JP2023093543A - 強くて丈夫な構造木材、並びにその製造および使用方法 - Google Patents
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- D21C9/00—After-treatment of cellulose pulp, e.g. of wood pulp, or cotton linters ; Treatment of dilute or dewatered pulp or process improvement taking place after obtaining the raw cellulosic material and not provided for elsewhere
- D21C9/001—Modification of pulp properties
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Abstract
【課題】非常に強くて丈夫な圧縮木材構造を提供する。【解決手段】セルロース系の天然木材にリグニンを部分的に除去する化学処理を施すことにより、非常に強くて丈夫な圧縮木材構造が形成される。処理された木材は、細胞壁のセルロースナノファイバーが整列している、天然木材の内腔を保持する。次いで、処理された木材は、内腔が崩壊し、木材内の残留流体が除去されるように、内腔が延在する方向と交差する方向にプレスされる。その結果、細胞壁が絡み合い、隣接するセルロースナノファイバー間に水素結合が形成されることによって、他の機械的特性の中でも木材の強度および靭性が向上する。圧縮木材を更に修正、操作、または機械加工することにより、多様な用途に適合させることができる。【選択図】図4
Description
本出願は、2017年4月10日に出願された米国仮特許出願第62/483828号
および2018年2月7日に出願された米国仮特許出願第62/627600号の利益を
主張しており、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
および2018年2月7日に出願された米国仮特許出願第62/627600号の利益を
主張しており、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
本開示は、一般に天然木材構造に関し、より具体的には、強度および靭性を向上させる
ための天然木材の化学処理およびプレス加工、並びにそのような強くて丈夫な木材を組み
込んだ構造およびデバイスに関する。
ための天然木材の化学処理およびプレス加工、並びにそのような強くて丈夫な木材を組み
込んだ構造およびデバイスに関する。
開示された主題の実施形態は、セルロース系の天然木材にリグニンを部分的に除去する
化学処理を施すことにより形成される強くて丈夫な木材構造を提供する。処理された木材
は、細胞壁のセルロースナノファイバーが整列した、天然木材の内腔を保持する。次に、
処理された木材は、内腔が崩壊し、木材内の残留流体が除去されるように、内腔が延在す
る方向と交差する(即ち、内腔が延在する方向に垂直な力成分を有する)方向にプレスさ
れる。その結果、細胞壁が絡み合い、隣接するセルロースナノファイバー間に水素結合が
形成される故に、他の機械的特性の中でも木材の強度および靭性が向上する。プレスされ
化学処理された木材を更に修正、操作、または機械加工することにより、様々な構造用途
に適合させることができる。
化学処理を施すことにより形成される強くて丈夫な木材構造を提供する。処理された木材
は、細胞壁のセルロースナノファイバーが整列した、天然木材の内腔を保持する。次に、
処理された木材は、内腔が崩壊し、木材内の残留流体が除去されるように、内腔が延在す
る方向と交差する(即ち、内腔が延在する方向に垂直な力成分を有する)方向にプレスさ
れる。その結果、細胞壁が絡み合い、隣接するセルロースナノファイバー間に水素結合が
形成される故に、他の機械的特性の中でも木材の強度および靭性が向上する。プレスされ
化学処理された木材を更に修正、操作、または機械加工することにより、様々な構造用途
に適合させることができる。
1つ以上の実施形態において、構造は、セルロース系の内腔の構造を実質的に維持しな
がらリグニンを部分的に除去するように化学処理され、かつ、内腔が少なくとも部分的に
崩壊するように、内腔の延在方向と交差する第1の方向に更にプレスされた、第1の天然
木材片を含む。
がらリグニンを部分的に除去するように化学処理され、かつ、内腔が少なくとも部分的に
崩壊するように、内腔の延在方向と交差する第1の方向に更にプレスされた、第1の天然
木材片を含む。
1つ以上の実施形態において、方法は、第1の方向に延在する、セルロース系の内腔の
構造を実質的に維持しながら、リグニンを部分的に除去するように天然木材片を化学溶液
で処理するステップを含む。この方法は、処理後に、内腔が少なくとも部分的に崩壊する
ように、化学処理された木材片を第1の方向と交差する第2の方向に第1の時間にわたり
プレスするステップも含むことができる。
構造を実質的に維持しながら、リグニンを部分的に除去するように天然木材片を化学溶液
で処理するステップを含む。この方法は、処理後に、内腔が少なくとも部分的に崩壊する
ように、化学処理された木材片を第1の方向と交差する第2の方向に第1の時間にわたり
プレスするステップも含むことができる。
1つ以上の実施形態において、構造は、断面図において、内腔の細胞壁間に隙間を有す
ることなく、内腔が完全に崩壊している圧縮木材片を含む。
ることなく、内腔が完全に崩壊している圧縮木材片を含む。
1つ以上の実施形態において、積層体は、複数の圧縮木材片を含む。各ピースは、断面
図において、少なくとも部分的に崩壊した内腔を有することができる。内腔は、それぞれ
の延在方向に延在している。圧縮木材片のうちの少なくとも一部の延在方向は、互いに交
差し得る。積層体内の複数の圧縮木材片は、一緒に結合することができる。
図において、少なくとも部分的に崩壊した内腔を有することができる。内腔は、それぞれ
の延在方向に延在している。圧縮木材片のうちの少なくとも一部の延在方向は、互いに交
差し得る。積層体内の複数の圧縮木材片は、一緒に結合することができる。
開示された主題の実施形態の目的および利点は、添付の図面と併せて、以下の説明から
明らかになるであろう。
明らかになるであろう。
必ずしも縮尺通りに描かれているとは限らない添付図面を参照して、実施形態を以下に
説明する。該当する場合、一部の要素は、基礎となる機能の図解および説明を支援するた
めに、簡略化されるか、さもなければ図示されない場合がある。図面を通して、同様の参
照番号は同様の要素を示すものとする。
説明する。該当する場合、一部の要素は、基礎となる機能の図解および説明を支援するた
めに、簡略化されるか、さもなければ図示されない場合がある。図面を通して、同様の参
照番号は同様の要素を示すものとする。
天然木材は、リグニン(20重量%~35重量%)とヘミセルロース(20重量%~3
0重量%)とのマトリックスに埋め込まれたセルロースナノファイバーの複合材料である
。木材の主要成分であるセルロース(40重量%~50重量%)は、ほとんどの金属、複
合材料、および多くのセラミックよりも高い比弾性率および比強度を有する。天然木材は
また、図3Aに示されるように、木材の成長方向306に延在する内腔302(例えば、
断面寸法が20~80μmの管状チャネル)を含む、複数のチャネルを備えた独特の3次
元多孔質構造300を有する。天然木材300の細胞壁304は、主に、セルロース、ヘ
ミセルロース、およびリグニンから構成され、図3Cおよび図3DのSEM画像に示すよ
うに、この3つの成分が互いに絡み合って、強くて堅い壁構造を形成する。
0重量%)とのマトリックスに埋め込まれたセルロースナノファイバーの複合材料である
。木材の主要成分であるセルロース(40重量%~50重量%)は、ほとんどの金属、複
合材料、および多くのセラミックよりも高い比弾性率および比強度を有する。天然木材は
また、図3Aに示されるように、木材の成長方向306に延在する内腔302(例えば、
断面寸法が20~80μmの管状チャネル)を含む、複数のチャネルを備えた独特の3次
元多孔質構造300を有する。天然木材300の細胞壁304は、主に、セルロース、ヘ
ミセルロース、およびリグニンから構成され、図3Cおよび図3DのSEM画像に示すよ
うに、この3つの成分が互いに絡み合って、強くて堅い壁構造を形成する。
開示された主題の実施形態では、天然木材に化学処理を施す。化学処理により、天然木
材中のリグニンおよびヘミセルロースの含有量が大幅に減少するが、セルロースの含有量
は僅かに減少するだけである。細胞壁304からリグニン/ヘミセルロースを部分的に除
去することにより、木材はより多孔質になり、剛性が低くなる。化学処理の後、木材は、
セルロース系の構造が延在する方向(即ち、樹木が成長し、天然木材の内腔が延在する方
向)に垂直な方向にプレスされる。プレスされ、化学処理された木材(即ち、圧縮木材)
は、処理およびプレス前の天然木材と比較して、少なくとも強度および靭性の向上がもた
らされ得る。更に、ハイブリッド構造を形成するために、プレス前またはプレス後のいず
れかに、木材に更なる材料を追加することができる。追加される材料は、化学処理および
プレス後の圧縮木材によって提供される機械的性能の向上を享受しつつ、例えば、疎水性
または耐火性を提供することにより、天然木材では利用できない機能性を追加することが
できる。
材中のリグニンおよびヘミセルロースの含有量が大幅に減少するが、セルロースの含有量
は僅かに減少するだけである。細胞壁304からリグニン/ヘミセルロースを部分的に除
去することにより、木材はより多孔質になり、剛性が低くなる。化学処理の後、木材は、
セルロース系の構造が延在する方向(即ち、樹木が成長し、天然木材の内腔が延在する方
向)に垂直な方向にプレスされる。プレスされ、化学処理された木材(即ち、圧縮木材)
は、処理およびプレス前の天然木材と比較して、少なくとも強度および靭性の向上がもた
らされ得る。更に、ハイブリッド構造を形成するために、プレス前またはプレス後のいず
れかに、木材に更なる材料を追加することができる。追加される材料は、化学処理および
プレス後の圧縮木材によって提供される機械的性能の向上を享受しつつ、例えば、疎水性
または耐火性を提供することにより、天然木材では利用できない機能性を追加することが
できる。
本明細書で使用する場合、圧縮木材とは、本明細書に記載の化学処理およびプレス処理
を施された天然木材(または竹等のその他の天然繊維植物)を指し、この化学処理により
リグニンおよびヘミセルロースを部分的に除去し、また、このプレス処理により化学処理
された木材の内腔を少なくとも部分的に崩壊(好ましくは完全に崩壊)させることによっ
て木材の機械的特性を向上させる。ピース(片)および構造という用語は、本明細書では
互換的に使用されており、特定のシート、スティック、ストリップ、バー、ブロック、膜
、フィルム、または任意の他の形状を指す。実際、場合によっては、プレスされ、化学処
理された、内腔が崩壊した木材構造は、単に圧縮木材または強い木材とも呼ばれる。いく
つかの実施形態では、圧縮木材フィルムは、薄い、即ち、厚さ方向に垂直な平面のいずれ
かの寸法よりも小さい厚さを有する、例えば、プレス後の厚さが200μm未満であると
考えられ得る。
を施された天然木材(または竹等のその他の天然繊維植物)を指し、この化学処理により
リグニンおよびヘミセルロースを部分的に除去し、また、このプレス処理により化学処理
された木材の内腔を少なくとも部分的に崩壊(好ましくは完全に崩壊)させることによっ
て木材の機械的特性を向上させる。ピース(片)および構造という用語は、本明細書では
互換的に使用されており、特定のシート、スティック、ストリップ、バー、ブロック、膜
、フィルム、または任意の他の形状を指す。実際、場合によっては、プレスされ、化学処
理された、内腔が崩壊した木材構造は、単に圧縮木材または強い木材とも呼ばれる。いく
つかの実施形態では、圧縮木材フィルムは、薄い、即ち、厚さ方向に垂直な平面のいずれ
かの寸法よりも小さい厚さを有する、例えば、プレス後の厚さが200μm未満であると
考えられ得る。
最初に図1を参照すると、圧縮木材を形成および使用するための一般化されたプロセス
100が示されている。プロセス100は102で開始することができ、ここでは、例え
ば、既存の木(または他の植物)または天然木材のブロックから切断することにより、天
然木材片が供給される。例えば、図3Aは、長方形に切断された天然木材片300を示す
が、限定されないが円筒形または中空円筒形等の他の開始形状も可能である。天然木材3
00は、樹木の成長方向306に沿って延在する内腔302を有する独特の3次元構造を
示す。内腔302は、主にセルロースからなる細胞壁304によって境界付けられている
。図3Cおよび図3Eは、天然木材300の形態および微細構造を示す走査型電子顕微鏡
(SEM)画像である。
100が示されている。プロセス100は102で開始することができ、ここでは、例え
ば、既存の木(または他の植物)または天然木材のブロックから切断することにより、天
然木材片が供給される。例えば、図3Aは、長方形に切断された天然木材片300を示す
が、限定されないが円筒形または中空円筒形等の他の開始形状も可能である。天然木材3
00は、樹木の成長方向306に沿って延在する内腔302を有する独特の3次元構造を
示す。内腔302は、主にセルロースからなる細胞壁304によって境界付けられている
。図3Cおよび図3Eは、天然木材300の形態および微細構造を示す走査型電子顕微鏡
(SEM)画像である。
天然木材には、バスウッド、オーク、ポプラ、アッシュ、ハンノキ、ヤマナラシ、バル
サ材、ブナ、カバノキ、チェリー、バターナット、栗、ココボロ、ニレ、ヒッコリー、メ
ープル、オーク、パダウク、プラム、ウォルナット、ヤナギ、イエローポプラ、ラクウシ
ョウ、杉、ヒノキ、ベイマツ、モミ、ベイツガ、カラマツ、松、セコイア、トウヒ、タマ
ラック、ジュニパー、およびイチイ等、あらゆる種類の硬材または軟材を使用することが
できるが、これらに限定されない。いくつかの実施形態では、天然木材は、竹等の木材以
外の天然の繊維状植物であり得る。
サ材、ブナ、カバノキ、チェリー、バターナット、栗、ココボロ、ニレ、ヒッコリー、メ
ープル、オーク、パダウク、プラム、ウォルナット、ヤナギ、イエローポプラ、ラクウシ
ョウ、杉、ヒノキ、ベイマツ、モミ、ベイツガ、カラマツ、松、セコイア、トウヒ、タマ
ラック、ジュニパー、およびイチイ等、あらゆる種類の硬材または軟材を使用することが
できるが、これらに限定されない。いくつかの実施形態では、天然木材は、竹等の木材以
外の天然の繊維状植物であり得る。
切断102の後、プロセス100は104に進み、ここで、リグニンを部分的に(しか
しながら完全にではなく)除去するために、天然木材片300を化学溶液で処理すること
ができる。処理104は、化学溶液が天然木材の細胞壁および内腔に完全に浸透すること
を促進するために、真空下で実行することができる。処理は、天然木材のセルロースの少
なくとも一部を保持しながら、元の天然木材のリグニンの1%~99%(重量パーセント
)が除去されるようにすることができる。例えば、化学処理後、天然木材のリグニンの5
%~95%が除去される一方で、天然木材から少なくとも20%、少なくとも40%、少
なくとも60%、または少なくとも90%(重量パーセント)のセルロースが保持される
。いくつかの実施形態では、天然木材中のリグニンの23%~60%である。例えば、化
学処理後に、天然木材のリグニンの55%を保持する(即ち、45%を除去する)ことが
できる。
しながら完全にではなく)除去するために、天然木材片300を化学溶液で処理すること
ができる。処理104は、化学溶液が天然木材の細胞壁および内腔に完全に浸透すること
を促進するために、真空下で実行することができる。処理は、天然木材のセルロースの少
なくとも一部を保持しながら、元の天然木材のリグニンの1%~99%(重量パーセント
)が除去されるようにすることができる。例えば、化学処理後、天然木材のリグニンの5
%~95%が除去される一方で、天然木材から少なくとも20%、少なくとも40%、少
なくとも60%、または少なくとも90%(重量パーセント)のセルロースが保持される
。いくつかの実施形態では、天然木材中のリグニンの23%~60%である。例えば、化
学処理後に、天然木材のリグニンの55%を保持する(即ち、45%を除去する)ことが
できる。
化学溶液は、パルプ化またはパルプ漂白で使用される化学物質を含むことができ、Na
OH、NaOH/Na2S、NaHSO3+SO2+H2O、NaHSO3、NaHSO
3+Na2SO3、NaOH+Na2SO3、Na2SO3、NaOH+AQ、NaOH
/Na2S+AQ、NaHSO3+SO2+H2O+AQ、NaOH+Na2SO3+A
Q、NaHSO3+AQ、NaHSO3+Na2SO3+AQ、Na2SO3+AQ、N
aOH+Na2S+Na2Sn、Na2SO3+NaOH+CH3OH+AQ、CH3O
H、C2H5OH、C2H5OH+NaOH、C4H9OH、HCOOH、CH3COO
H、CH3OH+HCOOH、C4H8O2、NH3.H2O、p-TsOH、H2O2
、NaClO、NaClO2+酢酸、ClO2、およびCl2(整数のnおよびAQはア
ントラキノン)のうちの少なくとも1つを含むことができる。
OH、NaOH/Na2S、NaHSO3+SO2+H2O、NaHSO3、NaHSO
3+Na2SO3、NaOH+Na2SO3、Na2SO3、NaOH+AQ、NaOH
/Na2S+AQ、NaHSO3+SO2+H2O+AQ、NaOH+Na2SO3+A
Q、NaHSO3+AQ、NaHSO3+Na2SO3+AQ、Na2SO3+AQ、N
aOH+Na2S+Na2Sn、Na2SO3+NaOH+CH3OH+AQ、CH3O
H、C2H5OH、C2H5OH+NaOH、C4H9OH、HCOOH、CH3COO
H、CH3OH+HCOOH、C4H8O2、NH3.H2O、p-TsOH、H2O2
、NaClO、NaClO2+酢酸、ClO2、およびCl2(整数のnおよびAQはア
ントラキノン)のうちの少なくとも1つを含むことができる。
106では、天然木材から十分なリグニンが除去されたか否かが判断される。上記のよ
うに、リグニンの1%~99%が除去されるが、最終的な量は特定の用途向けの圧縮木材
の望ましい機械的特性に依存する。除去されるリグニンの量は浸漬時間に依存するが、浸
漬時間は僅か0.1時間~72時間以上、例えば0.5時間~1時間の範囲であり得る。
リグニン除去の望ましい量に応じて、浸漬時間の調整に加えて、または浸漬時間の調整の
代わりに、化学溶液の温度も調整することができる。いくつかの実施形態では、化学溶液
は沸騰していてもよく、これは非沸騰溶液と比較して、より多量のリグニンに影響し得る
。いくつかの実施形態では、化学溶液はアルカリ性のpH値を有し得る。例えば、化学溶
液は、2.5M NaOHおよび0.4M Na2SO3の沸騰溶液であり、浸漬時間は
0.5~7時間であり得る。
うに、リグニンの1%~99%が除去されるが、最終的な量は特定の用途向けの圧縮木材
の望ましい機械的特性に依存する。除去されるリグニンの量は浸漬時間に依存するが、浸
漬時間は僅か0.1時間~72時間以上、例えば0.5時間~1時間の範囲であり得る。
リグニン除去の望ましい量に応じて、浸漬時間の調整に加えて、または浸漬時間の調整の
代わりに、化学溶液の温度も調整することができる。いくつかの実施形態では、化学溶液
は沸騰していてもよく、これは非沸騰溶液と比較して、より多量のリグニンに影響し得る
。いくつかの実施形態では、化学溶液はアルカリ性のpH値を有し得る。例えば、化学溶
液は、2.5M NaOHおよび0.4M Na2SO3の沸騰溶液であり、浸漬時間は
0.5~7時間であり得る。
104の処理によって十分なリグニンが除去されると、プロセス100は、処理された
木材片を任意に濯ぐステップに進むことができる。濯ぎは、限定されないが、脱イオン(
DI)水等の溶媒に処理された木材片を浸漬するステップを含むことができる。いくつか
の実施形態では、溶媒は沸騰のような高温であってもよい。濯ぎは、処理された木材片お
よび/または処理により除去された木材の成分内の化学溶液の残りを除去するのに効果的
であり得る。いくつかの実施形態では、木材の除去される成分を保持することが望ましい
場合があり、その場合には濯ぎは省略可能である。
木材片を任意に濯ぐステップに進むことができる。濯ぎは、限定されないが、脱イオン(
DI)水等の溶媒に処理された木材片を浸漬するステップを含むことができる。いくつか
の実施形態では、溶媒は沸騰のような高温であってもよい。濯ぎは、処理された木材片お
よび/または処理により除去された木材の成分内の化学溶液の残りを除去するのに効果的
であり得る。いくつかの実施形態では、木材の除去される成分を保持することが望ましい
場合があり、その場合には濯ぎは省略可能である。
濯いだ後(または濯ぎがない場合には処理104の終了後)、プロセス100は任意に
108に進むことができ、そこで化学処理された木材はプリプレス修正を施される。例え
ば、任意の修正108は、化学処理された木材の表面上に非天然粒子を形成するまたは堆
積させるステップを含むことができる。そのような表面は、内面、例えば、内腔の内側の
細胞壁と、化学処理された木材の外面とを含むことができる。化学処理された木材の表面
に組み込まれた非天然粒子は、他の機能の中でも、疎水性、耐候性、耐食性(例えば、耐
塩水性等)、および/または難燃性等の、特定の有利な特性を最終的な圧縮木材に含める
ことができる。例えば、一実施形態では、疎水性ナノ粒子(例えば、SiO2ナノ粒子)
は、図7A~図7Eに関して以下で更に説明されるように、化学処理された木材の表面上
