JPH06218708A

JPH06218708A - 改質木材の製造方法

Info

Publication number: JPH06218708A
Application number: JP1051793A
Authority: JP
Inventors: Yukihiro Yoda; 幸廣與田
Original assignee: Mitsui Toatsu Chemicals Inc
Current assignee: Mitsui Toatsu Chemicals Inc
Priority date: 1993-01-26
Filing date: 1993-01-26
Publication date: 1994-08-09

Abstract

(57)【要約】【構成】木質系材料に、メラミン含有水溶液とピ
ロリン酸塩含有水溶液とを順次含浸させて、該木質系材
料の内部に不溶性ピロリン酸メラミンを形成させる改質
木材の製造方法。【効果】難燃性の高い改質木材が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、難燃性に優れた改質木
材の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】木材
は、古くより建築材料や家具材料等最も身近な材料とし
て利用されてきた。木材は優れた材料であるが、可燃
性、腐朽性等の欠点を有するのも事実である。これらの
欠点を抑制、除去する目的で、種々の化学的あるいは物
理的木材の処理方法が検討されている。

【０００３】その一つとして、木材の表面に難燃性塗料
や防火・難燃薬剤を塗布する方法、あるいは木材内部へ
防火・難燃薬剤を含浸させる方法が提案されている。木
材表面への塗布では、表面のみが難燃化されるだけで、
長時間高熱にさらされる場合にはその効果は小さく問題
が残る。又、木材内部へ薬剤を含浸させる方法でも、従
来の塩素（Ｃｌ）や臭素（Ｂｒ）を分子内に含有するハ
ロゲン系難燃剤の場合では燃焼時に有害ガスを多量に発
生するため安全、環境上で問題となっている。

【０００４】薬剤として無機塩類の水溶液を含浸する処
理方法も数多く提案されている。第一リン酸アンモニウ
ム（ＮＨ₄Ｈ₂ＰＯ₄）、第二リン酸アンモニウム
（（ＮＨ ₄）₂ＨＰＯ₄）やリン酸尿素（Ｈ₃ＰＯ₄・
（ＮＨ₂）₂ＣＯ）等のリン酸塩の場合、低温分解性で
あり従って難燃効果も小さい。又、塩化カルシウム（Ｃ
ａＣｌ₂）や塩化マグネシウム（ＭｇＣｌ₂）等の塩化
物では、吸湿性、水溶解性が大きく、処理木材を外装材
として使用する場合に雨水等により薬剤が溶出すること
から、短期間で効力が失われるという問題がある。他
に、炭酸水素ナトリウム（ＮａＨＣＯ₃）や炭酸水素カ
リウム（ＫＨＣＯ₃）等の炭酸塩も検討されているが、
難燃効果が小さいこと、大気中の炭酸ガスを吸収するた
め安定性に欠ける等の問題が残されている。

【０００５】これらの問題の改善策として、木材の組織
内部に不溶性不燃性無機化合物を分散定着させる方法が
提案されている（特開昭６１−２４６００３）。不溶性
不燃性無機化合物としては、炭酸カルシウム、リン酸カ
ルシウム、水酸カルシウム、炭酸マグネシウム、リン酸
マグネシウム、水酸化アルミニウム、硫酸バリウムおよ
びリン酸バリウム等の無機塩である。処理剤が不溶性で
あることから、改質木材の耐水性に関しては著しく改善
されるものの、これらの化合物で得られる難燃効果は未
だ十分とはいい難い。このため必要な難燃性を得るには
多量の薬剤を分散定着させねばならず、改質木材の比重
（重量）が大きくなる欠点があり、なお改善の余地が残
されている。本発明の目的は、上述の課題を解決し、十
分な難燃性を有する改質木材の製造方法を提供すること
にある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、かかる実
情に鑑み、難燃性が高く安定な改質木材を得るため鋭意
検討を重ねた結果、以下に述べる簡便で効果的な製造方
法を見いだし本発明を完成するに至った。即ち、本発明
は、木質系材料に、メラミン含有水溶液とピロリン酸塩
含有水溶液とを順次含浸させて、該木質系材料の内部に
ピロリン酸メラミンを形成させることを特徴とする改質
木材の製造方法である。

