(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
水溶性のリグノセルロース由来物質が、リグノセルロースを低温プラズマ処理後、アルカリ抽出処理を行い、得られた抽出物を中和することによって得たものである請求項2又は3記載のリグノセルロース由来接着剤の製造方法。
木質基材が、木材から切削して得られる挽き板、単板、木質ストランド、木質チップ、木質繊維、植物由来繊維から選択され、該木質基材をリグノセルロース由来接着剤により接着して成形硬化させ、面材である木質パネル又は軸材に再構成したものである請求項6記載の木質複合材料の製造方法。
【背景技術】
【0002】
近年、地球温暖化等の環境問題に対する関心が高まるにつれ、プラスチック分野においては、石油由来の材料に代替するものとして、低エミッションかつカーボンニュートラルな植物由来の分解物を重合して得られる樹脂に注目が集まってきている。中でも、植物由来の分解物の一種である乳酸を重合して得られたポリ乳酸は、結晶性を有し、他の植物由来樹脂と比較して物性の高い樹脂の一つであり、大量生産も可能で生産コストも比較的低い。しかし、ポリ乳酸は熱可塑性樹脂であり、汎用の石油由来の熱可塑性樹脂(PE、PP、ABS等)に比較すると、耐熱性と機械的特性が低いために、広く普及するには至っていない。また、ポリ乳酸は石油系の接着剤を代替できるような物性を有していない。
【0003】
元来、木質用接着剤としては、バイオマス由来が中心で、カゼインや大豆グルー、ニカワ等が用いられていたが、物性等が劣り、ユリア、メラミン、フェノール等の石油由来の接着剤に置き換わっていった。
【0004】
一般の木質用接着剤(ユリア、メラミン、フェノール)は石油由来で、ホルムアルデヒドを硬化剤としている。更に水性であることが接着剤としての要件となっている。これらの接着剤はホルムアルデヒドの放散が問題となっており、低減策が施されているが、完全にホルムアルデヒドの放散を抑制することはできない。ホルムアルデヒドを放散しないイソシアネート系の接着剤も開発されているが、水分との反応や金属との結合等が課題となっており、広く普及していない。
【0005】
一方、木材や樹皮等に含まれるポリフェノール類であるリグニンは、製材やパルプ利用において廃棄物となるため、これを有効利用しようという試みが古くからなされてきた。
【0006】
リグニンは化学構造がフェノール樹脂に類似していることから、フェノール樹脂と同様にリグニンをホルムアルデヒドと反応させ縮合させて接着剤として用いることが検討されてきた(特許文献1参照)。更に、フェノール樹脂のメチロール基とリグニンとの反応を期待して、フェノール樹脂にリグニンを添加し、リグニンをフェノール樹脂の高分子骨格の中に取り込む検討もなされてきた(非特許文献1、2参照)。
【0007】
リグニンを有効利用しようという他の試みとして、リグニンのフェノール性水酸基とポリイソシアネートを反応させてウレタン樹脂とすること等が検討されている(非特許文献2参照)。
【0008】
しかしながら、リグニン等をホルムアルデヒドを用いて反応させる場合、残留したホルムアルデヒドや加水分解によって発生したホルムアルデヒドが放散されるという問題があった。また、リグニンの反応性が従来のフェノール樹脂よりも低いため、物性と生産性が劣り、上記の技術は広く実用化されていないのが現状である。
【0009】
このため、反応性の高いエポキシ化合物を用いることが提案されている(特許文献2、3参照)。また、エポキシ化合物と第3級アミン(ヘキサメチレンテトラミン/トリエチルアミン等)とを混合することにより接着剤として利用することも提案されている(特許文献4、5参照)。しかしこれらの方法では完全にホルムアルデヒドの放散を抑制できないこと、更に接着性が悪いとの問題があった。
【0010】
また、水溶性のエポキシ化合物を使うことでホルムアルデヒド放散なく接着性を上げることも提案されている(特許文献6)。しかしこの方法では、加熱が必須であることや、ホルムアルデヒドは放散されないが、エポキシ樹脂を使用しているため、木材自体の通気性などを阻害するなどの問題があった。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0013】
本発明は、以上の事情に鑑みてなされたものであり、ホルムアルデヒドの放散を抑制することが可能で、高い接着性を有するリグノセルロース由来接着剤及び木質複合材料を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【0014】
