(57)【要約】【目的】    木材を不燃化・準不燃化する不燃化・準不燃化方法、この不燃化・準不燃化方法に用いられる木材の不燃化薬液及びこの方法により不燃化・準不燃化された不燃化・準不燃化木材を提供することを目的としている。【構成】  含水率が２０％以下の気乾材たる木材をリン酸系窒化化合物の水溶液からなる不燃化薬液に浸漬し、前記不燃化薬液を木材に浸透させる工程と、木材を乾燥させる工程とを有している。リン酸系窒化化合物としては、リン酸グアニジンが用いられる。前記不燃化薬液は、リン酸グアニジンの他にリン酸を助剤として使用し、水とリン酸グアニジンとリン酸との重量比を１００：１５〜７０：０〜２０にしたものである。【選択図】      なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
含水率が２０％以下の気乾材たる木材をリン酸系窒化化合物の水溶液からなる不燃化薬液に浸漬し、前記不燃化薬液を前記木材に浸透させる工程と、前記木材を乾燥させる工程とを具備したことを特徴とする木材の不燃・準不燃化方法。
【請求項２】
前記リン酸系窒化化合物は、リン酸グアニジンであることを特徴とする請求項１記載の木材の不燃化・準不燃化方法。
【請求項３】
前記不燃化薬液は、リン酸グアニジンの他にリン酸を助剤として使用し、水とリン酸グアニジンとリン酸との重量比を１００：１５〜７０：０〜２０にしたことを特徴とする請求項２記載の木材の不燃化・準不燃化方法。
【請求項４】
水とリン酸グアニジンとリン酸との重量比を１００：１５〜７０：０〜２０としたことを特徴とする木材の不燃化・準不燃化薬液。
【請求項５】
水とリン酸グアニジンとリン酸との重量比を１００：１５〜７０：０〜２０とした木材の不燃化薬液が、浸透されたことを特徴とする不燃化・準不燃化木材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主として建築物に使用される木材を不燃化する不燃化・準不燃化方法、この不燃化・準不燃化方法に用いられる木材の不燃化薬液及びこの方法により不燃化・準不燃化された不燃化・準不燃化木材に関する。
【背景技術】
【０００２】
以下、本明細書における「不燃材料」、「準不燃材料」、「難燃材料」とは、コーンカロリーメーターによる発熱性試験において、以下の３つの基準をそれぞれ必要な時間にわたってクリアした材料をいうものとする。
（１）総発熱量が８ＭＪ／ｍ2 以下。
（２）最高発熱速度が１０秒以上継続して、２００ｋＷ／ｍ2 を越えないこと。
（３）防火上有害な裏面まで貫通する亀裂及び穴がないこと。
そして、この３つの条件を「不燃材料」では２０分間、「準不燃材料」では１０分間、「難燃材料」では５分間にわたってクリアすることが必要となる。
【０００３】
この種の木材の難燃化については、数多くの発明がなされている。
例えば、特開平０５−０６９４１４号公報（特許文献１）においては、『塩基性窒素化合物とリン酸との塩を主成分とする化合物の添加された木材あるいは木質材料を、温度１００〜２００℃に設定したホットプレスの熱板間に挿入し、次いで、圧力３〜２５Ｋｇ／ｃｍ2 、時間１〜３０分の条件にて熱圧処理し、該木材あるいは木質材料の表層にリン酸エステル化反応を起こさせることを特徴とする難燃性及び寸法安定性改良木材の製法。』が開示されている。
【０００４】
また、特開平０５−０７７２０７号公報（特許文献２）においては、『リン酸化合物及びジシアンジアミドのうち少なくとも一方を含む難燃剤とユリヤとホルマリンを含み、水性であることを特徴とする木材の難燃化薬液。』が開示されている。
【０００５】
さらに、特開平０７−０３２３１２号公報（特許文献３）では、『木材に、フェノール系樹脂と、メチロール基及び／又はアミノ基を有するリン・窒素系化合物からなる防火薬剤との混合物を含有させた後、加熱硬化させることを特徴とする改質木材の製造方法』が開示されている。
【０００６】
【特許文献１】特開平０５−０６９４１４号公報
【特許文献２】特開平０５−０７７２０７号公報
