平成11年度 研究報告 大分県産業科学技術センター

高圧水蒸気処理による木材の着色
北嶋倭朗・大野善隆・佐藤幸吉郎・古曳博也。阿部優★
日田産業工芸試験所・★別府産業工芸試験所

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要旨
木材に水と熱だけで着色を行うために、密閉容器の中に水蒸気を注入して130℃〜150℃の温度で処理を行った。その結果、無処理材に比べてMOEは20〜30％低下した。材色は茶褐色に変化し、150℃・3時間の処理で無処理材との色差（△E＊ab）は27だった。また割れの発生原因は処理温度や処理時間に比べ、材のばらつきに大きく依存することが判明した。

高圧水蒸気状態と常圧状態における木材内部への熱の1．はじめに伝導を測定した。試験片はベイマツ（半径方向100mm，接現在、PRTR（環境汚染物質排出・移動登録）や環境ホルモンなど、産業廃棄物に対する社会的感心が高まって線方向150mm）を使い、木口面から10，20，40，80mmの接いる。こうした中で、木材の高圧水蒸気処理は、有害な線面中心部より半径方向に50mmの穴をあけ、内部に熱化学物質を使わずに木材に対して着色を行うことができ電対を埋め込み、空隙部分をエポキシ樹脂で埋めた。こるため、使用中のみならず使用後の焼却においても従来れを高圧水蒸気中と大気中の150℃の雰囲気下に置き、の製品に比べ有毒ガスの発生が少ないと考えられる。こ木材内部の温度変化を測定した。（Fig．1）の着色機構は明らかではないが、ヘミセルロースの加水分解によるリグニンーフルフラール樹脂形成に起因すると考えられている1）。ここではこの技術の実用化に向けての研究を報告する。

2．実験方法

木材を耐圧密閉容器に入れて水蒸気を注入して、130℃〜150℃（0．1MP〜0．5MP）の範囲で処理を行った。処理

Figl．Mesurationofheatconduction

時間は、1〜3時間である。
2．1木材の強度変化

アルダー、ゴム、シカモア、スギ、ハックベリー、ベ2．4処理温度・時間別の材色の変化

イマツ、ユリノキ、イエロいポプラの8種類の木材を、処理方法による着色の効果をみるために処理を行った

150℃で1時間・2時間処理したものと、無処理材で曲材料内部の色の変化を測定した。試験片はシカモア材（半げヤング率の比較を行った。

径方向50mm，直径方向200mm，繊維方向1200mm）で、2．2含水率の変化

それぞれ130・140・150℃で1・2・3時間処理したものを、ベイマツ、ユリノキの2種類の木材を、150℃で2時木口面・接線面より半分に割り手押し飽で表面処理した

間処理したものと無処理材で含水率の変化の比較を行っものを色差計で測色した。

た。

2．5処理温度・時間別の材料の割れ

2．3材内部の温度変化ー129−平成‖年度 研究報告 大分県産業科学技術センター

処理条件に処理材に発生した割れを測定した。試験片

処理材に比べ含水率が高いが、1日後にはほぼ同じ含素はシカモア材（半径方向50mm，直径方向200mm，繊維方率に、その後は大きく下がっている。これは水蒸気処理向1200mm）で、それぞれ130・140・150℃でト2・3時時に木材内部と密閉容器内の圧力差から、細胞と細胞を間処理したものの5mm以上の長さの割れの数で評価しつないでいるピットが破壊され、通過性が改善されたもた。のと考えられる。このことは次項の3．3の材内部の温度変化の測定からも推察される。
3∴結果及び考察
ふ一言−J≡○し︼h≡巴○∈

3．1木材の強度変化
一例としてアルダー、スギ、ユリノキ材で150℃・2時間水蒸気処理したものと、無処理の材料のMOEをFi乱2 に示す。スギの無処理材は強度にばらつきがあるが、それぞれの材料で20〜30％のMOEの低下がみられた。一般的に木材乾燥においては樹種に限らず高温及−2ー3−10Log（DAY）び処理時間が長くなるはど強度が低下するので、これと1トイエローポプラ処理材 −●−ハックベリー処理材同様の理由によるものと思われる。また120℃以下で短◆イエローポプラ無処理材−−−ハックベリー無処理材

時間に処理を行った場合は、セルロースの結晶化が進ん

Fig．3Variationofmoisturecontent

で逆に強度が増加するといわれているが、3．4で述べる
ように低温での短時間処理では在色が変化しないために、3．3材内部の温度変化強度の低下を免れることはできないと考えられる。

結果をFig．4，5に示す。大気中の処理に比べ密閉系

l＝l
l＝lln

⊂〉

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＝≡＝

塾

⊂〕⊂）⊂）N◆

号 ≡＼；こヽJ○山 望 宗卜β

O0：00 0：OS O：10 0：15 0：20 0：ZS O：30 0：35 0：40 0：4S O：50

cb

処理時間（時間）

害員OO00【 蒸気温度 ▲表面温度−−【†cm】・12cけ11−−4cm 8c汀1「＝−16cm00 0㌔Fig.4 Wood temperature variation in autoclave

