JPH03166904A - 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。

（ａ）　　無機物による被覆 （ｂ）　　炭化促進 （Ｃｌ　　発炎燃焼における連鎖反応の阻害ｆｄ）　　
不燃性ガスの発生 （Ｃ）　　分解・結晶水放出による吸熱（『）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）、（Ｃｌ、（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、一旦、木材組織内に定着
させられれば、木材から溶け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（ｄｉ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。

山）の炭化促進は、次のようなメカニズムであ東．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威される。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戒分あるいはホウ酸戒分を
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戊させれば、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、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、最も狭い部分はビ
ットメンプランであるが、ここにおける空ｐ／．径が約
０．　１ｐ１１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、０．１μ亀よりもかなり太きい
がらである。

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
物を水に溶解させることにより閑製し、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６１−２４６００３
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、ＣａＣ１，を含むカチオン含有処理液と、Ｋ
２Ｃ○，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　ｓを含むカチオン含有処理液と
、（ＮＨ．）．ＨＰＯ４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
を生或させるようにしている。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記の処理方法において、木口方向に厚みのある材を処
理する場合、材の中心部への処理液の浸透が困難であり
、材が厚くなる程、性能面の低下が起きていた。

この発明は、こ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るとともに、
難燃性にも優れた改質木材を、厚みのあるものでも、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し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、前記原料木材は、僅かな未切除部を残すように
して木口方向に交差する方向に切れ目を入れておいて処
理するようにす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としては、
特に限定はされず、原木丸太、製材品が例示される。そ
れらの樹種等についても何ら限定されることはない。

この発明では、原料木材に対して、処理前に次の切れ目
加工を施しておくことが必要である。すなわち、たとえ
ば、第１図にみるような原料木材１に対して、その木口
方向（矢印方向）の多数箇所に同方向に交差する方向の
切れ目加工を施す。

この場合、切れ目１ｌは、たとえば、幅Ｓ　＝　５　＋
ｎで間隔Ｗ＝４０ｍｍ置きに入れていく。材厚が１１０
關のときＨ＝約１００ｍｍの深さで切れ目を入れ、約１
０ｍｍの未切除部１２を残す。この未切除部１２は、後
に切断除去され、必要部１３が改質木材となる。また、
たとえば、第２図（ａ）にみるような原料木材２に対し
て、図に一点鎖線で示す部分２４に切れ目加工を施して
、第２図（ｂ）にみるように、その木口方向（矢印方向
）に交差する方向に切れ目２１を入れるのである。切れ
目２１は全周囲に入れてもよい。切れ口幅は限定する訳
ではないが、５〜４０ｍｍ程度である。切れ目の木口方
向の個数も２以上であってもよい。

この発明において、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　＊　、Ｃ　ａ　Ｃ　Ｏ　ｓ　
、Ｆ　ｅ　Ｃ　Ｏ　ｓ　、Ｍ　ｇＣＯｘ　、ＭｎＣＯｍ
　、Ｎｉ　Ｃｏｔ　、ＺｎＣＯｘ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ＨＷＩｈ製された水溶液、すなわ
ちカチオン含有処理液と、アニオン部分を構或する他の
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，Ｋ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、
Ｚｎ，Ａ１などが挙げられる。これらのうちでも、Ｍｇ
，Ｃａ，Ｂａ、Ｚｎおよび／ｌ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戒するもの
としては、たとえば、Ｂ４　０ｔ　、Ｂ　Ｏｓ、ＰＯ４
、ＣＯ！、ＳＯ４、ＮＯ３、ＯＨＳＣ１、ＢｒＳＦ％　
ＩおよびＯＨ等が挙げられる。これらのうちでも、Ｂ　
Ｏｓ　、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Ｂ４０
ｖ　、ＢＯｘおよびｐｏ．は前記山》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、
ｃｔｔ，Ｆ，Ｂｒ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戒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
不燃性無機物が生威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、ＭｇＣ１ｘ　，ＭｇＢｒ＊　、ＭｇＳ０４　　・
Ｈｚ　Ｏ％　Ｍｇ　（Ｎｏｔ）＊　　・６Ｈ２　０％　
ＣａＣ　ｌｇ　、Ｃ　ａ　Ｂ　ｒ　ｚ　、Ｃ　ａ　（　
Ｎ　Ｏ　Ｗ　ｘ　、Ｂ　ａ　Ｃ　Ｉｔ’　２｝１ｘ　Ｏ
，ＢａＢｒｚ　、Ｂａ　　（ＮＯｓ）ｚ　、Ａ１１ＣＩ
ｌｚ　、ＡＩＩＢ　ｒｚ　、Ａｎｔ（ＳＯ４）ｓ　、Ａ
ｌｌ　（Ｎ　Ｏｘ）ｓ　　’　９　Ｈｚ　Ｏ，　Ｚ　ｎ
　Ｃ　１　ｚ等が一例として挙げられるが、これらに限
定されない。水に熔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　！　Ｃ　０１、
（ＮＨ．）．Ｃｏ．、Ｈｚ　ＳＯ４　、Ｎａｇ　ＳＯ４
、（ＮＨ．）．ＳＯ．、Ｈｚ　ＰＯ４　、Ｎａｓ　ＨＰ
Ｏ４、（ＮＨ４）ｆｆｉ　ＨＰ０４　、Ｈｓ　Ｂｏｘ　
、ＮａＢＯｉ　、ＮＨ４　Ｂｏｇ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底できる範囲内で、ｌ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威
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、生或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　？ｆＬＯ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
チーミング、減圧下含浸、加圧下含浸なとで行う。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〕

