JP2006240032A - Compaction of wood by combination treatment of steam treatment and resin impregnation treatment - Google Patents
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- Chemical And Physical Treatments For Wood And The Like (AREA)
Abstract
Description
本発明は、比較的低い圧縮力で高強度の強化木材が得られる方法に関する。 The present invention relates to a method for obtaining a high-strength reinforced wood with a relatively low compressive force.
一般に木材の強度は５０〜６０ＭＰａであるが、従来から、木材を圧密化して圧縮強度２００〜５００ＭＰａの高強度材料とすることが知られている。しかしながら、この方法で高強度材料を作成する場合は、従来、３０〜５０ＭＰａの圧力が必要であり、木材加工メーカーにおける一般的な加圧設備（代表的には、合板を作成する際に使用される０．８〜１ＭＰａ程度の圧締圧力の加圧設備）では圧力が足らないため、特殊な加圧設備が必要であるので実用的ではない。 In general, the strength of wood is 50 to 60 MPa. Conventionally, it is known that wood is consolidated to obtain a high strength material having a compressive strength of 200 to 500 MPa. However, when a high-strength material is produced by this method, conventionally, a pressure of 30 to 50 MPa is necessary, which is a common pressure facility (typically used for producing plywood) in a wood processing manufacturer. The pressurizing equipment with a pressing pressure of about 0.8 to 1 MPa is not practical because a special pressurizing equipment is required because the pressure is insufficient.
従って、低圧力で高強度の強化木材を作製できる方法が望まれていた。 Therefore, a method capable of producing a reinforced wood having a high strength at a low pressure has been desired.
木材は、通常、およそ４０〜５０％程度のセルロースと、およそ２０〜３０％のリグニンと、およそ２０〜３０％のヘミセルロースとから構成される。高強度の繊維素材であるセルロースが、樹脂状のリグニンおよびヘミセルロース中に埋め込まれたような構造が木材の典型的な構造として知られている。リグニンおよびヘミセルロースのうち、リグニンは、３次元架橋構造を有し、セルロースの繊維を強固に固定する役割を果たしており、リグニンおよびセルロースが木材の強度を決める主要因であると従来から考えられていた。 Wood is usually composed of approximately 40-50% cellulose, approximately 20-30% lignin, and approximately 20-30% hemicellulose. A structure in which cellulose, which is a high-strength fiber material, is embedded in resinous lignin and hemicellulose is known as a typical structure of wood. Among lignin and hemicellulose, lignin has a three-dimensional cross-linking structure and plays a role of firmly fixing cellulose fibers, and it has been conventionally considered that lignin and cellulose are the main factors determining the strength of wood. .
他方、ヘミセルロースは、リグニンとは異なり、セルロースを強固に固定するような構造を有さない軟質の物質であることが知られており、ヘミセルロースは、木材の強度に寄与しないか、寄与したとしてもその程度は非常に低いと考えられていた。 On the other hand, unlike lignin, hemicellulose is known to be a soft substance that does not have a structure that firmly fixes cellulose, and hemicellulose may or may not contribute to the strength of wood. The degree was thought to be very low.
本発明者らは、上記リグニンの性質に着目して、木材を亜塩素酸ナトリウム溶液で処理して木材中のリグニンを除去して木材を処理させ、次いで処理した木材にフェノール樹脂を含浸させ、その後樹脂含浸木材を圧縮する強化木材の製造方法を提案した（非特許文献１）。 The present inventors paid attention to the properties of the above lignin, treated the wood with a sodium chlorite solution to remove the lignin in the wood to treat the wood, and then impregnated the treated wood with a phenol resin, Then, the manufacturing method of the reinforced wood which compresses resin impregnation wood was proposed (nonpatent literature 1).
しかし、この方法は、化学薬品を使用するので環境汚染の問題や、大型の処理槽を必要とするといった生産設備の問題がある。 However, since this method uses chemicals, there are problems of environmental pollution and production facilities such as requiring a large treatment tank.
また、例えば、特開平３−２３１８０２号公報（特許文献１）、特開平１０−１６６３１９号公報（特許文献２）、特開平９−２９５３０３号公報（特許文献３）および特開２００３−２４５９０７号公報（特許文献４）には、木材を水蒸気雰囲気内において軟化させた後、圧縮成形しその変形を固定する木材の改質処理方法が開示されている。特開平５−５０４０９号公報（特許文献６）には、木材を水蒸気と高周波により加熱軟化させた後、この木材を圧縮成形してその変形を高温高圧雰囲気下内に置いて固定化する木材の処理方法が開示されている。 Further, for example, JP-A-3-231802 (Patent Document 1), JP-A-10-166319 (Patent Document 2), JP-A-9-295303 (Patent Document 3) and JP-A-2003-245907. (Patent Document 4) discloses a wood modification method in which wood is softened in a water vapor atmosphere and then compression-molded to fix the deformation. In JP-A-5-50409 (Patent Document 6), after wood is heated and softened with water vapor and high frequency, the wood is compression-molded, and the deformation is placed in a high-temperature and high-pressure atmosphere to be fixed. A processing method is disclosed.
しかし、これらの文献に開示された処理法では、木材寸法を固定する効果があるものの、依然、高圧で木材を圧縮する必要がある。 However, although the treatment methods disclosed in these documents have the effect of fixing the size of the wood, it is still necessary to compress the wood at a high pressure.
さらに、特開平９−５９５８４号公報（特許文献５）には、水蒸気により軟化処理された複数の木材を圧縮成形して集合材を生成するに際して、レゾルシノールーフェノール系樹脂を主成分とする接着剤を使用することが開示されている。 Further, JP-A-9-59584 (Patent Document 5) discloses an adhesive mainly composed of a resorcinol-phenolic resin when a plurality of woods softened with water vapor are compression-molded to produce an aggregate. Is disclosed.
