JP2544953B2 - 改質木材の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明方法は木質材料を化学的に処理すると同時に木
質材料内の空隙中で充填物を高分子化させることによ
り、木質材料の美観性等の特性を損なわずに木質材料の
耐久性、硬度、靱性等を改良する改質木材の製造方法に
関する。

〔従来技術とその問題点〕

木質材料と合成樹脂を複合する方法には、大別して木
質材料内の空隙中に重合性物質を充填する方法（いわゆ
るWPCと云われるもの）と、木質材料成分中の水酸基等
の官能基にオキサイド類、酸無水物を反応させてエーテ
ル化、エステル化する方法（いわゆる化学修飾木材）と
云われる方法がある。上記重合性物質や化学修飾剤は種
々のものがあり、現在、耐久性や物性安定性の点から強
固な化学結合を有するエポキシ系化合物の研究が進めら
れている。即ち、前者WPCにあってはエポキシアクリレ
ートを木材中に含浸、硬化させるものであり、特開昭60
-147303号公報に開示されているが、上記エポキシアク
リレートはプレポリマーの状態では高粘度で木質材料内
への注入が困難であり、別途スチレン等の木材成分と親
和性の小さい溶媒等で希釈して注入させる必要があり、
親水性である木材成分と反応しにくい。そのため、樹脂
の大部分は木質材料の空隙中でコポリマーとして物理的
に充填されているだけであり、硬度は増すが、木材組織
との密着性が悪いので靱性、可撓性が小さくなり、クラ
ックや白化が生じたり、切削加工性が悪くなるという問
題点があった。

一方、後者の化学修飾木材にも特願昭59-9041号公報
のようにエポキシ化合物と木質材料中の水酸基とを反応
させるものがあるが、上記エポキシ化合物はビスフェノ
ールＡ−エピクロルヒドリンとのグリシジルエーテル型
のものであり、固型もしくは高粘度で木粉等の木材小片
と混練し、ロール操作を行い、フォーミング後熱圧する
事により、やっと木材と化学的結合を生じさせる事が出
来るものである。従って、木材ブロックや木材薄板に含
浸させる事は困難であり、まして木材内において木材成
分中の水酸基と化学修飾させ、木材の化粧性、加工性を
損なわずに改質することはできないという欠点があっ
た。

そのため、発明者はあらかじめ化学修飾した後、重合
性物質を注入固化する方法（特開昭60-242002号公報）
により、耐汚染性や寸法安定性にすぐれた改質木材を得
ることを発明したが２段階の処理が必要であり、生産性
の点で問題点があった。

〔目的〕

本発明は上記欠点に鑑みてなされたもので、その目的
とする処は木質材料内に容易に浸透し、木材成分中の活
性基と反応しつつ、自ら開環重合して高分子化し、木質
材料中に定着固化することにより、木質材料本来の化粧
性や切削加工性を損なわずに化学的に改質せしめて靱性
を付与し、長期にわたって耐久性や美観性を保持させる
事が出来る改質木材の製造方法を提供するにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は上記問題点を解決するために； 木質材料にエポキシ化高級脂肪酸エステルと該エポ
キシ基を活性化する触媒化合物とを含浸する。

然る後、これを加熱して上記木質材料成分中の活性
基に上記エポキシ化高級脂肪酸エステルを開環付加させ
る。

これと同時に該木質材料内の空隙中で上記エポキシ
化高級脂肪酸同士を重合せしめて固化させる。；という
技術的手段を採用している。

〔作用〕 上記処理剤は低分子、低粘度であり、木質材料の活
性基との親和性を妨げる溶媒を使用することなく、容易
に木質材料内へ浸透し、木質材料成分中の活性基と接触
し得る状態になる。

加熱により、エポキシ化高級脂肪酸エステルは木材
成分と容易に反応し化学修飾するとともに、木質材料内
の空隙中でエポキシ化高級脂肪酸同士が開環付加し高分
子化する。

