木材の保存

木材は、十分な保存処理を施さないと簡単に劣化します。構造木材の保存対策とは別に、木材、材木、およびエンジニアリングウッドを含む関連製品の寿命を延ばすことができるさまざまな化学保存剤や処理（木材処理、製材処理、または圧力処理とも呼ばれる）があります。これらは通常、耐久性と、昆虫や菌類による破壊に対する耐性を高めます。

リチャードソンが提唱したように、^[1]木材の処理は木材自体の使用とほぼ同じくらい長い間行われてきました。木材保存の記録は、アレクサンダー大王の統治時代の古代ギリシャにまで遡り、橋の木材をオリーブオイルに浸していました。ローマ人は船の船体を木材にタールを塗って保護しました。産業革命の間、木材保存は木材加工産業の基礎となりました。ベセル、ブーシェリー、バーネット、カヤンなどの発明家や科学者は、保存溶液や保存プロセスによって木材保存の歴史的な発展を遂げました。商業的な圧力処理は、19世紀後半にクレオソートを使用して鉄道の枕木を保護することから始まりました。処理された木材は主に工業、農業、公共事業に使用され、現在でも使用されていますが、1970年代に住宅所有者がデッキや裏庭のプロジェクトを建設し始めたため、その使用が大幅に増加しました（少なくとも米国では）。処理木材製品の革新は今日まで続いており、消費者は毒性の少ない材料にますます興味を持つようになっています。

認可された防腐剤を使用して工業的に圧力処理された木材は、一般の人々に限定的なリスクをもたらすため、適切に処分する必要があります。2003年12月31日、米国の木材処理業界は、住宅用木材へのヒ素とクロム（クロム酸銅ヒ酸、またはCCA）の処理を中止しました。これは、米国環境保護庁との自主的な合意でした。特定の工業用途を除き、CCAは銅ベースの殺虫剤に置き換えられました。^[2] CCAは、ユーティリティトレーラーの荷台などの屋外製品や、桟橋、ドック、農業用建物などの非住宅建設に引き続き使用される場合があります。工業用木材保存化学物質は、一般に一般が直接入手することはできず、製品や使用されている管轄区域によっては、輸入または購入に特別な承認が必要になる場合があります。ほとんどの国では、工業用木材保存作業は、EPAなどの関連規制当局からのライセンスを必要とする届出義務のある産業活動です。報告およびライセンス条件は、使用される特定の化学物質と使用国によって大きく異なります。

木材の処理には殺虫剤が使用されていますが、木材の保存は木材製品の寿命を延ばすことで（短期的には）天然資源を保護します。業界での過去の不適切な慣行により、木材処理現場の周囲に汚染された土壌や水が残っているケースもあります。しかし、ヨーロッパ、北米、オーストラリア、ニュージーランド、日本などで実施されているような、現在承認されている業界の慣行や規制管理の下では、これらの作業による環境への影響は最小限に抑えられるはずです。^{[中立性は議論されています] [引用が必要]}

現代の防腐剤で処理された木材は、適切な取り扱い上の注意と個人保護措置を講じれば、一般的に安全に取り扱うことができます。ただし、処理された木材は、燃焼中や木材の粉塵粒子やその他の微細な有毒残留物が発生する場合、または処理された木材が食品や農産物に直接接触する場合など、状況によっては特定の危険をもたらす可能性があります。^[要出典]

微細粒子の形で銅を含む防腐剤が最近市場に投入され、通常は「ミクロ化」または「マイクロ」という商標名と、MCQ や MCA などの名称で呼ばれています。製造業者はこれらの製品は安全であると表明しており、EPA もこれらの製品を登録しています。

アメリカ木材保護協会 (AWPA) は、処理済み木材の安全な取り扱いと廃棄方法、および処理済み木材の潜在的な健康および環境への危険性を伝えるために、すべての処理済み木材に消費者情報シート (CIS) を添付することを推奨しています。多くの生産者は、代わりに化学物質安全データシート (MSDS) を提供することを選択しています。CIS の代わりに MSDS を配布する慣行は広く普及していますが、この慣行と、潜在的な危険性と危険性の軽減をエンドユーザーに最もよく伝える方法については、現在も議論が続いています。現在の米国連邦法では、処理済み木材には MSDS も新たに採用された国際安全データシート (SDS) も必要ありません。

化学防腐剤は、大きく 3 つのカテゴリに分類できます。

• 水性防腐剤
• 油性防腐剤
• 軽質有機溶剤防腐剤（LOSP）。

微粒子（微粒化または分散）銅防腐剤技術は、米国および欧州で導入されています。これらのシステムでは、銅はマイクロサイズの粒子に粉砕され、ACQ や銅アゾールなどの他の銅製品の場合のように溶解されるのではなく、水中に懸濁されます。生産されている微粒子銅システムは 2 つあります。1 つは、クワット殺生物剤システム（MCQ として知られる）を使用し、ACQ の誘導体です。もう 1 つは、銅アゾールから得られるアゾール殺生物剤（MCA または μCA-C として知られる）を使用します。

2つの粒子状銅システム（1つはMicroProとして販売され、もう1つはμCA-C配合物を使用したWolmanizedとして販売されている）は、環境的に好ましい製品（EPP）認証を取得しました。^{[3] [4]} EPP認証はScientific Certifications Systems（SCS）によって発行され、業界標準との比較ライフサイクル影響評価に基づいています。

「微粒子化」銅ビーズに使用されている銅粒子のサイズは 1 ～ 700 nm で、平均は 300 nm 未満です。銅のより大きな粒子 (実際のミクロン スケールの粒子など) は、木材細胞壁に十分に浸透しません。これらの微粒子化防腐剤は、安全性に懸念があるとされる酸化銅または炭酸銅のナノ粒子を使用しています。^[5]ある環境保護団体は、安全性の問題を理由に、2011 年に EPA に微粒子化銅製品の登録を取り消すよう請願しました。^[6]

アルカリ性第四級銅（ACQ）は、銅、殺菌剤、そして殺菌効果も増強する殺虫剤であるジデシルジメチルアンモニウムクロリドなどの第四級アンモニウム化合物（クワット）から作られた防腐剤です。ACQは、CCAの規制に従って、米国、ヨーロッパ、日本、オーストラリアで広く使用されるようになりました。 ^[7]その使用は、特定の木材の最終用途に必要な防腐剤の吸収量を定める国内および国際基準によって規制されています。

