JP5249323B2 - 熱改質木材の表面処理 - Google Patents

Description

本発明は、熱改質木材を処理する方法に関するものであり、その方法の目的は、気候の影響から木材表面を保護するためである。また、本発明は、その方法に従って処理される熱改質木材と、気候の影響から熱改質木材を保護するための保護剤の使用に関する。

木材の熱改質とは、１００℃以上の温度にコントロールされた木材の熱処理を意味し、その処理により、木材の寸法安定性を向上させ、その平衡水分含量と水分不安定性を低下させる。熱改質の他の利点は、腐食に対する抵抗力が向上し、樹脂分泌を抑えることである。一方、熱改質木材は色が濃くなり、その曲げおよび割裂強度は弱くなる。これらの性質のため、熱改質木材は、特に野外での骨組みや家具に使用される。

木材の熱改質の技術は、国際公開公報ＷＯ９５／３１６８０に記載されており、その主旨は、引き上げ工程の間、木材の外面とその内部の温度差をコントロールすることにより、木材にどんなひびが生じるのも防ぐということである。この公報によると、上記温度差は、１０〜３０℃の範囲であり、熱処理中はほぼ一定に保たれる。この公報によると、木材の冷却中も木材の内部と外面の温度差は１０〜３０℃にそれぞれコントロールされて保たれ、その場合、熱処理とは反対に、木材の内部に広がる温度が表面温度よりも高い。

国際公開公報ＷＯ９４／２７１０２は、熱改質木材の改良された製造方法について述べており、その方法では、処理温度が１５０℃以上であり、その処理に水蒸気が使用される。処理中木材の重量が少なくとも３％減少する。

さらに、国際公開公報ＷＯ０１／５３８１２は、木材の熱改質された一片の改質の度合いの認識方法について述べており、それは、その中に含まれるフリーラジカルの数を測定し、その得られた数を対応する処理のされていない木材と比較することによる方法である。この公報で提案されている熱改質の基準は、その木材の一片に含まれるフリーラジカルの数が、処理されていない木材と比較すると１．５倍、好ましくは２倍とされている。

上記国際公開公報ＷＯ９５／３１６８０、ＷＯ９４／２７１０２、ＷＯ０１／５３８１２は、本明細書の一部として、この参照のために含まれる。以下の明細書では、”木材の熱改質”又は”熱改質木材”（サーモウッド）の概念は、上記三つの公報の少なくとも一つに述べられているように、当該木材が、木材の熱処理（熱改質）又は熱改質木材の基準を満たす場合に参照する。

熱改質は、湿度のある野外では木材の平衡水分含量を減少させるが、木材が水又は湿度の高い地面に接触している場合は、大量の水分を吸収する。特に、長時間水に浸かると、熱改質にかかわらず木材は劣化し、木材が水に浸されることにより重量が大幅に増える。

国際公開公報ＷＯ０２／０８１１５９は、アルキルアミン誘導体を使用する熱改質木材の処理について述べており、その処理の目的は、微生物の分解に対して木材を守るためである。さらに、上記公報では、サーモウッドのより良い防水剤として、ワックス分散、オイル、シリコン誘導体を述べている。

国際公開公報ＷＯ２００５／００９７００は、熱改質木材の浸水を防ぐ方法を提案している。その方法とは、アルキルケテン二量体（ＡＫＤ）、アルケニルコハク酸無水物（ＡＳＡ）などのセルロースと反応する疎水性接着剤で木材を処理することに基づく。上記公報で述べられている処理によると、木材を、溶着剤を含む溶液に含浸させ、溶媒物質として使われたアセトンを蒸発させることにより乾燥させる。その木材の向上された疎水性は、１〜１０秒接触している間に木材の表面についた水滴とその木材との間の角度を測定するドロップテストにより確認される。

国際公開第１９９４／２７１０２号パンフレット 国際公開第２００１／５３８１２号パンフレット 国際公開第１９９５／３１６８０号パンフレット 国際公開第２００２／０８１１５９号パンフレット 国際公開第２００５／００９７００号パンフレット

