JP3113945B2 - 寸法安定化木材および木質材料ならびにその製造方法 - Google Patents

寸法安定化木材および木質材料ならびにその製造方法

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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、建築内装材および外装
材に用いられる木材および木質材料の寸法安定化処理方
法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】木材または木質材料(以下、単に木材と
いう)をエーテル化、アセチル化、ホルマール化、イソ
シアネート化等により寸法安定化された木材および木質
材料を得る方法は周知の事実であり、高い寸法安定効果
が得られることは既知の通りである。しかし、これら従
来の方法は、設備ならびにそれらの管理、維持等に伴な
うイニシャルおよびランニングコストが高いこと、溶剤
によっては引火性があること、また作業者に対する経皮
あるいは吸気毒性などの安全性に危惧を有すること、溶
剤の回収が困難なこと等数々の問題が指摘されている。
【0003】このため、寸法安定化処理薬剤には水溶性
合成樹脂の使用が一般的である。これには、ユリア樹
脂、メラミン樹脂、フェノール樹脂等の低分子量の合成
樹脂を浸漬法あるいは注入法により木材中に含浸させ、
樹脂を硬化させることで寸法安定効果を得る方法がよく
用いられる。しかし、樹脂液中における樹脂自体が重合
しやすく、このため使用中の樹脂液のポットライフが短
かくなるためリサイクル使用には不向きである。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】理想的な樹脂特性とし
て求められる性能は、木材細胞壁中のセルロースOH基
と結合することにより、処理後の吸水、吸湿に伴なうセ
ルロースOH基と水分子との結合を阻害し寸法安定効果
が得られること、樹脂自体が重合を起こしにくくポット
ライフが長いこと、引火性、安全性等の危惧が少ないこ
とが望まれる。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明者は上記問題点を
解決する目的で、綿、ビニロン等のセルロース系繊維の
防縮剤、防しわ剤に用いられているN−メチロール系樹
脂について検討したところ、N−メチロール系樹脂はセ
ルロースOH基との結合性を有すること、樹脂自体が重
合を起こしにくいこと、ポットライフが長いこと、水性
溶剤であるため引火性、安全性等の危惧が少ないこと等
の特性を有するなど、処理上の必要条件を満たすことが
わかった。
【0006】しかして、N−メチロール系樹脂を木材注
入用樹脂として使用することはすでに検討されており、
ジメチロールエチレン尿素、ジメチロールプロピレン尿
素、ジメチロールジヒドロキシエチレン尿素をそれぞれ
木材に注入したときの結果が報告されている(奈良県林
試木材加工資料No.18 (1989) P27〜33)が、ジメチロー
ルエチレン尿素およびジメチロールプロピレン尿素は水
不溶性樹脂への転化率が前者は10%以下、後者は0%で
あり、木材注入用樹脂として使用できないと報告されて
いる。
【0007】本発明者は木材の寸法安定化を主体とし
て、さらにN−メチロール系樹脂について検討したとこ
ろ、上記報文にもかかわらず、該樹脂の中でも特にジメ
チロールエチレン尿素、ジメチロールプロピレン尿素、
ジメチロールジヒドロキシエチレン尿素が木材細胞壁中
のセルロース非晶領域中OH基と結合することにより、
木材の高い寸法安定化が得られることを見出した。しか
しながら、更にそれぞれの特性について検討した結果、
ジメチロールエチレン尿素、ジメチロールプロピレン尿
素の場合、乾水繰返しテストにおいて、初期の段階では
高い寸法安定性を示すが次第にその効果が低下するこ
と、また一方、ジメチロールジヒドロキシエチレン尿素
は同テストにおいて初期段階では木材に対する著しい寸
法安定化は見られないが、次第にその効果が現れる特徴
を掴んだ。
【0008】これらのことは下記の理由に基づくものと
