JPH08174512A - 多機能木質系材料とその製造法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】木質系材料に無機化合物を固定し、木材の持つ
欠点を軽減し、木材に新しい機能を付与する。 【構成】無機元素の酸化物の塩類の溶液に酸を添加して
そのｐＨを変化させた溶液、または無機元素の酸化物の
塩類の溶液をイオン交換してｐＨを変化させた溶液、無
機元素酸化物のコロイド溶液、あるいは無機元素酸化物
のコロイド溶液にその分散状態を壊す処理を施した溶液
を、単独または複数混合して木質系材料に含浸または塗
布し、無機元素の酸化物を木質系材料中や表面で凝集ま
たはゲル化させて調製した難燃性能、防腐性能防虫性
能、導電性能、電磁シールド性能等に代表される各種の
特性を一つ以上向上あるいは付与した木質系材料とその
製造法。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］本発明は、木質系材料へ難燃性
能、防腐性能、防虫性能、導電性能、電磁シールド性能
の一つないし数種を付与する方法および付与された材料
に関する。

［従来の技術］従来、木質系材料への難燃化処理方法と
して、無機質水硬性物質を用いる物のほか、一般にリン
系化合物、ホウ素系化合物、ハロゲン系化合物などが主
に用いられ、これらの難燃化剤を木質系材料に注入、混
合、撒布、塗布などを行い、木材質と反応（反応型）さ
せたり単に混合（添加型）したりして用いる。これらの
薬剤は、木質系材料を単に覆って着火時期を遅らせる役
割を行うものから、例えば木材の熱分解温度よりも低い
温度で発泡し木質系材料を覆い空気から遮断することに
よって燃焼を遅らせるタイプのものまで、多くの難燃化
剤が用いられている。また、防腐、防虫効果のある薬剤
としては、フェノール類・無機ふっ化物系防腐剤あるい
はクロム・銅・ひ素化合物系防腐剤（いわゆるＣ・Ｃ・
Ａ）に代表されるような、動物や人間に有害と考えられ
る薬品を含む処理剤がほとんどである。上記３つの性
能、すなわち難燃性能、防腐性能、防虫性能を同時に付
与するものとして、飽水木材を先ず塩化バリウム溶液に
浸せきし、その後リン酸水素アンモニウム溶液に浸せき
して木質材料中にリン酸バリウムとリン酸水素バリウム
を生成させる方法［西本孝一：科学朝日、１９８７（１
０）、３８−４３］や、ケイ酸塩を先ず木材に含浸させ
その後塩化バリウム、ホウ酸、ホウ砂などを反応させ木
材中に不溶性のケイ酸塩化合物を生成させる報告［古野
毅ら：木材学会誌、３７，４６２−４７２（１９９１）
および木材学会誌、３８，４４８−４５７（１９９
２）］、あるいはゾルーゲル法によりシリカ（Ｓｉ
Ｏ_２）ゲルを木材の細胞壁中に生成させる無機質複合化
木材の報告［坂志朗ら：木材学会志、３８、１０４３−
１０４９（１９９２）等］がある。導電性能、電磁シー
ルド性能等の電気あるいは電磁波に対する特性を木質系
材料に付与する方法としては、例えば鉄、銅、鉛、ある
いは黒鉛、木炭などの粉末や粒子あるいは板状物をその
まま、あるいは紙や木質系製品に種々の方法で含浸、塗
布、混合、あるいは張り付けなどを行っているのがほと
んどである。

［発明が解決しようとする課題］従来、木質系材料への
難燃化処理方法として用いられてきた方法のうち無機質
水硬性物質を用いる方法の場合、木質系材料の樹種によ
っては無機質水硬性物質が硬化しない場合がみられた。
また、リン系化合物、ホウ素系化合物の中には水などの
媒体に溶解し難く常温では数パーセントで飽和となるも
のもある。このため、木材に含浸する場合に高含浸量に
し難く、また、例え含浸が良好に行えても耐水性に劣り
含浸液の水による木質系材料からの溶脱が起こるなどの
欠点がある。防腐、防虫効果のある薬剤には、フェノー
ル類・無機ふっ化物系防腐剤やクロム・銅・ひ素化合物
系防腐剤（いわゆるＣ・Ｃ・Ａ）に代表されるように、
人間を含めた動物に有害と考えられる薬品を含む処理剤
がそのほとんどを占めている。また、難燃性能、防腐性
能、防虫性能を同時に付与するものとして［従来の技
術］の項に挙げた３つの方法、すなわち木質系材料中
にリン酸バリウムとリン酸水素バリウムを生成させる方
法［西本孝一：科学朝日、１９８７（１０）、３８−４
３］、木材中に不溶性のケイ酸塩化合物を生成させる
方法［古野毅ら：木材学会誌、３７．４６２−４７２
（１９９１）および木材学会誌、３８，４４８−４５７
（１９９２）］、あるいはシリカゲル（ＳｉＯ_２）を
木質材料中に生成させる無機質複合化木材の方法［坂志
朗ら：木材学会誌、３８、１０４３−１０４９（１９９
２）］が最近提唱されているが、の方法については木
材を予め飽水状態にする必要がありさらに２回の浸せき
処理が必要であること、については木材をｐＨ１２〜
１３の高アルカリ性の水ガラスの溶液に浸せきしなけれ
ばならず、またこの場合にも２回の浸せき処理を必要と
し処理操作が煩雑であった。これらに対しの方法はか
なり本発明の方法に近い。しかし、この方法で用いる
ケイ素系化合物は非常に高価であり、この方法で用いる
ことが提案されているテトラメトキシシラン、テトラエ
トキシシラン、あるいはテトラプロポキシシランの価格
は、本発明で用いることができるケイ酸ナトリウムの価
格の７〜１０倍の価格の薬剤である。さらに、本発明の
方法と比較しての方法は、含浸溶液の調製にアルコー
ル類を用いるなど、その実用上の操作あるいは取扱いが
煩雑であるという欠点を有している。導電性能、電磁シ
ールド性能等の対電気特性あるいは対電磁波特性を有す
る材料には、例えば鉄、銅、鉛、あるいは木炭、黒鉛な
どの粉末や粒子あるいは板状物を、ある種の接着剤や塗
料に混入して塗布したり、そのまま表面に張り付けある
いは数枚の表板間に挟んで製品としたものがほとんどで
ある。

