熱処理木材は湿気により耐性がありますか？

熱処理木材とは何か、そして熱的改質がどのように湿気耐性を向上させるのか？

熱処理木材における熱的改質の定義とプロセス

木材を熱処理する際、化学薬品を一切使用せずに特殊な加熱プロセスを経ます。この処理は蒸気で満たされた室内で、約180℃から約220℃の温度範囲で行われます。内部では一体何が起きているのでしょうか？この変化には基本的に3つのステップがあります。まず最初に乾燥段階があり、木材に含まれる水分がすべて除去されます。次に、温度を大幅に上げることで、水を非常に吸収しやすい木材の成分が分解されます。最後に、木材が処理後も安定した状態を保てるよう、ゆっくりと冷却します。この方法は、防腐目的で毒性物質を添加する従来の加圧処理とは異なります。代わりに、木材が高温と接触することで生じる変化そのものに依拠しており、これにより長期間にわたり耐久性が向上し、湿気による損傷に対する抵抗性が高まります。

熱処理が親水性および水分吸着性を低下させる仕組み

昨年の木材科学研究所の研究によると、熱処理によって水分を最も保持しやすい木部成分であるヘミセルロースが分解され、ヒドロキシル基が約半分に減少します。これにより、通常の未処理木材と比較して、木材全体の水分吸収量が30～40％程度低下します。特に注目すべき点は、湿度が90％に達しても平衡含水率が非常に安定していることです。つまり、木材が予期せず膨張または収縮する可能性が大幅に低くなり、建築業者や家具製造業者が直面する問題を大きく軽減できるということです。

科学的概要：熱処理中の主要な構造変化

加熱により引き起こされる2つの重要な構造変化：

1. リグニンの架橋 ：水分に対する耐性を持つ結合を形成し、寸法安定性を向上させる
2. セルロースの結晶性 ：微細繊維間の間隔を狭め、水分の浸透を制限する

2021年の研究で 木材科学および技術 これらの変化により、湿気による変形が40～60％低減されることが明らかになっており、熱処理木材が湿潤条件下でも形状の完全性を保つ理由を説明している。

熱処理中の木材における水分耐性を高める化学変化

ヘミセルロースの分解とその水分吸収低減への寄与

熱処理中の制御された熱分解によってヘミセルロースが分解され、水分子との結合の主要な部位であるアセチル基の最大85％が除去される。この分解により、未処理木材に比べて木材の水分吸収および保持能力が最大で50％低下し、木材の吸湿性挙動が根本的に変化する。

熱処理木材におけるリグニンおよびセルロースの構造的変化

熱処理プロセスでは、以下の3つの相乗的な化学変化が引き起こされる：

1. リグニンの再構成 ：架橋反応により疎水性が増加
2. セルロースの部分的結晶化 ：利用可能なヒドロキシル基が30～40％減少
3. ヘミセルロースの脱重合 ：糖類ベースの水分吸引物質を除去します

これらの改変により、機械的強度を維持しつつ、吸湿性が総合的に最小限に抑えられます。

水酸基の減少と全体的な撥水性の向上

木材が熱処理を受けると、セルロース構造内の非晶質領域、つまり通常は水分子を保持している水酸基（-OH）に影響を与えます。その後起こる現象は非常に興味深いものです。表面エネルギーが劇的に変化するのです。もともと水を好む性質で約45～50 mN/mだったものが、熱処理後は約28～32 mN/mまで低下し、水をはじく性質へと変わります。つまり、雨水が木材内部に染み込むのではなく、玉のように表面に残るのです。実際の試験結果でも顕著な効果が示されています。24時間連続で水中に浸した後の結果では、熱処理された試料の水分吸収量は、同様の条件下での未処理木材に比べて約60％少なくなることが確認されています。

研究の知見：熱処理木材の化学分析

最近のFTIR分光法による研究により、熱処理が以下のような影響を持つことが確認されている：

• 樹種に応じてヘミセルロース含有量を42～65％低下させる
• リグニンの相対濃度を25～30％から35～40％まで増加させる
• 加水分解に対して耐性を持つエステル結合を生成する

これらの化学変化により、熱処理材は相対湿度90％の環境下でも平衡含水率（EMC）を12％以下に保つ理由が説明できる。

熱処理木材における低い平衡含水率（EMC）：その原因と利点

熱処理された木材は、最大で 未処理木材に比べて50％低い平衡含水率 に達し、環境中の湿度に対する反応性を変化させる。

湿度の変化下における加熱処理木材の平衡含水率低減の理解

180°Cから230°Cの温度にさらされると、ヘミセルロースが劣化し、水分吸収の主要因である水酸基の密度が低下します。その結果、熱処理された木材は 9–12% EMC 相対湿度85%の条件下でも維持されます。未処理材は湿潤状態で膨張するのに対し、改質木材は寸法変化が約1%と小さいです。

比較データ：未処理材と熱処理木材のEMCレベル

2024年の27種類の木材に関するメタアナリシスによると、以下の結果が得られました。

この寸法安定性は繰り返しのサイクルでも持続します。熱処理木材は再加湿時に排出された水分のうちわずか 35%しか再吸収しないのに対し、未処理試料では90%を再吸収します。

安定した水分量による長期的な性能上の利点

低減された平衡含水率（EMC）は、測定可能なメリットをもたらします：

• 12～15年 デッキ用途における耐用年数の延長
• 菌類による腐朽に関するクレームが83％削減（Wood Protection Association 2023）
• 湿潤気候における反りに起因するメンテナンスの排除

