JPH01264801A

JPH01264801A - 改質木材の製法

Info

Publication number: JPH01264801A
Application number: JP9434488A
Authority: JP
Inventors: Hiroaki Usui; 宏明碓氷; Shozo Hirao; 平尾　正三; Yoshihiro Ota; 義弘太田; Hiroyuki Ishikawa; 博之石川; Satoru Konishi; 悟小西; Takashi Nakai; 隆中井
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 1988-04-15
Filing date: 1988-04-15
Publication date: 1989-10-23

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。

（ａ）　　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（ｆｌ　　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（ａ）以外にも
、無機物の種類によっては（ｂｌ、　（Ｃ）、　（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、ｔ＆は、可燃性木材を不燃性のセメントと約１対１
の重量配合比で混合し、板状に成形されたものであって
、ＪＩＳにより準不燃材料として認められている。

（ｂｌ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、Ｈ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■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しるというメ
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。

最後に、（ｄｌ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ｖり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難燃
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。菌類が木千オを腐敗させる際
は、まず、菌糸が木材内腔中に浸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せるという方
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’＆
？Ｈ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、最も狭い部分はピットメンプランであるが
、ここに８ける空隙径が約０．１μｌ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
．′ｉμｌ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。すなわち、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（処理液）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（オの製法である（特願昭６０−０８９４２３
号明細害）。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るの
であるが、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。

その一つに、木材中に不溶性不燃性無機物とともに臭素
を共存させることにより、とりわけ、難燃性および寸法
安定性の両特性を向上させる、という方法がある。具体
的には、木材に最後に含浸させる処理液中に臭素イオン
を含ませるようにしたものを用いる、あるいは、不溶性
不燃性無機物を生成させるための処理液とは別個に臭素
イオンを含む水溶液を用意して、これを最後に含浸させ
るようにする、という方法であって、含浸法としては、
通常の浸漬法が採用されてきた。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところが、この方法をさらに詳しく検討した結果、なお
下記の問題が残されていることが判明した。すなわち、
上記のようにして木材中に臭素を含ませることにより、
難燃性および寸法安定性の向上、という所＋ｔ、ｌｌの
目的は達成できるが、他方で、木材の材種やロット等に
よって、臭素イオンの含ｌ受率にバラツキが生じてしま
うのである。

上述したように、ハロゲン、なかでもとりわけ臭素は、
難燃化メカニズム（Ｃ１および（ｄｌに貢献でき１、防
火性、特に燃焼時の発熱量の低減に効果を及ぼす有用な
イオンである。ところが、その？が多くなると、燃焼時
の発熱量は抑えられるが、発煙量が増大する、という現
象がみられるようになる。したがって、ハロゲンは、発
煙量を増大させない程度の少量あるいは適量の範囲内で
、有りｊ利用されることが好ましい。

しかし、上記のように、臭素イオンを含んだ処理液等に
木材を浸漬させて含浸処理を行うと、その含浸率にハラ
ツギが生じ、その結果、多く含浸された部分での臭素イ
オン量が過量になって、木ｔオの発煙量が多くなってし
まったりする。こうした問題を回避するためには、たと
えば臭素イオンについては、その含浸量を±１０％程度
以内のバラツキに抑える必要があるが、従来の浸漬含浸
法においては、このように微妙なコントロールを行うこ
とは困難であった。

以上の下漬に鑑み、この発明は、木材中に所定量のハロ
ゲンイオンを含ませて燃焼時の発熱量と発煙量の両者を
抑制することにより、とりわけ高度な難燃性を有すると
ともに、防腐・防虫性１寸法安定性等にも（（れた改質
木材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
後の含浸処理としてハロゲンイオンを含む水溶液の木材
表面への塗布を行うことにより、木材中に所定量の同ハ
ロゲンイオンを含ませるようにする。

〔作　　　用〕

最後の含浸処理液であるハロゲンイオンを含む水溶液（
以下、「ハロテ゛ン水溶液」と記す）を、塗布法により
含浸させるようにするため、同波の塗布量（含浸量）の
管理が容易に行われる。したがって、木材中に所望の量
、すなわち、燃焼時の発熱量および発煙量の両者を抑制
できる量のハロゲンイオンを含ませることができるので
ある。

〔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
に原電はされず、原木丸太、製材品、スライス重機１合
板等が例示できる。それらの樹体についても何ら尿定さ
れろことはない。

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、特に尿定はされず、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、水酸化物等
が挙げられ、２種以上の無機物が零［オ中に共存される
ようであってもよい。

