JP4157879B2 - Method for producing modified wood - Google Patents
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Description
本発明は改質木材の製造方法に関する。更に詳しくは、難燃性、防炎性及び防煙性に優れた改質木材、を簡便な方法により得ることができる改質木材の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for producing modified wood. More specifically, the present invention relates to a method for producing a modified wood that can obtain a modified wood excellent in flame retardancy, flame resistance and smoke resistance by a simple method.
従来の改質木材の製造方法として、例えば、下記特許文献1には、木材にアルキルシリケート化合物の溶液を含浸させた後に、このアルキルシリケート化合物を加熱硬化させて改質木材を得る方法が開示されている。
また、下記特許文献2には、リン酸化合物系の難燃剤溶液とシリカ溶液とを木材に順次含浸させた後に、加熱加圧処理をして改質木材を得る方法が開示されている。
更に、下記特許文献3には、(1)二酸化珪素、酸化アルミニウム等の不燃性無機物の超微粒子を飽水処理木材中に拡散させるか或いは(2)混合により不燃性無機物(リン酸塩、硼酸塩等)を生じさせる複数の液体を木材に順次含浸させた後、この不燃性無機物の脱落を防ぐためにシリカゾル、珪酸リチウム等の固定化剤を含浸させて硬化させる加工木材の製造方法が開示されている。
また、下記特許文献4には、木材内部の空気を二酸化炭素で置換し、この木材に、二酸化炭素と反応して不燃性無機化合物を生じる無機化合物の水溶液を含浸させる加工木材の製造方法が開示されている。
更に、下記特許文献5及び6は、珪酸化合物を含浸定着させる改質木材の製造方法が開示されている。
As a conventional method for producing modified wood, for example,
Further,
Further,
上記特許文献1では、アルキルシリケート化合物をその沸点近傍まで加熱して硬化させる方法が開示されている。しかし、木材中に含浸させた溶液が漏れ出し、原料アルキルシリケート化合物の無駄が多いという問題がある。また、アルキルシリケート化合物を加水分解して硬化させる方法も開示されている。即ち、アルキルシリケートの加水分解液を木材に含浸させるものと考えられるが、この加水分解液は時間経過に伴いゲル化するため可使時間の制約をうけ、作業性及び経済性が十分に得られないという問題がある。
上記特許文献2及び上記特許文献3では、二種以上の液体を木材に順次含浸させる工程を備える。このため二液目以降の含浸液は、前工程で既に木材に含浸された液により液戻り汚染され、二液目以降の含浸液の寿命が短く、実質上二液目以降の含浸液を再利用できないという問題がある。また、いずれにおいても二液目以降の含浸液の拡散は液−液拡散に頼っており、拡散に時間がかかり、木材の深部までの拡散が困難である。
上記特許文献4では、木材中にある二酸化炭素の量に限りがあり、十分な難燃性を付与するだけの不燃性無機化合物の生成が困難であるという問題がある。また、この方法では木材が白化する場合がある。
In
上記特許文献5及び特許文献6は、本発明者によるものである。この改質木材の製造方法は、酸無水物ガスを用いることで液−気拡散を用いる。このため、酸無水物ガスの拡散が早く且つ木材の深部までゲル化でき、優れた方法である。しかし、燃焼抑制剤を含有する改質木材ではない。
本発明は、上記現状に鑑みてなされたものであり、簡単な工程で、作業性及び経済性よく、より優れた難燃性を付与できる改質木材の製造方法を提供することを目的とする。 This invention is made | formed in view of the said present condition, It aims at providing the manufacturing method of the modified | denatured wood which can provide more excellent flame retardance with easy work, good workability, and economical efficiency. .
本発明者は、以前にアルカリ珪酸塩、コロイダルシリカ等の珪酸化合物を木材に含ませ、これらを酸無水物ガスによってゲル化させる方法によれば、上記問題が解決されることを見出した(特開2001−1306号公報)。そして、引き続き改質木材の製造方法について検討した結果、レーザー加工により木材に浸透孔を設けることにより、珪酸化合物の浸透性を向上させられることを見出した(特開2002−120204号公報)。更に、ゲル化した後に、例えば、脱水炭化剤等の燃焼抑制剤を含ませることにより、簡便により優れた難燃性が付与され、更には発煙及び火焔が十分に抑制された改質木材が得られることを見出し、本発明を完成するに至った。 The present inventor has previously found that the above problem can be solved by a method in which a silicic acid compound such as alkali silicate or colloidal silica is contained in wood and gelled with an acid anhydride gas (special feature). No. 2001-1306). And as a result of continuing examination about the manufacturing method of modified wood, it discovered that the permeability of a silicic acid compound could be improved by providing a penetration hole in wood by laser processing (JP, 2002-120204, A). Furthermore, after the gelation, for example, by adding a combustion inhibitor such as a dehydrated carbonizer, a modified wood having a more excellent flame retardancy and further sufficiently suppressing smoke generation and flame is obtained. As a result, the present invention has been completed.
本発明は、以下に示す通りである。
(1)珪酸化合物を含む珪酸化合物液を木材に含浸する珪酸化合物含浸工程と、
上記珪酸化合物含浸工程で該木材中に含浸された該珪酸化合物を、酸無水物ガスを用いて珪酸化合物ゲルにするゲル化工程と、
上記ゲル化工程を経た木材に、リン系燃焼抑制剤、ホウ素系燃焼抑制剤及びハロゲン系燃焼抑制剤のうちの少なくとも1種の燃焼抑制剤を含む燃焼抑制剤液を含浸する燃焼抑制剤含浸工程と、を備えることを特徴とする改質木材の製造方法。
(2)上記珪酸化合物液が上記木材に浸透することを補助する浸透孔を該木材に形成する浸透孔形成工程を備え、該浸透孔形成工程は上記珪酸化合物含浸工程の前に行う上記(1)に記載の改質木材の製造方法。
(3)上記珪酸化合物含浸工程を経る前の木材を乾燥させる珪酸化合物含浸前乾燥工程を備え、該珪酸化合物含浸前乾燥工程は該珪酸化合物含浸工程の前に行う上記(1)又は(2)に記載の改質木材の製造方法。
(4)上記ゲル化工程を経る前の木材を乾燥させるゲル化前乾燥工程を備え、該ゲル化前乾燥工程は上記珪酸化合物含浸工程後且つ該ゲル化工程前に行う上記(1)乃至(3)のうちのいずれかに記載の改質木材の製造方法。
(5)上記燃焼抑制剤含浸工程を経る前の木材を乾燥させる燃焼抑制剤含浸前乾燥工程を備え、該燃焼抑制剤含浸前乾燥工程は上記ゲル化工程後且つ上記燃焼抑制剤含浸工程前に行う上記(1)乃至(4)のうちのいずれかに記載の改質木材の製造方法。
(6)上記燃焼抑制剤含浸工程後に、該燃焼抑制剤含浸工程を経た木材を乾燥させる燃焼抑制剤含浸後乾燥工程を備え、
該燃焼抑制剤含浸後乾燥工程を経た木材に、シランカップリング剤及び反応性樹脂化合物の少なくとも一方の下地処理剤を含む下地処理液を浸透させる下地処理工程を備える上記(1)乃至(5)のいずれかに記載の改質木材の製造方法。
(7)上記珪酸化合物はアルカリ珪酸塩である上記(1)乃至(6)のうちのいずれかに記載の改質木材の製造方法。
The present invention is as follows.
(1) a silicate compound impregnation step of impregnating wood with a silicate compound solution containing a silicate compound;
A gelation step of converting the silicic acid compound impregnated in the wood in the silicic acid compound impregnation step into a silicic acid compound gel using an acid anhydride gas;
Combustion inhibitor impregnation step of impregnating wood subjected to the gelation step with a combustion inhibitor liquid containing at least one of a phosphorus-based combustion inhibitor, a boron-based combustion inhibitor, and a halogen-based combustion inhibitor. A method for producing modified wood, comprising:
(2) A penetration hole forming step for forming a penetration hole in the wood for assisting the penetration of the silicate compound liquid into the wood is provided, and the penetration hole forming step is performed before the silicate compound impregnation step (1) The manufacturing method of the modified wood as described in).
(3) The above-mentioned (1) or (2) is provided with a drying step before impregnation with a silicate compound that dries the wood before passing through the silicate compound impregnation step, and the drying step before the silicate compound impregnation is performed before the silicate compound impregnation step. A method for producing the modified wood described in 1.
(4) A pre-gel drying step for drying the wood before the gelation step, wherein the pre-gel drying step is performed after the silicic acid compound impregnation step and before the gelation step. The manufacturing method of the modified | denatured wood in any one of 3).
(5) It comprises a drying step before impregnation with a combustion inhibitor for drying wood before passing through the combustion inhibitor impregnation step, and the drying step before impregnation with the combustion inhibitor is performed after the gelation step and before the combustion inhibitor impregnation step. The method for producing modified wood according to any one of (1) to (4) above.
(6) After the combustion inhibitor impregnation step, a post-combustion agent impregnation drying step for drying the wood that has undergone the combustion inhibitor impregnation step,
The above-mentioned (1) to (5), comprising a base treatment step of allowing a ground treatment liquid containing at least one of the silane coupling agent and the reactive resin compound to penetrate into the wood that has passed through the drying step after impregnation with the combustion inhibitor. A method for producing the modified wood according to any one of the above.
(7) The method for producing modified wood according to any one of (1) to (6), wherein the silicic acid compound is an alkali silicate.
本発明の改質木材の製造方法によれば、簡単な工程で、作業性及び経済性よく、より優れた難燃性を付与できる。特に珪酸化合物ゲルのみの場合に比べて、優れた防炎性及び防煙性を付与できる。更に、珪酸化合物ゲルが形成された後、燃焼抑制剤液を浸透するために、多孔性であり吸着性に優れた珪酸化合物ゲルが強固に燃焼抑制剤を保持され、湿度や雨水等により影響され難い安定な難燃性が付与できる。また、珪酸化合物ゲルが形成された後、燃焼抑制剤液を浸透するために、珪酸化合物液と燃焼抑制剤液との混合を生じず、両液を循環使用する等、再利用することができる。 According to the method for producing the modified wood of the present invention, it is possible to impart more excellent flame retardancy with good workability and economy by a simple process. In particular, superior flameproofness and smokeproofness can be imparted as compared with the case of using only a silicate compound gel. Furthermore, after the silicic acid compound gel is formed, the porous silicic acid compound gel having excellent adsorptivity is firmly held by the silicic acid compound gel and is affected by humidity, rainwater, etc. Difficult and stable flame retardancy can be imparted. Moreover, after the silicate compound gel is formed, in order to permeate the combustion inhibitor liquid, the mixture of the silicate compound liquid and the combustion inhibitor liquid does not occur, and both liquids can be reused such as being recycled. .
浸透孔形成工程を備える場合は、浸透孔が形成されるために、珪酸化合物液の浸透性が向上され、短時間で木材のより深部まで珪酸化合物を浸透させることができる。
珪酸化合物含浸前乾燥工程を備える場合は、珪酸化合物液の浸透性が向上され、短時間で木材のより深部まで珪酸化合物を浸透させることができる。
ゲル化前乾燥工程を備える場合は、木材内部に空洞が形成され、酸無水物ガスの拡散・浸透が特にスムーズであり、木材のより深部においても珪酸化合物をゲル化させられる。従って、燃焼抑制剤もより深部にまで確実に保持され、特に優れた難燃性を付与することができる。
燃焼抑制剤含浸前乾燥工程を備える場合は、燃焼抑制剤液の浸透性が向上され、短時間で木材のより深部まで燃焼抑制剤を浸透させることができる。
下地処理工程を備える場合は、更に長期にわたって改質木材に優れた寸法安定性を付与できる。
珪酸化合物がアルカリ珪酸塩である場合は、より短時間で木材の深部まで珪酸化合物が浸透され、特に優れた難燃性を付与できる。
When the penetration hole forming step is provided, the penetration hole is formed, so that the permeability of the silicate compound liquid is improved, and the silicate compound can be permeated to a deeper portion of the wood in a short time.
In the case where the drying step before impregnation with the silicate compound is provided, the permeability of the silicate compound liquid is improved, and the silicate compound can be infiltrated to a deeper portion of the wood in a short time.
When the drying step before gelation is provided, cavities are formed inside the wood, and the diffusion / penetration of the acid anhydride gas is particularly smooth, and the silicic acid compound can be gelled even in deeper portions of the wood. Therefore, the combustion inhibitor is also reliably held deeper, and particularly excellent flame retardancy can be imparted.
When the drying step before impregnation with the combustion inhibitor is provided, the permeability of the combustion inhibitor liquid is improved, and the combustion inhibitor can be infiltrated to a deeper portion of the wood in a short time.
In the case of including a ground treatment step, excellent dimensional stability can be imparted to the modified wood over a longer period of time.
When the silicic acid compound is an alkali silicate, the silicic acid compound is penetrated to the deep part of the wood in a shorter time, and particularly excellent flame retardancy can be imparted.
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明の製造方法は、珪酸化合物含浸工程と、ゲル化工程と、燃焼抑制剤含浸工程と、を備えることを特徴とする(図1参照)。
Hereinafter, the present invention will be described in detail.
The production method of the present invention comprises a silicic acid compound impregnation step, a gelation step, and a combustion inhibitor impregnation step (see FIG. 1).
[1]珪酸化合物含浸工程について
上記「珪酸化合物含浸工程」は、珪酸化合物を含む珪酸化合物液を木材に含浸する工程である。
(1)木材について
上記「木材」は限定されず、全ての天然木材及び加工木材に適用できる。また、木材の形態も限定されず、例えば、柱材、板材等の他、合板、繊維板、パーティクルボード、フローリング、集成材及び積層材等を用いることができる。
更に、木材は、そのまま用いてもよいが、上記珪酸化合物含浸工程を行う前に十分に乾燥させて用いることが好ましい。乾燥させることで収縮、反りなどの狂いが取り除かれ、強度が十分に向上される。また、乾燥の程度は限定されないが、例えば、木材の水分率は、一般に屋外保存では平衡水分率で約15質量%、室内保存では8〜15質量%、平均では12質量%程度である。上記珪酸化合物含浸工程前の木材は水分率0〜7質量%にまで乾燥させることが好ましい。これにより組織内の導管や細胞壁などの強度を向上され、珪酸化合物液の含浸圧等に耐え得る木材組織にできる。また、生材では水分率が50〜100質量%程度と多いため、上記乾燥には高周波加熱加工、過熱蒸気加熱加工、熱板加熱加工等を用いて急速乾燥できる。これにより、脂が除去され、細胞壁孔を貫通されて、珪酸化合物液等の木材への浸透性が向上される。上記生材では、上記各種急速乾燥を行った後に、更に通常の乾燥を行うことができる。
[1] Silicate Compound Impregnation Step The “silicate compound impregnation step” is a step of impregnating wood with a silicate compound solution containing a silicate compound.
(1) Wood The above “wood” is not limited and can be applied to all natural wood and processed wood. Further, the form of the wood is not limited, and for example, a plywood, a fiber board, a particle board, a flooring, a laminated material, a laminated material, and the like can be used in addition to a pillar material and a plate material.
