JPH01244801A - 改質木材の製法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、建材等として用いられる改質木材の製法に
関する。

〔従来の技術〕

木材の改質法として、不溶性不燃性無機物を木材中に生
成させることにより、難燃性（防火性）。

寸法安定性、防腐・防虫性および力学的強度等を付与す
る方法が研究、開発されている。

一般に、木材に難燃性を付与するための改質方法は、以
下のような難燃化のメカニズムに基づいて大別されてい
る。

（ａｌ　　無機物による被覆 （ｂ）　　炭化促進 （Ｃ）　　発炎燃焼における連鎖反応の阻害（ｄ）　　
不燃性ガスの発生 （ｅ）　　分解・結晶水放出による吸熱（ｆＪ　　発泡
層による断熱 ここで、木材に不溶性不燃性無機物を含ませるという改
質方法は、以下に説明するように、上記（ａｌ以外にも
、無機物の種類によっては（ｂ）、　（Ｃ１，（ｄｌ等
による効果も併せて期待できる優れた方法である。しか
も、この不溶性不燃性無機物は、いったん木材組織内に
定着させられれば、それ以降木材から溶は出す恐れが少
ないため、それらの効果が薄れるといった心配も少ない
。

上記において、（ａ）の無機物による被覆とは、たとえ
可燃性の材料であっても、それを不燃性の無機物と適当
な配合比で複合させることにより難燃化させうる、とい
うことである。たとえば、従来知られている木片セメン
ト扱は、可燃性木材を不燃性のセメントと約１対ｌの重
量配合比で混合し、板状に成形されたものであって、Ｊ
ＩＳにより準不燃材料として認められている。

（ｂ）の炭化促進とは、以下のようなメカニズムである
。すなわち、木材は、加熱されると熱分解して可燃性ガ
スを発生し、これが発炎燃焼するわけであるが、このと
きリン酸あるいはホウ酸が存在すると木材の熱分解すな
わち炭化が促進され、速やかに炭化層が形成される。こ
の炭化層は、断熱層として作用し、難燃効果を与えるた
め、前記不溶性不燃性無機物がリン酸成分あるいはホウ
酸成分を含む場合は、この前記改質木材における難燃効
果は一層高いものとなる。

（Ｃ１の発炎燃焼における連鎖反応の阻害とは、ハロゲ
ンにより寄与されるものであり、炎中でのラジカル的な
酸化反応においてハロゲンが連鎖移動剤として作用する
結果、酸化反応が阻害されて難燃効果が生じるというメ
カニズムである。したがって、不溶性不燃性無機物がハ
ロゲンを含むものであれば、こうした効果も得られるの
である。

最後に、ｆｄ）の不燃性ガスの発生について説明する。

これは、炭酸塩、アンモニウム塩等の化合物は熱分解に
より炭酸ガス、亜硫酸ガス、ハロゲン化水素等の不燃性
ガスを発生するが、これらのガスが可燃性ガスを希釈し
て燃焼を妨げる、という効果である。したがって、不溶
性不燃性無機物が炭酸塩等の上記不燃性ガス類を発生し
うるちのを含んでいれば、このメカニズムによる’ＡＨ
ＭＡ化効果も併せて得られることになる。

ついで、この不溶性不燃性無機物を含む木材の防腐・防
虫効果について説明する。菌類が木材を腐敗させる際は
、まず、菌糸が木材内腔中に侵入していくのであるが、
この木材内腔中に異物が存在すると菌糸の侵入が妨げら
れ、結果的に腐敗されにくくなる。この木材内腔中の異
物は、特に防腐効果のある薬剤（防腐剤）等である必要
はなく、菌類の養分になるものでさえなければ、何であ
ってもよい。防虫についても防腐と同様である。

ただし、異物は、薬剤効果があるものであればそれにこ
したことはなく、たとえば、虫に対して消化性の悪いも
の、消化しないもの、あるいは、忌避作用のあるものが
好ましい。したがって、不溶性不燃性無機物を木材内腔
中に含ませれば、木材の防腐・防虫性を向上させうる。