しかし、この文献は樹脂を複数枚の木材を接着するための接着剤として使用しており、樹脂を木材に含浸することについては開示されていない。また、低圧力で木材を圧縮することについては開示されていない。
本発明は、比較的低い圧力で高強度の強化木材が得られる方法を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a method for obtaining high-strength reinforced wood at a relatively low pressure.
本発明の他の目的は、従来のように亜塩素酸ナトリウムなどの化学薬品を使用することなく、高強度の強化木材が得られる方法を提供することを目的とする。 Another object of the present invention is to provide a method for obtaining high-strength reinforced wood without using chemicals such as sodium chlorite as in the prior art.
本発明の強化木材の製造方法は、木材を処理して該木材中に含まれるヘミセルロースを除去または低分子化する工程、該処理した木材に樹脂を含浸する工程、および該樹脂が含浸した木材を圧縮する工程、を包含し、そのことにより上記目的が達成される。 The method for producing reinforced wood according to the present invention comprises a step of treating wood to remove or reduce the molecular weight of hemicellulose contained in the wood, a step of impregnating the treated wood with a resin, and a wood impregnated with the resin. Compressing, whereby the above object is achieved.
一つの実施形態では、前記ヘミセルロースを除去または低分子化する木材処理工程後の木材中のリグニンが該処理工程前と比べて実質的に維持されている。 In one embodiment, the lignin in the wood after the wood treatment step for removing or reducing the molecular weight of the hemicellulose is substantially maintained as compared with that before the treatment step.
一つの実施形態では、前記ヘミセルロースを除去または低分子化する工程が、木材を水蒸気処理する工程である。 In one embodiment, the process of removing or reducing the molecular weight of the hemicellulose is a process of steaming wood.
一つの実施形態では、前記水蒸気処理が、水蒸気で満たされた密閉容器中に木材を配置し、水蒸気温度１４０〜１８０℃で１〜３０分間処理することである。 In one embodiment, the steam treatment is to place wood in an airtight container filled with steam and to treat at a steam temperature of 140 to 180 ° C. for 1 to 30 minutes.
一つの実施形態では、前記樹脂が、フェノール樹脂であり、木材に含まれる樹脂量が、ヘミセルロースを除去または低分子化する処理の前の木材１００重量部に対して１０〜８０重量部である。 In one embodiment, the resin is a phenol resin, and the amount of resin contained in the wood is 10 to 80 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the wood before the treatment for removing or reducing the molecular weight of hemicellulose.
一つの実施形態では、前記樹脂が、減圧下で木材に含浸される。 In one embodiment, the resin is impregnated into the wood under reduced pressure.
一つの実施形態では、前記木材を圧縮する工程が、１４０〜１６０℃で１０〜３０分間実施される。 In one embodiment, the step of compressing the wood is performed at 140 to 160 ° C. for 10 to 30 minutes.
本発明はまた、表層が強化された木材積層体の製造方法を提供する。この表面強化木材積層体の製造方法は、表層用木材を処理して該表層用木材に含まれるヘミセルロースを除去または低分子化する工程、該表層用木材に樹脂を含浸する工程、および該樹脂が含浸した該表層用木材に、裏打ち層用木材を重ねて加熱圧縮する工程、を包含する。 The present invention also provides a method for producing a wood laminate having an enhanced surface layer. The surface-reinforced wood laminate manufacturing method includes a step of treating a surface layer wood to remove or reduce the molecular weight of hemicellulose contained in the surface layer wood, a step of impregnating the surface layer wood with a resin, and the resin A step of superimposing the backing layer wood on the impregnated surface layer wood and heating and compressing.
この方法の一つの実施形態では、前記木材に含まれるヘミセルロースを除去する工程が、木材を水蒸気で処理することである。 In one embodiment of this method, the step of removing hemicellulose contained in the wood is treating the wood with water vapor.
本発明の強化木材の製造方法においては、木材を水蒸気処理し、次いで水蒸気処理した木材に樹脂を含浸させ、その後樹脂含浸した木材を圧縮することにより、低い圧力で木材を圧縮できるようにすると共に高密度の樹脂強化木材が得られる。 In the method for producing reinforced wood according to the present invention, the wood is steam-treated, then the steam-treated wood is impregnated with a resin, and then the resin-impregnated wood is compressed so that the wood can be compressed at a low pressure. A high-density resin-reinforced wood can be obtained.
すなわち、木材（未処理）に対して、水蒸気処理とフェノール処理を併せて行った後に、必要に応じて複数枚木材を重ねて圧密処理することにより、密度が大きく、高強度、高耐久性の木質材料が得られる。 In other words, after performing both steam treatment and phenol treatment on wood (untreated), a plurality of pieces of wood are overlaid and consolidated as needed, resulting in high density, high strength, and high durability. A woody material is obtained.
従って、従来のように亜塩素酸ナトリウムなどの化学薬品を使用した特別な製造装置を必要とせず、また環境汚染の心配がない。 Therefore, a special manufacturing apparatus using chemicals such as sodium chlorite as in the prior art is not required, and there is no concern about environmental pollution.
また、本発明の他の強化木材の製造方法では、木材に含まれるヘミセルロースを除去または低分子化する工程、該木材に樹脂を含浸する工程、および該樹脂が含浸した木材を圧縮する工程、を包含することにより、木材のマトリックスを構成する一成分であるヘミセルロースを分解または除去して、低い圧力で木材を圧縮できるようにすると共に高密度の樹脂強化木材が得られる。 In another method for producing reinforced wood according to the present invention, a step of removing or reducing the molecular weight of hemicellulose contained in the wood, a step of impregnating the wood with a resin, and a step of compressing the wood impregnated with the resin, By including, the hemicellulose which is one component constituting the matrix of the wood is decomposed or removed, so that the wood can be compressed at a low pressure and a high-density resin-reinforced wood is obtained.
