Page 1 Page 2 Page 3 島根大学農学部研究報告第20号 ~ 示すはずで

島根大農研報（Bu11Fac．Agr Sh1mane Umv・）2⑱：90−95．1986
コロナ放電処理効果におよぽす木材含水率の影響＊
上原徹＊＊。谷川
充＊＊。後藤輝男＊＊
Effect of m．01sture oontent of wood−on corona treatment
Toru UEHARA〕M［1tsuru TANIKAwA and−Teruo G0T0
Contact ang1e， ∀o1u肌e of oontacted．11qu1d−and−mfrared spectrum−of corona treated．
Ap1tong（11）ψ伽06αゆ鮒g〃〃2アZor鮒BLANco）oonta1n1ng25percent of a1coho1二benzene
extract1ves were measured−t01nvest1gate the effect of m01sture◎ontent on corona treat皿ent
e出ciency．The degree of tretment used was o．533kWlmin／m2on1y．
The cosme contact ang1e on treated wood．surface w1th water mcreased−w1th an1二ncrease
1n the m01sture content（MC）at d−1scharg1ng，and1t reached a伽ax1皿um On that oc＿
cas1on，MC of wood−at corona d1scharge was12％ Salme telndency was obtamed w1th
g1ycerm pheno1resorc1no1for皿a1dehyd．e res1n（PRF）and urea forma1d．ehyd．e res1n（UF）
The v’o1u皿e of contacted 11qu1d−s decreased−w1th an 1ncrease m the t1＝me after the
contact Thus，the tend．ency of penetrat1on was as same as that of the cosme contact ang1e
The re1at1onsh1p between the mfrared absorbance rat1o（A1730／A1500）and MC was as
same as that obta1ned by the cos1ne oontact ang1e Therefor wettab111ty of wood−
1ncreased．w1th surface ox1d−at1on by corona d1scharge倣eat皿ent
The dヱy strength g1ued．w1th PRF mcreased w1th an mcrease1n MC，but wet strength
g1ued−w1th PRF and．dry and．wet strength g1ued w1th UF were not affected．w1th lMC
at d1scharg1ng
レーナー仕上げ2．5m一血厚柾目板を得た．この板を100
1、緒言
難接着性木材の接着性改善のため，コロナ放電処理の
1），2）
有効であることが明らかにされて来た．それによると，
アピトン材の放電処理により，材面が酸化され，湿潤性
2），3）
の増加することが明らかにされている．しかし，この
時，含水率は全て12％の状態であったため，含水率変化
の影響は考慮されていなかった．
また，一般に木材は含水率の変化にともない誘電率が
4）
変化し，その電気的性質が変化する．そこで本研究では
コロナ放電処理効果におよぼす木材含水率の影響につい
て検討した。
22 コロナ放電処理
春日電気製高周波電源HFSS−101（30kHz，34kVp−P）
を用い，試料送り速度5m／min，一次電流4A、火花
ギャップ5mm，電極幅300m皿の条件で，所定の含
水率に調湿された試料について，コロナ放電処理を行っ
3）
た．これまでの研究で，接着性改善に最も効果のあっ
たO．533kWmin／m．2の放電処理量で処理した。放電処
2．3湿潤性
エルマ光学製ゴニオメーター式接触角測定器G−IIIを
21供試材
アルコール・ベンゼン抽出成分3．3％のアピトン（
Dψ肋06αゆ43grα”ψoブoμ∫BLANCO）から，両面プ
