パルプ材
パルプ材とは、粉砕され繊維状のパルプに加工された木材と定義できます。製紙によく使用される多用途の天然資源ですが、低品位木材に加工されてチップ、エネルギー、ペレット、エンジニアリング製品にも利用されます。[ 1 ]
パルプ材はほとんどの種類の樹木から得られます。樹木を広葉樹と針葉樹に分類するのが、パルプ材から作られる紙の種類を分類する最も簡単な方法です。[ 1 ]
広葉樹は印刷用紙のパルプ原料として好まれています。広葉樹の繊維は細く、小規模な均一性、不透明性、表面の滑らかさといった、印刷用紙にとって重要な要素を満たすのに有効です。[ 2 ]
針葉樹は、繊維が長く細いため、丈夫な紙の原料として好まれます。繊維が薄壁のモミなどの低密度針葉樹は、接着強度が求められる紙に適しています。これらの強度特性には、引張強度、破裂強度、表面強度などがあります。[ 2 ]
パルプ生産のために特別に育てられた木は世界のパルプ生産量の15％を占め、原生林は9％、残りは第二世代/第三世代以上の森林で占められています。[ 3 ]
広葉樹の用途
広葉樹は針葉樹とは解剖学的構造が異なり、それが物理的特性、耐久性、加工性、接着性に影響を与えます。広葉樹では、針葉樹とは異なる種類の細胞が3つの主要な役割を果たしています。主な役割は、安定化、導水、そして貯蔵です。[ 4 ]
広葉樹の用途は、次の 4 つの領域に分けられます。
- 無垢材製品
- 木質材料
- 改造後の使用
- 補足サービス[ 4 ]
無垢材製品
広葉樹（オークなど）は、梁、屋根構造、木骨組みの好ましい原材料です。ここ数世紀の間に、無垢の広葉樹の使用は減少していますが、これはおそらく、樹木の大きさに制限されない大規模な建築を可能にする木質材料の開発によるものと考えられます。[ 4 ]
パルプ材にはあらゆる大きさの樹木が使用可能ですが、通常は胸高直径5～9インチの樹木が使用されます。これらの樹木は、製材用木材の伐採後、または密集した林分の間伐のための別作業として伐採されます。低品質の林分は、より望ましい樹種に森林を再生するためにパルプ材として完全に伐採されます。また、木材としての利用を妨げる病気や欠陥のある大木も伐採されます。[ 5 ]
その他の用途としては、遊び場、木製外装材、枕木、橋梁などがあります。[ 4 ]家具も広葉樹のもう一つの用途です。純粋な無垢材で作られた家具は比較的稀です。テーブル、棚、キャビネットの扉など、家具のほとんどの部分は接着材で構成されているため、木質材料に分類されます。無垢材は、椅子、テーブル、ベッド、布張りのフレーム、サイドボード、キャビネット、浴槽など、様々な用途に使用できます。[ 4 ]
広葉樹は、寄木細工の床、ドア、窓などの内装にも使用されます。特に寄木細工の床には広葉樹が好まれます。床材に「使い古したような」印象を与え、見た目を美しくするために、濃い色の樹種がよく使用されます。玄関ドアや窓には無垢材が使用され、室内ドアは主に木質パネルで作られています。[ 4 ]
木質材料
木質材料はいくつかの種類に分けられます。無垢材、合板、パーティクル、繊維などです。無垢材は梁やパネルとして使用されます。無垢材に使用される代表的な樹種には、ブナ、オーク、バーチ、ハンノキ、クリなどがあります。広葉樹は、合板などの非構造製品によく使用されます。[ 4 ]
クロスラミネーテッドティンバー（CLT）などの構造製品は、主に針葉樹材で構成されています。パーティクル材は、低密度木材や製材所の廃材を利用するのに最適です。パーティクル材の種類には、パーティクルボード、ミネラルボンド木質複合材、配向性ストランドボード（OSB）、積層ストランドランバー（LSL）、配向性ストランドランバー（OSL）などがあります。[ 4 ]
繊維材料には、ファイバーボード、断熱ファイバーボード、木質粒子成形品、木材プラスチック複合材などがあります。ファイバーボードと断熱ファイバーボードの品質と加工性は、繊維の割合、繊維の幾何学的構造、そして木材の特定の化学組成によって左右されます。広葉樹の繊維は短く、滑らかで、細く、絡まないため乾式生産に適しています。皮肉なことに、広葉樹はファイバーボードや断熱ファイバーボードにほとんど使用されていません。[ 4 ]
