(57)【要約】【課題】耐火、防火性に優れかつ自然環境に調和し、加工時の端材、のこ屑、建造物の解体の廃材の有効利用が可能な難燃化木質材を実現する。【解決手段】リン酸一アンモニュウム、リン酸二アンモニュウム、防腐成分、消臭成分を含有し、前記防腐成分および消臭成分は植物由来の精油成分である水性の木質改善剤とこれにより改質した難燃化木材を提供して課題を解決する。【選択図】    なし。【特許請求の範囲】
【請求項１】
リン酸一アンモニュウム、リン酸二アンモニュウム、防腐成分、消臭成分を含有する水性の木材改質剤。
【請求項２】
請求項１の木質改善剤において、防腐成分および消臭成分は植物由来の精油であることを特徴とする木材改質剤。
【請求項３】
請求項１の木質改善剤において、リン酸一アンモニュウムは１２重量部、リン酸二アンモニュウムは２８重量部であることを特徴とする木材改質剤。
【請求項４】
請求項２の木質改善剤において、精油成分は０．５重量部であることを特徴とする木材改質剤。
【請求項５】
リン酸一アンモニュウム、リン酸二アンモニュウム、防腐成分、消臭成分を含有する水性剤を注入してなる改質木材。
【請求項６】
請求項５の改質木材において、防腐成分および消臭成分は植物由来の精油であることを特徴とする改質木材。
【請求項７】
請求項５又は６記載の改質木材において、木材表面には固形分としてのシリコンを含有する水性塗料により保護膜を形成し、この保護膜においてシリコンは平方メートルあたり５０ｇ以下であることを特徴とする改質木材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本願発明は、新規な性能を有する木質材の改質組成物とこれにより改質されて難燃性、防腐性、消臭性ないしは芳香性を具備するようになった改質木材に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
木材の難燃処理には、物理的作用によるものと化学的作用によるものが知られている。前者は、ホウ酸，ホウ砂などによるものがある。ホウ酸は熱分解して酸化ホウ素となり、この酸化ホウ素が可燃物を覆って酸素や熱を遮断する。また、アミノ系樹脂などを用いて発泡させる方法もある。アミノ系樹脂は燃焼時に生じた生成物が可燃物を被覆することで炎を遮断するため難燃性が発現する。溶融によって発泡する場合には泡が空気及び炎の障害物となり燃焼を妨げる。
【０００３】
そして、化学的作用によるものとして、ハロゲン系の難燃化用組成物は、組成物自体の気化あるいは熱分解によって生成した気体がラジカル捕捉剤として気体燃焼時のラジカル連鎖反応を止める化学的作用を呈することで知られている。
加えて、含ハロゲン発生ガス自身の希釈による燃焼抑制作用も呈する。
【０００４】
また、リン酸アンモニウムなどのリン酸化合物及びジシアンジアミドなども木質材料用の難燃化用組成物として知られており、難燃化処理時もしくは燃焼時の加熱によりオルトリン酸エステルとなって、セルロースの分解経路をブロックすることにより脱水炭化を促進させ、炎の発生を防ぐようになっている。かかる難燃化用組成物を用いた処理方法として、例えば特開昭５３−２０４０２号公報には、特公昭４９−４８６００号公報のセルロース難燃化処理方法を改良して木質材料の難燃化に適用したものが開示されている。この公報開示の処理方法によれば、リン酸と尿素を加熱して縮合させた縮合リン酸アンモニウム水溶液に、木質材料を浸漬し乾燥させたのち、所定温度に加熱して反応させることにより、木質材料に難燃性を付与するようになっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、木質材料を難燃化処理する場合、ホウ素系化合物によって難燃化処理された木質材料は難燃性能に問題があるうえ、近年ホウ素系化合物の使用に関して環境対策上その使用規制が強化されつつある。
元来、ホウ素系化合物の難燃性能はリン酸系化合物に劣るものであり、従来、ホウ素系化合物がリン酸系化合物とともに難燃性処理剤の組成に使用された所以は、その難燃性もさることながらリン酸系化合物のみでは富栄養性から腐朽を生じやすいのでこれを避けるための防腐対策として投入された面が大きい。
