JPH06106507A - 木質系複合材の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】木質複合材に木質材の特性を損なわずに寸法安
定性と耐久性とを付与すると共に、短時間で圧密化処理
ができるようにする。 【構成】アクリロニトリルおよびメタアクリロニトリル
のうちの少なくとも一種５〜９５重量％と、アクリロニ
トリルおよびメタアクリロニトリルのうちの少なくとも
一種と共重合可能なビニルモノマーおよびオリゴマーの
うちの少なくとも一種９５〜５重量％とを混合して、混
合溶液を調整する。混合溶液を木質材に含浸させる。木
質材中の混合溶液を重合させた後に加熱加圧により木質
材を圧密化処理するか、または混合溶液を重合させると
同時に加熱加圧により木質材を圧密化処理することによ
り、木質系複合材を得る。混合溶液は必要に応じて極性
溶剤５〜７０重量％を加える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は寸法安定性、耐久性にす
ぐれた木質系複合材に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】木材の高付加価値化の方法の一つに、圧
密化処理がある。この圧密化処理は、木材全体あるいは
木材の表層部に圧力を加えることにより、木材を縮小変
形させる手法として知られている。この手法により得ら
れる圧密化処理木材は、木材の天然の優雅な風合い、木
理を生かしたうえに、強度、表面硬度、耐摩耗性等を向
上させた材料として、内装材や家具等に使用することが
提案されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、これらは上記
の特徴を具備する反面、いくつかの欠点を持ち合わせて
いる。すなわち、圧密化処理木材は木材全体あるいは木
材表層部を高密度化するものであり、その表面物性が優
れている反面、処理後に木材内に多大な残留応力が存在
するため、使用時における水分や熱等の影響により、木
材に加えられた圧縮変形が回復し、寸法安定性や耐久性
が十分でないというに問題があった。

【０００４】従来より、この問題点を改善する方法とし
て、水溶性のフェノール樹脂初期縮合物を含浸させて硬
化させる方法が提案されている。この方法は、木材に変
形を加えた後、フェノール樹脂初期縮合物を硬化させる
ことにより、その変形を固定するものであるが、木材に
残留する応力を取り除く方法ではないために寸法安定性
や耐久性の問題を充分に解消することができなかった。
また、この方法は、フェノール樹脂初期縮合物を硬化さ
せ、圧密化処理するために加熱、加圧下で長時間処理す
る必要があり、しかも、この方法で得られた成形品は脆
いという問題もあった。

【０００５】本発明は、かかる問題点に鑑みてなされた
ものであって、木質複合材に木質材の特性を損なわずに
寸法安定性と耐久性とを付与すると共に、短時間で圧密
化処理ができるようにすることを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記目的
を達成するために種々研究を重ねた結果、特定のモノマ
ーと、これと共重合可能な他のモノマーやオリゴマーか
らなる混合溶液を木質材に含浸し、該含浸した混合溶液
を重合せしめた後に圧密化処理するかまたは重合させる
と同時に圧密化処理することにより、木質材が共重合体
と相容して熱可塑化されて、圧密化処理後の残留応力が
減少すると共に成形形状が安定化することを見出し、本
発明を完成した。

【０００７】具体的には、請求項１に係る発明の木質系
複合材の製造方法は、アクリロニトリルおよびメタアク
リロニトリルのうちの少なくとも一種５〜９５重量％
と、アクリロニトリルおよびメタアクリロニトリルのう
ちの少なくとも一種と共重合可能なビニルモノマーおよ
びオリゴマーのうちの少なくとも一種９５〜５重量％と
が混合されてなる混合溶液を木質材に含浸させた後、該
木質材中の上記混合溶液を重合させた後に加熱加圧によ
り上記木質材を圧密化処理するか、または上記混合溶液
を重合させると同時に加熱加圧により上記木質材を圧密
化処理することにより、木質複合材を得る構成とする。

【０００８】木質材としては、針葉樹、広葉樹のいずれ
であってもよく、また、国産材、外国産材の区別なく用
いられる。また、原木、丸太、あるいは角柱、円柱、板
状製材、単板等のあらゆる形態の木材を対象とする。

【０００９】また、木質材は、必要に応じて、含水率の
範囲を設定することが可能であり、含水率６％以下の乾
燥した木質材は勿論、所謂気乾含水率と呼ばれる６〜１
５％のものや、生材と呼ばれる３５％以上の含水率を有
するものも利用が可能である。

