JPH04144704A - プラスチック強化木材物体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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、プラスチック強化木材物体（ｒＷＰＣＪ呼ば
れる）とその製造方法に関する。さらに詳しくは、本発
明は、木材物体の必要部分のみをプラスチックで強化し
て、物体全体をプラスチックで強化した従来品より重量
を軽減し、建築材料、スポーツ用具等の分野を中心とす
る産業界に広く利用することができるＷＰＣおよびその
製造方法に関する。

〔従来の技術〕

木材の強度増加、美観の向上のため、木材に重合性モノ
マーを含浸させ放射線照射または化学薬品（重合開始剤
）によって重合させて木材気孔をプラスチックで充填し
たＷＰＣおよびその製造方法はよく知られている。

〔従来の技術の問題点〕

従来行われている技術では、木材物体を脱気後にモノマ
ーを全体に圧入含浸して重合して製造するため、全体が
均一な組成をもったｗｐｃｔ、か製造できなかった。こ
のためＷＰＣの機械的性質、美観は優れているにも関わ
らず１表面近傍のみをＷＰＣ化すれば目標を達する製品
に対しても過度の重量増加となり、さらに高価なモノマ
ーを大量に使用するため高価格になり実用化された例は
多くない。また重合工程に主に採用されている放射線重
合法では重合の際に特に木材深部で発生する熱を除去す
る必要から低線量率で長時間照射するか水中照射等の特
殊な技術が必要であった。なお、重合開始剤による加熱
重合法は木材深部への熱伝導が遅く重合開始させるのに
多大な熱量を必要とし、ひとたび重合が開始すると深部
に発生する重合熱がこもる問題があり、ブロック状木材
での利用は困難であった。

〔本発明が解決しようとする問題点〕

本発明の目的はプラスチックによる強化を製品の表面近
傍に限定することにより、従来技術の欠点のうち過度の
重量増加を引き起こさないよう重量制御を可能にすると
ともに、重合性モノマー等の節減による経済的なＷＰＣ
およびその製造方法を提供することである。

〔問題を解決するための手段〕

すなわち本発明は、木材物体に重合性モノマーまたは、
オリゴマーもしくはポリマーをモノマーに溶解したシロ
ップ（以下モノマー等と称する）を含浸させ、該モノマ
ー等を重合させることからなるプラスチック強化木材物
体の製造方法において、該木材物体の温度分布を制御す
ることにより木材中のモノマー等の分布を制御して、該
モノマー等を木材物体の表面近傍に局在させることを特
徴とするプラスチック強化木材物体の製造方法を提供す
る。

また本発明はその表面部分のみが含浸プラスチックで強
化された木材物体を提供する。

本発明において、木材物体とは特定形状を有する木材、
特に薄い板状でないものを意味するが。

これに限定されない。

本発明は、部分的に温度を異にする木材物体にを含浸さ
せる場合、七ツマー等の流動可能温度より低い温度の部
位にはモノマー等が含浸され難いことを利用するもので
ある。

モノマー等の流動可能な温度領域はモノマーの種類、オ
リゴマーもしくはポリマーの重合度、オリゴマーもしく
はポリマーとモノマーとの混合比等によって変化するた
め、目的の強化木材物体に応じて選択、設定することが
できる。

また温度分布の調整に加えて七ツマー等の粘度を調整し
て好適なモノマー等の分布を達成できる。

モノマー等の流動可能な温度の下限がかなり低い場合は
１本発明の方法は液体窒素またはドライアイスによる不
活性雰囲気中での原料木材の脱気（従来技術と同じ）、
モノマー等の含浸（従来技術と同じ。加圧による浸透促
進を含む）、必要ならば重量測定などによる含浸量の制
御、電離放射線照射による重合（低温放射線重合を含む
）等の工程からなる。

上述のように本発明においては木材物体中に七ツマー等
を含浸させる前に木材を液体窒素等で中心部まで冷却し
た後、表面層の温度を上昇させる間に生起する非定常状
態の温度分布を利用して木材表面のみへのモノマー等の
含浸を行い木材物体表面層にモノマーを局在させる。