に形成され得る。
108に進むことができ、そこで化学処理された木材はプリプレス修正を施される。例え
ば、任意の修正108は、化学処理された木材の表面上に非天然粒子を形成するまたは堆
積させるステップを含むことができる。そのような表面は、内面、例えば、内腔の内側の
細胞壁と、化学処理された木材の外面とを含むことができる。化学処理された木材の表面
に組み込まれた非天然粒子は、他の機能の中でも、疎水性、耐候性、耐食性(例えば、耐
塩水性等)、および/または難燃性等の、特定の有利な特性を最終的な圧縮木材に含める
ことができる。例えば、一実施形態では、疎水性ナノ粒子(例えば、SiO2ナノ粒子)
は、図7A~図7Eに関して以下で更に説明されるように、化学処理された木材の表面上
に形成され得る。
代替的または付加的に、任意の修正108は、化学処理された木材にポリマーを追加す
るステップ、または化学処理された木材の表面を修正して有利な特性を得る更なる化学処
理を実行するステップを含むことができる。例えば、疎水性を提供するための108の更
なる化学処理には、エポキシ樹脂、シリコーンオイル、ポリウレタン、パラフィンエマル
ジョン、無水酢酸、オクタデシルトリクロロシラン(OTS)、1H,1H,2H,2H
-パーフルオロデシルトリエトキシシラン、フルオロエシン、ポリジメチルシロキサン(
PDMS)、メタクリルオキシメチルトリメチルシラン(MSi)、多面体オリゴマーシ
ルセスキオキサン(POSS)、カリウムメチルシリコネート(PMS)、ドデシル(ト
リメトキシ)シラン(DTMS)、ヘキサメチルジシロキサン、ジメチルジエトキシシラ
ン、テトラエトキシシラン、メチルトリクロロシラン、エチルトリメトキシシラン、メチ
ルトリエトキシシラン、トリメチルクロロシラン、フェニルトリメトキシシラン、フェニ
ルトリエトキシシラン、プロピルトリメトキシシラン、ポリメチルメタクリレート、ポリ
ジアリルジメチルアンモニウムクロリド(polyDADMAC)、3-(トリメトキシ
シリル)プロピルメタクリレート(MPS、疎水性ステアリン酸、両親媒性フッ素化トリ
ブロックアジドコポリマー、ポリフッ化ビニリデンおよびフッ化シラン、n-ドデシルト
リメトキシシラン、並びにラウリル硫酸ナトリウムのうちの少なくとも1つが含まれる。
るステップ、または化学処理された木材の表面を修正して有利な特性を得る更なる化学処
理を実行するステップを含むことができる。例えば、疎水性を提供するための108の更
なる化学処理には、エポキシ樹脂、シリコーンオイル、ポリウレタン、パラフィンエマル
ジョン、無水酢酸、オクタデシルトリクロロシラン(OTS)、1H,1H,2H,2H
-パーフルオロデシルトリエトキシシラン、フルオロエシン、ポリジメチルシロキサン(
PDMS)、メタクリルオキシメチルトリメチルシラン(MSi)、多面体オリゴマーシ
ルセスキオキサン(POSS)、カリウムメチルシリコネート(PMS)、ドデシル(ト
リメトキシ)シラン(DTMS)、ヘキサメチルジシロキサン、ジメチルジエトキシシラ
ン、テトラエトキシシラン、メチルトリクロロシラン、エチルトリメトキシシラン、メチ
ルトリエトキシシラン、トリメチルクロロシラン、フェニルトリメトキシシラン、フェニ
ルトリエトキシシラン、プロピルトリメトキシシラン、ポリメチルメタクリレート、ポリ
ジアリルジメチルアンモニウムクロリド(polyDADMAC)、3-(トリメトキシ
シリル)プロピルメタクリレート(MPS、疎水性ステアリン酸、両親媒性フッ素化トリ
ブロックアジドコポリマー、ポリフッ化ビニリデンおよびフッ化シラン、n-ドデシルト
リメトキシシラン、並びにラウリル硫酸ナトリウムのうちの少なくとも1つが含まれる。
例えば、耐候性または耐食性を提供するための108の更なる化学処理には、CDDC
(cupramate)、アンモニア銅第4級(ACQ)、クロム化ヒ酸銅(CCA)、アンモニ
ア性銅亜鉛ヒ酸(ACZA)、ナフテン酸銅、酸性クロム酸銅、クエン酸銅、銅アゾール
、8-ヒドロキシキノリン銅、ペンタクロロフェノール、ナフテン酸亜鉛、ナフテン酸銅
、クレオソート、二酸化チタン、プロピコナゾール、テブコナゾール、シプロコナゾール
、ホウ酸、ホウ砂、有機ヨウ化物(IPBC)、およびNa2B8O13・4H2Oのう
ちの少なくとも1つが含まれる。
(cupramate)、アンモニア銅第4級(ACQ)、クロム化ヒ酸銅(CCA)、アンモニ
ア性銅亜鉛ヒ酸(ACZA)、ナフテン酸銅、酸性クロム酸銅、クエン酸銅、銅アゾール
、8-ヒドロキシキノリン銅、ペンタクロロフェノール、ナフテン酸亜鉛、ナフテン酸銅
、クレオソート、二酸化チタン、プロピコナゾール、テブコナゾール、シプロコナゾール
、ホウ酸、ホウ砂、有機ヨウ化物(IPBC)、およびNa2B8O13・4H2Oのう
ちの少なくとも1つが含まれる。
任意の修正108の後、プロセス100は110に進むことができ、そこで、化学処理
された木材は、内腔の延材方向と交差する方向にプレスされる。例えば、プレス110は
、内腔の延材方向にほぼ垂直な方向に施されるか、または、プレス110は、内腔の延材
方向に垂直な力成分を有し得る。プレス110は、木材の厚さを減少させることができ、
それによって、木材の密度を増加させるとともに、木材の断面内の空隙または隙間を除去
することができる。例えば、プレス110は、0.5MPa~10MPaの圧力、例えば
、5MPaで実施することができる。いくつかの実施形態では、プレスは室温で実行され
てもよい一方(即ち、コールドプレス)、他の実施形態では、プレスは高温で実行されて
もよい(即ち、ホットプレス)。例えば、プレスは、20℃~120℃の温度、例えば1
00℃で実行されてもよい。
された木材は、内腔の延材方向と交差する方向にプレスされる。例えば、プレス110は
、内腔の延材方向にほぼ垂直な方向に施されるか、または、プレス110は、内腔の延材
方向に垂直な力成分を有し得る。プレス110は、木材の厚さを減少させることができ、
それによって、木材の密度を増加させるとともに、木材の断面内の空隙または隙間を除去
することができる。例えば、プレス110は、0.5MPa~10MPaの圧力、例えば
、5MPaで実施することができる。いくつかの実施形態では、プレスは室温で実行され
てもよい一方(即ち、コールドプレス)、他の実施形態では、プレスは高温で実行されて
もよい(即ち、ホットプレス)。例えば、プレスは、20℃~120℃の温度、例えば1
00℃で実行されてもよい。
プレス110は、処理104および/または任意の修正108の後に、中間の乾燥ステ
ップなしで実行されてもよい。結果として、化学処理された木材はその中に水を保持して
いる場合がある。従って、プレス110により、化学処理された木材に保持されている水
分を除去するとともに、木材の厚さを減少させて木材の密度を高めることができる。プレ
ス110の間、木材の細胞壁の残りのセルロース系のナノファイバー間に水素結合が形成
され、それにより木材の機械的特性が改善される。更に、変更108の間に木材の表面上
または木材内に形成される粒子または材料は、プレス後も保持することができ、内面上の
粒子/材料は崩壊した内腔と、絡み合った細胞壁内とに埋め込まれる。
ップなしで実行されてもよい。結果として、化学処理された木材はその中に水を保持して
いる場合がある。従って、プレス110により、化学処理された木材に保持されている水
分を除去するとともに、木材の厚さを減少させて木材の密度を高めることができる。プレ
ス110の間、木材の細胞壁の残りのセルロース系のナノファイバー間に水素結合が形成
され、それにより木材の機械的特性が改善される。更に、変更108の間に木材の表面上
または木材内に形成される粒子または材料は、プレス後も保持することができ、内面上の
粒子/材料は崩壊した内腔と、絡み合った細胞壁内とに埋め込まれる。
プレス110は、水が除去され、かつ望ましい水素結合が形成されるのを可能にする期
間にわたり実行することができる。例えば、化学処理された木材は、温度、相対湿度、お
よび木材の種類等の要因に応じて他の時間でも可能だが、少なくとも5分間、圧力下で保
持することができる。例えば、化学処理された木材は、少なくとも1時間、少なくとも1
2時間、少なくとも24時間、または少なくとも48時間、圧力下で保持することができ
る。
間にわたり実行することができる。例えば、化学処理された木材は、温度、相対湿度、お
よび木材の種類等の要因に応じて他の時間でも可能だが、少なくとも5分間、圧力下で保
持することができる。例えば、化学処理された木材は、少なくとも1時間、少なくとも1
2時間、少なくとも24時間、または少なくとも48時間、圧力下で保持することができ
る。
図2Aは、方向206に沿って延材する内腔202と、方向206に沿って整列したセ
ルロース系のナノファイバーからなる壁204とを有する、化学処理された木材ブロック
200を示す。ブロック200は、延在方向206と交差する方向にプレス208を受け
ることができ、それによって、図2Bの圧縮木材構造210がもたらされる。プレスの結
果として、212で示されるように、内腔202を完全に崩壊させることができ、細胞壁
204を絡み合わせることができる。プレスは、プレス後のブロック210の厚さW2が
ブロック200のW1と比較して少なくとも10%減少するようにすることができる。例
えば、厚さW2は、ブロック200のW1と比較して60%、70%、または80%より
多く減少し得る。例えば、プレスは、圧縮比(W1:W2)が1.1:1~10:1にな
り得る。
ルロース系のナノファイバーからなる壁204とを有する、化学処理された木材ブロック
200を示す。ブロック200は、延在方向206と交差する方向にプレス208を受け
ることができ、それによって、図2Bの圧縮木材構造210がもたらされる。プレスの結
果として、212で示されるように、内腔202を完全に崩壊させることができ、細胞壁
204を絡み合わせることができる。プレスは、プレス後のブロック210の厚さW2が
ブロック200のW1と比較して少なくとも10%減少するようにすることができる。例
えば、厚さW2は、ブロック200のW1と比較して60%、70%、または80%より
多く減少し得る。例えば、プレスは、圧縮比(W1:W2)が1.1:1~10:1にな
り得る。
プレス110後、プロセスは任意に112に進むことができ、ここで、圧縮木材は、ポ
ストプレス修正を施される。例えば、任意の修正112は、圧縮木材の外面上に(例えば
、非天然粒子の)コーティングを形成するまたは堆積するステップを含むことができる。
コーティングは、他の特性の中でも、疎水性、耐候性、耐腐食性(例えば、耐塩水性)、
および/または難燃性等の特定の有利な特性を圧縮木材に含めることができる。例えば、
コーティングは、油性塗料、疎水性塗料、ポリマーコーティング、または耐火性コーティ
ングを含むことができる。
ストプレス修正を施される。例えば、任意の修正112は、圧縮木材の外面上に(例えば
、非天然粒子の)コーティングを形成するまたは堆積するステップを含むことができる。
コーティングは、他の特性の中でも、疎水性、耐候性、耐腐食性(例えば、耐塩水性)、
および/または難燃性等の特定の有利な特性を圧縮木材に含めることができる。例えば、
コーティングは、油性塗料、疎水性塗料、ポリマーコーティング、または耐火性コーティ
ングを含むことができる。
一実施形態において、ナノ粒子(例えば、BNナノ粒子)の耐火性コーティングは、図
6A~図6Bに関して以下で更に説明するように、圧縮木材の外面上に形成することがで
きる。代替的または付加的に、修正112のコーティングは、窒化ホウ素、モンモリロナ
イト粘土、ハイドロタルサイト、二酸化ケイ素(SiO2)、ケイ酸ナトリウム、炭酸カ
ルシウム(CaCO3)、水酸化アルミニウム(Al(OH)3)、水酸化マグネシウム
、(Mg(OH)2)、炭酸マグネシウム(MgCO3)、硫酸アルミニウム、硫酸鉄、
ホウ酸亜鉛、ホウ酸、ホウ砂、リン酸トリフェニル(TPP)、メラミン、ポリウレタン
、ポリリン酸アンモニウム、リン酸、リン酸エステル、リン酸アンモニウム、硫酸アンモ
ニウム、ホスホン酸、リン酸二アンモニウム(DAP)、リン酸二水素アンモニウム、リ
ン酸一アンモニウム(MAP)、リン酸グアニル尿素(GUP)、リン酸二水素グアニジ
ン、および五酸化アンチモンのうちの少なくとも1つを含むことができる。
6A~図6Bに関して以下で更に説明するように、圧縮木材の外面上に形成することがで
きる。代替的または付加的に、修正112のコーティングは、窒化ホウ素、モンモリロナ
イト粘土、ハイドロタルサイト、二酸化ケイ素(SiO2)、ケイ酸ナトリウム、炭酸カ
ルシウム(CaCO3)、水酸化アルミニウム(Al(OH)3)、水酸化マグネシウム
、(Mg(OH)2)、炭酸マグネシウム(MgCO3)、硫酸アルミニウム、硫酸鉄、
ホウ酸亜鉛、ホウ酸、ホウ砂、リン酸トリフェニル(TPP)、メラミン、ポリウレタン
、ポリリン酸アンモニウム、リン酸、リン酸エステル、リン酸アンモニウム、硫酸アンモ
ニウム、ホスホン酸、リン酸二アンモニウム(DAP)、リン酸二水素アンモニウム、リ
ン酸一アンモニウム(MAP)、リン酸グアニル尿素(GUP)、リン酸二水素グアニジ
ン、および五酸化アンチモンのうちの少なくとも1つを含むことができる。
任意の修正112の後、プロセス100は、任意に114に進むことができ、そこで、
例えば、圧縮木材の構造または形状を変更するために機械加工または操作することにより
、圧縮木材を最終用途に備えることができる。機械加工プロセスには、切断(例えば、切
削)、穴あけ、施盤加工、タッピング、ボーリング、カービング、ルーティング、サンデ
ィング、研削、および研磨タンブリングが含まれ得るが、これらに限定されない。操作プ
ロセスには、曲げ、成形、およびその他の成形技術が含まれるが、これらに限定されない
。
例えば、圧縮木材の構造または形状を変更するために機械加工または操作することにより
、圧縮木材を最終用途に備えることができる。機械加工プロセスには、切断(例えば、切
削)、穴あけ、施盤加工、タッピング、ボーリング、カービング、ルーティング、サンデ
ィング、研削、および研磨タンブリングが含まれ得るが、これらに限定されない。操作プ
ロセスには、曲げ、成形、およびその他の成形技術が含まれるが、これらに限定されない
。
任意の機械加工または操作114の後、プロセス100は116に進むことができ、そ
こで、圧縮木材を特定の用途に使用することができる。機械的特性が改善されている故に
、圧縮木材は、様々な構造および用途に応用可能である。例えば、圧縮木材は次のように
適応可能である。
・外部コンポーネント(例えば、ボディパネル、ドアパネル、ルーフ、バンパー、フロ
ーリング、ルーフ、トリム、マスト等)、内部構造コンポーネント(例えば、シャーシ、
フレームレール、クロスビーム、胴体フレーム、ウィングフレーム等)、または自動車、
トラック、オートバイ、列車、航空機、船舶、宇宙船、船舶またはその他の輸送手段、車
両、または輸送機関の内部コンポーネント(例えば、ドアパネル、ライナー、ハンドル、
手すり、フローリング、シート、トリム、収納箱または棚等);
・外部コンポーネント(例えば、外壁、羽目板、屋根、シャッター等)、内部構造コン
ポーネント(例えば、フレーム、スタッド、壁板、まぐさ、横桁、耐力梁、床下等)、ま
たは家庭、オフィス、納屋、倉庫、タワー、またはその他の建物または構造の内部コンポ
ーネント(ドア、ドアフレーム、窓枠、額縁、壁、フローリング、パネル、天井、トリム
、階段、手すり等);
・デッキ、オーニング、ドック、パティオ、ブリッジ、ポール、ブリーチャー、または
プラットフォームの構造コンポーネント;
・家具(例えば、椅子、ベンチ、机、テーブル、キャビネット、ワードローブ、カウン
タートップ等)またはその内部構造コンポーネント(例えば、ソファまたは椅子のフレー
ム、ベッドフレーム等)、またはホームアクセントあるいは装飾;
・楽器(例えば、ピアノ、ギター、バイオリン、ハープ、ツィター、ドラム等)、スポ
ーツ用品(例えば、ゴルフクラブ、卓球台およびパドル、バスケットボールのバックボー
ド、ゴールまたはゴールポスト、野球のバット等)、ツール(例えば、ハンマーのハンド
ル、ほうきのハンドル、ノコギリ等);または
・保護コンポーネント(例えば、コンピュータケース、携帯電話ケース、ブラストシー
ルド、保護ベスト等)、エンクロージャ、コンテナ、ボックス、輸送用木枠、包装、また
はハウジング。
こで、圧縮木材を特定の用途に使用することができる。機械的特性が改善されている故に
、圧縮木材は、様々な構造および用途に応用可能である。例えば、圧縮木材は次のように
適応可能である。
・外部コンポーネント(例えば、ボディパネル、ドアパネル、ルーフ、バンパー、フロ
ーリング、ルーフ、トリム、マスト等)、内部構造コンポーネント(例えば、シャーシ、
フレームレール、クロスビーム、胴体フレーム、ウィングフレーム等)、または自動車、
トラック、オートバイ、列車、航空機、船舶、宇宙船、船舶またはその他の輸送手段、車
両、または輸送機関の内部コンポーネント(例えば、ドアパネル、ライナー、ハンドル、
手すり、フローリング、シート、トリム、収納箱または棚等);
・外部コンポーネント(例えば、外壁、羽目板、屋根、シャッター等)、内部構造コン
ポーネント(例えば、フレーム、スタッド、壁板、まぐさ、横桁、耐力梁、床下等)、ま
たは家庭、オフィス、納屋、倉庫、タワー、またはその他の建物または構造の内部コンポ
ーネント(ドア、ドアフレーム、窓枠、額縁、壁、フローリング、パネル、天井、トリム
、階段、手すり等);
・デッキ、オーニング、ドック、パティオ、ブリッジ、ポール、ブリーチャー、または
プラットフォームの構造コンポーネント;
・家具(例えば、椅子、ベンチ、机、テーブル、キャビネット、ワードローブ、カウン
タートップ等)またはその内部構造コンポーネント(例えば、ソファまたは椅子のフレー
ム、ベッドフレーム等)、またはホームアクセントあるいは装飾;
・楽器(例えば、ピアノ、ギター、バイオリン、ハープ、ツィター、ドラム等)、スポ
ーツ用品(例えば、ゴルフクラブ、卓球台およびパドル、バスケットボールのバックボー
ド、ゴールまたはゴールポスト、野球のバット等)、ツール(例えば、ハンマーのハンド
ル、ほうきのハンドル、ノコギリ等);または
・保護コンポーネント(例えば、コンピュータケース、携帯電話ケース、ブラストシー
ルド、保護ベスト等)、エンクロージャ、コンテナ、ボックス、輸送用木枠、包装、また
はハウジング。
圧縮木材の上記の使用リストは、網羅的なものではない。1つ以上の考えられる実施形
態によれば、具体的に列挙された用途を超える圧縮木材の適用も可能である。実際、本開
示の教示に基づいて、圧縮木材を他の用途に適合させることができることを当業者は容易
に理解するであろう。
態によれば、具体的に列挙された用途を超える圧縮木材の適用も可能である。実際、本開
示の教示に基づいて、圧縮木材を他の用途に適合させることができることを当業者は容易
に理解するであろう。
従来の圧縮プロセスでは、リグニンを除去することなく天然木材300をプレスする。
多くの場合、木材の前処理(例えば、蒸気、熱、またはアンモニアへの曝露、または冷間
圧延等)が必要である。これらの前処理は木材の構造を柔らかくすることができるが、天
然木材の基本的な組成を変えることはない。図3Bに示される、結果的に得られるプレス
された木材308は、元の天然木材と比較して、厚さの減少量(即ち、方向312に沿っ
た)が制限されている。例えば、従来の圧縮プロセスは、厚さの約60%の減少に制限さ
れている。リグニンを除去しない場合、天然木材300をプレスして、内腔302を完全
に崩壊させ、断面から他の空隙を除去することは困難である。更に、プレスされた木材3
08の厚さの部分的な回復がプレス後に生じ得る。従って、リグニンを除去しない従来の
圧縮木材308は、図3Bおよび図3E~図3FのSEM画像に示すように、崩壊した細
胞壁304間の多数の隙間310に悩まされる。
多くの場合、木材の前処理(例えば、蒸気、熱、またはアンモニアへの曝露、または冷間
圧延等)が必要である。これらの前処理は木材の構造を柔らかくすることができるが、天
然木材の基本的な組成を変えることはない。図3Bに示される、結果的に得られるプレス
された木材308は、元の天然木材と比較して、厚さの減少量(即ち、方向312に沿っ
た)が制限されている。例えば、従来の圧縮プロセスは、厚さの約60%の減少に制限さ
れている。リグニンを除去しない場合、天然木材300をプレスして、内腔302を完全
に崩壊させ、断面から他の空隙を除去することは困難である。更に、プレスされた木材3
08の厚さの部分的な回復がプレス後に生じ得る。従って、リグニンを除去しない従来の
圧縮木材308は、図3Bおよび図3E~図3FのSEM画像に示すように、崩壊した細
胞壁304間の多数の隙間310に悩まされる。
対照的に、開示された主題の実施形態によれば、部分的にリグニンを除去した圧縮木材
は、天然木材の内腔を完全に崩壊させ、細胞壁間の空間を除去し、細胞壁が互いに密接に
絡み合った独特の積層構造をもたらすことができ、これにより優れた機械的特性がもたら
され得る。例えば、リグニンを部分的に除去するように化学処理された木材200をプレ
スすることにより、図4Bに示されるように、木材内腔202および多孔質細胞壁204
は完全に崩壊する。リグニンの部分的な除去により、プレスは厚さの大幅な減少、例えば
、厚さを少なくとも5:2だけ減少(例えば、70%~80%減少)させ、かつ密度を増
加(例えば、約3倍増加)させることができる。
は、天然木材の内腔を完全に崩壊させ、細胞壁間の空間を除去し、細胞壁が互いに密接に
絡み合った独特の積層構造をもたらすことができ、これにより優れた機械的特性がもたら
され得る。例えば、リグニンを部分的に除去するように化学処理された木材200をプレ
