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、木質材料の不燃化方法及び不燃化木質材料
【目的】 処理期間が短く、加工装置も簡単で加工作業も容易で、吸湿性に起因する表面コーティング膜等に悪影響を及ぼす木質材料用不燃化薬剤の木質材料からの滲み出しが発生しないようにする。
【構成】 加熱によりガス化するアンモニウム系薬剤として炭酸水素アンモニウムが溶解された水に、ホウ素系不燃薬剤としてホウ酸、ホウ酸ナトリウム、ホウ酸カリウム、ホウ酸アンモニウムのいずれか、あるいはそれらの混合物を単独の溶解度以上溶解させている。
【構成】 加熱によりガス化するアンモニウム系薬剤として炭酸水素アンモニウムが溶解された水に、ホウ素系不燃薬剤としてホウ酸、ホウ酸ナトリウム、ホウ酸カリウム、ホウ酸アンモニウムのいずれか、あるいはそれらの混合物を単独の溶解度以上溶解させている。
【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材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。
木質材料の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。かかる評価方法において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つの基準を満たす必要がある。
第１の基準：総発熱量が８ＭＪ／ｍ2 以下であること。
第２の基準：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。
第３の基準：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】
かかる第１から第３の３つの基準を満たすためには、木質材料中にかなり大量の薬剤を導入する必要がある。この木質材料中に大量の薬剤を導入するためには、高濃度の溶液を調製するか、特許第３５３８１９４号に記載されているように、木質材料への薬剤の含浸と、薬剤が浸透した木質材料の乾燥を複数回繰り返すことが必須となる。高濃度の溶液を得る方法としては、リン酸やリン酸の無機化合物など溶解度が極めて高い薬剤を使用するか、あるいは特開２００６−２１９３２９に記載されているように処理溶液を加温する、またあるいは、複数の薬剤を用いて溶解度を高めることを挙げることができる。
【０００４】
一方、複数の薬剤を混合して溶解度を高める方法としては以下のような方法が知られている。
（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でｐＨを調整してホウ酸を高濃度に溶解させる方法。
（３）特開平０８−０７３２１２のようにＥＤＴＡやクエン酸などのキレート剤を使ってホウ素系化合物の溶解度を高める方法。
（４）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する方法。
【０００５】
【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０８−０７３２１２
【特許文献６】特開平０３−２２３２０５
【特許文献７】特開平０７−０８８８０８
【非特許文献１】北海道立林産試験場報 第１３巻 第２号 ８〜１４ページ
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述した方法のうち、特許第３５３８１９４号のように、木質材料への薬剤の含浸と、薬剤が浸透した木質材料の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るという致命的な欠点がある。
【０００７】
また、高濃度の溶液を得るために、溶解度が高いリン酸やリン酸の無機化合物などを使用する方法には、リン酸やリン酸の無機化合物などの極めて高い吸湿性のため、それで処理された木質材料が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を有している。
【０００８】
さらに、その薬剤の滲み出しを抑制するために、木質材料の表面に塗装などの表面コーティング膜を形成するが、薬剤の滲み出しは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ことになる。すなわち、リン酸やリン酸の無機化合物などを用いた高濃度の溶液を木質材料に導入する方法は、リン酸やリン酸の無機化合物などがもっている極めて高い吸湿性のため、現実には実施できないものである。
【０００９】
また、特開２００６−２１９３２９に記載されているように処理溶液を加温することで、溶解度を高め、高濃度の溶液を得ることは難しいことではないが、木質材料への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。したがって仮に実用化されたとしても、製造コストが高くなると考えられる。
【００１０】
また、ホウ素系化合物の溶解度を高めるために用いられている薬剤はいずれも、吸湿性が高く、処理後にも木質材料中に全てが残存するために、それで処理された木質材料は著しく重く、吸湿性も高く、自ら吸った湿気で薬剤が滲み出すという現象が生じる。また、（３）や（４）の方法で用いられている薬剤は有機物で加熱時には発熱があると考えられ、不燃性の発現を目的とする処理薬剤としてはその添加は好ましいものではない。ちなみに（４）の薬剤は防虫を主な目的としたものであるが、それを防火薬剤として用いた研究では、所期の目標を達成することができなかった旨の報告（北海道立林産試験場報 第１３巻 第２号 ８〜１４ページ) がある。
【００１１】
このように、従来公知となっている不燃処理薬剤により処理された木質材料は、いずれも吸湿性が決めて高く、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という基本的な問題を含んでいた。
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。
【００１２】
本発明は、上記事情に鑑みて創案されたもので、処理期間が短く、加工装置も簡単で加工作業も容易で、吸湿性に起因する表面コーティング膜等に悪影響を及ぼす木質材料用不燃化薬剤の木質材料からの滲み出しが発生することがない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、木質材料の不燃化方法及び不燃化木質材料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】
【００１３】
本発明に係る木質材料用不燃化薬剤は、水に加熱によりガス化するアンモニウム系薬剤が溶解されるとともに、ホウ素系不燃薬剤及び／又はリン酸系不燃薬剤が単独の溶解度以上溶解させている。
【００１４】
また、前記ホウ素系不燃薬剤としては、ホウ酸、ホウ酸ナトリウム、ホウ酸カリウム、ホウ酸アンモニウムのいずれか、あるいはそれらの混合物を用いる。
【００１５】
また、前記リン酸系不燃薬剤としては、チッ素を含む有機リン酸塩を用いる。
【００１６】
さらに、前記アンモニウム系薬剤としては、炭酸アンモニウム、炭酸水素アンモニウムのいずれか、あるいは両者の混合物を用いる。
【００１７】
一方、本発明に係る木質材料用不燃化薬剤の製造方法は、加熱によりガス化するアンモニウム系薬剤を水に溶解させる工程と、この水にホウ素系不燃薬剤、リン酸系不燃薬剤のいずれか、あるいは双方を、それぞれ単独の溶解度以上に溶解させる工程とを有している。
【００１８】
また、本発明に係る木質材料用不燃化薬剤の製造方法は、水にホウ素系不燃薬剤、リン酸系不燃薬剤のいずれか、あるいは双方を、それぞれ単独の溶解度以上に混ぜる工程と、この水に加熱によりガス化するアンモニウム系薬剤を溶解させて、ホウ素系不燃薬剤、リン酸系不燃薬剤のいずれか、あるいは双方を水に溶解させる工程とを有している。
【００１９】
本発明に係る木質材料の不燃化方法は、前記木質材料用不燃化薬剤を木質材料に含浸、塗布した後、強制乾燥させて、アンモニウム系薬剤を分解除去するものである。
【００２０】
さらに、本発明に係る不燃化木質材料は、前記木質材料用不燃化薬剤を木質材料に含浸、塗布した後、強制乾燥させて、アンモニウム系薬剤を分解除去して得られるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
発明者は、このような状況下にあって、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。既知の事実により、有機アミンや第４級アンモニウム塩の存在下で、ホウ素系化合物が溶解度をはるかに超えて溶解することは明らかであり、無機アンモニウム塩においても同様の効果が得られるであろうことは推察できた。ここでは、その吸湿性が問題となるので、処理後の木質材料にそれが残存しなければ、全て問題が解決すると思われた。
【００２２】
化学大辞典（共立出版株式会社、昭和４６年 縮小版第１１刷発行) の第５巻、「炭酸アンモニウム」の項には、「加熱すれば５８℃で分解する。水溶液は７０℃で分解してアンモニアと二酸化炭素と水になる。市販の炭酸アンモニウムはＮＨ4 ＨＣＯ3 ・ＮＨ4 ＣＯ2 ＮＨ2 の組成をもった白色結晶で、熱すれば昇華する。」とあった。また、「炭酸水素アンモニウム」の項には「３５〜６０℃でアンモニアと二酸化炭素および水に分解する。」とあった。
【００２３】
アンモニウム塩は一般に吸湿性が高いが、これらのどちらか、あるいは両者の混合物を用いて不燃薬剤を所定の濃度に溶解し、木材中に持ち込んだ後、所定の温度をかけることで木材中から分解除去すれば、軽量で吸湿性のない不燃木質材料が製造できると推量した。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。
【実施例１】
【００２４】
（１）木質材料用不燃化薬剤
本実施例における木質材料用不燃化薬剤は、以下のようにして製造される。
水５００ｍｌに加熱によりガス化するアンモニウム系薬剤としての炭酸アンモニウム１００ｇを溶解させた後、ホウ素系不燃薬剤としてのホウ酸２２８ｇを投入し、約３０℃に水温を保ちながら撹拌した結果、ホウ酸は全てが溶解して、透明な溶液（木質材料用不燃化薬剤）が得られた。なお、この木質材料用不燃化薬剤は少なくとも水温２５℃付近までは安定であった。
なお、ホウ酸の２０℃での溶解度は４ｇ／１００ｍｌであるから、炭酸アンモニウムが溶解された水５００ｍｌに、２２８ｇも溶解したのは、単独の溶解度以上に水に溶解させていることになる。
（２）試験材
本実施例における試験材は、６０℃で十分に乾燥させた密度０．２９ｇ／ｃｍ3 ならびに密度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）である。なお、本実施例中において、密度０．２９ｇ／ｃｍ3 のスギ辺材板目板を第１の試験材、密度０．３６ｇ／ｃｍ3 のスギ辺材板目板を第２の試験材とする。