ACQ 処理された木材は銅を多く含んでいるため、一般的な鋼鉄の 5 倍の腐食性があります。亜鉛メッキや一般的なグレードのステンレス鋼でさえ腐食するため、セラミックコーティングなど、ASTM A 153 クラス D の要件を満たすかそれを超える留め具を使用する必要があります。米国では、2004 年に、ほぼすべての住宅用木材にヒ素を含まない木材防腐剤の使用を義務付け始めました。

ACQ に関するアメリカ木材保護協会 (AWPA) の規格では、地上での使用では0.15 ポンド/立方フィート (2.4 kg/m ^{3 )、地面と接触する場所では 0.40 ポンド/立方フィート (6.4 kg/m 3} ) の保持が求められています。

Chemical Specialties, Inc (CSI、現在の Viance) は、 2002 年に ACQ の商業的導入により、米国環境保護庁の大統領グリーン ケミストリー チャレンジ賞を受賞しました。ACQ の広範な使用により、CCA に以前含まれていた大量のヒ素とクロムが除去されました。

銅アゾール防腐剤（アメリカ木材保護協会/AWPA 規格では CA-B および CA-C と表記）は、CCA の規制に従ってカナダ、米国、ヨーロッパ、日本、オーストラリアで広く使用されるようになった主要な銅ベースの木材防腐剤です。その使用は、特定の木材の最終用途に必要な防腐剤吸収量を決定する国内および国際規格によって規制されています。

銅アゾールはACQに似ていますが、溶解した銅防腐剤に、ACQで使用されるクワット殺生物剤の代わりに、食用作物の保護にも使用されるテブコナゾールやプロピコナゾールなどの有機トリアゾールなどのアゾール共殺生物剤が添加されている点が異なります。 ^{[8]アゾール共}殺生物剤は、同等のACQ性能に必要なよりも低い保持率で効果的な銅アゾール製品を生み出します。銅アゾール防腐剤で処理された木材の全体的な外観は、緑色を帯びたCCAに似ています。

銅アゾール処理木材は、北米ではPreserve CAおよびWolmanizedブランドで、ヨーロッパおよびその他の国際市場では Tanalithブランドで広く販売されています。

CA-B の AWPA 標準保持率は、地上用途では0.10 ポンド/立方フィート (1.6 kg/m ^{3 )、地面接触用途では 0.21 ポンド/立方フィート (3.4 kg/m 3} ) です。CA-C と表記されるタイプ C 銅アゾールは、Wolmanized および Preserve ブランドで導入されています。CA-C の AWPA 標準保持率は、地上用途では 0.06 ポンド/立方フィート (0.96 kg/m ³ )、地面接触用途では 0.15 ポンド/立方フィート (2.4 kg/m ³ ) です。

1911 年にデンマークで発明されたナフテン酸銅は、柵柱、キャンバス、ネット、温室、電柱、枕木、蜂の巣、地面に接する木造建築物など、多くの用途に効果的に使用されています。ナフテン酸銅は、EPA に非制限使用農薬として登録されているため、木材防腐剤として使用するための連邦散布業者ライセンス要件はありません。ナフテン酸銅は、ブラシ、浸漬、または圧力処理によって塗布できます。

ハワイ大学は、木材に1.5ポンド/立方フィート（24 kg/m ^{3 ）のナフテン酸銅を塗布すると、台湾シロアリの攻撃に耐性があることを発見しました。1981年2月19日、連邦官報は、さまざまな木材防腐剤に関連する健康リスクに関するEPAの立場を概説しました。その結果、国立公園局は、}ペンタクロロフェノール、クレオソート、無機ヒ素剤の承認された代替品として、施設内でナフテン酸銅を使用することを推奨しました。マイク・フリーマンとダグラス・クロフォードが2005年にAWPAに提出した50年間の研究には、「この研究では、ミシシッピ州南部で処理された木製柱の状態を再評価し、統計的に柱の新たな予想寿命を計算しました。油中のペンタクロロフェノール、クレオソート、油中のナフテン酸銅などの市販の木材防腐剤は柱に優れた保護効果をもたらし、寿命は60年を超えると計算されています。驚くべきことに、クレオソートとペンタクロロフェノール処理された柱はAWPA推奨保持率の75%、ナフテン酸銅はAWPA要求保持率の50%で、このAWPA危険区域5のサイトで優れた性能を示しました。未処理の南部松の柱は、この試験サイトで2年間持ちました。」と記されています。^[9]

防腐剤処理された木材製品の取り扱いに関する AWPA M4 規格には、「現場での処理における防腐システムの適切性は、製品を保護するために最初に使用された防腐剤の種類と、現場での処理用防腐剤の入手可能性によって決定されます。多くの防腐剤は一般向けにパッケージ化されておらず、ラベルも付いていないため、現場での処理には、元の処理とは異なるシステムを使用する必要がある場合があります。これらの材料を使用する際は、ユーザーは製品ラベルに記載されている指示と注意事項を注意深く読み、それに従う必要があります。最初にナフテン酸銅、ペンタクロロフェノール、クレオソート、クレオソート溶液、または水性防腐剤で処理された材料には、最低 2.0% の銅金属を含むナフテン酸銅防腐剤が推奨されます。」と記載されています。^[10] M4規格は、^[11]国際規格協議会（ICC）の2015年国際建築基準（IBC）第2303.1.9節防腐処理木材、および2015年国際住宅基準（IRC）R317.1.1現場処理に採用されています。アメリカ州間高速道路交通局（AASHTO）もAWPA M4規格を採用しています。

水性ナフテン酸銅は、QNAP 5W という商標名で消費者に販売されています。金属として銅を 1% 含む油性ナフテン酸銅は、Copper Green および Wolmanized Copper Coat という商標名で消費者に販売されており、金属として銅を 2% 含む溶液は Tenino という商標名で販売されています。

CCA 処理では、銅が主な殺菌剤、ヒ素が二次的な殺菌剤および殺虫剤、クロムが紫外線(UV) 耐性も提供する固定剤です。木材に緑がかった色合いを与えることで知られる CCA は、何十年にもわたって非常に一般的な防腐剤でした。

圧力処理プロセスでは、真空と圧力のサイクルを使用して CCA の水溶液を塗布し、処理された木材を積み重ねて乾燥させます。このプロセス中に、酸化物の混合物が反応して不溶性化合物を形成し、浸出の問題を軽減します。

