(57)【要約】脱リグニン木質材料は、天然木材から実質的にすべてのリグニンを除去することによって形成される。その脱リグニン木材は、天然木材のセルロース系内腔を保持し、セルロースミクロフィブリルのナノファイバーは、共通の方向に沿って実質的に整列している。脱リグニン木材の独特の微細構造および組成は、本明細書に記載される他の利点の中でも、有利な断熱および機械的特性を提供することができる。脱リグニン木質材料の熱的および機械的特性は、脱リグニン木材をプレスまたは圧密化することによって調整でき、圧密化が増大すると強度と熱伝導率が向上する。脱リグニン木材の化学組成はまた、太陽光の下での受動冷却を可能にする独特の光学特性を提供する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
天然木材の第１の片であって、当該天然木材は、当該天然木材のセルロース系内腔の構造を実質的に保持しながら、リグニンを除去するために化学的に処理されている、天然木材の第１の片を含み、
前記天然木材の少なくとも９０％の前記リグニンが前記化学処理によって除去されている、構造。
【請求項２】
前記第１の片の前記リグニンが、５重量％未満である、請求項１に記載の構造。
【請求項３】
前記第１の片の前記リグニンが、１重量％以下である、請求項２に記載の構造。
【請求項４】
前記第１の片が、前記内腔の延在方向に軸方向熱伝導率を有し、前記内腔の前記延在方向に垂直な方向に横方向熱伝導率を有し、
前記軸方向熱伝導率が、前記横方向熱伝導率より大きい、請求項１に記載の構造。
【請求項５】
前記軸方向熱伝導率が、前記横方向熱伝導率よりも少なくとも２倍大きい、請求項４に記載の構造。
【請求項６】
前記軸方向熱伝導率が、前記横方向熱伝導率よりも少なくとも５倍大きい、請求項５に記載の構造。
【請求項７】
前記軸方向熱伝導率が、前記横方向熱伝導率よりも少なくとも１０倍大きい、請求項６に記載の構造。
【請求項８】
前記横方向熱伝導率が、０．２Ｗ／ｍ−Ｋより小さい、請求項４に記載の構造。
【請求項９】
前記横方向熱伝導率が、０．１Ｗ／ｍ−Ｋより小さい、請求項８に記載の構造。
【請求項１０】
前記横方向熱伝導率が、０．０５Ｗ／ｍ−Ｋより小さい、請求項９に記載の構造。
【請求項１１】
前記第１の片が、８μｍ〜１３μｍの波長範囲で少なくとも０．８の放射率を有する、請求項１に記載の構造。
【請求項１２】
前記放射率が、８μｍ〜１３μｍの前記波長範囲で少なくとも０．９である、請求項１１に記載の構造。
【請求項１３】
前記第１の片が、４００ｎｍ〜１１００ｎｍの波長範囲で１０％以下の吸光度を有する、請求項１に記載の構造。
【請求項１４】
前記吸光度が、８％以下である、請求項１３に記載の構造。
【請求項１５】
４００ｎｍ〜１１００ｎｍの波長範囲の前記第１の片の第１の放射率が、８μｍ〜１３μｍの波長範囲の前記第１の片の第２の放射率より小さい、請求項１に記載の構造。
【請求項１６】
前記第２の放射率が、前記第１の放射率の少なくとも１０倍である、請求項１５に記載の構造。
【請求項１７】
前記第２の放射率が、少なくとも０．８であり、前記第１の放射率が、０．１以下である、請求項１５に記載の構造。
【請求項１８】
前記第１の片のセルロースナノファイバーが、前記内腔の延在方向に沿って実質的に整列している、請求項１に記載の構造。
【請求項１９】
前記第１の片が、前記整列したセルロースナノファイバーの間にナノ細孔を有する、請求項１８に記載の構造。
【請求項２０】
前記第１の片の前記セルロース系内腔の内部容積が、開いている、または妨げられていない、請求項１に記載の構造。
【請求項２１】
前記第１の片が、前記化学処理前の前記天然木材と比較して、増大した柔軟性を有する、請求項１に記載の構造。
【請求項２２】
前記第１の片の曲げ半径が、前記化学処理前の前記天然木材のそれよりも少なくとも２倍小さい、請求項１に記載の構造。
【請求項２３】
前記内腔が、第１の片の厚さ方向に対して垂直に延びている、請求項１に記載の構造。
【請求項２４】
前記内腔が、第１の片の厚さ方向に延びている、請求項１に記載の構造。
【請求項２５】
前記厚さ方向に対して垂直な方向の前記第１の片の寸法が、前記厚さ方向の前記第１片の厚さより大きい、請求項２３または２４に記載の構造。
【請求項２６】
前記第１の片の厚さが、１ｍｍ以下である、請求項１に記載の構造。
【請求項２７】
前記第１の片の前記化学的に処理された木材は、前記内腔が少なくとも部分的に崩壊するように、前記内腔の延在方向と交差する第１の方向にプレスされている、請求項１に記載の構造。
【請求項２８】
前記第１の片が、前記第１の方向において、前記天然木材のそれと比較して４０％以下減少した厚さを有する、請求項２７に記載の構造。
【請求項２９】
前記第１の片の前記厚さが、前記天然木材のそれと比較して２０％以下減少している、請求項２８に記載の構造。
【請求項３０】
前記第１の片が、前記第１の方向において、前記天然木材のそれと比較して少なくとも４０％減少した厚さを有する、請求項２７に記載の構造。
【請求項３１】
前記第１の片の前記厚さが、前記天然木材のそれと比較して少なくとも８０％減少している、請求項３０に記載の構造。
【請求項３２】
前記第１の片が、前記化学処理前の前記天然木材と比較して増加した密度を有する、請求項２９に記載の構造。
【請求項３３】
前記第１の片の前記密度が、前記化学処理前の前記天然木材のそれよりも少なくとも２倍大きい、請求項３２に記載の構造。
【請求項３４】
前記第１の片が、１０ｎｍ以下の表面粗さを有する、請求項２９に記載の構造。
【請求項３５】
前記第１の片が、前記化学処理前の前記天然木材のそれに比べて向上した機械的特性を有する、請求項１に記載の構造。
【請求項３６】
前記第１の片の比張力が、少なくとも２００ＭＰａ−ｃｍ３／ｇである、請求項３５に記載の構造。
【請求項３７】
前記第１の片の前記比張力が、少なくとも３００ＭＰａ−ｃｍ３／ｇである、請求項３６に記載の構造。
【請求項３８】
前記第１の片の前記比張力が、少なくとも３３０ＭＰａ−ｃｍ３／ｇである、請求項３７に記載の構造。
【請求項３９】
天然木材の第２の片であって、当該天然木材は、当該天然木材のセルロース系内腔の構造を実質的に保持しながら、当該天然木材からリグニンを除去するために化学的に処理されており、前記天然木材の少なくとも９０％の前記リグニンが前記化学処理によって除去されている、天然木材の第２の片をさらに含み、
前記第１と第２の片は、向かい合う面に沿って互いに結合されており、前記第１の片の前記内腔の延在方向が、前記第２の片の前記内腔の延在方向と交差している、請求項１に記載の構造。
【請求項４０】
前記第１の片の前記内腔の前記延在方向が、前記第２の片の前記内腔の前記延在方向と直交している、請求項３９に記載の構造。
【請求項４１】
前記第１および第２の片が、水素結合、接着剤、およびエポキシのうちの少なくとも１つによって互いに結合されている、請求項３９に記載の構造。
【請求項４２】
前記第１および第２の片のそれぞれが、フラットシート、ブロック、スティック、ストリップ、中空形状、膜、厚さが２００μｍ未満のフィルム、木材チップ、または木材フレークとして形成されている、請求項３９に記載の構造。
【請求項４３】
前記第１の片および前記第２の片の前記化学的に処理された天然木材は、前記内腔が少なくとも部分的に崩壊するように、前記内腔のそれぞれの延在方向と交差する方向にプレスされている、請求項３９に記載の構造。
【請求項４４】
前記第１の片が、前記化学的に処理された天然木材から本質的になる、請求項１に記載の構造。
【請求項４５】
前記第１の片が、疎水性である、請求項１に記載の構造。
【請求項４６】
前記第１の片が、少なくとも９０°の静的接触角、または１０°未満の動的接触角を示す、請求項４５に記載の構造。
【請求項４７】
前記第１の片が、疎水性になるように化学処理されており、前記化学処理が、エポキシ樹脂、シリコーンオイル、ポリウレタン、パラフィンエマルション、無水酢酸、オクタデシルトリクロロシラン（ＯＴＳ）、１Ｈ，１Ｈ，２Ｈ，２Ｈ−ペルフルオロデシルトリエトキシシラン、フッ素樹脂、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）、メタクリロキシメチルトリメチルシラン（ＭＳｉ）、多面体オリゴマーシルセスキオキサン（ＰＯＳＳ）、カリウムメチルシリケート（ＰＭＳ）、ドデシル（トリメトキシ）シラン（ＤＴＭＳ）、ヘキサメチルジシロキサン、ジメチルジエトキシシラン、テトラエトキシシラン、メチルトリクロロシラン、エチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、トリメチルクロロシラン、フェニルトリメトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン、プロピルトリメトキシシラン、ポリメチルメタクリレート、ポリジアリルジメチルアンモニウムクロライド（ｐｏｌｙＤＡＤＭＡＣ）、３−（トリメトキシシリル）プロピルメタクリレート（ＭＰＳ）、疎水性ステアリン酸、両親媒性フッ素化トリブロックアジドコポリマー、ポリフッ化ビニリデンおよびフッ化シラン、ｎ−ドデシルトリメトキシシラン、およびラウリル硫酸ナトリウムの少なくとも１つを含む、請求項４５に記載の構造。
【請求項４８】
前記第１の片が、耐光性または耐塩水性となるように、化学的に処理されている、請求項１に記載の構造。
【請求項４９】
耐候性または耐塩水性のための前記化学処理が、銅酸（ＣＤＤＣ）、第四級アンモニア銅（ＡＣＱ）、クロム酸ヒ酸銅（ＣＣＡ）、アンモニア性ヒ酸銅亜鉛（ＡＣＺＡ）、ナフテン酸銅、酸性クロム酸銅、クエン酸銅、銅アゾール、８−ヒドロキシキノリン酸銅、ペンタクロロフェノール、ナフテン酸亜鉛、ナフテン酸銅、クレオソート、二酸化チタン、プロピコナゾール、テブコナゾール、シプロコナゾール、ホウ酸、ホウ砂、有機ヨウ化物（ＩＰＢＣ）、およびＮａ２Ｂ８Ｏ１３・４Ｈ２Ｏの少なくとも１つを含む、請求項４８に記載の構造。
【請求項５０】
前記第１の片の１つ以上の外面上のコーティングをさらに含む、請求項１に記載の構造。
【請求項５１】
前記コーティングが、油性塗料、疎水性塗料、ポリマーコーティング、または耐火コーティングを含む、請求項５０に記載の構造。
【請求項５２】
前記耐火コーティングが、窒化ホウ素、モンモリロナイトクレイ、ハイドロタルサイト、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、ケイ酸ナトリウム、炭酸カルシウム（ＣａＣＯ３）、水酸化アルミニウム（Ａｌ（ＯＨ）３）、水酸化マグネシウム（Ｍｇ（ＯＨ）２）、炭酸マグネシウム（ＭｇＣＯ３）、硫酸アルミニウム、硫酸鉄、ホウ酸亜鉛、ホウ酸、ホウ砂、リン酸トリフェニル（ＴＰＰ）、メラミン、ポリウレタン、ポリリン酸アンモニウム、リン酸、亜リン酸エステル、アンモニウムリン酸、硫酸アンモニウム、ホスホン酸、リン酸二アンモニウム（ＤＡＰ）、リン酸二水素アンモニウム、リン酸一アンモニウム（ＭＡＰ）、リン酸グアニル尿素（ＧＵＰ）、リン酸二水素グアニジン、五酸化アンチモンの少なくとも１つを含む、請求項５１に記載の構造。
【請求項５３】
前記第１の片が、白色である、請求項１に記載の構造。
【請求項５４】
前記第１の片が、白以外の色に染められている、請求項１に記載の構造。
【請求項５５】
前記第１の片と熱的に連通する熱源をさらに含み、前記第１の片は、前記熱源から空に熱を放射するように露出されている、請求項１に記載の構造。
【請求項５６】
露出されている前記第１の片の表面が、前記内腔の延在方向に実質的に平行である、請求項５５に記載の構造。
【請求項５７】
前記第１の片の表面上に形成された電子部品をさらに含む、請求項１に記載の構造。
【請求項５８】
前記電子部品が、トランジスタ、コンデンサ、抵抗器、およびインダクタのうちの少なくとも１つを含む、請求項５７に記載の構造。
【請求項５９】
セルロース系内腔を実質的に保持しながら、天然木材片から少なくとも９０％のリグニンを除去することによって形成された、構造。
【請求項６０】
セルロース系内腔を実質的に保持しながら、天然木材片から少なくとも９０％のリグニンを除去すること、次に、前記内腔が少なくとも部分的に崩壊するように、プレスすることによって形成された、構造。
【請求項６１】
プレス後の前記片の厚さが、前記天然木材のそれと比べて少なくとも４０％、または前記天然木材のそれと比べて少なくとも８０％減少している、請求項６０に記載の構造。
【請求項６２】
プレス後の前記片の厚さが、前記天然木材のそれと比べて４０％以下、または前記天然木材のそれと比べて２０％以下減少している、請求項６０に記載の構造。
【請求項６３】
前記片が、その中に５重量％以下のリグニン、またはその中に１重量％以下のリグニンを有する、請求項５９〜６２のいずれかに記載の構造。
【請求項６４】
前記片が、異方性熱伝導率を有する、請求項５９〜６３のいずれかに記載の構造。
【請求項６５】
前記片が、太陽放射の１０％以下を吸収し、大気透過窓で９０％以上の放出を有する、請求項５９〜６４のいずれかに記載の構造。
【請求項６６】
前記片が、疎水性である、請求項５９〜６５のいずれかに記載の構造。
【請求項６７】
前記片が、そこから少なくとも９０％のリグニンが除去された別の天然木材片と一緒に結合されて、積層体を形成している、請求項５９〜６６のいずれかに記載の構造。
【請求項６８】
前記片が、実質的に白色である、請求項５９〜６７のいずれかに記載の構造。
【請求項６９】
天然木材のセルロース系内腔を実質的に保持しながら、当該天然木材片から少なくとも９０％のリグニンを除去すること、それによって脱リグニン木材片を製造することを含む、方法。
【請求項７０】
前記脱リグニン木材が、実質的に白色である、請求項６９に記載の方法。
【請求項７１】
前記除去することが、ＮａＯＨ、Ｎａ２Ｓ、ＮａＨＳＯ３、ＳＯ２、Ｈ２Ｏ、Ｎａ２ＳＯ３、アントラキノン（ＡＱ）、Ｎａ２Ｓｎ（ｎは整数である）、ＣＨ３ＯＨ、Ｃ２Ｈ５ＯＨ、Ｃ４Ｈ９ＯＨ、ＨＣＯＯＨ、ＮＨ３、ｐ−ＴｓＯＨ、ＮＨ３−Ｈ２Ｏ、Ｈ２Ｏ２、ＮａＣｌＯ、ＮａＣｌＯ２、ＣＨ３ＣＯＯＨ（酢酸）、ＣｌＯ２、およびＣｌ２の少なくとも１つを含む化学溶液に前記天然木材片を浸すことを含む、請求項６９に記載の方法。
【請求項７２】
前記除去することが、前記天然木材片を第１の化学溶液に浸すこと、続いて第２の化学溶液に浸すことを含む、請求項６９に記載の方法。
【請求項７３】
前記第１の化学溶液が、ＮａＯＨとＮａ２ＳＯ３の混合物を含み、前記第２の化学溶液が、Ｈ２Ｏ２を含む、請求項７２に記載の方法。
【請求項７４】
前記除去することの後、前記セルロース系内腔が断面図で開いたまままたは妨げられないままであるように、凍結乾燥または臨界点乾燥によって前記脱リグニン木材片を乾燥することをさらに含む、請求項６９に記載の方法。
【請求項７５】
前記除去することの後、前記脱リグニン木材をすすぎ、前記除去することからの残留化学物質を除去することをさらに含む、請求項６９に記載の方法。
【請求項７６】
前記すすぎのための溶液が、エタノールおよび脱イオン（ＤＩ）水の少なくとも１つを含む、請求項７５に記載の方法。
【請求項７７】
前記すすぎのための後、前記脱リグニン木材片を乾燥することをさらに含む、請求項７５に記載の方法。
【請求項７８】
前記すすぎのための後、前記脱リグニン木材を第１の期間、９０％の相対湿度にさらすことをさらに含む、請求項７５に記載の方法。
【請求項７９】
前記脱リグニン木材をプレスすることをさらに含む、請求項６９に記載の方法。
【請求項８０】
前記プレスすることが、前記木材の厚さが０％から４０％の間、または０％から２０％の間で減少するようなものである、請求項７９に記載の方法。
【請求項８１】
前記プレスすることが、前記木材の厚さが少なくとも４０％減少するようなものである、請求項７９に記載の方法。
【請求項８２】
前記プレスすることが、前記木材の厚さが少なくとも８０％減少するようなものである、請求項７９に記載の方法。
【請求項８３】
前記プレスすることが、２０〜１２０℃の温度で、０．５〜１０ＭＰａの圧力で行われる、請求項７９に記載の方法。
【請求項８４】
前記プレスすることの前またはプレスすること中に、微孔性フィルター膜または濾紙が、前記脱リグニン木材の表面に配置される、請求項７９に記載の方法。
【請求項８５】
前記プレスすることの前または後に、前記木材を疎水性処理にかけることをさらに含む、請求項７９に記載の方法。
【請求項８６】
