ガンマ線照射ウッドプラスチックの性能

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作成： 1998/10/15 藤村　俊一データ番号　　　：010113 ガンマ線照射ウッドプラスチックの性能目的　　　　　　：各種架橋剤による木材の改質と性能評価放射線の種別　　：ガンマ線放射線源　　　　：⁶⁰Co(50,000Ci) 線量（率）　　　：0.25Mrad/h (2.5 kGy, 1 Mrad = 10kGy) 利用施設名　　　：Panoramic Batch Irradiator supplied by the Bhabha Atomic Research Centre 照射条件　　　　：減圧(1.333x10²Pa～5.332x10⁴Pa) 応用分野　　　　：住宅建材、家具、外装建材、リサイクル概要　　　　　　：　インドの木材を有効利用するため、各種架橋剤を用いてウッドプラスチックに改質してその性能を調査した。木材を減圧した状態に保持して架橋剤を10時間含浸させ、その後ガンマ線で架橋させる方法である。スチレンを除くアクリロニトリル、酢酸ビニル、MMA等は2Mrad (20 kGy) 程度で機械特性、圧縮特性、疲労特性、吸水性を改善できた。特に、架橋剤を混合して用いると効果が向上する。詳細説明　　　　：　　インドでは年間26万立方メ-タの木材が生産されているが、製品として利用されるのは1／3で残りの2／3が品質上の問題等で燃料にされている。性能の劣る木材の品質改良が検討されているが、中でも放射線を利用してポリマーを木材の中に形成するウッドプラスチック(WPC)が良い性能を示している。本研究は、2種類の木材に市販の架橋剤4種を含浸させ、ガンマ線で照射して得られたWPCの性能を調べたものである。2種類の木材の特性は表1の通りで、密度の差によって乾期と雨期で含水率が異なる傾向がある。表1　Physical characteristics of murukku and rubber（原論文1より引用） ------------------------------------------------------------- Average MC(%) Pore volume ---------------------- Species Density(kg/m³) (%) Low High ------------------------------------------------------------- Murukku 280±40 81.81 13.1±1.2 27.6±1.8 Rubber 720±86 53.24 12.4±1.3 26.5±1.5 ------------------------------------------------------------- 　これらの木材を平滑に切断し試験片とした。試験片は容器に入れて30分間減圧した後、所定の架橋剤(市販品を洗浄して使用)を注入して10時間放置した。試験片に付着している架橋剤を拭き取り重量を測った後、アルミ箔に包んでガンマ線を照射した。ガンマ線の線源は5万Ciのコバルト60、線量率は0.25Mrad/h (2.5 kGy/h)であった。照射後に試験片の表面を拭き取って重量を測定した。こうして得られた試験片について機械特性、圧縮特性、疲労特性、吸水性等の試験を行った。表2にガンマ線照射によって架橋剤がポリマー化する割合を示す。ガンマ線の照射量が増えると架橋剤が木材中で架橋反応を起こしポリマー化する量が増加するが、架橋剤の中ではスチレンが最も多くの照射線量を必要としている。これはベンゼン環が悪い影響を与えたものと考えられる。その他の架橋剤は2Mrad (20 kGy) 以下で100%近く架橋しており、混合物にした2種類の例(アクリロニトリルとMMAまたは酢酸ビニル)ではそれぞれ単独より少し良い傾向にあった。表2　Percent conversion of monomers in murukku and rubber (1 Mrad = 10kGy)（原論文1より引用） ----------------------------------------------------------------------------------------- Total dose Acrylo- Vinyl Acrylonitrile Acrylonitrile- (Mrad) MMA Styrene nitrile acetate (MMA) vinyl acetate ---------- ---------- ---------- ---------- ------------- -------------- Ⅰ Ⅱ Ⅰ Ⅱ Ⅰ Ⅱ Ⅰ Ⅱ Ⅰ Ⅱ Ⅰ Ⅱ ----------------------------------------------------------------------------------------- 0.5 12.5 13.7 －－ 12.6 15.1 15.4 16.2 25.0 32.1 20.3 26.4 1.0 34.5 36.1 10.1 11.2 30.3 38.5 40.2 46.5 60.0 78.0 60.0 70.5 1.25 65.2 74.1 －－ 55.5 68.7 70.2 82.1 72.5 81.4 78.5 87.2 1.50 81.2 98.2 －－ 78.2 97.6 80.0 98.6 98.4 98.1 98.0 98.2 1.75 98.5 －－－ 98.2 － 98.4 －－－－－ 3.0 －－ 12.8 14.3 －－－－－－－－ 5.0 －－ 18.4 20.5 －－－－－－－－ 7.0 －－ 50.2 56.5 －－－－－－－－ 8.0 －－ 77.8 87.8 －－－－－－－－ 9.0 －－ 88.6 98.2 －－－－－－－－ 10.0 －－ 96.5 －－－－－－－－－ ---------------------------------------------------------------------------------------- (Ⅰ)Murukku and (Ⅱ)rubber. 試料の減圧条件を1.33x10²Pa～5.33x10⁴Paに変えて架橋剤の含浸率を調査したが、木材の差はあるものの減圧の差は殆どなかったので、以下のデータは1.33x10²Paで行ったものである。図1　TS of rubber based composites. 1.Control, 2.p-(acrylonitriles +vinyl acetate), 3.p-MMA, 4.p-(acrylonitriles +MMA) and 5.p-styrene (1 Mrad = 10 kGy).（原論文1より引用）　図１はゴムの木の照射線量と引張り強度の関係を示したもので、木材だけでは1Mradで約19%上昇するがその後は低下する。架橋剤を含浸すると引張り強度が上昇しアクリロニトリル、MMA混合物では最大2倍にまで改善が可能となる。圧縮特性、疲労特性もほぼ同様の傾向を示した。2種類の木材は2ヶ月間水に浸漬しておくと重量が2～3倍に増加するが、WPCでは10%前後に抑えることができる。アクリロニトリル、MMA混合の架橋剤ではプラスチック並みの4～5%の吸水率を達成できた。WPCのX線回折を行った結果、ポリマーは木材のセルロース非晶部でグラフト化していることが分かった。コメント　　　　：　木材の有効利用としてWPCの研究が東南アジアで盛んに行われている。本報告はインドの研究状況を知る上で参考になる。木材の性質は地域、環境によって異なるのでそれらを変動要因として架橋剤の特長を明らかとしている。日本ではWPCのコストパフォーマンスが悪いので普及していないが、今後東南アジアからの輸入品が増えることが予想される。原論文１ Data source 1： Studies on certain wood-plastic-composites prepared by gamma irradiation P.T.THOMAS, B.R.S.BABU and K.NEELAKANDAN Goverment Arts and Science College, Calicut673018, India Bull. Mater. Sci., Vol.16, No.1, pp73-83(February,1993) キーワード：ウッドプラスチック、架橋剤、モノマー、酢酸ビニル、メタアクリル酸メチル、含水率、吸水率、含浸、機械特性、X線回折 wood-plastic, crosslinking agent, monomer, vinyl acetate, methylmethacrylate, moisture content, water absorption, soak, mechanical property, X-ray diffraction 分類コード：010102, 010506, 040501
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