木質材料用不燃化薬剤、この木質材料用不燃化薬剤の製造方法、この木質材料用不燃化薬剤を用いた木質材料の不燃化方法及び不燃化木質材料
【課題】 不燃化木質材料における長年の懸案であった「吸湿性」、「不燃薬剤の滲み出し」などの問題を解決する木質材料用不燃化薬剤を提供する。
【解決手段】 カルボン酸としてのコハク酸９０ｇを水１０００ｍｌ中に撹拌しながら加え、続いて重量比でグアニジンとリン酸とが３：２で構成されている薬剤を４８０〜６００ｇ添加した。コハク酸，グアニジン及びリン酸はすべて室温で溶解して透明な溶液、すなわち木質材料用不燃化薬剤となった。
【解決手段】 カルボン酸としてのコハク酸９０ｇを水１０００ｍｌ中に撹拌しながら加え、続いて重量比でグアニジンとリン酸とが３：２で構成されている薬剤を４８０〜６００ｇ添加した。コハク酸，グアニジン及びリン酸はすべて室温で溶解して透明な溶液、すなわち木質材料用不燃化薬剤となった。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、住宅や店舗、その他建築構造物の内外装に利用される木質材料を不燃化する木質材料用不燃化薬剤と、この木質材料用不燃化薬剤の製造方法と、この木質材料用不燃化薬剤を用いた木質材料の不燃化方法と、この不燃化方法によって不燃化された不燃化木質材料とに関する。
【背景技術】
【０００２】
平成１０年度に建築基準法が改正になり、一定の性能を満たせば、木質材料も不燃材料としての認定が受けられるようになった。それ以降、木質材料の不燃化に関する研究開発が盛んになった。
不燃性能の評価方法の一つとして、コーンカロリーメータを用いた発熱性試験が規定されている。不燃の基準を満たすには、同装置による２０分間の加熱試験において、以下の３つの条件を充足する必要がある。
（１）総発熱量が８ＭＪ／ｍ2 以下であること。
（２）防火上有害な裏面まで貫通する亀裂および穴がないこと。
（３）最高発熱速度が１０秒以上継続して２００ｋｗ／ｍ2 を超えないこと。
【０００３】
木質材料がかかる３つの条件を充足するためには、木質材料中にかなり大量の木質材料用不燃化薬剤を導入する必要があり、高濃度の木質材料用不燃化薬剤を調製するか、特許第３５３８１９４号のように、木質材料用不燃化薬剤の含浸及び乾燥を複数回繰り返すことが必須である。
高濃度の木質材料用不燃化薬剤を得る方法としては、リン酸やリン酸の無機化合物などの溶解度が極めて高い薬剤を使用する方法、あるいは特開２００６−２１９３２９のように処理溶液を加温する方法、またあるいは、複数の薬剤を用いて溶解性を高める方法を挙げることができる。
【０００４】
しかし、上記の方法において、木質材料用不燃化薬剤の含浸及び乾燥を複数回繰り返す方法では、処理期間が極めて長くなり、コストパフォーマンスに欠けるという致命的な欠点がある。
【０００５】
また、溶解度が高いリン酸やリン酸の無機化合物などは極めて吸湿性が高く、それで処理された木質材料は、空気中の湿気を多量に吸い込み、それによって薬剤が滲み出すという大きな欠点がある。さらに、それを抑制するために行う塗装などの表面コーティング膜にも悪影響を及ぼし、剥離や亀裂が短時間で発生するという問題がある。
【０００６】
加温により溶解性を高めることで高濃度の木質材料用不燃化薬剤を得ることは難しいことではないが、含浸等の処理時にも加温が必要で、作業が煩雑になり、装置も複雑なものとなる。特に、木質材料用不燃化薬剤を木質材料に含浸させるのに最も有効な装置と思われる加圧注入缶にあっては、薬液貯蔵タンクと加圧注入缶との間に液送りパイプやポンプが不可欠であるが、そのような部位に残留した木質材料用不燃化薬剤が析出すると、それを除去することは極めて困難となる。そのようなトラブルを避けようとすれば、常に装置全体を加温しておくことが必要となる。従って、加温により溶解性を高めることで高濃度の木質材料用不燃化薬剤を得る方法では、仮に実用化されたとしても、製造コストが極めて高くなると考えられる。
【０００７】
複数の薬剤を混合して溶解性を高める方法としては、（１）特開２００６−０８２５３３のように炭酸水素ナトリウムを添加することによりホウ素系化合物の濃度を高める方法、（２）特開２００７−０９０８３９のように水酸化ナトリウムあるいは水酸化カリウムやモノエタノールアミンでpHを調整してホウ酸を高濃度に溶解させる方法、あるいは（３）特開平０３−２２３２０５や特開平０７−０８８８０８のように有機アミンを用いてホウ素化合物を高濃度に溶解している方法、または特開２００７−１６０５７０のようにリン酸グアニジンの溶解性をリン酸の添加により高めている方法などが知られている。
【０００８】
しかし、これらの方法で用いられている溶解性を高めるために加えられた薬剤は、いずれも吸湿性が高いため、それで処理された木質材料も著しく吸湿性が高く、自ら吸った湿気で木質材料用不燃化薬剤が滲み出し、ホウ酸系薬剤で処理された木質材料ではホウ酸の結晶により表面が白くなるという現象が生じる。また、リン酸系の木質材料用不燃化薬剤で処理された木質材料では、リン酸独特のべたつきが発生する。
【０００９】
このように、従来公知となっている木質材料用不燃化薬剤により処理された木質材料は、いずれも吸湿性が極めて高く、空気中の湿気を吸い込み、それが原因で薬剤の滲み出しや塗装等の表面コーティング膜の剥離や亀裂が発生することから、使用環境が著しく制約される。このため、不燃木質材料の吸湿性を抑制できれば、その用途は飛躍的に拡大すると考えられ、その処理技術の確立が強く望まれていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特許第３５３８１９４号
【特許文献２】特開２００６−２１９３２９
【特許文献３】特開２００６−０８２５３３
【特許文献４】特開２００７−０９０８３９
【特許文献５】特開平０３−２２３２０５
【特許文献６】特開平０７−０８８８０８
【特許文献７】特開２００７−１６０５７０
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
このような状況下にあって、発明者はできる限り簡便な手法により、不燃木質材料の吸湿性を抑制する技術を開発すべく検討を重ねてきた。周知の通り、グアニジンのリン酸塩（リン酸ジグアニジン) やリン酸グアニル尿素は、木質材料の不燃化には有効な薬剤であり、しかも特筆すべきことは、リン酸アンモニウムなどの木質材料用不燃化薬剤とは異なって、吸湿性がほとんどないことである。
しかし、それらの薬剤の溶解度は、リン酸ジグアニジンが１５．５ｇ／１００ｍｌ（２０℃）、リン酸グアニル尿素が８．５ｇ／１００ｍｌ（２０℃）である（『化学大辞典 縮小版第１１刷』 昭和４６年２月５日発行 共立出版）。
木質材料に不燃性を付与するには、木質材料１ｍ3 当たり１６０〜１７０ｋｇ以上の木質材料用不燃化薬剤を用いる必要がある一方で、木質材料１ｍ3 当たりの木質材料用不燃化薬剤の注入量は、最大１０００ｋｇ（注入量８００リットル、液密度１．２５ｇ／ｃｍ3 として) であるので、１回の注入作業で不燃木質材料を製造するには、最低でも２０ｇ／１００ｍｌの溶解度が必要であり、グアニジンのリン酸塩（リン酸ジグアニジン) やリン酸グアニル尿素を主剤として、木質材料用不燃化薬剤を調製するには、何らかの手段でそれらの溶解性を高める工夫が必要である。
【００１２】
特開２００７−１６０５７０（特許文献７）では、リン酸を所定量加えることで、グアニジンのリン酸塩の溶解性を木質材料の不燃化に必要な濃度にまで高める技術が開示されている。
この発明から推定するに、無機酸を添加することで、グアニジンやグアニジンの誘導体であるグアニル尿素の溶解性は改善できると思われた。無機酸には、リン酸の他、硫酸、塩酸、硝酸があるが、いずれも強酸であり、木質材料の熱分解を促進して、燃焼時の発熱量を抑制する効果があると期待される一方で、木質材料用不燃化薬剤の調合時に劇薬を使用せねばならないし、調合した木質材料用不燃化薬剤が酸性に著しく傾き、処理する木質材料の材色や強度など、材質が低下する危険性が高い。
