CN117777553A

CN117777553A - 成形用材料

Info

Publication number: CN117777553A
Application number: CN202311230483.XA
Authority: CN
Inventors: 藤田智博; 横川忍; 中岛智枝子
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2022-09-27
Filing date: 2023-09-22
Publication date: 2024-03-29
Also published as: US20240101792A1; EP4345133A1; JP2024047762A

Abstract

本发明提供一种提高成形品的强度的成形用材料。该成形用材料包含直链烷基系聚酯、高极性聚酯和纤维素纤维，直链烷基系聚酯的含量与高极性聚酯的含量相比而较多，直链烷基系聚酯和高极性聚酯的总计含量为纤维素纤维的含量以下。

Description

成形用材料

技术领域

本发明涉及一种成形用材料。

背景技术

一直以来，已知一种包含纤维素纤维以及树脂等的成形用材料。例如，在专利文献1中，公开了一种包含源自纸的纤维、和生物降解性树脂的复合材料。

然而，在专利文献1所记载的复合材料中，存在难以提高成形品的强度这样的课题。详细而言，由于难以兼顾抗冲击强度和抗弯强度，因此存在成形品发生变形或产生裂纹等的情况。此外，如果增加纤维素纤维等纤维的含量，则会具有抗冲击强度易于降低的趋势。即，需求一种使成形品的强度提高的成形用材料。

专利文献1：日本特开2000-6142号公报

发明内容

成形用材料包含直链烷基系聚酯、高极性聚酯和纤维素纤维，所述直链烷基系聚酯的含量与所述高极性聚酯的含量相比而较多，所述直链烷基系聚酯和所述高极性聚酯的总计含量为所述纤维素纤维的含量以下。

附图说明

图1为表示实施例以及比较例所涉及的成形用材料的组分以及评价结果的表。

具体实施方式

1.成形用材料

本实施方式所涉及的成形用材料包含直链烷基系聚酯、高极性聚酯以及纤维素纤维。在成形用材料中，能够应用注塑成形或冲压加工等公知的成形方法。由成形用材料所制造出的成形品作为聚苯乙烯等的替代品而适合于各种容器、薄片、打印机等办公设备或家电产品等的框体。以下，对成形用材料中所包含的各种原材料进行说明。

1.1.直链烷基系聚酯

直链烷基系聚酯具有热塑性，且其在由成形用材料而制造成形品时会发生熔融而使纤维素纤维彼此粘结。此外，直链烷基系聚酯与纤维素纤维一起承担成形品的物性。特别是，通过直链状的亚烷基而会使韧性提升，从而主要会提高成形品的抗冲击强度。

直链烷基系聚酯作为原料单体而包含亚烷基的碳原子数为2以上且8以下的烷基二羧酸、和亚烷基的碳原子数为2以上且8以下的亚烷基二醇。直链烷基系聚酯由上述两种原料单体共聚而成。直链烷基系聚酯由上述两种原料单体通过公知的合成方法共聚而成。

作为上述的烷基二羧酸，例如可以列举出琥珀酸、戊二酸、己二酸、庚二酸、辛二酸、壬二酸以及癸二酸等直链饱和脂肪族二羧酸。在直链烷基系聚酯的合成中，使用这些物质中的一种以上。

作为上述的亚烷基二醇，例如可以列举出1,2-乙二醇、1,3-丙二醇、1,4-丁二醇、1,5-戊二醇、1,6-己二醇、1,7-庚二醇以及1,8-辛二醇等二元醇。在直链烷基系聚酯的合成中，使用这些物质中的一种以上。上述的两种原料单体比较容易获得，能够应用于工业用途或者商业用途。

作为直链烷基系聚酯，优选为包含聚丁二酸丁二醇酯、聚(丁二酸/己二酸丁二醇酯)以及聚己二酸乙二醇酯中的一种以上。由于这些直链烷基系聚酯具有生物降解性，因此能够减轻成形品的环境负载。

1.2.高极性聚酯

高极性聚酯使纤维素纤维与直链烷基系聚酯的相容性提升。由此，直链烷基系聚酯相对于纤维素纤维的润湿性提升，从而主要提高成形品的抗弯强度。

高极性聚酯具有极性比较高的分子结构，且在源自原料单体的重复结构中，相对于碳原子数为2的情况而氧原子数为1以上。详细而言，高极性聚酯作为原料单体而包含乳酸、羟基丁酸、羟基琥珀酸、柠檬酸、丙二酸、琥珀酸、丝氨酸、苏氨酸、丙烯酸、丙烯酸甲酯以及乙烯基乙酸等原料单体。

