木材改質剤及び改質木材
【課題】木材に優れた寸法安定性や耐久性を付与することができると共に、天然由来の樹脂を用いることで、木材改質剤の製造時や木材の処理時、改質木材の使用時等における、環境や健康への悪影響を防止ないし軽減することもできる木材改質剤及び木材の改質方法を提供すること。
【解決手段】本発明の木材改質剤は、エポキシ基を含有する植物油脂、及び硬化剤を含有することを特徴とする。本発明の木材の改質方法は、前記木材改質剤で木材に処理した後に、加熱し硬化させることを特徴とする。本発明の改質木材は、本発明の木材改質剤又は木材の改質方法により木材を改質して得られる。
【解決手段】本発明の木材改質剤は、エポキシ基を含有する植物油脂、及び硬化剤を含有することを特徴とする。本発明の木材の改質方法は、前記木材改質剤で木材に処理した後に、加熱し硬化させることを特徴とする。本発明の改質木材は、本発明の木材改質剤又は木材の改質方法により木材を改質して得られる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、木材改質剤、改質木材、木材の改質方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
木材を屋外で使用すると雨水や湿気等の影響で木材に含まれる水分量が多くなり、その結果、腐朽を生じ、或いは、膨張・伸縮を繰り返し寸法変化や割れが生じ易い。また、屋内でも水周りなどの水分や湿気の多い環境で使用すると、同様に寸法変化や割れを生じたり、カビに汚染されるといった様々な不具合が生じ易い。
他方、住宅の外構では、デッキやポーチ柱、パーゴラ、サッシ等に木材を使用したいとの要請があり、また、住宅の内装でも、洗面化粧台周りや風呂等に木材を使用したいとの要請がある。しかしながら、こうした場所で木材をそのまま使用すると前述のような様々な問題が生じる。
【０００３】
そこで、こうした問題を解決するために、従来、木材に合成樹脂（単量体や低分子量体）を注入して硬化させることにより、木材の寸法安定性や耐久性等の諸性能を向上させる試みがなされてきた。
しかしながら、これまでの試みの多くは、石油系合成樹脂を主成分とするものを用いるものであり、また、その中でも現在実用化されているものの殆どがホルムアルデヒド系樹脂である。そのため、原料である石油の持続可能性や製品の製造から使用の全サイクルにおける環境性、安全・健康性の観点から好ましいものとは言えなかった。
【０００４】
例えば、特許文献１には、尿素・ホルムアルデヒド系樹脂を用いる木材の処理方法、特許文献２には、フェノール・ホルムアルデヒド系樹脂を用いる木材の処理方法、特許文献３には環状エステル化合物とホルムアルデヒド系樹脂を用いる木材の処理方法、特許文献４には、メラミン・ホルムアルデヒド系樹脂を用いる木材の処理方法が、それぞれ開示されている。これらはいずれも石油系合成樹脂を主成分として用いており、さらに人体や環境に有害なホルムアルデヒドを硬化剤として多量に使用している。
【０００５】
また、特許文献５には、アクリル系化合物と環状エステル系化合物を用いる木材の処理方法、特許文献６には、水溶性のエポキシ系化合物を用いる木材の処理方法が、それぞれ開示されているが、これらも石油系合成樹脂である。
【０００６】
持続可能性や、環境や人体への影響を考慮すると、天然系の樹脂を主成分として用いるこことが好ましい。水性の天然系の樹脂を用いる手法として、クエン酸等由来のポリカルボン酸を用いる木材の処理方法が開示されている（特許文献７等参照）が、そのような方法では、木材の寸法安定性を示す指標である抗膨潤能の指標であるＡＳＥは必ずしも充分なものが得られていなかった。
また、油状の天然系の樹脂を用いる手法として、植物油脂を主成分として木材を改質する方法が開示されている（特許文献８，９等参照）。しかしながら、従来のこれら方法では植物油脂の樹脂化は充分に進行せず、樹脂化不足に起因する性能の向上不足や、処理後の改質木材の加温や切断時に不快な油臭が強く生じる、経年的な使用で油脂が溶出し易いといった問題がある。
【０００７】
木材の処理に関する技術ではないが、天然系の植物油脂を主成分とする樹脂成形体の製造技術として、エポキシ化植物油脂を用いる技術が知られている（特許文献１０，１１等参照）。しかし、これらの技術は、樹脂の硬化温度が高かったり、或いは、単独成型物の製造を目的とするものであったりしたために、木材の改質方法とは本質的に異なるものであった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平５−１５４８０８号公報
【特許文献２】特開平１０−５２８０４号公報
【特許文献３】特開平６−２３８６１３号公報
【特許文献４】特開平６−７３３３３号公報
【特許文献５】特開平８−８０５０８号公報
【特許文献６】特開平１０−１６６３１６号公報
【特許文献７】特開平２００８−２６５２０１号公報
【特許文献８】特開平８−１１８３１８号公報
【特許文献９】特開平８−１１８３１９号公報
【特許文献１０】特開平２００６−２４１３３１号公報
【特許文献１１】特開平２００４−２５６５９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
従って、本発明の目的は、木材に優れた寸法安定性や耐久性を付与することができると共に、天然由来の樹脂を用いることで、木材改質剤の製造時や木材の処理時、改質木材の使用時等における、環境や健康への悪影響を防止ないし軽減することもできる木材改質剤及び木材の改質方法を提供することにある。
また、本発明の目的は、寸法安定性や耐久性に優れており、その製造や使用時等に環境や健康に悪影響を与えにくい改質木材を提供することにある。
環境への悪影響の防止ないし軽減としては、石油消費量の抑制、二酸化炭素発生量の抑制、及び／又は廃棄後に環境に与える負荷の軽減等がある。、
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、エポキシ基を有する植物油脂、好ましくはエポキシ化脂肪酸トリグリセリドと、硬化剤（必要に応じて触媒）を混合した樹脂組成物で木材を処理することで、木材に優れた寸法安定性や耐久性を効率的に付与し得ることを知見した。
本発明は、上記知見に基づき、さらに検討を重ねて完成されたものである。
即ち、本発明は、エポキシ基を含有する植物油脂及びエポキシ基と反応する硬化剤を含有することを特徴とする木材改質剤を提供することにより、上記の目的を達成したものである。
また、本発明は、前記木材改質剤を木材に塗布又は含浸させた後に、加熱し硬化させることを特徴とする木材の改質方法を提供するものである。
また、前記木材改質剤で処理して得られる改質木材を提供するものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の木材改質剤及び改質方法によれば、木材に優れた寸法安定性や耐久性を付与することができると共に、天然由来の樹脂を用いることで、木材改質剤の製造時や木材の処理時、改質木材の使用時等における、環境や健康への悪影響を防止ないし軽減することもできる。
本発明の改質木材は、寸法安定性や耐久性に優れており、その製造や使用時等に環境や健康に悪影響を与えにくい。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、吸水率の変化を示すグラフである。
【図２】図２は、比較例１を基準としたときの抗吸水能（ＷＲ：Ｗａｔｅｒ Ｒｅｐｅｌｌｅｎｃｙ）の変化を示すグラフである。
【図３】図３は、膨張率の変化を示すグラフである。
【図４】図４は、比較例１を基準としたときの抗膨潤能（ＡＳＥ：Ａｎｔｉ Ｓｗｅｌｌｉｎｇ Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ）の変化を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明をその好ましい実施形態に基づいて詳細に説明する。
