JP3554284B2

JP3554284B2 - Wood processing equipment

Info

Publication number: JP3554284B2
Application number: JP2001089335A
Authority: JP
Inventors: 四朗黒鳥; 要岡田; 清隆内倉; 嘉代子樫原
Original assignee: 九州木材工業株式会社
Priority date: 1996-05-29
Filing date: 2001-03-27
Publication date: 2004-08-18
Anticipated expiration: 2017-05-28
Also published as: JP2001328104A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、木材の改質処理の分野に属し、特に、木材のワレ（割れ）等を防止して安定性や耐久性を付与するための新しいタイプの木材処理剤および該処理剤を使用する新規な木材処理システムに関する。
【０００２】
【従来の技術とその課題】
木材は我々の生活に不可欠な天然資源である。しかしながら、木材を構造材料として利用する場合の問題の１つは、使用とともに経時的に腐朽し美感や強度が損なわれるということである。したがって、「腐朽」をいかに抑制するかということが、木材を最大限に利用するためのかぎである。
【０００３】
「腐朽」は木材内に腐朽菌が侵入し、木材成分を分解することによって起こる。この対策として従来より実施されてきた一般的な処理方法においては、まず木材を気乾状態まで乾燥させて細胞空隙に存在する水分を減らして、ある程度のワレが生じている木材の空隙部分に水溶性あるいは油性の防腐剤を注入している。しかしながら、このような処理木材を屋外で使用すると、風雨等で薬剤が溶脱して効力が低下したり、乾燥に伴う「ワレ」に腐朽菌が侵入したりすることは避けられない。さらに、従来より多用されてきたＣＣＡ（クロム・銅・ヒ素）のような処理剤は、安全性および環境保護の点から使用が規制される方向にあり、新しい処理剤の開発が望まれている。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明の目的は、ワレが発生する前の含水率の高い状態のまま木材に注入されて、効果的に腐朽を防止し、ワレの発生を抑制することができるような新しい木材処理剤とそれを利用する木材処理システム（木材処理方法、木材処理装置）を確立することにある。
【０００５】
本発明は、研究を重ねた結果、従来より用いられているものとは全く異なる木材処理剤として好適な新しいタイプの物質を見出すことにより上記の目的を達成することができた。
すなわち、本発明に従えば、先ず基本発明として、次の一般式（１）で表わされるメチロール化フェノール単量体（式中、ｍは１，２または３である）の１種以上を含有し、弱酸性ないしは中性の水溶液として使用される木材処理剤が提供される。好ましい態様として、本発明の木材処理剤は、フッ化ナトリウムのような防腐性金属塩を含有する。
【０００６】
【化１】

【０００７】
さらに、本発明は上記の木材処理剤を加圧注入した後、該被処理木材を乾燥および加熱することによりメチロール化フェノール単量体を硬化、樹脂化させる木材の処理方法を提供する。
また、本発明は、別の視点として、上記のような処理方法によって得られ、硬化、樹脂化したフェノール系物質が細胞壁に浸透していることを特徴とする改質処理された木材も提供する。
【０００８】
さらに、本発明に従えば、被処理木材を搬入し排気後、該被処理木材に木材処理液を加圧注入するのに用いられる注薬缶であって、被処理木材を搬入する側である前部が後部に向かって下方傾斜している円筒状のハウジング、該ハウジングの前部に配備され木屑等のゴミを除去するための排出口、および該ハウジングの後部の最深部に位置するように配備され残渣を除去するための排出口を有し、該残渣排出口の前後に前記円筒状ハウジングの底部周辺に沿って最深部を挟むように両側に複数の弓状小片から成る残渣分離部材が設けられている注薬缶が提供される。
【０００９】
本発明に従えば、さらに、上記の木材の処理方法の実施に使用される、被処理木材に木材処理液を加圧注入するための注薬缶およびその付属設備を有する注薬セクションと、木材処理液が注入された被処理木材を乾燥および加熱する高温型蒸気式乾燥機を有する乾燥・加熱セクションとから成り、前記注薬セクションが恒温室内に収容されている木材処理装置が提供される。好ましい態様として該木材処理装置においては、乾燥・加熱セクションにホルムアルデヒド処理手段が取り付けられている。また、該木材処理装置における注薬缶として上記定義した注薬缶が好ましい。
【００１０】
【発明の実施の形態および発明の効果】
発明の対象
本発明は、特に国産スギの有効利用につながり、これを用いる心持ち材や小径木等の耐久性向上に効果的である。しかしながら、本発明の対象はこのような特定の樹種、寸法、大きさ、用途の木材に限定されるものではない。例えば、国産または外国産の針葉樹（マツなど）や広葉樹（ブナなど）のような一般的な樹木の他、パルプ、合板、ファイバーボード、パーティクルボードのようなセルロース材料ないしは木質素材にも本発明の木材処理剤、木材処理方法および／または木材処理装置は適用され得る。したがって、本明細書において用いる「木材」という語は、そのような材料ないしは素材を含む広義に解釈すべきものとする。
また、本発明の特徴は、ワレ（割れ）の生じていない含水率の高い木材をそのまま処理できることにあるが、ワレの生じている木材も処理対象として含む。但し、そのようなワレ自体を完全に修復することは困難であるが、ワレの進行を長期間阻止することは可能である。
