JPH11129217A - 木材に薬剤を含浸させる方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 薬剤を木材に含浸させるための方法であっ
て、従来の方法によっては含浸させることが困難である
木材の芯部のような部分にも、特別の装置等を用いるこ
となく容易に、しかも短時間に含浸させることのできる
方法を提供すること。 【解決手段】 溶液の形態にある薬剤を木材に含浸させ
る方法において、前記溶液がキャリヤを添加されたもの
であることを特徴とする木材に薬剤を含浸させる方法。
上記キャリヤとしては、次の式(I) 又は(II)で表される
化合物を用いることができる。 【化１】

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、木材に薬剤を含浸
させるための新規な方法に関する。より詳細には、本発
明は、溶液の形態にある薬剤を木材に含浸させる方法で
あって、前記溶液がキャリヤを添加されたものであるこ
とを特徴とするものである。更に、本発明は、上記キャ
リヤとして有用な新規なフェルラ酸誘導体及びその製造
方法にも関する。

【０００２】

【従来の技術】木材に防腐性、防虫性等を付与したり、
木材に着色を施すために、その目的に応じた薬剤、着色
剤等が木材に塗布、注入される。木材に薬剤を注入させ
る方法には、塗布法、浸漬法、温冷浴法、拡散法、木口
加圧注入法、加圧注入法等がある（上村 武著、「木材
の実際基礎」、第３版、東洋経済新報社）。

【０００３】しかしながら、浸漬法により例えば銅イオ
ンのような薬剤の水溶液に木材の木口を浸漬しても、水
だけが木材に含浸され、薬剤はほとんど含浸されない。
また、特に、木材の芯部にまで浸漬させることは非常に
困難である。

【０００４】温冷浴法、加圧注入法などを用いることに
より木材への薬剤の含浸の程度を増加させることはでき
る。しかしながら、これらの方法は、大規模な装置や加
圧装置等が必要であり、そのような装置を用いることな
く、容易に、しかも短時間に薬剤を木材に含浸させ得る
方法が望まれている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明は、薬
剤を木材に含浸させるための方法であって、従来の方法
によっては含浸させることが困難である木材の芯部に
も、特別の装置等を用いることなく容易に、しかも短時
間に含浸させることのできる方法を提供することを目的
とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記の課
題を解決するために鋭意研究した結果、次の方法を見出
し本発明を完成するに至った。すなわち、本発明は、溶
液の形態にある薬剤を木材に含浸させる方法において、
前記溶液がキャリヤを添加されたものであることを特徴
とする木材に薬剤を含浸させる方法を提供する。上記の
キャリヤとしては、次の式（Ｉ） 又は式（ＩＩ）

【０００７】

【化６】 （式（Ｉ） 中、ＸはＣＨ₃ 、Ｈ及びＯＨからなる群か
ら選択されるいずれか１を表す。）により表される化合
物の少なくとも１種を用いることができる。

【０００８】上記キャリヤのうち、式(II)で表される化
合物は、新規な化合物である。本発明は、この新規な化
合物であるフェルラ酸誘導体も提供する。この新規なフ
ェルラ酸誘導体は、アルカリ性物質存在下の水中でフェ
ルラ酸にカルボキシメチル基を導入することにより、製
造することができる。本発明は、このようなフェルラ酸
誘導体の製造方法も提供する。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の木材に薬剤を含浸
させる方法について詳細に説明する。本発明の木材に薬
剤を含浸させる方法は、含浸させるべき薬剤が溶液の状
態にあり、その溶液が前記薬剤のキャリヤとして作用す
る化合物を添加されたものであることを特徴とするもの
である。

【００１０】本発明の木材に薬剤を含浸させる方法は、
含浸させるべき薬剤の溶液がキャリヤを添加されたもの
であること以外は、従来の常温、常圧において薬剤の溶
液を木材に浸漬させる方法を用いて実施することができ
る。