また、上記した難燃化用組成物の中には、その組成物自体の難燃効果が認められるものの、木質材料の特性を考えると大量の組成物を必要としたり、難燃化処理に多大な時間や手間を要するものが多い。
【０００６】
例えば、前述した特開昭５３−２０４０２号公報で用いられる難燃化用組成物は、リン酸と尿素を縮合させて縮合リン酸アンモニウムを得るために、加熱工程が必要である。また、難燃化処理の際に加熱されてアンモニアが発生し悪臭がするという欠点がある。更に、縮合リン酸アンモニウムのように、リンと窒素を含有する化合物はそれらの相乗効果により特にセルロースに対し効果があるが、縮合反応を適切に行わせるためにはリン酸と尿素の配合比を所定の比率にしなければならない。また、木質材料に難燃化用組成物を塗布または浸漬した後に加熱して定着させる必要があり、定着のための大がかりな熱処理器を要するので、加熱処理できる木質材料の寸法に制限があった。さらに、これらの難燃化用組成物を合成するためには、大掛りな反応装置が必要であり、反応も長時間を要する。    加えて、難燃化用組成物の中でもオルトリン酸エステルには、トリス（２，３−ジブロモプロピル）ホスフェートなどのように毒性の高いものもある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本願発明は、リン酸一アンモニュウム、リン酸二アンモニュウム、防腐成分、消臭成分を含有する水性の木材改質剤を提供して上記従来の課題を解決しようとするものである。
【０００８】
上記の木材改質剤において、防腐成分および消臭成分は植物由来の精油成分で構成することがある。
【０００９】
また、上記いずれかの木材改質剤において、リン酸一アンモニュウムは１２重量部、リン酸二アンモニュウムは２８重量部となすことがある。
【００１０】
さらに、上記の木材改質剤において、精油成分は０．５重量部となすことがある。
【００１１】
本願発明はまた、リン酸一アンモニュウム、リン酸二アンモニュウム、防腐成分、消臭成分を含有する水性剤を注入してなる改質木材を提供して上記従来の課題を解決しようとするものである。
【００１２】
上記の改質木材において、防腐成分および消臭成分は植物由来の精油成分で構成することがある。
【００１３】
また、上記いずれかの改質木材において、木材表面には固形分としてのシリコンを含有する水性塗料により保護膜を形成し、この保護膜においてシリコンは平方メートルあたり５０ｇ以下となすことがある。
【００１４】
本願発明の要旨は以下の通りである。  すなわち、本願に係る木材改質剤は、リン酸化合物のみで木材や木質系材の難燃化を図る一方、リン酸化合物の富栄養性に起因する木材の容易な腐朽を防止する成分として樹木由来の精油成分が含有されており、この精油成分は木材に防腐性を付与するばかりでなく、種々の有害成分を吸収する一方、木材自身の周辺に森林中におけると同様の香気が感得できる雰囲気を発現する。
【００１５】
【発明の実施形態】
本願発明に係る木材改質剤の一実施形態を説明する。
まず、リン酸一アンモニュウム３０％、リン酸二アンモニュウム７０％の配合比でリン酸化合物の混合粉体Ａを生成する。
次いで、前記混合粉体４０重量部を水（イオン水）６０重量部に溶解させて水性の原改質剤Ｂを得る。  この原改質剤Ｂをそのまま所要の木材に注入しても所定の難燃化処理をなすことが可能であるが、リン酸化合物の富栄養性により木材の耐腐朽性に問題が生じる。このため、本願発明では、対象木材の防腐性を補完するために植物由来の精油を前記原改質剤Ｂに添加して改質剤Ｃを得ている。
精油の成分中、テルペン化合物等が改質対象木材に防腐性能、消臭性能を奏するとともに、香気成分として微量ずつ気中に放出され改質木材の周辺空気を浄化する。
この実施形態では、前記原改質剤９９．５重量部、精油０．５重量部の配合比により改質剤Ｃを生成している。
【００１６】
次に、前記改質剤Ｃによる改質木材の一実施形態を説明する。この実施形態で処理対象木材への改質剤Ｃの注入は減圧・加圧法によって次のように実行した。
（１）改質対象木材（試験片）
樹種：  スギ
試験片寸法（ｍｍ）：  幅×長さ×厚さ
試験片１：  １００  ．３  ×  １００．１  ×  １３．９
試験片２：  １００  ．９  ×  １０１．１  ×  １４．０