Further, the wood may be used as it is, but it is preferable to use it after sufficiently drying it before performing the silicic acid compound impregnation step. Drying removes erraticities such as shrinkage and warping, and the strength is sufficiently improved. Although the degree of drying is not limited, for example, the moisture content of wood is generally about 15 mass% in terms of equilibrium moisture content for outdoor storage, 8-15 mass% for indoor storage, and about 12 mass% on average. The wood before the silicic acid compound impregnation step is preferably dried to a moisture content of 0 to 7% by mass. As a result, the strength of the conduits and cell walls in the tissue can be improved, and a wood structure that can withstand the impregnation pressure of the silicate liquid or the like can be obtained. In addition, since the raw material has a high moisture content of about 50 to 100% by mass, the drying can be rapidly dried using high-frequency heating processing, superheated steam heating processing, hot plate heating processing, or the like. As a result, the fat is removed, the cell wall pores are penetrated, and the permeability of the silicate compound liquid or the like to the wood is improved. The raw material can be further subjected to normal drying after the above various rapid drying.
(2)珪酸化合物液について
上記「珪酸化合物液」は、珪酸化合物を媒体に溶解させた液体、珪酸化合物を媒体に分散させた液体、及びこれらの混合液のうちのいずれかの液体である。即ち、例えば、珪酸化合物を媒体に溶解させた液としては、アルカリ珪酸塩溶液が挙げられる。また、珪酸化合物を媒体に分散させた液体としては、コロイダルシリカが挙げられる。
また、珪酸化合物液を構成する媒体は特に限定されない。水を用いてもよく、有機溶媒を用いてもよく、水と有機溶媒との混合溶媒を用いてもよい。特に水と炭素数1又は2のアルコール(特にメタノールが好ましい)との混合溶媒を用いると浸透性を向上させることができる。
上記「珪酸化合物」は、酸無水物ガスによりゲル化させることができる珪酸系の化合物である。この珪酸化合物としては、アルカリ珪酸塩、コロイダルシリカ中に含有されるシリカ等が挙げられる。
(2) Silicate Compound Liquid The “silicate compound liquid” is a liquid obtained by dissolving a silicate compound in a medium, a liquid in which a silicate compound is dispersed in a medium, or a mixture thereof. That is, for example, as a liquid in which a silicate compound is dissolved in a medium, an alkali silicate solution can be mentioned. Moreover, colloidal silica is mentioned as a liquid which disperse | distributed the silicic acid compound in the medium.
Moreover, the medium which comprises a silicate compound liquid is not specifically limited. Water may be used, an organic solvent may be used, or a mixed solvent of water and an organic solvent may be used. In particular, the use of a mixed solvent of water and an alcohol having 1 or 2 carbon atoms (particularly methanol is preferable) can improve the permeability.
The “silicic acid compound” is a silicic acid compound that can be gelled with an acid anhydride gas. Examples of the silicic acid compound include alkali silicate and silica contained in colloidal silica.
(i)アルカリ珪酸塩溶液
上記「アルカリ珪酸塩」は、一般式Me2O・nSiO2〔nは0.5〜10であり、MeはNa、K、Li、R3N又はR4N(Rは水素原子又はコリン、モノメチルトリエタノールアンモニウム等の有機基)である。〕で示される珪酸化合物であって、珪酸ナトリウム、珪酸カリウム、珪酸リチウム、第3級アミン珪酸塩、第4級アンモニウム珪酸塩等が例示される。このうち、珪酸ナトリウム、珪酸リチウム及び珪酸カリウムが好ましく、更には珪酸ナトリウムと珪酸リチウムが好ましく、特に珪酸ナトリウムと珪酸リチウムとの併用が好ましい。これらを併用した珪酸化合物液は粘度が低く木材への浸透性に優れるからである。また、得られる改質木材の変色を抑制する目的においては、珪酸リチウム、第3級アミン珪酸塩及び第4級アンモニウム珪酸塩が好ましい。これらのアルカリ珪酸塩は1種のみを用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
(I) Alkali Silicate Solution The above “alkali silicate” has the general formula Me 2 O.nSiO 2 [n is 0.5 to 10, and Me is Na, K, Li, R 3 N or R 4 N ( R is a hydrogen atom or an organic group such as choline or monomethyltriethanolammonium). ], And is exemplified by sodium silicate, potassium silicate, lithium silicate, tertiary amine silicate, quaternary ammonium silicate and the like. Among these, sodium silicate, lithium silicate, and potassium silicate are preferable, sodium silicate and lithium silicate are more preferable, and the combined use of sodium silicate and lithium silicate is particularly preferable. This is because the silicic acid compound liquid using these in combination has a low viscosity and excellent permeability to wood. In addition, lithium silicate, tertiary amine silicate and quaternary ammonium silicate are preferable for the purpose of suppressing discoloration of the resulting modified wood. These alkali silicates may use only 1 type and may use 2 or more types together.
また、アルカリ珪酸塩を用いる場合、珪酸塩化合物液中に含有されるアルカリ珪酸塩の量は特に限定されないが10〜50質量%(より好ましくは15〜30質量%)であることが好ましい。この範囲では、珪酸系化合物液に十分な珪酸塩化合物が含有される濃度でありながら、適度な粘度となり木材への浸透性に優れる。また、上記濃度範囲において加温により粘度を低下させ、更に浸透性を向上させることもできる。即ち、1回の処理でより多くの珪酸化合物を木材内へ注入することができる。尚、注入量(含浸量)を大きくするために加圧・減圧を繰り返し行うこともできる。アルカリ珪酸塩として珪酸ナトリウムを用い、媒体として水を用いる場合は、上記のように珪酸リチウムを併用することが好ましい。特に、アルカリ金属元素に対してより多くのケイ素を含有し、効率よくケイ素を木材中に注入できるためアルカリ珪酸塩としてはJIS3号又はJIS4号の珪酸ナトリウムを用いることが好ましい。但し、これらの珪酸ナトリウムのみで上記アルカリ珪酸塩濃度の珪酸塩化合物液(珪酸塩化合物水溶液)を得ようとすると高粘度となる。このため、水溶媒中において低粘度である珪酸リチウムを併用して、珪酸化合物液全体の粘度を低下させることができる。この場合、珪酸化合物液の粘度は、例えば、5〜250cps/25℃(更には10〜150cps/25℃)とすることができる。 Moreover, when using an alkali silicate, the quantity of the alkali silicate contained in a silicate compound liquid is although it does not specifically limit, It is preferable that it is 10-50 mass% (more preferably 15-30 mass%). Within this range, the silicate compound liquid has a concentration at which a sufficient silicate compound is contained, but has an appropriate viscosity and excellent permeability to wood. Further, the viscosity can be lowered by heating in the above concentration range, and the permeability can be further improved. That is, more silicic acid compounds can be injected into the wood in one treatment. In order to increase the injection amount (impregnation amount), pressurization and depressurization can be repeated. When sodium silicate is used as the alkali silicate and water is used as the medium, it is preferable to use lithium silicate in combination as described above. In particular, it is preferable to use JIS No. 3 or JIS No. 4 sodium silicate as the alkali silicate because it contains more silicon than the alkali metal element and silicon can be efficiently injected into the wood. However, when only the sodium silicate is used to obtain a silicate compound liquid (silicate compound aqueous solution) having the alkali silicate concentration, the viscosity becomes high. For this reason, the viscosity of the whole silicate compound liquid can be reduced by using together lithium silicate which is low-viscosity in an aqueous solvent. In this case, the viscosity of the silicic acid compound liquid can be set to, for example, 5 to 250 cps / 25 ° C. (further, 10 to 150 cps / 25 ° C.).
(ii)コロイダルシリカ
上記「コロイダルシリカ」は、一般式Me2O・nSiO2〔nは50〜300であり、MeはNa、R3N又はR4N(Rは水素原子又はコリン、モノメチルトリエタノールアンモニウム等の有機基)である。〕で示される粒径50μm以下(好ましくは20μm以下、通常5nm以上)のシリカ(上記アルカリ珪酸塩とは異なり、SiO2のモル比が50〜300と大きい)が分散したコロイドである。SiO2濃度20〜50質量%(より好ましくは20〜40質量%)のものを用いることができ、水分散系のコロイダルシリカ(以下、単に「水性コロイダルシリカ」という)と有機溶媒分散系のコロイダルシリカ(以下、単に「オルガノコロイダルシリカ」という)ものとがある。これらはいずれ一方のみを用いてもよく、併用してもよい。
(Ii) Colloidal silica The above-mentioned “colloidal silica” has the general formula Me 2 O.nSiO 2 [n is 50 to 300, Me is Na, R 3 N or R 4 N (R is a hydrogen atom or choline, monomethyltrimethyl) Organic groups such as ethanolammonium). ], A colloid in which silica having a particle size of 50 μm or less (preferably 20 μm or less, usually 5 nm or more) is dispersed (unlike the alkali silicate, the molar ratio of SiO 2 is as large as 50 to 300). A SiO 2 concentration of 20 to 50% by mass (more preferably 20 to 40% by mass) can be used, and an aqueous dispersion colloidal silica (hereinafter simply referred to as “aqueous colloidal silica”) and an organic solvent dispersion colloid. There is a silica (hereinafter simply referred to as “organocolloidal silica”). Any of these may be used alone or in combination.
水性コロイダルシリカを使用する場合には、SiO2濃度20〜50質量%(より好ましくは20〜40質量%、更に好ましくは20〜35質量%)、シリカの粒径20μm以下(より好ましくは15μm以下)の低粘度品を用いることが好ましい。尚、上記一般式におけるMeがR4Nである水性コロイダルシリカ(アンモニウムシリケート)は、他の化合物に比べて、溶液中のSiO2濃度が比較的高い(例えば40質量%程度)場合にも低粘度であり、且つ結合力が強いなどの特長を有することから、本発明において好適に用いられ、良好な結果を示す。
オルガノコロイダルシリカを使用する場合には、SiO2濃度20〜40質量%(より好ましくは20〜30質量%)、シリカの粒径20μm以下(より好ましくは15μm以下)の低粘度品を用いることが好ましい。溶媒がメタノール、イソプロパノール又はキシレン−ブタノール混合系である場合には、低粘度でSiO2濃度の高いものとすることができ、いずれも本発明において良好な結果を示す。
When aqueous colloidal silica is used, the SiO 2 concentration is 20 to 50% by mass (more preferably 20 to 40% by mass, still more preferably 20 to 35% by mass), and the silica particle size is 20 μm or less (more preferably 15 μm or less). It is preferable to use a low-viscosity product. In addition, aqueous colloidal silica (ammonium silicate) in which Me in the above general formula is R 4 N is low even when the SiO 2 concentration in the solution is relatively high (for example, about 40% by mass) as compared with other compounds. Since it has characteristics such as a viscosity and a strong bonding force, it is suitably used in the present invention and shows good results.
When using organocolloidal silica, it is preferable to use a low-viscosity product having a SiO 2 concentration of 20 to 40% by mass (more preferably 20 to 30% by mass) and a silica particle size of 20 μm or less (more preferably 15 μm or less). preferable. When the solvent is methanol, isopropanol or xylene-butanol mixed system, it can have a low viscosity and a high SiO 2 concentration, and all show good results in the present invention.
これらコロイダルシリカの種類に関係なく、コロイダルシリカを木材に含浸させる際には、低粘度(好ましくは1〜50cps/25℃、より好ましくは1〜30cps/25℃)であることが好ましい。木材への浸透性に優れるからである。更に、コロイダルシリカ中に分散されたシリカは小粒径であることが好ましい。即ち、例えば、上記20μm以下であることが好ましい。この範囲であれば木材の細胞壁孔と同程度に微細であり、木材の細胞壁の内部等にまで含浸させられる。更には、改質効果の点からSiO2含有量の高いコロイダルシリカが好ましい。 Regardless of the type of colloidal silica, when the wood is impregnated with colloidal silica, it is preferable that the viscosity be low (preferably 1 to 50 cps / 25 ° C, more preferably 1 to 30 cps / 25 ° C). This is because it has excellent permeability to wood. Furthermore, the silica dispersed in colloidal silica preferably has a small particle size. That is, for example, the thickness is preferably 20 μm or less. If it is this range, it will be as fine as the cell wall hole of wood, and it will be made to impregnate the inside of the cell wall of wood, etc. Furthermore, colloidal silica having a high SiO 2 content is preferable from the viewpoint of the modification effect.
また、珪酸化合物液中に、アルカリ珪酸塩が含有され、このアルカリ珪酸塩が変色しやすいものである場合には、コロイダルシリカを併用することが好ましい。これにより、アルカリ金属による変色を著しく抑制できる。アルカリ珪酸塩とコロイダルシリカとを併用する場合、珪酸化合物の合計量に占めるアルカリ珪酸塩の割合(固形分比)は50質量%以下とすることが好ましく、30質量%以下とすることがより好ましく、10質量%以下とすることが更に好ましい。 Moreover, when an alkali silicate is contained in the silicic acid compound liquid and the alkali silicate is easily discolored, it is preferable to use colloidal silica in combination. Thereby, the discoloration by an alkali metal can be suppressed remarkably. When the alkali silicate and colloidal silica are used in combination, the proportion (solid content ratio) of the alkali silicate in the total amount of the silicate compound is preferably 50% by mass or less, more preferably 30% by mass or less. More preferably, it is 10 mass% or less.
更に、この珪酸化合物液は、アルカリ性であってもよく、中性であってもよく、酸性であってもよいが、アルカリ性であることが好ましい。
珪酸化合物液が、アルカリ珪酸塩及び水を用いた珪酸化合物液である場合には、通常、アルカリ珪酸塩の溶解によりアルカリ性となるため、このまま使用できる。
一方、珪酸化合物液が、アルカリ珪酸塩を用いずコロイダルシリカを用いた珪酸化合物液である場合には、珪酸化合物液に塩基性化合物を添加する等してアルカリ性にすることが好ましい。これにより、ゲル化工程におけるゲル化速度をより大きくすることができる。アルカリ性の程度は特に限定されないが、pH8.0〜11.0(より好ましくはpH8.5〜10.0)が好ましい。この範囲であればゲル化速度を大きくでき、且つゲル化開始までの時間も少なく抑える(ゲル化が開始されるまでの酸無水物ガスによる中和時間が短い)ことができる。上記塩基性化合物としては、アンモニア、トリメチルアミン等の各種アミン類、水酸化リチウム等の水酸化アルカリ金属類等が挙げられる。これらは1種のみを用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
Furthermore, the silicic acid compound solution may be alkaline, neutral, or acidic, but is preferably alkaline.
When the silicic acid compound liquid is a silicic acid compound liquid using an alkali silicate and water, it usually becomes alkaline due to dissolution of the alkali silicate and can be used as it is.
On the other hand, when the silicic acid compound liquid is a silicic acid compound liquid using colloidal silica without using an alkali silicate, it is preferably made alkaline by adding a basic compound to the silicic acid compound liquid. Thereby, the gelatinization speed | rate in a gelatinization process can be enlarged more. The degree of alkalinity is not particularly limited, but pH 8.0 to 11.0 (more preferably pH 8.5 to 10.0) is preferable. Within this range, the gelation rate can be increased, and the time until the start of gelation can be reduced (the neutralization time with the acid anhydride gas until the start of gelation is short). Examples of the basic compound include various amines such as ammonia and trimethylamine, and alkali metal hydroxides such as lithium hydroxide. These may use only 1 type and may use 2 or more types together.
