JPS5970503A - 高耐久性木質材料およびその製造法 - 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】 本発明は、高耐久性を付与された木質材料およびその製
造法に関するものであり、さらに詳しくは、ポリビニル
アルコールおよび木材防腐剤の両者を木質材料内部に充
填、固定化した高耐久性木質材料およびその製造法に関
するものである。

一般に木材および木質材料は、吸湿、放湿に際し膨潤、
収縮する性質があり、その変化が急激であると内部応力
を吸収し切れずに割れを生じることがある。また、アラ
ゲヵヮラタヶ等の腐朽菌類やンロアリ、ヒラタキクィム
ンなとの昆虫類、フナクィムンなどの海虫類によってお
かされる。木材の劣化は、主として上記二つの原因、す
なわち“吸放湿による割れ“および“動植物による腐朽
”によって劣化するものである。このような木材劣化を
防ぐために、耐湿処理あるいは防腐剤処理が知られてい
るが毫両者を兼ねそなえた耐久性のある複合処理方法は
未だ工業的に確立されていない。

耐湿処理としては、加熱処理、アセチル化、ホルマール
化、シアノエチル化、アルキルケテンダイマー処理、エ
チレンオキ７ドとの反応なとが知られているが、いずれ
も、木質の脆弱化あるいは実施困難、多大のコストアッ
プ等の難点があり実用化に至っていない。ただひとつ実
用化されている耐湿処理法は、ポリエチレングリコール
処理である。この方法は、分子１３０００以下のポリエ
チレングリコールの高濃度水溶液を木材内部に注入し、
ポリエチレングリコールを水で膨潤状態にある細胞膜に
拡散浸透させ、水と置換することによって、乾燥が進ん
でもポリエチレングリコールのみによって木材の膨潤状
態が保たれるものと１′われでいる。ポリエチレングリ
コール処理は、木材の寸法安定化処理法として実用化さ
れている唯一の方法であり、寸法安定化については顕著
な効果が認められているが、−丈寸法安定化に使用しう
る低分子量ポリエチレングリコールは、常温では液体ま
たは半固体であり、そのために処理木材の表面にぬれの
現象が現われ、（１）水利の色が黒味かがった色相にな
るこ８、（２）接着力の低下が激しいこと、（８）塗装
が困難となること、などの欠点が認められていたつこれ
らの欠点は、ポリエチレングリコールが低融点でありブ
リードし易い性質をもっているだめに生じるものである
。このようなポリエチレングリコール充填法の欠点を解
消する方法とし−Ｃポリビールアルコールオリゴマーに
よる木質材料の寸法安定化法が特公昭４９−４’３１２
５号として提案された（、この方法は、低分子量ポリエ
チレングリコールの代りに、市販の重合度５００以上の
ポリビニルアルコールを解重合して得た分子量２０００
（重合度約４５）以下のポリビニルアルコールオリゴマ
ーを用いるもので、前述のごときポリエチレングリコー
ル処理法の欠点をすべ゛Ｃ解消することに成功したすぐ
れた方法である。しかしながら、この方法により得た木
質材料は未処理の木材に較べてかびが発生し易いという
新たな欠点を有することが判明（〜だ。この理由は未だ
明らかではないが、木材の細胞が常に膨潤状態にあるこ
とが、カビの生育に好都合な条件をつくり出すものと推
定される。

一方、木材の動植物による腐朽を防止するための木材防
腐剤による処理が古くから行なわれている。木材防腐削
性、木材腐朽菌、昆虫類、海虫類から木材をまもるため
の薬剤であり、木材防腐剤としては多くの水溶性無機化
合物寸たは水溶性あるいは油溶性の有機化合物が知ら）
１．ている。

しかしながら木材防腐剤のみによる処理では後述する比
較例から明らかなように優オした寸法安定性を有する木
質材料は得らｆＬ′Ｐｒ、いし、また防腐剤の溶出量も
大きいという欠点がある。

