JP2016074131A - 木材形状安定並びに保存処理剤及び保存処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】木材の多価アルコール処理後のカビの発生を防止し、経済的且つ簡便に処理することができる木材の形状安定保存処理剤及び処理方法を提供する。
【解決手段】 ビーカーに水１００ｇ、ホウ酸２２ｇ、ホウ砂２６ｇを入れ、電気ヒーターで加熱して完全に溶解させ、約３２％のホウ酸水溶液を得た。得られたホウ酸水溶液に多価アルコールを４５ｇ加えて約３３％の多価アルコール混合液を作り、この多価アルコール混合液１９３ｇに対して０．８ｇ（原液を約２５０倍希釈）の防カビ成分を加えて木材処理液を調製した。
【選択図】なし

Description

本発明は、木材の乾燥で起こる、割れや収縮、変形を防止し、割れ、収縮、変形を回復することができる木材形状安定処理剤及び木材の処理方法と、木材形状安定処理と防腐防蟻処理を同時に施行できる木材の形状安定保存処理剤と処理方法に関するものである。

一般に、木材は乾燥するにしたがって細胞が収縮して木材全体も収縮し、木材の表層部に引張応力が発生する。この引張応力によりひび割れが生じ、そのひび割れにより木材自体も変形してしまう。

このような木材の乾燥割れ、収縮、変形を防止する形状安定の方法として、例えば、本発明者が特許文献１に開示したマレイン酸とグリセリンの混合水溶液に浸し、乾燥機の熱で加熱する方法（ＭＧ処理）や、特許文献２に開示されている木材中の水分を還元糖のラクチトールやトレハース、アリトール等と置換する方法（糖アルコール含浸法）、さらに、ポリエチレングリコールやポリエチレングリコールメタクリレートを塗布したり、含浸させたりして木材中の水分と置換する方法などが知られている。（例えば、特許文献３、特許文献４、特許文献５及び特許文献６参照。）。このＰＥＧ処理液が木材の表層部に浸透した場合、その浸透部の細胞が木材の乾燥後も水分を含んだときとほぼ同じ膨潤率を維持し、その結果、乾燥によって生じる局部的な引張応力が小さくなり、割れが生じ難くなる。この場合、ＰＥＧ処理液の浸透層が厚いほど、木材の表面に生じる局部的な引張応力は小さくなり、割れの発生程度は小さくなる。

したがって、ＰＥＧ処理液に浸漬した木材に対してプレス装置等で圧縮荷重を加えると、圧縮応力が作用する範囲で木材は変形し、この変形部分に存在していた木材中の液体及び気体が一部外部に放出される。そして、荷重を除いた後、ＰＥＧ処理液が浸漬した状態のまま保持すると、この間に変形を生じた部分はほぼ元の状態に形状を回復する。しかしながら、ポリエチレングリコールやポリエチレングリコールメタクリレートを主剤とする木材の処理剤は、木材中の鉄分や処理装置の鉄分と反応して腐食させたり、ゲル化（固化）したりすることがあると報告されている。

一方、ホウ酸（Ｈ_３ＢＯ_３）とホウ砂（Ｎａ_２Ｂ_４Ｏ_７・１０Ｈ_２Ｏ）を含む液状のホウ素化合物を木材の防火・耐火・不燃化に用いる方法が提案されている（特許文献７参照。）。また、ホウ酸塩を有効成分として腐朽や虫害を防止する木材表面処理剤が提案されている（特許文献８参照。）。例えば、酸化ホウ素（Ｂ_２Ｏ_３）換算で２５％以上のホウ酸塩をエチレングリコールに溶解した組成物が木材保存剤として優れた性能を有するとしている（特許文献９参照。）。また、ポリアルキレングリコール４〜２３％、アルキレングリコール２０〜５０％及びグリコール可溶性ホウ酸塩からなる組成物が木材保存剤として優れているとしている（特許文献１０参照。）。これらの組成物は、そのまま、あるいは水を加えてホウ素濃度、溶液粘度を調節し、木材表面に塗布または散布される。