前記疎水性処理が、エポキシ樹脂、シリコーンオイル、ポリウレタン、パラフィンエマルション、無水酢酸、オクタデシルトリクロロシラン（ＯＴＳ）、１Ｈ，１Ｈ，２Ｈ，２Ｈ−ペルフルオロデシルトリエトキシシラン、フッ素樹脂、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）、メタクリロキシメチルトリメチルシラン（ＭＳｉ）、多面体オリゴマーシルセスキオキサン（ＰＯＳＳ）、カリウムメチルシリケート（ＰＭＳ）、ドデシル（トリメトキシ）シラン（ＤＴＭＳ）、ヘキサメチルジシロキサン、ジメチルジエトキシシラン、テトラエトキシシラン、メチルトリクロロシラン、エチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、トリメチルクロロシラン、フェニルトリメトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン、プロピルトリメトキシシラン、ポリメチルメタクリレート、ポリジアリルジメチルアンモニウムクロライド（ｐｏｌｙＤＡＤＭＡＣ）、３−（トリメトキシシリル）プロピルメタクリレート（ＭＰＳ）、疎水性ステアリン酸、両親媒性フッ素化トリブロックアジドコポリマー、ポリフッ化ビニリデンおよびフッ化シラン、ｎ−ドデシルトリメトキシシラン、およびラウリル硫酸ナトリウムの少なくとも１つを含む、請求項８５に記載の方法。
【請求項８７】
前記疎水性処理が、前記プレスすることの前に行われ、１Ｈ，１Ｈ，２Ｈ，２Ｈ−ペルフルオロデシルトリエトキシシランを含む、請求項８６に記載の方法。
【請求項８８】
前記プレスすることが、前記セルロース系内腔の延在方向と交差する方向である、請求項７９に記載の方法。
【請求項８９】
前記プレスすることの後、前記脱リグニン木材が、１０ｎｍ以下の表面粗さを有する、請求項７９に記載の方法。
【請求項９０】
前記脱リグニン木材を白とは異なる色に染めること；
耐候性または耐塩水性となるように前記脱リグニン木材を化学的に処理すること；および
前記脱リグニン木材の表面をコーティングすること、
の少なくとも１つをさらに含む、請求項６９に記載の方法。
【請求項９１】
耐候性または耐塩水性のための前記化学的処理が、銅酸（ＣＤＤＣ）、第四級アンモニア銅（ＡＣＱ）、クロム酸ヒ酸銅（ＣＣＡ）、アンモニア性ヒ酸銅亜鉛（ＡＣＺＡ）、ナフテン酸銅、酸性クロム酸銅、クエン酸銅、銅アゾール、８−ヒドロキシキノリン酸銅、ペンタクロロフェノール、ナフテン酸亜鉛、ナフテン酸銅、クレオソート、二酸化チタン、プロピコナゾール、テブコナゾール、シプロコナゾール、ホウ酸、ホウ砂、有機ヨウ化物（ＩＰＢＣ）、およびＮａ２Ｂ８Ｏ１３・４Ｈ２Ｏの少なくとも１つを含む、請求項９０に記載の方法。
【請求項９２】
前記コーティングが、油性塗料、疎水性塗料、ポリマーコーティング、または耐火コーティングを含み、
前記耐火コーティングが、窒化ホウ素、モンモリロナイトクレイ、ハイドロタルサイト、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、ケイ酸ナトリウム、炭酸カルシウム（ＣａＣＯ３）、水酸化アルミニウム（Ａｌ（ＯＨ）３）、水酸化マグネシウム（Ｍｇ（ＯＨ）２）、炭酸マグネシウム（ＭｇＣＯ３）、硫酸アルミニウム、硫酸鉄、ホウ酸亜鉛、ホウ酸、ホウ砂、リン酸トリフェニル（ＴＰＰ）、メラミン、ポリウレタン、ポリリン酸アンモニウム、リン酸、亜リン酸エステル、アンモニウムリン酸、硫酸アンモニウム、ホスホン酸、リン酸二アンモニウム（ＤＡＰ）、リン酸二水素アンモニウム、リン酸一アンモニウム（ＭＡＰ）、リン酸グアニル尿素（ＧＵＰ）、リン酸二水素グアニジン、五酸化アンチモンの少なくとも１つを含む、請求項９０に記載の方法。
【請求項９３】
前記脱リグニン木材片を、その表面が空に熱を放射するように配置することをさらに含む、請求項６９に記載の方法。
【請求項９４】
前記表面が、前記内腔の延在方向と実質的に平行である、請求項９３に記載の方法。
【請求項９５】
前記脱リグニン木材片を建築材料、包装材料、または他の構造材料として形成することをさらに含む、請求項６９に記載の方法。
【請求項９６】
前記脱リグニン木材片の表面に１つ以上の電子部品を形成することをさらに含む、請求項６９に記載の方法。
【請求項９７】
前記脱リグニン木材片を使用して構造または環境を冷却してエネルギーを放射することをさらに含む、請求項６９に記載の方法。
【請求項９８】
前記冷却が、受動冷却である、請求項９７に記載の方法。
【請求項９９】
前記脱リグニン木材片が、４００〜１１００ｎｍの波長範囲の第１の放射率と８〜１３μｍの波長範囲の第２の放射率を有し、第１の放射率が、第２の放射率よりも小さい、請求項９７に記載の方法。
【請求項１００】
前記第２の放射率が、第１の放射率の少なくとも１０倍である、請求項９９に記載の方法。
【請求項１０１】
前記第２の放射率が、少なくとも０．８であり、前記第１の放射率が、０．１以下である、請求項１００に記載の方法。
【請求項１０２】
前記脱リグニン木材片が、それが吸収するよりも多くのエネルギーを放射する、請求項９７に記載の方法。
【請求項１０３】
前記脱リグニン木材片の熱伝導率が、異方性である、請求項６９に記載の方法。
【請求項１０４】
前記脱リグニン木材片の露出した表面に平行な方向における前記脱リグニン木材片の熱伝導率が、前記露出した表面に対して垂直な方向における前記脱リグニン木材片の熱伝導率よりも大きい、請求項１０３に記載の方法。
【請求項１０５】
別の天然木材のセルロース系内腔を実質的に保持しながら、当該別の天然木材片から少なくとも９０％のリグニンを除去すること、それによって別の脱リグニン木材片を製造すること；および
前記脱リグニン木材片の表面を前記別の脱リグニン木材片の表面に結合すること、
をさらに含む、請求項６９に記載の方法。
【請求項１０６】
前記脱リグニン木材片の前記内腔の延在方向が、前記別の脱リグニン木材片の前記内腔の延在方向と交差する、請求項１０５に記載の方法。
【請求項１０７】
前記脱リグニン木材片と前記別の前記脱リグニン木材片が、水素結合、接着剤、およびエポキシのうちの少なくとも１つによって互いに結合される、請求項１０５に記載の方法。
【請求項１０８】
前記結合することの前または後に、前記内腔が少なくとも部分的に崩壊するように、前記脱リグニン木材片と前記別の前記脱リグニン木材片を、その中の前記内腔のそれぞれの延在方向と交差する方向にプレスすること、請求項１０５に記載の方法。
【請求項１０９】
前記天然木材が、広葉樹、針葉樹、または竹を含む、請求項１〜２４および２６〜６２のいずれかに記載の構造、または請求項６９〜１０８のいずれかに記載の方法。
【請求項１１０】
前記天然木材が、バスウッド、オーク、ポプラ、アッシュ、ハンノキ、アスペン、バルサ材、ブナ、バーチ、チェリー、バターナット、栗、ココボロ、ニレ、ヒッコリー、メープル、オーク、パダウ、プラム、クルミ、ヤナギ、黄色のポプラ、ハゲサイプレス、スギ、ヒノキ、ダグラスファー、モミ、ヘムロック、カラマツ、パイン、レッドウッド、スプルース、タマラック、ジュニパー、またはイチイを含む、請求項１〜２４および２６〜６２のいずれかに記載の構造、または請求項６９〜１０８のいずれかに記載の方法。
【請求項１１１】
請求項１〜２４および２６〜６２のいずれかに記載の構造、または請求項６９〜１０８のいずれかに記載の方法によって形成された構造を含む、能動冷却装置または受動冷却装置。
【請求項１１２】
請求項１〜２４および２６〜６２のいずれかに記載の構造、または請求項６９〜１０８のいずれかに記載の方法によって形成された構造を含む、断熱材料。
【請求項１１３】
請求項１〜２４および２６〜６２のいずれかに記載の構造、または請求項６９〜１０８のいずれかに記載の方法によって形成された構造と、
前記構造の表面上に形成された少なくとも１つの電子部品とを含む、電子装置。
【請求項１１４】
前記電子装置が、ディスプレイパネルとして構成されている、請求項１１３に記載の電子装置。
【請求項１１５】
請求項１〜２４および２６〜６２のいずれかに記載の構造、または請求項６９〜１０８のいずれかに記載の方法によって形成された構造を含む、包装材料。
【請求項１１６】
請求項１〜２４および２６〜６２のいずれかに記載の構造、または請求項６９〜１０８のいずれかに記載の方法によって形成された構造を含む、建築材料。
【請求項１１７】
前記建築材料が、建物の外面として構成されている、請求項１１６に記載の建築材料。
【請求項１１８】
前記外面が、建物の屋根およびサイディングのうちの少なくとも１つである、請求項１１７に記載の建築材料。
【請求項１１９】
請求項１〜２４のいずれか一項に記載の構造；
請求項２６〜６２のいずれか一項に記載の構造；または
請求項６９〜１０８のいずれか一項に記載の方法によって形成された構造、を含む、材料。
【請求項１２０】
前記材料が、自動車、列車、トラック、飛行機、ボート、船、またはその他の輸送、車両、輸送の内部または外部構成要素として形成されている、請求項１１９に記載の材料。
【請求項１２１】
前記材料が、コンテナ、ボックス、または輸送用クレートの一部を形成する、請求項１１９に記載の材料。
【請求項１２２】
前記材料が、倉庫、工場、オフィスビル、納屋、家、またはその他の建物もしくは構造物の内部または外部構成要素として形成されている、請求項１１９に記載の材料。
【請求項１２３】
前記材料が、ディスプレイ、装飾、窓枠、額縁、ドアまたはドア枠、テーブル、机、椅子、キャビネット、ワードローブ、ベッドの部品または家具もしくは家庭用アクセントのその他の部品を形成する、請求項１１９に記載の材料。
【請求項１２４】
前記材料が、橋、ドック、デッキ、またはプラットフォームの一部を形成する、請求項１１９に記載の材料。
【請求項１２５】
前記材料が、楽器の一部を形成する、請求項１１９に記載の材料。
【請求項１２６】
前記材料が、保護カバー、ブラストシールド、またはその他の保護装置の一部を形成する、請求項１１９に記載の材料。
【請求項１２７】
前記材料が、道具、運動器具、またはスポーツ用品の一部を形成する、請求項１１９に記載の材料。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の相互参照】
【０００１】
本出願は、２０１７年９月１５日に提出された米国仮出願第６２／５５９，１４７号、および２０１８年８月３１日に提出された６２／７２５，８１０号の利益を主張し、それらの全体が参照により本明細書に組み入れられる。
【技術分野】
【０００２】
本開示は、一般に、天然木材から形成された材料、より具体的には、実質的にすべてのリグニンがそこから除去された（すなわち、脱リグニンされた）木質材料、ならびにそのような脱リグニン木質材料を組み込んだ構造および装置に関する。
【発明の概要】
【０００３】
開示される主題の実施形態は、天然木材から実質的にすべてのリグニンを除去することによって形成される木質材料を提供する。その脱リグニン木材は、天然木材のセルロース系内腔を保持し、セルロースミクロフィブリルのナノファイバーは、共通の方向に沿って実質的に整列している。脱リグニン木材の独特の微細構造および組成は、本明細書に記載される他の利点の中でも、有利な熱的および機械的特性を提供することができる。
【０００４】
脱リグニン木材は、特定の用途に合わせて木質材料の特性を調整するためにさらに処理することができる。例えば、断熱用途では、脱リグニン木材は、セルロース微構造の実質的に多孔質の性質を維持するために、凍結乾燥または臨界点乾燥を受け、それにより、リグニン化木材の断熱特性をさらに高めることができる。
【０００５】
他の用途、例えば、熱伝達が望ましい場合、脱リグニン木材は、内腔が崩壊する（すなわち、緻密化される）ようにプレスすることができる。その結果、内腔を形成する細胞壁が絡み合い、隣接するナノファイバー間に水素結合が形成される。熱伝導率が高くなるだけでなく、その圧密脱リグニン木材は、強度と靭性が向上し、他の機械的特性も向上する。
【０００６】
いくつかの実施形態では、その熱的および機械的特性を特定の用途に合わせて調整するために、例えば、改善された断熱と改善された強度のバランスを提供するために、内腔が部分的にのみ崩壊するように、脱リグニン木材を部分的にプレスすることが望ましい場合がある。
【０００７】
その木質材料をさらに改質、操作、または機械加工することによって（脱リグニン、圧密および脱リグニン、または部分的圧密および脱リグニンのいずれか）、さまざまな用途に適合させることができる。このような用途には、例えば、電子デバイス；絶縁；放射冷却；および建物、包装または構造材料が挙げられる。
【０００８】
１つ以上の実施形態では、構造は、天然木材のセルロース系内腔の構造を実質的に保持しながら、その中のリグニンを除去するために化学処理された天然木材の第１の片を含む。その天然木材のリグニンの少なくとも９０％が化学処理によって除去されている。
【０００９】
１つ以上の実施形態において、構造は、セルロース系内腔を実質的に保持しながら、天然木材片から少なくとも９０％のリグニンを除去することによって形成される。
【００１０】
１つ以上の実施形態では、セルロース系内腔を実質的に保持しながら、天然木材片からリグニンの少なくとも９０％を除去し、次に、内腔が少なくとも部分的に崩壊するようにプレスすることによって、構造が形成される。
【００１１】
１つ以上の実施形態において、方法は、天然木材のセルロース系内腔を実質的に保持しながら、天然木材片からリグニンの少なくとも９０％を除去し、それによって脱リグニン木材片を製造することを含む。
【００１２】
開示される主題の実施形態の目的および利点は、添付の図面と併せて考慮されるとき、以下の説明から明らかになるであろう。
【００１３】
以下、必ずしも一定の縮尺で描かれていない添付図面を参照して実施形態を説明する。
該当する場合、一部の要素は、基礎となる機能の図と説明を支援するために、簡略化されているか、そうでなければ図示されていないことがある。図面全体を通して、同様の参照番号は同様の要素を示す。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、開示される主題の１つ以上の実施形態による、脱リグニン木材系材料の製造および使用のための例示的なプロセスフロー図である。
【図２Ａ】図２Ａは、リグニンを除去する前の天然木材片の簡略図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、リグニンを除去する前の天然木材内のセルロースフィブリルの簡略図である。
【図２Ｃ】図２Ｃは、リグニンを除去する前の天然木材の上面の、木の成長方向に垂直な方向の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像である。
【図２Ｄ】図２Ｄは、リグニンを除去する前の天然木材の縦方向断面の、木の成長方向に平行な方向のＳＥＭ画像である。
【図２Ｅ】図２Ｅは、リグニンを除去する前の天然木材のセルロースフィブリルの拡大のＳＥＭ画像である。
【図３Ａ】図３Ａは、開示される主題の１つ以上の実施形態による、脱リグニン後の木材片の簡略図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、開示された主題の１つ以上の実施形態による、脱リグニン後の木材内のセルロースフィブリルの簡略図である。
【図３Ｃ】図３Ｃは、開示された主題の１つ以上の実施形態による、脱リグニン後の木材の、木の成長方向に垂直な方向の上面のＳＥＭ画像である。
【図３Ｄ】図３Ｄは、開示された主題の１つ以上の実施形態による、脱リグニン後の木材の、樹木の成長方向に平行な方向の縦断面のＳＥＭ画像である。
【図３Ｅ】図３Ｅは、開示される主題の１つ以上の実施形態による、図３Ｄの領域３１０の拡大ＳＥＭ画像である。
【図３Ｆ】図３Ｆは、開示された主題の１つ以上の実施形態による、脱リグニン後の木材のセルロースフィブリルの拡大されたＳＥＭ画像およびさらに拡大されたＳＥＭ画像である。
【図３Ｇ】図３Ｇは、開示された主題の１つ以上の実施形態による、脱リグニン後の木材のセルロースフィブリルの拡大されたＳＥＭ画像およびさらに拡大されたＳＥＭ画像である。
【図３Ｈ】図３Ｈは、開示された主題の１つ以上の実施形態による、脱リグニン後の木材の断面における整列したチャネルのＳＥＭ画像である。
【図３Ｉ】図３Ｉは、図３Ｈの領域３１２の拡大ＳＥＭ画像である。
【図４Ａ】図４Ａは、開示される主題の１つ以上の実施形態による、異方性熱伝導率を有する脱リグニン木材の簡略図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、開示された主題の１つ以上の実施形態による、曲がった状態の脱リグニン木材の簡略図である。
【図４Ｃ】図４Ｃは、開示された主題の１つ以上の実施形態による、導管を形成するために曲げられた脱リグニン木材の簡略図である。
【図５Ａ】図５Ａは、開示された主題の１つ以上の実施形態による、圧密される脱リグニン木材の簡略図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、開示される主題の１つ以上の実施形態による、圧密脱リグニン木材の簡略図である。
【図５Ｃ】図５Ｃは、開示された主題の１つ以上の実施形態による、木材のクローズアップ図および木材表面の化学的構成を示す挿入図を伴う、圧密脱リグニン木材の等角図である
【図５Ｄ】図５Ｄは、開示された主題の１つ以上の実施形態による、圧密脱リグニン木材のＲ−Ｌ平面で撮られたＳＥＭ画像である。
【図５Ｅ】図５Ｅは、図５Ｄの領域５０４の拡大ＳＥＭ画像である。
【図５Ｆ】図５Ｆは、図５Ｅの領域５０６の拡大ＳＥＭ画像である。
【図６Ａ】図６Ａは、開示される主題の１つ以上の実施形態による、圧密脱リグニン木材を形成するための例示的なプロセスの簡略化された概略図である。