［課題を解決するための手段］発明者らは、かねてより
木質系材料の難燃化、あるいは防腐、防虫性能の付与に
大きな興味を持ってきた。また特に近年、高度情報機器
の発達にともないそれらの機器から発生する電磁波の問
題、あるいはそれらの情報機器を外部からの電磁波から
守る問題がクローズアップされてきたことから、オフィ
スや一般家庭の壁、衝立、間仕切りなどに使用できる美
観に優れ、しかも難燃性でありながら電磁シールド性能
を有する木質系材料を開発することの必要性を感じてき
た。また、近年種々の薬剤による地球環境の汚染に注意
がようやく向けられ始めてきた。いろんな分野のいろん
な新しい製品を発明する者は、その製品の経済的効果も
さることながらこの地球環境の保全に配慮するという重
要な問題にも十分注意を払わなければならない。すなわ
ち本発明者（申請人）は、人類や動物の健康、ひいては
地球環境の保全を考慮にいれた無害・無毒な薬剤での処
理を、安価にしかも処理操作が容易であることなどを前
提条件として検討を重ねてきた。その結果、無機元素の
酸化物の塩類の溶液が、その溶液のｐＨを酸類添加ある
いは陽イオン交換によってその溶液調製時の初期ｐＨか
ら変化させると、ゲル化することを見いだした。さらに
既にゲル化した溶液を水などの媒体中にコロイド状に分
散せしめたコロイド溶液も、その溶液のｐＨを変化させ
ると大きなゲルの塊になることを見いだした。そこで、
無機元素の酸化物の塩類の溶液あるいはゲルをコロイド
状に分散した溶液のｐＨを変化させた後、木質系材料中
に含浸あるいはその材料表面に塗布し、その後木質系材
料中あるいはその表面で水不溶性の固化物（ゲル）とす
る方法が操作が簡便で安価に木質系材料へ難燃性能、防
腐性能、防虫性能、導電性能、電磁シールド性能の一つ
ないし数種を付与する方法であることを見いだした。こ
こで言う無機元素の酸化物の塩類とは、タングステン
酸、アルミン酸、モリブテン酸、チタン酸、レニウム
酸、およびケイ酸、ホウ酸、リン酸などの金属類あるい
は亜金属類を含む無機元素の酸化物の塩類のうちの一つ
あるいは数種の混合物を意味する。また、酸類とはホウ
酸、リン酸、塩酸、硫酸、硝酸、酢酸、ギ酸、炭酸など
の鉱酸類および有機酸類のうちの一つあるいは数種の混
合物を意味する。溶液とは、水のほか、アルコール類、
フェノール類を含む有機の媒体中に上記の無機元素の酸
化物の塩類を溶解した溶液を意味する。ゲルをコロイド
状に分散させた溶液とは、いわゆるコロイダルシリカと
して市販されているケイ酸ゲルのコロイド溶液を含め
て、上記無機元素の酸化物の塩類から調製したゲルを、
ゲルの直径が木質系材料の細胞壁孔中のピットメンブラ
ンの空隙直径の約０．１μｍより小さくして溶媒に分散
せしめた溶液を意味する。ｐＨの変化とは、無機元素の
酸化物の塩類の溶液の初期ｐＨから、ｐＨの値で酸性側
に１から１２の範囲で低下させることを意味し、このｐ
Ｈ変化の大きさの程度は、陽イオン交換の場合にも酸類
の添加の場合にも適用できる。陽イオン交換の場合変化
後のｐＨはｐＨ約２程度にまで及ぶこともあり、酸類添
加の場合にはｐＨ約１０．５でゲルを生成することも可
能であるが、木質系材料に処理を施すことを考慮すれば
これらの陽イオン交換あるいは酸類添加後の溶液のｐＨ
はできるだけ中性付近にすることが望ましい。またこの
場合、ｐＨが低くなるほど、また塩類溶液が高濃度であ
るほど生成するゲルの密度は大きく、ゲルの硬度は大き
くなる。さらに、このｐＨを変化させた溶液を木質系材
料中に含浸あるいはその表面に塗布しその溶液をゲル化
させた後、必要ならば遊離のイオン類を除くために水中
浸せき法あるいは流水での洗浄など通常広く用いられる
方法によって水洗を行い、乾燥する。この乾燥の方法は
具体的には特に限定されず通常広く用いられている方法
のいずれであってもかまわない。この方法で調製した木
質系材料の外観は、ほとんど処理前と変化ないが、処理
に用いた無機元素の種類によってやや白色あるいは黄
色、あるいは赤みがかった色などになる。また処理後の
重量増加の程度は、木質系材料の種類およびそれを構成
する樹種、処理溶液の含浸量、塗布量および洗浄の有
無、乾燥の程度などによって変化するが、最大でも木材
重量の約２倍程度である。また、例えば無機元素の酸化
物の塩類としてケイ酸ナトリウムを取り上げその水溶液
を陽イオン交換した後、これを木材に減圧加圧法で含浸
させて調製した薄物木質系材料の難燃性能は、ＪＩＳ
Ａ １３２２−１９６６による測定の結果、加熱１分間
で防炎２級に相当する難燃性を示した。さらに、上記の
難燃性試験で用いた試料と同様にして調製した薄物木質
系材料を用いて防腐性能を木材の耐朽性試験方法（ＪＩ
Ｓ Ｚ ２１１９−１７７）に従いカワラタケ、オオウ
ズラタケによる腐朽試験を行った結果、２カ月間の培養
によってもこれら腐朽菌の木材表面への繁殖は無く、重
量減少は測定されなかった。また、防虫性能、特にシリ
アリに対する防蟻性能は、イエシロアリによる食害は観
察されず、約２週間で全てのシロアリが死滅した。ま
た、例えばタングステン酸ナトリウム水溶液を陽イオン
交換した後、これを木材中に減圧加圧法で含浸させて調
製した薄物木質系材料の電磁シールド性能は、近接電界
法（ＡＳＴＭ ＥＳ ７−８３）によって電磁波の透過
損失を測定した結果、周波数３０〜１０００ＭＨｚの広
い範囲にわたって約３０〜８５ｄＢの電磁波透過損失を
示した。