スすることにより、図4Bに示されるように、木材内腔202および多孔質細胞壁204
は完全に崩壊する。リグニンの部分的な除去により、プレスは厚さの大幅な減少、例えば
、厚さを少なくとも5:2だけ減少(例えば、70%~80%減少)させ、かつ密度を増
加(例えば、約3倍増加)させることができる。
図4C~図4DのSEM画像に示されるように、以前に中空であった内腔202は完全
に崩壊して、高度に絡み合った木材細胞壁を形成する。木材細胞壁204における小さな
穴でさえ、圧縮により除去される。圧縮木材210は、その断面に沿って密に絡み合い、
その長さ方向(即ち、方向206)に沿って密に詰まっている、完全に崩壊した木材細胞
壁を有する独特の微細構造を有する。更に、図4Eに示すように、細胞壁204のセルロ
ースナノファイバー214は、天然木材と同様であるが、はるかに密に詰まっている(例
えば、方向206に沿って)高度に整列した状態を維持する。
に崩壊して、高度に絡み合った木材細胞壁を形成する。木材細胞壁204における小さな
穴でさえ、圧縮により除去される。圧縮木材210は、その断面に沿って密に絡み合い、
その長さ方向(即ち、方向206)に沿って密に詰まっている、完全に崩壊した木材細胞
壁を有する独特の微細構造を有する。更に、図4Eに示すように、細胞壁204のセルロ
ースナノファイバー214は、天然木材と同様であるが、はるかに密に詰まっている(例
えば、方向206に沿って)高度に整列した状態を維持する。
化学処理およびその後のプレスにより、図4に示すように、隣接するセルロースナノフ
ァイバー214間に水素結合216が形成される。これらの水素結合216は、圧縮木材
の機械的特性の向上に積極的に貢献し得る。特に、圧縮木材210における密に詰まって
絡み合ったマイクロスケールの木材細胞壁204は、セルロースナノファイバー214の
高度な整列をもたらし、従ってナノファイバー214間の界面面積を劇的に増加させる。
ァイバー214間に水素結合216が形成される。これらの水素結合216は、圧縮木材
の機械的特性の向上に積極的に貢献し得る。特に、圧縮木材210における密に詰まって
絡み合ったマイクロスケールの木材細胞壁204は、セルロースナノファイバー214の
高度な整列をもたらし、従ってナノファイバー214間の界面面積を劇的に増加させる。
セルロース分子鎖における豊富なヒドロキシル基により、密に詰まった木材細胞壁20
4の間の相対的な摺動は、分子スケールでの水素結合形成-破壊-再形成を非常に多く繰
り返す。その結果、圧縮木材を破壊するのに必要な総エネルギーは、天然木材を破壊する
よりも著しく高くなる。換言すると、圧縮木材は天然木材よりもはるかに強靭である。ま
た、密集した微細構造により、圧縮木材の欠陥の量およびサイズの両方が大幅に減少され
、従って、天然木材よりもはるかに高い強度が得られる。天然木材および圧縮木材(例え
ば、リグニン除去率45%のバスウッド等)の機械的特性の例示的な値を以下の表1に示
す。
4の間の相対的な摺動は、分子スケールでの水素結合形成-破壊-再形成を非常に多く繰
り返す。その結果、圧縮木材を破壊するのに必要な総エネルギーは、天然木材を破壊する
よりも著しく高くなる。換言すると、圧縮木材は天然木材よりもはるかに強靭である。ま
た、密集した微細構造により、圧縮木材の欠陥の量およびサイズの両方が大幅に減少され
、従って、天然木材よりもはるかに高い強度が得られる。天然木材および圧縮木材(例え
ば、リグニン除去率45%のバスウッド等)の機械的特性の例示的な値を以下の表1に示
す。
圧縮木材の機械的特性は、天然木材の特性よりも優れているだけでなく、多くの広く使
用されている構造材料(例えば、プラスチック、スチール、および合金等)の特性をより
も優れている。実際、圧縮木材の実証された引張強度は、リグニンを除去しない従来の圧
縮木材と同様に、通常のプラスチック(例えば、ナイロン6、ポリカーボネート、ポリス
チレン、およびエポキシ等)の引張強度よりもはるかに高い。興味深いことに、圧縮木材
の引張強度の著しい増加は、靭性の低下の影響を受けない。セルロースの本質的な軽量性
は、少なくとも300MPa cm3/g、例えば、約450MPa cm3/gの圧縮
木材の比強度をもたらし、その比強度はチタン合金の比強度(例えば、約244MPa
cm3/g)を超える。
用されている構造材料(例えば、プラスチック、スチール、および合金等)の特性をより
も優れている。実際、圧縮木材の実証された引張強度は、リグニンを除去しない従来の圧
縮木材と同様に、通常のプラスチック(例えば、ナイロン6、ポリカーボネート、ポリス
チレン、およびエポキシ等)の引張強度よりもはるかに高い。興味深いことに、圧縮木材
の引張強度の著しい増加は、靭性の低下の影響を受けない。セルロースの本質的な軽量性
は、少なくとも300MPa cm3/g、例えば、約450MPa cm3/gの圧縮
木材の比強度をもたらし、その比強度はチタン合金の比強度(例えば、約244MPa
cm3/g)を超える。
表2は、天然木材、ホットプレスなしの脱リグニン木材(サンプル1)、脱リグニンな
しの圧縮天然木材(サンプル2)、および圧縮木材(脱リグニン後プレス-サンプル3)
の軸方向圧縮強度(内腔の延在方向に沿った)を比較している。明白であるように、リグ
ニンの少なくとも部分的な除去は、内腔を完全に崩壊させ、細胞壁を絡み合わせるために
必要であり、これにより、結果的に得られる圧縮木材は優れた強度および靭性を達成でき
る。
しの圧縮天然木材(サンプル2)、および圧縮木材(脱リグニン後プレス-サンプル3)
の軸方向圧縮強度(内腔の延在方向に沿った)を比較している。明白であるように、リグ
ニンの少なくとも部分的な除去は、内腔を完全に崩壊させ、細胞壁を絡み合わせるために
必要であり、これにより、結果的に得られる圧縮木材は優れた強度および靭性を達成でき
る。
しかしながら、結果的に得られた圧縮木材の機械的特性は、プレス前に天然木材からど
れだけのリグニンが除去されたかに依存する。表3のデータに反映されているように、リ
グニンの除去量は、化学溶液内の時間の関数であり得る。図5Bは、異なるレベルでリグ
ニン除去された圧縮木材サンプルと、プレスしていない天然木材サンプルとの応力-歪み
曲線を示す。表3は、様々なレベルにリグニン除去された圧縮木材サンプルと、プレスし
ていない天然木材サンプルとの組成および機械的特性を示している。表3と同様に、図5
A~図5Bにおいて、NWはプレスしていない天然木材を指し、DW-xはリグニンの除
去率を示すxを有する圧縮木材を指す。データから容易に明らかなように、45%リグニ
ン除去(例えばリグニン含有量11.3重量%)の圧縮木材は、バスウッドについては最
高の強度および靭性を有するが、他の除去量が他の種類の木材または異なる用途に最適な
場合もある。
れだけのリグニンが除去されたかに依存する。表3のデータに反映されているように、リ
グニンの除去量は、化学溶液内の時間の関数であり得る。図5Bは、異なるレベルでリグ
ニン除去された圧縮木材サンプルと、プレスしていない天然木材サンプルとの応力-歪み
曲線を示す。表3は、様々なレベルにリグニン除去された圧縮木材サンプルと、プレスし
ていない天然木材サンプルとの組成および機械的特性を示している。表3と同様に、図5
A~図5Bにおいて、NWはプレスしていない天然木材を指し、DW-xはリグニンの除
去率を示すxを有する圧縮木材を指す。データから容易に明らかなように、45%リグニ
ン除去(例えばリグニン含有量11.3重量%)の圧縮木材は、バスウッドについては最
高の強度および靭性を有するが、他の除去量が他の種類の木材または異なる用途に最適な
場合もある。
結果的に得られた圧縮木材の密度も、図5Aのグラフに反映されているように、除去さ
れたリグニンの量の関数である。リグニン除去率が45%未満の場合、結果的に得られる
圧縮木材の密度は、リグニン除去率と共に高くなる。これは、少なくとも3つの要因に起
因し得る。第一に、リグニンがより多く除去されるにつれて、細胞壁により多くの細孔が
形成される。第二に、化学処理された木材の細胞壁は、化学溶液中での時間の増加ととも
に柔らかくなり、その時間の増加は、リグニン除去の望ましい増加をもたらすために必要
である。第三に、化学処理後の構造は、結合剤として少なくともいくらかのリグニンを保
持するため、崩壊しない。しかしながら、リグニンを過剰に除去した場合(例えば、リグ
ニンの約100%が除去された場合)、図5CのSEM画像に示されるように、圧力下で
木材構造が容易に崩壊し、従ってプレスすることによって構造の密度を高める能力が阻害
される。
れたリグニンの量の関数である。リグニン除去率が45%未満の場合、結果的に得られる
圧縮木材の密度は、リグニン除去率と共に高くなる。これは、少なくとも3つの要因に起
因し得る。第一に、リグニンがより多く除去されるにつれて、細胞壁により多くの細孔が
形成される。第二に、化学処理された木材の細胞壁は、化学溶液中での時間の増加ととも
に柔らかくなり、その時間の増加は、リグニン除去の望ましい増加をもたらすために必要
である。第三に、化学処理後の構造は、結合剤として少なくともいくらかのリグニンを保
持するため、崩壊しない。しかしながら、リグニンを過剰に除去した場合(例えば、リグ
ニンの約100%が除去された場合)、図5CのSEM画像に示されるように、圧力下で
木材構造が容易に崩壊し、従ってプレスすることによって構造の密度を高める能力が阻害
される。
特定の種類の木材の結果が本明細書で議論され、表1~表3および図5A~図5Bに示
されているが、他の種類の木材または他の植物(例えば、竹)についても同様の結果を得
ることができる。例えば、表4は、様々な種類の天然木材と圧縮木材(リグニンを部分的
に除去)との機械的特性の例示的な値を示している。従って、本開示の教示は、多種多様
な植物種に適用可能である。
されているが、他の種類の木材または他の植物(例えば、竹)についても同様の結果を得
ることができる。例えば、表4は、様々な種類の天然木材と圧縮木材(リグニンを部分的
に除去)との機械的特性の例示的な値を示している。従って、本開示の教示は、多種多様
な植物種に適用可能である。
圧縮木材は、湿気による攻撃の下でも安定している。例えば、95%の相対湿度(RH
)に128時間曝された場合、圧縮木材は厚さが約8.4%膨張し、493.1MPaま
で引張強度が僅かに低下するが(例えば、20%未満)、これは周囲環境における天然木
材の引張強度よりも未だに一桁大きい。
)に128時間曝された場合、圧縮木材は厚さが約8.4%膨張し、493.1MPaま
で引張強度が僅かに低下するが(例えば、20%未満)、これは周囲環境における天然木
材の引張強度よりも未だに一桁大きい。
環境要因からの圧縮木材の特性の更なる保護または新しい特性の導入は、ポストプレス
修正112によって提供することができる。例えば、圧縮木材は、油性塗料、疎水性塗料
、またはポリマーコーティングでコーティングすることにより、環境水分から実質的に免
れることができる。別の例では、圧縮木材602は、図6Aに示されるように、その外面
608上に形成された耐熱コーティング604を有し得る。そのようなコーティング60
4は、複合構造600が表面608に沿って熱606を伝導することを可能にし、それに
よって複合構造(即ち、圧縮木材602)の内部の温度上昇を最小化または少なくとも低
減する。
修正112によって提供することができる。例えば、圧縮木材は、油性塗料、疎水性塗料
、またはポリマーコーティングでコーティングすることにより、環境水分から実質的に免
れることができる。別の例では、圧縮木材602は、図6Aに示されるように、その外面
608上に形成された耐熱コーティング604を有し得る。そのようなコーティング60
4は、複合構造600が表面608に沿って熱606を伝導することを可能にし、それに
よって複合構造(即ち、圧縮木材602)の内部の温度上昇を最小化または少なくとも低
減する。
コーティング604は、難燃性コーティングとして機能し得る。一実施形態では、難燃
性コーティング604は、BNナノシート(例えば、圧縮木材602の表面に結合された
ナノ粒子の層)等の窒化ホウ素(BN)コーティングであってもよい。そのような複合構
造600は、コーティングされていない圧縮木材200(図6Bの614)または他の従
来の構造材料と比較して、少なくとも引張強度および最大使用温度(図6Bの612)に
関して優れた性能を享受することができる。圧縮木材の臨界温度は、単一のポイント61
2として示されているが、600MPaの引張強度で300℃~500℃の範囲にあり得
る。別の実施形態では、難燃性コーティングはモンモリロナイト粘土を含む。代替的また
は付加的に、図1に関して上述したように、例えば、疎水性、耐候性または耐腐食性、耐
薬品性、または耐火性を高めるために、処理後に圧縮木材に異なる表面処理を施すことが
できる。
性コーティング604は、BNナノシート(例えば、圧縮木材602の表面に結合された
ナノ粒子の層)等の窒化ホウ素(BN)コーティングであってもよい。そのような複合構
造600は、コーティングされていない圧縮木材200(図6Bの614)または他の従
来の構造材料と比較して、少なくとも引張強度および最大使用温度(図6Bの612)に
関して優れた性能を享受することができる。圧縮木材の臨界温度は、単一のポイント61
2として示されているが、600MPaの引張強度で300℃~500℃の範囲にあり得
る。別の実施形態では、難燃性コーティングはモンモリロナイト粘土を含む。代替的また
は付加的に、図1に関して上述したように、例えば、疎水性、耐候性または耐腐食性、耐
薬品性、または耐火性を高めるために、処理後に圧縮木材に異なる表面処理を施すことが
できる。
代替的または付加的に、環境要因からの圧縮木材の特性の保護または新しい特性の導入
は、プリプレス修正108によって提供することができる。例えば、更なる化学処理によ
り、ナノ粒子またはポリマー等の機能性材料を化学処理された木材に加えることで、耐水
性、耐腐食性、耐候性、耐薬品性、耐火性、および/または他の特性を最終的な圧縮木材
に含めることができる。
は、プリプレス修正108によって提供することができる。例えば、更なる化学処理によ
り、ナノ粒子またはポリマー等の機能性材料を化学処理された木材に加えることで、耐水
性、耐腐食性、耐候性、耐薬品性、耐火性、および/または他の特性を最終的な圧縮木材
に含めることができる。
一実施形態では、圧縮木材に超疎水性を提供するために、化学処理された木材の内面お
よび外面にナノ粒子を形成することができる。本明細書で使用する場合、超疎水性とは、
150°を超える静的水接触角(CA)および10°未満の動的ロール角として定義され
る。このような超疎水性は、湿気条件での構造材料の耐食性を改善し、それによって安定
性および耐久性の改善につながる。他の実施形態では、ナノ粒子は、圧縮木材が少なくと
も90°の静的接触角または10°未満の動的接触角を示すように疎水性を導入してもよ
い。例えば、ナノ粒子はSiO2ナノ粒子であり得る。
よび外面にナノ粒子を形成することができる。本明細書で使用する場合、超疎水性とは、
150°を超える静的水接触角(CA)および10°未満の動的ロール角として定義され
る。このような超疎水性は、湿気条件での構造材料の耐食性を改善し、それによって安定
性および耐久性の改善につながる。他の実施形態では、ナノ粒子は、圧縮木材が少なくと
も90°の静的接触角または10°未満の動的接触角を示すように疎水性を導入してもよ
い。例えば、ナノ粒子はSiO2ナノ粒子であり得る。
上記の他の実施形態と同様に、化学処理された木材は、最初にヘミセルロースおよびリ
グニンを部分的に除去することにより形成され、多孔質細胞壁704および内腔702が
残る。続いて、化学処理された木材700は、図7Aに示すように、木材706の内面お
よび外面上のナノ粒子708のインサイチュ成長を引き起こす更なる化学処理を施される
。例えば、化学処理された木材700は、テトラエチルオルトシリケート(TEOS)お
よびヘプタデカフルオロ-1,1,2,2-テトラデシルトリメトキシシラン(17F)
の溶液(例えば、100mlのエタノール中に3mlのTEOS、3mlのNH3・H2
Oおよび0.01mLの17F)に浸漬することができる。浸漬は、高温(例えば、50
℃)で、長時間(例えば、10時間)行うことで、ゾルゲル法により修正SiO2ナノ粒
子を形成することができる。例えば、ナノ粒子の直径は約100nmである。インサイチ
ュで形成の結果として、ナノ粒子708は、図7C~図7DのSEM画像に示されるよう
に、木材表面および内腔702の内側の両方に均一に分布することができる。
グニンを部分的に除去することにより形成され、多孔質細胞壁704および内腔702が
残る。続いて、化学処理された木材700は、図7Aに示すように、木材706の内面お
よび外面上のナノ粒子708のインサイチュ成長を引き起こす更なる化学処理を施される
。例えば、化学処理された木材700は、テトラエチルオルトシリケート(TEOS)お
よびヘプタデカフルオロ-1,1,2,2-テトラデシルトリメトキシシラン(17F)
の溶液(例えば、100mlのエタノール中に3mlのTEOS、3mlのNH3・H2
Oおよび0.01mLの17F)に浸漬することができる。浸漬は、高温(例えば、50
℃)で、長時間(例えば、10時間)行うことで、ゾルゲル法により修正SiO2ナノ粒
子を形成することができる。例えば、ナノ粒子の直径は約100nmである。インサイチ
ュで形成の結果として、ナノ粒子708は、図7C~図7DのSEM画像に示されるよう
に、木材表面および内腔702の内側の両方に均一に分布することができる。
次いで、SiO2ナノ粒子708で装飾された処理木材706を(例えば、100℃で
プレスすることにより)圧縮し、図7Bに示す圧縮木材構造710を得ることができる。
プレスすることにより、チャネル壁704間の空間が除去される(またはほぼ完全に除去
される)故に、複数の絡み合った層712と、個々の層内に整列したセルロースナノファ
イバーとを有する積層構造がもたらされる。プレスしたにもかかわらず、SiO2ナノ粒
子は絡み合った層の間で保持される。従って、SiO2ナノ粒子のインサイチュ成長と共
に、よく保存されたマイクロ/ナノ階層構造により、圧縮木材710に超疎水性を付与す
ることができる。例えば、圧縮木材710は、木材710の表面716上に配置された水
滴714に関して、それぞれ159.4oおよび3oの静的および動的接触角を示し得る。
ナノ粒子708は、酸性/アルカリ性条件に対する耐性も付与することができる。
プレスすることにより)圧縮し、図7Bに示す圧縮木材構造710を得ることができる。
プレスすることにより、チャネル壁704間の空間が除去される(またはほぼ完全に除去
される)故に、複数の絡み合った層712と、個々の層内に整列したセルロースナノファ
イバーとを有する積層構造がもたらされる。プレスしたにもかかわらず、SiO2ナノ粒
子は絡み合った層の間で保持される。従って、SiO2ナノ粒子のインサイチュ成長と共
に、よく保存されたマイクロ/ナノ階層構造により、圧縮木材710に超疎水性を付与す
ることができる。例えば、圧縮木材710は、木材710の表面716上に配置された水
滴714に関して、それぞれ159.4oおよび3oの静的および動的接触角を示し得る。
ナノ粒子708は、酸性/アルカリ性条件に対する耐性も付与することができる。
超疎水性は、圧縮木材に抗膨潤特性も提供し得る。特に、圧縮木材710は、24時間
にわたり水に浸漬された場合に非常に僅かな水しか吸収せず、約1.8%という非常に低
い膨張効率を示す。これは、圧縮木材710が水を強くはじくことを示唆している。対照
的に、天然木材は、同じ条件に曝された場合にかなりの膨張を示し、例えば、119%の
膨張効率を示す。圧縮木材710の優れた疎水性は、湿潤状態またはその他の好ましくな
いあるいは厳しい屋外環境に曝された場合でさえも、木材の寸法安定性および耐腐朽性を
著しく向上させることができる。
にわたり水に浸漬された場合に非常に僅かな水しか吸収せず、約1.8%という非常に低
い膨張効率を示す。これは、圧縮木材710が水を強くはじくことを示唆している。対照
的に、天然木材は、同じ条件に曝された場合にかなりの膨張を示し、例えば、119%の
膨張効率を示す。圧縮木材710の優れた疎水性は、湿潤状態またはその他の好ましくな
いあるいは厳しい屋外環境に曝された場合でさえも、木材の寸法安定性および耐腐朽性を
著しく向上させることができる。
更に、圧縮木材710の木材微細構造内のナノ粒子処理は、処理の耐摩耗性を向上させ
得る。実験では、圧縮中にサンドペーパー(120メッシュ)を木材の上面および底面(
接線部)に配置し、結果として得られた圧縮木材710にマイクロメートルサイズの粗さ
を付与した。圧縮木材上の水の最初の静的および動的接触角は、それぞれ159.2°お
よび3°である。10、20、30、および40回のサンドペーパーによる摩耗サイクル
の後、それぞれ158.1°/4.5°、156.3°/5.9°、152.9°/7.
7°、および150.1°/9°の値が得られた。各サイクルで静的接触角の最小の減少
(および動的接触角の最小の増加)のみが生じるため、圧縮木材710の疎水性処理が耐
摩耗性であることは明白である。圧縮後の層状構造は、十分に分散されたナノSiO2球
体を閉じ込めることにより、ナノ粒子が木材にしっかりと固定され、堅牢な超疎水性が得
られる。
得る。実験では、圧縮中にサンドペーパー(120メッシュ)を木材の上面および底面(
接線部)に配置し、結果として得られた圧縮木材710にマイクロメートルサイズの粗さ
を付与した。圧縮木材上の水の最初の静的および動的接触角は、それぞれ159.2°お
よび3°である。10、20、30、および40回のサンドペーパーによる摩耗サイクル
の後、それぞれ158.1°/4.5°、156.3°/5.9°、152.9°/7.
