JPH05278008A - 改質木材の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明は難燃化した木材を簡単な方法で大量生
産することを目的としたものである。 【構成】木材の中に一種或いは二種以上の金属アルコキ
シドの溶液を含浸させ、その後この金属アルコキシドを
加水分解もしくは加熱分解させることによって、これを
不燃性の金属酸化物に変え、これによって木材を難燃化
木材に改質する方法である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は難燃化した木材を製造す
る方法に係り、特に木材に金属酸化物によって難燃性を
付与して改質木材を製造する方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】平成二年五月に建築基準法が改正にな
り、開口部に木材が使用できるようになった。しかし甲
種で６０分、乙種で２０分という遮炎性（耐火炎貫通
性）の基準をクリヤ−しなければならず、木をそのまま
使用してもこの基準を越える事は難しかった。一方で従
来から木材を難燃化させる為に、次に例示するような種
々の製造方法が実施されていた。

【０００３】第１の製造方法は、木材の難燃剤としてホ
ウ酸、ホウ砂、リン酸アンモニウムのような水溶性無機
化合物を使用し、この水溶性無機化合物を木材中に含浸
させ、木材を難燃化する製造方法である。これらの水溶
性無機化合物を木材中に含浸させる場合は、減圧加圧注
入法によるか、又は木材を水の中に長く浸漬し、飽水状
態にしておき、濃度の高い水溶性難燃剤と置き換えると
いう方法がとられている。第２の製造方法は、二種の無
機化合物水溶液の一方の無機カチオン溶液を木材に含浸
させ、後からこの木材に他方の無機アニオン溶液を含浸
させることにより、木材の組織内に不溶性、難燃性無機
化合物を分散定着させる二液拡散法である。この場合で
も木材に化合物を含浸させる場合は、木材を飽水状態に
しておき、薬液を置き換える方法がとられている。第３
の製造方法は、シリコンエトキシド、シリコンメトキシ
ドなどのアルコキシドを用いて、加水分解または加熱重
合により木質材料の水酸基と反応させたり、高分子化さ
せてシリコンポリマ−を生成させる方法がある。従来か
ら木材の難燃化に用いる難燃薬剤は、単一薬剤では充分
な難燃効果を示すことが少なく、二種以上の混合薬剤を
用いて相乗効果を利用するのが一般的である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】然るに、前述の第１の
製造方法の場合は、含浸注入に特別の装置を必要とし、
それを稼働させるために多くのエネルギーを必要とす
る。また、含浸後の乾燥にも特定の乾燥装置と多くのエ
ネルギーや時間を必要とし、処理過程における高コスト
を招く。さらに、折角木材中に含浸した化合物は水溶性
であるため、水に触れたり空気中の湿気により木材中か
ら滲出し、難燃効果を失うばかりでなく、滲出した成分
が木材表面に付着し、接着効果や塗装効果が低下して木
材加工を困難にする問題があった。また、これらの水溶
性薬剤は吸湿によって木材の膨潤を生じ、更に木材の汚
染や釘等の金属腐食を招くことがある等の問題もあっ
た。また、前述の第２の製造方法の場合は、木材をカチ
オン水溶液の中に浸漬した後、アニオン水溶液に浸漬し
て木材中で反応させ、不溶性の無機化合物を作るため
に、液組成が二液となり、二回浸漬する必要があり、非
常に手間がかかる問題もあった。この方法における含浸
は液の拡散に依存するため多くの時間を要し、処理後の
乾燥過程で第１の方法と同様の工程を必要とし、高コス
ト化をまぬがれることはできない問題もあった。更に、
前述の第３の製造方法の場合は、本来から木材の耐熱
性、耐候性、耐水性、耐汚染性、耐薬品性等を改良する
ことに重点がおかれている為に、木材の難燃性は充分で
なく、そのまま前記新しい建築基準法に適合する改質木
材を確実に製造することは困難であった。

