(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザー加工により木材に浸透孔を設ける工程と、
上記木材に珪酸化合物を含ませる工程と、
上記珪酸化合物を含む木材に酸無水物ガスを用いて、上記珪酸化合物を上記木材内でゲル化させる工程と、
上記工程で生成した珪酸化合物ゲルを含む上記木材に、シランカップリング剤および反応性樹脂化合物の少なくとも一方を含む下地処理剤を浸透させ、該下地処理剤により上記珪酸化合物ゲルと上記木材とを化学的に結合させる工程と、
を備えることを特徴とする改質木材の製造方法。
【請求項２】
上記珪酸化合物は、アルカリ珪酸塩およびコロイダルシリカから選択される少なくとも一種である請求項１記載の改質木材の製造方法。
【請求項３】
木材に珪酸化合物を含ませる上記工程は、木材中の水分および空気を実質的に除去した後、上記珪酸化合物を溶解または分散させた珪酸化合物溶液を上記木材に含浸または圧入することにより行われる請求項１又は２記載の改質木材の製造方法。
【請求項４】
上記珪酸化合物溶液は、水性コロイダルシリカおよびオルガノコロイダルシリカの少なくとも一方と、塩基性化合物と、を含むシリカゾル溶液である請求項３記載の改質木材の製造方法。
【請求項５】
上記珪酸化合物の含浸量は、木材の乾燥重量に対してＳｉＯ２換算で４０〜２００重量％である請求項１乃至４のいずれかに記載の改質木材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、改質木材の製造方法に関し、更に詳しくは、レーザー加工により木材に浸透孔を設け、次いで、上記木材に珪酸化合物を含ませて木材内でゲル化させることにより、難燃性等の性質を付与した改質木材を製造する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の改質木材の製造方法として、例えば特公平４−４１２２号公報には、木材にアルキルシリケート化合物の溶液を含浸させた後に、このアルキルシリケート化合物を加熱硬化させて改質木材を得る方法が開示されている。また、特開平８−２５３１４号公報には、リン酸化合物系の難燃剤溶液とシリカ溶液とを木材に順次含浸させた後に、加熱加圧処理をして改質木材を得る方法が開示されている。特開昭６２−１４４９０２号公報には、▲１▼二酸化珪素、酸化アルミニウム等の不燃性無機物の超微粒子を飽水処理木材中に拡散させるか或いは▲２▼混合により不燃性無機物（リン酸塩、硼酸塩等）を生じさせる複数の液体を木材に順次含浸させた後、この不燃性無機物の脱落を防ぐためにシリカゾル、珪酸リチウム等の固定化剤を含浸させて硬化させる加工木材の製造方法が開示されている。特開平３−５１１０４号公報には、木材内部の空気を二酸化炭素で置換し、この木材に、二酸化炭素と反応して不燃性無機化合物を生じる無機化合物の水溶液を含浸させる加工木材の製造方法が開示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特公平４−４１２２号公報に記載の実施例では、アルキルシリケート化合物を硬化させる際に、この化合物の沸点に近い温度まで加熱している。この方法によると、木材中に含浸させた溶液が漏れ出すためアルキルシリケート化合物の無駄が多く、十分な難燃性を付与することは困難である。この公報には、アルキルシリケート化合物を加水分解により硬化させることも記載されており、この場合にはアルキルシリケートの加水分解液を木材に含浸させるものと推察される。しかし、この加水分解液は時間経過に伴いゲル化するため可使時間の制約をうけ、作業性、経済性に問題がある。
【０００４】
一方、特開平８−２５３１４号公報および特開昭６２−１４４９０２号公報に記載の▲２▼の方法では、二種以上の液体を木材に順次含浸させるため、二液目以降の含浸液は、前工程で木材中に含浸された液により汚染されるので長時間の繰り返し使用ができないという問題がある。また、これらの方法では液−液拡散を用いており、特開昭６２−１４４９０２号公報に記載の▲１▼の方法も液体中に分散させた超微粒子を飽水木材中に拡散移動させるものであるため、この拡散工程に時間がかかり、さらに木材の深部にまで液体や超微粒子を拡散させることは非常に困難である。そして、特開平３−５１１０４号公報に記載の方法によると、木材中にある二酸化炭素の量に限りがあるので、十分な難燃性を付与するだけの不燃性無機化合物を生じさせることができないという問題がある。
【０００５】