ｉｆｔこれらの木材防ＪＸ剤とポリビニルアルコール（
以’ＦＰＶＡと略記する。）とを混合して使用するとと
も考えられるが、多くの場合、増粘あるいはゲル化現象
が認められ、木質材料中−＼の含浸性が低下することが
判明した。そこで発明者らは、木材防腐剤とＰＶＡ＝ｉ
別々−に注入することを試みた結果、ＰＶＡを先ず木質
材料の内部に注入した後で、要すれば乾燥を行ない、し
かる後に木材防腐剤を注入すると、はとんどＰＶＡが脱
落することなく木材防腐剤を浸透させることができ、さ
らに木質材料の内部にＰＶＡおよび木質防腐剤を固定化
できることを見出し、本発明に到達した。さらに、篤＜
べきことに、多くの場合、ＰＶＡと木材防腐剤とが木質
材料内部で強い相互作用を及ぼし２合いあるいＶよ反応
して複合体を形成し、木材防腐剤もＰＶＡも溶出し難く
なるという相乗効果が現出することを見出しだ。すなわ
ち、ＰＶＡと来月防腐剤との反応生成物は、水に溶は雅
くなるため、水分の多い地中においても溶出することな
く木質材料内部に残留するため、効果の持続時間が飛躍
的に向上するものである。このような防腐効果の持続性
および寸法安定化効果の持続性を併せ有する高耐久（（
１木質材料は、従来の木材と同様な外観、加工性（釘打
ち性、切削性、等）を有するものであり、本発明によっ
て初めて可能になった素材ということが出来る。本発明
の高耐久性木質材ｆ１は、地中に坤込袢れる木材だけで
なく、風雨にさらされる構造材料、建築材料の他、集成
材、合板、家具、床材、パーティクルボード、置物、そ
の他耐久性を必要とするｒｊｙ広い用途に使用すること
ができる。

本発明に用いるＰＶＡは、木質材料の内部に浸透するも
のであればいかなるものも使用可能であるが、寸法安定
化効果を顕著に発揮するためには木質材料の細胞膜中に
才で拡散浸透しうるものが望ましい。そのためには、重
合度２００以下のものが好ましく、より好ましくは重合
度５０〜１０のものである。また、長期間にわたり着色
がなく木材の脆化がないようにするためには、連鎖移動
剤の存在ドにｌ（合きれたポリビールエステルヲＳ化し
て得られるＩ）　Ｖ　Ａとくに重合度２００以下のＰＶ
Ａが最も適している。

ここで連鎖移動剤としてはメルカプタンが最も適してお
り、次いでアルコールが好凍しい。工業的には°アルキ
ルメルカプタン、ヒドロキシアルキルメルカプタン、置
換アルキルメルカプタンが最も本発明の目的に適した連
鎖移動剤であり、次いでエタノール、グロパノール等の
アルコールが、比較的良好な結果を与える。これらの連
鎖移動剤は単独で用いてもよいし、また２種以上併用す
ることもできる。連鎖移動制は得られるポリビニルアル
コールの平均重合度が２００以下になる程度に使用する
ことが必要である。

ビニルエステルとしては、ギ酸ビニル、酢酸ビニル、プ
ロピオン酸ビニル等があげられるが、酢酸ビニルが最も
工業的に適している。ビールエステルの重合方法として
はメタノールなどを用いた溶液重合、塊状重合、乳化重
合、懸濁重合などの従来公知の方法がいづわも使用でき
るが、実施例に示すとおり溶液重合が好適である。ポリ
ビールエステルの鹸化は、従来公知の方法がいづｉｔも
使用できるが、苛性ソーダ（ＮａＯＨ）　、苛性カリ（
ＫＯＦＩ）、ナトリウムメチラート等のアルカリのメタ
ノール溶液によるアルコリシスが最も一般的である０Ｐ
ＶＡの鹸化度は、水溶恰を撰なわない範囲であれば任意
の値が選択出来るが、通常５０〜１００モルチの範囲か
ら選択するのがよい０本発明に用いるＰＶＡの平均重合
度は２００以Ｆであることが好適であるが、さらにまた
ＰＶＡの重合度分布もまた重要な特性であり、重量平均
重合度（Ｐｗと略記する）と数平均重合度（ＰＮと略記
する）との比Ｐ　Ｗ　／Ｐ　Ｎが４．０以下、好ましく
は３．０以下の範囲内にあることが望ましい。勿論、Ｆ
Ｗ／ＰＮの値が２以下であることはより望ましいのであ
るがラジカル重合により得られるビニルエステル車合体
の重合度分布は、理縞的にＰｗ／ＰＮ　　の最小値が２
であるために、分別等の操作を加えない場合の下限値は
２．０である。ｐ　ｗ　／　Ｐ　Ｎを２．０〜４．０の
範囲にするためには、反応系中の未反応の連鎖移動剤の
濃度をｈシにほぼ一定に保つことが必要でありそのため
には、ビニルエステルの重合系の反応率に応じ”℃連鎖
移動剤を添加するか、反応率によって実質的に変化しな
いような、連鎖移動剤の高濃度下に重合反応を進めるこ
とが必要である。ＰＷ／’ＰＮＯ値が４．０をこえて大
きくなると、１合度分布がひろくなり、低重合度物とと
もに高重合度物が存在することになり、木質材料の膨潤
域へのＰＶＡの浸透を阻害し、寸法安定化効果を低下せ
しめることになる。同様な理由により平均重合度が２０
０をこえると浸透速度が著しく低下し処理効率が低下゛
する。平均重合度が１０以下のＰＶＡは連鎖移動剤を多
量に添加する必要があり、反応系の制御がきわめて困難
となシ工業的に製造することが困難となるので、一般的
には好ましくない。