認められる。すなわち、セルロース分子は次式で示され
るが、
【化1】 ジメチロールエチレン尿素とジメチロールプロピレン尿
素は、セルロースOH基のうちC−6に対しては反応性
が高く、C−2には関与する比率が低く、一方ジメチロ
ールジヒドロキシエチレン尿素は逆にセルロースOH基
のうちC−2に対しては反応性が高く、C−6に対して
は関与する比率が低いことに起因する。このため、ジ
メチロールエチレン尿素またはジメチロールプロピレン
尿素の少なくとも1種とジメチロールジヒドロキシエ
チレン尿素の2種の薬剤で処理することにより、C−
6、C−2のセルロースOH基に対する反応性が高くな
り相乗性による高い寸法安定効果が得られることがわか
った。また、これらのことから、N−メチロール系樹脂
としては環状尿素メチロール化合物のうち、5員または
6員環化合物で水酸基(OH基)が2個の化合物と4個
の化合物を合わせて使用するとよいことがわかった。
【0009】本発明は寸法安定化処理薬剤として単独の
薬剤では得られない効果を、2種類の薬剤を配合するこ
とで相乗効果により高い安定した効果が得られることを
見出したものである。したがって、本発明の木材の寸法
安定化処理方法は、2種類の異なるN−メチロール系樹
脂の樹脂液、特に5員または6員の環状尿素メチロール
化合物で水酸基(OH基)が2個の化合物と4個の化合
物からなる配合樹脂液で木材を処理することを特徴とす
るものである。
【0010】寸法安定化処理薬剤の含浸処理方法として
は、浸漬法、加圧注入法、塗布法など従来この種の分野
で通常行われている方法を用いることができる。例え
ば、注入処理方法としては、3mm以下の挽板、スライス
あるいはロータリーレース等の単板であれば薬剤による
浸漬処理で充分であるが、3mm以上の材であれば既知の
減圧または減圧加圧法の併用が望ましい。処理薬剤は、
通常あらかじめ2種の薬剤の配合薬剤を使用するが、い
ずれか一方の薬剤を含浸させた後、他方の薬剤を含浸さ
せるようにしてもよい。この場合、処理薬剤に配合され
る触媒は、双方に加えてもよく、またいずれか一方に加
えてもよい。触媒はN−メチロール化合物に対して繊維
処理のときに使用される常用のものを使用することがで
きる。例えば、塩化マグネシウムなどが挙げられる。
【0011】処理薬剤の配合比は、固形分比率におい
て、ジメチロールエチレン尿素またはジメチロールプロ
ピレン尿素のどちらか一方およびジメチロールジヒドロ
キシエチレン尿素の割合は、1:1から1:10が好まし
い。薬剤は水溶液として使用されるが、含浸を容易にす
る等の目的で、必要に応じてアルコール等の有機溶剤を
加えてもよい。基本的には、薬剤濃度を高めた方が寸法
安定化は得られるが、薬剤粘度の上昇に伴ない浸透性が
悪くなり均一に注入することが困難となる。また乾燥性
が悪くなること、重量増加が著しくなるため生産性、製
品性能に影響を及ぼすことがある。このため、主剤濃度
は固形分の割合で10〜50%水溶液、最適濃度は20〜35%
水溶液がよい。
【0012】処理薬剤には、主薬剤の性能に悪影響を及
ぼさない範囲内で必要に応じこの種の分野で使用される
添加剤、助剤、着色剤、防腐剤、殺虫剤等を併用するこ
とができる。例えば、耐水性・材強度劣化防止剤とし
て、ジルコニウム塩エマルジョン、ポリエチレンエマル
ジョン、シリコーンエマルジョンを固形分の割合で配合
樹脂液 100部に対して 0.2〜5部添加することにより耐
候性能を向上させることができる。また、保湿剤・材強
度劣化防止剤としてポリエチレングリコール、グリセリ
ンを同配合樹脂液 100部に対して2〜5部添加すること
により耐強度劣化性能を付与することができる。
【0013】
【作用】ジメチロールエチレン尿素またはジメチロール
プロピレン尿素のうちどちらか一方または双方およびジ
メチロールジヒドロキシエチレン尿素との混合により、
相乗効果によるセルロースOH基との結合割合を高め、
水分子との結合を阻害して優れた木材の寸法安定化が得
られる。
【0014】また、ジルコニウム塩水溶液、ポリエチレ
ン水溶液、シリコーンエマルジョン、ポリエチレングリ
コール、グリセリンを添加することにより、寸法安定化
をさらに高めることができる。さらに、寸法安定化処理
