JP2005288956A - 防火木質材の加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】製材品、単板、チップ材等の木材質に硼酸塩の防火処理液を含浸し、乾燥してフェノール樹脂に代表される接着剤を架橋剤として接着結合させ、集成材、合板、ＬＶＬ、パーチクルボード等の不燃木材質ボードを加工し、幅広く，長く，薄い設計・施工に効果的な防火建築ボードを提供する。
【解決手段】硼酸塩を木材質に含浸させて乾燥させる工程と、前記乾燥した木材質上面にフェノール樹脂等の接着剤を塗布する工程と、前記木材質に含浸した硼酸塩と前記接着剤との架橋を完全にするため、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、アミノ基、メチル基等を反応させシランカップリング剤とし、このシランカップリング剤を硼酸（Ｈ_３ＢＯ_３）溶液に混合して加水分解反応させた溶液もしくはイソピルアルコ−ル、エタノール等のアルコール系溶媒に混合した溶液とし、この溶液を前記接着剤を塗布した木材質接着面にプライマーとして塗布し、前記木材質に含浸した硼酸塩の溶脱防止を行う工程と、からなることを特徴とする防火木質材の加工方法である。

Description

本発明は、木材を防火処理加工することにより、従来、木材の利用が法律によって制限されていた高層ビル、大規模建築物、不特定多数の人が利用する建築物・地下通路等、特殊建築物の構造材、内，外装材として幅広く利用できるようにした防火木質材の加工方法に関するものである。

木材は建築物の材料として極めて有用な性能を保持しているが、燃焼するという木材質本来の弱点をカバーできる加工技術が開発できず、その利用対象が法律等によって制限されていた。
しかし、最近になって法律の改正もあって木材の利用対象が広くなると共に、木材の不燃化研究も多く行われてきている。即ち、木材の表面に燃焼しにくい被覆材を加工する無機質粉末を溶融して木材質へ処理するもの、或いは化学物質を混合して不燃性を持たせて木材へ含浸させることなどが試行されている。 しかし、加工の複雑さ、経済性、重量問題、施工性、長期利用における品質不安定等が、実用化に当って解決できないという限界が生じている。

特に、建築防火材料としての自由な設計・施工を制限せざるを得ない材料寸法（厚さ、幅、長さ等）が大きな障害になっていた。この問題は木材を幅広く、長尺で薄いボ−ドとし、施工も接着，釘止め可能で、同じ寸法のものが量産供給できるようにすることにより解決可能であるが、ボードは集成材、合板、ＬＶＬ，パーチクルボード等はホルムアルデヒトを主体とするシックハウス症候群の発生が問題になっており、また防火性能処理に当っては接着性の問題が最大の問題となっている。

特に、従来の木材防火処理加工では、複数の水酸基を持つ木材質のような特定の有機化合物と強固なキレート環を形成し、有効な不燃性を発揮する、という木材防火剤としての優れた特徴のある硼酸塩を使用しているが、硼酸塩の欠点は、フェノール樹脂などの接着剤との相性が悪く、接着性を必要とする木材質ボード加工にあっては致命的な欠陥となっており、今日まで木材質ボードの防火材料が生産できない主原因となっている。
また、硼酸塩は水に対す溶脱性が強く、接着を必要としない製材品にあっても、特別な溶脱防止を必要としている。
更にまた、長期使用に当って、防火処理剤の溶脱による防火性能の劣化が問題となっている。

本発明の目的は、防火処理木材の長期使用に当っての劣化防止と木材質の防火性を目的とした接着不良の問題を同時に解決しようとするものである。
本発明は、公害・木材に対する弊害が少なく、経済性を伴い、市場調達が容易で、かつ、木材に対する防火性能を高める処理加工が簡単な棚砂・硼酸を加工した硼酸塩を主剤として使用することにより、課題を解決しようとする方法を要旨としている。硼酸塩は、硼砂・硼酸を主剤として混合し、木質材対象の不燃剤として、毒性環境剤的にも、経済性にあっても、極めて扱い易い処理剤であり、特に複数の水酸基を持つ木材質のような特定の有機化合物と強固なキレート環を形成し、有効な不燃性を発揮する木材防火剤としての優れた特徴がある。

