JPH01304935A - 難燃性木質材料 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明はすぐれた特性を有する難燃性木質材料に関する
ものである。

（従来の技術） 各国行政当局による、木質建材の可燃性規制強化によシ
、木質建材の難燃性向上の研究が世界各国で進められて
来たが、その主な技術的方法としては難燃薬液の木質材
への減圧−加圧注入や、合板の場合に於いて単板の難燃
薬液中の浸漬、乾燥後のはシ合せ処理あるいは接着剤に
難燃薬液を混入して合板や？−ド類を製造する方法或い
は難燃薬液を木質材や合板に塗布する方法が知られてい
る。

これらの従来の製法によって得られる難燃性木質建材は
、次に示す如き特徴を有している。

、ノ Σ− 難燃性能　　　　　優れる　　　優れる　　やや劣る難
燃性能の耐水性　優れる　　　優れる　　　やや劣る加
熱時の合板の層間剥離　なし　　　　あシ　　　　あり
生産性　　　大　　小　　中 上述するようＫ、塗装法は生産性の点で最も有利でア夛
、乾燥に長時間を要する注入法よシも生産コストははる
かに低くなるが、まだ当業界ではほとんど実用化されて
いない。この理由として挙げられることは、次の諸点と
考えられる。

イ）例えば、我国で内装材に適用される、建築基準法上
の難燃縁（ＪＩＳＡ１３２１の難燃３級）の加熱試験に
合格しうる程の防火性能が従来公知の難燃塗装の方法で
は得られなかったこと。

口）塗装すべき木質材表面が天然物であるが故に不均質
であシ、そのため難燃剤の耐着量が必ずしも均一となら
ず、しかも木質材料自体の燃焼性が不均一であることに
よる燃焼試験成績のバラツキ。

ハ）ポリシん酸アンモニウムのような微粉末の難燃剤を
配合した難燃処方がしばしば起す部分的な白化や不透明
化。

二）３−（ジメチルホスホノ）グロピオンアミドのよう
な反応型の難燃剤のみを縮合系合成樹脂と併用して使用
する場合での好ましくない光沢の発生。

ホ）　　ＪＩＳ　Ａ−１３２１の難燃３級に合格させる
のには、固形分で少くとも３００１７ｍ”以上の難燃剤
を塗装する必要があると推定されて来たのに対し、美観
や現場的な塗装技術の観点からは、２００？／ｍ”程度
の塗装が限度と考えられて来たこと。

（発明が解決しようとする課題） 本発明は、 イ）高度の離燃性能とその耐湿、耐水時の性能保持性 口）すぐれた美観とその経時的保持性 ハ）合板の場合の加熱時のすぐれた耐層関剥離性二）高
度の生産性 の難燃性木質材料の提供にある。

（１１題を解決する手段） 本発明は（、）木質基材に下地塗装剤としてポリビニル
アルコールおよび／あるいはポリアクリルアミドを必須
成分とする水溶液を塗装し、次いでその上に水溶性又は
水分散性の縮合系樹脂を必須成分とする難燃塗装剤を塗
装してなる難燃性木質材料、伽）該難燃性木質材料と下
地塗装剤としてポリビニルアルコールおよび／あるいは
ポリアクリルアミドを必須成分とする水溶液を塗装した
化粧紙或いは木質ツキ板とを、該難燃性木質材料の難燃
塗装剤の塗装面と該化粧紙或いは木質ツキ板の該水溶液
の塗布面とを接合せしめてなる難燃性木質材料及び（ｃ
）下地塗装剤としてポリビニルアルコールおよび／らる
いはポリアクリルアミドにメラミン樹脂を併用したもの
を必須成分とする水溶液を用いた前記（１）又は（２）
の難燃性木質材料に関する。

本発明は、塗装法による、難燃性とその耐水、耐湿性、
美観とその持久性にすぐれた木質材料を低コストで製造
することのできる、極めて限られた範囲を明確に示して
おシ、その実施の容易さによシ、急速に工業化されるも
のと期待される。

（１）本発明で用いられる木質基材 本発明での木質基材は、板材部材、丸太、合板類、ファ
イバーボード類、ウェハーゲート類等で、塗装剤類がま
だ塗装されていないか、またはすでに塗装されていても
、まだ難燃塗装剤を浸透しうるような表面であることが
必要である。余シ薄い木質基材は如何に難燃塗装剤を使
用しても、あｌシ難燃性能が向上しないので、少くとも
５　ｍｙａ以上、通常９趨であることが望ましい。