改造後の使用
木材改質の目的は、寸法安定化と耐久性の向上です。木材は、化学改質、熱処理、アンモニア処理、電気透析など、様々な方法で改質することができます。 [ 4 ]
化学修飾、熱処理、含浸（塩、金属、モノマー、ポリマーによる）が最もよく使われる方法です。[ 4 ]
補足サービス
広葉樹は、木造建築物や紙以外にも様々な用途があります。例えば、食品生産など、物質として利用することができます。ブナやオークのおがくずは、食用キノコの栽培に利用されています。オーク、ブナ、カエデは肉や魚の塩漬けに使用され、オークの板材、チップ、粉末はワインの香り付けに使用されます。オークやニセアカシアのおがくずは、銅、ニッケル、亜鉛、カドミウムなどの元素をろ過するのに使用できます。また、プラスチックにも添加できます。リノリウム床材の60%はおがくずでできています。[ 4 ]
木材は、製材所の廃材や低効率の木材など、エネルギー源としても利用できます。広葉樹材をエネルギー源として利用する主な方法は、燃焼、木材ガス化、バイオエタノール生産の3つです。[ 4 ]
燃焼：スプリットビレット、チップ、木質ペレット。高密度の木材は燃焼速度が遅く、発熱量は木材の水分含有量に依存します。密度が高くなると燃焼速度は低下します。[ 4 ]
木材ガス化（合成天然ガスとバイオマスの液体化）：合成ガスの製造は木材の燻蒸によって行われる。[ 4 ]
バイオエタノール：まず糖に含まれるセルロースとヘミセルロースを酵素と酸で分解し、次に微生物の助けを借りて糖を発酵させます。最後に蒸留と脱水によってバイオエタノールが生成されます。[ 4 ]
針葉樹の用途
針葉樹は、針葉と球果からなる裸子植物の樹木です。針葉樹のサンプルを顕微鏡で観察すると、仮道管が存在するため、（目に見える）気孔がないように見えます。[ 6 ]仮道管は、木部（液体を運ぶ組織）の原始的な要素です。単一の細長い細胞と、厚いリグニン層を含む二次セルロース壁で構成されています。[ 7 ]髄条と仮道管は水を輸送し、樹液を生成します。木材の約80%は、スギ、ダグラスモミ、ジュニパー、マツなど、針葉樹から得られます。[ 6 ]
「針葉樹」と呼ばれていますが、実際には広葉樹に比べて（質感が）柔らかいわけではありません。この用語は、裸子植物または針葉樹から得られる木材を指すだけです。一部の広葉樹は、特定の針葉樹種よりもさらに柔らかいものもあります。[ 8 ]
針葉樹は木材製造にも使用され、製造される製品によっては広葉樹よりも好まれることがあります。針葉樹が建築用パルプ材として適している重要な特性の一つは、あらゆる種類の仕上げを容易に吸収することです。非常に耐久性が高く、長期間（何世紀も）使用できます。針葉樹は成長速度と発達が速いため、広葉樹よりも安価になる傾向があります。用途が広く、強度が高く、管理も容易です。最大級の針葉樹林は、カナダ、スカンジナビア、ロシアに存在します。[ 8 ]
針葉樹の種類
シダーウッド：最も耐久性と耐久性に優れた針葉樹材の一つです。地中海地域原産で、水、細菌、真菌、昆虫に対する高い耐性を備えています。その優れた耐性は、甘く心地よい天然の香りから生まれます。防虫作用があるため、シダーウッドはチェスト、箱、クローゼットなどの室内家具の製造に最適です。また、断熱性にも優れているため、屋根材にも適しています。ウエスタンレッドシダーは、その色と反りや割れに対する耐性から、ギターやバイオリンなどの楽器の材料として使用されています。[ 8 ]
パイン材：主に北半球で産出され、主に家庭用として使用されています。収縮、膨張、反りに強い性質があり、デッキなどの屋外木造建築に使用されます。パイン材の欠点は、経年劣化により木材が割れる可能性があることです。屋外家具やデッキに使用される特定の種類のパイン材で作られた製品は、使用者へのリスクを防ぐために毎年点検する必要があります。[ 8 ]
