JP2002086413A

JP2002086413A - 吸湿能力を改善した木質材及びその製造方法

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Publication number: JP2002086413A
Application number: JP2000276697A
Authority: JP
Inventors: Kozo Kanayama; 公三金山; Yuzo Furuta; 裕三古田; Bunji Kawabata; 文治川端; Yoshiaki Kitani; 良明木谷
Original assignee: Eidai Co Ltd; National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Current assignee: Eidai Co Ltd; National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority date: 2000-09-12
Filing date: 2000-09-12
Publication date: 2002-03-26

Abstract

(57)【要約】【課題】木質材の吸湿能力を当該木質材が本来持つ吸
湿能力よりも高いものに改善する。高い吸湿能力が人為
的に付与された木質材を建材として用いることにより、
居住空間を所望の湿度範囲に容易に維持することが可能
となる。【解決手段】木質材を構成する細胞内腔に、例えば、
粘土鉱物類、珪藻土、ホワイトカーボンなどの吸放湿性
のある物質を注入して人為的な毛細管を形成する。人為
的毛細管の毛管凝縮により、当該木質材は、本来持つ吸
湿能力より高い吸湿能力を持つようになる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、吸湿能力を改善し
た木質材及びその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】現在の住宅は高断熱化、高気密化が進
み、吸放湿性に乏しい人工素材が建材として多く用いる
場合に、居住空間が高湿度または過乾燥といった片寄っ
た湿度環境に陥りやすい状況にある。高湿度環境は、例
えば、カビ・ダニの繁殖によるアレルギーの発生を引き
起こす恐れがあり、また、過乾燥（低湿度）環境は、鼻
・喉などの粘膜の乾燥などによる障害が起こりやすい。
また、静電気による精密機器の誤動作などの原因ともな
る。つまり、湿度は高すぎても低すぎても生活上問題で
あり、４０％〜７０％の湿度範囲に保つことが望ましい
というのが通説である。このような湿度範囲に保つため
に、現在では、しばしば空調機などが用いられる。しか
し、空調機からの風が当たる部分だけの偏った湿潤ある
いは乾燥となり易いことや、省エネルギーの問題などが
指摘されており、空調機の使用が最適の解決策とは言い
難い。

【０００３】理論的には、これらの問題に対して、湿度
調整の必要な空間（例えば、居住室内の空間）を、吸放
湿能力が高くかつ迅速にレスポンスする特性を持つ材料
で囲うことが有効である。吸放湿能力の高い材料で囲ま
れた空間では、相対湿度が低下すると空間を囲う材料か
らの放湿が起こり、逆に相対湿度が上昇すると当該材料
への吸湿が起こるためである。また、吸放湿に対するレ
スポンスが迅速な材料を用いれば、外気の湿度変動に迅
速に応答することができる。このように、吸放湿能力が
高くかつ迅速に変化する特性を持つ材料で囲まれた空間
においては、格別の外部エネルギーを付加することな
く、相対湿度の変動が小さく抑えられ、また、相対湿度
の偏りも小さい空間が得られる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】通常、木材は、コンク
リートやプラスチックなどに比べて吸放湿能力が高く、
調湿機能を持った材料として建築などの分野で広く使用
されてきている。図１の曲線Ａは、建材として多く使用
されているヒノキの相対湿度と平衡含水率との関係（吸
湿等温線）を示しており、相対湿度と含水率とはほぼ比
例関係となっている。しかし、前記のように通常の生活
環境空間において相対湿度が４０％〜７０％の範囲に保
たれることが望ましいが、その範囲での含水率は低いレ
ベルでありまた変化幅もさほど大きくないことから、他
の建築用材料と比較して吸放湿特性が高いとはいえ、天
然の木材のみでもって、相対湿度が４０％〜７０％の範
囲の生活環境空間を維持することは事実上きわめて困難
である。さらに、図２は、吸湿量と時間との関係を示す
グラフであるが、木材は、曲線Ａに示すように、最終的
な吸湿量は比較的大きいとはいえ、平衡に近づくのが遅
く、そのままでは実用に供しがたい。

【０００５】居住環境を上記の湿度範囲に保つために、
何らかの人為的手段を講じて、木材の吸放湿特性、特に
吸湿能力をさらに高めることが望まれる。具体的には、
図１の曲線Ｂに示されるように、吸湿等温線が好ましく
は４０％〜７０％の相対湿度範囲で急激に立ち上がるよ
うに、かつ、短時間で平衡含水率に近づくように、木材
に何らかの処理を施すことが望まれる。もし、そのよう
な吸湿特性を持つ木材が得られたならば、居住環境を所
望の湿度範囲（４０％〜７０％）に維持することを、そ
のような木材のみに依存することが可能となる。

