森林総合研究所

平成 28 年版

研究成果選集ヤナギの葉に含まれる物質により木材・プラスチック複合材の耐久性を向上
バイオマス化学研究領域
木材改質研究領域		

久保 智史、橋田
小林 正彦

光

要 旨
オノエヤナギは、ヤナギ科植物の中でも分布域が広く成長が早いことから、その幹・枝を燃料として利用できる木質系エネルギー作物として注目されています。本研究では、植林地に残され、資源としては未利用のオノエヤナギの葉の化学成分に着目した利用研究を行いました。オノエヤナギの葉をポリプロピレンなどの汎用プラスチックと混合することで、プラスチックの酸化分解を強く抑制することができました。また、オノエヤナギの葉を使用することで、従来の原料に比べて、より軽量の木材 - プラスチック複合材料を製造することができました。これらの成果から、オノエヤナギの葉を原料として用いることによって、軽量で耐久性に優れた混練型 WPC ※の製造が可能となると考えています。
ヤナギの「葉」が持つ化学的特徴
ヤナギは成長の早いエネルギー作物として世界中、特に北欧、北米で多く植林されており、日本でも北海道を中心に実証的な植林事業が展開されています。ヤナギをエネルギー作物として利用する場合、幹・枝を燃料として利用し、燃料利用されないヤナギの葉は収穫されずに林地に残されます。
一般的なヤナギの葉には、フラボノイドあるいは芳香族化合物が糖成分と化学結合した化合物が多く含まれています。我が国で植林が試みられているオノエヤナギの葉にも、抗酸化力に優れたアンペロプシンというフラボノイド（図 1）が重量換算で 10% 以上も含まれるタイプがあります。このことから、高含量のアンペロプシンを含むオノエヤナギの葉そのものにも高い抗酸化力があることが期待できます。

葉がプラスチックに対して高い抗酸化能力を付与することが分かりました。

オノエヤナギの「葉」を原料とした WPC
木 材 - プ ラ ス チ ッ ク 複 合 材 料（Wood PlasticComposites: 混練型 WPC）は、木粉と PP などの熱可塑性※プラスチックを加熱混練し、成形して製造される新しい木質系材料です。WPC にはプラスチック材料と同様に抗酸化剤が混合されていますが、高価であるため、現在、より安価な添加剤の開発が課題の一つになっています。そこで、抗酸化力を持つオノエヤナギ葉の PP に対する混合割合を 50％に増加させた WPC を試作しました。プレス成形で試作したオノエヤナギの葉を原料とした WPC は、スギ木粉を原料とした一般的な WPC に比べて褐色を帯びていますが、成形性に大きな違いはありませんでした（図 3）。スギ木粉と PP を等量混合しプラスチックの抗酸化剤としての特性た WPC の比重は 1.06 g/cm3 でしたが、オノエヤナギ我々の身近にあるプラスチック製品の多くは、屋外で 葉と PP を同じ割合で混合した WPC の比重は 0.77 g/
使用されると太陽光や温度によって引き起こされる酸化 cm3 でした。電子顕微鏡観察の結果、この WPC の低比反応のために劣化が促進し、強度低下が起こります。特 重化は、内部の空隙構造によるものであることが分かりに、我が国で最も多く利用されているプラスチックの一 ました。これは、発泡剤等を用いることなく WPC 内部つであるポリプロピレン（PP）は、酸化によって劣化 に空隙構造ができることを示しており、WPC の軽量化しやすいプラスチックとして知られています。そこで、 に寄与できると考えています。その一方、オノエヤナギ
PP や更に酸化されやすいプラスチックであるポリエチ の葉の PP に対する混合性は、スギ木粉に比べて劣るこレンオキシド（PEO）に対するオノエヤナギの葉の抗酸 とが明らかになりました。オノエヤナギの葉の WPC 用化特性を調べました。図 2 にオノエヤナギの葉とプラ 抗酸化剤としての性能は、加熱混練条件の最適化等によスチックとの混合物の酸化分解性を調べた結果を示しま って WPC 中でより均一に分散させることでさらに高めす。オノエヤナギの葉を混合しない条件では、両プラス られると考えています。
チックともに酸化分解による重さの減少が 30 分以内で起こっています。しかし、10% のオノエヤナギの葉を本研究は、公益財団法人 LIXIL 住生活財団調査研究助
混合することで、PP および PEO の酸化による分解が始 成、「未利用バイオマスである “ 葉 ” を利用したウッドまる時間を、それぞれ 1.5 時間および 43 時間まで延長 プラスチックの長期耐久性能向上技術の開発」による成することができました。このことから、オノエヤナギの 果です。
34オノエヤナギ葉／
FFPRI

