JP2009190260A

JP2009190260A - 導電化木材及びその製造方法並びに製造装置

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Publication number: JP2009190260A
Application number: JP2008033193A
Authority: JP
Inventors: Takashi Yonehara; 隆米原; Shokichi Ogawara; 章吉大河原
Original assignee: Okawara Mfg Co Ltd
Current assignee: Okawara Mfg Co Ltd
Priority date: 2008-02-14
Filing date: 2008-02-14
Publication date: 2009-08-27

Abstract

【課題】天然の木材を容易に加工処理して導電性を有する木材を提供すると共に、その製造方法及び製造装置を提供する。
【解決手段】容器２に入れた木材を圧力タンク３に入れて、当該圧力タンク３内をヒーター５により加温しながら減圧し、その後、当該圧力タンク３内を常圧に戻し、前記容器２内で前記木材を導電材の水溶液又は水分散液に浸漬した状態で当該圧力タンク３内を加圧し、前記木材を圧力タンク３から取り出して乾燥させて成る、導電化木材であって、前記導電材として、帯電防止剤、イオン電導剤、金属超微粉、微細金属繊維、金属酸化物超微粉、導電性カーボン並びにカーボンナノチューブ、フラーレン、ミネラルを含む植物性抽出液、ミネラルを含む木灰抽出液の一つ又は複数を含浸させ、当該木材の導管内の少なくとも一部に前記導電材を保持させた導電化木材である。
【選択図】図１

Description

この発明は、導電性を付与した木材及びその製造方法或いはその装置に関するものである。

従来、抵抗値の高い高分子材料に導電材を混入して形成した導電性高分子材料の場合は、常にアースとして流すことによって除電している。しかしこの場合、アースが無くなると、逆に電気を貯め、蓄電した状態となる。特に、１０^５Ω以下にした場合は、金属に近い蓄電、コンデンサー的な働きとなってしまう。従って、帯電している人が近づくと人体から放電してしまう恐れがある。そして静電放電による電磁波を発生したり、静電ショックを発生したりすることがある。

また、湿度の調節によって静電気を消去するには５０％ＲＨ以上でないと十分な効果が得られない。木材は含水率により導電率が大きく変化する。建築材料として使用されるのは、含水率が８〜１２％である。この時の表面抵抗値は１０^１１Ω前後の値となり、静電気は発生しないが、除電機能は不十分である。含水率が４５％を超えると１０^６Ω台になり導電性に近づく。しかし、安定性が無く、いわゆる生木材の状態であり、一般的には使用できない。一般に、表面抵抗値が１０^６〜１０^１１Ωのものは半導電性のものとし、表面抵抗値が１０^５Ω以下のものは導電性のものと言う。

この様な中、合成木材では、特許文献１のものがある。これは、ボリオレフィン系の合成樹脂８５〜６０ｗｔ％と木粉１５〜４０ｗｔ％とが配合された成形用組成物１００重量部に対し、界面活性剤が０．４〜１．５重量部配合されて押出成形され、表面の電気抵抗値が１．０×１０^１４Ω／ｃｍ^２以下となっていることを特徴とするものである。

しかしながら、特許文献1のものは、合成木材であり、合成樹脂を主体としている。合成樹脂のうちポリオレフィン系は特に帯電しやすいため、合成木材は帯電し易い。そのため帯電防止剤を含浸させたものである。従って、天然の木材ではなく、材質も全く異なる。一方、天然の木材において導電性を付与したものはない。

特開２００７−１６９３５０

この発明は、前記従来技術の欠点を解決するため、天然の木材を容易に加工処理して導電性を有する木材を提供すると共に、その製造方法及び製造装置を提供し、上記課題を解決しようとするものである。

そこで、請求項１の発明は、木材に、導電材として、帯電防止剤、イオン電導剤、金属超微粉、微細金属繊維、金属酸化物超微粉、導電性カーボン並びにカーボンナノチューブ、フラーレン、ミネラルを含む植物性抽出液、ミネラルを含む木灰抽出液の一つ又は複数から成る水溶液又は水分散液を含浸させ、当該木材の導管内の少なくとも一部に前記導電材を硬化、保持させた、導電化木材とした。

また、請求項２の発明は、前記請求項１の発明において、前記水溶液又は水分散液に助剤として界面活性剤を添加した導電化木材とした。また、請求項３の発明は、請求項１又は２の発明において、前記水溶液又は水分散液に保持剤として水溶性高分子又は高分子エマルジョンを添加した、導電性化木材とした。