本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意検討した結果、水溶性のリグノセルロース由来物質と、下記一般式(1)で示される窒素原子含有有機基を含有する加水分解性シラン又はその部分加水分解物と下記一般式(2)で示される加水分解性シラン又はその部分加水分解物とを共加水分解することによって得られた有機ケイ素化合物とを接着有効成分として組み合せることが、高い接着性を有し、木質用接着剤として有効であることを知見し、本発明をなすに至った。
【0015】
従って、本発明は、下記のリグノセルロース由来接着剤及び木質複合材料を提供する。
<1>
[I]水溶性のリグノセルロース由来物質、及び
[II]下記一般式(1)
YR
1mSiR
23-m (1)
(式中、R
1は炭素数1〜8の非置換又は置換の一価炭化水素基、R
2は炭素数1〜4のアルコキシ基又はアシロキシ基、Yは窒素原子含有有機基であり、mは0又は1である。)
で表される窒素原子含有有機基を含有する加水分解性シラン(A)又はその部分加水分解物100質量部と、下記一般式(2)
R
3nSiR
44-n (2)
(式中、R
3は炭素数1〜8の非置換又はハロゲン原子置換の一価炭化水素基、R
4は炭素数1〜4のアルコキシ基又はアシロキシ基であり、nは0,1又は2である。)
で表される加水分解性シラン(B)又はその部分加水分解物5〜200質量部とを加水分解することによって得られる有機ケイ素化合物
を含有し、水溶性のリグノセルロース由来物質[I]100質量部に対し、有機ケイ素化合物[II]10〜300質量部を含有するリグノセルロース由来接着剤。
<2>
リグノセルロースを20〜300℃で低温プラズマ処理して得られた水溶性のリグノセルロース由来物質と、
下記一般式(1)
YR1mSiR23-m (1)
(式中、R1は炭素数1〜8の非置換又は置換の一価炭化水素基、R2は炭素数1〜4のアルコキシ基又はアシロキシ基、Yは窒素原子含有有機基であり、mは0又は1である。)
で表される窒素原子含有有機基を含有する加水分解性シラン(A)又はその部分加水分解物100質量部と、下記一般式(2)
R3nSiR44-n (2)
(式中、R3は炭素数1〜8の非置換又はハロゲン原子置換の一価炭化水素基、R4は炭素数1〜4のアルコキシ基又はアシロキシ基であり、nは0,1又は2である。)
で表される加水分解性シラン(B)又はその部分加水分解物5〜200質量部とを加水分解することによって得られる有機ケイ素化合物とを、
前記水溶性のリグノセルロース由来物質100質量部に対し、有機ケイ素化合物10〜300質量部の割合で混合することを特徴とするリグノセルロース由来接着剤
の製造方法。
<3>
前記低温プラズマが、水蒸気、酸素又はアンモニアプラズマであることを特徴とする<2>記載のリグノセルロース由来接着剤
の製造方法。
<4>
水溶性のリグノセルロース由来物質が、リグノセルロースを低温プラズマ処理後、アルカリ抽出処理を行い、得られた抽出物を中和することによって得たものである<2>又は<3>記載のリグノセルロース由来接着剤
の製造方法。
<5>
式(1)において、Yの窒素原子含有有機基が下記式(3)〜(6)から選ばれる基である<1
>記載のリグノセルロース由来接着剤。
【化1】
(式中、R
5、R
6、R
9〜R
13は水素原子又は炭素数1〜8の一価炭化水素基で、R
5とR
6、R
9とR
10とR
11、R
12とR
13は互いに同一であっても異なっていてもよい。Rはハロゲン原子を示す。R
7、R
8は炭素数1〜8の二価炭化水素基で、R
7とR
8は互いに同一であっても異なっていてもよい。pは0又は1〜3の整数である。)
<6>
<1
>記載のリグノセルロース由来接着剤を木質基材に塗布後、接着硬化させることを特徴とする木質複合材料の製造方法。
<7>
木質基材が、木材から切削して得られる挽き板、単板、木質ストランド、木質チップ、木質繊維、植物由来繊維から選択され、該木質基材をリグノセルロース由来接着剤により接着して成形硬化させ、面材である木質パネル又は軸材に再構成したものである<6>記載の木質複合材料の製造方法。
【発明の効果】
【0016】
本発明により得られるリグノセルロース由来接着剤は、水溶性のリグノセルロース由来物質を用いるものであり、特に低温プラズマ処理されたリグノセルロースを用いる場合、水溶性・反応性がよく、それに水溶性のアミノシランオリゴマーである有機ケイ素化合物を組み合せることで、水系で、高接着性であり、ホルムアルデヒド等の放散がなく安全である接着剤及びそれを用いた木質複合材料を提供できる。
