JP5010328B2 - 改質木材の製造方法 - Google Patents
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Description
この防腐防蟻化合物としては、クレオソート油、ホウ素化合物、無機銅化合物、無機クロム化合物、有機酸金属塩、有機金属化合物、4級アンモニウム塩系化合物、フェノール系化合物、有機ヨード系化合物、有機リン系化合物、ヒドロキシアミン系化合物、ナフタリン系化合物、キノリン系化合物、アニリド系化合物、ハロアルキルチオ系化合物、ベンツチアゾール系化合物、ベンゾイミダゾール系化合物、チオシアネート系化合物、トリアゾール系化合物、カーバメート系化合物、ピレスロイド系化合物、ネオニコチノイド系化合物等から選ばれる化合物があげられる。これらの化合物は、単独で使用してもよく、また、2種類以上を混合して用いてもよい。
クレオソート油、ホウ素化合物、無機銅化合物、有機酸金属塩、有機金属化合物、フェノール系化合物、有機ヨード系化合物、有機リン系化合物、ヒドロキシアミン系化合物、ナフタリン系化合物、キノリン系化合物、アニリド系化合物、ハロアルキルチオ系化合物、ベンツチアゾール系化合物、ベンゾイミダゾール系化合物、チオシアネート系化合物、トリアゾール系化合物、カーバメート系化合物、ピレスロイド系化合物、ネオニコチノイド系化合物が挙げられる。すなわち、無機クロム化合物や4級アンモニウム塩系化合物は溶解度が高すぎるため、上記防腐防蟻化合物として用いても、溶脱しやすくなるおそれがあるため、溶出を抑制する観点からは好適ではない。
この一液常温硬化型封孔剤とは、アルコキシシラン化合物、その部分加水分解縮合物、又はそれらの両方と、硬化触媒とを含むものである。
上記(A)成分は、下記式(1)で示されるアルコキシシラン化合物、及びその部分加水分解縮合物から選ばれる1種の化合物又は複数種の化合物の混合物である。この(A)成分を用いることにより、硬化後、木材表層に存在する気孔を気孔内部から、又は気孔表面で封する、すなわち、封孔作用を発揮することができる。なお、(A)成分としては、下記式(1)の構造を有する1種類の化合物でもよいし、2種類以上の化合物を併用してもよい。
上記の式(1)中、R1は、置換基を有してもよい、炭素数1〜10の脂肪族又は芳香族炭化水素基を示す。R2は、炭素数1〜4のアルキル基を示す。上記のR1とR2とは、同一であってもよく、異なってもよい。また、nは、1〜3の整数を示す。
次に、上記(B)成分は、下記式(2)で示されるアルコキシシラン化合物、及びその部分加水分解縮合物から選ばれる1種の化合物又は複数種の化合物の混合物である。この(B)成分を用いることにより、(A)成分のみを使用した場合に比べて、上記一液常温硬化型封孔剤を木材に塗布等して注入・浸透させたとき、得られる硬化物又はこの硬化物からなる塗膜と木材との密着力がより向上し、この発明にかかる製造方法で得られた改質木材の実環境暴露時の耐久性がより向上する。なお、(B)成分としては、下記式(2)の構造を有する1種類の化合物でもよいし、2種類以上の化合物を併用してもよい。
上記式(2)中、R3は、メルカプト基、アミノ基、フェニルアミノ基、アミノエチルアミノ基、メタクリロキシ基、グリドキシ基、イソシアネート基、又はビニル基を示す。R4は、炭素数0〜4の二価の炭化水素基を示す。R5は、炭素数1〜4のアルキル基を示す。上記R6は、炭素数1〜10の芳香族基を含む炭化水素基を示す。また、mは、1〜3の整数を、pは1〜3の整数を、qは0〜2の整数、m+p+q=4を示す。
上記(A)成分及び(B)成分の混合比は、重量比で、(B)成分/(A)成分=5/95〜60/40がよく、7/93〜20/80が好ましい。(B)成分が5重量%より少ないと、この発明で用いる一液常温硬化型封孔剤を木材内で硬化させたときに得られる硬化物の木材への密着がかける傾向があり、また、耐久性も低下する傾向がある。一方、(B)成分が60重量%より多いと、一液常温硬化型封孔剤を木材内で硬化させたときに得られる硬化物の硬度が低下したり、耐久性が低下する傾向がある。
