(57)【要約】【課題】木材に自然な質感と高い寸法安定性を付与すると共に、環境・健康に悪影響を及ぼさない簡便な木材の改質方法及び改質木材を提供する。【解決手段】木材をタンパク質水溶液で処理する工程、及び、前記タンパク質水溶液で処理した木材を多価金属塩水溶液で処理する工程を有するようにした。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
木材をタンパク質水溶液で処理する工程、及び、
前記タンパク質水溶液で処理した木材を多価金属塩水溶液で処理する工程を有することを特徴とする木材の改質方法。
【請求項２】
前記多価金属塩が、マグネシウム塩、カルシウム塩、アルミニウム塩、チタン塩、クロム塩、マンガン塩、鉄塩、コバルト塩、ニッケル塩、銅塩、及び、亜鉛塩からなる群より選択される少なくとも１種である請求項１記載の木材の改質方法。
【請求項３】
前記多価金属塩水溶液による処理が、塗布、浸漬、又は、注入である請求項１又は２記載の木材の改質方法。
【請求項４】
前記タンパク質が、水溶性タンパク質である請求項１、２又は３記載の木材の改質方法。
【請求項５】
前記タンパク質が、ケラチン、ゼラチン、コラーゲン、セリシン、フィブロイン、及び、大豆タンパクからなる群より選択される少なくとも１種である請求項１、２、３又は４記載の木材の改質方法。
【請求項６】
前記タンパク質水溶液による処理が、塗布、浸漬、又は、注入である請求項１、２、３、４又は５記載の木材の改質方法。
【請求項７】
請求項１、２、３、４、５又は６記載の木材の改質方法を用いて製造されたことを特徴とする改質木材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、木材の色調及び質感を損なわずに寸法安定性を付与できる木材の改質方法及び当該方法により改質された改質木材に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
環境調和材料である木材は、古来、建材や調度品原料として利用されてきた。現在でも、木材の色調や質感による心理的改善作用を活かして、住宅内装材に多用されている。しかしながら、木材を水回り等の水分や湿気の多い場所で利用すると、カビによる変色や寸法変化による割れ等が生じやすい。
【０００３】
こうした問題を解決するために、木材に合成樹脂を注入して性能を向上させる改質方法が提案されている。特許文献１には尿素・ホルムアルデヒド系樹脂を用いる木材処理法が、特許文献２にはフェノール・ホルムアルデヒド系樹脂を用いる木材処理法が、それぞれ開示されている。しかしながら、いずれも処理溶液を調製するためには有害なホルムアルデヒが多量に必要となるので、環境及び人体への悪影響が懸念される。
【０００４】
また、日本には、多くの木製文化財が伝世している。経年により劣化した木製文化財の処理には合成アクリル樹脂が用いられているが(非特許文献１)、合成樹脂特有の光沢により、処理部分の材表面の色調及び質感が周囲と異なることや経年による変色が問題となっている。
【０００５】
遺跡から発掘される出土木製文化財は、埋没中の微生物によりセルロース等の多糖類が分解されて脆弱化している。発掘当時は多量の水を含んで当初の形状を保持しているが、乾燥させると著しく収縮して、文化財としての価値を失ってしまう。
【０００６】
そこで、脆弱な出土木製文化財を補強し寸法安定性を付与するための化学処理が実施されている。水溶性高分子であるポリエチレングリコール(一般的にＰＥＧ＃４０００が使用される。)を充填して寸法安定性を向上させる方法は公知であるが、材表面が暗色化するため木材の質感が損なわれる、重量が増加するため出土木製文化財の取り扱いが困難になる、長時間の加熱が必要である、加熱により酸化が起こりｐＨの制御ができなくなる、ギ酸やホルムアルデヒド等が生成し、かえって出土木製文化財が劣化する場合がある等の欠点がある。
【０００７】
特許文献３には糖アルコールであるラクチトールを、特許文献４にはエリスリトールを、それぞれ出土木製文化財に含浸させて内部で結晶化させる方法が開示されている。しかしながら、いずれの方法においても結晶化の制御が困難で、充分な寸法安定性は得られていない。
【０００８】
特許文献５には高級アルコールとポリエチレングリコールとの混合溶液を、特許文献６には高級脂肪酸エステルを、それぞれ出土木製文化財中の水分を有機溶剤に置換してから出土木製文化財に含浸する方法が開示されている。しかしながら、いずれの方法も実施には多量の有機溶剤を使用するため、作業環境の安全・健康性の観点から好ましいとは言えない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平０５−１５４８０８号公報
