木質材料の潜在的化学物質放散量推定モデルの構築

• 研究課題/領域番号: 22K05775
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分40020:木質科学関連
• 研究機関: 国立研究開発法人森林研究・整備機構
• 研究代表者: 宮本 康太 国立研究開発法人森林研究・整備機構, 森林総合研究所, 主任研究員 等 (70353878)
• 研究期間 (年度): 2022-04-01 – 2026-03-31
• 研究課題ステータス: 交付 (2024年度)
• 配分額: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円); 2024年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円); 2023年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円); 2022年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
• キーワード: 木質材料 / 化学物質放散 / ホルムアルデヒド

研究開始時の研究の概要

集成材や合板などの木質材料から放散される木材や接着剤由来の化学物質について、どのくらい放散し続けるのか、あるいは気中に放散された化学物質が材料内部のどこからいつ放散されたのか、という本質的なメカニズムは未解明である。そこで本研究では、木質材料の製造工程から使用環境に至る過程における化学物質の放散フローを実験的に明らかにし、木質材料の原料段階での化学物質量から将来的な放散量が推定可能なモデルを構築する。

研究実績の概要

本研究は、木質材料から放散される化学物質、特にホルムアルデヒドを対象とし、製造工程から使用環境に至る過程における放散特性を把握し、定量的な化学物質の放散マスフローを実験的に導出することを目的としている。
本年度は、木質エレメントの性状の違いが接着工程時及び成板後初期の放散挙動に及ぼす影響について検証した。木質エレメントとして、スギ単板と同単板を破砕して得られた小片を準備した。エレメント性状以外の因子の影響を除外するため、目標密度及び厚さ、接着剤塗布量、熱圧温度などの接着条件について、可能な限り両者で揃えて成板することとした。単板については3層積層、破砕小片はマット状に成型した後、それぞれ熱圧した。接着剤は実験室製フェノール樹脂接着剤を用いた。熱圧工程中及び成板後初期のホルムアルデヒド放散量は、どちらも破砕小片の方が高い傾向がみられた。破砕小片ではスプレー状に接着剤塗布を行ったため、材料表面を含めた材料全体に接着点が存在することが一因と考えられる。両者を比較する上で、厳密には接着剤の硬化の程度が制御されていないが、上記から材料内部での接着剤の配置が影響因子となることが示された。
また、過去に実施した木質エレメント自身からのホルムアルデヒド放散量のデータを解析した。ファイバー（針葉樹、広葉樹）、パーティクル（粒度2水準）について、同一全乾重量で比較した場合、ファイバーや粒度が粗いものの放散量が高い傾向がみられ、エレメント表面積やかさ密度の影響が大きいことが示唆された。これらの結果から、特に製造工程初期において、木質エレメントの性状はホルムアルデヒド放散に影響を及ぼす因子であることが特定できた。

現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

本年度は、特に木質エレメントに着目し、放散特性の影響を及ぼす因子の導出に注力した。得られた成果は放散モデルの構築に対して重要なものとなった。当初の想定よりもより内容を深く掘り下げられる成果が得られており、さらなる解析や検証が必要であるが、研究全体としておおむね順調に進捗していると判断した。

今後の研究の推進方策

これまでの精緻な実証実験により、木質材料の熱圧工程や材料自体からのホルムアルデヒド放散挙動に大きく影響を及ぼす因子を具体的に特定することができた。木質材料の製造工程から製造後に至るホルムアルデヒド放散フローの構築に対して、特定された因子の影響度合いについて定量的に精査するとともに、さらに考慮すべき因子について検討し、必要に応じて実証試験を行う。