説明

複合木材の製造方法

【課題】木材としての優れた特性と合成樹脂としての優れた特性とを併有し、しかも所定の機械的強度を有する複合木材を安定的に製造し得る複合木材の製造方法を提供する。
【解決手段】この複合木材の製造方法は、木質ペレットと樹脂ペレットとを混合する混合工程(S1)と、その混合された木質ペレットを木粉に解砕するとともに前記樹脂ペレットに対して均一に分散するように攪拌する攪拌工程(S2)と、その攪拌された木粉と樹脂ペレットとの混合物を加圧しつつ加熱して木粉と溶融した樹脂との複合混合物となるように前記樹脂ペレットを溶融する加圧溶融工程(S3)と、その加圧溶融された複合混合物を所定型枠から押し出す押出工程(S4)と、その押し出された複合混合物を冷却する冷却成形工程(S5)と、その冷却された複合混合物を所定寸法に裁断して板状の複合木材にする裁断工程(S6)とを含む。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、複合木材の製造方法に係り、特に、木材としての加工性等の優れた特性と合成樹脂としての耐水性等の優れた特性とを併有し、しかも所定の機械的強度を有する複合木材の製造に好適な複合木材の製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、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てきている。
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、廃木材、間伐材あるいは木屑等は、最終的に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、相互を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。
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。
【0004】
これに対し、廃木材、間伐材あるいは木屑を木片に粉砕し、木片と溶融した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として、加熱ヒーターを備えた混練機において、篩目2mm以上かつ含水率が10%以上の木片を加熱して木片の含有水分を蒸発させると同時にバインダー樹脂を溶融させ、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プレス機において強加圧し、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が提案されている(例えば特許文献1参照)。
【0005】
特許文献1に記載の複合木材の製造方法の特徴は、微小腔の立体的形態がほぼ残存するような形状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ことにある。すなわち、加熱によって水分が蒸発して空隙となった微小腔に溶融したバインダー樹脂を浸透させて木片どうしを結合するというものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【特許文献1】特開2004−1357号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
しかしながら、特許文献1に記載の製造方法では、木片とバインダー樹脂の性状や温度や湿度といった外因の影響を受け易いため、木片どうしの結合が不十分となり複合木材としてまともに成形できない場合がある。
また、プレス機で強加圧しながら冷却・成形するので、複合木材を平板状に精度よく成形することは困難である。
【0008】
さらに、加熱混練時に大量に発生する蒸気が、プレス機で強加圧する際に複合木材とプレス機との間にエア溜まりの原因となり複合木材の成形性に悪影響を及ぼすという問題がある。
さらに、原料となる木片のサイズが大きいことから木片と樹脂の混合状態が均一になり難く、複合木材の機械的強度や耐水性といった性状が不安定になりやすいという問題がある。
【0009】
そこで、本発明は、このような問題点に着目してなされたものであって、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とを併有し、しかも所定の機械的強度を有する複合木材を安定的に製造し得る複合木材の製造方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【0010】
上記課題を解決するために、本発明は、木質ペレットと樹脂ペレットとから板状の複合木材を連続して製造する方法であって、前記木質ペレットと前記樹脂ペレットとを混合する混合工程と、該混合工程で混合された木質ペレットを木粉に解砕するとともに前記樹脂ペレットに対して均一に分散するように攪拌する攪拌工程と、該攪拌工程で攪拌された木粉と樹脂ペレットとの混合物を加圧しつつ加熱して木粉と溶融した樹脂との複合混合物となるように前記樹脂ペレットを溶融する加圧溶融工程と、該加圧溶融工程で加圧溶融された複合混合物を所定型枠から押し出す押出工程と、該押出工程で押し出された複合混合物を冷却する冷却成形工程と、該冷却成形工程で冷却された複合混合物を所定寸法に裁断して板状の複合木材にする裁断工程とを含むことを特徴としている。
