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2014 年度 実績報告書

超臨界二酸化炭素中で行う木材の新規熱的改質処理法の開発および性能発現機構の解明

研究課題

研究課題/領域番号 23580239
研究機関独立行政法人森林総合研究所

研究代表者

松永 正弘  独立行政法人森林総合研究所, 木材改質研究領域, 主任研究員 (70353860)

研究分担者 片岡 厚  独立行政法人森林総合研究所, 木材改質研究領域, 室長 (80353639)
木口 実  独立行政法人森林総合研究所, 研究コーディネータ, 木質バイオマス利用研究担当 (50353660)
松井 宏昭  独立行政法人森林総合研究所, 木材改質研究領域, 領域長 (90353854) [辞退]
研究期間 (年度) 2011-04-28 – 2015-03-31
キーワード超臨界二酸化炭素 / 木材 / 熱処理 / 寸法安定性 / 耐湿性 / 耐朽性 / 反応機構 / 成分分析
研究実績の概要

本課題では、超臨界二酸化炭素中で木材を熱的改質処理し、従来法よりも処理時間が短く、寸法安定性や耐朽性に優れた木材が製造できる新規処理法を開発するとともに、その反応機構を解明することを目的とする。実験にはスギの心材部分を用い、含水率が0%、11%、17%の試片を180、200、220℃/10MPaの超臨界二酸化炭素中で1時間熱処理した。その結果、熱処理試片の抗膨潤能(ASE)は、処理温度が高く、含水率が高い試片ほど高くなり、220℃処理で最高約70%に達した。次に、超臨界処理と同条件で乾式および湿式による従来法の熱処理を行い、寸法安定性や耐湿性、耐朽性などの性能比較を行ったところ、いずれの性能においても超臨界処理の方が優れていた。超臨界法と従来法との反応機構の差異を明らかにするため、両法で熱処理した木材について木材成分分析を行い、両者を比較した。その結果、従来法では木材の主要構成成分の比率がほとんど変化しなかったのに対し、超臨界法ではセルロース及びヘミセルロースの比率が大きく低下し、リグニンおよび抽出成分の比率が大きく増加した。また、異なる三種類の含水率を有する試片を用意し、超臨界二酸化炭素あるいは超臨界窒素で熱処理を行ったところ、両者の成分比率変化の傾向はほぼ同じとなり、試片の含水率が高くなるほどセルロース及びヘミセルロースの比率が低下した。この結果から、超臨界法における熱処理では、木材中に含まれる水分が亜臨界水状態となり、主として加水分解反応によってセルロース及びヘミセルロースの比率が大幅に低下した可能性が高いと推測され、従来法とは反応機構が大幅に異なることが明らかとなった。

  • 研究成果

    (4件)

すべて 2015 2014

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件、 謝辞記載あり 1件) 学会発表 (3件)

  • [雑誌論文] 超臨界二酸化炭素中でアセチル化した木材の繊維方向における質量増加率の分布2015

    • 著者名/発表者名
      松永正弘、片岡厚、石川敦子、松永浩史、小林正彦、木口実
    • 雑誌名

      木材工業

      巻: 70 ページ: 106-111

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [学会発表] 超臨界流体中で熱処理した木材の主要構成成分分析2015

    • 著者名/発表者名
      松永正弘、片岡厚、松永浩史、石川敦子、小林正彦、木口実
    • 学会等名
      第65回日本木材学会大会
    • 発表場所
      タワーホール船堀
    • 年月日
      2015-03-15 – 2015-03-18
  • [学会発表] Evaluation of heat-treated wood using supercritical carbon dioxide(超臨界二酸化炭素を用いて熱処理した木材の評価)2015

    • 著者名/発表者名
      MATSUNAGA Masahiro(松永正弘)、KATAOKA Yutaka(片岡厚)、ISHIKAWA Atsuko(石川敦子)、MATSUNAGA Hiroshi(松永浩史)、KOBAYASHI Masahiko(小林正彦)、KIGUCHI Makoto(木口実)
    • 学会等名
      International Symposium on Wood Science and Technology 2015 (IAWPS 2015)
    • 発表場所
      タワーホール船堀
    • 年月日
      2015-03-15 – 2015-03-17
  • [学会発表] 超臨界二酸化炭素を用いて熱処理した木材の寸法安定性評価2014

    • 著者名/発表者名
      松永正弘、片岡厚、松永浩史、石川敦子、川元スミレ、小林正彦、木口実、松井宏昭
    • 学会等名
      日本木材保存協会第30回年次大会
    • 発表場所
      メルパルク東京
    • 年月日
      2014-05-26 – 2014-05-27

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公開日: 2016-06-01  

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