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水性染料による木材染色技術開発
水性染料による木材染色技術開発 211 目次：水性染料による木材染色技術開発 序言 ·············································································································· 215 1章 木材染色のメカニズム 1.1 諸言 ······································································································· 217 1.2 木材の性質 ······························································································ 217 1.2.1 仮道管のメカニズム ··············································································· 217 1.2.2 道管のメカニズム ·················································································· 217 1.3 まとめ ···································································································· 217 2章 染色の活用 2.1 諸言 ······································································································· 218 2.2 木材と色 ································································································· 218 2.3 染色の起源 ······························································································ 218 2.3.1 木材の防腐処理 ····················································································· 218 2.3.2 構造的な利用 ························································································ 218 2.4 まとめ ···································································································· 218 3章 評価手順 3.1 諸言 ····································································································· 219 3.2 結の数値化 ······························································································ 219 3.2.1 測定値に用いる CMYK の設定 ································································· 219 3.2.2 測定値のばらつきの計算 ········································································· 219 3.3 評価準備 ································································································· 220 3.3.1 試験体への浸透性の確認 ········································································· 220 3.3.2 木口のデジタルデータ化 ········································································· 220 3.4 画像加工ソフトを用いた手法 ······································································ 221 3.4.1 写真の切り出し ····················································································· 222 3.4.2 色の取得 ······························································································ 222 3.5 評価手順 ································································································· 222 3.5.1 各面着色性の 9 分割化 ············································································ 222 3.5.2 距離による浸漬影響 ··············································································· 223 3.5.3 浸漬平均 ······························································································ 224 3.5.4 距離によるばらつき影響 ········································································· 224 3.5.5 ばらつき平均 ························································································ 225 212 3.6 評価基準の提案 ························································································ 226 3.7 まとめ ···································································································· 226 4章 浸透前の木材評価 4.1 諸言 ······································································································· 227 4.2 使用機器 ································································································· 227 4.3 実験方法 ································································································· 227 4.3.1 供試材料 ······························································································ 227 4.3.2 実験手順 ······························································································ 227 4.4 結果と考察 ······························································································ 227 4.5 まとめ ···································································································· 231 5章 食紅を用いた木材への浸透性 5.1 緒言 ······································································································· 232 5.2 使用機器 ································································································· 232 5.3 実験方法 ································································································· 233 5.3.1 供試材料 ······························································································ 233 5.3.2 実験手順 ······························································································ 234 5.4 結果と考察 ······························································································ 234 5.5 まとめ ···································································································· 236 6章 条件の違いによる木材への浸透性 6.1 緒言 ······································································································· 237 6.2 圧縮による木材への浸透性 ········································································· 237 6.2.1 使用機器 ······························································································ 237 6.2.2 供試材料 ······························································································ 237 6.2.3 実験手順 ······························································································ 237 6.2.4 結果と考察 ··························································································· 238 6.3 pH による木材への浸透性 6.3.1 使用機器 ······························································································ 241 6.3.2 供試材料 ······························································································ 241 6.3.3 実験手順 ······························································································ 241 6.3.4 結果と考察 ··························································································· 242 213 6.4 事前処理による木材への浸透性 6.4.1 使用機器 ······························································································ 252 6.4.2 供試材料 ······························································································ 252 6.4.3 実験手順 ······························································································ 252 6.4.4 結果と考察 ··························································································· 