JPH01154703A - 改質木質材料およびその製造方法 - 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】 〔技術分野〕 この発明は、木材−プラスチック複合体を得るなめのＷ
　Ｐ　Ｃ（Ｗｏｏｄ　Ｐｌａｓｔｉｃ　Ｃｏｍｂｉｎａ
ｔｉｏｎまたはＷｏｏｄ　Ｐｌａｓｔｉｃ　Ｃｏｍｐｏ
ｓｉｔｅの略）加工を利用した改質木質材料およびその
製造方法に関するものである。

〔背景の技術〕

従来より、木質材料に、スチレン、メタクリル酸メチル
、酢酸ビニル、アクリロニトリルなどのビニルモノマー
類、不飽和ポリエステル、アクリル系オリゴマー−の単
独またはこれらの混合系の重合性樹脂液を含浸注入し、
木質材料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、通常の木材に比べて耐摩耗性、耐水性、強
度、寸法安定性等が優れるため、これら単独あるい他の
材料と組み合わせて種々の用途へ利用されている。

重合硬化させる方法としては放射線重合法、触媒重合法
等があるが、通常は重合性樹脂液と重合開始剤を混合し
、減圧あるいは加圧等の注入操作方法によって、木材中
に含浸して加熱重合硬化させる触媒重合法が主流である
。

木材は多孔体であるため、重合性樹脂液を木材に含浸す
る場合、その空隙の大部分がこの重合体樹脂液で置き換
わるため、得られる木材−プラスチック複合体は、通常
１２０％以上の樹脂含浸率（重合硬化樹脂重量／木材重
量×１００％）になる、この様に大量の重合性樹脂液を
必要とするためにコスト高になり更に得られた木材−プ
ラスチック複合体は、表面がプラスチック感の強いもの
となり、木質材料本来の木質感（木肌、暖か味、やわら
かい味、風合い）が消失してしまう、更に高含有率の場
合、重合性樹脂を木材中で加熱重合硬化させる重合時の
硬化収縮のために、注入された樹脂硬化体（ポリマー）
と木材組織との間に空隙が生じる。このため水分がこの
空隙に浸入し、その部分が白く見える現象（白化）が起
こり、また寸法安定性等の耐水性が余り改善されないと
いう問題もある。

更に、加熱重合硬化には均一な一定時間の加熱操作が必
要で、材料の種類、厚さ、重合開始剤の量などの一定条
件が保持されなければ完全硬化には至らない、未反応の
重合性モノマーが残存した場合は、この木材−プラスチ
ック複合体は未反応上ツマ−の臭気が残ったり、あるい
はモノマーが浸出したりして様々な問題を発生する。更
に通常用いられる過酸化ベルジイル、クメンヒドロペル
オキシド、アゾビスイソブチロルニトリルなどの重合性
開始剤と重合性樹脂との混合系ではポットライフが短く
、特に夏場などの高温期にはゲル化等のトラブルの発生
がある。

この様な、木材−プラスチック複合体の欠点を改良すべ
く研究が進められ、近時、モノマー類あるいは、アクリ
ル系官能性オリゴマーを適当な溶媒に希釈の後、材に注
入し処理コストを抑える方法が行なわれている。しかし
、重合硬化に長時間を要したり、重合にムラが生じたり
硬化収縮に伴なう木材の変形や割れが発生したりして、
著るしい改善にはならない。

更に、溶剤可溶性のポリマーを溶媒に希釈後、材に注入
し溶媒を揮散させ処理する方法も行なわれている。この
場合、ポリマーは木材の細胞内腔に充填されているだけ
で、壁との化学結合あるいは壁との強い相互作用（イン
ターラフシラン）が存在しないため、寸法安定性や力学
的性能の向上は殆ど望めない。

〔発明の目的〕

この発明の目的は、耐熱性、耐水性、耐熱水性、耐候性
等の耐久性や寸法安定効果に優れると共に、木質感（末
法、風合い）を有し、しかも生産性に優れた改質木質材
料およびその製造方法を提供することである。

〔発明の開示〕

この発明の改質木質材料は、活性な水酸基を有するポリ
マーとブロックイソシアネート架橋剤とを主成分とする
ポリマー組成物を木材中に分散、硬化させてなるもので
ある。

