JP7712649B2 - Softened wood and its manufacturing method - Google Patents
Softened wood and its manufacturing methodInfo
- Publication number
- JP7712649B2 JP7712649B2 JP2021031000A JP2021031000A JP7712649B2 JP 7712649 B2 JP7712649 B2 JP 7712649B2 JP 2021031000 A JP2021031000 A JP 2021031000A JP 2021031000 A JP2021031000 A JP 2021031000A JP 7712649 B2 JP7712649 B2 JP 7712649B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- wood
- ionic liquid
- softened
- manufacturing
- heating
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Landscapes
- Chemical And Physical Treatments For Wood And The Like (AREA)
Description
本発明は、軟化木材及びその製造方法等に関する。 The present invention relates to softened wood and its manufacturing method.
森林資源から得られる木材は大気中のCO2を炭素固定できる低エネルギー生産型サスティナブル資源として注目され、建築用や土木用の他、紙等の原料として幅広く使用されている。しかし、人口の減少に伴い、これらの需要は減少することが見込まれているうえ、日本の森林蓄積量が増加しているため、木材の新たな機能や用途の開発による需要の拡大が求められている。 Wood obtained from forest resources has attracted attention as a sustainable resource with low energy production that can fix CO2 in the atmosphere, and is widely used for construction and civil engineering, as well as as a raw material for paper, etc. However, with the declining population, demand for these is expected to decrease, and because Japan's forest accumulation is increasing, there is a need to expand demand by developing new functions and uses for wood.
近年、木材を薬品処理により軟化させる技術が各種報告されている。例えば、非特許文献1では、極めて軽質の木材を水酸化ナトリウム溶液中で高温で処理した後、凍結乾燥させることにより、木材組織を破壊してスポンジ状とした木材が報告されている。 In recent years, various techniques have been reported for softening wood through chemical treatment. For example, Non-Patent Document 1 reports that extremely light wood is treated at high temperature in a sodium hydroxide solution, and then freeze-dried to destroy the wood tissue and turn it into a spongy wood.
しかしながら、従来の軟化木材の製造方法は、木材として比較的軽質のものを使用したり、また軟化処理が著しく組織破壊できる程度に厳しい条件下(強酸、強アルカリ等の危険試薬を高温で使用する等)で行われるので、簡便性、汎用性に乏しかった。 However, conventional methods for producing softened wood have been limited in their simplicity and versatility, as they require the use of relatively light wood and the softening process is carried out under harsh conditions that can significantly damage the wood's structure (such as the use of hazardous reagents such as strong acids and strong alkalis at high temperatures).
本発明は、軟化木材の新規な製造方法を提供することを課題とする。 The objective of the present invention is to provide a new method for producing softened wood.
本発明者は上記課題に鑑みて鋭意研究を進めた結果、木材にイオン液体を含浸させる含浸工程と、前記イオン液体を含浸させた木材を加熱する加熱工程を経て軟化木材を取得する取得工程と、を含む、軟化木材の製造方法、であれば、上記課題を解決できることを見出した。本発明者は、この知見に基づいてさらに研究を進めた結果、本発明を完成させた。即ち、本発明は、下記の態様を包含する。 As a result of intensive research conducted by the inventors in consideration of the above problems, the inventors have found that the above problems can be solved by a method for producing softened wood, which includes an impregnation step of impregnating wood with an ionic liquid, and an acquisition step of obtaining softened wood through a heating step of heating the wood impregnated with the ionic liquid. Based on this finding, the inventors have conducted further research and have completed the present invention. That is, the present invention encompasses the following aspects.
項1. 木材にイオン液体を含浸させる含浸工程と、
前記イオン液体を含浸させた木材を加熱する加熱工程を経て軟化木材を取得する取得工程と、
を含む、軟化木材の製造方法。
Item 1. An impregnation step of impregnating wood with an ionic liquid;
a step of obtaining softened wood by a heating step of heating the wood impregnated with the ionic liquid;
1. A method for producing softened wood, comprising:
項2. 加熱工程後に、得られた木材を湿雰囲気下で養生して木材を軟化させる養生工程を含む、項1に記載の製造方法。 Item 2. The manufacturing method described in Item 1, which includes a curing step in which the obtained wood is cured in a humid atmosphere after the heating step to soften the wood.
項3. 湿雰囲気が湿度40%以上の雰囲気である、項2に記載の製造方法。 Item 3. The manufacturing method described in Item 2, in which the humid atmosphere has a humidity of 40% or more.
項4. 加熱工程又は取得工程後に、木材又は軟化木材に液体を含浸させる液体含浸工程を含む、項1~3のいずれかに記載の製造方法。 Item 4. The manufacturing method according to any one of items 1 to 3, which includes a liquid impregnation step of impregnating the wood or softened wood with a liquid after the heating step or the obtaining step.
項5. 加熱工程における加熱温度が40℃以上である、項1~4のいずれかに記載の製造方法。 Item 5. The manufacturing method according to any one of items 1 to 4, wherein the heating temperature in the heating step is 40°C or higher.
項6. 加熱工程における加熱温度が80℃以上である、項1~5のいずれかに記載の製造方法。 Item 6. The manufacturing method according to any one of items 1 to 5, wherein the heating temperature in the heating step is 80°C or higher.
項7. イオン液体が1-ブチル-3-メチルイミダゾリウム酢酸塩である、項1~6のいずれかに記載の製造方法。 Item 7. The method according to any one of items 1 to 6, wherein the ionic liquid is 1-butyl-3-methylimidazolium acetate.
項8. 木材の晩材率が5%以上である、項1~7のいずれかに記載の製造方法。 Item 8. A manufacturing method according to any one of items 1 to 7, in which the wood has a late wood rate of 5% or more.
項9. 製造される軟化木材の細胞壁膨潤率が12%以上である、項1~8のいずれかに記載の製造方法。 Item 9. The manufacturing method according to any one of items 1 to 8, in which the cell wall swelling rate of the softened wood produced is 12% or more.
項10. 項1~9のいずれかに記載の製造方法で得られる、軟化木材。 Item 10. Softened wood obtained by the manufacturing method described in any one of items 1 to 9.
項11. 細胞壁膨潤率が12%以上である、軟化木材。 Item 11. Softened wood with a cell wall swelling rate of 12% or more.
項12. 復元性を有する、項11に記載の軟化木材。 Item 12. Softened wood according to item 11, having restorability.
項13. 0.5MPaの圧縮力を加えた際の圧縮率が、対照木材に0.5MPaの圧縮力を加えた際の圧縮率の2倍以上である、項11又は12に記載の軟化木材。 Item 13. Softened wood according to item 11 or 12, in which the compression ratio when a compressive force of 0.5 MPa is applied is at least twice the compression ratio when a compressive force of 0.5 MPa is applied to control wood.
項14. 20%圧縮した際の復元率が80%以上である、項11~13のいずれかに記載の軟化木材。 Item 14. Softened wood according to any one of items 11 to 13, which has a recovery rate of 80% or more when compressed by 20%.
項15. 圧縮率20%時点での圧縮力が圧縮率10%時点の圧縮力の1.3倍以下である、項11~14のいずれかに記載の軟化木材。 Item 15. Softened wood according to any one of items 11 to 14, in which the compressive force at a compression rate of 20% is 1.3 times or less the compressive force at a compression rate of 10%.
項16. 晩材部を有する、項11~15のいずれかに記載の軟化木材。 Item 16. Softened wood according to any one of items 11 to 15, having late wood.
本発明によれば、軟化木材の新規な製造方法を提供することができる。 The present invention provides a new method for producing softened wood.
本明細書中において、「含有」及び「含む」なる表現については、「含有」、「含む」、「実質的にからなる」及び「のみからなる」という概念を含む。 In this specification, the expressions "contain" and "include" include the concepts of "contain," "include," "consist essentially of," and "consist only of."
1.軟化木材の製造方法
本発明は、その一態様において、木材にイオン液体を含浸させる含浸工程と、前記イオン液体を含浸させた木材を加熱する加熱工程を経て軟化木材を取得する取得工程と、を含む、軟化木材の製造方法(本明細書において、「本発明の製造方法」と示すこともある。)以下に、これについて説明する。
1. Manufacturing method of softened wood In one aspect, the present invention relates to a manufacturing method of softened wood (sometimes referred to as the "manufacturing method of the present invention" in this specification) which comprises an impregnation step of impregnating wood with an ionic liquid and a heating step of heating the wood impregnated with the ionic liquid to obtain softened wood. This will be described below.
