(57)【要約】【課題】強度をより高めることができる高強度加工木材及びその製造方法を提供する。【解決手段】バニリンを溶媒中に拡散させて所定濃度の溶液を調製し得る溶液調製工程Ｓ２と、該溶液調製工程Ｓ２にて得られた溶液に木材を浸漬させつつ減圧して脱気することにより、当該木材の内部組織及び維管束中に溶液を染み込ませ得る浸漬工程Ｓ３と、該浸漬工程Ｓ３で得られた木材を乾燥させる乾燥工程Ｓ４とを経ることにより得られた高強度加工木材である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
建築物の構造材、下地材、内装材若しくは外装材等の建築材、又は構築物として用いられる高強度加工木材において、
木材の内部組織及び維管束中にバニリンを原料として生成させたバニリン重合物が含有されて成ることを特徴とする高強度加工木材。
【請求項２】
前記木材は、杉から成ることを特徴とする請求項１記載の高強度加工木材。
【請求項３】
前記バニリン重合物に加え、微粉末化及び加熱焼成された貝殻が木材の内部組織及び維管束中に含有されて成ることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の高強度加工木材。
【請求項４】
建築物の構造材、下地材、内装材若しくは外装材等の建築材、又は構築物として用いられる高強度加工木材の製造方法において、
バニリンを原料として生成させたバニリン重合物を溶媒中に拡散させて所定濃度の溶液を調製し得る溶液調製工程と、
該溶液調製工程にて得られた溶液に木材を浸漬させつつ減圧して脱気することにより、当該木材の内部組織及び維管束中に前記溶液を染み込ませ得る浸漬工程と、
該浸漬工程で得られた木材を乾燥させる乾燥工程と、
を経ることにより高強度加工木材を得ることを特徴とする高強度加工木材の製造方法。
【請求項５】
前記木材は、杉から成ることを特徴とする請求項４記載の高強度加工木材の製造方法。
【請求項６】
前記溶液は、前記バニリン重合物に加え、微粉末化及び加熱焼成された貝殻が混合及び拡散されて調製されることを特徴とする請求項４又は請求項５記載の高強度加工木材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、建築物の構造材、下地材、内装材若しくは外装材等の建築材、又は構築物として用いられる高強度加工木材及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近時の建築物や構築物においては、自然回帰などの社会的嗜好の変化から、木材を多用する風潮が高まりつつあり、難燃性及び高強度といった特性を持った木材を用いることが多くなっている。しかるに、従来より、建築材として用いられる木材に対し、例えばホウ酸化合物やハロゲン化合物を含浸させることにより、不燃性又は難燃性をより高めた加工木材が提案されるに至っている。なお、かかる先行技術は、文献公知発明に係るものでないため、記載すべき先行技術文献情報はない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記従来技術においては、不燃性又は難燃性をより高めることができるものの、建築材として求められる強度が著しく不足してしまうという問題があった。また、不燃性又は難燃性を高めなくても、強度を向上させた木材の需要は極めて高く、天然の木材（材木）を加工して強度を向上させた高強度加工木材を建築材として使用するニーズが高まりつつある。
【０００４】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、強度をより高めることができる高強度加工木材及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１記載の発明は、建築物の構造材、下地材、内装材若しくは外装材等の建築材、又は構築物として用いられる高強度加工木材において、木材の内部組織及び維管束中にバニリンを原料として生成させたバニリン重合物が含有されて成ることを特徴とする。
【０００６】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の高強度加工木材において、前記木材は、杉から成ることを特徴とする。
【０００７】
請求項３記載の発明は、請求項１又は請求項２記載の高強度加工木材において、前記バニリン重合物に加え、微粉末化及び加熱焼成された貝殻が木材の内部組織及び維管束中に含有されて成ることを特徴とする。
