JP2002018812A

JP2002018812A - 木材改質剤及びこれを用いた改質木材の製造方法

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Publication number: JP2002018812A
Application number: JP2000237733A
Authority: JP
Inventors: Misao Kadoi; 操門井
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2000-07-02
Filing date: 2000-07-02
Publication date: 2002-01-22

Abstract

(57)【要約】【課題】従来の木材改質剤の問題点を全て改善した従
来にない優れた木材改質剤を提供する。【解決手段】不飽和炭化水素のアルカン類化合物若し
くは芳香族化合物にビニール基と親水基を有するモノマ
ー、オリゴマーを２種類以上混合し、これを９０部：１
０部〜１０部：９０部の重量比で水に溶解した混合物１
００部に重合触媒１部〜５部添加する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、木材の優れた特性
を損なうことなく、耐久性、耐朽性、寸法安定性、機械
的特性を高めることのできる木材改質剤及びこれを用い
た改質木材の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、木材に対して耐久性、耐朽性、寸
法安定性、機械的特性などを高めるために、木材内部に
改質剤を注入する手段が数多く案出されている。その一
例としては、重合性モノマー、オリゴマー、プレポリマ
ーなどの重合性樹脂に適宜な溶剤を添加し、これを木材
に含浸させた後、加熱して重合性樹脂を重合硬化させる
ことで、木材とプラスチックとが複合化した木材プラス
チック複合材が得られるものである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来用
いられている木材プラスチック複合材用の改質剤は、原
料となる重合性樹脂が単品では使用されず、コストが高
くなっていた。また、重合性樹脂を溶剤で希釈し濃度を
調整する改質剤にあっては、油性溶剤や水系溶剤を使用
した場合であっても、重合硬化の際に発生する反応熱が
異常に高まり、重合樹脂系においては反応温度は２００
℃位となり、フェノール樹脂系においては縮合温度を１
５０℃に上昇させていた。このような高温となることに
より、木材の種類によっては内部割れ、反り、小口表面
割れが発生していた。

【０００４】また、油性溶剤、油性原料を用いる木材改
質剤は、一般に毒物、劇物、危険物であり、特に油性溶
剤は爆発限界を超えない範囲で厳密な注意の元で使用し
なければならなかった。さらに、気化した溶剤等が屋外
へ放散しないよう環境保全のために溶剤の回収設備に多
大な設備管理コストが必要となっていた。

【０００５】そして、従来の酢酸等を含む改質剤により
改質されたアセチル化木材などの改質木材にあっては、
酢酸臭が発生するとともに、酸性化することによる木材
の劣化を防ぐためにさらに合成樹脂で処理を行うという
工程とコストが掛かるため高価となっていた。

【０００６】さらに、従来の木材改質剤にあっては、用
いられる木材の種類、材質に制約が複合化させることは不可能であった。そして、木材にあ
て材、死節等がある場合には、曲がり、ぬけが発生し、
問題となっていた。

【０００７】また、針葉樹、広葉樹の改質木材にあって
は、コストを削減するために薄単板を使用した製品が存
在しているが、この製法としては単板に木材改質剤を注
入した後、溶剤を揮発させ熱プレスで硬化と接着を同時
に行っていた。この際、加熱温度１００℃前後、プレス
圧力２Ｋｇ／ｍ^２前後で処理を行うことから、注入した
木材改質剤（樹脂）が流脱してその効果が半減してしま
い、そのため商品としての品質保持のために塗装するこ
とを余儀なくされていた。

【０００８】さらには、油溶性樹脂以外に水溶性樹脂を
用いる木材改質剤も存在するが、この木材改質剤とし
て、多価アルコール系改質剤、乳化したアクリル系改質
剤を用いた木材改質剤にあっては、硬化重合が不充分の
為、流脱があり、分子量が大きいものは仮導管に注入含
浸させることが困難である。さらに、これらの水溶性樹
脂からなる木材改質剤にあっては、改質させた木材の機
械的強度物性の増大には寄与することが不充分であっ
た。

【０００９】また、重合性樹脂を乳化させて水に溶解さ
せる乳化法にあっては、乳化の粒子の問題があった、す
なわち、粒径をある程度小さくしないと木材内部に含浸
していかず、そして粒径が２０μｍ以下の場合は壊れに
くく、うまく重合できないという問題があり、特に針葉
樹等の細胞壁のトルースには注入が問題となっている。
さらに、乳化法は、界面活性剤を使用することから、こ
れを廃棄すると水質のＢＯＤ、ＣＯＤの増加、環境ホル
モン等の環境問題となる。

【００１０】さらに、縮合系水溶性の木質改質剤にあっ
ては、改質木材から生じるホルマリンによるシックハウ
ス症候群の発生や、縮合時に反応水が発生し、この水分
が木材に悪影響を及ぼすという問題があった。

