KR20230078631A - 개질된 목질 재료의 제조 방법, 푸란 유도체 수지화 용액 및 개질 목질 재료 - Google Patents

개질된 목질 재료의 제조 방법, 푸란 유도체 수지화 용액 및 개질 목질 재료 Download PDF

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유조 후루타
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히로아키 호리야마
유카리 오츠카
후지오 오하라
히로키 이토
요시코 야마자키
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후란우드 가부시키가이샤
교토후고리츠다이가쿠호진
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Abstract

개질된 목질 재료의 제조 방법이 제공된다. 구체적으로는, 1) 목질 재료에, 푸란 유도체, 상온에서 푸란 유도체의 중합을 억제하는 무기염 및 푸란 유도체의 중합을 촉진하는 무기염을 함유하는 푸란 유도체 수지화 용액을 침투시키는 공정, 그리고, 2) 가열에 의해, 침투한 푸란 유도체 수지화 용액의 푸란 유도체를 목질 재료 중에서 중합시키는 공정을 포함한 목질 재료의 제조 방법이 제공된다.

Description

개질된 목질 재료의 제조 방법, 푸란 유도체 수지화 용액 및 개질 목질 재료
본 발명은, 목질 재료의 개질 방법, 즉, 개질된 목질 재료(개질 목질 재료)의 제조 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은, 이러한 제조 방법을 위한 용액 및 당해 용액을 사용한 처리에서 개질된 목질 재료에도 관한 것이다.
목질 재료로서는, 예를 들어 광엽수재나 침엽수재가 있다. 예를 들어, 열대산의 광엽수재는 일반적으로 딱딱하고 부후에도 강한 수종이 있기 때문에, 가구 외에 플로어링 등의 내장재, 우드 데크 등의 외구재 등에 사용되고 있다.
일본 특허 공표 제2005-533688호 공보
목질 재료를 더 사용에 적합한 것으로 하기 위해, 목질 재료를 개질하는 것을 생각할 수 있다.
본 발명은, 목질 재료를 개질하는 것을 목적으로 한다.
본 발명자들은, 상기한 과제를 기초로 예의 검토를 한 결과, 목질 재료를 개질하기 위한 용액으로서 푸란 유도체와 특정한 무기염을 조합한 푸란 유도체 수지화 용액을 사용함으로써, 목질 재료의 개질 용액으로서 안정성이 더 우수하고, 개질에 의해 적합한 내구성, 경도 및/또는 치수 안정성과 같은 특성을 목질 재료에 부여할 수 있는 것을 알아내어, 본 발명을 완성하는 데 이르렀다.
본 발명에서는, 개질된 목질 재료의 제조 방법이며,
1) 목질 재료에, 푸란 유도체, 상온에서 푸란 유도체의 중합을 억제하는 무기염 및 푸란 유도체의 중합을 촉진하는 무기염을 함유하는 푸란 유도체 수지화 용액을 침투시키고, 그리고
2) 가열에 의해, 침투한 푸란 유도체 수지화 용액의 푸란 유도체를 목질 재료 중에서 중합시키는 공정
을 포함하여 이루어지는, 제조 방법이 제공된다.
또한, 본 발명에서는, 상기 제조 방법에 적합하게 사용되는 푸란 유도체 수지화 용액도 제공된다. 구체적으로는, 본 발명에서는, 목질 재료를 개질하기 위한 용액이며,
푸란 유도체, 상온에서 푸란 유도체의 중합을 억제하는 무기염 및 푸란 유도체의 중합을 촉진하는 무기염을 포함하여 이루어지는, 푸란 유도체 수지화 용액이 제공된다.
또한, 본 발명은, 상기 제조 방법에 의해 얻어지는, 개질된 목질 재료도 제공된다. 구체적으로는, 본 발명에서는, 상기 제조 방법에 의해 개질된 목질 재료이며, 중합한 푸란 유도체를 적어도 포함하여 이루어지는 개질 목질 재료가 제공된다.
본 발명에서는, 목질 재료를 개질할 수 있다.
더 구체적으로는, 개질에 사용되는 푸란 유도체 수지화 용액이, 용액으로서의 안정성이 더 우수하고, 당해 용액을 사용한 목질 재료의 개질로 적합한 내구성, 경도 및/또는 치수 안정성과 같은 특성을 목질 재료에 부여할 수 있다.
이하에서는, 본 발명의 어느 일 실시 형태에 관하여 더 상세하게 설명한다.
본 명세서에서 언급하는 각종 수치 및 그 범위는, 「미만」이나 「더 많다/더 크다」 등의 특단의 용어가 붙지 않는 한, 하한 또는 상한의 수치 그 자체도 포함하는 것을 의도하고 있다. 즉, 예를 들어 1 내지 10과 같은 수치 범위를 예로 들면, 하한값의 "1"을 포함함과 함께, 상한값의 "10"도 포함하는 것으로서 해석될 수 있다.
[본 개시의 기초가 된 지식 등]
근년, 수목, 예를 들어 열대산의 활엽수 등은 과벌이 진행되어, 그 고갈이 문제시되고 있다.
한편, 국산의 침엽수는 그 축적량이 증가하고 있고, 국산 침엽수재의 신규의 용도의 개발이나 부가 가치의 탐색이 요구되고 있다. 그러나, 국산의 침엽수재를 열대산의 광엽수재의 대체품으로서 사용하고자 할 때는, 이하에서 설명하는 사항 중 적어도 하나의 점에서 적합한 케어가 요구된다. 예를 들어, 침엽수재를 광엽수재의 대체품으로서 사용하는 경우, 내구성(예를 들어, 목재 부후균 등에 대한 저항성)이나 경도를 개선할 필요가 있다. 또한, 내구성이 높고, 또한 딱딱한 광엽수재를 우드 데크 등의 외구재로서 사용할 때는 과제도 있다. 그것은 목재, 특히 밀도가 높고 딱딱한 목재는 함수율의 변화에 수반하는 치수 변화가 크고, 결과적으로 휨이나 균열이 다발하기 때문에, 그것을 억제하는 데, 굵은 볼트로 강하게 체결하는 등의 대책을 강구하는 것이 필수이고, 시공에 많은 수고가 든다. 또한, 그러한 굵은 볼트는, 목재가 변형되고자 하는 힘으로 뽑히는 일도 자주 발생한다. 우드 데크 등의 외구재 등으로서 사용하는 목질 재료에는, 적합한 내구성과 함께, 함수율의 변동에 수반하는 치수 변화가 작은(즉, 치수 안정성이 높은) 것이 요구된다. 또한, 균열이나 흠이 생기기 어렵다는 점에서 말하면 경도도 요구된다.
일본 특허 공표 제2005-533688호 공보(특허문헌 1)에 기재된 기술은, 보조 용제로서 아세톤이나 저비점 알코올이 사용되고 있다. 이러한 보조 용제를 첨가한 푸란 유도체 모노머 용액에서는, 적어도, 실온에서의 보존 기간 중에 푸란 유도체의 중합을 충분히 억제할 수 있다고는 할 수 없다. 보존 기간 중, 즉 목질 재료에 침투시키기 전에 푸란 유도체가 중합하여 고분자화되면, 목질 재료에 의해 균일하게 침투시키기 어려워진다. 그 때문에, 이러한 기술에서는, 푸란 유도체를 목질 재료(예를 들어, 삼목이나 노송나무 등의 국산 침엽수의 목질 재료)에 충분히 침투시키는 것이 어렵다고 할 수 있다. 또한, 가령 침투시켰다고 해도 만족스러운 목질 재료의 개질은 달성되기 어렵다.
본 개시는, 예를 들어 광엽수재 등에 비해 국산 침엽수재가 상대적으로 떨어지는 내구성이나 경도 등의 문제와, 예를 들어 외구재로서 요구되는 높은 치수 안정성의 문제를, 푸란 유도체를 사용한 목질 재료의 수지화를 통한 개질에 의해 해결을 시도한 경위를 갖는다.
[본 발명의 제조 방법]
본 발명은, 개질된 목질 재료의 제조가 제공된다. 즉, 본 발명은, 목질 재료의 개질 방법으로서, 개질된 목질 재료의 제조법을 제공한다.
이러한 본 발명의 제조 방법은,
1) 목질 재료에, 푸란 유도체, 상온에서 푸란 유도체의 중합을 억제하는 무기염 및 푸란 유도체의 중합을 촉진하는 무기염을 함유하는 푸란 유도체 수지화 용액을 침투시키는 공정, 그리고
2) 침투한 푸란 유도체 수지화 용액의 푸란 유도체를 목질 재료 중에서 가열에 의해 중합시키는 공정
을 포함하여 이루어진다.
본 개시에 있어서 「푸란 유도체 수지화 용액」은, 주로 푸란 유도체의 중합을 통해 목질 재료 중 적어도 일부의 영역에 수지를 함유시키는 처리에 사용되는 액체를 가리키고 있다. 즉, 본 명세서에서 말하는 "수지화"란, 실질적으로는 당해 용액의 푸란 유도체가 중합함으로써 형성되는 수지 성분이 목질 재료에 포함되는 양태를 가리키고 있다. 또한, 이하에는 「푸란 유도체 수지화 용액」을 단순히 「용액」이라고도 칭하여 설명한다.
본 개시에 있어서의 「상온」이란, 당업자가 가열이나 냉각 등, 인위적으로 온도를 변화시키지 않는 환경의 온도(예를 들어, 주위 온도)를 가리키고 있고, 전형적으로는 15 내지 35℃, 예를 들어 20 내지 30℃ 또는 23 내지 27℃의 온도를 의미하고 있다.
또한, 본 개시에 있어서의 「가열」이란, 푸란 유도체의 중합을 적합하게 촉진하기 위해 인위적으로 온도를 높이는 양태를 가리키고 있고, 예를 들어 60℃ 내지 160℃, 60 내지 120℃ 혹은 60℃ 내지 100℃의 온도 조건, 혹은 80 내지 160℃ 혹은 80 내지 120℃ 등의 온도 조건이 되도록 목질 재료 또는 그 주위 환경을 가열하는 것을 의미하고 있다. 또한, 본 개시에 있어서의 「온도」는, 그러한 목질 재료 또는 그 주위 환경의 온도를 가리키고 있기는 하지만, 간이적 또는 편의적으로는, 제조에 사용하는 장치의 설정 온도(예를 들어, 챔버의 가열·가온 수단에 있어서 설정되는 온도)라고 간주해도 된다. 또한, 본 개시에 있어서, 그러한 가열은, 2 내지 240시간, 예를 들어 4 내지 168시간, 10 내지 96시간, 10 내지 80시간, 10 내지 48시간 계속되어도 된다. 적합한 일 양태에서는, 이러한 가열에 의해, 목질 재료에 침투한 푸란 유도체의 중합이 더 적합하게 촉진됨과 함께, 푸란 유도체 수지화 용액으로 습기찬 목질 재료가 건조에 부쳐진다.