1-1.含侵工程
含侵工程の対象である木材としては、伐採された樹木を原料とする材料である限り特に限定されず、原料となる木本の種類や製材の有無(及びその程度)を問わず多様な木材を採用できる。木材は、1種の木本を原料とするものでもよいし、2種以上の木本を組み合わせて原料とするものでもよい。
1-1. Impregnation process The wood to be impregnated in the impregnation process is not particularly limited as long as it is made from felled trees, and a wide variety of wood can be used regardless of the type of woody plant used as the raw material or whether or not it has been sawn (and the extent to which it has been sawn). The wood may be made from one type of woody plant or a combination of two or more types of woody plants.
木本としては、木材の材料となり得る限り特に限定されず、例えば、針葉樹材、広葉樹材等が挙げられ、より具体的には、例えば、スギ、エゾマツ、カラマツ、クロマツ、トドマツ、ヒメコマツ、イチイ、ネズコ、ハリモミ、イラモミ、イヌマキ、モミ、サワラ、トガサワラ、アスナロ、ヒバ、ツガ、コメツガ、ヒノキ、イチイ、イヌガヤ、トウヒ、イエローシーダー(ベイヒバ)、ロウソンヒノキ(ベイヒ)、ダグラスファー(ベイマツ)、シトカスプルース(ベイトウヒ)、ラジアータマツ、イースタンスプルース、イースタンホワイトパイン、ウェスタンラーチ、ウェスタンファー、ウェスタンヘムロック、タマラック等の針葉樹材;アスベン、アメリカンブラックチェリー、イエローポプラ、ウォールナット、カバザクラ、ケヤキ、シカモア、シルバーチェリー、タモ、チーク、チャイニーズエルム、チャイニーズメープル、ナラ、ハードメイプル、ヒッコリー、ピーカン、ホワイトアッシュ、ホワイトオーク、ホワイトバーチ、レッドオーク、アカシア、ユーカリ等の広葉樹材等が挙げられる。また、辺材及び心材のいずれも木材の材料とすることができる。 Woody plants are not particularly limited as long as they can be used as lumber materials, and examples include coniferous trees and broad-leaved trees. More specifically, for example, cedar, Yezo spruce, larch, black pine, Todomatsu, Himekomatsu, yew, Japanese yew, spruce, Japanese spruce, Japanese spruce, Japanese yew, Japanese bean berry, Japanese yew, Japanese asparagus, Japanese cypress, Japanese hemlock, Japanese cypress, Japanese yew, Japanese yew, spruce, yellow cedar, Lawson cypress, Douglas fir, Sitka spruce, Radiata pine, East asparagus, and Japanese yew. Examples of wood materials include coniferous woods such as tan spruce, eastern white pine, western larch, western fir, western hemlock, and tamarack; and hardwoods such as asbestos, American black cherry, yellow poplar, walnut, birch, zelkova, sycamore, silver cherry, ash, teak, Chinese elm, Chinese maple, oak, hard maple, hickory, pecan, white ash, white oak, white birch, red oak, acacia, and eucalyptus. Both sapwood and heartwood can be used as wood materials.
木材の種類としては、イオン液体が含侵し得る限り特に限定されない。例えば、丸太、角材、板材、無垢材、木質材料、集成材、単板積層材、合板、木質ボード、パーティクルボード、ファイバーボード、粒子状木材(チップ、パーティクル等)、繊維状木材等が挙げられる。また、木材としては、生木、乾燥木材のいずれも使用することができる。 The type of wood is not particularly limited as long as it can be impregnated with the ionic liquid. Examples include logs, timber, planks, solid wood, wood materials, laminated lumber, laminated veneer lumber, plywood, wood boards, particle boards, fiber boards, particulate wood (chips, particles, etc.), fibrous wood, etc. In addition, either green wood or dried wood can be used as the wood.
木材は、晩材部を有する木材であることが好ましい。木材の晩材率は、例えば1%以上、2%以上、5%以上、7%以上、10%以上、12%以上、14%以上、又は15%以上である。晩材率の上限は、通常、100%未満であり、例えば70%、60%、50%、40%、30%、又は20%である。木材は、通常、早材部(=晩材部以外の部分)を有する。 The wood preferably has latewood. The latewood ratio of the wood is, for example, 1% or more, 2% or more, 5% or more, 7% or more, 10% or more, 12% or more, 14% or more, or 15% or more. The upper limit of the latewood ratio is usually less than 100%, for example, 70%, 60%, 50%, 40%, 30%, or 20%. The wood usually has earlywood (= parts other than the latewood).
木材の晩材率は次のようにして決定する。木材木口面表面における晩材部分をMorkの定義に基づいて決定し、晩材率(=(晩材幅/一年輪幅)×100(%))を求める。 The latewood percentage of wood is determined as follows: The latewood portion on the butt end surface of the wood is determined based on Mork's definition, and the latewood percentage (= (latewood width / annual ring width) x 100 (%)) is calculated.
また、木材は、溶媒で処理することによって、溶媒を保持させた木材であってもよい。この際の溶媒としては、イオン液体と置換し得る溶媒である限り特に限定されない。当該溶媒の具体例としては、アルコール、水、アセトン、アセトニトリル、ベンゼン、及びトルエン等が挙げられる。また、木材は、薬剤を保持するものであることができる。 The wood may also be wood that has been treated with a solvent to retain the solvent. The solvent is not particularly limited as long as it is a solvent that can be substituted for the ionic liquid. Specific examples of the solvent include alcohol, water, acetone, acetonitrile, benzene, and toluene. The wood may also retain a drug.
木材に溶媒を保持させる方法は、特に制限されないが、例えば木材を溶媒に浸漬する方法が挙げられる。 There are no particular limitations on the method for retaining the solvent in the wood, but an example is immersing the wood in the solvent.
溶媒への浸漬は、溶媒を木材に浸透させることができる限りどのような態様であってもよく、例えば木材の一部又は全部が溶媒に浸漬されるような態様が挙げられる。浸漬は、減圧下、加圧下、及び大気圧下のいずれで行われてもよい。浸漬温度は、溶媒を木材に浸透させられる限り特に限定されない。浸漬温度は、例えば0~40℃、好ましくは15~25℃であることができる。浸漬時間は、溶媒を木材に浸透させられる限り特に限定されず、木材のサイズ、浸漬時の圧力及び温度等に応じて適宜選択される。例えば大気圧、室温下での浸漬時間としては、4~24時間、好ましくは6~16時間程度であることができる。 Immersion in the solvent may be carried out in any manner as long as the wood can be permeated with the solvent, for example, in which all or part of the wood is immersed in the solvent. Immersion may be carried out under reduced pressure, pressure, or atmospheric pressure. The immersion temperature is not particularly limited as long as the wood can be permeated with the solvent. The immersion temperature can be, for example, 0 to 40°C, preferably 15 to 25°C. The immersion time is not particularly limited as long as the wood can be permeated with the solvent, and is appropriately selected depending on the size of the wood, the pressure and temperature during immersion, etc. For example, the immersion time at atmospheric pressure and room temperature can be about 4 to 24 hours, preferably about 6 to 16 hours.
木材は1種単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。 You can use one type of wood alone or two or more types in combination.
イオン液体としては、カチオン及びアニオンからなり、且つ常温において液体状態である塩であれば特に限定されない。常温において液体状態である塩の具体例としては、融点が40℃以下、好ましくは25℃以下、より好ましくは10℃以下、さらに好ましくは-20℃以下である塩が挙げられる。イオン液体は1種単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。 The ionic liquid is not particularly limited as long as it is a salt that is composed of a cation and an anion and is in a liquid state at room temperature. Specific examples of salts that are in a liquid state at room temperature include salts that have a melting point of 40°C or lower, preferably 25°C or lower, more preferably 10°C or lower, and even more preferably -20°C or lower. One type of ionic liquid may be used alone, or two or more types may be used in combination.
カチオンとしては、イオン液体を構成するカチオンとなり得る限り特に限定されない。カチオンの具体例としては、一般式(1)で表されるイミダゾリウムイオン、一般式(2)で表されるピリジニウムイオン、一般式(3)で表されるアンモニウムイオン、一般式(4)で表されるピロリジニウムイオン、一般式(5)で表されるホスホニウムイオン、及び一般式(6)であらわされるスルホニウムイオン等が挙げられ、好ましくは一般式(1)で表されるイミダゾリウムイオン、一般式(5)で表されるホスホニウムイオン等が挙げられ、特に好ましくは一般式(1)で表されるイミダゾリウムイオンが挙げられる。カチオンは1種単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。 The cation is not particularly limited as long as it can be a cation constituting the ionic liquid. Specific examples of the cation include the imidazolium ion represented by general formula (1), the pyridinium ion represented by general formula (2), the ammonium ion represented by general formula (3), the pyrrolidinium ion represented by general formula (4), the phosphonium ion represented by general formula (5), and the sulfonium ion represented by general formula (6), among which the imidazolium ion represented by general formula (1) and the phosphonium ion represented by general formula (5) are preferred, and the imidazolium ion represented by general formula (1) is particularly preferred. The cation may be used alone or in combination of two or more kinds.
