JPH0647246B2 - 木材の保護方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、木材保護方法、特に、しみ（stain）及び腐
朽を阻止し難燃性を改良するための木材の保護方法に関
する。

［従来の技術］ 木材は炭水化物含有量の高い有機物であるため、菌類に
は理想的な養分であり、また火によって破壊されやす
い。菌類の成長及び火炎の広がりの両者を抑制する木材
製品の能力は重要な関心事である。

市販製材の大部分を構成する木材の種類の多くは、未処
理条件ではしみ、カビ及び腐朽に対する抵抗性が低い。
暖かい夏期には、未処理の辺材は２、３週間で辺材菌類
にやられ、主に製材の美観に影響する黒しみ及び／又は
青しみを生じる。さらに菌類の成長によって腐朽し、木
材構造を弱める。そのため、抗しみ及び腐朽処理は、乾
燥前に貯蔵される製材又は未処理条件で船積みすると
き、特に数か月間暖かく湿度の高い条件下で海洋輸送に
よって国際市場に船積みするとき製材には、非常に重要
である。

製材を辺材しみ及び腐朽から守るための商業的試みは多
数ある。アルカリ及び／又は硼砂と混合したペンター、
テトラー、及びトリークロロフェノールが最も効果的で
あるが、人間や魚に対する毒性が長期間にわたって健康
的環境的関心事となっている。安全な処理方法を見出す
ことが、木材工業では緊急に必要とされている。

火災の危険も木材製品にとっては主要な問題の一つであ
る。木材の耐火性を増加させる処理の開発が火災による
損失を減少させるために非常に望まれている。

生物学的攻撃に対する抵抗性を改良すると共に難燃性を
増加させるという２つの作用を有する処理を発見するこ
とが、木材工業では非常に重要である。

従来技術には、出願人が知る限りでは、米国特許第４，
４６１，７２１号明細書（Goettsche）、第４，２６
９，８７５号明細書（Bechgaard）、第４，２３４，３
４０号明細書（Pellico）、第４，１５４，８１８号明
細書（Kanada）、第３，２１４，４５３号明細書（Ster
n）、第３，３０５，２９８号明細書（Chapman)）、第
８０６，５４０号明細書（Hager）、及び第４，０６
１，５００号明細書（Hager）がある。

Goettscheは、硼酸、ナトリウム塩、及び有機アミンを
木材保護手段として使用することを示している。Bechga
ardは、木材保存剤として酸化硼素の使用を示してい
る。Pellicoは、多くの有機化合物を含む木材保存組成
物を説する。Kanadaは、海洋生物に対して有用な製品を
説明し、多くの比較的複雑な有機化合物が含まれてい
る。Sternは、木材保存に使用される比較的複雑な化合
物の例を示している。Chapmanは、かなり複雑な組成物
を開示している。Hagerは、米国特許第８０６，５４０
号明細書で木材保存剤を示し、第４，０６１，５００号
明細書では脂肪酸を含む組成物を示している。

このように、科学的複雑さと毒性の両面から木材保存の
組成物を単純化する必要性がある。

本発明は、木材への生物学的なしみの攻撃を実質的に減
少させると共に、難燃性を改良するという両面作用を有
する化学処理の利用を提案するものである。

炭酸ナトリウム−硼酸ナトリウムの処理溶液についての
実験結果は、この点で非常に満足できるものであること
が見出だされ、また炭酸ナトリウムだけでも程度は少な
いが効果的であることも見出だされた。耐火性を増強す
るために、撥水性ロウを抗しみ溶液に添加することがで
きる。

抗性物学的しみの概念（anti−biologicl staincencep
t）は、高アルカリ性、硼素錯化合物による木材糖質の
変性、及び菌類胞子及び菌類から木材を隔離する木材表
面の無機元素の層の形成によって、菌類に対する養分を
拒否して、菌類の成長を抑制する化学処理の能力に基づ
くものである。

