JP7447012B2 - 木質材料の処理 - Google Patents

Description

本発明は、木質材料の処理方法に関する。本発明はさらに、本発明の方法により得られる木質材料に関する。処理された木質材料を調製するための方法の使用も考慮される。本発明の方法により得られる木質材料は、幅広い用途を有する。

木材は、床、建物の構造／家、フェンス、街灯、家具など、さまざまな用途で広く使用されている材料である。木材の性質に関して、例えば菌類に対する耐性、耐久性、ひび割れおよび変色、木材を食べる虫や腐食に対する耐性について改善するために、様々な木材処理技術が開発されてきた。

そのような木材処理技術には、例えば、加熱などによる予備乾燥の後、木材を含浸液に含浸させることが含まれ、これにより、木材が配置されているチャンバーを減圧して、含浸液が木材に吸収される（いわゆる「真空含浸」）。このプロセスの後、追加の液体をチャンバーにポンプで送り込む圧力ポンプによって生成される液圧によって、または液体レベルより上の気圧を確立することによって、圧力が施される。木材は、その後、真空を適用することによって追加の乾燥工程を施されてもよい。

他の処理技術も適用され得る。例えば欧州特許出願第０６１２５９５号（ＥＰ ０ ６１２ ５９５ Ａ１）は、（ａ）水性媒体の存在下で電気加熱によって木材を軟化させるステップと、（ｂ）軟化した木材を例えば誘電加熱によって乾燥させるステップと、（ｃ）乾燥した木材を硬化させるステップと、（ｄ）木材を冷却するステップと、を含む、低品質の木材を高品質の木材にアップグレードする方法に関する。この方法では、軟化ステップと乾燥ステップとの両方で、オーム加熱または誘電加熱が適用される。

米国登録特許第３，９８６，２６８号（ＵＳ ３，９８６，２６８ Ａ）は、大気圧より低い圧力で高電圧誘電加熱を使用して、断割れ、ひび割れ、表面硬化、ハチの巣状割れまたは同様の木材構造への損傷なしに木材から水分を迅速に除去する、グリーン材（未乾燥材）の加速乾燥のプロセスおよび装置を開示している。このプロセスでは、誘電乾燥と真空乾燥とを組み合わせている。乾燥プロセスで大気圧より低い圧力を使用すると、耐火処理や木材のその他の特殊処理に適した化学薬品を注入して、そのような処理と木材の乾燥を単一のプロセスで組み合わせることができる。

韓国出願特許２０１６０１２４７２８号（ＫＲ ２０１６０１２４７２８ Ａ）から、木材を処理する方法が知られている。この方法は、木材を真空チャンバーに入れて空気を排出するステップと、続いて難燃剤を真空チャンバーに充填するステップと、その後圧力を施すステップと、続いて難燃剤を排出して回収するステップと、チャンバーを脱水するステップと、続いて６５°Ｃ～８０°Ｃの温度で２～４日間木材を乾燥させるステップと、を含む。難燃剤の充填中に、難燃剤および木材が超音波によって振動し得る。空気の排出、難燃剤の充填、加圧および超音波処理は、周囲温度で行われる。

日本国特開平４－１８９５０３号公報（ＪＰＨ ０４１８９５０３ Ａ）から、木材を処理する方法が知られている。この方法は、木材を密閉容器に入れて容器を減圧するステップと、その後に液体を注入して超音波を施すステップとを含む。超音波を加えた後、密封された容器の内部が加圧される。約３０分後、容器は大気圧に戻る。

いくつかの手法が検討されてきたが、従来使用されている手法には依然としていくつかの欠点がある。含浸液を木材丸太のより深い内部に到達させることが困難であることが判明しているため、例えば木材が完全に含浸できず、それによって木材が真菌の攻撃を受けやすくなっている。さらに、完全に含浸されていない木材は、木材のさらなる処理を伴ういくつかの用途には適さない場合がある。

本発明は、木質材料の処理における超音波の適用に関する。超音波は、木質材料が液体で覆われている間に施される。超音波は、適切な圧力および適切な温度で適切な期間施される。

特に、木質材料の処理方法は、
（ａ）木質材料に液体を供給するステップと、
（ｂ）適切な圧力および７０°Ｃ～２２０°Ｃの温度で、適切な時間、木質材料を超音波にさらすステップと、を含む。

超音波で処理された木質材料は、熱量加熱、オーム加熱または誘電加熱処理による熱処理を含む従来の方法で処理された木質材料と比較して、より自然な構造を有する。従来の方法では、構造変化、例えばリグニン分解が、木質材料に誘発され、それにより、木質材料の軟化のために、様々な含浸成分が木質材料に吸収される。本発明により、木質材料の構造はよりよく保存され、それにより、従来技術の木質材料と比較した利点をもたらす。

より具体的には、本発明は、
（ａ）木質材料を真空にさらすステップと、
（ｂ）真空を維持しながら、木質材料に液体を供給するステップと、
（ｃ）液体が沸点に達しない７０°Ｃ～２２０°Ｃの温度で木質材料を過圧にさらすステップと、
（ｄ）過圧を維持しながら、７０°Ｃ～２２０°Ｃの温度で木質材料を超音波にさらすステップと、を含む、木質材料の処理方法に関する。

