JP2001252907A - 木材の薬液処理方法とその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 液体注入量を十分とし、反りや割れなどの損
傷を激減させる。 【解決手段】 木材を液体中でロール圧縮することによ
り、木材内腔中に含まれる自由水を物理的に除去すると
同時に、木材中に液体を注入する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この出願の発明は、木材の薬
液処理方法とその装置に関するものである。さらに詳し
くは、この出願の発明は、反りや割れなどの損傷を最小
限に抑え、耐火処理や防腐処理、樹脂処理、化学処理の
ために有用な木材の薬液処理方法とその装置に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術と発明の課題】近年、資源や地球環境に対
する意識が高まるにつれ、木材資源が改めて注目されて
いる。ただ、木材には、一般に燃えやすく、腐りやす
く、さらには湿度や温度により精度がくるいやすいとい
う欠点があることから、耐火処理、防腐処理、ＷＰＣ
（プラスチック複合化）などの化学処理が施される場合
がある。

【０００３】このような化学処理では、薬剤を液体状態
で木材に注入することが行われてきている。この薬液注
入では、木材への浸透性を向上させることが大切である
ことから、そのための方法として、木材圧縮法が開発さ
れている。

【０００４】木材圧縮法は、基本的には、木材の圧縮に
より微小なクラックを生成させ、これを液体の浸透路と
し、圧縮後の木材の復元力を利用して、木材内部まで液
体を浸透させることを特徴としている。木材圧縮法は、
例えば、図１２に示したように、プレス式とロール式と
に分類されている。図１２（ａ）に示したプレス式は、
液体注入前に木材に対してプレス機により圧縮変形を与
え、除荷後またはドライングセットした後に、液槽
（３）内に移動させ、木材の水分・熱回復による復元力
を利用して、液槽内の液体を木材内に浸透させる方法で
ある。また、図１２（ｂ）に示したロール式は、木材を
２つの回転する金属ロール間に走行させ、木材に対して
圧縮変形を与えた後に、液槽（３）内に移動させ、液体
を木材内に浸透させる方法である。

【０００５】しかしながら、このような従来の薬液注入
方法においては、薬液の注入工程の前に、木材を加圧し
たり乾燥したりし、薬液の注入後には、再乾燥する等の
多くの工程の処理が要因となって、木材に反りや割れな
どの損傷が生じ、歩留まりの低下が避けられないという
問題があった。

【０００６】そこで、木材の反りや割れなどの損傷を回
避するために、例えば、特開平９−２７７２０８では、
木材を高温高圧で圧縮し固定した後、樹脂液で処理して
圧縮固定部分の復元とその樹脂液の注入を行う方法が提
案されている。

【０００７】また、特開平９−１７４５１４では、木材
の表面強化方法について、木材をあらかじめ高温、高圧
で圧縮する行程と、この高温高圧で圧縮された木材に、
熱硬化性樹脂を塗布または含浸させるとき、圧縮部分が
復元するさいに生じる吸収力を利用して樹脂液を注入す
る工程と、次に高温高圧で圧縮し注入された熱硬化性樹
脂液を硬化させる工程を連続工程とする方法が提案され
ている。

【０００８】だが、このような提案にもかかわらず、従
来では問題の抜本的解決には至っていなかった。提案さ
れた情報も、高温高圧処理を必要とすることで工程の複
雑さと難しさを増すことになり、生産性の向上を図ると
の点では実際的ではなかった。

【０００９】この出願の発明者らの検討によると、以上
のような従来の問題点は、何よりも圧縮行程と薬液注入
工程とが分離された２つの工程からなっているために、
たとえその工程間を時間的に非常に短くできたとして
も、圧縮後の木材が空気に触れてしまい、その結果、液
体注入量が十分ではなく反りや割れなどの損傷はそれほ
ど減少することができないことに起因していた。

【００１０】この出願の発明は、以上の通りの事情に鑑
みてなされたものであり、従来の問題点を解消し、液体
注入量が十分なものとなり、反りや割れなどの損傷を激
減させることができる、木材の薬液処理方法とその装置
を提供することを課題としている。

【００１１】

【課題を解決するための手段】この出願の発明は、上記
の問題を解決するものとして、第１には、木材を薬液中
でロール圧縮することにより、木材中に薬液を注入する
ことを特徴とする木材の薬液処理方法を提供する。