＊本報の一部は第35回目本木材学会大会（1985年4月東京）で発表し
紳改良木材学研究室
21％にした．
理後，試料を20℃，相対湿度60％で24時間調湿した。
2。実験方法
た．
×100m−mに鋸断後，20℃で，椙対湿度6，33，60，85
および93％で調湿し，含水率を4，9，12，17および
用い，液体20μ1を試料表面に滴下した後、滴下後20
分まで，繊維直交方向から接触角，液滴の高さおよび幅
を測定した．さらに，液滴の長短軸比も測定した．
2．3赤外吸収スペクトル
試料表面40x25mmから約5mgの木粉をミクロト
一90一
上原。谷川卜後藤：コロナ放電処理効果におよぼす木材含水率の影響
一ム刃を用いて削り取った．この木粉のKBr錠剤法に
一g1一
），ユリア樹脂（UF），グリ七リンおよび蒸留水を用い
よる赤外吸収スペクトル（島津製作所製IR−27G）を得
た時の接触角のコサイン値と放電時の含水率の関係を
た．
Fi＆1に示した．なお，湿潤性におよぼす木材含水率
2．4 接着
の影響を一定にするために，放電処理後に木材の含水率
接着剤としてフェノール④レノルソノール共縮合樹脂
を12％に調湿後，接触角の測定を行った．
（住友化学製スミプライ150E）および常温硬化型ユリ
PRFでは放電時含水率12％付近を頂点とするゆるや
ァ樹脂（住友べ一クライト製ヰゲタライムUA−104）を
かな山なりの曲線となっていた．UFの傾向も良く似て
用いた．これらを塗布量2009／m2，圧締圧10kgf／c㎜2，
いるが放電時含水率9％で頂点となっていた．グリセリ
20℃，24時間の条件で，繊維平行に接着した．引張勇断
ンおよび蒸留水ともに，放電時含水率12％を頂点とする
試験はDIN53254に準じて行い，合板引張試験用チャ
山形を示した。
ック付小型材料試験機（東京衡機製）を用いた．
PRFの値が高く山なりの煩向がその他の液体よりも
25光学顕微鏡観察
3）
少ないのは，PRFの表面張力が他の液体より低く，湿
フェノール・レゾルシノール共縮合樹脂の主剤の20
潤性が良好であるためと思われる．
μ1を滴下し，浸透の経時変化を見るために，滴下後，
木材は多孔質であるため，真の接触角を求めることが
2，5，10，20，60および120分後に105℃で乾燥させ，
できない．それ故，接触角の測定において，液体の木材
ホルマリン気申で処理して硬化させた．ミクロトームに
への浸透などを考慮する必要があるため，蒸留水の接触
より厚さ30∼40μmの木口切片を得，常法に従い永久
角コサイン値におよぽす滴下後の放置時間の影響につい
プレパラートを作成し，光学顕微鏡観察に供した．接眼
て検討し，その結果をFig．2に示した．
ミクロメータにより木材表面の長さ1．15mm当たりの
放電処理木材では放置時間とともにコサイノ値が増加
浸透深さを測定した。
3。結果および考察
していた。また，非多孔質であるため浸透の生じないガ
ラスやポリエチレンではそのような現象は認められなか
った．このように放置時間とともに接触角コサイン値が
3．1湿潤性
増加するのは水の試料への浸透のためである．
3．1．1接触角
未放電処理木材は，非極性で多孔質ではないポリエチ
コロナ放電処理が木材表面の湿潤性に与える影響につ
レンと値はよく似ていた．しかも，多孔質であるにもか
いて，接触角の面から検討し，液滴滴下10秒後の処理材
かわらず，浸透の影響によるコサイン値の増加があまり
表面上のフェノール・レゾルシノール共縮合樹脂（PRF
見られなかった．ガラスは非多孔質なのでほぼ一定値を
1．0
0．8
O．8
⑩0．6
苗
冒
←O．4
旨
左
80．2
豊
．砺
◎0
〕
2冒
臼O．6
七
自
右0．4
8
④
．⊆O．2
8
〕
0
一〇．2
0 5 10 15 20 25
・O．2
M⑪iS干ureC⑪n升enH％）
0510†520
Fig．1 Effect of m01sture content at corona
d1scharge on cos1ne contact ang1e
Fig．2 Effect of t1me after contact on cos1ne
contact ang1e w1th water
Time｛mi剛
Legend：圏Water⑳G1ycerin O PRF
Legend ①G1ass△4％□9％012％
口UF
團17％息21％①pE㊧Contro1
一92一
島根大学農学部研究報告
第20号
示すはずであるが，水の蒸発あるいは拡張濡れに基づく
このように，木材の初期浸透性は放電処理により増加
