JP4629055B2 - 含浸方法 - Google Patents

Description

本発明は、一般に、木材の耐腐朽性、寸法安定性及び／又は耐ＵＶ性を改良し、木材を圧縮強化するための、木材又は木材製品に含浸するための含浸方法、並びにこれに限定されないが、アセチル化含浸方法に関する。

木材及び木材系製品は、木材の性能特性を向上させ、新しい分野へその適用範囲を拡大するために改良することができる特性を有する。これらの特性には、木材の吸湿特性に起因する寸法不安定性、変色、生物学的劣化及びＵＶ光への曝露での劣化などがある。

木材又は木材系材料を処理するための主な従来技術の多くには、重金属保存剤による含浸が含まれる。しかしながら、木材処理用の保存剤中に重金属を使用することは、毒性及び環境問題の点から、現在は好まれていない。

従来、固体木材のアセチル化が幅広く研究されてきたが、実施可能な期間内に、含浸、反応及び含浸による副生成物の回収を、実行可能な時間内に行うための適切な処理システムが欠けているために、その商業的応用は限られてきた。しかしながら、アセチル化は環境親和的であり、前記の木材の欠点の全てあるいは幾らかを改良することができる。

木材のアセチル化は、細胞壁を厚くし、また、リグニン及びヘミセルロースの吸湿性ヒドロキシル基を疎水性（極性が小さい）のアセチル基で置換することにより、水分子の細胞壁への浸透を防止する。アセチル化処理によって、寸法安定性及び生物学的耐性を改良することができ、気象の影響、変色及びＵＶ劣化に対する耐性を改良することもできる。

固体木材のアセチル化は、伝統的に数段階で実施されている。典型的には、圧力シリンダ内で含浸が最初に実施され、次いで別の専用プラント内で、アセチル化が完結するまでの非常に長い時間、無水酢酸を加熱し、還流させて、アセチル化反応が実施される。処理及び加熱反応の後、未反応の無水酢酸と酢酸との混合物である副生成物が回収される。

欧州特許第０ ２１３ ２５２号には、木材が、「真空又は真空圧力技術を使用して無水酢酸によって含浸され、次いでこの材料は、過剰の無水酢酸が除去された後、１２０℃に加熱されたチャンバ内に入れられる。この材料は、この温度で２〜８時間加熱される」方法が開示されている。

欧州特許第０ ６８０ ８１０ Ａ１及びＢ１号には、木材が、８０〜１５０℃、好ましくは９０〜１３０℃の範囲内の温度で、無水酢酸によって含浸され、次いで、７０〜１５０℃の温度で、２４時間以内の時間（適切には約３時間）維持されて、木材中でアセチル化反応を起こす方法が開示されている。

反応速度への異なった触媒の影響も研究されてきたが、無水酢酸の沸点である１３９℃以下の温度に加熱することが、最善の選択であるということが判明した。

固体木材の気体状アセチル化は、それにより達成される、安定性及び耐腐朽性の向上のための荷重あるいは重量増加が不十分である。アセチル化によって１５％の重量増加を達成するためには、理論上３０％以上の無水酢酸が必要である。気体状でこの量の無水酢酸を固体木材中に含浸させるためには、極めて長い含浸時間が必要となる。高温下での木材の気体状アセチル化は、繊維、フレーク、チップ又はおがくずなどの非常に小さな木材粒子で成功したのみである。米国特許第６，３７６，５８２号明細書には、大気圧下で約１４０℃〜約２１０℃の反応温度におけるアセチル化剤の蒸気の使用が開示されている。つまり、蒸気相アセチル化の速度は、木材の中への蒸気の拡散速度によって決定され、そしてアセチル化の時間は、木材の厚さの増加と共に急速に増加するので、固体木材の気体状アセチル化は、非常に小さい木材寸法に制限される。従って、気体状アセチル化の適用は、アセチル化が実用的な処理時間内に達成できることに関して、繊維方向の長さがわずか数インチの薄い単板又は固体木材に制限されたままである。

無水酢酸を反応させるために予備含浸させ、飽和させた木材を加熱する伝統的なアセチル化方法は、下記の問題点のために、加熱効率に劣る。

１：木材中の無水酢酸の質量
２：木材の熱伝導性の乏しさ
３：木材加熱は、対流よりむしろ伝導によるという事実
４：固体木材中の熱分布が不均一であるため、アセチル化が不均一である
５：処理、反応及び回収の全体に要する時間が極めて長い

