JPH02252502A - 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
含ませることにより、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 （ｂｌ　　炭化促進 （ｅ）　　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（ｆ）　　発泡
層による断熱 ここで、木材中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）
などのメカニズム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、前記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、木材から溶は出す
おそれが少ないので、前記効果が薄れるといった心配も
少ない。

前記（ａ）から（ｄ）までのメカニズムについて、つぎ
に詳しく説明する。

（ａ）の無機物による被覆は、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す
ることにより難燃化し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３対工ないし１対１の重量配合比で
混合し、板状に成形したものであって、ＪＩＳで準不燃
材料として認められている。

（′ｂ）の炭化促進は、つぎのようなメカニズムである
。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、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。この炭化層が断熱層と
して作用し、難燃効果が生じる。したがって、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、難燃効果が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
ハロゲンを含んでおれば、このメカニズムによる難燃効
果が得られる。

（ｄ）の不燃性ガスの発生は、つぎのようなメカニズム
である。すなわち、炭酸塩、アンモニウム塩等の化合物
が、熱分解により炭酸ガス、亜硫酸ガス、ハロゲン化水
素などの不燃性ガスを発生し、これらのガスが可燃性ガ
スを希釈することにより燃焼を妨げ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炭酸塩等の
不燃性ガスを発生しうるちのを含んでいれば、このメカ
ニズムによる難燃効果が得られる。

つぎに、木材の防腐・防虫化について説明する。菌類が
木材を腐敗させる際、まず、菌糸が木材内腔中へ侵入す
ることが不可欠である。しかし、木材内腔中に異物が存
在すると菌糸が侵入できず、結果的に腐敗しにくくなる
。木材内腔中の異物は、特に防腐効果のある薬剤（防腐
剤）である必要はなく、菌類の養分になるものでなけれ
ば、何であっても良い。防虫についても防腐と同じであ
る。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。ただし
、前記異物は、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。

さらに、木材の寸法安定化および力学的強化について説
明する。木材を水で膨潤させておき、この状態で木材細
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、寸法安定化効果および力学的強度強化効果が得られ
る。すなわち、木材細胞内腔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、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、水に熔け
にくい無機物も使いうる。したがって、不溶性不燃性無
機物を木材細胞壁中に固定すれば、寸法安定性および力
学強度を向上させうる。

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

一般に、不溶性不燃性無機物をそのまま水などの溶媒に
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。これは、つぎの
ような理由による。

すなわち、木材中に浸透する際に処理液が通過する経路
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０．１μであるのに対し、分散し
た不溶性不燃性無機物の粒子の径は、普通、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（特開昭６１−２４６００３号公報参照
）。すなわち、混合することにより互いに反応して、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」と称する）を、水溶性
無機物を水に溶解させることにより調製し、雨水溶液を
順に原料木材中に含浸させ、木材中でカチオンとアニオ
ンとを反応させて不溶性不燃性無機物を生成させる方法
を開発した。

この方法によれば、固体粒子として浸透させるのではな
く、水などの媒体に溶存した状態で浸透させるので、含
浸が容易であり、極めて多量の不溶性不燃性無機物を効
率良く木材中に含ませることができる。したがって、防
腐・防虫性および寸法安定性の優れた改質木材を得るこ
とができる。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところが、発明者らのその後の研究によれば、前記のよ
うにして得られた改質木材は、曲率を持つ形状などへ成
形する際に、割れが生じるという問題があることがわか
った。

こうした事情に鑑み、この発明は、優れたＮ燃性、寸法
安定性、防腐・防虫性、力学的強度を有するとともに、
割れが生じに＜＜、優れた形状の安定性を付与する改質
木材の製造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、この発明にかかる改質木材の
製法は、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カチオン含有
処理液とアニオン含有処理液の組み合わせのうちの一方
を含浸させたのちに他方を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・定着させるにあたり、前記
原料木材を含浸時に所望の形状に固定しておくことを特
徴とする。

