化学改質された木材および非木材製品ならびにその製造方法

本発明は、改質された木材および非木材製品ならびにその製造プロセスに関する。特に本発明は、木材または非木材製品、例えば硬材(軟材)、および非木材製品、例えば竹を化学改質する方法、当該方法から導かれる改質された木材/非木材製品、ならびに木材および非木材改質剤として使用される新規な試薬に関する。

最も価値のある熱帯雨林硬材資源の多くは、広範囲の伐採により、絶滅の危機にある。成長の遅い硬材樹種を置き換え、活気のある伐採業の維持を試みることは、実行可能ではない。したがって、多くの国は、当該樹種の伐採および輸出を禁止しており、林業を維持するために、成長の速いプランテーション軟材種およびいくつかの非木材種、例えば竹に頼っている。当該禁止令にもかかわらず、無節操な伐採業者および輸出業者は、エボニー(Diospyros属、Ebenaceace科の種の非常に高密度の黒檀)および紫檀(Leguminosae科)などの種を収穫し続けている。脅威にさらされているエボニー種としては、Diospyros ebenum(インドおよびスリランカ)、Diospyros crassiflora(アフリカ)、Diospyros celebica(インドネシア)ならびにDiospyros gracilipes(マダガスカル)が挙げられる。この貿易が継続される1つの理由は、プランテーション軟材の材木が、性能に関して硬材種とは比べものにならないことであり、この性能は例えば、構造的および工学的特性、例えば耐水性、耐衝撃性、密度、寸法安定性などである。

一態様では、本発明は、プランテーションで成長した木材および非木材(例えばプランテーションで成長した軟材および辺材、更には竹)の化学処理に向けられており、これは、天然の硬材材木の品質の多くを共有する改質された木材非木材製品の製造を目的とし、これにより、天然の硬材への需要を減少する。

一態様では、本発明は、木材または非木材を化学改質するためのプロセスであって、 (a)前記木材または非木材を、酸重合触媒を含む水性組成物に含浸させる工程と、 (b)工程(a)からの前記木材または非木材製品を、3−フルフリルボレート(「3−FB」:3−furfuryl borate)に含浸させる工程と、 (c)(b)からの木材または非木材製品を、一定時間、3−FBの重合に影響する条件下にさらす工程とを含む、プロセスを提供する。

一実施形態では、改質プロセスは、木材、好ましくは軟材に適用される。

一実施形態では、改質プロセスは、非木材、好ましくはクラフト紙に適用される。

更なる態様では、本発明は、軟材に由来する化学改質された木材製品であって、前記軟材内での3−フルフリルボレートの重合により製造された、木材製品を提供する。

更なる態様では、本発明は、クラフト紙に由来する化学改質された非木材製品であって、前記クラフト紙内での3−フルフリルボレートの重合により製造された、非木材製品を提供する。

更なる態様では、本発明は、3−フルフリルボレートに含浸した、化学改質された木材製品を提供する。

更なる態様では、本発明は、木材改質剤として使用するための3−フルフリルボレートを提供する。

更なる態様では、本発明は、3−フルフリルボレート(「3−FB」)を調製する方法であって、 (i)フルフリルアルコール(「2−FM」)または3−フルフリルメタノール(「3−FM」:3−furfuryl methanol)をホウ酸と反応させる工程と、 (ii)前記反応(i)の間に生成される水を除去する工程とを含む、方法を提供する。

図1は、本方法によるプロセスのプロセスフロー図である。

図2は、例えばベンチトップ、テーブルトップ、階段の踏板など(30および45mm)を製造するための本方法によるプロセスの短尺丸太回収レイアウト(short logs recovery layout)を示す図である。

図3は、本発明によりクラフト紙から製造された、化学改質された非木材製品の写真表示である。

図4は、本発明によりクラフト紙から製造された、化学改質された非木材製品の写真表示である。

図5は、本発明によりクラフト紙から製造された、化学改質された非木材製品の写真表示である。

プロセスの第1の工程では、木材または非木材を、酸重合触媒を含む水性組成物に含浸する。しかし、この工程の前に、例えば軟材に、1つまたは複数の前処理工程を行ってもよいことが理解されるであろう。例えば、好ましい前処理工程では、軟材を乾燥させて、水分含有量(MC)を減少させる。好ましくは、第1の工程を行う前の軟材のMCは、20%未満、より好ましくは15%未満である。最も好ましくは、軟材のMCは、約12%以下である。