【０００８】
請求項４記載の発明は、建築物の構造材、下地材、内装材若しくは外装材等の建築材、又は構築物として用いられる高強度加工木材の製造方法において、バニリンを原料として生成させたバニリン重合物を溶媒中に拡散させて所定濃度の溶液を調製し得る溶液調製工程と、該溶液調製工程にて得られた溶液に木材を浸漬させつつ減圧して脱気することにより、当該木材の内部組織及び維管束中に前記溶液を染み込ませ得る浸漬工程と、該浸漬工程で得られた木材を乾燥させる乾燥工程とを経ることにより高強度加工木材を得ることを特徴とする。
【０００９】
請求項５記載の発明は、請求項４記載の高強度加工木材の製造方法において、前記木材は、杉から成ることを特徴とする。
【００１０】
請求項６記載の発明は、請求項４又は請求項５記載の高強度加工木材の製造方法において、前記溶液は、前記バニリン重合物に加え、微粉末化及び加熱焼成された貝殻が混合及び拡散されて調製されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１、４の発明によれば、木材の内部組織及び維管束中にバニリンを原料として生成させたバニリン重合物が含有されるので、バニリン重合物が維管束を絡ませつつ結束させることができ、強度をより高めることができる。
【００１２】
請求項２、５の発明によれば、木材は、杉から成るので、他の木材と比べて強度が不足することから建築材として用いるのに適していない杉を高強度化することができ、建築材として有効に利用することができる。
【００１３】
請求項３、６の発明によれば、バニリン重合物に加え、微粉末化及び加熱焼成された貝殻が木材の内部組織及び維管束中に含有されるので、高強度化に加えて不燃化や難燃化も図ることができる。また、微粉末化及び加熱焼成された貝殻を含有させることで木材の強度が低下した場合であっても、バニリン重合物を含有させることで、当該強度低下を抑制或いは強度の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態に係る高強度加工木材を得るための製造工程を示すフローチャート
【図２】同高強度加工木材の内部組織及び維管束中に含有されるバニリンの組成を示す模式図
【図３】同高強度加工木材における強度向上を実証するための実施例の実験結果を示すグラフ
【図４】同高強度加工木材における強度向上を実証するための比較例の実験結果を示すグラフ
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら具体的に説明する。
本実施形態に係る高強度加工木材は、建築物（高強度が要求される家屋等）の構造材（２×４工法用の木材含む）、下地材、内装材若しくは外装材等の建築材、又は構築物として用いられるもので、木材の内部組織及び維管束中にバニリンを原料として生成させたバニリン重合物が含有されて成るものである。また、本実施形態においては、加工される木材として杉が用いられるとともに、バニリン重合物に加え、微粉末化及び加熱焼成された貝殻が木材の内部組織及び維管束中に含有されて成るものとされている。
【００１６】
バニリン重合物は、分子式Ｃ８Ｈ８Ｏ３（図２参照）で表される化合物であり、例えばリグニンを弱酸分解することで抽出することができる。バニリン重合物は、バニリンのアルデヒド基水酸基が分子間で重合反応により高分子化し、リグニン様構造（ＲＨＯ（芳香族アルデヒド化合物））を形成したと考えられる。しかして、バニリン重合物は、木材の内部組織及び維管束中に含有され、その維管束を絡ませつつ結束させる性質を有することから、木材（杉材）の強度を向上させることができるものとされている。また、本実施形態においては、内在する微粉末化された貝殻として、牡蠣又は帆立の貝殻が用いられているとともに、微粉末化された貝殻は、加熱焼成されて成るものとされている。
【００１７】
本実施形態に係る高強度加工木材は、図１のフローチャートに基づく製造方法にて得ることができる。
先ず、貝殻（本実施形態においては牡蠣及び帆立の貝殻）を洗浄して乾燥させた後、電気炉を用いて１０００℃で５時間加熱焼成した。その後、室温に戻して粉砕し、ミル等を用いて微粉末処理（平均粒度５００ミクロン以下）することで、微粉末化した貝殻焼成物を得る（微粉末化工程Ｓ１）。かかる微粉末化工程Ｓ１により、貝殻を微粉末化処理することができるとともに、加熱焼成によって加熱消毒することができ、雑菌等を予め除去することができる。
【００１８】