【００１１】
木材処理剤
本発明の木材処理剤は、前記一般式（１）で表されるメチロール化フェノール単量体、具体的には以下の化学構造式で示されるようなモノメチロールフェノール（Ａ）、ジメチロールフェノール（Ｂ）およびトリメチロールフェノール（Ｃ）の１種以上から構成される。
【００１２】
【化２】

【００１３】
すなわち、本発明の木材処理剤は、従来より接着剤、塗料等として用いられてきた高分子量のフェノール樹脂または未反応のフェノールもしくはそのオリゴマーを多量に含有するものとは異なり、実質的に低分子量のメチロール化フェノール単量体のみで構成される。本発明の木材処理剤は、このようなメチロール化フェノール単量体を含有する弱酸性ないしは中性（ｐＨ３．０〜７．０）の水溶液（水性溶液）として調製されて使用され、この際、ホルムアルデヒドは実質的に存在させない。
メチロール化フェノール単量体は１種のみを使用してもよく、また、複数種類のメチロール化フェノール単量体の混合物として使用することもできる。使用濃度は、メチロール化フェノール単量体の全量として４５重量％以下、好ましくは１０〜２０重量％の濃度の水溶液として調製する。
【００１４】
以上のように調製された本発明の木材処理剤は、従来の処理剤（薬剤）を用いる場合とは異なり、後にも詳述するように、ワレが発生する前の含水率の高い状態のままで被処理木材に注入することができる。ここで、本発明の木材処理剤を構成するメチロール化フェノール単量体は、低分子であるため、木材細胞の微細な空隙にまで浸透することができ、後に乾燥、加熱されると、例えば、以下の反応式で表わされるように、メチロール基を介して結合し、更に三次元網目状になって硬化し樹脂化して、木材の細胞壁を膨張した状態に固定する。
【００１５】
【化３】

【００１６】
本発明の木材処理剤を構成するこのようなメチロール化フェノール単量体は、既知の反応を利用して合成することができる。例えば、フェノール：ホルムアルデヒド：ＮａＯＨ＝１：（１．９〜２．０）：（０．２〜０．５）のモル比で、３０℃において１５時間反応させ、次に１時間かけて７０℃まで昇温し７０℃で３０分間反応させた後、冷却し、アルカリを除去することによりメチロール化フェノール単量体混合物を製造し、ＨＰＬＣにより各成分の同定を行う。
【００１７】
メチロール化フェノール単量体の合成条件により、未反応フェノールやフェノール類の重合体が含まれていることがあるが、微少量であれば（一般的には１０モル％以下）メチロール化フェノール単量体の機能に実質的な影響を与えることはない。また、木材処理剤の調製に際しては、弱酸性ないしは中性としホルムアルデヒドの存在は、極めて少量であるので、ホルムアルデヒドによる通常のフェノール樹脂の架橋形成反応は殆ど起こらないと考えてよい。
【００１８】
好ましい態様として、本発明の木材処理剤には防腐作用を有する金属塩を含有させる。好適な金属塩の例は、フッ化ナトリウム（ＮａＦ）である。このような防腐性金属塩を用いると木材の腐朽防止効果が一層高められ、特に、フッ化ナトリウムは木材に対する浸透性に優れ、メチロール化フェノール単量体が硬化、樹脂化すると、該樹脂に被覆された状態で細胞内腔に存在して、万一木材に小さなワレが生じた場合にも防菌効果を発揮することになる。フッ化ナトリウムのような防腐性金属塩は、一般に、木材処理剤水溶液中で０．００１〜０．５重量％の濃度で使用する。
以上の記述から理解されるように本発明の木材処理剤は、従来使用されていたＣＣＡ等の有害物質を含む保存剤と異なり、地球環境への影響を充分に考慮した安全性の高い薬剤である。
【００１９】
木材処理方法
本発明によれば、以上のような木材処理剤を使用することにより、従来の方法とは異なる新しい方法に従って木材の腐朽防止処理を実施することができる。図１は、本発明の方法の各工程を示すものであり、以下、この図に示す工程に従って本発明の木材処理方法の詳細を説明する。
【００２０】
▲１▼先ず、被処理木材３を注薬缶１内に搬入するが、本発明の方法においては、ワレの生じていない含水率の高い状態の木材をそのまま処理することもできる。これに対して、従来の方法においては、この工程の前に被処理木材を充分に乾燥しておく必要があり、通常は既にワレが生じている木材を注薬缶に搬入していた。
▲２▼注薬缶内を減圧排気して木材内の空気を除く。一般に減圧は６００ｍｍＨｇ以上とし、また、木材の外周部および木口から薬液（木材処理溶液）の浸潤をよくするために減圧操作は一気に行うことが好ましい。
▲３▼本発明の木材処理溶液２を注薬缶内に充満させる。
【００２１】
▲４▼注薬缶内を加圧し、被処理木材の内部に処理剤溶液を注入する。この加圧操作は、被処理木材の樹種、形状、寸法等を考慮して、徐々に圧力を上げてゆくようにすることが好ましい。
▲５▼加圧後、木材処理剤溶液を排出する。この際、該溶液内には木屑、砂、その他のゴミや沈殿物が含まれているため、注薬缶の清掃や処理剤溶液の回収が面倒となるが、本発明に従えば、木材処理装置の項において後述するように特殊な注薬缶を用いることによりこのような面倒が軽減、回避される。
▲６▼注薬缶から注入処理後の木材を取り出す。
本発明に従えば、後述するように、以上の注薬缶を用いる各工程を、恒温室内で実施することにより、木材処理剤溶液の変性を防止することができる。
【００２２】
