JP2007015985A - 木材保存薬剤組成物及び木材の処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 水性保存剤の表面張力を低下し、かつ、保存剤の木材内部への浸透性を上げることができる、改良された木材保存薬剤組成物の提供。
【解決手段】 水性保存剤と、組成物の全質量に基づき０．００１〜１．０％の一般式（１）又は式（２）で表されるポリエーテル変性シリコーンとを含む木材保存薬剤組成物。

（Ｒ¹はアルキル基等、Ｒ²は一般式（３） −Ｃ_xＨ_2xＯ−（Ｃ₂Ｈ₄Ｏ）_y（Ｃ₃Ｈ₆Ｏ）_z−Ｒ³ （３）で示されるポリオキシアルキレン基であり、ｐは０〜３、ｑは１〜２、ｒは０〜６の整数である。）
【選択図】 なし

Description

本発明は、木材保存薬剤組成物に関し、詳細には、水性保存剤と特定のポリエーテル変性シリコーンを含有する木材保存薬剤組成物に関する。該組成物は、木材内部へ保存薬剤を深く浸透させる能力に優れる。また、本発明は、この組成物を用いて木材を処理する方法に関する。

木材を劣化生物から保護する方法として、木材保存剤を木材に注入する方法が知られており、その具体的方法として加圧注入法、浸漬法、表面処理法等が用いられている。

これらの保存処理方法が有効であるためには、注入方法の如何を問わず、以下の二つの条件を満足する必要がある。第一の条件は、保存処理材が食材性昆虫、腐朽菌、シロアリ等の木材劣化生物に対し十分な毒性を有することであり、第二の条件は、保存剤が木材内部に浸透することである。木材保存剤は、一般に第一の条件を満足するが、第二の条件を満足させることは必ずしも容易でない。このため、保存処理した木材が、保存剤の浸透しにくい内部から劣化する事故は頻繁に起こっており、その改善が望まれている。

保存剤の浸透性を改善するため、保存剤を有機溶剤に溶解したり、水性保存剤に少量の界面活性剤を添加したりすることがある。有機溶剤法は、有機溶剤の低表面張力によりかなり効果があるが、溶剤による環境汚染やＶＯＣの問題が起こり易く、好ましいとは言えない。また、通常の界面活性剤の添加効果は限定されたものであり、満足すべき効果が得られない場合が多い。

なお、本発明に関連する先行文献としては、下記のものが挙げられる。
今村祐嗣：日本木材学会研究分科会報告書"木材の化学と利用技術ＩＩ"Ｎｏ．２，：日本木材学会 ２１−３８（１９９１） 特開平０８−１９７５０９号公報 特開平０８−１９８７１１号公報 特開平１０−００７５０２号公報

本発明は、木材保存剤の木材に対する浸透性を改善することができる木材保存薬剤組成物及びこの組成物を用いて木材を処理する方法を提供することを目的とする。

本発明者は、上記従来技術の課題を解決するために鋭意検討を行った結果、特定のポリエーテル変性シリコーンを用いることによって上記目的を達成できることを見出し、本発明を完成した。

即ち、本発明は、水性保存剤と、組成物の全質量に基づき０．００１〜１．０％の下記一般式（１）及び／又は一般式（２）で表されるポリエーテル変性シリコーンとを含む木材保存薬剤組成物を提供する。

（上記式において、Ｒ¹は、互いに同一でも異なっていてもよい炭素数１〜３０のアルキル基、アリール基、アラルキル基、又はフッ素置換アルキル基であり、Ｒ²は下記一般式（３）
−Ｃ_xＨ_2xＯ−（Ｃ₂Ｈ₄Ｏ）_y（Ｃ₃Ｈ₆Ｏ）_z−Ｒ³ （３）
（Ｒ³は水素原子、炭素数１〜３０の一価炭化水素基又はＲ⁴−（ＣＯ）−で示される有機基であり、Ｒ⁴は炭素数１〜１０の一価炭化水素基である。ｘは２≦ｘ≦５の整数であり、ｙ、ｚはそれぞれ５≦ｙ≦１５、０≦ｚ≦１０の整数である。）
で示されるポリオキシアルキレン基であり、ｐは０〜３、ｑは１〜２、ｒは０〜６の整数である。）