［作用］本発明によって、難燃性能、防腐・防虫性能、
あるいは近年の高度情報機器の発達にともなって要求さ
れてきた電磁波シールド性能の一つ以上を有する多機能
木質系材料を製造することができる。また、本発明で使
用する含浸薬剤は、従来用いられてきた薬剤と異なり、
そのほとんどが天然に多量に存在する無機元素に由来す
る化合物で安価であるとともに、人類や動物あるいは植
物にも害を及ぼすことがない地球に優しい薬剤である。
さらに、本発明のこの多機能木質系材料の製造法は操作
が極めて容易でしかも安全であり、また使用後の廃材料
の処分に際してもその安全性に配慮する必要もない。

［実施例］本発明を、実施例によって次に説明する。

実施例１：１２．５％、１０．５％、７．５％、および
５．０％ケイ酸ナトリウム水溶液をアンバーライト１２
０ Ｂを用いて陽イオン交換した。これらの溶液の２０
℃におけるゲル化までの時間、イオン交換前後のｐＨ、
生成したゲルを洗浄のため透析膜中に入れ脱イオンした
後のｐＨ等を表１に示す。なお、透析膜内容物のろ過液
及び透析膜外液すなわちゲル洗浄液中にケイ素が存在す
るかどうかを熔球反応法で確認したが、これらの溶液中
にはケイ素は存在しなかった。すなわち、ゲル化によっ
てすべてのケイ素がゲル中に取り込まれ、しかも洗浄水
によっても溶脱しない強固なゲルを生成した。

実施例２：１２．５％ケイ酸ナトリウム水溶液（初期ｐ
Ｈ１．６６）に１０％リン酸を１５．９５ｍＬ 滴下し
てｐＨを１０．４２にした。この溶液は、約２時間でゲ
ル化する。生成したゲルを実施例１の場合と同様にして
洗浄のために透析膜中に入れ透析した結果、ゲルのｐＨ
は６．４８となった。なお、透析膜内および外液中に
は、実施例１の場合と同様にケイ素の溶脱は認められ
ず、この場合のゲルも水では溶脱しない強固なゲルとな
っていることがわかった。

実施例３：ケイ酸ゲルをコロイド状に分散させた溶液
（コロイド濃度３０％）に１０％リン酸を滴下し、ｐＨ
４．５、５．０、５．５、６．０、６．５、７．０、お
よび７．５の溶液を調節した。これらの試料は、それぞ
れ図１に示すような挙動を示してより大きなゲルの塊と
なり（ゲル化）、図２に示すようなゲル化までの時間と
ｐＨとの関係を示した。生成したゲルを実施例１の場合
と同様にして透析した結果、ゲルのｐＨは５．５〜６．
５となり透析膜内および外液中には、実施例１および２
の場合と同様に生成したゲルの塊からのケイ素の溶脱は
認められなかった。

実施例４：０．８、０．４、０．２７、０．１６、０．
０８ｍｏｌの各濃度のタングステン酸ナトリウム水溶液
をアンバーライト１２０ Ｂを用いて陽イオン交換し
た。陽イオン交換後０．８ｍｏＬの溶液は約１５分、
０．４ｍｏＬは約６０分、０．２７ｍｏＬは約２時間、
０．１６ｍｏＬは約５時間、０．０８ｍｏｌは約１０時
間でゲル化した。ゲルは黄色で高濃度ほど濃色である。
また、透析して脱イオンしたゲルのｐＨは４．５〜５．
５である。透析液は塩化スズ−塩酸溶液によって青色沈
澱もまた青色の発色もせず、タングステンは生成したゲ
ルからは溶脱しないことがわかった。

実施例５：ケイ酸ナトリウム水溶液とホウ酸の水溶液を
混合してゲル化物を得た。その混合比、混合後のｐＨ、
ゲル化までの時間、得られたゲルのｐＨを表２に示す。
なお、得られたゲルを水で洗浄ろ過し、そのろ液につい
て実施例１、２および３の場合と同様にしてケイ素の溶
脱を調べたが、溶脱は認められなかった。

実施例６：実施例１に示したと同じ条件で陽イオン交換
した溶液を厚さ３ｍｍのラジアータパイン単板に減圧加
圧法で含浸した。これを２３℃、Ｒ．Ｈ．６５％恒温恒
湿室でゲル化させた後、調湿した。その後、ＪＩＳ １
３２２−１９６６に従い難燃性試験を行った。その結
果、加熱１分間で防炎２級に相当する難燃性が得られ
た。また、含浸溶液がゲル化したと思われる時間経過し
た後、材料を水に浸せきして脱イオンを行い、上記同様
に調湿し、難燃性試験を行った。その結果、水洗しない
場合より炭化長がわずかに大きくなったが防炎２級に相
当する難燃性に変わりなかった。

実施例７：実施例３と同様にして、１０％リン酸を滴下
してｐＨ６．０に調整した３０％濃度のケイ酸ゲルのコ
ロイド溶液を、ブナ材およびスギ材試験片に減圧加圧法
で含浸し１０時間放置してゲル化させた後、水に浸せき
して脱イオンし、その後２３℃、Ｒ．Ｈ．６５％恒温恒
湿室で調湿した。この試験片について、木材の耐朽性試
験方法（ＪＩＳ Ｚ２１１９−１９７７）に従い防腐試
験を行った。すなわち、カワラタケをブナ材に、オオウ
ズラタケをスギ材に植菌し２カ月間培養を行ったが、ブ
ナ材、スギ材の両試験片共に重量減少は無く、この処理
を行った木材が、木材腐朽菌に対して極めて顕著な防腐
性能を有していることを示した。また、このリン酸でｐ
Ｈ６．０に調整したコロイド溶液を含浸させた試験片を
簡易的に実施例６の難燃性試験の火炎中に入れ加熱した
が、加熱１分後残炎は見られず、難燃性も実施例６の場
合と同様に得られたことがわかった。

