JP3485914B1 - 不燃処理液、並びにこれを用いた防火材 - Google Patents

不燃処理液、並びにこれを用いた防火材

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Abstract

【要約】 【課題】 難燃化処理液として硼素化合物を使うと、溶
解度が低く、低濃度では燃焼抑制効果が低下し、また水
溶性のため溶脱が発生する欠点があり、これらの問題を
解決できる不燃処理液を提供するものである。 【解決手段】 硼素化合物を含む弱酸又は弱アルカリの
金属塩水溶液に燐酸及びシランカップリング剤を加えて
混合水溶液とし、該混合水溶液にポリフェノール系化合
物を主成分とする植物抽出物を加えた不燃処理液。この
不燃処理液は、木材、紙及び天燃繊維等のセルロースを
主成分とする部材に広く適用することができる。 【効果】 本発明の不燃処理液によれば、薬剤の定着性
が向上して燃焼抑制効果が高くなり且つ溶脱の発生を極
力抑えることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、不燃処理液に関
し、更に詳しくは、主として、燃え易い部材、すなわち
木材、紙及び天然繊維等のセルロースを主成分とする部
材に使用するための、硼素化合物を主成分とする不燃処
理液に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来から、自然有機素材である木材、
紙、及び天然繊維が燃え易いものであるとされている。
特に、建築分野の観点からいえば、燃え易いが故に法律
上の規制がなされて使用する範囲が極めて限られてお
り、自然有機素材として特有の良さを持つにも係わら
ず、利用促進が妨げられる結果となっている。その反
面、この欠点は、焼却処分でき、なお且つ無公害という
リサイクルの面からはメリットとなる。このようなこと
から、自然有機素材の防火対策として種々の技術、すな
わち難燃化処理技術が開発されている。
【０００３】現在、難燃化処理による燃焼抑制作用には
物理的作用と、化学的作用の２種類があり、難燃化処理
液に後者の作用を期待するものである。この難燃化処理
液には燐化合物、窒素化合物、硼素化合物、ハロゲン化
合物等様々なものがある。
【０００４】しかし、燐化合物、窒素化合物、ハロゲン
化合物は、燃焼時の有害ガスを含む発煙量が多く、また
燐酸にいたっては強酸であり、素材の傷み、変色が発生
する問題点がある。
【０００５】一方、硼素化合物は、燃焼時に熱分解生成
物からの有害なガスの発生がなく、素材の傷み、変色も
比較的少ない。その上、防腐防蟻効果もあり、対象とす
る素材を付加価値の高いものとすることができる。
【０００６】硼素化合物を主成分とする薬剤は、脱水炭
化作用によって発熱を抑える効果が著しい。なお脱水炭
化作用とは、薬剤が加熱されて酸又は塩基を生成し、低
い温度で短時間にセルロースを脱水し、水と炭素にする
ものである。つまり、この燃焼抑制効果は、水の蒸発に
よる吸熱作用、および燃焼速度の遅い炭素残渣の生成に
よる発熱速度の低減という２つの作用から成り立ってい
る。
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】しかし、難燃化処理液として硼素化合物を
使うと、 １）溶解度が低く、低濃度では燃焼抑制効果が低下す
る、 ２）水溶性のため溶脱が発生する、 といった２つの欠点があり、これらの問題を克服する必
要があった。本発明は、このような問題を解決すべく燃
焼抑制効果が高く且つ溶脱の発生を極力抑えた不燃処理
液を提供するものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、このよう
な背景のもとで鋭意研究した結果、金属塩の触媒作用の
もとで溶解度が向上することや、シランカップリング剤
により造膜性が出てくる点、ポリフェノール系物質によ
り溶脱を抑えることができる点を見出し、この知見によ
り本発明を達成するに至ったものである。
【０００９】即ち、本発明は、（１）、硼素化合物を含
む弱酸又は弱アルカリの金属塩水溶液に燐酸及びシラン
カップリング剤を加えて混合水溶液とし、該混合水溶液
