JPS63265601A

JPS63265601A - 改質木材およびその製造方法

Info

Publication number: JPS63265601A
Application number: JP10087587A
Authority: JP
Inventors: 清美田川; 池野　忍; 武村上
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 1987-04-23
Filing date: 1987-04-23
Publication date: 1988-11-02

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】〔技術分野〕この発明は、シリコーンポリマーを用いた改質木材およ
びその製造方法に関するものである。

〔背景技術］従来より、木材は、摩耗しやすい、腐りやすい、寸法安
定性が劣るなどの欠点があるため、これらの欠点を除去
するために、木材中にフェノール樹脂、メラミン樹脂等
の合成樹脂・液を含浸硬化させたり、あるいは各種のビ
ニルモノマーまたはプレポリマーを木材中に含浸させ重
合硬化させるなどして木材を改質することが行われてい
る。

しかしながら、かかる従来の改質方法では木材がプラス
チック化してきわめて硬質なものとなり、木材が本来有
する柔らかい木質感が損なわれるという問題があった。

加えて、含浸物が有機物であるため、耐熱性、耐候性、
耐水性、耐汚染性、耐薬品性、不燃性等の諸特性を充分
に改善するものではなかった。

〔発明の目的〕

この発明の目的は、木材のもつ本来の木質感を損なわず
に、耐熱性、耐候性、不燃性等の諸特性を改善した改質
木材およびその製造方法を提供することを目的とする。

〔発明の効果〕

この発明の改質木材は、木材中にシリコーンポリマーを
含有させたものである。

すなわち、この発明は、前記シリコーンポリ々−が無機
物質であるために木材の耐熱性、耐候性、耐水性、耐汚
染性、耐薬品性、不燃性等の緒特性の向上に大きく寄与
するとともに、寸法安定性、耐摩耗性、耐腐朽性を改善
し、しがも木材がプラスチック化するのを防止し木材の
木質感をそのまま保持させることができるという新たな
知見に基づいて完成されたものである。

この発明における前記シリコーンポリマーは、木材にケ
イ素アルコキシドおよび／またはその加水分解プレポリ
マーを含浸させ、ついで木材中にて加水分解反応および
縮合反応を行わせることによって生成させることができ
る。前記ケイ素アルコキシドは、一般式：％式％（１）（式中、Ｒは炭素数が１〜４のアルキル基またはメルカ
プト基、アクリル基、アミノ基、エポキシ基などの官能
基を有するアルキル基、Ｒ′は炭素数が１〜４のアルキ
ル基、ｎは０〜３の整数である）で表される。

かかるケイ素アルコキシドは水の存在で次めような素反
応を経て高分子化しシリコーンポリマーとなる。

（加水分解反応）＝ｓｔ−ｏＲ’＋　ＨｔＯ−ＥＳｉ−ＯＨ＋　Ｒ′ＯＨ
（縮合反応）＝Ｓｉ−ＯＨ＋　Ｒ’　０−５ｉ＝−＝Ｓｉ−０−５Ｌ
　＝　＋　Ｒ’　ＯＲ：５ｉ−ＯＨ＋　ｏＬｓｔ＝−＝
ｓｔ−ｏ−ｓｔ　＝＋Ｈ！０ケイ素アルコキシドを出発
原料として最終の硬化物である三次元架橋体に到る化学
式は模式的に以下のように表すことができる。

ＯＲＯこの式ではケイ素アルコキシドとして上記一般式（１）
におけるｎが１の場合について示したが、使用するケイ
素アルコキシドの化学構造によって硬化物の三次元構造
を変化させることができる。

ケイ素′アルコキシドを加水分解するのに必要な水分は
木材中および／または空気中の水分を利用することがで
きる。さらに、このような水分とともに木材を構成する
セルロース、ヘミセルロース、リグニン等の有する水、
酸基と次式のように反応して木材と結合させることも可
能である。

