JPH0520241B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

〔技術分野〕 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。 〔背景技術〕 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 (b) 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 (f) 発泡層による断熱 ここで、木材な不溶性不燃性無機物を含ませる
という改質法は、とりわけ、以下に説明する上記
(a)、(b)、(c)および(d)による効果を期待したもので
ある。しかも、この不溶性不燃性無機物は、いつ
たん木材組織内に定着させられれば、それ以降木
材から溶け出す恐れが少ないため、それらの効果
が薄れるといつた心配も小さく、有効な方法であ
る。 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つても、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、板状に形成されたものであつて、JIS規格に
より準不燃材料として認められている。 (b)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、難燃効果を与えるのである。した
がつて、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
つて、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のである。 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。したがつて、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
せて得られるのである。 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
防腐させる際は、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
あつてもよいのである。防虫についても防腐と同
様であつて、薬剤効果があるものであればそこに
こしたことはないし、また、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。したがつて、そのような
条件を満たしている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、木材の寸法安定化および力学的強化に
ついては、木材を水で膨張させておき、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効果が得られる。すなわ
ち、木材細胞壁内が充填によつて占められていれ
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
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、
その効果が得られるのである。 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、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、浸透しにくいのはほとんど水等の溶媒の
みとなつてしまう。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
狭い部分はピツトメンブランであるが、ここにお
ける空隙径が約0.1μｍ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、0.1μ
ｍ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
の水溶液を用意し、両者を順序原料木材に含浸さ
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）。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が、一方で、
現在も、以下の諸問題が残されている。 通常、浸漬処理を行う場合、２回目以降の浸漬
時に、先に木材内の含浸させられている成分が外
部に流出し、木材内のみならず木材外、すなわ
ち、処理浴中においても反応して不溶性不燃性無
機物が生成してしまう、という問題があつた。こ
れらは浴を汚染し、また、薬剤の使用量を増大さ
せる結果にもつながるため、この木材外での生成
はできるだけ抑え、ほぼ木材内のみに充分な量の
不溶性不燃性無機物を生成させることが好ましい
のである。 そのために、これまで、後から含浸させる処理
液の濃度を、先に含浸させた処理液濃度と同等も
しくはそれ以上にしたり、含浸時間を充分にとつ
たりする等の工夫がなされてきた。しかし、この
ような条件で木材を処理すると、後から含浸させ
られる成分は、木材中に先に含まれている成分と
反応して不溶性不燃性無機物を形成するために必
要な量を越えて、どうしても過剰に注入されるよ
うになり、これが別種の問題を引き起こしてい
た。すなわち、このようにして木材中に残される
未反応のイオン、および、副生成物としての可溶
な無機物は、吸水、吸湿性が多く、また、その種
類によつては潮解性を示す場合もあるので、これ
らが木材中に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、得
られた改質木材はベタ付き感のあるものになり、
高湿条件下では木材表面が水に濡れたような状態
になつてしまうため、建材等として使用するには
適当とはいえないのである。 したがつて、通常は、含浸処理後に溶脱処理行
つて、木材内部に残存しているこれらの可溶性成
分を除去し、木材の耐水性や耐候性を高めるよう
にしていた。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。 他方、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、乾燥させられると、木
材表面付近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白くなつて
しまい、外観が損なわれるという問題もあつた。
そのためにも、従来は、処理後の木材に洗浄処理
を施し、表面部分の無機物を除去して外観を保つ
ことを行つてきたのである。 しかしながら、新たな課題として、上記の溶脱
処理により除去される可溶性無機物のなかには、
その種類により、やはり不燃性であつて、木材の
難燃化はもちろん、力学的強化、寸法安定化等に
も寄与できる成分も多く含まれているため、この
可溶性の無機物を単に除去してしまつては、これ
らの有効な成分が全く無駄になり、薬剤が多量に
消費されて製造コストの上昇を招くばかりでな
く、木材の上記性能もその分低下してしまう、と
いうことがある。これは、今日、力学的強度、寸
法安定性、とりわけ、難燃性等においてますます
高い水準が要求され、それに対応しきれずにいる
現状を鑑みると、非常に重要な課題である。一方
で、長時間行われる溶脱処理のための時間の損失
も大きいし、必要な水の費用も軽視できない。 以上のように、従来は、優れた性能を有する改
質木材を得るために、各種のいずれも長時間にわ
たる諸過程を必要とし、多量の薬剤と時間を消費
してきた。よつて、改質木材の品質のみならず、
処理効率という点に関しても、さらに改良が望ま
れているのが現状である。 〔発明の目的〕 以上の事情に鑑み、この発明は、改質処理に必
要な薬剤を無駄なく利用して木材中に多量の不溶
性不燃性無機物を定着させ、防腐・防虫性、力学
的強度、寸法安定性、吸湿性等に優れるととも
に、高度に優れた難燃性を備え、外観的にも良好
な改質木材を、効率よく製造する方法を提供する
