JP5299653B2

JP5299653B2 - 不燃材料の製造方法

Info

Publication number: JP5299653B2
Application number: JP2012011286A
Authority: JP
Inventors: 美隆吉成
Original assignee: KABUSHIKIGAISHA YOSHINARI SANGYO
Current assignee: KABUSHIKIGAISHA YOSHINARI SANGYO
Priority date: 2008-01-31
Filing date: 2012-01-23
Publication date: 2013-09-25
Anticipated expiration: 2028-09-05
Also published as: JP2009202568A; JP2012101555A

Description

この発明は、可燃材料に所定の処理を施し不燃材料とする不燃材料の製造方法に関する。

現在、建築基準法では、例えば準防火地域に木造建築物を建てる場合等には、準耐火建築物とするために、主要構造部に不燃材料を使用する必要があり、これらの箇所に使用可能な材料が限定されている。そのため、屋根材としては、粘土瓦、コンクリート瓦、金属製瓦等の不燃材料が主として使用され、檜皮、萱、杉板等の可燃材料は、重要文化財に指定される等、特別な理由がない場合には使用することができないこととなっている。これらの問題を解決するため、以下のような不燃木材の製造方法が考案されている。

この不燃木材の製造方法は、厚さ６〜３０ｍｍの木材板を乾燥させて含水率５重量％以下となした後、この木材板を液温４０〜７０℃の硼酸及び水溶性硼酸塩のうちのいずれか一方または双方と水溶性リン酸塩と少量の着色剤を含む耐火剤溶液中に減圧下に６〜７２時間浸漬し、次いで前記木材板を耐火材溶液から取り出して常温で１〜３０日間乾燥させ、さらに３０〜８０℃で５時間〜９日間乾燥させて、前記木材板を含水率１８重量％以下となすものである（例えば、特許文献１）。

特開２００７−５５２７１号公報

しかし、このような不燃木材は、木材を不燃とする物質として水溶性ホウ酸塩や、水溶性リン酸塩等を使用しているので、結露水や雨水等によって、容易にこれらの物質が木材から溶出し、不燃効果が著しく減少するという問題や、周囲を汚染するという問題がある。さらに、前述のように木材から溶出したリン酸やホウ酸が、接着剤の塗料に使用される成分と化学反応してこれらを剥離したり、また、変色を生じさせるという問題もある。また、木材を不燃木材とする際には、加工後の木材の乾燥を容易にし、また、耐火剤を容易に溶解させるため等に有機溶媒が使用されることが一般的であり、これにより、作業者の健康被害を始め、臭気対策、引火対策の措置を講じる必要があった。

この発明は上記のような種々の課題を解決することを目的としてなされたものであって、結露水や雨水等で不燃化物質が溶出することがなく、また、有機溶媒を使用しない不燃材料の製造方法、及びその不燃材を提供するものである。

上記目的を達成するために、請求項１記載の不燃材料の製造方法は、耐圧の反応容器に含水率が１０％以下に乾燥した可燃材料を入れて密閉してその内部を１〜３時間かけて予め反応容器内を０．０１〜０．１気圧に減圧した状態で、炭酸ガスと反応して水に対して難溶、又は不溶な不燃化物質を生じうる５〜３０重量％の温度が４０〜７０℃のケイ酸ナトリウム水溶液を前記可燃材料全体が浸かるぐらいまで前記反応容器に注入し、その後、前記反応容器内部を３〜１０気圧に加圧した状態で１〜３時間かけて前記可燃材料に前記ケイ酸ナトリウム水溶液を含浸させた後、注入された余剰の前記ケイ酸ナトリウム水溶液を排出してから、反応容器内に予め可燃材料を内部容器に入れた状態にあるものを他の内部容器と取り替えて、前記反応容器を密閉した後、前記反応容器内の空気を炭酸ガスで置換した後に炭酸ガスを前記反応容器で３〜１０気圧となるように圧入し、該炭酸ガスと前記ケイ酸ナトリウム水溶液とを該可燃材料の内部、及び表面で３時間程度反応させてから反応容器内圧力を減少させた後、再び炭酸ガスを前記反応容器へ３〜１０気圧となるように圧入するという操作を２〜３回繰り返し行うことによって該可燃材料の内部、及び表面で前記不燃化物質を生成させ、これによって不燃材料を製造することを特徴としている。

