JPH0716925B2 - 改質木材 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、木質材料を化学的に処理すると同時に木材空
隙内に高分子化合物を充填硬化させる事により、木質材
料の美観性等の特性を損なわずに耐久性、硬度靭性等を
改良した改質木材に関する。

〔従来技術とその問題点〕

木質材料と合成樹脂を複合する方法には、大別して木質
材料内の空隙中に重合性物質を充填する方法（いわゆる
WPCと云われるもの）と、木質材料中成分中の水酸基等
の官能基にオキサイド類、酸無水物を反応させてエーテ
ル化、エステル化する方法（いわゆる化学修飾木材）と
云われる方法がある。上記重合性物質や化学修飾剤は種
々のものがあり、現在、耐久性や物性安定性の点から強
固な化学結合を有するエポキシ系化合物の研究が進めら
れている。即ち、前者WPCにあってはエポキシアクリレ
ートを木材中に含浸、硬化させるものであり、特開昭60
−147303号公報に開示されているが、上記エポキシアク
リレートはプレポリマーの状態では高粘度で木質材料内
への注入が困難であり、別途スチレン等の木材成分と親
和性の小さい溶媒等で希釈して注入させる必要があり、
親水性の木材成分と反応しにくい。そのため、樹脂の大
部分は木質材料の空隙中でコポリマーとして物理的に充
填されているだけであり、硬度は増すが、木材組織との
密着性が悪いので靭性、可撓性が小さくなり、クラック
や白化が生じたり、切削加工性が悪くなるという問題点
があった。

一方、後者の化学修飾木材にも特願昭59−9041号公報の
ようにエポキシ化合物と木質材料中の水酸基とを反応さ
せるものがあるが、上記エポキシ化合物はビスフェノー
ルＡ−エピクロルヒドリンとのグリシジルエーテル型の
ものであり、固型もしくは高粘度で木粉等の木材小片と
混練し、ロール操作を行い、フォーミング後熱圧する事
により、やっと木材と化学的結合を生じさせる事が出来
るものである。従って、木材ブロックや木材薄板に含浸
させる事は困難であり、まして木材内において木材成分
中の水酸基と化学修飾させ、木材の化粧性、加工性を損
なわずに改質することはできないという欠点があった。

そのため、発明者はあらかじめ化学修飾した後、重合性
物質を注入固化する方法（特開昭60−242002号公報）に
より、耐汚染性や寸法安定性にすぐれた改質木材を得る
ことを発明したが２段階の処理が必要であり、生産性の
点で問題点があった。

〔目的〕

本発明は上記欠点に鑑みてなされたもので、その目的と
する処は木質材料内に容易に浸透し、木材成分中の活性
基と反応しつつ、自ら重合して高分子化し、木質材料中
に定着固化することにより木質材料本来の化粧性を損な
わずに木質材料を化学的に改質せしめて硬度と靭性を合
わせ持ち、更に、長期にわたって、耐久性や美観性を保
持し得る改質木材を提供するにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は上記問題点を解決するために； 木材成分中の水酸基等の活性基にエポキシ化高級脂
肪酸エステルと多塩基酸無水物を化学修飾させる。

該木材内空隙で上記エポキシ化高級脂肪酸エステル
と多塩基酸無水物のエステル化高分子化合物を生成せし
めて木材空隙内に充填する。

；という技術的手段を採用している。

〔作用〕 本発明に用いるエポキシ化高級脂肪酸エステルは、
内部オレフィンエポキサイドであるので、多塩基酸無水
物の混液乃至必要に応じて多塩基酸を添加した混液は低
粘度で、常態では安定であるので木質系材料に容易に均
一に浸透し、木質材料成分中の活性基と接触し得る状態
になる。

注入後、加熱等で木材成分中の水酸基等の活性基が
開始剤となり、材内で化学修飾が生じると共に、エポキ
シ基と酸無水物とを次々にエステル化して高分子化し、
木質材料内で化学修飾処理と樹脂注入処理が同時に効率
よく行われる。

エポキシ化高級脂肪酸エステルが多塩基酸無水物と
共に木材成分と反応し、あたかも木材成分間に滑剤が侵
入した様になり、可撓性，靭性が付与される。

木材空隙中に固化したエポキシ化高級脂肪酸エステ
ルと多塩基酸無水物の高分子化合物があたかも油脂をす
り込んだ様な状態となり、従来の如く可塑剤を用いなく
ともオイルフィニッシュの如く撥水性を発揮すると共に
毛羽立ちが押さえられた深みのある濡れ色の外観を呈す
る。