本発明の目的は、これらの上記欠点の少なくとも一部に対処するか、あるいは社会に有用な選択を提供することである。

他の観点に於いて、本発明は、木材又は木材系材料の含浸方法であって、
ａ．作業溶液を、作業溶液の大気圧沸点よりも高い温度（「過熱温度（ｓｕｐｅｒ ｈｏｔ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）」）に予熱する工程と、
ｂ．木材又は木材系材料を、前記過熱温度下、かつ前記作業溶液が液相状態にあるような高圧力下で、前記作業溶液と接触させて、前記木材又は木材系材料の中への液体系溶液の含浸を引き起こす工程と、
ｃ．前記木材又は木材系材料と、残留している作業溶液、廃棄物及び／又は副生成物とを分離する工程と、を含む方法を提供する。

好ましくは、この方法には、含浸の後で、圧力を解放して副生成物を沸騰除去することにより、副生成物を回収する工程が含まれる。任意に、副生成物の回収を改良するために、真空にしてもよい。

好ましくは、作業溶液が液相状態に留まることを確実にするために、過熱温度で作業溶液と接触させる前に、木材又は木材系材料に予備圧力を付与する。

他の態様に於いて、本発明は、溶媒が、水、イソプロパノール、塩化メチレン、キシレン、パラフィンワックスと混合したキシレン及び無水酢酸の何れか１種以上から選択される方法を提供する。

他の観点に於いて、本発明は、木材又は木材系材料の含浸方法であって、
ａ．作業溶液を、作業溶液を液相状態に維持するために十分な高圧力で、前記作業溶液の大気圧沸点よりも高い温度（「過熱温度）」）に予熱する工程と、
ｂ．過熱温度で前記作業溶液と接触させる前に、木材又は木材系材料に、前記作業溶液を液相状態に維持するために十分な予備圧力を適用する工程と、
ｃ．前記木材又は木材系材料を、前記作業溶液と、前記過熱温度下、かつ前記高圧力下で接触させて、前記木材又は木材系材料の中へ溶液を含浸させる工程と、
ｄ．更に圧力（「作業圧力」）を付与して、前記木材又は木材系材料の中への前記作業溶液の含浸を補助する工程と、
ｅ．前記木材又は木材系材料と、残留している作業溶液、廃棄物及び／又は副生成物とを分離する工程と、
ｆ．前記圧力を低下させて、作業溶液、廃棄物及び／又は副生成物を更に除去する工程と、を含む方法を提供する。

本明細書及び特許請求の範囲で使用されるとき、「を含む」という用語は、「少なくともその一部を構成する」ことを意味する、即ち、この用語を含む独立特許請求の範囲を遮断するとき、この用語で始まる特徴は存在することが必要であるが、他の特徴も存在してよい。

本発明の方法において、溶液は、液相状態にあるが、作業溶液の沸点よりも上で、作業溶液を液相状態に維持する圧力で、材料中に含浸される。典型的には、この作業溶液は、作業溶液を確実に液相状態に留まらせる圧力下で、沸点よりも高い温度（「過熱温度」）に予熱されるであろう。あるいは、作業溶液が木材又は木材系材料と接触するときに、作業溶液が液相状態にあるように、圧力が続いて付与される場合は、作業溶液を液相状態に維持するには不十分な圧力下で、作業溶液を過熱温度に予熱してもよい。

本発明の範囲内にはまた、作業溶液が木材又は木材系材料と接触するとき、作業溶液が液相状態にあるように十分な圧力を付与することによって、続いて凝縮される気体状作業溶液を、予熱することも含まれる。従って、「作業溶液」という用語は、気体及び液体の両方をカバーするものと解釈されるべきである。

次いで、作業溶液は、木材又は木材系材料の入っている圧力含浸容器（気体、例えば、窒素又は空気によって、作業溶液の圧力またはそれ以上にまで予備加圧されている）の中に入れられる。上昇した温度は、木材中の作業溶液の急速な反応を引き起こし、その間に、液相状態での含浸を実施することによって、より短い処理時間内に、木材の腐朽及び昆虫抵抗性並びに寸法安定性の実質的な増強を達成するために十分な無水酢酸を木材中に含有させることが可能になる。

追加された作業溶液及び／又は廃棄物は、続いて、木材又は木材系材料から分離され、作業溶液を、木材抽出物及び反応副生成物による汚染から保護することが好ましい。

本発明の方法によって処理することができる木材又は木材系材料には、これらに限定されないが、固体木材、ファイバーボード、パーティクルボード、木材薄板、木材チップ、ＯＳＢ（配向ストランドボード）、ＬＶＬ（積層薄板挽材）及び合板が含まれる。

