JP6936261B2 - 不燃化木材の製造方法 - Google Patents
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Description
図1は、本発明の実施形態1に係る難燃剤が含浸された不燃化木材10を示し、この不燃化木材10は、例えば、建築物の内装材や外装材等に用いられる。
不燃化木材10は、木質材料からなる平板状の木質基材11と、その片面である表面に形成された塗膜層12(塗膜)とを有している。
木質基材11は、無垢材、無垢集成材、集成材を使用することができ、樹種は限定されない。例えばオーク、バーチ、ビーチやチェリー等の硬さの硬い樹種や、スギ、ツガ、ヒノキ、サワグルミ等の硬さの軟らかい樹種等が用いられる。木質基材11は、例えば、厚み12〜50mm程度の扁平な板状体に形成されている。
塗膜層12は、樹脂成分を有する塗布剤によって形成されている。塗膜層12は、例えば、アクリル系樹脂やウレタン系樹脂等からなる塗料を、木質基材11の表面11aに塗布することによって、該表面11a上に形成されている。塗膜層12は、樹脂成分を含むため、木質基材11への水分の浸入を阻害する障壁となる。特に、塗膜層12は、木質基材11への水分の浸入を抑制する効果が発揮されるように、吸水率の低い樹脂成分を含む塗料で形成することが好ましい。
以下、本発明の実施形態1に係る不燃化木材10の製造方法について図2、図3A及び図3Bに基づいて説明する。
まず、含浸工程S11を行う。含浸工程S11では、木材からなる木質基材11に難燃剤の水溶液を含浸させて不燃化木材とする不燃化処理を行う。本実施形態では、木質基材11は、減圧加圧含浸処理によって不燃化される。
次に、全体乾燥工程S12を行う。全体乾燥工程S12では、木質基材11に含まれる難燃剤の水溶液の水分を蒸発させることによって木質基材11を乾燥させる(図3Aの(b)の状態)。全体乾燥工程S12は、例えば、60℃の乾燥機内に木質基材11を2週間程度置くことによって、木質基材11を強制乾燥させるものである。この全体乾燥工程S12により、木質基材11に含浸させた難燃剤の水溶液の水分が除去され、木質基材11が乾燥する。
次に、切削研磨工程S13を行う。切削研磨工程S13では、まず、モルダー等で木質基材11を切削し、木質基材11を最終製品の形状に成形する。その後、研磨紙等によって木質基材11の表面11aを研磨する。通常、木材の切断面はささくれ立った状態であるが、この切削研磨工程S13により、木質基材11の表面11aのささくれが無くなり、平滑な状態となる。
次に、粗面化処理工程S14を行う。粗面化処理工程S14では、研磨によって平滑な状態となった木質基材11の表面11aを、凹凸状の粗面となるように加工する。本実施形態では、図3Aの(c)に示すように、サンドブラスト20によって砂21を木質基材11の表面11aにぶつけることにより、木質基材11の表面11aが、微細な凹凸状の粗面に加工される。なお、粗面化処理工程S14は、本発明に係る不燃化木材の製造方法に必須の工程ではなく、省略することも可能であるが、本実施形態では、塗膜密着性をさらに高めるために行っている。
次に、表面洗浄工程S15を行う。表面洗浄工程S15では、粗面化処理工程S14によって粗面に加工された木質基材11の表面11aを洗浄する。具体的には、木質基材11の表面11aに洗浄水をスプレーで100g/m2以上吹き付け、表面11aに残った洗浄水をウェスでかき落とすことによって、木質基材11の表面11aを洗浄する。これにより、粗面化された木質基材11の表面11aの不要な難燃剤が洗い流される(図3Bの(d)の状態)。
次に、表面乾燥工程S16を行う。表面乾燥工程S16では、表面洗浄工程S15において洗浄水で濡れた木質基材11の表面を乾燥させる(図3Bの(e)の状態)。表面乾燥工程S16は、木質基材11を常温以上の温度の乾燥機内に入れて所定時間の間放置することにより、木質基材11を強制乾燥させるものである。例えば、表面洗浄工程S15後の木質基材11を、60℃の乾燥機内に入れ、20分放置することによって木質基材11の表面11aに付着した洗浄水を蒸発させて木質基材11を強制乾燥させる。
