JP2810918B2 - 改質木材の製法 - Google Patents

改質木材の製法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、木材あるいは木質材料
(以下木材という。)の寸法安定化、高耐久化に関す
る。
【0002】
【従来の技術】本出願人等は、特願平4−171620
号により、木材にε−カプロラクトンなどの環状エステ
ル化合物を主成分とする薬剤にて処理する改質木材の製
法を、また特開平4−135701号により、蒸気加熱
処理された木材に、エーテル化メラミン樹脂等の加熱硬
化性樹脂にて処理する寸法安定性向上木材の製法につい
て開示した。
【発明が解決しようとする課題】
【0003】しかしながら、環状エステル化合物により
改質された木材は、軟質化して表面硬度が低下し、傷が
発生しやすいなどの欠点が見出だされる一方、メラミン
樹脂等のホルムアルデヒド系樹脂で処理された木材は、
表面硬度は高くなるものの、加熱処理中での割れや処理
工程中に発生する応力の経時変化などにより割れが発生
しやすく、また薬剤の分子量が大きいために木材内部ま
で処理するのは減圧加圧などの操作が必要で、処理が困
難であるなどの欠点がある。
【0004】上記のような従来技術の有する問題点を解
決する手段として、水溶性と油溶性とを有する環状エス
テル化合物と、水溶性あるいは油溶性の化合物であるホ
ルムアルデヒド系初期縮合物を適宜な割合で配合するこ
とにより、木材のエステル化やエーテル化が起こると同
時に木材中でのポリマー化が同時に起こることを見出だ
した。
【0005】環状エステル化合物は、適当な触媒下で式
1のような開環反応を起こすとともに重合反応を起こ
し、ポリエステルを生成する。
【式1】
【0006】更に、ホルムアルデヒド系初期縮合物は、
末端にメチロール基を有しているため、式2のように上
記環状エステル化合物のモノマーあるいはポリマーと反
応して、エステル化やエーテル化反応物を生成する。
【式2】
【0007】本発明は、これらの反応を木材中で行なわ
せ、木材の改質を行なうものであるが、上記反応が木材
中で行なわれる場合には、木材中のヒドロキシル基など
とも反応し、エステル化やエーテル化を起こし、木材を
化学修飾する。
【0008】このような反応によって改質された木材
は、寸法安定性の向上が図られるばかりか、環状エステ
ル化合物単独あるいはエーテル化メラミン樹脂単独で処
理された木材のそれぞれの利点を有するものとなる。
【課題を解決するための手段】
【0009】本発明は、木材あるいは木質材料に、β−
プロピオラクトン、δ−バレロラクトン、ε−カプロラ
クトンなどの環状エステル化合物と、メラミン樹脂、尿
素樹脂、グリオキザール樹脂、フェノール樹脂などのホ
ルムアルデヒド系樹脂の初期縮合物とを主成分とする薬
剤を含浸、浸漬あるいは塗布し、ついで該薬剤を該木材
あるいは木質材料中で反応硬化させて処理することによ
り、該木材の改質を行なうものである。
【0010】また反応硬化させる処理が、加熱圧縮処理
であるものである。
【0011】本発明に用いる環状エステル化合物として
は、β−プロピオラクトン、δ−バレロラクトン、ε−
カプロラクトン、クマリン、テトロン酸、ピロン、フタ
リドなどの化合物あるいはこれらの誘導体が挙げられる
が、より好ましくはコスト的に有利で反応性に富むβ−
プロピオラクトン、ε−カプロラクトンを用いるのが望
ましい。
【0012】上記環状エステル化合物は、触媒を用いな
くても十分に反応するが、反応を効率的に行なうために
触媒を小量加えることも可能である。触媒としては、ア