【特許文献２】特開平１０−５２８０４号公報
【特許文献３】特開平０８−０５７８１２号公報
【特許文献４】特開２００２−０７９５０３号公報
【特許文献５】特開平０５−２４５８０９号公報
【特許文献６】特開平０９−０６６５０４号公報
【特許文献７】特開平０８−１０３９０３号公報
【特許文献８】特開２００３−１９７０２号公報
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】「国立民族学博物館調査報告」、３６号、２００３年、第１３１−１４１頁
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
生物材料である木材の改質には、環境・人体への影響を考慮すると、天然由来の成分を用いることが好ましい。天然物であるタンパク質を用いた木材の改質方法として、特許文献７には絹フィブロインを用いる方法が、特許文献８にはケラチンを用いる方法が開示されている。しかしながら、本発明者らが、これらのタンパク質を用いた木材の改質方法を用いて出土木製文化財の補強を試みたところ、充分な寸法安定性は得られなかった。
【００１２】
そこで本発明は、木材に自然な質感と高い寸法安定性を付与すると共に、環境・健康に悪影響を及ぼさない簡便な木材の改質方法及び改質木材を提供すべく図ったものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
すなわち本発明に係る木材の改質方法は、木材をタンパク質水溶液で処理する工程、及び、前記タンパク質水溶液で処理した木材を多価金属塩水溶液で処理する工程を有することを特徴とする。
【００１４】
前記多価金属塩は、マグネシウム塩、カルシウム塩、アルミニウム塩、チタン塩、クロム塩、マンガン塩、鉄塩、コバルト塩、ニッケル塩、銅塩、及び、亜鉛塩からなる群より選択される少なくとも１種の多価金属塩であることが好ましい。
【００１５】
前記多価金属塩水溶液による処理としては、例えば、塗布、浸漬、注入等が挙げられる。
【００１６】
前記タンパク質は、水溶性タンパク質であることが好ましく、より好ましくはケラチン、ゼラチン、コラーゲン、セリシン、フィブロイン、及び、大豆タンパクからなる群より選択される少なくとも１種のタンパク質である。
【００１７】
前記タンパク質水溶液による処理としては、例えば、塗布、浸漬、注入等が挙げられる。
【００１８】
本発明に係る木材の改質方法を用いて製造された改質木材もまた、本発明の１つである。
【発明の効果】
【００１９】
このような本発明によれば、木材をタンパク質水溶液で処理する工程、及び、前記タンパク質水溶液で処理した木材を多価金属塩水溶液で処理する工程を有する簡便な方法によって、木材の色調及び質感を変えることなく木材に高い寸法安定性を付与することができる。また、本発明に係る木材の改質方法は、天然由来の成分であるタンパク質を用いた水系の処理によるため、環境・健康に悪影響を及ぼしにくい。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下に本発明を詳述する。
【００２１】
本発明に係る木材の改質方法は、木材をタンパク質水溶液で処理する工程、及び、前記タンパク質水溶液で処理した木材を多価金属塩水溶液で処理する工程を有するものである。本発明において、タンパク質水溶液又は多価金属塩水溶液で木材を処理するとは、例えば、塗布、浸漬、注入等することを意味し、これらの手法を適宜組み合わせて用いてもよい。
【００２２】
本発明において処理対象となる木材としては特に限定されず、現生木材であってもよく、出土木製品であってもよい。また、針葉樹であってもよく、広葉樹であってもよい。更に、パルプ、合板、ファイバーボード、パーティクルボードのような加工材であってもよい。本発明に係る木材の改質方法は、なかでも出土木製品の寸法安定性向上に優れた効果を発揮する。
【００２３】
前記出土木製品としては特に限定されず、例えば、茎、葉、芽、根、花、種子、果実等と一般的に呼称されるいずれかの植物器官で構成された建築用木材、木製用具、竹製用具、ツル製用具、布類、紙等が挙げられる。これらは地中から出土したものに限られず、地上に存在したものであってもよい。また、これら出土木製品は、金属、石材等のその他の材料との複合体であってもよい。