にポリフェノール系化合物を主成分とする植物抽出物を
加えた不燃処理液に存する。
【００１０】そして、（２）、弱酸又は弱アルカリの金
属塩の含有量が全成分重量の１〜１０％である不燃処理
液に存する。
【００１１】そしてまた、（３）、硼素化合物の含有量
が全成分重量の５０〜９５％である不燃処理液に存す
る。
【００１２】そしてまた、（４）、燐酸の含有量が全成
分重量の１〜１０％である不燃処理液に存する。
【００１３】そしてまた、（５）、シランカップリング
剤の含有量が全成分重量の０．１〜５％である不燃処理
液に存する。
【００１４】そしてまた、（６）、ポリフェノール系化
合物を主成分とする植物抽出物の含有量が全成分重量の
０．５〜４０％である不燃処理液に存する。
【００１５】そしてまた、（７）、上記の不燃処理液を
セルロースを主成分とする部材に付与させた防火材に存
する。
【００１６】そしてまた、（８）、上記の不燃処理液を
木材に含浸させた防火材に存する。
【００１７】そしてまた、（９）、上記の不燃処理液を
紙に含浸させた防火材に存する。
【００１８】そしてまた、（１０）、上記の不燃処理液
を繊維に含浸させた防火材に存する。
【００１９】本発明はこの目的に沿ったものであれば、
上記１〜１０の中から選ばれた２つ以上の組み合わせも
採用可能である。
【００２０】
【発明の実施の形態】本発明の不燃処理液は、硼素化合
物を含む弱酸又は弱アルカリの金属塩水溶液に燐酸及び
シランカップリング剤を加えて混合水溶液とし、該混合
水溶液にポリフェノール系化合物を主成分とする植物抽
出物を加えたものである。そのために、素材に含浸する
ことで燃焼抑制効果及び溶脱抑制効果が極めて向上した
ものとなる。含浸又は付与の対象となる素材は、主とし
て、木材、紙及び天然繊維等のセルロースを主成分とす
る部材である。
【００２１】〔燃焼抑制効果〕周知のように硼素化合物
単独での溶解度は低いため、素材に効率よく浸透させる
には硼素化合物を高濃度溶液とする必要がある。そこ
で、本発明では、弱酸又は弱アルカリの金属塩の触媒作
用により溶解度の向上をはかっている。弱酸又は弱アル
カリの金属塩としては、フッ化ソーダ、亜燐酸ソーダ、
亜硫酸ソーダ、硼フッ化ソーダ等を使用した。弱酸又は
弱アルカリの金属塩の含有量は、全成分重量の１〜１０
％である。その含有量が１％より小さいと硼素化合物の
溶解が困難であり、また１０％を越えると生産性の点か
ら非効率的である。ここで全成分重量とは、不燃処理液
から水を除く各成分の合計重量である。
【００２２】また、前記硼素化合物だけでは乾燥後に粉
体化してしまうためその結晶質をさらに変化させる必要
があり、燐酸及びシランカップリング剤を加えることに
より、乾燥後の素材の造膜性を付与することができる。
これにより、素材への薬剤の定着量が増加し且つ固着性
が良くなって燃焼抑制効果が向上する。
【００２３】シランカップリング剤としては、代表例と
してエトキシシラン、メトキシシラン等が挙げられる
が、本実験では、信越化学工業（株）のもの、例えば製
品名で、KBM-602, KBM-603, KBE-603, KBM-903, KBE-90
3, KBE-04, KBM-13,KBM-22，KBE-22, KBE-103, KPN-350
4, KBM-3063, KBM-3103C等が採用される。シランカップ
リング剤の含有量は、全成分重量の０．１〜５％であ
る。その含有量が０．１％より小さいと造膜性の付与が
困難であり、また５％を越えると液の粘度が増し、素材
への処理が困難である。
【００２４】〔溶脱抑制効果〕次に、湿潤状態における
薬剤（不燃処理液）の溶脱を抑制する必要がある。この
発明では、樹皮抽出成分のポリフェノール系物質を使用
することにより、薬剤の溶脱量を低下させている。
【００２５】ポリフェノール系化合物を使用するのは、
ポリフェノール系化合物が硼素化合物を吸着することに
よって、素材乾燥後、硼素化合物を水に溶けにくくする
化学変化を狙うものである。この化学変化は、後述する
実施例３により裏付けられている。ポリフェノール化合
物には、精製タンニンやスギ樹皮等から例えば２４時間
水抽出した樹皮抽出成分であるタンニンが使用される。
ポリフェノール化合物の含有量は、全成分重量の０．５