本発明は、上記現状に鑑みてなされたものであり、簡単な工程により十分な難燃性を有する加工木材が得られる改質木材の製造方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、以前にアルカリ珪酸塩、コロイダルシリカ等の珪酸化合物を木材に含ませ、これらを酸無水物ガスによってゲル化させる方法によれば、上記問題が解決されることを見出して出願をしている（特願平１１−２７５０３７号）。そして、引き続き改質木材の製造方法について検討した結果、レーザー加工により木材に浸透孔を設けることにより、従来よりも高い精度で容易に浸透孔を設けることができると共に、珪酸化合物の浸透性を向上させて、より効率的に難燃性等の性質を付与した改質木材を製造できることを見い出して、本発明を完成するに至った。
【０００７】
本発明の改質木材の製造方法は、レーザー加工により木材に浸透孔を設ける工程と、上記木材に珪酸化合物を含ませる工程と、上記珪酸化合物を含む木材に酸無水物ガスを用いて、上記珪酸化合物を上記木材内でゲル化させる工程と、上記工程で生成した珪酸化合物ゲルを含む上記木材に、シランカップリング剤および反応性樹脂化合物の少なくとも一方を含む下地処理剤を浸透させ、該下地処理剤により上記珪酸化合物ゲルと上記木材とを化学的に結合させる工程と、を備えることを特徴とする。これにより、珪酸化合物ゲルの木材からの脱落を防止し、加工木材中の水分移動を抑えて難燃性を維持するともに、この加工木材に優れた寸法安定性を付与することができる。上記珪酸化合物としては、アルカリ珪酸塩およびコロイダルシリカから選択される少なくとも一種を用いることが好ましい。
【０００８】
木質系材料に珪酸化合物を含ませる上記工程は、木質系材料中の水分および空気を実質的に除去した後、上記珪酸化合物を溶解または分散させた珪酸化合物溶液を上記木質系材料に含浸または圧入することにより行うことが好ましい。ここで、上記珪酸化合物溶液は、水性コロイダルシリカおよびオルガノコロイダルシリカの少なくとも一方と、塩基性化合物と、を含むシリカゾル溶液であることが好ましい。
【０００９】
そして、上記珪酸化合物の含浸量は、木材の乾燥重量に対してＳｉＯ２換算で４０〜２００重量％とすることが好ましい。
【００１０】
以下、本発明をより詳細に説明する。
（１）木材について
本発明の改質木材の製造方法は、針葉樹、広葉樹など全ての天然木材、およびそれらの加工木材に適用することができる。これらの木材は十分に乾燥し、収縮、反りなどの狂いを取り除き、十分に強度を挙げた状態にして使用することが好ましい。また、本発明の方法により改質する木材は、柱材、板材等の他、合板、繊維板、パーティクルボード、フローリング、集成材、積層材等の加工木材等、いずれの形態であってもよい。
【００１１】
木材の水分率は、一般に屋外保存では平衡水分率で約１５重量％、室内保存では８〜１５重量％、平均では１２重量％程度である。本発明の製造方法を実施するにあたっては、木材に珪酸化合物を含ませる前に、この木材を水分率０〜７重量％の範囲にまで乾燥して組織内の導管や細胞壁などの強度を向上させ、珪酸化合物溶液の含浸圧等に耐え得る木材組織をつくる処理を行うことが好ましい。また、生材では水分率が５０〜１００重量％程度と多いため、高周波加熱加工、過熱蒸気加熱加工、熱板加熱加工等により木材を急速乾燥させ、脂を除去し、細胞壁孔を貫通させて、珪酸化合物溶液等の木材への浸透性を向上させる処理を行うことが好ましい。あるいは、上記両方の処理を組み合わせた前処理を行った木材を使用してもよい。
【００１２】
（２）珪酸化合物について
本発明の製造方法において使用する「珪酸化合物」は、後述する酸無水物ガスによりゲル化させることのできる化合物であって、アルカリ珪酸塩およびコロイダルシリカが好適に用いられる。
【００１３】
（ｉ）アルカリ珪酸塩
珪酸化合物としての「アルカリ珪酸塩」は、一般式Ｍｅ2Ｏ・ｎＳｉＯ2〔ｎは０．５〜１０であり、ＭｅはＮａ、Ｋ、Ｌｉ、Ｒ3ＮまたはＲ4Ｎ（Ｒは水素原子またはコリン、モノメチルトリエタノールアンモニウム等の有機基）である。〕で示される珪酸化合物であって、珪酸ナトリウム、珪酸カリウム、珪酸リチウム、第３級アミン珪酸塩、第４級アンモニウム珪酸塩等が例示される。このうち、得られた改質木材の変色が少ないことから、珪酸リチウム、第３級アミン珪酸塩、第４級アンモニウム珪酸塩から選択される一種または二種以上の化合物を用いることが好ましい。
【００１４】
