JP2640604B2 - 化学修飾木質材の製造法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、熱流動性に優れた化学
修飾木質材の製造法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】木材を代表とする木質材は、自然界に最
も大量に存在する有機系天然資源であり、また再生産可
能な資源として最近注目を集めている。しかしながら、
これらの木質材は、不溶不融で、通常の熱可塑性樹脂の
ように流動したり、溶融したりしないので、任意の形状
に加工するのは容易ではない。また、従来、木質材は、
その優れた特徴を生かして建築材料を始め、その他種々
の用途に使用されているが、小径木や間伐材、或いは木
材工場から排出されるオガクズ等は、大部分が焼却等の
方法で廃棄されており、これらの有効な利用方法の開発
が望まれている。

【０００４】最近これらの有望な資源を有効利用する目
的で、木材を化学修飾し、熱可塑性を付与する研究が行
われている。例えば、ハロゲン化アリルを用いて木質材
をアリル化する方法、木質材を強アルカリ処理した後、
塩化ベンジルを用いて木質材をべンジル化する方法、無
水トリフルオロ酢酸と酢酸或いはラウリン酸等の脂肪酸
を用いて木質材をアシル化する方法、脂肪酸のカリウム
塩の存在下エポキシ化合物を用いて木質材をエーテル化
する方法（特公平３−３３０１８号公報）等が提案され
ている。

【０００５】また、本発明者等は、先に、改質木材小片
の製造方法（特開昭６０−８３８０６号公報）を提案し
た。この方法は、木材小片中の水酸基に二塩基酸無水物
とモノエポキシ化合物とを交互に付加エステル化反応さ
せるものであり、得られる改質木材小片熱圧成形が可能
で、耐湿、耐水性に優れた表面の固いシートまたはボー
ドとすることができるものである。

【０００６】しかしながら、これらの方法で得られた化
学修飾木材は熱可塑性は有するものの熱流動性に乏し
く、成形品とするには、例えば１８０〜２００℃、３０
０ｋｇ／ｃｍ²以上もの高温高圧で熱圧成形する必要が
あった。また、上記の方法によっても多量の反応性改質
材を木質材に付加させた場合、熱流動性は多少向上する
が、逆に得られる化学修飾木質材中の木質材含量が低く
なってしまうという問題があった。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、高い木質材
含量を有しながら、熱流動性が優れた化学修飾木質材を
容易に製造する方法を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、木質材
を下記式１（化１）で表わされるモノエポキシ化合物、
または該モノエポキシ化合物と有機酸無水物で化学修飾
するに際し、下記式２（化２）で表わされるハロヒドリ
ン化合物を共存させることを特徴とする化学修飾木質材
の製造法が提供され、更に、該式１（化１）で表わされ
るモノエポキシ化合物として、スチレンオキサイドを使
用することを特徴とする化学修飾木質材の製造法が提供
され、更にまた、該式２（化２）で表わされるハロヒド
リン化合物が２−クロロ−２−フェニルエタノールを使
用することを特徴とする前記化学修飾木質材の製造法が
提供される。

【化１】 （式中、Ｙはハロゲン原子、または炭素数１〜４のアル
キル基から選ばれる置換基を表わし、ｎは、置換基の個
数を表わす０〜５の整数であり、ｎが２〜５の整数を表
わす場合は、置換基Ｙの種類は同種でも異種でもよ
い。）

【化２】 （式中、Ｘはハロゲン原子を表わし、Ｚはハロゲン原
子、または炭素数１〜４のアルキル基から選ばれる置換
基を表わし、ｍは置換基の個数を表わす０〜５の整数で
あり、ｍが２〜５の整数を表わす場合は、置換基Ｚの種
類は同種でも異種でもよい。）

【０００９】即ち、本発明者等は、前記式２（化２）で
表わされるハロヒドリン化合物の共存下に、木質材を前
記式１（化１）で表わされるモノエポキシ化合物、また
は前記式１（化１）で表わされるモノエポキシ化合物と
有機酸無水物で化学修飾した化学修飾木質材が、式１
（化１）で表わされるモノエポキシ化合物、または式２
（化２）で表わされるハロヒドリン化合物の非存在下に
製造した化学修飾木質材に比べ、著しく優れた熱流動性
を有することを見いだし、本発明を完成するに至ったも
のである。

