JP6108835B2 - 被処理材の薬液含浸改質装置及びその方法 - Google Patents

Description

本発明は薬液が含浸されにくい被処理材を対象にした薬液含浸改質装置及び薬液含浸方法に関する。

例えば木材、発泡樹脂体等の建築用部材の分野において、不燃化処理、難燃化処理、防腐処理、防蟻等の防虫処理等の改質処理が行われている。
例えば木材に薬液を含浸注入する方法として、これまで減圧と加圧を繰り返す減圧加圧法、加圧処理の前に木材にプレス等にて圧縮を加える圧縮法、薬液に圧力を加える加圧方法等が知られている。
この方法をさらに改善した技術として特許文献１に木材を加熱した後に減圧下で処理液に浸漬し、その後に大気圧に戻す処理方法を開示する。
しかし、上記の方法はいずれも減圧処理や加圧処理を行うための密封した処理容器が必要であるために被処理材の大きさに制限があり、設備も高価である問題があった。
また、特許文献２にホウ酸ナトリウム重合体からなる優れた不燃化・難燃化剤が提案されているものの、この種の重合体は水よりも重く、低温で結晶化しやすい性質を有する。

日本国特開平１０−７１６０７号公報 日本国特開２００５−１１２７００号公報

本発明は、大気圧下で優れた含浸性を有し、安価な設備からなる被処理材の薬液含浸改質装置及びその薬液含浸改質方法の提供を目的とする。

本発明に係る被処理剤の薬液含浸改質装置は、処理液を入れた処理槽と、被処理材を前記処理液中に保持する保持手段と、前記被処理材に振動を与える加振動手段と、前記処理液を加熱温調する温調手段とを備えたことを特徴とする。

ここで処理槽は処理液を貯留するためのものであり、大気圧下の条件でよい。
被処理材に振動を加えるとそれに伴い処理液も激しく振動するので、上部に蓋体等を設けて処理液が飛び散るのを防止するのが好ましい。
被処理材は薬液を含浸（注入を含む）させ改質する対象となるものであり、特に、単に薬液を塗布したり、薬液中に浸漬するだけでは被処理材中に充分に薬液が浸入しないものに効果的である。
被処理材が木材であれば丸太状の原木であっても板状の製材材料でもよい。
また、被処理材が樹脂製の建材であればウレタンフォームや合成建材であってもよい。
さらには厚みが１５ｍｍ以上もあるような軟質ウレタンフォームや不織布も振動により内部に含浸しやすくなる。
被処理材は処理液よりも軽い場合には浮上させた状態で保持してもよいが、被処理材の全面から薬液が浸透するのがよい点では、処理液中に全体が漬かるように保持するのが好ましい。
また、被処理材が処理液よりも重い場合には、被処理材を架台等に載置し、処理液中に保持する。

本発明にて加振動手段とは被処理材に振動を与えるための手段をいい、被処理材が木材にあっては木口から振動を加えても側面から振動を加えてもよいが、木口から振動を加えるのが効果的である。
振動の駆動源としてはエアー式、電磁式、圧電式等公知の手段を用いることができる。
その中でもエアーハンマーやエアーベアリング等を用い、振動数１００Ｈｚ〜２０ＫＨｚの低周波数の振動を与えるのが好ましい。
この範囲の振動数を用いると、被処理材に大きな振動を与えるとともに処理液中にもその振動が伝達され、被処理材への含浸量及び含浸速度が向上する。
また、被処理液中に比重の大きいものが含まれている場合にその振動により均一に分散する作用も有する。

本発明は、特許文献２に示す技術を取り込むことができ、この種の処理液は水よりも重く低温になると含有成分が結晶化する性質を有するので、４２℃〜８０℃レベルに加熱温調するのが好ましい。
また、高温にて変形しない被処理材にあっては８０℃以上〜１２０℃の高温でもよい。
なお、ホウ酸ナトリウム重合体からなる不燃化・難燃化剤及び防蟻剤として、有限会社工房彩河から商品名ソウファ（ＳＯＵＦＡ）として販売されている。
この商品は、ホウ酸、ホウ砂を原料としてホウ酸又はホウ砂単独の溶解度（２０℃）以上に濃度を高くした水溶液であり、固形分濃度約２３％、比重１．１、ｐＨ＝７の中性薬剤である。
ソウファは接炎すると発泡し、酸素を遮断する作用を有し、有害なガスを発生させることなく不燃化する薬剤である。

