JP2020100087A

JP2020100087A - 木材の処理方法

Info

Publication number: JP2020100087A
Application number: JP2018240363A
Authority: JP
Inventors: 浩山下; Hiroshi Yamashita
Original assignee: Sakawa Co Ltd
Current assignee: Sakawa Co Ltd
Priority date: 2018-12-21
Filing date: 2018-12-21
Publication date: 2020-07-02
Anticipated expiration: 2038-12-21
Also published as: JP6526309B1

Abstract

【課題】不溶化された難燃剤を含む木材において、加熱されたときの煙の発生を抑制することができる木材の処理方法が望まれる。【解決手段】木材の処理方法は、酸性のリン酸系の難燃剤を木材に含浸する含浸工程と、少なくとも前記木材の表層の前記難燃剤を不溶化剤によって不溶化させる不溶化工程と、を含む。不溶化剤は、水酸化カルシウムを含む。【選択図】なし

Description

本発明は、木材の処理方法に関する。

現在、木材の需要が増えてきている。しかしながら、木材は燃えてしまうことがあるため、難燃化又は不燃化させる必要がある。木材に専用の薬剤（難燃材）を含侵させることによって難燃化させる方法が知られている。難燃剤として、ホウ酸系の薬剤やリン酸系の薬剤が知られている。

難燃剤としてホウ酸系の薬剤を使用すると、木材から薬剤が染み出し、木材が白華することがある。難燃剤としてリン酸系の薬剤を使用すると、木材の表面に水が付着することがある。これを防止するため、特許文献１及び特許文献２は、木材に含浸した難燃剤を不溶化することを開示する。

特開２００７−１３６９９２号公報特開２０１８−１０３４５２号公報

木材の用途に応じて、木材が加熱されたときの煙の発生を抑制することが好ましい。より具体的には、不溶化された難燃剤を含む木材において、加熱されたときの煙の発生を抑制することができる木材の処理方法が望まれる。

本願の発明者は、前述した課題を解決するため、以下のような木材の処理方法を見出した。

一態様にかかる木材の処理方法は、酸性又は中性のリン酸系の難燃剤を木材に含浸する含浸工程と、少なくとも前記木材の表層の前記難燃剤を不溶化剤によって不溶化させる不溶化工程と、を含む。前記不溶化剤は、水酸化カルシウムを含む。

木材に含浸した酸性又は中性のリン酸系の難燃剤をカルシウム処理すると、リン酸カルシウムが生成される。これにより、木材に含浸した難燃剤の融点が上がり、木材が加熱又は燃焼したときにリン酸塩の蒸発が抑制され、その結果、木材から放出される煙の濃度が低下する。さらに、水酸化カルシウムはアルカリ性であるため、酸性又は中性の難燃剤と反応しやすく、リン酸塩、すなわちリン酸カルシウムを生成しやすいというメリットもある。

好ましい一態様によれば、前記難燃剤は、ポリカルボン酸が添加されたリン酸グアニジンを含む。

好ましい一態様によれば、前記ポリカルボン酸はコハク酸である。

難燃剤にポリカルボン酸を添加することでリン酸系の難燃剤の溶脱をより抑制することができる。特に、ポリカルボン酸であるコハク酸は、２つのカルボキシル基を有する。したがって、コハク酸は、難燃剤としてのリン酸グアニジンの窒素部分と結合しやすく、これにより難燃剤の溶解度が上がる。その結果、難燃剤の溶脱をより抑えることができる。

図１は、不溶化工程を行った木材の燃焼実験の結果を示すグラフである。図２は、不溶化工程を行わない木材の燃焼実験の結果を示すグラフである。

以下において、実施形態について説明する。なお、以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には、同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、各寸法の比率などは現実のものとは異なる場合があることに留意すべきである。

したがって、具体的な寸法などは以下の説明を参酌して判断すべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれる場合があることは勿論である。

