JP2001079809A - 防汚・抗菌性難燃無機質複合化木材とその製造方法 - Google Patents
防汚・抗菌性難燃無機質複合化木材とその製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 防汚・抗菌・難燃性を有する無機質複合化木
材とその製造方法を提供する。 【解決手段】 木材表面及び／または内部に二酸化ケイ
素層を化学結合的、及び／または物理的に有し、さらに
その外面に酸化チタン層を有する無機質複合化木材を作
成する。
材とその製造方法を提供する。 【解決手段】 木材表面及び／または内部に二酸化ケイ
素層を化学結合的、及び／または物理的に有し、さらに
その外面に酸化チタン層を有する無機質複合化木材を作
成する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この出願の発明は、防汚・抗
菌・難燃性を有する無機質複合化木材とその製造方法に
関するものである。さらに詳しくは、この出願の発明
は、木材表面及び／または内部に二酸化ケイ素層を有
し、その外側に酸化チタン層を有する無機質複合化木材
とその製造法に関するものである。
菌・難燃性を有する無機質複合化木材とその製造方法に
関するものである。さらに詳しくは、この出願の発明
は、木材表面及び／または内部に二酸化ケイ素層を有
し、その外側に酸化チタン層を有する無機質複合化木材
とその製造法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術とその課題】従来より、木材はベンチ、デ
ッキ、柱、手すりなど、屋内、屋外において建築材料と
して使用されてきた。しかし、木材そのものは、日光や
風雨による腐食や、排気ガスやちりなどによる汚染を受
けやすく、一度汚染された木材を浄化することは困難で
あった。
ッキ、柱、手すりなど、屋内、屋外において建築材料と
して使用されてきた。しかし、木材そのものは、日光や
風雨による腐食や、排気ガスやちりなどによる汚染を受
けやすく、一度汚染された木材を浄化することは困難で
あった。
【０００３】一方、酸化チタンは、光触媒機能を有し、
紫外線照射によってNOx や様々な有機物を分解、無害化
する働きを発揮することが近年の研究により明らかとな
り、空気清浄器、殺菌装置、タイル等のセラミックスな
どに使用されている。
紫外線照射によってNOx や様々な有機物を分解、無害化
する働きを発揮することが近年の研究により明らかとな
り、空気清浄器、殺菌装置、タイル等のセラミックスな
どに使用されている。
【０００４】最近では、とくに保育所、学校、介護施設
などにおいて、無機質でない、自然な雰囲気の内装が好
まれていると同時に、衛生性も必要であることから、天
然木材を劣化させたり、風合いを損なうことなく、人体
や環境への配慮から、塗料や防腐・防虫剤等の化学薬品
を使用せずに、防汚・抗菌処理を施す方法が求められて
いる。
などにおいて、無機質でない、自然な雰囲気の内装が好
まれていると同時に、衛生性も必要であることから、天
然木材を劣化させたり、風合いを損なうことなく、人体
や環境への配慮から、塗料や防腐・防虫剤等の化学薬品
を使用せずに、防汚・抗菌処理を施す方法が求められて
いる。
【０００５】そこで、木材に自浄作用を付与するため
に、酸化チタンを導入することが考えられてきたが、酸
化チタンは木材に直接接触させると、木材自体を劣化さ
せてしまうため、これまでは、木材に直接酸化チタンな
どの光触媒機能を有する化合物を塗布することができな
かった。
に、酸化チタンを導入することが考えられてきたが、酸
化チタンは木材に直接接触させると、木材自体を劣化さ
せてしまうため、これまでは、木材に直接酸化チタンな
どの光触媒機能を有する化合物を塗布することができな
かった。
【０００６】そこで、この出願の発明は、以上の通りの
事情に鑑みてなされたものであり、従来技術の問題点を
解消し、防汚・抗菌・難燃性を有する無機質複合化木材
とその製造方法を提供することを課題としている。
事情に鑑みてなされたものであり、従来技術の問題点を
解消し、防汚・抗菌・難燃性を有する無機質複合化木材
