JPH06143213A

JPH06143213A - 化学修飾木材の成形加工時の熱安定化方法

Info

Publication number: JPH06143213A
Application number: JP32376292A
Authority: JP
Inventors: Minoru Ueda; 實上田; Akira Ishibashi; 石橋　　亮; Hiroki Tate; 弘樹舘
Original assignee: MOKUSHITSU SHINSOZAI GIJUTSU KENKYU KUMIAI
Current assignee: MOKUSHITSU SHINSOZAI GIJUTSU KENKYU KUMIAI
Priority date: 1992-11-10
Filing date: 1992-11-10
Publication date: 1994-05-24
Anticipated expiration: 2017-01-28
Also published as: JP3250854B2

Abstract

(57)【要約】【目的】化学修飾木材中に含まれる水分を除去し、そ
れによって成形加工時の熱安定性を向上し、加工を容易
ならしめると同時に、成形品の物性の向上を図ることが
できる化学修飾木材の成形加工時の熱安定化方法を提供
する。【構成】化学修飾木材にアルカリ土類金属酸化物を添
加し、アルカリ土類金属酸化物が化学修飾木材中に含ま
れる水分と反応して分解温度の高い水酸化物に変化する
現象を利用して水分を化合物の形態として固定・除去す
る。【効果】化学修飾木材の成形加工時に水分の存在によ
って発生する化学修飾基の加水分解や、成形品の膨れ、
割れ、変色等の欠陥を有効に抑制できると共に、衝撃強
度、引張強度等の物性面での性能も向上する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、熱可塑性を有する化学
修飾木材の成形加工時の熱安定化方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、小径木、間伐材等の未利用木材
や、木材を使用する工業において工業廃棄物として副生
する木材端材などの有効利用法として、これらの木材小
片を化学的に処理して熱可塑性を付与せしめ、得られた
化学修飾木材粉を熱圧成形して木質成形品を製造する方
法が開発されており、例えば特開昭６０−１２４２０３
号公報、特開昭６０−８３８０６号公報及び特開昭６３
−１８３９１０号公報には種々の化学修飾方法が開示さ
れている。

【０００３】すなわち、木材の主要な成分であるセルロ
ース、ヘミセルロース、リグニン等は水酸基を有するた
め、これら水酸基を上記公開公報に示されているような
種々の化学的改質法によって変性処理することにより、
木材に熱可塑性を与えることができる。例えば、二塩基
酸無水物とエポキシ化合物を木材粉に添加し、木材中で
エステルの合成を行うと、木材成分の水酸基が二塩基酸
無水物とエステル化反応して、二塩基酸無水物が付加さ
れると共に側鎖にフリーのカルボキシル基が導入され、
このカルボキシル基にエポキシ化合物のエポキシ基が付
加エステル化する反応、あるいはさらにこの付加エステ
ル化反応によって生じた水酸基に二塩基酸無水物とエポ
キシ化合物が交互に付加する交互エステル化反応を生じ
て、木材成分へエステル基が導入される。

【０００４】上記のようにして木材成分の水酸基がエス
テル基に変わることにより、水素結合の減少、側鎖の導
入による結晶性の低下等がおこる。このため、本来熱可
塑性を持たない木材に熱可塑性を付与する事ができる。
この際、二重結合を有するエポキシ化合物または二塩基
酸無水物を用い、架橋剤、例えば過酸化物と組み合わせ
ることにより、一般の熱硬化性樹脂の様に、加熱により
３次元架橋構造を作る熱硬化性の素材を得る事ができ
る。さらに、不飽和ポリエステル樹脂を添加する事によ
り、成形加工時の流動性を高める事ができる。

【０００５】前記化学修飾木材から成る素材は、熱圧プ
レス、射出成形等の成形方法により成形加工が可能で、
任意の形状に加工する事ができる。成形加工は過酸化物
架橋剤がラジカルを発生する温度以上の温度で行われ、
該素材内部ではラジカル反応により３次元架橋構造が形
成される。成形加工時の温度としては、一般に１２０℃
以上２００℃以下の温度が用いられる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】前記のように、化学修
飾木材は熱圧プレス、射出成形等の成形方法により成形
可能であるが、吸湿性が高く、成形加工前の原料を放置
した場合には２％前後の水分を吸湿する。化学修飾基が
エステル系化合物の場合、水分を含んだ状態で加熱加工
を行うと加水分解が起こる。また、成形加工時に気化し
た水分は製品中に気泡を形成し、物性の低下、外観の悪
化、変色等が発生する。そのため、成形加工前に十分な
乾燥が必要である。通常、乾燥処理は加熱乾燥または真
空乾燥、さらには両者を組み合わせた方法が行われる。
しかし、熱硬化性樹脂等、加熱によって反応が進行する
ものに対しては加熱乾燥を行う事はできない。しかし、
真空乾燥だけでは十分な乾燥を行うことはできず、１８
０℃を越える温度で成形加工した場合、製品の一部に膨
れ、変色、ひび割れ等の劣化が見られる。これらの劣化
は主に水分による加水分解、気泡の発生等によるものと
考えられる。また、その外観の変化に伴い、強度の低下
が観察され、高温で熱圧成形された前記素材サンプルは
低温で熱圧成形されたサンプルに比べ低い強度を示す。