モミ材：この種類の木材はダグラスモミから作られ、北米、ヨーロッパ、北アフリカ、アジアで産出されます。強度と耐摩耗性に優れており、様々な製品に使用できます。家具、ドア、窓、さらには橋梁部品、ログハウス、商業ビルなどの大型製品にも使用されます。また、その頑丈さと安定性から、造船や航空機の製造にも使用されます。[ 8 ]
レッドウッド：耐候性、耐虫性、耐腐食性があるため、主に屋外用途に使用されます。これらの特性から、高級建築用木材として知られています。また、天然の強度、安定性、そして長寿命（長期間使用可能）に優れているため、デッキ材としても使用されます。[ 8 ]
製品
パルプ材は様々な用途に使用でき、その一部は既に上で述べた通りです。主な用途としては、以下のものがあります。[ 1 ]
紙
製紙はパルプ材の最も一般的かつ主要な用途です。紙は広葉樹と針葉樹の両方から生産できますが、それぞれの樹種は特有の特性を持ち、それによって生産される紙やその他の製品の種類が異なります。広葉樹の短い繊維は、印刷用紙のように滑らかで均一な紙を生み出します。針葉樹の長い繊維は、新聞用紙のような工業用紙を生み出します。[ 1 ]
木材は機械的または化学的に分解されます。分解後、繊維（2種類のセルロースから構成）とリグニンが残ります。リグニンは木材の繊維をつなぎとめる接着剤またはセメントの役割を果たします。簡単に言えば、木材パルプとは、リグニンを取り除いた大量の木材繊維です。木材パルプは、本来は濃い茶色から薄い灰色です。濃い茶色の木材パルプは紙袋や紙箱に使用され、パルプを漂白することで、より高品質の紙（その他製品）が生産されます。[ 9 ]
化学木材パルプ
木材パルプを分解して紙を作る化学的方法は、機械的な方法に比べてより一般的に使用されており、エネルギー効率も優れています。化学的方法では、木材チップは大型タンクで「蒸煮」されます。このタンクは蒸解釜と呼ばれ、圧力鍋のようなものです。「蒸解液」と呼ばれる化学物質は、木材チップを繊維の塊に分解するのに役立ちます。[ 9 ] 使用される化学物質は、1) 亜硫酸塩と過剰量の二酸化硫黄、2) 苛性ソーダと硫化ナトリウム（クラフト法）です。木材のリグニンが可溶性になり、繊維が完全な繊維に分離されます。さらに漂白による精製を行うこともできます。漂白とアルカリ抽出によってパルプを精製したものは、アルファパルプまたは溶解パルプと呼ばれます。このタイプのパルプは、特殊紙、レーヨンやセルロースフィルムの製造、セルロース誘導体（硝酸塩や酢酸塩）の製造に使用されます。[ 10 ]
機械パルプ
機械パルプ化では、機械を用いて木材チップを粉砕し、リグニンの大部分を保持したパルプを作ります。この工程で生成される短繊維のため、得られた紙は主に新聞、電話帳、その他の低強度紙に使用されます。[ 5 ] 機械パルプは粉砕木材パルプとも呼ばれ、粉砕工程は木材を回転する砥石に押し付けるか、チップをミルに通すことによって木材を研磨することから始まります。[ 10 ]
パルプ粉砕機は通常、電動モーターで駆動され、自動的に投入されます。粉砕された木材パルプのほとんどは、隣接する製紙工場へ直接送られ、原料として使用されます。その後、円筒形の真空フィルターでシート状に成形され、油圧プレスで水分含有量が約50%になるまで圧縮されます。圧縮されたシートからベールが形成されます。[ 10 ]
ペレット
パルプ材からは木質ペレットも生産され、住宅暖房や発電に利用できます。木質ペレットは、バイオマス（未利用の樹木の枝など）、おがくず、あるいは樹木全体を粉砕して作られ、小さなペレットに圧縮されて保管、輸送、ボイラーや炉への投入に使用されます。木質ペレットの製造には、粒子を結合させるために必要な樹脂含有量が多い針葉樹が好まれます。[ 1 ]
薪
薪はパルプ材の最も古い用途です。質の悪い木はより有効活用され、熱、光、調理用燃料などの粗エネルギー源として燃やされます。[ 1 ]萌芽更新とは、木を根元から伐採し、新芽が成長するための土台を作るという、古くから伝わる伝統的な森林管理技術を指します。[ 11 ]石器時代には、萌芽更新は薪燃料の生産のために森林を管理するために行われていました。[ 1 ]