【００１０】以下に、本発明の熱流動性に優れた化学修
飾木質材の製造方法を具体的に説明する。本発明の化学
修飾木質材の製造に用いられる木質材としては、木粉、
木材繊維、木材チップや、パーティクルボード、ファイ
バーボード等の製造工程中に排出されるサンダー粉等の
木材小片や、麦わら、稲わら、モミガラ、バガス等の植
物繊維等のセルロース及びリグニンを主成分とするリグ
ノセルロース材料、または故紙、パルプ等のセルロース
及びヘミセルロースを主成分とするホロセルロース材
料、またはセルロース粉末、リンター等のセルロースを
主成分とするセルロース材料が挙げられる。これらの木
質材中の含水率が高い場合は、熱風乾燥機や真空乾燥機
等により乾燥して水分を１５％重量以下に除去してから
用いるのが好ましい。含水率が高い場合は反応体である
有機酸無水物やモノエポキシ化合物が副反応を起こす割
合が多くなるので好ましくない。

【００１１】本発明で使用される、モノエポキシ化合物
としては、前記式１（化１）で表わされる化合物であ
り、例えば、スチレンオキサイド、１，２−エポキシエ
チルトルエン、１，２−エポキシエチルキシレン等が挙
げられる。特に、工業的に安価で有利なスチレンオキサ
イドが好ましい。

【００１２】有機酸無水物としては、無水マレイン酸、
無水フタル酸、無水コハク酸、無水テトラヒドロフタル
酸、無水ヘキサヒドロフタル酸、無水３・６ジクロロフ
タル酸、無水イタコン酸、無水ヘット酸、無水酢酸等が
挙げられる。特に、工業的に安価で有利な無水マレイン
酸、無水フタル酸、無水コハク酸等が好ましい。

【００１３】前記式２（化２）で表わされるハロヒドリ
ン化合物としては、２−クロロ−２−フェニルエタノー
ル、２−ブロモ−２−フェニルエタノール、２−ブロモ
−２−ｍ−トリルエタノール等が挙げられる。

【００１４】前記式２（化２）で表わされるハロヒドリ
ン化合物の添加量は、木質材１００重量部に対して、該
ハロヒドリン化合物を１．０〜５０重量部使用するのが
好ましい。添加量が１．０重量部より少ない場合は、得
られた化学修飾木質材の熱流動性が乏しく、例えば熱流
動性の一つの指標であるメルトインデックス（ＭＩ）の
測定が不可能であり好ましくない。また、ハロヒドリン
化合物の添加量が５０重量部を越えた場合は、反応終了
後の生成物中のハロヒドリン化合物含有量が多くなりす
ぎるので好ましくない。

【００１５】本発明の製造方法において、木質材を式１
で表わされるモノエポキシ化合物で化学修飾する場合に
ついて説明する。反応は木質材、モノエポキシ化合物及
び前記ハロヒドリン化合物を一度に反応容器に仕込み、
反応温度６０℃以上、好ましくは９０℃〜２００℃で行
われ、反応時間１０分〜２０時間で本発明の化学修飾木
質材が得られる。なお、反応生成物を洗浄して未反応
物、副生物を除去することも可能であるが、そのまま反
応生成物を化学修飾木質材として使用してもなんら差し
支えない。この反応は、触媒を使用しなくても十分に進
行するが、反応を促進させるために酢酸カリウム、ジメ
チルベンジルアミン、イミダゾール類等の通常のエーテ
ル化触媒を用いることができる。

【００１６】モノエポキシ化合物の使用量は、木質材１
００重量部に対して１５〜２５０重量部使用するのが好
ましい。使用量が１５重量部未満の場合は、得られた熱
可塑性化学修飾木質材は熱流動性に乏しく、ＭＩの測定
が不可能である。逆に、使用量が２５０重量部を超えた
場合は、熱流動性に優れた化学修飾木質材が得られるも
のの、木質材含量が低くなりすぎ、本発明の目的に反す
るばかりでなく、経済的にも好ましくない。

【００１７】次に、本発明の製造方法において、木質材
をモノエポキシ化合物と有機酸無水物で化学修飾する場
合について説明する。モノエポキシ化合物と有機酸無水
物の使用量は合計で木質材１００重量部に対して１５〜
２５０重量部使用するのが好ましい。使用量が１５重量
部未満の場合は、得られた化学修飾木質材は熱流動性に
乏しく、ＭＩの測定が不可能である。逆に、使用量が２
５０重量部を超えた場合は、熱流動性に優れた化学修飾
木質材が得られるものの、木質材含量が低くなりすぎ、
本発明の目的に反するばかりでなく、経済的にも好まし
くない。