(3)含浸条件について
上記珪酸化合物液を木材に含浸する場合、その含浸条件は特に限定されない。即ち、例えば、加圧しながら含浸を行う加圧含浸を行ってもよく、加圧を行うことなく含浸する常圧含浸を行ってもよい。このうち加圧含浸が好ましい。加圧を行うことにより、木材の組織内(導管や細胞壁等の内部)にまでより多く珪酸化合物を含浸させることができる。また、加熱を行ってもよく、加熱を行わなくてもよい。このうち加熱を行うことが好ましい。加熱を行うことにより、浸透速度を上げることができる。特に低圧力においても大きな浸透速度を得ることができる。
(3) Impregnation conditions When the above silicate compound liquid is impregnated into wood, the impregnation conditions are not particularly limited. That is, for example, pressure impregnation in which impregnation is performed while applying pressure may be performed, or normal pressure impregnation in which impregnation is performed without applying pressure may be performed. Of these, pressure impregnation is preferred. By applying pressure, more silicate compounds can be impregnated into the wood structure (inside the conduits, cell walls, etc.). Further, heating may be performed or heating may not be performed. Of these, heating is preferable. By performing the heating, the permeation rate can be increased. In particular, a large penetration rate can be obtained even at a low pressure.
上記加圧を行う場合、加圧方法は限定されない。即ち、例えば、気体を反応容器内に注入して加圧してもよく、加熱により加圧してもよく、これらを組み合わせて加圧してもよい。上記加圧を行う場合の加圧条件は限定されない。加圧条件は、例えば、木材の水分率、真空度、木材の種類、木目の状態及び種類、木材の大きさ及び形状、等により適宜選択できる。但し、通常、加圧圧力は10MPa以下(好ましくは8MPa以下、より好ましくは6MPa以下、通常0.2MPa以上)である。特に年輪が認められない木材においては、軟質系の木材及び硬質系の木材のいずれにおいても10MPaまで加圧できる。年輪が認められる軟質系の木材では3MPa以下(通常0.5MPa以上)とすることが好ましい。また、年輪が認められる硬質系の木材では5MPa以下(通常1.5MPa以上)とすることが好ましい。これにより木材の種類及び形状等に影響されることなく、反り、変形及び割れなどを効果的に防止できる。
尚、軟質系の木材とは、JIS Z 2101に従った温度25℃且つ含水率7%以下における密度が0.56未満である木材をいうものとする。例えば、杉、檜及びラワン等の針葉樹の木材が挙げられる。
When performing the pressurization, the pressurization method is not limited. That is, for example, a gas may be injected into the reaction vessel to pressurize, may be pressurized by heating, or may be pressurized in combination. The pressurization conditions for performing the pressurization are not limited. The pressurizing condition can be appropriately selected depending on, for example, the moisture content of wood, the degree of vacuum, the type of wood, the state and type of grain, the size and shape of the wood, and the like. However, the pressure is usually 10 MPa or less (preferably 8 MPa or less, more preferably 6 MPa or less, usually 0.2 MPa or more). In particular, wood with no annual rings can be pressurized up to 10 MPa in both soft wood and hard wood. For soft wood where annual rings are recognized, it is preferably 3 MPa or less (usually 0.5 MPa or more). Moreover, it is preferable to set it as 5 Mpa or less (normally 1.5 Mpa or more) in the hard type | system | group wood in which an annual ring is recognized. Accordingly, warping, deformation, cracking, and the like can be effectively prevented without being affected by the type and shape of the wood.
The soft wood refers to wood having a density of less than 0.56 at a temperature of 25 ° C. and a moisture content of 7% or less according to JIS Z 2101. For example, coniferous wood such as cedar, straw and lauan.
上記加熱を行う場合、珪酸化合物液を加熱してもよく、含浸工程を行う処理容器全体を加熱してもよく、木材を加熱してもよく、これらの少なくとも2種以上の加熱を行ってもよい。珪酸化合物液を加熱するとは、例えば、珪酸化合物液を含浸させる処理容器とは別の加熱容器を備え、この加熱容器内で珪酸化合物液を加熱することができる。また、処理容器と加熱容器との間で珪酸化合物液を循環させることができる。
更に、この加熱によって得られる珪酸化合物液の液温は限定されないが180℃未満(より好ましくは20〜150℃、更に好ましくは40〜120℃)が好ましい。この範囲の加熱でれば、十分な浸透速度の向上効果が得られつつ、木材の損傷、溶液の変質等を防止できる。液温を上昇させることにより、25℃で用いる場合に比べて浸透速度を2〜5倍向上させることができ、珪酸化合物含浸工程に要する時間を大幅に短縮できる。
When performing the above heating, the silicate compound liquid may be heated, the entire processing vessel for performing the impregnation step may be heated, the wood may be heated, or at least two or more of these may be heated Good. Heating the silicate compound liquid includes, for example, a heating container different from the treatment container impregnated with the silicate compound liquid, and the silicate compound liquid can be heated in the heating container. Further, the silicate compound liquid can be circulated between the processing container and the heating container.
Furthermore, although the liquid temperature of the silicic acid compound liquid obtained by this heating is not limited, it is preferably less than 180 ° C (more preferably 20 to 150 ° C, still more preferably 40 to 120 ° C). Heating in this range can prevent wood damage, solution alteration, and the like while achieving a sufficient penetration rate improvement effect. By increasing the liquid temperature, the permeation rate can be improved by 2 to 5 times compared to the case of using at 25 ° C., and the time required for the silicic acid compound impregnation step can be greatly shortened.
(4)含浸させる珪酸化合物の量について
この工程による含浸量は特に限定されないが、十分な難燃効果を得るために、珪酸化合物含浸工程を行う前の木材の質量に対して200質量%以上(より好ましくは250質量%以上、更に好ましくは300質量%以上)の珪酸化合物液を含浸させることが好ましい(即ち、珪酸化合物液の含浸量)。特に、珪酸化合物換算で、珪酸化合物含浸工程を行う前の木材の質量に対して40〜200質量%(より好ましくは50〜180質量%、更に好ましくは100〜150質量%)を含有されることが好ましい(即ち、含浸された珪酸化合物液のうちの固形分量)。尚、木材の種類及び処理条件等によって、上記木材の質量に対して200質量%を超える珪酸化合物換算含有量を得ることができる。この場合にも優れた難燃性が得られる。
尚、珪酸化合物換算による含有量とは、アルカリ珪酸塩のみを含む(コロイダルシリカを含まない)珪酸化合物液では珪酸化合物液100質量%中に含有されるアルカリ珪酸塩の質量割合を表し、コロイダルシリカのみを含む(アルカリ珪酸塩を含まない)珪酸化合物液では珪酸化合物液100質量%中に含有されるコロイダルシリカの質量割合を表す。更に、アルカリ珪酸塩とコロイダルシリカとの両方を含有する珪酸化合物液では珪酸化合物液100質量%中に含有されるアルカリ珪酸塩とコロイダルシリカとの合計質量割合を表す。
(4) Amount of silicic compound to be impregnated The amount of impregnation by this step is not particularly limited, but in order to obtain a sufficient flame retardant effect, it is 200% by mass or more based on the mass of wood before the silicic acid compound impregnation step ( More preferably, it is preferably impregnated with a silicic acid compound solution of 250% by mass or more, more preferably 300% by mass or more (that is, the impregnation amount of the silicic acid compound solution). In particular, 40 to 200% by mass (more preferably 50 to 180% by mass, still more preferably 100 to 150% by mass) is contained with respect to the mass of the wood before the silicic acid compound impregnation step in terms of silicic acid compound. Is preferable (that is, the solid content in the impregnated silicic acid compound liquid). In addition, the silicic acid compound conversion content exceeding 200 mass% with respect to the mass of the said wood can be obtained with the kind of wood, processing conditions, etc. Even in this case, excellent flame retardancy can be obtained.
In addition, content by silicic acid compound expression represents the mass ratio of the alkali silicate contained in 100 mass% of silicic acid compound liquid in the silicic acid compound liquid containing only alkali silicate (not including colloidal silica), and colloidal silica. In a silicic acid compound liquid containing only (no alkali silicate), the mass ratio of colloidal silica contained in 100% by mass of the silicic acid compound liquid is represented. Furthermore, in the silicate compound liquid containing both alkali silicate and colloidal silica, the total mass ratio of the alkali silicate and colloidal silica contained in 100 mass% of silicate compound liquid is represented.
[2]珪酸化合物含浸工程以前に行う他の工程
本発明の製造方法では、珪酸化合物含浸工程を行う前に他の工程を備えることができる。他の工程としては、浸透孔形成工程及び乾燥工程が挙げられる。
[2] Other Steps Performed Before Silicic Acid Compound Impregnation Step In the production method of the present invention, other steps can be provided before the silicic acid compound impregnation step. Examples of other processes include a penetration hole forming process and a drying process.
(1)浸透孔形成工程
上記「浸透孔形成工程」は、珪酸化合物液が木材に浸透することを補助する浸透孔を木材に形成する工程である。
この浸透孔を木材に形成する際の孔設方法は特に限定されない。例えば、レーザーにより孔設してもよく、ドリル等の木工加工機により孔設してもよく、その他の方法で孔設してもよく、これらを併用してもよい。このうちレーザー加工を行う場合、用いるレーザーの種類は限定されないが、炭酸ガスレーザーが好ましい。また、用いるレーザーの波長、出力等については限定されず、木材の性質、浸透孔の形状、深さ等により選択することが好ましい。レーザー加工を用いた場合は、その他の木工加工機を用いる場合に比べて、より簡単に高い精度の穿孔を行うことができる。
(1) Penetration hole formation process The above-mentioned "penetration hole formation process" is a process of forming a penetration hole in the wood that assists the silicate compound liquid to penetrate into the wood.
There is no particular limitation on the method for forming the penetration hole in the wood. For example, it may be drilled with a laser, may be drilled with a woodworking machine such as a drill, may be drilled with other methods, or these may be used in combination. Among these, when performing laser processing, the kind of laser to be used is not limited, but a carbon dioxide gas laser is preferable. Further, the wavelength, output, etc. of the laser to be used are not limited and are preferably selected depending on the nature of the wood, the shape of the penetration hole, the depth, and the like. When laser processing is used, drilling with high accuracy can be performed more easily than when other woodworking machines are used.
上記「浸透孔」は、木材に形成された孔である。この浸透孔は木材に対して貫通しているものであってもよく、貫通されていないものであってもよい。また、その断面形状、開口形状等の浸透孔の形状は限定されない。即ち、例えば、開口形状が略円状(図2参照)のスポット穿孔(柱状孔、内部へ向かって窄まる錐状孔等)、開口形状が四角状等のスポット穿孔(柱状孔、内部へ向かって窄まる錐状孔等)、開口形状が直線状(図3参照)、折線状、曲線状等の割れ目カット(スリット状孔)等の形態が挙げられる。これらは1種のみを用いてもよく、2種以上を併用してもよい。 The “penetrating hole” is a hole formed in wood. This penetration hole may be penetrated with respect to wood, and may not be penetrated. Further, the shape of the permeation hole such as the cross-sectional shape and the opening shape is not limited. That is, for example, spot perforations (columnar holes, conical holes that narrow toward the inside, etc.) with a substantially circular shape (see FIG. 2), spot perforations (columnar holes, toward the inside) with a square opening, etc. And the like, and the shape of the opening is a straight line (see FIG. 3), a broken line, a broken line such as a curved line (slit-shaped hole), and the like. These may use only 1 type and may use 2 or more types together.
更に、浸透孔の方向は限定されない。即ち、例えば、木目に対して交差する孔(例えば、略垂直孔)であってもよく、略平行孔であってもよく、これらの併用であってもよい。これらのなかでは、木目に対して交差する孔を含むことが好ましい。即ち、例えば、上記スポット穿孔の場合、図4に示すように、板目面に対して上から下へ木目と交差するように穿孔することが好ましい。また、直線状の割れ目カットの場合、図4に示すように、板目面に対して垂直方向にカットすることが好ましい。 Furthermore, the direction of the penetration hole is not limited. That is, for example, it may be a hole that intersects the grain (for example, a substantially vertical hole), a substantially parallel hole, or a combination thereof. In these, it is preferable to include the hole which cross | intersects with a grain. That is, for example, in the case of the spot drilling, as shown in FIG. 4, it is preferable to drill so as to intersect the grain from the top to the bottom with respect to the grain surface. Moreover, in the case of a linear crack cut, as shown in FIG. 4, it is preferable to cut in a direction perpendicular to the plate surface.
また、浸透孔の大きさは限定されないが、例えば、スポット穿孔による開口形状が略円状の浸透孔の場合、開口径(直径)は0.5〜1mmが好ましい。この浸透孔は1つの孔により、通常、その周囲25〜75mmの範囲に珪酸化合物液を浸透させることができる。更に、割れ目カットの場合、図3に示すように、横方向全体に渡って長い1本の割れ目カットとすることができる。また、木材の強度保持のため、図5に示すように、中央部分に未カット部を残して割れ目カットを施すこともできる。直線状の割れ目カットを入れた場合は、珪酸化合物液の浸透速度が特に大きく、浸透孔を形成しない場合に比べて1/20〜1/50程度に処理時間を短縮できる。 Moreover, although the magnitude | size of an osmotic hole is not limited, For example, in the case of the osmotic hole by which the opening shape by spot drilling is substantially circular, an opening diameter (diameter) has preferable 0.5-1 mm. This permeation hole can normally permeate the silicate compound liquid in a range of 25 to 75 mm around the perforation hole. Furthermore, in the case of a crack cut, as shown in FIG. 3, it can be set as one long crack cut over the whole horizontal direction. Moreover, in order to maintain the strength of the wood, as shown in FIG. 5, it is possible to cut the cracks while leaving an uncut portion at the center. When a linear crack cut is made, the permeation speed of the silicate compound liquid is particularly large, and the treatment time can be shortened to about 1/20 to 1/50 compared with the case where no permeation hole is formed.
その他、浸透孔を設ける箇所、孔数及び孔密度等は限定されない。これらの浸透孔に関する種々の形態は、木材の性質、使用用途等により選択することが好ましい。例えば、木材の裏面や木端等の目立たない箇所に必要数だけ浸透孔を設ければ、木材の変形や強度の低下なく、外観についてもほとんど変化させることなく、容易に珪酸化合物液を木材に浸透させることができる。浸透孔を設ける場合、木の硬度、木目(年輪)の密度、板目、正目等の状況を見て、浸透孔の形態等を適宜選択することが好ましい。 In addition, the location where the penetration holes are provided, the number of holes, the hole density, and the like are not limited. It is preferable to select various forms relating to these penetration holes depending on the nature of the wood, the intended use, and the like. For example, if the required number of permeation holes are provided in inconspicuous places such as the back of the wood or the edge of the wood, the silicate liquid can be easily applied to the wood without any deformation or reduction in strength of the wood and almost no change in the appearance. Can penetrate. In the case of providing the permeation holes, it is preferable to appropriately select the form of the permeation holes in view of conditions such as the hardness of the wood, the density of the wood (annual rings), the grain, and the mesh.
浸透孔を形成することにより、珪酸化合物液の浸透性が向上され、厚み、長さ又は面積のある大きな木材や、木目の詰まった堅い木材等のように、加圧や加熱を行っても、珪酸化合物液を木材内部深くまで浸透させ難い木材であっても、木材表面部のみならず、上記浸透孔からも珪酸化合物液が浸透され、木材内部にまで珪酸化合物液を容易に(例えば低圧力、短時間で)浸透できる。 By forming the permeation holes, the permeability of the silicic acid compound liquid is improved, even if pressure or heating is performed, such as a large wood with a thickness, length or area, or a hard wood filled with wood, Even if it is difficult for the silicate compound liquid to penetrate deeply into the wood, the silicate compound liquid penetrates not only from the surface of the wood but also from the penetration hole, so that the silicate compound liquid can easily penetrate into the wood (for example, low pressure In a short time).