【００１０】本発明とにおけるアクリロニトリルまたは
メタアクリロニトリルは、通常の市販品を用い、これら
の一種を単独で、またはこれらを混合して使用しても良
い。

【００１１】アクリロニトリルおよびメタアクリロニト
リルモノマーのうちの少なくとも一種である特定のモノ
マーと共重合可能な他のモノマーとしては、スチレン、
酢酸ビニル、メチルメタアクリレート、エチルメタアク
リレート、ｎ−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、ステアリルメタアクリレート
等のメタアクリル酸エステル系、メチルアクリレート、
エチルアクリレート、ｎ−ブチルアクリレート、２−エ
チルヘキシルアクリレート、ステアリルアクリレート等
のアクリル酸エステル系等が挙げられ、また、これらモ
ノマーを変性したものであってもよい。

【００１２】上記特定のモノマーと共重合可能なオリゴ
マーとしては、上記特定モノマーや上記特定のモノマー
と共重合可能な他のモノマーについての単独重合体や共
重合体等でオリゴマーの分子量に相当するものの他、ポ
リウレタンやエポキシ樹脂、ポリエーテル、ポリエステ
ル等の末端にアクリル基やビニル基のついたもの等を用
いることができる。

【００１３】これらのモノマーやオリゴマーは単独もし
くは混合物として用いることが可能で、必要な物性等に
応じて配合して用いる。

【００１４】上記混合溶液は、上記特定のモノマーと他
のモノマーやオリゴマー等との配合割合が、５重量％以
上で９５重量％以下の範囲内で選択される。５重量％未
満ではリグノセルロース系材料との相容性が悪くなり、
十分な強度が得られない一方、９５重量％を越えると成
形が困難になるからである。

【００１５】混合溶液を木質材に含浸させる際には、こ
の混合溶液を単独で含浸させてもよいが、請求項２に係
る発明として、混合溶液に適宜の極性溶剤を添加しても
よい。特に、木質材に対する混合溶液の浸透性が低い場
合、あるいは低い樹脂含量の物を得るときには、極性溶
剤を用いることが好ましい。

【００１６】ここで用いる極性溶剤としては、メタノー
ル、エタノール、イソプロパノール等のアルコール類
や、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド等の
セルロース溶剤等が挙げられる。この極性溶剤の添加量
は、５〜７０重量％程度である。

【００１７】混合溶液の重合には、必要に応じて重合開
始剤を用いても良い。この重合開始剤としては、特定モ
ノマー、他のモノマー、オリゴマーの種類に応じて選択
し、過酸化ベンゾイル、過酸化ラウロイル等の過酸化
物、過硫酸カリウム、過硫酸アンモニウム等の過硫酸
塩、アゾイソブチロニトリル等が挙げられる。また、ナ
フテン酸コバルト等の硬化促進剤を用いたり、レドック
ス系の重合機構を採用しても良い。

【００１８】混合溶液の木質材への含浸は、木質材全体
に常法により含浸させることもできれば、その表層部だ
けに塗布等により含浸させることもできる。

【００１９】圧密化処理は、常法により、木質材の全体
または表層部だけに行う。

【００２０】次に、本発明に係る木質系複合材の製造方
法の一実施例を説明する。

【００２１】上記特定モノマーと、上記他のモノマーお
よびオリゴマーのうちの少なくとも一種とを混合して混
合溶液を調整する。混合溶液には、必要に応じてメタノ
ール等の極性溶剤、重合開始剤および重合禁止剤等を添
加する。木材単板等の木質材を減圧装置に設置し、減圧
下で混合溶液を供給した後常圧に戻して木質材に含浸さ
せる。

【００２２】次に、常圧下において混合溶液を重合させ
る。該重合は、常温〜１５０℃の温度で１０分間から数
時間で達成される。この後、必要に応じて加熱乾燥、減
圧乾燥等の乾燥処理を施して、残留モノマーまたは溶媒
を除去することにより、木質材中に特定のポリマーが保
持された重合処理材を得る。この重合処理材中のポリマ
ーの保持率は、樹種や処理条件により異なるが、２０〜
２５０重量％程度のものが望ましい。

【００２３】最後に、重合処理材を圧密化処理する。圧
密化処理は、１４０〜１８０℃に加熱したホットプレス
により数分間予備加熱後、加圧して行う。その後、冷却
して木質系複合材を得ることができる。この場合、必要
に応じて金型等を用いてもよい。圧密化処理材の圧縮セ
ット率は、金属製等のディスタンスバーを用いて調整す
る。この圧密化処理材の圧縮セット率は、樹種や処理条
件により異なるが、５〜６０％程度である。

【００２４】なお、ポリマー保持率の算出は、上記重合
処理材および未処理材をそれぞれ８０℃で１６時間乾燥
処理して重量を求め、両重量より下記の式にて算出し
た。

【００２５】 ポリマー保持率（重量％）＝（Ｘｔ−Ｘ）／Ｘ×１００ Ｘｔ：重合処理材の重量 Ｘ ：未処理材の重量 また、圧縮セット率の算出は、圧縮前および圧縮後の木
質系複合材をそれぞれ８０℃で１６時間乾燥処理して体
積を求め、両体積より下記の式にて算出した。 圧縮セット率（％）＝（Ｖ−Ｖｔ）／Ｖ×１００ Ｖｔ：圧縮後の体積 Ｖ ：圧縮前の体積

