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【発明の名称】 木材の改質方法
【発明者】 【氏名】市原 紀弘

【氏名】小島 功

【氏名】守谷 和夫

【要約】 【課題】作業性が高く、かつ改質の信頼性も高めることのできる木材の改質方法の提供を目的とする。

【解決手段】改質用微粉末体3を懸濁質として揮発性溶液からなる懸濁媒中に懸濁させた懸濁液2を木材1の導水管6内に導入した後、
【特許請求の範囲】
【請求項1】
改質用微粉末体を懸濁質として揮発性溶液からなる懸濁媒中に懸濁させた懸濁液を木材の導水管内に導入した後、
前記木材を乾燥させて懸濁媒を蒸発させ、
木材に改質用微粉末体が有する物理的特性を付与する木材の改質方法。
【請求項2】
前記改質用微粉末に不溶性および化学的安定性を備えた不燃性物質が使用され、木材に耐火防火性を付与する請求項1記載の木材の改質方法。
【請求項3】
導電性を有する物質を改質用微粉末体として導水管内に導入した後、木材を圧縮して改質用微粉末間を接触させ、木材に導電性を付与する請求項1または2記載の木材の改質方法。
【請求項4】
前記改質用微粉末がセラミックスあるいはセラミックスの主原料物質である請求項1、2または3記載の木材の改質方法。
【請求項5】
前記懸濁液に導通組織内の付着物除去を促進するアルコールが添加される請求項1から4のいずれかに記載の木材の改質方法。
【請求項6】
セラミックスあるいはセラミックスの主原料物質の微粉末体を木材内部に充填して形成される耐火防火木材。
【発明の詳細な説明】【技術分野】
【0001】
本発明は木材に所定の性能を付加する木材の改質方法に関するものである。
【背景技術】
【0002】
例えば、木材に難燃性を付与する等、木材に特定の性質を付与する改質方法としては、従来、特許文献1に記載されるものが知られている。この従来例は、木材に難燃性を付加させるもので、水溶性の難燃化薬剤を含む水溶液を木材に含浸させた後、乾燥させたり、あるいは、2種類の溶液等を木材に順次含浸等させて木材内部で不燃性を備えた不溶性の沈殿物を生成した後、乾燥させて木材に不燃性を付与する。
【特許文献1】特開平9-225903号公報 (第2-3頁)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0003】
しかしながら、上述した従来例のように改質用材料の木材内部への充填のために相変化や化学反応による析出を利用する場合、以下に述べるような欠点がある。
【0004】
すなわち、相変化によって難燃化薬剤等の改質用材料を析出させる場合には、湿度が高まるなどの外部環境の変化によって析出した改質用材料が再溶解しやすく、木材から溶出して改質性能の低下を引き起こしたり、この後乾燥すれば、粉を吹いたようになって木材の美観を損ねてしまう。
【0005】
一方、化学反応を用いる場合には、化学反応を起こさせるための加熱や化学反応に伴う発熱などにより木材に変形等の不具合を生じやすい。
【0006】
また、木材内部での単位体積当たりの改質用材料の析出量を管理することは一般に困難で、改質用材料の偏在した析出による含浸不良、不十分な改質結果を引き起こしやすい。
【0007】
本発明は以上の欠点を解消すべくなされたものであって、作業性が高く、かつ改質の信頼性も高めることのできる木材の改質方法の提供を目的とする。また、本発明の他の目的は、この方法により製造することのできる耐火防火木材の提供にある。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明によれば上記目的は、
改質用微粉末体3を懸濁質として揮発性溶液からなる懸濁媒中に懸濁させた懸濁液2を木材1の導水管6内に導入した後、
前記木材1を乾燥させて懸濁媒を蒸発させ、
