県産木材の高度利用技術開発−アカマツ単板積層塗装材の開発−
穴沢靖＊、谷内 博規＊＊、高橋 民雄＊＊＊、浪崎 安治＊＊＊、有賀 康弘＊＊＊

県産木材（針葉樹）による床材等の開発を目的に、単板積層したアカマツ材を用いてその積層効果と塗装による表面硬度の向上について検討した。その結果、アカマツ材を煮沸処理することにより、素材への塗料の浸透性を改善することができること、水浴温度が80℃以下であれば素材の表面硬度の低下に及ぼす影響が少ないことがわかった。また、単板積層したアカマツ材の積層面を塗装することによって、その表面硬さはブナやケヤキ等の広葉樹の表面硬さと同等もしくはそれ以上の表面硬さが得られることがわかった。これらのことから、広葉樹や輸入木材の代替材として、床材等へ利用可能なアカマツ材よる単板積層塗装材を開発1） することができた。
キーワード：塗装、単板積層材、アカマツ、表面硬さ

Development of Laminated Veneer Coating Lumber for SoftwoodANAZAWAYasushi,TANIUCHI Hironori,TAKAHASHI Tamio
NAMIZAKI Yasuji and ARUGA Yasuhiro
Forthefurtherutilization (includingfloorandotheruse) of softwoodproducedinIwateprefecture,taking a Japanese Red Pine as a sample, we have studied lamination effect and the improvement ofsurface hardness by coating. We found that boiling treatment of Japanese red pine will improve thepenetrability of paint against the coated material. The study also showed thattheboiling treatment has
few effect to lower the surface hardness unless the temperature exceeds 80 ℃ .Moreoverthecoatingof
each thickness of laminated veneer lumber will improve the surface hardness of the material to beequivalentorsuperiortothe oneofhardwoodproductsincludinga BeechandaZelkova.Asaresult,wesucceeded in developing a substitute of hardwood and imported lumber, the laminatedveneer coating
lumberforfloorandotheruseutilizingaJapaneseRedPine.
key words : coating, L V L , j a p a n e s e r e d p i n e , s u r f a c e h a r d n e s s
1

緒

建築物の床材等に利用できる材料の開発が必要である。

言住宅の軸用材料を目的として、県内に戦後造林されたアカマツ材等は広葉樹材に比べ、軟質な早材部に起因す針葉樹（アカマツ、スギ等）は、現在伐採期を迎えている硬度不足のため、用途としては傷の付きにくい場所にるが、新たな建築工法等の出現や外材の進出に伴い、あ限定されてきた。アカマツ材を用いた床材開発のためにまり利用されなくなってきていることから、早急に新たはその表面をブナ材などの広葉樹並みの硬さに改質するな用途の開発が望まれている。筆者らはこれまでにコー必要がある。そこで本研究では、県産木材による床材等ティングによる軟質木材の改質技術について検討を行の開発を目的に単板積層したアカマツ材を用いて、そのい、住宅の内装材及び家具材等に使用できる軟質木材専

積層効果とコーティングによる表面硬度の向上につい用コーティング材料等の開発

2〜4）5)や難燃化処理木材 （内装材）の塗装工程等の確立を図ってきた。しかし、さらに県産木材の需要の拡大を図るためには、公共性の高い

***
***

化学部
岩手県林業技術センター
木工特産部て、林業技術センターと共同で検討を行ったので、その内容について報告する。２２−１

実験方法
供試材料

寸法 L × R × T ＝ 2000 × 100 × 120mm の岩手県産の鋼球を約 0.32mm 圧入し、その時の荷重Ｐ（Ｎ）を測定することにより、ブリネル硬さを以下の式によって求めた。

