JPH02116509A - 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】 Ｃ産業上の利用分野〕 この発明は、住宅設備、建築材料等として用いられる改
質木材の製法に関する。

〔従来の技術〕

木材の改質方法として、不溶性不燃性無機物を木材中に
生成させることにより、ＨＨ性（防火性）１寸法安定性
、防腐・防虫性、力学的強度２表面硬度等を付与する方
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だめの改質方法は、以
下のような難燃化のメカニズムに基づいて大別されてい
る。

（ａｌ　　無機物による被覆 （ｂｌ　　炭化促進 （Ｃ）　　発炎燃焼における連鎖反応の阻害（ｄｌ　　
不燃性ガスの発生 （ｅ）　　分解・結晶水放出による吸熱（ｆｌ　　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、以下に説明するように、上記（ａｌ以外にも
、無機物の種類によっては（ｂｌ、　（ｃｌ、　（ｄｉ
等による効果も併せて期待できる優れた方法である。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、それ以降木材から熔は出す恐れが
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により準不燃材料として認められている。

（ｂｌ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、難燃効果を与えるた
め、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、この改質木材にお番する難燃効果
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て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。

最後に、（ｄｉの不燃性ガスの発生について説明する。

これは、炭酸塩、アンモニウム塩等の化合物は熱分解に
より炭酸ガス、亜硫酸ガス、ハロゲン化水素等の不燃性
ガスを発生するが、これらの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ことになる。

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。防虫についても防腐と同様である。

ただし、異物は、薬剤効果があるものであればそれにこ
したことはなく、たとえば、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、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、木材の寸法安定性および力学的強度についてみ
れば、たとえば、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の物質を固定できれば、バルク
効果により上記両特性が向上する。すなわち、木材細胞
壁内が充瞑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（なり、同時に、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、こうした効果が得
られる。

最後に、木材の硬度く表面硬度）については、一般に、
木材の硬度を上げるためには、木材内部の４管等の空隙
や木材の細胞壁に無機物等の硬い物質を詰め込んでやれ
ばよいため、木材内に不溶性不燃性無機物を定着させる
ことにより、木材細胞の補強ならびに硬度の上昇という
効果が得られる。ここで、木材の表層部分に集中的に無
機物を生成させれば、より効果的である。

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
に有効的であるが、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、Ｓａ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（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０．１μｌ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．
１μよりもかなり大きいからである。

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（順に「カチオン含
有処理液」、「アニオン含有処理液」と称す）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（特開昭６１−２４６００３号公報）
であって、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。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記の製法によれば、難燃性をはじめとし、防腐・防虫
性８寸法安定性、力学的強度等にも優れた改質木材を得
ることができるのであるが、特に難燃性に関しては、近
年ますます高水準のものが要求されており、これに充分
応えることができずにいるのが現状である。すなわち、
従来の改質木材は、主として、含浸された無機物のもた
らす上記難燃化メカニズム（ａ）〜（ｄ）の効果をねら
ったものであったが、それにより得られる難燃効果には
、もはや限界があるのである。

こうした事情に鑑み、この発明は、新たなメカニズムに
よる難燃効果を追加して組み合わせることにより、−層
高度な難燃性を備えるとともに、防腐・防虫性１寸法安
定性、力学的強度等にも優れた改質木材を効率よく製造
する方法を提供することを課題とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題を解決するために、発明者らは、不溶性不燃性
無機物を水和物として定着させることができれば、上記
難燃化メカニズム（ｅ）の効果（＝結晶水放出による吸
熱）が得られることに着目して検討を重ね、この発明を
完成させるに至った。

したがって、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２種以上の水溶性無機物水溶液を個々に含浸させて
木材組織内に同不溶性不燃性無機物を生成・定着させる
改質木材の製法であって、前記不溶性不燃性無機物とし
て少なくともリン酸水素マグネシウム水和物を生成・定
着させるようにする。

上記２種以上の水溶性無機物水溶液のうちの少なくとも
１種は、少なくとも水溶性マグネシウム塩を含むもので
あり、かつ、同水溶性無機物水溶液のうちの少な（とも
１種は、少なくともリン酸水素アルカリ金属塩および／
またはリン酸水素アンモニウム塩を含むものであること
が好ましい。

〔作　用〕

この発明では、木材内にリン酸水素マグネシウム水和物
を定着させることから、主として、・無機物による被覆
（上記難燃化メカニズム（ａ））・リン酸イオンによる
炭化促進（＝同（ｂ））・結晶水放出による吸熱・冷却
（＝同（ｅ））という三つの難燃効果が得られ、木材に
一層高度な難燃性を付与することができる。また、同リ
ン酸水素マグネシウム水和物は、安定した不溶性の水和
物であるため、得られる改質木材の耐水性を高めること
ができる。さらに、リン酸水素マグネシウム水和物は生
成が容易であることから、製造効率面でも有利である。

〔実　施　例〕

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２合
板等が例示できる。それらの樹種等についても何ら限定
されることはない、。