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、合
板等が例示される。それらの樹種等についても何ら限定
されることはない。

この発明において、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（不溶性生成物）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、リン酸水素塩、炭酸塩、硫酸塩、硫酸水素塩
、ケイ酸塩、硝酸塩、水素化物などが挙げられる。これ
らは、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、これらの化合物が木材セルロースと反応した
形で定着していてもよい。

また、１種の不溶性不燃性無機物中に、下記のカチオン
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。

上記不溶性不燃性無機物を構成するカチオン部分の元素
としては、たとえば、Ｎａ、に等のアルカリ金属、Ｍｇ
、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ等のアルカリ土類金属、Ｚｎおよび
Ａｌが好適な例として挙げられるが、たとえば、Ｍｎ、
Ｎｉ、Ｃｄ等の遷移元素やＳｉ、Ｐｂなどの炭素族元素
などであってもよく、特に限定はされない。

上記不溶性不燃性無機物を構成するアニオンとしては、
ＢＯ，、ＰＯ４、Ｇｏ、　、ＳＯ，およびＯＨアニオン
が好例として示される。　ＢＯｔ　、ＰＯ４アニオンで
は前記難燃化メカニズム（１））による効果、Ｃｏ８ア
ニオンでは同（ｄ）による効果が得られるため一層好適
である。しかし、これらに限定されることはなく、たと
えば、Ｆ、Ｃａ、Ｂｒ、０、、ＮＯｓ　％　５ｉｆ４．
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。

水に熔けて上記所望のカチオンを生じさせる無機物とし
ては、ＭｇＣ１ｇ　、ＭｇＢｒｘ　、Ｍｇ５Ｏａ　　・
Ｈｓ　０５Ｍｇ　（Ｎｏｔ）ｉ　　’　６Ｈ！　Ｏｓ　
ＣａＣ１１ｚ　、ＣａＢｒｍ　、Ｃａ　　（ＮＯｓ）ｓ
　、ＢａＣ１・２　Ｈｓ　Ｏｓ　Ｂ　ａ　Ｂ　ｒ＊　、
Ｂ　ａ　　（Ｎｏｗ）＊　、ＡＩ　Ｃ１１ｓ　ｓ　ＡＩ
　Ｂ　ｒ＊　、Ａｌｔ　　（ＳＯ４）１１Ａ１（Ｎｏｗ
）＊　　・９Ｈｚ　ＯｌＺ　ｎ　Ｃｉｌ　を等が一例と
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、Ｎ
ａ　１　ＣＯｓ、（ＮＨ，）、Ｃｏ、　、ＨｇＳＯ４、
Ｎａｇ　ＳＯ４、（Ｎ　Ｈ４）ｔ　Ｓ　０４、ＨｔＰＯ
４、Ｎａｇ　ＨＰＯ４、（Ｎ　Ｈ４）　ｔ　ＨＰ　Ｏａ
、Ｈｓ　ＢＯｓ　、ＮａＢｏｘ　、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
。

以上のカチオン含有処理液およびアニオン含有処理液を
原料木材に順次含浸させることにより、原料木材の無機
物処理が行われる。この発明では、含浸処理のときに、
原料木材を所望の形状に固定しておくのである。たとえ
ば、原料木材が平板である場合、所望の形状の固定台、
たとえば所望の曲率を示す面を持った固定台に前記原料
木材をしばり付けることにより、前記面に沿った形状に
曲げて変形させ、固定する。固定台としては、たとえば
、木片、プラスチックなどが使用される。

あるいは、原料木材をプレスなどにより曲げて変形させ
ておき、固定台にしばり付けていない状態にしてもよい
。なお、原料木材を所望の形状に固定する場合、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
しておくことが推奨される。ここで、上記飽水処理方法
は、水中貯木、スチーミング、減圧下含浸、加圧下含浸
など、特に限定されることはない。