【００１１】すなわち、本発明の方法を適用することの
できる木材の種類、部位、含浸させるべき薬剤の種類、
量等に特に制限はなく、適宜選択することができる。よ
り具体的には、本発明の方法を適用することのできる木
材の一例を挙げると、米ツガ、スギ、ヒノキ、米モミ、
アカマツ、米マツ、カツラ、カエデ、セン、シイノキ等
がある。

【００１２】また、木材の部位にも特に制限はなく、辺
材、芯材等いずれの状態のものにも適用することができ
る。本発明の方法を用いて木材に含浸させることのでき
る薬剤は、木材に付与しようとする性質に応じて無機性
及び有機性の薬剤から適宜選択することができる。

【００１３】無機性の薬剤の一例を挙げると、銅、鉄、
マンガン、ニッケル、亜鉛等のような金属の塩がある。
塩の一例を挙げると、硫酸塩、塩酸塩、硝酸塩、酢酸塩
等がある。これらの金属の塩は、通常、薬剤溶液中にお
いて金属イオンの形態にあり、木材に含浸させて、キノ
コ類（オオウズラタケ、カワラタケ）による木材の腐食
を防いだり、白ありから木材を保護する等のような作用
を有するものである。

【００１４】有機性の薬剤の一例を挙げると、例えば塩
化ベンジルトリメチルアンモニウム、塩化トリオクチル
メチルアンモニウム、臭化テトラブチルアンモニウムの
ような有機化合物の四級アンモニウム塩がある。これら
の四級アンモニウム塩は、通常、カビや細菌の繁殖を防
止する等のような作用を木材に付与するために用いられ
るものである。また、有機系の抗菌剤としては、カテコ
ール、レゾルシノール、ピロガロール等のポリフェノー
ル系のものを薬剤として用いることができる。これらの
抗菌剤は、通常、ウイルスやカビに対して効果を奏す
る。

【００１５】本発明の木材に薬剤を含浸させる方法にお
いて、所定の作用を有する薬剤を含有する溶液は、上記
式(I) 又は(II)により表される化合物（以下「木質キャ
リヤ」ともいう）を少なくとも１種添加されていること
を特徴とする。これらの木質キャリヤの詳細については
後述する。

【００１６】これらの薬剤及び木質キャリヤを含有する
溶液の溶媒は、それらの薬剤及び木質キャリヤが溶解
し、木材に対して悪影響を与えないものであれば特に制
限はない。

【００１７】一例を挙げると、特に、薬剤が金属の塩で
ある場合には、水を溶媒として用いることができる。水
を溶媒として用いる場合、併用する木質キャリヤが上記
式(I) 又は(II)で表される化合物の場合には、メタノー
ル、エタノール、イソプロパノールのようなアルコール
を適量、通常は、溶液全量に対して１０〜５０体積％の
量添加することにより木質キャリヤの溶解度を高めるこ
とができるので好ましい。

【００１８】また、水を溶媒として用いる場合、併用す
る木質キャリヤが上記式(II)で表される化合物の場合に
は、トリエタノールアミン、酢酸ナトリウム等のような
弱塩基を適量、通常は、木質キャリヤと当モル量添加す
ることによっても木質キャリヤの溶解度を高めることが
できるので好ましい。これらの弱塩基は、木質キャリヤ
と塩を形成することにより、木質キャリヤの溶解度を高
めるものである。

【００１９】薬剤が有機化合物であり、その有機化合物
が水に溶解しにくい場合には、溶媒として、メタノー
ル、エタノール、イソプロパノール等のアルコール類、
Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシ
ド、テトラヒドロフランなどのような極性非プロトン系
の溶媒を用いることが好ましい。

【００２０】上記薬剤及び木質キャリヤを含有する溶液
中における薬剤の濃度は、木材の種類、薬剤の種類や使
用目的に応じて適宜選択することができる。一例を挙げ
ると、塩化ベンジルトリメチルアンモニウムを薬剤とし
て用いる場合、通常、３〜１０重量％の濃度の水溶液に
することができる。

【００２１】一方、木質キャリヤの濃度は、通常、１〜
１０重量％、好ましくは使用する薬剤と当モル量に設定
することができる。木質キャリヤは、単独で用いること
も、２種以上を併用することもできる。

