JP7116403B2 - フランポリマー含浸木材の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、フルフリルアルコールを木材に含浸させて重合させることによって得られるフランポリマー含浸木材の製造方法に関する。

木材は、一般に、腐食しやすく、シロアリ等の食害を受けやすく、また、ねじれ・反りが生じやすいという欠点がある。このような欠点を補うために、木材を樹脂化させて耐久性、寸法安定性を向上させる木材改質化の技術が提案されている。これらのうちの一つに、木材内で、酸を触媒（重合開始剤）としてアルコールを樹脂化させることで、木材に防腐性能、防蟻性能、寸法安定性を付与する技術が知られている。例えば、特許文献１、２には、フランポリマー含浸木材の製法が提案されている。

特許文献１に記載の製法においては、水に、フルフリルアルコール、無水マレイン酸などの重合開始剤、硼酸とリグノスルフォン酸のナトリウム塩からなる安定剤を混合させた重合性フルフリルアルコールモノマー混合液を、改質対象の木材に含浸させ、含浸後の木材を加熱乾燥して、フランポリマー含浸木材を得ている。特許文献２に記載の製法においては、水に、フルフリルアルコール、アルコールあるいはアセトンからなる安定化補助溶剤、マレイン酸などの重合開始剤を混合させた重合性フルフリルアルコールモノマー混合液を、改質対象の木材に含浸させ、含浸後の木材を加熱乾燥させて、フランポリマー含浸木材を得ている。

特許第４１９０８８５号公報 特許第４８４１１４１号公報

特許文献１、２においては、フルフリルアルコールと重合開始剤（触媒）を混ぜた時点からフルフリルアルコールの重合が開始しないように、安定化剤あるいは安定化補助剤も一緒に混合して、混合液のｐＨを中性に維持している。これにより、混合液を安定状態で保管でき、また、混合液を木材に含浸させる過程においてフルフリルアルコールの重合を抑え、木材内部にフルフリルアルコールを行き渡らせるようにしている。硬化工程（重合工程）においては、加熱乾燥等により、木材内部から安定化剤、安定化補助剤を蒸発させて除去して、フルフリルアルコールを重合させるようにしている。

このように、従来のフランポリマー含浸木材の製造方法では、フルフリルアルコールとその重合開始剤を含む水溶液に、安定剤あるいは安定化補助剤を添加して中性に保つことで、水溶液の保存性を高め、木材内部への浸透性を高めている。水溶液には、フルフリルアルコールの重合開始剤と共に、重合を抑制するための安定剤等の添加が必要である。また、木材に水溶液を含浸させた後は、フルフリルアルコールの重合を開始させるために、木材を加熱乾燥して、安定剤等を蒸発させて回収する必要がある。このため、水溶液の調製コストが掛かり、また、安定剤等を木材から蒸発させて回収するための設備コストも掛かる。

本発明の目的は、このような安定化剤、安定化補助剤を用いる必要の無いフランポリマー含浸木材の製造方法を提案することにある。

上記の課題を解決するために、本発明のフランポリマー含浸木材の製造方法は、
フルフリルアルコールを含まず、前記フルフリルアルコールの重合開始剤として機能する化合物を含む第１水溶液を、処理対象の木材に含浸させる重合開始剤含浸工程、および、
重合開始剤を含まず、フルフリルアルコールを含む第２水溶液を、重合開始剤を含浸させた木材に含浸させ、フルフリルアルコールを重合させるフルフリルアルコール含浸・重合工程
を経て、フランポリマー含浸木材を製造することを特徴としている。

重合開始剤含浸工程では、重合開始剤としてのマレイン酸と水のみを混ぜた第１水溶液、例えば、マレイン酸５ｗｔ％を含む水溶液を用いることができる。次のフルフリルアルコール含浸工程では、フルフリルアルコールと水のみを混ぜた第２水溶液、例えば、フルフリルアルコール５０ｗｔ％および水５０ｗｔ％を含む水溶液を用いることができる。

本発明の方法では、フルフリルアルコールを木材に含浸させる工程に先立って、その重合開始剤（酸触媒）を木材に含浸させる。これにより、フルフリルアルコールと重合開始剤との混合液を用いる場合とは異なり、重合抑制用の安定化剤等の化合物を混合液に混ぜておく必要がない。また、木材への重合開始剤の含浸と、木材へのフルフリルアルコールの含浸とが別工程で行われるので、各工程における余剰液を回収して、そのまま再利用することが容易である。