ルカリ金属あるいはアルカリ金属の水素化物、水酸化
物、炭酸塩、酢酸塩、アルキル金属、脂肪族アミンなど
のアニオン系重合触媒、無機酸や金属ハロゲン化物など
のカチオン系重合触媒あるいは金属とアルキルとの化合
物、ハロゲン化アルキル金属、金属アルコキシドなどの
配位アニオン系重合触媒が使用可能であり、後述のホル
ムアルデヒド系初期縮合物との配合により適宜選択され
る。
【0013】また環状エステル化合物と配合するホルム
アルデヒド系初期縮合物としては、メラミン樹脂、尿素
樹脂、ジシアンジアミド樹脂、グリオキザール樹脂、フ
ェノール樹脂、レゾルシノール樹脂あるいはこれらの誘
導体や共縮合物などが挙げられるが、木材を着色せず、
しかも木材の接着剤ともなるメラミン樹脂、尿素樹脂、
グリオキザール樹脂及びその誘導体あるいはこれらの共
縮合物が好ましい。
【0014】本発明では、上記の環状エステル化合物と
ホルムアルデヒド初期縮合物を重量比で1〜100:1
00〜1の割合で配合した薬剤を木材に処理するもので
あるが、その配合割合は、処理木材の使用目的により適
宜選択され、例えば高い表面硬度を必要とせず、しかも
環境条件が厳しい木製玄関ドアなどに対しては、配合割
合を重量比で1〜10:1程度とするのが好ましく、傷
が発生しやすく、ドアを支えるために高い強度が必要と
される枠材などに対しては、配合割合を重量比で1:1
〜10程度とするのが好ましい。
【0015】さらに、コストなどの面から木材への付着
量をコントロールするために上記配合の薬剤に相溶性の
ある種々の溶媒を添加して希釈して用いることが可能
で、この場合、溶媒としては薬剤との反応性が低いほど
好ましく、具体例として、ヘキサン、ヘプタンなどの脂
肪族炭化水素、トルエン、キシレンなどの芳香族炭化水
素、ジエチルエーテル、ジイソプロピルエーテル、テト
ラヒドロフラン、ジオキサンなどのエーテル類、酢酸エ
チル、酢酸ブチルなどのエステル類、アセトン、メチル
エチルケトンなどのケトン類が挙げられ、さらには水や
アルコール類などの溶媒も使用可能であるが、これらに
限定するものではない。
【0016】本発明に用いる木材は、バンドソー等によ
って得られる製材品や挽板、木質繊維板、チップボード
などが利用できる。
【0017】本発明による改質木材は、該薬剤を、該木
材の重量100に対して、付着量が10〜300となる
ように含浸、浸漬あるいは塗布した後、常温あるいは加
熱下で反応硬化させることによって得られる。
【0018】薬剤を反応硬化させる手段としては、常温
下での静置あるいは圧締、更に、蒸気、電気、高周波、
マイクロ波などによる加熱装置を備えた炉内やプレスに
静置あるいは圧締するなどの手段を挙げることが出来、
木材と薬剤あるいは薬剤同志を反応させるために加熱圧
締処理することが望ましく、更に薬剤濃度を高め、木材
の表面均一化及び高密度化を図り、且つ木材組織に損傷
を与えないように得られる改質木材の厚さが、元の厚さ
の50%以下とならないように加熱圧縮することが望ま
しい。
【0019】圧締する条件は、温度:室温〜200℃、
圧力:5〜50Kg/cm2、時間:0.1〜72時間の
範囲とするのが望ましいが、これら圧締条件は環状エス
テル化合物とホルムアルデヒド系初期縮合物の配合割合
により適宜選択され、反応性、木材組織への損傷などの
面から、より効率的に処理するためには、温度:60〜
160℃、圧力:8〜30Kg/cm2、時間:0.1〜
3時間の範囲とするのが好ましい。
【0020】
【作用】本発明における木材の寸法安定化のメカニズム
は、木材と親和力の高い環状エステル化合物とホルムア
