JPH0428502A - 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２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 （Ｃ１発炎燃焼における連鎖反応の阻害（ｄ）　　不燃
性ガスの発生 （ｅｌ　　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、（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、−旦、木材組織内に定着
させられれば、木材から熔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（８１から（ｄｌ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。

（Ｃ１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。

（ｄｌ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，
１ｎ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、Ｏ，Ｉ　Ｉｒｍ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
物を水に溶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６１２４６００３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（７）、／７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（単独溶液系の掛は合わせ）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、Ａ　Ｉ　ＣＬを含むカチオン含有処理液と
（ＮＨ４）、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、処理する木材の樹種によっては、不溶性不燃
性無機物を含浸させることによって木材の難燃性等はか
なり改善されるが、高度な性能を必要とする用途のため
には、従来の方法では結果的に不充分なものになる場合
があった。たとえば、オーク材やチーク材等の比重の高
い木材の場合は、内部の空隙が小さく組織が密になって
いるため、水溶液の浸透が悪い。そのため、定着させる
不溶性不燃性無機物の生成量が思うようには得られず、
難燃性等がやや劣る材料となる。この場合、高度の難燃
性等を必要とする用途には用いずらいものとなる。

以上の事情に鑑み、この発明は、原料木材の樹種を問わ
ず、高度な難燃性、防腐・防虫性、寸法安定性等を有す
る優れた改質木材を得ることができる製法を提供するこ
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成・定着させる改質木材の製法で
あって、最初の処理液を含浸させると同時および／また
は含浸させる前に木材にアルカリ処理を施すようにする
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、水酸塩等の各種塩が挙げられる。

これらの塩の具体例を挙げると、Ｂ　ａ　ＣＯＸ　、Ｃ
ａ　ＣＯｔ　、ＦｅｃＯｘ　、ＭｇＣＯ５、ＭｎＣ０１
、ＮｉＣＯ５、ＺｎＣＯｘ　、Ｍｇ＊（ＰＯ４）ｇ　、
Ｃａ５（ＰＯ４）ｚ、Ｂａ！（ＰＯ４）！　、／ｌ　Ｐ
Ｏ４、Ｍｇ１（ＢＯＩ）。

、Ｚｎｆ（ＰＯ４）！　、ＣａＳＯ４、ＢａＳＯ４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、Ｓｔ、Ｐｂ等の炭素族元素、
Ｚ　ｎ　％　Ａ　ｊ！などが挙げられる。これらのうち
でも、Ｃａ、Ｂａ、Ｍｇ、ＺｎおよびＡ６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、Ｏ，、ＢＯ。

、ＰＯａ　、ＣＯｓ　、ＳＯ４、ＮＯｘ　、０ＨＳＣ１
ｌ、Ｂｒ％Ｆ、■およびＯＨ等が挙げられる。これらの
うちでも、ＢＯ，、ＰＯ４、Ｃｏｓ　、ＳＯ４およびＯ
Ｈアニオンが好ましい。また、前記アニオンのうちで８
４０．　、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、、Ｂｒなどのハロゲンは、前記（Ｃ）
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、ＭｇＣｌ２、ＭｇＢｒｚ　、ＭｇＳＯ４・Ｈ２０
、Ｍｇ　（Ｎｏ、）、−６Ｈ，０１ＣａＣ１！＊　、Ｃ
ａ　Ｂ　ｒｔ　、Ｃａ　　（Ｎｏｔ）ｔ　、Ｂａ　Ｃ１
’２ＨｚＯ１ＢａＢｒｚ　、１３ａ　　（Ｎｏｚ）ｚ　
、Ａｌｃｌｇ　、Ａ、ｌＢ　ｒｓ　、Ａ７！Ｚ（ＳＯ４
）１　、／ｌ　（Ｎｏｗ）ｔ　　・９８ｚ　Ｏ，Ｚ　ｎ
　Ｃ＃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、ＮａｇＣＯｇ、（ＮＨ４）ｚ
　Ｃ０−３Ｈ２ＳＯ４、Ｎａｇ　ＳＯ４、（ＮＨ４）、
ＳＯ４、Ｈｚ　ＰＯ４、Ｎａｇ　ＨＰＯ４、（ＮＨ，）
、ＨＰＯ４、ＨＩ　Ｂｏｚ　、ＮａＢＯｚ　、ＮＨ４Ｂ
ｏｚ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。

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（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。

各法の含浸処理方法、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、この発明では、下記■および／または■の方法に
より前記原料木材にアルカリ処理を施すようにすること
が必要である。

■　最初の処理液を含浸させると同時にアルカリ処理を
施す。たとえば、最初の処理液（第１液；カチオン含有
処理液であってもアニオン含有処理液であってもよい。

）中にアルカリ性物質を加えて、第１液のｐＨがアルカ
リ性側になるようにコントロールしなから含浸処理を行
うようにする。

この場合のアルカリ性物質とは、木材内に生成させよう
とする不溶性不燃性無機物のカチオン部分またはアニオ
ン部分を生じさせる無機物自身または同無機物以外の物
質のいずれかを指す。

■　最初の処理液を含浸させる前にアルカリ処理を施す
。たとえば、前処理としてアルカリ性物質の溶液を原料
木材に含浸させた後に、最初の処理液を含浸させるよう
にする。この際のアルカリ性物質の溶液とは、木材内に
生成させようとする不溶性不燃性無機物のカチオン部分
またはアニオン部分を生じさせる無機物以外のアルカリ
性物質の溶液を指し、前記両処理液とは別の溶液である
。そのため、前記■の方法に比べて全体の処理回数がこ
の前処理の分増えることになる。

