JP2004230613A - ウッドプラスティックの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】成形後にアンモニアガスによる膨れが発生することを防止することができ、さらに、成形後の形状を安定させることができ、さらには、材料管理の煩雑さをなくすることができるパーティクルボード廃材を用いたウッドプラスティックの製造方法を提供することを目的とする。
【解決手段】加工木材の粉状体Ａ、溶融混合用樹脂Ｂ、不飽和カルボン酸Ｃ、アンモニアガス吸着材料Ｄ１を、溶融混合用樹脂Ｂを不飽和カルボン酸Ｃとともに加熱溶融させながら混合し、押出成形してウッドプラスティックＧ１を製造する。原料を加熱溶融混合する際や、混合された原料を押し出す際には、アンモニアガスが発生する。すると、アンモニアガス固定材料Ｄ１として混合されているゼオライト６０がアンモニアガスを吸着固定することにより、混合された原料の中からアンモニアガスが除去される。
【選択図】 図１
【解決手段】加工木材の粉状体Ａ、溶融混合用樹脂Ｂ、不飽和カルボン酸Ｃ、アンモニアガス吸着材料Ｄ１を、溶融混合用樹脂Ｂを不飽和カルボン酸Ｃとともに加熱溶融させながら混合し、押出成形してウッドプラスティックＧ１を製造する。原料を加熱溶融混合する際や、混合された原料を押し出す際には、アンモニアガスが発生する。すると、アンモニアガス固定材料Ｄ１として混合されているゼオライト６０がアンモニアガスを吸着固定することにより、混合された原料の中からアンモニアガスが除去される。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、加熱溶融可能な溶融混合用樹脂を用いたウッドプラスティックの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、木粉と、熱可塑性樹脂とを、同熱可塑性樹脂を加熱溶融させながら混合して成形することにより、ウッドプラスティックを製造している。また、特許文献１に開示されたように、木質系廃棄物とポリオレフィンとマレイン酸等を混合し、加熱しながら機械的粉砕を行い、冷却しながら造粒して成形用木質系組成物を形成する技術も知られている。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−２２５０１１号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ユリア樹脂（尿素）を用いて加工したパーティクルボードの廃材を粉砕し、粉砕した廃材と熱可塑性樹脂とからウッドプラスティックを製造しようとすると、熱可塑性樹脂を加熱溶融させて混合するときや、その後の押出成形をするときに、ユリア樹脂からアンモニアガスが生成することがある。すると、混合された原料に加えられる圧力が低下する押出成形時にウッドプラスティックが生成ガスにより膨れ、形状が不安定になり、製品としての価値が低くなってしまうという問題があった。
なお、加工木材の廃材からユリア樹脂を用いたパーティクルボード廃材を選別して取り除くことも考えられるが、選別作業に時間がかかりすぎるため、実用的ではない。また、ユリア樹脂を用いたパーティクルボード廃材が混入しないように管理することも考えられるが、管理が煩雑となり、これも実用的ではない。
【０００５】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであって、煩雑な原料選別作業や原料管理を行う必要がなく、ウッドプラスティックの押出成形時や押出成形後に生成ガスによる膨れが発生することを防止して、成形後の形状を安定させることが可能なウッドプラスティックの製造方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１にかかる発明は、アミノ樹脂を用いた加工木材の粉状体と、加熱溶融可能な溶融混合用樹脂と、を用いたウッドプラスティックの製造方法であって、上記加工木材の粉状体と、上記溶融混合用樹脂と、アンモニアガスを吸着可能なアンモニアガス吸着材料とを、同溶融混合用樹脂を加熱溶融させながら混合し、押出成形して上記ウッドプラスティックを製造する構成としてある。
すなわち、溶融混合用樹脂は加熱溶融され、加工木材の粉状体およびアンモニアガス吸着材料と混合される。混合された原料は、押出成形され、ウッドプラスティックとされる。その際、アミノ樹脂を用いた加工木材の粉状体を使用するため、加工木材の選別作業を行う必要がないし、加工木材の原料管理を行う必要がない。
加工木材はアミノ樹脂が用いられているため、加熱溶融した溶融混合用樹脂との混合時にアンモニアガスが生成することがある。ここで、混合される原料に含まれるアンモニアガス吸着材料は、生成したアンモニアガスを吸着する。従って、混合された原料に加えられる圧力が低下する押出成形時にウッドプラスティックは生成ガスによって膨れない。これにより、ウッドプラスティックの押出成形時や押出成形後に生成ガスによる膨れが発生することを防止して、成形後の形状を安定させることが可能となる。
【０００７】
本発明を適用可能なアミノ樹脂は、熱可塑性樹脂の加熱溶融時にアンモニアガスを生成する樹脂であれば、ユリア樹脂、メラミン樹脂、ベンゾグアナミン樹脂、等、様々な樹脂が考えられる。
上記加工木材は、アミノ樹脂を用いて加工された木材であればよく、ユリア樹脂を用いて加工されたパーティクルボード廃材や合板等、様々なものが考えられる。また、加工木材は、粉状体とされていればよく、粒状、繊維状であっても本発明にいう粉状体に含まれる。なお、加工木材の粒度を調整することによって、ウッドプラスティックの強度を調整することができる。
上記上記溶融混合用樹脂は、加熱溶融可能であればよく、様々な樹脂が考えられる。例えば、ポリオレフィン樹脂等の熱可塑性樹脂とすると、容易に溶融混合用樹脂を加熱溶融させながら混合（以下、加熱溶融混合とも記載）することができる。むろん、熱硬化性樹脂であっても、原料を加熱溶融混合することが可能である。また、溶融混合用樹脂は、単一の素材であってもよいし、複数の素材であってもよい。
上記加工木材を粉砕して粉状体にする工程が設けられていてもよい。すると、粉状体でない加工木材を使用してウッドプラスティックを製造することができ、利便性が向上する。
製造されるウッドプラスティックは、略板状、ペレット状、等、様々な形状が考えられる。
【０００８】
上記アンモニアガス吸着材料は、多孔質無機材料である構成としてもよい。すなわち、生成するアンモニアガスは、多孔質無機材料の多数の孔から吸着される。多孔質無機材料は、表面積が大きいため、多孔質でない無機物質よりも比較的多量のアンモニアガスを吸着することができる。これにより、混合するアンモニアガス吸着材料を少量とすることができ、混合された原料から効率よくアンモニアガスを吸着してウッドプラスティックの押出成形時や押出成形後に生成ガスによる膨れが発生することを防止することができる。
【０００９】
上記多孔質無機材料は、ゼオライトである構成としてもよい。このゼオライトは、アンモニアガス等の気体を選択的に吸着して固定する作用を有する。従って、このゼオライトは、混合物中に発生したアンモニアガスを孔内部に取り込んで固定する。これにより、混合する多孔質無機材料をさらに少量とすることができ、さらに効率よくアンモニアガスを吸着してウッドプラスティックの押出成形時や押出成形後に生成ガスによる膨れが発生することを防止することができる。
【００１０】
ところで、請求項４にかかる発明のように、アミノ樹脂を用いた加工木材の粉状体と、加熱溶融可能な溶融混合用樹脂と、を用いたウッドプラスティックの製造方法であって、上記加工木材の粉状体と、上記溶融混合用樹脂と、アンモニアガスと反応してアンモニウム塩を生成可能なアンモニウム塩生成材料とを、同溶融混合用樹脂を加熱溶融させながら混合し、押出成形して上記ウッドプラスティックを製造する構成としてもよい。
すなわち、溶融混合用樹脂は加熱溶融され、加工木材の粉状体およびアンモニア塩生成材料と混合される。混合された原料は、押出成形され、ウッドプラスティックとされる。その際、アミノ樹脂を用いた加工木材の粉状体を使用するため、加工木材の選別作業を行う必要がないし、加工木材の原料管理を行う必要がない。
ここで、混合される原料に含まれるアンモニア塩生成材料は、生成するアンモニアガスと反応してアンモニウム塩を生成する。従って、混合された原料に加えられる圧力が低下する押出成形時にウッドプラスティックは生成ガスによって膨れない。これにより、ウッドプラスティックの押出成形時や押出成形後に生成ガスによる膨れが発生することを防止して、成形後の形状を安定させることが可能となる。
【００１１】
上記アンモニウム塩生成材料は、弱塩基の硫酸塩である構成としてもよい。硫酸は強酸であるため、弱塩基の硫酸塩は酸性であり、生成するアンモニアガスは同弱塩基の硫酸塩を反応してアンモニウム塩を生成する。従って、比較的多量のアンモニアガスと反応してアンモニウム塩を生成することができる。これにより、混合するアンモニア塩生成材料を少量とすることができ、混合された原料から効率よくアンモニアガスを減少させてウッドプラスティックの押出成形時や押出成形後に生成ガスによる膨れが発生することを防止することができる。
【００１２】
上記上記硫酸塩には、少なくとも明礬が含まれる構成としてもよい。また、上記硫酸塩には、少なくとも硫酸バンドが含まれる構成としてもよい。明礬や硫酸バンドは、アンモニアガスと反応してアンモニア塩を生成する作用を有する。従って、アンモニアガスは、アンモニア塩とされ、減少する。これにより、混合する硫酸塩を確実に少量とすることができ、確実に効率よくアンモニアガスをアンモニウム塩に変化させてウッドプラスティックの押出成形時や押出成形後に生成ガスによる膨れが発生することを防止することができる。
【００１３】
ところで、請求項８にかかる発明のように、アミノ樹脂を用いた加工木材の粉状体と、加熱溶融可能な溶融混合用樹脂とを、同溶融混合用樹脂を加熱溶融させながら混合し、押し出し、成形してウッドプラスティックを製造するウッドプラスティックの製造方法であって、上記混合と押し出しの少なくとも一方を、脱気しつつ行う構成としてもよい。
すなわち、溶融混合用樹脂は加熱溶融され、加工木材の粉状体と混合される。混合された原料は、押し出され、成形されて、ウッドプラスティックとされる。その際、アミノ樹脂を用いた加工木材の粉状体を使用するため、加工木材の選別作業を行う必要がないし、加工木材の原料管理を行う必要がない。
ここで、混合と押し出しの少なくとも一方脱気されるので、生成するアンモニアガスは吸引されて除去される。従って、混合された原料に加えられる圧力が低下する成形時にウッドプラスティックは生成ガスによって膨れない。これにより、ウッドプラスティックの成形時や成形後に生成ガスによる膨れが発生することを防止して、成形後の形状を安定させることが可能となる。
【００１４】
上記脱気しつつ行う上記混合と押し出しの少なくとも一方を、所定の回数繰り返し行う構成としてもよい。混合や押し出しを所定の回数繰り返し行うことにより、アンモニアガスの発生量を増加させ、混合物中のアンモニアガスの発生原因物質を減少させる。これにより、より確実に混合された原料から効率よくアンモニアガスを減少させてウッドプラスティックの成形時や成形後に生成ガスによる膨れが発生することを防止することができる。
【００１５】
上記構成のいずれについても、請求項１０にかかる発明のように、上記溶融混合用樹脂に親水基を付与する所定の酸を添加して混合し、押出成形して上記ウッドプラスティックを製造する構成としてもよい。すなわち、添加された所定の酸は、溶融混合用樹脂に親水基を付与する。すると、溶融混合用樹脂と加工木材の粉状体とがなじみ易くなるので、さらにウッドプラスティックの強度を向上させることができる。
