JPH0635123B2 - 改質木材の製法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔技術分野〕 この発明は、難燃性、防腐・防虫性および寸法安定性を
付与した改質木材の製法に関する。

〔背景技術〕

木材に難燃性を付与するための処理法として、種々の方
法がある。難燃化のメカニズムから分類すると、以下の
ように大別される。

(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 しかし、前記のように分類される従来の処理法では、充
分満足できる難燃性を有する改質木材を得ることは困難
であった。

他方、改質木材は、建材等として用いられるため、防腐
・防虫性および寸法安定性の向上も求められていた。

〔発明の目的〕

この発明は、このような事情に鑑みてなされたものであ
って、優れた難燃性，防腐・防虫性および寸法安定性を
有するものを得ることができる改質木材の製法を提供す
ることを目的としている。

〔発明の開示〕

前記のような目的を達成するため、発明者らは研究を重
ね、木材に水不溶な（不溶性の）不燃性無機物を含ませ
ればよいと考えた。この不溶性不燃性無機物は、前記
(a)のほかその種類によっては、(b)および(c)等のメカ
ニズムによる効果を併せて期待でき、そのうえ防腐・防
虫性および寸法安定性の向上も期待できるからである。
しかも、水に溶けにくいので、いったん木材組織内に定
着させられれば、それ以降木材から溶け出す恐れも少な
い。

この上記(a)，(b)および(c)のメカニズムについて、つ
ぎに詳しく説明する。

(a)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、不燃性の無機物と適当な配合比で複合させら
れれば、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、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、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
が促進される。こうして形成された炭化層が断熱層とし
て作用し、難燃効果が生じるのである。

発炎燃焼における連鎖反応の阻害(c)は、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。

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、結果的に腐敗されにくくな
る。木材内腔中の異物は、特に防腐効果のある薬剤（防
腐剤）等である必要はなく、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。

さらに、木材の寸法安定化について説明する。

木材を膨潤させておき、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、寸法安定化効果が得
られる。固定物質として、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、寸法安定性を向上させうる。

しかし、不溶性不燃性無機物をそのまま水等の溶媒に分
散させ、この分散液からなる処理液を木材中に浸透させ
ようとしても、木材中にはほとんど水等の溶媒しか浸透
して行かない。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べき経路
の内、最も狭い部分はピッ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、分散した
不溶性の不燃性無機物の粒子は、普通、数μｍ以上ある
からである。

そこで、発明者らは、さらに研究を重ね、不溶性の不燃
性無機物中の少なくともカチオン部分を構成するイオン
を含む処理液を木材中に含浸させた後、上記無機物の少
なくともアニオン部分を構成するイオンを含む処理液を
木材中に含浸させて、木材内で両イオンを反応させて木
材中に不溶性不燃性無機物を生成させるようにすればよ
いということを見い出した。さらに、上記処理液中に木
材を浸漬させて含浸させるにあたり、木材が中心部まで
均一に水で満たされた状態、すなわち飽水状態になって
いれば、含浸処理時間が短縮され、かつ、含浸された無
機物が木材内に均一に分布するようになることを見い出
し、ここにこの発明を完成した。

したがって、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の不燃性無機物を生じ
させる処理液を別々に含浸させて木材組織内に前記無機
物を定着させるようにする改質木材の製法であって、前
記処理液による含浸処理が行われる前に、前記原料木材
を単板化に対して飽水処理を行うことにより木材中に水
を飽和させた状態で、前記処理液の含浸処理を行うこと
を特徴とする改質木材の製法をその要旨としている。

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木材としては、原木丸太，製材
品，スライス単板，合板等があげられ、種類は、特に限
定されない。

この発明における飽水処理は、水中貯木，スチーミン
グ，減圧下含浸，加圧下含浸等により、あらかじめ木材
中に水を飽和させるものであり、その後、飽水状態の原
料木材を処理液と接触させるようにする。すると、処理
液中の薬剤イオンが木材中に水を媒体として速く拡散
し、処理時間が短くてすむようになる。同時に、この最
初に含浸させられたイオンは、木材内に均一に分布する
ようになるため、これらのイオンがつぎの含浸により注
入されたイオンと反応して生成する不溶性不燃性無機物
もまた、木材内に均一に分布するようになるのである。

