木質系材料からなる成形体及びその製造方法
【課題】 木質系材料を水蒸気に接触させた後に、その木質系材料を加熱しながら加圧することで形成される成形体において、その成形体の難燃性を高めることを課題とする。
【解決手段】 木質系材料を水蒸気に接触させた後に、その木質系材料を加熱しながら加圧することで形成される成形体の製造方法であって、前記木質系材料を加熱しながら加圧する前に、前記木質系材料に対して難燃剤を添加することを特徴とする成形体の製造方法。難燃剤は、水溶性の難燃剤を使用するのが好ましい。また、難燃剤は、水に溶解させて水溶液とした後に添加するのが好ましい。難燃剤は、リン系難燃剤含む難燃剤を使用するのが好ましい。
【解決手段】 木質系材料を水蒸気に接触させた後に、その木質系材料を加熱しながら加圧することで形成される成形体の製造方法であって、前記木質系材料を加熱しながら加圧する前に、前記木質系材料に対して難燃剤を添加することを特徴とする成形体の製造方法。難燃剤は、水溶性の難燃剤を使用するのが好ましい。また、難燃剤は、水に溶解させて水溶液とした後に添加するのが好ましい。難燃剤は、リン系難燃剤含む難燃剤を使用するのが好ましい。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、木質系材料を水蒸気に接触させた後に、その木質系材料を加熱しながら加圧することで成形される成形体及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
プラスチックや金属などの代替材料として、木材を利用する試みがこれまでになされている。例えば、特許文献１には、リグニン、ヘミセルロース、及びセルロースを含む木質系材料を水蒸気処理した後に加熱しながら加圧することによって成形される回転駆動体が開示されている。この回転駆動体によれば、従来は金属やエンジニアリングプラスチック等により形成されていたギヤやカムなどの各種の機械部品を、植物由来の木質系材料のみによって形成することができる。この技術を利用すれば、従来は廃棄処分されていた家屋や家具の解体廃材、新聞紙やダンボールなどの古紙、刈り草、落ち葉、刈り枝、間伐材、サトウキビの圧搾滓などを資源として再利用することが可能である。しかも、これらの木質系材料は、土壌中で生分解するので、プラスチックなどの石油化学製品よりも地球環境にとって優しい。また、近年、石油化学製品関連の分野ではＣＯ２排出量削減が大きな課題となっているが、石油化学製品の代替材料として木質系材料の利用がさらに普及することによって、このような課題をクリアできることが大きく期待されている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−２６１９６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、プラスチックや金属の代替材料として木質系材料からなる成形体を利用する場合には、製品毎に要求される難燃性の規格を満たすことが要求される。例えば、木質系材料からなる成形体を利用して、自動車部品、家電器機、ＯＡ器機などを作る場合には、これらの製品毎に定められている難燃性の規格を満たすことが要求される。
【０００５】
そこで本発明は、木質系材料を水蒸気に接触させた後にその木質系材料を加熱しながら加圧することで成形される成形体であって、その成形体の難燃性を高めることのできる技術を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
課題を解決するための手段は、以下の発明である。
（１）木質系材料を水蒸気に接触させた後に、その木質系材料を加熱しながら加圧することで成形される成形体の製造方法であって、
前記木質系材料を加熱しながら加圧する前に、前記木質系材料に対して難燃剤を添加することを特徴とする、成形体の製造方法。
（２）難燃剤として、水溶性の難燃剤を添加することを特徴とする、上記（１）に記載の成形体の製造方法。
（３）難燃剤として、リン系難燃剤を含む難燃剤を添加することを特徴とする、上記（１）または（２）に記載の成形体の製造方法。
（４）難燃剤を水に溶解させて水溶液とした後に、この水溶液を木質系材料に対して添加することを特徴とする、上記（１）から（３）のうちいずれかに記載の成形体の製造方法。
（５）木質系材料に対して１ｗｔ％以上３０ｗｔ％以下の割合で難燃剤を添加することを特徴とする、上記（１）から（４）のうちいずれかに記載の成形体の製造方法。
（６）木質系材料を水蒸気に接触させた後に、その木質系材料を加熱しながら加圧することで成形される成形体であって、
前記木質系材料に対して難燃剤が添加されている、成形体。
（７）難燃剤は、水溶性の難燃剤である、上記（６）に記載の成形体。
（８）難燃剤は、リン系難燃剤を含む難燃剤である、上記（６）または（７）に記載の成形体。
（９）木質系材料に対して１ｗｔ％以上３０ｗｔ％以下の割合で難燃剤が添加されている、上記（６）から（８）のうちいずれかに記載の成形体。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、木質系材料を水蒸気に接触させた後にその木質系材料を加熱しながら加圧することで成形される成形体において、その成形体の難燃性を高めることが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
本発明は、木質系材料を水蒸気に接触させた後に、その木質系材料を加熱しながら加圧することで成形される成形体の製造方法であって、前記木質系材料を加熱しながら加圧する前に、前記木質系材料に対して水溶性の難燃剤を添加することを特徴とする成形体の製造方法である。
【０００９】
［木質系材料について］
本発明における「木質系材料」とは、リグニンとヘミセルロースとセルロースとを含有するリグノセルロース系材料のことである。「木質」という単語がその名称に付されているが、木材に限らず、草本類からも採取することが可能である。このような木質系材料は、例えば、スギ、ヒノキ、ブナなどの各種の樹木から採取することが可能である。また、ケナフ、トウモロコシ、サトウキビ、麻、イグサ、イネなどの草本類から採取することが可能である。あるいは、家屋解体物、家具解体物、木屑、間伐材、籾殻、木粉、古紙、剪定枝、刈り草、落ち葉、サトウキビの圧搾滓（バガス）などの産業廃棄物から採取することも可能である。さらに、木質系材料は、殆どリグニンを含まない上質紙の古紙と、パルピングの工程で廃棄物として排出されるリグニンとを混合することによって得ることも可能である。本発明においては、これらの木質系材料の１種あるいは２種以上を組み合わせて用いることも可能である。
【００１０】
本発明において、原料として使用する木質系材料は、水蒸気と均一に接触させることができるように細分化されているものを使用するのが好ましい。木質系材料が細分化されていると、水蒸気と均一に接触させることができるのみならず、木質系材料を水蒸気に接触させる工程で必要とされる時間を短縮することが可能になる。したがって、木質系材料は、例えば、フレーク状あるいは微粉状に加工されている木材などを使用するのが好ましい。木質系材料は、木材の切断加工の際に生ずる鋸くずやプレーナ屑等をそのまま使用することも可能である。
【００１１】
本発明において、原料として使用する木質系材料の含水率（乾量基準）は、１２０％（以下、含水率においては重量％を意味する）以下であることが好ましい。含水率が１２０％を超えると、水蒸気処理によって木質系材料中に生成する分解成分が流出しやすくなり、可塑化及び流動化に必要な成分が木質系材料中に保持されにくくなるからである。木質系材料の含水率は、より好ましくは、８％以上１００％以下であり、さらに好ましくは、３０％以上１００％以下である。
