JP2004043740A

JP2004043740A - 合成樹脂と木粉の混合成形物よりなる立体構造物及びその製造方法

Info

Publication number: JP2004043740A
Application number: JP2002206072A
Authority: JP
Inventors: Koji Minami; 南　浩司; Hiroaki Usui; 碓氷　宏明; Kiyoshi Okamoto; 岡本　清; Masasuke Tsukamoto; 塚本　政介
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2002-07-15
Filing date: 2002-07-15
Publication date: 2004-02-12

Abstract

【課題】廃材利用というリサイクルの観点から好ましく且つ撓みが小さく、しかも専用の金型無しに様々な寸法に対応した合成樹脂と木粉の混合成形物を複数接合した立体構造物を提供する。
【解決手段】合成樹脂と、木粉と、合成樹脂と木粉との親和性を高めるための相溶化剤とを混合して成形した複数の混合成形物１を、超音波溶着により接合して構成する。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、合成樹脂と木粉の混合成形物よりなる立体構造物及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来合成樹脂同士を超音波により溶着する技術は一般的に行われてきた。これは接触した合成樹脂間に超音波振動を与えて接触部分の摩擦熱により合成樹脂を短時間で溶融させ、お互いを接合するものである。
【０００３】
一方、近年、材料のリサイクルの観点から、廃材として発生する廃プラスチック及び廃木粉を混合して再利用しようとする試みが広がってきている。これらの合成樹脂と木粉の混合成形物を立体構造物にするには押し出し成形や射出成形が考えられる。しかしながら、これらの成形方法では平面体が交差するような形状のものを製造することは困難である。例えば、押し出し成形で厚み１ｍｍ程度の平面体が交差したものを製造しようとする時、高温の合成樹脂が押し出し後の冷却時に収縮し、交差部分に応力がかかりちぎれたり変形したりする。したがって、製造条件を厳密に管理しなければならないという問題がある。また、専用の金型が必要なので、立体構造物の設計変更の場合、金型を新規に作成し直さねばならないという問題がある。
【０００４】
また、合成樹脂と木粉の混合成形物同士を接着剤で接着して立体構造物を構成することも考えられるが、接着剤を使用する場合、硬化するまで長い時間がかかり生産性が悪い上、合成樹脂同士を接着する接着剤、特にポリプロピレン等は接着剤が特殊なものとなり高価となるという問題がある。
【０００５】
また、合成樹脂のみで平面体が交差した立体構造物を形成した場合、その物性として比較的ヤング率が小さいため、撓みが大きいという問題がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、廃材利用というリサイクルの観点から好ましく且つ撓みが小さく、しかも専用の金型無しに様々な寸法に対応した合成樹脂と木粉の混合成形物を複数接合した立体構造物を得ることを課題とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明に係る合成樹脂と木粉の混合成形物を複数接合した立体構造物は、合成樹脂と、木粉と、合成樹脂と木粉との親和性を高めるための相溶化剤とを混合して成形した複数の混合成形物１を、超音波溶着により接合して構成してあることを特徴とするものである。このような構成とすることで、混合成形物１と混合成形物１との接触部分で相互の合成樹脂が超音波振動による摩擦熱で溶着して複数の合成樹脂と木粉の混合成形物により任意の立体形状をした立体構造物２を構成することができるものである。ここで、合成樹脂と、木粉と、合成樹脂と木粉との親和性を高めるための相溶化剤とを混合して成形した複数の混合成形物１を、超音波溶着により接合して構成してあることで、混合成形物１の表面が木粉リッチな状態とならず、合成樹脂が全体に均一に存在し、混合成形物１と混合成形物１との接触部分で確実に超音波溶着ができることになる。また、合成樹脂、木粉として廃プラスチック、廃木粉を使用すると廃材のリサイクルが可能となり、また、木粉が混合してあるため、混合成形物１のヤング率が大きく、このヤング率の大きい混合成形物１を超音波溶着により接合して立体構造物２を構成しているので、立体構造物２の撓みを小さく抑えることができるものである。
【０００８】
