JPH01154702A - 改質木質材料およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔技術分野〕 この発明は、木材等の木質材料とプラスチックとの複合
体を得るためのＷ　Ｐ　Ｃ（ｆｌｏｏｄ　Ｐｌａｓｔｉ
ｃＣｏａ＋ｂｉｎａｔｉｏｎまたは−ｏｏｄ　Ｐｌａｓ
ｔｉｃ　Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ）加工を利用した改質木質
材料およびその製造方法に関するものである。

【背景技術〕

従来より、木材にスチレン、メタクリル酸メチル、酢酸
ビニル、アクリロニトリルなどのビニルモノマー類、不
飽和ポリエステル、アクリル系オリゴマーの単独または
これらを混合した重合性樹脂液を含浸注入し、木材中で
重合硬化させて得られる木材−プラスチック複合体は、
通常の木材に比べて耐摩耗性、耐水性、強度、寸法安定
性等がすぐれるため、単独または他の材料と組み合わせ
て種々の用途に利用されている。

重合硬化させる方法としては放射線重合法や触媒重合法
があるが、°通常は重合性樹脂液と重合開始剤とを混合
し、減圧または加圧下で木材中に含浸し、加熱して重合
硬化させる触媒重合法が主流である。

重合性樹脂液を木材に含浸する場合、木材は多孔体であ
るために内部の空隙の大部分が重合性樹脂液で充填され
るため、得られた木材−プラスチック複合体は通常１２
０％以上のポリマー保持率（ＰＬ％＝樹脂重樹脂重相／
木材重量Ｘ１００る。

したがって、大量の重合性樹脂液を必要とするために、
コストが高くなり、また得られた木材−プラスチック複
合体はプラスチック感の強いものとなり、木材が本来存
する木質感（木肌、暖がみ、柔らか味、風合い等）が消
失するという問題があった。

また、重合性樹脂を木材中で加熱して重合硬化させる場
合、重合時の硬化収縮のために、樹脂硬化体と木材Ｍｉ
礒との間に空隙が生じ、このため水分がこの空隙内に浸
入し、その部分が白く見える、いわゆる白化現象が起こ
り、さらに寸法安定性等の耐水性があまり改善されない
という問題もあった。

さらに、重合硬化には均一な一定時間の加熱操作が必要
であり、材料の種類、厚さ、重合開始剤の量などの一定
条件が保持されなければ、完全硬化には到らない。この
とき、未反応の樹脂が残存していると、得られた木材−
プラスチック複合体に未反応物の臭気が残ったり、ある
いは未反応物が浸出するなどの様々な問題が発生してい
た。

加えて、通常使用される過酸化ベンゾイル、クメンヒド
ロペルオキシド、アゾビスイソブチロニトリルなどの重
合開始剤と重合性樹脂とを混合した樹脂液はポットライ
フが短く、特に夏場などの高温期にはゲル化等のトラブ
ルが発生しゃすがっ近時、このような木材−プラスチッ
ク複合体の有する問題点を改良すべく研究が進められた
結果、モノマー類やアクリル系官能性オリゴマーを適当
な溶媒に溶解させて木材に注入し処理コストを低減化さ
せる方法が行われている。しかしながら、このような方
法でも、重合硬化に長時間を要したり、重合にむらが生
じたり、硬化収縮に伴う材の変形や割れが発生したりし
て、著しい改善には到っていない。

さらに、溶剤可溶型のポリマーを溶媒に溶解させて木材
内に注入し、溶媒を揮散させて処理する方法も行われて
いるが、通常でのポリマーは木材の細胞内腔に充填ある
いは皮膜が形成されているだけで木材との相互作用がな
く、寸法安定性や機械的性能の向上は殆ど望めないのが
実情であった。

〔発明の開示〕

この発明の改質木質材料は、活性な水酸基を有するアク
リル系ポリマーとイソシアネート架橋剤とを主成分とす
る樹脂組成物を木質材料中に分散硬化させてなるもので
ある。

すなわち、この発明によれば、アクリル系ポリマーの有
する活性な水酸基がイソシアネート架橋剤と反応してア
クリル系ポリマーが３次元網状構造の硬化物となるとと
もに、木質材料組織（セルロース成分の水酸基）とイソ
シアネート架橋剤との結合が生じ、すなわち樹脂組成物
の硬化物と木質材料との強い相互作用（木質材料組織と
の強固な密着）が出現する。従って、木質材料の空隙内
に樹脂を充填またはこの空隙の内壁面を覆うポリマー膜
の形成により従来にない顕著な効果が発現され、木質材
料の耐久性、寸法安定性等の諸物性を飛躍的に向上させ
ることができる。