上記原料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、この発明では、リン酸
水素マグネシウム（ＭｇＨＰＯ，）水和物（三水塩、上
水塩等）が選ばれるが、これのみに限定されることはな
く、その他の任意の不溶性不燃性無機物（たとえば、ホ
ウ酸塩、リン酸塩、上記以外のリン酸水素塩、炭酸塩、
硫酸塩。

硫酸水素塩、ケイ酸塩、硝酸塩、水酸化物等）の１種以
上が、併せて生成・定着されるようであってもよい。ま
た、上記任意の不溶性不燃性無機物は、たとえば、以降
に例示するカチオンおよび／またはアニオン部分が、そ
れぞれ２種以上台まれて構成されるものであってもよく
、何ら限定されることはない。

リン酸水素マグネシウム水和物のカチオン部分はＭ　ｇ
　＊−、アニオン部分はＨＰ　Ｏ，’−であって、前者
は、たとえば、Ｍ　ｇ　ＣＩ　ｔ　、　Ｍ　ｇ　（Ｎ　
Ｏ）ｓ。

Ｍ　ｇ　Ｓ　（）４等の水溶性マグネシウム塩を水に熔
かして得られ、後者は、たとえば、Ｋｇ　ＨＰ　０４　
。

Ｎａｇ　ＨＰＯ４，（ＮＨ４）！　ＨＰＯ４等のリン酸
水素アルカリ金属塩および／またはリン酸水素アンモニ
ウム塩を水に溶かして得ることができる。

また、上記リン酸水素マグネシウム水和物以外の不溶性
不燃性無機物のカチオン部分の元素としては、Ｎａ、に
等のアルカリ金属、Ｍｇ、Ｃａ。

Ｓｒ、Ｂａ等のアルカリ土類金属、Ｍｎ、Ｎｉ。

Ｚｎ、Ｃｄ等の遷移元素、Ｓｔ、Ｐｂ等の炭素族元素、
Ａ１等が好ましく使用できる。なかでも、アルカリ土類
金属（Ｍｇ、Ｃａ、Ｂａ）およびＺｎ、ＡＩの各元素は
、とりわけ好ましい一例として挙げられる。これらは、
たとえば、上記の水溶性Ｍｇ塩や、ＣａＣ１ｔ　、Ｃａ
Ｂｒｔ　、Ｃａ　（ＮＯｌ）ｔ　ｌ　　ＢａＣ１ｇ　　
’２Ｈｚ　ｏ、ＢａＢｒｚ　、Ｂａ　（Ｎｏｔ）ｘ　、
ＡＩＣＩＩ　、ＡｌＢｒ５　、Ａ１１（ＳＯ４）ｓ　、
Ａ　Ｉ　　（ＮＯｓ）ｓ　　・９Ｈ，０，ＺｎＣＬ等を
水に熔かして得られる。

上記任意の不溶性不燃性無機物のアニオンとしては、Ｂ
ｏｇ　、ＰＯ，、Ｃｏｗ　、ＳＯ４およびＯＨアニオン
が好例として示される。特に、ＢＯ。

アニオンでは上記難燃化メカニズム（ｂｌ、　（ｅｌ　
（ＨｌＢＯ，分解による水の放出）による効果、ＰＯ４
アニオンでは同（ｂ）、ＣＯｌでは同（ｄｌによる効果
がそれぞれ得られるため一層好適である。しかし、これ
らに限定はされず、Ｏ，ＮＯｌ　、Ｓ　ｉＯ４゜５ｉｎ
ｓ　、Ｆ、Ｃ１，Ｂｒアニオン等であっても構わない。

これらのアニオンは、Ｎ　ａ　ｔ　ＣＯｘ　＋（ＮＨ４
）ｉ　Ｃｏｔ　、Ｈｚ　ＳＯ４、Ｎａｇ　ＳＯａ　。

（ＮＨ４）＝　ＳＯ４，Ｈｓ　ＰＯ４，Ｎａｍ　ＨＰＯ
−。

（ＮＨ４）ｌ　ＨＰＯ４、Ｈｓ　ＢＯｓ　、ＮａＢｏｇ
　。

ＮＨ４ＢＯ，等を水に溶かして得られる。

以上の水溶性無機物は、木材内に生じさせようとする所
望の不溶性不燃性無機物の組成に応じて任意に選択され
、それらを別々に水に熔かすことにより、所望のカチオ
ンを含んだカチオン含有処理液、および、所望のアニオ
ンを含んだアニオン含有処理液が調製される。ただし、
少なくとも１種のカチオン含有処理液には少なくともＭ
ｇカチオンが、少なくとも１種のアニオン含有処理液に
は少なくともＨＰＯ，アニオンが含まれていることが必
要である。なお、互いに反応せずに均一な水溶液を形成
できる範囲内で、１処理液中に複数種の水溶性無機物が
溶かされてもよい。さらに、木材中にアパタイト等を生
じさせるように、処理液が調製されていてもよい。