252 6.5 まとめ ···································································································· 265 7章 色の違いによる木材への浸透性 7.1 緒言 ······································································································· 266 7.2 使用機器 ································································································· 266 7.2.1 実験手順 ······························································································ 266 7.2.2 結果と考察 ··························································································· 266 7.3 まとめ ···································································································· 272 8章 評価方法 8.1 緒言 ······································································································· 273 8.2 評価基準 ································································································· 273 8.3 結果と考察 ······························································································ 273 8.4 まとめ ···································································································· 274 結言 ·············································································································· 275 参考文献 ········································································································ 276 付録 ·············································································································· 278 ・測定結果全データ ························································································· 278 ・ポイント ····································································································· 291 214 序言 林政審議会の資料によると，平成 21 年の木材供給量は図 1 のように 18 百万㎥とされ， そのうち柱や梁などの構造体に用いられる直材は全体の約 3 割にしかならない．残りの約 7 割は直材としての利用ができずに有り余っているのが現状だ 16)．また，木材供給量は増加 傾向にあり，平成 32 年には現在の 2 倍の約 39 百万㎥になると予測されているので，低品 質材の需要を増やす必要がある．そのためには，構造体以外の利用法を確立しなければな らない． そこで私たちは，新たな木材の利用方法として「木口を見せる使い方」を考えた．木材 の木口といえば見た目が悪い，不朽しやすいなどから，大抵の場合は表に出さないよう隠 されている 20)．これらの問題点を解決すべく私たちは，染色を行うことを考えた．その理 由として，美観性が向上すれば多面とのアクセントとして利用を容易化でき，同時に防腐 材を染み込ませれば不朽対策にもなると考えたからだ．このことから，本実験は構造体に 不適な箇所の木材利用に貢献することを目的とする． 既往の研究で染色は多々行われているが，現時点では 22mm 程の板が限度とされている． しかし 22mm では木口の利用ができないので，それ以上のサイズで染色を行う必要がある ために染料や染色方法の観点から模索しなければならない．木材染色の多くは木材専用の 染料が用いられており，本来であればそれに沿った実験を行うことが適正だと思われる． しかし，染料の色落ち防止と強化から定着剤を混入している．そして，アルカリ性のもの が多く，アルカリ性はリグニンを溶かす性質があり，セルロース 25)(図 2)と分離して木材 の物理的強度を低下させる 18)とされているがこのことを利用し，木材の細胞壁を破壊し染 料を深くまで浸透させることはできないかと考えた．そこで，昨年度の結果として，中性 の染料として最も適していたものが食紅であったこと 24)から，本年度も食紅を利用し昨年 度の結果から，圧縮木材の結果が良好だったため圧縮木材の利用，染料の pH に変化を持た せ，より染色に有効であるものを探る．布染めの場合，染まりの向上として事前に牛乳や 豆乳などのタンパク質処理を行うことで，布に付着したタンパク質に染料を付着させ，染 色の向上がなされてきた．このことを利用できないかと考え，本年度は事前処理を行った 後染色を行う． 本年は，木材圧縮率 0%，40%，60%のものに加え，水溶液の pH に変化を持たせた，酸 性，中性，アルカリ性，そして木材に事前処理を施したもの，定着剤入りの市販剤の 4 種 の実験を行う． 215 （百万㎥） 45 40 35 30 25 直材 39 小曲材等 12 低質材 天然林材 20 18 15 5 10 6 5 0 13 12 27 12 4 3 3 H21 H32 図 1 森林・林業基本計画策定時の推計(出典：木質構造研究会 図 2 セルロース化学式(出典：wikipedia) 216 改) 1章 木材染色のメカニズム 1.1 諸言 本章では各用語の定義を行う． 1.2 木材の性質 木材は針葉樹，広葉樹の 2 種類に分類され，木を形成する細胞の特徴も違う 7)~11)．細 胞が違うと水分の流れ方も違うため，染色にも影響される． 1.2.1 仮道管のメカニズム 水分の通路となる細胞の一種で，シダ類と裸子植物の主要な通道要素である．木材形成 層では，外側に樹皮の細胞を，内側に木部の細胞を作り出す．その後形成層を過ぎ木材の 成長が止まると細胞は「木化」という現象を起こす．その際死んだ細胞の壁だけを残し中 は空洞になってしまい，これが細胞壁であり仮導管とも呼ばれ，針葉樹は主にこの細胞壁 で形成されている． この大量に蓄積した細胞壁の塊は，木材を支える基礎になる 9)．また，水分や養分の運 搬も行い，木材全体に養分をいきわたらせる役割も果たす．針葉樹の細胞壁は，全体の約 90%を占めているため，木材全体で水分を吸いこむことができる 7)． 1.2.2 道管のメカニズム 植物の木部にある水分の通道をつかさどる組織の一種で，おもに被子植物にみられる． 仮道管と同じく水分や養分の運搬を担っているが，木材自体は木繊維が形成しているため 細胞壁のように大量に存在しない．道管は形，機能の上からも仮道管とよく似ているが， 道管は，細胞壁が消失した穿孔を通して水分の流通が行われるために，仮道管に比べて効 率がよい． 1.3 まとめ 木材内部には水分を通すための管が存在する．道管の水分運搬効率は高いが，仮導管と 比べると全体的に入っていない．木材染色は全体を均一に染色することが第一なので，仮 道管を有する木材を染色に用いることにした．木材は仮道管を有するとされる針葉樹が染 色に適していると思われる．今回の実験は，この細胞壁を染色することを目的とする． しかし，けっして染色液の注入の安易な材料ではない 1)．その理由として，細胞壁内に はピットと呼ばれる弁が備わっており，これが水分の逆流や水分量の調整を行っているた めである．実際，根から高いところにある葉まで水分を吸い上げるメカニズムは，科学的 根拠が証明されていない． 217 2章 染色の活用 2.1 諸言 本章では，染色の起源とされる木材の浸透を利用した二次加工法を述べる． 2.2 木材と色 木材の着色は，主として美観や耐久を理由に行われる．表面に様々な色を塗布し，見た 目を華やかにすることで部屋の雰囲気に合った家具を作り出す．また，塗られた色は木材 自体を保護する役割も持ち，傷や汚れを防いでくれる． 木材へ色をつける方法として，着色がもっとも一般的である．アクリル･ウレタン・シリ コン等様々な種類があり，木材を覆い隠すように液を表面に塗布するだけなので簡単に施 工できる． また，そのほかに染色で色を染める方法もある．染色はペンキでの着色と違って色を内 部に染み込ませるそのため，施工に手間がかかるが，着色よりも自然な色合いを生み出す ことが可能である． 2.3 染色の起源 2.3.1 木材の防腐処理 構造体に用いられる木材は，防腐・防蟻処理が施して住宅の寿命を延ばしている．薬剤 を表面から均一に浸透させるために，材の表面に細かい切り込みを適当な間隔で入れ，乾 燥してから密閉タンクの中で薬剤を圧入するという加圧式処理法で作られている．薬剤を 染み込ませる観点から染色は来ている． 2.3.2 構造的な利用 新たな木材の活用として，Si-WPC(ウッドプラスチックコンビネーション)というものが ある．シリコンポリエステル樹脂を木材に減圧加圧方式で注入させ，熱重合によりシリコ ンプラスチックを形成させる改質木材である．これにより強度性，疎水性，耐腐食性が向 上する 23)．防腐剤と同じく，流し込む技術を染色に応用した． 2.4 まとめ 木材染色は染み込ませる液を変えるだけで，染色・防腐・強化と様々な加工を施せる． また，防腐・強化の事例ではどちらも圧力が関係しており，染色にも同じような効果を発 揮できるのか検証してみる必要がある．また，食紅の浸透性は樹種・加工方法でどのよう に変化するのかも比較をする． 218 3章 評価手順 3.1 緒言 評価方法の提案として，我々はパソコンを利用した方法を提案する．パソコンを利用す る利点として，データを数値化でき，また簡単に整理も可能と言う点がある．そこで，こ の章ではその一連の流れを説明する． 3.2 結果の数値化 3.2.1 測定値に用いる CMYK の設定 色の表現方法として，今回は CMYK を利用した．その理由として，CMYK はシアン(C)， マゼンタ(M)，イエロー(Y)の三原色にブラック(K)を合わせた計 4 色で表現する．CMYK は 減法混色のため，すべての色が表現できる 21)．そのため，今回のような色を取り扱う場合 に最も適した表現方法から CMYK を利用することにした． 3.2.2 測定値のばらつきの計算 ばらつきとは，木材内部に染まった色成分を平均したとき値が，各測定点とどれほどの 差が生じているのかを示した値である．ばらつきの値は低いほど結果が良い． 以下にその計算方法を表記する． 求め方 ・サンプル：S1，S2，S3，･･･，Sn ・平均：ｍ ・データ総数：D サンプル(S)の合計値をデータ総数(D)で割って平均(m)を求める m＝(S1+S2+S3+･･･+Sn)/D ･･･(1) (1)より平均を算出できる．しかしこれでは，50:50 と 100:0 の平均が同じ 50 のように数 値のばらつきは正確でない．そこで(2)のように各数値と平均値の差(S-m)の合計をデータ総 数で割ることでばらつきが求められる． 標準偏差 σ ･･･ Ｄ ･･･(2) しかし，これでは(S-m)の正，負が相殺して答えが 0 となってしまう．そのため，各数値 と平均値の差(S-m)を２乗することで負数を無くしてから平均する． 219 ･･･ 標準偏差 σ Ｄ ･･･(3) このままでは２乗が残ってしまうため，(3)の式の平方根(√)をとることで計算できる 標準偏差 σ ･･･ √ Ｄ ･･･(4) (4)で求められた標準偏差の値は，統計値や確率変数の散らばり具合を表す標準偏差のひ とつで，ばらつきが少ないほど値は 0 に近づくという関係にある． なお，今回 Excel で計算する場合は，STDEVP 関数にて算出する． 3.3 評価準備 3.3.1 試験体への浸透性の確認 木材内部にまで色が浸透していることを判断するには，木口面から木材中央にまで均一 に染色されていることが重要である．そこで，木材を図 3-1 に示すように木口面から 10mm ごとに中央まで切断することで，10mm ごとに色の入り方にどのような変化があるのかを 確認し，それを木材内部への浸透性として判断した． 図 3-1 染色後試験体の処理 3.3.2 木口のデジタルデータ化 3.3.1 で切断した木材は，各面すべて測色を行う．しかし，木材そのままでは互換性が無 いため，写真撮影等をしてパソコンに取り込めるようにしなければならない．そこで今回 はスキャナーを利用し，木口のデジタルデータ化行った．その理由として，デジカメ等で の撮影では周りの環境で大きく左右されやすく，また明るさが不足して影ができてしまう と測色に影響があるため，安定した環境と明るさを確保できるスキャナーを利用すること 220 を決めた． 図 3-2 スキャナーは，EPSON の機種名 LP－M5000A を使用した． 作業手順 1) 供試体を図 3-2 にセットし，フォトショップを起動する． 2) EPSON スキャンを起動 3) スキャン時の環境設定を行う． 4) プレビューを行う．この時セットした木口が映っていない場合には手直しを行い，再度 プレビューを行う． 5) スキャンを行う． 6) スキャンしたデータは EPSON スキャンを起動した状態での保存は不可能なため，一 度 EPSON スキャンを閉じてから保存を行う． 図 3-2 スキャナー スキャン時に使用するソフトとその設定を表 3-1 に示す． 