JPH0470302A - 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＋１１用分野） 本発明は改質木材の製造方法に関する。さらに詳しくは
、木材と、直鎖状または分岐鎖状のアルキル基もしくは
アルケニル基を有する置換コハク酸無水物とを反応させ
ることにより、寸法安定性、耐水性などに優れた木材を
製造する方法に関する。

（従来の技術） 木材は従来より建材、家具等の分野に於いて広く用いら
れている材料である。しかし、木材の主成分はきわめて
親水性が高いセルロースであるため、空気中の水分に影
響されやすく、湿度が高くなると吸湿して体積膨張した
り、また逆に湿度が低いと収縮するという現象がおこり
、その結果木材に、そり、狂い、割れなどが発生すると
いう欠点がある。また、耐水性が十分でないため、水中
や高湿度雰囲気下では木材内で分解菌の活動がおこり木
材が朽ちてしまうという欠点がある。

かかる木材の諸性質を改良することは木材を有効利用す
る上で非常に重要であるため、従来より木材に寸法安定
性及び耐水性を付与せんとする試みが活発に行われてい
る。

一１ＩＱ的には、木材の成分であるセルロース、ヘミセ
ルロース、リグニンなどの分子中に存在する水酸基を脂
肪酸などを用いてエステル化することにより、木材に疎
水性及び嵩効果を付与する方法が採用されている。こう
したエステル化された木材の例としては、たとえばアセ
チル化木材、プロピオニル化木材、ブチロイル化木材、
カプロイル化木材、ラウロイル化木材、ステアロイル化
木材等が挙げられる。これらの中で実用化されているも
のとしてアセチル化木材があるが、アセチル基は疎水性
が小さいため、木材を充分に疎水化できないことから、
より疎水性の強い脂肪酸とのエステル化により木材を高
度に疎水化することが要望されている。

従来よりエステル化方法としては、脂肪酸とセルロース
の水酸基とを直接的に脱水反応させる方法が知られてい
るが、セルロース成分中の水酸基の反応性が低いため高
温下でも該反応は充分には進行せず、該方法は側底採用
し難い。

そのため高反応性エステル化試薬として、脂肪酸ハライ
ドまたは脂肪酸無水物が使用されている。しかしながら
、酸ハライドを使用した場合には反応時に多量に副生す
るハロゲン化水素に起因して木材自体が劣化を起こすた
め、通常アミンや塩基性物質等を添加して副生ハロゲン
化水素を中和する必要があるが、副生塩の除去操作が非
常に困難となる不利がある。他方、脂肪酸無水物を反応
させる場合には反応した脂肪酸と同量の脂肪酸が副生ず
るため、該削性脂肪酸の除去操作が必要となる。また、
無水マレイン酸、無水コハク酸等の酸無水物を６０℃以
上の溶融状態で木材小片と反応させる方法も提案されて
いる（特開昭５９−３３１３３号公ｔｒｉ）。この方法
は副生物が生成しない点では有利であるが、木材に導入
される疎水基が小さいため、萌紀のアセチル化木材と同
様な理由で満足しつる方法ではない。またこれらの酸無
水物は常温で固体であるため、木材へ導入するには溶融
状態で行わねばならず危険性があり且つ多大なエネルギ
ーを必要とする。

最近、エステル化木材の一つとしてアルキルケテンダイ
マーを木材に反応させる方法が提案されている（木材工
業、Ｖｏｌ、４４．　Ｎｏ、ＩＯ，Ｐ４７６〜４８０１
９８９年）、この方法は副生物が出ないという点では優
れた方法であり、アルキルケテンダイマーは４員１エノ
ールラクトンとしてカルボキシル基を活性化しつる好材
料であ−るものの、上記酸ハライドや酸無水物と比べ木
材中の水酸基との反応性が非常に弱いため高温長時間の
処理が必要となりエネルギー的に不利な方法である。さ
らにはアルキルケテンダイマーは常温にて固体であり、
木材注入時に加熱溶融の必要があり安全性、省エネルギ
ーの点で不利がある。アルキルケテンダイマーを各種溶
剤に溶解して行う方法もあるが、溶解度が低く充分な反
応濃度とならないため反応が十分進行しない。また水性
エマルジョンとすることもできるが粒子径が比較的大き
いため木材の内部までアルキルケテンダイマーを導入す
ることは期待出来ない。

他の改質方法として、ポリエチレングリコールを木材に
注入する方法もあるがポリエチレングリコールは親水性
ポリマーであるため塗装作業性に問題があり、また得ら
れた改質木材の耐朽性などの点でも不満足である。