周知の熱改質木材のＡＫＤ又はＡＳＡ溶着方法は、その溶着剤はアセトンのような有機溶媒の使用が必要であるという特徴がある。しかし有機溶媒は比較的高価であり、それらの有毒性、発火に対する過敏性は、業務上の危険のリスクとなる可能性がある。木材処理溶液としては、それらの代わりに水であるのが望ましい。

さらに、ＡＫＤとＡＳＡは、低下した曲げおよび割裂強度を有する熱改質木材の特徴である木材のひび割れやすさを解消しない。

また、熱改質木材のもう一つの問題点は、気候の影響により、元々こげ茶色である木材の色が、野外では徐々に灰色に変化することである。これは、熱改質木材を使用する典型的な対象であるガーデンファニチャーなどにとって大きな欠点である。灰色に変化する明らかな理由は、気候の影響にさらされる木材表面層のリグニンが分解され流れ出でるからである。木材が色を失うのを防ぐ唯一の効果的な方法は、色素を含むペンキを塗ることとされてきた。しかし、この場合、木目、筋、年輪を有する木材の自然の風合いが損なわれる。

本発明の方法により、上記の問題、特にソルベントを使用することと、木材のひび割れに関連する問題を解消することができ、木材は、気候の影響に木材が耐えるようにするために十分な温度で熱処理が行われ、その熱改質木材に液状のフェノールホルムアルデヒド樹脂をベースとする保護剤を水溶液として、浸し塗りにより、又は木材を水溶液に長時間浸すことにより含浸してから、乾燥、及び／又は、硬化され、それにより、その木材はフェノールホルムアルデヒド樹脂でできた透明保護表面を得ることができる。

本発明では、熱硬化性プラスチックという言葉は架橋ポリマーを指し、熱を使用しなくても、外気の温度が、例えば室温でも、触媒の効果により、例えば加熱しないで、形成される。熱硬化性プラスチックと熱可塑性プラスチックとの決定的な違いは、熱硬化性プラスチックは架橋構造により硬化するため、熱によって軟化せず、後で成形することはできないことである。

本発明と関連して使用される熱硬化性プラスチックは、特に、フェノールホルムアルデヒド樹脂、メラミンホルムアルデヒド樹脂、尿素ホルムアルデヒド樹脂であり、それらは、熱改質木材に水性の溶液として塗布されるか含浸される。よって、サーモウッドの保護のために有機溶媒を使用することを避けることができる。塗布の後、蒸発、又は、例えば１３０〜１６０℃の温度の加熱により、溶媒としての役目である水が取り除かれ、必要な場合は、樹脂が硬化するために、溶液に触媒を含有させてもよい。その硬化過程で、紫外線照射を利用してもよい。

その溶液の塗布又は含浸は、圧力を利用しないで行っても、圧力を利用して行ってもよく、前述の場合は、木材の溶液の含浸の深さは１〜２ｍｍであり、一方、後述の場合は、さらに深く木材の全体に溶液を含浸することができる。溶液は、刷毛塗り、注入、スプレー塗り、浸し塗り、長時間浸すことによって、木材に加えることができる。木材に塗布される樹脂の量は、硬化して乾燥した状態から計算して、１０〜４００ｇ／ｍ^２、有利には１０〜１５０ｇ／ｍ^２、好ましくは３０〜１００ｇ／ｍ^２、最も有利には５０ｇ／ｍ^２である。熱改質木材上の熱硬化性プラスチックの強化、ひび割れ減少効果は、明らかに熱硬化性プラスチックの強い架橋結合の特性によるものであり、よって、この硬化した少々延性のある本質的に壊れないプラスチックは、保護フィルムで木材の繊維を覆うだけでなく、隣同士の繊維を一つの統合した構造として結合させる。

