JPH0260704A - 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だめの改質方法は、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 （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 （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
、無機物の種類によっては（ｂ）、　ｆｃ）、　ｆｄ）
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
ト板は、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、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、！ｉ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、歯頚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、最も狭い部分はビ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、分散粒
子である不溶性不燃性無機物の粒径は、通常、０．１μ
曹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
」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題〕

上記の方法では、通常、原料木材として、丸太をロータ
リーレースした単板や、製材した角材等を用い、これら
の木材を飽水状態にしたのち、所定数の上記処理液中に
順次浸漬して、不溶性不燃性無機物を含ませるようにし
ていた。しかしながら、この方法によると、厚みの厚い
木材の場合、木材内部まで処理液を充分に含浸させるこ
とが難しいため、内部まで均一に不溶性不燃性無機物を
生成させることは非常に困難であった。内部まで均一に
不溶性不燃性無機物が含まれていない改質木材では、難
燃性や寸法安定性等の性能が劣ると共に、同無機物の含
まれていない部分を通って菌や虫が奥に侵入していく恐
れも大きい。したがって、厚い木材に対しても内部まで
均一に不溶性不燃性無機物を含ませることができるよう
な製法の開発が望まれていた。

これを受けて発明者らは先に、原料木材として立木を用
い、根元から処理液を含浸させる方法を検討している（
特願昭６１−３０６７２４号明細書）。同法によれば、
処理液を根元に散布する等の非常に簡単な操作で、立木
の大きさにかかわらず木材内部まで均一かつ充分に不溶
性不燃性無機物を含ませることができるのであるが、他
方で、使用する処理液の無駄が多く、コスト高で効率が
悪いという欠点を有していた。すなわち、同法の実施に
あたって、具体的には、たとえば毎日立木の根元に数リ
ットルの処理液を直接散布する必要があり、その結果、
立木内に含浸されずに、土に吸収されて土中に°浸透し
ていったり流されたりして消失する処理液量も少なくな
いためである。また、根元から吸収させる場合、その吸
収速度が遅く、立木の大きさによってはかなりの時間が
かかることが明らかになった。さらに別の視点からは、
土壌の汚染を引き起こすという問題もあった。

以上の事情に鑑み、この発明は、内部まで均一に不溶性
不燃性無機物を含んだ改質木材を、低コストで効率よく
、かつ、土壌等を汚染することなく得られる製法を提供
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であって、前
記原料木材として立木を用い、同立木側面に設けられた
穴から前記水溶性無機物水溶液を含浸させるようにする
〔作　　　用〕 この発明では、立木側面に設けた穴から処理液を流し込
んで含浸させるようにするため、土壌の汚染の心配がな
いと共に、処理液に無駄が出ることもなく、低コストで
効率のよい処理が可能となる。また、根元から吸収させ
る場合に比べ、格段に速く吸収させることができ、時間
的な意味での処理効率も向上する。さらに、処理自体、
側面の穴から処理液を含浸させるだけであるから、従来
の製法（単板を複数の処理液に順次浸漬する等）に比べ
て非常に簡単である。加えて、生きた立木に吸収させる
ため、立木の大きさにかかわらず、内部まで均一に充分
な量の不溶性不燃性無機物中含ませることができる。

〔実　施　例〕

以下にこの発明を、その一実施例を表す図面を参照しつ
つ詳しく説明する。

はじめに、立木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、に等のアルカリ金属、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、
およびＡ１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。

不溶性不燃性無機物を構成するアニオンとしては、ＢＯ
，、ＰＯ，、ｃｏｓ　、Ｓｏ、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（ｂ）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（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，ＮＯｘ　、　
　Ｓ　！　０４　、　　Ｓ　ｉ　Ｏｘ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
ン含有処理液が鋼製される。画処理液の濃度は、従来の
ように木材（単板等）を処理液中に浸漬して含浸させる
場合よりも薄くして用いることが好ましい。

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、ＭｇＣＬ　、ＭｇＢｒｚ　、ＭｇＳＯ４・Ｈｚ　
Ｏ，Ｍｇ　（Ｎｏｔ）ｚ　　・６Ｈｚ　Ｏ，ＣａＣ１ｚ
　＋　　ＣａＢｒｘ　、Ｃａ　　（Ｎｏｗ）ｉ　、Ｂａ
Ｃ１ｇ’２Ｈｚ　Ｏ，ＢａＢｒｘ　、Ｂａ　　（Ｎｏｔ
）ｚ　、ＡｔＣＬ　、ＡＩＢｒｘ　、Ａｌｔ　　（ＳＯ
４）＊　、ＡＩ（Ｎ　０ｘ）ｘ　　・９　Ｈｚ　Ｏ，Ｚ
　ｎ　Ｃｌ　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、Ｎａｇ　Ｃｏ１　＋　　（ＮＨ
ａ）ｉ　Ｃｏ１．ＨｇＳＯ４、Ｎａｇ　　ＳＯ４１（Ｎ
Ｈ４）ｔ　　ＳＯ４、ＨＩＰＯａ　　、　　Ｎａｇ　　
ＨＰＯａ　　、　　　（ＮＨａ）ｉ　　ＨＰＯ４。

Ｈｚ　Ｂｏｗ　、ＮａＢＯｘ　、ＮＨ４Ｂｏｇ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。

この発明における立木の改質処理は、以上のカチオン／
アニオン含有画処理液を用いて、以下のようにして行わ
れる。なお、原料木材となる立木の樹種や大きさ等につ
いては、何ら限定されることはない。

