JPH02252503A - 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
含ませることにより、難燃性（防火性）、寸法安定性、
防腐・防虫性、力学的強度、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。

（ａｌ　　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（ｄｌ　　不燃
性ガスの発生 （Ｉｌ！１　　分解・結晶水放出による吸熱（ｆ）　　
発泡層による断熱 ここで、木材中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、山）、（ｅ）、（ｄ）な
どのメカニズム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、前記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、木材から熔は出すお
それが少ないので、前記効果が薄れるといった心配も少
ない。

前記Ｔａｌから（ｄ）までのメカニズムについて、っぎ
に詳しく説明する。

（ａ）の無機物による被覆は、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す
ることにより難燃化し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３対１ないし１対１の重量配合比で
混合し、板状に成形したものであって、ＪＩＳで準不燃
材料として認められている。

（ｂ）の炭化促進は、つぎのようなメカニズムである。

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、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。この炭化層が断熱層とし
て作用し、難燃効果が生じる。したがって、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
、難燃効果が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
ハロゲンを含んでおれば、このメカニズムによる難燃効
果が得られる。

＋ｄ）の不燃性ガスの発生は、つぎのようなメカニズム
である。すなわち、炭酸塩、アンモニウム塩等の化合物
が、熱分解により炭酸ガス、亜硫酸ガス、ハロゲン化水
素などの不燃性ガスを発生し、これらのガスが可燃性ガ
スを希釈することにより燃焼を妨げ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炭酸塩等の
不燃性ガスを発生しうるちのを含んでいれば、このメカ
ニズムによる難燃効果が得られる。

つぎに、木材の防腐・防虫化について説明する。菌類が
木材を腐敗させる際、まず、菌糸が木材内腔中へ侵入す
ることが不可欠である。しかし、木材内腔中に異物が存
在すると菌糸が侵入できず、結果的に腐敗しにくくなる
。木材内腔中の異物は、特に防腐効果のある薬剤（防腐
剤）である必要はなく、菌類の養分になるものでなけれ
ば、何であっても良い。防虫についても防腐と同じであ
る。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・防虫性を向上させうる。ただし
、前記異物は、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。

さらに、木材の寸法安定化および力学的強化について説
明する。木材を水で膨潤させておき、この状態で木材細
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、寸法安定化効果および力学的強度強化効果が得られ
る。すなわち、木材細胞内腔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、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。したがって、不溶性不燃性無
機物を木材細胞壁中に固定すれば、寸法安定性および力
学的強度を向上させうる６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
材の表層部分に集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、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、不溶性不燃性無機物をそのまま水などの溶媒に
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。これは、つぎの
ような理由による。

すなわち、木材中に浸透する際に処理液が通過する経路
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Ｏ０１μ罠であるのに対し、分散
した不溶性不燃性無機物の粒子の径は、普通、０．１１
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（特開昭６１−２４６００３号公報参照
）、すなわち、混合することにより互いに反応して、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」と称する）を、水溶性
無機物を水に溶解させることにより調製し、雨水溶液を
順に原料木材中に含浸させ、木材中でカチオンとアニオ
ンとを反応させて不溶性不燃性無機物を生成させる方法
を開発した。

この方法によれば、固体粒子として浸透させるのではな
く、水などの媒体に溶存した状態で浸透させるので、含
浸が容易であり、極めて多量の不溶性不燃性無機物を効
率良く木材中に含ませることができる。したがって、防
腐・防虫性および寸法安定性の優れた改質木材を得るこ
とができる。

さらに、−層の性能向上をめざし、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〕

そうした研究の中で、木材の難燃性、防腐・防虫性、寸
法安定性等の性能をさらに向上させることが課題として
挙げられる。上記の諸性能を向上させるための手段の１
つとして、不溶性不燃性無機物の含浸量を増加させるこ
とが考えられた。

従来、不溶性不燃性無機物の含浸量を増加させるために
、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）を木材内に含
浸させる回数を増やす方法が採られている。

