JPH02116510A - 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、住宅設備、建築材料等として用いられる改
質木材の製法に関する。

〔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、難燃性（防火性）１寸法安定性
、防腐・防虫性、力学的強度１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。

（ａ）　　無機物による被覆 （ｂ）　　炭化促進 （Ｃ１発炎燃焼における連鎖反応の阻害（ｄ）　　不燃
性ガスの発生 （ｅｌ　　分解・結晶水放出による吸熱（ｆ）　　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（ａｌ以外にも
、無機物の種類によっては（ｂ）、　（Ｃ１，（ｄｌ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、（ａｌ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
ＩＳにより準不燃材料として認められている。

山）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、難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、（ｄｌ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
るものを含んでいれば、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、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。

最後に、木材の硬度（表面硬度）については、一般に、
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
ばよいため、木材内に不溶性不燃性無機物を定着させる
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。ここで、木材の表層部分に葉中的に無
機物を生成させれば、より効果的である。

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、Ｎ燃比をはじめとする木材の改質において非常に
有効的であるが、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層であるのに対し、分散
粒子である不溶性不燃性無機物の粒径は、通常、０．１
１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（順に「カチオン含
有処理液」、「アニオン含有処理液」と称す）を用意し
、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（特開昭６１−２４６００３号公報）
である。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るのであ
る。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところが、上記のようにして得られた改質木材の耐水性
および耐湿性については、なお改善の余地が残されてい
ることが判明した。

こうした事情に鑑み、この発明は、優れた難燃性２寸法
安定性、防腐・防虫性、力学的強度等を有するとともに
、−層高度な耐水、耐湿性を備えた改質木材を製造する
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を個々
に含浸させて木材組織内に同不溶性不燃性無機物を生成
・定着させる改質木材の製法であって、前記含浸処理の
途中で養生処理を行うようにする。

さらに、上記養生処理は、超音波振動、マイクロ波加熱
、加圧および加温のうちの少な（とも１種の物理的刺激
を加えることにより行われるものであることが好ましい
。

〔作　用〕

含浸処理の途中で養生処理を行うことにより、木材に含
まれている未反応イオンの不溶性不燃性無機物への反応
が促進され、最終的に木材内には多量の不溶性不燃性無
機物が生成・定着される。

その結果、その他の特性の改善も行われるが、とりわけ
、耐水、耐湿性が著しく改善される。

〔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、！！Ｊ材品、スライス単板
５合板等が例示できる。それらの樹種等についても何ら
限定されることはない。

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、特に限定はされないが、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、水酸化物等が挙げられる。これらの
無機物は、２種以上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
チオンおよび／またはアニオン部分が、それぞれ２種以
上含まれていてもよい。

さらに詳しくは、上記不溶性不燃性無機物のカチオン部
分の元素としては、Ｎａ、に等のアルカリ金属、Ｍｇ、
Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ等のアルカリ土類金属、ＺｎおよびＡ
Ｉが好例として挙げられるが、たとえば、Ｍｎ、Ｎｉ、
Ｃｄ等の遷移元素やＳｉ、Ｐｂ等の炭素族元素等であっ
てもよく、特に限定はされない。

不溶性不燃性無機物を構成するアニオンとしては、Ｂｏ
ｇ　、ＰＯ，、ＣＯｓ　、ＳＯ４およびＯＨアニオンが
好例として示される。特に、Ｂ　ＯｇＰＯ４アニオンで
は前記難燃化メカニズム０））による効果、ｃｏ、アニ
オンでは同（ｄｌ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、Ｏ，Ｎｏ、。

５ｉｆ４，５ｉＣｈ　、Ｆ、ＣＩ、Ｂｒ７ニオ７等であ
っても構わない。

上記カチオンとアニオンは、木材内に生じさせようとす
る所望の不溶性不燃性無機物の組成に応じて任意に選択
され、それらの各イオンを含んだ水溶性無機物を別々に
水に溶かすことにより、所望のカチオンを含んだカチオ
ン含有処理液、および、所望のアニオンを含んだアニオ
ン含有処理液が調製される。