【００１２】また、この出願の発明は、第２には、木材
が生材であることを特徴とする請求項１の木材の薬液処
理方法を、第３には、木材が脱自由水処理および乾燥処
理の少くともいずれかの処理されているものであること
を特徴とする前記の木材の薬液処理方法を提供する。

【００１３】そして、この出願の発明は、第４には、生
材を薬液中でロール圧縮することにより、生材に含まれ
る自由水を除去するとともに薬液を注入することを特徴
とする木材の薬液処理方法を提供し、第５には、生材を
ロール圧縮して生材に含まれる自由水を除去し、その
後、薬液中でロール圧縮することにより薬液を注入する
ことを特徴とする木材の薬液処理方法を提供し、第６に
は、生材をロール圧縮して生材に含まれる自由水を物理
的に除去し、次いで乾燥し、その後、薬液中でロール圧
縮することにより、木材中に薬液を注入することを特徴
とする木材の薬液処理方法を提供する。

【００１４】この出願の発明は、第７には、前記第１な
いし第６の発明のいずれかの処理方法により薬液注入さ
れた木材を薬液外でロール圧縮して過剰薬液を回収する
ことを特徴とする木材の薬液処理方法を提供する。

【００１５】さらにこの出願の発明は、第８には、薬液
がフェノール樹脂水溶液または無水酢酸である前記第１
の発明の木材の薬液処理方法を提供し、より具体的、第
９には、薬液がフェノール樹脂水溶液である請求項７の
処理方法において、過剰薬液を回収した後に乾燥、加熱
してフェノール樹脂を硬化させることを特徴とする木材
の薬液処理方法を提供し、第１０には、薬液が無水酢酸
である請求項７の処理方法において、過剰薬液を回収し
た後に、流水中でロール圧縮して水分を木材中に注入
し、無水酢酸と木材との反応の停止および洗浄を行い、
流水外でロール圧縮して水分を除去した後に乾燥してア
セチル化木材とすることを特徴とする木材の薬液処理方
法を提供する。

【００１６】さらにまた、この出願の発明は、第１１に
は、前記第１ないし第９のいずれかの発明の方法により
処理されたことを特徴とする薬液処理木材を提供し、第
１２には、薬液が充填される液槽内にロール圧縮機構を
備えていることを特徴とする木材の薬液処理装置を提供
し、第１３には、液槽外にもロール圧縮機構を備えてい
ることを特徴とする木材の薬液処理装置を提供する。

【００１７】この出願の発明者は、木材の圧縮と液体注
入について鋭意研究を行った結果、細胞内腔中の自由水
だけを除去すれば、液体を効率よく注入することがで
き、細胞壁中の結合水に変化がなければ、反りや割れな
どの障害も現れないことを見出し、上記のとおりの発明
に至った次第である。つまり、従来方法においては、液
体を効率よく注入するために、前処理として木材を乾燥
させたり、圧縮させたりし、その後、液層に移動させ、
木材の復元力により液体を注入するという２つの工程を
要していたものを、この出願の発明では、木材を薬剤液
体中でロール圧縮することで、木材中の水分の除去（乾
燥）と液体の注入とを、同時にひとつの工程で行うこと
を可能としている。

【００１８】さらにこの出願の発明は、液体中で圧縮し
て液体を注入する工程だけではなく、その前処理および
後処理として、ロール圧縮してもよく、液体除去・注入
・化学処理といったトータル化学処理方法と装置をも提
供するものである。

【００１９】またこの出願の発明においては、木材とし
て、乾燥材や生材などの湿潤材を用いることができ、大
変形に伴う強度低下を防止する上で、その特徴を大いに
発揮することができる。

【００２０】

【発明の実施の形態】この出願の発明は上記のとおりの
特徴をもつものであるが、以下にその実施の形態につい
て説明する。

【００２１】この出願の発明は、例えば図１に例示した
工程として説明される。基本の工程は、木材を薬液中で
ロール圧縮することにある。この場合のロール圧縮は、
薬液注入を目的とするものであるが、その実施の形態と
しては図１にも例示したように次の＜Ａ＞＜Ｂ＞＜Ｃ＞
のプロセスが区分される。