上述した無機酸以外の無機酸としては炭酸があるが、周知の通り炭酸は不安定で、炭酸を木質材料用不燃化薬剤に用いると、木質材料用不燃化薬剤中から炭酸ガスとして除かれ、主剤であるグアニジンやグアニル尿素が保管中、あるいは含浸処理時に析出する危険性が極めて高い。
【００１３】
そこで、特許文献７記載の発明では、中程度の酸であり揮発性がないリン酸を用いてグアニジンの溶解性を高め、木質材料用不燃化薬剤を調製することに成功した。
しかし、リン酸は潮解性のある薬剤であり、前述したとおり、それを用いて製造した不燃化木質材料は極めて吸湿性が高く、湿度が高い条件下に置かれると自らが吸った湿気で、リン酸が木質材料の表面に滲み出した。
【００１４】
グアニジンやグアニル尿素の溶解性を高めるために、残された方法として、有機酸を用いることが考えられた。硫酸や塩酸などの無機強酸に比べると、有機酸は比較的穏やかな酸であり、木質材料用不燃化薬剤調合時など、作業時の安全性が確保される。しかし、木質材料用不燃化薬剤の一部に有機酸を使うことは、木質材料中にさらに有機物を持ち込むことになる。無機酸とは異なり、有機酸は加熱に伴い二酸化炭素と水に熱分解され、その際熱が発生し、結果として処理された木質材料の熱分解に伴う発熱量が増加し、コーンカロリーメータでの発熱性試験において、２０分間での総発熱量が、不燃材料の認定基準値である８ＭＪ／ｍ2 以下を達成できないことが懸念された。
しかし、後述するように、その後いくつもの実験を行い、その製造方法を確立し、本発明を完成するに至った。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の請求項１記載の木質材料用不燃化薬剤は、カルボン酸あるいはその無水物を用いて、塩基性チッ素化合物のリン酸塩を、その溶解度以上に溶解させることを特徴とするものである。
【００１６】
本発明の請求項２記載の木質材料用不燃化薬剤は、請求項１記載の塩基性チッ素化合物が水１０００ｍｌに対して２００ｇ以上溶解していることを特徴とするものである。
【００１７】
本発明の請求項３記載の木質材料用不燃化薬剤は、請求項１記載の木質材料用不燃化薬剤における塩基性チッ素化合物をグアニジン、グアニル尿素のいずれか、あるいはそれらの混合物とすることを特徴とするものである。
【００１８】
本発明の請求項４記載の木質材料用不燃化薬剤は、請求項１、２又は３記載の木質材料用不燃化薬剤におけるカルボン酸あるいはその無水物を二価以上の多価カルボン酸とすることを特徴とするものである。
【００１９】
本発明の請求項５記載の木質材料用不燃化薬剤は、請求項４記載の木質材料用不燃化薬剤における二価以上の多価カルボン酸を、シュウ酸、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、マレイン酸、リンゴ酸、酒石酸、トリカルバリル酸、クエン酸、ブタンテトラカルボン酸のいずれか、あるいはそれらのうち２種類以上の混合物とすることを特徴とするものである。
【００２０】
本発明の請求項６記載の木質材料用不燃薬剤の製造方法は、カルボン酸あるいはその無水物を用いて、塩基性チッ素化合物のリン酸塩を、その溶解度以上に溶解させることを特徴とするものである。
木質材料用不燃化薬剤を調製するときに若干の加温をすることで、溶解速度が増し、効率的に水溶液を調製することができる。また、カルボン酸あるいはその無水物を水に溶解させる工程と、塩基性チッ素化合物のリン酸塩を溶解させる工程は、その順番どおりでなくてもよく、両者を混合した後に水に溶解させても支障はない。
【００２１】
本発明の請求項７記載の木質材料の不燃化方法は、請求項１から請求項５に記載された木質材料用不燃化薬剤のいずれかを木質材料に含浸、塗布した後、乾燥させることを特徴とするものである。
なお、含浸の方法は問わないが、木質材料用不燃化薬剤への浸漬法や加圧式注入法などを挙げることができる。また、ここに言う乾燥とは、人工乾燥が望ましいが、天然乾燥でも差し支えない。人工乾燥の際の加温の手段は太陽熱などの自然エネルギーであっても良いし、スチームボイラーによる直接、あるいは間接的な加熱や、高周波等による誘電加熱であってもよい。送風することや減圧に保つことも効果的である。加熱温度は３５℃〜９０℃がより適当である。
また、ここで言う木質材料とは、木材や竹材を始めとするリグノセルロース系の素材、およびそれらを原料とする製品、たとえば、集成材、繊維板、パーチクルボードなどを言う。
【００２２】
本発明の請求項８記載の不燃化木質材料は、請求項１から請求項５に記載された木質材料用不燃化薬剤のいずれかを木質材料に含浸、塗布した後、乾燥させて得られたものである。
【発明の効果】
【００２３】
本発明に係る木質材料用不燃化薬剤によると、塩基性チッ素化合物のリン酸塩には吸湿性が低い薬剤があり、それを用いて不燃木質材料を調製することで、不燃化木質材料における長年の懸案であった「吸湿性」、「不燃薬剤の滲み出し」などの問題を解決することができる。しかし、塩基性チッ素化合物のリン酸塩は、リン酸やリン酸アンモニウムなど吸湿性が極めて高い薬剤と比べて、水に対する溶解度が低いので、それらの薬剤のみを溶解させたのでは、木質材料の不燃化は達成できなかった。本発明では、有機酸を用いることで、塩基性チッ素化合物のリン酸塩の溶解性を高め、木質材料の不燃化を１回の注入処理で達成するのに必要な濃度の薬液を調製することができた。これを用いて木質材料を処理することで、吸湿性が低く、薬剤の滲み出しがない不燃化木質材料が創出でき、その用途が飛躍的に拡大することが期待される。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、実施例の一部を紹介するが、ここに記された内容が全てではなく、これらによって当特許の請求範囲が制約されるものではない。
【実施例１】
【００２５】
カルボン酸としてコハク酸９０ｇを水１０００ｍｌ中に撹拌しながら加え、続いて重量比でグアニジンとリン酸が３：２で構成されている薬剤を４８０〜６００ｇ添加した。このとき、薬剤は全て室温で溶解し、透明な溶液を得た。
後述する比較例１で示すように、コハク酸を添加せずに、グアニジンとリン酸が３：２で構成されている薬剤を１０００ｍｌに４８０ｇ添加したときには、薬剤全てを室温では溶解できなかったことから、カルボン酸としてのコハク酸の添加により、塩基性チッ素化合物であるグアニジンのリン酸塩はその溶解度（１５．５ｇ／ｍｌ、２０℃）を超えて溶解し、木質材料の不燃処理に用いる木質材料用不燃化薬剤が調製できたことは明らかである。
【００２６】
６０℃で十分に乾燥させた密度０．３６ｇ／ｃｍ3 のスギ辺材板目板（厚さ１５ｍｍ、板幅１２０ｍｍ、繊維方向の長さ１２０ｍｍ）を、実施例１で示したグアニジンとリン酸から成る薬剤がコハク酸９０ｇとともに水１０００ｍｌに対して５５０ｇ溶解している木質材料用不燃化薬剤中に沈め、加圧式注入缶を用いて、約５０ｈＰａの減圧を４５分、続いて約１．２ＭＰａの加圧を１．５時間という条件で含浸させた。そのとき、同溶液（木質材料用不燃化薬剤）の浸透性は良好であり、理論最大値どおりの注入量を得た。
その後、送風式の乾燥機を用いて、６０℃で恒量になるまで乾燥させた。これを２３℃で相対湿度５０％の恒温恒湿器中で平衡状態になるまで調湿した後、板面の寸法が１００ｍｍ四方となるように切削加工し、コーンカロリーメータによる発熱性試験に供した。
その結果、２０分間での総発熱量は４．７０ＭＪ／ｍ2 となり、不燃材料の認定基準値である８ＭＪ／ｍ2 以下の値となった。また、貫通割れや、２００ｋｗ／ｍ2 を上回る発熱速度も観察されることなく、不燃化木質材料としての規格を満たした。さらに、この不燃化木質材料の３０℃、相対湿度９０％における平衡含水率は１２．６％であり、無処理の木質材料のそれ（１９．２％）よりも明らかに低い値となった。
【００２７】
比較例１
