JPH04164602A - 改質木材の製造方法 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は改質木材の製造方法に関する。さらに詳しくは
、木材と分子内に３個以上のカルボキシル基を有する有
機化合物とを反応させることにより、寸法安定性、耐水
性などに優れた木材を製造する方法に関する。

（従来の技術） 木材は従来より建材、家具等の分野に於いて広く用いら
れている材料である。しがし、木材の主成分はきわめて
親水性が高いセルロースであるため、空気中の水分に影
響されやす（、湿度が高くなると吸湿して体積膨張した
り、また逆に湿度が低いと収縮するという現象がおこり
、その結果木材に、そり、狂い、割れなどが発生すると
いう欠点がある。また、耐水性が十分でないため、水中
や高温度雰囲気下では木材内で分解菌の活動がおこり木
材が朽ちてしまうという欠点がある。

かかる木材の諸性質を改良することは木材を有効利用す
る上で非常に重要であり、従来より木材゛に寸法安定性
及び耐水性を付与せんとする試みが活発に行われている
。

たとえば、木材の成分であるセルロース、ヘミセルロー
ス、リグニンなどの分子中に存在する水酸基を脂肪酸な
どを用いてエステル化することにより、木材に疎水性及
び嵩効果を付与する方法がある。しかし、脂肪酸のカル
ボキシル基と木材組織中の水酸基の反応性は低く、直接
的な脱水反応によるエステル化は殆ど起こらず、また高
温下においてもエステル化反応は充分には進行しない。

そのため高反応性エステル化試薬として、脂肪酸ハライ
ドまたは脂肪酸無水物が使用されでいる。

しかしながら、酸ハライドを使用した場合には反応時に
多量に副生するハロゲン化水素に起因して木材自体が劣
化を起こすため、通常アミンや塩基性物質等を添加して
副生ハロゲン化水素を中和するノ・要があり、副生塩の
除去操作が非常に困難である。他方、脂肪酸無水物を反
応させる方法があるが、反応した脂肪酸と同量の脂肪酸
が副生ずるため、該副生脂肪酸の除去が必要となり操作
が非常に煩雑である。

また、エステル化木材の一つとしてアルキルケテンダイ
マーを木材に反応させる方法が提案されている（木材工
業、Ｖｏｌ、４４．　Ｎｏ、ＩＯ，Ｐ４７６〜４８０゜
１９８９年１゜この方法は副生物が出ないと言う点では
優れた方法であるが、上記酸ハライドに比べて木材組織
中の水酸基との反応性が非常に低いため未反応物が多量
に残り、その除去がｌ・要となり操作が煩雑である。

すなわち、上記のごとく、木材に疎水基を導入し改質す
る方法はいずれも操作が煩雑であり、また疎水性を付与
することにより木材が本来有する接着性、塗装性等の特
性を著しく損なう場合があり実用化には至っていない。

他の改質方法として、ポリエチレングリコールを木材に
注入する方法もあるがポリエチレングリコールは親水性
ポリマーであるため塗装作業性に問題があり、また得ら
れた改質木材の耐朽性などの７屯で不満足である。

また、木材組織中の水酸基を酸性触媒の存在下にホルム
アルデヒドと反応させ２個の水酸基をアセタールで架橋
し１、木材に寸法安定性及び耐水性を付与せんとする方
法が提案されている。該方法は、木材が本来有する特性
を損なわない点で優れたものであるものの、ホルムアル
デヒドをガス状で使用するため、有害かつ危険であり、
さらには反応装置が大がかりになるという不利があり、
実用化には至っていない。

（発明が解決しようとする課題） 以上のように、木材の吸湿性および耐水性を改良し寸法
安定性を付与する方法は種々知られているが、いずれも
経済的、技術的に満足しえず、実用化に至っていないの
が現状である。しかして本発明は、簡易な操作により寸
法安定性、耐水性などの諸性能を有する改質木材の製造
方法を提供することを目的とする。

（課題を解決するための手段） 本発明者は、上言２従来技術の課題を木材組織中の水酸
基を架橋することにより解決しようと考えた。そこで、
該水酸基が酸無水物基と容易にエステル化反応すること
に着目して鋭意検討を重ねた結果、分子内に３個以上の
カルボキシル基を有する有機化合物もしくはそれに対応
する酸無水物の本を６液または有機浴媒瀉液を、木材組
織中に含浸させ、次いで熱処理した場合には、前記有機
化合物に起因する酸無水物基が少なくとも２個形成され
、木材組織中の水酸基を架橋して、寸法安定性、＃を水
性などの点で極めて良好な改質木材が得られることを見
出し、本発明を完成するに至った。