とその製造方法を提供することを課題としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】この出願の発明は、以上
の通りの事情に鑑みてなされたものであり、従来技術の
問題点を解消し、以下の通りの発明を提供する。
の通りの事情に鑑みてなされたものであり、従来技術の
問題点を解消し、以下の通りの発明を提供する。
【０００８】すなわち、まず第１には、この出願の発明
は、木材表面及び／または内部に二酸化ケイ素層を化学
結合的、及び／または物理的に有し、さらにその外面に
酸化チタン層を有することを特徴とする、無機質複合化
木材を提供する。
は、木材表面及び／または内部に二酸化ケイ素層を化学
結合的、及び／または物理的に有し、さらにその外面に
酸化チタン層を有することを特徴とする、無機質複合化
木材を提供する。
【０００９】また、第２には、この出願の発明は、木材
表面及び／または内部に二酸化ケイ素を化学的に結合さ
せることによって得られる二酸化ケイ素層に、酸化チタ
ンを結合させて酸化チタン層を形成することを特徴とす
る無機質複合化木材の製造方法を提供する。
表面及び／または内部に二酸化ケイ素を化学的に結合さ
せることによって得られる二酸化ケイ素層に、酸化チタ
ンを結合させて酸化チタン層を形成することを特徴とす
る無機質複合化木材の製造方法を提供する。
【００１０】
【発明の実施の形態】この出願の発明において、木材と
しては天然木から得られる木材が好ましいが、天然木の
薄板を張り合わせたもの、細かく砕いた天然木材を接合
させたもの、さらには、天然木またはその粉砕物を圧縮
加工したものであってもよい。木材の元となる原木は、
針葉樹、広葉樹などどんなものであってもよく、その種
類は限定されない。また、木材の大きさは、小型の反応
槽で処理のできる程度の30cm×30cm以下のタイル状の板
でもよいし、柱や手すりにそのまま使用されるような、
比較的大きな部材であってもよい。また、木材の形状
は、円柱、角柱、シート、板、ブロック、球、ランダム
など、どのようなものであってもよく、限定されない。
しては天然木から得られる木材が好ましいが、天然木の
薄板を張り合わせたもの、細かく砕いた天然木材を接合
させたもの、さらには、天然木またはその粉砕物を圧縮
加工したものであってもよい。木材の元となる原木は、
針葉樹、広葉樹などどんなものであってもよく、その種
類は限定されない。また、木材の大きさは、小型の反応
槽で処理のできる程度の30cm×30cm以下のタイル状の板
でもよいし、柱や手すりにそのまま使用されるような、
比較的大きな部材であってもよい。また、木材の形状
は、円柱、角柱、シート、板、ブロック、球、ランダム
など、どのようなものであってもよく、限定されない。
【００１１】また、この出願の発明では、木材に二酸化
ケイ素層、酸化チタン層を設ける前に、表面の汚れや水
分を除去したり、二酸化ケイ素との結合性をよくするた
めに、あらかじめ前処理を行ってもよい。その方法につ
いては、とくに限定されないが、例えば、水や有機溶剤
による洗浄、乾燥、研削、不活性ガス処理などが例示さ
れる。
ケイ素層、酸化チタン層を設ける前に、表面の汚れや水
分を除去したり、二酸化ケイ素との結合性をよくするた
めに、あらかじめ前処理を行ってもよい。その方法につ
いては、とくに限定されないが、例えば、水や有機溶剤
による洗浄、乾燥、研削、不活性ガス処理などが例示さ
れる。
【００１２】木材の表面に二酸化ケイ素を結合させる方
法としては、既知の種々の方法を用いることができる
が、テトラエチルシリケート（以下TEOSと略す）などの
SiO2前駆体を、木材と直接接触させる方法や、TEOSなど
のSiO2前駆体をジオキサンなどの溶液として導入させる
方法、さらには、TEOSなどのSiO2前駆体を常圧または減
圧下で気相とし、木材成分と反応させる方法が好まし
い。
法としては、既知の種々の方法を用いることができる
が、テトラエチルシリケート（以下TEOSと略す）などの
SiO2前駆体を、木材と直接接触させる方法や、TEOSなど
のSiO2前駆体をジオキサンなどの溶液として導入させる