したがって、本発明では、木材の含浸加工を容易にするため、硼砂・硼酸を夫々重量比
３倍の水で希釈したのち加熱し、透明な熔融液とし、標準例として棚砂６０：硼酸４０の割合で混合して処理液とし、これを、製材品ムク材、集成材構成ラミナ材、合板、ＬＶＬ、加工用単板、パーチクルボード構成チップに対し、煮沸もしくは加圧して注入し、不燃処理の場合は固形分を処理材の３０％以上、同じく準不燃処理の場合は２０％以上、同じく難燃処理の場合は１０％以上の割合で合浸して乾燥し、木質ボード加工用の防火性能所有の素材とする。

次に、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、アミノ基、メチル基等を反応させシランカップリング剤とし、この液を硼酸（Ｈ_３ＢＯ_３）溶液に混合して加水分解反応させ、もしくはシランカップリング剤をイソピルアルコール、エタノ−ル等のアルコール系溶媒に混合した溶液を加工し、この溶液を前記硼酸塩を含浸して乾燥させたボード加工用木材の接着面にプライマーとして塗布し、フェノール樹脂等の確実な接着加工を図り、あわせて木材質に含浸した硼酸塩の溶脱防止を行うことを特徴とする防火木質材の加工方法を提供するものである。

請求項１に係る発明は、硼酸塩を木材質に含浸させて乾燥させる工程と、前記乾燥した木材質上面にフェノール樹脂等の接着剤を塗布する工程と、前記木材質に含浸した硼酸塩と前記接着剤との架橋を完全にするため、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、アミノ基、メチル基等を反応させシランカップリング剤とし、このシランカップリング剤を硼酸（Ｈ_３ＢＯ_３）溶液に混合して加水分解反応させた溶液とし、この溶液を前記接着剤を塗布した木材質接着面にプライマーとして塗布し、前記木材質に含浸した硼酸塩の溶脱防止を行う工程とからなる防火木質材の加工方法を特徴とする。

請求項２の発明は、硼酸塩を木材質に含浸させて乾燥させる工程と、前記乾燥した木材質上面にフェノール樹脂等の接着剤を塗布する工程と、前記木材質に含浸させた硼酸塩と前記接着剤との架橋を完全にするため、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、アミノ基、メチル基等を反応させシランカップリング剤とし、このシランカップリング剤をイソピルアルコ−ル、エタノール等のアルコール系溶媒に混合した溶液とし、この溶液を前記接着剤を塗布した木材質接着面にプライマーとして塗布し、前記木材質に含浸した硼酸塩の溶脱防止を行う工程とからなる防火木質材の加工方法を特徴とする。

請求項３の発明は、請求項１または２に記載した防火木質材の加工方法において、前記硼酸塩は硼砂と硼酸を一定の割合で混合した液であることを特徴とする。
請求項４の発明は、請求項１または２に記載した防火木質材の加工方法において、前記接着剤は、フェノール樹脂、レゾルシノ−ル樹脂、イソシアネ−ト樹脂、メラミン樹脂、ユリア樹脂、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂から選択されるものであることを特徴とする。

請求項５の発明は、請求項１または２に記載した防火木質材の加工方法において、前記木材質への含浸法は、加圧含浸、煮沸含浸、浸漬含浸、スプレ−含浸から選択されるものであることを特徴とする。
請求項６の発明は、請求項１または２に記載した防火木質材の加工方法において、前記硼酸塩を含浸処理した木材質内の硼酸塩含浸量を、木材質重量比１０％〜３０％とし、不燃性の場合は木材質重量比３０％以上、準不燃性の場合は木材質重量比２０％以上、難燃性の場合は木材質重量比１０％以上としたものであることを特徴とする。

