(57)【要約】【課題】木材本来のメリットである水呼吸性等を維持し、かつ、有機溶媒や未反応の化学物質による健康への悪影響や毒性がなく、火災の際にも有毒ガスの発生がなく、健康や環境面でも極めて安全であって、天然木材のメリットをそのまま維持して、しかも、従来の強化木材と同等の強度を有する強化木材を提供する。【解決手段】松や杉等の木材の仮導管又は導管に水溶性セルロース系高分子誘導体を含浸し、乾燥固化してなる強化木材。水溶性セルロース系高分子誘導体としては、メチルセルロース（ＭＣ）、ヒドロキシプロピルメチルセルロース（ＨＰＭＣ）、ヒドロキシエチルメチルセルロース（ＨＥＭＣ）、又はその混合物を使用することができる。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
木材の仮導管又は導管に水溶性セルロース系高分子誘導体を含浸し、乾燥固化してなる強化木材。
【請求項２】
水溶性セルロース系高分子誘導体が、メチルセルロース（ＭＣ）、ヒドロキシプロピルメチルセルロース（ＨＰＭＣ）、ヒドロキシエチルメチルセルロース（ＨＥＭＣ）、又はその混合物である請求項１に記載の強化木材。
【請求項３】
木材が針葉樹木材である請求項１または請求項２に記載の強化木材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、木材の仮導管又は導管中に水溶性セルロース系高分子誘導体を含浸し、乾燥固化してなる強化木材に関する。より詳しくは、木材中の微小間隙、特に仮導管又は導管に水溶性セルロース系高分子誘導体を真空加圧含浸し、これを乾燥固化してなる強化木材に関する。
【背景技術】
【０００２】
生木中には多くの水分が含まれている。水分を多く含む木材は、木材としての本来の強度が発揮できず、反りやひび割れの問題を抱えていることはよく知られている。これら反りやひび割れは、単に木材の強度や寸法安定性だけの問題にとどまらず、床鳴り、建具の開閉困難、クロスの亀裂等の問題も発生する。
この問題を解決するための、最も簡便な方法が木材の乾燥である。
木材の乾燥は、単に木材中の水分を取り去るだけでなく、製品として使用される条件化で、木材の含水率があまり変動せず、膨張や収縮が最小になるような水分状態にすることを目的としている。  
木材中の水分は、木質細胞に化学的に結合した「結合水」と物理的かつ単純に含有される「自由水」の２つに分けることができる。木材の膨張や収縮は、主に木材中に含まれる「自由水」に起因する。「自由水」の存在は、木材の強度低下、反り・ねじれの原因、釘やボルトの保持力低下等の原因になるばかりでなく、腐朽の原因ともなる。
外部環境に対して水、特に自由水の出入りがなくなるいわゆる平衡含水率（含水率＝（木材重量−完全乾燥重量）／完全乾燥重量）は、環境との相対湿度によって決まるが、おおよそその値は２０％乃至１５％であるといわれている。より詳しくは、柱類では２０％以下、敷居や鴨居類では１８％以下、床板や内装材類では１５ないし１０％になると木材の収縮や変形等の狂いはほとんど生じないし、釘等との結合性も向上し、耐腐朽性も各段位向上すると言われている。
これが木材乾燥の最大の目的である。また、近年、釘やボルトの変わりに接着剤も多用されているが、接着剤が最大の効果を発揮するための木材含水率は７−１０％であるといわれている。
木材の強度については、一般的にヤング係数（E）をもって表されるが、平均的に檜では１２２．１３、杉で９０．９５であるとの報告がなされている。
しかし、乾燥だけでは時に強度等が不十分であり、より強化する方法の１つとして木材に硬化性樹脂を含浸する方法が採用されている。これが、所謂樹脂含浸強化木材と呼ばれるものである。
【０００３】
