JP3136051B2 - 木質材の熱処理方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は木質材の熱処理方法に関
し、特に、木質材の寸法安定化処理を比較的低温状態で
かつ短い時間で行うことを可能とし、それにより、材色
変化の少ない処理済木質材を得ることを可能とした木質
材の熱処理方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】木材は水分の吸放出により膨潤又は収縮
する。このことは無垢の挽き板、木材薄板（厚さ０．２
ｍｍ〜１０ｍｍ程度）やパーチクルボード、ＭＤＦ等で
も同様である。建築用あるいは家具用材料として木質材
を用いる場合には、環境により木質材が膨潤又は収縮す
ることは好ましくなく、環境に左右されない寸法安定性
を持つことが望まれる。

【０００３】そのための対策として、従来、オーブン内
に木質材を入れ、１８０℃で１６時間〜２４時間程度加
熱して熱処理し、木質材の寸法安定化を図る方法、ある
いはプレス盤で木質材を上下に挟持してオートクレーブ
内に入れ、１８０℃〜２２０℃の高圧水蒸気で数分間処
理して木質材の寸法安定化を図る方法等が行われてい
る。

【０００４】上記のうち、オーブンによる熱処理は、処
理に長時間を要し生産性が悪いばかりでなく、木質材の
表面に著しい変色が生じるのを避けられない。オートク
レーブを用いた高圧水蒸気処理は、内部（中央部）への
高圧水蒸気の浸透が難しく、そのために処理効果が均一
でなく、しかも、木質材の中央部と周辺部での処理状態
が往々にして異なる場合が生じる。

【０００５】本出願人は、上記のような従来の木質材の
処理方法の持つ不都合を解消すべく多くの実験と研究を
行い、従来の木材処理で用いられる熱盤を持つ平盤プレ
スの熱盤間に処理すべき木質材を配置し、さらにその周
囲に弾性シリコン材等の弾性密封材料とさらにその周囲
にステンレス材等の所要の厚さ規制治具とを配置したの
ち、該熱盤により木質材を加熱し、木質材そのものが有
する水分を高圧水蒸気化して木質材の寸法安定化を図る
方法を発案しすでに提案している（特願平５−２８９５
７号参照：特開平６−２３８６１５号公報参照）。

【０００６】さらに、木質材そのものが有する水分に加
えて外部から高圧水蒸気を供与して木質材の寸法安定化
を図る方法についても発案し提案しており、その際に、
外部から供給する高圧水蒸気と共に木質材のアセチル
化、ホルマール化等の化学的処理、あるいは、フェノー
ル樹脂、ポリエステル樹脂等を含浸させるＷＰＣ（木材
・プラスチック複合材）化処理等を施す目的で、そのた
めの薬剤を同時に供与することも提案している（特願平
５−２８９５６号：特開平６−２３８６１６号公報参
照、特願平５−２８９５８号参照：特開平６−２３８６
１７号公報参照）。

【０００７】これらの方法は、木材の圧締や複合材の製
造に用いられる通常の熱盤を持つ平盤プレスを用いて行
うことができることから、処理自体が簡素化される利点
を有する。一方、木質材の寸法安定化の他の方法とし
て、木質材にアセチル化、ホルマール化等の化学的処理
を単独で施すこと、フェノール樹脂、ポリエステル樹脂
等を含浸させてＷＰＣ（木材・プラスチック複合材）化
処理を単独で施すこと、さらには、木質材の軟化処理を
目的として、アカモニアガスの含浸処理を行うこと等も
行われている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明者らは、木質材
の熱処理等についてさらに研究を継続する仮定におい
て、前記した木材処理で用いられる熱盤を持つ平盤プレ
スの熱盤間に処理すべき木質材を配置して木質材を加熱
し、そこに形成される密封空間内で木質材そのものが有
する水分を高圧水蒸気化して木質材の寸法安定化を図る
方法は、木質材の寸法安定化の面では大きな効果をもた
らすが、処理に２００℃程度の高温環境と２０分程度の
長い処理時間を必要とすることから、木質材の材色が暗
色系に変化してしまうことを知った。

