(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理丸太木材に遠赤外線を輻射・浸透させ、材内温度を急速に高め、６０〜１４０℃前後の上昇、下降の繰り返しを２〜３日間行うことにより、丸太木材を構成する細胞の細胞室空隙を残した中空状態の空気層が形成された壁孔壁破壊木材を、常温、常圧下で難燃剤に所定時間浸漬し、前記難燃剤を含浸させたことを特徴とする壁孔壁破壊難燃木材を製造する方法。
【請求項２】
前記壁孔壁が破壊された木材を構成する細胞室空隙を残して、前記難燃剤が、細胞壁に付着してなる請求項１に記載の方法で製造された壁孔壁破壊難燃木材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、壁孔壁破壊木材を用いた難燃木材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
木材は、保温性や断熱性、吸湿性など優れた特性を持っている反面、燃えやすい欠点を持っているため、建築部材として使用するには、建築基準法や消防法等の規制を受けて、使用上での多くの制限を受けている。すなわち、建築物にあっては、鉄やコンクリート、石膏ボード等でなければ、火災の延焼を防ぐことができないとして、建築材には、鉄やコンクリート、石膏ボード等の無機物の使用が義務づけられている。
【０００３】
したがって、木材が、これれらの規制に耐えられるような難燃化が可能となれば、木材の利用分野は、各段に広まり、木材の利用が高まることは疑いのないことである。
このため、従来から、木材を難燃化し、これらの建築基準法や消防法等の規制に対応しようとするいくつかの試みがなされている。この方法は、木材にクリスタルシーラー等の難燃性、耐朽性、寸法安定性に優れた特性を有する所定の難燃剤を注入して、いわゆる木材を難燃材とする方法であり、この方法については、既に、特開平６−１９９５２８号公報及び特公平６−２５６０７３号公報（公告決定平成６年１０月１１日）に開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、このような従来から行われている方法によって、木材に、所定の難燃剤を注入するためには、木材を所定の難燃剤に浸漬させて、これを全体として高温、高圧下に維持して、これを行わなければならず、注入設備などに、コストがかかりすぎるため、実際上は、木材を難燃化した難燃木材は、特殊な用途にしか利用されないという欠点があった。
【０００５】
しかも、木材の難燃化を、国内において多数産出されるスギ材において、使用しようとすれば、スギ材は、仮導管が大きく多孔質の木材であるにもかかわらず、細胞膜の壁孔壁が心材部では８０％〜９０％が閉塞壁孔壁となっているため、各種の難燃薬剤にスギ材を浸漬させて、これを高圧用のタンク内に入れても、難燃剤が内部まで浸透しにくく、長時間を要する等の欠点があり、さらには、この難燃剤が浸透したスギ材は、難燃剤注入の後の乾燥工程においては、心材部の乾燥ができず、この部分の水分が抜けるのに、長時間を要する等、いずれも、コスト高になる原因となっていた。
【０００６】
本願発明は、上記諸問題点を解決するためになされたものであって、本願発明者は、既に、原木の木材を煙処理、遠赤外線処理を行う方法およびこの方法によって、木材を構成する細胞間の壁に存在する壁孔壁を破壊した木材について提案している（特願平５−３０８７２３号、特願平６−２７２９５４号、特願平６−２７２９５５号）。この方法は、スギ丸太を遠赤外線が増殖される炉において、２日間程度燻煙熱処理を施すことによって、被処理木材を構成する木材細胞間の壁孔壁が破壊され、それによって、その後の乾燥工程（自然乾燥または天然乾燥）が、極めて速やかに行われるというものである。
