木材プラスチック複合材料の製造プロセスと機能改質

製造工程と機能改良 木質プラスチック複合材 材料
これまでのところ、WPCの製造には主に押出成形、ホットプレス成形、射出成形技術が用いられている。押出成形された木材プラスチック複合材料の物理的および機械的特性に及ぼす工程の影響を調べた。その結果、木材の質量含有率が50%と70%のWPCの製造では、同じWPC成分を使用することで、より優れた物理的および機械的特性を達成できることが示された。
様々な繊維粉末を様々な工程を経てPPと混合して使用する、 木質プラスチック複合材 材料を調製した。その結果、混合成型による木質プラスチック複合材料の機械的性質と耐吸湿性は、積層成型による木質プラスチック複合材料よりも優れていることがわかった。日本の研究者は、木材プラスチック複合材料から木粉を製造する新しい方法を提案し、その機械的特性について研究した。
従来の木粉製造では、均一な木粉サイズを達成するために、微粒子を除去するのに多大な時間と労力が必要であった。提案する新しい製造プロセスでは、まずディスクミルを使用して湿式粉砕を行い、次に乾燥させ、最後にディスクミルを使用して乾式粉砕を行うことで、簡便に均一なサイズの木粉を製造することができる。PPベースの木材プラスチック複合材料の機械的特性は、調製した木粉を添加することによって大幅に改善された。
機能変更
難燃・防煙加工
木質プラスチック複合材 材料はC、H、O元素を多量に含み、脱水、炭化、燃焼を非常に起こしやすく、燃焼すると多量の濃い煙や有毒ガスが発生する。成分の使用には重大な火災安全上の危険があり、多くの分野での用途が大きく制限される。難燃剤と発煙抑制の改良は、木材プラスチックの研究の焦点の一つとなっている。木材プラスチック材料用の新しい難燃剤であるコールマンiteについて研究した。
ホウ素鉱物（スズ方解石、カンラン石、斑れい岩）を用いて木材プラスチック複合材料の難燃性を評価した。その結果、ホウ素鉱物は一般的に使用されている難燃剤である水酸化マグネシウムの代替品として使用でき、WPCの難燃性を高めることができることがわかった。有機ケイ素系難燃剤、ポリリン酸アンモニウム系難燃剤、有機リン窒素系難燃剤を添加することで、PE系難燃剤の難燃効果を向上できることがわかった。 木質プラスチック複合材 機械的特性にはほとんど影響を与えない。
経年変化と耐候性の改良
WPCの経年劣化や気候による損傷は、主に使用中の湿度、光、温度による色、物理的特性、機械的特性への影響によって現れる。したがって、木材プラスチック複合材料の特性に対する自然環境の影響を制御するために、効果的な添加剤や加工処理を使用する必要がある。研究の結果、木粉抽出または脱リグニン処理後に調製したHDPEベースのWPCの表面色は、加速エージング実験後もほとんど変化せず、曲げ強度、静的曲げ強度、弾性率が高く、耐老化性と耐候性が大幅に向上することが判明した。
抗菌加工
WPCは木材よりも耐微生物性に優れているが、そのプラスチック・マトリックスが木質材料を完全に密閉することができず、また様々な有機添加物が添加されているため、カビの腐敗や真菌の侵入・被害も受けやすい。そのため、WPCの抗菌改質も研究すべき分野である。ポリ酸系抗菌剤をグラフト重合した木材プラスチック材料の表面抗菌性を検討した結果、ヘテロポリ酸4級アンモニウム塩複合材料をグラフト重合したWPC表面は、上記細菌に対して良好な抗菌効果を示した。
本研究は、木材プラスチック材料の抗菌分野におけるヘテロポリ酸の応用におけるギャップを埋めるものであり、ヘテロポリ酸の官能基化に新たな道を開くものである。我々は、木材とプラスチック廃棄物から製造される木材プラスチック複合材料の抗菌性を向上させる方法について研究した。WPCの抗菌性を向上させるために、単一／二元系無機／有機抗菌剤を表面に含浸させたところ、いずれの抗菌剤も優れた殺菌効果を示した。
科学技術の急速な発展に伴い、豊富な天然植物繊維を利用してプラスチックを強化することは、高分子系複合材料の持続的成長のための重要な研究方向となっている。そのため、木材プラスチック複合材料は、低炭素、グリーン、環境保護、持続可能な発展といった親しみやすい特徴を持つ新しいタイプの複合材料として、大きな注目を集めている。