木材プラスチック生産の原料選択と技術開発

今日、ある人が2年前に書いたこの記事を読んだ。私はこの文章が今でも十分通用すると感じている。だから、ただそれを受け取り、共有する。

廃木材や廃プラスチックを利用した「人工木材」の時代が到来し、ウッド・プラスチックパネルは、そんな木材とプラスチックの長所を併せ持つ新しい複合材料である。ウッド・プラスチック・パネルという名前自体、ポリプロピレンから高分子材料、木粉から麻布、添加物まで幅広い原料を使った複合材料であることを示している。木質プラスチックパネルの出現は、従来の木材加工技術における圧縮パネルの概念を拡大した。圧縮パネルは、パーティクルボードやMDFから木材プラスチック・パネルへと拡大した。

木質プラスチック材料は、環境保護や資源保護の観点から、特に公共の場や社会インフラにおいて、非常に幅広い市場ポテンシャルを持っている。この幅広い市場の可能性は、木質プラスチックパネル自体の性能の良さに由来する。性能の良さは、主に屋外のフェンス、ドアや窓、観光リゾートや埠頭への適用に反映される。木材の優れた特性に加えて、木質プラスチック複合パネルは腐食や虫食いにも耐えることができる。例えば、波止場に木材プラスチック・パネルが大規模に適用されているのは、主に純粋な木材が防錆処理に使用されていることを人々が知ったためである。防錆処理材には有害物質が含まれており、海洋生物への影響が大きい。ウッド・プラスチック・パネルなら、こうした問題は解決される。同時に、ウッド・プラスチック・ボードはプラスチックよりも強度と硬度が高い。木材とプラスチックの融合によるこれらの利点は、木材・プラスチック複合パネルの応用上の利点と市場展望を確実なものにしている。

統計によると、欧米市場だけでも、木材プラスチック複合材料の市場需要は1万トンに達している。その中で、主にアメリカとカナダでは、上記よりも、主にドックや鉄道、建物のドアや窓に使用され、他の分野では、主に工業用と民生用、特に輸送に反映されています。この需要は今後も一定の割合で伸びると予想される。アジアでは、木材プラスチック複合パネルの用途は比較的経済が発展した国に集中しており、特に日本ではドック建設、床材、都市家具が通常木材プラスチック複合材料で作られている。

資源が不足し、経済が高速化している国として、中国の木材プラスチックパネルの応用はより特別な意義と役割を持つことになる。本稿では、海外の木質プラスチックパネル生産の原料選択と技術開発の方向性に焦点を当て、国内の木質プラスチックパネル生産の発展に有益なことを述べる。

1. 原材料の選択

用途によって、ウッド・プラスチック・パネルの製造は通常、中空、中実、構造用の3種類に分けられる。中空は、荷重を支える架台の表面やフェンスに使用できます。通常の木質プラスチック製ソリッドパネルは、頑丈な設備に使用できます。

木材-プラスチック・パネルの製造に木材を使用する場合にも、温度処理や含水率の問題など、一定の制約がある。しかし、鉱物材料など他の基材に比べ、加工・処理される設備の消耗が少ない。従来の木製品に比べ、ウッドプラスチックパネルには以下のような多くの利点がある：必要に応じて任意に塗装できる。耐水性が強く、耐久性があり、リサイクル材料で作られた木質プラスチックパネルは、簡単にリサイクルされたり、壊れたり、壊れたり、壊れたりすることがない。環境に優しい素材は、木製品と同等の加工能力を持ち、メンテナンスの手間も少ない。欠点は、他の材料と比較して、完成したボードの製造コストが木材の重量の約2倍であること、木材プラスチックボードの密度が0.95～1.46であること、無垢材の密度が0.35～0.59であること、木材の含有量が木材プラスチックボードを決定することである。耐腐食性の程度、つまり木材含有量が多いほど腐食の程度は高くなる。純木製品の生産と比較すると、不十分な点は次のような点に反映される。エネルギー消費量は構造材の2倍である。

木質プラスチック・パネルが用途や使用者の基準を満たすためには、原材料の選択と準備が非常に重要になる。木材プラスチックパネルに必要な原材料として、特別な原材料が指定されていないことは注目に値する。原材料の選択は、入手可能性、経済的要因、製品の市場需要によって決定されなければならない。例えば、木質プラスチック板のポリマーは高密度ポリエチレンでも低密度ポリエチレンでもポリプロピレンでもよく、木材は木粉でも異なる素材の繊維でもよい。しかし、木材とプラスチックの安定性は、清浄度、物性、含水率など非常に重要である。原材料の性能は、廃棄物の種類、処理方法、年数によって大きく影響されるため、清浄な原材料と廃棄物原材料から木材・プラスチックパネルを製造する際に遭遇する技術的問題は異なる。

