JPH0250801A - 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
に関する。

〔従来の技術〕

木材の改質法として、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）寸法安定性、防
腐・防虫性および力学的強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 （ｂｌ　　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 （ｅ）　　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（ｂｌ、　（ｃｌ、　（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、それ以降木材から熔は出す恐れが
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。

（ｂｌ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、この前記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・防虫性を向上させうる。

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、水に熔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
有効的な方法であるが、下記のような問題を残していた
。

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、最も狭い部分はビットメンプランであるが、こ
こにおける空隙径が約０．１μｌ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
μｌよりもかなり大きいからなのである。

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しさせるカチオンおよびアニ
オンを別々に含ませた２種の水溶性無機物水溶液（両者
を順に「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６１２４
６００３号公報）であって、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。

上記方法によれば、含浸処理後の木材中には所望の不溶
性不燃性無機物と共に、未反応イオンあるいは副生成物
といった水溶性無機物が多量に残される。ところが、こ
の可溶性成分は、吸水、吸湿量が多く、種類によっては
潮解性を示す場合もあるため、これらが木材中に過量に
残存すると、得られた改質木材の吸水、吸湿性が高くな
りすぎて、建材用途等として不適当になる恐れがある。

その反面、こうした可溶性成分のなかにも、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
法安定化等にも寄与できる成分が多く含まれている。

したがって、従来は、木材の耐水性や耐候性を高めるた
めに適度の溶脱処理を行い、上記可溶性成分を洗い流す
一方で、これらの全てを除去するのではなく、ある程度
は木材中に残すようにし、その分の木材性能（特に、外
燃性および寸法安定性）の向上を図るように工夫してき
た。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、」二足方法をさらに詳しく検討した結果
、なおも以下の問題が残されていることが判明した。す
なわち、このように木材中に可溶性成分を残すようにす
ると、確かに、難燃性および寸法安定性の向上という所
期の目的は達成できるが、他方、残された未反応イオン
や副生成物は、通常、水に対する溶解性が非常に高いた
め、多湿状態に置くと、どうしても木材が水に濡れたよ
うな感じになってしまうのである。

以上の事情に鑑み、この発明は、高度なＮ燃性と寸法安
定性を有すると共に、耐湿性が良好で、防腐・防虫性、
力学的強度等にも優れ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前記不溶性不燃性無機物を生
成・定着させるようにする改質木材の製法において、前
記含浸工程の後に、ホウ酸イオンを含む水溶液を含浸さ
せる工程を含むようにする。

また、上記ホウ酸イオンを含む水溶液のｐＨは４〜１０
であることが好ましい。

〔作　　　用〕

ホウ酸イオンは、上述のように、Ｎ燃性をはじめとし、
寸法安定性の向上にも非常に有効なイオンであり、かつ
、常温では水に対する溶解度も低い。したがって、最後
に（木材内部に不溶性不燃性無機物を生成させた後に）
ホウ酸イオンを木材中に含ませるようにすれば、Ｗｔ、
燃性９寸法安定性に優れると共に、耐湿性の高い改質木
材を得ることが可能となる。

また、ホウ酸イオンを含む水溶液（以下、これを１ホウ
酸水溶液」と称す）のｐ＋＋を４〜１０（中性付近）に
調整することにより、より高濃度のホウ酸水溶液が得ら
れ、これを用いて、多量のホウ酸イオンを効率良く木材
中に含ませることが可能となる。すなわち、その水溶液
が酸性を示す塩（たとえば、ホウ酸）と、同アルカリ性
を示す塩（たとえば、アルカリ金属ホウ酸塩）とを組み
合わせ、上記ｐＨ範囲内になるように各々を水に溶解さ
せると、ホウ酸単独、あるいはアルカリ金属ホウ酸塩単
独の場合よりも、高濃度のホウ酸水溶液が得られるので
ある。ここで、ホウ酸水溶液のｐＨが１０を越えると、
木材組織に劣化が生しる恐れがあり、同ｐＨが４未満で
は、木材組織内に先に生成・定着した不溶性不燃性無機
物が熔解してしまう傾向が見られる。

〔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、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。