【特許文献３】特開平０７−０３２３１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に記載された方法は、あくまで木材を難燃化するものであり、上述した３つの条件を２０分間にわたって耐える不燃化材料の製法ではない。
また、特許文献２に記載された難燃化薬剤も、あくまで木材を難燃化するものであり、木材を不燃化させるものではない。
さらに、特許文献３に記載された方法も木材をあくまで木材を難燃化するものであり、木材を不燃化させるものではない。
このように、木材を難燃化については、数多くの発明がされているが、木材を不燃化・準不燃化する方法や薬剤等は存在していなかったのである。
【０００８】
本発明は、上記事情に鑑みて創案されたもので、木材を不燃化・準不燃化する不燃化・準不燃化方法、この不燃化・準不燃化方法に用いられる木材の不燃化薬液及びこの方法により不燃化された不燃化・準不燃化木材を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る木材の不燃化・準不燃化方法は、含水率が２０％以下の気乾材たる木材をリン酸系窒化化合物の水溶液からなる不燃化薬液に浸漬し、前記不燃化薬液を木材に浸透させる工程と、木材を乾燥させる工程とを有している。
【００１０】
前記リン酸系窒化化合物としては、リン酸グアニジンが用いられる。
【００１１】
また、前記不燃化薬液は、リン酸グアニジンの他にリン酸を助剤として使用し、水とリン酸グアニジンとリン酸との重量比を１００：１５〜７０：０〜２０にしている。
【００１２】
一方、本発明に係る木材の不燃化薬液は、水とリン酸グアニジンとリン酸との重量比を１００：１５〜７０：０〜２０としたものである。
【００１３】
さらに、本発明に係る不燃化・準不燃化木材は、水とリン酸グアニジンとリン酸との重量比を１００：１５〜７０：０〜２０とした木材の不燃化薬液が、減圧加圧法等の適宜な方法によって浸透されたものである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係る木材の不燃化・準不燃化方法によると、いままで不可能であった木材の不燃化・準不燃化を確実に達成することができる。
【００１５】
しかも、それに用いる不燃化薬液は、特に人体に悪影響を及ぼすことがないものであるから、利用価値は非常に高いものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明の実施の形態に係る木材の不燃化・準不燃化方法は、含水率が２０％以下の気乾材たる木材をリン酸系窒化化合物の水溶液からなる不燃化薬液に浸漬し、減圧加圧法により前記不燃化薬液を木材に浸透させる工程と、木材を乾燥させる工程とを有している。
【００１７】
まず、木材の含水率を２０％以下にするためには、例えば、高周波加熱を用いた減圧型の乾燥機を用いて行なう。ここで含水率を２０％以下とするのは、不燃化薬液の浸透量を高くするためである。なお、木材の含水率は、１０％以下とすることが望ましい。また、木材の乾燥方法は、上述した高周波加熱を用いた減圧型の乾燥に限定するものではなく、他の乾燥方法であってもよいことはいうまでもない。
【００１８】
次に、木材をリン酸系窒化化合物の水溶液からなる不燃化薬液に浸漬し、減圧加圧法により前記不燃化薬液を気乾材たる木材に浸透させるのであるが、この不燃化薬液としては、リン酸グアニジンとリン酸とを水に溶かしたものが用いられる。この不燃化薬液における水とリン酸グアニジンとリン酸との重量比は、水１００重量部に対してリン酸を１５〜７０重量部、リン酸を０から２０重量部混合したものを用いる。特に、木材を不燃化する場合の不燃化薬剤は、水１００重量部に対してリン酸を６０重量部、リン酸を１２重量部混合したものが望ましい。また、木材を準不燃化する場合の不燃化薬剤は、水１００重量部に対してリン酸を３０重量部、リン酸を６重量部混合したものが望ましい。
【００１９】
