JP4131365B2

JP4131365B2 - 木材の保存処理方法および保存処理木材

Info

Publication number: JP4131365B2
Application number: JP2001290094A
Authority: JP
Inventors: 民雄荒川; 雄二宗田
Original assignee: 株式会社くんえん
Priority date: 2001-08-20
Filing date: 2001-08-20
Publication date: 2008-08-13
Anticipated expiration: 2021-08-20
Also published as: JP2003053704A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、新奇な木材保存処理方法、ならびに該保存処理方法により処理された木材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
腐朽菌、食材性甲虫類、シロアリ等による木材の劣化を抑制し、耐用年数を高めるために、木材中に木材保存剤と総称される化学薬品を浸透させる方法が広く実施されている。
【０００３】
木材組織中に化学薬品を効率よく浸透させる方法の一つに拡散法があり、世界各国で半世紀以上にわたり実施されている。拡散法では、製材直後の湿気を十分に含んだ木材の表層部に、加圧法、浸漬法、スプレー法等の手段により、適量のホウ酸塩水溶液を注入し、ついで該木材が乾燥しないような条件下で数週間から数ヶ月間養生し、表層部に注入された保存剤を材中央部に向け拡散させる。拡散法の大きな利点は、断面の大きな木材でも中心部まで保存剤を浸透できることであり、これは、通常の固着型保存剤の保護範囲が木材表面から１０ｍｍ程度の深さまでに限られるのと対照的である。
【０００４】
拡散型保存剤は実質的にはホウ酸塩である。ホウ酸塩はホウ素のオキソ酸とその塩の総称であるが、木材保存剤としては、通常、ホウ酸、ホウ砂、八ホウ酸二ナトリウム四水和物（通称ＤＯＴ）およびこれらの混合物が使用されている。ホウ酸塩は安価で、腐朽菌、材食性昆虫、シロアリの全てに対して強い毒性を示す反面、哺乳類に対しては低毒性で、環境負荷も極めて小さいため、理想的な木材保存剤といわれる。
【０００５】
木材乾燥は、使用中の木材の干割れや寸法の狂い等を防ぎ、所定の製品特性を保証する目的で広く実施されている。乾燥された木材の含水率は２０％以下が一般的である。乾燥の方法には、自然乾燥、太陽光乾燥、蒸気乾燥等があるが、燻煙乾燥法は木材を燻煙処理しながら乾燥する、日本固有の乾燥法である。
【０００６】
燻煙乾燥では、処理室内に桟積みされた製材は、木材の不完全燃焼により発生する燻煙中で、典型的には約２週間にわたり、最高８０〜１００℃の温度で加熱乾燥されるとともに、燻煙の化学成分、特にフェノール、有機酸およびアルデヒドを吸収あるいは反応することで、防腐性、防蟻性、撥水性が付与される。また、燻煙発生炉として炭焼き窯を利用すれば、木材の燻煙処理と木炭の製造が同時に進行する利点もある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
拡散法は簡便な処理方法ではあるが、十分な拡散効果を得るためには、かなり長期間にわたる養生が必要であり、養生によるコストアップ、納期の遅れが問題である。
【０００８】
拡散法の更なる欠点に、保存剤の溶脱がある。拡散法に使用される保存剤は、木材中に注入されても木材組織中に固着することはなく、長時間水に浸漬すると殆どが水中に溶け出す（溶脱）傾向がある。このため、拡散法で保存処理した木材の用途は、地面と接触せず、雨水から保護された使用環境に限定される。
【０００９】