次に、塗装工程S17を行う。塗装工程S17は、表面乾燥工程S16において乾燥させた木質基材11の表面11aに塗料を塗布し、木質基材11の表面11aを覆う塗膜層12を形成するものである(図3Bの(g)の状態)。
以上のように、本実施形態1の製造方法によれば、木質基材11に難燃剤の水溶液を含浸させた後、木質基材11の表面11aを塗装する前に、木質基材11の表面11aを洗浄水で洗浄することとし、さらに、木質基材11の表面11aを洗浄水で洗浄する前に、難燃剤の水溶液を含浸させた木質基材11全体を一旦乾燥させることとしている。このように木質基材11の内部が乾燥した状態で表面11aのみを洗浄することとしたため、木質基材11の内部の難燃剤を表面11aまで染み上がらせることなく木質基材11の表面11aに付着した難燃剤を洗浄水で洗い流すことができる。また、表面洗浄後の表面乾燥時には、表面洗浄によって木質基材11の表層部に浸透した洗浄水だけを蒸発させればよいため、木質基材11の内部に含まれる多量の難燃剤が蒸発する洗浄水と共に木質基材11の表面11aまで染み上がることもない。そのため、塗装工程S17を行う際に、塗膜密着性の低下の要因となる難燃剤を木質基材11の表面11aから取り除いた状態で塗膜層12を形成することができる。従って、本実施形態1の製造方法によれば、密着性の高い塗膜層12(塗膜)を形成可能な不燃化木材10の製造方法を提供することができる。また、この製造方法により、塗膜剥離が起こり難い見栄えのよい不燃化木材10を製造することができる。
<試験1>
本願発明者等は、本発明に係る製造方法による塗膜密着効果を検証するため、図4に示すように、薬液濃度、洗浄の有無、洗浄回数、洗浄のタイミング等の処理条件の異なる8種の不燃化木材10(試験体1〜8)を準備して塗膜密着性試験を行った。
8枚の15×100×100mmのスギ板目板からなる木質基材11を準備し、それぞれ異なる処理を施し、8種の不燃化木材10(試験体1〜8)を準備した。
試験体1〜8に対し、塗膜密着性試験を行った。具体的には、まず、試験体1〜8を、木質基材11が吸湿し易い温度40℃、相対湿度90%の高温多湿の環境下に1週間放置して吸湿させた後、各試験体1〜8の塗膜層12に、2mm間隔で木質基材11まで達する碁盤目状の切り込み(100升目分)を入れ、その碁盤目の部分にセロハンテープを接着させた後、セロハンテープを端から一気に剥がし、剥がれた碁盤目の個数によって塗膜密着性を判定する碁盤目試験を行った。なお、碁盤目試験は、各試験体1〜8の木質基材11の晩材部が含まれるように行った。
試験体1〜8における塗膜密着効果の試験結果は、図4の表に示すような結果となった。図4の表では、試験体1の試験結果が最も上段に記載され、下段に向かって試験体2,3,…,8の順に試験結果が記載されている。なお、図4中、〇×印は、上段に記載の工程の有無を示し、○印は工程あり、×印は工程なしを示している。
本願発明者等は、本発明に係る製造方法による不燃化木材における塗膜密着効果を検証するため、図5に示すように、薬液及び洗浄の有無を変えて製造した試験体11〜22を準備して塗膜密着性試験を行った。
12枚の15×100×100mmのスギ板目板からなる木質基材11を準備し、それぞれ異なる処理を施し、12種の不燃化木材10(試験体11〜22)を準備した。
試験体11〜22に対し、塗膜密着性試験を行った。具体的には、まず、試験体11〜22を、木質基材11が吸湿し易い温度40℃、相対湿度90%の高温多湿の環境下に2週間放置して吸湿させた後、各試験体11〜22の塗膜層12に、2mm間隔で木質基材11まで達する碁盤目状の切り込み(100升目分)を入れ、その碁盤目の部分にセロハンテープを接着させた後、セロハンテープを端から一気に剥がし、剥がれた碁盤目の個数によって塗膜密着性を判定する碁盤目試験を行った。なお、碁盤目試験は、各試験体11〜22の木質基材11の晩材部が含まれるように行った。