【００１８】また、有機酸無水物とモノエポキシ化合物
の仕込み割合は、エポキシ基１当量に対し、無水酸基
１．５当量以下が好ましい。これよりも無水酸基が多い
場合は、木質材中の水酸基に付加したカルボキシル基を
末端に有する有機酸無水物の半エステルの生成量が多く
なり、得られた化学修飾木質材の耐水性が低下するので
好ましくない。

【００１９】木質材と該モノエポキシ化合物、及び有機
酸無水物を前記式２（化２）で表わされるハロヒドリン
化合物の共存下での反応は、一般に６０℃以上の反応温
度で容易に進行するが、好ましくは９０℃〜２００℃で
行なうことができる。また、反応方法としては木質材、
該モノエポキシ化合物、有機酸無水物及び前記式２（化
２）で表わされるハロヒドリン化合物を一度に反応容器
に入れて反応させるか、木質材と該モノエポキシ化合物
及び前記式２（化２）で表わされるハロヒドリン化合物
を前もって１０分〜５時間加熱攪拌した後、酸無水物を
加えて反応させるか、または木質材と酸無水物及び前記
式２（化２）で表わされるハロヒドリン化合物を前もっ
て１０分〜５時間加熱攪拌した後、該モノエポキシ化合
物を加えて反応させる方法等が挙げられるが、そのいず
れの方法であっても差し支えない。このようにして本発
明の化学修飾木質材を得ることができる。なお、反応生
成物を洗浄して未反応物、副生物を除去することも可能
であるが、そのまま反応生成物を化学修飾材として使用
してもなんら差し支えない。

【００２０】本発明の製造法で得られた化学修飾木質材
は、熱流動性が良好であるため、一般のプレス成形は勿
論、押出し成形、射出成形等により通常の熱可塑性樹脂
を成形加工する加工条件で成形加工したり、熱可塑性樹
脂の改質材、または発泡プラスチックの原材料等として
用いることができ、多くの分野において、工業用部品材
料、建築材料等として好適なものである。

【００２１】

【実施例】以下、本発明を実施例によって更に具体的に
説明するが、本発明はこれら実施例に制限されるもので
はない。実施例においては木質材として木粉（商品名：
ＬＩＧＮＯＣＥＬ Ｓ１５０ＴＲ； Ｊ．Ｒｅｔｔｅｎ
ｍａｒｉｅｒ ＆ Ｓｏｅｈｎｅ社製；繊維長：３０〜
６０μ）を用いた。得られた化学修飾木質材の木粉率
は、木質材の重量（Ｍ）、木質材以外に仕込んだ化合物
の重量（Ｎ）より次式により求めた。 木質率（％）＝１００Ｍ／（Ｍ＋Ｎ）

【００２２】アセトン可溶部は、アセトンに可溶となっ
た化学修飾木質材、及び木質材成分に結合していない副
反応生成物を意味している。アセトン可溶部は、得られ
た化学修飾木質材より、サンプリングした試料の重量
（Ｘ）と、この試料をソックスレー抽出したときのアセ
トン可溶部の重量（Ｙ）より次式によって求めた。 アセトン可溶部（重量％）＝１００Ｙ／Ｘ このアセトン可溶部が大きいほど、化学修飾木質材の熱
流動性は良好となる。

【００２３】得られた化学修飾木質材の熱流動性は、Ｍ
Ｉで評価した。ＭＩは、ＪＩＳ Ｋ７２１０に従い、１
５０℃、試料荷重１０ｋｇｆ、或いは１９０℃、試料荷
重１０ｋｇｆで測定した値より求めた。なお、単位はｇ
／１０ｍｉｎ．である。

【００２４】実施例１ 乾燥木粉１８．８ｇ、スチレンオキサイド１３．２７
ｇ、及び２−クロロ−２−フェニルエタノール５．６４
ｇを５００ｍｌのセパラブルフラスコに仕込み、１５０
℃で２時間攪拌後、無水コハク酸５．５３ｇを加え、更
に１５０℃で５時間攪拌下に反応して化学修飾木質材
（１Ａ）を得た。更に、この化学修飾木質材（１Ａ）の
一部を取り、多量の２−プロパノールで洗浄し、木質材
成分に結合していない副反応生成物を除去した後、乾燥
して、化学修飾木質材（１Ｂ）を得た。これらの化学修
飾木質材のソックスレー抽出によるアセトン可溶部の重
量％、及びＭＩの値を表１に示す。