【発明を実施するための形態】
【0017】
以下、本発明について詳細に説明する。
<リグノセルロース成分>
リグノセルロース由来接着剤に使用されるリグノセルロースは、バイオマス燃料を抽出した際に残渣として得られるものの総称であり、木材成分であるセルロース及び/又はリグニンを含んだものである。含有量としてはバイオマスにセルロースが使用されるので、リグニンリッチのものとなる。形状は茶色〜褐色の粉末状のものである。ただし、これに限定されるものでなく、木材の廃材から取り出されたリグニン粉末でも構わない。リグノセルロースの平均粒径は0.01〜100μmが好ましく、0.1〜80μmがより好ましく、特に好ましくは1〜50μmである。
【0018】
上記リグノセルロースを使用し、これを水溶性にする方法は特に制限されないが、特にリグノセルロースを低温プラズマ処理を行うことにより水溶性が有利に発現する。プラズマとは気体が電離した状態をいい、プラズマ中では正と負の荷電粒子が高速で飛び回っており、且つ荷電粒子の間に大きなクーロン力が働くために粒子の持つ運動エネルギーは大きくなる。このため、高エネルギーの粒子によって結合を切られた原子や分子の存在により、プラズマ化した水蒸気や酸素は非常に強い酸化力や還元力を有する。このプラズマ処理を行うことにより、リグノセルロース表面に水酸基やカルボキシル基等が導入されるため、水溶性が発現すると考えられる。
【0019】
このようなプラズマは、その発生手法や発生装置等により限定されるものではないが、高周波誘導加熱により生じる水蒸気プラズマ、酸素プラズマ或いはアンモニアプラズマであることが好ましく、上記高周波の出力が10〜500kW、特に20〜200kWであることが、安定したプラズマの供給には好ましい。また、周波数は10〜20kHzとし、圧力は0.01〜10Torrとすることが好ましい。
【0020】
また、上記プラズマの温度は処理の汎用性の観点とエネルギーコストの観点から、20〜300℃の範囲が好ましく、より好ましくは20〜250℃、更に好ましくは25〜150℃である。プラズマの処理時間は20〜360分間、特に30〜120分間であることが好ましい。
【0021】
プラズマ処理だけでもよいが、より水溶性に優れたリグノセルロースを得る場合はプラズマ処理品を希薄なアルカリ水溶液で水に溶解する分を抽出してもよい。その場合の希薄アルカリ水に特に限定はないが、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムが好ましく、その濃度は0.01〜0.5mol/Lが好ましい。より好ましくは0.02〜0.1mol/Lである。この濃度が0.01mol/Lより薄いとうまく抽出できない場合があり、また0.5mol/Lよりも濃いとリグニンが分解する場合がある。
【0022】
アルカリで抽出した後、これを中和して使用するのが更に好ましい。中和は一般的な方法で構わないが、特に好ましくは陽イオン交換樹脂で処理して中和するのがより好ましい。中和したリグニンが溶解している水溶液を用いるのが好ましい。
【0023】
<有機ケイ素化合物>
本発明の有機ケイ素化合物[II]は、水溶性リグノセルロースと共に接着成分として使用されるものであり、上記一般式(1)で表される窒素原子含有有機基を含有する加水分解性シラン(A)又はその部分加水分解物と、上記一般式(2)で表される加水分解性シラン(B)又はその部分加水分解物とを加水分解することによって得られるものである。
【0024】
この窒素原子含有有機基を含有する加水分解性シラン(A)は、系を水溶性にするため、及びリグノセルロース中のセルロースやリグニンの水酸基と強く相互反応することにより、木質基材を素早く結合させ、更に接着剤成分を硬化させる触媒的な効果をもたせるために用いられる成分であり、下記一般式(1)で表されるもので、その1種又は2種以上を適宜選定して用いられる。また、その部分加水分解物を用いることもできる。
【0025】
YR
1mSiR
23-m (1)
(式中、R
1は炭素数1〜8の非置換又は置換の一価炭化水素基、R
2は炭素数1〜4のアルコキシ基又はアシロキシ基、Yは窒素原子含有有機基であり、mは0又は1である。)
【0026】
ここで、R
1は炭素数1〜8の窒素原子を含まない非置換又は置換の一価炭化水素基であり、アルキル基、アルケニル基、アリール基、アラルキル基などや、これらの基の水素原子の一部又は全部をハロゲン原子などで置換した例えばハロゲン化アルキル基などが挙げられる。具体的には、−CH