7°、および150.1°/9°の値が得られた。各サイクルで静的接触角の最小の減少
(および動的接触角の最小の増加)のみが生じるため、圧縮木材710の疎水性処理が耐
摩耗性であることは明白である。圧縮後の層状構造は、十分に分散されたナノSiO2球
体を閉じ込めることにより、ナノ粒子が木材にしっかりと固定され、堅牢な超疎水性が得
られる。
ここで図8Aを参照すると、天然木材802から圧縮木材構造を形成するための例示的
な製造プロセスが示されている。天然木材802は、シート、スティック、ストリップ、
バー、ブロック、膜、フィルム、または任意の他の形状の木材であってもよい。天然木材
802内の内腔は方向806に沿って延在し得る。製造プロセスにおける第1のステップ
800は、例えばプロセス100の104に関して上述したように、化学溶液804内に
天然木材802を浸漬して、木材802からリグニンを部分的に除去するステップであり
得る。化学溶液804およびその中に浸漬される木材802は、ハウジング808内に収
容されてもよい。いくつかの実施形態では、ハウジング808は真空ハウジングであって
もよく、浸漬中に溶液804および木材802を真空下に維持してもよい。代替的または
付加的に、ハウジング808またはその中の別のコンポーネントは、溶液804を室温よ
り高く加熱することができる。例えば、溶液804は、化学処理800の間に沸騰するま
で加熱されてもよい。
な製造プロセスが示されている。天然木材802は、シート、スティック、ストリップ、
バー、ブロック、膜、フィルム、または任意の他の形状の木材であってもよい。天然木材
802内の内腔は方向806に沿って延在し得る。製造プロセスにおける第1のステップ
800は、例えばプロセス100の104に関して上述したように、化学溶液804内に
天然木材802を浸漬して、木材802からリグニンを部分的に除去するステップであり
得る。化学溶液804およびその中に浸漬される木材802は、ハウジング808内に収
容されてもよい。いくつかの実施形態では、ハウジング808は真空ハウジングであって
もよく、浸漬中に溶液804および木材802を真空下に維持してもよい。代替的または
付加的に、ハウジング808またはその中の別のコンポーネントは、溶液804を室温よ
り高く加熱することができる。例えば、溶液804は、化学処理800の間に沸騰するま
で加熱されてもよい。
処理800の後、化学処理された木材816は、例えば、プロセス100の110に関
連して上述したように、延在方向806にほぼ垂直な方向、または延在方向806と少な
くとも交差する方向にプレスするために、ハウジング808から圧縮ステーション810
に搬送されてもよい。例えば、圧縮ステーション810は、上部プラテン814および下
部プラテン818を含むことができる。プラテン814、818間の相対運動により、化
学処理された木材816に所望の圧縮がもたらされ、圧縮木材が生成される。例えば、上
部プラテン814は、木材816に圧縮力812を印加するために、静止状態を維持し、
木材816を支持する下部プラテン818に向けて移動し得る。あるいは、プラテン81
4および818の両方が互いに向けて移動して、圧縮力812を付与し得る。
連して上述したように、延在方向806にほぼ垂直な方向、または延在方向806と少な
くとも交差する方向にプレスするために、ハウジング808から圧縮ステーション810
に搬送されてもよい。例えば、圧縮ステーション810は、上部プラテン814および下
部プラテン818を含むことができる。プラテン814、818間の相対運動により、化
学処理された木材816に所望の圧縮がもたらされ、圧縮木材が生成される。例えば、上
部プラテン814は、木材816に圧縮力812を印加するために、静止状態を維持し、
木材816を支持する下部プラテン818に向けて移動し得る。あるいは、プラテン81
4および818の両方が互いに向けて移動して、圧縮力812を付与し得る。
いくつかの実施形態では、圧縮中に、木材816の温度を室温よりも上げるために、一
方または両方のプラテン814、818を加熱することができる。代替的または付加的に
、プラテン814、818は加熱されなくてもよいが、木材816の温度を上昇させるた
めに、別個の加熱機構が設けられてもよく、または圧縮ステーションを含む環境を加熱し
てもよい。
方または両方のプラテン814、818を加熱することができる。代替的または付加的に
、プラテン814、818は加熱されなくてもよいが、木材816の温度を上昇させるた
めに、別個の加熱機構が設けられてもよく、または圧縮ステーションを含む環境を加熱し
てもよい。
図8Bを参照すると、天然木材832から圧縮木材構造を形成するための別の例示的な
製造プロセスが示されている。天然木材832は、丸太または円筒形の棒の形態であり得
、内腔がページに垂直な方向に延在している。第1のステップ820は、例えば、ロータ
リーレーズ834を使用して天然木材832を切断して、後続の処理のために天然木材の
薄い連続層836を分離することができる。天然木材層836は、製造プロセスの次のス
テップ830、例えば、プロセス100の104に関して上述したように、化学溶液80
4に木材836を浸漬するステップのためにハウジング838に運ばれて、木材802か
らリグニンを部分的に除去することができる。ハウジング808と同様に、ハウジング8
38は、浸漬中に真空を適用するおよび/または加熱するように構成されてもよい。いく
つかの実施形態では、ハウジング838のサイズ、および天然木材832からハウジング
838を通る層836の搬送速度は、化学処理のための所望の浸漬時間に対応し得る。従
って、層836の一部がハウジング838に入ってから、圧縮ステーション840のため
にハウジング838を出るまでの時間は、所望の量のリグニン除去のための浸漬時間に対
応するであろう。
製造プロセスが示されている。天然木材832は、丸太または円筒形の棒の形態であり得
、内腔がページに垂直な方向に延在している。第1のステップ820は、例えば、ロータ
リーレーズ834を使用して天然木材832を切断して、後続の処理のために天然木材の
薄い連続層836を分離することができる。天然木材層836は、製造プロセスの次のス
テップ830、例えば、プロセス100の104に関して上述したように、化学溶液80
4に木材836を浸漬するステップのためにハウジング838に運ばれて、木材802か
らリグニンを部分的に除去することができる。ハウジング808と同様に、ハウジング8
38は、浸漬中に真空を適用するおよび/または加熱するように構成されてもよい。いく
つかの実施形態では、ハウジング838のサイズ、および天然木材832からハウジング
838を通る層836の搬送速度は、化学処理のための所望の浸漬時間に対応し得る。従
って、層836の一部がハウジング838に入ってから、圧縮ステーション840のため
にハウジング838を出るまでの時間は、所望の量のリグニン除去のための浸漬時間に対
応するであろう。
処理830の後、例えばプロセス100の110に関して上述したように、化学処理さ
れた木材848は、延在方向にほぼ垂直な方向、または延在方向に少なくとも交差する方
向にプレスするために、ハウジング838から圧縮ステーション840に運搬され得る。
例えば、圧縮ステーション840は、上部ローラー844および下部ローラー846を含
むことができ、これらは互いに一定の距離に留まることができる。一定の距離は、化学処
理された木材848の厚さより小さくてもよく、それによって、圧縮木材をもたらすプレ
ス力842が印加される。
れた木材848は、延在方向にほぼ垂直な方向、または延在方向に少なくとも交差する方
向にプレスするために、ハウジング838から圧縮ステーション840に運搬され得る。
例えば、圧縮ステーション840は、上部ローラー844および下部ローラー846を含
むことができ、これらは互いに一定の距離に留まることができる。一定の距離は、化学処
理された木材848の厚さより小さくてもよく、それによって、圧縮木材をもたらすプレ
ス力842が印加される。
いくつかの実施形態では、圧縮中に、木材848の温度を室温よりも上げるように、一
方または両方のローラー844、846を加熱することができる。代替的または付加的に
、ローラー844、846は加熱されなくてもよいが、木材848の温度を上昇さるため
に、別個の加熱機構が設けられてもよく、または圧縮ステーション840を含む環境が加
熱されてもよい。
方または両方のローラー844、846を加熱することができる。代替的または付加的に
、ローラー844、846は加熱されなくてもよいが、木材848の温度を上昇さるため
に、別個の加熱機構が設けられてもよく、または圧縮ステーション840を含む環境が加
熱されてもよい。
図8Bには2つのローラー844、846のみが示されているが、シート848の搬送
方向に沿って複数のローラーを直列に配置することができる。シート848は、所望の累
積圧縮時間(例えば、数分または数時間ほど)を提供するために、隣接するローラー間を
運搬されるように圧力下で保持することができる。代替的または付加的に、ローラー84
4、846のサイズおよびシート848の搬送速度は、所望の圧縮時間に対応し得る。従
って、シート848が最初に圧縮されるときから、圧縮木材850として圧縮ステーショ
ン840を出るまでの時間は、所望のプレス時間に対応するであろう。もちろん、例えば
、化学処理838の前または後にシート836を切断することによって、圧縮ステーショ
ン840を化学処理838から切り離すことも可能である。そのような構成では、圧縮ス
テーションは、図8Bに示されるようなローラーの形態または図8Aに示されるように平
坦プラテンの形態をとり得る。
方向に沿って複数のローラーを直列に配置することができる。シート848は、所望の累
積圧縮時間(例えば、数分または数時間ほど)を提供するために、隣接するローラー間を
運搬されるように圧力下で保持することができる。代替的または付加的に、ローラー84
4、846のサイズおよびシート848の搬送速度は、所望の圧縮時間に対応し得る。従
って、シート848が最初に圧縮されるときから、圧縮木材850として圧縮ステーショ
ン840を出るまでの時間は、所望のプレス時間に対応するであろう。もちろん、例えば
、化学処理838の前または後にシート836を切断することによって、圧縮ステーショ
ン840を化学処理838から切り離すことも可能である。そのような構成では、圧縮ス
テーションは、図8Bに示されるようなローラーの形態または図8Aに示されるように平
坦プラテンの形態をとり得る。
図8Cを参照すると、天然木材862から圧縮木材構造を形成するための例示的な製造
プロセスが示されている。天然木材862は、方向864に沿って延在する内腔を備えた
中空円筒の形態であってもよい。製造プロセスの第1のステップ860は、例えば、プロ
セス100の104に関して上述したように、化学溶液804に天然木材862を浸すこ
とで、木材862からリグニンを部分的に除去することができる。化学溶液804および
その中に浸漬される木材862は、図8Aのハウジング808と同様に、浸漬中に真空を
適用するおよび/または加熱するように構成され得る。
プロセスが示されている。天然木材862は、方向864に沿って延在する内腔を備えた
中空円筒の形態であってもよい。製造プロセスの第1のステップ860は、例えば、プロ
セス100の104に関して上述したように、化学溶液804に天然木材862を浸すこ
とで、木材862からリグニンを部分的に除去することができる。化学溶液804および
その中に浸漬される木材862は、図8Aのハウジング808と同様に、浸漬中に真空を
適用するおよび/または加熱するように構成され得る。
処理860の後、化学処理された木製円筒868は、例えば、プロセス100の110
に関して上述したように、(図8Cの807におけるページの平面に垂直な)延在方向8
64にほぼ垂直な方向、または延在方向864に少なくとも交差する方向にプレスするた
めに、ハウジング866から圧縮ステーション870に運搬され得る。例えば、圧縮ステ
ーション870は、円筒868の外側に配置された上部ローラー872と、円筒868の
内側に配置された下部ローラー874とを含むことができる。ローラー872、874は
、円筒868の壁がそこを通過するとき、互いに一定の距離に留まることができる。一定
の距離は、化学処理された木材868の壁厚より小さくてもよく、それにより、圧縮木材
の中空円筒をもたらすプレス力876が印加される。
に関して上述したように、(図8Cの807におけるページの平面に垂直な)延在方向8
64にほぼ垂直な方向、または延在方向864に少なくとも交差する方向にプレスするた
めに、ハウジング866から圧縮ステーション870に運搬され得る。例えば、圧縮ステ
ーション870は、円筒868の外側に配置された上部ローラー872と、円筒868の
内側に配置された下部ローラー874とを含むことができる。ローラー872、874は
、円筒868の壁がそこを通過するとき、互いに一定の距離に留まることができる。一定
の距離は、化学処理された木材868の壁厚より小さくてもよく、それにより、圧縮木材
の中空円筒をもたらすプレス力876が印加される。
いくつかの実施形態では、圧縮中に、木材868の温度を室温よりも上げるように、一
方または両方のローラー872、874を加熱することができる。代替的または付加的に
、ローラー872、874は加熱されなくてもよいが、木材868の温度を上げるために
、別個の加熱機構が設けられてもよく、または圧縮ステーション870を含む環境が加熱
されてもよい。
方または両方のローラー872、874を加熱することができる。代替的または付加的に
、ローラー872、874は加熱されなくてもよいが、木材868の温度を上げるために
、別個の加熱機構が設けられてもよく、または圧縮ステーション870を含む環境が加熱
されてもよい。
図8Cには2つのローラー872、874のみが示されているが、複数のローラーを円
筒868の周囲に直列に配置することができる。円筒868の壁は、所望の累積圧縮時間
(例えば、数分または数時間ほど)を提供するために、隣接するローラー間を運搬される
ときに圧力下で維持されてもよい。代替的または付加的に、ローラー872、874のサ
イズおよび円筒868の回転速度は、所望の圧縮時間に対応していてもよい。
筒868の周囲に直列に配置することができる。円筒868の壁は、所望の累積圧縮時間
(例えば、数分または数時間ほど)を提供するために、隣接するローラー間を運搬される
ときに圧力下で維持されてもよい。代替的または付加的に、ローラー872、874のサ
イズおよび円筒868の回転速度は、所望の圧縮時間に対応していてもよい。
図8Dを参照すると、天然木材882から圧縮木材構造を形成するための例示的な製造
プロセスが示されている。天然木材882は、方向884に沿って延在する内腔を有する
、中実円筒の形態であり得る。製造プロセスの第1のステップ880は、例えば、プロセ
ス100の104に関して上述したように、化学溶液804に天然木材882を浸漬して
、木材882からリグニンを部分的に除去することができる。化学溶液804およびその
中に浸漬される木材882は、図8Aのハウジング808と同様に、浸漬中に真空を提供
するおよび/または加熱するように構成され得る、ハウジング866内に収容されてもよ
い。
プロセスが示されている。天然木材882は、方向884に沿って延在する内腔を有する
、中実円筒の形態であり得る。製造プロセスの第1のステップ880は、例えば、プロセ
ス100の104に関して上述したように、化学溶液804に天然木材882を浸漬して
、木材882からリグニンを部分的に除去することができる。化学溶液804およびその
中に浸漬される木材882は、図8Aのハウジング808と同様に、浸漬中に真空を提供
するおよび/または加熱するように構成され得る、ハウジング866内に収容されてもよ
い。
処理880の後、化学処理された木材円筒886は、例えば、プロセス100の110
に関して上述したように、(図8の890においてページの平面に垂直な)延在方向88
4にほぼ垂直、または延在方向884に少なくとも交差する方向にプレスするためにハウ
ジング866から圧縮ステーション890に運搬され得る。例えば、圧縮ステーション8
90は、円筒886の外側に配置された単一のローラー888を含むことができ、このロ
ーラーは支持され、その中心軸線を中心に回転可能である。ローラー888は、回転する
際に円筒886の壁に押し込む一定の距離に留まることができ、それにより、圧縮木材の
中実円筒をもたらすプレス力892を印加する。
に関して上述したように、(図8の890においてページの平面に垂直な)延在方向88
4にほぼ垂直、または延在方向884に少なくとも交差する方向にプレスするためにハウ
ジング866から圧縮ステーション890に運搬され得る。例えば、圧縮ステーション8
90は、円筒886の外側に配置された単一のローラー888を含むことができ、このロ
ーラーは支持され、その中心軸線を中心に回転可能である。ローラー888は、回転する
際に円筒886の壁に押し込む一定の距離に留まることができ、それにより、圧縮木材の
中実円筒をもたらすプレス力892を印加する。
いくつかの実施形態では、圧縮中に、木材886の温度を室温よりも上げるようにロー
ラー888を加熱することができる。代替的または付加的に、ローラー888は加熱され
なくてもよいが、木材886の温度を上げるために、別個の加熱機構が設けられてもよく
、または圧縮ステーション890を含む環境が加熱されてもよい。
ラー888を加熱することができる。代替的または付加的に、ローラー888は加熱され
なくてもよいが、木材886の温度を上げるために、別個の加熱機構が設けられてもよく
、または圧縮ステーション890を含む環境が加熱されてもよい。
図8Dには単一のローラー888のみが示されているが、複数のローラーを円筒886
の周囲に直列に配置することができる。円筒886は、所望の累積圧縮時間(例えば、数
分または数時間ほど)を提供するために、隣接するローラー間で搬送されるときに圧力下
に維持することができる。代替的または付加的に、ローラー888のサイズおよび円筒8
86の回転速度は、所望の圧縮時間に対応し得る。更に別の代替形態では、円筒886は
、図8Eに示されるように、ローラー888を有する圧縮ステーション890の代わりに
、圧縮ステーション895の圧縮ベルト894によってプレスされてもよい。このような
構成では、円筒886は回転するのではなく静止したままであってもよい。
の周囲に直列に配置することができる。円筒886は、所望の累積圧縮時間(例えば、数
分または数時間ほど)を提供するために、隣接するローラー間で搬送されるときに圧力下
に維持することができる。代替的または付加的に、ローラー888のサイズおよび円筒8
86の回転速度は、所望の圧縮時間に対応し得る。更に別の代替形態では、円筒886は
、図8Eに示されるように、ローラー888を有する圧縮ステーション890の代わりに
、圧縮ステーション895の圧縮ベルト894によってプレスされてもよい。このような
構成では、円筒886は回転するのではなく静止したままであってもよい。
特定の木材の形状および製造技術が図8A~図8Eに示されているが、1つ以上の企図
される実施形態に従って、他の形状(中実または中空)および製造技術も可能である。従
って、木材の形状および製造技術は、具体的に示されたものに限定されない。更に、濯ぎ
ステーション、並びにプリプレス修正およびポストプレス修正は、図8A~図8Eには示
されていないが、これらの技術は、開示された主題の1つ以上の実施形態に従って、濯ぎ
、プリプレス修正および/またはポストプレス修正を含むように容易に修正され得る。
される実施形態に従って、他の形状(中実または中空)および製造技術も可能である。従
って、木材の形状および製造技術は、具体的に示されたものに限定されない。更に、濯ぎ
ステーション、並びにプリプレス修正およびポストプレス修正は、図8A~図8Eには示
されていないが、これらの技術は、開示された主題の1つ以上の実施形態に従って、濯ぎ
、プリプレス修正および/またはポストプレス修正を含むように容易に修正され得る。
化学処理された木材片を圧縮して圧縮木材が形成されると、例えば、プロセス100の
114に関して上述したように、最終的な使用に備えて、更なる加工(即ち、機械加工ま
たは修正)を施すことができる。例えば、圧縮木材902は、図9Aに示されるように、
曲げセットアップ900に設置することができる。圧縮木材902は、曲げ工具904(
例えば、円柱状の棒)がその上面に押し付けられている間、支持体906上に載置されて
もよい。一定時間曲げツール904を介して圧力を維持することにより、例えば、図9B
の湾曲した圧縮木材910または図9Cの湾曲した圧縮木材912のような、所望の湾曲
プロファイル908を圧縮木材902に誘導することができる。代替的または付加的に、
圧縮木材は、従来の機械加工技術を受けることができる。例えば、図9Dは、機械加工セ
ットアップ920を示しており、そこでは、ドリルビット924を備えたプレス922を
使用して、図9Eに示すように、圧縮木材片926に貫通穴928を生成する。1つ以上
の企図される実施形態によれば、他のタイプのポストプレス修正および/または機械加工
も可能である。
114に関して上述したように、最終的な使用に備えて、更なる加工(即ち、機械加工ま
たは修正)を施すことができる。例えば、圧縮木材902は、図9Aに示されるように、
曲げセットアップ900に設置することができる。圧縮木材902は、曲げ工具904(
例えば、円柱状の棒)がその上面に押し付けられている間、支持体906上に載置されて
もよい。一定時間曲げツール904を介して圧力を維持することにより、例えば、図9B
の湾曲した圧縮木材910または図9Cの湾曲した圧縮木材912のような、所望の湾曲
プロファイル908を圧縮木材902に誘導することができる。代替的または付加的に、
圧縮木材は、従来の機械加工技術を受けることができる。例えば、図9Dは、機械加工セ
ットアップ920を示しており、そこでは、ドリルビット924を備えたプレス922を
使用して、図9Eに示すように、圧縮木材片926に貫通穴928を生成する。1つ以上
の企図される実施形態によれば、他のタイプのポストプレス修正および/または機械加工
も可能である。
開示された主題の実施形態では、化学処理およびプレスにより、天然木材のセルロース
ナノファイバーの整列を維持し、従って、圧縮木材の異方性の機械特性をもたらす。例え
ば、繊維の整列方向に垂直な方向での圧縮木材の引張試験では、45.1MPaの引張強
度が得られる。これは、繊維の整列方向に沿った強度よりもはるかに低いが、天然木材の
横方向の強度(例えば、5.7MPa)よりもはるかに高い。異方性を低下させる(また
は機械的特性を改善する)ために、圧縮されたピースを積層構造に結合することができる
。
ナノファイバーの整列を維持し、従って、圧縮木材の異方性の機械特性をもたらす。例え
ば、繊維の整列方向に垂直な方向での圧縮木材の引張試験では、45.1MPaの引張強
度が得られる。これは、繊維の整列方向に沿った強度よりもはるかに低いが、天然木材の
横方向の強度(例えば、5.7MPa)よりもはるかに高い。異方性を低下させる(また
は機械的特性を改善する)ために、圧縮されたピースを積層構造に結合することができる
。
図10Aを参照すると、圧縮木材の積層構造を形成および使用するための一般化された
プロセス1000が示されている。図1のプロセス100と同様に、プロセス1000は
、切断102、十分なリグニン106を除去するための化学処理104、およびその後の
処理された木材のプレス110を含むことができる。これらの初期プロセスは1002で
繰り返され、複数の個別の圧縮木材が製造される。
プロセス1000が示されている。図1のプロセス100と同様に、プロセス1000は
、切断102、十分なリグニン106を除去するための化学処理104、およびその後の
処理された木材のプレス110を含むことができる。これらの初期プロセスは1002で
繰り返され、複数の個別の圧縮木材が製造される。
十分な数の圧縮木材片が準備されると、プロセス1000は1004に進むことができ
、そこで圧縮木材片は、任意に表面処理を施される。いくつかの実施形態では、圧縮木材
片は、接着剤またはエポキシを使用して互いに結合される。そのような実施形態では、準
備1004は、接着剤またはエポキシを圧縮木材片の対向面に塗布するステップを含むこ
とができる。他の実施形態では、圧縮木材片の対向面間の最終的な水素結合は、それらを
一緒に保持するのに十分であり、その場合、準備1004は省略され得る。
、そこで圧縮木材片は、任意に表面処理を施される。いくつかの実施形態では、圧縮木材
片は、接着剤またはエポキシを使用して互いに結合される。そのような実施形態では、準
備1004は、接着剤またはエポキシを圧縮木材片の対向面に塗布するステップを含むこ
とができる。他の実施形態では、圧縮木材片の対向面間の最終的な水素結合は、それらを
一緒に保持するのに十分であり、その場合、準備1004は省略され得る。
プロセス1000は1006に進むことができ、ここで、圧縮木材片は接合の準備のた
めに配置される。圧縮木材片はそれぞれ、それぞれの向きを有することができ、これは、
プレスする前にその内腔が延在している方向に対応する。従って、整列1006は、木材
片の少なくとも一部が互いに対して異なる向きを有するように、圧縮木材片を配置するス
テップを含むことができる。例えば、図11Aは、第1の向き1103を有する圧縮木材
の第1のピース1102と、第2の向き1105を有する圧縮木材の第2のピース110