（発明が解決しようとする問題点） 以上のように、木材の吸湿性および耐水性を改良し寸法
安定性を付与する方法は種々知られているが、いずれも
経済的、技術的に満足しぇず、実用化に至っていないの
が現状である。しかして本発明は、室温下で容易に木材
に含浸できる高反応性の改質剤を選択し、該改質剤を用
いることにより寸法安定性、耐水性などの良好な諸性能
を有する改質木材を提供することを目的とする。

（問題を解決するための手段） 本発明者らは上記目的に基づき鋭意検討した結果、特定
の置換コハク酸無水物が、室温下でも非常に容易に木材
に含浸し、かつ高反応性であり、しかもこれを含浸して
得られる改質木材が寸法安定性、耐水性などの点で極め
て良好であることを見い出した。本発明はかかる事実に
基づき完成されたものである。

即ち本発明は、 一般式（１）： （式中５Ｒ′は炭素数３〜２９のアルキル基またはアル
ケニル基を示す）で表される直鎖または分岐鎖状の置換
コハク酸無水物、および般式（２）： ％式％ （式中、Ｒ２は炭素数１〜２７の直鎖または分岐鎖状の
アルキル基、Ｒ３は炭素数２〜２８の直鎖または分岐鎖
状のアルキル基もしくはアルケニル基を示し、かつＲ”
、Ｒ３の炭素数の合計が３〜２９である）で表される分
岐状鎖置換コハク酸無水物よりなる群から選ばれた少な
くとも種の置換コハク酸無水物を、木材組織中に含浸さ
せ、木材組織中に存在する水酸基と反応せしめることを
特徴とする改質木材の製造方法に関する。

本発明において、一般式（１）で表される置換コハク酸
無水物は末端に二重結合を有するα−オレフィンまたは
それらのオリゴマーと無水マレイン酸の付加反応により
えられる。一般式（１）中、Ｒ１は、好ましくは炭素数
７〜２０のアルキル基またはアルケニル基である。

該置換コハク酸無水物の具体例としては、ｎ−ブテニル
コハク酸無水物、ｎ−へキセニルコハク酸無水物、ｎ−
オクテニルコハク酸無水物、ｎ−デカニルコハク酸無水
物、ローへキサデセニルコハク酸無水物、ｎ−オクタデ
セニルコハク酸無水物、ｎ−エイコセニルコハク酸無水
物、イソへキセニルコハク酸無水物、インオクテニルコ
ハク酸無水物、インデカニルコハク酸無水物、イソへキ
サデセニルコハク酸無水物、イソオクタデセニルコハク
酸無水物、イソエイコセニルコハク酸無水物、トリイソ
ブテニルコハク酸無水物、テトライソブテニルコハク酸
無水物などがあげられ、またこれらの不飽和置換コハク
酸無水物を水素添加反応させてえられる飽和置換コハク
酸無水物をあげることができる。

一般式（２）で表される分岐鎖状置換コハク酸無水物は
内部オレフィンと無水マレイン酸との付加反応によりえ
られる。一般式（２）中、Ｒ２は好ましくは炭素数１−
１８の直鎖または分岐鎖状のアルキル基であり、Ｒ”は
好ましくは炭素数２〜１９の直鎖または分岐鎖状のアル
キル基もしくはアルケニル基であり、かつＲ２，Ｒ３の
炭素数の合計が７〜２０であるのが良い。

該置換コハク酸無水物の具体例としてはデセン−５、ド
デセン−６、テトラデセン−７、ヘキサデセン７、オク
タデセン−９、エイコセン−Ｉ＋などの内部オレフィン
と無水マレイン酸との付加物などがあげられ、またこれ
らの不飽和置換コハク酸無水物を水素添加反応させてえ
られる飽和置換コハク酸無水物をあげることができる。

前記ａ−オレフィンまたは内部オレフィンと無水マレイ
ン酸との反応は、触媒の存在下または不存在下に、好ま
しくは不活性ガス雰囲気下で常圧または加圧下で行なう
。反応温度は　１８０〜２５０℃、好ましくは　１９０
〜２２０℃とし、反応時間は　１〜５０時間、好ましく
は１０〜３６時間とするのがよい。

オレフィン類と無水マレイン酸とのモル比はとくに限定
されないが、通常オレフィン類１モルに対して無水マレ
イン酸Ｌ４〜２モル、好ましくは０８モル〜１．３モル
とするのが適当である。反応終了後、未反応のオレフィ
ン類と無水マレイン酸を蒸留して除去することにより置
換コハク酸無水物をうることができる。

本発明に用いられる木材の種類としては特に制限はなく
マツ、スギ、ヒノキなどの針葉樹及びカバ、ナラ、ラワ
ン等の広葉樹など種類を問わずいずれも使用できる。ま
たこれらの木材の小片あるいは木粉等にも適用できる。