（３）試験材への木質材料用不燃化薬剤の浸透、加熱乾燥
第１及び第２の試験材を前記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した。そのとき、前記木質材料用不燃化薬剤の試験材へ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。
次いで、第１及び第２の試験材を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。その結果、第１の試験材の重量増加率は７９．３％、第２の試験材の重量増加率は６２．５％となった。
乾燥後の第１及び第２の試験材にはアンモニア臭は全くなく、加熱乾燥工程において炭酸アンモニウムが完全に除去されたことを確認された。これは、炭酸アンモニウムが、加熱によりガス化するアンモニウム系薬剤であるため、両試験材から加熱乾燥時にガス化して蒸散したためと考えられる。
また、第１及び第２の乾燥後の試験材の重量増加率から推定しても、乾燥後の試験材中に炭酸アンモニウムが残存しているとは考えらない。
（４）試験材に対する発熱性試験
かかる第１及び第２の試験材を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、各試験材の寸法が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第１の試験材で２．６２ＭＪ／ｍ2 、第２の試験材で７．４０ＭＪ／ｍ2 となり、両試験材とも基準値である８ＭＪ／ｍ2 以下の値となった。
また、両試験材に貫通割れや、２００ｋｗ／ｍ2 を上回る発熱速度も観察されることはなかった。すなわち、両試験材は、不燃材料としての規格を完全に満たした。なお、両試験材の３０℃、相対湿度９０％における平衡含水率は、１９．６％であり、無処理のスギ材のそれ（１９．２％）とほとんど同じであった。
【実施例２】
【００２５】
（１）木質材料用不燃化薬剤
水５００ｍｌに加熱によりガス化するアンモニウム系薬剤としての炭酸水素アンモニウム１００ｇを溶解させた後、ホウ素系不燃薬剤としてのホウ酸２２８ｇを投入し、約３０℃に水温を保ちながら撹拌した結果、ホウ酸は全てが溶解して、透明な溶液（木質材料用不燃化薬剤）が得られた。この木質材料用不燃化薬剤は少なくとも水温２５℃付近までは安定であった。
なお、ホウ酸の２０℃での溶解度は４ｇ／１００ｍｌであるから、炭酸水素アンモニウムが溶解された水５００ｍｌに、２２８ｇも溶解したのは、単独の溶解度以上に水に溶解させていることになる。
（２）試験材
本実施例における試験材は、６０℃で十分に乾燥させた密度０．２９ｇ／ｃｍ3 ならびに密度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）である。なお、本実施例中において、密度０．２９ｇ／ｃｍ3 のスギ辺材板目板を第１の試験材、密度０．３６ｇ／ｃｍ3 のスギ辺材板目板を第２の試験材とする。
（３）試験材への木質材料用不燃化薬剤の浸透、加熱乾燥
第１及び第２の試験材を前記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し、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。
その結果、第１の試験材の重量増加率は８４．９％、第２の試験材の重量増加率は６７．６％となった。
乾燥後の第１及び第２の試験材にはアンモニア臭は全くなく、加熱乾燥工程において炭酸水素アンモニウムが完全に除去されたことを確認された。これは、炭酸水素アンモニウムが、加熱によりガス化するアンモニウム系薬剤であるため、両試験材から加熱乾燥時にガス化して蒸散したためと考えられる。
また、第１及び第２の乾燥後の試験材の重量増加率から推定しても、乾燥後の試験材中に炭酸水素アンモニウムが残存しているとは考えらない。
（４）試験材に対する発熱性試験
かかる第１及び第２の試験材を２３℃で相対湿度５０％の恒温恒湿器中で調湿した後に、コーンカロリーメータによる２０分間の発熱性試験を行った。
その結果、第１の試験材総発熱量は４．０６ＭＪ／ｍ2 であり、基準値を満たしたが、第２の試験材では８．１５ＭＪ／ｍ2 となり、不燃の基準値を若干上回った。なお、これらの試験材の３０℃、相対湿度９０％における平衡含水率は１９．８％であった。
【実施例３】
【００２６】
（１）木質材料用不燃化薬剤
水５００ｍｌに加熱によりガス化するアンモニウム系薬剤としての炭酸水素アンモニウム１００ｇを溶解させた後、ホウ素系不燃薬剤としてのホウ酸２１０．３ｇ及びホウ酸ナトリウム１４．４ｇ投入し、約３０℃に水温を保ちながら撹拌した結果、ホウ酸とホウ酸ナトリウムは全てが溶解して、透明な溶液（木質材料用不燃化薬剤）が得られた。この木質材料用不燃化薬剤は少なくとも水温２５℃付近までは安定であった。
なお、ホウ酸の２０℃での溶解度は４ｇ／１００ｍｌであり、炭酸水素アンモニウムが溶解された水５００ｍｌに、ホウ酸が２１０．３ｇも溶解したのは、単独の溶解度以上に水に溶解させていることになる。
（２）試験材
本実施例における試験材は、６０℃で十分に乾燥させた密度０．２９ｇ／ｃｍ3 ならびに密度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）である。なお、本実施例中において、密度０．２９ｇ／ｃｍ3 のスギ辺材板目板を第１の試験材、密度０．３６ｇ／ｃｍ3 のスギ辺材板目板を第２の試験材とする。
（３）試験材への木質材料用不燃化薬剤の浸透、加熱乾燥
第１及び第２の試験材を前記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し、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。
その結果、第１の試験材の重量増加率は９０．８％、第２の試験材の重量増加率は７１．９％となった。
乾燥後の第１及び第２の試験材にはアンモニア臭は全くなく、加熱乾燥工程において炭酸水素アンモニウムが完全に除去されたことを確認された。これは、炭酸水素アンモニウムが、加熱によりガス化するアンモニウム系薬剤であるため、両試験材から加熱乾燥時にガス化して蒸散したためと考えられる。また、両試験材の重量増加率から推定しても、加熱乾燥後の両試験材中に炭酸水素アンモニウムが残存しているとは考えられない。
（４）試験材に対する発熱性試験
次いで、かかる第１及び第２の試験材を２３℃で相対湿度５０％の恒温恒湿器中で調湿した後に、コーンカロリーメータによる２０分間の発熱性試験を行った。
その結果、総発熱量は第１の試験材では１．８９ＭＪ／ｍ2 、第２の試験材では５．２３ＭＪ／ｍ2 となり、ともに不燃の基準値を満たした。
このことより、若干のホウ酸ナトリウムの添加は、総発熱量を抑制し、不燃性能を安定して発現させるのに有効と考えられる。しかし、当条件で処理した第１及び第２の試験材の３０℃、相対湿度９０％における平衡含水率は２４．６％で、無処理木材のそれより（１９．２％）も若干高くなり、ホウ酸ナトリウムを過度に添加することは、薬剤の滲み出しなどの原因となる危険性を高めると思料される。
なお、当条件で処理したときには薬剤の滲み出し等は観察されなかった。
【実施例４】
【００２７】
（１）木質材料用不燃化薬剤
水５００ｍｌに加熱によりガス化するアンモニウム系薬剤としての炭酸水素アンモニウム１００ｇを溶解させた後、リン酸系不燃薬剤としてのリン酸グアニル尿素１５ｇ、リン酸グアニジン２８５ｇからなる有機リン酸塩混合物３００ｇを投入し、約３０℃に水温を保ちながら撹拌した結果、有機リン酸塩混合物は全てが溶解して、透明な溶液（木質材料用不燃化薬剤）が得られた。
なお、リン酸グアニジンの２０℃での溶解度は１５．５ｇ／１００ｍｌであるので、炭酸水素アンモニウムが溶解された水５００ｍｌに、リン酸グアニジンが２８５ｇも溶解したのは、単独の溶解度以上に水に溶解させていることになる。
（２）試験材
本実施例における試験材は、６０℃で十分に乾燥させた密度０．２９ｇ／ｃｍ3 のスギ辺材板目板（厚さ１５ｍｍ、板幅１２０ｍｍ、繊維方向の長さ１２０ｍｍ）である。
（３）試験材への木質材料用不燃化薬剤の浸透、加熱乾燥
かかる試験材を前記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し、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。
その結果、試験材の重量増加率は、１０３％となった。乾燥後の試験材にはアンモニア臭は全くなく、加熱乾燥工程において炭酸水素アンモニウムが完全に除去されたことが確認された。これは、炭酸水素アンモニウムが、加熱によりガス化するアンモニウム系薬剤であるため、両試験材から加熱乾燥時にガス化して蒸散したためと考えられる。また、加熱乾燥後の試験材の重量増加率から推定しても、加熱乾燥後の試験材中に炭酸水素アンモニウムが残存しているとは考えられない。
（４）試験材に対する発熱性試験
次いで、かかる試験材を２３℃で相対湿度５０％の恒温恒湿器中で調湿した後に、コーンカロリーメータによる２０分間の発熱性試験を行った。
その結果、試験材の総発熱量は６．４０ＭＪ／ｍ2 となり、不燃の基準値を満たした。同条件で処理した試験材であるスギ材の３０℃、相対湿度９０％における平衡含水率は１４．６％で、無処理木材のそれより（１９．２％）もはるかに低くなった。
【実施例５】
【００２８】
（１）木質材料用不燃化薬剤
水５００ｍｌに加熱によりガス化するアンモニウム系薬剤としての炭酸水素アンモニウム１００ｇを溶解させた後、リン酸系不燃薬剤としてのリン酸グアニル尿素１５ｇ、リン酸グアニジン２８５ｇからなる有機リン酸塩混合物３００ｇと、ホウ酸１４ｇを投入し、約３０℃に水温を保ちながら撹拌した結果、有機リン酸塩混合物は全てが溶解して、透明な溶液（木質材料用不燃化薬剤）が得られた。
なお、リン酸グアニジンの２０℃での溶解度は１５．５ｇ／１００ｍｌであるので、炭酸水素アンモニウムが溶解された水５００ｍｌに、リン酸グアニジンが２８５ｇも溶解したのは、単独の溶解度以上に水に溶解させていることになる。
（２）試験材
本実施例における試験材は、６０℃で十分に乾燥させた密度０．２９ｇ／ｃｍ3 ならびに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）である。なお、本実施例中において、密度０．２９ｇ／ｃｍ3 のスギ辺材板目板を第１の試験材、密度０．３６ｇ／ｃｍ3 のスギ辺材板目板を第２の試験材とする。
（３）試験材への木質材料用不燃化薬剤の浸透、加熱乾燥
第１及び第２の試験材を前記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した。そのとき、前記木質材料用不燃化薬剤の試験材へ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。
