JP4446071B2 - 不燃木材の製造方法 - Google Patents
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この基準によれば、不燃木材の基準をクリアするためには、加熱時間20分、輻射強度50kW/m2 の試験条件で、主に、
(1)総発熱量が8MJ/m2 以下であること。
(2)防火上有害な裏面まで貫通する亀裂および穴がないこと。
(3)最高発熱速度が10秒以上継続して200kW/m2 を超えないこと。
が挙げられている。更に、これら燃焼発熱性の基準の他に、ガス有毒性に関し、ガス有害性試験でマウスの平均行動停止時間が6.8分以上であるとする基準も満足する必要がある。
これは、図7に示すように、木材を乾燥させる第1乾燥工程と、第1乾燥工程により乾燥させた後、減圧された容器内で木材を減圧する第1減圧工程と、第1減圧工程により減圧させた後、減圧された容器内で木材を難燃薬剤に浸して木材組織に難燃薬剤を含浸させる第1減圧含浸工程と、第1減圧含浸工程により含浸させた後、容器内で木材を難燃薬剤に浸した状態で加圧して木材組織に難燃薬剤を更に含浸させる第1加圧含浸工程と、第1加圧含浸工程により含浸させた後、難燃薬剤が含浸された木材を乾燥する第2乾燥工程と、第2乾燥工程により乾燥させた後、減圧された容器内で木材を減圧する第2減圧工程と、第2減圧工程により減圧させた後、減圧された容器内で木材を難燃薬剤に浸して再度木材組織に難燃薬剤を含浸させる第2減圧含浸工程と、第2減圧含浸工程により含浸させた後、容器内で木材を難燃薬剤に浸した状態で加圧して再度木材組織に難燃薬剤を更に含浸させる第2加圧含浸工程と、第2加圧含浸工程により含浸させた後、難燃薬剤が含浸された木材を乾燥する第3乾燥工程とよりなる。
即ち、この従来の方法は、加圧式防腐処理工程(JIS A9002−1980)と乾燥工程を複数回繰り返すことで、木材中に難燃薬剤を240kg/m3 以上含浸させ、木材を不燃化する方法である。このことによって、上記建築基準が示す不燃木材の性能を満たす木材の製造を可能としている。
これを解消するために、所謂非加圧式防腐処理方法としての開槽式防腐処理方法(JIS A9003−1980)を用いることが考えられる。この開槽式防腐処理方法は、木材を温浴中で煮沸し、その後、煮沸した木材を難燃薬剤溶液中に浸漬して木材に難燃薬剤を含浸する方法である。
然しながら、この開槽式防腐処理方法であると、容易に難燃薬剤を含浸させることはできるが、不燃木材としての上記の基準(性能)を満たすために必要な難燃薬剤量(例えば240kg/m3 以上)を木材中に含浸させることが困難であるという問題点があり、このため、いまだ非加圧式防腐処理方法では、建築基準法でいう不燃木材の基準を満たす不燃木材は提供されていないのが実情である。
これにより、アルコキシ金属塩系塗料を塗布すると、アルコキシ金属塩系塗料は、アルコール性の加水分解・縮重合型の塗料であり、木材表面に疎水性・遮蔽性のガラス質膜を形成する。そのため、このアルコキシ金属塩系塗料と先に含浸させた難燃薬剤との相乗効果により、不燃木材の不燃性の性質が向上させられ、木材に含浸させる難燃薬剤量が少なくても、建築基準法でいう不燃木材の基準を満たすことが可能になる。そして、木材に含浸させる難燃薬剤量が少なくてもよくなることから、非加圧式である開槽式防腐処理方法を用いて製造できるようになり、製造が容易で製造効率が向上させられる。
実験(後述)によれば、建築基準法が示す発熱速度試験(ISO5660−1)において、難燃薬剤を含浸させないでアルコキシ金属塩系塗料のみを塗布した木材は、アルコキシ金属塩系塗料を塗布しない木材と比較しても、防火性能は向上しない。一方、燐酸を含む難燃薬剤を含浸させた木材にアルコキシ金属塩系塗料を塗布した木材は、アルコキシ金属塩系塗料を塗布しないで燐酸を含む難燃薬剤のみを含浸させた木材と比較すると、防火性能が著しく向上した。また、燐酸を含まない難燃薬剤としてホウ素を含む難燃薬剤があるが、ホウ素系難燃剤は水に対する溶解度が低く、木材中に含浸させることが難しいため、加圧式防腐処理方法以外では充分な防火性能を得られない。即ち、アルコキシ金属塩系塗料と少なくとも燐酸を含む難燃薬剤との組み合わせにより、開槽式防腐処理方法で防火性能の相乗効果をより一層発揮させることができるのである。