本発明においては、使用する置換コハク酸無水物が水と
も反応するため、これらの木材は通常１０％程度、好ま
しくは５％以下の水分量となるように乾燥されているの
が望ましい。

次に本発明の処理方法を手順を追って説明する。まず、
木材は熱風乾燥器や真空乾燥器によりあらかじめ乾燥を
行い上記範囲の水分量に調湿しておくのがよい。木材の
乾燥が不十分である場合には残存水分と置換コハク酸無
水物とが反応して塩基酸を副生ずるので好ましくない。

ついで、常圧、減圧または加圧下に該木材を置換コハク
酸無水物に浸漬したり、置換コハク酸無水物を木材に刷
毛などにより塗布することにより置換コハク酸無水物を
木材組織中に含浸させる。

これらの処理回数は任意であり処理を何段階かに分けて
行うこともできる。

本発明で使用する置換コハク酸無水物は室温で液体であ
るので加熱溶融することなくそのまま使用できるが、置
換コハク酸無水物を溶剤で希釈して用いることもできる
。用いる溶剤としては置換コハク酸無水物に対して非反
応性のものが必須とされ、具体的にはヘキサン、ヘプタ
ン、オクタンなどの脂肪族炭化水素：ベンゼン、トルエ
ン、キシレン等の芳香族炭化水素；ジクロロメタン、ク
ロロホルム、四塩化炭素、トリクロロエチレン、テトラ
クロロエチレン等のハロゲン系溶剤；ジエチルエーテル
、ジイソプロピルエーテル、テトラヒドロフラン、ジオ
キサン等のエーテル類；酢酸エチル、酢酸ブチル等のエ
ステル頚：アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソ
ブチルケトン等のケトン類等を例示できる。これらの溶
剤は置換無水コハク酸と任意の割合で添加して使用でき
る。

置換コハク酸無水物の使用量は木材の形状、大きさ、処
理方法などにより異なるが、−Ｈ的には木材１００重量
部に対して　１〜２０００重量部、好ましくは　５〜５
００重量部とされる。１重量部未満であると寸法安定化
及び耐水化が十分でなく、２０００重量部を超λだ場合
にはこれ以上を含浸させることはできず過剰に使用する
意義がない。なお、木材に注入されなかった残余の置換
無水コハク酸はそのまま再使用できるため経済的に有利
である。

前記処理時間は木材の種類、形状、大きさ、圧力により
著しく異なるが浸漬処理した場合は０．１時間〜４８時
間程度、好ましくは１時間〜３０時間とされる。０．１
時間未満では含浸が不十分であり。

また４８時間を超えてもこれ以上を含浸出来す時間的に
無駄である。注入する際の温度は置換無水コハク酸が常
温で液体のため常温で行うのが最も好ましいが通常０℃
〜６０℃、好ましくは１５℃〜５０℃である。０℃未満
では置換無水コハク酸の粘度が大きくなり処理がむずか
しい。また６０℃を超える温度で行ったとしても、それ
以下の温度で行う場合と同程度の含浸効果しかな（無意
味である。

上記のような操作により、木材に置換コハク酸無水物を
作用させる。浸漬法により含浸させた場合は容器中の木
材を取り出し必要に応じて表面に残存する置換コハク酸
無水物を除去する。この状態で木材に含浸された置換無
水コハク酸は殆ど木材と反応しているが、場合に応じて
さらに反応を完結させるために熱処理をしても良い。こ
の温度は通常４０℃〜２００℃、好ましくは５０℃〜１
５０℃である。２００℃を超える温度では木材の劣化が
起こり好ましくない、また塗布処理による場合も上記条
件と同様である。

本発明における置換コハク酸無水物と木材とのエステル
化反応は無触媒下でも十分に進行するが、エステル化反
応をさらに促進するためにはトリエチルアミン、ジメチ
ルベンジルアミン、ジメチルアニリン、ピリジン等のよ
うな置換コハク酸無水物との相溶性が良好な触媒を使用
することもできる。これらの触媒は木材の処理時に置換
コハク酸無水物と同時に存在させてお（のがよい。

木材に対する置換コハク酸無水物の導入率は。

得られた木材の処理前後の重量増加率から求めることが
出来る。

以上のような本発明方法により製造される改質木材は、
これを赤外線吸収スペクトルにより分析すると置換コハ
ク酸無水物に起因する１８６０及び１７８０ｃｍ−’の
吸収は消失し、１７２０ｃｍ−’のエステル吸収がみら
れた。置換コハク酸無水物は木材中の水酸基と反応し木
材の疎水性を増大することにより、改質木材の耐水性を
向上でき、さらには含浸による嵩効果により寸法安定性
が付与される。