本発明により、熱改質木材が灰色化する上記の問題は、熱硬化性プラスチック、特にフェノールホルムアルデヒド樹脂を木材の保護剤として使用することにより解決することができることが分かった。本発明によると、フェノールホルムアルデヒド樹脂で処理されたサーモウッドは、一年間を費やしたテストでは、対応する一定の間隔で交互に雨が降り日に照らされる野外の条件下で、その本来の茶色を保持し、一方、処理されていないサーモウッド又はＡＫＤ，ＡＳＡにより処理されたサーモウッドは、同様な条件で、著しく灰色に変化した。色がよく保持された理由の一つは、フェノールホルムアルデヒド樹脂の標準的な色は茶色であり、サーモウッドの自然な茶色とある程度一致するからである。他にも要因があると考えられるが、まだ判明していないため、推測以上に他の理由はない。

本発明により上記の工程により製造された熱改質木材は、木材上に塗布された熱硬化性プラスチックが、気候の影響から木材を守る透明な保護表面を形成するという特徴がある。熱硬化性プラスチックは、木材の表面層にのみ塗布しても、木材全体に吸収させてもよい。この保護用熱硬化性プラスチックは、フェノールホルムアルデヒド樹脂、メラミンホルムアルデヒド樹脂、尿素ホルムアルデヒド樹脂でよい。特に、フェノールホルムアルデヒド樹脂を使用した場合、その木材のさらなる典型的な特徴は、その本来の茶色が野外でも変わらず保持されるということである。

本発明は、さらに、気候の影響から熱改質木材を守るための透明な保護表面としてのフェノール、メラミン、尿素ホルムアルデヒド樹脂などの熱硬化性プラスチックの使用に関する。熱硬化性プラスチックは、木材が水を吸収するのを減少させ、木材がひび割れするのを防ぐ。さらに、特にフェノールホルムアルデヒド樹脂は、野外でサーモウッドが灰色に変色するのを防ぐことが可能である。

本発明の実用的応用としては、さらに、架橋性樹脂の使用であり、保護剤である架橋性樹脂を水溶液として熱改質木材に塗布し、その溶液はその後乾燥、硬化し、熱硬化性プラスチックの透明な保護表面とする。

試片の重量の増加を示すグラフである。 試片の色の変化を示すグラフである。 試片における赤紫色から緑色のスケール上の色の変化を示すグラフである。 試片における青色から黄色のスケール上の色の変化を示すグラフである。

添付の実施例を参照として、本発明のさらなる詳細を説明する。

「サーモウッド（ＴｈｅｒｍｏＷｏｏｄ）」という名称で販売されている業務用の熱改質木材を切って１００ｍｍ×５０ｍｍ×２０ｍｍの木片にし、木片の幅が２０ｍｍの側端をパラフィンろうで覆い、反対に、木目と平行な面である木片の１００ｍｍ×５０ｍｍの面は、ワックスで覆わずにそのまま残した。処理溶液は、業務用フェノールホルムアルデヒド樹脂である「Ｐｒｅｆｅｒｅ ７２ ６４１０Ｍ」（Ｄｙｎｅａ Ｆｉｎｌａｎｄ Ｏｙ製）を水で１：１の体積比に希釈したものと、業務用メラミンホルムアルデヒド樹脂である「Ｐｒｅｆｅｒｅ ７０ ０５０２Ｌ」（Ｄｙｎｅａ Ｆｉｎｌａｎｄ Ｏｙ製）を水で２：１の体積比に希釈したものを用意した。二つの試片（ＭＦ）は、メラミンホルムアルデヒド樹脂溶液の中にさまざまな時間含浸され、二つの試片（ＰＦ）は、フェノールホルムアルデヒド樹脂溶液の中にさまざまな時間含浸された。含浸処理の後、この試片を１３０〜１５０℃の熱で水分を蒸発、硬化させて、乾燥させた。試片に含浸した樹脂の量は、ワックスで覆われていない試片の自由表面に比例して定義された。樹脂が含浸されない試片を、五番目の参考片とした。