表 3-1 スキャン時の設定 設定 ソフト名 モード 原稿種 イメージタイプ 出力設定 EPSON scan ホームモード プリント写真 カラー プリンタ 3.4 画像加工ソフトを用いた評価 スキャンされた木口の写真を加工・編集するにあたり，画像加工ソフトとして今回は 「Gimp」を利用し作業に当たった．表 3-2 にその情報を述べる． 221 表 3-2 ソフト情報 ソフト名 バージョン 情報 分類 拡張子 販売形式 GIMP 2 2.6.4 画像加工 ソフトウｪア xcf フリーソフト 3.4.1 写真の切り出し スキャンしたデータは木口以外の不要な箇所があるので，不要箇所を消す作業から行っ た．木口周辺を大まかに範囲選択し，別レイヤに貼り付けて木口，10mm，20mm，30mm， 40mm，50mm を 6 枚に分割した．次に木口の外形を｢自由選択｣にて必要な範囲を指定し， ｢選択範囲の反転｣をしてから削除することで不要な箇所の削除に成功した． これを各レイヤ 6 枚すべてで行い，木口，10mm，20mm，30mm，40mm，50mm の写 真を切り抜く． 3.4.2 色の取得 写真より色を取得する方法として｢スポイト｣ツールを利用した．これにて，採取したい 色の情報を抜き取ることができる．採取した色は CMYK 値で表示し，その中から K を除い た CMY の値を利用してグラフを作成した．この作業を平均化した木口画像にて行い 9 ブロ ック，6 面すべての CMYK 値を採取する．一つの試験体から合計で 216 個のデータを得る ことができる． 作業手順 1) GIMP を起動し，開くから 9 ブロックに加工を行った写真を選択する． 2) スポイトツールを選択する．この時情報ウインドウを表示するにチェックを入れる． 3) そのままの状態では，RGB での結果が表示されてしまう為，CMYK に変更を行う． 4) 採取したい位置で左クリックをすると情報ウインドウに結果が表示される． 3.5 評価手順 3.5.1 各面着色性の 9 分割化 染色された木材の染色具合を数値化するには，写真より色の情報を読み取る必要がある． しかし，スキャナーにてデジタルデータ化した木口面の写真は，微妙に色の異なるドット の集合体であるため参照する箇所によってその数値はまったく別のものとなってしまう． また，画像内のすべてのドットを参照するのは難しい． そのため，木口面の色差を簡略化する必要があった．そこで我々は，切断した木口面を 図 3-3 に示すように 3×3 で 9 分割し，各箇所で平均をとることにした．これにより，測定 222 位置の違いによる差を解消し，9 分割していることで木口全体が単色とならないようになっ ている．これを染色前の木材と染色後の 10mm~50mm の計 6 枚を平均化したら，図 3-4 に 示すように一覧にして並べる．平均化後は 3.4.2 に示す方法で色情報を採取し，CMYK 値 を出す． 図 3-3 図 3-4 3.5.2 木口面の 9 分割化 元写真と平均画像の一覧表示 距離による浸漬影響 図 3-5 は 3.4.2 にて採取した数値のうち，CMY を利用して作成したグラフである．CMY は色材によって異なり，基本的には色材と同じものを使用する．縦軸は CMY のいずれかを 示し，数値が高いほど断面は色材が濃く浸透していると見ることができる．各面ごとに 9 ブロックから得た 9 つの CMY 値を平均して求める．横軸は木口からの距離を示しており， 50mm が最も遠いとする．また，各面の染色具合を折れ線グラフで表現しているため，傾 きが水平なほど均一な染色具合と判断も可能である． 223 シアン(%) 距離による浸漬影響 シアン 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 10mm 20mm 30mm 40mm 50mm 試験体 図 3-5 距離による浸漬影響 3.5.3 浸漬平均 図 3-6 は 3.5.2 で作成したグラフから距離をなくしたものである．10mm~50mm の CMY(%)を平均して一つにまとめているため木材全体の CMY 濃度を見ることができる． 各面ごとに 9 ブロックから得た 9 つの CMY 値を平均して，算出した 5 つの値をさらに平 均することで求められる．縦軸は図 3-5 の距離による浸漬影響と同じ数値を参照する． 90 浸漬平均 シアン 80 シアン(%) 70 60 50 40 30 20 10 0 試験体 図 3-6 浸漬平均 3.5.4 距離によるばらつき影響 図 3-7 の 5 つのグラフは CMY 値のばらつきを表現している．縦軸は CMY 値のばらつき 具合を示し，各面ごとに 9 ブロックから得た 9 つの CMY 値を 3.2.2 のばらつき計算式を用 224 いて求める．距離ごとにグラフを分け，他樹種との比較の際にグラフ内が一杯にならない よう分割している．数値が低いほど木材内の色は単色に近い色合いとなり，木材の染色が 均一になったかどうかが見て取れる． 25 20 20 ばらつき(σ) ばらつき(σ) 距離によるばらつき影響 シアン 10mm 25 15 10 5 距離によるばらつき影響 シアン 20mm 15 10 5 0 0 試験体 距離によるばらつき影響 シアン 30mm 20 25 ばらつき(σ) ばらつき(σ) 25 試験体 15 10 5 0 距離によるばらつき影響 シアン 40mm 20 15 10 5 0 試験体 試験体 距離によるばらつき影響 シアン 50mm 25 ばらつき(σ) 20 15 10 5 0 試験体 図 3-7 距離によるばらつき影響 3.5.5 ばらつき平均 図 3-8 は 3.5.4 で作成したグラフから距離をなくしたものである．10mm~50mm のばら つきを平均して一つにまとめているため木材全体の色材分布によるばらつきを見ることが できる．各面ごとに 9 ブロックから得た 9 つの CMY 値を 3.2.2 のばらつき計算式を用いて 求めた 5 つの数値を，再度 3.2.2 のばらつき計算式を用いて計算することで求められる．縦 軸は図 3-7 の距離によるばらつき影響と同じ数値を参照する． 225 25 ばらつき平均 シアン ばらつき(σ) 20 15 10 5 0 試験体 図 3-8 ばらつき平均 3.6 評価基準の提案 評価にあたり，基準を以下のように設定した． ・距離による浸漬影響…測定した CMY 値を距離ごとに並べたグラフから，色の浸透性を見 る．最大値と最小値が±5 以内もしくは±15 以内であれば優れた 浸透と判断する． ・浸漬平均…測定した各面(10mm~50mm)の CMY 値を平均化したもので，色の浸透性を見 る．数値の高さは，CMY の濃さを表す．シアン量が 70%以上も しくは 70%の±5%以内であるものを優れていると判断する． ・距離によるばらつき影響…測定した CMY 値のばらつき度を各面 10mm ごとに比較し たグラフから，色の均衡性を見る．ばらつき(σ)が，±1 以 内もしくは±5 以下ばらつきが少ないと判断する． ・ばらつき平均…測定した CMY 値のばらつき度の各面(10mm~50mm)合計を平均化したグ ラフから，色の均衡性を見る．ばらつき(σ)が，1 以下もしくは 5 以下ば らつきが少ないと判断する． 3.7 まとめ 以上の流れから，測色計を必要とせずに色情報の数値化が可能となる．今回の実験も， この測色法を用いて評価していく． 226 4章 4.1 浸透前の木材評価 諸言 3 章では評価手順から，写真から数値を得るまでの流れを述べた．本章では，染色前の木 材を評価し，染色されていない自然な木材はどのような色合いを示すのかを考察する． 4.2 使用機器 図 4-1 昇降丸ノコ盤は試験体作成時と染色後の切断時に使用する． 図 4-2 電子計り器は試験体を計るときに使用する．質量を 0.01g 以上の精度で測定できる ものを使用する． 図 4-1 4.3 4.3.1 図 4-2 昇降丸ノコ盤 電子はかり 実験方法 供試材料 供試材料はスギを使用した．各供試木材寸法は 30mm(R)×30mm(T)×150mm(L)とする． (R：材成，T：材幅，L：材長方向) また，実験開始前は図 4-3 のように材長方向を 150mm にしたものを実験に使用する．予 備実験を行った結果，1 本の木材から採取した材料を同じ水溶液に漬けると，それら同士の 結果がほぼ一致することから 1 本の木材から 6 本採取し，同種染料内で 2 本ずつ含浸を行 う． 4.3.2 実験手順 木材を図 4-1 の昇降丸ノコ盤を使用し，4.3.1 に示す大きさに切断する．切断した試験体 にそのほかの条件は一切加えず，そのままの状態で前章 3.3 に示す評価準備を行う． 4.4 結果と考察 浸透前での各種名称は，S1，S2，S3 と表現する． 227 同木材内での色合いについて考察する．図 4-5 上段は木口からの距離ごとに CMY 値がど れほど出ているのかを示しており，CMY(%)が高いほど断面の色材が濃く浸透しているとい うことを表している．また，各面の染色具合を折れ線グラフで表現しているため，傾きが 水平なほど均一な染色具合と判断も可能である．左はマゼンタ，右はイエローの時のグラ フとなっている．グラフを見るとマゼンタは 3 種とも同じような結果となり，20%以下と なっていた．イエローが濃く示されているものは S1 であったがイエローも大差なく 40%前 後となっている．このことから，木材内部の色合いは主にイエローで構成されていること がわかった． 次に図 4-5 下段は先ほどのグラフを平均化したもので，木材全体で CMY(%)を確認する ことができる．左はマゼンタ，右はイエローの時のグラフとなっている．どちらも大きな 差はなく，図 4-5 上段同様イエロー値の方が高い値となった． 同木材内での色合いのばらつきについて考察する．まず図 4-6 の距離によるばらつき影響 10mm~50mm は，木口からの距離ごとにシアン値のばらつきを示しており，数値が低いほ ど木材内の色は単色に近い色合いとなる．左はマゼンタ，右はイエローの時のグラフとな っている．グラフを見ると，マゼンタ，イエローどちらも 5 以下を示している．どちらも S1 の値が大きく出ているが，ばらつきは少ない方だとわかる． 次に CMY 値ばらつき平均は，先ほどの 10mm~50mm のグラフの距離を平均化したもの で，木材全体でばらつきを確認できる．左はマゼンタ，右はイエローの時のグラフとなっ ている．グラフを見ると，マゼンタの場合だと S1 が大きく出ているように感じるが 0.9 と 小さく出ている．イエローは 3 種とも 0.4 前後であり，ばらつきが少ないことがわかる． このことから，採取された木材に相違があっても色合いに変化はほとんど無く，均一で あることが分かった． 図 4-3 試験体寸法 228 図 4-4 各面写真と 9 ブロック平均 229 距離による浸漬影響 イエロー 距離による浸漬影響 マゼンタ 80 80 イエロー（％） 100 マゼンタ（％） 100 60 40 20 60 40 20 0 0 10mm 20mm S1 30mm 40mm S2 50mm 10mm S3 S1 30mm 40mm S2 50mm S3 浸漬平均 イエロー 浸漬平均 マゼンタ 100 80 80 イエロー（％） 100 マゼンタ（％） 20mm 60 40 60 40 20 20 0 0 S1 S2 S1 S3 S2 S3 図 4-5 元木材のマゼンタ(左)とイエロー(右)の距離による浸漬影響と平均 距離によるばらつき影響 イエロー 25 20 20 ばらつき（σ） ばらつき（σ） 距離によるばらつき影響 マゼンタ 25 15 10 5 15 10 5 0 0 10mm 20mm S1 30mm 40mm S2 50mm 10mm S1 S3 30mm 40mm S2 50mm S3 ばらつき平均 マゼンタ ばらつき平均 イエロー 25 25 20 20 マゼンタ（％） イエロー（％） 20mm 15 10 5 15 10 5 0 0 S1 S2 S3 S1 S2 S3 図 4-6 元木材のマゼンタ(左)とイエロー(右)の距離によるばらつき各面影響と平均 230 4.5 まとめ 今回の実験から，加工してない木材はばらつきが無く均一な色合いをしていることが分 かった．しかし，元々木材は個体差が激しい材料とされている．今回の供試木材は，構造 材と比較するととても小さく，また白色に近い樹種だったため年輪や節などの影響をさほ ど受けなかった．それに対しサイズや樹種が変わると，色合いの均衡が乱れることも考え られることより一概にばらつきがないとは言い切れない． 231 5章 5.1 食紅を用いた木材への浸透性 緒言 木材染色で行われる染色法の一つに浸漬がある．どぶ漬けとも呼ばれ，木材を液中に漬 けておくだけで簡単に染色できる．5 章ではこの方法で木材染色を行い，実際に色材はどれ ほど浸透するのかを確認する． 5.2 使用機器 使用機器は前章 4.2 で使用した機器に加え，以下のものを使用する． 図 5-1 アルミ製バット(外形寸法 201×129×80，容量 1.5L)は浸漬時の容器として使用 図 5-2 スペーサーは液中に沈めた木材の浮上･回転を防ぐのに使用する． 図 5-3 含水率計は染色後の木材を乾燥する際に，切断のタイミングを図るのに使用する． 図 5-4 ビーカーは精製水，色材の使用量を測定する際に使用する． 図 5-5 薬さじは色材の使用量測定に使用する． 図 5-6 スポイトは精製水の使用量測定に使用する． 図 5-7 サランラップは色材，染色液により卓上，バットへの汚れを防止するのに使用する． 図 5-8 ゴム手袋は色材，染色液から肌を保護するのに使用する． 図 5-1 図 5-2 アルミバット 図 5-3 図 5-4 含水率計 232 スペーサー ビーカー 図 5-5 図 5-7 5.3 図 5-6 薬さじ 図 5-8 サランラップ スポイト ゴム手袋 実験方法 5.3.1 供試材料 試験に使用する木材は，4.3.1 と同じ条件で使用する．今回はそれに加え以下の材料を使 用した． 図 5-9 色材は紅不二製の食用タール系色素(通称:食紅)から，食用青色 1 号を使用する． 図 5-10 図 5-9 の顕微鏡 2500 倍写真 図 5-11 浄水器 233 5.3.2 図 5-9 青色 1 号 図 5-11 浄水器 図 5-10 顕微鏡 2500 倍 実験手順 アルミ製バットに浄水を 1ℓ入れ，その中に色材を 5g 溶かしたものを水溶液とする．色材 が完全に溶けたら，供試木材を 2 本ずつ入れる．この時，図 5-2 のスペーサーを利用し， 木材の浮上を防ぐ．また，同時に液内での回転を防ぎ上面を固定する役割も持つ．その後 恒温恒湿槽内で 7 日間保管し，木材内部に色材を行き渡らせる．