飽水処理は薬剤含浸処理に比べると槽設備や処理操作が
簡単であるため、飽水処理によって薬剤含浸処理槽の占
有時間が短くなることは十分に効率化に有効である。

原料木材の飽水処理は、不溶性・不燃性無機物の定着性
に優れる２種類の処理液を順に含浸させる方法に特に有
効と言える。飽水状態の原料木材では先に含浸させる薬
剤が均一に分散し濃度勾配の少ない均一含浸となり、後
で含浸させる薬剤の含浸処理の際に先の含浸薬剤が処理
液中に拡散し難く、両薬剤が木材中のみで適切に反応し
生成無機物の均一分布が実現するからである。それに、
飽水状態の原料木材に２種類の処理液に含浸させる場
合、最初の処理液を含浸させた後、次の処理液を含浸さ
せるに先だって乾燥・減圧などの工程を必要としない。
もしそのような工程を採用するとすれば最初に含浸させ
た処理液は乾燥あるいは減圧工程において、水分の移行
（除去）と共に既含浸処理液（薬剤）木材の外に散じて
しまい、結局、十分な処理液含浸量、つまりは十分な不
溶性性無機物の生成が確保できないことになる。なお、
途中に乾燥工程が入る場合は非常に効率も悪い。

この発明における原料木材の飽水状態とは、要するに、
木材中心まで均一に飽水された状態、換言すると、木材
中に水が飽和した状態が達成できればよいのであるが、
この飽水状態の指針としては、たとえば、ベイツガ材で
は含水率２００％以上、アガチス材では同１８０％以上
程度が目安となる。これは、厚さ３mmの単板に常圧で飽
水処理を行う場合を例にとると、８０℃程度の熱水であ
ればその中に数十時間以上浸漬しておけばよいし、減圧
下等で行えば、その処理時間を短縮することができる。

木材中に分散・定着させる不溶性の不燃性無機物として
は、たとえば、各種炭酸塩，リン酸塩およびリン酸水素
塩，ホウ酸塩，水酸化物………等が挙げられるが、これ
らに限定されることはない。２種以上の不溶性不燃性無
機物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、下記に述べるア
ニ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
であってもよい。

混合することにより上記のような無機物を生じさせる処
理液を調製し、前記飽水処理済みの木材を同処理液中に
順次浸漬することにより、含浸処理が行われる。以下
に、その一例を挙げる。

まず、上記処理液として、たとえば、不溶性不燃性無機
物中のカチオン部分を構成するカチオンのうちの少なく
とも１種を含む処理液Ａ、および、同無機物中のアニオ
ン部分を構成するアニオンのうちの少なくとも１種を含
む処理液Ｂを調製する。上記カチオンとしては、Ｎ
ａ^＋，Ｋ^＋，Ｃａ₂₊，Ｂａ₂₊，Ａｌ₃₊，Ｎｉ₂₊，Ｃｄ₂₊
等が、上記アニオンとしては、ＣＯ₃ ^2-，ＰＯ₄ ^3-，ＨＰ
Ｏ₄ ^2-，Ｈ_２ＰＯ₄ ^-，ＢＯ₃ ^3-，ＯＨ⁻，ＡｌＯ₂ ^-，
Ｆ⁻，Ｃｌ⁻，Ｂｒ⁻，Ｉ⁻等がそれぞれ例示できる
が、これらに限定されることはない。

このようなカチオン部分を構成するものと、アニオン部
分を構成するものとの組み合わせは、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、上記処理液Ａ
およびＢを調製する。

浸漬処理は、上記処理液Ａ，ついで処理液Ｂの順に行っ
てもよいし、その反対の順であってもよい。このように
して含浸処理が行われた後は、適宜、水洗，乾燥等を行
い、改質木材が得られる。また、必要に応じては、浸漬
処理後、養生等を行ってもよい。

つぎに、この発明の実施例および比較例について説明す
る。

（実施例１） マツ，スギ，ブナ材の各２mm厚ロータリー単板を常温の
水中に浸漬し、１Torr程度に減圧した後５時間放置し
て、木材を飽水させた（含水率１８０〜２００％に調
整）。

