JPH09262807A - 壁孔壁破壊木材を用いた難燃木材を製造する方法および壁孔壁破壊難燃木材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 壁孔壁破壊木材に難燃処理を施すことによっ
て、破壊された壁孔から難燃剤を木材内部まで容易に浸
透させることができ、それにより、簡単に難燃木材を生
成させ、また、この方法により得られた壁孔壁破壊木材
を利用して、この破壊された壁孔を通じて、難燃剤を浸
透し易くし、通常は、難燃木材として使用されることの
ないスギ材であっても、難燃木材として使用できるよう
にすることを目的とする。 【構成】 壁孔壁が破壊された木材を、難燃剤に大気圧
中で所定時間含浸させたことを特徴とする壁孔壁破壊木
材を用いた難燃木材を製造する方法である。また、前記
木材を構成する細胞室空隙を残して、前記難燃剤が、細
胞壁に付着してなる壁孔壁破壊難燃木材である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、壁孔壁破壊木材を
用いた難燃木材に関する。

【０００２】

【従来の技術】木材は、保温性や断熱性、吸湿性など優
れた特性を持っている反面、燃えやすい欠点を持ってい
るため、建築部材として使用するには、建築基準法や消
防法等の規制を受けて、使用上での多くの制限を受けて
いる。すなわち、建築物にあっては、鉄やコンクリー
ト、石膏ボード等でなければ、火災の延焼を防ぐことが
できないとして、建築材には、鉄やコンクリート、石膏
ボード等の無機物の使用が義務づけられている。

【０００３】したがって、木材が、これれらの規制に耐
えられるような難燃化が可能となれば、木材の利用分野
は、各段に広まり、木材の利用が高まることは疑いのな
いことである。このため、従来から、木材を難燃化し、
これらの建築基準法や消防法等の規制に対応しようとす
るいくつかの試みがなされている。この方法は、木材に
クリスタルシーラー等の難燃性、耐朽性、寸法安定性に
優れた特性を有する所定の難燃剤を注入して、いわゆる
木材を難燃材とする方法であり、この方法については、
既に、特開平６−１９９５２８号公報及び特公平６−２
５６０７３号公報（公告決定平成６年１０月１１日）に
開示されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、このような
従来から行われている方法によって、木材に、所定の難
燃剤を注入するためには、木材を所定の難燃剤に浸漬さ
せて、これを全体として高温、高圧下に維持して、これ
を行わなければならず、注入設備などに、コストがかか
りすぎるため、実際上は、木材を難燃化した難燃木材
は、特殊な用途にしか利用されないという欠点があっ
た。

【０００５】しかも、木材の難燃化を、国内において多
数産出されるスギ材において、使用しようとすれば、ス
ギ材は、仮導管が大きく多孔質の木材であるにもかかわ
らず、細胞膜の壁孔壁が心材部では８０％〜９０％が閉
塞壁孔壁となっているため、各種の難燃薬剤にスギ材を
浸漬させて、これを高圧用のタンク内に入れても、難燃
剤が内部まで浸透しにくく、長時間を要する等の欠点が
あり、さらには、この難燃剤が浸透したスギ材は、難燃
剤注入の後の乾燥工程においては、心材部の乾燥ができ
ず、この部分の水分が抜けるのに、長時間を要する等、
いずれも、コスト高になる原因となっていた。

【０００６】本願発明は、上記諸問題点を解決するため
になされたものであって、本願発明者は、既に、原木の
木材を煙処理、遠赤外線処理を行う方法およびこの方法
によって、木材を構成する細胞間の壁に存在する壁孔壁
を破壊した木材について提案している（特願平５−３０
８７２３号、特願平６−２７２９５４号、特願平６−２
７２９５５号）。この方法は、スギ丸太を遠赤外線が増
殖される炉において、２日間程度燻煙熱処理を施すこと
によって、被処理木材を構成する木材細胞間の壁孔壁が
破壊され、それによって、その後の乾燥工程（自然乾燥
または天然乾燥）が、極めて速やかに行われるというも
のである。