3、−CH
2CH
3、−CH
2CH
2CH
3、−CH(CH
3)
2、−CH
2CH
2CH
2CH
3、−CH(CH
3)CH
2CH
3、−CH
2CH(CH
3)
2、−C(CH
3)
3、−C
6H
5、−C
6H
13などが例示される。好ましくは−CH
3基である。
【0027】
また、R
2は炭素数1〜4のアルコキシ基又はアシロキシ基であり、具体的には、−OCH
3、−OCH
2CH
3、−OCH
2CH
2CH
3、−OCH(CH
3)
2、−OCH
2CH
2CH
2CH
3、−OCH(CH
3)CH
2CH
3、−OCH
2CH(CH
3)
2、−OC(CH
3)
3、−OCOCH
3、−OCOCH
2CH
3などが例示されるが、中でも−OCH
3、−OC
2H
5が好ましい。
【0028】
Yは窒素原子含有有機基であり、例えば下記式(3)〜(6)で示されるものが挙げられる。
【0029】
【化2】
(式中、R
5、R
6、R
9〜R
13は水素原子又は炭素数1〜8の一価炭化水素基で、R
5とR
6、R
9とR
10とR
11、R
12とR
13は互いに同一であっても異なっていてもよい。Rはハロゲン原子を示す。R
7、R
8は炭素数1〜8の二価炭化水素基で、R
7とR
8は互いに同一であっても異なっていてもよい。pは0又は1〜3の整数である。)
【0030】
なお、炭素数1〜8の一価炭化水素基は、R
1で説明したものと同様である。炭素数1〜8の二価炭化水素基としては、アルキレン基などが挙げられる。
【0031】
Yとして具体的には、下記式で示されるものを挙げることができる。
H
2NCH
2−、
H(CH
3)NCH
2−、
H
2NCH
2CH
2−、
H(CH
3)NCH
2CH
2−、
H
2NCH
2CH
2CH
2−、
H(CH
3)NCH
2CH
2CH
2−、
(CH
3)
2NCH
2CH
2CH
2−、
H
2NCH
2CH
2HNCH
2CH
2CH
2−、
H(CH
3)NCH
2CH
2HNCH
2CH
2CH
2−、
(CH
3)
2NCH
2CH
2HNCH
2CH
2CH
2−、
H
2NCH
2CH
2HNCH
2CH
2HNCH
2CH
2CH
2−、
H(CH
3)NCH
2CH
2HNCH
2CH
2HNCH
2CH
2CH
2−、
Cl
-(CH
3)
3N
+CH
2CH
2CH
2−、
Cl
-(CH
3)
2(C
6H
5CH
2)N
+CH
2CH
2CH
2−、
Cl
-(CH
3)
2(C
18H
37)N
+CH
2CH
2CH
2−、
【0033】
これらの中で以下のものが好ましい。
H
2NCH
2CH
2HNCH
2CH
2CH
2−、
H
2NCH
2CH
2CH
2−
【0034】
なお、mは0又は1であり、好ましくは0である。
【0035】
上記式(1)の窒素原子含有有機基を含有する加水分解性シラン(A)としては、下記のものを例示することができる。
H
2NCH
2Si(OCH
3)
3、
H
2NCH
2Si(OCH
2CH
3)
3、
H
2NCH
2SiCH
3(OCH
3)
2、
H
2NCH
2SiCH
3(OCH
2CH
3)
2、
H
2NCH
2CH
2Si(OCH
3)
3、
H
2NCH
2CH
2Si(OCH
2CH
3)
3、
H
2NCH
2CH
2SiCH
3(OCH
3)
2、
H
2NCH
2CH
2SiCH
3(OCH
2CH
3)
2、
H
2NCH
2CH
2CH
2Si(OCH
3)
3、
H
2NCH
2CH
2CH
2Si(OCH
2CH
3)
3、
H
2NCH
2CH
2CH
2SiCH
3(OCH
3)
2、
H
2NCH
2CH
2CH
2SiCH
3(OCH
2CH
3)
2、
H(CH
3)NCH
2CH
2CH
2Si(OCH
3)
3、
H(CH
3)NCH
2CH
2CH
2Si(OCH
2CH
3)
3、
H(CH
3)NCH
2CH
2CH
2SiCH
3(OCH
3)
2、
H(CH
3)NCH
2CH
2CH
2SiCH
3(OCH
2CH
3)
2、
(CH
3)
2NCH
2CH
2CH
2Si(OCH
3)
3、
(CH
3)
2NCH
2CH
2CH
2Si(OCH
2CH
3)
3、
Cl
-(CH
3)
3N
+CH
2CH
2CH
2Si(OCH
3)
3、
Cl
-(CH
3)
3N
+CH
2CH
2CH
2Si(OCH
2CH
3)
3、
Cl
-(CH
3)
2(C
6H
5CH
2)N
+CH
2CH
2CH
2Si(OCH
