JPH0260706A - 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）１寸法安定性
、防腐・防虫性、力学的強度２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。

（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ｆｄ）　　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（ａｌ以外にも
、無機物の種類によっては（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対工の重
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、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
うるものを含んでいれば、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、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。

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、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、最も狭い部分はピン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
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）
である。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〕

上記の製法において、目的とする不溶性不燃性無機物生
成に関与しなかった、水に易溶な無機物（イオン）が木
材内に多量に残されると、それらが種類によっては木材
の難燃性向上に貢献する一方で、木材の吸湿量を高めて
耐湿性（耐水性）、ひいては寸法安定性す低下を招く場
合があることが知られている。そこで、従来、木材の耐
湿性や寸法安定性を確保するために、無機物含浸処理後
の木材から可溶性成分を除去する、いわゆる溶税処理工
程を設けることも行われてきたが、それにより、難燃性
向上に有用な可溶性成分が除去されて、その分の難燃性
の低下は避けられない、という矛盾が起こっていた。

こうした事情に鑑み、この発明は、高度な耐湿性と寸法
安定性および難燃性を備えると共に、防腐・防虫性、力
学的強度等にも優れた改質木材を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に検討を重ねた結果、不溶性不
燃性無機物と共にアミノ系樹脂をも木材内に定着させる
ようにすれば、木材内の水に易溶な無機物を溶出してこ
ないように固定化できることを見出し、この発明を完成
させるに至った。

したがって、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、前記水溶性無機物水溶液によ
る含浸処理に先立ち、アミノ系樹脂および／またはその
原料化合物を原料木材に含浸させるようにして、木材内
に前記不溶性不燃性無機物と共にアミノ系樹脂をも定着
させるようにする。

〔作　用〕

先に含浸されたアミノ系樹脂やその原料化合物と、後か
ら含浸される不溶性不燃性無機物生成のための水溶性無
機物とは、木材内で互いに反応あるいは相互作用をする
。すなわち、後から注入される水溶性無機物は、木材内
でアミノ系樹脂の硬化を促進させたり、樹脂と反応した
りするのである。換言すると、アミノ系樹脂やその原料
化合物は、水溶性無機物の作用を受けて硬化２反応して
樹脂として定着しつつ、化学的な結合あるいは相互作用
、包接等により同水溶性無機物を固定化・定着させる。

その結果、木材の耐湿性や寸法安定性を高度に維持しつ
つ、易溶性無機物の持つ難燃性能等を充分に活用して、
木材の難燃性能を一層向上させることが可能となる。

この発明では、まず最初にアミノ系樹脂および／または
その原料化合物を含浸させるようにするため、そのため
の処理液（以下、これを「樹脂用処理液」と称す）は何
ら汚染されることがなく、同時に、この樹脂用処理液は
硬化剤あるいは硬化促進剤等を含まないため、同処理液
中で硬化反応等が進むことはほとんどない。したがって
、樹脂用処理液の可使時間が長（、繰り返し使用が可能
で、コストダウンが図れる。仮に、先に木材内に不溶性
不燃性無機物を生成させた後、後から樹脂用処理液を含
浸させるようにすると、含浸のため木材を樹脂用処理液
中に浸漬した際等に木材内の無機物が処理液中に流れ出
てきて、処理液中での硬化等が進行してしまう恐れがあ
る。

また、上記のように、後から樹脂用処理液の含浸を行う
場合は、水溶性無機物水溶液による処理木材をいったん
乾燥させてから減圧下で樹脂用処理液を含浸させ、その
後加熱等により樹脂化を行うといった工程が考えられる
が、この発明の方法では、このような手間が省け、−層
効率のよい製造が可能となる。

〔実　施　例〕

この発明に用いられる改質のだ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９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。

まず、アミノ系樹脂および／またはその原料化合物の含
浸について説明する。

用いられるアミノ系樹脂およびその原料化合物としては
、特に限定はされず、また、２種以上を併用することも
できる。具体的にはたとえば、ユリア樹脂および変性ユ
リア樹脂、メラミン樹脂および変性メラミン樹脂、グア
ナミン樹脂、アニリン樹脂、スルホアミド樹脂、および
それらの樹脂の低縮合物（オリゴマー）ないしモノマー
成分等が挙げられる。これらはそのまま、ある、いは適
当な溶剤で希釈して、樹脂用処理液とすることができる
。ただし、水溶性の樹脂や原料化合物を用いて水溶液と
して含浸させるのが、ν降の水溶性無機物含浸処理にも
好都合である。すなわち、樹脂用処理液が水溶液であれ
ば、それによる処理木材中の水を媒体として、水溶性無
機物水溶液中のイオンが速く拡散していくようになり、
後の含浸処理時間を短縮することができるためである。

