(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
揮発性有機化合物を含み、且つ含水率が５〜２０質量％である木質材料からなる被処理木質材料から揮発性有機化合物を除去する工程を含む揮発性有機化合物放散性の低い木質材料を製造する方法において、前記被処理木質材料が、少なくとも１つの木口面を有する木質材料であって、該木質材料の木口面の面積の総和｛Ｓ（ｃｍ２）｝に対する該木質材料の体積｛Ｖ（ｃｍ３）｝の比（Ｖ／Ｓ）が１０（ｃｍ）以上の木質材料からなり、前記工程における揮発性有機化合物の除去が、前記被処理木質材料の含水率と実質的に平衡状態となる温度及び湿度に制御された雰囲気中で前記被処理木質材料を加熱処理することにより行われることを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＶＯＣ（Volatile Organic Compounds）と呼ばれるホルムアルデヒドに代表される揮発性有機化合物の放散性が低い、低ＶＯＣ放散性木質材料の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、建築物の室内空気質に対する関心が高まり、室内空気中の揮発性有機化合物（ＶＯＣ）濃度を低減させる方法が模索されている。室内空気中のＶＯＣ濃度を低減させるためには、居住者が積極的に十分な換気を行うなどの対策が重要であるが、必要以上の換気は住宅の断熱性を低下させ、快適な室内温度を保つためにエネルギー消費量が多くなるという問題がある。そのため、ＶＯＣ放散の少ない建築材料の開発が試みられてきた。
【０００３】
木質材料は、加工性、審美性の良さ、また強度のわりに軽量であることから、建築材料として多用される。これら木質系建築材料は、例えば集成材、合板、防腐・防蟻処理木材など、その製造工程において接着、接合、化学処理等の加工が行なわれることが多い。これら加工の際、接着剤や化学処理剤等、ＶＯＣを含んだ処理剤が用いられるため、これら木質系建材については、特にＶＯＣ放散の低減が課題となってきた。
【０００４】
このような状況下、建築基準法では、ＶＯＣの一つであるホルムアルデヒドの放散速度で建材の等級分けを行い、放散が多い建材については使用の制限が加えられるようになった。その結果、ホルムアルデヒドを含有しない接着剤、化学処理剤が開発され、これらを用いて製造した、ホルムアルデヒドの放散が少ない木質材料が提供されるようになった。
【０００５】
しかしながら、これらホルムアルデヒドの放散が少ない木質材料は、例えばホルムアルデヒドの代替として他のＶＯＣ成分を工程で使用するなど、ホルムアルデヒド以外のＶＯＣについて考慮されていないことが多い。接着、接合、化学処理等の加工を、ＶＯＣ成分を全く用いずに行なうと、強度不足、コスト高等、なんらかの不具合が生じるためである。
【０００６】
そこで、木質材料の中に含まれるＶＯＣを加工後に効果的に取り除くことにより、ＶＯＣの放散が少ない木質材料を製造することが非常に重要となる。そのような方法としては、木質材料を加湿することにより、処理対象となる木質材料の含水率を高め、その後含水率を高めた木質材料を加熱することにより木質材料中に含まれるＶＯＣを除去し、その結果、ＶＯＣの放散が少ない木質材料を得る方法が知られている（特許文献１参照）。この方法によれば、ホルムアルデヒドだけではなく、スチレン、トルエン等他のＶＯＣ成分も同時に除去できるため、ホルムアルデヒド以外のＶＯＣの放散も低減した木質材料を低コストで製造することができる。接着、接合、化学処理等、木質材料の加工に用いる薬剤の幅が広がっていることから、上記方法は極めて有用な方法であるといえる。
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−２６６４０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
このように、木質材料を加湿して、ＶＯＣの放散の少ない木質材料を製造する方法は、木質材料中のＶＯＣ除去という意味では極めて有効な方法であるが、その工程に於いて処理対象となる木質材料の含水率を高くする必要があるため、処理後の木質材料の含水率を制御することが困難となる。木質材料の含水率は、材料強度、寸法安定性に影響を与える重要なパラメーターであり、例えば、木造住宅の構造用建材用途に使用する場合、５質量％〜３０質量％が好ましく、５〜２０質量％程度が特に好ましいとされるが、前述の従来方法では、このような範囲に含水率を維持することが難しい。木質材料の含水率と寸法との間には相関があり、特に含水率３０質量％（繊維飽和点）以下の領域にあっては含水率の上昇は寸法の増加を引き起こすため、前記従来法では寸法が増加するという問題を抱えることになる。