燐酸系防火薬剤は可燃性ガスを発生する化学的過程を変性させることによって、木材の防火効果を得る作用がある。すなわち、熱分解量の減少作用と熱分解速度を小さくする作用がある。つまり熱分解量が減少することによって、可燃性ガスの発生量が少なくなる。また、熱分解速度が小さくなることによって、可燃性混合気体が形成されにくくなる。
アルコキシ金属塩系塗料は、燐酸系防火薬剤を含浸させた木材に塗布することで、上記燐酸系防火薬剤の防火性能を補助し、総発熱量を減少させる働きがあると推測される。
すなわち、加熱初期の段階で、アルコキシ金属塩系塗料の塗膜が熱を遮蔽し、防火薬剤の温度上昇速度を小さくする効果があり、このことによって、可燃性ガスの発生を遅延させる。さらに、アルコキシ金属塩系塗料による塗膜は、可燃性ガスを材内に封じ込める効果があると推測される。
温浴処理工程と冷浴処理工程とからなる非加圧式防腐処理方法を用いるので、含浸作業が簡易になり、それだけ不燃木材の製造が容易で、製造効率の向上が図られる。また、塗布工程では、アルコキシ金属塩系塗料は、刷毛、ローラーでの塗装が可能であり、水で希釈、洗浄等できることから、この点でも不燃木材の製造が容易であり、また塗装設備にかかる経費も少なく、より一層製造効率の向上が図られる。
更に、中間乾燥工程を設けているので、含水率を低減させることができ、塗装工程においてアルコキシ金属塩系塗料による塗膜の形成を均一にすることができることから、より一層、アルコキシ金属塩系塗料と先に含浸させた難燃薬剤との相乗効果を拡大させることができる。
本発明の実施の形態に係る不燃木材の製造方法の基本的構成は、木材に難燃薬剤を含浸し、その後、木材表面にアルコキシ金属塩系塗料を塗布する構成からなる。
木材としては、例えば、杉,檜,サワグルミ,シナ等の種々の木材に適用可能であり、難燃薬剤を含浸させることができるものである限りどのような木材であっても良い。
具体的には、アルコキシ金属塩系塗料としては、無機物を含んで構成される塗料,無機物と樹脂を含んで構成される塗料の少なくともいずれか一方を用いる。無機物を含んで構成される塗料としては、例えば、SiO2 ,Al2 O3 ,TiO2 ,ZrO2 ,Fe3 O4 等の酸化金属を主成分としている。無機物と樹脂を含んで構成される塗料としては、所謂アルコキシ金属塩・樹脂ハイブリッド系塗料といわれ、上記の酸化金属に加えて、例えば、アクリル樹脂,フッ素樹脂,ブチラール樹脂などの樹脂を主成分として含有している。
(1)温浴処理工程
木材を煮沸槽に入れた状態で煮沸する。例えば、100℃の温浴中(熱湯で)3時間加熱処理を行なう。
温浴処理工程で煮沸した木材を難燃薬剤溶液中に浸漬して、木材に難燃薬剤を含浸する。難燃薬剤を木材中に固形量で150kg/m3 以上含浸することが望ましい。開槽式防腐処理方法(JIS A9003−1980)に準拠し、木材を容器に入れた難燃薬剤内に浸漬する。例えば、難燃薬剤溶液の濃度は、30%にし、容器中で48時間以上放置する。
冷浴処理工程で難燃薬剤が含浸された木材を乾燥する。木材を加熱乾燥して含水率を15%以下にすることが望ましい。乾燥装置は、一般的な木材乾燥機を使用し、乾燥温度は50℃以下、乾燥時間は4日間以上とすることが望ましい。
木材の表面を例えばフライス盤などで研削し、その後♯240〜400研磨紙による素地調整を行う。これにより木材表面の品質が向上させられる。
中間乾燥工程で乾燥され表面が研削された木材にアルコキシ金属塩系塗料を塗布する。アルコキシ金属塩系塗料の塗膜が薄ければ薬剤の噴出、不燃性能の低下、多ければ、不燃性能は向上するが塗膜が脆くなり、塗装欠陥が発生する原因となることから、塗膜厚さTを30μm≦T≦60μm、望ましくは、40μm≦T≦50μmとする。
塗装工程で塗装された木材を乾燥する。これにより不燃木材が完成する。常温でも乾燥可能である。乾燥装置は熱風乾燥炉、遠・中・近赤外線乾燥装置が利用できる。熱風乾燥炉の場合では、40〜50℃、6〜8時間程度の強制乾燥をすることが望ましい。
[実験例1]
試験材であるシナ材の縦×横×厚さ=240×120×20mmの板材を作成した。難燃薬剤としては、カルバミルポリ燐酸アンモニウムを用いた。加圧式防腐処理工程(JIS A9002−1980)と、開槽式防腐処理方法(JIS A9003−1980)とでそれぞれ試験材3枚ずつに含浸処理し、その薬剤含浸量を比較した。
さらに実験(後述)によれば、建築基準法が示す発熱速度試験(ISO5660−1)において、含浸方法に拠らず薬剤含浸量200kg/m3 程度では不燃の性能は得られず、その一方でアルコキシ金属塩系塗料を塗布すると、150kg/m3 以上で不燃性能が得られることが示された。
