JPH01166903A - 改質木材の製法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔技術分野〕 この発明は、建材等として用いられる改質木材の製法に
関する。

〔背景技術〕

木材の改質法として、不溶性不燃性無機物を木材中に生
成させることにより、難燃性（防火性）。

寸法安定性、防腐・防虫性および力学的強度等を付与す
る方法が研究、開発されている。

一般に、木材に難燃性を付与するための改質方法は、以
下のようなＮ燃比のメカニズムに基づいて大別されてい
る。

（ａ）　　無機物による被覆 伽）　炭化促進 （Ｃ）　　発炎燃焼における連鎖反応の阻害（ｄ）　　
不燃性ガスの発生 （ｅｌ　　分解・結晶水放出による吸熱（ｆ）　　発泡
層による断熱 ここで、木材に不溶性不燃性無機物を含ませるという改
質方法は、前記（ａｌのほか、無機物の種類によっては
、（′ｂ）ないしくｄｌ等による効果も併せて期待でき
る有効な方法である。しかも、この不溶性不燃性無機物
は、いったん木材組織内に定着させられれば、それ以降
木材から溶は出す恐れは少ないため、それらの効果が薄
れるといった心配も少ない。

上記において、（ａ）の無機物による被覆とは、たとえ
可燃性の材料であっても、それを不燃性の無機物と適当
な配合比で複合させることにより難燃化させうる、とい
うことである。たとえば、従来知られている木片セメン
ト板は、可燃性木材を不燃性のセメントと約１対１の重
量配合比で混合し、板状に成形されたものであって、Ｊ
ＩＳ規格により準不燃材料として認められている。

（ｂ）の炭化促進とは、以下のようなメカニズムである
。すなわち、木材は、加熱されると熱分解して可燃性ガ
スを発生し、これが発炎燃焼するわけであるが、このと
きリン酸あるいはホウ酸が存在すると木材の熱分解すな
わち炭化が促進され、速やかに炭化層が形成される。こ
の炭化層は断熱層として作用し、難燃効果を与えるので
ある。したがって、前記不溶性不燃性無機物がリン酸成
分あるいはホウ酸成分を含む場合は、この前記改質木材
における難燃効果は一層高いものとなる。

（Ｃ）の発炎燃焼における連鎖反応の阻害とは、ハロゲ
ンにより寄与されるものであり、炎中でのラジカル的な
酸化反応においてハロゲンが連鎖移動剤として作用する
結果、酸化反応が阻害されで難燃効果が生じるというメ
カニズムである。したがって、不溶性不燃性無機物がハ
ロゲンを含むものであれば、こうした効果も得られるの
である。

また、（ｄ）の不燃性ガスの発生とは、炭酸塩、アンモ
ニウム塩等の化合物の熱分解により発生する炭酸ガス、
亜硫酸ガス、ハロゲン化水素等の不燃性ガスが、可燃性
ガスを希釈して燃焼を妨げるという効果である。したが
って、不溶性不燃性無機物が炭酸塩等の上記不燃性ガス
類を発生しうるちのを含んでいれば、このメカニズムに
よる難燃化効果も併せて得られるのである。

ついで、この不溶性不燃性無機物を含む木材の防腐・防
虫効果について説明する。菌類が木材を腐敗させる際は
、まず、菌糸が木材内腔中に侵入していくのであるが、
この木材内腔中に異物が存在すると菌糸の侵入が妨げら
れ、結果的に腐敗されにくくなる。この木材内腔中の異
物は、特に防腐効果のある薬剤（防腐剤）等である必要
はなく、菌類の養分になるものでさえなければ、何であ
ってもよいのである。防虫についても防腐と同様であっ
て、薬剤効果があるものであればそれにこしたことはな
いし、また、虫に対して消化性の悪いもの、消化しない
もの、あるいは、忌避作用のあるものが好ましい。した
がって、そのような条件を満たしている不溶性不燃性無
機物を木材内腔中に含ませれば、木材の防腐・防虫に効
果的なのである。

