JP2013188932A

JP2013188932A - 難燃木質パネルの製造方法

Info

Publication number: JP2013188932A
Application number: JP2012056303A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Ishigaki; 弘之石垣; Kenichi Kadota; 賢一門田; Yuji Ichikawa; 裕司市川
Original assignee: Sumitomo Forestry Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Forestry Co Ltd
Priority date: 2012-03-13
Filing date: 2012-03-13
Publication date: 2013-09-26

Abstract

【課題】低比重材を用いていながら、落ち込みによる表面の変形や内部割れの発生を抑制することができ、防耐火性能に優れた難燃木質パネルを効率良く製造することのできる難燃木質パネルの製造方法を提供すること。
【解決手段】本発明の難燃木質パネルの製造方法は、低比重材からなるエンドグレインパネルを１８０℃以上の高温で加熱処理した後、難燃剤液を含浸させ、次いで乾燥することを特徴とする。高温加熱処理の温度は１９０℃以上、特に２００℃以上であることが好ましい。
【選択図】図１

Description

本発明は、難燃木質パネルの製造方法に関する。

従来、木材に防耐火性能を付与する方法として、リン酸やホウ酸などが主成分である難燃剤液を木材に含浸させた後、乾燥させることにより、木材中に難燃剤を固定化する方法が知られている。また、難燃剤液を木材中に含浸（注入）するための技術も種々提案されている。
例えば、特許文献１には、ホウ酸とホウ砂が、室温以上に加熱された温度でのそれぞれの単独化合物の溶解度を超える量で含有されてなるホウ素化合物の液状組成物を木材等に含浸させることが記載されており、特許文献２には、減圧状態で木材に不燃処理剤を含浸させる減圧含浸工程と加圧状態で木材に不燃処理剤を含浸させる加圧含浸工程とを含む不燃処理剤の含浸方法を更に改良した不燃木材の製造方法が記載されている。
また、特許文献３には、木材を構成する細胞壁に存在する壁孔中の壁孔壁を破壊した壁孔壁破壊木材を用いることによって、難燃剤液を木材内部まで容易に浸透させることが記載されている。なお、壁孔壁を破壊する処理としては、温度の上昇及び下降を繰り返すこと等が記載されている。

特開２００６−２１９３２９号公報特開２００３−２１１４１２号公報特開平９−２６２８０７号公報特開平７−１７８７０６号公報

しかし、バルサ材などの低比重材においては、難燃剤液を木材内に充分に含浸させることができたとしても、その後の乾燥工程において、木材に落ち込みによる表面の変形や内部割れが生じて、結果として、防耐火性能を有する木材として製品化できない。
なお、特許文献４には、木材の組織内に難燃剤を含ませる複合化工程と、木材を１００〜２５０℃の温度で加熱処理する加熱工程とを有することを特徴とする改質木材の製造方法が記載されているが、同文献には、複合化工程後に加熱処理することしか記載されておらず、特許文献４の方法を用いても、バルサ材などの低比重材に難燃剤液を含浸させた後の乾燥時に生じる落ち込みによる表面の変形や内部割れを防止できない。落ち込みによる表面の変形とは、水の引張力による負圧で異常変形した細胞が、特定の場所に集団的に発生することにより、木材の表面に凹凸が発生する現象をいう。

従って、本発明の目的は、低比重材を用いていながら、落ち込みによる表面の変形や内部割れの発生を抑制することができ、防耐火性能に優れた難燃木質パネルを効率良く製造することのできる難燃木質パネルの製造方法を提供することにある。

本発明は、低比重材からなるエンドグレインパネルを１８０℃以上の高温で加熱処理した後、難燃剤液を含浸させ、次いで乾燥することを特徴とする難燃木質パネルの製造方法を提供することにより、上記目的を達成したものである。

本発明の難燃木質パネルの製造方法によれば、低比重材を用いていながら、落ち込みによる表面の変形や内部割れの発生を抑制することができ、防耐火性能に優れた難燃木質パネルを効率良く製造することができる。

図１は、本発明における木質材の一例であるエンドグレインパネルを示す斜視図である。図２は、高温加熱処理を行う際の温度制御の一例を示すグラフである。図３は、エンドグレインパネルの製造方法の一例の説明図である。