【００１２】
木質系材料は、水蒸気と接触させた後に加熱しながら加圧する（以下、加熱しながら加圧することを「加熱加圧」と省略する場合がある）ことによって、可塑性及び流動性を発現することが本発明者らによって見出されている。その理論的な根拠は必ずしも明らかではないが、木質系材料に含まれているリグニン、ヘミセルロース、セルロースなどの成分が、水蒸気処理により分解して、その分解後の成分が、加熱により溶融して組織中において流動化することが原因であると考えられている。木質系材料を可塑化・流動化させることによって、この木質系材料をプラスチックのように射出成形等によって自由な形状に成形することが可能になる。しかも、可塑化・流動化した木質系材料は、一旦固化した場合でも、再び加熱することによって、可塑性・流動性を発現するという特質を持っている。したがって、本発明によれば、石油化学製品や金属製品を植物由来の木質系材料からなる成形体によって代替させることが可能になるとともに、貴重な植物資源の循環利用が可能になる。
【００１３】
［水蒸気処理について］
本発明において、木質系材料からなる成形体を製造するためには、まず、原料となる木質系材料を水蒸気に接触させる。この「木質系材料を水蒸気に接触させる処理」のことを、本明細書では「水蒸気処理」と呼ぶことがある。
水蒸気処理では、木質系材料を加熱した飽和蒸気あるいは過熱蒸気等に接触させる。具体的には、例えば耐圧容器内に木質系材料を投入して、この耐圧容器内に例えばボイラー等の供給源から水蒸気を供給する。この水蒸気処理においては、６０℃以上２５０℃以下の水蒸気を木質系材料に接触させるのが好ましい。木質系材料をこのような温度範囲の水蒸気に接触させることによって、木質系材料に含まれるヘミセルロース、リグニン等の分解を行うことができる。水蒸気処理は、木質系材料を１１０℃以上２３０℃以下の水蒸気に接触させて実施するのがより好ましい。更に好ましくは、１５０℃以上２３０℃以下である。
【００１４】
水蒸気処理は、水蒸気を木質系材料に適当な時間（例えば数十秒から数十分間程度）接触させることによって完了することができる。水蒸気の圧力や温度が低い場合には、水蒸気と木質系材料との接触時間をより長くすることが好ましい。また、木質系材料が細分化されていない場合には、木質系材料の内部に水蒸気を十分に浸透させるために、木質系材料と水蒸気との接触時間をより長くすることが好ましい。
【００１５】
水蒸気の温度が２００℃以上２３０℃以下の場合、水蒸気を木質系材料に数十秒から６０分間程度接触させることで水蒸気処理を完了することができる。木質系材料に対して水蒸気処理を行うことによって、その木質系材料を加熱しながら加圧したときに、可塑性及び流動性が発現するようになる。例えば、一般的に入手しやすいプレーナ屑（厚さ０．５ｍｍ以下で２ｃｍ×２ｃｍ以下程度の細片）の場合、木質系材料に対して水蒸気を２分間から５分間程度接触させることによって、その木質系材料を加熱しながら加圧したときに可塑性及び流動性が発現するようになる。
【００１６】
水蒸気処理を終了するときには、木質系材料が収容されている耐圧容器等を解放して大気圧に戻せばよい。大気圧以上の高圧の水蒸気の場合には、徐々に圧力を下げることもできるし、一気に大気圧まで解放することもできる。大気圧まで一気に開放する場合には、木質系材料の組織内部で水蒸気の体積が一気に膨張するので、木質系材料を繊維状あるいは粉末状等に粉砕することができる（以下、高圧状態から一挙に圧力開放して木質系材料を粉砕することを、爆砕という）。爆砕によれば、木質系材料を水蒸気処理するのと同時に細分化することができる。木質系材料を爆砕によって細分化することによって、木質系材料をその後の工程において効率的に乾燥させることができる。なお、爆砕を実施する場合には、水蒸気処理における水蒸気の温度は、１８０℃以上２６０℃以下であることが好ましく、２００℃以上２３０℃以下であることがより好ましい。
【００１７】
［乾燥工程］
木質系材料を水蒸気に接触させる処理（水蒸気処理）を完了した後は、その木質系材料を乾燥させる工程（乾燥工程）を実施するのが好ましい。木質系材料中に水分が多量に存在すると、木質系材料を加熱しながら加圧して可塑化・流動化させる際に、木質系材料の内部から水分が気化して成形性あるいは流動性が損なわれる恐れがあるからである。また、水蒸気処理の後に速やかに水分を蒸発させることによって、水分とともに木質系材料に含まれる水溶性の成分が溶出してしまうことを防止することができるからである。
乾燥工程は、木質系材料の含水率（乾量基準）が２８％以下となるまで実施することが好ましい。乾燥工程は、常温下でも高温下でも実施し得るが、好ましくは、水蒸気処理の後、木質系材料に対して温風を吹き付ける等により高温下にて乾燥する。
【００１８】
［粉砕工程］
水蒸気処理を完了した木質系材料を乾燥させた後は、必要に応じてさらに微細状に粉砕する工程（粉砕工程）を実施するのが好ましい。木質系材料を粉砕してさらに微細化することによって、この木質系材料を加熱しながら加圧したときに流動性及び可塑性がさらに発現しやすくなる。粉砕した後の木質系材料の粒径は、押出し成形や射出成形のためのメルトフローを考慮すれば、好ましくは８００μｍ以下であり、さらに好ましくは２００μｍ以下である。水蒸気処理した木質系材料を粉砕するためには、例えば、ウィレーミル、ボールミル、かいらい機、ミキサー等の粉砕手段を用いることができる。
【００１９】
［難燃剤について］
本発明では、木質系材料を加熱しながら加圧して可塑化・流動化させる前に、木質系材料に対して難燃剤を添加する。難燃剤としては、例えば、プラスチックの燃焼を抑制するために一般的に添加される難燃剤を使用することができる。例えば、臭素系難燃剤、塩素系難燃剤、リン系難燃剤、無機系難燃剤等を使用することができる。また、ホウ素系難燃剤を使用することもできる。これらのうち２種以上の難燃剤を組み合わせて使用することもできる。
【００２０】
臭素系難燃剤とは、臭素原子を含む難燃剤のことであり、有機系難燃剤と、無機系難燃剤とがある。熱による分解によって臭素化合物からなるガスを発生して、木質系材料の表面を被覆することによって燃焼を抑制するタイプのものと、反応性の高い臭素ラジカルを生成して、燃焼反応を終結させるタイプのものが知られている。臭素系難燃剤としては、例えば、臭化アンモニウム、テトラブロモビスフェノール、デカブロモジフェニルエーテル、テトラブロモジフェニルエーテル、ヘキサブロモベンゼン、ヘキサブロモシクロデカン、テトラブロモ無水フタル酸、等を挙げることができる。
【００２１】
塩素系難燃剤とは、塩素原子を含む難燃剤のことである。臭素系難燃剤と同様に、熱による分解によってガスを発生して、木質系材料の表面を被覆することによって燃焼を抑制するタイプのものと、反応性の高い塩素ラジカルを生成して、燃焼反応を終結させるタイプのものが知られている。塩素系難燃剤としては、例えば、塩素化ポリエチレン、ポリ塩化ビニル、パークロロシクロペンタデカン、クロレンド酸、テトラクロロ無水フタル酸、等を挙げることができる。
【００２２】
リン系難燃剤とは、リン原子を含む難燃剤のことであり、リン化合物の熱分解により生成したリン酸層の皮膜が酸素遮断層を形成すると同時に、脱水作用により炭素皮膜を形成し酸素や熱を遮断して燃焼抑制効果を発揮するものが一般的である。リン系難燃剤としては、例えば、リン酸水素二アンモニウム、リン酸二水素アンモニウム、リン酸三アンモニウム、ポリリン酸アンモニウム、非ハロゲン系リン酸エステル（トリエチルホスフェート、トリクレジルホスフェート等）、ハロゲン系リン酸エステル（トリスクロロエチルホスフェート、トリスクロロプロピルホスフェート、トリスジクロロプロピルホスフェート等）、含窒素リン酸エステル、重合性リン化合物モノマー、赤リン系難燃剤、等を挙げることができる。