【図６Ｂ】図６Ｂは、開示された主題の１つ以上の実施形態による、回転切断を使用して圧密脱リグニン木材を形成するための例示的なプロセスの簡略化された概略図である。
【図６Ｃ】図６Ｃは、開示された主題の１つ以上の実施形態による、天然木材の中空シリンダーから圧密脱リグニン木材を形成するための例示的なプロセスの簡略化された概略図である。
【図６Ｄ】図６Ｄは、開示された主題の１つ以上の実施形態による、天然木材の中実シリンダーから圧密脱リグニン木材を形成するための例示的なプロセスの簡略化された概略図である。
【図６Ｅ】図６Ｅは、開示された主題の１つ以上の実施形態による、天然木材の中実シリンダーから圧密脱リグニン木材を形成するための別の例示的なプロセスの簡略図である。
【図７】図７Ａは、開示される主題の１つ以上の実施形態による、天然木材および圧密脱リグニン木材の応力対ひずみのグラフである。図７Ｂは、開示された主題の１つ以上の実施形態による、天然木材および圧密脱リグニン木材の強度対靭性のグラフである。図７Ｃは、開示された主題の１つ以上の実施形態による、天然木材および圧密脱リグニン木材の引っかき硬度のグラフである。
【図８】図８Ａは、開示された主題の１つ以上の実施形態による、断熱に使用される例示的な脱リグニン木材ブロックの簡略図である。図８Ｂは、開示される主題の１つ以上の実施形態による、脱リグニン木材の軸方向および横方向（半径方向）の熱伝導率のグラフである。図８Ｃは、天然木材の軸方向および横方向（半径方向）の熱伝導率のグラフである。図８Ｄは、天然木材の軸方向および横方向（半径方向）の熱伝導率のグラフである。図８Ｅは、開示される主題の１つ以上の実施形態による、圧密脱リグニン木材の軸方向および横方向（半径方向）の熱伝導率のグラフである。
【図９】図９Ａは、天然木材および開示される主題の１つ以上の実施形態による、脱リグニン木材の反射率対波長のグラフである。図９Ｂは、レーザーによる点照明にさらされたときの、天然木材および開示された主題の１つ以上の実施形態による、脱リグニン木材の温度プロファイルのグラフである。図９Ｃは、天然木材および開示される主題の１つ以上の実施形態による、圧密脱リグニン木材の反射率対波長のグラフである。図９Ｄは、天然木材および開示された主題の１つ以上の実施形態による、圧密脱リグニン木材の吸光度対波長のグラフである。
【図１０Ａ】図１０Ａは、開示される主題の１つ以上の実施形態による、構造部品として脱リグニン木材を含む建物の簡略図である。
【図１０Ｂ】図１０Ｂは、開示された主題の１つ以上の実施形態による、１つ以上の脱リグニン木材片を含む構造材料の断面の簡略図である。
【図１１】図１１は、開示される主題の１つ以上の実施形態による、脱リグニン木材を使用する冷却構成の簡略図である。
【図１２】図１２Ａは、開示される主題の１つ以上の実施形態による、圧密脱リグニン木材の赤外線放射率のグラフである。図１２Ｂは、開示された主題の１つ以上の実施形態による、圧密脱リグニン木材の大気透過窓にわたる平均放射率の極分布のグラフである。
【図１３】図１３Ａは、天然木材および開示された主題の１つ以上の実施形態による、圧密脱リグニン木材を使用する受動冷却実験のための試験セットアップの簡略図である。図１３Ｂは、夜間における図１３Ａのセットアップにおける天然木材および圧密脱リグニン木材の温度プロファイルのグラフである。図１３Ｃは、昼間における図１３Ａのセットアップにおける天然木材および圧密脱リグニン木材の温度プロファイルのグラフである。
【図１４】図１４は、開示される主題の１つ以上の実施形態による、脱リグニン木材を含む電子装置の簡略図である。
【図１５】図１５は、開示される主題の１つ以上の実施形態による、図４Ａのものとは異なる異方性熱伝導率および内腔配向を有する脱リグニン木材の簡略図である。
【図１６】図１６は、開示される主題の１つ以上の実施形態による、圧密される、図５Ａのものとは異なる内腔および／またはプレス配向を有する脱リグニン木材の簡略図である。
【図１７Ａ】図１７Ａは、開示される主題の１つ以上の実施形態による、積層構造を形成するための脱リグニン木材片の配置の簡略図である。
【図１７Ｂ】図１７Ｂは、開示される主題の１つ以上の実施形態による、図１７Ａの木片によって形成された積層構造の簡略図である。
【図１７Ｃ】図１７Ｃは、開示される主題の１つ以上の実施形態による、図１７Ｂの構造から形成された多層積層構造の簡略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
詳細な説明
天然木材は、リグニン（２０重量％〜３５重量％）とヘミセルロース（２０重量％〜３０重量％）のマトリックスに埋め込まれたセルロースナノファイバーの複合体である。木材の主成分（４０重量％〜５０重量％）であるセルロースは、ほとんどの金属、複合材料、および多くのセラミックよりも高い比弾性率と比強度を有する。天然木材はまた、木材の成長方向に伸びている道管とフィブリル仮道管内腔（例えば、断面の寸法が２０〜８０μｍの管状チャネル）を含む、複数のチャネルを有するユニークな３次元多孔質構造を有する。天然木材の細胞壁は、主にセルロース、ヘミセルロース、およびリグニンで構成され、３つの成分が絡み合って強固な壁構造を形成している。
【００１６】
開示される主題の実施形態では、天然木材中の実質的にすべてのリグニンが除去されて、脱リグニン木材片を形成する。本明細書で使用するとき、「脱リグニン」または「脱リグニン化」とは、天然木材から実質的にすべてのリグニンを除去することを指し、「実質的にすべてのリグニンを除去する」とは、木材に自然に存在するリグニンの少なくとも９０％が除去されたことを意味する。例えば、リグニンの重量パーセント（重量％）は、天然木材における２０重量％超（例えば、２３．４重量％）から脱リグニン木材における５重量％未満、好ましくは１重量％未満（例えば、０．６重量％以下）まで減少し得る。リグニンの除去と同時に、一部または実質的にすべてのヘミセルロースを除去することもできる。以下の表１は、天然木材（例えば、アメリカのバスウッド）と脱リグニン木材の化学組成と密度の例示的な値を示している。
【００１７】
【表１】
2020534183.tif 000003
【００１８】
脱リグニン木材は、元の天然木材よりも多孔性で剛性が低い。脱リグニン木材はまた、独特の熱特性、特に非常に低い熱伝導率と異方性熱伝導率を示し、これは脱リグニン木材を優れた断熱材として機能させることができる。従来の断熱材は、通常等方性であり、効果的な熱管理を妨げる場合がある。対照的に、脱リグニン木材の熱伝導率の異方性は、軸方向に沿った効率的な熱放散を提供し、裏側に沿った断熱を改善しながら、リグニン材の照射される側の局所的な過熱を防ぐことができる。
【００１９】
さらに、脱リグニン木材は、独特な光学特性を示す。特に、リグニンを除去すると、その木質材料の色が実質的に白色に変わる。脱リグニン木材は、太陽スペクトルに対して放射率が低く（例えば、＜５％）、太陽熱エネルギーを効果的に反射する能力がある。ほとんどがセルロースの独自の構成により、脱リグニン木材は、赤外線領域、特に電磁エネルギーが歪みまたは吸収なしに伝播できる、大気透過窓内（つまり、８μｍ〜１３μｍ）でより高い放射率を示すことができる。その結果、脱リグニン木材は、大気窓を介して空間に熱エネルギーを放射して、受動冷却（または、熱伝達を行う追加要素と組み合わせた場合は、能動冷却）を提供できる。
【００２０】
脱リグニン木質材料は、整列したセルロースナノフィブリル間の効果的な結合によって、軽量でありながら強力である。しかしながら、いくつかの用途では、実質的により高い強度および／または改善された熱伝導率を有することが望ましい場合がある。例えば、受動冷却用途では、木材を介してより多くの熱伝達を行うことが望ましい場合がある。したがって、実施形態では、脱リグニン木材を圧密化して、機械的特性および熱伝導性を改善することができる。本明細書で使用される「圧密化」とは、内腔がほとんどまたは完全に崩壊する（例えば、木材の厚さが〜約８０％まで減少するように）、木材の内腔の延びる方向（すなわち、木材の成長方向）と交差する方向に脱リグニン木材をプレスすることを指す。
【００２１】
上記のように、脱リグニン化プロセスでは、天然木材の細胞壁から実質的にすべてのリグニンとヘミセルロースの少なくとも一部が除去され、多数のセルロースナノファイバーが整列した全セルロース微細構造になる。次に、圧密化によって、脱リグニン木材のマイクロチャネルのほとんどが崩壊し、整列したセルロースナノファイバーの密に絡み合った層が密集した積層構造になる。ナノファイバー間の水素結合による階層的に整列および積層した微細構造は、圧密脱リグニン木質材料の引張強度および靭性を大幅に改善する。脱リグニン化プロセスによって付与されるナノポアと超高白色度は、コンパクトな積層構造にもかかわらず、優れた断熱特性を提供するが、元の脱リグニン木材よりも高い熱伝導率を提供する。以下の表２は、天然木材（例えば、アメリカのバスウッド）、脱リグニン木材、および圧密脱リグニン木材によって提供される様々な特性の例示的な値を示している。
【００２２】
【表２】
2020534183.tif 000004
【００２３】
用途によっては、強度と断熱特性のバランスをとることが望ましい場合がある。例えば、構造または建築用途で断熱を提供するために、脱リグニン化の直後に構造の低い熱伝導率を保持しながら、圧密化プロセスからの強度を改善することが望ましい場合がある。したがって、実施形態では、脱リグニン木材は、機械的特性および熱伝導率を改善するために部分的に圧密化することができる。本明細書で使用する場合、「部分的圧密化」とは、内腔が部分的にのみ崩壊するように（例えば、木材の厚さが５０％以下減少するように）、木材の内腔の延びる方向（すなわち、木材の成長方向）と交差する方向に脱リグニン木材をプレスすることを指す。したがって、部分圧密脱リグニン木質材料は、断熱および機械的強度の特徴の組合せを提供することができる。
【００２４】
したがって、実施形態では、脱リグニン木材の熱的および機械的特性は、圧密化中のプレス量を、全くプレスしない（厚さ０％の減少、したがってより高い多孔度）から完全なプレス（全てのチャネルが完全に崩壊しているため、多孔度が低く、厚さが約８０％以上減少）まで変化させることによって、特定の用途に合わせることができる。例えば、プレスされていない脱リグニン木材は、その木質材料が他のより高い強度の要素間で支持される場合など、最小限の強度要件の高断熱用途に適している場合がある。例えば、圧密脱リグニン木材は、その木質材料が屋根、壁、またはサイディングなどの建築構造物の一部を形成する受動冷却用途に適している場合がある。例えば、部分圧密脱リグニン木材は、その木質材料が、屋根、壁、またはサイディングなどの建築構造の一部を直接形成する場合など、より高い強度要件の断熱用途に適している場合がある。
【００２５】
さらに、ハイブリッド構造を形成するために、プレスする前またはプレスした後に、脱リグニン木材に追加の材料を加えることができる。追加される材料は、例えば、疎水性または耐火性を提供することによって、天然木材では他に利用できない機能を追加することができ、一方で、脱リグニン木材、圧密脱リグニン木材、または部分圧密脱リグニン木材によって提供される改善された熱および／または機械的性能を享受する。したがって、開示された主題の実施形態は、多種多様な用途に適合させることができる。
【００２６】
最初に図１を参照すると、脱リグニン木材を形成および使用するための一般化されたプロセス１００が示されている。プロセス１００は、特定の用途が脱リグニン木材に対して選択される１０２で開始することができる。上記のように、最終的な木質材料の熱的および機械的特性は、所望の用途に基づいて調整することができ、したがって、製造方法は、木質材料の最終的な用途に依存する。
【００２７】
プロセス１００は、１０４に進むことができ、ここで、例えば、既存の木（または他の植物）または天然木材のブロックから切断することによって、天然木材片が供給される。例えば、図２Ａは、長方形に切断された天然木材片２００を示し、例えば、円筒形または中空円筒形などの他の出発形状も可能である。天然木材２００は、木の成長方向２０６に沿って延びる内腔２０２を有する独特な三次元構造を示す。内腔２０２は、細胞壁２０４によって境界付けられている。
【００２８】
図２Ｂに示すように、木材細胞壁２０４内の３つの主要成分、すなわち、準結晶セルロースミクロフィブリル凝集体または束２０８、アモルファスヘテロ多糖ヘミセルロース２１０およびポリフェノールプロパン系分岐リグニン２１２は、互いに絡み合って、光合成で水、イオン、栄養素を根から葉に輸送する強力で機能的な管構造を形成する。図２Ｃ〜２Ｅは、天然木材２００の形態および微細構造を示す走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像である。
【００２９】
天然木材は、例えば、バスウッド、オーク、ポプラ、アッシュ、ハンノキ、アスペン、バルサ材、ブナ、バーチ、チェリー、バターナット、栗、ココボロ、ニレ、ヒッコリー、メープル、オーク、パダウ、プラム、クルミ、ヤナギ、黄色のポプラ、ハゲサイプレス、スギ、ヒノキ、ダグラスファー、モミ、ヘムロック、カラマツ、パイン、レッドウッド、スプルース、タマラック、ジュニパー、イチイなど、任意のタイプの広葉樹または針葉樹であることができる。いくつかの実施形態では、天然木材は、竹など、木以外の天然に存在する繊維性植物であり得る。
【００３０】
切断１０４の後、プロセス１００は１０６に進み、そこで天然木材片２００は、それから実質的にすべてのリグニンを除去するために、化学溶液での処理にかけられ得る。化学溶液としては、パルプ化またはパルプ漂白で使用される化学物質が挙げられ、ＮａＯＨ、ＮａＯＨ／Ｎａ２Ｓ、ＮａＨＳＯ３＋ＳＯ２＋Ｈ２Ｏ、ＮａＨＳＯ３、ＮａＨＳＯ３＋Ｎａ２ＳＯ３、ＮａＯＨ＋Ｎａ２ＳＯ３、Ｎａ２ＳＯ３、ＮａＯＨ＋ＡＱ、ＮａＯＨ／Ｎａ２Ｓ＋ＡＱ、ＮａＨＳＯ３＋ＳＯ２＋Ｈ２Ｏ＋ＡＱ、ＮａＯＨ＋Ｎａ２ＳＯ３＋ＡＱ、ＮａＨＳＯ３＋ＡＱ、ＮａＨＳＯ３＋Ｎａ２ＳＯ３＋ＡＱ、Ｎａ２ＳＯ３＋ＡＱ、ＮａＯＨ＋Ｎａ２Ｓ＋Ｎａ２Ｓｎ、Ｎａ２ＳＯ３＋ＮａＯＨ＋ＣＨ３ＯＨ＋ＡＱ、ＣＨ３ＯＨ、Ｃ２Ｈ５ＯＨ、Ｃ２Ｈ５ＯＨ＋ＮａＯＨ、Ｃ４Ｈ９ＯＨ、ＨＣＯＯＨ、ＣＨ３ＣＯＯＨ、ＣＨ３ＯＨ＋ＨＣＯＯＨ、Ｃ４Ｈ８Ｏ２、ＮＨ３．Ｈ２Ｏ、ｐ−ＴｓＯＨ、Ｈ２Ｏ２、ＮａＣｌＯ、ＮａＣｌＯ２＋酢酸、ＣｌＯ２、およびＣｌ２の少なくとも１つを含めることができ、ｎは整数で、ＡＱはアントラキノンである。
【００３１】
処理１０６は、化学溶液が天然木材の細胞壁および内腔に完全に浸透するのを促進するように、真空下で実行することができる。いくつかの実施形態では、処理１０６は、単一ステップの化学処理、例えば、単一の化学物質または化学物質の混合物への単一の曝露（例えば、Ｈ２Ｏ２の浴）であり得る。あるいは、処理１０６は、多段階化学処理、例えば、第１の化学物質または混合物への最初の曝露（例えば、ＮａＯＨおよびＮａ２ＳＯ３の浴）、その後の第２の化学物質または混合物（例えば、Ｈ２Ｏ２の浴）であってもよい。
【００３２】
脱リグニン化１０６の結果として、黄色を帯びていた天然木材は完全に白くなり、例えば１００％から５７％までの重量パーセントの変化を示す。特に、その処理は、元の天然木材にそれまで含まれていた少なくとも９０％（重量パーセント）のリグニンを除去する一方で、天然木材のセルロース系微細構造を実質的に保持するようなものであり得る。例えば、処理後の木材は、５重量％未満、好ましくは１重量％未満、例えば０．６重量％のリグニンを有し得る。図３Ａ〜３Ｂに概略的に示すように、脱リグニン木材は、非整列リグニンの除去および／または湿式処理状態での自己整列によって、多孔度が増加し、ナノフィブリル配列が向上した細胞壁微細構造３０４を有する。
【００３３】
１０６の処理によって十分なリグニンが除去されると、プロセス１００は、処理された木材片を任意にすすぐことへ進むことができる。すすぎは、例えば、エタノールおよび／または脱イオン（ＤＩ）水などの溶媒に、処理された木材片を浸すことを含むことができる。いくつかの実施形態では、溶媒は、沸騰などの高温であり得る。すすぎは、処理された木材片内の化学溶液の残りおよび／または処理によって取り除かれた木材の構成要素を除去するのに効果的であり得る。
【００３４】
すすぎ１０８の後（またはすすぎがない場合の処理１０６の終了後）、プロセス１００は１１０に進み、そこで脱リグニン木材は乾燥ステップにかけられる。乾燥は木材の最終用途に依存する場合がある。例えば、特定の断熱用途のためにプレスせずに脱リグニン木材を使用する場合、その木材は、凍結乾燥または臨界点乾燥などによって、ナノポーラスでオープンな内腔構造を維持する乾燥プロセスにかけることができる。あるいは、脱リグニンをプレス後に使用する場合、その木材を風乾することができる。
【００３５】
乾燥１１０の後、プロセス１００は１１２に進むことができ、そこで圧密化または部分圧密化のためのプレスが望まれるかどうかが決定される。プレスを望まない場合、プロセスは任意の更なる改質１１４（下に記載）に進むか、特定の用途で使用するために準備１１６できる。したがって、最終的な脱リグニン木材材料３００は、図３Ａ〜３Ｂに示すように、セルロースナノファイバーが内腔２０２の延伸方向２０６に沿って整列した多孔質構造を有することができる。