改質しようとする立木の側面には、あらかじめドリル等
で処理液含浸用の穴を設けておく。穴の数１位置および
大きさ（径、深さ）等は特に限定されず、立木の大きさ
等に合わせて適宜設定することができる。たとえば、立
木が高くて上部まで充分に処理液が行き渡らない恐れが
ある場合は、立木の下方、上方、その中間等の任意の箇
所に複数の穴を設すてもよいし、立木の幹が非常に太い
場合などには、左右両側面から穴をあけることもできる
。

さらに具体的には、たとえば第１図にその部分断面図を
示したように、立木１の側面に、直径数センチで深さが
立木径の１／３程度の穴２をドリルであける。好ましく
はそこに、隙間が生じないように（液漏れがないように
）パイプ３を差し込み、立木から出ている方のパイプ３
の他端を上に向けて、その先に漏斗状の器４を取り付け
、この器４内にカチオン／アニオン含有処理液５を多量
に溜めておけるようにする。なお、上記パイプ３および
漏斗状の器４は、ステンレス、プラスチック等のさびな
い材質からなるものであることが好ましい。

このようにして形成された穴に、上記カチオン画処理液
フ両処理液のうちのいずれか一方（第１液）を流し込ん
で、立木中に含浸させる。このとき、途中で処理液がな
（なってしまわないように補給しつつ、一定期間かけて
充分に吸収、含浸させることが好ましい。

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）を同
様に吸収、含浸させて、立木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。

このようにして、内部に不溶性不燃性無機物を含む立木
を得たのち、この立木を用途に合わせた任意のサイズに
製材するなどして、目的とする改質木材を得ることがで
きる。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、穴は立木に対して水平に設けられてい
る必要はなく、斜め下方に向かう穴を形成し、特にパイ
プ等を付けずに直接その穴に処理液を流し込むようにし
てもよい。

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。

一実施例１− 高さ３〜４ｍのサクシの立木の側面、根元から高さ５０
ｃｍの位置に、直径’１ｃｍ、深さ１０ｃｍの穴をあけ
、その穴から塩化バリウム水溶液（０，０５ｍｏｌ／Ａ
ｔ；第１液）を毎日５Ｎずつ１カ月間与えて吸収させた
。１力月おいて、リン酸水素二アンモニウム水溶液（０
，０５ａ＋ｏｌ／ｊ！　；第２液）をやはり毎日５１／
１カ月間与えて吸収させ、立木中に不溶性不燃性無機物
を生成・定着させた。その後、この立木を切り倒して製
材し、改質木材を得た。

得られた改質木材の木材組織内を電子顕微鏡で観察した
ところ、細胞膜内まで不溶性不燃性無機物が含まれてい
ることが判明した。また、全体的に均一に充分な量の不
溶性不燃性無機物が含まれていることも明らかとなった
。さらに、この改質木材は、防腐・防虫性に優れ、難燃
性や寸法安定性等の性能も、従来の製法により得られた
改質木材と同程度であった。

一実施例２− 第１液として、塩化カルシウム水溶液（濃度は同じ）を
用いるようにする他は、実施例１と同様にして改質木材
を得た。

一実施例３− 第２液として、硫酸ナトリウム水溶液（濃度は同じ）を
用いるようにする他は、実施例１と同様にして改質木材
を得た。

一実施例４− サクシに代えて広葉樹のブナを用いるようにする他は、
実施例１と同様にして改質木材を得た。

一実施例５− サクシに代えて広葉樹のクリを用いるようにする他は、
実施例１と同様にして改質木材を得た。

一実施例６− サクシに代えてスギを用いるようにする他は、実施例１
と同様にして改質木材を得た。

一実施例７ サクシに代えてマツを用いるようにする他は、実施例１
と同様にして改質木材を得た。

実施例８ サクシに代えてツガを用いるようにする他は、実施例１
と同様にして改質木材を得た。

以上の実施例２〜８で得られた改質木材には、いずれも
、全体的に均一に充分な量の不溶性不燃性無機物が含ま
れており、実施例１で得られたものと同等の性能を有し
ていた。

実施例９− サクシに代えて、導管の太いケヤキを用いるようにする
他は、実施例１と同様にして改質木材を得た。

得られた改質木材は、実施例１で得られたものよりも多
量の不溶性不燃性無機物を全体的に均一に含んでおり、
実施例１の改質木材に勝るとも劣らない優れた性能を備
えていた。

一実施例１〇− 処理液の含浸期間を２倍の２力月とする他は、実施例１
と同様にして改質木材を得た。

得られた改質木材には、実施例１で得られたものよりも
多量の不溶性不燃性無機物が全体的に均一に含まれてお
り、その難燃性、防腐・防虫性。

寸法安定性等の性能は、実施例１の改質木材よりも優れ
ていることが確認された。

〔発明の効果〕

この発明にかかる改質木材の製法によれば、内部まで均
一に充分な量の不溶性不燃性無機物を含み、難燃性、防
腐・防虫性１寸法安定性等に優れた改質木材を、低コス
トで効率よく、かつ、容易に得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の一実施例を模式的に表す部分断面
図である。 ■・・・立木　２・・・穴　５・・・水溶性無機物水溶
液代理人　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、前記原料木材として立木を用い、同立
   木側面に設けられた穴から前記水溶性無機物水溶液を含
   浸させることを特徴とする改質木材の製法。