| 研究課題/領域番号 |
17K07884
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| 研究機関 | 国立研究開発法人森林研究・整備機構 |
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研究代表者 |
小林 正彦 国立研究開発法人森林研究・整備機構, 森林総合研究所, 主任研究員 等 (00397530)
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| 研究分担者 |
片岡 厚 国立研究開発法人森林研究・整備機構, 森林総合研究所, 主任研究員 等 (80353639) [辞退]
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| 研究期間 (年度) |
2017-04-01 – 2021-03-31
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| キーワード | 木材・プラスチック複合材（WPC） / 光劣化 / ラジカル / 電子スピン共鳴（ESR） |
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| 研究実績の概要 |
木材成分のうちどの成分がどの程度WPCの光劣化に寄与するかを明らかにすることを目的として、ESR（電子スピン共鳴）測定により木材の主要成分（セルロース、リグニン）のモデル化合物とプラスチックの複合材料から発生するラジカル種の同定と発生量の定量を行った。
具体的には、セルロースのモデル化合物として市販のセルロースパウダー、リグニンのモデル化合物として市販のリグノスルホン酸を選択し、それぞれを用いてポリプロピレン（PP）との複合材料を製造した。複合材料中のモデル化合物の質量割合は60%とした。それぞれの複合材を粒径1㎜～2㎜に粉砕した粉末試料をキセノンウェザーメーターによる紫外線照射試験に供した。試験時間166時間直後のサンプルのESR測定を行い、それぞれのサンプルから発生するラジカルの発生量の定量とラジカル種の同定を行い、試験前のサンプルとの比較を行った。
その結果、セルロースモデル複合材に紫外線の照射により発生したラジカル量は6.5×10-9mol/g であったのに対し、リグニンモデル複合材からの発生量は630×10-9mol/gであり、木材の質量割合が60%のWPCからの発生量（560×10-9mol/g）に近い値であった。このことから、木材成分のうちリグニンから発生するラジカルが主としてWPCの光劣化に寄与していることがわかった。また、リグニンモデル複合材から発生するラジカル種を同定するためにESRスペクトルからg値を算出した。得られた値（2.004）はWPCのESRスペクトルから得られた値と同一であった。紫外線照射時にリグニンから発生するラジカルは主にフェノキシラジカルであることから、WPCに紫外線を照射した際に発生したラジカルはアルコキシラジカルではなく、フェノキシラジカルであることが示唆された。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
本研究は、木材・プラスチック複合材（WPC）に紫外線照射した際に、WPCの原料である木材およびプラスチック（ポリプロピレン）それぞれから発生するラジカル種およびラジカル量を比較し、WPCの光劣化挙動に及ぼす木粉およびポリプロピレンから発生するラジカルの影響を明らかにすることを目的する。最終年度である本年度までに、当初の予定通り電子スピン共鳴（ESR）分析により紫外線照射時のWPC表層の光劣化が主として木粉から発生するアルコキシラジカル（RO・）により進行することを明らかにし、ポリプロピレンから発生する炭素ラジカル（C・）が木粉に作用してRO・の発生が増幅されることで、光劣化が促進されるとの仮説を立てるに至った。しかし、当初想定していた以上にポリプロピレンから発生するラジカル量が少なく、ESR分析において、WPC中のポリプロピレンから発生するラジカルの吸収ピークが、木粉からのラジカルの吸収ピークに隠れてしまい検出することができなかった。このため、WPC中のポリプロピレンが木粉から発生するラジカルにより受ける影響を明らかにするという目的を達成するには至っていないが、試験期間を延長することによりこの目的を達成できる見込みであることから、おおむね順調に進展しているとした。
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| 今後の研究の推進方策 |
WPC中のポリプロピレンが木粉から発生するラジカルにより受ける影響を明らかにするために、これまで20～60％としていたWPC中の木粉の質量割合を1％程度として木材から発生するラジカルの発生量を減少させるとともに、照射する紫外線の強度を上げるなどの方法でプラスチックからのラジカルの発生量を増加させることにより、ポリプロピレンからのラジカル発生挙動に及ぼす木粉の影響を検証する。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
紫外線照射時に木材・プラスチック複合材(WPC)から発生するラジカルの定量分析を行ったが、WPC中のプラスチックから発生するラジカルを検出できないことがわかった。問題解決のためには分析条件の再検討が必要であるが、分析を外部機関で実施しているため、分析条件を決定することが時間的に困難であったことから次年度使用額が生じた。そこで、試験期間を１年間延長して分析条件を再検討し、再実験を行う予定である。
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