木材プラスチック複合材
木質繊維と熱可塑性プラスチックからなる複合材料
木材プラスチック複合材

木材プラスチック複合材料（WPC）は、木材繊維/木粉とポリエチレン（PE）、ポリプロピレン（PP）、ポリ塩化ビニル（PVC）、ポリ乳酸（PLA）などの熱可塑性プラスチックから作られた複合材料です。

WPCには、木質繊維とプラスチックに加えて、他のリグノセルロース系充填材や無機充填材も含まれる場合があります。WPCは、天然繊維プラスチック複合材（NFPC）と呼ばれるより広範な材料カテゴリの一部であり、パルプ繊維、ピーナッツ殻、コーヒー殻、竹、わら、消化残渣などのセルロース系繊維充填材を含まない場合があります。

化学添加剤は、ポリマーと木粉（粉末）を統合し、最適な処理条件を促進します。

歴史

WPCの製造工程を発明し特許を取得した企業は、1960年にテラーニ兄弟（ディーノとマルコ）によって設立されたミラノのコベマ社です。コベマ社は、Plastic-Woodという商標でWPCを製造していました。[1] [2] Plastic-Woodの発明から数年後、Icma San Giorgio社が熱可塑性プラスチック（WPC）に木質繊維／木粉を添加する最初の工程の特許を取得しました。[3]

用途

複合木材とも呼ばれるWPCは、建築材料としての天然木材の長い歴史と比較するとまだ新しい材料です。北米でWPCが最も広く使用されているのは屋外デッキの床ですが、手すり、フェンス、造園用木材、外装材や外壁材、公園のベンチ、モールディングやトリム、ウッドペッカーWPCの商標でプレハブ住宅にも使用されています。[4] 窓枠やドア枠、屋内家具[5] WPCは1990年代初頭にデッキ市場に初めて導入されました。メーカー[6] [7] [8] [9 ] [10]は、WPCは環境に優しく、防腐剤で処理された無垢材や腐食に強い樹種の無垢材よりもメンテナンスが少なくて済むと主張しています。これらの材料は、木目模様の有無にかかわらず成形できます。[11] [12]

生産

コベマ社製のプラスチック木材を生産する最初の押出ライン

WPC は、粉砕した木材粒子と加熱した熱可塑性樹脂を完全に混合することによって製造されます。最も一般的な製造方法は、材料を目的の形状に押し出すことですが、射出成形も使用されます。WPC は、高密度ポリエチレン(HDPE)、低密度ポリエチレン(LDPE)、ポリ塩化ビニル(PVC)、ポリプロピレン(PP)、アクリロニトリルブタジエンスチレン(ABS)、ポリスチレン(PS) 、ポリ乳酸(PLA) などの未使用または再生熱可塑性プラスチックから製造できます。PE ベースの WPC が圧倒的に一般的です。着色剤、カップリング剤、紫外線安定剤、発泡剤、起泡剤、潤滑剤などの添加剤は、最終製品を対象用途領域に合わせて調整するのに役立ちます。押し出し成形された WPC は、中実および中空の両方の形状に成形されます。自動車のドアパネルから携帯電話のカバーまで、多種多様な射出成形部品も製造されています。

一部の製造施設では、各成分をペレット化押出機で混合・加工し、新材料のペレットを製造します。その後、ペレットは再溶融され、最終形状に成形されます。一方、混合と押出成形という単一の工程で完成部品を製造する製造施設もあります。[13]

有機材料の添加により、WPCは通常、押し出し成形および射出成形中に従来のプラスチックよりもはるかに低い温度で加工されます。WPCは、例えば同じ未充填材料よりも約28℃（50℉）低い温度で加工される傾向があります。ほとんどのWPCは、約204℃（400℉）の温度で燃焼し始めます。[14] WPCを過度に高温で加工すると、射出成形中に熱すぎる材料を小さすぎるゲートに押し込むことによってせん断や燃焼および変色が発生するリスクが高まります。複合材料中の木材とプラスチックの比率が最終的にWPCのメルトフローインデックス（MFI）を決定し、木材の量が多いほど一般的にMFIは低くなります。