本発明はさらに、本明細書に記載されるような方法によって得られる木質材料に関する。

また、本発明には、本明細書に記載されている方法により得られる木質材料の様々な用途が含まれる。このような用途には、屋内と屋外の床、建物とフェンス、街灯、彫刻および装飾などが含まれる。

本発明は、添付の図面によって例示される。図面は、決して限定を意図するものではない。

本発明の方法の概略図である。 左から右へ、未処理のオウシュウトウヒ（Ｎｏｒｄｉｃ ｓｐｒｕｃｅ）１、従来法で含浸されたオウシュウトウヒ２、本発明の方法で処理されたオウシュウトウヒ３、本発明の方法によって処理されたオウシュウトウヒ４、本発明の方法によって処理されたオウシュウトウヒ５、本発明の方法によって処理されたオウシュウトウヒ６、未処理のスペインユーカリ（Ｓｐａｎｉｓｈ ｅｕｃａｌｙｐｔｕｓ）７、本発明の方法によって処理されたスペインユーカリ８、未処理のデンマークオーク（Ｄａｎｉｓｈ ｏａｋ）９、および本発明の方法によって処理されたデンマークオーク１０を示す。 左から右へ、本発明による方法で処理されたオウシュウトウヒ１１、本発明による方法で処理されたマツ（ｐｉｎｅ）１２、本発明による方法で処理されたオウシュウトウヒ１３、本発明による方法で処理されたオウシュウトウヒ１４、および本発明による方法で処理されたオウシュウトウヒ１５を示す。 本発明の方法を実行するための装置の略図である。 木質材料の丸太と、超音波発生器を有する気密タンクの拡大図である。

本発明の様々な態様および実施形態は、以下でより詳細に説明される。

本発明によれば、この方法は、
（ａ）木質材料に液体を供給するステップと、
（ｂ）木質材料を過圧と７０°Ｃ～２２０°Ｃの温度とにさらすステップと、
（ｃ）７０°Ｃ～２２０°Ｃの温度で適切な時間、木質材料を超音波にさらすステップと、を含む木質材料の処理に関する。

木質材料に液体を供給し、続いて圧力を上げて過圧に到達させる。温度は両方のステップで７０°Ｃ～２２０°Ｃである。過圧と７０°Ｃ～２２０°Ｃの温度とを維持しながら、木質材料を超音波にさらす。

加熱と超音波との組み合わせにより、含浸が改善されるとともに、木質材料の制御可能な着色が可能となる。特に、含浸深さは制御され得、したがって、必要であれば木質材料を完全に含浸させて、未処理の木質材料の部分を残さないことができる。さらに、この方法は、環境に有害な含浸剤の使用を少なくとも削減することを可能にする。

本方法では、木質材料が液体で完全に覆われるように液体が供給される。

適切な圧力、温度、および期間については、以下でさらに詳細に説明する。

本文脈において、「木質材料」という用語は、様々な属の木から得られる材料を含む。木の属の非限定的な例には、マツ（ｐｉｎｅ）、スギ（ｃｅｄａｒ）、ヒノキ（ｃｙｐｒｅｓｓ）、モミ（ｆｉｒ）、カラマツ（ｌａｒｃｈ）、トウヒ（ｓｐｒｕｃｅ）、オーク（ｏａｋ）、カバノキ（ｂｉｒｃｈ）、ブナ（ｂｅｅｃｈ）、アスペン（ａｓｐｅｎ）、ハンノキ（ａｌｄｅｒ）、ニレ（ｅｌｍ）、リンデン（ｌｉｎｄｅｎ）、ユーカリ（ｅｕｃａｌｙｐｔｕｓ）、トネリコ（ａｓｈ）、マホガニー（ｍａｈｏｇａｎｙ）、チェリー（ｃｈｅｒｒｙ）、ポプラ（ｐｏｐｌａｒ）、クリ（ｃｈｅｓｔｎｕｔ）、マーブル（ｍａｒｂｌｅ）、レッドウッド（ｒｅｄｗｏｏｄ）が含まれる。木質材料は、心材および辺材から適切に選択され得る。