以下、本発明をその好ましい実施形態に基づいて詳細に説明する。
本発明の難燃木質パネルの製造方法においては、低比重材からなるエンドグレインパネルを１８０℃以上の高温で加熱処理した後、難燃剤液を含浸させ、次いで乾燥する。

本発明で用いるエンドグレインパネルは、例えば、図１に示すエンドグレインパネル２のように、ひき板や小角材等から得たブロック状の小片２１を、それぞれの両木口面２１ａ，２１ｂがパネルの上下面２ａ，２ｂを形成するように集成接着してなるものである。木口面は、木材を、木の繊維方向（幹や枝の軸方向）と直角に切断した面である。
エンドグレインパネルは、低比重の木材（低比重材）からなるものを用いる。即ち、エンドグレインパネルは、その構成要素である小片が、低比重の樹種から得られた低比重材からなる。低比重の樹種としては、バルサ、ファルカタ、ポプラ、キリ、スギ等が挙げられるが、特にバルサであることが好ましい。エンドグレインパネルを構成する低比重材の比重（小片の比重）は、０．３５以下であり、０．０６〜０．３０であることが好ましく、より好ましくは、０．０８〜０．２０である。低比重材からなるエンドグレインパネルを用いることによって、高温加熱処理を行っても、難燃薬剤溶液を内部に充分に含浸させることができる。

エンドグレインパネルの構成要素（小片）どうしの結合に用いる接着剤としては、従来、エンドグレインパネルの製造に用いられている各種公知のものを用いることができるが、後述する高温加熱処理の際に、接着剤が熱劣化しないようにする観点から、メラミン樹脂接着剤、フェノール樹脂接着剤等の熱硬化型の接着剤を用いることが好ましく、特に、フェノール樹脂接着剤を用いることがより好ましい。

本発明の難燃木質パネルの製造方法においては、エンドグレインパネルに、難燃剤液を含浸させるのに先立ち、該エンドグレインパネルに対して高温による加熱処理（高温加熱処理）を行う。難燃剤液を含浸させる前に、エンドグレインパネルに高温加熱処理を施すことによって、難燃剤液の含浸処理後の乾燥時に、落ち込みによる表面の変形や内部割れといった不都合が生じにくくなる。
高温加熱処理は、１８０℃以上の高温下にエンドグレインパネルを所定時間置くことにより行う。高温加熱処理の温度は１９０℃以上、特に２００℃以上であることがより好ましく、２５０℃以下、特に２３０℃以下であることが好ましい。エンドグレインパネルを、１８０〜２５０℃の範囲（好ましくは１９０〜２５０℃、更に好ましくは２００〜２３０℃の範囲）の高温で処理する時間は、３０分以上であることが好ましく、より好ましくは１〜１０時間であり、更に好ましくは２〜５時間である。

この高温加熱処理には、例えば、エンドグレインパネルを内部に収容可能な加熱室、該加熱室内の空気を１８０℃以上の高温に加温可能な加熱手段を備えた加熱装置が好ましく用いられる。加熱室は、内部に複数枚のエンドグレインパネルを、相互間に隙間を設けて多数配置できるものが好ましい。また、エンドグレインパネルは、その周囲を空気が流通可能な状態に支持して処理することが好ましい。加熱室は、内部に温度ムラが生じないように内部の空気を攪拌する手段を備えたものが好ましい。

加熱手段としては、電熱ヒータや、蒸気等の熱媒が内部を流通する加熱管等を用いることができる。また、加熱装置は、前記加熱室内の温度を低下させる降温手段を備えたものであっても良い。降温手段としては、例えば、加熱室内の熱を外部に逃がす熱交換器を設けることができる。また、加熱装置は、木質材を、大気圧下で加熱可能なものが好ましい。

図２は、高温加熱処理を行う際の温度制御の一例を示すグラフである。
図２のグラフに示されるように、高温加熱処理は、好ましくは、昇温工程、高温維持工程及び降温工程を経て行う。高温維持工程では、加熱室内の温度を前記の設定温度（図示例では２１０℃）に所定時間維持することが好ましく、降温工程では、熱交換器での冷却を行ったり、無酸素の気体を導入することも好ましい。
１８０℃以上の高温での加熱処理は、昇温工程において加熱室内の温度が１８０℃以上となった時点から、降温工程において温度が１８０℃未満となるまで継続される。
上述した加熱装置の構成や温度変化は、あくまでも一例であり、昇温工程の昇温速度、高温維持工程の温度や時間、降温工程の降温速度等は、適宜に変更して実施することができる。