さまざまな木材プラスチック複合材

メリットとデメリット

Trex複合デッキ

WPC は腐食せず、腐敗、劣化、海洋穿孔虫の攻撃に対して高い耐性があるが、材料内に埋め込まれた木質繊維に水分を吸収する。[15] PLA などの親水性マトリックスを持つ WFC では吸水性がより顕著になり、機械的剛性と強度の低下も招く。[16]湿潤環境での機械的性能は、アセチル化処理によって向上させることができる。[17] WPC は加工性が良く、従来の木工工具を使用して成形できる。 WPC は、リサイクルされたプラスチックや木材産業の廃棄物を使用して製造できるため、持続可能な材料と見なされることが多い。 これらの材料は使用済みおよび廃棄された材料の寿命を延ばすが、それ自体にかなりの半減期があり、添加されるポリマーと接着剤により、使用後の WPC の再リサイクルが困難になる。[18]ただし、コンクリートと同様に、新しい WPC に簡単にリサイクルできます。 木材に対する利点の 1 つは、ほぼあらゆる形状に合わせて成形できることです。 WPC 部材は曲げて固定し、力強いアーチ曲線を形成できます。この材料のもう 1 つの大きなセールス ポイントは、塗装が不要なことです。さまざまな色で製造されていますが、グレーとアース トーンが広く提供されています。セルロース含有量が最大 70 パーセントにも達するにもかかわらず (50/50 の方が一般的ですが)、WPC の機械的挙動は純粋なポリマーに最も似ています。純粋なポリマーは、溶剤を添加せずに重合されます。[19] [20]つまり、WPC は木材よりも強度と剛性が低く、時間と温度に依存する挙動を示します。[21]木材粒子は、無垢材ほどではありませんが菌類の攻撃を受けやすく、ポリマー成分は紫外線による劣化の影響を受けやすいです。[22]強度と剛性は凍結融解サイクルによって低下する可能性がありますが、この分野ではまだテストが実施中です。一部の WPC 配合物は、さまざまな物質による汚染に敏感です。

WPCサンドイッチボード

WPCボードは優れた性能を発揮しますが、モノリシック複合シートは比較的重く（多くの場合、純粋なプラスチックよりも重い）、軽量である必要がない用途にしか使用できません。サンドイッチ構造の複合材であるWPCは、従来の木材ポリマー複合材の利点とサンドイッチパネル技術の軽量性を組み合わせることができます。WPCサンドイッチボードは、木材ポリマー複合材のスキンと、通常は低密度のポリマーコアで構成されており、パネルの剛性を大幅に向上させます。WPCサンドイッチボードは主に自動車、輸送機関、建築用途で使用されていますが、家具用途も開発されています。[23]新しい効率的で多くの場合インライン統合された製造プロセスにより、従来のプラスチックシートやモノリシックWPCパネルと比較して、より強くて硬いWPCサンドイッチボードを低コストで製造できます。[24]

問題

環境への影響

WPCの環境への影響は、再生可能材料と非再生可能材料の比率に直接影響されます。一般的に使用されている石油由来のポリマーは、再生不可能な原材料に依存しており、プラスチックが生分解性を持たないため、環境に悪影響を及ぼします。 [25]

火災の危険性

WPC配合に通常使用されるプラスチックは、木材単独よりも火災危険性が高くなります。これは、プラスチックの化学熱含有量が高く、溶融する可能性があるためです。複合材の一部としてプラスチックが含まれる場合、WPCは木材と比較して火災危険性が高くなる可能性があります。一部の規制当局は、WPCの耐火性能についてますます懸念を抱いています。[26] [27]