バイオ燃料
バイオ燃料とは、植物性物質または肥料から得られる燃料を指します。現在、バイオ燃料が化石燃料の代替エネルギー源として安全かつ環境に優しいものとなるかどうかが議論されています。植物の炭素は、光合成によって大気中の二酸化炭素を吸収することで生成されます。バイオ燃料／植物由来燃料を燃焼させると、同量の二酸化炭素が大気中に放出されます。[ 12 ]
木材燃料から熱と電気を生成するには、複数のステップを踏む必要があります。
熱分解過程で生成される灰には植物肥料として使用される栄養素が含まれていますが、樹木の原産地の土壌からの汚染物質も含まれている可能性があります。[ 13 ]
木材燃料の潜在的な供給源としては、商業植林地からの間伐材、木材伐採や樹木栽培活動からの残材、萌芽更新や製材所からの残材などが挙げられる。[ 13 ]
出典
ログ記録
初期のパルプ材生産は、製材用の伐採作業が中心でした。製材所への丸太の輸送は大きな課題であり、水上輸送は有効な手段となりました。水上輸送は、製材所と伐採地を結ぶ最も安価で唯一の手段でした。川源に向かって伐採可能な木材の探索が続くにつれ、様々な河川改修によって伐採能力が向上しました。ダム建設や、貯水池を利用して川の自然な流れを増やすといった河川改修の手法も、その一つでした。[ 14 ]
混交林の伐採では、良質な樹木は通常、製材用の製材用原木として使用され、劣質な樹木やその構成材はパルプ材生産のために伐採されます。混交林の伐採では、パルプ材は通常、以下の4種類の木質材料から得られます。
- 開放的に育った木は、幹の低い部分で枝が密集しており、そのため製材用の丸太としては適していません。
- 枯れた木や病気の木。
- 製材用丸太として伐採された木から切り取られた上部（枝は樹皮を取り除いた後には使用できる木材がほとんど含まれていないため、ほとんど使用されません）。
- 小さな木。製材用の丸太として伐採するには小さすぎます。
自然林は、様々な理由から製材用原木としての価値が低い場合、パルプ材のみを目的として伐採されることがあります。これは、林分における優占樹種（例えば、北米北部の一部のポプラ林）や、最寄りの製材工場やパルプ工場への相対的な距離に起因する可能性があります。
プランテーション
パルプ・製紙工場への供給を確保するため、ユーカリ、アカシアなどの針葉樹の広大な単一栽培が南北両地域で進められている。これらの地域では、樹木の成長が早く、土地と労働力が安価で、多額の補助金も出ているため、木材の価格が安くなっている。外来樹木が在来林、草原、農地、牧草地に侵入するにつれ、多くの国で貧困、環境悪化、農村紛争といった問題が生じている。[ 15 ]
プランテーションは森林に似た樹木で満ち溢れていますが、両者は大きく異なります。森林は、土壌、水、微気候、エネルギー、そして多様な植物や動物が相互に関係し合う多様な生態系からなる、複雑で自己再生力のあるシステムです。一方、商業プランテーションは、木材、燃料、樹脂、油、果物といった限られた生産物のみを生産するために、樹種や構造が劇的に単純化された耕作地です。プランテーションの樹木は樹種と樹齢が限られており、広範囲かつ継続的な人為的介入が必要です。[ 15 ]
パルプ材は、製材用丸太の生産量がごくわずか、あるいは最小限に抑えられた、パルプ材栽培専用の樹木農園からも収穫されます。パルプ材として特に栽培されている樹種の単一栽培としては、アメリカ合衆国南部のテーダマツとスラッシュパイン、ラテンアメリカ、イベリア半島、オーストラリア、東南アジアの様々なユーカリ（最も一般的なのはユーカリ・グロブルスとユーカリ・グランディス）などがあります。 [ 16 ]
プランテーションは通常、農作物、草地、または低木林に取って代わるものです。商業上の必要性に応じて利用されるため、健全な土壌に造成され、一定の肥沃度と水供給を必要とする短期間で急速な成長を目的とします。そのため、プランテーションは既に地元の人々が利用している地域を占有する傾向があります。[ 15 ]