【０００７】
したがって、この壁孔壁破壊木材を難燃処理を施すことによって、破壊された壁孔から難燃剤を木材内部まで容易に浸透させることにより、簡単に難燃木材を生成させ、また、この方法により得られた壁孔壁破壊木材を利用して、この破壊された壁孔を通じて、難燃剤を浸透し易くし、通常は、難燃木材として使用されることのないスギ材であっても、難燃木材として使用できるようにすることを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本願請求項１に係る発明は、壁孔壁破壊難燃木材を製造する方法において、被処理丸太木材に遠赤外線を輻射・浸透させ、材内温度を急速に高め、６０〜１４０℃前後の上昇、下降の繰り返しを２〜３日間行うことにより、丸太木材を構成する細胞の細胞室空隙を残した中空状態の空気層が形成された壁孔壁破壊木材を、常温、常圧下で難燃剤に所定時間浸漬し、前記難燃剤を含浸させたことを特徴とする。
また、本願請求項２に係る発明は、請求項１に記載の方法で製造された壁孔壁破壊難燃木材において、前記壁孔壁が破壊された木材を構成する細胞室空隙を残して、前記難燃剤が、細胞壁に付着してなるものである。
【０００９】
【実施例】
〔壁孔壁破壊木材の生成〕
まず最初に、本発明に係る壁孔壁破壊木材について説明する。
このような壁孔壁破壊木材は、スギ材に、以下のような処理を施すことによって生成される。
【００１０】
図８は、木材の細胞間の壁孔を破壊する処理炉の側断面図であり、図８中、符号１０１は、空気吸入口、１０２は、木質燃料、１０３は燃料投入口、１０４は、ロストル、１０５は、高密度溶岩等の材質からなる遠赤外線増殖用セラミックス材、１０６は、熱風を通す風道、１０７は、全体を風雨から守る屋根、１０８は、燃焼室側加熱室１２７の壁面、１０９は、炉壁体を構成するコンクリート製のボックスカルバート、１１０は、処理炉１２７内の熱を外に逃がさないようにするガラスウール断熱材、１１１は、処理炉１２７内の熱を遠赤外線に効率よく変換するセラミックスボード、１１２は、木材の間に熱の伝達をよくするために被処理木材１１６間に入れられる棧、１１３は、加熱室１２７内の温度を調節するための換気扇、１１４は、前記換気扇１１３の回転により、前記処理炉１２７の熱風を外部に排出する風道管、１１５は、被処理木材１１６を搬入、搬出する後部扉、１１６は、被処理木材である。
【００１１】
また、１１７は、トロッコ台に設けられ、被処理木材１１６の荷崩れを防ぐ方立て、１１８は、同トロッコ用レール、１１９は、同トロッコ台である。さらに、１２０は、前記燃焼室側処理炉側面に開けられた熱風を通す風穴、１２１は、燃焼の火のこが、前記処理炉１２７内に入り込まないように設けられた白金網またはステンレス網である。また、１２２は遠赤外線増殖室であり、内部に高密度溶岩等の遠赤外線増殖用セラミック材１２３を充填して、高効率に遠赤外線が発生し、前記被処理木材１１６に効率よく幅射されるように構成される。１２４は、燃焼用ロストルであり、１２５は、耐火レンガ、１２７は、処理炉、１２８は、燃焼室である。
【００１２】
次に、この炉装置を用いて、木材の壁孔壁を破壊する方法を説明する。
前記処理炉１２７の後方部扉１１５を開けてトロッコ１１９に棧積みした木材１１６を収納して扉を閉め、換気扇１１３を回転させながら、木質燃料に着火し、ロストル１０４上にあるセラミックス等１０５を赤熱させる。遠赤外線を多く含んだ熱風は風道１０６を通って隣室の遠赤外線増殖室１２２の中におかれた、セラミックス等１２３の空隙を通り抜けながら、処理炉１２７の風穴１２０を通り抜けて、処理炉にたまり、木材を加熱する炉内に差し込んだ温度センサーを見ながら木質燃料の補給を空気吸入口１０１の開閉を行って、処理炉の温度を所望の温度範囲に調節を行う。