さらに、木材の寸法安定化および力学的強化については
、木材を水で膨潤させておき、その状態で木材細胞壁中
に何らかめ物質を固定できれば、バルク効果により上記
両効果が得られる。すなわち、木材細胞壁内が充堪材に
よって占められていれば、木材自体の膨張あるいは収縮
が起こりにくくなり、同時に、特に硬度をはじめとする
各種力学的強度も向上するのである。ここで、固定物質
としては、水に溶けにくい無機物も使いうるため、不溶
性不燃性無機物を木材細胞壁中に固定すれば、その効果
が得られるのである。

以上のように、不溶性不燃性無機物を含ませるという方
法は、難燃化をはじめとする木材の改質において非常に
有効であるが、下記のような問題を有していた。

一般に、たとえば不溶性不燃性無機物をそのまま水等の
溶媒に分散させ、この分散液（処理液）中に木材を浸漬
して液を木材中に浸透させようとしても、浸透していく
のはほとんど水等の溶媒のみとなってしまう。というの
も、処理液が木材中に浸透していく際に通過すべき通路
のうち、最も狭い部分はピットメンプランであるが、こ
こにおける空隙径が約０．１　ｎであるのに対し、分散
粒子である不溶性不燃性無機物の粒径は、通常、０．１
１よりもかなり大きいからなのである。

そこで、発明者らは、先に、この問題を解決できる方法
を開発している。すなわち、混合することにより反応し
て不溶性不燃性無機物を生じさせるカチオンおよびアニ
オンを別々に含ませた２種の水溶液を用意し、両者を順
次原料木材に含浸させて木材内部で両イオンを反応させ
、不溶性不燃性無機物を定着させるようにする改質木材
の製法である（特願昭６Ｏ−０８９４２３）。このよう
にすれば、極めて多量の不溶性不燃性無機物を効率よく
木材中に含ませることができるのであるが、一方、従来
行われていた浸漬含浸法において、。

処理液の再生ということが、一つの課題となっていた。

以下に、浸漬含浸法において、処理液中に含まれるイオ
ンの分布状況がどのように変化していくのかを追ってみ
る。まず、第１処理浴として水溶性無機物Ａ″Ｂ−を含
む水溶液、第２処理浴として水溶性無機物Ｘ″Ｙ−を含
む水溶液を準備し、ここで、雨水溶液（処理液）の混合
により不溶性不燃性無機物ＡＹが生成するものとする。

まず、原料木材（飽水処理等がなされていてもよい）を
上記第１浴に浸漬すると、木材内にＡ”、Ｂ−両イオン
が侵入する。ついで、第２浴に木材をＨ’ｔＭすると、
Ｘ”　、Ｙ”イオンが木材内に侵入し、木材内部でＡ゛
とＹ−が反応して不溶性不燃性無機物ＡＹが生成し、木
材組織内に定着するのである。このとき、第２浴におけ
る浸漬処理時間は、上記イオンの反応が完了してしまう
ことをめどに設定される。したがって、第１浴から持ち
込まれた木材内のＡ′″およびＢ−のうちの前者は、は
ぼすべてがＡＹとなって木材内に残ることになる。しか
し一部は、第２浴中に出てきてしまい、木材外、すなわ
ち第２浴中で反応し、ここにもＡＹが生成するという問
題がある。一方、後者Ｂ−は、可溶な副生成物Ｘ’　Ｂ
−として一部は木材内に残るが、あとは木材内から第２
浴中へ拡散して出ていく。