3)
3、
Cl
-(CH
3)
2(C
6H
5CH
2)N
+CH
2CH
2CH
2Si(OCH
2CH
3)
3、
Cl
-(CH
3)
2(C
18H
37)N
+CH
2CH
2CH
2Si(OCH
3)
3,
Cl
-(CH
3)
2(C
18H
37)N
+CH
2CH
2CH
2Si(OCH
2CH
3)
3,
H
2NCH
2CH
2HNCH
2CH
2CH
2Si(OCH
3)
3、
H
2NCH
2CH
2HNCH
2CH
2CH
2Si(OCH
2CH
3)
3、
H
2NCH
2CH
2HNCH
2CH
2CH
2SiCH
3(OCH
3)
2、
H
2NCH
2CH
2HNCH
2CH
2CH
2SiCH
3(OCH
2CH
3)
2、
H
2NCH
2CH
2HNCH
2CH
2HNCH
2CH
2CH
2Si(OCH
3)
3、
H
2NCH
2CH
2HNCH
2CH
2HNCH
2CH
2CH
2Si(OCH
2CH
3)
3、
H
2NCH
2CH
2HNCH
2CH
2HNCH
2CH
2CH
2SiCH
3(OCH
3)
2、
H
2NCH
2CH
2HNCH
2CH
2HNCH
2CH
2CH
2SiCH
3(OCH
2CH
3)
2、
【0038】
これらの中で特に好ましくは、
H
2NCH
2CH
2HNCH
2CH
2CH
2Si(OCH
3)
3、
H
2NCH
2CH
2HNCH
2CH
2CH
2Si(OCH
2CH
3)
3、
H
2NCH
2CH
2CH
2Si(OCH
3)
3、
H
2NCH
2CH
2CH
2Si(OCH
2CH
3)
3
であり、これらの部分加水分解物を用いてもよい。
【0039】
一方、上記加水分解性シラン(A)又はその部分加水分解物と混合して用いられる加水分解性シラン(B)は、下記一般式(2)で表され、その1種を単独で又は2種以上を組み合せて用いることができ、その部分加水分解物を使用してもよい。
【0040】
R
3nSiR
44-n (2)
(式中、R
3は炭素数1〜8の非置換又はハロゲン原子置換の一価炭化水素基、R
4は炭素数1〜4のアルコキシ基又はアシロキシ基であり、nは0,1又は2である。)
【0041】
ここで、R
3は炭素数1〜8の窒素原子を含まない非置換又はハロゲン原子置換の一価炭化水素基であり、上記R
1で説明したものと同様である。具体的には、−CH
3、−CH
2CH
3、−CH
2CH
2CH
3、−CH(CH
3)
2、−CH
2CH
2CH
2CH
3、−CH(CH
3)CH
2CH
3、−CH
2CH(CH
3)
2、−C(CH
3)
3、−C
6H
5、−C
6H
13などが例示される。
【0042】
また、R
4は炭素数1〜4のアルコキシ基又はアシロキシ基であり、具体的には、−OCH
3、−OCH
2CH
3、−OCH
2CH
2CH
3、−OCH(CH
3)
2、−OCH
2CH
2CH
2CH
3、−OCH(CH
3)CH
2CH
3、−OCH
2CH(CH
3)
2、−OC(CH
3)
3、−OCOCH
3、−OCOCH
2CH
3などが例示されるが、中でも−OCH
3、−OC
2H
5が好ましい。
なお、nは0,1又は2である。
【0043】
この式(2)の加水分解性シラン(B)としては、下記のものを例示することができる。
Si(OCH
3)
4、
Si(OCH
2CH
3)
4、
Si(OCH
2CH
2CH
3)
4、
Si(OCH
2CH
2CH
2CH
3)
4、
CH
3Si(OCH
3)
3、
CH
3Si(OCH
2CH
3)
3、
CH
3Si(OCH
2CH
2CH
3)
3、
CH
3Si(OCH
2CH
2CH
2CH
3)
3、
(CH
3)
2Si(OCH
3)
2、
(CH
3)
2Si(OCH
2CH
3)
2、
(CH
3)
2Si(OCH
2CH
2CH
3)
2、
(CH
3)
2Si(OCH
2CH
2CH
2CH
3)
2、
【化6】
【0044】
これらの中で特に好ましくは、Si(OCH
3)
4、Si(OCH
2CH
3)
4、CH
3Si(OCH
3)
3、CH
3Si(OCH
2CH
3)
3及びこれらの部分加水分解物である。
【0045】
上記式(1)で表される窒素原子含有有機基を含有する加水分解性シラン(A)又はその部分加水分解物と、式(2)で表される加水分解性シラン(B)又はその部分加水分解物とを混合する際の混合比は、窒素原子含有有機基を含有する加水分解性シラン(A)又はその部分加水分解物100質量部に対し、加水分解性シラン(B)又はその部分加水分解物5〜200質量部の割合であり、より好ましくは加水分解性シラン(B)又はその部分加水分解物の量が10〜150質量部である。この量が200質量部を超えると液の安定性が悪化する。また、5質量部未満であるとリグノセルロース由来物質に対する接着力が低下する。