本発明の一実施形態の木材改質剤は、エポキシ基を含有する植物油脂、及び、エポキシ基と反応する硬化剤を含有する。本発明の他の実施形態の木質改質剤は、エポキシ基を含有する植物油脂を含む第１剤と、硬化剤を含む第２剤とを有し、使用に際して第１剤と第２剤とを混合して用いる。
【００１４】
（植物油脂）
本発明で用いる「エポキシ基を含有する植物油脂」としては、植物油脂をエポキシ化することで得られるエポキシ化植物油脂、及び、元々エポキシ基を含有する種の植物油脂の何れも用いることができる。
前者の例としては、アマニ油、サフラワー油、大豆油、キリ油、荏油、ひまし油、クルミ油、ひまわり油、ゴマ油、ナタネ油、ヌカ油、及び綿実油等をエポキシ化したものを好ましく用いることができる。これらのエポキシ化植物油脂は、１種を単独で用いても良いし、２種以上を組み合わせて用いても良い。
植物油脂をエポキシ化する方法としては、公知の方法を特に制限なく用いることができ、例えば、米国特許第４，６４７，６７８号明細書や米国特許第６，１２１，３９８号明細書等に記載の方法等を用いることができる。
【００１５】
後者（元々エポキシ基を含有するもの）の例としては、Ｐｒｉｎｃｅｎ Ｌ．Ｈ．， Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｃｏａｔｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， Ｖｏｌ．４９， Ｎｏ．１２， ｐｐ．８８−９３， １９７７に記載されているようなＶｅｒｎｏｎｉａ ａｎｔｈｅｌｍｉｎｔｉｃａ、Ｖｅｒｎｏｎｉａ ｐａｕｃｉｆｌｏｒａ、Ｅｕｐｈｏｒｂｉａ ｌａｇａｓｃａｅ、Ｓｔｏｋｅｓｉａ ｌａｅｖｉｓ、Ｃｅｐｈａｌｏｃｒｏｔｏｎ ｐｕｅｓｃｈｅｌｌｉｉ、Ｅｒｌａｎｇｅａ ｔｏｍｅｎｔｏｓａ、Ａｉｃｈｏｒｎｅａ ｃｏｒｄｉｆｏｌｉａ、Ｓｃｈｌｅｃｔｅｎｄａｌｉａ ｌｕｚｕｌａｅｆｏｌｉａ等の植物から搾油される油脂等を好ましく用いることができる。また、当該文献ないし本明細書に具体的に例示されていないものであっても、エポキシ基を含有する植物油脂であれば何れも使用することができる。
元々エポキシ基を含有する植物油脂も、１種を単独で用いても良いし、２種以上を組み合わせて用いても良い。また、エポキシ化植物油脂の１種以上と元々エポキシ基を含有する種の植物油脂の１種以上を組み合わせて用いても良い。
【００１６】
上述したエポキシ基を含有する植物油脂のなかでも、エポキシ化大豆油やエポキシ化亜麻仁油を用いることが、性能や価格、供給安定性、取り扱いの観点から好ましい。これらは、塩化ビニル樹脂の安定剤等として安定的に供給されている。
【００１７】
（硬化剤）
本発明で用いる「硬化剤」としては、従来、エポキシ樹脂の硬化に用いられる硬化剤を、特に制限無く用いることができる。
本発明で用いる硬化剤の例として、例えば、酸無水物系化合物としては、テトラヒドロ無水フタル酸、ヘキサヒドロ無水フタル酸、メチルテトラヒドロ無水フタル酸、メチルヘキサヒドロ無水フタル酸、メチルナジック酸無水物、水素化メチルナジック酸無水物、トリアルキルテトラヒドロ無水フタル酸、メチルシクロヘキサセンテトラカルボン酸二無水物、無水フタル酸、無水トリメット酸、無水ピロメリット酸、ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、エチレングリコールビスアンヒドロトリメトリテート、グリセリンビス（アンヒドロトリメテート）モノアセテート、ドデセニル無水コハク酸、脂肪族ニ塩基酸ポリ無水物、クロレンド酸無水物等を挙げることができる。
【００１８】
また、アミン系化合物としては、例えば、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、テトラエチレンペンタミン、ｍ−キシレンジアミン、トリメチルヘキサメチレンジアミン、２−メチルペンタメチレンジアミン、ジエチルアミノプロピルアミン等の脂肪族ポリアミン、イソフォロンジアミン、１，３−ビスアミノメチルシクロヘキサン、ビス（４−アミノシクロヘキシル）メタン、ノルボルネンジアミン、１，２−ジアミノシクロヘキサン、ラロミン等の脂環式ポリアミン類、ジアミノフェニルメタン、メタフェニレンジアミン、ジアミノジフェニルスルフォン等の芳香族ポリアミン類、ポリオキシプロピレンジアミン、ポリオキシプロピレントリアミン、ポリシクロヘキシルポリミアン混合物、Ｎ−アミノエチルピペラジン等のその他のアミン類並びに変性アミン類、モノアミン類を挙げることができる。
【００１９】
また、イミダゾール系化合物としては、例えば、２−エチル−４−メチルイミダゾール、２−フェニルイミダゾール、１−（２−シアノエチル）−２−エチル−４−メチルイミダゾール、２，４−ジアミノ−６−［２−メチルイミダゾリル−（１）］エチル−ｓ−トリアジン、２−フェニルイミダゾリン、２，３−ジヒドロ−１Ｈ−ピロロ［１，２−ａ］ベンズイミダゾール等を挙げることができる。
その他の硬化剤としては、多価カルボン酸類、ホルムアルデヒド縮合体類、ハロゲン化酸類、ヒドラジド誘導体類、ジシンジアミド類、ボロンハライド錯体類、有機金属錯体類、オニウム塩類、ポリチオール類、フェノール類、イソシアネート類、ケチミン類、シラノール基含有ポリマー類、その他水産基を含有する化合物類、アミンアダクト型存在性硬化剤類、有機化酸化物類等を例示することができる。
上述した硬化剤は、１種を単独で用いても良いし、２種以上を組み合わせて用いても良い。
【００２０】
上述した硬化剤の中でも、エポキシ基と反応して樹脂の骨格を形成する、酸無水物系化合物、アミン系化合物等が好ましい。
また、硬化剤は、木材に対する含浸性等の観点から、室温（例えば１０〜３０℃）で液体のものが好ましく、安全性、取り扱い性、性能や価格優位性の観点から、室温で液状の酸無水物がより好ましく、特にメチルテトラヒドロ無水フタル酸が好ましい。メチルテトラヒドロ無水フタル酸としては、新日本理化（株）の「ＭＴ−５００」、日本ゼオン（株）の「ＱＨ−２００」、日立化成工業（株）の「ＨＮ−２２００」、大日本インキ化学工業（株）の「Ｂ−５７０」等を用いることも好ましい。
【００２１】
（触媒）
本発明の木材改質剤は、反応温度の低減や反応時間の短縮等を目的として、前記植物油脂及び前記硬化剤に加えて触媒を含有させても良い。触媒としては、エポキシ樹脂硬化剤の触媒として用いられている触媒を特に制限なく用いることができる。
好ましい触媒の例を挙げると、酸無水物系化合物を硬化剤として用いる場合には、触媒として３級アミン化合物やイミダゾール系化合物を用いることが好ましい。また、アミン系化合物を硬化剤として用いる場合には、酸類、フェノール類、アルコール類を触媒として用いることが好ましい。硬化剤及び触媒としては、酸無水物を硬化剤として用い、室温で液状のイミダゾール類を触媒として用いることが、安全性や取り扱い性、性能の観点等から好ましい。
【００２２】
（配合割合等）
木材改質剤における各成分の配合は所望の性能により適宜決定することができ、また、所望とする性能自体も用途に応じて様々であるので一概には規定できない。
エポキシ化植物油脂が含有するエポキシ基の数は、それぞれの植物油脂の不飽和結合の数やエポキシ化の程度により様々である。単位エポキシ基当たりどの程度の硬化剤を反応させるかは、理論上はエポキシ基１．０に対してアミン系硬化剤では活性水素基１．０、或いは、酸無水物系硬化剤では酸無水物基０．８〜１．０が好ましい。しかしながら、これは硬化剤の種類や硬化物の所望の架橋密度の程度により異なる。
