JPH03277502A - 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１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 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、伽）、（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（ｄ）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。

（ｂｌ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（、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、水に熔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搬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
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、０，１ｎ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、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・防虫性や難燃
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　ＣＩ　ｚを含むカチオン含有処理液と
に２ＣＯ，を含むアニオン含有処理液とを木材に含浸さ
せたり、ＡｌＣｌオを含むカチオン含有処理液と（ＮＨ
４）、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〕

ところが、このような改質木材の製法では、難燃性、防
腐・防虫性等については優れた改質木材を得ることがで
きるが、木材の寸法安定性に関しては、場合によっては
、その改善率が低く、充分な性能が得られないという問
題があった。

このような事情に鑑み、この発明は、従来法により得ら
れた改質木材に比べて、寸法安定性がより向上した改質
木材を効率良く得ることができ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成・定着させる改質木材の製法
であって、前記原料木材にカチオン含有処理液およびア
ニオン含有処理液を含浸させる際に、硬化樹脂を生成さ
せる成分を含む水溶液（以下、「樹脂水溶液」と称する
）も含浸させて、木材組織内に前記不溶性不燃性無機物
とともに前記硬化樹脂も生成・定着させるようにするこ
とを特徴とするものである。

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、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艇織内に分
散・定着させる不溶性不燃性無機物（イ溶性生成物）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、硝酸埴、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、Ｂａｃｏｎ　、ＣａＣ０ｇ　、ＦｅＣ０＊　、
ＭｇＣＯｘ　、ＭｎＣＯ５、Ｎｉ　Ｃｏｗ　、ＺｎＣＯ
５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、
Ｚｎ、ＡＩなどが挙げられる。これらのうちでも、Ｃａ
、Ｂａ、Ｍｇ、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、Ｂ４０＝　、Ｂｏｘ、ＰＯ４、Ｃ
−ｏ零、Ｓ０４、Ｎｏオ、０Ｈ１ＣＩ、Ｂｒ、Ｆ、Ｉお
よびＯＨ等が挙げられる。これらのうちでも、Ｂｏｇ　
、ＰＯ４、Ｃｏｔ　、Ｎｏ４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
３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（ｅ）および（ｄｌ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７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やすいような組み合わせが適宜
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、ＭｇＣＬ　、ＭｇＢｒｔ　、Ｍｇ５Ｏ，−ｆ（１
０１Ｍｇ　（ＮＯｇ）−・６Ｈｚ　０１ＣａＣ１ｌｚ　
、ＣａＢｒｔ　、Ｃａ　（Ｎｏｗ）＊　、ＢａＣｊ！・
２Ｈｚｏ、ＢａＢｒｚ　、Ｂａ　　（Ｎｏりｔ　、ＡＩ
ｃ／ｌ　、ＡｌＢｒ５　、ＡＩ！ｔ（ＳＯＪｇ　、Ａｌ
　　（ＮＯｘ）ｓ　　・９Ｈｚ　Ｏ，ＺｎＣｆｆｚ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　ＣＯｓ、（ＮＨ，）、Ｃｏ。

、Ｈ２ＳＯ４、Ｎａｇ　ＳＯ４、（ＮＨ，）、Ｎｏ４、
Ｈｚ　ＰＯ４、Ｎａｇ　ＨＰＯ４、（ＮＨ，）、ＨＰＯ
ａ　、Ｈｓ　Ｂｏｗ　、Ｎａ　ＢＯｔ　、ＮＨａ　Ｂｏ
ｗ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。

この発明で用いられる樹脂水溶液としては、水に熔解し
て容易に木材に含浸され、含浸後に適当な処理を行うこ
とにより木材中で重合・硬化して、水に不溶の樹脂を生
成するような成分を含ものであれば、特に限定されない
が、たとえば、アミノトリアジン類とグアニジン類のう
ちの少なくとも１種、アクリルアミド類のうちの少なく
とも１種、ホルマリン（ホルムアルデヒド）および酸の
混合水溶液等が好ましい。このような混合水溶液に含ま
れる成分の具体例としては、特に限定されないが、アミ
ノトリアジン類については、メラミン、アムメリン、グ
アノメラミン、メラム等が、グアニジン類については、
ジシアンジアミド、グアニール尿素、グアニジン等が、
アクリルアミド類については、アクリルアミド、メタク
リルアミド等が、酸については、リン酸等がそれぞれ好
ましい。これらの成分を重合・硬化させて得られるメラ
ミン樹脂等の難燃効果を持つＮ基含有樹脂を木材中に生
成・定着させると、得られる改質木材の寸法安定性が向
上するのはもちろんのこと、改質木材の難燃性向上にも
つながるからである。また、前記酸として、リン酸を用
いると、やはり改質木材の難燃性が向上するからである
。

以上のカチオン含有処理液、アニオン含有処理液および
樹脂水溶液による原料木材の含浸処理は、たとえば、以
下のように行われる。

まず、カチオン含有処理液とアニオン含有処理液のうち
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、樹脂水
溶液（第３液）を同様に木材に含浸させる。

