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木材プラスチック複合材（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。
木材繊維とプラスチックに加えて、WPC には他のリグノセルロース系および/または無機充填材も含まれることがあります。WPC は、天然繊維プラスチック複合材 (NFPC) と呼ばれるより大きなカテゴリの材料のサブセットであり、パルプ繊維、ピーナッツ殻、コーヒー殻、竹、わら、消化物など のセルロースベースの繊維充填材を含まない場合があります。
化学添加物は、ポリマーと木粉（粉末）の統合を可能にし、最適な処理条件を促進します。
歴史
WPC を製造するプロセスを発明し特許を取得した会社は、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Covema 社です。Covema 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 社が木質繊維/木粉を熱可塑性プラスチック (WPC) に添加する最初のプロセス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に比べ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、クラッディングとサイディング、公園のベンチ、モールディングとトリム、ウッドペッカーWPCという商標でプレハブ住宅にも使用されています。[ 4] 窓枠とドア枠、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、木目のディテールを模した成形と模造品なしで成形できます。[11]
生産
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して製造されます。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リサイクル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により、最終製品を対象用途領域に合わせて調整できます。押し出し成形された WPC は、中実プロファイルと中空プロファイルの両方に成形されます。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。
いくつかの製造施設では、成分を混合してペレット化押出機で処理し、新しい材料のペレットを生成します。その後、ペレットは再溶融され、最終形状に成形されます。他の製造業者は、混合と押し出しの1つのステップで完成品を完成させます。[12]
有機材料が添加されているため、WPC は通常、押し出し成形や射出成形の際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、たとえば同じ充填されていない材料よりも約 28 °C (50 °F) 低い温度で加工される傾向があります。ほとんどは、約 204 °C (400 °F) の温度で燃焼し始めます。[13] WPC を過度に高い温度で加工すると、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生じるせん断、または燃焼と変色のリスクが高まります。複合材内の木材とプラスチックの比率によって、最終的に WPC のメルトフローインデックス (MFI) が決まり、木材の量が多いほど MFI は低くなります。
利点と欠点
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。[14]水分の吸収は、PLA などの親水性マトリックスを持つ WFC でより顕著であり、機械的剛性と強度の低下にもつながる。[15]湿った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。[16] 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しますが、それ自体にかなりの半減期があり、添加されたポリマーと接着剤により、使用後に WPC を再びリサイクルすることが困難になります。[17]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、ほぼあらゆる希望の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、強いアーチ曲線を形成できます。これらの材料のもう 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 トーンが広く利用されています。セルロース含有量が最大 70 パーセントであるにもかかわらず (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。[18] [19]これは、WPC が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すことを意味します。[20]木材粒子は、無垢材ほどではありませんが真菌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。[21]凍結融解サイクルによって強度と剛性が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行われています。一部の WPC 配合物は、さまざまな物質による汚れに敏感です。
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いため (ほとんどの場合、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、木材ポリマー複合スキンと、通常は低密度ポリマー コアで構成されており、パネルの剛性を非常に効果的に高めます。WPC サンドイッチ ボードは主に自動車、輸送、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。[22]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 パネルに比べて、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。[23]
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ベースのポリマーは、再生不可能な原材料に依存しており、プラスチックは生分解性ではないため、環境に悪影響を及ぼします。 [24]
火災の危険性
WPC配合に通常使用されるプラスチックの種類は、木材単独よりも火災の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、溶け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ていると、木材と比較してWPCの火災の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の火災性能にますます懸念を抱いています。[25] [26]
参照
参考文献
- ^ Agripakの公式サイト
- ^ プラスチックワールド、第28巻、パート2
- ^ ICMA 公式ウェブサイト
- ^ 「WPC ソーシャルハウジング」 www.woodpecker.com.co.
- ^ クレモンス、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」森林製品ジャーナル52(6)
- ^ 「Buzhoushan WPC Doors – 中国の木材プラスチック複合中空ドア/組み立てドアメーカー」www.thewpcdoor.com 。 2017年2月8日閲覧。
- ^ 「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。
- ^ 「JELU は WPC (木材プラスチック複合材) の製造業者です」。JELUPLAST。2017年2 月 8 日閲覧。
- ^ 「中国のWPCプロファイル製造機メーカーおよびサプライヤー」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。
- ^ 「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。
- ^ WPC木材プラスチック複合製品の紹介
- ^ 「木材プラスチック複合材の製造には、供給システムにおける高品質の配合が必要」ktron.com。
- ^ 「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」。
- ^ スターク、N. (2001)「木粉ポリプロピレン複合材料の機械的性質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
- ^ Joffre, Thomas; Segerholm, Kristoffer; Persson, Cecilia; Bardage, Stig L.; Luengo Hendriks, Cris L.; Isaksson, 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材繊維複合材の界面応力伝達能力の特性評価」. Industrial Crops and Products . 95 :43–49. doi :10.1016/j.indcrop.2016.10.009. ISSN 0926-6690.
- ^ 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」。ホルツ・アルス・ローウンド・ヴェルクストフ。52 (2):83-86。土井：10.1007/BF02615470。ISSN 0018-3768。S2CID 19529734。
- ^ ギブソン、スコット（2008）。「合成デッキ」[1]。リモデリングマガジン。
- ^ 「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。
- ^ カラハー、チャールズ (2014)。カ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。
- ^ 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
- ^ モレル、J 他(2006)「木材プラスチック複合材料の耐久性」ウッドデザインフォーカス16(3)
- ^ 「WPC ハニカムパネル」Renolit.com 。2014年 10 月 7 日閲覧。
- ^ 「サンドイッチパネルテクノロジー」EconCore.com . 2014年10月7日閲覧。
- ^ Schwarzkopf, Matthew John; Burnard, Michael David (2016). 「木材プラスチック複合材 - 性能と環境への影響」(PDF)。A. Kutnar および SS Muthu (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、製品とプロセスのエコデザイン。シンガポール: Springer。pp. 19–43。doi : 10.1007 / 978-981-10-0655-5_2。ISBN 978-981-10-0653-1。
- ^ 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。
- ^ Environmental News Network、「カリフォルニアの消防法、プラスチックデッキの懸念に焦点」2007年11月5日。