すなわち、従来、水蒸気処理は、主としてフェノール樹脂に代わる変形固定方法として考えられていた。また、フェノール樹脂の含浸によって木材が軟化することは知られていたが、水蒸気処理の後に続いてフェノール樹脂で処理することによって、木材の軟化がさらに促進する（より低い応力で木材を潰すことができる）ことは知られていなかった。また、水蒸気処理をする場合には、わざわざコストを上乗せするフェノール樹脂処理をする必要がなかった。このような理由で、両処理法を複合するという考えは従来考えられていなかった。実際、上記特許文献６の従来技術において、木材の堅牢化を図るため木材内部にフェノール樹脂等の樹脂剤を注入させ、その樹脂剤の硬化により木材の堅牢化を図る方法では、樹脂剤費が嵩み加工コストが高くなることが指摘されている。 That is, conventionally, steam treatment has been considered as a deformation fixing method mainly replacing phenol resin. In addition, it was known that wood was softened by impregnation with phenolic resin, but softening of wood was further promoted by treatment with phenolic resin following steam treatment (crushing wood with lower stress). It was not known. In addition, in the case of performing the steam treatment, it is not necessary to perform a phenol resin treatment that adds cost. For this reason, the idea of combining both treatment methods has never been considered. In fact, in the prior art of Patent Document 6 described above, in the method of injecting a resin agent such as a phenol resin into the wood to harden the wood and hardening the wood by curing the resin agent, the cost of the resin agent is increased. It has been pointed out that the bulk processing cost increases.
さらに、上述したとおり、従来においては、ヘミセルロースの木材強度への寄与が極めて低いと考えられていたため、木材中のヘミセルロースを処理しても、木材の成形性等の性能は実質的に変化しないと予想されていた。そして、上記非特許文献１に記載されているように、リグニンを除去しなければ低圧での木材の圧密化は達成できないと考えられていた。 Furthermore, as described above, in the past, it was thought that the contribution of hemicellulose to the wood strength was extremely low, so even if the hemicellulose in the wood was processed, the performance such as the formability of the wood would not change substantially. It was expected. And as described in the said nonpatent literature 1, it was thought that the compaction of the wood of a low pressure cannot be achieved unless lignin is removed.
これに対して、本発明では、リグニンではなく、ヘミセルロースを処理することにより、予想外の圧密化方法の改善をもたらすことを発見し、生産コストの上昇をはるかに上回る付加価値があることを見出したものである。 In contrast, the present invention has found that treating hemicellulose rather than lignin results in an unexpected improvement in consolidation methods, and has found added value far exceeding the increase in production costs. It is a thing.
以下に本発明の実施の形態を説明する。 Embodiments of the present invention will be described below.
本発明に使用する木材は、限定されないが、バルサ、ファルカータ、スギ、トウヒ、マカンバ、ヒノキ、ブナ、ナラ、ミズナラ、カバ、ヤマザクラ、カシ等を使用することができ、好ましくは比重が０．１〜０．６程度、より好ましくは比重が０．１〜０．４程度の低比重の木材である。比重が高過ぎると、本発明の効果が発揮され難い。木材は、切断されていないもの、あるいは切断されたものを使用でき、特にスライスされた単板またはベニヤが好ましい。 Although the wood used in the present invention is not limited, balsa, falcata, cedar, spruce, birch, cypress, beech, oak, mizunara, hippo, yamazakura, oak, etc. can be used, and the specific gravity is preferably 0.1. A low specific gravity wood having a specific gravity of about 0.1 to 0.4, more preferably about 0.1 to 0.4. When the specific gravity is too high, the effect of the present invention is hardly exhibited. Wood that is not cut or cut can be used, and a sliced veneer or veneer is particularly preferable.
このような木材は、まず、その木材中に含まれるヘミセルロースを除去または低分子化するように処理を行う。この処理は、木材中のセルロースを実質的に損傷することなくヘミセルロースの少なくとも１部分を除去または低分子化し得る処理である限り、特に限定されない。例えば、水蒸気または薬品による処理が可能であり、より具体的には、水蒸気、水酸化ナトリウム水溶液、硫化ナトリウム溶液等による処理が挙げられる。 Such wood is first treated to remove or reduce the molecular weight of hemicellulose contained in the wood. This treatment is not particularly limited as long as it is a treatment capable of removing or reducing the molecular weight of at least one part of hemicellulose without substantially damaging cellulose in wood. For example, treatment with water vapor or chemicals is possible, and more specifically treatment with water vapor, sodium hydroxide aqueous solution, sodium sulfide solution and the like can be mentioned.
なお、本明細書中でヘミセルロースが「低分子化される」とは、例えば、ヘミセルロースの分子の鎖の一部が切断されて、分子量が低下することを意味する。一定レベルの分子量以下までに低分子化されたヘミセルロースは、その木材を水に浸漬した際に水中に溶出してしまうので、容易に木材中から除去される。ただし、本発明においては、ヘミセルロースが水中に溶出する程度までに低分子化することは必ずしも必要ではない。 In the present specification, “lowering the molecular weight” of hemicellulose means, for example, that a part of the chain of hemicellulose molecules is cut and the molecular weight is lowered. The hemicellulose having a molecular weight reduced to a certain level or less is eluted from the wood when the wood is dipped in water, and thus is easily removed from the wood. However, in the present invention, it is not always necessary to reduce the molecular weight to such an extent that hemicellulose elutes in water.
