JPH03166903A - 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． （ａｌ　　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 （Ｉｌ！１　　分解・結晶水放出による吸熱（［１　　
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がである。しか
も、不溶性不燃性無機物は、一旦、木材組織内に定着さ
せられれば、木材から溶けｄす恐れが少ないので、前記
効果が薄れるといつ大心配も少ない． 上記（ａ）から＋ｄｌまでの難燃化のメカニズムにつレ
゛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冶比で複合す
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刻１ないし１対ｌ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． 山》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
層部分に集中的に無機物を生或させれば、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：＆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、ほ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、処理液が木材
中に浸透する際に通過する経路のうち、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　ｔｒｍ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（以下、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、両水溶液を順に
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−生威させる
という改質木材の製法である（特開昭６１−２４６００
３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
に熔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（単独溶液系の掛け合わせ）が用いられている。

たとえば、Ｃ　ａ　Ｃ　１　ｗを含むカチオン含有処理
液と、ＫｓｃＯｓ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　Ｃ　１　ｍを含むカチオン含有
処理液と、（Ｎ　Ｈａ”）富Ｈ　Ｐ　Ｏａ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〕 ところで、この方法は、原料木材が薄板材である場合に
は何らの困難なく実施できるが、厚板材である場合には
無機イオンの浸透が遅く、狙いの性能のものを得ること
ができなかった。

この発明は、以“上のような事情に鑑みてなされたもの
であって、防腐・防虫性、寸法安定性等に優れた改質木
材を厚板材の形で効率良く得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〕

上記課題を解決するため、この発明にかかる改質木材の
製法は、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
を含浸させた後に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戒・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、木口方向に所望の厚みを
有する木片が木口が表裏に向かうようにして積層されて
なるものを用いることを特徴とする．この発明に用いら
れる改質のための原料木材は、たとえば、次のようにし
て準備される。すなわち、第１図（ａ）にみるように、
木口方向が矢印で示されている板材１１を接着剤を用い
て積層一体化することによりフリソチ１とし、このフリ
ソチを一点鎖線で示すように、その木口方向に所望の厚
みＷで切断することにより得られる．このように切断す
ると、第１図山》にみるように、各板材１１が一点鎖線
で切断されることで出来た木片ｌ２がそれぞれの木口２
１（その方向を矢印で示す）が表裏に向かうようにして
積層された厚板材２が、原料木材として得られるのであ
る。

この発明において、木材中に生戒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（不熔性生底物〉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　Ｃ　Ｏ　ｓ　、Ｃ　ａ　Ｃ　Ｏ　＊　
、Ｆ　ａ　Ｃ　Ｏ　ｔ　、Ｍ　ｇ　ＣＯｘ　、ＭｎＣＯ
ｓ　、Ｎ　ｉ　Ｃｏｗ　、ＺｎＣＯｓ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威させるた
めには、同不溶性不燃性無機物のカチオン部分を構或す
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ｍ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．Ｋなど〜のアルカリ金属、
Ｃａ，Ｂａ，Ｍｇ，Ｓｒなどのアルカリ土類金属、Ｍｎ
，Ｎｉ，Ｃｄ等の遷移元素、Ｓｔ，Ｐｂ等の炭素族元素
、Ｚ　ｎ　ｓ　Ａ　Ｉ！などが挙げられる。これらのう
ちでも、Ｍ　ｇ　％　Ｃ　ａ　％　Ｂ　ａ、Ｚｎおよび
ＡＩ！カチオンが好ましい。

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、Ｂ．Ｏｔ　、ＢＯｓ、Ｐ０４、Ｃ
Ｏｓ１ＳＯ４、ＮＯ３、ＯＨ１Ｃ１、Ｂｒ％Ｆ、■およ
びＯＨ等が挙げられる。これらのうちでも、Ｂ　Ｏ！　
、Ｐ　０４　、Ｃ　Ｏｓ　、Ｓ　０４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ＰＯ４は前記（ｂ）のメカニズムによる効
果、ＣＯ，は前記（ｄ）のメカニズムによる効果、Ｃ１
、Ｆ　％　Ｂ　ｒなどのハロゲンは、前記（Ｃ）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或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７二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
不燃性無機物が生戒されやすいような組み合わせが適宜
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！ｓ　、ＭｇＢｒ＊　、ＭｇＳｏ、−Ｈ
．０、Ｍｇ　（Ｎｏｔ）ｚ　　・６　Ｈａ　Ｏ、ＣａＣ
ｌ＊　、ＣａＢｒ＊　、Ｃａ　（ＮＯｘ）ｓ　、ＢａＣ
ｊ！・２Ｈｌ　ＯＳＢａＢｒｓ　、Ｂａ　　（Ｎｏｔ）
ｇ　ｓ　Ａｉｃｅｓ　％　Ａｌｌ　Ｂ　ｒｓ　、Ａｆｔ
（Ｓｏｎ）ｉ　、Ａｌｌ　（Ｎｏｔ）富・９　Ｈｚ　Ｏ
ｓ　Ｚ　ｎ　Ｃ　ｌｘ等が一例として挙げられるが、こ
れらに限定されない。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、たとえば、Ｎ　ａ　ｚ　Ｃ
　Ｏｍ　ｓ　　（Ｎ　Ｈ＜）＊　Ｃ　Ｏｘ、Ｈｚ　５０
４　、Ｎａｇ　ＳＯ４、（　Ｎ　Ｈ　４）　ｌ　Ｓ　Ｏ
　ａ、Ｈｓ　ＰＯａ　、Ｎａｓ　ＨＰＯ４、（ＮＨａ）
ｔ　ＨＰ０４　、Ｈｓ　ＢＯ＊　、ＮａＢＯｔ　、ＮＨ
ａ　Ｂｏｘ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
戒できる範囲内で、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、両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／アニオン含有両処理液は
、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。

