種々の改質剤を導入した木質素材への電磁波照射・分子振動励起による変形能向上と応用

• 研究課題/領域番号: 16H06122
• 研究種目: 若手研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 材料加工・組織制御工学
• 研究機関: 国立研究開発法人産業技術総合研究所
• 研究代表者: 三木 恒久 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 材料・化学領域, 主任研究員 (20415748)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2020-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2019年度)
• 配分額: 23,530千円 (直接経費: 18,100千円、間接経費: 5,430千円); 2019年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円); 2018年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円); 2017年度: 9,490千円 (直接経費: 7,300千円、間接経費: 2,190千円); 2016年度: 10,920千円 (直接経費: 8,400千円、間接経費: 2,520千円)
• キーワード: 木材 / 塑性加工 / 複合材料 / 組織変化 / 電磁波 / 界面 / 誘電加熱 / 物性 / 流動 / 微細構造 / 木材・木質材料 / 流動性 / 誘電特性 / 局所物性 / 熱物性 / 材料科工・処理 / バイオマス / 誘電体物性 / 高分子構造・物性 / 変形能 / 超塑性 / 高周波 / 変形 / 流動成形

研究成果の概要

本研究では、木質素材の新規加工技術として流動成形技術に着目しその実用化を図った。特に、樹脂含浸など複合化処理を施された木質素材の品質評価方法と高生産化を狙った誘電加熱の成形工程への導入を検討した。木材の樹脂含浸処理によって誘電損失が増大した結果、誘電加熱特性が向上し既存の金型加熱に対して飛躍的に加熱速度が速くなることを実証した。さらに、誘電加熱の作用により含浸木材の圧縮による変形能が向上することが確認された。この変形能の向上には、細胞壁内・細胞間領域に浸透・吸着した含浸樹脂と若干の水の存在位置が重要であることが示唆された。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究で着目した木質流動成形技術は、木質系素材の変形能を利用した賦形技術であり、汎用の塑性加工（鍛造）用金型とプレス装置があれば、自由な形状へバルク状木材を比較的短時間で成形加工できる。さらに樹脂含浸を併用すれば、木材の高強度化や寸法安定化などの機能化も同時に達成できる。この技術を実用化すれば、日本国内に賦存する木質資源から効率的に、且つ、高付加価値で炭素固定に寄与する伐採木材製品へと転換することができ、環境・経済面を両立する技術の創出につながる。この成果は、持続的社会の形成という大目標のなかで、地下資源由来技術に取って代わることのできる地上木質資源の工業的利活用の促進に大きく貢献できる。