なお、上記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。

水に溶けて上記所望のカチオンを生じさせる無機物とし
ては、ＭｇＣ１ｔ　、ＭｇＢｒ＊　、ＭｇＳＯ４・Ｈｉ
　Ｏ，Ｍｇ　（ＮＯＩ）！　　’　６Ｈｉ　Ｏ，ＣａＣ
１ｚ　、ＣａＢｒｔ　、Ｃａ　（Ｎｏｔ）ｘ　＋　　Ｂ
ａＣｌ・２Ｈｉ　Ｏｒ　　Ｂａ　Ｂ　ｒｚ　＋　　１３
ａ　　（Ｎｏｗ）ｔ　＋　ＡｌＣｌ５　、ＡｌＢｒ＊　
、Ａｌｔ　　（ＳＯ４）ｌ　、ＡＩ　　（Ｎｏｗ）ｔ　
　’　９　Ｈｉ　Ｏ，Ｚ　ｎ　Ｃ１を等が一例として挙
げられるが、これらに限定されることはない。水に熔け
て上記所望のアニオンを生じさせる無機物としては、た
とえば、Ｎ　ａ　ｚ　ＣＯｓ　＋　　（ＮＨ４）Ｉ　Ｃ
ｏｔ　、Ｈｉ　ＳＯ４、Ｎａｇ　ＳＯ４＋　　（ＮＨ４
）ｇ　ＳＯ４，Ｈｉ　ＰＯ４、Ｎａ、ＨＰＯ，、（ＮＨ
，）！　ＨＰＯ，、Ｈ，ＢＯ，、Ｎａ　ＢＯ，、ＮＨ４
ＢＯ，等が挙げられるが、やはり、これらに限定される
ことはない。以上の水溶性無機物は、各々が単独で用い
られる他、互いに反応せずに均一な水溶液を形成できる
範囲内で、１処理液中に複数種が併用されるようでもよ
い。

以上のカチオン／アニオン含有側処理液のうちのいずれ
か一方（第１液）を、同処理液中に上記原料木材を浸漬
させるなどして、木材中に含浸させる。このとき、同含
浸処理に先立ち、原料木材に飽水処理を施して、木材を
充分に飽水された状態にしておくことが推奨される。そ
れにより、木材中の水を媒体として第１液中のイオンが
速く拡散していくようになり、処理時間を短縮すること
ができるためである。ここで、上記飽水処理方法は、水
中貯木、スチーミング、減圧下含浸、加圧下含浸など、
特に限定されることはない。

つぎに、上記第１液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（第２液）を同
様に含浸させて、木材内部において同不溶性不燃性無機
物を生成させる。

その後、さらに必要に応じては、第３液、第４液・・・
等を用意して繰り返し含浸させ、生成物層の緻密化を図
るようにしてもよい。このとき用いられるカチオン／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し、その濃度等も
特に限定はされない。また、第１液、第２液・・・等の
含浸処理方法、含浸処理時間等も、特に限定されること
はなく、たとえば、減圧下で含浸させたり、塗布による
含浸を行ったりすることもできる。なお、第１液を減圧
下含浸させる場合には、上記飽水処理を行う必要はない
。

以上が含浸処理であるが、同含浸処理の途中で養生処理
を行うようにすることが、この発明における特徴である
。同養生処理は、木材中に含浸されている未反応イオン
の不溶性不燃性無機物生成反応を促進するものであれば
よく、その方法等、特に限定されることはない。具体的
には、たとえば、超音波振動、マイクロ波加熱、加圧お
よび加温等の物理的刺激を加えることにより行うことが
できる。

さらに詳しくは、上記超音波振動については、任意の機
３（たとえば超音波洗浄器等）を用いて行うことができ
、その際に温度をかけつつ行うことが好ましい。マイク
ロ波加熱は、木材の温度が上昇しすぎずに適温となるよ
う、出力を落として長時間行えるような条件を設定する
ことが好ましい。加圧の場合は、あまり圧力が高すぎる
と装置が大がかりになる上、木材組織が圧縮されて破壊
につながる恐れもあるため、たとえば１０ｋｇ／ｃＪ以
下程度の加圧下で行うことが適切である。さらに、加温
については、通常、４０〜９０℃に設定することが好ま
しい。ただし、各養生処理条件が上側に限定されること
はなく、たとえば処理時間についても、木材内に含まれ
る未反応イオン量等に応じて、それらの反応が充分に行
われるよう、適宜設定すればよい。なお、上記マイクロ
波加熱や加温等を行う場合は、木材中の水分が蒸発しな
いように、木材をラッピングするなどして密閉しておく
ことが好ましい。

上記養生処理は、含浸処理途中の任意の段階で任意の回
数行うことができ、不溶性不燃性無機物を生成しうるカ
チオンとアニオンが共に木材内に存在している状態で行
われるようにする。具体的には、たとえば下記の順に、
含浸、養生処理を行うことができる。

