JPS6391201A - 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】 （産業上の利用分野） 本発萌は木材の表層部を改質することによる、特に寸法
安定性と耐候性に優れた改質木材を効率よく、有利に製
造する方法に関するものである。

（従来の技術） 木材は軽くて強く、また加工しやすいために。

古くから建築用材料および家具用材料をはじめ。

その他広範な用途に使用されているが、木材中の結合水
の増減により寸法変化が起こりやすいという欠点があっ
た。また、外壁材、軒天、雨戸などの屋外用として用い
られている木材は、太陽光線中の紫外線、水分、および
酸素などによって劣化が起こりやすく、耐候性に問題を
有していた。

上記木材の寸法安定性および耐候性を改善する手段とし
て、本発明者らは、先に、木材の表層部に存在する水酸
基に二塩酸無水物を反応させて。

カルボキシル基含有エステル化木材を得た後、さらに該
エステル化木材なエポキシ化合物に浸漬し。

加熱して、該カルボキシル基にエポキシ基を反応させる
ことによって木材を改質する方法を提案した。しかしな
がら、このような方法で改質木材を得るには、木材の化
学処理を２段にわたって行う必要があった。このように
、上記のような方法は工程が複雑な上、無処理木材に比
し相当高価に々るため工業的には難点があった。捷だ、
最初の１段目の化学処理工程で、二塩基酸無水物が一部
犬気中に昇華するので作業環境衛生上好１しくないとい
う難点もあった。

（発明が解決しようとする問題点） 本発明は特に寸法安定性と耐候性に優れた改質木材を効
率よく有利に製造する方法を提供するにある。

（問題点を解決するための手段） 本発明者らは、上述の如き実情に鑑み、木材の一度の化
学処理で、改質木材を効率よく、有利に得る方法を見い
出す目的で研究を重ねた結果、木材を多塩基酸無水物と
エポキシ化合物からなる反応溶液中に浸漬し、加熱反応
させることにより、特に寸法安定性と耐候性に優れた改
質木材が効率よく、有利に得られることを見い出したの
である。

即ち１本発明は、柱状、板状、ｉｉたはブロック状など
の木材を、多塩基酸無水物とエポキシ化合物からなる混
合溶液中に浸漬し、６０〜１５０℃の温度で所定時間加
熱反応させて、１段の化学処理方法で改質木材を効率よ
く、有利に製造する方法を提供するものである。この処
理方法の特徴は少なくとも木材の表層部に存在する木材
成分の水酸基に、多塩基酸無水物が開環エステル化反応
により付加すると同時に、側鎖にできたカルボキシル基
に同じ反応溶液中に存在するエポキシ化合物が付加結合
することにある。

本発明において使用する木材とは、木材の組成構造を保
有したままのものである。その形状は柱状、板状、また
はブロック状など種々のものが用いられ、また樹種にお
いても特に制限はない。

また、多塩基酸無水物としては、具体的には、無水マレ
イン酸、無水コハク酸、無水フタル酸。

無水テトラヒドロフタル酸、無水へキサヒドロフタル酸
、無水イタコン酸、無水ヘット酸、無水トリメリット酸
、無水ピロメリット酸などが挙げられる。特に工業的に
有利で低廉な無水マレイン酸、無水コど１りば、無水フ
タル酸などが好寸しい。

また１本発明において使用するエポキシ化合物としては
特に制限はないが、例えば、エピクロルヒドリン、フェ
ニルグリシジルエーテル、グリシジルメタクリレート、
アリルグリシジルエーテル。

スチレンオキサイド、オレフィンオキサイド、ブチルグ
リシジルエーテル、クレジルグリシジルエーテル、ビス
フェノールＡのジグリシジルエーテル、グリセリンジグ
リシジルエーテルなどが挙げられる。特に工業的に多量
生産されており、かつ安価に入手できるエピクロルヒド
リン、フェニルグリシジルエーテル、アリルグリシジル
エーテル、スチレンオキサイドなどが好ましい。