この場合、水性保存剤としてはホウ素化合物が好ましく、またポリエーテル変性シリコーンは、特に下記一般式（４）で示されるものが好ましい。

（但し、Ｒ³は水素原子、炭素数１〜３０の一価炭化水素基又はＲ⁴−（ＣＯ）−で示される有機基であり、Ｒ⁴は炭素数１〜１０の一価炭化水素基である。ｙは５≦ｙ≦１５の整数である。）
ここで、一般式（４）におけるＲ³は水素原子又はメチル基であることが好ましい。

また、本発明は、上記木材保存薬剤組成物を、木材に表面処理、浸漬処理、又は加圧注入処理することにより木材内部に水性保存剤を浸透させることを特徴とする木材の処理方法を提供する。

本発明の組成物は、特定構造のポリエーテル変性シリコーンを木材保存剤に加えたものであり、それにより、木材に対する浸透性を大幅に改善することができる。

本発明の木材保存薬剤組成物は、水性保存剤とポリエーテル変性シリコーンとを含む。
本発明で使用される水性保存剤は、木材用の水性保存剤を使用できる。具体的には、クロム・銅・ヒ素化合物系（ＣＣＡ）、アルキルアンモニウム化合物系（ＡＡＣ）、銅・クロム・亜鉛化合物系（ＣＦＫＺ）、銅・ホウ素・アゾール化合物系（ＣＵＡＺ）、銅・アルキルアンモニウム化合物系（ＡＣＱ）及びホウ素化合物系（ホウ酸、ホウ酸塩化合物）などが挙げられる。特に好ましくは、安全性、環境調和性に優れるホウ素化合物系の水性保存剤が用いられる。ホウ素化合物の具体例としては、ホウ酸、硼砂、Ｔｉｍ−ｂｏｒと呼ばれるＵ．Ｓ．Ｂｏｒａｘ社のホウ酸塩化合物（Ｎａ₂Ｂ₈Ｏ₁₃・４Ｈ₂Ｏ）、Ｎｉｓｕｓ Ｃｏｒｐ．社のＢｏｒａｃａｒｅと呼ばれるホウ酸塩とエチレングリコールの縮合物、Ｓａｆｅｇｕａｒｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌ社のＰｒｏＢｏｒと呼ばれるホウ酸塩とプロピレングリコールとの縮合物などが挙げられる。

この場合、上記水性保存剤は、これを水、エチレングリコール等の多価アルコールなどの溶媒に溶解したものとして使用し得、水性保存剤を０．０１〜５０質量％、特に０．１〜２０質量％濃度で溶媒に溶解させたものを用いることができる。なお、溶媒としては、水又は水に溶解するエチレングリコール等の多価アルコールなどを０〜７０質量％濃度で混合した水性溶媒が使用される。

本発明で使用されるポリエーテル変性シリコーンは、下記一般式（１）及び（２）から選択される。

Ｒ¹は、互いに同一でも異なっていてもよい炭素数１〜３０のアルキル基、アリール基、アラルキル基、フッ素置換アルキル基であるが、具体例としてはメチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、デシル基等のアルキル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基等のシクロアルキル基、フェニル基、トリル基等のアリール基、ベンジル基、フェネチル基等のアラルキル基、トリフロロプロピル基、ヘプタデカフロロデシル基等のフッ素置換アルキル基などを挙げることができる。好ましくは、Ｒ¹は炭素数１〜６を有し、例えばメチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、フェニル基である。更に好ましくは、全Ｒ¹の８０モル％以上がメチル基である。

Ｒ²は下記一般式（３）で表されるポリオキシアルキレン基である。
−Ｃ_xＨ_2xＯ−（Ｃ₂Ｈ₄Ｏ）_y（Ｃ₃Ｈ₆Ｏ）_z−Ｒ³ （３）
上記式中、Ｒ³は水素原子もしくは炭素数１〜３０の一価炭化水素基又はＲ⁴−（ＣＯ）−で示される有機基であって、Ｒ⁴は炭素数１〜１０の一価炭化水素基である。