【０００７】本発明を、更に詳細に説明する。本発明の
対象とする木質系材料は、国内、国外産の針葉樹及び広
葉樹の区別はなく種々の樹種である。例えば、杉、赤
松、黒松、樫、楠及び桧等を挙げることができる。形状
としては、丸太、製材品、単板及び木片いずれも使用可
能である。又、パーチクルボード、ベニヤ合板等の加工
木材も対象となる。

【０００８】本発明に使用するメラミン含有水溶液とし
ては、メラミンの一部を固形粒子として含む懸濁液でも
問題はないが、メラミン−水系に鉱酸を加え均一の水溶
液としたものがより好適である。鉱酸としては、塩酸、
硝酸及び硫酸等いずれを用いてもよいが、塩酸を用いる
のが好適である。鉱酸の添加量には特に制限はないが、
メラミンの溶解性等の面から塩酸使用の場合メラミン１
モル当り１〜３モルが最適である。

【０００９】本発明におけるピロリン酸塩含有水溶液に
おけるピロリン酸塩としては、全ての適当なピロリン酸
塩が使用できる。最適なものはピロリン酸のアンモニウ
ム塩、ナトリウム塩及びカリウム塩であり、例えば、ピ
ロリン酸アンモニウム、ピロリン酸テトラナトリウム、
ピロリン酸二水素ナトリウム、ピロリン酸テトラカリウ
ム及びピロリン酸二水素カリウムである。尚、ピロリン
酸塩含有水溶液のｐＨ調整のために、塩酸、硝酸及び硫
酸等の鉱酸を添加することもできる。

【００１０】次に、ピロリン酸メラミンの形成方法であ
るが、原料木質系材料にメラミン含有水溶液とピロリン
酸塩含有水溶液とを順次含浸させることにより行う。先
ず、上記処理液の一方を原料木材の組織内部に含浸させ
る。含浸は、通常処理液に原料木材を浸漬することで行
われる。浸漬処理する圧力により、減圧含浸法、常圧含
浸法及び加圧含浸法に分類されるが、何れの含浸法を用
いてもよい。処理液含浸に先立ち、原料木材にスチーミ
ング、水中浸液等により含水を十分行っておくことも効
果的である。一方、減圧含浸法や加圧含浸法の場合に
は、含浸の前に原料木材を乾燥しておくことが好ましい
こともある。次に、上記処理液を含浸した木材に、もう
一方の処理液を含浸させて、木材の組織内部に不溶性ピ
ロリン酸メラミンを形成させる。

【００１１】なお、２液の含浸順序は特に制限されるも
のではなく、順序を変更してもよい。又、より効果を上
げる目的で、含浸処理を交互に復数回行うこともでき
る。浸液時間は、原料木材の樹種、形状（厚さ、大き
さ）、浸液温度、処理液の薬剤濃度及び析出させる不溶
性ピロリン酸メラミン量に応じて決めればよい。通常、
数時間〜数日間である。浸漬温度についても特に制限は
ないが、薬液の浸透速度や生成する不溶性ピロリン酸メ
ラミンの結晶形状の点から、３０〜１００℃の範囲が好
ましく、更に好ましくは５０〜９０℃が好適である。

【００１２】以上のようにして組織内部に不溶性ピロリ
ン酸メラミンが生成定着された木材は、必要に応じ水洗
や脱溶媒処理を施し木材中に残存する可溶性物質を除去
した後、乾燥される。乾燥条件についても特に制限はな
く、天然乾燥でも可能であるが、通常単板の場合、８０
〜１８０℃程度の温度範囲、１〜２０時間で実施すれば
より効率的である。

【００１３】以上の様にして得られる改質木材は、木材
内部に不溶性であり難燃効果の大きいピロリン酸メラミ
ンが生成定着されているので、従来の難燃化木材に比べ
耐水性に優れ防燃性も大きい（ピロリン酸メラミンの溶
解度＝約０．０３ｇ／１００ｇ水（２５℃））。

