(57)【要約】【課題】  木材にガラス成分を含浸させ、難燃性および硬度を向上し、防腐、防蟻作用を持たせ、表面を疎水性にし、更に光沢を持たせることができる木材改質剤を提供する【解決方法】  トロポロン類を含んだ木材抽出液にホウ酸を溶解したトロポロン含有木材抽出液−ホウ酸混合水溶液を、珪酸ソーダに溶解加熱して発生する珪酸ソーダ液からなる木材改質剤を木材の表面に塗布し、または減圧加圧法により含浸し、所定温度の下で硬化処理を施す。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
トロポロン類を含んだ木材抽出液にホウ酸を溶解したトロポロン含有木材抽出液−ホウ酸混合水溶液を珪酸ソーダに溶解加熱して脱水重合することにより生成されてなることを特徴とする木材改質剤。
【請求項２】
上記請求項１記載の木材改質剤が木材の表面に塗布され、または減圧加圧法、温浴注入法または浸漬法により含浸され、所定温度の下で硬化処理が施されてなることを特徴とするガラス含浸木材。
【請求項３】
木材を水に所定期間浸してトロポロン類を抽出した木材抽出液にホウ酸を溶解し、このトロポロン含有木材抽出液−ホウ酸混合溶液を珪酸ソーダに溶融させて加熱し、この珪酸ソーダ液中の水分を揮発させて珪酸ソーダ液を濃縮させるようにしたことを特徴とする木材改質剤の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、木材改質剤およびその製造方法並びにその木材改質剤によるガラス含浸木材に関し、更に詳しくは木材の難燃性および機械的強度を向上させるため、珪酸ソーダとホウ酸および天然物質由来のトロポロン類等から製造され、比較的低温で硬化する熱硬化性の木材改質剤およびその製造方法並びにその木材改質剤による含浸木材に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
木材の機械的強度を向上させるための改質剤としては、木材の空隙に低粘度の樹脂モノマーを染み込ませて重合させたプラスチック木材、木材の水酸基をエステル重合させたアセチル木材、および、珪酸化合物を木材に含浸させたセラミックスと複合させた改質剤等が知られている。
【０００３】
特許文献１に記載のセラミックス木材は、セラミックスゾル、またはセラミックスゾルと金属塩水溶液の混合液を、減圧下で木材の空隙中に強制注入して硬化したというものである。
【０００４】
特許文献２に記載の木材改質剤はオルガノシラン化合物とアミノアルコール化合物からなる木材等の表面に滑り性、強度、耐水性、撥水性等を付与して改質するものである。
【０００５】
また、特許文献３に記載の改質木材の製造方法は、レーザー加工により木材に浸透孔を設け、減圧下でアルカリ珪酸塩、コロイダルシリカ等の珪酸化合物を木材に浸み込ませて木材内でゲル化させることにより木材に難燃性を付与するというものである。
【０００６】
これらの方法は、浸透孔を設ける等の加工が必要となる、変色して木材本来の質感が損なわれる、未反応の酸や塩基が木材中に残り寸法が不安定になる、またオルガノシラン化合物等の高価な薬液を必要とする等の問題がある。
【０００７】
また、防腐剤としては、タール類又はフェノール類等を用いた油溶性防腐剤、砒素、クロム、銅等の化合物からなる水溶性防腐剤、トロポノイド金属錯体を含んだ水溶性防腐剤等が知られているが、臭気、安全衛生上の問題等から、より環境に優しい防腐剤としてトロポノイド化合物含有の防腐剤が知られている。
【０００８】
特許文献４記載の木材防腐剤はα、β、γ−ツヤプリシン、α、β、γ−ドラブリンまたはトロポロンと金属からなるトロポノイド金属錯体を有効成分とするもので、これを木材に加圧注入、真空注入することにより、人体に安全で防腐効果が高く、木材への固着性に優れた木材を提供できるというものである。
【０００９】
しかし、これはあくまで防腐剤であり、前記改質剤のように、木材の強度向上等の効果は得られない。また、このような木材防腐剤を前記改質剤と併用して、改質効果と防腐効果を合わせ持たせるには、これらの溶剤をそれぞれ木材に含浸させる必要があり工程が複雑になる。
【特許文献１】特開平１０−１６６３１５号公報
【特許文献２】特開２００１−１８１５９９号公報
【特許文献３】特開２００２−１２０２０４号公報
【特許文献４】特開平９−１７５９１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
そこで、本発明の解決しようとする課題は、木材にガラス成分を含浸させ、難燃性および硬度を向上し、防腐、防蟻作用を持たせ、表面を疎水性にし、更に光沢を持たせることができる木材改質剤、およびその製造方法並びにその木材改質剤を用いて処理されたガラス含浸木材を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明請求項１記載の木材改質剤は、トロポロン類を含んだ木材抽出液にホウ酸を溶解したトロポロン含有木材抽出液−ホウ酸混合水溶液を、珪酸ソーダに溶解加熱して発生する珪酸ソーダ液の水分が揮発して脱水重合されてなることを要旨とするものである。具体的には珪酸ソーダ１００重量部に対してホウ酸５重量部以下の割合で配合するのが望ましい。