本発明の１）　Ｖ　Ａの平均重合度は、ＰＶＡをアセチ
ル化してポリ酢酸ビニル（ＰＶＡｃ）とした後、アセト
ン溶液中の極限粘度数の測定から中高の式（中高章夫；
高分子化学６，４５１（１９４９）を用いて算出された
ものである。また、重量平均重合度（ｐｗ）と数平均重
合度（ＰＮ）との比Ｐｗ／ｉ５Ｎの値は、再アセチル化
して得られたポリ酢酸ビニル系重合体をゲルパーミェー
ションクロマトグラフィー（ＧＰＣ）により測定するこ
とにより求めることが出来る。

本発明に用いるＰＶＡは、通常のＰＶＡに含まれるビニ
ルアルコール単位、酢酸ビニル単位の他に少割合の第三
成分を含んでいても良い。第三成分ハ、アニオン、カチ
オン等のイオン性基を含んでいても良いし、非イオン性
基を含んでいても良い０ 本発明に用いる木材防腐剤としては従来公知のものが使
用される。たとえば水溶性の無機系防腐剤としては、昇
水、硫酸銅、硫酸亜鉛、塩化亜鉛、亜砒酸、砒酸水素２
ナトリウム、砒酸クロム、重クロム酸ナトリウム、重ク
ロム酸カリ、フッ化ナトリウム、フッ化カリウム、ケイ
フッ化ナトリウノ・、ケイフッ化マグネシウム、ホウ砂
、ホウ酸などがあげられる。また水溶性あるいは油溶性
の有機系木材防腐剤として社、各種フェノール化合物、
トリクロルベンゼン、トリクロルナフタレン等力あげら
れる。その他有機金属化合物としてナフテン酸銅１　ビ
ス−ｎ　−）　リブチルスズオキシド、８−オキシキノ
リツール鋼などがあげられる。これらの木材防腐剤は単
独で用いてもよいし、また２種以上併用することもでき
る。またこれらの木材防腐剤のうちＰＶＡと反応性を有
するもの、とくにＰＶＡとの反応性の高いものがより効
果的であり、その例としては銅化合物砒素化合物、亜鉛
化合物、クロム化合物、ホウ素化合物、フェノール化合
物等があげられる。なかんずく、ホウ酸、ホウ砂等のホ
ウ素化合物、硫酸銅、水酸化銅等の銅化合物が本発明の
目的に最も適している。

ＰＶＡの注入および木材防腐剤の注入は、いずれも水性
媒体中で実施される。注入時のＰＶＡの水溶液としては
ＰＶＡの濃度５〜５０重量％、好ましくは１５〜４０重
量％である。またとのＰＶＡ水溶液中（ては他の添加剤
、たとえば防錆剤、消泡剤などの本発明の目的を阻害し
ないようなものを共存させることは自由である。ＰＶＡ
の注入量は木質材料に対し約１〜５０重量壬（固形分）
である。

この水溶液の木質材料中への注入法としては、常圧、好
ましくは減圧または加圧下に水溶液を木質材料に滴下し
ながら行なう方法、または水溶液中に木質材料を浸漬し
て行なう方法があげられる。

注入時の温度は通常尾温〜１００℃であるが、浸透速度
を上げる必要があｔＬば加圧Ｆに１００℃以上の温度で
処理することもできる。

次にＰＶＡを注入後の木質材料に木材防腐剤を注入する
が、この場合１’ＶＡを注入後の木質材料を湿潤状態の
まま木材防腐剤を注入してもよいし、まだ半乾燥状態あ
るいはよく乾燥した状態で木材防腐剤を注入してもよい
。