グアニジンとリン酸が重量比３：２で構成されている薬剤４８０ｇを、水１０００ｍｌに添加し、室温で十分に撹拌したが、全ての薬剤を溶解することができず、溶解できなかった薬剤が、相当量沈殿した。その量は、添加した薬剤の１／３以上と目された。
これで得られた液の上澄みを取り、実施例１と同様の処理と、発熱性試験を実施したところ、２０分間での総発熱量は１４．６ＭＪ／ｍ2 となり、不燃材料の認定基準である８ＭＪ／ｍ2 以下を満たすことができなかった。
【実施例２】
【００２８】
カルボン酸としてコハク酸１２０ｇを水１０００ｍｌ中に撹拌しながら加え、グアニジンとリン酸が重量比３：２で構成されている薬剤３３０ｇと、グアニル尿素とリン酸が重量比１：１で構成されている薬剤２２０ｇを添加した。このとき、薬剤は全て室温で溶解し、透明な溶液（木質材料用不燃化薬剤）を得た。
後述する比較例２で示すように、コハク酸を添加せずに、グアニジンとリン酸が重量比３：２で構成されている薬剤３３０ｇと、グアニル尿素とリン酸が重量比１：１で構成されている薬剤２２０ｇを水１０００ｍｌに添加したときには、室温ではこれらの薬剤を完全に溶解できなかったことから、コハク酸の添加により、これらの塩基性チッ素化合物のリン酸塩はその溶解度（８．５ｇ／１００ｍｌ）を超えて溶解し、木質材料の不燃化処理に用いる木質材料用不燃化薬剤が調製できたことは明らかである。
【００２９】
実施例２で調製した木質材料用不燃化薬剤を用いて、実施例１と同様にスギ試験片を処理した後、さらに実施例１と同様にコーンカロリーメータによる発熱性試験に供した。
その結果、２０分間での総発熱量は４．５８ＭＪ／ｍ2 となり、不燃材料の認定基準値である８ＭＪ／ｍ2 以下の値となった。また、貫通割れや、２００ｋｗ／ｍ2 を上回る発熱速度も観察されることなく、不燃材料としての規格を満たした。さらに、不燃化木質材料の３０℃、相対湿度９０％における平衡含水率は１５．６％であり、無処理の木質材料のそれ（１９．２％）よりも明らかに低い値となった。
【００３０】
比較例２
グアニジンとリン酸が重量比３：２で構成されている薬剤３３０ｇと、グアニル尿素とリン酸が重量比１：１で構成されている薬剤２２０ｇを添加した。室温で十分に撹拌したが、全ての薬剤を溶解することができず、溶解できなかった薬剤が、相当量沈殿した。その量は、添加した薬剤の１／３以上と目された。
【実施例３】
【００３１】
実施例１で示したコハク酸に代わって、ブタンテトラカルボン酸９０ｇを水１０００ｍｌに加えた後、グアニジン３５０ｇとリン酸２００ｇで構成される薬剤を添加した。このとき、薬剤は全て室温で溶解し、透明な溶液（木質材料用不燃化薬剤）を得た。
後述する比較例３で示すように、ブタンテトラカルボン酸を添加せずに、グアニジン３５０ｇとリン酸２００ｇから成る薬剤を水１０００ｍｌに添加したときには、室温では薬剤を完全に溶解できなかったことから、カルボン酸としてのブタンテトラカルボン酸の添加により、グアニジンのリン酸塩はその溶解度（１５．５ｇ／１００ｍｌ）を超えて溶解し、木質材料の不燃処理に用いる木質材料用不燃化薬剤が調製できたことは明らかである。
【００３２】
実施例３により得た木質材料用不燃化薬剤を用い、実施例１と同様にスギ試験片を処理した後、さらに実施例１と同様にコーンカロリーメータによる発熱性試験を実施したところ、２０分間での総発熱量は４．５５ＭＪ／ｍ2 となり、不燃材料の認定基準値である８ＭＪ／ｍ2 以下の値となった。また、貫通割れや、２００ｋｗ／ｍ2 を上回る発熱速度も観察されることなく、不燃材料としての規格を満たした。さらに、不燃化木質材料の３０℃、相対湿度９０％における平衡含水率は２２．４％であり、無処理木材のそれ（１９．２％）よりもやや高い値になったが、比較例４の処理で見られたような薬剤の滲み出しは観察されなかった。
【００３３】
比較例３
グアニジン３５０ｇとリン酸２００ｇから成る薬剤を、水１０００ｍｌに添加し、室温で十分に撹拌したが、全ての薬剤を溶解することができず、溶解できなかった薬剤が、相当量沈殿した。その量は、添加した薬剤の１／３以上と目された。
【００３４】
比較例４
水１０００ｍｌにリン酸１２０ｇを溶解させた後、グアニジン３３０ｇとリン酸２７０ｇが含まれる薬剤を添加した。このとき、薬剤は全て室温で溶解し、透明な溶液を得た。実施例２と同様の処理を行い、さらに実施例２と同様の発熱性試験を実施したところ、２０分間での総発熱量は５．１２ＭＪ／ｍ2 となるなど、不燃材料としての基準は全て満たした。
しかし、同処理木材の３０℃、相対湿度９０％における平衡含水率は５６％であり、無処理木材のそれ（１９．２％）よりもはるかに高い値となり、細胞壁内に取り込まれる結合水のほか、細胞内孔には明らかに自由水が存在して、木材表面からは薬剤の滲み出しによるべたつきが認められ、調湿時に試験片の下に置いておいた濾紙を汚染した。
【実施例４】
【００３５】
実施例１で示したコハク酸に代わって、無水コハク酸７６ｇを水１０００ｍｌに加えた後、グアニジン３５０ｇとリン酸２００ｇで構成される薬剤を添加した。このとき、薬剤は全て室温で溶解し、透明な溶液（木質材料用不燃化薬剤) を得た。
【００３６】
実施例４により得た溶液を用い、実施例１と同様にスギ試験片を処理した後、さらに実施例１と同様にコーンカロリーメータによる発熱性試験を実施したところ、２０分間での総発熱量は５．０２ＭＪ／ｍ2 となり、不燃材料の認定基準値である８ＭＪ／ｍ2 以下の値となった。また、貫通割れや、２００ｋｗ／ｍ2 を上回る発熱速度も観察されることなく、不燃材料としての規格を満たした。さらに、同処理木材の３０℃、相対湿度９０％における平衡含水率は１６．４％であり、無処理木材のそれ（１９．２％）よりも低い値になった。
【実施例５】
【００３７】
実施例１で示したコハク酸に代わって、シュウ酸９０ｇを水１０００ｍｌに加えた後、グアニジン３５０ｇとリン酸２００ｇで構成される薬剤を添加した。このとき、薬剤は全て室温で溶解し、透明な溶液（木質材料用不燃化薬剤) を得た。
【００３８】
実施例５により得た溶液を用い、実施例１と同様にスギ試験片を処理した後、さらに実施例１と同様にコーンカロリーメータによる発熱性試験を実施したところ、20分間での総発熱量は６．２２ＭＪ／ｍ2 となり、不燃材料の認定基準値である８ＭＪ／ｍ2 以下の値となった。また、貫通割れや、２００ｋｗ／ｍ2 を上回る発熱速度も観察されることなく、不燃材料としての規格を満たした。さらに、同処理木材の３０℃、相対湿度９０％における平衡含水率は２１．５％であり、無処理木材のそれ（１９．２％）よりもやや高い値になったが、比較例４の処理で見られたような薬剤の滲み出しは観察されなかった。
【実施例６】
【００３９】
実施例１で示したコハク酸に代わって、マロン酸９０ｇを水１０００ｍｌに加えた後、グアニジン３５０ｇとリン酸２００ｇで構成される薬剤を添加した。このとき、薬剤は全て室温で溶解し、透明な溶液（木質材料用不燃化薬剤) を得た。
【００４０】
実施例６により得た溶液を用い、実施例１と同様にスギ試験片を処理した後、さらに実施例１と同様にコーンカロリーメータによる発熱性試験を実施したところ、２０分間での総発熱量は６．０８ＭＪ／ｍ2 となり、不燃材料の認定基準値である８ＭＪ／ｍ2 以下の値となった。また、貫通割れや、２００ｋｗ／ｍ2 を上回る発熱速度も観察されることなく、不燃材料としての規格を満たした。さらに、同処理木材の３０℃、相対湿度９０％における平衡含水率は２０．８％であり、無処理木材のそれ（１９．２％）よりもやや高い値になったが、比較例４の処理で見られたような薬剤の滲み出しは観察されなかった。
【実施例７】
【００４１】
実施例１で示したコハク酸に代わって、グルタル酸９０ｇを水１０００ｍｌに加えた後、グアニジン３５０ｇとリン酸２００ｇで構成される薬剤を添加した。このとき、薬剤は全て室温で溶解し、透明な溶液（木質材料用不燃化薬剤) を得た。
【００４２】