【００３６】
図３Ｃ〜３Ｉは、凍結乾燥後の例示的な脱リグニン木質材料３００の様々なＳＥＭ画像を示す。天然木材２００の木材細胞壁は、最初は一次および二次細胞壁で構成され、後者はさらに３つの層に分けられる。図２Ｅに示すように、細胞は中央のラメラによって互いに結合されている。細胞壁層の中で、二次細胞壁の中間層は最も厚く、長さ軸２０６に沿った小さな角度差内で整列した平行セルロースナノフィブリル凝集体で構成される。この中間層のフィブリル角（ＦＡ）は、〜１０から１５°変化し、細胞壁の整列を画定するのに役立ち得る。木材内のフィブリルの自然な整列によって、細胞壁３０４を構成する個々のセルロースナノフィブリルが詰め込まれ、互いに平行に整列し、脱リグニン木材の階層的な整列につながる。各フィブリル凝集体は、高アスペクト比（つまり、直径が〜３０ｎｍ、長さが＞１μｍ）の整列した結晶セルロースナノフィブリルで構成され、それらは結晶順序でグルカン鎖が詰め込まれ、分子間水素結合とファンデルワールス力によって一緒に固定されている。
【００３７】
脱リグニン化後、細胞壁層中のセルロースナノフィブリル凝集体は、図３Ｅ〜３Ｇに示すように、フィブリル断面で直接観察することができる。フィブリル壁３０４は、リグニンリッチな中層ラメラの主要部分と、一次および二次壁細胞壁内のリグニンの除去によって、互いに分離されている。リグニンおよびヘミセルロースの除去は、フィブリル凝集体を互いに分離するだけでなく、脱リグニン化フィブリルがフィブリル壁の崩壊を回避するように注意深く乾燥されるという条件で、フィブリル壁構造３０４の多孔性を増大させる。したがって、天然木材の三次元（３Ｄ）微孔性構造は十分に保存され得るが、図３Ｈ〜３Ｉに示すように、リグニンおよびヘミセルロース成分の除去によって、より多孔性の細胞壁を有する。
【００３８】
図１に戻ると、１１２でプレスが望まれる場合、プロセス１００は任意に１１８に進むことができ、そこで脱リグニン木材はプレス前に加湿される。加湿は、プレス中に脱リグニン木材が壊れるのを助けることがある。例えば、加湿は、脱リグニン木材を長期間（例えば、１２時間などの０．５〜２４時間）にわたって高い相対湿度（例えば、９０％の相対湿度）にかけることを含むことができる。いくつかの実施形態では、加湿ステップは、例えば、最小限のプレスのみが望まれる場合、またはそうでなければ脱リグニン木材が乾燥プロセス１１０後に十分な水分を保持する場合、省略され得る。
【００３９】
加湿１１８の後、プロセス１００は任意に１２０に進むことができ、そこで脱リグニン木材はプレプレス改質にかけられる。例えば、任意の改質１２０は、脱リグニン木材の表面上に非天然粒子を形成または堆積させることを含み得る。そのような表面は、内表面、例えば、内腔を裏打ちする細胞壁、ならびに脱リグニン木材の外表面を含み得る。脱リグニン木材の表面に組み込まれた非天然粒子は、疎水性、耐候性、耐腐食性（例えば、耐塩水性）、および／または他の特性の中でも難燃性などの所定の有利な特性を有する究極の圧密木材を吹き込むことができる。例えば、一実施形態では、疎水性ナノ粒子（例えば、ＳｉＯ２ナノ粒子）を、脱リグニン木材の表面上に形成することができる。
【００４０】
代替的または追加的に、任意の改質１２０は、脱リグニン木材にポリマーを加えること、または有利な特性を得るために化学処理された木材の表面を改質するさらなる化学処理を実行することを含み得る。例えば、疎水性を提供するための１２０のさらなる化学処理としては、エポキシ樹脂、シリコーンオイル、ポリウレタン、パラフィンエマルション、無水酢酸、オクタデシルトリクロロシラン（ＯＴＳ）、１Ｈ，１Ｈ，２Ｈ，２Ｈ−パーフルオロデシルトリエトキシシラン、フッ素樹脂、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）、メタクリロキシメチルトリメチルシラン（ＭＳｉ）、多面体オリゴマーシルセスキオキサン（ＰＯＳＳ）、カリウムメチルシリケート（ＰＭＳ）、ドデシル（トリメトキシ）シラン（ＤＴＭＳ）、ヘキサメチルジシロキサン、ジメチルジエトキシシラン、テトラエトキシシラン、メチルトリクロロシラン、エチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、トリメチルクロロシラン、フェニルトリメトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン、プロピルトリメトキシシラン、ポリメチルメタクリレート、ポリジアリルジメチルアンモニウムクロリド（ｐｏｌｙＤＡＤＭＡＣ）、３−（トリメトキシシリル）プロピルメタクリレート（ＭＰＳ）、疎水性ステアリン酸、両親媒性フッ素化トリブロックアジドコポリマー、ポリフッ化ビニリデンおよびフッ化シラン、ｎ−ドデシルトリメトキシシラン、ラウリル硫酸ナトリウムの少なくとも１つを含むことができる。
【００４１】
例示的な実施形態では、プレプレス改質１２０は、脱リグニン木材に疎水性コーティングを塗布することを含む。例えば、脱リグニン木材は、プレスする前に、２％の１Ｈ，１Ｈ，２Ｈ，２Ｈ−パーフルオロオクチルトリエトキシシラン／エタノール溶液に２４時間浸漬できる。フルオロシラン基は木材のチャネルに化学的に結合されるため、安定した表面改質を提供し、木材への水分と水の影響を制限する。コーティング法とは異なり、その溶液はメソポーラス木材構造に浸透し、セルロースの親水性−ＯＨ基を疎水性官能基（すなわち、ペルフルオロ炭化水素鎖）に変換する。フルオロシラン処理は疎水性を導入し、最終的な圧密脱リグニン木材が、少なくとも９０°の静的接触角または１０°未満の動的接触角を示すようになる。いくつかの実施形態では、最終的な木質材料は、フルオロシラン処理の結果として超疎水性（すなわち、１５０°以上の静的水接触角を有する）を示し得る。
【００４２】
代替的または追加的に、プレプレス改質１２０は、耐候性または耐食性を付与するために、銅酸（ＣＤＤＣ）、第四級アンモニア銅（ＡＣＱ）、クロム酸ヒ酸銅（ＣＣＡ）、アンモニア性ヒ酸銅亜鉛（ＡＣＺＡ）、ナフテン酸銅、酸性クロム酸銅、クエン酸銅、銅アゾール、８−ヒドロキシキノリン酸銅、ペンタクロロフェノール、ナフテン酸亜鉛、ナフテン酸銅、クレオソート、二酸化チタン、プロピコナゾール、テブコナゾール、シプロコナゾール、ホウ酸、ホウ砂、有機ヨウ化物（ＩＰＢＣ）、およびＮａ２Ｂ８Ｏ１３・４Ｈ２Ｏの少なくとも１つを含むことができる。
【００４３】
改質１２０は加湿１１８の後に行うように示しているが、１つ以上の企図される実施形態によれば、改質１２０を加湿１１８の前または同時に行うことも可能である。次に、プロセス１００は１２２に進むことができ、そこで、内腔が延在する方向と交差する方向に、脱リグニン木材がプレスされる。例えば、プレス１２２は、内腔が延在する方向に対して実質的に垂直な方向であってもよく、またはプレス１２２は、別の角度であってもよいが、内腔が延在する方向に対して垂直な力成分を有し得る。プレス１２２は、木材の厚さを減少させることができ、それによってその密度を増加させるとともに、木材の断面内の任意のボイドまたはギャップを除去する。例えば、プレス１２２は、０．５ＭＰａと１０ＭＰａの間、例えば５ＭＰａの圧力とすることができる。いくつかの実施形態では、プレスは室温（すなわち、コールドプレス）で実施されてもよく、他の実施形態では、プレスは、高温（すなわち、ホットプレス）で実施されてもよい。例えば、プレスは、２０℃〜１２０℃、例えば、６０〜８０℃の温度で行われ得る。
【００４４】
プレス１２２の間、水素結合は、脱リグニン木材の細胞壁の残りのセルロース系ナノファイバー間に形成することができ、それによって木材の機械的特性を改善する。さらに、改質１２０の間に木材の表面上または木材内に形成された粒子または材料は、プレス後に保持でき、内面の粒子／材料は、崩壊した内腔および絡み合った細胞壁内に埋め込まれる。プレス１２２は、望ましい水素結合が形成されることを可能にする期間にわたって実行することができる。例えば、温度、相対湿度、木材のタイプなどの要素に応じて、脱リグニン木材は少なくとも５分間圧力下に保持でき、他の時間も可能である。例えば、脱リグニン木材は、少なくとも１時間、少なくとも１２時間、少なくとも２４時間、または少なくとも４８時間、圧力下に保持され得る。プレスは、例えば１０ｎｍ以下（算術平均表面粗さ）の比較的低い表面粗さをもたらすことができる。
【００４５】
図５Ａは、方向２０６に沿って延びる内腔２０２と、方向２０６に沿って整列したセルロース系ナノファイバーからなる壁３０４とを有する脱リグニンウッドブロック３００を示す。ブロック３００は、延在方向２０６と交差する方向にプレス５０２にかけることができ、それによって、図５Ｂ〜５Ｃの圧密脱リグニン木材構造３１０が得られる。プレスの結果として、３１２で示されるように、内腔３０２は完全に崩壊することができ、細胞壁３０４は絡み合うことができる。プレスは、プレス後のブロック３１０の厚さＷ２が、ブロック３００のＷ１と比較して０％〜１００％で減少するようなものであり得る。例えば、厚さＷ２は、ブロック３００のＷ１と比較して、５０％、７５％、または８０％を超えて低減し得る。
【００４６】
図５Ｃ〜５ＦのＳＥＭ画像は、例示的な圧密脱リグニン木質材料の形態および微細構造を示す。図５Ｄ〜５Ｅから明らかなように、圧密化時に天然木材のチャネル間のスペースが完全に消えたが、堅く積み重ねられた積層された層は、木の成長方向（すなわち２０６またはＬ）に沿って見られる。図５Ｆのより高い拡大で、高度に整列したセルロースナノファイバーを観察でき、これは、圧密化がセルロースナノファイバーの整列に損傷を与えないことを示唆している。
【００４７】
上記のように、プレスは、内腔を部分的にのみ崩壊する（すなわち、部分的圧密化）ように設計されて、熱的および機械的特性の所望の組合せを提供することができる。したがって、図１の１２４で、１０２で選択した用途に基づいて十分なプレスが行われたかどうかが決定される。より薄い厚さが望まれる場合、プロセスは１２２に戻り、所望の厚さ（および対応する圧密化）が達成されるまでプレスを続けることができる。所望の厚さが達成されると、プロセスは、１２４を介して任意の改質１１４に進むことができる。
【００４８】
脱リグニン１０６および／または圧密化１２２は、様々な製造設備で達成することができる。次に図６Ａを参照すると、天然木材６０２から圧密脱リグニン木質材料を形成するための例示的な製造プロセスが示されている。天然木材６０２は、シート、スティック、ストリップ、バー、ブロック、膜、フィルム、または他の任意の形状の木材であってよい。天然木材６０２内の内腔は、木材成長方向６０６に沿って延びることができる。製造プロセスの最初のステップ６００は、例えば、プロセス１００の１０６に関して上述したように、化学溶液６０４内に天然木材６０２を浸漬して、木材６０２から実質的にすべてのリグニンを除去する。化学溶液６０４、およびその中に浸漬された木材６０２は、ハウジング６０８内に含まれ得る。いくつかの実施形態では、ハウジング６０８は、真空ハウジングであり得、浸漬の間、溶液６０４および木材６０２を真空下に維持することができる。あるいは、またはさらに、ハウジング６０８またはその中の別の構成要素は、溶液６０４を室温より高い温度に加熱することができる。例えば、溶液６０４は、化学処理６００中に沸騰するまで加熱されてもよい。
【００４９】
処理６００の後、脱リグニン木材６１６は、例えば、プロセス１００の１２２に関して上述したように、延在方向６０６に実質的に垂直または少なくとも交差する方向にプレスするために、ハウジング６０８から圧縮ステーション６１０に運ばれ得る。例えば、圧縮ステーション６１０は、上部プラテン６１４および下部プラテン６１８を含むことができる。プラテン６１４、６１８の間の相対的な動きは、脱リグニン木材６１６の所望の圧縮をもたらし、圧密脱リグニン木材を製造する。例えば、上部プラテン６１４は、下部プラテン６１８に向かって移動することができ、圧縮力６１２を木材６１６に与えるために、下部プラテンは静止したままであり、その上に木材６１６を支持する。あるいは、両方のプラテン６１４および６１８は、互いに向かって移動して圧縮力６１２を付与することができる。
【００５０】
いくつかの実施形態では、圧縮中に、木材６１６の温度を室温より高くするように、一方または両方のプラテン６１４、６１８を加熱することができる。あるいはまたはさらに、プラテン６１４、６１８は加熱されなくてもよいが、別個の加熱機構が提供されてもよく、または木材６１６の温度を上げるために圧縮ステーションを含む環境が加熱されてもよい。
【００５１】
図６Ｂを参照すると、天然木材６３２から圧密脱リグニン木質材料を形成するための別の例示的な製造プロセスが示されている。天然木材６３２は、丸太または円筒形の棒の形態であり得、内腔は、ページに対して垂直な方向に延在する。第１のステップ６２０は、例えば回転旋盤６３４を使用して天然木材６３２を切断して、その後の処理のために天然木材の薄い連続層６３６を分離することであり得る。天然木材層６３６は、製造プロセスの次のステップ６３０（例えば、プロセス１００の１０６に関して上述したように、例えば、木材６３６を化学溶液６０４内に浸漬して、木材層の実質的にすべてのリグニン６３６を除去する）のためにハウジング６３８に搬送することができる。
【００５２】
ハウジング６０８と同様に、ハウジング６３８は、浸漬中に真空および／または熱を加えるように構成されてもよい。いくつかの実施形態では、ハウジング６３８の寸法、および天然木材６３２からハウジング６３８を通る層６３６の運搬の速度は、化学処理のための所望の浸漬時間に対応し得る。したがって、層６３６の一部がハウジング６３８に入るときからそれが圧縮ステーション６４０のためにハウジング６３８を出るときまでの時間は、実質的に完全なリグニン除去に必要な浸漬時間に対応するであろう。
【００５３】
処理６３０の後、脱リグニン木材６４８は、例えば、プロセス１００の１２２に関して上述したように、延在方向に実質的に垂直な方向に、または少なくとも交差する方向にプレスするために、ハウジング６３８から圧縮ステーション６４０に運ばれ得る。例えば、圧縮ステーション６４０は、互いに一定の距離を保つことができる上部ローラー６４４および下部ローラー６４６を含むことができる。その一定の距離は、化学的に処理された木材６４８の厚さよりも小さく、それにより、圧密木材をもたらす押圧力６４２を加えることができる。
【００５４】
いくつかの実施形態では、圧縮中に、木材６４８の温度を室温より高くするように、一方または両方のローラー６４４、６４６を加熱することができる。あるいはまたはさらに、ローラー６４４、６４６は加熱されなくてもよいが、別個の加熱機構が提供されてもよく、または木材６４８の温度を上げるために、圧縮ステーション６４０を含む環境が加熱されてもよい。
【００５５】
図６Ｂには、２つのローラー６４４、６４６のみが示されているが、シート６４８の搬送方向に沿って複数のローラーが直列に配置されてもよい。所望の累積圧縮時間（例えば、数分または数時間程度）を提供するために、シート６４８は、隣接するローラー間を搬送される間、圧力下に維持することができる。あるいは、またはさらに、ローラー６４４、６４６の寸法およびシート６４８の搬送速度は、所望の圧縮時間に対応し得る。したがって、シート６４８が最初に圧縮されてから、それが圧縮ステーション６４０を出るまでの時間は、圧密脱リグニン木材６５０が所望のプレス時間に対応するであろう。もちろん、例えば、化学処理６３８の前または後にシート６３６を切断することによって、圧縮ステーション６４０を化学処理６３８から切り離すことも可能である。このような構成では、圧縮ステーションは、図６Ｂに示すようなローラーの形態をとることができ、または図６Ａに示すような平坦なプラテンの形態をとることができる。
【００５６】
図６Ｃを参照すると、天然木材６６２から圧密脱リグニン木質材料を形成するための例示的な製造プロセスが示されている。天然木材６６２は、木の成長方向６６４に沿って延びる内腔を有する中空円筒の形態であってもよい。製造プロセスの第１のステップ６６０は、例えば、プロセス１００の１０６に関して説明したように、天然木材６６２を化学溶液６０４内に浸漬して、木材６６２から実質的にすべてのリグニンを除去することができる。化学溶液６０４、およびその中に浸漬される木材６６２は、図６Ａのハウジング６０８と同様に、浸漬中に真空および／または熱を加えるように構成され得るハウジング６６６内に含まれ得る。
【００５７】
処理６６０の後、脱リグニン木材シリンダー６６８は、延長方向６６４（図６Ｃの６７０におけるページの平面に垂直である）に実質的に垂直な方向に、または少なくとも交差する方向にプレスするために、ハウジング６６６から圧縮ステーション６７０に運ばれ得る。例えば、圧縮ステーション６７０は、シリンダー６６８の外側に配置された上部ローラー６７２と、シリンダー６６８の内側に配置された下部ローラー６７４とを含むことができる。ローラー６７２、６７４は、シリンダー６６８の壁がそこを通過するとき、互いから一定の距離を保つことができる。その一定の距離は、化学的に処理された木材６６８の壁の厚さより小さくてもよく、それにより、圧密木材の中空円筒をもたらす押圧力６７６を加える。