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。ごれらの無機物は、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、Ｍｎ、Ｎｉ、
Ｚｎ、Ｃｄ等の遷移元素、Ｓｉ、Ｐｂ等の炭素族元素、
およびＡ１等が使用できる。なかでも、アルカリ土類金
属（Ｍｇ、Ｃａ、Ｂａ）およびＺｎ、ＡＩの各元素は、
とりわけ好ましい一例として挙げられる。

不溶性不燃性無機物を構成するアニオンとしては、ＢＯ
，、ＰＯ４，Ｃｏ、、ＳＯ２およびＯＨアニオンが、好
例として示される。ＢＯ，アニオンでは前記難燃化メカ
ニズムｆｂ）および（８）による効果、ＰＯ，アニオン
では同（ｂ）、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，ＮＯｓ、Ｓ　ｉ
　Ｏ４Ｓ　ｉ　Ｏ＋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
水に溶かずことにより、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、」二足○■］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ｍ製され
ていてもよい。

水に熔けて上記所望のカチオンを生じさせる無機物とし
ては、ＭｇＣ］□、ＭｇＢｒ２．ＭｇＳ０４　　・Ｈ２
０，Ｍｇ　　（ＮＯｓ）ｚ　　’　　６Ｈｚ　　Ｏ，Ｃ
ａＣ１ｚ　　、　　ＣａＢｒｚ　　、　　Ｃａ　　（Ｎ
Ｏり２　　、　　ＢａＣｌ２−２Ｈ２０，ＢａＢｒｚ　
　、　　Ｂａ　　（Ｎｏｔ）ｚ　　、　　ＡＩＣＬ　　
　Ａ　Ｉ　Ｂ　ｒ、　　　Ａ　１．　　（ＳＯ２）２　
、ＡＩ（ＮＯ＝）−・９Ｈ２０，ＺｎＣｌ２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、Ｎ
ａ−ＣＯ−、（ＮＨ４）ｚ　ＣＯ−、Ｈ２ＳＯ４Ｎａ２
ＳＯ４（ＮＨ４）２　ＳＯ２，Ｈ。

ＰＯ４、Ｎａｚ　ＨＰＯ４１（ＮＨ４）２　ＨＰＯ４。

Ｈ２ＢＯｉ　、ＮａＢｏｘ　、ＮＨ４Ｂｏ□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。

木材の処理は、以上のカチオン／アニオン含有画処理液
を順次含浸させて行われる。たとえば、まず、上記画処
理液のうちのいずれか一方（第１液）を、同処理液中に
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、含浸に先立ち、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好まし
い。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、含浸処理時間を短
縮することができるためである。上記飽水処理方法とし
ては、水中貯木、スチーミング、減圧下含浸２加圧下含
浸等が挙げられる。

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
ニオン含有画処理液は、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、第１液、第
２液・・・等の含浸処理方法も、特に限定されることは
なく、たとえば、減圧下含浸等を行うこともできる。な
お、第１液について減圧含浸を行う場合は、上記の原料
木材に対する飽水処理は必要ない。

こうして不溶性不燃性無機物を生成させた後、ホウ酸水
溶液による含浸処理を行うことが、この発明における特
徴である。

このホウ酸水溶液は、上述の通り、その水溶液が酸性を
示す塩（ホウ酸等）と、同アルカリ性を示す塩（ホウ酸
ナトリウム、ホウ酸カリウム、ホウ酸アンモニウム等）
とを組み合わせ、ｐｏが４〜１０になるように各々を水
に熔解させて高濃度に調製することが好ましい。また、
その際必要に応じては、加熱（加温）処理等を行うこと
も推奨される。ここで、この発明においてホウ酸（塩）
という場合、ホウ素を中心原子とする酸素酸（塩）を総
称しており、そこにはオルトホウ＃（塩）。

メタホウ酸く塩）、四ボう酸（塩）、五ホウ酸（塩）等
の全てが含まれているものとする。このようにして調製
されたホウ酸水溶液の含浸は、液中浸漬、減圧下含浸、
加圧下含浸等の任意の方法により行われ、特に限定され
ることはない。

