先月、施工後4年が経過した物件の壁をサンプリングした。
表面から5mmほどのコアを取り出して、簡易的な加熱脱着にかけてみた。出てきたのは、もうそこに住んでいない入居者が使っていたと思われる柔軟剤の香り成分と、調理由来と思われる油系のにおいの混合物だった。
「これは想定と違う」と正直に思った。
壁紙を剥がした下の石膏ボード表面に、4年前の記憶が閉じ込められていた。建材が「履歴」を持つ、という感覚を初めてリアルに理解した瞬間だった。
吸着とは何か、をもう一度整理する
VOC（揮発性有機化合物）が建材表面に「吸着する」という言葉を、私はずいぶん長い間、なんとなく使ってきた。でも実際のメカニズムを調べるほど、これが単純な現象ではないことがわかってくる。
吸着には大きく分けて2種類ある。物理吸着と化学吸着だ。
物理吸着（physisorption）は、ファンデルワールス力による弱い結合だ。分子間に働く微弱な引力で、吸着した分子は比較的容易に脱着できる。温度を上げたり、周辺濃度が下がったりすれば放出される。
化学吸着（chemisorption）は、共有結合やイオン結合レベルの強い相互作用だ。一度吸着すると、通常の温度・湿度条件では脱着が起きにくい。
石膏ボードで問題になっているのは、この両方が同時に起きているということだ。
石膏（硫酸カルシウム二水和物、CaSO₄·2H₂O）の結晶構造は層状になっており、その表面にはカルシウムイオンと硫酸イオンが露出している。極性を持つVOC分子、たとえばアルデヒド類やケトン類は、これらのイオンと静電的な相互作用を起こす。アルデヒド基（-CHO）は特にカルシウムイオンとの親和性が高いとされている。
一方、無極性に近い炭化水素系VOCは、石膏表面そのものよりも、紙面材の繊維やボード内部の有機物部分に物理吸着しやすい。
つまり石膏ボード1枚の中で、化学的な性質が異なる複数の「吸着サイト」が競合しながら存在している。
多孔質構造という両刃の剣
石膏ボードの比表面積は、製品グレードによって異なるが、BET法による測定でおよそ2〜10 m²/g程度の範囲にあることが報告されている。
これは一見、活性炭（500〜1500 m²/g）などの吸着材と比べると小さな数字に見える。しかし建物一棟の内壁・天井に使われる石膏ボードの総質量を考えると、話が変わってくる。標準的な2LDKのマンション一室で、石膏ボードの総使用量は軽く400〜600kgを超える。比表面積が仮に5 m²/gであっても、それだけで2,000〜3,000 m²の吸着面が室内に広がっていることになる。
そしてここが核心になる。
この多孔質構造は、石膏ボードが「吸放湿材」として機能する根拠そのものだ。JIS A 6901に規定される調湿機能の仕組みも、この毛細管構造と密接に関わっている。湿度が高いときに水蒸気を吸い込み、乾燥したときに放出する。これが「壁が呼吸する」という表現の実体だ。
ところが、水分子だけがこの多孔質構造に出入りするわけではない。
VOCは水より分子量が大きく、一度細孔に入り込むと拡散速度が遅くなる。毛細管凝縮という現象が起きると、VOCは液体に近い状態で細孔内に保持される。この状態になると、単純な換気や乾燥では脱着が進まない。
吸放湿という長所と、VOC蓄積という弱点が、まったく同じ構造から生まれている。
私はこのことを「石膏ボードのパラドックス」と呼んでいる。業界がこの矛盾に対してどれほど自覚的かどうか、私にはまだわからない。
【調べていて気になったメモ①】
毛細管凝縮が起きる細孔半径はケルビン方程式で推算できる。20℃・相対湿度50〜60%の条件では、おおむね1〜5nm程度の細孔で凝縮が生じる。石膏ボードのこのサイズ域の細孔分布データを持っているメーカーが国内に何社あるのか、私は把握できていない。もしデータがあるなら、ぜひ見てみたい。
