JPS61290001A - 木材の改質方法 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は、木材の成分中の水酸基をエステル化する方法
と、エステル化して得られた処理木材に重合性物質を含
浸硬化することからなる木材の改質方法に関し、品質の
改善と生産性向上とを図うたものである。

（従来技術とその問題点） 木材は、吸水、放湿で伸縮するとと乙に、各種菌類や白
アリに侵され易いという欠点があった。

上記欠点を除去する為に木材の主成分であるセルロース
の水酸基をエステル化するという試みがなされている。

しかし、木材成分中には上記セルロース、リグニン、ヘ
ミセルロースといった主成分以外にも、いろいろな代謝
経路で生合成されたフェノール類、パラフィン類、脂肪
酸類、テルペン類等が存在し、これらの大部分が熱水や
水蒸気、希アルカリ・希酸水溶液、有機溶媒のいずれか
で、木材外に溶出する可溶成分である。これらは樹種や
生育条件により、その種類、含有率に大きなバラツキが
あるうえに、それらの多くは側鎖に水酸基をもっている
ので、上記エステル化処理に際し、木材主成分と同様に
エステル化反応を生じ、木材主成分の均一、かつ、効率
的なエステル化を阻害する。

特に、反応液に酸無水物を用いると、エステル化反応時
に酸を生成するので、反応液中の酸濃度が上昇し、木材
のエステル化率（重量増加率）を低下させる。このため
、工業生産に於いて、上記反応液をくり返して使用する
と、すぐに反応液中の酸濃度が上昇するので、反応液を
くり返して使用できる回数が減少し、新しい反応液の追
加量を増やさなければならず、生産性が悪くなるととも
に、エステル化反応のバラツキが大きくなり、均一な改
質処理がなされず、所期の目的を達成し得ないという欠
点があった。

更に、上記のフェノール類の他、タンニン類やロイコア
ントシアニジン、フラボノイド等は、エステル反応の触
媒等に使用される酸やアルカリに接すると発色したり、
斑点を生じ、木材の美観性を損なうという欠点があった
。

一方、この処理木材を使用して重合性物質を含浸させる
際においてもフェノール系化合物のキノン類が硬化阻害
の原因になるとともに、上記エステル化反応で生じた主
成分以外のエステル化合物等の副生物質が、木材組織中
の導管や細胞腔等の空隙部に残留し、上記重合性物質の
浸透を妨げ、含浸ムラの原因になるという問題があった
。

（発明の目的） 本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、木材の
主成分以外の可溶成分を抽出、除去することにより、木
材の寸法安定性、機械的強度、耐久性の向上を均一に、
かつ、効率良く行なうとともに、反応液をくり返して使
用できる使用回数を増加させ、生産性の向上とコストダ
ウンとを達成し得るようにしたものである。

本発明をより詳細に説明すると、木材を抽出溶媒に晒し
てその可溶成分を除去する段階（第１段階）と、第１段
階で得た木材の主成分中の水酸基を酸無水物と反応させ
てエステル化する段階（第２段階）とからなり、更に、
第２段階で得た処理木材に重合性物質を含浸、硬化せし
める段階（第３段階）とによる木材の改質方法である。

尚、使用し得る木材の樹種や形状には特に制限がなく、
柱状体、厚板、薄板、削片状、繊維状のものが用いられ
、表面化粧板や積層して柱状体とするためには木材薄板
が好ましい。

第１段階は木材を抽出溶媒に浸漬したり、木材に抽出溶
媒蒸気を吹き付けることにより、木材中の可溶成分をあ
らかじめ抽出させて除去する工程である。

抽出溶媒としては、熱水、しゅう酸、過酸化水素水、次
亜塩素酸ナトリウム等の水系溶媒やメタノール等のアル
コール系溶媒、アセトン等のケトン系溶媒、ヘキサン等
の炭化水素系溶媒、その他エーテル系およびエステル系
溶媒が挙げられ、これらは単独あるいは適宜組合せて使
用する。

