JPH02273202A - 木質系成形品の製造方法 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は側鎖に活性な水酸基を有するオリゴエステル化
木質材をイソシアネート・ポリウレタン接着剤で結合一
体化することにより、寸法安定性、耐久性および接着強
度に優れた木質系成形品を工業的に非常に有利に製造す
る方法に関するものである。

〔従来の技術〕

木材は軽くて強く、加工しやすいために、古くから建築
用材料および家具用材料をはじめ、その他広範な用途に
使用されているが、木材中の結合水の増減により寸法変
化が起こり、割れ、そり、狂いなどを起こしやすいとい
う欠点があった。また、外壁材、軒天、雨戸および床下
地材などの屋外用として用いられている木材は、太陽光
線中の紫外線、水分および酸素などによって劣化が起こ
りやすく、しかも木材腐朽菌やシロアリ、フナクイ虫な
どによる木材の腐朽や食害を起こし易く耐久性に問題点
を有していた。

上記木材の寸法安定性および耐久性を改善する手段とし
て、本発明者らは、これまでに、木材中に二塩基酸無水
物とエポキシ化合物からなる反応溶液を含浸して、加熱
反応させ、木材成分中の水酸基を二塩基酸無水物とエポ
キシ化合物からなるオリゴエステル鎖でブロッキングす
ることにより、木材を改質する方法を見い出した。

しかしながら、大きな丸太や角材をそのまま改質する場
合に、製造工程が煩雑で長時間を要し、製造費が非常に
高くなる。従って、単板、木材パーティクル、および木
材ブロックなどを前記オリゴエステル化処理して、その
後それらを接着剤で結合一体化させ、合板、パーティク
ルボードおよび集成材などとして利用する方法が考えら
れるが、上記オリゴエステル化処理木材は新しい材料で
あるので、寸法安定性、耐久性および接着強度に優れた
、該基材を主体とする木質系成形品を工業的に有利に製
造することは困難であった。

（発明が解決しようとする問題点〕 本発明は、上記の如き木質系成形品を工業的に有利に製
造することは困難であると云う問題点を解決しようとす
るものである。

〔問題点を解決するための手段］ 本発明者らは、前述の如き実情に鑑み、性能の優れた木
質系成形品を工業的に有利に得る方法を研究した結果、
木質材に二塩基酸無水物およびエポキシ化合物を交互に
付加エステル化反応させて得られた側鎖に活性な水酸基
を有するオリゴエステル化木質材をイソシアネート・ポ
リウレタン接着剤を用いて、結合一体化させることによ
って寸法安定性、耐久性および接着強度の優れた木質系
成形品が工業的に非常に有利に得られることを見い出し
、本発明を完成するに到った。即ち、本発明は木質材成
分中の水酸基に二塩基酸無水物とエポキシ化合物が交互
に付加した、側鎖に活性な水酸基を有するオリゴエステ
ル化木質材を、イソシアネート・ポリウレタン接着剤を
用いて接着一体化させ、オリゴエステル化木質材中の側
鎖に有する活性な水酸基とイソシアネート・ポリウレタ
ン接着剤中の活性なイソシアネート基との強固な化学結
合により、寸法安定性、耐久性および接着強度の優れた
合板、単板積層板（ＬＶＬ）、パーティクルボード、木
質繊維板および集成材などの木質系成形品を工業的に非
常に有利に製造する方法に関するものである。

本発明において使用する木質材とは、木質材中に水酸基
を含有する物であれば良い。例えば、木材、木質繊維、
木材チップ、単板、木材ブロックなど一般的なリグノセ
ルロース類が用いられ、これらの形状および樹種におい
ては特に制限はない。

また、故紙、麦わら、稲わら、バルブ、モミガラ、バカ
ス、リンターなどセルロース材料でもよい。

また、二塩基酸無水物としては特に制限はないが、無水
フタル酸、無水マレイン酸、無水コハク酸、無水テトラ
ヒドロフタル酸、無水へキサヒドロフタル酸、無水イタ
コン酸などが挙げられる。