【００５８】
いくつかの実施形態では、圧縮中に、木材６６８の温度を室温より高くするように、一方または両方のローラー６７２、６７４を加熱することができる。代替的または追加的に、ローラー６７２、６７４は加熱されなくてもよいが、別個の加熱機構が提供されてもよく、または木材６６８の温度を上げるために圧縮ステーション６７０を含む環境が加熱されてもよい。
【００５９】
図６Ｃには、２つのローラー６７２、６７４のみが示されているが、複数のローラーがシリンダー６６８の周囲に直列に配置されてもよい。シリンダー６６８の壁は、所望の累積圧縮時間（例えば、数分または数時間程度）を提供するために、それが隣接するローラー間で搬送される間、圧力下に維持することができる。あるいは、またはさらに、ローラー６７２、６７４の寸法およびシリンダー６６８の回転速度は、所望の圧縮時間に対応し得る。
【００６０】
図６Ｄを参照すると、天然木材６８２から圧密脱リグニン木質材料を形成するための例示的な製造プロセスが示されている。天然木材６８２は、内腔が木の成長方向６８４に沿って延びる中実円筒の形態であってもよい。製造プロセスの第１のステップ６８０は、例えば、プロセス１００の１０６に関して説明したように、天然木材６８２を化学溶液６０４内に浸漬して、実質的にすべてのリグニンを木材６８２から除去することができる。化学溶液６０４およびその中に浸漬された木材６８２は、図６Ａのハウジング６０８と同様に、浸漬中に真空および／または熱を加えるように構成され得るハウジング６６６内に含まれ得る。
【００６１】
処理６８０の後、脱リグニン木材シリンダー６８５は、延在方向６８４（図６Ｄにおける６９０のページの平面に垂直である）に実質的に垂直な方向に、または少なくとも交差する方向にプレスするために、ハウジング６６６から圧縮ステーション６９０に運ばれ得る。例えば、圧縮ステーション６９０は、シリンダー６８５の外側に配置された単一のローラー６８８を含むことができ、シリンダー６８５は、支持され、その中心軸の周りに回転可能である。ローラー６８８は、それが回転するときにシリンダー６８５の壁をプレスする一定の距離を保持することができ、それにより、圧密脱リグニン木材の中実シリンダーをもたらす押圧力６９２を加える。
【００６２】
いくつかの実施形態では、圧縮中に、木材６８５の温度を室温より高くするようにローラー６８８を加熱することができる。あるいはまたはさらに、ローラー６８８は加熱されなくてもよいが、別個の加熱機構が提供されてもよく、または木材８８６の温度を上げるために圧縮ステーション６９０を含む環境が加熱されてもよい。
【００６３】
図６Ｄには単一のローラー６８８のみが示されているが、複数のローラーをシリンダー６８５の周囲に直列に配置することができる。所望の累積圧縮時間（例えば、数分または数時間）を提供するために、シリンダー６８５は、隣接するローラー間で搬送される間、圧力下に維持することができる。あるいは、またはさらに、ローラー６８８の寸法およびシリンダー６８５の回転速度は、所望の圧縮時間に対応し得る。さらに別の代替例では、シリンダー６８６は、ローラー６８８を備えた圧縮ステーション６９０の代わりに、図６Ｅに示すように、圧縮ステーション６９５の圧縮ベルト６９４によってプレスされてもよい。このような構成では、シリンダー６８６は、回転するのではなく静止したままであり得る。
【００６４】
図６Ａ〜６Ｅは、単一の化学処理ステップを示したが、いくつかの実施形態では、複数の化学処理が適用され、脱リグニンを達成する。脱リグニン化が多段階化学プロセスを含む実施形態では、ハウジング６０８内の溶液６０４は、木材６０２をその中に維持しながら、後続の処理溶液と交換することができ、または木材６０２は、異なるハウジング（図示せず）に、またはシーケンスの次の処理溶液を含むハウジング６０８の異なる部分に移動することができる。
【００６５】
特定の木材の形状および製造技術を図６Ａ〜６Ｅに示したが、１つ以上の企図される実施形態によれば、他の形状（中実または中空）および製造技術も可能である。したがって、木材の形状および製造技術は、具体的に示されたものに限定されない。さらに、すすぎステーション、乾燥ステーション、加湿ステーション、ならびにプレプレス改質およびポストプレス改質は、具体的には示していないが、図６Ａ〜６Ｅの技法は、開示された主題の１つ以上の実施形態に従って、すすぎ、乾燥、加湿、プレプレス改質および／またはポストプレス改質を含むように容易に適合させることができる。
【００６６】
図１に戻ると、プレス１２２の後、または１１２で圧密化が必要でない場合、プロセス１００は任意に１１４に進み、そこで更なる改質を実行することができる。例えば、任意の改質１１４は、脱リグニン木材の外面上にコーティング（例えば、非天然粒子の）を形成または堆積することを含み得る。コーティングは、所定の有利な特性、例えば、疎水性、耐候性、耐食性（例えば、耐塩水性）、色、および／または他の特性の中でも難燃性などを、脱リグニン木材に染み込ませることができる。例えば、コーティングは、油性ペイント、疎水性ペイント、ポリマーコーティング、または耐火性コーティングを含むことができる。
【００６７】
代替的または追加的に、改質１１４のコーティングは、窒化ホウ素（ＢＮ）、モンモリロナイトクレイ、ハイドロタルサイト、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、ケイ酸ナトリウム、炭酸カルシウム（ＣａＣＯ３）、水酸化アルミニウム（Ａｌ（ＯＨ）３）、水酸化マグネシウム（Ｍｇ（ＯＨ）２）、炭酸マグネシウム（ＭｇＣＯ３）、硫酸アルミニウム、硫酸鉄、ホウ酸亜鉛、ホウ酸、ホウ砂、リン酸トリフェニル（ＴＰＰ）、メラミン、ポリウレタン、ポリリン酸アンモニウム、リン酸、亜リン酸エステル、アンモニウムリン酸、硫酸アンモニウム、ホスホン酸、リン酸二アンモニウム（ＤＡＰ）、リン酸二水素アンモニウム、リン酸一アンモニウム（ＭＡＰ）、リン酸グアニル尿素（ＧＵＰ）、リン酸二水素グアニジン、五酸化アンチモンの少なくとも１つを含むことができる。一実施形態では、ナノ粒子（例えば、ＢＮナノ粒子）の耐火性コーティングを、圧密木材の外面上に形成することができる。あるいは、またはさらに、更なる改質１１４は、そうでなければ白色の脱リグニン木材を染色することを含み得る。例えば、染料はメチレンブルーであり得る。
【００６８】
任意の改質１１４の後、プロセス１００は、任意に１１６に進むことができ、そこで、例えば、脱リグニン木材は、脱リグニン木材の構造または形状を変えるために機械加工または処理することによって、最終的な使用のために調製することができる。機械加工プロセスには、例えば、切断（例えば、のこ引き）、穴あけ、ウッドターニング、タッピング、ボーリング、カービング、ルーティング、サンディング、研削、研磨タンブリングが含まれる。処理プロセスは、例えば、曲げ、成形、および他の成形技術を含むことができる。
【００６９】
任意の１１６の機械加工または処理の後、脱リグニン木材は特定の用途で使用できる。熱的、光学的、および機械的特性の独自の組み合わせにより、脱リグニン木材は、様々な構造や使用に用途を見出すことができる。例えば、脱リグニン木材は次の用途に使用できる。
・外部要素（例えば、ボディパネル、ドアパネル、ルーフ、バンパー、フローリング、ルーフ、トリム、マストなど）、内部構造要素（例えば、シャーシ、フレームレール、クロスビーム、胴体フレーム、翼フレームなど）、または自動車、トラック、オートバイ、列車、航空機、船舶、宇宙船、船またはその他の輸送、車両、または輸送の内部コンポーネント（例えば、ドアパネル、ライナー、ハンドル、手すり、床、座席、トリム、収納棚または棚など）；
・外部要素（例えば、外壁、サイディング、屋根、シャッターなど）、内部構造要素（例えば、フレーム、スタッド、ウォールプレート、まぐさ、クロスビーム、耐力ビーム、床下など）、または住宅、オフィス、納屋の工場、倉庫、塔、またはその他の建物もしくは構造の内部要素（例えば、ドア、ドアフレーム、窓フレーム、額縁、壁、床、羽目板、天井、トリム、階段、手すりなど）；
・デッキ、オーニング、ドック、パティオ、ブリッジ、ポール、観覧席、またはプラットフォームの構造要素；
・家具（例えば、椅子、ベンチ、デスク、テーブル、キャビネット、ワードローブ、カウンターなど）もしくはその内部構造要素（例えば、ソファまたは椅子のフレーム、ベッドフレームなど）、または家庭用アクセントまたは装飾；
・楽器（例えば、ピアノ、ギター、バイオリン、ハープ、ジター、ドラムなど）、スポーツ用品（例えば、ゴルフクラブ、卓球台とパドル、バスケットボールバックボード、ゴールまたはゴールポスト、野球のバットなど）、ツール（ハンマーハンドル、ほうきハンドル、ノコギリなど）；または
・保護要素（例えば、コンピュータケース、携帯電話ケース、爆風シールド、保護ベストなど）、エンクロージャ、コンテナ、ボックス、輸送用クレート、パッケージ、またはハウジング。
【００７０】
上記のリストは完全なものではない。１つ以上の意図された実施形態によれば、具体的にリストされたものを超える脱リグニン木材の使用も可能である。実際、当業者は、脱リグニン木材が、本開示の教示に基づいて他の用途に適合され得ることを容易に理解するであろう。
【００７１】
上記のように、脱リグニン木材は、断熱用途に有利に使用できる異方性熱特性を示す可能性がある。例えば、図４Ａは、例示的な脱リグニン木材ブロック４００を示し、ここで、木材は、上面４０２および底面４０４が、木材内腔の延在方向２０６に実質的に平行である（すなわち、木の成長方向Ｌに平行である）ように切断されている。脱リグニン木材の多孔質の細胞壁およびオープンな内腔のために、横方向／半径方向（すなわち、セルロースナノフィブリル配向方向２０６に対して垂直）の熱伝導率４１０は、天然木材と比較して実質的に減少する。例えば、脱リグニン木材４００は、〜０．０３Ｗ／ｍ−Ｋの横方向熱伝導率４１０を有することができるが、天然木材は、〜０．１５６Ｗ／ｍ−Ｋの横方向熱伝導率を有する。同時に、ナノフィブリルは、それらの軸に沿って熱を伝導するように作用するが、とは言え、細胞壁にナノ細孔が存在するため、天然木材と比較して速度は低下する。したがって、脱リグニン木材は異方性熱伝導率を示し、軸方向熱伝導率４０８（すなわち、セルロースナノフィブリル整列方向２０６に平行）は、半径方向熱伝導率４１０より大きい。いくつかの実施形態では、軸方向熱伝導率４０８は、横方向熱伝導率４１０よりも少なくとも２倍大きい。例えば、天然木材は、軸方向熱伝導率が〜０．４７Ｗ／ｍ−Ｋであるのに対し、脱リグニン木材４００は、軸方向熱伝導率が〜０．０６Ｗ／ｍ−Ｋであり得る。そのような異方性は、ナノフィブリル方向２０６に沿って熱が広がることを可能にすることができ、これは、蓄積された熱エネルギーによる局所的な障害を防ぎ、横方向Ｒの熱流を減少させる。
【００７２】
脱リグニン木材４００は、大きな表面対体積比および高いアスペクト比を有する長く整列したフィブリル凝集体で構成される。脱リグニン化は、実質的にすべてのリグニンと大部分のヘミセルロースを取り除くので、フィブリル壁は天然木材よりも多孔性である。これは、天然木材と比較して、ナノフィブリルの厚さ方向において、脱リグニン木材のより低い圧縮強度をもたらす。例えば、脱リグニン木材４００の軸方向２０６に沿った最大圧縮応力は、〜１３ＭＰａであり得る。しかしながら、フィブリル壁におけるフィブリルの配向、すなわち、フィブリル軸２０６に沿ったねじれのために、脱リグニンサンプルは、フィブリルの厚さ方向において有意な強度を有し、フィブリルの長さ方向においてより有意な強度を有する。したがって、張力と圧縮の特性は、荷重状況による破損メカニズムの違いによって、異なる方法で影響を受ける。
【００７３】
脱リグニン木材４００のナノファイバー構造はまた、天然木材と比較して柔軟性を向上させる。したがって、図４Ｂに示すように、脱リグニン木材４００ａを損傷することなく曲げることができ、内腔の延在方向２０６は、湾曲した上面４０２ａおよび底面４０４ａに従う。さらに、脱リグニン木材４００の厚さｔが〜１ｍｍ未満である場合、ブロック４００は、構造体に丸めるかまたは折り畳むことが可能であり得る。例えば、図４Ｃに示すように、脱リグニン木材４００ｂは、チューブまたは管に丸めることができ、一方の表面４０２ｂは管の外部を形成し、反対側の表面４０４ｂは管の内部容積４１４の輪郭を描く。接合部４１２は、脱リグニン木材４００ｂの対向する端部を結合して、内部容積４１４を管の外部から密閉することができる。
【００７４】
対照的に、脱リグニン木材の圧密化は、天然木材と比較して大幅に改善された機械的特性をもたらすことができる。特に、リグニンを除去した後、成長方向２０６の整列したセルロースナノファイバーの露出したヒドロキシル基間の相互作用領域が大きいため、圧密脱リグニン木材は天然木材よりも機械的により強靭である。図７Ａに示すように、圧密脱リグニン木材７００は、４０４．３ＭＰａ±１４．８ＭＰａもの高い引張強度を示し、これは、天然木材７０２より約〜９倍高い。重量あたりの機械的強度は、建物などの構造用途における重要なパラメータである。圧密脱リグニン木材７００では、比張力は３００ＭＰａ−ｃｍ３／ｇを超える可能性がある（例えば、３３４．２ＭＰａ−ｃｍ３／ｇ）。
【００７５】
さらに、図７Ｂに示すように、３．６８ＭＪ／ｍ３の大幅に改善された靭性が、圧密脱リグニン木材７００について観察され、これは、天然木材７０２のそれより〜１０倍高い。これは、圧密脱リグニン木質材料の分子スケールでの水素結合の形成／破壊を繰り返すことによって可能になるエネルギー散逸に起因する可能性がある。従来の構造材料では、通常、強度と靭性は相互に排他的である。したがって、圧密脱リグニン木質材料の強度と靭性を同時に向上させることは、構造材料の設計およびその他の用途にとって望ましい。
【００７６】
図７Ｃに示すように、圧密脱リグニン木材７００はまた、天然木材７０２と比較して改善された引っかき硬度を示し、ここで、方向Ａは、木の成長方向２０６に平行な方向を表し、方向Ｂは、木の成長方向２０６に垂直な方向を表し、方向Ｃは、ＡとＢとの間の中間方向を表す。線形往復トライボメータによって特徴付けられるように、圧密脱リグニン木材の引っかき硬度は、方向Ｃで最大０．１７５ＧＰａに達する。天然木材と比較して、圧密脱リグニン木材の引っかき硬度は、方向Ａ、ＢおよびＣでそれぞれ５．７倍、６．５倍および８．４倍増加した。
【００７７】
上記のように、脱リグニン木材のユニークな微細構造は、断熱用途に役立ち得る異方性熱特性を提供する。例えば、図８Ａは、断熱材として使用される例示的な脱リグニン木材８００を示す。脱リグニン木材８００は、優れた断熱に望ましい４つの重要な特徴を有する。第１に、脱リグニン化プロセスによって、木材の多孔性が増大する（例えば、バスウッドの６０％から脱リグニン木材の〜９１％）。多孔性が大きいため、熱伝導率は天然木材のそれよりもはるかに小さくなる。第２に、混在したリグニンとヘミセルロースの除去により、フィブリル壁３０４内のセルロースフィブリルとフィブリル凝集体の間の結合が大幅に減少し、フィブリル間の相互作用が大きく弱まり、横方向／半径方向の熱伝導率がさらに低下する。第３に、整列した高アスペクト比のナノフィブリル３１４凝集体は、ナノフィブリル整列の方向に沿って異方性熱流８０６をもたらす。第４に、脱リグニン木材８００のボイドチャネル２０２（フィブリルおよび管要素）のほとんどは、直径１０〜１００μｍであり、一方、細胞壁３０４のフィブリル凝集体の個々のセルロースナノフィブリル３１４は、ナノメートルの範囲のフィブリル間凝集体間隔を示す。整列したフィブリル凝集体間の間隔は、周囲条件での空気の平均自由行程（〜７０ｎｍ）よりもはるかに小さいため、空気の熱伝導の寄与が減少する。
【００７８】
これらの特徴が組み合わさって、高断熱性である脱リグニン木材８００に異方性熱伝導率をもたらす。熱伝導率は、図８Ｂに示すように、半径方向で２５．３℃で０．０３２±０．００２Ｗ／ｍ−Ｋ、軸方向で２４．３℃で０．０５６±０．００４Ｗ／ｍ−Ｋである。対照的に、天然木材（アメリカのバスウッド）は、図８Ｃに示すように、２２．７℃で半径方向に０．１０７±０．０１１Ｗ／ｍ−Ｋ、軸方向に０．３４７±０．０３５Ｗ／ｍ−Ｋの熱伝導率を示す。天然木材の熱伝導率は、室温から８０℃までほぼ一定である。しかし、脱リグニン木材では、横方向の熱伝導率は、より高い動作温度では０．０３から０．０５５Ｗ／ｍ−Ｋにゆっくりと上昇するが、軸方向では、その値はゆっくりと０．０５６から０．１０Ｗ／ｍ−Ｋに変化する。
【００７９】
脱リグニン木材に圧密化を行うと、熱伝導率が増加し、これは、特定の用途に役立つ場合がある。しかし、圧密化は、その圧密脱リグニン木材が熱伝導率に関して強い異方性を示すように、木材細胞の配置を維持する。図８Ｅに示すように、木の成長方向に沿った（軸方向）および垂直での（半径方向）圧密脱リグニン木材の熱伝導率は、それぞれ１．８２Ｗ／ｍ−Ｋおよび０．１６８Ｗ／ｍ−Ｋであると測定された。対照的に、図８Ｄに示すように、天然木材（すなわち、バスウッドであるが、図８Ｃのものとは異なるバッチ）は、軸方向および半径方向にそれぞれ０．４６８Ｗ／ｍ−Ｋおよび０．１５６Ｗ／ｍ−Ｋの熱伝導率を有する。