特開２００２−１１３７０５号公報 特許第３４４３４６３号公報 特開平６−２３４１０３号公報 特開平９−２５４１０６号公報 特開２０１１−２２４８３８号公報 特許第３０２６２０８号公報 特開２００６−２１９３２９号公報 特開２００６−３１５３７９号公報 ＵＳＰ４，６１０，８８１ ＵＳＰ５，１０４，６６４

尚、上記のような木材処理に使用される薬剤には、多価アルコール等の主剤の性能に悪影響を及ぼさない範囲内で必要に応じてこの種の分野で使用される添加剤、助剤、着色剤、防腐剤、殺虫剤等を使用することができる。例えば、耐水性・材強度劣化防止剤として、ジルコニウム塩エマルジョン、ポリエチレンエマルジョン、シリコンエマルジョンを配合して耐候性能を向上させることができる。また、保湿剤・材強度劣化防止剤としてポリエチレングリコール、グリセリンを配合して耐強度劣化性能を付与することができる。

しかしながら、例えば従来のＰＥＧ処理や糖アルコール含浸処理には数十日単位の浸積時間を要していた。また、ＰＥＧ処理に多く使用される分子量１０００のＰＥＧ１０００が常温では固化しているために溶解に加熱を要し、取り扱い難く、実用化に至っていなのが実情であった。さらに、ＭＧ処理水溶液に浸した木材は高温で加熱しなければならないため特殊な設備が必要となり高価な処理費用を必要とする。また、上記処理方法は、水を使用するため、処理後の木材にカビが発生するという問題があった。
本発明は、上記従来技術の課題に鑑み、木材の形状安定処理後のカビの発生を防止し、経済的且つ簡便に処理することができる木材の形状安定処理剤及び木材処理方法を提供することを目的とする。

そこで、本発明の木材形状安定処理剤は、親水性であり、木材の細胞に充填効果（浸透性）が高く、溶媒置換を起こしやすい多価アルコールを少なくとも１種又は親水性・浸透性の異なる複数種の多価アルコールを混合溶解させた多価アルコール水溶液に防カビ成分を加えたことを第１の特徴とする。また、木材の形状安定保存処理剤は、これにホウ酸を加えたことを第２の特徴とする。さらに、本発明の木材形状安定処理方法と保存処理方法は、木材形状安定処理剤と保存処理剤を含水状態の木材又は割れた木材に塗布、含浸又は注入することを第３の特徴とする。また、処理後の木材をストレッチフィルム・ビニール等のラップ材でラッピングし、拡散させることを第４の特徴とする。

多価アルコール処理の長所は、
（１）高い寸法安定性が得られる。
（２）多価アルコール含有率３０％以下では、強度低下が少ない。
（３）変色が少ない。
加えて毒性がなく、環境や生物に優しい処理と言える。
多価アルコールは経口毒性がほとんど無く、皮膚や目に対する刺激性も低いため、化粧品や医薬品の分野や食品関係でも使用されている。また、多価アルコール水溶液は、ある種の微生物によって比較的容易に生分解を受けるとされている。

木材内部へ効率よく多価アルコールを拡散あるいは多価アルコール水溶液を浸透させるためには、処理直後の木材をシート等で密閉させて覆う拡散法や、処理液内に数日間漬け込む溶媒置換法、処理中に処理液の温度を上げて自然に冷まし処理液を含浸させる方法の温冷浴法、などが高度な設備を必要としない含浸、浸透方法である。また、加圧、減圧装置を使用した強制加圧注入方法を採用するなど、適切な処理条件や処理方法を採用すると効果的である。処理時間が短く、浸透・拡散が不十分であると、表面、とくに木口面に近い部分では多価アルコール含有率が高くても内部には十分な量の多価アルコールが含まれず、良好な処理効果は得られない。

本発明は、以下の優れた効果を奏する。
（１）防かび・防虫効果が得られる。
（２）木材の割れが回復できる。
（３）ラッピングすることで、安全、簡単かつ低コストで処理できる。
（４）処理時間が長ければ長いほど良好に安定する。したがって、ラッピングしたまま保存することで、流通待ち時間を利用して拡散処理できる。また、倉庫等に格納することなくシート掛け程度での屋外保管も可能となる。