硬さ= P / 10 ( N/mm2 )アカマツ辺材を本板目の木取りで 12 体調製し、生材のP：圧入深さが1/πmmとなるときの荷重（N）

まま温水浴槽で 60 ℃１週間軟化を行い、突き板製造装

なお 、測定点は、試験片（寸法 L × R × T ＝ 100 × 100

置（スライサー）を用いて、厚さ 1 〜 5mm の板目単板× 15mm ）表面を縦横10ｍｍの等間隔に区分けし、そのをそれぞれ 100 〜 20 枚調製し、室温（25 ℃）で 4 週間交点の81個所とし、それぞれの試験片ごとに硬さの分布風乾させた後、実験に供した。

を求めた。

２−２積層接着赤松丸太

寸法 L × R × T ＝ 2000 × 100 × 120mm のアカマツ煮沸（軟化及び塗装下地剤の浸透性向上）

辺材の単板積層材（以下 LVL と記す。
）を試作するために、水性ビニルウレタン樹脂系接着剤（大鹿振興（株）
ピ ー ア イ ボ ン ド NO.127） を 用 い て ， 塗 布 量 220 〜

ロータリーレース
単板を調製

250g/m2， 圧締圧 10kg/cm 2 の条件で、厚さ 1、2、3、5mmのアカマツ辺材単板をそれぞれ 100、 50 、33 、20 枚積層単板接着した。解圧後、リップソー、二面鉋盤を用いて、積層面が試験面になるように加工した。 図1 に単板積層塗装材の製造工程を示す。
２−３

供試塗料

単板を積層・接着

市販の木材用透明塗料の中から、下塗り塗料 1 種類、床材上塗り塗料 5 種類を用いた。下塗り塗料は、針葉樹専用積層面を表にして切り、床材を作成

塗料「木肌塗料」（（ 株）斉藤塗料製）の下塗り用塗料である木堅め剤を用いた。上塗り塗料は、乾燥塗膜の鉛筆単板積層材硬度が異なる塗料の中から、紫外線乾燥塗料 2 種類、ポリウレタン樹脂塗料 3 種類を用いた。表1に上塗り塗料

塗装の略号、塗料タイプ、鉛筆硬度を示す 。（以下、塗料名

塗装下地剤を表層に浸透させることにより、表面の硬度を高めている。

については略号で示す。）なお、紫外線乾燥塗料の乾燥
条 件 は 、 メ タ ル ハ ラ イ ド ラ ン プ 120W/cm2、 照 射 距 離20cm、コンベアースピード 3m/min とした。

図1２−４単板積層塗装材の製造工程

煮沸試験
表1

LVL を作成する際の煮沸条件を検討するため、寸法 L号

供試塗料

× R × T ＝ 50 × 50 × 15mm の形状に調整した岩手県

略産アカマツ柾目材を 30 〜 98 ℃の温度条件で、それぞれUV-H

紫外線乾燥塗料

4H

4 〜 120 時間煮沸後、オーブンで 105 ℃ 、24 時間乾燥し 、

UV-S

紫外線乾燥塗料

2H

さらに塗装を行い試験片とした。なお、木材中への塗料

U-P

ポリウレタン樹脂塗料

B

U-O

ポリウレタン樹脂塗料

U-M

ポリウレタン樹脂塗料

H(油変性型）

また、木材表面の硬さの測定は、ブリネル硬さ試験により行った。

鉛筆硬度（ポリオール型）の浸透性を評価するため、低真空型電子顕微鏡（㈱日本電子製 JSM-5300LV ）により試験片断面の観察を行った 。

塗料タイプ

F

(湿気硬化型）２−５

ブリネル硬さ試験
３

塗装を施した LVL の表面硬さの測定は、ブリネル硬さ試験により行った。なお、ブリネル硬さの測定には、

３−１

実験結果
煮沸処理効果寸法 L × R × T ＝ 100 × 100 × 15mm の LVL 、また比木材からスライス単板やロータリーレース単板を調製

較のために，同じ形状のアカマツ板目単板及び柾目単板

する際には、木材を軟化させるための煮沸処理が行われを用いた。万能試験機 AG-10TD（（株）島津製作所製）

る。この処理により、刃物の切削抵抗を低減させ容易にを用い 、JIS-Z-2101 に準じて 、試験片表面から直径 10mm単板を作製することができるが、その一方で、木材中の油脂分や細胞壁を構成するヘミセルロース等が溶脱さ温度とブリネル硬さの関係を示す。未塗装試験片においれ、塗料の浸透性の向上が期待できるものの木材自体のては、煮沸処理時間 4 時間及び 120 時間のどちらにおい強度も損なわれるおそれがある。ても、処理温度の増加によりブリネル硬さは減少する傾

