生分解性ロープの土中分解性・耐候性の評価
誌名
ISSN
著者名

発行元
巻/号
掲載ページ
発行年月

愛知県産業技術研究所研究報告13479296
西村,美郎
平石,直子
石田,利夫
石田,健太郎愛知県産業技術研究所
6号
p. 196-199
2007年12月

農林水産省 農林水産技術会議事務局筑波産学連携支援センター
Tsukuba Business-Academia Cooperation Support Center, Agriculture, Forestry and Fisheries Research Council
Secretariat

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

愛知県産業技術研究所 研究報告2007

196

研究論文

生分解性ロープの土中分解性・耐候性の評価
西 村 美 郎 *1、 平 石 直 子 *2、 石 田 利 夫 *3、 石 田 健 太 郎 *3

BiodegradationandPhotodegradationofBiodegradableRopes*2，ToshioISHIDA吋， andKentaroISHIDA吋YoshiroNISHIMURA*l，NaokoHIRAISHI
MikawaTextileResearchCenter，
AITEC円台 2， IshidaRopeCO.
，LTD勺ポ リ 乳 酸 を 中 心 と し た 各 種 の 生 分 解 性 繊 維 を 用 い て ロ ー プ を 試 作 し 、 全 国 4ヶ 所 ( 愛 知 県 、 石 川 県 、 大分 県 、 福 島 県 ) の 土 中 に 3年 間 に 渡 っ て 埋 設 試 験 し 、 繊 維 の 形 状 、 繊 度 、 組 成 及 び 土 壌 の 違 い が 生 分 解 性に及ぼす影響について検討した。 また、屋外暴露、促進劣化試験を行い、屋外の使用についての耐久性につ い て も 検 討 し た 。 そ の 結 果 、 ポ リ 乳 酸 繊 維 は 、 埋 設 場 所 に か か わ ら ず 生 分 解 速 度 は 遅 く 、 3年 間 埋 設 した後も、形状を保っており、強度も 60%以 上 を 保 持 し て い た 。 生 分 解 性 は 、 構 成 繊 維 が 細 い ほ ど 分 解 が 進んでいた。また、屋外 3年 間 暴 露 し で も 強 度 保 持 率 は 60%以 上 あ り 、 屋 外 で 十 分 使 用 で き る と 考 え ら れ る 。

1.はじめに

本研究では、生分解繊維ロープを試作し、実際に全国バイオマスを原料とし、生分解性を持つポリ乳酸は、4 カ所で長期間 (3年間)にわたって埋設、屋外暴露を近年、石油資源枯渇や地球温暖化の防止対策として期待行う。このフィールド試験では、使用する生分解繊維のされている。このポリ乳酸から作られる繊維製品も、農組成、形状、繊度の違いによる分解性、耐久性の違いに業 ・林業 ・土木 ・建設などの各分野において徐々に使用ついて検討した。

されている 。 このため、これらの製品の実際の使用に関

2.実験方法して、分解性や耐久性の評価が必要となってきている。
ポリ乳酸繊維の生分解、加水分解については、多くの研究者によって報告されている。たとえば、辻らは1)2)、
土中や酵素等によるポリ乳酸の分解性について報告して

2.1生分解性舗錐
1種類の生分解性繊維の組成と強伸実験に使用した 1
度を褒 1に示す。

いる 。 また、西原ら 3)、玄 4)は、ポリ乳酸繊維の加水分

表 1 生分解性繊維解について報告している 。 しかし、多くは実験室レベルで行われた結果であり、フィールドでの試験と比較したNものはほとんどない。唯一、生分解性プラスチックの分o解挙動を評価するための大規模なフィーノレドテス ト 5)は、

1

生分解プラスチック研究会 (BPS)と工業技術連絡会議

強度 .

伸度(CN/dtex)'(%)

PLA
*
モノフィラ

3.8
923.
2

原糸組成

2PLAlPBS**=9:1プ、レンド

3.
8125.
0

物質工学部会高分子分科会が実施している。フイノレム状

3PLAlCP***=5:5ブ、レンド

2.
6622.
1の各種生分解性プラスチックについて全国 63ヶ所で土42.7028.
1

4.
0227.
80週間まで行っている。ポリ乳酸で中埋設試験を最大 25PLAテープ
PLAマノレチ (白) yは、分解による重量低下は観察されず、強度データのば6PLAマルチ(緑) y

3.
5429.
2

らつきが大きいという結果が報告されている。これは形7PLAスノ号ン Y

2.
2436.1状がフイノレム状であるためであると説明されている。一8PLA倦縮糸

3.3234.
4方、ポ リ乳酸の紫外線劣化などの耐候性については、報9PLAマノレチ T4.
7225.
1

告は少ないが、辻ら 6)7)により発表されている。

10 PLAマルチ K

2.
7931.6以上のように、ポリ乳酸の分解に関して多く研究が行われているが、ポリ乳酸製品の土中での長期間における分解性や屋外耐久性についてはほとんど分かつていない