ことを目的とする。 〔発明の開示〕 上記目的を達成するため、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種以上のアニ
オン含有処理液およびカチオン含有処理液を個々
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つて、前
記両処理液を浸漬含浸により交互に合計３回以上
含浸させるようにし、かつ、最後の含浸を先に使
用したアニオン含有処理液よりも高濃度のアニオ
ン含有処理液により行うことを特徴とする改質木
材の製法を要旨とする。 以下に、この発明を詳しく説明する。 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。 含浸に先立ち、原料木材に飽水処理を施し、た
とえば、含水率70％以上程度に、木材が充分飽水
された状態にしておくことが好ましい。それによ
り、木材中の水の媒体として処理液中のイオンが
速く拡散していくようになつて、含浸時間を短縮
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、加圧下含浸等が挙げられる。 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、硝酸塩、フツ化物、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
るようであつてもよい。 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つてもよい。 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、Ｋ等のアルカリ
金属元素、Mg、Ca、Sr、Ba等のアルカリ土類
金属元素、ZnおよびAlを用いることが好ましい
が、これらに限定されることなく、たとえば、
Mn、Ni、Cd等の遷移元素やSi、Pb等の炭素族
元素等も使用できる。 アニオン部分を構成するものとしては、BO₃、
PO₄、CO₃、SO₄およびOHアニオンを使用する
ことが好ましい。しかし、これらに限度されるこ
とはなく、たとえば、Ｆ、Cl、Br、Ｏ、NO₃、
SiO₄、SiO₃アニオン等であつても構わない。
BO₃、PO₄アニオンでは、前記難燃化メカニズム
(b)による効果、CO₃アニオンでは同(d)による効
果、Ｆ、Cl、Brアニオンでは同(c)および(d)によ
る効果がそれぞれ期待できるため、一層好適であ
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、複数を併せて使用される。ここで、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(X)および前記アニオン含有処理
液(Y)からなる２種以上の水溶性無機物水溶液を調
製する。２種以上とはすなわち、前記Ｘ、Ｙとし
てそれぞれ同一組成のものを１種ずつ用意しても
よいし、組成の異なるX₁、X₂、X₃…およびY₁、
Y₂、Y₃…を用意してもよい。ここで、１種の水
溶液中に含まれるカチオンあるいはアニオンの種
類はそれぞれ複数であつても構わないことは言う
までもない。 また、前記のように、上記カチオンあるいはア
ニオン部分を構成するものが同時に２種以上含ま
れてなる不溶性不燃性無機物が生成するように、
処理液が構成されていてもよい。たとえば、上記
ハロゲンおよびOHアニオン等は、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のである。 このような両処理液を、原料木材に対してそれ
ぞれ別々に、交互に浸漬含浸させるようにする。
そして、最後のアニオン含有処理液Y′を、先に
使用したＹのいずれよりも高濃度のものとするの
が、この発明における特徴である。その他の処理
液の濃度や含浸回数あるいは含浸順序等に関して
は特に限定はなく、目的に応じて適宜設定されう
る。たとえば、含浸方法としては、YXY′、
YXY…XY′、XY…XY′等が例示でき、Ｘおよび
Ｙ、Y′は、それぞれ同一種のものであつても異
種のものであつても構わない。ここで、アニオン
含有処理液Ｙによる含浸から始めていけば、最低
３回の含浸でこの発明にかかる効果的な含浸処理
が達成でき、カチオン含有処理液Ｘから含浸させ
ることに比べ、効率面で有利となるために好まし
い。 なお、各浴における浸漬時間は、特に限定はさ
れないが、第２浴目以降は、木材中に拡散したイ
オンが反応して不溶性不燃性無機物を生成してい
く過程を含み、かつ、すでに生成している無機物
が浸透の障害となることもあるため、さらにイオ
ンを充分に含浸させるために、順に浸漬時間を長
くしていくことも効果的である。 以上の含浸処理が完了した後、乾燥させて改質
木材が得られる。なお、含浸処理後の木材に対
し、より一層耐水性を高めるために、後処理とし
て浴脱処理を行つてもよいし、水洗等を実施して
もよい。 この発明にかかる改質木材の製法は、第１に、
合計３回以上の浸漬処理を行うようにしているた
め、以下の利点を備えている。すなわち； 木材に対し、多量の無機物を充分含浸させる
ことができる。 第２には、最後の含新に高濃度のアニオン含
有処理液を使用していることから、下記の諸利
点も得られている。すなわち； アニオンの木材中への拡散速度が速くなつ
て、木材内に含まれているカチオン成分が木材
外部に流出することなく内部で反応するように
なるため、木材外での不溶性不燃性無機物の生
成が抑制され、木材内には多量の不溶性不燃性
無機物を生成・定着させることが可能となる。
つまりは、木材外における無機物の損失を防い
で効率よく薬剤を利用し、製造コストを抑えつ
つ、高度に優れた性能を有する改質木材が得ら
れるのである。 木材内に残存するイオンとしてはアニオン成
分を残すことができる。このアニオン成分は、
通常、カチオン成分に比べて防火性等において
高い性能を有するため、これが改質木材の難燃
化等に大きく貢献する。このように、溶脱処理
を行わずに可溶性成分を有効利用することがで
き、同時に、そのための処理時間が短縮され、
処理浴、処理液等も不要となる。 木材表面に存在する不溶性不燃性無機物が、
高濃度のアニオン含浸処理液により溶出され
る。つまり、最後の含浸により木材表面が洗浄
されることになり、含浸処理後、別工程として
の洗浄操作を行わなくても、木質感を保つた優
れた外観の改質木材を得ることができる。 つぎに、この発明における実施例および比較例
について説明する。 改質木材の製法 実施例 １ ベイツガ材の３mm厚ロータリー単板を水中に浸
漬し、30Torr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１当たりにリン酸水
素二アンモニウム〔（NH₄）₂HPO₄〕3.5モルおよ
びオルトホウ酸〔H₃BO₃〕4.0モルが溶解された
アニオン含浸処理液（第１浴）中に24時間浸漬し
た。ついで、この単板を、水１当たりに塩化バ
リウム〔BaCl₂〕2.0モルおよびオルトホウ酸2.0
モルが溶解されたカチオン含有処理液（第２浴）
中に24時間浸漬し、さらに、水１当たりにリン
酸水素二アンモニウム4.0モルおよびオルトホウ
酸6.0モルが溶解されたアニオン含有処理液（第
３浴）中に24時間浸漬し、木材内に不溶性不燃性
無機物を生成させた。 この浸漬処理後の単板を水洗、乾燥して改質木
材を得た。 実施例２〜５、比較例１〜３ 実施例１と同様、飽水処理を行つた単板を第１
表に示した条件でそれぞれ処理し、各改質木材を
製造した。 改質木材の性能 上記得られた改質木材について、無機物の全
含浸率、難燃性（防火性）および外観を調べ
た。上記無機物の全含浸率は、洗浄処理を行わ
ない状態での、絶乾した木材の重量に対する不
溶性不燃性無機物および未反応イオン（不溶性
不燃性無機物を生成していないイオン）の合計
含浸重量比率である。難燃性は、JIS規格
A1321における難燃級を◎、難燃級を△、
その中間の性能を○とし、外観については、木
材表面に無機物の生成が認められないものを
◎、木材表面全体にわたつて白く不溶性不燃性
無機物の生成が認められるものを△、その中間
の状態のものを○とした。 以上の結果を第１表に示す。

