ウッドセラミックスのインテリア材用への利活用
Utilization technology of Woodceramics for interior materials小川 和彦 OGAWA Kazuhiko １．緒言 現在、あらゆる生産現場においてリサイクル が叫ばれている。建築廃材のリサイクルは、セ メントにおいては約 98％と高いが、木材は約 90％であり、他の建築廃材に比較してリサイク ル率が極めて低い 1）。このため、建築木質系廃 材のリサイクル方法が模索されている。その中 でウッドセラミックス（Woodceramics；以下 WCS と称す）は、建築廃材の利用方法として現在最 も注目されている材料である。 WCS は、木材の廃材やおがくずなどを圧縮成 形し、減圧下でその空隙にフェノール樹脂を含 浸 さ せ 、 無 酸 素 雰 囲 気 中 に お い て 200 ℃ ～ 2000℃の温度で焼成した多孔質炭素材料である 2）。WCS は軽量で堅く、耐熱性・伝導性・低コス トなどの特徴を活かし、電磁シールド材 3）4）， ヒータ材 5）6）、湿度やアンモニアなどのセンサ ー材7）8）などに使われ始めている。また優れた 吸着性能にも注目されている9）。WCS は 800℃焼 成の場合、焼成後に平面方向で約 20％、厚さ方 向で 26％の収縮性質を有す10)。これは、原料で ある木質材料の繊維方向によって収縮率が異な るため焼成時に変形を生じるためである。焼成 により変形が生じるため、精密を要する部品の 製品化には、切断・切削・研削などの焼成後の 二次加工が必要である11）。WCS の 2 次加工の際 に多くの切りくず粉塵・粉塵が発生し大半は廃 棄されているのが現状である。 また、現在住宅等の VOC（Volatile Organic Compounds）が健康にもたらす問題が生じ、その 対策が急がれている。本研究では、WCS の 2 次 加工で発生した切りくず等を水性エマルジョン 系塗料の建築内装用塗料に混ぜることによって、 ホルムアルデヒドの吸着性能を塗装膜に持たせ ることができると考え、WCS の加工時に発生し た切りくず・粉塵をリサイクルし再び建築材料 に使用した。このことにより、図 1 に示すよう な、ゼロエミッションに近い WCS 製品の生産が 可能となった。 2.試験方法 本実験において WCS は MDF（Medium Density Fiberboard）を 650℃で焼成したものを使用し た。このタイプの WCS はヒータの発熱体などで 使用され、現在最も多く利用が見込まれている タイプである。今回使用した WCS 粉は、実際の 使用を前提とし、切断砥石で WCS を加工した際 に発生する粒径 0.05～0.1mm の切りくずを使用 した。使用した塗料はＦ☆☆☆☆の水性エマル ジョン系塗料（関西ペイント株式会社製 ビニ デラックス）を使用し、塗料そのものからでき るだけホルムアルデヒドが発生しないよう考慮 した。WCS を混合する塗料の粘度を I,H,S 粘 度:13～15 秒に定め、粘性を一定とし各実験で 塗料による混合割合の誤差を最小にした。塗装 には塗料を均一に塗布する必要があるため、ス プレーガンを使用し塗膜が均一になるように塗 布した。下地にはエマルジョン系の白（つや 図 1． WCS のリサイクルシステム
消し）を用いた。吸着実験で使用するデシゲー タは、「塗料に対する WCS の混合比と吸着性能」 の実験のみ 36.2L とし、他はすべて 5.4L とした。 3.塗料に対する WCS の混合比と吸着性能 塗料に対する WCS の混合比 0％、5％、10％の 3 種類のボードを作成し、デシゲータ内に JIS A6921 にあるデシケータ法を参考に図 2 に示す ように 1/20 の 8 畳間を想定したモデルを作成し、 比較実験を行った。モデルは壁がビニールクロ ス張り、天井が塗装仕上げとし、塗装部分には WSC の混合比を変えた WCS 粉入り塗装を用いた。 またベースには壁、天井ともに、12mm 厚のラワ ンベニア合板（セイホク株式会社製 Ｆ☆☆☆ ☆）を使用した。実験は気温 20±1℃以上、湿 度 40±5.0％の環境で、約 15 時間デシゲータ内 の壁紙や下地より発生したホルムアルデヒド濃 度変化を測定した。実験の結果を図 2 に示す。 