（２）下地塗装剤と塗装方法 まず難燃塗装するべき木質基材の表面に下地塗装として
、ポリビニルアルコールあるいは／およびポリアクリル
アミドの水溶液を必須成分とする水溶液を塗装する。こ
のポリビニールアルコールは、 イ）鹸化度が９８〜９９モルチ（完全鹸化）か８７〜８
９チ（部分鹸化）のいずれが、あるいはこの中間のもの 口）平均重合度が３００〜７００（低重合度型）か、１
，０００〜１．５００　（中重合度型）か、１、７００
〜２．４００　（高重合度型）かのいずれか、あるいは
それらのその中間のものであシ、実際には、 イ）と口）の組合せによる６種類の市販品のいずれかを
使用するのが便利である。実験の結果によると、どの種
類を用いても好結果が得られるが、部分鹸化物で高粘度
のものが溶解が容易で、皮膜も強いので量産に適してい
る。この下地塗装剤はｌチル２５％、好ましくは５％〜
１０チの水溶液を、例えば２０〜２００？／ｆｒＬ２、
好ましくは１００〜１５０１１７ｍ”の塗布量で、 ａ〕　板や合板の場合はグラピイヤーコーター、７０−
コーｐ−；ｌルイハロールコーターｂ）部材、板、丸太
などの場合はスグレーガン、浸漬法、刷毛あるいはスポ
ンジロールコータ−等によって塗装される。木質基材の
油分や樹脂の存在によるハジキを防止するため、界面活
性剤を加えｆｃｂ、オクチルアルコールのような消泡剤
を加えると好ましい均一な下地塗装を行なうことができ
る。ポリビニルアルコールを主成分とする下地塗装剤の
適当な塗装量は上記の如く固型分で０、２７７ｍ”　〜
５０９７ｍ”と広範囲であるが、最終的に得られる難燃
性木質基材の難燃性にはポリビニールアルコールの皮膜
が均一に形成されている限シこの塗装量によりて余少大
きな影響を与えない。しかし、実質的に固型分としての
塗布量を５？／ｌｎ”　〜１０．　ＯｉＰ／ｍ”の範囲
となるような濃度と塗布量に調節するのがよい。

ポリビニールアルコールの他に下地塗装剤として特に適
している水溶性高分子化合物としてはポリアクリルアミ
ドである。この高分子化合物のイオン性は非イオン性で
あるが、一部加水分解や共重合によシ酸基やその塩を導
入してアニオン性やカチオン性の基（例ジメチルアミノ
メチル基）であっても、カチオン性の単量体と共重合さ
れた形のカチオン性あるいはアニオン基とカチオン基を
共に含有する両性型の形であってもよいが、非イオン型
が最も好ましい結果を与える。ポリアクリルアミドを主
成分とする場合その０．１〜０．５％程度の濃度で、そ
の分子量が１０万から数１００万のものの水溶液が好ま
しい性能を与える。

尚、下地塗装前に用いられる高分子化合物は、イ）水溶
性で、乾燥により連続した透明皮膜を形成し、 口）炭素の連続した骨格を有した高分子化合物であシ、 ・・）縮合性合成樹脂と反応して架橋され、水不溶性と
なる性能を有するものである必要がある。

本発明で用いられる下地塗装剤にその固型分の１〜２０
重量％、好ましくは３〜８重量％の水溶性メラミン樹脂
と酸触媒、例えば塩化アンモニウムを共存させておいて
下地塗装を行なえば、その架橋による水溶性高分子化合
物の水溶性の低下によシ難燃剤の塗装作業が容易となる
。しかし、余シ多量の水溶性メラミン樹脂を使用すると
、下地塗装膜の不溶化が進展し過ぎて難燃塗装剤との反
応性が低下し、接着力が低下するので、必要最低限に留
めることが必要である。

本発明に於ける下地塗装剤によって生じる皮膜は、木質
基材と難燃塗装剤層との間及び化粧紙或いは木質ツキ板
と木質基材に塗布された難燃塗装剤層との間に介在する
必要がある。もしポリビニ−、Ｉｔ／アルコールやポリ
アクリルアミドの水溶液を難燃塗装剤に混合した場合は
著しく難燃性能の低下をもたらすので、下地塗装剤を難
燃塗装剤とが積層される場合であっても、例えば下地塗
装剤を塗装し、完全に乾燥した後、その上に難燃塗装剤
を塗布し、かつ難燃塗装剤としてはできるだけ高濃度の
ものを使用し、更にポリビニールアルコールが再溶解し
ないように塗装後は速かに乾燥する必要がある。また難
燃塗装剤に４リピニルアルコールのｒル化剤のほう酸、
はう酸塩、メタはう酸塩の１樗または２種以上を少ｉ（
例えば０．０１〜ｏ、５ｘ＊ｓ＞加えておくか、これら
の水溶液にて下地塗装剤の乾燥皮膜を処理することによ
シ下地塗装剤の皮膜の再溶解を防止することができる。