なお、最後のホウ酸水溶液含浸に先立ち、当段階の木材
中にすでに多量の易水溶性無機物が含まれている場合等
には、必要に応じて、ここで適宜溶脱処理を行うことも
推奨される。具体的には、たとえば、第２液含浸処理後
の木材を、所定時間水中に浸漬するなどして、同木材中
の易溶性未反応物および反応副生成物を除去し、その後
、上記ホウ酸水溶液を含浸させるようにするのである。

その際、全ての易水溶性無機物を溶脱除去する必要はな
（、適当量を残すようにしてもよい。さらに、最後のホ
ウ酸水溶液中に浸漬した場合には、ある程度の量の易水
溶性無機物が同処理液中に拡散して行って除かれてしま
うため、上記溶脱処理は必ずしも必要ではないのである
。

以」二が含浸処理操作であり、その後、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。ただし、この発明にかかる改質木材の製法が、上
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。たとえば、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、この発明のさらに詳しい実施例について、比較
例と併せて説明する。

実施例１− アガチス材の３１１厚ロータリー単板を水中に浸漬し、
３ＱＴｏｒｒ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当たり塩化バリウム２．０
ｍｏ＋およびオルトホウ酸２．０ｍｏ＋を含む水溶液（
第１液）中に、６０℃で２４時間浸漬し、その後、単板
を取り出して水洗し、表面に付着した処理液を洗い流し
た。続いて、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６．０ｍｏｌを含む水溶
液（第２液）中に、６０℃で２４時間浸漬し、単板中に
不溶性不燃性無機物を生成・定着させた。

さらに、上記単板を水洗した後、水１１当たりオルトホ
ウ酸３．０ｍｏｌおよび四ホウ酸ナトリウム１．０ｍｏ
ｌを含むホウ酸水溶液中に、６０℃で２４時間浸漬し、
その後水洗し、乾燥させて改質木材を得た。

〜実施例２〜５．比較例１，２ 実施例１と同様にして、第１表に示した処理液を浸漬含
浸（いずれも６０°Ｃ／２４時間）させ、改質木材を得
た。なお、以上の実施例１〜５におけるホウ酸水溶液の
ｐＨは、いずれも６〜８の範囲内であった。また、実施
例２および３では、第３液の浸漬含浸も行った。比較例
１では、最後のホウ酸水溶液の含浸を行わないようにし
、比較例２ではただの水溶液中に浸漬して溶脱処理を行
うようにした。

上記得られた改質木材について、無機物の含浸率、難燃
性（防火性）、耐湿性および寸法安定性（抗膨潤能、Ａ
ＳＥ）を調べた。上記無機物の含浸率は、絶乾状態にお
ける未処理および処理後の木材の重量を比較し、処理に
より増加した重量割合を百分率で示したものである。難
燃性は、ＪＩＳＡ　１３２１におりる難燃■級を◎、難
燃■級を△、その中間の性能を○として評価した。耐湿
性は、６０’Ｃ，９０％ＲＨの環境に４８時間装いた後
の木材の外観を目視で評価し、未処理木材と同等の場合
を◎、若干湿った感じが認められる場合を○濡れたよう
な状態になったものを×とした。

以上の結果を同じく第１表に示す。

第１表にみるように、ホウ酸水溶液で最後に含浸処理を
行った実施例の改質木材はいずれも、高度な難燃性１寸
法安定性および耐湿性をバランスよく備えていることが
判明した。さらに、木質感が損なわれることなく、外観
的にも良好な改質木材が得られた。それに対し、比較例
１の改質木材は、可溶性成分を木材中に残しているため
、その分の難燃性は確保できても耐湿性に劣り、反対に
比較例２では、水中浸漬（溶脱処理）を行って可溶性成
分を除去することにより耐湿性は向上するが、Ｎ燃性お
よび寸法安定性が著しく低下していることが明らかにな
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、耐湿性（耐
候性）が良好であると共に、高度な難燃性９寸法安定性
を備えた改質木材が効率よく得られる。同時に、この改
質木材は、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、高度な性能を備えたものであ
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前記不溶
   性不燃性無機物を生成・定着させるようにする改質木材
   の製法であって、前記含浸工程の後に、ホウ酸イオンを
   含む水溶液を含浸させる工程を含むことを特徴とする改
   質木材の製法。 ２　ホウ酸イオンを含む水溶液のｐＨが４〜１０である
   請求項１記載の改質木材の製法。