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作成： 1997/09/30 石垣　功

データ番号　　　：010069
ウッドプラスチック複合材
目的　　　　　　：ウッドプラスチック複合材の開発
放射線の種別　　：ガンマ線
放射線源　　　　：60Co線源
線量（率）　　　：3 Mrad, 800 krad/h (30kGy, 8kGy/h)
利用施設名　　　：The Gamma Tech LTD Chittagong
照射条件　　　　：ポリエチレンバッグ中、室温
応用分野　　　　：放射線重合、放射線グラフト、放射線橋架け、
概要　　　　　　：
　強度がなく通常は燃料に使用されている木材をウッドプラスチックに加工して、建築資材に有効利用することを目的に、そのガンマ-線による製法が検討された。特に、ポリマ-含浸率と機械的強度(主として、引張り強度)を高めるための各種添加剤を網羅的にサ-ベイすると共に、経済性をも考慮して最適の放射線含浸重合の組成が提案されている。
詳細説明　　　　：
　
　含浸ポリマ-として、styrene(ST), acrylamide(AM), butylmethylacrylate(BMA), methylmethacrylate (MMA) が検討され、これらの中では、ポリマ-含浸率が最も高いのはAMであることが判明した。しかし、その入手の難易及び経済性の観点から、含浸用のモノマ-としては、MAが選択された。各種添加剤のポリマ-含浸率(PL)と強度(引張りTf、曲げBf)に及ぼす影響を調べた。添加剤としては、酸化合物として、一塩基酸(formic acid, acetic acid, propionic acid, n-butaric acid, iso-butaric acid, benzoic acid) 、二塩基酸(oxalic acid, malonic acid, succinic acid, adipic acid, ortho-phthalic acid)、異種官能基酸(salicylic acid, citric acid, chloroacetic acid, picric acid, phenol) 、ハロゲン酸とルイス酸(HF, HCl, HBr, FeCl3, AlCl3)、及び無機酸(H2SO4, HNO3, H3PO4, HClO4, H3BO3) の効果を詳細に検討した。また、含浸モノマ-との共添加剤として、Urea, N-vinyl pyrrolidone(NVP), tripropylene glycol diacrylate (TPGDA),trimethylolpropane tri-acrylate(TMPTA)、Cu2+及び Li+を添加した場合の効果についても調べた。
　
　酸化合物の添加により、PLはいずれの酸においてもかなりの増加が認められた。一塩基酸では、acetic acidとiso-butaric acidで、また二塩基酸では、oxalic acid で極大となった。一方、強度は、すべての一塩基酸でTfが減少し、二塩基酸の場合にはTfは一般的に増加するがBfは減少する。その他の酸では、無機酸でPLは著しく増加するが、Tf、Bf共に減少し、acetic acid, phenol, chloroacetic acidなどでBfの増加が認められた。また、共添加剤の効果では、酸化合物が存在しない場合には、PL、Tf、Bfともに増加するが、酸化合物が存在すると、一般的にPLが増加するものの、強度は低下が著しい。ただし、adipic acid とoxalic acid では、Tfとともに Bf も増加することが判明した。さらに、Li+,Cu2+の添加では、Li+ はPLを増加させるが、Tfには殆ど影響を及ぼさず余り変化しない。また、Cu2+はTfが若干増加するだけであるが、虫や微生物、細菌に対する防虫、殺菌効果が期待できる(表1)。

表1　 Effect of Coadditives on Tensile Properties(Tf and Bf) of Wood-Plastic Composite of Kadom, Prepared in the Presence of Acids.（原論文1より引用）



　
MMA
H2SO4
HBr
H3PO4




Additives 　PL　　Tf　　Bf　　PL　　Tf　　Bf　　PL　　Tf　　Bf　　PL　　Tf　　Bf　




Blank481.121.21930.710.70470.950.97790.901.11




Urea661.411.41980.920.92531.081.14891.081.07




NVP611.441.441010.830.91541.091.14891.091.07




TPGDA701.321.32950.760.71500.991.05660.921.03




TMPTA651.381.38970.870.76541.041.10721.031.05




Cu2+571.221.22910.700.70490.940.96640.910.99




Li+591.281.28950.750.74501.040.98641.001.04








　
MMA
Oxalic acid
Adipic acid
Benzoic acid




Additives 　PL　　Tf　　Bf　　PL　　Tf　　Bf　　PL　　Tf　　Bf　　PL　　Tf　　Bf　


Blank481.121.21861.131.08601.201.30730.981.07




Urea661.411.41851.211.28661.211.32761.061.08




NVP611.441.44841.201.30651.211.33751.071.09




TPGDA701.321.32841.041.11561.141.24721.021.03




TMPTA651.381.38851.071.26621.201.27781.041.06




Cu2+571.221.22821.080.98541.171.26700.991.03




Li+591.281.28841.111.11651.191.27741.011.06
　各種モノマ-のMeOH溶液に微量(1 %) のNVP を添加することにより、PLの増加と共に、Tfの顕著な増加が認められた(表2)。

