炭酸化反応による有機・無機複合材の研究 (II) : 木毛炭マグボードのポリマー溶液処理
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(2) . 北海道教育大学紀要 （第２部Ａ） 第３０巻 第２号 ｌｏ ｆＨｏｋｋａ ｉｄｏＵｎ ｉｖｅ ｉ ｆＥｄｕｃａ ｉ Ｓｅｃ ｉ ｌ Ｊ ｔ ｔ ０ ｒ ｎａ ｔ ｏｕ ｒ ｓ ｏｎ（ ＩＡ）Ｖｏ ｏｎ ｌ ｙｏ ．３ ．２ ，Ｎｏ. 昭和５５年３月 Ｍａ ９８０ ｒ ｃｈ ，１. 炭酸化反応によ る有機・無機複合材の研究 （１ １） 木毛炭マ グボー ドの ポリ マー溶液処理. 芝. 木. 邦. 也. 北海道教育大学旭川分校木材加工学教室. Ｓｔｕｄｉｅｓ ｏｎ ｔｈｅ ｏｒｇａｎｉｃ Ｎ１ａｔｔｅｒ ｌｎｏｒｇａｎｉｃ Ｎｌａｔ ｉｔｅ ｔｅｒ Ｃｏｍｐｏｓ ‐ ｉｏｎ．１ １ ハ１ａｔｅｒｉａｌｂｙ Ｃａｒｂｏｎａｔａｔ ． ｌ ｉ Ｔｈｅ Ｅｆ ｆｅｃｔｏｆ ｐｏｌｙｒ Ｓ ｈ エ ーｅｒ ｏｕｔｏｎ ｏｎ ｔ ｅ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ Ｔａｎｍａｇｕ ｂｏａｒｄ Ｋｕｎ ｉｙａ ＳＨＩＢＡＫＩ ＶＶ。ｏｄ Ｔｅｃｈｎｏ ｌ ｉｋａｗａ ｃ。ｎｅｇｅ ｉｄｏ Ｕｎ ｉ ｉ ｆＥｄｕｃ ｉ ｔｏ ｔｙｏ ｏｇｙ Ｌａｂｏｒ ａ ｒｙ ｖｅｒ ｓ ａｔ ｏｎ ，Ａｓａｈ ，Ｈ０ｋｋａ ， Ａｓａｈ ｉｋａｗａ０７０. ａｂｓｔｒａｃｔ. ｌ ｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ Ｔａｎｍａｇｕ ｂｏａ ｉａ ｌ ｌ ｉｎｇ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ａｎｄ ｒｄ ｙ ｂｅｎｄ ，ｅｓｐｅｃ ｉｓｔ ｉｎｇ ｑｕａｌ ｉ ｆｅｃｔｓｏｆ ｐｏ ｌｙｓｔｙｒｅｎｅ‐ｂｅｎｚｅｎｅ ｓ ｍｏ ｌｓｔｕｒｅｒｅｓ ｔｙ，ｔｈｅ ｅｆ ｌ ｉｏｎ（ ｌ ｏ ｕｔ ｒｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｐｏ ｙｍｅ. １５ ％）ｗｅｒｅｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ． Ｔｈｅ ｒｅｓｕ１ ｔｓｏｂｔ ≧ ＝ｎｅｄ ａｒｅ ａｓｆ ｌ １ ｏ ｏｗｓ： ｉｏｎ ｗａ １） Ｔｈｅ ロｎｅａｒ ｒｅｌａｔ ｉｎｅｄ ｂｅｔｗｅｅｎ ｐｏｌｙｍｅｒｌ ｔａ ｉ ｓｏｂ ｏａｄ ｎｇ ａｎｄ ｍｏｄｕｌｕｓ ｏｆ ｒｕｐｔｕｒｅ ｉｎ. ｂｅｎｄ ｉｎｇ（ ＭＯＲ） ． ２） Ａｔ ｍｏｉｓｔｕｒｅ ｃｏｎｔｅｎｔ ｏｆ３０％，ｔｈｅ ｄｅｃｒｅａｓｅ ｏ ｆ ＭＯＲ ｏｆ Ｔａｎｍａｇｕ ｂｏａｒｄ ｐｒｅｐａｒｅｄ ｗｉ ｔｈ. ‐）ｏｆｏ０１４ ｗａｓｒｅｄｕ ｄｔ ｌｙｍｅｒｖｏ ｌｕｍｅ ｆ ｉｏｎ（ ｒａｃｔ Ｖ ｌ ｆｔｈａ ｐｏ ｌ ｔｏｆｃｏｎｔ ｃｅ ｏｏｎｅｈａ ｒｏ ｐ ．. ．. １. 緒. 言. 複合という言葉は，素材を組み合わせて新しい材料を生みだすこととして理解さ れている そして ， ． 素材を組み合わせるためには何かの意図をもっ て構成， 設計されなければならず 決められた構成 ， には少なくともメリ ッ トがなければならない． また， 複合という形式工程は単体の構造 では必要 で ない工程 であり， 生産工程上はトラブルの原因 であり， 生産性向上には逆行するものである そこ ． で， 複合化実現への必要かつ可能な条件としては， 単体の材料 では決して期待できない性能をもつ 新しい材料 の開発 である． （２２１ ）.