また、この発明の改質木質材料の製造方法は、活性な水
酸基を有するアクリル系ポリマーとイソシアネート架橋
剤とを主成分とする樹脂組成物を有機溶剤に溶解させて
含浸液を作成する工程と、前記含浸液を木質材料内に含
浸させる工程と、含浸させた含浸液から前記有機溶剤を
揮散させ前記樹脂組成物を硬化させる工程とを含むもの
である。

この発明の方法によれば、樹脂組成物を有機溶媒に溶解
させて含浸液を作成し、これを木質材料に含浸させるた
め、樹脂組成物を単独で含浸させる場合に比して、樹脂
組成物の木質材料内部への含浸性、浸透性が高まり、木
質材料の性能を改善するうえで、より存効である。

この発明における活性な水酸基を有するアクリル系ポリ
マーとしては、たとえば２−ヒドロキシエチルアクリレ
ート、２−ヒドロキシエチルメタクリレート（ｆ（ＨＭ
Ａ）　、２−ヒドロキシプロピルアクリレート、２−ヒ
ドロキシプロピルメタクリレートなどのアクリル系モノ
マーの単独重合体のほか、これらのアクリル系モノマー
とラジカル共重合可能なビニルモノマー、たとえばメチ
ルメタクリレ−）　（ＭＭＡ）　、グリシジルメタクリ
レート（ＧＭＡ）　、イソプチルメククリレートなどの
アクリル酸エステル類、さらにスチレン、ビニルトルエ
ン、酢酸ビニルなどとの共重合体があげられる。アクリ
ル系共重合体としては、具体的には、ＭＭＡとＨＥＭＡ
との共重合体、ＧＭＡとＨＥＭＡとの共重合体などが例
としてあげられる。

これらのアクリル系ポリマーは単独で使用するほか、２
種以上を混合して用いてもよい。

この発明におけるアクリル系ポリマーは、イソシアネー
ト架橋剤との架橋密度を調節し木質材料に所望の物性を
付与するうえで、水酸基を有するアクリル系モノマーの
単独重合体であるよりも、他のビニルモノマーとの共重
合体の形態で用いるのが好ましい。

このとき、共重合体中の組成比、したがってポリマー中
の水酸基量は、使用する木質材料の種類や用途、さらに
要望される物性などにより適宜決定されるため、とくに
限定されるものではないが、水酸基量は通常ＩＩ！ＭＡ
／ＭＭ＾＋ＨＥＭＡ換算で５〜５０重量％の範囲である
のが好ましく、水酸基量がこの範囲を越えるときは分子
の会合等により粘度が上昇して含浸しにくくなり、また
この範囲より小ないときは架橋密度が低くなって寸法安
定性に劣るようになり、いずれも好ましくない。

＼ また、アクリル系ポリマーの平均分子量は木質材料への
含浸性および木質材料の物性改良のうえから５０．００
０以下、なかんづ＜３，０００〜３０，０００の範囲で
あるのが好ましい。

かかるアクリル系ポリマーを溶解させる有機溶媒は、相
溶性がよく、木質材料Ｍ織に親和性のあるものを使用す
る必要がある。このような有機溶媒としては、たとえば
メタノール、ｎ−ブチルアルコールなどのアルコール類
、酢酸エチル、酢酸ｎ−ブチルなどのエステル類、イソ
プロピルエーテル、テトラヒドロ、フラン、ジオキサン
などのエーテル類、トルエン、キシレンなどの炭化水素
類、さらにアセトン、メチルエチルケトンなどのケトン
類などがあげられ、単独または２種以上を混合して使用
することができる。

有機溶媒に対する樹脂組成物の濃度は樹脂の含浸性や含
浸率、作業性などから適宜決定することができ、とくに
制限されるものではないが、通常は５０％以下であるの
が好ましい。

この発明における前記イソシアネート架橋剤には、含浸
処理工程上置も重要な含浸液の保存性（ポットライフ）
を高め、生産性、作業性を向上させるために、所定の温
度に達しなければ架橋反応が起こらないブロックイソシ
アネート架橋剤を使用するのが好ましい、すなわち、ブ
ロックイソシアネート架橋剤は、ブロック剤をイソシア
ネート基と結合させて一時的にイソシアネート基を安定
化（マスキング）したものであって、適当な熱処理を行
うと熱開裂によって元の活性イソシアネート基が再生さ
れる。使用されるブロック剤としては、たとえばメタノ
ール、エタノール、フェノール、エチルメルカプタン、
β−チオナフトール、Ｎ−メチルアニリン、アセチルア
セトン、アセト酢酸エチル、アセトオキシム、シクロヘ
キサノンオキシム、重亜硫酸ソーダなどがあげられ、こ
れらのブロック剤から物性、作業性、熱開裂温度などを
考慮して適宜選択することができる。