救助用切片
森林火災、竜巻、ハリケーン、その他の自然災害後の伐採残材は、パルプ材としてよく使用されます。クラフトパルプ製造に使用される木材の代替供給源としては、解体現場から回収された木材、木材加工工場から回収された木材、木製パレットなどがあります。[ 17 ]
救済伐採とは、害虫、病気、風、氷、雪、火山活動、または山火事によって枯死または損傷した樹木を伐採することです。救済伐採の目的は、樹木が腐る前にその経済的価値を回復することです。枯死した樹木は急速に腐るため、救済伐採のタイミングは経済的価値を最大限に引き出す上で非常に重要です。火災後の救済伐採は、伐採後に伐採残材を適切に処理することで、燃料管理と将来の火災挙動の抑制に役立ちます。[ 18 ]
木材残渣
製材残材はパルプ材として利用されます。中でも最も重要なのは、製材エッジング機から出る側枝です。これにより、心材を含まず、ほぼ辺材のみの木材が得られます。辺材は心材よりも構造がオープンで抽出物含有量が少ないため、パルプ化が容易です。[ 19 ]辺材の繊維長は、一般的に心材よりも長くなります。また、辺材は通常より軽く、機械パルプ製造において木材パルプの漂白処理が少なくなるため有利です。
おがくずは非常に短い繊維を産出するため、ティッシュペーパーや筆記用紙の原料として適しています。しかし、鋸刃は薄くなり、歯も小さくなったため、おがくずは繊維源として小さすぎます。[ 20 ]
いくつかのパルプ材の化学組成
| パルプ材の化学組成[ 21 ] (%) | |||||
|---|---|---|---|---|---|
| 木材 | セルロース | リグニン | マンナン | アラバン | キシラン |
| アスペン | 56.5 | 16.3 | 2.3 | 0.4 | 16.0 |
| 白樺 | 44.5 | 18.9 | 1.5 | 0.5 | 24.6 |
| 赤いカエデ | 44.8 | 24 | 3.5 | 0.5 | 17.3 |
| バルサムモミ | 47.7 | 29.4 | 12.4 | 0.5 | 4.8 |
| ジャックパイン | 45.0 | 28.6 | 10.8 | 1.4 | 7.1 |
| ホワイトスプルース | 48.5 | 27.1 | 11.6 | 1.6 | 6.8 |
代替用途
トイレットペーパーの商業生産にはサトウキビの副産物と竹が使われています。
木材パルプは、製紙や「針葉樹材への応用」および「広葉樹材への応用」のセクションで述べた用途以外にも、現代では様々な用途に利用されています。その用途は、衛生用品から革新的な医療製品まで多岐にわたります。[ 22 ]
木材は、環境に優しい繊維製造技術など、新しいバイオ製品の原料としても利用できます。パルプ材は、エネルギー消費量と化学物質消費量を削減する技術開発に活用されています。[ 22 ]
- パルプを機械的に処理して微細なミクロフィブリル化セルロースを生成することができ、これを使用して溶剤を使わずに繊維を作ることができます。
- パルプはイオン液体に溶解され、その後圧縮されて糸を作るのに使用できる細い糸を形成する。
- まず繊維を分離し、その後液体にして繊維に変換します。[ 22 ]
参照
参考文献
- ^ a b c d e f gローリー、ザカリー（2022年2月23日）「パルプ材とは何か、そして何に使われているのか？」『ティンバーランド・インベスター』
- ^ a b Rennel, J (2001). 「パルプと紙：木材資源」エルゼビア. pp. 7913– 7917. Bibcode : 2001emst.book.7913R . doi : 10.1016/B0-08-043152-6/01425-X . ISBN 978-0-08-043152-9。
{{cite book}}:|journal=無視されました (ヘルプ) ;欠落または空です|title=(ヘルプ) - ^ Martin, Sam (2004). 「Paper Chase」 . Ecology Communications, Inc. 2007年6月19日時点のオリジナルよりアーカイブ。2007年9月21日閲覧。