本発明で木材を処理液に浸漬させながら振動を加えると、木材の細胞中に気孔を通して薬液が浸透するように作用する。
従って、木材を処理槽に投入する前にプレス等にて圧縮処理をして細胞中の空気を抜いてもよい。
処理液よりも高い温度に加熱し、細胞中の空気を膨張させて処理液中に投入した際の温度低下により処理液を浸透させることも可能であるが、処理槽に投入する前に加熱する工程を設けるのはそれだけ設備が高価になる。
それよりも処理液を加温し、処理液中に被処理材に振動を加える方が含浸しやすい。

本発明で難燃化剤による難燃処理とは被処理材に火炎を当てると火が付くが、火炎を離すとすぐに自己消火するレベルをいい、不燃化剤による不燃化処理とは火炎に当てても火が付かない（総発熱量が２０分間で８ＭＪ／ｍ^２以下である。）ことをいう。
前記商品名ソウファの薬液を用いると木材１ｍ^３当たり１５０〜２５０ｋｇレベルの含浸（注入）にて不燃化し、他の不燃化剤が４５０〜６００ｋｇ必要とするのに比較して少ない含浸量で、建築材料の不燃試験ＩＳＯ５６６０−１で２０分間８ＭＪ／ｍ^２以下をクリアーする。
このようにして処理された被処理材は優れた不燃・難燃化建材又は防蟻建材となる。

本発明に係る薬液含浸改質装置は、木材等の被処理材を処理液中に保持し、加振機を用いて振動を与えることにより被処理材の内部まで薬液が浸透し、優れた改質効果を有することができる。

丸太状の木材を処理液中に保持し、木口にハンディタイプの加振機を当て振動を与えた例を示す。 被処理材の防蟻試験結果を示す。

１０ 薬液含浸改質装置
１１ 処理槽
１２ 処理液
１３ 加振機
１４ ヒーター
１５ａ，１５ｂ 架台
２０ 被処理材

本発明に係る薬液含浸改質装置１０の構成例を図１に示す。
処理槽１１に処理液（薬液）１２（濃度１６〜４０％）を貯留し、この処理液中にヒーター１４を備える。
本実施例ではヒーター１４により加熱温調する例になっているが、熱交換器を用いた循環型の温調手段でもよい。
図１は丸太状の木材２０を処理液中に架台１５ａ，１５ｂ等にて保持し、木口にハンディタイプの加振機１３の振動板１３ａを当てる例を示す。
本実施例にかかる加振機１３はエアー配管１３ｃ，１３ｄされた振動部１３ｂに加振板１３ａを取り付けた例になっているが、このようなエアー駆動による加振機１３は簡単な構造で大きな振動を与えることができ、安価である。
本発明に用いる加振機はエアー駆動に限定されるものではなく、電磁式、圧電式等でもよい。
加振機１３で発生した振動は木材及び処理液に伝わり、木材に薬液が浸透し処理液が撹拌され、含有成分が均一に分散し、濃度が均一に安定する。
なお、処理液に撹拌装置を設けてもよい。

次に処理液としてソウファを用いた試験評価例について説明する。
処理槽１１にソウファを入れ、約７５℃に温調した。
これに被処理材２０として木材を浮かべ、ハンディタイプの加振機１３にて所定時間加振した。
振動数は約１０ＫＨｚであった。
その後に空中に木材を引き上げ、自然乾燥させた。
この木材から切り出した試験片を用いてＩＳＯ５６６０−１（２００２）に準じ、発熱速度２００ＫＷ／ｍ^２以上の継続時間、試験時間中の総発熱量及び裏面まで及ぶ亀裂の有無を調べた。
試験機として、東洋精機製作所製ＣＯＮＥ３を用いた。
その結果、発熱速度２００ＫＷ／ｍ^２以上の継続時間：０秒、総発熱量４．９ＭＪ／ｍ^２であった。
また、裏面まで及ぶ亀裂は無かった。