【００１４】ピロリン酸メラミンの難燃機構について
は、一般にリン化合物の有する脱水炭化触媒能、溶融被
覆効果及びメラミンの持つ発泡効果で説明される。即
ち、リン化合物は、木材のセルロ−スの熱分解時に揮発
を防ぎ炭化層生成を助ける脱水炭化触媒としての働きを
有する。この炭化層が断熱層として働き、難燃効果を生
むのである。

【００１５】又、リン化合物は、高温下で縮合リン酸と
なり炭化層の溶融被覆材となることにより難燃効果を一
層高める働きもする。一方、メラミンは発泡剤としての
機能を有し、断熱層をフォーム状に拡大することや耐燃
性ガスを発生することで難燃効果を高めている。

【００１６】難燃性に関しては、炭化層形成と発泡のバ
ランスが重要な要素であり、ピロリン酸メラミンはこの
点でも優れた難燃剤といえる。更に、難燃剤は、発火温
度近くまで熱的に安定であり、燃焼する温度の少し手前
で分解するのが最も効果的であるが、ピロリン酸メラミ
ン（分解温度＝３１０〜５４０℃）は有機リン系難燃剤
やオルトリン酸アンモニウムより熱分解温度が高く、優
れた熱安定性を示すので木材の難燃剤として最適であ
る。

【００１７】

【実施例】以下、実施例により本発明を具体的に説明す
る。尚、下記％及び部は重量％及び重量部を示す。ま
た、難燃性評価は以下の方法により行った。難燃性評価：ＪＩＳ−Ａ１３２１記載の試験を行い、難
燃２級の基準を満たすもの、難燃３級の基準を満たすも
の及びいずれも満たさないものの判定をした。

【００１８】実施例１メラミン１５％、塩酸（ＨＣｌ）６％を含有する８０℃
のメラミン含有水溶液に、厚さ３ｍｍの杉単板を浸漬
し、３０ｍｍＨｇの減圧を与えて該水溶液を含浸した。
次に、この単板を、８０℃に加温されたピロリン酸テト
ラナトリウム１７％、塩酸１．５％を含むピロリン酸塩
含有水溶液中に浸漬し８時間保持した。十分水洗を行っ
た後、１０５℃で１２時間乾燥させて改質木材を得た。
木材の重量変化より求めたピロリン酸メラミンの生成
は、２６部（原料木材１００部に対して）であった。
又、難燃性テストの結果、この改質木材は「難燃３級」
を満足することが分かった。

【００１９】実施例２ピロリン酸テトラナトリウム１７％、塩酸２．５％を含
む８０℃のピロリン酸塩含有水溶液中に厚さ３ｍｍの杉
単板を浸漬し、３０ｍｍＨｇの減圧を与えて該水溶液を
含浸した。次に、この単板を８０℃に加温されたメラミ
ン１３％、塩酸６％を含むメラミン含有水溶液中に浸漬
し８時間保持した。十分水洗を行った後、１０５℃で１
２時間乾燥させて改質木材を得た。木材の重量変化より
求めたピロリン酸メラミンの生成は、３０部（原料木材
１００部に対して）であった。又、難燃性テストの結
果、この改質木材は「難燃２級」を満足することが分か
った。

【００２０】実施例３厚さ３ｍｍの原料杉単板をオートクレーブに入れ、一
旦、１５０ｍｍＨｇの減圧下、１時間減圧処理を行っ
た。次に、８０℃のピロリン酸テトラナトリウム２０％
水溶液をオートクレーブ内に満たし、原料木材を浸漬し
た状態で加圧下（２．０ｋｇ／ｃｍ²）、５時間保持し
処理液を含浸した。この単板を取り出し、８０℃に加温
されたメラミン１３％、塩酸６％を含むメラミン含有水
溶液中に浸漬し８時間保持した。更に、十分水洗を行っ
た後、１０５℃で１２時間乾燥させて改質木材を得た。
木材の重量変化より求めたピロリン酸メラミンの生成
は、３５部（原料木材１００部に対して）であった。
又、難燃性テストの結果、この改質木材は「難燃２級」
を満足することが分かった。