ルデヒド系樹脂初期縮合物を木材中に導入することによ
り、木材内部で環状エステル化合物は触媒あるいは加熱
下で開環し、木材あるいはホルムアルデヒド系樹脂初期
縮合物とエーテル化反応あるいはエステル化反応をする
ばかりでなく、環状エステル化合物自身の重合反応及び
木材あるいはホルムアルデヒド系樹脂初期縮合物とのグ
ラフト反応が容易に行なわれる。
【0021】また、ホルムアルデヒド系樹脂初期縮合物
は、木材中で縮合反応が進んで架橋化し、木材の接着剤
として作用し、木材に適度な硬度を付与するばかりでな
く、環状エステル化合物のモノマーあるいはポリマーと
上記のような反応をし、ホルムアルデヒド系樹脂に可撓
性を付与し、その結果、加熱処理等に伴って発生した応
力や湿度変化による木材の微小な寸法変化に追従して、
木材の欠点となる新たな割れの発生を抑え、改質木材の
安定化が図られる。
【0022】このような反応によって生成したエーテル
化物あるいはエステル化物、及びポリエステルやホルム
アルデヒド樹脂架橋物あるいはグラフトポリマーは化学
的に安定となり、水やアルコールなどによる溶脱にも十
分に耐え得るものとなる。
【0023】更に、加熱圧縮することにより、上記の反
応が促進されるばかりでなく、薬剤濃度及び木材密度が
高められ、得られる改質木材の安定化がより図られる。
【0024】
【実施例】
実施例1 固形分としてε−カプロラクトン100重量部に対し
て、尿素樹脂初期縮合物(商品名;UN−811、アイ
カ工業(株)製)200重量部の混合物を水にて40重
量%に調整した薬剤に,硬化触媒として塩化アンモニウ
ムを5重量%添加した後、厚さ25mmのスギ単板に、
単板の重量100に対して薬剤の付着量が80となるよ
うに減圧加圧法により含浸し、常温下に静置し改質木材
を得た。
【0025】実施例2 固形分としてε−カプロラクトン100重量部に対し
て、メチルエーテル化メラミン樹脂初期縮合物(商品
名;UM−2、アイカ工業(株)製)100重量部の混
合物を水−メチルアルコールの混合溶媒にて30重量%
に調整した薬剤に硬化触媒として塩酸を2重量%添加し
た後、厚さ25mmのスギ単板に、単板の重量100に
対して薬剤の付着量が60重量部となるように減圧加圧
法により含浸し、ついで60℃−1時間乾燥して温度1
20℃、圧力15Kg/cm2、時間30分の条件にて熱
圧し、厚さ24mmの改質木材を得た。
【0026】実施例3 厚さ25mmの単板に実施例1に用いた薬剤を常温常圧下
で浸漬し、単板の重量100に対して薬剤の付着量が3
0の被処理木材を得た。これを温度80℃、圧力15K
g/cm2、時間30分の条件にて熱圧し、厚さ24mm
の改質木材を得た。
【0027】実施例4 実施例2で得られた被処理木材を温度120℃、圧力2
5Kg/cm2、時間30分の条件にて熱圧し、厚さ22
mmの改質木材を得た。
【0028】実施例5 固形分としてβ−プロピオラクトン100重量部に対し
て、フェノール樹脂初期縮合物(商品名;P−65、ア
イカ工業(株)製)50重量部の混合物をメチルアルコ
ールにて40重量%に調整した薬剤を、厚さ25mmの
スギロータリー単板に常温常圧下で浸漬後、40℃−2
時間乾燥して、単板の重量100に対して薬剤の付着量
が30の被処理木材を得た。これを温度120℃、圧力
25Kg/cm2、時間20分の条件にて熱圧し、厚さ2
2mmの改質木材を得た。
【0029】比較例1 メチルエーテル化メラミン樹脂初期縮合物(商品名;U
M−2、アイカ工業(株)製)を水−メチルアルコール
混合溶媒にて30重量%に調整し、硬化触媒として0.