【００２３】
無機系難燃剤としては、例えば、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、三酸化アンチモン、ほう酸亜鉛、ジルコニウム、炭酸カルシウム、酸化スズ、五酸化リン、硫酸アンモニウム、等が挙げられる。これらの難燃剤により難燃効果が発揮される作用はいろいろである。例えば、水酸化アルミニウムの場合には、金属水和物の分解による吸熱現象により難燃効果が発揮される。
【００２４】
ホウ素系難燃剤としては、ホウ酸、ホウ砂（ホウ酸ナトリウム）等が挙げられる。ホウ素系難燃剤は、高い温度で溶融し、材料の表面を覆うことによって、酸素との接触を妨げ、燃焼抑制効果を発揮する。
【００２５】
木質系材料に対する難燃剤の好ましい添加量は、難燃剤の種類により異なってくるが、例えば、難燃剤としてリン系難燃剤を使用する場合には、木質系材料（乾燥基準）に対して１ｗｔ％以上３０ｗｔ％以下の割合で添加するのが好ましい。より好ましくは、３ｗｔ％以上２０ｗｔ％以下であり、更に好ましくは、５ｗｔ％以上１５ｗｔ％以下である。難燃剤をこのような割合で添加することによって、木質系材料からなる成形体の難燃性を高めるのと同時に、木質系材料からなる成形体の物理的強度（アイゾット衝撃値、引っ張り強さ、曲げ強さ等）が低下するのを回避することができる（難燃剤がこの範囲よりも多すぎると成形体の物理的強度が低下してしまい、難燃剤がこの範囲よりも少なすぎると難燃効果が十分でなくなる傾向がある）。
【００２６】
本発明において、木質系材料に対して添加する難燃剤としては、水溶性の難燃剤を使用するのが好ましい。ここでいう「水溶性の難燃剤」とは、水と混合したときにその少なくとも一部が溶解する難燃剤のことである。水溶性の難燃剤が好ましいのは、以下の理由に基づいている。水溶性の難燃剤の例としては、リン系難燃剤を挙げることができる。
【００２７】
一般的に、難燃剤は木質系材料とのなじみが良くないために、木質系材料に対して難燃剤をそのまま添加しても、木質系材料の中に難燃剤を均一に混和させることが困難な場合がある。この場合、例えば製品毎に定められている難燃性の規格を満たすために、木質系材料に過剰な量の難燃剤を添加しなければならず、木質系材料からなる成形体の物理的強度が低下してしまうという問題がある（難燃剤が多すぎると、成形体の物理的強度が低下してしまうからである）。したがって、本発明においては、木質系材料とのなじみが良い水溶性の難燃剤を使用するのが好ましい。これにより、木質系材料からなる成形体の難燃性を高めつつ、木質系材料からなる成形体の物理的強度が低下するのを防止することができる。
【００２８】
水溶性の難燃剤を使用することによって、木質系材料に対する難燃剤のなじみを良くすることができる。このことの理論的な根拠については必ずしも明らかではないが、溶解した難燃剤が木質系材料の中の細部まで浸透することによるものと考えられる。
【００２９】
また、木質系材料に添加する難燃剤としては、「リン系難燃剤を含む難燃剤」を使用するのが好ましい。ここでいう「リン系難燃剤を含む難燃剤」とは、リン系難燃剤だけを含む難燃剤、および、リン系難燃剤と他の難燃剤を含む難燃剤、の双方を含む趣旨である。リン系難燃剤を含む難燃剤が好ましいのは、リン系難燃剤の水溶性が特に高いために、難燃剤を木質系材料中に均一に混和させるのに適しているからである。
【００３０】
難燃剤は、木質系材料に対してそのまま添加してもよいが、水に溶解させて水溶液にしてから添加するのが好ましい。木質系材料は吸水性に富んでいるので、難燃剤を予め水に溶解させて水溶液にしたほうが、木質系材料中に難燃剤を均一に分散させることが可能になる。この場合、難燃剤を溶解させるために使用した余分な水分は、後段の乾燥工程にて取り除くことが可能である。
また、難燃剤は、メタノールやエタノールなどの有機溶媒に溶解させてから木質系材料に対して添加してもよい。あるいは、水とエタノール、水とメタノールなどの混合溶媒に溶解させてから木質系材料に添加してもよい。
【００３１】
難燃剤は、水蒸気処理する前の木質系材料に対して添加してもよいし、水蒸気処理した後の木質系材料に対して添加してもよい。
難燃剤は、どのような性状のものであっても使用することができる。例えば、固形状、液体状、あるいは粉体状の難燃剤を使用することができる。
【００３２】
木質系材料に対する難燃剤の添加方法は特に制限するものではない。例えば、加熱加圧する前の木質系材料の中に、難燃剤をそのまま投入してミキサー等により混合してもよい。あるいは、加熱加圧する前の木質系材料に対して、予め難燃剤を水に溶解させた水溶液をスプレー等によって噴霧してもよい。あるいは、難燃剤を水に溶解させた水溶液を槽に満たしてから、この槽の中に木質系材料を浸漬させてもよい。この場合、木質系材料の周囲に高い圧力をかけることによって、木質系材料の内部に難燃剤の水溶液を急速に浸透させることができる。
【００３３】
木質系材料を加熱加圧する前に、必要に応じて、この木質系材料に少量の合成樹脂を添加することも可能である。添加する合成樹脂としては、例えば、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、生分解性樹脂等を挙げることができる。熱可塑性樹脂材料としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ＡＢＳ樹脂、塩化ビニル等を挙げることができる。熱硬化性樹脂としては、フェノール樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂等をを挙げることができる。生分解性樹脂としては、ポリ乳酸、ポリ−β−ヒドロキシ酪酸、ポリコハク酸ブチレン等を挙げることができる。
【００３４】
［加熱加圧工程］
木質系材料を水蒸気処理した後に、必要に応じて乾燥工程及び粉砕工程を経た後、この木質系材料を加熱しながら加圧する工程（加熱加圧工程）を実施する。これにより、木質系材料を可塑化及び流動化させることができるので、この木質系材料を自由な形状に成形することが可能となる。加熱加圧の手段としては、例えば、一般的に使用されている合成樹脂を成形するための成形機などを使用することができる。例えば、圧縮成形機、押出し成形機、射出成形機などを使用することができる。これらの成形機を使用することによって、木質系材料を加熱加圧するのと同時に、可塑化した木質系材料を所定の形状に成形することが可能である。
【００３５】
木質系材料を加熱加圧する際の温度条件は、好ましくは１１０℃以上２３０℃以下であり、より好ましくは約１５０℃以上１８０℃以下である。加圧条件は、好ましくは１０ＭＰａ以上８０ＭＰａ以下であり、より好ましくは２５ＭＰａ以上６０ＭＰａ以下である。つまり、水蒸気処理した後の木質系材料をこの範囲まで加熱しながら加圧することによって、木質系材料を可塑化・流動化させるとともに形状を付与することができる。たとえば、木質系材料として一般的なプレーナ屑（厚さ０．５ｍｍ以下で２ｃｍ×２ｃｍ以下程度の細片）を使用した場合、水蒸気処理した後の木質系材料を１９０℃程度まで加熱することによって、可塑化・流動化させることが可能である。また、同様の木質系材料を用いた場合であって、水蒸気処理温度が約２１０℃、処理時間が５分未満の場合には、約１６０℃の加熱温度で可塑化・流動化させることができる。なお、木質系材料の流動化開始温度は、細管式レオメータによる押出し試験等によって確認することができる。
【００３６】
可塑化・流動化させた木質系材料は、押出し成形機や射出成形機によって成形することができる。あるいは、可塑化・流動化させた木質系材料を金型に流し込んで、この金型によって所望の形状に成形することが可能である。