試験材であるシナ材の縦×横×厚さ=100×100×15mmの板材を2枚作成した。そのうち一体には、アルコキシ金属塩系塗料を厚さ40μmで裏表塗布し、もう一体は塗装なしとして、不燃性試験(発熱速度試験ISO5660−1)を行った。
シナ材の縦×横×厚さ=100×100×15mmの板材を4枚作成し、そのうち2枚に難燃薬剤であるカルバミルポリ燐酸アンモニウムを214kg/m3 含浸処理し、他の別の2枚に149kg/m3 含浸処理した。異なる薬剤量を含浸処理したそれぞれ2枚については塗装なしとし、他の別の2枚にアルコキシ金属塩系塗料を厚さ40μmで裏表塗布した。これらの試験材について、20分間の不燃性試験(発熱速度試験ISO5660−1)を行った。
更に、点線の横棒は建築基準法に示されている不燃材料の条件(20分間の総発熱量が8MJ/m2 以下であること)のラインを示しており、難燃薬剤を214kg/m3 含浸し、アルコキシ金属塩系塗料を塗布した含浸処理木材はラインより下に位置することから、不燃木材としての性能を有している。従って図2に示すように、開槽式含浸方法でも不燃木材が製造可能であることを示している。
難燃薬剤であるカルバミルポリ燐酸アンモニウムを240kg/m3 含浸処理したシナ材の縦×横×厚さ=100×100×15mmの板材を5枚作成した。そのうち一体にアルコキシ金属塩系のアルコキシ金属塩系塗料を厚さ40μmで裏表塗布し、一体に油性塗料を厚さ40μmで裏表塗布し、一体に自然系塗料を厚さ40μmで裏表塗布し、一体に水性系塗料を厚さ40μmで裏表塗布し、一体は塗装なしとして、10分間の不燃性試験(発熱速度試験ISO5660−1)を行なった。
難燃薬剤であるカルバミルポリ燐酸アンモニウムを240kg/m3 含浸処理したシナ材の縦×横×厚さ=100×100×15mmの板材を4枚作成した。そのうち一体に酸化ケイ素から構成されるアルコキシ金属塩系塗料を厚さ40μmで裏表塗布し、一体に酸化ケイ素と酸化アルミニウム、銀で構成されるアルコキシ金属塩系塗料を厚さ40μmで裏表塗布し、一体に酸化ケイ素、酸化アルミニウム、ブチラールから成るアルコキシ金属塩・樹脂ハイブリッド系塗料を厚さ40μmで裏表塗布し、一体は塗装なしとして、10分間の不燃性試験(発熱速度試験ISO5660−1)を行った。
(2)冷浴処理工程
(3)中間乾燥工程
(4)研削工程
(5)塗装工程
(6)最終乾燥工程
Claims (7)
- 木材に難燃薬剤を含浸し、その後、該木材表面にアルコキシ金属塩系塗料を塗布する不燃木材の製造方法であって、
上記難燃薬剤として、少なくとも燐酸を含む難燃薬剤を用い、
上記アルコキシ金属塩系塗料として、無機物を含んで構成される塗料,無機物と樹脂を含んで構成される塗料の少なくともいずれか一方を用い、
上記難燃薬剤を木材中に固形量で150kg/m 3 以上含浸することを特徴とする不燃木材の製造方法。 - 上記無機物は、SiO 2 ,Al 2 O 3 ,TiO 2 ,ZrO 2 ,Fe 3 O 4 の少なくともいずれかの酸化金属であることを特徴とする請求項1記載の不燃木材の製造方法。
- 木材を温浴中で煮沸する温浴処理工程と、該温浴処理工程で煮沸した木材を難燃薬剤溶液中に浸漬して該木材に難燃薬剤を含浸する冷浴処理工程と、該冷浴処理工程で難燃薬剤が含浸された木材を乾燥する中間乾燥工程と、該中間乾燥工程で乾燥された木材にアルコキシ金属塩系塗料を塗布する塗装工程と、該塗装工程で塗装された木材を乾燥する最終乾燥工程とを備えたことを特徴とする請求項1または2記載の不燃木材の製造方法。
- 上記塗装工程前に、木材の表面を研削する研削工程を備えたことを特徴とする請求項3記載の不燃木材の製造方法。
- 上記冷浴処理工程において、難燃薬剤を木材中に固形量で150kg/m 3 以上含浸することを特徴とする請求項3または4記載の不燃木材の製造方法。
- 上記中間乾燥工程において、木材を加熱乾燥して含水率を15%以下にすることを特徴とする請求項3乃至5何れかに記載の不燃木材の製造方法。
- 上記塗装工程において、アルコキシ金属塩系塗料の塗膜厚さTを30μm≦T≦60μmとすることを特徴とする請求項3乃至6何れかに記載の不燃木材の製造方法。
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