本文脈において、超音波は、１ｋＨｚ～１ＭＨｚの周波数を有すると定義される。一般に、本発明の目的の範囲内で、超音波周波数は、超音波が本発明の目的に適し得るようなものになり、それにより、木質材料の特性を高めるように、木質材料の処理を可能にする。例えば、周波数は１ｋＨｚ～１２０ｋＨｚであり得る。周波数は、特に１０ｋＨｚ、２０ｋＨｚ、３０ｋＨｚ、４０ｋＨｚ、５０ｋＨｚ、６０ｋＨｚ、７０ｋＨｚ、８０ｋＨｚ、９０ｋＨｚ、１００ｋＨｚ、または１１０ｋＨｚ、ならびにその間の任意の非整数値であり得ることを理解されたい。さらに、超音波の適用中に、異なる周波数を使用し得る。周波数は、木質材料（例えば、心材や辺材）の種類とその含水量、油性成分、木質材料の形状と厚さ、ならびに超音波を施す時間および超音波が施される温度に依存し得、それらに応じて調整され得る。超音波の強度は、超音波源の数に応じて変化し得る。一般に、超音波の効果は、液体１リットルあたり１～２０ワットになるように選択する必要がある。超音波は、木質材料の構造を破壊するまたは壊滅させることなく、木質材料を「ノック」することが可能である。超音波は、適切な期間、例えば１分～１５時間、施され得る。適切な期間は、例えば、１分、５分、１５分、３０分、４５分、１時間、２時間、３時間、４時間、５時間、６時間、７時間、８時間、９時間、１０時間、１１時間、１２時間、１３時間、１４時間、または１５時間、およびそれらの間の整数または非整数の時間であり得る。一実施形態では、超音波は、１分～１５時間、例えば５分～１２時間、または２時間施される。

超音波は、木質材料に対して適切な位置に配置された超音波源を介して提供される。１つ以上の超音波源が使用されてもよい。超音波源の数は、例えば、処理される木質材料の量と形状とに依存し得る。

より具体的には、本発明は、
（ａ）木質材料を真空にさらすステップと、
（ｂ）真空を維持しながら、木質材料に液体を供給するステップと、
（ｃ）液体が沸点に達しない７０°Ｃ～２２０°Ｃの温度で木質材料を過圧にさらすステップと、
（ｄ）過圧を維持しながら、７０°Ｃ～２２０°Ｃの温度で木質材料を超音波にさらすステップと、を含む、木質材料の処理方法に関する。

木質材料を真空にさらすことにより、木質材料からの空気および湿気の取り出しが促進される。この工程中の温度は、施される真空、さらには木質材料の量、状態、および／または種類を考慮して、適切になるように選択され得る。このため、木質材料は、真空を提供するための真空ポンプを備えた気密タンクに配置される。気密タンクは、気密タンク内の圧力を制御するためのバルブをさらに備え得る。

液体は、木質材料を液体で覆うように、木質材料に供給される。これは、確立された真空を介して、液体を含む別のタンクから木質材料を含む気密タンクに液体を吸引することによって適切に実行される。真空が維持されている間、液体は適切な速度で木質材料に供給される。液体の温度は、気密タンク内の真空、さらには木質材料の量、状態、および／または種類を考慮して、適切になるように選択される。本発明の一実施形態では、供給される液体の温度は、真空ステップ中の木質材料の温度と同じか、またはほぼ同じである。液体は、バルブによって気密タンクに相互接続された別のタンクから、木質材料を含む気密タンクに適切に供給され得る。気密タンク内の真空により、液体は他のタンクから気密タンクに引き込まれる。気密タンクが液体で満たされ、木質材料が液体で覆われるまで、液体が気密タンクに引き込まれる。さらに、気密タンクと他のタンクとの両方に、気密タンクに液体を供給する前または後に液体を加熱または冷却するための加熱手段（加熱集合体）または／および冷却手段（冷却集合体）が設けられ得る。

液を添加した後、気密タンクの真空ポンプを停止し、気密タンクに接続された圧力ポンプを適切な過圧に設定して起動する。それにより、木質材料は過圧にさらされる。過圧は、液体の木質材料への引き込みを促進する。過圧により、液体の沸点もまた、大気圧での沸点と比較して上昇する。これにより、木質材料および液体の温度を、液体の沸騰を引き起こすことなく、大気圧で可能な温度をはるかに超えて上昇させることができ、それにより、木質材料の含浸、すなわち、液体が木質材料に引き込まれる。温度および過圧は、木質材料の量、状態、および／または種類ならびに液体および液体中に存在する任意の成分を考慮して適切であるように選択される。液体は、温度が常に所望の温度に保たれることを確実にするために、加熱中に加熱手段（加熱集合体）と接触して適切に循環／供給され得る。したがって、液体は、含浸プロセス中に所望の温度まで連続的に加熱され得る。

上昇した温度と過圧とを維持しながら、木質材料を超音波にさらす。木質材料は、適切な時間のあいだ、超音波にさらされる。過圧、温度、および超音波周期は、木質材料の量、状態、および／または種類、ならびに液体および液体中に存在する任意の成分を考慮して、さらに施される超音波の周波数の観点から、適切になるように選択される。超音波は、通常、気密タンク内に配置された１つ以上の超音波発生器によって施される。過圧と超音波との組み合わせにより、木質材料による液体の取り込みが容易になる。実際、液体の取り込みは、木質材料の従来の圧力含浸を使用した場合の２倍になり得る。さらに、液体は木質材料の奥深くまで浸透するため、含浸深度が向上する。これにより、木質材料の耐久性が格段に向上する。木質材料の含浸が改善されるため、本発明の方法は、より環境に安全な含浸剤（液体または液体に含まれる）の使用を可能にする。