図2に煮沸前の試験片と、 80 ℃で 48 時間及び 120 時向を示し、80 ℃以降では、煮沸処理時間 120 時間の試

間煮沸処理した試験片の横断面の観察結果を示す。煮沸験片のブリネル硬さの値が大きく減少した。煮沸処理時

処理時間の増加と共に細胞壁厚が減少していることがわ間が長く、処理温度が高くなると、図2 に示したように、かる。

細胞壁を構成するヘミセルロース等の溶脱量が多くな

図3 に図2で用いた試験片に下塗り塗料を 10 回エアスり、木材自体の強度が低下するためと考えられる。一方、プレーした試験片の横断面の観察結果を示す。煮沸前の

UV-H 塗装試験片では、煮沸処理時間 4 時間及び 120 時

試験片においては､木材中への塗料の浸透分はわずかで間の試験片どちらにおいてもブリネル硬さは、処理温度ほとんどが塗膜を形成している。煮沸処理時間の増加と80 ℃まではほとんど変化がなく約 19N/mm 2 の値を示し、ともに塗料の浸透性が向上する傾向を示し、 48 時間煮処理温度 98 ℃でブリネル硬さは 15N/mm 2 に減少した。

沸処理した試験片では塗膜も形成しているが、煮沸前の未塗装試験片と比較して煮沸処理時間による変化がほと試験片よりも浸透分が多くなっている。 120 時間煮沸しんど見られなかったことは、 図3 に示した塗料の浸透効た試験片においては、塗料のほとんどが浸透し塗膜を形果の影響によるものと考えられる。従って、塗装するこ成していないことから、煮沸処理することで素材への塗とを前提としたアカマツ材の煮沸処理においては、処理料の浸透性が改善されていることがわかる。

浴温度が 80 ℃以下であれば、表面硬度の低下に及ぼす

図4 に未塗装と UV-H 塗装試験片の煮沸処理における（a)影響は少ないと考えられる。

（b)
図2

（c)

煮沸処理試験におけるアカマツ試験片の横断面の電子顕微鏡写真(a)煮沸前；(b)48時間煮沸処理；(c)120時間煮沸処理

(a)

(b )
図3

(c )

煮沸処理試験におけるアカマツ塗装試験片の横断面の電子顕微鏡写真

N(a)煮沸前；(b)48時間煮沸処理；(c)120時間煮沸処理
３−２25

表面硬さの測定ブリ ネル硬さ （ /mm2 ）

図5、6にアカマツ板目単板及びアカマツ柾目単板のブ20リネル硬さを測定した結果を示す。本実験に用いた岩手県産アカマツ材と比較するために、参考値（文献値） 6）15として広葉樹であるブナ及びケヤキ板目単板のブリネル硬さ（平均値）を示した。なお、ブナのブリネル硬さは102217.7N/mm、ケヤキは19.6N/mmである。

▼ 塗装 ( 4H処理）● 塗装（120H処理）▽ 未塗 装( 4H処理）

5

図5のアカマツ板目単板のブリネル硬さの分布は、6〜31N/mm 2 と広範囲な硬さの分布を示し、全体的に値は低○ 未塗 装(120H処理）

0020406080

くいが、広葉樹よりも高い値を示す部分もあることから、
100

処理温度（℃）

図4

煮沸処理温度とブリネル硬さの関係

晩材部がわずかでそのほとんどが早材部で構成されていることがわかる。また、その平均値は11.8N/mm2 となり、ブナ､ケヤキの広葉樹に比べてかなり軟らかい材質となっていることがわかる。
〜18N/mm 2 となっており、板目単版に比較して晩材部の構成割合が増すことにより、硬さの分布が均一化されて出現率（％）