一例を挙げれば、エポキシ化植物油脂１００質量部に対する硬化剤の配合量は５〜９０質量部であり、エポキシ化植物油脂１００質量部に対する触媒の配合量は０．０１〜５質量部である。
【００２３】
アミン系化合物を硬化剤として用いる場合は、（活性水素当量／エポキシ基）比は、好ましくは０．２〜１．４であり、より好ましくは０．４〜１．０である。
酸無水物系化合物を硬化剤として用いる場合は、（酸無水物基／エポキシ基）比は、好ましくは０．２〜１．４であり、より好ましくは０．４〜１．０である。
前記（酸無水物基／エポキシ基）比がこれより小さいと、十分な物性が得られなくなる恐れがあり、逆に（酸無水物基／エポキシ基）比がこれより大きいと、反応に関与しなかった遊離の酸無水物によって引き起こされる種々の副反応が物性の低下に影響を及ぼす可能性が高まるので好ましくない。
好ましい具体的な一例を示せば、エポキシ化大豆油（エポキシ当量：約２３５）に酸無水物硬化剤であるメチルテトラヒドロ無水フタル酸（酸無水物基当量：１６６）を反応させる場合、酸無水物基とエポキシ基の比が、０．２〜１．４の場合のエポキシ化大豆油とメチルテトラヒドロ無水フタル酸の重量配合比は１００：１４〜９９、０．４〜１．０の場合の同重量配合比は１００：２８〜７０となる。
慣例的にはエポキシ樹脂１００ｇに対して必要な硬化剤の添加量ｇをｐｅｒ ｈｕｎｄｒｅｄ ｒｅｓｉｎ（＝ｐｈｒ）として表す。この表記は実務上は簡便で分かり易いが、エポキシ基当量や酸無水物基当量が変わると酸無水物基とエポキシ基の比が大きく変わる。上記の例では１４〜９９ｐｈｒ、２８〜７０ｐｈｒと表記することができる。
【００２４】
（希釈剤）
木材改質剤の粘度を下げ、木材への浸潤性や取り扱い時の発泡性を改善する目的で種々の希釈剤を加えて使用することもできる。このような希釈剤はエポキシ基との反応に関与するものは反応性希釈剤、反応に関与しないものは非反応性希釈剤と呼ばれる。
反応性希釈剤として使用可能な希釈剤の例としては、単官能型アルコール系として、ｎ−ブタノールグリシジルエーテル、高級アルコールグリシジルエーテル等、単官能型フェノール系として、ブチルフェニルグリシジルエーテル、クレジルグリシジルエーテル、臭素化クレジルエーテル等、単官能型カルボン酸系として、合成脂肪酸グリシジルエステル、メタアクリル酸グリシジルエステル等、単官能型のその他として、スチレンオキサイド等、多官能型２価アルコール系として、１，４ブタンジオールジグリシジルエーテル、１，６−ヘキサンジオールジグリシジルエーテル等、多官能型３価アルコール系として、トリメチロールプロパントリグリシジルエーテル、グリセリントリグリシジルエーテル等、多官能型ポリグリコール系として、ポリエチレングリコールジグリシジルエーテル、ポリプロピレングリコールジグリシジルエーテル等、多官能型２塩基酸系として、ダイマー酸ジグリシジルエステル等、多官能型アミン系として、ジグリシジルアニリン、ジグリシジルトルイジン等、多官能型のその他として、アルキレンカーボネート等を挙げることができる。
これらは、１種を単独で用いても良いし、２種以上を組み合わせて用いても良い。
【００２５】
非反応性希釈剤として使用可能な希釈剤の例としては、天然系として、植物油脂等、石油・石炭系として、タール、クマロン・インデン樹脂、クレオソート油等、可塑剤として、フタル酸ジブチル、フタル酸ジオクチル等、液状樹脂として、キシレン樹脂、トルエン樹脂等、その他として、脂肪族炭化水素系有機溶剤、芳香族炭化水素系有機溶剤、イソパラフィン系有機溶剤、パインオイル、ノニルフェノール、アルコール等を挙げることができる。
これらは、１種を単独で用いても良いし、２種以上を組み合わせて用いても良い。
これらの中でも屋外で設地する等、特に過酷な条件で使用し、生物劣化が生じる可能性が大きい場合は、クマロン・インデン樹脂が好ましい。
【００２６】
（その他添加剤）
本発明の木材改質剤には、その他に本発明の効果を損なわない範囲で防腐剤、防虫剤、防カビ剤、撥水剤、紫外線吸収剤、難燃剤、フィラー、カップリング剤、エラストマー、顔料・色素、可塑剤等の種々の添加剤を加えることが出来る。これらは、１種を単独で用いても良いし、２種以上を組み合わせて用いても良い。
【００２７】
（配合方法等）
本発明の一実施形態の木材改質剤は、前記植物油脂、前記硬化剤、及び所望により配合される他の成分（触媒や添加剤等）を、同時又は適宜の順序で混合して得られる。
また、本発明の他の実施形態の木材改質剤は、前記植物油脂を含む第１剤と前記硬化剤を含む第２剤とに分けて保管しておき、使用に際して第１剤と第２剤とを混合して用いる。前記植物油脂と前記硬化剤とが混合された状態で長時間放置されると次第に増粘して、木材に対する含浸性や作業性、硬化物の物性等が悪化することがある。第１剤と第２剤とに分離しておき、使用に際して混合して用いるようにすることで、そのような不都合を防止し、効率的に木材の改質処理等を行うことができる。混合してから木材に塗布又は含浸させる迄の時間は、数秒、数分、数時間、１日、１週間、半月、１月等、適宜に調整することができる。
【００２８】
また、前記植物油脂を含む第１剤と前記硬化剤を含む第２剤とを有する木材改質剤は、前記植物油脂を含む第１剤を収容した第１の容器と前記硬化剤を含む第２剤を収容した第２の容器とをセットにして販売したり、前記植物油脂を含む第１剤を収容した第１の収容部と前記硬化剤を含む第２剤を収容した第２の収容部を有する複合容器を販売する等、前記植物油脂と前記硬化剤とを混合しない状態で流通（販売等）させ、使用に際して混合して用いるようにすることが、木材改質剤を長期間使用ないし保存可能とする観点から好ましい。そのような場合、所望により配合される他の成分（触媒や他の添加剤等）は、第１剤及び第２剤の何れに含有させておいても良く、一部の成分を第１剤、他の成分を第２剤に分けて含有させておいても良い。更に、触媒や他の添加剤を第３剤とし、使用に際して第１〜第３剤を混合して用いるようにしても良い。
【００２９】
（処理方法）
本発明の木材の改質方法は、木材を木材改質剤で処理する工程と、木材改質剤を硬化させる工程とを含む。前記植物油脂と前記硬化剤とを混合しない状態で流通（販売等）させた木材改質剤は、前記植物油脂と前記硬化剤とを混合状態として処理に用いる。
木材改質剤で処理する工程における処理は、木材の表面及び／又は内部に木材改質剤を接触させる処理であり、塗布処理、浸漬処理、強制含浸処理等が挙げられる。
【００３０】
塗布処理は、木材改質剤を被処理木材の表面に塗布する処理であり、塗布方法としては、ウェス、刷毛、スプレー、ロールコーター等の各種公知の方法を特に制限なく採用することができる。
浸漬処理は、木材改質剤に被処理木材を浸漬する処理であり、例えば、容器に入れた木材改質剤中に木材を浸漬する。
強制含浸処理は、木材改質剤を被処理木材中に強制的に含浸（注入）させる処理である。強制含浸処理としては、例えば、減圧法、加圧法、減圧加庄法、温浴法、温冷繰り返し法、液中ロールプレス法等の各種公知の方法を特に制限なく採用することができる。
上述した各種の処理は、同種の処理を繰り返し行っても良く、また、異なる２種以上の処理を組み合わせて順次行っても良い。
また、これらの処理は、例えば１０〜８０℃、特に室温（例えば１５〜３０℃）で行うことが好ましい。
【００３１】
木材を改質するための必要な木材改質剤での処理量は、所望とする改質の程度により異なるので一概には規定できない。これは例えば、屋内の床材等で用いる場合は、表面近傍のみの処理で十分であり、また、屋外で用いる場合は木材内部への相当程度の侵潤が必要となるからである。
木材改質剤を硬化させる工程は、木材に混合状態で接触ないし含浸している植物油脂及び硬化剤等を加熱して行うことが好ましい。加熱硬化の方法としては、公知の各種の加熱硬化方法を特に制限なく用いることができる。加熱温度は、好ましくは６０〜１８０℃であり、より好ましくは１００〜１４０℃であり、更に好ましくは１１０〜１２０℃である。加熱時間は、加熱温度や硬化の進捗等に応じて適宜に決定することができるが、一例として、１２０℃で加熱硬化する場合は１〜４時間を目安に硬化反応を終了させることができる。
