今村祐嗣のコラム
木材の保存処理の現状と課題
１．木材保存剤の動向
高耐久性樹種と称される耐朽性・耐蟻性の高い木材は、一般的に森林での蓄積量が少ないうえ再生産が難しいことが多く、一方、持続的な資源利用という視点から重要な造林樹種では腐れやすく虫害を受けるものが多いのが実情である。それらに耐久性を付与するために、防腐・防蟻の効力を持つ保存薬剤による処理が行われている。薬剤を用いる保存処理においては､ 劣化を防ぐことによる利点と健康や環境への危険性のバランスシートにのっていることはいうまでもない｡ とくに保存処理された木材が､ デッキや遊具あるいはウォーターフロントの部材など屋外の景観材料や土木資材としても用いられる場合では、長期間にわたる効力の信頼性とともに、環境や安全性への配慮がとくに求められ、”信頼性の高い性能”と”環境にやさしい”保存処理が従来にも増して模索されてきている。
木材保存剤としては、無色、無臭、低毒で長期間安定である、木材に容易に、かつ多量に浸透する、処理木材は色に変化を与えず、寸法変化がない、処理木材は高湿度でも特に吸湿しない、溶脱しない、金属腐食性がない、安価である、などの条項を満たすものが要望されるが、実際は種類によってそれぞれの特色がある。木材の保存処理薬剤としては、製造時、使用時、廃棄時のいずれの段階においても、より安全で環境への負荷の少ないものを用いることが大切であることはいうまでもない。
木材内部まで薬剤を浸透させる注入処理には、かってはCCAが世界的に広く用いられてきた。CCA薬剤は、銅、ヒ素、クロムを成分とする水溶性の防腐・防蟻剤で、いったん木材に処理されると薬剤成分が固着することや広範な効き目もあって、1960年代から世界的に使用が拡大され、わが国においても製材品の加圧注入処理の主流となった。しかし、製造工場での汚染防止の課題、処理木材の廃棄、とくに焼却時における環境汚染の問題などのため、CCAはわが国においてはJIS規格からも削除され、世界的にもその使用は限定されたものになっている。
現在、注入処理用の防腐・防蟻薬剤は、水溶性薬剤ではCCAに代わりヒ素やクロムを含まない防腐・防蟻剤、すなわち無機系の銅に有機系薬剤である４級アンモニウム塩やアゾール系薬剤などの有機化合物を加えたもの、あるいは油性薬剤としてはナフテン酸亜鉛やナフテン酸銅のようなものに移行してきている。クレオソートについても毒性の高い留分を除いたものに改良されている。（【改正JIS K1570「木材保存剤」、【改正】JISK1571「木材保存剤－性能基準及びその試験方法」は近々告示される予定。）
また、わが国の主要なシロアリであるイエシロアリとヤマトシロアリは地下生息性の種類であるため、その防除には薬剤を床下土壌に散布することによって、住宅内へのシロアリの侵入を防ぐという方法がとられてきた。以前は、有機リン系の薬剤が中心であったが、より安全性や環境負荷の低減が考慮されて、最近はピレスロイド系、非エステルピレスロイド系、ネオニコチノイド系、フェニルピラゾール系の化合物などが用いられている。製剤方法についても、薬剤をマイクロカプセルで包む方法や砂に含ませて粒剤にする方法等が工夫され、また、施工方法とも関連して、薬剤を混入した塗料で基礎の這い上がりを防いだり、薬剤を混入したシートを床下に敷く方法なども開発されている。
２．ノンコンベンショナルな保存処理
２．１ 樹脂の含浸処理木材
最近は、WPCというと木粉と熱可塑性プラスチックを混合して、押し出しや射出により成型した木粉・プラスチック複合体を指すことが一般的になってきたが、以前はスチレンやメタクリレートというビニル系モノマー類を木材中に導入した後、放射線照射や開始剤と熱により重合・硬化させて複合化させた材料を指していた。これら旧来のWPCの方は木材中にプラスチックを含浸、硬化させてあるため、耐摩耗性、硬さ、圧縮強さなどが著しく向上し、木目を際立たせるなどの化粧効果もある。しかし、一般的には水分に対する寸法変化や腐朽菌やシロアリという木材を劣化させる生物に対しては抵抗性をもたない。これは、プラスチックが木材の細胞空間にしか存在せず、細胞の壁の中に存在しないためである。
一方、フェノール樹脂を注入硬化した木材やLVLは、低分子量の樹脂を用いて木材細胞壁と複合化させたところに特徴があり、耐久性の向上を目的としている。フェノール樹脂を注入して固めたインプレグ、あるいは注入してさらに圧縮したコンプレグと称される製品は強化木材として、ドアの把手やスポーツ用具などに製造されてきた歴史があり、そういった視点からはけっして斬新な技術ではない。しかし、保存処理材料としての樹脂処理木材は、エクステリアとしての用途を想定して、耐腐朽性や耐シロアリ性をもつ耐久性材料としての展開をねらったものである。
フェノール樹脂を含浸処理では、注入する樹脂の分子量を小さくすると、木材細胞の壁中に安定な形で樹脂を沈着させることができ、硬さだけでなく寸法安定性や耐腐朽・耐シロアリ性も向上する。重合前の遊離フェノールの毒性は高いが、木材中で硬化させた場合は安全な３次元構造体をつくる。したがって、木材の細胞壁の中にいかに効率よく含浸させるかがこの手法のポイントになる。樹脂の分子量が約500のところが細胞の壁の中に浸透するか､ それとも細胞の内腔面でトラップされるかの境界で､ それより大きな分子量の樹脂はいくら注入しても、寸法の安定性はもちろん耐腐朽性などには何ら効果は得られない｡したがって、接着剤に用いる樹脂ではそういった機能性を付与することはできない。