処理される木材中に存在するヘミセルロースのうち、なるべく多くのヘミセルロースを除去または低分子化することが好ましい。例えば、処理前の木材中に存在していたヘミセルロースのうち、３０重量％以上を除去または低分子化することが好ましく、５０重量％以上を除去または低分子化することがより好ましく、７０重量％以上を除去または低分子化することがさらに好ましい。そのすべてを除去または低分子化することが最も好ましいが、必ずしもそのすべてを除去または低分子化する必要はない。 It is preferable to remove or reduce the molecular weight of as much hemicellulose as possible from the hemicellulose present in the wood to be treated. For example, it is preferable that 30% by weight or more of hemicellulose existing in the wood before treatment is removed or reduced in molecular weight, more preferably 50% by weight or more is removed or reduced in molecular weight, and 70% by weight. It is more preferable to remove the above or reduce the molecular weight. It is most preferable to remove all or reduce the molecular weight, but it is not always necessary to remove or reduce the molecular weight.
好ましくは、上記木材の処理は、ヘミセルロースを除去または低分子化する木材処理工程後の木材中のリグニンが該処理工程前と比べて実質的に維持されるように行われる。例えば、水蒸気による処理を後述するとおりの好ましい温度および時間の条件下で行えば、リグニンが分解されることはなく、そのままリグニンが木材中に残存する。 Preferably, the treatment of the wood is performed such that the lignin in the wood after the wood treatment step for removing or reducing the molecular weight of hemicellulose is substantially maintained as compared with that before the treatment step. For example, if the treatment with water vapor is carried out under conditions of preferable temperature and time as described later, lignin is not decomposed and lignin remains in the wood as it is.
木材を水蒸気で処理する場合、その処理工程においては、水蒸気の温度は１４０〜２００℃で実施するのが良く、特に１４０〜１８０℃が好ましく、さらに好ましくは１４０〜１６０℃である。水蒸気の温度が１４０℃より低いと、木材の加圧成形性改良効果が低くなり、２００℃を超えると木材のセルロースが熱で損傷するため強度が低下する傾向にある。 When wood is treated with water vapor, the temperature of the water vapor is preferably 140 to 200 ° C., particularly 140 to 180 ° C., and more preferably 140 to 160 ° C. in the treatment step. When the temperature of the water vapor is lower than 140 ° C., the effect of improving the pressure moldability of the wood is lowered, and when it exceeds 200 ° C., the cellulose of the wood is damaged by heat and the strength tends to be lowered.
水蒸気処理時間は、製造時間を考慮すると１〜６０分間が好ましいが、処理温度に応じて変更でき、通常は２〜３０分間であり、１６０℃で処理する場合には、５〜１０分間が好ましい。処理時間が短過ぎる場合には木材の加圧成形性改良が不十分になり、長すぎる場合には木材の加圧成形性改良の効果はそれ以上には上がらない。 The water vapor treatment time is preferably 1 to 60 minutes in consideration of the production time, but can be changed according to the treatment temperature, and is usually 2 to 30 minutes, and preferably 5 to 10 minutes when treating at 160 ° C. . If the treatment time is too short, the improvement of the pressure moldability of the wood will be insufficient, and if the treatment time is too long, the effect of improving the pressure moldability of the wood will not be further improved.
このように木材を水蒸気で処理することによって、木材の一成分であるヘミセルロースが分解して揮散あるいは脱離しやすくなる。 By treating wood with water vapor in this way, hemicellulose, which is a component of wood, is decomposed and easily volatilized or detached.
水蒸気処理は、典型的には、水蒸気で満たされた耐圧の密閉容器中に木材を配置することにより行われる。その際、密閉容器内の圧力は可変としてもよい。 The steam treatment is typically performed by placing wood in a pressure-resistant sealed container filled with steam. At that time, the pressure in the sealed container may be variable.
水蒸気処理した木材に樹脂を含浸するには、通常は樹脂溶液中に木材を浸漬することによって実施される。あるいは、上記の密閉容器を利用して、この容器内に樹脂溶液を注入し樹脂を木材に含浸するようにしてもよい。この場合、減圧下で樹脂を木材に含浸するようにしてもよい。 In order to impregnate the wood into the steam-treated wood, the wood is usually immersed in a resin solution. Alternatively, the above-described sealed container may be used to inject a resin solution into the container and impregnate the wood with the resin. In this case, the wood may be impregnated with a resin under reduced pressure.
このようにして、処理によりヘミセルロースが除去または低分子化された木材は、次いで、樹脂を含浸する工程に供される。 In this way, the wood from which hemicellulose has been removed or reduced in molecular weight by treatment is then subjected to a step of impregnating the resin.
木材に樹脂を含浸する工程は、水蒸気などのヘミセルロース除去または低分子化処理した直後の木材に連続して行ってもよいが、常温に放置、冷却した後に木材に樹脂を含浸してもよい。 The step of impregnating the wood with the resin may be performed continuously on the wood immediately after the removal of hemicellulose such as water vapor or the treatment for reducing the molecular weight, but the wood may be impregnated with the resin after being left at room temperature and cooled.