4とを有する積層体のセット1100を示す。図11Bに示すように、ピースが積層構造
1106として接合されると、第1の向き1103が第2の向き1105に直交するよう
に、第1のピース1102および第2のピース1104を配置することができる。
めに配置される。圧縮木材片はそれぞれ、それぞれの向きを有することができ、これは、
プレスする前にその内腔が延在している方向に対応する。従って、整列1006は、木材
片の少なくとも一部が互いに対して異なる向きを有するように、圧縮木材片を配置するス
テップを含むことができる。例えば、図11Aは、第1の向き1103を有する圧縮木材
の第1のピース1102と、第2の向き1105を有する圧縮木材の第2のピース110
4とを有する積層体のセット1100を示す。図11Bに示すように、ピースが積層構造
1106として接合されると、第1の向き1103が第2の向き1105に直交するよう
に、第1のピース1102および第2のピース1104を配置することができる。
2つの垂直な木材繊維方向に沿った図11Bの圧縮木材積層体の引張強度は、ほぼ同じ
(例えば、それぞれ、221.6±20MPaおよび225.6±18MPa)であり、
圧縮木材(例えば、43.3±2MPa)または天然木材(例えば、5.1±0.4MP
a)の単一のピースのT方向(即ち、木材繊維方向に垂直な方向)への強度よりも著しく
高い。
(例えば、それぞれ、221.6±20MPaおよび225.6±18MPa)であり、
圧縮木材(例えば、43.3±2MPa)または天然木材(例えば、5.1±0.4MP
a)の単一のピースのT方向(即ち、木材繊維方向に垂直な方向)への強度よりも著しく
高い。
他の実施形態では、結合された圧縮木材片の向きは、互いに対して非直角である。例え
ば、図11Dは、積層体の別のセット1110を示しているが、ここでは圧縮木材の第1
のピース1112は、図11Aとは異なる第1の向き1113を有する。特に、図11E
に示すように、第1のピース1112が第2のピース1104に結合されると、平面図に
おいて、第1のピースの向き1113の方向は、第2のピースの向き1105の方向と交
差する。
ば、図11Dは、積層体の別のセット1110を示しているが、ここでは圧縮木材の第1
のピース1112は、図11Aとは異なる第1の向き1113を有する。特に、図11E
に示すように、第1のピース1112が第2のピース1104に結合されると、平面図に
おいて、第1のピースの向き1113の方向は、第2のピースの向き1105の方向と交
差する。
図11Cに示すように、複数のセット1100を互いに接合して、圧縮木材の各ピース
が隣接するピースに対して90°回転した向きを有するように、多層1106積層構造を
形成することができる。同様に、図11Fに示すように、複数のセット1110を一緒に
接合して、圧縮木材の各ピースが、隣接するピースの向きと異なる向きを有し、および/
または各層が隣接する層の複合配向とは異なる複合配向を有するように、多層1116、
1118積層構造を形成することができる。
が隣接するピースに対して90°回転した向きを有するように、多層1106積層構造を
形成することができる。同様に、図11Fに示すように、複数のセット1110を一緒に
接合して、圧縮木材の各ピースが、隣接するピースの向きと異なる向きを有し、および/
または各層が隣接する層の複合配向とは異なる複合配向を有するように、多層1116、
1118積層構造を形成することができる。
積層構造のための特定の数の圧縮木材片が図11A~図11Fに示されているが、1つ
以上の企図される実施形態によれば、他の数の圧縮木材片も可能である。更に、図11A
~図11Fには長方形の形状が示されているが、1つ以上の企図される実施形態によれば
、他の形状も可能である。更に、図11A~図11Fに示された向きおよび整列を超える
他の向きおよび整列も、1つ以上の企図される実施形態によれば可能である。いくつかの
実施形態では、例えば異方性を高めるために、隣接する木材片の向きを整列させることが
できる。
以上の企図される実施形態によれば、他の数の圧縮木材片も可能である。更に、図11A
~図11Fには長方形の形状が示されているが、1つ以上の企図される実施形態によれば
、他の形状も可能である。更に、図11A~図11Fに示された向きおよび整列を超える
他の向きおよび整列も、1つ以上の企図される実施形態によれば可能である。いくつかの
実施形態では、例えば異方性を高めるために、隣接する木材片の向きを整列させることが
できる。
図10Aに戻ると、整列1006の後、プロセス1000は1008に進むことができ
、そこで、例えば接着剤/エポキシまたは水素結合によって、整列された圧縮木材片が一
緒に接合される。水素結合が使用される実施形態では、接合1008は、圧縮木材片を形
成するために使用されるプレスと同様に、高圧下で整列したピースを一緒にプレスするス
テップを含み得る。接合されて積層構造が形成されると、プロセス1000は1010に
進むことができ、そこで、積層は、(例えば、プロセス100の114に関して上述した
ように)用途に適合され、および/または(例えば、プロセス100の116に関して上
述したように)使用される。
、そこで、例えば接着剤/エポキシまたは水素結合によって、整列された圧縮木材片が一
緒に接合される。水素結合が使用される実施形態では、接合1008は、圧縮木材片を形
成するために使用されるプレスと同様に、高圧下で整列したピースを一緒にプレスするス
テップを含み得る。接合されて積層構造が形成されると、プロセス1000は1010に
進むことができ、そこで、積層は、(例えば、プロセス100の114に関して上述した
ように)用途に適合され、および/または(例えば、プロセス100の116に関して上
述したように)使用される。
図10Aは、接合前に圧縮木材片を形成するが、開示された主題の実施形態はそれに限
定されない。むしろ、他の実施形態では、木材片の接合は、木材片を圧縮するためのプレ
スと組み合わされてもよい。図10Bは、そのようなプロセス1050を示している。図
1のプロセス100と同様に、プロセス1050は、十分なリグニン106を除去するた
めの切断102および化学処理104、およびその後の処理された木材のプレス110を
含むことができる。これらの初期プロセスは1052で繰り返され、化学処理された複数
の個別の木材片を生成する。
定されない。むしろ、他の実施形態では、木材片の接合は、木材片を圧縮するためのプレ
スと組み合わされてもよい。図10Bは、そのようなプロセス1050を示している。図
1のプロセス100と同様に、プロセス1050は、十分なリグニン106を除去するた
めの切断102および化学処理104、およびその後の処理された木材のプレス110を
含むことができる。これらの初期プロセスは1052で繰り返され、化学処理された複数
の個別の木材片を生成する。
十分な数の化学処理された木材片が準備されると、プロセス1050は1054に進む
ことができ、そこで、化学処理された木材片が接合のための準備として配置される。化学
処理された木材片はそれぞれ、それぞれの向きを有することができ、これは、内腔が延在
する方向に対応している。従って、整列1054は、図10Aおよび図11A~図11F
に関して上述したように、木材片のうちの少なくとも一部が互いに異なる向きを有するよ
うに、化学処理された木材片を配置するステップを含むことができる。
ことができ、そこで、化学処理された木材片が接合のための準備として配置される。化学
処理された木材片はそれぞれ、それぞれの向きを有することができ、これは、内腔が延在
する方向に対応している。従って、整列1054は、図10Aおよび図11A~図11F
に関して上述したように、木材片のうちの少なくとも一部が互いに異なる向きを有するよ
うに、化学処理された木材片を配置するステップを含むことができる。
整列1054の後、プロセス1050は1056に進むことができ、そこで整列され化
学処理された木材片が一緒にプレスされる。プレス1056は、各木材片を圧縮する(即
ち、圧縮木材片を生成する)のに効果的であり、木材片の対向面間に水素結合を形成させ
る。従って、プレス1056は、木材片の圧縮および接合を同時に生成して、積層構造を
形成する。1058で切断、化学処理、整列、およびプレスを繰り返すことにより、更な
る層を積層体に追加することができる。それ以外の場合、プロセス1050は1060に
進み、プロセス1000と同様に、積層体を用途に適合させる、および/または使用する
ことができる。
学処理された木材片が一緒にプレスされる。プレス1056は、各木材片を圧縮する(即
ち、圧縮木材片を生成する)のに効果的であり、木材片の対向面間に水素結合を形成させ
る。従って、プレス1056は、木材片の圧縮および接合を同時に生成して、積層構造を
形成する。1058で切断、化学処理、整列、およびプレスを繰り返すことにより、更な
る層を積層体に追加することができる。それ以外の場合、プロセス1050は1060に
進み、プロセス1000と同様に、積層体を用途に適合させる、および/または使用する
ことができる。
濯ぎ、プリプレス修正、およびポストプレス修正は、図10A~図10Bには別個に示
されていないが、これらの実施形態は、図1のプロセス100と同様に、濯ぎ、プリプレ
ス修正および/またはポストプレス修正も含むことができることが理解されよう。
されていないが、これらの実施形態は、図1のプロセス100と同様に、濯ぎ、プリプレ
ス修正および/またはポストプレス修正も含むことができることが理解されよう。
いくつかの実施形態において、積層構造は、異なる繊維の向きを有する複数の木材チッ
プから形成され得る。例えば、図12Aは、個々の木材チップ1202から圧縮木材の積
層体を形成するための例示的な製造プロセスの態様を示す。個々の木材チップ1202は
、内腔の延在方向および/または繊維整列方向に対応する、それぞれの向き1204を有
し得る。上述のプロセス100と同様に、木材チップ1202は、そこからリグニンを部
分的に除去するために化学処理を受け、その後、1206を介して多層構造に組み立てら
れ得る。化学的に修正された木材チップのアセンブリは、例えば、向きが図11A~図1
1Bに示されるように直交する、図11D~図11Eに示されるように交差する、または
整列するように、チップ1202の向き1204を考慮に入れることができる。あるいは
、向き1204は、多層配列内にランダムであってもよい。次いで、1210で多層構造
をプレスして、圧縮木材チップの多層積層体1212を形成することができる。隣接する
圧縮木材チップは、プレス1210の間に形成される水素結合によって保持され得る。
プから形成され得る。例えば、図12Aは、個々の木材チップ1202から圧縮木材の積
層体を形成するための例示的な製造プロセスの態様を示す。個々の木材チップ1202は
、内腔の延在方向および/または繊維整列方向に対応する、それぞれの向き1204を有
し得る。上述のプロセス100と同様に、木材チップ1202は、そこからリグニンを部
分的に除去するために化学処理を受け、その後、1206を介して多層構造に組み立てら
れ得る。化学的に修正された木材チップのアセンブリは、例えば、向きが図11A~図1
1Bに示されるように直交する、図11D~図11Eに示されるように交差する、または
整列するように、チップ1202の向き1204を考慮に入れることができる。あるいは
、向き1204は、多層配列内にランダムであってもよい。次いで、1210で多層構造
をプレスして、圧縮木材チップの多層積層体1212を形成することができる。隣接する
圧縮木材チップは、プレス1210の間に形成される水素結合によって保持され得る。
いくつかの実施形態では、積層構造は、異なる繊維の向きを有する木材シートおよび複
数の木材チップから形成され得る。例えば、図12Bは、個々の木材チップ1202から
、一対の木材シート1220、1224で、圧縮木材の積層体を形成するための例示的な
製造プロセスの態様を示す。個別の木材チップ1202は、内腔の延在方向および/また
は繊維整列方向に対応する、それぞれの向き1204を有し得る。同様に、木材シート1
220、1224は、内腔の延在方向および/またはその中の繊維の整列方向に対応する
、それぞれの向き1222、1226を有し得る。
数の木材チップから形成され得る。例えば、図12Bは、個々の木材チップ1202から
、一対の木材シート1220、1224で、圧縮木材の積層体を形成するための例示的な
製造プロセスの態様を示す。個別の木材チップ1202は、内腔の延在方向および/また
は繊維整列方向に対応する、それぞれの向き1204を有し得る。同様に、木材シート1
220、1224は、内腔の延在方向および/またはその中の繊維の整列方向に対応する
、それぞれの向き1222、1226を有し得る。
上記のプロセス100と同様に、木材シート1220、1224および木材チップ12
02は、化学処理を施してリグニンを部分的に除去し、その後、木材チップ1202をシ
ート1220、1224の間に配置して、1228を介して多層構造に組み立てることが
できる。アセンブリは、シート1220、1224およびチップ1202の向きを考慮す
ることができる。例えば、少なくともチップ1202の向き1204が図11A~図11
Bのように直交する、図11D~図11Eのように交差する、または整列するように、配
置1228することができる。あるいは、少なくともチップ1202の向き1204は、
多層配列内でランダムであってもよい。別の実施例では、少なくともシートの向き122
2、1226が図11A~図11Bのように直交する、図11D~図11Eのように交差
する、または整列するように、配置1228することができる。そのような例では、木材
チップ1202の向き1204は、シート1220、1224のうちの少なくとも1つの
向きに応じて、またはシートの向きとは無関係に整列させることができる。例えば、向き
1220、1224は互いに直交し得るが、チップ1202の向き1204は実質的にラ
ンダムであってもよい。
02は、化学処理を施してリグニンを部分的に除去し、その後、木材チップ1202をシ
ート1220、1224の間に配置して、1228を介して多層構造に組み立てることが
できる。アセンブリは、シート1220、1224およびチップ1202の向きを考慮す
ることができる。例えば、少なくともチップ1202の向き1204が図11A~図11
Bのように直交する、図11D~図11Eのように交差する、または整列するように、配
置1228することができる。あるいは、少なくともチップ1202の向き1204は、
多層配列内でランダムであってもよい。別の実施例では、少なくともシートの向き122
2、1226が図11A~図11Bのように直交する、図11D~図11Eのように交差
する、または整列するように、配置1228することができる。そのような例では、木材
チップ1202の向き1204は、シート1220、1224のうちの少なくとも1つの
向きに応じて、またはシートの向きとは無関係に整列させることができる。例えば、向き
1220、1224は互いに直交し得るが、チップ1202の向き1204は実質的にラ
ンダムであってもよい。
次いで、1232で多層構造1230をプレスして、圧縮木材の多層積層体1234を
形成することができる。圧縮木材の隣接するピースは、プレス1232の間に形成される
水素結合によって一緒に保持することができる。木材チップ1202の3層が木材シート
1220と1224との間に示されているが、例えば、木材チップの単一層または3層よ
り多い層等、より少ないまたは追加の木材チップの層を提供することも可能である。更に
、開示された主題の実施形態は、図12A~図12Bに示されるシートおよびチップの特
定の数および配置に限定されない。例えば、積層体1234は、あるユニット1234の
圧縮シート1224が上にあり、隣接するユニット1234の圧縮シート1220に結合
される多層構造の層ユニットを含むことができる。別の例では、多層積層構造は、木材チ
ップ1202の介在層を有するシート1220(またはシート1224)の層を繰り返す
ステップを含み得る。
形成することができる。圧縮木材の隣接するピースは、プレス1232の間に形成される
水素結合によって一緒に保持することができる。木材チップ1202の3層が木材シート
1220と1224との間に示されているが、例えば、木材チップの単一層または3層よ
り多い層等、より少ないまたは追加の木材チップの層を提供することも可能である。更に
、開示された主題の実施形態は、図12A~図12Bに示されるシートおよびチップの特
定の数および配置に限定されない。例えば、積層体1234は、あるユニット1234の
圧縮シート1224が上にあり、隣接するユニット1234の圧縮シート1220に結合
される多層構造の層ユニットを含むことができる。別の例では、多層積層構造は、木材チ
ップ1202の介在層を有するシート1220(またはシート1224)の層を繰り返す
ステップを含み得る。
図12A~図12Bのプロセスは、向きのランダムなまたは整列した配置による異方性
が少ない連続した木製構造(例えば、圧縮された木板1212または圧縮された木板12
34)をもたらし得る。従って、互いにサイズおよび向きが異なる小さな木材チップを組
み合わせて、より密度の高い木材製品にすることができる。実際、このような積層構造は
、様々な用途および/または様々なサイズで使用するために容易に拡張可能である。
が少ない連続した木製構造(例えば、圧縮された木板1212または圧縮された木板12
34)をもたらし得る。従って、互いにサイズおよび向きが異なる小さな木材チップを組
み合わせて、より密度の高い木材製品にすることができる。実際、このような積層構造は
、様々な用途および/または様々なサイズで使用するために容易に拡張可能である。
濯ぎ、プレプレス修正、およびポストプレス修正は、図12A~図12Bでは別個に示
されていないが、これらの実施形態は、図1のプロセス100と同様に、濯ぎ、プレプレ
ス修正および/またはポストプレス修正も含むことができることが理解されるであろう。
積層構造のための特定の数の圧縮木材チップまたはシートが図12A~図12Bに示され
ているが、1つ以上の企図される実施形態によれば、他の数の圧縮木材チップまたはシー
トも可能である。更に、図12A~図12Bには長方形の形状が示されているが、1つ以
上の企図される実施形態に従って、他の形状も可能である。実際、木材チップは、積層構
造に結合される前に、不規則または異なる形状/サイズを有する場合がある。更に、1つ
以上の企図される実施形態に従って、図12A~図12Bに示された向きおよび整列を超
える他の向きおよび整列も可能である。いくつかの実施形態では、例えば、異方性を高め
るために、隣接するピースの向き(木材チップ1202またはシート1220、1224
)を整列させることができる。
されていないが、これらの実施形態は、図1のプロセス100と同様に、濯ぎ、プレプレ
ス修正および/またはポストプレス修正も含むことができることが理解されるであろう。
積層構造のための特定の数の圧縮木材チップまたはシートが図12A~図12Bに示され
ているが、1つ以上の企図される実施形態によれば、他の数の圧縮木材チップまたはシー
トも可能である。更に、図12A~図12Bには長方形の形状が示されているが、1つ以
上の企図される実施形態に従って、他の形状も可能である。実際、木材チップは、積層構
造に結合される前に、不規則または異なる形状/サイズを有する場合がある。更に、1つ
以上の企図される実施形態に従って、図12A~図12Bに示された向きおよび整列を超
える他の向きおよび整列も可能である。いくつかの実施形態では、例えば、異方性を高め
るために、隣接するピースの向き(木材チップ1202またはシート1220、1224
)を整列させることができる。
1つ以上の第1の実施形態では、構造は、化学処理されてリグニンを部分的に除去する
一方で、セルロース系の内腔の構造を実質的に保存し、更に、内腔が少なくとも部分的に
崩壊するように内腔の延在方向に垂直な第1の方向にプレスされる第1の天然植物材料片
を含む。
一方で、セルロース系の内腔の構造を実質的に保存し、更に、内腔が少なくとも部分的に
崩壊するように内腔の延在方向に垂直な第1の方向にプレスされる第1の天然植物材料片
を含む。
第1の実施形態または任意の他の実施形態では、天然植物材料は天然木材である。
第1の実施形態または任意の他の実施形態では、第1のピースは、天然木材の厚さと比
較して少なくとも10%減少した前記第1の方向への厚さを有する。第1の実施形態また
は任意の他の実施形態では、第1のピースは、天然木材の厚さと比較して少なくとも30
%減少した前記第1の方向への厚さを有する。第1の実施形態または任意の他の実施形態
では、第1のピースは、天然木材の厚さと比較して少なくとも60%減少した前記第1の
方向への厚さを有する。第1の実施形態または任意の他の実施形態では、第1のピースは
、天然木材の厚さと比較して少なくとも70%減少した前記第1の方向への厚さを有する
。第1の実施形態または任意の他の実施形態では、第1のピースは、天然木材の厚さと比
較して少なくとも80%減少した前記第1の方向への厚さを有する。
較して少なくとも10%減少した前記第1の方向への厚さを有する。第1の実施形態また
は任意の他の実施形態では、第1のピースは、天然木材の厚さと比較して少なくとも30
%減少した前記第1の方向への厚さを有する。第1の実施形態または任意の他の実施形態
では、第1のピースは、天然木材の厚さと比較して少なくとも60%減少した前記第1の
方向への厚さを有する。第1の実施形態または任意の他の実施形態では、第1のピースは
、天然木材の厚さと比較して少なくとも70%減少した前記第1の方向への厚さを有する
。第1の実施形態または任意の他の実施形態では、第1のピースは、天然木材の厚さと比
較して少なくとも80%減少した前記第1の方向への厚さを有する。
第1の実施形態または任意の他の実施形態では、第1のピースは少なくともいくらかの
リグニンを保持する。第1の実施形態または任意の他の実施形態では、天然植物材料中の
リグニンの1%~99%が化学処理により除去された。第1の実施形態または任意の他の
実施形態では、天然植物材料中のリグニンの5%~95%が化学処理により除去された。
リグニンを保持する。第1の実施形態または任意の他の実施形態では、天然植物材料中の
リグニンの1%~99%が化学処理により除去された。第1の実施形態または任意の他の
実施形態では、天然植物材料中のリグニンの5%~95%が化学処理により除去された。
第1の実施形態または任意の他の実施形態では、天然植物材料中のリグニンの23%~
60%が化学処理により除去された。第1の実施形態または任意の他の実施形態では、第
1のピースは、化学処理後、天然植物材料からのリグニンの約55%を保持する。
60%が化学処理により除去された。第1の実施形態または任意の他の実施形態では、第
1のピースは、化学処理後、天然植物材料からのリグニンの約55%を保持する。
第1の実施形態または任意の他の実施形態では、第1のピース内の崩壊した内腔の対向
する部分は、水素結合によって一緒に保持される。
する部分は、水素結合によって一緒に保持される。
第1の実施形態または任意の他の実施形態では、第1のピースは、化学処理前の天然植
物材料と比較して、引張強度、曲げ強度、延性、破壊靭性、引っかき硬度、硬度係数、衝
撃靭性、圧縮強度および/または弾性剛性が増加している。
物材料と比較して、引張強度、曲げ強度、延性、破壊靭性、引っかき硬度、硬度係数、衝
撃靭性、圧縮強度および/または弾性剛性が増加している。
第1の実施形態または任意の他の実施形態では、第1のピースの引張強度は、化学処理
前の天然植物材料の引張強度よりも少なくとも2倍大きい。第1の実施形態または任意の
他の実施形態では、第1のピースの引張強度は、化学処理前の天然植物材料の引張強度よ
り少なくとも5倍大きい。第1の実施形態または任意の他の実施形態では、第1のピース
の引張強度は少なくとも350MPaである。
前の天然植物材料の引張強度よりも少なくとも2倍大きい。第1の実施形態または任意の
他の実施形態では、第1のピースの引張強度は、化学処理前の天然植物材料の引張強度よ
り少なくとも5倍大きい。第1の実施形態または任意の他の実施形態では、第1のピース
の引張強度は少なくとも350MPaである。
第1の実施形態または任意の他の実施形態では、第1のピースの延性は、化学処理前の
天然植物材料の延性と同じか、少なくとも10倍大きい。第1の実施形態または任意の他
の実施形態において、第1のピースの延性は、化学処理前の天然植物材料の延性よりも少
なくとも50倍大きい。
天然植物材料の延性と同じか、少なくとも10倍大きい。第1の実施形態または任意の他
の実施形態において、第1のピースの延性は、化学処理前の天然植物材料の延性よりも少
なくとも50倍大きい。
第1の実施形態または任意の他の実施形態では、第1のピースの破壊靭性は、化学処理
前の天然植物材料の破壊靭性よりも少なくとも2倍大きい。第1の実施形態または任意の
他の実施形態では、第1のピースの破壊靭性は、化学処理前の天然植物材料の破壊靭性よ
りも少なくとも5倍大きい。
前の天然植物材料の破壊靭性よりも少なくとも2倍大きい。第1の実施形態または任意の
他の実施形態では、第1のピースの破壊靭性は、化学処理前の天然植物材料の破壊靭性よ
りも少なくとも5倍大きい。
第1の実施形態または任意の他の実施形態では、第1のピースの弾性剛性は、化学処理
前の天然植物材料の弾性剛性よりも少なくとも5倍大きい。第1の実施形態または任意の
他の実施形態では、第1のピースの弾性剛性は、化学処理前の天然植物材料の弾性剛性よ
