JPS62152802A - 木材−プラスチツク複合体の製造法 - 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〕 この発明は寸法安定性にすぐれる木材−プラスチック複
合体の製造法に関する。

〔従来の技術〕

一般に、木材は吸湿、放湿に際し膨潤収縮する性質があ
り、このためそりや割れを生じ、ついには強度低下をき
たすという欠点を有している。この理由として、木材中
の水分が移動する場合、木材の表面部位に近いところの
水分がまず蒸発して乾燥収縮を生じるが、内部において
は高含水率の状態で未収縮となっており、この乾燥収縮
と未収縮との境界において応力が生じ、この応力を解放
する形でそりや割れが生じるものと考えられている。特
に、木口付近においては、水分の繊維方向への移動が半
径や接線方向への移動より著しく速いため、木口面が早
く乾燥収縮して引張応力を生じ、これが原因で木口割れ
が多発するものと考えられている。

従来より、これらの現象を防止し、木材の寸法安定性を
向上させる方法とじて、ホルマール法、アセチル化法、
加熱法、シアノエチル化法、アルキルケテンダイマー処
理、エチレンオキサイド処理などが知られているが、こ
れらの方法は木材の脆弱化あるいは実施困難、多大のコ
ストアップとなるなどの難点があり、いずれも実用化に
は至っていない。

一方、近年、上記方法とは異なる木材の処理方法として
、膨澗域充填法およびモノマー含浸法が提案されている
。このうち、膨潤域充填法は、木材の空隙部内に適宜の
ポリマーを含浸充填させる方法であり、またモノマー含
浸法は、木材の空隙部内に重合性の七ツマ−を含浸させ
てこれを重合させる方法である。これら方法にて処理さ
れた。木材は、いずれも木材とその空隙部内に保持され
たポリマーとからなる、いわゆる木材−プラスチック複
合体となるものであり、上記ポリマーの種類に応じて木
材の硬度、引張強度１曲げ強度などの物性を大きく改良
できるという特徴がある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかるに、木材の前記欠点である寸法安定性を改善する
という面では、上記二つの処理方法は下記の理由により
必ずしも有効な方法とはいえなかった。

まず、上記の膨潤域充填法は、これに適用可能なポリマ
ーとしてポリビニルアルコールやポリエチレングリコー
ルなどが知られているが、このうち低分子量のポリエチ
レングリコールを用いた場合に比較的良好な寸法安定性
が得られる。ところが、このポリマーは低分子量である
ために常温で液体または半固体であり、このため経口的
に処理木材つまり複合体の表面にぬれの現象が現れて、
その後の塗装が困難となる。

また、モノマー含浸法は、これに適用できる七ツマ−と
してメチルメタクリレート、スチレン、２−ヒドロキシ
エチルアクリレート、ポリオキシアルキレングリコール
（メタ）アクリレートなどの種々のモノマーが知られて
いるが、これら公知のどのモノマーを選択使用しても、
含浸重合後のポリマー保持率を４０〜９０重景％という
高保持率としなければ、木材の寸法安定性を充分に改善
できず、このような高いポリマー保持率にすると複合体
の生産コストが非常に高くなる。

したがって、この発明は、上記二つの処理方法にて代表
されるような木材の物性改良に有効な木材−プラスチッ
ク複合体を得るにあたり、上記従来の如き問題をきたす
ことなく、つまり経日的に複合体の表面にぬれの現象が
現れてその後の塗装が困難となるといった問題やポリマ
ー保持率に起因した生産コストの増大といった問題をき
たすことなく、寸法安定性の高度に改善された上記複合
体を得ることを目的とする。

ｃ問題点を解決するための手段〕 この発明者らは、上記の目的を達成するために鋭意検討
した結果、前記二つの処理方法のうちモノマー含浸法に
属する方法であって、これに適用する重合性のモノマー
として従来用いられたことのない特定のモノマーを使用
したときには、前述の如き問題をきたすことなく寸法安
定性の高度に改善された木材−プラスチック複合体を製
造できるものであることを知り、この発明を完成するに
至った。