木材は、最高の建築材料であると言われながら．その燃えやすいと言う欠陥のため、防火地域や準防火地域の外装材、更に、高層建築、広い面積の建築物、多くの人が使用する
公共的建築物、地下街内装材、更には、鉄に代わる構造材等に対する使用に当っては大幅な制限があつた。

又、最近規制が緩和され、木材使用に当って希望の持てる用途が多くなり、又、強力な木材用の防火剤の開発が実用化に至り、さてこれからと実用化開発に全国的に多くの企業が挑戦したものの、折角の防火液と接着剤との仲が悪く、集成材、合板、LVL，パ−チク
ルポード等の接着剤が出来ず、一部の製材しか実用化できずに至っている。

本件技術内容は、防火性能の高い硼酸塩薬剤の利用化開発と科学的制約になっている接着剤と防火剤の仲介を果たし、かつ、防火薬剤の水分による溶脱性防止を一工程で解決する画期的な技術を提供するものである。

以下、本発明の防火木質材の加工方法について実施例を基に説明する。

オルトホウサン粉末４０Ｋｇ、四硼酸ナトリウム粉末６０Ｋｇを混合し、８０℃の熱水３００Ｋｇ中へ投入し、透明溶液に成るまで攪拌して混合する。
この熱水溶液中へ、厚さ３ｍｍで、含水率７％のラワン単板を挿入し、加圧１０Ｋｇ／ｃｍ^２ にて６０分間加圧処理し、不燃溶液をラワン単板へ注入し、乾燥して含水率７％
とする。
不燃溶液のラワン単板への注入量は、単板重量に対し、１５０％〜２００％の範囲となり、７％舎水率の乾燥単板内の不燃処理後の固形量は４０〜６０％であった。

次に接着力向上用の架橋助剤としてプライマー加工を実施する処理液として、オルトホウサン１０Ｋｇを８０℃の熱水２０Ｋｇで溶融攪拌して透明溶液とし、この透明溶液９７部に対し、グリシドキシプロピルトリメトキシシラン液３部を混合攪拌してプライマー剤とし、不燃処理ラワン単板上へ２５０ｇ／ｍ^２ の量を塗布し乾燥した。

プライマ−液を塗布・乾燥した単板上へフェノ−ル樹脂接着剤２５０ｇ／ｍ^２ を塗布
し、ホットプレスを使用し１３０℃・１２Ｋｇ／ｃｍ^２ にて１０分間加圧・加熱し、不
燃処理ＪＡＳ特類耐水性ラワン合板（１５ｍｍ×３００ｍｍ×３００ｍｍ）を加工した。

このようなプライマー接着向上架橋助剤を加工したフェノ−ル接着剤ＪＡＳ（構造用合板）特類不燃処理耐水性合板の性能にあっては、プライマーを使用しない不燃処理加工合板に比較し耐水性能が高く完全であるのに対し、硼酸塩処理のみの単板はフェノール樹脂との相性が悪く、ＪＡＳ二類程度の性能をクリアーする程度であった。

不燃処理加工したラワン単板の合板（５プライ１５ｍｍ×３００ｍｍ×３００ｍｍ）加工試験の内容
１）プライマー処理した単板使用の合板加工
２）プライマー処理しない単板使用の合板加工

（注）
（１）ＪＡＳによる特類・一類・二類の試験内容は、農林水産大臣告示 平成１５年第２３３号によった。
（２）不燃性性能試験内容は、建設大臣告示 平成１２年第１４００号による「コーンカロリーメーター試験」によった。
（３）試験に使用した合板枚数は、接着性能の場合にあっては、夫々の試験ごとに３枚づつ、不燃性能の場合は、不燃・準不燃・難燃が一回の試験で同時に判定可能なため、一括して３枚について実施した。
（４）合板加工に使用した単板は、ラワン類のタンギール樹種の板目柄３ｍｍ厚さ単板を、含水率７％に乾燥して、使用した。
（５）使用単板の不燃処理剤の固形分量は一枚ごとに差があり、４０％〜６０％であった。この中から４０％台の単板のみを使用した。
（６）なお、プライマー処理した不燃処理単板加工による５プライ特類合板の場合、特類の条件を数回繰り返しても剥離が生じなかった。