WCS の混合比 0％は、5 時間でホルムアルデヒド 図 2 実験に用いたデシケータ（右）と 1/20 モ デル内部（左） 0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 0 5 10 15 時間(h) デシ ゲ ータ 内 の ホ ルム ア ルデ ヒ ド 濃度( pp m ) 図 3 焼成温度及び WCS の粒径と塗膜吸着性 濃度が 1.5ppm まで上昇しているが、WCS を混合 したものでは濃度は上がらず、合板等から発生 するホルムアルデヒドを十分に吸着しているこ とが確認できた。また、5％と 10％では、吸着 性能の差を観察できなかった。 4.WCS の粒径・焼成温度と吸着性能 WCS は焼成温度により大きく資質が異なり、 吸着性能も異なることが報告されている 9）。 塗膜に混合し吸着を行った場合、同じような吸 着の傾向があると予測される。このため WCS の 焼成温度と WCS の切りくず粉の粒径が及ぼす塗 膜のホルムアルデヒド吸着性能について調査を 行った。試験片は、厚さ 12mm の建材等石膏ボー ド 60mm 角を用い、エマルジョン系塗料（関西ペ イント㈱：ビニデラックス Ｔ☆☆☆☆）で下 塗りを行った。焼成温度の比較実験においては WCS の切断加工で発生した焼成温度 500℃～ 1200℃の WCS の切りくずを使用した。また、粒 径の比較実験の試験片においては、 焼成温度 650℃の WCS の切断加工で発生した切りくずを、 篩い（＃40～＃230）によって分け、塗料に混合 する WCS の切りくず粉を作製した。試験片の作 製には、WCS の切りくず粉を水性エマルジョン 塗料に対して重量比 5％を混合したのち、スプ レーカンによって吹付け塗装を行い試験片の作 製を行った。粒径 0.42～0.56mm 及び 0.56mm で は、使用したスプレーガンのノズル径が 1mm の ため、粒径 0.56mm 以上の WCS の塗料は、スプレ ーガンでの塗付は粒径が大きく不可能であった ため、刷毛により塗膜を形成した。また塗装し た状態では、WCS の切りくず粉が塗膜から露出 する割合が少ないため、＃240 のエミリー紙に より表面を研磨後に吸着実験を行った。容量 5.4L のデシケータ内で、0.001mg のパラホルム アルデヒドを燃焼し、約 5～6ppm のホルムアル デヒドガスを発生後、30 分間隔で 20 時間（２ ０℃±1）で、デシケータ内部のホルムアルデヒ ドを測定し、試験片のホルアルデヒド吸着量の □0％ ×10% △5% 〇Brank
0 1 2 3 4 5 0 4 8 12 16 20 時間（ｈ） デシゲータ内のホルムアルデヒド 濃度 （ ppm ） 図 4 WCS の粒径ホルムアルデヒド吸着性
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時間（ｈ） デシゲータ内のホルムアルデヒド濃度 (ppm) 図 5 WCS の焼成温度とホルムアルデヒド吸着 性 （A）焼成温度 650℃ 工具粒度：＃50 （B）焼成温度 1000℃ 工具粒度：＃300 図6 焼成温度による切りくずの多孔度の違い 比較を行った。 図 4 は各粒径の大きさに対する吸着性能を比 較したものである。ホルムアルデヒドの吸着量 は吸着材である WCS の粒径による大きな変化は 確認できず、粒径は塗装膜の吸着性能を大きく 左右する要因ではないと確認できた。 図 5 は、焼成温度 500～1200℃の WCS の吸着 性能を比較したグラフである。焼成温度の低い 500～750℃と焼成温度の高い 1000～1200℃で は大きく吸着性能が異なり、焼成温度が低い 500℃及び 650℃の WCS 切りくず粉を混合した塗 膜が吸着性に優れていることが確認できた。こ れは、図 6 の SEM 写真で示すように、高温で焼 成された WCS は低温焼成で焼成された WCS より 孔部分が少ないため、吸着面積が少なく吸着量 が少ないためと予測できる。 5.他の吸着剤との比較 活性炭と備長炭は共に、吸着性能の強い材料 であり、防湿材や VOC 対策の吸着剤として、内 装材に多く用いられている。WCS と活性炭およ び備長炭を水性エマルジョン系塗料に 5％混合 した塗装膜の吸着性能について実験を行った。 5.4L のデシゲータ内で、パラホルムアルデヒド を燃焼し、ホルムアルデヒド濃度を 5～6ppm、 デシゲータ内の温度を 20±1℃に保ち吸着実験 を行った。図 7 は WCS と活性炭および備長炭の 粉を混合した塗膜の吸着実験結果である。