본 개시에 있어서의 「상온에서 푸란 유도체의 중합을 억제하는 무기염」은, 푸란 유도체 수지화 용액의 안정화에 이바지한다. 따라서, 이하의 본 명세서에서는 「상온에서 푸란 유도체의 중합을 억제하는 무기염」을 「안정제」라고도 칭하여 설명하고 있는 개소가 있다.
본 개시에 있어서의 「푸란 유도체의 중합을 촉진하는 무기염」은, 예를 들어 가열을 수반한 목질 재료의 수지화 시에 푸란 유도체의 중합을 촉진하도록 작용한다. 따라서, 이하의 본 명세서에서는 「푸란 유도체의 중합을 촉진하는 무기염」을 단순히 「촉진제」라고도 칭하여 설명하고 있는 개소가 있다.
본 개시에 있어서 「목질 재료」는, 전형적으로는, 소위 목재를 가리키고 있다. 「목질 재료」는, 예를 들어 목재 제품의 사용에 제공하는 목재 원료여도 된다. 즉, 본 발명의 제조 방법에서 사용하는 목질 재료는, 어느 소정의 형상을 갖도록 원목으로부터 일단 가공 또는 제재된 목재여도 된다.
본 발명의 제조 방법에 사용하는 푸란 유도체는, 특별히 제한되는 것은 아니지만, 예를 들어 푸란 골격에 탄화수소기(예를 들어, 탄소수가 1 내지 40, 1 내지 30, 1 내지 20, 1 내지 10, 1 내지 8, 1 내지 6, 1 내지 4, 1 내지 3 또는 1 내지 2로 된 탄화수소기)가 직접적으로 결합한 것, 즉, 그러한 탄화수소기로 치환된 유도체여도 된다. 예를 들어, 푸란 유도체로서는, 알킬기, 포르밀기, 히드록실기 및 히드록시알킬기로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종의 관능기로 치환된 푸란을 들 수 있다. 알킬기, 포르밀기, 히드록실기 및 히드록시알킬기의 각 관능기의 탄소수는 1 내지 20이어도 되고, 예를 들어 1 내지 10, 1 내지 8, 1 내지 6, 1 내지 4, 1 내지 3, 1 내지 2, 또는 1이어도 된다. 또한, 치환에 제공하는 관능기의 수는, 푸란 유도체의 1분자당 1 내지 4개여도 되고, 예를 들어 1 내지 3개, 1 내지 2개, 또는 1개여도 된다.
본 발명의 제조 방법에 사용하는 푸란 유도체는, 예를 들어 푸르푸릴알코올, 푸르푸랄 및 5-히드록시메틸푸르푸랄 등으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종의 중합성 모노머여도 된다.
이러한 중합성 모노머는, 수용매(특히, 용액 중의 용매로서 물이 100중량％인 용매)가 사용된 용액으로 안정제의 작용에 의해 중합이 더 효과적으로 억제되어 안정적으로 존재하기 쉬워지고, 목질 재료에 침투시킨 후, 가열 하에서 촉진제의 작용으로 더 축중합이 촉진되어 목질 재료의 수지화가 더 적합해지기 쉽다.
푸란 유도체 수지화 용액에 있어서의 푸란 유도체의 농도는, 푸란 유도체 수지화 용액의 전체 기준으로 통상 5 내지 50중량％(50중량％ 포함하지 않음)여도 되고, 예를 들어 5 내지 45중량％, 10 내지 45중량％, 20 내지 45중량％, 20 내지 40중량％ 또는 25 내지 35중량％ 등이어도 된다. 이러한 푸란 유도체의 농도이면, 더 적합한 목질 재료의 개질이 조력될 수 있다. 예를 들어, 당해 용액을 사용한 목질 재료의 개질 처리에 의해, 더 적합한 내구성(내후성·내부후성), 경도(부분 압축 강도) 및 치수 안정성으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 하나의 적합한 특성을 목질 재료에 부여하기 쉬워진다.
본 발명의 제조 방법에서 사용하는 푸란 유도체 수지화 용액에는 「상온에서 푸란 유도체의 중합을 억제하는 무기염」이 포함되어 있다. 이러한 무기염이 푸란 유도체 수지화 용액에 배합되어 있음으로써, 예를 들어 상온에 있어서의 용액 중에서 푸란 유도체가 안정화된다. 즉, 용액으로서 비교적 장기에 보존한 경우라도(예를 들어, 상온에서 길게 놓여진 경우라도) 푸란 유도체의 부적합한 중합(예를 들어, 용액에 있어서 탁함, 불용화 및/또는 분리 현상 등으로서 파악될 수 있는 부적합한 중합)이 억제되기 쉬워져, 개질 처리 시에 더 적합한 상태에서 푸란 유도체 수지화 용액을 사용할 수 있다. 또한, 그러한 「상온에서 푸란 유도체의 중합을 억제하는 무기염」은, 푸란 유도체의 부적합한 중합의 억제에 기인하여 목질 재료 중으로 침투시키기 전의 용액의 품질 안정성이 더 적합하게 도모되고, 처리에 의해 목질 재료에 부여되는 특성의 변동을 더 적합하게 억제할 수 있다. 예를 들어 내구성, 경도(부분 압축 강도) 및 치수 안정성으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 하나의 특성에 관한 변동이 더 적합하게 억제될 수 있다.
「상온에서 푸란 유도체의 중합을 억제하는 무기염」은, 예를 들어 무기 탄산염이어도 된다. 그것에 추가하거나 또는 그것 대신에, 「상온에서 푸란 유도체의 중합을 억제하는 무기염」은, 예를 들어 암모늄염의 형태를 갖고 있어도 된다.
적합한 일 양태에서는, 「상온에서 푸란 유도체의 중합을 억제하는 무기염」은, 탄산암모늄 및 탄산수소암모늄 등에서 선택되는 적어도 1종의 무기염이어도 된다. 단적으로 말하면, 「상온에서 푸란 유도체의 중합을 억제하는 무기염」은, 예를 들어 탄산암모늄, 탄산수소암모늄, 또는 탄산암모늄과 탄산수소암모늄의 조합이어도 된다. 상온에서 용액 중의 푸란 유도체의 부적합한 중합을 억제하여 목질 재료로 침투시키기 전의 용액의 품질 안정성을 더 적합하게 유지할 수 있고, 또한 침투 후의 가열에 있어서 푸란 유도체의 중합을 저해시키지 않는 무기염으로 될 수 있기 때문이다. 또한, 여기서 말하는 「중합을 억제한다」란, 이러한 무기염이 존재함으로써, 그것이 존재하지 않는 경우(예를 들어, 중합성 모노머가 단독으로 존재하는 경우 등)보다도 중합 반응의 속도가 저하 내지 정지되는 것을 말한다.
「상온에서 푸란 유도체의 중합을 억제하는 무기염」은, 수용액(예를 들어, 상온의 수용액) 중에서 염기성을 나타내는 무기염이어도 되고, 예를 들어 푸란 유도체 수지화 용액 중에서 당해 용액을 염기성으로 하거나 또는 더 염기성측으로 pH를 바꾸는(즉, 더 pH를 높이는) 무기염이어도 된다. 덧붙여 말하면, 수산화나트륨 및/또는 수산화칼륨과 같은 염을, 푸란 유도체, 상온에서 중성으로부터 약산성을 나타내는 푸란 유도체의 중합을 촉진하는 무기염 및 물을 포함하는 푸란 유도체 수지화 용액에 첨가하여, 푸란 유도체 수지 수용액을 염기성으로 유지하는 것에 의해서도, 푸란 유도체의 중합을 저해하여 용액의 안정성을 유지할 수는 있다고 생각되지만, 그러한 염에서는, 그 후의 가열에 있어서 푸란 유도체의 중합을 부적합하게 저해시켜 버린다. 즉, 목질 재료의 개질 처리 시에 있어서의 원하는 중합이 저해될 수 있다.
상온에 있어서 푸란 유도체의 중합을 억제하는 한편, 푸란 유도체 수지화 용액을 목질 재료에 침투한 후에 있어서 푸란 유도체의 중합을 부적합하게 억제하지 않는 염은, 어느 정도 한정되어 있는바, 예를 들어 가열에 의해 분해되어 가스화되어, 반응계의 계외로 제거되는 염을 사용해도 된다. 그 전형적인 것으로서는, 탄산암모늄 및/또는 탄산수소암모늄 등의 무기염을 들 수 있다.
상기 관점에서 말하면, 본 발명의 제조 방법에서 사용하는 푸란 유도체 수지화 용액 중의 상기 무기염은, 바람직하게는 가열에 의해 분해되어 가스화되는 무기염이라고 할 수 있다. 즉, 푸란 유도체 수지화 용액에 포함되는 「상온에서 푸란 유도체의 중합을 억제하는 무기염」은, 푸란 유도체 수지화 용액을 목질 재료에 침투시킨 후의 가열에 의해 분해되는(더 구체적으로는 가열에 의해 분해되어 가스화되는) 무기염이어도 된다. 동일한 관점에서 말하면, 본 발명의 제조 방법에서 사용하는 푸란 유도체 수지화 용액 중의 무기염으로서는, 바람직하게는 수산화나트륨 및 수산화칼륨이 제외된다. 바꾸어 말하면, 푸란 유도체 수지화 용액에 포함되는 「상온에서 푸란 유도체의 중합을 억제하는 무기염」은, 바람직하게는 수산화나트륨 및 수산화칼륨을 제외한 무기염이다.
이러한 무기염은, 그 함유량을 적절히 조정해도 된다. 함유량의 조정에 의해, 푸란 유도체 수지화 용액을 목질 재료에 침투시킨 후의 가열에 의해 야기하는 푸란 유도체의 중합의 정도를 컨트롤하기 쉬워지고, 나아가서는, 푸란 수지가 생성하는 목질 재료 세포의 부위를 컨트롤하기 쉬워진다. 예를 들어, 용액 중의 「상온에서 푸란 유도체의 중합을 억제하는 무기염」의 함유량을 더 높이면, 푸란 유도체의 중합도를 낮게 컨트롤하기 쉬워져, 저분자량의 푸란 유도체 수지가 세포벽 중에서 생성되기 쉬워진다. 한편, 예를 들어 「상온에서 푸란 유도체의 중합을 억제하는 무기염」의 함유량을 더 줄이면, 푸란 유도체의 중합도를 높게 컨트롤하기 쉬워져, 고분자량의 푸란 수지가 세포 내강에서 생성되어 축적하기 쉬워진다.
