JPH026101A - 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） 現在、不溶性不燃性無機物を木材中に含ませて、Ｍ燃性
、防腐・防虫性および寸法安定性を付与した改質木材を
得る改質木材の製法が開発されている。

（発明が解決しようとする課題） 木材の難燃化について、つぎに説明する。

木材に難燃性を付与するための処理法として、種々の方
法がある。難燃化のメカニズムから分類すると、大体、
つぎのように分りられる。

（ａ）　　無機物による被覆 （ｂ）　　炭化促進 （Ｃ）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 木材中に不溶性不燃性無機物を含ませれば、前記（ａ）
のほか、無機化合物の種類によっては、伽）。

（Ｃ）その他のメカニズムによる効果も併せて期待でき
る。しかも、不溶性不燃性無機物は、木材から溶は出す
恐れが少ないので効果が薄れる恐れも少ない。

（ａ）、　（ｂ）および（Ｃ）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、不燃性の無機物と適
当な配合比で複合すれば、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１（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、Ｊ
ＩＳ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る。こうして形
成された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、難燃効果が高いものとな
る。（Ｃ）は、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場
合は、難燃効果が高いものとなる。

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、結果的に腐敗されに
くくなる。木材内腔中の異物は、特に防腐効果のある薬
剤である必要は無（、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。

さらに、木材の寸法安定化について説明する。

木材を膨潤させておき、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、寸法安定化効果が得
られる。固定物質として、水に溶け゛にくい無機物も使
うことができる。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、寸法安定性を向上させうる。

しかし、一般に、不溶性不燃性無機物をそのまま水に分
散させ、この分散液からなる処理液を木材中に浸透させ
ようとしても、木材中にはほとんど水しか浸透していか
ない。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透過するべき経路の内、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
空隙径は約０．　Ｉ　ｎであるのに対し、分散した不溶
性不燃性無機物の粒子は、′普通、０．　Ｉ　ｎよりも
かなり大きいからである。

そこで、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種の水溶性無機物水溶液の一方を木材に含浸さ
せたのち、他方を木材に含浸させることにより、木材組
織内に不溶性不燃性無機物を分散定着させるようにする
ことが行われている。

水溶液であれば木材の組織内に含浸させることが面単に
できるからである。より具体的には、たとえば、反応し
て、不溶性不燃性無機物を生じうるイオン同志を別々に
含ませた二つの水溶液を、水溶性無機物を水に溶解させ
ることによりつくり、雨水溶液を順に木材に含浸させる
。そして、木材中でイオン同志を反応させて、不溶性不
燃性無機物を生じさせる。従来は、普通、単独の水溶性
無機物を含む水溶液の組み合わせ（単独溶液系の掛は合
わせ）が用いられ、たとえば、ＣａＣ１ｚを含む水溶液
とに、ＣＯ３を含む水溶液とを木材に含浸させたり、Ａ
ｌＣｌ３を含む水溶液と（ＮＨａ）　ＺＩＩＰＯ−を含
む水溶液とを木材に含浸させたりして、木材中に不溶性
不燃性無機物を生成させるようにしている（特開昭６１
−２４６００３号公報）。

しかしながら、生成する無機物はほとんど単一成分であ
り、複数の特性が要求される場合、−層の性能向上が求
められていた。

この発明は、このような問題を解決するためになされた
ものであって、従来よりも一層性詣の優れたものを得る
ことができる改質木材の製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） 上記目的を達成するため、この発明は、改質しようとす
る原料木材に対し、まず混合することにより不溶性無機
物を生じさせるカチオン含有処理ン＆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後に他方を
含浸させることにより、木材組織内に前記無機物を生成
・定着させる０次いで、その改質木材を、生成無機物あ
るいは未反応残留成分と反応する処理液にあとから含浸
させ、初めに生成した無機物の表面あるいは内部に、別
の不溶性無機物を生成させることを特徴とする改質木材
の製法である。

（作用） 本発明によれば、木材内部に不溶性無機物を生成・定着
させるにあたり、複数回の不溶性無機物生成操作を行う
ため、異なった不溶性無機物が木材内部で、あたかも層
状に定着され、その結果、難燃性、防腐・防虫性２寸法
の安定性、硬度などに優れた改質木材をうることができ
る。