実施例７により得た溶液を用い、実施例１と同様にスギ試験片を処理した後、さらに実施例１と同様にコーンカロリーメータによる発熱性試験を実施したところ、２０分間での総発熱量は５．８８ＭＪ／ｍ2 となり、不燃材料の認定基準値である８ＭＪ／ｍ2 以下の値となった。また、貫通割れや、２００ｋｗ／ｍ2 を上回る発熱速度も観察されることなく、不燃材料としての規格を満たした。さらに、同処理木材の３０℃、相対湿度９０％における平衡含水率は２３．２％であり、無処理木材のそれ（１９．２％）よりもやや高い値になったが、比較例４の処理で見られたような薬剤の滲み出しは観察されなかった。
【実施例８】
【００４３】
実施例１で示したコハク酸に代わって、無水グルタル酸７８ｇを水１０００ｍｌに加えた後、グアニジン３５０ｇとリン酸２００ｇで構成される薬剤を添加した。このとき、薬剤は全て室温で溶解し、透明な溶液（木質材料用不燃化薬剤) を得た。
【００４４】
実施例８により得た溶液を用い、実施例１と同様にスギ試験片を処理した後、さらに実施例１と同様にコーンカロリーメータによる発熱性試験を実施したところ、２０分間での総発熱量は５．４６ＭＪ／ｍ2 となり、不燃材料の認定基準値である８ＭＪ／ｍ2 以下の値となった。また、貫通割れや、２００ｋｗ／ｍ2 を上回る発熱速度も観察されることなく、不燃材料としての規格を満たした。さらに、同処理木材の３０℃、相対湿度９０％における平衡含水率は２２．３％であり、無処理木材のそれ（１９．２％）よりもやや高い値になったが、比較例４の処理で見られたような薬剤の滲み出しは観察されなかった。
【実施例９】
【００４５】
実施例１で示したコハク酸に代わって、マレイン酸９０ｇを水１０００ｍｌに加えた後、グアニジン３５０ｇとリン酸２００ｇで構成される薬剤を添加した。このとき、薬剤は全て室温で溶解し、透明な溶液（木質材料用不燃化薬剤) を得た。
【００４６】
実施例９により得た溶液を用い、実施例１と同様にスギ試験片を処理した後、さらに実施例１と同様にコーンカロリーメータによる発熱性試験を実施したところ、２０分間での総発熱量は５．３３ＭＪ／ｍ2 となり、不燃材料の認定基準値である８ＭＪ／ｍ2 以下の値となった。また、貫通割れや、２００ｋｗ／ｍ2 を上回る発熱速度も観察されることなく、不燃材料としての規格を満たした。さらに、同処理木材の３０℃、相対湿度９０％における平衡含水率は１９．２％であり、無処理木材のそれ（１９．２％）と同じ含水率となった。
【実施例１０】
【００４７】
実施例１で示したコハク酸に代わって、リンゴ酸９０ｇを水１０００ｍｌに加えた後、グアニジン３５０ｇとリン酸２００ｇで構成される薬剤を添加した。このとき、薬剤は全て室温で溶解し、透明な溶液（木質材料用不燃化薬剤) を得た。
【００４８】
実施例１０により得た溶液を用い、実施例１と同様にスギ試験片を処理した後、さらに実施例１と同様にコーンカロリーメータによる発熱性試験を実施したところ、２０分間での総発熱量は４．４７ＭＪ／ｍ2 となり、不燃材料の認定基準値である８ＭＪ／ｍ2 以下の値となった。また、貫通割れや、２００ｋｗ／ｍ2 を上回る発熱速度も観察されることなく、不燃材料としての規格を満たした。さらに、同処理木材の３０℃、相対湿度９０％における平衡含水率は２２．８％であり、無処理木材のそれ（１９．２％）よりもやや高い値になったが、比較例４の処理で見られたような薬剤の滲み出しは観察されなかった。
【実施例１１】
【００４９】
実施例１で示したコハク酸に代わって、酒石酸９０ｇを水１０００ｍｌに加えた後、グアニジン３５０ｇとリン酸２００ｇで構成される薬剤を添加した。このとき、薬剤は全て室温で溶解し、透明な溶液（木質材料用不燃化薬剤) を得た。
【００５０】
実施例１１により得た溶液を用い、実施例１と同様にスギ試験片を処理した後、さらに実施例１と同様にコーンカロリーメータによる発熱性試験を実施したところ、２０分間での総発熱量は４．９８ＭＪ／ｍ2 となり、不燃材料の認定基準値である８ＭＪ／ｍ2 以下の値となった。また、貫通割れや、２００ｋｗ／ｍ2 を上回る発熱速度も観察されることなく、不燃材料としての規格を満たした。さらに、同処理木材の３０℃、相対湿度９０％における平衡含水率は２２．１％であり、無処理木材のそれ（１９．２％）よりもやや高い値になったが、比較例４の処理で見られたような薬剤の滲み出しは観察されなかった。
【実施例１２】
【００５１】
実施例１で示したコハク酸に代わって、トリカルバリル酸９０ｇを水１０００ｍｌに加えた後、グアニジン３５０ｇとリン酸２００ｇで構成される薬剤を添加した。このとき、薬剤は全て室温で溶解し、透明な溶液（木質材料用不燃化薬剤) を得た。
【００５２】
実施例１２により得た溶液を用い、実施例１と同様にスギ試験片を処理した後、さらに実施例１と同様にコーンカロリーメータによる発熱性試験を実施したところ、２０分間での総発熱量は５．２６ＭＪ／ｍ2 となり、不燃材料の認定基準値である８ＭＪ／ｍ2 以下の値となった。また、貫通割れや、２００ｋｗ／ｍ2 を上回る発熱速度も観察されることなく、不燃材料としての規格を満たした。さらに、同処理木材の３０℃、相対湿度９０％における平衡含水率は２１．１％であり、無処理木材のそれ（１９．２％）よりもやや高い値になったが、比較例４の処理で見られたような薬剤の滲み出しは観察されなかった。
【実施例１３】
【００５３】
実施例１で示したコハク酸に代わって、クエン酸９０ｇを水１０００ｍｌに加えた後、グアニジン．３５０ｇとリン酸２００ｇで構成される薬剤を添加した。このとき、薬剤は全て室温で溶解し、透明な溶液（木質材料用不燃化薬剤) を得た。
【００５４】
実施例１３により得た溶液を用い、実施例１と同様にスギ試験片を処理した後、さらに実施例１と同様にコーンカロリーメータによる発熱性試験を実施したところ、２０分間での総発熱量は５．２２ＭＪ／ｍ2 となり、不燃材料の認定基準値である８ＭＪ／ｍ2 以下の値となった。また、貫通割れや、２００ｋｗ／ｍ2 を上回る発熱速度も観察されることなく、不燃材料としての規格を満たした。さらに、同処理木材の３０℃、相対湿度９０％における平衡含水率は２０．４％であり、無処理木材のそれ（１９．２％）よりもやや高い値になったが、比較例４の処理で見られたような薬剤の滲み出しは観察されなかった。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、住宅や店舗、その他建築構造物の内外装に利用される木質材料を不燃化する木質材料用不燃化薬剤と、この木質材料用不燃化薬剤の製造方法と、この木質材料用不燃化薬剤を用いた木質材料の不燃化方法と、この不燃化方法によって不燃化された不燃化木質材料とに関する。
【背景技術】
【０００２】
平成１０年度に建築基準法が改正になり、一定の性能を満たせば、木質材料も不燃材料としての認定が受けられるようになった。それ以降、木質材料の不燃化に関する研究開発が盛んになった。
不燃性能の評価方法の一つとして、コーンカロリーメータを用いた発熱性試験が規定されている。不燃の基準を満たすには、同装置による２０分間の加熱試験において、以下の３つの条件を充足する必要がある。
（１）総発熱量が８ＭＪ／ｍ2 以下であること。
（２）防火上有害な裏面まで貫通する亀裂および穴がないこと。
（３）最高発熱速度が１０秒以上継続して２００ｋｗ／ｍ2 を超えないこと。
【０００３】
木質材料がかかる３つの条件を充足するためには、木質材料中にかなり大量の木質材料用不燃化薬剤を導入する必要があり、高濃度の木質材料用不燃化薬剤を調製するか、特許第３５３８１９４号のように、木質材料用不燃化薬剤の含浸及び乾燥を複数回繰り返すことが必須である。
高濃度の木質材料用不燃化薬剤を得る方法としては、リン酸やリン酸の無機化合物などの溶解度が極めて高い薬剤を使用する方法、あるいは特開２００６−２１９３２９のように処理溶液を加温する方法、またあるいは、複数の薬剤を用いて溶解性を高める方法を挙げることができる。
【０００４】
しかし、上記の方法において、木質材料用不燃化薬剤の含浸及び乾燥を複数回繰り返す方法では、処理期間が極めて長くなり、コストパフォーマンスに欠けるという致命的な欠点がある。