また、上記溶融混合用樹脂には、所定の酸により変性された樹脂が含まれる構成としてもよい。すなわち、所定の酸により変性された樹脂と加工木材の粉状体とがなじみ易くなるので、さらにウッドプラスティックの強度を向上させることができる。
ここで、所定の酸は樹脂に親水基を付与する酸であればよく、例えばマレイン酸等、種々の酸を使用可能である。
【００１６】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１、請求項４、請求項８にかかる発明によれば、煩雑な原料選別作業や原料管理を行う必要がなく、ウッドプラスティックの押出成形時や押出成形後に生成ガスによる膨れが発生することを防止して、成形後の形状を安定させることが可能なウッドプラスティックの製造方法を提供することができる。
請求項２、請求項５、請求項９にかかる発明によれば、生成するアンモニアガスを効率よく減少させて生成ガスによる膨れを防止することができ、成形後の形状を安定させることができる。
請求項３にかかる発明によれば、さらに効率よくアンモニアガスを減少させて生成ガスによる膨れを防止することができ、成形後の形状を安定させることができる。
請求項６、請求項７にかかる発明によれば、確実に効率よくアンモニアガスを減少させて生成ガスによる膨れを防止することができ、成形後の形状を安定させることができる。
請求項１０にかかる発明によれば、押出成形されて製造されるウッドプラスティックの強度を向上させることが可能となる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、下記の順序に従って本発明の実施形態を説明する。
（１）第一の実施形態：
（２）第二の実施形態：
（３）第三の実施形態：
【００１８】
（１）第一の実施形態：
図１は、本発明の第一の実施形態にかかるウッドプラスティックＧ１の製造方法を工程別に示す概略的な流れ図である。
【００１９】
ウッドプラスティックを製造する際、まず、加工木材の粉状体Ａ、溶融混合用樹脂Ｂ、添加剤Ｃ、アンモニアガス吸着材料Ｄ１を、ウッドプラスティック製造装置４０へ投入する（工程Ｓ１０）。次に、原料Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ１を、溶融混合用樹脂Ｂを加熱溶融させながら混合して、溶融混合物Ｅ１に変化させる（工程Ｓ１１）。そして、溶融混合物Ｅ１に圧力を加えながら押出成形し（工程Ｓ１２）、装置４０外に排出すると（工程Ｓ１３）、ウッドプラスティックＧ１が製造される。
【００２０】
加工木材の粉状体Ａは、パーティクルボードの製造過程から排出される廃材を粉砕したものである。パーティクルボードとは、植物繊維質からなる微粒状の木粉にユリア樹脂やフェノール系樹脂や尿素メラミン共縮合樹脂等からなる合成樹脂系接着剤を含浸させて固めて板状に形成した加工木材をいう。本実施形態では、アミノ基を含む化合物とアルデヒドの縮合重合によりつくられるアミノ樹脂であるユリア樹脂、尿素メラミン共縮合樹脂、等の尿素系樹脂を用いたパーティクルボード廃材を粉砕して、加工木材の粉状体Ａとしている。
【００２１】
パーティクルボードは家庭や家具工場等あらゆる場面で常用されており、これらの場面で木材の切り屑が発生すればこのような切り屑を集めれば本発明における加工木材の粉状体として使用することができる。また、パーティクルボードを家具や建築用材等の原料にした後には多量の廃材が発生するので、このような廃材を粉砕すればよい。さらに、家具や建築用材が廃棄されたときには当該廃棄物を粉砕すればよい。このような構成によればウッドプラスティックのコストが非常に低くなり、また、ゴミを低減することに大きく寄与することができるし、廃棄物リサイクルを促進することもできる。
【００２２】
粉状体Ａの粒径は種々の径が採用可能であり、溶融混合用樹脂Ｂによって粉状体Ａが結合できるような粒径であればよい。なお、粉状体Ａがより微粉化されると、ウッドプラスティックＧ１の強度を向上させることができる。
なお、加工木材の粉状体Ａとして、アミノ樹脂を用いた合板等を粉砕したものを使用してもよい。
【００２３】
尿素系樹脂は、尿素等と、ホルムアルデヒドやホルムアルデヒド重合体等とを縮合重合させた合成樹脂系接着剤の一種で、強力な接着作用を有する。そして、常温で徐々に加水分解されてホルムアルデヒドを生成したり、加熱されてアンモニアガスを生成したりすることがある。
【００２４】
溶融混合用樹脂Ｂとしては、加熱溶融可能な種々の樹脂を採用可能であり、例えば、ポリプロピレン，ポリエチレン，ポリスチレン，ポリメチルメタアクリレート，塩化ビニル，ナイロン，ポリカーボネート，ポリアセタール，ポリブチレンテレフタレート，ポリエチレンテレフタレート、等の熱可塑性樹脂を使用可能である。むろん、フェノール樹脂，ユリア樹脂，メラミン樹脂，不飽和ポリエステル樹脂，エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂等を用いることも可能である。また、これらの樹脂を複数組み合わせて使用してもよい。さらに、ウッドプラスティック製造装置４０に投入する際には、固形の原反として投入してもよいし、溶融された状態にして投入してもよい。
本実施形態では、粒状の高分子体であるポリオレフィン樹脂２０を用いている。むろん、ポリオレフィン樹脂には、加工木材の粉状体等に混合可能な形状であればどのような形状のものを用いてもよい。ポリオレフィン樹脂は、加熱されると溶融し、加工木材の粉状体に含まれる植物繊維どうしを結束する。従って、ポリオレフィン樹脂２０は、加工木材の粉状体Ａに混合させると、加工木材の粉状体Ａどうしを結着させるバインダとしての役割を担っている。
【００２５】
親水性の強い加工木材の粉状体Ａと、疎水性の強い溶融混合用樹脂Ｂとは、相溶性が小さいため、混ざりにくい傾向がある。そこで、溶融混合用樹脂Ｂに親水性を付与するため、添加剤Ｃを所定の不飽和カルボン酸（所定の酸）としている。本実施形態では、不飽和カルボン酸Ｃとして、マレイン酸３０を添加している。マレイン酸は、溶融混合用樹脂に添加されて加熱されると、同樹脂と付加重合する。すると、付加重合後の溶融混合用樹脂には、親水基の一つであるカルボキシル基が付加される。従って、溶融混合用樹脂は水酸基等と親和しやすくなり、加工木材の粉状体Ａと溶融混合用樹脂Ｂとは混ざりやすくなる。むろん、溶融混合用樹脂を変性させる酸はマレイン酸に限られない。
なお、不飽和カルボン酸Ｃの代わりに、マレイン酸等の所定の酸を用いて溶融混合用樹脂を変性した酸変性樹脂を添加してもよい。むろん、溶融混合用樹脂を変性させる酸はマレイン酸に限られないし、溶融混合用樹脂Ｂとは異なる樹脂を変性した酸変性樹脂を使用してもよい。溶融混合用樹脂Ｂと酸変性樹脂の重量の合計に占める酸変性樹脂は、例えば１〜５０重量％と様々な配合割合とすることができる。さらに、添加剤を別途添加せず、酸変性樹脂を溶融混合用樹脂Ｂとしてもよい。
【００２６】
図２に示すように、溶融混合用樹脂Ｂを不飽和カルボン酸Ｃとともに加熱溶融させながら、加工木材の粉状体Ａ、溶融混合用樹脂Ｂ、不飽和カルボン酸Ｃを混合し、押出成形してウッドプラスティックＧを製造しようとすると、パーティクルボード廃材に含まれる尿素系樹脂からアンモニアガスが生成することがあった。すると、混合された原料に加えられる圧力が低下する押出成形時にウッドプラスティックＧが生成ガスｇにより膨れ、形状が不安定になり、製品としての価値が低くなってしまうという問題があった。図２では、発生したアンモニアガスによりウッドプラスティックＧの表面に膨らみが生じた様子を模式的に示している。
なお、原料の混合や押出成形を長時間かけてゆっくり行うとアンモニアガスが発生しなくなるが、時間がかかりすぎるため、実用的ではない。また、加工木材の廃材から尿素系樹脂を用いたパーティクルボード廃材を選別して取り除いたり、尿素系樹脂を用いたパーティクルボード廃材が混入しないように管理することも考えられるが、選別作業に時間がかかりすぎたり、管理が煩雑となったりするため、実用的ではない。
そこで、原料として、アンモニアガスを吸着可能なアンモニアガス吸着材料Ｄ１を混合することにより、煩雑な原料選別作業や原料管理を行う必要なく、ウッドプラスティックの押出成形時や押出成形後に生成ガスによる膨れが発生することを防止して、成形後の形状を安定させている。
【００２７】
アンモニアガス吸着材料Ｄ１としては、生成するアンモニアガスを吸着可能な種々の材料を採用可能である。本実施形態では、微粒状のゼオライト（微粒状の多孔質無機材料）６０を原料として混合している。
ゼオライト６０は、二酸化珪素、酸化アルミニウム等から構成され、形状の安定した微細な孔を無数に有する多孔質構造を呈している。このゼオライト６０は、孔内部に水蒸気やアンモニアガスなどの所定の気体を選択的に吸着して固定する作用を有している。すなわち、このゼオライト６０を加熱溶融混合した溶融混合物Ｅ１から生成するアンモニアガスは、ゼオライト６０に吸着固定される。
これにより、アンモニアガスは、ゼオライト６０に吸着固定されるので、ゼオライト６０内において溶融混合物Ｅ１の構成物質の一部となる。なお、このゼオライト６０にカルシウム系のゼオライトを用いると、アンモニアガスの吸着能力がさらに高くなる。
【００２８】
なお、微粒状のゼオライトは用途に応じて様々な粒径とすることができるが、より好適な条件を求めるためゼオライトの粒径を種々変えて試験を行ったところ、粒径を５００μｍ以下にすると木質感の良好な非常に良質のウッドプラスティックを製造することができた。
むろん、アンモニアガス吸着材料として使用する微粒状の多孔質無機材料には、アンモニアガスを吸着固定することが可能な材料であれば、活性炭等を用いてもよい。
【００２９】
図３は、ウッドプラスティック製造装置４０とウッドプラスティックＧ１の製造方法を模式的に示している。
上記原料Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ１は、加熱混合機４１に投入され、加熱されながら混合される。加熱混合機４１は、下方に向かって径が徐々に狭まる略筒形状にされており、図示しないヒータや撹拌機やスクリュー等を備えている。そして、投入された原料をヒータにより加熱し、撹拌機により原料をかき混ぜながら混合し、スクリューにより混合された原料を下方に押し出す。この加熱混合機４１では、原料Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ１の混合物を２００℃前後に加熱して、互いに練り合わさせて溶融混合物Ｅ１を生成する。
ここで、ヒータは溶融混合用樹脂Ｂとを溶融させる温度に上昇させることができればよく、溶融混合用樹脂Ｂの種類に応じてヒータの加熱能力を決定すればよい。原料の温度が溶融混合用樹脂の融点よりも高く、加工木材の粉状体が炭化せず、アンモニアガス吸着材料の融点より低くなるようにヒータの加熱を設定すると、加工木材の粉状体については炭化されず、アンモニアガス吸着材料については溶融されずに原料を加熱溶融混合することができる。
また、撹拌機やスクリューの能力は、原料の粘度等の性質に応じて決定すればよい。
【００３０】
