フルフリル化木材

フルフリル化木材は、木材をフルフリルアルコールで処理した最終製品です。この化学プロセスはフルフリル化とも呼ばれます。フルフリル化は、木材の物理的、機械的、生物学的特性を高めるために商業的に使用されている木材改質プロセス^[1]です。木材科学の原理に基づいたこのプロセスでは、木材の細胞壁がフルフリルアルコールで膨張し、細胞壁内で重合します。この処理により、木材の吸水能力が低下し、湿度の変化による変形の傾向が最小限に抑えられます。改質木材の硬度と耐腐朽性も、天然の未処理木材に比べて向上しています。使用されるフルフリルアルコールは、殻やバガスなどの生物学的農業廃棄物残留物からのフルフラール^[2]の水素化によって得られます。

フルフリル化プロセスでは、まず木質細胞の壁がフルフリルアルコールベースの溶液で膨張します。フルフリルアルコールは極性とサイズのため、細胞壁に浸透します。^{[3]木材におけるフルフリルアルコールの重合は複雑な反応であり、そのプロセスは完全には理解されていません。フルフリルアルコールが細胞内で自分自身とのみ反応して重合するのか、それとも}セルロースやリグニンなどの細胞壁成分とも反応するのかは明らかではありません。^[4]細胞内で重合したフルフリルアルコールは、木材を高度に疎水性にします。^[5]

木材のフルフリル化は、1950年代に米国でアルフレッド・J・スタムが最初に着手し研究したプロセスですが、市場での広範な採用はこれまでのところ限られています。 ^[6]米国でフルフリル化木材の最初の工業生産は1960年代に始まりました。^[6] 1980年代には、カナダのマーク・シュナイダー教授率いる研究グループによって2段階プロセスが開発されました。最初に木材を触媒で処理し、次にフルフリルアルコールに浸しました。しかし、2段階含浸の高コストにより、市場の要求する価格でフルフリル化木材を生産することはできませんでした。^[7] 1997年、ノルウェーのWood Polymer Technologies ASAが設立され、1段階生産プロセスのパイロットプラントを建設する試みが行われました。^[8] 2000年以降、フルフリル化木材は米国とヨーロッパで販売されています。 2004年、ノルウェーのポルスグルンの生産能力は年間3,000 m ³でした。2008年までに、生産能力は年間25,000 m ^{3に増加しました。 [9]}

フルフリル化木材を製造するには、以下の手順が必要である。^[10]

1. 含浸液の貯蔵・混合：約40％のフルフリルアルコール、水、重合開始剤、触媒、界面活性剤を混合し、貯蔵タンクに注ぎます。
2. 含浸：木材は3段階のプロセスで圧力容器に浸されます。まず、真空にして木材から残留空気を除去します。第2段階では、約13バールの圧力で木材を含浸液に浸します。第3段階では、容器を大気圧に戻す短い緩和段階があります。真空容器全体を5°傾けて、余分な含浸液をボードから排出することができます。^[11]
3. 乾燥と重合：浸漬した木材は真空乾燥機で蒸気による直接加熱により乾燥される。フルフリルアルコールの沸点が高いため（170℃）、最初に木材から水分を乾燥させ、次に2番目の高温段階で重合を行うことが可能である。乾燥中に生成された凝縮液は含浸溶液に戻され、さらに使用される。^[11]
4. 後乾燥：改質木材は、放出を最小限に抑え、最終的な水分含有量を設定するために、適度な温度で後乾燥されます。^[10]

フルフリル化木材の生産には、主にオセアニア原産のラジアータパイン（Pinus radiata）の木材が使用されていますが、その他の木材種としては、米国産のサザンイエローパインやカエデなどがあります。^[9]

改質木材の特性は、導入されるフルフリルアルコールの量と濃度に大きく依存します。フルフリルアルコールの導入量は、水性含浸溶液中のフルフリルアルコールの割合によって制御できます。したがって、改質木材の特性を調整することができます。

30～35%の負荷レベルでは、硬度、重量、機械的特性、寸法安定性、昆虫、菌類、化学物質に対する耐性が向上し、製品は耐久性クラス1に分類されます。 ^{[12] [検証失敗]}このプロセスにより、特にフルフリルアルコールのレベルが高い場合、木材は著しく暗くなります。そのため、特性と色の両面で熱帯木材の代替品として取引され、使用されています。高度に改質された木材の唯一の欠点は、木材の脆さが増すことです。

低負荷レベルでも木材の機械的特性は向上しますが、菌類や昆虫などの害虫に対する耐性は保証されず、木材の黒ずみも目立ちにくくなります。そのため、軽度に改質された木材は主に床材として屋内で使用されます。

50%の負荷レベルでは、船舶の害虫であるフナクイムシ（Teredo navalis）に対する高い耐性が得られます。^[13]

スカンジナビアのエコラベル「スワン」を取得しているフルフリル化木材は、木材とフルフリルアルコールの両方が再生可能な原材料から生産されているため、今日では環境に優しい製品として取引されています。^[14]

近年、耐火材料としてフルフリル化木材を製造する試みがなされている。^{[15] [16]}

現在、フルフリル化木材の製造業者は、ノルウェーのオスロに拠点を置くKebony社のみである。この会社は22,000 m ³のフルフリル化木材を生産している。この事業は少なくとも25,000 m ³の生産能力を有している。^[9] 2021年にベルギーに新しい生産工場が建設され、総生産量が増加した。

• ノルウェーのフルフリル化木材製造業者 Kebony AS のウェブサイト