【0046】
上記加水分解性シラン(A),(B)又はそれらの部分加水分解物を用いて加水分解し、本発明の有機ケイ素化合物を得る際、溶媒は主として水を使用するが、必要に応じて、水と溶解する有機溶媒であるアルコール、エステル、ケトン、グリコール類を水に添加する形で用いることができる。有機溶媒としては、メチルアルコール、エチルアルコール、1−プロピルアルコール、2−プロピルアルコール等のアルコール類、酢酸メチル、酢酸エチル、アセト酢酸エチル等のエステル類、アセトン、メチルエチルケトン等のケトン類、グリセリン、ジエチレングリコール等のグリコール類などを挙げることができる。
【0047】
有機溶媒の量は、原料シラン100質量部に対して100〜5,000質量部が好ましい。更に好ましくは200〜3,000質量部である。溶媒の量が100質量部より少ないと反応が進行しすぎ、系が均一にならない場合がある。また液の保存安定性も悪くなる場合がある。一方、5,000質量部より多いと経済的に不利な場合が生じる。
【0048】
また、溶媒中の水の量は、水/原料シランのモル比率で5〜80、特に10〜60が好ましい。このモル比率が5より少ないと加水分解が完全に進行しにくく、液の安定性が悪化する場合がある。一方、80を超えると経済的に不利な場合が生じる。
【0049】
反応方法としては、(1)混合シランを水中或いは加水分解に必要である以上の量の水を含む有機溶媒中に滴下する方法、(2)混合シラン或いは有機溶媒含有混合シラン中に水を滴下する方法、(3)加水分解性シラン(B)又はその部分加水分解物を水中或いは加水分解に必要である以上の量の水を含む有機溶媒中に滴下し、その後、窒素原子含有有機基を含有する加水分解性シラン(A)又はその部分加水分解物を滴下する方法、(4)窒素原子含有有機基を含有する加水分解性シラン(A)又はその部分加水分解物を水中或いは加水分解に必要である以上の量の水を含む有機溶媒中に滴下し、その後、加水分解性シラン(B)又はその部分加水分解物を滴下する方法などが挙げられるが、有機ケイ素化合物の安定性の点から、特に(1)の反応方法が好ましい。
【0050】
なお、得られた有機ケイ素化合物は、水溶液の形で得られるが、必要に応じて更に水を加えたり、除去したりすることができ、本発明においては、有機ケイ素化合物100質量部に対して水10〜2,000質量部、好ましくは10〜1,000質量部の比率に調整したものを用いることが望ましい。この場合、水の量が10質量部より少ないと有機ケイ素化合物自体の保存安定性が悪化する場合がある。また、2,000質量部より多いと有機ケイ素化合物を加える量が多くなってしまい、コスト的に不利な場合が生じる。
【0051】
<リグノセルロース由来接着剤>
リグノセルロース接着剤は、前記水溶性のリグノセルロースと前記有機ケイ素化合物の組み合せによりなる。
その配合割合は水溶性のリグノセルロース[I]100質量部に対し、有機ケイ素化合物[II]10〜300質量部が好ましい。より好ましくは50〜200質量部である。この量が10質量部より少ないと接着性が悪くなる場合があり、好ましくない。またこの量が300質量部より多いとコスト的に不利な場合があり好ましくない。
【0052】
本発明の接着剤においては、必要に応じて各種添加剤成分、反応触媒、可塑剤、滑剤、安定剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、防黴剤、無機充填材、有機充填材、他の公知の難燃剤と併用しても良い。
【0053】
なお、本発明において、上記[I]、[II]成分の合計量は、リグノセルロース由来接着剤の固形分中80〜100質量部、特に90〜100質量部であることが好ましい。
【0054】
リグノセルロース由来接着剤は、木材チップ、ベニア等の木質材料を相互に接着して、木質パネルを製造する用途に用いることができ、ホルムアルデヒド放散量が非常に少ない木質パネルを得ることができる。木質パネルとしては、インシュレーションボード、パーティクルボード、ハードボード、配向性ボード(OSB)、ウェハーボード、中密度繊維板(MDF)等のいわゆる木質ボード類、合板、単板積層材(LVL)、集成材、突き板化粧板等を挙げることができる。また、木質パネル同士の接着や木材の接着、木質材料以外の紙、プラスチック、金属等の接着剤としても用いることができる。