次に、本発明の製造法を手順を追って説明する。

先ず、柱状、板状、またはブロック状などの木材は、化
学的修飾を容易にしたり、使用する薬剤との関係で、熱
風乾燥器などで乾燥して、水分を木材含水率約１０％以
下に除去して使用するのが好ましい。

一方、反応溶液としては多塩基酸無水物とエポキシ化合
物の混合溶液を用いる。その混合割合は多塩基酸無水物
とエポキシ化合物のモル比がｌ＝１〜３０となるよう調
製するのが好ましい。このようにエポキシ化合物を多塩
基酸無水物に比べて過剰に用いるのは、エポキシ化合物
が多塩基酸無＝　４− 水物の溶媒として作用する効果と、さらに化学処理の中
間段階で得られるエステル化木材の側鎖カルボキシル基
とエポキシ化合物との付加の度合を大きくし、改質木材
の酸価な下げる効果があるからである。また、混合溶液
は、一般的には、無溶媒下で調製出来るが、多塩基酸無
水物の種類によっては溶解出来ない場合もあり、その場
合にはジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシドな
どの溶媒を用いて調製するのが好ましい。′−１だ、木
材の表層部に存在する木材成分の水酸基と多塩基酸無水
物との開環エステル化反応、およびこの開環エステル化
反応によって得られた側鎖カルボキシル基とエポキシ化
合物との付加エステル化反応は、いずれも無触媒下で充
分に進行するが、反応を促進させるために炭酸ナトリウ
ム、ジメチルベンジルアミン、ピリジンなどの塩基性触
媒を用いてもよい。

以上の如くして調製された反応溶液は高温下においても
非常に安定である。反応は６０〜１５０℃で行なう必要
がある。これは温度が６０℃未、１ν１の場合は上記に
示した反応がほとんど進まず、！た１５０℃を越えると
、処理木材の一部が反応溶液中で可溶化されるためであ
る。反応時間は多塩基酸無水物やエポキシ化合物の種類
、或は温度々とによって異なるが、一般に０．５〜６時
間が好ましい。反応後、処理木材中の未反応物は、溶剤
により処理木材を洗浄し、乾燥して、除くのが好ましい
。

このようにして得られた改質木材においては。

その酸化は小さた値である。これは反応溶液中に存在す
る多塩基酸無水物よりもエポキシ化合物のモル製置が高
いために、この化学処理の中間段階テ得られるエステル
化木材の側鎖カルボキシル基の大部分は、同時にエポキ
シ化合物中のエポキシ基と付加エステル化反応を起こし
たことを示すものである。また、改質木材の赤外線吸収
スペクトルにおいて、多塩基酸無水物およびエポキシ化
合物の付加物の特性吸収が明瞭に見られ、このことから
も開環エステル化反応および付加エステル化反応が起こ
っていることを示している。

上記のようにカルボキシル基にエポキシ化合物を付加す
る目的は、親水性のカルボキシル基ニ疎水性の大きいエ
ポキシ化合物残基を付加して、親水性を減少せしめるこ
とにある。

（発明の効果） 上述の如く、本発明の製造法は木材の表層部に多塩基酸
無水物とエポキシ化合物を１段の化学処理方法で同時に
化学結合させるものであり、製造コストが安く、工業的
に適したものである。さらに、従来法に比べて、製造工
程中多塩基酸無水物の昇華による作業環境衛生上の難点
も大幅に吹消されているものである。

また１本発明の製造法により得られた改質木材は、特に
寸法安定性および耐候性に優れており。

無処理木材に比べて、吸湿による膨潤・収縮率（ＡＳＫ
）が６０〜７５係と非常に高く、長期間優れた寸法安定
性を有するものである。

優れた寸法安定性を示す理由としては、水分吸着能をも
つ木材中の水酸基をエステル化してブロッキングするこ
とにより、水酸基の数を減少させる効果、即ちブロッキ
ング効果と、木材の膨潤には細胞壁の構成にもとすく極
限値があり、木材の水の入りうる部分に多塩基酸無水物
とエポキシ化合物のかさ高い置換基が入ると吸着水の入
りうる余地が減少する効果、即ちバルキング効果による
ものである。