具体而言，高极性聚酯包含聚乳酸、聚烃基丁酸、聚丙烯酸、聚丙烯酸甲酯以及聚乙酸乙烯酯等中的一种以上。在这些物质之中，从减轻环境负载的观点出发，高极性聚酯优选为包含具备生物降解性的聚乳酸以及聚烃基丁酸中的一种以上。此外，高极性聚酯也可以为聚乙烯琥珀酸等这样的在分子结构中具有源自乳酸或者醋酸的结构的共聚物。

1.3.纤维素纤维

纤维素纤维在成形品中作为填充材料而发挥功能，并且有助于成形用材料的增厚和成形品的强度等物性的提升。

纤维素纤维源自于植物，且为比较丰富的天然原材料。因此，通过使用纤维素纤维，从而与使用合成纤维的情况相比，可促进环境负载的减轻。纤维素纤维在原材料的采购和成本方面也具有优势。此外，纤维素纤维在各种纤维之中，理论上的强度较高，从而也有助于提高成形品的强度。作为纤维素纤维，除了使用原纸浆以外，也可以对废纸、旧布等进行再利用。

虽然纤维素纤维主要由纤维素而形成，但是也可以包含纤维素以外的成分。作为纤维素以外的成分，例如可以列举出半纤维素、木质素等。此外，也可以对纤维素纤维实施漂白等处理。

从提高成形品表面的外观的观点出发，纤维素纤维的纤维长优选为小于500μm，更优选为小于50μm。纤维素纤维的纤维长通过以ISO 16065-2：2007为标准的方法而被求出。

此处，在成形用材料中，直链烷基系聚酯的含量与高极性聚酯的含量相比而较多。由此，在成形品中，能够平衡性良好地提高抗冲击强度和抗弯强度。

在成形用材料中，直链烷基系聚酯与高极性聚酯的总计含量为纤维素纤维的含量以下。由此，在成形品中，能够显著地表现出纤维素纤维的作为填充材料的功能。

在成形用材料中，在将直链烷基系聚酯的含量设为100质量份时，高极性聚酯的含量为10质量份以上且70质量份以下，纤维素纤维的含量为110质量份以上且570质量份以下。据此，能够进一步提高成形品的强度。

1.4.添加剂

成形用材料也可以作为添加剂而包含阻燃剂。在阻燃剂中，能够应用公知的物质。作为阻燃剂，例如可以列举出锑化合物、金属氢氧化物、氮化合物、硼化合物等无机系阻燃剂，以及溴化合物、磷化合物等有机系阻燃剂。

在成形用材料中，在将直链烷基系聚酯、高极性聚酯以及纤维素纤维的总计含量设为100质量份时，阻燃剂的含量设为1质量份以上且20质量份以下。据此，能够提高成形品的阻燃性。

成形用材料除了包含阻燃剂以外，也可以包含其他添加剂。作为其他添加剂，例如可以列举出着色剂、防虫剂、防霉剂、抗氧化剂、紫外线吸收剂、凝集抑制剂以及脱模剂等。此外，成形用材料除了包含上述的直链烷基系聚酯以及高极性聚酯以外，也可以包含其他树脂。

2.成形用材料的制造方法

对成形用材料的制造方法进行说明。在成形用材料的制造中，能够应用公知的方法。具体而言，例如能够应用在下文中所叙述的方法。

首先，通过单轴混揉机或者双轴混揉机而对上述的原材料进行混揉以使之成为绞绳状。接下来，实施造粒加工而设为粒状的成形用材料。

此外，作为成形用材料的制造方法也可以应用以下的方法。首先，通过碎纸机装置而对废纸或纸浆材料进行粗碎以使之成为纤维素纤维。然后，对纤维素纤维、直链烷基系聚酯以及高极性聚酯进行计量并进行混揉。接下来，使混揉后的原材料在空气中堆积而成为薄片状的堆积物。由于该堆积物含有大量空气且密度较小，因此通过压延装置来对该堆积物进行压缩以排除空气，从而提高密度。接下来，在使用加热炉而以非接触的方式进行了加热后，通过热压装置来进行热压。