典型的には、本発明の方法は、２個又はそれ以上の相互に連結した圧力容器を使用して実施されるであろう。最初に、第一容器に作業溶液が、そして木材が第二容器の中に入れられる。任意に、第三容器が第二容器に連結しており、未反応作業溶液及び廃棄物用のリザーバーとして機能する。

好ましくは、木材又は木材系材料の入っている第二容器は、作業溶液と接触する前に、排気され、そして空気又は窒素などの気体によって加圧される。この容器内に圧力を付与するのに適当な気体としては、これらに限定されないが、不活性ガス、例えば、窒素、アルゴン及びＣＯ２などがある。この気体はまた、高温下での酢酸蒸気又は無水酢酸そのものなどの触媒ガスであってもよい。望ましくは、加圧された空気が使用される。この容器の中に気体又は蒸気を導入する主な目的は、導入された過熱した溶液の沸騰除去をなくし、それによって作業溶液の冷却を止めることである。高温及び無酸化環境は、熱処理に起因する、木材の安定性及び耐生物分解性の両方における幾らかの追加的な利点をもたらすであろうと考えられる。

作業溶液の組成は、含浸の所望の効果に依存するであろう。典型的には、この含浸方法は、木材の吸湿特性によって引き起こされる寸法の不安定性、変色、生物学的劣化及び／又はＵＶ光への曝露による劣化を改良することをねらいとするであろう。適切な作業溶液の例には、それらの沸点よりも高い溶媒又は溶媒群、例えば、キシレン、イソプロパノール及び塩化メチレン中の、ナフテン酸銅が含まれる。あるいは、キシレンを、それ自体で又はパラフィンワックスと組み合わせて、加熱媒体として使用することができる。この方法には高温度が含まれるので、追加の無水物、例えば無水コハク酸を溶解するために、無水酢酸を使用してもよい。好ましくは、作業溶液は無水酢酸である。

作業溶液は濃縮されていてよい。あるいは、作業溶液を、イソプロピルアルコール（ＩＰＡ）、塩化メチレン又は水などの、これらに限定されない適切な溶媒中に希釈してもよい。

木材又は木材系材料中への作業溶液の含浸は、更なる圧力の付与によって補助されていることが望ましい。この余分の圧力は、水圧又は空気圧で付与することができる。

予備圧力段階のための適切な圧力範囲は、高温下で溶液の沸騰を止めるのに十分な圧力であり、約１０〜約１０００ｋＰａ、好ましくは約２０〜約７００ｋＰａであってよい。圧力は、キシレン、無水酢酸及び／又は酢酸などの加熱した溶媒から形成される、使用した溶媒の蒸気によって付与することができる。予備圧力は、不活性ガス又は空気であってよい。

作業圧力、即ち、溢汪後の余分の圧力のための適切な圧力範囲は、初期予備圧力よりも約２０〜約４０００ｋＰａだけ上、好ましくは、約２０〜約２０００ｋＰａだけ上にある。この作業圧力は、部分的に、含浸される木材材料の浸透性によって決定されるであろう。より高密度の又は耐火性の木材は、浸透性が小さく、作業溶液の十分な含浸を達成するために、より高い圧力を必要とする。

適切な温度範囲は、作業溶液の大気圧沸点よりも約１０℃高く、過剰溶液の回収が保証されるように高い。無水酢酸の場合、この温度範囲は、約１５０〜約２５０℃、好ましくは約１６０〜約２２０℃である。最も好ましい温度は、約１７０〜約２００℃である。

好ましくは、過熱作業溶液を液相状態に維持するための所望の圧力が達成されたとき、この圧力及び／又は温度を、木材又は木材系製品中の作業溶液の反応を確実にするために十分な時間保持する。圧力が長く維持されるほど、木材又は木材系製品による作業溶液の吸収量が大きくなる。「反応」という用語は、作業溶液又はその一部を木材又は木材系製品中に閉じ込めるあらゆるプロセスであって、生物学的、化学的又は物理的機構によって起こりうるものを指す。例えば、無水酢酸の作業溶液が木材中に入るとき、これは下記の置換反応を受ける。

無水酢酸のアセチル基は、木材繊維のヒドロキシル基と置き換わり、酢酸副生成物の生成を伴う。置き換わられるヒドロキシル基に比較して、アセチル基のサイズがより大きいため、木材の膨潤を引き起こし、これが、例えば、木材の水分吸収量を減少させることによって、木材の特性を改良する。