▲７▼過剰な水分を除去するため、木材を乾燥する。この乾燥工程は、メチロール化フェノール単量体の硬化樹脂化のムラおよび乾燥初期の割れの発生を防ぐためにゆるやかな乾燥を行うことが重要である。具体的な乾燥条件は、被処理木材の樹脂、形状、寸法等を考慮して設定する。一般的には風乾を行った後、乾燥機を用いて、ほぼ、繊維飽和点になるまで乾燥させる。使用可能な乾燥機としては、蒸気式、除湿式、高周波式、減圧式、マイクロ波式乾燥機などが挙げられるが、特に好ましいのは蒸気式乾燥機である。
▲８▼所定の含水率になった木材を加熱し（１１０〜１３０℃）、木材内部に浸透している処理剤（メチロール化フェノール単量体）を硬化、樹脂化させる。
上記▲７▼および▲８▼の乾燥および硬化（加熱）工程は、一連の操作が可能な高温型蒸気式乾燥機を用いて実施するのが好ましい。また、本発明に従えば、木材処理装置に関連して後述するように、このような乾燥・加熱工程において発生するガス、特にホルムアルデヒドを処理することにより大気汚染を防止するようになっている。
【００２３】
処理後の木材の特性
以上の処理によって、硬化、樹脂化したフェノール系物質が細胞壁に浸透した木材が得られる。図２および図３は、本発明に従うそのような改質処理された木材の特性をモデル的に示すためのものである。
木材は細長い細胞が軸方向に束になって構成されている（図２）。各細胞の細胞壁には微細な空隙（ａ）があり、この部分への水分の移動により木材の寸法変化が起こる。
【００２４】
上記の処理工程▲２▼▲３▼▲４▼により細胞内部（ｂ）、細胞間層（ｃ）および細胞壁の空隙（ａ）に溶液が浸透する。そして、▲７▼の乾燥工程により細胞内部（ｂ）の薬剤は大部分が除かれ、細胞壁の空隙（ａ）に溶液が残る。このとき細胞壁は膨張した状態である。従来の薬剤では分子量が大きいため細胞壁の空隙（ａ）に入り込むことができず、細胞内部（ｂ）および細胞間層（ｃ）に浸透するだけであった。
【００２５】
最終的には、加熱工程▲８▼により細胞壁内のメチロール化フェノール単量体が硬化し、細胞壁は膨張した状態に固定される（図３）。本発明に従う処理木材は、このようなバルキング効果により寸法変化が抑制されてワレ（割れ）を最小限にとどめるとともに、硬化、樹脂化したフェノール系物質が細胞壁を被覆するために腐朽菌による木材成分の分解が防止されるものと解される。
【００２６】
図４は、本発明に従って処理された木材の表面を拡大して示す顕微鏡写真（ＳＥＭ、４００倍）であり、比較のために未処理木材のＳＥＭ写真も示している。図から明らかなように本発明に従う処理木材（ａ）は、未処理のもの（ｂ）に比べて明らかに細胞壁が厚く膨張していることが理解される。
【００２７】
また、本発明に従う処理木材中に硬化、樹脂化したフェノール系物質が浸透、存在していることは、当該処理木材の一部をスライスし、ゼフリー試薬でリグニン部を除き、その後、７２％硫酸でセルロース部およびヘミセルロース部を加水分解したものの残存物をＩＲスペクトルで分析することにより確認された。さらに、塩化鉄を塗布しても青色が認められないことからも硬化樹脂化していることが確認されている。
【００２８】
木材処理装置
上述の本発明の木材処理方法は、被処理木材に木材処理液を加圧注入するための注薬缶およびその付属設備を有する注薬セクションと、木材処理液が注入された被処理木材を乾燥および加熱する高温型蒸気式乾燥機を有する乾燥・加熱セクションとから成り、注薬セクションが恒温室内に収容されている木材処理装置を用いて実施される。
【００２９】
図５は、このような本発明装置の注薬セクションを概示するものである。図に示されるように、本発明の木材処理装置においては、圧力ゲージ（ｐ）と真空ゲージ（ｖ）を備える注薬缶（Ｂ）、ならびにその付属設備である作業液タンク（Ｃ）、溶解槽（Ｄ）、原液（処理剤溶液）タンク（Ｅ）、真空ポンプ（Ｆ）、加圧ポンプ（Ｇ）、操作室（Ｈ）、輸送ポンプおよび配管（Ｉ）を恒温室（Ａ）内に収容して常に一定の温度（１５±５℃）に維持しながら、木材処理方法の項で前述した▲１▼〜▲６▼の諸工程において、被処理木材の樹種、形状、寸法等を総合的に判断し、真空度、圧力値、加圧時間などをコンピューター制御により運転管理する。また、注薬缶、作業液タンク、溶解槽、原液タンク、各ポンプ、配管類等はすべて、メチロール化フェノール単量体から成る処理剤溶液に殆ど影響を与えない金属等（特に好ましいのはステンレス）で製作したものを用いる。
【００３０】
メチロール化フェノール単量体から成る本発明の木材処理剤溶液は温度の影響を受け易い。そこで、注薬セクションを上記のように温度管理することにより処理剤溶液の機能を安定に維持し、得られる処理木材の品質を確保することができる。従来、木材の処理においては、このような薬剤（処理剤）の温度管理は全く行われていなかった。
【００３１】
さらに、メチロール化フェノール単量体を処理剤として用いる本発明の木材処理装置においては、乾燥・加熱セクションに、該セクションから発生するガス、特にホルムアルデヒドの処理手段を取り付けることが好ましい。ホルムアルデヒドの処理手段としては、１）ホルムアルデヒドを熱分解する燃焼器、２）ホルムアルデヒドを溶解、吸収する水またはアルカリ水溶液を含む吸着器、３）活性炭等の吸着剤が好適であり、これらを組み合わせて取り付けてもよい。このようにすることにより、大気汚染防止を考慮した木材処理装置が得られる。
【００３２】
注薬缶
本発明者は、さらに上述の木材処理方法の実施に当たり、被処理木材を搬入し排気後、該被処理木材に木材処理液を加圧注入するのに用いられる新規な注薬缶を案出している。
【００３３】
図６は、本発明の注薬缶を示すものである。図に示されるように、注薬缶は円筒状のハウジング１１から構成され、このハウジングは被処理木材を搬入する側である前部から後部に向かって僅かに下方傾斜（一般に１／１００〜１／５００）している。本発明の注薬缶においてはその前部に木屑等のゴミを除去するための排出口１２、およびその後部に残渣を除去するための排出口１３が円筒形ハウジングの底の最深部に位置するように配備されている。