以下、本発明の実施の形態について説明する。
加熱容器に、水１００ｇ対してホウ酸とホウ砂を同量の４０ｇずつ入れる（水１００・ホウ酸４０・ホウ砂４０）、これを加熱して完全に溶解し、この溶液にＰＥＧと防カビ成分を加える。比率はホウ酸濃度１０％以上、多価アルコール濃度１０％以上の溶液に防カビ剤の成分が１００〜１５０倍程度になるように加える。

本発明で言うホウ酸塩は、ホウ素のオキシ酸とその塩を総称するが、とくに八ホウ酸ニナトリウム四水和物（Ｎａ_２Ｂ_８Ｏ_１３・４Ｈ_２Ｏ：ＤＯＴ）である。また、ホウ酸とホウ砂をモル比で約４：１に混合した混合物は、水溶液中ではＤＯＴと同一とみなしてよい。したがって、オルトホウ酸（Ｈ３ＢＯ３）４モルとホウ砂（ＮａＢ_４Ｏ_７）１モルの混合物の水溶液と同一であるので、本発明では、ＤＯＴの代わりに、モル比４：１のホウ酸ホウ砂混合物を用いた。

本発明でいう多価アルコールは、分子中に水酸基を２個以上もつアルコールで、エチレングリコール、ポリエチレングリコール、グリセリン、メチルセロソブレ、１，４−ブタンジオール等で、常温で固化せず取り扱い易く、親水性及び木材中への浸透性が高く、溶媒置換を起こしやすいものが適当である。

本発明の木材安定処理剤は、計算量のホウ酸塩、水、多価アルコール、防カビ剤を耐熱容器に入れ、撹拌しながら加熱して均一な溶液とすれば製造できる。
また、予め調製した八ホウ酸ニナトリウム四水和物の水溶液に、所定量の多価アルコール及び防カビ剤を添加してもよい。

実用的価値の高い調製方法としては、適量のホウ酸、ホウ砂、多価アルコール、防カビ剤の混合物に、適量の水を加え、撹拌しながら加熱して均一な溶液とした後、撹拌を続けながら冷却すればよい。
（実施例１）
ビーカーに水１００ｇ、ホウ酸２２ｇ、ホウ砂２６ｇを入れ、電気ヒーターで加熱して完全に溶解させ、約３２％のホウ酸水溶液を得た。得られたホウ酸水溶液に多価アルコールを４５ｇ加えて約３３％の多価アルコール、２５０倍希釈）の防カビ成分を加えて木材処理液を調製した。これにより、ホウ酸濃度２２％、多価アルコール濃度３３％の混合溶液に約２５０倍希釈の防カビ成分を加えた木材処理水溶液が完成する。
（実施例２）
水１００ｇに対し、ホウ酸２５ｇ、ホウ砂２５ｇを加え、７０〜９０℃で加熱して完全に溶かす。または、（水１００ｇ・八ホウ酸ニナトリウム四水和物５０ｇ）。これを完全に溶かし、この溶液に多価アルコールと防カビ成分を１００〜５００倍、好ましくは原液の２５０〜３００倍希釈になるように加える。
［煮熟実験］
上記実施例で得られた木材処理水溶液に、１２０ｃｍ正角の芯持ちヒノキ材を薄く５ｍｍ程度の厚みに切断し試験体として投入し、煮熟した。煮熟しなかった試験体は乾燥後に複数の割れが生じたが、煮熟した試験体は乾燥後に割れが生じることが全く無かった。

とくに、木材処理液中に割れた木材を投入して煮熟すると、木材が含水して割れが回復する。次いで、処理液内で自然冷却させて常温に戻す際に溶媒含浸が起こり、木材の割れが閉じた状態のまま形状が安定する。これは、加熱により木材細胞の圧力が高められて膨張し、冷める過程で膨張した細胞中に処理液が浸透するためであると考えられる。したがって、単なる水のみを使用して木材を煮熟した後、常温の木材安定処理液に漬け込むことによっても所期の効果が得られる。

本実施例では、防カビ剤として、木材用防カビ剤ミルカット−８８Ａ（商品名：日本曹達株式会社製）を使用した。この防カビ剤は、有機窒素流化化合物、ヨード系有機化合物、低粘度高沸点溶剤、ポリオキシエチレン−ノニフェルニ−エーテル、界面活性剤の混合物からなる淡褐色透明液体で、通常その原液を２５０〜３００倍に希釈した水槽内に木材を浸漬して使用される。

