JP2018103585A - 木材寸法安定化組成物及びこれを用いた木材の改質方法及び改質木材 - Google Patents

Abstract

【課題】水分に曝され得る屋外で使用した場合でも溶出することがなく、寸法安定性の低下を抑制できる木材寸法安定化組成物を用いた木材の改質方法を提供する。【解決手段】多価アルコールと多価カルボン酸とを含有する木材寸法安定化組成物を、木材に含浸させた後に加熱する。多価アルコールとしては、エチレングリコール類が好ましい。多価カルボン酸としては、クエン酸が好ましい。【選択図】図１

Description

本発明は、木材に寸法安定性を付与するための改質剤として使用されるものであって、耐水性や耐候性が良好であることから、水分に曝されるような屋外で使用した場合でも木材から溶出し難い木材寸法安定化組成物と、これを用いた木材の改質方法及び改質木材に関する。

木材は、含水率によって収縮膨張する材料であり、建材等として使用する場合は、十分に乾燥させてから使用される。しかし、十分に乾燥させた後でも、雨水や空気中の湿気等を吸収すると容易に膨張するため、未処理のままでは寸法安定性の低い材料である。

そこで従来から、寸法安定性を付与するための改質剤を木材に含浸させた改質木材としたうえで、建材等として使用することが一般的である。このような技術として、例えば下記特許文献１がある。特許文献１では、木材にポリエチレングリコールを含浸させることで、寸法安定性を付与している。

特開２００６−２４１８２６号公報

しかしながら、ポリエチレングリコール等の多価アルコール類は水溶性の高分子であるため、耐水性・耐候性の問題がある。つまり、雨水等の水分に曝されるような屋外で使用した場合、含浸された多価アルコールが改質木材中から溶出してしまい、寸法安定性が低下する。特許文献１では、屋内の床材として使用することだけを想定しているのでこのような問題は生じないが、これを屋外用の建材として使用することはできない。

そこで本発明は、上記課題を解決するものであって、水分に曝され得る屋外で使用した場合でも木材から溶出し難い木材寸法安定化組成物と、これを用いた木材の改質方法及び改質木材を提供することを目的とする。

そのための手段として、本発明は次の手段を採る。
（１）多価アルコールと、多価カルボン酸とを含有する、木材寸法安定化組成物。
（２）前記多価アルコールがエチレングリコール類である、（１）に記載の木材寸法安定化組成物。
（３）前記多価カルボン酸がクエン酸である、（１）または（２）に記載の木材寸法安定化組成物。
（４）（１）ないし（３）のいずれかに記載の木材寸法安定化組成物を木材に含浸させた後に加熱する、木材の改質方法。
（５）（１）ないし（３）のいずれかに記載の木材寸法安定化組成物が含浸・架橋された、改質木材。

本発明の木材寸法安定化組成物によれば、従来から寸法安定性を付与するための改質剤として使用されていた多価アルコールと共に、多価カルボン酸も含有する。したがって、当該木材寸法安定化組成物を改質剤として木材へ含浸させ、そのうえで木材を加熱すると、多価アルコールが多価カルボン酸によって架橋されてポリエステル化し、水に不溶ないし難溶となる。これにより、木材の耐水性及び耐候性が向上し、寸法安定性の低下を抑制することができる。つまり、水分に曝され得る屋外で改質木材を使用した場合でも、雨水等による改質剤の溶出量が抑制される。

変色していない改質木材の写真である。 褐色化した改質木材の写真である。

本発明の木材寸法安定化組成物は、木材に寸法安定性を付与して改質するため、改質剤として木材に含浸される。改質対象となる木材の種類としては、従来から建材用として使用されている木材であれば特に制限はなく、針葉樹でも広葉樹でも構わない。木材の態様としても特に制限はなく、無垢材、集成材、合板等に適用可能である。中でも、無垢材が好ましい。