【００３４】
排出口１２は、適当なバルブ１４を介してフィルター１５に連結され、該フィルターは作業タンクに連結されている。他方、残渣排出口１３の前後には円筒形ハウジングの底部周辺に沿って最深部を挟むように両側に複数の弓形小片１６から成る残渣分離部材１７が設けられている。残渣排出口１３は、適当なバルブ１８を介してろ過槽１９に連結され、該ろ過槽は作業タンクに連結されている。残渣排出口１３の後方には、弓形小片を介して作業液回収口２０が設けられ、この作業液回収口も作業タンクに連結されている。
【００３５】
このような注薬缶を用いれば前記処理方法の工程▲４▼の加圧注入時に、排出口１２を通る木屑等のゴミがフィルター１５により除去される。さらに、工程▲５▼の溶液排出時には、液下に沈澱する砂などの残渣は、円筒形ハウジングが後部に向かって下方傾斜していることにより、後部に移送されるとともに、弓状小片１６により挟まれた最深部を通って、その大部分が残渣排出口１３から出てろ過槽により除去される。したがって、作業液回収口２０からは清澄な溶液が作業タンクに送られる。このようにして、注薬缶内の清掃や処理剤溶液の回収が容易となる。
【００３６】
【実施例】
以下、本発明の特徴をさらに明らかにするため実施例に沿って本発明を説明するが、本発明はこの実施例に限定されるものではない。
減圧、加圧注入
外径１００ｍｍ×長さ１ｍの割れの発生していない含水率約５５％のスギ加工丸太に下記に示す組成の処理剤溶液（１０重量％水溶液）を加圧注入することにより、注入量３００ｋｇ／ｍ^３の注入材を得た。
なお、注薬缶としては外径２００ｍｍ×長さ１ｍの図６に示すステンレス製注薬缶を用いた。また、減圧操作は６５０ｍｍＨｇの減圧下で１０分間行い、加圧操作は、０から２ｋｇｆ／ｃｍ^２昇圧に１分、２ｋｇｆ／ｃｍ^２で９分間保持、２〜６ｋｇｆ／ｃｍ^２昇圧に１分、６ｋｇｆ／ｃｍ^２で９分間保持、６〜１０ｋｇｆ／ｃｍ^２昇圧に１分、１０ｋｇｆ／ｃｍ^２で９分間保持することにより合計３０分間かけて実施した。以上の操作は、図５に示すような温度管理された恒温室内で行った。
【００３７】
〔処理剤組成〕
１）未反応フェノール５〜７．８（モル％）
２）モノメチロールフェノール２３〜２５（モル％）
３）ジメチロールフェノール３２〜３５（モル％）
４）トリメチロールフェノール３２〜３７（モル％）
５）重合体（フェノール換算）０〜１．５（モル％）
【００３８】
乾燥、硬化処理
以上のようにしてえられた注入材を２４時間風乾した後、蒸気式乾燥機により２日間乾燥を行うことにより、割れの生じていない含水率約４０％の処理木材を得た。蒸気式乾燥機による乾燥操作は、０〜１２時間において乾球温度３０℃（乾湿球温度差３℃）、１２〜３０時間において乾球温度４５℃（乾湿球温度差７℃）、および３０〜４８時間において乾球温度６０℃（乾湿球温度差１０℃）になるように行った。
次に上記のように乾燥した木材に高温型乾燥機により１２０℃で２時間硬化処理を行った。
【００３９】
顕微鏡観察及びＩＲ分析
以上のような本発明による処理後の木材の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）による観察を行った。比較のために未処理材についてもＳＥＭ観察を行った。
その結果を図４に示す。本発明の処理木材（ａ）は未処理のもの（ｂ）に比べて明らかに細胞壁が厚く膨張している。７２％硫酸を用いる加水分解後の残留物のＩＲ分析により、これが硬化したフェノール系物質によるものであることが確認された。
【００４０】
屋外曝露試験
以上のようにして得られた本発明の処理木材と、比較のための未処理材（スギ材：外径１００ｍｍ×長さ２０ｃｍ）を屋外に１年間曝露して割れの進行状態を調べた。なお、試験開始時には双方とも割れの発生はなかった。
その結果を図７のグラフに示す。本発明の処理木材は長期間にわたり屋外に曝露しても殆ど割れがみられないのに対して、未処理材には顕著な割れの進行が認められることが確認された。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の木材処理方法の各工程を示す。
【図２】木材細胞の構造を模式的に示す図である。
【図３】本発明の処理によって木材細胞の状態が変化する様子を模式的に示すものである。
【図４】本発明に従って処理された木材および被処理材の細胞表面の粒子構造を示す電子顕微鏡写真である。
【図５】本発明の木材処理装置の注薬セクションを全体的に示す斜視図である。
【図６】本発明の注薬缶を示す図である。
【図７】本発明に従って処理された木材および被処理材の屋外曝露試験の結果を示すグラフである。
【符号の説明】
１１注薬缶ハウジング
１３残渣排出口
１６弓状小片
１７残渣分離部材[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention belongs to the field of wood modification treatment, and in particular, uses a new type of wood treatment agent for preventing cracking of wood and imparting stability and durability, and the use of the treatment agent. It relates to a new wood processing system.