実施例８：実施例４と同様にして０．２７ｍｏＬ濃度の
タングステン酸ナトリウム水溶液を陽イオン交換した。
この溶液を実施例６と同じ単板に減圧加圧法で含浸し、
１夜放置してゲル化させた。その後、３日間水に浸せき
して脱イオンした後、２３℃、Ｒ．Ｈ．６５％恒温恒湿
室で調湿した。この単板から３プライ合板をユリア樹脂
接着剤を用いて製造し、２３℃、Ｒ．Ｈ．６５％恒温恒
湿室で同様に調湿した。この合板の電磁シールド性能
を、近接電界法（ＡＳＴＭ ＥＳ７−８３）によって電
磁波の透過損失を測定することによって行った結果、周
波数３０〜１０００ＭＨｚの広い範囲にわたって約３０
〜８５ｄＢの電磁波透過損失を示した。

［発明の効果］無機元素の酸化物の塩類の溶液を陽イオ
ン交換あるいは酸類添加によって、そのｐＨを変化させ
るとその溶液はゲル状態となる。この反応を利用して、
木質材料中あるいは木材表面にこのｐＨを変化させた溶
液を含浸あるいは塗布した後にゲル化させることによっ
て、木質材料−無機元素酸化物ゲル複合体を調製した。
この材料は難燃性能、防腐性能、防虫性能、導電性能、
電磁シールド性能など、多くの機能を有する木質系材料
となる。また、本発明で使用する含浸薬剤は、従来のこ
れら性能を木質系材料に付与するのに用いられた薬剤と
違って、その多くが天然に多量に存在する元素に由来
し、安価であるとともに人類を始めとする動物に害を及
ぼすことがない地球に優しい薬剤である。さらに、本発
明で提唱するこの多機能木質材料の製造法は極めて操作
が容易であると共に安全であり、また使用後の廃材料の
処分に際してその安全性に配慮する必要もない。これら
の理由から、本発明が及ぼす産業上の利用価値には計り
知れないものがある。

【図面の簡単な説明】

表１はケイ酸ナトリウムを陽イオン交換した場合のゲル
化時間とｐＨ変化を示し、表２はケイ酸ナトリウムのｐ
Ｈをホウ酸で変化させた場合のゲル化時間とｐＨ変化を
示す。図１はリン酸を滴下してｐＨを４．５〜７．５に
調整した３０％濃度ケイ酸ゲルのコロイド溶液の粘度変
化と時間の関係を示し、図２は図１に示した溶液のゲル
化までの時間のｐＨ依存性を示す。

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【手続補正書】

【提出日】平成５年６月４日

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正内容】

【書類名】 明細書

【発明の名称】多機能木質系材料とその製造法

【特許請求の範囲】

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は難燃性能、防腐性能、防
虫性能、導電性能、電磁シールド性能等に代表される各
種の機能の一つないし数種を付与された木質系材料およ
びその付与方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、木質系材料への難燃化処理方法と
して、無機質水硬性物質を用いるもののほか、一般にリ
ン系化合物、ホウ素系化合物、ハロゲン系化合物などが
主に用いられ、これらの難燃化剤を木質系材料に注入、
混合、撒布、塗布などを行い、木材質と反応（反応型）
させたり単に混合（添加型）したりして用いてきた。こ
れらの薬剤は、木質系材料を単に覆って着火時期を遅ら
せる役割を行うものから、例えば木材の熱分解温度より
も低い温度で発泡し木質系材料を覆い空気から遮断する
ことによって燃焼を遅らせるタイプのものまで、多くの
難燃化剤が用いられてきた。

【０００３】また、防腐、防虫効果のある薬剤として
は、フェノール類・無機ふっ化物系防腐剤あるいはクロ
ム・銅・ひ素化合物系防腐剤（いわゆるＣ・Ｃ・Ａ）に
代表されるような、動物や人間に有害と考えられる薬品
を含む処理剤がほとんどである。

【０００４】上記３つの性能、すなわち難燃性能、防腐
性能、防虫性能を同時に付与するものとして、飽水木材
を先ず塩化バリウム溶液に浸せきし、その後リン酸水素
アンモニウム溶液に浸せきして木質材料中にリン酸バリ
ウムとリン酸水素バリウムを生成させる方法［西本孝
一：科学朝日、１９８７（１０）、３８−４３］や、ケ
イ酸塩を先ず木材に含浸させその後塩化バリウム、ホウ
酸、ホウ砂などを反応させ木材中に不溶性のケイ酸塩化
合物を生成させる報告［古野毅ら：木材学会誌、３７，
４６２−４７２（１９９１）および木材学会誌、３８，
４４８−４５７（１９９２）］、あるいはゾルーゲル法
によりシリカゲルを木材の細胞壁中に生成させる無機質
複合化木材の報告［坂志朗ら：木材学会誌、３８、１０
４３−１０４９（１９９２）］等がある。

【０００５】導電性能、電磁シールド性能等の電気ある
いは電磁波に対する特性を木質系材料に付与する方法と
しては、例えば鉄、銅、鉛、あるいは黒鉛、木炭などの
粉末や粒子あるいは板状物をそのまま、あるいは紙や木
質系製品に種々の方法で含浸、塗布、混合、あるいは張
り付けなどを行っているのがほとんどである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来、木質系材料への
難燃化処理方法として用いられてきた方法のうち無機質
水硬性物質を用いる方法の場合、木質系材料の樹種によ
っては無機質水硬性物質が硬化しない場合がみられた。
また、リン系化合物、ホウ素系化合物の中には水などの
媒体に溶解し難く常温では数パーセントで飽和となるも
のもある。このため、木材に含浸する場合に高含浸量に
し難く、また、例え含浸が良好に行えても耐水性に劣り
含浸液の水による木質系材料からの溶脱が起こるなどの
欠点がある。