超音波処理の完了後、最初に１つ以上の超音波源を停止し、その後、過圧を大気圧に等しくする前に、温度を下げる（加熱を停止による自然冷却によってまたは強制冷却によってのいずれか）ことが好ましい場合がある。温度が十分に低くなる前に過圧が均一化されると、液体の温度が原因で液体が沸騰し得る。大気圧は、気密タンク内の１つ以上のバルブを介して適切に取得できる。

上記のように、木質材料は通常、真空と過圧の両方を施すのに適した気密タンクに配置される。気密タンクはさらに、液体を加熱および補給するために別のタンクに相互接続され得る。気密タンクおよび／または他のタンクは、所望の条件に従って温度を調整するための加熱および／または冷却手段（集合体）をさらに備え得る。気密タンクおよび他のタンクは、方法を実施するのに適した任意の形態およびサイズを有し得る。適切なタンクは、当技術分野で一般に知られている。

木質材料は、積み重ねられるか、さもなければ、気密タンク内に配置されてもよく、必要に応じて木質材料の片または丸太の間隔を空けるための手段を有する。

本文脈において、「液体」は、木質材料を覆い、さらに超音波を施すのに適することを意図している。本発明の方法で使用される液体は、例えば、水、油、水と他の溶媒との混合物であり得、およびある用途では、ミョウバン、ホウ酸溶液、銅などの含浸剤のような木材処理化合物、亜麻仁油、ウッドタールなどの油、および難燃剤、殺生物剤、殺菌剤、および／または顔料および着色剤、ならびにそれらの組み合わせをも適切に含み得る。１つ以上の木材処理化合物は、意図する効果および用途に適した量で液体中に存在し得るが、木質材料の種類およびその空気および含水量に依存し得ることが理解されるべきである。木材処理化合物および使用される量は、一般に当技術分野で既知のものである。特に、難燃剤は、アルゴンまたはハロンなどの消火に適したガス状の消火物質であり得る。

液体は、木質材料による適切な吸収を確実にするのに十分な量で適切に存在し得る。液体の量は一般に、木質材料の量（サイズ、重量、形状）、木質材料の空気と含水量、木質材料の種類（ブナ、カバノキ、マツ、トウヒ、オーク、マホガニー、および上記のような心材、樹皮など）、および例えば施される圧力と温度などの処理条件に依存する。液体の量はさらに、所望の含浸深さに適合し得る。

一実施形態では、本発明による方法は、例えば、１ｋＨｚ～１２０ｋＨｚなどの、１ｋＨｚ～１ＭＨｚの周波数の超音波を適用することを含む。別の実施形態では、周波数は２０ｋＨｚ～４０ｋＨｚである。特定の実施形態では、周波数は３０ｋＨｚである。他の適切な周波数は上記で定義されている。

別の実施形態では、本発明による方法は、超音波を１分～１５時間適用することを含む。超音波が施される時間は、例えば、処理される木質材料の種類、形状、サイズ、重量、空気、含水量、ならびに液体および施される超音波の周波数などの他のパラメータに依存し得ることを理解されたい。さらに、超音波の周波数は、超音波を施す時間の間に変化し得ることを理解されたい。また、超音波は時間間隔、すなわち超音波の周期を空けて、および超音波の適用の有無にかかわらず施され得ることも理解されたい。一実施形態では、超音波は１時間～３時間施される。別の実施形態では、超音波が２時間施される。

最初に、木質材料を真空にさらす。「真空」とは、大気圧よりも低い圧力を意味する。したがって、真空は０ｍｂａｒ程度に低くてもよい。

真空の代表的な例には、大気圧の１％、５％、１０％、２０％、３０％、４０％、５０％、６０％、７０％、８０％、９０％、１００％、およびこれらの間の整数値または非整数値が含まれるが、これらに限定されない。真空は、単位「ｍｂａｒ」でも指定できることを理解されたい。原則として、１０００ｍｂａｒは大気圧に等しいと見なされ、例えば、大気圧の５０％は５００ｍｂａｒの圧力に相当する。本明細書では、真空は、大気圧の％としてまたはｍｂａｒで、交換可能に示され得る。大気圧よりも圧力を下げることは、溶媒がより低い温度で沸騰することを意味する。例えば、木質材料に含まれる水は、真空でより容易に蒸発（「ボイルオフ」または引き出し）される。

一実施形態では、本発明の方法は、そのようなものであり、ここで、真空は、大気圧の１％～１００％の間であり、例えば、大気圧の８０％（約８００ｍｂａｒ）または５０％（約５００ｍｂａｒ）などである。

真空は、木質材料に含まれる水の所望の蒸発が得られるように選択する必要がある。したがって、真空ステップ中の温度は、たとえば、木質材料のサイズ、重量、密度、形状、および空気と含水量の観点で、こうして制御され得る。したがって、真空ステップ中の温度は、１°Ｃ～１００°Ｃ、例えば２０°Ｃ～７０°Ｃまたは室温であるように適切に選択され得る。