- ^ a b c d e f g h i j k l m n o pハースト、アンドレアス（2010年5月）「広葉樹の応用分野の可能性」『木材研究』56 (1): 125–136。
- ^ a b Kaddoura, Naji (2024). 「パルプ材とは何か？」 .私たちはパルプ材を消費しているのか？ . 2024年4月9日閲覧。
- ^ a b「Hardwood vs. Softwood」 . Diffen LLC . 2024年3月7日. 2024年3月20日閲覧。
- ^ロドリゲス、エミリー (2016年11月28日). 「tracheid」 . 2024年3月20日閲覧。
- ^ a b c d e f Minelli Group (2021年8月26日). 「木材製造」 . Minelli: Wood Products since 1937. 2024年3月22日閲覧。
- ^ a b Smith, Sanford (2005年5月10日). 「From the Woods: Paper」 .ペンシルベニア州立大学エクステンション. 2024年3月12日閲覧。
- ^ a b cブリタニカ (2024年4月8日). 「パルプ製造プロセス」ブリタニカ.
- ^ 「コピシングとは何か」ナショナル・トラスト。2024年3月12日閲覧。
- ^ナショナルジオグラフィック (2013年11月19日). 「バイオ燃料と気候変動：パルプ材が救世主か？」ナショナルジオグラフィック. 2024年3月20日閲覧。
- ^ a b c「バイオ燃料」 . OpenLearn . 2024年3月20日. 2024年3月20日閲覧。
- ^ウィルソン、ジョン (1933). 「パルプ材伐採」 .林業クロニクル. 9 (2): 32– 48. doi : 10.5558/tfc9032-2 . 2024年3月22日閲覧。
- ^ a b c Carrere, R. (1996). 「パルプ材プランテーション：深刻化する問題」(PDF) . 2024年4月12日閲覧。
- ^ Kittisiri, Areerat (1996年6月2日). 「単一栽培の影響：タイのユーカリ農園の事例」 . 「単一栽培：環境・社会への影響と持続可能な代替案に関する会議」 . タイ、ソンクラー. 2006年2月7日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2007年10月16日閲覧。
- ^ Ahmed, Aziz; Akhtar, Masood; Myers, Gary C.; Scott, Gary M. (1998). 「産業用木材廃棄物のクラフトパルプ化」(PDF) . TAPPIパルプ化会議、モントリオール. pp. 993– 1000. 2007年12月3日時点のオリジナルよりアーカイブ(PDF) . 2007年10月16日閲覧.
- ^ Fitzgerald, S. (2018). 「火災に関するよくある質問 - サルベージカット：火災の挙動と深刻度への影響は？」(PDF) .オレゴン州立大学.
- ^ Gullichsen, Johan; Paulapuro, Hannu 編 (1999). "3".森林製品化学. 製紙科学技術. 第6A巻. ヘルシンキ, フィンランド: Capet YO. p. 298. ISBN 952-5216-06-3。
- ^ビアマン、クリストファー・J. (1993). 『パルプ製造と製紙の基礎』サンディエゴ: アカデミック・プレス社 p . 22. ISBN 0-12-097360-X。
- ^ロバート・サミット、アラン・スライカー. 1980. 『材料科学ハンドブック 第4巻：木材』フロリダ州：CRCプレス社.
- ^ a b cコード、デイビッド. 「パルプは紙以上のものを作る」 . UPMパルプ. 2024年3月22日閲覧。