試験片３：  １０１  ．１  ×  １００．１  ×  １４．１
（２）処理に用いた改質剤：  前記改質剤Ｃ
（３）加圧処理条件
減圧：  ４ｋＰａ      １時間
加圧：  ９８０ｋＰａ    １．５時間
＊前記試験片１〜３は、処理前に摂氏６０度の乾燥機中で４８時間乾燥させた。
（４）試験結果
2005001297.tif 000002
上記表において、各注入量の内容は以下のとおりである。
注入量ａ：試験片に含浸された水性の改質剤Ｃの重量を示し、次式で求められる。
処理後重量（ｇ）  −  処理前重量（ｇ）
注入量ｂ：試験片１立方メートル当たりに換算した水性の改質剤Ｃの重量を示し、次式で求められる。
（処理後重量（ｇ）  −  処理前重量（ｇ））÷  材積（ｋｇ／立方メートル）
注入量ｃ：  処理前試験片重量に対する含浸された水性の改質剤Ｃの重量％を示し、次式で求められる。
（処理後重量（ｇ）  −  処理前重量（ｇ））÷  処理前重量  ×１００
【００１７】
難燃化処理した上述の試験片について燃焼発熱実験をなし、これらの防火耐火性能を建築基準法に依拠する国土交通省の定める木質難燃材料および木質準難燃材料に関する基準と比較した。
まず、燃焼発熱実験内容は以下のとおりである。
（１）  試験対象：  改質剤Ｃを注入した前記試験片１〜３の１側面に保護膜を形成したものを用意した。  保護膜の形成は、固形分としてのシリコンが２０重量部未満である水性塗料をシリコンが平方メートルあたり５０ｇ程度となるように塗布して行った。  なお、各試験片は、摂氏２３度、５０％Ｒ．Ｈ．の恒温恒湿器中で１５日間養生した。各試験片の概要は次のとおりである。
2005001297.tif 000003
（２）試験方法：  試験装置および試験方法はＩＳＯ５６６０「Ｃｏｎｅ  ｃａｌｏｒｉｍｅｔｅｒ  ｍｅｔｈｏｄ」に準拠し、試験システムは円錐形状反射板を備えた輻射電気ヒーター、点火用プラグ、試験片ホルダー、ガス濃度分析装置、排気ガス流量測定装置、熱流計等で構成されている。  試験片は、側面と裏面を厚さ０．０２５ｍｍのアルミ箔で包み、密度６５ｋｇ／？の無機質繊維を充填した試験片ホルダーにセットし、９４ｍｍ×９４ｍｍの正方形の開口部を有する枠体で押さえた。
試験手順は以下のとおりである。
▲１▼  排気ガス流量を０．０２４立方メートル／秒  ±  ０．００２立方メートル／秒に調整する。
▲２▼  試験ホルダーに設置した試験片に５０ｋＷ／平方メートルの輻射熱を照射する。
▲３▼  輻射熱の照射と同時に点火プラグを作動させて、電気スパークを与える。
▲４▼  排気ガス中の酸素濃度を２秒間隔で測定する。
▲５▼  加熱時間を２０分間とし、加熱終了後、ホルダーから試験片を取り外してその重量を測定する。
▲６▼  加熱終了後、非加熱面まで貫通する亀裂および穴の有無を観察する。
▲７▼  ＩＳＯ５６６０に基づき、単位面積あたりの発熱速度および２０分間の総発熱量を算出する。
（３）試験の結果：  試験の結果は次のとおりである。
試験片Ａ１：
燃焼量（ｇ）                            ５６．０
着火時間  （秒）                        Ｎ．Ｉ．
最高発熱速度（ｋＷ／平方メートル）          ８．１
２０分間の総発熱量（ＭＪ／平方メートル）    ２．６
非加熱面の亀裂および穴の有無          なし
＊  Ｎ．Ｉ．：  ２０分間着火せず
試験片Ａ２：
燃焼量（ｇ）                            ５８．１
着火時間  （秒）                          Ｎ．Ｉ．
最高発熱速度（ｋＷ／平方メートル）          ８．１
２０分間の総発熱量（ＭＪ／平方メートル）    ３．０
非加熱面の亀裂および穴の有無          なし
＊  Ｎ．Ｉ．：  ２０分間着火せず
試験片Ａ３：
燃焼量（ｇ）                              ５９．３
着火時間  （秒）                          Ｎ．Ｉ．
最高発熱速度（ｋＷ／平方メートル）        ９．５