次いで、第１及び第２の試験材を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結果、第１の試験材の重量増加率は１０５％、第２の試験材の重量増加率は９０．２％となった。
乾燥後の第１及び第２の試験材にはアンモニア臭は全くなく、加熱乾燥工程において炭酸水素アンモニウムが完全に除去されたことが確認された。これは、炭酸水素アンモニウムが、加熱によりガス化するアンモニウム系薬剤であるため、両試験材から加熱乾燥時にガス化して蒸散したためと考えられる。
また、第１及び第２の乾燥後の試験材の重量増加率から推定しても、乾燥後の試験材中に炭酸水素アンモニウムが残存しているとは考えらない。
（４）試験材に対する発熱性試験
次いで、２３℃で相対湿度５０％の恒温恒湿器中で調湿した後に、コーンカロリーメータによる２０分間の発熱性試験を行った。
その結果、総発熱量は第１の試験材では４．８０ＭＪ／ｍ2 、第２の試験材では６．２０ＭＪ／ｍ2 となり、ともに不燃の基準値を満たした。同条件で処理した試験材であるスギ材のの３０℃、相対湿度９０％における平衡含水率は１５．５％で、無処理木材のそれより（１９．２％）もはるかに低くなった。
【実施例６】
【００２９】
（１）木質材料用不燃化薬剤
水５００ｍｌに加熱によりガス化するアンモニウム系薬剤としての炭酸水素アンモニウム１００ｇを溶解させた後、ホウ素系不燃薬剤としてのホウ酸１７５ｇ及びホウ酸カリウム５０ｇを投入し、約３０℃に水温を保ちながら撹拌した結果、ホウ酸とホウ酸カリウムは全てが溶解して、透明な溶液（木質材料用不燃化薬剤）が得られた。この木質材料用不燃化薬剤は少なくとも水温２５℃付近までは安定であった。
なお、ホウ酸の２０℃での溶解度は４ｇ／１００ｍｌであり、炭酸水素アンモニウムが溶解された水５００ｍｌに、ホウ酸が１７５ｇも溶解したのは、単独の溶解度以上に水に溶解させていることになる。
（２）試験材
本実施例における試験材は、６０℃で十分に乾燥させた密度０．２９ｇ／ｃｍ3 のスギ辺材板目板（厚さ１５ｍｍ、板幅１２０ｍｍ、繊維方向の長さ１２０ｍｍ）とする。
（３）試験材への木質材料用不燃化薬剤の浸透、加熱乾燥
試験材を前記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した。そのとき、前記木質材料用不燃化薬剤の試験材へ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。
次いで、試験材を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結果、試験材の重量増加率は８１．４％となった。
乾燥後の試験材にはアンモニア臭は全くなく、加熱乾燥工程において炭酸水素アンモニウムが完全に除去されたことを確認した。また、試験材の重量増加率から推定しても、乾燥後の試験材中に炭酸水素アンモニウムが残存しているとは考えられなかった。
これは、炭酸水素アンモニウムが、加熱によりガス化するアンモニウム系薬剤であるため、両試験材から加熱乾燥時にガス化して蒸散したためと考えられる。 （４）試験材に対する発熱性試験
次いで、試験材を２３℃で相対湿度５０％の恒温恒湿器中で調湿した後に、コーンカロリーメータによる２０分間の発熱性試験を行った。
その結果、試験材の総発熱量は５．１７ＭＪ／ｍ2 となり、不燃の基準値を満たした。当条件で処理した試験材であるスギ材のの３０℃、相対湿度９０％における平衡含水率は２１．７％で、無処理木材のそれ（１９．２％）と近似した吸湿性を示した。
なお、当条件で処理したときには薬剤の滲み出し等は観察されなかった。
【実施例７】
【００３０】
（１）木質材料用不燃化薬剤
水５００ｍｌに加熱によりガス化するアンモニウム系薬剤としての炭酸水素アンモニウム８０ｇを溶解させた後、ホウ素系不燃薬剤としてのホウ酸１７５ｇ及びホウ酸カリウム５０ｇを投入し、約３０℃に水温を保ちながら撹拌した結果、ホウ酸とホウ酸カリウムは全てが溶解して、透明な溶液（木質材料用不燃化薬剤）が得られた。この木質材料用不燃化薬剤は少なくとも水温２５℃付近までは安定であった。
なお、ホウ酸の２０℃での溶解度は４ｇ／１００ｍｌであり、炭酸水素アンモニウムが溶解された水５００ｍｌに、ホウ酸が１７５ｇも溶解したのは、単独の溶解度以上に水に溶解させていることになる。
（２）試験材
本実施例における試験材は、６０℃で十分に乾燥させた密度０．２９ｇ／ｃｍ3 のスギ辺材板目板（厚さ１５ｍｍ、板幅１２０ｍｍ、繊維方向の長さ１２０ｍｍ）とする。
（３）試験材への木質材料用不燃化薬剤の浸透、加熱乾燥
試験材を前記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した。そのとき、前記木質材料用不燃化薬剤の試験材へ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。
その結果、試験材の重量増加率は、７８．６％となった。乾燥後の試験材にはアンモニア臭は全くなく、加熱乾燥工程において炭酸水素アンモニウムが完全に除去されたことを確認した。また、試験材の重量増加率から推定しても、乾燥後の試験材中に炭酸水素アンモニウムが残存しているとは考えられなかった。
これは、炭酸水素アンモニウムが、加熱によりガス化するアンモニウム系薬剤であるため、両試験材から加熱乾燥時にガス化して蒸散したためと考えられる。 （４）試験材に対する発熱性試験
次いで、試験材を２３℃で相対湿度５０％の恒温恒湿器中で調湿した後に、コーンカロリーメータによる２０分間の発熱性試験を行った。
その結果、試験材の総発熱量は６．３５ＭＪ／ｍ2 となり、不燃の基準値を満たした。当条件で処理した試験材であるスギ材の３０℃、相対湿度９０％における平衡含水率は２０．６％で、無処理木材のそれ（１９．２％）と近似した吸湿性を示した。
なお、当条件で処理したときには薬剤の滲み出し等は観察されなかった。
【実施例８】
【００３１】
（１）木質材料用不燃化薬剤
水５００ｍｌに加熱によりガス化するアンモニウム系薬剤としての炭酸水素アンモニウム５０ｇ及び炭酸アンモニウム５０ｇを溶解させた後、ホウ素系不燃薬剤としてのホウ酸２２８ｇを投入し、約３０℃に水温を保ちながら撹拌した結果、ホウ酸は全てが溶解して、透明な溶液（木質材料用不燃化薬剤）が得られた。この木質材料用不燃化薬剤は少なくとも水温２５℃付近までは安定であった。
なお、ホウ酸の２０℃での溶解度は４ｇ／１００ｍｌであり、炭酸水素アンモニウムが溶解された水５００ｍｌに、ホウ酸が２２８ｇも溶解したのは、単独の溶解度以上に水に溶解させていることになる。
（２）試験材
本実施例における試験材は、６０℃で十分に乾燥させた密度０．２９ｇ／ｃｍ3 ならびに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）である。
なお、本実施例中において、密度０．２９ｇ／ｃｍ3 のスギ辺材板目板を第１の試験材、密度０．３６ｇ／ｃｍ3 のスギ辺材板目板を第２の試験材とする。
（３）試験材への木質材料用不燃化薬剤の浸透、加熱乾燥
前記第１及び第２の試験材を前記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した。そのとき、前記木質材料用不燃化薬剤の試験材へ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。
その結果、第１の試験材では８７．７％、第２の試験材では７０．４％の重量増加率となった。乾燥後の試験材にはアンモニア臭は全くなく、加熱乾燥工程において炭酸水素アンモニウムが完全に除去されたことを確認した。また、試験材の重量増加率から推定しても、乾燥後の試験材中に炭酸水素アンモニウム及び炭酸アンモニウムが残存しているとは考えられなかった。
これは、炭酸水素アンモニウム及び炭酸アンモニウムが、加熱によりガス化するアンモニウム系薬剤であるため、両試験材から加熱乾燥時にガス化して蒸散したためと考えられる。
（４）試験材に対する発熱性試験
次いで、第１及び第２の試験材を ２３℃で相対湿度５０％の恒温恒湿器中で調湿した後に、コーンカロリーメータによる２０分間の発熱性試験を行った。
その結果、第１の試験材の総発熱量は３．８８ＭＪ／ｍ2 、第２の試験材の総発熱量は７．２６ＭＪ／ｍ2 となり、それぞれ不燃の基準値を満たした。
なお、処理木材の３０℃、相対湿度９０％における平衡含水率は２０．２％であった。
【実施例９】
【００３２】
（１）木質材料用不燃化薬剤
水５００ｍｌに加熱によりガス化するアンモニウム系薬剤としての炭酸水素アンモニウム１００ｇを溶解させた後、リン酸系不燃薬剤としてのリン酸グアニル尿素及びリン酸グアニジンからなる有機リン酸塩混合物３００ｇを投入し、約３０℃に水温を保ちながら撹拌した結果、有機リン酸塩混合物は全てが溶解して、透明な溶液（木質材料用不燃化薬剤）が得られた。なお、これは上述した実施例４における木質材料用不燃化薬剤と同様のものである。
（２）試験材
本実施例における試験材は、６０℃で十分に乾燥させたスギ辺材板目板（厚さ１２ｍｍ、板幅７０ｍｍ、繊維方向の長さ１５０ｍｍ）である。
なお、本実施例においては、ウエザメータによる塗膜の耐候性試験では、１５ｍｍ×１５０ｍｍの大きさの板材が要求され、かつウエザメータには厚い板を入れることができないので、１２ｍｍ厚のものとした。
（３）試験材への木質材料用不燃化薬剤の浸透、加熱乾燥
かかる試験材を前記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し、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。
（４）試験材に対する耐候性試験
次いで、２３℃で相対湿度５０％の雰囲気中で調湿後、試験材の表面を♯２４０のサンドペーパーで軽く研削した後、耐候性クリア塗料（日本ペイント（株) 製のファインウレタンＵ）を、メーカーのカタログに示された条件にしたがって塗布した。
この耐候性クリア塗料を塗布して一定期間養生後、クロスカット法（碁盤の目テープ法）による塗膜の付着性試験および、スーパーキセノンウェザメータによる耐候性試験を実施した。その結果、碁盤の目テープ法による塗膜の付着性試験では分類０（傷の縁が完全に滑らかでどの格子の目も剥がれていない状態）となった。
また、ウェザメータ１０００時間後にも塗膜には亀裂や剥離が観察されなかった。
すなわちこの木質材料用不燃化薬剤が含浸、乾燥された試験材の塗膜の付着性や耐候性は、極めて良好であることが分かった。
なお、クロスカット法（碁盤の目テープ法）とは、ＪＩＳＫ５６００−５−６に定められた塗膜の付着性能を評価する試験方法であって、１乃至２ｍｍの間隔で縦横に塗膜を傷つけ、これにセロファンテープを貼り付けた後、一気にセロファンテープを剥がしとることで塗膜の付着性能を評価する方法をいう。
【００３３】
次に、上述した実施例に対する比較例を挙げる。
【００３４】
比較例１
（１）木質材料用不燃化薬剤
水５００ｍｌにリン酸アンモニウム１００ｇを溶解させた後、ホウ酸２１０．３ｇとホウ酸ナトリウム１４．４ｇを投入し、約３０℃に水温を保ちながら撹拌した結果、ホウ酸とホウ酸ナトリウムは全てが溶解して、透明な溶液（木質材料用不燃化薬剤）を得た。