以下に、この発明の詳細な説明する。

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９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、特に限定はされず、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、フッ化物、
臭化物、水酸化物等が挙げられ、２種以上の無機物が木
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
チオン部分を構成するもの、および／または、アニオン
部分を構成するものが、それぞれ２種以上含まれるよう
であってもよい。

前記のような無機化合物（塩）のカチオン部分を構成す
る元素としては、Ｎａ、　Ｋ等のアルカリ金属元素、Ｍ
ｇ、　Ｃａ、　Ｓｒ＋　Ｂａ等のアルカリ土類金属元素
、”ＺｎおよびＡＩを用いることが好ましいが、これら
に限定されることはなく、たとえば、Ｍｎ、　Ｎｔ。

Ｃｄ等の遷移元素やＳｔ、　Ｐｂ等の炭素族元素等を使
用してもよい。

アニオン部分を構成するものとしては、ＢＯｌ。

ＰＯｎ、　Ｃ（ｈ、Ｓ０４およびＯＨアニオンを使用す
ることが好ましい、　ｆｌｏｌ、　ＰＯ，アニオンでは
、前記難燃化メカニズム＠）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、Ｆ
、　ＣＩ、　Ｂｒ＋　Ｏ＋　ＭＯｓ＋　５ＩＯａ＋　ｓ
ｈｏ、アニオン等であっても構わない。特に、ハロゲン
では、同（Ｃ）および（ｄ）による効果が併せて期待で
きるという利点が得られる。

このようなカチオン部分を構成するものとアニオン部分
を構成するものは、それぞれ単独で、あるいは、複数種
を併せて使用されるが、両者の組み合わせは、どれでも
可能というわけではなく、イオン半径等による制約があ
る。そのような条件を鑑みて、両者を任意に選択し、そ
れらを含んだ水溶性無機物を各々水に溶解させて、前記
カチオン含有処理液および前記アニオン含有処理液を調
製する。

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。

水に溶解して、上記カチオンを生じさせる無機物として
は、ＭｇＣ１ｚ、　ＭｇＢｒｚ、　ＭｇＳＯ４・ＨｚＯ
，Ｍｇ（ＮＯｌ）ｔ−６ＨｚＯ，ＣａＣ１ｚ、　ＣａＢ
ｒｚ＋　Ｃａ（ＮＯＪｚ、　ＢａＣＩｚ−２ＨｚＯＢａ
Ｂｒｚ　、　Ｂａ（ＮＯ＊）ｔ　、　ＡｌＣｌ＊　、　
ＡｌＢｒ＋　、　Ａｌｔ（ＳＯ２）ｔ　。

＾１（Ｎ（ｈ）ｉ　・９１１ｚＯ，ＺｎＣ１１等がその
一例として挙げられるが、これらに限定されることはな
い。水に溶解して、上記アニオンを生じさせる無機物と
しては、ＮａｚＣＯ３、（ＮＨ４）ｚｃＯ，１，ＬＳＯ
４，ＮａｚＳＯａ（ＮＨ，）ｚｓｏ、　、　ｌ１ｔＰＯ
，、ＮａｚｌｌＰＯ４、（Ｎｌｌ、）ｚｌｌｌ”ｏ。

１ＩＪＯｚ　、　Ｎａ８０ｚ　、　ＮＨＪＯｚ等がその
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。

この発明における含浸処理例を、図面を参照しつつ説明
する。まず、第１図に示すように、木材１をカチオン含
有処理液２に浸漬し、木材ｌ中にカチオン３を含浸させ
る。このとき、含浸に先立ち、原料木材に飽水処理を施
して木材が充分に飽水された状態になるようにしてもよ
い。それにより、木材中の水を媒体として処理液中のカ
チオンが速く拡散していくようになって、含浸時間を短
縮することができるためである。ここで、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、特に限定はされない。

次に、第２図に示すようにアニオン含浸処理液４に前記
の処理を施した木材１を浸漬し、アニオン５を含浸させ
る。この時、カチオン３とアニオン５が反応して無機物
６が生成する。

前記の処理を施した物を無機物６と反応して新たな無機
物を生成するような処理液７に浸漬すると、無機物６と
８が反応して、無機物９が生成する（第３図）。

また、第２図で処理した木材１を、木材１中の未反応物
３と反応する別のアニオン含有処理液ＩＯに含浸させる
と、カチオン３とアニオン１１が反応し、木材１中には
、第４図に示すような無機物１２が生成する。