この場合、Ｒ³の一価炭化水素基としては、アルキル基、アルケニル基、アリール基などが挙げられるが、アルキル基が好ましい。なお、炭素数１〜６、特に１〜３のものが好ましい。Ｒ⁴の一価炭化水素基としても、アルキル基、アルケニル基、アリール基などが挙げられるが、アルキル基が好ましい。また、好ましい炭素数は１〜３である。Ｒ³として具体的には、水素原子、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、アセチル基が例示される。特に好ましくは水素原子又はメチル基である。ｘは２≦ｘ≦５の整数である。ｙは５≦ｙ≦１５であり、好ましくは７≦ｙ≦１２である。
プロピレンオキサイド基は低温期のポリエーテル変性シリコーンの取り扱い性を高めるのに有効であって、ｚは０あるいはｚ≦１０の整数である。

なお、上記式（３）のポリオキシアルキレン部分がエチレンオキサイド単位とプロピレンオキサイド単位の両方からなる場合には、これら両単位のブロック重合体、ランダム重合体のいずれでもよい。

また、一般式（１）におけるｐは０〜３、ｑは１〜２の整数である。一般式（２）におけるｒは０〜６の整数であって、好ましくは０〜３の整数である。

好ましくは、ポリエーテル変性シリコーンとして、下記一般式（４）で示されるポリエーテル変性シリコーンが使用される。

但し、Ｒ³及びｙは上記の通りである。

上記シリコーンは、例えば、商品名ＫＦ−６４３（信越化学工業社製）、Ｓｉｌｗｅｔ Ｌ−７７（ジェネラルエレクトリック社製）として市販されている。

式（１）又は（２）のシリコーンは、オルガノハイドロジェンポリシロキサンとポリオキシアルキレン化合物との付加反応によって調製することができる。式（１）のシリコーン原料として使用されるオルガノハイドロジェンポリシロキサンを例示すると（下記化合物の記述においては、（Ｈ₃Ｃ）₃ＳｉＯ_1/2単位をＭ、（Ｈ₃Ｃ）₂ＳｉＯ単位をＤと表記し、Ｍ及びＤ中のメチル基の１つが水素である単位をＭ^H及びＤ^Hと表記する。またメチル基の１つを置換基Ｒで置換した単位をそれぞれＭ^R及びＤ^Rと表記する）、平衡化混合物あるいは純品であるＭ₂Ｄ^H、Ｍ₂ＤＤ^H、Ｍ₂Ｄ₂Ｄ^H、Ｍ₂Ｄ₃Ｄ^H、Ｍ₂ＤＤ^H ₂、Ｍ₂Ｄ₂Ｄ^H ₂、Ｍ₂Ｄ₃Ｄ^H ₂が挙げられるが、好ましいのはｑ＝０あるいは１であるＭ₂Ｄ^H、Ｍ₂ＤＤ^H、Ｍ₂Ｄ₂Ｄ^H、Ｍ₂Ｄ₃Ｄ^Hである。更に好ましくはトリシロキサンであるＭ₂Ｄ^Hである。

式（２）のシリコーンの原料に使用されるオルガノハイドロジェンポリシロキサンを例示するとＭＭ^H、ＭＤＭ^H、ＭＤ₃Ｍ^H、Ｍ^n-BuＤ_4.5Ｍ^H（ｎ−Ｂｕはブチル基を示す。以下同様。）などが挙げられ、ＭＤＭ^Hは平衡化混合物でもよく、Ｍ^n-BuＤ_4.5Ｍ^HのようにＭ^n-BuＤ₃Ｍ^HとＭ^n-BuＤ₆Ｍ^Hの混合物であってもよい。好ましくはＭＭ^HあるいはＭＤ₃Ｍ^Hであり、更に好ましくはＭＤ₃Ｍ^Hである。

上記オルガノハイドロジェンポリシロキサンと付加反応させるポリオキシアルキレン化合物は、下記一般式（５）で示される。但し、式（５）中のｘ、ｙ、ｚ及びＲ³は一般式（３）と同じである。

Ｃ_xＨ_2x+1Ｏ−（Ｃ₂Ｈ₄Ｏ）_y（Ｃ₃Ｈ₆Ｏ）_z−Ｒ³ （５）
オルガノハイドロジェンポリシロキサンとポリオキシアルキレン化合物との反応比率は、ＳｉＨ基と末端不飽和基のモル比でＳｉＨ基に対して０．８〜１．５、好ましくは０．９〜１．２である。