方法、さらには、TEOSなどのSiO2前駆体を常圧または減
圧下で気相とし、木材成分と反応させる方法が好まし
い。
【００１３】一方、酸化チタンも、一般に知られるチタ
ネート処理方法を使用することが可能であるが、テトラ
エチルチタネート（以下TEOTと略す）あるいは、テトラ
イソプロピルチタネート（以下TIOTと略す）を木材と直
接、溶液として、または常圧や減圧下で気相として接触
させ、反応させる方法が好ましい。
ネート処理方法を使用することが可能であるが、テトラ
エチルチタネート（以下TEOTと略す）あるいは、テトラ
イソプロピルチタネート（以下TIOTと略す）を木材と直
接、溶液として、または常圧や減圧下で気相として接触
させ、反応させる方法が好ましい。
【００１４】この出願の発明では、上記の木材の前処
理、木材と化合物との反応時間等はとくに限定されな
い。前処理時間や反応時間によって、導入される二酸化
ケイ素や酸化チタンの量が異なるため、希望とする二酸
化ケイ素および酸化チタン量に応じて、設定すればよ
い。
理、木材と化合物との反応時間等はとくに限定されな
い。前処理時間や反応時間によって、導入される二酸化
ケイ素や酸化チタンの量が異なるため、希望とする二酸
化ケイ素および酸化チタン量に応じて、設定すればよ
い。
【００１５】また、この出願の発明では、二酸化ケイ素
層は、木材中の水酸基及び／または芳香族基に化学的に
結合していてもよく、物理的に付着していてもよい。以
下、添付した図面に沿って実施例を示し、この発明の実
施の形態についてさらに詳しく説明する。もちろん、こ
の発明は以下の例に限定されるものではなく、細部につ
いては様々な態様が可能であることは言うまでもない。
層は、木材中の水酸基及び／または芳香族基に化学的に
結合していてもよく、物理的に付着していてもよい。以
下、添付した図面に沿って実施例を示し、この発明の実
施の形態についてさらに詳しく説明する。もちろん、こ
の発明は以下の例に限定されるものではなく、細部につ
いては様々な態様が可能であることは言うまでもない。
【００１６】
【実施例】（実施例１〜４）105 ℃で乾燥させたベイマ
ツ薄板（50×50×0.5mm ）を、セパラブルフラスコに入
れ、170 ℃のオイルバスで加熱し、充分減圧した後、滴
下漏斗でテトラエチルシリケート(TEOS)を滴下して、気
相状態とし、４、８、１２、１６時間加熱した。
ツ薄板（50×50×0.5mm ）を、セパラブルフラスコに入
れ、170 ℃のオイルバスで加熱し、充分減圧した後、滴
下漏斗でテトラエチルシリケート(TEOS)を滴下して、気
相状態とし、４、８、１２、１６時間加熱した。
【００１７】処理したサンプルの表面をＸ線光電子分光
法を用いて測定し、Siの存在率をC、O 、Siの合計を100
%として求めた。図１にTEOS滴下後の加熱時間を４、
８、１２、１６時間とした木材の表面をアルゴン(Ar ）
ガス照射時間を変えて微少量削った場合の木材細胞壁中
のSi存在率を示す。
法を用いて測定し、Siの存在率をC、O 、Siの合計を100
%として求めた。図１にTEOS滴下後の加熱時間を４、
８、１２、１６時間とした木材の表面をアルゴン(Ar ）
ガス照射時間を変えて微少量削った場合の木材細胞壁中
のSi存在率を示す。
【００１８】TEOS滴下後の反応時間が１６時間のもので
最も高いSi存在率が得られた。また、同じ反応時間で
は、木材表面よりも少し内部に入った部分が最もSiO2導
入量が高く、SiO2が木材細胞壁内部にまで浸透し、木材
成分と化学結合していることが分かる。Ar処理時間が５
分のときに最も高いSi存在率が得られた。（実施例５）
実施例１〜４と同様の方法で乾燥したベイマツ薄板（50
×50×0.5mm ）を、セパラブルフラスコに入れ、170 ℃
のオイルバスで加熱し、充分減圧して、Arガスを導入し
た。任意の時間（0 〜55分）経過後、滴下漏斗でテトラ
エチルシリケート(TEOS)を滴下して８時間加熱した。そ
の後、滴下漏斗を交換し、テトラエチルチタネート(TEO
T)を滴下して８時間加熱した。
最も高いSi存在率が得られた。また、同じ反応時間で
は、木材表面よりも少し内部に入った部分が最もSiO2導