すなわち、この発明は、木材中に、つぎの式；％式％ （式中、Ｒ１は水素またはメチル基、Ｒ２は炭素数１０
〜３０のアルキル基またはアルケニル基である） で表される（メタ）アクリル酸エステル系モノマーまた
はこのモノマーおよびこれと共重合可能な他の七ツマ−
からなる混合モノマーを含浸させたのち、重合させるこ
とを特徴とする木材−プラスチック複合体（以下、ｗｐ
ｃと略記する）の製造法に係るものである。

このように、この発明においては、木材中に含浸させる
べき重合性のモノマーとして、前記式で表される特定の
（メタ）アクリル酸エステル系モノマーを必須成分とし
て使用したもので、このモノマーはその分子内に炭素数
がｌθ〜３０のアルキル基またはアルケニル基、つまり
炭素数の多い高親油性の基が含まれているいるため、こ
れを重合させてなるポリマーは、前記従来のモノマー含
慢性に適用されていたメチルメタクリレートなどのモノ
マーを重合させてなるポリマーに比し、また前記従来の
膨潤域充填法に適用されていたポリマーに較べても親油
性が非常に高いものとなる。

このため、このモノマーを木材中に含浸させて重合させ
ると、木材に対して高いＩＤ水性が付与され、木材の吸
湿性は大幅に減少する。その結果、木材のそりや割れの
現象を招く吸放湿性が低下し、内部応力の発生が抑制さ
れるため、得られるＷＰＣは極めてすぐれた寸法安定性
を示すことになる。

そして、この寸法安定性は１．上記モノマーの特徴に起
因して、この七ツマ−を木材中に含浸させて重合させた
のちのポリマー保持率を前記従来のモノマー含浸法さら
には膨潤域充填法に比し非常に小さクシソも、良好に得
ら；するため、ＷＰＣの生産コストの低減に好結果がち
たらされる。しかも、重合後のポリマーは本質的に高分
子量体となるものであるから、前記従来の膨潤域充填法
にみられた如き経口的に複合体の表面にぬれの現象が現
れてその後の塗装が困難となるといった問題をきたすお
それは特にない。

〔発明の構成・作用〕

この発明に用いられる木材としては、針葉樹、広葉樹、
あるいは国産材、外国産材の区別を全く要しない。また
、原木、丸太、あるいは角柱、円柱、板状製材などのあ
らゆる形態の木材に通用することができる。

この発明において用いられる前記式にて表される（メタ
）アクリル酸エステル系モノマーは、そのアルキル基ま
たはアルケニル基の炭素数が１０〜３０であることが必
要である。この理由は、上記の炭素数が１０未満となる
と重合後のポリマーの親油性が低下するため、また３０
を超えるものは入手しがたい、溶剤を用いないで木材に
含浸させる際の木材への含浸性が悪くなるなどの問題が
あるためである。

このような（メタ）アクリル酸エステル系モノマーの具
体例としては、ラウリル（メタ）アクリレート、ミリス
チル（メタ）アクリレート、ペンタデシル（メタ）アク
リレート、セチル（メタ）アクリレート、ステアリル（
メタ）７クリレート、ベヘニル（メタ）アクリレート、
オフタコシル（メタ）アクリレート、オレイル（メタ）
アクリレート、パルミトレイル（メタ）アクリレートな
どが挙げられる。

この発明においては、上記の（メタ）アクリル酸エステ
ル系モノマーの１種または２種以上を用いてもよいし、
上記のモノマーとこれと共重合可能な他のモノマーとの
混合上ツマ−を用いてもよい。後者の混合モノマーにお
いては、前記式にて表される（メタ）アクリル酸エステ
ル系モノマーが全モノマー中一般に５重量％以上、好ま
しくは１０重量％以上であることが望ましい。この割合
が少なすぎると充分な寸法安定性は得られない。