11 PLAlPBS=T3ブレンド
3.
6026.
0
**ポリプチレンサクシネート*PLA:ポリ乳酸* 澱粉系樹脂のが現状である。

*
1三河繊維技術センター加工技術室(現企画連携部)
社

勺三河繊維技術センター加工技術室*
3石田製綱株式会

1972.
2 ロープの製造及び特性ロープの製造は、 表 1に示される原糸を用い、石田製綱闘において行った。試作したロープの構成、強伸度を表 2に示す。
表 2 生分解性ロープの特性ロープ構成

No

直径

強力

伸度(mm)(kN)(%)

1(500Dx6x3)x21

129.
1527.
72(520Dx6x3)x21

127.
9829.
33(500Dx6x3)x21

129.
14

42.
04U200Dx3x3)x13

128.
02

27.
75(500Dx8x3)x17

1
2

12.
247.
06(500Dx8x3)x1612

1
1.
448.
3

7(270Dx3x5x3)X21

128.
2459.
08(420DxlOX3)x16

1212.
157.
09(1000Dx6x3)x1
11213.
342.
0)x1
1
10 (1000Dx6x31210.
754.
0

1
1 6x330.
1832.
02.
3土中坦殴鼠験試験場所は、農地、海岸、林問、宅地の 4ヶ所で 3年間に渡って行った。農地として愛知県岡崎市の愛知県農業大学校、海岸として石川県珠洲市、林間として福島県、宅地として大分県で行った。ロープは、土中約 1O ~30cmの位置に埋設し、 4 ヶ月毎に掘り出し試料とした。福島
県でのロープ埋設状況を園 1に示す。

国 2 屋外暴露状況

2.
5紫外線促進劣化鼠駿促進劣化は、サンシャインウエザーメータ(スガ試験機附製 WEL‑SUN‑HC(H)型)を用いて所定時間照射(最大 1200時間)後に取り出してサンプルとした。

2.
6高温高温鼠酸環境試験機(附カトー製 SSE‑25CRTA)を用いて、 70"
C、90%の環境で、所定時開放置(最大 120時間)後、サンプルとした。

2.7特性評価
ロープの強伸度は、定速緊張形ロープ引張試験機

HTH‑100KN (附島津製作所製)を用いて、 JISL2705に従い、っかみ間隔約 50cm、引 張速度 15cm/分で測定した。原糸の強伸度は、引張試験機(オリエンテック製

RTC‑1250) を用いて、つかみ間隔 200mm、引張速度200mm/min、温度 20"C、相対湿度 65%で測定した。分子量及び分子量分布は、東ソ ー閥製のゲ ル浸透ク ロマト

H8020) を使用し 、溶離液にクロロホノレ
グ ラ フ ( GPC‑"C、流速 1m1/minムを用いた。測定条件は、カラム温度 40とした。ロープ表面は、走査型電子顕微鏡(日本電子附製 JSM5200) を用いて観察 した。 ロープの重量は、水洗いした後、室内で乾燥し、測定した。

3. 実験結果及び考察
園 1 ロープ埋設状況(福島県)

2.4.
外暴露鼠験
屋外暴露試験は、三河繊維技術センタ一豊橋分場の屋上で 3年間行った。暴露面は南面に向け、水平に対してmーであり、 園 2
約 33度傾斜させ、架台の高さ床上約 1に暴露状況を示す。ロープは、 4 ヶ月毎にサンプリジグした。

3.1土中埋霞固 3に、愛知県岡崎市(農地)で土中埋設後のロープ(
No.
1から No.
5) の強度保持率を示す。生分解性があるといっても、本研究に使用したポリ乳酸系のロ ープの場合は強度の低下は全体に少なかった。最も強度保持率試料は、ポリ乳酸マルチフィラメンが低下した(約 60%)

No.
5) であった。この結果から 、構トを用いたロープ (成繊維の繊度(太さ)すなわち表面積が生分解性に影響していると考えられる。ロープの破断伸度の変化及び重愛 知 県 産 業 技 術 研 究 所 研 究 報 告 2007

198量の変化を 園 4、園 5に示す。 ロープの破断伸度は、強120度変化と同様な結果となった。重量変化の測定では、土100

中埋設後の土の付着などで重量が増加し、生分解による(~重量の低下は観察されなかった。
異なる場所に埋設したロープの強度保持率を 園 6に示す。伸度、重量も同様の結果となり、場所による違いは見られなかった。

80

告2殺量
抵 60
制~

4020o
100(き 80
督時実ミ

石川

制1里

岡崎

埋設場所.
‑，D企a

重xx

窓
2
長 60

大分福島

国 6 ロープの強度保持率(場所による違い)