【０００９】また、外部から供給する高圧水蒸気と共に
化学的処理等を目的として薬剤を供与する方法は、本発
明者らの実験によれば、比較的低い処理温度で熱処理が
可能となり材色の変化はある程度抑えることが可能であ
るが、高圧水蒸気と共に薬剤が供与されるために薬剤の
希薄化が生じ、木質材に対する薬剤の処理効果が遅延し
て処理時間が必ずしも短縮されないことを知った。それ
により、材色の変化を完全には抑制できなかった。

【００１０】また、木質材のホルマール化処理のような
化学的処理あるいは軟化処理をそれ単独で行うことは、
長い処理時間を必要とするとともに木質材の中央部まで
に等しく処理効果を付与することができないという不都
合を有している。本発明の目的は、上記した木材処理で
用いられる熱盤を持つ平盤プレスを用いて木質材の寸法
安定化のための熱処理をする方法の持つ不都合、及び、
従来知られた薬剤による木質材の化学的処理あるいは軟
化処理の持つ不都合を同時に解決した木質材の熱処理方
法を得ることにあり、より具体的には、木質材の寸法安
定化処理を比較的短時間でかつ低い温度で行うことを可
能とし、それにより、十分な寸法安定化を得られると同
時に処理木質材に材色変化が生じるのを避けることを可
能とした木質材の熱処理方法を得ることにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決しかつ
目的を達成するために、本発明者らは木質材の化学的処
理及び軟化処理について、さらにはすでに提案している
木材処理で用いられる熱盤を持つ平盤プレスを用いての
木質材の寸法安定化のための熱処理方法について実験と
研究を継続して行った。その過程において、上記提案に
よる木質材の熱処理方法において、木質材の寸法安定化
は木質材自身の持つ水分量が蒸気化するだけで蒸気量と
して十分な場合がほとんどであること、木質材の化学的
処理あるいは軟化処理は、それを狭い密封空間において
行う場合には、比較的低温でかつ短時間で十分に進行す
ることを認識した。

【００１２】本発明は上記の知覚に基づくものであり、
一つの発明として、化学的処理又は軟化処理を施した木
質材を密封空間内に挟持して加熱し必要に応じて圧縮を
行い木質材自身の持つ水分を水蒸気化する工程、及び、
少なくとも前記水蒸気が存在する前記密封空間内に木質
材を一定時間保持する工程、とを有することを特徴とす
る木質材の熱処理方法を開示する。

【００１３】さらに、本発明は、密封空間内に木質材を
挟持して加熱し必要に応じて圧縮を行い木質材自身の持
つ水分を水蒸気化する工程、前記密封空間内に木質材に
化学的処理又は軟化処理を施すための薬剤を注入する工
程、及び、少なくとも前記水蒸気と薬剤とが存在する前
記密封空間内に木質材を一定時間保持する工程、とを有
することを特徴とする木質材の熱処理方法をも開示す
る。

【００１４】すなわち、前者は化学的処理あるいは軟化
処理を他所であらかじめ施した木質材に対して密封空間
での熱処理及び必要に応じて圧縮処理を行うものであ
り、後者は未処理の木質材を密封空間に配置した状態で
該木質材に対して加熱処理及び必要に応じて圧縮処理と
同時に化学的処理あるいは軟化処理を施すものである。
いずれであっても、比較的低い処理温度の下でかつ短時
間で木質材に対して必要な処理が施され、材色変化のほ
とんどない寸法安定化処理済の木質材を得ることができ
る。

【００１５】本発明において、密封空間は従来の木材処
理で用いられる熱盤を持つ平盤プレスの熱盤間に好適に
形成される。図１はその一例であり、熱盤１ａと１ｂと
の間に処理すべき木質材Ｗと、その周囲を密封するため
の弾性シリコンのような密封材料２と、木質材Ｗの処理
後の厚さを規制するステンレス材あるいはアルミ材等で
作られた厚さ規制治具３とから構成され、熱盤１ａと１
ｂとが近接して密封材料２を熱盤１ａと１ｂとが挟持し
た状態で、そこに、密封空間が形成される。さらに熱盤
１ａと１ｂとを近接させて厚さ規制治具３を熱盤１ａと
１ｂとが挟持した状態で処理すべき木質材Ｗは一定時間
保持される。木質材Ｗの圧縮処理を必要とする場合に
は、木質材Ｗの初期厚さは厚さ規制治具３の高さＨより
も厚いものとされ、圧縮処理を要しない場合には、初期
厚さは厚さ規制治具３の高さＨと同じ厚さとされる。

