JP5008183B2

JP5008183B2 - 木材塗装用塗料組成物及び塗料

Info

Publication number: JP5008183B2
Application number: JP2006334349A
Authority: JP
Inventors: 清峰谷口
Original assignee: 清峰谷口; 黒沢渉二
Priority date: 2006-12-12
Filing date: 2006-12-12
Publication date: 2012-08-22
Anticipated expiration: 2026-12-12
Also published as: JP2008144072A

Description

本発明は、木材の表面に塗布して、木材に防虫、防腐の機能を長期間にわたって付与することを可能とする木材塗装用塗料組成物及び該組成物を用いた木材塗装用塗料に関するものである。

例えば、建築物の防虫・防腐を考えた場合、家屋には「イエヒメアリ」をはじめとする家屋害虫が生息し、家屋内外の木材に食害を与えたり、また、高湿度の材木には腐敗菌が繁殖して木材を腐食させる。
従来、このような木材の防虫・防腐を目的とした木材用塗料としては、木酢液採取の際に副生する木タール木炭微粉を混合して、木タールの防虫・防腐効果を発揮させる塗料（特許文献１）や、木タールに粉状の活性炭を混合させた塗料を、船底、岸壁などに塗布して海洋生物の付着を防止する技術（特許文献２）などが開示されている。
特開２００１−３４２４３１号公報特開２００２−１６７３０６号公報

しかしながら、上記した特許文献１、２の技術は、いずれも木タールを原料とするため、木タール中に存在するピッチなどの重質成分のため凝固し易く、かつ、人体に悪影響を及ぼす縮合環状化合物が存在し、更に、煤、灰などの夾雑物が大量に混入するため形成される塗布面が粗雑である。また、木タール特有の強い臭気（悪臭）のため、木材用塗料としては不適であるという問題点があった。
木タールは、木材を乾留して得られる凝縮液体を静置したときに分離する２層のうちの下層側の黒褐色の粘調な液体であって、有機酸類、ラクトン類、エステル類、フェノール類、アルデヒド類、ケトン類、塩基類、フラン類等の多種類の化合物を含み、特に、フェノール類、アルデヒド類は防虫、防腐性を有することから、海洋生物の付着が問題となる船底塗料には適しているといえる。しかし、木タールには常温でも固化するピッチ様の固まりや、塗膜表面の平滑さを阻害する遊離炭素の固まりが混在し、しかも、甚だしい臭気を発するため、一般的な塗料としては適していないとされていた。
特に、家屋の内外の柱、壁、床、屋根裏に使用する塗料は、ＪＩＳＫ５９６０「家庭用屋内塗料」に規定する規格に適合しなければならないが、現状の木タールを使用した塗料は、低温安定性（−１０℃に冷やしても変質しない）、乾燥時間（１時間以内）、低温造膜性（５℃で塗膜形成に異常がない）の規格値を満足するものではない。従って、優れた防虫・防腐効果を発揮する木タールを汎用性のある塗料として使用しようとする場合には、臭気が少ないとともに、低温安定性、乾燥時間及び低温造膜性が規格値を満足することが要求される。
本発明は、このような点に鑑みてなされたもので、防虫・防腐効果が高く、しかもその効果を長期間にわたって維持し、かつ、家庭用屋内塗料として全ての条件が規格に適合するとともに、臭気の面でも問題のない、きわめて実用性の高い木材用塗料組成物とこれを用いた木材塗装用塗料を提供することを課題とする。

上記課題を解決するための本発明に係る木材塗装用塗料は、木タール、竹タールもしくは籾タールに、融点０℃以上、沸点５０℃以上のヒドロキシル基、カルボキシル基、カルボニル基もしくはエーテル基を有する極性有機溶剤を接触させることにより、タール中の防虫・防腐に有効な成分を溶出して得られたタール抽出液と、比表面積が１０ｍ ^２／ｇ以上の多孔質粉末をタール抽出液１００重量部に対して５〜１２０重量部混合し、更に、結合材をタール抽出液１００重量部に対し３０〜８０重量部配合したことを特徴とする。

本発明の塗料組成物によれば、木タールを原料とするが、その優れた防虫・防腐作用を損なうことなく、臭気などの問題点を解消したものであり、かつ、適量の多孔質物質の配合により木タールが該多孔質物質の細孔に吸着されることから、防虫・防腐効果が長く保持される。従って、本発明は木材用塗料用として最良な塗料組成物であるといえる。特に、家屋に有害な「イエヒメアリ」をはじめとする家屋害虫に対し有効である。