上記付加反応は、白金触媒又はロジウム触媒の存在下で行うことが望ましく、具体的には塩化白金酸、アルコール変性塩化白金酸、塩化白金酸−ビニルシロキサン錯体等の触媒が好適に使用される。また、助触媒として酢酸ナトリウムやクエン酸ナトリウムを添加してもよい。

なお、触媒の使用量は触媒量とすることができるが、白金又はロジウム量で５０ｐｐｍ以下であることが好ましく、特に２０ｐｐｍ以下であることが好ましい。上記付加反応は、必要に応じて有機溶剤中で行ってもよい。有機溶剤としては、例えばメタノール、エタノール、２−プロパノール、ブタノール等の脂肪族アルコール、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素、ｎ−ペンタン、ｎ−ヘキサン、シクロヘキサン等の脂肪族又は脂環式炭化水素、ジクロロメタン、クロロホルム、四塩化炭素等のハロゲン化炭化水素等が挙げられる。付加反応条件は特に限定されるものではないが、還流下で１〜１０時間反応させることが好ましい。

本発明の組成物は、このポリエーテル変性シリコーンを、該組成物の総質量に基づき０．００１〜１％、好ましくは０．０５〜０．５％加えて使用する。このポリエーテル変性シリコーンは、水性保存剤の表面張力を下げる効果と同時に、すみやかに木材仮道管や壁孔に保存剤を浸透できるようにし、水性保存剤の浸透性を上げることができる。

本発明の木材保存薬剤組成物は、本発明の目的を損なわない範囲で他の成分を加えてもよい。例えば、泡立ちを抑えるために消泡剤、具体的にはシリコーンオイルとシリカ等からなるシリコーン系消泡剤を用いてもよい。

本発明の木材保存薬剤組成物を木材に塗布するには、ローラー、刷毛、スプレー等を用いて表面処理を行ってもよいし、場合によっては浸漬法によって処理してもよい。また、常圧下又は減圧下、更には加圧下で注入処理を行ってもよい。また乾燥方法としては、室温下に放置してもよいし、天日乾燥、加熱乾燥によってもよい。なお、これらの表面処理、浸漬処理、加圧注入処理などは常法を採用し得る。

以下、実施例及び比較例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれによって限定されるものではない。

ポリエーテル変性シリコーンは、以下の平均構造式のものを使用した。

水性保存剤１：
ホウ酸塩化合物（Ｎａ₂Ｂ₈Ｏ₁₃・４Ｈ₂Ｏ、Ｕ．Ｓ．Ｂｏｒａｘ社製Ｔｉｍ−ｂｏｒ）を１５質量％でイオン交換水に混合溶解させたホウ酸塩水溶液を水性保存剤１とした。
水性保存剤２：
冷却管、温度計及びエステルアダプターを備えた５００ｍｌの四つ口フラスコにホウ酸塩化合物（Ｎａ₂Ｂ₈Ｏ₁₃・４Ｈ₂Ｏ、Ｕ．Ｓ．Ｂｏｒａｘ社製Ｔｉｍ−ｂｏｒ）１００ｇ、グリセリン５０ｇ、エチレングリコール１８０ｇ及び水２０ｇを入れ、撹拌しながら１５０℃まで加熱し、水を溜出させながら水が出てこなくなるまで１時間反応させた。反応終了後冷却し、淡黄色透明で粘性のあるグリセリン変性ホウ酸塩化合物のエチレングリコール溶液を得た。これはホウ酸塩濃度で３０質量％であるので、これをイオン交換水により希釈し、２０質量％のホウ酸塩溶液としたものを水性保存剤２とした。

