JPH03140202A - 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、力学的強度、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。

ｔａ）　　無機物による被覆 伽）　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 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、木材から熔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（ａｌ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。

（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１［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ｆｆ１Ｌｔ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。

伽）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。

（Ｃ１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
果も得られる。

（ｄ）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ものを含んでいれば、このメカニ
ズムによる＃ｆ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
浸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（（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存していた。

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、分散した不溶性不燃性無機物の粒
子は、普通、０．１　ｔｔｍ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
に溶解させることによりｔＭ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く木材中に
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
物を別々に水に熔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　Ｃ１ｘを含むカチオン含有処理液とＫ
。

ｃｏ、を含むアニオン含有処理液とを木材に含浸させた
り、ＡｌＣ１，を含むカチオン含有処理液と（Ｎ　Ｈ４
）＊　ＨＰ　Ｏ−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、上記の方法において、厚い（太い）原料木材を用
いる場合、十分な量の処理液を速やかに社内部まで含浸
させることが難しい。そのため、望むだけの改質を容易
に施すことができないという問題がある。

この発明は、上記事情に鑑み、原料木材の厚み（太さ）
にかかわらず、十分な量の処理液を速やかに内部まで容
易に含浸させることのできる改質木材の製法を提供する
ことを課題とする。

〔課題を解決するための手段〕

前記課題を解決するため、この発明にかかる原料木材へ
の処理液含浸方法では、改質しようとする原料木材に対
し、混合させ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うちの
一方を含浸させたのち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・定着させるにあたって、
前記原料木材として生木を用いるようにするとともに、
前記一方の含浸と他方の含浸の間に水含浸を行うように
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
ｉａを液槽２内の処理液３中に浸ける。処理液３はカチ
オン含有処理液またはアニオン含有処理液のどちらか一
方である。つまり、生木ｌを立垂状態にし根元側木口１
ａから生木１内に処理液３を導入するのである。

一定時間含浸させた後、処理液を水に代え、水を含浸さ
せる。

そして、水を含浸させた後、再び、水を処理液に代え、
第１図のようにして、生木１を立垂状態にし根元側木口
１ａから生木１内に処理液３を導入する。この場合、勿
論、処理液３はカチオン含有処理液またはアニオン含有
処理液のうち先に用いなかった他方のものである。

用いられる生木としては、例えば、第１図にみるように
、枝打していない葉の付いた生木１が挙げられる。葉付
生木の場合、葉からの処理液の溶媒（例えば、水）蒸散
があり、含浸が促進されるため好ましい。ただ、処理液
は葉にも吸収され葉は後はど落されるものであるため、
その分、処理剤がロスする面もあるから、第２図にみる
ように、核部分Ｃを落とし葉の無い状態にしたものを用
いる場合もある。また、核部分Ｃを落とす場合には、先
端部分Ｃ′も打ち落としある程度の面積のある木口が根
元と逆側にもある方が、先端部分Ｃ′残しておくよりも
含浸性確保の面などで有利である。

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、ＢａＣ０，
、ＣａＣＯ５、ＦｅＣＯ５、ＭｇＣｏｔ　、ＭｎＣｏｗ
、Ｎ　Ｉ　ＣＯ＊　、Ｚ　ｎ　ＣＯを等である。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。処
理液の含浸は１回に限らず複数回行うようにしてもよい
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、（
：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　ｓ　Ａ　ｌ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、Ｂ４Ｏ７、ＢＯｓ、ＰＯ，、ｃｏ
ｔ　、Ｓｏ、　、Ｎｏｔ　、ＯＨ，（１！、Ｂｒ、Ｆ、
■、および、ＯＨ等が挙げられる。

これらのうちでも、ＢＯｓ　、ＰＯ，、ＣＯｓ　、Ｓ０
４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Ｂ、Ｏ，、ＢＯ，およびＰＯ。

は前記（ｂｌのメカニズムによる効果、ＣＯｌは前記（
ｃ＋）のメカニズムによる効果、ＣＩｔ、Ｆｓ　Ｂｒな
どのハロゲンは、前記（ｅ）および（ｄ）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　、ＭｇＢｒｇ　、Ｍｇ５Ｏａ　　’
　Ｈｔ　０１Ｍｇ　（Ｎｏｗ）ｔ　　・６　Ｈｔ　０１
ＣａＣ１ｌｚ　、Ｃａ　Ｂ　ｒ＊　、Ｃａ　　（Ｎｏｔ
）ｉ　、Ｂ　ａ　Ｃ１−２Ｈ１０、ＢａＢｒｔ　％　Ｂ
ａ　　（Ｎｏり！　％　ＡｌＣ１ｍ　、ＡｌＢｒ１　％
　Ａｌｚ（ＳＯ４）＊　、Ａｌ　（ＮＯｓ）ｓ　　・９
　Ｈｚ　ＯｌＺ　ｎ　Ｃｌ　ｓ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、溶解度が低く、必要とする濃度を得にくい
が、ハロゲン化物は、溶解度が高く、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、ＮａｇＣＯ＊
、（ＮＨａｌｔ　ＣＯｓ　、Ｈｚ　Ｓ　Ｏａ　、Ｎ　ａ
ｔ　ＳＯ４、（ＮＨａｌｔ　　ＳＯ４、Ｈｔ　　Ｐ　０
４　　、Ｎａｇ　　ＨＰ　Ｏａ　　、　（ＮＨ４）Ｉ　
　ＨＰＯ４、ＨＩ　　Ｂｏｚ　　、ＮａＢＯｌ　　、Ｎ
Ｈ４Ｂｏｆ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。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。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
、もちろん、処理液含浸間に水含浸を挟むようにするこ
とはいうまでもない。