なお、この比較例１における木質材料用不燃化薬剤は、前記実施例３における木質材料用不燃化薬剤での炭酸水素アンモニウムの代わりにリン酸アンモニウムを用いたものである。
（２）試験材
本比較例における試験材は、６０℃で十分に乾燥させた密度０．３４ｇ／ｃｍ3 のスギ辺材板目板（厚さ１５ｍｍ、板幅１２０ｍｍ、繊維方向の長さ１２０ｍｍ）とする。
（３）試験材への木質材料用不燃化薬剤の浸透、加熱乾燥
前記試験材を前記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した。そのとき、前記木質材料用不燃化薬剤の試験材へ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。
次いで、試験材を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。その結果、その結果、試験材の重量増加率は、１４４％となり、実施例３と比較しても明らかに重たくなった。なお、実施例３の場合は、第１の試験材（密度０．２９ｇ／ｃｍ3 のスギ辺材板目板）の重量増加率は９０．８％、第２の試験材（密度０．３６ｇ／ｃｍ3 のスギ辺材板目板）の重量増加率は７１．９％である。
（４）試験材に対する発熱性試験
かかる試験材を２３℃で相対湿度５０％の恒温恒湿器中で調湿した後に、コーンカロリーメータによる２０分間の発熱性試験を行った結果、総発熱量は０．３８ＭＪ／ｍ2 となり、極めて優れた性能を発揮し、不燃の基準値を十分に満たした。
しかし、同条件で処理したスギ材の３０℃、相対湿度９０％における平衡含水率は５０．９％で、無処理木材のそれより（１９．２％）もはるかに高くなり、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。また、試験片を６０℃の送風乾燥機で再び乾燥させると、ホウ素系化合物と思われる白色の粉が木材表面全体に観察された。
【００３５】
比較例２
（１）木質材料用不燃化薬剤
水５００ｍｌにリン酸アンモニウム１００ｇを溶解させた後、リン酸グアニル尿素とリン酸グアニジンからなる有機リン酸塩混合物２５０ｇを投入し、約３０℃に水温を保ちながら撹拌した結果、リン酸グアニル尿素とリン酸グアニジンからなる有機リン酸塩混合物は全てが溶解して、透明な溶液（木質材料用不燃化薬剤）を得た。
なお、この比較例２における木質材料用不燃化薬剤は、前記実施例４における木質材料用不燃化薬剤での炭酸水素アンモニウムの代わりにリン酸アンモニウムを用いたものである。
（２）試験材
本比較例における試験材は、６０℃で十分に乾燥させた密度０．３４ｇ／ｃｍ3 のスギ辺材板目板（厚さ１５ｍｍ、板幅１２０ｍｍ、繊維方向の長さ１２０ｍｍ）とする。
（３）試験材への木質材料用不燃化薬剤の浸透、加熱乾燥
前記試験材を前記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した。そのとき、前記木質材料用不燃化薬剤の試験材へ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。
次いで、第１及び第２の試験材を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。その結果、試験材の重量増加率は１３０％となり、実施例４と較しても明らかに重たくなった。なお、実施例４での試験材の重量増加率は、１０３％である。
（４）試験材に対する発熱性試験
かかる試験材を２３℃で相対湿度５０％の恒温恒湿器中で調湿した後に、コーンカロリーメータによる２０分間の発熱性試験を行った。その結果、総発熱量は４．６８ＭＪ／ｍ2 となり、不燃の基準値を満たした。
しかし、同条件で処理したスギ材の３０℃、相対湿度９０％における平衡含水率は４６．３％で、無処理木材のそれより１９．２％もはるかに高くなり、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。
【００３６】
比較例３
（１）木質材料用不燃化薬剤
水５００ｍｌにリン酸アンモニウム１００ｇを溶解させた後、リン酸グアニル尿素とリン酸グアニジンからなる有機リン酸塩混合物２５０ｇを投入し、約３０℃に水温を保ちながら撹拌した結果、リン酸グアニル尿素とリン酸グアニジンからなる有機リン酸塩混合物は全てが溶解して、透明な溶液（木質材料用不燃化薬剤）を得た。
なお、この比較例３における木質材料用不燃化薬剤は、前記比較例２における木質材料用不燃化薬剤と同等であり、前記実施例４における木質材料用不燃化薬剤での炭酸水素アンモニウムの代わりにリン酸アンモニウムを用いたものである。
（２）試験材
本比較例における試験材は、スギ辺材板目板（厚さ１２ｍｍ、板幅７０ｍｍ、繊維方向の長さ１５０ｍｍ）である。
（３）試験材への木質材料用不燃化薬剤の浸透、加熱乾燥
前記試験材を前記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した。そのとき、前記木質材料用不燃化薬剤の試験材へ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。
次いで、試験材を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。その結果、試験材の重量増加率は１３０％となり、実施例４と較しても明らかに重たくなった。なお、実施例４での試験材の重量増加率は、１０３％である。
（４）試験材に対する発熱性試験
試験材を２０℃で相対湿度５０％の雰囲気中で調湿後、表面を♯２４０のサンドペーパーで軽く研削後、耐候性クリア塗料（日本ペイント（株) 製のファインウレタンＵ）をメーカーのカタログに示された条件にしたがって塗布した。
この耐候性クリア塗料を塗布して一定期間養生後、クロスカット法（碁盤の目テープ法）による塗膜の付着性試験を行った。その結果は、分類４〜５で、塗膜の付着性に極めて問題があることが分かった。
【００３７】
すなわち、比較例１〜３によると、炭酸水素アンモニウムの代わりにリン酸アンモニウムを用いた木質材料用不燃化薬剤であると、不燃基準は満たすが、明らかに実施例１〜８に示す木質材料用不燃化薬剤を用いたものより試験材が重くなり、かつ試験材の含水率が高くなる。
これは、試験材の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することを意味しており、この自由水に起因して、試験材の表面からは木質材料用不燃化薬剤の滲み出しが生じ、これによるべたつきという不具合が発生する。
このべたつきは、調湿時に試験片の下に置いておいた濾紙を汚染することでも確認することができる。
【００３８】
これに対して、実施例１〜９における木質材料用不燃化薬剤では、不燃基準を満たしつつ、木質材料用不燃化方法が施された木質材料を比較例１〜３より軽くする構成することができ、最大の問題点であった木質材料用不燃化薬剤の滲み出しに起因するべたつきが発生しないことが確認された。
しかも、簡単な加圧式注入缶を用いて、木質材料用不燃化薬剤を木質材料に含浸させるものであるたから、簡単に不燃化木質材料を得ることができる。
その上、クロスカット法による塗膜の付着性試験やスーパーキセノンウェザメータによる耐候性試験も良好にクリアした。すなわち、この木質材料用不燃化薬剤が含浸、乾燥された木質材料の塗膜の付着性や耐候性は、極めて良好であることが分かった。
【００３９】
なお、上述した各種実施例では、水に対して加熱によりガス化するアンモニウム系薬剤としての炭酸アンモニウムや炭酸水素アンモニウムを溶解させた後、ホウ素系不燃薬剤としてのホウ酸やホウ酸ナトリウム等や、リン酸系不燃薬剤としてのリン酸グアニル尿素やリン酸グアニジンを単独での溶解度以上に溶解させているが、逆に、水にホウ素系不燃薬剤やリン酸系不燃薬剤を単独での溶解度以上に混ぜ、その後に加熱によりガス化するアンモニウム系薬剤を溶解させることで、結果としてホウ素系不燃薬剤やリン酸系不燃薬剤を単独での溶解度以上に溶解させるようにしてもよいことはいうまでもない。
【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材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。
木質材料の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。かかる評価方法において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つの基準を満たす必要がある。
第１の基準：総発熱量が８ＭＪ／ｍ2 以下であること。
第２の基準：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。
第３の基準：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】
かかる第１から第３の３つの基準を満たすためには、木質材料中にかなり大量の薬剤を導入する必要がある。この木質材料中に大量の薬剤を導入するためには、高濃度の溶液を調製するか、特許第３５３８１９４号に記載されているように、木質材料への薬剤の含浸と、薬剤が浸透した木質材料の乾燥を複数回繰り返すことが必須となる。高濃度の溶液を得る方法としては、リン酸やリン酸の無機化合物など溶解度が極めて高い薬剤を使用するか、あるいは特開２００６−２１９３２９に記載されているように処理溶液を加温する、またあるいは、複数の薬剤を用いて溶解度を高めることを挙げることができる。
【０００４】
一方、複数の薬剤を混合して溶解度を高める方法としては以下のような方法が知られている。
（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でｐＨを調整してホウ酸を高濃度に溶解させる方法。
（３）特開平０８−０７３２１２のようにＥＤＴＡやクエン酸などのキレート剤を使ってホウ素系化合物の溶解度を高める方法。
（４）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する方法。
【０００５】
【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０８−０７３２１２
【特許文献６】特開平０３−２２３２０５
【特許文献７】特開平０７−０８８８０８
【非特許文献１】北海道立林産試験場報 第１３巻 第２号 ８〜１４ページ
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述した方法のうち、特許第３５３８１９４号のように、木質材料への薬剤の含浸と、薬剤が浸透した木質材料の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るという致命的な欠点がある。
【０００７】