【００２２】薬剤及び木質キャリヤを含有する溶液は、
木材の木口を浸漬させることにより溶液を含浸させるこ
とも、側面を浸漬させることにより溶液を含浸させるこ
ともできる。しかしながら、毛管現象を利用することが
できるので、木口を浸漬させることが好ましい。

【００２３】浸漬時の温度は、常温（約１５〜約３５
℃）、圧力は、常圧（約１気圧）に設定することができ
る。浸漬時間は、木材の種類、大きさ等に応じて適宜設
定することができるが、通常、４〜２４時間に設定する
ことができる。

【００２４】次に、本発明の木材に薬剤を含浸させる方
法において、木質キャリヤとして用いることのできる式
(I) 又は(II)により表される化合物について詳細に説明
する。 下記の式(I)

【００２５】

【化７】 （式(I) 中、ＸはＣＨ₃ 、Ｈ及びＯＨからなる群から選
択されるいずれか１を表す。）により表される化合物
は、トランス体のものであってもシス体のものであって
も、あるいはこれらの混合物であってもよい。

【００２６】上記式(I) により表される化合物のうち、
ＸがＯＣＨ₃ であるものはフェルラ酸とも呼ばれるもの
である。フェルラ酸それ自体は、既知の化合物であり、
築野食品工業株式会社（和歌山県）から入手することが
できる。

【００２７】上記式(I) により表される化合物のうち、
ＸがＨであるものは、ｐ−クマル酸とも呼ばれるもので
ある。ｐ−クマル酸自体は、既知の化合物であり、例え
ば、ｐ−ヒドロキシベンズアルデヒドとマロン酸から合
成することができる。

【００２８】上記式(I) により表される化合物のうち、
ＸがＯＨであるものは、コーヒー酸とも呼ばれるもので
ある。コーヒー酸それ自体は、既知の化合物であり、例
えば、コーヒー豆の中に存在するクロロゲン酸を加水分
解することにより製造することができる（Fiedler, Arz
neimittel-Forsch, 4, 41 (1954)）。 上記式(II)

【００２９】

【化８】 により表される化合物（ＩＵＰＡＣ名：３−（４−カル
ボキシメトキシ−３−メトキシフェニル）プロペン酸
（以下「ＣＭＰＡ」ともいう）は、新規な化合物であ
る。

【００３０】ＣＭＰＡは、フェルラ酸を出発物質として
次の方法により製造することができる。出発物質のフェ
ルラ酸は、上述したように、築野食品工業株式会社より
入手することができる。フェルラ酸とアルカリ性物質
を、フェルラ酸に対して４〜５倍量（重量）の水に溶解
する。アルカリ性物質として、水酸化リチウム、水酸化
ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化ルビジウム、炭酸
ナトリウム、炭酸カリウムなどを用いることができる。
アルカリ性物質は、フェルラ酸に対して４〜５倍モル当
量を添加することができる。

【００３１】この溶液を３０〜４０℃の温度に維持し、
フェルラ酸に対して２倍モル当量のモノクロロ酢酸又は
モノブロモ酢酸を除々に添加することにより、カルボキ
シメチル基を導入する。その後、３〜４時間加熱還流す
る。室温まで冷却した後、希硫酸などの酸により反応溶
液を酸性にすることにより、固体の物質が析出する。こ
れを濾過し、水で洗浄することにより、白色のＣＭＰＡ
の結晶が得られる。

【００３２】

【実施例】以下、本発明の木材に薬剤を含浸させる方
法、及び新規なフェルラ酸誘導体の製造方法を実施例に
より説明するが、本発明の方法はこれらに限定されるも
のではない。

【００３３】なお、以下の実施例において、木片への薬
剤の含浸試験は、ＪＩＳ Ｋ１５７０−１９９５ 付属
書Ｉ、「木材防腐剤の浸透性試験方法」に記載される方
法に従って行った。

【００３４】実施例１ ＜含浸されるべき薬剤として銅イオン、木質キャリヤと
してＣＭＰＡ（上記一般式(II)により表される化合物）
を用いる場合＞２０×２０×１２０ｍｍのスギ辺材の木
口２面を残し、４面をエポキシ樹脂で覆い、これを試験
片とした。

