JP3553660B2 - 改質木材の製法 - Google Patents
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Description
【産業上の利用分野】
本発明は木材あるいは木質系材料の寸法安定化、耐久化、及び外観の向上化に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来より木材にメタクリル酸エステル、スチレン等のビニル系モノマ−及びプレポリマ−並びに不飽和ポリエステル類を含浸し木材中で重合、硬化させて得られる木材プラスチック複合体はWPCと称せられ、寸法安定性や強度、耐久性、耐摩耗性を向上させた材料として、その性能が広く認識されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、これらのWPCは十分な寸法安定性を付与するためには木材へ十分な注入を行なわなければならないため、処理剤のコストがかかるばかりか、含浸率の増加にともない木材の素材感が失われやすいという欠点があった。
【0004】
また、かかる問題点を解決するために、低含浸率、低コストで環状エステル化合物と木材の複合化等も試みられており、優れた寸法安定性が得られている。しかしながら環状エステル化合物単独では、木材が十分膨潤するものの軟質化して表面硬度が低下し傷が発生しやすく強度的な改善効果はあまりなかった。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明は上記の問題を解決するために検討されたもので、請求項1に記載の発明は、アクリル系化合物と環状エステル系化合物を混合した薬液を木材あるいは木質系材料に含浸し、硬化させる改質木材の製法において、上記環状エステル系化合物は、環状構造中に窒素を含まない構造であることを特徴とする改質木材の製法である。また、請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の改質木材の製法において、前記環状エステル系化合物は、β−プロピオラクトン、δ−バレロラクトン、ε−カプロラクトン、クマリン、テトリン酸、フタリド、及び、これらの誘導体の中から1種又は2種以上選択された化合物であることを特徴とする改質木材の製法である。請求項3の発明は、前記アクリル系化合物と、前記環状エステル系化合物を1:5〜5:1の割合で混合した薬液を、不揮発分で10〜30%の含浸率で木材あるいは木質系材料に含浸し、硬化させることを特徴とする請求項1または2に記載の改質木材の製法である。請求項4の発明は、前記アクリル系化合物をメチルメタクリレートとし、前記環状エステル系化合物をε−カプロラクトンとしたことを特徴とする請求項3に記載の改質木材の製法である。本発明は、上記により木材の特性を損なわずに外観を向上させ、寸法安定性、強度に優れた改質木材の製法を提供するものである。以下、本発明について説明する。
【0006】
本発明に用いるアクリル系化合物としてはアクリル酸、メタクリル酸、アクリル酸エステル、メタクリル酸エステル、不飽和ポリエステル、スチレン、スチレン誘導体の中から1種又は2種以上を選択し、重合開始剤、例えば過硫酸化物、過酸化水素、過酸化物、アゾ系重合開始剤、酸化還元型のレドックス重合開始剤等、更に必要に応じてアミン、金属セッケン等の重合促進剤を添加したものが適用できる。
【0007】
アクリル酸エステルについてはアルキルアクリレ−ト、ヒドロキシアルキルアクリレ−ト、ジエチレングリコ−ルアクリレ−ト、ポリエチレングリコ−ルアクリレ−ト、グリシジルアクリレ−ト、エチレングリコ−ルジアクリレ−ト、エトキシアルキルアクリレ−ト等が例示され、また、メタクリル酸エステルについてはアルキルメタクリレ−ト、ヒドロキシアルキルメタクリレ−ト、グリシジルメタクリレ−ト、エチレングリコ−ルメタクリレ−ト、エチレングリコ−ルジメタクリレ−ト、ポリエチレングリコ−ルメタクリレ−ト、ポリエチレングリコ−ルジメタクリレ−トアルキル:エチル、メチル、ペンチル等)が例示される。スチレン誘導体としてはα−メチルスチレン、p−メチル−α−メチルスチレン等が例示される。好適には浸透性がよく重合しやすいメチルメタクリレ−トを用いるのが望ましい。
【0008】
環状エステル系化合物としては、β−プロピオラクトン、δ−バレロラクトン、ε−カプロラクトン、クマリン、テトリン酸、フタリド等の化合物や、これらの誘導体の中から一種又は2種以上を選択し、反応を迅速かつ効率よく進めるために、必要に応じてアルカリ金属、アルカリ金属の水素化物、水酸化物、炭酸塩、アルキル金属脂肪族アミン、酸、金属ハロゲン化物を添加したものが適用できる。好適にはコスト的に有利で反応性に富むε−カプロラクトンを用いるのが望ましい。