また、請求項４の発明は、前記請求項１、２又は３の発明において、前記水溶液又は水分散液にホウ砂又はホウ酸を添加した導電化木材とした。また、請求項５の発明は、前記請求項１、２、３又は４の発明において、前記水溶液又は水分散液に１〜３％の木酢液にキチンキトサンを溶かした溶液を添加した導電化木材とした。

また、請求項６の発明は、前記請求項１、２、３、４又は５の発明において、前記水溶液又は水分散液にモノマーを添加し、前記木材に含浸して注入後、乾燥させ、さらに当該木材に硬化剤、架橋剤を注入して導管の内部でこれらを重合固化し、固定したことを特徴とする、導電化木材とした。

請求項７の発明は、被処理物である木材を圧力タンクに入れて、当該圧力タンク内を加温しながら減圧し、その後、当該圧力タンク内を常圧に戻して、当該圧力タンク内で前記木材を導電材の水溶液又は水分散液に浸漬し、この状態で当該圧力タンク内を加圧し、その後前記木材を乾燥させて成ることを特徴とする、請求項１乃至６に記載の導電化木材の製造方法とした。

請求項８の発明は、容器が搬入自在な圧力タンクを設け、当該圧力タンク内に搬入自在な容器には被処理物である木材を収納し、前記圧力タンク内で導電材の水溶液又は水分散液を前記容器に注入自在とし、当該圧力タンク内を減圧する装置、及び当該圧力タンク内を加圧する装置、及び前記容器を加温する加温装置を前記圧力タンク内に設けた、前記請求項７に記載の方法に使用する導電化木材の製造装置とした。

木材は材料の特性からいって５０％近くの空洞層を持っている。請求項１の発明では、この空洞層を形成する各導管の内壁に前記導電材の膜を形成しているため、表面積が非常に大きくなる、と同時に、前記導管を構成しているセルローズ類は比較的抵抗値が高いが、界面活性剤等の導電材によって水分の含有量が安定し、静電気を処理できる除電面積が、平面的なものと比較して数万倍の面積になり、静電容量を大きくすることが出来る。従って、除電機能が極めて大きい。それ故、人体に帯電した静電気を、当該導電化木材に触るだけで、アースしなくても消去することができる。また、当該導電化木材に触れなくても接近すれば、帯電体から電気力線を引く力があり、ゆるやかではあるが除電効果を発揮する。この場合は表面抵抗値は１０^６〜１０^９Ωで十分である。また、導電性をより高め、両端に電極を接続し、電圧をかければ電流が流れ、発熱するので、穏やかな床暖房や保温に応用することも可能である（表面抵抗値１０^２〜１０^５Ω）。

また、前記各導管の内周の導電材の膜の内側に、数ミクロン以下の空間ができ、臭い物質をこの各導管の内側に吸着する機能が生じる。従って、この発明の導電化木材を室内に置けば、空気中の水分、人体から出る臭い物質、室内のシックハウス症候群を引き起こす有害物質等を当該木材内に吸着、固定することが出来る。

また、請求項２の発明では、前記導電材の水溶液又は水分散液に助剤として界面活性剤を添加して、前記木材に含浸させたため、導電材が木材により確実に含浸しやすい。また、請求項３の発明は、前記導電材の水溶液又は水分散液に保持材として水溶性高分子又は高分子エマルジョンを添加し、これを前記木材に含浸、硬化させているため、長期にわたって導電材が固定保持され、効果を持続する。

また、請求項４の発明によれば、ダニ、ゴキブリ等の忌避剤としての効果も期待できる。また、請求項５の発明によれば、前記水溶液又は水分散液に１〜３％の木酢液にキチンキトサンを溶かした溶液を添加したため、木酢液に溶けたキチンキトサンが、水溶液の水分が無くなって乾燥、固化後は不溶化する。従って、吸着材として永く使用することができる。

また、請求項６の発明によれば、前記水溶液又は水分散液にモノマーを添加してこれを木材に注入し、乾燥後、さらに硬化剤、架橋剤を木材に注入して木材の導管の内部でこれらを重合固化し、固定したため、前記導電材が強力に固定される。また、請求項７及び８の発明を用いれば、請求項１の導電化木材を容易かつ確実に製造することができる。

この発明は、木材を圧力タンクに入れて、当該圧力タンク内を加温しながら減圧し、前記木材の内部にある水分と空気とを除去し、同時に当該木材の導管内にある弁を開き、溶液等を注入しやすくする。その後、当該圧力タンク内を一旦常圧に戻し、当該圧力タンク内を加圧した状態で、当該圧力タンク内で前記木材に、導電材と固定剤等から成る水溶液又は水分散液を注入し、その後当該木材を乾燥させる。これにより、当該木材に、導電材として、帯電防止剤、イオン電導剤、金属超微粉、微細金属繊維、金属酸化物超微粉、導電性カーボン並びにカーボンナノチューブ、フラーレン、ミネラルを含む植物性抽出液、ミネラルを含む木灰抽出液の一つ又は複数を含浸させ、当該木材の導管内の少なくとも一部に前記導電材を保持させた導電化木材を製造するものである。