【０００７】従って、本発明の目的は、化学修飾木材中
に含まれる水分を除去し、それによって成形加工時の熱
安定性を向上し、加工を容易ならしめると同時に、成形
品の物性の向上を図る事にある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の化学修飾木材の
成形加工時の熱安定化方法は、化学修飾木材に少なくと
も１種のアルカリ土類金属酸化物を添加する事により、
化学修飾木材中に含まれる水分を除去し、成形加工時に
水分の存在によって発生する加水分解、膨れ、割れ、変
色等を防止する事を特徴とする。

【０００９】本発明で使用する化学修飾木材とは、木材
中の水酸基を化学的に変性する事により、木材そのもの
にはない熱可塑性を付与したものである。例えば、ハロ
ゲン化アリルを用いて木質材料をアリル化したもの、木
質材料を強アルカリで処理した後塩化ベンジルを用いて
木質材料をベンジル化したもの、無水トリフルオロ酢酸
と酢酸あるいはラウロイル酸等の脂肪酸を用いて木質材
料をアシル化したもの、脂肪酸のカリウム塩の存在下エ
ポキシ化合物を用いて木質材料をエーテル化したものが
ある。また、前述した特開昭６０−１２４２０３号公報
に記載の木質成分中の水酸基に二塩基酸無水物を付加し
たカルボキシル基含有エステル化木材小片に１分子中に
２個以上のエポキシ基を有するエポキシ化合物を反応さ
せたもの、さらに特開昭６０−８３８０６号公報及び特
開昭６３−１８３９１０号公報に開示されているよう
に、木質成分中の水酸基に多塩基酸無水物と不飽和二重
結合を有するモノエポキシ化合物とを交互に付加エステ
ル化反応させたもの、あるいはさらにこれらに多塩基酸
無水物と不飽和二重結合を有するモノエポキシ化合物か
ら得られるオリゴマーを併存させたものなどを用いるこ
とができる。

【００１０】本発明で使用する化学修飾木材としては、
上記例示のものに限定されるものではないが、ここでは
製造工程が簡単で副生物の少ない多塩基酸無水物と不飽
和二重結合を有するモノエポキシ化合物を併用して反応
させたものについて簡単に説明する。木材小片を多塩基
酸無水物、例えば無水マレイン酸、無水コハク酸、無水
フタル酸で処理し、木材中に化学結合によりカルボキシ
ル基を導入する。次に、得られたカルボキシル基導入木
材にモノエポキシ化合物と酸無水物を交互に付加させる
とオリゴエステル化木材が得られる。この場合、アリル
グリシジルエーテル、グリセリンモノエステル、グリシ
ジルメタクリレートのような不飽和二重結合を有するモ
ノエポキシ化合物を使用すると重合性二重結合を有する
オリゴエステル鎖が生成する。このような重合性のオリ
ゴエステル鎖を有するオリゴエステル化木材、即ち化学
修飾木材は架橋性を有しており、熱圧プレス、射出成形
により成形が可能である（詳細については前記公開公報
を参照されたい）。

【００１１】

【発明の作用及び態様】前記したように、上記のような
化学修飾木材は吸湿性を有し、１日程度放置すると約２
％程度の水分を吸湿する。この水分は熱圧プレス、射出
成形等の成形加工時に様々な問題を引き起こす。すなわ
ち、高温で熱圧プレスを行った場合、水分の存在によっ
て発生する加水分解、膨れ、割れ、変色等が発生する。
一旦内部に取り込まれた水分は真空乾燥等によっても除
去しえない。しかし、アルカリ土類金属酸化物の添加に
より、化学的に水分を固定することが可能で、固定され
た水分は遊離することなく、熱圧成形においても加水分
解、膨れ、割れ、変色等の影響を与えない。