すなわち、この発明によれば、木材中でポリマーの活性
な水酸基とイソシアネートとの架橋反応および木材組織
（セルロース成分の水酸基）とイソシアネートとの架橋
反応が生じ、含浸したポリマーが３次元の網目構造の硬
化物となると共に木材組織との密着性を含む相互作用が
出現するため、改質木質材料の物性（耐久性、寸法安定
性など）を飛躍的に向上させることができる。

更にブロックイソシアネート架橋剤は分解温度に達しな
ければ熱分解すなわちブロック剤の解離が起こらないた
め含浸処理工程上量も重要な、含浸液の保存性（ポット
ライフ）が高（安定しているから、生産性、作業性に優
れている。

またこの発明の改質木質材料は、活性な水酸基を有する
ポリマーとブロックイソシアネート架橋剤とを主成分と
するポリマー組成物をを機溶剤に溶解させて含浸液を作
成する工程と、前記含浸液を木材に含浸させる工程と、
含浸させた含浸液から前記有機溶剤を揮散させ、前記ポ
リマー組成物を硬化させてなる工・程を含むものである
。

この発明によれば、ポリマー組成物を有機溶剤に溶解さ
せて含浸液を作成し、これを木材に含浸させるため、ポ
リマー組成物を単独で含浸させる場合に比べ、ポリマー
組成物の木材内部での含浸性、浸透性が高まり、木材の
性能を改良するうえでより有効である。

活性な水酸基を有するポリマーとしては、たとえば以下
のものがあげられる。

■　エポキシ樹脂 ビスフェノールＡとエピクロルヒドリンとの縮合反応に
よって合成されたビスフェノールＡ型樹脂であって、次
式で示されるものである。

■　フェノキシ樹脂 （式中、ｎは約８２〜１２３の整数である。）■　ブチ
ラール樹脂、ホルマ、−ル樹脂（総称はポリビニルアセ
タール樹脂） ポリビニルアセタール樹脂は次式で示される。

（式中、ＲはＣ３Ｈ？またはＨである。）■　ポリビニ
ルアルコール樹脂 ■　メチロールメラミン樹脂、レゾール樹脂ＮＲ２ （式中、ＲはＨまたはｃｕｔｏｎである。）（メチロー
ルメラミン） （レゾール樹脂） この発明に用いるポリマー組成物の平均分子量は、木質
材料への含浸性あるいは物性の改良面からｓｏ、ｏｏｏ
以下であることが望ましい。

これらポリマー組成物の単独又は混合系を溶解させる有
機溶剤としては、相溶性が良く、木材組織に親和性のあ
、るものを使用する必要があり、たとえばメタノール、
ｎ−ブチルアルコールなどのアルコール類、酢酸エチル
、酢酸ｎ−ブチルなどのエステル類、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、トルエン、キシレンなどの炭化水素類、あるいはア
セトン、メチルエチルケトンなどのケトン類などがあげ
られる。これらのを機溶剤は単独又は２種以上の混合溶
剤として用いる。有機溶剤に対するポリマー組成物の濃
度は、樹脂の含浸性や含浸率、作業率などから適宜決定
することができ、特に制限されるものではないが、通常
は５０％以下の温度に設定することが望ましい。

ブロックイソシアネート架橋剤は、イソシアネート基に
反応して一時的に安定な化合物を作り、後から適当な熱
処理が行なわれると熱開裂によつて、元の活性イソシア
ネート基を再生する様な化合物すなわち、メタノール、
エタノール、フェノール、エチルメルカプタン、β−チ
オナフトール、Ｎ−メニルアニリン、アセチルアセトン
、アセト酢酸エチル、アセトオキシム、シクロヘキサノ
ンオキシム、重亜硫酸ソーダなどのブロック剤でマスキ
ングされた化合物であり、物性、作業性により又熱開裂
温度により適宜選択決定する。ブロックイソシアネート
架橋剤の配合する量は、ポリマーのＯＨ基に対して０．
１〜１０モルの範囲が反応完結性等から好ましい。

更に場合によって、゛この配合系にジブチルスズジラウ
レートなどの硬化促進剤を添加する場合もあるが、この
ときは０．５〜２．０ＰＩＩＲ程度を添加する。

含浸液を含浸する木質材料は、住宅等の建築材料として
従来より広く使用されている。松、杉、桧、栂、堵など
の針葉樹あるいはナラ、ブナ、タモ、シオジ、欅などの
広葉樹の無垢材、合板、集成材があげられる。