【００１１】そこで本発明にあっては、上述した従来の
木材改質剤の問題点を全て改善した従来にない優れた木
材改質剤を提供することを目的とするものである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】前述した目的を達成すべ
く、本発明の木材改質剤は、水溶性重合性モノマー、プ
レポリマー、オリゴマーを、水（軟水や硬水）を溶媒と
して混合し重合触媒を添加した重合性樹脂液であり、ま
た本発明の木材改質剤を用いた改質木材の製造方法は、
木材にこの木材改質剤を含浸させ、加熱重合硬化の際に
発熱温度を抑制して木材プラスチック複合材を製造する
ものである。

【００１３】重合性樹脂分に対する水の添加割合は、１
５部：８５部〜５０部：５０部とし、重合性樹脂分は水
の添加割合で任意に変化できることを特徴とする。望ま
しくは、重合性樹脂分に対する水の割合は、２５部：７
５部〜５０部：５０部の範囲である。加熱重合の手段と
しては、温水浸漬、熱風を用いることとし、特に温水を
熱源とした場合には、樹脂重合性分の固定率を高めるこ
とができるともにモノマーの揮散をなくし環境改善につ
ながる。本発明の更なる特徴は、重合の際の反応温度を
抑制できるとともに、重合性樹でも表面、木口、内部に、割れ、反り等の損傷するおそ
れがないことであり、特に針葉樹材のような軟材（比重
が低い）の大径材に関して、これまでは困難であった木
材プラスチック複合材の重合及び製法が可能となった。
重合性モノマー、プレポリマー、オリゴマーを重合させ
るために用いる重合触媒としては、過酸化物、アゾ化物
等が使用可能である。

【００１４】本発明で使用される重合性モノマー、オリ
ゴマー、プレポリマーは、ビニール基を所有し更に親水
基又は親水性化合物、すなわちヒドロキシル基、スルホ
ン基、アミノ基、ビニール化合物等を有する架橋化合物
である。その例としては、メタクリル酸２ヒドロキシエ
チール、アクリル酸２ヒドロキシエチール、メタクリル
酸２ヒドロキシプロピール、メタクリル酸プロピレング
リコール、メタクリル酸エチレングリコール、２ヒドロ
キシ３−クロロプロピールメタクリレート、グリセロー
ルメタクリレート、２メタクリロイロキシエチル−２ヒ
ドロキシプロピルフタレート、アクリル酸２ヒドロキシ
プロピール、スチレンスルホン酸、ジメチルアミノエチ
ルメタクリレート４級化物、アクリルニトリル共重合体
鹸化物、アクリルアマイド、アクリル酸ナトリウム、メ
タクリル酸ナトリウム、セルローススチレスルホン酸、
デンプンアクリルアミド、アクリルアマイド、アクリル
酸ナトリウムビニールアルコール、フエノキシジエチレ
ングリコールアクリレート、メトキシトリエチレングリ
コールアクリレート、ヒドロキシビバリン酸ネオペンチ
ールグリコールジアクリレート、ジエチレングリコール
ジグリシジルエーテル、ビスフェノールＡジグリジルエ
ーテルメタクリレート、２ヒドロキシ−３フェノールプ
ロピルアクリレートがある。これら当該重合性モノマ
ー、オリゴマー、プレポリマーを１〜２種以上使用する
ことができる。本発明の重合性モノマー、オリゴマー、
プレポリマーを、２〜３種混合したものを１００部と
し、これを水で適当な比率になるように希釈し、重合触
媒を３％〜１％添加する。

【００１５】水を重合性樹脂の溶剤とすることは、重合
性モノマー、オリゴマー、プレポリマーの木材への均一
な浸透の効果を目的としている。従来は、油性系溶剤を
使用したり、高圧圧力の基に強制的手法で木材細胞のト
ルース破壊することで浸透させる手法があるが、本発明
の製造方法は水を溶媒としている為に、木材細胞の細胞
膜孔が活性化される。これらは木材の特性である水の浸
透圧原理を利用したものである。水による希釈が反応熱
抑制に効果があることから、従来不可能であった広針葉
樹大径材、高含水率の木材に対しビニール系重合樹脂液
を含浸させて木材プラスチック複合材を製造することが
可能となるとともに、自然の木材の匂い、風合いを損な
うことなく、所望する任意の物性の改質木材を得ること
が可能となった。本発明で使用される重合性樹脂液に
は、目的によって公知の薬剤を使用することができる。
すなわち、染料、難燃剤、防虫剤、防腐剤、セラミック
ス、紫外線吸収剤を添加することができる。本発明の重
合性樹脂液は、水（軟水や硬水）を使用するため、取り
扱いする上で、上記薬剤は水溶性であることが好まし
い。また、本発明では工場内外の環境衛生上安全な薬剤
を用いる利点がある。寸法安定剤として、エチレングリ
コール、プロピレングリコール等を添加することができ
る。防腐剤としては、ホウ素化合物等を添加することが
できる。難燃剤としては、ホウ酸、リン酸系化合物、グ
アニジン系化合物等を使用することができる。本発明の
重合性樹脂液には、適宜な水溶性染料等を添加すること
ができる。木質材、無機質多孔材に含浸させて、熱重合させること
が可能である。