わずかな増加が認められた．放電処理木材では，値の増
するが，放電時の含水率にあまり影響されないことが明
加が大きく，浸透の影響が大きく現われていた．
らかとなった．すなわち，滴下後の放置時間1分までの
液滴にグリセリン，PRFおよびUFを用いた場合
状態においては，液体の木材への浸透がまだ少なく，木
でも，放電時含水率12％で最も良い湿潤性を示した．滴
材の極性の影響が現われていないため，同じような傾き
下後の放置時間の増加にともないFig．1とほぼ同様の
が得られたものと考える．
傾向が現われた．
3．1．2液滴の体積
初期浸透の様子を詳しく検討するために，放置時間1
接触角測定において，滴下後の放置時間が長くなる
分までの接触角コサイン値の傾向を放置時間の平方根と
と，液滴の高さが減少した。このように，液滴の形状が
の関係においてFig．3に示した。液滴の幅に変化が少
変化する原因は，先の接触角コサイン値の結果から，木
なく，高さが減少したことから，直線の傾きは主として
材内への液体の浸透であった．そのため，液滴の木材内
蒸留水の試料申への浸透速度を現わしている．未放電処
への浸透をより明確に把握するために，浸透が生じた後
理木材は，ポリエチレンやガラスとよく似た傾向を示
の液滴の体積を算出する方法を検討した．
し，傾きが小さく浸透の非常に少ないことが明らかであ
先の結果から，液体の体積の減少部分が木材内に浸透
る．それに比べて放電処理木材では，放電時の含水率の
したと考えてよいことから，液滴の高さ（ん）と幅（2α）
違いにもかかわらず直線の傾き，すなわち浸透速度が同
および長短軸比（r）を求め，形状が楕円体の一部であ
じであった。
ると仮定して体積（ηを算出した．
蒸留水に替わってグリセリンを用いた場合をFig．4
γ一寸！㍑）あ
に示した．ガラスで，値の増加を示していた。これはガ
ラス板上でグリセリンの拡張濡れを生じたため，液滴が
ただし，玄＝（ん2＋α2）／2ん
横に広がり，コサイン値の増加をもたらせたと考える。
滴下後10秒後の体積の値を1として体積比を求め，Fig．
未放電材ではコサイン値の増加が小さく，多孔質では
5にその結果を示した．なお，横軸は滴下後の放置時問
ないポリエチレンに近い煩きであり，グリセリンを用い
である．
た場合でも浸透性が低いことを示している．しかし，コ
未放電処理木材では，体積減少が少なく，放電処理に
ロナ放電処理により，煩きが増加し，浸透性が良好にな
よって体積減少が著しくなることが明らかである．なか
ることが明らかである。
でも，放電時含水率12％で減少が最も著しい。次いで、
O．冨
⑩
⑩
団
仁
0．6
旬
u
姜≡⋮
U
旨O．6
￡
富
◎
言
七
如
由
ε
0．9
O−3
U 0．3
⑪
ε
吻
⑪
⑩
ε
吻
◎
〕
〕
0
−01
0 蝸／0 1．5
Tm亀（柵）
Fig．3 Effect of t1me after contact on cosme
contact ang1e w1th water
Legend：①G1ass△4％口9％
C） 12％麗麗 17％基 21％
①pE㊧Contro1
O
−0．て
0051．0叩．5
TIm曾1偏后）
Fi＆4 Effect of t1me after contact on cosme
contact ang1e w1th g1ycerm
Legend㊥G1ass△4％口9％012％
團17％血21％①pE⑬Contro1
上原。谷川・後藤：コロナ放電処理効果におよぼす木材含水率の影響
一g3一
変化の幅が少なくなったものと考える．
“
接触角コサイン値あるいは液滴の体積減少の方法によ
っても，放電時の木材含水率12％で最大値を示す傾向が
10
得られた．コロナ放電処理の場合，木材含水率の変化に
よって大きく影響される因子は誘電率であると考えられ
0．9
る．誘電率は含水率の増加とともに増加しており，不連
4）
続点が現われることもない。また30kHzの高周波を用
◎
篶
冒α8
いているために誘電体損失（tanδ）も生じているが，こ
◎
警
ヨO・7
◎
＞
のtanδもまた，含水率の増加にともない増加するの
5）
みである。ただ，tanδと含水率の関係図において含
6）
水率15％付近で極大値が得られている場合があり，この
0．6
場合に該当するのかもしれない．
O．5
32 漫透深さ
これまで接触角コサイン値や液滴の体積減少から推測
05101520
して来た木材への液体の浸透性について，PRFを用い
Tim亀（miη）
た場合について実測し，その結果をFig．7に示した。