加えて耐圧性も向上する。

上記高分子化合物は側鎖で木材成分と化学的に結合
されているので水やアルコール等で溶出することなく耐
久性も良好である。

尚、本改質木材の製造に当たっては、化学修飾と樹
脂注入並びに材内での反応が一回の操作で完了するの
で、生産性が良く、又、反応に際し副生物質が生じない
し、処理液がすべて材内で反応するので余剰の処理液を
脱液したり洗浄等の必要もない。

〔実施例〕

以下、本発明を詳述する。

エポキシ化高級脂肪酸エステルと多塩基酸無水物の混液
乃至必要に応じてこの混液に多塩基酸を混入した混液を
木質系素材に含浸すると該混液は木質系素材に容易に浸
透する。含浸材を常温で又は加熱するか、更に触媒の使
用下に加熱すると木質系素材中の水分や水酸基などが開
始剤となり、該含浸液は木質系素材と化学結合により、
一体化して固定される。この時、悪臭や副生物質の浸出
などもなく、しかも木質感は十分に保持していることを
見出して本発明を完成した。即ち、本発明では、ヒドロ
キシル基を開始剤としてエポキシ基と酸無水物基を次々
とエステル化して高分子量化する反応を木質系素材中で
効率よく行わせるべくエポキシ化高級脂肪酸エステルと
多塩基酸無水物の混液又はこの混液と多塩基酸の混液を
木質系素材又はあらかじめカルボキシエステル化した木
質材料に含浸して、木質系素材中でエステル反応を行わ
せて固化する化学修飾とWPC化を同時に行うことに特徴
のある『化学修飾した木質材』である。

本発明に使用し得る木質系素材は、木材小片等何れの形
態であってもよいが、特に本発明の効果が顕著に利用で
きるのはブロック状、板状などであり、時に経済性，作
業性，生産性から木材薄板が好ましい。何れの形態であ
っても、材中の水分は工業的に可能な限り、一定の水準
（含水率10％以下）に維持しておく必要がある。水分は
反応を促進すると共に硬化物の物性にも影響するからで
あり、適当な水分は常温においても反応を進行させる役
割を果たす。又、無水マレイン酸や無水コハク酸等の無
水二塩基酸で予めカルボキシエステル化した化学修飾木
材に本発明の処理を施しても好都合に使用することがで
きる。

エポキシ化高級脂肪酸エステルには、エポキシ化アマニ
油、エポキシ化大豆油などのトリグリセライド類やアマ
ニ油脂肪酸、大豆油脂肪酸のモノエステルをエポキシ化
したエポキシ化高級脂肪酸モノエステルなどがあり、こ
れらは単独又は混合しても使用することができる。この
エポキシ化合物は在来技術に用いられているグリシジル
エーテル型のエポキシ化合物と異なって、低粘度であ
り、特に有機カルボン酸との反応性に富み、且つ、木質
材料への含浸性にも優れている。

尚、木質材料への含浸性を妨げない範囲でビスフェノー
ルのグリシジルエーテル、フェノールノボラック、クレ
ゾールノボラックのグリシジルエーテル、グリシジルフ
ェノール、アリルグリシジルエーテル、グリシジルメタ
アクリレートなどやその他着色剤等を併用することもで
きる。

化学修飾反応を促進する触媒は、ルイス酸類、三級アミ
ン、ホスフィン、スチビン化合物などである。例えば、
三弗化硼素、モノエチルアミン錯塩、ジメチルベンジル
アミン、トリエチルアミン、トリフェニルホスフィン、
トリフェニルスチビンなどである。これらは木質系素材
に予め含浸しておくか又はエポキシ化高級脂肪酸エステ
ルに溶解しておいて使用する。又、金属アルコキシドで
あるテトライソプロポキシチタネートやアルミニウムト
リイソプロポキシサイドなども有効である。

次に多塩基酸無水物とは、無水マレイン酸、無水コハク
酸、無水フタノール酸、テトラヒドロ無水フタール酸、
メチルテトラヒドロ無水フタール酸、メチルヘキサヒド
ロ無水フタール酸、無水トリメリット酸、無水ピロメリ
ット酸などや、無水マレイン酸とエチレン、プロピレ
ン、イソブチレン、スチレンなど２−オレフインとの共
重合体などを包含する。