原料の配合比については、加工木材の粉状体Ａ、溶融混合用樹脂Ｂ、不飽和カルボン酸Ｃの合計を９０〜７０重量％とし、アンモニアガス吸着材料Ｄ１を１０〜３０重量％とするのが好ましい。不飽和カルボン酸等の添加剤を使用しないときには、加工木材の粉状体Ａと溶融混合用樹脂Ｂの合計を９０〜７０重量％とし、アンモニアガス吸着材料Ｄ１を１０〜３０重量％とするのが好ましい。アンモニアガス吸着材料Ｄ１が１０％以上であると、押出成形時や押出成形後に生成ガスによる膨れが発生せず、製造されるウッドプラスティックＧ１の形状を安定させることができる。また、アンモニアガス吸着材料Ｄ１が３０重量％以下であると、製造されるウッドプラスティックＧ１の木質感を良好にさせることができる。
【００３１】
加工木材の粉状体Ａ、溶融混合用樹脂Ｂ、不飽和カルボン酸Ｃの配合割合は、ウッドプラスティックの用途に応じて適宜決定可能である。一般に、加工木材の粉状体Ａが多いと温度変化による変形は少なく、より軽量化され、木質感が向上する。一方、溶融混合用樹脂Ｂが多いと、加熱軟化した素材の流動性は大きく、製造されたウッドプラスティックは強度を意味する機械的性能が大きくなり、耐水性が向上する。なお、木質系成形体に靱性を与え、ビス等の加工を可能にするための好ましい加工木材の粉状体Ａの配合割合は全原料Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ１に対して５０重量％以上、より好ましくは７０重量％以上である。
【００３２】
全原料を加熱溶融混合させるための溶融混合用樹脂Ｂの好ましい配合割合は全原料Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ１に対して５重量％以上、より好ましくは１０重量％以上である。溶融混合用樹脂Ｂを加工木材の粉状体Ａと十分に親和させるための好ましい不飽和カルボン酸Ｃの配合割合は全原料Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ１に対して０．１重量％以上、より好ましくは０．５重量％以上である。なお、溶融混合用樹脂Ｂを１００質量部とするとき、不飽和カルボン酸Ｃの好ましい配合比は５〜５０質量部、より好ましくは１０〜２５質量部である。不飽和カルボン酸Ｃの代わりに酸変性樹脂を使用する場合、溶融混合用樹脂Ｂを加工木材の粉状体Ａと十分に親和させるための好ましい酸変性樹脂の配合割合は全原料に対して０．１重量％以上、より好ましくは０．５重量％以上である。溶融混合用樹脂Ｂを１００質量部とするとき、酸変性樹脂の好ましい配合比は５〜５０質量部、より好ましくは１０〜２５質量部である。
各原料Ａ〜Ｃの重量割合は、ウッドプラスティックに要求される性質に応じて適宜好ましい比率を選択可能である。
【００３３】
加熱混合機４１に投入された溶融混合用樹脂Ｂは加熱されて溶融し、加工木材の粉状体Ａ、不飽和カルボン酸Ｃ、アンモニアガス吸着材料Ｄ１と混合される。加工木材は親水性であるが、溶融混合用樹脂Ｂは不飽和カルボン酸Ｃにより親水性のカルボキシル基が付与されるので、容易に親水性の加工木材の粉状体Ａに滲み込む。すなわち、不飽和カルボン酸は、溶融混合用樹脂と親水性の加工木材の粉状体との橋渡しをさせる役目を果たすことになる。従って、溶融混合用樹脂が例えばポリオレフィン樹脂のように疎水性樹脂であっても、所定の酸により親水基を付与された樹脂が併用されることにより、溶融混合用樹脂を親水性の加工木材の粉状体に強固に付着させることが可能となる。
【００３４】
また、加工木材の粉状体は水酸基等が存在するため、酸変性樹脂に含まれるカルボキシル基等の親水基によって同樹脂となじみが良くなる。
加熱混合機４１により混合された原料は、流動体とされているため、下方に押し出され、押出機４２に流れ込む。本押出機４２は、図示しないスクリューを備えており、混合された原料を板状に成形して押し出す。図では、混合された原料が右方向に連続して押し出されることになる。むろん、ペレット状に成形して押し出してもよい。そして、押出機４２の材料出口に取り付けられた切断機４３により、固化前の混合原料を切断する。このようにして、溶融混合用樹脂を加熱溶融させながら混合された原料を、所定の形状に成形することができる。
そして、切断された混合原料を冷却させると、同混合原料は固化し、ウッドプラスティックＧ１となる。ここで、成形された混合原料を固化させるには、同混合原料をベルトコンベア上にて自然に冷却するようにしてもよいし、製造効率を向上させるため、空冷や水冷等、強制的に冷却するようにしてもよい。
【００３５】
以上説明したように、ポリオレフィン樹脂２０（溶融混合用樹脂）はマレイン酸３０（不飽和カルボン酸）とともに加熱溶融され、加工木材の粉状体Ａ、ゼオライト６０（アンモニアガス吸着材料）と混合される。加工木材は尿素系樹脂が用いられているため、加熱溶融したポリオレフィン樹脂２０との混合時にアンモニアガスが生成することがある。生成したアンモニアガスは、混合された原料に含まれるゼオライト６０に吸着され、固定される。すると、混合された原料に加えられる圧力が低下する押出成形時にウッドプラスティックは生成ガスによって膨れない。従って、煩雑な原料選別作業や原料管理を行わなくても、成形されたウッドプラスティックの形状を安定させることが可能となる。
【００３６】
また、添加されるゼオライトは、表面積が大きいため、多孔質でない無機物質よりも比較的多量のアンモニアガスを吸着することができる。これにより、混合するアンモニアガス吸着材料を少量とすることができ、混合された原料から効率よくアンモニアガスを吸着してウッドプラスティックの押出成形時や押出成形後に生成ガスによる膨れを防止することができる。
【００３７】
表１は、アミノ樹脂を用いた加工木材の粉状体としてパーティクルボード廃材を粉砕した粉状体を用い、溶融混合用樹脂として粒状のポリプロピレンを用い、添加剤として粉末状のマレイン酸を用い、アンモニアガス吸着材料として微粒状のゼオライトを用いてウッドプラスティックを製造し、評価した実施例１を示している。なお、ウッドプラスティック製造装置としてシンシナティーエクストリュージョン製コニカル二軸押出機を用い、スクリュー径４５ｍｍ、回転速度５ｒｐｍ、混合された原料の温度を約２００℃とした。
【表１】
すなわち、ポリプロピレンを１８重量％に固定し、マレイン酸を２重量％に固定し、加工木材の粉状体の量を８０，７０，６０，５０，４０重量％と段階的に減らすとともにゼオライトの量を０，１０，２０，３０，４０重量％と段階的に増やした５試験区で、製造されたウッドプラスティックに対して生成ガスによる膨れの有無と、ウッドプラスティックの木質感を相対的に比較している。木質感の欄に記した二重丸◎は木質感が非常に良好であったことを意味し、一重丸○は二重丸◎程ではないが木質感が良好であったことを意味し、三角△は木質感が不十分であったことを意味している。なお、生成ガスによる膨れの有無や木質感は、目視により評価した。
【００３８】
この場合、ゼオライトが１０％以上であると、押出成形時や押出成形後に生成ガスによる膨れが発生せず、ウッドプラスティックの形状を安定させることができた。また、ゼオライトが３０重量％以下であると、ウッドプラスティックの木質感が良好であった。従って、加工木材の粉状体、ポリプロピレン、マレイン酸の合計を９０〜７０重量％とし、ゼオライトを１０〜３０重量％とした試験区２，３，４で、製品として良好なウッドプラスティックを製造することができた。
【００３９】
（２）第二の実施形態：
図４は、本発明の第二の実施形態にかかるウッドプラスティックＧ２の製造方法を工程別に示す概略的な流れ図である。なお、第一の実施形態と構成が同じものについては、同じ符号を付して詳しい説明を省略する。
本実施形態では、第一の実施形態で使用したアンモニアガス吸着材料Ｄ１の代わりに、アンモニウム塩生成材料Ｄ２を使用している。
【００４０】
アンモニウム塩生成材料Ｄ２としては、生成するアンモニアガスと反応してアンモニウム塩を生成可能な種々の材料を採用可能である。本実施形態では、微粒状の明礬（弱塩基の硫酸塩）７０を原料として混合している。
明礬（硫酸アルミニウムカリウム、ＡｌＫ（ＳＯ４）２・１２Ｈ２Ｏ）７０は、アンモニアガスと接すると反応してアンモニウム塩（硫酸アンモニウム、（ＮＨ４）２ＳＯ４）を生成する。すなわち、明礬を原料として混合すると、生成するアンモニアガスと反応してアンモニアガスを減少させる。従って、アンモニアガスは、アンモニウム塩に変化させられ、溶融混合物Ｅ２の構成物質の一部となる。
【００４１】
なお、本発明を適用可能なアンモニウム塩生成材料は、明礬以外にも様々なものがある。
例えば、アンモニウム塩生成材料Ｄ２として、微粒状の硫酸バンド（硫酸カリウム、Ｋ２（ＳＯ４））を用いてもよい。硫酸バンドも弱塩基の硫酸塩であるため、この場合であっても、図４で示した流れによりウッドプラスティックＧ２を製造することができる。
アンモニウム塩生成材料Ｄ２として明礬、硫酸カリウムを用いることにより、原料中で生成したアンモニアガスが減少し、混合される原料に加えられる圧力が低下する押出成形時にウッドプラスティックは生成ガスによって膨れない。従って、ウッドプラスティックの押出成形時や押出成形後に生成ガスによる膨れは生じず、成形後の形状を安定させることが可能となる。むろん、アンモニウム塩生成材料に少なくとも明礬が含まれていれば同様の効果が得られ、アンモニウム塩生成材料に少なくとも硫酸バンドが含まれていれば同様の効果が得られる。また、アンモニウム塩生成材料Ｄ２を明礬と硫酸バンドの組み合わせで構成しても、同様の効果が得られる。
【００４２】
原料の配合比については、加工木材の粉状体Ａ、溶融混合用樹脂Ｂ、不飽和カルボン酸Ｃの合計を９０〜７０重量％とし、アンモニウム塩生成材料Ｄ２を１０〜３０重量％とするのが好ましい。不飽和カルボン酸等の添加剤を使用しないときには、加工木材の粉状体Ａと溶融混合用樹脂Ｂの合計を９０〜７０重量％とし、アンモニウム塩生成材料Ｄ２を１０〜３０重量％とするのが好ましい。アンモニウム塩生成材料Ｄ２が１０％以上であると、押出成形時や押出成形後に生成ガスによる膨れが発生せず、製造されるウッドプラスティックＧ２の形状を安定させることができる。また、アンモニウム塩生成材料Ｄ２が３０重量％以下であると、製造されるウッドプラスティックＧ２の木質感を良好にさせることができる。
【００４３】
加工木材の粉状体Ａ、溶融混合用樹脂Ｂ、不飽和カルボン酸Ｃの配合割合は、ウッドプラスティックの用途に応じて適宜決定可能である。木質系成形体に靱性を与え、ビス等の加工を可能にするための好ましい加工木材の粉状体Ａの配合割合は全原料Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ２に対して５０重量％以上、より好ましくは７０重量％以上である。
全原料を加熱溶融混合させるための溶融混合用樹脂Ｂの好ましい配合割合は全原料Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ２に対して５重量％以上、より好ましくは１０重量％以上である。溶融混合用樹脂Ｂを加工木材の粉状体Ａと十分に親和させるための好ましい不飽和カルボン酸Ｃの配合割合は全原料Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ２に対して０．１重量％以上、より好ましくは０．５重量％以上である。なお、溶融混合用樹脂Ｂを１００質量部とするとき、不飽和カルボン酸Ｃの好ましい配合比は５〜５０質量部、より好ましくは１０〜２５質量部である。不飽和カルボン酸Ｃの代わりに酸変性樹脂を使用する場合、溶融混合用樹脂Ｂを加工木材の粉状体Ａと十分に親和させるための好ましい酸変性樹脂の配合割合は全原料に対して０．１重量％以上、より好ましくは０．５重量％以上である。溶融混合用樹脂Ｂを１００質量部とするとき、酸変性樹脂の好ましい配合比は５〜５０質量部、より好ましくは１０〜２５質量部である。
