JP2548593B2 - 改質木材 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は木質材料を化学的に処理すると同時に木材空
隙内に高分子化合物を充填硬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耐久性、硬度、並び
に靱性等を改良した改質木材に関するものである。

〔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
質材の空隙中に重合性物質を充填する方法（いわゆるWP
Cと云われるもの）と、木質材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、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に開示されている
が、エポキシアクリレートはプレポリマーの状態では高
粘度で木材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、親水性の木材成分と反応しにくく、そのた
め、樹脂の大部分は木材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、
上記先行技術のように可塑剤等を添加しなければクラッ
クや白化が生じたり、切剤加工性が悪くなるという問題
点があった。

又、エポキシアクリレート等の重合物質では木質材料
成分中のフェノール類、キノン類によりビニルモノマー
の重合硬化が阻害されることがあり、チーク材、カポー
ル材、スギ芯材やウオールナット材等の種類には適用で
きない場合があった。

一方、フェノール系の重合物質は極性が高く、水系の
溶媒を用いて木質材料を膨潤させて注入硬化させる事が
出来るので、古くから強化木として用いられているが、
フェノール樹脂自体やこれらを重合させるための強酸触
媒等で木質材料が脆弱化してクラックを生じたり、変色
や色むら等を生じるという欠点があった。

一方、後者の化学修飾木材にも特願昭59-9041号のご
とくエポキシ化合物と木質材中の水酸基を反応させるも
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る改質木材を得
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固化することにより、木
質材料中に定着固化し、木質材料本来の化粧性を損なわ
ずに木質材料を化学的に改質せしめて硬度と靱性を合わ
せ持ち、長期にわたり耐久性や美観性を保持せしめた改
質木材を提供するにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、かかる問題点を解決するために； 木材成分中の水酸基等の活性基のエポキシ化高級脂肪
酸エステルを化学修飾させ、 該木材内空隙で上記エポキシ化高級脂肪酸エステルと
ノボラック樹脂とを重合硬化させる。

；という技術的手段を採用している。

〔作用〕 本発明に用いるエポキシ化高級脂肪酸エステルは、内
部オレフィンエポキサイドであるので、ノボラック類と
の混液乃至必要に応じて反応触媒を添加した混液は、低
粘度で、常態では安定であるので木質系材料に容易に均
一に浸透するものである。

該エポキシ基がノボラック樹脂のフェノール性水酸基
と反応するものであるが、この時強酸触媒を用いないの
で、木質材料の変色が少なく脆弱化も小さいものであ
る。加えて硬化樹脂は可撓性、靱性を具有するために改
質木材にクラックを生じにくくさせると共に耐衝撃性も
改良される。更に、木材成分中のフェノール類、キノン
類等の抽出成分が多い樹種でも重合阻害が生じず、従来
WPC化できなかったものにも適用できるので新意匠の化
粧材や低級材の利用も出来るものである。

又、木材空隙中に固化されたエポキシ化高級脂肪酸エ
ステルとノボラック樹脂の重合硬化体があたかも油脂を
すり込んだ様な状態となり、オイルフィニッシュの如く
深みのある濡れ色の毛羽立ちが押さえられた外観を呈す
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状態を
呈し、可撓性，靱性が付与される。

又、上記高分子化合物はその側鎖が木材成分と反応一
体化しているので、水やアルコール等で溶出しない。

尚、上記化学修飾と樹脂注入及び材内の反応が一回の
操作で完了するので、生産性が良く、又、反応に際し、
副生物質が発生せず、しかも処理液がすべて材内で反応
するので余剰の処理液を脱液したり、洗浄したりする必
要がない。

以上より深みのある靱性並びに耐久性の良好な改質木
材が容易に得られ、外装材は勿論、床材、内装材等の建
築材や家具材等に利用できる。

〔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、エポキ
シ化高級脂肪酸エステルと未硬化フェノールノボラック
類との混液に木質系素材を含浸すると、該混液は木質系
素材に容易に浸透し、その含浸材を加熱するとエポキシ
基が活性化されて木質材料の活性基と反応すると同時に
ノボラック樹脂の活性基とも反応して木質材料と一体と
なって硬化する。その結果、悪臭の発生もなければ、低
分子化合物の浸出、移行もなく、しかも木質感は十分に
保持し、色調においても在来のフェノール樹脂のように
暗色化せず且つ、靱性にも富んでいる事を見出して本発
明を完成した。即ち、本発明はエポキシ化高級脂肪酸エ
ステルと未硬化フェノールノボラック類の混液を木質系
素材に含浸して反応せしめ、木質材料と一体として固化
することを特徴とする化学修飾とWPC化を同時に行った
化学修飾木質複合材である。

