JPH0311246B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は木質材の諸欠点を改善し、木質材に優
れた耐久性を付与することができる改質木質材を
生産性良く製造する木質材の改質処理方法に関す
るものである。

木材および加工木質材である木材単板、木質チ
ツプ等の木質材は軽量で強く、独自の物性、材質
感を有する材料として、建築用材、家具用材は勿
論のこと、他の広範囲な用途に利用されている。

しかしながら、一方では木質材は各種菌類の侵
蝕や白蟻等の虫害を受けて腐朽し易く、昨今のよ
うに気密性が高く暖房設備の普及が進んだ住環境
下においては、このような腐朽の発生はむしろ増
加してきており、木質材の耐久性の低下の一因と
して大きな問題となつている。

又、木質材は、湿気等の水分を周囲の環境条件
に応じて吸収・放散する性質があり、それに伴つ
て反り、ねじれ、伸縮等の変形を生じるという欠
点を有している。

上記前者の問題の改善にはクレオソート油等の
防腐剤の含浸処理が一般に行われているが、臭気
が著しく使用箇所が限定されたり、木質材の可燃
性を更に増す等の欠点があつた。

一方、後者の問題の改善には木質材を無水酢酸
で処理して木材中の水酸基の一部をアセチル化す
ると効果があることは知られているが、木質材を
無水酢酸よりなる反応液中に浸漬してアセチル化
処理を行うと下に示した反応式の如くアセチル化
の反応に伴つて反応液中に酢酸が副生するように
なる。

上記酢酸は、硫酸触媒を用いる場合にはアセチ
ル化反応を促進することが実験上確認されており
反応上酢酸が副生しても問題無いとされている
が、硫酸触媒法では処理後の木材から硫酸を除去
するのが困難となり、木材が硫酸によつて炭化を
受けて劣化・変色してしまうという問題が新たに
生じるため、硫酸触媒を用いず木材への影響が少
ない塩類を触媒とする方法で処理することが好ま
しく、この場合には上記酢酸が増加すると硫酸法
とは逆に酢酸が木質材の水酸基に対する無水酢酸
の反応を阻害することが確認されており効果的な
改質処理を行う場合、下記のような問題があつ
た。

即ち、 (1) 反応液を繰り返し使用すると反応液中に多量
の遊離酢酸が発生し、該遊離酢酸が木質材と無
水酢酸の反応を阻害して反応速度が低下し、処
理時間に長時間を要するほか反応液の再使用が
困難となり、工業生産的に大量の木質材を改質
処理するには大量の反応液が無駄になる為に経
済的でない。

(2) 反応液を繰り返し使用すると反応液中に多量
の酢酸が混在するようになるため、木質材を膨
潤劣化させてしまう。

さらに、木質材は絶乾状態にしておくことが難
しいため、通常の気乾状態程度の含水率で処理す
ることが工業生産上好ましいが、木質材が水分を
保有した状態のままで反応液中に投入されると無
水酢酸が木材中で該水分と反応して酢酸に転化し
てしまうため木材中の反応が阻害される。

上記の問題を解決するためには反応液中の酢酸
を分留回収すればよいが、無水酢酸および酢酸は
沸点が近く共沸し易いため、分離し難く、また、
大量に分留するには大規模な設備を要するという
問題があつた。

従つて、従来木質材をアセチル化処理すること
による改質効果は種々検討され、実験上も確認さ
れてはいるが工業生産的に処理することが困難で
あることから、未だ実用に供せられる処理木質材
を量産するまでには至つていなかつた。

本発明は、このような木質材のアセチル化処理
における諸問題に鑑みてなされたものであり、木
質材を酢酸塩を混在せしめた無水酢酸を反応体と
する反応液中に浸漬してアセチル化処理すること
で反応中に副生してくる遊離酢酸と酢酸塩が反応
して複塩溶液が形成され、反応液中の遊離酢酸の
増加を防止するために、遊離酢酸の副生による反
応阻害を防止し、反応液の活性度を保つと共に酢
酸による木質材の劣化を防ぐことを特徴とするも
のであり、さらには上記複塩溶液を反応処理後も
しくは反応処理中に反応液と共に一部回収して冷
却し、複塩の結晶として析出させることにより反
応液から複塩成分を分離除去して反応液の再使用
ないしは循環使用を可能にし、反応液の無駄をな
くして経済生の良い工業生産に適した木質材を改
質処理方法を提供するものである。

さらに、本発明は上記反応液中で形成せしめた
複塩を結晶として析出・回収したのち、該複塩結
晶を中和して再び酢酸塩とすることで上記反応液
中に混在させる酢酸塩として再利用し、木質材の
アセチル化処理工程中で副生する遊離酢酸を有効
に循環利用できる経済性に富んだ木質材の改質処
理方法を提供するものである。