この反応によって形成された副生成物は、作業溶液のそれよりも低い沸点を有することが望ましい。図２に、酢酸（アセチル化固定反応の副生成物）が、無水酢酸のものよりも低い沸点を有することを示す。従って、酢酸の圧力は、高温で保持されている間、つねに無水酢酸のそれよりも高いであろう。これは、反応容器から副生成物を優先的に抽出することを容易にする。反応副生成物の除去はまた、固定反応を更に助長しうるとも考えられる。

典型的な廃棄物としては、反応副生成物に加えて、天然に生じる木糖、ヘミセルロース、糖類、並びに樹脂及び脂肪酸などの抽出物等を挙げることができよう。

望ましくは、圧力は、第二容器内で、作業溶液及び木材材料の分離及び排液が行われる間維持されて、作業溶液に影響を与える木材からのキックバック（ｋｉｃｋｂａｃｋ）を防止する（キックバックは一般的に弱く及び／又はその成分はもはや均衡状態ではなく、そしてこれにはまた、木材から外に取り戻される、木材中に存在する、天然に生じる糖及び他の分子が含有されているであろう）。キックバックは、圧力を解放する間（「圧力キックバック」）又は真空にする間（「真空キックバック」）に生じるであろう。

作業圧力を維持しながら木材と接触させた後、作業溶液を排液することによって、抽出物及び副生成物（例えば、酢酸）による汚染が減少する。作業溶液が第二容器から排液されると、第二容器内の凝縮器を通して真空を引き出すことができ、生成された反応副生成物とともに、木材又は木材系製品中からの更なる未反応作業溶液の除去が容易になる。作業溶液に無水酢酸が含まれている場合、圧力キックバックは、無水酢酸、酢酸及び木材抽出物の混合物を含有し、典型的に赤色又は褐色に着色しており、そして真空キックバックは、液体流ではなく酢酸の蒸発凝縮であるために、無色である。これは、主として、腐食性の望ましくない酢酸の除去を容易にする、作業溶液の初期の高温度に起因する。

抽出された反応副生成物は、当該技術分野で公知の方法によって、任意に、分離、精製及びリサイクルすることができる。例えば、無水酢酸が作業溶液である場合、酢酸が副生成物である。酢酸はガスとして抽出され、そして凝縮によって集めることができる。酢酸を脱水することによって、含浸方法で再使用するのに適した無水酢酸が生成される。真空キックバックのみを分離することによって、圧力キックバックによる作業溶液の幾らかの汚染が起こり、これは、作業溶液に更なる無水酢酸を添加することによって許容できる。

本発明の含浸方法の一つの態様を、図１に示す。作業溶液（この例においては、無水酢酸）の入った容器１０１を、少なくとも６００ｋＰａの蒸気圧力で、約２２０℃まで予熱する。木材又は木材系材料の入った容器１０２を排気し、そして１０８を通る窒素を使用して予備加圧する。連結ライン１０４及び１０５を開いて、作業溶液が容器１０２に入るとき、容器１０１と容器１０２との間の圧力を等しくする。

圧力が等しくなり、溢汪が完結したら、バルブ１０６を閉じ、そして容器１０１を、バルブ１０９を通して更なる空気圧下に置き、連結ライン１０４を通して、次いで、容器１０２を更に加圧する。最終的な圧力は、含浸される製品の完全な浸透を確実にするに十分であるべきである。あるいは、ライン１０４内に配置された圧力ポンプ（１１１）を使用して、シリンダ１０２を加圧する。圧力及び温度を、作業溶液と木材系材料との十分な反応を起こさせる間、保持する。反応が完結したとき、過剰の作業溶液を、容器１０２から連結管１０７を経て容器１０３に排液する。あるいは、この溶液を、圧力ポンプ及び／又は空気圧により、ライン１０４を通して容器１０１に戻すことができる。

任意に、作業溶液の排液中に、空気圧を容器１０２に付与して、キックバックを回避する。この圧力は、過熱溶液の蒸気圧であってよい。作業溶液が排液されたら、凝縮器１１０を通して、真空を容器１０２に付与して、副生成物液体又は気体を除去する（例えば、無水酢酸が作業溶液である場合、反応副生成物は酢酸である。除去された酢酸ガスを脱水して、この工程で再使用するための無水酢酸を生成することができる）。