【0011】
本発明に係る複合木材の製造方法によれば、木質ペレットと樹脂ペレットを混合〜攪拌〜溶融〜押出〜冷却成形〜裁断という各工程を個別に行いながら、木質ペレットが、攪拌工程において木粉に解砕されて分散し、樹脂ペレットに対して均一に混合され、木粉と樹脂ペレットとの混合物は、溶融工程において溶融した樹脂と木粉の混合物となり、押出工程と冷却成形工程において板状の複合木材に成形され、最終的に裁断工程において製品のサイズに裁断されることで板状の複合木材を製造するので、原料の性状や温度や湿度といった外因の影響を極力排して安定した操業が可能となる。
【0012】
特に、本発明に係る複合木材の製造方法によれば、出発原料を木質ペレットとしているので、木粉を直接投入する場合に比べて複合木材への充填効率が高くなり、分散性が向上するので樹脂ペレットとの混合状態が均一になる。また、出発原料として木粉を原料として取り扱う際に生じる粉塵処理に悩まされることもない。
ここで、本発明に係る複合木材の製造方法において、木質ペレットは、篩目2mm以下の木粉を成形したものであって、含水率が8%以下に調整されているとよい。木粉の篩目が2mm以上だと攪拌工程において樹脂との混合状態が均一になり難く、さらに、仮に木粉の篩目が2mm以下であっても含水率が8%よりも高いと加圧溶融工程において多量の水蒸気が発生するので、複合木材の成形性に悪影響を及ぼすからである。また、木質ペレットは長粒径20mm以下、上記樹脂ペレットは長粒径7mm以下とすると、木質材料と樹脂材料の混合状態がより均一となるので好ましい。
【0013】
さらに、本発明に係る複合木材の製造方法において、加圧溶融工程および押出工程は、2軸減容機と当該2軸減容機に連接する一軸押出機およびTダイスとで行うと、減容機の溶融作用と押出機およびTダイスの押出作用を最適に機能分担させる上で好適である。また、冷却成形工程は、ダブルベルトプレスによって弱加圧すると、板状の複合木材を精度よく連続成形するのに好適である。
【0014】
また、本発明に係る複合木材の製造方法において、木質ペレットは廃木、樹脂ペレットは廃プラスチックに由来するものを用いると、環境に配慮した製品となり好ましい。さらに、裁断工程における端材は、これを破砕後に、混合工程での木質ペレットと樹脂ペレットの混合物に投入して複合木材の材料として再利用すると、カーフロスを有効に活用することができるため、原料利用効率を向上させることができる。
【発明の効果】
【0015】
上述のように、本発明に係る複合木材の製造方法によれば、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とを併有し、さらに、所定の機械的強度を有し寸法精度の良い板状の複合木材を安定的に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【0016】
【図1】本発明に係る複合木材の製造方法を実施するための製造装置の一例の模式図である。
【図2】本発明に係る複合木材の製造方法の一実施形態の工程図である。
【発明を実施するための形態】
【0017】
以下、本発明の一実施形態について、図面を適宜参照しつつ説明する。
図1に示すように、この複合木材製造装置は、木質原料貯留装置10、樹脂原料貯留装置20、傾斜コンベヤ30、投入ホッパー40、ミキサー50、定量供給機60、減容機70、押出機80、Tダイス90、ダブルベルトプレス100、クロスカット装置110、養生ステーション120、トリミング装置130、完成品ステーション140、破砕機150および、再生原料貯留装置160を備えている。
【0018】
木質原料貯留装置10は、貯留ホッパー11と、その下部に設けられた定量供給機12とを有し、定量供給機12は図示しないロードセルによって木質原料を切り出すようになっている。樹脂原料貯留装置20は、同様に、貯留ホッパー21と、その下部に設けられた定量供給機22とを有し、定量供給機22は図示しないロードセルによって樹脂原料を切り出すようになっている。そして、それぞれの定量供給機12、22は、その排出口が、下方に配設された傾斜コンベヤ30に向けて開口している。
【0019】
また、傾斜コンベヤ30には、後述する再生原料貯留装置160の定量供給機162の排出口も開口している。この傾斜コンベヤ30は、その揚程が、投入ホッパー40の上部に達しており、複合木材の各種原料を、投入ホッパー40へと運搬し、投入するようになっている。