本発明の難燃性の概念は、２酸化炭素を生成し構造水を
放出して火の成長を阻止する化学薬品の能力に基づくも
のである。

従って、本発明は、木材表面に炭酸ナトリウムと硼酸ナ
トリウムの溶液を適用することを包含する木材保護方法
を提供するものである。

［好ましい実施態様の説明］ 菌類成長を抑制し木材の難燃性を改良するための化学物
質又は化学物質混合物の有効性は、化学物質を水に溶解
し次いで浸漬又は噴霧によって木材を湿らせることによ
って達成される。一連の実験室試験を、菌類成長の阻止
及び難燃性の改良において、この概念の有効性を調べる
ために行なった。

図面においては、実験結果を示している。

抗生物学的しみ特性 例１：ハリモミ−マツ−モミの抗しみ効果 炭酸ナトリウム水溶液の１１の濃度を、０、１、２、
４、６、８、１０、１２、１５、２０及び３０ｇ／１０
０ｍＬ水に調製した。２重量パーセントの硼酸ナトリウ
ム（２ｇ／１００ｍＬの溶液）をそれぞれに添加した。
無機化学物質が完全に溶解した後、ｐＨメーターによっ
てｐＨレベルを測定した。その結果を表１に示す。

炭酸ナトリウムだけの水溶液のｐＨレベルは１乃至２０
％の化学物質濃度で１１．４乃至１１．６であることが
測定された。硼酸を添加すると硼酸ナトリウムの緩衝効
果の結果として炭酸ナトリウム溶液のｐＨが低下した。

これらの結果は、高濃度の炭酸ナトリウム−硼酸ナトリ
ウム混合物はｐＨを上げ過ぎることなく、つまり健康的
又は環境的危険性を高くしないで、木材表面を効果的に
被覆するために使用できることを示した。

化学物質の抗しみ効果を確認するために、辺材単板（１
２インチ×１２インチ）の１試料を合板工場においてハ
リモミ−マツ−モミの２０の原木のそれぞれから収集し
た。平均湿度含有量は１４５％（絶乾材木基準）（標準
偏差５０．９％）であった。

各単板試料は１２の小板（１インチ幅×１２インチ長
さ）に切断した。各単板から１つの小板をランダムに選
択し、グループに分けた。この様にして、単板を合せた
全部で１２の小板のグループが出来上がった。

各単板グループに、次いで化学物質処方の１つを噴霧
し、４時間空気乾燥した後、菌類胞子溶液を噴霧した。
単板グループは、菌類成長を観察するために２２−２５
℃で培養した。培養を始めて５日目に菌類は対照単板で
成長し始めた。対照単板は、７日目には約６０％、また
２０日目には８０％が感染した。しかしながら、この時
点では処理されたすべてのグループは、何の成長の兆し
も示さなかった。培養を始めて５か月後、対照単板は表
面領域の１００％が菌類で感染されたが、Ｃ０Ｂ２、Ｃ
１Ｂ２、及びＣ２Ｂ２処理はそれぞれ２７、８、及び５
％の領域感染を示したのみであり、高濃度で処理したも
のは成長の兆しを示さなかった。この処理結果は表１に
示してある。このように炭酸ナトリウム−硼酸ナトリウ
ムの混合物は、Ｃ４Ｂ２及びそれ以上の濃度でしみ菌類
抑制に有効であることが示されている。

例２：炭酸ナトリウムだけによる効果 例１と同様にしてハリモミ−マツ−モミ単板の３つのグ
ループを調製し、硼酸ナトリウムを添加せずにＣ６及び
Ｃ１２だけで処理した。４か月後の観察では、木材表面
の菌類成長率は、対照について１００％、Ｃ６について
２５％、Ｃ１２について０％であった。これらの結果
は、炭酸ナトリウムだけも菌類成長を抑制するのに有効
な化学物質であることを示唆する。

例３：ポンデロサマツの抗しみ効果 ポンデロサマツが菌類に侵されやすいことはよく知られ
ている。生物学的しみを予め受け空気乾燥された長さが
２フィートで端面が２インチ×８インチの辺材をこの試
験に使用した。この辺材はその長さ方向に２つの滑らか
な表面を有するように平らにした後、２インチ×２イン
チ×１インチの厚さの３６のブロックに切断した。