【０００７】したがって、この壁孔壁破壊木材を難燃処
理を施すことによって、破壊された壁孔から難燃剤を木
材内部まで容易に浸透させることにより、簡単に難燃木
材を生成させ、また、この方法により得られた壁孔壁破
壊木材を利用して、この破壊された壁孔を通じて、難燃
剤を浸透し易くし、通常は、難燃木材として使用される
ことのないスギ材であっても、難燃木材として使用でき
るようにすることを目的とするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本願請求項１に係る発明
は、壁孔壁破壊木材を用いた難燃木材を製造する方法に
おいて、壁孔壁が破壊された木材を、難燃剤に大気圧中
で所定時間含浸させたことを特徴とするものである。ま
た、本願請求項２に係る発明は、請求項１に記載の壁孔
壁破壊木材を用いた難燃木材を製造する方法において、
その請求項１に記載の難燃剤が、ＳｉおよびＣａを主成
分とする難燃剤であることを特徴とするものである。本
願請求項３に係る発明は、壁孔壁破壊難燃木材におい
て、前記木材を構成する細胞室空隙を残して、前記難燃
剤が、細胞壁に付着してなるものである。

【０００９】

【実施例】

〔壁孔壁破壊木材の生成〕まず最初に、本発明に係る壁
孔壁破壊木材について説明する。このような壁孔壁破壊
木材は、スギ材に、以下のような処理を施すことによっ
て生成される。

【００１０】図８は、木材の細胞間の壁孔を破壊する処
理炉の側断面図であり、図８中、符号１０１は、空気吸
入口、１０２は、木質燃料、１０３は燃料投入口、１０
４は、ロストル、１０５は、高密度溶岩等の材質からな
る遠赤外線増殖用セラミックス材、１０６は、熱風を通
す風道、１０７は、全体を風雨から守る屋根、１０８
は、燃焼室側加熱室１２７の壁面、１０９は、炉壁体を
構成するコンクリート製のボックスカルバート、１１０
は、処理炉１２７内の熱を外に逃がさないようにするガ
ラスウール断熱材、１１１は、処理炉１２７内の熱を遠
赤外線に効率よく変換するセラミックスボード、１１２
は、木材の間に熱の伝達をよくするために被処理木材１
１６間に入れられる棧、１１３は、加熱室１２７内の温
度を調節するための換気扇、１１４は、前記換気扇１１
３の回転により、前記処理炉１２７の熱風を外部に排出
する風道管、１１５は、被処理木材１１６を搬入、搬出
する後部扉、１１６は、被処理木材である。

【００１１】また、１１７は、トロッコ台に設けられ、
被処理木材１１６の荷崩れを防ぐ方立て、１１８は、同
トロッコ用レール、１１９は、同トロッコ台である。さ
らに、１２０は、前記燃焼室側処理炉側面に開けられた
熱風を通す風穴、１２１は、燃焼の火のこが、前記処理
炉１２７内に入り込まないように設けられた白金網また
はステンレス網である。また、１２２は遠赤外線増殖室
であり、内部に高密度溶岩等の遠赤外線増殖用セラミッ
ク材１２３を充填して、高効率に遠赤外線が発生し、前
記被処理木材１１６に効率よく幅射されるように構成さ
れる。１２４は、燃焼用ロストルであり、１２５は、耐
火レンガ、１２７は、処理炉、１２８は、燃焼室であ
る。

【００１２】次に、この炉装置を用いて、木材の壁孔壁
を破壊する方法を説明する。前記処理炉１２７の後方部
扉１１５を開けてトロッコ１１９に棧積みした木材１１
６を収納して扉を閉め、換気扇１１３を回転させなが
ら、木質燃料に着火し、ロストル１０４上にあるセラミ
ックス等１０５を赤熱させる。遠赤外線を多く含んだ熱
風は風道１０６を通って隣室の遠赤外線増殖室１２２の
中におかれた、セラミックス等１２３の空隙を通り抜け
ながら、処理炉１２７の風穴１２０を通り抜けて、処理
炉にたまり、木材を加熱する炉内に差し込んだ温度セン
サーを見ながら木質燃料の補給を空気吸入口１０１の開
閉を行って、処理炉の温度を所望の温度範囲に調節を行
う。