燻煙処理法は、製材品の乾燥法としてはすぐれているが、燻煙乾燥で付与される防腐性・防蟻性・撥水性は実用上十分とは言えず、また、これらの効果は、水で繰り返し洗浄すると失われるとの報告もある〔山本、桃原，木材保存Ｖｏｌ．２４（５），３０−３４（１９９８）〕。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ホウ酸塩が湿気を含む木材中を拡散する性質と、高温で長時間木材を処理する燻煙乾燥法とを組み合わせることにより、新奇な防虫・防腐・防蟻処理木材を製造する保存処理方法を提供するものである。即ち請求項１の本発明は、加圧法、浸漬法、スプレー法等の手段により、表層部に適量のホウ酸塩水溶液を注入した製材を燻煙乾燥することにより、ホウ酸塩を内部まで浸透させ、かつ注入したホウ酸塩の溶脱傾向を低減することを特徴とする木材の保存処理方法である。
【００１１】
また請求項２の本発明は、請求項１において、製材がカラマツ，ベイマツ（マウンテン）、トドマツ、エゾマツ等の難注入材であり、かつ製材の表層部に適量のホウ酸塩水溶液を注入する方法が、注入温度８０℃以上の加圧注入法であることを特徴とする、木材の保存処理方法である。
【００１２】
また、請求項３の本発明は、請求項１において、燻煙乾燥時に、燻煙にアルデヒドを添加することにより、ホウ酸塩の溶脱傾向を更に低減させることを特徴とする木材の保存処理方法である。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の方法は、木材の表層部に適量のホウ酸塩を注入する前処理工程と、前処理した木材を乾燥しつつ、表層部のホウ酸塩を木材内部へと拡散させる燻煙乾燥工程からなる。以下、工程順に説明する。木材の表層部に適量のホウ酸塩を注入するための前処理は、広く実施されている拡散処理法の前処理と同じである。処理の対象となる木材は、ホウ酸塩の拡散を円滑にするため少なくとも３０％程度の水分を含む必要があり、製材直後の未乾燥の木材が一般的である。
【００１４】
表層部に適量のホウ酸塩を注入する手法は、樹種により異なる。スギやラジアータパインのように注入の容易な樹種では、製材にホウ酸塩濃厚溶液をスプレーするかホウ酸塩濃厚溶液に浸漬すればよい。表層部に注入されるホウ酸塩の量は、処理溶液の濃度、処理溶液温度、浸漬時間等を適切に設定することにより調節することができる。
【００１５】
樹種の注入性が低下するにつれて、処理溶液の散布、浸漬では不十分で、適切な量のホウ酸塩を確保するために加熱浸漬や加圧注入法が必要になる。特に、難注入材と言われるカラマツ、エゾマツ、トドマツ等では、加圧注入でも材表層部に適量のホウ酸塩を浸透することは困難であるが、発明者らは鋭意検討の結果、注入温度８０℃以上の高温での加圧注入が有効であることを発見した。
【００１６】
更に本発明では、木材の表層部に注入されたホウ酸塩は、特別な養生期間を設定しなくとも、燻煙乾燥工程で寸法の大きな木材の中心部まで拡散し、しかも所定の乾燥が達成できることが見いだされた。このような燻煙乾燥の効果は、次のように考えることができる。即ち、燻煙乾燥の初期では、燃料木材の不完全燃焼により処理室内の温度は着火後１日で最高温度（８０〜９５℃）に達する。この間、処理室内は燃料木材の乾燥及び燃焼により発生する水蒸気が充満し、湿度は１００％に近い状態にある。このため、処理室内の木材は乾燥されることなく加熱され、ホウ酸塩の拡散が急速に進む。
【００１７】
Ｂ．Ｗ．Ｗａｒｒｅｎ等の研究によれば、ラジアータパインをホウ酸塩で拡散処理する場合に必要な養生期間は、温度が１０℃上昇するとほぼ半分になる［Ｂ．Ｗ．Ｗａｒｒｅｎ，Ｄ．Ｃ．Ｌｏｗ，Ｒ．Ｖ．Ｍｉｒａｍｓ，ＮｅｗＺｅａｌａｎｄＪ．ｏｆＳｃｉｅｎｃｅ，Ｖｏｌ．１１，２１９−２２９（１９６８）］。このルールを適用すれば、燻煙処理温度（８５℃）での養生期間は室温（２５℃）での養生時間の１／６４でよいことになる。従って、養生に４ヶ月を要する場合でも、燻煙乾燥の最初の２日間に積極的に湿度を高め、乾燥を防げば特別な養生期間は必要なく、十分な拡散が達成できる。