この一液常温硬化型封孔剤は、温度25℃における粘度が、2mPa・s以上であると好ましく、6mPa・s以上であるとより好ましい。一方で、100mPa・s以下であると好ましく、20mPa・s以下であるとより好ましい。この範囲とすることによって、この発明で用いる一液常温硬化型封孔剤として、溶剤を含まない無溶剤系の保存剤としても、流動性を保持することができ、木材内部への注入・浸透が可能となる。
この発明で用いる一液常温硬化型封孔剤には、必要に応じて、(D)成分として無機顔料及び/又は有機顔料を含有させることができる。すなわち、無機顔料と有機顔料とのどちらか一方でもよいし、併用してもよい。上記無機顔料は、得られる塗膜の着色の他、防食性、耐熱性などの諸性能を付与するために使用される。この無機顔料としては、特に制限されないが、金属及び合金並びにこれらの酸化物、水酸化物、炭化物、硫化物、窒化物等があげられる。また、上記有機顔料は、得られる塗膜の着色のために使用されるものであり、アゾ化合物、フタロシアニン化合物、染色レーキ、キノン化合物等があげられる。
この発明で用いる一液常温硬化型封孔剤は、アルコキシシラン化合物やその部分加水分解縮合物と、上記硬化触媒とを混合することで製造することができる。具体的には上記(A)成分、(B)成分、(C)成分、及び必要に応じて(D)成分を、それぞれ上記した範囲の量ずつ混合することにより製造することができる。
上記一液常温硬化型封孔剤は上記の(A)乃至(D)の各成分以外に、溶剤を用いてもよいが、溶剤を用いない無溶剤型とした方が、木材に注入又は浸透させて硬化させることにより、溶剤の揮散を行うことなく、木材細胞内の気孔を一液常温硬化型封孔剤が反応して生じる封孔剤樹脂によってより確実に閉塞でき、上記防腐防蟻化合物や上記不燃化化合物の溶出をさらに抑制し、防腐防蟻性能や不燃化性能をより長期に維持することができる。また、揮発を起こさせないことで、木材表面に形成される硬質塗膜に、溶剤の揮発による気孔が生じることを防止でき、上記防腐防蟻化合物や上記不燃化化合物の溶出をさらに抑制し、防腐防蟻性能や不燃化性能をより長期に維持できる。
上記の防腐防蟻処理剤や上記不燃化処理剤を注入する防腐防蟻処理や不燃化処理を行って、上記処理剤に含まれたり元々の木材が含んでいたりする水を乾燥させた後、上記一液常温硬化型封孔剤を、刷毛塗り、ローラー塗り、吹きつけ、浸漬等の方法によって木材の表面全体に塗工することにより、この一液常温硬化型封孔剤を木材内に注入又は浸透させる。注入、浸透後は速やかに上記硬化触媒が反応し、上記アルコキシシラン化合物やその部分分解縮合物を加水分解縮合させて硬化することにより、木材表層部気孔内に封孔剤樹脂を固定化させると共に、必要に応じて木材表面に封孔剤の硬化塗膜を形成させた改質木材を速やかに得ることが出来る。
[試験体の調製]
スギの辺材(99mm×99mm×25mm)4個を、温度60℃の循環式乾燥機で7日間乾燥し、質量を測定後、吸湿しないようにデシケーターに保管した。
上記のように調整した試験体を、加圧減圧用の密閉容器(3リットル)に入れ、4kPaまで減圧して60分間放置し、その後減圧された状態にて、密閉容器ジャケットに80℃の温水を供給して加温しつつ、密閉容器の中へ80℃に加熱された不燃化処理剤を10分間かけて1.5リットル注入する減圧加圧注入を行った。次に、不燃化処理剤を注入した密閉容器を1MPaまで加圧して90分間保持した後、試験体を取り出し軽く表面の水切りを行い、温度60℃の循環式乾燥機で7日間乾燥した。
・ホウ砂(Na2B4O7・10H2O、U.S.ボラックス社製)……20重量部
・ホウ酸(H3BO3、U.S.ボラックス社製)……10重量部
・脱イオン水……70重量
(A)成分、(B)成分、(C)成分として、それぞれ以下の化合物を使用し、表2の成分で混合して一液常温硬化型封孔剤を調製した、その粘度を測定した。
・(A)成分……メチル基及びフェニル基含有アルコキシシランオリゴマー(信越化学工業(株)製:KR−213)
・(A)成分……メチルトリメトキシシランオリゴマー(信越化学工業(株)製:KC−89S)
・(B)成分……γ−メルカプトプロピルトリメトキシシラン(信越化学工業(株)製:KBM−803)