また、高濃度の溶液を得るために、溶解度が高いリン酸やリン酸の無機化合物などを使用する方法には、リン酸やリン酸の無機化合物などの極めて高い吸湿性のため、それで処理された木質材料が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を有している。
【０００８】
さらに、その薬剤の滲み出しを抑制するために、木質材料の表面に塗装などの表面コーティング膜を形成するが、薬剤の滲み出しは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ことになる。すなわち、リン酸やリン酸の無機化合物などを用いた高濃度の溶液を木質材料に導入する方法は、リン酸やリン酸の無機化合物などがもっている極めて高い吸湿性のため、現実には実施できないものである。
【０００９】
また、特開２００６−２１９３２９に記載されているように処理溶液を加温することで、溶解度を高め、高濃度の溶液を得ることは難しいことではないが、木質材料への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。したがって仮に実用化されたとしても、製造コストが高くなると考えられる。
【００１０】
また、ホウ素系化合物の溶解度を高めるために用いられている薬剤はいずれも、吸湿性が高く、処理後にも木質材料中に全てが残存するために、それで処理された木質材料は著しく重く、吸湿性も高く、自ら吸った湿気で薬剤が滲み出すという現象が生じる。また、（３）や（４）の方法で用いられている薬剤は有機物で加熱時には発熱があると考えられ、不燃性の発現を目的とする処理薬剤としてはその添加は好ましいものではない。ちなみに（４）の薬剤は防虫を主な目的としたものであるが、それを防火薬剤として用いた研究では、所期の目標を達成することができなかった旨の報告（北海道立林産試験場報 第１３巻 第２号 ８〜１４ページ) がある。
【００１１】
このように、従来公知となっている不燃処理薬剤により処理された木質材料は、いずれも吸湿性が決めて高く、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という基本的な問題を含んでいた。
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。
【００１２】
本発明は、上記事情に鑑みて創案されたもので、処理期間が短く、加工装置も簡単で加工作業も容易で、吸湿性に起因する表面コーティング膜等に悪影響を及ぼす木質材料用不燃化薬剤の木質材料からの滲み出しが発生することがない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、木質材料の不燃化方法及び不燃化木質材料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】
【００１３】
本発明に係る木質材料用不燃化薬剤は、水に加熱によりガス化するアンモニウム系薬剤が溶解されるとともに、ホウ素系不燃薬剤及び／又はリン酸系不燃薬剤が単独の溶解度以上溶解させている。
【００１４】
また、前記ホウ素系不燃薬剤としては、ホウ酸、ホウ酸ナトリウム、ホウ酸カリウム、ホウ酸アンモニウムのいずれか、あるいはそれらの混合物を用いる。
【００１５】
また、前記リン酸系不燃薬剤としては、チッ素を含む有機リン酸塩を用いる。
【００１６】
さらに、前記アンモニウム系薬剤としては、炭酸アンモニウム、炭酸水素アンモニウムのいずれか、あるいは両者の混合物を用いる。
【００１７】
一方、本発明に係る木質材料用不燃化薬剤の製造方法は、加熱によりガス化するアンモニウム系薬剤を水に溶解させる工程と、この水にホウ素系不燃薬剤、リン酸系不燃薬剤のいずれか、あるいは双方を、それぞれ単独の溶解度以上に溶解させる工程とを有している。
【００１８】
また、本発明に係る木質材料用不燃化薬剤の製造方法は、水にホウ素系不燃薬剤、リン酸系不燃薬剤のいずれか、あるいは双方を、それぞれ単独の溶解度以上に混ぜる工程と、この水に加熱によりガス化するアンモニウム系薬剤を溶解させて、ホウ素系不燃薬剤、リン酸系不燃薬剤のいずれか、あるいは双方を水に溶解させる工程とを有している。
【００１９】
本発明に係る木質材料の不燃化方法は、前記木質材料用不燃化薬剤を木質材料に含浸、塗布した後、強制乾燥させて、アンモニウム系薬剤を分解除去するものである。
【００２０】
さらに、本発明に係る不燃化木質材料は、前記木質材料用不燃化薬剤を木質材料に含浸、塗布した後、強制乾燥させて、アンモニウム系薬剤を分解除去して得られるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
発明者は、このような状況下にあって、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。既知の事実により、有機アミンや第４級アンモニウム塩の存在下で、ホウ素系化合物が溶解度をはるかに超えて溶解することは明らかであり、無機アンモニウム塩においても同様の効果が得られるであろうことは推察できた。ここでは、その吸湿性が問題となるので、処理後の木質材料にそれが残存しなければ、全て問題が解決すると思われた。
【００２２】
化学大辞典（共立出版株式会社、昭和４６年 縮小版第１１刷発行) の第５巻、「炭酸アンモニウム」の項には、「加熱すれば５８℃で分解する。水溶液は７０℃で分解してアンモニアと二酸化炭素と水になる。市販の炭酸アンモニウムはＮＨ4 ＨＣＯ3 ・ＮＨ4 ＣＯ2 ＮＨ2 の組成をもった白色結晶で、熱すれば昇華する。」とあった。また、「炭酸水素アンモニウム」の項には「３５〜６０℃でアンモニアと二酸化炭素および水に分解する。」とあった。
【００２３】
アンモニウム塩は一般に吸湿性が高いが、これらのどちらか、あるいは両者の混合物を用いて不燃薬剤を所定の濃度に溶解し、木材中に持ち込んだ後、所定の温度をかけることで木材中から分解除去すれば、軽量で吸湿性のない不燃木質材料が製造できると推量した。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。
【実施例１】
【００２４】
（１）木質材料用不燃化薬剤
本実施例における木質材料用不燃化薬剤は、以下のようにして製造される。
水５００ｍｌに加熱によりガス化するアンモニウム系薬剤としての炭酸アンモニウム１００ｇを溶解させた後、ホウ素系不燃薬剤としてのホウ酸２２８ｇを投入し、約３０℃に水温を保ちながら撹拌した結果、ホウ酸は全てが溶解して、透明な溶液（木質材料用不燃化薬剤）が得られた。なお、この木質材料用不燃化薬剤は少なくとも水温２５℃付近までは安定であった。
なお、ホウ酸の２０℃での溶解度は４ｇ／１００ｍｌであるから、炭酸アンモニウムが溶解された水５００ｍｌに、２２８ｇも溶解したのは、単独の溶解度以上に水に溶解させていることになる。
（２）試験材
本実施例における試験材は、６０℃で十分に乾燥させた密度０．２９ｇ／ｃｍ3 ならびに密度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）である。なお、本実施例中において、密度０．２９ｇ／ｃｍ3 のスギ辺材板目板を第１の試験材、密度０．３６ｇ／ｃｍ3 のスギ辺材板目板を第２の試験材とする。
（３）試験材への木質材料用不燃化薬剤の浸透、加熱乾燥
第１及び第２の試験材を前記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した。そのとき、前記木質材料用不燃化薬剤の試験材へ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。
次いで、第１及び第２の試験材を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。その結果、第１の試験材の重量増加率は７９．３％、第２の試験材の重量増加率は６２．５％となった。
乾燥後の第１及び第２の試験材にはアンモニア臭は全くなく、加熱乾燥工程において炭酸アンモニウムが完全に除去されたことを確認された。これは、炭酸アンモニウムが、加熱によりガス化するアンモニウム系薬剤であるため、両試験材から加熱乾燥時にガス化して蒸散したためと考えられる。
また、第１及び第２の乾燥後の試験材の重量増加率から推定しても、乾燥後の試験材中に炭酸アンモニウムが残存しているとは考えらない。
（４）試験材に対する発熱性試験
かかる第１及び第２の試験材を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、各試験材の寸法が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第１の試験材で２．６２ＭＪ／ｍ2 、第２の試験材で７．４０ＭＪ／ｍ2 となり、両試験材とも基準値である８ＭＪ／ｍ2 以下の値となった。
また、両試験材に貫通割れや、２００ｋｗ／ｍ2 を上回る発熱速度も観察されることはなかった。すなわち、両試験材は、不燃材料としての規格を完全に満たした。なお、両試験材の３０℃、相対湿度９０％における平衡含水率は、１９．６％であり、無処理のスギ材のそれ（１９．２％）とほとんど同じであった。
【実施例２】
【００２５】
（１）木質材料用不燃化薬剤
水５００ｍｌに加熱によりガス化するアンモニウム系薬剤としての炭酸水素アンモニウム１００ｇを溶解させた後、ホウ素系不燃薬剤としてのホウ酸２２８ｇを投入し、約３０℃に水温を保ちながら撹拌した結果、ホウ酸は全てが溶解して、透明な溶液（木質材料用不燃化薬剤）が得られた。この木質材料用不燃化薬剤は少なくとも水温２５℃付近までは安定であった。
なお、ホウ酸の２０℃での溶解度は４ｇ／１００ｍｌであるから、炭酸水素アンモニウムが溶解された水５００ｍｌに、２２８ｇも溶解したのは、単独の溶解度以上に水に溶解させていることになる。
（２）試験材
本実施例における試験材は、６０℃で十分に乾燥させた密度０．２９ｇ／ｃｍ3 ならびに密度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）である。なお、本実施例中において、密度０．２９ｇ／ｃｍ3 のスギ辺材板目板を第１の試験材、密度０．３６ｇ／ｃｍ3 のスギ辺材板目板を第２の試験材とする。
（３）試験材への木質材料用不燃化薬剤の浸透、加熱乾燥
第１及び第２の試験材を前記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し、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。
その結果、第１の試験材の重量増加率は８４．９％、第２の試験材の重量増加率は６７．６％となった。
乾燥後の第１及び第２の試験材にはアンモニア臭は全くなく、加熱乾燥工程において炭酸水素アンモニウムが完全に除去されたことを確認された。これは、炭酸水素アンモニウムが、加熱によりガス化するアンモニウム系薬剤であるため、両試験材から加熱乾燥時にガス化して蒸散したためと考えられる。
また、第１及び第２の乾燥後の試験材の重量増加率から推定しても、乾燥後の試験材中に炭酸水素アンモニウムが残存しているとは考えらない。