【００２１】実施例４ピロリン酸二水素ナトリウム１７％を含む８０℃の水溶
中に厚さ３ｍｍの杉単板を浸漬し、３０ｍｍＨｇの減圧
を与えて該水溶液を含浸した。次に、この単板を８０℃
に加温されたメラミン１５％、塩酸６％を含むメラミン
含有水溶液中に浸漬し８時間保持した。十分水洗を行っ
た後、１０５℃で１２時間乾燥させて改質木材を得た。
木材の重量変化より求めたピロリン酸メラミンの生成
は、３４部（原料木材１００部に対して）であった。
又、難燃性テストの結果、この改質木材は「難燃２級」
を満足することが分かった。

【００２２】実施例５処理液として、メラミン含有水溶液（メラミン＝１０
％、塩酸＝４％）及びピロリン酸塩含有水溶液（ピロリ
ン酸テトラナトリウム＝１０％、塩酸＝１％）を調製し
た。実施例１と同様の方法で厚さ３ｍｍの原料杉単板に
メラミン含有水溶液及びピロリン酸塩含有水溶液を含浸
処理した後、更にメラミン含有水溶液の含浸（８０℃、
５時間）及びピロリン酸塩含有水溶液の含浸（８０℃、
５時間）を順に行った。次に、この単板を水洗、乾燥
（１０５℃、１２時間）させて改質木材を得た。木材の
重量変化より求めたピロリン酸メラミンの生成は、４０
部（原料木材１００部に対して）であった。又、難燃性
テストの結果、この改質木材は「難燃２級」を満足する
ことが分かった。

【００２３】比較例１メラミン１５％、塩酸（ＨＣｌ）６％を含有するメラミ
ン含有水溶液１００部とピロリン酸テトラナトリウム１
７％、塩酸１．５％を含むピロリン酸塩含有水溶液９３
部を混合し、ピロリン酸メラミン結晶を含むスラリーを
調整した。このスラリーを８０℃に加温し、杉単板の浸
漬を行ったが、ピロリン酸メラミンが沈降し、杉単板内
部への含浸は困難であった。

【００２４】比較例２厚さ３ｍｍの原料杉単板を熱水で煮沸し、飽水状態にし
た。得られた飽水単板を、塩化バリウム（ＢａＣｌ₂）
２３％、ほう酸（Ｈ₃ＢＯ₃）６％の水溶液に浸漬し
た。次に、この単板を第二リン酸アンモニウム（（ＮＨ
₄）₂ＨＰＯ₄）２３％、ほう酸（Ｈ₃ＢＯ₃）１２％
の水溶液に浸漬した。その後、水洗、乾燥（１０５℃、
１２時間）して改質木材を得た。木材の重量変化より求
めた不溶性リン酸バリウム（ＢａＨＰＯ₄、Ｂａ₃（Ｐ
Ｏ₄）₂）の生成は、３６部であった。又、難燃性テス
トの結果、この改質木材は「難燃３級」の条件を満足せ
ず、難燃性が不足することが分かった。

【００２５】

【発明の効果】以上述べたように、本発明の改質木材の
製造方法によれば、従来法に比べ優れた耐水性を有し、
難燃性の高い改質木材を得ることができる。即ち、メラ
ミン含有水溶液とピロリン酸塩含有水溶液とを木質系材
料に順次含浸させて、木質系材料の内部に不溶性ピロリ
ン酸メラミンを形成させるという簡単な方法で、難燃性
の高い改質木材を得ることが出来るのである。したがっ
て、海外に頼らなければならない貴重な木材資源の保護
に、大いに役立つものであり、本発明の意義は大きい。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】木質系材料に、メラミン含有水溶
液とピロリン酸塩含有水溶液とを順次含浸させて、該木
質系材料の内部にピロリン酸メラミンを形成させること
を特徴とする改質木材の製造方法。
【請求項２】ピロリン酸メラミンを形成させる
温度が３０〜１００℃の範囲である請求項１記載の改質
木材の製造方法。
【請求項３】メラミン含有水溶液が、メラミン
１モル当り１〜３モルの塩酸を含む請求項１記載の改質
木材の製造方法。