さらに、木材の寸法安定性および力学的強度についてみ
れば、たとえば、木材を水で膨潤させておき、その状態
で木材細胞壁中に何らかの物質を固定できれば、バルク
効果により上記両特性が向上する。すなわち、木材細胞
壁内が充填材によって占められていれば、木材自体の膨
張あるいは収縮が起こりにくくなり、同時に、特に硬度
をはじめとする各種力学的強度も向上するのである。こ
こで、固定物質としては、水に溶けにくい無機物も使い
うるため、不溶性不燃性無機物を木材細胞壁中に固定す
れば、こうした効果が得られる。

以上のように、不溶性不燃性無機物を含ま廿るという方
法は、難燃化をはじめとする木材の改質において非常に
有効的な方法であるが、下記のような問題を残していた
。

一般に、たとえば不溶性不燃性無機物をそのまま水等の
溶媒に分散させ、この分散液（処理液）中に木材を’／
＋？Ｒして液を木材中に浸透させようとしても、浸透し
ていくのはほとんど水等の溶媒のみとなってしまう。と
いうのも、処理液が木材中に浸透していく際に通過すべ
き通路のうち、最も狭い部分はピントメンプランである
が、ここにおける空隙径が約ｏ、　ｔ　ｐ＊であるのに
対し、分散粒子である不溶性不燃性無機物の粒径は、通
常、０．１μ烏よりもかなり大きいからなのである。

そこで、発明者らは、先に、この問題を解決できる方法
を開発している。すなわら、混合することにより反応し
て不溶性不燃性無機物を生じさせるカチオンおよびアニ
オンを別々に含ませた２種の水溶液を用意し、両者を順
次原料木材に含浸させて木材内部で両イオンを反応させ
、不溶性不燃性無機物を定着させるようにする改質木材
の製法である（特願昭６Ｏ−０８９４２３）。このよう
にすれば、極めて多量の不溶性不燃性無機物を効率よく
木材中に含ませることができ、さらに、新たな問題点に
対応して数々の改良も加えられてきた。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、従来、カチオンとアニオンとの反応は、
木材表層部（表面付近）で起こるものが主体となって、
不溶性不燃性無機物の生成を木材深部（内部）にまで進
めることは困難である、という問題が残されていた。こ
れは、２番目の含浸処理により木材表層部から木材内部
へと処理液の含浸が進み、それに伴い、カチオンとアニ
オンとが出会ったところで不溶性不燃性無機物が生成し
ていくのであるが、まず最初に両イオンが接する木材表
層部に生成した不溶性不燃性無機物が障害となって、以
降の処理液の侵入が妨げられ、木材深部まで行き渡らな
くなってしまうため、と理解される。こうした現象は、
処理木材を横断面方向にカマボコ状に切断し、Ｘ線透視
観察を行った結果から確認されている。・ ところで、改質木材の難燃性、防腐・防虫性。

寸法安定性、硬度等の特性は、前述のように、主として
木材中に含浸された不溶性不燃性無機物により付与され
たものであり、無機物の含浸率によりこれらの効果は変
動する。一般に、この含浸率が高い程、上記特性は向上
するため、より多量の不溶性不燃性無機物を木材中に含
ませることが望まれている。しかし、上記のように、木
材深部にまで無機物を含浸させることが困難である以上
、全含浸率を高めることにも限界があった。

以上の事情に鑑み、この発明は、より多くの不溶性不燃
性無機物を内部深くまで含み、難燃性をはじめとし、防
腐・防虫性２寸法安定性および硬度等の一層優れた改質
木材を効率よく製造する方法を提供することを課題とす
る。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題を解決するため、この発明は、改質しようとす
る原料木材に対し、混合することにより不溶性不燃性無
機物を生じさせる２種以上の水溶性無機物水溶液を個々
に含浸させて木材組織内に前記不溶性不燃性無機物を生
成・定着させるようにする改質木材の製法において、最
初の含浸が行われた後の木材を水により溶脱処理して、
同木材表層部に含浸された水溶性無機物を除去するよう
にした。