一般式(1)中、R1及びR2は同一又は異なって、置換されていてもよいアルキル基(好ましくは非置換アルキル基)、又は水素原子を示す(但し、R1及びR2は同時に水素原子ではない)。アルキル基は、カチオンがイオン液体を形成し得る限り特に限定されない。アルキル基は、分枝鎖状又は直鎖状のいずれでもよいが、直鎖状であることが好ましい。アルキル基としては、例えば炭素数1~8のアルキル基、好ましくは炭素数1~4のアルキル基が挙げられ、より具体的にはメチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、及びオクチル基等が挙げられる。 In the general formula (1), R1 and R2 are the same or different and represent an alkyl group which may be substituted (preferably an unsubstituted alkyl group) or a hydrogen atom (however, R1 and R2 are not hydrogen atoms at the same time). The alkyl group is not particularly limited as long as the cation can form an ionic liquid. The alkyl group may be either branched or straight, but is preferably straight. Examples of the alkyl group include alkyl groups having 1 to 8 carbon atoms, preferably alkyl groups having 1 to 4 carbon atoms, and more specifically, methyl, ethyl, propyl, butyl, pentyl, hexyl, heptyl, and octyl groups.
一般式(1)の好ましい態様としては、R1が炭素数1~2のアルキル基であり、且つR2が炭素数3~5のアルキル基であるという態様、R1が炭素数1~2のアルキル基であり、且つR2が炭素数1~2のアルキル基であるという態様が挙げられる。一般式(1)で表されるイミダゾリウムイオンとして、好ましくは1-ブチル-3-メチルイミダゾリウムイオン、1-エチル-3-メチルイミダゾリウムイオン等が挙げられ、特に好ましくは1-ブチル-3-メチルイミダゾリウムイオンが挙げられる。 Preferred embodiments of general formula (1) include an embodiment in which R 1 is an alkyl group having 1 to 2 carbon atoms and R 2 is an alkyl group having 3 to 5 carbon atoms, and an embodiment in which R 1 is an alkyl group having 1 to 2 carbon atoms and R 2 is an alkyl group having 1 to 2 carbon atoms. Preferable examples of the imidazolium ion represented by general formula (1) include 1-butyl-3-methylimidazolium ion, 1-ethyl-3-methylimidazolium ion, etc., and particularly preferable example is 1-butyl-3-methylimidazolium ion.
一般式(2)中、R3は置換されていてもよいアルキル基(好ましくは非置換アルキル基)を示す。アルキル基は、カチオンがイオン液体を形成し得る限り特に限定されない。アルキル基は、分枝鎖状又は直鎖状のいずれでも良いが、直鎖状であることが好ましい。アルキル基としては、例えば炭素数1~5のアルキル基、好ましくは炭素数1~3のアルキル基が挙げられ、より具体的にはメチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、及びペンチル基等が挙げられる。 In the general formula (2), R3 represents an alkyl group which may be substituted (preferably an unsubstituted alkyl group). The alkyl group is not particularly limited as long as the cation can form an ionic liquid. The alkyl group may be either branched or straight, but is preferably straight. Examples of the alkyl group include alkyl groups having 1 to 5 carbon atoms, preferably alkyl groups having 1 to 3 carbon atoms, and more specifically, methyl groups, ethyl groups, propyl groups, butyl groups, and pentyl groups.
一般式(3)中、R4~R7は同一又は異なって、置換されていてもよいアルキル基(好ましくは非置換アルキル基)、又は水素原子を示す(但し、R4~R7は同時に水素原子ではない)。アルキル基は、カチオンがイオン液体を形成し得る限り特に限定されない。アルキル基は、分枝鎖状又は直鎖状のいずれでも良いが、直鎖状であることが好ましい。アルキル基としては、例えば炭素数1~5のアルキル基、好ましくは炭素数1~3のアルキル基が挙げられ、より具体的にはメチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、及びペンチル基等が挙げられる。 In general formula (3), R 4 to R 7 are the same or different and represent an alkyl group which may be substituted (preferably an unsubstituted alkyl group) or a hydrogen atom (however, R 4 to R 7 are not simultaneously hydrogen atoms). The alkyl group is not particularly limited as long as the cation can form an ionic liquid. The alkyl group may be either branched or straight, but is preferably straight. Examples of the alkyl group include alkyl groups having 1 to 5 carbon atoms, preferably alkyl groups having 1 to 3 carbon atoms, and more specifically, methyl, ethyl, propyl, butyl, and pentyl groups.
一般式(4)中、R8及びR9は同一又は異なって、置換されていてもよいアルキル基(好ましくは非置換アルキル基)、又は水素原子を示す(但し、R8及びR9は同時に水素原子ではない)。アルキル基は、カチオンがイオン液体を形成し得る限り特に限定されない。アルキル基は、分枝鎖状又は直鎖状のいずれでも良いが、直鎖状であることが好ましい。アルキル基としては、例えば炭素数1~8のアルキル基、好ましくは炭素数1~6のアルキル基が挙げられ、より具体的にはメチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、及びオクチル基等が挙げられる。 In the general formula (4), R8 and R9 are the same or different and represent an alkyl group which may be substituted (preferably an unsubstituted alkyl group) or a hydrogen atom (however, R8 and R9 are not hydrogen atoms at the same time). The alkyl group is not particularly limited as long as the cation can form an ionic liquid. The alkyl group may be either branched or straight, but is preferably straight. Examples of the alkyl group include alkyl groups having 1 to 8 carbon atoms, preferably alkyl groups having 1 to 6 carbon atoms, and more specifically, methyl, ethyl, propyl, butyl, pentyl, hexyl, heptyl, and octyl groups.
一般式(5)中、R10~R13は同一又は異なって、置換されていてもよいアルキル基(好ましくは非置換アルキル基)、又は水素原子を示す(但し、R10~R13は同時に水素原子ではない)。アルキル基は、カチオンがイオン液体を形成し得る限り特に限定されない。アルキル基は、分枝鎖状又は直鎖状のいずれでも良いが、直鎖状であることが好ましい。アルキル基としては、例えば炭素数1~5のアルキル基、好ましくは炭素数1~3のアルキル基が挙げられ、より具体的にはメチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、及びペンチル基等が挙げられる。 In general formula (5), R 10 to R 13 are the same or different and each represents an alkyl group which may be substituted (preferably an unsubstituted alkyl group), or a hydrogen atom (however, R 10 to R 13 are not simultaneously hydrogen atoms). The alkyl group is not particularly limited as long as the cation can form an ionic liquid. The alkyl group may be either branched or straight, but is preferably straight. Examples of the alkyl group include alkyl groups having 1 to 5 carbon atoms, preferably alkyl groups having 1 to 3 carbon atoms, and more specifically, methyl, ethyl, propyl, butyl, and pentyl groups.
一般式(6)中、R14~R16は同一又は異なって、置換されていてもよいアルキル基(好ましくは非置換アルキル基)、又は水素原子を示す(但し、R14~R16は同時に水素原子ではない)。アルキル基は、ラジカル重合性基含有カチオンがイオン液体を形成し得る限り特に限定されない。アルキル基は、分枝鎖状又は直鎖状のいずれでも良いが、直鎖状であることが好ましい。アルキル基としては、例えば炭素数1~5のアルキル基、好ましくは炭素数1~3のアルキル基が挙げられ、より具体的にはメチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、及びペンチル基等が挙げられる。 In the general formula (6), R 14 to R 16 are the same or different and each represents an alkyl group which may be substituted (preferably an unsubstituted alkyl group), or a hydrogen atom (provided that R 14 to R 16 are not simultaneously hydrogen atoms). The alkyl group is not particularly limited as long as the radical polymerizable group-containing cation can form an ionic liquid. The alkyl group may be either branched or straight, but is preferably straight. Examples of the alkyl group include alkyl groups having 1 to 5 carbon atoms, preferably alkyl groups having 1 to 3 carbon atoms, and more specifically, methyl, ethyl, propyl, butyl, and pentyl groups.