上記樹脂用処理液の含浸法は、特に限定はされず、通常
の浸漬法の他、減圧下含浸、加圧下含浸等を任意に選択
できる。ただし、短時間で多量に含浸させるためには、
減圧法による含浸を行うことが特に好ましい。なお、同
減圧含浸の場合は、乾燥したままの通常の状態にある木
材をそのまま用いることが好ましいが、常圧下での浸漬
含浸を行う場合等は、含浸処理に先立ち、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
くことが推奨される。

次に、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、に等のアルカリ金属、Ｍｇ、
Ｃａ、　　Ｓｒ、Ｆ３ａ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、Ａ１等が好ましく使用できる。なかでも、アルカ
リ土類金属（Ｍｇ。

Ｃａ、Ｂａ）およびＺｎＸＡｔ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，、Ｇｏ、、ＳＯ２およびＯＨアニオンが、好
例として示される。Ｂｏｘ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（ｂｌ、ＣＯｓアニオンでは同（ｄ）による効
果が得られるために、−ｍ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，ＮＯｓ　、５
ｉｆ４ｔ　　Ｓｔｏｗ　、ＦＣｌ、Ｂｒ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、ＭｇＣ１ｍ　、ＭｇＢｒ＊　９Ｍｇ５０４　　・
Ｈｚ　０９Ｍｇ　（ＮＯｓ）ｚ　　・６Ｈｚ　Ｏ，Ｃａ
Ｃｌｘ　＋　Ｃａ　Ｂ　ｒ　＊　＋　　Ｃａ　　（ＮＯ
ｓ）ｚ　＋　Ｂ　ａ　Ｃｌｘ’　　２Ｈｔ　　Ｏ，Ｂａ
Ｂｒｔ　　、　　Ｂａ　　（ＮＯｘ）ｚ　　、　　Ａｔ
ＣＬ　　、　　ＡｌＢｒ、、Ａ、１．　　（ＳＯ４）、
、ＡＩ（ＮＯＩ）！　　・９Ｈ，Ｏ，ＺｎＣｔｚ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　ＣＯ２Ｉ　　ｃＮＨ４）！　ｃｏｔ　、Ｈｇ
ＳＯ４、Ｎａｇ　ＳＯ４１（ＮＨ４）ｔ　３０４　、Ｈ
ＸＰＯＡ　、Ｎａｇ　ＨＰＯ４、（ＮＨ４）！　ＨＰＯ
４。

Ｈ！　ＢＯｘ　、ＮａＢＯｚ　、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。

以上のカチオン／アニオン含有画処理液を、上記の樹脂
用処理液を含浸させた処理木材にさらに順次含浸させ、
木材内に不溶性不燃性無機物を定着させるようにする。

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、同処理液中に上記処理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、上述のように
、いずれの水溶性無機物もアミノ系樹脂の硬化促進等を
行うが、特に第１液がリン酸イオンを含んだアニオン含
有処理液等であれば、アミノ系樹脂とリン酸イオンとの
直接的なエステル結合の生成等が期待できるために、−
層好ましい。また、第１′／＆の含浸時に加熱を行うこ
とにより、樹脂の硬化等を同時に進行させることができ
、工程の簡略化にもつながる。

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）を同
様に含浸させて、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、減圧下で含浸させることもできる。

以上のようにして、木材内にアミノ系樹脂と不溶性不燃
性無機物とを定着させた後、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、上記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
７、比較例と併せて説明する。

一実施例１− アガチス材の３重曹厚ロータリー単板を減圧可能な容器
内に入れ、３０Ｔｏｒｒ程度で２時間の減圧を行った後
、同減圧状態を保ったまま、メラミン樹脂水溶液（■三
相ケミカル製サンコートＰＷ７０１）を容器内に導入し
て単板を完全に浸漬させた。この状態で３０分間の含浸
を行い、その後、単板を取り出して水洗し、表面に付着
した樹脂用処理液を洗い流した。