一般に、真空は、５分、１０分、１５分、２０分、３０分、４０分、４５分、５０分、１時間、１時間１０分、１時間２０分、１時間３０分、１時間４０分、１時間５０分または２時間など、１分から２時間まで変化する時間の間維持される。一実施形態では、真空は５分～２時間、または１５分～４５分間維持される。別の実施形態では、真空は３０分間維持される。こうして、時間は、例えば、木質材料のサイズ、重量、密度、形状、含水の観点で、制御され得る。

続いて、一定時間真空を維持した後、木質材料を含むタンク内の液体を、他の液体を含むタンクから真空圧で供給する。必要な液体の量は、存在する木質材料の量、サイズ、重量、密度、形状、空気と含水量、木質材料の各片または丸太の種類、さらには使用するタンクのサイズと形状に依存し得る。一般に、液体は、木質材料が液体で完全に覆われ、木質材料のタンクが液体で満たされることを保証する量で供給されなければならない。

液体の添加中および添加後の温度は、液体を使用圧力でのその沸点以下に維持しながら液体を供給するのに適するように選択される。典型的な温度は、例えば、２０°Ｃ～７０°Ｃであり得る。一実施形態では、真空ステップ中の温度は７０°Ｃであり、７０°Ｃの温度を有する液体が木質材料に供給される。

温度および真空は、適切な期間維持され、一実施形態では、数分から数時間、例えば５分～５時間まで変化し、例えば２０分、４５分、２時間または３時間である。適切な温度と真空の例は、上記で指定されている。

その後、木質材料を過圧にさらす。これは、真空から大気圧への平衡化後、または上記のように圧力ポンプによって圧力が真空から過圧に上げられる連続プロセスとしてのいずれかで行われ得る。過圧段階中の望ましい温度は、液体がその沸点に到達しないことを保証するような温度である。この温度は、施される過圧と供給される液体に依存する。温度と過圧とは適切な時間維持され、通常は１分から１５時間まで変化する。例えば、１分、５分、１５分、３０分、４５分、１時間、２時間、３時間、４時間、５時間、６時間、７時間、８時間、９時間、１０時間、１１時間、１２時間、１３時間、１４時間、または１５時間、およびそれらの間の整数または非整数の値の時間などである。通常、温度は７０°Ｃ～２２０°Ｃである。いくつかの実施形態では、温度は、７０°Ｃ、８０°Ｃ、９０°Ｃ、１００°Ｃ、１１０°Ｃ、１２０°Ｃ、１３０°Ｃ、１４０°Ｃ、１５０°Ｃ、１６０°Ｃ、１７０°Ｃ、１８０°Ｃ、１９０°Ｃ、２００°Ｃ、２１０°Ｃ、または２２０°Ｃ、およびそれらの間の整数または非整数の値であり得る。

過圧工程中の圧力は、適切には１ｂａｒ～３０ｂａｒであり得る。したがって、増加した圧力は、１ｂａｒ、２ｂａｒ、３ｂａｒ、４ｂａｒ、５ｂａｒ、６ｂａｒ、７ｂａｒ、８ｂａｒ、９ｂａｒ、１０ｂａｒ、１１ｂａｒ、１２ｂａｒ、１３ｂａｒ、１４ｂａｒ、１５ｂａｒ、１６ｂａｒ、１７ｂａｒ、１８ｂａｒ、１９ｂａｒ、２０ｂａｒ、２１ｂａｒ、２２ｂａｒ、２３ｂａｒ、２４ｂａｒ、２５ｂａｒ、２６ｂａｒ、２７ｂａｒ、２８ｂａｒ、２９ｂａｒ、または３０ｂａｒ、およびその間の非整数値であり得る。一実施形態では、圧力は５ｂａｒ～３０ｂａｒであり得る。別の実施形態では、圧力は１０ｂａｒ～２５ｂａｒである。特定の実施形態では、圧力は２０ｂａｒである。

次に、木質材料は、本明細書に明記されるように超音波にさらされる。超音波による処理中、圧力は維持される。超音波処理中の温度は、適切には７０°Ｃ～２２０°Ｃであり得る。いくつかの実施形態では、温度は、７０°Ｃ、８０°Ｃ、９０°Ｃ、１００°Ｃ、１１０°Ｃ、１２０°Ｃ、１３０°Ｃ、１４０°Ｃ、１５０°Ｃ、１６０°Ｃ、１７０°Ｃ、１８０°Ｃ、１９０°Ｃ、２００°Ｃ、２１０°Ｃ、または２２０°Ｃ、およびそれらの間の整数または非整数の値であり得る。特定の実施形態では、温度は１７０°Ｃ～２２０°Ｃの間である。一実施形態では、超音波は、１２ｂａｒまたは２０ｂａｒで２時間または２．５時間施される。

本発明による方法の様々なステップ中の温度は、適切に制御され得る。これにより、木質材料の含浸を効率的に制御し得る。特に、含浸の深さは、温度、真空、圧力、超音波、時間の条件、さらには木質材料の特性と種類に依存する。用途によっては、完全に含浸された木質材料が望ましい場合があり得るが、他の用途では、特定の深さまでしか含浸されていない木質材料で十分な場合があり得る。

