JPS61144303A - 改質木材の製造法 - 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、特に寸法安定性に優れた改質木材の製造方法
に関し、更に詳しくは、木材をエステル化剤、エーテル
化剤など、木材成分の水酸基と反応し得る反応体で化学
的に処理し、かくして得られた処理木材に、有機溶媒に
溶解せしめた非水溶性、熱可塑性ポリマーを含浸させ、
次いで木材内に浸透した有機溶媒を除去することからな
る、特に、寸法安定性と耐汚染性に優れた改質木材の製
造方法に関する。

木材は、古くから建築材料、家具用材料、およびその他
の広範な用途に使用されているが、各種菌類の侵蝕や白
蟻などの虫害を受けて腐朽し易いという欠点を有するほ
か、汚染しやすく、水、湿気などの吸収、放散の繰り返
しによって、反り、割れ、ねじれ、伸縮などの変形を生
じ易いという、構造材料、表面材料としての決定的な欠
陥を有している。このことは専ら木材成分が水分を吸収
しやすい性質に起因する。

この様な腐朽性および寸法不安定性を改善する手段とし
て、木材をアシル化剤、特にアセチル化剤で処理する方
法、および木材に重合タイプの樹脂を含浸させて硬化さ
せる方法などが既に知られている。しかしながら、いず
れの方法も、以下に述べる理由で満足し得るものとはい
い難い。

即ち、前者の方法は、木材をアシル化剤で処理すること
により、木材成分、特にセルロースの水酸基をアシル化
し、木材の親水性を低下させることにより上記の欠陥を
軽減しようとするものであるが、緩和な条件下では木材
成分中の水酸基は残存し、十分なアシル化を達成するこ
とができず、従って、通常、硫酸または過塩素酸などを
用いてセルロース結晶領域を非晶化することにより、ア
シル化効率を上げるという手段がとられている。

この様な方法により、アシル化率は上昇するが、同時に
、使用した強酸の作用により木材の本質的な特長である
軽量性、靭性、加工性および比強度が損なわれるという
不利益が生じる。

一方、木材に重合硬化タイプの樹脂を含浸、硬化させる
方法は、多量の樹脂を含浸させた場合でも、寸法安定性
はさほど改善されない。これは、樹脂が木材中の大きな
空隙にのみ侵入し、かつ、樹脂どうしがホモ重合するに
過ぎないからである。

即ち、樹脂が細胞壁まで侵入したり、細胞壁に密着して
こそ、寸法安定性が大幅に改善されると期待されるので
あるが、従来法では木材成分中の水酸基の存在がこれを
妨げ、所期の目的を達成することができないからである
。さらに、木材中に樹脂を含浸させた後硬化せしめる方
法は、加熱や圧力条件の設定、ポットライフの調整など
、生産管理の面で高度な熟練を要するという欠点もあっ
た。

一方、熱可塑性ポリマーは、取り扱いが容易ではあるが
、木材と親和性の高い水溶性の熱可塑性ポリマーは簡単
に木材中から流出してしまい、一方、有機溶媒に溶解し
た熱可塑性ポリマーは、木材との親和性を欠くので木材
の細胞壁への侵入や細胞壁面での定着性が少なく、上記
した理由で所期の目的を達成す、ることかできない。こ
の様な理由で熱可塑性ポリマーは、従来からこの目的に
は使用されていない。

本発明者らは、木材中の水酸基の化学的修飾と、有機溶
媒に溶解した非水溶性熱可塑性ポリマーの注入とを適当
な条件下で組み合わせることにより、特に寸法安定性と
耐汚染性とに優れた改質木材を得ることに成功し、本発
明を完成するに至った。

即ち本発明は、木材の結晶領域を実質的に残した条件下
で木材成分の水酸基の一部を化学的に修華 飾し、この様にして得た処理木材に、有機溶媒に溶解し
た非水溶性熱可塑性ポリマーを含浸させ、次いで有機溶
媒を木材から除去することからなる改質木材の製造法を
提供するものである。

本発明方法により、セルロース結晶領域の非晶化による
木材の脆弱化が回避され、かつ、木材成分の水酸基が化
学的に修飾されて疎水化しているので、水よりも極性の
低い有機溶媒により、特に非晶化領域が膨潤し、木材組
織中の微細空隙への非水溶性熱可塑性ポリマーの含浸性
が改善される。

又、膨潤を生ぜしめた有機溶媒は、含浸した熱可塑性ポ
リマーと置換しながら除去されるので、木材の本質的な
特性を損なうことなく、寸法安定性と耐汚染性とを著し
く改善することができる。