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〕

この発明にかかる改質木材の製法では、原料木材に生木
を用いているため、処理液が生木の導管部等を伝わって
浸透することができ、その浸透が容易かつ迅速である。

一方の処理液に続く水含浸により、導管内の処理液が水
に置換されており、水含浸に続いて含浸させる他方の処
理液も処理液が生木の導管部等を伝わって容易かつ迅速
に浸透する。

したがって、厚い（太い）原料木材であっても、十分な
量の処理液が速やかに内部まで浸透するため、必要な改
質を容易に施すことができる。

〔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、根元で切断した生木（直径的１０ｃｉ
ｉ、長さ約８ｍ）を用いた。

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　ＢａＣｒｔ　　　・＝０．５ｓ＋ｏｆ／ｌ
ｌＨｇ　　Ｂｏｗ　　　　　−０，５ｍｏｌ／Ｊ第２水
溶液（Ｎ　Ｈ，）、ＨＰ　０４　・・弓、　Ｏｍｏｌ／
　ＩＨｓ　　Ｂ　Ｏｓ　　　　　＝　１．０ｍｏｌ／１
第１図に示す状態で第１水溶液の含浸を７２時間行い、
ついで、同様にして水の含浸を７２時間行い、その後、
やはり第１図に示す状態で第２水溶液の含浸を７２時間
行い、不溶性不燃性無機物（リン酸水素バリウム水和物
）を含む改質木材を得た。

一実施例２〜５− 処理液の組成が、第１表に示した組成の第１水溶液およ
び第２水溶液を用いる以外は、実施例１と同様にして改
質木材を得た。なお、定着されている不溶性不燃性無機
物は、実施例２．５ではリン酸水素亜鉛水和物、実施例
３．４ではリン酸水素バリウム水和物である。

一比較例１− 水含浸を行わなかった以外は、実施例１と同様にして改
質木材を得た。

−比較例２− 原料木材として、１０ａｉ角の製材法の杉角材を用いる
とともに水含浸を行わなかった以外は、実施例１と同様
にして改質木材を得た。

実施例と比較例で得られた改質木材について、不溶性不
燃性無機物が生成されている表面からの深さ（生成厚み
）を測り、含浸性を評価した。また、防腐・防虫性に関
し、腐敗・虫害に対応する木材重量の減少率を測り、殆
ど減少しないものを◎（防腐・防虫性優良）、通常の未
処理材と同等のものを×（防腐・防虫性不良）、その中
間をＯ（防腐・防虫住良）と評価した。

実施例１〜５の改質木材は比較例１．２の改質木材に比
べ材深くまで不溶性不燃性無機物が定着しており、この
発明の方法では含浸性が著しく向上していることが実証
されている。実施例１〜５の改質木材は改質後の重量増
加率が比較例１．２のそれに比べて高く、十分な量の不
溶性不燃性無機物が含まれていて、防腐・防虫性に優れ
、やはり、この発明の方法では、含浸性が著しく向上し
ていることが実証されている。

〔発明の効果〕

以上に述べたように、請求項１．２の改質木材の製造方
法では、原料木材として生木を用いるとともに、混合さ
せ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せのうちの
一方の含浸と他方の含浸の間に水含浸を行うため、原料
木材の厚み（大さ）にかかわらず、十分な量の処理液が
速やかに内部まで容易に浸透するため、十分な改質がな
された木材が簡単に得られる。

請求項２の改質木材の製法のように、カチオン含有処理
液がアルカリ金属、アルカリ土類金属、Ａ！およびＺｎ
からなる群の中から選ばれた少なくとも１種を含むもの
であり、アニオン含有処理液がＢｏｇ　、ＰＯ，、Ｃｏ
、　、Ｓｏ、およびＯＨの各アニオンからなる群の中か
ら選ばれた少なくとも一種を含むものである場合、より
効果が顕著となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の一例の改質木材の製法により含浸
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。 ｌ・・・生木（原料木材）　　　ｌａ・・・木口　　２
・・・液槽３・・・処理液

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　改質しようとする原料木材に対し、混合させること
   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せのうちの一方を含
   浸させたのち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、前記原料木材として生木を用いるようにするととも
   に、前記一方の処理液の含浸と他方の処理液含浸の間に
   水含浸を行うようにすることを特徴とする改質木材の製
   法。 ２　カチオン含有処理液がアルカリ金属、アルカリ土類
   金属、ＡｌおよびＺｎからなる群の中から選ばれた少な
   くとも１種を含むものであり、アニオン含有処理液がＢ
   Ｏ＿３、ＰＯ＿４、ＣＯ＿２、ＳＯ＿４およびＯＨの各
   アニオンからなる群の中から選ばれた少なくとも一種を
   含むものである請求項１記載の改質木材の製法。