또한, 상술한 바와 같이, 이러한 안정제로서의 무기염은, 상온 시에 있어서의 푸란 유도체의 중합을 억제함으로써 목재에 침투시키기 전의 푸란 유도체 수지화 용액의 상태를 더 적합하게 안정화시킬 수 있으므로, 그것을 사용한 개질 처리에 의해 개질 목질 재료의 특성 향상에 기여할 수 있다. 또한, 개질한 목질 재료의 마무리 상태의 변동도 더 적게 할 수 있고, 개질 목질 재료가 사용되는 최종 제품에 있어서의 품질의 획일화도 도모하기 쉬워진다.
본 발명에서는, 목질 재료에 대하여 원하는 특성을 부여하기 쉽게 하기 위해, 용액 중의 중합이 적절히 고려되어도 된다. 어디까지나 하나의 예시 양태이지만, 예를 들어 푸란 유도체의 초기 중합에 있어서 생성되는 중합체(수지)의 분자량과 반응성을 제어하는 것과, 상온에 있어서의 푸란 유도체 수지화 용액 중에서의 푸란 유도체의 중합을 억제하면서, 목질 재료에 침투시킨 후에 가열에 의해 목질 재료 중에서 중합 반응을 적합하게 촉진시켜도 된다.
푸란 유도체 수지화 용액에 있어서 「상온에서 푸란 유도체의 중합을 억제하는 무기염」의 농도는, 용액 중의 푸란 유도체 1mol을 대하여 0.01mol 이하, 0.005mol 이하, 0.004mol 이하, 0.003mol 이하, 0.002mol 이하, 또는 0.001mol 이하여도 된다(이 경우의 하한값은 0mol보다 큰 값이어도 됨). 예를 들어, 푸란 유도체 수지화 용액에 있어서 「상온에서 푸란 유도체의 중합을 억제하는 무기염」의 농도 또는 양은, 용액 중의 푸란 유도체 1mol에 대하여 0.0001 내지 0.004mol이어도 되고, 예를 들어 0.0003 내지 0.003mol, 0.0005 내지 0.001mol, 0.0006 내지 0.001mol, 또는 0.0007 내지 0.0009mol 등이어도 된다. 「상온에서 푸란 유도체의 중합을 억제하는 무기염」이 이러한 농도 또는 양이라면, 더 적합한 목질 재료의 개질이 조력될 수 있다. 예를 들어, 당해 용액을 사용한 목질 재료의 개질 처리에 의해, 더 적합한 내구성, 경도(부분 압축 강도) 및 치수 안정성으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 하나의 적합한 특성을 목질 재료에 부여하기 쉬워진다.
본 발명의 제조 방법에서 사용하는 푸란 유도체 수지화 용액에는 「상온에서 푸란 유도체의 중합을 억제하는 무기염」에 더하여, 그것과는 별종의 무기염을 포함하고 있다. 예를 들어, 「푸란 유도체의 중합을 촉진하는 무기염」이 포함되어 있다. 이러한 무기염이 푸란 유도체 수지화 용액에 배합되어 있음으로써, 개질 처리를 위한 가열 시에 용액 중의 푸란 유도체의 중합이 더 적합하게 촉진된다.
「푸란 유도체의 중합을 촉진하는 무기염」은, 바람직하게는 가열, 특히 공정 2)의 가열에 의해 푸란 유도체의 중합을 촉진하는 무기염이어도 된다. 여기서 말하는 「중합을 촉진한다」란, 이러한 무기염이 존재하는 것에 의해, 그것이 존재하지 않는 경우(예를 들어, 중합성 모노머가 단독으로 존재하는 경우 등)보다도 중합 반응의 속도가 증가하는 것을 말한다. 이러한 무기염은, 수용액(예를 들어, 상온의 수용액) 중에서 산성, 예를 들어 약산성을 나타내는 무기염이어도 되고, 예를 들어 푸란 유도체 수지 수용액 중에서 당해 용액을 산성측으로 pH를 바꾸는(즉, 더 pH를 낮추는) 무기염이어도 된다. 예를 들어, 이러한 무기염은, 수용액으로서 상온에서 중성으로부터 약산성, 전형적으로는 pH3 내지 7("7"을 포함하지 않음)이어도 되고, 예를 들어 pH4 내지 6.5 또는 pH5 내지 6 등을 나타내는 것이어도 된다.
또한, 본 개시에 있어서 「pH」란, 수소 이온 지수를 가리키고 있는바, 예를 들어 「JIS Z 8802 pH 측정 방법」에 준거하여 측정된 pH값이어도 된다.
본원 발명의 제조 방법에 있어서 「푸란 유도체의 중합을 촉진하는 무기염」은, 염소 이온 및/또는 황산 이온의 음이온과, 암모늄 이온 및/또는 마그네슘 이온 및/또는 수소 이온의 양이온을 포함하는 무기염이어도 된다. 즉, 용액에 있어서 「상온에서 푸란 유도체의 중합을 억제하는 무기염」(예를 들어, 탄산암모늄 및/또는 탄산수소암모늄 등의 무기염)에 더하여 포함되는 별종의 무기염이 염소 이온 및/또는 황산 이온의 음이온과, 암모늄 이온 및/또는 마그네슘 이온 및/또는 수소 이온의 양이온을 포함하는 무기염이어도 된다(이러한 무기염은, 물에 녹이면, 그러한 이온을 발생시킬 수 있는 것이라고 할 수 있다). 이러한 무기염이라면, 더 적합한 목질 재료의 개질이 조력될 수 있다. 예를 들어, 당해 용액을 사용한 목질 재료의 개질 처리에 의해, 더 적합한 내구성, 경도(부분 압축 강도) 및 치수 안정성으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 하나의 적합한 특성을 목질 재료에 부여하기 쉬워진다.
적합한 일 양태에서는, 「푸란 유도체의 중합을 촉진하는 무기염」은, 염소 이온 및 황산 이온 중 어느 한쪽과, 암모늄 이온, 마그네슘 이온 및 수소 이온으로 이루어지는 군에서 선택되는 1개 또는 2개를 포함하는 조합을 구성 요소로서 갖는 무기염이어도 된다.
예를 들어, 「푸란 유도체의 중합을 촉진하는 무기염」은, 염화마그네슘, 염화암모늄, 황산암모늄, 황산수소암모늄, 황산마그네슘 및 황산수소마그네슘 등으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종의 무기염이어도 된다.
푸란 유도체 수지화 용액에 있어서 「푸란 유도체의 중합을 촉진하는 무기염」의 농도 또는 양은, 용액 중의 푸란 유도체 1mol에 대하여 0.1mol 이하, 0.09mol 이하, 0.08mol 이하, 0.07mol 이하, 0.06mol 이하, 0.05mol 이하, 0.04mol 이하, 0.03mol 이하, 0.02mol 이하 등이어도 된다. 이러한 경우의 하한값은 0mol보다 큰 값이어도 된다. 예를 들어, 상한값 0.1mol에 대하여 예시하면, 푸란 유도체 수지화 용액에 포함되는 「푸란 유도체의 중합을 촉진하는 무기염」의 농도 또는 양은, 푸란 유도체 1mol에 대하여 0.001 내지 0.1mol이어도 되고, 0.002 내지 0.1mol, 0.003 내지 0.1mol, 0.004 내지 0.1mol, 0.005 내지 0.1mol, 0.006 내지 0.1mol, 0.007 내지 0.1mol, 0.008 내지 0.1mol, 0.009 내지 0.1mol 등이어도 된다. 「푸란 유도체의 중합을 촉진하는 무기염」이 이러한 농도 또는 양이라면, 더 적합한 목질 재료의 개질이 조력될 수 있다. 예를 들어, 당해 용액을 사용한 목질 재료의 개질 처리에 의해, 더 적합한 내구성, 경도(부분 압축 강도) 및 치수 안정성으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 하나의 적합한 특성을 목질 재료에 부여하기 쉬워진다.
본 발명에서 사용하는 푸란 유도체 수지화 용액은 수계여도 된다. 즉, 본 발명의 제조 방법에 사용하는 푸란 유도체 수지화 용액은, 상기한 푸란 유도체, 상온에서 푸란 유도체의 중합을 억제하는 무기염, 푸란 유도체의 중합을 촉진하는 무기염 및 용매로서 물을 포함하여 이루어지는 용액이어도 된다. 특히, 푸란 유도체 수지화 용액에 있어서의 용매는 물 매체여도 된다. 이것은, 용액에 포함되는 용매가 실질적으로 물만을 포함하는 것을 의미하고 있다. 본 발명에 대하여 「푸란 유도체 수지화 용액에 있어서의 용매는 물 매체이다」란, 이와 같이 용액에 포함되는 용매가 물만을 포함하는 용매인 것을 가리키고 있다. 즉, 바람직하게는 푸란 유도체 수지화 용액은 용매로서는 물만을 포함하고 있고, 알코올(예를 들어, 메탄올, 에탄올 및/또는 이소프로판올 등), 그리고/또는 아세톤 등의 유기 용매·유기 용제를 포함하고 있지 않다. 단적인 적합 양태에서 말하면, 본 발명에서 사용하는 푸란 유도체 수지화 용액이, 알코올(예를 들어, 메탄올, 에탄올 및/또는 이소프로판올 등의 저급 알코올), 그리고/또는 아세톤 등을 포함하고 있지 않다고 할 수 있다.
더 구체적으로 설명하면, 푸란 유도체 수지화 용액에 있어서의 용매는, 혼합물을 포함하는 용매가 아니라, 물만의 단체를 포함하는 단체 용매여도 된다. 또한, 본 발명에서 사용하는 푸란 유도체 수지화 용액의 용매는, 유기 용제를 포함하지 않으므로, 비유기 용제계의 용매(특히, 비유기 용제계의 용매로서 물 100중량％ 또는 100체적％의 물 매체) 등이라고 칭할 수도 있다.