特に工業的に有利で低廉な無水フタル酸、無水マレイン
酸、無水コハク酸などが好ましい。

また、本発明において使用するエポキシ化合物としては
、特に制限はないが、エピクロルヒドリン、メチルグリ
シジルエーテル、エチルグリシジルエーテル、アリルグ
リシジルエーテル、グリシジルメタクリレート、フェニ
ルグリシジルエーテル、スチレンオキサイド、オレフィ
ンオキサイド、ブチルグリシジルエーテル、タレジルグ
リシジルエーテル、ビスフェノールＡジグリシジルエー
テル、グリセリンジグリシジルエーテルなどが挙げられ
る。特に工業的に多量生産されており、かつ比較的分子
量も小さ（沸点も低いエピクロルヒドリン、メチルグリ
シジルエーテル、エチルグリシジルエーテル、アリルグ
リシジルエーテル、グリシジルメタクリレート、スチレ
ンオキサイドなどが好ましい。

また、イソシアネート・ポリウレタン接着剤としては、
待に制限はないが、化合物中に活性な反応性のインシア
ネート基を２つ以上含有する接着剤であればよい。特に
、水性ビニルウレタン系接着剤は接着性能が高く、低コ
ストの面から好ましい。

次に本発明の製造方法の一例を手順を追って説明する。

木質材は化学修飾を容易にするために、真空乾燥機や熱
風乾燥機などによって乾燥する。

その際、木質材含水率を１５％以下にするのが好ましい
。

一方、反応溶液としては二塩基酸無水物とエポキシ化合
物との混合溶液を用いる。その混合割合は二塩基酸無水
物とエポキシ化合物のモル比が１：１〜３０となるよう
に調製するのが好ましい。

このようなエポキシ化合物を二塩基酸無水物に比べて過
剰に用いるのは、エポキシ化合物が二塩基酸無水物の溶
媒として作用する効果と、さらに化学処理の中間段階で
生成するエステル化木質材の側鎖のカルボキシル基にエ
ポキシ化合物が付加する度合いを大きくし、オリゴエス
テル化木質材の酸価を下げる効果があるからである。ま
た該反応溶液は、一般的には、無溶媒下で調製できるが
、二塩基酸無水物の種類によっては溶解できない場合も
あり、その場合には、例えば、ジメチルホルムアミド、
ジメチルスルホキシドなどの溶媒を用いて調製するのが
好ましい。また、木質材中の水酸基と二塩基酸無水物と
の開環エステル化反応およびこの開環エステル化反応に
よって生じた側鎖のカルボキシル基とエポキシ化合物と
の付加エステル化反応は、いずれも無触媒下で充分に進
行するが、反応を促進させるために、例えば、硫酸、過
塩素酸、パラトルエンスルホン酸などの酸性触媒、或は
炭酸ナトリウム、ジメチルベンジルアミン、ピリジンな
どの塩基性触媒を用いてもよい。

以上の如くして調製された反応溶液を木質材に含浸させ
るには、例えば、木質材を該反応溶液中に浸せきしたり
、或は木質材に該反応溶液を減圧下、加圧下、或は減圧
加圧下で注入する方法などが用いられる。

次いで、上記方法で得られた反応溶液含浸木質材と木質
材に含浸されなかった余分の反応溶液を分離し、しかる
のち該反応溶液含浸木質材だけを反応容器にいれて加熱
するのである。加熱は４０〜１８０°Ｃで行う必要があ
る。これは温度が４０°Ｃ未満の場合は前記の反応がほ
とんど進まず、また１８０°Ｃを越えると木質材の変色
や劣化などの欠点が生じるためである。加熱時間は二塩
基酸無水物やエポキシ化合物の種類、反応温度および木
質材の形状・寸法などによって異なるが、−ｆｆｉ的に
は０．１〜８時間、好ましくは０．５〜３時間である。