上記アルカリ珪酸塩を木材に含ませる際には、この化合物をＳｉＯ2濃度１０〜５０重量％（より好ましくは１５〜３０重量％）の珪酸塩溶液として用いることが好ましい。ＳｉＯ2濃度が５０重量％を超えると、珪酸塩溶液の粘度が高くなりすぎてこの溶液を木材内部に浸透させることが困難となる。一方、ＳｉＯ2濃度が１０重量％未満では、十分な量の珪酸化合物を木材に含ませることができず、木材改質の効果が不足する場合がある。
【００１５】
（ｉｉ）コロイダルシリカ
珪酸化合物としての「コロイダルシリカ」は、一般式Ｍｅ2Ｏ・ｎＳｉＯ2〔ｎは５０〜３００であり、ＭｅはＮａ、Ｒ3ＮまたはＲ4Ｎ（Ｒは水素原子またはコリン、モノメチルトリエタノールアンモニウム等の有機基）である。〕で示される粒径５〜５０ｎｍのシリカ（上記アルカリ珪酸塩とは異なり、ＳｉＯ2のモル比が５０〜３００と大きい。）が分散したコロイド溶液である。ＳｉＯ2濃度２０〜５０重量％（より好ましくは３０〜４０重量％）のものを用いることができ、水分散系のものと有機溶媒分散系のものとがある。このコロイダルシリカを木材に含ませる際には、低粘度（好ましくは１〜５０ｃｐｓ／２５℃、より好ましくは１〜３０ｃｐｓ／２５℃）で小粒径のものが木材への浸透性に優れるので好ましく、改質効果の点からはＳｉＯ2濃度の高いものが好ましい。
【００１６】
水分散系のコロイダルシリカ（水性コロイダルシリカともいう。）を使用する場合には、ＳｉＯ2濃度２０〜５０重量％（より好ましくは２０〜４０重量％）、シリカの粒径２０ｎｍ以下（より好ましくは１５ｎｍ以下）の低粘度品を用いることが好ましい。なお、上記一般式におけるＭｅがＲ4Ｎである水性コロイダルシリカ（アンモニウムシリケート）は、他の化合物に比べて、溶液中のＳｉＯ2濃度が比較的高い（例えば４０重量％程度）場合にも低粘度であり、かつ結合力が強いなどの特長を有することから、本発明において好適に用いられ、良好な結果を示す。
【００１７】
一方、有機溶媒分散系のコロイダルシリカ（オルガノコロイダルシリカともいう。）を使用する場合には、ＳｉＯ2濃度２０〜４０重量％（より好ましくは２０〜３０重量％）、シリカの粒径２０ｎｍ以下（より好ましくは１５ｎｍ以下）の低粘度品を用いることが好ましい。溶媒がメタノール、イソプロパノールまたはキシレン−ブタノール混合系である場合には、低粘度でＳｉＯ2濃度の高いものとすることができ、いずれも本発明において良好な結果を示す。
【００１８】
尚、本発明において好ましく用いられるコロイダルシリカの粒径は、木材の細胞壁孔の直径（例えば７〜１０μｍ程度）に対して１／１０〜１／１０００程度であるため、容易に木材の細胞壁の内部等にまで含浸させることができる。
【００１９】
（ｉｉｉ）珪酸化合物溶液について
上記珪酸化合物は、これを溶媒に溶解または分散させた「珪酸化合物溶液」とし、含浸または圧入等の方法によって木材中に、木材の組織内（導管や細胞壁等の内部）にまで含ませることが好ましい。この珪酸化合物溶液は、アルカリ珪酸塩および／またはコロイダルシリカを含むものとすることができる。コロイダルシリカとしては、水性コロイダルシリカおよびオルガノコロイダルシリカのいずれか一方を用いてもよく、両方を用いてもよい。特に、アルカリ珪酸塩として変色しやすいものを使用する場合には、コロイダルシリカを併用することにより、アルカリ金属による変色を著しく抑制することができる。アルカリ珪酸塩とコロイダルシリカとを併用する場合、珪酸化合物の合計量に占めるアルカリ珪酸塩の割合（固形分比）は５０重量％以下とすることが好ましく、３０重量％以下とすることがより好ましく、１０重量％以下とすることが更に好ましい。
【００２０】
珪酸化合物溶液がアルカリ性である場合には、後続する工程でこの溶液への酸無水物ガスの溶解性が高くなり、これによりゲル化が容易となるので好ましい。珪酸化合物溶液をアルカリ性とするために、この溶液に塩基性化合物を添加することができ、特に珪酸化合物溶液がアルカリ珪酸塩を含まない（すなわち、コロイダルシリカ単体からなる）場合には、塩基性化合物を含有するシリカゾルとすることが好ましい。
【００２１】
（３）浸透孔を設ける工程について
本発明の改質木材の製造方法は、レーザー加工により、予め木材に「浸透孔」を設けている。上記「浸透孔」を設ける箇所、浸透孔の形状、個数については特に限定はなく、木材の性質、使用用途等により種々のものとすることができる。例えば、木材の裏面や木端等の目立たない箇所に必要数だけ浸透孔を設ければ、木材の変形や強度の低下もなく、外観についてもほとんど変化させることなく、容易に薬液を木材に浸透させることが可能となる。このように「浸透孔」を設ける場合、木の硬度、木目（年輪）の密度、板目、正目等の状況を見て、縦孔にするか、横孔にするかを決めたり、疎にしたり密にしたりする配慮が必要である。