木材1に改質用微粉末体3が有する物理的特性を付与する木材の改質方法を提供することにより達成される。
【0009】
懸濁液2は、改質により木材に付与する所定の性質、例えば、耐火防火性能、あるいは導電性能を付与するための微粉末体3からなる懸濁質と、蒸発可能な液体4からなる懸濁媒とにより構成される。懸濁媒中に分散する微粉末体3は、懸濁液2の木材1、正確には導水管6内部への導入に伴って木材1内部に導入され、この後、木材1が乾燥されて懸濁質が蒸発すると、そのまま木材1内部に残留する。
【0010】
上記微粉末体3からなる懸濁質は、懸濁液2の木材1への圧入および懸濁媒の蒸発時において常に固相を維持するために、木材1内部に進入可能な程度の粒度の微粉末で懸濁により懸濁液2中に適宜分散していれば、木材1への強制誘導時、懸濁媒の蒸発時において木材1内部で偏在することはない。木材1への懸濁液2の圧入は浸漬法や減圧加圧法など含浸に用いられる周知の様々な手法を適宜用いて行うことが可能である。
【0011】
したがって本発明によれば、懸濁液2を木材1内部に圧入するという手法をとることにより、木材1内部に所定の物理的性質を有する改質用微粉末体3を充填させることができるために、製造効率を飛躍的に向上させることができる。
【0012】
上記改質用微粉末体3は、所定の物理的性質に加え、不溶性、望ましくは化学的安定性を有し、木材1内部に進入可能な程度の粒度であれば、様々な物質で構成することができ、木材1に不燃性を付与するための改質用微粉末体3としては、例えば、アルミナや炭化珪素、窒化珪素などのセラミックスを用いれば、極めて耐火防火信頼性に優れた耐火防火木材を製造することができる。また、セラミックスの主原料でもある水酸化アルミニウムなどの結晶水を備えた物質を用いれば、吸熱効果を期待することができる。これに対し、木材1に導電性を付与するための改質用微粉末体3としては、導電セラミック等が使用できる。
【0013】
一方、懸濁媒は、懸濁質である不燃性物質の微粉末体3を圧入によって木材1内部に誘導しうる流動性を付与できるもので、蒸発可能なものであれば足り、例えば水などを用いることが可能である。
【0014】
なお、本明細書、特許請求の範囲において、不燃とは、建築資材の耐火防火性能を表す際に用いられるいわゆる不燃以外に、準不燃、難燃を含む燃えにくいこと一般を意味する。また、不燃性物質の不溶性、化学的安定性は、本発明の目的に応じ、木材1が使用される建築物などが受ける一般生活環境を考慮したときの溶けにくさ、反応しにくさを意味するものである。
【0015】
また、上述した懸濁質は、木材1の内部、具体的には木における水分の通路である導管や仮導管と呼ばれる導水管6に進入することにより木材1内部に充填され、したがって不燃性物質等の微粉末体3の粒度は、導水管6に適度に進入できる程度とされる。木の種類や求められる耐火防火性などに応じて粒度は適宜決定されるが、例えば1μm以下であればいずれの木材1の導水管6へも適度に進入することが可能になると考えられる。このような粒度を備えたものとしては、例えば、日本軽金属株式会社が販売する型番BF013-Z13の水酸化アルミニウム(粒度1μm以下)がある。
【0016】
また、上記導水管6には一般に凝固したタンパク質が付着しており、これにより微粉末体3の進入が困難になることが想定されるが、このようなタンパク質はエチルアルコールやメチルアルコールなどのアルコール5により分解することができる。したがってアルコール5で木材1を処理すれば、懸濁質を導水管6に進入しやすくすることができ、微粉末体3の木材1への充填率を高めて改質性能をより向上させることができるとともに、より大きな粒度の微粉末体3の使用を可能にすることができる。アルコール5による導水管6内の付着物の除去は、懸濁液2の充填前の木材1に対してアルコール5を圧入させることなどによっても不可能ではないが、懸濁液2にアルコール5を添加して懸濁液2の木材1への圧入と同時に付着物を除去しやすくすれば、作業効率を向上させることができる。