次に、上記反応溶液含浸木質材を加熱して化学修飾した
のち、反応容器内を、例えば、５０ｍｍＨｇより高い真
空度で吸引減圧し、処理木質材中の未反応溶液の沸点を
下げて気化させ、反応容器外で冷却、液化させて未反応
溶液を回収するのである。所定時間吸引したのち、反応
容器から反応生成物を取り出す。得られた反応生成物は
木質材成分中の水酸基に二塩基酸無水物とエポキシ化合
物が交互に付加した、側鎖に活性な水酸基を有するオリ
ゴエステル化木質材である０本発明はこれらのオリゴエ
ステル化木質材の側鎖にある活性な水酸基を活用するも
のである。

次に、−例として、単板積層板（ＬＶＬ）の製造方法を
具体的に述べる。ここでは、イソシアネート・ポリウレ
タン接着剤として水性ビニルウレタン系接着剤を使用す
る。側鎖に活性な水酸基を有するオリゴエステル化単板
表面に水性ビニルウレタン系接着剤を均一に塗布し、単
板の繊維を平行にして何枚か貼り合わせる。そして、５
°Ｃ〜１２０°Ｃの温度で１〜３００分、８　ｋｇ　／
　ｃｊ以上の圧力下で圧締することにより本発明の単板
積層板（ＬＶＬ）が得られる。本発明の単板積層板（Ｌ
ＶＬ）はオリゴエステル化単板中の活性な水酸基と水性
ビニルウレタン系接着剤中のイソシアネート基との化学
結合により非常に強固に結合されるものである。

〔発明の効果〕

以上の如く、本発明は側鎖に活性な水酸基を有するオリ
ゴエステル化木質材をイソシアネート・ポリウレタン接
着剤で結合一体化させることにより、寸法安定性、耐久
性および接着強度に優れた性能を有する木質系成形品の
工業的に非常に有利な製造方法を提供するものである。

木質材に二塩基酸無水物およびエポキシ化合物を反応さ
せてなる、側鎖に活性な水酸基を有するオリゴエステル
化木質材を、イソシアネート・ポリウレタン接着剤で接
着させることによって、オリゴエステル化木質材中の活
性な水酸基とイソシアネート・ポリウレタン接着剤中の
活性なイソシアネート基との化学結合により強固に接着
一体化が行われ、合板、単板積層板（ＬＶＬ）、パーテ
ィクルボード、木質繊維板および集成材などの木質系成
形品が得られる。さらに、本発明の製造方法により得ら
れた木質系成形品は木質材がオリゴエステル化処理され
ているため寸法安定性と耐久性に優れており、木材の欠
点である水分による寸法変化や紫外線、水分、酸素など
による劣化を抑制し、さらに各種木材腐朽菌やシロアリ
、フナクイ虫などによる木材の腐朽や食害を防止または
抑制することが可能となるものである。さらに、本発明
の製造方法で使用するイソシアネート・ポリウレタン接
着剤は、−船釣に耐久性が優れており、また室温におい
ても硬化が可能であるため取扱いが便利で、製造費用が
安くなる利点がある。

以上の如く、本発明の製造方法により得られた寸法安定
性、耐久性および接着強度に優れた特性を有する木質系
成形品は、建築用材料、家具用材料、その他多くの分野
において好適であり、例えば、柱、梁、土台、下地材、
床、軒天、雨戸、外壁材などに用いられるものである。

〔実施例〕

以下、本発明を製造例、実施例および比較例によってさ
らに具体的に説明するが、本発明はこれに制限されるも
のではないことは勿論である。

まず、本発明において使用するオリゴエステル化木質材
の製造例について述べる。

製造例１ 木質材として乾燥されたラワン材の単板（繊維方向２０
０ｍｍＸ接線方向１００ｍａ＋Ｘ半径方向５腫）を無水
フタル酸２４．１ｇおよびエピクロルヒドリン４５１．
６ｇ（無水フタル酸とエピクロルヒドリンのモル比１：
３０）からなる反応溶液中に浸せきし、減圧下（２０ｇ
ｍｌ１ｇ）で３０分間吸引を行い、さらに加圧下（２０
ｋｇ／Ｃｄ）で３０分間放置して、単板内に反応溶液を
含浸せしめた。次いで、この含浸単板を反応溶液中から
取り出した後、反応容器に仕込み、内部温度１２０°Ｃ
で２時間加熱を行なった。さらに１２０°Ｃで２時間加
熱しながら２０ｇｍ＋Ｈｇで吸引減圧を行い、未反応溶
液を除去してオリゴエステル化単板を得た。このオリゴ
エステル化単板中の無水フタル酸とエピクロルヒドリン
の重量増加率は単板を基準として２２．３重量％であっ
た。

