(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アクリル系化合物と、環状エステル系化合物を混合した薬液を木材あるいは木質系材料に含浸し、硬化させる改質木材の製法において、上記環状エステル系化合物は、環状構造中に窒素を含まない環状エステル系化合物であることを特徴とする改質木材の製法。
【請求項２】
前記環状エステル化合物は、β−プロピオラクトン、δ−バレロラクトン、ε−カプロラクトン、クマリン、テトリン酸、フタリド、及び、これらの誘導体の中から１種又は２種以上選択された化合物であることを特徴とする請求項１に記載の改質木材の製法。
【請求項３】
前記アクリル系化合物と、前記環状エステル系化合物を１：５〜５：１の割合で混合した薬液を、不揮発分で１０〜３０％の含浸率で木材あるいは木質系材料に含浸し、硬化させることを特徴とする請求項１または２に記載の改質木材の製法。
【請求項４】
前記アクリル系化合物をメチルメタクリレートとし、前記環状エステル系化合物をε−カプロラクトンとしたことを特徴とする請求項３に記載の改質木材の製法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は木材あるいは木質系材料の寸法安定化、耐久化、及び外観の向上化に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より木材にメタクリル酸エステル、スチレン等のビニル系モノマ−及びプレポリマ−並びに不飽和ポリエステル類を含浸し木材中で重合、硬化させて得られる木材プラスチック複合体はＷＰＣと称せられ、寸法安定性や強度、耐久性、耐摩耗性を向上させた材料として、その性能が広く認識されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、これらのＷＰＣは十分な寸法安定性を付与するためには木材へ十分な注入を行なわなければならないため、処理剤のコストがかかるばかりか、含浸率の増加にともない木材の素材感が失われやすいという欠点があった。
【０００４】
また、かかる問題点を解決するために、低含浸率、低コストで環状エステル化合物と木材の複合化等も試みられており、優れた寸法安定性が得られている。しかしながら環状エステル化合物単独では、木材が十分膨潤するものの軟質化して表面硬度が低下し傷が発生しやすく強度的な改善効果はあまりなかった。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は上記の問題を解決するために検討されたもので、請求項１に記載の発明は、アクリル系化合物と環状エステル系化合物を混合した薬液を木材あるいは木質系材料に含浸し、硬化させる改質木材の製法において、上記環状エステル系化合物は、環状構造中に窒素を含まない構造であることを特徴とする改質木材の製法である。また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の改質木材の製法において、前記環状エステル系化合物は、β−プロピオラクトン、δ−バレロラクトン、ε−カプロラクトン、クマリン、テトリン酸、フタリド、及び、これらの誘導体の中から１種又は２種以上選択された化合物であることを特徴とする改質木材の製法である。請求項３の発明は、前記アクリル系化合物と、前記環状エステル系化合物を１：５〜５：１の割合で混合した薬液を、不揮発分で１０〜３０％の含浸率で木材あるいは木質系材料に含浸し、硬化させることを特徴とする請求項１または２に記載の改質木材の製法である。請求項４の発明は、前記アクリル系化合物をメチルメタクリレートとし、前記環状エステル系化合物をε−カプロラクトンとしたことを特徴とする請求項３に記載の改質木材の製法である。本発明は、上記により木材の特性を損なわずに外観を向上させ、寸法安定性、強度に優れた改質木材の製法を提供するものである。以下、本発明について説明する。
【０００６】
本発明に用いるアクリル系化合物としてはアクリル酸、メタクリル酸、アクリル酸エステル、メタクリル酸エステル、不飽和ポリエステル、スチレン、スチレン誘導体の中から１種又は２種以上を選択し、重合開始剤、例えば過硫酸化物、過酸化水素、過酸化物、アゾ系重合開始剤、酸化還元型のレドックス重合開始剤等、更に必要に応じてアミン、金属セッケン等の重合促進剤を添加したものが適用できる。
【０００７】