重合開始剤含浸工程およびフルフリルアルコール含浸・重合工程では、含浸効率を高めるために、所定の加圧状態で各水溶液を木材に含浸させる。例えば、重合開始剤含浸工程では１５気圧の加圧下で第１水溶液を木材に含浸させる。同様に、フルフリルアルコール含浸・重合工程においても、例えば、１５気圧の加圧下で第２水溶液を木材に含浸させる。

ここで、木材の芯の部分等において、フルフリルアルコールの未浸潤部分（無垢部分）が残ると、その部分が寸法安定化出来ず、木材全体が湿度により寸法変化するので寸法安定性が落ちる。また、未浸潤部分（無垢部分）に傷などが生じやすいので、そこに雨水や腐朽菌が侵入して腐朽しやすい。さらに、未浸潤部分（無垢部分）があると、木材を切断した時に着色部分がまばらに見えるため、木口のタッチアップなど再塗装の必要が出てくる。

そこで、重合開始剤含浸工程の前に、木材を乾燥する前乾燥工程を行うことが望ましい。例えば、製材した木材を、減圧工程・加圧工程を経て乾燥させる。木材を乾燥することにより、後続の工程における重合開始剤、フルフリルアルコールの含浸性が改善され、これらを、木材内部の全体に亘って均一に含浸させることが容易になる。この結果、フランポリマー含浸木材の強度その他の特性を改善できる。

なお、フルフリルアルコール含浸・重合工程の次に、木材を乾燥する後乾燥工程が行われる。

本発明を適用したフランポリマー含浸木材の製造工程の一例を示す説明図である。

以下に、図面を参照して、本発明を適用したフランポリマー含浸木材の製造方法を説明する。なお、以下に述べる実施の形態は一例であり、本発明の方法を当該実施の形態に限定することを意図したものではない。

図１を参照してフランポリマー含浸木材の製造工程を説明する。改質対象の木材は、例えば、国産木材の杉、桧、唐松、赤松等である。まず、木材は、製材機により、所定断面、所定長さの製材に加工される（製材工程ＳＴ１）。

次に、製材加工後の木材１は、減圧・加圧下において乾燥させる（前乾燥工程ＳＴ２）。この前乾燥では、例えば、木材乾燥装置２の乾燥室２ａに入れた木材に、圧力乾燥を施す。まず、乾燥室２ａを減圧して木材１内の空気を除去しながら木材１を加熱乾燥し（減圧工程）、次に、乾燥室２ａ内を加圧状態にして木材１を加熱乾燥する（加圧工程）。処理圧力、保持時間等の処理条件は、樹種、木材寸法等に応じて適宜設定する。

前乾燥を行うために用いる加圧・減圧機能を備えた木材乾燥装置２として、例えば、ヒートコンディショナー（ヒルデブランド株式会社）を用いることができる。木材を乾燥することにより、木材の水溶液の含浸性が改善される。なお、ニュージーランド産のラジアタパインなどの木材の場合には、水溶液の含浸性が良い樹種であるので、前乾燥が不要な場合もある。

前乾燥後の木材１には重合開始剤含浸工程ＳＴ３が施される。重合開始剤含浸工程ＳＴ３では、重合開始剤であるマレイン酸と水の混合液である第１水溶液３を用いる。本例の第１水溶液３は、マレイン酸を水に混ぜただけの混合液であり、フルフリルアルコールその他の化合物は含まれていない。例えば、マレイン酸の混合割合は５ｗｔ％である。なお、必要に応じて、フルフリルアルコール以外の化合物を混合させることも可能である。

第１水溶液３は、例えば、事前に調製されて溶液タンク４に貯留される。木材１は、加圧・減圧機能を備えた注入装置５の注入室５ａに投入される。溶液タンク４から注入室５ａに第１水溶液３を供給し、注入室５ａ内を所定の加圧状態、例えば、１５気圧の状態に所定時間に亘って維持する。これにより、第１水溶液３が木材１の内部の芯まで十分に行き渡る。この後は、余剰の第１水溶液３を回収し、注入室５ａ内を真空引きして所定の減圧状態を形成し、注入室内を、所定時間に亘ってこの状態に維持して、第１水溶液３を含浸させた木材１を乾燥させる。

なお、第１水溶液３を木材１に含浸させる方法として各種の公知の方法を用いることができる。例えば、減圧加圧含浸法により、減圧工程および加圧工程を経て第１水溶液３を木材１に含浸させてもよい。いずれの場合においても、処理圧力、保持時間は、樹種、木材寸法、目標とする第１水溶液３の含浸量（注入量）などの条件に応じて適宜設定すればよい。