以下に本発明をより詳細に説明する。

本発明で使用し得る木材の樹種や形状には特に制限はな
く、かつ、本発明の処理工程に付す前に特別の前処理を
施す必要もない。しかし、化学的修飾を容易にしたり、
熱可塑性ポリマーの含浸をより容易にするために、予め
煮沸、蒸煮したり、アルカリ水溶液または熱水で可溶成
分を除去しておいてもよい。

木材成分の化学的修飾に使用する反応体は、木材成分、
特にセルロースの水酸基と化学的に反応して疎水性を付
与する物質であればいかなるものであってもよいが、通
常、エステル化剤（アシル化剤）またはエーテル化剤を
使用する。

エステル化剤としては有機酸無水物（例えば、酢酸、プ
ロピオン酸、酪酸などの酸無水物）、有機酸ハロゲン化
物（例えば、上記の酸の他力プロン酸、ラウリン酸、ス
テアリン酸およびメタクリル酸などの酸ハロゲン化物、
特に酸塩化物）、および有機酸無水物と脂肪酸の混合物
（例えば、無水クロル酢酸と酢酸、プロピオン酸、カプ
ロン酸またはラウリン酸などとの混合物）などを挙−げ
ることができる。これらのエステル化剤は単独で、ある
いは２種以上混合して使用することができる。

上記エステル化剤には、木材成分との反応を促進するた
めの触媒および／または、エステル化剤の木材細胞壁内
への浸透を促進するための溶媒を添加してもよいが、既
述した理由で、木材の結晶領域を非晶化するような強力
な触媒の使用は避ける方が望ましい。従って、代表的な
エステル化剤である無水酢酸を使用する場合、酢酸ナト
リウムや酢酸カリウムを触媒として使用し、溶媒の存在
下または非存在下、緩和な条件下で処理するのが好まし
い。

エーテル化剤としては、例えばスチレンオキサイド、プ
ロピレンオキサイド等の１．２−エポキシド、塩化メチ
ル、塩化エチル等のハロゲン化アルキル、塩化ベンジル
等の芳香族ハロゲン化物、ジメチル硫酸等のジアルキル
硫酸、シアン化ビニル等の陰性基で活性化されたビニル
化合物、ホルムアルデヒド等のアルデヒドなどを用いる
ことができる。

エーテル化剤の場合も、エステル化剤の場合と同様、触
媒や溶媒を適宜添加することができるが、エステル化剤
の場合と同様、強力な試剤の使用を避けるのが望ましい
。

水酸基と反応させる反応体としては、上記のエステル化
剤およびエーテル化剤のほか、イソシアネート類（例え
ばメチルイソシアネート、エチルイソシアネートなど）
を使用することもできる。

以上述べた反応体を木材ど接触させるには、例えば木材
を反応体中に浸漬するか、あるいは反応体を気化せしめ
、これに木材をさらせばよい。また、この様な方法を減
圧下、加圧下あるいは減圧加圧法により行い、木材への
反応体の含浸を促進させることができる。この反応は木
材の著しい強度低下や熱軟化を防ぐため、反応体で処理
することによって得られる処理木材の重量増加率が３０
％を超えない様に、調節するのが好ましい。

この様にして反応体で処理した木材を、要すれば適当な
溶媒で洗浄した後乾燥し、有機溶媒に溶解した非水溶性
の熱可塑性ポリマーを含浸させる工程に付す。

この含浸工程は、熱可塑性ポリマーを適当な有機溶媒に
溶かした溶液に処理木材を浸漬するか、あるいは処理木
材にこの溶液を塗布、注入することからなり、この操作
は減圧下、加圧下あるいは減圧加圧下に行なうことがで
きる。

この工程で使用される非水溶性の熱可塑性ポリマーとし
ては、疎水性の綿状ポリマーが主でポリメチルメタアク
リレート、その他のアクリルエステル系ポリマー、ポリ
塩化ビニル、ポリスチレンなどのビニルポリマー、飽和
ポリエステル、ポリアミドなど、およびそれらの任意の
ブレンドが挙げられる。

これらの熱可塑性ポリマーを溶解するための有機溶媒に
は、メタノール、アセトン、酢酸エチル、）・リクロロ
エタン、スチレン、トルエン、キシレン、メチルメタク
リレート、およびセロソルブなどが含まれる。尚、熱可
塑性ポリマーを有機溶媒に溶解した溶液には、適宜、可
塑剤、着色剤および／または難燃剤を添加することがで
き、更に、耐候性向上のためにフッ素樹脂を添加しても
よい。

上記熱可塑性ポリマーの濃度は特に制限するものではな
いが、木材の多孔質性を残すこと、及び含浸を容易にす
る為には５０％以下が望ましい。

上記の方法で熱可塑性ポリマーを含浸させた処理木材を
、次の有機溶媒除去工程に付す。この工程は、上記処理
木材を加熱雰囲気下（常温〜約２００℃）に保持するこ
とからなるが、ポリマーが木材中から流出しない様に、
緩和な条件下で行うのが好ましい。