【００１８】
本発明の新奇性は、燻煙乾燥により木材の表面が疎水化するため、木材中に浸透したホウ酸塩が、水により溶脱する危険性が緩和されることである。疎水化の理由は完全に解明されたわけではないが、燻煙中のアルデヒドと木材との間に起こるフォルマール化反応が大きなウェイトをしめるものと思われる。後藤等の研究によれば、触媒として有機酸を含む木材を６５〜９５℃でフォルムアルデヒドガスに数時間曝すと、木材は疎水化され、形態安定性が向上する［後藤ら，木材研究Ｖｏｌ．２０，１−１５（１９５８）］。
【００１９】
木材のフォルマール化は精力的に検討されたが、今日まで工業化に至っていない。一つの理由は、反応時間が数時間もかかり、コスト高が懸念されるためである。しかし、燻煙乾燥では、木材は、８０〜９０℃の温度で１週間程度、アルデヒドと有機酸を含む燻煙に曝され、この間当然フォルマール化反応が起こりうる。初期の燻煙中には、約２００ｐｐｍのアルデヒドが含まれるが、燻煙乾燥木材の疎水性を向上させるためには、外部から工程の安全が保障される範囲で、燻煙室にある程度のアルデヒドを添加することも有効である。
【００２０】
本発明をさらに詳しく説明するために実施例を示すが、本発明はこれ限定されるものではない。
［実施例１］
製材直後の、長さ３０００ｍｍ、幅１５０ｍｍ、厚さ５０ｍｍのスギ板目材の両端を４００ｍｍづつ切り落としたのち、さらに両端を１００ｍｍづつ切り取り、含水率を測定したところ、平均８６％であった。
【００２１】
長さ２０００ｍｍの材中央部を、９０℃に加熱された八ホウ酸二ナトリウム四水和物（ＤＯＴ）の３０％水溶液に６０分浸漬した後、１２０分掛けて液温を５０度まで下げて材を取り出した。取り出した材は、乾燥しないようにビニルシートに包み３日間室温で保管してから、他の木材と一緒に燻煙乾燥した。乾燥の温度プロフィルは、図１に示す通りである。
【００２２】
乾燥工程終了後、材中央部を切断し、木口面のクルクミン呈色反応（注１）を調べたところ、全断面に赤色の着色が見られ、ＤＯＴが材中央部にまで拡散したことが確認された。また全乾法により、材中央部の含水率を測定したところ１８％であった。
【００２３】
（注１）本発明でのクルクミン呈色反応は次のようにして行った。
Ａ液：５００ｃｃの三角フラスコにエタノールを半分ほど入れ、クルクミン０．６ｇを加えてホットスタラー上で暖めながら溶解する。透明な溶液になったら降ろし、アルコールを加えて５００ｃｃにする。
Ｂ液：塩酸１００ｍｌに３０ｇのサリチル酸を溶解する。これをエタノールで希釈し、５００ｍｌとする。
呈色反応では、観察すべき表面にＡ液を軽くスプレーし、乾燥後Ｂ液をスプレーする。０．２％以上のホウ酸塩が存在すれば、赤く呈色する。
【００２４】
［実施例２］
長さ１０００ｍｍ、幅１５０ｍｍ、厚さ５０ｍｍ、含水率２０％の人工乾燥したスギの板目材を０．３０％のＤＯＴ水溶液を入れたバットに沈め、バットごと加圧注入装置に入れた。６０分で水温を９０℃まで昇温し、温度はそのままで６０分間８ｋｇ／ｃｍ^２に加圧した。ついで、加圧したまま４時間で室温まで冷却し、除圧してスギ板を取り出した。木材１ｍ^３あたりの注入量は４１０ｋｇ／ｍ^３で、平均吸収量は１．２３ｋｇ／ｍ^３に相当する。
【００２５】
加圧注入したスギ板目材を長さ方向に４等分し、中央の二つを試験体Ａ、Ｂとした。試験体Ａは６０℃の熱風循環型乾燥機で乾燥し、平均含水率を１８％まで下げた。試験体Ｂは実施例１と同じ燻煙乾燥バッチに加え、処理した。重量から求めた処理後の平均含水率は２０％であった。これら二つの試験体を、深さ６０ｃｍ、直径５０ｃｍの円筒形容器にクランプで縦に固定し、水に沈めた状態で緩やかに攪拌し、両者とも同じ程度の水流に曝されるようにした。
