JPH11226912A

JPH11226912A - 難燃性組成物及びこれを用いる難燃性木質材料の製造方法

Info

Publication number: JPH11226912A
Application number: JP5599798A
Authority: JP
Inventors: Shigeo Marumoto; 茂雄丸本
Original assignee: GRANDY KK
Current assignee: GRANDY KK
Priority date: 1998-02-19
Filing date: 1998-02-19
Publication date: 1999-08-24

Abstract

(57)【要約】【課題】木質材料に対する充分な浸透性を有し、しか
も防腐効果の大きい難燃性組成物、及びこれを用いる難
燃性木質材料の製造方法を提供する。【解決手段】単板、合板、紙等の木質材料１４に塗布
され、又は木質材料１４を浸漬して難燃性の表層１５を
形成させるのに用いられる難燃性組成物において、難燃
性組成物が、塩化アンモニウム、硫酸亜鉛、ほう酸ナト
リウム及び界面活性剤を含む混合水溶液からなり、塩化
アンモニウム１００重量部に対しそれぞれ、硫酸亜鉛が
５０〜１５０重量部、ほう酸ナトリウムが３〜１５重量
部、界面活性剤が１〜１０重量部の範囲で含まれてい
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は住宅や工場の建材等
に使用される可燃性の木質材料に難燃性の表層を形成さ
せるために用いられる難燃性組成物に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に住宅建築用の内装材、外装材に
は、加工性がよく軽量で、しかも強度と経済性に優れた
木質材料が広く使用されている。反面、木質材料は着火
し易く燃え易いために火災に対する安全性に乏しいとい
う欠点があった。そして、従来、このような木質材料を
不燃化させた表層を形成させるための難燃性組成物が使
用されている。例えば、特公昭５８−２８０８４号公報
には、ほう砂、ほう酸、第２りん酸アンモニウム、チオ
尿素及びジオクチルスルホコハク酸ナトリウムからなる
木材用難燃性組成物が記載されている。ここでは、ほう
砂及びほう酸が難燃性、防腐性と防虫性の付与剤とし
て、第２りん酸アンモニウムが耐火性と接着性の付与剤
として、また、チオ尿素が耐火性と接着性の付与に、ジ
オクチルスルホコハク酸ナトリウムが浸透性を付与させ
る目的でそれぞれ用いられている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記特
公昭５８−２８０８４号公報に示される難燃性組成物あ
るいは、りん酸アンモニウム、りん酸グアニジン、酸化
アンチモン等のその他の成分を組み合わせてなる公知の
難燃性組成物では、一般にそれぞれの成分の水に対する
溶解度が小さいために、ジオクチルスルホコハク酸ナト
リウムのような浸透化剤を用いても、木質材料に難燃性
を付与させるのに必要な量を浸透させることが困難であ
り、難燃性が損なわれるという問題があった。また、木
質材料の表面に形成される難燃性の表層に塗り残し等の
欠陥がある場合には、ここから水分が侵入して木質材料
を腐食させ易いという問題があった。本発明はこのよう
な事情に鑑みてなされたもので、木質材料に対する充分
な浸透性を有し、しかも防腐効果の大きい難燃性組成物
及びこれを用いる難燃性木質材料の製造方法を提供する
ことを目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】前記目的に沿う請求項１
記載の難燃性組成物は、単板、合板、紙等の木質材料に
塗布され、又は該木質材料を浸漬して難燃性の表層を形
成させるのに用いられる難燃性組成物において、前記難
燃性組成物が、塩化アンモニウム、硫酸亜鉛、ほう酸ナ
トリウム及び界面活性剤を含む混合水溶液からなり、前
記塩化アンモニウム１００重量部に対してそれぞれ、前
記硫酸亜鉛が５０〜１５０重量部、前記ほう酸ナトリウ
ムが３〜１５重量部、前記界面活性剤が１〜１０重量部
の範囲で含まれている。請求項２記載の難燃性組成物
は、請求項１記載の難燃性組成物において、前記ほう酸
ナトリウムが四ほう酸ナトリウムである。請求項３記載
の難燃性組成物を用いる難燃性木質材料の製造方法は、
単板、合板、紙等の木質材料に、塩化アンモニウム、硫
酸亜鉛、ほう酸ナトリウム及び界面活性剤を含む混合水
溶液をスプレー塗布した後、乾燥して難燃性表層を形成
させる。請求項４記載の難燃性組成物を用いる難燃性木
質材料の製造方法は、単板、合板、紙等の木質材料を、
塩化アンモニウム、硫酸亜鉛、ほう酸ナトリウム及び界
面活性剤を含む混合水溶液に浸漬させ、該混合水溶液が
含浸された前記木質材料を乾燥させ、難燃性表層を形成
させる。