【０００９】
また、前記従来法では木質材料の含水率を上げて加熱するため、木質材料を構成するリグニン、ヘミセルロース等の成分が分解し、茶色に変色するという問題がある。変色した木質材料は商品性が落ちるため、変色なき処理方法が待ち望まれている。
【００１０】
さらに、前記従来法においてＶＯＣや水分の移動は主として木材の繊維方向に沿って起こるため、柱材のように木口面積に対して長さの長い構造部材を処理する場合にはＶＯＣ放散低減の効果が内部まで及び難いという問題がある。構造部材の木口近傍はＶＯＣ放散の低減効果が発現するが、中央部ではＶＯＣ放散の低減効果が発現し難く、処理後に中央部に残ったVCOが放散するという問題が発生する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明者らはこれら前記従来法にける課題を解決すべく鋭意研究した結果、木質材料の加湿処理工程において、雰囲気温湿度を、処理対象の木質材料の含水率と実質的に平衡状態となる温湿度に制御しながら、加熱することにより、木質材料の含水率を上昇させることなく、木質材料中のＶＯＣを除去できることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１２】
即ち本発明は、揮発性有機化合物を含み、且つ含水率が５〜２０質量％である木質材料からなる被処理木質材料から揮発性有機化合物を除去する工程を含む揮発性有機化合物放散性の低い木質材料を製造する方法において、前記被処理木質材料が、少なくとも１つの木口面を有する木質材料であって、該木質材料の木口面の面積の総和｛Ｓ（ｃｍ２）｝に対する該木質材料の体積｛Ｖ（ｃｍ３）｝の比（Ｖ／Ｓ）が１０（ｃｍ）以上の木質材料からなり、前記工程における揮発性有機化合物の除去が、前記被処理木質材料の含水率と実質的に平衡状態となる温度及び湿度に制御された雰囲気中で前記被処理木質材料を加熱処理することにより行われることを特徴とする方法である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の製造方法によれば、木質材料の含水率を大きく変動させることなく、木質材料中に存在するＶＯＣ成分を除去することができるので、処理後の含水率の制御が容易であり、木質材料の寸法が変動させることがない。また、本発明の方法では処理工程においても木材中の含水率は低い状態に保たれているため、加熱処理による木質材料に対するダメージが小さく、変色、しみ等が発生し難い。さらに、本発明の製造方法によれば、被処理材の中心部に存在するＶＯＣも効率よく除去することができるので、従来、低ＶＯＣ放散性を付与することが困難であった柱材のような構造部材に対しても、高いＶＯＣ放散性低減効果を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明の製造方法で使用する被処理木質材料としては、揮発性有機化合物を含み、且つ含水率が１〜３０質量％である木質材料であれば、木質材料の種類、形状は特に限定されない。たとえば、無垢の木材、集成材、LVL、合板、パーティクルボードなどが使用可能であるが、ＶＯＣ放散性低減への要求が高いという理由から、柱材、フローリング材、壁材などの建築用木質部材を使用するのが好ましい。
【００１５】
これら木質材料については、その製造工程において接着、接合、化学処理（たとえば防腐・防蟻処理）等の加工が行なわれることが一般的であり、この場合これら加工に起因してＶＯＣを含むことになる。ここで、ＶＯＣとは沸点２６０℃以下の有機化合物を意味し、具体的には、ホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、トルエン、キシレン、スチレン、ベンゼン、ジクロロメタン、クロロホルム、ノナン、デカン等を挙げることができる。前記被処理木質材料に含まれるＶＯＣの量は特に限定されるものではないが、通常、次のようにして測定される放散速度で表して、放散速度が０．０１ｍｇ／ｍ３・ｈｒ〜１００００００ｍｇ／ｍ３・ｈｒ、特に０．１〜１０００００ｍｇ／ｍ３・ｈｒとなるような量含まれるものが使用される。
【００１６】