この時，温度 20℃湿度 98% で温度管理と水溶液の蒸発を防いだ． 5.4 結果と考察 浸漬実験での名称は，S00VII と表現する． 浸透性に及ぼす影響について考察する．まず図 5-12 左は木口からの距離ごとにシアン値 234 がどれほど出てきているのかを示しており，シアン(%)が高いほど断面は色材が濃く浸透し ている．また，各面の染色具合を折れ線グラフで表現しているため，傾きが水平なほど均 一な染色具合と判断も可能である．グラフを見ると，距離による浸漬影響は，一番シアン 値の高いところが 10mm であり，約 38%となっている．この値は距離が遠くなるにつれ， 減少しており，50mm 時には 18%にまで減少していた．10mm~20mm 間での減少が最も大 きく，10mm の 14%も減少していた． 次に図 5-12 右は先ほどのグラフの距離を平均化したもので，木材全体でシアン(%)を確認 できる．グラフを見ると，シアン(%)は 24%ほどにしかならない． 試験条件の違いが均衡性に及ぼす影響について考察する．まず図 5-13 の距離によるばらつ き影響 10mm~50mm は，木口からの距離ごとのばらつきを示しており，数値が低いほど木 材内の色は単色に近い色合いとなる．グラフを見ると，浸漬影響の際に最もよく染まって いた 10mm が，ばらつきでも最も大きな値となり 9 となった．この原因としては図 5-12 と一緒にグラフを見るとわかるように，青色単色で染まっているわけではなく，上部が青 く下部は染まっていないため木材自体の色が残っている．このことが原因で値が大きく出 たのだと考える．30mm~50mm にかけては，10mm~20mm に比べ低下している．こちら も図 5-12 と一緒に見てわかるように，年輪の部分に沿って青色が入っているだけで，ほと んど黄色になっている．このことから，染色が弱いものでもばらつきが低く出てしまうこ とがわかった． 次にシアン値ばらつき平均は，先ほどの 10mm~50mm のグラフの距離を平均化したもの で，木材全体でばらつきを確認できる．グラフを見ると，6 となった．こちらは，ばらつき が大きいため，このような値となった． このことから，漬けて置いてだけでは浸透が悪いことがわかる． 235 図 5-12 90 各面写真と 9 ブロック平均 距離による浸漬影響 圧縮率 90 75 60 シアン（%） シアン（%） 75 浸漬平均 圧縮率 45 30 60 45 30 15 15 0 10mm 20mm 30mm 40mm 0 50mm S00Ⅶ‐1 S00Ⅶ‐1 図 5-12 25 距離による浸漬影響と平均 ばらつき平均 圧縮率 距離によるばらつき影響 圧縮率 25 20 ばらつき（σ） ばらつき（σ） 20 15 10 15 10 5 5 0 10mm 20mm 30mm 40mm 50mm 0 S00Ⅶ‐1 S00Ⅶ‐1 図 5-13 5.5 シアン値の距離によるばらつき各面影響と平均 まとめ 今回の実験では，木口から遠い木材内部の染色が出来ないことから，木材に加工を加え ず，ただ漬け置きしただけでは完璧に染めることができないという結果が得られた．また， 染色されていないのにばらつきが低く出てしまった．これでは写真を見なければ染色され たかどうかの判断が難しくなるので，改善の余地がある． 236 6章 条件の違いによる木材への浸透性 6.1 諸言 木材は加工が容易な点から圧縮や圧力などの二次加工が盛んに行われており，適切な加 工から木材自体の性能を向上させている．本章では，木材圧縮・pH の違い・事前処理の有 無の 3 つに注目し，最適な加工条件を発見する．実験の結果は 3 章で述べた評価方法に準 じて評価する． 6.2 圧縮による木材への浸透性 6.2.1 使用機器 使用機器は 5 章 5.2 で使用したものに加え，恒温恒湿槽と以下のものを使用する． 図 6-1 恒温恒湿槽は圧縮木材作成時に木材の含水率を上げるために使用する． 図 6-2 熱プレス機は，圧縮木材の作成に使用する． 図 6-1 6.2.2 図 6-1 恒温恒湿槽 熱プレス機 供試材料 実験に使用する木材は，4 章 4.3.1 と同じ条件で使用する．水溶液については 5 章 5.3.1 で使用したものを使用する． 実験に先立ち，図 6-1 の恒温恒湿槽に木材を入れて木材内部の水分量を増やす．恒温恒湿 槽の温度は 40℃，湿度は 98%に設定した．定期的に槽内から木材を取り出して重さを測定 し，木材の重さに変化が生じなくなってきたら圧縮を行う． 6.2.3 実験手順 図 6-1 の熱プレス機に鉄板をセットし，上下面を再度付け圧縮温度を 100℃に設定して試 験体の断面寸法の 40%(18mm)，60%(12mm)になるまで圧縮していく．圧縮と熱を加えた 237 状態を数分保持する．その後，油圧を取り瞬時に水溶液に投入した．この時の加圧速度は， 2mm/分とした． 完成した圧縮木材は，5 章 5.3.2 に示す方法で実験を行った． 6.2.4 結果と考察 圧縮実験での各種名称は圧縮率 0%を S00VII，40%を S40VII，60%を S60VII と表現す る．S はスギを，VII は中性時の pH の値とする． 圧縮率の違いが浸透性に及ぼす影響について考察する．まず図 6-3 左は木口からの距離ご とにシアン値がどれほど出てきているのかを示しており，シアン(%)が高いほど断面の色材 が濃く浸透していることを表している．また，各面の染色具合を折れ線グラフで表現して いるため，傾きが水平なものほど均一な染色具合だと判断することも可能である．グラフ を見ると S60VII のシアンが最大で 77%あり，圧縮に効果があることがわかるが数値の差が 激しく 50mm に達した時点では 65%まで減少した．しかし，S00VIIS，40VII の 2 種は， 10mm~50mm に達するまでに約 20%程度減少している． 次に 6-3 右は先ほどのグラフの距離ごとの値を平均化したもので，木材全体でシアン(%) を確認することができる．グラフを見ると，S00VII は 24%，S40VII は 51.4%，S60VII は 69.6%となっており，圧縮率が大きくなるにつれてシアンの値も増えている． 試験条件の違いが均衡性に及ぼす影響について考察する．まず図 6-4 左の距離によるばら つき影響 10mm~50mm は，木口からの距離ごとにシアン値のばらつきを示しており，数値 が低いほど木材内の色は単色に近い色合いとなる．グラフを見ると 10mm 時では S40VII の数値が高く，一番低い S00VII の 2 ほど高い．S60VII は 10mm~50mm にかけて大きな 変動は見られないが，S00VII と S40VII は 30mm にから数値の変動がみられるが S00VII の数値が低くなっている．図 6-2 と比較しつつグラフを見ると，シアンの染まりが薄い．こ のことから，シアンの色合いが薄いものでもばらつきの値が低くなるのではないのかと考 える． 次にシアン値ばらつき平均は，先ほどの 10mm~50mm の距離ごとの値を平均化したもの で，木材全体でばらつきを確認することができる．S40VII は S60VII の約 3 倍であり， S60VII は一番低く 2 だった．このことから，S60VII の均衡性は，S00VII，S40VII の 2 種よりも良かったことが伺える．図 6-2 の写真で確認すると数値の高い S00VII，S40VII に 2 種は年輪に沿って染まっていることが確認できる． このれらのことから、圧縮した木材は染色に有効であり，その圧縮率が大きな影響を及 ぼすことがわかった． 238 図 6-2 各面写真と 9 ブロック平均 239 距離による浸漬影響 圧縮率 100 浸漬平均 圧縮率 100 80 シアン（%） シアン（%） 80 60 40 60 40 20 20 0 10mm 20mm S00Ⅶ‐1 30mm S40Ⅶ‐1 40mm 50mm 0 S00Ⅶ‐1 S60Ⅶ‐1 S40Ⅶ‐1 S60Ⅶ‐1 図 6-3 距離による浸漬影響と平均 ばらつき平均 圧縮率 25 20 20 ばらつき（σ） ばらつき（σ） 距離によるばらつき影響 pH 25 15 10 5 15 10 5 0 10mm 20mm S00Ⅶ‐1 30mm S40Ⅶ‐1 40mm 50mm 0 S00Ⅶ‐1 S60Ⅶ‐1 S40Ⅶ‐1 図 6-4 距離によるばらつき各面影響と平均 240 S60Ⅶ‐1 6.3 pH による木材への浸透性 6.3.1 使用機器 使用機器は 5.2.1 で使用したものに加え，圧縮実験の 6.2.1 で使用した恒温恒湿槽，熱プ レス機と以下のものを使用する． 図 6-5 リトマス試験紙(水溶液 pH 測定時に使用する) 図 6-6 クエン酸(カネヨ) 図 6-7 炭酸ナトリウム(大成薬品) 6.3.2 図 6-5 リトマス試験紙 図 6-7 炭酸ナトリウム 図 6-6 クエン酸 供試材料 実験に使用する木材は，4 章 4.3.1 と同じ条件で使用する．水溶液については，5 章 5.3.1 で使用したものに加え，6.3.1 のものを各 5g 溶かしたものを使用する． 圧縮に関しては 6.2.3 と同様に行う． 6.3.3 実験手順 5 章 5.3.2 に示す方法に加え，水溶液に 6.3.1 のものを 5g ずつ溶かしたものを使用する． 241 6.3.4 結果と考察 pH 実験での各種名称では，圧縮率のものに加え各 pH の値を表記する．pH は酸性を I， 中性を VII，アルカリ性を XI とする．圧縮率 0%を S00I，S00VII，S00XI，圧縮率 40%を S40IS，40VII，S40XI，圧縮率 60%を S60I，S60VII，S60XI と表現する． pH の違いが浸透性に及ぼす影響について考察する．まず図 6-14 図 6-15 図 6-16 左は木 口からの距離ごとにシアン値がどれほど出てきているのかを示しており，シアン(%)が高い ほど断面は色材が濃く浸透していることを表している．また，各面の染色具合を折れ線グ ラフで表現しているため，傾きが水平なものほど均一な染色具合だと判断することも可能 である． グラフを見ると，圧縮率 0%のものでは S00I がより良いが 10mm~50mm に到達するま での傾きが大きく 17%ほどシアン値の減少が見られた．S00VII と S00XI は 20mm 時に大 きく減少が見れれるが，20mm~50mm にかけては S00VII が 4%，S00XI は 8%と，S00I に比べあまり減少しなかった．一番良い結果の S00I はより良く染まっている 10mm 時で も 57.5%とあまり色材の浸透が見られなかった． 圧縮率 40%のものは，S40XI でより高いシアン値が得られており， 10mm の時には約 73%と高い値になった．だが，20mm からの減少が激しく，10mm~20mm までで約 13% 減っており，10mm~50mm で見ると 33%も減少した．S40XI と同様に S40VII も 20mm からの減少が見られ，10mm~50mm では約 22%減少している．一方の S40I は，グラフを 見ると，傾きが緩やかで徐々に減少していることがわかる．10mm~50mm に到達するまで に約 13%減少となった． 圧縮率 60%のものは全体的に高いシアン値となった．その中でもより良いものは，S60XI で約 73%となった．10mm~50mm では 4%程度減少が見られたが，圧縮率 0%，40%に比 べて均一に染まった．他の 2 種も同様に均一に染まり，2 種共に約 77%となっている．S60I は 10mm~50mm にかけて約 14%減少，S60VII は約 12%減少と圧縮率 0%，40%に比べて 均一に染まっている． 次に図 6-14 左は先ほどのグラフの距離ごとの値を平均化したもので，木材全体でシアン (%)を確認することができる． 圧縮率 0%では，最も低い S00VII は約 24%となっており、最も良い結果の S00I は S00VII の 2 倍になっている．だが，この数値では実用化はできない． 圧縮率 40%では，S40XI が最も良く染まっており，約 56%となった．一方，S40I は約 44%となっている． 圧縮率 60%に関しては，圧縮率 0%，40%に比べ高い数値が得られた．最も良いものは S60XI で，約 72%．最も低いものでも S60I の約 67%であった．S60XI と S60I の差は 5% で，圧縮率 0%，40%に比べても pH にほぼ関係なく染まっていることがわかる． 次に図 6-14 図 6-15 図 6-16 右は先ほどのグラフの距離を平均化したもので，木材全体で シアン(%)確認することができる．圧縮率 0%の時には，S00I が最もよく，最も低い S00VII 242 の 2 倍になった． 圧縮率 40%では S40XI が最も良い値となったが，最も低い S40I との差は 12 となってお り，大きな差はなかった． 圧縮率 60%に関しては全体的に 70%前後になっているため，より良く染まったと考える． 試験条件の違いが均衡性に及ぼす影響について考察する．まず図 6-17，図 6-18，図 6-19 左の距離によるばらつき影響 10mm~50mm は，木口からの距離ごとにシアン値のばらつき を示しており，数値が低いほど木材内の色は単色に近い色合いとなる． まず，圧縮率 0%のグラフでは，10mm 時は S00I が最も低い値となった．だが， 10mm~50mm で見ると，30mm からばらつきが増えている．S00VII に関しては，30mm から減少が見られるが図 6-8 と一緒にグラフを見ると，あまり色が入っていない．このこと からシアンの値が小さいものもばらつきが低い値になると考える． 圧縮率 40%は，S40I の数値が高くなっており 13 だった．図 6-9 を見ても，右の上部の 染まりが悪いので数値に反映されたと考える．最も低いのは S40XI で，約 2 になっている． これは，同木口内で同じような色合いで染まっていることがわかる．だが徐々に増え 40mm には約 8 にまで上昇が見られた．S40VII は 10mm~20mm 間で 3 上昇しているものの， 20mm~50mm に至るまでの変化はなかった． 圧縮率 60%は，10mm 時には 3 種とも大差なく，ばらつきが少ない．だが，10mm~50mm 50mm で見てみると，S60I が徐々にばらついてきている．10mm のときは約 2 だったものが， のときには，約 10 にまでなっている．一方，一番低い値となったのは S60VII で，20mm の時に数値は上がったものの，50mm の時には，2 になっている．10mm~20mm になった 時には染まりが悪くなった様に思えるが，30mm~50mm にかけては同木口面内でのばらつ きが少ないことがわかる． 