つぎに、第１浴において木材を７０℃のCaCl₂・８Ｈ_２
Ｏ水溶液中に５時間浸漬し、その後第２浴において、Na
₃PO₄の４０％水溶液をNaOHでpH９に調整した７０℃の処
理液中に８時間浸漬した。

水洗，乾燥後、不溶性不燃性無機物を含んだ改質木材を
得た。

（実施例２） 第２浴における処理液として、Na₃PO₄とNaClとの飽和水
溶液をNaOHでpH９に調整した処理液（７０℃）を用いる
ようにし、その他は実施例１と同様に処理して改質木材
を得た。

（実施例３） 第１浴における処理液として、BaCl₂の７０℃飽和水溶
液を、第２浴における処理液として、Na₃PO₄とH₂BO₃と
の飽和水溶液をNaOHでpH９に調整した処理液（７０℃）
をそれぞれ用いるようにし、以下、実施例１と同様にし
て改質木材を得た。

（実施例４） スギ１mm厚単板に実施例１と同様に飽水処理を施し、含
水率を２００％に調整した。

この飽水木材を、pH9.42に調整したNa₂HPO₄水溶液（0.9
Ｍ，７０℃；処理液Ｘとする）に６時間浸漬し、続いて
（木材を乾燥せずにそのまま）、CaCl₂処理液（1.5Ｍ，
７０℃；処理液Ｙとする）中に１２時間浸漬した。

以降、同様に水洗，乾燥して改質木材を得た。

（実施例５） はじめに上記処理液Ｙ，ついで処理液Ｘの順に浸漬処理
を行うようにする他は、実施例４と同様に処理して改質
木材を得た。

（比較例１） 気乾状態（含水率１０〜１５％）のスギ３mm厚単板を、
上記処理液Ｘ中に１２時間浸漬し、ついで、上記処理液
Ｙ中に１８時間浸漬して、同様に改質木材を得た。

（比較例２） 実施例１において、含水率が約８０％となるように含水
処理（処理時間は約0.5時間）を行った他は、全く同様
にして改質木材を得た。

以上の改質木材について、重量増加率，無機物の含浸率
分布およ寸法安定性（抗収縮能：ＡＳＥ）を調べ、得ら
れた結果を同く第１表に示す。なお、上記含浸率分布
は、処理した木材を１６等分してそれぞれにおける含浸
率を求め、それらの標準偏差で表した。

第１表にみるように、実施例の改質木材は、比較例に比
べて含浸処理時間が短いにもかかわらず、比較例の改質
木材と同等もしくはそれ以上に多量の無機物を含み、寸
法安定性にも優れていた。また、含浸率分布から、実施
例の改質木材中には、含浸された無機物が均一に分布し
ていることが明らかとなった。

さらに、難燃性および防腐・防虫性についても調べた結
果、得られた実施例および比較例の改質木材は、いずれ
も高度な難燃性および防腐・防虫性を有していることが
判明した。とりわけ、飽水処理を行った実施例では、上
述のように木材中に含まれる無機物の分布状態が均一に
なるために、防火性能にバラツキがなく、性能の安定し
た改質木材が得られた。

〔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、処理液による含浸処理が行われる前に、原料木材に
対して飽水処理を行い、木材中に水を飽和させた状態で
処理液の含浸処理を行うようにしているため、処理液の
含浸処理時間が短縮されるとともに、木材中に含浸され
た無機物の分布が均一となり、難燃性，寸法安定性，防
腐・防虫性に優れ、かつ、性能も安定した改質木材を得
ることができる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 瀬戸 和夫 大阪府門真市大字門真1048番地 松下電工 株式会社内 (72)発明者 平尾 正三 大阪府門真市大字門真1048番地 松下電工 株式会社内 (56)参考文献 特許161098（ＪＰ，Ｃ１) 特許165233（ＪＰ，Ｃ２) 「木材工業ハンドブック」丸善株式会 社、昭．39．８．10，Ｐ．673〜678，697 〜698

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項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の不燃性無機物を生じさせる処理液
   を別々に含浸させて木材組織内に前記無機物を定着させ
   るようにする改質木材の製法であって、前記処理液によ
   る含浸処理が行われる前に、前記原料木材を単板化して
   飽水処理を行うことにより木材中に水を飽和させた状態
   で、前記処理液の含浸処理を行うことを特徴とする改質
   木材の製法。