【００３５】２００ｍＬのトールビーカーの中で、ＣＭ
ＰＡ３ｇ、トリエタノールアミン８．６ｇ、塩化銅(II)
２ｇを水１００ｍＬ−エタノール２０ｍＬの混液に溶解
し、薬剤溶液を調製した。上記の試験片全体を常温（２
５℃）、常圧（約１気圧）下に２、４、９又は２４時間
薬剤溶液に浸漬したものをそれぞれ試料１〜４とした。

【００３６】別途、空試験（Ｂｌａｎｋ）として、試薬
溶液中にＣＭＰＡが添加されていないこと以外はそれぞ
れ上記試料１〜４で用いた試薬溶液と同じ溶液を用いて
試験片を同様に浸漬し、それぞれ試料５〜８とした。得
られた結果を次の表１に示す。

【００３７】

【表１】

【００３８】上記表１の結果から、ＣＭＰＡを使用する
試料において、空試験に比べて極めて大きな重量増加が
認められる。このことは、本発明の方法を用いることに
より、銅イオンが大量に木材に含浸されていることを示
している。

【００３９】しかも、本発明の方法を用いた試料におい
ては、常温、常圧下において、浸漬９時間で飽和状態に
達している。ＣＭＰＡを使用しない比較試料において
は、２４時間浸漬させても、ＣＭＰＡを使用する本発明
の方法を用いた場合の４時間浸漬に劣っている。

【００４０】実施例２ ＜含浸されるべき薬剤として銅イオン、木質キャリヤと
してＣＭＰＡを用いる場合＞上記実施例１の試料１〜４
（本発明）及び試料５〜８（比較）とそれぞれ同じ方法
により試料を作製し、含浸試験を行った。但し、各々の
試料片の木口から５ｃｍまでの領域のみ薬剤を含有する
溶液に浸漬した状態で２、４、９又は２４時間維持し
た。所定の浸漬時間が経過した辺材は、開放木口面から
１５〜２５ｍｍの範囲の直方体（２０×２０×１０ｍ
ｍ）を切り取ったものを試料９〜１２とし、含浸された
銅イオンを測定した。開放木口面から７５〜８５ｍｍの
範囲の直方体（２０×２０×１０ｍｍ）を切り取ったも
のを試料１３〜１６とし、含浸された銅イオンの量を測
定した。

【００４１】銅イオンの測定は、次のようにして行っ
た。試料片を細かく砕き、それを首長フラスコの中に入
れ、硝酸と硫酸で加熱しながら完全に溶解する。溶液に
は、試料の辺材に含浸された銅イオン(II)が溶解してい
るので、これを原子吸光分析により定量した。

【００４２】得られた結果を次の表２並びに図１及び２
に示す。図１は、表２の試料９〜１２の結果をグラフに
表したものであり、図２は、試料１３〜１６の結果をグ
ラフに表したものである。図１及び２において、それぞ
れ、縦軸は銅イオン吸収率（％）を表し、矛軸は浸堰き
時間（時間）を表す。又、−○−は、ＣＭＰＡ処理を、
−□−は、Ｂｌａｎｋを表す。

【００４３】

【表２】

【００４４】表２並びに図１及び２に示す結果から、次
のことが分かる。試料片の木口から１５〜２５ｍｍの直
方体部分（測定位置２０ｍｍ）の銅イオンを測定した試
料９〜１２において、木質キャリヤとしてＣＭＰＡを添
加した溶液を用いる本発明の木材に薬剤を含浸させる方
法を用いることにより（ＣＭＰＡ処理）、木質キャリヤ
を添加されていない薬剤のみの溶液を用いた場合（Ｂｌ
ａｎｋ）に比べて、いずれの浸漬時間においても銅イオ
ンの吸収率が高いことが分かる。