木材および寸法安定化処理木質材料は外装での使用が可
能となるばかりでなく、防虫、防腐、防蟻剤を添加する
ことにより防虫、防腐、防蟻性能も付与できる。また更
に、防火剤を添加することによって、防火性能を与える
ことも可能である。
【0015】
【実施例】以下、本発明を実施例により説明するが、本
発明はこれらの例に限られるものではない、 実施例1 供試材:ラジアータパイン柾挽材 サイズ: 500(長さl)× 100(幅w)×20(厚さt)
mm 供試剤 主剤:ジメチロールエチレン尿素(固形分50
%)75部、ジメチロールジヒドロキシエチレン尿素(固
形分50%)25部 触媒:塩化マグネシウム水溶液(固形分20%) 主剤と触媒の配合割合は、主剤 100部に対して触媒20部
を混合し、主剤と触媒の合計量 120部に水65部を加え
て、主剤+触媒の見掛け量に対して65%水溶液とした。
添加剤としてジルコニウム塩エマルジョン(固形分20
%)を上記の配合樹脂液100部に対して2部加えたもの
を混合樹脂液とした。供試材を圧力容器中に装填した
後、5mmHgの減圧下で先に配合した混合樹脂液を注入
し、2時間後常圧に戻し6時間放置した。そして24時間
風乾を行ない、40℃にて72時間乾燥後、セルロースOH
基と反応させるために80℃、24時間さらに 100℃にて6
時間加熱した。
【0016】こうして得られた寸法安定化処理木材につ
いて乾燥繰返しテストを行なった。テスト条件は60℃、
72時間乾燥した後、常温水に72時間浸漬し、このときの
収縮率を求め、このテストを10回繰返した。また、未処
理材と処理材の収縮率を比較するためにASE(Antisw
elling efficiency )を指標とした。ASEの式は下記
の通りである。 ASE(抗膨潤能)=[(A−B)/A]×100 但し、A:未処理材の容積収縮率 B:処理材の容積収縮率 この結果を表1に示す。
【0017】比較例1 供試材:実施例1と同じ 供試剤 主剤:ジメチロールエチレン尿素(固形分50
%) 触媒:塩化マグネシウム水溶液(固形分20%) 主剤と触媒の配合割合は、主剤 100部に対して触媒20部
を混合し、水を加えて見掛け量に対して65%水溶液とし
た。この配合樹脂液を供試材に注入した後、セルロース
OH基と反応させるために加熱した。こうして得られた
寸法安定化処理木材について乾水繰返しテストを行なっ
た。この結果を表1に示す。
【0018】比較例2 供試材:実施例1と同じ 供試剤 主剤:ジメチロールジヒドロキシエチレン尿素
(固形分50%) 触媒:塩化マグネシウム水溶液(固形分20%) 主剤と触媒の配合割合は、主剤 100部に対して触媒20部
を混合し、水を加えて見掛け量に対して65%水溶液とし
た。この配合樹脂液を供試材に注入した後、セルロース
OH基と反応させるために加熱した。こうして得られた
寸法安定化処理木材について乾水繰返しテストを行なっ
た。この結果を表1に示す。
【0019】実施例2 供試材:実施例1と同じ 供試剤 主剤:ジメチロールエチレン尿素(固形分50
%)75部、ジメチロールジヒドロキシエチレン尿素(固
形分50%)25部 触媒:塩化マグネシウム水溶液(固形分20%) 主剤と触媒の配合割合は、主剤 100部に対して触媒20部
を混合し、水を加えて見掛け量に対して65%水溶液とし
た。この配合樹脂液を供試材に注入した後、セルロース
OH基と反応させるために加熱した。こうして得られた
寸法安定化処理木材について乾水繰返しテストを行なっ
た。この結果を表1に示す。
【表1】
【0020】実施例3 供試材:米松ロータリーレース単板 サイズ: 300(l)× 150(w)×2.0 (t)mm 供試剤 主剤:ジメチロールプロピレン尿素(固形分50
%)80部、ジメチロールジヒドロキシエチレン尿素(固
形分50%)20部 触媒:塩化アンモニウム(固形分20%) 主剤と触媒の配合比率は、主剤 100部に対して触媒25部
を混合し、水を加えて見掛け量に対して60%水溶液とし
た。上記の供試材を配合樹脂液中に48時間浸漬した。乾
燥、硬化は 120℃、10分乾燥器中で加熱してセルロース
OH基との反応を行なった。単板の積層は常法によりフ