【０００６】本発明は、上記の事情に鑑みてなされたも
のであり、その目的は、木質材の吸湿能力を当該木質材
が本来持つ吸湿能力よりも高いものに改善することにあ
る。このように高い吸湿能力が人為的に付与された木質
材を建材として用いることにより、居住空間を所望の湿
度範囲に容易に維持することが可能となる。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、本発明は、木質材を構成する細胞内腔に人為的な
毛細管が形成され、当該人為的毛細管の毛管凝縮によ
り、当該木質材が本来持つ吸湿能力より高い吸湿能力を
持つように改善した木質材、及び、木質材に、当該木質
材を構成する細胞内腔に人為的な毛細管を形成すること
のできる物質を注入することを特徴とする吸湿能力を改
善した木質材の製造方法、を開示する。

【０００８】毛細管は、その周囲の湿度が高くなると水
蒸気の保持量を増し、凝縮液化が進行するものと思われ
る。そして、湿度が低くなると水蒸気を放出しまた凝縮
水を気化する機能を持っている。従って、毛細管を多く
持つ材料は吸放湿性に優れているといえる。本発明は、
その事実を建材として用いられる木質材の吸放湿性の改
善に適用しようとするものである。具体的には、粘土鉱
物類、珪藻土、ホワイトカーボンなどのように高い吸放
湿特性のある物質、換言すれば、毛細管を多く持つ物質
を木質材の内部に入り込ませて、木質材を構成する細胞
内腔内に、人為的な毛細管が形成されるようにする。中
でも、粘土鉱物類や珪藻土は、図２に曲線Ｂで示すよう
に、吸湿量が大きくかつ平衡に近づくのが早いので、人
為的毛細管を作るための材料として、特に好ましい材料
である。

【０００９】本発明において、木質材を構成する細胞内
腔に人為的な毛細管を形成することのできる物質を注入
するための方法は任意であり、特に制限はない。従来木
質材内部に薬剤など含浸するのに用いられている任意の
方法を用いることができる。例えば、該物質の懸濁液を
調整し、該懸濁液中に当該木質材を浸漬して含浸させる
方法、その際に、減圧状態として含浸させる方法、ある
いは、減圧後に加圧して含浸させる方法などは有効であ
る。

【００１０】本発明において、好ましくは、相対湿度４
０％〜７０％の間で人為的毛細管が毛管凝縮を確実に起
こすように、前記人為的毛細管には細孔径が２ｎｍ〜９
ｎｍのものが含まれるようにされる。上記の特性は、Ke
lvinの毛細管凝縮理論式に従い設定することができる。
さらに、これに、所要の補正を加えることにより、湿度
範囲４０％〜７０％で毛管凝縮が起こるための毛細管の
細孔直径を２ｎｍ〜９ｎｍ、好ましくは、３．２ｎｍ〜
７．４ｎｍとして求めることができる。

【００１１】上記のような細孔直径を持つ毛細管の素材
として、粘土鉱物類のような天然の無機材料は、人体や
環境を汚染する物質を含まない自然な素材として望まし
い材料であり、なかでも、アロフェン、モンモリロナイ
ト、ゼオライト、ベントナイト、シリカ、ハロイサイト
などが望ましく、実験では、アロフェン（Ａｌ_２Ｏ_３・
ｎＳｉＯ_２、ｎ＝１〜２）は特に効果的であった。

【００１２】

【実施例】以下、実施例により本発明を説明する。［実施例１］木質材を構成する細胞内腔に人為的な毛細
管を形成する材料として、アロフェン（Ａｌ_２Ｏ_３・ｎ
ＳｉＯ_２、ｎ＝１〜２）を用いた。アロフェンは、多く
の微細な孔を持つ火山灰起源の粘土鉱物で、その単位粒
子は外径約５ｎｍ、内径約３ｎｍの中空球状の構造を有
している。単位粒子には直径０．３ｎｍの孔隙があり、
この孔隙を通じて水分子が粒子内部に吸着され、また、
単位粒子は凝集して１μｍ〜1００μｍの粒子を形成す
るので、粒子同士の隙間に水分子が吸着されると考えら
れる。

【００１３】アロフェンの吸湿等温線を図３に曲線Ｂ
（−●−）で示す。このような特性を持ったアロフェン
を木材の細胞内膣に注入することにより、木材の吸湿特
性（例えば、図３に曲線Ａ（−○−）で示されるヒノキ
の吸湿等温線）にアロフェンの吸湿特性を加えた吸湿特
性と放湿特性（調湿機能）を持つ改善された木材が得ら
れることが予測できる。