【0055】
リグノセルロース由来接着剤は、適宜の条件にて反応させることによって硬化物とされる。接着反応の反応機構としては、水溶性リグノセルロース中の水酸基と、有機ケイ素化合物におけるシラノール基との反応が主反応として進行し、これにより三次元網状構造の硬化物が形成されると考えられる。また有機ケイ素化合物のシラノールは木質材料中の水酸基とも反応するため、接着強度も良好なものになる。
【0056】
接着反応の条件は、特に制限はなく、従来の硬化性樹脂と同様の条件が適用できる。例えば、加熱、光照射、硬化促進剤の添加等により硬化反応を進行させることができる。
【0057】
本発明のリグノセルロース由来接着剤は、高い耐熱性と機械的特性を有する物を形成することができるため、成形材料として好適に用いることができる。また、紙やガラス繊維等に含浸し、或いは単板に塗布して積層板の作製に好適に用いることができる。また、種々の基材表面に塗布して塗料として好適に用いることができる。
【0058】
本発明の木質複合材料は、木質基材及び上記リグノセルロース由来接着剤からなり、リグノセルロース由来接着剤を木質基材に塗布後、加熱により成形硬化させている。木質基材としては、木材から切削して得られる挽き板、単板、木質ストランド、木質チップ、木質繊維、植物由来繊維等が例示される。その木質基材をリグノセルロース由来接着剤により接着して成形硬化させ、面材である木質パネルや軸材に再構成し、集成材、合板、パーティクルボード、繊維板、MDF等の木質複合材料を得る。リグノセルロース由来接着剤は、水溶性リグノセルロース成分と有機ケイ素化合物とを含んでいる。水溶性リグノセルロースと有機ケイ素化合物は、そのどちらも水に溶解し、水溶性リグノセルロース成分は有機ケイ素化合物に溶解し反応する。そのため三次元架橋した高い耐熱性と機械的特性を有する硬化物となり、優れた接着性が発現する。木質基材は親水性が高く、リグノセルロース由来接着剤との親和性が高い。反応系内に有機溶剤やホルムアルデヒドを含まず、また、分解によってホルムアルデヒドが発生しないため、接着剤由来の有機溶剤やホルムアルデヒドの放散を抑制できる。
【実施例】
【0059】
以下、実施例及び比較例を用いて本発明を具体的に説明する。なお、下記の実施例は、本発明を何ら制限するものではない。
【0060】
[製造例1]
[リグノセルロース水溶液(1)の調製]
あらかじめ乾燥させたリグノセルロース粉(バイオ燃料残渣、茶褐色粉末、平均粒子径30μm)を反応容器にセットし、高周波の出力を45W、周波数を13.56kHz、圧力0.6Torrに調整し、プラズマの温度を25℃に設定して酸素ガスを供給しながらから70分処理を行った。
このプラズマ処理リグノセルロースを水酸化ナトリウム0.05mol/Lの水溶液中に溶解させた。溶解液はこげ茶色の微濁水溶液であった。pHは10.9であった。この水溶液中に陽イオン交換樹脂を添加し、撹拌して、中性付近にもっていったリグノセルロース水溶液(1)を得た。このものは外観が褐色透明水溶液であり、pHは6.9、固形分濃度は30.0質量%であった。
【0061】
[製造例2]
[リグノセルロース水溶液(2)の調製]
上記製造例1の酸素ガスを水蒸気に代えた以外は製造例1と同様に処理を行い、リグノセルロース水溶液(2)を得た。このものは外観が褐色透明水溶液であり、pHは6.8、固形分濃度は30.0質量%であった。
【0062】
[有機ケイ素化合物の合成]
水溶液系の有機ケイ素化合物合成例
[合成例1]
水120g(6.67mol)を撹拌機、温度計及び冷却器を備えた500mlの反応器に入れ、撹拌混合した。ここにH
2NCH
2CH
2HNCH
2CH
2CH
2Si(OCH
3)
3 44.4g(0.2mol)、Si(OCH
2CH
3)
4 18.7g(0.09mol)及びCH
3Si(OCH
3)
3 1.4g(0.01mol)を混合したものを室温で10分間かけて滴下したところ、26℃から49℃に内温が上昇した。更にオイルバスにて60〜70℃に加熱し、そのまま1時間撹拌を行った。次にエステルアダプターを取り付け、内温99℃まで上げ、副生したアルコールを除去することにより、有機ケイ素化合物〈1〉を119g得た。このものの不揮発分(105℃/3時間)は30.5%であった。
【0063】
[合成例2]
水315g(17.5mol)を撹拌機、温度計及び冷却器を備えた500mlの反応器に入れ、撹拌混合した。ここにH
2NCH
2CH
2HNCH
2CH
2CH
2Si(OCH