一方、リグニンを弱酸分解させてバニリンを抽出するとともに、アルカリ性条件で加熱することでバニリン重合物を得る。そして、このバニリン重合物に加え、微粉末化工程Ｓ１で得られた微粉末化及び加熱焼成した貝殻焼成物、シリカゲル（乾燥シリカゲルをミル等を用いて粉砕、微粉末化したもの）、ゼラチン（ゼラチン粉末）を水等の溶媒中に投入し、攪拌することで略均一に拡散させて、所定濃度の溶液（懸濁液）を調製する（溶液調製工程Ｓ２）。
【００１９】
なお、かかる溶液調製工程Ｓ２におけるバニリン重合物、微粉末化処理された貝殻（貝殻焼成物）、シリカゲル及びゼラチンの攪拌は、例えばマイクロバブル発生装置（直径が数μｍ〜略５０μｍ以下の極めて微小な気泡を生じさせ得る装置）により行われるのが好ましい。また、これら粉末及び添加物の混合割合（重量比）として、貝殻焼成物：シリカゲル：ゼラチン：バニリン重合物＝４：（１〜２）：（０．５〜１）：（０．５〜１）とするのが好ましい。
【００２０】
その後、溶液調製工程Ｓ２にて得られた溶液（懸濁液）を容器に収容させ、その溶液に処理する対象である木材（本実施形態においては杉材）を浸漬させつつ容器内を減圧することにより、木材の内部組織及び維管束中の空気を取り除いて脱気した後、瞬時に常温に戻すことで、溶液（懸濁液）を内部細胞及び維管束中に取り込ませる。この作業を４〜５回程度繰り返し、内部組織及び維管束中の空気がほとんどなくなった時点で、容器を加圧（例えば、圧力シリンダを用い、５ＭＰａの条件下で３０分間程度）し、強制的に溶液（懸濁液）を内部組織及び維管束中に注入させる（浸漬工程Ｓ３）。
【００２１】
より具体的には、浸漬工程Ｓ３においては、密閉可能な容器の収容空間に溶液調製工程Ｓ２にて得られた溶液を収容させるとともに、その溶液内に木材（杉材）を浸漬させた状態として容器を密閉する。そして、真空ポンプにて容器内の空気を吸引して真空減圧した後、一気に常圧に戻す。かかる真空減圧工程と常圧への戻し工程を繰り返し行うことで、木材の内部組織及び維管束中（木材構成細胞及び細胞間隙）に溶液（懸濁液）を略均一に染み込ませることができ、さらに容器内に空気を注入して加圧することで、更に溶液（懸濁液）を木材の内部組織及び維管束中（木材構成細胞及び細胞間隙）に注入させるのである。
【００２２】
その後、浸漬工程Ｓ３で得られた木材（内部組織及び維管束中に溶液を染み込ませた木材）を乾燥機によって乾燥（例えば、略７０℃で４時間程度乾燥させた後、略６０℃で１〜２日間乾燥）させる（乾燥工程Ｓ４）。以上の如き一連の製造工程を経ることにより、
高強度化に加え、不燃性又は難燃性がより高められた高強度加工木材を得ることができる。なお、廃棄処分される貝殻を用いるようにすれば、廃棄物利用を高めることができ、環境対策に寄与することができる。
【００２３】
上記実施形態によれば、木材の内部組織及び維管束中にバニリン重合物が含有されるので、バニリン重合物が維管束を絡ませつつ結束させることができ、強度をより高めることができる。特に、木材は、杉材から成るので、他の木材と比べて強度が不足することから建築材として用いるのに適していない杉材を高強度化することができ、建築材として有効に利用することができる。
【００２４】
さらに、上記実施形態によれば、バニリン重合物に加え、微粉末化及び加熱焼成された貝殻が木材の内部組織及び維管束中に含有されるので、高強度化に加えて不燃化や難燃化も図ることができる。また、微粉末化及び加熱焼成された貝殻を含有させることで木材の強度が低下した場合であっても、バニリン重合物を含有させることで、当該強度低下を抑制或いは強度の向上を図ることができる。
【００２５】
またさらに、微粉末化された貝殻が木材構成細胞及び細胞間隙に含有されるので、廃棄物としての貝殻（所謂、水産廃棄物）を利用して製造コストを抑制しつつ環境保全に寄与することができるとともに、不燃性又は難燃性をより高めることができる。すなわち、貝殻（貝殻焼成物）の主成分は、酸化カルシウムであり、これを木材が内部に含有することで、より有効に不燃性及び難燃性とすることができ、且つ、廃棄物としての貝殻を用いることで、これを廃棄する場合に比べて、環境保全に寄与することができるのである。
【００２６】
ここで、溶液調製工程Ｓ２で得られる溶液中に、動物性タンパク質から得られる接着剤としての膠（ニカワ）を、シリカゲルに代えて或いは共に投入してもよい。この場合、得られる高強度加工木材の強度をさらに向上させることができ、強度が高い建築材として用いることができる。なお、膠やシリカゲルの他、強度を向上させ得る他の添加材を溶液中に投入するようにしてもよく、或いはこれら強度向上のための添加材を投入しないものとしてもよい。
