JPS62184803A - 木材−プラスチツク複合体の製造方法 - 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〕 この発明は寸法安定性にすぐれる木材−プラスチック複
合体の製造方法に関する。

〔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
と未収茄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
向上させる方法として、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
、膨潤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モノマーを含浸させ
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、これに適用できるモノマーと
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４０〜９０ｆｆｉｉ％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。

〔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膨潤域充填法に属
する方法であって、これに適用する木材充填用のポリマ
ーとして従来用いられたことのない特定のポリマーを使
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４〜
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の単
独または共重合体あるいは上記モノマーと共重合可能な
他のモノマーとの共重合体を含浸させることを特徴とす
る木材−プラスチック複合体（以下、ＷＰＣと略記する
）の製造方法に係るものである。

このように、この発明においては、木材中に含浸充填さ
せるべきポリマーとして、前記式で表される（メタ）ア
クリル酸エステル系モノマーを必須のモノマー成分とし
た特定の重合体ないし共重合体を使用したもので、この
ポリマーはその分子内に上記モノマーに由来する炭素数
が４〜３ｏ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、前記
従来の膨潤域充填法に適用されていたポリマーはもちろ
んのことモノマー含浸法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ｊｌｉ合させてなる重合物に
比し、ポリマーとしての親油性が非常に高いという特徴
を有している。

このため、このポリマーを木材中に含浸させると、木材
に対して高い撥水性が付与され、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、上記ポリマーの特徴
に起因して、このポリマーの木材中の保持率を前記従来
の膨潤域充填法やモノマー含浸法に比し非常に小さくし
ても、良好に得られるため、ＷＰＣの生産コストの低減
に好結果がもたらされる。しかも、このポリマーは本質
的に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適用することができる。

この発明におけ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４〜３０であることが必要である。こ
の理由は、上記の炭素数が４未満となるとポリマーの親
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、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、ｎ−ブチル（メタ）アクリレート、１ｓ
ｏ−ブチル（メタ）アクリレート、２−エチルヘキシル
（メタ）アクリレート、デシル（メタ）アクリレート、
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、七チ
ル（メタ）アクリレート、ステアリル（メタ）アクリレ
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
。また、これらの混合物であってもなんら差し支えない
。

この発明においては、上記の（メタ）アクリル酸エステ
ル系モノマーの単独重合体または共重合体を用いてもよ
いし、上記のモノマーとこれと共重合可能な他のモノマ
ーとの共重合体を用いてもよい。

なお、前記式にて表される（メタ）アクリル酸エステル
系モノマーとこれと共重合可能な他のモノマーとの共重
合体を用いる場合は、上記の（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％以上とされたもの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（る
が、一般的には２０重量％以上であるのが好ましい。

上記の共重合可能な他のモノマーとしては、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基の炭素数が４未
満である以外は前記と同様の式で表される（メタ）アク
リル酸エステル系モノマーや、一般の（メタ）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
酸などの酸基含有上ツマ−、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
。

この発明において、上記の如き特定のポリマーを木材中
に含浸させる際には、上記ポリマーを予め適宜の有機溶
媒に溶解させたポリマー溶液を調製する。ここで用いる
有４１１．　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。このポリマー１容ｔ（ｌのポリマー？ｆｆｉ度とし
ては、０．５〜５０重量％、好ましくは１〜３０重量％
である。

なお、上記のポリマー溶液中には、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
阻害しないような物質を加えることも可能である。

このようなポリ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８〜１
８重量％程度の範囲に調湿する。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、この器内にポリマー溶液を
投入し、器内を大気圧に戻す。これにより、上記溶液は
木材の空隙部内に含浸される。ご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。

このようにして含浸させたのち、自然乾燥、加熱乾燥ま
たは減圧乾燥などの乾燥処理を施して、溶媒を木材より
除去することにより、木材中に前記特定のポリマーが含
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５〜３
０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乙こ充分
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離となる
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。なお、以下の実施例で使用した木材含浸用のポリ
マー溶液Ａ−Ｆ、および比較例で使用した木材含浸用の
ポリマー溶液Ｇ−Ｊは、それぞれ下記の方法で調製した
ものである。文中、部とあるは重量部を意味するものと
する。

くポリマー溶液Ａ〉 撹拌装置、温度計および冷却器を備えた四つロフラスコ
に、キシレン２１０部を仕込み、内部を窒素置換したの
ち、攪拌しながら昇温しでキシレンを還流させた。還流
開始後、ステアリルメタクリレート５０部とメチルメタ
クリレート４５０部とｔｅｒｔ−ブチルペルオキシオク
トエート１２部との混合溶液を２．５時間を要して滴下
した。その間、還流温度を維持するように制御した。滴
下終了後、還流下に１時間熟成したのち、ｔｅｒｔ−プ
チルペルオキシオクトエート１２部とトルエン４０部と
の混合溶液を投入し、さらに１時間還流下に熟成を行っ
た。しかるのち、冷却し、トルエン２５０部を投入して
、均一なポリマー溶液Ａを得た。