【0017】
懸濁液2における微粉末体3の懸濁分散性の改善は、導水管6内への微粉末体3の均等輸送に有用であり、このために、必要に応じて懸濁媒には懸濁分散助剤が加えられる。懸濁分散助剤としては、界面活性剤7を使用することが可能であり、界面活性剤7の添加により、懸濁質を懸濁媒と混和しやすくさせ、懸濁液2の表面張力を低下させて木材1内部に浸透しやすくさせることにより、さらに高めることができる。界面活性剤7は懸濁媒の性質、懸濁質である微粉末体3との相性などに応じて適宜決定することができる。上述したように懸濁液2の木材1への圧入に際しては例えば減圧加圧法などを用いることが可能であるが、上述したアルコール5を利用した導水管6内の付着物の除去や、このような界面活性剤7の添加によれば、後述する実施例からも明らかなように、単に木材1を懸濁液2に浸漬させる程度の圧力でも改質処理が可能である。
【0018】
また、改質用微粉末体3に導電体を使用して木材1に導電性を付与する改質を行う際には、微粉末3の充填密度は内部に不連続状態(断線状態)が発生することのないように十分に高くする必要があり、このため、懸濁液2の導入後に木材1の圧縮工程を加えるのが望ましい。
【発明の効果】
【0019】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、改質作業性を向上させることが可能な上に、長期にわたって改質性能を維持することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0020】
以下、木材1に不燃性を付与した不燃木材の製造方法を例にとって本発明を詳細に説明するが、上述したように、微粉末体3に導電体を使用した導電性付与の改質の場合も同様に適用できる。
【0021】
不燃木材(耐火防火木材A)は図1(b)に示すように木材1内部に形成される導水管6に不燃性物質からなる微粉末体3を充填して形成される。木材1としては、例えば杉や檜、樺の木を切り出したもの、あるいは集成材や合板などこれを使用する建築等の設計に応じて多様なものが選択でき、また、そのサイズも後述する減圧加圧タンクの容量の範囲内で設計に応じて適宜決定されるが、この実施の形態においては杉の板材が使用される。
【0022】
不燃木材Aの製造は、上述したように板材1の導水管6に不燃性物質の微粉末体3を充填する充填工程によりなされ、この充填工程に先立って板材1に不燃性物質を充填しやすくするため木材の木表を綿状に加工する前処理工程が行われ、また充填工程の終了後には板材1を建築等に使用可能な状態にする仕上げ工程が行われる。上記前処理工程は木材1に含まれる水分を適宜除去し、不燃性物質の微粉末体3の充填量、充填効率を高めるためのもので、この実施の形態においては板材1をヒータにより適宜強制乾燥してなされる。
【0023】
水分を適宜除去された板材1は、次いで、充填工程において内部に不燃性物質の微粉末体3を充填される。この実施の形態において、不燃性物質の微粉末体3としては上述した粒度1μm以下の水酸化アルミニウムが使用される。充填工程は、水酸化アルミニウム2重量部に水3重量部を混ぜて粒度1μm以下の水酸化アルミニウムの微粉末体3が懸濁する懸濁液2を生成し、この懸濁液2を板材1に含浸させてなされる。懸濁液2は、非水溶性の懸濁質としての水酸化アルミニウムの微粉末体3が懸濁媒としての水(液体4)の中を浮遊するように分散して水酸化アルミニウムの微粉末体3と水4が混和した状態であり、減圧加圧法を利用した板材1への懸濁液2の含浸により板材1内部に水酸化アルミニウムの微粉末体3と水4が圧入される。
【0024】