しかし、処理液の含浸回数を増やす方法よりも効率的な
方法により、不溶性不燃性無機物の含浸量を増加させる
ことが望まれる。

こうした事情に鑑み、この発明は、木材内への処理液の
含浸回数を増やさなくても、木材内への不溶性不燃性無
機物の含浸量を増やすことができ、これにより、離燃性
、防腐・防虫性、寸法安定性に優れた改質木材を製造す
ることができ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、この発明にかかる改質木材の
製法は、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カチオン含有
処理液とアニオン含有処理液の組み合わせのうちの一方
を含浸させたのちに他方を含浸させて木材組織内に前記
不溶性不燃性無機物を生成・定着させるにあたり、前記
不溶性不燃性無機物の生成に先立ち、前記原料木材に、
あらかじめ、界面活性剤の含浸処理を行うことを特徴と
する。

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、合
板等が例示される。それらの樹種等についても何ら限定
されることはない。

この発明において、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（不溶性生成物）と
しては、特に限定ばされないが、たとえば、ホウ酸塩、
リン酸塩、リン酸水素塩、炭酸塩、硫酸塩、硫酸水素塩
、ケイ酸塩、硝酸塩、水素化物などが挙げられる。これ
らは、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、これらの化合物が木材セルロースと反応した
形で定着していてもよい。

また、１種の不溶性不燃性無機物中に、下記のカチオン
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。

上記不溶性不燃性無機物を構成するカチオン部分の元素
としては、たとえば、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
Ａｌが好適な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などの炭素族元素
などであってもよ（、特に限定はされない。

上記不溶性不燃性無機物を構成するアニオンとしては、
Ｂ　Ｏｓ　、Ｐ　０４　、ＣＯｓ　、　Ｓ　０４および
ＯＨアニオンが好例として示される。ＢＯ，、Ｐ０４ア
ニオンでは前記難燃化メカニズム中）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一層
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、Ｃｊ２、Ｂｒ、０％　Ｎｏｔ　％　Ｓｉ
Ｏ４，５ｉｎｓアニオン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。

水に溶けて上記所望のカチオンを生じさせる無機物とし
ては、ＭｇＣＪｇ　、ＭｇＢｒｇ　、ＭｇＳＯ４’　Ｈ
ｚ　　０１Ｍｇ　　（Ｎｏｓ）＊　　・　６Ｈ１ＯｌＣ
ａＣｌｍ　　、ＣａＢｒｇ　　、Ｃａ　　（ＮＯｓ）ｔ
　　、ＢａＣｊ！・　２Ｈ，０１ＢａＢｒ＊　　、Ｂａ
　　（Ｎｏｔ）ｓ　　、Ａｌｌｃｌｍ　　、ＡＩｌＢｒ
ｓ　　、ＡＪｆ（ＳＯ４）ｌ　　、ＡＩｌ　（Ｎ　０ｘ
）ｔ　　＠　９　Ｈｚ　Ｏ，Ｚ　ｎ　ＣＩｔ　ｚ等が一
例として挙げられるが、これらに限定はされない。水に
溶けて上記所望のアニオンを生じさせる無機物としては
、ＮａｍＣ０＊、（ＮＨ４）、Ｃｏｔ　、Ｈ，Ｓ０４　
、Ｎａｇ　ＳＯａ、（ＮＨ４）＊　ＳＯ４、Ｈ−ＰＯ２
、Ｎａｇ　ＨＰＯ４、（Ｎ　Ｈ−）ｓ　ＨＰ　Ｏ４，Ｈ
ｘ　ＢＯｔ　、ＮａＢｏｘ　、ＮＨ４Ｂｏｇ等が一例と
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。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。

以上のカチオン含有処理液およびアニオン含有処理液を
原料木材に順次含浸させることにより、原料木材の無機
物処理が行われる。この発明では、不溶性不燃性無機物
の生成に先立ち、原料木材に界面活性剤の含浸処理を施
しておくのである。

界面活性剤の含浸処理は、たとえば、界面活性剤を含む
水の中に原料木材を浸漬し、加熱する方法により行われ
る。前記界面活性剤としては、たとえば、アニオン系界
面活性剤、カチオン系界面活性剤、ノニオン系界面活性
剤、両性界面活性剤など、通常のものが使用されるが、
これらに限定するものではない。界面活性剤を含む水の
界面活性剤濃度は、特に限定されないが、１〜５重量％
が好ましい。この範囲よりも界面活性剤濃度が高いと、
木材に悪影響を及ぼすことがあり、この範囲よりも濃度
が低いと、界面活性剤の効果が低いことがある。なお、
界面活性剤の含浸処理は特に限定はないが、８０℃前後
に加熱して行うのが好ましい、これは、原料木材への水
の含浸を速くするためである。なお、この含浸処理の温
度が８０℃前後よりも高すぎると、水の蒸発が激しく、
からだきになりやすく、低すぎると、水の含浸速度が遅
いことがある。