放散速度の測定方法：  木質材料を純空気で満たされた密容器に入れて封入した後に２５℃で一定時間放置し、放置後の容器内のＶＯＣ濃度をガスクロマトグラフで定量する測定されたＶＯＣ濃度、容器体積（純空気量）、放置時間、サンプル木質材料の体積より、単位時間当たりに単位体積の木質材料から放散されたＶＯＣの放散速度を求める。
【００１７】
本発明の製造方法を適用するために前記被処理木質材料の含水率は１〜３０質量％である必要がある。含水率が１質量％未満のときは、含水率と実質的に平衡状態となる温湿度の組み合わせを求めることが困難であり、また、３０質量％を越える木質材料は、自由水の形で水が含まれるため、どの温度、湿度領域であっても雰囲気の水分と平衡とならず、本発明の方法を適用することができない。効果の観点から被処理木質材料の含水率は5〜２５質量％、特に5〜２０質量％であることが好ましい。なお、ここで、含水率とは被処理木質材料に含まれる水の質量を被処理木質材料の全乾質量で除した値の％表示であり、市販の高周波容量式木材含水率計、電気抵抗式木材含水率計等で測定することができる。
【００１８】
本発明の製造方法では、前記被処理木質材料からＶＯＣを除去して低ＶＯＣ放散性木質材料を製造するが、このとき前記被処理木質材料の含水率と実質的に平衡状態となる温湿度に制御された雰囲気中で前記被処理木質材料を加熱処理することにより揮発性有機化合物を除去することを最大の特徴とする。このような方法でＶＯＣの除去を行うことにより、(i)木質材料の寸法が変動させることなく、(ii)木質材料に変色、しみ等のダメージを与えることなく、しかも(iii)表面から内部に渡って効率よくＶＯＣを除去することが可能となる。このため木口面積に対して長さの長い柱材のような木質材料、特に少なくとも１つの木口面を有する木質材料であって、該木質材料の木口面の面積の総和｛Ｓ（ｃｍ２）｝に対する該木質材料の体積｛Ｖ（ｃｍ３）｝の比（Ｖ／Ｓ）が１０（ｃｍ）以上、好ましくは１００（ｃｍ）以上の木質材料に対しても、高いＶＯＣ放散性低減効果を得ることができる。ここで木口面とは木質材料の繊維を繊維方向に対して垂直若しくは斜めに切断した面を意味し、繊維方向平行に切断した面は木口面に含まれない。このような木質材料としては、木口面を両端面とし繊維方向の長い柱材であって、幅及び厚みが５０ｍｍ以上で長さが１ｍ以上の柱材を挙げることができる。
【００１９】
このように、内部に優れた効果が得られるのは、概ね次のような作用機構によるものと推定される。即ち、従来法のように、被処理木質材料に１００％蒸気を作用させた場合には、蒸気に接触した露出表面部（木口面とそれ以外の面）の含水率は急激に上昇する。この急激な含水率の上昇により、被処理木質材料の細胞壁を貫通し、通気弁の働きをするトーラス・マルゴが閉じ、被処理木質材料の通気性が低下する。従って、表面近傍のみ処理の効果が現れ、被処理木質材料の中央部には効果が及びにくい。それに対して、被処理木質材料の含水率を変化させない本発明の方法によると、被処理木質材料の通気性落とすことなく処理できるので、その効果が内部にまで及ぶことができるものと推定される。
【００２０】
本発明の製造方法では、被処理木質材料を、該材料の含水率と実質的に平衡状態となる温湿度に制御された雰囲気中で前記被処理木質材料を加熱処理するが、この加熱処理は、下記（１）〜（５）に示す手順で行うことができる。なお、防腐・防蟻処理などの化学処理を施した木質材料を被処理木質材料とする場合、化学処理に引続き同一装置を使用して連続して行なうのが好ましい。
【００２１】
（１）処理対象となる被処理木質材料の含水率の測定：  含水率は、全乾法、高周波容量法、電気抵抗法など公知の測定法が適用可能である。たとえば高周波容量法により含水率を求める場合には、市販の高周波容量式木材含水率計を用いればよい。
【００２２】
（２）測定された含水率を維持する温度と相対湿度（関係湿度ともいう）の関係の確認：  木質材料に関しては、平衡含水率（ある雰囲気中に木質材料を放置して平衡に達したときの含水率）ごとに、その平衡含水率を維持する雰囲気の温度と湿度との関係が知られている。図１に示すグラフ（「人工乾燥材生産技術入門」、岡山県木材加工技術センター編、４１頁より引用）は、このような関係をまとめたものであり、雰囲気の温度（℃）及び関係湿度（％）と平衡含水率との関係が示されている。即ち、グラフの横軸が雰囲気の温度を、縦軸が雰囲気の湿度を意味し、グラフ中の１〜３０の数値が付された各曲線が、その数値に対応する平衡含水率（％）を維持する（満足する）温度と湿度との関係を示している。たとえば、（１）で測定された含水率が１５％であれば、平衡含水率が１５％である曲線（下から１５番目の「１５」の数字が付された曲線）から、温度と湿度との関係を確認する。