【００１６】図２は図１の装置の変形例であり、熱盤に
薬剤を注入するための管路を形成しする例である。この
例にあっては、上方の熱盤１ｂに、形成される密封空間
に向けて開放端４を持つ管路５が形成されており、該管
路５の他方の端部は、図示しない薬剤供給源に接続可能
となっている。下方の熱盤１ａには密封空間内を外気に
開放する管路６が図示しない弁手段とともに設けられ
る。

【００１７】図３は他の例であり、熱盤１ａと１ｂとの
間にステンレス材あるいはアルミ材等で作られた耐圧性
と耐熱性を持つ剛性容器２１を配置し、この容器内に処
理すべき木質材Ｗを収容している。蓋部材２２を上方の
熱盤１ｂに固定しておき、図１の場合と同様に熱盤１ａ
と１ｂとを相互に接近させる。２３は同様な密封材料で
あり、蓋部材２２を容器２１に押圧することにより、密
封空間が形成される。この場合には、処理すべき木質材
の厚さは容器２１の深さと同じ厚さとするかいくぶん厚
いものとされる。

【００１８】図４は図３の装置の変形例であり、熱盤に
薬剤を注入するための管路を形成しする場合である。こ
の例にあっては、上方の熱盤１ｂに固定された蓋部材２
２に、形成される密封空間に向けて開放端４１を持つ管
路５１が形成されており、該管路５１の他方の端部は、
図示しない薬剤供給源に接続可能となっている。容器２
１の一側壁にも密封空間に開放端を持つ管路５２が形成
されており、他の側壁には密封空間内を外気に開放する
管路６１が図示しない弁手段とともに設けられる。

【００１９】図５はさらに図４の装置の変形例であり、
蓋部材２２ａは容器２１ａの内部に挿入可能な凸部２２
ｂを有しており、その周囲には密封用の弾性リング２３
ａが装着されている。さらに、容器２１ａの上縁部には
厚さ規制治具３ａが配置される。図４の場合と同様に、
蓋部材２２ａには密封空間に向けた開放端４１を持つ管
路５１が形成されており、該管路２０の他方の端部は、
図示しない薬剤供給源に接続される。この例においては
容器２１ａにも密封空間に向けた開放端５２ａを持つ管
路５２が形成されており、管路５１と同様に図示しない
薬剤供給源に接続される。

【００２０】この装置においては、処理すべき木質材の
厚さは容器２１ａの深さよりも薄いものとされ、圧縮処
理を行うか否かは厚さ規制治具３ａの厚みにより決めら
れる。すなわち、容器２１ａ内に木質材Ｗを収容した状
態で、容器２１ａ内に蓋部材２２ａの凸部２２ｂが挿入
されることにより、密封空間が形成される。さらに容器
２１ａ内へ蓋部材２２ａの凸部２２ｂを挿入することに
より、蓋部材２２ａのフランジ部分２２ｃが規制治具３
ａに衝接し、その状態で処理が進行する。木質材Ｗが規
制治具３ａの厚さよりも厚いものである場合には、圧縮
処理が施される。

【００２１】処理装置は要は熱盤間に密封された空間を
形成できるものであれば良いものであって、図示の例に
限らず多くの他の変形例が存在する。例えば、図１ある
いは図３に示す形態の装置の場合に、木質材Ｗの上下の
面を覆うようにシリコンゴムシートあるいは樹脂シート
などのように耐熱性と弾性を持つシートを配置するよう
にしてもよく、その場合には、密封性が一層向上する。
また、このようなシートを用いる場合には、シートと厚
さ規制治具との衝接面に十分な気密性を確保することが
可能となる。そのような場合には、弾性シリコンのよう
な密封材料２、２３を省略してもよい。