【００３２】
加熱処理後の木材は、表面及び／又は内部に硬化した樹脂が存在することによって、寸法安定性、腐朽や虫食いに対する耐久性、あるいは他の性質が改質されている。
本発明において改質される木材（被処理木材）としては、針葉樹や広葉樹を製材して得られた無垢材や、集成材の他、各種の木質材であっても良い。木質材としては、合板、単板積層材（ＬＶＬ）、パーティクルボード、ＭＤＦ等が挙げられる。
改質木材は、各種の用途に使用することができ、例えば、デッキやポーチ柱、パーゴラ、サッシ、屋内でも水分がかかったり洗面化粧台周りや風呂の浴槽や壁等の木材等として使用することができる。
【００３３】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、各発明は、上記の実施形態に制限されず適宜に変更可能である。
【実施例】
【００３４】
以下、実施例及び比較例により、本発明をより具体的に説明する。但し、本発明は、かかる実施例によって何ら限定されるものではない。
【００３５】
（木材改質剤の調製）
主剤としてエポキシ化大豆油（ＡＤＥＫＡ（株）：アデカサイザー）、硬化剤としてメチルテトラヒドロ無水フタル酸（日立化成工業（株）：ＨＮ−２２００）、触媒として１，２−ジメチルイミダゾール（和光純薬（株））を用い、主剤と硬化剤の配合比を変えて、実施例１〜３の樹脂液（木質改質剤）を得た。樹脂液の配合組成を表１に示す。
【００３６】
【表１】
【００３７】
（木材の改質処理）
実施例１〜３の樹脂液のそれぞれについて、スギ辺材（断面２０×２０ｍｍ、長さ５０ｍｍ）への減圧注入を行った。注入処理は、樹脂液中で減圧３０分、樹脂液中で常圧に戻して６０分養生した。その後、樹脂液から引き上げて余分な樹脂液をウェスで拭き取ってから、金網の上に載せ、木材中の余分な樹脂液を排出するために再び減圧６０分を行った。その後、減圧槽から取り出し、試料表面に付着している余分な樹脂液をウェスで再び拭き取り、室温で一晩養生した。養生後の木材をオーブンで１２０℃−４時間の条件で加熱硬化を行い改質木材を得た。
【００３８】
（試験）
実施例１〜３の樹脂液で改質した改質木材を、実施例１〜３の木材、実施例１〜３で用いたものと同様のスギ辺材の無処理のものを比較例１の木材、ボイル亜麻仁油にドライヤーとしてナフテン酸コバルトを金属換算量で０．１重量％相当添加した処理液を、実施例と同様の手順で同様のスギ辺材に減圧注入・加熱硬化を行ったものを比較例２の木材として、以下の試験に供した。
【００３９】
１．抗吸水能試験
１−１．試験方法
実施例及び比較例の各々の木材を、水を入れたプラスチック製の容器に、浮かばないように深さ５ｃｍの位置に強制的に沈め、１０日間に渡って経時的な吸水量を測定することで抗吸水能を比較した。
さらに、抗吸水能（ＷＲ：Ｗａｔｅｒ Ｒｅｐｅｌｌｅｎｃｙ）（％）を次式で算出した。
ＷＲ（％） ＝｛（Ｗ0−Ｗ1）÷（Ｗ0）｝×１００
（ただし、Ｗ0：コントロール（比較例１）の吸水量、Ｗ1：実施例１〜３、比較例２の吸水量）
【００４０】
１−２．抗吸水能試験の結果
吸水率の変化を図１に示し、また、比較例１を基準としたときの抗吸水能（ＷＲ：Ｗａｔｅｒ Ｒｅｐｅｌｌｅｎｃｙ）の変化を図２に示した。
【００４１】
図１に示す結果から判るように、実施例１〜３は何れも比較例１、２より抗吸水能に優れている。木材は含水率が２８〜３０％より高い状態が続くと腐朽するために、抗吸水能が優れていることは腐朽のリスクを大幅に低減させるのに役立つ。すなわち、本発明による改質処理は、屋外や屋内水周り環境での耐久性を向上させるのに著しく貢献する。
【００４２】
２．寸法安定性（抗膨潤能）試験
２−１．試験方法
実施例及び比較例の各々の木材を水を入れたプラスチック製の容器に浮かばないように強制的に沈め、続いて減圧３０分、その後常圧６０分で充分に吸水させ、吸水時の断面寸法を測定した。測定後１０５℃の乾燥機で１２時間以上乾燥させた。これを１サイクルとして、１０サイクル繰り返すことで寸法安定性の評価を行った。
さらに、抗膨潤能（ＡＳＥ：Ａｎｔｉ Ｓｗｅｌｌｉｎｇ Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ）（％）を次式で算出した。
ＡＳＥ（％） ＝｛（Ｓ0−Ｓ1）÷（Ｓ0）｝×１００
（ただし、Ｓ0：コントロール（比較例１）の断面寸法、Ｓ1：実施例１〜３、比較例２の断面寸法）
【００４３】
２−２．寸法安定性（抗膨潤能）試験の結果
膨張率の変化を図３に示し、また、比較例１を基準としたときの抗膨潤能（ＡＳＥ：Ａｎｔｉ Ｓｗｅｌｌｉｎｇ Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ）の変化を図４に示した。
【００４４】
図３に示す結果から判るように、実施例１〜３は何れも比較例１より抗膨潤能に優れている。また、比較例２も高い抗膨潤能を示したが、前述したように、抗吸水能に劣っている（図２参照）。本発明による改質処理は、抗膨潤能に優れ木材の寸法安定性に著しく貢献する。
【００４５】
３．耐割れ性試験
３−１．試験方法
実施例及び比較例の各々の木材を水を入れたプラスチック製の容器に浮かばないように強制的に沈め、続いて減圧３０分、その後常圧６０分で充分に吸水させ、吸水時の断面寸法を測定した。測定後１０５℃の乾燥機で１２時間以上乾燥させた。これを１サイクルとして、１０サイクル繰り返し、１０サイクル後の木材の木口割れ発生率を評価した。
【００４６】
木口割れの程度は、下記評価基準で評価した。
なし：割れがみられない
軽微：僅かな割れが見られる
顕著：明らかな割れが見られる
【００４７】
木口割れ発生率（％）は、次式で算出した。
木口割れ発生率（％）＝（Ｎｆ÷Ｎ）×１００
（ただし、Ｎｆ：木口割れした試験体数、Ｎ：試験に供した試験体数）
【００４８】
３−２．耐割れ性試験の結果
１０サイクル後の木口割れの程度と発生率を表２に示した。
【００４９】
【表２】
【００５０】
表２に示す結果から判るように、実施例１〜３はいずれも木口割れの発生が少なく、また、発生した場合も軽微である。一方、比較例１、２はいずれも顕著な木口割れが発生している。本発明による改質処理を行った改質木材は、強制的な湿潤と乾燥を繰り返す過酷な条件においても耐割れ性に非常に優れていることが確認された。すなわち、本発明によれば、環境や人体に優しい天然の植物油脂を主成分としながら、木材に優れた寸法安定性や耐久性を付与することができる。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、木材改質剤、改質木材、木材の改質方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
木材を屋外で使用すると雨水や湿気等の影響で木材に含まれる水分量が多くなり、その結果、腐朽を生じ、或いは、膨張・伸縮を繰り返し寸法変化や割れが生じ易い。また、屋内でも水周りなどの水分や湿気の多い環境で使用すると、同様に寸法変化や割れを生じたり、カビに汚染されるといった様々な不具合が生じ易い。
他方、住宅の外構では、デッキやポーチ柱、パーゴラ、サッシ等に木材を使用したいとの要請があり、また、住宅の内装でも、洗面化粧台周りや風呂等に木材を使用したいとの要請がある。しかしながら、こうした場所で木材をそのまま使用すると前述のような様々な問題が生じる。
【０００３】
そこで、こうした問題を解決するために、従来、木材に合成樹脂（単量体や低分子量体）を注入して硬化させることにより、木材の寸法安定性や耐久性等の諸性能を向上させる試みがなされてきた。