又、水蒸気等のように上記溶媒を気化させたものを木材
に吹き付けることによっても同様の効果を奏する。

上記操作により、フェノール類、パラフィン類、脂肪酸
類、テルペン類、タンニン類等が溶媒中に抽出され、木
材外に取り出される。

第２段階は、第１段階で得た木材を適当な手段で酸無水
物と接触せしめることにより、木材の主成分中の水酸基
をエステル化する工程であり、エステル化の代表的なも
のは、アセチル化である。

すなわち、無触媒下あるいは酢酸ナトリウム。

酢酸カリウム等のアルカリ金属触媒下または希硫酸等の
酸触媒下で木材を無水酢酸に浸漬し、８０〜２００℃の
温度で数分〜数時間反応させると、木材の主成分中の水
酸基がアセチル基と置換し、エステル化する。上記反応
終了後、洗浄、乾燥してエステル化率（重量増加率）５
％〜３０％の処理木材が得られる。

尚、木材の諸性能の向上のためにはできるだけ木材成分
中のセルロースの水酸基をアセチル化することが望まし
いが、上記アセチル化反応時に、式： ％式％ で示される反応により副生成物として酢酸が生じ、酢酸
濃度の上昇によりアセチル化率が低下する傾向にある。

しかし、第１段階で水酸基を有する可溶成分が除去され
ているので、副生酢酸の生成量が少なく、効率の良いア
セチル化処理か可能となる。

無水酢酸以外の酸無水物としては無水プロビオン酸、無
水酪酸等の有機酸無水物、無水クロル酢酸等の酸ハロゲ
ン化物を挙げることができ、これらのエステル化剤は単
独あるいは２種以上混合して使用することができる。

又、上記の反応および洗浄工程を減圧、加圧法により行
なうと、生産スピードを向上することができとともに、
より均一な反応がなされるので、好ましい。

上記工程により得られた処理木材は、そのまま構造材、
化粧材として用いることもできるが、更に、寸法安定性
、機械的強度、耐久性の向上および新規な化粧性を得る
ために第３段階で重合性物質を含浸、硬化せしめる。

第３段階で用いる重合性物質とは、上記処理木材に含浸
された後、適当な手段で樹脂固形物に変換し得る液状物
質であり、メチルメタクリレート、ジアリルフタレート
、スチレン、フルフリルアルコール等のモノマーやアク
リルオリゴマー、フェノール樹脂、メラミン樹脂、ユリ
ア樹脂、エボキン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ウレ
タン樹脂等のプレポリマーやポリマーで、上記物質を単
独又は混合して用いることができる。

上記の重合性物質を使用するに際し、過酸化ベンゾイル
、メチルエチルケトン、パーオキサイド、過酸化水素、
アソビスイソブチロニトリル等の重合開始剤を添加した
り、必要に応じて希釈剤、着色剤、可塑剤等を混合する
ことができる。

上記の処理木材に重合性物質を含浸後、８０〜２５０℃
で数分〜数ｌＯ分間加熱することにより、重合硬化させ
れば、改質処理木材が得られる。

上記処理木材を使用すれば、重合阻害物質やエステル化
副生物質が少ないので、注入、硬化処理がスムーズにお
こなわれるという利点がある。

実験例　１ ０．１ｍｍのベイツガ単板を８０℃に加熱された１重量
％のしゅう酸水溶液中に１時間浸漬し、更に、８０℃の
温水中に１時間保持してその可溶成分を抽出除去した。

次いで、５重量％の酢酸ナトリウムを触媒として添加し
た１３０°Ｃの無水酢酸を加圧注入して１０分間保持し
、アセチル化した。

そして、８０℃の温水で洗浄して余剰の反応液を除去し
た後、乾燥してアセチル化処理単板Ａ。

を得た。

更に、上記操作で使用した５重量％酢酸ナトリウム含有
の無水酢酸をそのまま用い、上記操作と同様の操作を１
９回繰り返し、各々アセチル化処理単板Ａ、〜Ａ、ｏを
得た。