上の説明では、界面活性剤の含浸処理と飽水（または含
水）処理とを兼ねて行っていたが、界面活性剤の含浸処
理に先立って、原料木材への含水処理を行ってもよい。

同含水処理方法は、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。

前記両処理液の原料木材への含浸処理は、たとえば、以
下のように行われるが、不溶性不燃性無機物の生成に先
立って界面活性剤の含浸がなされるのであれば、下記の
やり方に限定するものではない。

まず、両処理液のうちのいずれか一方（第１液。たとえ
ば、カチオン含有処理液）中に、上記のようにして界面
活性剤の含浸処理を施した原料木材を浸漬させるなどし
て、第１液を木材中に含浸させる。このとき、同含浸処
理に先立ち、上述のように、原料木材に界面活性剤の含
浸処理を施して、木材を充分に飽水された状態にしてお
くと、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
きるという利点もある。

つぎに、上記第１液と反応する相手方のイオンを含んだ
処理液（第２液。たとえば、アニオン含有処理液）を同
様に木材に含浸させて、木材内部において不溶性不燃性
無機物を生成させる。

なお、一連の反応工程途中の任意の段階で、加熱処理を
行ってもよく、それにより、たとえば、含浸、反応等が
促進されて、−層の効果が得られる場合もある。

以上の含浸処理により、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
等を行い、乾燥させて、改質木材が得られる。なお、木
材の耐久性や耐候性を高めるために必要に応じては、溶
脱処理を施して木材中に残されている可溶性の未反応イ
オンや副生成物等を除去したり、水洗等を行って木材表
層部に生成した化合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おそれもあるので、溶脱処理により
これらを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
中に長時間浸漬したり、流水中に放置して洗浄したりし
て行われる。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、乾燥すると、木材表面に生
成した不溶性化合物が析出して木材全体が白く粉をふい
たようになって、外観が損なわれるというおそれもある
ため、処理後の木材を洗浄して外観を保つことも有効で
ある。他方、前記可溶性成分の中にも、やはり不燃性で
あって、木材の難燃化はもちろん、力学的強化や寸法安
定性等の向上にも寄与できる成分も多く含まれているた
め、それらを適宜残すようにして、その分の木材性能の
向上をはかるのも一策である。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の生成
反応を促進させることもできる。

この発明では、使用する上記前処理液、含浸順序、含浸
回数等に限定はなく、たとえば、カチオン含有処理液お
よび／またはアニオン含有処理液を複数回繰り返し含浸
させ、生成物層の緻密化を図るようにしてもよい０両処
理液の少なくとも一方を、交互におよび／または連続し
て、複数回含浸させる場合、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、各液の含浸処理方法、含浸処理時間等も、特に限
定されることはなく、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、上記飽水処理を行わなくても
よい。

なお、この発明では、カチオン含有処理液および／また
はアニオン含有処理液に、オルトホウ酸、ホウ砂、その
他のホウ酸化合物を添加しておいてもよい、これらの少
なくとも１つを添加しておくことにより、改質木材の燃
焼試験での難燃性向上において、ホウ酸が被覆作用によ
ってガスの発生を抑制するなどの働きが期待できる。ホ
ウ酸のこのような被覆作用を狙う場合、ホウ酸の使用割
合は特に限定はないが、２〜６　ｍｏｌ／　ｌとするの
が好ましい。この範囲よりも多いと、ホウ酸が析出する
おそれがあり、この範囲よりも少ないと、ホウ酸の被覆
作用が不充分になるおそれがある。

前記飽水処理、カチオン／アニオン含浸処理、溶脱処理
などに用いる浴の量は、特に限定はないが、たとえば、
未処理木材の重量の１０倍程度の量を目安として設定さ
れる。