【０００７】防腐、防虫効果のある薬剤には、フェノー
ル類・無機ふっ化物系防腐剤やクロム・銅・ひ素化合物
系防腐剤（いわゆるＣ・Ｃ・Ａ）に代表されるように、
人間を含めた動物に有害と考えられる薬品を含む処理剤
がそのほとんどを占めている。

【０００８】また、難燃性能、防腐性能、防虫性能を同
時に付与するものとして［従来の技術］の項に挙げた３
つの方法、すなわち木質系材料中にリン酸バリウムと
リン酸水素バリウムを生成させる方法［西本孝一：科学
朝日、１９８７（１０）、３８−４３］、木材中に不
溶性のケイ酸塩化合物を生成させる方法［古野毅ら：木
材学会誌、３７，４６２−４７２（１９９１）および木
材学会誌、３８，４４８−４５７（１９９２）］、ある
いはシリカゲルを木質材料中に生成させる無機質複合
化木材の方法［坂志朗ら：木材学会誌、３８、１０４３
−１０４９（１９９２）］等が最近提唱されているが、
の方法については木材を予め飽水状態にする必要があ
りさらに２回の浸せき処理が必要であること、につい
ては木材をｐＨ１２〜１３の高アルカリ性の水ガラスの
溶液に浸せきしなければならず、またこの場合にも２回
の浸せき処理を必要とし処理操作が煩雑であった。これ
らに対しの方法はゾルを注入してゲルを生成させると
いう点において一部本発明の方法に類似している。しか
し、この方法で用いるケイ素系化合物は非常に高価で
あり、この方法で用いることが提案されているテトラメ
トキシシラン、テトラエトキシシラン、あるいはテトラ
プロポキシシランの価格は、本発明で用いることができ
るケイ酸ナトリウムの価格の７〜１０倍の価格の薬剤で
ある。さらに、本発明の方法との方法とは基本的にゲ
ルを生成する反応が異なるとともに、の方法は含浸溶
液の調製にアルコール類を用いるなどその実用上の操作
あるいは取扱いが煩雑であるという欠点を有している。

【０００９】導電性能、電磁シールド性能等の対電気特
性あるいは対電磁波特性を有する材料には、例えば鉄、
銅、鉛、あるいは木炭、黒鉛などの粉末や粒子あるいは
板状物などを、ある種の接着剤や塗料に混入して塗布し
たり、そのまま表面に張り付けあるいは数枚の表板間に
挟んで製品としたものがほとんどである。

【００１０】一方、本発明は、安価で安全な薬品を用い
て簡易な操作で、しかも処理材からの薬剤の溶脱が起こ
らない方法で木質系材料に難燃性能、防腐性能、防虫性
能、導電性能、電磁シールド性能帯に代表される各種の
特性を付与する方法と付与された多機能木質系材料とを
提供することを目的としている。

【００１１】

【課題を解決するための手段】発明者らは、かねてより
木質系材料の難燃化、あるいは防腐、防虫性能の付与に
大きな興味を持ってきた。また特に近年、高度情報機器
の発達にともないそれらの機器から発生する電磁波が外
部に漏れることを防ぐことの問題、あるいはそれらの情
報機器を外部からの電磁波から守る問題がクローズアッ
プされてきたことから、オフィスや一般家庭の壁、衝
立、間仕切りなどに使用できる美観に優れ、しかも難燃
性でありながら電磁シールド性能等を有する木質系材料
を開発することの必要性を感じてきた。

【００１２】また、近年種々の薬剤による地球環境の汚
染に注意がようやく向けられ始めてきた。色々な分野の
色々な新しい製品を発明する者は、その製品の経済的効
果や便利性もさることながらこの地球環境の保全に配慮
するという重要な問題にも十分注意を払わなければなら
ない。

【００１３】すなわち本発明者の一人（特許出願人）
は、人類や動物の健康、ひいては地球環境の保全を考慮
にいれた無害・無毒な薬剤での処理を、安価にしかも処
理操作が容易であることなどを前提条件として検討を重
ねてきた。

【００１４】その結果、無機元素の酸化物の塩類の溶液
が、その溶液のｐＨを酸類添加あるいは陽イオン交換に
よってその溶液調製時の初期ｐＨから変化させると、ゲ
ル化することを知った。さらにそれら無機元素の酸化物
ゲルのコロイド溶液も、水あるいはアルコール系等の媒
体中におけるコロイド表面へ吸着または配位している媒
体分子層からなるコロイド粒子表面の電気二重層の静電
反発による分散状態を、その静電反発を弱めあるいは壊
す薬剤を加えることによって無機元素酸化物粒子を凝集
あるいはより大きなゲルの塊にすることができることを
見いだした。

【００１５】そこで、無機元素の酸化物の塩類の溶液の
ｐＨを酸類の添加やイオン交換によって変化させた後、
あるいはそのコロイド溶液にそのコロイド状態を弱めあ
るいは壊す薬剤を加えた後、木質系材料に含浸あるいは
その材料表面に塗布し、木質系材料中あるいはその表面
で水不溶性の固化物とする方法が操作が簡便で安価に木
質系材料へ難燃性能、防腐性能、防虫性能、導電性能、
電磁シールド性能等に代表される各種の特性の一つない
し数種を付与する方法であることを見いだした。

【００１６】ここで言う無機元素の酸化物とは、タング
ステン酸、アルミン酸、モリブデン酸、チタン酸、レニ
ウム酸、およびケイ酸、ホウ酸、リン酸などに代表され
る金属類あるいは亜金属類を含むあらゆる無機元素の酸
化物のうちの一つあるいは数種の混合物を意味する。