【００１３】この温度の調節に関しては、処理炉を遠赤
外線増殖用のセラミック又は密度の高い溶岩等１２３に
蓄熱させる構造のものを使用したので、木質燃料の燃焼
による加熱むらを減少させることができる一方、夜間に
おける燃料の補給をしなくても、処理炉内の温度を急俊
に上昇せしめることが可能になった。また、これによっ
て、処理室内の温度降下も低減することができ、したが
って、夕方退社する際に丸太の切れ端等の火持ちのよい
燃料を補給し、火が消えない程度に空気吸入口の開きを
小さくして退社し、翌朝出社時には、６０℃前後に処理
炉内の温度になっている炉に対し、再び木質燃料を補給
すると直ちに１４０℃前後に上昇し、日中は２時間おき
位にセンサー温度を確認する程度ですむ。

【００１４】このように、処理炉内は、木質燃料による
ガスで充満されると共に、処理炉内は、６０〜１４０℃
前後に上昇、下降を繰り返し、このくりかえしを２〜３
日間行ってから、前記空気吸入口１０１を密閉し、約２
日間位かけて徐冷して木材の内部温度が常温に近づいた
時に、炉外に取り出し、必要に応じて小割り製材を行
い、天然乾燥又は人工乾燥機に入れて乾燥させる。被処
理木材として、未口径１８ｃｍ、長さ３ｍのスギ中目丸
太を中央部から切断し、一方はそのまま厚さ１８ｍｍ、
幅１００ｍｍ長さ１５００ｍｍの小幅板に製材し、もう
一方の丸太は皮付きのまま、上記の処理を施し、壁孔壁
破壊木材とした。

【００１５】図１は、このようにして取得された壁孔壁
が破壊されたスギ辺材部の電子顕微鏡写真（ＳＥＭ）で
ある。この写真からも明らかなように、上記の処理を行
ったスギ辺材部は、その内部の細胞間の壁孔が破壊（空
洞の穴が、開いた状態）されており、この破壊率を計数
したところ、スギの辺材で５０％以上、心材で２３％以
上破壊することが判明しており、今後の処理条件を改善
することにより、辺材で１００％、心材で５０％近く破
壊することができる。

【００１６】したがって、この破壊された壁孔から難燃
剤を注入し、内部まで難燃剤を容易に浸透させることに
より、簡単に難燃木材を生成できることとなる 〔難燃剤の含浸〕次に、上記取得された壁孔壁破壊木
材、特に、スギ辺材を難燃剤に含浸させて、難燃木材を
生成する方法について説明する。

【００１７】被処理木材として、上記の壁孔壁を破壊し
た木材から、厚さ１８ｍｍ、幅１００ｍｍ、長さ１５０
０ｍｍの小幅板に製材する一方、残りの未処理木材（上
記の処理を行わない木材）を同寸法にして、平成８年１
月１２日〜約１ヵ月間室内で天然乾燥を行ない、含水率
が４〜７％に低下したところで、各々長さを５００ｍｍ
に切断した。そして、熱処理の有無、辺材と心材の別で
４種類を各々３枚づつの試験片を用意した。

【００１８】次に、一般に市販されているフアイングラ
ス・テクノロジー株式会社製の難燃剤（クリスタルシー
ラー）のＡ液を水で６倍にうめて、試験片が浸漬できる
容器に用意した。クリスタルシーラーのＡ液は、アルミ
イオン（Ａｌ⁺⁺⁺）、カルシュウムイオン（Ｃａ⁺⁺）、
マグネシウムイオン（Ｍｇ⁺⁺）を含む可溶性珪酸溶液か
らなり、この溶液中に浸漬し、さらに、Ｂ液としての、
硫酸アルミニウム５％液、塩化アルミニウム５％液、硫
酸マグネシウム５％液、塩化マグネシウム５％液、ホウ
砂３０％液からなる飽和無機塩溶液のＢ液に浸漬させ
て、木材中に不活性の無機物を生成させる。該難燃処理
に際して、難燃材の水溶液は、５０℃に維持して浸漬す
るようにと指示されているが、本実験においては、冬期
間でもあり、室内温度が５℃〜１２℃で、液温は３℃〜
７℃という悪条件化で実施した。含浸前の各試験片の含
水率は、ほぼ絶乾状態に近い４〜７％であった。