また、混合成形物１の合成樹脂と木粉との混合比率が２０：８０〜８０：２０の範囲にあることが好ましい。このような構成とすることで、合成樹脂と木粉との混練度を上げ、また、ヤング率の低下を招かないようにできるものである。
【０００９】
また、相溶化剤が無水マレイン酸変性ポリプロピレンであることが好ましく、これにより合成樹脂としてポリプロピレンを使用した場合、無水マレイン酸変性ポリプロピレンにより合成樹脂と木粉との親和性を高め、混合成形物１の表面のみが木粉のリッチな状態となることがなく、混合成形物１同士の当接部分において確実に超音波溶着できるものである。
【００１０】
また、本発明の合成樹脂と木粉の混合成形物よりなる立体構造物の製造方法は、合成樹脂と、木粉と、合成樹脂と木粉との親和性を高めるための相溶化剤とを混合して混合成形物１を成形し、この混合成形物１同士を当接し、混合成形物１同士の当接部分に超音波振動を与えて当接部分において合成樹脂を超音波溶着することを特徴とするものである。このような方法を採用することで、超音波溶着により短時間で合成樹脂と木粉の混合成形物１同士を超音波溶着して任意の寸法、形状の立体構造物２を形成することができるものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を添付図面に示す実施形態に基づいて説明する。
【００１２】
混合成形物１は合成樹脂と、木粉と、合成樹脂と木粉との親和性を高めるための相溶化剤とを混合して成形することで形成してある。
【００１３】
上記の混合成形物１を複数組み合わせ接合して立体構造物２を形成するのであるが、この場合、混合成形物１を接触させたまま、超音波により振動させることで接触部分において摩擦熱で相互の混合成形物１の合成樹脂を溶融させて溶着することで立体構造物２を形成するようになっている。超音波振動の時間は１〜２秒程度の極めて短い時間で行うことができ、しかも接合部以外は常温なので生産性が高いものであり、また、超音波の振動子を移動することで複数の接合部に容易に対応することができるものである。
【００１４】
ここで、一様な合成樹脂同士を接合する場合と違い、溶融しない木粉が混合してあるため、合成樹脂と木粉の混練度を十分に上げ、木粉のまわりに合成樹脂の薄い層を形成する必要がある。
【００１５】
しかし、分子レベルで見ると、例えば、合成樹脂としてポリプロピレンを使用する場合、その分子中には水酸基ＯＨ等の官能基が無く、木粉成分のセルロース中に存在する水酸基との間で水素結合を形成したり、反応したりすることがない。したがって、ポリプロピレンと木粉との間にはそもそも混ざり合うような化学的な親和性がない。このため、一様に混合しようとしても分離し、混練物の表層部分が木粉リッチな状態となる。この状態のものを接触させて超音波を印加しても、合成樹脂成分が少ないので十分な接合ができないものである。
【００１６】
そこで、合成樹脂と木粉の一様な混合、更には超音波溶接に適した混合成形物１を製造するため、相溶化剤と称される合成樹脂を化学的に変性したものを合成樹脂と木粉との仲介剤として使用するものである。すなわち、相溶化剤とは合成樹脂と木粉との親和性を高めて分散性をよくするための一種の分散剤であり、この相溶化剤の例としては例えば無水マレイン酸変性を行ったポリプロピレンがある。具体的には、サンアロマー社製の変性ポリプロピレン、ＥＲ３２０ＰやＥＲ３５０Ｐなどがある。これらを全体重量に対して２〜３重量％添加すれば合成樹脂と木粉との分離を抑え、しかも、超音波溶着に適した樹脂層を混合成形物１の表層部に形成することができるものである。この相溶化剤の効果としては前述の通り無水マレイン酸と木粉中の水酸基の反応により親和性が高まるからである。
【００１７】
但し、相溶化剤を加えたとしても合成樹脂と木粉との混合度を上げるにはその配合比率に自ずから限界があり、合成樹脂の比率は全体重量に対して少なくとも２０重量％以上必要である。また、合成樹脂の比率を極端に大きくしていくと、ヤング率の低下を招くので、最大８０重量％程度が限界である。つまり、合成樹脂の配合比率を２０重量％〜８０重量％にするのが製造面から見ても性能面から見ても好ましいものである。
【００１８】
図１には平面状をした混合成形物１を直交するように複数枚組み合わせて混合成形物１の当接部分に超音波を与えて超音波溶着して箱状の立体構造物２を構成した例を示している。
【００１９】
上記図１に示す実施例において混合成形物１として、ポリプロピレン（サンアロマー社製ポリプロピレンＰＭ８７０Ａ）４７重量％、相溶化剤（サンアロマー社製相溶化剤ＥＲ３２０Ｐ）３重量％、廃材利用リサイクル木粉（粒径：１００ミクロン）５０重量％を混合して成形した平板状の混合成形物１を用いた。
【００２０】