次に、上記処理単板を、水Ｉｆ当たりにリン酸水素二ア
ンモニウム３．５ｍｏｌおよびオルトホウ酸４．０ｍｏ
ｌが溶解されたアニオン含有処理液（第１液）中に６０
℃で２４時間浸漬し、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。続いてこの単板
を、水１１当たりに塩化バリウム２．０ｍｏｌが溶解さ
れたカチオン含有処理液（第２液）中に６０℃で２４時
間浸漬し、単板内に不溶性不燃性無機物を生成・定着さ
せた。

その後、同単板を水洗、乾燥させて、改質木材を得た。

一実施例２〜５− 上記実施例と同様に樹脂用処理液を含浸させた単板に対
し、第１表に示した処理液を同様に浸漬含浸（いずれも
６０℃／２４時間）させて、改質木材を得た。なお、実
施例４および５では、樹脂用処理液として、群栄化学工
場側製ＭＬ３２１０メラミン樹脂水溶液を用いた。また
、実施例２および４では、第３液の浸漬含浸も行った。

−比較例１，２− 樹脂用処理液による処理を行わないようにする他は１．
上記実施例と同様にして、不溶性不燃性無機物のみを含
む改質木材を得た。

上記得られた改質木材について、アミノ系樹脂と無機物
とを合わせた全含浸率、難燃性、耐湿性（吸湿性）、防
腐・防虫性１寸法安定性（抗膨潤能；ＡＳＥ）を調べた
。上記全含浸率は、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。ｉｌ燃性については、
ＪＩＳ　Ａ　１３２１における難燃■級を◎、難燃ｍ級
をΔとし、その中間の性能を○として評価した。耐湿性
は、６０℃／９５％ＲＨ下に４８時間放置した後の外観
を評価し、通常の未処理木材と同等の場合を０．水に浸
したような状態になるものを×、湿ったような状態にな
るものをΔとした。防虫性では、ＪＷＰＡ規格第１１号
に準じて３週間後の死生率（％）を、防腐性では、ＪＷ
ＰＡ規格第１号に準じて６週間後の重量減少率（％）を
それぞれ調べた。

以上の結果を同じく第１表に示す。

第１表にみるように、アミノ系樹脂および不溶性不燃性
無機物が共に定着された実施例の改質木材はいずれも、
比較例に比べて高度な耐湿性および寸法安定性を備え、
かつ、難燃性、防腐・防虫性にも優れていることが判明
した。さらに、実施例では、木質感が損なわれることな
く、外観的にも良好な改質木材が得られた。それに対し
比較例の改質木材では、多量の易溶性無機物が固定化さ
れずにそのまま含まれているため、耐湿性および寸法安
定性が低下している。

〔発明の効果〕

この発明にかかる改質木材の製法によれば、耐湿性（耐
候性）および寸法安定性に優れ、高度な難燃性を有する
改質木材を、低コストで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、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。

手続補正書山如 １．１９牛の耘 昭和６３年特許擲２１２９７３号 ３、？鉦をする者 羽生との側糸　　　特許仕■毘入 住　　　所　　　　大阪府門真市大字門真１０４８番地
名　称（５８３）松下電工株式会社 代表者　ｆ豐−役　三　好　俊夫 ４、代理人 な し 代理人　弁理士　　松　本　武　彦 ６、補正の対象 明細書 ７、補正の内容 ■　明細書第１８頁第１７行に「群栄化学工場＠！ｉ！
ＭＬ３２１０Ｊとあるを、「群栄化学工業■製ＭＬ３１
２０」と訂正する。

■　明細書第２０頁第１表の理外に［メラミン樹脂Ｂ：
ＭＬ３２１０Ｊとあるを、「メラミン樹脂Ｂ：ＭＬ３１
２０Ｊと訂正する。

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、前記水溶性無機物水溶液による含浸処理に先立ち、
   アミノ系樹脂および／またはその原料化合物を原料木材
   に含浸させるようにして、木材内に前記不溶性不燃性無
   機物と共にアミノ系樹脂をも定着させることを特徴とす
   る改質木材の製法。