【００２２】
上記「浸透孔」の形状についても特に限定はなく、略円状（図１参照）や四角状等のスポット穿孔としたり、あるいは、直線状（図２参照）、折線状、曲線状等の割れ目カットとしたりすることができる。そして、スポット穿孔の場合、図３に示すように、板目面に対して上から下へ木目を直角に貫通するように穿孔するのが効果的であり、直線状の割れ目カットの場合、図３に示すように、板目面に対して垂直方向にカットを入れるのが最も効果的である。また、木材の使用用途等の条件により、上記「浸透孔」は木材を貫通するように設けても、あるいは、途中で止めるように設けることもできる。上記「浸透孔」の大きさは、略円状の場合、直径は０．５〜１ｍｍ程度とすることが好ましい。浸透孔一つにつき、その周囲２５〜７５ｍｍの範囲に溶液を浸透させることができる。また、上記「浸透孔」の形状を割れ目カットとした場合、図２に示すように、横方向全体に渡って長い１本の割れ目カットとする他、木材の強度保持のため、図４に示すように、中央部分に未カット部を残して割れ目カットを設けることもできる。
【００２３】
本発明におけるレーザー加工で使用するレーザーの種類、波長、出力等の条件については特に限定はなく、木材の性質、設ける浸透孔の形状、深さ等の条件により種々のものとすることができる。通常は、炭酸ガスレーザーにより行われる。
【００２４】
かかる工程を経ることにより、珪酸化合物溶液の浸透性が大幅に改善されて、、厚み、長さ又は面積のある大きな木材や、木目の詰まった堅い木材等のように、加圧や加熱を行っても、珪酸化合物溶液を木材内部深くまで浸透させることは困難な木材であっても、木材表面のみならず、上記浸透孔からも珪酸化合物溶液が圧入されるので、木材内部に珪酸化合物溶液を容易に（例えば低圧力、短時間で）深く浸透させることが可能となる。また、レーザー加工を用いることにより、従来の木工加工機により穿孔する場合と比較して、より簡単に高い精度で穿孔することができ、直線状の割れ目カットを入れることにより、１／２０〜１／５０程度の処理時間で十分な含浸率が得られる。
【００２５】
（４）珪酸化合物を含ませる工程について
（ｉ）操作方法および操作条件
木材に珪酸化合物を含ませる際の好ましい操作方法としては、まず木材中の水分および空気を実質的に除去して木材内の導管や組織細胞内等に空隙を形成させ、次いでこの木材に珪酸化合物溶液を含浸または圧入して、上記空隙（導管、組織細胞内等）に珪酸化合物溶液を充満させる方法が挙げられる。上記「水分および空気を実質的に除去」する程度としては、水分は木材の重量に対して０〜７重量％となるまで、空気は気圧１３ｋＰａ以下（より好ましくは６．７ｋＰａ以下）の真空度となるまで除去することが好ましい。
【００２６】
木材に珪酸化合物溶液を含浸または圧入する際の圧力条件は、含浸される木材の真空度および水分率、さらに木材の種類、木目の状態、木材の大きさや形状等により異なるが、常圧で行ってもよく、必要に応じて９．８ＭＰａ程度以下の圧力を加えてもよい。ただし、軟質系の木材では０．９８〜２．９ＭＰａ程度以上、硬質系の木材では４．９ＭＰａ程度以上となると、木材の種類や形状により反り、変形、割れなどが生じる場合がある。このため、常圧〜４．９ＭＰａ（軟質系木材では常圧〜２．９ＭＰａ、より好ましくは常圧〜１．５ＭＰａ）の圧力とすることが好ましい。また、珪酸化合物溶液を圧入する場合、低圧力で十分な浸透速度を得る方法の一つとして、珪酸化合物溶液の液温を上げる方法がある。このとき、液温を１８０℃以上とすると木材の損傷、溶液の変質等が起こる場合があるので、木材の種類や形状に応じて４０〜１５０℃程度の液温とすることが好ましい。液温をこの程度に上げることにより、常温の場合と比較して木材への浸透速度は２〜５倍となり、浸透工程に要する時間を大幅に短縮することができる。
【００２７】
（ｉｉ）木材に含ませるＳｉＯ2の量
十分な難燃効果を得るためには、原材料である木材の乾燥重量に対して２００重量％以上の珪酸化合物溶液を木材に含ませることが好ましく、２５０重量％以上とすることがより好ましく、３００重量％以上とすることがさらに好ましい。また、ＳｉＯ2換算としては、木材の乾燥重量に対して４０〜２００重量％を含ませることが好ましく、５０〜１８０重量％がより好ましく、１００〜１５０重量％がさらに好ましい。なお、木材の種類および処理条件等を調節することによって、木材の乾燥重量に対して２００重量％を超えるＳｉＯ2を含有させることも可能であり、この場合にも優れた性質を有する加工木材が得られる。
