JPS61144304A - 改質木材を製造する方法 - 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】 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を、極性液で膨
潤させ、同時に極性液に溶解せしめた重合性物質を含浸
させ、次いで木材内に浸透した極性溶媒を穏やかな条件
下で除去した後、滞留している重合酸物質を加熱硬化せ
しめることからなる、特に寸法安定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、各種菌類の浸触や白
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、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、
構造材料および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とが水分を吸収しやすい性質に
起因する。

この様な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
とができない為、得られる寸法安定性にも限界があった
（従来例では抗膨張率（ＡＳＥ；Ａｎｔｉ　　Ｓｗｅｌ
ｌｉｎｇ　　Ｅｆｆ−ｉｃｉｅｎｃｙが最高で７０％程
度）。従って、通常、強酸やアミノ類、アミド類などを
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
した非晶化剤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、木材に重合性物質を含浸、硬化させる方法は、Ｗ
ＰＣ強化木として木材業界で広く利用されているが、こ
れらの例にみられるように、条虫の重合性物質を含浸さ
せても細胞膜を充填することはできるが、効率よく木材
細胞壁中にまで浸透・吸着させることは不可能で通常寸
法安定性はさほど改善されない（ＡＳＥ＝５０％以下）
。

又、適当な溶媒を用いて、木材細胞壁中まで浸透可能な
重合性物質を含浸させることで寸法安定性を与えようと
する試みも公知であるが、この場合も得られる寸法安定
性に限界があり（Ａ　Ｓ　Ｅ　＝６０〜７０％がＭａｘ
）、さらに、含浸を進行させるために非晶化すると上述
と同様に脆弱化して好ましくない。例外的に、ポリエチ
レングリコールのような非重合性物質を含浸させた場合
は、ここで得られたと同等の高い寸法安定性を得ること
ができる（ＡＳＥ＝８０％以上）が、これは水に易溶の
物質であり、その高い寸法安定性も水への溶脱によって
著しく低下し、永続性がないことから、その適用範囲が
大幅に制限されている。

本発明者らは、上記の従来技術を適当な条件下で組み合
わせることにより、永続性の高い寸法安定性に優れた改
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、木材の結晶領域を非晶化しない条件下で
木材成分の水酸基を化学的に修飾し、この様にして得た
処理木材を、極性液で膨潤させ、同時に極性液に溶解し
た重合性物質を含浸させ、次いで緩和な条件下で極性溶
媒を木材から揮散せしめ、最後に木材中に滞留している
重合性物質を加熱硬化させるものである。

つまり木材の寸法変化の主要因である木材組織の細胞壁
内中の微細空隙を一旦、極性液にて開放しく膨潤し）そ
の状態で重合性物質を硬化させて充填効果により、前記
の開放していた微細空隙を閉じない様にして寸法安定性
の向上を図るものである。

ここで極性液を用いるのは、前述の化学修飾木材が組織
変化を生じさせない程度の緩和な条件下の処理であり、
残留している水酸基によって細胞壁中の膨潤を生じさせ
、重合性物質の細胞壁中の微細空隙への含浸性を改善す
るものであり、木材の本質的な特性を損なうことなく、
寸法安定性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、木材薄板、厚板材、チップ、ファイバーなど、あら
ゆるものを使用することができる。

これらの木材は、本発明の処理工程に付す前に特別の前
処理を施す必要はない。しかし、化学的修飾を容易にし
たり、重合性物質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何機酸無水物（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
えば無水トリフルオル酢酸または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、例えばエチレンオキサイド、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、モノクロル酢酸等のα−ハロゲン酸、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ら、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と接触させるには、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、
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、次の極性液での膨潤及び重合
性物質の含浸工程に付す。

この工程は、重合性物質を適当な極性液に溶かした溶液
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処理木材を膨潤させる極性液には
水、メタノール、セロソルブ（エチレングリコールモノ
エチルエーテル）、エチルアルコール、ｎ−プロピルア
ルコール、イソ−プロピルアルコール、エチレングリコ
ール、フルフリルアルコール、フェノール、蟻酸、酢酸
、プロピオン酸、ホルムアミド、ｎ−ブチルアミン、ジ
エチルアミン、モルホリン、ピペリジン、ンメチルホル
ムアミド、ジメチルアセトアミド、ジエチルホルムアミ
ド、ジメチルスルホキシド、アセトン、メチルエチルケ
トン、ジオキサン、酢酸メチル、酢酸エチル等である。