（４）試験材に対する発熱性試験
かかる第１及び第２の試験材を２３℃で相対湿度５０％の恒温恒湿器中で調湿した後に、コーンカロリーメータによる２０分間の発熱性試験を行った。
その結果、第１の試験材総発熱量は４．０６ＭＪ／ｍ2 であり、基準値を満たしたが、第２の試験材では８．１５ＭＪ／ｍ2 となり、不燃の基準値を若干上回った。なお、これらの試験材の３０℃、相対湿度９０％における平衡含水率は１９．８％であった。
【実施例３】
【００２６】
（１）木質材料用不燃化薬剤
水５００ｍｌに加熱によりガス化するアンモニウム系薬剤としての炭酸水素アンモニウム１００ｇを溶解させた後、ホウ素系不燃薬剤としてのホウ酸２１０．３ｇ及びホウ酸ナトリウム１４．４ｇ投入し、約３０℃に水温を保ちながら撹拌した結果、ホウ酸とホウ酸ナトリウムは全てが溶解して、透明な溶液（木質材料用不燃化薬剤）が得られた。この木質材料用不燃化薬剤は少なくとも水温２５℃付近までは安定であった。
なお、ホウ酸の２０℃での溶解度は４ｇ／１００ｍｌであり、炭酸水素アンモニウムが溶解された水５００ｍｌに、ホウ酸が２１０．３ｇも溶解したのは、単独の溶解度以上に水に溶解させていることになる。
（２）試験材
本実施例における試験材は、６０℃で十分に乾燥させた密度０．２９ｇ／ｃｍ3 ならびに密度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）である。なお、本実施例中において、密度０．２９ｇ／ｃｍ3 のスギ辺材板目板を第１の試験材、密度０．３６ｇ／ｃｍ3 のスギ辺材板目板を第２の試験材とする。
（３）試験材への木質材料用不燃化薬剤の浸透、加熱乾燥
第１及び第２の試験材を前記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し、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。
その結果、第１の試験材の重量増加率は９０．８％、第２の試験材の重量増加率は７１．９％となった。
乾燥後の第１及び第２の試験材にはアンモニア臭は全くなく、加熱乾燥工程において炭酸水素アンモニウムが完全に除去されたことを確認された。これは、炭酸水素アンモニウムが、加熱によりガス化するアンモニウム系薬剤であるため、両試験材から加熱乾燥時にガス化して蒸散したためと考えられる。また、両試験材の重量増加率から推定しても、加熱乾燥後の両試験材中に炭酸水素アンモニウムが残存しているとは考えられない。
（４）試験材に対する発熱性試験
次いで、かかる第１及び第２の試験材を２３℃で相対湿度５０％の恒温恒湿器中で調湿した後に、コーンカロリーメータによる２０分間の発熱性試験を行った。
その結果、総発熱量は第１の試験材では１．８９ＭＪ／ｍ2 、第２の試験材では５．２３ＭＪ／ｍ2 となり、ともに不燃の基準値を満たした。
このことより、若干のホウ酸ナトリウムの添加は、総発熱量を抑制し、不燃性能を安定して発現させるのに有効と考えられる。しかし、当条件で処理した第１及び第２の試験材の３０℃、相対湿度９０％における平衡含水率は２４．６％で、無処理木材のそれより（１９．２％）も若干高くなり、ホウ酸ナトリウムを過度に添加することは、薬剤の滲み出しなどの原因となる危険性を高めると思料される。
なお、当条件で処理したときには薬剤の滲み出し等は観察されなかった。
【実施例４】
【００２７】
（１）木質材料用不燃化薬剤
水５００ｍｌに加熱によりガス化するアンモニウム系薬剤としての炭酸水素アンモニウム１００ｇを溶解させた後、リン酸系不燃薬剤としてのリン酸グアニル尿素１５ｇ、リン酸グアニジン２８５ｇからなる有機リン酸塩混合物３００ｇを投入し、約３０℃に水温を保ちながら撹拌した結果、有機リン酸塩混合物は全てが溶解して、透明な溶液（木質材料用不燃化薬剤）が得られた。
なお、リン酸グアニジンの２０℃での溶解度は１５．５ｇ／１００ｍｌであるので、炭酸水素アンモニウムが溶解された水５００ｍｌに、リン酸グアニジンが２８５ｇも溶解したのは、単独の溶解度以上に水に溶解させていることになる。
（２）試験材
本実施例における試験材は、６０℃で十分に乾燥させた密度０．２９ｇ／ｃｍ3 のスギ辺材板目板（厚さ１５ｍｍ、板幅１２０ｍｍ、繊維方向の長さ１２０ｍｍ）である。
（３）試験材への木質材料用不燃化薬剤の浸透、加熱乾燥
かかる試験材を前記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し、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。
その結果、試験材の重量増加率は、１０３％となった。乾燥後の試験材にはアンモニア臭は全くなく、加熱乾燥工程において炭酸水素アンモニウムが完全に除去されたことが確認された。これは、炭酸水素アンモニウムが、加熱によりガス化するアンモニウム系薬剤であるため、両試験材から加熱乾燥時にガス化して蒸散したためと考えられる。また、加熱乾燥後の試験材の重量増加率から推定しても、加熱乾燥後の試験材中に炭酸水素アンモニウムが残存しているとは考えられない。
（４）試験材に対する発熱性試験
次いで、かかる試験材を２３℃で相対湿度５０％の恒温恒湿器中で調湿した後に、コーンカロリーメータによる２０分間の発熱性試験を行った。
その結果、試験材の総発熱量は６．４０ＭＪ／ｍ2 となり、不燃の基準値を満たした。同条件で処理した試験材であるスギ材の３０℃、相対湿度９０％における平衡含水率は１４．６％で、無処理木材のそれより（１９．２％）もはるかに低くなった。
【実施例５】
【００２８】
（１）木質材料用不燃化薬剤
水５００ｍｌに加熱によりガス化するアンモニウム系薬剤としての炭酸水素アンモニウム１００ｇを溶解させた後、リン酸系不燃薬剤としてのリン酸グアニル尿素１５ｇ、リン酸グアニジン２８５ｇからなる有機リン酸塩混合物３００ｇと、ホウ酸１４ｇを投入し、約３０℃に水温を保ちながら撹拌した結果、有機リン酸塩混合物は全てが溶解して、透明な溶液（木質材料用不燃化薬剤）が得られた。
なお、リン酸グアニジンの２０℃での溶解度は１５．５ｇ／１００ｍｌであるので、炭酸水素アンモニウムが溶解された水５００ｍｌに、リン酸グアニジンが２８５ｇも溶解したのは、単独の溶解度以上に水に溶解させていることになる。
（２）試験材
本実施例における試験材は、６０℃で十分に乾燥させた密度０．２９ｇ／ｃｍ3 ならびに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）である。なお、本実施例中において、密度０．２９ｇ／ｃｍ3 のスギ辺材板目板を第１の試験材、密度０．３６ｇ／ｃｍ3 のスギ辺材板目板を第２の試験材とする。
（３）試験材への木質材料用不燃化薬剤の浸透、加熱乾燥
第１及び第２の試験材を前記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した。そのとき、前記木質材料用不燃化薬剤の試験材へ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。
次いで、第１及び第２の試験材を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結果、第１の試験材の重量増加率は１０５％、第２の試験材の重量増加率は９０．２％となった。
乾燥後の第１及び第２の試験材にはアンモニア臭は全くなく、加熱乾燥工程において炭酸水素アンモニウムが完全に除去されたことが確認された。これは、炭酸水素アンモニウムが、加熱によりガス化するアンモニウム系薬剤であるため、両試験材から加熱乾燥時にガス化して蒸散したためと考えられる。
また、第１及び第２の乾燥後の試験材の重量増加率から推定しても、乾燥後の試験材中に炭酸水素アンモニウムが残存しているとは考えらない。
（４）試験材に対する発熱性試験
次いで、２３℃で相対湿度５０％の恒温恒湿器中で調湿した後に、コーンカロリーメータによる２０分間の発熱性試験を行った。
その結果、総発熱量は第１の試験材では４．８０ＭＪ／ｍ2 、第２の試験材では６．２０ＭＪ／ｍ2 となり、ともに不燃の基準値を満たした。同条件で処理した試験材であるスギ材のの３０℃、相対湿度９０％における平衡含水率は１５．５％で、無処理木材のそれより（１９．２％）もはるかに低くなった。
【実施例６】
【００２９】
（１）木質材料用不燃化薬剤
水５００ｍｌに加熱によりガス化するアンモニウム系薬剤としての炭酸水素アンモニウム１００ｇを溶解させた後、ホウ素系不燃薬剤としてのホウ酸１７５ｇ及びホウ酸カリウム５０ｇを投入し、約３０℃に水温を保ちながら撹拌した結果、ホウ酸とホウ酸カリウムは全てが溶解して、透明な溶液（木質材料用不燃化薬剤）が得られた。この木質材料用不燃化薬剤は少なくとも水温２５℃付近までは安定であった。
なお、ホウ酸の２０℃での溶解度は４ｇ／１００ｍｌであり、炭酸水素アンモニウムが溶解された水５００ｍｌに、ホウ酸が１７５ｇも溶解したのは、単独の溶解度以上に水に溶解させていることになる。
（２）試験材
本実施例における試験材は、６０℃で十分に乾燥させた密度０．２９ｇ／ｃｍ3 のスギ辺材板目板（厚さ１５ｍｍ、板幅１２０ｍｍ、繊維方向の長さ１２０ｍｍ）とする。
（３）試験材への木質材料用不燃化薬剤の浸透、加熱乾燥
試験材を前記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した。そのとき、前記木質材料用不燃化薬剤の試験材へ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。
次いで、試験材を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結果、試験材の重量増加率は８１．４％となった。
乾燥後の試験材にはアンモニア臭は全くなく、加熱乾燥工程において炭酸水素アンモニウムが完全に除去されたことを確認した。また、試験材の重量増加率から推定しても、乾燥後の試験材中に炭酸水素アンモニウムが残存しているとは考えられなかった。
これは、炭酸水素アンモニウムが、加熱によりガス化するアンモニウム系薬剤であるため、両試験材から加熱乾燥時にガス化して蒸散したためと考えられる。 （４）試験材に対する発熱性試験
次いで、試験材を２３℃で相対湿度５０％の恒温恒湿器中で調湿した後に、コーンカロリーメータによる２０分間の発熱性試験を行った。
その結果、試験材の総発熱量は５．１７ＭＪ／ｍ2 となり、不燃の基準値を満たした。当条件で処理した試験材であるスギ材のの３０℃、相対湿度９０％における平衡含水率は２１．７％で、無処理木材のそれ（１９．２％）と近似した吸湿性を示した。
なお、当条件で処理したときには薬剤の滲み出し等は観察されなかった。
【実施例７】
【００３０】
（１）木質材料用不燃化薬剤
水５００ｍｌに加熱によりガス化するアンモニウム系薬剤としての炭酸水素アンモニウム８０ｇを溶解させた後、ホウ素系不燃薬剤としてのホウ酸１７５ｇ及びホウ酸カリウム５０ｇを投入し、約３０℃に水温を保ちながら撹拌した結果、ホウ酸とホウ酸カリウムは全てが溶解して、透明な溶液（木質材料用不燃化薬剤）が得られた。この木質材料用不燃化薬剤は少なくとも水温２５℃付近までは安定であった。