表2　 Effect of Copper Sulfate(Cu2+) on Polymer Loadings(PL) of Wood-Plastic Composites(WPC) Prepared with Simul Using ST, AM, BMA, and MMA in Presence of Urea at Different Methanol Concentrations. （原論文3より引用）



%
monomer
in
methanol
% PL




ST
AM
BMA
MMA





　U　
U +
Cu2+

　U　
U +
Cu2+

　U　
U +
Cu2+

　U　
U +
Cu2+


   10        6      0       12      8       11       10      20     19


   20       18     12       16      9       33       21      36     31



 
  30       25     22       67     52       48       40      41     39



   50       35     29       82     76       73       63      46     44




   60       42     35      109     99       81       76      46     43




   70       49     42      143    133       92       88      48     42




   80       56     52       99     81      109       98      52     47




   90       62     56       81     78      138      122      54     49




   Tf        1.12   1.20     1.43   1.44     1.36      1.35   1.27   1.22




Note. U = urea.
　NVP はモノマ-やオリゴマ-の橋架けにおいて重要な役割を演じることが良く知られている。つまり、=C-O基に隣接した窒素原子の不対電子がユニ-クな挙動を取るためである。さらに、(=N-CO-)基を含む尿素を添加することにより、Tfが増加する。但しその効果は、NVP 添加のそれよりも小さいが、TPGDA より大きい。一方、PLは尿素添加により、顕著に増加し、TPGDA, TMPTA 添加系のそれらよりも高く、Cu2+存在下でもPL値は最大値を示す(表２、図1)。


図1　Polymer loadings of the composite prepared with MMA in presence of acid, urea, NVP, and TMPTA are shown against the concentration of copper sulfate.（原論文3より引用）

　この様に尿素は、TfのみならずPLのかなりの増加が認められ、経済性をも考慮すると、最適の組み合わせとしては、
　「木材」＋[MMA + 1 % Urea](70 %) + [MeOH + 1 % NVP](30 %)
である。
コメント　　　　：
　ウッドプラスチック複合材(WPC)の放射線による製造技術は、高分子の放射線利用技術の研究開発が盛んに始められた1950年代から、将来性のある開発タ-ゲットの一つとして注目され、多くの基礎的・応用的研究開発がなされてきた技術である。しかしながら、今日その実用化が定着している電線絶縁被覆材の放射線橋架けによる耐熱化、放射線橋架けを利用した熱収縮材や高分子発泡材の製造技術、塗料や印刷インキの放射線による硬化技術、さらには、医療用具の放射線滅菌などに比べて、期待された割りには実用化の進んでいない技術でもある。WPC を建築資材としての用途を考慮した場合　強度としては格別に優れているわけでもなく、木材の軽量、暖かみという特長が失われており、この方面での大きい展開は将来も余り期待できないのではなかろうか。
原論文１ Data source 1：
Wood-Plastic Composite in the Presence of Various Acids.
M.Mozaffar Husain*, Mubaraka A. Khan** and K. M. Idriss Ali**
*Bangladesh Council of Scientific Research, Dhaka and **Radiation and Polymer Chemistry Laboratory, Institute of Nuclear Science and Technology, Bangladesh Atomic Energy Commision,P.O.Box 3787, Dhaka, Bangladesh
Polym.-Plast. Technol. Eng., 35(6), 959-969(1996)

原論文２ Data source 2：
Wood Plastic Composite at Different Urea Concentrations.
M. M. Husain*, Mubarak A. Khan**, K. M. Idriss Ali**, and A. J. M. Moynul Hasan*
*Bangladesh Council and Scientific and Industrial Research, Dhaka and **Radiation Chemistry Laboratory, Institute of Nuclear Science and Technology, Bangladesh Atomic Energy Commission, P.O. Box 3787, Dhaka, Bangladesh
Radiat. Phys. Chem., 45(4), 623-627(1995)

原論文３ Data source 3：
Effect of Copper Sulfate in Wood-Plastic Composites.
K. M. Idriss Ali*, Mubarak A. Khan*, and M. M. Husain**
*Radiation Chemistry Laboratory, Institute of Nuclear Science and Technology, Bangladesh Atomic Energy Commission, P.O. Box 3787, Dhaka, and **Bangladesh Council and Scientific and Industrial Research, Dhaka, Bangladesh
Polym.-Plast. Technol. Eng., 34(1), 29-39(1995)
キーワード：ウッドプラスチック複合材、放射線、照射、コバルト-60、
wood-plastic composite, radiation, irradiation, Co-60,
分類コード：010102

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