【００２６】
試験体Ａ、Ｂとも毎日２４時間ごとに水から取り出し、表面をタオルで拭いてから１０５℃の熱風乾燥機で１０分間乾燥後、側面のクルクミン呈色反応を行った。試験体Ａは４日目には赤色の呈色をしなくなったが、試験体Ｂは１０日間の処理後も呈色が認められた。これから、燻煙乾燥により耐溶脱性が増加することが分かった。
【００２７】
［実施例３］
製材直後の長さ４０００ｍｍ、一辺１２０ｍｍの岩手県産カラマツ角材の両端からそれぞれ１７０ｍｍを切り落とした。更に両端と中央から厚さ２０ｍｍの含水率測定用サンプル合計３点を切り出すことにより、長さ１８００ｍｍの角柱２本を得た。これらの角柱は、大部分が心材で、四隅にわずかに辺材が見られた。含水率測定用サンプルは、１０５℃の熱風乾燥機で１６時間乾燥し、重量減少から平均含水率３９％が得られた。
【００２８】
１８０ｍｍの角柱２本（試験体Ａ、Ｂ）を内寸２０００ｍｍ×４００ｍｍ×３５０ｍｍ（深さ）のステンレス性バットの底に固定し、バットに５．０％ＤＯＴ水溶液を深さ２５ｃｍまで入れ、全体を加圧注入缶に納めた。ついで、注入缶の真空ラインを開き、約１５０ｍｍＨｇの真空度で３０分間減圧した。ついで注入缶内の空気圧を２ｋｇ／ｃｍ^２まで上昇した。蒸気加熱によりバット水温を２時間で１２０℃まで上げ、この温度を１時間保持した後注入缶内の空気圧を８ｋｇ／ｃｍ^２ゲージにあげた。２時間後に気圧はそのままにして、バット内水温を５時間で６０℃まで下げ、減圧、開缶して試験体Ａ及びＢを取り出した。試験体の重量変化から、注入量はＡ、Ｂとも約１５０ｋｇ／ｍ３であった。これは、平均吸収量７．５ｋｇ／ｍ^３に相当する。
【００２９】
試験体Ａは、直ちに実施例１と同じ条件で燻煙乾燥した。最終含水率は２２％であった。試験体Ｂは２週間屋内に放置して自然乾燥した。ついで、試験体Ａ、Ｂとも長さ方向に１００ｍｍ間隔に切断して１８個のブロックとし、各ブロックの断面（木口）のクルクミン呈色反応を実施した。試験体Ｂでは両端の２０ｃｍは全木口面に赤色の呈色が見られたが、中央の１メートル余の部分では、呈色は側面から５ｍｍほどの深さまでの心材部と辺材部分に限られていた。これに対して、燻煙乾燥した試験体Ａでは、すべての断面が赤色を呈した。即ち、試験体Ａは、あらゆる部分に０．２％以上のＤＯＴが浸透していることになるが、これは難注入材のカラマツでは驚くべき結果といえる。
【００３０】
【発明の効果】
本発明は、木材保存処理の一つであるホウ酸塩による拡散処理法とわが国固有の燻煙乾燥法とを組み合わせることにより、効率的かつ効果的な木材保存処理法を提供している。燻煙乾燥法特有の湿度・温度プロフィルは、拡散法の欠点である養生期間を不要にしている。また、燻煙乾燥に付随する木材の疎水化は、ホウ酸塩処理木材の耐溶脱性を向上させる。疎水化は燻煙乾燥に際し微量のアルデヒドを燻煙に添加することにより促進される。本発明の一つの効果は、難注入材として有名な大断面のカラマツ材の中心部までホウ酸塩を浸透しうることである。
【００３１】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施に用いられる燻煙乾燥工程の温度プロフィルである。

Claims

加圧法、浸漬法、スプレー法等の手段により、表層部に適量のホウ酸塩水溶液を注入した製材を燻煙乾燥することにより、ホウ酸塩を内部まで浸透させ、かつ注入したホウ酸塩の溶脱傾向を低減することを特徴とする木材の保存処理方法。
請求項１において、製材がカラマツ，ベイマツ（マウンテン）、トドマツ、エゾマツ等の難注入材であり、かつ表層部に適量のホウ酸塩水溶液を注入する方法が、注入温度８０℃以上の加圧注入法であることを特徴とする、木材の保存処理方法。
請求項１において、燻煙乾燥時に、燻煙にアルデヒドを添加することにより、ホウ酸塩の溶脱傾向を更に低減させることを特徴とする木材の保存処理方法。