本発明によれば、いろいろな形状の成形品を作製することができる。例えば、木質系材料からなる成形体によって、カップ、皿などの日用品を作ることが可能である。また、ボードやパネルなどの建築用品を作ることが可能である。さらに、耐摩耗性や耐衝撃性など、ある程度の機械的強度が要求される部品を作ることも可能である。例えば、自動車部品、家電器機用の部品、ＯＡ機器用など、各種製品の部品を作ることが可能である。歯車やカムなどの機械要素を作ることも可能である。本発明によれば、木質系材料の中に難燃剤が添加されているので、難燃性の高い製品を製造することが可能である。
【００３７】
本発明によれば、従来は金属やエンジニアリングプラスチック等によって形成されていた部品を、木質系材料からなる成形体によって代替させることができる。したがって、従来は廃棄処分されていた廃材や間伐材などの有効利用を促進することが可能であるとともに、木質系材料は土壌中で生分解するので、焼却処分が不要となり、ＣＯ２排出量削減の効果も期待できる。また、本発明に係る木質系材料からなる成形体は、バインダとして合成樹脂を添加する必要がないので、燃焼させたときに有害物質を発生することがほとんどない。
【実施例１】
【００３８】
以下、本発明のさらに具体的な実施例について説明する。
実施例１では、成形体の原料となる木質系材料として、ブナの木粉を準備した。このブナの木粉を２００℃にて２０分間水蒸気処理を行った後に、この木質系材料に難燃剤を添加した。難燃剤は、水に溶解させて水溶液とした後に、木質系材料に対して２０ｗｔ％の割合で添加した。水蒸気処理の後、木質系材料を成形型の内部に充填し、１８０℃、３０ＭＰａの条件で、１０分間、加熱加圧を行った、これにより、厚さ約４ｍｍの成形体を得た。
【００３９】
得られた成形体について、コーンカロリーメーターを用いて発熱性試験を行い、総発熱量、最大発熱速度、サンプル残存量、着火時間を測定した。なお、発熱性試験は、ＩＳＯ−５６６０「コーンカロリーメーター法」に従って行った。また、比較例として、難燃剤を添加していない木質系材料を加熱加圧することによって得られた成形体について、同様の発熱性試験を行った。これらの試験結果を、以下の［表１］に示す。
【００４０】
【表１】
【００４１】
表１に示す結果を見ればわかるように、木質系材料に対して難燃剤を添加することによって、成形体の難燃性が著しく高められることが判明した。具体的には、サンプルＮＯ．２〜６の試験結果において、各時間における総発熱量及び最大発熱速度が大幅に減少しており、また、着火時間も大幅に延びており、難燃剤を添加していないサンプルＮＯ．１の結果と比較すると、高い難燃効果が得られていることが判明した。また、各試験結果を難燃効果の点で比較すると、木質系材料に添加する難燃剤としては、リン酸二水素アンモニウム、リン酸水素二アンモニウム、臭化アンモニウムが好ましいことが判明した。
【実施例２】
【００４２】
実施例２では、成形体の原料となる木質系材料として、ブナの木粉を準備した。このブナの木粉を２００℃にて２０分間水蒸気処理を行った後に、この木質系材料に対してリン酸二水素アンモニウム水溶液、あるいは、臭化アンモニウム水溶液を添加して混合した。これにより、難燃剤が５ｗｔ％、１５ｗｔ％、２５ｗｔ％含まれる木質系材料を調製した。この木質系材料を乾燥機にて乾燥させた後に、成形用容器内に充填し、１８０℃、３０ＭＰａの条件で、１０分間、加熱加圧を行った。これにより、厚さ約３ｍｍの成形体を得た。得られた成形体について、ＵＬ−９４（プラスチック材料の燃焼性の規格）による燃焼試験を行った。試験結果を以下の［表２］に示す。
【００４３】
【表２】
【００４４】
表２に示す結果を見ればわかるように、本発明によって得られた木質系材料からなる成形体は、プラスチック材料の燃焼性の規格を満たしていることが判明した。つまり、本発明によって得られた木質系材料からなる成形体は、プラスチック製品の代替品として利用した場合であっても、その製品の難燃性の規格を満たすことが可能であることが実証された。
【実施例３】
【００４５】
実施例３では、成形体の原料となる木質系材料として、ブナの木粉を準備した。このブナの木粉を２００℃にて２０分間水蒸気処理を行った後に、この木質系材料に対して５ｗｔ％の割合で難燃剤を添加した。難燃剤は、リン酸二水素アンモニウムと臭化アンモニウムの２種類を使用した。水蒸気処理の後、木質系材料を成形型の内部に充填し、１８０℃、３０ＭＰａの条件で、１０分間、加熱加圧を行った、これにより、厚さ約４ｍｍの成形体を得た。
【００４６】
実施例３では、ＮＯ．１〜ＮＯ．５までの５種類の実験を行った。
サンプルＮＯ．１では、木質系材料に難燃剤を添加しないで加熱加圧を行った（対照区）。サンプルＮＯ．２では、リン酸二水素アンモニウムを水に溶解させて水溶液とした後に添加した。サンプルＮＯ．３では、リン酸二水素アンモニウムの粉末をそのまま添加した。サンプルＮＯ．４では、臭化アンモニウムを水に溶解させて水溶液とした後に添加した。サンプルＮＯ．５では、臭化アンモニウムの粉末をそのまま添加した。
【００４７】
ＮＯ．1〜ＮＯ．５の実験により得られた成形体について、コーンカロリーメーターを用いて発熱性試験を行い、総発熱量、最大発熱速度、サンプル残存量、着火時間を測定した。なお、発熱性試験は、ＩＳＯ−５６６０「コーンカロリーメーター法」に従って行った。これらの試験結果を、以下の［表３］に示す。
【００４８】
【表３】
【００４９】
表３に示す結果を見ればわかるように、難燃剤を粉末の状態で添加するよりも、水溶液の状態で添加した場合の方が、成形体の難燃性が著しく高まることが判明した。具体的には、サンプルＮＯ．２，４の試験結果において、各時間における総発熱量及び最大発熱速度が大幅に減少しており、また、着火時間も大幅に延びており、難燃剤を粉末の状態で添加したサンプルＮＯ．３，５の結果と比較すると、高い難燃効果が得られていることが判明した。特に、難燃剤として臭化アンモニウムを使用した場合には、リン酸二水素アンモニウムを使用した場合よりも、成形体の難燃効果が飛躍的に高まることが判明した。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、木質系材料を水蒸気に接触させた後に、その木質系材料を加熱しながら加圧することで成形される成形体及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
プラスチックや金属などの代替材料として、木材を利用する試みがこれまでになされている。例えば、特許文献１には、リグニン、ヘミセルロース、及びセルロースを含む木質系材料を水蒸気処理した後に加熱しながら加圧することによって成形される回転駆動体が開示されている。この回転駆動体によれば、従来は金属やエンジニアリングプラスチック等により形成されていたギヤやカムなどの各種の機械部品を、植物由来の木質系材料のみによって形成することができる。この技術を利用すれば、従来は廃棄処分されていた家屋や家具の解体廃材、新聞紙やダンボールなどの古紙、刈り草、落ち葉、刈り枝、間伐材、サトウキビの圧搾滓などを資源として再利用することが可能である。しかも、これらの木質系材料は、土壌中で生分解するので、プラスチックなどの石油化学製品よりも地球環境にとって優しい。また、近年、石油化学製品関連の分野ではＣＯ２排出量削減が大きな課題となっているが、石油化学製品の代替材料として木質系材料の利用がさらに普及することによって、このような課題をクリアできることが大きく期待されている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−２６１９６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、プラスチックや金属の代替材料として木質系材料からなる成形体を利用する場合には、製品毎に要求される難燃性の規格を満たすことが要求される。例えば、木質系材料からなる成形体を利用して、自動車部品、家電器機、ＯＡ器機などを作る場合には、これらの製品毎に定められている難燃性の規格を満たすことが要求される。