【００８０】
したがって、横方向の圧密脱リグニン木材の熱伝導率は、天然木材のそれに匹敵し、これは、リグニンの完全な除去と、脱リグニン化プロセス中の整列したセルロース繊維間の多数のフォノン散乱界面に起因し得る。アモルファスリグニンとヘミセルロースを化学的に除去すると、脱リグニン木材は、潜在的に高い結晶品質を示し、軸方向の熱伝導率が高くなる。特に、重量で正規化すると、圧密脱リグニン木材の両方向の比熱伝導率は、天然木材のそれよりもはるかに低くなる。圧密脱リグニン木材では、高い異方性因子を得ることができる。例えば、圧密脱リグニン木材は、少なくとも５倍または少なくとも１０倍、例えば、１０．８倍であり、天然木材のそれより３．６倍高い異方性因子を有し得る。
【００８１】
天然木材から実質的にすべてのリグニンを除去すると、放射率が非常に低くなり、脱リグニン木材が熱太陽放射をブロックするのに非常に効率的になる。例えば、脱リグニン木材片９００は、図９Ａに示すように、４００ｎｍ〜１１００ｎｍの波長範囲をカバーする平均〜９５％の反射と、基本ノイズレベル（＜０．１％）未満である透過率とを示した。脱リグニン木材の独特の広帯域全方向反射は、その表面の密なナノサイズの散乱中心から生じる。放射率は〜５％と計算され、これは、放射熱源からの熱エネルギーの効果的な反射を示している。対照的に、天然木材９０２は、可視光スペクトルの光の平均５０％を吸収した。
【００８２】
脱リグニン木材９００の反射機能をさらにテストするために、スポットサイズ１ｍｍ、入力パワー０．９５Ｗ／ｍｍ２のコリメートされた８２０ｎｍレーザー光源を、脱リグニン木材と天然木材の試験片の表面に向けた。図９Ｂに示すように、脱リグニン木材の最高温度は３６℃だったが、天然木材９０２は９９．４℃というかなり高い温度を示した。脱リグニン木材９００と天然木材９０２の間の熱応答の大きな違いは、異方性熱伝導率による放熱の改善と、反射率の向上による吸収の低下によるものである。
【００８３】
圧密脱リグニン木材は、太陽放射に関して同様の光学特性を示す。例えば、圧密脱リグニン木材片９１０および天然木材片９０２の反射結果は、図９Ｃに示す可視スペクトルをもたらす。どちらのタイプの木材も、透過率はごくわずかである（０．１％未満）。したがって、吸収率スペクトルは、図９Ｄに示すように、１から反射率を差し引くこと（Ａ＝１−Ｒ−Ｔ）によって得られた。プレスにもかかわらず、圧密リグニン木材には、マルチスケールの細孔と、木の成長方向２０６に沿って実質的に整列したセルロースナノファイバーが含まれている。図９Ｃに示すように、マルチスケールの細孔およびチャネルは、すべての可視波長での強力な広帯域反射のためのランダム化および無秩序散乱要素として機能する。白色度を達成するために高屈折率粒子（例えば、ＴｉＯ２）を使用するのとは異なり、白色度は、そうでなければ太陽光線による加熱を増加させる可能性のあるＵＶ範囲での高吸収に悩まされるが、セルロースナノファイバーは約１．４８の低い屈折率を示す。結果として、圧密脱リグニン木材９１０の反射率は、可視光範囲にわたって９０％より大きく、したがって、日射スペクトル９０４に対して低い吸収をもたらす。入射光の電場がセルロースナノファイバーの整列方向２０６に沿って偏光されると、整列したナノファイバーによる強い散乱とセルロースの低屈折率のために、圧密脱リグニン木材９１０の反射率はさらに〜９６％に増加する。
【００８４】
天然木材９０２と比較して、そのリグニンと主に無秩序なセルロース系フォトニック散乱中心の完全な除去によって、可視波長での圧密脱リグニン木材９１０の吸収は劇的に減少する。圧密脱リグニン木材９１０の積分太陽吸収率は８％±０．４％であり、１０００Ｗ／ｍ２の積分電力（太陽放射強度に相当）の直接光の下で〜７５Ｗ／ｍ２の太陽熱をもたらした。対照的に、天然木材９０２は２９％±０．３％の平均日射吸収率を示し、これは、圧密脱リグニンド木材９１０のそれよりも２００Ｗ／ｍ２近く高い。
【００８５】
異方性と低熱伝導率の特性は、放射の反射率と相まって、脱リグニン木材と圧密脱リグニン木材の実施形態が効率的な断熱材として機能することを可能にする。例えば、図８Ａに示すように、脱リグニン木材８００の整列したセルロースナノフィブリルの層状構造は、入ってくる放射エネルギー８０２を効果的に反射８０４し、吸収された熱８０６を平面方向に向け直し、それによって木材８００の裏面に到達する熱量を最小化（または少なくとも低減）する。等方性断熱材と比較して、調製した脱リグニン木材は、入ってくる熱エネルギーを軸方向に沿って方向転換することができ、木質材料の表側と裏側の温度をはるかに低くする。
【００８６】
その化学組成のため、脱リグニン木材は優先的に赤外線範囲の放射も放出し、これは、低い異方性熱伝導率および高い日射反射率と組み合わせて、例えば受動冷却用途で有利に使用できる。特に、５μｍ〜２５μｍの赤外線範囲（すなわち、室温を中心とする黒体放射をカバーする）での圧密脱リグニン木材の放射率スペクトルが図１２Ａに示されている。圧密脱リグニン木材は、赤外線範囲（つまり、１に近い）で高い放射率を示し、すべての角度で強く放射し、大気透過窓（つまり、８μｍ〜１３μｍ）を介して正味熱流束を赤外線の形で外部空間のコールドシンクに放射する。言い換えると、圧密脱リグニン木材は、太陽スペクトルでは「白」に見える一方で、赤外線領域では「黒」と見なすことができる。
【００８７】
図１２Ａ〜１２Ｂに示すように、赤外線放射率スペクトル応答は、０〜６０°の無視できる角度依存性を示している。大気窓全体の平均放射率は、±６０度の放射角度で０．９を超えており、これは、圧密脱リグニン木材が実際の用途と同様に、空に対してさまざまな角度に向けられているときの、安定した放射熱流束を示している。８μｍから１３μｍまでの強い放射は、主に、伸縮振動のＯＨ会合、Ｃ−Ｈ、Ｃ−Ｏ、およびＣ−Ｏ−Ｃの７７０ｃｍ−１と１２５０ｃｍ−１の間の伸縮振動の複雑な赤外線放射によるものである。脱リグニン木材のセルロースは、ＯＨおよびＣ−Ｏによって約１０５０ｃｍ−１（９μｍ）を中心とする最も強い赤外線吸収を示し、これは、同時に大気透過窓にある。残りの赤外線スペクトル全体の放射率が高いため、圧密脱リグニン木材と大気（１６〜２５μｍの第２大気窓など）の間で放射熱交換が行われ、これにより、表面温度が周囲のそれ近くに上昇すると、全体的な放射冷却流束がさらに増加する。
【００８８】
したがって、圧密脱リグニン木材は、日射吸収を低く抑え、太陽光線を高反射し、赤外線領域で優れた放射を同時に行うことができる。用途では、これらの同時特性を利用して、たとえば放射熱伝達による冷却を実現できる。例えば、図１１は、圧密脱リグニン木材１１１０を使用する冷却設定１１００を示す。圧密脱リグニン木材１１０が開放環境で晴天１１０６に面すると、その表面は熱１１０４を放射し、太陽放射１００６および大気から放出される熱放射を吸収する。しかしながら、木材１１１０の表面の光学特性のために、ほとんどの日射１００６は、木材１１１０によって吸収されるのではなく反射１０２０される。その結果、圧密脱リグニン木材１１１０の放出熱流束１１０４は、圧密脱リグニン木材によって吸収されたあらゆる太陽放射１００６を圧倒し、連続的な正味の放出熱流束を生み出す。
【００８９】
同時に、木材１１１０と周囲との間の温度差のため、熱は、伝導および対流（非放射プロセス）によって周囲から木材１１１０に伝達され得る。さらに、熱１１０８は、熱源１１０２から木材１１１０に伝達され得る。熱は、横方向熱伝導率を介して背面から前面に木材１１１０の厚さを通して伝導され、放射によって空１１０６に放出され得る。代替的または追加的に、熱源１１０２は、木材１１１０の端部に配置されてもよく（図１１で破線によって示されるように）、その結果、熱１１０８は、木の成長方向２０６に平行に伝達され、それにより、木材１１１０の比較的高い軸方向熱伝導率を利用する。
【００９０】
いくつかの実施形態では、熱源１１０２は、圧密脱リグニン木材片１１１０によって外部環境から分離された内部環境または構造であり得る。そのような実施形態では、圧密脱リグニン木材１１１０は、受動冷却を提供すると考えられ得るが、これは冷却効果を提供するために他に機械または外部エネルギーを必要としないからである。代替的または追加的に、熱源１１０２は、熱伝達システム、例えば、熱交換器または加熱、換気、および空調（ＨＶＡＣ）システムの他の構成要素の一部であってもよく、システムからの熱１１０８は、放射冷却のために圧密脱リグニン木材１１１０に放出される。そのような実施形態では、圧密脱リグニン木材１１１０は、能動冷却システムの一部であると見なされ得る。
【００９１】
圧密脱リグニン木材を使用して受動冷却の効果を試験するために、図１３Ａに示すような試験セットアップ１３００を使用した。特に、圧密脱リグニン木材１３０６および天然木材１３１０の同じ寸法のサンプル（例えば、６０ｍｍ×４５ｍｍ×３ｍｍ）を、外部環境から絶縁された筐体１３０４の内部容積１３０２で、ポリスチレン筐体１３０４の別々の窓に配置した。筐体１３０４の表面１３１４は、日射吸収による加熱の影響を低減するために、日射に対して反射性であるミラーフィルムで覆った。室温（３００Ｋ）では、圧密脱リグニン木材は、昼間と夜間にそれぞれ、３７．４Ｗ／ｍ２と１１２．４Ｗ／ｍ２の放出熱流束を示す。特に、放出熱流束は周囲温度とともに増加し、これは実際の用途では望ましいことである。
【００９２】
圧密脱リグニン木材１３０６の底面１３０８および天然木材１３１０の底面１３１２を測定して、経時的なそれぞれの材料の温度変化を確認した。図１３Ｂ〜１３Ｃは、それぞれ、夜間と昼間の天然木材１３５６と圧密脱リグニン１３５４の温度プロファイルのグラフと、昼間の入射太陽放射１３５８のレベルのグラフである。晴れた空に面しているとき、圧密脱リグニン木材１３５４は、夜間と昼間の両方の動作で放射冷却の結果として、周囲温度１３５２を下回る温度を示す。
【００９３】
夜間（図１３Ｂ）では、圧密脱リグニン木材１３５４の定常状態の温度は、周囲１３５２より４．１±０．２℃低くなった。天然木材は、中赤外線領域で高い放射率を有する黒色エミッターとして振る舞うため、それは、圧密脱リグニン木材１３５４と同じ温度プロファイル１３５６を有する。しかしながら、日中（図１３Ｃ）では、圧密脱リグニン木材１３５４は、太陽放射への曝露にもかかわらず、その温度を周囲１３５２より低く維持することができた。特に、圧密脱リグニン木材１３５４の裏面は、１０時５４分から１４時２分まで８００Ｗ／ｍ２を超える太陽放射照度に曝され、周囲１３５２よりも１．４°±０．５℃低く冷却された（午後１３：４６の温度プロファイルの低下は、散乱した雲からの日光の短時間の遮断によって引き起こされた）。対照的に、天然木材１３５６の裏面温度は、光吸収による加熱効果により、周囲の気温１３５２を４．７°±１．７℃超えていた。天然木材と比較して、圧密脱リグニン木材を使用することによって、６．１°±１．４℃の温度低下が得られる。有利な大気条件での冷却性能はさらに改善されることに留意されたい。
【００９４】
圧密脱リグニン木材は優れた受動放射冷却挙動を示すが、実際の用途では、さまざまなレベルの湿度などの様々な気象条件下での安定した性能と、水およびその他の要素にさらされても劣化に対する耐性とが必要である。圧密脱リグニン木材の水に対する安定性を向上させるために、使用前に木質材料を疎水性にすることができる。例えば、圧密脱リグニン木材は、フルオロシラン処理（例えば、上記のプレプレス処理１２０の一部としての１Ｈ，１Ｈ，２Ｈ，２Ｈ−ペルフルオロデシルトリエトキシシラン）にかけることができる。フルオロシラン処理は、静的水接触角〜１５０°の超疎水性表面を導入することができる。さらに、このような処理はメソポーラス構造に容易に浸透し、圧密脱リグニン木材を内側からでも超疎水性にし、光学的および熱的特性をほとんど変化させることなく、木材の放射冷却性能をサポートする。
【００９５】
上記の議論は、圧密脱リグニン木材の使用に焦点を当てているるが、冷却用途に、脱リグニン木材（すなわち、プレスなし）または部分圧密脱リグニン木材（すなわち、完全なプレスより少ない）を使用することも可能である。しかしながら、圧密脱リグニン木材と比較して、脱リグニン木材または部分圧密脱リグニン木材の熱伝導率の低下は、木材を通じた熱伝達を低減し、したがって、そのような冷却用途における有効性を阻害し得る。
【００９６】
実施形態では、開示された木質材料は、特定の用途に適合するように調整された材料の機械的および熱的特性を用いて、様々な用途での使用に適合させることができる。例えば、図１０Ａは、建築構造物１０００を示し、ここで、開示された木質材料の実施形態は、構造物１０００の１つ以上の外部要素として使用され得る。例えば、木質材料は、屋根１００２、羽目板１００４、または構造１０００の任意の他の要素の一部を形成し得る。
【００９７】
木材材料が自立して断熱を提供するように設計されている場合、屋根１００２、サイディング１００４、またはその他の要素の木質材料は、部分的にプレスされた脱リグニン木材であってもよく、これは断熱特性と改善された機械的強度の組み合わせを示す。木質材料が他の構造物によって支持されるように設計されている場合（例えば、図１０Ｂに関して以下で説明するように）、屋根１００２、サイディング１００４、または他の要素の木質材料は、プレスされていないか、最小限プレスされている（つまり、２０％未満の厚さの減少）脱リグニン木材であってもよく、これは、優れた断熱性を示すが、機械的強度は低下する。木質材料が受動冷却を最適化するように設計されている場合、屋根１００２、サイディング１００４、またはその他の要素の木質材料は、部分圧密脱リグニン木材または圧密脱リグニン木材であってもよく、これは、プレスされていない脱リグニン木材と比較して熱伝導率が向上し、これにより、熱源と熱的に連通している木材の裏側からの熱を、木材を通じて伝達して空に放出することができる。さらに、圧密木材の張力および圧縮の両方における改善された強度によって、別個の機械的支持なしで構造物１０００の外部要素として使用することが可能になる。プレスされていない、圧密化、または部分圧密化されているかどうかに関係なく、建築構造物１０００の木材は、入射太陽放射１００６を反射するように機能する光学特性を有することができ、それにより、太陽放射１００６の吸収による構造体１０００の加熱を最小化、または少なくとも低減する。
【００９８】
実施形態では、開示される木質材料は、例えば、図１０Ｂに示すように、複合構造体１０２２を形成することができる。例えば、異なる熱的または機械的特性を有する開示された様々な木材材料を一緒に組み合わせることができ、または特定の木質材料を他のタイプの材料と組み合わせて複合構造体を形成することができる。図１０Ｂに示すように、複合構造体１０２２は、内部環境１０１６を外部環境１０１８から分離する複数の層１０１０〜１０１４を含む。
【００９９】
例えば、最外層１０１０は、構造的支持を提供するために、圧密脱リグニン木質材料または部分圧密脱リグニン木質材料から形成され得る。脱リグニン木材の独特の光学特性はまた、最外層１０１０が入射太陽放射１００６を効果的に反射１０２０することを可能にし、それにより太陽光吸収による加熱を最小化し、上記のように潜在的に受動冷却を提供する。例えば、最も内側の層１０１４は、部分圧密脱リグニン木質材料で形成して、構造的支持および断熱を提供することができ、中間層１０１２は、最小限の圧密（例えば、元の厚さの＜２０％）脱リグニン木材またはプレスされていない脱リグニン木材で形成して、優れた断熱性を提供しながら、構造的支持を外側１０１０層と内側１０１４層に依存することができる。したがって、太陽放射１００６による加熱は、最外層１０１０に隔離され、これは受動冷却によってそれ自体を冷却でき、また、中間１０１２層と内部１０１４層によって提供される多層断熱によって、内部環境１０１６を外部環境１０１８から効率的に断熱できる。
【０１００】
１つ以上の企図される実施形態によれば、上で明示的に説明されたもの以外の複合構造体１０２２の他の構成および材料選択も可能である。例えば、複合構造体の層の、木の成長方向２０６に対する向きは、互いに異なっていてもよい（例えば、図１７Ａ〜１７Ｃに関して以下で説明するように）。あるいは、またはさらに、木質材料は、天然木材、加工木材、部分的に脱リグニンおよび／または圧密された木材、乾式壁、金属、または他の建築材料などの他のタイプの材料と組み合わせて、複合構造体を形成することができる。
【０１０１】
図１０Ｂには３つの層しか示していないが、開示される数の実施形態は、例示された数に限定されない。むしろ、１つ以上の企図される実施形態によれば、２つ以上の層が可能である。例えば、２つ以上の脱リグニン木材片１７０２ａ、１７０２ｂ（これらは木材ブロック、木材チップ、または異なる寸法／形状の木材片であり得る）は、一緒に組み合わされて、積層ユニット１７０４を形成することができ、これは図１７Ａ〜１７Ｃに示すように、それ自体が他の積層ユニットと組み合わされて、多層積層体１７０６を形成してもよい。積層ユニット１７０４は、例えばそれぞれの木材方向２０６ａ、２０６ｂを整列させることによって、下にある木質材料の熱的および機械的特性の異方性を強化するように、または例えば、木材方向２０６ａ、２０６ｂを意図的に交差させることによって（図１７Ａ〜１７Ｃに示すように）もしくは木材方向２０６ａ、２０６ｂのランダムな配向を提供することによって、異方性を低減するように設計され得る。
