JPH0560763B2

JPH0560763B2 -

Info

Publication number: JPH0560763B2
Application number: JP63271304A
Authority: JP
Inventors: Satoru Konishi; Shozo Hirao; Hiroaki Usui; Hiroyuki Ishikawa
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 1988-10-26
Filing date: 1988-10-26
Publication date: 1993-09-03
Also published as: JPH02116510A

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）、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。 (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
(a)以外にも、無機物の種類によつては(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、いつた
ん木材組織内に定着させられれば、その以降木材
から溶け出す恐れが少ないため、それらの効果が
薄れるといつた必配も少ない。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、板状に成形されたものであつて、JIS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
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。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
あつてもよい。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。したがつ
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、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、たとえゃ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、
0.1μm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、寸法安定性、防腐・防虫性、力学的強度等を
有するとともに、一層高度な耐水、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細織内に
同不溶性不燃性無機物を生成・定着させる改質木
材の製法であつて、前記２種以上の水溶性無機物
水溶液の個々の含浸処理を終えたのちに養生処理
を行い、さらに前記２種以上の水溶性無機物水溶
液の個々の含浸処理の少なくとも一部の含浸処理
を行うようにすることを特徴とする。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くとも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〕この発明では、前記２種以上の水溶性無機物水
溶液の個々の含浸処理を終えたのちに養生処理を
行い、さらに前記２種以上の水溶性無機物水溶液
の個々の含浸処理の少なくとも一部の含浸処理を
行うようにしており、このように、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、製材品、ス
ライス単板、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，Ｋ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つてもよく、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、BO₃，PO₄，CO₃，SO₄およびOHアニオンが
好例として示される。特に、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)による効果が得られるために、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、Ｏ，NO₃，SiO₄，SiO₃，Ｆ，
Cl，Brアニオン等であつても構わない。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、MgCl₂，MgBr₂，MgSO₄・H₂O，
Mg（NO₃）₂・6H₂O，CaCl₂，CaBr₂，Ca
（NO₃）₂，BaCl₂・2H₂O，BaBr₂，Ba（NO₃）₂，
AlCl₃，AlBr₃，Al₂（SO₄）₃，Al（NO₃）₃・9H₂O，
ZnCl₂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、たとえば、
Na₂CO₃，（NH₄）₂CO₃，H₂SO₄，Na₂SO₄，
（NH₄）₂SO₄，H₃PO₄，Na₂HPO₄，
（NH₄）₂HPO₄，H₃BO₃，NaBO₂，NH₄BO₂が挙
げられるが、やかり、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／アニオン含有両処理液のうち
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／アニオン含有両処理液は、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
る含浸を行つ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、
任意の機器（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／cm²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、室温〜100℃に設定す
ることが好ましい。ただし、各養生処理条件が上
例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、木材をラツ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、養生処理により、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、木材中に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。実施例１アガチス材の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当たりリン酸水素
二アンモニウム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１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１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。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
180W、発振周波数2450MHzで15分間行うように
した。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。比較例３第２液の浸漬処理後に加熱養生を行い、その後
の含浸処理は行わなかつた他は、実施例１と同様
にして、改質木材を得た。比較例４第２液の浸漬処理後に引き続き第３液の浸漬処
理を行い、最後に加熱養生を行うようにした他
は、実施例１と同様にして、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）を行つた後、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
れば〇、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→−20℃、24時間→20℃、65％RH、
24時間の耐湿性試験を行つた後、絶乾状態にして
重量減少率を調べ、これが５％以下であれば〇、
５％を越える場合は△として評価した。以上の結果を同じく第１表に示す。

〔発明の効果〕

この発明にかかる改質木材の製法によれば、一
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、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。

Claims

【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２種以上の水
溶性無機物水溶液の個々の含浸処理を終えたのち
に養生処理を行い、さらに前記２種以上の水溶性
無機物水溶液の個々の含浸処理の少なくとも一部
の含浸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
われるものであつて、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。