(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
建材として使用される圧縮木材を製造する方法であって、木材に、木材膨潤能を有しかつ約２００℃以上の沸点を有する高沸点有機液体を含浸させ、前記木材を、膨潤状態を保ったまま、大気圧下で１８０℃〜２００℃の高温加熱処理してなることを特徴とする圧縮木材の製造方法。
【請求項２】
前記木材に高沸点有機液体を含浸する際、その高沸点有機液体を加熱してなることを特徴とする請求項１に記載の圧縮木材の製造方法。
【請求項３】
前記高沸点有機液体を、グリセリン、エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、ポリエチレングリコール等のグリコール類の原液または水溶液としてなることを特徴とする請求項１または２に記載の圧縮木材の製造方法。
【請求項４】
前記高沸点有機液体に、硫酸、塩酸、ｐ−トルエンスルホン酸、メタンスルホン酸、ギ酸、酢酸等の酸、または、マレイン酸、コハク酸、フタル酸等の二塩基酸およびその無水物、または、水酸化ナトリウム，水酸化カリウム等の水酸化物や、その他、アルカリ性触媒を、触媒として添加してなることを特徴とする請求項１、２または３に記載の圧縮木材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、建物の建材として使用される圧縮木材を、大気圧下で製造する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、建物の建材として、変形の少ない圧縮木材が多く使用されている。この圧縮木材は、木材に膨潤剤である水を含浸させて膨潤状態（高含水率状態）とし、その状態を保ったまま高温加熱処理（１８０℃〜２００℃）することによって寸法安定性が高く、変形回復し難いものとされている。高温加熱処理の具体的な方法としては、高温高圧水蒸気処理や高周波加熱処理がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、水を含浸させて高温処理を行う場合、１８０℃〜２００℃まで温度上昇させるためには、大気圧以上の高圧環境を作り、その高圧環境下で処理する必要がある。
こうした高圧処理を行うためには、大がかりな耐圧装置およびそれに関連する装置が必要となる。また、耐圧装置等を連続生産のための生産ラインに設けることは、技術的にも困難性が伴い、実用的ではない。
【０００４】
また、膨潤剤として水を使用し、大気圧で高温処理する場合、耐圧装置等は不要となるが、１８０℃の温度で約２０時間という長時間の処理を行わなければならないので、生産性がきわめて悪い。
【０００５】
また、これ以外にも、▲１▼化学修飾処理（アセチルのように疎水、バルキングによるものや、ホルマール化のように架橋によるもの）や、▲２▼低分子フェノールやメラミン樹脂などの水溶性熱硬化性樹脂による形状固定処理（疎水、バルキング）が存在する。
しかし、▲１▼については圧力密閉容器中で処理する必要があり、生産性が悪い。また、▲２▼の方法では、熱硬化性樹脂を用いているので木質感が失われてしまい、好ましくない。
【０００６】
そこで、本発明の目的とするところは、大気圧下で、寸法安定性が高くて変形し難い圧縮木材を、短時間で、かつ木材の持つ木質感を損なうことなく製造することのできる方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記の目的を達成するために、大気圧下で水と同様の効果が得られることを期待して、水とほぼ同等の膨潤能を有しかつ沸点が約２００℃以上の液体を木材中に含浸し、これを高温加熱することによって圧縮変形の固定化を試みた。
実験内容は次の通りである。
【０００８】
１．供試材料