また、１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種以上含まれるよう
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、特に限定はされず、たとえば、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、Ｍｎ、Ｎ
ｉ、Ｚｎ、Ｃｄ等の遷移元素、Ｓｔ、Ｐｂ等の炭素族元
素、およびＡＩ等が使用できる。なかでも、アルカリ土
類金属（Ｍｇ、Ｃａ、Ｂａ）およびＺｎ、ＡＩの各元素
は、とりわけ好ましい一例として挙げられる。

アニオン部分を構成するものとしては、ＢＯ。

、ＰＯ４，ＣＯＩ　、Ｎｏ４およびＯＨアニオンを使用
することが好ましい。ＢＯ，アニオンでは、前記Ｈ燻化
メカニズム（ｂ）および（ｅ）による効果、Ｐ０４アニ
オンでは同（ｂ）、ＣＯ，アニオンでは同（ｄｌによる
効果が得られるために、−層好適である。

しかし、これらに限定されることはなく、たとえば、Ｏ
，Ｎｏｔ　、５ｉｎ４，５ｉｎｓアニオン等であっても
構わない。

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熔解させて、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　ｚ　、　
　Ｍ　ｇ　Ｓ　０４　　・Ｈｚ　Ｏ，Ｍｇ　（Ｎｏ−）
ｚ　　・６Ｈｚ　Ｏ，ＣａＣ１！　、ＣａＢｒｚ　、Ｃ
ａ　　（Ｎｏｔ）Ｚ　、ＢａＣ１ｚ・２Ｈ２０，ＢａＢ
ｒｚ　、Ｂａ　　（Ｎｏｗ）ｚ　、ＡｌＣ１，、ＡｌＢ
ｒ、、Ａ１．（Ｎｏ４）、、Ａｌ（Ｎ　０ｘ）ｔ　　・
９　Ｈｚ　Ｏ，Ｚ　ｎ　Ｃ１ｚ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、Ｎａｇ
　Ｃｏｔ　、　　（ＮＨ４）ｚ　ＣＯｘ　、Ｈ２ＳＯ４
、Ｎａ、ＳＯ４、（ＮＨａ　）ｚＳＯ４、Ｈｚ　ＰＯ４
，Ｎａｘ　ＨＰＯ４，（ＮＨ４）ｚ　ＨＰＯ４，Ｈ！　
Ｂｏｘ　、ＮａＢｏｇ　、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り、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、特に限定されることはない。

つぎに、この第１液イオンと反応して不溶性不燃性無機
物を生成させる相手方のイオンを含んだ処理液（第２液
）を含浸させて、木材内部において同不溶性不燃性無機
物を生成させる。

最後に、ハロゲン水溶液を木材表面に所定量塗布する。

同水溶液は、たとえば、各種ハロゲン化アンモニウム、
ハロゲン化ナトリウム等のハロゲンを含む水溶性の塩（
ハロゲン化物）を水に溶解させるなどにより、容易に調
製される。また、ハロゲン化物からなる上記カチオン含
有処理液（塩化バリウム水溶液等）を用いることもでき
る。

塗布は、スプレー、ロールコータ−１刷毛等を用いた任
意の方法により、塗布量をチエツクしながら行うように
する。塗布量については、木材の種類、ハロゲン水溶液
の種類および濃度等に応じて適宜、必要量が設定される
ことが好ましく、特に限定はされない。たとえば、その
目安として−例を挙げると、４ｍｏｌ／水１ｐ程度の濃
度の臭化アンモニウム水溶液であれば、１００〜２００
　ｇ／ｄ程度であることが適切である。

なお、最後の上記塗布に先立ち、当段階の木材中にすで
に多量のハロゲンイオンが含まれている場合などには、
必要に応じて、塗布前に適宜溶脱処理を行うことも推奨
される。具体的には、第２液として、あるいは塗布前の
最終処理液として、ハロゲン化物からなるカチオン含有
処理液（塩化バリウム水溶液等）を用いた場合などに、
第２液含浸処理後の木材を、所定時間水中に’ｔａｘ　
？Ｈするなどして、木材中のハロゲンイオンを除去する
ようにすることが好ましい。ただし、木材中の全てのハ
ロゲンイオンを溶脱する必要はなく、適当量を残すよう
にし、この点を鑑みて最終塗布量を調節するようにして
もよい。なお、同じハロゲン化物からなるカチオン含有
処理液を用いる場合でも、これを塗布前の最終処理液と
してではなく、たとえば第１液として用いるような場合
には、つぎのアニオン含有処理液中に浸漬した際に、あ
る程度の量のハロゲンイオンが同処理液中に拡散して行
って除かれてしまうため、この溶脱処理は必ずしも必要
ではない。