(3) . 芝. 木・ 邦. 也. ） によっ て多数報告されている． その方法とし プラスチッ クとの複合化については， 村山 （１９７８ て， モノマー含浸一 重合法とポリマー溶液含浸−固着法とがある． 本研究 では， 木毛炭マ グボー ドの １． 強度向上 ２． 耐水性付与 さらに ３． 難燃性の維持 という点から後者の手法を用い性能向上を検討した． この ポリマ÷ 溶液処理は材料の表面層にポリ マーの付着が多いの で， 表面硬度， 耐水性に良好な材料が得られること， 材料中に占める ポリマー の絶対量を少なく できるため難燃性への影響が少ないこと， 廃棄ポリマーが使用 できること， 製造 装置も重合という複雑 なもの でなく， 加 熱により溶媒回収という 簡単な装置 でよいことな どのメ リ ッ トがあると考えられる．. ２. 験. 実. ２ー１. 原料およ び試験体. ） のものと全 ９７９ ボー ド作成に用いた木毛， 水酸化マ グネシウムおよび炭酸ガスは前報 （芝木， １ く同様 である．. 試験体は， 前報 で得られた最適製造条件により実験室製造したサイ ズ１ ．８１ｃｍ×５ ｃｍ ×２０ｃｍ，. ２ ｋ ポリ ス チ レ ンーベ ン ゼ ン 溶 液 で 生 成 ポリ マ ー ボー ド比 重 ０．５０ ， 曲 げ 強 度 ３３．４ ｇ／ｃｍ の も の を １５％ 率 ０．５ ， ２．５ ， ２．９％ に 処 理 し て 用 い た． ， １．５ ， ２．０ ， １．０. ２ー２. 曲げ試験. 試験方法は前報と全く同様 である． ２−３. 定義. 生成ポリマー率 生成ポリマー率 （％） ＝. 処理後重量−処理前重量 山 処理前重量. ×・００. ３， 結果およ び考察 ３−１. ボー ド比重への影響. ５∼２ Ｆ ｉ ，９％ では， 重量は０． ｇ ．１に生成ポリマー率とボー ド比重の関係を示す． 生成ポリマー率０． ４５∼２．５８ ｇ しか増加せず比重はほとんど変化しない．. ３ー２. 曲げ強度. そ こ で， ボー ド比 重 と 曲 げ強 度 の 関 係 を Ｆｉｇ ．１ に 示 し た よ う に ボー ド比 重 は ほ と ん ．２ に 示 す．Ｆｉｇ. ｉｇ ど変化しないにも拘わらず， 曲げ強度は基材強 度に対して最高６２％上昇した． また， Ｆ ．３に生成 直線的に増加 ポリマー率と曲げ強度の関係を示す． 曲げ強度は， 生成 ポリマー率の増加にともない して い る．. ｉｇ この考察のため， ポリ マー体積分率と曲げ強度の関係を Ｆ ．４に示す． 体積分率で表わす理由は， ） （２ ２２.