〔作　　　用〕 最初の含浸後の溶脱処理により、木材表層部に含浸され
た無機物は処理液中（水中）に溶脱していき、木材の表
面近傍のイオンは希薄になる。この状態で、つぎの含浸
処理が行われると、この第２液は木材表層部で妨げられ
ることなく内部にまで容易に浸透し、第１液イオン濃度
の高い木材内部において、同イオンと第２液イオンとが
反応する。したがって、木材中に、より多（の不溶性不
燃性無機物が、より深部において生成されるようになる
。

〔実　施　例〕

この発明に用いられる改質のための原料木材としては特
に限定はされず、原木丸太、製材品、スライス単板２合
板等が例示できる。それらの樹種についても何ら限定さ
れることはない。

木材中に生成させて木材組織内に分散・定着させる不溶
性不燃性無機物としては、特に限定はされず、たとえば
、ホウ酸塩、リン酸塩およびリン酸水素塩、炭酸塩、硫
酸塩および硫酸水素塩、ケイ酸塩、硝酸塩、フン化物、
臭化物、水酸化物等が挙げられ、２種以上の無機物が木
材中に共存されるようであってもよい。

また、１１種の不溶性不燃性無機物中に、下記に述べる
カチオン部分を構成するもの、および／または、アニオ
ン部分を構成するものが、それぞれ２種以上台まれるよ
うであってもよい。

前記のような無機化合物（塩）のカチオン部分を構成す
る元素としては、Ｎａ、に等のアルカリ金属元素、Ｍｇ
、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ等のアルカリ土類金属元素、Ｚｎお
よびＡ１を用いることが好ましいが、これらに限定され
ることはなく、たとえば、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｄ等の遷移元
素やＳｉ、Ｐｂ等の炭素族元素等を使用してもよい。

アニオン部分を構成するものとしては、ＢＯ。

、ｐｏ４．ｃｏ、、ｓｏ４およびＯＨアニオンを使用す
ることが好ましい。ＢＯ，、Ｐ○４アニオンでは、前記
難燃化メカニズム（ｂ）による効果、ＣＯ２アニオンで
は同（ｄｉによる効果が得られるために、　Ｆ好適であ
る。しかし、これらに限定されることはなく、たとえば
、Ｆ、ＣＩ、Ｂｒ、Ｏ。

Ｎｏ、、Ｓ　ｉＯ４，Ｓ　ｉｏ、７−オン等であッテも
構わない。ハロゲンでは、同（Ｃ）および（ｄ）による
効果が併せて期待できるという利点が得られる。

このようなカチオン部分を構成するものとアニオン部分
を構成するものは、それぞれ単独で、あるいは、複数種
を併せて使用されるが、両者の組み合わせは、どれでも
可能というわけではなく、イオン半径等による制約があ
る。そのような条件を鑑みて、両者を任意に選択し、そ
れらを含んだ水溶性無機物を各々水に溶解させて、前記
カチオン含有処理液および前記アニオン含有処理液を調
製する。

なお、上記ハロゲンおよびＯＨアニオン等は、単独で使
用される他、カチオン含有処理液および／またはその他
のアニオンを含んだアニオン含有処理液中にともに含ま
れるようにし、木材中にアパタイト等を生じさせるよう
に調製されていてもよい。