前記帯電防止剤としては、従来公知のもので良く、例えば、４級アンモニュウム塩を有する化合物、アルキルピリジニウム塩を有する化合物、スルホン酸塩を有する化合物などのカチオン系又はアニオン系界面活性剤やアルキレンオキサイド単独重合体、アルキレンオキサイド共重合体、脂肪族アルコール・アルキレンオキサイド付加物、長鎖脂肪族置換フェノール・アルキレンオキサイド付加重合物、多価アルコール脂肪族エステルなどのノニオン系界面活性剤、あるいはベタイン系両性界面活性剤が挙げられる。

また、イオン電導剤としては不飽和ポリエステルオリゴマーの中にリチュウムイオン又はナトリウムイオン等の金属イオンを封じ込んだ有機イオン電導剤、金属又はその酸化物の導電性粉末（電子電導体）としては、例えば、酸化スズ（ＳｎＯ_２），五酸化アンチモン（Ｓｂ_２Ｏ_３），酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化チタン（Ｔ_１Ｏ_２）酸化アルミ（ＡＬ_２Ｏ_３）が挙げられる。

上記導電材を含む水溶液の実施例としては、以下のものがある。
界面活性剤０．５〜２％
導電剤１〜３％
固定剤０．２〜５％
水分９７〜９２％

次に、この発明の導電化木材の製造方法について説明する。図３に示すように、被処理物の木材１を容器２に入れる。そして、図1及び図２に示す、圧力タンク３に前記容器２を入れる。この圧力タンク３は一側に開閉扉３ａを有し、内部に前記容器３を入れやすいように、レール４が設けられている。その後、当該圧力タンク３を密閉して、圧力タンク３内に設けたヒーター５を作動させて内部を約５０°Ｃに加温しながら図外の真空ポンプに接続した排気パイプ６により当該圧力タンク3内を減圧する。これにより容器３に入れた木材1内部の空気、特に導管内の水分及び空気を抜く。同時に当該木材の導管内にある弁を開き、溶液等を注入しやすくする。

その後、当該圧力タンク３内を一旦常圧に戻す。そして、当該圧力タンク３に設けた薬液注入パイプ７により、圧力タンク３内の容器２に、前記導電材の溶液を注入し、前記木材１を導電材の水溶液中に浸漬した状態にする（図３参照）。ここでの導電材の水溶液の構成は帯電防止剤に助剤として界面活性剤、保持剤として水溶性高分子液（例えば、ポリエチレンオキサイド、ヒドロキシエチルセルロース−２ヒドロキシプロピルトリメチルアンモニウムクロリドエーテル）、高分子エマルジョン（例えば、アクリル系、ポリエステル系、ウレタン系）、天然高分子液（例えば、キトサン、デキストリン、ポリビニールアルコール）を添加したものを使用する。そして、この導電材の水溶液の注入と同時に当該圧力タンク３内を加圧する。これは、圧力タンク３外の加圧ポンプ又はコンプレッサーにより、加圧パイプ８を通して圧縮空気を圧力タンク3内に注入して行う。その際の圧力は５〜８ｋｇ／ｃｍ^２とし、２〜３時間行う。これにより、容器２内の木材１の各導管に前記導電材の水溶液を圧入する。

その後、前記圧力タンク３の開閉扉３ａを開け、容器２を取り出し、各木材１を風通しの良いところで、数日間自然乾燥を行い、その後、加温して３５°Ｃ〜８５°Ｃの間で数日間加熱乾燥させる。

これにより、木材１の各導管の内壁に前記導電材から成る膜が形成され、その中心部に３０ミクロン以下の空間ができる。従って、前記導電材の膜は表面積が非常に大きくなると同時に、導管を構成しているセルローズ類は絶縁抵抗値が比較的高いが、前記添加した界面活性剤によって含水量が安定し、繊維と導電材との働きによって静電気を処理できる除電面積が平面的なものと比較して数万倍の面積になり、静電容量を大きくすることが出来る。