クラフト紙の使用を伴う一実施形態では、好ましくはMCは5%未満、例えば約4%、約3%、約2%、または約1%である。

クラフト紙の使用を伴う更なる実施形態では、MCは実質的に0%である。したがって、一実施形態では、前処理工程は、含浸工程前に、水の除去または実質的な除去を伴う。

この前処理乾燥工程は、当技術分野で既知の乾燥機器を使用して実施してもよく、これは、一定時間、比較的湿度のない環境で、商業乾燥炉およびベイ空気乾燥(bay air drying)の使用を含む。

したがって、別の態様では、本発明は、軟材を化学改質するためのプロセスであって、 (i)軟材を乾燥させて、その水分含有量を減少させる工程と、 (ii)前記軟材を、酸重合触媒を含む水性組成物に含浸させる工程と、 (iii)工程(ii)からの前記木材製品を、3−FBに含浸させる工程と、 (iv)(iii)からの前記木材製品を、一定時間、3−FBの重合に影響する条件下にさらす工程とを含む、プロセスを提供する。

本明細書で使用するとき、「木材」は「軟材」および「硬材」の両方を指す。

本明細書で使用するとき、「軟材」は、浸透性または半透性の木材、材木または板材(多くの場合、針葉樹に由来する)であって、硬さが典型的に3500Nを超えず、密度が一般に500kg/m³未満であるものを指す。軟材の一般的な原料である針葉樹種としては、マツ(例えば、ラジアータマツ)、モミ、トウヒ、ヒマラヤスギおよびヘムロック(ツガ)が挙げられる。用語はまた、成長中の樹木における最外部のより若い木部層である辺材も含む。これは、心材と対照的である。本明細書に記載される方法は、比較的不浸透性の木材であって、木材の浸透性を増加させるために1つまたは複数の前処理工程を施した木材にも適用され得ることが理解されるであろう。例えば、浸透性向上前処理工程は、マイクロ波または蒸気処理を含み得る。

「非木材」は、真正イネ科(true grass family)(Poaceae)、タケ(tribe bambuseae)の多年生常緑樹であり、双子葉植物の木材の木質部は存在しない。成長木材が存在しないことにより、茎部は先細よりもむしろ柱状であり、非木材の例としては、竹が挙げられる。本発明に関しては、用語「非木材」はクラフト紙も指し、このクラフト紙は、クラフトプロセスにより処理された化学パルプから製造される紙またはボール紙である。本明細書で使用するとき、クラフト紙はサッククラフト紙または単なるサック紙も包含し、これは、弾性が高く、耐引裂き性が高い多孔性のクラフト紙であって、強度および耐久性への要求の高い製品を包装するために設計されたものである。

本明細書で使用するとき、用語「含浸した」または「含浸」は、化学物質を木材または非木材構造内へと導入する行為を指し、生じる木材または非木材製品は、化学物質添加されたと言われる。例えば、理論に束縛されることを望むものではないが、本明細書で開示される含浸工程では、酸重合触媒組成物および3−FBが、浸透性または半透性の軟材の細胞壁内へと拡散するであろうと考えられる。本明細書で開示される任意の含浸工程は、(i)化学物質が木材のセルロース構造全体にわたって完全に存在するように、均一に達成されてもよく、または(ii)実質的に木材の構造全体にわたって拡散してもよい。

プロセスの第1工程は、任意の酸重合触媒を使用して実施してもよい。酸重合触媒は、含浸工程を高めるために、水溶性または部分的に水溶性であるものから選択してもよい。水溶性または部分的水溶性の酸重合触媒は、性質が有機または無機であってもよく、溶解性を助けることにより含浸の助けとなるために、乳化剤などの可溶化剤を含んでもよい。適切な酸重合触媒の例としては、多官能カルボン酸、例えばマレイン酸、イタコン酸(メチレンコハク酸)、および1,2,3,4−ブタンテトラカルボン酸(BTCA)が挙げられる。

好ましくは、酸重合触媒はマレイン酸である。

好ましくは、酸重合触媒を含む組成物は、1〜10%w/wの酸重合触媒を含む水性組成物である。より好ましくは、濃度は2〜5%w/wの間である。

好ましくは、酸重合触媒は、生じる木材または非木材製品のpHを、完成した/改質された木材または非木材製品が望ましくなく脆性になるようなpHに減少させない。一方、pHが高過ぎる場合、重合反応を抑制することがある。

