JP5285086B2 - 木材又は木材製品に水ガラスを含む木材防腐剤を加圧含浸する方法、及び含浸された木材又は木材製品 - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の前文による木材又は木材製品を加圧含浸する方法、及び請求項６の前文による木材又は木材製品に関する。

ケイ酸ナトリウム（水ガラス）は、二酸化ケイ素及び酸化ナトリウムから構成される。これらの重量及びモル比は、用途に応じた必要性にしたがって変化させることができる。これらは、不燃性で、無臭で、環境に無害で、高いｐＨ値を除いて健康に害のある性質を有しない。ケイ酸ナトリウムの水溶液のｐＨは、溶液中の二酸化ケイ素及び酸化ナトリウムのモル比、及び溶液の濃度によって定まる。ｐＨは、濃度が増加するにつれて、及び他方ではモル比が減少するにつれて上昇する。モル比３．３のケイ酸ナトリウム溶液のｐＨは約１１．２であり、モル比２．５の水ガラスのｐＨは１２．６である。

水ガラスの挙動に影響を与える他の特性は、固形分含量、密度、及び粘度である。粘度は、モル比、固形分含量、及び温度によって定まる。溶液の固形分含量は、モル比を減少させることによって増加させることができる。モル比３．３及び２．５の溶液の固形分含量は、それぞれ３６％及び４３％である。水ガラス溶液はアルカリ性条件において安定である。水ガラスの重合は、ｐＨが１０に減少すると開始する。

木材防腐剤として水ガラスを用いることが幅広く研究されている。含浸の後、水ガラスは水の蒸発の結果として木材の孔内で硬化し、木材細胞内の酸カルボキシル基と反応すると重合する。重合は、熱処理、金属塩、及び種々の酸によって促進させることができる。水ガラスの固有の水溶性は、モル比が増加するにつれて減少する。また、木材中のリグニンの溶解性は、ケイ酸ナトリウムのモル比が増加し、ｐＨが減少するにつれて減少する。

木材の含浸において水ガラスを用いると種々の有利性が与えられることが見出された。不燃性の物質として、水ガラスはセルロース繊維を機械的に保護し、酸素との燃焼反応を抑止する。更に、水ガラスは木材の硬度を増加させ、吸湿性を減少し、寸法安定性を向上させることが見出された、また、水ガラスは木材を微生物から保護し、屋外の使用におけるかびの発生の危険性を最小にする。

長い間、水ガラスは木材防腐剤として公知であったが、その使用に関しては大きな問題があった。特に酸性木材種（針葉樹）による木材中への水ガラスの完全か又は十分に深い浸透は、モル比３．３の濃縮水ガラス溶液を用いて得られなかった。この理由のために、とりわけ水ガラス含浸木材の硬度、耐摩耗性、耐腐食性、耐火性、及び耐候性は過度に劣ったままである。低いモル比の水ガラスを用いると、木材中の完全な浸透がより容易に得られる。低いモル比の水ガラスはより可溶性（木材から洗い流される）であり、より高いｐＨ値のために木材の特性を弱める。

本発明の目的は、これを用いて水ガラスの使用に基づく最近知られている木材含浸方法に関係する上記の問題点を排除する、木材又は木材製品の加圧含浸方法を提供することである。特に、本発明の目的は、これを用いて木材又は木材製品に水ガラスを加圧含浸して、酸性の木材種を用い、且つモル比３．３の濃縮水ガラス溶液を用いた場合でも水ガラスを心材まで浸透させることができる方法を紹介することである。更に、本発明の目的は、このようにして水ガラスを含浸した木材又は木材製品を紹介することである。

本発明の目的は、請求項１の特徴部分において示されるものによって特徴づけられる方法、及び請求項６の特徴部分において示されるものによって特徴づけられる木材又は木材製品によって与えられる。

本発明方法においては、含浸段階を開始する前に木材又は木材製品を青変処理して、含浸する木材又は木材製品が少なくとも部分的に青変しているか及び／又はかびが付着しているようにし、含浸の後又は前において、木材又は木材製品を高温乾燥及び／又は熱処理して、青変処理において形成された青変及び／又はかびが木材の機械加工後においても主として観察できないようにする。水ガラスを用いて行う含浸試験により、処理する木材が青変しているか及び／又はかびが付着している場合には、木材中への水ガラスの浸透が実質的に向上することが示された。青変しているか及び／又はかびが付着している木材に水ガラスを加圧含浸すると、モル比３．３の濃縮水ガラスを木材に心材まで浸透させることも可能である。以前は、青変した木材にはとりわけＣＣＡを含浸していたが、より強い青変は通常は含浸木材において視認できるままであった。青変した木材を用いると、青変は木材の強度特性を弱めないが、幾つかの理由によって特に内部領域並びに外部クラッド等における出現が回避された。含浸の後又は前に熱処理又は高温乾燥を行うと、木材の青変した部分の色が処理中に褐色に変化するので、青変によって引き起こされる外観の問題が排除される。言い換えれば、本発明方法によれば、木材又は木材製品に濃縮されたモル比の水ガラスを加圧含浸させて、浸透を向上させるために青変処理を行った後に外観の問題を起こすことなく十分な浸透が得られるようにすることができる。