以下、本発明を完成するに至った経緯と本発明の実施形態について説明する。
本発明者は、木タールの優れた防虫・防腐効果は、含有する成分中のクレゾール、ジメチルフェノール、カテコール、ピロガロール、グアヤコール等のフェノール類、及びバレルアルデヒド、プロピオンアルデヒド等のアルデヒド類であることに着目し、これら有効税分のみを木タールから分離して木材用塗料の原料として使用することを検討した結果、以下の事実を見出した。
すなわち、木タールを特定の溶媒で処理することにより、上述の有効成分を溶媒中に抽出することが可能であること、この抽出液を木材用塗料の原料として用いたところ、無処理の木タールを原料とした木材用塗料よりも優れた防虫・防腐効果を発揮するとともに、臭気は格段に少なくなり、「家庭用屋内塗料」として要求される、低温安定性、乾燥時間及び低温造膜性が規格値をすべて満足する木材用塗料が得られることを知見した。
なお、木タール中の防虫・防腐効果を有する有効物質を蒸留により分離する方法も考えられるが、フェノール類の沸点は高く、例えばクレゾールは２００℃、2,3-ジメチルフェノールは２１８℃、カテコールは２４０℃であるため、大気圧下では蒸留により溜出させることはできない。一方、減圧蒸留法によれば溜出は可能であるが、膨大なエネルギーコストを要する問題があり、また、水蒸気蒸留で有効成分を取出すことも可能であるが、希薄な水溶液となるため、塗料成分として使用するには適さない問題がある。

以上の点を考慮して本発明においては、木タールを特定溶媒で処理することにより、木タール中の防虫、防腐に有効な成分である、クレゾール、ジメチルフェノール、カテコール、ピロガロール、グアヤコール等のフェノール類、及びバレルアルデヒド、プロピオンアルデヒド等のアルデヒド類を抽出し、低温度で固化するピッチ性状の固まりや、塗膜表面の平滑さを阻害する遊離炭素の固まりを分離・除去する。そして、抽出液を木材用塗料の原料として用いることにより、臭気が少なく、低温安定性、乾燥時間及び低温造膜性が規格値を満足させる木材用塗料を得ることが可能となった。
なお、特定溶剤は、木タール中に微量ながら含まれている人体に有害なアントラセン、ベンゾピレン等の縮合環状化合物を溶解せずに、抽出液中にこれらの有害物質が混入しないものが要求される。

また、木タールを処理するための特定溶剤としては、木タール中の有効成分が確実に溶解、抽出する極性有機溶剤を用いることが必要である。この極性有機溶剤としては、融点が０℃以上、沸点が５０℃以上の、ヒドロキシル基を有するメタノール、エタノール等、カルボキシル基を有する酢酸、プロピオン酸等、カルボニル基を有するアセトン、メチルエチルケトン等、エーテル基を有するジ−ｎ−プロピルエーテル、エチル−ｎ−ブチルエーテル等を挙げることができる。なお、木タールに極性有機溶剤を接触させることにより木タール中の特定成分（防虫・防腐に有効な成分）を溶出して得られる抽出液を、以下単に「木タール抽出液」と称する。

次に、本発明においては、上記の木タール抽出液を吸着して塗料を木材に塗装後、長期にわたって木タール抽出液の含有成分が保持する防虫・防腐の効果を発揮させるために、多孔質粉末を配合することが必要である。
本発明において使用しうる多孔質粉末の例としては、下記に示すとおりであり、併せてその比表面積（ｍ^２／ｇ）を示す。これらの多孔質粉末を単独もしくは２種以上適宜混合して用いることができる。
・ＳＡＦブラック（super abrasion furnace black）９０〜１６３（ｍ^２／ｇ）
・ＩＳＡＦブラック（intermediate super abrasion furnace black）
１１８〜１２８
・ＨＡＦブラック（high abrasion furnace black）８０〜１００
・ＭＡＦブラック（medium abrasion furnace black）７５
・ＧＰＦブラック（general purpose furnace black）２８〜４６
・ＳＲＦブラック（semi-reinforcing furnace black）２５〜３０
・ＦＴブラック（fine thermal black）１３〜１９
・乾式ホワイトカーボン１３０〜３８０
・湿式ホワイトカーボン１５０〜２５０
・クレー（珪酸アルミニウム）４０〜１３０
・珪藻土１０〜４０
・天然ゼオライト２５〜３５
・合成ゼオライト４００
・活性炭５００〜１０００
・活性炭素繊維裁断粉末１５００〜２５００