【０１０２】
木材片１７０２ａ、１７０２ｂは、接着剤またはエポキシによって、または水素結合によって一緒に結合することができる。木材片１７０２ａ、１７０２ｂは、圧密化のためのプレスの前に、または圧密化が望まれる場合は圧密化のためのプレスの一部として、または圧密化が望まれない場合は脱リグニン化の直後に一緒に接合され得る。例えば、水素結合が使用される実施形態では、結合は、圧密木材片を形成するために使用されるプレスと同様に、高圧下で整列した片１７０２ａ、１７０２ｂを一緒にプレスすることを含み得る。他の実施形態では、木材片の接合は、木材片を圧密化するためのプレスと組み合わせることができる。したがって、プレスは、各木材片を圧縮し（すなわち、圧密脱リグニン木材片を生成する）、木材片の向かい合う表面間に水素結合を形成させるのに効果的である。
【０１０３】
すすぎ、乾燥、プレプレス改質、加湿、およびポストプレス改質は、図１７Ａ〜１７Ｃに別々に示されていないが、これらの実施形態は、図１のプロセス１００の特徴を含むこともできることが理解されよう。さらに、積層構造体のための特定の数の圧密脱リグニン木質材料が、図１７Ａ〜１７Ｃに示されているが、１つ以上の企図される実施形態によれば、他の数の圧密脱リグニン木質材料も可能である。
【０１０４】
さらに、積層ユニット１７０４は、開示された脱リグニン木質材料と組み合わせて、異なる木質材料で形成することができる。例えば、図１０Ｂに関して説明したような、積層体の１つの要素は、圧密脱リグニン木質材料であり、２番目の要素は、プレスされていない脱リグニン木質材料であり、３番目の要素は、部分圧密脱リグニン木質材料であってもよい。別の例では、積層体の１つの要素は、圧密脱リグニン木質材料であり、別の要素は、天然木質材料、プレスされていない部分脱リグニン木質材料、または部分脱リグニン圧密木質材料であってもよい。１つ以上の企図される実施形態によれば、他の構成も可能である。
【０１０５】
また、図１７Ａ〜１７Ｃでは長方形の形状を示しているが、１つ以上の企図される実施形態によれば、他の形状も可能である。実際、木材チップは、積層構造体に結合される前に、不規則なまたは異なる形状／寸法を有する場合がある。
【０１０６】
他の実施形態では、結合された木材片１７０２ａ、１７０２ｂの向き２０６ａ、２０６ｂは、互いに対して非直交角度であってもよい。したがって、第１の片の向き２０６ａの方向が平面図で第２の片の向き２０６ｂの方向と単に交差するように、第１の片１７０２ａは、第２のピース１７０２ｂに結合することができる。加えて、図１７Ａ〜１７Ｃに示されるものを超える他の配向および整列もまた、１つ以上の企図される実施形態に従って可能である。いくつかの実施形態では、隣接する片の向きは、例えば異方性を高めるために整列されてもよい。
【０１０７】
図１０Ａ〜１０Ｂおよび１７Ａ〜１７Ｃは、建物の構造要素に関して議論したが、開示された主題の実施形態は、それに限定されない。開示された木材材料は、例えば、包装、装飾（例えば、白色と下にある木材構造によって提供される独特の視覚的外観を利用するため）、および電気装置など、建築構造物を超えるさまざまな用途に適合させることができる。
【０１０８】
例えば、図１４は、１つ以上の電子部品１４０６を支持するための基板として、脱リグニン木材１４０２（非プレス、部分圧密、または圧密化）を使用する電気装置１４００を示す。特に、脱リグニン木材１４０２がある程度の圧密化を受けた場合、上面１４０４は、例えば１０ｎｍ以下の低い表面粗さを有することがあり、これにより、電子部品１４０６を脱リグニン木材１４０２上に直接形成することができる。木材表面１４０４はまた、自然に電気絶縁性であり、それにより、その上に電子部品１４０６を直接形成できる。あるいは、介在層が木材表面１４０４上に形成されてもよく、介在層上に電子部品１４０６が形成される。したがって、電気回路は、脱リグニン木質材料と統合されていると考えることができる。例えば、ディスプレイ装置は、建物の壁を形成する脱リグニン木材の一体部分であり得る。
【０１０９】
電子部品１４０６は、トランジスタ、コンデンサ、抵抗器、インダクタ、導電体、電気絶縁体、およびエネルギー貯蔵部品（例えば、電池）のうちの１つ以上を含み得、１つ以上の所望の電気回路を形成し得る。例えば、電子部品１４０６は、ディスプレイ装置を形成し得る。開示された脱リグニン木質材料と統合された他の電子デバイスも、１つ以上の実施形態に従って可能であり、例えば統合されたセンサーおよび入力／出力インターフェースを含む。
【０１１０】
上記の議論は、延在方向２０６が厚さ方向（厚さｔが木質材料の最小寸法と見なされる）に垂直である木質材料に焦点を当ててきたが、木材材料が異なる延在方向２０６を有することも可能である。例えば、図１５に示すように、延在の方向２０６は、厚さ方向に沿って（すなわち、実質的に平行）おり、上面１５０２および底面１５０４に対して実質的に垂直である。その結果、上面１５０２と底面１５０４との間の軸方向熱伝導率４０８は、上面１５０２および底面１５０４に平行な平面における横方向熱伝導率４１０よりも高い。このような構成は、所定の用途、例えば、放出のために背面１５０４から前面１５０２に熱を伝達することが望ましい受動冷却用途において有利であり得る。
【０１１１】
さらに、延在方向２０６の向きは、木材の外面に対して０°または９０°以外の角度であってもよい。例えば、図１６は、木質材料１６００が、上面１６０２および底面１６０４に対してゼロでない角度にある延在方向２０６を有する例を示す。延在方向２０６が図１６に示すように傾いているとき、またはその他の場合、圧密化を達成するためにプレスすること５０２はまた、セルロースナノファイバーの整列の再配向を促進するために、外面（図のように）または延在方向２０６（図示せず）のいずれかに対して傾けられてもよい。
【０１１２】
１つ以上の第１の実施形態では、構造体は、天然木材のセルロース系内腔の構造を実質的に維持しながら、天然木材のリグニンを除去するために化学処理された天然木材の第１の片を含む。天然木材の少なくとも９０％のリグニンが化学処理によって除去されている。
【０１１３】
第１の実施形態または任意の他の実施形態では、第１の片のリグニンは、５重量％未満、１重量％以下、または０．６重量％以下である。
【０１１４】
第１の実施形態または任意の他の実施形態では、第１の片は、内腔の延在方向に軸方向熱伝導率および内腔の延在方向に垂直な方向に横方向熱伝導率を有し、軸方向熱伝導率は横方向熱伝導率よりも大きい。第１の実施形態または他の実施形態では、軸方向熱伝導率は横方向熱伝導率よりも少なくとも２倍大きい、軸方向熱伝導率は横方向熱伝導率より少なくとも５倍大きい、または軸方向熱伝導率は横方向熱伝導率より少なくとも１０倍大きい。第１の実施形態または任意の他の実施形態では、横方向熱伝導率は、０．２Ｗ／ｍ−Ｋ未満、０．１Ｗ／ｍ−Ｋ未満、または０．０５Ｗ／ｍ−Ｋ未満である。
【０１１５】
第１の実施形態または任意の他の実施形態では、第１の片は、８μｍ〜１３μｍの波長範囲で少なくとも０．８、または８μｍ〜１３μｍの波長範囲で少なくとも０．９の放射率を有する。
【０１１６】
第１の実施形態または任意の他の実施形態では、第１の片は、４００ｎｍ〜１１００ｎｍの波長範囲で１０％以下、または４００ｎｍ〜１１００ｎｍの波長範囲で８％以下の吸光度を有する。
【０１１７】
第１の実施形態または任意の他の実施形態では、４００〜１１００ｎｍの波長範囲における第１の片の第１の放射率は、８〜１３μｍの波長範囲における第１の片の第２の放射率よりも小さい。第１の実施形態または任意の他の実施形態では、第２の放射率は、第１の放射率の少なくとも３倍、少なくとも５倍、少なくとも８倍、または少なくとも１０倍である。第１の実施形態または任意の他の実施形態では、第２の放射率は少なくとも０．８であり、第１の放射率は０．１以下である。
【０１１８】
第１の実施形態または任意の他の実施形態では、第１の片のセルロースナノファイバーは、内腔の延在方向に沿って実質的に整列している。第１の実施形態または任意の他の実施形態では、第１の片は、整列したセルロースナノファイバーの間にナノ細孔を有する。第１の実施形態または任意の他の実施形態では、第１の片のセルロース系内腔の内部容積は、開いている、または妨げられていない。
【０１１９】
第１の実施形態または任意の他の実施形態では、第１の片は、化学処理前の天然木材と比較して、増大した柔軟性を有する。第１の実施形態または任意の他の実施形態では、第１の片の曲げ半径は、化学処理前の天然木材の曲げ半径よりも少なくとも２倍小さい。
【０１２０】
第１の実施形態または任意の他の実施形態では、内腔は、第１の片の厚さ方向に対して垂直に延びている。第１の実施形態または任意の他の実施形態では、内腔は、第１の片の厚さ方向に延びている。第１の実施形態または他の実施形態では、第１の片の厚さ方向に垂直な方向の寸法は、第１の片の厚さ方向の厚さよりも大きい。
【０１２１】
第１の実施形態または任意の他の実施形態では、第１の片の厚さは１ｍｍ以下である。
【０１２２】
第１の実施形態または任意の他の実施形態では、第１の片の化学処理された木材は、内腔が少なくとも部分的に崩壊するように、内腔の延在方向と交差する第１の方向にプレスされている。第１の実施形態または任意の他の実施形態では、第１の片は、天然木材の厚さと比較して４０％以下減少した、または天然木材のそれと比較して２０％以下減少した前記第１の方向の厚さを有する。第１の実施形態または任意の他の実施形態では、第１の片は、第１の方向において、天然木材の厚さと比較して少なくとも４０％減少した、または天然の木材のそれと比較して少なくとも８０％減少した厚さを有する。
【０１２３】
第１の実施形態または任意の他の実施形態では、第１の片は、化学処理前の天然木材と比較して増加した密度を有する。第１の実施形態または任意の他の実施形態では、第１の片の密度は、化学処理前の天然木材のそれよりも少なくとも２倍大きい。
【０１２４】
第１の実施形態または任意の他の実施形態では、第１の片は、１０ｎｍ以下の表面粗さを有する。
【０１２５】
第１の実施形態または任意の他の実施形態では、第１の片は、化学処理前の天然木材の機械的特性と比較して増大した機械的特性を有する。第１の実施形態または任意の他の実施形態では、第１の片の比引張強度は、少なくとも２００ＭＰａ−ｃｍ３／ｇ、少なくとも３００ＭＰａ−ｃｍ３／ｇ、または少なくとも３３０ＭＰａ−ｃｍ３／ｇである。
【０１２６】
第１の実施形態または任意の他の実施形態では、構造は、天然木材のセルロース系内腔の構造を実質的に維持しながら、化学処理されて天然木材からリグニンを除去した第２の天然木材片をさらに含む。天然木材の少なくとも９０％のリグニンが化学処理によって除去されており、および第１と第２の片は、向かい合う面に沿って互いに結合されている。第１の片の内腔の延在方向は、第２の片の内腔の延在方向と交差している。第１の実施形態または任意の他の実施形態では、第１の片の内腔の延在方向は、第２の片の内腔の延在方向と直交する。第１の実施形態または任意の他の実施形態では、第１および第２の片は、水素結合、接着剤、およびエポキシのうちの少なくとも１つによって互いに結合されている。第１の実施形態または他の任意の実施形態では、第１および第２の片のそれぞれは、フラットシート、ブロック、スティック、ストリップ、中空形状、膜、厚さが２００μｍ未満のフィルム、木材チップ、または木材フレークとして形成されている。第１の実施形態または任意の他の実施形態では、第１の片および第２の片の化学処理天然木材は、内腔が少なくとも部分的に崩壊するように、その中の内腔のそれぞれの延在方向と交差する方向にプレスされている。
【０１２７】
第１の実施形態または任意の他の実施形態では、第１の片は、化学処理された天然木材から本質的になる。
【０１２８】
第１の実施形態または任意の他の実施形態では、第１の片は疎水性である。第１の実施形態または任意の他の実施形態では、第１の片は、少なくとも９０°の静的接触角、または１０°未満の動的接触角を示す。第１の実施形態または任意の他の実施形態では、第１の片は、疎水性になるように化学処理されており、化学処理は、エポキシ樹脂、シリコーンオイル、ポリウレタン、パラフィンエマルション、無水酢酸、オクタデシルトリクロロシラン（ＯＴＳ）、１Ｈ，１Ｈ，２Ｈ，２Ｈ−ペルフルオロデシルトリエトキシシラン、フッ素樹脂、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）、メタクリロキシメチルトリメチルシラン（ＭＳｉ）、多面体オリゴマーシルセスキオキサン（ＰＯＳＳ）、カリウムメチルシリケート（ＰＭＳ）、ドデシル（トリメトキシ）シラン（ＤＴＭＳ）、ヘキサメチルジシロキサン、ジメチルジエトキシシラン、テトラエトキシシラン、メチルトリクロロシラン、エチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、トリメチルクロロシラン、フェニルトリメトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン、プロピルトリメトキシシラン、ポリメチルメタクリレート、ポリジアリルジメチルアンモニウムクロライド（ｐｏｌｙＤＡＤＭＡＣ）、３−（トリメトキシシリル）プロピルメタクリレート（ＭＰＳ）、疎水性ステアリン酸、両親媒性フッ素化トリブロックアジドコポリマー、ポリフッ化ビニリデンおよびフッ化シラン、ｎ−ドデシルトリメトキシシラン、およびラウリル硫酸ナトリウムの少なくとも１つを含む。
【０１２９】
第１の実施形態または任意の他の実施形態では、第１の片は、天候または塩水に対して耐性があるように化学的に処理されている。第１の実施形態または任意の他の実施形態では、耐候性または耐塩水性のための化学処理は、銅酸（ＣＤＤＣ）、第四級アンモニア銅（ＡＣＱ）、クロム酸ヒ酸銅（ＣＣＡ）、アンモニア性ヒ酸銅亜鉛（ＡＣＺＡ）、ナフテン酸銅、酸性クロム酸銅、クエン酸銅、銅アゾール、８−ヒドロキシキノリン酸銅、ペンタクロロフェノール、ナフテン酸亜鉛、ナフテン酸銅、クレオソート、二酸化チタン、プロピコナゾール、テブコナゾール、シプロコナゾール、ホウ酸、ホウ砂、有機ヨウ化物（ＩＰＢＣ）、およびＮａ２Ｂ８Ｏ１３・４Ｈ２Ｏの少なくとも１つを含むことができる。
【０１３０】
第１の実施形態または任意の他の実施形態では、構造は、第１の片の１つ以上の外面上のコーティングをさらに含む。第１の実施形態または任意の他の実施形態では、コーティングは、油性ペイント、疎水性ペイント、ポリマーコーティング、または耐火コーティングを含む。第１の実施形態または任意の他の実施形態では、耐火コーティングは、窒化ホウ素（ＢＮ）、モンモリロナイトクレイ、ハイドロタルサイト、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、ケイ酸ナトリウム、炭酸カルシウム（ＣａＣＯ３）、水酸化アルミニウム（Ａｌ（ＯＨ）３）、水酸化マグネシウム（Ｍｇ（ＯＨ）２）、炭酸マグネシウム（ＭｇＣＯ３）、硫酸アルミニウム、硫酸鉄、ホウ酸亜鉛、ホウ酸、ホウ砂、リン酸トリフェニル（ＴＰＰ）、メラミン、ポリウレタン、ポリリン酸アンモニウム、リン酸、亜リン酸エステル、アンモニウムリン酸、硫酸アンモニウム、ホスホン酸、リン酸二アンモニウム（ＤＡＰ）、リン酸二水素アンモニウム、リン酸一アンモニウム（ＭＡＰ）、リン酸グアニル尿素（ＧＵＰ）、リン酸二水素グアニジン、五酸化アンチモンの少なくとも１つを含む。
【０１３１】
第１の実施形態または他の実施形態では、第１の片は白色である。第１の実施形態または任意の他の実施形態では、第１の片は、白色以外の色に染色されている。
【０１３２】
第１の実施形態または他の実施形態では、構造は、第１の片と熱連通する熱源をさらに含み、第１の片は、熱源から空に熱を放射するように露出されている。第１の実施形態または任意の他の実施形態では、露出される第１の片の表面は、内腔の延在方向に実質的に平行である。
【０１３３】
第１の実施形態または任意の他の実施形態では、構造は、第１の片の表面上に形成された電子部品をさらに含む。第１の実施形態または任意の他の実施形態では、電子部品は、トランジスタ、コンデンサ、抵抗器、およびインダクタのうちの少なくとも１つを含む。
【０１３４】
１つ以上の第２の実施形態において、構造は、セルロース系内腔を実質的に保持しながら、天然木材片から少なくとも９０％のリグニンを除去することによって形成される。
【０１３５】
１つ以上の第３の実施形態では、構造は、セルロース系内腔を実質的に保持しながら、天然木材片から少なくとも９０％のリグニンを除去し、次に内腔が少なくとも部分的に崩壊するようにプレスすることによって形成される。
【０１３６】
