(57)【要約】【課題】  間伐材や廃木材を有効利用する方法が研究されてはいるが、強度や寸法に限界があり、用途が限られている。また、それらの方法では圧力容器が使用されているものが多く、実用化の壁となっている。さらに、集成材などのエンジニアードウッドは、木質原料を一体化させるときに石油化学系接着剤を使用するため、シックハウス症候群の原因ともなっている。【解決手段】  間伐材などの木質原料を、大気圧の過熱水蒸気で加熱、軟化、圧縮させ、同時にタンニン等のシックハウス症候群の心配のない接着剤で強固に接着させることで、構造材としても利用できる木質材を製造することができる。また、大気圧の過熱水蒸気を使用することで、コストを要する圧力容器を使用せずに製造することができる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
接着剤原料を付着させた複数の木質原料を、大気圧の過熱水蒸気中で軟化させると同時に接着剤原料が接着剤となるための反応を起こさせ、続いてプレスすることで複数の木質原料が圧縮、接着され、一体化された木質材となることを特徴とする加工木材の製造方法。
【請求項２】
請求項１記載の方法で加工されることによって、原料の木質材よりも強度性能が向上し、断面を巨大化することができることを特徴とする加工木材。
【請求項３】
前記接着剤原料は、リグニン類、タンニン類のいずれかとタンパク質を含み、これらの接着剤原料を個別に付着させることを特徴とした請求項１記載の加工木材の製造方法。
【請求項４】
前記接着剤原料に、架橋剤として、アルデヒド化合物を含むことを特徴とする請求項１記載の加工木材の製造方法。
【請求項５】
前記木質原料は、型枠内において、蒸気は通すが水は通さないフィルムによって覆われていることを特徴とする請求項１記載の加工木材の製造方法。
【請求項６】
前記過熱水蒸気は、前記木質原料を投入した型枠に設けられた蒸気噴出孔から噴出されることを特徴とする請求項１から５記載の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、間伐材や廃木材などの未利用材を有効利用して、構造材としても使用できる大きさや強度に性能を高め、なおかつシックハウス症候群などの危険性が無い木質材料を製造する技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】  木材は、軽くて丈夫で加工がしやすく手に入りやすい素材であるため、古くから利用され続けてきた。しかし、木は自然素材であるため、一つひとつに個性があり、機械化、工業化が進む中では使いにくい素材となってきた。そのため、近年では、集成材や合板、ＬＶＬ（ラミネーティッドベニヤランバー・単板積層材）、ＬＳＬ（ラミネーティッドストランドランバー）、ＰＳＬ（パラレルストランドランバー）などの木材の強度性能を規格化した木質材料（エンジニアードウッド）が多数開発され、機械化、工業化の中でも木材の用途を確保し、木材の新たな可能性を創出してきた。また、国内では、国産材の価格の下落、林業従事者の高齢化などで、じゅうぶんな間伐が行えなくなっており、森林・林業の危機を回避するために、間伐材の有効利用を探る研究や開発がなされてきた。しかしエンジニアードウッドの大部分は、石油化学系の接着剤が使用されているため、そこから揮発するホルムアルデヒドなどによるシックハウス症候群が問題となっており、また、間伐材の有効利用のための研究開発においては、間伐材を圧縮させて強度を上げるなどの工夫がなされているが、単体の間伐材は圧縮することでさらに細くなるため構造材としては使用できず、複数の間伐材を結合させるものは、石油化学系の接着剤を使用しないと強度が保たれないため、結局問題の解決には至っていない。【０００３】  すなわち、間伐材などの強度性能の低い未利用材を原料に使用しても、強度性能が高く、構造材としても使用できる大きさであって、なおかつ、シックハウス症候群などの問題を有しない木質材料を開発することが求められており、これを解決する方法として、再公表特許ＷＯ２００３／０３７５８３が考案されている。また、天然系接着剤は一般的に、石油化学系の接着剤よりも接着力が劣る、耐水性や耐虫性が低い、強酸あるいは強アルカリ条件で使用されねばならず釘などの使用に支障をきたす、などの欠点があり、この問題を解決する手段として、特許公開２００７−２０８４が考案されている。これらの発明はどちらもこれまでの問題を解決するのに非常に有効な手段ではあるが、前者においては、木材を軟化、結合させるために、高温高圧のスチームが必要であるため、巨大な圧力容器が必要であり、実用化には大きな壁となっていた。さらに、スチームの水滴によって木材に噴霧した高分子剤が流れ落ちてしまうという問題も含んでいた。後者においては、ゼラチン質の表面に不溶化層を形成させて、タンニン類との反応を制御させるものであるが、ゼラチン質の表面に不溶化層を形成させるため、ゼラチン質にある程度の粒径が必要であり、そのため、接着剤にムラが多く、塗布作業も困難であった。また、不溶化層を溶解させて接着性を持たせるためには、高温高圧条件が必要であり、前者と同じく、圧力容器を必要としていた。