請求項１記載の不燃材料の製造方法によれば、可燃材料を不燃材料とするための不燃化物質を、炭酸ガスと、ケイ酸ナトリウム水溶液とから合成するため、有機溶媒を使用することがなく、作業者の健康や環境に悪影響を及ぼすことがないという利点がある。また、低沸点の有機溶媒を使用する場合と比較して大規模な廃棄設備を必要とすることもなく、周囲への臭気対策等を講じる必要もない。さらに、有機溶媒を使用することがないので、引火の危険性もなく、周囲の機器を防爆構造とする必要もない。

そして、可燃材料を不燃材料とするための不燃化物質が、炭酸ガスとケイ酸ナトリウム水溶液とから合成され、さらに当該不燃化物質は水に対して難溶、又は不溶であるので、製造された不燃材料が、結露水や雨水に晒されたとしても、可燃材料に含浸された当該不燃化物質がその外部に溶出せず、周囲を汚染することもない。また、前述のように可燃材料から不燃化物質が溶出することがないので、不燃性が低下することがないと共に、接着剤や塗料に使用される成分と化学反応してこれらを剥離したり、また、変色を生じさせるという問題が生じることがない。

また、ケイ酸ナトリウム水溶液を予め可燃材料に含浸させてから、該可燃材料を炭酸ガス雰囲気下に置いて該炭酸ガスと前記ケイ酸ナトリウム水溶液とを該可燃材料の内部、及び表面で反応させている。そのため、可燃材料の内部深くに侵入したケイ酸ナトリウム水溶液と、同様に該可燃材料の内部深くに侵入した炭酸ガスとが反応し、可燃材料の表面だけでなく内部深くにおいても不燃化物質が生成することで、不燃材料としての不燃効果を十分に発揮することができる。

さらに、炭酸ガスを使用することにより、不燃材料を製造する際に発生する廃液の量を減少させることができるため、環境にもよいという利点がある。そして、炭酸ガスはリン酸水溶液と比較して安価であるので、不燃材料を製造する際の材料コストを削減することができる。さらに、炭酸ガスとケイ酸ナトリウム水溶液とを反応させた際には、可燃材料の表面に不燃化材料が大量に析出することがないので、出荷時にこれを取り除く作業を行う必要がなく不燃材料の製造を容易に行うことができる。そして、製造された不燃材料は、その表面に残存する未反応物質が極めて少ないため、接着剤等を塗布した際にも載りがよく、剥がれることがない。

更に、反応容器内部を減圧してからケイ酸ナトリウム水溶液を反応容器に注入し、これに可燃材料を浸漬させた後に反応容器内部を加圧しているので、より深く内部にまで一方の水溶液を含浸させることができる。その後、反応容器内部を密閉して炭酸ガスを圧入することにより、該反応容器内部の圧力も上昇し、該炭酸ガスも可燃材料の内部深くにまで含浸し、炭酸ガスとケイ酸ナトリウム水溶液とが、可燃材料の表面、及び内部で反応し不燃化物質が合成されるので高い不燃性を発揮することができる。

更に、炭酸ガスを使用することにより、不燃材料を製造する際に発生する廃液の量を減少させることができるため、環境にもよいという利点がある。そして、炭酸ガスはリン酸水溶液と比較して安価であるので、不燃材料を製造する際の材料コストを削減することができる。さらに、炭酸ガスとケイ酸ナトリウム水溶液とを反応させた際には、可燃材料の表面に不燃化材料が大量に析出することがないので、出荷時にこれを取り除く作業を行う必要がなく不燃材料の製造を容易に行うことができる。

更に又、本発明の製造方法で製造された不燃材料は、可燃材料を不燃材料とするための不燃化物質を、炭酸ガスと、ケイ酸ナトリウム水溶液とから合成するため、有機溶媒を使用することがなく、作業者の健康や環境に悪影響を及ぼすことがないという利点がある。