水に溶解して、上記カチオンを生じさせる無機物として
は、Ｍ　ｇ　Ｃｌ　ｚ　、　Ｍ　ｇ　Ｂ　ｒ　２　、　
Ｍ　ｇ　Ｓ　Ｏａ　　・ＨＸ　Ｏ，Ｍｇ　（Ｎｏｗ）ｚ
　　・６Ｈｚ　Ｏ，ＣａＣ１ｘ　、ＣａＢｒｚ　、Ｃａ
　　（ＮＯｘ）ｚ　、ＢａＣ１ｚ・２Ｈｚ　Ｏ，ＢａＢ
ｒｚ　、Ｂａ　　（Ｎｏｗ）ｚ　、ＡｌＣ１＊、ＡｌＢ
ｒ５．Ａｌ２　　（ｓｏ＜）ｚ、ＡＩ（Ｎ　０＝）−・
９　Ｈｚ　Ｏ，Ｚ　ｎ　Ｃ１−等がその一例として挙げ
られるが、これらに限定されることはない。水に溶解し
て、上記アニオンを生じさせる無機物としては、Ｎａｚ
　ＣＯｓ　、　　（ＮＨ４）ｚ　ＣＯＸ　、Ｈｚ　３０
４　、Ｎａｇ　３０４　、　　（ＮＨ４）ｚＳ○４．Ｈ
ｚ　ＰＯ４，Ｎａｇ　ＨＰＯ４、（ＮＨ４）ｔ　ＨＰＯ
４、ＨＩ　ＢＯＸ　、Ｎａ　Ｂｏｇ　、ＮＨ４ＢＯ，等
がその一例として挙げられるが、やはり、これらに限定
されることはない。

木材の処理は、このようなカチオン／アニオン含有画処
理液を用いて、つぎのようにして行う。

まず、カチオン含有処理液、アニオン含有処理液のうち
のいずれか一方（第１液）を、同処理液中に原料木材を
浸漬させるなどして、木材中に含浸させる。このとき、
含浸に先立ち、原料木材に飽水処理を施して木材を充分
に飽水された状態（含水率１００％以上程度）にしてお
くことが好ましい。それにより、木材中の水を媒体とし
て第１液中のイオンが速く拡散していくようになって、
含浸処理時間を短縮することができるためである。

ここで、上記飽水処理方法としては、水中貯木。

スチーミング、減圧下含浸、加圧下含浸等が挙げられ、
特に限定はされない。

つぎに、この第１液を含んだ木材を水により溶脱処理し
て、同木材表層部に含浸されている水溶性無機物（第１
液イオン）を除去する。溶脱処理方法としては、たとえ
ば、水中に浸漬する、流水に打たせる、スプレー等を用
いて放水する、などの任意の方法が選択され、特に限定
されることばない。また、このときの水温についても、
特に限定はされないが、木材に損傷（色変化等）を与え
ないためには、常温〜６０℃程度であることが好ましい
。なお、表層部については、その該当部分が木材の厚み
に応じて異なるため、−概には言えないが、その目安と
してはたとえば、３〜５１程度の板厚のものでは、表面
から０．５〜１１敵程度まで、それを越える板厚のもの
では、表面から２ｍｌ程度までの部分を通常は指してお
り、それぞれの原料木材の板厚および処理方法等に応じ
、該当部分の水溶性無機物が除去されるように、処理時
間が設定されることが好ましい。たとえば、３　ｍｍ厚
程度の木材を常温の水中に浸漬して行うのであれば、３
０分間程度浸漬することが適当である。

上記溶脱処理が行われた後、第１液イオンと反応して不
溶性不燃性無機物を生成する相手方のイオンを含んだ処
理液（第２液）を含浸させて、木材内部において不溶性
不燃性無機物を生成させるその後、必要に応じて、後処
理としての溶脱処環２水洗等を施した後、乾燥させて改
質木材が得られる。ここでの溶脱処理は、木材中に残さ
れている可溶性の未反応イオンおよび副生成物を除去す
る目的で行われる。上記可溶性成分は、吸水。

吸湿量が多く、また、その種類によっては潮解性を示す
場合もあるので、これらがあまり多量に残存すると、木
材の吸水、吸湿性が高くなりすぎてしまう。すると、建
材用途等として不適当になってしまう恐れもあるため、
溶脱処理によりこれらを除去して木材の耐水性や耐候性
を高めることができるのである。この溶脱処理も、後処
理浴を設けて水中に長時間浸漬させたり、流水中に放置
させたりして行われる。

