JP2002234002A

JP2002234002A - 表層樹脂注入木材の製造方法

Info

Publication number: JP2002234002A
Application number: JP2001036431A
Authority: JP
Inventors: Minoru Kaneko; 稔金子; Nozomi Yoshinaga; 望吉永
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2001-02-14
Filing date: 2001-02-14
Publication date: 2002-08-20

Abstract

(57)【要約】【課題】安全性が高く、木材への親和性と浸透性に優
れ、さらに樹脂硬化に伴う収縮率が少なく、また表面が
均一になる表面層樹脂注入木材の製造方法を提供する。【解決手段】有機ポリイソシアネートを主成分とする
含浸液中に木材を入れ、耐熱耐圧容器中で脱気後加圧し
て木材の表層に浸透する。その後、当該木材を常圧下で
水蒸気に接触させて、含浸液を水蒸気硬化し表層樹脂注
入木材とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、木材含浸処理用組
成物（以下、これを「含浸液」という）を木材の表層に
含浸し、次いで硬化することにより木材の諸性質を改善
した木材とプラスチックとの複合体よりなる表層樹脂注
入木材（通称表層ＷＰＣ（ウッドプラスチックコン
ビネーション））の製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ＷＰＣは、工業的に量産され、有用な材
料となっているが、その用途は大半が厚さ２〜１０ｍｍ
の建材用の化粧板等に限られ、厚さ１０〜２００ｍｍ以
上の木材又は集成材に深さ１ミリメートル以上にわたっ
て含浸液を浸漬させた表層ＷＰＣはない。これは、木材
の横方向（放射・接線方向）に浸透液を深く浸透させる
ことが、以下の３つの理由で極めて困難なためである。１．木材の繊維（針葉樹の仮道管、広葉樹の木繊維）を
貫いて浸透させること自体が困難な作業である。木質、
木に対する浸透方向、木材の乾燥度、含浸液の分子量、
木材との親和性等さまざまな因子が影響し、また作業
性、安全性等も重要な因子となり作業が困難になる。２．木材の乾燥が不充分の時は、木材水分が浸透液の反
応を邪魔する可能性がある。また、反応阻害、副生成物
の発生の可能性もある。３．これらの困難を克服し浸透液を深く浸透させても、
樹脂の硬化収縮に伴う変形、反り、割れ、木質感の喪失
等の問題が生じる。

【０００３】また、従来ＷＰＣの製造に用いられている
含浸液は、不飽和ポリエステル樹脂やメチルメタアクリ
レート系（以下、ＭＭＡ系という）モノマからなり、こ
の含浸液を木材に含浸した後、触媒（加熱）重合法、放
射線照射法あるいは光（紫外線を含む）重合法により固
化させて、木材と一体化する方法が一般的に行われてい
る。これらは一般にラジカル重合と呼ばれる樹脂の硬化
法である。前記含浸液は、材料が疎水性であるために、
木材の深くまで浸透させることが困難である。また、親
水性を上げて深く浸透させる試みもあるが（特開平８−
９０５１５号参照）、いまだ充分でない。また、樹脂の
反応収縮が大きく仕上りが不均一になる等の欠点があ
る。また、これらの困難を克服し浸透液を深く浸透させ
ても、樹脂の硬化収縮に伴う変形、反り、割れ、木質感
の喪失等の問題が生じる。また、硬化後の樹脂も硬く脆
弱なために製品にクラックが入りやすい。樹脂が木材と
の接着性に欠け、クラック等から水分の浸透が起こりや
すい。これらを改良するための発明（特開平７−３２３
０９号、特開平７−３２３１０号参照）もあるが、いま
だ不完全である。さらに、前記の触媒（加熱）重合法、
放射線照射法あるいは光（紫外線を含む）重合法には以
下の欠点がある。触媒（加熱）重合法は、高温炉設備が
必要であり、また木材内部に熱がこもりやすい。放射線
照射法は、取り扱いに特殊技術が必要であり、また作業
者に対する危険性が高く、多大な設備が必要になるとい
う欠点がある。光重合法は、反応性の良さから主として
紫外線を使用するが、紫外線が木材の表面の浅い部分ま
でしか到達できず、未反応の含浸液が多く残るという欠
点がある。その他、ラジカル重合法は、未硬化モノマが
木材中に残ったり、木材成分であるキノンやフェノール
類が硬化阻害となり、樹脂の粘着化や白化等の外観劣化
が起こったりし易いという欠点がある。