このプロセスでは、さまざまな圧力レベルでさまざまな量の防腐剤を適用して、木材を攻撃レベルの増加から保護します。大気への露出、土壌への移植、海洋環境への挿入に対して、攻撃と処理の増加の順序で保護を強化できます。

過去 10 年間、化学物質が木材から周囲の土壌に浸出し、自然発生的な背景レベルよりも高い濃度になるのではないかという懸念が高まっていました。Forest Products Journalに引用された研究では、12 か月間に堆肥に埋められた処理済みの木材から 12～13% のクロム酸銅ヒ酸が浸出していることがわかりました。これらの化学物質が木材から浸出すると、特に粘土質の土壌や中性よりもアルカリ性の土壌で、土壌粒子に結合する可能性が高くなります。米国では、米国消費者製品安全委員会が2002 年に、CCA 処理済みの木材に直接接触することでヒ素にさらされる可能性がこれまで考えられていたよりも高い可能性があるという報告書を発表しました。2004 年 1 月 1 日、環境保護庁(EPA) は業界との自主協定により、シェイクやシングル、恒久的な木製基礎、および特定の商業用途を除き、住宅および商業建築における処理済み木材への CCA の使用を制限し始めました。これはヒ素の使用を減らし、環境の安全性を向上させるための取り組みでしたが、EPA は、稼働中の CCA 処理済み木造構造物が地域社会に許容できないリスクをもたらすとは結論付けていないことを慎重に指摘しました。EPA は、既存の CCA 処理済み木造構造物の除去または解体を求めませんでした。

オーストラリアでは、オーストラリア農薬・獣医医薬品局（APVMA ^[12]）が、2006年3月から特定の用途で使用される木材の処理にCCA防腐剤の使用を制限しました。CCAは、子供の遊具、家具、住宅のデッキや手すりなど、「人間と密接な接触がある」用途に使用される木材の処理には使用できなくなりました。住宅、商業、産業用途での低接触用途での使用は、他のすべての状況での使用と同様、制限されないままです。オーストラリアでのCCAの使用を制限するというAPVMAの決定は、報告書^[13]でCCA処理木材が通常の使用で人間に不当なリスクをもたらすことを示す証拠は見つからなかったにもかかわらず、予防措置でした。米国EPAと同様に、APVMAは既存のCCA処理木材構造物の解体または除去を推奨しませんでした。

ヨーロッパでは、指令2003/2/ECにより、CCA木材処理を含むヒ素の販売と使用が制限されている。CCA処理木材は、住宅や家庭の建築物に使用することは許可されていない。橋梁、高速道路の安全柵、送電柱、通信柱など、さまざまな産業および公共事業での使用は許可されている。英国では、CCA処理された廃木材は、2012年7月に環境・食糧・農村地域省によって有害廃棄物に分類された。^[14]

これらには、銅 HDO (ビス (N-シクロヘキシルジアゼニウムジオキシ) 銅または CuHDO)、銅クロム酸塩、クエン酸銅、酸性銅クロム酸塩、アンモニア性銅亜鉛ヒ酸塩 (ACZA) が含まれます。CuHDO 処理は、ヨーロッパで使用されている CCA、ACQ、CA の代替であり、米国とカナダでは承認段階にあります。ACZA は一般に海洋用途に使用されます。

ホウ酸、酸化物、塩（ホウ酸塩）​​は効果的な木材防腐剤で、世界中で数多くのブランド名で供給されています。最も一般的に使用されている化合物の 1 つは、二ナトリウム八ホウ酸四水和物 Na ₂ B ₈ O ₁₃ ·4H ₂ Oで、一般に DOT と略されます。ホウ酸塩処理された木材は人体に対する毒性が低く、銅やその他の重金属を含みません。ただし、他のほとんどの防腐剤とは異なり、ホウ酸塩化合物は木材に固定されず、蒸発せずに流れ去る水に繰り返しさらされると部分的に浸出する可能性があります（蒸発してもホウ酸塩は残るため問題にはなりません）。浸出によってホウ素濃度が菌類の増殖を防ぐのに有効なレベル以下に低下することは通常はありませんが、露出した表面が撥水処理されていない限り、ホウ酸塩は繰り返し雨、水、または地面との接触にさらされる場所では使用しないでください。^[15] 亜鉛ホウ酸塩化合物はナトリウムホウ酸塩化合物よりも浸出の影響を受けにくいですが、木材が最初に密封されない限り、地下での使用は推奨されません。^[16]住宅用低毒性木材への最近の関心と、一部の木材保存剤を制限する新しい規制により、床梁や内部構造部材にホウ酸塩処理木材の使用が復活しました。オーストラリアのCSIROの研究者は、木材をシロアリや菌類の攻撃から十分に保護しながら、浸出に対してはるかに耐性のある有機ホウ酸塩を開発しました。^{[17] [18]}これらの改質ホウ酸塩の製造コストにより、広範な採用は制限されますが、特に哺乳類に対する毒性が低いことが最も重要である特定のニッチな用途には適している可能性があります。

金属性木材防腐剤の健康や環境への影響に関する最近の懸念から、PTI としてよく知られているプロピコナゾール-テブコナゾール-イミダクロプリドなどの非金属性木材防腐剤に対する市場の関心が高まっています。米国木材保護協会 (AWPA) の PTI 基準では、地上使用の場合は0.018 ポンド/立方フィート (0.29 kg/m ^{3 )、ワックス安定剤と組み合わせて使用​​する場合は 0.013 ポンド/立方フィート (0.21 kg/m 3} ) の保持が求められています。AWPA は PTI 地面接触防腐剤の基準を策定していないため、PTI は現在、デッキなどの地上用途に限定されています。3 つの PTI 成分はすべて、食用作物にも使用されています。圧力処理木材に必要な PTI の量が非常に少ないため、影響がさらに抑えられ、防腐剤成分を圧力処理工場に輸送する際の輸送費と関連する環境影響が大幅に減少します。

