JPH11512986A - 木材のガラス遷移温度で木材を処理する方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、処理される木材のピースを所定の時間、所謂高温タイプで熱処理する木材処理の方法であって、前記熱処理に先立って前記木材のピースがそのガラス遷移温度に等しい温度に加熱され、前記木材のピースが前記ガラス遷移温度に完全に達しない限り、当該温度に維持されることを特徴とする木材処理方法にある。

Description

【発明の詳細な説明】 発明の名称 木材のガラス遷移温度で木材を処理する方法 この発明は、自然の状態で木材を処理する方法ならびに当該方法によ り得られたマテリアルに関するものである。 これまで知られているように、自然の状態における木材又は木材ファ イバーは、湿気雰囲気に接触すると、水に浸たり、それら自身の重量を上回るま で吸水することになる。このような吸水現象は、一方では、膨潤が生じ、他方で は、機械的クオリティーと素材の凝集力クオリティーを失い、これによって、素 材の分解度が進んでしまうことにある場合がある。これが理由で、製材工程度ご とに、事前に、木材から水を抜き、その寸法安定性を改善するのが習わしになっ ている。 乾燥工程により木材を脱水できるが、木材の親水性を変えることはで きず、木材を再び湿気雰囲気におくと、乾燥工程で脱水した水分を再度吸水して まう結果になる。 天然木材の親水性の性状を低下させるために、そして、長期にわたる 寸法安定性を木材に与えるためには、高温度における熱処理の種々の技術が提案 されている。例えば、特にフランス特許ＦＲ−Ａ−２５１２０５３におけるよう に、ばらばらにこわした木質マター、特に、集塊させた形態のものをニュートラ ルの雰囲気で２００℃から２８０℃の間の温度まで加熱することが提案されてい る。このような処理は、寸法的に安定した木材が得られるが、他方では、素材の 機械的品質を劣化させてしまう。 また、天然木材を異なる処理工程、特に、オープンサーキットで乾燥 し、ついで、クローズサーキットで温度１８０℃から２８０℃の間の温度で加熱 し、加熱保持する工程を含む工程で処理することも提案されている。このような 技術が寸法安定性確保を可能にし、継続して得られる処理木材の親水性の性状を 低下させることができない事実は、別として、このような処理は、木材にクラッ ク、割れ目が生じることにより、長い時間がかかる。 この発明の目的は、クラックと割れ目とが生じさせずに前記木材を疎 水性とし、良好な寸法安定性を与える木材処理方法を提供することである。 このように、この発明の目的は、処理される木材のピースを所定の時 間、所謂高温タイプで熱処理する木材処理の方法であって、前記熱処理に先立っ て前記木材のピースがそのガラス遷移温度に等しい温度に加熱され、前記木材の ピースが前記ガラス遷移温度に完全に達しない限り、当該温度に維持されること を特徴とする木材処理方法にある。 このように、出願人は、木材の数多くの種々の本質（エッセンス）に ついて実験室で行ったテストにより、処理すべき木材をそれのマス全体にとり十 分な所定の時間にわたり、そのガラス遷移温度に維持することにより、高温度処 理されたときに通常発生する木材の割れ目やクラッキングが生じる現象のすべて が解消されることを確立した。 このような処理は、チャンバー内で行われ、このケースにおいては、 処理されるべき木材のピースは、プログレッシブに、なめらかな直線で上昇する 温度で加熱される。この処理は、また、処理すべき木材を、例えば、リキッド浴 又は微細のソリッド粒子により形成された浴のような熱調節された浴に浸漬して 行われる。 木材のガラス遷移温度は、前記木材を構成する要素、即ち、木材に剛 性を与える要素が剛性特質を失い、その結果、木材がリジッドな状態から柔らか な状態になり、木材の内部応力を放出してしまう温度帯域に相当する。 処理すべき木材をそのマテリアル全部がガラス遷移温度に達する温度 にするまでの必要な時間を決定するためには、熱処理に先立って、同じ質、実質 的に同じ寸法の木材サンプル内部に温度センサー、特にコア部分に該センサーを 配置して、一連のサンプルテストを行うことができる。これらのセンサーは、前 記木材ピースの異なるポイントの温度を測定し、それらのポイントすべてにおけ る必要な時間、特に、コア部分がガラス遷移温度に達するに必要な時間を決定す ることができる。また、測定センサーをコントロールとして作用するピース内に 配置し、すべてのセンサー、特に、このコントロールのコアに配置されたセンサ ーがガラス遷移温度に達したとき、前記処理を停止させることもできる。 この発明によれば、木材のガラス遷移の工程は、適切なデバイスの助 けにより、木材を特定の形状にしてしまう機械的応力を木材に加えて行われる。 この機械的応力は、また、木材のピースをそのヴォリュウムすべて又は一部にわ たり緻密なものにし、該ピースの機械的特質を改善させる効果がある。 