その後、必要に応じて溶脱処理を施し、可溶性の未反応
イオンおよび副生成物を除去したり、水洗等を行って、
木材表層部に生成した不溶性不燃性無機物を除去したり
してもよい。木材内に残される上記可溶性成分は、吸水
、吸？！；Ｊｌｔ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恐れも
あるため、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。

この溶脱処理は、後処理浴を設けて水中に長時間浸漬さ
せたり、流水中に放置して洗浄したりして実施される。

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、乾燥させられると、木材表面部分に生
成した不溶性不燃性無機物が析出して木材全体が粉をふ
いたように白くなってしまい。外観が損なわれるという
恐れもあるため、処理後の木材に洗浄処理を施して外観
を保つことも有効である。

なお、これまで、カチオン、アニオンの順に２液を含浸
させる例に沿って説明をしてきたが、この発明にかかる
製法がこれに限定されるものではないことは言うまでも
ない。

（実施例） ヘイマツ材の２ｍｍｍｍラスライス単板０ｍｍＨｇ以下
に減圧して１時間保持した後、注水し、木材が完全に水
が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にした。

得られた飽水単板を、第１表の第１．第２．第３水溶液
に順次浸漬し、これらを含浸させて木材中に不溶性無機
物を生成させた。ただし、水溶液の温度はいずれも６０
°Ｃであり、水溶出成分除去のだめの後処理として水中
に２４時間木材を放置した。

上記得られた改質木材について、不溶性不燃性無機物の
含浸率、難燃性（防火性）９寸法安定性防腐・防虫性お
よび硬度を調べた。上記無機物の含浸率は、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
ある。難燃性は、ＪＩｓ規格Ａ１３２１における難燃■
級を◎、難燃■級をΔ、その中間の性能をＯとした。寸
法安定性については、飽水時の寸法変化の改善率で評価
し、未処理木材の場合をＯ％９寸法変化なしの場合を１
００％とした。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◎１通常の未処理木材と同等の場合を×、その中間
のものをＯとした６硬度については、木目と木目の間の
部分において、一定深さまで針状物が入るときに要する
力に対応する値で評価し、ナラ材並以上の硬度を◎１通
常のベイマツ材の硬度を×、その中間の場合を○として
あられした。

以上の結果を第１表に示す。

第１表において、いずれも生成物はリン酸バリウムと硫
酸バリウムであり、木材の表面に近い部分に硫酸バリウ
ムが、内部にリン酸バリウムが主に存在する。

（発明の効果） この発明にたたる改質木材の製法は、以上のようであり
、木材内部に不溶性無機物を生成・定着させるにあたり
、複数回の不溶性無機物生成模作を行うため、異なった
不溶性無機物が木材内部で、あたかも層状に定着される
。このため１１例えば、難燃性効果の高いリン酸塩を内
部に、そして、耐薬品性の高い硫酸バリウムのような成
分を表面層に形成させ内部保Ｊ■効果をもたせるという
ように、各無機物の特徴を発揮させ相乗効果をもたせる
ことができる。そのため、離燃性、防腐・防虫性寸法安
定性、硬度等に優れ、かつそれらの性質の劣化しない改
質木材を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第４図は本発明の製法を示す。 １・・・・木材 カチオン含有処理液 カチオン アニオン含有処理液 アニオン 無機物 処理液 無機物 アニオン含有処理液 アニオン 無機物 第 ２図 第４ 図 ７：処況譜し １０゛アヅオン含廚処１［メし １１　　ア七オン

Claims (2)

【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ることにより、木材組
   織内に前記無機物を生成・定着させ、ついで生成した無
   機物あるいは未反応残留成分と反応する処理液に含浸さ
   せ、別な不溶性無機成分を木材組織内に生成させること
   を特徴とする改質木材の製法。
2. （２）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が、アルカリ金属、アルカリ土
   類金属、亜鉛およびアルミニウムの各陽イオンからなる
   群の中から選ばれた少なくとも１種を含む溶液であり、
   かつ、アニオン含有処理液が、ＢＯ＿３、ＰＯ＿４、Ｃ
   Ｏ＿３、ＳＯ＿４およびＯＨの各陰イオンからなる群の
   中から選ばれた少なくとも１種を含む溶液である請求項
   １記載の改質木材の製法。