JP2024050254A - 圧縮木材の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な方法により、圧縮木材のスプリングバックを抑制することが可能な圧縮木材の製造方法を提供する。【解決手段】圧縮木材の製造方法は、有機酸を含有する有機酸水溶液を、厚み３ｍｍ以上のブロック状の木材に加圧含浸させる含浸工程と、有機酸水溶液を含浸した湿潤状態の木材を乾燥させる乾燥工程と、乾燥させた木材を圧縮する圧縮工程と、圧縮させた木材を、圧縮状態を維持して加熱する加熱工程と、を含む。【選択図】図１

Description

本発明は、圧縮木材の製造方法に関する。

スギやヒノキ等の針葉樹は、成長が早く入手しやすいことから、家具材料又は建材として利用されている。しかしながら、針葉樹は広葉樹に比べて軟質であって強度が低い。そのため、軟質の木材を圧縮変形することで高比重化し、主に表面硬度を向上させる技術が検討されている。そして、このような技術は、特にスギ材などの低比重で表面硬度が低い木材の利用範囲を拡大する技術として注目されている。

一方、木材を圧縮変形することにより得られる圧縮木材は、吸湿又は吸水により圧縮が回復し、圧縮前の状態に戻ることが知られている。このようなスプリングバックと呼ばれる回復現象を減少させる手法が、従来より検討されている。

非特許文献１では、スギ材を熱処理することにより、圧縮変形を永久固定する技術が開示されている。具体的には、非特許文献１では次のことが開示されている。まず、スギ辺材に対して水を減圧注入して、さらに９５℃の熱水で加熱した後、熱板温度を１０５℃に設定したプレス機を用いて圧縮し、３時間熱板中で乾燥した。その後、得られた圧縮試験片を乾燥状態で保持し、温風乾燥機を用いて熱処理を行った。その結果、当該熱処理として１８０℃で２０時間、２００℃で５時間又は２２０℃で３時間の処理を行うことにより、圧縮木材のスプリングバックが減少し、圧縮形状がほぼ完全に固定することができた。

井上雅文、則元京著、「熱処理による圧縮変形の永久固定」、木材研究・資料、京都大学木材研究所、１９９１年、第２７号、p.31-40

しかしながら、非特許文献１の手法では、木材を圧縮しつつ乾燥させた後に、高温かつ長時間の熱処理を行う必要がある。そのため、圧縮木材の製造コストを削減するために、低温及び／又は短時間での熱処理により、圧縮木材のスプリングバックを抑制する手法が求められていた。

本発明は、このような従来技術の有する課題に鑑みてなされたものである。そして、本発明の目的は、簡易な方法により、圧縮木材のスプリングバックを抑制することが可能な圧縮木材の製造方法を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明の態様に係る圧縮木材の製造方法は、有機酸を含有する有機酸水溶液を、厚み３ｍｍ以上のブロック状の木材に加圧含浸させる含浸工程と、有機酸水溶液を含浸した湿潤状態の木材を乾燥させる乾燥工程と、乾燥させた木材を圧縮する圧縮工程と、圧縮させた前記木材を、圧縮状態を維持して加熱する加熱工程と、を含む。

本開示によれば、簡易な方法により、圧縮木材のスプリングバックを抑制することが可能な圧縮木材の製造方法を提供することができる。

本実施形態に係る圧縮木材の製造方法の一例を示す説明図である。 実施例、参考例及び比較例の圧縮木材における水蒸気加熱処理時間と当該圧縮木材の厚み変化率との関係を示すグラフである。

以下、図面を用いて本実施形態に係る圧縮木材の製造方法について詳細に説明する。なお、図面の寸法比率は説明の都合上誇張されており、実際の比率と異なる場合がある。

［第一実施形態］
本実施形態に係る圧縮木材の製造方法は、有機酸を含有する有機酸水溶液を、ブロック状の木材に含浸させる含浸工程と、有機酸水溶液を含浸した木材を乾燥させる乾燥工程とを有している。当該製造方法は、さらに、乾燥させた木材を圧縮する圧縮工程と、木材を圧縮状態のまま保持して加熱する加熱工程とを有している。

図１の（ａ）は、本実施形態に係る圧縮木材の製造方法のフローを示している。本実施形態の製造方法では、第一の工程Ｓ１として、有機酸を含有する有機酸水溶液を、ブロック状の木材に含浸させる（含浸工程）。木材の形状は、ブロック状であればよく、例えば板状に加工されたものを例示することができる。