【０００５】
そこで本発明は、木質系材料を水蒸気に接触させた後にその木質系材料を加熱しながら加圧することで成形される成形体であって、その成形体の難燃性を高めることのできる技術を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
課題を解決するための手段は、以下の発明である。
（１）木質系材料を水蒸気に接触させた後に、その木質系材料を加熱しながら加圧することで成形される成形体の製造方法であって、
前記木質系材料を加熱しながら加圧する前に、前記木質系材料に対して難燃剤を添加することを特徴とする、成形体の製造方法。
（２）難燃剤として、水溶性の難燃剤を添加することを特徴とする、上記（１）に記載の成形体の製造方法。
（３）難燃剤として、リン系難燃剤を含む難燃剤を添加することを特徴とする、上記（１）または（２）に記載の成形体の製造方法。
（４）難燃剤を水に溶解させて水溶液とした後に、この水溶液を木質系材料に対して添加することを特徴とする、上記（１）から（３）のうちいずれかに記載の成形体の製造方法。
（５）木質系材料に対して１ｗｔ％以上３０ｗｔ％以下の割合で難燃剤を添加することを特徴とする、上記（１）から（４）のうちいずれかに記載の成形体の製造方法。
（６）木質系材料を水蒸気に接触させた後に、その木質系材料を加熱しながら加圧することで成形される成形体であって、
前記木質系材料に対して難燃剤が添加されている、成形体。
（７）難燃剤は、水溶性の難燃剤である、上記（６）に記載の成形体。
（８）難燃剤は、リン系難燃剤を含む難燃剤である、上記（６）または（７）に記載の成形体。
（９）木質系材料に対して１ｗｔ％以上３０ｗｔ％以下の割合で難燃剤が添加されている、上記（６）から（８）のうちいずれかに記載の成形体。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、木質系材料を水蒸気に接触させた後にその木質系材料を加熱しながら加圧することで成形される成形体において、その成形体の難燃性を高めることが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
本発明は、木質系材料を水蒸気に接触させた後に、その木質系材料を加熱しながら加圧することで成形される成形体の製造方法であって、前記木質系材料を加熱しながら加圧する前に、前記木質系材料に対して水溶性の難燃剤を添加することを特徴とする成形体の製造方法である。
【０００９】
［木質系材料について］
本発明における「木質系材料」とは、リグニンとヘミセルロースとセルロースとを含有するリグノセルロース系材料のことである。「木質」という単語がその名称に付されているが、木材に限らず、草本類からも採取することが可能である。このような木質系材料は、例えば、スギ、ヒノキ、ブナなどの各種の樹木から採取することが可能である。また、ケナフ、トウモロコシ、サトウキビ、麻、イグサ、イネなどの草本類から採取することが可能である。あるいは、家屋解体物、家具解体物、木屑、間伐材、籾殻、木粉、古紙、剪定枝、刈り草、落ち葉、サトウキビの圧搾滓（バガス）などの産業廃棄物から採取することも可能である。さらに、木質系材料は、殆どリグニンを含まない上質紙の古紙と、パルピングの工程で廃棄物として排出されるリグニンとを混合することによって得ることも可能である。本発明においては、これらの木質系材料の１種あるいは２種以上を組み合わせて用いることも可能である。
【００１０】
本発明において、原料として使用する木質系材料は、水蒸気と均一に接触させることができるように細分化されているものを使用するのが好ましい。木質系材料が細分化されていると、水蒸気と均一に接触させることができるのみならず、木質系材料を水蒸気に接触させる工程で必要とされる時間を短縮することが可能になる。したがって、木質系材料は、例えば、フレーク状あるいは微粉状に加工されている木材などを使用するのが好ましい。木質系材料は、木材の切断加工の際に生ずる鋸くずやプレーナ屑等をそのまま使用することも可能である。
【００１１】
本発明において、原料として使用する木質系材料の含水率（乾量基準）は、１２０％（以下、含水率においては重量％を意味する）以下であることが好ましい。含水率が１２０％を超えると、水蒸気処理によって木質系材料中に生成する分解成分が流出しやすくなり、可塑化及び流動化に必要な成分が木質系材料中に保持されにくくなるからである。木質系材料の含水率は、より好ましくは、８％以上１００％以下であり、さらに好ましくは、３０％以上１００％以下である。
【００１２】
木質系材料は、水蒸気と接触させた後に加熱しながら加圧する（以下、加熱しながら加圧することを「加熱加圧」と省略する場合がある）ことによって、可塑性及び流動性を発現することが本発明者らによって見出されている。その理論的な根拠は必ずしも明らかではないが、木質系材料に含まれているリグニン、ヘミセルロース、セルロースなどの成分が、水蒸気処理により分解して、その分解後の成分が、加熱により溶融して組織中において流動化することが原因であると考えられている。木質系材料を可塑化・流動化させることによって、この木質系材料をプラスチックのように射出成形等によって自由な形状に成形することが可能になる。しかも、可塑化・流動化した木質系材料は、一旦固化した場合でも、再び加熱することによって、可塑性・流動性を発現するという特質を持っている。したがって、本発明によれば、石油化学製品や金属製品を植物由来の木質系材料からなる成形体によって代替させることが可能になるとともに、貴重な植物資源の循環利用が可能になる。
【００１３】
［水蒸気処理について］
本発明において、木質系材料からなる成形体を製造するためには、まず、原料となる木質系材料を水蒸気に接触させる。この「木質系材料を水蒸気に接触させる処理」のことを、本明細書では「水蒸気処理」と呼ぶことがある。
水蒸気処理では、木質系材料を加熱した飽和蒸気あるいは過熱蒸気等に接触させる。具体的には、例えば耐圧容器内に木質系材料を投入して、この耐圧容器内に例えばボイラー等の供給源から水蒸気を供給する。この水蒸気処理においては、６０℃以上２５０℃以下の水蒸気を木質系材料に接触させるのが好ましい。木質系材料をこのような温度範囲の水蒸気に接触させることによって、木質系材料に含まれるヘミセルロース、リグニン等の分解を行うことができる。水蒸気処理は、木質系材料を１１０℃以上２３０℃以下の水蒸気に接触させて実施するのがより好ましい。更に好ましくは、１５０℃以上２３０℃以下である。
【００１４】
水蒸気処理は、水蒸気を木質系材料に適当な時間（例えば数十秒から数十分間程度）接触させることによって完了することができる。水蒸気の圧力や温度が低い場合には、水蒸気と木質系材料との接触時間をより長くすることが好ましい。また、木質系材料が細分化されていない場合には、木質系材料の内部に水蒸気を十分に浸透させるために、木質系材料と水蒸気との接触時間をより長くすることが好ましい。
【００１５】
水蒸気の温度が２００℃以上２３０℃以下の場合、水蒸気を木質系材料に数十秒から６０分間程度接触させることで水蒸気処理を完了することができる。木質系材料に対して水蒸気処理を行うことによって、その木質系材料を加熱しながら加圧したときに、可塑性及び流動性が発現するようになる。例えば、一般的に入手しやすいプレーナ屑（厚さ０．５ｍｍ以下で２ｃｍ×２ｃｍ以下程度の細片）の場合、木質系材料に対して水蒸気を２分間から５分間程度接触させることによって、その木質系材料を加熱しながら加圧したときに可塑性及び流動性が発現するようになる。
