JPH02248204A - 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。

（ａ）　　無機物による被覆 Φン　炭化促進 （Ｃ）　　発炎燃焼における連鎖反応の阻害（切　不燃
性ガスの発生 （ｅ）　　分解・結晶水放出による吸熱（ｆ）　　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１１類によっては（ｂ）、　（Ｃ）、　（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、それを不溶性の無機物と適当
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
ト板は、可燃性木材を不燃性のセメントと約１対１の重
合配合比で混合し、板状に成形されたものであって、Ｊ
ＩＳにより準不燃性材料として認められているや ［有］）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。

（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Ｈ燃比
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、バルブ
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）中に木材を浸漬
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
こにおける空隙径が約０．１μｍであるのに対し、分散
粒子である不溶性不燃性無機物の流径は、通常、０．１
μｍ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種の水溶性無機物水溶液（両者
を順に［カチオン含有処理液」、「アニオン含有処理液
Ｊ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６１−２
４６００３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Ｂ） 上記方法によれば、木材の樹種が異なったり同じ樹種で
もロフトが違うと同じ条件で処理を行なっても、木材中
に生成する無機物量に差が生じ、安定した性能の改質木
材を得ることが困難になるものである。

以上の事情に鑑み、本発明は、どのような樹種及びロフ
トが異っても、木材中に生成する無機物量を一定にして
、高度な難燃性と寸法安定性を有し、防腐・防虫性、力
学的強度にも優れた改質木材を安定して製造する方法を
提供することを目的とする。

（課題を解決するための手段） 上記の目的を達成するため、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、処理液の比重
を測定することにより、木材に含浸される含浸量の終点
管理を行うことを特徴とする改質木材の製法を発明の要
旨とするものである。

本発明は、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・定着させるようとする改
質木材の製法において、その終点管理に処理液の比重を
測定する方法を用いるようにする。

（作　用） 前記の水溶性無機物水溶液（以下処理液）は高含浸率の
改質木材を得るために高濃度の水溶液を用いているため
、その比重は１．２〜１．４程度となる。また、その処
理液に改質すべき木材を浸漬すると、木材中に無機物が
拡散等により含浸するため、処理液中の無機物濃度は低
下し、従って処理液の比重も低下する。このように処理
液の比重を測定することにより、容易に木材中へどの程
度の量の無機物が含浸されたかがわかる。これによって
、処理液の比重を測定することにより、木材処理の終点
管理を行うことができる。

無機物濃度の低下を測定する方法には、直接水溶液中の
各イオン濃度を分析する（例えばイオンクロマトグラフ
ィー）方法もあるが、分析に時間がかかり、実際生産工
程での管理方法として用いるのは適当ではない、比重測
定法であれば処理液の比重変化が０．２〜０．５程度あ
りフロート式の比重計で充分測定可能であり、測定時間
も２〜３分と非常に短時間である。

本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、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、一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、に等のアルカリ金属、Ｍｇ、
Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ等のアルカリ土類金属、Ｍｎ、Ｎｉ、
Ｚｎ、Ｃｄ等の還移元素、Ｓｌ、Ｐｂ等の炭素族元素、
およびＡ／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、＾２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
３、ＰＯ４、ＣＯ３、５０４およびＯＨアニオンが、好
例として示される。ＢＯ，アニオンでは前記難燃化メカ
ニズム（＋））および（ｅ）による効果、ＰＯ４アニオ
ンでは同（ｂ）、ＣＯ，アニオンでは同（ロ）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、例えばＯ，Ｎｏ、。

５ｉＯａ、　５ｉｎｓアニオン等であっても構わない。

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
水に溶かすことにより、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、ＭｇＣｆｆ１．　、　Ｍｇ［ｌｒｚ　、　Ｍｇ５
０４　　・１１！Ｏ。

Ｍｇ（ＮＯｓ）ｔ　・６８ｔＯ，ＣａＣ１ｇ　、　Ｃａ
Ｂｒｚ　、　Ｃａ（Ｎｏ、）ｇ。

ＢａＣｊ！ｔ　　−２ｎｔｏ、　ＲａＢｒ１　、　Ｂａ
（ＮＯ３）ｚ、　１４ｅＣ１＊ＡＩ！、Ｂｒｓ　、　Ａ
ｌ２ｔ（Ｓｏｎ）ｔ　、　Ａｊ！　（ＮＯ３）ｚ　・９
ＨｚＯ。