0ロmN

0．30．40．50．6

Spacifivgravity
ロ ァルター材無処理○ スギ材無処理
田 ユリノキ材無処理

180￣−】 ￣〉▲ ￣■■ 劇■…〉、 H▼−■ ￣】■−■■ 【冊■■■〟【￣￣−−

160◇ ァルター材2時間処理△ スギ材2時間処理● ユリノキ材Z時間処理

140「ZOい100
芸 80

Fig・2RelationshipbetweensteemlngWOOdandnothingon

60
40

MOE of bending

20
00：00 0：30 1：00 1：30 2：00 Z：30 3：00 3：30 4：00 4：30

3．2含水率の変化

時間（h）

一例としてイエローポプラ、ハックベリー材で＝・雰囲気温度 −−−・材表面温度・・1cm −−【−2cm・・−−・・4cm −・・▲・8cm

150℃・2時間水蒸気処理したものと、無処理の材料のFig・5Woodtemperaturevariationinair

含水率変化をFig．3に示す。両試験片共に処理直後は無ー130−1

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で処理を行うと、雰囲気温度にほぼ追随して木材表面の3t5処理温度・時間別の材料の割れ温度が上昇する。これは冷たい木材表面に水蒸気が当た結果をFig．8に示す。処理時間が長いほど、そして処理り、そのときの凝縮熱が理由と考えられる。また、密閉容器内で処理した材料は大気中で処理したものに比べ、木口方向から順に温度が急激に上昇しているが、これは3．2で述べたように、木材内部と密閉容器内の圧力差により細胞と細胞をつなぐピットが破壊され、繊維方向の通過性が改善されるためと考えられる。しかしこのことにより木材表面及び木口付近の含水率が、水蒸気が凝縮して水となるために、上昇して3．5で述べる割れの原因の一部になると考えられる。このため、今後は部位別に毘130℃切って含水率の変化を測定する必要がある。

ロ140℃

田150℃

Fig．8 処理温度・処理時間別の割れの数

3．4処理温度・時間別の材色の変化
結果の一例をFig．6，7に示す。処理時間が長いほど、温度が高いはど、割れの数が多くなる傾向にある。しかしその後の追試験で、割れは同一樹種内のばらつきに大きく依存することがわかった。木材乾燥においては、内部と外部の含水率の差による引っ張り応力が割れの原因であるため、この場合も同様の原因が考えられる。しかし材表面・内部共に割れが入るため、どの時点で割れるのか、今後の測定が必要である。
10
di飢anceIromcrossseclton（mm）◆130℃−3時Ⅶ−■ト140℃−3時間

100

4．試作

−▲−−150℃−3時間

Fig．60neoftherelationshipbetweendevelopmenttemperatureand △E

高圧水蒸気処理材の製品への適合性を検討するために試作を行った。材種には県内家具産業の主力製品である張りぐるみの椅子を選択し、以下のコンセプトを設定した。
・●品質感のアップした高圧水蒸気処理材をアピールする

ため、木材フレームを表面に出す、置きクッションタイプの応接椅子とする。
・木材フレーム部は高圧水蒸気処理材の見本として活用できるよう、各パ｝ツにボリュームを持たせ、直線基調
10100で木目のわかりやすいものとする。また、試験素材で今dislancef■rし）mCr（）5SSeCtl〔）n（mm）−−◆−150て −1時間 −■−150（C−2時汚；1 「ト150て㌧3時間

後の経年変化による材の狂い等も予測されるため、仕口Fig．70neoftherejationshipbetweendevelopmenttimeand △Eにはボルトナットを活用し、分解・組立の容易な構造とする。
試作品の一例をFig．9に示す。

そして処理温度が高いほど△Eが大きいことがわかる。
△Eの9割はL＊の減少によるもの、残り1割がa＊，b＊の変化によるものである。目視で言えば茶褐色方向に動いた。△Eを着色量と考えれば、木口より 80mm以上の内部は均一に着色されている。これは3．2や3．3で述べたように、凝縮してできた水がヘミセルロースの加水分解を促進したためと考えられる。

−131−

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Fig，9Utiiizedsofa

6．まとめ
今回の試験で温度や処理時間による材質強度や色の変化はわかった。しかし割れの問題を解決しないことには実用化は難しい。また4．の試作段階でわかったことだが、処理材は材料が脆く加工中に欠けることがあった。このため衝撃試験を今後行う必要がある。
今後は密閉容器内での割れを測定すると共に、水蒸気を使わない着色方法を検討したい。

文献1）棚橋光彦：木材工業技術短信V01．12，N0．1，P．16−132−