本発明の実施例を添付の図面を参照しながら限定されない例によって 以下に記載するもので、図面において： 図１は、この発明による木材処理方法を実施するときにおける処理チ ャンバーと処理された木材、即ちトネリコの、時間をファンクションとする温度 変化曲線を表すダイアグラムである。 図２は、この発明による処理を受けるようになっている木材ピースの 断面における部分の図である。 図３は、ガラス遷移温度における処理工程を拡大して示す図１の変形 例の部分ダイアグラムである。 図４は、この発明による木材処理方法を実施するときにおける処理チ ャンバーと処理された木材、即ち、ヨーロッパアカマツの、時間をファンクショ ンとする温度変化曲線をそれぞれ表すダイアグラムである。 実施例 １ この発明による処理方法の第１の実施例においては、落葉樹系の木質 、即ちトネリコで、形状が平行六面体であり、長さ９８ｃｍ、２．７ｃｍ ｘ ８ｃｍの断面をもつ木材ピース１が処理された。電気オーブンで構成され、必要 に応じ、大気雰囲気と連通するように配置された処理チャンバーが用いられた。 ３つの温度センサーが木材ピース１の内部に導入され、即ち、第１のセンサー３ が前記ピースの外面から約１ｍｍ離れた近傍に配置され、第２のセンサー５が前 記ピースのコアに配置され、第３のセンサー７がこれら二つの端位置の間の中間 位置に配置された。 図１は、一方では、時間をファンクションとする処理オーブンの温度 のバリエーション（図面では、破線の曲線ａ）を表し、他方では、３つのセンサ ー３，７，５がピックアップしたそれぞれの温度（図面では、実線ｂ，ｃ，ｄ曲 線それぞれ）を表す４本の重なり合った曲線を示す。これらの曲線は、処理の４ つの連続した工程に相当するＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄと付された４つのエッセンシャルゾ ーンにわたっている。 工程Ａは、乾燥工程に相当し、従来技術から完全に知られたコンベン ショナルの工程である。この工程の間、前記オーブンの温度は、周囲温度から約 ８０℃にプログレッシブリーに上昇する。約１０％の水分が残っている木材から スタートして、この工程は、水分を６％まで減らすことができる。しかしながら この工程の後、木材を再び湿気雰囲気に接触させるとすると、水分を直ちに再度 吸ってしまう。 したがって、木材を疎水性に確実にしてしまうように木材ピース１を 処理することが必要である。前記したように、そして、図１のゾーンＣに相当す る該工程は、約２３０℃の温度にするように木材ピースを熱処理することからな る。この工程の間、従来技術による、このタイプの処理を受けた木材には、前記 したようにクラッキングとスプリッティングとが生じる。 この発明によれば、乾燥工程Ａと処理工程Ｃとの間に、中間処理工程 Ｂ又は安定化処理が行われる。この工程の間、オーブンの温度は、乾燥温度８０ ℃からトネリコのガラス遷移温度Ｔｇ（又は約１７０℃）へプログレッシブリー に昇温され、この昇温速度は、乾燥に使用した速度に近い速度、即ち、約４℃／ 分である。ガラス遷移温度Ｔｇは、トネリコの成分、即ち、ドライリグニンとド ライヘミセルロースの平均のものである。処理チャンバーの温度がＴｇの値、即 ち、約１７０℃に達すると、処理オーブンに設けられている温度調節手段が該温 度を前記レベル値に維持する。 図１から図３のダイアグラムから分かるように、センサー３，５，７ を備える木材ピースの３つの部分は、一緒には、ガラス遷移温度Ｔｇに到達しな い。実際に、木材ピース１の外面に最も近いセンサー３が２５５分に近い時間tb で最初に温度Ｔｇに達し、木材ピース１のコアに配置されたセンサー５は、２７ ０分に近い時間tdで同じ温度Ｔｇに最後に達する。したがって、この発明によれ ば、前記３つのセンサー３，５，７を配置した木材のゾーンが温度Ｔｇに、即ち 、このケースでは、２７０分の時間tdまでに実際に達することを前記センサーが 明らかに示すまで、処理すべき木材ピースを温度Ｔｇに維持することが重要なこ とである。 出願人は、行われる処理のクオリティを損なうことなしに、木材ピー スを温度Ｔｇに維持する時間を前記ピースの全体が前記温度に達する時間を越え て延ばすことができることを確認している。図３に示す本発明の実施例において は、時間td−時間tbの差に等しい時間だけ、温度Ｔｇにおけるレベルを延ばした ものである。かくして、処理すべき木材ピース１のマスの全部がガラス遷移温度 Ｔｇに実際に達したことがバーチュアルに確実なものとなる。 前記したように、熱処理プロパーの第３の工程をついで行うもので、 これは、図１の曲線の帯域Ｃに相当するもので、この工程は、この特定のケース にあっては、木材ピースを従来技術から知られる処理モードによって所謂キュア リング工程に付すために木材ピース１を２３０℃に近い温度に加熱するものであ る。 