【０００４】一方、ポリイソシアネートとポリオールの
反応によるポリウレタン樹脂は、樹脂に可撓性があり、
木材との親和性があり含浸しやすく、木材のヒドロキシ
ル基と反応し強い接着性を生じるとの理由から含浸液と
して好ましい。しかし、ポリイソシアネート成分が木材
中の水分と速やかに反応し、副生成物として炭酸ガスを
発生して含浸液を押出す。また、木材内部の圧力上昇に
よる割れの発生等の欠点がある。さらに、この含浸液は
可使時間が短く、作業の時間制限がある。

【０００５】また、表層ＷＰＣの製造では、ポリオール
又はそのアルキレンオキサイド付加物と（メタ）アクリ
ル酸との反応生成物である特定の構造を有する（メタ）
アクリレートが有効であるとされているが（特開平６−
２７０１０８号参照）、比較的高い温度で硬化させた場
合に、硬化物中にひびや泡が入る場合がある。

【０００６】さらに、ポリイソシアネートを単独で含浸
液としたものもある（特開平３−２７５３０４号参
照）。しかし、ポリシアネートを水と急激に接触させる
ので、短時間に副反応物の炭酸ガスの発生を来し、発泡
物を形成してはなはだしい表面の不均一化をもたらす。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
従来の欠点を解消するもので、安全性が高く、木材への
親和性と浸透性に優れ、さらに樹脂硬化に伴う収縮率が
少なく、また表面が均一になる表層樹脂注入木材の製造
方法を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明者らは鋭意研究の結果、有機ポリイソシアネー
トを主成分とする含浸液を使用し、当該含浸液を木材に
オートクレーブ中で脱気後加圧して浸透し、次いで常圧
に戻し、これを水蒸気硬化させると従来の諸問題を解決
できることを知見し本発明に至った。

【０００９】すなわち本発明は、有機ポリイソシアネー
トを主成分とする含浸液中に木材を入れ、耐熱耐圧容器
中で脱気後加圧して木材の表層に浸透した後、当該木材
を常圧下で水蒸気に接触させて、含浸液を水蒸気硬化す
ることを特徴とする。

【００１０】前記有機ポリイソシアネートは、１分子中
に２個以上のイソシアネート基を有する有機化合物であ
って、当該イソシアネート基が活性水素化合物に対して
反応性を有するものであり、ジフェニルメタンジイソシ
アネート（ＭＤＩ）、液状変性ＭＤＩ、ポリフェニルポ
リメチレンポリイソシアネート（ＰＰＰＩ）、トリレン
ジイソシアネート（ＴＤＩ）、ヘキサメチレンジイソシ
アネート（ＨＭＤＩ）、ＨＭＤＩ三量体、イソホロンジ
イソシアネート、トリジンジイソシアネート、キシリレ
ンジイソシアネート等がある。その分子量については特
に制限はないが、７００以下であると好ましく、より好
ましくは５００以下である。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につき
説明する。まず、厚板、丸太、集成材、単板積層材（Ｌ
ＶＬ）及び合板等の木材を含水率が８〜１２％になるま
で乾燥する。木材の種類は特に限定されないが、例えば
タモ、檜、赤松、杉、栂、樺、メープル、アッシュ、オ
ーク、チーク、花梨、欅、ローズウッド、ウォールナッ
ト等である。次に、木材をオートクレーブ等の耐熱耐圧
の容器に入れ、次いで真空下に所定時間放置して木材の
細胞中に存在する空気を抜き取ると共に乾燥する。その
後、この耐熱耐圧の容器内に含浸液を注入し所定時間静
置し、さらにその後、常圧又は加圧下で所定時間静置し
て木材中に含浸液を含浸する。

【００１２】含浸液は、有機ポリイソシアネートを主成
分とするものである。この有機ポリイソシアネートは、
理論量より少ないポリオール類と反応させて、末端に活
性イソシアネート基を有するプレポリマとしてもよい。
プレポリマにすると有機ポリイソシアネートの疎水性が
減退するので、木材の水分率管理が重要となる。また、
このプレポリマは、末端の活性イソシアネート基残量１
６重量％以上、好ましくは２４重量％以上を有するもの
がよい。末端の活性イソシアネート基残量１６重量％未
満の場合にはプレポリマの液粘度が高くなり、含浸液の
浸透に支障を来すためである。

【００１３】使用するポリオール類は、ポリエーテル系
ポリオール、ポリエステル系ポリオール、ポリテトラメ
チレンポリオキシグリコール系ポリオール、ひまし油誘
導体系ポリオール、液状ゴム系ポリオール、カーボネー
ト系ポリオール、バレロラクトン系ポリオール、カプロ
ラクトン系ポリオール等の重合系ポリオールやエチレン
グリコール、プロピレングリコール、ブタンジオール、
ヘキサンジオール、ノナンジオール、シクロヘキシルジ
オール等の単一物のポリオールであり、疎水性のポリオ
ールが木材水分率の影響を受け難くなるので、２種以上
を併用する。