注入時の木材防腐剤の水溶液としては木材防腐剤の濃度
ｏ、ｉ〜１０重量％、好ましくは１〜５重量係である。

また木材防腐剤の注入量は木質材料に対（〜約００１〜
５重量％（固形分）である０この木材防腐剤水溶液の木
質材料中への注入法としては前述したＰＶＡ水溶液と同
様の方法が使用できる。注入後の乾燥方法としては風乾
、気乾、熱風乾燥、高周波、加熱など従来公知の乾燥方
法を使用できるが、熱をかけて乾燥するほうがＰＶＡと
木材防腐剤との反応がより完全に進行するので効果的で
ある。１５０°Ｃ珈上の高温乾燥はＰＶＡの劣化をまね
くので好ましくない。また急激な乾燥は割れを生じるこ
とがあるので避けるべきである。ＰＶＡ水溶液を注入後
乾燥して木材防腐剤水溶液を注入する場合の乾燥方法と
しては前述の木材防腐剤水溶液の注入後の乾燥方法と同
様の方法が使用できる。木材防腐剤水溶液を注入ｌ〜、
乾燥した後の木質材料の表面に木材防腐剤の結晶が粉を
ふいたように析出することがあるが、必要ならば表面を
軽く水洗することによって除去することができる。

このようにＰＶＡ水溶液を注入した後、木材防腐剤水溶
液を注入することによって、木質材料の内部にＰＶＡと
木材防腐剤との反応生成物が充填、固定されて、本発明
の目的とする防腐剤の溶出の極めて少ない、寸法安定性
の優れた高耐久性木質材料を得ることができる。

以下に実施例をあげて本発明をさらに詳しく説明するが
、本実施例は側管本発明を限定するものではない。なお
実施例において「部」はすべて［重量！Ｉｓ　、、Ｉで
ある。

実施例１ 酢酸ビニル（以下ＶＡｃと略記する○）９６０部、メタ
ノール２３０部および２−メルカプトエタノール（以下
２−ＭＥと略記）１６０部を反応容器に入れ、充分窒素
置換した後、外温を６５℃にあげ、内温が６０℃に達し
たところで２，２′−アゾビスイソブチロニトリル０．
１８部を含むメタノール１０ｇを加えた。直ちに２−Ｍ
Ｅ２１ｇを含むメタノール６０部を５時間にわたって均
一に添加した。５時間後の重合率は４０係であった。５
時間後に容器を冷却し、減圧下に残留するＶ　Ａ　ｃを
メタノールとともに系外に追い出す操作をメタノールを
追加しながら行々い、Ｐ　Ｖ　Ａ、　ｃのメタノール溶
液（濃度７２俤ンを得た。このメタノール溶液）一部を
とり、ＰＶＡ０７７１１度４０係、［ＮａＯＨ］／（Ｖ
Ａｃ〕＝０．００８５（モル比）となるようにＮａ、Ｏ
Ｒのメタノール溶液を加え４００Ｃ，″′Ｃ鹸化して鹸
化度８７モル係のＰＶＡをイチだ。アセトン中の極限粘
度〔η〕より中高式（中高章夫°高分子６，４．５１（
１９４’−１）　）により計算した重合直後のＰ　Ｖ　
Ａ　ｃの重合度は２０であった。また、得られたＰＶＡ
を再アセチル化してＰＶＡｃとしてアセトン中の〔η〕
より中高式で計算した重合度は２１であり両者は良く一
致した。４８時間ソックスレー抽出を行なった。次に、
精製したＰ　Ｖ’　Ａをアセチル化し１得たＰ　Ｖ　Ａ
　ｃのＧＰＣ測定を実施した。装置は東洋曹達工業株式
会社製ＨＬＣ−８０２Ｒを用い、カラム；ＧＭＨ６ｘ２
．溶媒：テトラハイドロフラン、温度；２３部１°Ｃな
る条件で測定したところ、ＰＷ／ＰＮ＝２．６３であっ
た。