以上のことから、第１浴ではＡ１およびＢ−の量が減少
して処理液濃度が低下することになり、第２浴では同様
にＸ″Ｙ−濃度が減少するとともに、第１浴からＡ゛お
よびＢ−イオンが持ち込まれ、その分汚染された状態と
なることが判明する。したがって、処理浴の再生とは、
−度使用した処理液の濃度を分析し、消費された分の薬
剤を添加して再度使用できる状態に戻すだけではなく、
含浸処理操作中に木材を介して別浴から混入してくる他
イオン等の低減または除去なども含まれているため、液
の分析に多くの時間を要し、かつ、非常に手間のかかる
作業なのである。また、このような効率面ばかりでなく
、コスト面に関しても、単に除去されて無駄になってし
まう薬剤量は、軽視できない問題として重要視されてい
る。

、〔発明の目的〕 以上の事情に鑑み、この発明は、木材に対し多量の不溶
性不燃性無機物を定着させ、難燃性をはじめとし、防腐
・防虫性、力学的強度３寸法安定性等にも優れた改質木
材を製造するにあたり、処理工程を簡略化して処理効率
を向上させ、かつ、薬剤を無駄なく消費することでコス
ト低下が図れるような製法を提供すること目的とする。

〔発明の開示〕

上記目的を達成するため、この発明は、改質しようとす
る原料木材に対し、混合することにより不溶性不燃性無
機物を生じさせるカチオン含有処理液およびアニオン含
有処理液を個々に含浸させて木材組織内に前記無機物を
生成・定着させるようにする改質木材の製法であって、
前記画処理液を原料木材に対して別々の面からそれぞれ
含浸させることを特徴とする改質木材の製法を要旨とす
る。

以下に、この発明の詳細な説明する。

この発明に用いられる改質のための原料木材としては特
に限定はされず、原木丸太、製材品、スライス単板９合
板等が例示できる。それらの樹種についても何ら限定さ
れることはない。

木材中に生成させて木材組織内に分散・定着させる不溶
性不燃性無機物としては、特に限定はされず、たとえば
、ホウ酸塩、リン酸塩およびリン酸水素塩、炭酸塩、硫
酸塩および硫酸水素塩、ケイ酸塩、硝酸塩、フッ化物、
臭化物、水酸化物等が挙げられ、２種以上の無機物が木
材中に共存されるようであってもよい。

また、１種の不溶性不燃性無機物中に、下記に述べるカ
チオン部分を構成するもの、および／または、アニオン
部分を構成するものが、それぞれ２種以上台まれるよう
であってもよい。

前記のような無機化合物（塩）のカチオン部分を構成す
る元素としては、Ｎａ、に等のアルカリ金属元素、Ｍｇ
、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ等のアルカリ土類金属元素、Ｚｎお
よびＡＩを用いることが好ましい。しかし、カチオン種
としてはこれらに限定されることはなく、たとえば、Ｍ
ｎ、Ｎｉ、ｃｄ等の遷移元素やＳｔ、Ｐｂ等の炭素族元
素等を使用してもよい。

アニオン部分を構成するものとしては、Ｂ　Ｏ２、ＰＯ
４、ＣＯ２、ＳＯ４．ｃｏ、、ｓｏ４およびＯＨアニオ
ンを使用することが好ましい。ＢＯ，、ＰＯ，アニオン
では、前記難燃化メカニズム（ｂ）による効果、ＣＯ３
アニオンでは同（ｄｌによる効果が併せて期待できるた
め、−層好適である。しかし、これらに限定されること
はなく、たとえば、Ｆ、ＣＩ、Ｂｒ、Ｏ，Ｎｏｔ　、５
ｉｆ４，５ｉｆｔアニオン等も使用でき、特にハロゲン
では、同（Ｃ）および（ｄ）による効果が併せて期待で
きるという利点が得られるこのようなカチオンとアニオ
ンは、それぞれ単独で、あるいは、複数種を併せて用い
られるが、カチオンとアニオンとの組み合わせは、どれ
でも可能というわけではなく、イオン半径等による制約
がある。そのような条件を鑑みて、両者を任意に選択し
、それらを含んだ水溶性無機物を各々水に熔解させて、
前記カチオン含有処理液および前記アニオン含有処理液
を調製する。