板状の木材の厚みは３ｍｍ以上であることが好ましい。このような厚みを有する木材を後述のように処理することにより、厚みが数ミリである圧縮木材を得ることができる。厚みが数ミリの圧縮木材は、例えば合板の表面に貼付する表面材として好ましく用いることができる。なお、板状の木材の厚みは３ｍｍ以上であることが好ましく、１０ｍｍ以上又は１２ｍｍ以上としてもよい。板状の木材における厚みの上限は特に限定されないが、例えば４０ｍｍとすることができる。

木材としては、床、壁、天井などの建材、造作部材、家具、工芸品などに使用される各種の樹種からなる木材を挙げることができる。木材の樹種は特に限定されないが、針葉樹だけでなく、広葉樹も用いることができる。具体的には、木材は、スギ、カラマツ、ベイマツ、ゴムの木、カバ、ブナ、ナラ、ビーチ、オーク、チーク、ハードメープル、チェリー、ウォールナット、ホワイトアッシュ、マホガニー及びイエローバーチからなる群より選ばれる少なくとも一つを用いることができる。これらの木材は高級感があり意匠性が高いことから、これらの木材を改質させることにより、建材、造作部材、家具、工芸品に好適に用いることができる。

また、木材としては、主に日本をはじめ東南アジア等で短期間に大径木となる早生樹を使用することもできる。具体的には、木材は、センダン、チャンチンモドキ、ハンノキ、ユリノキ、ユーカリ、ポプラ、アカシアマンギウム及びファルカタからなる群より選ばれる少なくとも一つを用いることができる。

木材は、含水率が高い生の状態であってもよく、含水率が低い乾燥状態であってもよい。木材の含水率が高い状態であっても、道管中の水分と有機酸水溶液とを置換することができるため、木材の内部に有機酸水溶液を含浸させることができる。なお、木材としては、人工的に乾燥釜などで乾燥させ、含水率を下げた人工乾燥材（ＫＤ材）を用いてもよい。この際、ＫＤ材の含水率は、７～２５％とすることが好ましい。木材の含水率は、日本産業規格ＪＩＳ Ｚ２１０１（木材の試験方法）に基づき測定することができる。

上述の木材に含浸させる有機酸水溶液は、水に有機酸を溶解させることにより、調製することができる。有機酸としては、後述するように、有機酸水溶液を含浸させた木材を圧縮状態のまま加熱処理することにより、スプリングバックを抑制することが可能な有機化合物を用いることができる。具体的には、有機酸は、カルボン酸、スルホン酸及びスルフィン酸からなる群より選ばれる少なくとも一つであることが好ましい。

有機酸は、カルボン酸であることが好ましく、２価以上のカルボン酸であることがより好ましい。カルボン酸を含浸した木材を圧縮状態のまま加熱処理した場合、木材の組成成分が変質しやすくなるため、木材の改質をより促進することが可能となる。

カルボン酸は、クエン酸、酒石酸、リンゴ酸、コハク酸、シュウ酸、アジピン酸、マロン酸、フタル酸、セバシン酸、マレイン酸、フマル酸、イタコン酸、グルタル酸（１，５－ペンタン二酸）、グルコン酸、グルタコン酸、ペンテン二酸からなる群より選ばれる少なくとも一つであることが好ましい。また、カルボン酸は、クエン酸、リンゴ酸及びコハク酸からなる群より選ばれる少なくとも一つであることがより好ましい。クエン酸、リンゴ酸及びコハク酸を用いることにより、低温及び／又は短時間での加熱処理により圧縮木材を得ることができる。さらに、これらのカルボン酸は、天然由来の材料から得ることができるため、環境負荷を低減することが可能となる。

有機酸水溶液において、有機酸の含有量は３～３０質量％であることが好ましく、３～２０質量％であることがより好ましく、３～１０質量％であることがさらに好ましい。有機酸水溶液における有機酸の含有量がこの範囲内であることにより、木材に有機酸が浸透しやすくなるため、有機酸による圧縮木材の固定化効果を得ることができる。

第二実施形態で説明するように、有機酸水溶液に糖類を添加することにより、木材に対して有機酸と糖類の両方を含浸させてもよい。ただ、木材に有機酸のみを含浸させた後に圧縮状態のまま加熱することにより、圧縮木材が固定化され、スプリングバックを十分に抑制することができる。そのため、有機酸水溶液は少なくとも有機酸を含んでいればよく、糖類を含まなくてもよい。