(2)乾燥工程
上記「乾燥工程」は、珪酸化合物含浸工程を行う前に、木材を乾燥させる工程である。珪酸化合物含浸工程を行う前に木材を乾燥させることにより、珪酸化合物液の浸透性を向上させることができる。
乾燥させる方法は特に限定されず、吸引減圧乾燥を用いてもよく、加熱乾燥を用いてもよく、自然乾燥を用いてもよく、その他の方法を用いてもよく、これらのうちの2種以上を組み合わせた方法を用いてもよい。このうち少なくとも吸引減圧乾燥を用いることが好ましい。
乾燥工程における乾燥程度は限定されないが、木材の質量に対して水分を0〜7質量%とすることが好ましい。
(2) Drying step The “drying step” is a step of drying wood before performing the silicic acid compound impregnation step. By drying the wood before the silicic acid compound impregnation step, the permeability of the silicic acid compound liquid can be improved.
The method of drying is not particularly limited, suction vacuum drying may be used, heat drying may be used, natural drying may be used, other methods may be used, and two or more of these may be used. You may use the method which combined. Of these, at least suction vacuum drying is preferably used.
Although the drying degree in a drying process is not limited, It is preferable to make a water | moisture content into 0-7 mass% with respect to the mass of wood.
更に、吸引減圧乾燥を用いた場合には、木材中の空気の一部又は全部(通常、一部)を除去できる。即ち、水分と空気とを実質的に除去できる。このため、加熱乾燥のみ又は自然乾燥のみを用いる場合に比べると、水分に加えて空気(木材内に含有される気体)をも除去できる。このため木材内の導管や組織細胞内等により多くの空隙を形成できる。従って、浸透性が向上(浸透される深さが深い)され且つ浸透速度も大きくできる。吸引減圧乾燥を行う場合は、木材を収容した耐圧容器内の圧力を140Pa以下(より好ましくは70Pa以下、通常1×10−6Pa以上)の真空度とすることが好ましい。 Furthermore, when suction vacuum drying is used, part or all (usually part) of the air in the wood can be removed. That is, moisture and air can be substantially removed. For this reason, compared with the case of using only heat drying or only natural drying, air (gas contained in wood) can be removed in addition to moisture. For this reason, many voids can be formed in conduits and tissue cells in wood. Accordingly, the permeability can be improved (the penetration depth is deep) and the penetration rate can be increased. When performing suction vacuum drying, it is preferable to set the pressure in the pressure vessel containing the wood to a vacuum of 140 Pa or less (more preferably 70 Pa or less, usually 1 × 10 −6 Pa or more).
[3]ゲル化工程について
上記「ゲル化工程」は、珪酸化合物含浸工程で木材中に含浸された珪酸化合物を、酸無水物ガスを用いて珪酸化合物ゲルにする工程である。
上記「酸無水物ガス」は、使用温度(通常は常温)において気体であり、珪酸化合物液等に溶解されて酸性を呈し、且つ木材に含浸された珪酸化合物をゲル化させることができる化合物である。酸無水物ガスが珪酸化合物液に溶解されると、酸無水物ガスの溶解量に比例して珪酸化合物液のpHが低下されてゲル化される。この際のpHは限定されないがpH6.5以下(より好ましくはpH6.5〜3.0、更に好ましくはpH6.0〜3.0)が好ましい。pH8.0〜7.0程度でミクロゲルが生成され、pH6.5程度で全体がゲル化されるため、上記範囲であれば特に珪酸化合物のゲル化が良好となるからである。
酸無水物ガスとしては、燃焼ガス、CO2等の炭素酸化物ガス、SO2等の硫黄酸化物ガス、NO2等の窒素酸化物ガス、HCl等のハロゲン化水素ガス、OF2等の弗化酸素ガスが挙げられる。これらは1種のみを用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
このうち、燃焼ガス、二酸化炭素(CO2)及び二酸化硫黄(SO2)が好ましく、特に経済性、作業性及び安全性に優れ、更にはゲル化による副生成物が木材中に残存されても影響がない等の点から燃焼ガス、二酸化炭素(CO2)が好ましい。
[3] Gelation Step The “gelation step” is a step in which the silicic acid compound impregnated in the wood in the silicic acid compound impregnation step is converted into a silicic acid compound gel using an acid anhydride gas.
The “acid anhydride gas” is a compound that is a gas at a use temperature (usually normal temperature), dissolves in a silicate compound liquid or the like, exhibits acidity, and can gel a silicate compound impregnated in wood. is there. When the acid anhydride gas is dissolved in the silicic acid compound liquid, the pH of the silicic acid compound liquid is lowered in proportion to the amount of the acid anhydride gas dissolved, and gelation occurs. The pH at this time is not limited, but is preferably 6.5 or less (more preferably pH 6.5 to 3.0, and still more preferably pH 6.0 to 3.0). This is because a microgel is generated at a pH of about 8.0 to 7.0, and the entire gel is formed at a pH of about 6.5. Therefore, the gelation of the silicate compound is particularly good within the above range.
Examples of the acid anhydride gas include combustion gas, carbon oxide gas such as CO 2 , sulfur oxide gas such as SO 2 , nitrogen oxide gas such as NO 2 , hydrogen halide gas such as HCl, and fluorine gas such as OF 2. Oxygenated gas. These may use only 1 type and may use 2 or more types together.
Of these, combustion gas, carbon dioxide (CO 2 ) and sulfur dioxide (SO 2 ) are preferable, and particularly excellent in economic efficiency, workability and safety, and even if by-products due to gelation remain in the wood. Combustion gas and carbon dioxide (CO 2 ) are preferred from the standpoint of no influence.
ゲル化工程は、加圧環境で行ってもよく、常圧環境で行ってもよい。このうち、珪酸化合物液への酸無水物ガスの溶解を促進させられるため、加圧環境が好ましい。加圧の程度は限定されないが、10MPa以下(より好ましくは0.5〜7MPa、更に好ましくは1〜5MPa、通常0.2MPa以上)が好ましい。特に酸無水物ガスとして炭酸ガスを用いる場合は、3MPa以下(より好ましくは0.5〜3MPa、更に好ましくは1〜2MPa、通常0.2MPa以上)とすることが好ましい。これらの範囲であれば、木材の反り、変形、割れ等を十分に防止できる。更に、この加圧環境の保持時間は限定されないが、例えば、0.5〜10時間とすることができる。
特に酸無水物ガスが燃焼ガス又は純粋な二酸化炭素である場合、例えば1〜3MPaの圧力に1〜10時間(より好ましくは2〜6時間)維持することが好ましい。また、酸無水物ガスが塩化水素ガスである場合には、例えば0.2〜0.5MPaの圧力に0.5〜3時間(より好ましくは1〜2時間)維持することが好ましい。これにより各々珪酸化合物のゲル化をより確実に進行させることができる。
更に、ゲル化工程では、加熱を行ってもよく、加熱を行わなくてもよい。更に、冷却をしてもよく、冷却をしなくてもよい。
The gelation step may be performed in a pressurized environment or in a normal pressure environment. Among these, a pressurized environment is preferable because dissolution of the acid anhydride gas in the silicate compound liquid is promoted. Although the degree of pressurization is not limited, it is preferably 10 MPa or less (more preferably 0.5 to 7 MPa, still more preferably 1 to 5 MPa, usually 0.2 MPa or more). In particular, when carbon dioxide gas is used as the acid anhydride gas, it is preferably 3 MPa or less (more preferably 0.5 to 3 MPa, still more preferably 1 to 2 MPa, usually 0.2 MPa or more). If it is these ranges, the curvature of a wood, a deformation | transformation, a crack, etc. can fully be prevented. Further, the holding time of the pressurized environment is not limited, but can be, for example, 0.5 to 10 hours.
In particular, when the acid anhydride gas is a combustion gas or pure carbon dioxide, it is preferably maintained at a pressure of 1 to 3 MPa for 1 to 10 hours (more preferably 2 to 6 hours). Further, when the acid anhydride gas is hydrogen chloride gas, it is preferable to maintain the pressure at 0.2 to 0.5 MPa for 0.5 to 3 hours (more preferably 1 to 2 hours), for example. Thereby, gelation of each silicic acid compound can be advanced more reliably.
Furthermore, in the gelation step, heating may be performed or heating may not be performed. Furthermore, it may be cooled or not.
本発明におけるゲル化工程は、酸無水物ガスを用いるものである。従来、炭酸水を用いてゲル化する方法は知られているが、炭酸水を用いる場合に比べて酸無水物ガスは遥かに優れた拡散性を有し、特に加圧環境におくことで炭酸水を用いる場合に比べて大幅に木材の深部までゲル化することができる。
更に、多くアルカリ性である珪酸化合物液の中和により形成される不要塩類(炭酸ナトリウム等)は木材内に残存されると、木材の腐食の原因となる。しかし、本発明の製造方法では、ゲル化を液体内で行う必要がなく、特に液体内で行わないことにより、ゲル化中に木材内部から離漿水として不要塩類をゲル化と同時に排出させることができる。このため、木材の耐腐食性が著しく向上される。
また、従来、ゲル化工程を経ることなく、珪酸化合物液含浸工程の後に乾燥させ、そのまま木材を利用されている。空気中の炭酸ガスにより自然とゲル化が進むと考えられているからであるが、この場合、次第に白化が進行し、木材の表面に珪酸化合物ゲルが析出するという問題がある。しかし、本発明の製造方法によるとこのような不具合も防止できる。
The gelation step in the present invention uses an acid anhydride gas. Conventionally, the method of gelation using carbonated water is known, but the acid anhydride gas has a far superior diffusibility compared with the case of using carbonated water, and carbonation is particularly achieved by placing it in a pressurized environment. Compared to the case of using water, gelation can be performed to a deep part of wood.
Furthermore, if unnecessary salts (such as sodium carbonate) formed by neutralization of a highly alkaline silicic acid compound solution remain in the wood, they cause corrosion of the wood. However, in the production method of the present invention, it is not necessary to perform gelation in a liquid, and unnecessary salts are discharged simultaneously with the gelation from the wood as gelling water during the gelation by not performing in the liquid. Can do. For this reason, the corrosion resistance of wood is remarkably improved.
Further, conventionally, wood is used as it is after being dried after the silicate compound liquid impregnation step without passing through the gelation step. This is because it is considered that gelation naturally proceeds due to carbon dioxide gas in the air, but in this case, there is a problem that whitening gradually proceeds and silicate compound gel is deposited on the surface of the wood. However, according to the manufacturing method of the present invention, such a problem can be prevented.
[4]ゲル化工程以前に行う他の工程
本発明の製造方法では、ゲル化工程を行う前に他の工程を備えることができる。他の工程としては、ゲル化工程を経る前の木材を乾燥させるゲル化前乾燥工程が挙げられる。
上記「ゲル化前乾燥工程」は、ゲル化工程を行う前に、珪酸化合物含浸工程を経る前の木材を乾燥させる工程である。ゲル化工程を行う前に木材を乾燥させることにより、珪酸化合物液が収縮されて木材内部に空隙を生じるため、ゲル化工程において酸無水物ガスを著しくスムーズに木材の深部まで導入することができる。これにより、木材の深部までより確実にゲル化させることができる。但し、本工程における乾燥とは、木材に含有される媒体(水分等)の全部を除去する乾燥を除く意味である。媒体が残存されていることにより酸無水物ガスがこの媒体に溶解されてゲル化が進行されるためである。
[4] Other Steps Performed Before Gelation Step In the manufacturing method of the present invention, other steps can be provided before the gelation step is performed. As another process, the drying process before gelation which dries the wood before going through a gelation process is mentioned.
The “drying step before gelation” is a step of drying the wood before passing through the silicic acid compound impregnation step before performing the gelation step. By drying the wood before performing the gelation step, the silicic acid compound liquid is shrunk and voids are generated inside the wood, so that the acid anhydride gas can be introduced extremely smoothly into the wood deep in the gelation step. . Thereby, it can be made to gelatinize more reliably to the deep part of wood. However, the term “drying” in this step means to exclude drying that removes all of the medium (such as moisture) contained in the wood. This is because when the medium remains, the acid anhydride gas is dissolved in the medium and gelation proceeds.
上記乾燥させる方法は特に限定されず、加熱乾燥を用いてもよく、自然乾燥を用いてもよく、吸引減圧乾燥を用いてもよく、その他の方法を用いてもよく、これらのうちの2種以上を組み合わせた方法を用いてもよい。このうち加熱乾燥又は自然乾燥が好ましく、加熱乾燥がより好ましい。加熱乾燥を行う場合、木材に含有される珪酸化合物液の沸点を超えない温度で行うことが好ましい。また、予め緩やか(例えば、95℃程度)に加熱して表面を乾燥させた後、加熱温度を上げる(例えば、100〜110℃程度)ことができる。これにより、木材に表面に珪酸化合物液が発泡流出することなく、スムーズに乾燥を行うことができる。
このゲル化前乾燥工程における乾燥程度は、木材に含有される水分全体を100質量%とした場合に1〜20質量%(より好ましくは1〜10質量%)とすることが好ましい。
The drying method is not particularly limited, and heat drying may be used, natural drying may be used, suction vacuum drying may be used, or other methods may be used. A method combining the above may be used. Of these, heat drying or natural drying is preferable, and heat drying is more preferable. When performing heat drying, it is preferable to carry out at the temperature which does not exceed the boiling point of the silicic acid compound liquid contained in wood. Moreover, after heating gently (for example, about 95 degreeC) beforehand and drying the surface, heating temperature can be raised (for example, about 100-110 degreeC). Thereby, it can dry smoothly, without a silicic acid compound liquid bubbling out on the surface on wood.
The degree of drying in the drying step before gelation is preferably 1 to 20% by mass (more preferably 1 to 10% by mass) when the total moisture contained in the wood is 100% by mass.
[5]燃焼抑制剤含浸工程について
本発明の改質木材の製造方法では、燃焼抑制剤液を珪酸化合物ゲルが含まれた木材に含ませる燃焼抑制剤含浸工程を備える。
(1)燃焼抑制剤
上記「燃焼抑制剤液」は、燃焼抑制剤を媒体に溶解させた液体、燃焼抑制剤を媒体に分散させた液体、及びこれらの混合液のうちのいずれかの液体である。この燃焼抑制剤液を構成する媒体は特に限定されない。水を用いてもよく、有機溶媒を用いてもよく、水と有機溶媒との混合溶媒を用いてもよい。水と炭素数1又は2のアルコール(特にメタノールが好ましい)との混合溶媒を用いると浸透性を向上させることができる。水溶媒、水とメタノールの混合溶媒が好ましい。
[5] About combustion inhibitor impregnation step The method for producing a modified wood of the present invention includes a combustion inhibitor impregnation step in which a combustion inhibitor liquid is contained in wood containing a silicate compound gel.
(1) Combustion inhibitor The above-mentioned "combustion inhibitor liquid" is a liquid in which a combustion inhibitor is dissolved in a medium, a liquid in which a combustion inhibitor is dispersed in a medium, or a liquid mixture thereof. is there. The medium constituting the combustion inhibitor liquid is not particularly limited. Water may be used, an organic solvent may be used, or a mixed solvent of water and an organic solvent may be used. The permeability can be improved by using a mixed solvent of water and an alcohol having 1 or 2 carbon atoms (particularly methanol is preferable). A water solvent and a mixed solvent of water and methanol are preferred.