【００１２】
本発明請求項２記載のガラス含浸木材は、上記請求項１記載の木材改質剤が木材の表面に塗布され、または減圧加圧法により含浸され、所定温度の下で硬化処理が施されてなることを要旨とするものである。
【００１３】
本発明請求項３記載の木材改質剤製造方法は、木材を水に所定期間浸してトロポロン類を抽出した木材抽出液にホウ酸を溶解し、このトロポロン含有木材抽出液−ホウ酸混合溶液を、珪酸ソーダに溶融させて加熱し、この珪酸ソーダ液中の水分を揮発させて珪酸ソーダ液を濃縮させるようにしたことを要旨とするものである。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１記載の木材改質剤によれば、トロポロン含有木材抽出液−ホウ酸混合水溶液を珪酸ソーダに溶解加熱してシロキサン結合含有水溶液となっている。したがってこのシロキサン結合含有水溶液を木材に含浸させ、このシロキサン結合が重合することにより木材の基質がガラス化して、この木材の難燃性および硬度を向上し、防腐、防蟻効果を付与し、木材の表面を疎水性にし、更に光沢を持たせて、木材の質感を損なわないで改質することができる。また、間伐材等の木材でも、美しく高級感のある木材に仕上げることができる。
【００１５】
請求項２記載のガラス含浸木材は、木材に浸み込んだシロキサン結合含有水溶液が重合しガラス化しているので、難燃性が向上しているだけでなく、防腐、防蟻効果も備えるので、建材等の使用に非常に適している。また、シロキサン結合含有水溶液が木材の細胞壁や導管内に浸み込んでガラス化しおり、腐朽菌の着床を防ぎ、リグニンの酸化を抑えることができるので、耐久性が向上しており、屋外での使用に耐えることができる。
【００１６】
請求項３記載の木材改質剤の製造方法によれば、木材から抽出したトロポロンとホウ酸からなるトロポロン−ホウ酸イオン錯体を珪酸ソーダに添加して、シロキサン結合含有水溶液を製造してなるので、天然物質由来のトロポロン類および比較的環境に対して害が少なく、安価な汎用の珪酸ソーダとホウ酸等を原料としており、建材等の大型の木材に使用するのに経済的であるのみならず、周辺環境に対する害が少ない。また、水溶性で木材に浸み込み易いため、予め木材に浸透孔を設けるなどの加工を必要としない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下に本発明の実施の形態について、図を参照して詳細に説明する。
【００１８】
図１は本発明の木材改質剤の製造工程の概略を示した図である。まず、トロポロン類を抽出するための木材１０として、ここでは米杉の廃材３ｋｇを用い、これを水１０リットルに１０日間浸漬し木材抽出液１２を製造する。この木材抽出液は下記の式１で示されるトロポロン化合物を含有するものであり、例えばＣ１０Ｈ１２Ｏ２で表されるヒノキチオール、β、γ−ツヤプリシン等が混在しているものである。
【００１９】
【化１】
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（式中、Ｒは水素原子、低級アルキル基、低級アルケニル基を示す。）
【００２０】
１リットルの木材抽出液１２にホウ酸１４を５０ｇ入れ、攪拌して溶解させる。この時、木材抽出液中のトロポロン類とホウ酸が反応して、下記の式で表されるトロポロン−ホウ酸イオン錯体を形成する。
【００２１】
【化２】
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（式中、Ｒは水素原子、低級アルキル基、低級アルケニル基、ｍは１〜３の整数を示す。）
【００２２】
この１リットルのトロポロン−ホウ酸イオン錯体水溶液１６を１リットルの珪酸ソーダＮａ２・ｎＳｉＯ２（ＯＨ）２（ｎ＝０．５〜５）と混合して、トロポロン−ホウ酸イオン錯体−珪酸ソーダ混合溶液２０を作製する。ここで、珪酸ソーダはｎの比較的大きいもの、つまりナトリウムの含有量の比較的少ないものが好ましい。ガラス中に微量に含まれるナトリウムはガラスを強化するが、一方で、完成した改質木材の中にナトリウムが残ると、木材の寸法安定性上好ましくないからである。
【００２３】
一般に、珪酸ソーダにホウ酸を投入すると、ホウ酸と珪酸ソーダのナトリウムイオンが中和反応を起こして、ポリ珪酸イオン同士の重合、シロキサン結合の生成が進み、珪酸ソーダの粘度が上昇し白濁したシリカゲルを形成することは知られている。
【００２４】
また、単に珪酸ソーダを加熱すると、珪酸ソーダのシラノール基同士の脱水重合によりシロキサン結合が生成され、珪酸ソーダの表面に薄いゲル状の膜が発生することも知られている。しかし、この場合は珪酸ソーダのＳｉ−Ｏ−Ｎａの結合が安定しており、シロキサン結合の重合が進まないため、このゲル膜は非常にもろいものである。
【００２５】