ＺｎＣ１ｔ等が一例として挙げられるが、これらに限定
はされない。水に溶けて上記所望のアニオンを生じさせ
る無機物としては、Ｎａ１ＳＯａ、　（Ｎ）ＩＪｚＣＯ
ｚ。

１２Ｓ０４　、　Ｎａ１ＳＯａ、　（ＮＨａ）ｇｃＯａ
＋）ＩｇＰＯｍ　、　Ｎａ１ＳＯａ。

（ＮＨ４）ＪＰＯｎ、　ＨＪＯｔ＋ＮａＢＯ２，Ｎｌ１
４ＢＯ１等が一例として挙げられるが、やはり、これに
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／アニオン含有量処理液
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
オンが早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、加圧上含
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
有させて、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
ニオン含有量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・・・笠の含浸処理方法も、特に限定されることはな
く、たとえば、減圧上含浸等を行うこともできる。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ない。

こうして不溶性不燃性無機物を生成させる過程で、処理
液の比重を測定することが、本発明の特徴である。

比重の測定は処理標準時間の８０％（標準時間が１０時
間の場合には８時間）の時間から測定を初め、８５，９
０．９５％と５％きざみの時間で測定を行い、目標の比
重以下になった時点で処理を終了させる。測定の時間間
隔は前記の程度が好ましいが、要求性能が低いものにつ
いては、さらに間隔を拡げても差支えない。また比重が
連続的に測定できる装置を用いて、目標比重以下となれ
ば表示ができるようにすればより効率的である。

以上が含浸処理操作であり、その後、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。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、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、この発明の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） 次に本発明の実施例について説明する。

なお実施例は一つの例示であって、本発明の精神を逸脱
しない範囲で、種々の変更あるいは改良を行いうろこと
は云うまでもない。

アガチス材の３１１１＊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い、木材内
部にまで充分に水を含浸させた。

得られた飽水単板を、１１当たり塩化バリウム２、（１
＋ｏｌおよびオルトホウ酸７−Ｏｍｏｌを含む水溶液（
第１液）中に、６０°Ｃで標準時間２４時間浸漬し、そ
の後、単板を取り出して水洗１，２、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８．（１＋＋ｏｌおよびオルトホウ酸６．
０ｍｏｌを含む水溶ａ（第２液）中に、６０°Ｃで標準
時間２４時間浸漬し、単板中に不溶性不燃性無機物を生
成・定着させた。

その後水洗し、乾燥させて改質木材を得た。

この過程で、処理時間２０ｈｒ以後からｌｈｒ毎に比重
を測定するという方法で終点管理を第１、第２液につい
て行なったところ、含浸率のロット平均値±５％に入る
ようになり終点管理を行なわない場合の±１５％と比較
して非常にバラツキが小さくなった。

（発明の効果） 叙上のように本発明によれば、処理液の比重を測定する
ことにより、木材に含浸される含浸量の終点管理を行う
ことにより含浸率のロット毎のバツキが低減でき、高度
な難燃性、寸法安定性を備えた改質木材が安定的に効率
よく得られる。同時に、この改質木材は防腐・防虫性、
力学的強度および外観等にも優れ、建材等として最適な
、高度な性能を備えたものである。

（ばか１名） 手　　続　　補　　正　　書　（自発）平成１年５月１
７日 １、事件の表示 平成１年　特許願第７０２１１号 ２、発明の名称 改質木材の製法 ３、補正をする者 事件との関係　特許出願人 名　称　（５８３）松下電工株式会社 ４、代理人　〒１６０ 住　所　東京都新宿区西新宿７丁目５番１０号第２ミゾ
タビルディング７階 ６、補正の内容 （１）明細書第６頁第１１行目の「流径」を「粒径」と
訂正する。

（２）同第９頁第１１行目の「０．２〜０．５」をｒＯ
，０２〜０．０５４と訂正する。

（３）同第１６頁第５及び第６行目の「バツキ」を「バ
ラツキ」と訂正する。

Claims (1)

【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
   法において、処理液の比重を測定することにより、木材
   に含浸される含浸量の終点管理を行うことを特徴とする
   改質木材の製法。