【００２６】

【効果】以上のように、本発明によれば、木質材に対し
て上記混合溶液を含浸させ、該混合溶液を重合させるの
で、木質材が該木質材と相容性の高いポリマーを保持し
て熱可塑化された木質系複合材を短時間で製造すること
ができる。

【００２７】また、木質系複合材は木質材がポリマーと
相容して熱可塑化されているため、木質系複合材から圧
密化処理時に発生する応力及び圧縮処理後に残存する応
力を取り除くことができ、寸法安定性を向上することが
できると共に、剛性および靭性等の力学的性質をも向上
することができる。熱可塑性を有することにより、木質
系複合材は圧密化処理後にも、曲面等の種々の形状に容
易に成形することができる。

【００２８】また、得られた木質系複合材は吸水性や吸
水膨潤率が小さいので、吸水によって強度が低下するこ
とが少なく、湿潤と乾燥との両雰囲気に晒される環境に
おいても耐久性を有する。このため、本発明に係る木質
系熱可塑性複合材は、あらゆる用途に利用することがで
き、とくに、常に湿気と乾燥に見まわれる外壁、内壁や
床材その他寸法安定性が高度に要求される建築材料等に
最適である。

【００２９】

【実施例】以下に実施例を挙げて本発明を更に詳しく説
明する。なお、以下の実施例および比較例で使用した含
浸液は、それぞれ下記の方法で調製したものである。

【００３０】含浸液Ａ：アクリロニトリル３．４ｇ、ス
チレン６．６ｇからなる混合溶液。

【００３１】含浸液Ｂ：アクリロニトリル１．８ｇ、ス
チレン８．２ｇからなる混合溶液。

【００３２】含浸液Ｃ：アクリロニトリル５．０ｇ、ス
チレン５．０ｇからなる混合溶液。

【００３３】含浸液Ｄ：アクリロニトリル３．４ｇ、ス
チレン６．６ｇ、メタノール２．０ｇからなる混合溶
液。

【００３４】含浸液Ｅ：アクリロニトリル３．４ｇ、ス
チレン６．６ｇ、メタノール５．０ｇからなる混合溶
液。

【００３５】含浸液Ｆ：スチレン１０．０ｇからなる処
理液。

【００３６】［実施例１］接線方向４ｍｍ、半径方向３
０ｍｍ、繊維方向３５ｍｍに寸法取りしたヒノキ材を耐
圧容器中に入れて１０ｍｍＨｇに減圧した。この耐圧容
器中に、含浸液Ａに過酸化ベンゾイル０．１ｇを溶解さ
せた処理液を投入し、５分間減圧含浸させた後、常圧に
戻して１０分間静置してさらに含浸を促進し、その後耐
圧容器より取り出した。

【００３７】この含浸処理材をアルミニウム箔によりラ
ッピングして後、６０℃の乾燥機中で２０時間加熱して
重合させ、重合処理材の試料を得た。ポリマー保持率
は、１０３．２重量％であった。

【００３８】重合処理材を、ホットプレスにより１８０
℃で約３分間圧密化処理を行い、アクリロニトリル−ス
チレン共重合体が保持された木質系複合材の試料を得
た。得られた木質系複合材の圧縮セット率は１３．７％
であった。

【００３９】［実施例２］、［実施例３］実施例２およ
び実施例３は、含浸液Ａの代わりに、それぞれ含浸液Ｂ
と含浸液Ｃとを用いて、実施例１と同様の操作を行い、
木質系複合材の試料を得た。これらの圧密処理前の重合
処理材のポリマー保持率および木質系複合材の圧縮セッ
ト率の測定結果は下記の表１に示すとおりであった。

【００４０】［比較例１］含浸液Ａの代わりに、含浸液
Ｆを用いて、実施例１と同様の操作を行い、スチレンの
単独重合体が保持された木質系複合材の試料を得た。圧
密処理前の重合処理材のポリマー保持率および木質系複
合材の圧縮セット率の測定結果は下記の表１に示すとお
りであった。

【００４１】［比較例２］接線方向４ｍｍ、半径方向３
０ｍｍ、繊維方向３５ｍｍに寸法取りしたヒノキ材を、
ホットプレスにより１８０℃で約３分間圧密化処理を行
い、まったく重合体が保持されていない木質系複合材の
試料を得た。得られた木質系複合材の圧縮セット率は下
記の表１に示すとおりであった。

