JP2005271309A - 難燃処理木材及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【目的】高温多湿の環境下でも難燃剤が溶脱せず、長期に亙って所定の難燃性能を維持することのできる難燃処理木材を提供する。
【構成】所定形状を有する木材１に難燃剤を含浸せしめた後、その木材表面に基剤と硬化剤から成る二液混合型の難燃性ポリウレタン樹脂塗料を塗布する。これによれば、基剤と硬化剤との架橋反応により、表面に難燃性ポリウレタンから成る硬質の塗膜２を有する難燃処理木材が得られる。係る難燃処理木材は難燃剤の溶脱が防止され、長期に亙って所定の難燃性能を維持し、しかも難燃剤の固形成分が表面に析出しないので内装材として室内の美観を損なわない。
【選択図】図１

Description

本発明は、主に建物の内装材として用いられる木材の燃焼を防止する技術に係わり、特に高温多湿の環境下でも内部に含浸した難燃剤が溶脱せず、長期に亙って所定の難燃性能が維持されるようにした難燃処理木材とその製造方法に関する。

一般に、建物の内装材として杉や桧といった木材が多用されるが、係る木材は建築材料として断熱性に優れるなど多くの利点を有するものの、防火性能に劣るという欠点を有している。このため、ホテル、集会場、展示場、レストランといった多くの人が利用する一定規模以上の建築物の内装材として、製材しただけの木材は使用が制限されている。

そこで、近年では防災上の観点から木材を難燃化する技術が進んでいる。これは、木材に難燃剤を含浸するものであるが、難燃剤を含浸する方法として、乾燥した木材を圧力容器内に入れ、その内部を減圧して木材から内部空気を排出した後、圧力容器内に難燃剤を導入し、これを木材の繊維組織中に加圧注入するという減圧／加圧注入法が一般に良く知られている（例えば、特許文献１）。

尚、難燃剤（燃焼抑制剤、防火剤）としては、主にリン酸化合物及びハロゲン化合物、具体的には、リン酸アンモニウム、リン酸グアニジン、ジシアンジアミドなどが用いられる（例えば、特許文献２）。

そして、その種の難燃剤を含浸せしめた木材によれば、高い難燃性を有する建築用防火材料として、大規模建築物をはじめ一般家屋の内外装に広く利用することができる。

特開平９−２７７２０９号公報

特開平５−７７２０７号公報

然し乍ら、従来の難燃処理木材は難燃剤を木材内部に含浸せしめただけなので、外装材に適用した場合、これが風雨に晒されて難燃剤が溶脱し、所定の難燃性能が失われてしまう虞れがあった。

このため、係る難燃処理木材は一般に建物の内装材として用いられているが、室内においても高温多湿の下では難燃剤が溶脱する。これによれば、使用環境によって初期の難燃性能が損なわれてしまうばかりでなく、難燃剤の固形成分が木材表面に析出するため室内空間の美観が損なわれることになる。

本発明は以上のような事情に鑑みて成されたものであり、その目的は高温多湿の環境下でも難燃剤が溶脱せず、長期に亙って所定の難燃性能を維持することのできる難燃処理木材を提供することにある。

本発明は上記目的を達成するため、所定形状を有する木材に難燃剤を含浸せしめて成る難燃処理木材において、前記木材の表面に、基剤と硬化剤との混合による架橋反応によって生成される難燃性ポリウレタンの塗膜を形成したことを特徴とする。

又、本発明は、所定形状を有する木材に難燃剤を含浸せしめた後、その木材表面に基剤と硬化剤から成る二液混合型の難燃性ポリウレタン樹脂塗料を塗布することを特徴とする難燃処理木材の製造方法を提供する。

本発明の難燃処理木材は、難燃剤を含浸した木材の表面に難燃性ポリウレタンから成る塗膜が形成されることから、防火材料として有用であり、様々な建築物の内装材として好適に用いることができる。特に、基剤（ポリオール）と硬化剤（イソシアネート）とから成る二液混合型の難燃性ポリウレタン樹脂塗料を塗布して得られる塗膜は、難燃性が高いのでそれ自体が着火する虞れがなく、しかも被塗面に対する付着力が強く、基剤と硬化剤の架橋反応により硬質な三次元網状構造となるので難燃剤の溶脱を防止し、高温多湿の環境下でも長期に亙って所定の難燃性能を維持することができる。更に、難燃剤の溶脱が防止されることから、その固形成分が木材表面に析出せず、内装材に適用して室内の美観を損なわない。

以下、本発明について詳しく説明する。図１は本発明に係る難燃処理木材を示す部分断面図である。図１において、１は主体となる木材であり、その形態は厚さ１０ｍｍ〜５０ｍｍの板状とされる。但し、使用する木材は樹皮を除去しただけの丸太でもよいし、製材により角柱状や円柱状としたものでもよい。又、樹種の限定も無く、係る木材１は杉や桧などから適宜に選ばれる。