処理された試片の樹脂と参考片の吸水率は、それぞれの試片を水中で自由に浮かせるというフローティングテストで観察された。試片は、１，２，３，４，７日間浮かせた後、重量が増加した。重量の結果は、以下の表１に表され、それぞれの試片が吸収した樹脂溶液の量も示されており、またその結果はグラフとして添付図１にも表され、それぞれの曲線は、時間の関数により、試片の重量の増加を％で表す。本発明によるメラミンとフェノールホルムアルデヒド樹脂により処理された試片（ＭＦ；ＰＦ）は処理されていない参考片よりも基本的に少ない水分を吸収したことが分かった。

実施例１と同じ業務用サーモウッドを切って木片にし、フェノールホルムアルデヒド樹脂の水溶液を噴霧して処理した後、１３０〜１５０℃の熱で乾燥、硬化させた。この採用された樹脂は、業務用フェノールホルムアルデヒド樹脂、「Ｐｒｅｆｅｒｅ ７０ ７０１２Ｌ」と「Ｐｒｅｆｅｒｅ ７０ ７５３０Ｌ」（Ｄｙｎｅａ Ｆｉｎｌａｎｄ Ｏｙ製）であり、水で１：１の体積比に希釈し、二つのサーモウッドの試片を同じ樹脂で処理した。試片に噴霧中に吸収された樹脂溶液の量は８０ｇ／ｍ^２（湿重量）である。二つの処理されない試片は参考片とした。

試片の色の維持および変化はＩＳＯ５６３１基準に従った模擬気候条件下でテストされた。試片は、気温が４０℃であるＱ Ｓｕｎ ＸＥ−３ Ｘｅｎｏｎ試験室に置かれた。試験室の気候条件は、１０２分間の０．４０ｗ／ｍ^２の出力である照明器具による模擬日光と１８分間の注水からなる二時間周期を繰り返すことにより変化させた。テスト期間は３５日間であり、その間に、試片の色の変化を表すＣＩＥＬＡＢ変数を得るために試片は測定された。これらの変数の中でＬ＊Ｃ／２°ＵＶは色の明るさを表し、ａ＊Ｃ／２°ＵＶはアニリンのピンク（赤紫色）から緑のスケール上の色の位置を表し、ｂ＊Ｃ／２°ＵＶは青から黄色のスケール上の色の位置を表す。結果は、以下の表２〜４に表され、それらは添付図２〜４により図示され、それぞれの試片の曲線は、時間の関数による色のパラメーターの変化を表す。３５日間のテストでは、本発明によりフェノールホルムアルデヒド樹脂により処理された試片は、樹脂で処理されていないサーモウッドの本来の色に近いその色の濃さと色合いを保持し、一方、処理されていない参考片は、強く色が褪せ、著しく色合いが変化した。

Claims (4)

1. 熱改質木材を処理する方法により処理されて、野外の家具に用いられる熱改質木材であり、気候の影響に木材が耐えるようにするために十分な温度で熱処理が行われ、その熱改質木材に液状のフェノールホルムアルデヒド樹脂をベースとする保護剤を水溶液として、浸し塗りにより、又は木材を前記水溶液に長時間浸すことにより含浸してから、乾燥、及び／又は硬化させることにより、その木材が、フェノールホルムアルデヒド樹脂でできた、野外でその木材の外観を本質的に変化させない透明保護表面を得ることができる熱改質木材を処理する方法により処理されたことを特徴とする熱改質木材。
2. 加熱により前記木材を乾燥させることを特徴とする請求項１に記載の熱改質木材。
3. 前記溶液に樹脂硬化剤を添加することを特徴とする請求項１又は２に記載の熱改質木材。
4. 前記木材に加えられた樹脂の量は、乾燥した状態から計算して、１０〜４００ｇ／ｍ^２、好ましくは１０〜１５０ｇ／ｍ^２、さらに好ましくは３０〜１００ｇ／ｍ^２であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の熱改質木材。

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