更に加えて、注入された余剰のケイ酸ナトリウム水溶液を排出してから、反応容器内に予め可燃材料を内部容器に入れた状態にあるものを他の内部容器と取り替えるので、最初の内部容器内に残存するケイ酸ナトリウムを完全に除去することが出来る。

本実施形態に係る不燃材料１の製造方法は、図１に示すように、耐圧の反応容器２に可燃材料３を入れて密閉してその内部を減圧した状態で、炭酸ガスと反応して水に対して難溶、又は不溶な不燃化物質を生じうるケイ酸ナトリウム水溶液を前記反応容器２に注入し、その後、前記反応容器２内部を所定時間加圧して前記可燃材料３に前記ケイ酸ナトリウム水溶液を含浸させた後、注入された余剰の前記ケイ酸ナトリウム水溶液を排出してから前記反応容器２を密閉した後、炭酸ガスを前記反応容器２に圧入し、該炭酸ガスと前記ケイ酸ナトリウム水溶液とを該可燃材料３の内部、及び表面で所定時間反応させて該可燃材料３の内部、及び表面に前記不燃化物質を生成させ、これによって不燃材料１を製造することを特徴とするものである。

反応容器２は、ケイ酸ナトリウム水溶液との反応において、酸等の金属を腐食するような物質が生成することも考えられるので、当該反応容器２全体、及び、該反応容器２に炭酸ガスやケイ酸ナトリウム水溶液を送るための配管４等や、これらを貯蔵する図外の容器等の不燃材料１を製造するために使用される器具は、耐腐食性のステンレス等で形成されていることが好ましい。

また、反応容器２は、図１、図２に示すように、略円筒状に形成された縦長を示しており、側面を架台５に支持された可燃材料３等を入れる反応釜６と、該反応釜６の開口部７を閉鎖する蓋部材８を具備している。また、反応容器２内の気密性を確保するために反応釜６の縁部６ａと蓋部材８の縁部８ａとの間には、ゴム製のパッキン９が設けられている。反応釜６と蓋部材８とは、反応釜６の縁部６a、及び蓋部材８の縁部８ａに形成された連結孔６ｂ、８ｂにボルト１０ａとナット１０ｂによって連結自在となっており、反応容器２内を加圧した際にも蓋部材８が開いたり、これらの隙間から空気が出入りすることがないようになっている。また、蓋部材８はその一部が反応釜６と連結部材１１によって連結されており、図２に示すように、周知の動力源１２によって連結部材１１の軸部１３を中心に水平方向に回転するようにして蓋部材８の開閉を行うことができる。尚、本実施形態の縦長の反応容器２に代えて横長の反応容器２を使用することができるのは勿論である。

そして、反応釜６の下方の略中心部分には、出入孔１４が形成されており、該出入孔１４にはケイ酸ナトリウム水溶液等を貯蔵する図外の容器から反応容器２へこれらの水溶液を搬送するための配管４が連結されると共に、当該配管４における反応釜６の近傍にはバルブ１５が設けられており、該反応釜６へ流入する水溶液の量を調節したり、水溶液を排出する際にも使用することができる。また、蓋部材８には反応容器２内部の圧力を検知するための圧力計１６、反応釜６内の水溶液量を確認するためのレベルゲージ１７、反応容器２内の圧力を制御するための圧力制御弁１８等が適宜設けられている。尚、圧力制御弁１８は図外の圧力調整装置と連結されており、反応容器２内を加圧、若しく減圧することができる。

不燃材料１として処理される前記可燃材料３は、一般的に建築物を始めとする工業材料に汎用される材料を好適に使用することができ、例えば、椰子ガラ、しろ、麻等の繊維、藁、麦藁、葦、薄等の萱葺屋根に使用される植物、竹、さらには、杉、桐、松、楢、ブナ、檜及び桜等の木材、及びこれらの合板や、これらを縄状にした成型品等、そして、前述のものを材料とした紙を始め、その他にも合成樹脂等、その種類や形状を問わず用いることができる。そして、このような可燃材料３に不燃化物質を含浸させる際には、当該可燃材料３を予め乾燥させておくことで、該可燃材料３により多くの不燃化物質を含浸させることができる。また、可燃材料３として木材を使用する場合には、該木材を減圧下で加熱乾燥を行い、その含水率が例えば１０％以下程度としておくことが好ましい。