【００２４】
本発明で用いられるタンパク質水溶液としては特に限定されず、例えば、ケラチン、ゼラチン、コラーゲン、セリシン、フィブロイン、大豆タンパク等の水溶性タンパク質の水溶液が挙げられる。これらのタンパク質は単独で用いられてもよく、２種以上が併用されてもよい。また、これらのタンパク質は、加水分解物であってもよく、タンパク質誘導体であってもよい。
【００２５】
前記タンパク質の分子量としては、重量平均分子量で１００〜５０００であることが好ましく、より好ましくは３００〜４０００である。重量平均分子量が１００未満であると、木材の組織に対する補強効果が充分ではなく、一方、重量平均分子量が５０００を超えると、木材の組織中にタンパク質水溶液が浸透しにくくなる。
【００２６】
前記タンパク質水溶液の濃度（タンパク質の含有量）としては、処理対象となる木材の樹種や含水率、大きさ等により異なるが、例えばタンパク質を４０〜６０重量％含有していることが好ましく、より好ましくは５０〜６０重量％である。タンパク質を４０〜６０重量％含有していると、処理対象が劣化の激しい出土木製品である場合も、木材の組織中にタンパク質を充分に行き亘らせることができる。
【００２７】
前記タンパク質水溶液のｐＨとしては、ｐＨ５〜８であることが好ましく、より好ましくはｐＨ６〜８である。この範囲内のｐＨであると、処理対象の木材に悪影響を与えない。
【００２８】
前記タンパク質水溶液による処理は、処理対象の木材の重量が５〜１５％増加するまで、タンパク質水溶液を木材に塗布、浸漬、注入等することが好ましく、より好ましくは処理対象の木材の重量が１０％増加するまでタンパク質水溶液による処理を継続する。処理対象の木材の重量が５〜１５％増加すると、木材の組織全体にタンパク質水溶液が充分に浸透する。
【００２９】
前記タンパク質水溶液による処理時間としては、例えば、タンパク質水溶液に木材を浸漬して木材中にタンパク質水溶液を含浸させる場合は、３〜７日であることが好ましく、より好ましくは４〜７日である。３〜７日のあいだタンパク質水溶液に木材を浸漬させると、処理対象の木材の重量を５〜１５％増加させることができる。
【００３０】
前記タンパク質水溶液の温度としては特に限定されないが、加熱したタンパク質水溶液を用いて木材を処理することが好ましい。加熱したタンパク質水溶液を用いることにより処理効率を高めることができる。前記タンパク質水溶液の加熱温度としては、４０〜８５℃が好ましく、６０℃以上であると木材中のリグニンが軟化して木材の組織中にタンパク質水溶液が浸透しやすくなり高い変形抑制効果が得られるのでより好ましい。
【００３１】
本発明に係る木材の改質方法においては、木材をタンパク質水溶液で処理した後、更に、処理後の木材を多価金属塩水溶液で処理する。
【００３２】
本発明で用いられる多価金属塩水溶液としては特に限定されず、例えば、マグネシウム、カルシウム、アルミニウム、チタン、クロム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛等の多価金属の塩化物、硫酸塩、水酸化物、リン酸塩等の多価金属塩の水溶液が挙げられる。これらの多価金属塩は単独で用いられてもよく、２種以上が併用されてもよい。また、前記多価金属塩として、タンパク質との間に塩架橋や配位結合を形成する多価金属イオンを含む錯体を用いてもよい。
【００３３】
前記多価金属塩のなかでも、２〜３価の金属イオンを含むものが好ましい。２〜３価の金属イオンを用いてタンパク質処理後の木材を処理するとタンパク質間に金属イオンによる架橋構造が形成されやすい。
【００３４】
前記多価金属塩水溶液の濃度としては、木材へのタンパク質付着量に応じて適宜決定すればよいが、例えば０．５〜３Ｍであることが好ましく、より好ましくは１〜３Ｍである。０．５〜３Ｍであると、タンパク質間に金属イオンによる架橋構造を充分に形成させることができる。
【００３５】
前記多価金属塩水溶液のｐＨとしては、ｐＨ５〜８であることが好ましく、より好ましくはｐＨ６〜８である。この範囲内のｐＨであると、タンパク質間に金属イオンによる架橋構造が良好に形成される。
【００３６】
前記多価金属塩水溶液は、前記タンパク質水溶液とは別個に調製したものでなくてもよく、前記多価金属塩水溶液として、タンパク質処理後のタンパク質水溶液に、多価金属塩を添加したものを用いてもよい。
【００３７】