：５ｉ−ＯＲ十〇Ｏ＋セＪレロース）ｗａ　　＝　Ｓ　ｉ　−０４セルロース）＋Ｒ”ＯＨこ
れらの反応は、無触媒では反応速度が遅いため、実用的
には触媒を用いて反応を加速させる必要がある０反応触
媒としては、たとえば塩酸、リン酸などの無機酸、ギ酸
、酢酸などの有機酸、さらに有機金属化合物（ジブチル
錫ジラウレート、ナフテン酸鉛、ジルコノセンジクロリ
ド、チタノセンジクロリドなど）、アミノシラン、アミ
ン塩などがあげられ、これらは単独または２種以上を混
合して用いることができる。これらの硬化触媒はケイ素
アルコキシドまたはそのプレポリマーである樹脂成分に
あらかじめ混合しておいてもよく、あるいは先に木材中
に含浸させておいてもよい。

また、溶剤としては、たとえばメタノール、エタノール
、イソプロパツールなどのアルコール類、アセトン、メ
チルエチルケトンなどのケトン類、酢酸エチル、酢酸ブ
チルなどエステル類、メチルセロソルブ、エチルセロソ
ルブなどのセロソルブ類などを単独または２種以上を混
合して用いることができる。これらの溶剤はとくに木材
を膨潤させて含浸させやす（するので好都合である。し
かし、使用するケイ素アルコキシドがそれ自体で低粘度
なものであれば（たとえば後述の実施例１で使用するエ
チルシリケート４０は単独で粘度が３０　ｃｐｓの低粘
度液体である）、単独で木材への含浸が可能であり、溶
剤を使用する必要はない、ただし、この場合はあらかじ
め水（硬化剤）を木材中に含浸させておくのが好ましい
。

また、ケイ素アルコキシドはモノマーのままで使用する
のではなく、あらかじめ所定量の水と加水分解反応させ
てプレポリマーの状態にしておくと、硬化時間の短縮お
よび硬化物の物性の向上を図る上で好都合である。この
プレポリマーは分子量が２００〜２０００程度であるの
が適当であり、この範囲を外れると硬化が遅くなったり
、あるいは硬化物の機械特性が低下したりするため好ま
しくない、また、プレポリマーの製造においては、水の
量が多すぎると含浸液のライフが短くなるので好ましく
ない。

ケイ素アルコキシドは上記一般式（１）に示されるよう
に、ｎ−０の４官能性七ツマ−からｎ−４の１官能性モ
ノマーまであるため、適宜これらを混合して使用すると
、所望の物性を有する硬化物が得られる。すなわち、３
〜４官能性モノマ一成分が多くなると三次元網目構造を
有する比較的硬い硬化物が得られ、一方、１〜２官能性
モノマ一成分が多くなると比較的柔らかい硬化物が得ら
れる。

従って、木材の硬度を高めることを目的とする場合は３
〜４官能性モノマ一成分を主とするのが好ましく、１〜
２官能性モノマ一成分は硬化物のクランク防止や可撓性
の付与を目的とする修飾成分として用いうる。

また、４官能性モノマーの代えて、４官能性モノマーの
高架橋体とみなせるシリカゾルを用いることもできる。

このシリカゾルを含浸成分として使用すると、シリカゾ
ルが木材中で目づまりして、表層部にのみ含浸液を含浸
させることができるため、木材の表層部のみを改質した
い場合にはシリカゾルを添加することが有効である。か
かるシリカゾルの粒径は、木材の板道管等の寸法を考慮
して決定することができる。使用しうるシリカゾル、と
じては、たとえば日産化学■製の商品名「メタノールシ
リカゾルＪ　（メタノール分散シリカゾル、粒子径１０
〜２０ｍμ、固形分３０重量％）、同社製の商品名「ス
ノーテックス」　（水分散シリカゾル、粒子径７〜１０
０ｍμ、固形分２０〜４０重量％）などが使用可能であ
る。また、他の微粉末、たとえば日本アエロジル■製の
商品名「アエロジル」　（粒子径７〜５０ｍμ）、日本
シリカニ業■製の商品名ｒＮｊｐｓｅｌ　ＥＪ　　（超
微粒子含水ケイ酸、粒子径１〜５μｍ）、住友アルミニ
ウム製錬■製の粒子径５０〜１１５μｍの水酸化アルミ
ニウム、中心粒径０．４μｍのアルミナ、さらに住友セ
メント■製のジルコニア、アルミナ、チタニア、ムライ
）　（３Ａ１．０・２ＳｉＯ□）等の多くの市販の材質
、粒径品も使用可能である。