【０００５】木質材料とは、木材を機械的に破砕、切削
し、あるいは化学的に処理して、細片状（チップ、スト
ランド）あるいは木毛状等としたものを原料として製造
される単板や合板、あるいは天然の木材から切り出され
た板材や紙等をいう。製材工場、合板工場からの廃材で
あるラワン類、カバ、シナ、セン、ミズナラ、桧、赤
松、樅、栂、及び広葉樹の雑木などが原料として用いら
れる。塩化アンモニウム（ＮＨ₄Ｃｌ）とは、例えば塩
酸とアンモニアとの直接反応により得られる物質であ
る。水１００ｇに対する溶解度は２９．４ｇ（０℃）の
結晶性固体であり、加熱することによりアンモニア、塩
化水素のガスを発生する。このガスの放出により、この
塩化アンモニウムを含む表層に着火したときの木質材料
等の燃焼反応を抑制させる働きをする。

【０００６】硫酸亜鉛（ＺｎＳＯ₄）は、亜鉛を硫酸に
溶かすか硫化亜鉛に硫酸を働かせて得た液を３９℃以下
にすると、七水和物（ＺｎＳＯ₄・７Ｈ₂Ｏ）の結晶と
して析出する。七水和物の他に六水和物と一水和物とが
あり、一水和物は２５０℃以上で脱水して無水塩にな
る。硫酸亜鉛の水１００ｇに対する溶解度は４１．７ｇ
（０℃）である。硫酸亜鉛はこの脱水に伴う吸熱反応に
より温度を下げる働きを有すると共に、木質材料を効果
的に防腐する作用を有しているといわれている。

【０００７】ほう酸ナトリウムには、オルトほう酸塩、
メタほう酸塩（ＮａＢＯ₂）、四ほう酸塩（Ｎａ₂Ｂ₄
Ｏ₇）等が含まれる。ほう酸塩はオキソ酸塩であり、構
成単位となるＢＯ₃ ^3-の重合状態に応じて種々の塩が存
在する。一般式はｘＭ₂Ｏ・ｙＢ₂Ｏ₃で与えられ、水
和物の場合が多い。ｙとｘとの比率（ｙ／ｘ）が、１／
３、１／２、１、２、５／２、４に相当するものを、そ
れぞれ、オルト、二、メタ、四、五、八ホウ酸塩とい
う。無水塩は成分酸化物を混合融解して得られる。含水
塩は無水塩を水溶液にして結晶化させるか、成分金属塩
水溶液とほう酸溶液との複分解によって得られる。四ほ
う酸塩であるＮａ₂Ｂ₄Ｏ₇では鎖状メタホウ酸イオン
の中の非共有酸素原子の半分がさらに共有された二重鎖
構造が想定されている。ほう酸ナトリウムは自身が高温
下で溶融して、ガラス質の被膜を形成し、炎や、空気中
の酸素から木質材料の表面を遮断して延焼を抑制させる
作用を有している。