木材試験片として、比重が約０．３５のスギ材を用い、試験片寸法は１０（繊維方向長：Ｌ）×２０（径方向長：Ｒ）×２０（接線方向長：Ｔ）ｍｍとした。これらの試験片には中央付近に辺に平行な標線を入れ、寸法測定の基準線とした。膨潤剤として、エチレングリコール（ＥＧ）、ジエチレングリコール（ＤＥＧ）、トリエチレングリコール（ＴＥＧ）、ポリエチレングリコール（＃４００、ＰＥＧ４００）、グリセリン（ＧＣ）、水（Ｗ）を用いた。これらの液体の諸物性を図１に示す。
【０００９】
２．吸液および圧縮試験
木材試験片を各種液体中に浸漬し、アスピレータを用いて減圧注入を行った。その後、液層中で５時間の８０℃加熱を行って、細胞壁中への液体の浸透を促進した。吸液処理完了後、試験片の重量および放射方向（Ｒ）、接線方向（Ｔ）の寸法を測定し、油圧式プレス機を用いてＲ方向に約５０％（２０→１０ｍｍ）圧縮した。変形速度は毎分約５ｍｍとした。プレス温度は、１００、１２０、１４０、１６０、１８０、２００、２１０、２２０℃、プレス時間は、１０、３０、６０、１２０、２４０、４８０分間とした。解圧後、直ちに重量および放射方向（Ｒ）寸法を測定し、常温で１日間養成した後、吸水試験に供した。
【００１０】
３．回復試験
２０℃の水を減圧注入した後、４０、６０、８０℃、沸騰水中に３０分間づつ浸漬し、最後に、１０５℃のオーブン中で乾燥した。
各段階でＲ寸法を測定し、回復度＝（回復後のＲ寸法−設計厚）／（膨潤液体吸液後のＲ寸法−設計厚）×１００を計算した。ここで、設計厚とはプレス時に用いたディスタンスバーの厚さを示し、本実験では１０．０ｍｍであった。
【００１１】
４．結果および考察
図１に、各種有機液体による木材の膨潤率とプレス前後の含液率を示す。石丸氏等（木材学会誌、４２（３）、２３４−２４２（１９９６））によると、分子容の大きな液体では、その粘性や分子の立体障害によって、木材の膨潤が平衡に達するには長時間を要し、グリコール類では数十日から数百日を要すると報告している。しかし、今回の実験では、吸液後、加熱することで、液体の粘度を低下させ、細胞壁中への液体の拡散を促進したため、短期間で水の場合と同程度の膨潤が得られた。ただし、ＰＥＧでの膨潤量は他に比べ極端に小さく、膨潤が平衡に達しているとは考えにくい。
【００１２】
液体を飽和状態に含浸した試験片を横圧縮すると、体積減少に伴って細胞内腔中の液体は外部へ放出される。水の場合、加熱によって乾燥されるため、プレス終了後の試験片は全乾状態となる。これに対し、高沸点の膨潤液体では、加熱による含液率の低下が少なく、膨潤率から概算される繊維飽和量以上の液体を加熱後も保持していることが確認された。
【００１３】
図２に、各膨潤液体を含浸して圧縮した試験片の吸水、加熱による変形の回復を示す。水では、加熱による含水率の低下に伴ってドライングセットが発生するため、除荷しても変形は回復しない。しかし、吸水によって変形は急激に回復し、温度上昇に伴って変形回復は促進される。ＤＥＧ、ＴＥＧでは、除荷と共に変形の大半が回復する。一方、ＥＧ、ＧＣでは、膨潤状態を維持しているにもかかわらず、除荷直後の変形回復は前者に比べて小さい。その後の吸水、加熱によっても変形回復はほとんど変化しないことから、圧締時の高温加熱処理によって変形の一部が永久固化されたことが伺える。ＰＥＧでは、これらと若干異なる挙動をとり、除荷後の変形回復が小さいが、吸水によって著しく回復する。これは、細胞壁中への液体の拡散が十分でなかったため、一部にドライングセットが発生したものと予想される。
【００１４】
回復試験後の乾燥によって、全ての試験片で収縮が認められる。試験終了後の全乾重量は液体注入前のそれ以下であることから、注入された有機液体は吸水試験によって完全に容脱したものと考えられる。回復試験後の全乾寸法から計算される回復度は、Ｗ、ＥＧ、ＤＥＧ、ＴＥＧ、ＰＥＧ、ＧＣでは、それぞれ６８．２、１９．５、５６．７、７０．３、７２．８、７．１％であった。グリコール類に着目すると、分子量の減少あるいは膨潤率の増加に従って回復度が低下する。しかし、グリセリンでは、エチレングリコールに比べ、膨潤率が小さいにもかかわらず、回復抑制効果が高い。従って、回復抑制効果の発現には、木材の膨潤機構、分子の反応などが影響しているものと予想される。