オノエヤ

フロログルシノール骨格
フロログルシノール骨格
ピロガロール骨格
ピロガロール骨格
図１．オノエヤナギ葉の写真と葉に含まれるアンペロプシンの化学構造
図 1 図１．オノエヤナギ葉の写真と葉に含まれるアンペロプシン
オノエヤナギ葉の写真と葉に含まれるアンペロプシンの化学構造

アンペロプシンは、分子中にフロログルシノール、ピロガロールという２種類のポの化学構造リフェノール構造を持つ、抗酸化力の高い化合物です。

10510010510080105
100

70

90 0%

60

80

5070

3020100

重量残渣率（％）

重量残渣率（％）

9040

図３．オノエヤナギ葉
作したＷＰＣの表面写
ＷＰＣの断面の写真（
図３．オノエヤ
150℃
作したＷＰＣのＷＰＣの断面
150℃
10%

07.5%

205℃

5%

10%

7.5%

2.5%

60

10%

50

90
80

105
100

205℃
70

90

60

80

50

70

5%

0%

2.5%

40

オノエヤナギ葉とPPの混合物
30
20
30
1000

60

90

120

10%

7.5%
5%

40

60 2.5%30

50

200%401030

020 0%
600 1,200 1,800 2,400
3,000 3,600
オノエヤナギ葉と10

オノエヤナギ葉とPPの混合物
60
90
120 150 180
0
保持時間（分）305%

150

18002.5%

7.5%

オノエヤナギ葉とPEOの混合物

保持時間（分）PEOの混合物

0600

1,200 1,800 2,400 3,000 3,600

図図２．オノエヤナギ葉を混合したPP（左）とPEO（右）の等温加熱条件での酸化分解試験結果
2 オノエヤナギ葉を混合した PP（左）と PEO（右）の等温加熱条件での酸化分解試験結果保持時間（分）保持時間（分）（赤矢印で示した酸化分解による重量減少開始時間はオノエヤナギ葉を混合することで長本測定では、酸化による分解を試料の重量減少として検出しています。赤矢印で示した酸化分解による重量減
くなりました。また図中の温度は本等温分解試験を行った温度を示しています。）
少開始時間はオノエヤナギ葉を混合することで長くなりました。また図中の温度は等温分解試験を行った温度を
図２．オノエヤナギ葉を混合したPP（左）とPEO（右）の等温加熱条件での酸化分解試験結果示しています。
（赤矢印で示した酸化分解による重量減少開始時間はオノエヤナギ葉を混合することで長くなりました。また図中の温度は本等温分解試験を行った温度を示しています。）
オノエヤナギ葉／ＰＰ

スギ木粉／ＰＰ

図 3 オノエヤナギ葉（左）、スギ木粉（右）を 50％加えて試作した混練型ＷＰＣの表面写真（上行）と電子顕微鏡で観察した同ＷＰＣの断面の写真（下段）

2mm

2mm

図３．オノエヤナギ葉（左）、スギ木粉（右）を５０％加えて試作したＷＰＣの表面写真（上行）と電子顕微鏡で観察した同ＷＰＣの断面の写真（下段）150℃※については、巻末の用語解説をご覧ください。
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