次にばらつき平均は，先ほどの 10mm~50mm のグラフの距離を平均化したもので，木材 全体でばらつきを確認できる．グラフを見ると，圧縮率 0%時には S00I が最も高い値で約 8 となっているが，他の 2 種とは 2 ほどしか差がない． 圧縮率 40%は S40I の値が大きく約 12 となった．最も低い S40XI の 2 倍となった． 圧縮率 60%は全体的に低い値となったが，最も低いものが S60VII の 2 だった．S60I は S60VII に比べ 2 倍となったが，5 前後なので今回の実験では，ばらつきは少ないものとな った． これらのことから，木材圧縮をしない場合には，酸性水溶液が最もよく染まり，木材圧 縮を行う場合にはアルカリ性水溶液が染まることがわかった．圧縮率が上がることで，水 溶液の浸透性も変化し，より浸透することからだと考える．尚且つ，序言でも述べたよう に，アルカリ性はリグニンを溶かす性質があることから，細胞壁を破壊したことでより染 まったのではないかと考える． 243 図 6-8 圧縮率 0%時の各面写真と 9 ブロック平均 244 図 6-9 圧縮率 40%時の各面写真と 9 ブロック平均 245 図 6-10 圧縮率 60%時の各面写真と 9 ブロック平均 246 図 6-11 デジタル顕微鏡 2500 倍で撮影した 0%時の各木口面 247 図 6-12 デジタル顕微鏡 2500 倍で撮影した圧縮率 40%時の各木口面 248 図 6-13 デジタル顕微鏡 2500 倍で撮影した 60%時の各木口面 249 距離による浸漬影響 pH 100 80 80 60 シアン（%） シアン（%） 100 40 浸漬平均 pH 60 40 20 20 0 10mm 20mm S00Ⅰ‐1 30mm S00Ⅶ‐1 40mm 0 50mm S00Ⅰ‐1 S00XI‐1 S00Ⅶ‐1 S00XI‐1 図 6-14 圧縮率 0%時の距離による浸漬影響(左)と平均(右) 距離による浸漬影響 pH 100 80 80 60 シアン（%） シアン（%） 浸漬平均 pH 100 40 20 60 40 20 0 10mm 20mm S40Ⅰ‐1 30mm 40mm S40Ⅶ‐1 S40XI‐1 0 50mm S40Ⅰ‐1 S40Ⅶ‐1 S40XI‐1 図 6-15 圧縮率 40%時の距離による浸漬影響(左)と平均(右) 距離による浸漬影響 pH 100 80 80 60 シアン（%） シアン（%） 浸漬平均 pH 100 40 60 40 20 20 0 10mm 20mm S60Ⅰ‐1 30mm 40mm S60Ⅶ‐1 S60XI‐1 0 50mm S60Ⅰ‐1 S60Ⅶ‐1 図 6-16 圧縮率 60%時の距離による浸漬影響(左)と平均(右) 250 S60XI‐1 距離によるばらつき影響 pH 25 20 20 ばらつき（σ） ばらつき（σ） 25 15 10 5 ばらつき平均 pH 15 10 5 0 10mm 20mm S00Ⅰ‐1 30mm 40mm 50mm 0 S00Ⅰ‐1 S00XI‐1 S00Ⅶ‐1 S00Ⅶ‐1 S00XI‐1 図 6-17 圧縮率 0%時の距離によるばらつき影響(左)と平均(右) 距離によるばらつき影響 pH 25 ばらつき平均 pH 25 20 ばらつき（σ） ばらつき（σ） 20 15 10 5 15 10 5 0 10mm 20mm S40Ⅰ‐1 30mm 40mm 50mm 0 S40Ⅰ‐1 S40XI‐1 S40Ⅶ‐1 S40Ⅶ‐1 S40XI‐1 図 6-18 圧縮率 40%時の距離によるばらつき影響(左)と平均(右) 距離によるばらつき影響 pH 25 20 20 ばらつき（σ） ばらつき（σ） 25 15 10 5 ばらつき平均 pH 15 10 5 0 10mm 20mm S60Ⅰ‐1 30mm S60Ⅶ‐1 40mm 50mm 0 S60Ⅰ‐1 S60XI‐1 S60Ⅶ‐1 図 6-19 圧縮率 60%時の距離によるばらつき影響(左)と平均(右) 251 S60XI‐1 6.4 事前処理による木材への浸透性 6.4.1 使用機器 使用機器は 5.2.1 で使用したもの，圧縮実験の 6.2.1 で使用した熱プレス機と 6.3.1 で使 用したものに加え以下のものを使用した． 図 6-20 大阿蘇ロングライフ牛乳 図 6-20 6.4.2 牛乳 供試材料 実験に使用する木材は，事前処理として，牛乳に浸したものを，圧縮実験の 6.4.2 に示し た方法で圧縮木材を作る．また，水溶液については 6.3.2 で使用したものを使用する． 6.4.3 実験手順 アルミ製バットに木材を並べ木材全面が浸る程度まで牛乳を流し込む．その後，回転と 浮上を防ぐためスペーサーを使用し，20 日間冷蔵庫内で保管を行った．その後，6.2.3 に示 した方法で実験する． 6.4.4 結果と考察 事前処理実験での各名称は，圧縮率のものに加え各 pH の値，タンパク質の t を表記する． pH は酸性を I，中性を VII，アルカリ性を XI とする．圧縮率 0%を S00tI，S00tVII，S00tXI， 圧縮率 40%を S40tI，S40tVII，S40tXI，圧縮率 60%を S60tI，S60tVII，S60tXI と表現 する． 事前処理が浸透性に及ぼす影響について考察する．まず，図 6-27 図 6-28 図 6-29 左は木 口からの距離ごとにシアン値がどれほど出てきているのかを示しており，シアン(%)が高い 252 ほど断面は色材が濃く浸透していることを表している．また，各面の染色具合を折れ線グ ラフで表現しているため，傾きが水平なものほど均一な染色具合だと判断することも可能 である． グラフを見ると圧縮率 0%時には，pH による違いは見られなかった．だが，10mm~50mm でのシアン値の減少が大きく見られた．10mm 時には 3 種とも約 40%あったものが，50mm には約 0%となっている．このことから，圧縮していないものに関してはタンパク質の分子 が大きく木口から 10mm までしか浸透せず，タンパク質がせき止めたことで，内部まで浸 透しなかったと考える．だが，図 6-8 と図 6-23 の写真での 10mm を比較してみると，事前 処理を行ったものの方が青の色合いがまろやかになったように思える． 圧縮率 40%時には，S40tI が最も良い値となったが，3 種とも大きな差は生じなかった． だが，S40tXI が 20mm~30mm での減少が見られた．全体的に 25%前後減少していること から，こちらもタンパク質がせき止めたことが原因であると考える． 圧縮率 60%時では，事前処理を行うに際して，タンパク質と酸性で化学結合が起こるこ とを狙いとしていた．実際に，最も良いものは S60tI となった．10mm 時には 73%となり， 次に良い S60tVII よりも約 11%大きい値となった．だが，こちらも 10mm~50mm で見る と約 4 割減少した．最も悪い結果となったのが S60tXI で，10mm 時には約 62%と，S60tVII との差はないものの，10mm~20mm 間で 5 割減少した．50mm 時には S60tVII との差は 小さくなったが，全体の差は大きいものになった．このことに関しては，酸性のように化 学結合できずに，粒子が浸透せずに起こったものだと考える． 次に，試験条件の違いが均衡性に及ぼす影響について考察する．まず図 6-30，図 6-31， 図 6-32 左の距離によるばらつき影響 10mm~50mm は，木口からの距離ごとにシアン値の ばらつきを示しており，数値が低いほど木材内の色は単色に近い色合いとなる． まず，圧縮率 0%のグラフでは，S00tI の値が高いものの，20mm 時には 3 種とも 10 前 後となっている．そして 20mm 時からの低下がみられるが、染色が弱く色材の色が薄かっ たため，減少したものだと考える． 圧縮率 40%では，圧縮率 0%のものと比べてもわかるように距離が遠くなるにつれて値が 大きくなっている．これは，青色が木口の大半を占めており，尚且つ染まっていない部分 があるということになる．S40tXI は最も大きな値となり 10mm 時が 2 なのに対し 50mm は約 17 と 15 も増大した．他の 2 種は同等の結果となった． 圧縮率 60%は，10mm 時の結果は良いものの，10mm 以降の増大が大きい．最も悪かっ たものが S60tI で 10mm のときには約 4 だったものが 50mm になると 5 倍の約 20 となっ た．10mm の時には均一に染まっていたものが 20mm から染まっていない部分が増えたこ とがわかる．S60tVII に関しても，図 6-24 を見てわかるように，20mm から下半分染まっ ていない．このことが数値に現れたのだと考える． 次にばらつき平均は，先ほどの 10mm~50mm のグラフの距離を平均化したもので，木材 253 全体でばらつきを確認できる．圧縮率 0%では，3 種とも 5 以下となっているが，数値化が できていなかった． 圧縮率 40%は S40tXI で約 11 となっている．これは最も低い S40tVII の約 2 倍にもなっ ている． 圧縮率 60%は，染まっていない部分と染まっている部分の差が大きかったため，3 種と も 10～15 大きな数値になった． これらのことから，事前処理は木口からの距離が近いものに関しては，均一に染まって いることがわかった． 図 6-33，図 6-34，図 6-35 は，事前処理の有無が及ぼす浸透性のグラフで，左が 10mm のみでの比較，右が全体の平均の比較となっている．図 6-33 左のグラフを見ると，圧縮率 40%，10mm での比較では事前処理を行わなかったものに比べ 21%ほど良い結果となった． これは酸性とタンパク質が化学結合した結果ではなきかと考える．図 6-34 左のグラフでは， 圧縮率に関係なく事前処理を行ったものの方が良い結果となった．図 6-35 左のグラフは， 圧縮率 60%のみが事前処理を行わないものの方が良い結果となり，アルカリ性とタンパク 質の相性が悪いように見受けられる． 次に図 6-33 右のグラフでは全体的に数値が落ち込んでいる．平均にしたことで染まって いない部分の影響が大きく出たと考える．図 6-34 右のグラフ，図 6-35 右のグラフは，よ く似ている．だが，図 6-35 の圧縮率 60%の傾きが大きい．全体を見ると，40%のもの以外 は事前処理を行わない方が良い結果となった．その中でも，圧縮率 40%の酸性が染色には 効果的のようだ． 図 6-36，図 6-37，図 3-38 は，事前処理の有無が及ぼす均衡性の影響で，左が 10mm の みでの比較，右が全体の平均の比較となっている．グラフを見ると，図 6-36，図 6-37，図 3-68 の 3 種とも事前処理を行ったものの，圧縮率 40%の値が事前処理をしなかったものに 比べ低くなった．このことから，均一に染まったと考えられる．だが圧縮率 60%になると ばらつきも増える． 次に図 6-36，図 6-37 ではこちらも圧縮率 40%のものの結果が良かった．タンパク質を付 着させることで染まりにくかった部分も染まったのではないかと考える．こちらも圧縮率 60%のものはばらつき(σ)の値は増加した．図 6-38 では 10mm の際には結果が良かった圧 縮率 40%も事前処理を行うとばらつきが増加した．圧縮率 0%のものが全体的に減少傾向に あるのは，染まらなかったことが原因である． 254 図 6-21 圧縮率 0%時の各面写真と 9 ブロック平均 255 図 6-22 圧縮率 40%時の各面写真と 9 ブロック平均 256 図 6-23 圧縮率 60%時の各面写真と 9 ブロック平均 257 図 6-24 デジタル顕微鏡 2500 倍で撮影した 0%時の各木口面 258 図 6-25 デジタル顕微鏡 2500 倍で撮影した 40%時の各木口面 259 図 6-26 デジタル顕微鏡 2500 倍で撮影した 60%時の各木口面 260 浸漬平均 pH 距離による浸漬影響 pH 100 80 80 60 シアン（%） シアン（%） 100 40 60 40 20 20 0 10mm 20mm S00tⅠ‐1 30mm S00tⅦ‐1 40mm 50mm 0 S00tⅠ‐1 S00tXI‐1 S00tⅦ‐1 S00tXI‐1 図 6-27 圧縮率 0%時の事前処理の距離による浸漬影響と浸漬平均 浸漬平均 pH 距離による浸漬影響 pH 100 80 80 60 シアン（%） シアン（%） 100 40 60 40 20 20 0 10mm 20mm S40tⅠ‐1 30mm S40tⅦ‐1 40mm 50mm 0 S40tⅠ‐1 S40tXI‐1 S40tⅦ‐1 S40tXI‐1 図 6-28 圧縮率 40%時の事前処理の距離による浸漬影響と浸漬平均 浸漬平均 pH 距離による浸漬影響 pH 100 80 80 60 シアン（%） シアン（%） 100 40 60 40 20 20 0 10mm 20mm S60tⅠ‐1 30mm S60tⅦ‐1 40mm 50mm 0 S60tⅠ-1 S60tXI‐1 S60tⅦ-1 図 6-29 圧縮率 60%時の事前処理の距離による浸漬影響と浸漬平均 261 S60tXI-1 距離によるばらつき影響 pH 25 20 20 ばらつき（σ） ばらつき（σ） 25 15 10 5 ばらつき平均 pH 15 10 5 0 10mm 20mm S00tⅠ‐1 30mm 40mm 50mm 0 S00tⅠ‐1 S00tXI‐1 S00tⅦ‐1 S00tⅦ‐1 S00tXI‐1 図 6-30 圧縮率 0%時の事前処理時の距離によるばらつき影響とばらつき平均 距離によるばらつき影響 pH 25 20 20 ばらつき（σ） ばらつき（σ） 25 15 10 5 ばらつき平均 pH 15 10 5 0 10mm 20mm S40tⅠ‐1 30mm S40tⅦ‐1 40mm 50mm 0 S40tⅠ‐1 S40tXI‐1 S40tⅦ‐1 S40tXI‐1 図 6-31 圧縮率 40%時の事前処理時の距離によるばらつき影響とばらつき平均 距離によるばらつき影響 pH 25 20 20 ばらつき（σ） ばらつき（σ） 25 15 10 5 ばらつき平均 pH 15 10 5 0 10mm 20mm S60tⅠ‐1 30mm S60tⅦ‐1 40mm 50mm 0 S60tⅠ‐1 S60tXI‐1 S60tⅦ‐1 S60tXI‐1 図 6-32 圧縮率 60%時の事前処理時の距離によるばらつき影響とばらつき平均 262 事前処理によるシアンの影響 圧縮率 事前処理によるシアンの影響 圧縮率 80 80 シアン（%） 100 シアン（%） 100 60 40 60 40 20 20 0 0 事前処理なし 0% 事前処理なし 