【００１３】
この温度の調節に関しては、処理炉を遠赤外線増殖用のセラミック又は密度の高い溶岩等１２３に蓄熱させる構造のものを使用したので、木質燃料の燃焼による加熱むらを減少させることができる一方、夜間における燃料の補給をしなくても、処理炉内の温度を急俊に上昇せしめることが可能になった。また、これによって、処理室内の温度降下も低減することができ、したがって、夕方退社する際に丸太の切れ端等の火持ちのよい燃料を補給し、火が消えない程度に空気吸入口の開きを小さくして退社し、翌朝出社時には、６０℃前後に処理炉内の温度になっている炉に対し、再び木質燃料を補給すると直ちに１４０℃前後に上昇し、日中は２時間おき位にセンサー温度を確認する程度ですむ。
【００１４】
このように、処理炉内は、木質燃料によるガスで充満されると共に、処理炉内は、６０〜１４０℃前後に上昇、下降を繰り返し、このくりかえしを２〜３日間行ってから、前記空気吸入口１０１を密閉し、約２日間位かけて徐冷して木材の内部温度が常温に近づいた時に、炉外に取り出し、必要に応じて小割り製材を行い、天然乾燥又は人工乾燥機に入れて乾燥させる。
被処理木材として、未口径１８ｃｍ、長さ３ｍのスギ中目丸太を中央部から切断し、一方はそのまま厚さ１８ｍｍ、幅１００ｍｍ長さ１５００ｍｍの小幅板に製材し、もう一方の丸太は皮付きのまま、上記の処理を施し、壁孔壁破壊木材とした。
【００１５】
図１は、このようにして取得された壁孔壁が破壊されたスギ辺材部の電子顕微鏡写真（ＳＥＭ）である。この写真からも明らかなように、上記の処理を行ったスギ辺材部は、その内部の細胞間の壁孔が破壊（空洞の穴が、開いた状態）されており、この破壊率を計数したところ、スギの辺材で５０％以上、心材で２３％以上破壊することが判明しており、今後の処理条件を改善することにより、辺材で１００％、心材で５０％近く破壊することができる。
【００１６】
したがって、この破壊された壁孔から難燃剤を注入し、内部まで難燃剤を容易に浸透させることにより、簡単に難燃木材を生成できることとなる
〔難燃剤の含浸〕
次に、上記取得された壁孔壁破壊木材、特に、スギ辺材を難燃剤に含浸させて、難燃木材を生成する方法について説明する。
【００１７】
被処理木材として、上記の壁孔壁を破壊した木材から、厚さ１８ｍｍ、幅１００ｍｍ、長さ１５００ｍｍの小幅板に製材する一方、残りの未処理木材（上記の処理を行わない木材）を同寸法にして、平成８年１月１２日〜約１ヵ月間室内で天然乾燥を行ない、含水率が４〜７％に低下したところで、各々長さを５００ｍｍに切断した。そして、熱処理の有無、辺材と心材の別で４種類を各々３枚づつの試験片を用意した。
【００１８】
次に、一般に市販されているフアイングラス・テクノロジー株式会社製の難燃剤（クリスタルシーラー）のＡ液を水で６倍にうめて、試験片が浸漬できる容器に用意した。
クリスタルシーラーのＡ液は、アルミイオン（Ａｌ+++）、カルシュウムイオン（Ｃａ++）、マグネシウムイオン（Ｍｇ++）を含む可溶性珪酸溶液からなり、この溶液中に浸漬し、さらに、Ｂ液としての、硫酸アルミニウム５％液、塩化アルミニウム５％液、硫酸マグネシウム５％液、塩化マグネシウム５％液、ホウ砂３０％液からなる飽和無機塩溶液のＢ液に浸漬させて、木材中に不活性の無機物を生成させる。
該難燃処理に際して、難燃材の水溶液は、５０℃に維持して浸漬するようにと指示されているが、本実験においては、冬期間でもあり、室内温度が５℃〜１２℃で、液温は３℃〜７℃という悪条件化で実施した。