溶媒中に溶解ないし乳濁させた油、樹脂、ワックス等を木材に含浸させた後、溶媒を除去して乾燥させた強化木材はすでに知られている。例えば、特開２００３−７３６０８号公報には、ポリテルペン、水和樹脂、水和樹脂酸、エステル化樹脂、エステル化樹脂酸、二量化樹脂、二量化樹脂酸、オリゴマー化樹脂、オリゴマー化樹脂酸等の化学的に変成された天然樹脂の無溶媒溶融物を含浸させた木材について報告している。しかしながら、ここに言う天然樹脂は、例えば松の木や根に由来するアビエチン酸、レボビルマ酸等、あるいはテルペン等からなる特殊な天然樹脂であって、必ずしも含浸性に優れるものではない。したがって、ここに言う木材は、丸太状の大型の木材への当該溶融物の含浸が制限される（容易でない）ことから、その適用範囲は、厚さが数センチメートルのベニヤやビーム、パネル等のいわゆる板材に限られたものであった。
木材の表層に樹脂を含浸した表層樹脂注入木材（表層WPC（ウッドプラスチックコンビネーション））も知られている。WPCに用いられる樹脂は、不飽和ポリエステル樹脂やメチルメタクリレート系（MMA系）モノマーであって、これを加熱重合又はラジカル重合させることによって固化される。しかし、これら樹脂の多くは疎水性であって親水性である木材との親和性が悪く、木材の奥深くまで、特に仮導管や導管の奥深くまで浸透させることは極めて困難であり、樹脂が浸透し得るのは表面からせいぜい数ミリメータである。そのため、WPCは工業的にも量産され効果を発揮しているものの、その大半は厚さが数センチメートルの板状木材に限られたものであった。特開２００２−２３４００２号公報には、それら問題を解決するための方法として、有機ポリイソシアネートを木材に含浸させた後、これを水蒸気に接触させて硬化させる方法が報告されている。
【特許文献１】特開２００３−７３６０８号公報
【特許文献２】特開２００２−２３４００２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記のとおり強化木材に使用される不飽和ポリエステル樹脂等の含浸用樹脂は、疎水性であるばかりか分子量が大きいために木材への含浸、特に木材の繊維方向に向かっての含浸が極めて困難であり、木材の表面から極わずかな深さまでしか含浸できなかった。加えて、木材の乾燥が十分でなく仮導管や導管内に水分が存在する場合には木材中の該水分が樹脂の浸透を妨げること等、様々な問題があり、木材の奥深くまで樹脂を浸透させることは困難であった。
更に、これら不飽和ポリエステル樹脂等は人工の樹脂であるために、木材との馴染みも悪いばかりでなく、適度の水分吸放出、天然木材本来の香り等、木材本来の特性を十分に発揮できなかった。
また、多くの含浸用樹脂は疎水性であり分子量も大きいことから、含浸に当たっては多量の有機溶媒を用いるために、木材に残留した該有機溶媒や未反応の化学物質が時間の経過とともに徐々に大気中に放出され、健康に悪影響を及ぼす恐れもあった。加えて、火災の際にも有毒ガスを発生するなどの問題点もあるなど、健康や環境面でも問題があった。
【０００５】
したがって本発明の目的は、従来の強化木材と同等の強度を有するばかりでなく、木材本来のメリットである水呼吸性を有し、かつ、有機溶媒や未反応の化学物質による健康に悪影響や毒性がなく、火災の際にも有毒ガスの発生がなく、健康や環境面でも極めて安全であって、天然木材のメリットをそのまま維持してなる強化木材の提供である。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意研究を行った結果、メチルセルロース（ＭＣ）、ヒドロキシプロピルメチルセルロース（ＨＰＭＣ）、ヒドロキシエチルメチルセルロース（ＨＥＭＣ）等の水溶性セルロース系高分子誘導体を用いることによってこれら問題を解決し得ることを見出して本発明を完成した。