【００２８】
（５）酸無水物ガスについて
本発明において使用する「酸無水物ガス」は、使用温度（通常は常温）において気体であり、珪酸化合物溶液等に溶解して酸性を呈する化合物であって、木材に含ませた珪酸化合物のゲル化剤として機能する。このような酸無水物ガスとしては、ＣＯ2等の炭素酸化物、ＳＯ2等の硫黄酸化物、ＮＯ2等の窒素酸化物、ＨＣｌ等のハロゲン化水素、ＯＦ2等の弗化酸素が挙げられ、これらを一種単独で、または二種以上を任意の割合で混合して用いることができる。このうち、経済性、作業性、毒性等の点から、酸無水物ガスとしては、燃焼ガスまたは純粋な二酸化炭素（ＣＯ2）を使用することが最も好ましい。これらの酸無水物ガスが木材中の珪酸化合物溶液に溶解すると、酸無水物ガスの溶解量に比例して溶液のｐＨが低下する。そして、珪酸化合物溶液のｐＨが８．５〜６．５付近まで低下すると、珪酸化合物のゲル化が進行する。
【００２９】
珪酸化合物溶液がアルカリ珪酸塩を含むか、あるいはアルカリ珪酸塩およびコロイダルシリカを含む場合には、珪酸化合物溶液がアルカリ性となるので酸無水物ガスを容易に十分に溶解させることができる。一方、珪酸化合物溶液がコロイダルシリカ単体からなる場合には、珪酸化合物溶液に塩基性化合物を含有させることにより、酸無水物ガスの溶解速度を高めることが好ましい。これにより、珪酸化合物のゲル化不良を防止することができる。この塩基性化合物としては、アンモニア、トリメチルアミン等の各種アミン類、水酸化リチウム等の水酸化アルカリ金属類等を使用することができる。ｐＨが高すぎるとゲル化開始までに多量の酸無水物ガスを溶解させることとなるので、酸無水物ガス溶解前における珪酸化合物溶液のｐＨは８．０〜１１．０（より好ましくは８．５〜１０．０）であることが好ましい。
【００３０】
このゲル化工程は常圧で行ってもよいが、酸無水物ガスの珪酸化合物溶液への溶解を促進させるために加圧下で行ってもよい。この加圧の程度は、通常常圧から９．８ＭＰａ程度以下であり、好ましくは０．４９〜６．９ＭＰａ、より好ましくは０．９８〜４．９ＭＰａである。特に、上記酸無水物ガスとして炭酸ガスを用いる場合の加圧の程度は、通常常圧から２．９ＭＰａ程度以下であり、好ましくは０．４９〜２．９ＭＰａ、より好ましくは０．９８〜２．０ＭＰａである。圧力が高すぎると、木材の種類や形状によって反り、変形、割れなどが生じる場合がある。酸無水物ガスが燃焼ガス又は純粋な二酸化炭素である場合には、例えば０．９８〜２．０ＭＰａの圧力に１〜１０時間（より好ましくは２〜６時間）維持することにより珪酸化合物をゲル化させることができる。また、酸無水物ガスが塩化水素ガスである場合には、例えば０．２〜０．４９ＭＰａの圧力に０．５〜３時間（より好ましくは１〜２時間）維持すればよい。また、処理温度は通常は常温であるが、加熱または冷却してもよい。
【００３１】
（６）下地処理について
ゲル化工程終了後の木材は、適当に（例えば水分率１〜４０重量％程度に）乾燥させることにより不燃性の加工木材として使用可能である。また、木材は多くの水酸基を有し、シリカゲルも多くのシラノール基を持っている。そこで、木材内部で生成したシリカゲルのシラノール基や木材（セルロース等）の水酸基と、反応性樹脂化合物（エポキシ樹脂、ポリウレタン樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、フェノール樹脂、レゾルシノール樹脂及びその前駆体等）および／またはシランカップリング剤とを反応固化させる下地処理を行い、シリカゲルと木材とを化学的に結合させることができる。これにより、木材中における水分移動が抑制されて狂いが防止されるので、難燃性および寸法安定性に一層優れた加工木材となる。また、後述のように加工木材の表面を塗装する場合には、この下地処理を行うことにより塗料の接着性が向上する。
【００３２】
（ｉ）シランカップリング剤
シランカップリング剤としては、ビニルトリエトキシシラン、３−メタリロキシプロピルトリメトキシラン、３−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、Ｎ−２−（アミノエチル）３−アミノプロピルトリメトキシシラン、３−クロロプロピルトリメトキシシラン等の代表的なシランカップリング剤、又はシラン縮合物等を使用することができる。このシラン縮合物としては、エポキシシランとアミノシランとの縮合反応によるシラン縮合物、イソシアネート基含有ウレタンプレポリマーやエポキシ樹脂等の反応性基含有プレポリマーとシランとの縮合反応によるシラン縮合物等が挙げられる。