【００１４】さらに、可塑剤は、含浸液の粘度を低下さ
せ、木材への浸透を補助する働き（疎水性の強い可塑剤
を使用すると、浸透液と木材水分との反応が抑制され、
副生成物である炭酸ガスの発生が抑制される等）がある
ので、必要に応じ適宜使用してもよい。可塑剤の使用量
は、有機ポリイソシアネート成分の合計量１００重量部
当り５０重量部以下にするのが好ましく、より好ましく
は３０重量部以下にするとよい。可塑剤を５０重量部以
上添加すると、組成物の耐熱温度が低下し、また、可塑
剤を原因とするブリージングを起こしやすくなるからで
ある。この可塑剤は、ジオクチルフタレート、ジオクチ
ルセバケート等であり、これらを単独又は２種以上混合
して使用する。

【００１５】また、さらに、有機ポリイソシアネートの
反応を促進させるために、適宜ウレタン化触媒を使用し
てもよい。このウレタン化触媒としては、第３級アミン
化合物や有機金属化合物等の公知の触媒を用いる。例え
ば、トリエチレンジアミン、Ｎ，Ｎ'―ジメチルヘキサ
メチレンジアミン、Ｎ，Ｎ'―ジメチルブタンジアミ
ン、オクチル酸鉛、ラウリル酸ジブチル錫等が好適であ
る。

【００１６】また、含浸液には、組成物の耐久性、安全
性の向上を図るために、安定剤として、熱安定剤、酸化
防止剤、紫外線吸収剤、紫外線安定剤などを１種又は２
種以上使用してもよい。さらに顔料、染料、難燃剤、消
泡剤、分散剤、界面活性剤、水分吸着剤等を適宜添加し
てもよい。

【００１７】次に、含浸率が所望の値に達したら、過剰
の含浸液を回収し、含浸木材を外気下に暴露・放置、若
しくは所定の温度及び湿度条件下に暴露・放置して、木
材中に浸透してくる水蒸気と緩慢に反応させる。この緩
慢な反応により、発生する炭酸ガスは緩慢に木材外に放
出される。含浸液は尿素樹脂化を進行し、木材と一体化
して固化する。水蒸気の温度は、約９６℃にすると、木
材への浸透速度及び浸透液との反応速度が最適となる
が、これより低温であっても反応が遅くなるだけであり
支障はない。

【００１８】次に別の実施の形態につき説明する。前記
実施の形態との違いは、含浸液の含浸方法にあり、具体
的には、木材をオートクレーブ等の耐熱耐圧の容器に入
れ、この耐熱耐圧の容器内に含浸液を注入し、真空にし
て所定時間静置する。さらにその後、常圧又は加圧下で
所定時間静置して木材中に含浸液を含浸する。

【００１９】

【実施例】（実施例１）ＰＰＰＩ１００重量部に対しラ
ウリル酸ブチル錫０．１重量部を入れ混合し含浸液とす
る。容器中にこの含浸液を入れ、当該含浸液中に杉材
（重量６４５ｇ、比重０．４７、非乾燥、含水率１３
％）の木材丸太（直径６０ｍｍ、長さ５００ｍｍ）を、
重石を使って沈める。この容器をオートクレーブ中に入
れ、２６．６７ｈＰａになるまで脱気減圧し、その後７
０９３ｈＰａまで加圧した上で６０分間静置する。その
後、常圧に戻して、波切りした後、温度３０℃、湿度８
０％以上の下に１６時間放置し、木材中に浸透する水蒸
気とＰＰＰＩを反応させて、表層ＷＰＣ木材（重量１０
２２ｇ、比重０．７８、浸透深さ２６ｍｍ）を得た。こ
のようにして得られた表層ＷＰＣ木材は、発生する炭酸
ガスを起因とする樹脂の発泡が一切見られず、また、反
り、変形、割れ等もなく、製品木材表面も仕上げ加工の
必要がなく滑らかで、そのまま完成品にできる。また、
樹脂の含浸深さが深く、木柵等の利用に有用である。