【００１９】試験片をまず、Ａ液に浸漬し、浮き上りを
防ぐために玉石を乗せて沈めた。その後、時間の経過と
共にＡ液が木材の内部に浸透し、その重量増加率を測定
した。Ａ液に浸漬して約２４時間経過すると重量増加率
が緩やかになるので、試験片を取り出し、Ｂ液（薬品と
水の重量比を１：８０とする）に約２４時間浸漬し、Ａ
液との化学反応をうながし、重量増加率を計測した。そ
の計測結果を図２に示す。

【００２０】図２の計測結果が示すように、含浸の結
果、スギ材の辺材、心材共に熱処理を行なった方が薬剤
の浸透性が良く、特に、心材においては、その差は顕著
である。なお、クリスタルシーラーで、難燃処理を行な
ったスギ辺材部の細胞内をＳＥＭで観察すると、図３に
示すような電子顕微鏡写真が得られた。すなわち、無機
物が細胞壁に付着しており、これが、燃焼時の酸素遮断
機能や防煙作用であることが知りうる。

【００２１】なお、無機物のひび割れはＳＥＭ観察の際
に長時間電子を照射することによって発生したものであ
り、実物にはひび割れはない。また、難燃処理を行なっ
たスギ辺材部の木口面からＳＥＭで無機物に含有してい
るＳｉ元素の分布をみたのが図４に示す電子顕微鏡写真
であり、Ｃａ元素の分布をみたのが図５に示す電子顕微
鏡写真である。いずれも均一にＳｉおよびＣａが、細胞
内膜に付着していることが知りうるとともに、細胞室内
には、これら、ＳｉおよびＣａが、充填されてないこと
が知りうる。

【００２２】これは、細胞室が、そのまま中空状態で残
っていることを示し、この中空部分が、全体としては、
空気層を形成していることが知りうる。このことは、従
来、この主の難燃剤注入処理をした場合には、該剤が、
木材を構成する細胞室内に充填され、硬質化し、また、
その重量も、本来の木材に比し、極めて重くなることが
知られているが、本実施例に係る常温、かつ、無加圧下
における難燃剤への浸漬によれば、木材の重量増加率
（ＷＰＧ）は、僅少であるという特徴がある。 〔難燃試験〕上記のように生成したスギ難燃木材に難燃
実験を施した。図６は、この実験に使用した簡易難燃実
験装置の概略を示すものであり、ガスバーナー１の火焔
２が、試験片４に接する位置で、約６００℃になるよう
に、焔の大きさを調節する一方、試験片４の裏面には、
あらかじめ温度センサー６の先端センサ５を固定してお
き、測定開始と同時に、試験片４を、保持台３上に載
せ、温度センサー６の記録計を作動させる。

【００２３】１０分間計測し、その後、試験片４を取り
出し、センサ５を外して、測定を完了した。なお、図
中、７は、ガス焔２が、乱れないようにする風よけであ
り、８は、空気流入口である。ガス焔２が、そのまま一
定になるようにしておき、次々に、各試験片４を、上記
の要領によって、燃焼難燃実験を行なった。各スギ試験
片４の厚さは１８ｍｍであり、大きさは２００×２００
ｍｍのものを用いた。このような難燃実験としたのは、
試験片裏面の温度上昇が基準地以内であれば、難燃２級
品として通用することになるからである。

【００２４】このため、対照試験片４として、石膏ボー
ド（吉野石膏製：商品名「ダイガーボード」（厚さ９ｍ
ｍ、大きさは２００×２００ｍｍ）を使用した。この対
照試験片４は、建設大臣が、難燃２級品として、認可済
みのものであり、この対象試験片４との間で、燃焼難燃
に遜色がなければ、本発明に係るスギ難燃木材も難燃２
級品として通用することになる。

【００２５】その結果は図７の通りである。上記壁孔壁
破壊に係る厚さ１８ｍｍの難燃木材は、いずれも昇温ス
ピードも遅く、６００℃で、１０分経過した時点でも、
その裏面温度は、難燃２級の基準値以内であり、難燃性
が実証された。