・(B)成分……3−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン(東レ・ダウコーニング(株)製:SH6040)
・(C)成分……テトラ−n−ブトキシチタン(日本曹達(株)製:B−1)
東機産業(株)製:TVE−22H型粘度計を用い、コーン:1°34’(R:24)、20rpmの条件下で測定した。なお、封孔剤の混合直後に測定を行った。
上記の不燃化処理を行った試験体4個のうち、2個をデシケーターより取り出し(実施例1,2)、上記で調製した一液常温硬化型封孔剤を刷毛により、試験体の全面に塗布量120g/m2となるように塗布し、塗布から10分後に、清浄な布で試験体表面に残存している封孔剤を拭き取り、質量を量り、その後、10日間デシケーター内に放置した。
不燃化処理と封孔処理とを行った試験体のうちの1つ(実施例1)と、不燃化処理を行いかつ封孔処理を行わなかった試験体のうちの1つ(比較例1)とを、木材保存剤の性能試験方法及び性能基準JIS K 1571 4.2.1.1.3.a)に準拠して以下のように耐候操作を行った。なお、準拠の際の変更点はビーカーを500mlから3000mlに変更したのみである。これは、試験体の大きさをJIS K1571より大きくし、不燃性評価試験の試験体に合わせたためである。
上記のごとく、溶脱操作を行ったそれぞれの試験体の各々10回の試験体の操作後のビーカー中の脱イオン水を各々50ml採取し、試験体ごとに10回分の脱イオン水をまとめて、500mlの脱イオン水を得た。この溶脱後の脱イオン水2検体を、JIS K 1570「7.5.3ほう素化合物の測定法(ICP発光分光分析)」に基づきホウ砂及びホウ酸の溶脱量を測定した。その結果を表1に示す。
表1のように封孔処理及び耐候操作の実施の有無が異なる上記の試験体4個を、それぞれ、温度23±2℃、相対湿度50±5%の恒温恒湿器中で4日間放置した後、ISO5660発熱性試験(コーンカロリメーター試験)を実施した。この試験の評価は、輻射強度50kW/m2で、判定基準として(1)総発熱量が8MJ/m2以下であり、(2)防火上有害な裏面まで貫通する亀裂及び穴がなく、(3)最高発熱速度が10秒以上継続して200kW/m2を超えないことを条件とする。その条件で、輻射時間が5分以上のものを「難燃材料」、10分以上のものを「準不燃材料」、20分以上のものを「不燃材料」と判定する。その結果を表1に示す。
封孔処理を行った実施例1及び2は、耐候操作を行った実施例1の発熱性試験結果が、耐候操作を行わなかった実施例2と比べてほとんど変化が無く、耐候操作の条件下であっても、ホウ素の一部のみが溶脱しただけで、不燃化処理による効果を保持し続けていることがわかった。これに対して、封孔処理を行わなかった比較例1及び2は、耐候操作を行わない条件の比較例2では発熱性試験の結果が優良であるのに、耐候操作を行った比較例1はホウ素が全て溶脱してしまい、その後の発熱性試験では、まったく不燃効果を示すことが出来なかった。
[試験体の調製]
すぎ辺材(5mm×20mm×40mm(木口面:5mm×20mm、まさ目面:20mm×40mm)、温度60±2℃の循環式乾燥器で48時間乾燥し、30分間デシケーター中に放置した後、吸湿しないようにデシケーター中に保管したもの)を用いた。まず、このすぎ辺材の木口面をエポキシ樹脂塗料(コニシ(株)製:ボンドクイックメンダー)でシールし、3日間デシケーター中に保管した。
上記保管後の試験体28個をデシケーターより取り出し、まさ目に防腐防蟻処理剤を刷毛にて120g/m2となるように塗布し、温度60℃の循環式乾燥機で2日間乾燥し、質量を測定後、デシケーター内に保管した。その結果の平均値を表3に示す。
・ホウ砂(Na2B4O7・10H2O、U.S.ボラックス社製、20℃における水への溶解度、3.6重量%)……5重量部
・脱イオン水……95重量部
実施例1と同様の一液常温硬化型封孔剤を使用した。
防腐防蟻処理を行った試験体のうち14個をデシケーターより取り出し、上記の一液常温硬化型封孔剤を刷毛により、試験体の全面に塗布量120g/m2となるように塗布し、塗布から10分後に、清浄な布で試験体表面の封孔剤を拭き取り、質量を量り、その後、10日間デシケーター内に放置した。塗布前の質量との差から、拭き取られずに試験体内部に浸透した封孔剤の量を、表3に封孔剤浸透量として示す。