本発明の木材の処理方法は、酸性又は中性のリン酸系の難燃剤を木材に含浸する含浸工程と、少なくとも木材の表層の難燃剤を不溶化剤によって不溶化させる不溶化工程と、を含む。

リン酸系の難燃剤は、ポリカルボン酸が添加されたリン酸グアニジンを含むことが好ましい。リン酸系の難燃剤は、任意に、ポリカルボン酸のほかに、ポリリン酸ナトリウム及び／又はエタノールが添加されていてもよい。例えば、リン酸系の難燃剤は、３０〜３５重量％のリン酸グアニジンと、４〜６重量％のポリカルボン酸と、４〜５重量％のポリリン酸ナトリウムと、３〜６重量％のエタノールと、を含んでいてもよい。ポリカルボン酸としては、好ましくは、コハク酸を用いることができる。また、リン酸系の難燃剤のｐＨは、６〜７であってもよい。

難燃剤にポリカルボン酸を添加することでリン酸系の難燃剤の溶脱をより抑制することができる。特に、ポリカルボン酸であるコハク酸は、２つのカルボキシル基を有する。したがって、コハク酸は、リン酸グアニジンの窒素部分と結合しやすく、これにより難燃剤の溶解度が上がる。その結果、難燃剤の溶脱をより抑えることができる。

含浸工程では、高い圧力の下で、難燃剤を木材に含浸させてもよい。そのような圧力は、例えば、０．１〜１．５МPａであってもよい。これにより、木材に難燃剤を含侵させやすくすることができる。また、木材に難燃剤をより含侵させやすくするため、含浸工程において、圧力を徐々に増加させてもよい。

さらに、含浸工程の直前に木材を減圧雰囲気下においてもよい。この場合、木材中に含まれる空気が抜けることで、難燃剤がより木材中に含侵しやすくなる。減圧は、例えば−７０〜１１０ｋＰａのゲージ圧であってもよい。

不溶化工程では、少なくとも木材の表層の難燃剤を不溶化剤によって不溶化させる。本発明では、不溶化剤は、水酸化カルシウムを含む。木材に含浸した酸性又は中性のリン酸系の難燃剤をカルシウム処理すると、リン酸カルシウムが生成される。これにより、木材に含浸した難燃剤の融点が上がり、木材が加熱又は燃焼したときにリン酸塩の蒸発が抑制され、その結果、木材から放出される煙の濃度が低下する。さらに、水酸化カルシウムはアルカリ性であるため、酸性又は中性の難燃剤と反応しやすく、リン酸塩、すなわちリン酸カルシウムを生成しやすいというメリットもある。

ここで、リン酸はもともと酸性であるため、リン酸系の難燃剤は、中性から酸性のｐＨを示すことが多い。この場合、水酸化カルシウムは、水溶液にしたときに高いｐＨが得られるため、不溶化剤として水酸化カルシウムを用いることで、難燃剤へのカルシウム交換が容易に行われる。さらに、水酸化カルシウムは、劇物として指定を受けておらず、比較的安全性も確保することができる。また、水酸化カルシウムとリン酸が化学反応では、リン酸カルシウムの他に生成される副産物はＨ_２Ｏであり、副産物として有毒な物質が生成されない、又は生成され難いというメリットもある。

不溶化工程の後に、必要に応じて乾燥工程が実施される。乾燥工程では、難燃剤を含侵させた木材を乾燥する。乾燥工程では、例えば、６０〜８０℃の温度、かつ６０〜８０％ＲＨの湿度の条件下で行われてもよい。

（実施例）
次に、具体的な実施例を例に挙げて本発明についてより詳細に説明する。ただし、以下の実施例は、本発明の範囲を限定することを意図するものではないことに留意されたい。

実施例における木材の処理方法では、前工程と、含浸工程と、不溶化工程と、乾燥工程と、が行われた。前工程では、木材を、９０ｋＰａのゲージ圧で５時間静置した。

その後、含浸工程において、難燃剤を木材に含浸した。難燃剤は、３１．８重量％のリン酸グアニジンと、５．３重量％のコハク酸と、９．９重量％のポリリン酸ナトリウムと、を含む。また、難燃剤のｐＨは、６．２５であった。