【特許文献１】  ＷＯ２００３／０３７５８３
【特許文献２】  特開２００７−２０８４
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】  そこで、本発明においては、高温高圧条件を必要とせず、また、不溶化層を形成させることもなく、安全性と強固な接着力を持つ接着剤によって、間伐材などの未利用材などを利用しても、構造材としても十分に使用できる強度と大きさを備え、なおかつシックハウス症候群などの問題の無い安全な木質材を製造する方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】  すなわち、高温高圧条件が必要であると考えられていた木材の軟化方法に対して、高圧環境を取り除いた高温の水蒸気として、過熱水蒸気を使用した。沸点以上に加熱された過熱水蒸気は、単なる熱風よりエネルギー効率が高いので物質の乾燥に使用されることが多いが、物質の温度が上がるまでは、物質表面に水滴をもたらすことができる。したがって本発明においては、木質原料に個別に付着させた接着剤原料に、大気圧の過熱水蒸気を付与することで、過熱水蒸気から適度な水分と熱を同時に与えられることになり、接着剤原料が接着剤となるための反応を開始させることができる。それと同時に、木質にも効率よく熱を伝え、軟化を促し、その状態でプレスすることで、木質原料を圧縮し、接着させることができる。さらに、その状態をしばらく保持することで、圧縮した木材の戻りを抑え、接着剤を安定化させ、一体化した木質材を乾燥させることも同時にできる。【０００６】  また、接着剤を、原料のまま個別に木質原料に付着させることで、過熱水蒸気が付与されるまでその反応を抑えることができるので、タンニン類とゼラチン質の反応を制御するために設けていた不溶化層は不要となる。
【発明の効果】
【０００７】  以上のように、高温高圧の水蒸気に代わって大気圧の過熱水蒸気を使用することで、イニシャルコストのかかる圧力容器は必要がなくなり、しかも、軟化、圧縮、接着の工程をすべて過熱水蒸気で行うことができるため、工程も簡略化することができる。また、接着剤を施した木質原料は、治具に納めるときに、木質原料同士がくっついたり、ひっかかったりして作業性が悪く、塗布後すぐに接着処理を行わないと接着性能が失われることもあるが、接着剤の原料を木質原料に個別に付着させることによって、その状態では接着性を持たないので、取り扱いの煩雑さが無く、また、付着させたあと放置しておいても接着力に問題は無いため、無駄が起こらない。そして、不溶化層を形成させなくても、過熱水蒸気にふれるまでは反応を起こさないので、不溶化層を形成させるための工程や薬品も必要がなくなる。さらに、不溶化層を形成させるためにはゼラチン質の粒径がある程度必要であったが、本方法の場合、粒径を細かくできるので、接着剤のムラがなく、安定したものとなる。そして、不溶化層を溶解させるための高温高圧条件も必要としない。【０００８】  このように、高温高圧条件を必要とせず、また、不溶化層を形成させることもなく、安全性と強固な接着力を持つ接着剤によって、間伐材などの未利用材などを利用しても、構造材としても十分に使用できる強度と大きさを備え、なおかつシックハウス症候群などの問題の無い安全な木質材を製造することができる。【０００９】  さらに、完成した木質材は、接着剤原料に植物由来成分もしくは植物由来成分と同じ組成のものを使用しているため、接着剤の強度性能が木材の性質と非常に近く、従来のエンジニアードウッドとは違って、曲げ強さと曲げヤング係数の関係において、無垢材と同じ傾向をもっており（図４）、本来の木の性質に極めて近い木質材となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】  本発明の実施形態は、板状、もしくはストランド状の木材２に、タンニン溶液に架橋剤としてヘキサメチレンテトラミンを添加したものを塗布し、自然乾燥させたものに、ニカワ溶液を噴霧し、自然乾燥させる。