次に、注入室５ａ内において、マレイン酸を含浸させて乾燥させた後の木材１に、フルフリルアルコール（ＦＡ）含浸・重合工程ＳＴ４が施される。フルフリルアルコール含浸・重合工程ＳＴ４では、フルフリルアルコールと水の混合液である第２水溶液６を用いる。本例の第２水溶液６は、フルフリルアルコールを水に混ぜただけの混合液であり、重合開始剤その他の化合物は含まれていない。例えば、第２水溶液６は、フルフリルアルコール５０ｗｔ％と水５０ｗｔ％からなる。なお、必要に応じて、重合開始剤以外の化合物を混合させることも可能である。

第２水溶液６は、例えば、事前に調製されて溶液タンク７に貯留される。注入室５ａに、溶液タンク７から第２水溶液６を供給し、注入室５ａ内を所定の加圧状態、例えば、１５気圧の状態に所定時間に亘って維持する。これにより、第２水溶液６が木材１の内部まで十分に行き渡る。この後は、余剰の第２水溶液６を回収し、注入室５ａ内を真空引きして所定の減圧状態を形成し、注入室５ａ内を、所定時間に亘ってこの状態に維持して、第２水溶液６を含浸させた木材１を乾燥させる。

この工程において、第２水溶液６中のフルフリルアルコールは、木材１に含浸しながら、その内部に既に注入されているマレイン酸と反応して重合する。重合しながらフルフリルアルコールは木材１の各部に行き亘る。これにより、内部がフルフリルアルコールポリマー（フランポリマー）で充填された状態（樹脂化された状態）のフランポリマー含浸木材１０が得られる。

なお、この工程においても、第２水溶液６を木材１に含浸させる方法として各種の公知の方法を用いることができる。例えば、減圧加圧含浸法により、減圧工程および加圧工程を経て第２水溶液６を木材１に含浸させてもよい。処理圧力、保持時間は、樹種、木材寸法、目標とする第２水溶液６の含浸量（注入量）などの条件に応じて適宜設定すればよい。

この後、フランポリマー含浸木材１０には、後乾燥工程ＳＴ５が施される。後乾燥工程ＳＴ５では、前乾燥工程ＳＴ２と同様に、加圧・減圧機能を備えた木材乾燥装置８を用いて、例えば、減圧下で１００℃の温度状態で、フランポリマー含浸木材１０を乾燥する。減圧下での乾燥では沸点が下がり、より低い加熱温度で乾燥ができるので、乾燥時間・費用の削減に有利である。

なお、乾燥後のフランポリマー含浸木材１０は、木材成形機に掛けて、所定の寸法・形状となるように成形される（成形工程ＳＴ６）。木材成形機は、例えば、ヴァイニッヒモルダー（ミカエル・ヴァイニッヒ・ジャパン株式会社）を用いることができる。

ＳＴ１ 製材工程
ＳＴ２ 前乾燥工程
ＳＴ３ 重合開始剤含浸工程
ＳＴ４ フルフリルアルコール含浸・重合工程
ＳＴ５ 後乾燥工程
ＳＴ６ 成形工程
１ 木材
２ 木材乾燥装置
２ａ 乾燥室
３ 第１水溶液
４ 溶液タンク
５ 注入装置
５ａ 注入室
６ 第２水溶液
７ 溶液タンク
８ 木材乾燥装置
１０ フランポリマー含浸木材

Claims (3)

1. フルフリルアルコールを含まず、前記フルフリルアルコールの重合開始剤として機能する化合物を含む第１水溶液を、処理対象の木材に含浸させる重合開始剤含浸工程と、
   前記重合開始剤を含まず、前記フルフリルアルコールを含む第２水溶液を、前記重合開始剤を含浸させた前記木材に含浸させ、前記フルフリルアルコールを重合させるフルフリルアルコール含浸・重合工程と、
   を含み、
   前記重合開始剤含浸工程では、１５気圧下で、前記重合開始剤としてのマレイン酸と水のみを混ぜた前記第１水溶液を前記木材に含浸させ、
   前記フルフリルアルコール含浸・重合工程では、１５気圧下で、フルフリルアルコールと水のみを混ぜた前記第２水溶液を前記木材に含浸させ、
   前記第１水溶液は、マレイン酸５ｗｔ％水溶液であり、
   前記第２水溶液は、フルフリルアルコール５０ｗｔ％水溶液である
   フランポリマー含浸木材の製造方法。
2. 前記重合開始剤含浸工程の前に、前記木材を乾燥する前乾燥工程を含む
   請求項１に記載のフランポリマー含浸木材の製造方法。
3. 前記フルフリルアルコール含浸・重合工程の次に、前記木材を乾燥する後乾燥工程を含む
   請求項１または２に記載のフランポリマー含浸木材の製造方法。

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