【０００８】界面活性剤とは、溶液にしたとき、気−
液、液−液、液−固界面に選択的に配向吸着して界面の
性質、例えば表面張力等を著しく変化させる性質、すな
わち界面活性の大きい物質をいう。界面活性剤はその分
子中に親水性及び親油性原子団を有する両親媒性物質で
ある。一般に界面活性剤は、洗浄力、分散力、乳化力、
可溶化力、湿潤力、殺菌力、起泡力、浸透力などに優
れ、種類、目的に応じて使用される。界面活性剤は水溶
液にした場合に、ある濃度（臨界ミセル濃度）ＣＭＣ以
上でミセル（会合体）を形成し、この濃度において、表
面張力、粘度、電気伝導率などを著しく変化させること
ができる。界面活性剤は親油基が水溶液中で電離して生
じるイオンの種類によって、カチオン界面活性剤、アニ
オン界面活性剤、両性イオン界面活性剤に分類され、電
離しないものが非イオン界面活性剤と呼ばれている。本
発明における界面活性剤は塩化アンモニウム、硫酸亜
塩、ほう酸ナトリウムを含む混合水溶液の浸透性を主に
向上させるものである。カチオン界面活性剤としては、
アルキルトリメチルアンモニウム塩、アルキルピリジニ
ウム塩等が使用できる。アニオン界面活性剤としては、
せっけん、硫酸化油（ロート油）、硫酸アルキル（ポリ
オキシエチレン）塩、アルキルベンゼンスルホン酸塩、
アルカンスルホン酸塩、α−オレフィンスルホン酸塩等
が使用できる。また非イオン界面活性剤としては、例え
ばアルキルポリオキシエチレンエーテル、アルキルフェ
ニルポリオキシエチレンエーテル、脂肪酸ポリエチレン
グリコールエステル、脂肪酸多価アルコールエステル、
Ｎ，Ｎ−ジ（アルカノール）アルカンアミド等が使用可
能である。

【０００９】本発明においては、上述した塩化アンモニ
ウム、硫酸亜鉛、ほう酸ナトリウム及び界面活性剤の各
成分量をそれぞれを特定の範囲にすることにより、これ
ら４成分の固有効果を互いに相乗させて、全体として優
れた燃焼抑制効果を有する難燃性表層を効果的に形成さ
せることを可能にしている。塩化アンモニウムの１００
重量部に対する硫酸亜鉛の量が５０重量部より少ない
と、木質材料に適用したときの防腐効果が少なくなる。
逆に硫酸亜鉛の量が１５０重量部を超えてもそれ程防腐
効果は増大せず、相対的に難燃性付与の効果が減少して
くるので好ましくない。塩化アンモニウムの１００重量
部に対するほう酸ナトリウムの量が３重量部より少ない
と、火災等の温度上昇に際して表面にガラス質の被膜を
充分な量で形成させることが困難になる。逆にほう酸ナ
トリウムの量が１５重量部を超えると、相対的に塩化ア
ンモニウムや硫酸亜鉛の量が不足して所定の難燃性を有
する難燃性表層を形成させることができなくなる。塩化
アンモニウムの１００重量部に対する界面活性剤の量が
１重量部より少ないと、木質材料に塗布し、あるいは木
質材料に浸漬させた時の難燃性成分の浸透性が極端に少
なくなる。また、難燃性組成物を木質材料に塗布して乾
燥させる際に、混合水溶液中から析出してくる塩化アン
モニウム、硫酸亜鉛、各成分の分散性が悪くなるので、
各成分を所定範囲に設定して発揮される難燃性の効果が
損なわれる。また界面活性剤の量が１０重量部を超えて
も、浸透性及び分散性はそれ程変化せず、高価な界面活
性剤が無駄に使われることになるので好ましくない。