以上のような化学修飾と樹脂充填の反応が一回の操
作で完了する。

その結果、上記化学修飾処理により木材成分間にあ
たかも滑剤が侵入した様になる。

上記高分子化により木質材料空隙中にあたかも油脂
が擦り込まれた様になる。

上記高分子は木材成分と化学的に結合されている。

〔実施例〕

以下、本発明について詳述する。

改質木材について今迄種々研究を行った結果、木質系
素材にエポキシ化高級脂肪酸エステルを含浸すると、該
化合物は木質系素材に容易に浸透し、触媒の使用下で加
熱すると木質素材の活性基（主としてヒドロキシル
基）にエポキシ環が開環付加し、更に反応を進めると
高分子化してエポキシ化高級脂肪酸エステル同士は木質
系素材の空隙中に一体固化され、しかも木質感は十分に
保持していることを見出して本発明を完成した。即ち本
発明は木質系素材にエポキシ化高級脂肪酸エステルのエ
ポキシ基が木質素材中の活性基（主としてヒドロキシル
基）に開環付加反応する事を促進する触媒を溶解せしめ
たものを含浸して加熱するか、更にはエポキシ基の開環
付加反応を促進するだけの触媒量の酸又はアミン、金属
アルコキシドを予め含浸した木質系素材に、エポキシ化
高級脂肪酸エステルを含浸して加熱固化せしめる事によ
り達成する事が出来る。

本発明に使用し得る木質系素材はブロック状又は板状
その他木材小片等何れの形態のものであってもよいが、
木材薄板が生産性，作業性，経済性の点から好ましく、
又、反応剤の無駄な消費を避け、効率良く反応を進める
ためには材中の水分は工業的に可能な限り、一定水分
（含水率10％）以下に保持したものがよい。

エポキシ化高級脂肪酸エステルにはエポキシ化アマニ
油、エポキシ化大豆油などのトリグリセライド類やアマ
ニ油脂肪酸、大豆油脂肪酸のモノエステルのエポキシ化
物などがある。これらは低粘度であり、水酸基等との反
応性を高いもので単独、又は混合して使用することがで
きる。

尚、上記エポキシ化合物にビスフェノールＡのグリシ
ジルエーテル、フェノールノボラック、クレゾールノボ
ラックのグリシジルエーテル、グリシジルメタアクリレ
ート、アリルグリシジルエーテル、グリシジルフェノー
ルなどやその他着色剤等をエポキシ化高級脂肪酸エステ
ルの含浸性や木材成分との反応性を阻害しない範囲で併
用する事も出来る。

化学修飾反応を促進する触媒は、ルイス酸類、三級ア
ミン、ホスフィン、スチビン化合物などである。例え
ば、三弗化硼素、モノエチルアミン錯塩、ジメチルベン
ジルアミン、トリエチルアミン、トリフェニルホスフィ
ン、トリフェニルスチビンなどである。これらは本質系
素材に予め含浸しておくか又はエポキシ化高級脂肪酸エ
ステルに溶解しておいて使用する。又、金属のアルコキ
シドであるテトライソプロポキシチタネート、アルミニ
ウムトリイソプロポオキサイドなども有効である。

本発明の実施の態様は、木質材料の形態によって左右
されるが、基本的には被処理木質材料を含水率0.2〜10
％に乾燥して、これを含浸槽に入れ、エポキシ化高級脂
肪酸エステル類を減圧、常圧、又は加圧、あるいはその
併用によって必要量だけ含浸した後、熱圧プレスや熱気
によりて60〜150℃に加熱して反応をせしめる。反応は
数分乃至数時間で進行する。

上記のように本発明においては、充填処理液が低粘度
であって、溶媒による希釈が不要であり、しかも副生物
質を生じないので、溶媒除去工程や洗浄工程が不要なだ
けでなく、材内での均一固化が可能であって材のクラッ
クや樹脂の偏在化が防止できる。

又、充填処理液は木材成分と反応する一方で高分子化
して固化一体化しているので、水や熱で他に移行したり
溶脱することがなく、長期にわたり良好な外観、靱性を
保持することができる。しかも表面にラッカーやウレタ
ン等の樹脂塗装しても、はじけることがなく、美麗に塗
装を施すことができる。

（実施例１） 厚さ3mm、巾100mm、長さ100mmのナラ単板10枚を105℃
で２時間乾燥し、含水率を３％とした。次いでエポキシ
化アマニ油（エポキシ酸素9.2％含有）100重量部に３重
量部のテトライソプロポキシチタネートを溶解して含浸
液とし、乾燥ナラ単板に減圧注入した。注入率は約70％
であった。この単板を熱プレスで140℃で10分間反応さ
せ、硬化を進めた。処理単板は濡れ色のオイルフィニッ
シュの外観を有し、水，熱，アルコールなどによって内
容物が溶脱することもなく、無処理生材程度の靱性があ
り、又、ノコギリやナイフでシャープな切削面が形成で
き加工性にも優れていた。