好ましくは、含浸工程が、例えば木材に、酸重合触媒を(木材または非木材の乾燥重量に対して)約15%〜30%添加できる。

酸重合触媒の含浸は、任意の既知のプロセスにより実施してもよく、この既知のプロセスとしては、毛管作用を利用する吸収法(例えばディップおよび浸漬)または真空および/もしくは圧力技術を使用する吸収法が挙げられる。

好ましい方法では、含浸工程は、様々な圧力下での木材または非木材の系統的処理、例えば真空−圧力−真空方式を含む。この実施形態において、含浸工程は、最初の真空を木材または非木材に適用した後、水性酸重合触媒溶液の存在下で、圧力を適用することを含む。好ましくは、真空は、圧力−90〜−95kPaで適用される。好ましくは、酸重合触媒組成物の含浸を容易にするために木材または非木材に適用される圧力は、約200〜約1,000kPa、より好ましくは、少なくとも300kPaである。

次の工程では、最初に酸重合触媒に含浸した木材または非木材製品を、続いて3−FBに含浸させる。

この続く含浸工程の前に、木材または非木材製品を、好ましくは再度乾燥させて、水分含有量(MC)を更に減少させる。好ましくは、この時点での木材または非木材製品のMCは、10%未満、より好ましくは、5%未満である。最も好ましくは、3−FBでの処理前の木材または非木材製品のMCは、約2%以下である。

したがって、更なる態様では、本発明は、軟材を化学改質するためのプロセスであって、 (i)軟材を乾燥させて、その水分含有量を減少させる工程と、 (ii)前記軟材を、酸重合触媒を含む水性組成物に含浸させる工程と、 (iii)工程(ii)からの木材製品を乾燥させて、その水分含有量を減少させる工程と、 (iv)工程(iii)からの木材製品を、3−FBに含浸させる工程と、 (v)(iv)からの木材製品を、一定時間、3−FBの重合に影響する条件下にさらす工程とを含む、プロセスを提供する。

「3−FB」は、フルフリルアルコール(「2−FM」)または3−フルフリルメタノール(「3−FM」)(共にC₅H₆O₂)をホウ酸(H₃BO₃)またはB(OH)₃と反応させることにより調製され得る。フルフリルアルコールの類義語としては、2−フリルメタノールまたは2−フランカルビノールが挙げられる。3−フルフリルメタノールの類義語としては、3−(ヒドロキシメチル)フラン;3−フランカルビノール;3−フルフリルアルコール;3−フリルカルビノール;3−フリルメタノール;3−フリルメチルアルコールおよびフラン−3−イルメタノールが挙げられる。ホウ酸の類義語としては、ホウ酸水素、ホウ酸(boracic acid)、オルトホウ酸またはホウ酸(acidum boricum)が挙げられる。

好ましくは、試薬(2−FMまたは3−FMおよびホウ酸)は、室温で一緒に添加される。好ましくは、約3molの2−FMまたは3−FMを、1molのホウ酸と反応させる。好ましくは、反応は絶えず撹拌され、85℃を超えないように維持される。水を断続的にまたは連続的に回収して、反応を完了または完了近くに駆動してもよい。これは、例えば適した凝縮ユニットおよび水回収フラスコの使用により達成され得る。反応は断続的にサンプルを抽出し、2−FMまたは3−FMの消費量の程度を(例えばMSまたはGCで)決定することにより監視してもよい。

生じる3−FBを、更に精製してもよく、または反応混合物からそのまま使用してもよい。しかし好ましくは、3−FBは過剰量の水を除去するように加工され、そうでなければこの水は重合工程を抑制する。

上記で考えられる様々な反応は、下記に表される。

水は、反応を完了に(または右に)駆動するために除去される。

好ましい一実施形態では、反応は2−FMを伴うので、2−FMに基づく3−FBを形成する。

上記から、「3−FB」は2−FMおよび3−FMの両方のホウ酸エステルを含むことが理解されるであろう。

3−FB含浸工程は、木材または非木材の化学物質添加を容易にするように、好ましくは(木材または非木材の乾燥重量に対して)約15%〜30%の添加を容易にするように実施してもよい。好ましい一実施形態では、含浸工程は、最初の真空を木材または非木材に適用した後、フルフリルアルコール溶液の存在下で、圧力を適用することを含む。好ましくは、真空は、圧力−90〜−95kPaで適用される。好ましくは、3−FBの含浸を容易にするために木材に適用される圧力は、約200〜約1,000kPa、より好ましくは、少なくとも300kPaである。