【００１７】また、酸類とはホウ酸、リン酸、塩酸、硫
酸、硝酸、酢酸、ギ酸、炭酸、パラトルエンスルホン酸
などに代表される鉱酸類および有機酸類のうちの一つあ
るいは数種の混合物を意味する。

【００１８】溶液とは、水のほか、アルコール類、フェ
ノール類などに代表される脂肪族、芳香族に属する各種
の媒体の一つあるいは数種の混合物中に上記の無機元素
の酸化物の塩類あるいはゲルを、溶解あるいはコロイド
状に分散した溶液を意味する。

【００１９】ｐＨの変化とは、無機元素の酸化物の塩類
の溶液の初期ｐＨから、ｐＨの値で酸性側に０．１から
１３の範囲で変化させることを意味し、このｐＨ変化の
大きさの程度は、イオン交換の場合にも酸類の添加の場
合にも適用できる。イオン交換の場合変化後のｐＨはｐ
Ｈ約２程度にまで及ぶこともあり、酸類添加の場合には
ｐＨ約１０．５でゲルを生成することも可能であるが、
木質系材料に処理を施すことを考慮すればこれらのイオ
ン交換あるいは酸類添加後の溶液のｐＨはできるだけ中
性付近にすることが望ましい。その方法として、イオン
交換の程度を抑える方法や酸類の添加量を加減する方法
のほか、例えばイオン交換によって一度低いｐＨにした
溶液に、例えばリン酸水素二カリウムなどのアルカリ性
塩類を加え、ｐＨを中性側に戻すことも可能である。こ
の場合、ｐＨが低くなるほど、また溶液が高濃度である
ほど生成するゲルの密度は大きく、ゲルの硬度は大きく
なる。また、処理液のｐＨは、用いる木質系材料の樹種
によっては自ずからｐＨが中性付近になることもあり、
ｐＨの規制を強いて行う必要がない場合もある。

【００２０】無機元素の酸化物ゲルのコロイド溶液と
は、無機元素の酸化物から調製するゲルをゲルの直径が
望ましくは木材の細胞壁孔中のピットメンプランの空隙
直径の約０．１μｍより小さくして水あるいはアルコー
ル系溶媒などそれらのゲルがコロイド状に分散できる各
種の媒体に分散せしめた溶液を意味する。

【００２１】コロイド状態を弱めあるいは壊す処理と
は、無機元素の酸化物の粒子を分散させている媒体と反
応し電気二重層の静電反発を弱めあるいは壊す薬剤を添
加することあるいは加熱処理や冷却処理などあらゆる処
理を意味する。

【００２２】さらに、このｐＨを変化させた溶液あるい
はコロイド状態を弱めあるいは壊す薬剤を加えた無機元
素の酸化物のコロイド溶液を木質系材料に含浸あるいは
その表面に塗布しその溶液を凝集あるいはゲル化させた
後、必要ならば水中浸せきあるいは流水での洗浄など通
常広く用いられる方法によって洗浄を行い、乾燥するこ
ともできる。

【００２３】乾燥の方法は具体的には特に限定されず通
常広く用いられている方法のいずれであってもかまわな
い。

【００２４】この方法で調製した木質系材料の外観は、
処理前とほとんど変化ないが、処理に用いた無機元素の
種類によってやや白色あるいは黄色、あるいは赤みがか
った色などになる。また処理後の重量増加の程度は、木
質系材料の種類およびそれを構成する樹種、処理溶液の
含浸量、塗布量、洗浄の有無、乾燥の程度などによって
変化するが、最大でも木質材料重量の約２倍程度であ
る。

【００２５】また、例えばケイ酸ナトリウムを取り上げ
その水溶液を陽イオン交換した後、これを木材に減圧常
圧法で含浸させて調製した薄物木質系材料の難燃性能
は、ＪＩＳ Ａ １３２２−１９６６による測定の結
果、加熱１分間で防炎２級に相当する難燃性を示した。

【００２６】さらに、上記の難燃性試験で用いた試料と
同様にして調製した薄物木質系材料を用いて防腐性能を
木材の耐朽性試験方法（ＪＩＳ Ｚ ２１１９−１９７
７）に従いカワラタケ、オオウズラタケによる腐朽試験
を行った結果、２カ月間の培養によってもこれら腐朽菌
の木材表面への繁殖は無く、重量減少は測定されなかっ
た。また、防虫性能、特にシロアリに対する防蟻性能
は、イエシロアリによる食害は観察されず、約２週間で
全てのシロアリが死滅した。

【００２７】また、例えばタングステン酸ナトリウム水
溶液を陽イオン交換した後、これを木材中に減圧常圧法
で含浸させて調製した薄物木質系材料の電磁シールド性
能は、近接電界法（ＡＳＴＭ ＥＳ７−８３）によって
電磁波の透過損失を測定した結果、周波数３０〜１００
０ＭＨｚの広い範囲にわたって約３０〜８５ｄＢの電磁
波透過損失を示した。

【００２８】

【作用】本発明によって、難燃性能、防腐・防虫性能、
あるいは近年の高度情報機器の発達にともなって要求さ
れてきた電磁波シールド性能等に代表される各種の特性
の一つあるいは複数を有する多機能木質系材料を製造す
ることができる。

【００２９】また、本発明で使用する薬剤は、従来用い
られてきた薬剤と異なり、そのほとんどが天然に多量に
存在する無機元素に由来する化合物で安価であるととも
に、人類や動物あるいは植物にも害を及ぼすことがない
地球に優しい薬剤である。

【００３０】さらに、本発明のこの多機能木質系材料の
製造法は操作が極めて容易でしかも安全であり、また使
用後の廃材料の処分に際してもその安全性に配慮する必
要もない。