なお、ホウ酸の２０℃での溶解度は４ｇ／１００ｍｌであり、炭酸水素アンモニウムが溶解された水５００ｍｌに、ホウ酸が１７５ｇも溶解したのは、単独の溶解度以上に水に溶解させていることになる。
（２）試験材
本実施例における試験材は、６０℃で十分に乾燥させた密度０．２９ｇ／ｃｍ3 のスギ辺材板目板（厚さ１５ｍｍ、板幅１２０ｍｍ、繊維方向の長さ１２０ｍｍ）とする。
（３）試験材への木質材料用不燃化薬剤の浸透、加熱乾燥
試験材を前記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した。そのとき、前記木質材料用不燃化薬剤の試験材へ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。
その結果、試験材の重量増加率は、７８．６％となった。乾燥後の試験材にはアンモニア臭は全くなく、加熱乾燥工程において炭酸水素アンモニウムが完全に除去されたことを確認した。また、試験材の重量増加率から推定しても、乾燥後の試験材中に炭酸水素アンモニウムが残存しているとは考えられなかった。
これは、炭酸水素アンモニウムが、加熱によりガス化するアンモニウム系薬剤であるため、両試験材から加熱乾燥時にガス化して蒸散したためと考えられる。 （４）試験材に対する発熱性試験
次いで、試験材を２３℃で相対湿度５０％の恒温恒湿器中で調湿した後に、コーンカロリーメータによる２０分間の発熱性試験を行った。
その結果、試験材の総発熱量は６．３５ＭＪ／ｍ2 となり、不燃の基準値を満たした。当条件で処理した試験材であるスギ材の３０℃、相対湿度９０％における平衡含水率は２０．６％で、無処理木材のそれ（１９．２％）と近似した吸湿性を示した。
なお、当条件で処理したときには薬剤の滲み出し等は観察されなかった。
【実施例８】
【００３１】
（１）木質材料用不燃化薬剤
水５００ｍｌに加熱によりガス化するアンモニウム系薬剤としての炭酸水素アンモニウム５０ｇ及び炭酸アンモニウム５０ｇを溶解させた後、ホウ素系不燃薬剤としてのホウ酸２２８ｇを投入し、約３０℃に水温を保ちながら撹拌した結果、ホウ酸は全てが溶解して、透明な溶液（木質材料用不燃化薬剤）が得られた。この木質材料用不燃化薬剤は少なくとも水温２５℃付近までは安定であった。
なお、ホウ酸の２０℃での溶解度は４ｇ／１００ｍｌであり、炭酸水素アンモニウムが溶解された水５００ｍｌに、ホウ酸が２２８ｇも溶解したのは、単独の溶解度以上に水に溶解させていることになる。
（２）試験材
本実施例における試験材は、６０℃で十分に乾燥させた密度０．２９ｇ／ｃｍ3 ならびに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）である。
なお、本実施例中において、密度０．２９ｇ／ｃｍ3 のスギ辺材板目板を第１の試験材、密度０．３６ｇ／ｃｍ3 のスギ辺材板目板を第２の試験材とする。
（３）試験材への木質材料用不燃化薬剤の浸透、加熱乾燥
前記第１及び第２の試験材を前記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した。そのとき、前記木質材料用不燃化薬剤の試験材へ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。
その結果、第１の試験材では８７．７％、第２の試験材では７０．４％の重量増加率となった。乾燥後の試験材にはアンモニア臭は全くなく、加熱乾燥工程において炭酸水素アンモニウムが完全に除去されたことを確認した。また、試験材の重量増加率から推定しても、乾燥後の試験材中に炭酸水素アンモニウム及び炭酸アンモニウムが残存しているとは考えられなかった。
これは、炭酸水素アンモニウム及び炭酸アンモニウムが、加熱によりガス化するアンモニウム系薬剤であるため、両試験材から加熱乾燥時にガス化して蒸散したためと考えられる。
（４）試験材に対する発熱性試験
次いで、第１及び第２の試験材を ２３℃で相対湿度５０％の恒温恒湿器中で調湿した後に、コーンカロリーメータによる２０分間の発熱性試験を行った。
その結果、第１の試験材の総発熱量は３．８８ＭＪ／ｍ2 、第２の試験材の総発熱量は７．２６ＭＪ／ｍ2 となり、それぞれ不燃の基準値を満たした。
なお、処理木材の３０℃、相対湿度９０％における平衡含水率は２０．２％であった。
【実施例９】
【００３２】
（１）木質材料用不燃化薬剤
水５００ｍｌに加熱によりガス化するアンモニウム系薬剤としての炭酸水素アンモニウム１００ｇを溶解させた後、リン酸系不燃薬剤としてのリン酸グアニル尿素及びリン酸グアニジンからなる有機リン酸塩混合物３００ｇを投入し、約３０℃に水温を保ちながら撹拌した結果、有機リン酸塩混合物は全てが溶解して、透明な溶液（木質材料用不燃化薬剤）が得られた。なお、これは上述した実施例４における木質材料用不燃化薬剤と同様のものである。
（２）試験材
本実施例における試験材は、６０℃で十分に乾燥させたスギ辺材板目板（厚さ１２ｍｍ、板幅７０ｍｍ、繊維方向の長さ１５０ｍｍ）である。
なお、本実施例においては、ウエザメータによる塗膜の耐候性試験では、１５ｍｍ×１５０ｍｍの大きさの板材が要求され、かつウエザメータには厚い板を入れることができないので、１２ｍｍ厚のものとした。
（３）試験材への木質材料用不燃化薬剤の浸透、加熱乾燥
かかる試験材を前記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し、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。
（４）試験材に対する耐候性試験
次いで、２３℃で相対湿度５０％の雰囲気中で調湿後、試験材の表面を♯２４０のサンドペーパーで軽く研削した後、耐候性クリア塗料（日本ペイント（株) 製のファインウレタンＵ）を、メーカーのカタログに示された条件にしたがって塗布した。
この耐候性クリア塗料を塗布して一定期間養生後、クロスカット法（碁盤の目テープ法）による塗膜の付着性試験および、スーパーキセノンウェザメータによる耐候性試験を実施した。その結果、碁盤の目テープ法による塗膜の付着性試験では分類０（傷の縁が完全に滑らかでどの格子の目も剥がれていない状態）となった。
また、ウェザメータ１０００時間後にも塗膜には亀裂や剥離が観察されなかった。
すなわちこの木質材料用不燃化薬剤が含浸、乾燥された試験材の塗膜の付着性や耐候性は、極めて良好であることが分かった。
なお、クロスカット法（碁盤の目テープ法）とは、ＪＩＳＫ５６００−５−６に定められた塗膜の付着性能を評価する試験方法であって、１乃至２ｍｍの間隔で縦横に塗膜を傷つけ、これにセロファンテープを貼り付けた後、一気にセロファンテープを剥がしとることで塗膜の付着性能を評価する方法をいう。
【００３３】
次に、上述した実施例に対する比較例を挙げる。
【００３４】
比較例１
（１）木質材料用不燃化薬剤
水５００ｍｌにリン酸アンモニウム１００ｇを溶解させた後、ホウ酸２１０．３ｇとホウ酸ナトリウム１４．４ｇを投入し、約３０℃に水温を保ちながら撹拌した結果、ホウ酸とホウ酸ナトリウムは全てが溶解して、透明な溶液（木質材料用不燃化薬剤）を得た。
なお、この比較例１における木質材料用不燃化薬剤は、前記実施例３における木質材料用不燃化薬剤での炭酸水素アンモニウムの代わりにリン酸アンモニウムを用いたものである。
（２）試験材
本比較例における試験材は、６０℃で十分に乾燥させた密度０．３４ｇ／ｃｍ3 のスギ辺材板目板（厚さ１５ｍｍ、板幅１２０ｍｍ、繊維方向の長さ１２０ｍｍ）とする。
（３）試験材への木質材料用不燃化薬剤の浸透、加熱乾燥
前記試験材を前記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した。そのとき、前記木質材料用不燃化薬剤の試験材へ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。
次いで、試験材を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。その結果、その結果、試験材の重量増加率は、１４４％となり、実施例３と比較しても明らかに重たくなった。なお、実施例３の場合は、第１の試験材（密度０．２９ｇ／ｃｍ3 のスギ辺材板目板）の重量増加率は９０．８％、第２の試験材（密度０．３６ｇ／ｃｍ3 のスギ辺材板目板）の重量増加率は７１．９％である。
（４）試験材に対する発熱性試験
かかる試験材を２３℃で相対湿度５０％の恒温恒湿器中で調湿した後に、コーンカロリーメータによる２０分間の発熱性試験を行った結果、総発熱量は０．３８ＭＪ／ｍ2 となり、極めて優れた性能を発揮し、不燃の基準値を十分に満たした。
しかし、同条件で処理したスギ材の３０℃、相対湿度９０％における平衡含水率は５０．９％で、無処理木材のそれより（１９．２％）もはるかに高くなり、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。また、試験片を６０℃の送風乾燥機で再び乾燥させると、ホウ素系化合物と思われる白色の粉が木材表面全体に観察された。
【００３５】
比較例２
（１）木質材料用不燃化薬剤
水５００ｍｌにリン酸アンモニウム１００ｇを溶解させた後、リン酸グアニル尿素とリン酸グアニジンからなる有機リン酸塩混合物２５０ｇを投入し、約３０℃に水温を保ちながら撹拌した結果、リン酸グアニル尿素とリン酸グアニジンからなる有機リン酸塩混合物は全てが溶解して、透明な溶液（木質材料用不燃化薬剤）を得た。
なお、この比較例２における木質材料用不燃化薬剤は、前記実施例４における木質材料用不燃化薬剤での炭酸水素アンモニウムの代わりにリン酸アンモニウムを用いたものである。
（２）試験材
本比較例における試験材は、６０℃で十分に乾燥させた密度０．３４ｇ／ｃｍ3 のスギ辺材板目板（厚さ１５ｍｍ、板幅１２０ｍｍ、繊維方向の長さ１２０ｍｍ）とする。
（３）試験材への木質材料用不燃化薬剤の浸透、加熱乾燥
前記試験材を前記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した。そのとき、前記木質材料用不燃化薬剤の試験材へ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。
次いで、第１及び第２の試験材を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。その結果、試験材の重量増加率は１３０％となり、実施例４と較しても明らかに重たくなった。なお、実施例４での試験材の重量増加率は、１０３％である。
（４）試験材に対する発熱性試験
かかる試験材を２３℃で相対湿度５０％の恒温恒湿器中で調湿した後に、コーンカロリーメータによる２０分間の発熱性試験を行った。その結果、総発熱量は４．６８ＭＪ／ｍ2 となり、不燃の基準値を満たした。