F1g5Effect of t1me after contact on vo1ume
of water drop1et
なお，縦軸は木材表面115mm（繊維横断方向）長さ
Legend△4％口9％○12％團17％
合はPRF滴下時の含水率であり，放電処理木材の場合
金21％㊥Contro1
9，17％が著しくなっており，接触角コサイン値の結果
当たりの最大浸透深さである．横軸は，未放電木材の場
は放電時の含水率である．
未放電木材では含水率12％まで12μm付近であった
と非常に良く一致していた．
が，含水率が12％を越えると，21％での30μmまで，
なお，液滴にPRFを用いた場合をFig．6に示し
急激に増加していた．この大きな浸透は良好な接着をも
た。水の場合と傾向は良く似ていたが，全体的に変化の
たらせるのではなく，その粘度が低下して，接着剤浸透
幅が小さくなっていた．PRFの良好な浸透性の結果，
言30
1，1
1．O
3言
看
圭
g20
0．9
．；：
冒
」
0．8
￡
計
目
10
⑭
Eコ
乱
ち
◎
O．7
肩
＞
0 5 10 15 20 25
M⑪i針u爬C⑪n＋en“％l
0．6
F1g7Effect of mo1sture content at corona
discharge on depth of penetration．
0．5
Legend O D1scharged，penetrat1on t1me was
05101520
20min
F1g6Effect of t1me after contact on vo1ume
of PRF drop1et．
⑧Contro1，Penetratlon t1me was20
Legend△4％口9％012％園17％
園Contro1，Penetrat1on t1me was60
Time （min，
息21％㊧Contro1
口D1scharged。，Penetrat1on t1me was
60min
min
min
島根大学農学部研究報告
一g4一
が遇大となり，欠膠接着等の悪影響をもたらせるためで
第20号
7）
ある．
82
放電処理木材では放電時の含水率の影響は比較的少な
く25∼30μmの浸透であった。PRF滴下時の木材含
≦
冨
水率が12％であったことから，未放電木材の場合の12％
≦
串
に比べて，浸透性が向上しており，放電処理の効果は歴
然としている．しかし，放電時含水率の影響は今一つ明
確ではなかった．
3．3赤外吸収スペクトル
これまでの研究結果から，放電処理によって木材表面
2）3）
の酸化されることが知られているため，木材表面から削
篶
￡
已1
8
旨
｛
易
暑
り取った木粉の赤外吸収スペクトルを得た．ベンゼン核
1500cm−1に対するヵルボニル1730cm−1の吸光度比を
求め，Fig．8に放電時含水率との関係を示した．
放電時含水率12％でカルボニルの増加は認められる
が，他の含水率では放電処理による増加は認められなか
O
0 5 10 15 20 25
M⑰iSサurgC⑪n升en中（％）
F1g8Effect of m01sture content at corona
discharge on absorbance ratio．
った．含水率21％においては，カルボニルの吸光度比は
9）
プラズマドライエッチングである．プラズマ処理申では
マ処理では，ラジカルの発生，二量体化および多量体化
様々な反応が生じているため，特定の反応だけを行うの
および出発物質の完全破壊を含む様々な反応が生じてい
は困難であり，またこれが欠点となっている．それ故，
る。とくに出発物質の破壊を積極的に利用したものが，
カルボニルが消失することも十分に考えられる．
120
一方，放竃時含水率12％で最大値を示す傾向は，接触
8︶
減少していた．コロナ放電処理を含めて，非平衡プラズ
角コサイン値等の傾向と類似していた。このことから，
カルボニルの生成が，放電処理による湿潤性の増加の一
2）3）
因であることが明らかである．
椚0
§
8＼て00
2
50
：言
ぐ
冒
＼40
如 gO
冒
讐
呈
這
如
山30
冒
吻 80
を
9
’δ
全
吻20
’ア70
彗
を
冒
．δ
60
園回
0
口團
5⑪
TてO
当
冒
回
團
0
0 5 10 †5 20 25
0 5 10 15 20 25
間⑪is汁ure ζ⑪n中en中一％）
M⑪ヨSサur曾 ζ⑪nヤen中（％）
F1g g Effect of m01sture content at corona
d1scharge on j01nt strength g1ued．w1th
