JPH03201A - 改質木材の製法 - Google Patents

改質木材の製法

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JPH03201A
JPH03201A JP13398689A JP13398689A JPH03201A JP H03201 A JPH03201 A JP H03201A JP 13398689 A JP13398689 A JP 13398689A JP 13398689 A JP13398689 A JP 13398689A JP H03201 A JPH03201 A JP H03201A
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wood
insoluble
impregnation
treatment liquid
anion
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Kazuo Nomura
一夫 野村
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Matsushita Electric Works Ltd
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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
生成させることにより、難燃性(防火性)、寸法安定性
、防腐・防虫性および力学的強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(防火性)を付与するための改質
方法は、以下のような雑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 fb)  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 (el  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fa)以外に
も、無機物の種類によっては、(bl、(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、いったん木材組織内に定
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。
前記(a)からfd)まで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、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対工ないし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、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、このときリン酸ある
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、つぎ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。
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
在すると凹糸が侵入できず、結果的に腐敗しにくくなる
。木材内腔中の異物は、特に防腐効果のある薬剤(防腐
剤)である必要はなく、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、このような無機物を木材内腔中あるいは木材細
胞壁中に固定させると、その他の木材物性もそれに伴い
変化する。たとえば、音響特性、X線等の電磁波の透過
特性等も挙げられるが、木材の寸法安定性および硬度、
とりわけ表面硬度をはじめとする力学的強度も著しく変
化する。木材を構造的にとらえると、多数の導管や仮導
管等がはしり、その断面は、それらの管が構成する空間
が細胞壁に支えられてなるハニカム状構造を呈している
。したがって、そのハニカムの空間の大きさや壁の厚さ
等が木材の寸法安定性や力学的特性に与える影響は、極
めて大きい。具体的には、木材を水で膨潤させておき、
その状態で木材細胞壁中に何らかの物質を固定できれば
、バラク効果により上記両特性が向上する。すなわち、
木材細胞壁内が充堰材によって占められていれば、木材
自体の膨張あるい収縮が起こりにくくなり、同時に、特
に硬度をはじめとする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
も使いうるため、不溶性不燃性無機物を木材細胞壁中に
固定すれば、その効果が得られるのである 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、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行かない。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0.1 trm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
、0.1n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ている(
特開昭61−246003号公報)。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@裂し、雨水溶液を順に原料木材中に含浸
させ、木材中でイオン同士を反応させて、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。
この方法によれば、固体粒子として浸透させるのではな
く、水などの媒体に溶存し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。従って、難燃性
(防火性)、防腐・防虫性、力学的強度、および寸法安
定性等の優れた改質木材を得ることができる。
〔発明が解決しようとする課題〕
ところで、不溶性不燃性無機物を多量に生成させようと
する場合には、カチオン含有処理液とアニオン含有処理
液は高濃度にし、1回の反応による生成量を増加させる
ようにするのが良い。ところが、濃厚溶液になると、反
応は、希薄溶液の場合とは異なった形態になり、界面反
応となる。界面反応では両液の境界面という限られた2
次元空間で接し合ったカチオンとアニオンのみが反応す
るだけであるため、反応の速度が遅くなる。さらに、こ
の界面で多量の不溶性不燃性無機物が生じるため、他方
の溶液がそれよりも奥へは浸透しにくくなって、反応生
成物たる不溶性不燃性無機物が木材の各表面から内側に
向かって少なくなるような偏在が起きてしまう。他方、
木材の導管や仮導管は数10〜数100nφで数日の長
さをもった空間であり、沈澱は主にここに生成する。沈
澱は液反応により生じるが、濃度に応じた量しかできな
い。従って、空間全部が液で満たされていても、その生