上記「燃焼抑制剤」は、木材の燃焼を抑制する効果を発揮できる化合物等である。また、この燃焼抑制剤は、リン系燃焼抑制剤、ホウ素系燃焼抑制剤及びハロゲン系燃焼抑制剤のうちの少なくとも1種を含有する。更に、この燃焼抑制剤は、溶液化できるものである。この溶液化する際の溶媒の種類は特に限定されず、水であってもよく、有機溶媒であってもよく、これらの混合溶媒であってもよいが、水が好ましい。即ち、燃焼抑制剤は水溶性(水溶性燃焼抑制剤)であることが好ましい。 The “combustion inhibitor” is a compound or the like that can exhibit the effect of suppressing the combustion of wood. In addition, this combustion inhibitor contains at least one of a phosphorus-based combustion inhibitor, a boron-based combustion inhibitor, and a halogen-based combustion inhibitor. Furthermore, this combustion inhibitor can be made into a solution. The kind of the solvent used when the solution is formed is not particularly limited, and may be water, an organic solvent, or a mixed solvent thereof, but water is preferable. That is, the combustion inhibitor is preferably water-soluble (water-soluble combustion inhibitor).
上記「リン系燃焼抑制剤」は、リン元素を含有する化合物のみからなるか、リン元素を含有する化合物と他の化合物(特に窒素系燃焼抑制助剤等)との混合物からなる。このリン系燃焼抑制剤は、通常、脱水炭化作用を発揮することにより燃焼抑制効果が発揮される。脱水炭化作用とは、加熱されて木材を構成するセルロースを脱水し、H2OとCとに分解する作用である。このリン系燃焼抑制剤としては、リン酸及びリン酸塩等が挙げられる。リン酸は、メタリン酸であってもよく、ポリリン酸であってもよい。リン酸化合物としては、リン酸アンモニウム、リン酸グアニジン、リン酸グアニル尿素、リン酸メラミン、
リン酸水素アンモニウムナトリウム、リン酸水素アンモニウム、リン酸ナトリウム、リン酸水素ナトリウム等が挙げられる。リン系燃焼抑制剤は1種のみを用いてもよく、2種以上を併用してもよい。また、合成品であってもよく、天然品であってもよく、加工天然品であってもよく、これらの混合物であってもよい。
The “phosphorus-based combustion inhibitor” is composed of only a compound containing a phosphorus element, or a mixture of a compound containing a phosphorus element and another compound (particularly a nitrogen-based combustion suppression aid or the like). This phosphorus-based combustion inhibitor normally exhibits a combustion suppression effect by exerting a dehydration carbonization action. The dehydration carbonization action is an action of dehydrating cellulose constituting wood by heating and decomposing it into H 2 O and C. Examples of the phosphorus-based combustion inhibitor include phosphoric acid and phosphate. The phosphoric acid may be metaphosphoric acid or polyphosphoric acid. Examples of phosphoric acid compounds include ammonium phosphate, guanidine phosphate, guanyl urea phosphate, melamine phosphate,
Examples include sodium ammonium hydrogen phosphate, ammonium hydrogen phosphate, sodium phosphate, sodium hydrogen phosphate, and the like. Only one type of phosphorus-based combustion inhibitor may be used, or two or more types may be used in combination. Further, it may be a synthetic product, a natural product, a processed natural product, or a mixture thereof.
上記の窒素系燃焼抑制助剤は、窒素を含有する化合物からなる。この窒素系燃焼抑制剤としては、硝酸アンモニウム、尿素、グアニジン、シジアンジアミド、塩化アンモニウム等の窒素元素を含有する各種化合物が挙げられる。これらは1種のみを用いてもよく、2種以上を併用してもよい。また、合成品であってもよく、天然品であってもよく、加工天然品であってもよく、これらの混合物であってもよい。窒素系燃焼抑制剤は、単独で用いてもよいが、リン系燃焼抑制剤と併用することが好ましい。これにより、燃焼抑制効果がより効果的に発揮される。 Said nitrogen-type combustion suppression adjuvant consists of a compound containing nitrogen. Examples of the nitrogen-based combustion inhibitor include various compounds containing nitrogen elements such as ammonium nitrate, urea, guanidine, sididian amide, and ammonium chloride. These may use only 1 type and may use 2 or more types together. Further, it may be a synthetic product, a natural product, a processed natural product, or a mixture thereof. The nitrogen-based combustion inhibitor may be used alone, but is preferably used in combination with the phosphorus-based combustion inhibitor. Thereby, a combustion suppression effect is exhibited more effectively.
上記「ホウ素系燃焼抑制剤」は、ホウ素元素を含有する化合物のみからなるか、ホウ素元素を含有する化合物と他の化合物との混合物からなる。このホウ素系燃焼抑制剤は、通常、加熱により脱水分解された後、溶融されてガラス状となって木材表面を覆うことにより燃焼を抑制できる。ホウ素系燃焼抑制剤としては、ホウ酸及びホウ酸塩等が挙げられる。ホウ酸塩としては、ホウ酸ナトリウム(ホウ酸ソーダ、ホウ砂)等が挙げられる。ホウ素系燃焼抑制剤は1種のみを用いてもよく、2種以上を併用してもよい。また、合成品であってもよく、天然品であってもよく、加工天然品であってもよく、これらの混合物であってもよい。 The “boron-based combustion inhibitor” is composed of only a compound containing a boron element or a mixture of a compound containing a boron element and another compound. This boron-based combustion inhibitor is usually dehydrated and decomposed by heating, and then melted to become glassy so that combustion can be suppressed by covering the wood surface. Examples of boron combustion inhibitors include boric acid and borates. Examples of the borate include sodium borate (sodium borate, borax). Only one boron-based combustion inhibitor may be used, or two or more boron-based combustion inhibitors may be used in combination. Further, it may be a synthetic product, a natural product, a processed natural product, or a mixture thereof.
上記「ハロゲン系燃焼抑制剤」は、ハロゲン元素を含有する化合物のみからなるか、ハロゲン元素を含有する化合物と他の化合物との混合物からなる。ハロゲン元素のなかでも、特に臭素元素及び塩素元素が好ましい。このハロゲン系燃焼抑制剤は、通常、木材の熱分解時に、分解成分と結合して不燃性成分又は難燃性成分を形成する。ハロゲン系燃焼抑制剤としては、各種ハロゲン化物が挙げられる。即ち、例えば、塩化アンモニウム、臭化アンモニウム、塩化カルシウム、塩化亜鉛、塩化アンチモン及び塩化パラフィン等が挙げられる。ハロゲン系燃焼抑制剤は1種のみを用いてもよく、2種以上を併用してもよい。また、合成品であってもよく、天然品であってもよく、加工天然品であってもよく、これらの混合物であってもよい。 The “halogen-based combustion inhibitor” is composed of only a compound containing a halogen element, or a mixture of a compound containing a halogen element and another compound. Of the halogen elements, bromine and chlorine are particularly preferable. This halogen-based combustion inhibitor is usually combined with a decomposition component during the thermal decomposition of wood to form an incombustible component or a flame retardant component. Examples of the halogen-based combustion inhibitor include various halides. That is, for example, ammonium chloride, ammonium bromide, calcium chloride, zinc chloride, antimony chloride, paraffin chloride and the like can be mentioned. Only one halogen-based combustion inhibitor may be used, or two or more may be used in combination. Further, it may be a synthetic product, a natural product, a processed natural product, or a mixture thereof.
(2)含浸条件について
上記燃焼抑制剤を、ゲル化工程を経た木材に含浸する場合、その含浸条件は特に限定されない。即ち、例えば、加圧しながら含浸を行う加圧含浸を行ってもよく、加圧を行うことなく含浸する常圧含浸を行ってもよい。このうち加圧含浸が好ましい。加圧を行うことにより、木材の組織内(導管や細胞壁等の内部)、ゲル化工程で形成された木材の内部に固定された珪酸化合物ゲル内にまでより多く燃焼抑制剤を浸透させることができる。
また、この工程では加熱を行ってもよく、加熱を行わなくてもよい。このうち加熱を行うことが好ましい。加熱を行うことにより、浸透速度を上げることができる。特に低圧力においても大きな浸透速度を得ることができる。
(2) About impregnation conditions When the above-mentioned combustion inhibitor is impregnated into wood subjected to the gelation step, the impregnation conditions are not particularly limited. That is, for example, pressure impregnation in which impregnation is performed while applying pressure may be performed, or normal pressure impregnation in which impregnation is performed without applying pressure may be performed. Of these, pressure impregnation is preferred. By applying pressure, it is possible to infiltrate the combustion inhibitor more into the wood tissue (inside the conduit, cell wall, etc.) and into the silicate compound gel fixed inside the wood formed in the gelation process. it can.
In this step, heating may be performed, or heating may not be performed. Of these, heating is preferable. By performing the heating, the permeation rate can be increased. In particular, a large penetration rate can be obtained even at a low pressure.
上記加圧を行う場合の加圧条件は限定されない。加圧条件は、例えば、木材の水分率、真空度、木材の種類、木目の状態及び種類、木材の大きさ及び形状、等により適宜選択できる。加圧条件については、前記珪酸化合物液含浸工程における加圧圧力をそのまま適用できる。 The pressurization conditions for performing the pressurization are not limited. The pressurizing condition can be appropriately selected depending on, for example, the moisture content of wood, the degree of vacuum, the type of wood, the state and type of grain, the size and shape of the wood, and the like. About the pressurization conditions, the pressurization pressure in the silicic acid compound liquid impregnation step can be applied as it is.
上記加熱を行う場合、燃焼抑制剤液を加熱してもよく、含浸工程を行う処理容器全体を加熱してもよく、木材を加熱してもよく、これらの少なくとも2種以上の加熱を行ってもよい。燃焼抑制剤液を加熱するとは、例えば、燃焼抑制剤液を含浸させる処理容器とは別の加熱容器を備え、この加熱容器内で燃焼抑制剤液を加熱することができる。また、処理容器と加熱容器との間で燃焼抑制剤液を循環させることができる。
更に、この加熱によって得られる燃焼抑制剤液の液温は限定されないが180℃未満(より好ましくは20〜150℃、更に好ましくは40〜120℃)が好ましい。この範囲の加熱であれば、十分な浸透速度の向上効果が得られつつ、木材の損傷、溶液の変質等を防止できる。液温を上昇させることにより、25℃で用いる場合に比べて浸透速度を2〜5倍向上させることができ、燃焼抑制剤含浸工程に要する時間を大幅に短縮できる。
When performing the above heating, the combustion inhibitor liquid may be heated, the entire processing vessel for performing the impregnation step may be heated, the wood may be heated, and at least two kinds of these are heated. Also good. Heating the combustion inhibitor liquid includes, for example, a heating container different from the treatment container impregnated with the combustion inhibitor liquid, and the combustion inhibitor liquid can be heated in the heating container. Further, the combustion inhibitor liquid can be circulated between the processing container and the heating container.
Furthermore, although the liquid temperature of the combustion inhibitor liquid obtained by this heating is not limited, it is preferably less than 180 ° C (more preferably 20 to 150 ° C, still more preferably 40 to 120 ° C). If the heating is within this range, it is possible to prevent damage to the wood, alteration of the solution, and the like while obtaining a sufficient penetration rate improvement effect. By increasing the liquid temperature, the penetration rate can be improved by 2 to 5 times compared to the case of using at 25 ° C., and the time required for the combustion inhibitor impregnation step can be greatly shortened.
(3)含浸させる燃焼抑制剤の量について
この工程による含浸量は特に限定されないが、十分な燃焼抑制効果を得るために、燃焼抑制剤含浸工程を行う前の木材に含有される珪酸化合物ゲルの含有量を100質量%とした場合に、燃焼抑制剤は1〜97質量%含有させることが好ましい。例えば、木材に含有される珪酸化合物ゲルが、木材のみの質量に対して100質量%以上である場合、含有される珪酸化合物ゲルを100質量%とした場合に、燃焼抑制剤は10〜150質量%(より好ましくは30〜100質量%)含有させることが好ましい。また、木材に含有される珪酸化合物ゲルが、木材のみの質量に対して50質量%以下である場合、含有される珪酸化合物ゲルを100質量%とした場合に、燃焼抑制剤は20〜300質量%(より好ましくは35〜210質量%)含有させることが好ましい。
(3) Amount of combustion inhibitor to be impregnated The amount of impregnation by this step is not particularly limited, but in order to obtain a sufficient combustion suppression effect, the silicic acid compound gel contained in the wood before performing the combustion inhibitor impregnation step When content is 100 mass%, it is preferable to contain 1-97 mass% of combustion inhibitors. For example, when the silicic acid compound gel contained in the wood is 100% by mass or more based on the mass of the wood alone, when the contained silicic acid compound gel is 100% by mass, the combustion inhibitor is 10 to 150% by mass. % (More preferably 30 to 100% by mass). Moreover, when the silicic acid compound gel contained in wood is 50 mass% or less with respect to the mass of only wood, the combustion inhibitor is 20 to 300 mass when the contained silicic acid compound gel is 100 mass%. % (More preferably 35 to 210% by mass).
燃焼抑制剤は、従来から水溶性のものが多用されているが、木材に直接含浸させた場合には、木材の使用時の乾湿サイクルや雨水等により、木材の表面に析出することがあった。しかし、本製造方法では、吸着性に優れた珪酸化合物ゲルが燃焼抑制剤を木材内に確実に固定できる。このため、より確実に防煙防炎効果を発揮させることができる。
更に、従来の製造方法のように、木材に含有された珪酸化合物液に対してリン酸化合物水溶液を直接作用させる方法では、後から接触させるリン酸化合物水溶液は、木材に中に既に含有されていた珪酸化合物液が混入(液戻りによる)されるため、循環使用等により再利用することが困難である。これに対して、本発明の製造方法では、本製造方法で用いる珪酸化合物液と燃焼抑制剤とは直接接して使用されないため、各々を循環使用することができ、経済性に優れる。
Conventionally, water-soluble combustion inhibitors are often used. However, when impregnated directly into wood, it may be deposited on the surface of wood due to the wet and dry cycle or rain water when using wood. . However, in this manufacturing method, the silicic acid compound gel excellent in adsorptivity can reliably fix the combustion inhibitor in the wood. For this reason, a smoke-proof flame-proof effect can be exhibited more reliably.
Further, in the method of directly acting the phosphoric acid compound aqueous solution on the silicic acid compound solution contained in the wood as in the conventional production method, the phosphoric acid compound aqueous solution to be contacted later is already contained in the wood. In addition, since the silicic acid compound liquid is mixed (by liquid return), it is difficult to reuse it by circulating use. On the other hand, in the manufacturing method of the present invention, the silicate compound liquid and the combustion inhibitor used in the manufacturing method are not used in direct contact with each other.
[6]燃焼抑制剤含浸工程以前に行う他の工程
本発明の製造方法では、燃焼抑制剤含浸工程を行う前に他の工程を備えることができる。他の工程としては、燃焼抑制剤含浸前乾燥工程が挙げられる。
上記「燃焼抑制剤含浸前乾燥工程」は、燃焼抑制剤含浸工程を行う前に、燃焼抑制剤含浸工程を経る前の木材を乾燥させる工程である。燃焼抑制剤含浸工程を行う前に木材を乾燥させることにより、珪酸化合物液が収縮されて木材内部に空隙を生じるため、燃焼抑制剤液の浸透性を向上させることができる。
[6] Other Steps Performed Before Combustion Inhibitor Impregnation Step In the production method of the present invention, other steps can be provided before the combustion inhibitor impregnation step. Examples of other steps include a drying step before impregnation with a combustion inhibitor.
The above “drying step before impregnation with combustion inhibitor” is a step of drying wood before passing through the combustion inhibitor impregnation step before performing the combustion inhibitor impregnation step. By drying the wood before performing the combustion inhibitor impregnation step, the silicate compound liquid is contracted to form voids in the wood, so that the permeability of the combustion inhibitor liquid can be improved.