また、投入ホッパー40の下段にはミキサー50が連設されており、さらに、このミキサー50の下段には定量供給機60が連設されている。ミキサー50では、投入ホッパー40へ投入された木質ペレットと樹脂ペレットを攪拌混合する。このとき、木質ペレットは攪拌作用により木粉に解砕されて分散し、樹脂ペレットと均一に混合される。なお、本実施形態の例では、ミキサー50はターボ型ミキサーであり、定量供給機60はオートフィーダーである。
【0020】
さらに、上記定量供給機60の下段には減容機70が連設されている。この減容機70は、ヒーター(図示略)を備えた2軸式の減容機であり、スクリュー(図示略)の加圧によって樹脂ペレットを溶融させるとともに、木粉との間で緊密な混合溶融状態の複合混合物を形成し、この複合混合物を、ヒーターの熱によって混合溶融状態を保ったまま次工程へと送るようになっている。
【0021】
また、減容機70の排出口には押出機80が接続されており、さらに、この押出機80の排出口にはTダイスが接続されている。本実施形態の例では、押出機80は一軸の押出機であり、押出筒(図示略)の周囲が熱媒体油を導入する保温ジャケット(図示略)で囲繞されており、上記複合混合物を混合溶融状態のままTダイス90へと圧送するようになっている。また、Tダイス90は、カートリッジヒーターを備え、その吐出口が水平方向に隣接して9箇所に分岐して設けられており、各吐出口はギャップ調整が可能となっている。
【0022】
このTダイス90の下流には、ダブルベルトプレス100が設けられている。このダブルベルトプレス100は、上下に対向するステンレスベルト(上)101とステンレスベルト(下)105とを有し、これらステンレスベルト(上)101とステンレスベルト(下)105で混合溶融状態の複合混合物を冷却しながら圧延する。
ステンレスベルト(上)101は、フレーム(上)102に設けられた駆動ローラ(上)103と従動ローラ(上)104に掛け回されている。また、フレーム(上)102には図示しないローラが多数設けられている。同様に、ステンレスベルト(下)105は、フレーム(下)106に設けられた駆動ローラ(下)107と従動ローラ(下)108に掛け回されており、フレーム(下)106には図示しないローラが多数設けられている。
【0023】
さらに、このダブルベルトプレス100には、各種ローラに熱媒体油、および冷却水が供給されており、複合混合物の成形温度勾配を適正に制御している。ここで、このダブルベルトプレス100は、その各種ローラの温度が、上流側(Tダイス90側)では熱媒体油によって高く、下流側(後述するクロスカット装置110側)では冷却水によって低く設定されている。
【0024】
また、このダブルベルトプレス100には、各種ローラに加圧機構を備えており、冷却しながら圧延する複合混合物の板厚および表面の平滑度を適正に制御している。ダブルベルトプレス100の各種ローラに付与する荷重は上流側(Tダイス90側)では大きく、下流側(後述するクロスカット装置110側)では小さく設定されている。
ここで、ダブルベルトプレス100における狭圧荷重は、製品の形状を整えるための最適荷重に設定されており、例えば上述の特許文献1に記載のプレス機のような強加圧に比してあくまでも弱加圧である。
【0025】
さらに、このダブルベルトプレス100の下流には、クロスカット装置110が設けられている。このクロスカット装置110は、テーブル111と、その上部に配設されたカッター112とを有し、連続した板状に成形された複合混合物を、所定の長さの複合木材に切断する。なお、このクロスカット装置110で発生する切断くず等の端材は、破砕機150へと送られ、これを破砕機150で破砕後に、再生原料貯留装置160から傾斜コンベヤ30の上流側に戻されて再利用される。この破砕機150は、本実施形態の例では、2軸のシュレッダ式の破砕機であり、端材を再投入可能なサイズ(例えば□70mm以下)に破砕する。再生原料貯留装置160は、貯留ホッパー161とサークルフィーダー方式の定量供給機162とを有し、破砕機150で破砕された再生原料を貯留し、傾斜コンベヤ30を介して投入ホッパー40へと切り出す。
【0026】
クロスカット装置110の下流には、養生ステーション120が設けられている。この養生ステーション120では、所定の長さに切断された複合木材を、その物性が安定する60℃程度まで冷却する。
さらに、この養生ステーション120の下流にはトリミング装置130が設けられている。このトリミング装置130は、テーブル131と、その上部に配設されたカッター132とを有し、養生を終えた複合木材を最終製品の寸法に裁断する。このトリミング装置130で発生する切断くず等の端材は、上記クロスカット装置110同様に、破砕機150へと送られ、破砕機150で破砕後に、再生原料貯留装置160から傾斜コンベヤ30の上流側に戻されて再利用される。なお、トリミング装置130には図示しない計測装置が設けられており製品の寸法を常に測定している。
【0027】
さらに、このトリミング装置130の下流には、製品完成ステーション140が設けられている。最終製品の寸法に裁断された複合木材は、この製品完成ステーション140に一旦保管され、最終的な検査を経て、マーキング等の作業を行った後に製品として出荷される。なお、最終検査で不合格となった複合木材は、上記破砕機150へと送ることも可能である。