【００１６】
水蒸気処理を終了するときには、木質系材料が収容されている耐圧容器等を解放して大気圧に戻せばよい。大気圧以上の高圧の水蒸気の場合には、徐々に圧力を下げることもできるし、一気に大気圧まで解放することもできる。大気圧まで一気に開放する場合には、木質系材料の組織内部で水蒸気の体積が一気に膨張するので、木質系材料を繊維状あるいは粉末状等に粉砕することができる（以下、高圧状態から一挙に圧力開放して木質系材料を粉砕することを、爆砕という）。爆砕によれば、木質系材料を水蒸気処理するのと同時に細分化することができる。木質系材料を爆砕によって細分化することによって、木質系材料をその後の工程において効率的に乾燥させることができる。なお、爆砕を実施する場合には、水蒸気処理における水蒸気の温度は、１８０℃以上２６０℃以下であることが好ましく、２００℃以上２３０℃以下であることがより好ましい。
【００１７】
［乾燥工程］
木質系材料を水蒸気に接触させる処理（水蒸気処理）を完了した後は、その木質系材料を乾燥させる工程（乾燥工程）を実施するのが好ましい。木質系材料中に水分が多量に存在すると、木質系材料を加熱しながら加圧して可塑化・流動化させる際に、木質系材料の内部から水分が気化して成形性あるいは流動性が損なわれる恐れがあるからである。また、水蒸気処理の後に速やかに水分を蒸発させることによって、水分とともに木質系材料に含まれる水溶性の成分が溶出してしまうことを防止することができるからである。
乾燥工程は、木質系材料の含水率（乾量基準）が２８％以下となるまで実施することが好ましい。乾燥工程は、常温下でも高温下でも実施し得るが、好ましくは、水蒸気処理の後、木質系材料に対して温風を吹き付ける等により高温下にて乾燥する。
【００１８】
［粉砕工程］
水蒸気処理を完了した木質系材料を乾燥させた後は、必要に応じてさらに微細状に粉砕する工程（粉砕工程）を実施するのが好ましい。木質系材料を粉砕してさらに微細化することによって、この木質系材料を加熱しながら加圧したときに流動性及び可塑性がさらに発現しやすくなる。粉砕した後の木質系材料の粒径は、押出し成形や射出成形のためのメルトフローを考慮すれば、好ましくは８００μｍ以下であり、さらに好ましくは２００μｍ以下である。水蒸気処理した木質系材料を粉砕するためには、例えば、ウィレーミル、ボールミル、かいらい機、ミキサー等の粉砕手段を用いることができる。
【００１９】
［難燃剤について］
本発明では、木質系材料を加熱しながら加圧して可塑化・流動化させる前に、木質系材料に対して難燃剤を添加する。難燃剤としては、例えば、プラスチックの燃焼を抑制するために一般的に添加される難燃剤を使用することができる。例えば、臭素系難燃剤、塩素系難燃剤、リン系難燃剤、無機系難燃剤等を使用することができる。また、ホウ素系難燃剤を使用することもできる。これらのうち２種以上の難燃剤を組み合わせて使用することもできる。
【００２０】
臭素系難燃剤とは、臭素原子を含む難燃剤のことであり、有機系難燃剤と、無機系難燃剤とがある。熱による分解によって臭素化合物からなるガスを発生して、木質系材料の表面を被覆することによって燃焼を抑制するタイプのものと、反応性の高い臭素ラジカルを生成して、燃焼反応を終結させるタイプのものが知られている。臭素系難燃剤としては、例えば、臭化アンモニウム、テトラブロモビスフェノール、デカブロモジフェニルエーテル、テトラブロモジフェニルエーテル、ヘキサブロモベンゼン、ヘキサブロモシクロデカン、テトラブロモ無水フタル酸、等を挙げることができる。
【００２１】
塩素系難燃剤とは、塩素原子を含む難燃剤のことである。臭素系難燃剤と同様に、熱による分解によってガスを発生して、木質系材料の表面を被覆することによって燃焼を抑制するタイプのものと、反応性の高い塩素ラジカルを生成して、燃焼反応を終結させるタイプのものが知られている。塩素系難燃剤としては、例えば、塩素化ポリエチレン、ポリ塩化ビニル、パークロロシクロペンタデカン、クロレンド酸、テトラクロロ無水フタル酸、等を挙げることができる。
【００２２】
リン系難燃剤とは、リン原子を含む難燃剤のことであり、リン化合物の熱分解により生成したリン酸層の皮膜が酸素遮断層を形成すると同時に、脱水作用により炭素皮膜を形成し酸素や熱を遮断して燃焼抑制効果を発揮するものが一般的である。リン系難燃剤としては、例えば、リン酸水素二アンモニウム、リン酸二水素アンモニウム、リン酸三アンモニウム、ポリリン酸アンモニウム、非ハロゲン系リン酸エステル（トリエチルホスフェート、トリクレジルホスフェート等）、ハロゲン系リン酸エステル（トリスクロロエチルホスフェート、トリスクロロプロピルホスフェート、トリスジクロロプロピルホスフェート等）、含窒素リン酸エステル、重合性リン化合物モノマー、赤リン系難燃剤、等を挙げることができる。
【００２３】
無機系難燃剤としては、例えば、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、三酸化アンチモン、ほう酸亜鉛、ジルコニウム、炭酸カルシウム、酸化スズ、五酸化リン、硫酸アンモニウム、等が挙げられる。これらの難燃剤により難燃効果が発揮される作用はいろいろである。例えば、水酸化アルミニウムの場合には、金属水和物の分解による吸熱現象により難燃効果が発揮される。
【００２４】
ホウ素系難燃剤としては、ホウ酸、ホウ砂（ホウ酸ナトリウム）等が挙げられる。ホウ素系難燃剤は、高い温度で溶融し、材料の表面を覆うことによって、酸素との接触を妨げ、燃焼抑制効果を発揮する。
【００２５】
木質系材料に対する難燃剤の好ましい添加量は、難燃剤の種類により異なってくるが、例えば、難燃剤としてリン系難燃剤を使用する場合には、木質系材料（乾燥基準）に対して１ｗｔ％以上３０ｗｔ％以下の割合で添加するのが好ましい。より好ましくは、３ｗｔ％以上２０ｗｔ％以下であり、更に好ましくは、５ｗｔ％以上１５ｗｔ％以下である。難燃剤をこのような割合で添加することによって、木質系材料からなる成形体の難燃性を高めるのと同時に、木質系材料からなる成形体の物理的強度（アイゾット衝撃値、引っ張り強さ、曲げ強さ等）が低下するのを回避することができる（難燃剤がこの範囲よりも多すぎると成形体の物理的強度が低下してしまい、難燃剤がこの範囲よりも少なすぎると難燃効果が十分でなくなる傾向がある）。
【００２６】
本発明において、木質系材料に対して添加する難燃剤としては、水溶性の難燃剤を使用するのが好ましい。ここでいう「水溶性の難燃剤」とは、水と混合したときにその少なくとも一部が溶解する難燃剤のことである。水溶性の難燃剤が好ましいのは、以下の理由に基づいている。水溶性の難燃剤の例としては、リン系難燃剤を挙げることができる。
【００２７】
一般的に、難燃剤は木質系材料とのなじみが良くないために、木質系材料に対して難燃剤をそのまま添加しても、木質系材料の中に難燃剤を均一に混和させることが困難な場合がある。この場合、例えば製品毎に定められている難燃性の規格を満たすために、木質系材料に過剰な量の難燃剤を添加しなければならず、木質系材料からなる成形体の物理的強度が低下してしまうという問題がある（難燃剤が多すぎると、成形体の物理的強度が低下してしまうからである）。したがって、本発明においては、木質系材料とのなじみが良い水溶性の難燃剤を使用するのが好ましい。これにより、木質系材料からなる成形体の難燃性を高めつつ、木質系材料からなる成形体の物理的強度が低下するのを防止することができる。
【００２８】