別の実施形態では、方法は任意選択により、3−FBの拡散工程を含み、この拡散工程は、好ましくは約3〜5日間にわたって周囲気圧および温度で実施される。拡散工程は好ましくは、木材が、例えば、元の木材サンプルの体積と比較して、体積当たり最大約4〜8%膨潤するような工程である。木材の膨潤量は、多少木材の密度に依存するであろうこと、およびより高密度の木材は、より低密度の木材よりも膨潤すると期待され得ることが、当業者により理解されるであろう。

上記の方法は、駆除剤(例えば殺菌剤、殺虫剤など)、木材保存剤、着色顔料または難燃剤を含むための、1つまたは複数の追加の含浸または拡散工程を含んでもよい。本発明の利点の1つは、3−FBの使用により、ホウ素が昆虫、菌類、船食い虫などに対して保護するように機能することである。更に、最終的に処理された、非常に乾燥した木材製品は、任意の微生物が侵入し、処理された木材を壊すことを防ぐ(または少なくとも最小化する)。

重合工程は、当技術分野で既知の方法論に基づいて実施してもよく、この方法としては、添加を受けた木材製品を、重合を容易にする温度および/または圧力にさらすことが挙げられる。一実施形態では、重合工程は、前述の2つの含浸工程から導かれて生じる木材製品のホットプレスを伴う。

好ましい一実施形態では、重合工程を行った木材または非木材製品のpHは、約2〜5、より好ましくは約2である。

ホットプレスは、3−FBの重合に影響するであろう条件下で実施され、有利には、木材繊維の間で3次元化学接着結合を生じる。好ましくは、ホットプレス工程は、圧力約5〜30MPaおよび温度約170〜200℃で実施される。好ましくは、ホットプレス工程は約5〜15分間実施される。当該条件は、木材の微細構造を圧縮し、3−FBからのフルフリルアルコールの重合反応のきっかけとなる。

特定の一実施形態では、最終的な化学改質された木材または非木材製品は、圧壊強度が120MPa付近、弾性率が約20GPaおよび硬さが15,000N付近であり得る。しかし、3−FB処理された木材または非木材の工学特性は、種、化学物質添加および最終密度に依存するであろうことが理解されるであろう。当該パラメータは、ある程度まで、具体的な設計パラメータに適するように、予め決定され得る。上記の数は典型的な上限である。

上記の木材もしくは非木材製品、または本発明の独創的な態様の方法により処理される際の木材もしくは非木材は、有利に、望ましい寸法もしくは形状にサンディングまたは切ることができる。更に、有利に、木材または非木材製品は、著しい量の水分、(木材製品の重量に基づいて)一般に6%未満を吸収しない。この点について、水分は一般に、木材細胞内へと吸収されないので、木材製品は、浸漬および乾燥サイクル中に、実質的な量の膨潤または収縮を全く呈しない。

高い弾性率は、処理されていない軟材の弾性率と比較して、実質的な増加を表す。特に、典型的には、処理された木材は弾性率が最大約20GPaであるのに対し、元の軟材は弾性率が5〜6GPaの間となろう。例えば、約15GPa、約16GPa、約17GPa、約18GPa、または約19GPaである。同様に、本発明の木材製品の硬さは、元の木材の硬さよりも著しく高く、典型的には、現在入手可能な任意の硬材の硬さよりも大幅に高い。例えば、ジャラ(jarrah)は硬さが7000N付近であり、これは、本発明のある一定の実施形態に従って提供され得る硬さよりも大幅に低い。

更に、本発明の木材または非木材製品は高い耐火性を示し、典型的には、完全な添加を受けたホウ素木材に期待され得る値の85〜90%の範囲の耐火性を示す。一般論として、ホウ素は木材にうまく固定できないので、典型的には、表面処理された木材からホウ素が失われることにも注意する。対照的に、天然の重い硬材は、一般に処理できないので、一般に耐火性であるとは見なされない。工学に関して、木材または非木材製品は構造的に堅固である。膨潤、収縮および水の取込み時の寸法安定性に関して、本発明の3−FB処理された木材または非木材製品は、天然のエボニーよりも優れる。同様に、経済性に関して、木材製品の製造は、例えば、上記の木材を処理するためのプロセスを使用する場合、軟材材料を処理してより高価な硬材材料を置き換えられる点で、コスト効果が高い。

この2工程の含浸方法の主な利点の1つは、最初に3−FBを生成し、続いて軟材へと含浸することを含む。発明者は最初、3−フルフリルアルコールおよびホウ酸の混合物を含浸し、3−FB試薬をインサイチュで(すなわち、木材内で)形成することにより、同様の結果が達成できると仮定した。しかし、3−フルフリルアルコールおよびホウ酸の反応は水を生成し、水はその後の重合反応の禁止剤であることが見出だされている。別々に3−FBを形成し、この試薬を含浸する本プロセスは、これらの問題点を克服し、かつ化学改質された木材または非木材の大規模製造にも適用可能である。したがって、このプロセスの3−FBは、木材または非木材内においてインサイチュで製造されない。このプロセスは、フルフリルアルコールを使用することの問題点も回避する。この場合の問題点としては、不完全な重合、不安定性、長時間の硬化および短いポットライフが挙げられる。生じる木材または非木材は、優れた寸法安定性、低い水の取込みを特徴とし、生物学的に耐性があり、硬さMOEおよびMORが増加しており、エボニーおよび紫檀などの天然由来の硬材と比較して、魅力的な外観を有している。

化学改質された木材または非木材製品の使用は、天然の黒檀(エボニー)について現在使用されるものと同じであり、例えば楽器、工芸品、床材およびパネル材、家具材料、敷板および構造材料がある。

クラフト紙の処理を伴う一実施形態では、本発明は、クラフト紙を化学改質するプロセスであって、 (i)クラフト紙を乾燥させて、その水分含有量を減少させる工程と、 (ii)前記クラフト紙を、酸重合触媒を含む水性組成物に含浸させる工程と、 (iii)工程(ii)からのクラフト紙製品を、3−FBに含浸させる工程と、 (iv)(iii)からのクラフト紙製品を、一定時間、3−FBの重合に影響する条件下にさらす工程とを含む、プロセスも提供する。

したがって、本発明は、クラフト紙に由来する化学改質された非木材製品であって、前記クラフト紙内の3−フルフリルボレートの重合により製造された非木材製品も想定する。

一実施形態では、上記のプロセスは、 (v)工程(iv)からのクラフト紙製品を、エポキシ樹脂で積層させる追加の工程を含む。

別の実施形態では、本発明は、上述のプロセスから導かれる、改質されたクラフト紙製品を想定する。特に、本発明は、2層(以上)の改質されたクラフト紙(シートの形態)が、コンクリートまたは気泡コンクリートの間に挟まれた、複合クラフト紙製品を想定する。一実施形態では、改質されたクラフト紙はシートの形態であり、このシートは厚さが約1.0mm〜約20mm、例えば、約2mm、3mm、4mm、5mm、6mm、7mm、8mm、9mm、10mm、11mm、12mm、13mm、14mm、15mm、16mm、17mm、18mm、または19mmである。

本発明は、ここから、下記の非限定例の方法により記載される。 実施例

3−FB(3−フルフリルボレート)(T2化学物質)の合成 3C₅H₆O₂+H₃BO₃=(3C₅H₅O₂)B+3H₂O 3−FBの調製は、5,000ml、20,000mlおよび300kgの3つの異なる規模で実施された。

手順は下記の通りである。 ・反応容器に、必要量のフルフリルアルコール(「2−FM」)(Hongye Biochemical Co.、Henan、China)を室温で入れる。 ・必要量の結晶性ホウ酸を、絶えず撹拌しながら添加する。 ・最小−0.098Mpaの真空に接続する。部分真空は、爆発につながる過熱を引き起こすことがある。 ・凝縮器および蒸留水の回収のための収容部を接続する。 ・加熱を開始する。水は60℃で回収し始める。温度は85℃を超えるべきでない。 ・反応容器に冷却コイルまたはジャケットを取り付ける。 ・一度反応が完了したら(化学量論量)、30℃未満に冷却し始める。

触媒配合物(T1溶液) マレイン酸水溶液の調製 手順は下記の通りである。 ・新鮮な水またはステンレススチールタンク内のスクラバーを通って循環した水のいずれかを必要量満たす。 ・40℃まで加温する。 ・必要量のマレイン酸(Zhengzhou Xingren Chemical Products Co Ltd、Henan、China)を添加する。 ・パーキュレーティングエア(perculating air)またはスターラにより、60分間撹拌する。

化学改質プロセス(図1および図2参照) 製材 形の良いきれいな丸太を選択し、樹皮まで板目引きにして、辺材のみとする。厚さは、所望の密度および製品の厚さに基づいて、予め計算しなければならない。心材は、異なる目的のために使用してもよい。すなわち、MW処理した後、辺材と同様に加工してもよく、または4〜5mmの厚さの板に鋸引きし、合板と同様に再構成してT−2処理してもよく、これは合板樹脂のように機能する。

乾燥 鋸引きした辺材は、積み重ねて、最初に空気乾燥のためにさん木を挟んだ後、乾燥炉に置いてもよく、または直接乾燥プロセスを行ってもよく、この乾燥は、水分含有量(MC)が10〜12%に達するまでなされる。

サイズ合わせ 木材は、当初樹皮まで鋸引きされ、乾燥後に、製品の仕様に従って適正幅にサイズ合わせをする必要がある。

T−1処理 サイズ合わせをした木材をPV−1圧力容器に添加した後、PV−1圧力容器を2.5%マレイン酸のT−1溶液で満たす。真空−圧力−真空サイクルを適用して、木材を含浸させる。持続時間および圧力/真空の値は、木材種、寸法および化学物質の所望の添加量に従って異なるであろう。例えば、−0.09MPaの真空を10分間適用して、木材に含有される空気を排気してもよい。その後、所望の添加量、種および木材サイズによって、システムを0.2〜0.4MPaに加圧してもよい。最終的な真空は木材をドリップドライまで乾燥させる。

乾燥 その後、T−1処理した木材を2〜3%の低MCに乾燥させる。低MCに達する能力を有する除湿能力付き乾燥ユニットを使用した。

T−2処理 乾燥木材をPV−2に入れ、容器をT−2処理化学物質で満たす。真空−圧力−真空のサイクルを適用した。持続時間および圧力は、種、所望の添加量および密度で異なり、例えば、−0.95MPaの真空で10分間の後、5〜15分間の0.2〜0.4MPaの圧力サイクルを行う。

ホットプレス 処理された木材を高荷重ホットプレスに投入し、スペーサのセットにより制御された最終的な厚さまで徐々にプレスして、硬化するまで一定の温度で維持した。プレスから出てくる製品は、圧力容器内での蒸気処理プロセスの後、標準の加工方法、サンディングエッジング(sanding edging)、サイズ合わせおよびマシニングにより、最終製品に加工する用意ができたブランクの黒檀である。

蒸気処理 プレスされた黒檀は、ほとんど水分がゼロであり、そのEMC(平衡含水率)は約5%であるので、いくらかの水分を黒檀に戻して、使用中の安定性を増加させ、内部応力を減少させ、少量の未反応の化学物質を洗い落とすことは、良い実践である。凝縮液はT−1溶液に戻してリサイクルされるので、最後には木材内に戻る。

試験 使用中の木材の挙動パターンについて、信頼でき、かつ再現可能なパターンに到達するのに十分なフレームワークで、広範囲の試験を実施した。 1.ホウ素浸出試験 2.FA浸出試験 3.20Cでの72時間の水の取込み 4.80Cでの48時間の水の取込み 5.20Cでの72時間の膨潤 6.80Cでの48時間の膨潤 7.硬さ試験 8.MOEおよびMOR

ホウ素浸出試験 ホウ素化合物、ホウ酸、ホウ砂などによる木材の処理は、依然として木材の最良の処理の1つであり、昆虫および真菌に対して有効な広範囲の保存法である。ホウ素処理に固有の課題は、湿潤条件におけるホウ素化合物の浸出性である。このプロセスは、処理された木材における高いホウ素保持力を提供する。

手順: ・既知添加量のホウ素化合物を用いた、T−1およびT−2処理された木材について、浸出したホウ酸を試験した。サンプルは下記の通り処理した。 ・T−1処理80%w/wマレイン酸の2.5%水溶液(w/w)。 ・T−2処理30%、3−FB、10%のホウ酸をエステルとして含有する(w/w)。 ・BAEを木材に2.3%w/w添加する。 ・浸出したホウ酸を試験するための標準分析法AWPA E11−06を使用して、浸出したホウ酸の量を決定し、AWPA A21−93を使用して、木材中に保持されたホウ酸の量を決定した。

結果: 浸出したホウ酸は充填の<10%であった。 完全に処理された木材中のホウ素保持力は>90%であった。 完全に処理された木材からの浸出曲線:1日後、平坦であった。

フルフリルアルコール浸出試験 使用中の黒檀の安定性を確保するために、FA浸出試験は、ルーチンQC手順の一部であるべきである。本質的に、十分に硬化させた黒檀は、30日間室温で浸水させた後に、GC分析により、未反応のフルフリルアルコールを微量のみ木材中に示す。GCは、HPLCまたは分光分析よりも好ましい方法である。

MOE試験 黒檀の剛性は、密度の増加と共に著しく増加し、望ましいMOEは、高密度化および添加量の程度により操作できる。MOE値の範囲は、密度および添加量によって、10〜18GPaの範囲である。より高い触媒添加量は、脆性を引き起こし、より低い触媒添加量は、未反応のフルフリルアルコールを生じ得る。

MOR試験 黒檀のMOE値と同様に、MORも約40MPaから80〜120MPaの範囲まで増加する。

硬さ試験 木材の硬さは、厳しい摩損を受ける製品、例えば床材および敷板にとって、最重要のものである。硬さは平滑度の印でもあり、楽器、例えば指板およびフレッド板において、高く評価される。試験は、標準Jankaツールおよび20kN万能試験機(Universal testing machine)を使用して行った。硬さ値は、6000〜15000Nの範囲であった。

以下の表は、下記の値を与える。 20Cでの72時間の水の取込み 80Cでの48時間の水の取込み 20Cでの72時間の接線膨潤 80Cでの48時間の接線膨潤 20℃での72時間水浸漬

80℃での48時間水浸漬

処理されていない木材の特性−Pinus radiataの辺材 密度 450kg/m3 耐久性 非耐久クラス5 寸法安定性 低い MOE 3〜4GPa MOR 40MPa 硬さ 3000N 水取込み >100% 収縮(R+T) 8%

本方法の化学改質された木材(黒檀)の特性 密度 600〜1200kg/m3 耐久性 高いH4〜H5 寸法安定性 高い MOE 10〜18GPa MOR 80〜120MPa 硬さ 6000〜15000N 水取込み 3〜20% 収縮 無し 膨潤 0.3〜1.0%

黒檀のシロアリ試験 本明細書で開示される方法により用意された黒檀の試験片について、シロアリへの耐性をJames Cook University、Townsville、Australiaにおいて、2つの一般的なシロアリ種、CoptotermesおよびMastotermesに対して試験した。黒檀サンプルをシロアリのコロニーに露出することにより、昆虫は100%死に、試験片の質量損失はなかった。

次の理由により、黒檀は昆虫耐性があると推測することは妥当である。 a.低い水分含有量 b.高い密度 c.フランポリマーの含有 d.高いホウ素含有量(非浸出性)

ファンガスセラー試験 黒檀のサンプルについて、CSIRO.Forest Products、Clayton、Australiaにより、真菌による腐朽への耐性を試験した。試験片を褐色腐朽菌および白色腐朽菌に露出させたところ、試験中の質量損失はゼロであった。昆虫耐性と同じパラメータにより、黒檀が真菌耐性材料であると推測することは妥当である。

難燃性試験 黒檀の挙動については、高熱に曝露された際の単純な室内試験を行った。単純な比較試験は、裸火の黒檀への曝露は、急速な燃焼を支持しないことを示す。黒檀は、目に見える火炎なしに、ゆっくりと炭化する。対照の処理されていない木材は、明るい黄色の火炎と共に、急速に燃焼した。難燃性の程度を特徴付けるために、より多くの試験が必要である。

本発明によるプロセスは、広範囲の木材、軟材および硬材ならびに竹などの非木材に適用できる。

頑丈で弾力のある、防水性の耐火材料を、厚さ1〜3.0mmの薄膜の形態で製造するためのプロセス プロセスは、クラフト紙のフラン樹脂処理であり、この製品を非常に傑出したものにする特性を付与する。非常に低い、水分ゼロから10%未満の水の取込み、高い引張強度、硬さ、曲げ強度、微粒組成物、高い密度(1400kg/m3)および木材とは異なり、全ての方向で同じ強度を有する。

発明者は、上質クラフト包装紙を使用し、これをフラン樹脂で処理した後、頑丈な硬質表面のために、エポキシ樹脂でコーティングした。材料は、同じ質量の鋼の引張強度を超える非常に高い引張強度と、非常に高度の弾性を有し、複合製品シートを製造するために完璧な材料である。当該製品に必要な全ての強度は、膜の強度にあるので、設定された目的のために、必要に応じて詳述する任意の材料を挟んでもよい。

更なる展開は、気泡セメントまたは気泡セメントおよびバーミキュライトの混合物のいずれかの集合体の軽量ブロックの製造を含み、これを2枚の膜の間に挟ませる。製品は、建物の断熱のために使用できる完璧な材料である。寸法2400mm×1200mmおよび厚さ75mmのパネルは、重量が80kgだけであり、建設現場で容易に取り扱うことができる。パネルは安定で自立型であり、天井、壁で使用でき、わずかに、より高密度の形態で、床材基礎として使用できる。中国の大抵の建物は、省エネルギーには非常に乏しく構成されており、この製品の使用は、暖房または冷房で、最大50%の光熱費を節約できる。

発明者は、ある範囲の異なる建築材料について、熱伝導率を試験したところ、製品は全ての中で最良であると判明し、標準の建築材料、例えばコンクリートと比較して、最大12℃表面温度の違いを生じた。時間は5時間である。試験片を鋼表面上に置き、80℃まで加熱して、温度を30分間隔で、3つのレベルで、すなわち加熱表面から25.0、50.0、および70mmの距離で読み取った。

注目すべき、軽量の気泡コンクリート−バーミキュライト集合体は、自立用途で使用できない粉々に砕ける材料であるが、本発明による2枚の処理されたクラフト紙の間に挟むと、構造特性が想定され、自立型の独立パネルが、仕切壁、天井パネル、および床材基礎としても使用することができ、高度の断熱および遮音を提供する。

別のバリエーションは、クラフト紙のシートを層にすることにより製造されるパネルであり、20枚のシートは10mm厚さの板になり、20mmは40枚のシートを取るであろう。パネルの厚さには制限がない。当該材料は、ボート建造および海洋用途、船のデッキ、階段ならびにヨット建造(船体およびデッキ全体)において、広範囲で使用できる。製品は、軍事用途、例えば、榴散弾防止製品における使用にも適用可能である。

製造工程 クラフト紙の乾燥 クラフト紙は通常、空気から吸収された8〜12%の水を含有する。この水は、3−FB処理の前に、紙から除去される。乾燥は、歪みを最小化するためにMW乾燥機により行われ、連続プロセスであることが提案される。3000kg/日の製造を仮定すると、300kg、または30kg/時の水が除去される。

紙がシステムを10m/分で流れる場合、1分当たり0.5kgの水を除去する必要がある。MW乾燥機では、難しい作業はない。

3−FB含浸 その後、乾燥した紙を、両面グルースプレッダに通し、両面から紙をコーティングする。

ホットプレス その後、含浸したクラフト紙を15枚のプレート各々の上に20枚の高さに重ね、高温に耐性のある非付着性プラスチックでシート同志を隔てた。紙をプレスし、加熱する。

エポキシ樹脂積層 3−FB処理し、プレスした紙を別のグルースプレッダに通し、今回はエポキシ樹脂で紙をコーティングして、1.0mm〜20mmの望ましい厚さのシートにする。重なった当該シートを冷間プレスに投入し、樹脂が硬化するまで、約4〜5時間プレスする。

性能 新しい材料を評価し、他の製品と比較するために、2種類の試験を実施した。

水試験 水試験は、恒常的湿潤条件での製品の性能を示す。過剰の水の取込みは、大抵の材料を全体的に不適切にするか、または有用性を低下させる。

水は、いくつかの方法で生体材料に影響を与える。水は、バイオハザードの導管であって、真菌および昆虫による腐朽を招き、水の存在は繊維の強度を減少させるので、使用中の材料の曲げ強度および耐久性の減少は、直接水の存在および含有量に関係する。

30日間の長い浸漬を使用して、試験片の吸収速度を決定した。処理前に、全ての試験片をゼロMCまで乾燥させたので、吸水は絶対的であり、約10〜12%のEMCにおけるMCに加えるものではないことに注目すべきである。

3−FB処理が単独で低い吸水の原因であるのに対し、エポキシコーティングが吸水を減少させ、遅くすることは自明である。加えて、目視検査により、エポキシだけでコーティングされた紙では、曲げ強度が低下し、ふやけるのに対し、3−FB処理された試験片は初期の弾性および外観を保つことが分かる。

物理的特性

繊維が一方向に配向した木材とは異なり、製品はランダムに配向した木材繊維を有し、これはクラフト紙製造から本質的に導かれる。また、製品は、全ての方向に均等に分布した強度を有する。この特徴は、製品を非常に構造的に多用途にする。