【００３３】
本発明において特に好ましく用いられるシランカップリング剤の市販品としては、アミノシラン系シランカップリング剤である商品名「ＫＢＰ−４３」、「ＫＢＰ−４１」、「ＫＢＰ−４０」、および、イソシアネート基を有するシランカップリング剤である商品名「Ｘ−１２−４１３」（以上、いずれも信越化学工業株式会社製）を挙げることができる。これらのシランカップリング剤は、短時間で硬化し、接着性が高く、また得られた加工木材の耐水性及び耐候性に優れ、適応性も良いという良好な結果を示す。
【００３４】
（ｉｉ）反応性樹脂化合物
本発明において使用できる反応性樹脂化合物としては、ポリウレタン系樹脂、ポリアクリルウレタン系樹脂、エポキシ系樹脂、シリコーン系樹脂、ユリア系樹脂、メラミン系樹脂、フェノール系樹脂、レゾルシノール系樹脂等が挙げられる。このうち、ポリエーテル、ポリエステル、アクリルポリオール、ブタジエンポリオールアルキッド、エポキシ、ひまし油及び飽和ポリエステル等を、ポリイソシアネートと反応させて得られる「ポリイソシアネートオリゴマー」が特に有用である。
【００３５】
(ｉｉｉ)処理方法
上記シランカップリング剤および反応性樹脂化合物は、いずれか一方を使用してもよい。例えば、シランカップリング剤を溶媒等で希釈して木材に浸透させることにより、木材中のシリカゲル表面を改質して、木材組織、反応性樹脂化合物、塗料等の有機材料との接着性を著しく向上させることができる。また、シランカップリング剤および反応性樹脂化合物の両方を同時にあるいは順次に使用する下地処理を行うことにより良好な結果が得られる。例えば、まずシランカップリング剤を溶媒等で希釈した下地処理剤を木材に浸透させてシリカゲル表面を改質し、次いで反応性樹脂化合物を溶媒等で希釈した下地処理剤を浸透させて表面改質されたシリカゲルや木材組織と反応固化させる。あるいは、シランカップリング剤と反応性樹脂化合物とを予め混合した下地処理剤、更にはこれらを必要に応じて適宜反応させたオリゴマーからなる下地処理剤を使用してもよい。
【００３６】
なお、この下地処理を行うにあたっては、ゲル化後の木材を適度に乾燥させておくことが好ましい。この乾燥の程度としては、シリカゲル含有木材の水分率が１〜５０重量％（より好ましくは２〜４０重量％）となる範囲が好ましい。下地処理剤としてエポキシ樹脂ベースの水分散型及び水溶型樹脂を使用する場合には残存水分率が比較的高くてもよいが（例えば２０〜４０重量％）、ポリウレタン系樹脂、ポリアクリルウレタン系樹脂等のように水分に敏感でゲル化しやすい化合物を下地処理剤に用いる場合には、過剰水分によるイソシアネート基の加水分解を抑えるために、木材の水分率を５〜３０重量％の範囲に調整することが好ましい。このように水分を多く残す理由は、シリカゲル中の水分による吸熱作用（２２４４Ｊ／ｇ）を利用し、難燃効果を補助するためである。
【００３７】
（７）表面塗装について
本発明の改質木材の製造方法により製造された改質木材は、ウレタン系、アクリル系、フッ素系、シリコーン系、アミノアルキッド系、不飽和ポリエステル系、フェノール系等の従来公知の塗料から選択される一種または二種以上を用いて、従来公知の各種方法により表面塗装することができる。本発明の改質木材の製造方法において、下地処理工程および塗装工程は必須ではないが、これらの工程を実施した場合には、下地処理材および塗料によって木材の内部や表面を完全に覆うことにより、木材内の水分移動による狂いを防ぎ、長期にわたってこの木材に寸法安定性および難燃性を付与することができる。一方、例えば敷物とする木材チップの不燃化加工等においてはこれらの工程を行うことなく最終製品とすることができる。
【００３８】
（８）改質木材の用途について
本発明の改質木材の製造方法により製造された改質木材は、難燃性および寸法安定性に優れ、また防腐性、防虫性、高強度をも備えることから、例えば以下の用途に好ましく使用される。
【００３９】
（ｉ）建築用内装部材
建築材料のうち、天井材、間仕切材、壁材、床材等の内装部材として使用することができる。これらの部材は、薄物の板材が主体であるため珪酸化合物溶液を含浸させやすく、目的に合わせてＪＩＳ  Ａ  １３２１やＪＩＳ  Ａ  ５８０１等に合格するよう含浸量を調整して加工することができる。珪酸化合物溶液の含浸量としては、乾燥木材に対して２３０〜３２０重量％（ＳｉＯ2換算で４０〜１６０重量％）とすることが好ましい。
【００４０】
（ｉｉ）建築用構造部材