【００１６】本発明の重合性樹脂液と希釈剤（硬水、軟
水）と重合触媒とを混合した重合性樹脂液改質剤を含浸
槽に入れ、この重合樹脂液改質剤に木材試料（含水率：
絶乾材〜４０％材）を完全に浸漬しタンクに挿入密閉し
真空減圧を行う。真空度は水銀マノメータ１０ｍｍＨｇ
〜３０ｍｍＨｇとして、真空時間２０分〜３０分真空操
作を行いその後、常圧に戻し、加圧圧力を１Ｋｇ／ｃｍ
^２〜５Ｋｇ／ｃｍ^２で２０分〜３０分間加圧圧力の操作
を行う。終了後、温水６０℃〜８０℃で前硬化を行う
か、又は熱風乾燥では７０℃〜８０℃で３０時間処理を
行い、恒量に達した時点を重合完結とした。

【００１７】本発明の改質木材には、熊本産の杉材１０
０Ｔ×１００Ｗ×１０００Ｌ（ｍｍ）の挽材を使用し、
重合時の発熱温度の測定には、アロメルクロメル熱電対
を使用して木材の３地点の発熱温度を測定しその平均値
を得た。曲げ試験は、ＪＩＳ．Ｚ２１１３木材の曲げ試
験方法に準じて行う。硬さ試験は、バーコル硬度計を使
用し、針入度法により１０個数の平均値を求めた。固定
率は、［木材含浸の重合後ポリマー率］を［木材含浸の
重合前ポリマー率］で除算して求めた。

【００１８】具体的には本発明の木材改質剤は、不飽和
炭化水素のアルカン類化合物若しくは芳香族化合物にビ
ニール基と親水基を有することを特徴とするものであ
る。

【００１９】また、不飽和炭化水素のアルカン類化合物
若しくは芳香族化合物にビニール基と親水基を有するモ
ノマー、オリゴマーを２種類以上混合し、これを９０
部：１０部〜１０部：９０部の重量比で水に溶解した混
合物１００部に重合触媒１部〜５部添加したことを特徴
とするものである。

【００２０】また本発明の改質木材の製造方法は、木材
改質剤を減圧、常圧そして加圧下で木材に注入含浸し発
熱温度を抑制して熱重合硬化させることを特徴とするも
のである。

【００２１】

【発明の実施の形態】本発明の木材改質剤である重合性
樹脂液の配合は下記の通りとする。メタクリル酸スヒドロキシプロピール６０部ジエチレングリコールジグリシジルエーテル３０部メタクリル酸ブチレングリコール１０部に対し、重合触媒２部を添加し、軟水で希釈し、実験を
行った。含浸、重合条件は前記の方法で行い、試験サン
プルは実施例の材料より作成した。

【００２２】（実施例１）本発明の上記実施例配合の樹
脂液と硬軟水の割合は、重合樹脂液：硬軟水＝５０部：
５０部の混合比率とし、含浸・乾燥・重合操作は前記操
作による。この改質木材について、樹脂が木材内に固定
された固定率、最高反応温度、木材の割れ・曲がりや匂
いの有無、そして曲げ強度を測定し、表１に記す。

【００２３】（実施例２）本発明の上記実施例配合の樹
脂液を硬軟水の割合、重合樹脂液：硬軟水＝６０部：４
０部の混合比率とし、含浸・乾燥・重合操作は前記操作
による。この改質木材について、樹脂が木材内に固定さ
れた固定率、最高反応温度、木材の割れ・曲がりや匂い
の有無、そして曲げ強度を測定し、表１に記す。

【００２４】（実施例３）本発明の上記実施例配合の樹
脂液を硬軟水の割合、重合樹脂液：硬軟水＝３０部：７
０部の混合比率とし、含浸・乾燥・重合操作は前記操作
による。この改質木材について、樹脂が木材内に固定さ
れた固定率、最高反応温度、木材の割れ・曲がりや匂い
の有無、そして曲げ強度を測定し、表１に記す。

【００２５】（実施例４）本発明の上記実施例配合の樹
脂液を硬軟水の割合、重合樹脂液：硬軟水＝９０部：１
０部の混合比率とし、含浸・乾燥・重合操作は前記操作
による。この改質木材について、樹脂が木材内に固定さ
れた固定率、最高反応温度、木材の割れ・曲がりや匂い
の有無、そして曲げ強度を測定し、表１に記す。