以下、本発明方法を詳しく説明する。

まず、木材素材、木材単板、単板積層材、木
粉、木材チツプ、木材繊維等の木質材１を酢酸塩
２を混在せしめた無水酢酸を反応体とする反応液
中３に浸漬する。

上記反応液に混在せしめる酢酸塩２には、例え
ば酢酸ナトリウムや酢酸カリウム等が用いられ
る。

この酢酸塩は酢酸に対しては極めて容易に溶解
するが、無水酢酸に対しては不溶性であり反応液
の無水酢酸濃度を低下させることがなく、また木
質材と無水酢酸の反応も阻害しないので、反応液
中に予め混入しても反応液の活性度を低下させる
ことがない。

尚、上記反応液は、木質材との反応を速めるた
めに加温するのが望ましく、特に100℃以上に加
温して用いると顕著に反応速度を高めることがで
き好ましい。

反応液は、木質材の内部全部まで浸透させる必
要はなく表層部分のみに浸透させて木質材の表層
部のみをアセチル化してもよい。

この時の木質材のアセチル化率は、木材の寸法
安定性、耐久性、吸水性等を改善させるためには
処理後のアセチル化処理木質材の重量増加率が15
％以上になるように行うのが望ましい。

尚、表層部のみをアセチル化する場合には木質
材の表層部分の重量増加率が15％以上になるよう
に処理すればよい。

この時木質材の水酸基のアセチル化によつて反
応液中に遊離の酢酸が副生してくるが、反応液中
には酢酸塩が混在しているため、該遊離酢酸と酢
酢酸塩が 2CH₃COOH＋CH₃COONa CH₃COONa・2CH₃COOH の式で表わせるように、弱い結合を生じた複塩溶
液を形成し、反応液中に存在するようになり、そ
の結果反応液中の遊離酢酸は見かけ上一定濃度以
上増加しない、従つて反応液中に酢酸塩が存在し
ている状態では常に遊離酢酸が複塩の状態になる
ため、木質材と無水酢酸との反応を阻害すること
がなく反応液速度の低下がないものである。

即ち、反応液中に遊離酢酸を存在せしめたまま
で繰り返し反応処理を行うと遊離酢酸濃度の上昇
によりアセチル化反応が阻害され、反応で消費し
た無水酢酸と同量の無水酢酸を新たに反応液中に
添加しても初回と同等の処理効果を上げることは
困難となるが、本発明方法では酢酸塩の存在下で
アセチル化処理するため遊離酢酸が副生しても複
塩の形態で反応液中にあるため消費分の無水酢酸
を添加して初期と同等の処理方法が達せられるも
のである。

こうして反応処理を行つた反応液は、そのまま
反応で減少した無水酢酸を添加して継続使用する
こともできるが、反復使用を重ねると複塩が反応
液中に多量に存在するようになり反応液の処理能
力を低下させるため、一定量を越えるような場合
には反応終了後もしくは反応途中で反応液の一部
３′を分離して冷却装置等４を利用して冷却し、
複塩を結晶化させて反応液より分離させ、複塩を
除去した反応液３″にして反応槽５に循環させる
ことができる。

即ち、酢酸と酢酸塩との結合による複塩は100
℃程度での温度では溶解度が高く溶液の状態であ
るが、温度が低下すると溶解度が著しく低下し、
40℃前後の温度で複塩の結晶が析出し始め、20℃
以下にまで反応液を冷却するとそのほとんどが結
晶となつて析出し、反応液中から分離除去できる
ものである。

こうして反応液中から分離した複塩結晶はその
まま放置しておくとアセチル化反応の繰返しによ
つて多量に発生し、反応槽の循環装置等に詰まり
を生じる等の悪影響を及ぼす原因となるため一定
量に達した時点で除去する。

また、分離回収した複塩結晶６は回収後に水酸
化ナトリウムや、水酸化カリウムによつて中和し
て水分を除去し、再度酢酸塩にして反応液中に混
入する酢酸塩として循環使用することができ、反
応液を無駄なく利用して工業生産的に木質材の改
質処理が行えるものである。

尚、反応液内に混入する酢酸塩の量は処理する
木質材の量に応じて、反応槽内に副生する遊離酢
酸の量と反応する等量もしくはそれ以上混入して
おけばよく、溶解の状態をみて追加混入してもよ
い。

以下、本発明方法の実施例および比較例を示
す。

比較例 １ たて６cm、よこ６cm、厚さ３mmのベイツガ材の
単板10枚（約40ｇ）に触媒として５％濃度の酢酸
ナトリウム水溶液を注入した後、この単板を乾燥
して触媒処理木材片を得た。