上記の防腐防蟻処理と封孔処理を行った14個(実施例3)と、防腐防蟻処理のみを行った14個(比較例3)とを、木材保存剤の性能試験方法及び性能基準JIS K1571 4.2.1.1.3.a)に従って、500mlのビーカーを用いた以外は実施例1と同様に耐候操作を行った。得られた試験体について、実施例1と同様にホウ砂及びホウ酸の溶脱量を測定した。その結果を表3に示す。
実施例3及び比較例3において、用いる防腐防蟻化合物を下記の組成(表中「処理剤2〜5」と表記する。)とした以外は同様の手順により試験体をそれぞれ14個ずつ調製し、耐候操作を行った。それぞれを実施例4〜7及び比較例4〜7とする。その防腐防蟻試験を行った測定結果を表3に示す。
・処理剤2:四ホウ酸リチウム(Li2B4O7):キシダ化学(株)製
・処理剤3:四ホウ酸カリウム(K2B4O7・4H2O):キシダ化学(株)製
・処理剤4:メタホウ酸ナトリウム(NaBO2・4H2O):キシダ化学(株)製
・処理剤5:モクボーベネザーブ:大日本木材防腐(株)製
実施例3において、防腐防蟻処理を行わずに封孔処理のみを同様に行った試験体14個を比較例8と、さらに封孔処理も行わなかった試験体14個を比較例9とする。その測定結果を表3に示す。
実施例3と同様の試験体を使用し、防腐防蟻処理剤として実施例3と同様のホウ砂を用いて実施例3と同様の手順により防腐防蟻処理を行った。一方で、(A)成分乃至(C)成分を実施例1と同様の混合率で混合するとともに、表2に記載の量のアサヒ化成工業(株)製:コバルトブルーグリーン1250(以下「コバルト」と称する。)を(D)成分として、(A)成分乃至(C)成分の合計量:(D)成分=7:3となる重量混合比で混合させた一液常温硬化型封孔剤を調製した。なお、表2の混合比は(D)成分追加後の値である。この一液常温硬化型封孔剤を用いて、試験体の全面に刷毛で230g/m2となるように塗布した後、拭き取りを行わず、秤量し、ウェット膜厚を測定した後、10日間デシケーター内に放置した。なお、ウェット膜厚の測定においては、BYK−Gardner社製:ウェット膜厚計3504(測定レンジ 5〜150μm)にて、ウェット膜厚を測定した。
[防腐試験]
上記の実施例3〜8,比較例3〜9の試験体のうち、それぞれ9個について、温度60±2℃の循環式乾燥機で48時間乾燥し、30分間デシケーター内に放置した後に、その質量を量った。その結果を表3に示す。その後、木材保存剤の性能試験方法及び性能基準JIS K1571 4.2.1.1.3 b)に準拠して下記のような抗菌操作を行った。なお、準拠する際の変更点は、カワラタケの培養菌についての抗菌操作を行わず、オオウズラタケの培養菌のみとすることである。
上記の実施例3〜8,比較例3〜9の試験体のうち、それぞれ5個について、温度60±2℃の循環式乾燥機で48時間乾燥し、30分間デシケーター内に放置した後に、その質量を量った。その結果を表3に示す。その後、木材保存剤の性能試験方法及び性能基準JIS K1571 4.2.1.1.3 c)に従い、下記のような食害操作を行った。
封孔処理を行わなかったそれぞれの比較例では、いずれも防腐防蟻化合物が100%溶脱してしまっていた。溶解度が低いものほど防腐防蟻試験の両方で質量減少率が低くなる傾向は見られたものの、いずれも性能基準を満たすには至らず、ほとんどの場合、防腐防蟻化合物を沈着させなかった比較例8,9と大差無い結果となった。これに対して、封孔処理を行った実施例では、溶解度が∞であるモクボーベネザーブを用いた実施例7以外の防腐防蟻化合物を用いた実施例では、防腐効果及び防蟻効果共に十分に効果を発揮した。
Claims (9)
- 木材中に防腐防蟻化合物、不燃化化合物、又はそれらの両方を沈着させた後、アルコキシシラン化合物、その部分加水分解縮合物、又はそれらの両方と、硬化触媒とを含む無溶剤型一液常温硬化型封孔剤を前記木材細胞内、木材表面、又はその両方で硬化させて、前記防腐防蟻化合物、前記不燃化化合物、又はそれらの両方の溶出を防止又は抑制することを特徴とする、改質木材の製造方法。