【００１２】アルカリ土類金属酸化物は水分との反応に
よって、下記化１に示すように自らアルカリ土類金属水
酸化物に変化し、この時１分子の水を固定する。

【化１】ＭＯ＋Ｈ₂ Ｏ → Ｍ（ＯＨ）₂ （Ｍ：アル
カリ土類金属）生成する水酸化物は分解温度が高く、前記化学修飾木材
の成形温度の範囲では分解する事はない。アルカリ土類
金属酸化物としてはＢｅＯ、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、
ＢａＯが挙げられる。一般にアルカリ土類金属は原子番
号が大きくなるにつれて水酸化物の塩基性が強くなる。
一方、化学修飾木材はエステル結合を含むため、塩基性
雰囲気では加水分解が促進される傾向にある。そのた
め、塩基性の強い添加剤は好ましくなく、ＢｅＯ、Ｍｇ
Ｏ、ＣａＯが適する。このうちＭｇＯ、ＣａＯはマグネ
シア、カルシアとして工業的に広く利用されており、入
手も容易である。また、微細な粉体として入手される事
から、ヘンシェルミキサー等の粉体混合装置により混合
が可能であり、この点においても有利である。

【００１３】アルカリ土類金属酸化物の添加量は特に制
限されるものではないが、多量に添加した場合には、成
形加工時の流動性が低下し、成形性を損ない、さらに成
形後、空気中の水分の影響から酸化物が水酸化物に変化
し、体積変化を起こすことから割れが生じるので好まし
くない。一方、過小量では十分な効果が望めない。適正
な添加量としては、化学量論的に内部の水分を全て反応
により固定できる添加量に等しいか又は大きく、成形加
工時の流動を阻害せず、成形後に未反応のアルカリ土類
金属酸化物が多量に残らない添加量の範囲が望ましい。
具体的には、化学修飾木材１００重量部に対して、１重
量部より大きく２０重量部より少ない添加量が好まし
い。

【００１４】このようなアルカリ土類金属酸化物の添加
により化学修飾木材成形物の強度の上昇が観察され、特
にその効果は衝撃強度において著しい。安定剤としての
酸化カルシウムまたは酸化マグネシウムを用いた場合
と、充填剤としての炭酸カルシウムをそれぞれ充填剤と
して用いた場合を比較すると、酸化カルシウム、酸化マ
グネシウムにおいては安定剤の効果として衝撃強度が２
０％程度向上し、一方、炭酸カルシウムを充填した場合
にはその充填剤としての効果により５％程度の衝撃強度
の向上が見られるにすぎない。

【００１５】また、引張強度についても改善がみられ、
酸化カルシウムを１５重量部添加した化学修飾木材は、
１５分の熱圧プレスで成形した場合、最大の強度を与え
る温度は１８０℃となり、その最大強度は４０ＭＰａで
あった。一方、酸化カルシウムを添加しない場合には、
最大の強度を与える温度は１６０℃で、その最大強度は
３０ＭＰａであった。熱圧プレスによる成形では架橋反
応と分解反応が同時に進行すると考えられるが、化学修
飾木材は酸化カルシウムの添加により熱安定化され、分
解反応が抑制されたため、最大強度を与える温度が高温
側へ移動したと考えられる。このように酸化カルシウム
の添加により物性面での性能向上が認められるが、その
他に変色、膨れ、割れ等の欠陥が抑制され、成形条件の
制御が容易となる。

【００１６】

【実施例】以下、本発明を実施例、比較例および製造例
によってさらに具体的に説明するが、本発明はこれらに
制限されるものではない。なお、以下に記載した「部」
は「重量部」を表す。

【００１７】まず、本発明において使用する化学修飾木
材の製造例について述べる。製造例１木質材として２４メッシュ篩を通過した赤松材の乾燥木
材粉１００．０部、無水マレイン酸２６．５部を攪拌
機、還流冷却器を付けた反応釜に添加して、１２０℃で
１時間攪拌し、次に無水マレイン酸に対して１．３モル
倍のアリルグリシジルエーテル４０．１部を約１５分か
けて滴下した。滴下後、同温度で１時間交互付加エステ
ル化反応を行い、化学修飾木材を得た。

【００１８】実施例１製造例１で得られた化学修飾木材１００部に対し、酸化
カルシウム１５部、不飽和ポリエステル樹脂１０部、お
よびジクミルパーオキサイド３．３部を添加し、容量１
０リットルの小型ヘンシェルミキサーを用いて混合し
た。酸化カルシウムは化学修飾木材に均一に分散してい
た。次に、該化学修飾木材混合物を温度１８０℃、圧力
１００Ｋｇ・ｆ／ｃｍ² 、時間１５分間の条件で熱圧プ
レスにより成形を行い、プラスチック様木質成形品を得
た。該成形品には膨れ、変色は観察されず、断面にも亀
裂は観察されなかった。該成形品の引張破断強度は４０
ＭＰａであった。