PTI 防腐剤は木材にほとんど色を与えません。製造業者は一般に、木材が圧力処理済みであることを識別し、他の圧力処理済み木材製品の色とよりよく一致するように、着色剤または微量の銅溶液を追加します。PTI 木材製品は、にじみがなく、ペイントや着色に非常に適しています。ワックス安定剤を追加すると、防腐剤の保持力が低くなり、乾燥時に木材が反ったり割れたりする傾向が大幅に軽減されます。通常のデッキメンテナンスとシーラーの適用と組み合わせると、安定剤は長期間外観と性能を維持するのに役立ちます。PTI 圧力処理済み木材製品は、未処理の木材よりも腐食性が高くなく、アルミニウムを含むあらゆる種類の金属との接触が認められています。

PTI 圧力処理木材製品は市場に登場してまだ日が浅く、建築資材店ではまだ広く入手できません。ただし、PTI 製品を米国内のどこにでもジョブ ロット注文で配送できるサプライヤーがいくつかあります。

ケイ酸ナトリウムは、炭酸ナトリウムと砂を融合するか、圧力をかけて両方の材料を加熱することで生成されます。19 世紀から使用されています。虫の攻撃を抑止し、難燃性もわずかに備えていますが、湿気によって木材から簡単に洗い流され、木材の上に薄片状の層を形成します。

Timber Treatment Technology, LLCは、珪酸ナトリウム木材防腐剤 TimberSIL を販売しています。TimberSIL の独自のプロセスでは、木材繊維を保護用の無毒の非晶質ガラスマトリックスで包みます。その結果、同社が「Glass Wood」と呼ぶ製品が生まれ、同社によると、クラス A の難燃性があり、化学的に不活性で、腐敗や劣化に強く、未処理の木材よりも強度が優れているとのことです。^[19] Timbersil は現在、その主張をめぐって訴訟中です。^{[20] [21]}

ケイ酸カリウム（カリウム水ガラス）ベースの防腐剤を開発しているヨーロッパの天然塗料製造業者は数多くあります。これらの防腐剤には、ホウ素化合物、セルロース、リグニン、その他の植物抽出物が含まれることがよくあります。これらの防腐剤は、内部使用のために最小限の含浸で表面に塗布されます。

オーストラリアでは、木材の防虫性を高めるために、水性ビフェントリン防腐剤が開発されました。この防腐剤はスプレーで塗布されるため、木材の断面の外側 2 mm にしか浸透しません。この薄いエンベロープ システムが、特に長期間日光にさらされた場合に、長期的に見て防虫効果を発揮するかどうかについて懸念が高まっています。

木材の防火処理には、高温環境でも安定した難燃性化学物質が使用されます。難燃性化学物質は、上記の防腐剤と同様に木材処理工場で圧力をかけて塗布されるか、表面コーティングとして塗布されます。

どちらの場合も、処理によって炎の広がりに対する物理的な障壁が作られます。処理された木材は炭化しますが、酸化しません。これにより、炎の熱が木材に均一に伝わる対流層が効果的に形成され、材料への火の広がりが大幅に遅くなります。圧力処理を使用した市販の木質建築材料（米国およびその他の地域で「FirePro」、「Burnblock」、「Wood-safe」、「Dricon」、「D-Blaze」、「Pyro-Guard」などの商標名で販売されているものなど）や、「PinkWood」および「NexGen」という商標名で工場で塗布されるコーティングがいくつか存在します。現場で塗布されるコーティングや臭素系難燃剤の中には、安全性の問題や塗布の一貫性に関する懸念から人気がなくなったものもあります。天候にさらされる用途の木材向けの特殊な処理も存在します。

オーストラリアで市販されている唯一の含浸塗布型難燃剤は「NexGen」です。「強力な木材改質剤」としてギ酸カルシウムを使用した「Guardian」は、2010 年初頭に理由は不明ですが販売中止となりました。

これらには、ペンタクロロフェノール(「ペンタ」) とクレオソートが含まれます。これらは強い石油化学臭を放ち、一般に消費者向け製品には使用されません。これらの圧力処理はどちらも、ほとんどの用途で木材を 40 年間保護します。

クレオソートは、150年以上前に産業上の重要性を帯びた最初の木材防腐剤であり、今日でも、長い耐用年数が不可欠な産業用木材部品の保護に広く使用されています。 クレオソートは、電柱や鉄道の枕木や枕木によく使用されるタールベースの防腐剤です。クレオソートは最も古い木材防腐剤の1つであり、もともとは木材蒸留物から得られましたが、現在では、事実上すべてのクレオソートはコールタール蒸留から製造されています。クレオソートは殺虫剤として規制されており、一般には販売されていません。

近年、オーストラリアとニュージーランドでは、木材を「エンベロープ処理」するための溶剤および撥水剤として、防腐剤配合物に亜麻仁油が組み込まれています。これは、木材の断面の外側 5 mm のみを防腐剤 (例: ペルメトリン 25:75) で処理し、芯は処理しないというものです。CCA または LOSP 方法ほど効果的ではありませんが、エンベロープ処理は防腐剤の使用量が大幅に少ないため、大幅に安価です。大手防腐剤メーカーは、エンベロープ処理に青 (または赤) の染料を加えます。青の木材は南回帰線以南で使用され、赤はその他の地域で使用されます。この色の染料は、木材がシロアリ/シロアリに対する耐性処理が施されていることも示しています。オーストラリアでは、このタイプの処理のプロモーション キャンペーンが進行中です。

このクラスの木材処理では、溶剤キャリアとしてホワイトスピリット、または灯油などの軽油を使用して、防腐剤化合物を木材に浸透させます。合成ピレスロイドは、通常、ペルメトリン、ビフェントリン、デルタメトリンなどの殺虫剤として使用されます。オーストラリアとニュージーランドでは、最も一般的な配合では、殺虫剤としてペルメトリン、殺菌剤としてプロピコナゾールとテブコナゾールを使用しています。化学防腐剤を使用していますが、この配合には重金属化合物は含まれていません。

欧州連合で厳格な揮発性有機化合物(VOC) 法が導入されたため、LOSP は蒸気回収システムに関連する高コストと長い処理時間のために不利な点を抱えています。LOSP は水性溶剤に乳化されています。これにより VOC 排出量は大幅に削減されますが、木材は処理中に膨張し、LOSP 配合の利点の多くが失われます。

様々なエポキシ樹脂は、通常アセトンやメチルエチルケトン（MEK）などの溶剤で薄められ、木材の保存と密封に使用されます。木材コーティング市場は、2027年までに120億ドルを超えると予想されています。^[22]