〜４０％である。含有量が０．５％より小さいと効果が
薄く、４０％を越えると逆に硼素化合物の定着量低下の
可能性がある。
【００２６】しかし、ポリフェノール系化合物の配合に
より薬剤の固形分析出の温度が高くなる傾向がある。こ
の薬剤を素材に付与処理する場合には、２つの処理方法
がある。１つは、ポリフェノール系化合物を浸潤させた
後、乾燥させ、その素材に硼素化合物を浸潤させるもの
である。２つ目は、硼素化合物とポリフェノール系化合
物を混合溶液とし、析出のない温度域まで昇温維持さ
せ、素材内部で定着させる方法である。本発明において
は、定着効率の観点から後者の方法を採用している。
【００２７】以下、本発明を実施例を挙げて説明する
が、本発明は実施例に限らず種々の変形例が可能であ
る。
【００２８】
【実施例１】（Ｉ）部材乾燥時における薬剤定着率の妥
当性 まず、硼素化合物を含む金属塩水溶液に燐酸及びシラン
カップリング剤〔メトキシシラン（KBM-22）〕を加えて
混合水溶液とした。この混合水溶液にポリフェノール系
化合物を主成分とする植物抽出物であるタンニンを加え
て調整し処理液１（不燃処理液に相当）とした。一方、
タンニンを含まない以外は処理液１と同様に調整して処
理液２とした。処理液１及び処理液２における成分の配
合割合（重量％）は下記の表１の如くである。
【００２９】表１の処理液１に、木材よりなる試験体
（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ）を３時間浸漬し昇温維持して含
浸させた。含浸後乾燥させその重量（溶脱前重量）及び
含水率を測定した。ここで、試験体は２０ｃｍ×１２ｃ
ｍ×５ｃｍの木片である。この後、その試験体（Ａ，
Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ）を乾球温度６５℃、相対湿度９０％の
高湿度条件下に３日間放置した。これは積極的に溶脱が
起こり易い条件を設定したものである。更に１０５℃で
恒温乾燥により全乾させ、その重量（溶脱後乾燥後重
量）を測定した。５つの試験体（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ）
の薬剤の溶脱量等は、下記の表２の如くとなった。
【００３０】次に、２０ｃｍ×１２ｃｍ×５ｃｍの木片
の試験体（Ｆ，Ｇ，Ｈ，Ｉ，Ｊ）を用意し、処理液２を
使って、先述した試験体（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ）と同様
な処理、及び重量、含水率の測定を行った。５つの試験
体（Ｆ，Ｇ，Ｈ，Ｉ，Ｊ）の薬剤の溶脱量は、下記の表
３の如くとなった。
【００３１】表２及び表３から、処理液１を使用したも
のは処理液２を使ったものと比べて、明らかに溶脱量が
減少していることが分かる。このことから、ポリフェノ
ール化合物を使うことで十分な薬剤溶脱抑制効果が発揮
できることが理解できよう。なお、処理液１におけるポ
リフェノール化合物の量は処理液全体の１％程度である
が、その量を増やすことにより、薬剤溶脱抑制効果は向
上するものと考えられる。
【００３２】
【実施例２】（ＩＩ）燃焼抑制効果の妥当性 まず、硼素化合物を含む金属塩水溶液に燐酸及びシラン
カップリング剤〔メトキシシラン（KBM-22）〕を加えて
混合水溶液とした。この混合水溶液にポリフェノール系
化合物を主成分とする植物抽出物であるタンニンを加え
て調整し処理液３とした。一方、シランカップリング剤
（KBM-22）を含まない以外は処理液３と同様に調整して
処理液４とした。処理液３及び処理液４における成分の
配合割合（重量％）は下記の表４の如くである。この実
施例では、木材よりなる試験体に表４の処理液３を含浸
させ、その試験体（Ｋ）に対してＩＳＯコーンカロリー
メーターでの試験を行った。同様に処理液４を含浸さ
せ、その試験体（Ｌ）に対して同様な試験を行った。
【００３３】図１は、その試験体（Ｋ）の燃焼試験結果
のグラフを示す。この結果から、建築基準法上の不燃材
料としての基準性能を上回っていることがわかる。図２
は、その試験体（Ｌ）の燃焼試験結果のグラフを示す。
この結果から、建築基準法上の準不燃材料としての基準