これらの木質原料２を、側壁と底に多数の孔３を持つ型枠１に収め（図１）、その孔３より過熱水蒸気４を噴出させて、熱と水分を与え、接着剤の反応を開始させ、木質原料２を軟化させる（図２）。その状態で、プレスし、圧縮、接着、一体化させた木質材５を、その状態のまましばらく過熱水蒸気４にさらすことで、圧縮の戻りを抑制させ、接着剤を安定化させ、乾燥させる（図３）。過熱水蒸気４による加熱終了後、常温まで冷却し、型枠１より取り出す。【００１１】  木質原料２は、針葉樹、広葉樹のいずれでもよく、間伐材、廃木材でもよい。また、木質原料２の形状は、板状、ストランド状のほか、木片状、木粉状、繊維状などでもよく、それらの断面は矩形であっても矩形でなくてもよい。その積層方法は、繊維方向に揃えてもよいし、繊維方向を交差させてもよい。さらに、完成した木質材５を型枠１から取り出しやすいように、木質原料２を硫酸紙などの蒸気は通すが水は通さないフィルムによって覆っておく。このフィルムによって、過熱水蒸気５によって付与される余分な水分を排除することができる。【００１２】  接着剤原料のタンニン類は、植物中に含まれるポリフェノール化合物の他、合成タンニンでもよく、リグニン類は、植物中に含まれるリグニンの他、合成リグニンでもよい。タンパク質は、ニカワ、ゼラチン、カゼイン、コラーゲンなどの動物性タンパクがよい。【００１３】  架橋剤は、接着剤原料のいずれかもしくは複数に添加してもよく、単独で木質原料２に付着させてもよい。【００１４】  接着剤原料の付着方法としては、原料を水溶液もしくはアルコール溶液として噴霧、塗布、浸漬してもよいし、粉末や顆粒のまま付着させてもよく、また、それ以外の方法によってもよい。また、付着させる順番も特に限らない。【００１５】  接着剤原料を溶液として使用する場合の濃度は、タンニン溶液、リグニン溶液、タンパク質溶液とも、５パーセントから５０パーセント（より好ましくは１０パーセントから４０パーセント）がよく、粉末や顆粒のまま付着させる場合は、溶液中の含有量に等しい分量の粉末や顆粒を付着させればよい。タンニン類またはリグニン類とタンパク質の質量比は、１対１から１０対１（より好ましくは１対１から８対１）がよい。また、架橋剤のアルデヒド化合物の添加量は、使用するタンニン類、リグニン類、タンパク質の総量の、０．１パーセントから１０パーセント（より好ましくは１パーセントから８パーセント）がよい。【００１６】  過熱水蒸気４の温度は、１００℃から１８０℃（より好ましくは１２０℃から１６０℃）がよく、蒸気４を噴出させる時間は、型枠１の大きさにより、１分から２時間程度がよい。蒸気４を噴出させる孔３は、型枠の六面のいずれかまたは複数面に設けられ、数は１箇所でもよく、複数でもよい。【００１７】  木質原料２を入れる型枠１は、バッチ式でも連続式でもよい。また、型枠の材質は鉄製に限らず、ステンレス製、チタン製、その他の金属製、また非金属製でもよく、あ��いは、テフロン加工やめっき加工などの表面加工を施したものでもよく、製造にかかる熱やプレス圧に耐えうるものであれば特に限定しない。【００１８】  プレス圧は、完成した木質材５の希望する比重に合わせて自由に変更することができ、プレスした状態で過熱水蒸気４にさらす時間は１分から５時間程度がよい。また、プレス方法は、油圧式のほか、空圧式、機械式、ローラー圧縮式、コンベア圧縮式でもよく、これらの組み合わせでもよい。【００１９】  冷却は、水冷や風冷、自然冷却などでもよく、特定の方法に限らない。
【実施例】
【００２０】  ［実施例１］
量販店で市販されているスギ板の複数枚に、ヘキサメチレンテトラミンを添加したタンニン水溶液を塗布し、自然乾燥後ニカワ水溶液を噴霧し、それらを硫酸紙を敷いた型枠内に積層させて大気圧の過熱水蒸気で加熱し、プレスした状態で１時間置いた。その後、加熱を止め、冷却後型枠から取り出し、幅９．３センチ、高さ４センチ、長さ７０センチ、比重０．８の木質材を得た。その強度性能を測定した結果、曲げ強度が７９ＭＰａ、曲げヤング係数が１０．３ＧＰａであった。【００２１】  この値を、木材の曲げ強さと曲げヤング係数の関係を表したグラフに示したところ（図４）、無垢材の性質を表す直線とエンジニアードウッドの性質を表す直線は明らかに違っているが、本発明による木質材は無垢材の性質を表す直線に近いところに位置しており、本来の木材に非常に近い木質材を得られることが明らかとなった。【００２２】  ［実施例２］