上記の方法にて改質処理した木材を試験体に用いて防蟻試験を実施した。
イエシロアリに対しては、アクリル製円筒容器（内径８０ｍｍ，高さ６０ｍｍ）の中央部にプラスチック製メッシュを置き、その上に試験体をセットした。
室内飼育コロニーよりイエシロアリを採取し、職蟻１５０頭及び兵蟻１５頭を同容器中に投入し、これを湿らせた脱脂綿を敷き詰めた容器中に入れ、２８℃、暗所に３週間保管した。
一方、アメリカカンザイシロアリに対しては１００ｍｌ容プラスチックカップ容器の中央部にプラスチック製メッシュを置き、その上に試験体を置いた。
食害木より取り出したアメリカカンザイシロアリ職蟻（擬職蟻）２０頭を投入し、プラスチックシャーシで蓋をし、２８℃、暗所で６週間保管した。
この間の平均死虫率を図２の表に示す。
この結果、本発明に係る改質処理方法にて処理した木材はイエシロアリのみならず、従来は駆除が難しいとされていたアメリカカンザイシロアリ（外来のシロアリ）に対しても駆除効果があることが明らかになった。

次に木材以外の建材を用いた不燃試験結果について説明する。
連泡硬質ウレイタンフォームを固形分濃度１６〜４０％のソウファ溶液に浸漬し、振動を加えた。
処理液の温度は８０〜１００℃（なお、さらに促進するには１００〜１２０℃に煮沸させてもよい。）、処理時間２分〜３０分程度でよい。
このように処理したウレタンフォームはＩＳＯ５６６０−１による不燃試験で２０分間総発熱量４．５４ＭＪ／ｍ^２であった。
よって、不燃認定基準８ＭＪ／ｍ^２を充分にクリアーすることが判明した。

厚み約２０ｍｍの軟質ウレタンフォーム及び厚み約１５ｍｍのポリエステル不織布に対して固形分濃度１６〜３０％のソウファ水溶液を用いて加振しながら上記と同様に改質処理をした。
この場合にも不燃試験を充分にクリアーした。

神社や老人ホーム等の各種施設において、現場防炎施工が必要となる場合がある。
この際にポリホウ酸ナトリウム（ソウファ）を１００〜１５０ｇ／ｍ^２の割合で木製部材等に塗り込むと不燃・難燃化できる。
施工に際しては上記処理液を４５〜６０℃に加温し、１〜２ｍ^２毎に施工する。
具体的には施工管理者（責任者）の下、施工者に加温した処理液を所定量毎に計量して手渡し塗り込みを管理する。
１ｍ^２毎に施工する場合は１００〜１５０ｇ毎に手渡し、２ｍ^２毎に施工する場合は２００〜３００ｇ毎に手渡しする。
なお、施工を開始する前に施工する部材と同種の木材にて塗り込み、４５度メッケルバーナー法によりＪＩＳ燃焼試験を実施し、合格することを確認するのがよい。
このような現地施工において処理液を加温するだけでもよいが、さらに振動を加えると早期に浸透し、処理液の温度が低下する前に塗り込むことが容易になる。
また、処理液を含浸させた後に必要に応じて保護膜をトップコートしてもよい。

本発明に係る薬液含浸改質装置及び改質方法は、被処理材に薬液を含浸、注入し改質できる全ての分野に適用でき、特に木材等の細胞を有する被処理材やウレタンフォーム、厚みのある不織布等の建材に適用すると効果的である。

Claims (1)

1. 大気圧下で濃度１６〜４０％のホウ酸ナトリウム重合体の水溶液からなる処理液を貯留した処理槽に丸太状の原木からなる木材を全体が処理液中に漬かるように浸漬保持し、
   前記処理液は４２〜８０℃に温調してあり、
   前記木材の木口からエアー式の加振機にて振動数１００Ｈｚ〜２０ＫＨｚの低周波数の振動を与えることで木材の木口から細胞中の気孔を通して前記木材１ｍ ^３ 当たり１５０〜２５０Ｋｇの前記処理液を浸透させることを特徴とする木材の不燃化及び防蟻処理方法。

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