一般式(1)~(6)中、アルキル基の置換基としては、例えば、ヒドロキシル基、カルボニル基、メトキシ基、アミノ基、カルボキシル基、アリール基、ラジカル重合性基が挙げられる。また、水素原子に代えて、ラジカル重合性基を採用することもできる。ラジカル重合性基としては、ラジカルによって付加重合することが可能であり、且つラジカル重合成基含有カチオンがイオン液体を形成し得る限り特に限定されない。ラジカル重合性基の具体例としては、ビニル基、アリル基、イソプロペニル基、アクリロイル基、メタクリロイル基、及びマレオイル基等が挙げられ、好ましくはビニル基、アリル基、及びアクリロイル基等が挙げられる。 In the general formulas (1) to (6), examples of the substituent of the alkyl group include a hydroxyl group, a carbonyl group, a methoxy group, an amino group, a carboxyl group, an aryl group, and a radically polymerizable group. A radically polymerizable group can be used instead of a hydrogen atom. The radically polymerizable group is not particularly limited as long as it can be subjected to addition polymerization by a radical and the radically polymerizable group-containing cation can form an ionic liquid. Specific examples of the radically polymerizable group include a vinyl group, an allyl group, an isopropenyl group, an acryloyl group, a methacryloyl group, and a maleoyl group, and preferably a vinyl group, an allyl group, and an acryloyl group.
アニオンとしては、イオン液体を構成するアニオンとなり得る限り特に限定されない。アニオンの具体例としては、有機カルボン酸イオン(例えばカルボキシ基を1つ有する、炭素数1~8(好ましくは2~4、より好ましくは2~3)の有機カルボン酸イオン)、ハロゲン化物イオン、ジアルキルリン酸イオン、テトラフルオロホウ酸イオン(BF4 -)、BF3CF3 -、BF3C2F5 -、BF3C3F7 -、BF3C4F9 -、ヘキサフルオロリン酸イオン(PF6 -)、ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド酸イオン((CF3SO2)2N-)、過塩素酸イオン(ClO4 -)、トリス(トリフルオロメタンスルホニル)炭素酸イオン((CF3SO2)3C-)、トリフルオロメタンスルホン酸イオン(CF3SO3 -)、ジシアンアミドイオン((CN)2N-)、トリフルオロ酢酸イオン(CF3COO-)、及びアミノ酸由来イオン等が挙げられる。アニオンとしては、好ましくは有機カルボン酸イオン、ハロゲン化物イオン等が挙げられ、特に好ましくは有機カルボン酸イオンが挙げられる。アニオンは1種単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。 The anion is not particularly limited as long as it can be an anion constituting the ionic liquid. Specific examples of the anion include organic carboxylate ions (e.g., organic carboxylate ions having one carboxy group and 1 to 8 carbon atoms (preferably 2 to 4 , more preferably 2 to 3)), halide ions, dialkyl phosphate ions, tetrafluoroborate ions (BF4-), BF3CF3-, BF3C2F5-, BF3C3F7-, BF3C4F9- , hexafluorophosphate ions ( PF6- ) , bis ( trifluoromethanesulfonyl ) imidate ions ((CF3SO2)2N- ) , perchlorate ions ( ClO4- ), tris ( trifluoromethanesulfonyl ) carbonate ions ( ( CF3SO2 ) 3C- ) , trifluoromethanesulfonate ions ( CF3SO3- ), dicyanamide ions (( CN ) 2N- ) , and trifluoroacetate ions ( CF3COO- ) . ), and ions derived from amino acids. Preferred anions include organic carboxylate ions, halide ions, and the like, and particularly preferred anions include organic carboxylate ions. The anions may be used alone or in combination of two or more.
イオン液体は、公知の方法(例えば、Chem. Lett., 2000, 第922頁、J. Phys. Chem. B, 103, 1999, 第4164頁等参照)に従って製造することができる。本発明では、公知の方法に従って製造したイオン液体を使用してもよいし、市販品を使用してもよい。 Ionic liquids can be produced according to known methods (see, for example, Chem. Lett., 2000, p. 922, J. Phys. Chem. B, 103, 1999, p. 4164, etc.). In the present invention, ionic liquids produced according to known methods or commercially available products may be used.
含侵工程で、木材にイオン液体を含侵させるために使用する液(含侵液)は、イオン液体を含むものである限り特に制限されず、イオン液体のみからなるものであってもよいし、イオン液体に加えて他の溶媒、他の成分を含有していてもよい。含侵液の粘度等を適切な程度に調節し易いという観点から、含侵液は他の溶媒を含有することが好ましい。 The liquid (impregnation liquid) used in the impregnation step to impregnate the wood with the ionic liquid is not particularly limited as long as it contains an ionic liquid, and may consist of only the ionic liquid, or may contain other solvents and other components in addition to the ionic liquid. From the viewpoint of making it easier to adjust the viscosity, etc., of the impregnation liquid to an appropriate level, it is preferable that the impregnation liquid contains other solvents.
他の溶媒としては、例えば水や各種有機溶媒が挙げられる。有機溶媒としては、例えばアルコール、アセトン、アセトニトリル、ベンゼン、及びトルエン等が挙げられる。他の溶媒としては、水が好ましい。他の溶媒(好ましくは水)を含有する場合、イオン液体及び他の溶媒(好ましくは水)の合計含有割合は、好ましくは70質量%以上、より好ましくは80質量%以上、さらに好ましくは90質量%以上、よりさらに好ましくは95質量%以上である。他の溶媒は1種単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。 Examples of the other solvent include water and various organic solvents. Examples of the organic solvent include alcohol, acetone, acetonitrile, benzene, and toluene. The other solvent is preferably water. When the other solvent (preferably water) is contained, the total content of the ionic liquid and the other solvent (preferably water) is preferably 70% by mass or more, more preferably 80% by mass or more, even more preferably 90% by mass or more, and even more preferably 95% by mass or more. The other solvent may be used alone or in combination of two or more kinds.
本発明の製造方法は、従来技術のように木材組織を破壊してスポンジ状とすることを目的とするものではないので、含浸工程(さらには、後述の他の工程でも)硫酸等の強酸や、水酸化ナトリウム等の強アルカリを使用しないことが好ましい。 The manufacturing method of the present invention does not aim to destroy wood tissue to create a sponge-like structure as in the conventional technology, so it is preferable not to use strong acids such as sulfuric acid or strong alkalis such as sodium hydroxide in the impregnation process (or in other processes described below).
他の成分としては、特に制限されず、例えば各種木材処理剤(例えば、防腐剤、防蟻剤、防虫剤、難燃剤、不燃剤等)が挙げられる。 Other ingredients are not particularly limited, and examples include various wood treatment agents (e.g., preservatives, anti-termite agents, insect repellents, flame retardants, fire retardants, etc.).
本発明の剤におけるイオン液体の含有割合は、特に制限されない。当該含有割合は、好ましくは5~60質量%、より好ましくは10~50質量%、さらに好ましくは20~40質量%、よりさらに好ましくは25~35質量%である。 The content of the ionic liquid in the agent of the present invention is not particularly limited. The content is preferably 5 to 60% by mass, more preferably 10 to 50% by mass, even more preferably 20 to 40% by mass, and even more preferably 25 to 35% by mass.
本発明の含浸工程におけるイオン液体の木材への含浸は、イオン液体を木材に含浸させることができる限りどのような方法であってもよく、例えば、木材をイオン液体を含有する含侵液に浸漬する方法や、注入器を用いて原料木材に含侵液を注入する方法が挙げられる。 The impregnation of wood with the ionic liquid in the impregnation step of the present invention may be carried out by any method as long as it is possible to impregnate the wood with the ionic liquid. Examples of such methods include a method in which the wood is immersed in an impregnation liquid containing the ionic liquid, or a method in which the impregnation liquid is injected into the raw wood material using an injector.
浸漬によるイオン液体の含浸は、大気圧下で行ってもよいが、圧力を変化させて(減圧、加圧及び大気圧の状態を組み合わせて)行うことができ、減圧と大気圧の状態を交互に繰り返して含浸させる方法が好ましい。浸漬させるイオン液体の温度としては、イオン液体が液体である温度であればよく、例えば、0~40℃が好ましく、15~30℃がより好ましい。また、木材の浸漬時間は、木材にイオン液体が十分に含浸される時間であればよく、木材のサイズ、浸漬時の圧力、温度等の条件に応じて適宜選択され、例えば、12~120時間程度が好ましく、24~96時間程度がより好ましい。 Impregnation with ionic liquid by immersion may be performed under atmospheric pressure, but it can also be performed by changing the pressure (combining reduced pressure, increased pressure, and atmospheric pressure conditions), and a method of impregnation by alternating reduced pressure and atmospheric pressure conditions is preferred. The temperature of the ionic liquid used for immersion may be any temperature at which the ionic liquid is liquid, for example, 0 to 40°C is preferred, and 15 to 30°C is more preferred. The immersion time of the wood may be any time that allows the wood to be sufficiently impregnated with the ionic liquid, and is appropriately selected depending on the size of the wood, the pressure during immersion, the temperature, and other conditions, for example, 12 to 120 hours is preferred, and 24 to 96 hours is more preferred.