木材ピースを冷却（図１の帯域Ｄ）した後、得られた木材は、スプリ ットやクラックしない利点を有していたことが確認された。 実施例 ２ この発明による処理方法の第２の実施例においては、樹脂質の木質、 即ちヨーロッパアカマツで、形状が平行六面体であり、長さ９０ｃｍ、２．８ｃ ｍ ｘ ９．２ｃｍの断面をもつ木材ピース１が処理された。処理は、第１の実 施例に記載した同一の方法により行われた。２つの温度センサーがヨーロッパア カマツのピース１の内部に導入され、即ち、第１のセンサー３が該ピースの外面 から約１ｍｍ離れた近傍に配置され、第２のセンサー５が前記ピースのコアに配 置された。 図４は、一方では、時間をファンクションとする処理オーブンの温度 のバリエーション（図面では、破線の曲線ａ’）を表し、他方では、前記近傍に 配置されたセンサー３および前記マテリアルのコアに配置されたセンサー５によ りピックアップされた各温度（曲線ｂ’）（曲線ｄ’）を表す３本の重なり合っ た曲線を示す。前記のように、これらの曲線は、先行した処理の４つの連続した 工程に相当するＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄと付された４つのエッセンシャルゾーンにわたっ ている。このケースにおいて、１８０℃であるガラス遷移温度Ｔｇが、約２７０ 分の時間tb’の後、近傍のセンサー３で計測された一方、木材ピースのコアに配 置されたセンサー５により、約３００分経過後に同じ温度Ｔｇが計測された。こ のケースにおいては、したがって、同じ寸法のヨーロッパアカマツのピースの工 業的処理は、例えば、キュアリング処理のような高温度熱処理で木材ピースを処 理する前に、これら木材ピースを少なくとも３００分に等しい時間にわたり、温 度１８０℃に維持しなければならない。 この発明による処理は、また、関係した木材のガラス遷移温度Ｔｇに 保たれた熱調節浴に処理すべき木材ピースを浸漬けすることによっても行われる ものである。この浴は、例えば特にパラフィン、シリコン系オイルなどのような 融点が前記温度Ｔｇよりも低いプロダクトで構成されている。また、前記浴は、 特に砂粒子のような微細な粒子によって形成されたソリッドソリューションによ って構成されていてもよい。 この実施例は、チャンバー内で行われる処理の場合よりも温度が簡単 に、正確に維持できる利点を有している。 勿論、この発明による処理方法は、また、乾燥によって開始されない 処理プロセスにおいて実施できるものである。 この発明によれば、木材ピースがガラス遷移温度に達したとき、木材 ピースの性質を鍛え、それをデフォルメし、選ばれた均斉がとれたものに仕上げ る利点を有する。同様に、木材ピースを圧縮し、緻密化し、同時に、その機械的 特質を改良することができる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 所定の時間、所謂高温度タイプの熱処理で処理すべき木材ピースを処 理する木材の処理方法であり、この方法は、前記熱処理する工程に先立って、前 記木材ピースのガラス遷移温度（Ｔｇ）に等しい温度に加熱し、前記木材ピース （１）を、それが前記ガラス遷移温度に完全に達しない限り、前記温度に維持す ることを特徴とする木材の処理方法。 ２． 処理されるべき木材ピース（１）が受けるガラス遷移温度が実質的に リニアで前記温度にプログレッシブに到達されることを特徴とする請求項１によ る方法。 ３． 処理されるべき木材ピースがこの木材のガラス遷移温度（Ｔｇ）へ加 熱される間の時間が木材ピース（１）のコアが前記ガラス遷移温度（Ｔｇ）に達 するのに必要な時間（ｔｄ）に等しいことを特徴とする請求項１または請求項２ による方法。 ４． 処理されるべき木材ピース（１）のコアに配置され、該コアの温度を 計測するのに適している少なくとも１つの温度センサー（５）により、前記時間 （ｔｄ）が計測され、前記木材ピース（１）のコアが前記ガラス遷移温度に達す る時間（ｔｄ，ｔｄ’）が決定されることを特徴とする請求項３による方法。 ５． 前記ガラス遷移温度（Ｔｇ）における木材ピース（１）の熱処理が熱 調節チャンバー内で行われることを特徴とする先行請求項の一つによる方法。 ６． 木材ピース（１）の熱処理が、該ピースを浸漬する熱調節浴内で行わ れれることを特徴とする請求項１から請求項４の一つによる方法。 ７． 前記浴が微細なソリッド粒子により構成されていることを特徴とする 請求項６による方法。 ８． 木材ピースの少なくとも一部に圧縮力が加えられて、当該部分の密度 を変えることを特徴とする先行請求項の一つによる方法。 ９． 木材ピースの少なくとも一部に圧縮力が加えられて、当該部分の形状 を変えることを特徴とする請求項１から請求項７の一つによる方法。 １０． 先行請求項のいずれか一つにより得られたものであることを特徴とす るマテリアル。