製造例２ 木質材として乾燥されたパーティクルボード用チップ６
０．０　ｇおよび無水マレイン酸５．９６　ｇを、還流
冷却器を取り付けた反応容器に添加して、１２０°Ｃで
１時間攪拌した後、無水マレイン酸に対して１，３モル
倍のアリルグリシジルエーテル９．０２ｇを滴下した。

滴下後、同温度で５時間加熱攪拌して、オリゴエステル
化チップを得た。このオリゴエステル化チップ中には一
部粘稠なオリゴマーと極少量の未反応の無水マレイン酸
およびアリルグリシジルエーテルが存在していた。

製造例３ 木質材として乾燥されたもみがら粉６０．０　ｇおよび
無水マレイン酸５．９６　ｇを、還流冷却器を取り付け
た反応容器に添加して、１２０°Ｃで１時間攪拌した後
、無水マレイン酸に対して１．３モル倍のアリルグリシ
ジルエーテル９．０２　ｇを滴下した。

滴下後、同温度で５時間加熱攪拌して、オリゴエステル
化もみがら粉を得た。このオリゴエステル化もみがら粉
中には一部粘稠なオリゴマーと極少量の未反応の無水マ
レイン酸およびアリルグリシジルエーテルが存在してい
た。

製造例４ 木質材として乾燥された桧単板（繊維方向１３０閣×接
線方向７０＋ｎ＋＋＋Ｘ半径方向５閣）を無水フタル酸
１６．９　ｇおよびエピクロルヒドリン３１６．１ｇ　
ｌ水フタル酸とエピクロルヒドリンのモル比１：３０）
からなる反応溶液中に浸せきし、減圧下（２０ｍｍＨｇ
）で２０分間吸引を行い、さらに加圧下（２０ｋｇ／ｃ
ｍ）で２０分間放置して、単板内に反応溶液を含浸せし
めた。次いで、この含浸単板を反応溶液中から取り出し
た後、反応容器に仕込み、内部温度１２０°Ｃで１時間
加熱を行なった。

さらに１２０°Ｃで４時間加熱しながら２０ｍｍｔ１ｇ
で吸引減圧を行い、未反応溶液を除去してオリゴエステ
ル化単板を得た。このオリゴエステル化単板中の無水フ
タル酸とエピクロルヒドリンの重量増加率は単板を基準
として４２．９重量％であった。

実施例１ 製造例１で得られたオリゴエステル化単板の表面に水性
ビニルウレタン系接着剤（ＰＩ−１２０大鹿振興■製）
を均一に塗布（塗布量０．０３ｇ／ｄ）Ｌ、その上にオ
リゴエステル化単板を、繊維方向が平行になるように密
着して、温度３０゛Ｃ１圧力１０ｋｇ／ｃ１ｉ、１時間
の条件で圧締プレスして、２枚合わせ合板の木質系成形
品を得た。

比較例１ 実施例１で述べたオリゴエステル化単板を無処理単板（
ラワン材）にかえること以外は実施例１と同様な方法で
２枚合わせ合板の木質系成形品を得た。

比較例２ 製造例１で得られたオリゴエステル化単板の表面に尿素
樹脂接着剤（大塵振興■製）を均一に塗布（塗布１ｉ０
．０３　ｇ／ｃｔｌ）　Ｌ、その上にオリゴエステル化
単板を、繊維方向が平行になるように密着して、コール
ドプレス圧力１０ｋｇ／ｃｄ、３０分間行なった後、温
度１１５°Ｃ１圧力１０ｋｇ／ｃｄ、５分間の条件で圧
締プレスして、２枚合わせ合板の木質系成形品を得た。