【００１４】実際に、ヒノキ（Chamaecyparis obtusa）
の辺材部分から、寸法２３ｍｍ×２３ｍｍ×５ｍｍの試
験体を作製した。試験体を１０５℃で送風乾燥し、アロ
フェン懸濁液中で減圧注入処理を行ったところ、０．９
６７ｇ→１．００６ｇの重量増加がみられた。また、比
較のために、ｐＨを同程度に調整したアンモニア水中で
も減圧注入処理を行ったところ、０．９３２ｇ→０．８
９９ｇの重量減少がみられた。この結果から、アロフェ
ンを注入した試験体の、木材とアロフェンの重量比を計
算すると、木材：アロフェン＝９３：７と計算される。

【００１５】次に、試験体を２３℃、９６％ＲＨの環境
下で吸湿させたところ、アロフェンを注入した試験体と
アンモニア水中で注入処理を行った試験体の含水率はそ
れぞれ、木材重量を基準として１９．０％、１６．８％
となった。アロフェンを注入した試験体の含水率は、上
記の木材とアロフェンの重量比から予想される値と概ね
一致していた。このことは、アロフェンの注入量に相当
する吸湿能力の向上が達成されたことを示している。す
なわち、木材（ヒノキ）にアロフェン注入処理を施すこ
とにより、細胞内腔に新たな毛細管が導入され、それに
より、当該木材の吸湿能力（吸湿量）は明らかに改善さ
れた。なお、アロフェンは、図３での曲線Ｂに示す吸湿
等温線特性を有しており、上記処理後のヒノキ材は、相
対湿度４０％〜７０％の範囲において、アロフェンの持
つ人為的毛細管の毛管凝縮が確実に発生することが十分
に予測される。

【００１６】［実施例２］絶乾状態にしたヒノキ材（寸
法３００ｍｍ×８０ｍｍ×１０ｍｍ）をアロフェン２０
重量％を含む懸濁液中にて減圧注入処理を８時間行い、
２４時間風乾後、１０５℃２４時間乾燥すると、４％の
重量増加をしていた。比較例として、同じヒノキ材にｐ
Ｈを同じに調整した水を同じ条件にて減圧注入、乾燥し
たところ、５％の重量減少をしていた。従って、このサ
ンプルのアロフェン含有率は９％である。

【００１７】両方のサンプルの吸湿量を測定したとこ
ろ、相対湿度４０％と７０％において、比較例品は含水
率が６％と８％になったのに対して、実施例品は含水率
が１５％と２４％となっており、実施例品は所望の相対
湿度範囲内において大きな吸湿容量を持つようになっ
た。つまり、比較例品においては相対湿度が３０％変化
するあいだに、含水率が２％しか変化しなかったのに対
して、実施例品においては９％変化できるようになって
いる。このことは、生活する上での快適湿度範囲におけ
る調湿能力が増大したことを示している。

【００１８】［実施例３］絶乾状態にしたパーティクル
ボード（寸法３００ｍｍ×８０ｍｍ×１０ｍｍ）を１５
重量％のコロイド状シリカを含む懸濁液中にて減圧注入
処理を８時間行い、２４時間風乾後、１０５℃２４時間
乾燥すると、６％の重量増加をしていた。比較例とし
て、同じパーティクルボードにｐＨを同じに調整した水
を同じ条件にて減圧注入、乾燥したところ、４％の重量
減少をしていた。従って、このサンプルのシリカ含有率
は１０％である。

【００１９】両方のサンプルの吸湿量を測定したとこ
ろ、相対湿度４０％と７０％において、比較例品は含水
率が５％と８％になったのに対して、実施例品は含水率
が１３％と２２％となっており、実施例品は所望の相対
湿度範囲内において大きな吸湿容量を持つようになっ
た。つまり、比較例品においては相対湿度が３０％変化
するあいだに、含水率が３％しか変化しなかったのに対
して、実施例品においては９％変化できるようになって
いる。このことは、生活する上での快適湿度範囲におけ
る調湿能力が増大したことを示している。

【００２０】［実施例４］絶乾状態にしたＭＤＦ（寸法
３００ｍｍ×８０ｍｍ×１０ｍｍ）を３０重量％のベン
トナイトを含む懸濁液中にて減圧・加圧注入処理をそれ
ぞれ８時間ずつ行い、２４時間風乾後、１０５℃２４時
間乾燥すると、８％の重量増加をしていた。比較例とし
て、同じＭＤＦにｐＨを同じに調整した水を同じ条件に
て減圧・加圧注入、乾燥したところ、５％の重量減少を
していた。従って、このサンプルのベントナイト含有率
は１３％である。