[0002]
[Prior art and its problems]
Wood is a natural resource essential to our lives. However, one of the problems when using wood as a structural material is that it rots with the lapse of time with use, and its aesthetics and strength are impaired. Therefore, how to control "decay" is the key to maximizing the use of wood.
[0003]
"Rotting" is caused by the invasion of rotting fungi into wood and the decomposition of wood components. As a countermeasure, a general treatment method that has been conventionally implemented is to first dry wood to an air-dry state to reduce moisture present in cell voids, and to disperse water into voids in the wood where cracks have occurred to some extent. Infused with oily or oily preservatives. However, when such treated wood is used outdoors, it is inevitable that the chemicals will leach out due to the weather and the like and the efficacy will be reduced, and that rot fungi will enter the "wales" due to drying. Further, treatment agents such as CCA (chromium / copper / arsenic), which have been widely used in the past, are being regulated in terms of safety and environmental protection, and development of new treatment agents is desired. .
[0004]
[Means for Solving the Problems]
An object of the present invention is to provide a new wood treatment agent that can be injected into wood with a high water content before cracks are generated, effectively prevent decay, and suppress cracks from occurring. The purpose of the present invention is to establish a wood processing system (a wood processing method and a wood processing apparatus) that uses the above.
[0005]
As a result of repeated studies, the present invention has been able to achieve the above object by finding a new type of substance suitable as a wood treatment agent completely different from those conventionally used.
That is, according to the present invention, first, as a basic invention, it contains at least one methylolated phenol monomer represented by the following general formula (1) (where m is 1, 2 or 3). And a wood treating agent to be used as a weakly acidic or neutral aqueous solution. In a preferred embodiment, the wood treating agent of the present invention contains a preservative metal salt such as sodium fluoride.
[0006]
Embedded image

[0007]
Further, the present invention provides a method for treating wood in which the above wood treating agent is injected under pressure, and then the wood to be treated is dried and heated to cure and resinify the methylolated phenol monomer.
In another aspect, the present invention also provides a modified wood obtained by the above-described treatment method, wherein the hardened and resinized phenolic substance has permeated the cell wall. .
[0008]
Furthermore, according to the present invention, after the wood to be treated is loaded and exhausted, it is a pouring can used for pressurizing and injecting the wood processing liquid into the wood to be treated, and is a front side on which the wood to be treated is loaded. A cylindrical housing having a portion inclined downward toward the rear, a discharge port disposed at the front of the housing for removing dust such as wood chips, and disposed at the deepest portion at the rear of the housing. A residue separating member comprising a plurality of arcuate small pieces is provided on both sides of the bottom of the cylindrical housing before and after the residue discharge port so as to sandwich the deepest portion around the bottom of the cylindrical housing. Is provided.
[0009]
According to the present invention, there is further provided a pouring section having a pouring can and ancillary equipment for pressurizing the pouring of the lubricating liquid into the lumber to be treated, which is used for performing the above-described lumber treating method. There is provided a wood processing apparatus comprising a drying / heating section having a high-temperature steam dryer for drying and heating the wood to be treated into which the liquid has been injected, wherein the injection section is housed in a constant temperature chamber. As a preferred embodiment, in the wood treatment apparatus, formaldehyde treatment means is attached to the drying / heating section. In addition, the injection can defined above is preferable as the injection can in the wood processing apparatus.
[0010]
Embodiments of the Invention and Effects of the Invention
Object of the invention The present invention particularly leads to effective use of Japanese cedar, and is effective in improving the durability of heart-holding materials and small-diameter trees using the same. However, the object of the present invention is not limited to such specific wood species, size, size, and use wood. For example, in addition to general trees such as domestic or foreign conifers (pine, etc.) and hardwoods (beech, etc.), cellulose materials or wood materials such as pulp, plywood, fiberboard, and particleboard can be used. Wood treatment agents, wood treatment methods and / or wood treatment equipment can be applied. Accordingly, the term "wood" as used herein should be construed broadly to include such materials.
A feature of the present invention is that wood having a high moisture content without cracks (cracks) can be processed as it is, but woods with cracks are also included as processing targets. However, it is difficult to completely repair such cracks, but it is possible to prevent the cracks from progressing for a long time.
[0011]
Wood treating agent The wood treating agent of the present invention is a methylolated phenol monomer represented by the above general formula (1), specifically, a monomethylol phenol represented by the following chemical structural formula ( A), one or more of dimethylolphenol (B) and trimethylolphenol (C).