上記のごとくして、アニオン含有処理液、カチオン含有
処理液および樹脂水溶液の３液が含浸された後、さらに
必要に応しては、第４液、第５液、第６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
含有側処理液および樹脂水溶液は、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、スチーミ
ング、減圧下含浸、加圧下含浸などで行う。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。

前記カチオン含有処理液、アニオン含有処理液および樹
脂水溶液の含浸順序としては、特に限定されないが、な
るべくは、カチオン含有処理液とアニオン含有処理液を
含浸させた後に樹脂水溶液を含浸させるようにすること
が望ましい。カチオン含有処理液、アニオン含有処理液
および樹脂水溶液は別々に含浸させることが望ましいが
、カチオン含有処理液とアニオン含有処理液のうちの一
方の処理液と樹脂水溶液を混合した溶液を含浸させるよ
うにしてもよい。

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、木材表面の水洗等を必要に応じて行
い、乾燥させ、木材中に含浸された樹脂水溶液成分を重
合・硬化させて、木材内に、前記不溶性不燃性無機物と
ともに硬化樹脂も生成・定着させることにより所望の改
質木材が得られる。

前記樹脂水溶液成分を重合・硬化させる方法としては、
たとえば、加熱、Ｔ線放射等が挙げられるが、特に限定
されない。この重合・硬化処理は、木材に熱等を加えて
乾燥させながら行うようにしてもよいし、乾燥処理とは
別々に行うようにしてもよい。加熱により重合・硬化さ
せる際の温度は、７０〜１２０℃が望ましく、硬化時間
は、２時間以上が望ましいが、これに限定されない。重
合・硬化を効率良く行うためには、特に限定されるわけ
ではないが、樹脂水溶液に開始剤、触媒、硬化剤等の添
加剤をあらかじめ添加しておくことが好ましい。このよ
うな添加剤としては、たとえば、前記アクリルアミド類
のビニル基を重合させる場合は、過硫酸カリウム、過酸
化水素水などの過酸化物等が好ましく、メラミン樹脂等
のメチロール基を縮合させる場合には、塩化アンモニウ
ム、パラトルエンスルホン酸などの酸触媒等が好ましい
が、これらに限定されるものではない。

〔作　　　用〕

木材内に不溶性不燃性無機物を定着させるとともに、硬
化樹脂も定着させるようにすると、不溶性不燃性無機物
のみを定着させた場合に比べて、寸法安定性がより向上
する。

〔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１〜５− アガチスの３ｖｕａ厚ロータリー単板を８０℃の熱水中
で煮沸し、飽水状態にした。得られた単板を、後記第１
表に示す組成・濃度を持つ８０℃のカチオン含有処理液
（第１浴）および同温度のアニオン含有処理液（第２浴
）中に４時間ずつ順次浸漬した後、後記第１表に示す濃
度のメラミン、アクリルアミド、ホルマリンおよびリン
酸を含む常温の樹脂水溶液（第３浴）中に２４時間浸漬
した。次に、この単板を樹脂水溶液中から取り出して表
面を洗浄後、１１０℃で８時間加熱し乾燥させるととも
に単板内の樹脂水溶液成分を重合・硬化させて、改質木
材を得た。

一比較例１一 実施例１において、単板を樹脂水溶液（第３浴）に浸漬
しない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１〜５および比較例１で得られた改質木材につい
て、寸法安定性および難燃性を調べた。

寸法安定性は、下記式（ａ） ＡＳＥ＝　Ｃ（Ｄ、　−Ｄ）　／Ｄ、　）　Ｘ　１００
　　・（ａ）（式中、Ｄ、は未処理材の収縮率、Ｄは処
理材の収縮率をそれぞれ表す。） で表される抗収縮能ＡＳＥ　（％）で評価した。難燃性
は、ＪＩＳ　　Ａ１３２１の方法に従って評価した。そ
れらの結果を第１表に示した。

第 表 ■ １度は水１１に対するモル数 第１表にみるように、実施例にかかる改質木材は、比較
例にかかる改質木材に比べて、寸法安定性が向上してい
ることがわかる。難燃性については、いずれの改質木材
も難燃２級で級数の上では同等であったが、実施例にか
かる改質木材の方が比較例よりも優れていた。

〔発明の効果〕

この発明にかかる改質木材の製法によれば、防腐・防虫
性、難燃性等に優れ、しかも、寸法安定性にも高度に優
れた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、無機物および樹脂が木材内部に含浸・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。

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・定着させるようにする改質木材
   の製法であって、前記原料木材にカチオン含有処理液お
   よびアニオン含有処理液を含浸させる際に、硬化樹脂を
   生成させる成分を含む水溶液も含浸させて、木材組織内
   に前記不溶性不燃性無機物とともに前記硬化樹脂も生成
   ・定着させ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＿２
   、ＰＯ＿４、ＣＯ＿２、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。 ３　硬化樹脂を生成させる成分を含む水溶液が、アミノ
   トリアジン類とグアニジン類のうちの少なくとも１種、
   アクリルアミド類のうちの少なくとも１種、ホルマリン
   および酸を含むものである請求項１または２記載の改質
   木材の製法。