【００２６】（比較例１）メタクリル酸メチル６０部スチレン３５部不飽和ポリエステル５部触媒としてＢＰＯ（ベンゾイック・パー・オキサイド）１部以上を配合して１００部としこれを油性溶剤１００部で
希釈した。以上上記含浸操作、乾燥重合操作を行った。
この改質木材について、樹脂が木材内に固定された固定
率、最高反応温度、木材の割れ・曲がりや匂いの有無、
そして曲げ強度を測定し、表１に記す。

【００２７】（比較例２）油性モノマーを使用した比較
例メタクリル酸メチル６０部アセトン、メタノール４０部触媒としてＢＰＯ１部含浸操作、乾燥重合操作は前記操作による。この改質木
材について、樹脂が木材内に固定された固定率、最高反
応温度、木材の割れ・曲がりや匂いの有無、そして曲げ
強度を測定し、表１に記す。

【００２８】この結果について、重合性樹脂と硬軟水の混合比率と平
均発熱温度の関係を図１に示す。本発明の水と樹脂液の
混合比率（重量）が、７０部：３０部，６０部：４０
部，５０部：５０部、４０部：６０部、３０部：７０部
の場合、発熱温度を６０℃〜７０℃の範囲に抑えること
ができた。本発明の樹脂液は、広針葉樹大径材含水率１
５〜４０％の木材の反応熱を７０℃以下に抑えることが
でき、木材への損傷、内部割れ、反り、小口割れを皆無
とすることができる。

【００２９】

【発明の効果】しかして本発明の木材改質剤によれば、
上記試験結果に示すように、発熱温度範囲を７０℃〜６
０℃に抑えることができる。従来の重合性樹脂液は、樹
脂液単体若しくは油性溶剤希釈を行っても２００℃近辺
となり、油性溶剤希釈改質剤液でも径時により溶剤が蒸
発するため、温度上昇を抑えることができない。この場
合、木材には発熱温度が高く、クレータ割れ、ヤセ、反
りが発生する。また、油性溶剤希釈法も上記の理由によ
り揮散すると同時に発熱温度が上昇し上記状態となる。
本発明による木材改質剤は、樹脂モノマーが重合する
際、水分子が樹脂に取り込まれて瞬時に重合が起こりに
くいために発熱温度が抑制される。本発明による重合性
樹脂改質剤を使用して木材プラスチック複合材の製法に
よる利点は下記のとおりである。（１）固定率の増大（２）発熱による温度上昇を抑える
（３）木材の内部割れ、表面・小口割れをなくし、乾燥
時に反り・ねじれが発生しない。（４）均一含浸が向上
する（５）大径広葉樹材、針葉樹材で４０％の高含水率
材であっても改質することが可能となる。（６）改質し
ても木材の自然の風合い、木材特有の匂いをそのまま残
存させることができる。（７）樹脂分を任意に調整で
き、コスト削減ができる。（８）その他の物性が向上す
る。このように本発明の木材改質剤及びこれを用いた改
質木材の製造方法によれば、従来困難であった針葉樹材
についても木材プラスチック改質剤とすることができ、
また間伐材、風倒材についても有効利用することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】重合性樹脂と硬軟水の混合比率と平均発熱温度
の関係を示すグラフ図である。

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｃ０８Ｆ 2/00 Ｃ０８Ｆ 2/00 Ｃ 246/00 246/00 Ｆターム(参考） 2B230 AA13 AA15 AA16 BA01 BA17 CB01 CB02 CB04 CB25 CC02 CC04 DA02 EA20 EB01 EB04 EB05 EB13 EB29 4J011 BB01 BB02 CA04 CA09 CC08 CC09 HA02 HB01 HB02 HB03 HB05 HB22 4J100 AB07P AL08P AL09P AM02P AM17P BA02P BA03P BA31P BA56P BB01P BC43P BC45P BC54P CA01 CA03 FA08 FA19 JA67

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】不飽和炭化水素のアルカン類化合物若し
くは芳香族化合物にビニール基と親水基を有することを
特徴とする木材改質剤。
【請求項２】不飽和炭化水素のアルカン類化合物若し
くは芳香族化合物にビニール基と親水基を有するモノマ
ー、オリゴマーを２種類以上混合し、これを９０部：１
０部〜１０部：９０部の重量比で水に溶解した混合物１
００部に重合触媒１部〜５部添加したことを特徴とする
請求項１記載の木材改質剤。
【請求項３】請求項１又は２記載の木材改質剤を減
圧、常圧そして加圧下で木材に注入含浸し発熱温度を抑
制して熱重合硬化させることを特徴とする改質木材の製
造方法。