本発明に用いるエポキシ化合物とノボラック類の混液
は常温では比較的安定で加熱によって硬化反応が進行し
硬化物は靱性、耐摩耗性に富んだものとなる。又、ノボ
ラック類はフェノール性水酸基がエポキシ基と反応する
ので改質木材の色の安定性においても優れたものとな
る。

上記処理液は従来のWPCに用いられているビニルモノ
マー型と異なり、木材成分中のフェノール類、キノン類
等とも親和性も良く、硬化阻害を生じない。

木質系素材は樹種、形態は小片状等何れのものであっ
てもよいが、板状、ブロック状、特に木材薄板において
生産性，作業性，経済性から本発明が有効に利用でき
る。又、何れの形態、樹種であっても反応剤の固化物の
性質を均一に保つためには可能な限り一定水分以下（含
水率10％以下）に保たせることが望ましい。

本発明の実施に使用するエポキシ化高級脂肪酸にはア
マニ油、大豆油などを過酸でエポキシ化したエポキシ化
トリグリセライド類や同じくアマニ油脂肪酸、大豆油脂
肪酸などの不飽和高級脂肪酸モノエステル又は、ジエス
テルを過酸でエポキシ化したエポキシ化高級脂肪酸のモ
ノエステル又はジエステルなどがあり、これらは単独又
は混合しても使用する事が出来る。又、木質材料への含
浸性を妨げない範囲でビスフェノール類のグリシジルエ
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、グリシジルフェノール、アリル
グリシジルエーテル、グリシジルメタアクリレートなど
やその他着色剤などを併用することもできる。次にノボ
ラック類とはフェノールノボラック、クレゾールノボラ
ック、イソブチルフェノールノボラック、ノニルフェノ
ールノボラック、ｐ−ｔ オクチルフェノールノボラッ
クなどで、これらはフェノールおよびアルキル置換フェ
ノールとホルマリンを酸性触媒で反応するか、又はアル
カリ触媒で反応後これを中和乃至酸性化して脱水縮合反
応により合成される。フェノール類は単独使用でも混合
使用したものでも差支えないが望ましいのはアルキル置
換されたフェノール類のノボラックである。

本発明の実施において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、金属ア
ルコキシドなどである。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、
テトラインプロポキシチタネート、テトラブトキシチタ
ネート、アルミニウムトリイソプロポキサイドなどであ
る。これらは木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。

本発明の実施の態様は木質材料の形態に左右される
が、基本的には被処理木質材料を工業的に可能な限り一
定以下（含水率0.2〜10％）になるように乾燥し、これ
を含浸槽に入れ、エポキシ化高級脂肪酸エステル類とノ
ボラック類の混液、必要により反応触媒を加えたものを
含浸する。含浸の方法は種々ある。例えば減圧、常圧、
加圧、或いはこれらの組み合わせなどであるが、処理的
は低粘度で木質材料の親和性も良いので、常圧含浸でも
可能であるという特長がある。含浸は目的量だけ実施
し、木質材料がブロック状、板状の時は表面をよく拭っ
てそのまま、又は離型紙、フィルムなどで覆ってから常
圧、又は加圧で60〜150℃の温度に数分乃至数時間加熱
すると、反応が終了し、化学修飾したWPCが得られる。

尚、ブロック乃至単板の場合は、熱圧プレス以外に塗
料などの塗布装置で塗布してから連続硬化装置に導入
し、含浸・硬化を加熱下にて連続して行う事も出来る。
何れの場合も製品は美しい光沢のオイル仕上げの外観を
呈し、耐圧性、靱性、耐水性などに優れたものとなる
が、本発明の効果を最もよく発揮するのは単板やブロッ
ク材などである。以下実施例により更に詳細に説明する
が、これが本発明の全てを包合するものではない。