一方、係る木材１の表面（板状体において少なくともその片面、柱状体においてその外周面）には、後述する塗膜２が形成されると共に、係る塗膜２の形成前において木材１の内部には予め液状の難燃剤が含浸される。その難燃剤はリン酸化合物やハロゲン化合物など公知のものから適宜選ばれるが、本例ではこれに窒素系薬剤（硫酸アンモニウム）６３〜７７重量部と、無機リン酸系薬剤（リン酸第一アンモニウム）２２．５〜２７．５重量部と、硼酸４．５〜５．５重量部との混合物が用いられる。難燃剤を含浸するには種々の方法が知られるが、加圧注入法による含浸を好適に利用することができる。

加圧注入法による難燃剤の含浸例を図２に示して説明すれば、３は圧力容器であり、その内部には乾燥（含水率２０％以下）した複数の木材１が積層状態で収容される。木材１の収容後、圧力容器３は密閉され、その内部が減圧される。つまり、真空ポンプ４により圧力容器３内の空気を排出し、圧力容器３内を真空状態として木材１の繊維組織中に存在する空気を除去するのである。

次いで、圧力容器３内を真空状態に保ったまま、バルブ５，６を開放して薬液タンク７から圧力容器３内に難燃剤８を供給する。そして、木材１の全体が難燃剤８に浸漬した状態でエアコンプレッサ９から圧力容器３内に圧縮空気を供給し、これによる圧力で圧力容器３内を昇圧する。

これにより、圧力容器３内の難燃剤８は、加圧されつつ木材１の内部深くまで浸透していく。斯くて、木材１への難燃剤８の含浸が終了したら、バルブ１０を開放して圧力容器３内に残存する難燃剤８を薬液タンク７に回収するが、難燃剤８の含浸は以上のような方法に限らず、例えば圧力容器３内に対して難燃剤８を図示せぬプランジャにより加圧注入することもできる。

次に、以上のようにして難燃剤を含浸せしめた木材の表面に形成する塗膜について説明する。係る塗膜は木材に含浸せしめた難燃剤が溶脱するのを防止するものであるが、それ自体が燃焼性の著しいものでは難燃処理木材としての機能が損なわれる。よって、塗膜の形成には防火の点から天然樹脂系塗料や熱可塑性合成樹脂塗料は適さず、それらが加熱されることによって有害ガスを発生することも考えられる。特に、亜麻仁油、桐油、カルナバワックス、ヒマシ油、及びポリエチレングリコールメタクリレート(PEGMA)、アルキド樹脂を用いて塗膜を形成し、その試験片を高温多湿（２７℃／９０％ＲＨ）の下に２０時間放置したものでは、木材の表面に難燃剤の析出（白色の結晶）を生じた。

そこで、種々の塗料を試した結果、二液混合型の難燃性ポリウレタン樹脂塗料が最適であることを見いだした。係るポリウレタン樹脂塗料は、主剤（ＯＨ基をもつポリオール化合物）と硬化剤（ＮＣＯ基をもつイソシアネート化合物）との架橋反応（ＯＨ基とＮＣＯ基のウレタン結合による硬化反応）により難燃性のポリウレタンを生成するものであり、主剤としてはポリエーテルポリオール、ポリエステル系ポリオール、ポリオレフィン系ポリオール、アクリルポリオールなどが挙げられるが、本例ではアクリルポリオールが用いられる。尚、主剤としてのアクリルポリオールは、アクリル樹脂（アクリル酸エステルの重合体／メタクリル酸エステルの重合体）を酢酸エステルやケトンなどの溶剤で溶解したものであり、硬化剤（助剤）としてのポリイソシアネートはこれをエステル系溶剤で溶解したものである。特に、本例では主剤としてアクリル系樹脂３３重量％、エステル系溶剤４７重量％、ケトン系溶剤１１重量％、その他の溶剤９重量％の溶液が用いられ、硬化剤としては、ポリイソシアネート樹脂２６重量％をエステル系溶剤７４重量％で溶解したものが用いられる。

そして、上記のような二液混合型の難燃性ポリウレタン樹脂塗料を用い、溶剤により溶解された液状のアクリル系樹脂（主剤）とポリイソシアネート（硬化剤）とを所定の割合（１：０．５〜１．５）で混合し、架橋反応が進行しないうちに両者の混合液を木材の表面に塗布する。これによれば、アクリル系樹脂とポリイソシアネートとの架橋反応により、木材の表面に難燃性ポリウレタンから成る硬質の塗膜が形成される。尚、係る塗料の塗布には主剤と硬化剤を混合して噴射するスプレーガンを好適に用いることができる。