本発明によれば、含浸段階を開始する前に木材又は木材製品を青変処理して、含浸する木材又は木材製品が少なくとも部分的に青変しているか及び／又はかびが付着しているようにし、含浸の後又は前において、木材又は木材製品を高温乾燥及び／又は熱処理して、青変処理において形成された青変及び／又はかびが木材の機械加工後においても主として観察できないようにする。その耐腐食性については、水ガラスを含浸したかかる木材又は木材製品は、最近の加圧防腐剤（則ち、最近のＡｒ−Ｃｒを含まないＣＣＡの置換物）を含浸した木材と同等であるが、人間及び環境に対して完全に安全である。更に、かかる含浸木材又は木材製品の有利性は、水ガラスの不燃性のために、このようにして含浸した木材が殆ど不燃性になり、したがってかかる木材又は木材製品は、伝統的な方法で加圧含浸されているか又は含浸されていない木材よりも、例えば目標とする耐火性分類の建築材において用いるのにより適している。

本発明の有利な態様においては、木材製品は、木材の２以上の片を一緒に積層及び／又は結合させて、木材製品の外表面上に水ガラスを含浸した可能な限り厚い木材層を存在させ、場合によっては必要な耐火性のクラス及び時間並びに負荷能力を確保するために心材のような含浸されていない木材層を木材又は木材製品の内部部分内に残留させることによって製造する。

本発明の有利な更なる態様においては、木材製品は、その辺材面上には心材が存在せず、その心材面上には心材が存在しないか又は心材面の中央／中央部にしか存在しない木材で製造される。

実施例として小数の態様を用いて本発明をより詳細に説明する。
本発明にしたがって水ガラスを含浸した木材を製造する場合には、加圧含浸の前に木材又は木材製品を青変処理する。青変処理は、例えば処理する木材又は木材製品を屋外に保持／貯蔵すること、木材又は木材製品を加湿した乾燥室内に保持すること、或いは木材又は木材製品をバクテリア／微生物で処理し、木材又は木材製品を、特にこの目的のために構成した青変処理のために最も好適な空気湿分及び温度が調整されている特別な青変処理空間内に保持することによって行うことができる。

高温乾燥は、約１０５・・・１６０℃の温度で、及び熱処理は１６０℃を超える温度で行い、それによって木材製品の色が美しい褐色に変化し、青変が平削りのような可能な機械加工後においてももはや容易に観察できない。木材又は木材製品は、加熱ワックス、オイル、加圧空気、蒸気、及び／又は真空を用いて全体的に褐色に処理する。高温乾燥及び／又は熱処理は、含浸シリンダー又は他の同等の空間内で行うことができる。

実施例１：
マツの梢の丸太材を３２×１００ｍｍの表板に切り出し、これをストリップ包装内に入れた。ストリップ包装を保護しない状態で底板の頂部上で屋外に放置し、それによって条件を材木の青変に好ましい状態にした。切り出した材木が部分的に青変した時点で、通常の乾燥室プラント内で２５％の湿分に乾燥した。その後、切り出した材木に、通常のBethellプロセスによって、１５％の溶液濃度を有するモル比３．３の水ガラスを含浸した。含浸後、含浸シリンダー内において、蒸気を用いて、切り出した材木を１３０℃の温度において、木材の色が褐色へ変化し、青変が平削り後においても木材においてもはや容易に観察できないようになる時間、高温乾燥した。

実施例２：
マツの梢の丸太材を３２×１００ｍｍの表板に切り出し、これをストリップ包装内に入れた。ストリップ包装を保護しない状態で底板の頂部上で屋外に放置し、それによって条件を材木の青変に好ましい状態にした。切り出した材木が部分的に青変した時点で、含浸シリンダー内において、蒸気を用いて、１３０℃の温度において、木材の色が褐色へ変化し、青変が木材においてもはや容易に観察できないようになる時間、高温乾燥した。この後、切り出した材木に、通常のBethellプロセスによって、１５％の溶液濃度を有するモル比３．３の水ガラスを含浸した。含浸後、切り出した材木を通常は乾燥室プラント内において８０℃の温度で乾燥し、その後２８×９５ｍｍに平削りした。