水溶性の難燃剤を使用することによって、木質系材料に対する難燃剤のなじみを良くすることができる。このことの理論的な根拠については必ずしも明らかではないが、溶解した難燃剤が木質系材料の中の細部まで浸透することによるものと考えられる。
【００２９】
また、木質系材料に添加する難燃剤としては、「リン系難燃剤を含む難燃剤」を使用するのが好ましい。ここでいう「リン系難燃剤を含む難燃剤」とは、リン系難燃剤だけを含む難燃剤、および、リン系難燃剤と他の難燃剤を含む難燃剤、の双方を含む趣旨である。リン系難燃剤を含む難燃剤が好ましいのは、リン系難燃剤の水溶性が特に高いために、難燃剤を木質系材料中に均一に混和させるのに適しているからである。
【００３０】
難燃剤は、木質系材料に対してそのまま添加してもよいが、水に溶解させて水溶液にしてから添加するのが好ましい。木質系材料は吸水性に富んでいるので、難燃剤を予め水に溶解させて水溶液にしたほうが、木質系材料中に難燃剤を均一に分散させることが可能になる。この場合、難燃剤を溶解させるために使用した余分な水分は、後段の乾燥工程にて取り除くことが可能である。
また、難燃剤は、メタノールやエタノールなどの有機溶媒に溶解させてから木質系材料に対して添加してもよい。あるいは、水とエタノール、水とメタノールなどの混合溶媒に溶解させてから木質系材料に添加してもよい。
【００３１】
難燃剤は、水蒸気処理する前の木質系材料に対して添加してもよいし、水蒸気処理した後の木質系材料に対して添加してもよい。
難燃剤は、どのような性状のものであっても使用することができる。例えば、固形状、液体状、あるいは粉体状の難燃剤を使用することができる。
【００３２】
木質系材料に対する難燃剤の添加方法は特に制限するものではない。例えば、加熱加圧する前の木質系材料の中に、難燃剤をそのまま投入してミキサー等により混合してもよい。あるいは、加熱加圧する前の木質系材料に対して、予め難燃剤を水に溶解させた水溶液をスプレー等によって噴霧してもよい。あるいは、難燃剤を水に溶解させた水溶液を槽に満たしてから、この槽の中に木質系材料を浸漬させてもよい。この場合、木質系材料の周囲に高い圧力をかけることによって、木質系材料の内部に難燃剤の水溶液を急速に浸透させることができる。
【００３３】
木質系材料を加熱加圧する前に、必要に応じて、この木質系材料に少量の合成樹脂を添加することも可能である。添加する合成樹脂としては、例えば、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、生分解性樹脂等を挙げることができる。熱可塑性樹脂材料としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ＡＢＳ樹脂、塩化ビニル等を挙げることができる。熱硬化性樹脂としては、フェノール樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂等をを挙げることができる。生分解性樹脂としては、ポリ乳酸、ポリ−β−ヒドロキシ酪酸、ポリコハク酸ブチレン等を挙げることができる。
【００３４】
［加熱加圧工程］
木質系材料を水蒸気処理した後に、必要に応じて乾燥工程及び粉砕工程を経た後、この木質系材料を加熱しながら加圧する工程（加熱加圧工程）を実施する。これにより、木質系材料を可塑化及び流動化させることができるので、この木質系材料を自由な形状に成形することが可能となる。加熱加圧の手段としては、例えば、一般的に使用されている合成樹脂を成形するための成形機などを使用することができる。例えば、圧縮成形機、押出し成形機、射出成形機などを使用することができる。これらの成形機を使用することによって、木質系材料を加熱加圧するのと同時に、可塑化した木質系材料を所定の形状に成形することが可能である。
【００３５】
木質系材料を加熱加圧する際の温度条件は、好ましくは１１０℃以上２３０℃以下であり、より好ましくは約１５０℃以上１８０℃以下である。加圧条件は、好ましくは１０ＭＰａ以上８０ＭＰａ以下であり、より好ましくは２５ＭＰａ以上６０ＭＰａ以下である。つまり、水蒸気処理した後の木質系材料をこの範囲まで加熱しながら加圧することによって、木質系材料を可塑化・流動化させるとともに形状を付与することができる。たとえば、木質系材料として一般的なプレーナ屑（厚さ０．５ｍｍ以下で２ｃｍ×２ｃｍ以下程度の細片）を使用した場合、水蒸気処理した後の木質系材料を１９０℃程度まで加熱することによって、可塑化・流動化させることが可能である。また、同様の木質系材料を用いた場合であって、水蒸気処理温度が約２１０℃、処理時間が５分未満の場合には、約１６０℃の加熱温度で可塑化・流動化させることができる。なお、木質系材料の流動化開始温度は、細管式レオメータによる押出し試験等によって確認することができる。
【００３６】
可塑化・流動化させた木質系材料は、押出し成形機や射出成形機によって成形することができる。あるいは、可塑化・流動化させた木質系材料を金型に流し込んで、この金型によって所望の形状に成形することが可能である。
本発明によれば、いろいろな形状の成形品を作製することができる。例えば、木質系材料からなる成形体によって、カップ、皿などの日用品を作ることが可能である。また、ボードやパネルなどの建築用品を作ることが可能である。さらに、耐摩耗性や耐衝撃性など、ある程度の機械的強度が要求される部品を作ることも可能である。例えば、自動車部品、家電器機用の部品、ＯＡ機器用など、各種製品の部品を作ることが可能である。歯車やカムなどの機械要素を作ることも可能である。本発明によれば、木質系材料の中に難燃剤が添加されているので、難燃性の高い製品を製造することが可能である。
【００３７】
本発明によれば、従来は金属やエンジニアリングプラスチック等によって形成されていた部品を、木質系材料からなる成形体によって代替させることができる。したがって、従来は廃棄処分されていた廃材や間伐材などの有効利用を促進することが可能であるとともに、木質系材料は土壌中で生分解するので、焼却処分が不要となり、ＣＯ２排出量削減の効果も期待できる。また、本発明に係る木質系材料からなる成形体は、バインダとして合成樹脂を添加する必要がないので、燃焼させたときに有害物質を発生することがほとんどない。
【実施例１】
【００３８】
以下、本発明のさらに具体的な実施例について説明する。
実施例１では、成形体の原料となる木質系材料として、ブナの木粉を準備した。このブナの木粉を２００℃にて２０分間水蒸気処理を行った後に、この木質系材料に難燃剤を添加した。難燃剤は、水に溶解させて水溶液とした後に、木質系材料に対して２０ｗｔ％の割合で添加した。水蒸気処理の後、木質系材料を成形型の内部に充填し、１８０℃、３０ＭＰａの条件で、１０分間、加熱加圧を行った、これにより、厚さ約４ｍｍの成形体を得た。
【００３９】
得られた成形体について、コーンカロリーメーターを用いて発熱性試験を行い、総発熱量、最大発熱速度、サンプル残存量、着火時間を測定した。なお、発熱性試験は、ＩＳＯ−５６６０「コーンカロリーメーター法」に従って行った。また、比較例として、難燃剤を添加していない木質系材料を加熱加圧することによって得られた成形体について、同様の発熱性試験を行った。これらの試験結果を、以下の［表１］に示す。
【００４０】
【表１】
【００４１】
表１に示す結果を見ればわかるように、木質系材料に対して難燃剤を添加することによって、成形体の難燃性が著しく高められることが判明した。具体的には、サンプルＮＯ．２〜６の試験結果において、各時間における総発熱量及び最大発熱速度が大幅に減少しており、また、着火時間も大幅に延びており、難燃剤を添加していないサンプルＮＯ．１の結果と比較すると、高い難燃効果が得られていることが判明した。また、各試験結果を難燃効果の点で比較すると、木質系材料に添加する難燃剤としては、リン酸二水素アンモニウム、リン酸水素二アンモニウム、臭化アンモニウムが好ましいことが判明した。