[0012]
Embedded image

[0013]
That is, the wood treating agent of the present invention is substantially different from those containing a large amount of a high molecular weight phenol resin or a large amount of unreacted phenol or an oligomer thereof, which has been conventionally used as an adhesive or a paint. Of phenolic monomer. The wood treating agent of the present invention is prepared and used as a weakly acidic or neutral (pH 3.0 to 7.0) aqueous solution (aqueous solution) containing such a methylolated phenol monomer. Formaldehyde is substantially absent.
Only one methylolated phenol monomer may be used, or a mixture of a plurality of types of methylolated phenol monomers may be used. The working concentration is prepared as an aqueous solution having a concentration of 45% by weight or less, preferably 10 to 20% by weight as the total amount of the methylolated phenol monomer.
[0014]
The wood treating agent of the present invention prepared as described above is different from the case of using a conventional treating agent (chemical), and has a high water content before cracking, as described later in detail. Can be injected into the wood to be treated. Here, the methylolated phenolic monomer constituting the wood treatment agent of the present invention is a low molecular weight, so that it can penetrate into fine voids of wood cells, and when dried and heated later, for example, As represented by the following reaction formula, they are bonded via a methylol group, are further cured into a three-dimensional network, are resinified, and fix the wood cell wall in an expanded state.
[0015]
Embedded image

[0016]
Such a methylolated phenol monomer constituting the wood treating agent of the present invention can be synthesized using a known reaction. For example, a reaction is performed at 30 ° C. for 15 hours at a molar ratio of phenol: formaldehyde: NaOH = 1: (1.9 to 2.0) :( 0.2 to 0.5), and then at 70 ° C. for 1 hour. After raising the temperature to 70 ° C. for 30 minutes, the mixture is cooled and the alkali is removed to produce a methylolated phenol monomer mixture, and each component is identified by HPLC.
[0017]
Depending on the synthesis conditions of the methylolated phenol monomer, unreacted phenol or a polymer of phenols may be contained, but if the amount is very small (generally 10 mol% or less), the methylolated phenol monomer It has no substantial effect on body function. In preparing the wood treating agent, since it is weakly acidic or neutral and the amount of formaldehyde is extremely small, it may be considered that the ordinary phenol resin crosslinking reaction by formaldehyde hardly occurs.
[0018]
In a preferred embodiment, the wood treating agent of the present invention contains a metal salt having an antiseptic action. An example of a suitable metal salt is sodium fluoride (NaF). The use of such an antiseptic metal salt further enhances the effect of preventing decay of wood. In particular, sodium fluoride has excellent permeability to wood, and when the methylolated phenol monomer is cured and resinified, the resin is coated. It is present in the cell lumen in a state where it has been removed, and exerts an antibacterial effect even if small cracks occur in wood. Preservative metal salts such as sodium fluoride are generally used at a concentration of 0.001 to 0.5% by weight in the aqueous wood treating agent solution.
As can be understood from the above description, the wood treating agent of the present invention is a highly safe agent that fully considers the impact on the global environment, unlike the conventionally used preservative containing harmful substances such as CCA. is there.
[0019]
Wood treatment method According to the present invention, by using the above-mentioned wood treatment agent, it is possible to carry out a wood decay prevention treatment according to a new method different from the conventional method. FIG. 1 shows each step of the method of the present invention. Hereinafter, the details of the wood treatment method of the present invention will be described in accordance with the steps shown in this figure.
[0020]
{Circle around (1)} First, the wood 3 to be treated is carried into the injection can 1, but in the method of the present invention, wood having a high moisture content without cracks can be treated as it is. On the other hand, in the conventional method, the wood to be treated needs to be sufficiently dried before this step, and usually, the wood in which cracks have already occurred is carried into the injection can.
(2) Evacuate the inside of the injection can to remove air in the wood. In general, the pressure is preferably reduced to 600 mmHg or more, and the pressure reduction operation is preferably performed all at once in order to improve the infiltration of the chemical solution (wood processing solution) from the outer periphery of the wood and the wood opening.
(3) The wood treatment solution 2 of the present invention is filled in the injection can.
[0021]
(4) The inside of the injection can is pressurized, and the treating agent solution is injected into the wood to be treated. In this pressurizing operation, it is preferable to gradually increase the pressure in consideration of the type, shape, size, and the like of the wood to be treated.
(5) After pressurizing, the wood treating agent solution is discharged. At this time, since the solution contains wood chips, sand, other debris and sediment, it is troublesome to clean the injection can and to collect the treating agent solution. By using a special injection can as described later in the section, such trouble is reduced and avoided.
(6) Take out the wood after injection processing from the injection can.
According to the present invention, the denaturation of the wood treating agent solution can be prevented by performing the above-described steps using the injection can in a constant temperature chamber, as described later.
[0022]
{Circle around (7)} Dry wood to remove excess water. In this drying step, it is important to perform gentle drying in order to prevent unevenness in the formation of the cured resin of the methylolated phenol monomer and generation of cracks in the initial stage of drying. Specific drying conditions are set in consideration of the resin, shape, dimensions, and the like of the wood to be treated. Generally, after air-drying, drying is performed using a dryer until the fiber reaches a fiber saturation point. Examples of the drier that can be used include a steam type, a dehumidification type, a high frequency type, a reduced pressure type, a microwave type drier, and the like, and a steam type drier is particularly preferable.
{Circle around (8)} The wood having a predetermined moisture content is heated (110 to 130 ° C.) to cure and treat the treating agent (methylolated phenol monomer) that has penetrated into the wood.