各液の含浸処理方法、含浸処理時間等も、特に限定され
ることはなく、減圧下で含浸させたり、塗布による含浸
を行ったりすることもできる．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。これによ
り、木材中の水を媒体として第１液に含まれているイオ
ンが速く拡散していくようになり、処理時間を短縮する
ことができるためである．飽水処理方法は、特に限定さ
れないが、水中貯木、スチー主ング、減圧下含浸、加圧
下含漫なとで行う、なお、第１液を減圧下含浸させる場
合には、この飽水処理を行う必要は必ずしもない． 含浸処理後には、必要に応じて養生を行って不溶性不燃
性無機物の生戒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
戒・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〕

この発明においては、原料木材（厚板材２）は、木口方
向が表裏に向かっているから、この表裏面からの無機イ
オンの浸透が容易、迅速であり、その厚みＷが厚いにも
かかわらず、充分な量の不溶性不燃性無機物を奥深くま
で含浸させることができる。

厚板材は、寸法安定性が良く、耐摩耗性も良い〔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− くり材の２０ｍＪ￥．ＩＲ板を５枚積層した後、木口方
向２０ｍ厚に切断して原料木材とした。これを水中に浸
漬し、３０Ｔｏｒｒ程度の減圧下で飽水状態にした。

得られた飽水材を、水Ｂ当たりＢ　ａ　Ｃ　ｊｅｔ　２
．０モル溶解した水溶液（第１浴）中に浸漬し、次に、
水ＩＩ！当たり（ＮＨ．＞ｔ　ＨＰＯ４　４．０モル熔
解した水溶液（第２浴）中に浸漬し、その後水洗、乾燥
して改質木材を得た。

一実施例２〜５一 実施例ｌと同様にして飽水処理を行った単板を第１表に
示した条件で処理し、改質木材を作製した。

得られた各改質木材の寸法安定性 （抗収縮能： ＡＳＥ） を第１表に示す。

第 １ 表 〔発明の効果〕 この発明は、原料木材として、木口方向に所望の厚みを
有する木片が木口が表裏に向かうようにして積層されて
なるものを用いるため、無機イオンが木口から浸透する
ようになり、不溶性不燃性無機物の高度の含浸がなされ
、防腐・防虫性、寸法安定性等に優れ、耐摩耗性にも優
れた改質木材を得させることができる。

この発明において、カチオン含有処理液として、ＭｇＳ
Ｃａ％Ｂａ，Ａｊ！およびＺｎカチオンからなる群の中
から選ばれた少なくとも１種を含むものを、また、アニ
オン含有処理液として、ＢＯ＃　、ｐｏａ　、ＣＯｓ　
、ＳＯ４およびＯＨアニオンからなる群の中から選ばれ
た少なくとも１種を含むものを、それぞれ用いるように
すると、より優れた効果が得られる．

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例を示し、第ｌ図（ａ）は原料
木材を得るためのフリッチの斜視図、第１図（ｂ）は原
料木材の斜視図である。 ２・・・原料木材 ２ ｌ・・・木口

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
   浸させた後に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、木口方向に所望の厚みを有す
   る木片が木口が表裏に向かうようにして積層されてなる
   ものを用い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Ｍｇ、Ｂａ、Ｃａ、Ａｌおよ
   びＺｎカチオンからなる群の中から選ばれた少なくとも
   １種を含むものであり、アニオン含有処理液がＢＯ＿３
   、ＰＯ＿４、ＣＯ＿３、ＳＯ＿４およびＯＨアニオンか
   らなる群の中から選ばれた少なくとも１種を含むもので
   ある請求項１記載の改質木材の製法。