在加热炉以及热压装置中，相对于直链烷基系聚酯以及高极性聚酯的熔融温度，而以高出约20℃的温度来进行加热。由此，可形成各原材料被抑制了不均而被分散了的薄片。

接下来，通过碎纸机装置而将薄片裁剪成所期望的形状，从而成为粒状的成形用材料。虽然成形用材料的所期望的形状并未被特别限定，但是为2mm³至5mm³的大致立方体。通过以上的方法，从而制作出成形用材料。另外，成形用材料的制造方法并未被限定于上述内容。

根据本实施方式，可以获得以下的效果。能够使成形品的强度提高。通过并用直链烷基系聚酯以及高极性聚酯，从而可改善抗冲击强度和抗弯强度的平衡，并且能够兼顾抗冲击强度和抗弯强度。因此，能够提供一种使成形品的强度提高的成形用材料。

3.实施例以及比较例

以下，示出了实施例以及比较例，并且更具体地对本发明的效果进行说明。在图1中，示出了与实施例1至实施例9以及比较例1至比较例6的各成形用材料相关的、原材料的组分以及成形品的评价结果。

在图1的组分栏中，数值的单位为质量％，没有数值的记载的“－”标记的栏表示不含有。在原材料名的标记中，一部分的名称使用了简称。关于各简称将在后文中进行叙述。在以下的说明中，将实施例1至实施例9又简单地统称为实施例，且将比较例1至比较例6又简单地统称为比较例。另外，本发明不被以下的实施例进行任何限定。

依据图1的组分而制造出实施例以及比较例的成形用材料。具体而言，称量直链烷基系聚酯、高极性聚酯以及纤维素纤维等，并投入Technovel公司的双轴混揉机KZW15TW-45MG中以进行了混揉。混揉条件为，将最高加热温度设为180℃，且将挤出喷出量设为1kg/hr。接下来，在加工成绞绳状之后，通过造粒机而设为粒状的成形用材料。

在图1中所使用的简称以及商品名的详细情况如下文所述。

直链烷基系聚酯

·PBS：聚丁二酸丁二醇酯。商品名为BioPBS FZ71PB，三菱化学公司。

·PBSA：聚(丁二酸/己二酸丁二醇酯)。商品名为BioPBS FD92PB，三菱化学公司。

高极性聚酯

·PLA：聚乳酸。商品名为TERRAMAC(注册商标)TE-2000，UNITIKA公司。

纤维素纤维：商品名为Guaiba BEKP，CMPC公司。

阻燃剂

·阻燃剂a：磷腈系阻燃剂。商品名为Rabitle(注册商标)FP-110，三井化学Fine公司。

·阻燃剂b：磷酸酯系阻燃剂。商品名为Exolit(注册商标)OP1230，科莱恩公司。

使用实施例以及比较例的成形用材料，并通过注塑成型或者冲压加工而制作出评价用的试样片。详细而言，在注塑成型以及冲压加工中，成形用材料的加热温度均设为了200℃。作为注塑成型装置而使用了日精树脂工业公司的THX40-5V，作为冲压加工装置而使用了东和精密机械公司的液压机PHKS-40ABS。

此处，实施例1为，将PBS的含量设为40质量％、将PLA的含量设为10质量％、将纤维素纤维的含量设为50质量％、并通过注塑成型而制作出成形品的水平。

实施例2为，相对于实施例1而减少了PBS的含量、且增加了PLA的含量的水平。

实施例3为，相对于实施例1而使用PBSA来代替PBS的水平。

实施例4为，相对于实施例3而将PBSA的含量减少了5质量％、且将阻燃剂A添加了5质量％的水平。

实施例5为，相对于实施例4而使用阻燃剂b来代替阻燃剂a的水平。

实施例6为，相对于实施例3而将PBSA的含量减少了10质量％、且将PLA的含量增加了10质量％的水平。

实施例7为，相对于实施例6而将PLA的含量减少了10质量％、且将纤维素纤维的含量增加了10质量％的水平。

实施例8为，相对于实施例7而将PBSA的含量减少了14质量％、将PLA的含量减少了6质量％、且将纤维素纤维的含量增加了20质量％、并通过冲压加工而制造出成形品的水平。