ここに、上記の二液混合型難燃性ポリウレタン樹脂塗料は、シックハウス症候群の原因物質であるホルムアルデヒド、トルエン、キシレンを含まず、これにより形成される塗膜は透明であるから木材の木目をあらわすことができる。尚、上記の難燃性ポリウレタン樹脂塗料には必要に応じて炭酸マグネシウム、酸化チタン、アルミニウム、硫酸バリウム、沈降性炭酸カルシウム、フッ化水素酸、又はフッ化アンモニウムといった艶消し剤（体質顔料）を加えても良く、これにより塗膜の透明性を保ったまま、その光沢度合いを調整することができる。

又、係る塗膜は木材の表面に強固に付着して該表面を気密、水密的に被覆するので、難燃剤の溶脱を防止することができる。因みに、難燃剤を含浸した厚さ１２ｍｍの木材（杉板）に上記の二液混合型ポリウレタン樹脂塗料を塗布した数種類の試験片（ポリウレタン樹脂塗料に艶消し剤を混合したものと混合しないもの）を作成し、これを高温多湿（２７℃／９０％ＲＨ）の下に２０時間放置したが、いずれの試験片でも難燃剤の溶脱（木材表面における白色結晶の析出）は認められなかった。
（燃焼試験）
次に、本発明に係る難燃処理木材の難燃性能を調べた燃焼試験について述べる。本試験では下表１に示すような試験片を作成し、その各試験片Ａ〜Ｆについてコーンカロリーメータによる燃焼試験（ＩＳＯ５６６０−１に準拠）を行った。

試験片Ａ，Ｂはポリウレタン樹脂塗料（アクリル系樹脂：アクリルポリオール、ポリイソシアネートの二液混合型）の塗布による難燃性ポリウレタンの塗膜を形成した本発明に係る難燃処理木材で、Ａは艶消し剤を混合しないもの、Ｂは艶消し剤を混合したもの（艶消し１００％：全乱反射）である。又、試験片Ｃ〜Ｆは比較例として作成したもので、Ｃ，Ｄは難燃剤のみ含浸した従来品、Ｅは一液型ポリウレタン樹脂塗料による塗装を施したもの、Ｆは長油性アルキド樹脂塗料による塗装を施したものである。

試験の結果、試験片Ｃ（従来品）は約２５０秒で表面に着火が認められ、試験片Ｄ（従来品）は約１２０秒で表面に着火が認められた。又、試験片Ｅは約１６秒で塗膜が着火し、試験片Ｆは約１４秒で塗膜が着火したが、いずれも３０〜４５秒で消炎した。これに対し、本発明品（試験片Ａ，Ｂ）では塗膜の着火は認められなかった。

一方、図３〜図８に示すように、総発熱量において、従来品（試験片Ｃ，Ｄ）は試験開始後５分経過したあたりから総発熱量の急激な増加が認められた。これに対し、本発明品（試験片Ａ，Ｂ）と比較品（試験片Ｅ，Ｆ）では１０分間の総発熱量は８ＭＪ／ｍ^２以下であった。尚、図３〜図８において、太線が総発熱量を示す。

ここで、防火材料は難燃材料、準不燃材料、不燃材料に区分されるが、コーンカロリーメータ試験による防火材料の性能評価基準は下表２に示す通りであり、本発明品は準不燃材料に適合する。

又、本発明品（試験片Ａ，Ｂ）について、財団法人建材試験センターが定めた「防耐火性能試験・評価業務方法書」に基づくガス有害性試験を行ったところ、マウスの行動により判断される有害ガスの発生は認められなかった。

本発明に係る難燃処理木材を示す部分断面図 難燃剤の含浸例を示す説明図 本発明に係る難燃処理木材の燃焼試験結果を示すグラフ 本発明に係る難燃処理木材の燃焼試験結果を示すグラフ 従来難燃処理木材の燃焼試験結果を示すグラフ 従来難燃処理木材の燃焼試験結果を示すグラフ 比較例として一液型ポリウレタン樹脂塗料により表面塗装を施した難燃処理木材の燃焼試験結果を示すグラフ 比較例として長油性アルキド樹脂塗料により表面塗装を施した難燃処理木材の燃焼試験結果を示すグラフ

符号の説明

１ 木材
２ 塗膜

Claims (2)

1. 所定形状を有する木材に難燃剤を含浸せしめて成る難燃処理木材において、前記木材の表面に、基剤と硬化剤との混合による架橋反応によって生成される難燃性ポリウレタンの塗膜を形成したことを特徴とする難燃処理木材。
2. 所定形状を有する木材に難燃剤を含浸せしめた後、その木材表面に基剤と硬化剤から成る二液混合型の難燃性ポリウレタン樹脂塗料を塗布することを特徴とする難燃処理木材の製造方法。
   

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