しかしながら、これまでの試みの多くは、石油系合成樹脂を主成分とするものを用いるものであり、また、その中でも現在実用化されているものの殆どがホルムアルデヒド系樹脂である。そのため、原料である石油の持続可能性や製品の製造から使用の全サイクルにおける環境性、安全・健康性の観点から好ましいものとは言えなかった。
【０００４】
例えば、特許文献１には、尿素・ホルムアルデヒド系樹脂を用いる木材の処理方法、特許文献２には、フェノール・ホルムアルデヒド系樹脂を用いる木材の処理方法、特許文献３には環状エステル化合物とホルムアルデヒド系樹脂を用いる木材の処理方法、特許文献４には、メラミン・ホルムアルデヒド系樹脂を用いる木材の処理方法が、それぞれ開示されている。これらはいずれも石油系合成樹脂を主成分として用いており、さらに人体や環境に有害なホルムアルデヒドを硬化剤として多量に使用している。
【０００５】
また、特許文献５には、アクリル系化合物と環状エステル系化合物を用いる木材の処理方法、特許文献６には、水溶性のエポキシ系化合物を用いる木材の処理方法が、それぞれ開示されているが、これらも石油系合成樹脂である。
【０００６】
持続可能性や、環境や人体への影響を考慮すると、天然系の樹脂を主成分として用いるこことが好ましい。水性の天然系の樹脂を用いる手法として、クエン酸等由来のポリカルボン酸を用いる木材の処理方法が開示されている（特許文献７等参照）が、そのような方法では、木材の寸法安定性を示す指標である抗膨潤能の指標であるＡＳＥは必ずしも充分なものが得られていなかった。
また、油状の天然系の樹脂を用いる手法として、植物油脂を主成分として木材を改質する方法が開示されている（特許文献８，９等参照）。しかしながら、従来のこれら方法では植物油脂の樹脂化は充分に進行せず、樹脂化不足に起因する性能の向上不足や、処理後の改質木材の加温や切断時に不快な油臭が強く生じる、経年的な使用で油脂が溶出し易いといった問題がある。
【０００７】
木材の処理に関する技術ではないが、天然系の植物油脂を主成分とする樹脂成形体の製造技術として、エポキシ化植物油脂を用いる技術が知られている（特許文献１０，１１等参照）。しかし、これらの技術は、樹脂の硬化温度が高かったり、或いは、単独成型物の製造を目的とするものであったりしたために、木材の改質方法とは本質的に異なるものであった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平５−１５４８０８号公報
【特許文献２】特開平１０−５２８０４号公報
【特許文献３】特開平６−２３８６１３号公報
【特許文献４】特開平６−７３３３３号公報
【特許文献５】特開平８−８０５０８号公報
【特許文献６】特開平１０−１６６３１６号公報
【特許文献７】特開平２００８−２６５２０１号公報
【特許文献８】特開平８−１１８３１８号公報
【特許文献９】特開平８−１１８３１９号公報
【特許文献１０】特開平２００６−２４１３３１号公報
【特許文献１１】特開平２００４−２５６５９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
従って、本発明の目的は、木材に優れた寸法安定性や耐久性を付与することができると共に、天然由来の樹脂を用いることで、木材改質剤の製造時や木材の処理時、改質木材の使用時等における、環境や健康への悪影響を防止ないし軽減することもできる木材改質剤及び木材の改質方法を提供することにある。
また、本発明の目的は、寸法安定性や耐久性に優れており、その製造や使用時等に環境や健康に悪影響を与えにくい改質木材を提供することにある。
環境への悪影響の防止ないし軽減としては、石油消費量の抑制、二酸化炭素発生量の抑制、及び／又は廃棄後に環境に与える負荷の軽減等がある。、
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、エポキシ基を有する植物油脂、好ましくはエポキシ化脂肪酸トリグリセリドと、硬化剤（必要に応じて触媒）を混合した樹脂組成物で木材を処理することで、木材に優れた寸法安定性や耐久性を効率的に付与し得ることを知見した。
本発明は、上記知見に基づき、さらに検討を重ねて完成されたものである。
即ち、本発明は、エポキシ基を含有する植物油脂及びエポキシ基と反応する硬化剤を含有することを特徴とする木材改質剤を提供することにより、上記の目的を達成したものである。
また、本発明は、前記木材改質剤を木材に塗布又は含浸させた後に、加熱し硬化させることを特徴とする木材の改質方法を提供するものである。
また、前記木材改質剤で処理して得られる改質木材を提供するものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の木材改質剤及び改質方法によれば、木材に優れた寸法安定性や耐久性を付与することができると共に、天然由来の樹脂を用いることで、木材改質剤の製造時や木材の処理時、改質木材の使用時等における、環境や健康への悪影響を防止ないし軽減することもできる。
本発明の改質木材は、寸法安定性や耐久性に優れており、その製造や使用時等に環境や健康に悪影響を与えにくい。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、吸水率の変化を示すグラフである。
【図２】図２は、比較例１を基準としたときの抗吸水能（ＷＲ：Ｗａｔｅｒ Ｒｅｐｅｌｌｅｎｃｙ）の変化を示すグラフである。
【図３】図３は、膨張率の変化を示すグラフである。
【図４】図４は、比較例１を基準としたときの抗膨潤能（ＡＳＥ：Ａｎｔｉ Ｓｗｅｌｌｉｎｇ Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ）の変化を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明をその好ましい実施形態に基づいて詳細に説明する。
本発明の一実施形態の木材改質剤は、エポキシ基を含有する植物油脂、及び、エポキシ基と反応する硬化剤を含有する。本発明の他の実施形態の木質改質剤は、エポキシ基を含有する植物油脂を含む第１剤と、硬化剤を含む第２剤とを有し、使用に際して第１剤と第２剤とを混合して用いる。
【００１４】
（植物油脂）
本発明で用いる「エポキシ基を含有する植物油脂」としては、植物油脂をエポキシ化することで得られるエポキシ化植物油脂、及び、元々エポキシ基を含有する種の植物油脂の何れも用いることができる。
前者の例としては、アマニ油、サフラワー油、大豆油、キリ油、荏油、ひまし油、クルミ油、ひまわり油、ゴマ油、ナタネ油、ヌカ油、及び綿実油等をエポキシ化したものを好ましく用いることができる。これらのエポキシ化植物油脂は、１種を単独で用いても良いし、２種以上を組み合わせて用いても良い。
植物油脂をエポキシ化する方法としては、公知の方法を特に制限なく用いることができ、例えば、米国特許第４，６４７，６７８号明細書や米国特許第６，１２１，３９８号明細書等に記載の方法等を用いることができる。
【００１５】
後者（元々エポキシ基を含有するもの）の例としては、Ｐｒｉｎｃｅｎ Ｌ．Ｈ．， Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｃｏａｔｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， Ｖｏｌ．４９， Ｎｏ．１２， ｐｐ．８８−９３， １９７７に記載されているようなＶｅｒｎｏｎｉａ ａｎｔｈｅｌｍｉｎｔｉｃａ、Ｖｅｒｎｏｎｉａ ｐａｕｃｉｆｌｏｒａ、Ｅｕｐｈｏｒｂｉａ ｌａｇａｓｃａｅ、Ｓｔｏｋｅｓｉａ ｌａｅｖｉｓ、Ｃｅｐｈａｌｏｃｒｏｔｏｎ ｐｕｅｓｃｈｅｌｌｉｉ、Ｅｒｌａｎｇｅａ ｔｏｍｅｎｔｏｓａ、Ａｉｃｈｏｒｎｅａ ｃｏｒｄｉｆｏｌｉａ、Ｓｃｈｌｅｃｔｅｎｄａｌｉａ ｌｕｚｕｌａｅｆｏｌｉａ等の植物から搾油される油脂等を好ましく用いることができる。また、当該文献ないし本明細書に具体的に例示されていないものであっても、エポキシ基を含有する植物油脂であれば何れも使用することができる。