木材寸法安定化組成物は、多価アルコールと、多価カルボン酸とを必須成分として含有する。多価アルコールは、主として木材寸法を安定化させるための成分である。多価アルコールとしては、分子量１００〜１，６００、好ましくは１５０〜１，０００の水溶性アルコールとする。例えば、エチレングリコール、ジエチレングリコール、ポリエチレングリコール等のエチレングリコール類、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール、ポリプロピレングリコール等のプロピレングリコール類等が挙げられる。中でも、分子量が１００〜３００程度のエチレングリコール類が好ましい。これら多価アルコール類は、一種類のみを用いてもよいし、二種類以上を混合してもよい。

多価カルボン酸は、多価アルコールをエステル化し、改質剤の水への溶出を防いで木材の耐水性・耐候性を向上するための成分である。これにより、木材寸法はより安定する。多価カルボン酸としては、例えばクエン酸、コハク酸、アジピン酸、アゼライン酸、フタル酸、等が挙げられる。中でも、クエン酸が好ましい。これら多価カルボン酸は、一種類のみを用いてもよいし、二種類以上を混合してもよい。

木材寸法安定化組成物は、水と混合した改質液としたうえで木材に含浸される。このとき、改質液における多価アルコールの含有量は２．５〜２０重量％が好ましく、２．５〜１５重量％がより好ましい。多価アルコールの含有量が少なすぎると、寸法安定性が不足する。一方、多価アルコールの含有量が多すぎると、反って耐水性が低下する場合がある。多価アルコールの含有量が２０重量％の場合、高温多湿となるような過酷な環境下においても改質剤が溶出し難く、１５重量％の場合は、どのような環境でも改質剤が溶出し難い。

改質液における多価カルボン酸の含有量は、２．５〜２０重量％が好ましく、５〜２０重量％がより好ましい。多価カルボン酸の含有量が少なすぎると、多価カルボン酸を併用する効果が小さすぎて木材の耐水性や耐候性が不足し、改質剤が水に溶出し易くなる。一方、多価カルボン酸の含有量が多すぎても、反って耐水性が低下する場合がある。

なお、多価カルボン酸が多量に含有されていると、改質木材が褐色に変色してしまうことがある。但し、木材が褐色に変色すること自体は問題ではなく、消費者の好みである。変色していない自然のままの風合いを好む人もいれば、褐色化して趣のある風合いを好む人もいるからである。一般に、多価カルボン酸のみを含浸させると木材が褐色に変色するが、多価カルボン酸と多価アルコールと併用することで変色が抑制される。変色していない改質木材を得たい場合は、改質液における多価カルボン酸の含有量は１５重量％以下とする。

また、改質液における多価カルボン酸の含有量は、多価アルコールの含有量（重量％）に対して５０〜４００重量％が好ましく、５５〜３００重量％がより好ましく、６０〜２５０重量％がさらに好ましい。多価アルコールの含有量に対して多価カルボン酸の含有量が少なすぎると、水に対する耐候性が不足する。一方、多価アルコールの含有量に対して多価カルボン酸の含有量が多くても技術的な問題は無いが、改質木材が褐色に変色することがある。

また、改質液には、本発明の作用効果を阻害しない範囲で、防腐剤、防蟻剤、難燃剤、染料など、その他の添加剤を添加してもよい。例えば防腐剤としては、第４級アンモニウム塩のクロライド塩、プロピオネート塩、カーボネート塩、アジピン酸塩、サルフェート塩、メタサルフェート塩などが挙げられる。

木材寸法安定化組成物（改質剤）を含む改質液は、従来から行われている公知の方法で木材に含浸させればよい。具体的には、予め十分に乾燥させた木材を含浸液に浸漬したうえで、減圧含浸方法、加圧含浸方法、減圧・加圧含浸方法等により含浸させる。このとき、改質剤の浸透性（含浸性）を向上するため、必要に応じて予め木材に複数の浸透孔を穿設しておくことも好ましい。