푸란 유도체 수지화 용액의 용매가 물만으로 구성되는 수용매인 경우, 목질 재료의 개질이 더 적합하게 행해질 수 있게 되어, 본 발명의 효과가 더 현저해질 수 있다. 특정한 이론에 구속되는 것은 아니지만, 알코올이나 아세톤 등이 용매로서 포함되어 있는 경우와 비교하여, 푸란 유도체 수지화 용액 중의 푸란 유도체가 목질 재료의 더 내부까지 도달하기 쉬워지는 것이 관계되어 있는 것이라고 생각된다. 이것은, 마찬가지로 특정한 이론에 구속되는 것은 아니지만, 수용매로서 사용되는 물은 알코올(예를 들어, 저급 알코올)이나 아세톤 등보다도 극성이 높고 및/또는 분자량이 작고, 그 때문에 물 100％의 수용매는, 알코올이나 아세톤 등이 용매에 포함되는 경우보다도 목재의 세포벽 중에 더 침투하기 쉬운 것 등이 요인의 하나로서 생각된다. 또한, 수용매는, 본 발명의 제조 방법의 실시 시에 비용을 더 낮게 억제할 수 있고, 또한 유기 용매를 사용하는 경우에 비해 안전성이나 환경 보전 등의 점에서도 상대적으로 유리해지기 쉽다.
본 발명에 있어서, 수용매로서 사용하는 물(즉, 용매로서 물만을 포함하는 수용매)은, 그 종류에는 특별히 제한은 없고, 일반적으로 물로서 인식되는 것이라면 사용할 수 있다. 어디까지나 예시이지만, 수용매로서 사용하는 물은, 수돗물, 정제수, 지하수, 하천수, 빗물, 탈이온수 및 증류수 등으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종이어도 된다.
본 발명의 제조 방법의 대상이 되는 목질 재료는, 특별히 제한은 없고, 소위 목재에 상당하는 것이라면 사용할 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 제조 방법의 대상이 되는 목질 재료로서는, 삼나무, 노송나무, 소나무, 낙엽송, 가문비나무, 분비나무, 솔송나무 및 전나무 등으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종의 국산 침엽수재를 들 수 있다. 또한, 목질 재료로서, 남부 황색 소나무, 라디에타소나무, 구주소나무, 넓은잎삼나무 및 더글러스파 등으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종의 외국산 침엽수재도 들 수 있다. 더 상세히 설명하면, 목질 재료로서, 생장이 빠르지만 연질인 포플러 및/또는 멀구슬나무 등의 활엽수의 무구재 외에, 집성재, 합판, 단판, 파티클 보드 및/또는 섬유보드 등의 어느 정도의 가공이 된 목질 재료 및 그것을 구성하는 래미너(만판), 단판, 나무 토막, 목분 및/또는 목 섬유(펄프), 나아가 대나무재 등의 비목질계의 리그노셀룰로오스 재료도 사용하는 것이 가능하다.
본 발명의 제조 방법으로 개질된 목질 재료는, 다양한 옥내 용도품 및/또는 옥외 용도품으로 사용되어도 된다. 예를 들어, 본 발명의 제조 방법으로 개질된 목질 재료는, 가구, 플로어링, 우드 데크, 외벽, 루버, 트럭 보디, 악기, 내장재, 외구재 등에 사용되어도 된다.
적합한 일 양태에서는, 목질 재료가 침엽수재이다. 이러한 경우, 본 발명의 효과가 더 현저해질 수 있다. 원래, 이러한 목질 재료는, 내구성 및/또는 경도(부분 압축 강도) 등이 낮기 때문에 용도가 한정되어 있었기는 하지만, 본 발명의 제조 방법에 의해 그러한 특성이 개선되어, 더 넓은 용도로의 적용이 가능해질 수 있기 때문이다. 이러한 침엽수재는, 예를 들어 삼나무재 및/또는 노송나무재여도 된다. 삼나무재 및/또는 노송나무재는, 국산 침엽수재에 상당하는 것이어도 되고, 이로써 국산 침엽수의 새로운 용도 개발이나 부가 가치의 수요에 적합하게 이바지하게 된다.
어디까지나 예시에 지나지 않지만, 개질 처리에 부쳐지는 목질 재료(즉, 개질 전 또는 비개질의 목질 재료)는, 그 목질 재료의 전체 중량 기준으로 함수율이 30중량％ 이하, 예를 들어 25중량％ 이하, 20중량％ 이하 또는 15중량％ 이하 등으로 조정된 것이어도 된다(이 경우의 하한값은 0중량％ 이상의 값이어도 된다).
상술한 바와 같이, 본 발명의 제조 방법에 사용되는 푸란 유도체 수지화 용액은, 푸란 유도체 이외의 용질 성분으로서 2종의 염을 적합하게 포함하고 있다. 즉, 공정 1)에서 사용하는 푸란 유도체 수지화 용액은 「상온에서 푸란 유도체의 중합을 억제하는 염」과 「푸란 유도체의 중합을 촉진하는 염」과 2종의 염의 조합을 포함하여 이루어진다. 특히, 본 발명의 제조 방법에 사용되는 푸란 유도체 수지화 용액은, "안정제"로서 작용할 수 있는 제1 무기염과 "촉진제"로서 작용할 수 있는 제2 무기염의 조합을 포함한 용액이다. 이러한 용액이기 때문에, 목질 재료의 더 적합한 개질이 조력될 수 있다고 할 수 있고, 예를 들어 당해 용액을 사용한 목질 재료의 개질 처리에 의해, 더 적합한 내구성, 경도(부분 압축 강도) 및 치수 안정성으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 하나의 특성을 목질 재료에 부여하기 쉬워진다. 적합한 일 양태에서는, 제1 무기염은, 상온에서는 푸란 유도체의 중합을 억제하기는 하지만, 공정 2)의 가열 및/또는 가온(예를 들어, 후술하는 「초기 설정 온도」에서의 가온)으로 분해하는 무기염(예를 들어, 분해하여 가스화하는 무기염)어도 된다.
바람직하게는, 이러한 제1 무기염(상온에서 푸란 유도체의 중합을 억제하는 무기염)과 제2 무기염(푸란 유도체의 중합을 촉진하는 무기염)의 조합이, 푸란 유도체 및 수용매(용매로서 물만을 포함하고, 유기 용매를 포함하지 않는 용매)와 함께 용액을 구성하고 있다. 특히, 제1 무기염과 제2 무기염의 조합과, 물만의 단체를 포함하는 단체 용매를 포함하여 이루어지는 푸란 유도체 수지화 용액은, 상술한 바와 같이, 목질 재료의 개질 처리의 효과가 더 현저해질 수 있다.
본 발명의 제조 방법에서는, 공정 1)로서, 푸란 유도체 수지화 용액을 목질 재료에 침투시키는 처리를 행한다. 침투에 이바지하는 것이라면, 그 수단에 특별히 제한은 없다. 예를 들어, 목질 재료 및 푸란 유도체 수지화 용액을 투입할 수 있는 챔버를 사용해도 된다. 또한, 공정 1)에서는, 목질 재료를 푸란 유도체 수지화 용액에 침지시키거나, 및/혹은 푸란 유도체 수지화 용액을 목질 재료에 분무 또는 도포하는 방법을 사용하거나, 그리고/또는 목질 재료에 대하여 푸란 유도체 수지화 용액을 감압 및/또는 가압 조건 하에서 함침시키는 등의 방법을 사용해도 된다.
단판, 나무 토막, 목분 및/또는 목 섬유(펄프) 등, 목질 재료의 형상 치수가 얇은 경우 혹은 작은 목질 재료의 경우는 침지나 도포, 분무 등의 처리를 통해 원하는 침투가 달성되기 쉽다. 한편, 무구재나 래미너 등과 같이 어느 정도 이상의 단면 치수를 갖는 목질 재료의 경우, 감압 및/또는 가압 환경 하의 함침 처리, 소위 감압/가압 함침법을 채용하면 원하는 침투가 달성되기 쉽다.
바꾸어 말하면, 공정 1)은 대기압 미만의 감압 하에서 행해도 된다. 이러한 감압의 조건은, 개질 처리에 제공되는 목질 재료의 형상 및/또는 크기 등에도 의존할 수 있지만, 예를 들어 실온 이하의 온도역에 있어서, 대기압 미만으로부터 10hPa까지의 사이의 감압 조건이어도 된다. 이러한 감압 조건에서는, 목질 재료로의 용액의 침투가 더 적합하게 조력될 수 있게 되고, 예를 들어 당해 용액을 사용한 목질 재료의 개질 처리에 의해, 더 적합한 내구성, 경도(부분 압축 강도) 및 치수 안정성으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 하나의 적합한 특성을 목질 재료에 부여하기 쉬워진다. 공정 1)의 감압 조건(예를 들어, 챔버 내의 압력)은, 예를 들어 100 내지 10hPa, 75 내지 10hPa, 50 내지 10hPa, 40 내지 10hPa, 또는 40 내지 20hPa 등의 감압 조건이어도 된다. 감압 조건 하에서 목질 재료를 용액에 부치는 시간은, 전형적으로는 5분간 내지 16시간, 예를 들어 30분간 내지 16시간, 1시간 내지 16시간, 1시간 내지 8시간, 1시간 내지 4시간, 또는 1시간 내지 3시간 등이어도 된다.
본 발명의 제조 방법에서는 대기압 조건 또는 가압 조건을 적절히 채용해도 된다. 예를 들어, 상기한 감압 처리 후에 가압 처리를 행해도 된다. 이러한 처리에서는, 대기압 또는 그것보다도 높은 분위기 압력을 채용해도 된다. 예를 들어, 0.1 내지 3MPa 또는 0.3 내지 2MPa의 압력 조건(예를 들어, 챔버 내의 압력)을 채용해도 된다. 이러한 압력·가압 조건 하에서 목질 재료를 부치는 시간은, 전형적으로는 15분간 내지 72시간이어도 되고, 예를 들어 30분간 내지 36시간, 또는 1시간 내지 12시간이어도 된다.
본 발명의 제조 방법에서는, 공정 2)로서, 가열 처리를 행하여, 목질 재료에 침투한 푸란 유도체를 목질 재료 중에서 중합시킨다. 가열에 의해, 목질 재료에 의해 푸란 유도체 수지화 용액의 푸란 유도체의 중합이 촉진되고, 그것에 의해 발생하는 수지 성분에 기인하여 목질 재료의 개질이 이루어질 수 있다.
공정 2)의 가열은, 용액이 침투한 목질 재료를 승온할 수 있는 것이라면, 그 수단에 특별히 제한은 없다. 예를 들어, 이러한 목질 재료가 투입된 챔버의 온도(예를 들어, 챔버 내의 분위기 온도)를 높임으로써, 공정 2)의 가열을 행해도 된다.
