JP2006123297A

JP2006123297A - 透明性圧縮木材

Info

Publication number: JP2006123297A
Application number: JP2004313613A
Authority: JP
Inventors: Kimiyoshi Kitazawa; 君義北澤; Naoyuki Kitamura; 直幸北村
Original assignee: Shinshu University NUC
Current assignee: Shinshu University NUC
Priority date: 2004-10-28
Filing date: 2004-10-28
Publication date: 2006-05-18
Anticipated expiration: 2024-10-28
Also published as: JP4359681B2

Abstract

【課題】気乾した木材を原材料として、透明性圧縮木材を提供すること。
【解決手段】気乾木材を比重が1.3以上となるまで圧縮し、それを100℃〜200℃の温度で加熱処理して透明化する。
【選択図】なし

Description

本発明は透明性圧縮木材に関する。

従来技術

従来、気乾木材を圧縮して圧縮木材を製造する方法として、圧縮永久固定処理方法が特開2001−129805号公報で提案されている。この方法では、含水率１２％以下の気乾木材を50％以上の圧縮率となるまで密閉圧縮し、密閉圧縮状態を保持しながら180℃以上の温度で加熱処理を施すことで、圧縮状態を永久固定することができる。この方法で製造する圧縮木材は、処理後、乾燥を施すことなく、用材として実用に供することが可能であり、ブナやケヤキ材等の広葉樹木材並みの強度をもっている。

従来技術による圧縮木材は、ブナやケヤキ材等の広葉樹木材並みの強度をもっているが、不透明であり、可視光線を透過させる透明性はもっていない。圧縮木材を内装建材、家具、工芸品等として活用するには、強度、耐久性と併せて、美観は重要な性質である。圧縮木材に透明性を発現させることで、内装建材、家具、工芸品等として活用できる新規高級素材を提供することができる。本発明の課題は、透明性の圧縮木材を提供することにある。

圧縮木材に透明性を発現させることは、比重が1.3以上となるまで圧縮した圧縮木材を100℃〜200℃の温度で透明性が発現する時間の加熱処理を施すことで解決することができる。処理時間は温度によって異なるが、処理時間が長いと、圧縮木材中の樹脂が濃褐色に変質して光吸収が大きくなり、透明性は失われる。処理時間が短いと、圧縮木材中に多数の空隙が残存し、これによる光散乱が大きくなり、透明性は発現しない。

気乾木材として針葉樹が好ましいが、間伐材、建築廃材又は建築端材も、比重が1.3以上となるまで圧縮し、その圧縮木材を100℃〜200℃の温度で透明性が発現する時間の加熱処理を施すことで透明性を発現することができる。

圧縮木材の比重は1.30から1.45が好ましく、気乾木材を比重1.45以上まで圧縮すると、圧縮木材に多数の微細な亀裂が生じる。また、強力な圧縮装置を必要とし、処理経費が高くなる。比重が1.30以下では透明性が小さいか、又は、発現しない。

この透明性圧縮木材は、ブナ材又はケヤキ材に優る強度をもち、しかも、透明性を有している。したがって、この透明性圧縮木材は、従来の圧縮木材とは異なる美観を発現し、内装建材、家具、工芸品などに活用が可能な新素材として期待される。また、原材料として、間伐材、端材、廃材等を利用することも可能であり、廃棄物の再利用を推進し、自然破壊に繋がる木材の乱用防止に寄与する効果が期待される。さらに、従来、透明性材料として活用されているガラス及びプラスチックに加えて、透明性圧縮木材は新たな透明性素材として実用が期待される。

一般に、固体物質が透明性を発現するためには、固体表面の光反射と固体内部での光散乱を少なくしなければならない。特に、固体内部に屈折率が異なる粒子及び空隙が存在するときは、それらによって強い光散乱が起こる。気乾木材の内部には多数の細孔及び細胞壁が形成する多数の空隙が存在する。圧縮木材が透明性を発現するためには、これらの細孔及び空隙が小さく、数は少ないことが必要である。

本発明では、圧縮木材の比重が1.3以上となるまで圧縮した。仮に、気乾木材を細孔及び空隙が無くなるまで圧縮すると細胞壁のみが残り、この組織の比重は細胞壁の比重約1.5に近い値となる。したがって、本発明で比重1.3以上に圧縮した圧縮木材は高い圧縮状態であり、細孔はなくなり、一部の空隙が残存する組織を持っている。なお、圧縮木材中に残存する空隙は、光散乱を起こして透明性の発現を妨げる可能性があるが、圧縮木材に100℃〜200℃の温度で適切な時間加熱処理を施すと、木材に含まれる樹脂が加熱処理中に流動し、大部分の空隙は樹脂によって満たされると考えられる。

