JPH0423882B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔技術分野〕 この発明は、難燃性、防腐・防虫性および寸法
安定性を付与した改質木材の製法に関する。

〔背景技術〕

木材に難燃性を付与するための処理法として、
種々の方法がある。難燃化のメカニズムから分類
すると、だいたいつぎのようにわけられる。

(a) 無機物による被覆 (b) 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 しかし、前記のように分類される従来の処理法
では、充分満足できる難燃性を有する改質木材を
得ることは困難であつた。

他方、改質木材は、建材等として用いられるた
め、防腐・防虫性および寸法安定性の向上も求め
られていた。

〔発明の目的〕

この発明は、このような事情に鑑みてなされた
ものであつて、優れた難燃性、防腐・防虫性およ
び寸法安定性を有するものを得ることができる改
質木材の製法を提供することを目的としている。

〔発明の開示〕

前記のような目的を達成するため、発明者らは
研究を重ね、木材にアパタイトを含ませればよい
と考えた。このアパタイトは、前記(a)のほか種類
によつては、(b)および(c)のメカニズムによる効果
を併せて期待でき、そのうえ防腐・防虫性および
寸法安定性の向上も期待できるからである。しか
も、水に溶けにくいので木材から溶け出す恐れも
少ない。(a)，(b)および(c)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、可燃性の材料であつても、不燃性の
無機物と適当な配合比で複合すれば、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１対１の重量配合比で混合し、板状に成
形したものであつて、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、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る。こうして形
成された炭化層が断熱層として作用し、難燃効果
が生じる。(c)は、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。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
ると菌糸が侵入できず、結果的に腐敗されにくく
なる。木材内腔中の異物は、特に防腐効果のある
薬剤である必要は無く、菌類の養分になるもので
無ければ、何であつても良い。防虫についても防
腐と同じである。したがつて、アパタイトを木材
内腔中に含ませれば、木材の防腐・防虫性を向上
させうる。さらに、木材の寸法安定化について説
明する。木材を膨潤させておき、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、寸法安定化効果が得られる。固定物質とし
て、水に溶けにくい無機物も使いうる。したがつ
て、アパタイトを木材細胞壁中に固定すれば、寸
法安定性を向上させうる。

しかし、アパタイトそのまま水に分散させ、こ
の分散液からなる処理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べ
き経路の内、最も狭い部分はピツトメンブランで
あるが、ここにおける空隙径が約0.1μmであるの
に対し、分散したアパタイトの粒子は、普通、数
μm以上あるからである。

そこで、発明者らは、さらに研究を重ね、アパ
タイトM₁₀（ZO₄）₆X₂のＭとなるイオンを含む処
理液を木材中に含浸させたのち、このイオンを一
旦水に溶けにくい無機塩とし、さらに、ZO₄を構
成するイオンを含むとともにＸとなるイオンある
いは分子を含むことがあり、PHが8.5〜12に調整
された処理液を木材中に含浸させて、木材中にお
いてアパタイトを生成させるようにすればよいと
いうことを見出し、ここにこの発明を完成した。

したがつて、この発明は、木材中に、まずアパ
タイトM₁₀（ZO₄）₆X₂のＭとなるイオンを含む水
溶液を含浸させたのち、アパタイトのＸとなるイ
オンもしくは分子を含むかZO₄を構成するイオン
を含む水溶液を含浸させて、前記木材内で一旦水
に溶けにくい非アパタイト系の無機塩を生成さ
せ、そののち、前記木材中に、アパタイトのZO₄
を構成するイオンを含みPHが8.5〜12に調整され
た処理液を含浸させて、木材中にアパタイトを生
成させる改質木材の製法をその要旨としている。

以下に、この発明を詳しく説明する。

この発明に用いられる木材としては、原木丸
太、製材品、スライス単板等があげられ、種類
は、特に限定されない。

アパタイトは、M₁₀（ZO₄）₆X₂の基本組成をも
つ六方晶系空間群P6₃／ｍに属する化合物群の総
称である。単にアパタイトといえば。Ｍ＝Ca，
Ｚ＝Ｐのものをさす場合が多く、代表的なものと
して水酸アパタイトCa₁₀（PO₄）₆（OH）₂があげら
れるが、この発明では、アパタイトは前記基本組
成をもつすべての化合物をさしている。また、結
晶水を持つものも含んでいる。