2重量%のリン酸を添加した薬剤を、25mmのスギ単
板に減圧含浸法により含浸、ついで60℃−1時間乾燥
して、単板の重量100に対して薬剤の付着量が60の
被処理木材を得た。温度120℃、圧力15Kg/c
2、時間30分の条件にて熱圧し、厚さ24mmの処
理木材を得た。
【0030】比較例2 フェノール樹脂初期縮合物(商品名;P−65、アイカ
工業(株)製)をメチルアルコールにて30重量%に調
整した薬剤を、25mmのスギ単板に常温常圧下で浸漬
後、40℃−2時間乾燥して、単板の重量100に対し
て薬剤の付着量が20の被処理木材を得た。これを温度
120℃、圧力25Kg/cm2、時間20分の条件にて
熱圧し、厚さ22.5mmの処理木材を得た。
【0031】比較例3 ε−カプロラクトンを水にて30重量%に調製し、硬化
触媒として0.1重量%のリン酸を添加した薬剤を、厚
さ25mmのスギ単板に常温常圧下で浸漬後、風乾し、
単板の重量100に対して薬剤の付着量が50の被処理
木材を得た。これを温度120℃、圧力15Kg/c
2、時間30分の条件にて熱圧し、厚さ24mmの処
理木材を得た。
【0032】実施例及び比較例の改質木材の表面硬度、
寸法安定性及び曲げ強度について、ブリネル硬さ試験、
40℃−30%RH、40℃−90%RHの恒温恒湿槽
内に静置した時の抗膨潤能(Anti Swelling Efficienc
y:ASE)及びJIS Z−2113に準拠した曲げ
試験法により評価した。
【0033】更に、該改質木材を曲面形状を有する鏡板
に加工し、通常のウレタン樹脂塗装を施したものについ
て、南面45度で半年間屋外曝露を行い、外観変化を観
察した。表1に結果を示す。
【0034】
【表1】
【0035】
【発明の効果】本発明によって得られた改質木材は、木
材との化学修飾及び薬剤を構成する化合物間でのエーテ
ル化あるいはエステル化反応により、木材中で直鎖状成
分と架橋状成分とが絡みあうために、化学的にも物理的
にも安定なものとなり、その効果は環状エステル化合物
による木材の寸法安定化とホルムアルデヒド系樹脂によ
る物理的強度が改良されたばかりでなく、木製品で欠点
となる経時変化による割れや塗膜の剥離の抑えられたも
のとなる。
【0036】また、ホルムアルデヒド系樹脂初期縮合物
と配合される環状エステル化合物はモノマーで分子量が
小さいために、常温常圧下での浸漬といった簡便な手段
によっても、木材中へ容易に浸透し、上記のような反応
により木材を改質する。
【0037】更に、反応硬化させる際に、加熱圧締ある
いは圧縮することは、生産工程の短縮につながり、生産
性を高めるとともに、薬剤や木材の濃度、密度を高める
ばかりでなく、反応を促進させる効果もある。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) B27K 3/15 B27K 3/50 B27K 5/00

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 木材あるいは木質材料に、β−プロピオ
    ラクトン、δ−バレロラクトン、ε−カプロラクトンな
    どの環状エステル化合物と、メラミン樹脂、尿素樹脂、
    グリオキザール樹脂、フェノール樹脂などのホルムアル
    デヒド系樹脂の初期縮合物とを主成分とする薬剤を含
    浸、浸漬あるいは塗布し、ついで該薬剤を該木材あるい
    は木質材料中で反応硬化させて処理することを特徴とす
    る改質木材の製法。
  2. 【請求項2】 該反応硬化させる処理が、加熱圧縮処理
    である請求項1記載の改質木材の製法。
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SE534884C2 (sv) * 2010-04-28 2012-01-31 Mb Aedeltrae Ab Metod för behandling av en skiva samt ett skivelement
JP6863067B2 (ja) * 2017-05-17 2021-04-21 Dic株式会社 δ−バレロラクトン骨格含有樹脂

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