【０００５】
また、溶解度が高いリン酸やリン酸の無機化合物などは極めて吸湿性が高く、それで処理された木質材料は、空気中の湿気を多量に吸い込み、それによって薬剤が滲み出すという大きな欠点がある。さらに、それを抑制するために行う塗装などの表面コーティング膜にも悪影響を及ぼし、剥離や亀裂が短時間で発生するという問題がある。
【０００６】
加温により溶解性を高めることで高濃度の木質材料用不燃化薬剤を得ることは難しいことではないが、含浸等の処理時にも加温が必要で、作業が煩雑になり、装置も複雑なものとなる。特に、木質材料用不燃化薬剤を木質材料に含浸させるのに最も有効な装置と思われる加圧注入缶にあっては、薬液貯蔵タンクと加圧注入缶との間に液送りパイプやポンプが不可欠であるが、そのような部位に残留した木質材料用不燃化薬剤が析出すると、それを除去することは極めて困難となる。そのようなトラブルを避けようとすれば、常に装置全体を加温しておくことが必要となる。従って、加温により溶解性を高めることで高濃度の木質材料用不燃化薬剤を得る方法では、仮に実用化されたとしても、製造コストが極めて高くなると考えられる。
【０００７】
複数の薬剤を混合して溶解性を高める方法としては、（１）特開２００６−０８２５３３のように炭酸水素ナトリウムを添加することによりホウ素系化合物の濃度を高める方法、（２）特開２００７−０９０８３９のように水酸化ナトリウムあるいは水酸化カリウムやモノエタノールアミンでpHを調整してホウ酸を高濃度に溶解させる方法、あるいは（３）特開平０３−２２３２０５や特開平０７−０８８８０８のように有機アミンを用いてホウ素化合物を高濃度に溶解している方法、または特開２００７−１６０５７０のようにリン酸グアニジンの溶解性をリン酸の添加により高めている方法などが知られている。
【０００８】
しかし、これらの方法で用いられている溶解性を高めるために加えられた薬剤は、いずれも吸湿性が高いため、それで処理された木質材料も著しく吸湿性が高く、自ら吸った湿気で木質材料用不燃化薬剤が滲み出し、ホウ酸系薬剤で処理された木質材料ではホウ酸の結晶により表面が白くなるという現象が生じる。また、リン酸系の木質材料用不燃化薬剤で処理された木質材料では、リン酸独特のべたつきが発生する。
【０００９】
このように、従来公知となっている木質材料用不燃化薬剤により処理された木質材料は、いずれも吸湿性が極めて高く、空気中の湿気を吸い込み、それが原因で薬剤の滲み出しや塗装等の表面コーティング膜の剥離や亀裂が発生することから、使用環境が著しく制約される。このため、不燃木質材料の吸湿性を抑制できれば、その用途は飛躍的に拡大すると考えられ、その処理技術の確立が強く望まれていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特許第３５３８１９４号
【特許文献２】特開２００６−２１９３２９
【特許文献３】特開２００６−０８２５３３
【特許文献４】特開２００７−０９０８３９
【特許文献５】特開平０３−２２３２０５
【特許文献６】特開平０７−０８８８０８
【特許文献７】特開２００７−１６０５７０
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
このような状況下にあって、発明者はできる限り簡便な手法により、不燃木質材料の吸湿性を抑制する技術を開発すべく検討を重ねてきた。周知の通り、グアニジンのリン酸塩（リン酸ジグアニジン) やリン酸グアニル尿素は、木質材料の不燃化には有効な薬剤であり、しかも特筆すべきことは、リン酸アンモニウムなどの木質材料用不燃化薬剤とは異なって、吸湿性がほとんどないことである。
しかし、それらの薬剤の溶解度は、リン酸ジグアニジンが１５．５ｇ／１００ｍｌ（２０℃）、リン酸グアニル尿素が８．５ｇ／１００ｍｌ（２０℃）である（『化学大辞典 縮小版第１１刷』 昭和４６年２月５日発行 共立出版）。
木質材料に不燃性を付与するには、木質材料１ｍ3 当たり１６０〜１７０ｋｇ以上の木質材料用不燃化薬剤を用いる必要がある一方で、木質材料１ｍ3 当たりの木質材料用不燃化薬剤の注入量は、最大１０００ｋｇ（注入量８００リットル、液密度１．２５ｇ／ｃｍ3 として) であるので、１回の注入作業で不燃木質材料を製造するには、最低でも２０ｇ／１００ｍｌの溶解度が必要であり、グアニジンのリン酸塩（リン酸ジグアニジン) やリン酸グアニル尿素を主剤として、木質材料用不燃化薬剤を調製するには、何らかの手段でそれらの溶解性を高める工夫が必要である。
【００１２】
特開２００７−１６０５７０（特許文献７）では、リン酸を所定量加えることで、グアニジンのリン酸塩の溶解性を木質材料の不燃化に必要な濃度にまで高める技術が開示されている。
この発明から推定するに、無機酸を添加することで、グアニジンやグアニジンの誘導体であるグアニル尿素の溶解性は改善できると思われた。無機酸には、リン酸の他、硫酸、塩酸、硝酸があるが、いずれも強酸であり、木質材料の熱分解を促進して、燃焼時の発熱量を抑制する効果があると期待される一方で、木質材料用不燃化薬剤の調合時に劇薬を使用せねばならないし、調合した木質材料用不燃化薬剤が酸性に著しく傾き、処理する木質材料の材色や強度など、材質が低下する危険性が高い。
上述した無機酸以外の無機酸としては炭酸があるが、周知の通り炭酸は不安定で、炭酸を木質材料用不燃化薬剤に用いると、木質材料用不燃化薬剤中から炭酸ガスとして除かれ、主剤であるグアニジンやグアニル尿素が保管中、あるいは含浸処理時に析出する危険性が極めて高い。
【００１３】
そこで、特許文献７記載の発明では、中程度の酸であり揮発性がないリン酸を用いてグアニジンの溶解性を高め、木質材料用不燃化薬剤を調製することに成功した。
しかし、リン酸は潮解性のある薬剤であり、前述したとおり、それを用いて製造した不燃化木質材料は極めて吸湿性が高く、湿度が高い条件下に置かれると自らが吸った湿気で、リン酸が木質材料の表面に滲み出した。
【００１４】
グアニジンやグアニル尿素の溶解性を高めるために、残された方法として、有機酸を用いることが考えられた。硫酸や塩酸などの無機強酸に比べると、有機酸は比較的穏やかな酸であり、木質材料用不燃化薬剤調合時など、作業時の安全性が確保される。しかし、木質材料用不燃化薬剤の一部に有機酸を使うことは、木質材料中にさらに有機物を持ち込むことになる。無機酸とは異なり、有機酸は加熱に伴い二酸化炭素と水に熱分解され、その際熱が発生し、結果として処理された木質材料の熱分解に伴う発熱量が増加し、コーンカロリーメータでの発熱性試験において、２０分間での総発熱量が、不燃材料の認定基準値である８ＭＪ／ｍ2 以下を達成できないことが懸念された。
しかし、後述するように、その後いくつもの実験を行い、その製造方法を確立し、本発明を完成するに至った。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の請求項１記載の木質材料用不燃化薬剤は、カルボン酸あるいはその無水物を用いて、塩基性チッ素化合物のリン酸塩を、その溶解度以上に溶解させることを特徴とするものである。
【００１６】
本発明の請求項２記載の木質材料用不燃化薬剤は、請求項１記載の塩基性チッ素化合物が水１０００ｍｌに対して２００ｇ以上溶解していることを特徴とするものである。
【００１７】
本発明の請求項３記載の木質材料用不燃化薬剤は、請求項１記載の木質材料用不燃化薬剤における塩基性チッ素化合物をグアニジン、グアニル尿素のいずれか、あるいはそれらの混合物とすることを特徴とするものである。
【００１８】
本発明の請求項４記載の木質材料用不燃化薬剤は、請求項１、２又は３記載の木質材料用不燃化薬剤におけるカルボン酸あるいはその無水物を二価以上の多価カルボン酸とすることを特徴とするものである。
【００１９】