次に参考例および実施例によりさらに本発明を具体的に
説明するが、本発明はこれに制限されるものではない。

参考例１ ｎ−オクテン−１に無水マレイン酸を付加反応させるこ
とにより相当する置換コハク酸無水物をえた。

参考例２ ｎ−オクタデセン−１に無水マレイン酸を付加反応させ
ることにより相当する置換コハク酸無水物をえた。

参考例３ 炭素鎖数１４の分岐鎖状α−オレフィンに無水マレイン
酸を付加反応させることにより相当する置換コハク酸無
水物をえた。

参考例４ 炭素鎖数２０の分岐鎖状ａ−オレフィンに無水マレイン
酸を付加反応させることにより相当する置換コハク酸無
水物をえた。

参考例５ オクタデセン−９に無水マレイン酸を付加反応させるこ
とにより相当する置換コハク酸無水物をえた。

実施例１〜５ 第１表のごとく参考例１〜５でえられた置換コハク酸無
水物に　１００℃で２時間乾燥したブナ材を２５℃、８
にｇ／ａｍ２で２時間浸漬処理した後、１００℃の熱風
乾燥器にて　１時間処理し、第１表にしめず重量増加率
の改質木材をえた。

実施例６ 参考例５でλられた置換コハク酸無水物に１００℃で２
時間乾燥したブナ材を２５℃、常圧で２４時間浸漬処理
した後、１００℃の熱風乾燥器にて１時間処理し、第１
表にしめず重量増加率の改質木材をえた。

実施例７ 参考例５でえられた置換コハク酸無水物に１００℃で２
時間乾燥したブナ材を２５℃、常圧で２時間浸漬処理し
た後、１００℃の熱風乾燥器にて　１時間処理し、第１
表にしめず重量増加率の改質木材をえた。

これら実施例でえられた改質木材をＪＩＳ　２２１０５
の方法で吸湿量を測定した。

吸湿量ｆｇ／ｃｎ＋”ｌ＝　（ｗ２４ｈ−ｗｏｎ　）　
／へＮｏ、＋４０℃、７５％の湿温度条件で平衡したと
きの重！（ｇ） ’ｉ２．ｌ、：　２４時間目の重量からパラフィンの重
量を差し引いた重量（ｇｌ Ａ　・吸温面積ｆｃｎ＋”１ また２５℃の恒温水槽中に７日間浸漬後、抗膨潤率ｆＡ
ｓＥｌの測定を行った。

抗膨ｌｌＳ！率ｆＡｓＥｌ　＝　（Ｖ、−Ｖ、）　／Ｖ
。

ｖｏ：無処理材の容積膨潤率 ｖｌ：処理材の容積膨ｆＲ率 これらの結果を第１表に示す。

比較例 実施例で用いた置換コハク酸無水物のがわりにポリエチ
レングリコール（Ｍｙ　＝８００　）を用いた以外は同
様に処理し吸湿量および抗膨ａ率を測定した。結果を第
１表に示す。

［以下余白］ （発明の効果） 本発明においては、特定の置換コハク酸無水物を使用す
るため木材への含浸が容易であり、木材組織との反応が
常温程度で充分進行し、しかも副生物が生じないなどの
製造時の優位性がある。さらには本発明方法により耐水
性、寸法安定性に優れた改質木材を容易に提供できる。

従って、本発明方法で得られた改質木材を使用すること
により、木質パネルや化粧単板に用いた場合に剥離や割
れなどを有効に防止でき、さらには屋外や水回りなどで
の使用に耐えうるなどの種々の効果が奏せられる。

荒川化学工業株式会社

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、一般式（１）： ▲数式、化学式、表等があります▼（１） （式中、Ｒ＾１は炭素数　３〜２９のアルキル基または
   アルケニル基を示す）で表される直鎖または分岐鎖状の
   置換コハク酸無水物、および 一般式（２）： ▲数式、化学式、表等があります▼（２） （式中、Ｒ＾２は炭素数１〜２７の直鎖または分岐鎖状
   のアルキル基、Ｒ＾３は炭素数２〜２８の直鎖または分
   岐鎖状のアルキル基もしくはアルケニル基を示し、かつ
   Ｒ＾２、Ｒ＾３の炭素数の合計が３〜２９である）で表
   される分岐状鎖置換コハク酸無水物よりなる群から選ば
   れた少なくとも一種の置換コハク酸無水物を、木材組織
   中に含浸させ、木材組織中に存在する水酸基と反応せし
   めることを特徴とする改質木材の製造方法。