一方、使用量の増加とともに寸法安定性は向上してくる
が、一般的には２０〜３０重量％程度で平衡に達する。

したがって、ＷＰＣの寸法安定性の面だけからいえば、
上記の（メタ）アクリル酸エステル系モノマーは全モノ
マー中上記範囲内の使用量で充分である。

上記の共重合可能な他のモノマ”−としては、単官能性
モノマーと多官能性モノマーとが含まれる。

単官能性モノマーとは、分子内に重合性の炭素−炭素二
重結合を１個有するモノマーであり、また多官能性モノ
マーは上記二重結合を分子内に２個以上有する七ツマ−
である。これら雨上ツマ−はそれぞれを単独で用いても
よいし、併用してもよい。

単官能性モノマーの具体例としては、たとえばメチル（
メタ）アクリレート、エチル（メタ）アクリレートなど
のアルキル基ないしアルケニル法の炭素数が１０未満で
ある以外は前記と同様の弐で表される（メタ）アクリル
酸エステル系モノマーや、一般のアクリル系ポリマーに
おける改質用モノマーとしてよく用いられるスチレン、
（メタ）アクリロニトリル、酢酸ビニルなど、また２−
ヒドロキシ（メタ）アクリレート、ポリエチレングリコ
ールモノ　（メタ）アクリレートなどの水酸基含有モノ
マー、（メタ）アクリル酸、無水マレイン酸などの６２
Ｂ含有モノマー、グリシジル（メタ）アクリレートなど
のエポキシ基含有モノマーなどが挙げられる。

また、多官能性モノマーの具体例としては、ポリエチレ
ングリコールジ（メタ）アクリレートミグリセロールト
リ　（メタ）アクリレート、ペンタエリスリトールトリ
　（メタ）アクリレートなどが挙げられる。これらの多
官能性上ツマ−は、重合後のポリマーの強度ひいてはＷ
ＰＣの強度に好結果をもたらし、またＷＰＣ表面のぬれ
の現象を確実に防止する上でもすぐれた効果をもたらす
から、共重合可能なモノマーとして特に望ましいもので
ある。

この発明において、上記の如き特定のモノマーを木材中
に含浸させる際には、このモノマーをこれ単独で含浸さ
せるようにしてもよいし、適宜の有機溶媒を用いてこれ
にモノマーを溶解させて含浸させるようにしてもよい。

含浸用モノマーとして前記式にて表される（メタ）アク
リル酸エステル系モノマーを単独で用いる場合などにあ
っては、有機溶媒を用いて含浸させやすくした方が好ま
しい。

上記の有機溶媒としては、メタノール、エタノール、ア
セトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン
、テトラヒドロフラン、ジオキサンなどの極性溶媒のほ
か、トルエン、キシレンなどの非極性溶媒が挙げられる
。

なお、含浸用のモノマーないしこれを有機溶媒に溶解さ
せた溶液中には、必要に応じて他の添加剤、たとえば防
錆剤、防腐剤などのこの発明の目的を阻害しないよがな
物質を加えることも可能である。

このようなモノマーないしモノマー溶液を木材中に含浸
するには、まず木材に自然乾燥、加熱乾燥または減圧下
に加熱乾燥するなどの乾燥処理を施して、木材中の水分
含有量を８〜１８重量％重量％筒囲に調湿する。ついで
、この木材を減圧容器内に密封し、器内を真空ポンプな
どで減圧して木材中の気体を除去したのち、この器内に
モノマーないしモノマー溶液を投入し、器内を大気圧に
戻す。これにより、上記モノマーないしモノマー溶液は
木材の空隙部内に含浸される。この含浸を容易にするた
めに、加圧含浸を併用するようにしてもよい。有機溶媒
を用いたものでは、上記含浸後自然乾燥、加熱乾燥また
は減圧乾燥などのモノマーの種類に応じた乾燥処理を施
しで、溶媒だけを木材より除去する。

つぎに、上記の如く木材中に含浸させたモノマーを重合
させる。重合方法は特に限定されず、たとえば窒素ガス
中などの酸素を遮断し、た状態で上記モノマー含浸木材
を加熱炉内で加熱重合させる方法、放射線コバル）（”
Ｃｏ）な゛どの放射線重合を行わせる方法、または予め
前記の含浸用モノマーないしその溶液にベンゾイルペル
オキシド、メチルエチルケトンペルオキシドなどの過酸
化物またはこれとナフテン酸コバルト、ジメチルアミン
などの還元剤との組み合わせなどからなる重合開始剤を
含ませておき、この開始剤により重合させる方法などを
採用できる。