上記の工程に於いて、一つのプラント内で、処理（含浸）、バルク化（ｂｕｌｋｉｎｇ）（無水酢酸反応）及び回収の全てを実施することが可能である。これによって、木材を、離れた含浸容器と熱反応プラントとの間を移動させる必要性が回避され、そして腐食性化学薬品の余分の取り扱いも減少される。

空気又は非酸化性ガスの予備含浸は、必要な箇所（例えば、「その細胞壁」で）の化学薬品の堆積を助けると考えられる。

現存する先行技術の蒸気相アセチル化方法と比較したとき、本発明の過熱温度液相アセチル化方法は、蒸気相含浸方法に於けるように、１の工程又は容器内で反応を達成するために使用される温度下において必要とされる処理時間を短縮し、一方で、腐朽及び昆虫攻撃に対する木材耐性並びに寸法安定性を著しく増強するために十分な、木材中の無水酢酸の一層高い堆積を達成する。

この方法は、また、他の保存剤、溶媒又はこの２種の組み合わせに使用することができる。例えば、ナフテン酸銅は、あらゆる溶媒中に溶解し、その溶媒の沸点よりも高温に予熱することができる。過熱溶媒（沸点よりも高い）を使用して溢汪及び加圧した後は、溶媒の回収が非常に容易になる。

異なった溶媒又は油を使用する高温での熱硬化、及び上記の方法を使用した溶媒の回収は、寸法安定性、撥水性及び腐朽耐性を木材にもたらすことができる。

下記の実験研究の説明によって、本発明を更に例示する。
（実験１）
アセチル化
ＡＳＥ（防縮効率）に寸法３００×６０×４５ｍｍの放射相称マツさねはぎ辺材、強度試験に寸法３００×２０×２０ｍｍの放射相称マツさねはぎ辺材を、下記に示す最初の９回の処理の各回に使用した。ＡＳＥに寸法３００×６５×４５ｍｍの放射相称マツさねはぎ辺材、強度試験に２個の３００×２０×２０ｍｍ長さの寸法を有する放射相称マツ類似辺材を、処理１０〜２０に使用した。

処理６、７及び２０以外は、全ての木材サンプルを、処理の前にオーブン乾燥した。

アセチル化は、３個の相互連結した２リットルのステンレススチールシリンダ内で実施した。シリンダ１及び２は、温度制御を維持するためのＰＩＤコントローラに接続された加熱ジャケットを有していた。圧縮窒素ガスを使用して、空気圧を達成した。

体積膨潤係数は、下記の式に従って計算した。

（式中、Ｓ＝体積膨潤係数
Ｖ２＝水飽和での木材体積
Ｖ１＝飽和前のオーブン乾燥した木材体積）
次いで、防縮効率を下記のようにして計算した。

（式中、ＳＣは対照の体積膨潤係数であり、ＳＭは変性木材サンプルの体積膨潤係数である）
全ての処理の詳細を、表１に要約する。

表１：実験１についての、処理方法、重量増加及びＡＳＥ

全ての処理の、正味取込、総取込、圧力キックバック及び真空キックバックを、表２に要約する。

表２：正味取込、総取込、圧力キックバック及び真空キックバック

圧力キックバックは、抽出物のために赤褐色であったが、真空キックバックは透明であった。これは、酢酸の初期の高温に起因する木材からの蒸発、及び液体としての流出ではなくその凝縮を示す（注、サンプルは、抽出物を除去するために予備抽出されなかった）。

図３及び図４は、木材サンプルの防縮効率（ＡＳＥ）及びオーブン乾燥体積増加を示す。２８％の重量増加の限界は、アセチル化による最大理論反応に非常に近い。この処理方法により採用された、より高い温度においては、２％以下の木材抽出物の可溶化に起因する重量損失があると考えられ、従って、アセチル化に起因する実際の重量増加は、おそらくもっと高いと考えられる。

図４は、バルク化とＡＳＥとの密接な関係を示す。アセチル化は木材細胞壁を嵩張らせ、従って木材のオーブン乾燥した体積は増加する。図４の示すこの効果は、アセチル化の程度を測定するひとつの方法といえる。実際に、この体積増加はＡＳＥ改良の主な原因であると考えられる。

実際の溶液のスペクトルを、処理５のための水平ＡＴＲセルで集めた。スペクトルは、処理前の溶液が１００％無水酢酸であったことを示した。処理後の溶液は、作業溶液の大部分が無水酢酸であり、圧力キックバック溶液の大部分が酢酸であり、そして真空キックバック溶液が主として酢酸（副生成物）であったことを示した。