- 上記防腐防蟻化合物と揮発性物質又は水とを含有した防腐防蟻処理剤、及び、上記不燃化化合物と水とを含有した不燃化処理剤の少なくとも一方を、木材に塗工又は減圧加圧注入した後、前記防腐防蟻処理剤及び前記不燃化処理剤に含まれる前記揮発性物質又は水を揮散、乾燥させた後、上記無溶剤型一液常温硬化型封孔剤を前記木材に塗工して硬化させる、請求項1に記載の改質木材の製造方法。
- 上記防腐防蟻化合物が、クレオソート油、ホウ素化合物、無機銅化合物、無機クロム化合物、有機酸金属塩、有機金属化合物、4級アンモニウム塩系化合物、フェノール系化合物、有機ヨード系化合物、有機リン系化合物、ヒドロキシアミン系化合物、ナフタリン系化合物、キノリン系化合物、アニリド系化合物、ハロアルキルチオ系化合物、ベンツチアゾール系化合物、ベンゾイミダゾール系化合物、チオシアネート系化合物、トリアゾール系化合物、カーバメート系化合物、ピレスロイド系化合物、及びネオニコチノイド系化合物から選ばれ、かつ、20℃における水への溶解度が42.0重量%以下である化合物の1種又は2種以上の混合物である請求項1又は2に記載の改質木材の製造方法。
- 上記不燃化化合物が、ホウ素化合物、リン化合物、ハロゲン化合物、三酸化アンチモン、水酸化アルミニウム、及び水酸化マグネシウムのうち20℃における水への溶解度が42.0重量%以下である化合物の1種または2種以上の混合物からなる、請求項1乃至3のいずれかに記載の改質木材の製造方法。
- 上記防腐防蟻化合物でありかつ上記不燃化化合物であるホウ素化合物と水とを含む処理剤を上記防腐防蟻処理剤兼上記不燃化処理剤として木材に塗工又は減圧加圧注入し、他の上記防腐防蟻処理剤及び上記不燃化処理剤での処理を行うことなく、防腐防蟻効果と不燃化効果とを木材に付与することを特徴とする、請求項2乃至3のいずれかに記載の改質木材の製造方法。
- 上記硬化触媒が、有機チタン化合物、有機ジルコニウム化合物及び有機アルミニウム化合物から選ばれる1種の化合物又は2種以上の化合物の混合物である、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。
- 上記無溶剤型一液常温硬化型封孔剤が、
上記のアルコキシシラン化合物、その部分加水分解縮合物、又はそれらの混合物として、下記式(1)の構造を有する(A)成分と、下記式(2)の構造を有する(B)成分とを含み、
かつ、上記硬化触媒である(C)成分を含み、温度25℃における粘度が2mPa・s以上100mPa・s以下である、請求項1乃至6のいずれかに記載の改質木材の製造方法。
(A)成分:
R1 nSi(OR2)4−n……(1)
(上記式(1)中、R1は、置換基を有してもよい、炭素数1〜10の脂肪族又は芳香族炭化水素基を示す。R2は、炭素数1〜4のアルキル基を示し、R1と同一でもよい。nは1〜3の整数を示す。)
(B)成分:
(R3−R4)mSi(OR5)pR6 q……(2)
(上記式(2)中、R3は、メルカプト基、アミノ基、フェニルアミノ基、アミノエチルアミノ基、メタクリロキシ基、グリシドキシ基、イソシアネート基又はビニル基を示す。R4は、炭素数0〜4の二価炭化水素基を示す。R5は、炭素数1〜4のアルキル基を示す。R6は、置換基を有していてもよい、炭素数1〜10の脂肪族又は芳香族炭化水素基を示す。mは1〜3の整数を示す。pは1〜3の整数を示す。qは0〜2の整数を示す。また、m+p+q=4である。なお、m、p、qが2以上のとき、それぞれの置換基を構成するR3,R4,R5,R6は、それぞれが互いに違うものであってもよい。) - 上記無溶剤型一液常温硬化型封孔剤が(D)成分として無機顔料及び/又は有機顔料を含み、この(D)成分を除いたときの25℃における粘度が2〜100mPa・sである、請求項1乃至7のいずれかに記載の改質木材の製造方法。
- 上記(D)成分を構成する無機顔料及び/又は有機顔料の平均粒子径が0.1〜5μmである、請求項8に記載の改質木材の製造方法。
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