研究成果

• [国際共同研究] Empa/ETH(スイス)
• [雑誌論文] 木材の塑性流動変形に及ぼす電子線照射の影響 (2020)
  • 著者名/発表者名: Sugino Hideaki、Tanaka Soichi、Kasamatsu Yuga、Okubayashi Satoko、Seki Masako、Miki Tsunehisa、Umemura Kenji、Kanayama Kozo
  • 雑誌名: 木材学会誌 巻: 66 号: 2 ページ: 59-66
  • DOI: 10.2488/jwrs.66.59
  • NAID: 130007837005
  • ISSN: 0021-4795, 1880-7577
  • 年月日: 2020-04-25
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Variable temperature solid-state NMR spectral and relaxation analyses of the impregnation of polyethylene glycol (PEG) into coniferous wood (2019)
  • 著者名/発表者名: Nishida Masakazu、Tanaka Tomoko、Miki Tsunehisa、Shigematsu Ichinori、Kanayama Kozo
  • 雑誌名: RSC Advances 巻: 9 号: 27 ページ: 15657-15667
  • DOI: 10.1039/c9ra01848d
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Integrated analysis of modified Japanese cypress using solid-state NMR spectra and nuclear magnetic relaxation times (2019)
  • 著者名/発表者名: Nishida Masakazu、Tanaka Tomoko、Miki Tsunehisa、Hayakawa Yoshio、Kanayama Kozo
  • 雑誌名: Cellulose 巻: 26 号: 6 ページ: 3625-3642
  • DOI: 10.1007/s10570-019-02330-2
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effects of resin content and precompression treatment on bulk bamboo extrusion (2019)
  • 著者名/発表者名: Seki Masako、Yashima Yuko、Miki Tsunehisa、Kiryu Tomoaki、Tanaka Soichi、Kanayama Kozo
  • 雑誌名: International Journal of Material Forming 巻: - 号: 3 ページ: 331-339
  • DOI: 10.1007/s12289-019-01497-0
  • 査読あり
• [雑誌論文] Influence of pulsive pressure waves on liquid penetration into wood in semi-opened container (2019)
  • 著者名/発表者名: Tanaka Soichi、Seki Masako、Miki Tsunehisa、Umemura Kenji、Kanayama Kozo
  • 雑誌名: Journal of Wood Science 巻: 65 号: 1
  • DOI: 10.1186/s10086-019-1832-2
  • NAID: 120006898050
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] 染料水溶液含浸木材の養生過程における相対湿度が材色に及ぼす影響 (2018)
  • 著者名/発表者名: 田中聡一、杉野秀明、関雅子、三木恒久、梅村研二、金山公三
  • 雑誌名: 材料 巻: 67 号: 8 ページ: 767-772
  • DOI: 10.2472/jsms.67.767
  • NAID: 130007437250
  • ISSN: 0514-5163, 1880-7488
  • 年月日: 2018-08-15
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Instrumental analyses of nanostructures and interactions with bound water of superheated steam treated plant materials (2018)
  • 著者名/発表者名: M. Nishida, T. Tanaka, T. Miki, T. Ito, K. Kanayama
  • 雑誌名: Industrial Crops and Products 巻: 114 ページ: 1-13
  • DOI: 10.1016/j.indcrop.2018.01.072
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Visualization of solute diffusion into cell walls in solution-impregnated wood under varying relative humidity using time-of-flight secondary ion mass spectrometry (2018)
  • 著者名/発表者名: P. Zheng, D. Aoki, M. Seki, T. Miki, S. Tanaka, K. Kanayama, Y. Matsushita & K. Fukushima
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 8 号: 1 ページ: 9819-9819
  • DOI: 10.1038/s41598-018-28230-2
  • NAID: 120006489936
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] 木質系材料を用いた塑性加工技術 (2018)
  • 著者名/発表者名: 三木 恒久
  • 雑誌名: ぷらすとす 巻: 1 ページ: 20-25
  • NAID: 130007802458
  • 査読あり
• [雑誌論文] Instrumental analyses of nanostructures and interactions with water molecules of biomass constituents of Japanese cypress (2017)
  • 著者名/発表者名: Nishida Masakazu、Tanaka Tomoko、Miki Tsunehisa、Hayakawa Yoshio、Kanayama Kozo
  • 雑誌名: Cellulose 巻: 24 号: 12 ページ: 5295-5312
  • DOI: 10.1007/s10570-017-1507-3
  • 査読あり
• [雑誌論文] Solute diffusion into cell walls in solution-impregnated wood under conditioning process IV: effect of temperature on solute diffusivity (2017)
  • 著者名/発表者名: Tanaka Soichi、Seki Masako、Miki Tsunehisa、Umemura Kenji、Kanayama Kozo
  • 雑誌名: Journal of Wood Science 巻: 63 号: 6 ページ: 644-651
  • DOI: 10.1007/s10086-017-1658-8
  • 査読あり
• [雑誌論文] Integrated analysis of solid-state NMR spectra and nuclear magnetic relaxation times for the phenol formaldehyde (PF) resin impregnation process into soft wood (2017)
  • 著者名/発表者名: Nishida Masakazu、Tanaka Tomoko、Miki Tsunehisa、Hayakawa Yoshio、Kanayama Kozo
  • 雑誌名: RSC Advances 巻: 7 号: 86 ページ: 54532-54541
  • DOI: 10.1039/c7ra11295e
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] Fluidity of Bulk Bamboo Impregnated with Phenol Formaldehyde (PF) Resin (2018)
  • 著者名/発表者名: M. Seki, Y. Yashima, T. Kiryu, T. Miki, S. Tanaka, K. Kanayama
  • 学会等名: 2018 Joint Convention SWST & JWRS
  • 国際学会
• [学会発表] Esterification of Solid Wood for Plastic Forming Process (2018)
  • 著者名/発表者名: Y. Enomoto, M. Abe, T. Miki, M. Seki
  • 学会等名: 2018 Joint Convention SWST & JWRS
  • 国際学会
• [学会発表] 快適なモビリティ空間に資する木質素材の利用を考える (2018)
  • 著者名/発表者名: 三木恒久
  • 学会等名: 日本塑性加工学会関西支部 平成 30 年度 関西支部 若手技術交流会 （兼 関西支部 第 36 回先端塑性加工技術コロキウム）
  • 招待講演
• [学会発表] 木質系材料の高信頼性・高付加価値化を実現する三次元成形加工技術 (2017)
  • 著者名/発表者名: 三木恒久
  • 学会等名: 科学技術振興機構（ＪＳＴ）新技術説明会
  • 招待講演
• [学会発表] 木質バイオマス素材の固相流動現象による成形技術（流動成形の開発） (2017)
  • 著者名/発表者名: 三木 恒久
  • 学会等名: 京都大学生存圏研究所 第217回定例オープンセミナー
  • 発表場所: 京都大学生存圏研究所
  • 招待講演
• [産業財産権] 改質木材とその製造方法並びにその成形体 (2018)
  • 発明者名: 榎本有希子、三木恒久、関雅子
  • 権利者名: 榎本有希子、三木恒久、関雅子
  • 産業財産権種類: 特許
  • 出願年月日: 2018
  • 外国