【0028】
次に、上述した複合木材製造装置を用いて複合木材を製造する工程を、図2を適宜参照しつつ説明する。
木質原料である木質ペレットは、篩目2mm以下の木粉を含水率8%以下に調整し、長粒径20mm以下でペレット化したものである。木粉は廃木材を粉砕したものや鋸くずを利用することが可能である。一方、樹脂原料である樹脂ペレットは長粒径7mm以下であり、廃プラスチックのリサイクル品である。
【0029】
これら木質ペレットと樹脂ペレットは、それぞれフレコン(登録商標)に格納されており、各フレコンをクレーンでつり揚げて、上記木質原料貯留ホッパー11と樹脂原料貯留ホッパー21にそれぞれ投入される。そして、木質原料貯留ホッパー11と樹脂原料貯留ホッパー21とに貯留された木質ペレットと樹脂ペレットとは、定量供給機12、22によって所定の重量比で傾斜コンベヤ30へと切り出される。次いで、傾斜コンベヤ30に切り出された木質ペレットと樹脂ペレットとは、投入ホッパー40を介してミキサー50へと投入され混合される(ステップS1)。ミキサー50では、木質ペレットは攪拌作用により木粉に解砕されて分散し、樹脂ペレットと均一に混合され(ステップS2)、定量供給機60によって減容機70へと切り出される。なお、この投入ホッパー40からミキサー50において行われる混合および攪拌が本発明の混合工程および攪拌工程に対応する工程である。
【0030】
次いで、減容機70では、スクリューの加圧によって樹脂ペレットが溶融して木粉との間で緊密な混合溶融状態とされた複合混合物を形成し(ステップS3)、さらに、この複合混合物は、ヒーターの熱によって混合溶融状態を保ったまま押出機80へと送られる。なお、この減容機70において行われる加圧溶融が本発明の加圧溶融工程に対応する工程である。
【0031】
次いで、押出機80およびTダイス90は、混合溶融状態の複合混合物を板状に押し出し(ステップS4)、続くダブルベルトプレスに送る。なお、この押出機80およびTダイス90において行われる押出しが本発明の押出工程に対応する工程である。
次いで、ダブルベルトプレス100は、上下のステンレスベルト101、105の間で複合混合物を冷却しながら狭圧成形し(ステップS5)、続くクロスカット装置110に送る。なお、このダブルベルトプレス100において行われる冷却および成形が本発明の冷却成形工程に対応する工程である。
【0032】
次いで、クロスカット装置110は、連続した板状に成形された複合混合物を粗切断し、続くステーション120は、成形された複合混合物をその物性が安定する60℃程度まで降温させ、続くトリミング装置130は、最終製品となる複合木材の寸法に裁断する(ステップS6。なお、このクロスカット装置110およびトリミング装置130において行われる裁断が本発明の裁断工程に対応する工程である。
【0033】
ここで、トリミング装置130において行われる裁断で発生する端材は、破砕機150で破砕され再生原料として再生原料貯留装置160に送られ、再度上記の一連の工程に投じられる。
【0034】
次に、上述した複合木材製造装置を用いた複合木材の製造方法の作用および効果について説明する。
この複合木材製造装置を用いた複合木材の製造方法によれば、上述したように、木質ペレットと樹脂ペレットを、図2に示す、混合(S1)〜攪拌(S2)〜加圧溶融(S3)〜押出(S4)〜冷却成形(S5)〜裁断(S6)という各工程を個別に行いながら、木質ペレットが、攪拌工程(S2において木粉に解砕されて分散し、樹脂ペレットに対して均一に混合され、木粉と樹脂ペレットとの混合物は、溶融工程(S3)において溶融した樹脂と木粉の複合混合物となり、押出工程(S4)と冷却成形工程(S5)において板状の複合混合物に成形され、さらに、最終的に裁断工程(S6)において製品のサイズに裁断されることで板状の複合木材を製造するので、原料の性状や温度や湿度といった外因の影響を極力排して安定した操業が可能となる。
【0035】
そして、この一連の製造方法によれば、出発原料を木質ペレットとしているので、木粉を直接投入する場合に比べて複合木材への充填効率が高くなり、分散性が向上するので樹脂ペレットとの混合状態が均一になる。また、出発原料として木粉を原料として取り扱う際に生じる粉塵処理に悩まされることもない。
特に、本実施形態においては、木質ペレットは、篩目2mm以下の木粉を成形したものなので、攪拌工程(S2)において樹脂との混合状態が均一になり易く、さらに、含水率が8%以下に調整されているので、加圧溶融工程(S3)における水蒸気の発生が抑制されて複合木材の成形性が良い。また、木質ペレットは長粒径20mm以下、上記樹脂ペレットは長粒径7mm以下としているので、木質材料と樹脂材料の混合状態がより均一となる。
【0036】