炭酸ナトリウムと硼酸ナトリウムの濃度が異なる８つの
新しい化学物質処理溶液を事前に調製した。その処方は
表２に示す。

前記処方のそれぞれについて８００ｍＬの溶液を調製し
た。調製されたものの４００ｍＬを使用し、残りの４０
０ｍＬには黄色酸化鉄顔料の痕跡量と共に４％の市販ロ
ウを混合した。このようにして、１６の処方と１の対照
とを調製した。前記処方に加え、市販の抗しみ浸漬液に
類似する水溶液中に４％のロウ及び顔料と共に０．８％
のテトラクロロフェネートを含有するものを調製した。

２つのブロックのポンデロサマツを各処理に割当てた。
このブロックは１乃至２秒間沈めて、完全に表面を被覆
し、室温で一晩空気乾燥した。菌類の水溶液は、水中に
菌類感染木材を１週間浸漬し、水溶液をデカンテーショ
ンすることによって調製した。処理試料及び対照試料の
ブロックに、菌類溶液（ｐＨ５．２）を噴霧し、カバー
したガラス容器の内側において室温で培養した。ブロッ
クは、湿度含有量を維持するために毎日水を噴霧し、菌
類成長を記録するために立体顕微鏡で毎週観察した。

処理後１週間で対照ブロックだけがカビ成長を有した。
２週間で、対照ブロックはカビだけではなくしみ菌類を
も有し、ロウと顔料を有するＣ２Ｂ２とＣ４Ｂ２は顕微
鏡によってのみ観察できる非常に少量の青カビを示し
た。しかしながら、ロウ又は顔料を加えないＣ２Ｂ２と
Ｃ４Ｂ２は成長の兆しを示さず、より高い濃度処理を行
なったものもロウの有無を問わずそうであった。０．８
％のテトラクロロフェネート−ロウ−顔料処理は黒菌類
しみの発現を有するカビ成長を示した。

３０日後、対照及び０．８％のテトラクロロフェネート
処理したブロックは、黒菌類の大きい表面成長を示し、
Ｃ２Ｂ２ブロックはカビ菌類を有した（ｐＨ表示計はこ
のブロックの表面が約５であることを示した）。Ｃ４Ｂ
２ブロック上のカビは消減した。５か月後のパーセント
菌類感染領域を表２に示す。処理はすべて高い効果があ
った。ロウ及び顔料を含有する処方は、それを含有しな
かったものと実際上同様の結果を与えた。Ｃ６Ｂ２又は
それ以上の濃度のものは、実験条件下で菌類種の成長を
完全に抑制したようにみえる。炭酸ナトリウム−硼酸ナ
トリウムの組合せの効果が再び実証された。

例４：アスペン木材の処理 １２インチ×１２インチのアスペン単板（１／１０イン
チ厚さ）の１０の試料を、１０の異なる原木からそれぞ
れ１個得た。これら試料単板は１インチ×１２インチの
小板に分割し、１１のグループに分けた。すべてのグル
ープは、それぞれ異なる原木からの１０の単板小板を有
した。グループの一つは対照として使用し、他は同一化
学物質の組合せで処理し、例１に述べた条件で培養し
た。５か月後、対照は白い腐朽菌類で完全に覆われた。
処理した試料の結果は表３に示す。

上記の結果は、アスペン（硬木）の菌類成長が軟木種で
見出だされたものとは異なることを示す。対照は白腐朽
菌類で覆われ、処理された試料はその様な成長を示さな
かった。この結果はかなりの多様性を示すが、これらの
化学処理はアスペン、硬木にも有効であることを示すけ
れども、発展傾向は軟木の場合とは異っている。