【００２２】＜Ａ＞生材をロール圧縮して水分を除去
する。 乾燥する。 薬液中においてロール圧縮して薬液を木材中に注入す
る。

【００２３】＜Ｂ＞生材をロール圧縮して水分を除去
する。 薬液中においてロール圧縮して薬液を木材中に注入す
る。 ＜Ｃ＞生材を薬液中においてロール圧縮し、木材中
の水分を除去すると同時に、薬液を注入する。

【００２４】特にこの出願の発明において特徴的なこと
は、薬液中でのロール圧縮によって、前記＜Ｃ＞プロセ
スが可能とされることである。つまり、木材内腔中の自
由水を物理的に除去し、それと同時に、スプリングバッ
ク（変形の回復）を駆動力として木材中に液体を注入す
ることが可能となる。このプロセスでは、木材（１）か
ら排出される水分によって液体（４）が希釈されるの
で、液槽中の液体濃度を調整するために、例えば、液体
濃度調整機構を備えてもよい。

【００２５】そして、この発明においてはプロセス＜Ｂ
＞のように、薬液内でロール圧縮を行う前に、液槽外で
ロール圧縮し、自由水を除去してもよい。このような前
処理を行うことにより、薬液中でロール圧縮したとき
に、木材から排出される水分は少なく、薬液が希釈され
ることを防止することができる。

【００２６】また、水溶液以外の液体を用いる場合や非
水系の液体を用いる化学処理を行う場合には、プロセス
＜Ａ＞のように、水分除去後、木材を人工乾燥し、その
乾燥材を薬液中でのロール圧縮による注入工程に供して
もよい。

【００２７】さらに、この発明の方法においては、薬液
中でのロール圧縮による注入の工程後に、図１のプロセ
ス＜Ｅ＞のように、乾燥によって溶剤を除去してもよ
い。例えば、この乾燥工程は、防腐処理やＷＰＣ化にお
いて有効であり、細胞内腔中に大量の薬剤を充填する必
要があるため、液体注入後に乾燥させてもよい。

【００２８】あるいはまた、プロセス＜Ｄ＞注入後、
薬液注入後、薬液槽外で、ロール圧縮することによっ
て、細胞内腔中の余剰液体を除去して回収してもよい。
例えば、アセチル化処理やフェノール樹脂含浸処理など
の化学処理を行う場合、細胞壁内への薬剤の含浸および
木材成分との反応を目的としているために、液体回収は
有効である。

【００２９】もちろん、この発明においては、薬液とし
て各種のものが用いられる。例えば、ＷＰＣ用樹脂液と
して、スチレン、不飽和ポリエステル・スチレン、スチ
レン・アクリロニトリル、メタクリル酸メチル、アクリ
ル系オリゴマーなどを用いることができる。

【００３０】また、樹脂処理としては、フェノール樹脂
初期縮合、メラミン樹脂初期縮合物、グリオキザール樹
脂など、細胞壁内に入って樹脂化するものを用いること
ができる。

【００３１】また、さらには、難燃剤としてハロゲン系
難燃剤、リン系難燃剤、などを用いることができ、ま
た、プラスチック系防かび剤として、バイナジン、プリ
ベントール、チアベンダゾールなどを用いることができ
る。

【００３２】さらにこの出願の発明においては、以上の
ような特徴のある薬液処理の方法を実現するための装置
をも提供する。その装置としては、具体的には、例え
ば、薬液槽内にロール圧縮機を備え、また、必要に応じ
て、その前後にもロール圧縮機を適宜に備えた装置など
が考慮される。

【００３３】そこで、以下に実施例を示し、さらにこの
発明について詳しく説明する。

【００３４】

【実施例】実施例１ 実際に、スギの辺材部の単板とラジアータパインのレー
ス単板を用い、この発明の方法により、木材中にどのぐ
らい液体が含まれるかを試験した。試験体は、幅９０ｍ
ｍ×長さ３００ｍｍ×厚さ４ｍｍとした。スギとラジア
ータパインの平均全乾比重はそれぞれ０．３２、０．４
６であり、スギとラジアータパインの理論的最大含水率
はそれぞれ２７５％、１７２％であった。試験体は全乾
重量および寸法を測定した後、雰囲気下に放置して気乾
状態にした。