このような不燃化薬液に木材を浸漬し、減圧加圧法によって、この不燃化薬液を木材に浸透させる。例えば、減圧中の圧力は１００ｈＰａ、望ましくは５０ｈＰａ以下とし、加圧中の圧力は０．３ＭＰａ、望ましくは０．５ＭＰａ以上とする。そして、減圧は１〜２時間、加圧は２〜１０時間にわたって行なう。なお、減圧から加圧への移り変わりは急激に圧力をあげると、木材に含まれている空気が邪魔をして不燃化薬液が浸透せず、木材が座屈するという欠点があるので、減圧から加圧への移り変わりは徐々に、例えば、１０分又はそれ以上の時間をかけて行なう。なお、不燃化薬液の木材に浸透させる際は、減圧加圧法のみならず、減圧法、浸漬法等の適宜な方法が木材の形状に応じて選択されることはいうまでもない。
【００２０】
例えば、不燃の場合には、木材１ｍ3 に対して固形分として２００Ｋｇ以上の不燃化薬液を固定し、準不燃の場合には、木材１ｍ3 に対して固形分として１００Ｋｇ以上の不燃化薬液を固定する。
【００２１】
このようにして不燃化薬液を木材に浸透させた後、木材を例えば温風で乾燥させるのであるが、乾燥初期の温風は４０〜６０℃とし、その後徐々に昇温させて乾燥を早める。乾燥初期の温度が極端に低いと、乾燥時間が長くなるという問題が生じるし、極端に高いと処理した木材に割れが生じたり、変形が生じたり、あるいは変色する等の問題が生じる。
【００２２】
乾燥させた木材は、フローリング加工等の適宜な加工が施されて不燃化・準不燃化木材となる。
【００２３】
次に、このようにして製造された各試験体Ａ〜Ｏ（試験体Ｏは無処理材）の不燃化・準不燃化木材の不燃性能について、財団法人日本建築総合試験所（大阪府吹田市藤代台５−８−１）及び独立行政法人産業技術総合研究所（東京都千代田区霞が関１丁目３番１号）において行なわれた実験の結果を説明する。
まず、試験体としては以下のものを使用した。
不燃使用（試験時間２０分）
（Ａ）厚さが１３．３ｍｍのヒノキの無垢材
（Ｂ）厚さが１３．３ｍｍのスギの無垢材
（Ｃ）厚さが１３．３ｍｍのヒノキの集成材
（Ｄ）厚さが１３．３ｍｍのスギの集成材
（Ｅ）厚さが４８．０ｍｍのヒノキの集成材
（Ｆ）厚さが４８．０ｍｍのマツの集成材
（Ｇ）厚さが５０．０ｍｍのヒノキの集成材
準不燃使用（試験時間１０分）
（Ｈ）厚さが１３．３ｍｍのヒノキの無垢材
（Ｉ）厚さが１３．３ｍｍのスギの無垢材
（Ｊ）厚さが１３．３ｍｍのヒノキの集成材
（Ｋ）厚さが１３．３ｍｍのスギの集成材
（Ｌ）厚さが４８．０ｍｍのヒノキの集成材
（Ｍ）厚さが４８．０ｍｍのマツの集成材
（Ｎ）厚さが５０．０ｍｍのヒノキの集成材
無処理材
（Ｏ）厚さが２４．３ｍｍのスギの無処理材
【００２４】
これらの試験体に以下のような試験装置で試験を行なった。
（１）試験装置は、円錐状に形作られた輻射電気ヒーター、点火用プラグ、輻射熱遮蔽板、試験体ホルダー、ガス濃度分析装置及びガス流量の測定できる排気システム、熱流計等で構成されている。
【００２５】
（２）輻射電気ヒーターは、５０ｋＷ／ｍ2 の輻射熱を試験体表面に均一な照射が安定してできるものとする。
【００２６】
（３）輻射熱遮蔽板は、試験開始前の輻射熱から試験体を保護できるものとする。
【００２７】
（４）試験体ホルダーは、外寸で１辺１０６ｍｍ±１ｍｍの正方形で、深さが２５ｍｍ±１ｍｍの大きさで、厚さが２．１５ｍｍ±０．２５ｍｍのステンレス鋼製で、上部には１辺９４．０ｍｍ±０．５ｍｍの正方形の開口を中央部に設けるものとする。押さえ枠は、内寸で１辺１１１ｍｍ±１ｍｍの正方形で深さが５４ｍｍ±１ｍｍのステンレス鋼製とする。
【００２８】
（５）排気システムは、試験温度で有効に機能する遠心式排気ファン、フード、通風口、排気ダクト、オリフィスプレート流量メーター等を備えているものとする。フード下端部と試験体表面との距離は、２５０ｍｍ±５０ｍｍとし、その状態での排気システムの排気装置は、標準温度と標準圧力に換算した流量が０．０２４ｍ3 ／ｓ以上であることとする。排気流量測定のために、内径５７ｍｍ±３ｍｍのオリフィスをフードとダクトの間に設ける。排気ガス採取を目的として、１２個の直径２．２ｍｍ±０．１ｍｍの穴のあるリングサンプラーをフードから６８５ｍｍ±１５ｍｍの位置に、穴が流れと反対の方向に向くように取り付ける。また、排気ガスの温度を、オリフィスから上流１００ｍｍ±５ｍｍの位置の排気ダクトの中心部で測定する。オリフィスは、流量の測定に影響を及ぼさない位置に設置する。