本発明で使用される樹脂としては、従来から木材に含浸させることが出来る樹脂として公知の任意の樹脂が使用され得る。好ましくは熱硬化性樹脂である。フェノール樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂やウレタン樹脂等の熱硬化性樹脂を使用することができ、好ましくは低分子量のフェノール樹脂である。樹脂の分子量は、木材への含浸性の観点から、低分子量であることが好ましい。ただし、分子量が低すぎる場合には、揮発性が高くなって作業環境に悪影響を与える場合がある。例えば、重量平均分子量として５０〜１０００程度のものが好ましく、１００〜５００程度のものがより好ましい。樹脂は、通常は１０〜３０％（特に２０％）程度の水溶液として使用されるが、アルコール（例えば、メタノール）などの希釈液を使用することもできる。樹脂の含浸量は特に限定されず、使用する木材の種類およびその木材中に存在する空隙の体積に応じて適宜選択される。具体的には例えば、ヘミセルロースを除去または低分子化する処理の前の木材１００重量部に対して３〜１００重量部が好ましく、５〜９０重量部がより好ましく、１０〜８０重量部がさらに好ましい。 As the resin used in the present invention, any conventionally known resin can be used as a resin that can be impregnated into wood. A thermosetting resin is preferable. Thermosetting resins such as phenol resin, urea resin, melamine resin and urethane resin can be used, and low molecular weight phenol resin is preferred. The molecular weight of the resin is preferably a low molecular weight from the viewpoint of impregnation into wood. However, if the molecular weight is too low, the volatility may increase and adversely affect the work environment. For example, the weight average molecular weight is preferably about 50 to 1,000, and more preferably about 100 to 500. The resin is usually used as an aqueous solution of about 10 to 30% (particularly 20%), but a diluting solution such as alcohol (for example, methanol) can also be used. The amount of resin impregnation is not particularly limited, and is appropriately selected according to the type of wood used and the volume of voids present in the wood. Specifically, for example, it is preferably 3 to 100 parts by weight, more preferably 5 to 90 parts by weight, and even more preferably 10 to 80 parts by weight with respect to 100 parts by weight of wood before the treatment for removing or reducing the molecular weight of hemicellulose. .
樹脂を木材に含浸した後、圧縮する前に、必要に応じて、乾燥工程を設けることができる。この場合、樹脂が硬化しない温度で乾燥させる。通常は４０〜７０℃（例えば、５０℃）で２〜２４時間（例えば、１２時間）乾燥させる。乾燥時間は乾燥温度によって適宜変更でき、例えば、７０℃で乾燥する場合には１０時間程度で充分である。この乾燥によって木材中に含まれていた水（あるいはその他の希釈液、溶媒など）が揮散あるいは脱離する。 After impregnating the wood with the resin and before compression, a drying step can be provided if necessary. In this case, the resin is dried at a temperature at which the resin is not cured. Usually, it is dried at 40 to 70 ° C. (for example, 50 ° C.) for 2 to 24 hours (for example, 12 hours). The drying time can be appropriately changed depending on the drying temperature. For example, when drying at 70 ° C., about 10 hours is sufficient. This drying volatilizes or desorbs water (or other diluents, solvents, etc.) contained in the wood.
次に、樹脂が含浸した木材を圧縮する。圧縮は、常温で行っても良いが、好ましくは、加熱しながら圧縮を行う。木材を圧縮するには熱板を使用して実施でき、この圧縮工程における温度および時間は含浸樹脂の硬化特性に応じて適宜選択される。加熱温度は１４０〜１６０℃が好ましく、さらに好ましくは１５０〜１６０℃である。圧縮時間は、１０〜３０分間が好ましい。また、加圧および加熱を同時に行うことが、木材の圧密化と樹脂の硬化反応を同時に行える点で好ましいが、必要に応じて、加圧および加熱を別々に行っても良い。例えば、加圧のみを先に行い、加圧を解除した後に加熱を行うことも可能である。 Next, the wood impregnated with the resin is compressed. The compression may be performed at room temperature, but preferably the compression is performed while heating. The wood can be compressed using a hot plate, and the temperature and time in this compression step are appropriately selected according to the curing characteristics of the impregnating resin. The heating temperature is preferably 140 to 160 ° C, more preferably 150 to 160 ° C. The compression time is preferably 10 to 30 minutes. Further, it is preferable to perform pressurization and heating at the same time from the viewpoint that the consolidation of wood and the curing reaction of the resin can be performed simultaneously, but the pressurization and heating may be performed separately as necessary. For example, it is possible to perform heating only after applying pressure first and releasing the pressure.
圧縮工程においては、例えば、０．３〜１ＭＰａ程度の圧締圧力を加えることができるプレス機を用いて圧縮することができる。具体的には、従来から合板やパーティクルボード製造のために使用されていたプレス機を使用することができる。例えば、合板用のプレスであれば、０．７〜１ＭＰａ程度の圧締圧力を加えることができるプレス機が汎用されており、このようなプレス機を本発明に用いることができる。 In the compression step, for example, the compression can be performed using a press machine capable of applying a pressing pressure of about 0.3 to 1 MPa. Specifically, a press machine conventionally used for manufacturing plywood or particle board can be used. For example, if it is a press for plywood, the press machine which can apply the pressing pressure of about 0.7-1 MPa is used widely, and such a press machine can be used for this invention.
本発明においては、未処理の木材に対して、上記のように水蒸気処理と樹脂含浸処理を併せて行った後に、得られた処理木材を、必要に応じて複数枚重ねて加熱加圧処理することにより、密度の大きい木質材料を得ることができる。このとき、圧締圧力は、一般的な合板を製造する程度の圧力（例えば、１ＭＰａ：１０．２ｋｇｆ／ｃｍ２）で充分であり、好ましい実施形態では、０．３〜１ＭＰａ程度での圧縮が可能となり、一般的な高強度木材を作製する場合に比べ、圧締圧力が著しく低減できる。このため、従来から使用されていたようなプレス機においても、大面積の強化材料を製造することができる。 In the present invention, the untreated wood is subjected to the steam treatment and the resin impregnation treatment as described above, and then the obtained treated wood is subjected to heat and pressure treatment by stacking a plurality of pieces as necessary. Thus, a wood material having a high density can be obtained. At this time, the pressing pressure is sufficient to produce a general plywood (for example, 1 MPa: 10.2 kgf / cm 2 ), and in a preferred embodiment, the compression is about 0.3 to 1 MPa. As a result, the pressing pressure can be remarkably reduced as compared with the case of producing general high-strength wood. For this reason, even in a press machine that has been used conventionally, a large-area reinforcing material can be produced.