性能に相当するが、不燃材料としての基準性能には達し
ていないことがわかる。このように、シランカップリン
グ剤を、所定量、含ませることにより、建築基準法上の
不燃材料を実現することが可能である。
【００３４】
【実施例３】表１に示す処理液１のタンニンの代わりに
カテキンを用いた以外は、同じ処理液を用意した。この
処理液に対して13Ｃ−ＮＭＲスペクトル分析を行った。
この場合、タンニンに変えてその母体であるカテキン
（ポリフェノール系化合物）を使ったのは、13Ｃ−ＮＭ
Ｒスペクトル分析がし易いためである。図３は、13Ｃ−
ＮＭＲスペクトル分析の結果を示す図である。この図に
おいてカテキン由来のピークが低下していることから、
処理液中で、カテキンとその他の成分とが相互作用を起
こして、カテキンに化学変化が生じていることが理解で
きる。
【００３５】
【表１】
【００３６】
【表２】
【００３７】
【表３】
【００３８】
【表４】
【００３９】
【発明の効果】本発明の不燃処理液によれば、薬剤の定
着性が向上して燃焼抑制効果が高くなり且つ溶脱の発生
を極力抑えることができる。そのため、不燃木材の提供
が可能となる。また、この不燃処理液は、木材、紙及び
天然繊維等のセルロースを主成分とする部材に広く適用
することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、試験体（Ｋ）の燃焼試験結果のグラフ
を示す図である。
【図２】図２は、試験体（Ｌ）の燃焼試験結果のグラフ
を示す図である。
【図３】図３は、13Ｃ−ＮＭＲスペクトル分析の結果を
示す図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平４−234603（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−248602（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−265508（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−218999（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B27K 3/00 - 3/52 C09K 21/00 - 21/14

Claims (10)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】硼素化合物を含む弱酸又は弱アルカリの金
    属塩水溶液に燐酸及びシランカップリング剤を加えて混
    合水溶液とし、該混合水溶液にポリフェノール系化合物
    を主成分とする植物抽出物を加えたことを特徴とする不
    燃処理液。
  2. 【請求項２】弱酸又は弱アルカリの金属塩の含有量が全
    成分重量の１〜１０％であることを特徴とする請求項１
    記載の不燃処理液。
  3. 【請求項３】硼素化合物の含有量が全成分重量の５０〜
    ９５％であることを特徴とする請求項１記載の不燃処理
    液。
  4. 【請求項４】燐酸の含有量が全成分重量の１〜１０％で
    あることを特徴とする請求項１記載の不燃処理液。
  5. 【請求項５】シランカップリング剤の含有量が全成分重
    量の０．１〜５％であることを特徴とする請求項１記載
    の不燃処理液。
  6. 【請求項６】ポリフェノール系化合物を主成分とする植
    物抽出物の含有量が全成分重量の０．５〜４０％である
    ことを特徴とする請求項１記載の不燃処理液。
  7. 【請求項７】請求項１記載の不燃処理液をセルロースを
    主成分とする部材に付与させたことを特徴とする防火
    材。
  8. 【請求項８】請求項１記載の不燃処理液を木材に含浸さ
    せたことを特徴とする防火材。
  9. 【請求項９】請求項１記載の不燃処理液を紙に含浸させ
    たことを特徴とする防火材。
  10. 【請求項１０】請求項１記載の不燃処理液を繊維に含浸
    させたことを特徴とする防火材。
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