即ち、本発明の強化木材は具体的には下記のとおりである。
１．木材の仮導管又は導管に水溶性セルロース系高分子誘導体を含浸し、乾燥固化してなる強化木材。
２．水溶性セルロース系高分子誘導体が、メチルセルロース（ＭＣ）、ヒドロキシプロピルメチルセルロース（ＨＰＭＣ）、ヒドロキシエチルメチルセルロース（ＨＥＭＣ）、又はその混合物である上記１に記載の強化木材。
３．木材が針葉樹木材である上記１または上記２に記載の強化木材。
【発明の効果】
【０００７】
本発明において含浸用樹脂として使用する水溶性セルロース系高分子誘導体は自然素材、あるいは該自然素材に若干の加工を施したものであることから、下記のごとき様々な優れた効果が奏される。
・   
水溶性セルロース系高分子誘導体は、木材を形成するセルロースと同質であり更に親水性であるために、木材表面のみならず、従来不可能であった仮導管や導管への含浸が可能となり、木材の深部まで含浸することが可能である。
・   
水溶性セルロース系高分子誘導体それ自体の物理的強度は、従来の不飽和ポリエステル樹脂等より劣るものの、木材の深部まで含浸することが可能であるので、その強度不足を補って余りあり、未処理木材に比べてその強度を１．３倍から１．５倍に増強することができ、従来の強化木材と同等またはそれ以上の強度を得ることが可能である。特に、安価な松材等に適用したときは檜と同等の強度が得られ松材の利用範囲を大いに拡大できる。
・   
このように本発明の強化木材は、不飽和ポリエステル樹脂等をもって強化した従来の強化木材と同等の強度を有するので、柱、梁等の各種構造材としての使用に適するばかりか、反り、曲がり、ひび割れ、木やせ（乾燥収縮）が防止され、脆性が低減され、機械的強度が向上されるので、板材としての利用価値も格段に向上する。
・   
水溶性セルロース系高分子誘導体は、木材との馴染み及び結合性が高く、しかも水溶性であるため、木材本来のメリットである水呼吸性（高湿度時には木材が外界から水分を吸収し、乾燥時には逆に木材中の水分を外気中に放出する）を損なうこともなく、天然木材本来の効果を発揮し得る。
・   
また、水溶性セルロース系高分子誘導体は水溶性であるために、有機溶媒や未反応の化学物質による健康への悪影響や毒性がない。
・   
さらに、火災の場合にも有毒ガスの発生がなく、健康や環境面でも極めて安全である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明は、上記のとおりメチルセルロース（ＭＣ）、ヒドロキシプロピルメチルセルロース（ＨＰＭＣ）、ヒドロキシエチルメチルセルロース（ＨＥＭＣ）等の水溶性セルロース系高分子誘導体を木材の仮導管又は導管に含浸し乾燥固化させてなる強化木材である。
【０００９】
樹脂を含浸するための「木材」は、特に限定されるものではないが、家屋等の建造物や家具等に用いられる木材を意味し、杉材や松材等の針葉樹木材であっても、栂材、楓材、樺材、ブナ材等の広葉樹木材であってもよい。具体的には杉材や松材が好適であるが、これに限られるものではなく栂材、楓材、樺材、ブナ材等にも好適に適用できる。杉材等の針葉樹の場合は仮導管に、また栂材等の広葉樹の場合は導管に水溶性セルロース系高分子誘導体を含浸させる。ここで、「仮導管」とは、針葉樹における水吸上げのための細管であり、「導管栂とは、広葉樹における水吸上げのための細管である。
木材の形状としては乾燥させた木材であれば特に制限はないが、好ましくは、樹皮を剥いで乾燥させた丸太、角材、板材、特に好ましくは丸太、角材であるが、ビーム、パネル、ベニヤ、フレーム、集成材等であってもよい。  
【００１０】