元々エポキシ基を含有する植物油脂も、１種を単独で用いても良いし、２種以上を組み合わせて用いても良い。また、エポキシ化植物油脂の１種以上と元々エポキシ基を含有する種の植物油脂の１種以上を組み合わせて用いても良い。
【００１６】
上述したエポキシ基を含有する植物油脂のなかでも、エポキシ化大豆油やエポキシ化亜麻仁油を用いることが、性能や価格、供給安定性、取り扱いの観点から好ましい。これらは、塩化ビニル樹脂の安定剤等として安定的に供給されている。
【００１７】
（硬化剤）
本発明で用いる「硬化剤」としては、従来、エポキシ樹脂の硬化に用いられる硬化剤を、特に制限無く用いることができる。
本発明で用いる硬化剤の例として、例えば、酸無水物系化合物としては、テトラヒドロ無水フタル酸、ヘキサヒドロ無水フタル酸、メチルテトラヒドロ無水フタル酸、メチルヘキサヒドロ無水フタル酸、メチルナジック酸無水物、水素化メチルナジック酸無水物、トリアルキルテトラヒドロ無水フタル酸、メチルシクロヘキサセンテトラカルボン酸二無水物、無水フタル酸、無水トリメット酸、無水ピロメリット酸、ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、エチレングリコールビスアンヒドロトリメトリテート、グリセリンビス（アンヒドロトリメテート）モノアセテート、ドデセニル無水コハク酸、脂肪族ニ塩基酸ポリ無水物、クロレンド酸無水物等を挙げることができる。
【００１８】
また、アミン系化合物としては、例えば、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、テトラエチレンペンタミン、ｍ−キシレンジアミン、トリメチルヘキサメチレンジアミン、２−メチルペンタメチレンジアミン、ジエチルアミノプロピルアミン等の脂肪族ポリアミン、イソフォロンジアミン、１，３−ビスアミノメチルシクロヘキサン、ビス（４−アミノシクロヘキシル）メタン、ノルボルネンジアミン、１，２−ジアミノシクロヘキサン、ラロミン等の脂環式ポリアミン類、ジアミノフェニルメタン、メタフェニレンジアミン、ジアミノジフェニルスルフォン等の芳香族ポリアミン類、ポリオキシプロピレンジアミン、ポリオキシプロピレントリアミン、ポリシクロヘキシルポリミアン混合物、Ｎ−アミノエチルピペラジン等のその他のアミン類並びに変性アミン類、モノアミン類を挙げることができる。
【００１９】
また、イミダゾール系化合物としては、例えば、２−エチル−４−メチルイミダゾール、２−フェニルイミダゾール、１−（２−シアノエチル）−２−エチル−４−メチルイミダゾール、２，４−ジアミノ−６−［２−メチルイミダゾリル−（１）］エチル−ｓ−トリアジン、２−フェニルイミダゾリン、２，３−ジヒドロ−１Ｈ−ピロロ［１，２−ａ］ベンズイミダゾール等を挙げることができる。
その他の硬化剤としては、多価カルボン酸類、ホルムアルデヒド縮合体類、ハロゲン化酸類、ヒドラジド誘導体類、ジシンジアミド類、ボロンハライド錯体類、有機金属錯体類、オニウム塩類、ポリチオール類、フェノール類、イソシアネート類、ケチミン類、シラノール基含有ポリマー類、その他水産基を含有する化合物類、アミンアダクト型存在性硬化剤類、有機化酸化物類等を例示することができる。
上述した硬化剤は、１種を単独で用いても良いし、２種以上を組み合わせて用いても良い。
【００２０】
上述した硬化剤の中でも、エポキシ基と反応して樹脂の骨格を形成する、酸無水物系化合物、アミン系化合物等が好ましい。
また、硬化剤は、木材に対する含浸性等の観点から、室温（例えば１０〜３０℃）で液体のものが好ましく、安全性、取り扱い性、性能や価格優位性の観点から、室温で液状の酸無水物がより好ましく、特にメチルテトラヒドロ無水フタル酸が好ましい。メチルテトラヒドロ無水フタル酸としては、新日本理化（株）の「ＭＴ−５００」、日本ゼオン（株）の「ＱＨ−２００」、日立化成工業（株）の「ＨＮ−２２００」、大日本インキ化学工業（株）の「Ｂ−５７０」等を用いることも好ましい。
【００２１】
（触媒）
本発明の木材改質剤は、反応温度の低減や反応時間の短縮等を目的として、前記植物油脂及び前記硬化剤に加えて触媒を含有させても良い。触媒としては、エポキシ樹脂硬化剤の触媒として用いられている触媒を特に制限なく用いることができる。
好ましい触媒の例を挙げると、酸無水物系化合物を硬化剤として用いる場合には、触媒として３級アミン化合物やイミダゾール系化合物を用いることが好ましい。また、アミン系化合物を硬化剤として用いる場合には、酸類、フェノール類、アルコール類を触媒として用いることが好ましい。硬化剤及び触媒としては、酸無水物を硬化剤として用い、室温で液状のイミダゾール類を触媒として用いることが、安全性や取り扱い性、性能の観点等から好ましい。
【００２２】
（配合割合等）
木材改質剤における各成分の配合は所望の性能により適宜決定することができ、また、所望とする性能自体も用途に応じて様々であるので一概には規定できない。
エポキシ化植物油脂が含有するエポキシ基の数は、それぞれの植物油脂の不飽和結合の数やエポキシ化の程度により様々である。単位エポキシ基当たりどの程度の硬化剤を反応させるかは、理論上はエポキシ基１．０に対してアミン系硬化剤では活性水素基１．０、或いは、酸無水物系硬化剤では酸無水物基０．８〜１．０が好ましい。しかしながら、これは硬化剤の種類や硬化物の所望の架橋密度の程度により異なる。
一例を挙げれば、エポキシ化植物油脂１００質量部に対する硬化剤の配合量は５〜９０質量部であり、エポキシ化植物油脂１００質量部に対する触媒の配合量は０．０１〜５質量部である。
【００２３】
アミン系化合物を硬化剤として用いる場合は、（活性水素当量／エポキシ基）比は、好ましくは０．２〜１．４であり、より好ましくは０．４〜１．０である。
酸無水物系化合物を硬化剤として用いる場合は、（酸無水物基／エポキシ基）比は、好ましくは０．２〜１．４であり、より好ましくは０．４〜１．０である。
前記（酸無水物基／エポキシ基）比がこれより小さいと、十分な物性が得られなくなる恐れがあり、逆に（酸無水物基／エポキシ基）比がこれより大きいと、反応に関与しなかった遊離の酸無水物によって引き起こされる種々の副反応が物性の低下に影響を及ぼす可能性が高まるので好ましくない。
好ましい具体的な一例を示せば、エポキシ化大豆油（エポキシ当量：約２３５）に酸無水物硬化剤であるメチルテトラヒドロ無水フタル酸（酸無水物基当量：１６６）を反応させる場合、酸無水物基とエポキシ基の比が、０．２〜１．４の場合のエポキシ化大豆油とメチルテトラヒドロ無水フタル酸の重量配合比は１００：１４〜９９、０．４〜１．０の場合の同重量配合比は１００：２８〜７０となる。
慣例的にはエポキシ樹脂１００ｇに対して必要な硬化剤の添加量ｇをｐｅｒ ｈｕｎｄｒｅｄ ｒｅｓｉｎ（＝ｐｈｒ）として表す。この表記は実務上は簡便で分かり易いが、エポキシ基当量や酸無水物基当量が変わると酸無水物基とエポキシ基の比が大きく変わる。上記の例では１４〜９９ｐｈｒ、２８〜７０ｐｈｒと表記することができる。
【００２４】
（希釈剤）
木材改質剤の粘度を下げ、木材への浸潤性や取り扱い時の発泡性を改善する目的で種々の希釈剤を加えて使用することもできる。このような希釈剤はエポキシ基との反応に関与するものは反応性希釈剤、反応に関与しないものは非反応性希釈剤と呼ばれる。