以上、本発明は、多価アルコールを一種類、又は異なる複数種の多価アルコールを混合させたものに、防カビ剤を加え、この混合液を目的に応じて水で薄めた水溶処理液を作り、含水状態（含水率１０％以上）の木材の表面に付着させて木材を処理する方法。又は、この水溶処理液で温冷含浸させたり、長時間浸水させたり、水溶処理液を加圧注入させたりして、木材中に含浸させる方法を要旨とするものである。

また、上記の処理液で処理した木材をストレッチフィルムやビニール等で覆いラッピングして、時間をかけて（１日以上）常圧状態で処理液を注入させる方法。処理液にホウ酸を加え、このホウ酸混合液で木材を処理する方法。（３０％のホウ酸水溶液を作り、多価アルコールで薄めてホウ酸濃度２１％、多価アルコール濃度３３％の溶液を作る。）このホウ酸混合液で処理した木材をストレッチフィルムやビニール等のラップ材で覆いラッピングして、時間をかけて（１日以上）常圧状態で処理液を注入させて防腐防蟻効果のある木材に処理する拡散浸透方法を要旨とする。

そして、乾燥工程で大きく割れた木材や自然乾燥で大きく干割れした木材を、処理液中で、温冷させたり、加圧させたり、長時間浸水させたり、拡散浸透させたりして、木材中に含浸させることで、割れた木材を割れる前の状態に戻す木材の形状修復方法を要旨とする。

とくに、水溶処理液中で割れた木材を加熱して沸騰させると、水分により割れが回復し、その後にその処理液内で冷却させることで溶媒含浸を起こす。また、加熱した木材を水溶処理液中に入れ、その処理液内で冷却して処理液を含浸させても良い。これは加熱することで木材の細胞内の圧力が高まり細胞が膨張する。

さらに、本発明では、多価アルコールによる木材表面の割れ防止技術を、初期の水溶液濃度にして（吹き付け、塗布用で１００％〜３０％程度、浸積用で９０％以下）処理するが、水を使用するため、処理後のカビの発生についても考慮している。従来は、カビ対策は講じられていない。とくに、木材の形状安定目的の多価アルコール処理や防腐、防蟻目的のホウ酸をラッピングにより拡散浸透させる場合、カビ対策は必須である。

こうした木材処理においては、木材の含水率が高いほど処理効果が高くなる。（水分がないと浸透圧現象や溶媒置換が起こらない。）温度が高く、処理液の濃度も高く、処理液の接触時間が長いほど効果的である。（木材中に処理液を確実に浸み込ます必要がある。拡散・注入・含浸・漬積・吸収・置換・浸透）。塗布、スプレー吹付けでも良いが、液層に漬け込む方法が簡単である。

浸水処理時間は長いほど効果的。（ラッピングを採用して浸水状態を保つ、また、ラッピングすることで長時間の浸漬は要しない。）。

「ホウ酸処理の従来技術」
（１）モル比４：１のホウ酸ホウ砂化合物が八ホウ酸ニナトリウム四水和物の代用。
（２）八ホウ酸ニナトリウム四水和物を４部、グリセリン１〜２部、アルキレングルコール３〜１０部と、これに１重量％以下の糖アルコールを加えたもの。
（３）八ホウ酸ニナトリウム四水和物を１５％以上２５％以下、アルキレングルコール１％以上２０％以下、水５５％以上８５％以下の糖アルコール１％以下。
（４）酸化ホウ素（Ｂ_２Ｏ_３）換算で２５％以上のホウ酸塩をエチレングリコールに溶解した組成物。
（５）ポリアルキレングリコール４〜２３％、アルキレングリコール２０〜５０％及びグリコール可溶性ホウ酸塩からなる組成物。
（６）ホウ酸４０％、アミン類４０％、水２０％ホウ酸高濃度溶液。
（７）水１００ｇに対してホウ酸３５ｇ以上・ホウ砂４０ｇ以上の水溶液、水１００ｇに対してホウ酸３２ｇ・ホウ砂３７ｇが７０℃以上の温水に溶解する。