【００２９】
（６）ガス分析装置は、排気ガス中の酸素、一酸化炭素、二酸化炭素の濃度を連続的に正確に測定できるものとする。
【００３０】
（７）点火プラグは、１０ｋＶの変圧器あるいは誘導式コイルシステム等から電力を供給できるものとする。スパークの電極間距離は、３ｍｍ±０．５ｍｍとし、電極の位置を原則として試験体の中心軸上１３ｍｍ±２ｍｍとする。
【００３１】
（８）熱流計は、１００ｋＷ／ｍ2 ±１０ｋＷ／ｍ2 まで測定可能なシュミット・ボルダー型を用いる。熱量計の熱感知部は、直径１２．５ｍｍの円形で、表面の輻射率は０．９５±０．０５であるものとする。
【００３２】
また、試験条件は以下の通りである。
（１）試験時間は、試験体表面に輻射熱が照射され、同時に電気スパークが作動してから２０分とする。ただし、明らかに燃焼が維持しなくなった時には、測定を終了することができるものとする。
【００３３】
（２）試験体は、側面と裏面を厚さ０．０２５ｍｍ以上、０．０４ｍｍ以下のアルミニウムはくで包んで押さえ枠に入れ、さらに裏面側に無機繊維（公称厚さ１３ｍｍ、密度６５ｋｇ／ｍ3 ）を充填してから、試験体ホルダーに押し込むものとする。
【００３４】
（３）試験中は、輻射電気ヒーターから試験体の表面に５０ｋＷ／ｍ2 の輻射熱を照射する。
【００３５】
（４）排気ガス流量を０．０２４ｍ3 ／ｓ±０．００２ｍ3 ／ｓに調節する。
【００３６】
（５）試験開始までは、輻射熱遮蔽板によって、試験体が輻射熱を受けないようにする。
【００３７】
（６）輻射熱遮蔽板を移動する前に、点火用プラグを所定の位置に設定する。
【００３８】
また、測定条件は以下の通りである。
（１）酸素、一酸化炭素及び二酸化炭素の濃度を５秒以内の間隔で測定する。
【００３９】
（２）発熱速度（ｑ）は、次の式に従って算出する。
ｑ＝｛１．１０Ｅ（Ｘ0 Ｏ2 −ＸＯ2 ）／（１．１０５−１．５ＸＯ2 ）｝×Ｖ298   ここで、
Ｖ298 ＝Ｃ（Δｐ・Ｔe ）1/2 ／３５０  （：２５℃におけるダクト内流量）
Ｅ＝１７．２×１０3 ｋＪ／ｍ3 
Ｘ0 Ｏ2 ：１分間のベースライン測定による酸素濃度の平均値
ＸＯ2 ：酸素分析装置からの実測値
【００４０】
単位面積当たりの発熱速度（ｑ″）は、ｑ″＝ｑ／ＡS とする。
ここで、
ＡS ：試験体の初期の暴露面積（０．００８８ｍ2 ）
【００４１】
Ｃ（オリフィス係数）は、規定の排気流速の下で、本測定条件に規定する測定で発熱速度が、ｑb ＝５ｋＷ±０．５ｋＷに相当する流量のメタンを燃焼させた際の酸素濃度（ＸＯ2 ）及び差圧（Δｐ）から次の式で計算する。
Ｃ＝ｑb /(Δｈc / ｒ0 ×1.10)(Ｔe / Δｐ)1/2(1.105−1.5 ＸＯ2)/(0.2095−ＸＯ2)  ここで、
ｑb ：供給されるメタンの発熱速度
Δｈc / ｒ0 ：メタンの場合は12.54 ×103 kJ/kg 
Ｔe ：排気ダクト内のガス温度（２方向ピトー管の付近で測定した値）
【００４２】
上述した実験装置、実験条件及び測定条件での加熱試験の結果、各試験体が以下の基準を満足した場合に合格とした。
（１）加熱開始２０分間（準不燃材は１０分間）の総発熱量が、８ＭＪ／ｍ3 であるこ        と。
（２）試験開始２０分間（準不燃材は１０分間）、防火上有害な裏面まで貫通する亀裂        及び穴がないこと。
（３）試験開始２０分間（準不燃材は１０分間）、最高発熱速度が、１０秒以上継続し        て２００ｋＷ／ｍ2 を越えないこと。
【００４３】
上述した実験装置、実験条件及び測定条件での各試験体（Ａ〜Ｏ）の加熱試験の結果は、以下の表１の通りである。
【００４４】
【表１】
2007160570.tif 000002
【００４５】
【表２】
2007160570.tif 000003
【００４６】
【表３】