35

図6のアカマツ柾目単板のブリネル硬さの分布は、9.830av.21.325202
くることがわかる。平均値は 13.5N/mmとなり、板目単15板よりは高い値を示すが、ブナ､ケヤキの値には及ばな10いことがわかる。

50

図7にアカマツを60±5℃、120時間煮沸処理した LVL

04.99.814.7（板厚：1 ｍｍ）のブリネル硬さの分布を示す。ブリネ
ル硬さの分布は13〜 30 N/mm2 となり、アカマツ板目単板

19.624.529.434.339.2

ブリネル硬さ（N/m㎡）

図7

アカマツLVL(板厚：1mm）のブリネル硬さの分布の分布の範囲が狭くなり全体的に右側にシフトしたような分布となっている。また、その平均値は 21.3N/mm2 となり、ブナ､ケヤキの広葉樹よりも高い値を示す結果と3530

散化され、さらに接着剤で積層されることにより材質の25均一化と強度が増すものと考えられる。また、板厚 2、3、5mm の LVL のブリネル硬さの平均値は、それぞれ 19.322出現率（％）

なっている。単板にすることにより軟らかい早材部が分av.24.3

20152N/mm、18.2 N/mm、 17.5N/mm となり、ブナ、ケヤキの広10葉樹以上または同程度の平均硬さとなった。

50

図8に 図7で用いた LVL に UV-H を塗装した積層塗装

04.99.814.7

単板のブリネル硬さの分布を示す。 図7の LVL の分布がさらに右側にシフトし､平均値も24.3N/mm2 となり､未塗装 LVL よりも全体的に均一化された分布を示しており 、19.624.529.434.339.2

押し込み硬さ（N/m㎡）

図8

UV‑Hで塗装したアカマツLVL(板厚：1mm）のブリネ
ル硬さの分布塗装による表面硬度の向上が図られていることがわかる。 この傾向は UV-S、 U-P 、 U-O、 U-M においても同じ傾向を示し、ブリネル硬さの平均値で1.5〜3.0N/mm2高い値を示す結果が得られた。

４結

言

県産木材（針葉樹）による床材等の開発を目的に、単板積層したアカマツ材を用いてその積層効果と塗装による表面硬度の向上について検討した。その結果、以下の知見が得られた。

出現率（％）

353025アカマツ
av.12.020（1 ） アカマツ材を煮沸処理することにより、素材へのケヤキ
av.19.6
ブ ナ
av.17.7

塗料の浸透性を改善させることができる。
（2 ） 塗装することを前提としたアカマツ材の煮沸処理

15においては、処理浴温度が 80 ℃以下であれば、表面硬10度の低下に及ぼす影響は少ない。

5（3 ） アカマツ材から積層単板を製作しその積層面を塗

004.99.814.719.624.529.4

34.339.2

ブリネル硬さ（N/m㎡）

図5

広葉樹の表面硬さと同等もしくはそれ以上の表面硬さがアカマツ板目単板のブリネル硬さの分布得られる。
文35av.13.5
出現率（％）

装することによって、その表面硬さはブナやケヤキ等の献301)特願2000‑57181.

252)Y.Anazawa,Y. Namizaki : Proceedings of 2 nd PacificCoatingForum,p. 354‑357 (1997).

203)Y.Anazawa,Y.Namizaki : Proceedingsof SymposiumT

15ofIUMRS-ICA-97, p.106-107(1997).

1054)特開平 10‑101993.

004.9

9.8

14.7

19.6

24.5

29.4

34.3

ブリネル硬さ（N/m㎡）

図6

アカマツ柾目単板のブリネル硬さの分布39.25)谷内,穴沢 : 第48回日本木材学会大会研究発表要旨
集,p.649(1998).
6)木材工業ハンドブック,丸善(株)(1982).