建築材料のうち、柱、梁、床、壁等の構造部材として使用することができる。これらの用途向けの木材としては、水分率を下げて木材組織の強度を上げる前処理、および脱脂により細胞壁孔を貫通させて珪酸化合物溶液の浸透性を改善する前処理を施した木材を使用することが好ましい。目的に合わせて、ＪＩＳ  Ａ  １３０１に合格するよう含浸量を調整して加工することができる。珪酸化合物溶液の含浸量としては、乾燥木材に対して２３０〜３２０重量％（ＳｉＯ2換算で４０〜１６０重量％）とすることが好ましい。尚、大型の部材に関しては、経済性を考慮して、部材の表面から所定の深さまでの範囲に珪酸化合物溶液を含浸させてもよい。この場合にも十分な難燃性を付与することができる。
【００４１】
(ｉｉｉ）建築用開口部材
建築材料のうち、戸、窓、階段等の開口部材としても使用することができる。これらの部材は、柱状、板状等、様々な形状のものがある。防火戸、防火戸木枠、木製サッシ、階段等の部材については、ＪＩＳ  Ａ  １３０１やＪＩＳ  Ａ  １３１１の試験に合格するように珪酸化合物溶液を木材に十分含浸させることが必要となる。具体的には、乾燥木材に対して２５０〜３３０重量％（ＳｉＯ2換算で５０〜１７０重量％）含浸させることが好ましい。また、アルミサッシ内部の中空部分に、珪酸化合物溶液を十分に含浸させて製造した加工木材を充填することにより、アルミサッシの強度および耐熱性を向上させる、という使用方法も有用である。
【００４２】
（ｉｖ）その他
本発明の改質木材の製造方法により得られた改質木材は、その寸法安定性、難燃性、防腐性、防虫性、高強度等の性質を利用して、上記建築材料に限らず、電柱、ベンチ、木冊、庭園橋、ガードレール等の木質材料として好適に使用することができる。
【００４３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の改質木材の製造方法につき、実施例を挙げて説明する。なお、以下における「部」および「％」は、特に記載のない場合は重量基準である。
【００４４】
〔実験例１〕
（１）木材及び珪酸化合物溶液
実験例１の木材として、杉板（板目）及び突板張りタイプ２合板を使用した。木材の水分率は杉板（板目）が５％、突板張りタイプ２合板で６％である。また、大きさは１５ｔ×２２０×２２０ｍｍである。珪酸化合物溶液として、ＪＩＳ３号珪酸ナトリウム９０部と水１０部との混合物を使用した。
【００４５】
（２）レーザー加工
実施例１〜２として、炭酸ガスレーザー加工機「ＭＬ３０２０Ｄ」（三菱電機株式会社製）を用いて、上記（１）の木材１の裏面に対してレーザー加工を行い、図４に示すように、両端２５ｍｍ及び中央部分３０ｍｍを補強のために未カット部分として残して、直線状の割れ目カットである浸透孔２を設けた。浸透孔２の大きさは、長さ８０ｍｍ、幅０．８ｍｍ、深さ１２ｍｍである。そして、実施例１では、中心部の１１０ｍｍの箇所に左右各２本の浸透孔を設け、実施例２では、上下５５ｍｍ間隔で左右各２本ずつ、計６本の浸透孔を設けた。
【００４６】
（３）含浸工程
上記（２）で浸透孔を設けた実施例１〜２の木材及びレーザー加工を行っていない比較例の木材を圧力タンク内に入れ、圧力タンク内を４．０ｋＰａまで減圧して木材中の水分および空気を吸引除去する。引き続き、５０℃に加温した水溶性シリケート液を注入し、Ｎ2ガスを用いて圧力タンク内を０．４９ＭＰａの圧力を維持して５〜２０時間加圧して、珪酸化合物溶液を含浸させた。
【００４７】
（４）ゲル化工程及び含浸率測定
上記（３）の含浸工程終了後、炭素ガスを用いて圧力タンク内を常温で１．５ＭＰａに５時間維持し、木材内の珪酸化合物のゲル化を確認した後、各木材を圧カタンクから取り出し、実施例１〜２及び比較例の木材につき、珪酸化合物溶液の含浸率を測定した。その結果を表１及び表２に示す。
【００４８】
【表１】
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【００４９】
【表２】
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【００５０】
表１に示すように、杉板（板目）の場合、５時間後の段階で比較例の含浸率が１５５％であるのに対し、実施例１では１８５％、実施例２では２４０％と高い含浸率を示していることが判る。また、含浸率が２２０〜２４０％の範囲に到達する時間は、比較例で２０時間であるのに対し、実施例１では１０時間、実施例２では５時間であることから、浸透孔を設けた実施例１及び２は、浸透孔を設けていない比較例と比べて浸透速度が大きく、比較例の１／２〜１／４程度の処理時間で同等以上の含浸率とすることができることが判る。