【００２０】（実施例２）ＨＭＤＩ三量体１００重量部
に対し、可塑材としてフタル酸ジオクチル（ＤＯＰ）を
５０重量部、ラウリル酸ジブチル錫０．５重量部を入れ
混合し含浸液とする。容器中にこの含浸液を入れ、当該
含浸液中に杉材（重量５９６ｇ、比重０．４０、乾燥、
含水率８％）の木材丸太（直径６０ｍｍ、長さ５００ｍ
ｍ）を、重石を使って沈める。この容器をオートクレー
ブ中に入れ、２６．６７ｈＰａになるまで脱気減圧し、
その後７０９３ｈＰａまで加圧した上で６０分間静置す
る。その後、常圧に戻して、波切りした後、温度２０〜
２５℃、湿度５０〜７０％の下に７２時間放置すること
により、含浸木材中に浸透する水蒸気と含浸液を反応さ
せて、表層ＷＰＣ木材（重量１０６０ｇ、比重０．７
１、浸透深さ３１ｍｍ）を得た。このようにして得られ
た表層ＷＰＣ木材は、発生する炭酸ガスを起因とする樹
脂の発泡が一切見られず、また、反り、変形、割れ等も
なく、製品木材表面も仕上げ加工の必要がなく滑らか
で、そのまま完成品にできる。また本製品は、透明樹脂
部の経時黄変がないため、木製看板等の表示板として有
用である。

【００２１】（比較例）ＰＰＰＩ１００重量部に対しラ
ウリル酸ブチル錫０．１重量部を入れ混合し含浸液とす
る。容器中にこの含浸液を入れ、当該含浸液中に杉材
（重量６３４ｇ、比重０．４６、非乾燥、含水率１２．
５％）の木材丸太（直径６０ｍｍ、長さ５００ｍｍ）
を、重石を使って沈める。この容器をオートクレーブ中
に入れ、２６．６７ｈＰａになるまで脱気減圧し、その
後７０９３ｈＰａまで加圧した上で（以上実施例１と略
同じ）、水中に６０分浸漬する。その後、常圧に戻し波
切りした後、２４時間放置して製品（重量１０３４ｇ、
比重０．７５、浸透深さ２５ｍｍ）とした。この製品
は、表面全体が樹脂の発泡物で覆われたものである。表
面研磨により仕上げ加工を行ったが、木質表層まで発泡
物が広がり滑らかな外観製品を得ることはできず、また
木質表面に細かい無数のクラックが発生した。また、含
浸液の浸透深さは２５ｍｍに達したが、外気に３日間曝
しても、樹脂化層は表層より深さ１ｍｍまで達せず、表
層ＷＰＣ木材製品として不充分である。これは、水に浸
漬して反応させたことに伴い、含浸液と水が急激に反応
し、表層・表面に発泡物を形成し、水分がさらに深く浸
透することを妨害したことによるものと推察される。

【００２２】これに反して実施例１、２のように水蒸気
硬化させた場合には、緩慢な水蒸気の進入に対して、樹
脂化も炭酸ガスの発生・系外への放出も緩慢に全体的に
進行するものと推察され、また樹脂化層は表層より深さ
１ｍｍ以上まで達する。

【００２３】

【発明の効果】これを要するに本発明は、有機ポリイソ
シアネートを主成分とする含浸液中に木材を入れ、耐熱
耐圧容器中で脱気後加圧して木材の表層に浸透した後、
当該木材を常圧下で水蒸気に接触させて、含浸液を水蒸
気硬化するので、安全性が高く、木材への親和性と浸透
性に優れ、さらに樹脂硬化に伴う収縮率が少ない。さら
に、緩慢な水蒸気の進入に対して、樹脂化も炭酸ガスの
発生・系外への放出も緩慢に全体的に進行すること等に
起因し、樹脂化層は表層より深さ１ｍｍ以上まで達す
る。さらに、本製造方法により製造した製品は、耐久
性、耐朽性の優れたものである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 2B230 AA01 AA15 BA01 BA17 CB25 DA02 EA20 EB01 EB05 EB06 EB13 EC02

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】耐熱耐圧容器中に木材を入れて脱気した
後、当該耐熱耐圧容器中に有機ポリイソシアネートを主成分
とする含浸液を注入して放置し、その後、加圧して常圧以上の圧力にして放置して木材の
表層に含浸液を浸透した後、該木材を常圧下で水蒸気に接触させて、浸透した含浸液
を水蒸気硬化することを特徴とする表層樹脂注入木材の
製造方法。
【請求項２】有機ポリイソシアネートを主成分とする
含浸液中に木材を入れ、耐熱耐圧容器中で脱気後加圧し
て木材の表層に含浸液を浸透した後、該木材を常圧下で水蒸気に接触させて、浸透した含浸液
を水蒸気硬化することを特徴とする表層樹脂注入木材の
製造方法。