木材にイオン液体を含浸させた後は、さらに、イオン液体が含浸した(すなわち、イオン液体を保持する)木材を乾燥させることもできる。乾燥方法は、加熱工程に該当しない方法であれば特に制限されず、公知の木材の乾燥方法を採用することができる。乾燥方法は、通常は自然乾燥である。 After the wood has been impregnated with the ionic liquid, the wood impregnated with the ionic liquid (i.e., holding the ionic liquid) can be dried. There are no particular limitations on the drying method as long as it does not involve a heating step, and any known method for drying wood can be used. The drying method is usually natural drying.
1-2.加熱工程
加熱工程では、含侵工程で得られた木材(イオン液体を含浸させた木材)を加熱する。加熱工程における加熱温度としては、木材の軟化を高め、さらに復元性を発現し高める点から、40℃以上が好ましく、60℃以上がより好ましく、80℃以上がさらに好ましく、90℃以上がよりさらに好ましく、100℃以上が特に好ましい。また、温度範囲の上限は、特に制限されるものではないが、200℃が好ましく、150℃がより好ましく、120℃がさらに好ましい。加熱時間としては、加熱温度に依存するが、例えば、6時間以上が好ましく、12時間以上がより好ましく、24時間以上がさらに好ましく、36時間以上が特に好ましい。加熱時間の上限は、例えば2ヶ月、1ヶ月、15日間、10日間、又は5日間である。
1-2. Heating step In the heating step, the wood obtained in the impregnation step (wood impregnated with ionic liquid) is heated. The heating temperature in the heating step is preferably 40°C or higher, more preferably 60°C or higher, even more preferably 80°C or higher, even more preferably 90°C or higher, and particularly preferably 100°C or higher, in order to enhance the softening of the wood and further develop and enhance the restorability. The upper limit of the temperature range is not particularly limited, but is preferably 200°C, more preferably 150°C, and even more preferably 120°C. The heating time depends on the heating temperature, but is preferably, for example, 6 hours or more, more preferably 12 hours or more, even more preferably 24 hours or more, and particularly preferably 36 hours or more. The upper limit of the heating time is, for example, 2 months, 1 month, 15 days, 10 days, or 5 days.
1-3.取得工程
取得工程では、加熱工程を経て軟化木材を取得する。加熱工程直後は、木材は、硬く、軟化状態ではない。取得工程では、加熱工程により得られた木材を軟化させる。軟化の具体的な方法としては、加熱工程で得られた木材に、液体を吸着又は含侵させる方法が挙げられる。よって、本発明の一態様においては、本発明の製造方法は、加熱工程後に、得られた木材を湿雰囲気下で養生して木材を軟化させる養生工程を含む、或いは加熱工程後に、木材又は軟化木材に液体を含浸させる液体含浸工程を含む、ことが好ましい。以下に、これらについて説明する。
1-3. Obtaining step In the obtaining step, softened wood is obtained through a heating step. Immediately after the heating step, the wood is hard and not softened. In the obtaining step, the wood obtained through the heating step is softened. A specific method of softening is to adsorb or impregnate the wood obtained through the heating step with a liquid. Therefore, in one aspect of the present invention, it is preferable that the manufacturing method of the present invention includes a curing step of curing the obtained wood in a humid atmosphere after the heating step to soften the wood, or a liquid impregnation step of impregnating the wood or softened wood with a liquid after the heating step. These are described below.
1-3-1.養生工程
湿雰囲気は、湿度が一定以上の雰囲気である限り、特に制限されない。湿度は、例えば40%以上、好ましくは50%以上、より好ましくは55%以上である。湿度の上限は特に制限されず、例えば100%、90%、80%、又は70%である。
1-3-1. The humid atmosphere of the curing process is not particularly limited as long as it has a certain humidity or higher. The humidity is, for example, 40% or higher, preferably 50% or higher, and more preferably 55% or higher. The upper limit of the humidity is not particularly limited, and is, for example, 100%, 90%, 80%, or 70%.
湿雰囲気の温度は、木材への水分の吸着を疎外しない程度の温度である限り、特に制限されない。温度は、例えば40℃未満、好ましくは35℃以下、より好ましくは30℃以下、さらに好ましくは25℃以下である。該温度の下限は特に制限されず、例えば0℃、5℃、10℃である。 The temperature of the moist atmosphere is not particularly limited as long as it is a temperature that does not inhibit the adsorption of moisture into the wood. The temperature is, for example, less than 40°C, preferably 35°C or less, more preferably 30°C or less, and even more preferably 25°C or less. There is no particular lower limit to the temperature, and it is, for example, 0°C, 5°C, or 10°C.
養生させる時間は、木材が軟化するのに十分な時間である限り、特に制限されない。当該時間は、例えば5時間以上、好ましくは10時間以上、より好ましくは15時間以上、さらに好ましくは20時間以上である。当該時間の上限は特に制限されないが、軟化木材の製造効率の観点からは、好ましくは1週間、より好ましくは3日間、さらに好ましくは2日間、よりさらに好ましくは36時間である。 There is no particular restriction on the curing time, so long as it is sufficient for the wood to soften. The time is, for example, 5 hours or more, preferably 10 hours or more, more preferably 15 hours or more, and even more preferably 20 hours or more. There is no particular upper limit on the time, but from the viewpoint of the production efficiency of softened wood, it is preferably 1 week, more preferably 3 days, even more preferably 2 days, and even more preferably 36 hours.
1-3-2.液体含浸工程
液体としては、イオン液体と置換し得る、イオン液体以外の溶媒である限り特に限定されない。当該溶媒の具体例としては、アルコール、水、アセトン、アセトニトリル、ベンゼン、トルエン、ポリエチレングリコール等が挙げられる。溶媒は1種単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。溶媒は水を含有することが好ましい。また、液体は、薬剤を含有するものであってもよい。
1-3-2. Liquid impregnation process The liquid is not particularly limited as long as it is a solvent other than the ionic liquid that can be substituted for the ionic liquid. Specific examples of the solvent include alcohol, water, acetone, acetonitrile, benzene, toluene, polyethylene glycol, etc. The solvent may be used alone or in combination of two or more. The solvent preferably contains water. The liquid may also contain a drug.
含浸は、液体を木材に含浸させることができる限りどのような方法であってもよく、例えば、木材を液体に浸漬する方法や、注入器を用いて原料木材に液体を注入する方法が挙げられる。 Impregnation can be done by any method that can impregnate the wood with the liquid, such as immersing the wood in the liquid or injecting the liquid into the raw wood using an injector.
浸漬による液体の含浸は、大気圧下で行ってもよいが、圧力を変化させて(減圧、加圧及び大気圧の状態を組み合わせて)行うことができ、減圧と大気圧の状態を交互に繰り返して含浸させる方法が好ましい。浸漬させるイオン液体の温度としては、イオン液体が液体である温度であればよく、例えば、0~40度が好ましく、15~30℃がより好ましい。また、木材の浸漬時間は、木材にイオン液体が十分に含浸される時間であればよく、木材のサイズ、浸漬時の圧力、温度等の条件に応じて適宜選択され、例えば、12~120時間程度が好ましく、24~96時間程度がより好ましい。 Impregnation with the liquid by immersion may be performed under atmospheric pressure, but it can also be performed by changing the pressure (combining reduced pressure, increased pressure, and atmospheric pressure conditions), and a method of impregnation in which reduced pressure and atmospheric pressure conditions are alternately repeated is preferred. The temperature of the ionic liquid used for immersion may be any temperature at which the ionic liquid is liquid, for example, 0 to 40°C is preferred, and 15 to 30°C is more preferred. The immersion time of the wood may be any time that allows the wood to be sufficiently impregnated with the ionic liquid, and is appropriately selected depending on the conditions such as the size of the wood, the pressure during immersion, and the temperature, for example, and is preferably about 12 to 120 hours, and more preferably about 24 to 96 hours.
液体を含侵させた後は、含侵させた液体が揮発する条件下で処理すると、木材の軟化および復元の程度が低くなり得る。このため、含侵させる液体としては、揮発し難いもの、例えばポリエチレングリコール等を使用することが好ましい。 After impregnation with the liquid, if the wood is treated under conditions that cause the impregnated liquid to evaporate, the degree of softening and restoration of the wood may be reduced. For this reason, it is preferable to use a liquid that does not evaporate easily, such as polyethylene glycol, as the impregnating liquid.