結果は、放射相称マツ辺材の高いアセチル化が、非常に短時間の内に達成できることを示している。
（実験２）
保存剤を含有する代替溶媒
２種の溶媒、即ち、イソプロピルアルコール及び塩化メチレンについて、保存剤としてのナフテン酸銅と共に試験を行った。末端シールした２９０×７２×４４ｍｍの放射相称マツ辺材の一片を、それぞれの処理に於いて処理した。

３個の処理はイソプロピルアルコールにより、そして２個の処理は塩化メチレンによる、合計５個の処理を実施した。全ての処理について、処理時間は３５分間であった。実験１に記載したプラントを使用し、そして全ての処理のために、シリンダ１０２を７０℃に予熱した。全ての処理のために、初期空気予備圧力を、各溶媒の高温下における沸騰圧力に調節した。

表３に、全ての処理についての処理方法及び溶媒回収を示す。

表３：処理方法、正味取込、正味ナフテン酸銅取込及び木材中に残留する溶媒

（実験３）
さらなるアセチル化及び他の種
表４のように、ベイトウヒ、オウシュウアカマツ及び放射相称マツについて、さらに実験を実施した。

無水酢酸と同様に、無水コハク酸もまた、木材ヒドロキシル基に反応するが、酸性副生成物を生成しない。処理３９に於いて、１０％の無水コハク酸を無水酢酸作業溶液中に溶解して、木材炭化の減少、及び他の木材特性への影響を観察した。

第３の実験の重量増加及びＡＳＥは、下記の表５に示す。

（実験４）
過熱溶媒による別の熱硬化
２００℃の過熱したキシレンを、熱処理のための媒体として使用した。キシレン、及びキシレン中に５％パラフィンワックスを溶解させたものによる、２種の処理を実施した。両方の処理に於いて、９％水分含有量の放射相称マツ辺材を使用した。木材は、処理後に明褐色であり、キシレン中に溶解した抽出物のために重量が減少した。処理方法を表６に要約する。

キシレンで処理したサンプルのＡＳＥは１３．２％であり、５％のワックスが溶解したキシレンのＡＳＥは７．８％であった。
（実験５）
無水酢酸のリサイクル
使用した無水酢酸が、前の処理からのリサイクルした溶液であり、そして木材抽出物及び副生成物酢酸を含有している場合の実験を、さらに実施した。処理スケジュールを続行し、処理７１以降は、作業溶液を更新せず、無水酢酸を注ぎ足した。従って、処理９２においては、作業溶液は、２０回使用し／注ぎ足されたことになった。この無水酢酸作業溶液を希釈するために、非膨潤溶媒であるキシレンを選択した。希釈は、表７に示すような重量／重量基準で実施した。

表７：希釈要約

表８：スケジュール要約

（アセチル化度）
重量増加への無水酢酸パーセンテージの影響（アセチル化度）を、表９に示す。

表９：重量利得への無水物濃度の影響

これらの試行は、一律に全６０分間で実施した。

時間が制限要因でなかった場合、重量の増加は、希釈した作業溶液で達成できたであろうと考えられる。
（内部燃焼）
含浸させた長さ３００ｍｍの木材のサンプルを、その中間点で横に切断し、それらの断面を露出させた。露出した断面に紙ヤスリをかけた。１００％無水酢酸作業溶液を使用した実験、及びキシレンで希釈した作業溶液を使用した実験の両方とも、均一な色を呈し、内部燃焼の徴候を示さなかった。これは、キシレンによる作業溶液の希釈及び／又は方法操作により、起こりうる木材炭化を回避することが可能であることを示している。
（実験６）
２０リットルのパイロットプラントでのアセチル化処理
処理２０８において、異なったサイズを有する放射相称マツ心材及び辺材を、無水酢酸を１７３℃に予備加熱し、そしてこの無水酢酸を１３０ｋＰａまで予備加圧して液相を維持するために生成した気体状無水酢酸の圧力を使用して処理した。木材及び無水酢酸に付与した作業圧力は、１０００ｋＰａであった。サンプルのサイズ及び重量増加を表１０に示す。

処理２０９において、二つの異なった厚さを有する放射相称マツ心材及び辺材を、無水酢酸を１７０℃に予備加熱し、そしてこの無水酢酸を１１０ｋＰａまで予備加圧して液相を維持するために生成した気体状無水酢酸の圧力を使用して処理した。木材及び無水酢酸に付与した作業圧力は３１０ｋＰａであった。サンプルのサイズ及び重量増加を表１１に示す。