反応性希釈剤として使用可能な希釈剤の例としては、単官能型アルコール系として、ｎ−ブタノールグリシジルエーテル、高級アルコールグリシジルエーテル等、単官能型フェノール系として、ブチルフェニルグリシジルエーテル、クレジルグリシジルエーテル、臭素化クレジルエーテル等、単官能型カルボン酸系として、合成脂肪酸グリシジルエステル、メタアクリル酸グリシジルエステル等、単官能型のその他として、スチレンオキサイド等、多官能型２価アルコール系として、１，４ブタンジオールジグリシジルエーテル、１，６−ヘキサンジオールジグリシジルエーテル等、多官能型３価アルコール系として、トリメチロールプロパントリグリシジルエーテル、グリセリントリグリシジルエーテル等、多官能型ポリグリコール系として、ポリエチレングリコールジグリシジルエーテル、ポリプロピレングリコールジグリシジルエーテル等、多官能型２塩基酸系として、ダイマー酸ジグリシジルエステル等、多官能型アミン系として、ジグリシジルアニリン、ジグリシジルトルイジン等、多官能型のその他として、アルキレンカーボネート等を挙げることができる。
これらは、１種を単独で用いても良いし、２種以上を組み合わせて用いても良い。
【００２５】
非反応性希釈剤として使用可能な希釈剤の例としては、天然系として、植物油脂等、石油・石炭系として、タール、クマロン・インデン樹脂、クレオソート油等、可塑剤として、フタル酸ジブチル、フタル酸ジオクチル等、液状樹脂として、キシレン樹脂、トルエン樹脂等、その他として、脂肪族炭化水素系有機溶剤、芳香族炭化水素系有機溶剤、イソパラフィン系有機溶剤、パインオイル、ノニルフェノール、アルコール等を挙げることができる。
これらは、１種を単独で用いても良いし、２種以上を組み合わせて用いても良い。
これらの中でも屋外で設地する等、特に過酷な条件で使用し、生物劣化が生じる可能性が大きい場合は、クマロン・インデン樹脂が好ましい。
【００２６】
（その他添加剤）
本発明の木材改質剤には、その他に本発明の効果を損なわない範囲で防腐剤、防虫剤、防カビ剤、撥水剤、紫外線吸収剤、難燃剤、フィラー、カップリング剤、エラストマー、顔料・色素、可塑剤等の種々の添加剤を加えることが出来る。これらは、１種を単独で用いても良いし、２種以上を組み合わせて用いても良い。
【００２７】
（配合方法等）
本発明の一実施形態の木材改質剤は、前記植物油脂、前記硬化剤、及び所望により配合される他の成分（触媒や添加剤等）を、同時又は適宜の順序で混合して得られる。
また、本発明の他の実施形態の木材改質剤は、前記植物油脂を含む第１剤と前記硬化剤を含む第２剤とに分けて保管しておき、使用に際して第１剤と第２剤とを混合して用いる。前記植物油脂と前記硬化剤とが混合された状態で長時間放置されると次第に増粘して、木材に対する含浸性や作業性、硬化物の物性等が悪化することがある。第１剤と第２剤とに分離しておき、使用に際して混合して用いるようにすることで、そのような不都合を防止し、効率的に木材の改質処理等を行うことができる。混合してから木材に塗布又は含浸させる迄の時間は、数秒、数分、数時間、１日、１週間、半月、１月等、適宜に調整することができる。
【００２８】
また、前記植物油脂を含む第１剤と前記硬化剤を含む第２剤とを有する木材改質剤は、前記植物油脂を含む第１剤を収容した第１の容器と前記硬化剤を含む第２剤を収容した第２の容器とをセットにして販売したり、前記植物油脂を含む第１剤を収容した第１の収容部と前記硬化剤を含む第２剤を収容した第２の収容部を有する複合容器を販売する等、前記植物油脂と前記硬化剤とを混合しない状態で流通（販売等）させ、使用に際して混合して用いるようにすることが、木材改質剤を長期間使用ないし保存可能とする観点から好ましい。そのような場合、所望により配合される他の成分（触媒や他の添加剤等）は、第１剤及び第２剤の何れに含有させておいても良く、一部の成分を第１剤、他の成分を第２剤に分けて含有させておいても良い。更に、触媒や他の添加剤を第３剤とし、使用に際して第１〜第３剤を混合して用いるようにしても良い。
【００２９】
（処理方法）
本発明の木材の改質方法は、木材を木材改質剤で処理する工程と、木材改質剤を硬化させる工程とを含む。前記植物油脂と前記硬化剤とを混合しない状態で流通（販売等）させた木材改質剤は、前記植物油脂と前記硬化剤とを混合状態として処理に用いる。
木材改質剤で処理する工程における処理は、木材の表面及び／又は内部に木材改質剤を接触させる処理であり、塗布処理、浸漬処理、強制含浸処理等が挙げられる。
【００３０】
塗布処理は、木材改質剤を被処理木材の表面に塗布する処理であり、塗布方法としては、ウェス、刷毛、スプレー、ロールコーター等の各種公知の方法を特に制限なく採用することができる。
浸漬処理は、木材改質剤に被処理木材を浸漬する処理であり、例えば、容器に入れた木材改質剤中に木材を浸漬する。
強制含浸処理は、木材改質剤を被処理木材中に強制的に含浸（注入）させる処理である。強制含浸処理としては、例えば、減圧法、加圧法、減圧加庄法、温浴法、温冷繰り返し法、液中ロールプレス法等の各種公知の方法を特に制限なく採用することができる。
上述した各種の処理は、同種の処理を繰り返し行っても良く、また、異なる２種以上の処理を組み合わせて順次行っても良い。
また、これらの処理は、例えば１０〜８０℃、特に室温（例えば１５〜３０℃）で行うことが好ましい。
【００３１】
木材を改質するための必要な木材改質剤での処理量は、所望とする改質の程度により異なるので一概には規定できない。これは例えば、屋内の床材等で用いる場合は、表面近傍のみの処理で十分であり、また、屋外で用いる場合は木材内部への相当程度の侵潤が必要となるからである。
木材改質剤を硬化させる工程は、木材に混合状態で接触ないし含浸している植物油脂及び硬化剤等を加熱して行うことが好ましい。加熱硬化の方法としては、公知の各種の加熱硬化方法を特に制限なく用いることができる。加熱温度は、好ましくは６０〜１８０℃であり、より好ましくは１００〜１４０℃であり、更に好ましくは１１０〜１２０℃である。加熱時間は、加熱温度や硬化の進捗等に応じて適宜に決定することができるが、一例として、１２０℃で加熱硬化する場合は１〜４時間を目安に硬化反応を終了させることができる。
【００３２】
加熱処理後の木材は、表面及び／又は内部に硬化した樹脂が存在することによって、寸法安定性、腐朽や虫食いに対する耐久性、あるいは他の性質が改質されている。
本発明において改質される木材（被処理木材）としては、針葉樹や広葉樹を製材して得られた無垢材や、集成材の他、各種の木質材であっても良い。木質材としては、合板、単板積層材（ＬＶＬ）、パーティクルボード、ＭＤＦ等が挙げられる。
改質木材は、各種の用途に使用することができ、例えば、デッキやポーチ柱、パーゴラ、サッシ、屋内でも水分がかかったり洗面化粧台周りや風呂の浴槽や壁等の木材等として使用することができる。
【００３３】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、各発明は、上記の実施形態に制限されず適宜に変更可能である。
【実施例】
【００３４】
以下、実施例及び比較例により、本発明をより具体的に説明する。但し、本発明は、かかる実施例によって何ら限定されるものではない。
【００３５】
（木材改質剤の調製）
主剤としてエポキシ化大豆油（ＡＤＥＫＡ（株）：アデカサイザー）、硬化剤としてメチルテトラヒドロ無水フタル酸（日立化成工業（株）：ＨＮ−２２００）、触媒として１，２−ジメチルイミダゾール（和光純薬（株））を用い、主剤と硬化剤の配合比を変えて、実施例１〜３の樹脂液（木質改質剤）を得た。樹脂液の配合組成を表１に示す。
【００３６】
【表１】
【００３７】
（木材の改質処理）
実施例１〜３の樹脂液のそれぞれについて、スギ辺材（断面２０×２０ｍｍ、長さ５０ｍｍ）への減圧注入を行った。注入処理は、樹脂液中で減圧３０分、樹脂液中で常圧に戻して６０分養生した。その後、樹脂液から引き上げて余分な樹脂液をウェスで拭き取ってから、金網の上に載せ、木材中の余分な樹脂液を排出するために再び減圧６０分を行った。その後、減圧槽から取り出し、試料表面に付着している余分な樹脂液をウェスで再び拭き取り、室温で一晩養生した。養生後の木材をオーブンで１２０℃−４時間の条件で加熱硬化を行い改質木材を得た。