使用木材１：
気乾状態のラジアータパイン材：寸法は木口面が５×５ｃｍ、高さが１０ｃｍの角材である。両木口面をエポキシ樹脂により目止めしたものを使用木材１とする。
使用木材２：
気乾状態のホワイトウッド材：寸法は木口面が５×５ｃｍ、高さが１０ｃｍの角材である。両木口面をエポキシ樹脂により目止めしたものを使用木材２とする。
使用木材３：
気乾状態のベイマツ材：寸法は木口面が１０×１０ｃｍ、高さが１００ｃｍの角材である。両木口面をエポキシ樹脂により目止めしたものを使用木材３とする。
使用木材４：
気乾状態のカラマツ材：寸法は木口面が１０×１０ｃｍ、高さが１００ｃｍの角材である。両木口面をエポキシ樹脂により目止めしたものを使用木材４とする。

［実施例１〜５、比較例１〜６］
上記ポリエーテル変性シリコーン１，２及び水性保存剤１，２を使用して、表１に示したように木材保存薬剤組成物を調製した。その薬剤組成物を使用し、上記木材に下記の要領で木口面以外の木材表面に刷毛により薬剤組成物の塗布を行った。
（塗布方法）
塗布方法１：
刷毛により、木口面以外の木材表面を２００ｇ／ｍ²の量で塗布する。塗布後は２５℃／５５％ＲＨ条件下にて２日間養生する。
塗布方法２：
減圧・加圧注入装置を用いて、釜内に木材をセットし、注入条件としては、室温下、減圧０．０８ＭＰａ／３０分、その後加圧１．０ＭＰａ／２時間かけて薬剤組成物を注入する。注入後は２５℃／５５％ＲＨ条件下にて５日間養生する。
（保存剤の木材内部への浸透度測定方法）
養生後の木材を高さの半分にカットする。カットされた木口面にクルクミンをエタノールに溶解させた溶液をスプレーし、乾燥後、希塩酸にサリチル酸を溶解させた溶液を更にスプレーすることにより（クルクミン呈色反応）、ホウ酸塩があるところは赤色に変色する。その変色したところの浸透度（浸透長）を測定する。浸透長は表面（木目、柾目面）から浸透の先端までの長さである。
その結果については表２に示す。

表１，２に示すように、本発明の組成物は、比較例に比べて、顕著に低い表面張力を有しており、本発明におけるポリエーテル変性シリコーンは木材中へ保存剤を内部に深く浸透させるのに有用であることがわかった。

Claims (5)

1. 水性保存剤と、組成物の全質量に基づき０．００１〜１．０％の下記一般式（１）及び／又は一般式（２）で表されるポリエーテル変性シリコーンとを含む木材保存薬剤組成物。
   

   

   
   （上記式において、Ｒ¹は、互いに同一でも異なっていてもよい炭素数１〜３０のアルキル基、アリール基、アラルキル基、又はフッ素置換アルキル基であり、Ｒ²は下記一般式（３）
   −Ｃ_xＨ_2xＯ−（Ｃ₂Ｈ₄Ｏ）_y（Ｃ₃Ｈ₆Ｏ）_z−Ｒ³ （３）
   （Ｒ³は水素原子、炭素数１〜３０の一価炭化水素基又はＲ⁴−（ＣＯ）−で示される有機基であり、Ｒ⁴は炭素数１〜１０の一価炭化水素基である。ｘは２≦ｘ≦５の整数であり、ｙ、ｚはそれぞれ５≦ｙ≦１５、０≦ｚ≦１０の整数である。）
   で示されるポリオキシアルキレン基であり、ｐは０〜３、ｑは１〜２、ｒは０〜６の整数である。）
2. 水性保存剤がホウ素化合物からなることを特徴とする請求項１記載の木材保存薬剤組成物。
3. ポリエーテル変性シリコーンが下記一般式（４）で示される請求項１又は２記載の木材保存薬剤組成物。
   

   

   
   （但し、Ｒ³は水素原子、炭素数１〜３０の一価炭化水素基又はＲ⁴−（ＣＯ）−で示される有機基であり、Ｒ⁴は炭素数１〜１０の一価炭化水素基である。ｙは５≦ｙ≦１５の整数である。）
4. 一般式（４）におけるＲ³が水素原子又はメチル基である請求項３記載の木材保存薬剤組成物。
5. 請求項１乃至４のいずれか１項記載の木材保存薬剤組成物を、木材に表面処理、浸漬処理、又は加圧注入処理することにより木材内部に水性保存剤を浸透させることを特徴とする木材の処理方法。