【表】

〔発明の効果〕

この発明にかかる改質木材の製法は、以上のよ
うであり、木材内部に不溶性不燃性無機物を生
成・定着させるにあたり、カチオンおよびアニオ
ン含有処理液を浸漬含浸により交互に合計３回以
上含浸させ、かつ、最後の含浸を先に使用したア
ニオン含有処理液よりも高濃度のアニオン含有処
理液により行うようにしているため、力学的強
度、寸法安定性等が良好であるとともに、高度に
優れた難燃性を備え、木質感も損なわれていない
改質木材を、効率よく製造することを可能として
いる。

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
   以上のアニオン含有処理液およびカチオン含有処
   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
   あつて、前記両処理液を浸漬含浸により交互に合
   計３回以上含浸させるようにし、かつ、最後の含
   浸を先に使用したアニオン含有処理液よりも高濃
   度のアニオン含有処理液により行うことを特徴と
   する改質木材の製法。 ２ 最初の含浸がアニオン含有処理液によるもの
   である特許請求の範囲第１項記載の改質木材の製
   法。 ３ 混合することにより不溶性不燃性無機物を生
   じさせるカオチン含有処理液のうちの少なくとも
   １種が、アルカリ金属、アルカリ土類金属、亜鉛
   およびアルミニウムの各陽イオンからなる群の中
   から選ばれた少なくとも１種を含む溶液であり、
   かつ、アニオン含有処理液のうちの少なくとも１
   種が、BO₃、PO₄、CO₃、SO₄およびOHの各陰イ
   オンからなる群の中から選ばれた少なくとも１種
   を含む溶液である特許請求の範囲第１項または第
   ２項記載の改質木材の製法。