バイオ由来難燃処理を施したヒノキ材の防火性能向上

ヒノキ材と防火の必要性

住宅や商業施設で多用されるヒノキ材は、芳香や耐久性に優れる一方、可燃性が高いという弱点があります。
火災リスクが高まる昨今、木材の防火性能向上は建築基準法や各種ガイドラインでも注目されています。
特に内装制限をクリアしながら木の質感を活かすには、難燃処理が不可欠です。

ヒノキ材の特徴

ヒノキは油脂成分を含み、水湿に強く腐りにくい点が評価されています。
しかし、この油脂成分が着火源となりやすく、火災時には延焼速度が速い傾向にあります。
そのため表面炭化や劣化を防ぐ難燃処理が求められます。

バイオ由来難燃処理とは

バイオ由来難燃処理は、植物抽出物や糖類、タンパク質などの天然成分を主原料とする難燃剤を木材に含浸させる技術です。
従来のハロゲン系難燃剤は有害ガスや環境負荷が問題視されてきました。
バイオ由来難燃剤は揮発性有機化合物の排出を抑え、室内空気質への悪影響を軽減します。

開発背景

SDGsの広がりとともに、建築資材にもカーボンニュートラルが求められています。
再生可能資源から合成される難燃剤は、製造から廃棄までのライフサイクルでCO₂排出量を削減できます。
また、森林資源であるヒノキと相性が良く、環境ラベル取得にも有利です。

処理方法の概要

1. 真空加圧注入法
2. 浸漬乾燥法
3. 表面スプレーコーティング法
目的や施工環境に応じて方法を選定しますが、真空加圧注入が最も深部まで浸透し、耐久性に優れます。

防火性能向上のメカニズム

バイオ由来難燃剤は主にリン・窒素・硫黄を含む有機化合物で構成されます。
加熱時にリン酸エステルが脱水反応を促進し、表層に炭化層を形成します。
炭化層は酸素供給を遮断し、熱伝導を抑制することで火炎の広がりを防止します。

相乗効果とヒノキ特有の樹脂

ヒノキの油脂は加熱によって気化しますが、難燃剤中の窒素化合物が気相に拡散しラジカルを捕捉します。
この相乗効果により発煙量を低減し、フラッシュオーバーを遅延させることが確認されています。

試験結果と評価方法

日本工業規格（JIS A 1321）に準拠した「円形ファンネル試験」にて、未処理ヒノキと難燃処理ヒノキを比較しました。
酸素指数（LOI）は未処理材が22％、難燃処理材が34％を記録し、難燃3級相当の性能を達成しました。

燃焼時間と質量減少率

着火後180秒時点での質量減少率は未処理材が28％、難燃処理材が9％にとどまりました。
これにより構造材としての強度保持率が向上し、避難時間の確保に寄与します。

発煙性の評価

光密度測定では、最大発煙係数が未処理材の300から難燃処理材の75へと大幅に低減しました。
視界確保が求められる劇場・駅舎などの公共空間で有効性が期待されます。

施工・メンテナンスのポイント

難燃処理後のヒノキ材は、含水率12％以下で施工すると膨潤・収縮トラブルを防げます。
切断や加工部では難燃層が削られるため、現場での再塗布が必要です。
表面塗装に透湿性塗料を選択すると、難燃剤の揮発や白華を抑えられます。

耐久年数と点検サイクル

屋内利用であれば15〜20年の難燃効果が期待できます。
屋外露出部ではUVや雨水の影響を受けやすいため、5年ごとの点検とトップコート補修を推奨します。

環境負荷とサステナビリティ

バイオ由来難燃剤は植物性原料比率が60〜80％を占め、焼却時にダイオキシン類を発生しません。
製造過程でのCO₂排出量はハロゲン系難燃剤と比較して約40％削減されます。

循環型社会への寄与

処分時に粉砕しバイオマス燃料として再利用することで、カスケード利用が実現します。
ヒノキ林の間伐材を利用する事例も増えており、林業振興と防災性能向上を両立できます。

導入事例

京都市の木造ホテルでは、内装制限をクリアしながら和の質感を維持するために採用されました。
建築物の準耐火構造認定を取得し、外国人観光客からも高評価を得ています。
また、熊本県の公共図書館では、CLTパネルに難燃処理ヒノキを貼り合わせ、準耐火1時間を確保しました。

今後の展望

ナノセルロースや生体高分子との複合化が進めば、さらに少量で高い難燃性能が実現します。
AIとIoTを活用した品質管理により、含浸深度や乾燥状態をリアルタイムで最適化する研究も進行中です。
将来的には内装規制が厳しい超高層木造ビルや海外市場での採用拡大が見込まれます。

まとめ

バイオ由来難燃処理を施したヒノキ材は、従来のハロゲン系難燃剤に比べ環境負荷が低く、高い防火性能を発揮します。
酸素指数・発煙性・質量減少率のすべてで顕著な改善が認められ、住宅から公共施設まで幅広い用途に適用可能です。
適切な施工とメンテナンスを行えば、長期にわたり安全性と美観を保持できます。
木の温もりを損なわず、カーボンニュートラルにも貢献する次世代建材として注目が高まっています。