内部の水分量を10％以下に保つことで、熱処理木材は生物的腐朽および機械的応力の両方に対して耐性を示し、外装建具、サウナ、その他の高湿度環境に最適です。

湿潤および屋外環境における熱処理木材の寸法安定性

高温処理が湿潤条件下での膨張および収縮をいかに最小限に抑えるか

木材が熱処理を受けると、ヘミセルロースが分解され、ヒドロキシル基が減少することで、水分吸収量が約60%低下します。昨年発表された材料科学分野の研究によると、熱処理木材（サーモウッド）は、湿度変化に対する反応性において、通常の木材の約40%程度しか保持しません。高湿度（約90%）での試験では、膨張および収縮が60～70%減少することが明らかになりました。内部で起こっている現象も非常に興味深いものです。細胞壁には、環境中の通常の水分変動による膨張や収縮を防ぐバリアとして機能する、撥水性ポリマーが形成され始めます。

気候変動条件下におけるサーモウッドの性能

試験結果によると、熱処理された木材は、2週間の間に湿度が30～90％の範囲で変化した場合でも、寸法が約0.8％以下しか変化しないことが分かっています。冬に気温がマイナス25度まで下がり、夏にはプラス35度まで上昇するような極寒地域での現地観察でも興味深い結果が得られています。サーモウッド外壁材は、5年間設置された後でも、1メートルあたり約1.2ミリメートル以内の整列を維持しています。これは通常の加圧防腐処理木材と比べて実に3倍優れた性能です。その理由は、熱処理によって木材内部の細胞構造が変化し、木材内の微細な経路を通じて水分を吸収しなくなるためです。このため、寒冷地で頻繁に発生する凍結・融解サイクルによる内部応力の蓄積が少なくなります。

ケーススタディ：屋外デッキおよび外装用途における熱処理木材

バルト海沿岸環境における熱処理された灰のデッキ材の5年間の研究結果は以下の通りです：

• 水吸収 ：未処理木材に比べて23%低い
• 隙間の形成 ：幅の変化率はセダーの2.1%に対し、0.5%
• 表面割れ ：平均深度は熱帯産広葉樹の2.4 mmに対し、0.8 mm

この材料で作られた外壁は、従来の木材に比べて設置後の調整が73%少なかった。

業界の知見：化学防腐剤を使用せずに高い寸法安定性を実現

2024年の木工産業の最新データによると、建築用製造業者の約84％が屋外プロジェクトで耐久性と精度を必要とする場合、熱処理木材を採用しています。その理由は何かというと、この種の木材は通常の気候条件下でも含水率を6％以下に保つことができ、プラスチック複合材料と同等の性能を持ちながら、時間の経過とともに自然に分解されるからです。このような特性を可能にしているのは後から添加された特別な化学物質ではなく、木材を加熱する過程で自然に起こる変化です。加工中に木材内のリグニンが実際に安定したネットワーク構造へと変化し、砂糖をキャラメル化するプロセスに似た現象が生じることで、追加の処理を必要とせずに木材に特有の性質を与えています。

熱処理木材の水分吸収および水分関連性能

熱処理木材における水分吸収に関する実験結果

研究によると、熱処理された木材は、同様の環境下に置かれた場合、通常の未処理木材に比べて約35～50％少ない水分しか吸収しません。2021年にIOP Conference Seriesで発表された研究データを調べると、特に熱処理されたマツ材について興味深い結果が得られました。処理された木材は、通常の木材サンプルと比較して、約2.3倍速く水分平衡状態に達し、湿度が90%といった非常に高いレベルでも、わずか12%の水分量で停止しました。なぜこのような現象が起こるのでしょうか？実は、加熱プロセスによって木材構造内のヘミセルロースと呼ばれる成分が分解されるためです。そしてこの成分こそが、通常の木材が自然に吸収しようとする水分量の約85%を占めているのです。

繰り返しの湿度変化に対する挙動と実用上の意義

30～90%の湿度サイクルが繰り返し加わった場合、熱処理木材は以下のような性質を示します：

• 未処理木材に比べて寸法変化が72%少ない（EN 335耐久性基準による）
• 50回以上のサイクル後もクラックが発生しない
• 塗料およびコーティングに対する接着性が安定

この信頼性の高い性能により、日常的に湿度の変動が見られる浴室、サウナ、沿岸構造物に最適です。

直接比較：熱処理木材と未処理木材の吸水性について

実験室での浸漬試験は明確な差を示している：

熱的処理によるヒドロキシル基の恒久的な低減は、疎水性の細胞構造を形成し、さまざまな樹種において水分吸収を54～68%低下させます。

よくある質問

熱処理木材とは何ですか？

熱処理木材とは、化学薬品を使用せずに加熱処理された木材のことです。この処理により耐久性と湿気に対する抵抗性が向上します。

熱的処理は木材の水分吸収をどのように低減するのですか？

熱的処理ではヘミセルロースの分解、ヒドロキシル基の減少、リグニン含量の増加が起こり、これらすべてが水分吸収の低減に寄与しています。

熱処理木材にはどのような利点がありますか？

熱処理木材は、湿気に対する耐性、寸法安定性、長寿命、および腐朽菌の発生抑制に優れています。屋外用途に最適です。

熱処理木材は環境にやさしいですか？

はい、このプロセスでは化学物質を使用せず、木材の自然な特性を高めるため、環境にやさしく、持続可能です。