本実施形態において使用される前記ケイ酸ナトリウム水溶液は、水溶液を生成しうる程度に水への溶解性が高い市販のケイ酸化物を水に溶解させたものであり、前記炭酸ガスと反応して水に対して難溶、又は不溶な不燃化物質を生じうる物質である。そして、５〜３０重量％程度の水溶液に調製され使用される。炭酸ガスは、ボンベ等に圧縮された周知のものを適宜使用することができる。

予め乾燥された可燃材料３としての薄板状の木材（厚さ１０ｍｍ、横２００ｍｍ、縦１０００ｍｍ）を、図１、図２に示すように、その開口部７から反応釜６に入れ、蓋部材８を連結部材１１の軸部１３を中心に回転させることで開口部７を閉鎖し、反応釜６の縁部６ａと蓋部材８の縁部８ａとをボルト１０ａやナット１０ｂで連結し反応容器２内を密閉する。そして、図３に示すように、ケイ酸ナトリウム水溶液を木材全体が浸るくらいまで反応釜６内に注入する。この際には、１〜３時間かけて予め反応容器２内の圧力を０．０１〜０．１気圧程度に減圧してからケイ酸ナトリウム水溶液を反応釜６内に注入する。そのため、反応容器２内に容易にケイ酸ナトリウム水溶液を注入することができ、また、木材内部への該ケイ酸ナトリウム水溶液の含浸も効率的に行うことができる。その後、反応容器２内を３〜１０気圧程度に加圧し、１〜３時間かけて木材へのケイ酸ナトリウム水溶液の含浸をより促進させる。

木材へのケイ酸ナトリウム水溶液の含浸は、本実施形態のように常温で行ってもよいが、温度が４０〜７０度程度のケイ酸ナトリウム水溶液を使用する、若しくは、含浸中のケイ酸ナトリウム水溶液の温度を４０〜７０度程度に保持することで、より含浸性を向上することができると共に、短時間で当該作業を行うことができる。また、含浸の時間は、木材の厚みや大きさ等によって適宜変更することができる。そして、木材にケイ酸ナトリウム水溶液を含浸させた後は、バルブ１５を開き配管４から余剰の該ケイ酸ナトリウム水溶液を排出する。この際には、木材表面に過剰にケイ酸ナトリウム水溶液が付着している場合には適宜これを取除くことが好ましい。また、前述のように反応容器２内からケイ酸ナトリウムを完全に排除することは困難であるので、可燃材料３を予め別の内部容器に入れた状態でこれを反応容器２内に入れ、次工程に移る際に、他の内部容器と取り替えることで、最初の内部容器内に残存するケイ酸ナトリウムを完全に回収することができる。

その後、反応容器２を密閉し、蓋部材８に設けられたガス流入孔１９と連結された炭酸ガスのボンベ（不図示）の減圧弁を開き、当該反応容器２内に炭酸ガスを流入する。この際には、圧力制御弁１８を開けた状態で炭酸ガスを１０〜９０秒程度、反応容器２内に流入し続け当該反応容器２内の空気を炭酸ガスと置換する。

そして、圧力制御弁１８を閉じて、減圧弁を調節して反応容器２内の圧力が３〜１０気圧程度になるように炭酸ガスを反応容器２内に圧入してから、一旦炭酸ガスの圧入を停止する。その後、反応容器２内の圧力は、その内部の炭酸ガスがケイ酸ナトリウムとの反応により消費されて当該反応容器２内の圧力が前記圧力よりも減少する。この操作を３時間程度で２、３回繰り返すことにより前述のように炭酸ガスの圧入を停止した後、反応容器２内の圧力が減少せず一定になった時にケイ酸ナトリウムと炭酸ガスとの反応が終了したと判断する。そして、反応容器２内の圧力を常圧に戻してから蓋部材８を開放し、製造された不燃材料を取出し、これを適宜乾燥等させる。

また、上述の方法以外にも、圧力制御弁１８を閉じて、減圧弁を調節して反応容器２内の圧力が３〜１０気圧程度になるように炭酸ガスを反応容器２内に１〜３時間程度、圧入し続けることにより、ケイ酸ナトリウムと炭酸ガスとを反応させてもよい。