Ｍサイトには１〜３価、Ｚサイトには３〜７
価、Ｘサイトには０〜３価の多岐にわたる構成イ
オン種が入ることが知られている。また、Ｘサイ
トにはH₂O等の分子も入りうる。具体例をつぎ
にあげる。

Ｍ：Ca，Pb，Cd，Sr，Ni，Eu，Al，Ｙ，La，
Ce，Na，Ｋ，Ba Ｚ：Ｐ，As，Ｖ，Cr，Si，Ｃ，Al，Ｓ，Re Ｘ：OH，Ｆ，Cl，Br，Ｉ，Ｏ，Ｎ，CO₃，
H₂O，□（空格子点，vacancy） ここにあげたＭ，Ｚ，Ｘはどのような組み合わ
せも可能であるというわけではなく、イオン半径
等により制約がある。Ｍ，Ｚ，Ｘとしてそれぞれ
同時に２種類以上を含むようであつてもよい。難
燃化の点では、ＺがＰ，ＢあるいはＳで、ＸがCl
等のハロゲンとなつているアパタイトが好まし
い。

木材中に含ませる用途（複合用途）として特に
重要なアパタイトは、Ca₁₀（PO₄）₆（OH）₂，Ca₁₀
（PO₄）₆Cl₂，Ca₁₀（PO₄）₆F₂，Ca₁₀
（PO₄）₆FxCl_2-x，Ba₁₀（PO₄）₅（BO₄）□₂，Ca₉Ni
（PO₄）₆F₂，Ca₈Al₂（PO₄）₅（AlO₄）F₂等である。

前記のようなアパタイトを木材中において生成
させるが、生成方法はつぎのとおりである。

まず、Ca²⁺，Ba²⁺，Al³⁺，Ni²⁺等のＭとなり
うるイオンのうちの少なくとも１種を含む水溶液
等からなる処理液を木材中に含浸させたのち、前
記イオンと反応して水に溶けにくい無機塩をつく
るイオンを含む水溶液等からなる処理液を含浸さ
せて、木材中に水に溶けにくい無機塩を一旦生成
させる。たとえば、はじめに、Ca²⁺，Ba²⁺，
Al³⁺，あるいはNi²⁺を含む処理液を含浸させた
場合は、OH^-を含む処理液（アルカリ性処理
液），SO₄ ^2-イオンを含む処理液あるいはPO₄ ^3-を
含む処理液のいずれかを含浸させて、これらの水
酸化物、リン酸化物あるいは硫酸化物のうちの水
に溶けにくいもの、たとえばCa（OH）₂，CaSO₄，
Ca₃（PO₄）₂，CaHPO₄，BaSO₄，Ba₃（PO₄）₂，Al
（OH）₃，Ni（OH）₂等の水に溶けにくい無機塩を
生成させる。つぎに、アパタイト生成に不足する
イオンあるいは分子、すなわち、PO₄ ^3-，BO₃ ^3-，
AlO₂ ^-等のZO₄を構成しうるイオンのうちの少な
くとも１種およびCl^-，F^-等のＸとなりうるイオ
ンあるいは分子のうちの少なくとも１種を含み、
PHが8.5〜12に調整された水溶液等からなる処理
液を木材中に含浸させる。そして、必要に応じて
養生して、木材中においてアパタイトを生成さ
せ、固定するようにする。ただし、Ｘが□のアパ
タイトを生成させる場合は、Ｘとなりうるイオン
あるいは分子を用いる必要はない。また、Ｘが
OHのアパタイトを生成させる場合も、PHが8.5〜
12の処理液中にはOH^-が含まれるからＸとなり
うるイオンあるいは分子を他に用いる必要がな
い。このように、あらかじめ木材中に水に溶けに
くい無機塩を生成させるようにすると、効率よく
アパタイトを生成させることができる。