有機酸は水への溶解性が高いため、有機酸水溶液は有機溶剤を含まなくてもよい。有機酸水溶液が有機溶剤を含まないことにより、環境負荷を低減し、人体への安全性を高めることができる。

有機酸水溶液をブロック状の木材に含浸させる方法は、特に限定されない。例えば、木材を有機酸水溶液に浸漬して放置することにより、木材に有機酸水溶液を含浸させることができる。なお、木材に対する有機酸水溶液の含浸を早めるために、有機酸水溶液を満たした耐圧容器に木材を投入して加圧することが好ましい。この際、加圧する圧力は特に限定されないが、例えば０．３～１０．０ＭＰａとすることが好ましい。

木材に対して有機酸水溶液を含浸させる際、有機酸水溶液の温度は特に限定されないが、例えば８０℃以下とすることが好ましい。また、有機酸水溶液の温度は常温とすることもできる。

木材に対する有機酸水溶液の含浸を早めるために、耐圧容器に木材を投入した状態で減圧して、木材の内部の空気を除去した後に、木材を有機酸水溶液に浸漬してもよい。これにより、木材の道管の内部に有機酸水溶液が浸透しやすくなるため、木材に有機酸水溶液をすばやく含浸させることができる。

ここで、ブロック状の木材に有機酸水溶液を含浸させる際、有機酸水溶液は、木材の全体、つまり木材の中心部まで含浸していることが好ましい。これにより、有機酸の作用により、木材の中心部まで改質することができる。ただ、必ずしも木材の中心部に有機酸水溶液を含浸させる必要はなく、少なくとも木材を改質させる部位に有機酸水溶液を含浸させればよい。

本実施形態の製造方法では、第二の工程Ｓ２として、有機酸水溶液を含浸させた湿潤状態の木材を乾燥させて、木材内部の余分な水分を除去する（乾燥工程）。乾燥条件は特に限定されないが、例えば自然乾燥とすることができる。また、加熱して乾燥させてもよく、例えば８０℃以下、好ましくは７０℃以下、より好ましくは６０℃以下の温度で乾燥させてもよい。さらに、乾燥雰囲気も特に限定されず、例えば大気下で乾燥させてもよい。また、乾燥雰囲気における湿度を徐々に低下させながら、木材内部の水分を除去してもよい。

乾燥工程について、より詳細に説明する。乾燥工程は、上述のように自然乾燥でもよいが、乾燥装置を用いて木材に乾燥処理を施してもよい。このような乾燥装置としては、乾燥装置内の加熱管に蒸気を供給して乾燥装置内の温度を段階的に上昇させながら、乾燥装置内の湿度（相対湿度）を段階的に低下させるように制御される蒸気式乾燥装置を挙げることができる。また、乾燥装置としては、ヒートポンプ式の除湿機を設けた除湿式乾燥装置、減圧と加熱によって乾燥する減圧式乾燥装置などを用いてもよい。乾燥する際には、熱風や輻射式ヒータを用いてもよい。

乾燥工程により乾燥させた木材の含水率は特に限定されないが、例えば３０％以下とすることができる。また、乾燥させた木材の含水率は、２０％以下としてもよく、１５％以下としてもよい。乾燥させた木材の含水率の下限は特に限定されないが、１％としてもよく、５％としてもよい。なお、木材の含水率は、ＪＩＳ Ｚ２１０１に基づき測定することができる。

ここで、有機酸は木材内部の微小空間に留まるため、乾燥時における木材の収縮を抑制し、寸法安定性を高めることができる。そのため、有機酸水溶液を含浸させた木材を上述のように乾燥させても、木材の変形や割れを抑制することができる。

本実施形態の製造方法では、第三の工程Ｓ３として、乾燥させた木材を圧縮する（圧縮工程）。圧縮する方法は特に限定されず、例えば治具で木材を挟持した後に、木材を圧縮してもよい。具体的には、図１の（ｂ）及び（ｃ）に示すように、例えば一対の金属板１０で木材１を挟み込んだ後、金属板１０を上下方向から加圧することにより、木材１を圧縮することができる。なお、木材を圧縮する圧縮装置としては、平板を用いたプレス装置に限定されず、一対のロール間に木材を通して木材を連続的に圧縮するロールプレス装置も用いることができる。

乾燥させた木材を圧縮する際、圧縮率は特に限定されないが、３０％以上とすることができ、５０％以上とすることもできる。圧縮率の上限は特に限定されないが、例えば７０％とすることができる。なお、本明細書において、圧縮率は数式１で算出される値である。
［数１］
圧縮率（％）＝［（圧縮前の木材の厚みＴ１）－（圧縮後の木材の厚みＴ２）］／［圧縮前の木材の厚みＴ１］