【００１９】比較例１実施例１において、酸化カルシウム１５部を添加しなか
ったこと以外は実施例１と同様に成形して、プラスチッ
ク様木質成形品を得た。該成形品には中央部に膨れ、変
色がみられ、その断面には亀裂が観察された。また、該
成形品の引張破断強度は２０ＭＰａであった。

【００２０】実施例２製造例１で得られた化学修飾木材１００部に対し、酸化
マグネシウム１５部、不飽和ポリエステル樹脂１０部、
およびジクミルパーオキサイド３．３部を添加し、容量
１０リットルの小型ヘンシェルミキサーを用いて混合し
た。酸化マグネシウムは化学修飾木材中に均一に分散し
ていた。次に、該化学修飾木材混合物を温度１８０℃、
圧力１００Ｋｇ・ｆ／ｃｍ² 、時間１５分間の条件で熱
圧プレスにより成形を行い、プラスチック様木質成形品
を得た。該成形品には膨れ、変色は観察されず、断面に
も亀裂は観察されなかった。該成形品の引張破断強度は
５５ＭＰａであった。

【００２１】比較例２実施例２において、酸化マグネシウム１５部を添加しな
かったこと以外は実施例２と同様に成形して、プラスチ
ック様木質成形品を得た。該成形品には中央部に膨れ、
変色がみられ、その断面には亀裂が観察された。また、
該成形品の引張破断強度は４５ＭＰａであった。

【００２２】実施例３製造例１で得られた化学修飾木材１００部に対し、酸化
カルシウム１５．６部、不飽和ポリエステル樹脂１０
部、およびジクミルパーオキサイド３．３部を添加し、
容量１０リットルの小型ヘンシェルミキサーを用いて混
合した。酸化カルシウムは化学修飾木材に均一に分散し
ていた。次に、該化学修飾木材混合物を温度２００℃、
圧力１００Ｋｇ・ｆ／ｃｍ² 、時間１５分間の条件で熱
圧プレスにより成形を行い、プラスチック様木質成形品
を得た。該成形品には膨れ、変色は観察されず、断面に
も亀裂は観察されなかった。該成形品の衝撃強度は２．
４Ｋｇ・ｆ−ｃｍ／ｃｍ² であった。

【００２３】比較例３実施例３において、酸化カルシウム１５．６部を添加し
なかったこと以外は実施例３と同様に成形して、プラス
チック様木質成形品を得た。該成形品には中央部に膨
れ、変色がみられ、その断面には亀裂が観察された。ま
た、該成形品の衝撃強度は２．０Ｋｇ・ｆ−ｃｍ／ｃｍ
² であった。

【００２４】

【発明の効果】以上のように、本発明の化学修飾木材の
成形加工時の熱安定化方法は、化学修飾木材にアルカリ
土類金属酸化物を添加し、該アルカリ土類金属酸化物が
化学修飾木材中に含まれる水分と反応して水酸化物に変
化する現象を利用し、化学修飾木材中に含まれる水分を
化合物の形態として固定・除去するものである。生成す
る水酸化物は分解温度が高く、化学修飾木材の成形加工
時の温度で固定された水分が遊離することはないため、
水分の存在によって発生する化学修飾基の加水分解や、
気化した水分による成形品中での気泡の形成及びそれに
伴なう膨れ、割れ、変色等の欠陥が有効に抑制される。
また、化学修飾木材はアルカリ土類金属酸化物の添加に
より熱安定化され、最大強度を与える温度が高温側へ移
動するため、単なる充填剤としての添加効果以上に、衝
撃強度、引張強度等の物性面での性能向上の効果も得ら
れる。このような本発明の熱安定化方法を利用して得ら
れる成形品は、上記のような物性、外観等の優れた品質
に加えて、木材の持つ軽くて二次加工性に優れる性質を
そのまま保持しており、広範囲の分野において木質様工
業用材料として好適に用いることができる。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】化学修飾木材に少なくとも１種のアルカ
リ土類金属酸化物を添加する事を特徴とする化学修飾木
材の成形加工時の熱安定化方法。
【請求項２】アルカリ土類金属酸化物が酸化カルシウ
ム及び／又は酸化マグネシウムであることを特徴とする
請求項１記載の化学修飾木材の成形加工時の熱安定化方
法。