七ツマー等の含浸深さは木材物体全体の温度分布、低温
におけるモノマー等の粘度により定まる。

すなわち低温では七ツマー等の粘度増加または結晶化に
より中心部への拡散が制限されるために、七ツマー等は
木材物体表面近傍に留まる。モノマー等の含浸量はこの
ような操作において含浸時間も含め条件を一定とすれば
ほぼ一定量となるが含浸工程中に重量測定を実施するこ
とによりさらに精度の高い重量制御が可能となる。必要
量のモノマー等を含浸した木材物体はただちに放射線を
照射し重合するか、またはあらかじめ重合促進剤を加え
たモノマー等の場合には含浸後再び冷却して木材物体中
のモノマーの移動を停止させ低温保存し、しかるのち常
温に戻すことなく放射線照射により重合できる。

また、常温では流動性がほとんどなく、６０〜７０℃の
温度で流動性を示す高粘度のシロップの場合は、表面の
みを加熱した木材物体に室温でシロップを含浸させるこ
とにより本発明を適用することができる。

本発明に用いられる木材は特に限定されない。

具体的にはたとえば、赤松、スプルス、米松、栗、けや
き、ソ連産唐松、樫、柿、アメリカパーシモン等各種の
木材を用いることができる。

また、本発明において用いられる重合性モノマー等とし
ては、従来プラスチック強化木材の製造に一般的に用い
られるモノマー等を用いることができる。具体的にはた
とえば、メチルメタクリレート、メチルアクリレート、
エチルアクリレート、スチレン、酢酸ビニル、アクリロ
ニトリル、等およびこれらのオリゴマーもしくはポリマ
ーをモノマーに溶解したシロップ（アクリロニトリルを
除く）等が挙げられる。なかでもメチルメタクリレート
を部分重合させたオリゴマー、もしくはポリメチルメタ
クリレートをメチルメタクリレートモノマーに溶解して
得たシロップが好適に用いられる。これらのモノマー等
に後述する重合促進剤を加えることにより、さらに有利
に使用できる。

本発明は従来技術によるＷＰＣの製造方法における重合
操作に先立ち、モノマー等の木材中の分布を制御するこ
とを特徴としている。以下、本発明を構成する各技術に
ついて一例としてゴルフクラブヘッドの製造について要
点を説明する。

まず、木材をあらかじめ充分乾燥し、切削によって最終
形状にした物体をドライアイスもしくは冷凍庫（−４０
℃）で冷却する。より低温が必要ならばさらに液体窒素
に浸漬し冷却する。各々の冷却時間は物体全体がほぼ同
温度となる時間である。

液体窒素で冷却する場合、熱衝撃による木材の割れを避
けるためにドライアイス等で前もって冷却することが必
要である。なお、冷却剤の選択は使用するモノマー等の
粘度、結晶化温度で決められる。

冷却した木材物体の脱気は真空に耐え得るフランジ、バ
ルブ等を備えたステンレス製等の容器と通常の機械的真
空ポンプで充分である。脱気の目的は液体窒素等を木材
物体から抜きつつ木材物体中に存在する重合反応の禁止
剤として作用する酸素を除去することである。真空引き
では最初は冷却剤の気化のためあまり減圧状態とならな
いが、その後急速に減圧される。酸素除去は冷却剤の気
化により効率よ〈実施され、微量の残存酸素は放射線照
射によって消費されるので長時間の真空引きは必要ない
。

モノマー等の表面近傍への拡散を制御するための木材物
体表面の加熱についてはモノマー等自体の温度制御でも
よいが、赤外線等による部分的な加熱を併用することに
より目的に適したプラスチック強化部分の厚さを有する
製品を得ることができる。例えばゴルフクラブのホーゼ
ル部を加熱してモノマー等を含浸すると小さなホーゼル
または無ホーゼルのクラブを製造することも可能である
。

モノマー等の含浸については上述の木材物体を入れた容
器にモノマー等を一注入し、その後容器内を窒素ガスで
常圧もしくは加圧することにより容易に達成される。含
浸重量はモノマー等含浸剤の種類と粘度、冷却条件、減
圧条件を決めておき。