次いで、上記木材片を110℃〜120℃に加熱され
た無水酢酸の反応溶液（500ｇ）中に浸漬し30分
間反応させた後、温水で洗浄し、乾燥して重量増
加率（見掛けのアセチル化率）が約25％のアセチ
ル化処理単板を得た。

反応後の反応液中の酢酸濃度は処理前に比べ２
％上昇していた。

比較例 ２ 比較例１で使用した反応液に同じく比較例１で
使用した木材単板を投入してアセチル化処理を行
い、同じ反応液で同時間反応させ、該反応液に別
の木材単板を投入してアセチル化反応を行うこと
を繰返し、10回のアセチル化処理を行い10回目の
処理後の反応液中の酢酸濃度と処理単板のアセチ
ル化率を測定したところ反応液中の酢酸の割合は
無水酢酸：酢酸＝80：20で、アセチル化率（重量
増加率）は14％に低下していた。

実施例 無水酢酸の反応溶液（500ｇ）に酢酸ナトリウ
ム（10ｇ）を予め混入して120℃に加熱し比較例
１で用いた木材単板を10枚、30分間反応させて、
同じ反応液で10回アセチル化処理することを繰返
し、10回目のアセチル化処理単板のアセチル化率
を測定したところアセチル化率（重量増加率）は
約24％で処理効果の低下はほとんどみられなかつ
た。

この時、反応液中に混入した酢酸ナトリウムは
遊離酢酸と反応するために反応液中には酢酸塩の
複塩溶液が存在していた。

次いで、反応液の約半分を取出し、冷却管を通
して20℃まで冷却して、酢酸塩の複塩結晶を析出
させて反応液から複塩を分離して反応槽に循環さ
せると共に、析出回収した酢酸塩結晶を水中に溶
解後、10％濃度の水酸化ナトリウムを添加して中
和し、乾燥を行い、酢酸ナトリウム約10ｇを形成
して反応槽に該酢酸ナトリウム結晶を混入した。

こうして再調整した反応液中に木材単板を浸漬
し再度処理を行つたところ反応速度の低下はなく
第１回目と同じ処理時間でアセチル化率24％の改
質木材単板を得た。

また、こうして得たアセチル化処理単板と比較
例２で得たアセチル化処理単板の強度比較を行つ
たところ比較例２による処理単板は膨潤しており
脆く折れ易いものであつたがこの方法によると単
板の強度低下はみられず強度上も安定したもので
あつた。

以上の如く本発明は、木質材を酢酸塩を混在せ
しめた無水酢酸を主成分とする反応液中に浸漬し
てアセチル化処理を行うことを特徴とする木質材
の改良方法に係るものであるから反応中に副生し
てくる遊離の酢酸が生成するとほぼ同時に酢酸塩
と反応して複塩を形成するようになり、反応槽の
中の酢酸濃度が上昇することがなく、木質材と無
水酢酸の反応阻害や、木質材の劣化も生じること
がないので、常に安定した性質の改質木質材を能
率よく形成することができる。

また、反応処理後に、または反応処理中で反応
槽から反応液の一部を取り出し、冷却することに
より上記複塩を結晶にして分離させ、反応液を再
度反応槽に循環使用するものであるから反応液に
無駄がなく、反応液を効率良く使用できるもので
ある。

さらに、反応液より回収した複塩を中和するこ
とによつて新たに酢酸塩を得、これを再び反応液
に混入する酢酸塩に利用することで処理中で副生
した遊離酢酸をも無駄なく処理工程中で利用でき
るものであり、極めて経済性に富んだ処理が行え
るものである。

【図面の簡単な説明】

図は本発明方法の製造工程の流れを示す説明図
である。 １……木質材、２……酢酸塩、３……反応液、
５……反応槽、６……複塩結晶。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 木質材を、酢酸塩を混在せしめた無水酢酸を
   反応体とする反応液中に浸漬して副生する酢酸を
   酢酸塩との複塩溶液としつつアセチル化処理を行
   うことを特徴とする木質材の改質処理方法。 ２ 木質材を、酢酸塩を混在せしめた無水酢酸を
   反応体とする反応液中に浸漬してアセチル化処理
   を行い、処理後の反応液の一部ないしは全部を冷
   却して酢酸と酢酸塩の複塩を析出して複塩を回収
   することを特徴とする木質材の改質処理方法。 ３ 木質材を、酢酸塩を混在せしめた無水酢酸を
   反応体とする反応液中に浸漬してアセチル化処理
   を行い、処理後の反応液の一部ないしは全部を冷
   却して酢酸と酢酸塩の複塩を析出せしめて複塩を
   回収したのち、該複塩を中和して酢酸塩となし、
   この中和による酢酸塩を上記反応液に混入して再
   使用することを特徴とする木質材の改質処理方
   法。