JPH03140201A

JPH03140201A - 原料木材への処理液含浸方法

Info

Publication number: JPH03140201A
Application number: JP27919589A
Authority: JP
Inventors: Shiro Koike; 史郎小池; Hiroyuki Ishikawa; 博之石川
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 1989-10-26
Filing date: 1989-10-26
Publication date: 1991-06-14

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、原料木材への処理液含浸方法を提供するこ
とを課題とする。

〔従来の技術〕

原料木材を薬剤処理することにより防腐性や難燃性ある
いは寸法安定性などを付与した改質木材が建材等に使わ
れている。この場合、原料木材に必要な処理剤を含む処
理液を含浸させるようにしている。

以下、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、力
学的強度、表面硬度等を付与する場合を中心に説明する
。

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（Ｃ）　　発炎燃焼における連鎖反応の阻害（ｄｌ　　
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、（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、不溶性不燃性無機物は、−旦、木材組織内に定着
させられれば、木材から溶は出す恐れが少ないので、前
記効果が薄れるといった心配も少ない。

上記（ａ）から（ｄｌまでの難燃化のメカニズムについ
て、次に詳しく説明する。

（ａｌ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１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、次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、この時、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ζ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
果も得られる。

（ｄｌの不燃性ガスの発生は、次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も併せて得られる。

次に、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ないため、木材は、結果
的に腐敗しにくくなる。木材内腔中の異物は、防腐効果
のある薬剤（防腐剤）である必要は特になく、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いて木材細胞壁中に何
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化効果が得られる。すなわち、
木材細胞壁内が充填材によって占められておれば、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。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的強度を向上させうる。

最後に、木材の硬度（表面硬度）向上について説明すれ
ば、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。この場合に、木材の表層
部分に十分な量の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、従来、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、この分散液からなる処理液中に木材を浸漬し
て処理液を木材中に浸透させようとしても、浸透してい
くのは、はとんど水等の溶媒のみとなってしまう。これ
は、次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
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、この問題を解決できる方法が開発された。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
に熔解させることにより調製し、雨水溶液を順に原料木
材中に含浸させて、木材中で上記両イオンを反応させる
ことにより、不溶性不燃性無機物を生成させるという改
質木材の製法である（特開昭６１−２４６００３号公報
等参照）。

この方法によれば、不溶性不燃性無機物を、固体粒子と
して浸透させるのでなく、イオンの形で水などの媒体中
に溶存させ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（木材中に
含ませることができる。そのため、防腐・防虫性や寸法
安定性等に極めて優れた改質木材を得ることができる。

この改質方法においては、具体的には、カチオン含有処
理液およびアニオン含有処理液は、所定のカチオンを含
む水溶性無機物および所定のアニオンを含む水溶性無機
物を別々に水に溶解させることにより得られ、より具体
的には、通常、単独の水溶性無機物を含む処理液の組み
合わせ（単独溶液系の掛は合わせ）が用いられている。

たとえば、Ｃａ　Ｃ１ｔを含むカチオン含有処理液とＫ
。

ＣＯ３を含むアニオン含有処理液とを木材に含浸させた
り、Ａ　Ｉ　Ｃ１，を含むカチオン含有処理液と（ＮＨ
，）、ＨＰＯ，を含むアニオン含有処理液とを木材に含
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。

〔発明が解決しようとする課題〕

ただ、上記の場合、厚い原料木材を用いる場合など行内
部まで十分な量の処理液を速やかに浸透させることはや
はり難しい。

この発明は、上記事情に鑑み、簡単な装置でもって、原
料木材の深部まで十分な量の処理液を速やかに含浸させ
られ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〕

前記課題を解決するため、この発明にかがる原料木材へ
の処理液含浸方法では、原料木材の一端側部分を処理液
に浸けておいて、他端側部分から処理液の溶媒を強制的
に蒸散させるようにしている。

具体的には、第２図にみるように、根元で切断され核部
分Ｃ・先端部分Ｃ′が打ち払われた未乾燥状態の生木ｌ
を、第１図にみるように、根元側木口１ａを液槽２内の
処理液３中に浸ｌするようにするが、反対側の木口１ｂ
は処理液３外に出るようにする。つまり、生木１を立垂
状態にし根元側木口を処理液３に浸けるのである。