比較例３ 製造例１で得られたオリゴエステル化単板の表面にメラ
ミン樹脂接着剤（大塵振興■製）を均一に塗布（塗布ｆ
ｔｏ、０３　ｇ／Ｃ４）　シ、その上にオリゴエステル
化単板を、繊維方向が平行になるように密着して、コー
ルドプレス圧力１０ｋｇ／ｃ１ｉ１．３０分間行なった
後、温度１２５°Ｃ１圧力１０ｋｇ／ｃｄ、５分間の条
件で圧締プレスして、２枚合わせ合板の木質系成形品を
得た。

比較例４ 製造例１で得られたオリゴエステル化単板の表面にフェ
ノール樹脂接着剤（大塵振興■製）を均一に塗布（塗布
量０．０３　ｇ　／ｃ＋ａ）　シ、その上にオリゴエス
テル化単板を、繊維方向が平行になるように密着して、
コールドプレス圧力１０　ｋｇｌｃ本３０分間行なった
後、温度１３５°Ｃ１圧力１０ｋｇ／ｄ、１２分間の条
件で圧締プレスして、２枚合わせ合板の木質系成形品を
得た。

実施例１および比較例１〜４で得られた木質系成形品か
ら試料を切断して、常態引張りせん断試験および煮沸後
引張りせん断試験を行なった。それらの結果を第１表に
示す。第１表から明らかなように、常態引張りせん断試
験および煮沸後引張りせん断試験において、実施例１の
オリゴエステル化単板を水性ビニルウレタン系接着剤で
接着した本発明の木質系成形品は比較例１〜４で得られ
た木質系成形品に比べて、明らかに接着強度が優れてい
ることが認められた。なお、比較例２〜４により得られ
た木質系成形品は、接着力が弱いために煮沸中に剥離し
た。これらの結果より実施例１の本発明の製造方法によ
り得られた木質系成形品は接着強度が非常に優れている
ことが認められた。なお、引張りせん断強度の測定方法
はＪＩＳＫ６８５１に準じて行なった。ただし試験片の
形状は繊維方向１６０ｍｍＸ接線方向１５Ｍ×半径方向
１０ｆｆＩＩ１１で接着面積は１５ｎｍＸ５ｍｍとした
。

実施例２ 製造例２で得られたオリゴエステル化チップ７２ｇに、
水性ビニルウレタン系接着剤（Ｐｌ−１４０大鹿振興■
製）１５ｇを添加し、３０分間撹拌して均一に混合した
後に取り出し、型枠を置いた金属板上に均一に散布した
。そして、予備圧締して形を整えた後、小型プレス機を
用いて温度２０″Ｃ１圧力２０ｋｇ／ｃｎｌｌ、１時間
の条件でプレス圧締して、パーティクルボードを得た。

比較例５ 実施例２で述べたオリゴエステル化チップを、無処理チ
ップにかえること以外は実施例２と同様な方法で作製し
て、パーティクルボードを得た。

実施例２および比較例５で得られたパーティクルボード
を用いて平面引張り試験を行なった。平面引張り試験は
、ＪＩＳＡ５９０８に準じて行なった。それらの結果を
第２表に示す。第２表から明らかなように、実施例２の
本発明の製造方法によるオリゴエステル化チップを水性
ビニルウレタン系接着剤で結合させたパーティクルボー
ドは比較例５の無処理チップを用いたパーティクルボー
ドに比べて平面引張強度が優れていることが認められる
。

実施例３ 製造例３で得られたオリゴエステル化もみがら粉７０ｇ
に、水性ビニルウレタン系接着剤（ＫＲ−７８００光洋
産業■製）１５ｇを添加し、３０分間攪拌して均一に混
合した後に取り出し、型枠を置いた金属板上に均一に散
布した。そして、予備圧締して形を整えた後、小型プレ
ス機を用いて温度２０℃、圧力２０ｋｇ／ｃｄ、１時間
の条件でプレス圧締してもみがら成形ボードを得た。