例５：ダグラスモミの抗しみ効果 ダグラスモミ辺材単板（１２インチ×２インチ×１／１
０インチ厚さ）の１試料を５本の原木のそれぞれから得
た。次いで各試料を、４インチ×１２インチの３つの小
板に切断した。３つのグループは各原木から１個づつの
５つの試料からなった。処理化学物質の２種の組成、Ｃ
８Ｂ２及びＣ１５Ｂ２は例１に既に示したようにして調
製した。１つのグループを対照として使用し、他の２つ
は化学物質で処理し、例１に示したような菌類溶液で噴
霧した。２２−２５℃で５か月間培養した後、感染領域
は、対照、Ｃ８Ｂ２及びＣ１５Ｂ２についてそれぞれ１
００％、３％、及び０％であった。この化学物質処方は
ダクラスモミに対しても有効であることが証明される。

例６：ウエスタンヘムロックの抗しみ効果 実験室試験では、３本のヘムロック辺材製材（２インチ
×６インチ×２フィート）を製材所からの未処理のもの
から選択した。これらは２インチ×１インチ×１／２イ
ンチブロックに切断した。噴霧及び培養の処理と条件は
例３で述べたポンデロサマツの場合と同様である。その
結果はポンデロサマツの場合と本質的に同様であった。

実験室での結果をさらに確実にするため、製材所で野外
試験を行なった。この試験には未処理で経済的等級の２
インチ×６インチの８フィートの長さのウエスタンヘム
ロックの約１００本を使用した。８ボード幅及び１１ボ
ード深さのパッケージを次のようにして構成した。層１
乃至４は未処理対照であった。層５乃至８は上述したよ
うにして形成された４％のロウ及び顔料を含有するＣ１
０Ｂ２溶液で噴霧することによって処理した。層９乃至
１１はロウ及び顔料なしでＣ１０Ｂ２で処理した。製材
マツはカナダのバンクーバー製材所で１９８６年の夏の
間屋外で貯蔵した。最初の３日間プラスティックシート
で覆い、次いで風雨にさらした。

５か月さらした後、マツは取出され、平均しみ指数（av
evage stain index）をForintek Canada社による基準で
測定した。（Ｒ．Ｓ．スミス他、１９８５年、New Fung
icidal Formulations Protech Canadian Lumber、Forin
tek Can．Corp．Special Publication No.ＳＰ−２５．
１８ｐ．）。

その結果は第１図に示す。対照片は４．６のしみ指数で
全て汚染されたが、ロウあり及びロウなしの処理ではそ
れぞれ１と０．８であった。

従って、化学処方はウエスタンヘムロックに有効である
ことを示している。

例７：未処理ハリモミ−マツ−モミの製材所試験 ２インチ×４インチ×８フィート長さの２００本の未処
理のハリモミ−マツ−モミを化学処理する２日前に切断
した。その間、木材スペーサで３／４インチ離して積
み、菌類胞子を有する空気で木材表面を汚染する機会を
与えた。

全部で４０本の製材の５群を準備した。１群は対照とし
て未処理のままに残した。２群をＣ５Ｂ２化学処理で噴
霧することによって処理し、残りの２群はＣ１０Ｂ２で
処理した。化学物質で噴霧した後、製材は、貯蔵のため
に、スペーサなしでパックし、プラスティックで完全に
包み次いで紙で包んだ。製材は４か月間貯蔵された。

しみ指数は例６のようにして測定した。完全にきれいな
製材には０を割当て、黒しみで完全に覆われたものを１
０とした。対照試料はしみとカビ菌類によって攻撃され
ただけでなく、白腐朽菌類に感染された。この等級評価
の手順で、３人の意見の一致によって、表４に示される
結果に到達した。

上記の結果は明らかにこれらの抗しみ処理の効果を示
す。

難燃性 例８：実験室蝋燭燃焼試験 ４つの化学処理方を例１のＣ２Ｂ２、Ｃ６Ｂ２、Ｃ１０
Ｂ２、Ｃ３０Ｂ２として述べたようにして調製した。２
つの追加処方、４％ロウと顔料を含有するＣ１２Ｂ２と
Ｃ６Ｂ２を同様に調製した（例３）。近くのパルプ工場
からパルプシートが得られ、１インチ幅で６インチ長さ
の小板に切断した。これらを２日間８０℃でオーブンで
調整し、湿度含有量を最小にした。３つの折返されたパ
ルプ小板を各化学溶液に浸漬し、２日間８０℃でオーブ
ン乾燥した。