一方、他方の木口１ｂを加熱手段により暖めて、溶液の
溶媒を強制的に蒸散させる。第１図の場合、木口１ｂは
所謂高周波加熱により暖められる、木口１ｂに被着させ
た一対のアルミニウム製電極５．５には高周波電源６か
ら電力が送られ木口１ｂが加熱されるのである。なお、
電極５．５は円板状絶縁物９に取付られ保持されている
。

用いられる原料木材は、生木に限らず、−旦、乾燥した
（さらには製材した）長尺状原料木材を飽水状態にした
ものを用いるようにしてもよい。

ただ、改めて飽水状態にしたものは、生木に比べ含浸性
が劣り、飽水させるための余分な手間もかかる。

生木を使う場合、枝打しない葉の付いたものだと処理液
は葉にも吸収される９葉はいずれ落すため、葉に含まれ
る処理剤は全く無駄となり、コストアップの原因ともな
る。したがって、核部分Ｃを落とし葉の無い生木である
ことが好ましい、また、先端部分Ｃ′が打ち落されある
程度の面積のある小口１ｂのあるものは、先端部分Ｃ′
を打ち落とさず残したままのものに比べ、含浸性確保の
点で有利である。

木口１ｂの加熱態様も、高周波加熱の他に熱風を吹き付
けるなどの他の加熱態様を用いるようにしてもよい。

なお、処理液の方も加温しておくと含浸が促進されるの
で好ましい。

溶液の溶媒を強制的に蒸散させる仕方は、加熱に限らず
、他に木口１ｂまわりを、乾燥雰囲気中に置いたり、あ
るいは、真空雰囲気中に置いたりするなどの仕方でもよ
い、木口１ｂまわりだけを乾燥雰囲気や真空雰囲気にす
るだけなら、装置が大掛かりになるといったこともない
。

処理液としては、不溶性不燃性無機物生成用の処理剤を
含む溶液、防腐剤を含む処理液、寸法安定剤を含む処理
液、色素（着色剤）を含む処理液等が挙げられるが、複
数の処理剤を含む処理液の場合もあるなど特に限定され
ない。

溶媒は、水や各種類の有機溶媒などが用いられるが、特
に限定されない、有機溶媒を用いる場合、普通、蒸散さ
せた後に回収するようにする。

含浸態様も、一種類の処理液を一回だけ含浸させるとい
う態様や、異なる処理液を交互に複数回含浸させる態様
など様々な態様があり、特に限らない。

続いて、不溶性不燃性無機物を木材組織内に生成せしめ
る場合に関しての説明を行う。

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ｐ！４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、水酸塩等の各種塩が挙げられる。これらの塩のう
ち、たとえば炭酸塩について具体例を挙げると、Ｂ　ａ
　ＣＯｓ　ｓ　ＣａＣＯｚ　、Ｆ　ｅ　ＣＯｓ　％　Ｍ
　ｇ　ＣＯｓ　、Ｍ　ｎ　ＣＯｓ　ｓＮ　ｉ　ＣＯｓ　
、Ｚ　ｎ　Ｃｏｔ等である。これらは、２種以上が木材
中に共存するようであってもよい。

木材内の不溶性不燃性無機物は、木材セルロースと反応
した形で定着していてもよい。

なお、１種の不溶性不燃性無機物中に、後述のカチオン
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。

前記の不溶性不燃性無機物を木材組織内で生成させるた
めには、同不溶性不燃性無機物のカチオン部分を構成す
る１群の無機化合物で調製された水溶液、すなわちカチ
オン含有処理液と、アニオン部分を構成する他の１群の
無機化合物で調製された水溶液、すなわちアニオン含有
処理液とを別々に順次木材組織内に含浸浸透させる。カ
チオン含有処理液およびアニオン含有処理液は、交互に
１回または複数回含浸させることができる。複数回含浸
させる場合は、交互でなく、連続して含浸させてもよい
。

前記不溶性不燃性無機物のカチオン部分を構成するもの
としては、たとえば、Ｎａ、になどのアルカリ金属、Ｃ
ａ、Ｂａ、Ｍｇ、Ｓｒなどのアルカリ土類金属、Ｍｎ、
Ｎｉ、Ｃｄ等の遷移元素、Ｓｉ、Ｐｂ等の炭素族元素、
Ｚ　ｎ　％　Ａ　Ａなどが挙げられる。これらのうちで
も、アルカリ金属、アルカリ土類金属、ＺｎおよびＡｌ
が好ましい。

