JPH02116508A - 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、住宅設備、建築材料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〕

木材の改質方法として、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）９寸法安定性
、防腐・防虫性、力学的強度１表面硬度等を付与する方
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 （ｂｌ　　炭化促進 （Ｃ１発炎燃焼における連鎖反応の阻害（ｄ）　　不燃
性ガスの発生 （ｅｌ　　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、　（Ｃ１，（ｄ）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、それ以降木材から熔は出ず恐れが少
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、（ａｌ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、それを不燃性の無搬物と適当
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
ト板は、可燃性木材を不燃性のセメントと約１対１０重
量配合比で混合゛し、板状に成形されたものであづて、
ＪＩＳ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、この改質木材における難燃効果
は一層高いものとなる。

（Ｃ）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。

最後に、（ｄ）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離燃化効
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。菌類が木材を腐敗させる際は
、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・防虫に効果的なのである
。

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
壁内が充虜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、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
、水に熔けに（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。

最後に、木材の硬度（表面硬度）については、一般に、
木材の硬度を上げるためには之木村内部の導管等の空隙
や木材の細胞壁に無機物等の硬い物質を詰め込んでやれ
ばよいため、木材内に不溶性不燃性無機物を定着させる
ことにより、木材細胞の補強ならびに硬度の上昇という
効果が得られる。ここで、木材の表層部分に集中的に無
機物を生成させれば、より効果的である。

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、Ｈ燃比をはじめとする木材の改質において非常に
有効的であるが、下記のような問題を有していた。

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）中に木材を浸漬
して液を木材中に浸透させようとしても、？’ｘＳして
い（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、最も狭い部分はビットメンプランであるが
、ここにおける空隙径が約０．１ｎ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よりもかなり大きいからである。

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（順に「カチオン含
有処理液」°、「アニオン含有処理液」と称す）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（特開昭６１−２４６００３号公報
）であって、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。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記の製法によれば、難燃性をはじめとし、防腐・防虫
性１寸法安定性、力学的強度等にも優れた改質木材を得
ることができるのであるが、特に難燃性に関しては、近
年ますます高水準のものが要求されており、これに充分
応えることができずにいるのが現状である。

こうした事情に鑑み、この発明は、高度な難燃性を備え
るとともに、寸法安定性、防腐・防虫性力学的強度等に
も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同不溶性不燃性無機物を生成
・定着させる改質木材の製法であって、前記不溶性不燃
性無機物が生成・定着された木材に有機系リン酸化合物
を付加するようにする。

〔作　用〕

この発明では、内部に不溶性不燃性無機物を含む木材に
、難燃剤として働く有機系リン酸化合物（以下、これを
「有機リン酸剤」と記す）が付加されているため、上記
無機物による難燃効果とリン酸による難燃効果の双方が
得られ、−層優れた難燃性を有する改質木材が得られる
。特に、無機系のリン酸化合物は分解しにくいことに比
べ、この発明で用いられる有機系のものは、燃焼時に熱
で分解し、同分解による発熱の抑制が行われるため、そ
の難燃効果は一層顕著なものとなる。

〔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１合
板等が例示できる。それらの樹種等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、特に限定はされないが、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る。これらの
無機物は、２種以上が木材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
チオンおよび／またはアニオン部分が、それぞれ２種以
上含まれていてもよい。

さらに詳しくは、上記不溶性不燃性無機物のカチオン部
分の元素としては、Ｎａ、に等のアルカリ金泥、Ｍｇ、
Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ等のアルカリ土類金属、Ｍｎ、Ｎｉ、
Ｚｎ、Ｃｄ等の遷移元素、Ｓｉ、Ｐｂ等の炭素族元素、
ＡＩ等が好ましく使用できる。なかでも、アルカリ金属
、アルカリ土類金属、　　ＺｎおよびＡＩの各元素は、
とりわけ好ましい一例として挙げられる。