りも少なくとも10倍大きい。
前の天然植物材料の弾性剛性よりも少なくとも5倍大きい。第1の実施形態または任意の
他の実施形態では、第1のピースの弾性剛性は、化学処理前の天然植物材料の弾性剛性よ
りも少なくとも10倍大きい。
第1の実施形態または任意の他の実施形態では、第1のピースの引っかき硬度は、化学
処理前の天然植物材料の引っかき硬度より少なくとも5倍大きい。第1の実施形態または
任意の他の実施形態では、第1のピースの引っかき硬度は、化学処理前の天然植物材料の
引っかき硬度よりも少なくとも10倍大きい。
処理前の天然植物材料の引っかき硬度より少なくとも5倍大きい。第1の実施形態または
任意の他の実施形態では、第1のピースの引っかき硬度は、化学処理前の天然植物材料の
引っかき硬度よりも少なくとも10倍大きい。
第1の実施形態または任意の他の実施形態では、第1のピースの衝撃靭性は、化学処理
前の天然植物材料の衝撃靭性よりも少なくとも2.5倍大きい。第1の実施形態または任
意の他の実施形態では、第1のピースの衝撃靭性は、化学処理前の天然植物材料の衝撃靭
性よりも少なくとも5倍大きい。
前の天然植物材料の衝撃靭性よりも少なくとも2.5倍大きい。第1の実施形態または任
意の他の実施形態では、第1のピースの衝撃靭性は、化学処理前の天然植物材料の衝撃靭
性よりも少なくとも5倍大きい。
第1の実施形態または任意の他の実施形態では、第1のピースの硬度係数は、化学処理
前の天然植物材料の硬度係数よりも少なくとも5倍大きい。第1の実施形態または任意の
他の実施形態では、第1のピースの硬度係数は、化学処理前の天然植物材料の硬度係数よ
りも少なくとも10倍大きい。
前の天然植物材料の硬度係数よりも少なくとも5倍大きい。第1の実施形態または任意の
他の実施形態では、第1のピースの硬度係数は、化学処理前の天然植物材料の硬度係数よ
りも少なくとも10倍大きい。
第1の実施形態または任意の他の実施形態では、延在方向に沿った第1のピースの曲げ
強度は、化学処理前の天然植物材料の曲げ強度よりも少なくとも5倍大きく、延材方向に
垂直な第1のピースの曲げ強度は、化学処理前の天然植物材料の曲げ強度よりも少なくと
も5倍大きい。
強度は、化学処理前の天然植物材料の曲げ強度よりも少なくとも5倍大きく、延材方向に
垂直な第1のピースの曲げ強度は、化学処理前の天然植物材料の曲げ強度よりも少なくと
も5倍大きい。
第1の実施形態または任意の他の実施形態では、延在方向に沿った第1のピースの曲げ
強度は、化学処理前の天然植物材料の曲げ強度よりも大きい第1の倍数であり、延在方向
に垂直な第1のピースの曲げ強度は、化学処理前の天然植物材料の曲げ強度よりも大きい
第2の倍数であり、第2の倍数は第1の倍数よりも大きい。第1の実施形態または任意の
他の実施形態では、延在方向に沿った第1のピースの曲げ強度は、化学処理前の天然植物
材料の曲げ強度よりも少なくとも5倍大きく、延在方向に垂直な第1のピースの曲げ強度
は、化学処理前の天然植物材料の曲げ強度の少なくとも10倍大きい。
強度は、化学処理前の天然植物材料の曲げ強度よりも大きい第1の倍数であり、延在方向
に垂直な第1のピースの曲げ強度は、化学処理前の天然植物材料の曲げ強度よりも大きい
第2の倍数であり、第2の倍数は第1の倍数よりも大きい。第1の実施形態または任意の
他の実施形態では、延在方向に沿った第1のピースの曲げ強度は、化学処理前の天然植物
材料の曲げ強度よりも少なくとも5倍大きく、延在方向に垂直な第1のピースの曲げ強度
は、化学処理前の天然植物材料の曲げ強度の少なくとも10倍大きい。
第1の実施形態または任意の他の実施形態では、延在方向に沿った第1のピースの圧縮
強度は、化学処理前の天然植物材料の圧縮強度よりも少なくとも5倍大きく、延在方向に
垂直な第1のピースの圧縮強度は、化学処理前の天然植物材料の圧縮強度よりも少なくと
も5倍大きい。
強度は、化学処理前の天然植物材料の圧縮強度よりも少なくとも5倍大きく、延在方向に
垂直な第1のピースの圧縮強度は、化学処理前の天然植物材料の圧縮強度よりも少なくと
も5倍大きい。
第1の実施形態または任意の他の実施形態では、延在方向に沿った第1のピースの圧縮
強度は、化学処理前の天然植物材料の圧縮強度よりも大きい第1の倍数であり、延在方向
に垂直な第1のピースの圧縮強度は、化学処理前の天然植物材料の圧縮強度よりも大きい
第2の倍数であり、第2の倍数は第1の倍数より大きい。第1の実施形態または任意の他
の実施形態では、延在方向に沿った第1のピースの圧縮強度は、化学処理前の天然植物材
料の圧縮強度よりも少なくとも5倍大きく、延材方向に垂直な第1のピースの圧縮強度は
、化学処理前の天然植物材料の圧縮強度よりも少なくとも30倍大きい。
強度は、化学処理前の天然植物材料の圧縮強度よりも大きい第1の倍数であり、延在方向
に垂直な第1のピースの圧縮強度は、化学処理前の天然植物材料の圧縮強度よりも大きい
第2の倍数であり、第2の倍数は第1の倍数より大きい。第1の実施形態または任意の他
の実施形態では、延在方向に沿った第1のピースの圧縮強度は、化学処理前の天然植物材
料の圧縮強度よりも少なくとも5倍大きく、延材方向に垂直な第1のピースの圧縮強度は
、化学処理前の天然植物材料の圧縮強度よりも少なくとも30倍大きい。
第1の実施形態または任意の他の実施形態では、第1のピースは、化学処理前の天然植
物材料と比較して密度が増加している。第1の実施形態または任意の他の実施形態では、
第1のピースの密度は、化学処理前の天然植物材料の密度より少なくとも1.5倍大きい
。第1の実施形態または任意の他の実施形態では、第1のピースの密度は、化学処理前の
天然植物材料の密度よりも少なくとも2倍大きい。
物材料と比較して密度が増加している。第1の実施形態または任意の他の実施形態では、
第1のピースの密度は、化学処理前の天然植物材料の密度より少なくとも1.5倍大きい
。第1の実施形態または任意の他の実施形態では、第1のピースの密度は、化学処理前の
天然植物材料の密度よりも少なくとも2倍大きい。
第1の実施形態または任意の他の実施形態では、第1のピースは、300MPa cm
3/gより大きい比引張強度を有する。第1の実施形態または任意の他の実施形態では、
第1のピースは約450MPa cm3/gの比引張強度を有する。
3/gより大きい比引張強度を有する。第1の実施形態または任意の他の実施形態では、
第1のピースは約450MPa cm3/gの比引張強度を有する。
第1の実施形態または任意の他の実施形態では、崩壊した内腔のセルロースナノファイ
バーは、延在方向に沿って実質的に整列している。
バーは、延在方向に沿って実質的に整列している。
第1の実施形態または任意の他の実施形態では、第1のピースは、断面図において、内
腔の壁の間に隙間をほぼ含まない。
腔の壁の間に隙間をほぼ含まない。
第1の実施形態または任意の他の実施形態では、天然植物材料は竹または天然木材を含
む。第1の実施形態または任意の他の実施形態では、天然木材は、硬材または軟材を含む
。第1の実施形態または任意の他の実施形態では、天然木材は、バスウッド、オーク、ポ
プラ、アッシュ、ハンノキ、ヤマナラシ、バルサ材、ブナ、カバノキ、チェリー、バター
ナット、栗、ココボロ、ニレ、ヒッコリー、メープル、オーク、パダウク、プラム、ウォ
ルナット、ヤナギ、イエローポプラ、ラクウショウ、杉、ヒノキ、ベイマツ、モミ、ベイ
ツガ、カラマツ、松、セコイア、トウヒ、タマラック、ジュニパー、およびイチイのうち
の少なくとも1つを含む。
む。第1の実施形態または任意の他の実施形態では、天然木材は、硬材または軟材を含む
。第1の実施形態または任意の他の実施形態では、天然木材は、バスウッド、オーク、ポ
プラ、アッシュ、ハンノキ、ヤマナラシ、バルサ材、ブナ、カバノキ、チェリー、バター
ナット、栗、ココボロ、ニレ、ヒッコリー、メープル、オーク、パダウク、プラム、ウォ
ルナット、ヤナギ、イエローポプラ、ラクウショウ、杉、ヒノキ、ベイマツ、モミ、ベイ
ツガ、カラマツ、松、セコイア、トウヒ、タマラック、ジュニパー、およびイチイのうち
の少なくとも1つを含む。
第1の実施形態または任意の他の実施形態では、構造体は、更に、セルロース系の内腔
の構造を実質的に保存しながら、内腔が少なくとも部分的に崩壊するように、内腔の延在
方向に交差する方向に更なるプレスを施しつつ、化学処理によりリグニンを部分的に除去
した第2の天然木材片を含む。第1のピースおよび第2のピースは、対向面に沿って互い
に結合され、第1のピースの内腔の延在方向は、例えば平面図で、第2のピースの内腔の
延在方向と交差する。
の構造を実質的に保存しながら、内腔が少なくとも部分的に崩壊するように、内腔の延在
方向に交差する方向に更なるプレスを施しつつ、化学処理によりリグニンを部分的に除去
した第2の天然木材片を含む。第1のピースおよび第2のピースは、対向面に沿って互い
に結合され、第1のピースの内腔の延在方向は、例えば平面図で、第2のピースの内腔の
延在方向と交差する。
第1の実施形態または任意の他の実施形態では、第1のピースの内腔の延在方向は、第
2のピースの内腔の延在方向に直交する。
2のピースの内腔の延在方向に直交する。
第1の実施形態または任意の他の実施形態では、第1のピースおよび第2のピースは、
それらの対向面間の水素結合によって互いに結合される。第1の実施形態または任意の他
の実施形態では、第1のピースおよび第2のピースは、それらの対向面の間で接着剤また
はエポキシによって互いに結合される。
それらの対向面間の水素結合によって互いに結合される。第1の実施形態または任意の他
の実施形態では、第1のピースおよび第2のピースは、それらの対向面の間で接着剤また
はエポキシによって互いに結合される。
第1の実施形態または任意の他の実施形態では、第1のピースおよび第2のピースはそ
れぞれ、フラットシート、ブロック、スティック、ストリップ、中空形状、膜、厚さ20
0μm未満の薄膜、木材チップ、または木材フレークとして形成される。
れぞれ、フラットシート、ブロック、スティック、ストリップ、中空形状、膜、厚さ20
0μm未満の薄膜、木材チップ、または木材フレークとして形成される。
第1の実施形態または任意の他の実施形態では、構造は、多層積層構造を形成するため
に第1のピースおよび第2のピースと一緒に結合された複数の追加の第1のピースおよび
第2のピースを更に含む。
に第1のピースおよび第2のピースと一緒に結合された複数の追加の第1のピースおよび
第2のピースを更に含む。
第1の実施形態または任意の他の実施形態では、第1のピースは、崩壊した内腔および
/または第1のピースの外面内に組み込まれた非天然粒子を含む。第1の実施形態または
任意の他の実施形態では、非天然粒子は疎水性ナノ粒子を含む。第1の実施形態または任
意の他の実施形態では、ナノ粒子はSiO2ナノ粒子を含む。第1の実施形態または任意
の他の実施形態では、非天然粒子は、第1のピースを疎水性にする。第1の実施形態また
は任意の他の実施形態では、第1のピースは、少なくとも90°の静的接触角、または1
0°未満の動的接触角を有する。第1の実施形態または任意の他の実施形態では、第1の
ピースは、150°より大きい静的接触角および5°未満の動的接触角を有する。
/または第1のピースの外面内に組み込まれた非天然粒子を含む。第1の実施形態または
任意の他の実施形態では、非天然粒子は疎水性ナノ粒子を含む。第1の実施形態または任
意の他の実施形態では、ナノ粒子はSiO2ナノ粒子を含む。第1の実施形態または任意
の他の実施形態では、非天然粒子は、第1のピースを疎水性にする。第1の実施形態また
は任意の他の実施形態では、第1のピースは、少なくとも90°の静的接触角、または1
0°未満の動的接触角を有する。第1の実施形態または任意の他の実施形態では、第1の
ピースは、150°より大きい静的接触角および5°未満の動的接触角を有する。
第1の実施形態または任意の他の実施形態では、第1のピースは、疎水性になるように
化学処理されている。第1の実施形態または任意の他の実施形態では、疎水性化学処理は
、エポキシ樹脂、シリコーンオイル、ポリウレタン、パラフィンエマルジョン、無水酢酸
、オクタデシルトリクロロシラン(OTS)、1H,1H,2H,2H-パーフルオロデ
シルトリエトキシシラン、フルオロエシン、ポリジメチルシロキサン(PDMS)、メタ
クリルオキシメチルトリメチルシラン(MSi)、多面体オリゴマーシルセスキオキサン
(POSS)、カリウムメチルシリコネート(PMS)、ドデシル(トリメトキシ)シラ
ン(DTMS)、ヘキサメチルジシロキサン、ジメチルジエトキシシラン、テトラエトキ
シシラン、メチルトリクロロシラン、エチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシ
ラン、トリメチルクロロシラン、フェニルトリメトキシシラン、フェニルトリエトキシシ
ラン、プロピルトリメトキシシラン、ポリメチルメタクリレート、ポリジアリルジメチル
アンモニウムクロリド(polyDADMAC)、3-(トリメトキシシリル)プロピル
メタクリレート(MPS、疎水性ステアリン酸、両親媒性フッ素化トリブロックアジドコ
ポリマー、ポリフッ化ビニリデンおよびフッ化シラン、n-ドデシルトリメトキシシラン
、並びにラウリル硫酸ナトリウムのうちの少なくとも1つを含む。
化学処理されている。第1の実施形態または任意の他の実施形態では、疎水性化学処理は
、エポキシ樹脂、シリコーンオイル、ポリウレタン、パラフィンエマルジョン、無水酢酸
、オクタデシルトリクロロシラン(OTS)、1H,1H,2H,2H-パーフルオロデ
シルトリエトキシシラン、フルオロエシン、ポリジメチルシロキサン(PDMS)、メタ
クリルオキシメチルトリメチルシラン(MSi)、多面体オリゴマーシルセスキオキサン
(POSS)、カリウムメチルシリコネート(PMS)、ドデシル(トリメトキシ)シラ
ン(DTMS)、ヘキサメチルジシロキサン、ジメチルジエトキシシラン、テトラエトキ
シシラン、メチルトリクロロシラン、エチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシ
ラン、トリメチルクロロシラン、フェニルトリメトキシシラン、フェニルトリエトキシシ
ラン、プロピルトリメトキシシラン、ポリメチルメタクリレート、ポリジアリルジメチル
アンモニウムクロリド(polyDADMAC)、3-(トリメトキシシリル)プロピル
メタクリレート(MPS、疎水性ステアリン酸、両親媒性フッ素化トリブロックアジドコ
ポリマー、ポリフッ化ビニリデンおよびフッ化シラン、n-ドデシルトリメトキシシラン
、並びにラウリル硫酸ナトリウムのうちの少なくとも1つを含む。
第1の実施形態または他の任意の実施形態では、第1のピースは、天候または塩水に耐
えるように化学処理されている。第1の実施形態または任意の他の実施形態において、耐
候性または塩水に対する化学処理は、CDDC、アンモニア銅第4級(ACQ)、クロム
化ヒ酸銅(CCA)、アンモニア性銅亜鉛ヒ酸(ACZA)、ナフテン酸銅、酸性クロム
酸銅、クエン酸銅、銅アゾール、8-ヒドロキシキノリン銅、ペンタクロロフェノール、
ナフテン酸亜鉛、ナフテン酸銅、クレオソート、二酸化チタン、プロピコナゾール、テブ
コナゾール、シプロコナゾール、ホウ酸、ホウ砂、有機ヨウ化物(IPBC)、およびN
a2B8O13・4H2Oののうちの少なくとも1つを含む。
えるように化学処理されている。第1の実施形態または任意の他の実施形態において、耐
候性または塩水に対する化学処理は、CDDC、アンモニア銅第4級(ACQ)、クロム
化ヒ酸銅(CCA)、アンモニア性銅亜鉛ヒ酸(ACZA)、ナフテン酸銅、酸性クロム
酸銅、クエン酸銅、銅アゾール、8-ヒドロキシキノリン銅、ペンタクロロフェノール、
ナフテン酸亜鉛、ナフテン酸銅、クレオソート、二酸化チタン、プロピコナゾール、テブ
コナゾール、シプロコナゾール、ホウ酸、ホウ砂、有機ヨウ化物(IPBC)、およびN
a2B8O13・4H2Oののうちの少なくとも1つを含む。
第1の実施形態または任意の他の実施形態では、構造体は、第1のピースの1つ以上の
外面上へのコーティングを更に含む。第1の実施形態または任意の他の実施形態では、コ
ーティングは、油性塗料、疎水性塗料、ポリマーコーティング、または耐火性コーティン
グを含む。第1の実施形態または任意の他の実施形態では、耐火性コーティングは、窒化
ホウ素、モンモリロナイト粘土、ハイドロタルサイト、二酸化ケイ素(SiO2)、ケイ
酸ナトリウム、炭酸カルシウム(CaCO3)、水酸化アルミニウム(Al(OH)3)
、水酸化マグネシウム、(Mg(OH)2)、炭酸マグネシウム(MgCO3)、硫酸ア
ルミニウム、硫酸鉄、ホウ酸亜鉛、ホウ酸、ホウ砂、リン酸トリフェニル(TPP)、メ
ラミン、ポリウレタン、ポリリン酸アンモニウム、リン酸、リン酸エステル、リン酸アン
モニウム、硫酸アンモニウム、ホスホン酸、リン酸二アンモニウム(DAP)、リン酸二
水素アンモニウム、リン酸一アンモニウム(MAP)、リン酸グアニル尿素(GUP)、
リン酸二水素グアニジン、および五酸化アンチモンのうちの少なくとも1つを含む。
外面上へのコーティングを更に含む。第1の実施形態または任意の他の実施形態では、コ
ーティングは、油性塗料、疎水性塗料、ポリマーコーティング、または耐火性コーティン
グを含む。第1の実施形態または任意の他の実施形態では、耐火性コーティングは、窒化
ホウ素、モンモリロナイト粘土、ハイドロタルサイト、二酸化ケイ素(SiO2)、ケイ
酸ナトリウム、炭酸カルシウム(CaCO3)、水酸化アルミニウム(Al(OH)3)
、水酸化マグネシウム、(Mg(OH)2)、炭酸マグネシウム(MgCO3)、硫酸ア
ルミニウム、硫酸鉄、ホウ酸亜鉛、ホウ酸、ホウ砂、リン酸トリフェニル(TPP)、メ
ラミン、ポリウレタン、ポリリン酸アンモニウム、リン酸、リン酸エステル、リン酸アン
モニウム、硫酸アンモニウム、ホスホン酸、リン酸二アンモニウム(DAP)、リン酸二
水素アンモニウム、リン酸一アンモニウム(MAP)、リン酸グアニル尿素(GUP)、
リン酸二水素グアニジン、および五酸化アンチモンのうちの少なくとも1つを含む。
第1の実施形態または任意の他の実施形態では、第1のピースは、その中に(例えば、
完全にまたは部分的に崩壊した内腔内に)ポリマーを含む。
完全にまたは部分的に崩壊した内腔内に)ポリマーを含む。
第1の実施形態または任意の他の実施形態では、第1のピース内の内腔は完全に崩壊し
ている。
ている。
1つ以上の第2の実施形態において、方法は、第1の方向に延材する、セルロース系の
内腔の構造を実質的に維持しつつ、リグニンを部分的に除去するように天然植物材料片を
化学溶液で処理するステップと、処理後に、内腔が少なくとも部分的に崩壊するように、
化学処理された植物材料片を第1の方向と交差する第2の方向に第1の時間にわたりプレ
スするステップとを含む。
内腔の構造を実質的に維持しつつ、リグニンを部分的に除去するように天然植物材料片を
化学溶液で処理するステップと、処理後に、内腔が少なくとも部分的に崩壊するように、
化学処理された植物材料片を第1の方向と交差する第2の方向に第1の時間にわたりプレ
スするステップとを含む。
第2の実施形態または任意の他の実施形態では、天然植物材料は天然木材である。
第2の実施形態または任意の他の実施形態では、プレスは、20℃~120℃の温度で
、0.5MPa~10MPaの圧力で実施される。第2の実施形態または任意の他の実施
形態では、プレスは約100℃の温度および約5MPaの圧力で実施される。
、0.5MPa~10MPaの圧力で実施される。第2の実施形態または任意の他の実施
形態では、プレスは約100℃の温度および約5MPaの圧力で実施される。
第2の実施形態または任意の他の実施形態では、第1の時間は少なくとも5分である。
第2の実施形態または任意の他の実施形態では、第1の時間は少なくとも1時間である。
第2の実施形態または任意の他の実施形態では、第1の時間は少なくとも12時間である
。第2の実施形態または任意の他の実施形態では、第1の時間は少なくとも24時間であ
る。
第2の実施形態または任意の他の実施形態では、第1の時間は少なくとも1時間である。
第2の実施形態または任意の他の実施形態では、第1の時間は少なくとも12時間である
。第2の実施形態または任意の他の実施形態では、第1の時間は少なくとも24時間であ
る。
第2の実施形態または任意の他の実施形態では、圧縮は、化学処理された植物材料から
少なくとも水を除去するのに有効である。
少なくとも水を除去するのに有効である。
第2の実施形態または他の任意の実施形態では、プレスは、中間の乾燥ステップなしに
処理後に実行される。
処理後に実行される。
第2の実施形態または任意の他の実施形態では、化学溶液は、NaOH、Na2S、N
aHSO3、SO2、H2O、Na2SO3、アントラキノン(AQ)、Na2Sn(n
は整数)、CH3OH、C2H5OH、C4H9OH、HCOOH、NH3、p-TsO
H、NH3-H2O、H2O2、NaClO、NaClO2、CH3COOH(酢酸)、
ClO2、およびCl2のうちの少なくとも1つを含む。第2の実施形態または任意の他
の実施形態では、化学溶液はNaOHとNa2SO3との混合物を含む。第2の実施形態
または任意の他の実施形態では、化学溶液は、2.5MのNaOHおよび0.4MのNa
2SO3を含む。第2の実施形態または任意の他の実施形態では、化学溶液は沸騰してい
る。
aHSO3、SO2、H2O、Na2SO3、アントラキノン(AQ)、Na2Sn(n
は整数)、CH3OH、C2H5OH、C4H9OH、HCOOH、NH3、p-TsO
H、NH3-H2O、H2O2、NaClO、NaClO2、CH3COOH(酢酸)、
ClO2、およびCl2のうちの少なくとも1つを含む。第2の実施形態または任意の他
の実施形態では、化学溶液はNaOHとNa2SO3との混合物を含む。第2の実施形態
または任意の他の実施形態では、化学溶液は、2.5MのNaOHおよび0.4MのNa
2SO3を含む。第2の実施形態または任意の他の実施形態では、化学溶液は沸騰してい
る。
第2の実施形態または任意の他の実施形態において、方法は、プレス前および処理後に
、化学処理植物材料片を溶媒に浸漬して、前記ピース中の化学溶液の残留物を除去するス
テップを更に含む。第2の実施形態または任意の他の実施形態では、溶媒は沸騰脱イオン
(DI)水を含む。
、化学処理植物材料片を溶媒に浸漬して、前記ピース中の化学溶液の残留物を除去するス
テップを更に含む。第2の実施形態または任意の他の実施形態では、溶媒は沸騰脱イオン
(DI)水を含む。
第2の実施形態または任意の他の実施形態では、処理するステップは、天然植物材料片
を化学溶液に少なくとも30分間浸漬するステップを含む。第2の実施形態または任意の
他の実施形態では、処理は、天然植物材料片を化学溶液に少なくとも1時間浸漬するステ
ップを含む。第2の実施形態または任意の他の実施形態では、天然植物材料片を化学溶液
に0.1時間~72時間にわたり浸漬する。第2の実施形態または任意の他の実施形態で
は、処理は、化学溶液が天然植物材料片の内腔に浸透するように、真空下で実行される。
を化学溶液に少なくとも30分間浸漬するステップを含む。第2の実施形態または任意の
他の実施形態では、処理は、天然植物材料片を化学溶液に少なくとも1時間浸漬するステ
ップを含む。第2の実施形態または任意の他の実施形態では、天然植物材料片を化学溶液
に0.1時間~72時間にわたり浸漬する。第2の実施形態または任意の他の実施形態で
は、処理は、化学溶液が天然植物材料片の内腔に浸透するように、真空下で実行される。
第2の実施形態または任意の他の実施形態では、ヘミセルロースおよびリグニンの少な
くとも一部は、処理後に前記ピースによって保持される。第2の実施形態または任意の他
の実施形態では、リグニンの1%~99%が処理により前記ピースから除去されている。
第2の実施形態または任意の他の実施形態では、処理により5%~95%のリグニンが前
記ピースから除去されている。
くとも一部は、処理後に前記ピースによって保持される。第2の実施形態または任意の他
の実施形態では、リグニンの1%~99%が処理により前記ピースから除去されている。
第2の実施形態または任意の他の実施形態では、処理により5%~95%のリグニンが前
記ピースから除去されている。
第2の実施形態または任意の他の実施形態では、プレス後、化学処理された植物材料片
内の内腔は完全に崩壊する。
内の内腔は完全に崩壊する。
第2の実施形態または任意の他の実施形態では、方法は、プレス前に、ポリマーを内腔
に導入するステップを更に含み、プレス後に、ポリマーは植物材料内(例えば、部分的ま
たは完全に崩壊した内腔内)に配置される。
に導入するステップを更に含み、プレス後に、ポリマーは植物材料内(例えば、部分的ま
たは完全に崩壊した内腔内)に配置される。
第2の実施形態または任意の他の実施形態では、方法は、プレス後に、前記ピースの1
つ以上の外面をコーティングするステップを更に含む。第2の実施形態または任意の他の
実施形態では、コーティングは、油性塗料、疎水性塗料、ポリマーコーティング、または
耐火性コーティングを含む。第2の実施形態または任意の他の実施形態では、耐火性コー
ティングは、窒化ホウ素、モンモリロナイト粘土、ハイドロタルサイト、二酸化ケイ素(
SiO2)、ケイ酸ナトリウム、炭酸カルシウム(CaCO3)、水酸化アルミニウム(
Al(OH)3)、水酸化マグネシウム、(Mg(OH)2)、炭酸マグネシウム(Mg
CO3)、硫酸アルミニウム、硫酸鉄、ホウ酸亜鉛、ホウ酸、ホウ砂、リン酸トリフェニ
ル(TPP)、メラミン、ポリウレタン、ポリリン酸アンモニウム、リン酸、リン酸エス
テル、リン酸アンモニウム、硫酸アンモニウム、ホスホン酸、リン酸二アンモニウム(D