上述した多孔質粉末は、その機能をより効果的に発揮させるためには、木タール抽出液との配合割合と比表面積の特定が必要である。すなわち、木タール抽出液１００重量部に対し多孔質粉末を５〜１２０重量部配合することが好ましく、また、多孔質粉末の比表面積は１０ｍ^２／ｇ以上であることが望ましい。
多孔質粉末が木タール抽出液１００重量部に対し５重量部未満であると、多孔質粉末が少なすぎて木タール抽出液を十分に吸着することができず、また、１２０重量部を超えて配合してもその効果が飽和するとともに他の成分の配合量にも影響を与えるため、多孔質粉末は５〜１２０重量部とした。特に、好適な配合量は、３０〜８０重量部の範囲である。
また、多孔質粉末の比表面積を１０ｍ^２／ｇ以上と規定したのは、１０ｍ^２／ｇ未満であると、粉末の粒度が大きく表面積が小さいため木タール抽出液の吸着性が低くなって好ましくないことから、１０ｍ^２／ｇ以上とした。比表面積の上限は特に規定しないが、１０ｍ^２／ｇ以上の比表面積で使用可能なものであればいかなるものでもよく、コストや実用性を考慮して適宜選択すればよい。

なお、実際の木材用塗料として用いる場合には、塗料を固化させる機能を果たすために、結合剤を配合することが必要である。結合剤としては通常広く用いられている所謂「水性接着剤」が適しており、例えば、酢酸ビニル樹脂系エマルジョン、エチレン・酢酸ビニル共重合樹脂系エマルジョン、アクリル酸樹脂系エマルジョン、水性高分子、イソシアネート、合成ゴム系ラテックス等が使用可能である。なお、本発明においてはこれらのものを総称して「水性接着剤」という。
水性接着剤の配合量は、特に規定しないが、塗料としての適度の粘性や塗装作業性を維持させるためには、前記木タール抽出液１００重量部に対し、３０〜８０重量部の範囲で配合することが望ましい。

以上説明した本発明では抽出液として木タール抽出液を代表例にしたが、本発明はこれに限定するものではなく、孟宗竹から竹酢液を製造する際に副生する竹タールや、籾殻から籾酢液を製造する際に副生する籾タールを、木タールと同様に処理することで得られる竹タール抽出液や、籾タール抽出液についても、木タール抽出液と何ら変わることなく、防虫・防腐効果を長期にわたって維持することが可能な塗料組成物材料であることが確認されている。

以下、本発明の実施例を説明するが、合わせて本発明において用いる木タール抽出液及び多孔質粉末の有効性を検証するための実験例を示す。なお、実験例及び実施例において用いる木タール及びその抽出液の詳細は次の通りである。
（１）木タール
ナラを主体とする木材を燃焼炉中で送風空気量不足状態で燃焼させ、排出したガスを冷却して凝縮した液を３ヶ月間静置することで、上下２層に分離したうちの、上層の褐色透明な「木酢液」を取り除いた残りの下層の黒色液が木タールである。比重約１．２、粘調な黒色液体で、甚だしい臭気を発する。
（２）木タール抽出液
ガラス製２リットルビーカーを使用し、上記の木タール５００ｇにエタノール２５０ｇを混合し、プロペラ回転式攪拌機にて３０分攪拌後、２４時間静置したところ、混合液は茶褐色の上層と黒色の下層の２層に分離した。上層部は、臭気の少ない粘性の低い液体で、木タール中のエタノール可溶成分の抽出液（「木タール抽出液」）であり、下層部は悪臭の強い粘調な抽出残渣液である。ビーカーを傾けて抽出液を別の容器に移し、重量を算出したところ、木タール抽出液は４００ｇ、抽出残渣は２５０ｇであった。

［実験例１］
上記の木タール１００ｇと酢酸ビニル樹脂系エマルジョン接着剤５０ｇを秤取し、高速攪拌機によって混合した後（この混合液を混合液Ａとする）、容量５００ｍｌの蓋付ポリエチレン容器に移して蓋をし、２３℃の恒温室に静置した。２４時間後ガラス棒でかき混ぜて容器の中での液体の状態を観察した。また、ベニヤ板に刷毛で塗装して作業性と塗装面の外観を観察した。
一方、上記の木タール抽出液１００ｇと酢酸ビニル樹脂系エマルジョン接着剤５０ｇを秤り取り、前記混合液Ａと同様の方法にて別の混合液（混合液Ｂとする）を調製するとともに、液体の状態観察と塗装作業性及び塗装面の外観を観察した。
その結果、混合液Ａでは、容器中の状態が「固まりが沈積」、塗装作業性が「塗装し難い」、塗装面の外観が「小突起が多い」ことが認められた。これに対し、混合液Ｂでは、それぞれ「固まりが無く一様」、「塗装に支障無し」、「平滑である」ことが認められた。従って、木タールは塗料の原料としては適切ではないが、木タール抽出液は容器中の状態、塗装作業性、塗装面の外観の点で優れており、塗料の原料として適していることが確認された。