【００３１】

【実施例】本発明を、実施例によって次に説明する。

【００３２】

【実施例１】１２．５％、１０．５％、７．５％、およ
び５．０％ケイ酸ナトリウム水溶液をアンバーライトＩ
Ｒ１２０ Ｂを用いて陽イオン交換した。これらの溶液
の２０℃におけるゲル化までの時間、イオン交換前後の
ｐＨおよび生成したゲルを再生セルロース製透析膜中で
透析した後のｐＨを表１に示す。 なお、透析膜内容物のろ過液及び透析膜外液中にケイ素
が存在するかどうかを熔球反応法で確認したが、これら
の溶液中にはケイ素は存在しなかった。すなわち、ゲル
化によってすべてのケイ素がゲル中に取り込まれ、しか
も洗浄水によっても溶脱しない強固なゲルを生成した。

【００３３】

【実施例２】１２．５％ケイ酸ナトリウム水溶液（初期
ｐＨ１２．６６）５０ｍＬに１０％リン酸を１５．９５
ｍＬ滴下してｐＨを１０．４２にした。この溶液は、約
２時間でゲル化する。生成したゲルを実施例１の場合と
同様にして透析膜中に入れ透析した後のゲルのｐＨは
６．４８であった。なお、透析膜内および外液中には、
実施例１の場合と同様にケイ素の溶脱は認められず、こ
の場合のゲルも水では溶脱しない強固なゲルとなってい
ることがわかった。

【００３４】

【実施例３】水にコロイド状に分散したケイ酸ゲル溶液
（コロイド濃度３０％）に、そのコロイド状態を壊すこ
とを主な目的として１０％リン酸を滴下し、ｐＨ４．
５、５．０、５．５、６．０、６．５、７．０、および
７．５の各溶液を調製した。これらの溶液は、それぞれ
図１に示すような粘度変化挙動を示してより大きなゲル
の塊となり（ゲル化、高分子化）、図２に示すようなゲ
ル化までの時間とｐＨとの関係を示した。生成したゲル
を実施例１の場合と同様にして透析した結果、ゲルのｐ
Ｈは５．５〜６．５となり透析膜内および外液中には、
実施例１および２の場合と同様に生成したゲルの塊から
のケイ素の溶脱は認められなかった。

【００３５】

【実施例４】０．８、０．４、０．２７、０．１６、
０．０８ｍｏｌの各濃度のタングステン酸ナトリウム水
溶液をアンバーライトＩＲ１２０ Ｂを用いて陽イオン
交換した。陽イオン交換後溶液濃度０．８ｍｏｌの溶液
は約１５分、０．４ｍｏｌの溶液は約６０分、０．２７
ｍｏｌの溶液は約２時間、０．１６ｍｏ１の溶液は約５
時間、０．０８ｍｏｌの溶液は約１０時間でゲル化し
た。ゲルは黄色で初期水溶液の濃度が高濃度ほど濃色で
ある。また、透析後のゲルのｐＨは４．５〜５．５であ
る。透析液は塩化スズー塩酸溶液によって青色沈澱もま
た青色の発色もせず、タングステンは生成したゲルから
は溶脱しないことがわかった。

【００３６】

【実施例５】ケイ酸ナトリウム水溶液とホウ酸の水溶液
を混合してゲル化物を得た。その混合比、混合後のｐ
Ｈ、ゲル化までの時間、得られたゲルのｐＨを表２に示
す。 なお、得られたゲルを水に一夜浸せきした後ろ過し、そ
のろ液について実施例１、２および３の場合と同様にし
てケイ素の溶脱を調べたが、溶脱は認められなかった。

【００３７】

【実施例６】実施例１に示したと同じ条件で陽イオン交
換した溶液を厚さ３ｍｍのラジアータパイン単板に減圧
常圧法で含浸した。これを２３℃、Ｒ．Ｈ．６５％恒温
恒湿室に放置しゲル化させた後、調湿した。その後、Ｊ
ＩＳ１３２２−１９６６に従い難燃性試験を行った。そ
の結果、加熱１分間で防炎２級に相当する難燃性が得ら
れた。また、含浸溶液がゲル化したと思われる時間経過
した後、材料を４８時間水に浸せきした後乾燥し、上記
同様に調湿して難燃性試験を行った。その結果、水に浸
せきしない場合の炭化長と変化なく防炎２級に相当する
難燃性に変わりはなかった。

【００３８】

【実施例７】実施例３と同様にして、１０％リン酸を滴
下してｐＨ６．０に調整した３０％濃度のケイ酸ゲルの
コロイド溶液を、ブナ材およびスギ材試験片に減圧常圧
法で含浸し１０時間放置してゲル化させた後、２３℃、
Ｒ．Ｈ．６５％恒温恒湿室で調湿した。この試験片につ
いて、木材の耐朽性試験方法（ＪＩＳ Ｚ ２１１９−
１９７７）に従い防腐試験を行った。すなわち、ブナ材
をカワラタケ、スギ材をオオウズラタケを培養した培養
ビンにいれ２カ月間培養を行ったが、ブナ材、スギ材の
両試験片共に重量減少は無く、この処理を行った木材
が、木材腐朽菌に対して極めて顕著な防腐性能を有して
いることを示した。

【００３９】また、このリン酸でｐＨ６．０４に調整し
たコロイド溶液を含浸させた木材片を簡易的に実施例６
の難燃性試験の火炎中に入れ加熱したが、加熱１分後残
炎は見られず、難燃性も実施例６の場合と同様に得られ
たことがわかった。

【００４０】

【実施例８】実施例４と同様にして０．２７ｍｏｌ濃度
のタングステン酸ナトリウム水溶液を陽イオン交換し
た。この溶液を実施例６と同じ単板に減圧常圧法で含浸
し、１夜放置してゲル化させた後、２３℃、Ｒ．Ｈ．６
５％恒温恒湿室で調湿した。この単板から３プライ合板
をユリア樹脂接着剤を用いて製造し、２３℃、Ｒ．Ｈ．
６５％恒温恒湿室で同様に調湿した。この合板の電磁シ
ールド性能を、近接電界法（ＡＳＴＭ ＥＳ７−８３）
によって電磁波の透過損失を測定することによって行っ
た結果、周波数３０〜１０００ ＭＨｚの広い範囲にわ
たって約３０〜８５ ｄＢ の電磁波透過損失を示し
た。