一方、耐候性においても本発明の改質木材は無処理木材
に比べて変色および劣化が非常に少なく優れたものであ
る。

本発明の製造法により得られた改質木材においては、木
材が有する優れた特長を損うことなく、木材の欠点であ
る水分による寸法変化を抑制し、太陽光線中の紫外線、
水分、および酸素などによる劣化を抑制することが可能
となった。

以上の如く１本発明の製造法により得られた優れた特性
を有する改質木材は、建築用材料、家具用拐料、その他
多くの分野において好適であり。

例えば、柱、梁、土台、下地材、床、軒天、雨戸。

外壁材、机、本棚などに用いられるものである。

実施例 以下、本発明を実施例および比較例によってさらに具体
的に説明するが、ここで使用される乾燥木材というのは
木材含水率を１０％以下に乾燥したものである。なお１
本発明は実施例に・制限されるものではないことは勿論
である。

実施例１ 無水マレイン酸２５．０９およびエピクロルヒドリン４
７．２９を反応容器に添加して（無水マレイン酸とエピ
クロルヒドリンのモル比１：２）攪拌した後、乾燥され
た檜の角拐（接線方向３　ｃｔｎ　Ｘ半径方向３　ｃｍ
　Ｘ繊維方向５（転））を上記反応溶液中に浸漬し、９
０℃で３時間加熱反応を行った。反応後、処理木材を取
り出し、アセトンで洗Ｉ４）シた後。

サラニソックスレー抽出器を用いてアセトンで洗浄した
。その後、風乾および１０５℃の熱ｊ虱乾燥を行って改
質木材を得た。その改質木拐中の無水マレイン酸とエピ
クロルヒドリンの総付加率は木材を基準として３７．６
重酸係であった。

実施例２ 無水マレイン酸５．０９およびエビクロルヒドリン４７
．２　ｆを反応容器に添加して（無水マレイン酸とエピ
クロルヒドリンのモル比１：１０）攪拌した後、前記と
同じ角材を上記反応溶液中に浸漬し、１１０℃で２時間
加熱反応を行った。反応後。

実施例１と同様に処理して改質木材を得た。この改質木
材中の無水マレイン酸とエピクロルヒドリンの総付加率
は木材を基準として４１．０重量係であった。

実施例３ 無水マレイン酸３．０２およびエピクロルヒドリン５６
．６ｆを反応溶器に添加して（無水マレイン酸とエピク
ロルヒドリンのモル比１：２０）攪拌した後、前記と同
じ角材を上記反応溶液中に浸漬し、１２０℃で２時間加
熱反応を行った。反応後、実施例１と同様に処理して改
質木材を得た。この改質木材中の無水マレイン酸とエピ
クロルヒドリンの総付加率は木材を基準として４８．７
重量係であった。

実施例４ 無水マレインｆｌ！７．Ｏｆおよびアリルグリシジルエ
ーテル４０．７９を反応容器に添加して攪拌した後、前
記と同じ角材を上記反応溶液中に浸漬し。

１２０℃で３時間加熱反応を行った。反応後、実”雄側
１と同様に処理して改質木材を得た。この改質木材中の
無水マレイン酸とアリルグリシジルエーテルの総付加率
は木材を基準として３９．Ｏｉｉ量係であった。