各原料Ａ〜Ｃの重量割合は、ウッドプラスティックに要求される性質に応じて適宜好ましい比率を選択可能である。
【００４４】
以上説明したように、ポリオレフィン樹脂２０（溶融混合用樹脂）はマレイン酸３０（不飽和カルボン酸）とともに加熱溶融され、加工木材の粉状体Ａ、明礬７０（アンモニウム塩生成材料）と混合される。生成するアンモニアガスは、混合された原料に含まれる明礬７０と反応してアンモニウム塩を生成する。すると、アンモニアガスが減少するので、混合された原料に加えられる圧力が低下する押出成形時にウッドプラスティックは生成ガスによって膨れない。従って、煩雑な原料選別作業や原料管理を行わなくても、成形されたウッドプラスティックの形状を安定させることが可能となる。
【００４５】
また、明礬は弱塩基の硫酸塩であるため、酸性であり、生成するアンモニアガスと反応してアンモニウム塩を生成する。すなわち、比較的多量のアンモニアガスと反応してアンモニウム塩を生成する。これにより、混合するアンモニア塩生成材料を少量とすることができ、混合された原料から確実に効率よくアンモニアガスを減少させてウッドプラスティックの押出成形時や押出成形後に生成ガスによる膨れが発生することを防止することができる。明礬の代わりに硫酸バンドも用いた場合も同様である。
【００４６】
表２は、アミノ樹脂を用いた加工木材の粉状体としてパーティクルボード廃材を粉砕した粉状体を用い、溶融混合用樹脂として粒状のポリプロピレンを用い、添加剤として粉末状のマレイン酸を用い、アンモニウム塩生成材料として微粒状の明礬を用いてウッドプラスティックを製造し、評価した実施例２を示している。なお、試験条件は第一の実施形態と同じにした。
【表２】
すなわち、ポリプロピレンを１８重量％に固定し、マレイン酸を２重量％に固定し、加工木材の粉状体の量を８０，７０，６０，５０，４０重量％と段階的に減らすとともに明礬の量を０，１０，２０，３０，４０重量％と段階的に増やした５試験区で、製造されたウッドプラスティックに対して生成ガスによる膨れの有無と、ウッドプラスティックの木質感を相対的に比較している。
【００４７】
この場合、明礬が１０％以上であると、押出成形時や押出成形後に生成ガスによる膨れが発生せず、ウッドプラスティックの形状を安定させることができた。また、明礬が３０重量％以下であると、ウッドプラスティックの木質感が良好であった。従って、加工木材の粉状体、ポリプロピレン、マレイン酸の合計を９０〜７０重量％とし、明礬を１０〜３０重量％とした試験区２，３，４で、製品として良好なウッドプラスティックを製造することができた。
【００４８】
表３は、アンモニウム塩生成材料として明礬の代わりに微粒状の硫酸バンドを用いてウッドプラスティックを製造し、評価した実施例３を示している。なお、試験条件は第一の実施形態と同じにした。
【表３】
すなわち、ポリプロピレンを１８重量％に固定し、マレイン酸を２重量％に固定し、加工木材の粉状体の量を８０，７０，６０，５０，４０重量％と段階的に減らすとともに硫酸バンドの量を０，１０，２０，３０，４０重量％と段階的に増やした５試験区で、製造されたウッドプラスティックに対して生成ガスによる膨れの有無と、ウッドプラスティックの木質感を相対的に比較している。
【００４９】
この場合、硫酸バンドが１０％以上であると、押出成形時や押出成形後に生成ガスによる膨れが発生せず、ウッドプラスティックの形状を安定させることができた。また、硫酸バンドが３０重量％以下であると、ウッドプラスティックの木質感が良好であった。従って、加工木材の粉状体、ポリプロピレン、マレイン酸の合計を９０〜７０重量％とし、硫酸バンドを１０〜３０重量％とした試験区２，３，４で、製品として良好なウッドプラスティックを製造することができた。
【００５０】
（３）第三の実施形態：
次に、ウッドプラスティック製造装置に関する第三の実施形態について説明する。本実施形態では、図２で示した手順で、アンモニアガス吸着材料やアンモニウム塩生成材料を使用せずにウッドプラスティックを製造する。
本実施形態のウッドプラスティック製造装置も、概略、図３で示した加熱混合機４１、押出機４２、切断機４３を備えている。
【００５１】
図５は、押出機４２を一部垂直断面にて断面視して示す側面図である。加熱混合機４１により２００℃前後で加熱溶融混合された原料が、押出機４２の内部空間４２ａに流れ込む。図の押出機４２では、加熱溶融混合された原料が左側から押出機の内部空間４２ａに流入し、同内部空間４２ａの中に配設されたスクリュー４５の回転により右方向へ押し出される。この押出機４２では、流入する溶融混合物Ｅを改めて加熱しながら、スクリュー４５を駆動させることにより板状に押し出す。
【００５２】
ここで、加工木材の粉状体Ａに尿素系樹脂が含まれていると、加工木材の粉状体Ａを加熱した際に、尿素系樹脂が分解されてアンモニアガス１４が発生することがある。このアンモニアガス１４は、ウッドプラスティックが形成された時などにウッドプラスティックの表面に膨らみを発生させる原因となる。そこで、ウッドプラスティック製造装置４０に真空脱気装置５０を設けることにより、アンモニアガス１４を効率よく除去して生成ガスによるウッドプラスティックの膨れを防止するようにしている。
【００５３】
押出機４２には、内部空間４２ａと繋がるように上側に開口された排気口４４ａと、下側に向けられた調圧口４４ｂとが設けられている。排気口４４ａの上端には、真空脱気装置５０の吸引口５０ａに連結された脱気用ホース５２が取り付けられている。
【００５４】
真空脱気装置５０が駆動されると、吸引口５０ａから空気が吸い込まれ、排気口４４ａと脱気用ホース５２を介して押出機の内部空間４２ａの空気が吸引されて排出される。従って、溶融混合物Ｅから発生されたアンモニアガス１４は、排気口４４ａから排出される。
【００５５】
押出機４２の内圧は、空気を内部空間４２ａに吸入可能な調圧口４４ｂにより、大気圧と略等圧となるように維持されている。排気口４４ａには逆流防止弁４４ｃが配設されており、同逆流防止弁４４ｃは内部空間４２ａへの空気の逆流を防止している。また、排気口４４ａにはフィルタ４４ｄが設けられており、排気口４４ａからは気体だけが排出可能な構造となっている。
【００５６】
このようにして、アミノ樹脂を用いた加工木材の粉状体Ａと、加熱溶融可能な溶融混合用樹脂Ｂと、不飽和カルボン酸Ｃとを、溶融混合用樹脂Ｂを不飽和カルボン酸Ｃとともに加熱溶融させながら混合し、脱気しつつ押し出し、成形してウッドプラスティックＧを製造する。押し出しの際に溶融混合物Ｅから脱気されるので、生成するアンモニアガスは吸引されて除去される。従って、混合された原料に加えられる圧力が低下する成形時にウッドプラスティックは生成ガスによって膨れない。これにより、煩雑な原料選別作業や原料管理を行わなくても、ウッドプラスティックの成形時や成形後に生成ガスによる膨れを防止して、成形されたウッドプラスティックの形状を安定させることが可能となる。
【００５７】
なお、図による説明を省略するが、加熱混合機４１を密閉可能な構造とし、真空脱気装置を同加熱混合機に設けてもよい。真空脱気装置を加熱混合機４１に配設すると、加工木材の粉状体Ａと、溶融混合用樹脂Ｂと、不飽和カルボン酸Ｃとを、溶融混合用樹脂Ｂを不飽和カルボン酸Ｃとともに加熱溶融させながら脱気しつつ混合し、押出成形してウッドプラスティックＧを製造することになる。すると、加熱溶融混合中の溶融混合物Ｅから発生されたアンモニアガスは同真空脱気装置に吸引されて外部へ排出され、溶融混合物Ｅから除去される。
【００５８】
このように、混合または押し出しを脱気しつつ行うことにより、原料中で生成したアンモニアガスが除去され、混合される原料に加えられる圧力が低下する成形時にウッドプラスティックは生成ガスによって膨れない。従って、ウッドプラスティックの成形時や成形後に生成ガスによる膨れは生じず、ウッドプラスティックの形状を安定させることが可能となる。むろん、混合と押し出しの両工程で脱気を行うと、より確実にアンモニアガスを除去して生成ガスによる膨れを防止することが可能となり、さらにウッドプラスティックの形状を安定させることが可能となる。
【００５９】
なお、混合や押し出しの処理回数を増やしたり処理速度を遅らせたりするほど、溶融混合物から発生するアンモニアガスの排出量が増える。そこで、押出機４２から溶融混合物を成形せずに押し出し、押し出した溶融混合物を再び加熱混合機４１に投入する作業を所定の回数繰り返してもよい。加熱混合機４１にて原料を加熱溶融混合した後に押出機４２にて溶融混合物を押し出す処理を繰り返す回数は、溶融混合物の物性等に応じて適宜設定すればよく、例えば４〜５回程度とすることができる。
混合や押し出しを所定の回数繰り返し行うことにより、アンモニアガスの発生量を増加させ、混合物中のアンモニアガスの発生原因物質を減少させる。これにより、より確実に混合された原料から効率よくアンモニアガスを減少させてウッドプラスティックの成形時や成形後に生成ガスによる膨れを防止して、さらにウッドプラスティックの形状を安定させることが可能となる。
【００６０】
むろん、押出機４２では、加熱しながらスクリュー４５によって押し出す押し出し工程を通常の処理時間よりも長めに行ってもよい。
【００６１】
なお、真空脱気装置は、加熱混合機４１と押出機４２のいずれか一方のみに配設されていてもよいし、両方に配設されていてもよい。さらに、加熱混合機４１での加熱溶融混合の処理時間を長くしたり、あるいは処理回数を増やしたり、押出機４２での押し出しの処理時間を長くしたり、これらを組み合わせることにより、真空脱気装置によるアンモニアガスの除去効果をさらに高めることができる。
【００６２】
上記の方法によって作成されたウッドプラスティック中には、アンモニアガスがほとんど含まれていない。従って、ウッドプラスティックが押出機４２から排出される際にウッドプラスティックの表面が膨れることはなく、実際にウッドプラスティックが使用される場合に加熱されるようなことが起きても、ウッドプラスティックの表面に膨れができるようなこともない。
【００６３】
また、さらに、第三の実施形態に記載したウッドプラスティック製造装置に第一の実施形態に記載のゼオライトを投入したり、第二の実施形態に記載の明礬７０を投入したりすれば、ガス状態のアンモニアの含有量がさらに低減され、形状変化の発生がさらに確実に防止された信頼性の高いウッドプラスティックを製造することが可能となる。
以上説明したように、本発明によると、種々の態様により、煩雑な原料選別作業や原料管理を行う必要がなく、ウッドプラスティックの押出成形時や押出成形後に生成ガスによる膨れが発生することを防止して、成形されたウッドプラスティックの形状を安定させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一の実施形態にかかるウッドプラスティックの製造方法を示す概略的な流れ図である。
【図２】従来の構成でウッドプラスティックを製造する様子を示す概略的な流れ図である。
【図３】ウッドプラスティック製造装置とウッドプラスティックの製造方法を模式的に示す図である。
【図４】本発明の第二の実施形態にかかるウッドプラスティックの製造方法を示す概略的な流れ図である。
【図５】第三の実施形態において、押出機を一部垂直断面にて断面視して示す側面図である。
【符号の説明】
Ａ…加工木材の粉状体
Ｂ…溶融混合用樹脂
Ｃ…不飽和カルボン酸
Ｄ１…アンモニアガス吸着材料
Ｄ２…アンモニウム塩生成材料
Ｅ，Ｅ１，Ｅ２…溶融混合物
Ｇ，Ｇ１，Ｇ２…ウッドプラスティック
ｇ…生成ガス
１４…アンモニアガス
２０…ポリオレフィン樹脂
３０…マレイン酸