生物学的に改良された木材は、農業廃棄物から得られるバイオポリマーで処理されます。乾燥と養生の後、柔らかい木材は耐久性と強度が増します。このプロセスにより、成長の早い松材は熱帯広葉樹に似た特性を獲得します。このプロセスの製造施設はオランダにあり、「NobelWood」という商標で知られています。

サトウキビの搾りかすのような農業廃棄物から、フルフリルアルコールが製造されます。理論的には、このアルコールはあらゆる発酵バイオマス廃棄物から製造できるため、グリーンケミカルと呼ぶことができます。縮合反応後、フルフリルアルコールからプレポリマーが形成されます。成長の早い針葉樹に水溶性バイオポリマーを含浸させます。含浸後、木材を乾燥して加熱すると、バイオポリマーと木材細胞の間で重合反応が始まります。このプロセスにより、微生物に耐性のある木材細胞が生成されます。現在、このプロセスに使用されている木材種は、Pinus radiataのみです。これは地球上で最も成長の早い樹木種であり、含浸プロセスに特に適した多孔質構造を持っています。

この技術は、主に建築業界の木材の外装材として使用されています。この技術は、他のポリフルフリル含浸木材種と同様の物理的および生物学的特性を達成するためにさらに開発されています。バイオポリマーの含浸に加えて、木材には難燃性樹脂を含浸させることもできます。この組み合わせにより、耐久性クラス I とユーロクラス B の防火安全認証を備えた木材が生まれます。

木材の分子レベルでの化学修飾は、その性能特性を改善するために使用されてきた。木材の修飾のための多くの化学反応システム、特にさまざまな種類の無水物を使用するシステムが発表されているが、木材と無水酢酸の反応が最も研究されている。^{[23] [24] [25]}

あらゆる材料の物理的特性は、その化学構造によって決まります。木材には遊離ヒドロキシルと呼ばれる化学基が豊富に含まれています。遊離ヒドロキシル基は、さらされる気候条件の変化に応じて、容易に水を吸収したり放出したりします。これが、木材の寸法安定性が膨張と収縮によって影響を受ける主な理由です。また、酵素による木材の消化は遊離ヒドロキシル基の部位から始まると考えられており、これが木材が腐りやすい主な理由の1つです。^[26]

アセチル化は木材内の遊離ヒドロキシル基を持つ化合物を酢酸 エステルに効果的に変化させます。^{[27]これは木材を}酢酸から得られる無水酢酸と反応させることによって行われます。遊離ヒドロキシル基がアセトキシ基に変換されると、木材の吸水能力が大幅に低下し、木材の寸法安定性が向上し、消化されなくなるため耐久性が極めて高くなります。一般に、針葉樹の天然のアセチル含有量は0.5〜1.5％、より耐久性のある広葉樹のアセチル含有量は2〜4.5％です。アセチル化により、木材はこれらのレベルをはるかに超えて、それに応じた利点が得られます。これには、アセチル化された木材が塗料や半透明のコーティングのより安定した基質として機能するため、コーティングの寿命が延びることが含まれます。アセチル化された木材は無毒であり、従来の保存技術に伴う環境問題はありません。

木材のアセチル化は、1928 年にドイツのフックスによって初めて行われました。1946 年には、タルコウ、スタム、エリクソンが、木材が水中で膨張するのを防ぐために木材のアセチル化を利用することを初めて説明しました。1940 年代以降、世界中の多くの研究室が、さまざまな種類の木材や農業資源のアセチル化を研究してきました。

木材の化学改質、特に木材のアセチル化に関する研究は膨大であったが、商業化は容易ではなかった。木材のアセチル化に関する最初の特許は、1930年にオーストリアのスイダによって出願された。その後、1947年にスタムとタルコウは、ピリジンを触媒として用いた木材と板材のアセチル化に関する特許を出願した。1961年にコッパーズ社は、触媒を使用せず有機溶媒を用いて木材をアセチル化する技術速報を発表した^[28]。 1977年にロシアでオトレシュノフとニキチナが商業化に近づいたが、コスト効率が悪かったためか、このプロセスは中止された。2007年、ロンドンに拠点を置き、オランダに生産施設を持つタイタンウッド社は、コスト効率の良い商業化を達成し、「Accoya」という商標名でアセチル化木材の大規模生産を開始した^{[29] 。}

銅メッキまたは銅被覆は、木材、特に船の木製船体を銅金属で覆う方法です。金属銅は菌類、シロアリなどの昆虫、海洋二枚貝に対して忌避性と毒性があるため、木材を保護するだけでなく、水生生物が船体に付着して船の速度と操縦性を低下させるのを防ぐ防汚対策としても機能します。現代の船舶底塗料には、同じ理由から、かなりの量の銅が配合されていることがよくありますが、ガルバニック腐食の可能性があるため、アルミニウム船体には推奨されません。^[30]

これらの樹種は、天然の状態では腐敗しにくいが、これは主にポリフェノールである抽出物と呼ばれる高濃度の有機化学物質が抗菌性をもたらしているためである。 ^{[31]抽出物は、特定の樹種の}辺材を心材に変える際に心材に蓄積される化学物質であるが、どちらの部分にも存在する。^[32]ヒューオンパイン（Lagarostrobos franklinii）、メルバウ（Intsia bijuga）、アイアンバーク（Eucalyptus spp.）、トタラ（Podocarpus totara）、プリリ（Vitex lucens）、カウリ（Agathis australis）、およびコーストレッドウッド（Sequoia sempervirens）やウエスタンレッドシダー（Thuja plicata ）などの多くのヒノキがこの範疇に入る。しかし、これらの樹種の多くは、一般的な建設用途には非常に高価になる傾向がある。

