JPH0281603A - 改質木材の製造方法 - 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〕 本発明は建築用材料や家具等に用いられる改質木材の製
造方法に関するものである。

〔従来の技術〕

従来から、木質材料にポリエステルやアクリル、スチレ
ン等の非水系重合型合成樹脂液を注入、硬化させること
により木質材料をＷ２Ｃ化させる方法が知られている。

この方法においては、細胞内腔に樹脂硬化物が充填され
るので、硬化や透明性は向上するが、木材細胞壁への合
成樹脂液の浸透が少なく、充分な耐水、耐湿性を付与す
ることができない。

そのため、細胞壁への浸透性の良い水溶性合成樹脂を注
入することが行われている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、水溶性合成樹脂液を注入した木質材を通
常の手段によって加熱硬化処理すると、加熱硬化乾燥時
に割れが生じたり、水蒸気の蒸発とともに注入樹脂が流
出して樹脂残存率が小さくなるという欠点があり、特に
挽材等のような材厚が１０−一以上の厚い木質材になる
とその傾向が顕著となるものである。

硬化乾燥時の割れは加熱硬化時において、その材内の水
分の急激な移動により材中６部と表層部との間の含水率
傾斜が大となり、両者間の収縮応力の差による割れや不
規則な収縮による落ち込みが生じるためであり、その上
、注入された合成樹脂液が材表面部において中心部より
も先に゛硬化してしまい、残存する水分が材外に放出し
ようとするのを阻害し、その結果、中心部の水蒸気圧に
より爆裂が生じるためである。

硬化時の割れは、硬化温度以下の緩和な条件下で水を揮
散させながら加熱硬化すれば、一応解消できるが、この
ような処理条件では注入樹脂の未硬化や不均一反応が生
じると共に著しい処理時間を要して生産効率が悪くなり
、実用には適さないものである。

〔発明の目的〕

本発明はこのような問題点を全面的に解決し、特に、製
材品等の厚い木質材料の改質処理に有効で、充填樹脂率
を高めて寸法安定性などの性能向上を計ることのできる
改質木材の製造方法を提供するものである。

〔発明の構成〕

上記目的を達成するために、本発明の改質木材の製造方
法は、木質材に水溶性脱水縮合型樹脂水溶液を注入した
のち減圧状態で上記合成樹脂の硬化温度以下で誘電加熱
し、次いで、減圧解除して上記合成樹脂を加熱、硬化さ
せることを特徴とするものである。

（作　　用〕 水溶性脱水縮合型の合成樹脂液を木質材に注入するので
、木材細胞壁への合成樹脂液の浸透が容易に且つ良好に
行われ、こうして木材細胞壁に浸透した樹脂液を減圧下
で誘電加熱すると、水の沸点降下により樹脂の硬化温度
以下で注入された溶媒は徐々に蒸発する一方、脱水の進
行に従って初期の縮合反応が生じて樹脂分は壁中に残り
易くなるので、樹脂の流出が少なくなり、樹脂残存率が
高くなる。

さらに、誘電加熱であるので、木材内部も均等に加温さ
れて徐々に脱水縮合しながら材表面側に水分が移動し、
その結果、科内の含水率傾斜が小さくなって収縮応力に
よる割れが生じにくく、又、硬化反応のバラツキが小さ
くなって充填樹脂率が向上するとともに皺の発生が生じ
にくくなり、生来の木目を維持できる。

次いで減圧を解除して硬化温度を上げて加熱すると、合
成樹脂が完全に硬化する。

〔実　施　例〕

本発明の実施例を詳述すると、まず、木質材に脱水縮合
型合成樹脂水溶液を浸漬法、或いは減圧加熱法又はこれ
らの組み合わせ等の適宜な手段によって注入する。

上記樹脂液が注入される木質材としては、角材や板材、
中空材等の厚い製材品、さらには集成材や断面形状が不
定形の成形材、丸太等の太い木材が使用されるが、単板
のような薄板であっても、勿論注入処理が可能である。

又、注入される合成樹脂としては、水溶性で木質材の細
胞壁中に浸透しやすく且つ木材成分中の０１１基と反応
して結合する脱水縮合型樹脂（熱硬化型樹脂）が使用さ
れ、このような合成樹脂としては、グリオキザール尿素
樹脂やエチレン尿素樹脂などの繊維素反応型樹脂（環状
尿素型樹脂）がある。

具体的には、ジメチロールエチレン尿素、ジメチロール
プロピレン尿素、ジメチロールジヒドロキシエチレン尿
素、ジメチロールグリオキザールモノウレイン、ジメチ
ロールトリアゾン、ジメチロールウロン等の繊維素反応
型樹脂である。

