熱処理された木材

熱処理木材とは、酸素のない雰囲気中で180 ℃以上の温度に加熱される熱分解の制御されたプロセスによって改質された熱処理木材のことです。このプロセスにより、木材の細胞壁成分であるリグニン、セルロース、ヘミセルロースの化学構造が変化し、吸湿性が低下し、寸法安定性が向上します。^{[ 1 ]}酸素含有量が低いため、これらの高温でも木材が燃えることはありません。窒素ガス、蒸気、熱油など、さまざまな媒体を使用するさまざまな技術があります。すべてのプロセスは、処理された木材の強度と靭性をある程度低下させます。 

1946年、米国森林局は、木材を液体金属合金（亜鉛、鉛、カドミウム）に浸漬して耐熱性製品（ステイウッドと命名される予定）を製造する実験を部分的に成功させ、以下の結論に至った。

「乾燥加熱によって木材にかなりの寸法安定性と耐腐朽性を付与することができる。これは幅広い温度と時間で実現可能であり、加熱時間は温度の上昇とともに急速に減少する。 この熱処理は、特に靭性と耐摩耗性といった強度特性を著しく低下させる。溶融金属の表面下で木材を加熱すると、収縮防止効果に対する強度低下は空気中で加熱した場合よりも小さくなる。しかし、強度低下は依然として大きすぎるため、強度が比較的重要でない特殊な用途を除いて、木材の寸法安定性を得るための商業的に適用可能な方法とはなり得ない。」^{[ 2 ]}

中程度の含水率を持つ加圧木材の熱処理プロセスは、1973年にBurmesterによって論文で説明された。^{[ 3 ]}

現在、5種類の熱処理加工法が存在する。フィンランドではプレミアムウッドとしても知られるサーモウッドが生産されている。フランスではレ・ボワ・ペルデュール・レティフィケーション法、オランダではプラトー法、ドイツではオイル熱処理法が用いられている。ウエストウッド法とアルファインターロック法は、米国独自の加工技術である。^{[ 1 ]}

3 つの工程は、油 (油熱処理)、窒素 (レティ材)、蒸気 (ル・ボワ・ペルデュール) を使用して 1 段階で実行されます。^{[ 1 ]}サーモウッド工程は、乾燥、熱処理、最後に冷却/調湿からなり、最大 72 時間かかります。^{[ 4 ]}プラト工程は、水熱分解、乾燥硬化、調湿からなり、最大 7 日かかる場合があります。必要な時間は、木材の種類、幅、初期含水率によって異なります。^{[ 5 ]}

アルファインターロックプロセス

AlphaInterlocプロセスは、高度な熱化学的発熱反応を利用した独自のプロセスであり、2022年に特許出願中です。このプロセスは特殊な熱機械プロセスを使用しています。AlphaInterlocプロセスは完全に環境に優しい技術です。^{[ 7 ]}

主な利点は、針葉樹は高い耐久性が求められる用途に使用できることです。欧州規格EN 350-2によると、耐久性クラス1～3は、耐久性の低い（クラス5）針葉樹種から得ることができます。^{[ 16 ]}

主な欠点は、高温によって強度が低下することです。一般的に、曲げ強度は最大30%低下し、高温になるほど低下幅が大きくなります。^{[ 17 ]}

一部の（すべてではない）微生物や昆虫に対する生物学的抵抗力が向上します。ただし、揮発性有機化合物（VOC）の分解により、木材の抗菌性も低下する可能性があります。^{[ 18 ]} 収縮と膨張は最大50～90%減少します。^{[ 19 ]}処理された木材は色がやや濃くなります。

原則として、熱処理はあらゆる種類の木材に適用できる。

熱処理木材は、今日では単なる学術的な話題ではありません。木材の熱処理は、すでに何年も前から市場に浸透しています。米国では、熱処理木材はイゴール・シュテルンベルク（ダンチェンコ）によって開拓され、彼の会社であるウエストウッドは、2007年に国内で初めて熱処理木材の工業規模生産を開始しました。研究開発には産業界からの貢献もあります。ミネソタ大学ダルース校の天然資源研究所は、木材市場を拡大するために、ミネソタの樹種に対する熱処理の効果を研究するためのパイロット規模の窯を持っています。^{[ 20 ]}