(4) . . 炭酸 化 反応に よ る有機・ 無機 複 合 材 の 研 究. ６０ ｏｏ ｏ. ５０. ｏ. ０５ ０. ０. ０. ０. ０. （ ４０ Ｎ 巨 . ０. ０. ，. （ . ３ ｏ 蚕 ２０. １０. ０. Ｉ. ２ ３ Ｐｏ ｌ ｉ ｄ ｒｌ ｏ ａ ｎｇ（％） ｙｍｅ. ４. ０. 艶・ 。 ４０ ，. ‐ ０ ６０ ．. ち ０ ．ｏ Ｓｐｅｃ ｉ ｆ ｉ ｔ ｃｇ ｒ ａｖ ｌ ｙ. 距 ｇ・１ Ｒｅｌａｔ ｉｏｎｓｈｉｐ ｂｅｔｗｅｅｎ ｐｏ ｌ ］ ｎｅｒｌ ｏａｄ‐ ｙｒ. Ｆｉｇ．２ Ｒｅ ｌ ｉｏｎｓｈｉＰ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔ ｉ賃Ｃ ａ ｓＰｅｃ ｔｙ ａｎｄ 宜 ー ｏｄｍｕｓｏｆｒｕｐｔｕｒｅ ｇｒａｖｉ ，. ｉ ｆ ｉｃ ｇｒａｖｉ ｔｙ ｌｎｇ ａｎｄ ｓｐｅｃ ． ６ ０. ５ ０ ＥＵ商工︶ 出０≦ ︵ Ｎ ４ ０. ３ ０. ｒ ｏ. 【 ｉ. を. ３. ｏ. ４. ２. ４. ６. ８ Ｖｐ. Ｐｏ ｌ ｉ ｄ ｒｌ ｏ ｙｍｅ ａ ｎｇ（％） Ｆｉｇ．３ Ｒｅ ｌ ｉｏｎｓｈ ｉｐ ｂｅｔｗｅｅｎ ｐｏ ｌｙｍｅｒｌ ｔ ａ ｏａｄ‐ ｌ ・ｎｇ ａｎｄｒ ・ ÷ ｌ ｏｄｕ ｕｓｏｆｒｕｐｔｕｒｅ ．. ｂ １. を ｌ. １ ４ ‐ ３ ｌ ｏ ｘ. Ｆ ｉ ｉｇ。４ Ｒｅ ｌ ｉｏｎｓｈｉｐ ｂｅ ｔ ｔｗｅｅｎ Ｖｐａｎｄ ｍｏｄｕ‐ ａ ｌ ｕｓｏｆｒｕｐｔｕｒ ｅ ． Ｖｐ：ｐｏ ｌｙｍｅｒｖｏ ｌ ｉｏｎ ｕｍｅｆ ｒａｃｔ. ２３ （２ ）.
(5) . 芝. 木. 邦. 也. 材料の強度は素材料の重量では なく， 体積分率に依存するからである． 図中実線で示したものが ポ リマー加成値 である． 加成値は， 付加 したポリマーの体積に 比例して強度増加すると想定して計算 した値で次の式 で表わされる． ぴｃ＝ ぴｂ・Ｖｂ十 ｏｐ． Ｖｐ. ただし ｏｃ びわ・ｖｂ Ｖｐ. ：複合体の強度 （加成値） ：木毛炭マ グボー ドの強度 ：ポリマー強度 ：ポリマー 体積分率. ２ ｋ ｐ は ポ リ ス チ レ ン では ７００ ｇ／ｃｍ ひ も・ｖｂ は 木 毛 炭 マ グ ボー ドの 強 度 測 定 値 を そ の ま ま 用 い た． び. を用いて計算した． 結果はいずれも加成値より高い値を示した． 基材強度に及ぼす因子 として以下のことが考えられる． １． 空隙量 ２． 木毛自身の強度 ３． 木毛のからみ合い ４． 木毛間接点の接着強度 ４−１ 木毛と 炭マ グ界面の接着力 ４−２. 炭マ グのせん断力. そして， 基材の曲げ試験片を見ると木毛の破壊はほ とんどみられず， 木毛と 炭マ グ界面で破壊して る また， いる． このことは， 木毛と炭マ グの界面強度が木毛自身の強 度より小さいこと を示してい ． ０５ｍｍ ００ ｏ． ０１４で約０． 生成 ポリマー率から計 算 で求め た木毛表 面における ポリマー層 の厚さは Ｖｐ 度上昇 となるが， ポリマーが各木毛表面に均 一に 分散していることはむずかしい． そこ で， この強 着し強固 は， 基材が非常に ポーラス である ということ も考え合わせて， ポリマーが木毛間接点に付 に接着したためと考えられる． ３−３. 湿潤曲 げ強度. 不可欠 木毛 炭マ グボー ドが平面材料として使用さ れることを考えると， 耐久性について の検討も 方法が最 である． 