【００２１】両方のサンプルの吸湿量を測定したとこ
ろ、相対湿度４０％と７０％において、比較例品は含水
率が５％と８％になったのに対して、実施例品は含水率
が１２％と２５％となっており、実施例品は所望の相対
湿度範囲内において大きな吸湿容量を持つようになっ
た。つまり、比較例品においては相対湿度が３０％変化
するあいだに、含水率が３％しか変化しなかったのに対
して、実施例品においては１３％変化できるようになっ
ている。このことは、生活する上での快適湿度範囲にお
ける調湿能力が増大したことを示している。

【００２２】

【発明の効果】本発明によれば、木質材の吸湿能力が当
該木質材の本来持つ吸湿能力よりも高いものに改善され
た木質材が得られる。このように人為的に高い吸湿能力
が付与された木質材を建材として用いることにより、居
住空間を外的エネルギーを用いることなく所望の湿度範
囲に容易に維持することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】木材の吸湿等温線（曲線Ａ）と、建材に用いら
れる木質材に求められる吸湿等温線（曲線Ｂ）とを示す
グラフ。

【図２】木材の吸放湿特性（曲線Ａ）と、粘土鉱物質な
どの吸放湿特性（曲線Ｂ）とを示すグラフ。

【図３】ヒノキの吸湿等温線（曲線Ａ）と、人為的な毛
細管を形成する材料の一例であるアロフェン吸湿等温線
（曲線Ｂ）とを示すグラフ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者古田裕三愛知県名古屋市北区名城３−１，２−510 (72)発明者川端文治大阪府大阪市住之江区平林南２丁目10番60 号永大産業株式会社内 (72)発明者木谷良明大阪府大阪市住之江区平林南２丁目10番60 号永大産業株式会社内Ｆターム(参考） 2B230 AA30 BA01 BA03 BA04 BA05 BA17 CA30 DA02 DA03 EB01 EB02

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】木質材を構成する細胞内腔に人為的な毛
細管が形成され、当該人為的毛細管の毛管凝縮により、
当該木質材が本来持つ吸湿能力より高い吸湿能力を持つ
ように改善した木質材。
【請求項２】請求項１記載の吸湿能力を改善した木質
材であって、前記人為的毛細管は、粘土鉱物類、珪藻
土、ホワイトカーボンなどの吸放湿性のある物質が木質
材内に入り込むことにより形成されていることを特徴と
する木質材。
【請求項３】請求項２記載の吸湿能力を改善した木質
材であって、前記粘土鉱物類は、アロフェン、モンモリ
ロナイト、ゼオライト、ベントナイト、シリカ、ハロイ
サイトのいずれかまたはその組み合わせであることを特
徴とする木質材。
【請求項４】請求項１ないし３いずれか記載の吸湿能
力を改善した木質材であって、前記人為的毛細管が細孔
径２ｎｍ〜９ｎｍのものを含むようにし、それにより、
相対湿度４０％〜７０％の間で毛管凝縮が起こるのを確
実にしていることを特徴とする木質材。
【請求項５】請求項１ないし４いずれか記載の吸湿能
力を改善した木質材であって、基材となる木質材は、パ
ーティクルボード、ＭＤＦ、ＯＳＢなどの木質ボード、
木材、木材チップ、集成材、または単板のいずれかであ
ることを特徴とする木質材。
【請求項６】木質材に、当該木質材を構成する細胞内
腔に人為的な毛細管を形成することのできる物質を注入
することを特徴とする吸湿能力を改善した木質材の製造
方法。
【請求項７】請求項６記載の吸湿能力を改善した木質
材の製造方法であって、前記人為的な毛細管を形成する
ことのできる物質の木質材への注入を、当該物質の懸濁
液中での当該木質材への含浸により行うことを特徴とす
る製造方法。
【請求項８】請求項６または７記載の吸湿能力を改善
した木質材の製造方法であって、前記人為的な毛細管を
形成することのできる物質が、粘土鉱物類、珪藻土、ホ
ワイトカーボンなどの吸放湿性のある物質であることを
特徴とする製造方法。
【請求項９】請求項８記載の吸湿能力を改善した木質
材の製造方法であって、前記粘土鉱物類が、アロフェ
ン、モンモリロナイト、ゼオライト、ベントナイト、シ
リカ、ハロイサイトのいずれかまたはその組み合わせで
あることを特徴とする製造方法。
【請求項１０】請求項６ないし９いずれか記載の吸湿
能力を改善した木質材の製造方法であって、基材となる
木質材は、パーティクルボード、ＭＤＦ、ＯＳＢなどの
木質ボード、木材、木材チップ、集成材、または単板の
いずれかであることを特徴とする製造方法。