従来から知られているように、ホウ酸だけに水を加え、加温して溶解させ、冷却したときには、溶解度の差に相当するホウ酸が溶解しきれずに析出（再結晶）する。例えば、水１００ｇにホウ砂２０ｇを加え、１００℃に加温して完全に溶解させたとしても、２０℃に冷却すれば２０℃での溶解度は４．９０なので、１５．１ｇのホウ砂が析出することになる。ホウ砂の場合も同様であり、加温してホウ砂を多量に溶解させたとしても、室温に冷却すれば、室温での溶解度に相当する分しか溶解しないから、ホウ砂が析出（再結晶）することになる。

例えば、水１００ｇに対して、ホウ砂２５ｇを加え加温したところ、７０℃で完全に溶解した。その後、２０℃に冷却したところ、透明な水溶液となり、析出物は全く見られなかった。この水溶液はホウ素換算で３．４８ｋｇ、固形分換算で２３重量％であり、従来は室温で安定に存在し得なかった濃度の水溶液である。この水溶液のｐＨは６．９５、比重は１．１３であった。

例えば、水１００ｇに対して、ホウ酸５０ｇ、ホウ砂７０ｇを添加し、７０℃以上に加熱してから室温に冷却した後、溶け残りを濾過して分離することにより、本発明の処理液を得ることができる。得られた濾液（上澄み液）を蒸発乾固したところ、３０重量％の固形物が得られた。また、濾紙上に回収された溶け残り量を差し引いて求めた溶解量は、ホウ酸約３２ｇ、ホウ砂約３７ｇとなり、上記完溶させる方法で溶解させることができる量とほぼ等しくなった。このように、溶け残りが生じることを前提として、ホウ酸、ホウ砂を過剰に添加しても、約３０重量％の固形分を含有するホウ素化合物の水溶液を調製することができる。

そこで、水１００部に対して、ホウ酸（Ｈ_３ＢＯ_３）のＸ部とホウ砂（（ＮａＢ_４Ｏ_７）のＹ部（但し、Ｘ＜３５、Ｙ＜４０、０＜Ｘ＜Ｙ＋５）を添加し、加熱溶解せしめ、次に室温まで冷却することにより、室温で安定なホウ素化合物の水溶液を得ることができる。

建築基準法に基づく不燃認定を受けるためには、不燃試験及び燃焼試験のいずれかに合格する必要がある。不燃試験は直径４０ｍｍ、高さ５５ｍｍの円柱状の木材片を７５０℃の電気炉の中に２０分間保持して、重量減少率を調べるもので、重量減少率が３０％以下となることが合格の必要条件となる。
本実施例において、本発明処理液を含浸させた木材を使用して不燃試験を実施した。予め７５０℃に保持しておいた電気炉に木材片を挿入すると、木材片は全て赤熱した状態となったが、挿入後の電気炉の温度上昇は１２℃以内に留まった。２０分後、電気炉から取り出して放冷した木材片は、黒色の炭状の固形物で、木材片の外形を保っていた。重量減少率は、成熟材２６％であった。したがって、不燃性試験の判定基準を満たした。

Claims (4)

1. 水に、親水性・浸透性が高く溶媒置換を起こしやすい多価アルコールを少なくとも１種又は異なる複数種の多価アルコールを混合溶解させた多価アルコール水溶液に防カビ成分を加えたことを特徴とする木材形状安定処理剤。
2. 水に、親水性・浸透性が高く溶媒置換を起こしやすい多価アルコールを少なくとも１種又は異なる複数種の多価アルコールを混合溶解させた多価アルコール水溶液に防カビ成分を加えると共にホウ酸を加えたことを特徴とする木材形状安定保存処理剤。
3. 請求項１記載の木材形状安定処理剤又は請求項２記載の木材形状安定保存処理剤を含水状態の木材又は割れた木材に塗布、含浸又は注入することを特徴とする木材形状安定処理方法と保存処理方法。
4. 処理後の木材をラップ材でラッピングすることを特徴とする請求項３記載の木材形状安定処理方法と保存処理方法。