40

表 3に岡崎市土中に 3年間埋設後のロープの分子量変20化を示す。一般に、土中の微生物等により生分解すると。

分子鎖が切断し分子量が低下する。しかし、今回の試験
0年

1年2年3年では分子量が若干低下するものの大きな低下は見られなかった。今後は、サンプル採取数を増やすなど、測定デ園3

ロープの強度保持率(岡崎市土中)

ー タの再検討が必要である 。

LAロープを岡崎市埋設 3年後の外観写真
園 7には、 P及び電子顕微鏡写真を示す。埋設後の繊維表面には、生140120

ま 100
働詑里
民
幽
個デ分解による侵食があまり観察されなかった。

x~と主ゴ

表 3 埋設前後の数平均分子量(岡崎市)

No

サンプル

埋設前

3年後

60

173，
400

276，
900

57，000203

PLAモノ
PLAPBSPLACP
PLAテープ
PLAマルチ

116，
300

4057，000

800
56，50，700

300
50，57，
300

53，600

80o

40年

園41年

2年

3年

5

ロープの伸度保持率(岡崎市土中)

120ー 一一ーー今ーーーーーー畠

さ 100-~十=--z

働草E

E量制
酬外観80電子顕微鏡写真

LAロー プ(No.
l)の表面
園 7 3年間岡崎市埋設後の P

603.2屋外暴露0年1年2年

3年

屋外暴露試験による強度変化を園 6に示す。屋外暴露による劣化は、土中埋設と同様の傾向を示した。 また伸固 5 ロープの重量保持率(岡崎市土中)

度;分子量とも同様な結果であった。

199120

ポリ乳酸系のロープの土中埋設 3年間の試験では、ほd¥!

さ 80
憐
:t'!
: 60E
長制 40~

とんど生分解されなかった。我々の研究 8)では、堆肥中
ロ4ZKLにおいてポリ乳酸繊維は非常に速く、 1 週間程度で分解することを確認した。また、ポリ乳酸の分解は、高温度 ・高湿度で促進される 9)こと示した。そこで、今回のサンプルが高温度高湿度の状況で、はどうなるかを検討した。
C、 90%の環境試験機中での、処理時間と強伸園 8に 70"20。

度、分子量の関係を示す。処理時間の増加とともに強度、0年

1年2年3年伸度、分子量が低下した。強度の低下挙動と分子量の低下挙動は、ほぽ同様であった。以上のことから、加水分

固 6 ロープの強度保持率(屋外暴露)

解により分子鎖が切断され、結果としてロープの強度の低下が起こったと考えられた。

3.
3促進劣化
促進劣化用の試料として PLA/PBSブレンドロープ

4. 結 び(No.
ll)を使用した。園 7にサンシャインウエザーメー

ポリ乳酸を中心とした各種の生分解性繊維を用いてロタによる促進劣化後の強伸度変化を示す。照射時間の増ープを試作し、全国 4ヶ所の土中に 3年間に渡って埋設加とともに強度は低下し、 1200時間で強度は約半分にな試験し、繊維の形状、繊度、組成及び土壌の違いが生分った。一方、伸度はほとんど変化がなかった。

解性に及ぼす影響について検討した。また、屋外暴露、促進劣化試験を行い、屋外の使用についての耐久性につ200

いても検討した。ポリ乳酸繊維は、埋設場所にかかわら180ず生分解速度は遅く、 3年間埋設した後も、形状を保っ160ており、強度も 60%以上を保持していた。生分解性は、

140
倒副EE 120構成繊維が細いほど分解が進んでいた。また、屋外 3年~間暴露しでも強度保持率は 60%以上あり、屋外で十分使

唖干ト

100極z 的￨~60

用できると考えられる。
伸度文献40201)H.Tuji，S.Miyauchi: P
olymer，42， 4463， (2001)
2)H.Tuji，T.lshizuka: J.Appl.Polym.S
ci.，80，22810o5001000
照射時間 (H)

1500(2001)
3) 西原，村瀬:繊維学会誌， 59(9)， 371(2003)4) 玄，繊維学会誌， 54(10)，527 (1998)

園 7 サンシャインウエザーメータによる促進劣化5)r
生分解プラスチックの全国土壌分解性フィールドテ

スト報告書J，平成 17年 9月，産業技術連携推進会
60000

さ 150

50000

制40000酬(Z)

200

30000仲余
20000

手100

題 50。

50100

14，239 (2006)
7)H.Tuji，Y.
Echizen，Y.Nishimura:J.Deg
rad.Stabi.，(2005)

100008) 西村，加藤，小林 :ECOINDUSTR，Y 5， 12(2000)

0.Takasu， Y.lnai， T.Hurabayashi，9) Y.Nishimura， A

処理時間 (h)固 8 高温・高湿試験による強度、伸度、分子量変化

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

議物質工学部会高分子分科会
6)H.Tuji，Y.Echizen，Y.Nishimura:J.Polym.Env
iron，J.Appl.Polym.Sci.，
97，2118 (2005)