ケイ素アルコキシドおよび／またはその加水分解プレポ
リマーを木材中に含浸させるには、公知の種々の含浸方
法を採用することができ、たとえば木材を減圧加圧釜に
入れ、釜内を減圧して含浸液を注入し、ついで釜内を加
圧する減圧加圧法等が採用可能である。

ケイ素アルコキシドおよび／またはそのプレポリマーを
木材中に含浸後、木材を風乾ないしわずかに加熱して溶
剤を揮散させ、さらに風乾を続行して常温で硬化させる
か、あるいは加熱して硬化させるようにしてもよい。常
温の場合は熱エネルギが不要であるという利点がある反
面、硬化時間が長（なる欠点があり、一方、加熱して硬
化させるとエネルギコストがかかる反面、硬化時間が短
縮できるという利点がある。

硬化反応を行わせる場合、多湿雰囲気下で硬化させるよ
うにすると、硬化剤となる水の供給をスムーズに行える
ので好ましい、湿度条件は相対湿度５０％以上であるあ
が適当であり、温度は常温以上であればよい。

また、多湿雰囲気下での硬化に代えて、木材の含有水分
量を増加させて、これに含浸液を含浸させて乾燥、硬化
させるようにしてもよい、このとき、木材中に水ととと
もにあらかじめ硬化触媒を含浸させておくようにしても
よい、ケイ素アルコキシド中のアルコキシ基と木材中の
水分との反応では、木材中の自由水が最も反応しやすく
、ついで毛管凝縮水、結合水の順となる。

さらに、このようにして硬化処理した木材の表面にシリ
コーン系のハードコート材を塗布、硬化させると、表面
硬度の高い改質木材を得ることができる。かかるハード
コート材としては、ケイ素アルコキシドを主成分とする
ものがあげられる。

このようなハードコート材を使用すると、木材である基
材そのものがケイ素アルコキシド系硬化体を含有して改
質され高硬度であるのに加えて、表面にコートしたハー
ドコート材の官能基（アルコキシ基、水酸基等）と硬化
体の官能基とが反応することにより、ハードコート層が
内部の硬化体と強固に結合して一体化することができる
。市販のハードコート材としては、たとえば東芝シリコ
ーン■製の商品名「トスガード５１０」などがあげられ
る。

次に実施例をあげてこの発明の改質木材およびその製造
方法を詳細に説明する。

実施例１：テトラエトキシシラン５ｉ（ＯＣＪｓ）ｎを
部分加水分解して得られたプレポリマー（コルコート■
製の「エチルシリケート４０Ｊ）の４００ｇにイソプロ
パツール４３０ｇを加え、撹拌しながら水５６ｇとリン
酸０．５ｇの混合溶液を加え、室温下で２時間撹拌した
のち、−晩放置し、含浸液を作成した。

次に米栂の単板（７０醜霞×１５０−一×３０−ｇ＋）
の１０枚を減圧加圧釜に入れ、真空ポンプで１時間かけ
てＩＯ＋ｓＨｇまで減圧し、ついで釜内に上記含浸液を
入れ、さらに空気を釜内に送り込み、釜内を１０ｋｇ／
ｃ＋ａまで加圧し、そのまま３時間放置した。その後、
釜内を減圧して空気を抜き、さらに含浸液を釜内から抜
いて上記木材単板を取り出した。かかる木材単板は含浸
前の重量に対して１７０％の重量増加が認められた。こ
の含浸木材単板を風乾して溶剤を揮散させたのち、６０
°Ｃ１９５％の恒温恒湿槽に６０分間入れ、目的の改質
木材を得た。

実施例２：実施例１と同じプレポリマー３６０ｇにイソ
プロパツール３２０ｇを加え、撹拌しながら水１１０ｇ
と濃塩酸０．４ｇの混合溶液を加え、室温下で２時間撹
拌したのち、−晩放置し、含浸液を作成した。

次に米栂の単板（６（１＋ｍＸ　２０　（ｌｎ＋Ｘ　２
５ａｎ）の１５枚を減圧加圧釜に入れ、真空ポンプで２
時間かけて５−一〇ｇまで減圧し、ついで釜内に上記含
浸液を入れ、さらに空気を釜内に送り込み、釜内を７．
０　ｋｇ／ｄまで加圧し、そのまま４時間放置した。そ
の後、釜内を減圧して空気を抜き、ざらに含浸液を釜内
から抜いて上記木材単板を取り出した。かかる木材単板
は含浸前の重量に対して１８０％の重量増加が認められ
た。この含浸木材単板を６０℃で加熱して溶剤を揮散さ
せたのち、１００℃で２時間加熱して樹脂を硬化させ、
目的の改質木材を得た。