さらに七ツマー等の所定の含浸量がほぼ浸透する時間浸
漬することにより一定とすることができる。

しかし、より精密には木材物体をモノマー等に浸漬する
際、アルキメデス法や重量測定法により重量制御するこ
とも可能である。

放射線による重合の際１重合熱が発生し固定されていた
モノマー等が移動することがある。これは組成が不連続
となるプラスチック強化部分との界面でのクラックの発
生を防止するなどの利点もあるが、反面、表面層で重合
体含有率の低下による性能低下を引き起こす。このよう
なモノマー等の移動を避けるためモノマー等に重合促進
剤を加えることにより低温のまま放射線重合することが
可能である。しかも、この方法では重合に必要な線量を
１０　ｋＧｙ以下にまで下げることもできる。このよう
に重合促進剤としてはエチレングリコールジメタクリレ
ート、ジエチレングリコールジメタクリレート、トリエ
チレングリコールジメタクリレート、１，３−ブチレン
ゲリコールジメタクリレート、ネオペンチルグリコール
ジメタクリレート、１．６−ヘキサンシオールジメタク
リレート、１，３−ブチレンゲリコールジアクリレート
、ネオペンチルグリコールジアクリレート、トリメチロ
ールエタントリメタクリレート、トリメチロールプロパ
ントリメタクリレート、トリメチロールプロパントリア
クリレートなど多官能性モノマーが使用できる。

放射線重合に用いる電離放射線としては、従来技術と同
様コバルト６０等のγ線はもちろんのこと。

３　ＭｅＶ以上の高エネルギー電子線をタンタル等の重
金属ターゲットに照射してそこから発生する透過力の大
きな高エネルギー変換Ｘ線も便利に用いることができる
。

また、化学的に重合反応を引き起こすにはこれら七ツマ
ー等の重合がラジカル機構で進行するので低温で分解す
る過酸化物、ヒドロキシ過酸化物、アゾ化合物などを七
ツマ−に混合して含浸する。

このようにして得られたクラブヘッドは外層は高硬度を
有し、内部はある程度の弾性を有するので、打撃部材と
して好ましい性質を有する。

以上本発明をＷＰＣゴルフクラブヘッドを例にして説明
したが、本発明は他の様々な製品に対しても適用できる
ことは明白である。

以下に実施例により本発明をさらに具体的に説明する。

実施例１ ７種の木材に本発明を実施した場合： 約４ｃｍ角（約２０〜４０ｇ）の充分乾燥させた赤松、
スプルス、米松、栗、けやき、ソ連産唐松、樫の木材片
をドライアイスで３０分子備冷却した後、木材片が浮か
び上がらないようにし、液体窒素に１０分間浸した。こ
の木材片を真空デシケータに入れ、２Ｑ分間真空引きし
、以下に示すシロップを木材片が全部浸るまで（浮かび
あがるのであらかじめ重石をする）容器内に注入し、た
だちに窒素ガスで容器内を常圧に戻した。含浸時間は１
０分とした。

シロップは重合度（ｎ）　１０００程度のポリメチルメ
タクリレート（以下ＰＭＭＡで示すン２０ｇに対し、メ
チルメタクリレート（以下ＭＭＡで示す）８ｏ　ｇとト
リメチロールプロパントリメタクリレート（以下ＴＭＰ
Ｔで示す）２５ｇの割合で配合し、微量の重合禁止剤を
加えた後、６０℃に加熱し完全にＰＭＭＡを溶解して調
製した。このシロップは一７０℃でも放射線を照射する
と２〜３　ｋＧｙで重合開始し、１０ｋＧｙ照射時の重
合率は９０％以上であり、低温照射でもＷＰＣを製造で
きる含浸剤である。シロップを含浸した木材片は表面近
傍の含浸剤の移動を防止する目的で液体窒素に漬けて短
時間冷却してから、あらかじめドライアイスを入れたス
テンレス製の照射容器（外部は発泡スチロールにより断
熱性を高めである）に入れ替え、１時間はど放置した後
、そのまま線量率毎時１０　ｋＧｙのコバルト６０γ線
を１時間（１０ｋＧｙ）照射した。

照射後の各木材の重量増加とプラスチック強化層厚さを
測定した。結果を第１表に示す。

第１表　ＷＰＣ材の重量変化とプラスチック強化層厚さ
スプルス　　　　　０．４１　　　　　　３１　　　　
　２米松　　　　　　　０．４８　　　　　２７　　　
　１栗　　　　　　　　　０．５２　　　　　　２１　
　　　　＜１けやき　　　　　　０．６２　　　　　　
１７　　　　＜１ソ連産唐松　　　　０．６４　　　　
　１４　　　　＜１樫　　　　　　　　　０．９３　　
　　　　　８．９　　　　＜１重量増加は重量変化量を
初期重量で除した百分率である。プラスチック強化部分
の層厚さは切りとった断面を硫酸で処理し、黒化しない
部分の厚さから求めた。

照射後の木材片はその断面の性質を調べたが、いずれの
木材片も表面部が非常に硬く、一方中心部は木材本来の
硬さであり、表面近傍のみがプラスチックで強化されて
いることを確認した。

