JP7339256B2 - 改質木材製品及び前記製品の製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、リグニン分解生成物に基づく低分子量樹脂で木材が処理される、改質木材製品の製造方法に関する。本発明はまた、前記方法を使用して製造された改質木材製品に関する。
未処理の木材種の多くは、外部環境による影響を非常に受けやすくなっている。湿気及び/又は土壌に持続的にさらされる未処理の木材は、さまざまな種類の微生物や昆虫による攻撃によって弱くなる。したがって、湿気及び真菌の攻撃に対する耐性を高めるために、耐久性の低い木材を処理することが重要である。さらに、紫外線にさらされた木材は、変色や劣化の影響を受けやすくなる。
本発明は、木材改質に使用するための独自の合成低分子量リグニン樹脂で固形木材製品を処理する新規な方法を提示し、木材の耐湿性、耐候性、および生物学的耐久性を、既知の完全フェノールベースの樹脂と同等またはそれ以上に改善することが見出された。
a)リグニンを提供すること;
b)リグニンをリグニン切断生成物に分解すること;
c)リグニン切断生成物を分画すること;
d)リグニン切断生成物の1つ以上のフラクションを選択すること;
e)場合により、選択したリグニン切断生成物を化学的に改質すること;
f)場合により化学的に改質されたリグニン切断生成物を含むフェノール-ホルムアルデヒド樹脂を調製すること;
g)場合により化学的に改質されたリグニン切断生成物を含むフェノール-ホルムアルデヒド樹脂で木材を処理して、改質された木材製品を得ること。
本発明に従って使用されるリグニンは、広葉樹、針葉樹または環状植物に由来するリグニンなどの任意のタイプのリグニンである。リグニンは、例えば、クラフト法またはオルガノソルブ法に由来し得る。好ましくは、リグニンは、例えばクラフトプロセスで生成されたアルカリ性リグニンである。次に、リグニンは、WO2006031175に開示されているプロセスを使用することにより、黒液から分離することができる。
リグニンは、触媒として水酸化ナトリウムを使用することによって切断された。切断生成物は、酢酸エチルを用いた液液抽出により精製した。酢酸エチルは、ロータリーエバポレーターを使用して除去した(Schmiedl et al. 2012)。得られたリグニン切断生成物(35g)をフェノール(質量%)と混合した:例80_20は、80質量%のフェノールおよび20質量%のリグニン切断生成物を意味する。樹脂化工程中に、0.24モルのホルムアルデヒドおよび0.06モルの水酸化ナトリウムを加えた。樹脂化:65℃、4時間。合成後の樹脂の固形分は35%であった。合成されたPF樹脂(同じ反応条件)は、参照樹脂(100_0)として機能した。25×25×10mm3(半径×接線×縦)の未処理のブナ辺材サンプルを、真空含浸(0.5時間、100mbar)し、最後に大気圧で2時間溶液中に保持した。樹脂を140℃で1時間完全に硬化させる前に、含浸した試験片を徐々に温度を上げて(25℃から103℃まで)96時間ゆっくりと乾燥させた。断面バルキング(かさ高さ)(BC)、重量パーセント増加(WPG)、抗収縮/膨潤率(ASE)、吸水率を測定した。最大吸水率を決定するために、サンプルを水中に100mbarで30分間真空含浸した。最後に、試験片は大気圧の水中に24時間留まった。
クラフトリグニンは、触媒(ゼオライト)とマイクロ波エネルギーを使用して液化した。3つの樹脂を合成した:参照PF樹脂(PF)、40%置換フェノール(60_40)、及び、100%置換フェノール(0_100)。樹脂合成のために、0.64モルのホルムアルデヒドと0.04モルの水酸化ナトリウムを加えた。樹脂化:65℃、4時間。樹脂の固形分は30%であった。25×25×10mm3(半径方向、接線方向、縦方向)の寸法の未処理のブナ材の試験片に真空含浸(0.5時間、100mbar)を行い、最終的に大気圧で2時間溶液中に保持した。樹脂を140℃で1時間完全に硬化させる前に、含浸した試験片を温度を上げて(25℃から103℃まで)ゆっくりと96時間乾燥させた。断面バルキング(BC)、重量パーセント増加(WPG)、抗収縮/膨潤率(ASE)、および吸水率を測定した。最大吸水率を決定するために、サンプルを水中100mbarで30分間真空含浸した。最後に、試験片は大気圧の水中に24時間保持する。