【０００５】本発明に係る製造方法は、上述の従来の問
題点に鑑み開発された新しい技術であって、新しい建築
基準法に基づいて、開口部の部材として適用できる上
に、更に建築内装材や外装材として使用できる難燃木材
を容易かつ確実に製造することができる製造方法を提供
しようとするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明に係る改質木材の
製造方法は、前述の従来技術の問題点を根本的に改善し
た技術であって、その要旨は一種或いは二種以上の金属
アルコキシドの溶液を木材に含浸させ、その後加水分解
もしくは加熱分解することによって金属アルコキシドを
木材中で不燃性、かつ水に不溶性の金属酸化物に変え、
木材を難燃化するものである。

【０００７】

【作用】本発明に係る製造方法は、上述の如く、単独も
しくは二種以上の防火効果のある金属アルコキシドを組
み合わせることによって、その複合化溶液を作成し、そ
の溶液の中に木材をそのままの状態で含浸させ、然る後
木材を溶液より取出して加水分解もしくは加熱分解する
ことによって、木材中で不溶性の金属酸化物にした後、
木材を加熱しながら減圧乾燥させて不燃性の改質木材を
製造するので、従って、従来技術である二液拡散法の様
な、カチオンとアニオンを木材中で反応させ、不溶性の
無機化合物を作る様な手間がいらず、難燃性に効果のあ
る金属アルコキシドを組み合わせることによって、その
複合液体を作成して、一液で木材に含浸させることがで
きる。

【０００８】本発明で使用する金属アルコキシド溶液
は、単独溶液であっても、複合溶液であっても簡単に木
材中に含浸し、しかも木材を前処理することなく、その
ままの状態で使用することができる。また、減圧、加圧
注入によらなくても、常圧で、しかも迅速容易に含浸さ
せることができる。また、水溶性無機薬剤は空気中の湿
気に接すると吸湿による木材の膨潤や木材成分との反応
によって汚染を生じたり、または結露や雨水のような水
に合うと木材中から溶脱・流失し難燃効果を減少させる
ばかりでなく、木材を二次加工する場合、無機薬剤の滲
出しによる接着性や塗装性を阻害することがあるが、本
発明に使用する金属アルコキシドは加水分解または加熱
分解することにより、水に不溶性の金属酸化物に変化す
るので上記のような心配がなく、接着性を有している。
木材中に金属アルコキシド溶液を含浸する場合は、木材
をそのままの状態で金属アルコキシド溶液またはその複
合溶液に含浸するだけで良いが、勿論減圧加圧注入法を
用いて含浸してもかまわない。加水分解工程は酸性側で
行なってもアルカリ性側で行なってもかまわない。金属
アルコキシドを含浸させた木材を、水の中に含浸して煮
沸しても行なえるが、蒸気加熱を行うことが更に良い。
酸性側で加水分解を行う場合は水及び蒸気の中に塩酸、
硝酸のような鉱酸を加え、アルカリ性側で加水分解を行
う場合は水及び蒸気の中にアンモニアを加えるのが良
い。また、金属アルコキシドを含浸させた木材を加熱乾
燥することにより、この金属アルコキシドを完全に金属
酸化物に変化することもできる。

【０００９】

【実施例】本発明に係る改質木材の製造方法は、既に要
旨を述べてきたように、金属アルコキシドの溶液を木材
に含浸させ、その後、該金属アルコキシドを木材中で不
燃性の金属酸化物に変える方法であるが、次に本発明の
方法で使用される金属アルコキシドの特性について詳述
する。