さらに、本実施形態においては、加圧溶融工程(S3)および押出工程(S4)は、2軸減容機と当該2軸減容機に連接する一軸押出機およびTダイスとで行うようにしたので、減容機の溶融作用と押出機およびTダイスの押出作用を最適に機能分担させることができる。また、冷却成形工程(S5)は、ダブルベルトプレスによって弱加圧したので、板状の複合木材を精度よく連続成形可能である。
【0037】
また、本実施形態においては、木質ペレットを廃木、樹脂ペレットを廃プラスチックに由来するものを用いたので、環境に配慮した製品となる。さらに、裁断工程(S6)における端材は、これを破砕後に、混合工程(S1)での木質ペレットと樹脂ペレットの混合物に投入して複合木材の材料として再利用したので、カーフロスを有効に活用することができる。そのため、原料利用効率を向上させることができる。
【0038】
なお、本発明に係る複合木材の製造方法は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しなければ種々の変形が可能である。
例えば、上記実施形態では、傾斜コンベヤを用いた例で説明したが、これに限定されず、傾斜コンベヤの代わりに空気搬送装置を用いてもよく、また、減容機は2軸式ではなく1軸式や他の形式のものを用いてもよい。
【符号の説明】
【0039】
10 木質原料貯留装置
11 貯留ホッパー
12 定量供給機
20 樹脂原料貯留装置
21 貯留ホッパー
22 定量供給機
30 傾斜コンベヤ
40 投入ホッパー
50 ミキサー
60 定量供給機
70 減容機
80 押出機
90 Tダイス
100 ダブルベルトプレス
101 ステンレスベルト(上)
102 フレーム(上)
103 駆動ローラ(上)
104 従動ローラ(上)
105 ステンレスベルト(下)
106 フレーム(下)
107 駆動ローラ(下)
108 従動ローラ(下)
110 クロスカット装置
111 テーブル
112 カッター
120 養生ステーション
130 トリミング装置
131 テーブル
132 カッター
140 完成品ステーション
150 破砕機
160 再生原料貯留装置
161 貯留ホッパー
162 定量供給機

【特許請求の範囲】
【請求項1】
木質ペレットと樹脂ペレットとから板状の複合木材を連続して製造する方法であって、
前記木質ペレットと前記樹脂ペレットとを混合する混合工程と、該混合工程で混合された木質ペレットを木粉に解砕するとともに前記樹脂ペレットに対して均一に分散するように攪拌する攪拌工程と、該攪拌工程で攪拌された木粉と樹脂ペレットとの混合物を加圧しつつ加熱して木粉と溶融した樹脂との複合混合物となるように前記樹脂ペレットを溶融する加圧溶融工程と、該加圧溶融工程で加圧溶融された複合混合物を所定型枠から押し出す押出工程と、該押出工程で押し出された複合混合物を冷却する冷却成形工程と、該冷却成形工程で冷却された複合混合物を所定寸法に裁断して板状の複合木材にする裁断工程とを含むことを特徴とする複合木材の製造方法。
【請求項2】
前記木質ペレットは、篩目2mm以下の木粉を成形したものであって、その含水率が8%以下に調整されていることを特徴とする請求項1に記載の複合木材の製造方法。
【請求項3】
前記木質ペレットは、長粒径が20mm以下であり、前記樹脂ペレットは、長粒径が7mm以下であることを特徴とする請求項1または2に記載の複合木材の製造方法。
【請求項4】
前記加圧溶融工程および押出工程は、2軸減容機と、当該2軸減容機に連接する一軸押出機およびTダイスとで行うことを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の複合木材の製造方法。
【請求項5】
前記冷却成形工程は、ダブルベルトプレスによって弱加圧をすることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の複合木材の製造方法。
【請求項6】
前記木質ペレットは、廃木に由来するものであり、前記樹脂ペレットは、廃プラスチックに由来するものであることを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載の複合木材の製造方法。
【請求項7】
前記裁断工程における端材は、これを破砕後に、前記混合工程での前記木質ペレットと前記樹脂ペレットの混合物に投入して複合木材の材料として再利用することを特徴とする請求項1〜6のいずれか一項に記載の複合木材の製造方法。

【図1】
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【図2】
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【公開番号】特開2010−162784(P2010−162784A)
【公開日】平成22年7月29日(2010.7.29)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2009−7333(P2009−7333)
【出願日】平成21年1月16日(2009.1.16)
【出願人】(000165974)古河機械金属株式会社 (211)
【Fターム(参考)】