【００１０】

【発明の実施の形態】続いて、添付した図面を参照しつ
つ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発
明の理解に供する。まず、本発明の一実施の形態に係る
難燃性組成物を用いる難燃性木質材料の製造方法につい
て説明する。図１に示すように難燃性木質材料１０は、
表板１１、心板１２、裏板１３の三枚からなるＪＡＳ２
類１等材に適合する合板１４（木質材料の一例）と、合
板１４の表面に形成された難燃性表層１５とを有してい
る。合板１４は、全体の厚みが約４ｍｍであり、ラワン
材を原料とする表板１１、心板１２、裏板１３を接合し
て製造されている。

【００１１】次に、難燃性表層１５を形成させるのに必
要な難燃性組成物の製造方法について説明する。難燃性
組成物は、塩化アンモニウムが１０．０重量％、硫酸亜
鉛が８．０重量％、四ほう酸ナトリウムが１．０重量
％、界面活性剤が０．３重量％、精製水が８０．７重量
％となるように調整した混合水溶液である。従って、塩
化アンモニウム１００重量部に対す硫酸亜鉛、四ほう酸
ナトリウム、及び界面活性剤の重量比率は、それぞれ８
０重量部、１０重量部、３重量部となっている。なお、
この時の混合水溶液の水素イオン濃度（ｐＨ）は５．９
であった。このような混合水溶液を、各成分の濃度が飽
和溶解度未満となる所定温度に加熱して、各成分を完全
に溶解させておくことにより、塗布した時の各成分の合
板１４への浸透むらがなくなるので望ましい。なお、界
面活性剤は公知のカチオン界面活性剤、アニオン界面活
性剤、及び非イオン系の界面活性剤を選択して使用でき
る。例えば、予め難燃性組成物に水溶性の着色剤を添加
しておき、合板１４へ塗布したり、又は含浸処理後の着
色した浸透層の厚みを測定して、最も厚みの大きくなる
ような界面活性剤を選択して用いることができる。

【００１２】次に、この難燃性組成物をスプレーガン等
の塗布装置の原料タンクに入れ、所定の吹き出し圧力と
供給速度で合板１４の表板１１にスプレーガンを用いて
塗布を行った。このとき、スプレー塗布は２回に分けて
行った。即ち、１回目の塗布を行って乾燥させた後に２
回目の塗布を行って、全部の塗布量が表板１１の単位面
積（１ｍ²）当たり１９０ｇとなるようにした。そし
て、最終的に難燃性表層１５を備えた難燃性木質材料１
０を製造した。

【００１３】このように製造される難燃性木質材料１０
の難燃性表層１５は、ほぼ実質的に透明であり、下地材
となる表板１１に色彩、模様等が施されている場合で
も、これらの外観を妨げることなく、施工することがで
きる。また、難燃性組成物中には接着剤としても作用す
る四ほう酸ナトリウムと、浸透性を促進させる界面活性
剤とが含まれているので、耐久性に優れた堅牢な難燃性
表層１５が得られる。さらに難燃性表層１５には硫酸亜
鉛が含浸されるので、遮熱性と共に木質材料を腐食に対
して強くする防腐効果も得られる。

【００１４】以下では、難燃性木質材料１０を用いて耐
火性、防炎性の評価を行った実施例１〜３について説明
する。実施例１は、難燃性木質材料１０を用いて、長さ
が凡そ８０ｃｍ、幅が約４０ｃｍ、高さが約４０ｃｍの
犬小屋状の燃焼実験用の小屋を構成し、これを用いた実
験例である。なお、難燃性表層の形成されていない通常
の木質材料で構成した同様の犬小屋を比較例として用い
た。そして、これら実施例１と比較例とのそれぞれの犬
小屋の中に、灯油をしみこませた布切れをそれぞれ同量
ずつ挿入し、これにそれぞれ着火して、全体の燃焼状態
及び燃焼後の状態を観察した。比較例の実験用犬小屋の
場合では、全焼したのに対して、実施例１の実験用犬小
屋の場合では、内面に焦げ目ができるものの延焼は免
れ、防炎、及び耐火性に優れていることが分かった。