アクリル酸エステルについてはアルキルアクリレ−ト、ヒドロキシアルキルアクリレ−ト、ジエチレングリコ−ルアクリレ−ト、ポリエチレングリコ−ルアクリレ−ト、グリシジルアクリレ−ト、エチレングリコ−ルジアクリレ−ト、エトキシアルキルアクリレ−ト等が例示され、また、メタクリル酸エステルについてはアルキルメタクリレ−ト、ヒドロキシアルキルメタクリレ−ト、グリシジルメタクリレ−ト、エチレングリコ−ルメタクリレ−ト、エチレングリコ−ルジメタクリレ−ト、ポリエチレングリコ−ルメタクリレ−ト、ポリエチレングリコ−ルジメタクリレ−トアルキル：エチル、メチル、ペンチル等）が例示される。スチレン誘導体としてはα−メチルスチレン、ｐ−メチル−α−メチルスチレン等が例示される。好適には浸透性がよく重合しやすいメチルメタクリレ−トを用いるのが望ましい。
【０００８】
環状エステル系化合物としては、β−プロピオラクトン、δ−バレロラクトン、ε−カプロラクトン、クマリン、テトリン酸、フタリド等の化合物や、これらの誘導体の中から一種又は２種以上を選択し、反応を迅速かつ効率よく進めるために、必要に応じてアルカリ金属、アルカリ金属の水素化物、水酸化物、炭酸塩、アルキル金属脂肪族アミン、酸、金属ハロゲン化物を添加したものが適用できる。好適にはコスト的に有利で反応性に富むε−カプロラクトンを用いるのが望ましい。
【０００９】
アクリル系化合物と環状エステル系化合物は重量比で１：９９〜９９：１の割合で混合するのが望ましく、環状エステル系化合物が多く１：９９を超える場合は強度不足となりやすく、アクリル系化合物が多く９９：１を超える場合は環境の変化に追従しづらくなり寸法変化が大きくなり割れを生じやすいものとなる。抗湿能、曲げ強さ、外観性（特に透明感、肌触り）に優れるのは１：５〜５：１の範囲である。
【００１０】
薬液は木材への付着量をコントロールするために各処理液に相溶性のある種々の溶媒を添加して希釈して用いることが可能で、この場合、溶媒としては薬液との反応性が低いほど好ましく、具体例として、ヘキサン、ヘプタンなどの脂肪族炭化水素、トルエン、キシレンなどの芳香族炭化水素、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、ジオキサンなどのエーテル類、酢酸エチル、酢酸ブチルなどのエステル類、アセトン、メチルエチルケトンなどのケトン類、さらには水やアルコール類などが挙げられるが、特にこれらに限定するものではない。
【００１１】
薬液は木材の組織内部まで浸透させるという観点から注入法を用いるのが望ましく、例えば、浸漬法、減圧注入、加圧注入、あるいはこれらの注入法を組み合わた方法などが適用できる。薬液の含浸率は木材の素材感を損うことなく寸法安定性、強度を向上させるため不揮発分で１０〜３０％とするのが望ましい。ここで含浸率は薬液の付着量を元の木材の重量で除し１００を乗じたもので式１で表される。
【００１２】
【式１】
Ｗ＝［（Ｗ２−Ｗ１）／Ｗ１］×１００（％）
Ｗ  ：含浸率
Ｗ２：含浸、乾燥後の木材の重量
Ｗ１：元の木材の重量
【００１３】
上記の薬液で処理した木材は、熱風加熱、赤外線加熱、遠赤外線加熱等の加熱処理や、放射線、紫外線等で硬化させることが可能であり、加熱温度や加熱時間等はアクリル系化合物や環状エステル系化合物が充分に硬化し、木材が損傷しない程度であればよく、加熱処理の条件は薬液の組成、硬化剤によって多少異なるが、概ね、８０〜１４０℃、０．１〜８時間とするのが望ましい。さらに、平板プレスや連続プレスなどを用いて加熱と同時に加圧しても差し支えなく、この場合は、硬化が促進され強度的にも優れたものとなる。加圧する際の圧力の条件としても、硬化を促進し、木材が損傷しない程度とするのが望ましく、５〜２０ｋｇｆ／ｃｍ２の条件が適する。
【００１４】
本発明に適用できる木材や木質系材料としては、製材品、スライス単板、集成材、パ−ティクルボ−ドなどが挙げられ、具体的には、アカガシ、カバ、ブナ、ラワン、ポプラ、カポ−ル、ナラ、ケヤキ、エノキなどの広葉樹材、スギ、マツ、カラマツ、ヒノキなどの針葉樹材、ゴムノキ集成材、ＬＶＬ（Ｌａｍｉｎａｔｅｄ  Ｖｅｎｅｅｒ  Ｌｕｍｂｅｒ）等、また、形状的には板状、柱状など例示しうるが、これらに限定するものものではない。
【００１５】
【作用】
木材にアクリル系化合物と環状エステル系化合物を主成分とする薬液を含浸し、硬化させる事によって通常の低含浸ＷＰＣの欠点を補い、木材との親和性の良い環状エステル化合物によって寸法変化を効果的に抑え、アクリル系化合物の重合に伴う木材中での収縮を緩和し、割れにくいものとなる。
【００１６】
以下、実施例、比較例を示し詳細に説明する。
【実施例】
実施例１
アクリル系化合物としてメチルメタクリレ−ト（シロップ状）２５０ｇ、重合開始剤として過酸化ベンゾイル２．５ｇ、環状エステル化合物としてε−カプロラクトン２５０ｇ、溶媒としてトルエン５００ｇを混合して薬液（Ａ）を得た。次いで厚さ５ｍｍ、気乾比重０．３７〜０．４２、繊維方向長さ３００ｍｍ、接線方向１００ｍｍのスギに薬液（Ａ）を減圧加圧法により含浸率が不揮発分で２０％となるように含浸し、１２０℃の熱風乾燥器中で３時間加熱し、実施例１の改質木材を得た。