下地塗装剤の塗装によシ、難燃性が著しく向上するが、
その理由は不明であるけれども、恐らく次のような機構
によるものと推定される。

１）まず木質基材の表面に塗装、乾燥され、その上に塗
布される難燃塗装剤と反応して不溶性となる。それらが
約２２０℃以上の加熱によって柔かく流動性が高く、し
かもこわれＫくい発泡層を形成することによる可燃性ガ
スの遮断効果。尚、難燃塗装剤のみでは、生成する断熱
層が硬く、ひびわれし易く、可燃性ガスの噴出を完全に
遮断できないが、下地塗装剤層が存在することによる断
熱層はヒビわれしにくく可燃性ガスをヒビからではなく
、加熱面全体から少しづつ排出するので、着火させない
ものと考えられる。

１１）天然物である木質基材は、化学的に不均質でアシ
、また固型分換算で３５〜６５％前後含有するセルロー
ズが樹脂や油のごとき疎水性の不純物で固まっているた
め、本来有する化学反応性が低く抑えられている。この
表面に下地層として化学的反応性、の高いプリビニール
アルコールやぼりアクリルアミド皮膜を形成させると、
縮合系樹脂を含む難燃塗装剤が直接木質基材に対するよ
シもよシ完全に反応し、よシ高度の難燃性を発揮するも
のと推定される。

（３）難燃塗装剤に使用する薬剤 本発明で使用される難燃塗装剤は、水溶性及主水分散性
の縮合系樹脂に特定のシん化合物を水溶液あるいは微粉
末状態で、混合したものである。

〔縮合系樹脂〕

ここでいう縮合系樹脂とは、尿素、あるいは／およびメ
ラミンのメチロール化物あるいは／および炭素数３以下
のアルコールによるこれらメチロール化物のエーテル化
物を意味する。耐水性の点からは、尿素樹脂よシもメチ
ロール化度４以上のメラミンのメチロール化物を使用す
ることが適しているが、加熱時にできる断熱層が尿素樹
脂の場合よシも硬くてもろいので、尿素とメラミンの、
例えば等重量のホルムアルデヒドによる共縮合物あるい
はこの部分メチルエーテル化物を使用すれば、耐水性や
耐湿性の点でも満足すべき性能が得られる。本発明での
使用に適した典型的な縮合系の樹脂の例を第１表に示す
。但し、粘度は２０℃における、Ｂ型粘度計による測定
値でアシ、高い粘度はメチレン縮合によシ分子量がある
程度高くなっていることを示す。また、ｒルタイムは１
００？の製品に１０チの塩化アンモニウムを５１１Ｌｌ
加え、所定温度で攪拌機で攪拌する時に流動性を失なう
迄の時間である。

〔シん化合物〕

次にここでいうシん化合物とは、下記のような化合物で
ある。

イ）ポリシん酸アンモニウムの微粉末のもの（例えばヘ
キストジャパン株式会社よ）市販されているＥＸＯＬＩ
Ｔ　４２２　） 口）メラミン樹脂で、マイクロカプセル化されたポリシ
ん酸アンモニウムの微粉末状のもの（例えばヘキストジ
ャノ４ン株式会社よシ市販されている■０ＬＩＴ　４６
２　） ハ）工Ｉキシ樹脂で、マイクロカプセル化されたポリシ
ん酸アンモニウムの微粉末状のもの（例えばへ中ストジ
ャ・９７株式会社よシ市販されているＥＸＯＬＩＴ　４
５５　） （注）イ）２口）、ハ）ともシん含有分は約２９．０±
１．０％で、窒素含有量が約１３−のものである。イ）
は分子量７０，０００〜ｓ　ｏ、ｏ　ｏ　ｏのポリシん
酸アンモニウムであシ、これをマトリックスとし、合成
樹脂薄膜でマイクロカプセル化したものが口）及びノ・
）であシ、いずれも水溶性塩の量がイ）よシも著しく低
下している。難燃処方で配合する縮合系樹脂から遊離す
るホルムアルデヒドがポリシん酸アンモニウムのアンモ
ニア基と反応するので、口）及びハ）を使用する方が本
発明の場合望ましい。