このような繊維素反応型樹脂は、酸触媒、酸性無機塩等
の触媒を用いて加熱すると、木材中のＯＲ基と化学的に
結合することによって寸法安定性が付与される。

又、上記繊維素反応型樹脂以外の尿素樹脂や木材細胞壁
に浸透して該細胞壁構造中に不溶、不融の物質を形成す
るメラミン、フェノール等のホルマリン系樹脂を単体又
は上記繊維素反応型樹脂との混合、或いは共縮合樹脂液
として木質材に注入してもよい。

特に、ホルマリン系樹脂として、初期縮合物を使用する
と細胞壁に浸透し易く、又、後述の溶媒揮発工程におい
て材外に流失しにくく、含脂率が向上し、好適である。

このような合成樹脂液を注入した木質材は、次いで減圧
室内に入れて減圧されると共に注入樹脂液の硬化温度以
下の温度で高周波或いはマイクロ波による誘電加熱が行
われ、注入された溶媒（水）を揮発させて初期乾燥を行
う。

なお、前記硬化温度とは高縮合反応を促進し、不溶不融
の最終生成物を生成する温度で７０″Ｃ以上、好ましく
は１００〜１５０°Ｃである。

この場合、常温減圧を行ったのち、誘電加熱・減圧を行
ってもよい。

こうして木質材を減圧下で、誘電加熱を行うと注入され
た溶媒（水）が蒸発され、脱水が進行に従って注入樹脂
の初期の縮合反応が進み、木材の微細空隙内に樹脂分が
残り、流出しにくくなる。

なお、減圧下における加熱処理であるから、水の沸点が
下がって樹脂の硬化温度である高温度まで昇温すること
は少ないが、水蒸気の激しい蒸発と共に樹脂成分まで揮
散される場合は、含脂率低下及び作業環境上好ましくな
いので、適宜電力調整やＯＮ、ＯＦＦ操作によって誘電
加熱を調整する。

この減圧下における誘電加熱による溶媒揮発処理は、樹
脂注入処理材の含水率が５０−１０％程度に下がるまで
行われる。

これは、繊維飽和点付近まで木質材の乾燥が進むと、誘
電エネルギーが材温上昇に向けられること、及び含水率
が低くなるにつれて誘電体損失係数が低くなり、材温が
上りにくくなる（昇温パワーが関係する）ので、ある程
度、水分を残した状態にしておくためである。

引き続いて、樹脂注入木質材の加熱硬化工程に移るが、
この工程では、上記誘電加熱を続けながら減圧室内を常
圧にもどして沸点上昇を行い、誘電加熱により材温を上
げて注入樹脂の反応を行う。

この際、誘電加熱の加熱電力と発生する熱量は比例する
ので、加熱電力を調節することによって注入樹脂の硬化
温度となるように温度コントロールを行い、樹脂の硬化
温度範囲で所定時間、加熱処理を行って硬化を進行させ
る。

なお、誘電加熱としては、上述したように高周波又はマ
イクロ波によるものが採用されるが、周波数の関係から
木質材に対する加熱深度、１発信器当たりの適切材長、
加熱温度など異なり、材料の寸法や形状によって誘電加
熱方式を適宜選択する。

又、丸太や成形材の場合には断面形状の制約のないマイ
クロ波を利用することが好ましい。

又、必要であれば、誘電加熱後に更に蒸気やホットプレ
スを用いて仕上乾燥又は反応を調整すればよい。

以上のように、減圧下の材温か低い状態で木質材内の水
を蒸発させて揮発成分を除去したのち減圧を解除して加
熱昇温させ、連続工程によって樹脂の反応を完了させる
ものである。

この際、減圧型の高周波加熱装置を用いれば、木質材内
の溶媒揮発と注入樹脂の硬化反応を連続的に行え、生産
性が良好となる。

尚、樹脂液の注入は木材全体に注入せず、表層付近のみ
でもよく、この場合でも誘電加熱により選択的に加熱さ
れるので、生産性が良い。

又、最終加熱硬化温度（１００°Ｃ以上）や乾燥工程、
養生工程において減圧解除後、すぐに熱気やホットプレ
スを用いても良い。

次に、本発明の具体的な実施例を示す。

実施例　ｌ ベイツガ製材品（厚み２５×幅１００×長さ４００ｍｍ
）に塩化マグネシウム触媒を加えた繊維素反応型樹脂水
溶液（メチロールグリオキシモノウレイン樹脂２０％濃
度）を減圧加圧注入して注入処理材を得た。

この注入処理材を高周波減圧乾燥機で含水率３０％程度
まで減圧乾燥（５０Ｔｏｒｒ、品温約５０″Ｃ）を行っ
たのち常圧下でさらに昇温加熱を行い、１２０　’Ｃで
３時間加熱処理を行って改質木材を得た。