【００３８】
（試験）
実施例１〜３の樹脂液で改質した改質木材を、実施例１〜３の木材、実施例１〜３で用いたものと同様のスギ辺材の無処理のものを比較例１の木材、ボイル亜麻仁油にドライヤーとしてナフテン酸コバルトを金属換算量で０．１重量％相当添加した処理液を、実施例と同様の手順で同様のスギ辺材に減圧注入・加熱硬化を行ったものを比較例２の木材として、以下の試験に供した。
【００３９】
１．抗吸水能試験
１−１．試験方法
実施例及び比較例の各々の木材を、水を入れたプラスチック製の容器に、浮かばないように深さ５ｃｍの位置に強制的に沈め、１０日間に渡って経時的な吸水量を測定することで抗吸水能を比較した。
さらに、抗吸水能（ＷＲ：Ｗａｔｅｒ Ｒｅｐｅｌｌｅｎｃｙ）（％）を次式で算出した。
ＷＲ（％） ＝｛（Ｗ0−Ｗ1）÷（Ｗ0）｝×１００
（ただし、Ｗ0：コントロール（比較例１）の吸水量、Ｗ1：実施例１〜３、比較例２の吸水量）
【００４０】
１−２．抗吸水能試験の結果
吸水率の変化を図１に示し、また、比較例１を基準としたときの抗吸水能（ＷＲ：Ｗａｔｅｒ Ｒｅｐｅｌｌｅｎｃｙ）の変化を図２に示した。
【００４１】
図１に示す結果から判るように、実施例１〜３は何れも比較例１、２より抗吸水能に優れている。木材は含水率が２８〜３０％より高い状態が続くと腐朽するために、抗吸水能が優れていることは腐朽のリスクを大幅に低減させるのに役立つ。すなわち、本発明による改質処理は、屋外や屋内水周り環境での耐久性を向上させるのに著しく貢献する。
【００４２】
２．寸法安定性（抗膨潤能）試験
２−１．試験方法
実施例及び比較例の各々の木材を水を入れたプラスチック製の容器に浮かばないように強制的に沈め、続いて減圧３０分、その後常圧６０分で充分に吸水させ、吸水時の断面寸法を測定した。測定後１０５℃の乾燥機で１２時間以上乾燥させた。これを１サイクルとして、１０サイクル繰り返すことで寸法安定性の評価を行った。
さらに、抗膨潤能（ＡＳＥ：Ａｎｔｉ Ｓｗｅｌｌｉｎｇ Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ）（％）を次式で算出した。
ＡＳＥ（％） ＝｛（Ｓ0−Ｓ1）÷（Ｓ0）｝×１００
（ただし、Ｓ0：コントロール（比較例１）の断面寸法、Ｓ1：実施例１〜３、比較例２の断面寸法）
【００４３】
２−２．寸法安定性（抗膨潤能）試験の結果
膨張率の変化を図３に示し、また、比較例１を基準としたときの抗膨潤能（ＡＳＥ：Ａｎｔｉ Ｓｗｅｌｌｉｎｇ Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ）の変化を図４に示した。
【００４４】
図３に示す結果から判るように、実施例１〜３は何れも比較例１より抗膨潤能に優れている。また、比較例２も高い抗膨潤能を示したが、前述したように、抗吸水能に劣っている（図２参照）。本発明による改質処理は、抗膨潤能に優れ木材の寸法安定性に著しく貢献する。
【００４５】
３．耐割れ性試験
３−１．試験方法
実施例及び比較例の各々の木材を水を入れたプラスチック製の容器に浮かばないように強制的に沈め、続いて減圧３０分、その後常圧６０分で充分に吸水させ、吸水時の断面寸法を測定した。測定後１０５℃の乾燥機で１２時間以上乾燥させた。これを１サイクルとして、１０サイクル繰り返し、１０サイクル後の木材の木口割れ発生率を評価した。
【００４６】
木口割れの程度は、下記評価基準で評価した。
なし：割れがみられない
軽微：僅かな割れが見られる
顕著：明らかな割れが見られる
【００４７】
木口割れ発生率（％）は、次式で算出した。
木口割れ発生率（％）＝（Ｎｆ÷Ｎ）×１００
（ただし、Ｎｆ：木口割れした試験体数、Ｎ：試験に供した試験体数）
【００４８】
３−２．耐割れ性試験の結果
１０サイクル後の木口割れの程度と発生率を表２に示した。
【００４９】
【表２】
【００５０】
表２に示す結果から判るように、実施例１〜３はいずれも木口割れの発生が少なく、また、発生した場合も軽微である。一方、比較例１、２はいずれも顕著な木口割れが発生している。本発明による改質処理を行った改質木材は、強制的な湿潤と乾燥を繰り返す過酷な条件においても耐割れ性に非常に優れていることが確認された。すなわち、本発明によれば、環境や人体に優しい天然の植物油脂を主成分としながら、木材に優れた寸法安定性や耐久性を付与することができる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エポキシ基を含有する植物油脂、及び硬化剤を含有することを特徴とする木材改質剤。
【請求項２】
エポキシ基を含有する植物油脂を含む第１剤と、硬化剤を含む第２剤とを有し、使用に際して第１剤と第２剤とを混合して用いる木材改質剤。
【請求項３】
前記植物油脂が、エポキシ化大豆油であることを特徴とする請求項１又は２記載の木材改質剤。
【請求項４】
前記硬化剤が、酸無水物系化合物であることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の木材改質剤。
【請求項５】
前記植物油脂及び前記硬化剤に加え、イミダゾール化合物を含みことを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の木材改質剤。
【請求項６】
請求項１〜４の何れかに記載の木材改質剤で木材に処理した後に、加熱し硬化させることを特徴とする木材の改質方法。
【請求項７】
請求項１〜４の何れかに記載の木材改質剤で改質して得られる改質木材。
【請求項１】
エポキシ基を含有する植物油脂、及び硬化剤を含有することを特徴とする木材改質剤。
【請求項２】
エポキシ基を含有する植物油脂を含む第１剤と、硬化剤を含む第２剤とを有し、使用に際して第１剤と第２剤とを混合して用いる木材改質剤。
【請求項３】
前記植物油脂が、エポキシ化大豆油であることを特徴とする請求項１又は２記載の木材改質剤。
【請求項４】
前記硬化剤が、酸無水物系化合物であることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の木材改質剤。
【請求項５】
前記植物油脂及び前記硬化剤に加え、イミダゾール化合物を含みことを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の木材改質剤。
【請求項６】
請求項１〜４の何れかに記載の木材改質剤で木材に処理した後に、加熱し硬化させることを特徴とする木材の改質方法。
【請求項７】
請求項１〜４の何れかに記載の木材改質剤で改質して得られる改質木材。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１１−６８１０８（Ｐ２０１１−６８１０８Ａ）
【公開日】平成２３年４月７日（２０１１．４．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２２３４３３（Ｐ２００９−２２３４３３）
【出願日】平成２１年９月２８日（２００９．９．２８）
【出願人】（０００１８３４２８）住友林業株式会社 (540)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年４月７日（２０１１．４．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年９月２８日（２００９．９．２８）
【出願人】（０００１８３４２８）住友林業株式会社 (540)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]