ギター製造業界では、この工程は「サーモキュアリング」、「ベイクド」、「ロースト」などと呼ばれています。^{[ 21 ]}一部のギターメーカーは、季節的な湿度の変化によってよく発生する反りやひび割れを防ぐために、熱硬化処理されたアコースティックギターのサウンドボードやエレキギターのフレットボードを使用し始めています。 ^{[ 22 ]}副次的な利点として、アコースティックギターは、熱処理されていないギターよりもはるかに早く、よく弾き込まれた古い楽器のような音色になる傾向があります。詳しくは、「トーンウッド：準備」を参照してください。

ヨーロッパでは、商業規模での熱処理木材の生産は主にエストニアに集中している。エストニアはフィンランドの主要な熱処理窯メーカーに地理的に近く、労働コストと諸経費はフィンランドやスカンジナビア諸国よりも低い。1990年代後半には、エストニアの主要な熱処理木材メーカーであるBrenstol OU、Tre-Timber OU、Ha-Servの3社が台頭した。3社ともフィンランド市場向けのサウナ材料と室内床材の提供に注力しており、Brenstolは広葉樹、Tre-Timberは針葉樹を専門としていた。2000年代初頭、BrenstolはTre-Timberを買収し、熱処理木材の最大手メーカーとなった。^{[ 23 ]}

その頃、熱処理木材の市場は、サウナ材料という従来の用途から、デッキ（テラス）^{[ 24 ]}や外装材（サイディング）^{[ 25 ]}などの外装製品へと劇的に拡大した。Ha -Servは引き続きフィンランドのサウナ市場に重点を置いたが、BrenstolはThermoryブランドを確立し、ヨーロッパ全域と日本への輸出を開始し、Thermoryはこれらの地域で最も広く認知されている熱処理木材ブランドとなった。^{[ 26 ]}ヨーロッパの消費者がアジア、アフリカ、南米の熱帯木材の代替品をますます求めるようになったため、熱処理外装製品の市場は非常に急速に拡大した。トルコの生産者であるNova Woodも熱処理木材の生産を開始し、ヨーロッパ市場でマイナープレーヤーとなった。

2012年、ブレンストルは米国に子会社サーモリーUSAを設立し、世界中の市場で積極的に事業を拡大し始めた。サーモリーブランドは米国とカナダで確固たる地位を築き、世界55か国以上に出荷されている。^{[ 27 ]} 2016年のサーモリーの売上高は2,900万ユーロ、利益は180万ユーロだった。^{[ 28 ]}

小規模な地元生産者は各地域で引き続き出現しているが、熱処理木材市場、特に熱処理広葉樹市場への参入障壁は高い。適切な熱処理装置は非常に高価である。さらに、この技術はよく知られていないため、乾燥スケジュールに関する公開情報はほとんどなく、熱処理木材の新規生産者の多くは、 乾燥不良、変色、脆性、装置の故障（火災を含む）、およびBrenstol（Thermory）のようなより確立された生産者が達成している高い耐久性評価を得られないという大きな問題に直面している。2018年、ThermoryはHa-Servを買収し、熱処理木材セグメントの市場リーダーとなった。^{[ 29 ]}

熱処理による木材の着色は、耐久性や安定性につながるものではないことが、熱処理中の木材の着色に関する研究で明らかになった。つまり、着色中に色を変える反応と、耐久性に関係する反応は異なるということである。すべての褐色の木材が本当に熱処理されているとは限らない。^{[ 30 ]}

この木材を製造するための工業プロセスとさまざまなパラメータを最適化し、この木材の用途を開発するための研究が進行中です^{[ 31 ]}。また、新しい木材熱処理プロセスを見つけるための研究も行われており、さまざまな木材改質プロセスを組み合わせる試みも行われています。

AlphaInterlocは、米国北米で最新のプロセスエンジニアリングと機器設計を行っている会社です。 ^{[ 7 ]}

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