平成11年度 研究報告 大分県産業科学技術センター

杉樹皮製油吸着材の吸油メカニズムに関する研究

斉藤雅樹
材料開発部

OilAbsorbingMechanismofSBS（SugiBarkSorbent）
MasakiSA7TO

MaterialDeve］opmentDivision
要旨
地域環境プロジェクト研究として当センター，大分大学，大分県林業試験場の三者共同にて本研究を開始した．海洋流出油回収などの用途に使用される油吸着材を，杉樹皮を原料として実現する試みを当センターにて行っているが，吸油メカニズムについてはこれまで十分に解明されていない．解明の端緒として乾燥状態に違いを持たせた杉樹皮の吸油機能を比較したところ，乾燥状態の杉樹皮ほど油吸着材原料に適することが判明した．繊維サイズによる相違については大きな繊維ほど優れた吸油機能が認められた∴本報告の他，大分大学にて杉樹皮の化学的要素と吸油機能の関連を知るべく，親油性の原因がリグニンにあるとの仮定に基づき，検証実験の手法としてQCM（Quartz CrystalMicrobalance）に的を絞り，リグニン薄膜を分子レベルで水晶発振子の基盤に固定化する方法につき検討を行っている．ま．た、林業試験場から杉樹皮をはじめとする木質材料に関する情報提供を受け，基礎的データの蓄積を行っている．

L はじめに
2．1．2 実験の方法

杉樹皮製の油吸着材（SBS）に関し実用化研究を行った
結果，現在までに水槽実験レベルでその有効性を確認し杉樹皮の乾燥状態が吸油量にどのような影響を与えるている．しかし，原材料として杉樹皮が選ばれた理由は，かについて実験を行った．実験方法は米国材料試験協会

簡単な満水分離実験により十数種の候補から絞り込まれ（AST正り が定める油吸着材の吸着性能試験方法ドラフト版を参考とし，次の手順で行った：i〜．

た▲ノ2）という他は，廃棄物利用や天然材料であるという言

わば社会的要素であり，材料工学的な観点から最適の選（1）供試体を縦横それぞれ10cm，厚さ17mmとなるよう製択肢であるという理由でなかったのが実情である．

作し重量を測定．

そこには，環境関連材料，特に油吸着材は防災関連製（2）油を満たした十分な大きさの容器に供試体を静かに品の面があることから，開発に緊急を要するという理由入れる．
（3）15分後，供試体を引き上げ，30秒間ネットで油切りで理論よりも実績が重視されやすい性質上，研究グ）重点がメカニズム解明よりも形状改良による機能向上に置かを行う．

れて来た事情がある．

（4）供試体をトレイに移動し、重量を計測し，トレイ蛋

この状況を踏まえ，本研究では改めて杉樹皮製油吸着量を減じて吸油の正味重量を求める．

材の吸洒メカニズムを物理的要素と化学的要素に分けて供試体中の杉樹皮はその乾燥状態によりBarklから解明し．その結果をフィーードバックし油吸着材の材料設計を行うことを目的としている，‡ミ∂r−kl【1までの3種に分類している．Bark t は室内保存の自然乾燥状態，BaTkJlは屋外採存の自然乾燥状態，
Bark HIは屋外保存の湿潤状態でプ 乾燥している順に

2．実験†iarll（丁，Iiarkll〕鮎rk ‖Ⅰである．

2．1乾燥／湿潤状態の樹皮による吸油実験なお，各供試油の動粘度はJIS K2283 に規定する試2．1．1供試体（7〕構造験方法により求めた．油吸着材の性能評価は単位自峯当

杉樹皮繊瀾∬外包材として綿のネットを使牒巨￣る構造たりの吸油重量（Sor・benぐ）′Ratio）および供試体1枚＼主寺で，杉樹皮の繊維長約1〜5（、mJ）妾、）の，網＝約4mmの綿たりの噴油重量により行った．

製ネットで梱包した構造の供試体とLた．

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2．1．3 結果

維径との相関を一山概に述べることは困難と判断し，繊維Flg．1に示す結果では，BarkIとBarkIIに顕著なサイズの目安として振造機のフ／レイを通過した際の最小差は見られない．■・・・・一方，BarkIIIは目視する限り完全な♂〕網目をⅩ軸に採ってある．また，最小サイズの繊維湿潤状態で，本来の吸油能力がかなり損なわれているこ（通過網目53〃′m）については，網目を通過した繊維全て，とがわかる．BarkIT とBarkIIIは同様に剥皮後6ケ月即ち微小粉末までが含まれているため他のサイズの値と程度，屋外で雨ざらしの状態で保存されたものであるが，若干性質が異なることを注意する必要がある．

Flg．3 に示す結果では，繊維サイズが大きくなるほど使用時に自然乾燥状態であれば、屋内保存に比して吸油吸油機能に優れる傾向が見受けられる．また，Fig．・4〜能力はさはど遜色ないことが判明した．