【００４１】

【発明の効果】無機元素の酸化物の塩類の溶液を陽イオ
ン交換あるいは酸類添加によって、その溶液のｐＨを変
化させるとその溶液はゲル状態となる。また、コロイド
状の無機元素の酸化物ゲルの溶液にそのコロイド状態を
弱めあるいは壊す処理を施すとその無機元素の酸化物ゲ
ルは凝集あるいはより大きなゲルの塊となる。これらの
反応を利用して、木質系材料中あるいはその表面にこれ
らの溶液を含浸あるいは塗布した後に固化させることに
よって、木質系材料−無機元素酸化物複合体を調製する
ことができ、この複合化によって木質系材料に難燃性
能、防腐性能、防虫性能、導電性能、電磁シールド性能
などに代表される多くの機能を付与することができる。

【００４２】また、本発明で使用する薬剤は、従来のこ
れら性能を木質系材料に付与するのに用いられた薬剤と
違って、天然に多量に存在する元素に由来し、安価であ
るとともに人類を始めとする動物に害を及ぼすことがな
い地球に優しい薬剤である。

【００４３】さらに、本発明で提唱するこの多機能木質
材料の製造法は極めて操作が容易であると共に安全であ
り、また使用後の廃材料の処分に際してその安全性に配
慮する必要もない。

【００４４】これらの理由から、本発明が及ぼす産業上
の利用価値には計り知れないものがある。

【００４５】

【図面の簡単な説明】

【図１】リン酸を滴下してｐＨを４．５〜７．５に調整
した３０％濃度のコロイド状ケイ酸ゲル溶液の粘度変化
と時間の関係を示す。

【図２】図１に示した溶液のゲル化までの時間のｐＨ依
存性を示す。

【手続補正４】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】全図

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１】

【図２】 ─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成５年１１月９日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正内容】

【特許請求の範囲】

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１５

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１５】そこで、無機元素の酸化物の塩類の溶液の
ｐＨを酸類の添加やイオン交換によって変化させた溶
液、あるいは無機元素酸化物コロイド溶液、あるいは無
機元素酸化物のコロイド溶液にそのコロイド状態を弱め
あるいは壊す処理を施した溶液を、それぞれ単独あるい
は複数組み合わせて木質系材料に含浸あるいはその材料
表面に塗布し、木質系材料中あるいはその表面で水不溶
性の固化物とする方法が操作が簡便で安価に木質系材料
へ難燃性能、防腐性能、防虫性能、導電性能、電磁シー
ルド性能等に代表される各種の特性の一つないし数種を
付与する方法であることを見いだした。

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２２

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２２】酸類を加えあるいはイオン交換によってｐ
Ｈを変化させた溶液、無機元素の酸化物コロイド溶液、
あるいは無機元素の酸化物コロイド溶液のコロイド状態
を弱めあるいは壊す処理を施した無機元素の酸化物のコ
ロイド溶液を木質系材料に、通常広く用いられる常圧で
の浸せき法、減圧・加圧による方法など各種の注入含浸
法で木質材料中に注入し、あるいはその表面に塗布す
る。その場合、例えば高い減圧あるいは加圧圧力で注入
する方法、あるいは処理を数回繰り返す方法などによっ
て木質系材料中、特に木質細胞壁中に可能な限り多く含
浸することによってより良い性能を持った処理木質系材
料が得られる。この含浸あるいは塗布の後、溶液を木質
系材料中あるいは表面で、凝集あるいはゲル化させた
後、必要ならば水中浸せきあるいは流水での洗浄など通
常広く用いられる方法によって洗浄を行い、乾燥するこ
ともできる。

【手続補正４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００４１

【補正内容】

【００４１】

【発明の効果】無機元素の酸化物の塩類の溶液を陽イオ
ン交換あるいは酸類添加によって、その溶液のｐＨを変
化させるとその溶液はゲル状態となる。また、コロイド
状の無機元素の酸化物ゲルの溶液にそのコロイド状態を
弱めあるいは壊す処理を施すとその無機元素の酸化物ゲ
ルは凝集あるいはより大きなゲルの塊となる。これらの
反応を利用して、木質系材料中あるいはその表面にこれ
らの溶液を含浸あるいは塗布した後に固化させることに
よって、あるいは水やアルコールなどの媒体中にコロイ
ド状で分散された無機元素酸化物のコロイド溶液を一種
または数種組み合わせてそのまま木質系材料中あるいは
その表面に含浸あるいは塗布することによって、木質系
材料−無機元素酸化物複合体を調製することができ、こ
の複合化によって木質系材料に難燃性能、防腐性能、防
虫性能、導電性能、電磁シールド性能などに代表される
多くの機能を付与することができる。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 無機元素の酸化物の塩類の一種あるいは数種の混合物の
   溶液に鉱酸類あるいは有機酸類のうちの一つあるいは数
   種の混合物を添加することによって前記酸化物の塩類の
   溶液のｐＨをその塩類の溶液が示す初期ｐＨよりも低い
   値に変化させた後、あるいは無機元素の酸化物の塩類の
   溶液を陽イオン交換することによってその溶液のｐＨを
   その溶液が示す初期ｐＨよりも低い値に変化させた後、
   あるいは無機元素の酸化物の塩類の溶液のｐＨを変化さ
   せて調製したゲル化（高分子化）物を水などの媒体中に
   コロイド状に生成分散せしめた後鉱酸あるいは有機酸類
   のうちの一つあるいは数種の混合物を添加することによ
   ってそのコロイド状分散液のｐＨをその分散液の初期の
   ｐＨから変化させた後、これらのｐＨを低下させた溶液
   を単独あるいは混合して木材、あるいは木材から調製し
   た木質系材料に含浸あるいは塗布し、その後塗布あるい
   は含浸させた溶液を木質系材料中やその表面でゲル化
   （高分子化）させた難燃性能、防腐性能、防虫性能、導
   電性能、電磁シールド性能等の木質系材料が本来有しな
   い特性を有する多機能木質系材料とその製造法。