実施例３：
マツの梢の丸太材を３２×１００ｍｍの表板に切り出し、これをストリップ包装内に入れた。ストリップ包装を保護しない状態で底板の頂部上で屋外に放置し、それによって条件を材木の青変に好ましい状態にした。切り出した材木が部分的に青変した時点で、含浸シリンダー内において、加熱加圧空気、蒸気、及び真空を用いて、１３０℃の温度において、約２０％の湿分に乾燥した。この後、切り出した材木に、通常のBethellプロセスによって、１５％の溶液濃度を有するモル比３．３の水ガラスを含浸した。含浸後、切り出した材木を、含浸シリンダー内において、加熱加圧空気、蒸気、及び真空を用いて、１３０℃の温度において、木材の色が褐色へ変化し、青変が平削り後においても木材においてもはや容易に観察できないようになる時間、高温乾燥した。

実施例４：
マツの梢の丸太材を３２×１００ｍｍの表板に切り出し、これをストリップ包装内に入れた。ストリップ包装を保護しない状態で底板の頂部上で屋外に放置し、それによって条件を材木の青変に好ましい状態にした。切り出した材木が部分的に青変した時点で、通常の乾燥室プラント内において２５％の湿分に乾燥した。この後、切り出した材木に、通常のBethellプロセスによって、２０％の溶液濃度を有するモル比３．３の水ガラスを含浸した。含浸後、切り出した材木を、１０５℃に温度において１８％の湿分に高温乾燥した。この後、切り出した材木を２８×９５ｍｍに平削りし、強度による等級付けを行った。次に、最も低い強度の等級の半加工品を、例えば５６×９５ｍｍの種々の接着木材半加工品に形成し、心材面を互いに対向させた。この後、接着した半加工品は非常に耐火性であり、とりわけ屋根トラス、支持隔壁等を製造するのに用いることができる。より高い強度等級の半加工品は、そのまま屋根トラスの製造において用いた。これらの半加工品は、ネールボード等が屋根トラス対の中央に保持されている火に対して安全な屋根トラス対に形成した。切り出した材木の心材面も、心材面が常に屋根トラス対の中央に保持されるように配向した。

心材面を互いに接着すること、或いは心材面の側部上のみにネールボードを用いて、それによってネールボードを屋根トラス（又は屋根トラス対）の中央に保持して火に対して安全にすることによって、防火屋根トラス又は他のかかる建築製品を製造することができる。

本発明方法の一態様によれば、含浸において着色水ガラスを用いることができる。水ガラスと混合する顔料のｐＨ値は、水ガラスのｐＨ値に可能な限り近接していなければならない。着色の有利性は、それを含浸した木材の色を最近の含浸法と同じようにして変化させることができることである。

本発明は記載した有利な態様に限定されるものではなく、特許請求の範囲において示される本発明の思想の範囲内で変化させることができる。

Claims (9)

1. 水ガラスを含む木材防腐剤を木材に加圧含浸する、水ガラスを含む木材防腐剤を木材又は木材製品に加圧含浸する方法であって、含浸段階を開始する前に、木材又は木材製品を青変処理して、含浸される木材又は木材製品が少なくとも部分的に青変しているか及び／又はかびが付着しているようにし、含浸の後又は前に木材又は木材製品を高温乾燥及び／又は熱処理して、青変処理において形成された青変及び／又はかびが木材の機械加工後においても主として視認できないようにすることを特徴とする上記方法。
2. 青変処理を、木材を屋外に貯蔵することによって行う、請求項１に記載の方法。
3. 青変処理を、木材を乾燥室内で処理して、乾燥を開始する前に木材が青変しているか及び／又はかびが付着しているようにする、請求項１に記載の方法。
4. 加圧含浸に関して、木材又は木材製品の色を変化させるために着色水ガラスを用いる、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
5. 木材又は木材製品を、加熱ワックス、オイル、加圧空気、蒸気、及び／又は真空を用いて全体的に褐色に処理する、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
6. 含浸段階を開始する前に、木材又は木材製品を青変処理して、含浸される木材又は木材製品が少なくとも部分的に青変しているか及び／又はかびが付着しているようにし、含浸の後又は前に木材又は木材製品を高温乾燥及び／又は熱処理して、青変処理において形成された青変及び／又はかびが木材の機械加工後においても主として観察できないようにしたことを特徴とする、水ガラスを含む木材防腐剤を加圧含浸した加圧含浸木材又は木材製品。
7. 加圧含浸に関して、木材又は木材製品の色を変化させるために着色水ガラスを用いている、請求項６に記載の木材又は木材製品。
8. 木材又は木材製品を、加熱ワックス、オイル、加圧空気、蒸気、及び／又は真空を用いて全体的に褐色に処理している、請求項６又は７に記載の木材又は木材製品。
9. その辺材面上には心材が存在せず、その心材面上には心材が存在しないか又は心材面の中央／中央部にしか存在しない木材で木材製品が製造されている、請求項６〜８のいずれか一項に記載の木材製品。