AP)、リン酸二水素アンモニウム、リン酸一アンモニウム(MAP)、リン酸グアニル
尿素(GUP)、リン酸二水素グアニジン、および五酸化アンチモンのうちの少なくとも
1つを含む。
つ以上の外面をコーティングするステップを更に含む。第2の実施形態または任意の他の
実施形態では、コーティングは、油性塗料、疎水性塗料、ポリマーコーティング、または
耐火性コーティングを含む。第2の実施形態または任意の他の実施形態では、耐火性コー
ティングは、窒化ホウ素、モンモリロナイト粘土、ハイドロタルサイト、二酸化ケイ素(
SiO2)、ケイ酸ナトリウム、炭酸カルシウム(CaCO3)、水酸化アルミニウム(
Al(OH)3)、水酸化マグネシウム、(Mg(OH)2)、炭酸マグネシウム(Mg
CO3)、硫酸アルミニウム、硫酸鉄、ホウ酸亜鉛、ホウ酸、ホウ砂、リン酸トリフェニ
ル(TPP)、メラミン、ポリウレタン、ポリリン酸アンモニウム、リン酸、リン酸エス
テル、リン酸アンモニウム、硫酸アンモニウム、ホスホン酸、リン酸二アンモニウム(D
AP)、リン酸二水素アンモニウム、リン酸一アンモニウム(MAP)、リン酸グアニル
尿素(GUP)、リン酸二水素グアニジン、および五酸化アンチモンのうちの少なくとも
1つを含む。
第2の実施形態または任意の他の実施形態では、方法は、プレスする前に、複数の非天
然粒子を内腔の内面に堆積させるステップを更に含み、プレス後には、非天然粒子が崩壊
した内腔に組み込まれる。第2の実施形態または任意の他の実施形態では、非天然粒子は
疎水性ナノ粒子を含む。第2の実施形態または任意の他の実施形態では、ナノ粒子はSi
O2ナノ粒子を含む。
然粒子を内腔の内面に堆積させるステップを更に含み、プレス後には、非天然粒子が崩壊
した内腔に組み込まれる。第2の実施形態または任意の他の実施形態では、非天然粒子は
疎水性ナノ粒子を含む。第2の実施形態または任意の他の実施形態では、ナノ粒子はSi
O2ナノ粒子を含む。
第2の実施形態または任意の他の実施形態において、非天然粒子は、化学処理された植
物材料片を疎水性にする。第2の実施形態または他の任意の実施形態では、プレス後、化
学処理された植物材料片は、少なくとも90°の静的接触角、または10°未満の動的接
触角を有する。第2の実施形態または任意の他の実施形態では、プレス後、化学処理され
た木材片は、150°より大きい静的接触角および5°未満の動的接触角を有する。
物材料片を疎水性にする。第2の実施形態または他の任意の実施形態では、プレス後、化
学処理された植物材料片は、少なくとも90°の静的接触角、または10°未満の動的接
触角を有する。第2の実施形態または任意の他の実施形態では、プレス後、化学処理され
た木材片は、150°より大きい静的接触角および5°未満の動的接触角を有する。
第2の実施形態または任意の他の実施形態では、方法は、処理後に、植物材料を疎水性
にするために、化学処理された植物材料に更なる化学処理を施すステップを更に含む。第
2の実施形態または他の実施形態では、疎水性にするための処理は、(b)の前に行うこ
とができる。第2の実施形態または任意の他の実施形態では、疎水性化学処理は、エポキ
シ樹脂、シリコーンオイル、ポリウレタン、パラフィンエマルジョン、無水酢酸、オクタ
デシルトリクロロシラン(OTS)、1H,1H,2H,2H-パーフルオロデシルトリ
エトキシシラン、フルオロエシン、ポリジメチルシロキサン(PDMS)、メタクリルオ
キシメチルトリメチルシラン(MSi)、多面体オリゴマーシルセスキオキサン(POS
S)、カリウムメチルシリコネート(PMS)、ドデシル(トリメトキシ)シラン(DT
MS)、ヘキサメチルジシロキサン、ジメチルジエトキシシラン、テトラエトキシシラン
、メチルトリクロロシラン、エチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、ト
リメチルクロロシラン、フェニルトリメトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン、プ
ロピルトリメトキシシラン、ポリメチルメタクリレート、ポリジアリルジメチルアンモニ
ウムクロリド(polyDADMAC)、3-(トリメトキシシリル)プロピルメタクリ
レート(MPS、疎水性ステアリン酸、両親媒性フッ素化トリブロックアジドコポリマー
、ポリフッ化ビニリデンおよびフッ化シラン、n-ドデシルトリメトキシシラン、並びに
ラウリル硫酸ナトリウムのうちの少なくとも1つを含み得る。
にするために、化学処理された植物材料に更なる化学処理を施すステップを更に含む。第
2の実施形態または他の実施形態では、疎水性にするための処理は、(b)の前に行うこ
とができる。第2の実施形態または任意の他の実施形態では、疎水性化学処理は、エポキ
シ樹脂、シリコーンオイル、ポリウレタン、パラフィンエマルジョン、無水酢酸、オクタ
デシルトリクロロシラン(OTS)、1H,1H,2H,2H-パーフルオロデシルトリ
エトキシシラン、フルオロエシン、ポリジメチルシロキサン(PDMS)、メタクリルオ
キシメチルトリメチルシラン(MSi)、多面体オリゴマーシルセスキオキサン(POS
S)、カリウムメチルシリコネート(PMS)、ドデシル(トリメトキシ)シラン(DT
MS)、ヘキサメチルジシロキサン、ジメチルジエトキシシラン、テトラエトキシシラン
、メチルトリクロロシラン、エチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、ト
リメチルクロロシラン、フェニルトリメトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン、プ
ロピルトリメトキシシラン、ポリメチルメタクリレート、ポリジアリルジメチルアンモニ
ウムクロリド(polyDADMAC)、3-(トリメトキシシリル)プロピルメタクリ
レート(MPS、疎水性ステアリン酸、両親媒性フッ素化トリブロックアジドコポリマー
、ポリフッ化ビニリデンおよびフッ化シラン、n-ドデシルトリメトキシシラン、並びに
ラウリル硫酸ナトリウムのうちの少なくとも1つを含み得る。
第2の実施形態または任意の他の実施形態では、方法は、リグニンを部分的に除去する
処理の後に、化学処理木材に更なる化学処理を施して、耐候性または塩水に対する耐性を
改善するステップを更に含む。第2の実施形態または任意の他の実施形態では、耐候性ま
たは塩水に対する化学処理は、CDDC、アンモニア銅第4級(ACQ)、クロム化ヒ酸
銅(CCA)、アンモニア性銅亜鉛ヒ酸(ACZA)、ナフテン酸銅、酸性クロム酸銅、
クエン酸銅、銅アゾール、8-ヒドロキシキノリン銅、ペンタクロロフェノール、ナフテ
ン酸亜鉛、ナフテン酸銅、クレオソート、二酸化チタン、プロピコナゾール、テブコナゾ
ール、シプロコナゾール、ホウ酸、ホウ砂、有機ヨウ化物(IPBC)、およびNa2B
8O13・4H2Oのうちの少なくとも1つを含む。
処理の後に、化学処理木材に更なる化学処理を施して、耐候性または塩水に対する耐性を
改善するステップを更に含む。第2の実施形態または任意の他の実施形態では、耐候性ま
たは塩水に対する化学処理は、CDDC、アンモニア銅第4級(ACQ)、クロム化ヒ酸
銅(CCA)、アンモニア性銅亜鉛ヒ酸(ACZA)、ナフテン酸銅、酸性クロム酸銅、
クエン酸銅、銅アゾール、8-ヒドロキシキノリン銅、ペンタクロロフェノール、ナフテ
ン酸亜鉛、ナフテン酸銅、クレオソート、二酸化チタン、プロピコナゾール、テブコナゾ
ール、シプロコナゾール、ホウ酸、ホウ砂、有機ヨウ化物(IPBC)、およびNa2B
8O13・4H2Oのうちの少なくとも1つを含む。
第2の実施形態または任意の他の実施形態では、崩壊した内腔のセルロースナノファイ
バーは、第1の方向に沿って実質的に整列している。第2の実施形態または任意の他の実
施形態では、プレス後、断面図において、前記ピースは内腔の壁の間に隙間をほぼ含まな
い。
バーは、第1の方向に沿って実質的に整列している。第2の実施形態または任意の他の実
施形態では、プレス後、断面図において、前記ピースは内腔の壁の間に隙間をほぼ含まな
い。
第2の実施形態または任意の他の実施形態では、天然植物材料は竹または天然木材を含
む。第2の実施形態または任意の他の実施形態では、天然木材は、硬材または軟材を含む
。第2の実施形態または任意の他の実施形態では、天然木材は、バスウッド、オーク、ポ
プラ、アッシュ、ハンノキ、ヤマナラシ、バルサ材、ブナ、カバノキ、チェリー、バター
ナット、栗、ココボロ、ニレ、ヒッコリー、メープル、オーク、パダウク、プラム、ウォ
ルナット、ヤナギ、イエローポプラ、ラクウショウ、杉、ヒノキ、ベイマツ、モミ、ベイ
ツガ、カラマツ、松、セコイア、トウヒ、タマラック、ジュニパー、およびイチイのうち
の少なくとも1つを含む。
む。第2の実施形態または任意の他の実施形態では、天然木材は、硬材または軟材を含む
。第2の実施形態または任意の他の実施形態では、天然木材は、バスウッド、オーク、ポ
プラ、アッシュ、ハンノキ、ヤマナラシ、バルサ材、ブナ、カバノキ、チェリー、バター
ナット、栗、ココボロ、ニレ、ヒッコリー、メープル、オーク、パダウク、プラム、ウォ
ルナット、ヤナギ、イエローポプラ、ラクウショウ、杉、ヒノキ、ベイマツ、モミ、ベイ
ツガ、カラマツ、松、セコイア、トウヒ、タマラック、ジュニパー、およびイチイのうち
の少なくとも1つを含む。
第2の実施形態または任意の他の実施形態では、処理前の天然木材と比較して、プレス
後、前記ピースの引張強度、曲げ強度、延性、破壊靭性、引っかき硬度、硬度係数、衝撃
靭性、圧縮強度、および弾性剛性のうちの少なくとも1つが増加する。
後、前記ピースの引張強度、曲げ強度、延性、破壊靭性、引っかき硬度、硬度係数、衝撃
靭性、圧縮強度、および弾性剛性のうちの少なくとも1つが増加する。
第2の実施形態または他の任意の実施形態では、プレス後、前記ピースは、処理前の天
然木材の密度より少なくとも2倍大きい密度と、処理前の天然植物材料の厚さと比較して
少なくとも60%減少した第2の方向への厚さとを有する。第2の実施形態または任意の
他の実施形態では、プレス後の前記ピースの厚さは、天然木材の厚さと比較して少なくと
も70%減少する。
然木材の密度より少なくとも2倍大きい密度と、処理前の天然植物材料の厚さと比較して
少なくとも60%減少した第2の方向への厚さとを有する。第2の実施形態または任意の
他の実施形態では、プレス後の前記ピースの厚さは、天然木材の厚さと比較して少なくと
も70%減少する。
第2の実施形態または任意の他の実施形態では、プレスは、崩壊した内腔の対向部分間
に水素結合を形成するステップを含む。
に水素結合を形成するステップを含む。
第2の実施形態または任意の他の実施形態では、前記ピースは、フラットシート、ブロ
ック、スティック、ストリップ、膜、薄膜、中空形状、木材チップ、または木材フレーク
として形成される。第2の実施形態または任意の他の実施形態では、薄膜は200μm以
下の厚さを有する。
ック、スティック、ストリップ、膜、薄膜、中空形状、木材チップ、または木材フレーク
として形成される。第2の実施形態または任意の他の実施形態では、薄膜は200μm以
下の厚さを有する。
第2の実施形態または任意の他の実施形態では、方法は、リグニンを除去する処理を繰
り返すステップと、天然植物材料の1つ以上の追加のピースを圧縮し、結果的に得られる
圧縮された化学処理された植物材料片を結合するステップとを更に含む。
り返すステップと、天然植物材料の1つ以上の追加のピースを圧縮し、結果的に得られる
圧縮された化学処理された植物材料片を結合するステップとを更に含む。
第2の実施形態または任意の他の実施形態では、圧縮され化学処理された植物材料の少
なくとも一部の結合ピースのそれぞれの第1の方向は(例えば、平面図において)互いに
交差する。第2の実施形態または任意の他の実施形態では、交差する第1の方向は互いに
直交する。
なくとも一部の結合ピースのそれぞれの第1の方向は(例えば、平面図において)互いに
交差する。第2の実施形態または任意の他の実施形態では、交差する第1の方向は互いに
直交する。
第2の実施形態または任意の他の実施形態において、結合は、対向する表面が水素結合
されるように、プレスされ化学処理された植物材料片を更に一緒にプレスするステップを
含む。
されるように、プレスされ化学処理された植物材料片を更に一緒にプレスするステップを
含む。
第2の実施形態または任意の他の実施形態では、リグニンを部分的に除去するための各
処理の後、化学処理片を他の化学処理片と接触するように配置する。プレスは、結合され
るように配置されたピースに対して同時に実行される。
処理の後、化学処理片を他の化学処理片と接触するように配置する。プレスは、結合され
るように配置されたピースに対して同時に実行される。
第2の実施形態または他の任意の実施形態では、結合は、化学処理された植物材料片の
対向面に接着剤またはエポキシを塗布するステップを含む。
対向面に接着剤またはエポキシを塗布するステップを含む。
第2の実施形態または任意の他の実施形態では、方法は、プレス後、化学処理された植
物材料片を機械加工するか、化学処理された植物材料片を所望の形状または構成に形成す
るステップを更に含む。
物材料片を機械加工するか、化学処理された植物材料片を所望の形状または構成に形成す
るステップを更に含む。
1つ以上の第3の実施形態において、構造体は、断面図において、内腔の細胞壁感に隙
間を含まない、内腔が完全に崩壊している圧縮木材片を含む。
間を含まない、内腔が完全に崩壊している圧縮木材片を含む。
第3の実施形態または任意の他の実施形態では、圧縮木材片は少なくとも5対2の比で
圧縮されている。第3の実施形態または任意の他の実施形態では、圧縮木材片は約5:1
の比で圧縮されている。
圧縮されている。第3の実施形態または任意の他の実施形態では、圧縮木材片は約5:1
の比で圧縮されている。
第3の実施形態または任意の他の実施形態では、圧縮木材片は、前記ピースを形成する
ために使用される天然木材よりも少ないリグニンを含む。第3の実施形態または任意の他
の実施形態では、圧縮木材片は、天然木材中のリグニンの1%~99%を含む。第3の実
施形態または任意の他の実施形態では、圧縮木材片は、天然木材中のリグニンの5%~9
5%を含む。第3の実施形態または任意の他の実施形態では、圧縮木材片は、1%~25
%のリグニンを含む。第3の実施形態または任意の他の実施形態では、圧縮木材片は、5
%~16%のリグニンを含む。
ために使用される天然木材よりも少ないリグニンを含む。第3の実施形態または任意の他
の実施形態では、圧縮木材片は、天然木材中のリグニンの1%~99%を含む。第3の実
施形態または任意の他の実施形態では、圧縮木材片は、天然木材中のリグニンの5%~9
5%を含む。第3の実施形態または任意の他の実施形態では、圧縮木材片は、1%~25
%のリグニンを含む。第3の実施形態または任意の他の実施形態では、圧縮木材片は、5
%~16%のリグニンを含む。
第3の実施形態または任意の他の実施形態では、圧縮木材片は、前記ピースを形成する
ために使用される天然木材と比較して、引張強度、曲げ強度、延性、破壊靭性、引っかき
硬度、硬度、衝撃靭性、圧縮強度および/または弾性剛性が増加している。
ために使用される天然木材と比較して、引張強度、曲げ強度、延性、破壊靭性、引っかき
硬度、硬度、衝撃靭性、圧縮強度および/または弾性剛性が増加している。
第3の実施形態または任意の他の実施形態では、圧縮木材片は、少なくとも300MP
a cm3/gの比引張強度を有する。
a cm3/gの比引張強度を有する。
1つ以上の第4の実施形態では、積層体は複数の圧縮木材片を含む。各ピースは、断面
図で少なくとも部分的に崩壊した内腔を有する。各ピースの内腔は、それぞれの延在方向
に延在している。少なくともいくつかの圧縮木材片の延在方向は互いに交差し、複数の圧
縮木材片は互いに結合されている。
図で少なくとも部分的に崩壊した内腔を有する。各ピースの内腔は、それぞれの延在方向
に延在している。少なくともいくつかの圧縮木材片の延在方向は互いに交差し、複数の圧
縮木材片は互いに結合されている。
第4の実施形態または他の任意の実施形態では、各ピースは、断面図で内腔の壁間に隙
間のない完全に崩壊した内腔を有する。
間のない完全に崩壊した内腔を有する。
第4の実施形態または他の任意の実施形態では、圧縮木材の隣接するピースは、対向面
に沿って互いに結合される。第4の実施形態または任意の他の実施形態では、隣接するピ
ースは、対向面間の水素結合によって互いに結合される。第4の実施形態または任意の他
の実施形態では、隣接するピースは、対向面間で接着剤またはエポキシによって互いに結
合される。
に沿って互いに結合される。第4の実施形態または任意の他の実施形態では、隣接するピ
ースは、対向面間の水素結合によって互いに結合される。第4の実施形態または任意の他
の実施形態では、隣接するピースは、対向面間で接着剤またはエポキシによって互いに結
合される。
第4の実施形態または任意の他の実施形態では、圧縮木材片の第1のセットは第1の層
に配置され、圧縮木材片の第2のセットは第1の層上の第2の層に配置され、第1の層お
よび第2の層は、それぞれの層からの隣接するピースの間の対向面を介して互いに結合さ
れる。
に配置され、圧縮木材片の第2のセットは第1の層上の第2の層に配置され、第1の層お
よび第2の層は、それぞれの層からの隣接するピースの間の対向面を介して互いに結合さ
れる。
第4の実施形態または任意の他の実施形態では、隣接する対の圧縮木材片の延在方向は
(即ち、平面図において)互いに交差している。第4の実施形態または任意の他の実施形
態では、隣接する対の圧縮木材片延在方向は互いに直交している。
(即ち、平面図において)互いに交差している。第4の実施形態または任意の他の実施形
態では、隣接する対の圧縮木材片延在方向は互いに直交している。
第4の実施形態または任意の他の実施形態では、各圧縮木材は少なくとも5対2の比率
で圧縮されている。第4の実施形態または任意の他の実施形態では、各圧縮木材は約5対
1の比率で圧縮されている。
で圧縮されている。第4の実施形態または任意の他の実施形態では、各圧縮木材は約5対
1の比率で圧縮されている。
第4の実施形態または任意の他の実施形態では、各圧縮木材片は、前記ピースを形成す
るために使用される天然木材よりも少ないリグニンを含む。第4の実施形態または任意の
他の実施形態では、各圧縮木材片は、天然木材中のリグニンの1%~99%を含む。第4
の実施形態または任意の他の実施形態では、各圧縮木材片は、天然木材中のリグニンの5
%~95%を含む。
るために使用される天然木材よりも少ないリグニンを含む。第4の実施形態または任意の
他の実施形態では、各圧縮木材片は、天然木材中のリグニンの1%~99%を含む。第4
の実施形態または任意の他の実施形態では、各圧縮木材片は、天然木材中のリグニンの5
%~95%を含む。
第4の実施形態または任意の他の実施形態では、各圧縮木材片は、1%~25%のリグ
ニンを含む。第4の実施形態または任意の他の実施形態では、各圧縮木材片は、5%~1
6%のリグニンを含む。
ニンを含む。第4の実施形態または任意の他の実施形態では、各圧縮木材片は、5%~1
6%のリグニンを含む。
第4の実施形態または任意の他の実施形態では、前記ピースを形成するために使用され
る天然木材と比較して、各圧縮木材片は、引張強度、曲げ強度、延性、破壊靭性、引っか
き硬度、硬度、衝撃靭性、圧縮強度および/または弾性剛性が増加している。
る天然木材と比較して、各圧縮木材片は、引張強度、曲げ強度、延性、破壊靭性、引っか
き硬度、硬度、衝撃靭性、圧縮強度および/または弾性剛性が増加している。
第4の実施形態または任意の他の実施形態では、各圧縮木材は、フラットシート、ブロ
ック、スティック、ストリップ、中空形状、膜、厚さ200μm未満の薄膜、木材チップ
、または木材フレークとして形成される。
ック、スティック、ストリップ、中空形状、膜、厚さ200μm未満の薄膜、木材チップ
、または木材フレークとして形成される。
第4の実施形態または任意の他の実施形態では、各圧縮木材片は、少なくとも300M
Pa cm3/gの比引張強度を有する。
Pa cm3/gの比引張強度を有する。
1つ以上の第5の実施形態において、材料は、第1または第3の実施形態の構造、第4
の実施形態の積層体、または第3の実施形態の方法によって形成された構造を含む。
の実施形態の積層体、または第3の実施形態の方法によって形成された構造を含む。
1つ以上の第6の実施形態では、第5の実施形態の材料は、自動車、列車、トラック、
飛行機、ボート、船舶、または任意の他の輸送手段、車両、または輸送機関の内部または
外部コンポーネントとして形成される。
飛行機、ボート、船舶、または任意の他の輸送手段、車両、または輸送機関の内部または
外部コンポーネントとして形成される。
1つ以上の第6の実施形態では、第5の実施形態の材料は、コンテナ、ボックス、また
は輸送用木枠の一部を形成する。
は輸送用木枠の一部を形成する。
1つ以上の第6の実施形態では、第5の実施形態の材料は、倉庫、工場、オフィスビル
、納屋、家庭、または任意の他の建物または構造の内部または外部コンポーネントとして
形成される。1つ以上の第6の実施形態では、第5の実施形態の材料は、ディスプレイ、
装飾、窓枠、額縁、ドアあるいはドア枠、テーブル、机、椅子、キャビネット、ワードロ
ーブ、ベッド、または家具あるいはホームアクセントの任意の他の一部を形成する。1つ
以上の第6の実施形態では、第5の実施形態の材料は、橋、ドック、デッキ、またはプラ
ットフォームの一部を形成する。1つ以上の第6の実施形態では、第5の実施形態の材料
は楽器の一部を形成する。1つ以上の第6の実施形態では、第5の実施形態の材料は、保
護カバー、爆風シールド、または他の保護装置の一部を形成する。1つ以上の第6の実施
形態では、第5の実施形態の材料は、道具、運動器具、またはスポーツ用品の一部を形成
する。
、納屋、家庭、または任意の他の建物または構造の内部または外部コンポーネントとして
形成される。1つ以上の第6の実施形態では、第5の実施形態の材料は、ディスプレイ、
装飾、窓枠、額縁、ドアあるいはドア枠、テーブル、机、椅子、キャビネット、ワードロ
ーブ、ベッド、または家具あるいはホームアクセントの任意の他の一部を形成する。1つ
以上の第6の実施形態では、第5の実施形態の材料は、橋、ドック、デッキ、またはプラ
ットフォームの一部を形成する。1つ以上の第6の実施形態では、第5の実施形態の材料
は楽器の一部を形成する。1つ以上の第6の実施形態では、第5の実施形態の材料は、保
護カバー、爆風シールド、または他の保護装置の一部を形成する。1つ以上の第6の実施
形態では、第5の実施形態の材料は、道具、運動器具、またはスポーツ用品の一部を形成
する。
本出願において、特に明記しない限り、単数形の使用は複数形を含み、「または」およ
び「および」の別個の使用は他方、即ち「および/または」を含む。更に、「含む(in
cluding)」または「有する(having)」という用語、並びに「含む(in
cludes)」、「含む(included)」、「有する(has)」、または「有
する(had)」等の他の形態の使用は、「含む(comprising)」と同じ効果
を持つことを意図しているため、限定するものとして理解されるべきではない。
び「および」の別個の使用は他方、即ち「および/または」を含む。更に、「含む(in
cluding)」または「有する(having)」という用語、並びに「含む(in
cludes)」、「含む(included)」、「有する(has)」、または「有
する(had)」等の他の形態の使用は、「含む(comprising)」と同じ効果
を持つことを意図しているため、限定するものとして理解されるべきではない。
本明細書で説明される範囲は、エンドポイントおよびエンドポイント間の全ての値を含
むと理解されるだろう。「ほぼ(substantially)」、「ほぼ(appro
ximately)」、「本質的に(essentially)」、「ほぼ(near)
」、または同様の言語を特定の値と組み合わせて使用する場合は、特に明記しない限り、
その値の10%までのバリエーションを含むことが意図される。
むと理解されるだろう。「ほぼ(substantially)」、「ほぼ(appro
ximately)」、「本質的に(essentially)」、「ほぼ(near)
」、または同様の言語を特定の値と組み合わせて使用する場合は、特に明記しない限り、
その値の10%までのバリエーションを含むことが意図される。
前述の説明は、場合によっては実験室で生成された例に適用されるが、これらの例は生
産技術に拡張可能である。従って、実験室の例に量と技術が適用される場合、それらは限
定するものとして理解されるべきではない。
産技術に拡張可能である。従って、実験室の例に量と技術が適用される場合、それらは限
定するものとして理解されるべきではない。
従って、本開示によれば、強くて丈夫な構造木材、並びにその製造および使用方法が提
供されることが明らかである。本開示により、多くの代替、修正、および変形が可能であ
る。本発明の原理の適用を例示するために特定の例を詳細に示して説明したが、本発明は
そのような原理から逸脱することなく他の方法で実施できることを理解されたい。例えば
、開示された特徴は、追加の実施形態を生成するために組み合わされ、再配列され、省略
され得るが、特定の開示された特徴は、他の特徴の対応する使用なしで有利に使用される
場合がある。従って、出願人は、本発明の精神および範囲内にあるそのような全ての代替
、修正、等価物、および変形を包含することを意図している。
供されることが明らかである。本開示により、多くの代替、修正、および変形が可能であ