すなわち本発明は、分子内に３個以上のカルボキシル基
を有する有機化合物もしくはそれに対応する酸無水物の
水溶液または有機温媒溶液を、木材組織中に含浸させ、
次いで熱処理することを特徴とする改質木材の製造方法
に関する。

本発明では１分子内に３個以上のカルボキシル基を有す
る有機化合物もしくはそれに対応する数の酸無水物基を
有する有機化合物を使用することを必須とする。該有機
化合物は木材組織中の水酸基を架橋し、木材に耐水性、
寸法安定性を付与するための架橋剤として使用される。

ここに前記有機化合物が分子内に３個以上のカルボキシ
ル基もしくはそれに対応する数の酸無水物基を有するこ
とを必須とするのは、以下の理由による。

すなわち、−Ｖに遊離のカルボキシル基は木材組織中の
水酸基とは殆どエステル化反応しないため通常２個のカ
ルボキシル基を有する有機化合物を単に反応させるだけ
では該水酸基を容易に架橋することはできない。すなわ
ち、２個のカルボキシル基を有する有機化合物は熱処理
により分子内に】個の酸無水物基が形成させることによ
り木材組織中の水酸基と容易に半エステル化反応しつる
が、半エステル化反応により生ずるカルボキシル基自体
は前記と同様に該水酸基とは殆どエステル化反応しない
ため、いずれにしても２個のカルボキシル基を有する有
機化合物では該水酸基との架橋は困難である。

これに対し、例えば分子内に３個のカルボキシル基を有
する有機化合物のばあいは、熱処理により、まず１個の
酸無水物基が形成された後に、該水酸基との半エステル
化反応で生じたカルボキシル基と酸無水物基の形成に関
与しなかった残存カルボキシル基によりさらに１個の酸
無水物基が形成されるため、実質的に同一分子内に２個
の酸無水物基が形成されることになる。したがって、分
子内に３個以上のカルボキシル基を有する有機化合物も
しくはそれに対応する酸無水物は、熱処理により実質的
に同一分子内に２個以上の酸無水物基が形成されるため
、該有機化合物は木材組織中の水酸基を容易に架橋しつ
る有効な架橋剤とじて機能するのである。

上記理由から、本発明の分子内に３個ＩＪ上のカルボキ
シル基を有する有機化合物としては、容易に２個以上の
酸無水物基を形成しつるものまたは既に２個以上の酸無
水物基を形成しているものか該当する。すなわち、該有
機化合物は、任意に選んだ２個のカルボキシル基が同一
炭素、隣接炭素または１個の炭素を隔てた炭素に結合し
ている横這を少なくとも２組以上有するようなものがよ
い。具体的には、たとえば、］、］２．３−プロパント
リカルボン酸１．２．３．４−ブタンテトラカルボン酸
、テトラカルボキシルメタン、１゜１．２．２−エタン
テトラカルボン酸、Ｊ、２゜３−ベンゼントリカルボン
酸、１．２．４．５−ベンゼンテトラカルボン酸、ベン
ゼンヘキサカルボン酸、クエン酸及びこれらの酸無水物
等があげられる。

本発明に用いられる木材の種類としては特に制限はなく
マツ、スギ、ヒノキなどの針葉樹及びカバ、ナラ、ラワ
ン等の広葉樹など種類を問わすいずれも使用できる。ま
た、これらの木材は、角材、板材は勿論、小片あるいは
木粉等にも適用できる。

次に本発明の処理方法を手順を追って説明する。まず、
常圧、減圧または加圧下に木材を、前記有機化合物を溶
解してなる消液に浸漬したり、該溶液を木材に刷毛等に
より塗布することにより、該溶液を木材組織中に含浸さ
せる。これらの処理回数は任意であり処理を何段階かに
分けて行うこともできる。