事前処理あり 40% 0% 60% 事前処理あり 40% 60% 図 6-33 事前処理による酸性の浸漬影響 10 ㎜時(左)と平均(右)比較 事前処理によるシアンの影響 圧縮率 事前処理によるシアンの影響 圧縮率 80 80 シアン（%） 100 シアン（%） 100 60 40 20 60 40 20 0 0 事前処理なし 0% 事前処理あり 40% 事前処理なし 60% 0% 事前処理あり 40% 60% 図 6-34 事前処理による中性の浸漬影響 10 ㎜時(左)と平均(右)比較 事前処理によるシアンの影響 圧縮率 事前処理によるシアンの影響 圧縮率 80 80 シアン（%） 100 シアン（%） 100 60 40 60 40 20 20 0 0 事前処理なし 0% 事前処理なし 事前処理あり 40% 0% 60% 事前処理あり 40% 60% 図 6-35 事前処理によるアルカリ性の浸漬影響 10 ㎜時(左)と平均(右)比較 263 25 20 20 ばらつき（σ） ばらつき（σ） 事前処理によるばらつき影響 圧縮率 25 15 10 事前処理によるばらつき影響 圧縮率 15 10 5 5 0 0 事前処理なし 0% 事前処理なし 事前処理あり 40% 0% 60% 事前処理あり 40% 60% 図 6-36 事前処理による酸性のばらつき影響 10 ㎜時(左)と平均(右)比較 事前処理によるばらつき影響 圧縮率 25 20 20 ばらつき（σ） ばらつき（σ） 事前処理によるばらつき影響 圧縮率 25 15 10 5 15 10 5 0 0 事前処理なし 0% 事前処理なし 事前処理あり 40% 0% 60% 事前処理あり 40% 60% 図 6-37 事前処理による中性のばらつき影響 10 ㎜時(左)と平均(右)比較 事前処理によるばらつき影響 圧縮率 25 20 20 ばらつき（σ） ばらつき（σ） 事前処理によるばらつき影響 圧縮率 25 15 10 15 10 5 5 0 0 事前処理なし 0% 事前処理なし 事前処理あり 40% 0% 60% 事前処理あり 40% 60% 図 6-38 事前処理によるアルカリ性のばらつき影響 10 ㎜時(左)と平均(右)比較 264 6.5 まとめ 今回の実験では，圧縮率が高いものほどより良い結果になった．このことから圧縮は染 色に有効であることがわかる．pH に関しては，圧縮率 60%のものとアルカリ性の相性がよ く，復元過程でアルカリ性が木材の細胞壁を破壊しつつ浸透していると考える．事前処理 に関しては，酸性 40%との相性がよく，事前処理を行わなかったものよりも事前処理を行 ったものの方が良い結果が出た．このことから，事前処理は染色に有効であると考える． 265 7章 7.1 色の違いによる木材への浸透性 緒言 ここまでの実験に使用した色材は，すべて青色 1 号とした．その理由として，青色は自 然界の木材には存在せず，また染色具合が最も優れていた点からである．ここでは青色 1 号以外に水性ステインを用意し，青色 1 号以外の色材ではどのような結果になるのかを考 察した． 7.2 使用機器 使用機器は 5 章 5.2 で使用したものと 6.3.1 で使用したものに加え図 7-1 を使用した． 図 7-1 7.2.1 水性ステイン 実験手順 アルミ製バットに浄水 1ℓを入れ，その中に色材を 5g 溶かしたものを水溶液とする．色材 が完全に溶けたら，供試木材を 2 本ずつ入れる．この時 5 章図 5-2 のスペーサーを使用し， 木材の浮上を防ぐ．また，同時に液内での回転を防ぎ上面を固定する役割を持つ．その後 恒温恒湿槽内で 7 日間保管し，木材内部に色材をいきわたらせる． 7.2.2 結果と考察 今回の実験では，染料に市販品の水性オイルステインを使用した．市販の染料には，定 着剤が入っている．この定着剤は分子が大きいため，木材内部への浸透は見込めないのだ が，食紅を使用したものは昨年度の実験で色移りが多く見られたため，定着剤入りの染料 を使用しようと考えた． 図 7-2，図 7-3，図 7-4 を見てわかるとおり，内部への浸透が見られなかった．だが，図 266 7-3 の S40VII，S40XI では，少量ではあるが青色が入っているのだが，数値として表れな かった．これは，写真を 9 ブロックに加工を行うにあたり，周囲の染まっていない部分を 含んでおり，染まっている部分よりも染まっていない部分のほうが大半を占めているため このような結果になったと考える．アルカリ性に関しては全体的に黒色のような染まり方 をしているが，これはアルカリ性が木材に影響を及ぼしていると考える． 図 7-2 圧縮率 0%時の各面写真と 9 ブロック平均 267 図 7-3 圧縮率 40%時の各面写真と 9 ブロック平均 268 図 7-4 圧縮率 60%時の各面写真と 9 ブロック平均 269 図 7-5 圧縮率 0%時の各面写真と 9 ブロック平均 270 図 7-6 圧縮率 40%時の各面写真と 9 ブロック平均 271 図 7-7 7.3 圧縮率 60%時の各面写真と 9 ブロック平均 まとめ 市販の染料には定着剤が入っているために，全く染まらなかった．水溶液の濃度を食紅 に合わせ 0.5%で実験を行ったことも染まらなかった原因であると考える．今後は濃度変更 を考える必要がある． 272 8章 評価方法 8.1 緒言 ここまで行ってきた実験を章 3 に示す方法で，データを作成した後，実用できる程度に なったのかを評価していく．評価方法は加点法とし，昨年作成された評価基準の他に，本 年度も新たに評価基準を定めた．評価基準は以下の通りとする． 8.2 評価基準 評価基準は 3 章の 3.6 を使用し行う．この際，より良いものを○，まずまずを△，悪いも のを×とし，○は 2 点，△は 1 点，×は 0 点の加点方式で評価し，得点が高いものほどよ り良い染色だと判断する． 8.3 結果と考察 試験条件すべての浸透性に及ぼす影響について考察する．昨年度と本年度のどちらにも 適合するものを○とし，本年度の基準にのみ適合するものを△とする. シアン(%)が低いも のでも評価対象になるため，均一に浸透していることと判断することが可能である．昨年 度の基準である±5 以内に当てはまるものはなく，本年度に定めた基準の±15 以内に当て はまったものは S00XI，S40VII，S60I，S60VII，S60XI の 5 種が△であった．S60 の 3 種に至っては，高いシアン値が表れているため，より良い結果だったことが見て取れる． 他の 2 種は，シアン%は低いものの，均一に染色されているということがわかる． 次に浸漬平均は，浸透性に及ぼす影響の距離を平均化したもので，木材全体でのシアン (%)を確認することができる．昨年度と本年度のどちらにも適合するものを○とし，本年度 の基準にのみ適合するものを△とする．昨年度の基準に適合したものは S60XI のみだった． これは，水溶液の濃度変更を行ったことが原因であると考える．本年度の基準では S60 の 3 種が適合しており，圧縮率が高いものほどより良い結果になることがわかる． 試験条件すべての均衡性に及ぼす影響について考察する．こちらも昨年度と本年度のど ちらにも適合するものを○とし，本年度の基準にのみ適合するものを△とする.距離による ばらつきに関しては，昨年度の基準に適合するものはなかった．本年度の基準には S00I， S00XI，S40I，S40VII，S60VII，S60XI の 6 種が適合した．これには規則性が無いため， 実験を重ねる必要がある． 次にばらつき平均は，均衡性に及ぼす影響を平均化したもので，木材全体のばらつきを 確認できる． こちらも，昨年度の基準に適合するものはなかった．本年度の基準には S60VII， S60XI，S60tI，S60tVII，S60tXI の 5 種が適合した．だが，S60t の 3 種は染まりが悪か ったため，評価にも影響したものだと考える．S60VII，S60XI の 2 種は染まりも良く，距 離によるばらつき影響でも△だったことから，ばらつき平均でも適合したものだと考える． 273 ばらつきに関しては，染まりが悪かったものも数値が低くなったため，染まっていない ものでも△がついてしまった．写真との比較を行い，評価する必要があると考える． S00Ⅰ-1 S00Ⅶ-1 S00XI-1 S40Ⅰ-1 S40Ⅶ-1 S40XI-1 S60Ⅰ-1 S60Ⅶ-1 S60XI-1 S00tⅠ-1 S00tⅦ-1 S00tXI-1 S40tⅠ-1 S40tⅦ-1 S40tXI-1 S60tⅠ-1 S60tⅦ-1 S60tXI-1 距離による浸漬影響 浸漬平均 距離によるばらつき ±5%以内 ±15以内 70%以上 ±5%以内 ±1以内 5以下 × × × × × △ × × × × × × × △ × × × △ × △ × × × △ × × × × × △ × × × × × × × △ × △ × × × △ × △ × △ × △ ○ ○ × △ × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × ばらつき平均 1以下 5以下 × × × × × × × × × × × × × × × △ × △ × △ × △ × △ × × × × × × × × × × × × 得点 1 0 2 2 1 0 2 3 7 1 1 1 0 0 0 0 0 0 図 7-8 評価結果 3.4 まとめ 今回の実験では，S60XI の得点が最もよく 7 点となった．だが，全評価で○になると 16 点が最大であることから，まだ得点は低く，実用には難しい．得点のみを見ると S60 の結 果が全体的に良いことから，木材圧縮は染色に効果があることが図 7-8 で読み取ることがで きる． 274 結言 今回の実験は，昨年度との相違が多数ある．昨年度の水溶液濃度は 1%だったものに対し， 昨年度の実験の結果から水溶液濃度を 0.5%に変更を行った．昨年度は，濃度が濃かったせ いかシミができ，色移りが見られていたが，濃度を下げることでシミが解消し，色移りも 軽減された．そして，昨年度には効果があるとされていた圧力実験を取りやめた．理由と しては圧力鍋内部の圧力を計測する装置が本校になかったため断念せざるを得なかった． そして、昨年度は同水溶液に 3 本の木材を含浸していたが，本年度は予備実験の結果，1m の木材から採取した木材は，同水溶液に含浸しても同じような結果になることがわかり本 年度から水溶液 1 種に木材 2 本での実験を行った． 今回の結果に関しては，圧縮率が高いものが良い結果となり，アルカリ性も効果がある ことがわかった．序言でも述べたようにアルカリ性にはリグニンを溶かす性質があり，圧 縮率が大きいものほど水溶液が浸透していくのではないかと考える．このことから圧縮率 60%のアルカリ性の結果が最も優れた結果となった．事前処理に関しては数値としての結果 は得られなかったが，目視で木口を確認するとわかるよう，食紅のみよりも事前処理を行 った方が，年輪にも染まりまろやかな色合いになった．だが，事前処理に牛乳を用いたこ とからにおいの問題や腐食の問題がある．今後，事前処理を行うにあたってはプロテイン などの無臭のものを使用し，実験を行うことでにおいや腐食の軽減が図れるのではないか と考える． 本実験は，オリジナル測色技法の結果と写真との整合性がどれほどあるのかを確認する ことを目的に，数々の実験結果を評価してきた．総評すると，数値で示した結果は木材の 木口写真に良く現れていた．このことから，目視や測色計に頼らないオリジナル測色技法 は染色の結果を数値として示すことができることを証明した． グラフは，距離による浸漬影響，ばらつき影響，浸漬平均，ばらつき平均，事前処理有 無での比較の 5 種類作成したが写真と同様の結果を示しているわけではなかった．そのた め，更なる正確性の向上を図るべく，木口面の色分布や傾向から染色結果に近いグラフを 選ぶ必要がある．グラフによっては染色具合との相互性に矛盾が生じるものもあるので， 的確な判断が重要である．ただし，均一に染色されていないものは木口内で色が分散して いるので，木口面の分割数をさらに細分化するとより結果が正確になると思われる．また， 確実に染色されたものとまったく染色されていないものは，写真で見れば一目瞭然だが， ばらつきの値は同じく出てしまう点については改善が欲しい． 今回使用した青色 1 号は，昨年度の結果通り浸透性が良かった．しかし，実際の木材 染色に利用される可能性は極めて低い．今後実験を進めていくうえで，いつかは木材専用 の染料を利用し，より実践的な実験を行う必要があるかもしれない．また，今回は木口使 いができるような大断面木材の染色を試みたが，完璧に染色されていない点についての改 善をしなければ，利用は不可能である． 275 参考文献 1)木材の染料注入試験 布村昭夫，大山幸夫，斉藤光雄 2)木材の染色に関する研究 浅田文仁，福田聡史，太田幸伸 3)高圧水蒸気処理による木材の着色 北嶋倭朗，大野善隆，佐藤幸吉郎，古曳博也，阿部優 4)針葉樹植林木染色技術の開発 柴田美代子，福田聡史，太田幸伸，寺井 剛 5)イオン性天然色素の染着性とその向上の試み 中山由夏 6)測色方法 Mottai-Navi 7)針葉樹合板を理解するために 日本合板工業組合連合 8)木材細胞壁の微細構造 原田浩 9)針葉樹仮道管における壁孔の分布と形態 瀧澤忠昭 10)木材への水の透過性におよぼす樹脂道の影響 林昭三，貴島恒夫 11)色表現 畔上秀幸：名古屋大学情報科学研究科複雑系科学専攻 12)測色の基礎 SAKATA INX ENG.CO.，LTD. 13)浸透圧と透析 野島 高彦 14)熱処理による圧縮変形の永久固定 井上雅文，則元京 15)平成 23 年 木材需給表 林野庁企画課 16)第 136 回木質構造研究会｢国産材 2×4 材｣ 林野庁木材産業課長 渕上和之 17) スギの組織構造及び力学的特性の樹幹内変動 田所岡尚樹，小泉章夫，朱健軍 276 18) アルカリ処理による形状変化を用いた木材の利用技術 利用部物性利用科 石倉由紀子 19)全国木材組合連合会，木材の需要状況について http://zenmoku.jp/ 20) 手作り木工家具の大竹工房 ｢木と木工のお話:その 3｣ http://www5f.biglobe.ne.jp/~woodwork/index.html 21)フォトショップの使い方．初心者のため！ ｢カラーモードの RGB と CMYK とは？｣ http://www.photoshop-t.com/ 22)MOKUZAI.com http://www.mokuzai.com/ 23)FUJISHO CO.