이러한 가열은, 60 내지 160℃여도 된다. 즉, 본 발명의 제조 방법에 관한 공정 2)를 60 내지 160℃의 온도 조건 하에서 행해도 된다. 혹은, 공정 2)의 가열은, 70 내지 180℃, 70 내지 170℃, 70 내지 160℃, 80 내지 160℃, 80 내지 150℃, 80 내지 140℃, 80 내지 120℃의 온도 조건이어도 된다. 또한, 공정 2)의 가열은 90 내지 140℃, 100 내지 140℃, 110 내지 140℃, 120 내지 140℃ 등이어도 된다. 이러한 가열 조건에서는, 목질 재료의 더 적합한 개질이 조력될 수 있게 되고, 예를 들어 당해 용액을 사용한 목질 재료의 개질 처리에 의해, 더 적합한 내구성, 경도(부분 압축 강도) 및 치수 안정성으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 하나의 적합한 특성을 목질 재료에 부여하기 쉬워진다. 더 상세히 설명하면, 공정 2)의 가열 온도(예를 들어, 챔버 내 온도)는, 60 내지 250℃, 60 내지 125℃, 60 내지 120℃, 또는 60 내지 100℃ 등이어도 된다.
공정 2)의 가열 처리에 목질 재료가 부쳐지는 시간은, 전형적으로는 2 내지 240시간이어도 되고, 예를 들어 4 내지 168시간, 4 내지 96시간, 10 내지 96시간, 10 내지 80시간 혹은 10 내지 48시간이어도 되고, 혹은 4 내지 48시간, 4 내지 30시간 혹은 10 내지 30시간이어도 되고, 더 상세히 설명하면, 4 내지 24시간, 4 내지 10시간, 혹은 4 내지 8시간 등이어도 된다.
공정 2)의 가열은, 공기 분위기 하에서 행해도 된다. 단, 그것에 한정되지는 않고, 비교적 고온이 되는 가열(예를 들어, 200℃를 초과하는 가열 등)에서는, 수증기 및/또는 질소 가스 등의 불활성 가스 분위기 하에서 행해도 된다.
공정 2)의 가열에서는, 용액이 침투된 목질 재료를 건조에 부쳐도 된다. 예를 들어, 공정 2)의 가열에 의해, 침투한 푸란 유도체 수지화 용액의 푸란 유도체를 목질 재료 중에서 중합시키면서, 이러한 목질 재료를 건조시켜도 된다. 바꾸어 말하면, 예를 들어 푸란 유도체 수지화 용액이 침투된 목질 재료가 투입된 챔버의 온도 조건이 60 내지 160℃(예를 들어, 80 내지 160℃, 80 내지 150℃, 90 내지 150℃, 90 내지 120℃, 90 내지 110℃, 혹은 100 내지 150℃, 110 내지 140℃, 혹은 120 내지 140℃ 등의 프로세스 온도 조건)가 되는 가열 처리를 2 내지 260시간, 또는 2 내지 240시간(예를 들어, 3 내지 192시간, 3 내지 168시간, 4 내지 168시간, 4 내지 96시간, 10 내지 96시간, 10 내지 80시간 혹은 10 내지 48시간, 혹은 4 내지 48시간, 4 내지 30시간 혹은 10 내지 30시간, 혹은 4 내지 24시간, 4 내지 10시간, 혹은 4 내지 8시간 등) 행함으로써, 목질 재료 중에 침투한 푸란 유도체의 중합을 진행시켜, 그것과 병행하거나 또는 그것에 이어서 목질 재료(용액의 침투에 기인하여 습기찬 목질 재료)를 건조시켜도 된다.
적합한 일 양태에서는, 공정 2)의 가열에 앞서, 당해 가열의 온도보다도 낮은 가열 온도 조건의 가온 처리에 목질 재료를 부쳐도 된다. 바꾸어 말하면, 가열 처리 시에는, 어느 "초기 설정 온도"의 조건에 「용액이 침투된 목질 재료」를 일단 부쳐도 된다. 이러한 "초기 설정 온도"(즉, 그러한 초기 설정 온도의 가온 처리)에 부침으로써, 용액을 침투시킨 목질 재료에 있어서, 푸란 유도체 수지화 용액의 안정제의 적어도 일부를 분해시켜도 된다. 예를 들어, "초기 설정 온도"에 부침으로써, 용액을 침투시킨 목질 재료에 대하여, 그 용액이 가능한 한 증발하지 않도록 하면서도 푸란 유도체 수지화 용액 중의 안정제의 적어도 일부를 분해시킬 수 있고, 더 적합한 목질 재료의 개질이 조력될 수 있다. 즉, 용액을 사용한 목질 재료의 개질 처리에 의해, 더 적합한 내구성, 경도(부분 압축 강도) 및 치수 안정성으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 하나의 적합한 특성을 목질 재료에 부여하기 쉬워진다.
「초기 설정 온도」에 의한 가온 처리에서는, 용액을 침투시킨 목질 재료를, 예를 들어 푸란 유도체 수지화 용액 중에서 가온하는 등, 함침된 용액이 가능한 한 증발하지 않도록 하여 푸란 유도체 수지화 용액 중의 안정제(즉, 상온에서 푸란 유도체의 중합을 억제하는 무기염)의 적어도 일부 또는 모두를 분해시켜도 된다.
초기 설정 온도는, 공정 2)의 가열의 온도보다도 낮아도 된다. 예를 들어, 초기 설정 온도는, 공정 2)의 가열 온도의 8할에 상당하는 낮은 온도 또는 그것보다도 낮은 온도여도 되고(즉, 초기 설정 온도의 상한값이 가열 온도의 8할에 상당하는 온도여도 되고), 그 하한값은, 예를 들어 공정 2)의 가열 온도의 2할에 상당하는 낮은 온도여도 된다. 바꾸어 말하면, 초기 설정 온도를 Ti라고 하고, 공정 2)의 가열 온도 Tii라고 하면, Ti＝0.2Tii 내지 0.8Tii여도 되고, 예를 들어 Ti＝0.3Tii 내지 0.8Tii, 0.4Tii 내지 0.75Tii, 0.35Tii 내지 0.7Tii, 또는 0.4Tii 내지 0.7Tii 등이어도 된다. 혹은, Ti＝0.2Tii 내지 0.6Tii, Ti＝0.3Tii 내지 0.6Tii, Ti＝0.3Tii 내지 0.5Tii 등이어도 된다.
어디까지나 일례이지만, 초기 설정 온도(예를 들어, 초기 설정 온도로서 설정하는 챔버 온도 조건)는, 50 내지 100℃여도 되고, 예를 들어 50 내지 90℃, 50 내지 85℃, 55 내지 85℃, 또는 55 내지 80℃ 등이어도 된다. 또한, 이러한 초기 설정 온도의 처리에 목질 재료를 부치는 시간은, 전형적으로는 1 내지 120시간이어도 되고, 예를 들어 4 내지 72시간, 6 내지 60시간, 10 내지 60시간, 20 내지 60시간, 35 내지 60시간, 또는 40 내지 60시간 등이어도 된다.
초기 설정 온도의 처리에 관하여 어느 일 양태를 예시하면, 본 발명의 제조 방법은, 공정 1)과 공정 2) 사이에 있어서, 예를 들어 푸란 유도체 수지화 용액이 침투된 목질 재료를 50 내지 100℃, 50 내지 90℃, 50 내지 85℃, 55 내지 85℃ 또는 55 내지 80℃, 혹은 50 내지 70℃로 일단 가온하는 것을 더 포함하고 있어도 된다.
[본 발명의 용액]
본 발명에 관한 용액은, 상기 제조 방법에 적합하게 사용되는 푸란 유도체 수지화 용액이다. 즉, 본 발명의 용액은, 목질 재료를 개질하기 위한 용액이며,
푸란 유도체, 상온에서 푸란 유도체의 중합을 억제하는 무기염 및 푸란 유도체의 중합을 촉진하는 무기염을 포함하여 이루어지는, 푸란 유도체 수지화 용액이다.
이러한 용액은, 상술한 바와 같이, 푸란 유도체 이외의 용질 성분으로서 2종의 염을 적합하게 포함하고 있다. 즉, 본 발명에 관한 푸란 유도체 수지화 용액은 「상온에서 푸란 유도체의 중합을 억제하는 무기염」과 「푸란 유도체의 중합을 촉진하는 무기염」과 2종의 무기염의 조합을 포함하여 이루어진다. 이러한 용액이기 때문에, 더 적합한 목질 재료의 개질 처리액으로 되어 있다. 예를 들어, 본 발명의 용액을 목질 재료의 개질 처리에 사용함으로써, 더 적합한 내구성, 경도(부분 압축 강도) 및 치수 안정성으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 하나의 특성을 목질 재료에 부여할 수 있다.
본 발명의 용액은, 바람직하게는 유기 용제를 포함하고 있지 않고, 예를 들어 알코올(예를 들어, 메탄올, 에탄올 및/혹은 이소프로판올 등), 그리고/또는 아세톤 등의 유기 용매·유기 용제가 포함되어 있지 않다. 즉, 상술한 바와 같이, 본 발명에 관한 용액에 있어서의 용매는 물만을 포함하는 물 매체로 되어 있어도 된다. 이로써, 더 적합한 목질 재료의 개질액으로 되어, 상술한 바와 같이 목질 재료의 개질 효과가 더 현저해질 수 있다. 이러한 푸란 유도체 수지화 수용액의 물의 농도는, 용액의 전체 기준으로 50중량％ 이상이어도 되고, 그 상한값은 특별히 제한은 없기는 하지만, 예를 들어 80중량％, 75중량％, 60중량％, 55중량％ 등이어도 된다(이러한 상한값은, 그 수치 그 자체를 포함하고 있지 않은 상한값이어도 된다).
적합한 일 양태에서는, 본 발명의 용액의 「상온에서 푸란 유도체의 중합을 억제하는 무기염」의 농도는, 용액 중의 푸란 유도체 1mol에 대하여 0.0001 내지 0.004mol이어도 된다. 또한, 본 발명의 용액의 「푸란 유도체의 중합을 촉진하는 무기염」의 농도는, 용액 중의 푸란 유도체 1mol에 대하여 0.001 내지 0.1mol이어도 된다.