前記？＠液に使用する溶媒は、前記有機化合物を溶解す
れば特に制限されず、水または有機溶媒のいずれでもよ
いが、有機化合物の溶解度の点からすれば水を使用する
のが好ましい。また、有機溶媒としてはジエチルエーテ
ル、ジイソプロピルエーテル、テトラヒドロフラン、ジ
オキサン等のエーテル類：酢酸エチル、酢酸ブチル等の
エステル類：アセトン、メチルエチルケトン、メチルイ
ソブチルケトン等のケトン類；メタノール、エタノール
、１−プロパツール、２−プロパツール、ｌ−ブタノー
ル等を例示できる。これらの溶媒は前記有機化合物の溶
解度の範囲内で任意の割合で添加して使用できるが、通
常は５〜４０Ｊｉ量％程度の濃度とするのがよい。

前記有機化合物（固形分）の含浸量は木材の形状、大き
さ、処理方法などにより異なるため、使用する前記有機
化合物？ｆｌｌｆｉの濃度を適宜に調整して行う。−船
釣には木材１００重量部に対して０１〜８０重量部程度
、好ましくは　１〜３０重量部とされる。０１重量部未
満では寸法安定性及び耐水性化が充分に改良されず、８
０重量部を超えてもこれ以上を含浸させることはできず
過剰に使用する意義がない。なお、木材に注入されなか
った残余の溶液はそのまま再使用できるため経済的に有
利である。

前記処理時間は木材の種類、形状、大きさ、圧力により
著しく異なるが浸漬処理した場合は通常０．１時間〜７
２時間程度、好ましくは　１時間〜３０時間とされる。

０．１時間未満では含浸が不十分であり、また７２時間
を超えてもこれ以上を含浸出来す時間的に無駄である。

また、証人する際の７Ｍ度は通常０℃〜６０℃程度、好
ましくは１５℃〜５０℃である。０℃未満では処理液の
粘度が大きくなったり凍結したりして処理がむずかしく
なる。また６０℃を紐える温度で行ったとしても、それ
以下の温度で行う場合と同程度の含浸効果しかなく無意
味である。

上記のような操作により、木材に前記有機化合物を含浸
させることができる。浸漬法により含浸させた場合は容
器中の木材を取り出し必要に応じて表面に残存する出液
を除去する。引続き、木材に含浸された前記有機化合物
のカルボキシル基と木材組織中の水酸基を架橋反応させ
るための熱処理を行う。この温度は通常４０℃〜３００
℃、好ましくは５０℃〜２５０℃である。３００℃を超
える４度では木材の劣化が起こり好ましくない。４０℃
未満では架橋反応は十分に進まない。また塗布処理によ
る場合も上記条件と同様である。

本発明における前記有機化合物と木材とのエステル化反
応は無触媒下でも十分に進行するが、エステル化反応を
さらに促進するためにはトリエチルアミン、ジメチルベ
ンジルアミン、ジメチルアニリン、ピリジン等のような
アミン類、リン酸、亜リン酸、次亜リン酸、メタリン酸
、ポリリン酸あるいはそのアルカリ金属塩、アルカリ土
類金属塩の様な触媒を使用することもできる。これらの
触媒は木材に前記有機化合物を含浸させる際に同時に存
在させておくのがよい。

木材に対する、前記有機化合物の導入率は、得られた木
材の処理前後の重量増加率から求めることができる。

（実施例） 以下に本発明を、実施例及び比較例をあげて、さらに具
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１ １００℃で２時間乾燥したブナ材を、１．２゜３．４−
ブタンテトラカルボン酸の２０重量％水滴液に室温、常
圧で１２時間浸漬した。次いで、表面を濾紙で拭き、余
分な溶液を除いた後、２００℃で４時間熱処理乾燥し、
第１表に示す改質木材を得た。

実施例２ １００℃、２時間乾燥したブナ材を、１，２゜３．４−
ブタンテトラカルボン酸２０重量％及びトリエチルアミ
ン５重量％を含有する水溶液に室温、常圧で１２時間浸
漬した。次いで、表面を濾紙で拭き、余分な出液を除い
た後、１８０℃で４時間熱処理乾燥し、第１表に示す改
質木材を得た。

実施例３ １００℃、２時間乾燥したブナ材を、１．２゜３．４−
ブタンテトラカルボン酸２０重量％及びリン酸二水素ナ
トリウム１０重量％を含有するメタノール出液に室温、
常圧で１２時間浸漬した。