二）３−（ジアルキルホスホノ）プロピオンアミド（但
し、アルキル基は炭素数３以下）およびこれらのホルム
アルデヒドとの反応生成物、即ちこれらのモノメチロー
ル化物、ジメチロール化物、ビス−（β−３−（ジアル
キルホスホノ）−プロピオンアミド）及びこれのＮ−メ
チロール化物である。これらの中で最も防火性能と耐水
性能のよいのは３−（ジメチルホスホノ）プロピオンア
ミドであシ、この水溶液の形で使用する。メチロール化
物はいずれも上記縮合系樹脂との反応性が低くなる傾向
がある。この３−（ジメチルホスホノ）プロピオンアミ
ドはシん含有分１７．１％、窒素弁７．７　ｔｓである
。

また、ここで上記イ）２口）及びノ・）は含シん分がい
ずれも２９．０±１％で、上記の縮合系樹脂と併用する
と木材に対するすぐれた難燃塗装剤となる。

殊に合成樹脂に依るマイクロカプセル化によって、水溶
解性や縮合系樹脂が遊離するホルムアルデヒドとの反応
性が著しく減退している口）及びノ・）はすぐれた性能
を与えるが、これらはいずれも水不溶性の微粒子である
ため、下地塗装剤のポリビニールアルコールやポリアク
リルアミドの層を難燃化したり、この層に発泡断熱層形
成能力を与える点ではあまシ適していない。しかし、上
記二）の３−（ジアルキルホスホノ）プロピオンアミド
は水湿性であるため浸透性にすぐれ、且つ上記のような
縮合系合成樹脂の共存下では、ポリビニールアルコール
やポリアクリルアミドの層やその下層の木質部と化学結
合し、すぐれた発泡断熱層形成能力を与えると共に、縮
合系樹脂を可塑化することによって、ヒビワレ防止にも
貢献するが、含シん分は上記イ）２口）及びノ・）よシ
低く、かつ縮合系樹脂によって硬化できる量がイ）１口
）及び）Ｓ）よシ低く、固型分換算で縮合系樹脂の約半
量程度でおるため、これ単独では難燃効果がイ）２口）
及びハ〕よりもやや、低くなる欠点がある。従って、二
）の場合はイ）１口）あるいはハ）の１種類または２種
類以上と併用することによって、下地処理剤の皮膜にも
完全に浸透し、かつ全体としての防火性能が非常にすぐ
れた難燃処方が得られる。

〔難燃塗装剤の処方〕

本発明で用いられる難燃塗装剤の処方として、上記に示
した各化合物を使用すると多種類の処方が考えられるが
、次のような離燃剤の混和物（−！！−スト）が最も防
火性能のすぐれた例であシ、これと縮合系樹脂の２液処
方とすると便利である。

イ）難燃剤の混和物の例 第　　　２　　　表 （注）含シん分　　２１．３％　　　窒素弁　　１１．
３％固型分　　　８６．２％　　　揮発分　　１３．２
％の水ロ）難燃塗装剤処方と硬化条件の例 第　　３　　表 〔その他の添加剤〕 気泡の混入しない塗膜を得るには、消泡剤の使用が望ま
しく、市販のシリコン系や油脂系の消泡剤、オクチルア
ルコールなどが使用できる。マイクロカプセル化ポリシ
ん酸アンモニウム微粉末の沈降を防止するＫは乳化分散
液の使用が望ましく、この目的で多糧類の界面活性剤が
使用できるが、ノニルフェノールのエチレンオキサイド
附加物などの非イオン活性剤の使用が難燃性能を低下し
ないので好適である。

上側の如く、予め難燃剤混和物に縮合系樹脂の硬化触媒
である塩化アンモニウムあるいはスルフプミン酸アンモ
ニウム、）ん酸第２アンモニウム等を予め加えておくと
縮合系樹脂と併用するだけの２液タイプの処方が得られ
る。もし常温硬化性で、耐水性を得る場合は、第３表の
（１）の処方の如＜、［ｍ！、ｐ−）ルエンスルホン酸
、スルファミン酸らるいは硫酸の如く、強酸を少量加え
る必要がある。

（実施例） 以下、本発明を実施例によシ更に説明する。

〔実施例１〜３〕及び〔参考例１〜３〕５−ｆライの厚
さ９　ｍｍのタイプ■合板に第４表の処方によシ、刷毛
を用いて下地塗装を行ない、６５℃で恒温になる迄乾燥
し、次いで第２表の難燃塗装剤で第４表の如く行ない、
４５℃で１０日間、恒温になる迄硬化させた後、ＪＩＳ
Ａ−１３２１の難燃３級の加熱試験を行った。その結果
を第４表に示した。略号の意味は、上記４．　（２）イ
）項の（注）で示した。尚、加熱試験結果は３回の測定
データーの平均値である。