【００２２】上記のような熱盤間装置を用いて本発明に
よる木質材の熱処理方法は実施される。本発明において
木質材とは、無垢材だけでなくＭＤＦやパーチクルボー
ド等の加工材料も含むものであり、等しく目的は達せら
れる。熱盤としては、木材の圧締や複合材の製造に用い
られる通常の熱盤を任意に用いうるがこれに限定されな
い。さらに、加熱手段としてマイクロ波加熱を含む高周
波加熱を用いてもよくその場合に処理される木質材の近
傍に公知のマイクロ波発生装置あるいは高周波発生装置
を備えるようにする。

【００２３】本発明において、化学的処理とは従来木質
材に対して行われてきた種々の処理態様を含むが、特に
水分の吸着を少なくするための処理、例えば、木質材の
ホルマール化処理、アセチル化処理、あるいは、メラミ
ン樹脂、フェノール樹脂等の樹脂含浸処理等が有効に適
用される。軟化処理も従来行われている処理態様すべて
が適用可能であり、アンモニアガスの注入処理、煮沸浸
漬処理、高周波加熱処理等の処理が有効に適用される。

【００２４】本発明の一つの態様では、処理すべき木質
材に対して上記の化学的処理あるいは軟化処理が通常の
手段によりあらかじめ施され、処理済の木質材が図１〜
図６に示したように熱盤間に配置される。その後に、熱
盤１ａ、１ｂを近接させて、前記のように必要に応じて
圧縮を加えつつ、木質材の周囲に密封空間を形成する。
加熱は熱盤からの加熱のみであってもよく、高周波加熱
によってもよい。また、双方の加熱手段によってもよ
い。

【００２５】本発明者らの実験によれば、従来、未処理
の木質材に各種の寸法安定化処理を施す場合には、２０
０℃程度の高温環境の密封空間内に木質材を２０分程度
の長い時間保持しておくことを必要としていたが、あら
かじめ上記の化学的処理あるいは軟化処理を施した木質
材を用いる場合には、密封空間内に１２０℃〜１８０℃
程度の温度で４分〜８分程度保持するだけで、十分な寸
法安定化処理が施された木質材を得ることができた。そ
して、処理温度が低くかつ短いことから、処理済木質材
に材色の変化はほとんど見られなかった。

【００２６】この要処理温度の低下及び処理時間の短縮
は、時間短縮、温度低下による水熱処理の不十分さを他
の処理で補ったためによるものと解される。本発明の他
の態様においては、未処理の木質材が熱盤間に配置され
る。必要に応じて圧縮を加えた状態で熱盤を近接させる
ことにより、木質材の周囲に密封空間が形成され、その
状態で、加熱と上記の化学的処理あるいは軟化処理が該
密封空間内で施される。この場合も、加熱は熱盤からの
加熱のみであってもよく、高周波加熱によってもよい。
また、双方の加熱手段によってもよい。

【００２７】この態様の処理を行う場合には、図２、図
４、図５に示す形態の装置、すなわち、熱盤１ａ、１ｂ
又は容器や蓋部材に薬剤注入用の管路を持つものが用い
られる。注入する薬剤は処理の目的によって相違する
が、従来の木質材の化学的処理あるいは軟化処理に用い
られるガス状の薬剤を任意に適用することができる。例
えば、水分の吸着を少なくする目的すなわち寸法安定化
を一層確実にする目的で処理を行う場合には、ホルムア
ルデヒドガスや無水酢酸等を単独であるいは触媒ととも
に注入する。触媒としては、塩化第二鉄、塩化アンモニ
ウム等の塩化物、硫酸第二鉄等の硫酸塩、二酸化イオウ
等が有効に用いられる。

【００２８】軟化処理の目的でアンモニアガスを注入す
ることもできる。これらのガス体は処理木質材を挟持し
ている熱盤あるいは容器や蓋部材が木質材と接触する面
から木質材中に直接含浸するように注入してもよく、密
閉空間の側方から多湿環境下にある空間内に注入し、そ
こから木質材中に含浸するようにしてもよい。双方の注
入を同時に行ってもよい。