【００１５】
図３は、グリセリンの水溶液温度と変形回復の関係を示す。２０％水溶液では、徐荷直後の変形回復が認められないが、徐荷後の吸液率が繊維飽和量を下回っていることから（図１）、組織の一部にドライングセットが発生したためと考えられる。吸水によって３０％程度の回復度が発生し、吸水木材の軟化領域と考えられる６０℃以上の温度になると回復が促進される。これに対し、水溶液温度が４０％以上になると、徐荷直後に２０〜３０％の変形回復が認められるものの、吸水、加熱処理によるその変化は小さい。回復試験後の全乾回復度は、水溶液濃度の低下と共に増加するが、４０％以上の水溶液処理でのそれは２０％程度と少ない。希釈することによって、コストが低減するだけでなく、液体の粘度が下がるため、注入時にも有利となり、実用的には有効な方法と考えられる。
【００１６】
図４および図５は、グリセリンで膨潤した試験片について、圧締時の温度と時間による煮沸後の回復度の変化を調べたものである。６０分間圧締の場合、１８０〜２００℃以上の加熱で、１８０℃加熱の場合、６０〜１２０分間以上の処理で変形が永久固定される。過度の処理によって、回復度がマイナスになるが、これは、膨潤状態でセットされた後の乾燥収縮と、木材成分の分解、容脱によると考えられる。
【００１７】
５．実験のまとめ
高沸点を有する有機液体で膨潤した木材を高温圧締することにより、寸法安定性の高い圧縮木材が得られた。グリセリンでは４０％以上の水溶液で効果が認められた。水溶液処理は、コスト低減、注入性向上などの点で有利である。さらに、最近の実験では、触媒を用いることによる処理時間の短縮効果などが確認されており、本処理は、寸法安定性に優れた圧縮木材の製造において有効は処理方法であると考えられる。
【００１８】
上述の実験結果をふまえ、前記の目的を達成するために、本発明の請求項１に記載の圧縮木材の製造方法は、建材として使用される圧縮木材を製造する方法であって、木材に、木材膨潤能を有しかつ約２００℃以上の沸点を有する高沸点有機液体を含浸させ、前記木材を、膨潤状態を保ったまま、大気圧下で１８０℃〜２００℃の高温加熱処理してなることを特徴とする。
【００１９】
また、請求項２に記載の圧縮木材の製造方法は、前記木材に高沸点有機液体を含浸する際、その高沸点有機液体を加熱してなることを特徴とする。
【００２０】
さらに、請求項３に記載の圧縮木材の製造方法は、前記高沸点有機液体を、グリセリン、エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、ポリエチレングリコール等のグリコール類の原液または水溶液としてなることを特徴とする。
【００２１】
また、請求項４に記載の圧縮木材の製造方法は、前記高沸点有機液体に、硫酸、塩酸、ｐ−トルエンスルホン酸、メタンスルホン酸、ギ酸、酢酸等の酸、または、マレイン酸、コハク酸、フタル酸等の二塩基酸およびその無水物、または、水酸化ナトリウム，水酸化カリウム等の水酸化物や、その他、アルカリ性触媒を触媒として添加してなることを特徴とする。
【００２２】
本発明の請求項１に記載の圧縮木材の製造方法によれば、木材に、沸点が約２００℃以上の高沸点有機液体を含浸させているので、１８０℃〜２００℃の高温加熱処理を大気圧下で行うことができる。従って、耐圧装置を必要とせず、生産ラインに設けることも容易である。
また、水に代えて高沸点有機液体を木材に含浸させているので、大気圧下で圧縮木材を製造する場合、その製造時間を大幅に短縮することができる。具体的には、従来の水を使用して大気圧下で高温加熱処理する方法では約２０時間要したのに対して、本発明では、例えばグリセリンの場合、２０分の１の約１時間に短縮される。
【００２３】
さらに、この方法においては、熱硬化製樹脂を使用していないので、木材の木質感を失うといった弊害が発生しない。
【００２４】