木材の圧縮は大気下で行うことができる。また、木材を圧縮する際の温度は特に限定されない。木材を常温で圧縮してもよく、木材を加熱しながら圧縮してもよい。具体的には、治具である金属板１０を加熱しながら木材１を圧縮してもよい。木材を加熱しながら圧縮する際の加熱温度も特に限定されず、例えば１００℃以上２５０℃以下とすることができる。木材を加熱しながら圧縮することにより木材を軟化させることができるため、圧縮工程を容易に行うことができる。

本実施形態の製造方法では、第四の工程Ｓ４として、第三の工程Ｓ３で圧縮させた木材を、圧縮状態を維持して加熱する（加熱工程）。具体的には、固定治具である一対の平板（金属板１０）の間に圧縮した木材１を挟持した後、連結具を用いて一対の平板同士を連結することにより、木材１を圧縮させた状態で保持する。この際、木材の圧縮率は、上述と同様に３０％以上７０％以下とすることができる。なお、連結具は特に限定されないが、例えばボルトとナットを用いることができる。そして、図１の（ｄ）に示すように、加熱装置２０を用いて固定治具と共に木材１を加熱する。

圧縮状態の木材を加熱処理する際の加熱雰囲気は、空気下、水蒸気雰囲気又は不活性雰囲気とすることができる。不活性雰囲気は、酸素濃度を低減した雰囲気であり、例えば、窒素ガス雰囲気又は過熱水蒸気雰囲気とすることができる。過熱水蒸気は、飽和水蒸気を加熱したガスであることから、酸素を殆ど含有していない。ただ、圧縮状態の木材を加熱処理する際の加熱雰囲気は、水蒸気雰囲気とすることが好ましく、飽和水蒸気雰囲気とすることがより好ましい。加熱処理を水蒸気雰囲気下で行うことにより、木材と有機酸との反応が促進されるため、短時間でスプリングバック抑制のための固定化を行うことができる。

圧縮状態の木材を加熱処理する際の温度は、木材が固定化される温度とすることが好ましい。具体的には、当該加熱温度は１３０℃以上２５０℃以下とすることが好ましく、１５０℃以上２２０℃以下とすることがより好ましい。

圧縮状態の木材を加熱処理する際の加熱時間は木材の種類及び大きさ、木材に含浸した有機酸の量、並びに加熱温度及び加熱雰囲気により調整することができるため、特に限定されないが、例えば１分～２４時間とすることができる。なお、加熱雰囲気が空気下である場合には、２時間～２４時間とすることが好ましい。また、加熱雰囲気が水蒸気雰囲気である場合には、１分～３時間とすることが好ましい。

そして、木材を圧縮状態のまま加熱した後、固定治具から取り外すことにより、本実施形態の圧縮木材を得ることができる。このようにして得られた圧縮木材は、吸湿及び吸水した場合でもスプリングバックが抑制されるため、高密度化して表面硬度が向上した状態を長期間に亘って維持することができる。

上述のように、圧縮状態の木材を加熱処理する際の加熱雰囲気は、空気下、水蒸気雰囲気又は不活性雰囲気とすることができる。そして、水蒸気雰囲気で加熱処理する場合、圧縮状態の木材１が加熱処理中に水分を吸収してスプリングバックしてしまうことを抑制するために、固定治具で木材１を挟持した状態で加熱する。ただ、空気下及び窒素ガス雰囲気のような乾燥状態で加熱処理する場合、木材１は加熱処理中に水分を吸収することが少なく、スプリングバックし難い。そのため、乾燥状態で加熱処理する場合には、固定治具で木材１を挟持した状態で加熱してもよく、固定治具で木材１を挟持しない状態で加熱処理してもよい。なお、過熱水蒸気雰囲気で加熱処理する場合、加熱処理の初期に結露水が木材１に付着する可能性があるため、固定治具で木材１を挟持した状態で加熱することが好ましい。ただし、加熱装置を事前に加温するなどして結露水を発生し難い状態にした場合には、固定治具で木材１を挟持しない状態で加熱処理することができる。

本実施形態の製造方法により、圧縮木材のスプリングバックが抑制されて固定化される理由は必ずしも明確ではないが、次のメカニズムが考えられる。なお、本実施形態の技術的範囲は、このようなメカニズムによって効果が発現する実施態様に限定されない。