【００１５】なお、防火構造の場合には、防火地域用と
して、ＪＩＳ−Ａ１３０１の２級加熱曲線、建築基準法
第２２条適用地域用としては同じく３級の加熱曲線を用
いて加熱し、裏面温度が２６０℃を超えず、裏面炭化、
有害な変形、３０秒以上の残炎、５分以上の残じんがな
いことを主眼としている。以下では、この様な試験方法
よりゆるやかな規格である建築用薄物材料の難燃性試験
方法（ＪＩＳ−Ａ１３２２）を適用して難燃性木質材料
１０の評価を行った実施例２について説明する。試料の
保持時間は表１及び表２に示すように１０秒、２０秒、
３０秒、１分、２分、３分に設定し、各保持時間毎に３
枚の試験片を使用した。

【００１６】

【表１】

【００１７】

【表２】

【００１８】加熱時間が１０秒（表１のＡ）の場合に
は、試験開始（接炎）と同時に加熱表面の変色が観察さ
れたが、その他の変化はなく、防炎１級に相当する評価
であった。加熱時間が２０秒（表１のＢ）の場合には、
加熱開始と同時に加熱表面が変色するのが観察された。
加熱開始後１０〜１５秒で着炎したが、発煙は殆どな
く、その他の変化もなかった。加熱時間が３０秒（表１
のＣ）の場合には、加熱開始と同時に加熱表面が変色す
るのが観察され、加熱開始後１０〜１５秒で着炎し、２
０〜２５秒で発煙が認められた。また、加熱表面層（表
板１１）が燃焼により割れを生じた。これは防炎２級に
適合する結果である。加熱時間が１分（表２のＤ）の場
合には、加熱開始と同時に加熱表面が変色するのが観察
され、加熱開始後１０〜１５秒で着炎し、２０〜２５秒
で発煙が認められた。また、加熱表面層（表板１１）が
燃焼により割れを生じた。以降、燃焼域及び発煙が増加
した。なお、これは防炎３級に適合する結果である。加
熱時間が２分（表２のＥ）の場合には、加熱開始と同時
に加熱表面が変色するのが観察され、加熱開始後１０〜
１５秒で着炎し、２０〜２５秒で発煙が認められた。ま
た、加熱表面層（表板１１）が燃焼により割れを生じ
た。以降、燃焼域及び発煙が増加した。なお、これも防
炎３級に適合する結果である。加熱時間が３分（表２の
Ｆ）の場合には、加熱開始と同時に加熱表面が変色する
のが観察され、加熱開始後１０〜１５秒で着炎し、２０
〜２５秒で発煙が認められた。また、加熱表面層（表板
１１）が燃焼により割れを生じた。以降、燃焼域及び発
煙が増加した。なお、これも防炎３級に適合する結果で
ある。

【００１９】また、以下に示す簡易な実験例である実施
例３においては、厚みが約１〜２ｍｍで、縦横の長さが
それぞれ１０ｃｍ、１５ｃｍの長方形の厚紙を用意し、
これを前記難燃性組成物中に所定時間例えば１〜１０分
間浸漬した後、乾燥して試験片（難燃性木質材料の一
例）とした。なお、浸漬処理を施していない厚紙を比較
用として準備した。次に、前記厚紙のそれぞれの表面に
ベンジンを約０．５〜１ｃｃ滴下し、マッチ等でこれに
点火して、燃焼状態及び燃焼後の状態を観察した。比較
例に用いた厚紙はすぐに燃焼して灰になったが、実施例
３の場合には、ベンジンが燃えても厚紙の基材には着火
せず、若干の焦げ目が付いたに留まった。このように、
難燃性組成物の厚紙への含浸により、難燃性を付与させ
ることができることが明瞭に確認された。

