日本建築学会大会学術講演梗概集（近畿） 2014 年 9 月

1404

各種木材の示差熱分析による熱分解性状に関する検討
木質材料
TG-DTA

木材
示差熱分析

発熱量
熱分析

○杉田 敬太郎*1
大橋 宏和*1
遊佐 秀逸*2
山田 誠*4

正会員
同同
同

専用の試料容器へ移す。

1. はじめに近年「燃え止まり性能を有する木質構造部材」に関する研究が報告されている

髙橋 拡･山本 正人*1
長岡 勉･永盛 洋樹*1
大宮 喜文*3
齋藤 潔*5同同
同同

3. 試験方法
示差熱分析装置を使用して、調製した試験体を分析す

1）,2）。この部材の特徴の一つは、荷重支持部の外周を、燃えしろ層として木材等で覆う点る。分析条件は、表 2 に示す条件に従う。試験体数は、である。火災時においては、この層が荷重支持部への熱樹種ごとに、すべて異なるラミナから 3 体調製する。試

伝達を抑制することで、耐火性能が確保される。このよ験の順序は無作為に実施する。また、ブランク測定としうなメカニズムから、燃焼時の発熱量が低い木材種類て、試料容器に何も入れず分析を実施する。その時期は、（樹種）を燃えしろ層に使用する場合、耐火性能が有利

初回および試験体を 3 回分析するごとに 1 回とする。になると考えられる。

4. 評価方法
評価項目は、示差熱曲線（DTA 曲線）および質量保持

示差熱分析は、発熱性状を評価する分析手法の一つで率曲線の形状と、相対発熱量とする。

あり、試験体を完全燃焼させる場合の発熱量評価に適している。また、粉体での分析が可能である。そのため、相対発熱量は、ここでは（１）式で定義する。この値

木材を粉体として分析することで、塊状では比較的影響は、試験体の DTA 値（DTA 試験体(t)）から直前に測定したが大きい比重･空隙率の影響が低減され、より化学組成にブランクの DTA 値（DTA ブランク(t)）を引いた値を、50℃依存した発熱量を評価することが可能である。に 到 達 し た 時 間 (t50 ℃ ) か ら 、 520 ℃ に 到 達 し た 時 間

本報告では、4 種類の樹種について、集成材からラミナ(t520℃)までの時間で積分し、試料重量で割った値である。

を採取･粉体化した試験体を示差熱分析し、発熱量を比較

DTA 曲線上では、図 1 の DTA 曲線例に示す発熱面積からした結果を報告する。

吸熱面積を引いた面積を、試料重量で割った値と表すこ

2. 試験体樹種は、表 1 に示す 4 種類を評価する。
表 1 試験に供する樹種とができる。

略号
JC̲H
JC̲LKAHI

密度(kg/m3)
451−494359−386510−522444−477

試験体調製は、次の手順に従う。
（１）木材の粉体化

温度範囲

40〜1000℃

昇温速度5℃/min

試料重量5.0±0.5mg

試料容器

アルミナ製

基準試料

アルミナ

雰囲気

空気※

※

高圧ガスボンベの空気を流量50ml/min でフロー。

電動糸鋸でラミナの広範囲を研削し、生じた木粉を回収する。回収した木粉を、メノウの乳棒と乳鉢ですり潰
相対発熱量 ＝してさらに微細化する。

∫＝46μｍのふるいを通過しない木粉を回収する。
（３）木粉の含水量安定化
木粉を温度 20℃、湿度 60％ＲＨの環境に 24 時間以上

0

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

40520℃

50℃

30

DTA 試験体（t）

20DTA ブランク（t）

吸熱面積

10発熱面積0-10-20ｔ 50℃
02040ｔ 520℃
60

80 100 120 140 160 180時間 [min]図1

DTA 曲線例

t 520 ℃ DTA 試験体(t) − DTA ブランク(t)t 50 ℃（２）木粉の分級木粉をふるいに掛け、目開き 90μm のふるいを通過し、温度 [℃]分析条件

DTA [μV]

樹種
スギ（密度大）スギ（密度小）
カラマツ
ヒノキ

表2

試料重量dt

発熱面積 − 吸熱面積
[ μV･min/mg ] ・・・（１）式
試料重量5. 試験結果
TG‑DTA 曲線を図 2 に示す。DTA 曲線の 470℃付近のピー静置して、含水量を安定化させる。

クにおいて、カラマツ全てとヒノキ‑B の試験体は、他の（４）木粉の秤量･採取試験体と比較して、ピーク高さが低い結果であった。そ木粉重量が 5.0±0.5mg になるように秤量･採取して、れ以外には、顕著な差異は認められなかった。

Study on Influence of Various Wood to Behavior of Thermolysis

SUGITA Keitaro, TAKAHASHI Hiromu, YAMAMOTO Masato,

by Differential Thermal Analysis.

OHASHI Hirokazu, NAGAOKA Tsutomu, NAGAMORI Hiroki,
YUSA Shuitsu, OHMIYA Yoshifumi, YAMADA Makoto, SAITO Kiyoshi― 807 ―

相対発熱量を表 3 に示す。平均値は、スギ（密度大）（２）木材の化学成分組成と発熱量の関係
木材の化学成分組成を分析した事例が報告されている 3)。

68.6、スギ（密度小）69.3、カラマツ 48.1、ヒノキ 54.1であった。樹種の因子による要因効果図を図 3 に示す。

主要成分である、全セルロース、リグニンの重量百分率

エラーバーは、一元配置実験の区間推定方法より 95％信を抜粋し表 4 に示す。表 4 は、リグニン量に大きな差が頼区間を算出したものであり、その範囲は±8.4 である。