乾燥させる方法は特に限定されず、吸引減圧乾燥を用いてもよく、加熱乾燥を用いてもよく、自然乾燥を用いてもよく、その他の方法を用いてもよく、これらのうちの2種以上を組み合わせた方法を用いてもよい。このうち吸引減圧乾燥を行う場合、その条件については珪酸化合物含浸工程以前に行う他の乾燥工程における吸引減圧乾燥の条件をそのまま適用できる。また、加熱乾燥を行う場合、加熱温度は特に限定されないが40℃以上に加熱することが好ましい。また、この乾燥工程では、燃焼抑制剤液を構成する媒体の沸点を超える温度にまでこの媒体を加熱してもよい。
乾燥工程における乾燥程度は限定されないが、木材の質量(珪酸化合物を除く)に対して水分が15質量%以下(より好ましくは12質量%以下、更に好ましくは7質量%以下、0質量%であってもよい)とすることが好ましい。
The method of drying is not particularly limited, suction vacuum drying may be used, heat drying may be used, natural drying may be used, other methods may be used, and two or more of these may be used. You may use the method which combined. Among these, when performing suction vacuum drying, the conditions of suction vacuum drying in other drying steps performed before the silicic acid compound impregnation step can be applied as they are. Moreover, when performing heat drying, although heating temperature is not specifically limited, It is preferable to heat to 40 degreeC or more. In this drying step, the medium may be heated to a temperature exceeding the boiling point of the medium constituting the combustion inhibitor liquid.
The degree of drying in the drying step is not limited, but the moisture content is 15% by mass or less (more preferably 12% by mass or less, more preferably 7% by mass or less, and 0% by mass) based on the mass of the wood (excluding the silicate compound). It is preferable that
[7]下地処理工程について
ゲル化工程を経た木材は、適当に(例えば水分率1〜40質量%程度に)乾燥させることにより不燃性の加工木材として使用可能である。この下地処理工程前に行う燃焼抑制剤含浸後乾燥工程は、前記珪酸化合物含浸前乾燥工程及び前記燃焼抑制含浸前乾燥工程等と同様に、吸引減圧により行うことができる。
[7] About the base treatment step Wood that has undergone the gelation step can be used as non-combustible processed wood by drying it appropriately (for example, to a moisture content of about 1 to 40% by mass). The drying step after impregnation with the combustion inhibitor, which is performed before the base treatment step, can be performed by suction decompression in the same manner as the drying step before impregnation with the silicate compound and the drying step before impregnation with combustion suppression.
この木材は多くの水酸基を有し、珪酸化合物ゲル(シリカゲル等)も多くのシラノール基を持っている。そこで、木材内部で生成したシリカゲルのシラノール基や木材(セルロース等)の水酸基と、反応性樹脂化合物(エポキシ樹脂、ポリウレタン樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、フェノール樹脂、レゾルシノール樹脂及びその前駆体等)及び/又はシランカップリング剤とを反応固化させる下地処理を行い、シリカゲルと木材とを化学的に結合させることができる。これにより、木材中における水分移動が抑制されて狂いが防止されるので、難燃性及び寸法安定性に一層優れた加工木材となる。また、後述のように加工木材の表面を塗装する場合には、この下地処理を行うことにより塗料の接着性が向上する。 This wood has many hydroxyl groups, and silicic acid compound gels (silica gel etc.) also have many silanol groups. Therefore, silanol groups of silica gel produced inside wood and hydroxyl groups of wood (cellulose, etc.), reactive resin compounds (epoxy resins, polyurethane resins, urea resins, melamine resins, phenol resins, resorcinol resins and precursors thereof) and It is possible to perform a surface treatment for reacting and solidifying the silane coupling agent and / or chemically bond the silica gel and the wood. Thereby, since the moisture movement in the wood is suppressed and the deviation is prevented, the processed wood is further excellent in flame retardancy and dimensional stability. Moreover, when the surface of the processed wood is painted as will be described later, the adhesion of the paint is improved by performing the base treatment.
(1)シランカップリング剤
シランカップリング剤としては、ビニルトリエトキシシラン、3−メタリロキシプロピルトリメトキシラン、3−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、N−2−(アミノエチル)3−アミノプロピルトリメトキシシラン、3−クロロプロピルトリメトキシシラン等の代表的なシランカップリング剤、又はシラン縮合物等を使用することができる。このシラン縮合物としては、エポキシシランとアミノシランとの縮合反応によるシラン縮合物、イソシアネート基含有ウレタンプレポリマーやエポキシ樹脂等の反応性基含有プレポリマーとシランとの縮合反応によるシラン縮合物等が挙げられる。
(1) Silane coupling agent As the silane coupling agent, vinyltriethoxysilane, 3-metalloxypropyltrimethoxylane, 3-glycidoxypropyltrimethoxysilane, N-2- (aminoethyl) 3-aminopropyl A typical silane coupling agent such as trimethoxysilane or 3-chloropropyltrimethoxysilane, or a silane condensate can be used. Examples of the silane condensate include a silane condensate resulting from a condensation reaction between an epoxy silane and an aminosilane, a silane condensate resulting from a condensation reaction between a reactive group-containing prepolymer such as an isocyanate group-containing urethane prepolymer or an epoxy resin, and the silane. It is done.
本発明において特に好ましく用いられるシランカップリング剤の市販品としては、アミノシラン系シランカップリング剤である商品名「KBP−43」、「KBP−41」、「KBP−40」、及び、イソシアネート基を有するシランカップリング剤である商品名「X−12−413」(以上、いずれも信越化学工業株式会社製)を挙げることができる。これらのシランカップリング剤は、短時間で硬化し、接着性が高く、また得られた加工木材の耐水性及び耐候性に優れ、適応性も良いという良好な結果を示す。 Examples of commercially available silane coupling agents that are particularly preferably used in the present invention include amino acid-based silane coupling agents under the trade names “KBP-43”, “KBP-41”, “KBP-40”, and isocyanate groups. A trade name “X-12-413” (all of which are manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.), which is a silane coupling agent to be included. These silane coupling agents show good results that they are cured in a short time, have high adhesion, are excellent in water resistance and weather resistance of the obtained processed wood, and have good adaptability.
(2)反応性樹脂化合物
本発明において使用できる反応性樹脂化合物としては、ポリウレタン系樹脂、ポリアクリルウレタン系樹脂、エポキシ系樹脂、シリコーン系樹脂、ユリア系樹脂、メラミン系樹脂、フェノール系樹脂、レゾルシノール系樹脂等が挙げられる。このうち、ポリエーテル、ポリエステル、アクリルポリオール、ブタジエンポリオールアルキッド、エポキシ、ひまし油及び飽和ポリエステル等を、ポリイソシアネートと反応させて得られる「ポリイソシアネートオリゴマー」が特に有用である。
(2) Reactive resin compound Reactive resin compounds that can be used in the present invention include polyurethane resins, polyacrylurethane resins, epoxy resins, silicone resins, urea resins, melamine resins, phenol resins, and resorcinol. Based resins and the like. Of these, “polyisocyanate oligomers” obtained by reacting polyether, polyester, acrylic polyol, butadiene polyol alkyd, epoxy, castor oil, saturated polyester, and the like with polyisocyanate are particularly useful.
(3)処理方法
上記シランカップリング剤及び反応性樹脂化合物は、いずれか一方を使用してもよい。例えば、シランカップリング剤を溶媒等で希釈して木材に浸透させることにより、木材中のシリカゲル表面を改質して、木材組織、反応性樹脂化合物、塗料等の有機材料との接着性を著しく向上させることができる。また、シランカップリング剤及び反応性樹脂化合物の両方を同時にあるいは順次に使用する下地処理を行うことにより良好な結果が得られる。例えば、まずシランカップリング剤を溶媒等で希釈した下地処理剤を木材に浸透させてシリカゲル表面を改質し、次いで反応性樹脂化合物を溶媒等で希釈した下地処理剤を浸透させて表面改質されたシリカゲルや木材組織と反応固化させる。あるいは、シランカップリング剤と反応性樹脂化合物とを予め混合した下地処理剤、更にはこれらを必要に応じて適宜反応させたオリゴマーからなる下地処理剤を使用してもよい。
(3) Treatment method Any one of the silane coupling agent and the reactive resin compound may be used. For example, by diluting a silane coupling agent with a solvent or the like and infiltrating the wood, the silica gel surface in the wood is modified, and the adhesion to organic materials such as wood structure, reactive resin compounds, paints, etc. is remarkably increased. Can be improved. In addition, good results can be obtained by performing a surface treatment using both the silane coupling agent and the reactive resin compound simultaneously or sequentially. For example, first, a surface treatment agent diluted with a solvent such as a silane coupling agent is infiltrated into the wood to modify the surface of the silica gel, and then a surface treatment agent obtained by diluting the reactive resin compound with a solvent or the like is infiltrated into the surface. It reacts and solidifies with the silica gel and wood structure. Alternatively, a ground treatment agent in which a silane coupling agent and a reactive resin compound are mixed in advance, and a ground treatment agent composed of an oligomer obtained by appropriately reacting these may be used as necessary.
尚、この下地処理を行うにあたっては、ゲル化後の木材を適度に乾燥させておくことが好ましい。この乾燥の程度としては、シリカゲル含有木材の水分率が1〜50質量%(より好ましくは2〜40質量%)となる範囲が好ましい。下地処理剤としてエポキシ樹脂ベースの水分散型及び水溶型樹脂を使用する場合には残存水分率が比較的高くてもよいが(例えば20〜40質量%)、ポリウレタン系樹脂、ポリアクリルウレタン系樹脂等のように水分に敏感でゲル化しやすい化合物を下地処理剤に用いる場合には、過剰水分によるイソシアネート基の加水分解を抑えるために、木材の水分率を5〜30質量%の範囲に調整することが好ましい。このように水分を多く残す理由は、シリカゲル中の水分による吸熱作用(2244J/g)を利用し、難燃効果を補助するためである。 In addition, in performing this ground treatment, it is preferable to dry the gelatinized wood appropriately. As the degree of drying, a range in which the moisture content of the silica gel-containing wood is 1 to 50% by mass (more preferably 2 to 40% by mass) is preferable. When an epoxy resin-based water-dispersed and water-soluble resin is used as a base treatment agent, the residual moisture content may be relatively high (for example, 20 to 40% by mass), but a polyurethane resin or a polyacrylurethane resin. When a compound sensitive to moisture and easily gelled, such as, is used as a base treatment agent, the moisture content of wood is adjusted to a range of 5 to 30% by mass in order to suppress hydrolysis of isocyanate groups due to excess moisture. It is preferable. The reason why a large amount of moisture is left in this way is to use the endothermic action (2244 J / g) due to moisture in the silica gel to assist the flame retardant effect.
[8]表面塗装について
本発明の改質木材の製造方法により製造された改質木材は、ウレタン系、アクリル系、フッ素系、シリコーン系、アミノアルキッド系、不飽和ポリエステル系、フェノール系等の従来公知の塗料から選択される一種又は二種以上を用いて、従来公知の各種方法により表面塗装することができる。本発明の改質木材の製造方法において、下地処理工程及び塗装工程は必須ではないが、これらの工程を実施した場合には、下地処理材及び塗料によって木材の内部や表面を完全に覆うことにより、木材内の水分移動による狂いを防ぎ、長期にわたってこの木材に寸法安定性及び難燃性を付与することができる。一方、例えば敷物とする木材チップの不燃化加工等においてはこれらの工程を行うことなく最終製品とすることができる。
[8] Surface coating The modified wood produced by the method for producing modified wood of the present invention is a conventional urethane, acrylic, fluorine, silicone, aminoalkyd, unsaturated polyester, phenol, or the like. Surface coating can be performed by various conventionally known methods using one or more selected from known paints. In the method for producing modified wood of the present invention, the ground treatment step and the painting step are not essential, but when these steps are carried out, the interior and surface of the wood are completely covered with the ground treatment material and the paint. In addition, it is possible to prevent deviation due to moisture movement in the wood and to impart dimensional stability and flame retardancy to the wood over a long period of time. On the other hand, for example, in the incombustibility processing of wood chips used as a rug, a final product can be obtained without performing these steps.
[9]改質木材の用途について
本発明の改質木材の製造方法により製造された改質木材は、難燃性及び寸法安定性に優れ、また防腐性、防虫性、高強度をも備えることから、例えば以下の用途に好ましく使用される。
[9] Use of modified wood Modified wood produced by the method for producing modified wood of the present invention is excellent in flame retardancy and dimensional stability, and also has antiseptic properties, insect repellent properties, and high strength. For example, it is preferably used for the following applications.
(1)建築用内装部材
建築材料のうち、天井材、間仕切材、壁材、床材等の内装部材として使用することができる。これらの部材は、薄物の板材が主体であるため珪酸化合物液を含浸させやすく、目的に合わせてJIS A 1321やJIS A 5801等に合格するよう含浸量を調整して加工することができる。珪酸化合物液の含浸量としては、乾燥木材に対して230〜320質量%(珪酸化合物換算で40〜160質量%)とすることが好ましい。
(1) Interior member for building Among building materials, it can be used as an interior member such as a ceiling member, a partition member, a wall member, and a floor member. Since these members are mainly thin plate materials, they can be easily impregnated with a silicate compound liquid, and can be processed by adjusting the amount of impregnation so as to pass JIS A 1321 or JIS A 5801 according to the purpose. The impregnation amount of the silicate compound liquid is preferably 230 to 320% by mass (40 to 160% by mass in terms of silicate compound) with respect to the dry wood.
(2)建築用構造部材
建築材料のうち、柱、梁、床、壁等の構造部材として使用することができる。これらの用途向けの木材としては、水分率を下げて木材組織の強度を上げる前処理、及び脱脂により細胞壁孔を貫通させて珪酸化合物液の浸透性を改善する前処理を施した木材を使用することが好ましい。目的に合わせて、JIS A 1301に合格するよう含浸量を調整して加工することができる。珪酸化合物液の含浸量としては、乾燥木材に対して230〜320質量%(珪酸化合物換算で40〜160質量%)とすることが好ましい。尚、大型の部材に関しては、経済性を考慮して、部材の表面から所定の深さまでの範囲に珪酸化合物液を含浸させてもよい。この場合にも十分な難燃性を付与することができる。
(2) Structural member for building Among building materials, it can be used as a structural member such as a column, a beam, a floor, or a wall. As wood for these applications, use wood that has been pretreated to lower the moisture content and increase the strength of the wood structure, and pretreated to penetrate the cell wall pores by degreasing to improve the permeability of the silicate liquid. It is preferable. According to the purpose, the amount of impregnation can be adjusted and processed so as to pass JIS A 1301. The impregnation amount of the silicate compound liquid is preferably 230 to 320% by mass (40 to 160% by mass in terms of silicate compound) with respect to the dry wood. In addition, about a large sized member, you may impregnate a silicic acid compound liquid in the range from the surface of a member to a predetermined depth in consideration of economical efficiency. Even in this case, sufficient flame retardancy can be imparted.