各木材片の重量増加は３２％以下で、比重が小さいほど
含浸量が大きくなる傾向を示す。表面近傍のプラスチッ
ク強化部分は１ｍｍ前後（この時のシロップの見かけ粘
度は２５℃で３９０ｃＰである）であった・ 以上から、本発明では木質をさほど重視しなくてもその
比重から重量の予測が可能で、しかも表面近傍のみをプ
ラスチックで強化された製品をつくり出すことができた
。

比較例１ ７種の木材に従来技術を実施した場合：約４ｃｍ角（約
２０〜４０ｇ）の充分乾燥させた赤松、スプルス、米松
、栗、けやき、ソ連産唐松、樫の木材片を真空デシケー
タに入れ、２０分間真空引きし、以下に示す含浸剤を木
材が全部浸るまで（浮かびあがるのであらかじめ重石を
する）容器内に注入し、ただちに窒素ガスで容器内を常
圧に戻した。含浸時間は１０分とした。含浸剤はＴＭＰ
Ｔを１０％配合したＭＭＡ溶液（見かけ粘度は２５℃で
１１ｃＰ）を用いた。ＴＭＰＴは実施例１と同じ線量で
重合を完結させるため用いた６含浸終了後木材片を、空
気を遮断する目的で、アルミホイルにくるみ、線量率１
０ｋＧｙ毎時のコバルト６０γ線を１時間（線量１０ｋ
Ｇｙ）照射した。低温処理はまった〈実施しなかった。

照射終了後、木材片を切断し表面と中心部の硬さを調べ
たがいずれの部分も硬さに顕著な差がなく均一なＷＰＣ
であった。また、硫酸で断面を黒化させても実施例１の
ような黒化度の異なる部分は見出されなかった。重量増
加は赤松５１％、スプルス３２％、米松１０．５％、栗
３９％、けやき１８％、ソ連産唐松３０％、樫１１％と
なり木材の種類により大きく異なる値となった。

実施例２ ゴルフクラブヘッドへの応用例： 木材試料にアメリカパーシモンをドライバーヘット（Ｗ
ｌ）の形に削り出した物２個、および含浸剤に実施例１
のシロップを用い、低温で各処理、放射線照射を実施し
た。

即ち、クラブヘッド木片はトライアイスで３０分間予備
冷却し、次いで液体窒素で１０分間冷却した。

冷却した木片は、耐圧容器に入れて２０分間真空引きし
た後、前記含浸剤を導入し、直ちに窒素ガスを導入して
常圧に復し、１０分間放置して含浸させた。

線量率１０ｋＧｙ毎時で↓時間照・射した。

このようにして得られたＷＰＣ化したヘッドをフェイス
面に垂直に切断し、その断面を硫酸処理した。そのスケ
ッチを添付図面とし、て示す。黒化していない部分がプ
ラスチックで強化された部分である。プラスチックで強
化されている層の厚さは年輪と垂直となる部分で１〜２
ｏ＋ｍ、平行となる部分で４〜５■であった。重量は初
期重量２０４　ｇ　−２０２ｇに対し、増加量はそれぞ
れ２６ｇ、２４ｇであり、重量増加は１３％、１２％と
なった。

このヘッドで実際にゴルフ用クラブを製作し、職業的ゴ
ルフプレーヤーによる試打の結果、飛距離等の性能が向
上し、また耐久性も通常の木製ヘッドより向上した。

比較例２ 従来技術によるゴルフクラブヘッドへの製作二木材試料
にアメリカパーシモンをドライバーヘッド（ｔｉｌｌ）
の形に削り出した物、および含浸剤に比較例１の含浸剤
を用い、各工程は実施例２の低温処理工程をいっさい実
施せずに真空引き、含浸処理、放射線照射を実施した。

ただし、放射線照射時に空気を遮断するために含浸済み
のヘッドをアルミホイルに包んだ。

照射終了後のヘッドは均一なｗＰｃで、重量増加は２６
％（初期重量２１１ｇ、増加量５５ｇ）となった。

この重量は重すぎ、ヘッドに不適であった。

実施例３ ゴルフクラブヘッドへの応用例２： ＭＭＡをあらかじめ放射線照射（２〜４　ｋＧｙ）　Ｌ
、部分的に重合させた粘度の異なるオリゴマーを調製し
ＴＭＰＴを２０％混ぜて含浸剤として実施例２に記した
低温含浸、低温照射を実施した。