【００４２】

【表１】

【００４３】表１から明らかなように、まったく重合体
が保持されていない比較例２に係る試料、単独重合体が
保持されている比較例１に係る試料、共重合体が保持さ
れている本発明の実施例に係る試料にいくにしたがって
圧密化による体積変化が小さくなり、さらに、本発明の
実施例１から実施例３までの試料のうちでは共重合体の
保持率が大きいほど体積変化が小さいことが分った。

【００４４】［実施例４］ヒノキ材の代わりに、スギ材
を用いた以外は実施例１と同様の操作を行い、木質系複
合材の試料を得た。これらの圧密処理前の重合処理材の
ポリマー保持率および木質系複合材の圧縮セット率の測
定結果は下記の表２に示すとおりであった。

【００４５】［実施例５］、［実施例６］実施例５およ
び実施例６は、含浸液Ａの代わりに、それぞれ含浸液Ｄ
〜含浸液Ｅを用いて、実施例１と同様の操作を行い、木
質系複合材の試料を得た。これらの圧密処理前の重合処
理材のポリマー保持率および木質系複合材の圧縮セット
率の測定結果は下記の表２に示すとおりであった。

【００４６】［比較例３］接線方向４ｍｍ、半径方向３
０ｍｍ、繊維方法３５ｍｍに寸法取りしたスギ材を、ホ
ットプレスにより１８０℃で圧密化処理を行った。得ら
れた木質系複合材の圧縮セット率を第２表に示す。

【００４７】

【表２】

【００４８】上記実施例１〜６および比較例１〜３に係
る各木質系複合材につき、次の方法にて吸水率を測定し
た。全乾状態の試料を２０℃の水中に完全に浸漬して２
４時間放置し、放置後の重量（Ｘｔ）と放置前の全乾重
量（Ｘ）とから、下記の式にて算出した。

【００４９】 吸水率（重量％）＝（Ｘｔ−Ｘ）／Ｘ×１００ さらに、上記実施例１〜６および比較例１〜３に係る各
木質系複合材につき、次の方法にて厚さ膨潤率を測定し
た。全乾状態の試料を２０℃の水中に完全に浸漬して２
４時間放置し、放置後の体積（Ｙｔ）と放置前の全乾時
の体積（Ｙ）とから、下記の式にて算出した。

【００５０】 厚さ膨潤率（重量％）＝（Ｙｔ−Ｙ）／Ｙ×１００ 上記吸水率および厚さ膨潤率の算出結果は下記の表３に
示すとおりであった。

【００５１】

【表３】

【００５２】上記第３表の結果から明らかなように、実
施例１〜６に係る木質系複合材の試料は、すぐれた耐水
性、寸法安定性を示すことが分った。これに対して、比
較例１に係る試料では、疎水性モノマーのみで処理する
ことにより、吸水率は低下しているが、木質材に対する
相容性、可塑性が低いため、寸法安定性の指標となる良
好な厚さ膨潤率は得られていないことが分った。これに
対して、比較例２、３に係る試料では、圧密化処理によ
る圧縮変形はほとんど回復していることが分った。

【００５３】また、実施例１に係る木質系複合材につ
き、曲面成形用の金型を用いて、１６０℃で２〜３分間
予備加熱後、約１分間熱圧して成形した結果、容易に曲
面成形物を得ることができた。このことから、本発明に
係る木質系複合材は、大きな可塑性を有して成形性に優
れていることを確認し得た。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 アクリロニトリルおよびメタアクリロニ
   トリルのうちの少なくとも一種５〜９５重量％と、アク
   リロニトリルおよびメタアクリロニトリルのうちの少な
   くとも一種と共重合可能なビニルモノマーおよびオリゴ
   マーのうちの少なくとも一種９５〜５重量％とが混合さ
   れてなる混合溶液を木質材に含浸させた後、 該木質材中の上記混合溶液を重合させた後に加熱加圧に
   より上記木質材を圧密化処理するか、または上記混合溶
   液を重合させると同時に加熱加圧により上記木質材を圧
   密化処理することにより、木質複合材を得ることを特徴
   とする木質系複合材の製造方法。
2. 【請求項２】 アクリロニトリルおよびメタアクリロニ
   トリルのうちの少なくとも一種５〜９０重量％と、アク
   リロニトリルおよびメタアクリロニトリルのうちの少な
   くとも一種と共重合可能なビニルモノマーおよびオリゴ
   マーのうちの少なくとも一種９０〜５重量％と、極性溶
   剤が５〜７０重量％とが混合されてなる混合溶液を木質
   材に含浸させた後、 該木質材中の上記混合溶液を重合させた後に加熱加圧に
   より上記木質材を圧密化処理するか、または上記混合溶
   液を重合させると同時に加熱加圧により上記木質材を圧
   密化処理することにより、木質複合材を得ることを特徴
   とする木質系複合材の製造方法。