【００２０】以上、本発明の実施の形態を説明したが、
本発明はこれらの実施の形態に限定されるものではな
く、要旨を逸脱しない条件の変更等は全て本発明の適用
範囲である。例えば、本実施の形態においては、ほう酸
ナトリウムとして、四ほう酸ナトリウムを用いたが、そ
の他のメタほう酸ナトリウムや、これらの混合物を使用
することも可能である。また、本発明の木質材料は、板
状のものに限らず、丸棒や、柱状のものに対しても適用
できる。

【００２１】

【発明の効果】請求項１及び２記載の難燃性組成物は、
単板、合板、紙等の木質材料に塗布され、又は木質材料
を浸漬して難燃性の表層を形成させるのに用いられる難
燃性組成物において、難燃性組成物が、塩化アンモニウ
ム、硫酸亜鉛、ほう酸ナトリウム及び界面活性剤をそれ
ぞれ特定量含む混合水溶液からなるので、木質材料に対
する充分な浸透性を有し、しかも防腐効果の大きい難燃
性組成物を提供することができる。特に、請求項２記載
の難燃性組成物は、ほう酸ナトリウムが四ほう酸ナトリ
ウムであるので、鎖状メタほう酸イオン中の非共有酸素
原子の半分がさらに共有された二重鎖構造を形成して結
合力が高められ、耐久性の高い難燃性組成物からなる表
層を形成させることができる。請求項３記載の難燃性組
成物を用いる難燃性木質材料の製造方法は、単板、合
板、紙等の木質材料に、塩化アンモニウム、硫酸亜鉛、
ほう酸ナトリウム及び界面活性剤を含む混合水溶液をス
プレー塗布した後、乾燥して難燃性表層を形成させるの
で、組立てた後の家具や塗装後のものであっても、極め
て容易かつ効果的に難燃性のコーティングを施すことが
できる。請求項４記載の難燃性組成物を用いる難燃性木
質材料の製造方法は、単板、合板、紙等の木質材料を、
塩化アンモニウム、硫酸亜鉛、ほう酸ナトリウム及び界
面活性剤を含む混合水溶液に浸漬させるので、難燃性成
分等を含む混合水溶液を効果的に木質材料に含浸させる
ことができる。さらに、混合水溶液が含浸された木質材
料を乾燥させ、難燃性表層を形成させるので、堅牢でし
かも耐炎性に優れた難燃性木質材料を製造できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態に係る難燃性組成物を用
いる難燃性木質材料の説明図である。

【符号の説明】

１０難燃性木質材料１１表板１２心板１３裏板１４合板１５難燃性表
層

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】単板、合板、紙等の木質材料に塗布さ
れ、又は該木質材料を浸漬して難燃性の表層を形成させ
るのに用いられる難燃性組成物において、前記難燃性組成物が、塩化アンモニウム、硫酸亜鉛、ほ
う酸ナトリウム及び界面活性剤を含む混合水溶液からな
り、前記塩化アンモニウム１００重量部に対してそれぞ
れ、前記硫酸亜鉛が５０〜１５０重量部、前記ほう酸ナ
トリウムが３〜１５重量部、前記界面活性剤が１〜１０
重量部の範囲で含まれていることを特徴とする難燃性組
成物。
【請求項２】前記ほう酸ナトリウムが四ほう酸ナトリ
ウムである請求項１記載の難燃性組成物。
【請求項３】単板、合板、紙等の木質材料に、塩化ア
ンモニウム、硫酸亜鉛、ほう酸ナトリウム及び界面活性
剤を含む混合水溶液をスプレー塗布した後、乾燥して難
燃性表層を形成させることを特徴とする難燃性木質材料
の製造方法。
【請求項４】単板、合板、紙等の木質材料を、塩化ア
ンモニウム、硫酸亜鉛、ほう酸ナトリウム及び界面活性
剤を含む混合水溶液に浸漬させ、該混合水溶液が含浸さ
れた前記木質材料を乾燥させ、難燃性表層を形成させる
ことを特徴とする難燃性木質材料の製造方法。