，LTD 樹脂注入処理木材「Si-WPC」 http://www.fujisho.info/index.html 24)日本木材総合情報センター http://www.jawic.or.jp/ 25)木材の染色と評価技法の開発(平成 24 年度) 市川英作 入沢雄太 後藤優太 鴇崎壮大 仲山直也 米川愛美 26)セルロース http://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%82%BB%E3%83%AB%E3%83%AD%E3%83%BC% E3%82%B9 27)染料の種類 http://www.ecosci.jp/color/dye.html 277 付録 ・測定結果全データ 1 S 2 3 染色後 染色前 ッ サ ブ 試 ン ロ 験 プ 体 ル ク 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 2 3 4 5 6 7 8 9 C 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 M 17 18 18 19 19 18 17 16 18 17 19 18 17 20 18 17 18 17 17 19 19 17 20 20 18 19 18 Y 37 39 40 41 41 39 37 38 40 36 39 40 37 41 40 38 40 36 37 41 41 38 43 43 40 41 40 10mm K 31 33 35 34 33 33 33 33 31 31 31 31 31 31 32 32 31 32 33 33 31 32 36 36 32 33 35 C 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 M 18 19 17 9 18 18 20 21 21 17 18 19 16 18 17 15 15 17 18 17 17 19 19 18 17 18 20 Y 41 42 38 42 43 42 45 45 46 42 43 44 40 43 43 37 39 39 36 36 35 40 41 39 36 40 42 20mm K 28 27 24 27 27 27 26 27 29 18 19 19 17 18 19 17 19 20 17 17 18 22 21 20 19 21 23 C 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 M 17 19 18 15 17 20 17 16 17 15 17 17 15 17 17 16 16 17 17 17 17 18 19 18 17 18 19 Y 37 40 41 34 37 42 36 37 36 36 38 39 36 39 40 38 38 38 36 36 35 40 40 39 36 39 42 30mm K 25 26 25 24 24 26 22 24 24 16 16 16 15 16 17 18 18 19 18 18 18 21 20 20 19 21 23 278 C 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 M 21 20 19 20 21 22 18 19 20 15 18 18 17 18 18 18 18 18 19 20 21 20 20 21 18 20 19 Y 45 44 41 44 46 48 37 41 45 35 39 39 38 40 39 39 39 39 39 41 42 41 42 44 39 41 42 40mm K 29 28 25 27 29 28 23 26 27 15 16 16 16 17 17 18 18 18 19 19 20 22 22 21 20 22 24 C 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 M 18 19 20 19 19 20 18 18 18 16 18 19 17 19 19 18 18 18 18 19 19 19 20 19 18 19 20 Y 38 39 40 37 40 42 36 39 39 36 39 40 38 42 41 39 40 39 36 38 38 39 42 40 37 40 41 50mm K 26 26 24 24 26 26 21 25 25 17 17 16 16 16 16 18 18 18 17 18 18 20 20 20 17 21 22 C 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 M 20 19 18 19 20 20 20 18 21 14 18 20 17 20 19 18 18 18 20 19 20 22 21 19 19 20 19 Y 43 39 39 40 44 44 39 40 43 35 39 41 39 44 42 40 40 39 41 38 41 45 44 40 41 42 42 K 29 26 24 26 27 26 24 25 25 16 16 16 17 18 17 19 18 18 20 18 18 23 22 19 21 21 22 1 S00I-1 2 1 S00VII-1 2 1 S00XI-1 2 染色後 染色前 ッ サ ブ 試 ン ロ 験 プ 体 ル ク 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 2 3 4 5 6 7 8 9 C 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 M 14 13 16 16 14 14 15 15 15 14 13 16 16 14 14 15 15 15 14 13 16 16 14 14 15 15 15 14 13 16 16 14 14 15 15 15 14 13 16 16 14 14 15 15 15 14 13 16 16 14 14 15 15 15 Y 31 30 34 35 31 31 33 33 32 31 30 34 35 31 31 33 33 32 31 30 34 35 31 31 33 33 32 31 30 34 35 31 31 33 33 32 31 30 34 35 31 31 33 33 32 31 30 34 35 31 31 33 33 32 10mm K 28 27 27 29 26 26 25 24 26 28 27 27 29 26 26 25 24 26 28 27 27 29 26 26 25 24 26 28 27 27 29 26 26 25 24 26 28 27 27 29 26 26 25 24 26 28 27 27 29 26 26 25 24 26 C 70 59 49 49 67 59 56 53 56 50 56 48 50 57 53 47 41 51 29 44 45 29 32 48 33 32 58 23 28 47 29 23 48 36 29 53 33 52 36 34 37 47 33 39 52 34 53 31 30 39 47 32 36 55 M 21 17 12 12 20 16 17 15 17 11 15 10 3 15 14 9 9 15 2 7 6 1 0 7 3 3 11 0 0 9 0 0 11 1 1 15 0 6 1 0 0 7 0 2 9 0 8 1 0 2 7 0 2 11 20mm Y 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 3 1 0 4 5 0 0 0 0 2 0 0 3 1 0 1 0 0 2 0 0 4 0 0 2 0 0 K 38 30 32 32 32 29 27 31 36 35 33 29 34 30 30 36 32 34 35 35 35 32 33 35 31 33 39 40 38 31 36 31 29 38 33 31 45 42 35 42 37 34 41 36 35 42 39 30 38 36 34 38 37 36 C 59 53 40 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29 29 31 29 28 31 30 29 31 29 29 31 29 28 31 30 29 31 29 29 31 29 28 31 30 29 31 29 29 31 29 28 31 30 29 31 29 29 31 29 28 10mm K 22 22 21 21 21 20 21 20 18 22 22 21 21 21 20 21 20 18 22 22 21 21 21 20 21 20 18 22 22 21 21 21 20 21 20 18 22 22 21 21 21 20 21 20 18 22 22 21 21 21 20 21 20 18 C 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 M 13 14 14 16 17 15 18 19 16 15 14 15 14 16 15 17 16 16 11 13 13 13 13 13 14 15 13 8 10 11 8 10 9 8 9 12 11 11 10 11 9 10 13 13 11 15 13 13 13 14 14 16 16 15 Y 31 30 34 38 36 34 44 44 39 34 32 34 34 34 34 39 36 37 25 27 27 29 30 28 33 33 30 24 25 28 25 26 27 27 28 33 32 30 30 31 28 31 38 36 35 39 34 35 42 36 36 43 44 44 20mm K 13 10 12 14 13 13 20 18 18 13 11 12 13 12 12 17 15 16 11 10 10 13 11 11 21 17 16 23 18 19 22 20 23 29 24 23 24 25 23 28 25 26 29 30 31 27 27 26 30 30 29 32 33 35 C 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 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15 16 21 16 17 18 18 18 20 18 22 24 22 22 18 17 16 20 18 17 22 22 22 17 20 19 17 18 18 19 19 20 C 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 M 13 13 13 16 15 15 18 17 16 13 13 13 14 14 14 16 15 14 12 13 13 14 13 12 12 14 13 12 11 11 9 10 11 10 11 12 11 11 11 12 11 10 12 12 12 11 12 11 12 11 11 12 12 12 Y 29 28 29 34 32 32 39 38 35 29 28 27 31 31 30 36 32 32 25 27 27 31 30 28 30 32 30 27 25 25 23 24 26 26 27 28 26 27 26 27 26 26 30 31 31 26 27 26 27 26 26 28 29 30 50mm K 11 10 10 14 13 11 16 16 15 10 10 9 11 11 11 16 14 13 12 11 11 16 15 15 22 22 21 12 11 13 15 14 15 19 15 16 19 16 18 22 18 19 22 24 22 18 18 17 17 17 17 19 20 20 C 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 M 13 12 13 16 14 13 16 17 16 13 12 12 14 14 13 15 15 14 11 13 13 13 13 13 14 15 13 12 11 11 10 11 12 11 12 13 10 11 11 12 11 11 14 14 13 12 14 11 12 12 12 12 13 12 Y 27 27 27 34 31 29 35 37 34 29 27 27 30 30 29 32 32 30 25 27 27 29 29 28 33 33 30 27 24 25 25 26 26 28 27 28 25 26 27 28 26 26 34 34 31 28 30 27 28 28 28 29 31 32 K 9 9 9 13 11 9 14 14 13 9 8 7 10 10 9 12 11 10 11 10 10 13 11 11 21 17 16 11 10 11 13 10 11 16 13 12 18 17 17 22 18 17 23 22 20 18 17 15 17 18 19 18 18 22 1 S60tI-2 2 1 S60tVII-2 2 1 S60tXI-2 2 染色後 染色前 ッ サ ブ 試 ン ロ 験 プ 体 ル ク 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 2 3 4 5 6 7 8 9 C 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 M 13 15 15 13 14 14 14 14 15 13 15 15 13 14 14 14 14 15 13 15 15 13 14 14 14 14 15 13 15 15 13 14 14 14 14 15 13 15 15 13 14 14 14 14 15 13 15 15 13 14 14 14 14 15 Y 27 31 31 27 29 30 29 29 29 27 31 31 27 29 30 29 29 29 27 31 31 27 29 30 29 29 29 27 31 31 27 29 30 29 29 29 27 31 31 27 29 30 29 29 29 27 31 31 27 29 30 29 29 29 10mm K 14 15 16 14 16 17 15 16 17 14 15 16 14 16 17 15 16 17 14 15 16 14 16 17 15 16 17 14 15 16 14 16 17 15 16 17 14 15 16 14 16 17 15 16 17 14 15 16 14 16 17 15 16 17 C 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 M 16 17 15 18 20 19 19 20 19 13 15 16 15 