くポリマー？容液Ｂ〉 ステアリルメタクリレートの使用量を７５部に、メチル
メタクリレートの使用量を４２５部に、それぞれ変更し
た以外は、ポリマー溶液Ａの場合と同様にしてポリマー
溶液Ｂを調製した。

くポリマー溶液Ｃ〉 ステアリルメタクリレートの使用量を１５０部に、メチ
ルメタクリレートの使用量を３００部に、それぞれ変更
するとともに、他のモノマーとしてスチレンを５０部使
用した以外は、ポリマー溶液Ａの場合と同様にしてポリ
マー溶液Ｃを調製した。

くポリマー？容液Ｄ〉 ステアリルメタクリレートの使用量を２５０部に、メチ
ルメタクリレートの使用量を２５０部に、それぞれ変更
した以外は、ポリマー溶液Ａの場合と同様にしてポリマ
ー溶液りを調製した。

くポリマー溶液Ｅ〉 ステアリルメタクリレート２５０部の代わりに、２−エ
チルへキシルメタクリレート２５０部を用いた以外は、
ポリマー溶液りの場合と同様にしてポリマー？容液Ｅを
８周製した。

くポリマー溶液Ｆ〉 ステアリルメタクリレ−）−５０部とメチルメタクリレ
ート４５０部との代わりに、１ｓｏ−メチルメタクリレ
ート５００部を用いた以外は、ポリマー溶液Ａの場合と
同様にしてポリマー溶液Ｆを調製した。

くポリマー溶液Ｇ〉 ステアリルメタクリレート５０部とメチルメタクリレー
ト４５０部との代わりに、メチルメタクリレート５００
部を用いた以外は、ポリマー溶、夜Ａの場合と同様にし
てポリマー溶液Ｇを調製した。

〈ポリマー７容液Ｈ〉 ステアリルメタクリレート５０部とメチルメタクリレー
ト４５０部との代わりに、スチレン５００部を用いた以
外は、ポリマー溶液Ａの場合と同様にしてポリマー溶液
Ｈを調製した。

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１３重量％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、ポリマー溶液Ａをアセト
ンによってポリマー濃度が１５重量％となるように希釈
して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７２時間風乾後、８０℃で１６時間乾燥
して、絶乾試料としてのｗｐｃを得た。

このＷＰＣのポリマー保持率は２１．０重量％であった
。なお、ポリマー保持率の算出にあたって、未処理木材
を上記と全く同様に乾燥処理してこれの絶乾重量を求め
、これと上記ｗｐｃの絶乾重量とより、既述の方法にて
算出した。

実施例２〜６ ポリマー溶液Ａの代わりに、ポリマー溶液Ｂ〜Ｆを用い
た以外は実施例１と全く同様にして５種のＷＰＣを得た
。これらＷＰＣのポリマー保持率は下記の第１表に示さ
れるとおりであった。

第１表 比較例１．　２ ポリマー溶液Ａの代わりに、ポリマー溶液Ｇ。

Ｈを用いた以外は、実施例１と全く同様にして２種のＷ
ＰＣを得た。これらＷＰｃのポリマー保持率は下記の第
２表に示されるとおりであった。

第２表 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ｗ
ｐｃの抗吸水能（ＲＷＡ）および抗膨潤能（Ａ　Ｓ　Ｅ
）を調べた結果は、後記の第３表に示されるとおりであ
った。

なおミ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
漬して所定日数放置し、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。

Ｘｔ−Ｘ 吸水率く重量％）　＝　−Ｘ　１０．Ｏ〈体積膨潤率〉 絶乾試料としてのｗｐｃを、２０°Ｃの水中に完全に浸
漬して所定日数放置し、放置後の体積（Ｍｔ）と放置前
の体積（Ｍ）とから、下記の式にて算出した。

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、下記の弐により算出した。

ｅ ｃ 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３表 上記第３表の結果からも明らかなように、実施例１〜６
に係るＷＰＣは、ポリマー保持率が２０〜３０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
のに対して、比較例１．２に係るＷＰＣは、ポリマー保
持率が２０〜３０重量％の範囲の低含浸率では良好な寸
法安定性を示さないものであることが判る。

なお、上記実施例１〜６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
るといった問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
   ４〜３０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の単
   独または共重合体あるいは上記モノマーと共重合可能な
   他のモノマーとの共重合体を含浸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方法。