なお、液体含侵工程は、取得工程後の軟化木材に対して行うこともできる。 The liquid impregnation process can also be performed on the softened wood after the acquisition process.
2.軟化木材
本発明の製造方法により、軟化木材が得られる。本発明の製造方法により製造される軟化木材は、容易に圧縮することができる。加熱工程後にイオン液体を除去した軟化木材(気乾)は、イオン液体を含浸させる前の未処理の木材(気乾)よりも容易に圧縮できる。本発明は、その一態様において、本発明の製造方法で得られる(又は得られた)、軟化木材、に関する。
2. Softened wood Softened wood is obtained by the manufacturing method of the present invention. The softened wood produced by the manufacturing method of the present invention can be easily compressed. Softened wood (air-dried) from which the ionic liquid has been removed after the heating step can be compressed more easily than untreated wood (air-dried) before impregnation with the ionic liquid. In one aspect, the present invention relates to softened wood obtained (or obtained) by the manufacturing method of the present invention.
本発明の軟化木材は、細胞壁が膨潤しているという特徴を有しており、これが木材を軟化させる一因であると考えられる。軟化木材における細胞壁膨潤率は、例えば12%以上、好ましくは14%以上、より好ましくは16%以上、さらに好ましくは17%以上である。細胞壁膨潤率の上限は特に制限されず、例えば50%、40%、30%、又は25%である。細胞壁膨潤率は、試験例2に記載の方法に従って測定される。この観点から、本発明は、その一態様において、細胞壁膨潤率が12%以上である、軟化木材、に関する。当該軟化木材は、乾燥処理を経た後(乾燥状態)であっても細胞壁膨潤状態を保っている。 The softened wood of the present invention is characterized by swollen cell walls, which is believed to be one of the factors that soften the wood. The cell wall swelling rate in the softened wood is, for example, 12% or more, preferably 14% or more, more preferably 16% or more, and even more preferably 17% or more. There is no particular upper limit to the cell wall swelling rate, and it is, for example, 50%, 40%, 30%, or 25%. The cell wall swelling rate is measured according to the method described in Test Example 2. From this perspective, in one embodiment, the present invention relates to softened wood having a cell wall swelling rate of 12% or more. The softened wood maintains a swollen state of the cell walls even after undergoing a drying treatment (in a dry state).
本発明の製造方法によれば、細胞壁を溶かして薄くしなくても、木材を軟化することができる。また、本発明の製造方法によれば、従来技術(強酸、強アルカリ処理)のように木材が白く変色させることなく、木材らしさ(木目、色調等)をそのまま維持することも可能である。 The manufacturing method of the present invention makes it possible to soften wood without dissolving the cell walls to thin them. In addition, the manufacturing method of the present invention makes it possible to maintain the wood's natural appearance (wood grain, color tone, etc.) without discoloring the wood to white, as occurs with conventional techniques (strong acid or strong alkali treatment).
本発明の軟化木材は、例えば、0.5MPaの圧縮力(圧縮応力)を加えた際の圧縮率が、イオン液体を含浸させる前の未処理の木材(対照木材)に0.5MPaの圧縮力を加えた際の圧縮率の2倍以上となり、好ましくは3倍以上となり、より好ましくは5倍以上となる。また、イオン液体や他の溶媒を含浸させた軟化木材は、水を含浸させた未処理の木材よりも容易に圧縮できる。 The softened wood of the present invention has a compressibility when a compressive force (compressive stress) of 0.5 MPa is applied, which is at least twice, preferably at least three times, and more preferably at least five times, the compressibility of untreated wood (control wood) before being impregnated with the ionic liquid when a compressive force of 0.5 MPa is applied. In addition, softened wood impregnated with ionic liquid or other solvents can be compressed more easily than untreated wood impregnated with water.
本発明の軟化木材は、例えば1.2MPa、好ましくは1.0MPa、より好ましくは0.5MPa、さらに好ましくは0.3MPa、よりさらに好ましくは0.2MPaの圧縮力を付加した際の圧縮率が、よし好ましくは20%以上であり、より好ましくは30%以上であり、さらに好ましくは50%以上である。 The softened wood of the present invention has a compression ratio of preferably 20% or more, more preferably 30% or more, and even more preferably 50% or more when a compressive force of, for example, 1.2 MPa, preferably 1.0 MPa, more preferably 0.5 MPa, even more preferably 0.3 MPa, and even more preferably 0.2 MPa is applied.
本発明の軟化木材は、復元性を有する。例えば、軟化木材を20%、好ましくは50%、より好ましくは75%圧縮した場合の復元率が、好ましくは80%以上であり、より好ましくは85%以上であり、さらに好ましくは90%以上であり、特に好ましくは95%以上である。 The softened wood of the present invention has restorability. For example, when the softened wood is compressed by 20%, preferably 50%, and more preferably 75%, the restoration rate is preferably 80% or more, more preferably 85% or more, even more preferably 90% or more, and particularly preferably 95% or more.
本発明の軟化木材は、一定の圧縮力で、より多く圧縮することができる。例えば、圧縮率X%(X=10、15、20、25、又は30)時点での圧縮力が圧縮率(X-Y)%(Y=5、10、15、20、25(但し、(X-Y)は5以上))時点の圧縮力の、好ましくは1.6倍以下、より好ましくは1.5倍以下、さらに好ましくは1.4倍以下、よりさらに好ましくは1.3倍以下、とりわけ好ましくは1.2倍以下、とりわけさらに好ましくは1.1倍以下である。 The softened wood of the present invention can be compressed more at a constant compression force. For example, the compression force at a compression rate of X% (X=10, 15, 20, 25, or 30) is preferably 1.6 times or less, more preferably 1.5 times or less, even more preferably 1.4 times or less, even more preferably 1.3 times or less, especially preferably 1.2 times or less, and especially more preferably 1.1 times or less of the compression force at a compression rate of (X-Y)% (Y=5, 10, 15, 20, or 25 (where (X-Y) is 5 or more)).
本発明の軟化木材は、晩材部を有することが好ましい。本発明の軟化木材は、特に、晩材部を構成する線に対して垂直方向の力に対して、上記特性を発揮することができる。一方で、晩材部を構成する線に対して平行方向の力に対しては、上記特性を発揮しないことができる。 The softened wood of the present invention preferably has a late wood portion. The softened wood of the present invention can exhibit the above-mentioned properties, particularly against forces perpendicular to the lines that make up the late wood portion. On the other hand, the softened wood of the present invention cannot exhibit the above-mentioned properties against forces parallel to the lines that make up the late wood portion.
以下に、実施例に基づいて本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例によって限定されるものではない。 The present invention will be described in detail below based on examples, but the present invention is not limited to these examples.
実施例1.軟化木材の製造1
使用したイオン液体水溶液は次の通りである。イオン液体として、1-ethyl-3-methyl imidazolium chloride([EtMeIm]Cl)、1-butyl-3-methyl imidazolium chloride([BuMeIm]Cl)、1-ethyl-3-methyl imidazolium acetate([EtMeIm]OAc)、1-butyl-3-methyl imidazolium acetate([BuMeIm]OAc)の4種を用いた。イオン液体は、純水で濃度30質量%に調製した。
Example 1. Production of softened wood 1
The ionic liquid aqueous solutions used are as follows: Four types of ionic liquids were used: 1-ethyl-3-methyl imidazolium chloride ([EtMeIm]Cl), 1-butyl-3-methyl imidazolium chloride ([BuMeIm]Cl), 1-ethyl-3-methyl imidazolium acetate ([EtMeIm]OAc), and 1-butyl-3-methyl imidazolium acetate ([BuMeIm]OAc). The ionic liquids were prepared in pure water to a concentration of 30 mass%.
使用した試験片は次の通りである。15mm×15mmの二方柾の木口面を有する気乾状態の棒状試験片から繊維方向に連続して厚さ5mmに切り出したスギ(Cryptomeria japonica D.don)の辺材を供試材(15mm×15mm×5mm)とした。これらの試験片を乾燥させて全乾状態とした。なお、試験片木口面表面における晩材部分をMorkの定義に基づいて決定し、晩材率(=(晩材幅/一年輪幅)×100(%))を求めたところ、平均値は16.2%であった。 The test specimens used were as follows: Sapwood of Japanese cedar (Cryptomeria japonica D.don) cut continuously in the direction of the grain to a thickness of 5 mm from an air-dried bar-shaped test specimen with a 15mm x 15mm butt surface with two straight grains was used as the test material (15mm x 15mm x 5mm). These test specimens were dried to a completely dry state. The latewood portion on the butt surface of the test specimen was determined based on Mork's definition, and the latewood rate (= (latewood width / annual ring width) x 100 (%)) was calculated, with an average value of 16.2%.