【0009】
アクリル系化合物と環状エステル系化合物は重量比で1:99〜99:1の割合で混合するのが望ましく、環状エステル系化合物が多く1:99を超える場合は強度不足となりやすく、アクリル系化合物が多く99:1を超える場合は環境の変化に追従しづらくなり寸法変化が大きくなり割れを生じやすいものとなる。抗湿能、曲げ強さ、外観性(特に透明感、肌触り)に優れるのは1:5〜5:1の範囲である。
【0010】
薬液は木材への付着量をコントロールするために各処理液に相溶性のある種々の溶媒を添加して希釈して用いることが可能で、この場合、溶媒としては薬液との反応性が低いほど好ましく、具体例として、ヘキサン、ヘプタンなどの脂肪族炭化水素、トルエン、キシレンなどの芳香族炭化水素、ジエチルエーテル、ジイソプロピルエーテル、テトラヒドロフラン、ジオキサンなどのエーテル類、酢酸エチル、酢酸ブチルなどのエステル類、アセトン、メチルエチルケトンなどのケトン類、さらには水やアルコール類などが挙げられるが、特にこれらに限定するものではない。
【0011】
薬液は木材の組織内部まで浸透させるという観点から注入法を用いるのが望ましく、例えば、浸漬法、減圧注入、加圧注入、あるいはこれらの注入法を組み合わた方法などが適用できる。薬液の含浸率は木材の素材感を損うことなく寸法安定性、強度を向上させるため不揮発分で10〜30%とするのが望ましい。ここで含浸率は薬液の付着量を元の木材の重量で除し100を乗じたもので式1で表される。
【0012】
【式1】
W=[(W2−W1)/W1]×100(%)
W :含浸率
W2:含浸、乾燥後の木材の重量
W1:元の木材の重量
【0013】
上記の薬液で処理した木材は、熱風加熱、赤外線加熱、遠赤外線加熱等の加熱処理や、放射線、紫外線等で硬化させることが可能であり、加熱温度や加熱時間等はアクリル系化合物や環状エステル系化合物が充分に硬化し、木材が損傷しない程度であればよく、加熱処理の条件は薬液の組成、硬化剤によって多少異なるが、概ね、80〜140℃、0.1〜8時間とするのが望ましい。さらに、平板プレスや連続プレスなどを用いて加熱と同時に加圧しても差し支えなく、この場合は、硬化が促進され強度的にも優れたものとなる。加圧する際の圧力の条件としても、硬化を促進し、木材が損傷しない程度とするのが望ましく、5〜20kgf/cm2の条件が適する。
【0014】
本発明に適用できる木材や木質系材料としては、製材品、スライス単板、集成材、パ−ティクルボ−ドなどが挙げられ、具体的には、アカガシ、カバ、ブナ、ラワン、ポプラ、カポ−ル、ナラ、ケヤキ、エノキなどの広葉樹材、スギ、マツ、カラマツ、ヒノキなどの針葉樹材、ゴムノキ集成材、LVL(Laminated Veneer Lumber)等、また、形状的には板状、柱状など例示しうるが、これらに限定するものものではない。
【0015】
【作用】
木材にアクリル系化合物と環状エステル系化合物を主成分とする薬液を含浸し、硬化させる事によって通常の低含浸WPCの欠点を補い、木材との親和性の良い環状エステル化合物によって寸法変化を効果的に抑え、アクリル系化合物の重合に伴う木材中での収縮を緩和し、割れにくいものとなる。
【0016】
以下、実施例、比較例を示し詳細に説明する。
【実施例】
実施例1
アクリル系化合物としてメチルメタクリレ−ト(シロップ状)250g、重合開始剤として過酸化ベンゾイル2.5g、環状エステル化合物としてε−カプロラクトン250g、溶媒としてトルエン500gを混合して薬液(A)を得た。次いで厚さ5mm、気乾比重0.37〜0.42、繊維方向長さ300mm、接線方向100mmのスギに薬液(A)を減圧加圧法により含浸率が不揮発分で20%となるように含浸し、120℃の熱風乾燥器中で3時間加熱し、実施例1の改質木材を得た。
【0017】
実施例2
アクリル系化合物としてポリエチレングリコ−ルモノメタクリレ−ト300gと2−ヒドロキシエチルメタクリレ−ト300g、重合開始剤として過酸化ベンゾイル6.0gと、環状エステル化合物としてε−カプロラクトン200g、触媒として塩酸2.0g、溶媒として蒸留水200gとを混合して薬液(B)を得た。次いで実施例1と同様のスギに減圧法により薬液(B)を含浸率が不揮発分で20%となるように含浸し、120℃の熱風乾燥器中で3時間加熱し、実施例2の改質木材を得た。
【0018】
実施例3
アクリル系化合物としてグリシジルメタクリレ−ト300gとスチレン300g、重合開始剤としてメチルエチルケトンパ−オキサイド6.0g、触媒としてオクテン酸コバルト6.0g、環状エステル化合物としてε−カプロラクトン200gとを混合し薬液(C)を得た。次いで実施例1と同様のスギに減圧加圧法により薬液(C)を含浸率が不揮発分で20%となるように含浸し、風乾後ホットプレスを用いて60℃、圧力5kgf/cm2で30分加熱圧締し、実施例3の改質木材を得た。