また、請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明の作用効果に加えて、木材に高沸点有機液体を含浸させる際に、その高沸点有機液体を加熱することとしているので、当該高沸点有機液体に水と同等の膨潤能を与えることができる。
【００２５】
さらに、請求項３に記載の発明によれば、請求項１または２に記載の発明の作用効果に加えて、高沸点有機液体をグリセリン等としたので、他の高沸点有機液体を使用する場合と比較して、処理能力に優れると共に、コストの低廉化と安全性の向上を図ることができる。この高沸点有機液体を希釈して水溶液として使用すると、経済的であると共に、木材に対する含浸性が向上する。
【００２６】
また、請求項４に記載の発明によれば、請求項１、２または３に記載の発明の作用効果に加えて、高沸点有機液体に硫酸等の酸またはマレイン酸、コハク酸、フタル酸等の二塩基酸およびその無水物、または、水酸化ナトリウム，水酸化カリウム等の水酸化物や、その他、アルカリ性触媒を触媒として添加したので、圧縮木材の形状安定性が迅速に促進される。すなわち、圧縮木材の形状安定性は、木材の膨張や収縮を担うヘミセルロースやセルロース非晶領域が熱処理により加水分解等してフルフラール等の単糖類に変質することによるものであり、この変質が、酸を加えて行うことによって、さらに容易に発生することによるものである。
【００２７】
【発明の実施の形態】
図１乃至図５を参照して、本発明の実施形態に係る圧縮木材の製造方法について説明する。図１は、グリセリン（ＧＣ）やエチルグリセリン（ＥＧ）等の高沸点有機液体と水の特性を示す表であり、図２は、これらの高沸点有機液体や水を膨潤剤として木材に含浸させ、１８０℃で６０分間の高温加熱処理を施して得た圧縮木材の形状安定性を示すグラフである。また、図３は濃度の異なるグリセリンを膨潤剤として使用し、１８０℃で６０分間の高温加熱処理を施した場合の、その濃度別による圧縮木材の形状安定性を示すグラフである。図４は、グリセリンと水を膨潤剤とし、１００℃〜２００℃の任意の温度でそれぞれ６０分間の高温加熱処理を施した場合の圧縮木材の形状安定性を示すグラフである。図５は、同じくグリセリンと水を膨潤剤とし、１８０℃の温度で、１０分から４８０分の間の任意の時間の高温加熱処理を施した場合の圧縮木材の形状安定性を示すグラフである。
【００２８】
本発明の実施形態に係る圧縮木材の製造方法は、建材として使用される圧縮木材を製造する方法であって、木材に、木材膨潤能を有ししかも約２００℃以上の沸点を有する高沸点有機液体を含浸させ、前記木材を、膨潤状態を保ったまま、大気圧下で１８０℃〜２００℃の高温加熱処理してなるものである。
【００２９】
高沸点有機液体としては、グリセリン、エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、ポリエチレングリコール等のグリコール類が適しているが、グリセリンが最適である。
木材に対する膨潤能が水とほぼ同等であり（図１参照：体積膨潤率で水が１０．２６％であるのに対して、グリセリンは８．７８〜１０．４６％である）、また、形状安定性が水および他の高沸点有機液体より優れている（図２参照）からであ
る。
【００３０】
また、グリセリンは原液のまま使用することもできるが、水溶液として使用する方が経済的であり、また木材に対する含浸性にも優れる。グリセリンの濃度は、図３の実験結果から分かるように、２０％では経済的ではあるものの形状安定性に欠ける。従って、経済的で形状安定性に優れる４０％程度が最適である。
【００３１】
なお、木材にグリセリンを含浸させる際、そのグリセリンを８０℃に加熱し、その中に木材を５時間浸漬すると、十分な膨潤が行われる。このことは、前述の実験で述べたところである。
【００３２】