入量が高く、SiO2が木材細胞壁内部にまで浸透し、木材
成分と化学結合していることが分かる。Ar処理時間が５
分のときに最も高いSi存在率が得られた。（実施例５）
実施例１〜４と同様の方法で乾燥したベイマツ薄板（50
×50×0.5mm ）を、セパラブルフラスコに入れ、170 ℃
のオイルバスで加熱し、充分減圧して、Arガスを導入し
た。任意の時間（0 〜55分）経過後、滴下漏斗でテトラ
エチルシリケート(TEOS)を滴下して８時間加熱した。そ
の後、滴下漏斗を交換し、テトラエチルチタネート(TEO
T)を滴下して８時間加熱した。
【００１９】（実施例６）上記と同様の方法で、乾燥さ
せたベイマツ薄板の試験片を、110 ℃に加熱し、充分減
圧して、滴下漏斗で、ジオキサンに溶解したTEOSを滴下
して８時間反応させた後、テトライソプロピルチタネー
ト(TIOT)を滴下して、８時間加熱した。
せたベイマツ薄板の試験片を、110 ℃に加熱し、充分減
圧して、滴下漏斗で、ジオキサンに溶解したTEOSを滴下
して８時間反応させた後、テトライソプロピルチタネー
ト(TIOT)を滴下して、８時間加熱した。
【００２０】上記実施例５〜６によって得られた複合化
木材中のSiおよびTi存在率をＸ線電子分光法により、C
、O 、Si、Tiの合計を合計を100%として測定した。図
２にその結果を示す。
木材中のSiおよびTi存在率をＸ線電子分光法により、C
、O 、Si、Tiの合計を合計を100%として測定した。図
２にその結果を示す。
【００２１】Tiの存在率は、TEOS（気相）とTEOT（気
相）で処理した薄板で、Arガス処理を１５分行ったもの
でもっとも高かった。 （実施例７〜９）実施例５と同様の方法で、TEOSおよび
TEOT反応時間を各４時間（実施例７）、１６時間（実施
例８）として複合化木材を作成した。また、実施例５と
同様の方法で170 ℃で８時間TEOSと反応させたベイマツ
薄板に、TIOTのジオキサン溶液を滴下させ、110 ℃で８
時間加熱した。（実施例９） 実施例１〜２、５、７〜９の薄板と、未処理の薄板（比
較例１）の燃焼試験を行った。難燃性の指標として、燃
焼の限界酸素指数、および残じん時間を図３に示す。
相）で処理した薄板で、Arガス処理を１５分行ったもの
でもっとも高かった。 （実施例７〜９）実施例５と同様の方法で、TEOSおよび
TEOT反応時間を各４時間（実施例７）、１６時間（実施
例８）として複合化木材を作成した。また、実施例５と
同様の方法で170 ℃で８時間TEOSと反応させたベイマツ
薄板に、TIOTのジオキサン溶液を滴下させ、110 ℃で８
時間加熱した。（実施例９） 実施例１〜２、５、７〜９の薄板と、未処理の薄板（比
較例１）の燃焼試験を行った。難燃性の指標として、燃
焼の限界酸素指数、および残じん時間を図３に示す。
【００２２】酸素指数は二酸化ケイ素層を形成させたも
の、および二酸化ケイ素層に酸化チタン層を形成させた
サンプルで２５％以上の高い値を示し、難燃性が付与さ
れたことが分かった。一方、未処理材の酸素指数は２３
％程度である。難燃性が少し向上したことが明らかであ
る。
の、および二酸化ケイ素層に酸化チタン層を形成させた
サンプルで２５％以上の高い値を示し、難燃性が付与さ
れたことが分かった。一方、未処理材の酸素指数は２３
％程度である。難燃性が少し向上したことが明らかであ
る。
【００２３】さらに、残じん時間は、未処理の薄板と比
較して、極めて小さく、条件によってはほぼ０にまで短
縮された。即ち、赤熱燃焼は、この処理によって完全に
抑制された。
較して、極めて小さく、条件によってはほぼ０にまで短
縮された。即ち、赤熱燃焼は、この処理によって完全に
抑制された。
【００２４】（実施例１０〜１１）実施例５と同様の方
法で170 ℃で８時間TEOSと反応させたベイマツ薄板に、
TEOTのジオキサン溶液を滴下させ、110 ℃で８時間加熱
した。（実施例１０） また、同様に、170 ℃で８時間TEOSと反応させたベイマ
ツ薄板に、TIOTを滴下させ、170 ℃で８時間加熱した。
（実施例１１） 実施例５〜６、１０〜１１について、SiおよびTiの存在