Flg．2は，供試体1枚あたりの吸油重量の比較である．

8からは，通過網目53〃mを除き，繊維サイズが小さくな

一見するとより湿潤状態にあるBarkIIおよびBarkIIlるほどアスペクト比が大きくなる様子が観察される．

が最も乾燥状態にあるBarkIを凌駕するという奇妙な結この2点のみで杉樹皮の吸油に関する物理的な影響を果が生じている．これは，供試体を製作する際，BarkI推論することは甚だ難しいが，サイズの大きな樹皮繊維〜BarkI‡Ⅰの形状即ち厚みを同等にしたため，湿潤状態には油を保持する空隙が豊富に存在していると考えられにあり柔軟なBarkIIおよびBarkIIIの繊維総量が結果る．また，吸油という面から樹皮構造を解釈すれば，例的に多くなったためと考えられる．

えば通過網目75〟m（Fig．7）で観察されるような細長い

そこで，吸着材の繊維総量を同等にした場合の吸油量

繊維をユニットとし，ユニットそれ自体の吸油に加え，の比較を行った．BarkIを水中に3分間人為的に全没さユニット間の接合部分に比較的大きい空隙を有し，これせた後に30秒間水切りを行ったものをBaI・k］Ⅷ とし，が言わば貯油タンクの役割を果たしているという仮説がBarkIと比較することとした（Fig．2）．BarkIを最終立てられる．

製品に想定する場合，BarkIV は現場海面での使用に供された場合の製品に近い状態と思われる．BarkIに正し

3． まとめ

吸油量は1〜3割減となるものの乾燥時自重で計算した

杉樹皮は使用時に乾燥状態にある程，吸油に適しかつSorbency RatioはC重油で9．4であった．天然繊維系

吸水が少ないため，油吸着材として適しており，それま吸着材はSorbency Ratioが5以￣FでPoor，5〜10でFair，での乾燥／湿潤状態に関わらず使用時に乾燥していれば10以上でGoodと評価されており1），こ・の数字は実用に足優れた吸油機能を示すことが判明した．
油吸着材用途の場合，杉樹皮の保存保管にそれほど注るものであると考えて良い．

意を払わずとも実用上問題がないと考えられ，防災用資2．2．1供試体の構造機材として使用される場合等に有利であると思われる．
また，繊維サイズについては大きなものほど単位塵量

屋内乾燥状態の杉樹皮繊維をFri†′SCh社A3型フルイ振当たりの吸油機能に優れていることが判明し，油を保持造機（網目 52〜600〃m）により振幅1m，50Hz，1時する空隙容積と関連があると思われるが，より詳細な検間作動にてサイズ別に分類し，散逸を防ぐため綿素材の討が必要である．

2．2 繊維サイズ別の樹皮による吸油実験不織布シートにより外包した．供試体外寸は10cm匹！方，重量6．7〜6．9gである．

参考文献
1）斉藤雅樹，大内成司：平成10年度大分県産業科学技

2．2．2 実験の方法

杉樹皮の繊維サイズが吸油量にどのような影響を与▲え術センター一研究報告，P．14ト144，】9992）MasakiSaito、J毎iOuchi：Temporary Response System

るかについて実験を行った．実験は2．1．2に述べた（2）′＼一

fbr Viscous OilSpillby nshery Technique，1999
lntemationa10jlSpi11ConfbrenceProceedings（4）の手順で行った．今回の実験は外包材がメッシュではなく細目の不織布シートのため，C重油を試験油に用いると吸入に障害を来し，樹皮と油との接触が妨げられる

3）海上災害防止センター：油防除資機材の性能の評価恐れがある．従って，低粘度のA重油（4．7cSt；30℃）

及び再評価に関する調査研究報告書II，P．25−64，1999

を試験油とした．

4）Robert SchulzeI三nvironmentalCollSultant、inc．

2．2．3 結果

1997／1998WorldCatalogofOilSp川ResponseProducts

実験と並行して各サイズの樹皮繊維をビデオ「アイクロSixthEdition，Sorbents3．6−3．8、19ウ8

スコープ（100倍）にて観察した（Fig．∠皇〜8）．樹皮
繊維の形状は実にまち去ちなため通過網目と繊維長・繊−158−平成11年度 研究報告 大分県産業科学技術センター︹210一︵で 如 ︶ 0 焉 ∝ ゝ 2 む q J O S

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6．14
2BuTlker C

Gaso】enel．1［cSt］

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1500 弓 water‖．4∫Bark王（dryパndoor）

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2．5 8．6 ≧ 0．01 0．6 1・8il・0

ロBarkI王（drY／outdoor）
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1Tig．1 樹皮の乾燥／湿潤状態とSorbencyRatioの関係

Fig，2 樹皮の乾燥／湿潤状態と 吸油重量の関係…159岬

平成11年度 研究報告 大分県産業科学技術センター

864︵u＼u ︶ ○ 焉 ∝ ゝ 2 む q L O S

0200 400 600

非通過通過網目（〝m）Fig．3 樹皮サイズ（通過網目）とSorbency
Ratioの関係

Fig．6 樹皮繊維（通過網目150〟m）

Fig．4 樹皮繊維（通過網目 600〃m）

Fig．7 樹皮繊維（通過網目 75〟m）

Fig．5 樹枝繊維（通過網目 300′上⊥Tn）

王Tig．8 樹皮繊維（通過舶ト］53〃m）−160−