1.1 木材の選択

木質プラスチックボードの木材原料には、おがくず、木粉、木質繊維がある。木粉はおがくずを乾燥、粉砕したもので、粒度によって等級が分かれる。粗いものから細かいものへ、含水率は低くなります。木質繊維は、再生木材パルプ繊維を利用することができる。

廃木材は、木材プラスチックパネルの原料としても使用できる。廃材は主になめし工場から出る産業廃棄物である。二次加工で発生する廃木材とは、工業生産工程で家具やドア・窓を製造する際に発生する木材残渣消費木材のことである。

廃木材を生産原料として選択する場合、規格を策定し、規格と仕様に従って原料を選択する必要がある。一部の先進国では、民生用の廃木材は木材-プラスチックパネル生産の原料源として除外されており、主に上記の材料に頼っている。原料としての廃木材の清浄度は非常に重要である。ゴム、塗料、単板の量を超えなければ、一般的に許容される。米国のワシントン・クリーンアップ・センターでは、使用済み木材の腐食、金属やプラスチックの含有量、汚れの含有量に関する基準を策定している。

1.2 プラスチックの選択

プラスチックの選択と取り扱いは、いくつかの要因に左右される。木材が高温で劣化しても、プラスチックは℃で加工・使用できる。ウッド・プラスチック・パネルに使用されるポリマーは、主にポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレンである。木材の劣化点℃以下で溶融加工できるプラスチックであれば、木材・プラスチックパネルの製造に適している。リサイクル可能な樹脂や原料も、性能のさらなる向上とコスト抑制のために使用されている。現在の木材・プラスチックパネル製造技術によれば、木材・プラスチックパネルの用途の違いにより、異なるプラスチックの選択が決定される。例えば、屋外用の木質プラスチックパネルは、主にポリエチレンを原料としている。

HDPE：高密度ポリエチレン。通常、牛乳瓶の製造に使用される。この半透明の素材は市場でより価値がある。

LDPE：低密度ポリエチレン。広く使われており、包装用フィルムとして一般的。ある外資系企業では、低密度ポリエチレンの廃フィルムを使用した木質プラスチック板の架台を毎年生産している。

PVC：ポリエチレン。消費者向けに集められたポリエチレンは、日用品や食用油の包装材として一般的に使用されている。その量が少ないため、木質プラスチックパネルを生産する規模では使用できない。

PP：ポリプロピレン。生活・工業用汎用プラスチックの中で最も広く使用されているプラスチックの一つで、自動車内装や家具などに広く使用されている。木質プラスチックパネルの主原料はポリプロピレンであるが、ポリプロピレン生プラスチックからの木質プラスチックパネルの生産量は、再生ポリプロピレンからの生産量をはるかに上回る。

プラスチックの加工では、小さくて均一な粒子の方が、材料の供給、曲げ、深さ方向の加工に有利である。現在、高分子プラスチックのリサイクル方法は主に機械的手段で行われている。廃プラスチックは小さな粒子や小さなボールに分解され、新しい製品の生産に再利用される。プラスチックの洗浄は重要な部分である。リサイクルコストが高く、それ以上の処理に適さない廃プラスチックについては、埋設される傾向にある。

1.3 添加物の用途

木質プラスチックパネルの製造工程に不可欠な要素として、添加剤はパネルの品質と用途にさまざまな影響を及ぼす。これらの添加剤には、セメント、安定剤、顔料、潤滑剤、防カビ剤、発泡剤などが含まれる。

木粉とプラスチックが有機的に結合することで素材は硬くなるが、混合していないプラスチックに比べるとはるかにもろい。発泡剤などを使用するため、木質プラスチックパネルは同じ仕様の無垢材製品に比べ、強度や硬度、曲げ強度が低い。しかし、木質プラスチック・パネルは吸水率が低いため、これらの欠点を補うことができ、その結果、木質プラスチック・パネルは腐食に強くなります。また、紫外線を吸収する性質があるため、ボードが日光にさらされる範囲をさらに狭めることができる。

2. 木質プラスチック板製造技術の発展方向

木質プラスチックパネルの生産と応用の継続的な拡大に伴い、特に再生木材と廃プラスチックを主な生産材料とする生産プロセスと技術は成熟しつつある。現在の技術は、主に軽量で実際の木材のように見えることから、発泡木材をベースとしたパネルの生産に焦点が当てられている。

木材-プラスチックパネル製品の性能を向上させるために、今後の研究は以下の側面に焦点を当てるべきである：含水率と乾燥工程耐水性と紫外線保護と色の安定性。木材とプラスチックの含水率と耐食性を向上させるために存在する問題との関係、揮発性有機物を評価するための耐火性能、建築における木材・プラスチックパネルの構造特性の改善。

私見では、上記のことはまだ実用的な参考になると思う。