なお、上記ハロゲンおよびＯＨアニオン等は、単独で使
用される他、カチオン含有処理液および／またはその他
のアニオンを含んだアニオン含有処理液中にともに含ま
れるようにし、木材中にアパタイト等を生じさせるよう
に調製されていてもよい。

水に溶解し、上記カチオンを生じさせる無機物としでは
、Ｍｇ　Ｃｌｘ　、　Ｍｇ　Ｂ　ｒ＊　、　Ｍｇ　ＳＯ
４・Ｈｚ　　Ｏ，Ｍ　ｇ　　（ＮＣＬ　　）ｚ　　・　
６Ｈｔ　　ｏ、ＡｌＣｌ５　　、ＡＩＢｒｔ　　、Ａｌ
ｌ　　（５０４）＊　　、Ａｌ　　（Ｎｏｔ　　）ｓ　
　・　９Ｈ＊　　Ｏ，ＣａＣ１ｇ　　、　　ＣａＢｒ５
、　　Ｃａ　　（ＮＯｘ　　）ｚ　　、　　ＺｎＣ１ｘ
　　、　　ＢａＣ１ｔ　　Ｈ２Ｈｘ　ｏ、ＢａＢｒｔ　
、Ｂａ　（Ｎｏｓ　）ｘ等がその一例として挙げられる
が、これらに限定されることはない。水に溶解し、上記
アニオンを生じさせる無機物としては、Ｈｚ　Ｂ　Ｏｘ
　、　Ｎ　ａ　Ｂ　Ｏｘ　。

ＮＨ４Ｂｏｘ　、Ｈｓ　ＰＯａ　、Ｎａｇ　ＨＰＯ４，
（ＮＨ４）ｌ　ＨＰＯ４、Ｎａｓ　ＣＯｓ　、　　（Ｎ
Ｈ４）ｚ　ＣＯｘ　、Ｈ２ＳＯ４、Ｎａｇ　ＳＯａ　、
　　（ＮＨ４）ｚ　Ｓ０４等が例示できるが、同様に、
これらに限定されることはない。

以上のようにして調製される両処理液を、原料木材に対
して別々の面からそれぞれ含浸させるようにすることが
、この発明における特徴である。

このようにすることで、処理液の汚染が防止されて液の
管理が容易となり、また、薬剤が無駄なく使用されるた
め、効率およびコストの両面における改善が図れるので
ある。

処理液の含浸方法としては、特に限定はされないが、刷
毛、ロールもしくはスプレー等を用いた塗布により行え
ば、刷毛やロール等を介して他イオンが混入し、処理液
が汚染されることがないばかりでなく、以下のような諸
利点も併せて得られるために好ましい。すなわち； ■　あらかじめ含浸させる薬剤量を計算しておくことで
、無駄なく薬剤を使いきることができ、製造コストの低
下につながる。

■　木材の表裏両面から、同時に両処理液を塗布含浸さ
せることができるため、従来２浴を用いて順次浸漬処理
していたことに比べ、時間的短縮が図れる。

■　木材の両面から含浸させ、カチオンおよびアニオン
の両イオンが出会った木材内部で反応が起きるため、木
材表面に不溶性不燃性無機物が白色化して生成すること
がない。したがって、含浸処理後に木材表面を洗浄しな
くても、木質感のある優れた外観を呈する改質木材が得
られる。