２．２ 化学的な改質処理
木材の細胞壁の非晶部分に数多く存在する活性な水酸基を安定化させると、水分子がくっつく余地が無くなって吸水や吸湿による寸法変化が抑えられ、また、腐朽菌の攻撃に対しても抵抗性を持つのではないか、これが木材の分子構造を合目的に改質させて性能を向上させる化学修飾のベースとなった考え方である。
これら化学修飾木材の代表例は、木材を無水酢酸と高温で反応させるアセチル化処理で、安全で環境にやさしい材料として注目され､ 高い耐朽性が得られることや、耐水性、寸法安定性が付与されていることから、複合的な高機能を生かしての用途展開が期待されていた。しかし、わが国では樹脂含浸と複合したアセチル化WPCなどの限定された用途にとどまっている状況にある。この理由の最大のものは、反応副産物の除去の問題、反応と乾燥工程のエネルギーコストの高さにあるが、最近ヨーロッパでは再び市場での広がりを見せている。
一方、化学改質による耐腐朽性や耐シロアリ性の付与機構に関する研究面では、様々な興味ある事実や考察を引き出している。アセチル化処理木材はどの腐朽菌に対してもほぼアセチル化率が20％を越えると、劣化による質量減少が認められなくなる。しかし、シロアリに対する抵抗性は加害するシロアリの種類によって異なり、ヤマトシロアリはほとんど食害しないが、イエシロアリは無処理木材に比べると少ないものの、これを食害する。しかし、アセチル化木材だけを食餌とした場合は、イエシロアリといえども日を経るにしたがい死亡する。特に興味深いのは、スターベーション（食餌を与えない）の場合と同様な生存個体の減少傾向を示すことである。
イエシロアリの腸内には３種類の原生動物が共生しており、セルロースの分解にはこれらの原生動物が関与しているといわれている。しかし、スターベーションの場合もアセチル化木材を食害した場合も、腸内に原生動物が全く認められない状態になった。シロアリは当初アセチル化木材を食餌として錯覚して食害するが、原生動物がこれを分解代謝できないため、原生動物の消失→食物補給の遮断→餓死へと至るのであろう。
２．３ マイルドあるいはファジーな処理
木材は環境に調和した材料であることから、”処理によって本来の特質が損なわない”、”過多のエネルギーを消費しない”､ ”過剰なコストアップにつながらない”､ ”リサイクルや廃棄に際して環境に大きな負荷を与えない”､ 等のことが大切になっている。この点から、よりマイルドな処理や天然物との組み合わせも注目されている。例えば、建材にヒバ油などの樹木から採集した精油を含ませて抗菌性や抗ダニ性を与えたり、木炭の製造過程で得られる木酢液を木材に含浸して防腐・防虫性を付与する処理である。
ヒバ油の主要成分はヒノキチオール、すなわちβーツヤプリシンと称されるものである。この成分は揮発性のテルペンの中でも特に抗菌性が高く、ヒノキそのものには存在しないが、アスナロ、タイヒ、ネズコなどに含まれている。シロアリに対しても忌避する効果があり、ヒバ材の高い耐蟻性の原因となっている。また、アレルギー疾患の原因になるといわれている住居内に生息するヒョウヒダニやコナダニ、人を刺すツメダニに対しても行動や繁殖を抑制する効果がある。そこで、ヒノキチオールなどの精油成分を、床材などに含浸あるいは塗布する処理が行われている。しかし、一般的にこれらの成分は揮発性であるため持続的な効力は乏しく、定期的に再処理する必要がある。
一方、木炭をつくる時に発生する煙りを冷却、凝縮すると木酢液が得られる。主成分は酢酸に代表される酸類であるが、アルコール類、フェノール類、アルデヒドやエステルなどの中性物質など約200種類以上の化合物が含まれている。木酢液は食品加工用の燻液、土壌改良剤、植物活性剤、消臭剤、除草剤など広い用途で最近関心が高いが、また、微生物を抑制する効果をもっている。この木酢液を製材品に含浸処理すると防腐、防かび、防虫などの性能が得られる。が、課題は水で溶け出しやすいということで、エクステリア分野で使用する際には溶出しない工夫が必要である。
天然物を利用する処理で留意しなければならないのは、得られた性能が現在の尺度での評価基準には適合しないことが多いということである。例えば、木酢液の場合では、含まれる成分の種類が多く、原料や炭化方法あるいは保存状態によってもその組成は変化しやすい。また、効果に関してもプラスにはたらくものとマイナスの効果をもつ成分が同時に含まれおり、漢方薬的なファジーさを含んでいる。
これらの処理については、古よりの丸太表面の焼き処理などと共通するものがある。焼きスギの丸太が園芸用の支柱に用いられることも多いが、炭化層は安定であるにしても、その内部は熱による分解作用を受けて、むしろ腐りやすい状態になっている。このようなものでは、性能が十分に発揮できる最適な用途と、メンテナンスを含むソフト面の裏付けがあってはじめて成り立つと思われる。
（2010年6月5日 日本材料学会木質材料部門委員会講演）