る。本発明の原理の適用を例示するために特定の例を詳細に示して説明したが、本発明は
そのような原理から逸脱することなく他の方法で実施できることを理解されたい。例えば
、開示された特徴は、追加の実施形態を生成するために組み合わされ、再配列され、省略
され得るが、特定の開示された特徴は、他の特徴の対応する使用なしで有利に使用される
場合がある。従って、出願人は、本発明の精神および範囲内にあるそのような全ての代替
、修正、等価物、および変形を包含することを意図している。
Claims (132)
- セルロース系の内腔の構造を実質的に保存しつつ、化学処理によりリグニンを部分的に
除去し、更に、前記内腔が少なくとも部分的に崩壊するように、前記内腔の延在方向に交
差する第1の方向にプレスされる天然木材を含む第1のピースを含む、構造。 - 前記第1の方向への前記第1のピースの厚さが、前記天然木材の厚さと比較して少なく
とも60%減少している、請求項1に記載の構造。 - 前記第1のピースの厚さが、前記天然木材の厚さと比較して少なくとも80%減少して
いる、請求項2に記載の構造。 - 前記第1のピースが少なくともいくらかのリグニンを保持している、請求項1に記載の
構造。 - 天然木材中のリグニンの5%~95%が化学処理により除去されている、請求項4に記
載の構造。 - 天然木材中のリグニンの23%~60%が化学処理により除去されている、請求項5に
記載の構造。 - 前記第1のピースは、前記化学処理後に、天然木材のリグニンの約55%を保持してい
る、請求項6に記載の構造。 - 前記第1のピース内の崩壊した内腔の対向部分は、水素結合によって一緒に保持されて
いる、請求項1に記載の構造。 - 前記第1のピースは、化学処理前の前記天然木材と比較して、引張強度、曲げ強度、延
性、破壊靭性、引っかき硬度、硬度係数、衝撃靭性、圧縮強度および/または弾性剛性が
増加している、請求項1に記載の構造。 - 前記第1のピースの引張強度は、化学処理前の前記天然木材の引張強度よりも少なくと
も5倍大きい、請求項9に記載の構造。 - 前記第1のピースの引張強度は、少なくとも350MPaである、請求項9に記載の構
造。 - 前記第1のピースの延性は、前記化学処理前の天然木材の延性と同じである、請求項9
に記載の構造。 - 前記第1のピースの破壊靭性は、前記化学処理前の天然木材の破壊靭性よりも少なくと
も5倍大きい、請求項9に記載の構造。 - 前記第1のピースの弾性剛性は、前記化学処理前の天然木材の弾性剛性よりも少なくと
も5倍大きい、請求項9に記載の構造。 - 前記第1のピースの引っかき硬度は、前記化学処理前の天然木材の引っかき硬度よりも
少なくとも5倍大きい、請求項9に記載の構造。 - 前記第1のピースの衝撃靭性は、前記化学処理前の天然木材の衝撃靭性よりも少なくと
も5倍大きい、請求項9に記載の構造。 - 前記第1のピースの硬度係数は、前記化学処理前の天然木材の硬度係数よりも少なくと
も5倍大きい、請求項9に記載の構造。 - 前記延在方向に沿った第1のピースの曲げ強度は、前記化学処理前の天然木材の曲げ強
度よりも少なくとも5倍大きく、前記延在方向に垂直な第1ピースの曲げ強度は、前記化
学処理前の天然木材の曲げ強度よりも少なくとも5倍大きい、請求項9に記載の構造。 - 前記延在方向に沿った第1のピースの圧縮強度は、前記化学処理前の天然木材の圧縮強
度よりも少なくとも5倍大きく、前記延在方向に垂直な第1のピースの圧縮強度は、前記
化学処理前の天然木材の圧縮強度よりも少なくとも5倍大きい、請求項9に記載の構造。 - 前記第1のピースは、化学処理前の前記天然木材と比較して密度が増加している、請求
項1に記載の構造。 - 前記第1のピースの密度は、前記化学処理前の天然木材の密度よりも少なくとも2倍大
きい、請求項20に記載の構造。 - 前記第1のピースは、300MPa cm3/gより大きい比引張強度を有する、請求
項1に記載の構造。 - 前記第1のピースは、約450MPa cm3/gの比引張強度を有する、請求項22
に記載の構造。 - 前記崩壊した内腔のセルロースナノファイバーが、前記延在方向に沿って実質的に整列
している、請求項1に記載の構造。 - 断面図において、前記第1のピースは、前記内腔の壁の間に隙間をほぼ含まない、請求
項1に記載の構造。 - 前記天然木材は、硬材または軟材を含む、請求項1に記載の構造。
- 前記天然木材は、バスウッド、オーク、ポプラ、アッシュ、ハンノキ、ヤマナラシ、バ
ルサ材、ブナ、カバノキ、チェリー、バターナット、栗、ココボロ、ニレ、ヒッコリー、
メープル、オーク、パダウク、プラム、ウォルナット、ヤナギ、イエローポプラ、ラクウ
ショウ、杉、ヒノキ、ベイマツ、モミ、ベイツガ、カラマツ、松、セコイア、トウヒ、タ
マラック、ジュニパー、およびイチイのうちの少なくとも1つを含む、請求項26に記載
の構造。 - セルロース系の内腔の構造を実質的に保持しつつ、化学処理によりリグニンを部分的に
除去し、更に、前記内腔が少なくとも部分的に崩壊するように、前記内腔の延在方向と交
差する方向にプレスされる天然木材を含む第2のピースを更に含み、
前記第1のピースおよび前記第2のピースが、対向面に沿って互いに結合され、前記第
1のピースの内腔の延在方向が、前記第2のピースの内腔の延在方向と交差している、請
求項1に記載の構造。 - 前記第1のピースの内腔の延在方向が、前記第2のピースの内腔の延在方向に直交して
いる、請求項28に記載の構造。 - 前記第1のピースおよび前記第2のピースは、それらの対向表面間で水素結合によって
互いに結合されている、請求項28に記載の構造。 - 前記第1のピースおよび前記第2のピースは、それらの対面表面間で接着剤またはエポ
キシによって互いに結合されている、請求項28に記載の構造。 - 前記第1のピースおよび前記第2のピースのそれぞれが、フラットシート、ブロック、
スティック、ストリップ、中空形状、膜、厚さ200μm未満の薄膜、木材チップ、また
は木材フレークとして形成されている、請求項28に記載の構造。 - 前記第1のピースおよび前記第2のピースと一緒に結合された複数の追加の第1のピー
スおよび第2のピースを更に備えて、多層積層構造を形成する、請求項28に記載の構造
。 - 前記第1のピースは、フラットシート、ブロック、スティック、ストリップ、中空形状
、膜、厚さ200μm未満の薄膜、木材チップ、または木材フレークとして形成されてい
る、請求項1に記載の構造。 - 前記第1のピースは、前記崩壊した内腔および/または前記第1のピースの外面内に組
み込まれた非天然粒子を含む、請求項1に記載の構造。 - 前記非天然粒子は疎水性ナノ粒子を含む、請求項35に記載の構造。
- 前記ナノ粒子はSiO2ナノ粒子を含む、請求項36に記載の構造。
- 前記非天然粒子は、前記第1のピースを疎水性にする、請求項35に記載の構造。
- 前記第1のピースは、少なくとも90°の静的接触角、または10°未満の動的接触角
を有する、請求項38に記載の構造。 - 前記第1のピースは、150°より大きい静的接触角および5°未満の動的接触角を有
する、請求項39に記載の構造。 - 前記第1のピースは、疎水性となるように化学処理されている、請求項1に記載の構造
。 - 疎水性化学処理は、エポキシ樹脂、シリコーンオイル、ポリウレタン、パラフィンエマ
ルジョン、無水酢酸、オクタデシルトリクロロシラン(OTS)、1H,1H,2H,2
H-パーフルオロデシルトリエトキシシラン、フルオロエシン、ポリジメチルシロキサン
(PDMS)、メタクリルオキシメチルトリメチルシラン(MSi)、多面体オリゴマー
シルセスキオキサン(POSS)、カリウムメチルシリコネート(PMS)、ドデシル(
トリメトキシ)シラン(DTMS)、ヘキサメチルジシロキサン、ジメチルジエトキシシ
ラン、テトラエトキシシラン、メチルトリクロロシラン、エチルトリメトキシシラン、メ
チルトリエトキシシラン、トリメチルクロロシラン、フェニルトリメトキシシラン、フェ
ニルトリエトキシシラン、プロピルトリメトキシシラン、ポリメチルメタクリレート、ポ
リジアリルジメチルアンモニウムクロリド(polyDADMAC)、3-(トリメトキ
シシリル)プロピルメタクリレート(MPS)、疎水性ステアリン酸、両親媒性フッ素化
トリブロックアジドコポリマー、ポリフッ化ビニリデンおよびフッ化シラン、n-ドデシ
ルトリメトキシシラン、並びにラウリル硫酸ナトリウムのうちの少なくとも1つを含む、
請求項41に記載の構造。 - 前記第1のピースは、天候または塩水に耐性を有するように化学処理されている、請求
項1に記載の構造。 - 前記天候または塩水に耐性を持たせるための化学的処理は、CDDC、アンモニア銅第
4級(ACQ)、クロム化ヒ酸銅(CCA)、アンモニア性銅亜鉛ヒ酸(ACZA)、ナ
フテン酸銅、酸性クロム酸銅、クエン酸銅、銅アゾール、8-ヒドロキシキノリン銅、ペ
ンタクロロフェノール、ナフテン酸亜鉛、ナフテン酸銅、クレオソート、二酸化チタン、
プロピコナゾール、テブコナゾール、シプロコナゾール、ホウ酸、ホウ砂、有機ヨウ化物
(IPBC)、およびNa2B8O13・4H2Oのうちの少なくとも1つを含む、請求
項43に記載の構造。 - 前記第1のピースの1つ以上の外面上のコーティングを更に含む、請求項1に記載の構
造。 - 前記コーティングは、油性塗料、疎水性塗料、ポリマーコーティング、または耐火性コ
ーティングを含む、請求項45に記載の構造。 - 前記耐火性コーティングは、窒化ホウ素、モンモリロナイト粘土、ハイドロタルサイト
、二酸化ケイ素(SiO2)、ケイ酸ナトリウム、炭酸カルシウム(CaCO3)、水酸
化アルミニウム(Al(OH)3)、水酸化マグネシウム、(Mg(OH)2)、炭酸マ
グネシウム(MgCO3)、硫酸アルミニウム、硫酸鉄、ホウ酸亜鉛、ホウ酸、ホウ砂、
リン酸トリフェニル(TPP)、メラミン、ポリウレタン、ポリリン酸アンモニウム、リ
ン酸、リン酸エステル、リン酸アンモニウム、硫酸アンモニウム、ホスホン酸、リン酸二
アンモニウム(DAP)、リン酸二水素アンモニウム、リン酸一アンモニウム(MAP)
、リン酸グアニル尿素(GUP)、リン酸二水素グアニジン、および五酸化アンチモンの
うちの少なくとも1つを含む、請求項46に記載の構造。 - 前記第1のピースは、その中にポリマーを含む、請求項1に記載の構造。
- 前記第1のピース内の内腔が完全に崩壊している、請求項1に記載の構造。
- (a)セルロース系であり第1の方向に延在する内腔の構造を実質的に保存しつつ、天
然木材片を化学溶液で処理して、リグニンを部分的に除去する処理ステップと、
(b)前記処理ステップ後、前記内腔が少なくとも部分的に崩壊するように、化学処理
された前記木材片を前記第1の方向と交差する第2の方向に第1の時間にわたりプレスす
るプレスステップと、
を含む、方法。 - 前記プレスステップが、20℃~120℃の温度で、0.5MPa~10MPaの圧力
で実施される、請求項50に記載の方法。 - 前記プレスステップが、約100℃の温度および約5MPaの圧力で実施される、請求
項51に記載の方法。 - 前記第1の時間は少なくとも5分である、請求項50に記載の方法。
- 前記第1の時間は1時間である、請求項53に記載の方法。
- 前記プレスステップは、前記化学処理された木材から少なくとも水を除去するのに有効
である、請求項50に記載の方法。 - 前記プレスステップは、任意の中間の乾燥ステップなしで、前記処理後に実施される、
請求項50に記載の方法。 - 前記化学溶液は、NaOH、Na2S、NaHSO3、SO2、H2O、Na2SO3
、アントラキノン(AQ)、Na2Sn(nは整数)、CH3OH、C2H5OH、C4
H9OH、HCOOH、NH3、p-TsOH、NH3-H2O、H2O2、NaClO
、NaClO2、CH3COOH(酢酸)、ClO2、およびCl2のうちの少なくとも
1つを含む、請求項50に記載の方法。 - 前記化学溶液は、NaOHとNa2SO3との混合物を含む、請求項57に記載の方法
。 - 前記化学溶液は、2.5MのNaOHおよび0.4MのNa2SO3を含む、請求項5
8に記載の方法。 - 前記化学溶液が沸騰している、請求項50に記載の方法。
- 前記プレスステップ前および前記処理ステップ後に、前記化学処理された木材片を溶媒
に浸漬して、前記木材片内の化学溶液の残りを除去するステップを更に含む、請求項50
に記載の方法。 - 前記溶媒は沸騰脱イオン(DI)水を含む、請求項61に記載の方法。
- 前記処理ステップは、前記天然木材片を前記化学溶液に少なくとも0.5時間浸漬する
ステップを含む、請求項50に記載の方法。 - 前記天然木材片は、0.1時間~72時間にわたり前記化学溶液に浸漬される、請求項
63に記載の方法。 - 前記処理ステップは、前記化学溶液が前記天然木材片の内腔に浸透するように真空下で
実行される、請求項50に記載の方法。 - 前記処理ステップ後に、ヘミセルロースおよびリグニンの少なくとも一部が、前記木材
片によって保持されている、請求項50記載の方法。 - 前記処理ステップによって前記木材片からリグニンの5%~95%が除去されている、
請求項66記載の方法。 - 前記プレスステップ後に、前記化学処理された木材片内の内腔が完全に崩壊する、請求
項50に記載の方法。 - 前記プレスステップ前に、前記内腔にポリマーを導入するステップを更に含み、前記プ
レス後に、前記ポリマーが前記内腔内に配置されている、請求項50に記載の方法。 - 前記プレスステップ後に、前記木材片の1つ以上の外面をコーティングするステップを
更に含む、請求項50に記載の方法。 - コーティングは、油性塗料、疎水性塗料、ポリマーコーティング、または耐火性コーテ
ィングを含む、請求項70に記載の方法。 - 前記耐火性コーティングは、窒化ホウ素、モンモリロナイト粘土、ハイドロタルサイト
、二酸化ケイ素(SiO2)、ケイ酸ナトリウム、炭酸カルシウム(CaCO3)、水酸
化アルミニウム(Al(OH)3)、水酸化マグネシウム、(Mg(OH)2)、炭酸マ
グネシウム(MgCO3)、硫酸アルミニウム、硫酸鉄、ホウ酸亜鉛、ホウ酸、ホウ砂、
リン酸トリフェニル(TPP)、メラミン、ポリウレタン、ポリリン酸アンモニウム、リ
ン酸、リン酸エステル、リン酸アンモニウム、硫酸アンモニウム、ホスホン酸、リン酸二
アンモニウム(DAP)、リン酸二水素アンモニウム、リン酸一アンモニウム(MAP)
、リン酸グアニル尿素(GUP)、リン酸二水素グアニジン、および五酸化アンチモンの
うちの少なくとも1つを含む、請求項71に記載の方法。 - 前記プレスステップ前に、複数の非天然粒子を前記内腔の内面に堆積させるステップを
更に含み、前記プレス後に、前記非天然粒子が前記崩壊した内腔に組み込まれる、請求項
50に記載の方法。 - 前記非天然粒子は疎水性ナノ粒子を含む、請求項73に記載の方法。
- 前記ナノ粒子はSiO2ナノ粒子を含む、請求項74記載の方法。
- 前記非天然粒子は、前記化学処理された木材片を疎水性にする、請求項73に記載の方
法。 - 前記プレスステップ後、前記化学処理された木材片は、少なくとも90°の静的接触角
、または10°未満の動的接触角を有する、請求項76に記載の方法。 - 前記プレスステップ後、前記化学処理された木材片は、150°より大きい静的接触角
および5°未満の動的接触角を有する、請求項77に記載の方法。 - (a)の後に、前記化学処理した木材に更なる化学処理を施して、前記木材を疎水性に
するステップ(c)を更に含む、請求項50に記載の方法。 - 前記(c)が前記(b)の前に生じる、請求項79に記載の方法。
- 疎水性化学処理は、エポキシ樹脂、シリコーンオイル、ポリウレタン、パラフィンエマ
ルジョン、無水酢酸、オクタデシルトリクロロシラン(OTS)、1H,1H,2H,2
H-パーフルオロデシルトリエトキシシラン、フルオロエシン、ポリジメチルシロキサン
(PDMS)、メタクリルオキシメチルトリメチルシラン(MSi)、多面体オリゴマー
シルセスキオキサン(POSS)、カリウムメチルシリコネート(PMS)、ドデシル(
トリメトキシ)シラン(DTMS)、ヘキサメチルジシロキサン、ジメチルジエトキシシ
ラン、テトラエトキシシラン、メチルトリクロロシラン、エチルトリメトキシシラン、メ
チルトリエトキシシラン、トリメチルクロロシラン、フェニルトリメトキシシラン、フェ
ニルトリエトキシシラン、プロピルトリメトキシシラン、ポリメチルメタクリレート、ポ
リジアリルジメチルアンモニウムクロリド(polyDADMAC)、3-(トリメトキ
シシリル)プロピルメタクリレート(MPS)、疎水性ステアリン酸、両親媒性フッ素化
トリブロックアジドコポリマー、ポリフッ化ビニリデンおよびフッ化シラン、n-ドデシ
ルトリメトキシシラン、並びにラウリル硫酸ナトリウムのうちの少なくとも1つを含む、
請求項79に記載の方法。 - (a)の後に、前記化学処理された木材に更なる化学処理を施して、天候または塩水に
対する耐性を高めるステップ(c)を更に含む、請求項50に記載の方法。 - 前記天候または塩水に耐性を持たせる化学的処理は、CDDC、アンモニア銅第4級(
ACQ)、クロム化ヒ酸銅(CCA)、アンモニア性銅亜鉛ヒ酸(ACZA)、ナフテン
酸銅、酸性クロム酸銅、クエン酸銅、銅アゾール、8-ヒドロキシキノリン銅、ペンタク
ロロフェノール、ナフテン酸亜鉛、ナフテン酸銅、クレオソート、二酸化チタン、プロピ
コナゾール、テブコナゾール、シプロコナゾール、ホウ酸、ホウ砂、有機ヨウ化物(IP
BC)、およびNa2B8O13・4H2Oのうちの少なくとも1つを含む、請求項82
に記載の方法。 - 前記崩壊した内腔のセルロースナノファイバーは、前記第1の方向に沿って実質的に整
列している、請求項50に記載の方法。 - 前記プレスステップ後、前記木材片は、断面図において、前記内腔の壁間にほぼ隙間を
含まない、請求項50に記載の方法。 - 前記天然木材は硬材または軟材を含む、請求項50に記載の方法。
- 前記天然木材は、バスウッド、オーク、ポプラ、アッシュ、ハンノキ、ヤマナラシ、バ
ルサ材、ブナ、カバノキ、チェリー、バターナット、栗、ココボロ、ニレ、ヒッコリー、
メープル、オーク、パダウク、プラム、ウォルナット、ヤナギ、イエローポプラ、ラクウ
ショウ、杉、ヒノキ、ベイマツ、モミ、ベイツガ、カラマツ、松、セコイア、トウヒ、タ
マラック、ジュニパー、およびイチイ等のうちの少なくとも1つを含む、請求項86に記
載の方法。 - 前記プレスステップ後、前記木材片の引張強度、曲げ強度、延性、破壊靭性、引っかき
硬度、硬度係数、衝撃靭性、圧縮強度、および弾性剛性のうちの少なくとも1つが前記処
理ステップ前の天然木材と比較して増加する、請求項50に記載の方法。 - 前記プレスステップ後、前記木材片は、
前記処理ステップ前の天然木材の密度の少なくとも2倍の密度と、
前記処理ステップ前の天然木材の厚さと比較して、少なくとも60%減少した、前記第
2の方向への厚さと、
を有する、請求項50に記載の方法。 - 前記プレスステップ後の前記木材片の厚さは、前記天然木材の厚さと比較して少なくと
も80%減少している、請求項89に記載の方法。 - 前記プレスステップは、前記崩壊した内腔の対向する部分間に水素結合を形成するステ
ップを含む、請求項50に記載の方法。 - 前記木材片は、フラットシート、ブロック、スティック、ストリップ、膜、薄膜、中空
形状、木材チップ、または木材フレークとして形成される、請求項50に記載の方法。 - 前記薄膜が200μm以下の厚さを有する、請求項92に記載の方法。
- (c)1つ以上の追加の天然木材片において(a)および(b)を繰り返すステップと
、
(d)結果的に得られる、プレスされ化学処理された木材片を結合するステップと、
を更に含む、請求項50に記載の方法。 - 前記結合された、プレスされ化学処理された木材片の少なくとも一部のそれぞれの第1
の方向が互いに交差している、請求項94に記載の方法。 - 前記交差している第1の方向が互いに直交している、請求項95に記載の方法。
- (d)は、対向する表面が水素結合されるように、前記プレスされ化学処理された木材
片を更にプレスするステップを含む、請求項94に記載の方法。 - 各(a)の後、化学処理された前記木材片を他の化学処理された片と接触するように配
置するステップを更に含み、
(b)のプレスが、(d)の結合を生じさせるように、配置された前記木材片に対して
同時に実行される、請求項94に記載の方法。 - (d)は、前記化学処理された木材片の対向面に接着剤またはエポキシを塗布するステ
ップを含む、請求項94に記載の方法。 - (b)の後、前記化学処理された木材片を機械加工するステップ、または前記化学処理
された木材片を所望の形状または構成に形成するステップを更に含む、請求項50に記載
の方法。 - 断面図において、内腔のセル壁間に隙間を有することなく、前記内腔が完全に崩壊して
いる圧縮木材片を含む、構造。 - 前記圧縮木材片は、少なくとも5対2の比率で圧縮されている、請求項101に記載の
構造。 - 記圧縮木材片は、約5対1の比率で圧縮されている、請求項102に記載の構造。
- 前記圧縮木材片は、前記木材片を形成するために使用される天然木材よりも少ないリグ
ニンを含む、請求項101に記載の構造。 - 前記圧縮木材片は、天然木材におけるリグニンの5%~95%を含む、請求項104に
記載の構造。 - 前記圧縮木材片は、1%~25%のリグニンを含む、請求項105に記載の構造。
- 前記圧縮木材片は、前記木材片を形成するために使用される天然木材と比較して、引張
強度、曲げ強度、延性、破壊靭性、引っかき硬度、硬度係数、衝撃靭性、圧縮強度および
/または弾性剛性が増加している、請求項101に記載の構造。 - 前記圧縮木材片は、少なくとも300MPa cm3/gの比引張強度を有する、請求
項101に記載の構造。 - 複数の圧縮木材片を含む積層体であって、各片は、断面図において少なくとも部分的に
崩壊した内腔を有しており、前記内腔はそれぞれの延在方向に延在し、
前記圧縮木材片の少なくとも一部の前記延在方向が互いに交差しており、かつ、
前記複数の圧縮木材片が互いに結合されている、積層体。 - 各片は、断面図において、前記内腔の壁間に隙間のない、完全に崩壊した内腔を有する
、請求項109に記載の積層体。 - 前記圧縮木材の隣接する木材片は、対向面に沿って互いに結合されている、請求項11
0に記載の積層体。 - 前記隣接する木材片は、前記対向面間の水素結合によって互いに結合されている、請求
項111に記載の積層体。 - 前記隣接する木材片は、前記対向面間で接着剤またはエポキシによって互いに結合され
ている、請求項111に記載の積層体。 - 前記圧縮木材片の第1のセットは、第1の層に配置され、
前記圧縮木材片の第2のセットは、前記第1の層上の第2の層に配置され、かつ、
前記第1の層および前記第2の層は、各層からの隣接する片間の対向面を介して互いに
結合されている、請求項110に記載の積層体。 - 隣接する対の前記圧縮木材片の延在方向が互いに直交している、請求項110に記載の
積層体。 - 圧縮木材の各片は、少なくとも5対2の比で圧縮されている、請求項110に記載の積
層体。 - 圧縮木材の各片は、約5対1の比で圧縮されている、請求項116に記載の積層体。
- 圧縮木材の各片は、前記片を形成するために使用される天然木材よりも少ないリグニン
を含む、請求項110に記載の積層体。 - 圧縮木材の各片は、天然木材中のリグニンの5%~95%を含む、請求項118に記載
の積層体。 - 前記圧縮木材片は、5%~16%のリグニンを含む、請求項119に記載の積層体。
- 圧縮木材の各片は、前記木材片を形成するために使用される天然木材と比較して、増加
した引張強度、曲げ強度、延性、破壊靭性、引っかき硬度、硬度係数、衝撃靭性、圧縮強
度および/または弾性剛性を有する、請求項110記載の積層体。 - 圧縮木材の各片は、フラットシート、ブロック、スティック、ストリップ、中空形状、
膜、厚さ200μm未満の薄膜、木材チップ、または木材フレークとして形成される、請
求項110に記載の積層体。 - 圧縮木材の各片は、少なくとも300MPa cm3/gの比引張強度を有する、請求
項110に記載の積層体。 - 請求項1~49のいずれか一項に記載の構造、
請求項101~108のいずれか一項に記載の構造、
請求項109~123のいずれか一項に記載の積層体、または
請求項50~100のいずれか一項に記載の方法によって形成された構造と、
を含む、材料。 - 前記材料は、自動車、列車、トラック、飛行機、ボート、船舶、または任意の他の輸送
手段、車両、若しくは輸送機関の内部コンポーネントまたは外部コンポーネントとして形
成される、請求項124に記載の材料。 - 前記材料は、コンテナ、ボックス、または輸送用木枠の一部を形成する、請求項124
に記載の材料。 - 前記材料は、倉庫、工場、オフィスビル、納屋、家、または任意の他の建物若しくは構
造物の内部コンポーネントまたは外部コンポーネントとして形成される、請求項124に
記載の材料。 - 前記材料は、ディスプレイ、装飾、窓枠、額縁、ドア若しくはドア枠、テーブル、机、
椅子、キャビネット、ワードローブ、ベッド、または家具若しくはホームアクセントの任
意の他の一部を形成する、請求項124に記載の材料。 - 前記材料は、橋、ドック、デッキ、またはプラットフォームの一部を形成する、請求項
124に記載の材料。 - 前記材料は、楽器の一部を形成する、請求項124記載の材料。
- 前記材料は、保護カバー、爆風シールド、または他の保護デバイスの一部を形成する、
請求項124に記載の材料。 - 前記材料は、道具、運動器具、またはスポーツ用品の一部を形成する、請求項124に
記載の材料。
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