ェノール樹脂接着剤を用い同一方向に10枚貼合せた。こ
うして得られた寸法安定化処理木質材料を外装用アルキ
ッド塗料により塗装を行なった。得られた処理木質材料
の屋外暴露による耐候性試験結果を表2に示す。また、
サンシャインウエザーメーターによる耐候性促進試験結
果を表3に示す。
【0021】比較例3 供試材:実施例5と同じ サイズ: 300(l)× 150(w)×2.0 (t)mm 供試剤:なし 実施例3と同様、単板積層を常法により行ない、こうし
て得られた木質材料を外装用アルキッド塗料により塗装
した。この供試材の屋外暴露による耐候性試験結果を表
2に示す。また、サンシャインウエザーメーターによる
耐候性促進試験結果を表3に示す。
【表2】
【表3】
【0022】
【発明の効果】表1で示した実施例2のように2種類の
N−メチロール系樹脂を用いた寸法安定化処理木材は、
未処理材あるいはN−メチロール系樹脂単体で処理した
ものと比較して寸法安定効果が高いことがわかる。これ
は、セルロースOH基と2種類のN−メチロール系樹脂
との結合性を高め相乗効果により、処理後吸水、吸湿に
よるセルロースOH基と水分子との結合が阻害され、寸
法安定効果が得られることに起因するものと認められ
る。さらに表1の実施例1で示すように2種類のN−メ
チロール系樹脂配合液に添加剤として耐水剤としての働
きを有するジルコニウム塩エマルジョンを加えた混合樹
脂液を含浸した寸法安定化処理木材は、実施例4で示す
2種類のN−メチロール系樹脂の配合樹脂液よりさらに
寸法安定効果があることを見出した。
【0023】また、表2および表3の実施例3で示すよ
うに耐候性試験および耐候性促進試験において、寸法安
定化処理木質材料は、比較例3の未処理材と比較して高
い耐候性を示す結果が得られた。これらの結果は、上記
に示した理由と同時理由に基づくものと推定される。こ
れらの結果より、本発明により得られる寸法安定化処理
された木材および木質材料は、外装材としての使用も可
能となるばかりでなく、防虫、防腐、防蟻剤を添加する
ことにより防虫、防腐、防蟻性能も付与できる。一方、
防火剤を添加することによって、防火性能を与えること
も可能である。

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ジメチロールエチレン尿素またはジメチ
    ロールプロピレン尿素の少なくとも1種およびジメチロ
    ールジヒドロキシエチレン尿素との2種類の異なるN−
    メチロール系樹脂の配合樹脂液を木材または木質材料に
    含浸することを特徴とする木材および木質材料の寸法安
    定化処理方法。
  2. 【請求項2】 ジメチロールエチレン尿素またはジメチ
    ロールプロピレン尿素の少なくとも1種とジメチロール
    ジヒドロキシエチレン尿素との割合が、固形分比率にお
    いて、1:1ないし1:10であることを特徴とする請
    求項1記載の寸法安定化処理方法。
  3. 【請求項3】 2種類の異なるN−メチロール系樹脂の
    配合樹脂液に耐水剤または保湿剤を添加した混合樹脂液
    を木材または木質材料に注入することを特徴とする請求
    1または2記載の寸法安定化処理方法。
  4. 【請求項4】 耐水剤としてジルコニウム塩エマルジョ
    ン、ポリエチレンエマルジョン、シリコンエマルジョン
    をまたは保湿剤としてポリエチレングリコール、グリセ
    リンを添加することを特徴とする請求項記載の寸法安
    定化処理方法。
  5. 【請求項5】 ジメチロールエチレン尿素またはジメチ
    ロールプロピレン尿素の少なくとも1種およびジメチロ
    ールジヒドロキシエチレン尿素との2種類の異なるN−
    メチロール系樹脂の配合樹脂液を木材または木質材料に
    含浸処理したことを特徴とする寸法安定化木材および木
    質材料。
  6. 【請求項6】 請求項2ないし4のいづれか1項記載の
    方法により処理したことを特徴する請求項記載の寸法
    安定化木材および木質材料。
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