以上のように、塗布含浸は非常に効果的な方法であるが
、この発明において浸漬含浸法を採用しても、この発明
における効果が充分に得られることは言うまでもない。

すなわち、処理浴の汚染という問題が解消され、浴の管
理としては濃度の調製のみを行えばよいため、工程が大
幅に簡略化されるのである。

浸漬含浸としては、たとえば、つぎのように行うことが
できる。まず、２枚の単板を重ね合わせ、この合わせ面
（木口面）をシール等の手段により完全に封じ、ここか
らの処理液の浸透が起こらないようにして第１浴に浸漬
させる。つぎに、今度は、第１浴において処理済みの片
面同士を向かい合わせ、第１浴においては内側になって
いた面をそれぞれ外側に向けるようにして同様に木口面
を封じ、第２浴に浸漬させるのである。このようにする
ことで、木材を介して行われる別浴のイオンの混入が防
止され、上記同様、木材表層部よりは主として木材内部
に不溶性不燃性無機物が生成した２枚の処理単板（改質
木材）が同時に得られるのである。あるいは、木材があ
る程度の厚みを有するもの等であれば、片面ずつ浮かせ
るようにして処理液界面に接触させて行うこともできる
。

なお、塗布の場合は、木材表面が乾いていないと充分な
塗布量が達成できないため、その必要はないが、浸漬処
理を行う場合は、含浸に先立ち、原料木材に飽水処理を
施してもよい。その処理方法は、水中貯木、スチーミン
グ、減圧下含浸、加圧下含浸等、特に限定はされない。

このような含浸処理が完了し、不溶性不燃性無機物の生
成・定着が行われた後、乾燥させて改質木材が得られる
。ここで、含浸後、適度に加温して養生を行い、不溶性
不燃性無機物生成反応の進行を助けるようにすることも
効果的である。養生条件としては、特に限定はされない
が、常温〜６０℃で６〜７２時間程度行うことが適切で
ある。

また、改質木材の耐水性等を高めるために、さらに後処
理として溶脱処理を行い、可溶性成分を除去してもよい
。ここで、可溶性成分とは、木材中に残された未反応の
イオン、および、副生成物としての可溶な無機物であっ
て、吸水、吸湿量が多く、また、その種類によっては潮
解性を示す場合もあるので、これらが木材中にあまり多
量に残存すると、木材の吸水、吸湿性が高くなりすぎて
しまう恐れがある。すると、得られた改質木材はベタ付
き感のあるものになり、高湿条件下では木材表面が水に
濡れたような状態になるため、含浸処理後に溶脱処理を
行って木材の耐水性や耐候性を高めることもできるので
ある。この溶脱処理は、後処理浴を設けて水中に長時間
浸漬させる等により実施される。しかしながら、一方で
、この可溶性成分のなかには不燃性であって、木材の難
燃性および力学的強度２寸法安定性等の向上に寄与でき
る成分も含まれているため、必要に応じてこれらを残す
ようにすることも一策である。

なお、含浸処理を行う順序としては、アニオンおよびカ
チオン含有両処理液のうちのいずれか一方から行っても
よいし、上述のように同時に行ってもよい。また、その
処理液の数や処理回数等についても特に限定されない。

たとえば、両処理液を１種ずつ用意してそれぞれ１回ず
つ含浸させてもよいし、同じ液を用いて繰り返し数度ず
つ行ってもよい。また、複数種のカチオン／アニオン含
有処理液をそれぞれ用意し、木材の一方の面をカチオン
による処理面、他方の面をアニオンによる処理面という
ように決めて、それらの処理液により数度ずつ含浸させ
ることもできる。

つぎに、この発明における実施例および比較例について
説明する。

■　盈１木林立製抜 （実施例１） マツ、スギ、ブナ材の各３鶴厚ロータリー単板（気乾状
態、含水率５〜１０％）の片面から、ＣａＣ１，水溶液
（３ｍｏｌ／ｌ）を刷毛塗りにより含浸させ、ついでそ
の反対側の片面から、（ＮＨ，）、ＨＰＯ４水溶液（５
ｍｏｌ／ｊりを同様に含浸させた。なお、塗布量は１回
につき約１０〜２０ｇであった。