(3)建築用開口部材
建築材料のうち、戸、窓、階段等の開口部材としても使用することができる。これらの部材は、柱状、板状等、様々な形状のものがある。防火戸、防火戸木枠、木製サッシ、階段等の部材については、JIS A 1301やJIS A 1311の試験に合格するように珪酸化合物液を木材に十分含浸させることが必要となる。具体的には、乾燥木材に対して250〜330質量%(珪酸化合物換算で50〜170質量%)含浸させることが好ましい。また、アルミサッシ内部の中空部分に、珪酸化合物液を十分に含浸させて製造した加工木材を充填することにより、アルミサッシの強度及び耐熱性を向上させる、という使用方法も有用である。
(3) Opening member for building Among building materials, it can also be used as an opening member for doors, windows, stairs and the like. These members have various shapes such as a columnar shape and a plate shape. For members such as fire doors, fire door wooden frames, wooden sashes, stairs, etc., it is necessary to sufficiently impregnate the wood with a silicate compound solution so as to pass the test of JIS A 1301 and JIS A 1311. Specifically, it is preferable to impregnate dry wood with 250 to 330 mass% (50 to 170 mass% in terms of silicic acid compound). In addition, a method of use is also useful in which the strength and heat resistance of the aluminum sash are improved by filling the hollow portion inside the aluminum sash with a processed wood produced by sufficiently impregnating a silicate compound liquid.
以下、本発明の改質木材の製造方法につき、実施例を挙げて説明する。尚、以下における「部」及び「%」は、特に記載のない場合は質量基準である。 Hereinafter, the modified wood production method of the present invention will be described with reference to examples. In the following, “part” and “%” are based on mass unless otherwise specified.
[1]実施例1及び比較例1の改質木材の製造
{実施例1(燃焼抑制剤−含有)及び比較例1(燃焼抑制剤−非含有)}
(1)浸透孔形成工程
実験例1及び比較例1の出発木材として、各々含水率が約3%にまで乾燥されたタイプII合板(厚さ15t×長さ220×幅220mm)を用いた。
これら実施例1及び比較例1の各々合板の一面に、炭酸ガスレーザー加工機「ML3020D」(三菱電機株式会社製)を用いて、長さ180mm×幅0.8mm×深さ12mmの直線状の割れ目カット(浸透孔)を合板の長さ方向へ55mm間隔で合計3ヶ所形成した(図3参照)。但し、幅方向へは合板の両端20mmは補強のために未カット部分として残している。
[1] Production of modified wood of Example 1 and Comparative Example 1 {Example 1 (combustion inhibitor-containing) and Comparative Example 1 (combustion inhibitor-not contained)}
(1) Penetration hole formation process As the starting wood of Experimental Example 1 and Comparative Example 1, type II plywood (thickness 15 t × length 220 × width 220 mm) each dried to a moisture content of about 3% was used.
Using a carbon dioxide laser processing machine “ML3020D” (manufactured by Mitsubishi Electric Corporation) on one surface of each plywood of Example 1 and Comparative Example 1, a linear shape having a length of 180 mm × width of 0.8 mm × depth of 12 mm is used. A total of three cuts (penetration holes) were formed in the length direction of the plywood at 55 mm intervals (see FIG. 3). However, in the width direction, both ends 20 mm of the plywood are left as uncut portions for reinforcement.
(2)珪酸化合物含浸前乾燥工程
上記(1)を経た各木材(図1の1)を、耐圧容器(図1の4)に収容し、耐圧容器内を減圧して約2.7kPa(20Torr)にして40分間保持し、木材中の水分及び空気を吸引除去した。この珪酸化合物含浸前乾燥工程により、木材全体を100質量%とした場合の水の含有量を約2.8%程度にした。
(2) Drying step before impregnation with silicic acid compound Each wood (1 in FIG. 1) having undergone the above (1) is accommodated in a pressure vessel (4 in FIG. 1), and the pressure vessel is decompressed to about 2.7 kPa (20 Torr). ) And kept for 40 minutes to suck and remove moisture and air in the wood. By this silicic acid compound impregnation drying step, the water content was about 2.8% when the whole wood was taken as 100% by mass.
(3)珪酸化合物液含浸工程
上記(2)の後に、耐圧容器(図1の4)内に50℃に保温されたJIS3号珪酸ナトリウム90部と水10部との混合物からなる珪酸化合物液(図1の5)を投入した。次いで、窒素ガスを用いて耐圧容器内の圧力を約5MPa(50kg/cm2)まで加圧した。この状態を20時間保持した。その後、耐圧容器内の圧力を開放し、次いで、耐圧容器内の珪酸化合物液を排出し、珪酸化合物液用のベッセルタンクに回収した。この回収した珪酸化合物液は再利用が可能な状態であった。
(3) Silicate compound liquid impregnation step After the above (2), a silicate compound liquid consisting of a mixture of 90 parts of JIS No. 3 sodium silicate and 10 parts of water kept at 50 ° C. in a pressure vessel (4 in FIG. 1) ( 1) in FIG. 1 was introduced. Subsequently, the pressure in the pressure vessel was increased to about 5 MPa (50 kg / cm 2 ) using nitrogen gas. This state was maintained for 20 hours. Thereafter, the pressure in the pressure vessel was released, and then the silicate compound liquid in the pressure vessel was discharged and collected in a vessel tank for the silicate compound solution. This recovered silicic acid compound solution was in a state where it could be reused.
(4)ゲル化前乾燥工程
上記(3)の後に、上記耐圧容器(図1の4)内から各木材(図1の1)を取り出し、表面に付着した珪酸化合物液を拭き取った後、珪酸化合物液が含浸された木材をオートクレーブ(図1の7)内に収容し、オートクレーブの設定度を98℃に設定し、60分間乾燥させて、次のゲル化工程において炭酸ガスがより浸透し易いように木材組織内に空隙を形成させた。
(4) Drying step before gelation After the above (3), each wood (1 in FIG. 1) is taken out from the pressure vessel (4 in FIG. 1), and the silicic acid compound liquid adhering to the surface is wiped off. The wood impregnated with the compound solution is housed in an autoclave (7 in FIG. 1), the setting degree of the autoclave is set at 98 ° C., and dried for 60 minutes, so that carbon dioxide gas is more easily permeated in the next gelation step. Thus, voids were formed in the wood structure.
(5)ゲル化工程
上記(4)の後を経た木材(図1の1)を、再び耐圧容器(図1の4)へ収容し、耐圧容器内を減圧して約2.7kPa(20Torr)にした後、炭酸ガスを注入して加圧し、耐圧容器内を温度30℃且つ圧力約3MPa(30kg/cm2)にした。この状態を4時間保持した後、圧力開放を行った。
その後、珪酸化合物液の含浸率を測定するために、耐圧容器内から各木材(実施例1及び比較例1)を取り出し、表面に付着した珪酸化合物液を拭き取った後、質量測定を行った。その結果、上記(2)の珪酸化合物含浸前乾燥工程の後に測定した木材の質量を100%とすると、本(5)のゲル化工程後の木材の質量(ゲル化された珪酸化合物等を含む)は410%{このうち147.6%は固形分(シリカゲル)である}であった。
尚、改質木材を得る目的においてはこの測定は必要なく、引き続き次の工程を行うことができる。
(5) Gelation step The wood (1 in FIG. 1) after the above (4) is accommodated again in the pressure vessel (4 in FIG. 1), and the pressure vessel is decompressed to about 2.7 kPa (20 Torr). After that, carbon dioxide gas was injected and pressurized, and the inside of the pressure vessel was brought to a temperature of 30 ° C. and a pressure of about 3 MPa (30 kg / cm 2 ). After maintaining this state for 4 hours, the pressure was released.
Then, in order to measure the impregnation rate of the silicic acid compound liquid, each wood (Example 1 and Comparative Example 1) was taken out from the pressure-resistant container, and after the silicate compound liquid adhering to the surface was wiped off, mass measurement was performed. As a result, when the mass of the wood measured after the drying step before impregnation of the silicic acid compound (2) is 100%, the mass of the wood after the gelling step of the present (5) (including the gelled silicic acid compound and the like) ) Was 410% {147.6% of which is solid content (silica gel)}.
This measurement is not necessary for the purpose of obtaining modified wood, and the next step can be continued.
(6)燃焼抑制剤含浸前乾燥工程
その後、上記(5)を経た実施例1の木材(図1の1)のみをオートクレーブ(図1の7)内に収容し、オートクレーブの設定度を98℃に設定し、30分間乾燥させて、次の燃焼抑制剤液含浸工程において燃焼抑制剤がより浸透し易いように木材組織内に空隙を形成させた。
(6) Drying step before impregnation with combustion inhibitor Thereafter, only the wood of Example 1 (1 in FIG. 1) having undergone the above (5) is accommodated in the autoclave (7 in FIG. 1), and the setting degree of the autoclave is set to 98 ° C. And dried for 30 minutes to form voids in the wood structure so that the combustion inhibitor can more easily permeate in the next step of impregnation with the combustion inhibitor liquid.
(7)燃焼抑制剤液含浸工程
上記(6)を経た実施例1の木材(図1の1)を耐圧容器(図1の4)内に収容し、耐圧容器内を減圧して約2.7kPa(20Torr)にした後、リン酸系燃焼抑制剤(リン酸・窒素系燃焼抑制剤、太平化学産業株式会社製、品名「タイエンGN」)を燃焼抑制剤液全体に対して40%となるように水に溶解して得られた燃焼抑制剤液(図1の6)を、耐圧容器(図1の4)内に注入した。その後、窒素ガスを注入して耐圧容器内を圧力約5MPa(50kg/cm2)にした。この状態を15時間保持した。その後、耐圧容器内の圧力を開放し、次いで、耐圧容器内の燃焼抑制剤液を排出し、燃焼抑制剤液用のベッセルタンクに回収した。この回収した燃焼抑制剤液は再利用が可能な状態であった。
その後、燃焼抑制剤液の含浸率を測定するために、耐圧容器内から実施例1の木材を取り出し、表面に付着した燃焼抑制剤液を拭き取った後、質量測定を行った。その結果、実施例1の上記(6)の燃焼抑制剤含浸前乾燥工程の後に測定した木材の質量(ゲル化された珪酸化合物等を含む)を100%とすると、本(7)の燃焼抑制剤液含浸工程後の木材に含有されるリン酸系燃焼抑制剤等は34.6%であった。
尚、改質木材を得る目的においてはこの測定は必要なく、引き続き次の工程を行うことができる。
(7) Combustion inhibitor liquid impregnation step The wood of Example 1 (1 in FIG. 1) that has undergone the above (6) is housed in a pressure-resistant container (4 in FIG. 1), and the pressure-resistant container is depressurized for about 2. After setting to 7 kPa (20 Torr), the phosphoric acid-based combustion inhibitor (phosphoric acid / nitrogen-based combustion inhibitor, manufactured by Taihei Chemical Sangyo Co., Ltd., product name “Tyen GN”) becomes 40% of the entire combustion inhibitor liquid. Thus, the combustion inhibitor liquid (6 in FIG. 1) obtained by dissolving in water was injected into the pressure vessel (4 in FIG. 1). Thereafter, nitrogen gas was injected to bring the pressure inside the pressure vessel to a pressure of about 5 MPa (50 kg / cm 2 ). This state was maintained for 15 hours. Thereafter, the pressure in the pressure vessel was released, and then the combustion inhibitor liquid in the pressure vessel was discharged and recovered in a vessel tank for the combustion inhibitor solution. This recovered combustion inhibitor liquid was reusable.
Thereafter, in order to measure the impregnation rate of the combustion inhibitor liquid, the wood of Example 1 was taken out from the pressure-resistant container, and the mass of the combustion inhibitor liquid adhered to the surface was wiped off, followed by mass measurement. As a result, assuming that the mass of the wood (including the gelled silicate compound) measured after the drying step before impregnation of the combustion inhibitor (6) of Example 1 is 100%, the combustion suppression of this (7) The phosphoric acid type combustion inhibitor contained in the wood after the chemical liquid impregnation step was 34.6%.
This measurement is not necessary for the purpose of obtaining modified wood, and the next step can be continued.
(8)燃焼抑制剤含浸後乾燥工程
上記(7)を経た実施例1の木材、及び上記(5)を経た比較例1の木材、の各々をオートクレーブ内に収容し、設定温度98℃で30分間保持した。
(8) Drying step after impregnation with combustion inhibitor Each of the wood of Example 1 having undergone the above (7) and the wood of Comparative Example 1 having undergone the above (5) are accommodated in an autoclave and set at 30 at a set temperature of 98 ° C. Hold for a minute.
(9)下地処理工程
イソシアネート基を有するシランカップリング剤(信越化学工業株式会社製、品名「X−12−413」)2部(有姿)を、反応性樹脂化合物(ポリイソシアネートオリゴマー変性品:Bayer社製、品名「ディスモジュールTT」)98部(有姿)に添加して、これらを反応させたオリゴマーからなる下地処理剤を調製した。上記(8)を経た各木材に上記下地処理剤をスプレー塗布(300g/m2)したのち十分に浸透させた。その後、約60分間自然乾燥させタックフリーの状態にした。
(9)
(10)塗装工程
上記(9)を経た実施例1及び比較例1の各木材に、下記表1に示す塗料及び条件で、下塗り、着色、上塗りからなる塗装を行った。塗装はスプレーを用いていずれも40〜60g/m2の目付けで行った。尚、表1に示す使用材料は、いずれも玄々化学株式会社製の品名である。
(10) Coating process Each wood of Example 1 and Comparative Example 1 that has undergone the above (9) was coated with undercoating, coloring, and overcoating under the paints and conditions shown in Table 1 below. Coating was performed using a spray with a basis weight of 40 to 60 g / m 2 . In addition, all the materials used shown in Table 1 are product names made by Genchu Chemical Co., Ltd.
[2]実施例1、比較例1及び比較例2の改質木材の評価
建築基準法施行令第1条5号に規定される準不燃材料に該当するか否かのコーンカロリーメーター試験を実施例1の改質木材、比較例1の改質木材、及び比較例2の未処理木材に対して各々行った。この試験においては、各改質木材に50kW/m2の熱源から熱を加え、スパーク点火器を用いて、各改質木材から発生したガスに着火試験も併せて行った。この結果を表2に示す。
但し、表2の発熱量評価における「○」は総発熱量が8MJ/m2以下であることを示す。「×」は総発熱量が8MJ/m2を超えることを示す。
[2] Evaluation of the modified wood of Example 1, Comparative Example 1 and Comparative Example 2 Conducted a corn calorimeter test to determine whether it falls under the quasi-incombustible material stipulated in Article 1-5 of the Building Standards Law Enforcement Order This was performed on the modified wood of Example 1, the modified wood of Comparative Example 1, and the untreated wood of Comparative Example 2, respectively. In this test, heat was applied to each modified wood from a heat source of 50 kW / m 2 , and an ignition test was performed on the gas generated from each modified wood using a spark igniter. The results are shown in Table 2.
However, “◯” in the calorific value evaluation in Table 2 indicates that the total calorific value is 8 MJ / m 2 or less. “X” indicates that the total calorific value exceeds 8 MJ / m 2 .
表2の結果より、比較例2の未処理木材(前記全ての各工程を行っていない上記タイプII合板の未塗装品)は、加熱を開始してから10秒で発生ガスに着火した。また、コーンカロリーメーター試験では5分後には既に総発熱量が23MJ/m2であり、10分後には60MJ/m2であり、8MJ/m2を大幅に超える結果となった。また、比較例1の改質木材は、加熱してから32秒で発生ガスに着火した。しかし、コーンカロリーメーター試験では5分後の総発熱量は8MJ/m2であった。その後、加熱を続けると10分後の総発熱量は12MJ/m2であり、僅かに8MJ/m2を超える結果となった。
これに対して、実施例1の改質木材は、加熱してから10分の間にわたって発生ガスに着火しなかった。また、コーンカロリーメーター試験では5分後及び10分後のいずれにおいても総発熱量は8MJ/m2以下であった。
From the results shown in Table 2, the untreated wood of Comparative Example 2 (the uncoated product of the above-mentioned type II plywood that was not subjected to all the above steps) ignited the generated gas in 10 seconds after the start of heating. Also, already gross calorific value after 5 minutes in the cone calorimeter test was 23 mJ / m 2, after 10 minutes was 60 mJ / m 2, resulted in more than 8 MJ / m 2 significantly. The modified wood of Comparative Example 1 ignited the generated gas 32 seconds after heating. However, in the corn calorimeter test, the total calorific value after 5 minutes was 8 MJ / m 2 . Thereafter, the total amount of heat generated after 10 minutes Continued heating is 12 MJ / m 2, it resulted in more than slightly 8 MJ / m 2.