【００２６】なお、上記細胞室痕に形成された周囲に難
燃剤が付着した空隙層により、上述するように、本実施
例による難燃処理を行った壁孔壁破壊木材は、断熱効果
が、顕著であり、燃焼試験に際しては、試験片裏面の温
度抑制効果を高めていることがわかる。

【００２７】

【発明の効果】本発明によって、常温、常圧で難燃剤が
容易に含浸できるようになったので、住宅以外にも、一
般に難燃基準の厳しい学校や病院など公共建築物に対し
ても、木造建築の持つ安らぎや温もりを与えつつも、し
かも、火災の心配や、有毒ガスの心配のない建築内装剤
などに、本発明に係る難燃木材を使用することができ、
その用途は無限大に拡大されることになる。

【００２８】特に、国内において豊富に産出されるスギ
中目材について、従来は、難しいとされていた難燃処理
を簡単に行うことができるので、コストの安い難燃木材
を提供することができ、しかも、従来の難燃剤注入木材
のように、硬質化した難燃木材ではなく、木材の自然の
性質を生かした「むく材」としての難燃木材を提供でき
るという顕著な効果を有する。すなわち、本発明によれ
ば、木材の細胞壁に均一に、しかも重量増加率は僅かな
量の無機質が付着して、細胞内に膜を作るような状態で
木材の難燃化が行われるため、木材の木目の美しさ、保
温性、軽さ、吸音性、吸湿性、加工性、接着性、弾力
性、強度等の木材の優れた性質をそのままに残して、か
つ、難燃２級品の基準に達する優れた木材を提供するこ
とができるという効果を有する。

【００２９】このことは、難燃２級以上の防火性能を有
する製品の使用が義務づけられている分野（例えば天井
板、壁板）などへの使用はもちろん、防火ドアー、防腐
土台、木造三階建、準防火地帯での外壁用材、さらに
は、無機物の含浸により、電気絶縁体としの利用、ＯＡ
機器等の静電気障害の防止床板、音響機器のキャビネッ
ト等、無機物の含浸製成を行なった木材の特性が現れる
あらゆる分野での応用は無限に展開できるという効果を
有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】 図１は、スギ辺材部の壁孔壁破壊木材のＳＥ
Ｍ写真。

【図２】 図２は、難燃剤（クリスタルシーラー）含浸
による木材の重量増加を表すグラフ。

【図３】 図３は、スギ辺材部に形成された無機質物の
ＳＥＭ写真。

【図４】 図４は、スギ辺材部に形成された無機質物内
のＳｉ分布ＳＥＭ写真。

【図５】 図５は、スギ辺材部に形成された無機質物内
のＣａ分布ＳＥＭ写真。

【図６】 図６は、簡易燃焼実験装置。

【図７】 図７は、試験片裏面の温度変化（１０分間）
グラフ。

【図８】 図８は、壁孔壁破壊木材を得るための処理炉
の概略を示す図。

【符号の説明】

１・・・ガスバーナー（都市ガス用） ２・・・火焔 ３・・・試験片支枝枠 ４・・・試験片 ５・・・温度センサ ６・・・温度センサ計測器 ７・・・風よけ ８・・・空気吸入口 ９・・・化学実験台 １０１・・・空気吸入口、 １０５・・・セラミックス等、 １０６・・・風道、 １１３・・・換気扇、 １１５・・・後方部扉、 １１６・・・被処理木材、 １１６・・・木材、 １１９・・・トロッコ、 １２０・・・風穴、 １２２・・・遠赤外線増殖室、 １２３・・・セラミックス等、 １２３・・・遠赤外線増殖用セラミック材、 １２３・・・高い溶岩等、 １２７・・・処理炉、 １２７・・・燃焼室側加熱室、

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 壁孔壁が破壊された木材を、常温、常圧
   下で難燃剤に所定時間含浸させたことを特徴とする壁孔
   壁破壊木材を用いた難燃木材を製造する方法。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の難燃剤は、少なくとも
   Ｓｉ、Ｃａを主成分とする難燃剤であることを特徴とす
   る請求項１に記載の壁孔壁破壊木材を用いた難燃木材を
   製造する方法。
3. 【請求項３】 前記木材を構成する細胞室空隙を残し
   て、前記難燃剤が、細胞壁に付着してなる壁孔壁破壊難
   燃木材。