塗布処理後の木材をラッピングして乾燥しないようにし
、６０℃の恒温恒湿器内で２４時間養生させた。このの
ち、単板に溶脱処理を施して水に可溶な成分を除去し、
１１０℃にて絶乾状態にまで乾燥させて改質木材を得た
。

（実施例２，３） 実施例１と同様にして第１表に示した処理液を用いて単
板を処理し、各妓質木材を製造した。

（実施例４） 含浸処理に先立ち、単板に飽水処理を行っていったん飽
水状態（含水率１５０〜２００％）にした後、単板表層
部分のみを乾燥させ、木材内部には水が残っている状態
にした。この単板について、実施例１と同様にして塗布
含浸を行い、溶脱。

乾燥後、改質木材を得た。なお、この実施例においては
、単板内部に存在する水が処理液中のイオンの拡散を助
けるため、養生なしでも充分に反応が進行していった。

（実施例５） 実施例１と同様にして塗布含浸処理された単板を６０℃
にて数十分間乾燥させ、木材表面のみを乾いた状態にし
た後、再度、同様にして塗布工程を繰り返した。以下、
同様に養生、溶脱、乾燥処理を行って、改質木材を得た
。

■　敢ｌ木林互住血 上記得られた改質木材について、不溶性不燃性無機物の
含浸率、難燃性（防火性）、防腐・防虫性および寸法安
定性を調べた。上記無機物の含浸率は、絶乾した木材の
重量に対する不溶性不燃性無機物の含浸重量比率である
。Ｗ＃燃焼性ついては、各実施例において得られた３枚
の単板を積層した合板について、それぞれＪＩＳ規格Ａ
１３２１に準じて燃焼性試験を行い、難燃■級以上の性
能をＯで表した。防腐性は、ＪＷＰＡ規格第１号に準じ
、腐敗に対応する６週間の木材重量減少率で評価し、重
量変化のないものを１００．未処理木材における減少率
をＯとして算出される防腐効力値を求め、防虫性は、Ｊ
ＷＰＡ規格第１１号に準じて３週間の死去率（対シロア
リ）を求めた。その結果、上記防腐効力値が９０以上、
かつ、死去率が１００％である場合の防腐・防虫性を○
で示した。寸法安定性は、抗収縮能（ＡＳＥ）で評価し
、ＡＳＥ３０以上を◎、１０〜３０を○で表した。

以上の結果を第１表に示す。

第１表にみるように、簡略化された製法によるにもかか
わらず、難燃性、防腐・防虫性および寸法安定性のいず
れもが良好な改質木材が得られることが判明した。

〔発明の効果〕

この発明にかかる改質木材の製法は、以上のようであり
、木材内部に不溶性不燃性無機物を生成・定着させるに
あたり、カチオンおよびアニオン含有画処理液を原料木
材に対して別々の面からそれぞれ含浸させるようにして
いるため、処理工程を簡略化して処理効率を高め、かつ
、薬剤を無駄なく消費して製造コストを低下させつつ、
高品質な改質木材を製造することができる。

代理人　弁理士　　松　本　武　彦

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）改質しようとする原料木材に対し、混合すること
   により不溶性不燃性無機物を生じさせるカチオン含有処
   理液およびアニオン含有処理液を個々に含浸させて木材
   組織内に前記無機物を生成・定着させるようにする改質
   木材の製法であって、前記両処理液を原料木材に対して
   別々の面からそれぞれ含浸させることを特徴とする改質
   木材の製法。
2. （２）カチオン含有処理液が、アルカリ金属、アルカリ
   土類金属、亜鉛およびアルミニウムの各陽イオンからな
   る群の中から選ばれた少なくとも１種を含む溶液であり
   、アニオン含有処理液が、ＢＯ＿２、ＰＯ＿４、ＣＯ＿
   ２、ＳＯ＿４およびＯＨの各陰イオンからなる群の中か
   ら選ばれた少なくとも１種を含む溶液である特許請求の
   範囲第１項記載の改質木材の製法。