イソプロピルアルコール９７部にアミノプロピルトリエキシシラン３部を混合反応させた溶液をプライマー処理液として実施例１と同じラワン材不燃処理加工単板へ２５０ｇ／ｍ^２
の条件の塗布を行い、フェノール樹脂接着剤第２５０ｇ／ｍ^２ を塗布後ホットプレスを使用して１３０℃・１２Ｋｇ／ｃｍ^２ で１０分間加熱・加圧して、５プライ、１５ｍｍ
×３００ｍｍ×３００ｍｍの合板加工を実施した。

このイソプロピルアルコ−ル９７部とアミノプロピルトリエキシシラン３部を混合反応させたプライマー溶液の場合、取り扱い作業時間に問題はあるものの、不燃処理加工単板への塗布は均質に処理でき、極めて安定した接着性能が得られる。

なお、接着性能にあってはＪＡＳ（構造用合板）特類のみを、不燃性能にあってはコーンカロリーメーター不燃性のみを、夫々３枚づつ実施したが、安定した性能であった。

オルト硼酸粉末４０Ｋｇ，四硼酸ナトリウム６０Ｋｇを混合して、８０℃の熱水３００Ｋｇ中へ投入し、透明溶液になるまで攪拌して混合する。
この混合溶液中へ、厚さ３ｍｍで、含水率７％のラジアータパイン単板を入れ、加圧１０Ｋｇ／ｃｍ^２ にて４０分間加圧処理し、不燃溶液をラジアータパインヘ注入して取り出し含水率７％まで乾燥する。

次に、接着力補強架橋剤プライマーとして、オルト硼酸１０Ｋｇを熱水３０Ｋｇへ投入して透明液になるまで攪拌し、この透明液９５部に対し、グリシドキシプロピルトリメトキ
シシラン液５部を混合し、表面に浮く油性分が加水分解反応して、透明溶液内へ溶け込むまで十分攪拌して加水反応させて得られた溶液と、不燃溶液を注入したラジアータパイン単板上へ３００ｇ／ｍ^２ 塗布して接着用プライマーとする。

プライマー塗布したラジアータパイン単板へ、乾燥後構造用ＬＶＬ加工用に調整したフェノール接着剤を３００ｇ／ｍ^２ を塗布し、単板の繊維方向が同一方向になるように、平行に次々と必要厚さになるまで２０数を重ね合わせ、ホットプレスで１３０℃・１３Ｋｇ／ｃｍ^２ 条件で３０分間加熱・圧着し、６０ｍｍのＬＶＬ不燃材を加工した。

このように接着補助用に、オルト硼酸とグリシドキシプロピルトリメキシシランを加水分解反応で得られたプライマーは、フェノ−ル樹脂硼酸塩注入不燃単板との結合を強くする架橋助剤として極めて有効な働きをすることが、接着性能特類性能テストで明確であった。

構造用ＬＶＬ加工ボードは、建築材としての接着性能・不燃性能に、強度ばかりでなく、硼酸塩に生じやすい溶脱性についても、求められる場合が多い。
不燃処理単板に対する溶脱性能は、プライマーが不燃処理単板の表面に付着することにより溶脱を防止する効果が生じ、プライマー処理をしない単板が、フェノール接着剤との相性が悪く、構造材としての接着性能が得られないばかりか、溶脱も、クルクミン剤とサリチル酸との呈色反応試験で、雨水が作用した場合の溶脱が認められたのに対し、プライマー処理した単板構成によるＬＶＬ不燃材からは、溶脱によるクルクミン剤とサリチル酸との反応呈色は生じなかった。
（ラジアータパインＬＶＬ不燃加工材の接着性能、硼酸塩の溶脱テスト）