使用するイソシアネートとしては、たとえばヘキサメチ
レンジイソシアネート、キシリレンジイソシアネート、
トルイジンジイソシアネート、水添トルイジンジイソシ
アネート、ｐ−フェニレンジイソシアネート、４．４゛
−ジフェニルメタンシイ・ソシアネート、１．５−ナフ
タレンジイソシアネートなどがあげられる。

イソシアネート架橋剤の配合量は共重合体中の水酸基蝉
対して０．１〜５モル、なかんづ＜０．５〜２モルの範
囲であるのが反応を完結させるうえで好ましい。　　　
　　− さらに、要すれば、樹脂組成物にジブチル錫ジラウレー
トなどの硬化促進剤を添加してもよい。

このときの添加量は０．５〜２　ＰＨＲ程度が適当であ
る。

含浸液を含浸する木質材料は、住宅等の建築材料として
従来より広く使用されている松、杉、桧、栂、°ヒバな
どの針葉樹やナラ、ブナ、クモ、シオジ、欅などの広葉
樹の無垢材、合板、集成材などがあげられる。木質材料
は含浸処理に際して、あらかじめ充分に乾燥させて平衡
含水率以下にしておくことが望ましい。

また、含浸方法としては、常圧下で木質材料を含浸液に
浸漬する常圧浸漬法のほか、減圧下で浸漬しついで常圧
下または加圧下で浸漬する減圧常圧浸漬法または減圧加
圧浸漬法などがいずれも採用可能であり、含浸量および
木質材料の種類等によって適宜決定する。

樹脂組成物の含浸量は、耐熱性、耐熱水性、耐候性、さ
らに寸法安定性等を高め、かつ木質材料のもつ末法や風
合い等の木質感を損なわない範囲であることが必要であ
る。このような観点から種々検討を重ねた結果、樹脂組
成物の前記木質材料への含浸率は、樹脂が木質材料中の
空隙を完全′に充填したときの含浸率を１００％とした
ときに、２〜８０％、好ましくは２０〜８０％の範囲で
あれば、木質感の高い改質木質材料が得られることが見
出され、これよりも含浸量が大なるときは木質感がわる
くなり、また小なるときは木質材料の改質効果がなくな
る。

含浸後、木質材料を乾燥させて有機溶媒を揮散させ、加
熱等により樹脂を硬化させる。溶媒の揮散方法としては
、風乾によるほか、温風や熱風による強制乾燥法、減圧
下で行う減圧乾燥法などが採用可能である０強制乾燥で
は溶媒とともに主成分が揮散あ°るいは溶出しないよう
に徐々に行うことが望ましい。

硬化温度は、ブロックイソシアネート架橋剤を使用する
場合、その活性化（開裂）温度が基本になるが、木質材
料自体の変形や割れなどのトラブルを防止するうえから
通常１００℃以下の温度で行うのが好ましい。

このようにして得られた改質木質材料は、内部でアクリ
ル系ポリマーがイソシアネート架橋剤によって３次元の
網目構造体となり、また木質材料組織との反応によって
木質材料の空隙内壁面にその細胞組織と強固に結びつい
たポリマー膜ができるため、高い耐熱性、耐水性、耐熱
水性、耐候性、さらに寸法安定性などを有し、しかも低
い含浸率での処理となるから木質感を保持させることが
できる。また、ブロックイソシアネート架橋剤を使用す
ることにより、含浸液のポットライフが高く安定してい
るため、生産性、作業性が向上する。

さらに、従来のように残留モノマーによって臭気その他
のトラブルが発生することがない。

次に実施例および比較例をあげてこの発明の詳細な説明
する。

実施例：　　ＭＭＡ−ＨＥＭＡ共重合体（前出）の組成
比を変えるために、仕込み量比（ＨＥＭＡ／ＭＭＡ＋Ｈ
ＥＭＡ）を０．０．１．０．２．０．３．０．４と変え
て、平均分子量が２０．０００のそれぞれの共重合体を
得た。