【００１０】本発明で使用する金属アルコキシドの一般
式はＭ（ＯＲ）nであり、式中Ｍは金属、Ｒは炭素数が
１〜１２のアルキル基、ｎは金属の価数で１〜５の整数
である。ＭはＮａ，Ｋ，Ｌｉ，Ｂａ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｍ
ｇ，Ｚｎ，Ｓｎ，Ｓｂ，Ｂ，Ｓｉ，Ｐ，Ｔｉ，Ａｌ，Ｚ
ｒ，Ｔａ，Ｎｂ，Ｇｅ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｖ，Ｍｎ等
の金属である。Ｒはメチル，エチル，プロピル，イソプ
ロピル，ブチル，ヘキシル，オクチル，デシル，ドデシ
ル基である。ｎが１２より大きい、例えばステアリル基
のような長鎖のアルキル基になると、乾燥工程の後も木
材中に残り、可燃成分の原因となり、返って燃焼を助長
するので、Ｃは１〜４のメチル，エチル，プロピル，イ
ソプロピル，ブチル基を用いるのが良い。金属アルコキ
シドの複合溶液を作る際には、本発明で列挙したあらゆ
る金属の組み合わせが可能であるが、二種の金属のアル
コキシ基が異なると、金属の種類によってアルコキシ基
の置換が起こり、アルコ−ル、炭化水素等の溶剤に対し
溶解度の低い別の金属アルコキシドが生成され、沈殿生
成の原因となる。好ましくは同種のアルコキシ基が反応
している金属アルコキシドの組み合わせを用いることが
良い。勿論、アルコキシ基が異なっても沈殿が生じず、
透明な複合溶液も数多くあり、上記に限定したものでは
ない。また複合溶液を作る際には金属アルコキシドその
ままの溶液を混合しても良く、またアルコ−ルアセト
ン、脂肪族炭化水素、芳香族炭化水素のような溶媒で希
釈したものを混合して用いてもかまわない。

【００１１】金属アルコキシドの溶液を木材に含浸させ
る方法、及び金属アルコキシドを木材に含浸させた後
で、金属アルコキシドを木材中で金属酸化物に変化させ
る手段等の具体例を説明すると、次の通りである。金属
アルコキシド単独溶液、及び複合溶液を木材に含浸させ
る方法としては、これら溶液の中に木材をそのまま浸漬
するか、減圧しながら注入する方法がある。減圧しなが
ら注入する方法を用いた場合は、短時間に木材の理論含
浸量の９０％以上を含浸させることができた。次に、こ
の金属アルコキシド含浸木材を水に浸漬し、煮沸する
か、蒸気を通じるか、加熱乾燥することによって金属ア
ルコキシドの加水分解を行い、木材中で金属酸化物に変
化させる。その後乾燥機に入れ、６０〜９０℃で乾燥さ
せることによって改質木材を得ることができた。この改
質木材を酸素指数（ＪＩＳ−Ｋ７２０１）に準ずる試験
方法を用いて燃焼試験を行いブランクと比較した。金属
アルコキシドで処理した改質木材は、ブランクと比べ
て、酸素指数が一様に高く、難燃に寄与している事を見
いだした。

【００１２】更に上述の製造方法を具体的に実施した数
例の実施例を記述すると次の通りである。 ［実施例１］ヒノキの単板２１０×７０ｍｍ、厚さ０．
３ｍｍを真空デシケ−タ−に入れ、減圧下１０ｍｍＨｇ
でホウ酸トリエチル溶液の中に１．５時間浸漬した。し
かる後この含浸木材を、濃度１．４５％のアンモニア水
１Ｌを入れた５Ｌビ−カ−に吊し、ビ−カ−を加熱して
アンモニアアルカリ性水蒸気下で１時間ホウ酸トリエチ
ルの加水分解を行い、その後木材表面を水洗して６５℃
で１５時間乾燥した試料をＪＩＳ−Ｋ７２０１の酸素指
数測定法を用いて測定したところ、ブランクの酸素指数
が１９だったのに対し、改質木材は７０であった。

【００１３】［実施例２］上記実施例１と同様な操作方
法で、加水分解の方法を変化させ、濃度３．１５％の硝
酸溶液１Ｌを入れた５Ｌビ−カ−に吊し、ビ−カ−を加
熱して硝酸酸性水蒸気下で１時間、ホウ酸トリエチルの
加水分解を行った。その結果は表１に示す通りである。

【００１４】［実施例３］上記実施例１と同様な操作方
法で、ホウ酸トリエチルを含浸させた後、６５℃の送風
乾燥機で４０時間加熱し、金属アルコキシドを加熱分解
処理した。その結果は表１に示す通りである。