次いで１表面を濾紙で拭き、余分な溶液を除いた後、１
８０℃で２時間熱処理乾燥し、第１表に示す改質木材を
得た。

実施例４ 実施例３においてリン酸二水素ナトリウムを次亜リン酸
二水素ナトリウムに代えた他は実施例３と同様に行い第
１表に示す改質木材を得た。

実施例５ １００℃、２時間乾燥したブナ材を、１，２゜３．４−
ブタンテトラカルボン酸５重量％及びリン酸二水素ナト
リウム１０重量％を含有する水溪液に室温、常圧で１２
時間浸漬した。次いで１表面を濾紙で拭き、余分な溶液
を除いた後、１８０℃で２時間熱処理乾燥し、第１表に
示す改質木材を得た。

実施例６ １００℃、２時間乾燥したブナ材を、１，２゜３．４−
ブタンテトラカルボン酸５０重量％及びリン酸二水素ナ
トリウム１０重量％を含有する水溶液に室温、常圧で１
２時間浸漬した。次いで１表面を濾紙で拭き、余分な溶
液を除いた後、１８０℃で２時間熱処理乾燥し、第１表
に示す改質木材を得た。

実施例７ １００℃、２時間乾燥したブナ材を、】、２゜３．４−
ブタンテトラカルボン酸２０重量の％水？＠液に室温、
８Ｋｇ／ｃｍ２で１２時間浸漬した。次いで、表面を濾
紙で拭き、余分な溶液を除いた後、２００℃で４時間熱
処理乾燥し、第１表に示す改質木材を得た。

実施例８ 実施例３において１，２，３．４−ブタンテトラカルボ
ン酸を１．２．３−プロパントリカルボン酸に代えた他
は実施例３と同様に行い第１表に示す改質木材を得た。

実施例９ 実施例３において１．２．３．４−ブタンテトラカルボ
ン酸を１．２，４．５−ベンゼンテトラカルボン酸に代
えた他は実施例３と同様に行い第１表に示す改質木材を
得た。

比較例１ 実施例３において１．２，３．４−ブタンテトラカルボ
ン酸をコハク酸に代えた他は実施例３と同様に行い第１
表に示す改質木材を得た。

比較例２ 実施例３において１．２．３．４−ブタンテトラカルボ
ン酸をフタル酸に代えた他は実施例３と同様に行い第１
表に示す改質木材を得た。

これら実施例及び比較例でえられた改質木材をＪＴＳ　
２２１０５の方法で吸湿量を測定した。

吸湿量１ｇ／　ｃｒｎ２）　＝　（Ｗ２４１１−　Ｗｏ
ｈ　）　／　Ａ１！。７．４０℃、７５％の湿温度条件
で平衡したときの重Ｎ　Ｉｇ） Ｗ２４ｆｉ・２４時間目の重量からパラフィンの重量を
差し引いた重量１ｇ） Ａ　　：吸湿面積ｆｃｍ２１ また、２５℃の槓温水槽中に７日間浸漬後、抗膨潤率１
ＡｓＥｌのン則定を行った。

抗膨潤率１ＡｓＥｌ　＝　（Ｖ、、−Ｖｌ）　／Ｖ。

ｖｏ・無処理材の容積膨潤率 Ｖ′１：処理材の容積膨潤率 これらの結果を第１表に示す。

［以下余白］ 第　　１　　表 （発明の効果） 本発明によれば、木材組織中の水酸基を架橋させるため
に使用する架橋剤を溶液状態で用いるため、該架橋剤の
木材への含浸が容易かつ安全であり、しかも副生物が生
じないなどの製造時の優位性がある。さらには木材が本
来有する特性を具備したまま耐水性、寸法安定性に優れ
た改質木材を容易に提供できる。従って、本発明方法で
得られた改質木材を使用することにより、木質パネルや
化粧単板に用いた場合に剥離や割れなどを有効に防止で
き、さらには屋外や水回り等の使用に耐えまた４度に敏
感な楽器用の材料として推奨しつるなどの種々の効果が
奏せられる。

特許出願人　荒川化学工業株式会社

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、分子内に３個以上のカルボキシル基を有する有機化
   合物もしくはそれに対応する酸無水物の水溶液または有
   機溶媒溶液を、木材組織中に含浸させ、次いで熱処理す
   ることを特徴とする改質木材の製造方法。