木材の処理は、以上のカチオン／アニオン含有画処理液
を順次含浸させて行われる。たとえば、まず、上記画処
理液のうちのいずれか一方（第１液）を、同処理液中に
原料木材を浸漬させるなどして、木材中に含浸させる。

このとき、含浸に先立ち、原料木材に飽水処理を施して
、木材を充分に飽水された状態にしておくことが好まし
い。それにより、木材中の水を媒体として第１液中のイ
オンが速（拡散してい（ようになり、含浸処理時間を短
縮することができるためである。上記飽水処理方法とし
ては、水中貯木、スチーミング、減圧下含浸、加圧下含
浸等が挙げられる。

つぎに、上記第１液と反応して不溶性不燃性無機物を生
成させる相手方のイオンを含んだ処理液（第２液）を含
浸させて、木材内部において同不溶性不燃性無機物を生
成させる。

その後、さらに必要に応じては、第３液、第４液・・・
等を用意して繰り返し含浸させ、生成物層の緻密化を図
るようにしてもよい。このとき用いられるカチオン／ア
ニオン含有画処理液は、それぞれ同一種のものであって
も、異種のものであっても構わない。また、第１液、第
２液・・・等の含浸処理方法も、特に限定されることは
なく、たとえば、減圧下で含浸させることもできる。な
お、第１液について減圧含浸を行う場合は、上記の原料
木材に対する飽水処理は必要ない。

以上のようにして、少なくともリン酸水素マグネシウム
水和物を含む不溶性不燃性無機物が木材内に生成・定着
された後、必要に応じては木材表面の水洗や溶脱処理等
を施し、乾燥させて、改質木材が得られる。

なお、この発明にかかる改質木材の製法が、上記一実施
例に雨足されるものではないことは言うまでもない。た
とえば、含浸処理後に養生を行って、不溶性不燃性無機
物生成反応を促進させることもできる。

つぎに、この発明におけるさらに詳しい実施例について
、比較例と併せて説明する。

一実施例１− アガチス材の３ｍｍコロ−タリー単板水中に浸漬し、３
０＋＋ｎ）Ｉｇ程度の減圧下で飽水処理を行い、木材内
部にまで充分に水を含浸させた。

得られた飽水単板を、塩化マグネシウム水溶液（４，Ｏ
ｎ＋ｏｌ／Ｃ６０℃）中に２４時間浸漬した。

次に、この単板を、リン酸水素二アンモニウム水溶液（
４，０ｍｏｌ／Ｃ６０℃）中に２４時間浸漬して、木材
内に不溶性不燃性無機物（−リン酸水素マグネシウム水
和物）を生成させた。得られた処理単板を水洗した後、
１１０℃で６時間乾燥させて、改質木材を得た。

一実施例２〜５および比較例１，２− 上記実施例と同様に、第１表に示した第１液および第２
液を含浸させて、リン酸水素マグネシウム水和物が定着
された改質木材を得た。

上記得られた改質木材について、リン酸水素マグネシウ
ム水和物（三水塩および七水塩）の含浸率（＝木材重量
１００に対する重量比）および難燃性を調べた。難燃性
については、ＪＩＳ　Ａ　１３２１に準じて表面試験を
行い、発熱量１発煙係数および残炎のそれぞれが難燃３
級の基準を満たしている（○）か否（×）かを開べた。

すなわち、発熱量ｔｄθは３５０℃・ｍｉｎ以下以下１
係煙係数ＣＡ２０Ｃｓ−ｍ”以下、残炎は３０秒以下で
あれば、それぞれ○とし、わずかでもそれらの基準を越
えた場合は×とした。また、以上の３項目において、す
べて上記基準をクリヤーしたものは○、１つでも基準に
満たないものがある場合は×として、難燃性の総合評価
を行った。

結果を、同じく第１表に表す。

第１表にみるように、リン酸水素マグネシウム水和物を
定着させた実施例の改質木材は、比較例の改質木材に比
べ、発熱量が抑えられた一層高度な難燃性を備えている
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によれば、少なくとも
リン酸水素マグネシウム水和物を定着させることにより
、従来に比べて一層高度な難燃性を備えた改質木材を効
率よく得ることができる。

同時に、この改質木材は、防腐・防虫性、力学的強度１
寸法安定性および外観等にも優れ、建材等として最適な
、高度な性能を備えている。

代理人　弁理士　　松　本　武　彦

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 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２種以上の水溶性
   無機物水溶液を個々に含浸させて木材組織内に同不溶性
   不燃性無機物を生成・定着させる改質木材の製法におい
   て、前記不溶性不燃性無機物として少なくともリン酸水
   素マグネシウム水和物を生成・定着させることを特徴と
   する改質木材の製法。 ２　２種以上の水溶性無機物水溶液のうちの少なくとも
   １種が、少なくとも水溶性マグネシウム塩を含むもので
   あり、かつ、同水溶性無機物水溶液のうちの少なくとも
   １種が、少なくともリン酸水素アルカリ金属塩および／
   またはリン酸水素アンモニウム塩を含むものである請求
   項１記載の改質木材の製法。