ヒューオンパインは19 世紀には船の船体に使用されていましたが、過剰伐採とヒューオンパインの極端に遅い成長速度により、現在では特殊な木材となっています。ヒューオンパインは腐食に非常に強いため、何年も前に倒れた木でも商業的に価値があります。メルバウは今でも人気のデッキ材で、地上用途では長持ちしますが、持続可能でない方法で伐採されており、一般的な用途には硬すぎて脆すぎます。アイアンバークは入手可能な場合は良い選択です。オーストラリアでは原生林と植林地の両方から伐採され、腐食とシロアリに対する耐性が非常に強いです。フェンスの支柱と家の切り株に最もよく使用されます。イースタンレッドシダー ( Juniperus virginiana ) とアメリカニセアカシア ( Robinia pseudoacacia ) は、米国東部で腐食に強いフェンスの支柱とレールに長く使用されており、ヨーロッパでは近代になってからアメリカニセアカシアも植えられています。海岸レッドウッドは、米国西部で同様の用途によく使用されています。トタラとプリリは、原生林が「採掘」されたヨーロッパ植民地時代にニュージーランドで広く使用され、フェンスの支柱としても多くが現在も使用されています。トタラはマオリ族が大型のワカ(カヌー)を造るのに使用されました。今日では希少性のため特別な木材となっていますが、低品質の在庫は造園用に販売されています。カウリは船体やデッキの建造に最適な木材です。これも現在特別な木材であり、沼地から採掘された古代の丸太 (3,000 年以上前のもの) は、木工旋盤工や家具職人によって使用されています。

木材の自然な耐久性、または腐食や虫害に対する耐性は、常に心材（または「真材」）に基づいています。すべての木材の辺材は、防腐処理を施さなければ耐久性がないとみなされます。

天然抽出物としても知られる、腐朽に強い天然の木から精製され、自然な耐久性をもたらす天然物質も、有望な木材防腐剤です。様々なポリフェノール、リグニン、リグナン（グメリノール、プリカチン酸など）、ヒノキチオール、α-カジノールおよびその他のセスキテルペノイド、フラボノイド（メスキトールなど）、その他の物質など、いくつかの化合物が自然な耐久性をもたらすと言われています。^{[33] [34] [35]これらの化合物は主に}心材で確認されていますが、辺材にも極微量に含まれています。^[36] タンニンも保護剤として作用することが示されているが、樹皮に含まれています。^[37]ヒノキチオール、タンニン、さまざまな樹木抽出物などの天然抽出物による木材の処理が研究され、環境に優しい木材保存方法として提案されている。^{[38] [39] [40] [41]}

桐油は中国で何百年も前から使用されており、木造船の防腐剤として使われてきました。この油は木材に浸透し、硬化して木材の 5 mm まで不浸透性の疎水性層を形成します。防腐剤としては、地上および地下の屋外作業に効果的ですが、層が薄いため、実際にはあまり役に立ちません。圧力処理には使用できません。

木材を窯で乾燥させるだけでなく、熱処理を加えることで木材の耐久性を高めることができます。木材を一定の温度まで加熱することで、昆虫にとって木材繊維が食欲をそそらないようにすることが可能になるかもしれません。

熱処理により、水分に対する木材の特性も改善され、平衡水分率が低下し、水分変形が少なくなり、耐候性が向上します。湿気が予想されるファサードやキッチンテーブルでは、保護なしでも使用できるほど耐候性があります。ただし、加熱により揮発性有機化合物の量が減少する可能性があります^[32] 。揮発性有機化合物は一般的に抗菌性があります^{[42] 。}

同様の熱処理法は4つある。米国で開発されたウエストウッド、フランスで開発されたレティウッド、フィンランドのVTT社が開発したサーモウッド、オランダで開発されたプラトウッドである。これらの処理法では、処理済みの木材をオートクレーブで加熱加圧し、窒素または水蒸気で乾燥を制御する。処理時間は木材の種類に応じて24時間から48時間、温度は180℃から230℃である。これらの処理法によって、処理済みの木材の耐久性、寸法安定性、硬度が少なくとも1クラス向上する。しかし、処理済みの木材は色が濃くなり、特定の機械的特性に変化が生じる。具体的には、弾性係数が10%増加し、破壊係数が5%から20%減少する。^{[43] [44]}そのため、処理済みの木材は、木材が割れるのを防ぐために釘打ち用の穴あけが必要となる。これらの処理法の中には、処理済みの木材に対する機械的影響が他の処理法よりも少ないものがある。この方法で処理された木材は、外装材やサイディング材、床材、家具、窓などによく使用されます。

木材梱包材（木枠やパレットなど）に潜んでいる可能性のある害虫の駆除については、 ISPM 15では、 HT スタンプを取得するために木材を 56 °C で 30 分間熱処理することを義務付けています。これは通常、国際輸送される可能性のあるマツノザイセンチュウやその他の種類の木材害虫を確実に殺すために必要です。

木や竹は、虫や腐敗から守るために泥の中に埋めることができます。この方法は、ベトナムで広く行われており、木製の構造フレーム、竹の屋根フレーム、そして壁には稲の干し草を混ぜた泥と竹を使用した農家を建てています。土と接触した木は、通常、接触していない木よりも早く分解しますが、ベトナムで広く見られる粘土質の土壌は、虫の攻撃に対してある程度の機械的保護を提供し、腐敗の加速を補っている可能性があります。

また、木材は特定の温度と水分含有量の範囲内でのみ細菌による腐敗の影響を受けるため、水分を含んだ泥の中に木材を沈めると、木材の内部細胞が水分による腐敗の範囲を超えて飽和し、腐敗を遅らせることができます。

木材を腐朽や虫害から守るために最初に行われた試みは、おそらく、防腐剤を処理済み木材の表面にブラシで塗ったりこすったりすることだったでしょう。試行錯誤を経て、最も効果的な防腐剤と塗布方法が徐々に決定されました。産業革命では、電信柱や枕木などの需要が高まり、19 世紀初頭に新しい技術が爆発的に登場しました。発明が最も急増したのは 1830 年から 1840 年で、ベセル、ブーシェリー、バーネット、キアンが木材防腐の歴史を築いた時期です。それ以来、数多くのプロセスが導入され、既存のプロセスが改良されてきました。現代の木材防腐の目標は、環境を危険にさらすことなく、妥当なコストで深く均一に浸透させることです。現在最も普及している塗布方法は、人工的な圧力を使用する方法で、多くの木材が効果的に処理されていますが、いくつかの樹種 (トウヒ、ダグラスモミ、カラマツ、ツガ、モミなど) は含浸に対して非常に抵抗力があります。切り込みを使用することで、これらの木材の処理はある程度成功していますが、コストが高く、必ずしも満足のいく結果が得られるわけではありません。木材保存方法は、大まかに非圧力処理と圧力処理に分けることができます。