【００４５】試料９〜１２よりも木口から離れた位置に
ある直方体部分（測定位置８０ｍｍ）の銅イオンを測定
した試料１３〜１６においても試料９〜１２と同様に、
銅イオン吸収率は、比較の試料（Ｂｌａｎｋ）の試料の
銅イオン吸収率に比べていずれの浸漬時間においても高
い。このことから、木質キャリヤとしてＣＭＰＡを添加
した溶液に浸漬する本発明の木材に薬剤を含浸させる方
法を用いることにより、従来の方法よりもより多くの銅
イオンをより早く、しかもより広範囲に木材に含浸させ
得ることが分かる。

【００４６】実施例３ ＜含浸されるべき薬剤として銅イオン、木質キャリヤと
してフェルラ酸を用いる場合＞１Ｌのビーカーの中で、
フェルラ酸０．１モル（１９．４ｇ）と塩化銅２水和物
０．１モル（１７ｇ）を６００ｍＬのエタノール−水の
混合液（１：１；体積比）に溶解した。この溶液に米ツ
ガ辺材（２ｃｍ×２ｃｍ×３０ｃｍ）を室温（２５℃）
で１８時間浸漬した。この場合、米ツガ辺材は、木口か
ら５ｃｍの高さまで溶液に浸漬させ、垂直に維持した。
その後、４０℃で４８時間乾燥し、この辺材を縦（長軸
方向）に２分して、銅イオン（青色）が辺材の下方木口
から２５ｃｍの高さにまで均一に含浸されていることを
目視により確認した。

【００４７】比較例１ 木質キャリヤであるフェルラ酸を薬剤溶液を用いた以外
は実施例３と同じ操作を行った。

【００４８】この結果、銅イオンの含浸は、木口からわ
ずか３ｃｍの高さまでしか確認されなかった。 実施例４ ＜含浸されるべき薬剤として４級アンモニウムイオン、
木質キャリヤとしてフェルラ酸を用いる場合＞１Ｌのビ
ーカーの中で、フェルラ酸０．１モル（１９．４ｇ）と
塩化ベンジルトリメチルアンモニウム０．１モル（１
８．５ｇ）を６００ｍＬのエタノール−水の混液（１：
１（体積比））に溶解した。この溶液に米ツガ辺材（２
ｃｍ×２ｃｍ×３０ｃｍ）を室温（２５℃）で１８時間
浸漬した。この場合、米ツガ辺材は、木口から５ｃｍの
高さまで溶液に浸漬し、垂直に維持した。その後、４０
℃で４８時間乾燥し、この辺材を縦（長軸方向）に２分
し、塩化ベンジルトリメチルアンモニウムが辺材の木口
から２８ｃｍの高さにまで含浸されていることを確認し
た。

【００４９】塩化ベンジルトリメチルアンモニウムの測
定は、次のようにした。木口から所定の位置にある辺材
部分を細かく砕き、丸底フラスコに入れた。ここに、エ
タノールを加え、２４時間還流した。その後、砕いた辺
材をろ別し、そのろ液からエタノールを留去することに
より得られる無色の固体が塩化ベンジルトリメチルアン
モニウムである。この物質は、赤外スペクトルを取り、
同定した。

【００５０】比較例２ 木質キャリヤであるフェルラ酸を溶解しない薬剤溶液を
用いた以外は実施例３と同じ操作を行った。

【００５１】この結果、塩化ベンジルトリメチルアンモ
ニウムの含浸は、木口からわずか７ｃｍの高さまでしか
確認されなかった。 実施例５ ＜ＣＭＰＡの製造＞フェルラ酸９７ｇ（０．５モル）と
水酸化ナトリウム９０ｇを３８０ｍＬの水に溶解し、こ
の溶液に３０〜４０℃でモノクロロ酢酸９４．５ｇ
（１．０モル）を徐々に加えた。その後、４時間加熱還
流した。室温まで冷却してから希硫酸で酸性にすると、
大量の固体が析出した。これを濾過し、水で洗浄した。
乾燥すると、９８ｇ（収率７８％）のＣＭＰＡが得られ
た。純度は、９９％以上あり、精製の必要はなかった。
融点２３６℃。