多塩基酸とはマレイン酸、フマール酸、コハク酸、フタ
ール酸、イソフタール酸、テレフタール酸、トリメリッ
ト酸、ピロメリット酸やアクリル酸、メタアクリル酸の
ホモポリマーや共重合体などを包含する。但し、多塩基
酸は含浸液の可使用時間を短くするので使用量は可能な
限り少なくするか、又は、予め木質材料に含浸しておい
てからエポキシ化高級脂肪酸エステル類を含浸する様な
使用法を使用してもよい。

本発明の実施の態様は木質材料の形態によって左右され
るが基本的には被処理木質材料を工業的に可能な限り一
定量の水分含量にしておいて、（例えば２〜10％）、こ
れを含浸槽に入れ、エポキシ化高級脂肪酸エステル類と
多塩基酸無水物の混液又は、この混液と多塩基酸の混
液，更に必要に応じて反応促進触媒を前述の混液に加え
た組成液を含浸する。含浸の方法は種々公知であり、例
えば減圧−常圧−加圧法などである。含浸は必要量だけ
実施すればよい。木質材がブロック状の際には、表面層
だけ含浸させ、付着混液を拭って、そのまま常温で、又
は離型紙又はフイルムで覆ってから60〜150℃の温度で
オーブンにより加熱すると反応は数分乃至数時間で終了
して化学修飾したWPC材が得られる。尚、ブロック乃至
単板の場合にも熱圧プレスの使用は可能であり、塗料な
どの連続硬化装置で連続的に加熱固化することもでき
る。

この際の製品は美しい光沢のオイル仕上げの外観を呈す
る。

以下、本発明の効果を最も良く発揮する実施例により詳
細に説明するが、これらが本発明の全てを包合するもの
ではない。

（実施例 １） 厚さ1.5mm、巾100mm、長100mmのベイツガ単板10枚とベ
イマツ単板10枚を105℃のオーブン中で乾燥して含水率
を２〜５％に調整した。次いでエポキシ化大豆油（オキ
シラン酸素6.9％を含む）500gに該エポキシ基の1/2モル
当量の無水マレイン酸を加え、40℃に保持してこれを溶
解し、含浸液を得た。ベイツガ単板、ベイマツ単板を夫
々含浸液に浸して減圧下に注入した。含浸率はベイツガ
単板が130％、ベイマツ単板120％であった。

該混液単板をオーブン中に静置し、140℃で１時間保持
して含浸液を硬化して単板と一体化し、処理単板を得
た。処理単板は濡れ色で深みのある木目模様を有し、無
処理生材同等の可撓性、靭性に富み、且つのこぎりや、
ナイフなどによりシャープな切削面が形成でき加工性に
も優れ、従来のWPCにない特徴のあるものであった。

（実施例 ２） 厚さ3mm、巾100mm、長100mmのローズウッド、カリン、
セブラ、ウオールナット、チークの単板各３枚を105℃
のオーブン中で乾燥して含水率を２〜３％調整した。

エポキシ化アマニ油（オキシラン酸素9.2％を含む）500
gに該エポキシに等しい量のメチルテトラヒドロ無水フ
タール酸を溶解して含浸液を得た。この含浸液を上記各
単板に減圧下に注入した。注入率は65〜75％であった。
過剰分の含浸液は回収して常温で貯蔵したが、30日間以
上の可使時間があり、工業的にも使い勝手が良好である
ことが確認された。

該含浸単板はオーブン中に静置して140℃で１時間保持
して反応を行い、単板と含浸液とを一体化して硬化し
た。ウオールナットやチーク材では硬化不良の著しいポ
リエステル樹脂やMMAのラジカル硬化型樹脂と異なり、
本実施例では均一な硬化が非常に容易に進行して耐圧性
があり、且つ靭性に富み、しかも夫々の木質に応じて濡
れ色で美しい木目の表現された処理単板となった。

（対比例 １） エポキシ系でもグリシジルエーテルタイプの処理剤とし
て実施例２の処理単板をビスフェノールＡ系液状エポキ
シ樹脂とメチルテトラヒドロ無水フタール酸の等重量混
液に含浸して減圧注入し、同じく注入率65〜75％として
過剰分の含浸液を回収した。回収液の常温での可使時間
は実施例２と同様であったが、140℃でその硬化を行っ
た処、３時間以上を必要とし処理単板は暗色に仕上が
り、外観的にも好ましくなかった。