木材を処理する非圧力処理にはさまざまな方法があり、主に手順が異なります。最も一般的な処理方法は、ブラッシングやスプレー、浸漬、浸漬、浸漬、または温水浴や冷水浴による防腐剤の塗布です。また、炭化、穴あけ防腐剤の塗布、拡散処理、樹液置換などのさまざまな追加方法もあります。

防腐剤をブラシで塗る方法は古くから行われている方法で、今日の大工仕事場ではよく使用されています。技術の発達により、防腐剤を木材の表面にスプレーすることも可能です。液体の一部は、スプレーが流れ落ちるか蒸発する前に毛細管現象により木材に吸収されますが、水たまりができない限り浸透は限られており、長期の耐候性には適さない可能性があります。スプレー法を使用すると、コールタール クレオソート、油性溶液、水性塩（ある程度）も塗布できます。コールタール クレオソートをブラシまたはスプレーで徹底的に塗布すると、柱や支柱の寿命が 1 ～ 3 年延びます。2 回以上塗布すると 1 回よりも保護効果は高まりますが、前の塗料が乾燥するか木材に染み込むまで次の塗料を塗布しないでください。木材は処理前に乾燥させておく必要があります。

ディッピングは、木材をクレオソートやその他の防腐剤の浴槽に数秒または数分間浸すだけで​​す。ブラッシングやスプレー処理と同様の浸透が達成されます。手作業を最小限に抑えられるという利点があります。より多くの機器と大量の防腐剤が必要となり、少量の木材の処理には適していません。通常、ディッピング処理は窓枠やドアの処理に有効です。銅ナフテン酸を除き、この方法では銅塩防腐剤による処理は許可されなくなりました。

この処理では、木材を水と防腐剤の混合物の入ったタンクに沈め、長期間（数日から数週間）浸け置きします。この処理は、19 世紀にJohn Kyanによって開発されました。達成される深さと保持力は、樹種、木材の水分、防腐剤、浸漬期間などの要因によって異なります。吸収の大部分は最初の 2、3 日間に起こりますが、その後はゆっくりとしたペースで無期限に続きます。結果として、木材を溶液に浸けておく時間が長ければ長いほど、処理がより良くなります。乾燥した木材を処理する場合、水と防腐剤の塩の両方が木材に浸透するため、木材をもう一度乾燥させる必要があります。危険にさらされている地域では、柱やポールを直接処理できますが、将来の地面から少なくとも 30 cm（0.98 フィート）上で処理する必要があります。

通常の浸漬期間中に得られる深さは、5～10 mm (0.20～0.39 インチ) から、白太松では最大 30 mm (1.2 インチ) まで変化します。吸収性が低いため、溶液の濃度は、圧力処理の場合よりもいくらか濃く、乾燥した木材では約 5%、生の木材では 10% にする必要があります (化学物質が木材に拡散するにつれて濃度が徐々に低下するため)。溶液の濃度は継続的に制御し、必要に応じて塩添加剤で修正する必要があります。木材を処理タンクから取り出した後、木材に十分な水分が含まれていれば、化学物質は木材内で広がり続けます。溶液がすべての表面に行き渡るように、木材に重しをして積み重ねます (製材用ステッカーを各板の層の間に貼る必要があります)。この処理は、以前は大陸ヨーロッパとイギリスで人気がありましたが、現在はほとんど使用されていません。

1833 年にイギリスでこのプロセスの特許を取得したジョン ハワード キアンにちなんで名付けられたキアナイジングは、木材を 0.67% の塩化水銀防腐剤溶液に浸す処理です。現在は使用されていません。

チャールズ A. シーリーが特許を取得したこのプロセスでは、乾燥した木材を高温と低温の防腐剤の連続浴に浸すことで処理を行います。高温浴中は、木材内の空気が膨張します。木材を低温浴に移すと (防腐剤も変更可能)、セルの内腔内に部分的な真空状態が生成され、防腐剤が木材に引き込まれます。高温浴中にも多少浸透しますが、ほとんどは低温浴中に起こります。このサイクルは、他の浸漬プロセスに比べて大幅に時間を短縮して繰り返されます。各浴は 4 ～ 8 時間、場合によってはそれ以上続きます。高温浴中の防腐剤の温度は 60 ～ 110 °C (140 ～ 230 °F)、低温浴中は 30 ～ 40 °C (86 ～ 104 °F) にする必要があります (防腐剤と樹種によって異なります)。この処理で達成される平均浸透深さは 30 ～ 50 mm (1.2 ～ 2.0 インチ) です。この処理では防腐油と水溶性塩の両方を使用できます。処理期間が長いため、この方法は今日の商業用木材保存業界ではほとんど使用されていません。

ウーリッグの『腐食ハンドブック』で説明されているように、このプロセスには2つ以上の化学薬品浴が含まれ、木材の細胞と反応して防腐剤が木材の細胞に沈殿します。このプロセスでよく使用される2つの化学物質は、銅エタノールアミンとジメチルジチオカルバミン酸ナトリウムで、これらは反応して銅ジメチルジチオカルバミン酸を沈殿させます。沈殿した防腐剤は浸出に対して非常に耐性があります。1990年代半ばに使用されて以来、米国では使用が中止されていますが、カナダでは商業化されていません。^[45]

圧力処理は、今日では木材の寿命を保つ最も永続的な方法です。圧力処理とは、密閉されたシリンダー内で圧力または真空をかけて処理する方法です。これらの処理には、非圧力処理に比べて多くの利点があります。ほとんどの場合、防腐剤のより深く均一な浸透とより高い吸収が達成されます。もう 1 つの利点は、処理条件を制御できるため、保持と浸透を変更できます。これらの圧力処理は、大規模生産に適応できます。最大の欠点は、機器の初期費用とエネルギー コストが高いことです。これらの処理方法は、枕木、柱、構造用木材を保護するために使用され、今日では世界中で使用されています。今日使用されているさまざまな圧力処理は、細部が異なりますが、一般的な方法はすべてのケースで同じです。処理はシリンダー内で行われます。木材は、バギーまたはボギーと呼ばれる特別な路面電車に積み込まれ、シリンダーに入れられます。その後、これらのシリンダーは、多くの場合、より高い温度を加えて圧力をかけられます。最終処理として、余分な防腐剤を抽出するために真空が頻繁に使用されます。これらのサイクルを繰り返すことで、より良い浸透を実現できます。