４０…ウッドプラスティック製造装置
４１…加熱混合機
４２…押出機
４２ａ…内部空間
４３…切断機
４４ａ…排気口
４４ｂ…調圧口
４４ｃ…逆流防止弁
４４ｄ…フィルタ
４５…スクリュー
５０…真空脱気装置
５０ａ…吸引口
５２…脱気用ホース
６０…ゼオライト（多孔質無機材料）
７０…明礬（弱塩基の硫酸塩）
【発明の属する技術分野】
本発明は、加熱溶融可能な溶融混合用樹脂を用いたウッドプラスティックの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、木粉と、熱可塑性樹脂とを、同熱可塑性樹脂を加熱溶融させながら混合して成形することにより、ウッドプラスティックを製造している。また、特許文献１に開示されたように、木質系廃棄物とポリオレフィンとマレイン酸等を混合し、加熱しながら機械的粉砕を行い、冷却しながら造粒して成形用木質系組成物を形成する技術も知られている。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−２２５０１１号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ユリア樹脂（尿素）を用いて加工したパーティクルボードの廃材を粉砕し、粉砕した廃材と熱可塑性樹脂とからウッドプラスティックを製造しようとすると、熱可塑性樹脂を加熱溶融させて混合するときや、その後の押出成形をするときに、ユリア樹脂からアンモニアガスが生成することがある。すると、混合された原料に加えられる圧力が低下する押出成形時にウッドプラスティックが生成ガスにより膨れ、形状が不安定になり、製品としての価値が低くなってしまうという問題があった。
なお、加工木材の廃材からユリア樹脂を用いたパーティクルボード廃材を選別して取り除くことも考えられるが、選別作業に時間がかかりすぎるため、実用的ではない。また、ユリア樹脂を用いたパーティクルボード廃材が混入しないように管理することも考えられるが、管理が煩雑となり、これも実用的ではない。
【０００５】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであって、煩雑な原料選別作業や原料管理を行う必要がなく、ウッドプラスティックの押出成形時や押出成形後に生成ガスによる膨れが発生することを防止して、成形後の形状を安定させることが可能なウッドプラスティックの製造方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１にかかる発明は、アミノ樹脂を用いた加工木材の粉状体と、加熱溶融可能な溶融混合用樹脂と、を用いたウッドプラスティックの製造方法であって、上記加工木材の粉状体と、上記溶融混合用樹脂と、アンモニアガスを吸着可能なアンモニアガス吸着材料とを、同溶融混合用樹脂を加熱溶融させながら混合し、押出成形して上記ウッドプラスティックを製造する構成としてある。
すなわち、溶融混合用樹脂は加熱溶融され、加工木材の粉状体およびアンモニアガス吸着材料と混合される。混合された原料は、押出成形され、ウッドプラスティックとされる。その際、アミノ樹脂を用いた加工木材の粉状体を使用するため、加工木材の選別作業を行う必要がないし、加工木材の原料管理を行う必要がない。
加工木材はアミノ樹脂が用いられているため、加熱溶融した溶融混合用樹脂との混合時にアンモニアガスが生成することがある。ここで、混合される原料に含まれるアンモニアガス吸着材料は、生成したアンモニアガスを吸着する。従って、混合された原料に加えられる圧力が低下する押出成形時にウッドプラスティックは生成ガスによって膨れない。これにより、ウッドプラスティックの押出成形時や押出成形後に生成ガスによる膨れが発生することを防止して、成形後の形状を安定させることが可能となる。
【０００７】
本発明を適用可能なアミノ樹脂は、熱可塑性樹脂の加熱溶融時にアンモニアガスを生成する樹脂であれば、ユリア樹脂、メラミン樹脂、ベンゾグアナミン樹脂、等、様々な樹脂が考えられる。
上記加工木材は、アミノ樹脂を用いて加工された木材であればよく、ユリア樹脂を用いて加工されたパーティクルボード廃材や合板等、様々なものが考えられる。また、加工木材は、粉状体とされていればよく、粒状、繊維状であっても本発明にいう粉状体に含まれる。なお、加工木材の粒度を調整することによって、ウッドプラスティックの強度を調整することができる。
上記上記溶融混合用樹脂は、加熱溶融可能であればよく、様々な樹脂が考えられる。例えば、ポリオレフィン樹脂等の熱可塑性樹脂とすると、容易に溶融混合用樹脂を加熱溶融させながら混合（以下、加熱溶融混合とも記載）することができる。むろん、熱硬化性樹脂であっても、原料を加熱溶融混合することが可能である。また、溶融混合用樹脂は、単一の素材であってもよいし、複数の素材であってもよい。
上記加工木材を粉砕して粉状体にする工程が設けられていてもよい。すると、粉状体でない加工木材を使用してウッドプラスティックを製造することができ、利便性が向上する。
製造されるウッドプラスティックは、略板状、ペレット状、等、様々な形状が考えられる。
【０００８】
上記アンモニアガス吸着材料は、多孔質無機材料である構成としてもよい。すなわち、生成するアンモニアガスは、多孔質無機材料の多数の孔から吸着される。多孔質無機材料は、表面積が大きいため、多孔質でない無機物質よりも比較的多量のアンモニアガスを吸着することができる。これにより、混合するアンモニアガス吸着材料を少量とすることができ、混合された原料から効率よくアンモニアガスを吸着してウッドプラスティックの押出成形時や押出成形後に生成ガスによる膨れが発生することを防止することができる。
【０００９】
上記多孔質無機材料は、ゼオライトである構成としてもよい。このゼオライトは、アンモニアガス等の気体を選択的に吸着して固定する作用を有する。従って、このゼオライトは、混合物中に発生したアンモニアガスを孔内部に取り込んで固定する。これにより、混合する多孔質無機材料をさらに少量とすることができ、さらに効率よくアンモニアガスを吸着してウッドプラスティックの押出成形時や押出成形後に生成ガスによる膨れが発生することを防止することができる。
【００１０】
ところで、請求項４にかかる発明のように、アミノ樹脂を用いた加工木材の粉状体と、加熱溶融可能な溶融混合用樹脂と、を用いたウッドプラスティックの製造方法であって、上記加工木材の粉状体と、上記溶融混合用樹脂と、アンモニアガスと反応してアンモニウム塩を生成可能なアンモニウム塩生成材料とを、同溶融混合用樹脂を加熱溶融させながら混合し、押出成形して上記ウッドプラスティックを製造する構成としてもよい。
すなわち、溶融混合用樹脂は加熱溶融され、加工木材の粉状体およびアンモニア塩生成材料と混合される。混合された原料は、押出成形され、ウッドプラスティックとされる。その際、アミノ樹脂を用いた加工木材の粉状体を使用するため、加工木材の選別作業を行う必要がないし、加工木材の原料管理を行う必要がない。
ここで、混合される原料に含まれるアンモニア塩生成材料は、生成するアンモニアガスと反応してアンモニウム塩を生成する。従って、混合された原料に加えられる圧力が低下する押出成形時にウッドプラスティックは生成ガスによって膨れない。これにより、ウッドプラスティックの押出成形時や押出成形後に生成ガスによる膨れが発生することを防止して、成形後の形状を安定させることが可能となる。
【００１１】
上記アンモニウム塩生成材料は、弱塩基の硫酸塩である構成としてもよい。硫酸は強酸であるため、弱塩基の硫酸塩は酸性であり、生成するアンモニアガスは同弱塩基の硫酸塩を反応してアンモニウム塩を生成する。従って、比較的多量のアンモニアガスと反応してアンモニウム塩を生成することができる。これにより、混合するアンモニア塩生成材料を少量とすることができ、混合された原料から効率よくアンモニアガスを減少させてウッドプラスティックの押出成形時や押出成形後に生成ガスによる膨れが発生することを防止することができる。
【００１２】
上記上記硫酸塩には、少なくとも明礬が含まれる構成としてもよい。また、上記硫酸塩には、少なくとも硫酸バンドが含まれる構成としてもよい。明礬や硫酸バンドは、アンモニアガスと反応してアンモニア塩を生成する作用を有する。従って、アンモニアガスは、アンモニア塩とされ、減少する。これにより、混合する硫酸塩を確実に少量とすることができ、確実に効率よくアンモニアガスをアンモニウム塩に変化させてウッドプラスティックの押出成形時や押出成形後に生成ガスによる膨れが発生することを防止することができる。
【００１３】
ところで、請求項８にかかる発明のように、アミノ樹脂を用いた加工木材の粉状体と、加熱溶融可能な溶融混合用樹脂とを、同溶融混合用樹脂を加熱溶融させながら混合し、押し出し、成形してウッドプラスティックを製造するウッドプラスティックの製造方法であって、上記混合と押し出しの少なくとも一方を、脱気しつつ行う構成としてもよい。
すなわち、溶融混合用樹脂は加熱溶融され、加工木材の粉状体と混合される。混合された原料は、押し出され、成形されて、ウッドプラスティックとされる。その際、アミノ樹脂を用いた加工木材の粉状体を使用するため、加工木材の選別作業を行う必要がないし、加工木材の原料管理を行う必要がない。
ここで、混合と押し出しの少なくとも一方脱気されるので、生成するアンモニアガスは吸引されて除去される。従って、混合された原料に加えられる圧力が低下する成形時にウッドプラスティックは生成ガスによって膨れない。これにより、ウッドプラスティックの成形時や成形後に生成ガスによる膨れが発生することを防止して、成形後の形状を安定させることが可能となる。
【００１４】
上記脱気しつつ行う上記混合と押し出しの少なくとも一方を、所定の回数繰り返し行う構成としてもよい。混合や押し出しを所定の回数繰り返し行うことにより、アンモニアガスの発生量を増加させ、混合物中のアンモニアガスの発生原因物質を減少させる。これにより、より確実に混合された原料から効率よくアンモニアガスを減少させてウッドプラスティックの成形時や成形後に生成ガスによる膨れが発生することを防止することができる。
【００１５】
上記構成のいずれについても、請求項１０にかかる発明のように、上記溶融混合用樹脂に親水基を付与する所定の酸を添加して混合し、押出成形して上記ウッドプラスティックを製造する構成としてもよい。すなわち、添加された所定の酸は、溶融混合用樹脂に親水基を付与する。すると、溶融混合用樹脂と加工木材の粉状体とがなじみ易くなるので、さらにウッドプラスティックの強度を向上させることができる。
また、上記溶融混合用樹脂には、所定の酸により変性された樹脂が含まれる構成としてもよい。すなわち、所定の酸により変性された樹脂と加工木材の粉状体とがなじみ易くなるので、さらにウッドプラスティックの強度を向上させることができる。
ここで、所定の酸は樹脂に親水基を付与する酸であればよく、例えばマレイン酸等、種々の酸を使用可能である。
【００１６】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１、請求項４、請求項８にかかる発明によれば、煩雑な原料選別作業や原料管理を行う必要がなく、ウッドプラスティックの押出成形時や押出成形後に生成ガスによる膨れが発生することを防止して、成形後の形状を安定させることが可能なウッドプラスティックの製造方法を提供することができる。
請求項２、請求項５、請求項９にかかる発明によれば、生成するアンモニアガスを効率よく減少させて生成ガスによる膨れを防止することができ、成形後の形状を安定させることができる。
請求項３にかかる発明によれば、さらに効率よくアンモニアガスを減少させて生成ガスによる膨れを防止することができ、成形後の形状を安定させることができる。