これらに基づくと、トロポロン−ホウ酸イオン錯体−珪酸ソーダ混合溶液２０中のホウ酸イオン錯体は、珪酸ソーダのアルカリを中和してシロキサン結合を成長させる一方で、珪酸ソーダの水酸基と脱水反応により結合してシロキサン結合の成長を妨げるという２つの相反する作用を及ぼしていると考えられる。
【００２６】
従って、珪酸ソーダに対してトロポロン−ホウ酸イオン錯体水溶液の分量が多すぎると、珪酸ソーダのナトリウムイオンとホウ酸イオンの激しい中和反応が起こり、これに伴ってシロキサン結合が急激に成長して、シリカゲルを形成してしまう。従って、珪酸ソーダとトロポロン−ホウ酸イオン錯体水溶液の混合の割合は、珪酸ソーダ１００重量部に対してホウ酸５重量部以下になるようにすることが望ましい。
【００２７】
このトロポロン−ホウ酸イオン錯体−珪酸ソーダ混合溶液２０を加熱すると、表面に薄いゲル状の膜２２が形成される。これは、トロポロン−ホウ酸イオン錯体−珪酸ソーダ混合溶液２０を加熱することによって溶液中のシラノールＳｉ−ＯＨがシロキサン結合を形成し、このシロキサン結合が更に脱水重合して成長し、ナトリウムとトロポロン−ホウ酸イオン錯体を微量に含んだシロキサン結合含有ゲルとなったものである。
【００２８】
更にトロポロン−ホウ酸イオン錯体−珪酸ソーダ混合溶液２０を３０分程度７０〜８０℃に保持し続け、水分等を揮発させて、シロキサン結合の脱水重合を促す。その後、加熱を止めて放冷すると、前記のゲル状膜２２は再び溶液中に溶解する。
【００２９】
このトロポロン−ホウ酸イオン錯体−珪酸ソーダ混合溶液２０から水分等を揮発させたシロキサン結合を含む水溶液２４を木材改質剤として、木材２６に塗布し、常温で乾燥した後、１２０℃〜３００℃で硬化処理を施した。
【００３０】
これらの処理によって、木材２６の表面に光沢のある疎水性のガラス膜を備えたガラス膜塗布木材２８を製作した。このガラス膜塗布木材２８の表面のガラス膜の硬度は、硬化処理前は鉛筆硬度で２Ｈ程度で、硬化処理後は５Ｈ〜６Ｈと、非常に硬いものである。
【００３１】
また、別の実施例として、前記シロキサン結合を含む水溶液２４を減圧加圧注入法で木材３０に注入した。前記のシロキサン結合含有水溶液２４を、１辺が１０ｃｍ、厚さ２ｃｍの立方体で、含水率１５％のヒノキ材に５〜９気圧で注入した。この時、シロキサン結合含有水溶液２４は木材に表面から約５ｍｍ含浸し、重量は約２０％上昇した。
【００３２】
このシロキサン結合含有水溶液２４を含浸させた木材を１２０℃で３０分間硬化させたところ、表面から約３ｍｍの深さまで硬化した。そして、この硬化処理済みガラス含浸木材３２を減圧下において、前記シロキサン結合含有水溶液２４の溶け出しが無いことを確認した。
【００３３】
この硬化処理済みガラス含浸木材３２をバーナーの炎であぶって、難燃性を確認したところ、炎の直接当たっている部分は黒く変色したものの、１０分炎を当て続けても、裏面まで燃えることはなかった。
【００３４】
更に、この硬化処理済みガラス含浸木材３２に、前記シロキサン結合含有水溶液２４を塗布し、同じく１２０℃〜３００℃で硬化処理を施した後、酸化チタン系の屋外用光触媒コートを施したが、通常のウレタン塗装の上にコートした場合に起きるような白華作用が起きないことが確認された。
【００３５】
以上、本発明の実施の形態について詳細に説明したが、本発明は上記の実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の改変が可能である。
【００３６】
例えば、本実施例では、木材を水に浸漬して作製した木材抽出液より、トロポロン−ホウ酸イオン錯体を生成したが、前記木材抽出液以外にも、茶成分等から生成したトロポロン化合物や、その他の天然品もしくは合成品より生成した水溶液に置き換えることもできる。
【００３７】
また、珪酸ソーダの代わりに、珪酸ソーダのナトリウムをイオン交換法で除去したコロイダルシリカを用いても良い。
【００３８】
また、前記シロキサン結合含有水溶液２４を汎用の紫外線保護用水性ウレタン塗装と混合し、前記の疎水性、難燃性等の性質に紫外線保護の特性を付加することも可能である。
【００３９】
更に、前記シロキサン結合含有水溶液２４に紙製品等を浸漬して、硬化処理を施せば、難燃性の紙製品とすることが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明の木材改質剤は、木材の強度を向上し、難燃性を付与し、その表面を疎水性にして光沢を持たせることができ、家具や工芸品から建材まで幅広い用途および大きさの木材の改質に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の木材改質剤の製造工程の概略を示した図である。
【符号の説明】
【００４２】
１２  木材抽出液
１６  トロポロン−ホウ酸イオン錯体水溶液
２０  トロポロン−ホウ酸イオン錯体−珪酸ソーダ混合溶液
２４  シロキサン結合含有水溶液
【図１】
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