적합한 일 양태에서는, 본 발명의 용액에 있어서 「상온에서 푸란 유도체의 중합을 억제하는 무기염」의 함유량 또는 농도는, 「푸란 유도체의 중합을 촉진하는 무기염」의 함유량 또는 농도보다도 적거나 또는 낮은 것이어도 된다. 더 구체적으로는, 푸란 유도체 수지화 용액에 있어서, 당해 용액 중의 푸란 유도체 1mol에 대한 「상온에서 푸란 유도체의 중합을 억제하는 무기염」의 mol양은, 당해 용액 중의 푸란 유도체 1mol에 대한 「푸란 유도체의 중합을 촉진하는 무기염」의 mol양보다도 적어도 된다. 2종의 무기염의 함유량이 이러한 상대적 관계를 가지면, 더 적합한 개질 처리액으로 되기 쉽고, 목질 재료의 개질 처리에 사용함으로써, 더 적합한 내구성, 경도(부분 압축 강도) 및 치수 안정성으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 하나의 특성을 목질 재료에 부여하기 쉬워진다.
본 발명의 용액은, 바람직하게는 높은 안정성을 갖는 점에서 적어도 특징을 갖는다. 따라서, 비교적 장기에 보존된 경우라도(예를 들어, 실제의 제조 등에서 상정되는 바와 같이 용액 조제로부터 용액 사용까지 시간을 필요로 하는 경우라도) 푸란 유도체의 부적합한 중합이 억제되기 쉬워져, 개질 처리 시에 더 적합한 상태에서 푸란 유도체 수지화 용액을 사용할 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 푸란 유도체 수지화 용액은, 그 조제 후, 바람직하게는 상온에서 7일간(보다 바람직하게는 상온에서 14일간) 경과한 후라도 용액에 탁함, 불용화 및/또는 분리 등을 발생시키지 않는다(즉, 적어도 당해 7일 또는 14일의 경과 직후의 시점에 있어서 용액에 탁함, 불용화 및/또는 분리 등이 발생하지 않는다. 예를 들어, 적어도 눈으로 보아 용액에 탁함, 불용화 및/또는 분리 등이 발생되어 있지 않다고 판단할 수 있다).
비교적 높은 안정성을 갖는 푸란 유도체 수지화 용액이라는 것은, 공업적 또는 현실적인 처리·제조를 감안하면 특히 유익하다. 개질 목질 재료를 양산한 경우라도 얻어지는 개질 제품의 특성의 변동을 더 적합하게 억제하는 것이 가능해질 수 있기 때문이다. 예를 들어, 로트 사이에서 치수 안정성이나 경도, 내구성/내후성의 점에서 큰 변동이 발생하여 제품으로서 출시하기 어렵다는 등의 부적합한 사상이 회피되기 쉬워진다.
본 발명의 용액에 관한 더한층의 상세, 더한층의 구체적인 양태 등 기타의 사항은, 상술한 [본 발명의 제조 방법]에서 설명하고 있으므로, 중복을 피하기 위해 여기서의 설명은 생략한다.
[본 발명의 개질 목질 재료]
본 발명에 관한 개질 목질 재료는, 상기 제조 방법에 의해 얻어지는, 개질된 목질 재료이다. 즉, 본 발명의 개질 목질 재료는, 상기 제조 방법에 의해 개질된, 중합된 푸란 유도체를 적어도 포함하여 이루어지는 목질 재료이다.
더 구체적으로는, 본 발명의 개질 목질 재료는 「푸란 유도체, 상온에서 푸란 유도체의 중합을 억제하는 무기염 및 푸란 유도체의 중합을 촉진하는 무기염을 함유하는 푸란 유도체 수지화 용액」을 사용하여 개질된 목질 재료이다. 따라서, 푸란 유도체의 중합에 의해 형성된 푸란 수지를 적어도 포함하여 이루어지고, 또한 어느 적합한 경우에는 원료로서 사용한 상기 무기염(제1 무기염 및/혹은 제2 무기염) 또는 그것에서 유래하는 물질 등이 포함될 수 있다. 또한, 중합에 의해 형성된 수지로서는, 반드시 폴리머의 범주에 있는 것에 한정되지는 않고, 올리고머의 범주에 있는 것을 적어도 부분적으로 포함하고 있어도 된다.
적합한 일 양태에서는, 본 발명의 개질 목질 재료는, 이하의 물리적 특성 중 적어도 하나를 나타낼 수 있다.
(중량 증가율/WPG)
· 20 내지 100％, 예를 들어 25 내지 90％ 또는 30 내지 70％의 중량 증가율(WPG)
중량 증가율(WPG)(％)＝[(Wt－W0)/W0]×100··식 (1)
(식 중, Wt는 개질 재료의 전체 건조 중량(g)이고, W0은 개질 전의 재료(또는 비개질의 목질 재료)의 전체 건조 중량(g))
(벌킹/B)
1 내지 14％, 예를 들어 2 내지 10％ 또는 4 내지 8％의 벌킹(B)(％)
벌킹(B)(％)＝[(St－S0)/S0]×100··식 (2)
(식 중, St는 전체 건조에서의 개질 재료의 목구 면적(㎟)이고, S0은 전체 건조에서의 개질 전의 재료(또는 비개질의 목질 재료)의 목구 면적(㎟))
(항팽윤능/ASE)
50％ 이상, 예를 들어 50 내지 70％, 50 내지 65％, 또는 50 내지 60％의 항팽윤능(ASE)
항팽윤능(ASE)(％)＝[(Sc－St)/Sc]×100··식 (3)
(식 중, St는 전체 건조 상태로부터 일정 조건에서 흡습 또는 흡수시킨 때의 개질 재료의 목구 면적 팽윤율(％)이고, Sc는 개질 목재와 동일 조건에서 전체 건조 상태로부터 일정 조건에서 흡습 또는 흡수시킨 때의 개질 전의 재료(또는 비개질의 목질 재료)의 목구 면적 팽윤율(％)).
항팽윤능 ASE는, 치수 안정성을 나타내는 지표가 된다. ASE가 50％ 이상이면, 개질 목질 재료의 실사용에 있어서 바람직하고, 50％ 미만은 실사용으로서 부적합·부적격이다.
또한, 본 명세서에서 말하는 "전체 건조"/"전체 건조 상태"란, 105℃로 설정한 항온기(가부시키가이샤 야마토 가가쿠제, 형식: DN43)에 개질 재료 또는 비개질 재료 등을 두고, 중량 변화가 없어진 때의 재료의 상태를 말한다. 또한, 전체 건조 중량이란, 그 중량 변화가 없어진 때의 재료의 중량이다.
(경도/부분 압축 강도)
이하의 시험 방법에 따라 측정된 목질 재료의 부분 압축 강도가, 바람직하게는 1.4배 이상이고, 예를 들어 1.5 내지 3배 또는 1.6 내지 2.5배.
개질 목질 재료를 조습한 후, 가부시키가이샤 시마즈 세이사쿠쇼 정밀 만능 시험기(오토그래프)를 사용하여, JIS Z2101에 준거하여 부분 압축 강도 시험을 실시한다. 헤드 스피드는 2㎜/분으로 하고, 판목면을 압축면으로 하는 시험과 정목면을 압축면으로 하는 시험을 행한다.
이러한 JIS Z2101에 준거한 시험에서 얻어지는 부분 압축 강도의 값을, 개질 처리 전·비개질의 목질 재료를 사용하여 마찬가지로 얻어지는 부분 압축 강도의 값과 비교한다. 구체적으로는, 개질 전의 재료(또는 비개질의 목질 재료)에 대한 개질 목질 재료의 부분 압축 강도의 비를 산출한다(부분 압축 강도의 값(배)＝개질 목질 재료의 부분 압축 강도/개질 전·비개질의 목질 재료의 부분 압축 강도).
또한, 이러한 시험 방법으로부터 알 수 있는 바와 같이, 이러한 부분 압축 강도는, 목질 재료의 경도의 지표가 된다. 이 부분 압축 강도의 값(비)이 1.4배 이상이면 개질 목질 재료의 실사용(실제의 각종 용도)에 있어서 바람직하다.
(내구성/내후성·내부후성)
JIS K 1571 「목재 보존제-성능 기준 및 그 시험 방법」, 5.2
방부 성능, 5.2.1 실내 시험, 5.2.1.1 주입 처리용에 준거하여 얻어지는 평균 질량 감소율이 3％ 이하
더 구체적인 방법으로서는, 개질 처리에 부친 개질 목질 재료에 대하여 식균 후(공시균: 부후개떡버섯 및 구름버섯), 당해 개질 목질 재료를 26±2℃, 상대 습도 70％ 이상의 환경 하에 12주간 둔다. 그리고, 이러한 처리의 전후의 중량 변화로부터 개질 목질 재료의 평균 질량 감소율을 산출한다.
이 평균 질량 감소율은 3％ 이하이면 개질 목질 재료의 실사용(실제의 각종 용도)에 있어서 바람직하다.
적합한 일 양태에 있어서, 본 발명에 관한 개질 목질 재료는, 바닥재, 데크(예를 들어, 우드 데크), 외벽재, 루버, 가구, 트럭 보디, 나무 울타리, 가드 레일, 외구재 및/또는 악기에 사용되는 목질 재료여도 된다.
본 발명의 개질 목질 재료는, 상기한 적합한 특성을 가질 수 있으므로, 옥내 용도에 한정되지 않고, 옥외 용도의 목재로서도 특히 적합하게 사용할 수 있다. 또한, 본 발명의 개질 목질 재료가 침엽수재로 이루어지는 경우, 그것은 예를 들어 열대산의 광엽수재와 동등한 내구성 및/또는 경도(부분 압축 강도)를 가질 수 있고, 그리고/또는 양호한 치수 안정성 등을 가질 수 있다. 따라서 본 발명은, 침엽수(예를 들어, 국산 침엽수)에 대한 새로운 용도 제공이나 부가 가치 제공에도 이바지하는 것이라고 할 수 있다.
본 발명의 개질 목질 재료에 관한 더한층의 양태 등 그밖의 구체적인 사항 등은, 상술한 [본 발명의 제조 방법] 및 [본 발명의 용액]에 있어서 직접적 또는 간접적으로 설명하고 있으므로, 중복을 피하기 위해 여기서의 설명은 생략한다.
이상, 본 발명의 어느 일 실시 형태에 대하여 설명했지만, 어디까지나 전형례를 예시한 것에 지나지 않는다. 따라서, 본 발명은 이러한 기재된 것에 한정되지는 않고, 다양한 형태·변경 양태 등을 생각할 수 있는 것을 당업자는 용이하게 이해할 수 있을 것이다.
예를 들어, 본원 명세서에 기재된 효과는 어디까지나 예시이며, 이러한 효과에 반드시 한정되는 것은 아니고, 또한 부가적인 효과가 있어도 된다.