In contrast, the modified wood of Example 1 did not ignite the generated gas for 10 minutes after heating. In the corn calorimeter test, the total calorific value was 8 MJ / m 2 or less after 5 minutes and 10 minutes.
[3]実施例2及び比較例3の改質木材の製造
{実施例2(燃焼抑制剤−含有)及び比較例3(燃焼抑制剤−非含有)}
(1)浸透孔形成工程
実験例2及び比較例3の出発木材として、各々含水率が約4.5%にまで乾燥された杉板(板目、厚さ35t×長さ220×幅220mm)を用いた。
これら実施例2及び比較例3の各々杉板の一面に、炭酸ガスレーザー加工機「ML3020D」(三菱電機株式会社製)を用いて、開口径φ0.7mm×深さ30mmの円柱形状の浸透孔を15mm間隔の格子点に合計約220ヶ所形成した(図2参照)。
[3] Production of modified wood of Example 2 and Comparative Example 3 {Example 2 (combustion inhibitor-containing) and Comparative Example 3 (combustion inhibitor-not contained)}
(1) Osmotic hole formation process As the starting wood of Experimental Example 2 and Comparative Example 3, each cedar board was dried to a moisture content of about 4.5% (grain, thickness 35 t × length 220 × width 220 mm) Was used.
Using a carbon dioxide laser processing machine “ML3020D” (manufactured by Mitsubishi Electric Corporation) on each surface of each cedar board of Example 2 and Comparative Example 3, a cylindrical penetration hole with an opening diameter of φ0.7 mm × depth of 30 mm Were formed at a total of about 220 lattice points at 15 mm intervals (see FIG. 2).
(2)珪酸化合物含浸前乾燥工程
上記(1)を経た各木材(図1の1)を、耐圧容器(図1の4)に収容し、耐圧容器内を減圧して約2.7kPa(20Torr)にして40分間保持し、木材中の水分及び空気を吸引除去した。この珪酸化合物含浸前乾燥工程により、木材全体を100質量%とした場合の水の含有量を約3%程度にした。
(2) Drying step before impregnation with silicic acid compound Each wood (1 in FIG. 1) having undergone the above (1) is accommodated in a pressure vessel (4 in FIG. 1), and the pressure vessel is decompressed to about 2.7 kPa (20 Torr). ) And kept for 40 minutes to suck and remove moisture and air in the wood. By this drying step before impregnation with the silicate compound, the water content was about 3% when the whole wood was taken as 100% by mass.
(3)珪酸化合物液含浸工程
上記(2)の後に、常温(30℃)で耐圧容器(図1の4)内に珪酸ナトリウム(JIS3号)65部と珪酸リチウム(珪酸リチウム35)35部と混合物からなる珪酸化合物液(図1の5)を投入した。次いで、窒素ガスを用いて耐圧容器内の圧力を5MPa(50kg/cm2)まで加圧した。この状態を20時間保持した。尚、この間に浸透効率を向上させるために減圧し次いで5MPaまで加圧する作業を2サイクル繰り返している。その後、耐圧容器内の圧力を開放し、次いで、耐圧容器内の珪酸化合物液を排出回収した。次いで、耐圧容器内から各木材を取り出し、表面に付着した珪酸化合物液を拭き取り、軽く乾燥させた。
(3) Silicic acid compound liquid impregnation step After the above (2), 65 parts of sodium silicate (JIS3) and 35 parts of lithium silicate (lithium silicate 35) in a pressure vessel (4 in FIG. 1) at room temperature (30 ° C.) A silicic acid compound solution (5 in FIG. 1) consisting of a mixture was added. Subsequently, the pressure in the pressure vessel was increased to 5 MPa (50 kg / cm 2 ) using nitrogen gas. This state was maintained for 20 hours. During this time, the operation of depressurizing and pressurizing to 5 MPa is repeated two cycles in order to improve the permeation efficiency. Thereafter, the pressure in the pressure vessel was released, and then the silicate liquid in the pressure vessel was discharged and collected. Next, each wood was taken out from the pressure vessel, and the silicate compound liquid adhering to the surface was wiped off and lightly dried.
(4)ゲル化前乾燥工程
上記(3)の後に、前記[1](4)と同様にゲル化前乾燥工程を行った。
(4) Drying step before gelation After the above (3), the drying step before gelation was performed in the same manner as in the above [1] (4).
(5)ゲル化工程
上記(4)の後に、前記[1](5)と同様にゲル化工程を行った。
その結果、上記(2)の珪酸化合物含浸前乾燥工程の後に測定した木材の質量を100%とすると、本(5)のゲル化工程後の木材の質量(ゲル化された珪酸化合物等を含む)は445%{このうち151.4%は固形分(シリカゲル)である}であった。
尚、改質木材を得る目的においてはこの測定は必要なく、引き続き次の工程を行うことができる。
(5) Gelation step After the above (4), the gelation step was performed in the same manner as in the above [1] (5).
As a result, when the mass of the wood measured after the drying step before impregnation of the silicic acid compound (2) is 100%, the mass of the wood after the gelling step of the present (5) (including the gelled silicic acid compound and the like) ) Was 445% {151.4% of which is solid (silica gel)}.
This measurement is not necessary for the purpose of obtaining modified wood, and the next step can be continued.
(6)燃焼抑制剤含浸前乾燥工程
その後、上記(5)を経た実施例2の木材(図1の1)のみをオートクレーブ(図1の7)内に収容し、オートクレーブの設定度を98℃に設定し、40分間乾燥させて、次の燃焼抑制剤液含浸工程において燃焼抑制剤がより浸透し易いように木材組織内に空隙を形成させた。
(6) Drying step before impregnation with combustion inhibitor Thereafter, only the wood of Example 2 (1 in FIG. 1) having undergone the above (5) is accommodated in the autoclave (7 in FIG. 1), and the setting degree of the autoclave is set to 98 ° C. And dried for 40 minutes to form voids in the wood structure so that the combustion inhibitor can more easily permeate in the next step of impregnation with the combustion inhibitor liquid.
(7)燃焼抑制剤液含浸工程
上記(6)の後に、前記[1](7)と同様に燃焼抑制剤液含浸工程を行った。但し、前記[1](7)におけるリン酸・窒素系燃焼抑制剤に換えて、リン・ホウ素系燃焼抑制剤(太平化学産業株式会社製、品名「タイエンD4」)を用いた。
その後、燃焼抑制剤液の含浸率を測定するために、耐圧容器内から実施例2の木材を取り出し、表面に付着した燃焼抑制剤液を拭き取った後、質量測定を行った。その結果、実施例2の上記(6)の燃焼抑制剤含浸前乾燥工程の後に測定した木材の質量(ゲル化された珪酸化合物等を含む)を100%とすると、本(7)の燃焼抑制剤液含浸工程後の木材に含有されるリン酸系燃焼抑制剤等は36.8%であった。
尚、改質木材を得る目的においてはこの測定は必要なく、引き続き次の工程を行うことができる。
(7) Combustion inhibitor liquid impregnation step After the above (6), a combustion inhibitor liquid impregnation step was performed in the same manner as in the above [1] (7). However, instead of the phosphoric acid / nitrogen-based combustion inhibitor in [1] (7), a phosphorus / boron-based combustion inhibitor (manufactured by Taihei Chemical Sangyo Co., Ltd., product name “Tyen D4”) was used.
Thereafter, in order to measure the impregnation rate of the combustion inhibitor liquid, the wood of Example 2 was taken out from the pressure-resistant vessel, and the combustion inhibitor liquid adhering to the surface was wiped off, followed by mass measurement. As a result, when the mass of the wood (including the gelled silicate compound) measured after the drying step before impregnation of the combustion inhibitor (6) of Example 2 is 100%, the combustion suppression of this (7) The amount of phosphoric acid combustion inhibitor contained in the wood after the chemical liquid impregnation step was 36.8%.
This measurement is not necessary for the purpose of obtaining modified wood, and the next step can be continued.
(8)燃焼抑制剤含浸後乾燥工程
上記(7)を経た実施例2の木材、及び上記(5)を経た比較例3の木材、の各々をオートクレーブ内に収容し、設定温度98℃で30分間保持した。
(8) Drying step after impregnation with combustion inhibitor Each of the wood of Example 2 that has passed the above (7) and the wood of Comparative Example 3 that has passed the above (5) are accommodated in an autoclave and set at 30 at a set temperature of 98 ° C. Hold for a minute.
(9)下地処理工程及び塗装工程
前記実施例1及び比較例3における[1](9)と同様に下地処理工程を行い、その後、更に[1](10)と同様に塗装工程を行った。
(9) Ground treatment process and coating process The ground treatment process was performed in the same manner as [1] and (9) in Example 1 and Comparative Example 3, and then the coating process was performed in the same manner as in [1] and (10). .
[4]実施例2、比較例3及び比較例4の改質木材の評価
建築基準法施行令第1条5号に規定される準不燃材料に該当するか否かのコーンカロリーメーター試験を実施例2の改質木材、比較例3及び比較例4の未処理木材に対して各々行った。この試験においては、各改質木材に50kW/m2の熱源から熱を加え、スパーク点火器を用いて、各改質木材から発生したガスに着火試験も併せて行った。この結果を表3に示す。
但し、表3の発熱量評価における「○」は総発熱量が8MJ/m2以下であることを示す。「×」は総発熱量が8MJ/m2を超えることを示す。
[4] Evaluation of modified wood of Example 2, Comparative Example 3 and Comparative Example 4 Conducted a corn calorimeter test as to whether or not the quasi-incombustible material stipulated in
However, “◯” in the calorific value evaluation in Table 3 indicates that the total calorific value is 8 MJ / m 2 or less. “X” indicates that the total calorific value exceeds 8 MJ / m 2 .
表3の結果より、前記比較例4の未処理木材(前記全ての各工程を行っていない上記杉板の未塗装品)は、加熱を開始してから10秒で発生ガスに着火した。また、コーンカロリーメーター試験では5分後には既に総発熱量が23MJ/m2であり、10分後には60MJ/m2であり、8MJ/m2を大幅に超える結果となった。また、比較例3の改質木材は、加熱してから49秒で発生ガスに着火した。しかし、コーンカロリーメーター試験では5分後の総発熱量は8MJ/m2であった。その後、加熱を続けると10分後の総発熱量は9MJ/m2であり、極僅かに8MJ/m2を超える結果となった。
これに対して、実施例2の改質木材は、加熱してから10分の間にわたって発生ガスに着火しなかった。また、コーンカロリーメーター試験では5分後及び10分後のいずれにおいても総発熱量は8MJ/m2以下であった。
From the results in Table 3, the untreated wood of Comparative Example 4 (unpainted cedar board not subjected to any of the above steps) ignited the generated gas 10 seconds after the start of heating. Also, already gross calorific value after 5 minutes in the cone calorimeter test was 23 mJ / m 2, after 10 minutes was 60 mJ / m 2, resulted in more than 8 MJ / m 2 significantly. Further, the modified wood of Comparative Example 3 ignited the generated gas 49 seconds after being heated. However, in the corn calorimeter test, the total calorific value after 5 minutes was 8 MJ / m 2 . Thereafter, the total amount of heat generated after 10 minutes Continued heating is 9 mJ / m 2, resulted in electrode exceeds slightly 8 MJ / m 2.
In contrast, the modified wood of Example 2 did not ignite the generated gas for 10 minutes after heating. In the corn calorimeter test, the total calorific value was 8 MJ / m 2 or less after 5 minutes and 10 minutes.
尚、本発明においては、上記具体的実施例に示すものに限られず、目的、用途に応じて本発明の範囲内で種々変更した実施例とすることができる。 The present invention is not limited to the specific examples described above, and can be variously modified examples within the scope of the present invention depending on the purpose and application.
本発明の改質木材の製造方法は木材加工分野に広く利用される。例えば、各種建築用木材が挙げられる。建築用木材としては、建築用内装材(天井材、間仕切材、壁材、床材等)、建築用構造部材(柱、梁、床、壁等の構造部材)、及び建築用開口部材(戸、窓、階段等の開口部材)等が挙げられる。その他、防火戸、防火戸木枠、木製サッシ、階段等としても利用される。更に、建築用木材に限られず、電柱、ベンチ、木冊、庭園橋、ガードレール等の木質材料として利用される。 The method for producing modified wood of the present invention is widely used in the field of wood processing. For example, various architectural timbers can be mentioned. Architectural interior materials (ceiling materials, partition materials, wall materials, floor materials, etc.), structural members for construction (structural members such as columns, beams, floors, walls, etc.), and architectural opening members (doors) , Opening members such as windows and stairs) and the like. It is also used as fire doors, fire door wooden frames, wooden sashes, stairs, etc. Furthermore, it is not limited to building wood, but is used as a wooden material such as utility poles, benches, wooden books, garden bridges, guardrails and the like.
1:木材、2:浸透孔、3:木目、4;耐圧容器、5;珪酸化合物液、6;燃焼抑制剤液、7;オートクレーブ。 1: Wood, 2: Penetration hole, 3: Wood grain, 4: Pressure vessel, 5: Silicate compound solution, 6: Combustion inhibitor solution, 7: Autoclave.
Claims (7)
上記珪酸化合物含浸工程で該木材中に含浸された該珪酸化合物を、酸無水物ガスを用いて珪酸化合物ゲルにするゲル化工程と、
上記ゲル化工程を経た木材に、リン系燃焼抑制剤、ホウ素系燃焼抑制剤及びハロゲン系燃焼抑制剤のうちの少なくとも1種の燃焼抑制剤を含む燃焼抑制剤液を含浸する燃焼抑制剤含浸工程と、を備えることを特徴とする改質木材の製造方法。 A silicate compound impregnation step of impregnating wood with a silicate compound liquid containing a silicate compound;
A gelation step of converting the silicic acid compound impregnated in the wood in the silicic acid compound impregnation step into a silicic acid compound gel using an acid anhydride gas;
Combustion inhibitor impregnation step of impregnating wood subjected to the gelation step with a combustion inhibitor liquid containing at least one of a phosphorus-based combustion inhibitor, a boron-based combustion inhibitor, and a halogen-based combustion inhibitor. A method for producing modified wood, comprising:
該燃焼抑制剤含浸後乾燥工程を経た木材に、シランカップリング剤及び反応性樹脂化合物の少なくとも一方の下地処理剤を含む下地処理液を浸透させる下地処理工程を備える請求項1乃至5のいずれかに記載の改質木材の製造方法。 After the combustion inhibitor impregnation step, a drying step after the combustion inhibitor impregnation for drying the wood that has undergone the combustion inhibitor impregnation step,
6. The substrate treatment method according to claim 1, further comprising a ground treatment step of allowing a ground treatment liquid containing at least one ground treatment agent of the silane coupling agent and the reactive resin compound to penetrate into the wood that has passed through the drying step after impregnation with the combustion inhibitor. A method for producing the modified wood described in 1.
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