JP7116404B2 - Method for producing furan polymer impregnated wood - Google Patents
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Description
本発明は、木材にフルフリルアルコールを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。 The present invention relates to a method for producing furan polymer-impregnated lumber obtained by impregnating lumber with furfuryl alcohol and polymerizing the lumber.
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。
Wood generally has the disadvantages of being susceptible to corrosion, being susceptible to damage by termites and the like, and being susceptible to twisting and warping. In order to compensate for such drawbacks, wood modification techniques have been proposed in which wood is resinified to improve durability and dimensional stability. One of these known techniques is to impart antiseptic performance, anti-termite performance, and dimensional stability to wood by resinifying alcohol with acid as a catalyst (polymerization initiator) in wood. . For example,
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と、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と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と、アルコールあるいはアセトンからなる安定化補助溶剤と、マレイン酸などの重合開始剤と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。
In the production method described in Patent Document 1, water is mixed with a polymerization initiator such as furfuryl alcohol or maleic anhydride, and a stabilizer comprising a sodium salt of boric acid and lignosulfonic acid to prepare a polymerizable furfuryl alcohol monomer. The wood to be modified is impregnated with the mixed solution, and the impregnated wood is dried by heating to obtain the furan polymer-impregnated wood. In the production method described in
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、混合した水溶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、木材内部の各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、木材内部を酸性にして、フルフリルアルコールを重合させるようにしている。
In
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。したがって、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あるいは安定化補助剤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。 Thus, in the conventional method for producing furan polymer-impregnated lumber, a stabilizer or a stabilizing aid is added to an aqueous solution containing furfuryl alcohol and its polymerization initiator to keep it neutral, thereby improving the storage stability of the aqueous solution. and increase the permeability to the interior of the wood. Therefore, the aqueous solution must be added with a polymerization initiator for furfuryl alcohol and a stabilizer or a stabilizing aid to suppress the polymerization. After the wood is impregnated with the aqueous solution, the wood must be dried by heating to evaporate the stabilizer and the like in order to initiate the polymerization of furfuryl alcohol. Therefore, the preparation cost of the aqueous solution is high, and the facility cost for evaporating and recovering the stabilizer from the wood is also high.
本発明の目的は、このような点に鑑みて、重合開始剤を外部から木材に注入することなく木材内部においてフルフリルアルコールを重合させることのできる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。 In view of these points, it is an object of the present invention to propose a method for producing furan polymer-impregnated lumber that can polymerize furfuryl alcohol inside the lumber without injecting a polymerization initiator into the lumber from the outside. be.
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、
木材を所定の加熱処理条件の下で加熱乾燥して、当該木材を酸性化させ、pHが6あるいは5の弱酸性を呈する状態にする前処理工程、および、
フルフリルアルコールを含み、当該フルフリルアルコールの重合開始剤を含まない水溶液を、木材に含浸させ、前処理工程において木材の内部に生成された酸がフルフリルアルコールの重合開始剤として機能して、当該フルフリルアルコールが重合す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。
In order to solve the above problems, the method for producing furan polymer-impregnated wood of the present invention comprises:
A pretreatment step of heat-drying the wood under predetermined heat treatment conditions to acidify the wood and make it weakly acidic with a pH of 6 or 5 ;
Wood is impregnated with an aqueous solution that contains furfuryl alcohol and does not contain a polymerization initiator for furfuryl alcohol, and the acid generated inside the wood in the pretreatment step functions as a polymerization initiator for furfuryl alcohol. , furan polymer-impregnated lumber is produced through a furfuryl alcohol impregnation/polymerization step in which the furfuryl alcohol is polymerized.
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、木材に、所定の加熱処理条件の下で前処理を施すことで、木材内部に酢酸等の酸を生成させ、木材を酸性にしている。木材内部に生成した酸を、フルフリルアルコールの重合開始剤として利用することで、フルフリルアルコールと共にその重合開始剤(酸触媒)を木材の外部からその内部に含浸あるいは注入する必要がない。 In the method of the present invention, prior to the step of impregnating the wood with furfuryl alcohol, the wood is pretreated under predetermined heat treatment conditions to generate an acid such as acetic acid inside the wood, thereby removing the wood. making it acidic. By using the acid generated inside the wood as a polymerization initiator for furfuryl alcohol, there is no need to impregnate or inject the polymerization initiator (acid catalyst) together with furfuryl alcohol from the outside of the wood.