以上が含浸処理操作であり、その後、必要に応じては水
洗等を施し、乾燥させて、改質木材が得られる。ただし
、この発明にかかる改質木材の製法が、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液に附らず、さらに第３液、第４液・・・等を用
窓し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
オン含有側処理液は、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、ｆコとえば、減圧
含浸等を行ってもよい。

つぎに、この発明におけるさらに詳しい実鋪例について
、比較例と併せて説明する。

一実施例１− アガチス材の各３１１厚ロータリー単板を水中に浸漬し
、３０Ｔｏｒｒ程度の減圧下で飽水処理を行った。

得られた飽水単板を、水１１当たり、塩化バリウム２．
Ｏｍｏｌおよびオルトホウ酸２．０ｍｏｌを含む水溶液
（第１液）中に、６０°Ｃで２４時間浸漬した。その後
、単板を取り出して水洗し、表面に付着した処理液を洗
い流した。続いて、水１１当たり、リン酸水素二アンモ
ニウム３．Ｑｍｏｌおよびオルトホウ酸６．０ｍｏｌを
含む水溶液（第２液）中に、６０°Ｃで２４時間浸漬し
、中板中に不溶性不燃性無機物を生成・定着させた。

さらに、この単板を水洗、乾燥した後、同単板表面に、
臭化アンモニウム水溶液（４，０ｍｏｌ／水１β）全１
β５０　ｇ／ｍ塗布（スプレー塗装）し、乾燥させて改
質木材を得た。

一実施例２〜５および比較例１，２− 実１箱例１と同様に飽水処理を行った単板に対して、第
１表に示した処理液を同様に浸漬含浸（いずれも６０°
Ｃ／２４時間）および塗布含浸させ、改質木材を得た。

なお、実施例２および３では、第３液の浸漬含浸も行っ
た。比較例では、最後の塗布含浸を行わないようにした
。

上記得られた改質木材について、無機物の含浸率、防腐
・防虫性、難燃性および寸法安定性（抗膨潤能；ＡＳＥ
）を調べた。上記無機物の含浸率は、絶乾状態において
未処理および処理後の木材の重量を比較し、処理により
増加した重量割合を百分率で示したものである。防虫性
では、ルＰＡ規格第１１号に準じて３週間後の死生率（
％）を、防腐性では、ＪＷＰＡ規格第１号に準して６週
間後の重量減少率（％）を調べた。ゲ＃燃性（防火性）
二こついては、ＪＩＳ　Ａ　１３２１に準じて難燃性試
験を行い、１０分間燃焼時の発熱１２ｔｄθ（’Ｃ−ｍ
ｉｎ　）および発煙係数ＣＡ　（Ｃｓ−ｍ）を測定した
。

以上の結果を同しく第１表に示す。なお、参考として、
未処理木材の試験結果についても併せて記載する。

第１表にみるように、最後にハロゲン水溶液の塗布を行
った実施例の改質木材は、比較例のものに比べ、発熱量
および発煙量の両者が低減された高度な難燃性を備え、
その他の性能についても向上していることが判明した。

さらに、木質感が損なわれることなく、外観的にも良好
な木材が得られた。

比較例１の改質木材は、ハロゲン水溶液の塗布が行われ
ていないため、とりわけ発熱量が多くなっている。比較
例２では、第２液中にハロゲンを含ませて、ハロゲンイ
オンが浸漬含浸により注入されているため、含浸量のコ
ントロールが行われず、発煙量の多い改質木材となった
。

〔発明の効果〕

この発明にかかる改質木材の製法においては、塗布含浸
法により所定量のハロゲンイオンを木材中に含ませるよ
うにしているため、燃焼時の発熱量および発煙量がとも
に抑制された、−層高度な離燃性を有する改質木材が効
率よく得られる。同時に、この改質木材は、防腐・防虫
性３寸法安定性、力学的強度、外観等にも優れ、建材等
として最適な、高度な性能を備えたものである。

代理人　弁理士　　松　本　武　彦

Claims

【特許請求の範囲】

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、最後の含浸処理としてハロゲンイオン
を含む水溶液の木材表面への塗布を行うことにより、木
材中に所定量の同ハロゲンイオンを含ませるようにする
ことを特徴とする改質木材の製法。