処理液の含浸は、木材を処理液中に浸漬した
り、処理液を木材表面に塗布したり等して行う。
２種以上の含浸法を併用するようにしてもよい。

このようにして得られた改質木材は、優れた難
燃性、防腐・防虫性および寸法安定性を有するも
のとなる。

（実施例 １） マツ，スギ，ブナ材の各２mm厚ロータリー単板
を常温の水中に浸漬した。そして、1Torr程度に
減圧し、５時間放置して、木材を飽水させた。つ
ぎに、70℃のCaCl₂・8H₂O水溶液中に５時間浸
漬し、そののち、PH９に調整した処理液中に浸漬
してCa（OH）₂を木材中において生成（沈澱）さ
せた。このあと、Na₃PO₄の40％水溶液をNaOH
でPH９に調整した70℃の処理液中に８時間浸漬し
た。水洗乾燥後、木材絶乾重量100に対して31の
水酸アパタイト（ヒドロキシアパタイト）Ca₁₀
（PO₄）₆（OH）₂が含まれた（複合された）改質木
材が得られた。

この改質木材は、優れた難燃性を備えているほ
か、優れた防腐・防虫性および寸法安定性も備え
ていた。

（実施例 ２） 実施例１と同様にしてつくつた飽水木材を70℃
のCaCl₂・8H₂O水溶液中に５時間浸漬した。つ
ぎに、PH９に調整した処理液中に浸漬してCa
（OH）₂を木材中において生成（沈澱）させた。
このあとNa₃PO₄40％水溶液中にNaClを飽和ま
で溶解し、NaOHでPH９に調整した70℃の処理
液中に８時間浸漬した。水洗乾燥後、木材重量
100に対して29の水酸アパタイト（ヒドロキシア
パタイト）とクロロアパタイトCa₁₀（PO₄）₆Cl₂の
混合物が含まれた（複合された）改質木材が得ら
れた。

この改質木材は、高度の難燃性を備えているほ
か、優れた防腐・防虫性および寸法安定性も備え
ていた。

（実施例 ３） 実施例１と同様にしてつくつた飽水木材を70℃
のBaCl₂飽和水溶液中に５時間浸漬し、さらに
Na₃PO₄の飽和水溶液中に浸漬して、木材中に
Ba₃（PO₄）₂を生成（沈澱）させた。さらに、70℃
のH₃BO₃飽和水溶液をNaOHでPH９に調整した
処理液中に８時間浸漬した。水洗乾燥後、木材絶
乾重量100に対して、19のBa₁₀（PO₄）₅（BO₄）□₂
が含まれた（複合された）改質木材が得られた。

この改質木材は優れた難燃性を備えているほ
か、高度の防腐・防虫性を備えていた。そのう
え、拡収縮能（ASE）が35％となつて優れた寸
法安定性も備えていた。

〔発明の効果〕 この発明にかかる改質木材の製法は、アパタイ
トM₁₀（ZO₄）₆X₂のＭとなるイオンの水に溶けに
くい無機塩を含む木材に、ZO₄を構成するイオン
を含むとともにＸとなるイオンあるいは分子を含
むことがあり、PHが8.5〜12に調整された処理液
を木材中に含浸させて、木材中においてアパタイ
トを生成させるようにするので、難燃性、防腐・
防虫性および寸法安定性が優れた改質木材が得ら
れる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 木材中に、まずアパタイトM₁₀（ZO₄）₆X₂の
   Ｍとなるイオンを含む水溶液を含浸させたのち、
   アパタイトのＸとなるイオンもしくは分子を含む
   かZO₄を構成するイオンを含む水溶液を含浸させ
   て、前記木材内で一旦水に溶けにくい非アパタイ
   ト系の無機塩を生成させ、そののち、前記木材中
   に、アパタイトのZO₄を構成するイオンを含みPH
   が8.5〜12に調整された処理液を含浸させて、木
   材中にアパタイトを生成させる改質木材の製法。 ２ Ｍとなるイオンが、Ca²⁺，Ba²⁺，Al³⁺およ
   びNi²⁺からなる群の中から選ばれた少なくとも
   １種である特許請求の範囲第１項記載の改質木材
   の製法。 ３ ZO₄を構成するイオンが、PO₄ ^3-，BO₃ ^3-お
   よびAlO₂ ^-からなる群の中から選ばれた少なくと
   も１種である特許請求の範囲第１項または第２項
   記載の改質木材の製法。 ４ Ｘとなるイオンが、Cl^-およびF^-の少なくと
   も一方である特許請求の範囲第１項から第３項ま
   でのいずれかに記載の改質木材の製法。