前記両処理液の原料木材への含浸処理は、たとえば、以
下のように行われるが、下記のやり方に限定するもので
はない。

まず、両処理液のうちのいずれか一方（第１液、たとえ
ば、カチオン含有処理液）中に、上記のようにして所望
の形状に固定した原料木材を浸漬させるなどして、第１
液を木材中に含浸させる。

このとき、同含浸処理に先立ち、上述のように、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
しておくと、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、処理時間を短縮するこ
とができるという利点もある。

つぎに、上記第１液と反応する相手方のイオンを含んだ
処理液（第２液。たとえば、アニオン含有処理液）を同
様に木材に含浸させて、木材内部において不溶性不燃性
無機物を生成させる。

なお、一連の反応工程途中の任意の段階で、加熱処理を
行ってもよく、それにより、たとえば、含浸、反応等が
促進されて、−層の効果が得られる場合もある。

以上の含浸処理により、木材内に不溶性不燃性無機物を
生成・定着させた後、必要に応じては、木材表面の水洗
等を行い、乾燥させて、改質木材が得られる。なお、木
材の耐久性や耐候性を高めるために必要に応じては、溶
説処理を施して木材中に残されている可溶性の未反応イ
オンや副生成物等を除去したり、水洗等を行って木材表
層部に生成した化合物を除去したりしてもよい。木材内
に残さ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おそれもあるので、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。この溶説処理は、後処理浴を設けて水
中に長時間浸漬したり、流水中に放置して洗浄したりし
て行われる。また、改質木材の外観、すなわち木質感と
いう点に関しては、処理後、乾燥すると、木材表面に生
成した不溶性化合物が析出して木材全体が白く粉をふい
たようになって、外観が損なわれるというおそれもある
ため、処理後の木材を洗浄して外観を保つことも有効で
ある。他方、前記可溶性成分の中にも、やはり不燃性で
あって、木材の難燃化はもちろん、力学的強化や寸法安
定性等の向上にも寄与できる成分も多く含まれているた
め、それらを適宜残すようにして、その分の木材性能の
向上をはかるのも一策である。また、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の生成
反応を促進させることもできる。

この発明では、使用する処理液、含浸順序、含浸回数等
に限定はなく、たとえば、カチオン含有処理液および／
またはアニオン含有処理液を複数回繰り返し含浸させ、
生成物層の緻密化を図るようにしてもよい。両処理液の
少なくとも一方を、交互におよび／または連続して、複
数回含浸させる場合、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やまた、
各液の含浸処理方法、含浸処理時間等も、特に限定され
ることはなく、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液を減圧下含
浸させる場合には、上記飽水処理を行わなくてもよい。

なお、この発明では、カチオン含有処理液および／また
はアニオン含有処理液に、オルトホウ酸、ホウ砂、その
他のホウ酸化合物を添加しておいてもよい。これらの少
なくとも１つを添加しておくことにより、改質木材の燃
焼試験での難燃性向上において、ホウ酸が被覆作用によ
ってガスの発生を抑制するなどの働きが期待できる。ホ
ウ酸のこのような被覆作用を狙う場合、ホウ酸の使用割
合は特に限定はないが、２〜６　ｍｏｌ／　ｌとするの
が好ましい。この範囲よりも多いと、ホウ酸が析出する
おそれがあり、この範囲よりも少ないと、ホウ酸の被覆
作用が不充分になるおそれがある。

前記飽水処理、カチオン／アニオン含浸処理、溶脱処理
などに用いる浴の量は、特に限定はないが、たとえば、
未処理木材の重量の１０倍程度の量を目安として設定さ
れる。

〔作　　　用〕

この発明にかかる改質木材の製法によれば、アニオン含
有処理液およびカチオン含有処理液をそれぞれ含浸させ
る際に、原料木材を所望の形状に固定しておくため、所
望の形状に固定された改質木材を得ることができる。し
かも、成形時の割れが起こりにクク、優れた難燃性、寸
法安定性、防腐・防虫性および力学的強度を有し、形状
の安定性に優れた改質木材が得られる。