含浸工程は、加圧した状態で行われた。具体的には、０．２ＭＰａの圧力で２時間加圧し、０．３ＭＰａの圧力で２時間加圧し、０．５ＭＰａの圧力で３時間加圧し、０．７ＭＰａの圧力で３時間加圧した後、１．２ＭＰａの圧力で６時間加圧した。

含浸工程の後に、不溶化工程を実施した。不溶化工程では、難燃剤を含侵させた木材に水酸化カルシウムを加えた。水酸化カルシウムは、飽和水溶液であり、その濃度は０．１７重量％であった。この溶液に難燃剤含侵木材を浸漬し、−７０ｋＰａのゲージ圧で５時間減圧し、その後大気圧に戻し２４時間水酸化カルシウム溶液に浸漬させて不溶化処理を行った。

不溶化工程の後に、乾燥工程を実施した。乾燥工程では、７０℃の温度、６８％ＲＨの湿度で、木材を９６時間乾燥した。

前述した得られた処理済みの木材について、燃焼実験を行った。燃焼実験の結果は、図１に示されている。燃焼実験は、処理済みの木材を、空気雰囲気、７００℃で加熱するという実験である。

（比較例１）
比較例１における木材の処理方法では、前工程と、含浸工程と、乾燥工程と、が行われた。すなわち、比較例１における木材の処理方法は、前述した実施例で説明した不溶化工程は行われていないことを除き、実施例と同様である。

比較例１で得られた木材について、実施例と同様に燃焼実験を行った。燃焼実験の結果は、図２に示されている。燃焼実験の条件は、実施例と同様である。

図１及び図２に示すグラフにおいて、横軸は、時間（ｍｉｎ）を表す。図１及び図２に示すように、燃焼実験における総発熱量（ＭＪ／ｍ^２）は、比較例１と実施例において、互いに同じである。これに対し、実施例の木材の発熱速度（ｋＷ／ｍ^２）は、比較例１の木材の発熱速度よりも大幅に低下している。これに伴い、実施例の木材から出る煙の濃度（１／ｍ）が、比較例１の木材から出る煙の濃度（１／ｍ）よりも大幅に低下している。このように、実施例における木材の処理方法により、木材が加熱されたときの煙の発生が抑制されることがわかる。

（比較例２）
比較例２における木材の処理方法は、実施例とほぼ同様な方法で行われた。ただし、不溶化剤として水酸化カルシウム溶液を用いる代わりに、不溶化剤として塩化カルシウム飽和水溶液が用いられた。

比較例２で得られた木材について、実施例と同様に燃焼実験を行った。その結果、実施例の燃焼実験における総発熱量は、６．２９ＭＪ／ｍ^２であり、比較例２の燃焼実験における総発熱量は、６．４４ＭＪ／ｍ^２であった。すなわち、実施例では、総発熱量が低く、木材がより難燃化されていることがわかる。

また、実施例における総煙生成量は、２１０ｍ^２／ｍ^２であり、比較例２における総煙生成量は、２７８ｍ^２／ｍ^２であった。すなわち、実施例では、総煙生成量が小さく、加熱されたときの煙の発生がより抑制されていることがわかる。

本発明は上述した実施形態及び実施例によって説明したが、この開示の一部をなす論述及び図面は、この発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。

Claims

酸性又は中性のリン酸系の難燃剤を木材に含浸する含浸工程と、
少なくとも前記木材の表層の前記難燃剤を不溶化剤によって不溶化させる不溶化工程と、を含み、
前記不溶化剤は、水酸化カルシウムを含む、木材の処理方法。
前記難燃剤は、ポリカルボン酸が添加されたリン酸グアニジンを含む、請求項１に記載の木材の処理方法。
前記ポリカルボン酸は、コハク酸である、請求項２に記載の木材の処理方法。