あり、スギが最も多く、カラマツが最も少ないことを示

図 3 は、スギ（密度大）やスギ（密度小）の相対発熱量している。示差熱分析結果と併せると、リグニン含有量

は、カラマツやヒノキに比べて、有意に高いことを示しが多い木材ほど、発熱量が高くなる可能性が示唆される。ている。

6054.15048.1400
カラマツて有意に高い結果であった。したがって、燃えしろ層と樹種の因子による要因効果図

して使用する場合、発熱量の観点からはカラマツやヒノキが有利であり、スギ（密度大）やスギ（密度小）が不利であることが把握された。
参考文献
1）上原茂男ら,燃え止まり性能を有する木質構造部材に関する研究:その1〜8,日本建築学会大会学術講演梗概集,(2004〜2008)
2）大橋宏和ら,耐火木造部材の耐火性能に関する研究 その１〜5 日本建築学会大会学術梗概集,(2012〜2013)3) 城代進ら,木材科学講座 4 化学,海青社,p.29(1993)【注】本研究は林野庁「平成 25 年度 地域材供給倍増事業のうち木造住宅・木造公共建築物等の構造部材開発等支援事業」の助成を受けて実施した。

0-201000-50100

250

80200
重量保持率 [％]

20020050200

DTA [μV]250200400600
温度 [℃]

80000-201000-50100

25080

2000200400600
温度 [℃]

DTA（ブランク）
重量保持率(LA-B)

800-201000
100DTA（HI-B）
DTA（ブランク）
重量保持率(HI-B)

80

15060

10040502050200000-201000-50-201000-50-201000

100250100

25080

20080

2000200400600
温度 [℃]

800

0200400600
温度 [℃]

5020000-20
1000-50-201000

図2DTA（ブランク）
重量保持率(LA-C)

10060

10040502060

100405020000-201000-500200400600
温度 [℃]

80000200400600
温度 [℃]

800

TG‑DTA 曲線*1 竹中工務店 技術研究所 *2 ベターリビング*1 Takenaka Corporation Research & Development Institute*3 東京理科大学 *4 日本住宅･木材技術センター*2 Center for Better Living *3 Tokyo University of Science*5 齋藤木材工業*4 Japan Housing & Wood Technology Center *5 Saito Wood Industry― 808 ―

80150

150-50800

DTA（HI-C）
DTA（ブランク）
重量保持率(HI-C)

DTA（LA-C）

40DTA [μV]8002004060

800

400600温度 [℃]

4050100100400600
温度 [℃]

20060

10060

150

200080150150DTA（JC̲L-C）
DTA（ブランク）
重量保持率(JC̲L-C)

0100
DTA（HI-A）
DTA（ブランク）
重量保持率(HI-A)

DTA（LA-B）

1000

重量保持率 [％]DTA [μV]

DTA [μV]

250808040

DTA [μV]

100DTA（JC̲L-B）
DTA（ブランク）
重量保持率(JC̲L-B)-5060800-50-201000100400600
温度 [℃]-201000015020000-500000-50202020DTA（JC̲H-C）
DTA（ブランク）
重量保持率(JC̲H-C)

50505020040404080

100100100200800

DTA（ブランク）
重量保持率(LA-A)

606060250400
600
温度 [℃]

250150150150

800

200

重量保持率 [％]

0DTA [μV]200

ヒノキ100DTA（LA-A）

500400600
温度 [℃]

2004020200801005002506040

DTA（JC̲H-B）
DTA（ブランク）
重量保持率(JC̲H-B)

100150100800カラマツ

DTA（JC̲L-A）
DTA（ブランク）
重量保持率(JC̲L-A)

重量保持率 [％]

200

重量保持率 [％]

80
60200C250

150-50B100

重量保持率 [％]

スギ(密度小)DTA（JC̲H-A）
DTA（ブランク）
重量保持率(JC̲H-A)

重量保持率 [％]

スギ(密度大)重量保持率 [％]に判断する必要がある。

-20
1000

重量保持率 [％]

熱伝導率･発熱速度･酸素遮断性能などを考慮し、総合的

250

25.7‑32.2

やスギ（密度小）の発熱量は、カラマツやヒノキに比べヒノキし、樹種を選定するには、発熱量以外の物性、たとえば

400600
温度 [℃]

20.3‑31.8

50.8‑58.1

DTA [μV]

図3

スギ
(密度小)

大）やスギ（密度小）が不利であると考えられる。ただ20047.2‑58.3

ヒノキ

重量保持率 [％]

スギ
(密度大)

点からは、カラマツやヒノキが有利であり、スギ（密度0カラマツ

7. まとめ粉体化した木材の示差熱分析を実施し、スギ（密度大）エラーバーは95％信頼区間を示し、その範囲±8.4である10ツやヒノキに比べて高かった。したがって、発熱量の観A

28.0‑34.8

DTA [μV]20

スギ（密度大）やスギ（密度小）の発熱量は、カラマ

200

49.0‑56.6

30

6. 考察
（１）耐火性能に有利となる燃えしろ層の樹種

250

リグニン

スギ

重量保持率 [％]

ヒノキ

68.6

DTA [μV]

カラマツ

70

重量百分率分析値（％）
全セルロース

重量保持率 [％]

スギ
(密度小)

主要な化学成分の重量百分率分析値
樹種

69.3

DTA [μV]

スギ
(密度大)

AB
CA
B
CA
B
CA
B
C

80

DTA [μV]

相対発熱量μV・min/mg
77.3
平均68.968.659.772.9
平均66.969.3
68.1
51.9
平均39.148.1
53.4
57.6
平均50.854.1
53.8

DTA [μV]

相対発熱量

試験体

相対発熱量 （μV・s/mg）

表3

表490