一般に、界面での光散乱は、界面を形成する物質の屈折率が近いほど小さくなる。圧縮木材中の空隙が樹脂で満たされると、空隙中の樹脂と細胞壁との屈折率の差は、空気と細胞壁との屈折率の差より小さいので、界面での光の散乱は小さくなる。このことは、圧縮木材の透明性発現の重要な条件である。

発明の実施の形態

本発明の透明性圧縮木材の一実施形態を図で説明する。ただし、本発明はこの実施形態に限定されるものではない。図１（ａ）〜（ｆ）に本発明の透明性圧縮木材の作製例を示す。図１（ａ）に気乾した木材板１を示す。木材板１は図１（ｂ）の密閉型ジグ２内に挿入し、蓋３をし、図１（ｃ）のように、蓋３の上から荷重４を加えて木材板１を圧縮状態５とする。このとき、木材の側面は密閉拘束状態であり、図1（ｄ）の木口面６は非拘束状態である。ただし、圧縮中の木材の移動を防止する目的で、木口面６にストッパーを施す。この圧縮状態は、圧縮木材の比重が1.3以上であることが必要である。次に、図１（ｄ）のように、圧縮状態を保持したまま、圧縮木材の木口面６をシリコンゴム板７で覆って金具で固定する。シリコンゴム板７は木口面６からの水分と樹脂の蒸散を防止する効果がある。木口面６をシリコンゴム７で覆った圧縮木材を含む密閉型ジグ８を、図１（ｅ）のように、電気炉９内に設置して加熱処理を施し、炉外に出して強制空冷した後、図１（ｆ）のように、透明性圧縮木材10を型から分離する。

圧縮木材に透明性を発現させるために、加熱処理条件は、高比重状態に圧縮することと併せて重要である。図２に厚さ1.2ｍｍのスギ板の気乾木材を比重が1.4となるまで圧縮したとき、圧縮木材が透明性を発現する加熱処理温度及び時間を示す。図２の領域Ｂ31は圧縮木材が透明性を発現する加熱処理条件であり、100℃〜200℃の間で、処理温度が高くなると処理時間は短くなる。これに対して、各温度で処理時間が長く領域Ｂを外れた領域Ａ32では、圧縮木材は濃褐色を呈して透明性は失われる。また、各温度で処理時間が短く領域Ｂを外れた領域Ｃ33では、圧縮木材は不透明で、透明性は発現しない。

圧縮木材中に残存する空隙内に樹脂が均一に流動するには、100℃〜200℃の温度での加熱処理が有効であり、加熱温度が高いと樹脂の流動は容易となる。また、加熱処理温度が低く、時間が短いと樹脂の流動は不十分となり、圧縮木材中に樹脂を含まない空隙が残って光散乱を起こし、透明性は発現しない。加熱処理温度が100℃以下の温度で透明性を発現させるためには、処理時間が長時間となるので実施は困難となる。

ところで、特開2001−129805号公報に記載されているように、180℃で90分間の加熱処理でも透明性が発現しなかった理由は、当該の公報に記載されている圧縮率50％の圧縮状態では、圧縮木材の比重が1.3以上に達することなく、残存する空隙が多く、この状態の圧縮木材を加熱処理すると、木材中の樹脂が加熱変化し、濃褐色状態となって強い光吸収を起こし、圧縮木材は透明性を失ったものと考えられる。

圧縮に使用した荷重を加熱処理後に除いても1.3以上の高比重が保持されるのは、加熱処理中に細胞壁間に酸素又は水酸基を介して部分的に化学結合が形成されるためと考えられる。この化学結合を形成するためには、細胞壁間距離が小さく高度な緻密組織であること及び脱水縮合などの化学反応が起こるために100℃以上の温度が必要である。

なお、所望の模様の凹凸をつけた気乾木材は、請求項１又は請求項２に記載の方法で、光透過率が異なる模様を付した透明性圧縮木材となる。

圧縮前の板厚が1.2ｍｍのスギ板の気乾木材を板厚0.36 mm、比重1.33まで圧縮し、180℃で90分間の加熱処理を施した透明性圧縮木材11の写真を図３に示す。図のように、圧縮木材板11を文字が印刷された紙12の上に重ねて置くと、板の中央の透明部分13で文字がはっきりと透けて見えた。