ホル ムアルデヒド WCS は、吸着性能に優れている活 性炭および備長炭と比較した結果、吸着性能は 劣ることが確認できた。特に、最初の 3 時間の 初期ではウッドセラミックスは備長炭と活性炭 に対して吸着力が弱いことが確認できた。しか し、約 20 時間後には、備長炭および活性炭を入 れたデシゲータ内のホルムアルデヒド濃度は約 0.5ppm となり、WCS のデシゲータ内濃度も近い 約 0.6ppm となっている。 20 時間より長時間 行うことによって、デシゲータ内はほぼ同じ濃 度となることが予測できる。 *1200℃ ×1000℃ ◇750℃ □650℃ △500℃ ｜0.56mm 以上 ＊0.32~0.42mm ×0.21~0.32mm ◇0.11mm 以下 △0.15~0.21mm ○0.42~0.56mm A B6.有機溶剤系（ラッカー）塗料への応用 現在、建築内装・家具において、VOC の発生 の多いアクリルラッカー系の塗料の使用は減少 している、しかし今なお家具等には多く使用さ れている。図 8 にラッカーに WCS 等の吸着剤を 混合した塗幕からのホルムアルデヒドの発生を 示す。WCS は、活性炭および備長炭と比較して、 ホルムアルデヒド発生の抑制力は低いといえる。 しかし、２０時間以上の長時間では抑制力の差 は無いといえる。この結果より、溶剤（ラッカ ー）系の塗料に混合することによって、溶剤系 塗料が乾燥時に発生するホルムアルデヒドを約 半分軽減することが確認できた。 7.WCS と塗料の混合比が明度に及ぼす影響 WCS の切りくず粉を塗料に混合すると、塗料 の明度が低下する。L*a*b*表色系(JISZ8729)を 用いて、WCS の切りくず粉の塗料への混合比率 が及ぼす明度の低下について確認を行った。試 験片は、先の WCS の切りくず粉と塗料の混合比 と塗膜性能で使用した試験片を使用し、WCS の 切りくず粉の混合比 0％、5％、10％、15％の 4 種類の比較を行った。なお下地は明度 59（L*） のグレーの下地を用いた。測定にはコニカミノ ルタ製の分光測色計 （CM-600d）を用いた。明 度を測定した結果を図 9 に示す。WCS の切りく ず粉を混合することによって、各塗膜混合比 0％からの明度低下は 混合比 5％において約 12（L*）、10%において約 21（L*）、15％におい ては約 25（L*）の明度の低下をもたらした。本 実験において明度の低い下地仕上げを用いたた め、WCS の切りくず粉と塗料の混合比率 5％の塗 料においても、一般的なグレー系（本校 7 号館 教室）の天井仕上げより明度の低い結果が得ら れた。このため、WCS を混合した塗料施工にお いて、明度を上げるためには、グレー系の下地 は適さないことが確認できた。このため下地の 施工には白を用いるか、明度の高い仕上げを行 うためには、下地の影響の少ない透過性の低い 0 1 2 3 4 5 0 4 8 12 16 20 時間（ｈ） デシゲータ 内のホルムアルデヒ ド 濃 度 （ppm ） 〇 WCS △ 備長炭 ◇ 活性炭 図 7 WCS、備長炭、活性炭入り塗膜のホルムア ルデヒド吸着性 0 0.5 1 1.5 2 2.5 0 4 8 12 16 20 時間(ｈ) ホ ルム アルデヒド濃度(p pm ) 図 8 WCS、備長炭、活性炭入り塗膜のルムアル デヒド吸着性 60 70 80 90 100 1 2 3 4 5 WCSの混合比（％） 明 度 L *a *b*（L*） 図 9 WCS の合比と明度 △ ラッカーのみ ○ 備長炭 ＊ WCS □ 活性炭
塗料を用いることが必要である。また内装材（天 井）を想定した場合、明度の低下を小さくする ため WCS の混合比は 5％以下が好ましいといえる。 8.コスト 本実験で使用した WCS 切りくず紛入り塗料と、 吸着性能を有する石膏ボード（吉野石膏㈱製ハ イクリーンボード）のコストを材料の定価ベー スで比較した結果を表 1 に示す。①に示すよう に WCS の加工の際に発生した切りくず粉を利用 し WCS のコストを加算しない場合、⑤の吸着性 能を有する石膏ボードよりコストは安い、しか し WCS の製造コストを付加した場合は、③に示 すように塗料のみの 1.5 倍にコストが上昇する。 また、リフォームの場合は既存の天井等に塗装 工事のみで施工が可能であるが、新築の場合、 塗装だけではなく天上材も必要となってくる。 