16 16 13 13 14 10 11 12 10 12 16 10 13 13 10 11 13 8 10 13 10 11 14 7 8 10 7 10 12 5 8 11 7 8 8 8 8 10 8 8 9 Y 38 41 37 41 46 44 43 46 45 32 36 37 34 37 37 31 34 34 33 34 38 30 32 36 30 35 36 32 34 39 30 31 38 32 36 41 24 28 32 23 29 34 22 27 34 25 27 28 24 26 29 23 25 27 20mm K 21 25 25 20 22 24 20 22 26 16 16 18 15 16 17 15 17 18 31 35 36 29 33 33 27 32 31 30 34 36 30 35 35 29 33 36 27 31 31 24 25 28 27 28 32 29 29 30 25 25 25 23 24 28 C 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 M 14 15 14 13 15 13 14 13 13 13 13 13 14 16 15 13 14 13 10 11 10 10 12 11 9 10 10 10 10 9 9 11 10 9 12 11 8 10 9 8 10 11 8 10 12 9 12 10 8 10 11 9 9 10 Y 31 33 32 32 34 32 31 30 31 31 31 32 32 33 33 30 31 30 30 29 28 26 28 28 27 27 28 29 27 28 26 27 28 27 29 28 26 29 28 23 27 30 23 27 32 26 31 30 25 28 28 25 25 28 30mm K 15 16 17 15 14 16 13 13 15 16 16 18 13 14 15 15 14 14 25 29 27 23 25 27 23 25 26 24 25 25 22 23 25 21 23 25 25 27 28 20 21 23 22 20 25 27 26 27 23 23 20 21 20 22 290 C 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 M 13 14 13 14 15 15 12 13 13 14 15 13 15 15 14 13 14 11 11 11 10 10 11 11 11 12 11 10 11 11 9 11 12 10 12 10 10 11 10 9 11 12 8 10 10 10 14 11 10 12 12 9 10 12 Y 31 32 32 31 32 32 29 29 29 31 32 30 32 33 32 30 30 27 29 29 29 27 28 28 26 28 27 31 30 28 24 27 29 27 28 28 27 30 29 25 28 30 24 27 28 28 33 30 26 29 28 25 26 29 40mm K 17 16 17 15 13 15 13 13 13 15 15 15 15 14 13 15 13 13 27 29 29 24 27 27 21 23 24 28 27 27 25 25 25 24 24 25 25 27 27 21 20 21 22 20 22 28 26 27 22 22 22 21 20 22 C 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 M 12 13 13 13 14 14 12 13 12 11 13 12 14 13 12 12 12 12 14 12 10 17 12 12 12 9 10 9 12 11 10 10 12 10 10 10 10 11 10 9 9 12 9 10 12 10 14 13 9 12 11 9 12 12 Y 29 30 30 28 30 32 27 28 27 29 30 28 31 30 29 28 27 27 38 31 28 43 29 30 29 24 26 28 29 28 26 27 28 26 28 27 27 30 27 25 25 28 25 27 29 29 35 32 25 30 28 25 29 28 50mm K 16 15 15 13 13 13 12 11 12 18 15 14 14 12 12 15 13 12 56 33 29 56 26 27 31 24 23 24 24 26 22 22 22 21 22 23 25 26 25 20 20 18 19 19 20 25 23 22 21 20 19 22 18 19 C 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 M 13 14 13 15 15 14 15 13 12 12 14 13 14 15 14 12 13 12 11 12 10 10 12 12 10 10 11 10 14 13 10 17 12 11 13 9 8 10 9 8 11 11 9 11 11 12 15 12 10 12 11 8 11 11 Y 30 31 31 32 32 32 32 30 29 29 31 31 31 32 30 29 30 27 32 30 27 27 28 28 26 26 26 30 37 35 28 40 28 30 34 24 25 28 28 22 26 27 24 27 29 31 35 31 28 29 27 25 27 28 K 15 15 14 14 14 13 14 13 12 18 17 16 16 15 14 16 14 12 25 26 25 22 23 23 23 24 23 28 44 39 27 51 24 31 43 23 24 22 24 18 16 18 16 18 20 25 22 21 22 18 17 22 17 19 ・ポイント 1)木材の染料注入試験 布村昭夫，大山幸夫，斉藤光雄 ・心材は辺材に比較して溶液の注入が非常に困難であり，過酷な注入方法をもってして も横方向の浸潤あるいは色調等についていまだ不充分な点が残されている． ・注入前供試材の水分状態によって注入量，色調に大きく影響することも明らかであり， 加圧注入方法では人工乾燥材の方が染色しやすい． ・道産針葉樹は溶液の注入が非常に難しく，注入の可能性は現在のところ期待薄である が広葉樹においては，心材を除き注入染色の可能な樹種も多い． 2)木材の染色に関する研究 浅田文仁，福田聡史，太田幸伸 ・針葉樹植林木のチリ松に真空加圧含浸装置を用いて，減圧 34mmHg・30 分間，その 後加圧 0.7MPa・120 分間の条件で，染料とフェノール樹脂の混合物を同時に含浸させ た結果，全てにおいて中心部まで染料が含浸されていた． 3)高圧水蒸気処理による木材の着色 北嶋倭朗，大野善隆，佐藤幸吉郎，古曳博也，阿部優 ・木材を耐圧密閉容器に入れて，130℃～150℃(0.1MP～0.5MP)の範囲で 1～3 時間水蒸 気を注入した結果，処理時間が長いほど，そして処理温度が高いほど着色量が大きい． また，木口より 80mm 以上の内部は均一に着色されているのは，凝縮してできた水が ヘミセルロースの加水分解を促進したためと考えられる． 6)測色方法 Mottai-Navi ・測色方法は大きく視感測色と物理測色に分けられる．視感測色は人間の目を直接用い て図るものを総称したもので，JIS Z 8723：｢表面色の視感比較方法｣で規定されている． ・受光器を利用した刺激値直読法は，簡単な操作と短時間に比較的正確な測定ができ， 工業的に広く用いられている． 7)針葉樹合板を理解するために 日本合板工業組合連合 ・ほぼすべての木材は，幅 0.01～0.05mm，長さ 0.5～5mm ぐらいの細長い中空の細胞 が集まって構成されている． ・針葉樹の木質部分の 90％以上を占めている仮道管は，養分や水分の運搬のほかに木の 幹を強固にする役目をもっている． 291 10)木材への水の透過性におよぼす樹脂道の影響 林昭三，貴島恒夫 ・木材は多孔質であるが必ずしも浸透の容易な材料とはいえない． ・比重の範囲が 0.3~0.6 という普通の木材では，その空隙率は 80~60% の範囲にある． ・樹液の通導，防腐薬剤の注入，あるいはパルプ蒸解液の浸透などは毛管空隙を通して 行なわれる． ・アカマツの浸透性はスギの数 10 倍に上る．また，アカマツ気乾材の浸透速度の比から， 入量(浸透量)を多くとる必要はない． ・樹脂道の試片内に占める体積が少ないにもかかわらず，水の透過には大きく 作用することがある． 12)測色の基礎 SAKATA INX ENG.CO.，LTD. ・色が見える理由 太陽や蛍光灯などの｢光源｣から出る光は，その光源特有のエネルギー分布を持ってい る．その光が物体にあたると，物体表面の反射率(塗料などが持つ)によって光の一部～ 全部が吸収される．その収を受けた光源が人の目に入り知覚される． 14)熱処理による圧縮変形の永久固定 井上雅文，則元京 ・軟質の木材の力学的性質や表面物性を向上させるためには，横方向に圧縮大変形を与 え比重を増大させることが有効である． ・スギは 180℃以上の熱処理によって，回復抑制効果が顕著に現れる． ・圧縮による木材の強度変化は，処理時間の増加とともに若干の減少傾向がみられるも のの，実験の範囲では大きな変化は認められない． 15)平成 23 年 木材需給表 林野庁企画課 ・日本の木材需給量は，おおむね 7 千万㎥程度で推移している． ・住宅着工数と人口の減少から，長期的にみると木材需要量は減少傾向にある． 16)第 136 回木質構造研究会｢国産材 2×4 材｣ 林野庁木材産業課長 渕上和之 ・近年の新設住宅着工戸数は 80 万戸程度．そのうち在来木造住宅は 35 万戸程度． ・日本の森林は増加傾向にあり，人工林の齢級構成は，9 齢級(45 年生)以下のものが 6 割 以上を占め，保育，間伐等手入れが必要な反面，今後利用可能となってくる． 17)スギの組織構造及び力学的特性の樹幹内変動 田所岡尚樹，小泉章夫，朱健軍 ・未成熟材(若齢で未成熟な形成層)の力学的特性は，ばらつきが大きく材質的に劣る． 292 18)アルカリ処理による形状変化を用いた木材の利用技術 利用部物性利用科 石倉 由紀子 ・アルカリ処理は木材を柔らかくする(可塑性) ・アルカリ処理をした木材は，水洗いし乾燥をしても形状を記憶し続ける ・木材の厚さは，より薄いほうが形状変化しやすい 21)フォトショップの使い方．初心者のため！｢カラーモードの RGB と CMYK とは？｣ ・CMYK カラーとは，C(シアン)，M(マゼンタ)，Y(イエロー)という 3 原色を使ったカラ ーモードのことで，CMY の 3 色によってすべての色を表現できる． ・三色のインクを混色して純粋な黒色を表現するのは現状の技術的に困難．そのため， CMY3 色のインクに黒色を加えて，黒色をより綺麗に表現する． 23)FUJISHO CO.，LTD 樹脂注入処理木材「Si-WPC」 ・Si-WPC とは，無機複合型 WPC(ウッドプラスチックコンビネーション)であり，シリ コンポリエステル樹脂を木材に減圧加圧方式で注入させて，熱重合によりシリコンプ ラスチックを形成させる改質木材のこと． ・木材の導管に，減圧加圧注入機にてシリコンポリエステル樹脂を強制注入後，専用熱 重合機にて熱硬化させ導管内部の樹脂が固まるため寸法安定性が期待できる． 24) 木材の染色と評価技法の開発 市川英作 入沢雄太 後藤優太 鴇崎壮大 仲山直也 米川愛美 ・供試木材をスギ・ツガ・モミの 3 種使用した． ・木材の染料はアルカリ性が多いため，食紅を使用することで中性の色材を制作した． ・浸漬方法，圧縮方法，圧力方法，圧縮+圧力方法の 4 試験を行った． ・圧縮+圧力の結果が最も効果があった． ・圧縮+圧力実験のモミは実験の中で最も優れた結果となった． ・水溶液の温度を常温から 60℃に上げただけでも浸透性に差が生じた． ・オリジナル測色技法の結果と写真との整合性がどれほどあるのかを確認することを目 的に，数々の実験結果を評価してきた．総評すると，数値で示した結果は木材の木口 写真に良く現れていた．このことから，目視や測色計に頼らないオリジナル測色技法 は染色の結果を数値として示すことができることを証明した． ・木材染色の評価方法の制作に成功． 25)セルロース Wikipedia ・セルロースとは，分子式 (C6H10O5)n で表される炭水化物である．植物の細胞壁およ び繊維の主成分で，天然の植物質の 1/3 を占め，地球上で最も多く存在する炭水化物で ある． ・繊維素とも呼ばれ，自然状態においてはヘミセルロースやリグニンと結合して存在す 293 るが、綿はそのほとんどがセルロースである． ・セルロースはβ-グルコースが重合したものであり，分子は水素結合によってシート状 になっている． ・セルロースはヨウ素デンプン反応を示さない．セルロースがヨウ素デンプン反応を示 さないのは、分子の形状に由来するためである． ・セルロースは非常に安定で，酸や塩基に対して強い抵抗を示し，リグニンと結合した セルロースは単独状態よりもさらに化学的に安定であるため、分解は非常に困難であ る． 26) 生活環境化学の部屋 染料の種類 http://www.ecosci.jp/color/dye.html ・直接染料とは，一般に水溶性で，木綿，羊毛，絹等の動植物繊維によく染着する．特 にセルロース系繊維によく用いられ，中性または弱アルカリ性浴で，中性塩等を助剤 にして染色する．色は鮮明さを欠く． ・酸性染料とは，水に可溶で，羊毛，絹，ナイロン等によく染まり，硫酸，蟻酸，酢酸 等の酸性浴で染められる．セルロース系繊維には染まらない．色調は鮮麗で，各種そ ろっている． ・塩基性染料とは，絹，羊毛には中性または弱酸性浴で直接に染色することができるが， セルロース系繊維には直接染着力がなく，タンニン酸のような酸性物質で媒染してか ら染色する必要がある．染着力が大きく，色調が鮮やかであるが，日光に弱い． ・媒染染料とは，繊維にほとんど染着性をもっていない.媒染剤の種類によって異なる色 調になり，多色性染料とよぶ場合もある．染色法が複雑であるため漸減の傾向にあり， 天然染料はほとんど媒染染料であり，現在でも草木染めなどと称して用いられている． ・酸性媒染染料とは，酸性染料と媒染染料の両方の性質をもっている．酸性浴で動物性 繊維，ナイロン，アクリル等によく染着し，金属媒染を施したものにも染まる．一般 に羊毛，絹の染色に多く使用される． ・反応染料とは，繊維と共有結合によって染着する．初めはセルロース系繊維用の染料 として現われたが，羊毛，絹にも応用され，ナイロン用のものも開発された． 294