特定の温度で超音波を適用すると、木質材料の含浸がより均一になることが示され、認識されている。さらに、超音波の適用が木質材料の含浸を促進するので、一般に、従来使用されている方法と比較していくぶん低い温度を維持することができる。さらに、超音波処理と組み合わせた加熱により、木質材料の着色をより適切に制御できる。一般的に、温度が高くなるほど、木質材料の着色が濃くなる。さらに、液体の成分を選択することにより、木質材料の鉱石着色を向上させることができ、こうして、例えば、装飾目的のための含浸された木質材料の調整をより魅力的にすることが可能になる。

本発明はさらに、本明細書に記載されている方法により得られる木質材料に関する。このような木質材料は、上記のように多くの用途を有する。

図１には、本発明の方法が示されている。図１は、本発明の特定の実施形態の例示として意図されており、決して本発明の範囲を限定するべきではない。図から分かるように、本発明の方法は、室温において０ｍｂａｒと大気圧（１０００ｍｂａｒ）との間の真空に木質材料をさらすことを含む。真空は一定時間（例えば４５分）保持される。その後、真空を保ちながら液体を供給する。液体は、一定の時間（例えば１０分）供給される。その後、温度と圧力を上げる。その前に、圧力および温度は、周囲温度および周囲圧力（大気圧）（図示せず）に平衡化され得る。過圧は１５ｂａｒで示され、温度の上昇は１９０°Ｃで示される。過圧および温度上昇の期間（両方とも１２０分の時間で示される）の間に、木質材料は超音波処理にさらされる。超音波は、過圧および上昇した温度を維持する時間（図示されている）よりも短い時間施されてもよく、または温度および過圧が維持されている限り（図示せず）、超音波が施されてもよい。超音波は、連続的に（図示）、または特定の長さのパルス（図示せず）として施され得る。その後、周囲温度（室温）および周囲圧力（大気圧）に到達するように、温度および過圧を平衡化し得る。これは、自然平衡（図示されている）もしくは換気または冷却集合体による強制平衡によって達成できる。

図２には、未処理の木質材料、従来の圧力含浸木質材料、および本発明に従って調製された含浸木質材料が示されている。図３には、本発明に従って処理された木質材料が示されている。本発明の方法は、以下の非限定的な例においてさらに説明される。

（実施例１）
（本発明による方法を実行するための装置）
図４を参照する。図４は、本発明の方法を実施するために使用される装置の略図である。適切なサイズを有する木質材料の丸太３１を、約１ｍ^３の容積を有する気密タンク１７内に配置した。気密タンク１７を加圧環境と減圧環境との両方に適するように選択した。気密タンク１７はさらに超音波発生器（図示せず）を備えていた。気密タンク１７を循環液を加熱するための加熱集合体２５に接続した。真空ポンプ２０とバルブ２６との間には、液体から真空ポンプ２０を保護するために保護タンク３０が存在した。気密タンク１７を真空ポンプ２０およびバルブ２６に接続した。気密タンクは、安全上の理由から、バルブ２７をさらに備えていた。液体を含むタンク１８はタンク１６に接続され、回路はバルブ２３、２４および圧力ポンプ２８を有する。さらに、タンク１６を圧力ポンプ１９およびバルブ２２に接続した。タンク１は、加熱／冷却集合体２１を備えていた。タンク１８は、使用するまで液体を保管するためだけのものであった。本発明の方法を開始するために、液体をタンク１６にポンプで送り、タンク１８とタンク１６の間の接続を閉じた。

図５には、本発明の方法を実行するための装置の一部が示されている。図５は、気密タンク１７、超音波発生器２９および木質材料の丸太３１を示す。

（実施例２）
（本発明による木質材料の処理）
木質材料の丸太３１を実施例１に記載された気密タンク１７に入れ、本発明の方法を以下に記す手法で実施した。

ステップ（ａ） 真空
木質材料３１（木質材料の１つの丸太）を有する気密タンク１７を、気密タンク１７の上部のバルブ２６に接続した真空ポンプ２０を使用して大気圧の５０％（５００ｍｂａｒ）に減圧した。真空を５００ｍｂａｒで３０分間維持した。これにより、木質材料に含まれる空気が木質材料から除去された。

ステップ（ｂ） 液体を加える
木質材料に供給される液体（１０００リットル）を、タンク１６内で７０°Ｃの温度に予熱した。予熱した液体を、バルブ２３を用いて気密タンク１７に供給した。気密タンク１７内の圧力は大気圧の５０％（５００ｍｂａｒ）であるので、液体は真空を介して気密タンク１７内に容易に吸い込まれた。真空ポンプ２０による液体の添加中、気密タンク１７が液体で満たされ、木質材料が液体で覆われるまで、真空を維持した。その後、真空ポンプ２０を停止した。気密タンク１７の充填は、タンク３０内の液体の存在によって確認された。

ステップ（ｃ） 過圧と加熱
圧力ポンプ１９を２０ｂａｒの圧力に設定して始動した。気密タンク１７の液体は、圧力ポンプ１９によって加熱集合体２５上に液体を循環させることにより、７０°Ｃ～２２０°Ｃの所望の温度（特定の温度については以下の表２を参照）に保たれた。こうして、液体（特定の液体については表２を参照）は、所望の温度を維持するために再循環された。