試験体11〜22における塗膜密着効果の試験結果は、図5の表に示すような結果となった。図5の表では、試験体11の試験結果が最も上段に記載され、下段に向かって試験体12,13,…,22の順に試験結果が記載されている。なお、図5中、〇×印は、上段に記載の工程の有無を示し、○印は工程あり、×印は工程なしを示している。また、図5に示す各薬剤の溶解度は、20℃の水に対する溶解度を示している。なお、図5に示す各溶解度は、50℃の水に各薬剤を飽和するまで溶解させた後、20℃の環境下に放置した後、析出した薬剤を濾過してその重量を測定し、50℃の水に溶解した薬剤の重量と析出した薬剤の重量とから算出したものである。
上記各実施形態では、本発明に係る難燃剤の一例として、リン酸グアニジンを用いていた。しかしながら、本発明に係る難燃剤は、20℃の水に対する溶解度が35.9g/100ml以下の難燃剤であれば、上述したようにリン酸グアニジン以外の難燃剤であってもよい。例えば、リン酸系、ホウ酸系、ホウ酸・リン酸複合系、リン窒素系等の水溶性の難燃剤が、本発明に係る難燃剤として適用することができる。
表面洗浄工程S15を終えた試験用の木質基材11に対し、乾燥機の温度を40℃、60℃として木質基材11が乾燥する(含水率が気乾含水率になる)までの時間を計測した。具体的には、含浸させる難燃剤の量(薬剤量)を変えた2種類(A:297kg/m3、B:413kg/m3)の試験用の木質基材11を用意し、表面洗浄工程S15として100g/m2以上の洗浄水を表面11aに塗布し、ウェスで表面11aの洗浄水を掻き落とした後、乾燥機に投入し、一定時間毎に電気式含水率計で木質基材11の表面11aの含水率を測定すると共に、触感で濡れ具合を評価した。
上記の試験と対比するため、表面洗浄工程S15を終えた試験用の木質基材11を、室温23℃、相対湿度50%の環境下(自然乾燥の環境条件を想定)に一晩放置する比較試験を行った。その結果、木質基材11の乾燥後、表面11aに難燃剤が析出して表面11aに白い斑点が生じた。また、この木質基材11に対し、塗装工程S17を行ったところ、木質基材11の表面11aに対する塗膜密着性が低く、剥離が生じることが検証された。塗膜密着性は、木質基材11の表面11aにおいて難燃剤が析出していなかった箇所においても低い結果となった。
11 木質基材
11a 表面
12 塗膜層(塗膜)
Claims (3)
- 木質基材に難燃剤の水溶液を含浸させる含浸工程と、
上記難燃剤の水溶液を含浸した上記木質基材全体を乾燥させる全体乾燥工程と、
上記全体乾燥工程より後に行われ、上記木質基材の晩材部を含む表面に塗膜を形成する塗装工程とを備えた不燃化木材の製造方法であって、
上記全体乾燥工程と上記塗装工程との間に行われ、洗浄水で上記木質基材の晩材部を含む表面を洗浄することにより、上記含浸工程時に上記木質基材の晩材部を含む表面に付着した上記難燃剤及び上記全体乾燥工程時に上記木質基材の晩材部を含む表面まで染み出して結晶化して付着した上記難燃剤を除去する表面洗浄工程と、
上記表面洗浄工程と上記塗装工程との間に行われ、上記表面洗浄工程において上記洗浄水で濡れた上記木質基材の晩材部を含む表面を乾燥させる表面乾燥工程とを備え、
上記難燃剤は、20℃の水に対する溶解度が35.9g/100ml以下であり、
上記洗浄水は水であり、
上記表面洗浄工程では、上記洗浄水が、上記表面乾燥工程において上記木質基材の内部の上記難燃剤が上記木質基材の表面に染み上がる程上記木質基材の内部まで浸透しないように上記木質基材の表面を洗浄する
ことを特徴とする不燃化木材の製造方法。 - 請求項1に記載された不燃化木材の製造方法において、
上記全体乾燥工程の終了後、上記全体乾燥工程と上記表面洗浄工程との間に行われ、上記木質基材の表面を凹凸状の粗面に加工する粗面化処理工程を備えている
ことを特徴とする不燃化木材の製造方法。 - 請求項1又は2に記載された不燃化木材の製造方法において、
上記表面乾燥工程では、常温以上の温度の乾燥機内で上記木質基材が気乾状態になるまで上記木質基材を30分以内に乾燥させる
ことを特徴とする不燃化木材の製造方法。
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