Ａ１とＡ　２　ｏとのアセチル化率（％）＝は各々２５
％、２２％であり、顕著なアセチル化効率の低下は見ら
れなかった。

又、アセチル化反応終了後の反応液の副生酢酸をガスク
ロマトグラフィーで定量分析した結果、第１回目終了時
２％、第１回目終了時１９％存在にとどまり、アセチル
化効率への影響は小さかった。

更に、処理単板は処理前に比へ材色の変化は見られなか
った。

実験例　２ 実験例１で作成した処理単板のうち、Ａ、およびＡ、。

に対して不飽和ポリエステル：スチレン：過酸化ベンゾ
イル−５０：５０二ｌを減圧・加圧注入し、１３０℃で
３０分間加圧加熱し、樹脂注入処理単板ＡＩ’およびＡ
、。′を得た。

ＡＩ’およびＡ、。′は“濡れ色”を程する良好な外観
が得られた。

更に、２４時間吸水後の伸び率（％）＝は各々０．５％
で、未処理単板の伸び率の１／１２に減じ、良好な寸法
安定性を示した。

比較例　ｌ 抽出処理しない単板を、直接、アセデル化反応した他は
実験例１と同様の操作をおこない、比較例３１〜Ｂ、。

を得た。

Ｂ、およびＢ１１のアセチル化率は各々２４％および１
４％であり、反応液のくり返し使用によるアセデル化効
率の低下が顕著に表れた。

又、反応液の副生酢酸濃度は第１回目終了時が３．５％
にすぎなかったが、第１回目終了時が２９％となり、反
応液の汚れも目立った。

Ｂ、の材色には変化がなかったが、Ｂ、。の材色は赤褐
色化していた。

比較例　２ 上記比較例１で得た処理単板Ｂ、およびＢ、。を実験例
２と同様の樹脂液を注入処理し、Ｂｌ’およびＢ　１０
’を得た。Ｂ　Ｉ’は斑点が生じ、Ｂ、。′は赤褐色化
し、実験例２に比べて外観が劣っていた。

又、吸水伸び率はＢ　Ｉ’は０．５％であるが、Ｂ、。

′は１．５％であり、実験例２に比べて寸法安定性が劣
っていることがわかった。

以上の実験例および比較例で明らかなように、本発明に
よれば、木材の改質処理がくり返し均一に、かつ、効率
良く行なわれ、品質の均一化、生産性の向上およびコス
トダウンを図れるにとがわかった。

（効果） の向上がより一層図れるという効果がある。

本発明によれば、木材を抽出溶媒に晒して水酸基を有す
るフェノール類、パラフィン類、脂肪酸類、テルペン類
等の可溶成分を抽出除去するので、エステル化反応液で
ある酸無水物が主に木材の主成分中の水酸基と反応する
。このため、余分な副生酸の生成が少なく、エステル化
の均一な反応を効率良く行なうことができるとともに、
反応液中の酸濃度の上昇が少なく、反応液を多数回くり
返して使用することが可能となる。

又、材色変化の原因となるフェノール類、タンニン類、
ロイコアントシアニジン、フラボノイド。

樹脂類等を除去しであるので、副生酸、触媒としての酸
およびアルカリ金属塩による変色を防止でき、良好な材
色を保った処理木材を得られる。

しかも、余分なエステル化副生成物の処理木材内の残留
が少ないので、重合性物質の含浸が容易におこなわれる
。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）木材を抽出溶媒に晒し、その可溶成分を除去した
   後、該木材を酸無水物で処理して残存成分中の水酸基を
   エステル化することを特徴とする木材の改質方法。
2. （２）木材を抽出溶媒に晒し、その可溶成分を除去した
   後、該木材を酸無水物で処理して残存成分中の水酸基を
   エステル化し、次いで重合性物質を含浸硬化せしめるこ
   とを特徴とする木材の改質方法。