不溶性不燃性無機物を構成するアニオンとしては、ＢＯ
，、Ｂ２Ｏ，、ＰＯ，、Ｃｏ、、Ｓｏ。

およびＯＨアニオンが、好例として示される。Ｂｏｔ　
、Ｂ２Ｏ，およびＰＯ４アニオンでは前記う）猛燃化メ
カニズム（ｂｌによる効果、ＣＯ，アニオンでは同（ｄ
）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，Ｎ
ｏｔ　、５ｉｎ４．ＳｉＯｘ　、ＦＣｌ、Ｂｒアニオン
等であっても構わない。なお、ハロゲンイオンでは、前
記難燃化メカニズム（Ｃ）および（ｄｌによる効果が得
られ、難燃化効果は優れているが、発煙量が多くなるた
め、使用上留意することが望ましい。

上記カチオンとアニオンは、木材内に生じさせようとす
る所望の不溶性不燃性無機物の組成に応じて任意に選択
され、それらの各イオンを含んだ水溶性無機物を別々に
水に熔かすことにより、所望のカチオンを含んだカチオ
ン含有処理液、および、所望のアニオンを含んだアニオ
ン含有処理液が調製される。

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。

水に溶けて上記所望のカチオンを生じさせる無機物とし
ては、Ｍｇ　ＣＩｔ　、　Ｍｇ　Ｂ　ｒｚ　、　Ｍｇ　
Ｓ０４−Ｈ２Ｃ，Ｍｇ　（ＮＯｓ）ｔ　　’６Ｈｚ　Ｏ
，ＣａＣＬ　、ＣａＢｒｚ　、Ｃａ　（ＮＯｓ）ｚ　ｒ
　　ＢａＣ１ｔ・２Ｈｚ　Ｏ，ＢａＢｒ５　、Ｂａ　（
ＮＣ）ｓ）ｚ　、ＡｌＣ１＊　、ＡｌＢｒ５　、Ａｌｌ
　　（ＳＯ４）ｓ　、ＡＩ（Ｎｏｔ）＊　　’　９Ｈ！
　Ｏ，ＺｎＣＬ等が一例として挙げられるが、これらに
限定はされない。水に熔けて上記所望のアニオンを生じ
させる無機物としては、Ｎａｇ　ｃｏｔ　＋　　（ＮＨ
４）ｉ　ＣＯｓ　、ＨｇＳＯ４、Ｎａｇ　　ＳＯ４ｌ　
（ＮＨ４）ｘ　　ＳＯ４、ＨＩＰＯａ　　、Ｎａｇ　　
ＨＰＯａ　　＋　　（ＮＨ４）ｘ　　ＨＰＯ４。

Ｈｔ　Ｂｏｘ　、ＮａＢＯｔ　、ＮＨ４Ｂｏｘ等が一例
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。以上の水溶性無機物は、各々が単独で用いられ
る他、互いに反応せずに均一な水溶液を形成できる範囲
内で、１処理液中に複数種が併用されるようでもよい。

木材の処理は、以上のカチオン／アニオン含有画処理液
を順次含浸させて行われる。たとえば、まず、上記画処
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。上記飽水処理方法とし
ては、水中貯木、スチーミング、減圧上含浸、加圧下含
浸等が挙げられる。

つぎに、上記第１液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。

その後、さらに必要に応じては、第３液、第４液・・・
等を用意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／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。また、第１液、第
２液・・・等の含浸処理方法も、特に限定されることは
なく、たとえば、減圧下で含浸させたり、塗布による含
浸を行ったりすることもできる。なお、第１液について
減圧含浸を行う場合は、上記の原料木材に対する飽水処
理は必要ではない。

この発明では、こうした無機物による含浸処理が行われ
た後に、難仏剤としての有機リン酸剤を付加することが
特徴である。

用いられる有機リン酸剤は、有機系のく有機基を含む）
リン酸化合物であればよく、特に限定されることはない
が、たとえば、オルトリン酸、ビロリン酸、トリリン酸
等の任意の有機エステル、とりわけポリリン酸化合物等
を好ましく使用できる。これらの有機リン酸剤は、単独
で用いられる他、複数種が併用されてもよい。