【００２７】
次に、本実施形態に係る高強度加工木材の強度向上を実証するための実験について説明する。
以下の表１に示すように、上記微粉末化工程Ｓ１、溶液調製工程Ｓ２、浸漬工程Ｓ３及び乾燥工程Ｓ４を経る前（処理前）の試料及び上記微粉末化工程Ｓ１、溶液調製工程Ｓ２、浸漬工程Ｓ３及び乾燥工程Ｓ４を経た後（処理後）の試料から成る実施例１〜６（バニリン重合物を含有する板状の試料）、並びに溶液調製工程Ｓ２にてバニリン重合物を投入せず、上記微粉末化工程Ｓ１、溶液調製工程Ｓ２、浸漬工程Ｓ３及び乾燥工程Ｓ４を経る前（処理前）の試料及び上記微粉末化工程Ｓ１、溶液調製工程Ｓ２、浸漬工程Ｓ３及び乾燥工程Ｓ４を経た後（処理後）の試料から成る比較例１〜３（バニリン重合物を含有しないブロック状の試料）をそれぞれ用意した。
【００２８】
【表１】
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【００２９】
そして、処理前（上記微粉末化工程Ｓ１、溶液調製工程Ｓ２、浸漬工程Ｓ３及び乾燥工程Ｓ４を経る前）及び処理後（上記微粉末化工程Ｓ１、溶液調製工程Ｓ２、浸漬工程Ｓ３及び乾燥工程Ｓ４を経る前）の実施例１〜６及び比較例１〜３について、一対の架台に跨がせて固定させつつ加圧ピストンで加圧した。しかるに、加圧前において、レーザー光により各実施例１〜６及び比較例１〜３の中点をマーキングするとともに、加圧によって下降した中点を鉛筆でマーキングし、それらの距離（中点下降）をノギスで測定した。なお、表１中の長さ寸法（Ｌ）は、試料を固定させる架台間の寸法とされている。
【００３０】
こうして得られた中点下降や試料の寸法に基づき、以下の演算式によって各試料のヤング率（Ｙ）を求め、そのヤング率から曲げヤング係数（Ｅ）を算出した。かかる曲げヤング係数（Ｅ）を比較することで、強度評価を行うこととした。そして、実施例１〜６における各試料（処理前及び処理後）の曲げヤング係数を比較すると、図３のような結果が得られるとともに、バニリン重合物を含有しない比較例１〜３における各試料（処理前及び処理後）の曲げヤング係数を比較すると、図４のような結果が得られた。
ヤング率（Ｙ）＝（Ｌ３）＊Ｍ／（４＊（ａ３）＊ｂ＊ｅ）
曲げヤング係数（Ｅ）＝１０３ｋｇｆ／ｃｍ２
【００３１】
図３、４から分かるように、実施例１〜６においては、処理前に比べて処理後の試料における強度（曲げヤング係数）が著しく向上しているのに対し、比較例１〜３においては、処理前に比べて処理後の試料における強度（曲げヤング係数）がそれほど向上しておらず、特に、本実験によれば、比較例２、３においては、強度が低下している。すなわち、不燃化又は難燃化処理のため貝殻焼成物等を含有したのみでは、強度が低下する虞があるのに対し、バニリン重合物を加えることで、強度の低下を抑制し、本実施形態においては著しく強度を向上させることができる。
【００３２】
以上、本実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されず、例えばバニリン重合物を木材の内部組織及び維管束中に含有するものであれば、微粉末化及び加熱焼成された貝殻や添加物（シリカゲルやゼラチン等）を含有しないもの、或いは他の添加物を含有したものであってもよい。なお、用いられる貝殻は、牡蠣又は帆立以外の貝殻であってもよい。  さらに、本実施形態における浸漬工程Ｓ３においては、減圧の後、加圧しているが、減圧のみ行わせるものであってもよい。また、木材の内部組織及び維管束中にバニリン重合物が含有されることにより、強度を向上させた高強度加工木材であれば、他の製造方法により得られたものであってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
木材の内部組織及び維管束中にバニリン重合物が含有された高強度加工木材及びその製造方法であれば、外観形状が異なるもの或いは他の機能が付加されたもの等にも適用することができる。
【符号の説明】
【００３４】
Ｓ１  微粉末化工程
Ｓ２  溶液調製工程
Ｓ３  浸漬工程
Ｓ４  乾燥工程
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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