【００５２】¹Ｈ−ＮＭＲ（Ｄ₂ Ｏ−ＮａＯＨ）: ３．
８６１（３Ｈ，ｓ，ＯＣＨ₃ ），４．４５５（２Ｈ，
ｓ，ＣＨ₂ ），６．３〜７．３（５Ｈ，ｍ，芳香族及び
二重結合）ｐｐｍ． ＩＲ：３５１０（ＯＨ），２９４０（ＣＨ₂ ），１７２
０（Ｃ＝Ｏ），１６８０（Ｃ= Ｏ）ｃｍ^-1。

【００５３】

【発明の効果】本発明の木材に薬剤を浸透させる方法を
用いることにより、加圧装置のような特別の装置や大規
模な装置を用いることなく、常温、常圧で、しかも短時
間に薬剤を木材に含浸させることができる。また、薬剤
は、辺材のみならず、従来は含浸させることが困難だっ
た芯材にも含浸させることができる。

【００５４】本発明者らは、式(I) 又は(II)で表される
木質キャリヤの構造は、木材の約２５％の構成成分であ
るリグニンの構造と類似しているので、薬剤を含有する
溶液にこれらの木材キャリヤを添加することにより溶液
と木材との親和性が高まり、その結果、溶液が木材に浸
透しやすくなり、上記の効果を奏すると考えている。

【００５５】更に、本発明の木材に薬剤を含浸させる方
法により製造される薬剤を含浸した木材は、その寸法安
定性が高まることが明らかになった。本発明の木材に薬
剤を含浸させる方法を用いることにより、木質キャリヤ
も木材中に含浸することになる。上述したように、木質
キャリヤの構造は木材の構成成分と似ているので、木材
中で木材キャリヤと木材構成成分との何らかの相互作用
により寸法安定性が高まるものと考えられる。

【００５６】本発明の木材に薬剤を含浸させる方法にお
いて木質キャリヤとして用いる式(I) 又は(II)で表され
る化合物は、いずれも米糠から安価に製造することがで
きるフェルラ酸またはその誘導体であるので、安価に入
手することができる。特に、式(II)で表される化合物
は、フェルラ酸を水中で反応させることにより製造する
ことができるので極めて安価に製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】測定位置２０ｍｍにおける銅イオンの辺材への
注入量を表すグラフ。

【図２】測定位置８０ｍｍにおける銅イオンの辺材への
注入量を表すグラフ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 野村 英作 和歌山県和歌山市島51番地の11 (72)発明者 細田 朝夫 和歌山県御坊市湯川町財部92番地の３ (72)発明者 下林 則夫 和歌山県和歌山市有家262番地の３ (72)発明者 梶本 武志 和歌山県和歌山市園部1257番地の45 県職 員住宅Ａ棟104号 (72)発明者 築野 卓夫 和歌山県伊都郡かつらぎ町大字新田94番地 の１ (72)発明者 南 晴康 和歌山県那賀郡那賀町後田189番地の２

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 溶液の形態にある薬剤を木材に含浸させ
   る方法において、前記溶液がキャリヤを添加されたもの
   であることを特徴とする木材に薬剤を含浸させる方法。
2. 【請求項２】 前記キャリヤが次の式(I) 又は式(II) 【化１】 （式(I) 中、ＸはＣＨ₃ 、Ｈ及びＯＨからなる群から選
   択されるいずれか１を表す。）により表される化合物の
   少なくとも１種である請求項１に記載の方法。
3. 【請求項３】 次の式(I) 又は式(II) 【化２】 （式(I) 中、ＸはＣＨ₃ 、Ｈ及びＯＨからなる群から選
   択されるいずれか１を表す。）により表される化合物を
   含有する木材。
4. 【請求項４】 次の式(II) 【化３】 により表される新規なフェルラ酸誘導体。
5. 【請求項５】 次の式(III) 【化４】 により表されるフェルラ酸にアルカリ性物質存在下の水
   中でカルボキシメチル基を導入することにより次の式
   （ＩＩ） 【化５】 により表されるフェルラ酸誘導体を製造する方法。