前記多価金属塩水溶液による処理時間としては、例えば、多価金属塩水溶液にタンパク質処理後の木材を浸漬して当該木材中に多価金属塩水溶液を含浸させる場合は、２〜７日であることが好ましく、より好ましくは３〜５日である。２〜７日のあいだ多価金属塩水溶液にタンパク質処理後の木材を浸漬させると、タンパク質間に金属イオンによる架橋構造を充分に形成させることができる。
【００３８】
前記多価金属塩水溶液の温度としては特に限定されないが、加熱した多価金属塩水溶液を用いてタンパク質処理後の木材を処理することが好ましい。加熱した多価金属塩水溶液を用いると処理効率を高めることができる。前記多価金属塩水溶液の加熱温度としては、６０〜１２０℃が好ましく、８０℃以上であるとタンパク質間に金属イオンによる架橋構造が迅速に形成され高い変形抑制効果が得られるのでより好ましい。
【００３９】
本発明に係る木材の改質方法では、まず、木材をタンパク質水溶液で処理すると、木材の組織中にタンパク質水溶液が浸透し、木材の組織にタンパク質が付着して木材の組織が補強される。処理対象の木材が出土木製品である場合、当該出土木製品は、埋没中にセルロース等の多糖類が分解され、多孔質体となっている。このような出土木製品をタンパク質水溶液で処理すると、多孔質体となった出土木製品中にタンパク質水溶液が浸透し、そこにタンパク質が付着して当該多孔質体が補強される。
【００４０】
次いで、タンパク質処理後の木材を多価金属塩水溶液で処理すると、木材の組織に付着したタンパク質間に金属イオンによる架橋構造が形成されて、木材の組織がより強固に支持される。処理対象の木材が、出土木製品である場合は、多孔質体に付着したタンパク質間に金属イオンによる架橋構造が形成されて、当該多孔質体がより強固に支持されると推測される。
【実施例】
【００４１】
以下に実施例を掲げて本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれら実施例のみに限定されるものではない。
【００４２】
＜木材試験体の作製＞
遺跡から出土したムクロジ(Ｓａｐｉｎｄｕｓ  ｍｕｋｕｒｏｓｓｉ)材から、試験体として、３ｃｍ(木口接線方向)×３ｃｍ(木口放射方向)×２ｃｍ(繊維軸方向)の木片を切り出した。試験体の接線、放射及び繊維軸方向にそれぞれステンレス製のピンを打ち、ピン間距離をノギスで測定して処理前の寸法及び湿潤時の重量を測定した。
【００４３】
＜処理溶液の調製＞
タンパク質としては、羽毛ケラチン(東洋羽毛工業社製、ＴＫ−Ｂ、重量平均分子量約７５０)を、そして比較のために、ポリエチレングリコール＃４０００（和研薬社製）を、それぞれ蒸留水に溶解した水溶液を調製した。多価金属塩としては、塩化マグネシウム６水和物（和研薬社製）を用いた。いずれの水溶液も、調製直後のｐＨは約６であり、浸漬処理後のｐＨは約５．５〜６であった。
【００４４】
＜改質処理方法＞
ムクロジ材から切り出した試験体を用いて、実施例１及び２並びに比較例１〜３の改質木材を作製した。それぞれの詳細な処理条件は下記表１に示した。表１において、タンパク質又はポリエチレングリコール水溶液の濃度（％）はいずれも重量換算による。浸漬処理後、各水溶液から試験体を取り出し、冷暗所にて風乾した。２週間後、重量減少が恒量に達したところで、改質処理を終了した。
【００４５】
【表１】
2013154545.tif 000002
【００４６】
＜寸法測定方法＞
各試験体の処理前後のピン間距離の変化から収縮率と抗収縮能を算出した。抗収縮能は次式で算出した。
抗収縮能（％）＝｛（Ｓ０−Ｓ１）÷（Ｓ０）｝×１００
（Ｓ０：コントロール（比較例１）の収縮率、Ｓ１：実施例１及び２並びに比較例２及び３の収縮率）
【００４７】
＜測色方法＞
実施例１及び２並びに比較例１〜３の試験体柾目面について、分光測色計（コニカミノルタ社製、ＣＭ２６００ｄ）を用いて、現生ムクロジ材との色差（ΔＥ＊ａｂ）を測定した。
【００４８】
＜寸法測定結果＞
改質処理後の収縮率及び抗収縮能を下記表２に示した。表２に示すように、実施例１及び２は比較例３と同等の収縮抑制効果及び寸法安定効果を示した。一方、比較例１及び２は大きく変形した。
【００４９】
【表２】
2013154545.tif 000003
【００５０】
＜測色結果＞
現生ムクロジ材との色差を下記表３に示した。表３に示すように、実施例１及び２の試験体は、比較例１〜３と比較して、現生ムクロジ材に近い色相を示した。特にポリエチレングリコールで処理した比較例３は黒っぽく変色した。本試験の結果、本発明によれば現生木材に近い色相の改質木材が得られることが分かった。
【００５１】
【表３】
2013154545.tif 000004