【００２５】実施例２ 乾燥木粉２０．０ｇ、スチレンオキサイド８．５７ｇ、
及び２−クロロ−２−フェニルエタノール５．５ｇを５
００ｍｌのセパラブルフラスコに仕込み、１５０℃で６
時間攪拌下に反応して化学修飾木質材を得た。そのソッ
クスレー抽出によるアセトン可溶部の重量％、及びＭＩ
の値を表１に示す。

【００２６】比較例１ 乾燥木粉１５．０ｇ、スチレンオキサイド１１．１７
ｇ、及びブチル−３−クロロ−２−ヒドロキシプロピル
エーテル６．１６ｇを５００ｍｌのセパラブルフラスコ
に仕込み、１５０℃で２時間攪拌後、無水コハク酸６．
６２ｇを加え、更に１５０℃で５時間攪拌下に反応して
化学修飾木質材を得た。そのソックスレー抽出によるア
セトン可溶部の重量％、及びＭＩの値を表１に示す。

【００２７】比較例２ 乾燥木粉１８．８ｇ、フェニルグリシジルエーテル１
４．１０ｇ、及び２−クロロ−２−フェニルエタノール
５．６４ｇを５００ｍｌのセパラブルフラスコに仕込
み、１５０℃で２時間攪拌後、無水コハク酸４．７１ｇ
を加え、更に１５０℃で５時間攪拌下に反応して化学修
飾木質材を得た。そのソックスレー抽出によるアセトン
可溶部の重量％、及びＭＩの値を表１に示す。

【００２８】

【表１】

【００２９】表１の実施例１または２に示されるよう
に、前記式１（化１）で表わされるモノエポキシ化合物
としてＳＯ、前記式２（化２）で表わされるハロヒドリ
ン化合物としてＣＰＥを用いて製造した化学修飾木質材
は、ＭＩが測定できるほどの熱流動性を示した。それに
対して、比較例１で示されるように、式２で表わされる
ハロヒドリン化合物を用いなかった場合や、比較例２で
示されるように、式１で表わされるモノエポキシ化合物
を用いなかった場合は、ＭＩを測定することができなか
った。このことより、熱流動性の良好な化学修飾木質材
を得るためには、前記式１で表わされるモノエポキシ化
合物と、前記式２で表わされるハロヒドリン化合物を併
用することが必須であることが分かる。

【００３０】

【発明の効果】本発明の製造方法で得られた化学修飾木
質材は、木質材含量が高い上、従来の製造方法により得
られた化学修飾木質材に比べ、熱流動性が極めて優れ、
加熱することにより直径２．０９５ｍｍのオリフィス管
より流出させることができ、通常の熱可塑性樹脂と同様
に成形加工することができ、しかも、本発明の製造法に
よってこのような極めて優れた熱流動性を有する化学修
飾木質材を簡単な方法で容易に製造することができる。

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 木質材を下記式１（化１）で表わされる
   モノエポキシ化合物、または該モノエポキシ化合物と有
   機酸無水物で化学修飾するに際し、下記式２（化２）で
   表わされるハロヒドリン化合物を共存させることを特徴
   とする化学修飾木質材の製造法。 【化１】 （式中、Ｙはハロゲン原子、または炭素数１〜４のアル
   キル基から選ばれる置換基を表わし、ｎは、置換基の個
   数を表わす０〜５の整数であり、ｎが２〜５の整数を表
   わす場合は、置換基Ｙの種類は同種でも異種でもよ
   い。） 【化２】（式中、Ｘはハロゲン原子を表わし、Ｚはハロ
   ゲン原子、または炭素数１〜４のアルキル基から選ばれ
   る置換基を表わし、ｍは置換基の個数を表わす０〜５の
   整数であり、ｍが２〜５の整数を表わす場合は、置換基
   Ｚの種類は同種でも異種でもよい。）
2. 【請求項２】 前記式１（化１）で表わされるモノエポ
   キシ化合物がスチレンオキサイドであることを特徴とす
   る請求項１記載の化学修飾木質材の製造法。
3. 【請求項３】 前記式２（化２）で表わされるハロヒド
   リン化合物が２−クロロ−２−フェニルエタノールであ
   ることを特徴とする請求項１記載の化学修飾木質材の製
   造法。