本発明の請求項５記載の木質材料用不燃化薬剤は、請求項４記載の木質材料用不燃化薬剤における二価以上の多価カルボン酸を、シュウ酸、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、マレイン酸、リンゴ酸、酒石酸、トリカルバリル酸、クエン酸、ブタンテトラカルボン酸のいずれか、あるいはそれらのうち２種類以上の混合物とすることを特徴とするものである。
【００２０】
本発明の請求項６記載の木質材料用不燃薬剤の製造方法は、カルボン酸あるいはその無水物を用いて、塩基性チッ素化合物のリン酸塩を、その溶解度以上に溶解させることを特徴とするものである。
木質材料用不燃化薬剤を調製するときに若干の加温をすることで、溶解速度が増し、効率的に水溶液を調製することができる。また、カルボン酸あるいはその無水物を水に溶解させる工程と、塩基性チッ素化合物のリン酸塩を溶解させる工程は、その順番どおりでなくてもよく、両者を混合した後に水に溶解させても支障はない。
【００２１】
本発明の請求項７記載の木質材料の不燃化方法は、請求項１から請求項５に記載された木質材料用不燃化薬剤のいずれかを木質材料に含浸、塗布した後、乾燥させることを特徴とするものである。
なお、含浸の方法は問わないが、木質材料用不燃化薬剤への浸漬法や加圧式注入法などを挙げることができる。また、ここに言う乾燥とは、人工乾燥が望ましいが、天然乾燥でも差し支えない。人工乾燥の際の加温の手段は太陽熱などの自然エネルギーであっても良いし、スチームボイラーによる直接、あるいは間接的な加熱や、高周波等による誘電加熱であってもよい。送風することや減圧に保つことも効果的である。加熱温度は３５℃〜９０℃がより適当である。
また、ここで言う木質材料とは、木材や竹材を始めとするリグノセルロース系の素材、およびそれらを原料とする製品、たとえば、集成材、繊維板、パーチクルボードなどを言う。
【００２２】
本発明の請求項８記載の不燃化木質材料は、請求項１から請求項５に記載された木質材料用不燃化薬剤のいずれかを木質材料に含浸、塗布した後、乾燥させて得られたものである。
【発明の効果】
【００２３】
本発明に係る木質材料用不燃化薬剤によると、塩基性チッ素化合物のリン酸塩には吸湿性が低い薬剤があり、それを用いて不燃木質材料を調製することで、不燃化木質材料における長年の懸案であった「吸湿性」、「不燃薬剤の滲み出し」などの問題を解決することができる。しかし、塩基性チッ素化合物のリン酸塩は、リン酸やリン酸アンモニウムなど吸湿性が極めて高い薬剤と比べて、水に対する溶解度が低いので、それらの薬剤のみを溶解させたのでは、木質材料の不燃化は達成できなかった。本発明では、有機酸を用いることで、塩基性チッ素化合物のリン酸塩の溶解性を高め、木質材料の不燃化を１回の注入処理で達成するのに必要な濃度の薬液を調製することができた。これを用いて木質材料を処理することで、吸湿性が低く、薬剤の滲み出しがない不燃化木質材料が創出でき、その用途が飛躍的に拡大することが期待される。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、実施例の一部を紹介するが、ここに記された内容が全てではなく、これらによって当特許の請求範囲が制約されるものではない。
【実施例１】
【００２５】
カルボン酸としてコハク酸９０ｇを水１０００ｍｌ中に撹拌しながら加え、続いて重量比でグアニジンとリン酸が３：２で構成されている薬剤を４８０〜６００ｇ添加した。このとき、薬剤は全て室温で溶解し、透明な溶液を得た。
後述する比較例１で示すように、コハク酸を添加せずに、グアニジンとリン酸が３：２で構成されている薬剤を１０００ｍｌに４８０ｇ添加したときには、薬剤全てを室温では溶解できなかったことから、カルボン酸としてのコハク酸の添加により、塩基性チッ素化合物であるグアニジンのリン酸塩はその溶解度（１５．５ｇ／ｍｌ、２０℃）を超えて溶解し、木質材料の不燃処理に用いる木質材料用不燃化薬剤が調製できたことは明らかである。
【００２６】
６０℃で十分に乾燥させた密度０．３６ｇ／ｃｍ3 のスギ辺材板目板（厚さ１５ｍｍ、板幅１２０ｍｍ、繊維方向の長さ１２０ｍｍ）を、実施例１で示したグアニジンとリン酸から成る薬剤がコハク酸９０ｇとともに水１０００ｍｌに対して５５０ｇ溶解している木質材料用不燃化薬剤中に沈め、加圧式注入缶を用いて、約５０ｈＰａの減圧を４５分、続いて約１．２ＭＰａの加圧を１．５時間という条件で含浸させた。そのとき、同溶液（木質材料用不燃化薬剤）の浸透性は良好であり、理論最大値どおりの注入量を得た。
その後、送風式の乾燥機を用いて、６０℃で恒量になるまで乾燥させた。これを２３℃で相対湿度５０％の恒温恒湿器中で平衡状態になるまで調湿した後、板面の寸法が１００ｍｍ四方となるように切削加工し、コーンカロリーメータによる発熱性試験に供した。
その結果、２０分間での総発熱量は４．７０ＭＪ／ｍ2 となり、不燃材料の認定基準値である８ＭＪ／ｍ2 以下の値となった。また、貫通割れや、２００ｋｗ／ｍ2 を上回る発熱速度も観察されることなく、不燃化木質材料としての規格を満たした。さらに、この不燃化木質材料の３０℃、相対湿度９０％における平衡含水率は１２．６％であり、無処理の木質材料のそれ（１９．２％）よりも明らかに低い値となった。
【００２７】
比較例１
グアニジンとリン酸が重量比３：２で構成されている薬剤４８０ｇを、水１０００ｍｌに添加し、室温で十分に撹拌したが、全ての薬剤を溶解することができず、溶解できなかった薬剤が、相当量沈殿した。その量は、添加した薬剤の１／３以上と目された。
これで得られた液の上澄みを取り、実施例１と同様の処理と、発熱性試験を実施したところ、２０分間での総発熱量は１４．６ＭＪ／ｍ2 となり、不燃材料の認定基準である８ＭＪ／ｍ2 以下を満たすことができなかった。
【実施例２】
【００２８】
カルボン酸としてコハク酸１２０ｇを水１０００ｍｌ中に撹拌しながら加え、グアニジンとリン酸が重量比３：２で構成されている薬剤３３０ｇと、グアニル尿素とリン酸が重量比１：１で構成されている薬剤２２０ｇを添加した。このとき、薬剤は全て室温で溶解し、透明な溶液（木質材料用不燃化薬剤）を得た。
後述する比較例２で示すように、コハク酸を添加せずに、グアニジンとリン酸が重量比３：２で構成されている薬剤３３０ｇと、グアニル尿素とリン酸が重量比１：１で構成されている薬剤２２０ｇを水１０００ｍｌに添加したときには、室温ではこれらの薬剤を完全に溶解できなかったことから、コハク酸の添加により、これらの塩基性チッ素化合物のリン酸塩はその溶解度（８．５ｇ／１００ｍｌ）を超えて溶解し、木質材料の不燃化処理に用いる木質材料用不燃化薬剤が調製できたことは明らかである。
【００２９】
実施例２で調製した木質材料用不燃化薬剤を用いて、実施例１と同様にスギ試験片を処理した後、さらに実施例１と同様にコーンカロリーメータによる発熱性試験に供した。
その結果、２０分間での総発熱量は４．５８ＭＪ／ｍ2 となり、不燃材料の認定基準値である８ＭＪ／ｍ2 以下の値となった。また、貫通割れや、２００ｋｗ／ｍ2 を上回る発熱速度も観察されることなく、不燃材料としての規格を満たした。さらに、不燃化木質材料の３０℃、相対湿度９０％における平衡含水率は１５．６％であり、無処理の木質材料のそれ（１９．２％）よりも明らかに低い値となった。
【００３０】
比較例２
グアニジンとリン酸が重量比３：２で構成されている薬剤３３０ｇと、グアニル尿素とリン酸が重量比１：１で構成されている薬剤２２０ｇを添加した。室温で十分に撹拌したが、全ての薬剤を溶解することができず、溶解できなかった薬剤が、相当量沈殿した。その量は、添加した薬剤の１／３以上と目された。
【実施例３】
【００３１】
実施例１で示したコハク酸に代わって、ブタンテトラカルボン酸９０ｇを水１０００ｍｌに加えた後、グアニジン３５０ｇとリン酸２００ｇで構成される薬剤を添加した。このとき、薬剤は全て室温で溶解し、透明な溶液（木質材料用不燃化薬剤）を得た。