率をＸ線電子分光法により、C 、O 、Si、Tiの合計を10
0%として求め、結果を図４に示した。
法で170 ℃で８時間TEOSと反応させたベイマツ薄板に、
TEOTのジオキサン溶液を滴下させ、110 ℃で８時間加熱
した。（実施例１０） また、同様に、170 ℃で８時間TEOSと反応させたベイマ
ツ薄板に、TIOTを滴下させ、170 ℃で８時間加熱した。
（実施例１１） 実施例５〜６、１０〜１１について、SiおよびTiの存在
率をＸ線電子分光法により、C 、O 、Si、Tiの合計を10
0%として求め、結果を図４に示した。
【００２５】（実施例１２〜１３）上記と同様の方法
で、乾燥させたベイマツ薄板の試験片を、110 ℃に加熱
し、充分減圧して、滴下漏斗で、ジオキサンに溶解した
TEOSを滴下して４時間加熱した。さらに、TIOTを滴下し
て8 時間加熱（実施例１２）、またはTIOTのジオキサン
溶液を滴下して、４時間加熱（実施例１３）し、複合化
木材を得た。
で、乾燥させたベイマツ薄板の試験片を、110 ℃に加熱
し、充分減圧して、滴下漏斗で、ジオキサンに溶解した
TEOSを滴下して４時間加熱した。さらに、TIOTを滴下し
て8 時間加熱（実施例１２）、またはTIOTのジオキサン
溶液を滴下して、４時間加熱（実施例１３）し、複合化
木材を得た。
【００２６】実施例６、１２、１３および未処理の薄板
（比較例１）に青色染料のパテントブルーを塗布した。
各サンプルに紫外線（ＵＶ）を照射し、色差計により青
色の退色から、汚染物質の分解度を調べた。
（比較例１）に青色染料のパテントブルーを塗布した。
各サンプルに紫外線（ＵＶ）を照射し、色差計により青
色の退色から、汚染物質の分解度を調べた。
【００２７】照射時間とΔb 値の関係を図５に示した。
これより、未処理の木材では、ＵＶ照射後も着色度の変
化は小さかったが、酸化チタン層を有する複合化木材で
は、色差が大きく変化することがわかり、パテレトブル
ーの色素が光分解されることが確認された。つまり、こ
れらの複合化木材が光触媒機能を有することが明らかと
なった。
これより、未処理の木材では、ＵＶ照射後も着色度の変
化は小さかったが、酸化チタン層を有する複合化木材で
は、色差が大きく変化することがわかり、パテレトブル
ーの色素が光分解されることが確認された。つまり、こ
れらの複合化木材が光触媒機能を有することが明らかと
なった。
【００２８】
【表１】
【００２９】
【発明の効果】以上詳しく説明した通り、この発明によ
って、紫外線の照射により、表面の汚れを分解し、また
除菌することができ、難燃性をも示す無機質複合化木材
とその製造方法が提供される。
って、紫外線の照射により、表面の汚れを分解し、また
除菌することができ、難燃性をも示す無機質複合化木材
とその製造方法が提供される。
【図１】この出願の発明の無機質複合化木材の製造にお
ける、二酸化ケイ素や酸化チタンが木材の細胞壁中にど
のようにどの程度浸透して、壁内側に存在しているかを
確認するために、アルゴンガス照射による微量の表面研
磨を行い、研磨時間と無機質複合化木材細胞壁中のSi存
在率の関係を示すグラフである。
ける、二酸化ケイ素や酸化チタンが木材の細胞壁中にど
のようにどの程度浸透して、壁内側に存在しているかを
確認するために、アルゴンガス照射による微量の表面研
磨を行い、研磨時間と無機質複合化木材細胞壁中のSi存
在率の関係を示すグラフである。
【図２】この出願の発明の無機質複合化木材の製造にお
ける、アルゴンガス処理時間と、無機質複合化木材中の
SiおよびTiの存在率の関係を、チタネート処理方法ごと
にまとめたグラフである。
ける、アルゴンガス処理時間と、無機質複合化木材中の
SiおよびTiの存在率の関係を、チタネート処理方法ごと
にまとめたグラフである。
【図３】この出願の発明の無機質複合化木材の燃焼試験
の結果を表わすグラフである。棒グラフは酸素指数を、
折れ線グラフは残じん時間を示す。
の結果を表わすグラフである。棒グラフは酸素指数を、
折れ線グラフは残じん時間を示す。
【図４】この出願の発明の無機質複合化木材の製造にお
ける、無機質複合化木材中のSiおよびTiの存在率を、シ