１つの実施形態においては、上述した方法により木材を処理し、樹脂が含浸して得られたものを該表層用木材とし、これに、未処理の、樹脂が含浸されていない裏打ち層用木材に重ねて加熱圧縮することができる。このような方法によれば、１つの層が圧密化され、他の層が未処理のまま圧密化されていない積層体が得られる。 In one embodiment, the surface layer wood is obtained by treating wood with the above-described method and impregnating with resin, and this is applied to untreated, back layer wood not impregnated with resin. It can be heated and compressed again. According to such a method, it is possible to obtain a laminate in which one layer is consolidated and the other layers are not processed and are not consolidated.
具体的には例えば、上記のように、水蒸気で処理し、次いでフェノール樹脂で処理した木材を、未処理の木材あるいは熱圧前の木質ボードマットに重ねて圧密すれば、選択的な圧密が実現し、単一の表面のみを高強度木材でコーティングした積層体、あるいは表側表面および裏側表面の両面を高強度木材として、その間に通常の圧密化されていない木材をサンドイッチしたような積層体が作製できる。この場合、高強度木材層と、裏打ち木材層との界面での接着力は非常に強固なものであり、接着力の良好な積層体が容易に製造できる点で非常に有利である。 Specifically, for example, selective compaction can be achieved if the wood treated with water vapor and then treated with phenolic resin as described above is overlaid on untreated wood or wood board mat before hot pressing. A laminate in which only a single surface is coated with high-strength wood, or a laminate in which normal non-consolidated wood is sandwiched between the front-side and back-side surfaces as high-strength wood. it can. In this case, the adhesive strength at the interface between the high-strength wood layer and the backing wood layer is very strong, which is very advantageous in that a laminate with good adhesive strength can be easily produced.
上述したとおり、本発明によれば、軽量かつ高強度で寸法安定性に優れた木質系材料、合板等を作成できる。処理工程も非常に単純であり、従来技術に比べて作業時間が大幅に短縮される。また、環境負荷が小さいなどの工業的なメリットがあり、家具材など一般的な用途に普及する可能性がある。 As described above, according to the present invention, it is possible to create a wood-based material, plywood, and the like that are lightweight, high in strength, and excellent in dimensional stability. The processing steps are also very simple and the working time is greatly reduced compared to the prior art. In addition, there is an industrial merit such as a small environmental load, and there is a possibility that it will spread to general uses such as furniture.
以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説明する。 Hereinafter, the present invention will be specifically described based on examples.
なお、以下の実施例において、試験方法は次の通りとした。
１．木材の重量減少：（木材の水蒸気処理前の全乾重量−木材の水蒸気処理後の全乾重量）／（木材の水蒸気処理前の全乾重量）
２．木材の重量増加：（木材のフェノール樹脂含浸後の全乾重量−木材のフェノール樹脂含浸前の全乾重量）／（木材のフェノール樹脂含浸前の全乾重量）
３．ヤング率および曲げ強度：幅８ｍｍ長さ５０ｍｍ厚み２ｍｍの木材の下面に幅４０ｍｍの間隔で支持部を配置し、木材の上面から中央部を、圧縮した（圧縮速度：５ｍｍ／分、２５℃）。その他は、ＪＩＳ Ｋ７２０３に準拠して測定した。
In the following examples, the test method was as follows.
1. Decrease in weight of wood: (total dry weight of wood before steaming-total dry weight of wood after steaming) / (total dry weight of wood before steaming)
2. Increase in weight of wood: (total dry weight after impregnation of wood with phenol resin-total dry weight of wood before impregnation with phenol resin) / (total dry weight of wood before impregnation with phenol resin)
3. Young's modulus and bending strength: Support portions were arranged at an interval of 40 mm width on the lower surface of wood having a width of 8 mm, a length of 50 mm and a thickness of 2 mm, and the central portion was compressed from the upper surface of the wood (compression speed: 5 mm / min, 25 ° C.) . Others were measured according to JIS K7203.
（実施例１）
木材として、長さ６０ｍｍ、幅４０ｍｍ、厚み１．５ｍｍのスギの単板（長さ方向に木目が走っている。密度０．３７ｇ／ｃｍ３）を使用した。
Example 1
A cedar veneer having a length of 60 mm, a width of 40 mm, and a thickness of 1.5 mm (wood grain running in the length direction, density 0.37 g / cm 3 ) was used as the wood.
単板を、図１に示すように、水蒸気処理温度を変えて１０分間水蒸気処理した。なお、図１においては、(a)水蒸気処理しないもの（未処理）、(b)１４０℃で水蒸気処理したもの、(c)１６０℃で水蒸気処理したもの、(d)１８０℃で水蒸気処理したもの、(e)２００℃で水蒸気処理したものとした。 As shown in FIG. 1, the veneer was steamed for 10 minutes while changing the steaming temperature. In FIG. 1, (a) not steam-treated (untreated), (b) steam-treated at 140 ° C., (c) steam-treated at 160 ° C., (d) steam-treated at 180 ° C. And (e) steam-treated at 200 ° C.