【0019】
実施例4
アクリル系化合物としてメチルメタクリレ−ト(シロップ状)250g、重合開始剤として過酸化ベンゾイル2.5gと、環状エステル化合物としてδ−バレロラクトン250g、溶媒としてトルエン500gとを混合し薬液(D)を得た。次いで実施例1と同様のスギに減圧加圧法により薬液(D)を含浸率が不揮発分で20%となるように含浸し、120℃の熱風乾燥器中で3時間加熱し、実施例4の改質木材を得た。
【0020】
比較例1
環状エステル化合物を用いることなく、アクリル系化合物としてメチルメタクリレ−ト(シロップ状)500gとスチレン500g、重合開始剤として過酸化ベンゾイル2.0gとを混合して処理剤(a)を得た。次いで実施例1と同様のスギに減圧加圧法により処理剤(a)を含浸率が不揮発分で20%となるように含浸し、120℃の熱風乾燥器中で3時間加熱し、比較例1の処理木材を得た。
【0021】
比較例2
環状エステル化合物を用いることなく、アクリル系化合物としてメチルメタクリレ−ト(シロップ状)300gと不飽和ポリエステル500gとスチレン200g、重合開始剤として過酸化ベンゾイル6.0g、触媒としてオクチル酸コバルト6.0gを混合し処理剤(b)を得た。次いで実施例1と同様のスギに減圧加圧法により処理剤(b)を含浸率が不揮発分で20%となるように含浸し、風乾後ホットプレスを用いて60℃、圧力5kgf/cm2で30分加熱圧締し、比較例2の処理木材を得た。
【0022】
比較例3
環状エステル化合物を用いることなく、アクリル系化合物としてポリエチレングリコ−ルモノメタクリレ−ト400gと2−ヒドロキシエチルメタクリレ−ト600g、重合開始剤としてメチルエチルケトンパ−オキサイド10gを混合して処理剤(c)を得た。次いで実施例1と同様のスギに減圧加圧法により処理剤(c)を含浸率が不揮発分で20%となるように含浸し、120℃の熱風乾燥器中で3時間加熱し、比較例3の処理木材を得た。
【0023】
比較例4
アクリル系化合物を用いることなく、環状エステル化合物としてε−カプロラクトン300g、触媒として塩酸6g、溶媒として水700gとを混合し、処理剤(d)を得た後、実施例1と同様のスギに減圧加圧法により処理剤(d)を含浸率が不揮発分で20%となるように含浸した。次いで120℃の熱風乾燥器中で3時間加熱し、比較例4の処理木材を得た。
【0024】
実施例1〜実施例4の改質木材、及び比較例1〜比較例4の処理木材について寸法安定性、吸湿性、曲げ強さ、割れについて評価した。寸法安定性、吸湿性については試験体を40℃−30%RH、40℃−90%RHの恒温恒湿槽に平衡になるまで静置し、抗膨潤能(ASE)、抗吸湿性(MEE)を測定した。曲げ強さについてJISZ2113に基づき試験を行った。割れについてはJAS寒熱繰返しA試験に基づき、80℃の恒温器中に2時間放置した後、−20℃の恒温器中に2時間放置する工程を5サイクル繰返し、室温に達するまで放置し外観を確認し、割れなきを〇、割れありを×とした。評価結果を表1に示す。
【0025】
【表1】
【0026】
【発明の効果】
アクリル系化合物と環状エステル系化合物を主成分とする薬液を木材に注入し、硬化させて得られる改質木材は、従来のWPCに比べ含浸率が低いにもかかわらず割れにくく、寸法安定性、強度物性に優れたものとなる。
【0027】
更に薬液の含浸率が10〜30%と低いために木質の肌触りや外観が向上したものとなる。
Claims (4)
- アクリル系化合物と、環状エステル系化合物を混合した薬液を木材あるいは木質系材料に含浸し、硬化させる改質木材の製法において、上記環状エステル系化合物は、環状構造中に窒素を含まない環状エステル系化合物であることを特徴とする改質木材の製法。
- 前記環状エステル化合物は、β−プロピオラクトン、δ−バレロラクトン、ε−カプロラクトン、クマリン、テトリン酸、フタリド、及び、これらの誘導体の中から1種又は2種以上選択された化合物であることを特徴とする請求項1に記載の改質木材の製法。
- 前記アクリル系化合物と、前記環状エステル系化合物を1:5〜5:1の割合で混合した薬液を、不揮発分で10〜30%の含浸率で木材あるいは木質系材料に含浸し、硬化させることを特徴とする請求項1または2に記載の改質木材の製法。
- 前記アクリル系化合物をメチルメタクリレートとし、前記環状エステル系化合物をε−カプロラクトンとしたことを特徴とする請求項3に記載の改質木材の製法。
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