LOSP 処理では、真空含浸プロセスがよく使用されます。これは、使用されるホワイトスピリットキャリアの粘度が低いために可能になります。

フルセル法では、加圧期間中に木材に吸収された液体をできるだけ多く保持し、処理された領域に防腐剤の濃度を最大限に残すことが目的です。通常、この方法では防腐剤塩の水溶液が使用されますが、木材に油を含浸させることも可能です。望ましい保持力は、溶液の濃度を変えることによって達成されます。ウィリアム・バーネットは、水溶液によるフルセル含浸の開発で 1838 年に特許を取得しました。この特許は、水ベースの塩化亜鉛の使用 (バーネッタイジングとも呼ばれる) を対象としていました。油によるフルセル法は、1838 年にジョン・ベセルによって特許取得されました。彼の特許では、密閉シリンダー内で圧力をかけることによって木材にタールと油を注入する方法が説明されていました。この方法は、いくつかの改良を加えて今日でも使用されています。

静的なフルセルプロセスおよび空セルプロセスとは異なり、変動プロセスは動的プロセスです。このプロセスにより、含浸シリンダー内の圧力は数秒以内に加圧と真空の間で変化します。このプロセスにより、スプルースによるピットの閉鎖を逆転させることができるという矛盾した主張があります。ただし、スプルースによるこのプロセスで達成された最良の結果は、10 mm (0.39 インチ) を超える浸透深さを超えません。特殊な装置が必要なため、投資コストが高くなります。

1838 年にフランスのブシェリー博士によって開発されたこの方法は、防腐剤溶液の入った袋または容器を、樹皮、枝、葉が付いたままの立木または切りたての木に取り付け、液体を樹液の流れに注入するというものです。葉からの水分の蒸散により、防腐剤は樹幹の辺材を通して上方に引き上げられます。

改良されたブーシェリー法は、切りたての皮を剥いていない木材を、切り株を少し浮かせた状態で傾斜したスキッドの上に置き、防水カバーキャップを締めるか、端にいくつかの穴を開け、持ち上げた容器からキャップまたは穴に硫酸銅またはその他の水性防腐剤の溶液を入れるというものである。防腐剤オイルは、この方法では十分に浸透しない傾向がある。液体の静水圧により防腐剤が縦方向に辺材に押し込まれ、辺材を貫通するため、木材の反対側の端から樹液が押し出される。数日後、辺材は完全に含浸されるが、残念ながら心材にはほとんどまたは全く浸透しない。この方法で処理できるのは生木のみである。この方法は、ヨーロッパや北米で柱や大木の含浸にかなり使用されており、コスタリカ、バングラデシュ、インド、ハワイ州などの国では竹の含浸にも再び使用されている。

フィリピンで開発されたこの方法 (略称 HPSD) は、8 組のボルトで固定された厚さ 3 mm の軟鋼板で作られたシリンダー圧力キャップ、2 馬力のディーゼル エンジン、および 1.4 ～ 14 kg/m ^{2 の}容量を持つ圧力調整器で構成されています。キャップを柱、木、または竹の切り株の上に置き、エンジンからの圧力で防腐剤を木材に押し込みます。

1911 年と 1912 年に初めてテストされ、特許を取得したこのプロセスでは、処理する材料の表面に浅いスリット状の穴を開け、防腐剤をより深く均一に浸透させます。鋸で切った材料には通常、木目と平行に切り込みを入れます。このプロセスは北米では一般的であり (1950 年代以降)、処理前にさまざまな樹種のダグラスファー製品やポールの根元が準備されます。側面からの浸透には耐性があるが、木目に沿って防腐剤が浸透する木材に最も有効です。このプロセスが生産されている地域では、処理前に厚さ 3 インチ (76 mm) 以上のダグラスファーの鋸にすべて切り込みを入れるのが一般的です。

残念ながら、ヨーロッパの広い地域で最も重要な構造用木材であるトウヒの含浸処理では、不十分な処理深さしか得られませんでした。最大浸透深さ 2 mm (0.079 インチ) では、風化した部分の木材を保護するには不十分です。現在の切込み機は、基本的に、木材に切込みを焼き付ける歯や針、またはレーザーが取り付けられた 4 つの回転ドラムで構成されています。防腐剤は、木目に沿って半径方向に最大 20 mm (0.79 インチ)、接線方向と半径方向に最大 2 mm (0.079 インチ) まで塗布できます。

北米では、より小さな木材寸法が一般的であるため、4～6 mm (0.16～0.24 インチ) の切込み深さが標準となっています。ヨーロッパでは、より大きな寸法が普及しているため、10～12 mm (0.39～0.47 インチ) の切込み深さが必要です。切込みは目に見え、木材の欠陥とみなされることがよくあります。レーザーによる切込みは、スポークやニードルによる切込みよりも大幅に小さくなります。各プロセス タイプのコストは、スポーク/従来の全周切込みでおよそ 0.50 ユーロ/m ²、レーザー切込みで 3.60 ユーロ/m ²、ニードル切込みで 1.00 ユーロ/m ²です(数字は 1998 年のものであり、現在の価格とは異なる場合があります)。

代替案としては、マイクロ波技術を使用して木材の透過性を高める方法があります。この方法は、材料の構造性能に悪影響を与える可能性があるという懸念があります。この分野の研究は、オーストラリアのメルボルン大学の共同研究センターによって行われています。

木材を炭化させると、耐火性、防虫性、耐候性を備えた表面になります。木材の表面は、手持ちのバーナーを使用して点火するか、火の上でゆっくりと動かして点火されます。その後、焦げた表面をスチールブラシを使用して清掃し、緩んだ破片を取り除き、木目を露出させます。必要に応じて、オイルまたはニスを塗布します。^[46]赤熱した鉄で木材を焦がすのは日本の伝統的な方法で、日本では焼杉または焼杉板と呼ばれています。

• 浸水した木材の保全と修復
• 重金属
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• ナノ毒性学
• 含浸樹脂
• おがくず
• 焼杉

• CCA 以外の木材防腐剤: 選定リソースガイド - 国立農薬情報センター 2007-10-31 にWayback Machineでアーカイブ

• 環境医学のケーススタディ - ヒ素毒性

• アルバイト（ケイ酸アルミニウムナトリウム）鉱物

• 米国環境保護庁からの情報
• アメリカ木材保護協会 (AWPA、旧アメリカ木材保存協会)
• アメリカ木材規格委員会 (ALSC)
• [4]