尚、前述のように製造された不燃材料には、不燃化物質の溶出を防止するための溶出防止剤や、撥水剤、紫外線遮蔽剤等を製造工程のいずれの段階においても含浸させてもよい。

そして、ケイ酸ナトリウムと炭酸ガスとを別途反応させて不燃化物質を生成し、これを電動ミル等で粉砕した粉末を水に分散したものを木材等の可燃材料３に含浸させたり、該粉末を乾燥状態で合成樹脂等の可燃材料３に添加することもできる。使用する金属塩も水酸化バリウムに限定されず適宜その他の金属塩を使用することができる。又、本実施形態においては、薄板状の木材を使用したが、これに代えて、前述した他の可燃材料３を用いてもよく、また、木材の場合であっても他の形状や大きさの物を使用目的に応じて適宜変更することができる。

そして、前述のように製造された不燃材料に、含浸された不燃化物質の溶出を防止するために、アクリル酸エステル等のアクリル系、シロキサン系、若しくはリグニンスルホン酸塩等のエマルジョンの溶出防止剤を不燃材料に含浸させてもよい。また、溶出防止剤は、前記水酸化バリウム水溶液等の水溶液と同時に可燃材料に含浸させたり、当該水酸化バリウム水溶液を含浸させた後、別途溶出防止剤を含浸させることができる。また、不燃化物質を粉砕して水に分散させる際には、この分散液と同時に溶出防止剤を可燃材料に含浸させることもできる。そして、その他にも、溶出防止剤と同様の方法で雨水や結露水等を撥水するためのアクリル系やシリコンオイル系の周知の撥水剤を適宜選択して可燃材料に含浸させることができる。尚、溶出防止剤と撥水剤は、これらを双方、若しくは、どちらか一方のみでも使用することができ、どちらか一方を使用すれば、不燃化物質の溶出を確実に防止できるが、これらを両方使用することでより確実に不燃化物質の溶出を防止することができる。さらに、不燃材料１を紫外線から保護し耐候性を向上させるシリコーン系やポリウレタン系等の周知の紫外線遮蔽剤を当該不燃材料１に含浸させてもよい。そして、溶出防止剤、撥水剤、紫外線遮蔽剤は不燃材料１の製造工程におけるいずれの段階で含浸させてもよいのは勿論である。

本発明に係る不燃材料の製造方法は、建築物の施工に使用される木材等の不燃材料だけでなく、家具等の原料の不燃材料にも使用することもできる。

本発明の実施形態に係る反応容器の概略図本発明の実施形態に反応容器の蓋部材を開放する状態を示す上視図

１不燃材料
２反応容器
３可燃材料
６反応釜
８蓋部材
１１連結部材

Claims

耐圧の反応容器に含水率が１０％以下に乾燥した可燃材料を入れて密閉してその内部を１〜３時間かけて予め反応容器内を０．０１〜０．１気圧に減圧した状態で、炭酸ガスと反応して水に対して難溶、又は不溶な不燃化物質を生じうる５〜３０重量％の温度が４０〜７０℃のケイ酸ナトリウム水溶液を前記可燃材料全体が浸かるぐらいまで前記反応容器に注入し、その後、前記反応容器内部を３〜１０気圧に加圧した状態で１〜３時間かけて前記可燃材料に前記ケイ酸ナトリウム水溶液を含浸させた後、注入された余剰の前記ケイ酸ナトリウム水溶液を排出してから、反応容器内に予め可燃材料を内部容器に入れた状態にあるものを他の内部容器と取り替えて、前記反応容器を密閉した後、前記反応容器内の空気を炭酸ガスで置換した後に炭酸ガスを前記反応容器で３〜１０気圧となるように圧入し、該炭酸ガスと前記ケイ酸ナトリウム水溶液とを該可燃材料の内部、及び表面で３時間程度反応させてから反応容器内圧力を減少させた後、再び炭酸ガスを前記反応容器へ３〜１０気圧となるように圧入するという操作を２〜３回繰り返し行うことによって該可燃材料の内部、及び表面で前記不燃化物質を生成させ、これによって不燃材料を製造することを特徴とする不燃材料の製造方法。