【００１７】
実施例２
アクリル系化合物としてポリエチレングリコ−ルモノメタクリレ−ト３００ｇと２−ヒドロキシエチルメタクリレ−ト３００ｇ、重合開始剤として過酸化ベンゾイル６．０ｇと、環状エステル化合物としてε−カプロラクトン２００ｇ、触媒として塩酸２．０ｇ、溶媒として蒸留水２００ｇとを混合して薬液（Ｂ）を得た。次いで実施例１と同様のスギに減圧法により薬液（Ｂ）を含浸率が不揮発分で２０％となるように含浸し、１２０℃の熱風乾燥器中で３時間加熱し、実施例２の改質木材を得た。
【００１８】
実施例３
アクリル系化合物としてグリシジルメタクリレ−ト３００ｇとスチレン３００ｇ、重合開始剤としてメチルエチルケトンパ−オキサイド６．０ｇ、触媒としてオクテン酸コバルト６．０ｇ、環状エステル化合物としてε−カプロラクトン２００ｇとを混合し薬液（Ｃ）を得た。次いで実施例１と同様のスギに減圧加圧法により薬液（Ｃ）を含浸率が不揮発分で２０％となるように含浸し、風乾後ホットプレスを用いて６０℃、圧力５ｋｇｆ／ｃｍ２で３０分加熱圧締し、実施例３の改質木材を得た。
【００１９】
実施例４
アクリル系化合物としてメチルメタクリレ−ト（シロップ状）２５０ｇ、重合開始剤として過酸化ベンゾイル２．５ｇと、環状エステル化合物としてδ−バレロラクトン２５０ｇ、溶媒としてトルエン５００ｇとを混合し薬液（Ｄ）を得た。次いで実施例１と同様のスギに減圧加圧法により薬液（Ｄ）を含浸率が不揮発分で２０％となるように含浸し、１２０℃の熱風乾燥器中で３時間加熱し、実施例４の改質木材を得た。
【００２０】
比較例１
環状エステル化合物を用いることなく、アクリル系化合物としてメチルメタクリレ−ト（シロップ状）５００ｇとスチレン５００ｇ、重合開始剤として過酸化ベンゾイル２．０ｇとを混合して処理剤（ａ）を得た。次いで実施例１と同様のスギに減圧加圧法により処理剤（ａ）を含浸率が不揮発分で２０％となるように含浸し、１２０℃の熱風乾燥器中で３時間加熱し、比較例１の処理木材を得た。
【００２１】
比較例２
環状エステル化合物を用いることなく、アクリル系化合物としてメチルメタクリレ−ト（シロップ状）３００ｇと不飽和ポリエステル５００ｇとスチレン２００ｇ、重合開始剤として過酸化ベンゾイル６．０ｇ、触媒としてオクチル酸コバルト６．０ｇを混合し処理剤（ｂ）を得た。次いで実施例１と同様のスギに減圧加圧法により処理剤（ｂ）を含浸率が不揮発分で２０％となるように含浸し、風乾後ホットプレスを用いて６０℃、圧力５ｋｇｆ／ｃｍ２で３０分加熱圧締し、比較例２の処理木材を得た。
【００２２】
比較例３
環状エステル化合物を用いることなく、アクリル系化合物としてポリエチレングリコ−ルモノメタクリレ−ト４００ｇと２−ヒドロキシエチルメタクリレ−ト６００ｇ、重合開始剤としてメチルエチルケトンパ−オキサイド１０ｇを混合して処理剤（ｃ）を得た。次いで実施例１と同様のスギに減圧加圧法により処理剤（ｃ）を含浸率が不揮発分で２０％となるように含浸し、１２０℃の熱風乾燥器中で３時間加熱し、比較例３の処理木材を得た。
【００２３】
比較例４
アクリル系化合物を用いることなく、環状エステル化合物としてε−カプロラクトン３００ｇ、触媒として塩酸６ｇ、溶媒として水７００ｇとを混合し、処理剤（ｄ）を得た後、実施例１と同様のスギに減圧加圧法により処理剤（ｄ）を含浸率が不揮発分で２０％となるように含浸した。次いで１２０℃の熱風乾燥器中で３時間加熱し、比較例４の処理木材を得た。
【００２４】
実施例１〜実施例４の改質木材、及び比較例１〜比較例４の処理木材について寸法安定性、吸湿性、曲げ強さ、割れについて評価した。寸法安定性、吸湿性については試験体を４０℃−３０％ＲＨ、４０℃−９０％ＲＨの恒温恒湿槽に平衡になるまで静置し、抗膨潤能（ＡＳＥ）、抗吸湿性（ＭＥＥ）を測定した。曲げ強さについてＪＩＳＺ２１１３に基づき試験を行った。割れについてはＪＡＳ寒熱繰返しＡ試験に基づき、８０℃の恒温器中に２時間放置した後、−２０℃の恒温器中に２時間放置する工程を５サイクル繰返し、室温に達するまで放置し外観を確認し、割れなきを〇、割れありを×とした。評価結果を表１に示す。
【００２５】
【表１】
0003553660.tif 000002
【００２６】
【発明の効果】
アクリル系化合物と環状エステル系化合物を主成分とする薬液を木材に注入し、硬化させて得られる改質木材は、従来のＷＰＣに比べ含浸率が低いにもかかわらず割れにくく、寸法安定性、強度物性に優れたものとなる。
【００２７】
更に薬液の含浸率が１０〜３０％と低いために木質の肌触りや外観が向上したものとなる。