4種類のイオン液体水溶液を満たしたビーカー内に、試験片を浸漬し、常温で4日間程度減圧と常圧を繰り返し、試験片に十分に含浸させた(含浸工程)。十分にイオン液体を含浸させた試験片を1日程度自然乾燥させた後、105℃の環境下で2日間加熱処理を行った(加熱工程)。加熱処理直後は木材は硬く、軟化木材といえる状態ではなかった。加熱処理後、温度20℃、相対湿度60%の環境で1日程度養生した(養生工程)。 The test pieces were immersed in a beaker filled with four types of aqueous ionic liquids, and the pressure was repeatedly reduced and normal for about four days at room temperature until the test pieces were fully impregnated (impregnation process). The test pieces that had been fully impregnated with the ionic liquid were allowed to air dry for about a day, and then heat-treated in an environment at 105°C for two days (heating process). Immediately after the heat treatment, the wood was hard and could not be considered softened wood. After the heat treatment, the wood was left to cure for about a day in an environment at a temperature of 20°C and a relative humidity of 60% (curing process).
養生工程で得られた試験片について、精密万能試験機(島津社製 AG-110kN)を用いて圧縮試験を行った。図1に、圧縮率と圧縮応力の関係を示す。なお、コントロールとして、乾燥状態(気乾状態)の無処理の試験片と、純水を含浸させた無処理の試験片の結果も合わせて示す。 A compression test was conducted on the test pieces obtained in the curing process using a precision universal testing machine (Shimadzu AG-110kN). Figure 1 shows the relationship between compression ratio and compressive stress. As controls, the results of an untreated test piece in a dry (air-dried) state and an untreated test piece soaked in pure water are also shown.
また、除荷直後の試験片の寸法を測定し、戻り率(復元率)を測定した。戻り率は次の式:戻り率(%)=(除荷直後の試験片の圧縮方向の寸法)/(圧縮前の試験片の圧縮方向の寸法)×100 で求めた。 The dimensions of the test piece immediately after unloading were also measured to determine the return rate (restoration rate). The return rate was calculated using the following formula: return rate (%) = (dimension in the compression direction of the test piece immediately after unloading) / (dimension in the compression direction of the test piece before compression) x 100.
図1に示すように、気乾状態のコントロール試験片では圧縮応力が3MPa前後で、純水を含浸したコントロール試験片は約半分の1.5MPa前後で、圧縮率が増加している(圧縮率が横ばいになっている)のに対し、イオン液体を含浸させた試験片では1MPa以下の弱い圧縮応力で圧縮率が増加した。最も圧縮応力が低かったのは[BuMeIm]OAcを用いた場合で、0.1から0.2MPa程度と純水を含浸させたコントロール試験片の1/10程度まで軟化しており、指圧しても容易に圧縮することができた。 As shown in Figure 1, the air-dried control specimen had a compressive stress of around 3 MPa, while the control specimen soaked in pure water had a compressive stress of around half that, 1.5 MPa, and the compressibility increased (the compressibility remained stable), whereas the specimen soaked in ionic liquid had an increase in compressibility at a weak compressive stress of less than 1 MPa. The lowest compressive stress was observed in the case of [BuMeIm]OAc, which softened to around 0.1 to 0.2 MPa, about one-tenth the strength of the control specimen soaked in pure water, and could be easily compressed with finger pressure.
[BuMeIm]OAcを用いた場合について、各圧縮率における圧縮応力を表1に示す。 Table 1 shows the compressive stress at each compression ratio when [BuMeIm]OAc is used.
表1に示すように、圧縮率が高まっても、圧縮応力の増加は緩やかであった。 As shown in Table 1, the increase in compressive stress was gradual even as the compression ratio increased.
除荷後の戻り率は、最も圧縮応力が低かった[BuMeIm]OAcを用いた場合では50%圧縮率で97%以上であり、75%まで圧縮率を上げても87%であった。 When [BuMeIm]OAc, which had the lowest compressive stress, was used, the return rate after unloading was over 97% at a compression rate of 50%, and was only 87% even when the compression rate was increased to 75%.
実施例2.軟化木材の構造の解析
イオン液体として[BuMeIm]OAcを用い、実施例1と同様にして軟化木材試験片を得た。表面の電子顕微鏡写真を取得し、写真画像中、晩材部分の中で、細胞(略長方形状)が連続的に並んでいる任意の部分を4箇所選択し(測定部位1~4)、ある細胞の一方の辺の中央から細胞5~13個分(測定部位1:12個分、測定部位2:13個分、測定部位3:11個分、測定部位4:5個分)の長さを測定した。イオン液体水溶液に浸漬前の未処理の試験片についても、測定する細胞数が上記と同じになるように4箇所測定した。細胞壁膨潤率を次式: 細胞壁膨潤率=(軟化木材試験片の測定値/未処理試験片の測定値)×100(ただし、両者の測定値において、測定する細胞数は同じとする) に従って算出した。
Example 2. Analysis of the structure of softened wood [BuMeIm]OAc was used as the ionic liquid, and softened wood test pieces were obtained in the same manner as in Example 1. An electron microscope photograph of the surface was taken, and in the photographic image, 4 arbitrary parts where cells (approximately rectangular) were continuously arranged in the late wood part were selected (measurement parts 1 to 4), and the length of 5 to 13 cells (measurement part 1: 12 cells, measurement part 2: 13 cells, measurement part 3: 11 cells, measurement part 4: 5 cells) from the center of one side of a certain cell was measured. For untreated test pieces before immersion in the ionic liquid aqueous solution, measurements were also taken at 4 points so that the number of cells measured was the same as above. The cell wall swelling ratio was calculated according to the following formula: Cell wall swelling ratio = (measurement value of softened wood test piece / measurement value of untreated test piece) x 100 (however, the number of cells measured in both measurements is the same).
測定部位の電子顕微鏡写真画像の一例を図2に示す。また、4箇所の測定部位それぞれの測定値及び細胞壁膨潤率、並びに細胞壁膨潤率の4箇所の平均値を、表2に示す。 An example of an electron microscope image of the measurement site is shown in Figure 2. The measured values and cell wall swelling ratios of each of the four measurement sites, as well as the average cell wall swelling ratio of the four sites, are shown in Table 2.
表2に示すように、軟化木材は、細胞壁が膨張していた。 As shown in Table 2, the cell walls of the softened wood were swollen.
実施例3.軟化木材の製造2
イオン液体として、[BuMeIm]OAcを用い、実施例1と同様の方法で試験片にイオン液体を含浸させた。かかる試験片を1日程度自然乾燥させた後、40℃、60℃、105℃の環境下で2日間加熱処理を行った。加熱処理後、温度20℃、相対湿度60%の環境で1日程度養生した。なお、加熱処理に代えて20℃の環境下で2日間処理を行った比較例に係る試験片を製造した。
Example 3. Preparation of softened wood 2
[BuMeIm]OAc was used as the ionic liquid, and the test piece was impregnated with the ionic liquid in the same manner as in Example 1. The test piece was naturally dried for about one day, and then heat-treated for two days in environments at 40°C, 60°C, and 105°C. After the heat treatment, the test piece was aged for about one day in an environment at a temperature of 20°C and a relative humidity of 60%. A test piece according to a comparative example was produced in which treatment for two days was performed in an environment at 20°C instead of heat treatment.
圧縮試験は、実施例1と同様の方法で行った。図3に、圧縮率と圧縮応力の関係を示す。温度20℃の比較例では純水を含浸させた試験片と同程度の圧縮応力であったが、処理温度(加熱温度)が高くなると、順に圧縮応力が低下して軟化した。 The compression test was carried out in the same manner as in Example 1. Figure 3 shows the relationship between the compression ratio and the compressive stress. In the comparative example at a temperature of 20°C, the compressive stress was about the same as that of the test piece impregnated with pure water, but as the treatment temperature (heating temperature) increased, the compressive stress decreased and the specimen softened.
実施例4.軟化木材の製造3
イオン液体として[BuMeIm]OAcを用い、実施例1と同様にして軟化木材試験片を得た。次いで、純水を満たしたビーカー内に試験片を浸漬させ、スターラーを用いて3日間攪拌して、イオン液体を純水に置換させた。試験片を乾燥させて重量を測定し、イオン液体が残留していないことを確認した。その後、気乾状態の試験片と、当該試験片に再度純水を含浸させた試験片を製造した。
Example 4. Preparation of softened wood 3
[BuMeIm]OAc was used as the ionic liquid, and softened wood test pieces were obtained in the same manner as in Example 1. The test pieces were then immersed in a beaker filled with pure water and stirred for three days using a stirrer to replace the ionic liquid with pure water. The test pieces were dried and weighed to confirm that no ionic liquid remained. Then, an air-dried test piece and a test piece in which the test piece was again impregnated with pure water were produced.