PRF．
Legend O D1scharged，dry strength
F1g1O Effect of m01sture content at corona
d1scharge on Jomt strength g1ued w1th
UF．
Legend O D1scharged，dry strength
口D1scharged，wetstrength
㊧Contro1，dry strength
園Contro1，wet strength
□D1scharged，wet strength
㊧Contro1，dry strength
園Contro1，wet strength
上原・谷川・後藤：コロナ放電処理効果におよぽす木材含水率の影響
一95一
3．4接着力
水率の影響について検討するため，様々の含水率に調湿
これまでの結果，含水率12％のアピトン材について，
2）3）
コロナ放電処理量と接着力の関係は最大値を示した．同
行った．
じ木材について，放電時の含水率が接着力に及ぼす影饗
接触角コサイン値，木材への液滴浸透量，およびベン
を，PRFを用いた場合についてFig．9に示した．
ゼン核に対するカルボニルの赤外吸光度比は含水率12％
2）3）
で最大となり，これまでの結果と同様，放電処理にとも
未放電の場合，常態接着力は接着時の木材含水率の増
したアピトン柾目板を用い，一定量のコロナ放電処理を
加と共に減少していた。湿潤接着力もよく似た傾向であ
なう酸化により湿潤性が向上した．
るが煩きはかなり小さくなった．木材申の水による接着
PRFによる常態接着力は含水率17％付近で最大とな
剤の希釈の結果，接着剤の凝集力が低下したためである
ったが，PRF湿潤接着力およびUFによる接着力では
と考えられる．含水率が20％を越えても，常態接着力で
ほとんど差異が認められなかった．接着力には，木材含
100kgf／cm2付近，湿潤接着力で55kgf／c1皿2の値であ
水率よりもその他の因子の影響が大であった。
り，PRF接着剤が高含水率木材の接着に利用可能であ
本研究のためにアピトンを鋸断調製していただいた島
ることを示している．
根県林業技術セノター林産科の方々に感謝串し上げま
放電処理木材の場合、常態接着力は放電時含水率17％
で最大となった．湿潤接着力ではわずかに増加するのみ
であった。
接着剤にユリア樹脂（UF）を用いた場合を，Fig．10
す．
引用文献
1 KIM，C．Y．and GORING，D．A．I．：Pu1p and
に示した．未放電木材では，PRFの場合と同様の傾向
Paper Mlagazme of Canada，7藪（11），93−96
であり，接着時含水率の増加にともない接着力は減少し
（1971）．
た．
一方，放電処理木材の場合，値が極端に低いため放電
時含水率の影響ぱ認められない．また，PRF，UFどち
らの場合も，木破率と放電時含水率の関係は認められな
かった。
湿潤性および赤外吸収スペクトルで認められてきた傾
向が，接着力の場合に認められない原因として，接着に
影響する因子が多すぎるためであると考えられる．木材
10∼
接着に関する因子は，数多く存在するが，本研究では，．
接着剤についての因子と接着操作（塗布，圧締など）を
一定とした．それでも，まだ，含水率の他に影響する因
子がまだ多く存在するため，接着力からは明確な傾向が
得られなかったものと考える。なお，接着力と接触角コ
2）3）
サイン値や赤外吸光度比の関係は既報と同じであり，今
回だけが特異なデータではなかった。
2．上原徹・伊藤隆。後藤輝男：日本接着協会誌，
2⑰（8）， 333−339（1984）．
3．上原徹。後藤輝男・田中克房’第33回日本木材学
会大会研究発表要旨集，p152（1983）
4．北原覧一．木材物理，森北串版，東京，1967，p
68．
5．北原寛一：木材物理，森北出版，東京，1967，p
69．
6．上村武：農林省林業試験場研究報告，M119，95
−172（1960）．
7．後藤輝男：木材工学，梶田茂編，養賢堂タ東京，
196L p．474．
8．穂積啓一郎編：低温プラズマ化学，南江堂，東京，
1976，p．18．
9．阿部東彦：超LSI時代のプラスマ化学，「電子材
料」編集部編，工業調査会，東京，1983，p75
4。まとめ
10．後藤輝男：木材工学，梶田茂編，養賢堂，東京，
木材に対するコロナ放電処理の効果におよぼす木材含
1961，p．471．

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