リグニンは、十分に解重合されている場合、芳香族化合物の潜在的な供給源である。検出されたモノ芳香族リグニン分解生成物を混合して(質量%)、バイオベースのバイオオイルを得た。表1にバイオオイルの組成(質量%)を示す。
本発明に関連して、以下の内容を更に開示する。
[1]
以下の工程を含む、改質木材製品の製造方法:
a)リグニンを提供すること;
b)リグニンをリグニン切断生成物に分解すること;
c)リグニン切断生成物を分画すること;
d)リグニン切断生成物の1つ以上のフラクションを選択すること;
e)場合により、選択したリグニン切断生成物を化学的に改質すること;
f)場合により化学的に改質されたリグニン切断生成物を含むフェノール-ホルムアルデヒド樹脂を調製すること;
g)場合により化学的に改質されたリグニン切断生成物を含むフェノール-ホルムアルデヒド樹脂で木材を処理して、改質された木材製品を得ること。
[2]
触媒として水酸化ナトリウムを使用することにより、または、触媒およびマイクロ波エネルギーを使用することにより、リグニンが分解される、[1]に記載の方法。
[3]
リグニン切断生成物が、工程c)の前にヒドロキシメチル化により化学的に改質される、[1]または[2]に記載の方法。
[4]
木材が約12%の含水率を有する、[1]~[3]のいずれかに記載の方法。
[5]
リグニンがクラフトリグニンである、[1]~[4]のいずれかに記載の方法。
[6]
場合により化学的に改質されたリグニン切断生成物を含むフェノール-ホルムアルデヒド樹脂での改質の前に、木材が熱的に改質されている、[1]~[5]のいずれかに記載の方法。
[7]
場合により化学的に改質されたリグニン切断生成物を含むフェノール-ホルムアルデヒド樹脂での処理中または処理後に、木材が緻密化される、[1]~[6]のいずれかに記載の方法。
[8]
[1]~[7]のいずれかに記載の方法により得られる改質木材製品。
[9]
木材が針葉樹または広葉樹である、[8]に記載の改質木材製品。
[10]
クラッディング、デッキ、窓およびドアプロファイル、電柱、突堤、建具または家具の製造のための、[8]または[9]に記載の改質木材製品の使用。
Claims (7)
- 以下の工程を含む、改質木材製品の製造方法:
a)リグニンを提供すること;
b)リグニンをリグニン切断生成物に分解すること;
c)リグニン切断生成物を分画すること;
d)リグニン切断生成物の1つ以上のフラクションを選択すること;
e)リグニン切断生成物を含むフェノール-ホルムアルデヒド樹脂を調製すること、
ここで、当該樹脂は、リグニン切断生成物を含む混合物に、フェノールおよびホルムアルデヒドを添加することにより、調製される;
f)リグニン切断生成物を含むフェノール-ホルムアルデヒド樹脂で木材を処理して、改質された木材製品を得ること。 - 触媒として水酸化ナトリウムを使用することにより、または、触媒およびマイクロ波エネルギーを使用することにより、リグニンが分解される、請求項1に記載の方法。
- リグニン切断生成物が、工程c)の前にヒドロキシメチル化により化学的に改質される、請求項1または2に記載の方法。
- 木材が約12%の含水率を有する、請求項1~3のいずれか一項に記載の方法。
- リグニンがクラフトリグニンである、請求項1~4のいずれか一項に記載の方法。
- リグニン切断生成物を含むフェノール-ホルムアルデヒド樹脂での改質の前に、木材が熱的に改質されている、請求項1~5のいずれか一項に記載の方法。
- リグニン切断生成物を含むフェノール-ホルムアルデヒド樹脂での処理中または処理後に、木材が緻密化される、請求項1~6のいずれか一項に記載の方法。
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