実施例３：テトラエトキシシラン２０ｇ、メチルトリメ
トキシシラン７５ｇ１ジメチルジエトキシシラン５ｇに
インプロパツール１００ｇ、ジルコノセンジクロリド０
．０５ｇ（酢酸エチル溶液で添加）を加え、撹拌しなが
ら、この混合液に室温で０．　Ｉ　Ｎ塩酸２．ＯＪｄと
水３５ｇとを滴下し、３時間撹拌したのち、−晩放置し
て含浸液を作成した。

次に米栂の単板（８（１＋５Ｘ１３０■−ＸＩＯｍｍ）
の２０枚を減圧加圧釜に入れ、真空ポンプで２時間かけ
て１５＋ｕ＋Ｈｇまで減圧し、ついで釜内に上記含浸液
を入れ、さらに空気を釜内に送り込み、釜内を１５ｋｇ
／ｄまで加圧し、そのまま１時間放置した。その後、釜
内を減圧して空気を抜き、さらに含浸液を釜内から抜い
て上記木材単板を取り出した。かかる木材単板は含浸前
の重量に対して１８５％の重量増加が認められた。この
含浸木材単板を実施例２と同様にして処理し、目的の改
質木材を得た。

実施例４：メチルトリメトキシシラン１００ｇ。

テトラエトキシシラン２０ｇ１イソプロパツール分散シ
リカゾル（触媒化成■製、固形分３０重重量）１０５ｇ
、ジメチルジメトキシシラン３０ｇ１イソプロパツール
１００　ｇ、エタノール１２０ｇの混合液に、固形分に
対して１００ρｐ−の塩酸と、ケイ素アルコキシドに対
して３重量％の水を加え、実施例３と同様にして含浸液
を作成した。

次に米栂の単板（８０＋＊ｍＸ　１５　（１＋ｍＸ　４
０ｓ＋ｓ）の１０枚を減圧加圧釜に入れ、真空ポンプで
１時間かけてｌＱｍｍＨｇまで減圧し、ついで釜内に上
記含浸液を入れ、さらにシリカゲルにより水分を除去し
た空気を釜内に送り込み、釜内を３０ｋｇ／ｃｄまで加
圧し、そのまま６時間放置した。その後、釜内を減圧し
て空気を抜き、さらに含浸液を釜内から抜いて上記木材
単板を取り出した。かかる木材単板は含浸前の重量に対
して１６０％の重量増加がＬ２められた。この含浸木材
単板を実施例１と同様にして処理し、目的の改質木材を
得た。

実施例１〜４で得られた改質木材はいずれももとの木質
感が失われておらず、柔らかい木肌感を有するとともに
、硬度も高く、寸法安定性、耐汚染性、耐摩耗性、耐熱
性、耐水性、１Ｉｉｔ薬品性にすぐれ、さらに着火しに
くく高い不燃性を有していることが認められた。

〔発明の効果〕

この発明の改質木材は、倉荷されるシリコーンポリマー
が無機物質であるために木材の耐熱性、耐候性、耐水性
、耐汚染性、耐薬品性、不燃性等の緒特性の向上に大き
く寄与するとともに、寸法安定性、耐摩耗性、耐腐朽性
を改善し、しかも木材がプラスチック化するのを防止し
木材の木質感をそのまま保持させることができる。

また、この発明の改質木材の製造方法は、シリコーンポ
リマーを得るための出発原料としてケイ素アルコキシド
および／またはそのプレポリマーを用いるので、常温で
の硬化が可能であるため製造が容易であるという効果が
ある。

手続補正書（膀昭和６２年０６月０５日

Claims

【特許請求の範囲】

（１）木材中にシリコーンポリマーが含有されてなる改
質木材。
（２）木材にケイ素アルコキシドおよび／またはそのプ
レポリマーを含浸させ、ついで木材中にて加水分解反応
および縮合反応を行わせ、高分子化されたシリコーンポ
リマーを生成させることを特徴とする改質木材の製造方
法。