（注）
（１）ＪＡＳ特類試験は、農林水産大臣告示 平成１５年第２３３号による。

オルト硼酸粉末１４０Ｋｇ、四硼酸ナトリウム粉末２００Ｋｇを混合し、８０℃の熱水１，０００Ｋｇ中へ投入し、透明溶液になるまで攪拌し混合する。
この混合用液中へ含水率１０％、厚さ３０ｍｍ、幅３０ｍｍ、長さ１ｍのスギ集成材用ラミナ材を入れ、加圧１０Ｋｇ／ｃｍ^２ にて６０分間加圧加工し不燃溶液をスギラミナ
材へ注入し、取り出して含水率１０％まで乾燥する。

次に接着力補助架橋材プライマーとして、イソプロピルアルコール９５部に
グリシドキシプロピルトリメトキシシラン剤５部を混合反応させ溶液をプライマ−処理液としてスギ集成材用ラミナ材２６０ｇ／ｍ^２ 塗布し、接着用プライマ−処理加工する。

プライマ−処理したスギラミナ材へ、集成材加工用に調整した水性ビニルウレタン樹脂接着剤３００ｇ／ｍ^２ を塗布し、集成材幅が２４０ｍｍになるようにラミナ材８枚を横
ハギし、コールドプレスを使用して、１５×ｇ／ｃｍ^２ で３０分間加圧し、階段板用厚
さ３０ｍｍ、幅１ｍの不燃集成段板を加工した。
このように加工した集成材は、ＪＡＳ（構造用合板）特類の接着性能を持った不燃階段材として使用可能である。

Claims (6)

1. 硼酸塩を木材質に含浸させて乾燥させる工程と、
   前記乾燥した木材質上面にフェノール樹脂等の接着剤を塗布する工程と、
   前記木材質に含浸した硼酸塩と前記接着剤との架橋を完全にするため、シリコーン樹 脂、エポキシ樹脂、アミノ基、メチル基等を反応させシランカップリング剤とし、このシランカップリング剤を硼酸（Ｈ_３ＢＯ_３）溶液に混合して加水分解反応させた溶液とし、この溶液を前記接着剤を塗布した木材質接着面にプライマーとして塗布し、前記木材質に含浸した硼酸塩の溶脱防止を行う工程と、
   からなることを特徴とする防火木質材の加工方法。
2. 硼酸塩を木材質に含浸させて乾燥させる工程と、
   前記乾燥した木材質上面にフェノール樹脂等の接着剤を塗布する工程と、
   前記木材質に含浸させた硼酸塩と前記接着剤との架橋を完全にするため、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、アミノ基、メチル基等を反応させシランカップリング剤とし、このシランカップリング剤をイソピルアルコ−ル、エタノール等のアルコール系溶媒に混合した溶液とし、この溶液を前記接着剤を塗布した木材質接着面にプライマーとして塗布し、前記木材質に含浸した硼酸塩の溶脱防止を行う工程と、
   からなることを特徴とする防火木質材の加工方法。
3. 前記硼酸塩は硼砂と硼酸を一定の割合で混合した液であることを特徴とする請求項１または２に記載した防火木質材の加工方法。
4. 前記接着剤は、フェノール樹脂、レゾルシノ−ル樹脂、イソシアネ−ト樹脂、メラミン樹脂、ユリア樹脂、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂の郡から選択された材料からなるものであることを特徴とする請求項１また２に記載の防火木質材の加工方法。
5. 前記木材質への含浸法は、加圧含浸、煮沸含浸、浸漬含浸、スプレ−含浸の郡から選択された含浸法であることを特徴とする請求項１または２に記載の防火木質材の加工方法。
6. 前記硼酸塩を含浸処理した木材質内の硼酸塩含浸量を、木材質重量比１０％〜３０％とし、不燃性の場合は木材質重量比３０％以上、準不燃性の場合は木材質重量比２０％以上、難燃性の場合は木材質重量比１０％以上としたものであることを特徴とする請求項１または２に記載の防火木質材の加工方法。