請求項６、請求項７にかかる発明によれば、確実に効率よくアンモニアガスを減少させて生成ガスによる膨れを防止することができ、成形後の形状を安定させることができる。
請求項１０にかかる発明によれば、押出成形されて製造されるウッドプラスティックの強度を向上させることが可能となる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、下記の順序に従って本発明の実施形態を説明する。
（１）第一の実施形態：
（２）第二の実施形態：
（３）第三の実施形態：
【００１８】
（１）第一の実施形態：
図１は、本発明の第一の実施形態にかかるウッドプラスティックＧ１の製造方法を工程別に示す概略的な流れ図である。
【００１９】
ウッドプラスティックを製造する際、まず、加工木材の粉状体Ａ、溶融混合用樹脂Ｂ、添加剤Ｃ、アンモニアガス吸着材料Ｄ１を、ウッドプラスティック製造装置４０へ投入する（工程Ｓ１０）。次に、原料Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ１を、溶融混合用樹脂Ｂを加熱溶融させながら混合して、溶融混合物Ｅ１に変化させる（工程Ｓ１１）。そして、溶融混合物Ｅ１に圧力を加えながら押出成形し（工程Ｓ１２）、装置４０外に排出すると（工程Ｓ１３）、ウッドプラスティックＧ１が製造される。
【００２０】
加工木材の粉状体Ａは、パーティクルボードの製造過程から排出される廃材を粉砕したものである。パーティクルボードとは、植物繊維質からなる微粒状の木粉にユリア樹脂やフェノール系樹脂や尿素メラミン共縮合樹脂等からなる合成樹脂系接着剤を含浸させて固めて板状に形成した加工木材をいう。本実施形態では、アミノ基を含む化合物とアルデヒドの縮合重合によりつくられるアミノ樹脂であるユリア樹脂、尿素メラミン共縮合樹脂、等の尿素系樹脂を用いたパーティクルボード廃材を粉砕して、加工木材の粉状体Ａとしている。
【００２１】
パーティクルボードは家庭や家具工場等あらゆる場面で常用されており、これらの場面で木材の切り屑が発生すればこのような切り屑を集めれば本発明における加工木材の粉状体として使用することができる。また、パーティクルボードを家具や建築用材等の原料にした後には多量の廃材が発生するので、このような廃材を粉砕すればよい。さらに、家具や建築用材が廃棄されたときには当該廃棄物を粉砕すればよい。このような構成によればウッドプラスティックのコストが非常に低くなり、また、ゴミを低減することに大きく寄与することができるし、廃棄物リサイクルを促進することもできる。
【００２２】
粉状体Ａの粒径は種々の径が採用可能であり、溶融混合用樹脂Ｂによって粉状体Ａが結合できるような粒径であればよい。なお、粉状体Ａがより微粉化されると、ウッドプラスティックＧ１の強度を向上させることができる。
なお、加工木材の粉状体Ａとして、アミノ樹脂を用いた合板等を粉砕したものを使用してもよい。
【００２３】
尿素系樹脂は、尿素等と、ホルムアルデヒドやホルムアルデヒド重合体等とを縮合重合させた合成樹脂系接着剤の一種で、強力な接着作用を有する。そして、常温で徐々に加水分解されてホルムアルデヒドを生成したり、加熱されてアンモニアガスを生成したりすることがある。
【００２４】
溶融混合用樹脂Ｂとしては、加熱溶融可能な種々の樹脂を採用可能であり、例えば、ポリプロピレン，ポリエチレン，ポリスチレン，ポリメチルメタアクリレート，塩化ビニル，ナイロン，ポリカーボネート，ポリアセタール，ポリブチレンテレフタレート，ポリエチレンテレフタレート、等の熱可塑性樹脂を使用可能である。むろん、フェノール樹脂，ユリア樹脂，メラミン樹脂，不飽和ポリエステル樹脂，エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂等を用いることも可能である。また、これらの樹脂を複数組み合わせて使用してもよい。さらに、ウッドプラスティック製造装置４０に投入する際には、固形の原反として投入してもよいし、溶融された状態にして投入してもよい。
本実施形態では、粒状の高分子体であるポリオレフィン樹脂２０を用いている。むろん、ポリオレフィン樹脂には、加工木材の粉状体等に混合可能な形状であればどのような形状のものを用いてもよい。ポリオレフィン樹脂は、加熱されると溶融し、加工木材の粉状体に含まれる植物繊維どうしを結束する。従って、ポリオレフィン樹脂２０は、加工木材の粉状体Ａに混合させると、加工木材の粉状体Ａどうしを結着させるバインダとしての役割を担っている。
【００２５】
親水性の強い加工木材の粉状体Ａと、疎水性の強い溶融混合用樹脂Ｂとは、相溶性が小さいため、混ざりにくい傾向がある。そこで、溶融混合用樹脂Ｂに親水性を付与するため、添加剤Ｃを所定の不飽和カルボン酸（所定の酸）としている。本実施形態では、不飽和カルボン酸Ｃとして、マレイン酸３０を添加している。マレイン酸は、溶融混合用樹脂に添加されて加熱されると、同樹脂と付加重合する。すると、付加重合後の溶融混合用樹脂には、親水基の一つであるカルボキシル基が付加される。従って、溶融混合用樹脂は水酸基等と親和しやすくなり、加工木材の粉状体Ａと溶融混合用樹脂Ｂとは混ざりやすくなる。むろん、溶融混合用樹脂を変性させる酸はマレイン酸に限られない。
なお、不飽和カルボン酸Ｃの代わりに、マレイン酸等の所定の酸を用いて溶融混合用樹脂を変性した酸変性樹脂を添加してもよい。むろん、溶融混合用樹脂を変性させる酸はマレイン酸に限られないし、溶融混合用樹脂Ｂとは異なる樹脂を変性した酸変性樹脂を使用してもよい。溶融混合用樹脂Ｂと酸変性樹脂の重量の合計に占める酸変性樹脂は、例えば１〜５０重量％と様々な配合割合とすることができる。さらに、添加剤を別途添加せず、酸変性樹脂を溶融混合用樹脂Ｂとしてもよい。
【００２６】
図２に示すように、溶融混合用樹脂Ｂを不飽和カルボン酸Ｃとともに加熱溶融させながら、加工木材の粉状体Ａ、溶融混合用樹脂Ｂ、不飽和カルボン酸Ｃを混合し、押出成形してウッドプラスティックＧを製造しようとすると、パーティクルボード廃材に含まれる尿素系樹脂からアンモニアガスが生成することがあった。すると、混合された原料に加えられる圧力が低下する押出成形時にウッドプラスティックＧが生成ガスｇにより膨れ、形状が不安定になり、製品としての価値が低くなってしまうという問題があった。図２では、発生したアンモニアガスによりウッドプラスティックＧの表面に膨らみが生じた様子を模式的に示している。
なお、原料の混合や押出成形を長時間かけてゆっくり行うとアンモニアガスが発生しなくなるが、時間がかかりすぎるため、実用的ではない。また、加工木材の廃材から尿素系樹脂を用いたパーティクルボード廃材を選別して取り除いたり、尿素系樹脂を用いたパーティクルボード廃材が混入しないように管理することも考えられるが、選別作業に時間がかかりすぎたり、管理が煩雑となったりするため、実用的ではない。
そこで、原料として、アンモニアガスを吸着可能なアンモニアガス吸着材料Ｄ１を混合することにより、煩雑な原料選別作業や原料管理を行う必要なく、ウッドプラスティックの押出成形時や押出成形後に生成ガスによる膨れが発生することを防止して、成形後の形状を安定させている。
【００２７】
アンモニアガス吸着材料Ｄ１としては、生成するアンモニアガスを吸着可能な種々の材料を採用可能である。本実施形態では、微粒状のゼオライト（微粒状の多孔質無機材料）６０を原料として混合している。
ゼオライト６０は、二酸化珪素、酸化アルミニウム等から構成され、形状の安定した微細な孔を無数に有する多孔質構造を呈している。このゼオライト６０は、孔内部に水蒸気やアンモニアガスなどの所定の気体を選択的に吸着して固定する作用を有している。すなわち、このゼオライト６０を加熱溶融混合した溶融混合物Ｅ１から生成するアンモニアガスは、ゼオライト６０に吸着固定される。
これにより、アンモニアガスは、ゼオライト６０に吸着固定されるので、ゼオライト６０内において溶融混合物Ｅ１の構成物質の一部となる。なお、このゼオライト６０にカルシウム系のゼオライトを用いると、アンモニアガスの吸着能力がさらに高くなる。
【００２８】
なお、微粒状のゼオライトは用途に応じて様々な粒径とすることができるが、より好適な条件を求めるためゼオライトの粒径を種々変えて試験を行ったところ、粒径を５００μｍ以下にすると木質感の良好な非常に良質のウッドプラスティックを製造することができた。
むろん、アンモニアガス吸着材料として使用する微粒状の多孔質無機材料には、アンモニアガスを吸着固定することが可能な材料であれば、活性炭等を用いてもよい。
【００２９】
図３は、ウッドプラスティック製造装置４０とウッドプラスティックＧ１の製造方法を模式的に示している。
上記原料Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ１は、加熱混合機４１に投入され、加熱されながら混合される。加熱混合機４１は、下方に向かって径が徐々に狭まる略筒形状にされており、図示しないヒータや撹拌機やスクリュー等を備えている。そして、投入された原料をヒータにより加熱し、撹拌機により原料をかき混ぜながら混合し、スクリューにより混合された原料を下方に押し出す。この加熱混合機４１では、原料Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ１の混合物を２００℃前後に加熱して、互いに練り合わさせて溶融混合物Ｅ１を生成する。
ここで、ヒータは溶融混合用樹脂Ｂとを溶融させる温度に上昇させることができればよく、溶融混合用樹脂Ｂの種類に応じてヒータの加熱能力を決定すればよい。原料の温度が溶融混合用樹脂の融点よりも高く、加工木材の粉状体が炭化せず、アンモニアガス吸着材料の融点より低くなるようにヒータの加熱を設定すると、加工木材の粉状体については炭化されず、アンモニアガス吸着材料については溶融されずに原料を加熱溶融混合することができる。
また、撹拌機やスクリューの能力は、原料の粘度等の性質に応じて決定すればよい。
【００３０】
原料の配合比については、加工木材の粉状体Ａ、溶融混合用樹脂Ｂ、不飽和カルボン酸Ｃの合計を９０〜７０重量％とし、アンモニアガス吸着材料Ｄ１を１０〜３０重量％とするのが好ましい。不飽和カルボン酸等の添加剤を使用しないときには、加工木材の粉状体Ａと溶融混合用樹脂Ｂの合計を９０〜７０重量％とし、アンモニアガス吸着材料Ｄ１を１０〜３０重量％とするのが好ましい。アンモニアガス吸着材料Ｄ１が１０％以上であると、押出成形時や押出成形後に生成ガスによる膨れが発生せず、製造されるウッドプラスティックＧ１の形状を安定させることができる。また、アンモニアガス吸着材料Ｄ１が３０重量％以下であると、製造されるウッドプラスティックＧ１の木質感を良好にさせることができる。
【００３１】
加工木材の粉状体Ａ、溶融混合用樹脂Ｂ、不飽和カルボン酸Ｃの配合割合は、ウッドプラスティックの用途に応じて適宜決定可能である。一般に、加工木材の粉状体Ａが多いと温度変化による変形は少なく、より軽量化され、木質感が向上する。一方、溶融混合用樹脂Ｂが多いと、加熱軟化した素材の流動性は大きく、製造されたウッドプラスティックは強度を意味する機械的性能が大きくなり、耐水性が向上する。なお、木質系成形体に靱性を与え、ビス等の加工を可能にするための好ましい加工木材の粉状体Ａの配合割合は全原料Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ１に対して５０重量％以上、より好ましくは７０重量％以上である。
【００３２】