【００２９】必要な量の薬剤を注入した状態で、あるい
は注入しつつ、木質材を所定時間密封空間内に保持す
る。それにより、木質材の寸法安定化処理は第１の態様
の場合と同様に迅速に進行する。本発明者らの実験によ
れば、このような処理を行うことにより、前記密封空間
内に１２０℃〜１８０℃程度の温度で４分〜８分程度保
持するだけで、十分な寸法安定化処理が施された木質材
を得ることができた。そして、同様に、処理温度が低く
かつ短いことから、処理済木質材に材色の変化はほとん
ど見られなかった。この要処理温度の低下及び処理時間
の短縮は、時間短縮、温度低下による水熱処理の不十分
さを他の処理で補ったためと解される。

【００３０】

【実施例】以下、実施例により本発明を説明する。 〔実施例１〕木質材として、１．２ｍｍ厚のスギ材（１
００×１００ｍｍ、含水率１５％）を用いた。

【００３１】該木質材にフェノール樹脂（昭和高分子、
ＲＢ−１２５Ｓ）を含浸（７６０ｍｍＨｇ（減圧）環境
下、２ｈｒ）させた。この含浸材ＤＷを図６に示すよう
に、平板プレスの熱盤１ａ、１ｂ間で圧縮処理と加熱処
理を行った。すなわち、下方の熱盤１ａ上に０．１ｍｍ
厚のＰＥＴフィルムＳを敷き、その上に前記含浸材ＤＷ
を配置し、その周囲に０．６ｍｍ厚のアルミ枠３を厚さ
規制治具として配置した後に、全体を０．１ｍｍ厚のＰ
ＥＴフィルムＳ’で覆った。相互の熱盤１ａ、１ｂをア
ルミ枠３で規制されるまで接近させ、熱盤間に形成され
た密封空間内に含浸材を圧縮状態で挟持し、熱盤により
１８０℃の温度で８分間の加熱を行った。その後、５０
℃まで冷却し、熱盤相互を離間して解圧し、処理済木質
材を得た。

【００３２】〔実施例２〕図５に示した構成を持つ処理
装置を用意し、容器内に１．２ｍｍ厚のスギ材（１００
×１００ｍｍ、含水率１５％）を配置した。容器２１ａ
及び蓋部材２２ａを１８０℃に加熱した状態で熱盤１
ａ、１ｂを近接させ、蓋部材２２ａの凸部２２ｂを容器
２１ａ内に挿入して密封空間を形成した。さらに熱盤相
互を近接させて、凸部の表面が材Ｗの表面に接触した時
点で、重量比２％ＳＯ₂ ガス入りのホルムアルデヒドガ
ス（１ｇ／リットル）を蓋部材２２ａ側の管路５１の開
放端４１から注入し、１分間放置した。

【００３３】その後、ガスの注入を続けながらさらに厚
さ規制治具３ａ（０．６ｍｍ）により規制されるまで熱
盤相互を近接させ、その状態で１８０℃の温度で８分間
の圧縮加熱を行った。その後、ガスの注入を止め、５０
℃まで冷却し、熱盤相互を離間して解圧し、処理済木質
材を得た。

【００３４】〔実施例３〕図４に示した構成を持つ処理
装置を用意し、容器２１内に１．２ｍｍ厚のスギ材（１
００×１００ｍｍ、含水率１５％）を配置した。容器２
１の内部の深さは０．６ｍｍとした。熱盤１ａ、１ｂを
近接させ、蓋部材２２の裏面が材Ｗの表面に接触した状
態として密封空間を形成し、その状態で蓋部材２２に形
成した管路５１及び容器２１の側壁に形成した管路５２
からアンモニアガスを注入して、１分間放置した。

【００３５】その後、アンモニアガスの注入を続けなが
らさらに容器２１の上縁と蓋部材２２の裏面が衝接する
まで熱盤相互を近接させ、その状態で１８０℃の温度で
８分間の圧縮加熱を行った。その後、ガスの注入を止
め、５０℃まで冷却し、熱盤相互を離間して解圧し、処
理済木質材を得た。