上述した充填工程は、先ず減圧加圧タンク11内に板材1を投入し、減圧、加圧が可能な図外のポンプにより減圧雰囲気下に板材1を置いて脱気した後、タンク11内に上述した懸濁液2を投入する。図1(a)に示すように、懸濁液2に浸漬された状態で今度はポンプによりタンク11内が加圧され、そのまま適宜の時間放置されることにより圧力によって強制的に懸濁液2が板材1に圧入され、含浸される。水酸化アルミニウムの微粉末体3は懸濁液2の含浸に伴って水4に流されるように板材1の導水管6に入り込む。水酸化アルミニウム微粉末体3の水4との混和を高めるために、懸濁液2は減圧加圧タンク11への投入前、あるいは投入状態等適宜のタイミングで攪拌され、したがって板材1内部、少なくとも表層部においては水4とともに水酸化アルミニウムの微粉末体3がほぼ均質に含浸される。
【0025】
以上の充填工程の終了により内部に水酸化アルミニウムの微粉末体3とともに水分を多量に含む板材1は、次いで、仕上げ工程で洗浄、乾燥される。洗浄は板材1の表面に付着する懸濁液2を水洗により洗い落とすためのもので、例えば洗浄水としての水に漬けた状態で板材1を回転させることなどによりなされる。また、乾燥は、板材1内部に含まれる水分、すなわち懸濁媒を蒸発させるためのもので、例えば上述したヒータにより板材1を加熱、乾燥してなされる。この乾燥により懸濁媒としての水4は蒸発し、板材1内部には懸濁質として水酸化アルミニウムの微粉末体3のみが残留する。
【0026】
仕上げ工程の完了により完成した不燃木材Aは、図1(b)に示すように少なくとも表層部の導水管6、6、・・内にほぼ均質に粒度1μm以下の水酸化アルミニウムの微粉末体3が充填されており、水酸化アルミニウムの不燃性により多少炭化を生じる場合があるものの容易に燃焼することがない。また、水酸化アルミニウムは結晶水を備え、加熱による分解時に吸熱して水分子を放出するために高い耐熱性を不燃木材Aに付与する。
【0027】
また、この実施の形態においては、上述した懸濁液2の板材1への含浸量や含浸深さ、含浸効率を高めるために、上述した充填工程において、懸濁液2にエチルアルコール(アルコール5)と界面活性剤7が添加される。エチルアルコール5は板材1の導水管6内に付着しているタンパク質を分解でき、懸濁液2に添加されることにより水酸化アルミニウムの微粉末体3の導水管6内への流入、導水管6を伝った板材1内部への拡散をスムーズにすることができる。このエチルアルコール5は上述した懸濁液2を生成する際の水3重量部に対して1重量部が添加される。
【0028】
一方、界面活性剤7は水4を水酸化アルミニウムの微粉末体3と混和しやすくし、木材1の導水管6内に進入しやすくするもので、この実施の形態において界面活性剤7としてはノニオン性のシリコーン系の水溶性のものが用いられる。この界面活性剤7は、ほぼ無色透明の液状で比重も水とほぼ同じ程度であり、5%以下程度の割合で上記懸濁液2に添加される。
【0029】
したがってエチルアルコール5と界面活性剤7を懸濁液2に添加することにより、板材1に水酸化アルミニウムの微粉末体3がより深く、緻密に含浸し、さらに耐火防火性能に優れた不燃木材Aを製造することができる。
【実施例】
【0030】
不燃性物質の微粉末体3を不溶な適宜の液体に混ぜ、生成される懸濁液2の木材1への含浸による耐火防火性の効果を検証すべく、水酸化アルミニウムの微粉末体3を水4に混入して得られた懸濁液2に木材1を浸漬させた後、乾燥させて燃焼実験を行った。木材1としては一般に含浸が困難と言われる杉を採用し、縦30cm程度×横10cm程度の短冊状で、厚さ1cm程度のものを使用した。懸濁液2は水4の3Lに対して上述した粒度1μm以下の水酸化アルミニウムの微粉末体3を2kg加え、さらに、木材1への含浸を良好にすべくエチルアルコール5を1L、界面活性剤7を1gから2gを加えた。界面活性剤7は、水溶性で、アルコール類に溶解でき、シリコーン系のノニオン性からなるものを使用した。