또한, 예를 들어 본 발명에 관하여 설명한 푸란 유도체 수지화 용액은, 푸란 유도체, 상온에서 푸란 유도체의 중합을 억제하는 무기염 및 푸란 유도체의 중합을 촉진하는 무기염을 함유하는 것이지만, 당해 용액의 조제 시, 보존 시 및/또는 사용 시 등에 있어서 불가피적 또는 우발적으로 혼입될 수 있는 성분(예를 들어, 미량 또는 극미량의 성분 등, 당업자에게 있어서 미량·미미량이라고 인식될 수 있는 성분)의 존재는 허용될 수 있다.
또한, 상술한 본 발명은, 다음의 양태를 포함할 수 있는 것을 확인적으로 설명해 둔다.
· 제1 양태: 목질 재료의 개질 방법이며, 1) 목질 재료에, 푸란 유도체, 상온에서 푸란 유도체의 중합을 억제하는 무기염 및 푸란 유도체의 중합을 촉진하는 무기염을 함유하는 푸란 유도체 수지화 용액을 침투시키고, 그리고 2) 가열에 의해, 침투한 푸란 유도체를 목질 재료 중에서 경화 및 건조시키는 공정을 포함하는, 개질 방법.
· 제2 양태: 상기 제1 양태에 있어서, 푸란 유도체의 중합을 억제하는 무기염이, 탄산암모늄 및 탄산수소암모늄에서 선택되는 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 개질 방법.
· 제3 양태: 상기 제1 양태 또는 제2 양태에 있어서, 푸란 유도체의 중합을 촉진하는 무기염이, 염소 이온 및/또는 황산 이온의 음이온과, 암모늄 이온 및/또는 마그네슘 이온 및/또는 수소 이온의 양이온을 포함하는 무기염인 것을 특징으로 하는 개질 방법.
· 제4 양태: 상기 제1 양태 내지 제3 양태의 어느 것에 있어서, 목질 재료가 침엽수인 것을 특징으로 하는 개질 방법.
· 제5 양태: 푸란 유도체, 상온에서 푸란 유도체의 중합을 억제하는 무기염, 상온에서 중성으로부터 약산성을 나타내는 것 및 푸란 유도체의 중합을 촉진하는 무기염을 함유하는, 목질 재료의 개질 방법에 사용하는 푸란 유도체 수지화 용액.
· 제6 양태: 상기 제1 양태 내지 제4 양태의 어느 것에 의해 개질되었거나, 또는 상기 제5 양태의 푸란 유도체 수지화 용액을 사용하여 개질한, 중합된 푸란 유도체를 적어도 포함하여 이루어지는 목질 재료.
실시예
본 발명에 관련하여, 각종 실증 실험을 실시했다.
푸란 유도체 수지화 용액의 안정성과 이러한 용액에 의한 목질 재료의 개질 효과를 확인하기 위해, 각종 성분을 선택했다. 목질 재료의 수지화에 의한 개질 효과는 이하의 항목에서 평가했다.
· 치수 안정성(항팽윤능)
· 경도(부분 압축 강도)
· 내구성(내후성)
《푸란 유도체 수지화 용액에 있어서의 안정제 및 촉진제의 조합 검토》
실시예 1 내지 9 및 비교예 1 내지 4로서, 이하의 푸란 유도체 수지화 용액을 사용하여 목질 재료의 수지화를 행하여, 개질 효과를 평가했다.
푸란 유도체 수지화 용액
· 푸란 유도체: 푸르푸릴알코올(FA)
· 안정제(중합 억제 무기염): 탄산암모늄, 탄산수소암모늄, 수산화나트륨, 수산화칼륨
· 촉진제(중합 촉진의 무기염 및 유기산): 염화암모늄, 염화마그네슘, 황산마그네슘, 황산암모늄, 황산수소암모늄, 황산수소마그네슘, 시트르산, 무수 말레산
· 용매: 수용매(용액의 용매로서 물 100중량％)
목질 재료: 삼나무재, 노송나무재
구체적으로는, FA 농도 30중량％(용액 전체 기준)의 푸르푸릴알코올 수용액에, 푸르푸릴알코올 1mol당 0.0008mol의 안정제와 0.01mol의 촉진제를 첨가하여 푸란 유도체 수지화 용액을 조제했다. 또한, 당해 용액에 사용하는 용매는, 물만을 포함하는 수용매로 했다.
푸란 유도체 수지화 용액 및 목질 재료를 투입할 수 있는 챔버(가열 및 감압·가압의 기구를 구비한 챔버)를 사용하여 목질 재료의 개질 처리를 시도했다.
구체적으로는, 조제한 푸란 유도체 수지화 용액에, 목구의 형상이 접선 방향, 방사 방향 모두 한 변이 30㎜인 정사각형이고, 섬유 방향이 6㎜(즉, 30㎜×30㎜×6㎜의 치수)인 삼나무재 또는 노송나무재를 침지하고, 30hPa로 2시간 감압 주입했다.
그 후, 처리한 삼나무재 또는 노송나무재를 초기 설정 온도 60℃로 48시간으로 하여 가온 처리를 행하고, 이어서 130℃에서 24시간 가열하여 침투한 푸란 유도체를 목질 재료 중에서 중합시켜 목질 재료의 개질을 시도했다.
개질 효과의 평가 항목
· 치수 안정성(ASE): 개질 처리에 부친 목질 재료를, 105℃로 설정한 항온기(가부시키가이샤 야마토 가가쿠사제, 형식: DN43)를 사용하여 중량 변화가 보이지 않게 된 전체 건조 상태로 했다. 이 전체 건조 상태로 된 개질 처리가 종료된 목질 재료(삼나무재 또는 노송나무재)에 대하여 접선 방향과 방사 방향의 치수를 측정하여 목구면의 면적을 구했다.
이어서, 전체 건조 상태의 개질 처리가 종료된 목질 재료를 탈이온수 중에 침지시키고, 감압 주입을 시도했다(30hPa 이하에서 2시간). 수중에서 소정 시간(만 하루, 즉 온종일인 24시간) 정치한 후, 개질 처리가 종료된 목질 재료를 취출하고, 포수 상태에서 마찬가지로 치수를 측정하여 목구면의 면적을 구했다. 이로써 전체 건조 상태로부터 포수 상태로의 처리에 수반하는 목구면의 면적 팽윤율(％)을 구했다. 이것을 개질 처리를 실시하지 않은 무처리의 목질 재료와 비교하여, 상술한 식 (3)에 기초하여 ASE(항팽윤능)(％)를 구했다.
○: 50％ 이상
×: 50％ 미만
· 경도(부분 압축 강도): 수지화 시험체를 상대 습도 60％ 하에서, 20℃에서 1개월간 조습한 후, 가부시키가이샤 시마즈 세이사쿠쇼 정밀 만능 시험기(오토그래프)를 사용하여, JIS Z2101에 준거하여 부분 압축 강도 시험을 실시했다. 헤드 스피드는 2㎜/분으로 하고, 판목면을 압축면으로 하는 시험과 정목면을 압축면으로 하는 시험을 행하여, 부분 압축 강도를 얻었다. 이것을 개질 처리를 실시하지 않은 무처리의 목질 재료(비수지화·비개질 처리 시험체)의 경에 비해 부분 압축 강도의 비(배)를 구했다. 또한, 이러한 「부분 압축 강도」의 평가에 있어서는, 23㎜×23㎜×90㎜의 치수를 갖는 목질 재료를 사용했다. 더 구체적으로는, 개질 처리된 시험체에 대하여 말하면, 23㎜×23㎜×400㎜의 치수를 갖는 목질 재료를 개질 처리에 부치고, 당해 처리 후에 23㎜×23㎜×90㎜로 잘라내고, 상기 시험에 부쳐 부분 압축 강도의 값을 구했다.
○: 수지화 시험체의 부분 압축 강도가 비수지화 시험체인 것의 1.4배 이상
×: 시험체의 부분 압축 강도가 비처리 시험체인 것의 1.4배 미만
· 내구성(내후성·내부후성):
JIS K 1571 「목재 보존제-성능 기준 및 그 시험 방법」, 5.2
방부 성능, 5.2.1 실내 시험, 5.2.1.1 주입 처리용에 준거하여 시험체의 내후성을 평가했다. 구체적으로는, 개질 처리에 부친 개질 처리 시험체에 식균 후, 그 시험체를 26±2℃, 상대 습도 70％ 이상의 환경 하에 12주일 두었다. 그리고, 개질 처리 시험체의 중량 변화로부터 평균 질량 감소율을 산출했다. 공시균으로서는 부후개떡버섯 및 구름버섯을 각각 사용했다(이러한 공시균이 원하는 활성을 갖는 것은, 개질 처리에 부쳐져 있지 않은 비개질 처리 삼목 변재 시험체에 대하여 상기와 동일한 처리를 행함으로써 확인했다. 구체적으로는, 상기와 동일한 처리를 행함으로써, 부후개떡버섯에서는 비개질 처리 시험체가 30％ 이상인 평균 질량 감소율을 나타내고, 구름버섯에서는 비개질 처리 시험체가 15％ 이상인 평균 질량 감소율을 나타내고, 이러한 공시균이 원하는 활성을 갖는 것을 확인했다).
또한, 이 「내구성(내후성·내부후성)」의 평가에 있어서는, 20㎜×20㎜×10㎜의 치수를 갖는 목질 재료를 사용했다. 더 구체적으로는, 개질 처리된 시험체에 대하여, 20㎜×20㎜×155㎜의 치수를 갖는 목질 재료를 개질 처리에 부치고, 당해 처리 후에 20㎜×20㎜×10㎜로 잘라내고, 상기 시험에 부쳐 내구성을 파악했다.
○: 개질 처리 시험체의 평균 질량 감소율이 3％ 이하
×: 개질 처리 시험체의 평균 질량 감소율이 3％를 초과한다
· 용액 안정성:
푸란 유도체 수지화 용액의 용액으로서의 안정성을 평가했다.
○: 조제 후에 수지화 용액을 상온·대기압 하에서 정치하고, 조제 후 1주일 이상의 기간에서도(적어도 1주일 경과한 직후에) 용액에 불용화·분리가 발생하지 않는다
×: 조제 후에 수지화 용액을 상온·대기압 하에서 정치하고, 조제 후 1주일 미만의 기간에서 용액에 불용화·분리가 발생한다
· 종합 평가
○: × 없음
×: ×가 1개 이상
결과를 표 1에 나타낸다.
Figure pct00001
표 1의 결과로부터 알 수 있는 바와 같이 특히 이하의 사항을 파악할 수 있었다.