含浸前の各試験片の含水率は、ほぼ絶乾状態に近い４〜７％であった。
【００１９】
試験片をまず、Ａ液に浸漬し、浮き上りを防ぐために玉石を乗せて沈めた。その後、時間の経過と共にＡ液が木材の内部に浸透し、その重量増加率を測定した。
Ａ液に浸漬して約２４時間経過すると重量増加率が緩やかになるので、試験片を取り出し、Ｂ液（薬品と水の重量比を１：８０とする）に約２４時間浸漬し、Ａ液との化学反応をうながし、重量増加率を計測した。
その計測結果を図２に示す。
【００２０】
図２の計測結果が示すように、含浸の結果、スギ材の辺材、心材共に熱処理を行なった方が薬剤の浸透性が良く、特に、心材においては、その差は顕著である。
なお、クリスタルシーラーで、難燃処理を行なったスギ辺材部の細胞内をＳＥＭで観察すると、図３に示すような電子顕微鏡写真が得られた。すなわち、無機物が細胞壁に付着しており、これが、燃焼時の酸素遮断機能や防煙作用であることが知りうる。
【００２１】
なお、無機物のひび割れはＳＥＭ観察の際に長時間電子を照射することによって発生したものであり、実物にはひび割れはない。
また、難燃処理を行なったスギ辺材部の木口面からＳＥＭで無機物に含有しているＳｉ元素の分布をみたのが図４に示す電子顕微鏡写真であり、Ｃａ元素の分布をみたのが図５に示す電子顕微鏡写真である。いずれも均一にＳｉおよびＣａが、細胞内膜に付着していることが知りうるとともに、細胞室内には、これら、ＳｉおよびＣａが、充填されてないことが知りうる。
【００２２】
これは、細胞室が、そのまま中空状態で残っていることを示し、この中空部分が、全体としては、空気層を形成していることが知りうる。このことは、従来、この主の難燃剤注入処理をした場合には、該剤が、木材を構成する細胞室内に充填され、硬質化し、また、その重量も、本来の木材に比し、極めて重くなることが知られているが、本実施例に係る常温、かつ、無加圧下における難燃剤への浸漬によれば、木材の重量増加率（ＷＰＧ）は、僅少であるという特徴がある。
〔難燃試験〕
上記のように生成したスギ難燃木材に難燃実験を施した。
図６は、この実験に使用した簡易難燃実験装置の概略を示すものであり、ガスバーナー１の火焔２が、試験片４に接する位置で、約６００℃になるように、焔の大きさを調節する一方、試験片４の裏面には、あらかじめ温度センサー６の先端センサ５を固定しておき、測定開始と同時に、試験片４を、保持台３上に載せ、温度センサー６の記録計を作動させる。
【００２３】
１０分間計測し、その後、試験片４を取り出し、センサ５を外して、測定を完了した。なお、図中、７は、ガス焔２が、乱れないようにする風よけであり、８は、空気流入口である。ガス焔２が、そのまま一定になるようにしておき、次々に、各試験片４を、上記の要領によって、燃焼難燃実験を行なった。
各スギ試験片４の厚さは１８ｍｍであり、大きさは２００×２００ｍｍのものを用いた。
このような難燃実験としたのは、試験片裏面の温度上昇が基準地以内であれば、難燃２級品として通用することになるからである。
【００２４】
このため、対照試験片４として、石膏ボード（吉野石膏製：商品名「ダイガーボード」（厚さ９ｍｍ、大きさは２００×２００ｍｍ）を使用した。この対照試験片４は、建設大臣が、難燃２級品として、認可済みのものであり、この対象試験片４との間で、燃焼難燃に遜色がなければ、本発明に係るスギ難燃木材も難燃２級品として通用することになる。
【００２５】
その結果は図７の通りである。
上記壁孔壁破壊に係る厚さ１８ｍｍの難燃木材は、いずれも昇温スピードも遅く、６００℃で、１０分経過した時点でも、その裏面温度は、難燃２級の基準値以内であり、難燃性が実証された。