木材へ改質剤を含浸させた後は、乾燥させたうえで、１００〜２００℃で加熱処理する。すると、多価アルコールが多価カルボン酸によって架橋されてポリエステル化し、水に不溶ないし難溶となる。これにより、木材に耐水性及び耐候性が付与されて雨水等による改質剤の溶出量が抑制され、寸法安定性の低下が抑制された改質木材を得ることができる。また、多価アルコールの存在によって、多価カルボン酸による木材の変色が抑制される。

本発明の改質木材は、屋内用はもちろん、屋外用の建材としても使用可能である。特に、屋外用の建材として好適である。水分に曝され得る環境でも、寸法安定性の低下が抑制されているからである。

多価アルコールと多価カルボン酸とを、表１に示す割合で水に混合した改質液を、幅３０ｍｍ・厚み３０ｍｍ・長さ１０ｍｍのスギ材に含浸させた。なお、多価カルボン酸としては、クエン酸を使用した。そして、６０℃で乾燥させた後、１２０℃、２４時間の熱処理を行って、各実施例及び比較例の改質木材を得た。この得られた各改質木材の変色の有無について目視で観察した。その結果も表１に示すと共に、実施例３と実施例４の外観写真を図１，２に示す。

そのうえで、これらを水に２４時間浸漬させ、浸漬前後の寸法から下記式（１）により膨潤率を求め、無処理材の膨潤率から抗膨潤性能（ＡＳＥ）を下記式（２）により算出した。その結果も表１に示す。
式１：膨潤率（％）＝（湿潤状態の寸法／全乾状態の寸法−１）×１００
式２：ＡＳＥ（％）＝（１−処理木材の膨潤率／無処理木材の膨潤率）×１００

また、改質剤含浸前に１０５℃での全乾重量を求めておき、改質剤含浸後に、再度１０５℃での全乾重量を求め、先の測定重量との差を固形分（改質剤）重量とした。これを水中に沈めて３時間の煮沸を行い、未反応の薬剤を溶出させた後、１０５℃にて乾燥させ溶脱後の固形分重量をもとめ、その重量割合から固形分の残存率を算出した。その結果も表１に示す。

最後に、前項の煮沸操作を実施した試験体を用いて、上記式（１）・（２）により膨潤率及びＡＳＥを求めた。その結果も表１に示す。

表１の結果から、多価アルコールと共に多価カルボン酸を併用した実施例１〜実施例９は、多価アルコールのみを含浸させただけの比較例１や多価カルボン酸のみを含浸させた比較例２と比べて、概ね抗膨潤性能（ＡＳＥ）及び改質剤残存率が高かった。また、比較例２は多価カルボン酸のみを含浸させただけなので変色していた。これに対し、多価カルボン酸を多量に含浸させた実施例７も変色していたが、実施例６は変色していなかった。

また、実施例４は多価アルコールの含有量に対して多価カルボン酸の含有量が少ないため、通常環境での使用には支障ないが、高温多湿となるような過酷な環境下での使用には難があった。これに対し、実施例５は多価アルコールの含有量に対して適量多価カルボン酸を含有しているので、どのような環境でも使用可能であることが確認された。さらに、多価アルコールを大量に（２０重量％）含浸させた実施例９は、過酷な環境下での使用には効果が得られるが、通常環境での使用では逆に効果が低下する傾向が見られた。これに対し、多価アルコールの含有量が１５重量％の実施例８は、どのような環境でも使用可能であることが確認された。

Claims (5)

1. 多価アルコールと、多価カルボン酸とを含有する、木材寸法安定化組成物。
2. 前記多価アルコールがエチレングリコール類である、請求項１に記載の木材寸法安定化組成物。
3. 前記多価カルボン酸がクエン酸である、請求項１または請求項２に記載の木材寸法安定化組成物。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の木材寸法安定化組成物を木材に含浸させた後に加熱する、木材の改質方法。
5. 請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の木材寸法安定化組成物が含浸・架橋された、改質木材。