· 안정제와 촉진제의 조합으로서, 탄산암모늄이나 탄산수소암모늄 등의 무기염(상온에서 푸란 유도체의 중합을 억제하는 무기염)과, 염소 이온 및/또는 황산 이온의 음이온과, 암모늄 이온 및/또는 마그네슘 이온 및/또는 수소 이온의 양이온 등을 포함하는 무기염(푸란 유도체의 중합을 촉진하는 무기염)의 조합이 양호한 시험 결과를 나타낸다.
· 수산화나트륨이나 수산화칼륨은, 용액의 안정성을 유지할 수는 있었지만, 수지화 용액을 목질 재료에 부여한 때에는 푸란 유도체의 중합이 부적합하게 저해되어, 원하는 효과가 달성되지 않았다.
· 시트르산이나 무수 말레산 등의 유기산을 촉진제로서 사용한 경우는, 단시간 중에 수용액의 불용화·분리가 발생했다. 수지화 용액을 목질 재료에 부여한 때, 원하는 효과를 달성할 수 없었다.
· 수종을 삼나무재로부터 노송나무재로 바꾼 경우에도, 전체적으로 서로 마찬가지의 양호한 시험 결과가 나타났다.
(목질 재료에 관한 부가적인 검토)
목질 재료로서 삼목·노송나무 대신에, 구주소나무 및 라디에타소나무를 각각 사용한 것 이외는, 상기 실시예 1과 동일 조건에서 목질 재료의 수지화를 행하였다.
그 결과, 이러한 침엽수재에 있어서도 상기 실시예와 동일한 종합 평가의 양호한 시험 결과가 얻어졌다. 따라서, 침엽수재가 적합하게 수지화됨으로써, 열대산의 광엽수재와 동등한 내구성과 경도가 얻어지는 것을 알 수 있었다.
(안정제의 농도에 관한 부가적인 검토)
안정제 농도를 푸르푸릴알코올 1mol당 0.0001 내지 0.004mol 사이에서 변화시킨 것 이외는, 상기 실시예 1과 동일 조건에서 목질 재료의 수지화를 시도했다. 구체적으로는, 안정제 농도를 푸르푸릴알코올 1mol당 0.0001, 0.001 및 0.004mol로 했다.
그 결과, 안정제 농도가 푸르푸릴알코올 1mol당 그러한 0.0001 내지 0.004mol인 경우에 있어서 상기 실시예와 동일한 종합 평가의 양호한 시험 결과가 얻어졌다.
(촉진제의 농도에 관한 부가적인 검토)
촉진제 농도를 푸르푸릴알코올 1mol당 0.001 내지 0.1mol 사이에서 변화시킨 것 이외는, 상기 실시예 1과 동일 조건에서 목질 재료의 수지화를 시도했다. 구체적으로는, 촉진제 농도를 푸르푸릴알코올 1mol당 0.001, 0.005 및 0.1mol로 했다.
그 결과, 촉진제 농도가 푸르푸릴알코올 1mol당 그러한 0.001 내지 0.1mol인 경우에 있어서 상기 실시예와 동일한 종합 평가의 양호한 시험 결과가 얻어졌다.
(초기 설정 온도에 관한 부가적인 검토)
초기 설정 온도를 50 내지 90℃ 사이에서 변화시킨 것 이외는, 상기 실시예 1과 동일 조건에서 목질 재료의 수지화를 시도했다. 구체적으로는, 초기 설정 온도를 50℃, 70℃, 80℃ 및 90℃로 했다.
그 결과, 초기 설정 온도가 그러한 50℃ 내지 90℃(즉, Ti＝약 0.4Tii 내지 약 0.7Tii)인 경우에 있어서 상기 실시예와 동일한 종합 평가의 양호한 시험 결과가 얻어졌다.
(가열 온도에 관한 부가적인 검토)
중합 시의 가열 온도를 80 내지 160℃ 사이에서 변화시킨 것 이외는, 상기 실시예 1과 동일 조건에서 목질 재료의 수지화를 시도했다. 구체적으로는, 가열 온도를 80℃, 100℃ 및 160℃로 했다.
그 결과, 중합 시의 가열 온도가 그러한 80 내지 160℃로 되는 경우에 있어서 상기 실시예와 동일한 종합 평가의 양호한 시험 결과가 얻어졌다.
(촉진제의 존부에 관한 부가적인 검토)
용액에 촉진제를 사용하지 않는 것 이외는, 상기 실시예 1과 동일 조건에서 목질 재료의 수지화를 시도했다.
그 결과, 목질 재료에 침투한 용액의 푸란 유도체의 중합이 실시예 1 내지 9에 비해 상대적으로 촉진되지 않아, 원하는 수지화를 달성할 수 없었다.
(용매에 관한 부가적인 검토)
용매로서 물 100％의 수용매 대신에 유기 용매를 부가적으로 사용한 것 이외는, 상기 실시예 1과 동일 조건에서 목질 재료의 수지화를 시도했다. 구체적으로는, 물-아세톤 혼합 용매(아세톤 함유량: 수지화 용액 전체에 대하여 50중량％) 및 물-에탄올 혼합 용매(에탄올 함유량: 수지화 용액 전체에 대하여 50중량％)를 각각 사용한 것 이외는, 상기 실시예 1과 동일 조건에서 목질 재료의 수지화를 시도했다.
그 결과, 용매로서 유기 용매가 포함됨으로써 원하는 수지화는 달성할 수 없었다. 구체적으로는, 아세톤 및/또는 에탄올 등의 유기 용매가 포함됨으로써, 수지화 용액이 목질 재료의 내부까지 충분히 침투되지 않아, 목질 재료가 양호하게 개질되지 않았다.
이하의 표 2에 있어서, 특히 치수 안정성(ASE)의 구체적인 결과를 나타낸다.
Figure pct00002
표 2로부터 알 수 있는 바와 같이, 아세톤 및 에탄올이 용매에 포함되면, ASE가 50％ 미만으로 되어 버린다.
이렇게 용매로서 유기 용매가 포함되면 원하는 수지화를 달성할 수 없다. 이것은, 특정한 이론에 구속되는 것은 아니지만, 유기 용매가 물보다도 극성이 낮고, 또한 분자량이 크기 때문에 목질 재료의 세포벽까지 푸르푸릴알코올이 침투하지 않았기 때문이라고 추측된다. 혹은, 마찬가지로 특정한 이론에 구속되는 것은 아니기는 하지만, 초기 설정 온도 및/또는 중합 시의 가열 온도 하에서 푸르푸릴알코올이 유기 용매에 동반되어 증발해 버렸기 때문이라고 추측된다.
이상의 결과를 감안하면, 본 발명에 따라 푸란 유도체와 특정한 2종의 무기염의 조합을 함유하는 푸란 유도체 수지화 용액은, 용액의 안정성이 더 우수하고, 침엽수재 등 목질 재료의 푸란 수지화에 사용된 때, 적합한 내구성 및 경도나 적합한 치수 안정성을 목질 재료에 부여할 수 있는 것을 알 수 있었다.
[관련 출원의 상호 참조]
본원은 2020년 7월 29일에 출원된 일본 특허 출원 2020-128665호 명세서를 기초로 하는 우선권을 주장하고, 그 전체 내용은 참조에 의해 본 명세서에 포함된다.
본 발명에 관한 기술은, 목질 재료의 개질 용도로 이용 가능하다. 예를 들어, 목질 재료의 개질에 의해, 목질 재료를 옥외에서의 사용에 의해 적합한 것으로 할 수 있다. 따라서, 가구나 플로어링 등의 내장재뿐만 아니라, 예를 들어 우드 데크 등의 외구재 등, 특히 옥외에서 사용되는 목질 재료에 대해서도 본 발명을 적합하게 이용할 수 있다.

Claims (16)

  1. 개질된 목질 재료의 제조 방법이며,
    1) 목질 재료에, 푸란 유도체, 상온에서 푸란 유도체의 중합을 억제하는 무기염 및 푸란 유도체의 중합을 촉진하는 무기염을 함유하는 푸란 유도체 수지화 용액을 침투시키는 공정, 그리고
    2) 가열에 의해, 침투한 푸란 유도체 수지화 용액의 푸란 유도체를 목질 재료 중에서 중합시키는 공정
    을 포함하여 이루어지는, 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서, 푸란 유도체 수지화 용액에 있어서의 용매가 물 매체인, 제조 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상온에서 푸란 유도체의 중합을 억제하는 무기염이, 가열에 의해 분해되어 가스화되는 무기염인, 제조 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상온에서 푸란 유도체의 중합을 억제하는 무기염이, 탄산암모늄 및 탄산수소암모늄에서 선택되는 적어도 하나인, 제조 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 푸란 유도체의 중합을 촉진하는 무기염이, 염소 이온 및/또는 황산 이온의 음이온과, 암모늄 이온, 마그네슘 이온 및/또는 수소 이온의 양이온을 포함하는 무기염인, 제조 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상온에서 푸란 유도체의 중합을 억제하는 무기염의 농도가, 푸란 유도체 1mol에 대하여 0.0001 내지 0.004mol인, 제조 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 푸란 유도체의 중합을 촉진하는 무기염의 농도가, 푸란 유도체 1mol에 대하여 0.001 내지 0.1mol인, 제조 방법.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 공정 1)을 대기압 미만의 감압 하에서 행하는, 제조 방법.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 공정 2)의 가열을 80 내지 160℃에서 행하는, 제조 방법.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 목질 재료가 침엽수재인, 제조 방법.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 목질 재료가 삼나무재 또는 노송나무재인, 제조 방법.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 푸란 유도체 수지화 용액의 푸란 유도체의 농도가, 푸란 유도체 수지화 용액의 전체 기준으로 5 내지 50중량％(50중량％ 포함하지 않음)인, 제조 방법.
  13. 목질 재료를 개질하기 위한 푸란 유도체 수지화 용액이며,
    푸란 유도체, 상온에서 푸란 유도체의 중합을 억제하는 무기염 및 푸란 유도체의 중합을 촉진하는 무기염을 포함하여 이루어지는, 푸란 유도체 수지화 용액.
  14. 제13항에 있어서, 푸란 유도체 수지화 용액에 있어서의 용매가 물 매체인, 푸란 유도체 수지화 용액.
  15. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 기재된 제조 방법에 의해 개질된 목질 재료이며, 중합된 푸란 유도체를 적어도 포함하여 이루어지는, 개질 목질 재료.
  16. 제15항에 있어서, 목질 재료가, 바닥재, 데크, 외벽재, 루버, 가구, 트럭 보디, 나무 울타리, 가드레일, 외구재 및/또는 악기에 사용되는 목질 재료인, 개질 목질 재료.
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