・アニオン含浸→カチオン含浸→養生→アニオン含浸 ・カチオン含浸→アニオン含浸→養生→カチオン含浸 ・カチオン含浸→アニオン含浸→カチオン含浸→養生−
アニオン含浸 ・カチオン含浸−アニオン含浸−養生−カチオン含浸−
アニオン含浸−養生 ・アニオン含浸−カチオン含浸→アニオン含浸→カチオ
ン含浸→養生→アニオン含浸 以上の含浸、！Ｉ生処理により、木材内に不溶性不燃性
無機物を生成・定着させた後、必要に応じては木材表面
の水洗等を施し、乾燥させて、改質木材が得られる。な
お、木材の耐水性や耐候性を一層高めるために、必要に
応じては溶脱処理を行い、木材４ｔ４こ残されている可
溶性の未反応イオンあるいは副生成物等を除去してもよ
い。

次に、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が、この発明にかかる改質木材
の製法が、下記一実施例に限定されるものではないこと
は言うまでもない。

一実施例１− アガチス材の３龍厚ロータリー単板を水中に浸漬し、３
０Ｔｏｒｒ程度の減圧下で飽水処理を行い、木材内部に
まで充分に水を含浸させた。

得られた飽水単板を、水１１当たりリン酸水素ニアンモ
ニウム３．５ｍｏｌおよびオルトホウ酸４．０ｍｏｌを
含む水溶液（第１液）中に浸漬し、次いで、水１１当た
りに塩化バリウム２．０ｍｏｌおよびオルトホウ酸２．
０ｍｏｌを含む水溶液（第２液）中に浸漬した。その後
、同処理木材を密封してから、６０℃の恒温下で１２時
間、加温養生した。最後に、水１１当たりリン酸水素二
アンモニウム８．０ｍｏｌおよびオルトホウ酸５．Ｑｍ
ｏｌを含む水溶液（第３液）中に浸漬し、その後、同単
板を水洗、乾燥させて、改質木材を得た。

一実施例２〜５− 上記実施例１と同様にして、第１表に示した浸漬処理液
を用いた含浸処理、および、養生処理を行い、改質木材
を得た。なお、実施例３のマイクロ波加熱は、密封した
木材に対し、高周波出力１８０Ｗ１発振周波数２４５０
ＭＨｚで１５分間行うようにした。

一比較例１．２ 含浸処理の途中で養生処理を行わないようにする他は、
上記実施例と同様に第１表に示した処理液を含浸させ、
改質木材を得た。

上記得られた改質木材について、不溶性不燃性無機物含
浸率、耐水性および耐湿性を調べた。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、耐水性については、耐水Ａ試験
（８０℃、１時間熱水浸漬−６０℃、２時間乾燥−８０
℃、１時間熱水浸漬−６０℃、２時間乾燥）を行った後
、木材を絶乾状態にして重量減少率を調べ、これが３％
以下であれば０．３％を越える場合は△として評価した
。耐湿性は、６０℃、９０％ＲＨ，４８時間＋２０℃、
６５％ＲＨ，２４時間−一２０℃。

２４時間→２０℃、６５％ＲＨ，２４時間の耐湿性試験
を行った後、絶乾状態にして重量減少率を調べ、これが
５％以下であれば０．５％を越える場合はへとして評価
した。

以上の結果を同じく第１表に示す。

第１表にみるように、含浸処理の途中で養生処理を行っ
て得られた実施例の改質木材は、いずれも比較例に比べ
て多量の不溶性不燃性無機物を含み、高度な耐水性およ
び耐湿性を備えていることが判明した。また、同改質木
材は、Ｎ燃性、力学的強度１寸法安定性、防腐・防虫性
等にも優れており、木質感が損なわれていない、外観的
にも良好なものであった。

［発明の効果〕 この発明にかかる改質木材の製法によれば、層高度な耐
水性および耐湿性を備えた改質木材を効率よく得ること
ができる。同時に、この改質木材は、難燃性１寸法安定
性、防腐・防虫性、力学的強度および外観等にも優れ、
建材等として最適な、高度な性能を備えている。

代理人　弁理士　　松　本　武　彦

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 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
   無機物水溶液を個々に含浸させて木材組織内に同不溶性
   不燃性無機物を生成・定着させる改質木材の製法におい
   て、前記含浸処理の途中で養生処理を行うことを特徴と
   する改質木材の製法。 ２　養生処理が物理的刺激を加えることにより行われる
   ものであって、同物理的刺激が、超音波振動、マイクロ
   波加熱、加圧および加温のうちの少なくとも１種である
   請求項１記載の改質木材の製法。