上記のことは、本発明及びその好ましい態様を説明している。当業者に自明であるような代替及び修正は、添付の特許請求の範囲に定義される、本発明の範囲内に含まれるものである。

好ましい含浸方法の図式例示。 水、酢酸及び無水酢酸の高温下での沸騰圧力の図表。 アセチル化と体積防縮効率（ＡＳＥ）との間の関係を示す図。 アセチル化とオーブン乾燥した体積における増加との間の関係を示す図。

Claims (34)

1. 木材又は木材系材料の含浸方法であって、
   ａ．作業溶液を、前記作業溶液を液相状態に維持するために十分な圧力である高圧力下で、該作業溶液の大気圧沸点よりも高い温度である過熱温度に予熱して、過熱温度にある作業溶液を形成する工程と、
   ｂ．木材又は木材系材料を、前記過熱温度下、かつ前記作業溶液が液相状態にある前記高圧力下で、前記作業溶液と接触させて、前記木材又は木材系材料の中へ前記液相状態にある作業溶液を含浸させる工程と、
   ｃ．前記木材又は木材系材料と、残留している作業溶液、廃棄物、及び副生成物のうち少なくとも一つとを分離する工程と、を含み、且つ
   前記作業溶液が無水酢酸を含有する、前記方法。
2. 前記作業溶液が液相状態に維持されることを確実にするために、前記予熱工程の間中、十分な圧力を付与することを含む、請求項１記載の方法。
3. 前記過熱温度下で前記作業溶液と接触させる前に、前記木材又は木材系材料に、前記作業溶液を液相状態に維持するために十分な初期予備圧力を付与することを含む、請求項１又は２記載の方法。
4. 前記予備圧力を、気体によって付与することを含む、請求項３記載の方法。
5. 前記気体が、窒素、空気、二酸化炭素、アルゴン、酢酸蒸気又は無水酢酸蒸気から選択される、請求項４記載の方法。
6. 前記作業溶液を、１０〜１０００ｋＰａの範囲内になるまで予備加圧することを含む、請求項３〜５の何れか１項記載の方法。
7. 前記作業溶液を、２０〜７００ｋＰａの範囲内になるまで予備加圧することを含む、請求項３〜６の何れか１項記載の方法。
8. 更に水圧又は空気圧である作業圧力を付与することによって、前記木材又は木材系材料の中への前記作業溶液の含浸を補助することを含む、請求項３〜７の何れか１項記載の方法。
9. 前記初期予備圧力よりも２０〜４０００ｋＰａ高い範囲の前記作業圧力を付与することを含む、請求項８記載の方法。
10. 前記初期予備圧力よりも２０〜２０００ｋＰａ高い範囲の前記作業圧力を付与することを含む、請求項８又は９記載の方法。
11. ２４０分より短い期間、前記作業圧力を付与することを含む、請求項８〜１０の何れか１項記載の方法。
12. １２０分より短い期間、前記作業圧力を付与することを含む、請求項８〜１０の何れか１項記載の方法。
13. １〜６０分の期間、前記作業圧力を適用することを含む、請求項８〜１０の何れか１項記載の方法。
14. さらに、前記含浸より後に、前記木材又は木材系材料にかかっている圧力を解放する工程を含み、当該工程により、残留作業溶液、廃棄物、及び副生成物のうち少なくとも一つからなる混合物であり且つ前記圧力の解放により前記木材又は木材系材料から抽出される圧力キックバックを、前記木材又は木材系材料から除去する、請求項１〜１３の何れか１項記載の方法。
15. 前記木材又は木材系材料と、前記残留作業溶液、廃棄材料、及び副生成物のうち少なくとも一つとの分離より後に、前記圧力の解放を行って前記圧力キックバックを前記木材又は木材系材料から除去する、請求項１４記載の方法。
16. さらに、前記含浸より後に、前記木材又は木材系材料を真空条件下におく工程を含み、当該工程により、残留作業溶液、廃棄材料、及び副生成物のうち少なくとも一つからなる混合物であり且つ前記真空にすることより前記木材又は木材系材料から抽出される真空キックバックを、前記木材又は木材系材料から除去する、請求項１〜１５の何れか１項記載の方法。
17. 前記作業溶液として再使用するために、前記圧力キックバック及び前記真空キックバックのうち少なくとも一つをリサイクルすることを含む、請求項１６記載の方法。
18. リサイクルした前記作業溶液に該作業溶液を更に添加して再使用することを含む、請求項１７記載の方法。