【0031】
木材1の懸濁液2への浸漬は、予めヒータにより加熱して適宜乾燥させた木材1を適宜の容器に入れ、上述した材料を加えて適宜に混ざり合ったような状態になるまで攪拌した懸濁液2を木材1が浸漬される程度まで容器に満たし、そのまま1時間程度放置して行った。この後、木材1を容器から取り出し、外表面に付着する懸濁液2を水で洗い流した後、再度ヒータにより乾燥させてから直火で焙った。
【0032】
1分から2分程度焙ったが、木材1が燃焼することはなく、懸濁液2が十分に含浸できない材端の極めて一部を除いては炭化も認められなかった。また、木材1の繊維に直交する材端、すなわち導水管6の走行方向に対して直交する面を目視で観察したところ、水酸化アルミニウムの色であるやや白色がかっていることが確認された。
(付記)
(付記1)木材に懸濁液を圧入して不溶性および化学的安定性を備えた不燃性物質の微粉末体からなる懸濁質を蒸発可能な液体からなる懸濁媒により木材内部に強制誘導した後、前記木材を乾燥させて懸濁媒を木材内部から除去し、懸濁質を残留させて木材の耐火防火性を高める耐火防火木材の製造方法。
(付記2)前記懸濁質がセラミックスあるいはセラミックスの主原料物質である付記1記載の耐火防火木材の製造方法。
(付記3)前記懸濁液には、圧入に伴って木材の導水管内の付着物を除去しやすくするアルコールが添加される付記1または2記載の耐火防火木材の製造方法。
(付記4)前記懸濁液は、界面活性剤の添加により懸濁質が懸濁媒と混和しやすくされ、木代内部に進入しやすくされる付記1ないし付記3のいずれかに記載の耐火防火木材の製造方法。
(付記5)セラミックスあるいはセラミックスの主原料物質の微粉末体を木材内部に充填して形成される耐火防火木材。
(付記6)改質用微粉末体を懸濁質として揮発性溶液からなる懸濁媒中に懸濁させた懸濁液を木材の導水管内に導入した後、
前記木材を乾燥させて懸濁媒を蒸発させ、
木材に改質用微粉末体が有する物理的特性を付与する木材の改質方法。
(付記7)前記改質用微粉末に不溶性および化学的安定性を備えた不燃性物質が使用され、木材に耐火防火性を付与する付記6記載の木材の改質方法。
(付記8)導電性を有する物質を改質用微粉末体として導水管内に導入した後、木材を圧縮して改質用微粉末間を接触させ、木材に導電性を付与する付記6または7記載の木材の改質方法。
(付記9)前記改質用微粉末がセラミックスあるいはセラミックスの主原料物質である付記6、7または8記載の木材の改質方法。
(付記10)前記懸濁液に導通組織内の付着物除去を促進するアルコールが添加される付記6から9のいずれかに記載の木材の改質方法。
【図面の簡単な説明】
【0033】
【図1】本発明を説明する図で、(a)は木材内部に不燃性物質の微粉末を充填する作業を説明する図、(b)は木材内部への不燃性物質の微粉末の充填状体を説明するもので、耐火防火木材の要部拡大断面の想像図である。
【符号の説明】
【0034】
1 木材
2 懸濁液
3 微粉末体
4 液体
5 アルコール
6 導水管
7 界面活性剤
【出願人】 【識別番号】593161102
【氏名又は名称】株式会社昭栄
【識別番号】394023975
【氏名又は名称】小島 功
【識別番号】596079312
【氏名又は名称】守谷 和夫
【出願日】 平成19年3月9日(2007.3.9)
【代理人】 【識別番号】100128864
【弁理士】
【氏名又は名称】川岡 秀男

【識別番号】100093986
【弁理士】
【氏名又は名称】山川 雅男


【公開番号】 特開2008−132747(P2008−132747A)
【公開日】 平成20年6月12日(2008.6.12)
【出願番号】 特願2007−59969(P2007−59969)