【００３５】試験操作は、水槽内にロール圧縮機を配置
し、気乾状態の試験体を回転する水中の金属ロール間
（ロール径１５０ｍｍ）に挿入して圧縮し、水槽内で所
定の時間、浸せきした。

【００３６】また、対照試験として従来圧縮をせずに浸
せきのみ行った試験と、水槽中ではなく気中でロール圧
縮をした後に、速やかに液体中で浸せきを行う試験も行
った。

【００３７】従来方法としての気中圧縮とこの発明の水
中圧縮とをスギ材についてその含水率として比較した結
果は、図２に示したとおりであった。圧縮率が高くなる
につれて両者の差が明確となり、この発明の方が圧縮後
の回復力を液体の注入に有効に利用していることがわか
る。

【００３８】無圧縮とこの発明の水中圧縮とを比較した
結果を示したものが図３である。この発明では、無圧縮
と比べて３倍以上の注入量が得られていることがわか
る。以上のことから、この発明の方法によって、木材に
液体を十分に注入することが可能であることがわかる。

【００３９】実施例２ 実施例１の条件において、ロールプレスの送り速度と含
水率との関係、圧縮率と含水率との関係、浸せき時間と
含水率との関係、木材圧と含水率との関係、木材長と含
水率との関係、および、くり返し圧縮回数と含水率との
関係を評価した。

【００４０】この発明の方法におけるロールプレスの送
り速度と圧縮後の含水率との関係を示したものが図４の
結果である。この結果から、送り速度の変化は含水率に
大きな影響を与えないことがわかる。すなわち、この発
明の方法においては、ロールプレスの送り速度に影響を
受けにくく、高速な処理を可能とすることがわかる。

【００４１】圧縮率を変化させた試験結果と理論値と
は、図５に示したとおりであった。この理論含水率は、
圧縮によって縮小した細胞内腔は除荷後に完全に回復
し、回復した部分すべてに水が充填されたと仮定して求
めた。図５に示したとおり、この発明においては、理論
含水率に十分近い含水率を得られることができ、実験結
果の妥当性が十分確認される。

【００４２】さらに、この発明の方法における浸せき時
間による含水率変化を図６に示した。この図６から、浸
せき時間が長くなるにつれて、含水率の上昇が見られる
が、５分程度浸せきした後は、それほど含水率は変化せ
ず、したがって、十分に高速の処理を行うことができ
る。

【００４３】試験体の厚さによる含水率変化は図７に示
したとおりであった。また、長さの変化による含水率変
化は図８に示したとおりであった。これらの図から、材
料が厚く長いほど含水率が低くなる傾向が見られるが、
８ｍｍ×９００ｍｍという非常に厚く長い木材でも、十
分効果が得られることがわかる。

【００４４】また、くり返し圧縮回数と含水率変化は、
図９に示したとおりである。この図から、くり返し回数
を重ねるごとに含水率が上昇し、圧縮率が高くなるにつ
れて早い回数で飽和に達することがわかる。

【００４５】実施例３ 実施例１で用いたスギの木材について、この発明の装置
を用い、木材を十分乾燥させた後、液層外でロール圧縮
し、次に液層内でロール圧縮し、最後に液層外でロール
圧縮を施し、その変形度を調べた。

【００４６】比較例のひとつとして、木材を十分乾燥さ
せた後、液層外でロール圧縮し、次に液層内ではロール
圧縮せずに、最後に液層外でロール圧縮を施した場合
（図中直後と表示）、もうひとつの比較例として、液層
外でロール圧縮せずに、次に液層内でもロール圧縮せず
に、最後に液層外でもロール圧縮を施さない場合（図中
無処理と表示）でも同様の試験を行った。

【００４７】その測定直後と全乾燥後の厚さ変化を測定
前の全乾厚さを１として図１０に示した。この発明にお
いては、圧縮率が低く、浸せき時間が長いほど厚さ減り
が少ない。

【００４８】しかしながら、すべての比較例において、
その厚さ変化は非常に小さく、乾燥後の値を見ると１０
％以下である。実施例４ 含水率が２５０％以上のスギ材について、ロール圧縮に
より液体除去を行い、その圧縮率と含水率との関係を調
べた。