19. 前記副生成物の沸点が、前記作業溶液の沸点よりも低い、請求項１〜１８の何れか１項記載の方法。
20. 前記木材又は木材系材料が、固体木材、ファイバーボード、パーティクルボード、木材薄板、木材チップ、配向ストランドボード、積層薄板ボード及び合板からなる群から選択される一つ以上を含む、請求項１〜１９の何れか１項記載の方法。
21. ａ．最初に、作業溶液を入れて、予熱するための第一圧力容器と、
    ｂ．木材又は木材系材料を入れて、これを該作業溶液と接触させるための第二圧力容器と、を含むプラントに於いて実施することを含む、請求項１〜２０の何れか１項記載の方法。
22. 前記プラントに、さらに、未反応作業溶液、廃棄材料、及び副生成物用のうち少なくとも一つのリザーバーである第三圧力容器が含まれ、該第三圧力容器が前記第二圧力容器に連通されている、請求項２１記載の方法。
23. 前記作業溶液を、該作業溶液の大気圧沸点よりも高い温度まで予熱することを含み、前記作業溶液の大気圧沸点と前記温度との差が１０℃を越える、請求項１〜２２の何れか１項記載の方法。
24. 前記作業溶液を、１５０〜２５０℃の範囲まで予熱することを含む、請求項２３記載の方法。
25. 前記作業溶液を、１６０〜２２０℃の範囲まで予熱することを含む、請求項２４記載の方法。
26. 前記作業溶液を、１７０〜２００℃の範囲まで予熱することを含む、請求項２５記載の方法。
27. 前記作業溶液が、さらにコハク酸を含む、請求項１〜２６の何れか１項記載の方法。
28. 前記作業溶液を溶媒と組み合わせることを含む、請求項１〜２７の何れか１項記載の方法。
29. 前記溶媒が、水、イソプロパノール、塩化メチレン、キシレン、及びパラフィンワックスと混合したキシレンからなる群から選択される一つ以上を含む、請求項２８記載の方法。
30. 前記作業溶液が、さらにキシレンを含有する、請求項１〜２７の何れか１項記載の方法。
31. 前記作業溶液を溶媒と組み合わせることを含む、請求項３０記載の方法。
32. 前記溶媒が、水、イソプロパノール、塩化メチレン、及びパラフィンワックスと混合したキシレンからなる群から選択される一つ以上を含む、請求項３１記載の方法。
33. 木材又は木材系材料の含浸方法であって、
    ａ．作業溶液を、前記作業溶液を液相状態に維持するために十分な圧力である高圧力で、該作業溶液の大気圧沸点よりも高い温度である過熱温度に予熱して、過熱温度にある作業溶液を形成する工程と、
    ｂ．前記過熱温度下で前記作業溶液と接触させる前に、木材又は木材系材料に、該作業溶液を液相状態に維持するために十分な予備圧力を付与する工程と、
    ｃ．前記木材又は木材系材料を、前記作業溶液と、前記過熱温度及び前記高圧力で接触させて、該木材又は木材系材料の中へ該溶液を含浸させる工程と、
    ｄ．更に圧力である作業圧力を付与して、前記木材又は木材系材料の中への前記作業溶液の含浸を補助する工程と、
    ｅ．前記木材又は木材系材料と、残留している作業溶液、廃棄材料及び副生成物のうち少なくとも一つとを分離する工程と、
    ｆ．前記圧力を低下させて、作業溶液、廃棄材料及び副生成物のうち少なくとも一つを更に除去する工程と、を含み、且つ
    前記作業溶液が無水酢酸を含有する、前記方法。
34. 木材又は木材系材料の含浸方法であって、
    ａ．作業溶液を、前記作業溶液を液相状態に維持するために十分な圧力である高圧力で、該作業溶液の大気圧沸点よりも高い温度である過熱温度に予熱して、過熱温度にある作業溶液を形成する工程と、
    ｂ．木材又は木材系材料を、前記作業溶液と、前記過熱温度下、かつ前記高圧力下で接触させて、該木材又は木材系材料の中へ該溶液を含浸させる工程と、
    ｃ．前記木材又は木材系材料と、残留している作業溶液、廃棄材料及び副生成物のうち少なくとも一つとを分離する工程と、
    ｄ．分離した前記作業溶液、廃棄材料及び副生成物のうち少なくとも一つを、作業溶液としてリサイクルする工程と、を含み、且つ
    前記作業溶液が無水酢酸を含有する、前記方法。

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