対照及び処理小板を直立に積み、その頂部に３秒間プロ
パントーチで点火して火炎を起した。トーチを取除いた
後、火炎の有無にかかわらず、燃焼時間を記録した。火
によって消費された小板の長さを全長のパーセンテージ
として表わした。燃焼時間の結果は第２図に示す。

対照試料は全体的に燃焼したが、処理試料は５％以下の
長さが失われた。第２図は、対照が無限に燃焼を続ける
のに対し、処理試料は有限時間内に消火することを示
す。これら結果は新規化学処理の難燃性を示すものであ
る。

例９：実験室火炎広がり試験−アスペン単板 アスペン単板（１／８インチの厚さ）を１インチ幅×１
２インチ長さ小板に切断した。各小板の一端（６イン
チ）を予め調製した化学処理Ｃ６Ｂ２又はＣ１２Ｂ２の
いずれかに浸漬した。小板の他端は未処理のままで残
し、対照として使用した。次いで小板は試験する前に２
日間８０℃でオーブンで乾燥した。火災試験工程は例８
と同様であった。

この結果は、化学物質によってのみ表面を被覆したが、
結果は処理パルプ小板と同様であったことを示した。処
理アスペンの火は火源を取除くと急速に消火し、未処理
対照は対照と処理端の間の境界面で燃焼を停止して断続
的火災を停止し最終的に消火する化学処理の能力を示し
た。

例１０：実験室火炎試験−ダクラスマツ合板 １２インチ×１２インチのサイズの３本のタグラスモミ
合板（３層）を準備した。合板の半分（６インチ×１２
インチ）に、前述のように調製したロウ及び顔料を有す
るＣ６Ｂ２又はＣ１２Ｂ２を塗布した。他の半分の面は
対照として未処理のまま残した。次いで試料をオーブン
で２日間８０℃で乾燥した。

火炎広がり試験は対照での処理と比較して行なった。試
料は試験される木材試料の端に適用される４インチプロ
パントーチ火炎及び４５゜の角度のスロープを有する燃
焼台に配置した。火炎広がりの長さはトーチ接触の後１
０秒毎に記録した。１２０秒間合板と接触後、トーチを
除き、全燃焼時間を記録した。

第３図は、火炎広がりの長さと燃焼時間の関係の結果を
示す。対照火炎広がりは３０秒の試験後の処理試料の２
倍より大きかった。対照の火炎は、成長を続けたが処理
試料はピークに到達後減少した。

火成長時間は、第４図に示すように、対照については無
限であり、処理試料については２０秒以下である。難燃
性に対する新規化学物質の効果が再び証明される。

例１１：商業的火炎広がり試験 実験室結果を確認するために、２インチ×８フィートの
長さの炉乾燥ヘムロック製材（１２％湿度含有量）の２
０本を噴霧によってＣ１２Ｂ２化学物質組成で処理し、
Can．４ Ｓ１０２Ｍ８３基準によるWarnock Hersey Ce
rfitication Agency′ｓ ２５フィート火トンネルで試
験した。

基準に基づいた火炎広がり分類はＦＳＣ１２２であっ
た。

アンダーライターの実験室仕様によると、「分類に適す
るためには、被覆又はシステムは、ダグラスモミと、適
用されるすべての他の試験インテリア可燃性表面（試験
によって１００以上の火炎広がりを有する）の火炎広が
りを少なくとも５０％だけ又は５０以下の火炎広がりま
でのいずれかの火炎広がりの少ない方に減少させなけれ
ばならない」。火炎広がりが２２であるから、新規化学
処理は難燃性として許容される。