2007160570.tif 000004
【００４７】
表１及び表２の※マークは、不燃化薬液の注入状態を確認するため、厚さ２００ｍｍの製品を中心で切断し、切断面を加熱面として実施したことを示す。
【００４８】
また、すべての試験体Ａ〜Ｎについて、試験開始２０分間（準不燃材は１０分間）、最高発熱速度が、１０秒以上継続して２００ｋＷ／ｍ2 を越えないことが確認された。一方、無処理材である試験体Ｏにおいては、試験時間１０分間で総発熱量が４５ＭＪ／ｍ2 となり、不燃・準不燃処理が施された各試験体Ａ〜Ｎとの差異がはっきりとあらわれる結果となった。
【００４９】
一方、これらの試験体と同様な処理が施された別の試験体で寸法安定性の実験を以下の条件で行なったことろ、優れた寸法安定性があることが確認できた。
【００５０】
接線方向３０ｍｍ、放射方向３０ｍｍ、繊維方向６ｍｍの杉からなる試験体に対して、上述のものと同等の条件でリン酸グアニジンを主成分とする不燃化薬液を減圧加圧法により浸透させた後、温風乾燥にて乾燥させた。その後、試験体の雰囲気温度を１０５℃として２４時間にわたって乾燥させた。
【００５１】
このようにして得られた試験体と、これらの不燃化・準不燃化処理を施していない無処理試験体とを恒温恒湿器を用いて３０℃で相対湿度８５％の条件下で平衡になるまで調湿して、その際の寸法を測定した。
【００５２】
続いて、３０℃で相対湿度７０％の条件下で平衡になるまで乾燥させた後、さらに３０℃で相対湿度５０％として平衡になるまで乾燥させた。その後、さらに４５℃で相対湿度３０％の条件下で乾燥させ、それぞれの段階で試験体及び無処理試験体の寸法を測定した。その結果は、下記の表２のとおりである。なお、表４におけるＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄは以下のことを示す。
Ａ：全乾から３０℃・８５％までの寸法変化率
Ｂ：全乾から３０℃・７０％までの寸法変化率
Ａ：全乾から３０℃・５０％までの寸法変化率
Ａ：全乾から４５℃・３０％までの寸法変化率
【００５３】
【表４】
2007160570.tif 000005
【００５４】
また下記の表５、表６及び表７には、表１のデータから計算した相対湿度間の寸法変化率を示す。なお、表５、表６及び表７における差ａ、差ｂ、差ｃ、差ｄ及び差ｅは以下のことを示す。
差ａ：全乾から30℃・相対湿度85％までの寸法変化率と全乾から30℃・相対湿度70％ま        での寸法変化率との差
差ｂ：全乾から30℃・相対湿度85％までの寸法変化率と全乾から30℃・相対湿度50％ま        での寸法変化率との差
差ｃ：全乾から30℃・相対湿度85％までの寸法変化率と全乾から45℃・相対湿度30％ま        での寸法変化率との差
差ｄ：全乾から30℃・相対湿度70％までの寸法変化率と全乾から45℃・相対湿度30％ま        での寸法変化率との差
差ｅ：全乾から30℃・相対湿度50％までの寸法変化率と全乾から45℃・相対湿度30％ま        での寸法変化率との差
ASE ：無処理の試験体の寸法変化を１００とした場合、それぞれの処理における寸法変        化の抑制率（％）
【００５５】
【表５】
2007160570.tif 000006
【００５６】
【表６】
2007160570.tif 000007
【００５７】
【表７】
2007160570.tif 000008
【００５８】
これらの表から以下のことが判明する。
リン酸グアニジンを主成分とする不燃化薬液を減圧加圧法により浸透させた後、温風乾燥にて乾燥させた試験体では、寸法変化の高い抑制効果が認められる。特に、相対湿度が高い８５％〜５０％の範囲内（差ａ及び差ｂの範囲）では不燃化・準不燃化処理を施した試験体にはほとんど寸法変化がみられない。
【００５９】
その一方、湿度がきわめて低い場合（５０％〜３０％）には、寸法変化の抑制効果は比較的小さいが、全体（８５％〜３０％）としてみた場合、不燃化・準不燃化処理が施された試験体は、無処理の試験体の寸法変化の約８０％を抑制している。