なお、この発明にかかる製法が、上記一実施例に限定さ
れるものではないことは言うまでもない。たとえば、２
液に限らず、さらに第３浴、第４浴・・・等を設けて繰
り返し含浸させ、生成物層の緻密化を図るようにしても
よい。このとき用いられるカチオンおよびアニオン含有
画処理液は、それぞれ同一種のものであっても、異種の
ものであっても構わない。必要に応じては、含浸処理後
に養生を行って、不溶性不燃性無機物生成反応を促進さ
せることもできる。含浸処理方法も、特に限定はされず
、たとえば、塗布による含浸や減圧含浸等を行ってもよ
い。

つぎに、この発明における実施例および比較例について
説明する。

■　盈宣未廿圓盟止 （実施例１） マツ、スギ、ブナ、ベイマツ材の１５１重厚単板を、２
０〜３０ｎＨｇの減圧下、水中に浸漬し、２４時間放置
して飽水状態にした。

得られた飽水単板を、６０℃の塩化バリウム水溶液（２
，０ｍｏｌ／　１　）中に２４時間浸漬し、その後木材
を取り出して、水中に１時間放置して溶脱処理を行った
。

ついで、６０℃の硫酸アンモニウム水溶液（２゜０　ｍ
ｏｌ／　１２　）中に２４時間浸漬し、その後、後処理
として、木材を流水中に２４時間放置して水溶出成分を
除去し、乾燥して改質木材を得た。

（実施例２） ペイマツ材３酊厚単板に対し、上記実施例１と同様の飽
水処理を行った。

これを、６０℃のリン酸水素二アンモニウム水溶液（２
，０ｍｏｌ、＃り中に１２時間浸漬し、その後、水中に
３０分間放置した。

つぎに、６０℃の塩化バリウム水溶液（２，０ｍ。

１／ｌ）中に２４時間浸漬し、さらに上記実施例１と同
様の後処理を行って、水溶山分が除去された改質木材を
得た。

（比較例１） 第１液含浸処理後の溶脱処理（水中浸漬）を行わず、直
ちに第２液含浸処理を行うようにする他は、上記実施例
１と同様にして改質木材を得た。

（比較例２） 第１液含浸処理後の溶脱処理（水中浸漬）を行わず、直
ちに第２液含浸処理を行うようにする他は、上記実施例
２と同様にして改質木材を得た。

上記得られた改質木材について、不溶性不燃性無機物の
含浸率１寸法安定性（抗収縮能、ＡＳＥ）、および表面
硬度（パーコール硬度）を調べた。上記無機物の含浸率
は、絶乾した木材の重量に対する不溶性不燃性無機物の
含浸重量比率である以上の結果を第１表に示す。なお、
結果の値はいずれも、サンプル数１０の平均値である。

第１表にみるように、第１液含浸処理後、溶脱処理によ
り木材表層部の水溶性無機物を除去した実施例の改質木
材は、比較例のものに比べ、多量の不溶性不燃性無機物
を含み、含浸率において約２０〜２５％の向上がみられ
る。それに伴い、実施例の改質木材の有する寸法安定性
および表面硬度が、ともに向上していることが判明した
。また、これらの実施例の改質木材は、難燃性（ＪＩＳ
による難燃■級以上）、防腐・防虫性についても同様に
、−層優れたものであった。

〔発明の効果〕

この発明にかかる改質木材の製法では、最初の含浸が行
われた後の木材を水により溶脱処理して、同木材表層部
に含浸された水溶性無機物を除去するようにしているた
め、木材中のより内部に、より多くの不溶性不燃性無機
物を含ませることができる。その結果、難燃性、防腐・
防虫性２寸法安定性、硬度等の一層優れた改質木材を得
ることができる。

代理人　弁理士　　松　本　武　彦

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １　改質しようとする原料木材に対し、混合することに
   より不溶性不燃性無機物を生じさせる２種以上の水溶性
   無機物水溶液を個々に含浸させて木材組織内に前記不溶
   性不燃性無機物を生成・定着させるようにする改質木材
   の製法であって、最初の含浸が行われた後の木材を水に
   より溶脱処理して、同木材表層部に含浸された水溶性無
   機物を除去するようにすることを特徴とする改質木材の
   製法。