（実施例 ３） 予め、カルボキシエステル化木材を用いた実施例として
厚さ3mm、巾100mm、長100mmのナラ単板５枚を105℃のオ
ーブン中で２時間乾燥して含水率を２％に調整し、メチ
ルテトラヒドロ無水フタール酸を減圧注入して注入率を
30％とし、80℃で３時間保持して一部カルボキシアルキ
ル化処理木材を得た。次にエポキシ化アマニ油（オキシ
ラン酸素、9.2％を含む）500gにエポキシ基のモル当量
の無水フタール酸を60℃に保持して溶解させて得た混液
を減圧下で注入した。注入率は先のメチルテトラヒドロ
無水フタール酸と合わせて70％に調整した。この含浸単
板を105℃で５時間保持して反応を進め処理単板を得
た。この処理単板はナラ材の美しい木目を浮き立たせて
おり、耐傷性に優れた処理剤生材程度の可撓性があり、
靭性にも富むものであった。

〔効果〕

本発明は叙上のように木材成分中の水酸基等の活性基に
エポキシ化高級脂肪酸エステルと多塩基酸無水物を化学
修飾せしめると共に該木材内空隙で正気エポキシ化高級
脂肪酸エステルと多塩基酸無水物のエステル化高分子化
合物を生成せしめて木材内空隙に充填した改質木材に係
るものであるが、ここに用いるエポキシ化高級脂肪酸エ
ステルは従来のグリシジルエーテルタイプ等のエポキシ
化合物と異なり内部オレフィンエポキシサイドであるの
で、多塩基酸無水物の混液乃至必要に応じて多塩基酸を
添加した混液は低粘度であり、又、常態では安定である
ので木質系材に容易に均一に浸透するものである。

更に、注入後、木材成分中の水酸基等の活性基が開始剤
となり、材内でエポキシ化高級脂肪酸エステルおよび無
水多塩基酸の両方が化学修飾すると共にエポキシ基と多
塩基酸無水物が次々にエステル化して高分子化して木材
内空隙に充填する事になって木材内で化学修飾処理と樹
脂注入処理が同時に効率よく行われ、その結果、生産性
向上に寄与するという利点がある。又、上記エポキシ化
高級脂肪酸エステルが多塩基酸無水物と共に木材成分と
反応するとあたかも木材成分間に滑剤が侵入した様な状
態になり、木質材料の変形応力が減じられると同時に逆
に靭性が付与されて、クラックが生じにくくなるという
利点がある。

又、木材空隙中に固化一体化されたエポキシ化高級脂肪
酸エステルと多塩基酸無水物の高分子化合物があたかも
油脂をすり込んだ様な状態となり、オイルフィニッシュ
の如く撥水性を発揮すると共に毛羽立ちが押えられて深
みのある濡れ色の外観を呈する。加えて硬化した高分子
化合物自身が靭性に富むために耐クラック性や耐圧性も
向上するという利点がある。

以上より本発明によって深みのある靭性及び耐久性の良
好な木質材料を容易に得る事が出来、外装材は勿論、内
装材等の建築材、家具材等に利用できる改質木材を提供
出来たものである。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】木材成分中の水酸基等の活性基にエポキシ
   化高級脂肪酸エステルと多塩基酸無水物を化学修飾せし
   めると共に該木材内空隙で上記エポキシ化高級脂肪酸エ
   ステルと多塩基酸無水物のエステル化高分子化合物を生
   成せしめて木材内空隙に充填してなることを特徴とする
   改質木材。
2. 【請求項２】エポキシ化高級脂肪酸エステルがアマニ油
   のエポキシ化物である事を特徴とする特許請求の範囲第
   １項に記載の改質木材。
3. 【請求項３】エポキシ化高級脂肪酸エステルが大豆油の
   エポキシ化物である事を特徴とする特許請求の範囲第１
   項に記載の改質木材。
4. 【請求項４】多塩基酸無水物が無水マレイン酸又は無水
   マレイン酸共重合体である事を特徴とする特許請求の範
   囲第１項に記載の改質木材。
5. 【請求項５】多塩基酸無水物がメチルテトラヒドロ無水
   フタール酸である事を特徴とする特許請求の範囲第１項
   に記載の改質木材。