照射後のヘッドの重量増加とプラスチック強化層厚さを
第２表に示す。

第２表　粘度の異なる含浸 粘　度　　籾重量　　重量増　　重量増加　　層厚さｃ
Ｐ　　　　　　ｇ　　　　　　ｇ　　　　　　％　　　
　　ｍｏ＋６８　　　　１９７　　　　　３２　　　　
　　１６　　　　１４〜２０５１０　　　　２１５　　
　　　２０　　　　　　　９．３　　　　３〜５１０６
００　　　　１８９　　　　　　９　　　　　　４．８
　　　　〜１第２表に示すように見かけ粘度が高くなる
につれてプラスチック強化された層の厚さが薄くなると
ともに重量増分が減り、粘度を調節することにより重量
制御調節が可能である。

実施例４ ゴルフクラブヘッドへの応用例３： ＰＭＭＡをＭＭＡに３０％溶かした高粘度シロップ（見
かけ粘度は１２，５００ｃＰ、２５℃）を５０℃（見か
け粘度は４，６６０ｃＰ、５０℃）に加熱して、あらか
じめ２０分間真空引き処理したヘッドを赤外線ランプで
表面のみを加熱して浸漬した。浸漬後ただちに耐圧容器
に窒素ガスを導入して常圧とし１０分間放置した。含浸
後、容器からヘッドを取り出しアルミホイルに包み線量
率２．５ｋＧｙ毎時のコバルト６０７線を８時間（線量
２０ｋＧｙ）照射した。以上の工程はすべて常温下で実
施した。

照射後の重量増加（初期重量２０５ｇ、増加量２５ｇ）
は１２％となった。一部年輪に沿ってＭＭＡモノマーが
浸透したが、表面近傍のプラスチック強化部分の厚さは
３１ＩＩ＋であり、常温処理でも非常に粘度の高い含浸
剤を加温して使用することにより部分化ｗｐｃが製造で
きた。

実施例５ ゴルフクラブヘッドへの応用例４： ＭＭＡ（見かけ粘度１０ｃＰ、２５℃）を含浸剤とし。

実施例２に従い含浸工程までを低温で実施した。

含浸後アルミホイルでヘッドを包み、ただちに線量率１
０ｋＧｙ毎時のコバルト６０γ線を２時間（線量２０ｋ
Ｇｙ）照射した。照射時ヘッドの冷却は行わなかった・ 照射後の重量増加（初期重量１８５ｇ、増加量２７ｇ）
は１５％であった。また、実施例４よりもはっきりとし
た年輪部分に沿ったプラスチック強化部分が生じた。表
面近傍のプラスチック強化部分は５〜１７ｍｍで、七ツ
マ−のみでも常温照射することで部分化したｗｐｃが製
造できた。

【図面の簡単な説明】

添付図面は、実施例２で製造したゴルフクラブヘッド（
ｖｌ）の断面図である。表面近傍の白色部分はプラスチ
ックで強化された範囲を、内側の黒色部分は原木材であ
る。 特許出願人　ラジエ工業株式会社 代理人　弁理士松井政広（外１名） 図 面

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、木材物体に重合性モノマー、または、オリゴマーも
   しくはポリマーをモノマーに溶解したシロップ（以下モ
   ノマー等と称する）を含浸させ、該モノマー等を重合さ
   せることからなるプラスチック強化木材物体の製造方法
   において、該木材物体の温度分布を制御することにより
   木材中のモノマー等の分布を制御して、該モノマー等を
   木材物体の表面近傍に局在させることを特徴とするプラ
   スチック強化木材物体の製造方法。 ２、さらにモノマー等の粘度を調整してモノマー等の分
   布を制御する請求項１に記載のプラスチック強化木材物
   体の製造方法。 ３、重合性ビニルモノマーがメチルメタクリレートであ
   る請求項１に記載のプラスチック強化木材物体の製造方
   法。 ４、重合をコバルト６０等のγ線または高エネルギー電
   子線を変換して得たＸ線の照射によって行なう請求項１
   に記載のプラスチック強化木材物体の製造方法。 ５、重合をモノマー等にあらかじめラジカル開始剤を混
   合しておき、モノマー等の含浸後に開始剤分解温度まで
   加温する請求項１に記載のプラスチック強化木材物体の
   製造方法。６、モノマー等に促進剤として多官能性モノ
   マーを添加する請求項１に記載のプラスチック強化木材
   物体の製造方法。 ７、その表面部分のみが含浸プラスチックで強化された
   木材物体。