【００３６】〔比較例１〕実施例３で用いた装置を用
い、容器内に１．２ｍｍ厚のスギ材（１００×１００ｍ
ｍ、含水率１５％）を配置した。容器の上縁と蓋部材の
裏面が衝接するまで熱盤相互を近接させ、薬剤の注入は
行わずに、その状態で１８０℃の温度で８分間の圧縮加
熱を行った。その後、５０℃まで冷却し、熱盤相互を離
間して解圧し、処理済木質材を得た。

【００３７】〔比較例２〕同じ装置を用い、同じ材に対
して同様な処理を行った。但し、２００℃で２０分の圧
縮加熱とした。各実施例材及び比較例材について、木質
材Ｗの圧縮時の圧縮力を測定し、かつ処理後の材の表面
の変色状態を観察した。さらに、次式により回復率
（％）及び厚さ膨潤率（％）を測定した。但し、煮沸は
９０℃、２時間煮沸で行った。その結果を表１に示す。

【００３８】

【００３９】

【表１】

【００４０】〔考 察〕実施例材及び比較例材において
も回復率に差異はないが、実施例１〜３の材に比べ比較
例１の材は高い膨潤率を示しており、１８０℃、８分と
いう同じ処理条件においては、本発明による処理材は優
れた寸法安定性を有することことが分かる。また、実施
例３（アンモニアガスの同時注入処理）の場合に、木質
材の圧縮に要する圧力が比較例１（無処理材）と比べ１
／２となっており、作業性の向上がもたらされることも
分かる。比較例３の材は実施例１〜３と同程度の膨潤率
が得られるが、２００℃、２０分という高温かつ長時間
処理であることにより材色の変化が著しく、良質の処理
材を得ることができない。

【００４１】

【発明の効果】本発明による木質材の熱処理方法によれ
ば、木質材の寸法安定化処理を比較的低温状態でかつ短
い時間で行うことが可能となり、作業時間の短縮化が図
れるとともに、材色変化の少ない処理済木質材を得るこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による木質材の熱処理方法を実施するた
めの装置の一例を説明する図。

【図２】本発明による木質材の熱処理方法を実施するた
めの装置の一例を説明する図。

【図３】本発明による木質材の熱処理方法を実施するた
めの装置の一例を説明する図。

【図４】本発明による木質材の熱処理方法を実施するた
めの装置の一例を説明する図。

【図５】本発明による木質材の熱処理方法を実施するた
めの装置の一例を説明する図。

【図６】本発明による木質材の熱処理方法を実施するた
めの装置の一例を説明する図。

【符号の説明】

１ａ、１ｂ…熱盤、２…密封材料、３…厚さ規制治具、
Ｗ…木質材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ Ｂ２７Ｋ 3/34 Ｂ２７Ｋ 3/34 Ｚ 5/06 5/06 Ａ (72)発明者 木村 高志 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 (56)参考文献 特開 平５−138616（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−238617（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−238615（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−71617（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B27K 1/00 - 5/06

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 密封空間内に木質材を挟持して加熱し必
   要に応じて圧縮を行い木質材自身の持つ水分を水蒸気化
   する工程、前記密封空間内の木質材に化学的処理又は軟
   化処理を施すための薬剤を注入する工程、及び、少なく
   とも前記水蒸気と薬剤とが存在する前記密封空間内に木
   質材を一定時間保持する工程、とを有することを特徴と
   する木質材の熱処理方法。
2. 【請求項２】 前記化学的処理が、木質材の水分吸着を
   少なくする処理であることを特徴とする請求項１記載の
   木質材の熱処理方法。
3. 【請求項３】 前記木質材の水分吸着を少なくする処理
   が、木質材のホルマール化処理、アセチル化処理、又は
   樹脂含浸処理のいずれかであることを特徴とする請求項
   ２記載の木質材の熱処理方法。
4. 【請求項４】 前記軟化処理が、アンモニアガスの注入
   処理であることを特徴とする請求項１記載の木質材の熱
   処理方法。
5. 【請求項５】 前記加熱温度が１８０℃以下であり、前
   記保持時間が８分以内であることを特徴とする請求項１
   ないし４いずれか記載の木質材の熱処理方法。