JP5751691B2 - 木質材料用不燃化薬剤、この木質材料用不燃化薬剤の製造方法、この木質材料用不燃化薬剤を用いた木質材料の不燃化方法及び不燃化木質材料 - Google Patents
木質材料用不燃化薬剤、この木質材料用不燃化薬剤の製造方法、この木質材料用不燃化薬剤を用いた木質材料の不燃化方法及び不燃化木質材料 Download PDFInfo
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Description
不燃性能の評価方法の一つとして、コーンカロリーメータを用いた発熱性試験が規定されている。不燃の基準を満たすには、同装置による20分間の加熱試験において、以下の3つの条件を充足する必要がある。
(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。
高濃度の木質材料用不燃化薬剤を得る方法としては、リン酸やリン酸の無機化合物などの溶解度が極めて高い薬剤を使用する方法、あるいは特開2006−219329のように処理溶液を加温する方法、またあるいは、複数の薬剤を用いて溶解性を高める方法を挙げることができる。
しかし、それらの薬剤の溶解度は、リン酸ジグアニジンが15.5g/100ml(20℃)、リン酸グアニル尿素が8.5g/100ml(20℃)である(『化学大辞典 縮小版第11刷』 昭和46年2月5日発行 共立出版)。
木質材料に不燃性を付与するには、木質材料1m3 当たり160〜170kg以上の木質材料用不燃化薬剤を用いる必要がある一方で、木質材料1m3 当たりの木質材料用不燃化薬剤の注入量は、最大1000kg(注入量800リットル、液密度1.25g/cm3 として) であるので、1回の注入作業で不燃木質材料を製造するには、最低でも20g/100mlの溶解度が必要であり、グアニジンのリン酸塩(リン酸ジグアニジン) やリン酸グアニル尿素を主剤として、木質材料用不燃化薬剤を調製するには、何らかの手段でそれらの溶解性を高める工夫が必要である。
この発明から推定するに、無機酸を添加することで、グアニジンやグアニジンの誘導体であるグアニル尿素の溶解性は改善できると思われた。無機酸には、リン酸の他、硫酸、塩酸、硝酸があるが、いずれも強酸であり、木質材料の熱分解を促進して、燃焼時の発熱量を抑制する効果があると期待される一方で、木質材料用不燃化薬剤の調合時に劇薬を使用せねばならないし、調合した木質材料用不燃化薬剤が酸性に著しく傾き、処理する木質材料の材色や強度など、材質が低下する危険性が高い。
上述した無機酸以外の無機酸としては炭酸があるが、周知の通り炭酸は不安定で、炭酸を木質材料用不燃化薬剤に用いると、木質材料用不燃化薬剤中から炭酸ガスとして除かれ、主剤であるグアニジンやグアニル尿素が保管中、あるいは含浸処理時に析出する危険性が極めて高い。
しかし、リン酸は潮解性のある薬剤であり、前述したとおり、それを用いて製造した不燃化木質材料は極めて吸湿性が高く、湿度が高い条件下に置かれると自らが吸った湿気で、リン酸が木質材料の表面に滲み出した。
しかし、後述するように、その後いくつもの実験を行い、その製造方法を確立し、本発明を完成するに至った。
後述する比較例1で示すように、コハク酸を添加せずに、グアニジンとリン酸が3:2で構成されている薬剤を1000mlに480g添加したときには、薬剤全てを室温では溶解できなかったことから、カルボン酸としてのコハク酸の添加により、塩基性チッ素化合物であるグアニジンのリン酸塩はその溶解度(15.5g/ml、20℃)を超えて溶解し、木質材料の不燃処理に用いる木質材料用不燃化薬剤が調製できたことは明らかである。
その後、送風式の乾燥機を用いて、60℃で恒量になるまで乾燥させた。これを23℃で相対湿度50%の恒温恒湿器中で平衡状態になるまで調湿した後、板面の寸法が100mm四方となるように切削加工し、コーンカロリーメータによる発熱性試験に供した。
その結果、20分間での総発熱量は4.70MJ/m2 となり、不燃材料の認定基準値である8MJ/m2 以下の値となった。また、貫通割れや、200kw/m2 を上回る発熱速度も観察されることなく、不燃化木質材料としての規格を満たした。さらに、この不燃化木質材料の30℃、相対湿度90%における平衡含水率は12.6%であり、無処理の木質材料のそれ(19.2%)よりも明らかに低い値となった。