材料の耐 久性能を評価するためには使用環境に 材料をおき， 材質低下を測定する 処理材 の異なる 基材およびＶ ｐ 善のものであるが， 今回は含水率３０％における曲 げ強度試験を行い， ｉ ４％の強度低下が ｇ ．５） の強度低下について常態に おける曲げ強度と比較を行なっ た（Ｆ ． 基材では５ ０１４ で は あ っ た も の が， ｖｐ の 増 加 に と も な い ｖｐｏ．００５ では ３０％， ｖｐｏ．０１０ では ２１％， そ して Ｖｐｏ． ２０％ に お さ え る こ と が で き た．. この湿潤時の強度低下の 原因として次のことが考え られる． １． 応力による木毛と炭マ グ界面の接着力 低下 ２． 水分そのものによる接着層の 劣化 １項は， 含水率の変化により木毛 炭マ グボー ドの木毛は膨張をおこし， この動 きが接着層によっ て 拘束されているの でこの木 毛と炭マ グ界面に応力 が発 生し接着力の 低下をきたすということ であ る．. 前述のように， ポリマーが木毛間接点に付着していると考えれ ば耐水性は 向上し， 強度低下を防 ぐことができる． ポリマー溶液処理は， 湿潤強度においても効果であっ た． （２ ２４ ）.
(6) . 炭酸 化 反応に よ る 有機・ 無機複 合 材 の研 究. △. ｏ. △. Ｏ. モ. . △. ０. △. 晒ｇ．５ Ｒｅ ｌ ｉｏｎｓｈ ｉｐ ｂｅｔｗｅｅｎ Ｖｐａｎｄ ｍｏｄｕ ａｔ ‐ ｌ ＩＣｏｎｄ ｉ ｉｏｎ ｔ ｕｓｏｆｒｕｐｔｕｒｅｉｎ ｎｏｒｍａ ｉｓｔＣｏｎｄ ｉｔ ｉｏｎ（ｍｏ ｉｓ ｔｕｒｅＣｏ止 ａｎｄ ｍｏ ｔｅｎｔｏｆ３０ ％） ． ０ ：ｉｎ ｎｏｒｍａ ＩＣｏｎｄ ｉ ｉｏｎ ｔ. ） （. つ. ４. ６. ８ Ｖｐ. ４. 結. １ ０. ・ ２. １ ４ １ ０３ ｘ. ｉｓ ｉ ｉｏｎ ｔＣｏｎｄ ｔ △：ｉｎ ｍｏ Ｖｐ：Ｆｉｇ ４ ，. 論. 木毛炭マグボー ドの性能向上， とくに曲げ強度， 耐水性を目的としてポリスチレンーベンゼン溶液 で処理 し， 曲げ試験を行っ た． 得られた結果は次の通り である． １． 生成ポリマー率と曲げ強度の関係 では直線関係が得られた ． ２． 湿 潤 時 に お け る 曲 げ強 度 低 下 は， Ｖｐｏ．０１４ で ２０％ であ っ た こ の こ と は 無 処 理 の ５４％ に 対 ， ． して １／２ の 低 下 に お さ え る こ と が でき た．. 以上のことから， 木毛炭マ グポー ドのポリ マー溶液処理は， 単純に計算して生成ポリマー率１％ で基材に対して２１． ４％の強度増加 があり， 湿潤強度の低下防止にも効果があっ た．. 謝. 辞. 本研究は農林水産省林業試験場 で行っ たものであり， 種々御指導・御便宣を賜っ た林産化学部村 山敏博複合化工研究室長 に深甚の謝意を表します．. 参考 文献 村山敏博 （１ １ ｉ ｔ ９７ ８ ） 多元複合材料 （４） ａ ｓ ｃ ｓＡｇｅ．Ｖｏｌ ，２４ ．１２ ，Ｎｏ ，１０３ 頁． ．Ｐ ｌ 芝木邦也 （１ ９７ ９ ） 炭酸化反応による有機・無機複合材の研究 （１） ３頁． ．３０ ．１， ８ ，Ｎｏ ． 北教大紀要第２部 Ａ，Ｖｏ （２２５ ）.
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