このようにして得た低重合ＢＰＶＡ（ＰＶＡ−Ａ２０と
する。）を不利含浸試験に供した。

試験用木材としてアガチス（３ｘ３ｘｌｃｒｎ）の気乾
月（比重０．４５）を用いた。試験片５個を濾過鐘内の
ビーカーに入れ、上部におもりをのせて真空ポンプで２
０分間減圧したのち、Ｆ’ＶＡ水溶液を上部分液ロート
より加え、３０分間常圧に保持したのち、濡れたままの
試験片をポリエチレン袋に入れ密封して１週間放置した
。その後、袋からとり出←また試験片をＦ紙で良く拭い
たのち重量を測定して、ＰＶＡ含浸量を推定した。７２
時間風乾後、１０５°Ｃで５時間乾燥して、絶乾試料と
した。

次に、上記のＰＶＡ含浸−絶乾試料を用いて木材防腐剤
の含浸を行なった。前記と同じ装置を用い減圧注入後、
常圧に戻し直ちに試験片をとり出し、沖紙で拭いたのち
、７２時間風乾シ２、さらに１０５°Ｃで２時間乾燥し
た。木材防腐剤として、ホウ酸、ホウ砂、硫酸鋼および
これらの混合物を用いた。

このようにして得た試験片について寸法安定性試験、Ｐ
ＶＡ溶出試験、防腐剤溶出試験を実施した０ 寸法安定性試験は、含浸処理試験片を、２５°Ｃ３０係
ＲＨと２０℃９５％ＲＨの環境丁に調湿した時の寸法変
化を、無処理試験片のそれと比較して寸法安定化率（を
方向の収縮阻止率と膨張阻止率の平均）で表わした。

ＰＶＡ溶出試験は、試験片を５　（ｌ　ｔａｌの室温の
水中に１０時間浸漬し、溶出Ｐ　Ｖ　Ａ量をヨード呈色
法により分析して、ＰＶＡの溶出速度の尺度とした○ 防腐剤溶出試験は、試験片を５０ｔｒｔｌの室温の水中
に１０時間浸漬し、溶出した防腐剤量を、イオン濃度計
または化学分析により分析し、溶出速度を求めた。溶出
速度が遅いほど、耐久性にすぐれるものと考えられる。

対照例として、ＰＶＡ単独、あるいは木材防腐剤単独で
含浸処理した試験片を作成し、前記と同様な試験を実施
した。

結果をまとめて表１に示す。

Ｐ　Ｖ’　Ａと木材防腐剤の両方で処理したものは、寸
法安定化率が犬で、かつＰＶＡおよび木材防腐剤の溶出
量が顕著に減少していることが明らかで表　　　　　１ 注）木材防腐剤を２種用いた場合は両者の等景況合物で
ある。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （））　　ポリビニルアルコールおよび木材防腐剤を木
   質材料の内部に固定化してなる高耐久性木質材料。 （２）　　ポリビニルアルコールの重合度が２００以下
   である特許請求の範囲第１項記載の高耐久性木質材料。 （８）　　ポリビニルアルコールが、連鎖移動剤の存在
   −ドに重合されたポリビニルエステルを鹸化して得られ
   る平均重合度が２００以下のポリビニルアルコールであ
   る特許請求の範囲第１項記載の高耐久性木質材料。 （４）木材防腐剤がポリビニルアルコールと反応性を有
   する化合物である特許請求の範囲第１項記載の高面ｊ久
   性木質材料。 （５）木材防腐剤がホウ素化合物および７寸たけ銅化合
   物である特許請求の範囲第４項記載の高耐久性木質材ｆ
   ＋。 （６）　　ポリビニルアルコールを木質材料の内部に注
   入し、次いで、木材防腐剤を注入することを特徴とする
   高耐久性木質材料の製造法。 （７）　ポリビニルアルコールの重合度が２００以下で
   ある特許請求の範囲第６項記載の高耐久性木質材料の製
   造法。 （８）　　ポリビニルアルコールが、連鎖移動剤の存在
   Ｆに重合されたポリビニルエステル金鹸化して得らｉす
   る平均重合度が２００以下のポリビニルアルコ−ルであ
   る特許請求の範囲第６須記載の高耐久性木質材料の製造
   法。 （９）木材防腐剤がポリビニルアルコールと反応性のあ
   る化合物である特許請求の範囲第６項記載の高耐久性木
   質材料の製造法。 ０句　木材防腐剤がホウ素化合物および／または銅化合
   物である特許請求の範囲第９項記載の高耐久性木質材料
   の製造法。