【実施例２】
【００４２】
実施例２では、成形体の原料となる木質系材料として、ブナの木粉を準備した。このブナの木粉を２００℃にて２０分間水蒸気処理を行った後に、この木質系材料に対してリン酸二水素アンモニウム水溶液、あるいは、臭化アンモニウム水溶液を添加して混合した。これにより、難燃剤が５ｗｔ％、１５ｗｔ％、２５ｗｔ％含まれる木質系材料を調製した。この木質系材料を乾燥機にて乾燥させた後に、成形用容器内に充填し、１８０℃、３０ＭＰａの条件で、１０分間、加熱加圧を行った。これにより、厚さ約３ｍｍの成形体を得た。得られた成形体について、ＵＬ−９４（プラスチック材料の燃焼性の規格）による燃焼試験を行った。試験結果を以下の［表２］に示す。
【００４３】
【表２】
【００４４】
表２に示す結果を見ればわかるように、本発明によって得られた木質系材料からなる成形体は、プラスチック材料の燃焼性の規格を満たしていることが判明した。つまり、本発明によって得られた木質系材料からなる成形体は、プラスチック製品の代替品として利用した場合であっても、その製品の難燃性の規格を満たすことが可能であることが実証された。
【実施例３】
【００４５】
実施例３では、成形体の原料となる木質系材料として、ブナの木粉を準備した。このブナの木粉を２００℃にて２０分間水蒸気処理を行った後に、この木質系材料に対して５ｗｔ％の割合で難燃剤を添加した。難燃剤は、リン酸二水素アンモニウムと臭化アンモニウムの２種類を使用した。水蒸気処理の後、木質系材料を成形型の内部に充填し、１８０℃、３０ＭＰａの条件で、１０分間、加熱加圧を行った、これにより、厚さ約４ｍｍの成形体を得た。
【００４６】
実施例３では、ＮＯ．１〜ＮＯ．５までの５種類の実験を行った。
サンプルＮＯ．１では、木質系材料に難燃剤を添加しないで加熱加圧を行った（対照区）。サンプルＮＯ．２では、リン酸二水素アンモニウムを水に溶解させて水溶液とした後に添加した。サンプルＮＯ．３では、リン酸二水素アンモニウムの粉末をそのまま添加した。サンプルＮＯ．４では、臭化アンモニウムを水に溶解させて水溶液とした後に添加した。サンプルＮＯ．５では、臭化アンモニウムの粉末をそのまま添加した。
【００４７】
ＮＯ．1〜ＮＯ．５の実験により得られた成形体について、コーンカロリーメーターを用いて発熱性試験を行い、総発熱量、最大発熱速度、サンプル残存量、着火時間を測定した。なお、発熱性試験は、ＩＳＯ−５６６０「コーンカロリーメーター法」に従って行った。これらの試験結果を、以下の［表３］に示す。
【００４８】
【表３】
【００４９】
表３に示す結果を見ればわかるように、難燃剤を粉末の状態で添加するよりも、水溶液の状態で添加した場合の方が、成形体の難燃性が著しく高まることが判明した。具体的には、サンプルＮＯ．２，４の試験結果において、各時間における総発熱量及び最大発熱速度が大幅に減少しており、また、着火時間も大幅に延びており、難燃剤を粉末の状態で添加したサンプルＮＯ．３，５の結果と比較すると、高い難燃効果が得られていることが判明した。特に、難燃剤として臭化アンモニウムを使用した場合には、リン酸二水素アンモニウムを使用した場合よりも、成形体の難燃効果が飛躍的に高まることが判明した。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
木質系材料を水蒸気に接触させた後に、その木質系材料を加熱しながら加圧することで成形される成形体の製造方法であって、
前記木質系材料を加熱しながら加圧する前に、前記木質系材料に対して難燃剤を添加することを特徴とする、成形体の製造方法。
【請求項２】
難燃剤として、水溶性の難燃剤を添加することを特徴とする、請求項１に記載の成形体の製造方法。
【請求項３】
難燃剤として、リン系難燃剤を含む難燃剤を添加することを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の成形体の製造方法。
【請求項４】
難燃剤を水に溶解させて水溶液とした後に、この水溶液を木質系材料に対して添加することを特徴とする、請求項１から請求項３のうちいずれか１項に記載の成形体の製造方法。
【請求項５】
木質系材料に対して１ｗｔ％以上３０ｗｔ％以下の割合で難燃剤を添加することを特徴とする、請求項１から請求項４のうちいずれか１項に記載の成形体の製造方法。
【請求項６】
木質系材料を水蒸気に接触させた後に、その木質系材料を加熱しながら加圧することで成形される成形体であって、
前記木質系材料に対して難燃剤が添加されている、成形体。
【請求項７】
難燃剤は、水溶性の難燃剤である、請求項６に記載の成形体。
【請求項８】
難燃剤は、リン系難燃剤を含む難燃剤である、請求項６または請求項７に記載の成形体。
【請求項９】
木質系材料に対して１ｗｔ％以上３０ｗｔ％以下の割合で難燃剤が添加されている、請求項６から請求項８のうちいずれか１項に記載の成形体。
【請求項１】
木質系材料を水蒸気に接触させた後に、その木質系材料を加熱しながら加圧することで成形される成形体の製造方法であって、
前記木質系材料を加熱しながら加圧する前に、前記木質系材料に対して難燃剤を添加することを特徴とする、成形体の製造方法。
【請求項２】
難燃剤として、水溶性の難燃剤を添加することを特徴とする、請求項１に記載の成形体の製造方法。
【請求項３】
難燃剤として、リン系難燃剤を含む難燃剤を添加することを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の成形体の製造方法。
【請求項４】
難燃剤を水に溶解させて水溶液とした後に、この水溶液を木質系材料に対して添加することを特徴とする、請求項１から請求項３のうちいずれか１項に記載の成形体の製造方法。
【請求項５】
木質系材料に対して１ｗｔ％以上３０ｗｔ％以下の割合で難燃剤を添加することを特徴とする、請求項１から請求項４のうちいずれか１項に記載の成形体の製造方法。
【請求項６】
木質系材料を水蒸気に接触させた後に、その木質系材料を加熱しながら加圧することで成形される成形体であって、
前記木質系材料に対して難燃剤が添加されている、成形体。
【請求項７】
難燃剤は、水溶性の難燃剤である、請求項６に記載の成形体。
【請求項８】
難燃剤は、リン系難燃剤を含む難燃剤である、請求項６または請求項７に記載の成形体。
【請求項９】
木質系材料に対して１ｗｔ％以上３０ｗｔ％以下の割合で難燃剤が添加されている、請求項６から請求項８のうちいずれか１項に記載の成形体。
【公開番号】特開２００７−８０００（Ｐ２００７−８０００Ａ）
【公開日】平成１９年１月１８日（２００７．１．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１９１６９６（Ｐ２００５−１９１６９６）
【出願日】平成１７年６月３０日（２００５．６．３０）
【出願人】（５９９０８７８４４）
【出願人】（０００１１６６２２）愛知県 (99)
【出願人】（５９６０４６３４７）中日精工株式会社 (7)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年１月１８日（２００７．１．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年６月３０日（２００５．６．３０）
【出願人】（５９９０８７８４４）
【出願人】（０００１１６６２２）愛知県 (99)
【出願人】（５９６０４６３４７）中日精工株式会社 (7)
【Ｆターム（参考）】
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