【００２３】
（３）昇温スケジュールとそれに応じた湿度調整スケジュールの決定：  先ず、加熱処理を行うときの、昇温速度、処理温度での保持時間を決定し昇温スケジュールを決定する。なお、ＶＯＣ除去効果、湿度調整の容易さの観点から、処理温度は、６０℃〜１００℃、特に８０℃〜１００℃の範囲が好ましい。
【００２４】
ついで、前記（２）で確認した関係に基づいて、この昇温スケジュールに従って加熱した場合に平衡含水率が（１）で測定された含水率と一致するように、各雰囲気温度において達成すべき湿度（理想湿度）を決定する。最後に、使用する装置の温度・湿度調整性能を考慮して、加熱処理中における実湿度が実質的に理想湿度となる、具体的には、実湿度が与える平衡含水率が（１）で測定された含水率の±４％、より好ましくは±２％の範囲内となるような湿度調整パターンを決定する。なお、雰囲気の温湿度が与える平衡含水率が、処理対象となる木材の含水率より４％以上高くなる温湿度で処理を行なうと、木質材料が実質的に吸湿し、含水率の上昇、寸法の増加が認められ、好ましくない。また、雰囲気の温湿度が与える平衡含水率が、処理対象となる木材の含水率より４％以上低くなる温湿度で処理を行なうと、木質材料が実質的に放湿し、含水率の低下、寸法の収縮が認められるとともに、木質材料中のＶＯＣの除去効果も十分ではなくなる。
【００２５】
（４）処理の実行：  雰囲気の温度及び湿度を調節することが可能な装置の内部に被処理木質材料を導入し、（３）で決定した昇温スケジュール及び湿度調整スケジュールに従って温度および湿度が制御された雰囲気中で処理を行う。このような処理を行う装置としては、温湿度が制御可能な汎用の蒸気式木材乾燥装置を使用可能である。
【００２６】
（５）冷却：  加熱処理終了後、木質材料を自然放冷する。
【００２７】
以下、実施例によって本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００２８】
実施例１
試験材として、オウシュウアカマツ集成柱材（大きさ１０５ｍｍ×１０５ｍｍ×１０００ｍｍ）を準備し、高周波容量法で含水率を測定した。測定値は１２質量％であった。平衡含水率が１２質量％となる温度と湿度の関係を図１から読み取った。３０℃〜１００℃の間の１０℃ごとの各温度における「関係湿度（％）」を表1に示す。なお、参考として、表1には、平衡含水率が、６，８，１０，１４、及び１６％であるときについて同様にして決定した３０℃〜１００℃の間の１０℃ごとの各温度における関係湿度も併せて示している。
【００２９】
【表１】
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この試験材を、常温、常圧下でトルエンに１分間浸漬することにより、トルエンを含有する試験材（被処理木質材料）を得た。次いで、この試験材について、試験材の端から１５０ｍｍ（端部）、５００ｍｍ（中央部）の位置の幅、厚みを測定した。
【００３０】
その後、上記試験材（被処理木質材料）を、木材乾燥実験機（日本電化工業製）にセットし、雰囲気温湿度を表２に示す昇温スケジュール及び湿度調整スケジュールで常圧下に加熱、加湿処理を行なった。
【００３１】
この昇温度スケジュール及び湿度調整スケジュールは、平衡含水率が１２％である温度と湿度の組合せから理想湿度をベースに設定したものである。昇温過程においては温度、湿度はリニアに上昇するため、実湿度は理想湿度を若干外れるが、全ての温度範囲で実湿度が与える平衡水率は１１重量％〜１３質量％の間であつた。
【００３２】
【表２】
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【００３３】
処理後の試験材について、端部、中央部の位置の幅、厚みを測定し、処理前の寸法測定値と比較して寸法変化率を求めた。また、高周波容量法で含水率を測定した。更に以下の方法で試験材から放散するトルエンの放散速度を評価した。
【００３４】