（実施例２） 厚さ3mm、巾100mm、長100mmのローズウッド単板10枚
を105℃で２時間乾燥し、含水率を２％とした。次いで
エポキシ化アマニ油（エポキシ酸素9.2％含有）100重量
部に２重量部の三弗化硼素モノエチルアミン錯塩を溶解
し、乾燥ローズウッド単板５枚に減圧注入した。注入率
は約60％であった。この単板をオーブン内で140℃で３
時間反応させ、硬化を進めた。処理単板は深みのあるロ
ーズウッドの美しい木目を明瞭に発現すると同時に濡れ
色のオイルフィニッシュの外観を呈して靱性に富み、加
熱，水，アルコール等で内容物が溶脱する事もなく、ノ
コギリでの加工性、ウレタン樹脂等の塗料による塗装性
も良好であった。

〔効果〕

本発明は叙上のように、木質材料にエポキシ化高級脂
肪酸エステルと該エポキシ基を活性化する触媒化合物を
含浸し、加熱して上記木質材料成分中の活性基に上記エ
ポキシ化高級脂肪酸エステルを開環付加させると共に該
木質材料の空隙中で上記エポキシ化高級脂肪酸同士を重
合せしめて固化させた改質木材の製造方法に係るもので
あるが、ここでは従来のグリシジルエーテルタイプのエ
ポキシと異なり、内部オレフィンエポキサイドであるエ
ポキシ化高級脂肪酸エステルを用いるので、木材成分中
の水酸基等の活性基と反応性が高く、容易に化学修飾す
ると共に材内で開環付加重合して高分子化し、空隙内面
に固化一体化するものである。

又、上記充填処理剤は低分子、低粘度であり、木質材
料の活性基との親和性を妨げる溶媒を使用する必要がな
く、容易に木質材料内へ浸透させる事が出来るだけでな
く、副生物質も生じないので従来のような溶媒除去工程
や洗浄工程が不要になり、生産性が大幅に向上するもの
である。

又、上記エポキシ化高級脂肪酸エステルが木材成分と
反応するとあたかも、木材成分間に滑剤が侵入した様に
なり、木質材料の変形応力が減じられ、可塑剤を用いな
くとも靱性が付与されてクラックが生じにくくなる。

又、木質材料の空隙中に固化一体化されたエポキシ化
高級脂肪酸同士の高分子体があたかも油脂を木質材料空
隙に擦り込んだ様な状態となるので、オイルフィニッシ
ュの如く溌水性があり、しかも毛羽立ちが押えられた深
みのある濡れ色の外観を呈する。

又、このように処理液は木材成分と反応する一方で、
木材空隙内で高分子化しているので水やアルコール等で
溶出することなく長期にわたり性能を維持でき、耐久性
も良好である。

更に、木質材料にエポキシ化高級脂肪酸エステルと該
エポキシ基を活性化する触媒化合物を含浸し、加熱して
上記木質材料成分中の活性基に上記エポキシ化高級脂肪
酸エステルを開環付加させると共に、該木質材料空隙中
で上記エポキシ化高級脂肪酸同士を重合せしめて固化さ
せるので、化学修飾と樹脂注入並びに材内の反応が一回
の操作で完了するので、生産性を大幅に向上させる事が
出来る。

以上より深みのある靱性、耐久性共に良好な改質され
た木質材料が容易に得られ、外装材は勿論、床材、内装
材等の建築材や家具材料等に利用できるものである。

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】木質材料に、エポキシ化高級脂肪酸エステ
   ルと該エポキシ基を活性化する触媒化合物を含浸し、加
   熱して上記木質材料成分中の活性基に上記エポキシ化高
   級脂肪酸エステルを開環付加させると共に該木質材料内
   の空隙中で上記エポキシ化高級脂肪酸同士を高分子化せ
   しめて固化させて成る事を特徴とする改質木材の製造方
   法。
2. 【請求項２】エポキシ化高級脂肪酸エステルがアマニ
   油、大豆油のエポキシ化物である事を特徴とする特許請
   求の範囲第１項に記載の改質木材の製造方法。
3. 【請求項３】エポキシ化高級脂肪酸エステルがアマニ
   油、大豆油等の高級不飽和脂肪酸エステル類をエポキシ
   化したものである事を特徴とする特許請求の範囲第１項
   に記載の改質木材の製造方法。
4. 【請求項４】木質材料がブロック状又は薄板状である事
   を特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の改質木材の
   製造方法。
5. 【請求項５】触媒化合物がテトライソプロポキシチタネ
   ートである事を特徴とする特許請求の範囲第１項に記載
   の改質木材の製造方法。