全原料を加熱溶融混合させるための溶融混合用樹脂Ｂの好ましい配合割合は全原料Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ１に対して５重量％以上、より好ましくは１０重量％以上である。溶融混合用樹脂Ｂを加工木材の粉状体Ａと十分に親和させるための好ましい不飽和カルボン酸Ｃの配合割合は全原料Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ１に対して０．１重量％以上、より好ましくは０．５重量％以上である。なお、溶融混合用樹脂Ｂを１００質量部とするとき、不飽和カルボン酸Ｃの好ましい配合比は５〜５０質量部、より好ましくは１０〜２５質量部である。不飽和カルボン酸Ｃの代わりに酸変性樹脂を使用する場合、溶融混合用樹脂Ｂを加工木材の粉状体Ａと十分に親和させるための好ましい酸変性樹脂の配合割合は全原料に対して０．１重量％以上、より好ましくは０．５重量％以上である。溶融混合用樹脂Ｂを１００質量部とするとき、酸変性樹脂の好ましい配合比は５〜５０質量部、より好ましくは１０〜２５質量部である。
各原料Ａ〜Ｃの重量割合は、ウッドプラスティックに要求される性質に応じて適宜好ましい比率を選択可能である。
【００３３】
加熱混合機４１に投入された溶融混合用樹脂Ｂは加熱されて溶融し、加工木材の粉状体Ａ、不飽和カルボン酸Ｃ、アンモニアガス吸着材料Ｄ１と混合される。加工木材は親水性であるが、溶融混合用樹脂Ｂは不飽和カルボン酸Ｃにより親水性のカルボキシル基が付与されるので、容易に親水性の加工木材の粉状体Ａに滲み込む。すなわち、不飽和カルボン酸は、溶融混合用樹脂と親水性の加工木材の粉状体との橋渡しをさせる役目を果たすことになる。従って、溶融混合用樹脂が例えばポリオレフィン樹脂のように疎水性樹脂であっても、所定の酸により親水基を付与された樹脂が併用されることにより、溶融混合用樹脂を親水性の加工木材の粉状体に強固に付着させることが可能となる。
【００３４】
また、加工木材の粉状体は水酸基等が存在するため、酸変性樹脂に含まれるカルボキシル基等の親水基によって同樹脂となじみが良くなる。
加熱混合機４１により混合された原料は、流動体とされているため、下方に押し出され、押出機４２に流れ込む。本押出機４２は、図示しないスクリューを備えており、混合された原料を板状に成形して押し出す。図では、混合された原料が右方向に連続して押し出されることになる。むろん、ペレット状に成形して押し出してもよい。そして、押出機４２の材料出口に取り付けられた切断機４３により、固化前の混合原料を切断する。このようにして、溶融混合用樹脂を加熱溶融させながら混合された原料を、所定の形状に成形することができる。
そして、切断された混合原料を冷却させると、同混合原料は固化し、ウッドプラスティックＧ１となる。ここで、成形された混合原料を固化させるには、同混合原料をベルトコンベア上にて自然に冷却するようにしてもよいし、製造効率を向上させるため、空冷や水冷等、強制的に冷却するようにしてもよい。
【００３５】
以上説明したように、ポリオレフィン樹脂２０（溶融混合用樹脂）はマレイン酸３０（不飽和カルボン酸）とともに加熱溶融され、加工木材の粉状体Ａ、ゼオライト６０（アンモニアガス吸着材料）と混合される。加工木材は尿素系樹脂が用いられているため、加熱溶融したポリオレフィン樹脂２０との混合時にアンモニアガスが生成することがある。生成したアンモニアガスは、混合された原料に含まれるゼオライト６０に吸着され、固定される。すると、混合された原料に加えられる圧力が低下する押出成形時にウッドプラスティックは生成ガスによって膨れない。従って、煩雑な原料選別作業や原料管理を行わなくても、成形されたウッドプラスティックの形状を安定させることが可能となる。
【００３６】
また、添加されるゼオライトは、表面積が大きいため、多孔質でない無機物質よりも比較的多量のアンモニアガスを吸着することができる。これにより、混合するアンモニアガス吸着材料を少量とすることができ、混合された原料から効率よくアンモニアガスを吸着してウッドプラスティックの押出成形時や押出成形後に生成ガスによる膨れを防止することができる。
【００３７】
表１は、アミノ樹脂を用いた加工木材の粉状体としてパーティクルボード廃材を粉砕した粉状体を用い、溶融混合用樹脂として粒状のポリプロピレンを用い、添加剤として粉末状のマレイン酸を用い、アンモニアガス吸着材料として微粒状のゼオライトを用いてウッドプラスティックを製造し、評価した実施例１を示している。なお、ウッドプラスティック製造装置としてシンシナティーエクストリュージョン製コニカル二軸押出機を用い、スクリュー径４５ｍｍ、回転速度５ｒｐｍ、混合された原料の温度を約２００℃とした。
【表１】
【００３８】
この場合、ゼオライトが１０％以上であると、押出成形時や押出成形後に生成ガスによる膨れが発生せず、ウッドプラスティックの形状を安定させることができた。また、ゼオライトが３０重量％以下であると、ウッドプラスティックの木質感が良好であった。従って、加工木材の粉状体、ポリプロピレン、マレイン酸の合計を９０〜７０重量％とし、ゼオライトを１０〜３０重量％とした試験区２，３，４で、製品として良好なウッドプラスティックを製造することができた。
【００３９】
（２）第二の実施形態：
図４は、本発明の第二の実施形態にかかるウッドプラスティックＧ２の製造方法を工程別に示す概略的な流れ図である。なお、第一の実施形態と構成が同じものについては、同じ符号を付して詳しい説明を省略する。
本実施形態では、第一の実施形態で使用したアンモニアガス吸着材料Ｄ１の代わりに、アンモニウム塩生成材料Ｄ２を使用している。
【００４０】
アンモニウム塩生成材料Ｄ２としては、生成するアンモニアガスと反応してアンモニウム塩を生成可能な種々の材料を採用可能である。本実施形態では、微粒状の明礬（弱塩基の硫酸塩）７０を原料として混合している。
明礬（硫酸アルミニウムカリウム、ＡｌＫ（ＳＯ４）２・１２Ｈ２Ｏ）７０は、アンモニアガスと接すると反応してアンモニウム塩（硫酸アンモニウム、（ＮＨ４）２ＳＯ４）を生成する。すなわち、明礬を原料として混合すると、生成するアンモニアガスと反応してアンモニアガスを減少させる。従って、アンモニアガスは、アンモニウム塩に変化させられ、溶融混合物Ｅ２の構成物質の一部となる。
【００４１】
なお、本発明を適用可能なアンモニウム塩生成材料は、明礬以外にも様々なものがある。
例えば、アンモニウム塩生成材料Ｄ２として、微粒状の硫酸バンド（硫酸カリウム、Ｋ２（ＳＯ４））を用いてもよい。硫酸バンドも弱塩基の硫酸塩であるため、この場合であっても、図４で示した流れによりウッドプラスティックＧ２を製造することができる。
アンモニウム塩生成材料Ｄ２として明礬、硫酸カリウムを用いることにより、原料中で生成したアンモニアガスが減少し、混合される原料に加えられる圧力が低下する押出成形時にウッドプラスティックは生成ガスによって膨れない。従って、ウッドプラスティックの押出成形時や押出成形後に生成ガスによる膨れは生じず、成形後の形状を安定させることが可能となる。むろん、アンモニウム塩生成材料に少なくとも明礬が含まれていれば同様の効果が得られ、アンモニウム塩生成材料に少なくとも硫酸バンドが含まれていれば同様の効果が得られる。また、アンモニウム塩生成材料Ｄ２を明礬と硫酸バンドの組み合わせで構成しても、同様の効果が得られる。
【００４２】
原料の配合比については、加工木材の粉状体Ａ、溶融混合用樹脂Ｂ、不飽和カルボン酸Ｃの合計を９０〜７０重量％とし、アンモニウム塩生成材料Ｄ２を１０〜３０重量％とするのが好ましい。不飽和カルボン酸等の添加剤を使用しないときには、加工木材の粉状体Ａと溶融混合用樹脂Ｂの合計を９０〜７０重量％とし、アンモニウム塩生成材料Ｄ２を１０〜３０重量％とするのが好ましい。アンモニウム塩生成材料Ｄ２が１０％以上であると、押出成形時や押出成形後に生成ガスによる膨れが発生せず、製造されるウッドプラスティックＧ２の形状を安定させることができる。また、アンモニウム塩生成材料Ｄ２が３０重量％以下であると、製造されるウッドプラスティックＧ２の木質感を良好にさせることができる。
【００４３】
加工木材の粉状体Ａ、溶融混合用樹脂Ｂ、不飽和カルボン酸Ｃの配合割合は、ウッドプラスティックの用途に応じて適宜決定可能である。木質系成形体に靱性を与え、ビス等の加工を可能にするための好ましい加工木材の粉状体Ａの配合割合は全原料Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ２に対して５０重量％以上、より好ましくは７０重量％以上である。
全原料を加熱溶融混合させるための溶融混合用樹脂Ｂの好ましい配合割合は全原料Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ２に対して５重量％以上、より好ましくは１０重量％以上である。溶融混合用樹脂Ｂを加工木材の粉状体Ａと十分に親和させるための好ましい不飽和カルボン酸Ｃの配合割合は全原料Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ２に対して０．１重量％以上、より好ましくは０．５重量％以上である。なお、溶融混合用樹脂Ｂを１００質量部とするとき、不飽和カルボン酸Ｃの好ましい配合比は５〜５０質量部、より好ましくは１０〜２５質量部である。不飽和カルボン酸Ｃの代わりに酸変性樹脂を使用する場合、溶融混合用樹脂Ｂを加工木材の粉状体Ａと十分に親和させるための好ましい酸変性樹脂の配合割合は全原料に対して０．１重量％以上、より好ましくは０．５重量％以上である。溶融混合用樹脂Ｂを１００質量部とするとき、酸変性樹脂の好ましい配合比は５〜５０質量部、より好ましくは１０〜２５質量部である。
各原料Ａ〜Ｃの重量割合は、ウッドプラスティックに要求される性質に応じて適宜好ましい比率を選択可能である。
【００４４】
以上説明したように、ポリオレフィン樹脂２０（溶融混合用樹脂）はマレイン酸３０（不飽和カルボン酸）とともに加熱溶融され、加工木材の粉状体Ａ、明礬７０（アンモニウム塩生成材料）と混合される。生成するアンモニアガスは、混合された原料に含まれる明礬７０と反応してアンモニウム塩を生成する。すると、アンモニアガスが減少するので、混合された原料に加えられる圧力が低下する押出成形時にウッドプラスティックは生成ガスによって膨れない。従って、煩雑な原料選別作業や原料管理を行わなくても、成形されたウッドプラスティックの形状を安定させることが可能となる。
【００４５】
また、明礬は弱塩基の硫酸塩であるため、酸性であり、生成するアンモニアガスと反応してアンモニウム塩を生成する。すなわち、比較的多量のアンモニアガスと反応してアンモニウム塩を生成する。これにより、混合するアンモニア塩生成材料を少量とすることができ、混合された原料から確実に効率よくアンモニアガスを減少させてウッドプラスティックの押出成形時や押出成形後に生成ガスによる膨れが発生することを防止することができる。明礬の代わりに硫酸バンドも用いた場合も同様である。
【００４６】
表２は、アミノ樹脂を用いた加工木材の粉状体としてパーティクルボード廃材を粉砕した粉状体を用い、溶融混合用樹脂として粒状のポリプロピレンを用い、添加剤として粉末状のマレイン酸を用い、アンモニウム塩生成材料として微粒状の明礬を用いてウッドプラスティックを製造し、評価した実施例２を示している。なお、試験条件は第一の実施形態と同じにした。
【表２】
【００４７】
この場合、明礬が１０％以上であると、押出成形時や押出成形後に生成ガスによる膨れが発生せず、ウッドプラスティックの形状を安定させることができた。また、明礬が３０重量％以下であると、ウッドプラスティックの木質感が良好であった。従って、加工木材の粉状体、ポリプロピレン、マレイン酸の合計を９０〜７０重量％とし、明礬を１０〜３０重量％とした試験区２，３，４で、製品として良好なウッドプラスティックを製造することができた。