圧縮試験は、実施例1と同様の方法で行った。図4に、圧縮率と圧縮応力の関係を示す。 The compression test was carried out in the same manner as in Example 1. Figure 4 shows the relationship between the compression ratio and the compressive stress.
図1の気乾状態のコントロール試験片と比較して、実施例4でイオン液体を除去した気乾状態の試験片の圧縮応力は、1/2程度まで低下していた。さらには、この試験片に純水を再度注入すると、イオン液体を除去していない実施例1の試験片と同程度の圧縮応力になっており、除荷後の戻り率も同様の傾向を示した。すなわち、イオン液体を除去しても水分で満たしていれば軟化の状態が維持でき、著しく圧縮しない限り、除荷後も元の形状に戻ることが明らかとなった。 Compared to the air-dried control test piece in Figure 1, the compressive stress of the air-dried test piece from which the ionic liquid was removed in Example 4 was reduced to about half. Furthermore, when pure water was injected into this test piece again, the compressive stress was about the same as that of the test piece from Example 1 from which the ionic liquid had not been removed, and the return rate after unloading also showed a similar trend. In other words, it was revealed that even if the ionic liquid is removed, the softened state can be maintained as long as it is filled with water, and it will return to its original shape even after unloading unless it is significantly compressed.
Claims (6)
前記イオン液体を含浸させた木材を加熱する加熱工程を経て軟化木材を取得する取得工程と、
前記加熱工程後に、得られた木材を湿度40%以上の湿雰囲気下で20時間以上養生して木材を軟化させる養生工程と、
を含み、
前記加熱工程が木材を80℃以上で36時間以上加熱する工程である、
軟化木材の製造方法。 An impregnation step of impregnating wood having a late wood rate of 5% or more with an ionic liquid;
a step of obtaining softened wood by a heating step of heating the wood impregnated with the ionic liquid;
a curing step of curing the obtained wood in a humid atmosphere having a humidity of 40% or more for 20 hours or more to soften the wood after the heating step;
Including,
The heating step is a step of heating wood at 80°C or higher for 36 hours or more.
Method for producing softened wood.
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2021031000A JP7712649B2 (en) | 2021-02-26 | 2021-02-26 | Softened wood and its manufacturing method |
| JP2025074986A JP2025108768A (en) | 2021-02-26 | 2025-04-28 | Softened wood and its manufacturing method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2021031000A JP7712649B2 (en) | 2021-02-26 | 2021-02-26 | Softened wood and its manufacturing method |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2025074986A Division JP2025108768A (en) | 2021-02-26 | 2025-04-28 | Softened wood and its manufacturing method |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2022131836A JP2022131836A (en) | 2022-09-07 |
| JP7712649B2 true JP7712649B2 (en) | 2025-07-24 |
Family
ID=83153310
Family Applications (2)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2021031000A Active JP7712649B2 (en) | 2021-02-26 | 2021-02-26 | Softened wood and its manufacturing method |
| JP2025074986A Pending JP2025108768A (en) | 2021-02-26 | 2025-04-28 | Softened wood and its manufacturing method |
Family Applications After (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2025074986A Pending JP2025108768A (en) | 2021-02-26 | 2025-04-28 | Softened wood and its manufacturing method |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (2) | JP7712649B2 (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP7712649B2 (en) * | 2021-02-26 | 2025-07-24 | 国立大学法人岩手大学 | Softened wood and its manufacturing method |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000190307A (en) | 1998-02-10 | 2000-07-11 | Nisshinbo Ind Inc | Wood molding method |
| JP2014233943A (en) | 2013-06-04 | 2014-12-15 | 国立大学法人大阪大学 | Method of producing wood with improved decay resistance |
| JP2020006677A (en) | 2018-06-28 | 2020-01-16 | 国立大学法人九州大学 | Agent for controlling wood shape and/or wood humidity |
Family Cites Families (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3282313A (en) * | 1964-11-24 | 1966-11-01 | Research Corp | Method of forming wood and formed wood product |
| FI43008B (en) * | 1969-06-10 | 1970-09-02 | Neste Oy | |
| ZA797045B (en) * | 1979-03-22 | 1981-11-25 | Envirosol Syst Int | Wood treatment process and product thereof |
| US5037663A (en) * | 1981-10-14 | 1991-08-06 | Colorado State University Research Foundation | Process for increasing the reactivity of cellulose-containing materials |
| JP2599639B2 (en) * | 1990-06-21 | 1997-04-09 | 孝一 西本 | Wood treatment liquid impregnation method |
| JP3078452B2 (en) * | 1994-07-15 | 2000-08-21 | 合資会社横井商店 | Wood processing method |
| JP2610233B2 (en) * | 1995-03-16 | 1997-05-14 | 秀輝 清水 | Bamboo fiber plywood manufacturing method and plywood |
| JP7712649B2 (en) * | 2021-02-26 | 2025-07-24 | 国立大学法人岩手大学 | Softened wood and its manufacturing method |
-
2021
- 2021-02-26 JP JP2021031000A patent/JP7712649B2/en active Active
-
2025
- 2025-04-28 JP JP2025074986A patent/JP2025108768A/en active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000190307A (en) | 1998-02-10 | 2000-07-11 | Nisshinbo Ind Inc | Wood molding method |
| JP2014233943A (en) | 2013-06-04 | 2014-12-15 | 国立大学法人大阪大学 | Method of producing wood with improved decay resistance |
| JP2020006677A (en) | 2018-06-28 | 2020-01-16 | 国立大学法人九州大学 | Agent for controlling wood shape and/or wood humidity |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| MIYAFUJI Hisashi et al.,Morphological changes in sugi(Cryptomeria japonica)wood after treatment with the ionic liquid, 1-ethyl-3-methylimidazolium chloride,Journal of Wood Science,Vol.58,2012年02月01日,p.222-230 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2022131836A (en) | 2022-09-07 |
| JP2025108768A (en) | 2025-07-23 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP2242624B1 (en) | Process for wood acetylation | |
| CN1328024C (en) | Furan polymer impregnated wood | |
| EP3129199B1 (en) | Chemically modified wood and non-wood products and methods for the production thereof | |
| JP2025108768A (en) | Softened wood and its manufacturing method | |
| WO2022025089A1 (en) | Method for producing modified wood-based material, furan derivative resinification solution, and modified wood-based material | |
| CN111491768A (en) | Modified wood product and method of producing said product | |
| JP7241768B2 (en) | Process for producing acetylated softwood, acetylated softwood wood elements, panels, and medium density fiberboard | |
| JP2020006677A (en) | Agent for controlling wood shape and/or wood humidity | |
| JP2010030081A (en) | Method for reforming lumber | |
| JP5363405B2 (en) | Wood modification method and wood | |
| CN105473295B (en) | Chemically modified wood and non-wood products and methods for their production | |
| Yu et al. | Improved dimensional stability of nano-SiO2/wax modified ACQ-treated southern pine | |
| KR102531396B1 (en) | Method for processing water repellent wood comprising wax treatment using pressure change | |
| JP2024027793A (en) | Decay-resistant materials and their manufacturing methods | |
| RU2771676C1 (en) | Composition for preparing solution for wood impregnation, solution for wood impregnation and method for using this solution | |
| JP3643436B2 (en) | Wood impregnation method | |
| Kumar et al. | Some physical properties of delignified and compressed Melia dubia wood | |
| JP2025500773A (en) | Treatment of wood with polyorganosiloxanes. | |
| Lin et al. | Water-leaching resistant fire-retardant and biological resistant wood achieved using ammonium dihydrogen phosphate and urea | |
| Wen et al. | Changes in Physical Properties of Sugi, Hinoki, and Korean Pine Wood after Fire-retardant Treatment. | |
| JPH0216201B2 (en) | ||
| CN118591449A (en) | Treating wood with polyorganosiloxanes | |
| Kol et al. | Investigation of some physical and mechanical properties of heat treated Beech wood impregnated with boric acid and borax in different treatment temperatures | |
| Esteves et al. | Durability and stability improvement of Pinus pinaster wood by furfurylation | |
| BR112020020899B1 (en) | PROCESS FOR ACETYLATING SOFT WOOD |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20240129 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20240723 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20240820 |
|
| A601 | Written request for extension of time |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601 Effective date: 20241021 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20241204 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20250128 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20250428 |
|
| A711 | Notification of change in applicant |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A711 Effective date: 20250428 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821 Effective date: 20250428 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821 Effective date: 20250430 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20250610 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20250616 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20250701 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20250704 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 7712649 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |