JPH01271203A - 改質木材の製法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、建材等として用いられる改質木材の製法に
関し、とりわけ、厚物板材の改質方法に関する。

〔従来の技術〕

木材の改質方法として、不溶性不燃性無機物を木材中に
生成させることにより、Ｕ燃性（防火性）１寸法安定性
、防腐・防虫性、力学的強度２表面硬度等を付与する方
法が研究、開発されている。

一般に、木材に難燃性を付与するための改質方法は、以
下のような難燃化のメカニズムに基づいて大別されてい
る。

（呻　無機物による被覆 （６）炭化促進 （Ｃ）　　発炎燃焼における連鎖反応の阻害（ｄ）　　
不燃性ガスの発生 （ｅ）　　分解・結晶水放出による吸熱（０発泡層によ
る断熱 ここで、木材に不溶性不燃性無機物を含ませるという改
質方法は、以下に説明するように、上記ｔａ＋以外にも
、無機物の種類によっては（ｂ）、　（ｃ）、　（ｄ）
等による効果も併せて期待できる優れた方法である。し
かも、この不溶性不燃性無機物は、いったん木材組織内
に定着させられれば、それ以降木材から溶は出す恐れが
少ないため、それらの効果が薄れるといった心配も少な
い。

上記において、（ａ）の無機物による被覆とは、たとえ
可燃性の材料であっても、それを不燃性の無機物と適当
な配合比で複合させることにより難燃化させうる、とい
うことである。たとえば、従来知られている木片セメン
ト板は、可燃性木材を不燃性のセメントと約１対１の重
量配合比で混合し、板状に成形されたものであって、Ｊ
ＴＳにより準不燃材料として認められている。

ｆｂ）の炭化促進とは、以下のようなメカニズムである
。すなわち、木材は、加熱されると熱分解して可燃性ガ
スを発生し、これが発炎燃焼するわけであるが、このと
きリン酸あるいはホウ酸が存在すると木材の熱分解すな
わち炭化が促進され、速やかに炭化層が形成される。こ
の炭化層は、断熱層として作用し、Ｈ燃効果を与えるた
め、前記不溶性不燃性無機物がリン酸成分あるいはホウ
酸成分を含む場合は、この改質木材における難燃効果は
一層高いものとなる。

（Ｃ）の発炎燃焼における連鎖反応の阻害とは、ハロゲ
ンにより寄与されるものであり、炎中でのラジカル的な
酸化反応においてハロゲンが連鎖移動剤として作用する
結果、酸化反応が阻害されて難燃効果が生じるというメ
カニズムである。したがって、不溶性不燃性無機物がハ
ロゲンを含むものであれば、こうした効果も得られる。

最後に、（ｄ）の不燃性ガスの発生について説明する。

これは、炭酸塩、アンモニウム塩等の化合物は熱分解に
より炭酸ガス、亜硫酸ガス、ハロゲン化水素等の不燃性
ガスを発生するが、これらのガスが可燃性ガスを希釈し
て燃焼を妨げるという効果である。したがって、不溶性
不燃性無機物が炭酸塩等の上記不燃性ガス類を発生しう
るちのを含んでいれば、このメカニズムによる難燃化効
果も併せて得られることになる。

ついで、この不溶性不燃性無機物を含む木材の防腐・防
虫効果について説明する。菌類が木材を腐敗させる際は
、まず、菌糸が木材内腔中に侵入していくのであるが、
この木材内腔中に異物が存在すると菌糸の侵入が妨げら
れ、結果的に腐敗されに（くなる。この木材内腔中の異
物は、特に防腐効果のある薬剤（防腐剤）等である必要
はなく、菌類の養分になるものでさえなければ、何であ
ってもよい。防虫についても防腐と同様である。

ただし、異物は、薬剤効果があるものであればそれにこ
したことはなく、たとえば、虫に対して消化性の悪いも
の、消化しないもの、あるいは、忌避作用のあるものが
好ましい。したがって、不溶性不燃性無機物を木材内腔
中に含ませれば、木材の防腐・防虫に効果的なのである
。

さらに、木材の寸法安定性および力学的強度についてみ
れば、たとえば、木材を水で膨潤させておき、その状態
で木材細胞壁中に何らかの物質を固定できれば、バルク
効果により上記両特性が向上する。すなわち、木材細胞
壁内が充填材によって占められていれば、木材自体の膨
張あるいは収縮が起こりにくくなり、同時に、特に硬度
をはじめとする各種力学的強度も向上するのである。こ
こで、固定物質としては、水に溶けにくい無機物も使い
うるため、不溶性不燃性無機物を木材細胞壁中に固定す
れば、こうした効果が得られる。

以上のように、不溶性不燃性無機物を含ませるという方
法は、難燃化をはじめとする木材の改質において非常に
有効であるが、下記のような問題を有していた。

一般に、たとえば不溶性不燃性無機物をそのまま水等の
溶媒に分散させ、この分散液（処理液）中に木材を浸漬
して液を木材中に浸透させようとしても、浸透していく
のはほとんど水等の溶媒のみとなってしまう。というの
も、処理液が木材中に浸透していく際に通過すべき通路
のうち、最も狭い部分はピットメンプランであるが、こ
こにおける空隙径が約０．１μ園であるのに対し、分散
粒子である不溶性不燃性無機物の粒径は、通常、０．１
ｐ１よりもかなり大きいからである。

そこで、発明者らは、先に、この問題を解決できる方法
を開発している。すなわち、混合することにより反応し
て不溶性不燃性無機物を生じさせるカチオンおよびアニ
オンを別々に含ませた２種の水溶液（処理液）を用窓し
、両者を順次原料木材に含浸させて木材内部で両イオン
を反応させ、不溶性不燃性無機物を定着させるようにす
る改質木材の製法である（特願昭６０−０８９４２３号
明ＩｔＢＩ書）。このようにすれば、極めて多量の不溶
性不燃性無機物を効率よく木材中に含ませることができ
、さらに、−層の性能向上を目指し、新たな問題点に対
応して、数々の改良も加えられてきた。

〔発明が解決しようとする課題〕

そうした研究開発の一つに、針葉樹等の柔らかい木材の
表面硬度を上げる、という課題が残されている。−船釣
に、木材の硬度を上げるためには、木材内部の導管等の
空隙や木材の細胞壁に、無機物等の硬い物質を詰め込ん
でやればよい。したがって、上記のように、木材内に不
溶性不燃性無機物を生成・定着させることにより、木材
細胞の補強ならびに硬度の上昇という効果が得られるの
であるが、とりわけ表面硬度を上げるためには、木材表
層部付近に選択的に同無機物を生成させ、表層部で密と
なっているような無機物分布が得られることが要求され
る。

この表層部分へ無機物を葉中させる、ということは、原
料木材の厚みが大きい場合、すなわち厚物板材（厚板）
の場合に、特に重要な問題になってくる。ところが、通
常これまで行われていたように、木材にまず飽水処理を
施し、この飽水状態となった木材を、順次処理液中に浸
漬する、という含浸処理を行うと、処理液は、木材中の
水と置き換わるような形で、主として木材内部の年輪部
に入っていくようになる。その結果、断面的にみて、木
材の表層部から奥深（中心（芯）部分にまで、平均的に
不溶性不燃性無機物が生成されるようになってしまい、
望みの表面硬度を得ることができなかった。

そこで、厚板の表層部に選択的に不溶性不燃性無機物を
生成させることを目的として、最初の処理液を、減圧下
で行う減圧含浸法により木材に含浸させ、次の処理液を
、常圧の浸漬法により含浸させる、という方法が試みら
れた。同方法によると、確かに木材全体としては表層部
への生成物の集中、という所期の目的は達成されるが、
他方で、その表層部において含浸ムラ、すなわち、生成
される不溶性不燃性無機物層の厚みにバラツキが見られ
る、という問題がある。したがって、不溶性不燃性無機
物がよく生成して、厚い無機物層が形成されている部分
では、表面硬度が著しく向上するが、反対に不溶性不燃
性無機物の入りが悪（、はとんど無機物層が形成されて
いないような部分では、硬度上昇があまり見られず、木
材全体としての表面硬度の改善には限界があった。

以上の事情に鑑み、この発明は、木材表層部に選択的に
不溶性不燃性無機物を生成させるとともに、同生成無機
物層の厚みの均一化を図ることにより、硬度上昇の小さ
い部分を減らして木材全体としての表面硬度をさらに上
昇させ、かつ、難燃性をはじめとし、防腐・防虫性１寸
法安定性等にも優れた改質木材を効率よく製造する方法
を提供することを課題とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題を解決するため、この発明は、改質しようとす
る原料木材に対し、混合することにより不溶性不燃性無
機物を生じさせる２種以上の水溶性無機物水溶液（処理
液）を個々に含浸させて木材組織内に前記無機物を生成
・定着させるようにする改質木材の製法において、減圧
含浸により最初の含浸処理が行われた後の木材を同減圧
含浸に用いた処理液中に常圧下で所定時間浸漬し、その
後、つぎの処理液を浸漬含浸させるようにする。

〔作　　　用〕

この発明では、最初の処理液（第１液）は、乾燥状態の
ままの原料木材に減圧法により注入される。その場合、
同第１液のイオンは木材表層部のみに留まり、それ以上
臭へは浸透していかないやそして、減圧含浸後の木材を
常圧下で同第１液中に所定時間浸漬させることにより、
第１液イオンは、表層郡全体にムラなく均一に入り込む
ようになる。その状態で、第２液中に木材が浸漬される
と、先に含浸されている表層部の第１液イオンは木材外
部へ出ようとし、第２液イオンは内部へ入ろうとするた
め、両イオンが出会う表層部で反応が起こる。その結果
、木材表層部に選択的に、ムラなく緻密に、不溶性不燃
性無機物が生成・定着されるようになる。

〔実　施　例〕

この発明に用いられる改質のための原料木材としては、
特に限定はされず、原木丸太、製材品。

スライス単板９合板等が例示できる。それらの樹種につ
いても何ら限定されることはない。また、木材の厚みに
ついても、特に限定はされないが、たとえば１ｆ１以上
、さらには３削以上程度の厚みを有する厚板であれば、
この発明において得られる効果は、−層顕著なものとな
る。

木材中に生成させて木材組織内に分散・定着させる不溶
性不燃性無機物としては、特に限定はされず、たとえば
、ホウ酸塩、リン酸塩およびリン酸水素塩、炭酸塩、硫
酸塩および硫酸水素塩、ケイ酸塩、硝酸塩、フン化物９
臭化物、水酸化物等が挙げられ、２種以上の無機物が木
材中に共存されるようであってもよい。

また、１種の不溶性不燃性無機物中に、下記に述べるカ
チオン部分を構成するもの、および／または、アニオン
部分を構成するものが、それぞれ２種以上含まれるよう
であってもよい。

前記のような無機化合物（塩）のカチオン部分を構成す
る元素としては、Ｎａ、に等のアルカリ金属、Ｍｇ、Ｃ
ａ、Ｓｒ、Ｂａ等のアルカリ土類金属、ＺｎおよびＡＩ
を用いることが好ましいが、これらに限定されることは
なく、たとえば、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｄ等の遷移元素やＳｉ
、Ｐｂ等の炭素族元素等を使用してもよい。

アニオン部分を構成するものとしては、ＢＯ。

、ＰＯ４，ＧＯ＝　、５０４およびＯＨアニオンを使用
することが好ましい。Ｂｏｗ　、ＰＯ，アニオンでは、
前記難燃化メカニズム（ｂ）による効果、ＣＯ，アニオ
ンでは同（ｄ）による効果が得られるために、−層好適
である。しかし、これらに限定されることはなく、たと
えば、Ｆ、ＣＩ、Ｂｒ、Ｏ。

Ｎ　Ｏｓ　、　Ｓ　ｉ　Ｏａ　Ｉ　Ｓ　ｉ　Ｏｓアニオ
ン等であっても構わない、ハロゲンでは、同（Ｃ１およ
び（ｄ）による効果が併せて期待できるという利点が得
られる。

このようなカチオン部分を構成するものとアニオン部分
を構成するものは、それぞれ単独で、あるいは、複数種
を併せて使用されるが、両者の組み合わせは、どれでも
可能というわけではなく、イオン半径等による制約があ
る。そのような条件を鑑みて、両者を任意に選択し、そ
れらを含んだ水溶性無機物を各々水に溶解させて、前記
カチオン含有処理液および前記アニオン含有処理液を調
製する。

なお、上記ハロゲンおよびＯＨアニオン等は、単独で使
用される他、カチオン含有処理液および／またはその他
のアニオンを含んだアニオン含有処理液中にともに含ま
れるようにし、木材中にアパタイト等を生じさせるよう
に調製されていてもよい。

水に溶解して、上記カチオンを生じさせる無機物として
は、ＭｇＣ１ｘ　、ＭｇＢｒｔ　、Ｍｇ５Ｏａ　　・Ｈ
ｚ　Ｏ，Ｍｇ　（ＮＯｘ）＊　　・６Ｈｓ　Ｏ，ＣａＣ
１ｍ　、　　ＣａＢ　ｒｌ　、　　Ｃａ　　（Ｎｏｗ）
ｔ　、Ｂａ　Ｃｌｘ・２Ｈｔ　Ｏ，ＢａＢｒ５　、Ｂａ
　　（ＮＯｘ）ｚ　、ＡｌＣ１５、ＡｌＢｒ５　、Ａｌ
ｚ　　（ＳＯａ　）ｓ　、ＡＩ（Ｎｏｔ）ｓ　　・９Ｈ
Ｉ　Ｏ，ＺｎＣＩｔ等がその一例として挙げられるが、
これらに限定されることはない、水に熔解して、上記ア
ニオンを生じさせる無機物としては、Ｎａｇ　Ｃｏｔ　
、　　（ＮＨ４）ｔ　ＣＯｓ　、ＨＩ　ＳＯ４、Ｎａｇ
　３０４　、　　（ＮＨ４）ｚＳＯ４，Ｈｓ　ＰＯ４、
Ｎａｇ　ＨＰＯ４、（ＮＨ４）＊　ＨＰＯ４，Ｈｓ　Ｂ
Ｏ−、Ｎａ　Ｂｏｇ　、ＮＨ４Ｂ　Ｏｚ等がその一例と
して挙げられるが、やはり、これらに限定されることは
ない。

木材の処理は、このようなカチオン／アニオン含有画処
理液を用いて、つぎのようにして行う。

まず、上記カチオン含有処理液、アニオン含有処理液の
うちのいずれか一方を、第１液として、減圧法により木
材中に含浸させる。

従来は、この第１液の含浸に先立ち、原料木材を水中に
長時間放置させるなどして、飽水処理を施していたので
あるが、この発明においては、こうした前処理を省くこ
とができる。という゛のも、減圧含浸では、木材内部の
空隙が減圧され、その低圧となった部分に処理液が注入
されるようになるため、木材内には低圧にできるような
空隙が存在していたほうが、つまり、ある程度乾燥して
いたほうが好ましいからである。ここで、乾燥の程度は
、特に絶乾状態等である必要はなく、繊維飽和含水率（
約３０％）以下程度の、あるいは、通常の気乾状態にあ
るものなどを、そのまま用いればよい。

この減圧含浸は、たとえば、以下のような操作で行われ
る。まず、減圧容器内に原料木材を固定して減圧にし、
所定の圧力にまで減圧できたところで１〜２時間程度そ
の圧力を保持して、木材内部を減圧にする。その後、容
器内に処理液を導入し、木材が完全に液に浸されたとこ
ろで常圧に戻すようにして行う。あるいは別のやり方と
して、先に容器内に処理液を導入して木材を浸し、その
状態から減圧にして所定の圧力が得られたところで１〜
２時間程度保持し、その後大気圧に開放するようにして
もよい。減圧状態としては、特に限定はされないが、充
分な含浸を効率よく行うために、５０ｕ＋Ｈｇ以下程度
になっていることが好ましい。

つぎに、上記減圧含浸処理後、そのまま常圧下で所定時
間、木材を第１液中に浸漬させてお（。

このときの浸漬時間は、木材の材種、板厚、処理液の組
成や濃度等、種々の条件に応じて適宜設定されることが
好ましく、特に限定はされない。目安として一例を挙げ
ると、たとえば１５鶴程度の厚みを有する木材であれば
、３０分以上、さらには１時間以上程度浸漬することが
好ましい。

その後、第２液として、上記第１液イオンと反応して不
溶性不燃性無機物を生成させる相手方のイオンを含んだ
処理液を用い、通常の常圧下における浸漬含浸を行う。

こうして含浸処理が行われ、木材内、とりわけ表層部（
たとえば、厚板の表面から１〜２ｍｍの範囲内）に密に
、ムラなく不溶性不燃性無機物が生成する。その後、乾
燥させて改質木材が得られるのであるが、その前に、以
下に述べるような理由から、必要に応じては、溶脱処理
を施して可溶性の未反応イオンおよび副生成物を除去し
たり、水洗等を行って木材表面に生成した不溶性不燃性
無機物を除去したりしてもよい。

木材内に残される上記可溶性成分は、吸水、吸湿量が多
く、また、その種類によっては潮解性を示す場合もある
ので、これらがあまり多量に残存すると、木材の吸水、
吸湿性が高くなりすぎてしまう。すると、建材用途等と
して不適当になってしまう恐れもあるため、溶脱処理に
よりこれらを適宜除去して、木材の耐水性や耐候性を高
めることができるのである。この溶脱処理は、後処理浴
を設けて水中に長時間浸漬させたり、流水中に放置して
洗浄したりして実施される。ただし、こうした可溶性成
分のなかにも、その種類により、やはり不燃性であって
、木材の難燃化はもちろん、力学的強化１寸法安定化等
にも寄与できる成分が多く含まれているため、それらを
適宜残すようにして、その分の木材の性能の向上を図る
のも一策である。

また、改質木材の外観、すなわち木質感という点に関し
ては、処理後９、乾燥させられると、木材表面に生成し
た不溶性不燃性無機物が白く析出して、木材全体が粉を
ふいたようになってしまい、外観が損なわれるという恐
れもあるため、処理後の木材に洗浄処理を施して外観を
保つことも有効である。

なお、この発明にかかる製法が、以上の一実施例に限定
されないことは言うまでもない。たとえば、２液に限ら
ず、さらに第３液、第４液・・・等を用意して、任意の
方法で繰り返し含浸させてもよい。このとき用いられる
カチオンおよびアニオン含有側処理液は、それぞれ同一
種のものであっても、異種のものであっても構わない、
また、必要に応じては、含浸処理後に養生を行って、不
溶性不燃性無機物生成反応を促進させることもできる。

つぎに、この発明におけるさらに詳しい実施例について
、比較例と併せて説明する。

一実施例１− １５罷厚のベイマツ無垢材を減圧容器内に固定して、真
空ポンプにより脱気を行い、容器内の圧力が４０Ｔｏｒ
ｒ以下になってから、さらに２時間の脱気を続けた。つ
いで、この減圧状態を保ちながら、容器内に塩化バリウ
ム水溶液（ＢａＣ１１２１１□０゜濃度２ｍｏｌ／水１
６．温度６０℃、ｐＨ５〜６）を注入した。上記第１液
注入完了後、容器内の圧力を常圧に戻し、第１液中に木
材を浸漬したまま１時間静置した。その後、木材を取り
出し、続いて第２液としてのリン酸水素二アンモニウム
水溶液〔（Ｎ）ｌ、）、ＨＰＯ，、濃度３．５　ｍｏｌ
／水ＩＪ、温度６０℃７ｐＨ５〜６〕中に２４時間浸漬
した。

上記含浸処理後の木材を、水中に２４時間浸漬して熔税
処理を行い、その後乾燥して、改質木材を得た。

一実施例２〜５および比較例１〜３− 上記実施例１と同様にして、第１表に示した条件で含浸
操作を行い、それぞれ改質木材を得た。

ただし、比較例では、第１液減圧含浸後、常圧下におけ
る第１液への浸漬、静置を行わず、直ちに木材を引き上
げるようにした。

得られた改質木材について、不溶性不燃性無機物の含浸
率および表面硬度を調べた。上記無機物の含浸率は、絶
乾した木材の重量に対する不溶性不燃性無機物の含浸重
量比率であり、表面硬度については、パーコール硬度計
を用いた測定を行い、その目盛りを読んで比較した。な
お、未処理の原料木材の硬度はＯである。

以上の結果を第１表に示す。

第１表にみるように、第１液の減圧含浸後に１′〜２時
間の浸漬を行った実施例の改質木材は、比較例のものに
比べ、不溶性不燃性無機物の含浸率に大差はなくても、
それらが木材表層部（表面から１〜２ｆｉ程度の範囲内
）に集中する形で、均ヨな不溶性不燃性無機物層を形成
して分布しているため、高度な表面硬度が達成されてい
る。

〔発明の効果〕

この発明にかかる改質木材の製法によれば、木材表層部
に選択的、かつ、均一、緻密に不溶性不燃性無機物を生
成させることができるため、とりわけ、改質木材の表面
硬度をさらに向上させることが可能となる。同時に、難
燃性、防腐・防虫性、寸法安定性、力学的強度等の緒特
性にも優れた改質木材を、効率よく得ることができる。

代理人　弁理士　　松　本　武　彦

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １　改質しようとする原料木材に対し、混合することに
   より不溶性不燃性無機物を生じさせる２種以上の水溶性
   無機物水溶液（処理液）を個々に含浸させて木材組織内
   に前記無機物を生成・定着させるようにする改質木材の
   製法であって、減圧含浸により最初の含浸処理が行われ
   た後の木材を同減圧含浸に用いた処理液中に常圧下で所
   定時間浸漬し、その後、つぎの処理液を浸漬含浸させる
   ようにすることを特徴とする改質木材の製法。