まず、圧縮木材の吸湿及び／又は吸水によるスプリングバックについて説明する。従来の圧縮木材は、木材に圧縮方向の外力を加えて変形した状態で乾燥させることにより得ている。この際に、細胞壁内及び細胞壁間に水素結合が形成されるため、外力を除荷した時点では、元の厚みに戻り難い状態にすることができる。一方で、この状態では、細胞壁内及び細胞壁間を水素結合により保持しているため、吸湿及び／又は吸水により水素結合が切断されてしまい、木材が元の厚みに戻ってしまうスプリングバックが発生する。これはつまり、木材を圧縮変形させた際に、変形した細胞は元に戻ろうとする復元力（残留応力）が残っている状態ではあるものの、これを水素結合で抑えている状態であると考えられる。

これに対し、非特許文献２で述べられているように、熱処理（乾燥状態での高温処理）又は水蒸気処理を行うことで、圧縮木材の吸湿及び／又は吸水による回復を抑制する効果（固定化）が確認されている。この現象に関してメカニズムは明確ではないが、次のように推測される。木材は高温処理により、ヘミセルロースやセルロースの非結晶領域の分解反応が起こることが知られている。圧縮状態で上記熱処理を行うことで、木材の構成成分が分解され、上述した木材の細胞が元に戻ろうとする復元力が低下するために、吸湿及び／又は吸水時の復元が抑制される推測される。また、非特許文献３で述べられているように、木材の固定化では、水蒸気処理の方が乾燥状態での高温熱処理に比べて、短時間で効果が生じることが知られている。これは、木材は、水が存在している方が分解反応が進行しやすいことに加え、水蒸気処理によって架橋結合が形成やすくなると考えられる。

本実施形態では、有機酸が上記のような熱処理による分解を促進しつつ、さらに有機酸が木材内で架橋結合するため、圧縮木材の固定化をより短縮化していると推測される。
［非特許文献２］Inoue M, Norimoto M, Tanahashi M, Rowell R.M., Steam or heat fixation of compressed wood，Wood and Fiber Science，25(3), (1993) pp.224-235
［非特許文献３］東原貴志著、「水蒸気処理による圧縮木材の変形固定とその機構」、林木育種センター研究報告、林野庁林木育種センター、２００７年、第２３号、p.255-308

このように、本実施形態の圧縮木材の製造方法は、有機酸を含有する有機酸水溶液を、厚み３ｍｍ以上のブロック状の木材に加圧含浸させる含浸工程を含む。当該製造方法は、さらに、有機酸水溶液を含浸した湿潤状態の木材を乾燥させる乾燥工程と、乾燥させた木材を圧縮する圧縮工程と、圧縮させた木材を、圧縮状態を維持して加熱する加熱工程とを含む。本実施形態の製造方法では、有機酸を含んだ木材を圧縮状態のまま加熱しているため、低温及び／又は短時間の処理により、スプリングバックを抑制することが可能な圧縮木材を得ることができる。さらに、得られた圧縮木材は、高密度化しており、さらに表面硬度も向上している。また、圧縮木材の内部に残存している有機酸は、食品添加物などに多く使用され、安全性が高い。そのため、当該圧縮木材は、各種建材（床、壁、天井、造作部材等）、家具、工芸品など、様々な用途に好適に用いることができる。また、圧縮木材を基材に接着することにより、各種製品の表面材として使用することもできる。

［第二実施形態］
次に、第二実施形態に係る圧縮木材の製造方法について、詳細に説明する。なお、第一実施形態と重複する説明は省略する。

本実施形態の製造方法は、有機酸及び糖類を含有する有機酸水溶液を、ブロック状の木材に含浸させる含浸工程と、有機酸水溶液を含浸した木材を乾燥させる乾燥工程とを有している。当該製造方法は、さらに、乾燥させた木材を圧縮する圧縮工程と、木材を圧縮状態のまま保持して加熱する加熱工程とを有している。

第一実施形態の製造方法では、木材に有機酸のみを含浸させた後に圧縮状態のまま加熱することにより、スプリングバックが抑制された圧縮木材を得ている。ただ、本実施形態では、木材に有機酸と糖類を含浸させた後に圧縮状態のまま加熱するため、スプリングバックを抑制しつつも硬度がより高められた圧縮木材を得ることができる。

