タンニン系の高分子剤を主とする接 着剤は接着性が緩やかに強力になる性質であるから、 強固な接着性が出現する前に四周 の拘束を解除した場合には、確実な接着ができない可能性もある。 従って、本実施形態で は結合工程 Hに続いてこれを保持したままで常温に近い状態まで冷却するという養生 工程を追加することとした。 ただし、 この工程は必須のものと考えるべきではなく、 再 生木材のサイズなどによっては省略も可能である。 なお、 冷却のための養生工程として は、 水冷は避けるべきである。 即ち、水冷を採用すれば未だ効果を発揮していない高分 子剤が流出してしまうからである。 そのため、 養生工程は空冷あるいは自然冷却を採用 する。

本発明では、小片からなる木材原料に対して天然成分を主材料とする高分子剤のミス トを噴霧し、 その後に前記噴霧された原料を長手方向に整列させて加圧し、 高圧雰囲気 下でスチーム加熱することによって隣合う前記木材原料同士を結合させて再生木材を 製造するようにしたので、 従来は廃材として廃棄処分されていた天然木材を有効に再利 用することが可能となる。 また、 木材原料同士は天然成分を主原料とする高分子剤によ つて結合しているので、 有害成分の含有はなぐ再生木材自体をも再利用することが可 能であり、 いわゆるリサイクル製品として極めて有効な活用が可能となる。

また、 高分子剤としてタンニンを主成分とする高分子剤を使用する場合には、タン二 ンがホルムアルデヒドと反応するので、完成した再生木材にはホルムアルデヒドが単体 で存在することを阻害し、 これを用いた場合でもホルムアルデヒドの析出はほとんどな くなる。 したがって、 内装材に用いた場合でも、いわゆるシックハウスの原因となるこ とを確実に回避することができる。

さらに、 高分子剤のミストを噴霧する前に木材原料を予備加熱するようにしているの で、 高分子剤は木材原料の内部まで含浸させることができ、 強い結合力を発生すること が可能となる。 さらにまた、 木材原料の整列などに専用の治具を用いているので、この 治具において加圧および成型が可能となる。

さらにまた、 スチーム加熱を約 8 0〜1 2 0 °Cの 1次加熱と、 これに続く 1 2 0〜1 8 0 °Cの 2次加熱という 2段階に設定したので、 1次加熱によって繊維を確実に軟化さ せ、 さらに 2次加熱によって繊維を確実に膨張させることができ、 高分子剤の作用をい かんなく発揮させることができるようになるなど、 本発明の効果は非常に高いものであ る。

一方、第 1の発明において高分子剤をミスト状にして噴霧した工程に換えて高分子剤 を塗布するようにした発明では、 粘性の高い高分子剤にも適用することができる。 また、 塗布工程であるから高分子剤にさらに接着力を期待する場合には天然成分の接着剤を 混合することができ、 再生木材の色調を整えるために天然顔料を混合することも可能に なる。 そして、 天然顔料を混合した場合には種々の色調の再生木材を提供することが可 能になる。

Claims

請求の範囲

小片からなる木材原料に対して天然成分を主剤料とする高分子剤のミストを 噴霧し、 その後に前記噴霧された原料を長手方向に整列させて加圧し、 高圧雰囲 気下でスチーム加熱することによって隣合う前記木材原料同士を結合させて再 生木材を製造する方法。

2 高分子剤は、タンニンを主成分とする高分子剤である請求項 1に記載の再生木 材の製造方法。

3 高分子剤のミストを噴霧する前に、木材原料を予備加熱する請求項 1または 2 に記載の再生木材の製造方法。

4 小片からなる木材原料に対して天然成分を主剤料とする高分子剤を塗布し、そ の後に前記高分子剤を塗布された原料を長手方向に整列させて加圧し、高圧雰囲 気下でスチーム加熱することによって隣合う前記木材原料同士を結合させて再 生木材を製造する方法。

高分子剤は、タンニンを主成分とする高分子剤である請求項 4に記載の再生木 材の製造方法。

6 高分子剤には、さらに天然成分からなる接着剤を混合した請求項 5に記載の再 生木材の製造方法。

高分子剤には、さらに天然顔料を混合した請求項 5または 6に記載の再生木材 の製造方法。

8 木材原料の長手方向への整列は、面体およびこの面体の開口部からのプレスを 備えた治具による請求項 1〜 7のいずれか記載の再生木材の製造方法。

スチーム加熱は、 約 8 0〜 1 2 0 °Cの 1次加熱と、 これに続く 1 2 0〜 1 8 0 °Cの 2次加熱である請求項 1〜 7のいずれか記載の再生木材の製造方法。

1 0 小片からなる木材原料は、製材機によって予め所望の寸法に成型された請求項 1〜 9のいずれか記載の再生木材の製造方法。

高圧雰囲気下でスチーム加熱することによって隣合う前記木材原料同士を結 合させる工程に引き続いて、高圧雰囲気を維持したままで常温附近まで空冷ある いは自然冷却による養生工程を備えた請求項 1または 3に記載の再生木材の製 造方法。