後述する比較例３で示すように、ブタンテトラカルボン酸を添加せずに、グアニジン３５０ｇとリン酸２００ｇから成る薬剤を水１０００ｍｌに添加したときには、室温では薬剤を完全に溶解できなかったことから、カルボン酸としてのブタンテトラカルボン酸の添加により、グアニジンのリン酸塩はその溶解度（１５．５ｇ／１００ｍｌ）を超えて溶解し、木質材料の不燃処理に用いる木質材料用不燃化薬剤が調製できたことは明らかである。
【００３２】
実施例３により得た木質材料用不燃化薬剤を用い、実施例１と同様にスギ試験片を処理した後、さらに実施例１と同様にコーンカロリーメータによる発熱性試験を実施したところ、２０分間での総発熱量は４．５５ＭＪ／ｍ2 となり、不燃材料の認定基準値である８ＭＪ／ｍ2 以下の値となった。また、貫通割れや、２００ｋｗ／ｍ2 を上回る発熱速度も観察されることなく、不燃材料としての規格を満たした。さらに、不燃化木質材料の３０℃、相対湿度９０％における平衡含水率は２２．４％であり、無処理木材のそれ（１９．２％）よりもやや高い値になったが、比較例４の処理で見られたような薬剤の滲み出しは観察されなかった。
【００３３】
比較例３
グアニジン３５０ｇとリン酸２００ｇから成る薬剤を、水１０００ｍｌに添加し、室温で十分に撹拌したが、全ての薬剤を溶解することができず、溶解できなかった薬剤が、相当量沈殿した。その量は、添加した薬剤の１／３以上と目された。
【００３４】
比較例４
水１０００ｍｌにリン酸１２０ｇを溶解させた後、グアニジン３３０ｇとリン酸２７０ｇが含まれる薬剤を添加した。このとき、薬剤は全て室温で溶解し、透明な溶液を得た。実施例２と同様の処理を行い、さらに実施例２と同様の発熱性試験を実施したところ、２０分間での総発熱量は５．１２ＭＪ／ｍ2 となるなど、不燃材料としての基準は全て満たした。
しかし、同処理木材の３０℃、相対湿度９０％における平衡含水率は５６％であり、無処理木材のそれ（１９．２％）よりもはるかに高い値となり、細胞壁内に取り込まれる結合水のほか、細胞内孔には明らかに自由水が存在して、木材表面からは薬剤の滲み出しによるべたつきが認められ、調湿時に試験片の下に置いておいた濾紙を汚染した。
【実施例４】
【００３５】
実施例１で示したコハク酸に代わって、無水コハク酸７６ｇを水１０００ｍｌに加えた後、グアニジン３５０ｇとリン酸２００ｇで構成される薬剤を添加した。このとき、薬剤は全て室温で溶解し、透明な溶液（木質材料用不燃化薬剤) を得た。
【００３６】
実施例４により得た溶液を用い、実施例１と同様にスギ試験片を処理した後、さらに実施例１と同様にコーンカロリーメータによる発熱性試験を実施したところ、２０分間での総発熱量は５．０２ＭＪ／ｍ2 となり、不燃材料の認定基準値である８ＭＪ／ｍ2 以下の値となった。また、貫通割れや、２００ｋｗ／ｍ2 を上回る発熱速度も観察されることなく、不燃材料としての規格を満たした。さらに、同処理木材の３０℃、相対湿度９０％における平衡含水率は１６．４％であり、無処理木材のそれ（１９．２％）よりも低い値になった。
【実施例５】
【００３７】
実施例１で示したコハク酸に代わって、シュウ酸９０ｇを水１０００ｍｌに加えた後、グアニジン３５０ｇとリン酸２００ｇで構成される薬剤を添加した。このとき、薬剤は全て室温で溶解し、透明な溶液（木質材料用不燃化薬剤) を得た。
【００３８】
実施例５により得た溶液を用い、実施例１と同様にスギ試験片を処理した後、さらに実施例１と同様にコーンカロリーメータによる発熱性試験を実施したところ、20分間での総発熱量は６．２２ＭＪ／ｍ2 となり、不燃材料の認定基準値である８ＭＪ／ｍ2 以下の値となった。また、貫通割れや、２００ｋｗ／ｍ2 を上回る発熱速度も観察されることなく、不燃材料としての規格を満たした。さらに、同処理木材の３０℃、相対湿度９０％における平衡含水率は２１．５％であり、無処理木材のそれ（１９．２％）よりもやや高い値になったが、比較例４の処理で見られたような薬剤の滲み出しは観察されなかった。
【実施例６】
【００３９】
実施例１で示したコハク酸に代わって、マロン酸９０ｇを水１０００ｍｌに加えた後、グアニジン３５０ｇとリン酸２００ｇで構成される薬剤を添加した。このとき、薬剤は全て室温で溶解し、透明な溶液（木質材料用不燃化薬剤) を得た。
【００４０】
実施例６により得た溶液を用い、実施例１と同様にスギ試験片を処理した後、さらに実施例１と同様にコーンカロリーメータによる発熱性試験を実施したところ、２０分間での総発熱量は６．０８ＭＪ／ｍ2 となり、不燃材料の認定基準値である８ＭＪ／ｍ2 以下の値となった。また、貫通割れや、２００ｋｗ／ｍ2 を上回る発熱速度も観察されることなく、不燃材料としての規格を満たした。さらに、同処理木材の３０℃、相対湿度９０％における平衡含水率は２０．８％であり、無処理木材のそれ（１９．２％）よりもやや高い値になったが、比較例４の処理で見られたような薬剤の滲み出しは観察されなかった。
【実施例７】
【００４１】
実施例１で示したコハク酸に代わって、グルタル酸９０ｇを水１０００ｍｌに加えた後、グアニジン３５０ｇとリン酸２００ｇで構成される薬剤を添加した。このとき、薬剤は全て室温で溶解し、透明な溶液（木質材料用不燃化薬剤) を得た。
【００４２】
実施例７により得た溶液を用い、実施例１と同様にスギ試験片を処理した後、さらに実施例１と同様にコーンカロリーメータによる発熱性試験を実施したところ、２０分間での総発熱量は５．８８ＭＪ／ｍ2 となり、不燃材料の認定基準値である８ＭＪ／ｍ2 以下の値となった。また、貫通割れや、２００ｋｗ／ｍ2 を上回る発熱速度も観察されることなく、不燃材料としての規格を満たした。さらに、同処理木材の３０℃、相対湿度９０％における平衡含水率は２３．２％であり、無処理木材のそれ（１９．２％）よりもやや高い値になったが、比較例４の処理で見られたような薬剤の滲み出しは観察されなかった。
【実施例８】
【００４３】
実施例１で示したコハク酸に代わって、無水グルタル酸７８ｇを水１０００ｍｌに加えた後、グアニジン３５０ｇとリン酸２００ｇで構成される薬剤を添加した。このとき、薬剤は全て室温で溶解し、透明な溶液（木質材料用不燃化薬剤) を得た。
【００４４】
実施例８により得た溶液を用い、実施例１と同様にスギ試験片を処理した後、さらに実施例１と同様にコーンカロリーメータによる発熱性試験を実施したところ、２０分間での総発熱量は５．４６ＭＪ／ｍ2 となり、不燃材料の認定基準値である８ＭＪ／ｍ2 以下の値となった。また、貫通割れや、２００ｋｗ／ｍ2 を上回る発熱速度も観察されることなく、不燃材料としての規格を満たした。さらに、同処理木材の３０℃、相対湿度９０％における平衡含水率は２２．３％であり、無処理木材のそれ（１９．２％）よりもやや高い値になったが、比較例４の処理で見られたような薬剤の滲み出しは観察されなかった。
【実施例９】
【００４５】
実施例１で示したコハク酸に代わって、マレイン酸９０ｇを水１０００ｍｌに加えた後、グアニジン３５０ｇとリン酸２００ｇで構成される薬剤を添加した。このとき、薬剤は全て室温で溶解し、透明な溶液（木質材料用不燃化薬剤) を得た。
【００４６】
実施例９により得た溶液を用い、実施例１と同様にスギ試験片を処理した後、さらに実施例１と同様にコーンカロリーメータによる発熱性試験を実施したところ、２０分間での総発熱量は５．３３ＭＪ／ｍ2 となり、不燃材料の認定基準値である８ＭＪ／ｍ2 以下の値となった。また、貫通割れや、２００ｋｗ／ｍ2 を上回る発熱速度も観察されることなく、不燃材料としての規格を満たした。さらに、同処理木材の３０℃、相対湿度９０％における平衡含水率は１９．２％であり、無処理木材のそれ（１９．２％）と同じ含水率となった。
【実施例１０】
【００４７】
実施例１で示したコハク酸に代わって、リンゴ酸９０ｇを水１０００ｍｌに加えた後、グアニジン３５０ｇとリン酸２００ｇで構成される薬剤を添加した。このとき、薬剤は全て室温で溶解し、透明な溶液（木質材料用不燃化薬剤) を得た。
【００４８】