難燃剤液を含浸させる前に、エンドグレインパネルに、このような高温加熱処理を施すことによって、難燃剤液の含浸処理後の乾燥時に、落ち込みによる表面の変形や内部割れといった不都合が生じにくくなる。なお、無垢材である木材に１８０℃以上の高温加熱処理を施すことは知られている。しかし、そのような高温加熱処理は、水分の吸収性を低下させて寸法安定性を向上させるためなどに行われる。

そして、高温加熱処理後のエンドグレインパネルに難燃剤液を含浸させる。難燃剤液を含浸させる処理、例えば難燃剤液に浸漬させる処理は、高温加熱処理後のエンドグレインパネルが、常温（例えば３５℃以下）まで冷却された後に行っても良いが、高温加熱処理による熱がある程度残った状態、例えば４０〜９０℃の状態で行っても良い。

難燃剤液を含浸させる方法は、木材に液を含浸させる各種公知方法を採用できる。例えば、エンドグレインパネルを収容した容器内を減圧又は加圧して含浸させる方法、エンドグレインパネルを収容した容器内を減圧して難燃剤液を含浸させた後、加圧する方法、加圧も減圧もすることなく開放系で含浸させる方法等が挙げられる。
好ましい方法の一例としては、例えば、上方が開放された容器内で、難燃剤液にエンドグレインパネルを浸漬させる方法が挙げられる。この場合、エンドグレインパネルを浸漬させる難燃剤液を５０℃以上、特に６０℃以上に加熱することも好ましい。難燃剤液の加熱温度は１００℃以下、特に９５℃以下であることが好ましい。
また、エンドグレインパネルは、上記の好ましい温度範囲に維持した難燃剤液に１時間以上、特に８〜２４時間浸漬することが好ましい。エンドグレインパネルへの難燃剤液を含浸方法としては、エンドグレインパネルを難燃剤液に浸漬させるのに代えて、エンドグレインパネル上に難燃剤液を注いだり、エンドグレインパネルに向かって噴射した難燃剤液に該パネルを接触させても良い。

本発明で用いる難燃剤液は、難燃剤を含有する液、あるいは複数の成分の反応等によって難燃剤を生じる液であり、好ましくは、難燃剤の水溶液である。
難燃剤液としては、木材の難燃化（不燃化も含む概念）に従来用いられている各種公知の液状の難燃（不燃）化処理剤を特に制限なく用いることができる。
難燃剤液に含まれる難燃剤又は難燃剤液によって生じる難燃剤は、無機系難燃剤であっても有機系難燃剤であっても良い。

無機系難燃剤としては、例えば、水酸化マグネシウム、水酸化アルミニウム、アンチモン系、亜鉛系、グアニジン塩酸塩、シリコーン系、塩素系、臭素系、ホウ酸系等が挙げられる。
有機系難燃剤としては、例えば、リン酸系、リン窒素系、含ハロゲンリン酸エステル系等が挙げられる。
難燃剤液は、上記各種の難燃剤の一種を含むものであっても良いし、複数種類を含むものであっても良い。

難燃剤液の含浸処理後のパネルは、例えば、難燃剤液から取り出し適宜の方法により乾燥させる。乾燥は、自然乾燥でも良いし、加熱して乾燥させても良い。また、自然乾燥と加熱による乾燥とを組み合わせても良い。生産性の向上等の観点からは、自然乾燥に代え、又は自然乾燥後に、適度な温度（例えば４０〜８０℃）に加熱し、その状態に１日以上（好ましくは２〜８日）維持して、乾燥を促進することが好ましい。

本発明によれば、難燃剤液を含浸させる前のエンドグレインパネルに高温加熱処理を行っておくことによって、この含浸処理後の乾燥の際に、パネルに、落ち込みによる表面の変形や内部割れが発生することを抑制することができる。しかも、難燃剤液を含浸させる前のエンドグレインパネルに高温加熱処理を行っても、空隙率の高い低比重材では、難燃剤液の良好な浸透性ないし含浸性が得られ、落ち込みによる表面の変形や内部割れの発生を防止しつつ、防耐火性能に優れた難燃木質パネルを効率良く製造することができた
なお、落ち込みによる表面の変形や内部割れを抑制できた理由の一つは、木材中の親水基であるヘミセルロースが選択的に分解され、難燃剤液含浸後の乾燥時における水の引張力が低減されたことにあると思われる。