上記の重合により、木材中に前記特定のモノマーの重合
物からなるポリマーが含浸保持されたＷＰＣを得ること
ができる。このＷＰＣのポリマー保持率は、一般に１〜
３５重量％、特に５〜３０重量程度という前記従来の処
理方法に比し非常に少量に設定することができ、これに
より各種用途に充分に応用できる良好な寸法安定性が得
られる。

もちろん、ＷＰＣの用途目的に応じてその物性向上の観
点からまたより高度の寸法安定性を図るために、上記よ
りもさらに高めのポリマー保持率、たとえば５０重量％
程度まで、さらには１１０重量％程度までの高い保持率
に設定することも可能である。

なお、この明細書において、ポリマー保持率とは、ＷＰ
Ｃを構成する木材に対する同ポリマーの重量割合、つま
り下記の式にて算出される値を意味するものである。

Ｘ：ＷＰＣの絶乾重量 Ｙ：未処理木材の絶乾重量 〔発明の効果〕 以上のように、この発明方法によれば、経日的に複合体
の表面にぬれの現象が現れてその後の塗装が困難となる
といった問題やポリマー保持率に起因した生産コストの
増大といった問題をきたすことなく、木材特有の吸湿膨
潤あるいは放湿収縮が大きく抑制された、すぐれた寸法
安定性を示すＷＰＣを工業的有利に製造できる。このた
め、この方法にて得られるＷＰＣは、常に湿気と乾燥に
見まわれる外壁や床材、木製美術品やその他寸法安定性
が高度に要求される建築材料などとして特に好適であり
、またこれら以外の各種用途にも利用することができる
。

〔実施例〕 つぎに、この発明の実施例を記載してより具体的に説明
する。

実施例１ 接線方向１０ｍｍ、半径方向７０ｍｍ、繊維方向１３０
ｍｍに寸法取りした含水率１３１ｔ量％のアメリカ産ヒ
ノキ柾目材をデシケータ−中に入れて１０ｍｍＨｇに減
圧した。このデシケータ−中に、ステアリルメタクリレ
ート４９．５重量％とポリエチレングリコールジメタク
リレート（平均分子量５５０）４９．５重量％とベンゾ
イルペルオキシド０．９９重量％とアスコルビン酸０．
０１重量％とからなる含浸液を投入し、５分間減圧含浸
させたのち、常圧に戻して１０分間静置し、その後デシ
ケータ−より取り出した。

この含浸木材をアルミニウム箔によりラッピングしたの
ち、１４０℃のホットプレスで４時間加熱重合して、Ｗ
ＰＣを得た。このＷＰＣのポリマー保持率は、１６．２
重量％であった。なお、ポリマー保持率の算出は、上記
ｗｐｃおよび未処理木材をそれぞれ８０°Ｃで１６時間
乾燥処理して絶乾重量を求め、両絶乾重量より既述の方
法にて算出した。

実施例２ ステアリルメタクリレートの量を９．９重量％に、また
ポリエチレングリコールジメタクリレートの量を８９．
１重量％に、それぞれ変更した以外は、実施例１の方法
に準じてＷＰＣを得た。このＷＰＣのポリマー保持率は
２８重量％であった。

実施例３ ステアリルメタクリレートの量を１９．８重量％に、ポ
リエチレングリコールジメタクリレートの量を７９．２
重量％に、それぞれ変更した以外は、実施例１の方法に
準じてｗｐｃを得た。このｗｐＣのポリマー保持率は１
９重量％であった。

実施例４ ステアリルメタクリレートの量を２９．７重量％に、ポ
リエチレングリコールジメタクリレートの量を６９．３
重量％に、それぞれ変更した以外は、実施例１の方法に
準じてＷＰＣを得た。このｗｐＣのポリマー保持率は２
２重量％であった。