「水溶性セルロース系高分子誘導体」とは、植物の細胞壁を形成するいわゆる「天然セルロース」の一部を化学修飾した高分子である。これら水溶性セルロース系高分子誘導体は、水中セメントの保形剤、医薬製剤の配合剤としても知られている。経時的変化もなく安定であり、安全性も確保されており、その水溶液は高い界面活性特性を有するので各種基材への含浸にも有利である。また、冷水あるいは水／アルコールに容易に溶解することができ、膜形成能も非常に優れている。
上記「水溶性セルロース系高分子誘導体」
としては、特に制限はないが、例えば、メチルセルロース （ＭＣ）、ヒドロキシプロピルセルロース （ＨＰＣ）、ヒドロキシプロピルメチルセルロース （ＨＰＭＣ）、ヒドロキシエチルメチルセルロース（ＨＥＭＣ）、カルボキシメチルセルロース
ナトリウム（ＣＭＣ−Ｎａ）、ヒドロキシエチルセルロース 等のセルロース 誘導体；木粉などの製材工程で発生する残材や稲ワラ、モミガラなどの農産廃棄物から得られるリグノセルロース（植物繊維素）物質；ポリビニルピロリドンやポリビニルアルコール等の合成高分子；プルラン、デキストリン等のデンプン誘導体を挙げることができる。
このうち、メチルセルロースは代表的な水溶性セルロースであって粘性のほかにも優れた保護コロイド特性、熱ゲル化特性、潤滑特性、保水特性を有する。
また、ＨＰＭＣは、セメントモルタル配合剤として、また化粧品、薬品、健康食品においてもその特性を利用して多用されている。食品にも用いられることから、その安全性は極めて高いものである。
中でも、メチルセルロース（ＭＣ）、ヒドロキシプロピルセルロース（ＨＰＣ）
、ヒドロキシエチルメチルセルロース（ＨＥＭＣ）ヒドロキシプロピルメチルセルロース（ＨＰＭＣ）
、カルボキシメチルセルロース ナトリウム（ＣＭＣ−Ｎａ）が好ましい。
特に好ましくは、メチルセルロース（ＭＣ）、ヒドロキシプロピルメチルセルロース（ＨＰＭＣ）、ヒドロキシエチルメチルセルロース（ＨＥＭＣ）を挙げることができる。具体的には、信越化学工業株式会社の「メトロ−ズ（登録商標）」シリーズから、ＭＣとしては「ＳＭタイプ」から、ＨＰＭＣとしいては「ＳＨタイプ」から、またＨＥＭＣとしては「ＳＥタイプ」からそれぞれ適宜グレードのものを入手できる。
これらは、いずれも天然セルロース（天然パルプ）を化学的に処理して、水酸基の一部をそれぞれメトキシ基、ヒドロキシプロポキシ基、ヒドロキシエトキ基で置換して得られる非イオン性の水溶性セルロースエーテルである。
このような水溶性セルロース系高分子誘導体
は１種類で用いてもよく、必要に応じて２種類以上を混合して用いてもよい。
【００１１】
また、必要により、これら水溶性セルロース系高分子誘導体に難燃剤、着色剤、酸化防止剤、抗微生物剤、殺虫剤、忌避剤、紫外線保護剤等を添加してもよい。しかし、本発明本来の目的を達成するためには、これら配合剤は最低限の配合量とすることが好ましい。
難燃剤としては、例えば、燐酸アンモニウム、硼酸亜鉛、有機燐酸エステル、有機ハロゲン化合物等を挙げることができる。
着色剤としては、特に制限はなく、各種の染料、含量、塗料、ラッカー等を使用できる。
また、必要であれば、殺菌剤、殺かび剤等の抗微生物剤、殺虫剤、げっ歯類等の哺乳動物用忌避剤を配合してもよい。また、太陽光に暴露される場所での使用が考えられる場合には、紫外線保護剤を配合してもよい。
【００１２】
本発明の強化木材の製造方法は以下のとおりである。
木材への高分子誘導体の含浸は、真空と加圧を組み合わせた真空加圧含浸法によって行なう。木材は、水分があると高分子誘導体の含浸を妨げるので、予め乾燥して含水率を３０％以下、好ましくは２０％以下にしておく。また、乾燥させた木材中には空気が入り込んでおり、これが高分子誘導体溶液の含浸を妨げるため、含浸に先立って前真空工程を施して木材中の空気を除いておく必要がある。