なお、エンドグレインパネルは、原木から製材品や無垢材を得る場合に比して、原木を有効利用できるため、防耐火性能に優れた難燃木質パネルを歩留り良く効率的に製造することができる。

本発明の難燃木質パネルの製造方法で製造された難燃木質パネルは、多様な用途に用いることができ、その用途に特に制限はなく、例えば、木造住宅等の木造建築物における、屋根、天井、壁、床等の下地材、内装材、外装材として用いる面材、机、椅子、本棚等の家具の構成部材、ウッドデッキ、外構フェンス、花台、植物のプランター、子供の遊具の構成部材、住宅や船舶等における断熱材等として用いられる。

次に、実施例及び比較例に基づいて本発明を具体的に説明するが、本発明は、以下の実施例によって何ら限定されるものではない。

〔実施例１〕
（Ｉ）エンドグレインパネル（以下、ＥＧＰという）の製造
図３（ａ）に示すように、バルサ材からなる複数本の小角材２０（比重０．１５）を、隣り合う小角材２０間にメラミン樹脂系接着剤を介在させ横一列に配置し、これらを横方向から加圧して接着一体化させた。次いで、この複合材を、小角材２０の木口面が位置する一端から所定の幅で順次切断して、図３（ｂ）に示すように、ブロック状の小片２１が複数繋がった棒状中間体２２を複数本得た。そして、それらの棒状中間体２２を、小片２１の木口面２１ａ，２１ｂがパネルの上下面を形成するように向きを変えた後、図３（ｃ）に示すように、その棒状中間体２２の側面どうしを、メラミン樹脂系接着剤を介して接合させ、厚み２５ｍｍ、幅９２０ｍｍ、長さ１８３０ｍｍのＥＧＰを得た。
そのＥＧＰを切断して、厚み２５ｍｍ、縦３０３ｍｍ、横３０３ｍｍのＥＧＰ試験片を製造した。

（ＩＩ）難燃木質パネルの製造
ＥＧＰ試験片を熱風乾燥機内に入れて乾燥機内の温度を図２に示すグラフのように変化させて高温加熱処理を行った。最高温度２１０℃に維持した時間は２時間、１８０℃以上で処理した時間は２．５時間であった。
２１０℃に２時間維持した後は、乾燥機の扉を開放して、試験片が５０℃以下になるまで放置した。
次いで、その試験片を、上方が開放された容器に入れ、難燃剤液に浸漬させた。難燃剤液としては、難燃剤として、ホウ酸ナトリウム塩（ホウ酸系薬剤）を３０質量％含む水溶液を用いた。そして、試験片及び難燃剤液を入れた容器を下側から加熱し、難燃剤液を８５℃に８時間維持した後、常温になるまで冷却させた。次いで、試験片を難燃剤液内から取り出し、温度２０℃相対湿度７０％の恒温高湿環境下に２日間放置して乾燥させた後、更に６０℃に維持した乾燥機中に２日間放置して略絶乾状態まで乾燥させた。
このようにて実施例１の難燃木質パネルを得た。

（ＩＩＩ）防耐火性能の評価
実施例１の難燃木質パネルについて難燃剤の固形分量を計算して表１に示すと共に、その難燃木質パネルを９分割して、厚み２５ｍｍ、縦１００ｍｍ、横１００ｍｍの９枚の試験片とし、それらのうち重量が軽い方から４枚の試験片について、防耐火性能を評価するための燃焼試験を行った。
ところで、建築基準法でいう難燃材料（難燃木材）、準不燃材料（準不燃木材）、不燃材料（不燃木材）の条件として、指定性能評価機関が定める燃焼試験（発熱性試験ＩＳＯ５６６０−１）の基準をクリアすることが必要である。
この基準によれば、準不燃材料の基準をクリアするためには、加熱時間１０分、輻射強度５０ｋＷ／ｍ²の試験条件で、主に、
（１）総発熱量が８ＭＪ／ｍ²以下であること。
（２）防火上有害な裏面まで貫通する亀裂および穴がないこと。
（３）最高発熱速度が１０秒以上継続して２００ｋＷ／ｍ²を超えないこと。
が挙げられている。
そこで、上記の４枚の試験片（表１中、Ｎｏ．１〜Ｎｏ．４）について、コーンカロリーメータを用いた燃焼試験を行い、それらが、準不燃材料の基準を満たすか否かを調べ、その結果を表１に示した。