カナディアン ナショナル ビルディングコード、１９
８０年、付録１１（セクション３．１．１２）難燃性処
理木材システムは、２５の火炎広がり評価を必要とす
る。従って、前記２２の評価は公共の建物で使用するの
に受け入れられる。

例１２：処理の魚に対する毒性 塩化フェノールは商業的に使用するのに最も一般的な抗
しみ化学物質である。それらは人間や魚に対して非常に
毒性があることで知られている。魚への毒性は、標準設
定条件（Ｊ．Ｄ．Davis及びＲ．Ａ．Ｗ．Hoos、Salmoid
Bioassaysに対する参考毒物としてナトリウム ペンタ
クロロフェネート及びジヒドロアビエチン酸の使用、
Ｊ．FiSh．Res．Board Ran．Vol．３２ ３ ４１１−
１６、１９７５年）下で９６時間試験魚の５０％の致死
量となる毒性成分の濃度である９６時間ＬＣ５０指数を
使用することによって評価される。ナトリウム ペンタ
クロロフェネート粉、工業用ポリクロロフェノール浸漬
タンク溶液、及び６％炭酸ナトリウム−２％硼酸ナトリ
ウム溶液に対する比較毒性を表５に示す。

表５からわかるように、炭酸ナトリウム−硼酸ナトリウ
ム溶液は、工業用抗しみ浸漬タンクで使用される現在の
ポリクロロフェネート溶液より毒性が１％未満である。

実験結果は、炭酸ナトリウム−硼酸ナトリウム溶液処理
が木材の菌類攻撃を阻止し、木材難燃性に実質的に貢献
することを裏付けている。実際の利用では、溶液は浸漬
又は噴霧によって製材に直接適用できる。

本発明の技術的範囲から離れることなく、多くの修正と
変更が可能であることは当業者には明らかであろう。

【図面の簡単な説明】

第１図は、例６で説明した所定の処理に対するしみ指数
を示すグラフであり、 第２図は、例８で説明した処理と燃焼時間との関連を示
すグラフであり、 第３図は、例１０で説明した火炎広がりと燃焼時間及び
火炎成長と処理との関係を示すグラフであり、 第４図は、例１０で説明した火炎成長と処理との関係を
示すグラフである。

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】４〜３０重量部の炭酸ナトリウム、２重量
   部の硼酸ナトリウム及び溶液の残部が１００重量部の水
   から本質的になる水溶液を木材表面に適用することを包
   含する木材の保護方法。
2. 【請求項２】木材を該溶液に少なくとも１０秒間浸漬す
   ることによって該溶液を適用する特許請求の範囲第１項
   に記載の方法。
3. 【請求項３】該溶液を噴霧によって適用する特許請求の
   範囲第１項に記載の方法。
4. 【請求項４】ｐＨが１０〜１１の範囲内である特許請求
   の範囲第１〜３項のいずれかに記載の方法。
5. 【請求項５】該溶液が溶液１００ｍＬ当たり少なくとも
   ６ｇの炭酸ナトリウムを含有する特許請求の範囲第１〜
   ４項のいずれかに記載の方法。
6. 【請求項６】４〜３０重量部の炭酸ナトリウム、２重量
   部の硼酸ナトリウム、ロウ及び／又は顔料、及び溶液の
   残部が１００重量部の水から本質的になる水溶液を木材
   表面に適用することを包含する木材の保護方法。
7. 【請求項７】木材を該溶液に少なくとも１０秒間浸漬す
   ることによって該溶液を適用する特許請求の範囲第６項
   に記載の方法。
8. 【請求項８】該溶液を噴霧によって適用する特許請求の
   範囲第６項に記載の方法。
9. 【請求項９】ｐＨが１０〜１１の範囲内である特許請求
   の範囲第６〜８項のいずれかに記載の方法。
10. 【請求項１０】該溶液が溶液１００ｍＬ当たり少なくと
    も６ｇの炭酸ナトリウムを含有する特許請求の範囲第６
    〜９項のいずれかに記載の方法。