また、グリセリンに、触媒として硫酸、塩酸、ｐ−トルエンスルホン酸、メタンスルホン酸、ギ酸、酢酸等の酸、または、マレイン酸、コハク酸、フタル酸等の二塩基酸およびその無水物を、触媒として添加すると、圧縮木材に形状安定性をもたらす加水分解等の変質が発生し易くなるので、好ましい。ちなみに、グリセリン中に、硫酸を０．２％添加することで、１０分以内で効率的に寸法安定化が実現できることを確認した。
触媒源としては、水酸化ナトリウム，水酸化カリウム等の水酸化物や、その他、アルカリ性触媒でも酸触媒と同様な効果が期待できる。
【００３３】
なお、本製造方法によって製造された圧縮木材は、グリセリンによりバルキングされた状態で寸法安定化されている。従って、含水率の変化による寸法変化が抑えられるため、床暖房用床材の化粧単板等、使用時の寸法変化が問題化し易い用途への使用に適している。
【００３４】
【発明の効果】
以上のとおり、本発明の請求項１に記載の圧縮木材の製造方法によれば、木材に、沸点が約２００℃以上の高沸点有機液体を含浸させているので、１８０℃〜２００℃の高温加熱処理を、大気圧（常圧）下で行うことができる。従って、耐圧装置を必要とせず、生産ラインに設けることも容易であるので、生産コストが軽減され生産性が向上する。
また、水に代えて高沸点有機液体を木材に含浸させているので、大気圧下で圧縮木材を製造する場合、その製造時間を大幅に短縮することができ、生産性が大きく向上する。さらに、本発明においては、従来のように熱硬化製樹脂を使用していないので、木材の木質感を失うといった弊害が発生せず、木材の持つ暖かみをそのまま現出させることができる。
【００３５】
また、請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明の作用効果に加えて、木材に高沸点有機液体を含浸させる際に、その高沸点有機液体を加熱することとしているので、当該高沸点有機液体に水と同等の膨潤能を与えることができる。これにより、膨潤に要する時間を短縮し、生産性の向上を図ることができる。
【００３６】
さらに、請求項３に記載の発明によれば、請求項１または２に記載の発明の作用効果に加えて、高沸点有機液体をグリセリン等としたので、他の高沸点有機液体を使用する場合と比較して、処理能力に優れると共に、コストの低廉化と安全性の向上を図ることができる。この高沸点有機液体を水溶液として使用すると経済的であると共に、木材に対する含浸性が向上し、製造時間の短縮化を図ることができる。
【００３７】
また、請求項４に記載の発明によれば、請求項１、２または３に記載の発明の作用効果に加えて、高沸点有機液体に硫酸等の酸またはマレイン酸、コハク酸、フタル酸等の二塩基酸およびその無水物、または、水酸化ナトリウム，水酸化カリウム等の水酸化物や、その他、アルカリ性触媒を触媒として添加したので、圧縮木材の形状安定性が促進される。従って、より形状安定性に優れた圧縮木材を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】グリセリン（ＧＣ）等の高沸点有機液体と水の特性を示す表である。
【図２】高沸点有機液体や水を膨潤剤として木材に含浸させ、１８０℃で６０分間の高温加熱処理を施して得た圧縮木材の形状安定性を示すグラフである。
【図３】濃度の異なるグリセリンを膨潤剤として使用し、１８０℃で６０分間の高温加熱処理を施した場合の、その濃度別による圧縮木材の形状安定性を示すグラフである。
【図４】グリセリンと水を膨潤剤として使用し、１００℃〜２００℃の任意の温度でそれぞれ６０分間の高温加熱処理を施した場合の圧縮木材の形状安定性を示すグラフである。
【図５】同じくグリセリンと水を膨潤剤として使用し、１８０℃の温度で、１０分〜４８０分の間の任意の時間の高温加熱処理を施した場合の圧縮木材の形状安定性を示すグラフである。
【符号の説明】
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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