図中のＡで示す混合成形物１同士が直交する部分を接合するのであるが、その一部を取り出した斜視図が図２である。このような形状のものでは超音波を片側の直交接触部分に超音波振動子（ホーン）５により超音波を印加すると、図１においてＡ１で示す直交接触部分を含む垂直方向に存在するＡ２で示す他方の直交接触部分にまで振動が伝達し、垂直方向にある２箇所の接触部分（Ａ１部分、Ａ２部分）を１回の超音波の印加で同時に溶着することができるものである。
【００２１】
超音波振動子５が被溶着物である混合成形物１に接触して溶着が開始された時点から溶着が終了するまでの時間は０．９８秒あるいは１．４５秒であった。圧力は０．１７ＭＰａ〜０．３１ＭＰａ程度で、超音波の周波数は２８ｋＨｚである。
【００２２】
その溶着力は実測値で６０ｋｇ／ｃｍ^２以上であり、実用上全く問題ない水準である。
【００２３】
また、超音波溶着の時間は１回当たり１〜２秒という極めて短時間なので効率が高いものである。
【００２４】
このように立体構造物２のサイズに関わりなく接合できるので特別な金型を必要とせず、寸法変更に柔軟に対応できるものである。
【００２５】
【発明の効果】
上記のように本発明の請求項１記載の発明にあっては、合成樹脂と、木粉と、合成樹脂と木粉との親和性を高めるための相溶化剤とを混合して成形した複数の混合成形物を、超音波溶着により接合して構成してあるので、混合成形物と混合成形物との接触部分で相互の合成樹脂が超音波振動による摩擦熱で溶着して複数の合成樹脂と木粉の混合成形物により任意の立体形状をした立体構造物を構成することができ、しかも、合成樹脂と、木粉と、合成樹脂と木粉との親和性を高めるための相溶化剤とを混合して成形した複数の混合成形物を、超音波溶着により接合して構成してあることで、混合成形物の表面が木粉リッチな状態とならず、合成樹脂が全体に均一に存在し、混合成形物と混合成形物との接触部分で確実に超音波溶着ができるものであり、また、合成樹脂、木粉として廃プラスチックや廃木粉を使用すると廃材のリサイクルが可能となり、また、木粉が混合してあるため、混合成形物のヤング率が大きく、このヤング率の大きい混合成形物を超音波溶着により接合して立体構造物を構成しているので、立体構造物の撓みを小さく抑えることができるものである。
【００２６】
また、請求項２記載の発明にあっては、上記請求項１記載の発明の効果に加えて、混合成形物における合成樹脂の配合比率を２０重量％〜８０重量％としてなるので、合成樹脂と木粉との混練度を上げ、また、ヤング率の低下を招かないようにできるものである。
【００２７】
また、請求項３記載の発明にあっては、上記請求項１又は請求項２記載の発明の効果に加えて、相溶化剤が無水マレイン酸変性ポリプロピレンであるので、無水マレイン酸変性ポリプロピレンにより合成樹脂と木粉との親和性を高め、混合成形物の表面のみが木粉のリッチな状態となることがなく、混合成形物同士の当接部分において確実に超音波溶着できるものである。
【００２８】
また、請求項４記載の発明にあっては、合成樹脂と、木粉と、合成樹脂と木粉との親和性を高めるための相溶化剤とを混合して混合成形物を成形し、この混合成形物同士を当接し、混合成形物同士の当接部分に超音波振動を与えて当接部分において合成樹脂を超音波溶着するので、超音波溶着により短時間で合成樹脂と木粉の混合成形物同士を超音波溶着して任意の寸法、形状の立体構造物を形成することができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の立体構造物の一例を示す正面図である。
【図２】同上の複数の混合成形物を超音波溶着により接合する例を示す説明図である。
【符号の説明】
１　混合成形物
２　立体構造物

Claims

合成樹脂と、木粉と、合成樹脂と木粉との親和性を高めるための相溶化剤とを混合して成形した複数の混合成形物を、超音波溶着により接合して構成してあることを特徴とする合成樹脂と木粉の混合成形物よりなる立体構造物。
混合成形物における合成樹脂の配合比率を２０重量％〜８０重量％としてなることを特徴とする請求項１記載の合成樹脂と木粉の混合成形物よりなる立体構造物。
相溶化剤が無水マレイン酸変性ポリプロピレンであることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の合成樹脂と木粉の混合成形物よりなる立体構造物。
合成樹脂と、木粉と、合成樹脂と木粉との親和性を高めるための相溶化剤とを混合して混合成形物を成形し、この混合成形物同士を当接し、混合成形物同士の当接部分に超音波振動を与えて当接部分において合成樹脂を超音波溶着することを特徴とする合成樹脂と木粉の混合成形物よりなる立体構造物の製造方法。