The drying and curing (heating) steps (7) and (8) are preferably performed using a high-temperature steam dryer capable of performing a series of operations. Further, according to the present invention, as will be described later in connection with a wood processing apparatus, air generated by such a drying / heating step, particularly formaldehyde, is treated to prevent air pollution.
[0023]
Characteristics of wood after treatment By the above treatment, wood in which a hardened and resinified phenolic substance has penetrated the cell wall can be obtained. FIGS. 2 and 3 are intended to modelly show the properties of such modified wood according to the invention.
Wood is composed of elongated cells bundled in the axial direction (Fig. 2). There is a minute void (a) in the cell wall of each cell, and dimensional change of wood occurs due to the movement of water to this portion.
[0024]
The solution penetrates into the inside of the cell (b), the intercellular layer (c) and the gap (a) of the cell wall by the above-mentioned treatment steps (2), (3) and (4). Most of the drug inside the cell (b) is removed by the drying step (7), and the solution remains in the space (a) in the cell wall. At this time, the cell wall is in an expanded state. Since the conventional drug has a large molecular weight, it cannot enter the void (a) of the cell wall, but only penetrates into the inside of the cell (b) and the intercellular layer (c).
[0025]
Finally, the methylolated phenol monomer in the cell wall is hardened by the heating step (8), and the cell wall is fixed in an expanded state (FIG. 3). In the treated wood according to the present invention, the bulking effect suppresses the dimensional change and minimizes cracks, and the hardened and resinized phenolic substance covers the cell wall, so that the wood component due to rot fungi It is understood that the decomposition of is prevented.
[0026]
FIG. 4 is a micrograph (SEM, 400 ×) showing a magnified view of the surface of wood treated according to the present invention, and also shows an SEM photograph of untreated wood for comparison. As is clear from the figure, it is understood that the treated wood (a) according to the present invention has a cell wall which is clearly thicker and expanded than the untreated wood (b).
[0027]
The fact that the cured and resinized phenolic substance has penetrated and existed in the treated wood according to the present invention means that a part of the treated wood was sliced, the lignin part was removed with a Zefree reagent, and then 72% sulfuric acid was removed. The hydrolysis of the cellulose part and the hemicellulose part in the above was confirmed by analyzing the residue with an IR spectrum. Further, since blue color is not observed even when iron chloride is applied, it is confirmed that the resin is cured.
[0028]
Wood treatment apparatus The above-described wood treatment method of the present invention comprises a filling section having a filling can and its attached equipment for pressurizing the wood treatment liquid into the wood to be treated, and the wood treatment liquid being injected. Drying and heating section having a high-temperature steam dryer for drying and heating the processed wood, and the injection section is carried out using a wood processing apparatus in which the injection section is housed in a constant temperature room.
[0029]
FIG. 5 schematically shows the injection section of such a device of the present invention. As shown in the figure, in the wood processing apparatus of the present invention, a filling can (B) provided with a pressure gauge (p) and a vacuum gauge (v), a working liquid tank (C) as an auxiliary equipment thereof, and a dissolving tank. (D), stock solution (treatment solution) tank (E), vacuum pump (F), pressurizing pump (G), operation room (H), transport pump and piping (I) housed in constant temperature room (A) In the various steps (1) to (6) described above in the section of the wood treatment method, the tree type, shape, size, etc. of the wood to be treated are comprehensively maintained at a constant temperature (15 ± 5 ° C.). The operation is controlled by computer control such as the degree of vacuum, pressure value, and pressurization time. In addition, the injection can, working liquid tank, dissolution tank, stock solution tank, pumps, piping, etc., are all metals and the like that hardly affect the treatment agent solution composed of a methylolated phenol monomer (particularly preferred is stainless steel). Use the one manufactured in.
[0030]
The wood treating agent solution of the present invention comprising a methylolated phenol monomer is sensitive to temperature. Therefore, by controlling the temperature of the injection section as described above, the function of the treating agent solution can be stably maintained, and the quality of the resulting treated wood can be ensured. Conventionally, in the treatment of wood, temperature control of such chemicals (treatment agents) has not been performed at all.
[0031]
Further, in the wood treatment apparatus of the present invention using a methylolated phenol monomer as a treating agent, it is preferable to attach a means for treating gas, particularly formaldehyde, generated from the drying / heating section to the section. As the formaldehyde treatment means, 1) a combustor for thermally decomposing formaldehyde, 2) an adsorber containing water or an alkaline aqueous solution for dissolving and absorbing formaldehyde, and 3) an adsorbent such as activated carbon are preferable. May be attached. This makes it possible to obtain a wood processing apparatus in which air pollution prevention is taken into consideration.
[0032]
Injection can The present inventor, in carrying out the above-mentioned wood processing method, further introduces a new injection pipe used to press-inject wood processing liquid into the wood to be treated after loading and exhausting the wood to be treated. I am devising a medicine can.
[0033]
FIG. 6 shows a filling can of the present invention. As shown in the figure, the injection can is constituted by a cylindrical housing 11, which is slightly downwardly inclined from the front side (the side where the wood to be treated is carried in) toward the rear side (generally 1/100 to 1/1). 500). In the injection can of the present invention, a discharge port 12 for removing dust such as wood chips and a discharge port 13 for removing residues at the rear thereof are located at the deepest portion at the bottom of the cylindrical housing. Has been deployed.