表１に示す結果から明らかなように、本発明の方法で製造された難燃木質パネルの試験片は、上記の（１）〜（３）の総てを満たすことが確認された。

（ＩＶ）落ち込みによる表面の変形及び内部割れの評価（その１）
（比較例１）
高温加熱処理を行わない以外は、実施例１と同様にして、比較例１の難燃木質パネルを得た。この比較例１の難燃木質パネルと実施例１の難燃木質パネルの外観を目視にて観察して対比したところ、実施例１の難燃木質パネルは、落ち込みによる表面の変形も、内部割れもなかったのに対して、比較例１の難燃木質パネルは、パネルの側面が５ｍｍ程度落ち込んでいるところがあり、また、パネルを貫通していないものの、幅が２ｍｍ以上、長さが１ｃｍ以上の多数の内部割れが観察された。
この結果から、比較例１の難燃木質パネルは、防耐火性能の善し悪し以前に、外観上、製品化できるようなものではなかった。

（Ｖ）落ち込みによる表面の変形及び内部割れの評価（その２）
バルサ材の辺材（比重０．１５）からなる縦３２ｍｍ、横３２ｍｍ、高さ３６ｍｍ（当初の寸法）の立方体形状のブロックを複数用意し、その一つのブロックについては、上記の実施例１と同様の条件で、高温加熱処理、難燃剤液の含浸処理及びその後の乾燥処理を行い、実施例２のブロック状の難燃木質材を得た。そして、もう一つの他のブロックについては、高温加熱処理を行わない以外は、同様にして、難燃剤液の含浸処理及びその後の乾燥処理を行い、比較例２のブロック状の難燃木質材を得た。
これらのブロック状の難燃木質材について、縦方向及び横方向それぞれの寸法について、当初の寸法（何れも３２ｍｍ）と、乾燥後（含浸処理後の乾燥後）の寸法とを比較し、縦方向及び横方向のそれぞれについて、下記式により収縮率を求めた。
収縮率（％）＝〔（当初の寸法−乾燥後の寸法）／当初の寸法〕×１００
そして、縦方向の収縮率と横方向の収縮率との平均値を表２に示した。
なお、縦方向及び横方向の寸法は、当初の長さが３２ｍｍの長さの辺上に、その辺の長さを６等分する５点を取り、その５点それぞれから該辺に直交する方向に直線を引き、その直線に沿って測定した５点の長さ（Ｎ＝５）の平均値とした。

また、上記の実施例２及び比較例２のブロック状の難燃木質材について、木口面を観察し、木口面における最大幅が０．５ｍｍ以上、長さが２ｍｍ以上の割れを内部割れとし、個々の内部割れの面積の合計値を表２に併せて示した。なお、個々の内部割れの面積は、最大幅×長さとした。

表２に示す結果から、比較例２の難燃木質パネルは、収縮率が大きく、内部割れも多く生じたことが判る。これに対して、実施例２の難燃木質パネルは、収縮率が小さく、内部割れも生じなかったことが判る。
なお、この試験は、エンドグレインパネルではなく、それを構成するバルサ材のブロックを用いたものであるが、エンドグレインパネルを用いて同様の試験を行った場合には、ＥＧＰを構成する個々の小片に同様の変化が生じることになるため、この試験の結果から、高温加熱処理を行わずに製造したエンドグレインパネルについては、それを構成する個々の小片に、比較例２のブロックと同等あるいはそれ以上の内部割れが生じ、エンドグレインパネルに落ち込みによる表面の変形や内部割れが生じるのに対して、高温加熱処理を行う本願発明の製造方法で製造したエンドグレインパネルには、それを構成する個々の小片及びエンドグレインパネル自体の何れにも、内部割れが生じにくく、エンドグレインパネルの表面（特に木口面以外の面の表面）にも落ち込みによる変形が生じにくいことが判る。

２エンドグレインパネル
２ａ，２ｂ上下面
２０小角材
２１小片
２１ａ，２１ｂ木口面
２２棒状中間体

Claims

低比重材からなるエンドグレインパネルを１８０℃以上の高温で加熱処理した後、難燃剤液を含浸させ、次いで乾燥することを特徴とする難燃木質パネルの製造方法。
前記低比重材がバルサ材である、請求項１記載の難燃木質パネルの製造方法。