真空加圧含浸法のための装置としては、例えば、株式会社ヤスジマの「ＳＢＫ型真空加圧含浸装置」を使用することができる。
高分子誘導体の含浸量は、希釈液で２５０Ｌ／ｍ３である。また、希釈倍率は高分子誘導体の種類にしたがって適宜希釈すればよい。
含浸のための加圧方法は「液加圧法」であっても、「エアー加圧法」であってもよい。
「液加圧法」は、下記工程からなる。
１．含水率（含水率＝（木材重量−完全乾燥重量）／完全乾燥重量）が１５％ないし２０％になるように乾燥させた５本乃至２０本の木材を台車に載せ、缶（真空・加圧タンク）内に搬入する。
２．扉を閉めて缶内を密封する。
３．「前真空」；木材に樹脂が含浸しやすいように木材中の空気を除くために缶内を真空にする。
４．「液入れ」缶の上部の含浸液貯蔵タンクから落差によって含浸液を加圧タンクに注入する。
５．「加圧」；含浸液でタンクが満たされたら加圧ポンプで加圧する（設定時間は注入量に到達するまで）。液加圧は通常１０Ｋｇ／ｃｍ２、注入量は２５０Ｋｇ／ｍ３である。
６．液圧リーク；液圧を大気圧に戻す。
７．液戻し；ヘッドタンクに含浸液をポンプで戻す。
８．後真空；含浸後の余分な含浸液を除去または木材からの液ダレを防止するために真空にする。
９．リーク；大気圧に戻す
１０．残液回収；後真空で出た余剰の含浸液を回収する。
「エアー加圧法」
上記「液加圧法」の５の加圧工程において、加圧ポンプの変わりにエアーコンプレッサーを使用して加圧するものである。
上記のようにして木材への高分子誘導体の含浸が終了した後、適宜方法によってこれを乾燥する。
含浸木材の乾燥方法は、湿式法、乾式法のいずれであってもよい。
湿式法は、乾燥木材に含浸した後、ぬれた状態で製品を取り出し、その後乾燥させるものである。
乾式法は、乾燥木材を含浸し、乾燥した状態で製品を取り出す方法である。
また、乾燥は、自然に乾燥させてもよいし、強制的に乾燥させてもよい。
【実施例１】
【００１３】
含水率１５％ないし２０％になるまで乾燥させた１０本の松材（樹皮を剥いだ丸太）を台車に乗せ、缶容器（加圧タンク）内に搬入して扉を閉めて密封した後、缶容器内を減圧して真空とする。次に、天然セルロース系樹脂水溶液（メチルセルロース）を充填した含浸液貯蔵タンクから落差によって該含浸液を缶容器（加圧タンク）に一杯になるように注入充填する。樹脂水溶液の含浸は減圧加圧法による。即ち、松材を樹脂水溶液中に浸漬したまま、０．３−０．８気圧で１５分、その後０．８―０．９５気圧で３０分減圧処理した後、３．０−７．０気圧で４５分加圧処理を行う。含浸注入量が約２５０Ｋｇ／ｍ３となっているのを確認した後、残余の樹脂溶液を含浸液貯蔵タンクに戻し、台車を缶容器（加圧タンク）に配置したまま、強制乾燥させる。
試験的に松材にメチルセルロースを含浸させたところ、得られた松材は仮導管までメチルセルロースが十分に含浸されており、そのヤング率は１．４倍に増強しており、しかも、色調を始めとした天然木材の特質を維持していた。
【産業上の利用可能性】
【００１４】
本発明の強化木材は、水溶性セルロース系高分子誘導体が木材の深部まで含浸されているので、不飽和ポリエステル樹脂等をもって強化した従来の強化木材と同等の強度を有するばかりでなく、木材本来のメリットである水呼吸性を有し、かつ、有機溶媒や未反応の化学物質による健康に悪影響や毒性がなく、火災の際にも有毒ガスの発生がなく、健康や環境面でも極めて安全であって、天然木材のメリットをそのまま維持している。したがって、柱、敷居、鴨居、床板、内装材等の建築資材として、あるいは木製家具資材類として有用である。特に、安価で入手し易い松材等に適用したときは檜と同等の強度が得られるのでその利用範囲を大いに拡大できる。