得られた改質木材の重量増加率は２２．２％であった。

この改質木材の寸法安定性試験（減圧加圧吸水テスト）
の結果を次に示す。

抗膨張率（ＡＥ）４９．６％ 抗収縮率（ＡＳＥ）　　５０．９％ 溶脱率　　　　　１．７％ このように、得られた改質木材は溶脱率も低く寸法安定
性も優れたものであった。

実施例　２ ベイツガ製材品（厚み２５×幅１００×長さ４００■に
塩化マグネシウム触媒を加えた繊維素反応型樹脂水溶液
（メチロールグリオキシモノウレイン樹脂１０％濃度）
とフェノール樹脂水溶液１度１０％）との混合液（混合
割合１：１）を減圧加圧注入し、得られた注入処理材を
高周波減圧乾燥機で減圧下（５０Ｔｏｒｒ　、５０°Ｃ
）で含水率３０％まで前乾燥を行ったのち、実施例１と
同様に常圧に戻して昇温させて１２０°Ｃで３時間加熱
硬化を行った。

得られた改質木材の重量増加率は３５．８％であった。

実施例１と同様に寸法安定性試験を行った結果を次に示
す。

抗膨張率（ＡＥ）５１．２％ 抗収縮率（ＡｓＥ）　　５２．６％ 溶脱率　　　　　１．９％ 得られた改質木材は無処理材と比べて寸法安定性に優れ
ていた。

実施例　３ 実施例１で使用した繊維素反応型樹脂に変えてフェノー
ル樹脂水溶液（濃度１０％）を用いて、同様に減圧加圧
注入し、得られた注入処理材を高周波減圧乾燥機で含水
率ｌＯ％まで前乾燥を行ったのち、実施例１と同様に加
熱処理を行った。

得られた改質木材の重量増加率は１８．６％であった。

実施例１と同様に寸法安定性試験の結果、抗膨張率（Ａ
Ｅ）５０．６％ 抗収縮率（ＡＳＥ）　　４９．８％ 溶脱率　　　　　１．８％ であった。

得られた改質木材は無処理材と比べて寸法安定性に優れ
ていた。

（比較例１） 実施例１における製材品に実施例１と同じ樹脂水溶液を
注入したのち、高周波減圧乾燥機の代わりに熱風乾燥機
を使用して１２０°Ｃ１３時間、加熱処理を行った結果
、割れが大きく、満足する改質木材が得られなかった。

（比較例２） 実施例１における製材品に実施例１と同じ樹脂水溶液を
注入したのち、高周波減圧乾燥機を用いて減圧しないで
１２０℃、３時間の誘電加熱処理を行った結果、割れは
生じなかったが、製材品の重量増加率が１０％と樹脂歩
留りが低いと共に一部に皺が生じていた。

〔発明の効果］ 以上のように本発明の改質木材の製造方法によれば、木
質材に水溶性の脱水縮合型樹脂液を注入したのら減圧状
態で上記合成樹脂の硬化温度以下で誘電加熱し、次いで
、減圧解除して上記合成樹脂を加熱、硬化させるもので
あるから、水溶性脱水縮合型の合成樹脂液を木質材に注
入するので木材細胞壁への合成樹脂液の膨潤浸透が容易
に且つ良好となり、製材品などの厚い木質材でも必要に
応じて内部にまで樹脂注入を行うことができ、その上、
減圧状態での誘電加熱によって注入樹脂の硬化処理を注
入樹脂の流出を少なくし割れや変形を生じさせずに行う
ことができる。

さらに、木材細胞壁に浸透した樹脂液を減圧下で誘電加
熱するので、沸点降下により樹脂の硬化温度以下で注入
された溶媒が徐々に蒸発しすると共に脱水の進行に従っ
て初期の縮合反応が生じて樹脂分は壁中に残存し、細胞
内の樹脂残存率が高くなって木材細胞壁の落ち込みが生
じにくくなるばかりでなく、木材成分との結合、もしく
は細胞壁構造中で不溶、不融の物質を生成させることが
できるので、充填樹脂率の高い木材の改質ができ、寸法
安定化（バルキング効果）を計ることができる。

その上、誘電加熱によって木材内部も均等に加温されて
材表面側に水分が移動する一方、硬化工程では柱内部で
は樹脂の脱水縮合により水分が生じ、その結果社内の含
水率傾斜が小さくなって収縮応力による割れが生じにく
く、又、硬化反応のバラツキが小さくなって皺の発生が
生じにくくなり、生来の木目を維持できると共に、上記
のように細胞の内腔中に樹脂硬化物が存在し、また細胞
壁中にも硬化物が生成されるので、防腐、防虫効果が期
待できる改質木材が得られる。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）、木質材に脱水縮合型樹脂水溶液を注入したのち
   減圧下において上記合成樹脂の硬化温度以下で誘電加熱
   し、次いで、減圧解除して上記合成樹脂を加熱、硬化さ
   せることを特徴とする改質木材の製造方法。