【００４９】飽水状態のスギのレース単板（全乾比重
０．３１）を用いて行ったロール圧縮による含水率変化
は、図１１に示したとおりであった。この理論値とは、
圧縮により縮小した内腔内の水が全て除去された場合の
含水率である。この図１１からこの発明においては、ほ
ぼ理論通りの含水率が得られることがわかり、その効率
的な液体除去が行われる。

【００５０】

【発明の効果】以上詳しく説明したように、この出願の
発明により、木材への液体注入、液体除去が十分であ
り、反りや割れなどの損傷を激減させることが可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の基本概念を示した概略図である。

【図２】この発明の実施例であって、圧縮率と含水率と
の関係を示した関係図である。

【図３】この発明の実施例であって、浸せき時間と含水
率との関係を示した関係図である。

【図４】この発明に実施例であって、送り速度と含水率
との関係を示した関係図である。

【図５】この発明の実施例であって、圧縮率と含水率と
の関係を示した関係図である。

【図６】この発明の実施例であって、浸せき時間と含水
率との関係を示した関係図である。

【図７】この発明の実施例であって、材厚と含水率との
関係を示した関係図である。

【図８】この発明の実施例であって、材長と含水率との
関係を示した関係図である。

【図９】この発明の実施例であって、圧縮繰り返し回数
と含水率との関係を示した関係図である。

【図１０】この発明の実施例であって、圧縮条件と厚さ
変化との関係を示した関係図である。

【図１１】この発明の実施例であって、圧縮率と含水率
との関係を示した関係図である。

【図１２】従来の方法を示した概略図である。

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 木材を薬液中でロール圧縮することによ
   り、木材中に薬液を注入することを特徴とする木材の薬
   液処理方法。
2. 【請求項２】 木材が生材であることを特徴とする請求
   項１の木材の薬液処理方法。
3. 【請求項３】 木材が脱自由水処理および乾燥処理の少
   くともいずれかの処理されているものであることを特徴
   とする請求項１の木材の薬液処理方法。
4. 【請求項４】 生材を薬液中でロール圧縮することによ
   り、生材に含まれる自由水を除去するとともに薬液を注
   入することを特徴とする木材の薬液処理方法。
5. 【請求項５】 生材をロール圧縮して生材に含まれる自
   由水を除去し、その後、薬液中でロール圧縮することに
   より薬液を注入することを特徴とする木材の薬液処理方
   法。
6. 【請求項６】 生材をロール圧縮して生材に含まれる自
   由水を物理的に除去し、次いで乾燥し、その後、薬液中
   でロール圧縮することにより、木材中に薬液を注入する
   ことを特徴とする木材の薬液処理方法。
7. 【請求項７】 請求項１ないし６のいずれかの処理方法
   により薬液注入された木材を薬液外でロール圧縮して過
   剰薬液を回収することを特徴とする木材の薬液処理方
   法。
8. 【請求項８】 薬液がフェノール樹脂水溶液または無水
   酢酸である請求項１の木材の薬液処理方法。
9. 【請求項９】 薬液がフェノール樹脂水溶液である請求
   項７の処理方法において、過剰薬液を回収した後に乾
   燥、加熱してフェノール樹脂を硬化させることを特徴と
   する木材の薬液処理方法。
10. 【請求項１０】 薬液が無水酢酸である請求項７の処理
    方法において、過剰薬液を回収した後に、流水中でロー
    ル圧縮して水分を木材中に注入し、無水酢酸と木材との
    反応の停止および洗浄を行い、流水外でロール圧縮して
    水分を除去した後に乾燥、加熱してアセチル化木材とす
    ることを特徴とする木材の薬液処理方法。
11. 【請求項１１】 請求項１ないし９のいずれかの方法に
    より処理されたことを特徴とする薬液処理木材。
12. 【請求項１２】 請求項１ないし９のいずれかの処理の
    ための装置であって、薬液が充填される液槽内にロール
    圧縮機構を備えていることを特徴とする木材の薬液処理
    装置。
13. 【請求項１３】 請求項１１の装置において、液槽外に
    もロール圧縮機構を備えていることを特徴とする木材の
    薬液処理装置。