前記不溶性不燃性無機物のアニオン部分を構成するもの
としては、たとえば、Ｂ４０ｔ　、ＢＯｘ、ＰＯ４、Ｃ
ｏ３、Ｓ０４、ＮＯｌ、０Ｈ１Ｃｌ、ＢＴ、Ｆ％　１％
および、ＯＨ等が挙げられる。

これらのうちでも、ＢＯ，、ＰＯ，、Ｃｏ、　、ＳＯ２
およびＯＨアニオンが好ましい。また、前記アニオンの
うちでＢ４０ｔ　、ＢＯｓおよびｐｏ。

は前記（ｂｌのメカニズムによる効果、Ｃ０８は前記（
ｄ）のメカニズムによる効果、ＣＩ、Ｆ、Ｂｒなどのハ
ロゲンは、前記（Ｃ１および（ｄｉのメカニズムによる
効果が、それぞれ、期待できる。

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。ただし、前記カチオンとア
ニオンとの組み合わせに関しては、木材組織内で不溶性
不燃性無機物が生成され易いような組み合せが適宜に選
択される。

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、ＭｇＣｊ！ｔ　、ＭｇＢｒ富、Ｍｇ５Ｏ，−Ｈｌ
ｏｌＭｇ　（ＮＯｓ）ｆ　　−６Ｈ富０．ＣａＣ１ｚ　
、ＣａＢｒ、　、Ｃａ　　（Ｎｏｔ）ｇ　、Ｂａ　Ｃ１
’２ＨｚＯ１Ｂ　ａ　Ｂ　ｒ　！　、Ｂ　ａ　　（Ｎｏ
ｗ）＊　、ＡｌＩＣ！！ｘ　、ＡＩＢｒｘ　、Ａｌｔ（
ＳＯ４）ｘ　、ＡＩ！　（Ｎｏｔ）８　　・９ＨＩ　Ｏ
，ＺｎＣ１ｔ等が一例として挙げられるが、これらに限
定されない。ただし、ハロゲン化物以外の薬剤は、溶解
炭が低く、必要とする濃度を得にくいが、ハロゲン化物
は、溶解炭が高く、必要とする濃度を得やすいので好ま
しい、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、たとえば、Ｎａｇ　ｃｏｇ、（ＮＨａ）ｉ
　ＣＯｓ　、ＨＩ　ＳＯ４、Ｎａｇ　ＳＯ４、（ＮＨ４
）！　５０４　、Ｉ（ｌ　ＰＯ４、Ｎａｇ　ＨＰＯ４、
（ＮＨ４）Ｉ　ＨＰＯ４、Ｈｚ　Ｂｏｗ　、Ｎａ　Ｂｏ
ｘ　、ＮＨ４Ｂｏｘなどが挙げられるが、やはり、これ
らに限定されることはない０以上の水溶性無機物は、各
々が単独で用いられるほか、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に
よる原料木材の無機物含浸処理は、たとえば、以下のよ
うに行われる。

まず、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。この第１液の含浸後、同第１液と反応す
る相手方のイオンを含んだ処理液（第２液）を同様に含
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。

次に、上記のごとくして、アニオン含有処理液およびカ
チオン含有処理液の２液が含浸された後、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
っても構わないし、その濃度等も特に限定はされない。

なお、第１液の含浸処理に先立ち、原料木材に飽水処理
を施す場合、飽水処理方法は、特に限定されないが、水
中貯木などが用いられる。

含浸処理後には、必要に応じて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。

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、改質木材を得る。

以上の各処理により、防腐・防虫性、寸法安定性等に高
度に優れ難燃性を有する改質木材を効率良く得ることが
できる。得られた改質木材は、無機物が木材内部に含浸
・定着されているため、木質感が損なわれておらず、上
記性能に加えて外観的にも優れた木材となっている。

〔作　　　用〕

この発明の含浸方法の場合、−例の木口から入った溶媒
が他側の木口から蒸散する溶媒の流れが生じるため、速
やかに処理液が原料木材に含浸される。

処理液は一方の木口全面から入り他方の木口全面に向は
流れるため、原料木材全体がまんべんな（処理液で含浸
され、深部にも処理剤が行き渡ることとなる。

生木の場合、処理液は導管部等を伝って浸透し一層、容
易かつ速やかに浸透してゆく。

処理剤の濃度が薄い処理液の場合でも、処理液を流し続
けて木材中に処理剤を蓄積することができる。通導機構
が目詰まりするほどの高濃度に処理することも可能にな
ってくる。したがって、難溶性処理剤でも十分な濃度で
導入することができるのである。