【００１５】［実施例４〜２１］上記実施例１、実施例
２、実施例３と同様な操作方法で種々の金属アルコキシ
ドを用いて改質木材を得た。その結果は表１に示す通り
である。

【００１６】

【表１】

【００１７】［実施例２２〜２４］上記実施例１、実施
例２、実施例３と同様な操作方法でバリウムエトキシド
とホウ酸トリエチルをモル比で１：２の割合で混合した
複合金属アルコキシド溶液を用いて改質木材を得た。そ
の結果は表２に示す通りである。

【００１８】［実施例２５〜２７］上記実施例１、実施
例２、実施例３と同様な操作方法で亜鉛エトキシエトキ
シドと錫ブトキシドをモル比で１：１の割合で混合した
複合金属アルコキシド溶液を用いて改質木材を得た。そ
の結果は表２に示す通りである。

【００１９】［実施例２８〜３０］上記実施例１、実施
例２、実施例３と同様な操作方法でメチルシリケ−ト、
ナトリウムエトキシド、ホウ酸トリエチルをモル比で
１：２：２の割合で混合した複合金属アルコキシド溶液
を用いて改質木材を得た。その結果は表２に示す通りで
ある。

【００２０】

【表２】

【００２１】表１、表２の実施例の通り、金属アルコキ
シドを含浸させ、その後加水分解または加熱分解する事
によって得た改質木材は無処理と比較していずれも酸素
指数が高く、難燃に寄与している事が分かった。また金
属アルコキシドの分解方法の違いにより酸素指数に差が
あることが分かった。すなわちアンモニア加水分解、硝
酸加水分解、加熱分解の順に酸素指数が向上する事を見
いだした。

【００２２】［実施例３１〜４８］実施例４〜２１と同
様の操作方法で得た改質木材を２Ｌのビ−カ−に入れ、
純水２Ｌを加えて２５℃で４時間撹拌し、含浸薬剤の水
抽出試験を行った。その後、水抽出した改質木材を６５
℃で１５時間乾燥し、ＪＩＳ−Ｋ７２０１の酸素指数測
定法を用いて測定した。金属アルコキシドで処理した木
材は高い保持率で木材中に保持される事が分かった。ま
た水抽出試験後もブランクと比較して高い酸素指数を示
し、難燃効果を維持している事が分かった。その結果は
表３に示す通りである。

【００２３】

【表３】

【００２４】上記実施例の通り薬剤含浸後の水抽出試験
に於いて、金属アルコキシドで処理した改質木材は殆ど
が木材中に保持される事が分かった。また薬剤抽出後の
酸素指数はブランクの１９に対して、改質木材は良好
で、水抽出後も難燃効果を維持している事が分かった。

【００２５】

【発明の効果】本発明に係る改質木材の製造方法は、上
述の如き構成と作用とを有するので、金属アルコキシド
の単独、または複合溶液を一液で、しかも常圧もしくは
簡単な減圧操作を加えるだけで短時間に木材中に含浸す
る事ができる。また、木材に含浸された金属アルコキシ
ドは、これを加水分解もしくは加熱分解させることによ
って、水に不溶性の金属酸化物にして、これを木材中に
固定し、木材を難燃化させることができる。また、本処
理によって木材固有の多孔性、低比重、易加工性（切削
性、保釘力、接着性、塗装性等）を阻害することなく、
同時に木材に対して寸法安定性を付与することができ
る。従って、本発明に係る方法を実施することによっ
て、前記新建築基準法に適合した開口部の部材として、
或いは建築内装材や外装材として使用し得る難燃化され
た木材を安価に大量生産することができる等の特徴を有
するものである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石原 茂久 京都府長岡京市天神３−33−12

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一種或いは二種以上の金属アルコキシド
   の溶液を木材に含浸させ、その後加水分解若しくは加熱
   分解することによって金属アルコキシドを木材中で不燃
   性の金属酸化物に変え、木材を難燃化することを特徴と
   する改質木材の製造方法。