含浸方法としては、常圧下で木材を含浸液に浸漬する常
圧浸漬法のほか、減圧下で浸漬しついで常圧又は加圧下
で浸漬する減圧常圧法、減圧加圧法等がいずれも採用可
能であり、含浸量及び木材の種類によって適宜決定する
。

ポリマー組成物の含浸量は、耐熱性、耐水性、耐熱水性
、耐候性などの耐久性や寸法安定性を高め、かつ木材の
もつ本来の末法や風合い等の木質感を損なわれない範囲
で適宜決定することができる。

本発明者らの研究の結果によれば、木材中の空隙に樹脂
を完全に充填したときの樹脂含浸率を１００％とすると
、樹脂含浸率が２〜８０％、好ましくは２０〜８０％の
範囲であれば、木質感の高い改質木質材料が得られる傾
向にあり、８０％を越えると木質感が悪くなり、２％未
満では木材の′改質効果が小さくなる。

含浸後、含浸木材を乾燥させて溶剤を揮散させ、加熱等
により樹脂を硬化させる。溶剤の揮散方法としては、風
乾法のほか、温風や熱風による強制乾燥法、減圧下で行
なう減圧乾燥法などが採用可能である。強制乾燥では、
溶剤と共に主成分が揮散あるいは溶出しない様に徐々に
行なうことが望ましい。

硬化温度は、使用するブロックイソシアネートの活性化
温度が基本になるが、木質材料自体の変形や割れなどの
トラブル発生から通常１００℃以下士行なうようにする
ことが望ましい。

この様にして得られた改質木質材料は、木材中でポリマ
ー組成物の架橋硬化により木材細胞と強固に結びついた
木材の改質処理が行なわれているため高い耐熱性、耐水
性、耐熱水性、耐溶剤性、耐候性、更に高寸法安定性を
有し、しかも木質感を有している。

又、含浸処理に際しては、ブロック剤によって活性イソ
シアネート基がマスキングされた形となっているため、
ポットライフは安定しており、更に木材中の水分の影響
が少ない、したがって、生産性が向上する。

〔本発明の効果〕

この発明によれば、木材に本来の木質嵌入を保持させた
まま高い耐久性、寸法安定性を付与することができる。

また、高いポットライフを確保し生産性の向上をも図る
ことができる。

ス」１医 実施例１：ビスフェノールＡとエピクロルヒドリンとか
ら合成されたエポキシ樹脂（油化シェルエポキシ■製の
エピコート１００１）にブロックイソシアネート架橋剤
（第一工業製薬■製のＭ２１１２）をＮＧＯ１０Ｒ＝５
．０（モル比）を配合し、更に硬化促進剤ジブチルスズ
ジラウレート１．０ＰＨＲを添加した配合物をアセトン
溶媒で２５％に希釈し含浸液を作成した。

一方、米松柾目板（１５ｘ　１５０Ｘ　２００（ａｍ）
、含水率８．２％）、台桧柾目板（１５Ｘ’　１５０Ｘ
　２００（ｍ＋ｓ）、含水率９．３％）および欅無垢板
（１５ｘ　１５０ｘ　２００（１）、含水率８．８％）
をそれぞれ減圧含浸釜に設定し、釜内を１３ｔｏｒｒに
排気したのち、含浸液を注入処理し含浸木材を得た。

これを７０℃温風乾燥機で８時間乾燥し更に温度を１０
０’Ｃにして３時間加熱し含浸硬化木材を得た。

これらの３０時間水中浸漬におけるＡ　Ｓ　Ｅ　（ａｎ
ｔｉ−ｓｉｉｅｌｌｉｎｇ　ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ、抗
膨張能）は、５９．５２．５０であった。なお、ＡＳＥ
値は次式により求めた。

ｖｃ ｖｃ；未処理材の容積膨張率 Ｖｔｉ処理材の容積膨張率 実施例２：フェノキシ樹脂（巴工業■のＰＫ）ＩＨ）に
ブロックイソシアネート架橋剤（第−工業製薬味製のＸ
２１１２）をＮＣ０１０Ｈ＝４．０（モル比）を配合し
、更に硬化促進剤としてジブチルスズジラウレート１．
５ＰＨＲを添加した配合物をメチルエチルケトン（ＭＥ
Ｋ）溶媒で２０％に希釈し含浸液を作成した。