［本発明の実施例１〜５及び比較例１〜４］
以下、本発明において規定した条件を満足する実施例１〜５と本発明で規定した条件のいずれかが範囲外の比較例１〜４を表１に示す。
表１において、防虫効果は、次のように判定した。まず、各塗料をベニヤ板（３×３０×５０ｍｍ）２枚の表裏と縁端部に万遍なく塗布し、温度２３℃、相対湿度５０％の恒温室に２４時間放置して、塗布面を固化させた。塗布後２４時間経過したところで、１枚の試験片を所定時間経過毎に、「イエヒメアリ」５匹を入れた５００ｍｌのビーカーに装入し、「イエヒメアリ」の忌避の有無を観察した。５匹全てが近づかない場合を「忌避あり」、１匹でも近づいた場合は「忌避なし」とした。また、防腐効果は、次のように判定した。同一の試験片を３０℃の水蒸気飽和雰囲気の環境の下に曝したことにより行った。試験片にカビの発生が認められた場合に「腐食あり」、全く何らの変化が見られない場合を「変化なし」とした。

表１の比較例１、２から木タール抽出液のみを配合した場合、また、比表面積が１０ｍ^２／ｇ未満の場合には、いずれも防虫・防腐効果が短期間で失われてしまい、実用的でないことが分かった。これに対し本発明の実施例１、２では防虫・防腐効果が長期間持続することが認められた。
また、比較例３では、多孔質粉末の配合量が５重量部未満であるため、防虫・防腐効果が長続きせず、比較例４では防虫・防腐効果は満足するが、多孔質粉末の配合量が多すぎることから、塗装作業性や塗装外観が劣り、塗料としての特性が低下することが判明した。

［本発明の実施例６］
表１に示す本発明の実施例のうち実施例５と同一の塗料について、その性能をＪＩＳＫ５９６０「家庭用屋内塗料」に基づいて評価した。その結果は下記の通りであり、全ての点で問題がなかった。
（塗料性能評価結果）
・容器の中での状態かき混ぜたとき、堅い固まりが発生せずに一様である。
・塗装作業性刷毛及びローラーブラシ塗りで塗装作業に支障なし。
・低温安定性１０℃に冷却しても変質しない。
・加温貯蔵安定性５０℃で７日間貯蔵しても安定である。
・乾燥時間１時間以内
・塗装の外観塗膜の外観が正常である。
・低温造膜性５℃の塗膜形成に異常がない。
・塗り面積２回の塗りで１リットル当たり４ｍ^２以上塗れる。

［本発明の実施例７、８及び比較例５、６］
極性有機溶剤の処理効果を検証するために、木タール処理溶媒を種々変更させてそれぞれの防虫・防腐効果を調査した。前掲の実施例１〜５及び比較例１〜４において用いたエタノール処理の木タール抽出液を、溶媒としてｎ-プロパノール（実施例７）、アセトン（実施例８）、蒸留水（比較例５）、トルエン（比較例６）をそれぞれ使用し、これに所定量の湿式ホワイトカーボン、酢酸ビニル樹脂系エマルジョン接着剤を添加し、高速攪拌機で混合した。試験片の調製及び防虫・防腐試験は前掲の場合と同一である。結果を表２として示す。

比較例５の極性を有するが無機の溶媒である蒸留水で処理した「水処理木タール抽出液」及び比較例６の無極性の有機溶媒であるトルエンで処理した「トルエン処理木タール抽出液」は、木タール中の防虫・防腐効果の高いフェノール類、アルデヒド類の十分な量を抽出することができず、防虫・防腐効果の持続時間が短かった。これに対し、実施例７の極性有機溶媒であるｎ-プロパノールで処理した「ｎ-プロパノール処理木タール抽出液」及び実施例８の極性有機溶媒であるアセトンで処理した「アセトン処理木タール抽出液」では、十分な量のフェノール類、アルデヒド類が抽出できるので、長期にわたる防虫・防腐効果を維持し得ることが確認された。

Claims

木タール、竹タールもしくは籾タールに、融点０℃以上、沸点５０℃以上のヒドロキシル基、カルボキシル基、カルボニル基もしくはエーテル基を有する極性有機溶剤を接触させることにより、タール中の防虫・防腐に有効な成分を溶出して得られたタール抽出液と、比表面積が１０ｍ ^２／ｇ以上の多孔質粉末をタール抽出液１００重量部に対して５〜１２０重量部混合し、更に、結合材をタール抽出液１００重量部に対し３０〜８０重量部配合したことを特徴とする木材塗装用塗料。