グアニジンとリン酸が重量比3:2で構成されている薬剤480gを、水1000mlに添加し、室温で十分に撹拌したが、全ての薬剤を溶解することができず、溶解できなかった薬剤が、相当量沈殿した。その量は、添加した薬剤の1/3以上と目された。
これで得られた液の上澄みを取り、実施例1と同様の処理と、発熱性試験を実施したところ、20分間での総発熱量は14.6MJ/m2 となり、不燃材料の認定基準である8MJ/m2 以下を満たすことができなかった。
後述する比較例2で示すように、コハク酸を添加せずに、グアニジンとリン酸が重量比3:2で構成されている薬剤330gと、グアニル尿素とリン酸が重量比1:1で構成されている薬剤220gを水1000mlに添加したときには、室温ではこれらの薬剤を完全に溶解できなかったことから、コハク酸の添加により、これらの塩基性チッ素化合物のリン酸塩はその溶解度(8.5g/100ml)を超えて溶解し、木質材料の不燃化処理に用いる木質材料用不燃化薬剤が調製できたことは明らかである。
その結果、20分間での総発熱量は4.58MJ/m2 となり、不燃材料の認定基準値である8MJ/m2 以下の値となった。また、貫通割れや、200kw/m2 を上回る発熱速度も観察されることなく、不燃材料としての規格を満たした。さらに、不燃化木質材料の30℃、相対湿度90%における平衡含水率は15.6%であり、無処理の木質材料のそれ(19.2%)よりも明らかに低い値となった。
グアニジンとリン酸が重量比3:2で構成されている薬剤330gと、グアニル尿素とリン酸が重量比1:1で構成されている薬剤220gを添加した。室温で十分に撹拌したが、全ての薬剤を溶解することができず、溶解できなかった薬剤が、相当量沈殿した。その量は、添加した薬剤の1/3以上と目された。
後述する比較例3で示すように、ブタンテトラカルボン酸を添加せずに、グアニジン350gとリン酸200gから成る薬剤を水1000mlに添加したときには、室温では薬剤を完全に溶解できなかったことから、カルボン酸としてのブタンテトラカルボン酸の添加により、グアニジンのリン酸塩はその溶解度(15.5g/100ml)を超えて溶解し、木質材料の不燃処理に用いる木質材料用不燃化薬剤が調製できたことは明らかである。
グアニジン350gとリン酸200gから成る薬剤を、水1000mlに添加し、室温で十分に撹拌したが、全ての薬剤を溶解することができず、溶解できなかった薬剤が、相当量沈殿した。その量は、添加した薬剤の1/3以上と目された。
水1000mlにリン酸120gを溶解させた後、グアニジン330gとリン酸270gが含まれる薬剤を添加した。このとき、薬剤は全て室温で溶解し、透明な溶液を得た。実施例2と同様の処理を行い、さらに実施例2と同様の発熱性試験を実施したところ、20分間での総発熱量は5.12MJ/m2 となるなど、不燃材料としての基準は全て満たした。
しかし、同処理木材の30℃、相対湿度90%における平衡含水率は56%であり、無処理木材のそれ(19.2%)よりもはるかに高い値となり、細胞壁内に取り込まれる結合水のほか、細胞内孔には明らかに自由水が存在して、木材表面からは薬剤の滲み出しによるべたつきが認められ、調湿時に試験片の下に置いておいた濾紙を汚染した。
Claims (5)
- 水にブタンテトラカルボン酸が溶解されるとともに、グアニジンリン酸塩、グアニジンリン酸塩とグアニル尿素のリン酸塩との混合物又はグアニジンとリン酸との混合物が、その溶解度以上に溶解されていることを特徴とする木質材料用不燃化薬剤。
- 前記グアニジンリン酸塩,グアニジンリン酸塩とグアニル尿素のリン酸塩との混合物又はグアニジンとリン酸との混合物が、ブタンテトラカルボン酸とともに水1000mlに対して200g以上溶解していることを特徴とする請求項1記載の木質材料用不燃化薬剤。
- ブタンテトラカルボン酸と、グアニジンリン酸塩、グアニジンのリン酸塩とグアニル尿素のリン酸塩との混合物又はグアニジンとリン酸との混合物とを水に溶解させることで、グアニジン、グアニル尿素のいずれか、あるいはそれらの化合物のリン酸塩を溶解度以上に溶解させることを特徴とする木質材料用不燃化薬剤の製造方法。
- 木質材料に、請求項1乃至2記載の木質材料用不燃化薬剤のいずれか1つを浸透させる工程と、前記木質材料を乾燥させる工程とを備えたことを特徴とする木質材料の不燃化方法。
- 請求項4記載の木質材料の不燃化方法により不燃化されたことを特徴とする不燃化木質材料。
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