比較例１ ステアリルメタクリレート４９．５改ｉｔ％とポリエチ
レングリコールジメタクリレート４９．５重１％との代
わりに、メチルメタクリレ−）　９９．０重量％を使用
した以外は、実施例１の方法に準じてＷＰＣを得た。こ
のＷＰＣのポリマー保持率は４５重量％であった。

比較例２ ステアリルメタクリレート４９．５重量％とポリエチレ
ングリコールジメタクリレート４９．５重量％との代わ
りに、スチレン９９．０重量％を使用した以外は、実施
例１の方法に準じてｗｐｃを得た。

このＷＰＣのポリマー保持率は、４４重量％であった。

比較例３ ステアリルメタクリレート４９．５重量％とポリエチレ
ングリコールジメタクリレート４９．５重量％との代わ
りに、平均分子量５５０のポリエチレングリコールジメ
タクリレート９９．０重量％を使用した以外は、実施例
１の方法に準じてｗｐｃを得た。このＷＰＣのポリマー
保持率は２７重量％であった。

以上の実施例および比較例に係る各ＷＰＣにつき、吸水
率および体積膨潤率を測定し、これら測定値から各ｗｐ
ｃの抗吸水能（ＲＷＡ）および抗膨潤能（ＡＳＥ）を調
べた結果は、後記の第１表に示されるとおりであった。

なお、吸水率および体積膨潤率の測定は、つぎの方法に
て行った。

く吸水率〉 絶乾試料としてのＷＰＣを、２０　’Ｃの水中に完全に
浸漬した状態で所定日数放置し、放置後の重量（Ｘｔ）
と放置前の絶乾重量（Ｘ）とから、下記の式にて算出し
た。

く体積膨潤率〉 絶乾試料としてのｗｐｃを、２０℃の水中に完全に浸漬
した状態で所定日数放置し、放置後の体積（ＭＬ）と放
置前の体積（Ｍ）とから、下記の弐にて算出した。

また、抗吸水能（ＲＷＡ）および抗膨潤能（ＡＳＥ）は
、上記ｗｐｃの場合と同様にして未処理木材の吸水率お
よび体積膨潤率を測定し、これとｗｐｃのの吸水率およ
び体積膨潤率とから、下記の式により算出した。

Ｗｃ Ｗｃ Ｗｃ：未処理木材の吸水率 ｗｔ　：ＷＰＣの吸水率 ■Ｃ：未処理木材の体積膨潤率 Ｖｔ：ＷＰＣの体積膨潤率 なお、吸水率および体積膨潤率の測定における放置日数
は、それぞれ４日および７日としたが、上述の測定条件
にて算出される吸水率および体積膨潤率は、一般に約１
週間後に平衡に達するものである。

第１表 上記第１表の結果からも明らかなように、実施例１〜４
に係るＷＰＣは、ポリマー保持率が１５〜３０重量％の
範囲にあるにもかかわらず、すぐれた寸法安定性を示す
。しかし、比較例１，２に係るＷＰＣは、ポリマー保持
率が４１）重量％以上で高い抗吸水能（ＲＷＡ）を持つ
が、この場合でも寸法安定性の指標となる高い抗膨潤能
（ＡＳＥ）は得られていないことが判る。また比較例３
に係るｗｐｃは、ポリマー保持率が３０重量％以下とさ
れたものであるが、この場合抗吸水能および抗膨潤能共
に低く、寸法安定性が非常に悪いものであることが明ら
かである。

なお、上記実施例１〜４に係るＷＰＣは、これを常温常
温下に長期間放置しておいても経日的にＷＰＣの表面に
ぬれの現象が現れることはなく、したがって上記放置後
にＷＰＣの表面に通常の塗装を行っても塗装が困難とな
るといった間、題は全く生じなかった。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）木材中に、つぎの式； ▲数式、化学式、表等があります▼ （式中、Ｒ＿１は水素またはメチル基、Ｒ＿２は炭素数
   １０〜３０のアルキル基またはアルケニル基である） で表される（メタ）アクリル酸エステル系モノマーまた
   はこのモノマーおよびこれと共重合可能な他のモノマー
   からなる混合モノマーを含浸させたのち、重合させるこ
   とを特徴とする木材−プラスチック複合体の製造法。