本実施形態の製造方法では、第一の工程Ｓ１として、有機酸及び糖類を含有する有機酸水溶液を、ブロック状の木材に含浸させる。木材の形状、厚み及び樹種は、第一実施形態で説明したものと同じとすることができる。また、有機酸の種類及び有機酸水溶液における有機酸の含有量も第一実施形態で説明したものと同じとすることができる。

木材に含浸させる有機酸水溶液は、水に有機酸及び糖類を溶解させることにより、調製することができる。糖類は、単糖、二糖、オリゴ糖及び多糖からなる群より選ばれる少なくとも一つを用いることができる。単糖としては、フルクトース、キシロース、リボース、アラビノース、ラムノース、キシルロース、デオキシリボース等が挙げられる。二糖としては、スクロース、マルトース、トレハロース、ツラノース、ラクツロース、マルツロース、パラチノース、ゲンチオビウロース、メリビウロース、ガラクトスクロース、ルチヌロース、プランテオビオース等が挙げられる。オリゴ糖としては、フラクトオリゴ糖、ガラクトオリゴ糖、マンナンオリゴ糖、スタキオース等が挙げられる。多糖としては、デンプン、アガロース、アルギン酸、グルコマンナン、イヌリン、キチン、キトサン、ヒアルロン酸、グリコーゲン、セルロース等が挙げられる。

ここで、糖類は、フルクトース、マルトース、キシロース及びスクロースからなる群より選ばれる少なくとも一つであることが好ましい。これらの糖類は入手が容易であり、さらに圧縮木材の強度をより高めることが可能となる。

有機酸水溶液において、糖類の含有量は３～３０質量％であることが好ましく、３～２０質量％であることがより好ましく、３～１０質量％であることがさらに好ましい。有機酸水溶液における糖類の含有量がこの範囲内であることにより、木材に糖類が浸透しやすくなるため、圧縮木材の強度向上効果を得ることができる。

本実施形態の製造方法では、第二の工程Ｓ２として、有機酸水溶液を含浸させた湿潤状態の木材を乾燥させて、木材内部の余分な水分を除去する。さらに、第三の工程Ｓ３として、乾燥させた木材を圧縮する。そして、第四の工程Ｓ４として、圧縮させた木材を圧縮状態のまま保持して加熱する。これら第二～第四の工程は、第一実施形態と同じように行うことができる。

本実施形態の製造方法により得られた圧縮木材は、有機酸の効果により、吸湿及び吸水した場合でもスプリングバックが抑制されるため、高密度化して表面硬度が向上した状態を長期間に亘って維持することができる。さらに、糖類は、水分子の代わりに木材の細胞壁中の微小空隙に入り込んで充填され、乾燥時においても蒸発することなく当該微小空隙に留まることができる。そして、糖類によって細胞壁を膨潤状態に維持できることから、いわゆる「かさ効果」によって、乾燥工程における木材の収縮を抑制することができる。また、有機酸及び糖類は、セルロースの繊維間に侵入して、木材に柔軟性を付与する効果もあると考えられる。そのため、本実施形態の圧縮木材は、一般的な圧縮木材に比べて粘りを維持し、機械的強度を高めることが可能となると考えられる。

このように、本実施形態の圧縮木材の製造方法は、有機酸及び糖類を含有する有機酸水溶液を、厚み３ｍｍ以上のブロック状の木材に加圧含浸させる含浸工程を含む。当該製造方法は、さらに、有機酸水溶液を含浸した湿潤状態の木材を乾燥させる乾燥工程と、乾燥させた木材を圧縮する圧縮工程と、圧縮させた木材を、圧縮状態を維持して加熱する加熱工程とを含む。本実施形態の製造方法も、第一実施形態と同様に、有機酸を含んだ木材を圧縮状態のままで加熱しているため、低温及び／又は短時間の処理により、スプリングバックを抑制することが可能な圧縮木材を得ることができる。さらに、得られた圧縮木材は、高密度化して表面硬度が向上しており、さらに糖類の効果により機械的強度も向上している。そのため、当該圧縮木材は、例えば、建材、造作部材、家具、工芸品、表面材など、様々な用途に好適に用いることができる。

［付記］
以上の実施の形態の記載により、下記の技術が開示される。

（技術１）有機酸を含有する有機酸水溶液を、厚み３ｍｍ以上のブロック状の木材に加圧含浸させる含浸工程と、
前記有機酸水溶液を含浸した湿潤状態の前記木材を乾燥させる乾燥工程と、
乾燥させた前記木材を圧縮する圧縮工程と、
圧縮させた前記木材を、圧縮状態を維持して加熱する加熱工程と、
を含む、圧縮木材の製造方法。