参照

参考文献

  1. ^ Agripakの公式サイト
  2. ^ プラスチックワールド、第28巻、パート2
  3. ^ ICMAの公式ウェブサイト
  4. ^ 「WPCソーシャルハウジング」www.woodpecker.com.co.
  5. ^ Clemons, C. (2002)「米国における木材プラスチック複合材：2つの産業の連携」Forest Products Journal 52(6)
  6. ^ 「Buzhoushan WPCドア – 木材プラスチック複合材中空ドア／中国製組み立てドアメーカー」www.thewpcdoor.com . 2017年2月8日閲覧。
  7. ^ 「プロデューサー：デッキ、手すり、フェンス」www.wpcinfo.org . 2017年2月8日閲覧。
  8. ^ 「JELUはWPC（木材プラスチック複合材）のメーカーです」JELUPLAST . 2017年2月8日閲覧。
  9. ^ 「中国のWPCプロファイル製造機メーカー＆サプライヤー」www.abelplas.com。2018年3月13日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2017年2月8日閲覧。
  10. ^ 「756社の木材・プラスチック複合材メーカーとつながる - Global Sources」www.globalsources.com . 2017年2月8日閲覧。
  11. ^ WPC木材プラスチック複合製品の紹介
  12. ^ Hiziroglou他、Forest Products Journal、2010年
  13. ^ 「木材プラスチック複合材の製造には、供給システムに高品質の配合が求められる」ktron.com。
  14. ^ 「木材プラスチック複合材 - グリーンドットバイオプラスチック」。
  15. ^ スターク、N.（2001）「木粉-ポリプロピレン複合材料の機械的特性に対する水分吸収の影響」熱可塑性複合材料ジャーナル14
  16. ^ Joffre, Thomas; Segerholm, Kristoffer; Persson, Cecilia; Bardage, Stig L.; Luengo Hendriks, Cris L.; I​​saksson, Per (2017年1月). 「X線マイクロトモグラフィーを用いたアセチル化処理木質繊維複合材料の界面応力伝達特性評価」. Industrial Crops and Products . 95 : 43– 49. doi :10.1016/j.indcrop.2016.10.009. ISSN  0926-6690.
  17. ^ ラーソン、P.サイモンソン、R. (1994-04-01)。 「アセチル化されたスカンジナビア産針葉樹の強度、硬度、変形に関する研究」。Holz als Roh- und Werkstoff。52 (2): 83–86。土井:10.1007/BF02615470。ISSN  0018-3768。S2CID  19529734。
  18. ^ ギブソン、スコット (2008). 「合成デッキ」 [1]. リモデルマガジン.
  19. ^ 「ウルトラポリマーとは何か？」ソルベイ、2014年。 2014年4月17日閲覧。
  20. ^ キャラハー、チャールズ (2014).キャラハーのポリマー化学. ボカラトン: テイラー＆フランシス. p. 232. ISBN 978-1-4665-5203-6。
  21. ^ Hamel, S. (2011)木材プラスチック複合材料の時間依存曲げ応答のモデリング論文、ウィスコンシン大学マディソン校
  22. ^ Morrell, J et al.(2006)「木材プラスチック複合材料の耐久性」Wood Design Focus 16(3)
  23. ^ 「WPCハニカムパネル」Renolit.com . 2014年10月7日閲覧。
  24. ^ 「サンドイッチパネル技術」EconCore.com . 2014年10月7日閲覧。
  25. ^ シュワルツコフ, マシュー・ジョン; バーナード, マイケル・デイビッド (2016). 「木材プラスチック複合材料 ― 性能と環境への影響」(PDF) . A. クトナー、SS ムトゥ編.伝統的および革新的な森林由来バイオ製品の環境影響、環境フットプリント、そして製品とプロセスのエコデザイン. シンガポール: シュプリンガー. pp.  19– 43. doi :10.1007/978-981-10-0655-5_2. ISBN 978-981-10-0653-1。
  26. ^ ワシントン州立大学木材プラスチック複合材情報センター、「海軍ウォーターフロント施設向けエンジニアリング木材複合材の火災問題」、第 46 回国際 SAMPE シンポジウムおよび展示会、カリフォルニア州ロングビーチ、2001 年 5 月。
  27. ^ Environmental News Network、「カリフォルニア州の火災規則、プラスチック製デッキ材への懸念に焦点」、2007年11月5日。
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