実施例５ 無水７タル酸１０．Ｏｆ、エピクロルヒドリン４１０、
Ｏｆ、ジメチルホルムアミド３０．Ｏｆ、および触媒と
してＮ、Ｎ−ジメチルベンジルアミン０．１２を反応容
器に添加して攪拌した後、前記と同じ角材を上記反応溶
液中に浸漬し、９０℃で３時間加熱反応を行、りた。反
応後、実施例１と同様に処理して改質木材を得た。この
改質木材中の；ＱＩＩＩ水フタル酸とエピクロルヒドリ
ンの総付加率は水相を基準として２７．６重量係であっ
た。

実施例６ 無水フタルｉ＊ｌｓ、ｏｒ、フェニルグリシジルエーテ
ル２０．Ｏｆ、ジメチルホルムアミド２０．０？。

および触媒としてＮ、Ｎ−ジメチルベンジルアミン０．
１１を反応容器に添加して攪拌した後、前記と同じ角材
を上記反応溶液中に浸漬し、９０℃で３時間加熱反応を
行った。反応後、実施例１と同様に処理して改質木材を
得た。この改質木材中の無水フタル酸とフェニルグリシ
ジルエーテルの総付加率は木材を基準として３１．３重
量係であった。

実施例７ 実施例５で使用したエピクロルヒドリンをスチレンオキ
サイドに換えること以外は実施例５と同様に処理して改
質木材を得た。この改質木材中の無水フタル酸とスチレ
ンオキサイドの総付加率は木材を基準として１９．１重
量係であった。

実施例１〜７で得られた改質木材と、比較例として無処
理木材を物性試験に供した。

総付加率は木材を基準として、多塩基酸無水物とエポキ
シ化合物の合計量を重量係で表わした。

吸湿試験は次の如く行った。即ち、１０５℃の熱風乾燥
器で絶乾にした試験片の重量および寸法を測定した後、
ＮａＣｌの飽和水溶液を入れた２３℃のデシケータ−中
（７５循ＲＨ）Ｋ入れて恒星に達するまで吸湿させ、試
験片の吸湿率および膨潤率（接線方向および半径方向）
を求めた。

軟水繰返し試験は次の如く行った。即ち、１０６℃の熱
風乾燥器で絶乾にした試験片の寸法を測定した後、蒸留
水に浸漬し、３０分間減圧し、１時間開放し、また３０
分間減圧し、２２時間開放して放置した。その後、これ
らを取り出して吸水状態の試験片の寸法を測定し、抗膨
潤率（ＡＳＥ）を求めた。次に、これらの吸水状態の試
験片を４０℃で４時間、その後１０５℃で２０時間乾燥
した後、試験片の寸法を測定して抗収縮率（ＡＳＥ）を
求めた。これら一連の操作を４回繰返し、それぞれの抗
膨潤・収縮率（ＡＳＥ）を求めた。なお、抗膨潤・収縮
率（ＡＳＥ）は次式で定義される。

ここでＶＣは、無処理木材の容積膨潤（収縮）率、また
ＶＴは、処理木材の容積膨潤（収縮）率を表わす。

耐候性試験については、サンシャインウェザ−メーター
を用いて、１０００時間、また屋外暴露試験では、３力
月間暴露した後、試験片の表面の状態を観察することに
よって行った。

吸湿試験および軟水繰返し試験の結果を第１表に、耐候
試験の結果を第２表に示す。

（以下余白） 第　　　２　　　表 第１表および第２表の結果から明らかな如く、実施例１
〜７の本発明の製造法による改質木材は。

比較例としての無処理木材に比べて１寸法安定性および
耐候性において非常に優れており、本発明の効果、が認
められることは明らかであった。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、木材を、多塩基酸無水物とエポキシ化合物からなる
   反応溶液中に浸漬し、６０〜１５０℃の温度で反応させ
   て、少なくとも木材の表層部に存在する木材成分の水酸
   基に多塩基敢無水物とエポキシ化合物を同時に付加させ
   ることを特徴とする改質木材の製造法。 ２、反応溶液中の多塩基酸無水物とエポキシ化合物のモ
   ル比が１：１〜３０である特許請求の範囲第１項記載の
   改質木材の製造法。