この構成により、低温及び／又は短時間の処理により、スプリングバックが抑制された圧縮木材を得ることができる。そして、このようにして得られた圧縮木材は、吸湿及び吸水した場合でもスプリングバックが抑制されるため、高密度化して表面硬度が向上した状態を長期間に亘って維持することができる。よって、当該圧縮木材は、建材、造作部材、家具、工芸品、表面材など、様々な用途に好適に用いることができる。

（技術２）前記加熱工程は、水蒸気雰囲気下で圧縮状態の前記木材を加熱する工程である、技術１に記載の圧縮木材の製造方法。

加熱処理を水蒸気雰囲気下で行うことにより、木材と有機酸との反応が促進されるため、短時間でスプリングバック抑制のための固定化を行うことができる。

（技術３）前記乾燥工程は、前記木材の含水率を５～３０％にする工程である、技術１又は２に記載の圧縮木材の製造方法。

この構成により、木材中の余分な水分が除去されるため、木材に対する有機酸の反応性を高めることができる。

（技術４）前記有機酸は、クエン酸、リンゴ酸及びコハク酸からなる群より選ばれる少なくとも一つである、技術１から３のいずれか一つに記載の圧縮木材の製造方法。

この構成により、当該有機酸が木材のヘミセルロースに作用しやすくなるため、より低温及び／又は短時間の処理により、スプリングバックを抑制できる圧縮木材を得ることができる。

（技術５）前記有機酸水溶液において、前記有機酸の含有量は３～３０質量％である、技術１から４のいずれか一つに記載の圧縮木材の製造方法。

この構成により、木材に有機酸が浸透しやすくなるため、木材のスプリングバック抑制効果を得ることができる。

以下、本実施形態を実施例、参考例及び比較例によりさらに詳細に説明するが、本実施形態はこれらの実施例に限定されるものではない。

［試験サンプルの調製］
（実施例１及び参考例１）
まず、木材として、幅が３０ｍｍ、厚みが２０ｍｍ、長さが２５ｍｍのスギ材を複数準備した。木材の木目は幅方向に板目とし、当該木材の長さ方向は繊維方向とした。なお、以下の試験は、連続試験片を用いて行った。

次に、表１に示すように、有機酸であるクエン酸及び水を混合することにより、クエン酸濃度が５質量％である含浸液を調製した。

次いで、含浸液を耐圧容器内に入れ、複数の上記木材を浸漬した。そして、木材を含浸液に浸漬させた状態で、雰囲気圧力を－０．０９ＭＰａとして２０分間保持した後、０．８ＭＰａとして３時間保持する加圧含浸処理を行った。さらに、当該加圧含浸処理を施した後、木材を含浸液に浸漬させた状態で、大気圧雰囲気下で１２時間以上養生した。このように、木材を含浸液に浸漬させた状態で養生することにより、木材の細胞壁に有機酸を確実に含浸させることができる。

次に、含浸処理後の木材を含浸液から取り出した後、木材を乾燥させた。なお、乾燥工程は、蒸気式乾燥装置を用い、表２に示すステップ１～７の順に乾燥条件を変化させて行った。乾燥工程後の木材の含水率をＪＩＳ Ｚ２１０１に沿って測定した結果、概ね８％程度であった。

そして、乾燥工程を施した木材に対して、上下で温度を制御できる熱板を備えたハンドプレスを用いて圧縮処理を行った。具体的には、まず、２００℃に加熱した上下面の熱板の間に、乾燥工程後の木材が接触するように設置した後、当該木材に対して３分間の予備加熱を行った。次いで、厚みが約１０ｍｍのスペーサーを、熱板間の木材の両脇に設置した後、木材を圧縮した。なお、木材への圧縮は、両脇のスペーサーに対して十分に荷重が加わるまで実施した後、３分間保持を行った。

次に、固定治具として、四隅に孔を開けたステンレス鋼製の一対の金属板を準備した。そして、圧縮後の木材を当該金属板で挟み込んだ後、ステンレス鋼製のネジ及びナットを用いて一対の金属板の四隅を固定した。このように、一対の金属板で木材を挟持することにより、木材を圧縮状態のまま保持した。

次いで、金属板で挟持された木材に対して、１５０℃の飽和水蒸気雰囲気にて加熱処理を行った。なお、加熱処理時間は、それぞれ０分、５分、１５分、３０分、６０分、１２０分とした。そして、加熱処理終了後、木材が人肌程度になるまで冷却した後、固定治具を取り外すことにより、加熱処理時間がそれぞれ５分、１５分、３０分、６０分、１２０分である実施例１の圧縮木材、及び加熱処理時間が０分である参考例１の圧縮木材を得た。