したがって、フルフリルアルコールを含む水溶液として、フルフリルアルコールと水のみを含む水溶液を用いることができる。水溶液の保存・管理が極めて容易になる。また、水溶液を木材に含浸させた後に、フルフリルアルコールの重合を抑制している安定剤等を蒸発・回収する工程も不要になる。よって、本発明の方法によれば、廉価に調製可能なフルフリルアルコールの水溶液および廉価な装置構成を用いて、フランポリマー含浸木材の製造を廉価なランニングコストで行うことができる。 Therefore, an aqueous solution containing only furfuryl alcohol and water can be used as the aqueous solution containing furfuryl alcohol. Storage and management of the aqueous solution becomes extremely easy. In addition, the step of evaporating and recovering stabilizers and the like that inhibit the polymerization of furfuryl alcohol after impregnating wood with the aqueous solution is also unnecessary. Therefore, according to the method of the present invention, furan polymer-impregnated lumber can be produced at a low running cost by using an aqueous solution of furfuryl alcohol that can be prepared at low cost and an inexpensive equipment configuration.
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の一例を説明する。なお、以下に述べる実施の形態は本発明の方法の一例であり、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。 An example of the method for producing furan polymer-impregnated lumber to which the present invention is applied will be described below with reference to the drawings. The embodiment described below is an example of the method of the present invention, and is not intended to limit the method of the present invention to the embodiment.
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、木材の生木(丸太)が、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)。 The manufacturing process of furan polymer-impregnated lumber will be described with reference to FIG. The wood to be modified is, for example, Japanese cedar, Japanese cypress, Chinese pine, red pine, or the like. First, a raw wood (log) is processed into lumber having a predetermined cross-section and a predetermined length by a sawmill (sawmill step ST1).
製材加工後の木材1には、加熱乾燥による前処理が施される(前処理工程ST2)。前処理においては、木材1を、所定の加熱処理条件の下で、加熱乾燥させる。例えば、木材処理装置2の処理室2aに入れた木材に、減圧乾燥処理および加圧乾燥処理を施す。減圧・加圧機能を備えた木材処理装置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。
The lumber 1 after lumber processing is subjected to pretreatment by heating and drying (pretreatment step ST2). In the pretreatment, the lumber 1 is heated and dried under predetermined heat treatment conditions. For example, the wood placed in the
木材1を所定の加熱処理条件の下で加熱乾燥して、当該木材1に、耐久性および寸法安定性を付与すると共に、酸性を帯びさせる。加熱処理条件を樹種に応じて適切に設定することで、前処理後の木材1の内部には酢酸(エタン酸)などの酸が生成され、pHが6あるいは5程度の弱酸性を呈する状態になる。また、加熱乾燥処理によって、木材のフルフリルアルコールの含浸性が改善され、後続の工程において、木材内部の全体に亘って均一にフルフリルアルコールを含浸させることが容易になり、最終的に得られる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。 The lumber 1 is dried by heating under predetermined heat treatment conditions to impart durability and dimensional stability to the lumber 1 and to impart acidity. By appropriately setting the heat treatment conditions according to the tree species, an acid such as acetic acid (ethanoic acid) is generated inside the lumber 1 after the pretreatment, resulting in a weakly acidic state with a pH of about 6 or 5. Become. In addition, the heat drying treatment improves the impregnation property of the wood with furfuryl alcohol, and in the subsequent process, it becomes easy to uniformly impregnate the entire interior of the wood with furfuryl alcohol, and the final product is obtained. The strength and other properties of furan polymer impregnated wood can be improved.
なお、加熱処理方法としては、処理対象の木材1を、常圧・過熱蒸気雰囲気下で加熱処理する方法、高圧・不活性ガス雰囲気中で加熱処理する方法など、各種の公知の方法から適切な方法を採用することができる。いずれの方法においても、減圧および加圧に用いる処理圧力、減圧保持時間、加圧保持時間、加熱温度、加熱媒体等の加熱処理条件は、樹種、木材寸法、目標とする酸性度(pH値)等に応じて適宜選定する。 As the heat treatment method, a method of heat-treating the lumber 1 to be treated under a normal pressure/superheated steam atmosphere, a method of heat-treating it under a high-pressure/inert gas atmosphere, etc., can be appropriately selected from various known methods. method can be adopted. In any method, the heat treatment conditions such as treatment pressure used for decompression and pressurization, decompression holding time, pressurization holding time, heating temperature, heating medium, etc. Select as appropriate according to your needs.