ステップ（ｄ） 超音波処理
２０ｂａｒの圧力と所望の温度とに達したとき、３０ｋＨｚの周波数を有する超音波を２時間または３時間施した（特定の時間については表２を参照）。超音波処理の間、圧力を２０ｂａｒに維持した。超音波処理中、温度を所望の温度に保った。超音波処理後、水ベースの場合、気密タンク１７（および液体および木質材料２８）内の温度が１００°Ｃ未満になるまで２０ｂａｒの圧力を維持して、液体の沸騰を回避した。液体が油または油の混合物である場合、安全上の理由から、１００°Ｃ未満の温度が望ましい。所望の温度に達したとき、バルブ２６によって圧力を大気圧に等しくし、液体を取り出し、そして木質材料２８を気密タンク１７から取り出した。

加熱および超音波の併用により、液体が効果的に木質材料に吸い込まれることが実証された。

表１のサンプル番号１～１５は、それぞれ図２および図３に示す丸太を参照している。

サンプル番号１：未処理のオウシュウトウヒである。
サンプル番号２：従来法（銅含浸）で含浸したオウシュウトウヒである。
サンプル番号３：本発明による方法によって処理されたオウシュウトウヒである。
サンプル番号４：本発明による方法によって処理されたオウシュウトウヒである。
サンプル番号５：本発明による方法によって処理されたオウシュウトウヒである。
サンプル番号６：本発明による方法によって処理されたオウシュウトウヒである。
サンプル番号７：未処理のユーカリである。
サンプル番号８：本発明による方法によって処理され、処理後にカットされたオウシュウトウヒである。
サンプル番号９：未処理のデンマークオークである。
サンプル番号１０：本発明の方法に従って処理され、処理後にカットされたデンマークオークである。
サンプル番号１１：本発明の方法に従って処理されたオウシュウトウヒである。
サンプル番号１２：本発明の方法に従って処理されたマツである。
サンプル番号１３：本発明の方法に従って処理されたオウシュウトウヒである。
サンプル番号１４：本発明の方法に従って処理されたオウシュウトウヒである。
サンプル番号１５：本発明の方法に従って処理されたオウシュウトウヒである。

図２からわかるように、従来の方法で含浸されたオウシュウトウヒは、表面にのみ含浸されている。含浸はさらに不均一であり、含浸深さは最大で約０．５ｃｍである。したがって、丸太はほとんど未含浸のままである。さらに、これらの化合物は環境に有害であり、また人間にも有害であるため、銅ベースの含浸剤の使用は望ましくない。

図２から分かるように、木質材料の丸太は、本発明による方法を使用して完全に含浸された。未処理の木質材料部分は残っていない。さらに、着色剤（たとえば、亜麻仁油とウッドタール（液体）との組み合わせ）を、木質材料の糖成分が十分に「焼失」しない液体の温度と組み合わせて使用した場合、木質材料の鉱石が強化された。これにより、含浸された木質材料がより自然で魅力的に見えるようになった。糖成分の「焼失」により、過圧と超音波とによる処理中に高温を使用すると、木質材料のより濃い色が得られた。さらに、見て取れるように、すべての種類の木質材料（軟質の木質材料から硬質の木質材料まで）は、環境に安全な薬剤のみを使用して完全に含浸された（亜麻仁油とウッドタールは環境に有害とは見なされていない）。

図３から、マツおよびオウシュウトウヒの丸太の両方が、塩を使用して完全に含浸されていることがわかる。ミョウバンとホウ素は環境的に安全であると考えられている。丸太が完全に含浸されているので、難燃効果は増加したと考えることができる。さらに、難燃剤の５％溶液を使用しても、木質材料は完全に含浸された。より高い濃度では、塩の析出物がいくらか観察された。これは、木質材料の乾燥によるものと考えられている。析出物は単に美的効果に過ぎない。

サンプル番号１６～４３もすべて完全に含浸されていた。木質材料の種類、塗布された液体（例：水、ウッドタール、難燃剤、油）、およびステップ（ｃ）および（ｄ）中の温度にかかわらず、木質材料全体に未処理の領域は残っていなかった。

結論として、いくつかの樹種に由来する木質材料は、本発明の方法を使用して完全に含浸された。さらに、木質材料は、本発明の方法を使用して完全に含浸された。すなわち、未処理／非含浸部位は観察されなかった。したがって、本発明の方法は、従来使用されている方法より明らかに優れていた。さらに、環境に安全な材料を液体に追加することができ、これらの添加剤は、柔らかい種類の木質材料でも硬い種類の木質材料でも、木質材料に完全に浸透する。これは、従来使用されている含浸方法と比較した場合の改善であった。