【００５１】
また、表２に示すように、耐水合板の場合も、５時間後の段階で比較例の含浸率が１４０％であるのに対し、実施例１では１７０％、実施例２では２１０％と、上記杉板（板目）の場合と同様に高い含浸率を示している。また、含浸率が２１０％前後の範囲に到達する時間は、比較例で２０時間であるのに対し、実施例１では１０時間、実施例２では５時間であることから、上記杉板（板目）の場合と同様に、浸透孔を設けた実施例１及び２は、浸透孔を設けていない比較例と比べて浸透速度が大きく、比較例の１／２〜１／４程度の処理時間で同等以上の含浸率とすることができることが判る。
【００５２】
〔実験例２〕
（１）木材及び珪酸化合物溶液
実験例２の木材として、大きさが３５ｔ×２２０×２２０ｍｍで水分率４．５％杉板（板目）を使用した。また、珪酸化合物溶液として、ＪＩＳ３号珪酸ナトリウム６５部と水３５部との混合物を使用した。
【００５３】
（２）レーザー加工
実施例３として、炭酸ガスレーザー加工機「ＭＬ３０２０Ｄ」（三菱電機株式会社製）を用いて、図１に示すように、上記（１）の木材１の裏面に対してレーザー加工を行って、略円状の浸透孔２を網目模様状に設けた。浸透孔２の大きさはφ０．７×深さ３０ｍｍであり、浸透孔２間の間隔は１５ｍｍである。
【００５４】
（３）含浸工程
上記（２）で浸透孔を設けた実施例３の木材及びレーザー加工を行っていない比較例２の木材を圧力タンク内に入れ、圧力タンク内を２．７ｋＰａまで減圧して木材中の水分および空気を吸引除去する。引き続き、常温（３０℃）で水溶性シリケート液を注入し、Ｎ2ガスを用いて圧力タンク内を２．９ＭＰａの圧力を維持して０．５〜２０時間加圧して、珪酸化合物溶液を含浸させた。
【００５５】
（４）ゲル化工程及び含浸率測定
上記（３）の含浸工程終了後、炭素ガスを用いて圧力タンク内を常温で１．５ＭＰａに６時間維持し、木材内の珪酸化合物のゲル化を確認した後、各木材を圧カタンクから取り出し、実施例３及び比較例２の木材につき、珪酸化合物溶液の含浸率を測定した。その結果を表３に示す。
【００５６】
【表３】
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【００５７】
表３に示すように、浸透孔を設けていない比較例２の含浸率はかなり低く、２．９ＭＰａで２０時間加圧しても１４８％（ＳｉＯ2濃度９．４％）しか含浸していないのに対し、浸透孔を設けた実施例３では、２．９ＭＰａで２０時間加圧した結果、含浸率が４３１％（ＳｉＯ2濃度６４．５％）と、比較例２の約３倍もの含浸率を示し、約７倍ものＳｉＯ2を含有している。しかも、比較例２では含浸時間が２０時間で１４８％であるのに対し、実施例３では含浸時間が０．５時間の段階で含浸率が１５０％と、比較例２とほぼ同程度の含浸率を示している。かかる結果より、浸透孔を設けた実施例３では、浸透孔を設けていない比較例２の１／４０の時間で同程度の含浸率を示し、大幅に工程の時間短縮が実現し、著しく含浸率の高い改質木材が得られることが判る。
【００５８】
尚、本発明においては、上記具体的実施例に示すものに限られず、目的、用途に応じて本発明の範囲内で種々変更した実施例とすることができる。
【００５９】
【発明の効果】
本発明の改質木材の製造方法では、レーザー加工により木材に浸透孔を設け、次いで、アルカリ珪酸塩、コロイダルシリカ等の珪酸化合物を木材に含ませ、これらを酸無水物ガスによってゲル化させることにより、従来よりも高い精度で容易に浸透孔を設けることができると共に、珪酸化合物の浸透性を向上させて、より効率的に難燃性等の性質を付与した改質木材を製造できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実験例２において、浸透孔（スポット穿孔）を設けた状態を示す斜視図（Ａ）及びａ−ａ’断面図（Ｂ）である。
【図２】本発明において、浸透孔として割れ目カットを設けた例を示す斜視図（Ａ）及びａ−ａ’断面図（Ｂ）である。
【図３】本発明において、浸透孔を設ける方向を説明する斜視図である。
【図４】本実験例１において、浸透孔を設けた状態を示す斜視図（Ａ）及びａ−ａ’断面図（Ｂ）である。
【符号の説明】
１：木材、２：浸透孔、３：木目
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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