成量は液量より少ない容積になる。ところが、反応生成
物は、重力により沈降する性質があるため、木材内空隙
部に生成する不溶性不燃性無機物は、重力方向に偏る傾
向にあり、同じ木材内空隙部でも上下方向に均一的に分
散させることは困難であった。
以上の事情に鑑み、この発明は、多量の不溶性不燃性無
機物を木材組織内に均一に生成させ、難燃性(防火性)
をはじめとし、防腐・防虫性、力学的強度、および寸法
安定性等に優れた改質木材を、効率良く製造する方法を
提供することを課題とする。
〔課題を解決するための手段〕
上記課題を達成するため、この発明は、改質しようとす
る原料木材に対し、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・定着させるようにする改質木材の製法であって、あ
とから含浸させる処理液を、煮沸条件下で含浸させるこ
とを特徴とする改質木材の製法を要旨とする。
上記含浸処理の際には、物理的刺激を与えながら行うこ
とが望ましい。
この発明に用いられる原料木材としては特に限定されず
、原木丸太、製材品、スライス単板、合板等が例示され
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、フン化物、臭化物、水酸塩等の塩
が挙げられる。これらは、2種以上が木材中に共存され
るようであってもよい。また、これらの化合物が木材セ
ルロースと反応した形で定着していてもよい。
また、1種の不溶性不燃性無機物中に、下記のカチオン
および/またはアニオン部分がそれぞれ2種以上台まれ
ていてもよい。
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泥、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、St、Pb等の炭素族元素、
Z n −、A I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
としてば、たとえば、Ba 0t 、BO@、PO4、
CO□、S04、NOj、、HPO4、CI!、Br、
F、■およびOHなどが挙げられる61+れらのうちで
も、BO,、PO,、Co、、S04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Ba Ot
 、BOxおよびPO4は前記(b)のメカニズムによ
る効果、COlは前記(dlのメカニズムによる効果、
C1,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
水に熔かすことにより、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は、どれでも可能であるというわ
けではないので、イオン半径等による制約を考慮して適
宜使用可能な組み合わせを選ぶようにするのがよい。
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。
水に溶けて上記所望のカチオンを生じさせる無機物とし
ては、MgC1w 、MgBrt 、MgSO4−Hz
  O,、Mg  (Not)*  ’  6Hs  
01CaCl t  、Ca B r x  、Ca(
N Ox) z  、B a CI!・ 2HI  O
S Ba B rx  、Ba  (NOx)*  、
AI Clx  、All B rx  、A6t(S
O2)*  、A1 (Not)*  ’ 98x 0
% ZnC1z等が一例として挙げられるが、これらに
限定はされない。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(、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、Na1CO*、(NH4)z 
Cog 、H! S04 、Nas so4、(NH4
)! 304 、Hs PO4、Naj HPO4、(
NH4)2 HPO4、Hs BOs−、NaBOt 
、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。以上の水溶性無機物は、各々が
単独で用いられる他、互いに反応せずに均一な水溶液を
形成できる範囲内で、−処理液中に複数種が併用される
ようでもよい。
カチオン/アユオフ合有両処理液の濃度については、濃
厚溶液に限らず、希薄溶液を用いても構わないが、濃厚
溶液を用いると、少ない含浸処理回数で、多量の不溶性
不燃性無機物を木材内に定着させることができるという
利点がある。
このようなカチオン/アニオン含有画処理液を用いたこ
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図にみるように、原料木材1をカチオン
含有処理液2に浸漬し、木材1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、原料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、減圧下含浸、加圧下含浸等が挙げられ、特に限
定はされない。
ついで、カチオン含浸された木材lは、第2図(A3に
示されているように、アニオン含有処理液4中に浸漬さ
れるようにして、木材1内にアニオン5を含浸させ、カ
チオン3とアニオン5との反応により木材1内に不溶性
不燃性無機物6を生成させる。この時、温度的には煮沸
条件とする。木材内に含浸されたアニオン5は、カチオ
ン3と接触し、界面反応を起こそうとする。しかし、煮
沸しているため、アニオンとカチオン双方の液内対流が
激しく、かつ発生気泡により反応界面が著しく乱される
。さらに、煮沸により生じる振動が加わるため、反応界
面が一層乱されて生成反応が促進される。煮沸を行うこ
とにより、イオンの移動が活発になり、木材内の奥まで
容易にアニオン5が移動してそこに存するカチオン3と
反応して不溶性不燃性無機物6を生成し、不溶性不燃性
無機物6の偏在が少なくなる。この場合、同じ木材内の
空隙部においても、気泡が発生し、同気泡により反応界
面が著しく乱され、反応生成物の分散性が良くなり、沈
澱が重力方向に沈降するのを妨げる煮沸の際における物
理的刺激の一例として、第2図(blに示されているよ
うなものがある。すなわち、回転軸8が水平になるよう
にアニオン含有処理液4中に浸漬した、側面が網になっ
たドラム籠7に、上記のようなカチオン含浸を行った木
材1を入れて矢印への向きにドラム籠7を回転させる。
この回転により木材1の上下が入れ替わり、また振動が
生じるため、上記の煮沸による反応界面の攪乱と反応生
成物の分散効果が相乗されて、反応および不溶性不燃性
無機物の均一化がより促進される。
なお、物理的刺激としては、超音波振動やマイクロ波加
熱もある。
その後、必要に応じてf4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、吸湿量が多く、また、その種類によっては潮解性を
示す場合もあるので、これらがあまりに多量に残存する
と、木材の吸水性、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。この溶成処理