すなわち、まず、試験材の木口から５０〜１００ｍｍ（端部）、４７５〜５２５ｍｍ（中央部）の位置で試験材をカットし、長さ５０ｍｍの評価片を得た。この評価片の木口をニカワでシールして測定用資料とした。各測定用資料をそれぞれ容量３０Ｌのテドラパック（ＧＬサイエンス製）内に導入すると共に導入時に内部に入ってしまった外気を、テドラバックを変形させることによりできるだけ排出して、測定用資料をテドラバック内に封入した。次にテドラバック内に純空気（巴商会製）を２０Ｌ封入し、常温で２４時間放置、放置後のテドラパック内空気中に含まれるトルエン濃度を、ガスクロマトグラフ（アジレント社製）で測定。得られたトルエン濃度から、木質材料１ｍ３あたり、１時間あたりの放散速度に換算した。
【００３５】
これら含水率、寸法変化率、放散速度の測定結果と、処理後の試験材の外観評価結果を表３にまとめて示す。
【００３６】
【表３】
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比較例１
実施例１と同様の方法で、含水率測定値が１２質量％である木質材料をトルエンに浸漬、トルエンを含有する試験材を得た。試験材の端から５０〜１００ｍｍ（端部）、４７５〜５２５ｍｍ（中央部）の位置でカットし、長さ５０ｍｍのサンプル片を得た。得られたサンプル片から放散するトルエンの量を、実施例１と同様の方法で評価した。評価結果を表３にまとめた。
【００３７】
実施例２〜４及び比較例２〜３
実施例１と同様の方法で、含水率測定値が１２質量％である木質材料をトルエンに浸漬、トルエンを含有する試験材を得た。この試験材を、実施例１と同様の方法で、表２に示した温湿度スケジュールで処理し、処理後木質材料の含水率、寸法変化率、放散速度、外観を評価した。結果を表３にまとめて示す。
【００３８】
実施例１は、処理対象となる木質材料の含水率１２質量％を与える温湿度の組み合せを常に維持した条件で、最高温度１００℃で加熱、加湿処理した場合である。加熱・加湿処理を行なわない比較例１と比較して、トルエンの放散速度は２桁低減され、低ＶＯＣ放散木質材料が製造できていることがわかる。含水率の変化もなく、寸法変化も小さい。また、割れ、木材の変色もなかった。
【００３９】
実施例２は、最高温度７０℃で同様の処理を行なったものである。トルエンの放散速度は１桁以上低減し、本発明の効果は十分に発現している。また、実施例３、４は、それぞれ平衡含水率１４質量％、１０質量％を与える温湿度で処理したものであるが、実施例１と同様の効果が発現している。
【００４０】
一方、比較例２は木質材料に蒸気を直接作用させる、所謂蒸煮処理を行なったものである。端部のトルエン放散速度は低減しているものの、柱材中央部の放散速度低減効果は不十分であることがわかる。また、含水率の上昇、寸法の増加が認められ、更に木質材料表面が茶色に変色した。
【００４１】
比較例３は、加湿せず、１００℃まで雰囲気加熱のみを行なった場合を想定し、雰囲気の絶対湿度が一定の条件で処理したものである。トルエンの放散速度は十分に低減しない一方、木質材料の含水率は低下、寸法収縮、割れの発生が認められた。
【００４２】
比較例４は、平衡含水率６質量％与える温湿度で、実施例１と同様の処理を行なったものである。処理対象となる木質材料の含水率１２質量％より６質量％低い条件で処理を行なうと、トルエンの放散速度低減効果が薄くなり、また、含水率低下、寸法収縮を引き起こすことがわかる。
【００４３】
比較例５
比較例２と同様に処理した木質材料を、温度８０℃、真空度１００ｍｍHgで真空加熱処理を行った。処理後の木質材料の含水率、寸法変化率、放散速度、外観の評価結果を表３にまとめて示す。
【００４４】
比較例５は、比較例２と同じプロセスで得た木質材料を、更に真空加熱し、含水率を元に戻し、トルエンの放散速度を低減させようとしたものである。含水率は１５質量％と元の値に近くなったが、真空加熱時に木質材料に割れが発生した。また、柱材の中央部のトルエン放散速度が大きく低減することはなかった。
【００４５】
以上のように、ＶＯＣを含む木質材料を、処理対象となる木質材料の含水率に合わせた特定の温湿度範囲で、加熱・加湿処理を行なうことにより、含水率変化、寸法変化がなく、割れ、変色も発生しない状態で、木質材料のＶＯＣ放散を低減させることができる。本発明の製造方法によると、柱材のように一定以上の大きさの木質材料であっても、材料に割れ、変色、寸法変化等のダメージを与えることなく、低ＶＯＣ放散木質材料を容易に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本図は、特定の平衡含水率を維持する雰囲気の温度と湿度との関係を示すグラフである。
【図１】
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