量販店で市販されているスギ板をストランド状にしたものに、ヘキサメチレンテトラミンを添加したタンニン水溶液を塗布し、自然乾燥後ニカワ水溶液を噴霧し、それらを硫酸紙を敷いた型枠内に積層させて大気圧の過熱水蒸気で加熱し、プレスした状態で１時間置いた。その後、加熱を止め、冷却後型枠から取り出し、幅１０センチ、高さ７．６センチ、長さ７０センチ、比重０．８８の木質材を得た。その強度性能を測定した結果、曲げ強度が７０ＭＰａ、曲げヤング係数が７．３ＧＰａであった。【００２３】  ［実施例３］
量販店で市販されているスギ板を細かいストランド状にしたものに、ヘキサメチレンテトラミンを添加したタンニン水溶液を塗布し、自然乾燥後ニカワ水溶液を噴霧し、それらとオガクズ、おが粉をまぜ、硫酸紙を敷いた型枠内にランダムに積層させて大気圧の過熱水蒸気で加熱し、プレスした状態で１時間置いた。その後、加熱を止め、冷却後型枠から取り出し、幅９．４センチ、高さ４．５センチ、長さ７０センチ、比重０．７５の木質材を得た。その強度性能を測定した結果、曲げ強度が３１ＭＰａ、曲げヤング係数が５．８ＧＰａであった。【００２４】  ［実施例４］
量販店で市販されているスギ板の複数枚に、ヘキサメチレンテトラミンを添加したタンニン水溶液を塗布後、ゼラチン顆粒を付着させ、それらを硫酸紙を敷いた型枠内に積層させて大気圧の過熱水蒸気で加熱し、プレスした状態で１時間置いた。その後、加熱を止め、冷却後型枠から取り出し、幅９．２センチ、高さ７．１センチ、長さ７０センチ、比重０．７８の木質材を得た。【００２５】  ［実施例５］
量販店で市販されているスギ板の複数枚に、エタノールにタンニンを溶解させた溶液を塗布し、自然乾燥後ヘキサメチレンテトラミンを添加したニカワ水溶液を噴霧し、それらを硫酸紙を敷いた型枠内に積層させて大気圧の過熱水蒸気で加熱し、プレスした状態で１時間置いた。その後、加熱を止め、冷却後型枠から取り出し、幅９．３センチ、高さ６．９センチ、長さ７０センチ、比重０．７９の木質材を得た。【００２６】  ［実施例６］
量販店で市販されているスギ板の複数枚に、ヘキサメチレンテトラミンを添加したタンニン水溶液を塗布し、自然乾燥後エタノールにニカワを溶解させた溶液を噴霧し、それらを硫酸紙を敷いた型枠内に積層させて大気圧の過熱水蒸気で加熱し、プレスした状態で１時間置いた。その後、加熱を止め、冷却後型枠から取り出し、幅１０センチ、高さ７センチ、長さ７０センチ、比重０．８の木質材を得た。【００２７】  ［実施例７］
量販店で市販されているスギ板２枚に、ヘキサメチレンテトラミンを添加したリグニン水溶液を塗布し、自然乾燥後ニカワ水溶液を噴霧し、それらを硫酸紙を敷いた型枠内に積層させて大気圧の過熱水蒸気で加熱し、プレスした状態で１時間置いた。その後、加熱を止め、冷却後型枠から取り出し、幅１０センチ、高さ３．５センチ、長さ３５センチ、比重０．７の木質材を得た。【００２８】  ［実施例８］
量販店で市販されている木材チップを、ヘキサメチレンテトラミンを添加したタンニン水溶液に浸漬後自然乾燥させ、ニカワ水溶液を噴霧し、それらを硫酸紙を敷いた型枠内に積層させて大気圧の過熱水蒸気で加熱し、プレスした状態で１時間置いた。その後、加熱を止め、冷却後型枠から取り出し、幅１０センチ、高さ２．８センチ、長さ３５センチ、比重０．７５の木質材を得た。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】  木質原料を型枠に収めた図
【図２】  型枠の中で過熱水蒸気で木材を加熱、軟化し、接着剤の反応を起こしている図
【図３】  プレス後、過熱水蒸気にさらし、接着剤を安定化させ、乾燥させている図
【図４】  曲げ強さと曲げヤング係数の関係が、無垢材と同じ傾向にあることを示すグラフ
【符号の説明】
【００３０】    １  型枠
２  接着剤原料を付着させた木質原料
３  過熱水蒸気の噴出孔
４  過熱水蒸気
５  一体化された木質材
６  無垢材の曲げ強さと曲げヤング係数の関係
７  本発明木質材の曲げ強さと曲げヤング係数の関係
８  エンジニアードウッドの曲げ強さと曲げヤング係数の関係
【図１】
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【図２】
2009051213.tif 000004
【図３】
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【図４】
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