これら単板を、２０％濃度の低分子量フェノール樹脂（ＰＬ−２７７１，群栄化学工業（株）、平均分子量３００、ｐＨ５．５）に室温、およそ０．５気圧の減圧下で３日間浸漬し、その後、風乾して含水率１２％の樹脂含浸単板を得た。 These veneers are immersed in a 20% low molecular weight phenolic resin (PL-2771, Gunei Chemical Industry Co., Ltd., average molecular weight 300, pH 5.5) at room temperature for 3 days under a reduced pressure of about 0.5 atm. Thereafter, it was air-dried to obtain a resin-impregnated veneer having a water content of 12%.
次に、単板を木目の方向を揃えて４枚積層し、温度が１５０℃の熱板を用いて、圧縮速度５ｍｍ／分で圧縮して、圧縮歪と圧縮力との関係を示す曲線を得た。 Next, four single plates are laminated with the grain direction aligned, and compressed using a hot plate with a temperature of 150 ° C. at a compression rate of 5 mm / min, and a curve showing the relationship between compression strain and compression force is obtained. Obtained.
それらの結果を図１に示す。 The results are shown in FIG.
（実施例２）
木材として実施例１で使用したものと同じ単板を使用した。
(Example 2)
The same veneer as that used in Example 1 was used as wood.
単板を次のように処理した。
（Ａ）単板を、１６０℃で１０分間水蒸気処理して試料を得た。
（Ｂ）単板を、２０％濃度の低分子量フェノール樹脂（ＰＬ−２７７１）に室温、およそ０．５気圧の減圧下で３日間浸漬し、その後、風乾して含水率１２％の樹脂含浸試料を得た。
（Ｃ）単板を、１６０℃で１０分間水蒸気処理し、次に２０％濃度の低分子量フェノール樹脂（ＰＬ−２７７１）に室温、およそ０．５気圧の減圧下で３日間浸漬し、その後、風乾して樹脂含浸試料を得た。
（Ｄ）単板を、２００℃で５分間水蒸気処理し、次に２０％濃度の低分子量フェノール樹脂（ＰＬ−２７７１）に室温、およそ０．５気圧の減圧下で３日間浸漬し、その後、風乾して樹脂含浸試料を得た。
（Ｅ）単板を２％濃度の亜塩素酸ナトリウム水溶液中、５０℃で２０時間処理した。この操作を４回繰り返し、重量減少率２１．９％の試料を得た。次に、２０％濃度の低分子量フェノール樹脂（ＰＬ−２７７１）に室温、およそ０．５気圧の減圧下で３日間浸漬し、その後、オーブン中に風乾して樹脂含浸試料を得た。
The veneer was processed as follows.
(A) The veneer was steamed at 160 ° C. for 10 minutes to obtain a sample.
(B) A veneer is immersed in a low molecular weight phenolic resin (PL-2771) with a concentration of 20% at room temperature under a reduced pressure of about 0.5 atm for 3 days, and then air-dried to obtain a resin-impregnated sample having a water content of 12%. Got.
(C) The veneer was steam-treated at 160 ° C. for 10 minutes, and then immersed in a low molecular weight phenolic resin (PL-2771) having a concentration of 20% at room temperature under a reduced pressure of about 0.5 atm for 3 days. Air-dried to obtain a resin-impregnated sample.
(D) The veneer was steamed at 200 ° C. for 5 minutes, and then immersed in a low molecular weight phenolic resin (PL-2771) with a concentration of 20% at room temperature under a reduced pressure of about 0.5 atm for 3 days. Air-dried to obtain a resin-impregnated sample.
(E) The veneer was treated in a 2% strength aqueous sodium chlorite solution at 50 ° C. for 20 hours. This operation was repeated four times to obtain a sample with a weight loss rate of 21.9%. Next, it was immersed in a low molecular weight phenol resin (PL-2771) with a concentration of 20% at room temperature under a reduced pressure of about 0.5 atm for 3 days, and then air-dried in an oven to obtain a resin-impregnated sample.
次に、これらの試料を、木目の方向を揃えて４枚積層し、温度が１５０℃の熱板を用いて、圧縮速度５ｍｍ／分で圧縮して、圧縮力と木材の密度の関係を示す曲線を得た。 Next, four of these samples are laminated with the grain direction aligned, and compressed at a compression rate of 5 mm / min using a hot plate having a temperature of 150 ° C., and the relationship between the compression force and the density of the wood is shown. A curve was obtained.
それらの結果を図２に示す。 The results are shown in FIG.
（実施例３）
木材として、実施例１で使用したものと同じ単板を使用した。
(Example 3)
The same veneer used in Example 1 was used as the wood.
単板を、図３に示すように水蒸気処理温度を変えて１０分間水蒸気処理した。なお、図３においては、(a)水蒸気処理しない（未処理）もの、(b)１４０℃で水蒸気処理したもの、(c)１６０℃で水蒸気処理したもの、(d)１８０℃で水蒸気処理したもの、(e)２００℃で水蒸気処理したものとした。 The veneer was steamed for 10 minutes at different steaming temperatures as shown in FIG. In FIG. 3, (a) those not steam-treated (untreated), (b) those steam-treated at 140 ° C., (c) those steam-treated at 160 ° C., (d) steam-treated at 180 ° C. And (e) steam-treated at 200 ° C.
これら単板を、２０％濃度の低分子量フェノール樹脂（ＰＬ−２７７１）に室温、およそ０．５気圧の減圧下で３日間浸漬し、その後、風乾して樹脂含浸試料を得た。 These veneers were immersed in a low molecular weight phenolic resin (PL-2771) with a concentration of 20% at room temperature under a reduced pressure of about 0.5 atm for 3 days, and then air-dried to obtain a resin-impregnated sample.
次に、各単板を木目の方向を揃えて４枚積層し、温度が１５０℃の熱板を用いて、図３に示す時間、１ＭＰａで圧縮保持して、保持時間と木材の密度との関係を示す曲線を得た。 Next, each single plate is laminated with the direction of the grain aligned, and is compressed and held at 1 MPa for the time shown in FIG. 3 using a hot plate having a temperature of 150 ° C. A curve showing the relationship was obtained.