このため③に示すように WCS 入り塗装+石膏ボ ードでコストを計算すると、⑤の市販されてい る吸着性能を有する石膏ボードより 20％以上 高く、④の塗料+ボード代と比較しても吸着性能 を有する石膏ボードよりはコストが下がらない。 またこの計算では施工にかかる人件費を省いて 計算している。このため、工程のリフォームに WCS 切りくず粉入り塗料を用いるのはコスト的 に安く問題が無いが、新築における利用では乾 式工法に比較して塗装工事の人件費はコスト高 となるため、コスト的には WCS 入り塗料は新築 の施工には適さないといえる。 9. 結言 WCS の多孔質の性質を活かし、建築材料に混 合することによりホルムアルデヒド吸着剤とし ての利用が有効であることが確認できた。WCS 粉の粒径は吸着性能に影響を及ぼさないが、WCS 粉の粒径が 0.5mm 大きなものは一般的なスプレ ーガン（ノズル径 1mm）で塗付できない。この ため、径の大きな粒を用いる場合は、リシンガ ン等の使用が望ましい。WCS は焼成温度が高く なると孔部分が少なくなる。このため、WCS の 焼成温度は、塗膜の吸着性能に影響を及ぼし、 孔部分の多い焼成温度 500℃及び 650℃の WCS 粉を混合した塗膜が吸着性に優れている。この ため吸着剤としては低温焼成の WCS が適してい る。また、WCS は、5 時間以内の時間の吸着性能 においては、活性炭や備長炭に比べ吸着性能は 劣るが、20 時間以上の使用を考えると活性炭や 備長炭に劣らない吸着性能が期待できる。また、 有機溶剤系の塗料に混合することによって、初 期のホルムアルデヒドガスの発生を低下させる ことができる。今後塗装膜塗料材としてだけで はなく、MDF 等の合板の製造に WCS を混合して、 より健康的な材料としてリサイクルできること が期待できる。 また、WCS を塗料に混ぜること により、明度が低下するが、内装材として使用 する場合、実用の範囲であり、下地材の色を明 るくすることによって、明度の明るい塗装にも 対応が可能である。以上の結果より、天井材等 の内装塗装に WCS 入り塗料を使用することによ って、住宅等のホルムアルデヒド対策に活用で きることが確認できた。また WCS の２次加工の 際に発生する粉塵や切りくずを有効に活用でき、 WCS 製品の生産において廃棄物の排出がほとん ど無い生産が可能であることが確信できた。ま た、WCS は吸着性能の他にも、ヒータとしての 機能、電波吸収材としての機能を有する。この 機能を生かし高機能内装材を作ることが可能で あり、WCS は木質系建築廃材のリサイクル用途 として有望な材料であるといえる。 表 1 WCS 切りくず粉入り塗装の材料コスト 施工材料コスト （円/ｍ2） ① 塗料のみ 213 円/ｍ2 ② WCS 入り塗装 341 円/ｍ2 ③ WCS 塗装+石膏ボード 761 円/ｍ2 ④ 塗料+石膏ボード 633 円/ｍ2 ⑤ 吸着性能を有する市販石膏 ボード 610 円/ｍ 2
参考文献 1）平成 18 年度 環境庁白書 第 2 節 廃棄 物等の発生，循環的な利用及び処分の状況 図 表 4-2-14 2）平成 18 年度 国土交通白書 建設リサイク ル等の推進 図表 II-7-2-1 2006 3) 岡 部 敏 弘 ,“ ウ ッ ド セ ラ ミ ッ ク ス”,pp.42-109(1996),内田老鶴圃
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8) K. Kakishita and T. Suda “Application of Woodceramics for Ammonia Sensor”,Trans. Mat. Res. Soc. Jp., vol29,No.5, 2427-2430 (2004) 9) 秦 啓祐,ウッドセラミックス及び TiO2 を 塗布したウッドセラミックスの吸着性について 職業能力開発報文誌 Vol.18, No.1 (2006) (通 号 35) pp. 47～52 10）岡部敏弘監修：木質系多孔質炭素材料ウッ ド セ ラ ミ ッ ク ス ， 内 田 老 鶴 圃 ， (1996) ， pp.133-134
11) K. Hata, Doctoral thesis “Research on the processing characteristics of Woodceramics”, Shibaura Institute Technology(1999)