〔実施例４〜６〕及び〔参考例４〕 ３−グライの厚さ５．５Ｉｌｌ１１１のタイ１１合板に
下表の如き下地塗装処方で８０７７ｍ”　（水溶液とし
て）のロールコータ−による塗装を行ない、８０℃で１
５分間乾燥した。実施例５において、７０％へキサメチ
ロールメラミンのメチル化物と塩化アンモニウムを用い
たのは、化学的に架橋させることによる、耐水性の向上
と、乾燥速度の向上を目的としたものである。また塩化
リジウムを添加したのけ、この高度の潮解性を利用して
下地塗装膜やこの塗装膜が塗布されている木質部分の過
度の乾燥を防止し、難燃塗装剤の膜のヒビワレを防止す
るためである。次いで、との下地塗装された層の上に第
３表（２）の処方の難燃塗装剤を固型分として２００７
７ｍ”　（溶液として約２６２７７ｍ”　）フローコー
ターで塗装し、８０℃で７分間乾燥し、それぞれ半乾燥
状態となったところで、裏面に実施例４の下地処理剤を
参考例４以外は５０７７ｍ２の割合で塗装し、乾燥した
厚さ０．３　ｍのナラ材のツキ板をはシ合せた後、弱い
圧力を全面にかけて何枚も重ね合せ、低温の１１圧締し
て２４時間放置し、更に圧力を取）除いてから１枚ずつ
８０℃、１０分のキー７を行ない、更恍ツキ板の表面に
第３表（２）の難燃塗装剤を溶液として１２０７７ｍ”
の割合で行ない、８０℃、５分間の熱処理を行なった。

つき板をはシ合せたこれらの合板のＪＩＳ　Ａ１３２１
の難燃３級加熱試験の結果を第５表に示したＯ （注）１）集煙箱中のＣＯ及びＣＯ２の最高到着濃度で
、赤外法で測定 ＩＩ）　　上表中下線のある部分が不合格値１１１）各
試験項目 ＴＣ：加熱時の排気温度が標準温度（石綿パーライト板
を加熱した場合の排気温度に５０℃を加えた温度）を超
えた時間（合格条件：３分以上） Ｔｄθ：排気温度曲線が標準温度を超えている温度と時
間によって与えられる面積（合格条件：３５０以下） Ｃム：発煙係数（合格条件：１２０以下）残炎：３０秒
以下（合格） 亀裂：全厚の１／１０以下の亀裂を生じないこと（合格
） 変形：防火上有害な変形が表いこと 第　　　５　　　表 〔実施例７〕と〔参考例５〕 厚さ１２１１１１＋の、節目が５ヶ以上表面に表れてい
る２２αＸ２２ｃＩＩＬのヒノキの板の片面に実施例４
と同じ下地塗装剤を溶液として７０７７ｍ２の割合で塗
装し、２日間常温乾燥の後、第４表（１）の難燃塗装剤
処方を溶液として２５０７７ｍ”の割合で塗装し、７日
間常温で乾燥及び硬化させたもの（実施例７）と、下地
処理せず、同様に難燃塗装したもの（参考例５）と比較
したところ下記のような差異が見い出された。

実施例７　　参考例５ （ｏ）３ケ月問屋外曝露によるヒビワレ発生　　なし　
　　　あシ（ハ）ＪＩＳＡ１３２１離燃３級試験 Ｔ離燃３級試験 Ｔｃ　　　（分１秒）　　　　　　　６分以上　　４′
０５“ｃ人１７．７　　　　　４６．３ 残炎　　　　　　　　　　〇　　　二

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、木質基材に下地塗装剤としてポリビニルアルコール
   および／あるいはポリアクリルアミドを必須成分とする
   水溶液を塗装し、次いでその上に水溶性又は水分散性の
   縮合系樹脂を必須成分とする難燃塗装剤を塗装してなる
   難燃性木質材料。 ２、請求項第１項の難燃性木質材料と下地塗装剤として
   ポリビニルアルコールおよび／あるいはポリアクリルア
   ミドを必須成分とする水溶液を塗装した化粧紙或いは木
   質ツキ板とを、該難燃性木質材料の難燃塗装剤の塗装面
   と該化粧紙或いは木質ツキ板の該水溶液の塗布面とを接
   合せしめてなる難燃性木質材料。 ３、下地塗装剤としてポリビニルアルコールおよび／あ
   るいはポリアクリルアミドにメラミン樹脂を併用したも
   のを必須成分とする水溶液を用いたことを特徴とする請
   求項第１項及び第２項記載の難燃性木質材料。