それらの結果を図３および表１に示す。 The results are shown in FIG.
図３から、水蒸気温度が高いほど、木材の密度が上がることがわかり、また表１から、水蒸気で処理すると木材の機械特性が上がることがわかる。 FIG. 3 shows that the higher the water vapor temperature, the higher the density of the wood, and Table 1 shows that the mechanical properties of the wood increase when treated with water vapor.
（実施例４）
木材として、実施例１で使用したものと同じ単板を使用した。
Example 4
The same veneer used in Example 1 was used as the wood.
単板を、図４に示すように水蒸気処理時間を変えて１６０℃の水蒸気処理を実施した。なお、図４においては、(a)水蒸気処理しない（未処理）もの、(b)１６０℃で２分間水蒸気処理したもの、(c)１６０℃で５分間水蒸気処理したもの、(d)１６０℃で１０分間水蒸気処理したもの、(e)１６０℃で２０分間水蒸気処理したもの、(f)１６０℃で３０分間水蒸気処理したもの、(g)１６０℃で６０分間水蒸気処理したものとした。 The veneer was subjected to steam treatment at 160 ° C. while changing the steam treatment time as shown in FIG. In FIG. 4, (a) not steamed (untreated), (b) steamed at 160 ° C. for 2 minutes, (c) steamed at 160 ° C. for 5 minutes, (d) 160 ° C. For 10 minutes, (e) treated for 20 minutes at 160 ° C., (f) treated for 30 minutes at 160 ° C., (g) treated for 60 minutes at 160 ° C.
これら単板を、２０％濃度の低分子量フェノール樹脂（ＰＬ−２７７１）に室温、およそ０．５気圧の減圧下で３日間浸漬し、その後、風乾して樹脂含浸試料を得た。 These veneers were immersed in a low molecular weight phenolic resin (PL-2771) with a concentration of 20% at room temperature under a reduced pressure of about 0.5 atm for 3 days, and then air-dried to obtain a resin-impregnated sample.
次に、単板を木目の方向を揃えて４枚積層し、温度が１５０℃の熱板を用いて、圧縮速度５ｍｍ／分（測定温度：２５℃）で圧縮して、圧縮力と木材の密度との関係を示す曲線（図４）を得た。 Next, four single plates are laminated with the grain direction aligned, and compressed using a hot plate with a temperature of 150 ° C. at a compression rate of 5 mm / min (measurement temperature: 25 ° C.). A curve (FIG. 4) showing the relationship with density was obtained.
また、各単板を木目の方向を揃えて４枚積層し、温度が１５０℃の熱板を用いて、図５に示す時間、１ＭＰａで圧縮保持して、保持時間と木材の密度との関係を示す曲線（図５）を得た。 In addition, each single plate is laminated with the direction of the grain aligned, and using a hot plate with a temperature of 150 ° C., it is compressed and held at the time shown in FIG. 5 at 1 MPa, and the relationship between the holding time and the density of the wood Was obtained (FIG. 5).
結果を図４および図５ならびに表２に示す。 The results are shown in FIGS. 4 and 5 and Table 2.
図４および図５ならびに表２の結果から、水蒸気の処理時間が長くなると、低い圧縮力で変形することがわかる。また、木材の密度、機械特性が上がっていることがわかる。 4 and 5 and Table 2, it can be seen that when the steam treatment time is increased, the steam is deformed with a low compressive force. It can also be seen that the density and mechanical properties of the wood have increased.
上述した実施例では、水蒸気処理のみを行っているので、木材中のリグニンおよびセルロースはそのまま保持され、ヘミセルロースのみが低分子化または除去されている。すなわち、ヘミセルロースの低分子化または除去により低圧の圧縮条件下で高強度の材料が得られていることが理解される。このことは、「リグニンおよびセルロースが木材の成形性に大きく寄与するのであって、ヘミセルロースは木材の成形性には実質的に寄与しない」という従来の技術常識からは予想し難い予期せぬ結果である。 In the above-described embodiment, only the steam treatment is performed, so that the lignin and cellulose in the wood are maintained as they are, and only hemicellulose is reduced in molecular weight or removed. That is, it is understood that a high-strength material is obtained under low-pressure compression conditions by reducing or removing hemicellulose. This is an unexpected result that is difficult to expect from the conventional common sense that lignin and cellulose greatly contribute to the moldability of wood, and hemicellulose does not substantially contribute to the moldability of wood. is there.
本明細書中では、好ましい実施形態および実施例を中心に説明したが、本発明はこれらの好ましい実施形態および実施例に限定されるものではない。 Although the present specification has been described with a focus on preferred embodiments and examples, the present invention is not limited to these preferred embodiments and examples.
Claims (11)
該処理した木材に樹脂を含浸する工程、および
該樹脂が含浸した木材を圧縮する工程、を包含する強化木材の製造方法。 A step of treating wood to remove or reduce the molecular weight of hemicellulose contained in the wood;
A method for producing reinforced wood, comprising: impregnating the treated wood with a resin; and compressing the wood impregnated with the resin.
該表層用木材に樹脂を含浸する工程、および
該樹脂が含浸した該表層用木材に、裏打ち層用木材を重ねて加熱圧縮する工程、を包含する表層強化木材積層体の製造方法。 A process of removing or reducing the molecular weight of hemicellulose contained in the surface layer wood by treating the surface layer wood;
A method for producing a surface reinforced wood laminate, comprising: impregnating the surface wood with a resin; and superposing the surface layer wood impregnated with the resin with heat-compressing the backing layer wood.
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