比較例６ 実施例３で述べたオリゴエステル化もみがら粉を、無処
理のもみがらにかえること以外は実施例３と同様な方法
で作製して、もみがら成形ボードを得た。

実施例３および比較例６で得られたもみがら成形ボード
を用いて平面引張り試験を行なった。平面引張り試験は
、ＪＩＳＡ５９０８に準じて行なった。それらの結果を
第３表に示す。第３表から明らかなように、実施例３の
本発明の製造方法によるオリゴエステル化もみがら粉を
水性ビニルウレタン系接着剤で結合させたもみがら成形
ボードは比較例６の無処理のもみがら成形ボードに比べ
て平面引張り強度が優れていることが認められる。

以上のことから本発明の優れた効果が認められることは
明らかである。

実施例４ 製造例４で得られたオリゴエステル化単板の表面に水性
ビニルウレタン系接着剤（ＰＩ−１２０大鹿振興■製）
を均一に塗布（塗布量０．０２ｇ／ｃ＋Ｊ）する。そし
て、それらのオリゴエステル化単板６枚を、繊維方向が
平行になるように密着して、温度３０°Ｃ１圧力１０ｋ
ｇ／ｃｆｆｌ、１時間の条件で圧締プレスして、６枚合
わせの単板積層板（ＬＶＬ）を得た。

比較例７ 実施例４で述べたオリゴエステル化単板を、無処理単板
にかえること以外は実施例４と同様な方法で作製して単
板積層板（ＬＶＬ）を得た。

実施例４および比較例７で得られた単板積層板（ＬＶＬ
）から試料を繊維方向１２０ｍｍＸ接線方向３０閣×半
径方向３０ｍｍに切断して、乾水繰り返し試験、耐候性
試験、屋外ｓｎ試験、海洋暴露試験を行なった。

それらの結果を第４表に示す。第４表の乾水繰り返し試
験、耐候性試験、屋外暴露試験、海洋暴ｎ試験の結果か
ら明らかなように実施例４の本発明の製造方法による単
板積層板（ＬＶＬ）は、比較例７の単板積層板（ＬＶＬ
）に比べて、寸法安定性および耐久性に非常に優れてお
り、本発明の効果が認められることは明らかであった。

なお、乾水繰り返し試験は次の如く行なった。

即ち、１０５°Ｃの熱風乾燥機で絶乾にした試験片の重
量および寸法を測定した後、蒸留水に浸せきし、３０分
間減圧（２０ｍａ＋Ｈｇ）　Ｌ、、１時間開放し、また
３０分間減圧（２０ｍｍＨｇ）　Ｌ、２２時間開放して
放置した。その後、これらを取り出して吸水常態の試験
片の寸法を測定し、抗膨潤率（ＡＳＥ）を求めた。次に
、これらの吸水状態の試験片を４０°Ｃで４時間、その
後、１０５℃で２０時間乾燥した後、試験片の寸法を測
定して抗酸縮率（ＡＳＥ）を求めた。これらの一連の操
作を２回繰り返し、それぞれの抗膨潤・収縮率（ＡＳＥ
）を求めた。なお、抗膨潤・収縮率（ＡＳＥ）は次式で
定義される。

ここでＶＣは、無処理木材の容積膨潤（収縮）率、また
ＶＴは、処理木材の容積膨潤（収縮）率を表わす。

耐候性試験については、サンシャインウェザ−メーター
を用いて、１０００時間、また屋外ｓｎ試験は、３力月
間野外に暴露した後、試験片の表面状態を観察すること
によって行なった。海洋暴露試験は、試験片を海中に放
置して９力月後の試験片の表面の浸食状態を観察するこ
とによって行なった。

第 表 第 表 第 表 （試験前の実施例４の木材；黄土色、 試験前の比較例７の木材：白黄色）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 木質材成分中の水酸基に二塩基酸無水物とエポキシ化合
   物が交互に付加した、側鎖に活性な水酸基を有するオリ
   ゴエステル化木質材を、イソシアネート・ポリウレタン
   接着剤で結合一体化させることを特徴とする木質系成形
   品の製造方法。