得られた各共重合体をアセトンに濃度２０％で溶解させ
、これにブロックイソシアネート架橋剤（第一工業製薬
■製のｒＭ−２１１１」）をＮＣ０１０Ｈのモル比が１
．２となるように添加し、さらに硬化促進剤としてジブ
チル錫ジラウレート０．７　ＰＨＲを添加して各含浸液
を得た。

一方、米松柾目板（１０Ｘ２００　Ｘ２００　（ａｍ）
、含水率１２．３％）を減圧加圧釜内に収容し、釜内を
１０ｔｏｒｒ以下に排気減圧したのち、前記含浸液を注
入して含浸処理し、各含浸木材を得た。これを５５°Ｃ
の温風乾燥機内に１）時間保持したのち、９０’Ｃで３
時間加熱し、各共重合体に対応する各試料「実−ａ〜ｅ
」を作成した。

比較例１：　実施例と同じ各共重合体をアセトンに２０
％濃度で溶解させた含浸液を用いて含浸処理し、ついで
５５°Ｃの温風乾燥機内に２０時間保持して溶媒を揮散
させたほかは実施例と同様して試料「比１−ａ　−ｅ　
Ｊを作成した。

比較例２：　ＭＭＡのモノマーに過酸化ベンゾイル（Ｂ
ＰＯ）の０．５　ＰＨＲを添加した樹脂液を含浸液とし
、減圧度を調整してポリマー保持率（ＰＬ％）がそれぞ
れ５０．９０．１２０％となるようにしたほかは実施例
と同様にして含浸木材を作成し、これをアルミニウム箔
でラツピングし、７５°Ｃで２０時間加熱保持して試料
「比２−ａ％ｃＪを作成した。

評価試験 実施例および比較例で得られた各試料について、２４時
間水中浸漬におけるＡＳＥ　［Ａｎｔｉ−５ｗｅｌｌｉ
ｎｇＥｆｆｉｃｉｅｎｃｙＨ抗膨張能）および官能検査
による木質感の評価を行った。それらの試験結果を次表
に示す。

なお、表において、ポリマー、保持率（ＰＬ％）は次式
により求めた。

ｅ −ｃ　：　未処理材の絶乾重量（ｇ） Ｗｔ：　　処理材の絶乾重量（ｇ） ＾ＳＥ値は次式により求めた。

Ｖｃ　−Ｖｔ ＡＳＥ　＝　−Ｘ　１００ Ｖｃ ｖｃ：　　未処理材の容積膨潤率 ｖｔ：　　処理材の容積膨潤率 ここで、容積膨潤率は次式により求めた。

また、木質感（木肌感）は、試料である処理材と未処理
材とを比較して評価した。比較はパネラ−１Ｏ人の官能
検査により行い、以下の３段階で評価した。

木肌感が保持されている　　　−Ａ 木肌感がやや損なわれている　−Ｂ 木肌感がなくなっている　　　−Ｃ 表から、活性水酸基を有するアクリル系ポリマーにイソ
シアネート架橋剤を配合し、所定の含浸率で木材に含浸
させることにより（実施例）、ＡＳＥ値が向上し、しか
も木質感が損なわれていないことがわかる。

〔発明の効果〕

この発明によれば、木質材料に高い耐久性と寸法安定性
を付与し、かつ木質感を保持させることができるという
効果がある。

特許出願人　藤　　　　村　　　　庄

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）活性な水酸基を有するアクリル系ポリマーとイソ
   シアネート架橋剤とを主成分とする樹脂組成物を木質材
   料中に分散硬化させてなる改質木質材料。
2. （２）前記アクリル系ポリマーが、活性な水酸基を有す
   るアクリル酸エステルまたはメタクリル酸エステルと、
   ラジカル重合可能なビニルモノマーとの共重合体である
   特許請求の範囲第（１）項記載の改質木質材料。
3. （３）前記イソシアネート架橋剤がブロックイソシアネ
   ート架橋剤である特許請求の範囲第（１）項記載の改質
   木質材料。
4. （４）前記樹脂組成物の前記木質材料への含浸率は、樹
   脂組成物が木質材料中の空隙を完全に充填したときの含
   浸率を１００％としたときに、２〜８０％の範囲である
   特許請求の範囲第（１）項記載の改質木質材料。
5. （５）活性な水酸基を有するアクリル系ポリマーとイソ
   シアネート架橋剤とを主成分とする樹脂組成物を有機溶
   剤に溶解させて含浸液を作成する工程と、前記含浸液を
   木質材料内に含浸させる工程と、含浸させた含浸液から
   前記有機溶剤を揮散させ前記樹脂組成物を硬化させる工
   程とを含む改質木質材料の製造方法。