〔作　　　用〕

この発明にかかる改質木材の製法によれば、木材の含水
率（木材の重量に対する、含浸された水重量の割合）が
増加するとともに、木材内の抽出成分が水中に溶は出す
。このように、木材内の含水率を上げることにより、不
溶性不燃性無機物を作るためのアニオンおよびカチオン
が木材の内部に入りゃ、す（なるとともに、木材の隅々
にまで含浸されるようになるため、不溶性不燃性無機物
の含浸量が増加する。また、水に溶けにくい木材の抽出
成分も界面活性剤を加えることにより、水中に取り出さ
れる。これらの抽出成分の中には、イオン反応を阻害し
たり遅延したりすると考えられるキノン類等も含まれる
ため、木材内でイオン反応は、従来の方法よりも一層起
こりやすくなり、不溶性不燃性無機物の含浸量は増加す
る。これにより、得られる改質木材の難燃性、防腐・防
虫性、寸法安定性等の性能が向上する。

〔実　施　例〕

以下に、この発明の具体的な実施例および比較例を示す
が、この発明は下記実施例に限定されない。

一実施例１− アガチス材の３ｔｍ厚のロータリー単板を、プロピレン
グリコール脂肪酸エステル系界面活性剤を入れた水（界
面活性剤濃度２２重量％）中に浸漬し、８０℃で２日間
加熱を行うことにより単板内部に水と界面活性剤を含浸
させた。含水率は２３０％であった。

この含水単板を第１液〔水１１に対し、リン酸水素二ア
ンモニウム（（Ｎ　Ｈ４）ｓ　ＨＰ　Ｏ４）を３゜５モ
ルおよびオルトホウ酸を４．０モルの割合で熔解してな
る水溶液。温度６０℃〕中に２４時間浸漬し、続いて、
第２液〔水１１に対し、塩化バリウム（ＢａＣＩ１８）
を２．０モルおよびオルトホウ酸を２．０モルの割合で
溶解してなる水溶液。温度６０℃〕中に２４時間浸漬し
、その後、第３液〔水１７！に対し、リン酸水素二アン
モニウム（（ＮＨ，）、ＨＰＯ，）を８．０モルおよび
オルトホウ酸を６．０モルの割合で溶解してなる水溶液
。温度６０℃〕中に２４時間浸漬して、木材中に不溶性
不燃性無機物を生成・”定着させた。続いて、木材の表
面を水洗いして表面の付着物（反応生成物の一部）を取
り除き、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表に示した条件で処理
し、改質木材を得た。

一比較例１．２一 実施例１において、界面活性剤を用いずに第１表に示し
た条件で含水処理を施したこと以外は、実施例１と同様
にして改質木材を得た。

実施例１〜５および比較例１，２で得られた各改質木材
について、含水率、不溶性不燃性無機物の含浸率、難燃
性、防腐・防虫性および寸法安定性を調べた。

含水率は、木材の乾燥重量に対する、水含浸後の重量増
加を測定して調べた。不溶性不燃性無機物の含浸率は、
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
重量比率であった。難燃性は、ＪＩＳ　　Ａ１３２１に
おける難燃■級を◎、難燃■級を△、その中間の性能を
○として評価した。防腐・防虫性は、腐敗および虫害に
対応する木材重量の減少率で評価し、はとんど減少しな
いものを◎、通常の未処理木材と同等の場合を×、その
中間のものを○として評価した。寸法安定性は、ＡＳＥ
未処理木材の寸法変化の改善率で評価し、ゼロ（０）は
未処理間等、１００で寸法変化なしであり、大きい方が
良い。結果を第１表に示した。

第１表にみるように、水中浸漬時の加熱時間が同じもの
同士を対比すると、実施例１，４は、比較例１よりも、
また、実施例２，３は、比較例２よりも、それぞれ、含
水率および不溶性不燃性無機物含浸率が高くなっている
。

〔発明の効果〕

この発明にかかる改質木材の製法は、以上に述べたよう
に、不溶性不燃性無機物の生成に先立ち、前記原料木材
に、あらかじめ、界面活性剤の含浸処理を行・うので、
不溶性不燃性無機物の含浸率が増加する。

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カチオン含有処理
   液とアニオン含有処理液の組み合わせのうちの一方を含
   浸させたのちに他方を含浸させて木材組織内に前記不溶
   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、前記不溶性不燃性無機物の生成に先立ち、前記原
   料木材に、あらかじめ、界面活性剤の含浸処理を行うこ
   とを特徴とする改質木材の製法。