【００２６】
なお、上記細胞室痕に形成された周囲に難燃剤が付着した空隙層により、上述するように、本実施例による難燃処理を行った壁孔壁破壊木材は、断熱効果が、顕著であり、燃焼試験に際しては、試験片裏面の温度抑制効果を高めていることがわかる。
【００２７】
【発明の効果】
本発明によって、常温、常圧で難燃剤が容易に含浸できるようになったので、住宅以外にも、一般に難燃基準の厳しい学校や病院など公共建築物に対しても、木造建築の持つ安らぎや温もりを与えつつも、しかも、火災の心配や、有毒ガスの心配のない建築内装剤などに、本発明に係る難燃木材を使用することができ、その用途は無限大に拡大されることになる。
【００２８】
特に、国内において豊富に産出されるスギ中目材について、従来は、難しいとされていた難燃処理を簡単に行うことができるので、コストの安い難燃木材を提供することができ、しかも、従来の難燃剤注入木材のように、硬質化した難燃木材ではなく、木材の自然の性質を生かした「むく材」としての難燃木材を提供できるという顕著な効果を有する。
すなわち、本発明によれば、木材の細胞壁に均一に、しかも重量増加率は僅かな量の無機質が付着して、細胞内に膜を作るような状態で木材の難燃化が行われるため、木材の木目の美しさ、保温性、軽さ、吸音性、吸湿性、加工性、接着性、弾力性、強度等の木材の優れた性質をそのままに残して、かつ、難燃２級品の基準に達する優れた木材を提供することができるという効果を有する。
【００２９】
このことは、難燃２級以上の防火性能を有する製品の使用が義務づけられている分野（例えば天井板、壁板）などへの使用はもちろん、防火ドアー、防腐土台、木造三階建、準防火地帯での外壁用材、さらには、無機物の含浸により、電気絶縁体としの利用、ＯＡ機器等の静電気障害の防止床板、音響機器のキャビネット等、無機物の含浸製成を行なった木材の特性が現れるあらゆる分野での応用は無限に展開できるという効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  図１は、スギ辺材部の壁孔壁破壊木材のＳＥＭ写真。
【図２】  図２は、難燃剤（クリスタルシーラー）含浸による木材の重量増加を表すグラフ。
【図３】  図３は、スギ辺材部に形成された無機質物のＳＥＭ写真。
【図４】  図４は、スギ辺材部に形成された無機質物内のＳｉ分布ＳＥＭ写真。
【図５】  図５は、スギ辺材部に形成された無機質物内のＣａ分布ＳＥＭ写真。
【図６】  図６は、簡易燃焼実験装置。
【図７】  図７は、試験片裏面の温度変化（１０分間）グラフ。
【図８】  図８は、壁孔壁破壊木材を得るための処理炉の概略を示す図。
【符号の説明】
１・・・ガスバーナー（都市ガス用）
２・・・火焔
３・・・試験片支枝枠
４・・・試験片
５・・・温度センサ
６・・・温度センサ計測器
７・・・風よけ
８・・・空気吸入口
９・・・化学実験台
１０１・・・空気吸入口、
１０５・・・セラミックス等、
１０６・・・風道、
１１３・・・換気扇、
１１５・・・後方部扉、
１１６・・・被処理木材、
１１６・・・木材、
１１９・・・トロッコ、
１２０・・・風穴、
１２２・・・遠赤外線増殖室、
１２３・・・セラミックス等、
１２３・・・遠赤外線増殖用セラミック材、
１２３・・・高い溶岩等、
１２７・・・処理炉、
１２７・・・燃焼室側加熱室、
【図１】
0003701734.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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