[0034]
The outlet 12 is connected to a filter 15 via a suitable valve 14, which is connected to a working tank. On the other hand, before and after the residue discharge port 13, a residue separation member 17 composed of a plurality of arcuate pieces 16 is provided on both sides so as to sandwich the deepest portion along the periphery of the bottom of the cylindrical housing. The residue outlet 13 is connected via a suitable valve 18 to a filtration tank 19, which is connected to a working tank. A working liquid recovery port 20 is provided behind the residue discharge port 13 via an arcuate piece, and this working liquid recovery port is also connected to the work tank.
[0035]
If such a filling can is used, dust such as wood chips passing through the outlet 12 is removed by the filter 15 at the time of pressurizing and injecting in step (4) of the processing method. Further, at the time of discharging the solution in step (5), the residue such as sand settling under the liquid is transported to the rear part by the cylindrical housing inclined downward toward the rear part, and is also transferred by the arcuate small piece 16. Most of the water passes through the sandwiched deepest portion and exits through the residue discharge port 13 and is removed by the filtration tank. Therefore, a clear solution is sent from the working liquid recovery port 20 to the working tank. In this way, it is easy to clean the inside of the injection can and to collect the treatment solution.
[0036]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described with reference to Examples to further clarify the features of the present invention. However, the present invention is not limited to these Examples.
Decompression and pressure injection A treatment agent solution (10% by weight aqueous solution) having the following composition was added to a cedar processed log having an outer diameter of 100 mm x a length of 1 m and having no cracks and a moisture content of about 55%. By performing pressure injection, an injection material having an injection amount of 300 kg / m ³ was obtained.
Note that a stainless steel pouring can shown in FIG. 6 having an outer diameter of 200 mm and a length of 1 m was used as the pouring can. Further, depressurization was carried out for 10 minutes under a reduced pressure of 650 mmHg, pressing operation is 1 minute from 0 to 2 kgf / cm ² boosting, held at ² kgf / cm 2 9 minutes, the 2~6kgf / cm ² boost 1 min, held at 6 kgf / cm ² 9 min, 1 min to 6~10kgf / cm ² boost was performed over a total of 30 minutes with keeping at 10 kgf / cm ² 9 min. The above operation was performed in a temperature controlled constant temperature room as shown in FIG.
[0037]
(Treatment composition)
1) Unreacted phenol 5 to 7.8 (mol%)
2) Monomethylol phenol 23 to 25 (mol%)
3) dimethylolphenol 32 to 35 (mol%)
4) Trimethylolphenol 32 to 37 (mol%)
5) Polymer (converted to phenol) 0 to 1.5 (mol%)
[0038]
Drying and curing treatment The air-injected material obtained as described above is air-dried for 24 hours, and then dried for 2 days by a steam dryer to obtain a crack-free water content of about 40%. Got wood. The drying operation by the steam dryer is performed at a dry-bulb temperature of 30 ° C (dry-wet bulb temperature difference of 3 ° C) in 0 to 12 hours, a dry-bulb temperature of 45 ° C (dry-wet bulb temperature difference of 7 ° C) in 12 to 30 hours, and 30 to 30 hours. The test was performed so that the dry-bulb temperature was 60 ° C. (dry-wet bulb temperature difference 10 ° C.) in 48 hours.
Next, the wood dried as described above was subjected to a curing treatment at 120 ° C. for 2 hours using a high-temperature dryer.
[0039]
Microscopic observation and IR analysis The wood after treatment according to the present invention as described above was observed by a scanning electron microscope (SEM). For comparison, SEM observation was also performed on the untreated material.
The result is shown in FIG. The cell wall of the treated wood (a) of the present invention is clearly thicker and expanded than that of the untreated wood (b). IR analysis of the residue after hydrolysis with 72% sulfuric acid confirmed that this was due to the cured phenolic material.
[0040]
Outdoor exposure test The treated wood of the present invention obtained as described above and an untreated wood (cedar wood: outer diameter 100 mm x length 20 cm) for comparison were exposed outdoors for one year. The progress of cracking was examined. At the start of the test, no cracks occurred in both cases.
The results are shown in the graph of FIG. It was confirmed that the treated wood of the present invention hardly cracked even when exposed outdoors for a long period of time, whereas the untreated wood showed remarkable progression of cracking.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 shows each step of the wood treatment method of the present invention.
FIG. 2 is a diagram schematically showing the structure of a wood cell.
FIG. 3 is a diagram schematically showing a state in which the state of wood cells changes by the treatment of the present invention.
FIG. 4 is an electron micrograph showing the particle structure of the cell surface of wood treated and the material to be treated according to the present invention.
FIG. 5 is a perspective view showing an entire injection section of the wood processing apparatus of the present invention.
FIG. 6 is a view showing a filling can of the present invention.
FIG. 7 is a graph showing the results of an outdoor exposure test of wood and a material to be treated according to the present invention.
[Explanation of symbols]
11 Injection can housing 13 Residue discharge port 16 Arc-shaped small piece 17 Residue separating member

Claims

A pouring can that is used to carry the wood to be treated into the wood to be treated under pressure after loading and exhausting the wood to be treated, wherein the front part, which is the side for carrying the wood to be treated, is inclined downward toward the rear. Cylindrical housing, a discharge port disposed at the front of the housing for removing dust such as wood chips, and a discharge port disposed at the deepest position at the rear of the housing to remove residues. An outlet is provided, and a residue separating member composed of a plurality of arcuate small pieces is provided on both sides of the cylindrical housing so as to sandwich the deepest portion along the periphery of the bottom of the cylindrical housing before and after the residue discharge port. Injection can.