〔実　施　例〕 以下に、この発明の具体的な実施例および比較例を示す
が、この発明は下記実施例に限定されない。

一実施例１− アガチス材の３顛厚のロータリー単板を３０離Ｈｇ以下
に減圧して１時間保持したのち注水して、木材が完全に
水に浸ったところで常圧に開放し、室温でそのまま２４
時間放置して飽水状態とじた、得られた飽水単板の含水
率は、１５０％であった。

この飽水単板をＲ３０（曲率半径３０ｍｍ）の形状を有
する固定台にしばりつけて、同飽水単板をＲ３０の形状
に変形させて固定した。

固定した飽水単板を第１液（水１１に対し、Ｂａｃｆｆ
ｉ、を２モルおよびオルトホウ酸を２モルの割合で熔解
してなる水溶液。温度６０℃）中に２４時間浸漬し、続
いて、第２液（水１Ｎに対し、（ＮＨ，）□ＨＰＯ４を
３．５モルおよびオルトホウ酸を４．０モルの割合で溶
解してなる水溶液。温度６０℃）中に２４時間浸漬して
、木材中に不溶性不燃性無機物を生成・定着させた。そ
の後、ブラシで手洗いにより水洗した後、乾燥させて、
改質木材を得た。

一実施例２〜５ 上記実施例１と同様にして、第１表に示した条件で処理
し、改質木材を得た。

一比較例１ 実施例１で用いたのと同じ飽水単板を実施例１と同様に
して第１表に示す曲率で固定し、乾燥させた。含浸処理
は行わなかった。

一比較例２一 実施例１において、飽水単板を変形させずに含浸処理を
行い、乾燥後、その単板をＲ３０に成形したこと以外は
、実施例１と同様にして改質木材を得た。

実施例１〜５および比較例１．　２で得られた各改質木
材について、成形時の割れの有無（有・・・×、無・・
・Ｏ）、不溶性不燃性無機物の含浸率、寸法変化、難燃
性、防腐・防虫性および力学的強度を調べた。

不溶性不燃性無機物の含浸率は、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った。難
燃性は、ＪＩＳ　　Ａ１３２１における難燃■級を◎、
難燃■級を△、その中間の性能を○として評価した。寸
法変化は、改質木材を室温で１週間放置して形状の維持
を観察し、曲率半径の変化率が１０％未満を◎、２０％
未満を○、２０％以上を×として評価した。防腐・防虫
性は、腐敗および虫害に対応する木材重量の減少率で評
価し、はとんど減少しないものを◎、通常の未処理木材
と同等の場合を×、その中間のものを○として評価した
。力学的強度は、未処理のものの圧縮強度を△、未処理
のものよりも強い圧縮強度を○として評価した。以上の
結果を第１表に示した。

第１表にみるように、実施例１〜５では、いずれも、成
形時に割れが発生せず、寸法変化が少なく、変形後の形
状が安定していた。含浸処理を行っていない比較例１で
は、当然のことながら、寸法変化、ｉＩｆ燃性、防腐・
防虫性および力学的強度が他のものよりもはるかに劣っ
ていた。比較例２では、含浸処理の後に成形を行ったの
で、割れが生じた。

〔発明の効果〕

この発明にかかる改質木材の製法は、以上に述べたよう
に、原料木材を含浸時に所望の形状に固定しておくので
、成形時の割れが起こりにくく、優れた難燃性、寸法安
定性、防腐・防虫性および力学的強度を有し、形状の安
定性に優れた改質木材が得られる。

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カチオン含有処理
   液とアニオン含有処理液の組み合わせのうちの一方を含
   浸させたのちに他方を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・定着させる改質木材の製法であ
   って、前記原料木材を含浸時に所望の形状に固定してお
   くことを特徴とする改質木材の製法。