圧縮前の板厚が1.2ｍｍのヒノキ板の気乾木材を板厚0.39 mm、比重1.36まで圧縮し、180℃で90分間の加熱処理を施した透明性圧縮木材14の写真を図４に示す。図のように圧縮木材板14を文字が印刷された紙15の上に重ねて置くと，板の大部分で文字がはっきりと透けて見えた．

圧縮前の板厚が1.2ｍｍのヒノキ気乾木材を板厚0.39 mm、比重1.36まで圧縮し、180℃で90分間の加熱処理を施した透明性圧縮木材21とその透明部分Ａの光透過率曲線22及び不透明部分Ｂの光透過率曲線23を図５に示す。Ａの透明部は400nm以上の波長域で光が透過し、その透過率は光の波長が長くなると増加し、波長700
nmの可視光の透過率は3.1％であった。一方、Ｂの不透明部の透過率は、0から0.2％の範囲であり、可視光をほとんど通さない。なお、透明部分でも、光の波長が380nm未満の紫外線の透過率は0.05％未満であり、この圧縮木材は紫外線吸収の効果を有することを示している。

圧縮前の板厚が1.2ｍｍのヒノキ気乾木材を板厚0.31mm、比重1.41まで圧縮し、180℃で90分間の加熱処理を施した透明性圧縮木材24とその光透過率曲線25を図６に示す。圧縮木材の全体が透明化し、450nm以上の波長域で光が透過し、波長が長くなると透過率は増加し、700 nmでの透過率は4.0％であった。また、波長が380ｎｍ未満の紫外線の透過率は0.05％未満であり、この圧縮木材は紫外線吸収の効果を有することを示している。

この圧縮木材は、従来の圧縮木材とは異なる美観を発現し、内装建材、家具、工芸品などへの活用が可能な新素材として期待される。また、原材料として、端材、廃材等を利用することも可能であり、廃棄物の再利用を推進し、自然破壊に繋がる木材の乱用を防止する効果が期待される。さらに、従来、透明性材料として活用されているガラス及びプラスチックに加えて、透明性圧縮木材は新たな透明性素材として実用が期待される。

透明性圧縮木材の作製工程圧縮木材が透明性を発現する加熱処理温度及び時間スギ板から作製した透明性圧縮木材の写真ヒノキ板から作製した透明性圧縮木材の写真ヒノキ板から作製した透明性圧縮木材の光透過率の測定例ヒノキ板から作製した全体が透明化した透明性圧縮木材の光透過率の測定例

符号の説明

１気乾した木材板
２密閉型ジグ
３密閉型ジグの蓋
４密閉型ジグの蓋の上から加える荷重
５圧縮状態の木材
６圧縮状態の木材の木口面
７圧縮状態の木材の木口面を覆ったシリコンゴム
８木口面をシリコンゴムで覆った圧縮木材を含む密閉型ジグ
９加熱処理用の電気炉
10 透明性圧縮木材
11 スギ板から作製した透明性圧縮木材
12 文字が印刷された紙
13 圧縮木材の透明部分
14 ヒノキ板から作製した透明性圧縮木材板
15 文字が印刷された紙
21 ヒノキ板から作製した透明性圧縮木材板
22 ヒノキ板から作製した透明性圧縮木材板の透明部分Ａの光透過率曲線
23 ヒノキ板から作製した透明性圧縮木材板の不透明部分Ｂの光透過率曲
線
24 ヒノキ板から作製した全体が透明化した透明性圧縮木材板
25 ヒノキ板から作製した全体が透明化した透明性圧縮木材板の光透過
率曲線
31 圧縮木材が透明性を発現する加熱処理温度及び時間
32 圧縮木材が透明性を失う加熱処理温度及び時間
33 圧縮木材が透明性を発現しない加熱処理温度及び時間

Claims

気乾木材の圧縮状態を永久固定した圧縮木材であって、その比重が1.3以上で且つ波長700〜800 nmの可視光線を３％以上透過する透明性を有することを特徴とする透明性圧縮木材。
圧縮木材は、気乾木材を比重が1.3以上になるまで圧縮し、その圧縮状態を保持しながら100℃〜200℃間の温度で透明性が発現するまでの時間の加熱処理を施し、その圧縮状態を永久固定した圧縮木材であることを特徴とする、請求項１に記載の透明性圧縮木材。
気乾木材は、針葉樹である請求項１又は請求項２に記載の透明性圧縮木材。
気乾木材は、間伐材、建築廃材又は建築端材である請求項１又は請求項２に記載の透明性圧縮木材。