【００４８】
表３は、アンモニウム塩生成材料として明礬の代わりに微粒状の硫酸バンドを用いてウッドプラスティックを製造し、評価した実施例３を示している。なお、試験条件は第一の実施形態と同じにした。
【表３】
【００４９】
この場合、硫酸バンドが１０％以上であると、押出成形時や押出成形後に生成ガスによる膨れが発生せず、ウッドプラスティックの形状を安定させることができた。また、硫酸バンドが３０重量％以下であると、ウッドプラスティックの木質感が良好であった。従って、加工木材の粉状体、ポリプロピレン、マレイン酸の合計を９０〜７０重量％とし、硫酸バンドを１０〜３０重量％とした試験区２，３，４で、製品として良好なウッドプラスティックを製造することができた。
【００５０】
（３）第三の実施形態：
次に、ウッドプラスティック製造装置に関する第三の実施形態について説明する。本実施形態では、図２で示した手順で、アンモニアガス吸着材料やアンモニウム塩生成材料を使用せずにウッドプラスティックを製造する。
本実施形態のウッドプラスティック製造装置も、概略、図３で示した加熱混合機４１、押出機４２、切断機４３を備えている。
【００５１】
図５は、押出機４２を一部垂直断面にて断面視して示す側面図である。加熱混合機４１により２００℃前後で加熱溶融混合された原料が、押出機４２の内部空間４２ａに流れ込む。図の押出機４２では、加熱溶融混合された原料が左側から押出機の内部空間４２ａに流入し、同内部空間４２ａの中に配設されたスクリュー４５の回転により右方向へ押し出される。この押出機４２では、流入する溶融混合物Ｅを改めて加熱しながら、スクリュー４５を駆動させることにより板状に押し出す。
【００５２】
ここで、加工木材の粉状体Ａに尿素系樹脂が含まれていると、加工木材の粉状体Ａを加熱した際に、尿素系樹脂が分解されてアンモニアガス１４が発生することがある。このアンモニアガス１４は、ウッドプラスティックが形成された時などにウッドプラスティックの表面に膨らみを発生させる原因となる。そこで、ウッドプラスティック製造装置４０に真空脱気装置５０を設けることにより、アンモニアガス１４を効率よく除去して生成ガスによるウッドプラスティックの膨れを防止するようにしている。
【００５３】
押出機４２には、内部空間４２ａと繋がるように上側に開口された排気口４４ａと、下側に向けられた調圧口４４ｂとが設けられている。排気口４４ａの上端には、真空脱気装置５０の吸引口５０ａに連結された脱気用ホース５２が取り付けられている。
【００５４】
真空脱気装置５０が駆動されると、吸引口５０ａから空気が吸い込まれ、排気口４４ａと脱気用ホース５２を介して押出機の内部空間４２ａの空気が吸引されて排出される。従って、溶融混合物Ｅから発生されたアンモニアガス１４は、排気口４４ａから排出される。
【００５５】
押出機４２の内圧は、空気を内部空間４２ａに吸入可能な調圧口４４ｂにより、大気圧と略等圧となるように維持されている。排気口４４ａには逆流防止弁４４ｃが配設されており、同逆流防止弁４４ｃは内部空間４２ａへの空気の逆流を防止している。また、排気口４４ａにはフィルタ４４ｄが設けられており、排気口４４ａからは気体だけが排出可能な構造となっている。
【００５６】
このようにして、アミノ樹脂を用いた加工木材の粉状体Ａと、加熱溶融可能な溶融混合用樹脂Ｂと、不飽和カルボン酸Ｃとを、溶融混合用樹脂Ｂを不飽和カルボン酸Ｃとともに加熱溶融させながら混合し、脱気しつつ押し出し、成形してウッドプラスティックＧを製造する。押し出しの際に溶融混合物Ｅから脱気されるので、生成するアンモニアガスは吸引されて除去される。従って、混合された原料に加えられる圧力が低下する成形時にウッドプラスティックは生成ガスによって膨れない。これにより、煩雑な原料選別作業や原料管理を行わなくても、ウッドプラスティックの成形時や成形後に生成ガスによる膨れを防止して、成形されたウッドプラスティックの形状を安定させることが可能となる。
【００５７】
なお、図による説明を省略するが、加熱混合機４１を密閉可能な構造とし、真空脱気装置を同加熱混合機に設けてもよい。真空脱気装置を加熱混合機４１に配設すると、加工木材の粉状体Ａと、溶融混合用樹脂Ｂと、不飽和カルボン酸Ｃとを、溶融混合用樹脂Ｂを不飽和カルボン酸Ｃとともに加熱溶融させながら脱気しつつ混合し、押出成形してウッドプラスティックＧを製造することになる。すると、加熱溶融混合中の溶融混合物Ｅから発生されたアンモニアガスは同真空脱気装置に吸引されて外部へ排出され、溶融混合物Ｅから除去される。
【００５８】
このように、混合または押し出しを脱気しつつ行うことにより、原料中で生成したアンモニアガスが除去され、混合される原料に加えられる圧力が低下する成形時にウッドプラスティックは生成ガスによって膨れない。従って、ウッドプラスティックの成形時や成形後に生成ガスによる膨れは生じず、ウッドプラスティックの形状を安定させることが可能となる。むろん、混合と押し出しの両工程で脱気を行うと、より確実にアンモニアガスを除去して生成ガスによる膨れを防止することが可能となり、さらにウッドプラスティックの形状を安定させることが可能となる。
【００５９】
なお、混合や押し出しの処理回数を増やしたり処理速度を遅らせたりするほど、溶融混合物から発生するアンモニアガスの排出量が増える。そこで、押出機４２から溶融混合物を成形せずに押し出し、押し出した溶融混合物を再び加熱混合機４１に投入する作業を所定の回数繰り返してもよい。加熱混合機４１にて原料を加熱溶融混合した後に押出機４２にて溶融混合物を押し出す処理を繰り返す回数は、溶融混合物の物性等に応じて適宜設定すればよく、例えば４〜５回程度とすることができる。
混合や押し出しを所定の回数繰り返し行うことにより、アンモニアガスの発生量を増加させ、混合物中のアンモニアガスの発生原因物質を減少させる。これにより、より確実に混合された原料から効率よくアンモニアガスを減少させてウッドプラスティックの成形時や成形後に生成ガスによる膨れを防止して、さらにウッドプラスティックの形状を安定させることが可能となる。
【００６０】
むろん、押出機４２では、加熱しながらスクリュー４５によって押し出す押し出し工程を通常の処理時間よりも長めに行ってもよい。
【００６１】
なお、真空脱気装置は、加熱混合機４１と押出機４２のいずれか一方のみに配設されていてもよいし、両方に配設されていてもよい。さらに、加熱混合機４１での加熱溶融混合の処理時間を長くしたり、あるいは処理回数を増やしたり、押出機４２での押し出しの処理時間を長くしたり、これらを組み合わせることにより、真空脱気装置によるアンモニアガスの除去効果をさらに高めることができる。
【００６２】
上記の方法によって作成されたウッドプラスティック中には、アンモニアガスがほとんど含まれていない。従って、ウッドプラスティックが押出機４２から排出される際にウッドプラスティックの表面が膨れることはなく、実際にウッドプラスティックが使用される場合に加熱されるようなことが起きても、ウッドプラスティックの表面に膨れができるようなこともない。
【００６３】
また、さらに、第三の実施形態に記載したウッドプラスティック製造装置に第一の実施形態に記載のゼオライトを投入したり、第二の実施形態に記載の明礬７０を投入したりすれば、ガス状態のアンモニアの含有量がさらに低減され、形状変化の発生がさらに確実に防止された信頼性の高いウッドプラスティックを製造することが可能となる。
以上説明したように、本発明によると、種々の態様により、煩雑な原料選別作業や原料管理を行う必要がなく、ウッドプラスティックの押出成形時や押出成形後に生成ガスによる膨れが発生することを防止して、成形されたウッドプラスティックの形状を安定させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一の実施形態にかかるウッドプラスティックの製造方法を示す概略的な流れ図である。
【図２】従来の構成でウッドプラスティックを製造する様子を示す概略的な流れ図である。
【図３】ウッドプラスティック製造装置とウッドプラスティックの製造方法を模式的に示す図である。
【図４】本発明の第二の実施形態にかかるウッドプラスティックの製造方法を示す概略的な流れ図である。
【図５】第三の実施形態において、押出機を一部垂直断面にて断面視して示す側面図である。
【符号の説明】
Ａ…加工木材の粉状体
Ｂ…溶融混合用樹脂
Ｃ…不飽和カルボン酸
Ｄ１…アンモニアガス吸着材料
Ｄ２…アンモニウム塩生成材料
Ｅ，Ｅ１，Ｅ２…溶融混合物
Ｇ，Ｇ１，Ｇ２…ウッドプラスティック
ｇ…生成ガス
１４…アンモニアガス
２０…ポリオレフィン樹脂
３０…マレイン酸
４０…ウッドプラスティック製造装置
４１…加熱混合機
４２…押出機
４２ａ…内部空間
４３…切断機
４４ａ…排気口
４４ｂ…調圧口
４４ｃ…逆流防止弁
４４ｄ…フィルタ
４５…スクリュー
５０…真空脱気装置
５０ａ…吸引口
５２…脱気用ホース
６０…ゼオライト（多孔質無機材料）
７０…明礬（弱塩基の硫酸塩）
Claims (10)
- アミノ樹脂を用いた加工木材の粉状体と、加熱溶融可能な溶融混合用樹脂と、を用いたウッドプラスティックの製造方法であって、
上記加工木材の粉状体と、上記溶融混合用樹脂と、アンモニアガスを吸着可能なアンモニアガス吸着材料とを、同溶融混合用樹脂を加熱溶融させながら混合し、押出成形して上記ウッドプラスティックを製造することを特徴とするウッドプラスティックの製造方法。 - 上記アンモニアガス吸着材料は、多孔質無機材料であることを特徴とする請求項１に記載のウッドプラスティックの製造方法。
- 上記多孔質無機材料は、ゼオライトであることを特徴とする請求項２に記載のウッドプラスティックの製造方法。
- アミノ樹脂を用いた加工木材の粉状体と、加熱溶融可能な溶融混合用樹脂と、を用いたウッドプラスティックの製造方法であって、
上記加工木材の粉状体と、上記溶融混合用樹脂と、アンモニアガスと反応してアンモニウム塩を生成可能なアンモニウム塩生成材料とを、同溶融混合用樹脂を加熱溶融させながら混合し、押出成形して上記ウッドプラスティックを製造することを特徴とするウッドプラスティックの製造方法。 - 上記アンモニウム塩生成材料は、弱塩基の硫酸塩であることを特徴とする請求項４に記載のウッドプラスティックの製造方法。
- 上記硫酸塩には、少なくとも明礬が含まれることを特徴とする請求項５に記載のウッドプラスティックの製造方法。
- 上記硫酸塩には、少なくとも硫酸バンドが含まれることを特徴とする請求項５または請求項６のいずれかに記載のウッドプラスティックの製造方法。
- アミノ樹脂を用いた加工木材の粉状体と、加熱溶融可能な溶融混合用樹脂とを、同溶融混合用樹脂を加熱溶融させながら混合し、押し出し、成形してウッドプラスティックを製造するウッドプラスティックの製造方法であって、
上記混合と押し出しの少なくとも一方を、脱気しつつ行うことを特徴とするウッドプラスティックの製造方法。 - 上記脱気しつつ行う上記混合と押し出しの少なくとも一方を、所定の回数繰り返し行うことを特徴とする請求項８に記載のウッドプラスティックの製造方法。
- 上記溶融混合用樹脂に親水基を付与する所定の酸を添加して混合し、押出成形して上記ウッドプラスティックを製造することを特徴とする請求項１〜請求項９のいずれかに記載のウッドプラスティックの製造方法。
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