しかし、同条件で処理したスギ材の３０℃、相対湿度９０％における平衡含水率は４６．３％で、無処理木材のそれより１９．２％もはるかに高くなり、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。
【００３６】
比較例３
（１）木質材料用不燃化薬剤
水５００ｍｌにリン酸アンモニウム１００ｇを溶解させた後、リン酸グアニル尿素とリン酸グアニジンからなる有機リン酸塩混合物２５０ｇを投入し、約３０℃に水温を保ちながら撹拌した結果、リン酸グアニル尿素とリン酸グアニジンからなる有機リン酸塩混合物は全てが溶解して、透明な溶液（木質材料用不燃化薬剤）を得た。
なお、この比較例３における木質材料用不燃化薬剤は、前記比較例２における木質材料用不燃化薬剤と同等であり、前記実施例４における木質材料用不燃化薬剤での炭酸水素アンモニウムの代わりにリン酸アンモニウムを用いたものである。
（２）試験材
本比較例における試験材は、スギ辺材板目板（厚さ１２ｍｍ、板幅７０ｍｍ、繊維方向の長さ１５０ｍｍ）である。
（３）試験材への木質材料用不燃化薬剤の浸透、加熱乾燥
前記試験材を前記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した。そのとき、前記木質材料用不燃化薬剤の試験材へ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。
次いで、試験材を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。その結果、試験材の重量増加率は１３０％となり、実施例４と較しても明らかに重たくなった。なお、実施例４での試験材の重量増加率は、１０３％である。
（４）試験材に対する発熱性試験
試験材を２０℃で相対湿度５０％の雰囲気中で調湿後、表面を♯２４０のサンドペーパーで軽く研削後、耐候性クリア塗料（日本ペイント（株) 製のファインウレタンＵ）をメーカーのカタログに示された条件にしたがって塗布した。
この耐候性クリア塗料を塗布して一定期間養生後、クロスカット法（碁盤の目テープ法）による塗膜の付着性試験を行った。その結果は、分類４〜５で、塗膜の付着性に極めて問題があることが分かった。
【００３７】
すなわち、比較例１〜３によると、炭酸水素アンモニウムの代わりにリン酸アンモニウムを用いた木質材料用不燃化薬剤であると、不燃基準は満たすが、明らかに実施例１〜８に示す木質材料用不燃化薬剤を用いたものより試験材が重くなり、かつ試験材の含水率が高くなる。
これは、試験材の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することを意味しており、この自由水に起因して、試験材の表面からは木質材料用不燃化薬剤の滲み出しが生じ、これによるべたつきという不具合が発生する。
このべたつきは、調湿時に試験片の下に置いておいた濾紙を汚染することでも確認することができる。
【００３８】
これに対して、実施例１〜９における木質材料用不燃化薬剤では、不燃基準を満たしつつ、木質材料用不燃化方法が施された木質材料を比較例１〜３より軽くする構成することができ、最大の問題点であった木質材料用不燃化薬剤の滲み出しに起因するべたつきが発生しないことが確認された。
しかも、簡単な加圧式注入缶を用いて、木質材料用不燃化薬剤を木質材料に含浸させるものであるたから、簡単に不燃化木質材料を得ることができる。
その上、クロスカット法による塗膜の付着性試験やスーパーキセノンウェザメータによる耐候性試験も良好にクリアした。すなわち、この木質材料用不燃化薬剤が含浸、乾燥された木質材料の塗膜の付着性や耐候性は、極めて良好であることが分かった。
【００３９】
なお、上述した各種実施例では、水に対して加熱によりガス化するアンモニウム系薬剤としての炭酸アンモニウムや炭酸水素アンモニウムを溶解させた後、ホウ素系不燃薬剤としてのホウ酸やホウ酸ナトリウム等や、リン酸系不燃薬剤としてのリン酸グアニル尿素やリン酸グアニジンを単独での溶解度以上に溶解させているが、逆に、水にホウ素系不燃薬剤やリン酸系不燃薬剤を単独での溶解度以上に混ぜ、その後に加熱によりガス化するアンモニウム系薬剤を溶解させることで、結果としてホウ素系不燃薬剤やリン酸系不燃薬剤を単独での溶解度以上に溶解させるようにしてもよいことはいうまでもない。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水に加熱によりガス化するアンモニウム系薬剤が溶解されるとともに、ホウ素系不燃薬剤及び／又はリン酸系不燃薬剤が単独の溶解度以上溶解させ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】
前記ホウ素系不燃薬剤は、ホウ酸、ホウ酸ナトリウム、ホウ酸カリウム、ホウ酸アンモニウムのいずれか、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記載の木質材料用不燃化薬剤。
【請求項３】
前記リン酸系不燃薬剤は、チッ素を含む有機リン酸塩であ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４】
前記アンモニウム系薬剤が、炭酸アンモニウム、炭酸水素アンモニウムのいずれか、あるいは両者の混合物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】
加熱によりガス化するアンモニウム系薬剤を水に溶解させる工程と、この水にホウ素系不燃薬剤、リン酸系不燃薬剤のいずれか、あるいは双方を、それぞれ単独の溶解度以上に溶解させる工程とを有してい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６】
水にホウ素系不燃薬剤、リン酸系不燃薬剤のいずれか、あるいは双方を、それぞれ単独の溶解度以上に混ぜる工程と、この水に加熱によりガス化するアンモニウム系薬剤を溶解させて、ホウ素系不燃薬剤、リン酸系不燃薬剤のいずれか、あるいは双方を水に溶解させる工程とを有してい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】
請求項５又は６に記載したホウ素系不燃薬剤が、ホウ酸、ホウ酸ナトリウム、ホウ酸カリウム、ホウ酸アンモニウムのいずれか、あるいはそれらの混合物であることを特徴とする木質材料用不燃化薬剤の製造方法。
【請求項８】
請求項５又は６に記載したリン酸系不燃薬剤が、チッ素を含む有機リン酸塩であ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９】
請求項５又は６に記載したアンモニウム系薬剤が、炭酸アンモニウム、炭酸水素アンモニウムのいずれか、あるいは両者の混合物であ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１０】
請求項１から請求項４のいずれかに記載の木質材料用不燃化薬剤を木質材料に含浸、塗布した後、強制乾燥させて、アンモニウム系薬剤を分解除去することを特徴とする木質材料の不燃化方法。
【請求項１１】
請求項１から請求項４の木質材料用不燃化薬剤を木質材料に含浸、塗布した後、強制乾燥させて、アンモニウム系薬剤を分解除去して得られることを特徴とする不燃化木質材料。
【請求項１】
水に加熱によりガス化するアンモニウム系薬剤が溶解されるとともに、ホウ素系不燃薬剤及び／又はリン酸系不燃薬剤が単独の溶解度以上溶解させ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】
前記ホウ素系不燃薬剤は、ホウ酸、ホウ酸ナトリウム、ホウ酸カリウム、ホウ酸アンモニウムのいずれか、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記載の木質材料用不燃化薬剤。
【請求項３】
前記リン酸系不燃薬剤は、チッ素を含む有機リン酸塩であ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４】
前記アンモニウム系薬剤が、炭酸アンモニウム、炭酸水素アンモニウムのいずれか、あるいは両者の混合物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】
加熱によりガス化するアンモニウム系薬剤を水に溶解させる工程と、この水にホウ素系不燃薬剤、リン酸系不燃薬剤のいずれか、あるいは双方を、それぞれ単独の溶解度以上に溶解させる工程とを有してい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６】
水にホウ素系不燃薬剤、リン酸系不燃薬剤のいずれか、あるいは双方を、それぞれ単独の溶解度以上に混ぜる工程と、この水に加熱によりガス化するアンモニウム系薬剤を溶解させて、ホウ素系不燃薬剤、リン酸系不燃薬剤のいずれか、あるいは双方を水に溶解させる工程とを有してい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】
請求項５又は６に記載したホウ素系不燃薬剤が、ホウ酸、ホウ酸ナトリウム、ホウ酸カリウム、ホウ酸アンモニウムのいずれか、あるいはそれらの混合物であることを特徴とする木質材料用不燃化薬剤の製造方法。
【請求項８】
請求項５又は６に記載したリン酸系不燃薬剤が、チッ素を含む有機リン酸塩であ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９】
請求項５又は６に記載したアンモニウム系薬剤が、炭酸アンモニウム、炭酸水素アンモニウムのいずれか、あるいは両者の混合物であ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１０】
請求項１から請求項４のいずれかに記載の木質材料用不燃化薬剤を木質材料に含浸、塗布した後、強制乾燥させて、アンモニウム系薬剤を分解除去することを特徴とする木質材料の不燃化方法。
【請求項１１】
請求項１から請求項４の木質材料用不燃化薬剤を木質材料に含浸、塗布した後、強制乾燥させて、アンモニウム系薬剤を分解除去して得られることを特徴とする不燃化木質材料。
【公開番号】特開２００９−１１３２５８（Ｐ２００９−１１３２５８Ａ）
【公開日】平成２１年５月２８日（２００９．５．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２８６９０５（Ｐ２００７−２８６９０５）
【出願日】平成１９年１１月５日（２００７．１１．５）
【出願人】（０００２２５１４２）奈良県 (42)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年５月２８日（２００９．５．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１１月５日（２００７．１１．５）
【出願人】（０００２２５１４２）奈良県 (42)
【Ｆターム（参考）】
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