一方、重合性物質は、極性液に可溶であり、細胞壁中へ
の浸透が立体化学構造的に可能なものでなければならず
、かつ、木材中に浸透した後、適当な手段で樹脂状固形
物に変換され得るものでなければならない。この様な重
合性物質として、アミノ系、フェノール系樹脂の初期縮
合物、フラン系モノマー、又はフラン系樹脂初期縮合物
、ビニル系モノマー、アクリル系、ウレタン系、エーテ
ル系、エポキシ系オリゴマー等が挙げられる。

重合性物質を極性溶媒に溶解した溶液には、適宜、触媒
、硬化剤、可塑剤、着色剤および／または難燃剤を添加
することができる。

上記の方法で重合性物質を含浸させた処理木材を、次の
溶媒除去工程に付す。この工程は、上記処理木材を加温
雰囲気下（常温〜約１５０°Ｃ）や減圧下に保持し、穏
やかに溶媒を木材中から揮散せしめることからなる。

本工程により、処理木材の微細空隙中に浸透して膨潤に
寄与した極性液が、同時に含浸した重合性物質を残した
ままで、又は置換する様に除去するので、膨潤した状態
で保持できる。一般に、繊維飽和点以下まで溶媒を除去
するのが望ましい。

具体的には極性液が水である場合、常圧で５０〜８０℃
で２〜５時間、メタノールやアセトンは室内で一日放置
、ジオキサンは常温３０ｍｍＨｇの減圧下で３時間保持
することにより達成できる。

溶媒を除去した処理木材を、次に最終工程の加′熱硬化
処理に付す。この工程は、要すれば常圧若くは加圧下に
、木材を常温〜２５０℃で加熱することからなる。この
処理により、木材中の微細構造にまで浸透していた重合
性物質が互いに重合し、あるいは木材成分とグラフトポ
リマーを形成するに至り、嵩効果を発揮する。

尚、重合性物質の流出がない限り、室温放置の後、徐々
に熱圧したりして、溶媒除去工程と硬化工程を並行して
行なう事もできる。

以上の一連の操作によって、寸法安定性のみならず、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、耐汚染性、耐腐朽性などが著しく改善された改質木
材を得ることができる。

実施例　ｌ Ｏ、６ｎ＋ｎ＋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）２７％のアセチル化単
板を得た。このアセチル化単板に、フェノール樹脂初期
縮合物：水＝３０ニア０の混液を減圧加圧下に注入した
。注入後、単板を２時間６０℃に保ち、溶媒を除去した
。次いで、１３０℃で３０分間熱圧硬化させ、改質単板
（Ａ）を得た。

試験例　１ 本発明方法で処理した改質単板（Ａ）、無処理単板（Ｂ
）、および下記の方法で処理した単板（ＣＯＤ）（Ｅ）
を一旦絶乾にした後、減圧下（５ｍｍＨｇ）で一時間吸
水させ、加圧下（１０ｋｇ／ｃｍりで２４時間静置し、
膨張率を測定した後、１０５℃の熱風下で３時間乾燥し
、収縮率を測定し繰り返し実験し、そのＡＳＥ値を比較
検討した。結果を表１に示す。

表１ ＊（Ｃ）実施例１に従い、アセチル化処理のみを施した
単板 ＊＊（Ｄ）実施例１に従い、重合性物質含浸処理のみを
施した単板 ＊＊＊（Ｅ）実施例１に従い、３０％濃度のポリエチレ
ングリゴール（１０００）含浸処理を施した単板 無処理材の膨張−処理材の膨張 表１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が、その他、この改質単板は寸法安
定性能の持続性、易加工性、耐久性および化粧性にも優
れている。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 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が化学的に修飾された処理木材
   を得、該処理木材を極性液で膨潤させ、同時に極性液に
   溶解せしめた重合性物質を含浸させ、次いで重合性物質
   を加熱硬化せしめることにより木材を膨潤状態で固定す
   ることを特徴とする改質木材を製造する方法。 ２、反応体による処理を、木材中のセルロース結晶領域
   を実質的に残した条件下で行なうことを特徴とする特許
   請求の範囲第１項記載の改質木材を製造する方法。 ３、含浸した重合性物質の加熱硬化工程前に緩和な条件
   下で溶媒を揮散せしめる工程を設けることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項又は第２項記載の改質木材を製造
   する方法。