一方、末梢柾目板（ＩＯＸ　１５０Ｘ　１８０（ｎ＋ｍ
）、含水率１０．０％）、ナラ無垢板（ＩＯＸ　１５０
Ｘ　１８０（ａｍ）、含水率１０．３％）および米杉柾
目板（１０ｘ　１５０ｘ１８０（１）、含水率９．２％
）をそれぞれ減圧含浸釜に設定し、釜内を１０ｔｏｒｒ
に排気したのち、含浸液を注入処理し含浸木材を得た。

これを７５°Ｃ温風乾燥機で１０時間乾燥し更に温度を
１１０°Ｃにして４時間加熱し含浸硬化木材を得た。こ
れらの５０時間水中浸漬におけるＡＳＥは４８．５０．
５０であった。

実施例３：ブチラール樹脂（ｉｔ気化学工業■製のデン
カブチラール１１３０００Ｋ）にＸ２１１２（前出）を
ＮＣ０１０Ｈ＝４．５（モル比）を配合し、ジブチルス
ズジラウレート０．８ＰＨＲを添加した配合物をアセト
ン溶媒で２８％に希釈して含浸液を作成した。

一方、米松柾目板（９Ｘ１２０　Ｘ１５０（ｍ１）　、
含水率１２．０％）、ブナ無垢板（９Ｘ１２０　Ｘ１５
０（ｍｍ）　、含水、率１１．３％）および台桧柾目板
（９Ｘ１２０　Ｘ１５０（ｍｍ）、含水率１１．２％）
をそれぞれ減圧含浸釜に設定し、釜内を８　ｔｏｒｒに
排気して、含浸液を注入処理し含浸木材を得た。

これを６５℃温風乾燥機で１２時間乾燥し更に温度を１
０５℃に設定し３時間加熱し含浸硬化木材を得た。これ
らの５０時間水中浸漬におけるＡＳＥは４５，６２．４
９であった。

実施例４：ポリビニルアルコール（分子１６，０００）
の１００部に対してブロックイソシアネート架橋剤（第
一工業製薬■製のエラストロンＨ−３）を５０部更に触
媒（第一工業製薬■製のＣａ　ｔ３２）を３部添加した
配合物を水−メタノール溶媒で１５％に希釈して含浸液
を作成した。

一方、米松柾目板（８Ｘ５０Ｘ１００（ＩＩｌｍ）　、
含水率５．０％）、桧柾目板（８Ｘ５０Ｘ１００（ｍ＋
ｗ）　、含水率４．２％）および米杉柾目板（８Ｘ５０
Ｘ１００（ｍｓ）、含水率４．８％）をそれぞれ減圧含
浸釜に設定し、釜内を１０ｔｏｒｒに排気して、含浸液
を注入処理し含浸木材を得た。

これを７０°Ｃ温風乾燥機で１０時間乾燥し、更に温度
を１４０℃で２時間加熱し含浸硬化木材を得た。４８時
間水中浸漬におけるＡＳＥは５０゜４９．３９であった
。

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. （１）活性な水酸基を有するポリマーとブロックイソシ
   アネート架橋剤を主成分とするポリマー組成物を木材中
   に分散硬化させてなる改質木材材料。
2. （２）前記活性な水酸基を有するポリマーが、ビスフェ
   ノールＡとエピクロルヒドリンから合成された側鎖に水
   酸基を有するエポキシ樹脂である特許請求の範囲第（１
   ）項記載の改質木質材料。
3. （３）前記活性な水酸基を有するポリマーがフェノキシ
   樹脂である特許請求の範囲第（１）項記載の改質木質材
   料。
4. （４）前記活性な水酸基を有するポリマーがブチラール
   樹脂またはホルマール樹脂の単独または混合物である特
   許請求の範囲第（１）項記載の改質木質材料。
5. （５）前記活性な水酸基を有するポリマーが、ポリビニ
   ルアルコール樹脂である特許請求の範囲第（１）項記載
   の改質木質材料。
6. （６）前記活性な水酸基を有するポリマーが、メチロー
   ルメラミン樹脂またはレゾール樹脂の単独または混合物
   である特許請求の範囲第（１）記載の改質木質材料。
7. （７）前記ポリマー組成物の木材中への含浸率が、樹脂
   が木材中の空隙を完全に充填したときの樹脂含浸率を１
   ００％としたときに２〜８０％の範囲である特許請求の
   範囲第（１）記載の改質木質材料。
8. （８）前記ポリマー組成物を有機溶剤に溶解させて含浸
   液を作成する工程と、含浸させた含浸液から前記有機溶
   剤を揮散させ前記ポリマー組成物を硬化させる工程とを
   含む改質木質材料の製造方法。