原料木材に対し、その木口方向の適当箇所に同方向に交
差する方向に切れ目を入れておけば、原料木材の木口方
向の厚みが大きくても、処理液を材の中心部にも効率良
く浸透させることができる〔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。

−実施例１− 杉材を第１図に示すように加工し、８０℃の熱水で煮沸
し飽水状態にした。

得られた材を第ｌ液（第Ｉ浴）中に浸漬した後、第２液
（第２浴）中に浸漬し、水洗、乾燥して、改質木材を得
た。その後、未切除部を切断除去し、必要な材を得た。

第１液、第２岐の組成は下記の通りである。

里１浪 水ｌｌ当たり、 Ｂ　ａ　Ｃ　１ｔ　＝　２．　０モル Ｈ＝　Ｂ　Ｏｘ　＝　２．　０モル 亀１浪 水１１当たり、 （ＮＨ．）ｔ　Ｈｐｏ．＝４．０モル ＨＩ　Ｂ　Ｏｓ　＝　６．　０モル ー実施例２〜５、比較例１一 実施例１と同様にして、第１表に示した条件で処理し、
改質木材（実施例２〜５）を得た。

比較例ｌは、従来と同様の、上記加工をしない厚板材を
実施例Ｉに準じて処理した。

実施例１〜５と比較例ｌで得た改質木材について無機物
の含浸量を調べた。結果を第１表に示す。なお、表中の
濃度の単位はモル／水１１である一実施例６− 実施例ｌにおいて、原料木材として、杉材を第２図に示
すように加工したものを用いるようにした以外は実施例
１と同様にして、改質木材を得た実施例７〜１０、比較
例２一 実施例６と同様にして、第２表に示した条件で処理し、
改質木材（実施例７〜１０）を得た。

比較例２は、原料木材に切れ目を入れないで、実施例６
に準した。

実施例６〜１０と比較例２で得た改質木材について、防
腐・防虫性、硬度を調べた。結果は第２表に示す。なお
、表中の濃度の単位はモル／水ｌｌである。

防腐・防虫性は、腐敗の程度と、虫害に対応する木材重
量の減少率で評価し、ほとんど減少しないものを◎、通
常の未処理木材と同埠を×、その中間を○として評価し
た。

硬度はφ１０ｍｍの鉄柱で５　０　０　ｋｇ／ｃＪの荷
重を１分問かけた場合の材のへこみの深さで調べた。

〔発明の効果〕

この発明にかかる改質木材の製法によれば、材の中心部
にも効率良く不溶性不燃性無機物を生成させることがで
き、防腐・防虫性等に優れた改質木材を得ることが可能
になる。

この発明において、カチオン含有処理液として、Ｍｇ，
Ｃａ．．Ｂａｓ　Ａ１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、ＢＯ３、ＰＯ４、ＣＯ３、Ｓ
Ｏ４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図および第２図は、それぞれ、この発明にかかる改
質木材の製法における原料木材に対する切れ目加工の状
態を示す説明図である。

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、前記原料木材は、僅かな未切除部を残すようにして
   木口方向に交差する方向に切れ目を入れておいて処理す
   る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。