２０分間の総発熱量（ＭＪ／平方メートル）              ４．６
非加熱面の亀裂および穴の有無          なし
＊  Ｎ．Ｉ．：  ２０分間着火せず
【００１８】
一方、建築基準法に依拠する国土交通省の定める木質難燃材料および木質準難燃材料に関する基準は次のように規定され、この基準をクリヤーしたものが木質難燃材料あるいは木質準難燃材料として大臣認定される。
１．  木質難燃材料
（１）加熱開始後、２０分間の総発熱量が８ＭＪ／平方メートル以下であること。
（２）加熱開始後２０分間、防火上有害な裏面まで貫通する亀裂および穴が生じないこと。
（３）加熱開始後２０分間、最高発熱速度が１０秒以上継続して２００ＫＷ／平方メートルを超えないこと。
２．木質準難燃材料
（１）加熱開始後、１０分間の総発熱量が８ＭＪ／平方メートル以下であること。
（２）加熱開始後１０分間、防火上有害な裏面まで貫通する亀裂および穴が生じないこと。
（３）加熱開始後１０分間、最高発熱速度が１０秒以上継続して２００ＫＷ／平方メートルを超えないこと。
【００１９】
前記認定基準と実施形態に係る前記試験片Ａ１，  Ａ２，  Ａ３の燃焼試験において得られた数値を比較すると、前記試験片Ａ１，  Ａ２，  Ａ３はいずれも、木質準難燃材料の基準はもちろん木質難燃材料の基準を完全に満たしていることが判明する。
【００２０】
本願発明の要旨は、環境対策上問題のあるホウ素系化合物を排してリン酸アンモニウム系化合物のみで木材の難燃化を図る一方、リン酸アンモニウム系化合物のみの組成に起因して木材に生じる腐朽の問題を精油の添加により解決する点にある。なお、精油の添加は、改質対象木材の防腐性に寄与するばかりでなく木材周辺の空気について消臭作用をなす一方、徐々に香気成分が揮発してあたかも森林中の雰囲気を現出し周辺空気の浄化にも資することになる。
【００２１】
すなわち、本願発明に係る改質木材を例えば内装材に用いるとき、精油が含有する揮発性の香気成分が室内に数ＰＰＢ程度の低い濃度で放出されて拡散し、このため室内には森林に臨場したような「すがすがしさ」が現出されるという感覚的な効果ばかりか、消臭効果も著しく、実験によれば６畳間程度の室内で内装材として本願に係る改質木材を柱、壁面に通常量使用した場合に放散される前記香気成分により、アンモニア、トリメチルアミンの５０ＰＰＭの初期濃度が１時間後の測定では０を示した。  なお、精油中のテルペン化合物の主たる成分は、ボルネオール、ユーカリプトル（シネオール）、リモネン、ピネン、カンファー、シナモンアルデヒド、メントン、シトロネラール、シトロネロール等の防腐成分、吸臭成分あるいは揮発性香気成分の混合体である。
【００２２】
また、改質木材における表面保護膜の形成は改質剤の溶出の防止とともに特に外装材として使用する場合の耐候性向上を目的とするが、難燃性能について悪影響を及ぼすことはない。すなわち、本願発明において、固形分としてのシリコンが２０重量部未満である水性塗料をシリコンが平方メートルあたり５０ｇ程度となるように塗布するため、加熱時における発熱速度も増大しない。
【００２３】
さらに、本願に係る改質剤は、水以外の成分としてはリン酸アンモニュムウおよび精油であるので、木材の改質処理時の廃材、端材、のこ屑、解体廃材等はそのまま、植林、造林用の生育肥料として利用することが可能である。周知のように、「リン酸」は窒素、カリとともに「肥料の三大要素」である。ところが、今日では過リン酸石灰の生産が激減していてリン酸アンモニュウム系肥料の重要性が高まっている。リン酸一アンモニュウム、リン酸二アンモニュウムは固形肥料として有効であり、本願発明の改質木材に係る前記廃材、端材、のこ屑、解体廃材等は肥料成分として有効利用の可能性が極めて大きい。
【００２４】
【効果】
以上説明したように、本願発明によれば、ホウ素系化合物等の使用制限が強化傾向にある成分を排しリン酸アンモニュウム系化合物のみにより木材の難燃化改質を図る一方、防腐対策として精油を使用しているので環境に調和する難燃木材を得ることができる。  また、この改質木材はリン酸アンモニュウム、精油のみを添加物質とするため、そのまま生育肥料として使用できるから改質木材の残余物、廃棄物の有効利用が可能であり、自然環境の維持保全に資するところが大きい。