3)
3 111g(0.5mol)、Si(OCH
2CH
3)
4 23.4g(0.11mol)及びCH
3Si(OCH
3)
3 1.7g(0.013mol)を混合したものを室温で10分間かけて滴下したところ、26℃から56℃に内温が上昇した。更にオイルバスにて60〜70℃に加熱し、そのまま1時間撹拌を行った。次にエステルアダプターを取り付け、内温99℃まで上げ、副生したアルコールを除去することにより、有機ケイ素化合物〈2〉を260g得た。このものの不揮発分(105℃/3時間)は29.8%であった。
【0064】
[合成例3]
水236g(13.1mol)を撹拌機、温度計及び冷却器を備えた500mlの反応器に入れ、撹拌混合した。ここにH
2NCH
2CH
2HNCH
2CH
2CH
2Si(OCH
3)
3 111g(0.5mol)、Si(OCH
2CH
3)
4 46.8g(0.23mol)、CH
3Si(OCH
3)
3 3.4g(0.025mol)及びCl
-(CH
3)
2(C
18H
37)N
+CH
2CH
2CH
2Si(OCH
3)
3 1.3g(0.0025mol)を混合したものを室温で10分間かけて滴下したところ、26℃から58℃に内温が上昇した。更にオイルバスにて60〜70℃に加熱し、そのまま1時間撹拌を行った。次にエステルアダプターを取り付け、内温99℃まで上げ、副生したアルコールを除去することにより、有機ケイ素化合物〈3〉を222g得た。このものの不揮発分(105℃/3時間)は29.8%であった。
【0065】
[合成例4]
水260g(14.4mol)を撹拌機、温度計及び冷却器を備えた500mlの反応器に入れ、撹拌混合した。ここにH
2NCH
2CH
2HNCH
2CH
2CH
2Si(OCH
3)
3 111g(0.5mol)を室温で10分間かけて滴下したところ、26℃から60℃に内温が上昇した。更にオイルバスにて60〜70℃に加熱し、そのまま1時間撹拌を行った。次にエステルアダプターを取り付け、内温99℃まで上げ、副生したメタノールを除去することにより、有機ケイ素化合物〈4〉を240g得た。このものの不揮発分(105℃/3時間)は30.2%であった。
【0066】
[合成例5]
水120g(6.67mol)を撹拌機、温度計及び冷却器を備えた500mlの反応器に入れ、撹拌混合した。ここにH
2NCH
2CH
2CH
2Si(OCH
2CH
3)
3 111g(0.5mol)を室温で10分間かけて滴下したところ、26℃から59℃に内温が上昇した。更にオイルバスにて60〜70℃に加熱し、そのまま1時間撹拌を行った。次にエステルアダプターを取り付け、内温99℃まで上げ、副生したメタノールを除去することにより、有機ケイ素化合物〈5〉を170g得た。このものの不揮発分(105℃/3時間)は31.2%であった。
【0067】
[実施例1〜6、比較例1〜5]
製造例1、2で製造した水溶性リグノセルロース(1)と合成例1〜5で合成した有機ケイ素化合物〈1〉〜〈5〉を混合したものをリグノセルロース由来接着剤とした。
【0068】
このリグノセルロース由来接着剤を接着剤として、パーティクルボードを作製した。針葉樹チップ(含水率5質量%)を使用し、含脂率15質量%となるようスプレーでリグノセルロース由来接着剤を噴霧した。これをフォーミング後、温度170℃、圧力3MPa、熱圧時間30分の条件下で加熱圧締し、厚さ12mm、密度750kg/m
3のパーティクルボードを作製した。
本実施例、比較例で得られたパーティクルボードについて、JIS A 5908に準じて吸水厚さ膨張率、剥離強さ、ホルムアルデヒド放散量を測定した。配合、作製条件及び結果を表1に示す。
【0069】
【表1】
*)石油由来の成分から作られたフェノールと硬化剤としてホルムアルデヒドを含有するフェノール樹脂接着剤(不揮発分率47%、群栄化学(株)製)
【0070】
[実施例7〜10]
実施例2で用いたリグノセルロース由来接着剤を用いて、合板を作製した。30cm×30cmで厚さ2.5mmのスギ単板(含水率5質量%)を使用し、塗布量が30cm×30cm=900cm
2当たり両面で40gとなるようにロールでリグノセルロース由来接着剤を塗布した。これを5枚積層し、まず温度25℃、圧力0.8MPaで20分間冷圧後、温度120℃、圧力0.8MPaで30分間加熱圧締し、厚さ11.5mm、密度400kg/m
3の合板を作製した。本実施例で得られた合板について、剥離強さ、ホルムアルデヒド放散量を測定した。また外観を目視で評価した。結果を表2に示す。
【0071】
【表2】