以上の処理により、熱可塑性ポリマーが木材中の微細空
隙中や細胞壁に密着して滞留し、かくして寸法安定性や
耐汚染性のみならず、構造材料。

表面材料としての望ましい諸性質、例えば耐水性、耐腐
朽性などが著しく改善された改質木材が得られる。本発
明方法は、重合硬化タイプの樹脂を硬化させるための熟
練した技術およびそのための設備を必要としないという
点に於いても、従来技術と較べて著しく有利である。

実施例　１ ９　、６　ｍｍ厚のベイツガ単板を、５重量％の酢酸ナ
トリウムを含有する１３０℃の無水酢酸中に１０分間浸
漬し、重量増加率（絶乾重量比）２０％のアセチル化単
板を得た。このアセチル化単板に、熱可塑性アクリルエ
ステルポリマーをトルエンに希釈し、ポリマー濃度３０
％とした溶液を、減圧加圧下に注入した。注入後、単板
を２４時間１００℃に保ち、溶媒を除去して改質単板（
Ａ）を得た。

実施例　２ 熱可塑性アクリルポリマーおよびトルエンの代わりにポ
リメチルメタクリレート　：スヂレン＝３０　　：　　
７０の混液を用いるほかは実施例１と同様の操作を行な
い、改質単板（白）を得た。

試験例　ｌ 実施例１の中間物質であるアセチル化単板を、各種溶媒
に常温で２４時間浸漬した時の伸び率を無処理のものと
比較した。結果を以下の表１に示す。

表１ 浸漬前の長さ 表１の結果は、本発明の中間物質であるアセチル化単板
は、有機溶媒の細胞壁内への侵入によって膨潤するが、
水の侵入による膨潤には抵抗し、親和性が変化している
ことを示している。

試験例　２ 本発明方法で処理した改質単板（Ａ）並びに（Ｂ）、無
処理単板（Ｃ，）、および下記の方法で処理した単板（
Ｄ）、（Ｅ）、（Ｆ）および（Ｇ）を、温度を８０℃に
かえるほかは試験例１と同様にして水に浸漬し、その伸
び率を比較した。結果を表２に示す。

表２ ＊（Ｄ）実施例１に従い、アセチル化処理のみを施した
単板。

＊（Ｅ）実施例日こ従い、熱可塑性ポリマー含浸処理の
みを施した単板。

＊（Ｆ）実施例２に従い、熱可塑性ポリマー含浸処理の
みを施した単板。

＊（Ｇ）無処理単板に、従来法で不飽和ポリエステル／
スチレン（重合タイプの樹脂）を注入し、熱圧硬化した
単板。

表２から、本発明に係る改質単板の寸法安定性は、従来
法に相当する方法で処理した改質単板よりも遥かに優れ
ていることがわかる。尚、本発明に係る改質単板が、熱
可塑性ポリマーの注入物であるにも拘わらず、８０℃の
温水で寸法変化がほとんどないのは、該ポリマーが木材
の微細空隙中の寸法安定性に寄与する部分に充填され、
封入された様な状態にあって、熱で流出を生じにくいた
めと考えられる。

試験例３ 本発明方法で処理した改質単板（Ａ）、（Ｂ）および前
記の方法で処理した単板（Ｐ）の横断面を４０θ倍の顕
微鏡にて拡大して撮影しん結果を第１図。

第２図および第３図に示す。

第１図および第２図から、改質単板（Ａ）、（Ｂ）の多
孔質性があまり損なわれていないごとがわかる。

また、第１図および第２図と、第３図とを比較した結果
、単板（Ｆ）（第３図）の細胞壁空腔中ζこ充填された
樹脂と細胞壁との界面が明瞭であるにもかかわらず、改
質単板（Ａ）、（Ｂ）（第１図、第２図）のそれが比較
的明瞭でないところから、改質単板（Ａ）、（Ｂ）の方
が密着性に優れていることがわかる。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図は本発明方法で処理した改質単板の横断
面組織を示す顕微鏡写真、第３図は従来の方法で処理し
た単板の横断面組織を示す顕微鏡写真である。 特　許　出　願　人　　大建工業株式会社代理人　弁　
理　士　　青白　葆　ほか２名唾　　　　　　　　　　
　　　　醗 手続補正書（自発） 昭和６０年２月　５日

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、木材成分の水酸基と反応し得る反応体で木材を処理
   することにより該水酸基の一部が化学的に修飾された処
   理木材を得、有機溶媒に溶解させた非水溶性の熱可塑性
   ポリマーをこの処理木材に含浸させ、次いで有機溶媒を
   除去することからなる改質木材の製造法。