第３の実施形態または任意の他の実施形態では、プレス後の片の厚さは、天然木材の厚さと比較して少なくとも４０％、または天然木材の厚さと比較して少なくとも８０％減少する。第３の実施形態または他の実施形態では、プレス後の片の厚さは、天然木材と比較して４０％以下、または天然木材と比較して２０％以下減少する。
【０１３７】
第２の実施形態、第３の実施形態、または任意の他の実施形態では、片は、その中に５重量％以下のリグニン、またはその中に１重量％以下のリグニンを有する。
【０１３８】
第２の実施形態、第３の実施形態、または任意の他の実施形態では、片は、異方性熱伝導率を有する。
【０１３９】
第２の実施形態、第３の実施形態、または任意の他の実施形態では、片は、太陽放射の１０％以下を吸収し、大気透過窓で９０％以上の放出を有する。
【０１４０】
第２の実施形態、第３の実施形態、または任意の他の実施形態では、片は疎水性である。
【０１４１】
第２の実施形態、第３の実施形態、または任意の他の実施形態では、片は、少なくとも９０％のリグニンが除去された別の天然木材片と一緒に結合されて、積層体を形成する。
【０１４２】
第２の実施形態、第３の実施形態、または任意の他の実施形態では、片は、実質的に白色である。
【０１４３】
１つ以上の第４の実施形態では、方法は、天然木材のセルロース系内腔を実質的に保持しながら、天然木材から少なくとも９０％のリグニンを除去し、それによって脱リグニン木材片を製造することを含む。
【０１４４】
第４の実施形態または任意の他の実施形態では、脱リグニン木材は、実質的に白色である。
【０１４５】
第４の実施形態または他の任意の実施形態では、除去することは、ＮａＯＨ、Ｎａ２Ｓ、ＮａＨＳＯ３、ＳＯ２、Ｈ２Ｏ、Ｎａ２ＳＯ３、アントラキノン（ＡＱ）、Ｎａ２Ｓｎ（ｎは整数である）、ＣＨ３ＯＨ、Ｃ２Ｈ５ＯＨ、Ｃ４Ｈ９ＯＨ、ＨＣＯＯＨ、ＮＨ３、ｐ−ＴｓＯＨ、ＮＨ３−Ｈ２Ｏ、Ｈ２Ｏ２、ＮａＣｌＯ、ＮａＣｌＯ２、ＣＨ３ＣＯＯＨ（酢酸）、ＣｌＯ２、およびＣｌ２の少なくとも１つを含む化学溶液に天然木材片を浸すことを含む。
【０１４６】
第４の実施形態または任意の他の実施形態では、除去することは、天然木材片を第１の化学溶液に浸漬し、続いて第２の化学溶液に浸漬することを含む。第４の実施形態または任意の他の実施形態では、第１の化学溶液はＮａＯＨとＮａ２ＳＯ３の混合物を含み、第２の化学溶液はＨ２Ｏ２を含む。
【０１４７】
第４の実施形態または他の任意の実施形態では、方法は、（ａ）除去後、セルロース系内腔が断面図で開いたまままたは妨げられないままになるように、凍結乾燥または臨界点乾燥によって脱リグニン木材片を乾燥させること；（ｂ）除去後、脱リグニン木材をすすぎ、残留化学物質を除去することから除去すること；（ｃ）すすぎの後、脱リグニン木材片を乾燥させること；（ｄ）すすぎの後、脱リグニン木材を第１の期間、９０％の相対湿度に曝すこと；（ｅ）脱リグニン木材をプレスすること；（ｆ）プレスの前または後に、木材を疎水性処理にかけること；（ｇ）脱リグニン木材を白とは異なる色に染色すること；（ｈ）脱リグニン木材を化学的に処理して、耐候性または耐塩水にすること；および（ｉ）脱リグニン木の表面をコーティングすることの少なくとも１つをさらに含む。
【０１４８】
第４の実施形態または任意の他の実施形態では、すすぎのための溶液は、エタノールおよび脱イオン（ＤＩ）水の少なくとも１つを含む。
【０１４９】
第４の実施形態または任意の他の実施形態では、プレスすることは、木材の厚さが０％と４０％の間、または０％と２０％の間で包括的に減少するようなものである。第４の実施形態または任意の他の実施形態では、プレスすることは、木材の厚さが少なくとも４０％、または少なくとも８０％減少するようなものである。第４の実施形態または任意の他の実施形態では、プレスすることは、２０〜１２０℃の温度および０．５〜１０ＭＰａの圧力で行われる。第４の実施形態または任意の他の実施形態では、微孔性フィルター膜または濾紙は、プレス前またはプレス中に脱リグニン木材の表面上に配置される。第４の実施形態または任意の他の実施形態では、プレスすることは、セルロース系内腔の延在方向と交差する方向である。第４の実施形態または他の任意の実施形態では、プレス後、脱リグニン木材は、１０ｎｍ以下の表面粗さを有する。
【０１５０】
第４の実施形態または他の任意の実施形態では、疎水性処理は、エポキシ樹脂、シリコーンオイル、ポリウレタン、パラフィンエマルション、無水酢酸、オクタデシルトリクロロシラン（ＯＴＳ）、１Ｈ，１Ｈ，２Ｈ，２Ｈ−ペルフルオロデシルトリエトキシシラン、フッ素樹脂、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）、メタクリロキシメチルトリメチルシラン（ＭＳｉ）、多面体オリゴマーシルセスキオキサン（ＰＯＳＳ）、カリウムメチルシリケート（ＰＭＳ）、ドデシル（トリメトキシ）シラン（ＤＴＭＳ）、ヘキサメチルジシロキサン、ジメチルジエトキシシラン、テトラエトキシシラン、メチルトリクロロシラン、エチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、トリメチルクロロシラン、フェニルトリメトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン、プロピルトリメトキシシラン、ポリメチルメタクリレート、ポリジアリルジメチルアンモニウムクロライド（ｐｏｌｙＤＡＤＭＡＣ）、３−（トリメトキシシリル）プロピルメタクリレート（ＭＰＳ）、疎水性ステアリン酸、両親媒性フッ素化トリブロックアジドコポリマー、ポリフッ化ビニリデンおよびフッ化シラン、ｎ−ドデシルトリメトキシシラン、およびラウリル硫酸ナトリウムの少なくとも１つを含む。
【０１５１】
第４の実施形態または任意の他の実施形態では、疎水性処理は、プレスの前に行われ、１Ｈ，１Ｈ，２Ｈ，２Ｈ−ペルフルオロデシルトリエトキシシランを含む。
【０１５２】
第４の実施形態または他の任意の実施形態では、耐候性または耐塩水性のための化学的処理は、銅酸（ＣＤＤＣ）、第四級アンモニア銅（ＡＣＱ）、クロム酸ヒ酸銅（ＣＣＡ）、アンモニア性ヒ酸銅亜鉛（ＡＣＺＡ）、ナフテン酸銅、酸性クロム酸銅、クエン酸銅、銅アゾール、８−ヒドロキシキノリン酸銅、ペンタクロロフェノール、ナフテン酸亜鉛、ナフテン酸銅、クレオソート、二酸化チタン、プロピコナゾール、テブコナゾール、シプロコナゾール、ホウ酸、ホウ砂、有機ヨウ化物（ＩＰＢＣ）、およびＮａ２Ｂ８Ｏ１３・４Ｈ２Ｏの少なくとも１つを含む。
【０１５３】
第４の実施形態または任意の他の実施形態では、コーティングは、油性ペイント、疎水性ペイント、ポリマーコーティング、または耐火コーティングを含む。
【０１５４】
第４の実施形態または任意の他の実施形態では、耐火コーティングは、窒化ホウ素、モンモリロナイトクレイ、ハイドロタルサイト、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、ケイ酸ナトリウム、炭酸カルシウム（ＣａＣＯ３）、水酸化アルミニウム（Ａｌ（ＯＨ）３）、水酸化マグネシウム（Ｍｇ（ＯＨ）２）、炭酸マグネシウム（ＭｇＣＯ３）、硫酸アルミニウム、硫酸鉄、ホウ酸亜鉛、ホウ酸、ホウ砂、リン酸トリフェニル（ＴＰＰ）、メラミン、ポリウレタン、ポリリン酸アンモニウム、リン酸、亜リン酸エステル、アンモニウムリン酸、硫酸アンモニウム、ホスホン酸、リン酸二アンモニウム（ＤＡＰ）、リン酸二水素アンモニウム、リン酸一アンモニウム（ＭＡＰ）、リン酸グアニル尿素（ＧＵＰ）、リン酸二水素グアニジン、五酸化アンチモンの少なくとも１つを含む。
【０１５５】
第４の実施形態または任意の他の実施形態では、方法は、その表面が空に熱を放射するように脱リグニン木材片を配置することをさらに含む。第４の実施形態または任意の他の実施形態では、表面は、内腔の延在方向に実質的に平行である。
【０１５６】
第４の実施形態または任意の他の実施形態では、方法は、建築材料、包装材料、または他の構造材料として脱リグニン木材片を形成することをさらに含む。
【０１５７】
第４の実施形態または任意の他の実施形態では、方法は、脱リグニン木材片の表面に１つ以上の電子部品を形成することをさらに含む。
【０１５８】
第４の実施形態または他の任意の実施形態では、方法は、脱リグニン木材片を使用して構造または環境を冷却してエネルギーを放射することをさらに含む。第４の実施形態または任意の他の実施形態では、冷却は受動冷却である。第４の実施形態または他の実施形態では、脱リグニン木材片は、４００〜１１００ｎｍの波長範囲の第１の放射率および８〜１３μｍの波長範囲の第２の放射率を有し、第１の放射率は第２の放射率よりも小さい。第４の実施形態または任意の他の実施形態では、第２の放射率は、第１の放射率の少なくとも３倍、少なくとも５倍、少なくとも８倍、または少なくとも１０倍である。第４の実施形態または任意の他の実施形態では、第２の放射率は少なくとも０．８であり、第１の放射率は０．１以下である。
【０１５９】
第４の実施形態または任意の他の実施形態では、脱リグニン木材片は、それが吸収するよりも多くのエネルギーを放射する。第４の実施形態または任意の他の実施形態では、脱リグニン木材片の熱伝導率は異方性である。第４の実施形態または任意の他の実施形態では、脱リグニン木材の露出面に平行な方向の脱リグニン木材片の熱伝導率は、その露出面に垂直な方向の脱リグニン木材片の熱伝導率よりも大きい。
【０１６０】
第４の実施形態または任意の他の実施形態では、方法は、別の天然木材のセルロース系内腔を実質的に保持しながら、その天然木材片から少なくとも９０％のリグニンを除去し、それによってその脱リグニン木材片の表面を別の脱リグニン木材片の表面に結合することをさらに含む。第４の実施形態または任意の他の実施形態では、脱リグニン木材片の内腔の延在方向は、別の脱リグニン木材片の内腔の延在方向と交差する。第４の実施形態または任意の他の実施形態では、脱リグニン木材片および別の脱リグニン木材片は、水素結合、接着剤、およびエポキシのうちの少なくとも１つによって互いに結合される。
【０１６１】
第４の実施形態または他の任意の実施形態では、方法は、結合の前または後に、内腔が少なくとも部分的に崩壊するように、脱リグニン木材片および別の脱リグニン木材片を、その内腔のそれぞれの延在方向が交差する方向にプレスすることを含む。
【０１６２】
第１から第４の実施形態、または任意の他の実施形態では、天然木材は、広葉樹、針葉樹、または竹を含む。第１から第４の実施形態、または任意の他の実施形態では、天然木材は、バスウッド、オーク、ポプラ、アッシュ、ハンノキ、アスペン、バルサ材、ブナ、バーチ、チェリー、バターナット、栗、ココボロ、ニレ、ヒッコリー、メープル、オーク、パダウ、プラム、クルミ、ヤナギ、黄色のポプラ、ハゲサイプレス、スギ、ヒノキ、ダグラスファー、モミ、ヘムロック、カラマツ、パイン、レッドウッド、スプルース、タマラック、ジュニパー、またはイチイを含む。
【０１６３】
１つ以上の第５の実施形態では、能動または受動冷却装置は、第１から第４の実施形態のいずれか、または任意の他の実施形態による構造を含む。
【０１６４】
１つ以上の第６の実施形態では、断熱材料は、第１から第５の実施形態のいずれか、または任意の他の実施形態による構造を含む。
【０１６５】
１つ以上の第７の実施形態では、電子装置は、第１から第６の実施形態のいずれか、または任意の他の実施形態による構造を含む。第７の実施形態または任意の他の実施形態では、少なくとも１つの電子部品が構造の表面上に形成されている。第７の実施形態または他の任意の実施形態では、電子装置は、ディスプレイパネルとして構成されている。
【０１６６】
１つ以上の第８の実施形態では、包装材料は、第１から第７の実施形態のいずれか、または任意の他の実施形態による構造を含む。
【０１６７】
１つ以上の第９の実施形態では、建築材料は、第１から第８の実施形態のいずれか、または任意の他の実施形態による構造を含む。第９の実施形態または任意の他の実施形態では、建築材料は、建物の外面として構成されている。第９の実施形態または任意の他の実施形態では、外面は、建物の屋根およびサイディングのうちの少なくとも１つである。
【０１６８】
１つ以上の第１０の実施形態では、材料は、第１から第９の実施形態のいずれか、または任意の他の実施形態による構造を含む。第１０の実施形態または任意の他の実施形態では、材料は、自動車、列車、トラック、飛行機、ボート、船、または他の任意の輸送、車両、または輸送、倉庫、工場、オフィスビル、納屋、家、またはその他の建物や構造物の内部または外部構成要素として形成される。第１０の実施形態または任意の他の実施形態では、材料は、コンテナ、ボックス、または輸送用クレート；ディスプレイ、装飾、窓枠、額縁、ドアまたはドア枠、テーブル、机、椅子、キャビネット、ワードローブ、ベッド、または家具または家庭用アクセントのその他の部品；橋、ドック、デッキ、またはプラットフォーム；楽器；保護カバー、ブラストシールド、またはその他の保護装置；道具、運動器具、またはスポーツ用品の一部を形成する。
【０１６９】
本出願では、特に明記しない限り、単数形の使用には複数形が含まれ、「または」および「および」の別々の使用には、他方、すなわち「および／または」が含まれる。さらに、「含む」または「有する」、および「含む」、「含まれる」、「有する」または「有する」などの他の形態の使用は、「含む」と同じ効果を有することを意図し、したがって、限定として理解されるべきではない。
【０１７０】
本明細書に記載されている任意の範囲は、端点および端点間のすべての値を含むと理解される。「実質的に」、「およそ」、「本質的に」、「近い」、または同様の言葉が特定の値と組み合わせて使用される場合は、特に明記されていない限り、その値の１０％以下のバリエーションが意図される。
【０１７１】
上記の説明は、場合によっては、実験室で生成された例に適用されるが、これらの例は生産技術に拡張できる。したがって、量と技術が実験室の例に適用される場合、それらは限定として理解されるべきではない。
【０１７２】
したがって、本開示に従って、脱リグニン木質材料、ならびにその製造および使用のための方法が提供されることは明らかである。本開示により、多くの代替、修正、および変形が可能になる。本発明の原理の適用を説明するために特定の例が詳細に示され、説明されてきたが、本発明は、そのような原理から逸脱することなく、他の方法で具体化できることが理解されよう。例えば、開示された特徴は、追加の実施形態を生成するために組み合わされ、再配置され、省略されてもよいが、特定の開示された特徴は、他の特徴の対応する使用なしに有利に使用されることがある。したがって、出願人は、本発明の精神および範囲内にあるそのようなすべての代替、修正、等価物、および変形を包含することを意図している。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図２Ｅ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図３Ｅ】
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【図３Ｆ】
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【図３Ｇ】
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【図３Ｈ】
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【図３Ｉ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図５Ｅ】
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【図５Ｆ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図６Ｄ】
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【図６Ｅ】
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【図７】
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【図８】
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【図９−１】
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【図９−２】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７Ａ】
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【図１７Ｂ】
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【図１７Ｃ】
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【国際調査報告】
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