この様に処理した導電化木材Ａの特徴として、日常的に使用する含水率８〜１２％前後の木材であっても、静電気特性として表面抵抗値が１０^６Ω台が湿度１０％ＲＨの環境下であっっても安定化するため、木材の静電気対策分野に拡大できる。従って、当該導電化木材Ａはアースしなくても、人が触ったり、接近するだけで当該人の人体に帯電した静電気を消去することができる。また、当該導電化木材Ａを、図４に示すように断面半円に切り、これを布団の中に入れ、足等を触れた又は接近させた状態で寝ると、人体の静電気が消去され、当該導電化木材Ａに接触又は接近している体の部分の血流が良くなり、暖かく感じてきて、寝つきが良くなると同時に熟睡できる効果を有する。

また、この導電化木材Ａを約１／２に圧縮して使用すると、硬度がアップし、傷が付きにくい等の利点がある。さらに、この導電化木材を図５に示すように、小径の導電化木材Ａを多数平面状に並べ、これらの上下をシート１０で被い、マット１１にして、背中や、腰等の下に敷いて使用することも出来る。また、図６に示すように、小径の導電化木材Ａを多数環状に並べ、中心にクッション材１２を挿入して枕１３として使用することも出来る。また、図７に示すように、前記導電化木材Ａを輪切りにし、ペンダント１４として首から吊り下げるようにすれば、当該ペンダント１４を装着し、人体に帯電した静電気を除去することも出来る。さらにまた、図７のペンダント１４に使用した導電化木材Ａをキーホールダとして使用した場合は、キーを自動車等に差し込んだ場合、静電気が流れてビリッときたりすることをなくすことが出来る。

また、前記のように、各導管内の環状に形成された導電材の内側に出来た空間によって、当該導電材に吸着効果が出てくる。この導電材に空気中の水分、人体から出る臭い物質、部屋の中のシックハウス症候群を引き起こす有害物質を吸着、固定させることができる。

この発明の製造装置の圧力タンクの概略構成正面図である。この発明の製造装置の圧力タンクの概略構成側面図である。この発明の製造に使用する容器に被処理物の木材及び導電材の水溶液を入れた状態の概略断面図である。この発明の導電化木材の使用例を示す斜視図である。この発明の導電化木材の使用例を示す斜視図である。この発明の導電化木材の使用例を示す斜視図である。この発明の導電化木材の使用例を示す斜視図である。

符号の説明

１木材２容器
３圧力タンク４レール
５ヒーター６排気パイプ
７薬液注入パイプ８加圧パイプ
１０シート１１マット
１２クッション材１３枕
１４ペンダント

Claims

木材に、導電材として、帯電防止剤、イオン電導剤、金属超微粉、微細金属繊維、金属酸化物超微粉、導電性カーボン並びにカーボンナノチューブ、フラーレン、ミネラルを含む植物性抽出液、ミネラルを含む木灰抽出液の一つ又は複数から成る水溶液又は水分散液を含浸させ、当該木材の導管内の少なくとも一部に前記導電材を硬化、保持させたことを特徴とする、導電化木材。
前記水溶液又は水分散液に助剤として界面活性剤を添加したことを特徴とする、請求項1に記載の導電化木材。
前記水溶液又は水分散液に保持剤として水溶性高分子、高分子エマルジョン、天然高分子の一つ又は複数を添加したことを特徴とする、請求項1又は２に記載の導電化木材。
前記水溶液又は水分散液にホウ砂又はホウ酸を添加したことを特徴とする、請求項１、２又は３に記載の導電化木材。
前記水溶液又は水分散液に１〜３％の木酢液にキチンキトサンを溶かした溶液を添加したことを特徴とする、請求項１、２、３又は４に記載の導電化木材。
前記水溶液又は水分散液にモノマーを添加し、これを木材に含浸して注入後乾燥させ、さらに硬化剤、架橋剤を前記木材に注入して導管の内部でこれらを重合固化し、固定したことを特徴とする、請求項１、２、３、４又は５に記載の導電化木材。
被処理物である木材を圧力タンクに入れて、当該圧力タンク内を加温しながら減圧し、その後、当該圧力タンク内を常圧に戻して、当該圧力タンク内で前記木材を導電材の水溶液又は水分散液に浸漬し、この状態で当該圧力タンク内を加圧し、その後前記木材を乾燥させて成ることを特徴とする、請求項１乃至６に記載の導電化木材の製造方法。
容器が搬入自在な圧力タンクを設け、当該圧力タンク内に搬入自在な容器には被処理物である木材を収納し、前記圧力タンク内で導電材の水溶液又は水分散液を前記容器に注入自在とし、当該圧力タンク内を減圧する装置、及び当該圧力タンク内を加圧する装置、及び前記容器を加温する加温装置を前記圧力タンク内に設けたことを特徴とする、前記請求項７に記載の方法に使用する導電化木材の製造装置。