１ 木質材料
２ 木質材料
３ 木質材料
４ 木質材料
５ 木質材料
６ 木質材料
７ 木質材料
８ 木質材料
９ 木質材料
１０ 木質材料
１１ 木質材料
１２ 木質材料
１３ 木質材料
１４ｌ 木質材料
１５ 木質材料
１６ タンク
１７ タンク
１８ タンク
１９ 圧力ポンプ
２０ 真空ポンプ
２１ 加熱／冷却集合体
２２ バルブ
２３ バルブ
２４ バルブ
２５ 加熱／冷却集合体
２６ バルブ
２７ バルブ
２８ 圧力ポンプ
２９ 超音波発生器
３０ タンク
３１ 木質材料

Claims (26)

1. 木質材料を処理する方法であって、
   （ａ）前記木質材料を真空にさらすステップと、
   （ｂ）前記真空を維持しながら、前記木質材料に液体を供給するステップと、
   （ｃ）前記液体が沸点に達しない７０°Ｃ～２２０°Ｃの温度で前記木質材料を過圧にさらすステップと、
   （ｄ）前記過圧を維持しながら、７０°Ｃ～２２０°Ｃの温度で前記木質材料を超音波にさらすステップと、
   を備えることを特徴とする、方法。
2. 前記超音波は、１ｋＨｚ～１ＭＨｚの周波数を有することを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 前記超音波は、１ｋＨｚ～１２０ｋＨｚの周波数を有することを特徴とする、請求項２に記載の方法。
4. 前記超音波は、２０ｋＨｚ～４０ｋＨｚの周波数を有することを特徴とする、請求項３に記載の方法。
5. 前記超音波は、３０ｋＨｚの周波数を有することを特徴とする、請求項４に記載の方法。
6. 前記超音波は、１分～１５時間施されることを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。
7. 前記超音波は、５分～１２時間施されることを特徴とする、請求項６に記載の方法。
8. ステップ（ａ）から（ｄ）における前記温度は、制御されることを特徴とする、請求項１から７のいずれか一項に記載の方法。
9. 前記真空は、大気圧の０％～９０％（０ｍｂａｒ～９００ｍｂａｒ）であることを特徴とする、請求項１から８のいずれか一項に記載の方法。
10. 前記真空は、大気圧の８０％以下であることを特徴とする、請求項９に記載の方法。
11. 前記真空は、大気圧の５０％以下であることを特徴とする、請求項１０に記載の方法。
12. 前記真空は、１分～５時間維持されることを特徴とする、請求項１から１１のいずれか一項に記載の方法。
13. 前記真空は、５分～２時間維持されることを特徴とする、請求項１２に記載の方法。
14. 前記真空は、１５分～４５分間維持されることを特徴とする、請求項１３に記載の方法。
15. 前記過圧は、５ｂａｒ～３０ｂａｒであることを特徴とする、請求項１から１４のいずれか一項に記載の方法。
16. 前記過圧は、１０ｂａｒ～２５ｂａｒであることを特徴とする、請求項１５に記載の方法。
17. 前記液体は、水、油、顔料および着色剤、５％ｖ／ｖのミョウバン、ホウ酸溶液、難燃剤、殺生物剤、殺菌剤、銅、およびそれらの組み合わせから選択されることを特徴とする、請求項１から１６のいずれか一項に記載の方法。
18. 前記液体は、水、油、顔料および着色剤、１０％ｖ／ｖのミョウバン、ホウ酸溶液、難燃剤、殺生物剤、殺菌剤、銅、およびそれらの組み合わせから選択されることを特徴とする、請求項１から１６のいずれか一項に記載の方法。
19. 前記液体は、水、油、顔料および着色剤、２０％ｖ／ｖのミョウバン、ホウ酸溶液、難燃剤、殺生物剤、殺菌剤、銅、およびそれらの組み合わせから選択されることを特徴とする、請求項１から１６のいずれか一項に記載の方法。
20. 前記液体は、水、水性溶媒または油であることを特徴とする、請求項１から１９のいずれか一項に記載の方法。
21. 前記方法の前記ステップは、気密タンク内で行われることを特徴とする、請求項１から２０のいずれか一項に記載の方法。
22. ステップ（ａ）中の温度は、１℃～１００℃である、請求項１～２１のいずれか一項に記載の方法。
23. ステップ（ａ）中の温度は、２０℃～７０℃である、請求項２２に記載の方法。
24. 前記液体の添加中の温度は、２０℃～７０℃である、請求項１～２３のいずれか一項に記載の方法。
25. 木質材料を処理する方法であって、
    （ａ）前記木質材料を５００ｍｂａｒの真空にさらすステップと、
    （ｂ）前記５００ｍｂａｒでの真空を維持しながら、前記木質材料に液体を供給するステップと、
    （ｃ）前記液体が沸点に達しない７０°Ｃ、１７０℃、１９０℃または２２０°Ｃの温度で前記木質材料を２５ｂａｒの過圧にさらすステップと、
    （ｄ）前記過圧を維持しながら、７０°Ｃ～２２０°Ｃの温度で前記木質材料を３０ｋＨｚの周波数を有する超音波にさらすステップと、
    を備えることを特徴とする、方法。
26. 前記液体の温度は、７０℃に予熱されている、請求項２５に記載の方法。

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