实施例9为，相对于实施例8而将PBSA的含量和PLA的含量设为10质量％的水平。

比较例1为，将PBS的含量设为50质量％、将纤维素纤维的含量设为50质量％、并通过注塑成型而制作出成形品的水平。

比较例2为，相对于比较例1而使用PBSA来代替PBS的水平。

比较例3为，相对于比较例1而使用PLA来代替PBS的水平。

比较例4为，将PBS的含量设为10质量％、将PLA的含量设为40质量％、并将纤维素纤维的含量设为50质量％的水平。

比较例5为，相对于比较例4而将PBS的含量增加了10质量％、且将PLA的含量减少了10质量％的水平。

比较例6为，相对于比较例4而使用PBSA来代替PBS的水平。

作为抗冲击强度的指标而采用夏比冲击强度，试验方法依照ISO 179(JIS K7111)而实施。试样片的形状设为长边80mm±2mm、短边4.0mm±0.2mm、厚度10.0mm±0.2mm的长方形的板状。试验装置使用了东洋精密机械制作公司的冲击试验仪IT。在夏比冲击试验中，将摆锤重量设为4J(WR2.14N/m)，将摆锤预仰角设为150°，将缺口底部高度设为8.0mm±0.2mm，将缺口角度设为45°。

作为抗弯强度的指标而采用弯曲特性，试验方法依照ISO 178(JIS K171)而实施。试样片的形状设为长边80mm±2mm、短边10.0mm±0.2mm、厚度4.0mm±0.2mm的长方形的板状。试验装置使用Instron公司的68TM-30，并将支点间距离设为64mm而实施了试验。

关于所获得的各个水平的试验结果，依据以下的判定基准而对成形品的强度进行了判定。

判定基准

A：夏比冲击强度为7kJ/m²以上，并且弯曲弹性模量为4000MPa以上。

B：夏比冲击强度为4kJ/m²以上且小于7kJ/m²，并且弯曲弹性模量为4000MPa以上。

C：夏比冲击强度为4kJ/m²以上且小于7kJ/m²，或者弯曲弹性模量为4000MPa以上。

D：夏比冲击强度小于4kJ/m²，并且弯曲弹性模量小于4000MPa。

如图1所示，实施例的所有水平都成为了B判定以上，特别是在实施例3至实施例7中成为了A判定。由此，在实施例中，示出了成形品的强度提升的情况。相对于此，比较例的所有水平都成为C判定以下，可知难以提高成形品的强度。

Claims

1.一种成形用材料，其中，

所述成形用材料包含直链烷基系聚酯、高极性聚酯和纤维素纤维，

所述直链烷基系聚酯的含量与所述高极性聚酯的含量相比而较多，

所述直链烷基系聚酯和所述高极性聚酯的总计含量为所述纤维素纤维的含量以下。

2.如权利要求1所述的成形用材料，其中，

在将所述直链烷基系聚酯的含量设为100质量份时，

所述高极性聚酯的含量为10质量份以上且70质量份以下，

所述纤维素纤维的含量为110质量份以上且570质量份以下。

3.如权利要求2所述的成形用材料，其中，

所述直链烷基系聚酯作为原料单体而包含亚烷基的碳原子数为2以上且8以下的烷基二羧酸、和亚烷基的碳原子数为2以上且8以下的亚烷基二醇。

4.如权利要求3所述的成形用材料，其中，

所述直链烷基系聚酯包含聚丁二酸丁二醇酯、聚(丁二酸/己二酸丁二醇酯)以及聚己二酸乙二醇酯中的一种以上。

5.如权利要求2所述的成形用材料，其中，

所述高极性聚酯在源自原料单体的重复结构中，相对于碳原子数为2的情况而氧原子数为1以上。

6.如权利要求5所述的成形用材料，其中，

所述高极性聚酯包含聚乳酸以及聚烃基丁酸中的一种以上。

7.如权利要求2所述的成形用材料，其中，

所述纤维素纤维的纤维长小于500μm。

8.如权利要求2所述的成形用材料，其中，

所述成形用材料包含阻燃剂，

在将所述直链烷基系聚酯、所述高极性聚酯以及所述纤维素纤维的总计含量设为100质量份时，所述阻燃剂的含量为1质量份以上且20质量份以下。