実施例１０により得た溶液を用い、実施例１と同様にスギ試験片を処理した後、さらに実施例１と同様にコーンカロリーメータによる発熱性試験を実施したところ、２０分間での総発熱量は４．４７ＭＪ／ｍ2 となり、不燃材料の認定基準値である８ＭＪ／ｍ2 以下の値となった。また、貫通割れや、２００ｋｗ／ｍ2 を上回る発熱速度も観察されることなく、不燃材料としての規格を満たした。さらに、同処理木材の３０℃、相対湿度９０％における平衡含水率は２２．８％であり、無処理木材のそれ（１９．２％）よりもやや高い値になったが、比較例４の処理で見られたような薬剤の滲み出しは観察されなかった。
【実施例１１】
【００４９】
実施例１で示したコハク酸に代わって、酒石酸９０ｇを水１０００ｍｌに加えた後、グアニジン３５０ｇとリン酸２００ｇで構成される薬剤を添加した。このとき、薬剤は全て室温で溶解し、透明な溶液（木質材料用不燃化薬剤) を得た。
【００５０】
実施例１１により得た溶液を用い、実施例１と同様にスギ試験片を処理した後、さらに実施例１と同様にコーンカロリーメータによる発熱性試験を実施したところ、２０分間での総発熱量は４．９８ＭＪ／ｍ2 となり、不燃材料の認定基準値である８ＭＪ／ｍ2 以下の値となった。また、貫通割れや、２００ｋｗ／ｍ2 を上回る発熱速度も観察されることなく、不燃材料としての規格を満たした。さらに、同処理木材の３０℃、相対湿度９０％における平衡含水率は２２．１％であり、無処理木材のそれ（１９．２％）よりもやや高い値になったが、比較例４の処理で見られたような薬剤の滲み出しは観察されなかった。
【実施例１２】
【００５１】
実施例１で示したコハク酸に代わって、トリカルバリル酸９０ｇを水１０００ｍｌに加えた後、グアニジン３５０ｇとリン酸２００ｇで構成される薬剤を添加した。このとき、薬剤は全て室温で溶解し、透明な溶液（木質材料用不燃化薬剤) を得た。
【００５２】
実施例１２により得た溶液を用い、実施例１と同様にスギ試験片を処理した後、さらに実施例１と同様にコーンカロリーメータによる発熱性試験を実施したところ、２０分間での総発熱量は５．２６ＭＪ／ｍ2 となり、不燃材料の認定基準値である８ＭＪ／ｍ2 以下の値となった。また、貫通割れや、２００ｋｗ／ｍ2 を上回る発熱速度も観察されることなく、不燃材料としての規格を満たした。さらに、同処理木材の３０℃、相対湿度９０％における平衡含水率は２１．１％であり、無処理木材のそれ（１９．２％）よりもやや高い値になったが、比較例４の処理で見られたような薬剤の滲み出しは観察されなかった。
【実施例１３】
【００５３】
実施例１で示したコハク酸に代わって、クエン酸９０ｇを水１０００ｍｌに加えた後、グアニジン．３５０ｇとリン酸２００ｇで構成される薬剤を添加した。このとき、薬剤は全て室温で溶解し、透明な溶液（木質材料用不燃化薬剤) を得た。
【００５４】
実施例１３により得た溶液を用い、実施例１と同様にスギ試験片を処理した後、さらに実施例１と同様にコーンカロリーメータによる発熱性試験を実施したところ、２０分間での総発熱量は５．２２ＭＪ／ｍ2 となり、不燃材料の認定基準値である８ＭＪ／ｍ2 以下の値となった。また、貫通割れや、２００ｋｗ／ｍ2 を上回る発熱速度も観察されることなく、不燃材料としての規格を満たした。さらに、同処理木材の３０℃、相対湿度９０％における平衡含水率は２０．４％であり、無処理木材のそれ（１９．２％）よりもやや高い値になったが、比較例４の処理で見られたような薬剤の滲み出しは観察されなかった。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水にカルボン酸あるいはその無水物が溶解されるとともに、塩基性チッ素化合物のリン酸塩がその溶解度以上溶解されていることを特徴とする木質材料用不燃化薬剤。
【請求項２】
前記塩基性チッ素化合物のリン酸塩が、カルボン酸とともに水１０００ｍｌに対して２００ｇ以上溶解していることを特徴とする請求項１記載の木質材料用不燃化薬剤。
【請求項３】
前記塩基性チッ素化合物が、グアニジン、グアニル尿素のいずれか、あるいはそれらの混合物であることを特徴とする請求項１又は２記載の木質材料用不燃化薬剤。
【請求項４】
前記カルボン酸あるいはその無水物が、多価カルボン酸であることを特徴とする請求項１、２又は３記載の木質材料用不燃化薬剤。
【請求項５】
前記多価カルボン酸が、シュウ酸、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、マレイン酸、リンゴ酸、酒石酸、トリカルバリル酸、クエン酸、ブタンテトラカルボン酸のいずれか、またはそれらのうち２種類以上の混合物であることを特徴とする請求項４記載の木質材料用不燃化薬剤。
【請求項６】
カルボン酸またはその無水物と塩基性チッ素化合物のリン酸塩とを水に溶解させことで、塩基性チッ素化合物のリン酸塩を溶解度以上に溶解させることを特徴とする木質材料用不燃化薬剤の製造方法。
【請求項７】
木質材料に請求項１乃至５記載の木質材料用不燃化薬剤を浸透させる工程と、前記木材を乾燥させる工程とを備えたことを特徴とする木質材料の不燃化方法。
【請求項８】
請求項７記載の木質材料の不燃化方法により不燃化されたことを特徴とする不燃化木質材料。
【請求項１】
水にカルボン酸あるいはその無水物が溶解されるとともに、塩基性チッ素化合物のリン酸塩がその溶解度以上溶解されていることを特徴とする木質材料用不燃化薬剤。
【請求項２】
前記塩基性チッ素化合物のリン酸塩が、カルボン酸とともに水１０００ｍｌに対して２００ｇ以上溶解していることを特徴とする請求項１記載の木質材料用不燃化薬剤。
【請求項３】
前記塩基性チッ素化合物が、グアニジン、グアニル尿素のいずれか、あるいはそれらの混合物であることを特徴とする請求項１又は２記載の木質材料用不燃化薬剤。
【請求項４】
前記カルボン酸あるいはその無水物が、多価カルボン酸であることを特徴とする請求項１、２又は３記載の木質材料用不燃化薬剤。
【請求項５】
前記多価カルボン酸が、シュウ酸、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、マレイン酸、リンゴ酸、酒石酸、トリカルバリル酸、クエン酸、ブタンテトラカルボン酸のいずれか、またはそれらのうち２種類以上の混合物であることを特徴とする請求項４記載の木質材料用不燃化薬剤。
【請求項６】
カルボン酸またはその無水物と塩基性チッ素化合物のリン酸塩とを水に溶解させことで、塩基性チッ素化合物のリン酸塩を溶解度以上に溶解させることを特徴とする木質材料用不燃化薬剤の製造方法。
【請求項７】
木質材料に請求項１乃至５記載の木質材料用不燃化薬剤を浸透させる工程と、前記木材を乾燥させる工程とを備えたことを特徴とする木質材料の不燃化方法。
【請求項８】
請求項７記載の木質材料の不燃化方法により不燃化されたことを特徴とする不燃化木質材料。
【公開番号】特開２０１０−１６２７２７（Ｐ２０１０−１６２７２７Ａ）
【公開日】平成２２年７月２９日（２０１０．７．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−５５７８（Ｐ２００９−５５７８）
【出願日】平成２１年１月１４日（２００９．１．１４）
【出願人】（０００２２５１４２）奈良県 (42)
【出願人】（５０５４５７６３９）株式会社ヨコタニ (2)
【出願人】（３０１０２１５３３）独立行政法人産業技術総合研究所 (6,529)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年７月２９日（２０１０．７．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１月１４日（２００９．１．１４）
【出願人】（０００２２５１４２）奈良県 (42)
【出願人】（５０５４５７６３９）株式会社ヨコタニ (2)
【出願人】（３０１０２１５３３）独立行政法人産業技術総合研究所 (6,529)
【Ｆターム（参考）】
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