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、乾燥すると、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を効で
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。たとえば、アニオン、カチオンの順に含浸させて
もよいし、2液に躍らず、さらに第3浴、第4浴・・・
等を設けて繰り返し含浸させて、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。また、初めに含浸
させる処理液もまた、減圧含浸により注入させてもよく
、この場合は、前処理としての飽水処理が省略される。
〔作   用〕
この発明にかかる改質木材の製法によれば、高濃度のカ
チオン/アニオン含有画処理液を用いた場合でも、あと
から含浸させる処理液を煮沸条件下で含浸させることに
より、反応界面の攪乱およびイオン移動速度の増大が生
じて反応が促進され、しかも重力の影響が妨げられるた
め、木材組織内に多量の不溶性不燃性無機物が均一に分
散した、難燃性(防火性)、防腐・防虫性、寸法安定性
、および力学的強度等に優れた木材を効率良く得ること
ができる。また、得られた改質木材は、無機化合物が木
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。
さらに、上記の改質木材の製法において、あとから含浸
させる処理液を煮沸条件下で含浸させる際に、木材に物
理的刺激を加えることにより、魚廊による上記の反応界
面の撹乱と不溶性不燃性無機物の分散作用が相乗され、
上記の優れた性能を有する改質木材がより良い効率で得
られる。
〔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固定されない。
一実施例1− ベイマツ材の2鶴厚スライス単板を減圧容器内に固定し
、ロータリーポンプにより19mm8g以下に減圧して
1時間保持した後、注水し、木材が完全に水に漬かった
ところでリーク弁を開けて常圧に開放し、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80℃に加温された塩化バリウム水
溶液(2,0mol/l、第1浴)中に4時間浸漬した
。ついで、第2図ff1)に示されたように、その単板
を、リン酸水素二アンモニウム水溶液(2,0mol/
 l、第2浴)中に回転軸8が水平になるように全体を
浸漬した側面が網になった回転ドラム籠7に入れ、ドラ
ム籠7を矢印Aの向きに回転させながら煮沸条件下で4
時間含浸させた。
含浸処理後の単板を充分に水洗いし、ついで乾燥させて
改質木材を得た。
一実施例2〜3一 実施例1と同様にして第1表に示した条件で単板を処理
し、各改質木材を製造した。実施例3の第3浴は第2浴
同様、煮沸条件下で木材を回転させなから含浸処理した
一比較例1一 実施例1において、第2浴の含浸処理時に煮沸と回転を
行わず、80℃で含浸処理したこと以外は実施例1と同
様にして改質木材を製造した。
−比較例2− 比較例1において、第2浴の含浸処理時間を8時間にし
たこと以外は比較例1と同様にして改質木材を製造した
一比較例3一 実施例1において、第2浴の含浸処理時に煮沸と回転を
行わず、60℃で超音波振動を与えなから含浸処理した
以外は実施例1と同様にして改質木材を製造した。
m−実施例4一 実施例1において、第2浴の含浸処理時に煮沸だけを行
い、ドラム回転を与えないで含浸処理した以外は実施例
1と同様にして改質木材を製造した。
上記の実施例および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の含浸率、#I燃性(防火性)、
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◎、N燃■級を△、そ
の中間の性能を0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0
%、寸法変化なしの場合を100%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◎、通常の
未処理木材と同等の場合を×、その中間の場合を○とし
た。硬度については、木目と木目の間の部分において、
一定の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◎、通常のベイマツ
材の硬度を×、その中間の場合をOとして表した。
以上の結果を第1表に示す。
第1表にみるように、第2浴において煮沸・回転させた
改質木材は、比較例に比べ、浸漬処理時間が短くても効
率良く多量の不溶性不燃性無機物を含んでいた。そして
その改質木材の断面を電子顕微鏡で観察した結果、不溶
性不燃性無機物が木材組織内でほぼ均一に生成し、内面
を被覆する形となっているため、−層優れた性能を有し
ていることが判明した。なお、第2浴において煮沸だけ
を行っても上記の優れた性能を有する改質木材が効率良
く得られたが、さらに回転を加えた方がより良い結果が
得られた。
〔発明の効果〕
この発明にかかる改質木材の製法は、以上のようであり
、木材内に不溶性不燃性無機物を生成・定着させるにあ
たり、あとから含浸させる処理液を煮沸条件下で含浸さ
せることにより、木材組織内に効率良(、かつ均一に多
量の不溶性不燃性無機物を生成させることができ、難燃
性(防火性)、防腐・防虫性、寸法安定性、および力学
的強度等に優れた改質木材を得ることができる。
上記の改質木材の製法において、あとから含浸させる処
理液を煮沸条件下で含浸させる際に、さらに木材に物理
的刺激を加えることにより、上記の優れた性能を有する
改質木材をより良い効率で得ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図、第2図(alは、この発明にかかる改質木材の
製法の一実施例を工程順に模式的に表す説明図である。 第2図cb>は、別の一実施例を表し、木材に回転を与
えるための装置の概略図で゛ある。 1・・・木材 2・・・カチオン含有処理液 4・・・
アニオン含有処理液 6・・・不溶性不燃性無機物7・
・・ドラム籠 8・・・ドラム籠の回転軸 A・・・ド
ラム籠の回転方向 代理人 弁理士  松 本 武 彦

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
    浸させたのちに他方を含浸させて木材組織内に前記無機
    物を生成・定着させる改質木材の製法であって、あとか
    ら含浸させる処理液を煮沸条件下で含浸させるようにす
    ることを特徴とする改質木材の製法。 2 あとから含浸させる処理液を煮沸条件下で含浸させ
    る際に、原料木材に物理的刺激を与える請求項1記載の
    改質木材の製法。
JP13398689A 1989-05-26 1989-05-26 改質木材の製法 Pending JPH03201A (ja)

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