また、加熱処理により木材の耐久性、寸法安定性等を改善する木材の改質技術が知られており、加熱処理木材は、「ヒートウッド(登録商標)」、「ThermoWood(登録商標)」、「エステックウッド(登録商標)」などの名称で製品化されている。本例の前処理工程ST2においても、これらの加熱処理技術を適用できる。 In addition, wood modification technology is known that improves the durability, dimensional stability, etc. of wood by heat treatment. It is commercialized under names such as "Stech Wood (registered trademark)." These heat treatment techniques can also be applied to the pretreatment step ST2 of this example.
前処理後の木材1には、フルフリルアルコール(FA)含浸・重合工程ST3が施される。フルフリルアルコール含浸・重合工程ST3では、フルフリルアルコールと水の混合液である水溶液3を用いる。本例の水溶液3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、フルフリルアルコール50重量%、水50重量%の混合液を用いる。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。
The lumber 1 after the pretreatment is subjected to a furfuryl alcohol (FA) impregnation/polymerization step ST3. In the furfuryl alcohol impregnation/polymerization step ST3, an
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、水溶液3が木材1の内部まで十分に行き渡る。この後は、余剰の水溶液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5a内を、所定時間に亘ってこの状態に維持して、水溶液3を含浸させた木材1を乾燥させる。
The
この工程において、水溶液3中のフルフリルアルコールは、木材1に含浸しながら、その内部に生成されている酢酸等の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。
In this process, the furfuryl alcohol in the
なお、この工程においても、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水溶液3を木材1に含浸させてもよい。いずれの方法においても、処理圧力、保持時間等の処理条件は、樹種、木材寸法、目標とする水溶液3の含浸量(注入量)などに応じて適宜設定すればよい。
Also in this step, various known methods can be used as a method for impregnating the lumber 1 with the
この後は、フランポリマー含浸木材10には、後乾燥工程ST4が施される。後乾燥工程ST4では、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を所定時間に亘って、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。
After that, the furan polymer-impregnated
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ST5)。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。
The dried furan polymer-impregnated
ST1 製材工程
ST2 前処理工程
ST3 フルフリルアルコール含浸・重合工程
ST4 後乾燥工程
ST5 成形工程
1 木材
2 木材処理装置
2a 処理室
3 水溶液
4 溶液タンク
5 注入装置
5a 注入室
8 木材乾燥装置
10 フランポリマー含浸木材
ST1 lumber process ST2 pretreatment process ST3 furfuryl alcohol impregnation/polymerization process ST4 post-drying process ST5 molding process 1
Claims (7)
フルフリルアルコールを含み、当該フルフリルアルコールの重合開始剤を含まない水溶液を、前記木材に含浸させ、前記前処理工程において前記木材の内部に生成された酸が前記フルフリルアルコールの重合開始剤として機能して、当該フルフリルアルコールが重合するフルフリルアルコール含浸・重合工程と、
を含むフランポリマー含浸木材の製造方法。 a pretreatment step of heat-drying the lumber under predetermined heat treatment conditions to acidify the lumber to a weakly acidic pH of 6 or 5 ;
The wood is impregnated with an aqueous solution that contains furfuryl alcohol and does not contain a polymerization initiator for furfuryl alcohol, and the acid generated inside the wood in the pretreatment step is a polymerization initiator for the furfuryl alcohol. and a furfuryl alcohol impregnation and polymerization step in which the furfuryl alcohol polymerizes,
A method for producing furan polymer impregnated wood comprising:
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。 3. The method for producing a furan polymer-impregnated lumber according to claim 1, wherein in the furfuryl alcohol impregnation/polymerization step, the lumber is impregnated with the aqueous solution obtained by mixing only furfuryl alcohol and water.
請求項1ないし4のうちのいずれか一つの項に記載のフランポリマー含浸木材の製造方法。 5. The method for producing a furan polymer-impregnated lumber according to any one of claims 1 to 4, wherein in the furfuryl alcohol impregnation/polymerization step, the lumber is impregnated with the aqueous solution under 15 atmospheres.
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