（実施例２及び参考例２）
含浸液に含まれるクエン酸の濃度を１０質量％としたこと以外は実施例１及び参考例１と同じ工程により、加熱処理時間がそれぞれ５分、１５分、３０分、６０分、１２０分である実施例２の圧縮木材、及び加熱処理時間が０分である参考例２の圧縮木材を得た。

（比較例）
含浸液として水を用いたこと以外は実施例１及び参考例１と同じ工程により、加熱処理時間がそれぞれ０分、５分、１５分、３０分、６０分、１２０分である比較例の圧縮木材を得た。

［評価］
実施例１～２、参考例１～２及び比較例の圧縮木材に対して、熱水浸漬試験を行った。具体的には、まず、実施例１～２、参考例１～２及び比較例の圧縮木材における厚み方向の寸法を測定した。次に、各例の圧縮木材を、沸騰水中に１時間浸漬させた。次いで、浸漬後の各例の圧縮木材における厚み方向の寸法を測定した。

そして、次の数式２から、各例の圧縮木材における厚み方向の厚み変化率を算出した。表３に、各例の圧縮木材における、熱水浸漬前の厚み方向の寸法、熱水浸漬後の厚み方向の寸法、及び厚み変化率を示す。なお、参考までに、表３には、各例の圧縮木材における、含浸液に浸漬する前の木材の厚み方向の寸法も合わせて示す。
［数２］
厚み方向の厚み変化率（％）＝［（浸漬後の厚み方向の寸法）－（浸漬前の厚み方向の寸法）］／［浸漬前の厚み方向の寸法］

図２は、実施例、参考例及び比較例の圧縮木材における水蒸気加熱処理時間と試験片の厚み変化率との関係を示している。図２より、有機酸を含浸させた実施例の圧縮木材は水のみを含浸させた比較例の圧縮木材と比べて、厚み変化率が大きく低下していることが分かる。特に、加熱処理時間が３０分以下という短時間であっても、有機酸を含浸させることにより、厚み変化率が大きく低下することが分かる。このことから、木材に有機酸を含浸させることにより、従来の製造方法に比べて、短時間でスプリングバック抑制のための固定化処理を行えることが分かる。

なお、本例では、加熱処理の温度を１５０℃としたが、加熱処理の温度を高めることにより、木材と有機酸との反応が促進され、より短時間で固定化処理を行えることは、容易に推測できる。

また、本例では、圧縮処理を２００℃で行い、予備加熱及び圧縮後の保持時間を各３分とした。ただ、予備加熱及び圧締後の加熱時間が短い場合、木材の乾燥や各種結合が不十分なままであるため、解圧時に厚み方向に回復することがある。そのため、木材の寸法や調整する含水率に応じて、プレス温度及び時間、解圧温度を適正化する必要がある。また、有機酸を含浸していることで圧縮処理時にも固定化が進んでいると考えられる。そのため、解圧後の加熱処理、並びに圧縮処理の温度及び時間の組合せで、固定化レベルを設計することが可能である。

以上、本実施形態を説明したが、本実施形態はこれらに限定されるものではなく、本実施形態の要旨の範囲内で種々の変形が可能である。

１ 木材

Claims (5)

1. 有機酸を含有する有機酸水溶液を、厚み３ｍｍ以上のブロック状の木材に加圧含浸させる含浸工程と、
   前記有機酸水溶液を含浸した湿潤状態の前記木材を乾燥させる乾燥工程と、
   乾燥させた前記木材を圧縮する圧縮工程と、
   圧縮させた前記木材を、圧縮状態を維持して加熱する加熱工程と、
   を含む、圧縮木材の製造方法。
2. 前記加熱工程は、水蒸気雰囲気下で圧縮状態の前記木材を加熱する工程である、請求項１に記載の圧縮木材の製造方法。
3. 前記乾燥工程は、前記木材の含水率を５～３０％にする工程である、請求項１又は２に記載の圧縮木材の製造方法。
4. 前記有機酸は、クエン酸、リンゴ酸及びコハク酸からなる群より選ばれる少なくとも一つである、請求項１又は２に記載の圧縮木材の製造方法。
5. 前記有機酸水溶液において、前記有機酸の含有量は３～３０質量％である、請求項１又は２に記載の圧縮木材の製造方法。

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