前記■、■の方法の選択は、必要に応じて適宜行えばよ
い。

なお、前記■および■の方法において、アルカリ処理を
行う際に、アルカリ性物質を含む溶液に過酸化水素等を
加えて、木材の脱色を行うようにしてもよい。この場合
は、生産工程上、処理した木材の色を揃えたい場合など
に有効であり、含浸させる無機物の量を増やすと同時に
木材の色の均一化を図ることができる。

また、必要に応じては、原料木材に対するアルカリ処理
および前記両処理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
して溶液中に含まれているイオン等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、加圧子含浸などで行う。な
お、溶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。

アルカリ処理および前記両処理液の含浸処理後には、必
要に応じて養住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。

以上のアルカリ処理および前記両処理液の含浸処理によ
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Ｎ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〕

原料木材にアルカリ処理を施すようにすると、木材細胞
組織の繊維の一部が裁断されて、木材組織が膨潤する、
すなわち、木材内の空隙が拡充するため、木材内に水溶
性無機物が浸透しやすくなり、不溶性不燃性無機物の生
成量が増大する。ただし、木材繊維が裁断されることに
より木材組織自身の強度は多少落ちるが、含浸される前
記無機物による補強は余りあるものとなる。

〔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− 原料木材としてアガチス材の３　ｍｍ厚ロータリーレー
ス単板を水中に浸漬し、３０ｗｍＨｇ程度の減圧下で飽
水処理を行い、木材内部にまで充分に水を含浸させた。

飽水処理後の単板を、６０℃の炭酸カリウム水溶液（濃
度２ｍｏｌ／水１１）からなるアルカリ処理浴を兼ねた
第１浴に２４時間浸漬し、ついで、６０℃の塩化カルシ
ウム水溶液（濃度４ｍｏｌ／水１１）からなる第２浴に
１２時間浸漬した。

浸漬後、洗浄、熱風乾燥を行って、改質木材を得た。

一比較例１ 実施例１において、第１浴および第２浴への浸漬順序を
逆にした以外は実施例１と同様にして、改質木材を得た
。

一実施例２一 実施例１において、原料木材としてアガチス材の代わり
にラワン材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。

−比較例２一 実施例２において、第１浴および第２浴への浸漬順序を
逆にした以外は実施例２と同様にして、改質木材を得た
。

一実施例３ 実施例１において、第２浴として塩化カルシウム水溶液
（濃度４ｍｏｌ／水ＩＮ）の代わりに塩化バリウム水溶
液（濃度２ｍｏｌ／水１１）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。

一比較例３一 実施例３において、第１浴および第２浴への浸漬順序を
逆にした以外は実施例３と同様にして、改質木材を得た
。

実施例４一 実施例１と同様のアガチス単板を同実施例と同様にして
飽水処理した後、前処理として同単板を７０℃のアルカ
リ処理浴（過酸化水素の３〜５％水溶液を水酸化ナトリ
ウムでｐＨ９〜１０に調整した水溶液）に３時間浸漬し
た（この処理は、木材の脱色処理を兼ねたものであった
）。

次に、アルカリ処理された単板を、６０°Ｃのリン酸水
素二ナトリウム水溶液（濃度２ｍｏｌ／水１１）からな
る第１浴に１２時間浸漬し、ついで、６０℃の塩化カル
シウム水溶液（濃度４ｍｏｌ／水１ρ）からなる第２浴
に１２時間浸漬した。

浸漬後、洗浄、熱風乾燥を行って、改質木材を得た。

一比較例４一 実施例４において、アルカリ処理を省くようにした以外
は実施例４と同様にして、改質木材を得た。

一実施例５一 実施例４において、第１浴としてリン酸水素二ナトリウ
ム水溶液（ｆｉ度２ｍｏｌ／水１１）の代わりにリン酸
水素二アンモニウム水溶液（濃度３ｍｏｌ／水１ｊ２）
を、第２浴として塩化カルシウム水溶液（濃度４　ｍｏ
ｌ／水ＩＮ）の代わりに塩化バリウム水溶液（濃度２ｍ
ｏｌ／水１１）をそれぞれ用いるようにした以外は実施
例４と同様にして、改質木材を得た。

比較例５一 実施例５において、アルカリ処理を省くようにした以外
は実施例５と同様にして、改質木材を得た。

実施例１〜５および比較例１〜５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性と難燃性を調べた
。不溶性不燃性無機物の含浸性は、原料木材の改質前と
改質後の間の重量増加率（％）で評価した。難燃性は、
ガスバーナーを使った簡易燃焼試験を行い、裏面加熱に
よる表面燃え抜けにかかる時間（秒）で評価した。それ
らの結果を第１表に示した。

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の比べ、不溶性不燃性無機物の含浸
性および難燃性のいずれについても勝っていることがわ
かる。

〔発明の効果〕

この発明にかかる改質木材の製法によれば、原料木材の
樹種を問わず、木材内に多量の不溶性不燃性無機物を効
率良く生成・定着させることができるため、高度な難燃
性、防腐・防虫性、寸法安定性等を有する優れた改質木
材を得ることができる。

また、この発明において、カチオン含有処理液として、
Ｍｇ、Ｂａ、Ｃａ、ＡＩ！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，、ＰＯ４、Ｃｏ、
　、ＳＯ２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。

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、最初の処理液を含浸させると同時および／または含
   浸させる前に木材にアルカリ処理を施すようにすること
   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＿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。