（実施例１） 厚さ1.5mm、巾100mm、長100mmのベイマツ単板５枚を1
05℃で２時間乾燥して含水率を３％に調整した。別にエ
ポキシ化アマニ油（オキシラン酸素9.2％を含む）500g
にｐ−ｔ−オクチルフェノールとホルマリンとを酸性条
件で反応させた。固形ノボラック予備縮合物200gを加熱
・溶解し、この混液100重量部にテトライソプロポキシ
チタネート３重量部の割合で溶解して含浸液とした。含
浸液は60℃に加熱した状態で前記の乾燥単板に減圧下に
含浸して注入率120％のベイマツ単板を得た。余剰の含
浸液は回収して常温で貯蔵した。含浸液の可使時間は10
日間以上であり、工業的にも使用出来ることがわかっ
た。

一方、処理液含浸単板は140℃で２時間加熱硬化し、
得られた処理単板は淡褐色で在来のフェノール樹脂処理
木のような暗褐色になることもなく、美しい木目を保持
しており、且つ、無処理生材と同等の可撓性、靱性に富
むものであった。

（実施例２） 実施例１の含浸液を用い、厚さ3mm、巾100mm、長100m
mの含水率４％のローズウッド単板を（実施例１）と同
様に含浸し注入率62％で、ローズウッドの木目を強調し
た固化単板を得た。このものは無処理生材と同等の靱性
に富み切削加工性にも優れたものであった。

〔効果〕

本発明は叙上のように、木材成分中の水酸基等の活性
基のエポキシ化高級脂肪酸エステルを化学修飾せしめる
と共に該木材内の空隙で上記エポキシ化高級脂肪酸エス
テルとノボラック樹脂とを重合硬化させた改質木材に係
るものであるが、ここで使用するエポキシ化高級脂肪酸
エステルは、従来のグリシジルエーテルタイプ等のエポ
キシ化合物と異なり、内部オレフィンエポキサイドであ
るので、ノボラック類との混液乃至必要に応じて反応触
媒を添加した混液は、低粘度で常態では安定であり、木
質系材に容易に均一に浸透するという利点がある。

該エポキシ基がノボラック樹脂のフェノール性水酸基
と反応するものであるが、この時強酸触媒を用いないの
で、木質材料の変色が少なく脆弱化も小さいものであ
る。加えて、この高分子化合物は可撓性、靱性を具有す
るために改質木材にクラックを生じにくくさせると共に
耐衝撃性も改良される。更に木材成分中のフェノール、
キノン類等が多い樹種でも重合阻害が生じず、従来WPC
化できなかったものにも適用できるので新意匠の化粧性
や低級材の利用も出来るものである。

又、木材空隙中に固化されたエポキシ化高級脂肪酸と
ノボラック樹脂の重合硬化体があたかも油脂をすり込ん
だ様な状態となり、オイルフィニッシュの如く撥水性を
発揮し、毛羽立ちが押さえられて深みのある濡れ色の外
観を呈する。

又、上記エポキシ化高級脂肪酸エステルがノボラック
樹脂と共に木材成分と反応するとあたかも木材成分間に
滑剤が侵入した様なもので木材の変形応力が減じられ、
靱性が付与されクラックが生じにくいという利点があ
る。

又、上記高分子化合物はその側鎖において木材成分と
反応一体化しているので、水やアルコール等で溶出する
ことなく耐久性も良好である。

尚、上記化学修飾と樹脂注入及び材内の反応が一回の
操作で完了するので、生産性が良く、又、反応に際し副
生物質が発生せず、しかも処理液がすべて材内で反応す
るので余剰の処理液を脱液したり、洗浄したりする必要
がない。

以上より深みのある靱性並びに耐久性の良好な改質木
材を容易に得られ、外装材は勿論、床材、内装材等の建
築材や家具材等に利用できる。

加えて、本発明に係る改質木材は、在来のフェノール
樹脂木質材に比し、非常に明色で、しかも靱性、切削加
工性に優れるものであり、且つ、在来不飽和ポリエステ
ル樹脂WPCの適用範囲外であった樹種にも応用可能な優
れた化学修飾木質複合材を提供できた。

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】木材成分中の水酸基等の活性基のエポキシ
   化高級脂肪酸エステルを化学修飾せしめると共に該木材
   内空隙で上記エポキシ化高級脂肪酸エステルとノボラッ
   ク樹脂とを重合硬化させてなることを特徴とする改質木
   材。
2. 【請求項２】エポキシ化高級脂肪酸エステルがエポキシ
   化アマニ油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。
3. 【請求項３】エポキシ化高級脂肪酸エステルがエポキシ
   化大豆油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。
4. 【請求項４】ノボラック類がアルキル置換フェノールの
   ノボラック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。