〔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− 原料木材として、１５年生スギ材（１！高直径１０口）
を根元から伐採し直ちに核部分および先端部分を打ち落
とした生木を用いた（用いたのは根元から２ｍの部分で
ある）。

処理液としては、食用色素４号（タ〜ドラジン）を含む
水溶液を用いた。

この処理液に原料木材の根元側木口を浸け、先端側小口
部分に家庭用ドライヤーを用いて熱風を吹き付けつつ、
２４時間、処理液を含浸させるようにした。

含浸状態を観察したところ、先端木口面も黄色く着色さ
れ、各中間部位の輪切り断面もまんべんなく黄色に染ま
っており、」−分な含浸がなれたことが確認された。

実施例２原料木材の先端に、第１図にみるように、電極を取着し
、６０分間、高周波加熱を行うようにした他は、実施例
１と同様にした。

含浸状態を観察したところ、先端木口面も黄色く着色さ
れ、各中間部位の輪切り断面もまんべんなく黄色に染ま
っており、十分な含浸がなされていることが確認された
。

一比較例１− 涼料木Ｈに重しをつけ浮き上がらないようにし木材全体
を実施例１と同じ処理液に３日浸けたまま放置した。

処理後、中間部位を輪切りにして含浸状態を観察したと
ころ、色素は表面から５ｍｍ程度しか浸透していなかっ
た。

一実施例３− 処理液として、下記第１水溶液、第２水溶液を準備した
。

第１水溶液　Ｂ　ａ　Ｃｌｓ　　　−１，Ｏｎ＋ｏｌ／
ｆｆＨｓ　Ｂ　Ｏｓ・・・１．　Ｏｍｏｌ／　６第２水
溶液（ＮＨａ）、ＨＰＯ，−２，Ｏｏ＋ｏｌ／ｆｆＨ，
ＢＯｍ　　　・”２．Ｏｍｏｌ／ｊ２実施例２と同様に
して＄１水溶液、第２水溶液を含浸させた。

先端木口１、各部位の輪切り断面をＸ線分析機で観察し
たところ、処理剤がまんべんなく行き渡っていることが
確認された。

不溶性不燃性無機物（リン酸水素バリウム水和物）総量
を測定してみたところ、絶乾木材重量に対し、２８ｗｔ
％（１ｍ部位）であった。

実施例４含浸時間を倍の１２０分とした他は、実施例３と同様の
処理を行った。

先端木口、各部位の輪切り断面をＸ線分析機で観察した
ところ、処理剤がまんべんなく行き渡っていることが確
認された。

不溶性不燃性無機物（リン酸水素バリウム水和物）総量
を測定してみたところ、絶乾木材重量に対し、４０−１
％（Ｉｎ部位）であった。

一実施例５− 処理液として、ポリエチレングリコール＃６００（寸法
安定化剤）の１５％水溶液を用い、実施例２と同様にし
て含浸処理した。

処理後、ポリエチレングリコールの量を測定してみたと
ころ、絶乾木材重量に対し、２６−１％（１ｍ部位）と
十分な量であった。

〔発明の効果〕

以」二に述べたように、この発明の原料木材への処理液
含浸方法では、前記原料木材の一端側部分を処理液に浸
け、他端側部分から処理液の溶媒を強制的に蒸散させる
ようにするため、簡単な装置でもって、十分な量の処理
液を速やかに含浸させたり、難溶性の処理剤を高濃度に
含ませたりすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の一例の原料木材への処理液含浸方
法により含浸を行う時の様子を模式的にあられす説明図
、第２図は、原料木材用の生木作成場面を模式的にあら
れす説明図である。１・・・生木（原料木材）　　　ｌａ、１ｂ・・・木口
２・・・液槽　　３・・・処理液　　５・・・アルミニ
ウム製電極　　６・・・高周波電源

Claims

【特許請求の範囲】

１　必要な処理液を原料木材に含浸させるにあたり、前
記原料木材の一端側部分を前記処理液に浸けておいて、
他端側部分から処理液の溶媒を強制的に蒸散させるよう
にすることを特徴とする原料木材への処理液含浸方法。