上記有機リン酸剤の木材への付加方法は、特に限定はさ
れず、用いられる有機リン酸剤の種類等に応じて、任意
の処理を選択できる。たとえば、有機リン酸剤をそのま
ま木材表面に塗布してもよいし、水や有機溶媒に可溶な
有機リン酸剤（たとえばピロリン酸テトラエチル等）で
あれば、任意の溶剤で希釈して塗布したり、あるいは希
釈された有機リン酸剤溶液中に木材を浸漬して含浸させ
たりすることもできる。さらに、任意、の接着剤や塗料
等の中に有機リン酸剤を添加して、これを木材表面に塗
布してもよ（、必要に応じては合板等に加工することも
可能である。

有機リン酸剤の付加量についても、特に限定はされない
が、たとえば、木材１ｍ″当たりに有機すン酸剤５０〜
１００）程度が付加されるように処理することが好まし
い。すなわち、５０〜１００ｇ／ｍ”程度の有機リン酸
剤が付加できるように、その塗布量、溶剤による希釈加
減、あるいは接着剤等への混入量を調整することが好ま
しいのである。たとえば、接着剤等への混入量について
は、おおよそ１０〜３０重量％（以下、単に「％」と記
す）程度添加されることが適当であるが、その際に、粘
度の増加等が生じる場合は、必要に応じて水等を加え、
粘度を下げて使用することが推奨される。

以上のようにして、不溶性不燃性無機物を含む木材に有
ｔＭ’Ｊン酸剤が付加された後、必要に応じては木材表
面の水洗等を施し、乾燥させて、改質木材が得られる。

なお、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、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。

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

実施例１− アガチス材の３鰭、１鶴厚ロータリー単板を熱水で煮沸
し、飽水状態にした。

得られた飽水単板を、水１１当たりにリン酸水素ニアン
モニウム３．５　ｍｏｌおよびオルトホウ酸４゜Ｑｍｏ
ｌが熔解された水溶液（第１液）中に２時間浸漬した。

次にこの単板を、水１１当たりに塩化バリウム２．Ｑｍ
ｏｌおよびオルトホウ酸２．０　ｍｏｌが熔解された水
溶液（第２液）中に２時間浸漬し、さらに上記第１液と
同組成の第３液中に１８時間浸漬して、木材内に不溶性
不燃性無機物を生成・定着させた。

得られた処理単機５枚（３１１ｙ１−３枚＋１龍厚２枚
）を、バラチオン（−〇、Ｏ−ジエチルー〇−ｐ−ニト
ロフェニルチオホスフェート）が１０％添加されたユリ
ア・メラミン系接着剤を用いて積層接着し、厚み１１關
の合板となった改質木材を得た。

実施例２〜５− 上記実施例と同様に無機物を含浸させた処理単板に、第
１表に示した有機リン酸剤付加処理を行って改質木材合
板を得た。なお、実施例４および５では、塗布により有
機リン酸剤を付加した後、有機リン酸剤を含まないユリ
ア・メラミン系接着剤を用いて同様に合板を作製した。

比較例 有機リン酸剤付加処理を行わないようにする他は、上記
実施例と同様にして合板を作製した。

−上記得られた改質木材（合板）について、ＪＩＳＡ　
１３２１に準じた難燃性試験を行い、発熱量ｔｄθ発煙
係数ＣＡおよび残炎を測定して、防火性（難燃性）を評
価した。

以上の結果を同じく第１表に示す。

第１表にみるように、有機リン酸剤による付加処理が行
われた実施例の改質木材はいずれも、比較例に比べて一
層高度なＨ燃性を備えていることが判明した。また、内
部に不溶性不燃性無機物を含むものであるため、寸法安
定性、力学的強度。

防腐・防虫性等に優れ、かつ、外観も良好な改質木材が
得られた。

〔発明の効果〕

この発明にかかる改質木材の製法によれば、層高度な難
燃性を有する改質木材を効率よく得ることができる。同
時に、この改質木材は、防腐・防虫性９寸法安定性、力
学的強度および外観等にも優れ、建材等として最適な、
高度な性能を備えている。

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同不溶性
   不燃性無機物を生成・定着させる改質木材の製法におい
   て、前記不溶性不燃性無機物が生成・定着された木材に
   有機系リン酸化合物を付加することを特徴とする改質木
   材の製法。