リケート処理条件やチタネート処理条件ごとにまとめた
グラフである。
ける、無機質複合化木材中のSiおよびTiの存在率を、シ
リケート処理条件やチタネート処理条件ごとにまとめた
グラフである。
【図５】この出願の発明の無機質複合化木材の紫外線照
射による汚染物質分解度を表わすグラフである。
射による汚染物質分解度を表わすグラフである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2B230 AA02 AA07 AA10 BA01 BA17 BA18 CA15 CA22 EB01 EB04 EB05 EB13 EB38 2B250 AA02 AA19 BA07 FA33 FA45 GA03 HA01
Claims (2)
- 【請求項１】 木材表面及び／または内部に二酸化ケイ
素層を化学結合的、及び／または物理的に有し、さらに
その外面に酸化チタン層を有することを特徴とする、無
機質複合化木材。 - 【請求項２】 木材表面及び／または内部に二酸化ケイ
素を化学的に結合させることによって得られる二酸化ケ
イ素層に、酸化チタンを結合させて酸化チタン層を形成
することを特徴とする請求項１の無機質複合化木材の製
造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25797299A JP2001079809A (ja) | 1999-09-10 | 1999-09-10 | 防汚・抗菌性難燃無機質複合化木材とその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25797299A JP2001079809A (ja) | 1999-09-10 | 1999-09-10 | 防汚・抗菌性難燃無機質複合化木材とその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001079809A true JP2001079809A (ja) | 2001-03-27 |
Family
ID=17313778
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP25797299A Pending JP2001079809A (ja) | 1999-09-10 | 1999-09-10 | 防汚・抗菌性難燃無機質複合化木材とその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001079809A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100804471B1 (ko) | 2006-12-11 | 2008-02-20 | (주)포조피아 | 목화석 제조방법 |
| JP2014516837A (ja) * | 2011-07-11 | 2014-07-17 | エンパイア テクノロジー ディベロップメント エルエルシー | 木材を処理するための方法および組成物 |
| CN105328751A (zh) * | 2015-10-27 | 2016-02-17 | 广西大学 | 一种木材表面生成硅钛双元氧化膜的方法 |
-
1999
- 1999-09-10 JP JP25797299A patent/JP2001079809A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100804471B1 (ko) | 2006-12-11 | 2008-02-20 | (주)포조피아 | 목화석 제조방법 |
| JP2014516837A (ja) * | 2011-07-11 | 2014-07-17 | エンパイア テクノロジー ディベロップメント エルエルシー | 木材を処理するための方法および組成物 |
| CN105328751A (zh) * | 2015-10-27 | 2016-02-17 | 广西大学 | 一种木材表面生成硅钛双元氧化膜的方法 |
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