湿度が「ゲートを開く」問題
ここは私もまだ完全に理解できていない部分だが、湿度とVOC吸着の相互作用について書いておく。
直感的には、湿度が高い状態では石膏ボードの細孔が水分子で占有されるため、VOCの吸着が抑制されるように思える。競合吸着の考え方だ。
ところが実測データを見ると、これが単純にそうならないケースがある。
ホルムアルデヒドを例にとると、相対湿度50%前後の条件で吸着量がピークに近くなるという報告がいくつかある。高すぎても低すぎても吸着効率が落ちる。湿度が低すぎると、石膏表面のイオンサイトが「乾いた」状態になってアルデヒドとの相互作用が変化するのかもしれない。湿度が高すぎると、水分子が先にサイトを埋める。どこかに「最も吸いやすい湿度域」が存在するようだ。
あ、これは余談だけど、この話を最初に読んだとき、私は農業の「畑の保水性と養分吸収の関係」を思い出した。水が多すぎると根が養分を吸えなくなる、というあの話だ。まったく違う世界の現象が、なんとなく同じ構造を持っているように感じることがある。
話を戻すと、つまり梅雨明け直後のような「湿度が急激に変化する」タイミングで、石膏ボードのVOC吸放出挙動が変動する可能性がある。「梅雨が明けたら急に部屋がにおうようになった」という入居者の訴えが時々あるが、これがその一因である可能性を私は疑っている。
【調べていて気になったメモ②】
ASHRAE 62.1では室内空気質の換気基準が定められているが、建材からの「再放散（re-emission）」についての扱いは今のところ限定的だ。ISO 16000シリーズもVOC放散の測定手順を定めているが、長期蓄積後の再放散挙動を標準化した試験方法はまだ確立されていないと理解している。つまり「建材が将来どれだけ吐き出すか」を事前に評価する共通の尺度が、現時点では存在しない。
「吸った後」のことを誰も語らない
VOC規制の話題になると、建材メーカーも施工業者も「放散量」の話をする。F☆☆☆☆（フォースター）基準がその代表だ。JIS A 1460に基づくデシケーター法でのホルムアルデヒド放散量。これは新築・施工直後の放散量を測る指標だ。
しかし、施工から1年、2年、4年と時間が経過したボードが、内部に何を蓄積し、何をいつ放出するか。その挙動を規定する指標は、現行の規格体系の中に存在しない。
最初に書いた「4年後のサンプリング」の話に戻る。
4年前の柔軟剤の成分が壁の中にいた。それは「建材は竣工時の化学的状態を維持し続ける」という暗黙の前提が間違っている、ということを示している。
石膏ボードは使用されるうちに、居住空間の化学的な「記憶媒体」になっていく。入居者が変わっても、その前の生活の痕跡が壁の中に残る。
「吸放湿材として優れている」という評価と、「VOCを長期間蓄積する」という事実は、分けて語ることができない。同じものだからだ。
この問題を「壁紙の防臭コーティングで対処する」という方向性では、根本的な解決にならない。なぜなら問題はボードの表面ではなく、内部の多孔質構造そのものにあるからだ。コーティングは「入口」を変えるかもしれないが、「構造」は変わらない。
既存の手法がなぜ根本的に機能しないのか。それはアプローチのレイヤーが間違っているからだ、と私は考えている。ただし、では何がそれに替わるのか。そこについては、私の手元にある情報と思考だけでは、まだ答えが出せていない。
次に調べたいのは、石膏ボードの製造プロセスにおける焼成温度と細孔分布の関係だ。半水石膏（CaSO₄·½H₂O）が二水石膏に戻る再水和のプロセスで、細孔の「形状」がどう決まるのか。そこに、吸着特性の設計可能性があるとすれば、話は別の局面に入る。そこまで見えたとき、このノートの続きが書けると思っている。