JP2004314372A

JP2004314372A - 木質樹脂成形体

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Publication number: JP2004314372A
Application number: JP2003109752A
Authority: JP
Inventors: Keiichi Kiriyama; 敬一桐山; Masaaki Kondo; 正昭近藤; Mutsumi Maeda; 睦前田; Yasuo Takenaka; 保雄竹中
Original assignee: KIRIYAMA KASEI KK; Asahi Kasei Chemicals Corp
Current assignee: KIRIYAMA KASEI KK; Asahi Kasei Chemicals Corp
Priority date: 2003-04-15
Filing date: 2003-04-15
Publication date: 2004-11-11

Abstract

【課題】低熱容量で軽量であり、天然木材と同様の二次加工性に優れ、製品強度、剛性に優れ、効率良く生産しうる木質樹脂成形体を提供する。
【解決手段】熱可塑性樹脂、植物性セルロース、発泡剤からなる木質樹脂組成物を、中子体を備えた賦形ダイを用いて押出成形してなる、低比重の内部コア層と高比重の外郭とを有する木質樹脂成形体。
【選択図】なし

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、床材など、従来は木材が使用されていた用途に用いられる木質樹脂成形体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から木質樹脂成形体及びその成形法の開発は種々行われており、例えば特許文献１〜５等に開示されている。しかしこれらの開示技術で得られた成形体は、その内部構造が中実であるため熱容量が大きく、特に真夏時に屋外で使用した場合、成形体が熱くなってしまって触れないという問題点があった。
【０００３】
このような問題を解決する手段として、木質樹脂からなる中空成形体または発泡成形体が考えられる。中空成形体としては、例えば特許文献６〜１３等に開示されている。しかしながら、中空成形体は、釘打ちやネジ止めを行なう際に中空部を意識する必要があり、二次加工性に問題を有していた。
【０００４】
一方、発泡成形体は、熱容量を下げるために発泡倍率を上げると機械的強度が低下してしまい、逆に強度を保つために発泡倍率を低く設定すると熱容量が低下しないと言うジレンマを有していて、問題となっていた。
【０００５】
さらに近年になって、上記熱容量と二次加工性の問題を同時に解決する方法として、まず中空構造の木質樹脂成形体を成形し、続いてその中空部に発泡樹脂を注入する成形方法や、木質樹脂組成物の外郭と発泡樹脂の内部コア層を共押出成形する方法が、例えば特許文献１４〜１６等に開示されている。
【０００６】
しかしながら、前者の製法は工程が２段階であるため、生産性を向上させることが難しいという問題がある。また後者は共押出成形という技術的に難しく、且つ生産性の面でも通常の押出成形と比べて向上させることが難しいという問題を有していた。
【０００７】
以上の様に、従来技術において、熱容量、重量、釘打ちやネジ止めなどの二次加工性、製品強度、生産性を同時に満足させる木質樹脂成形体は未だ存在せず、解決法が待ち望まれていた。
【０００８】
【特許文献１】
特公昭５６−９４１７号公報
【特許文献２】
特開昭５８−１０２７４５号公報
【特許文献３】
特開昭５９−１４３６１４号公報
【特許文献４】
特開平７−２６６３１３号公報公報
【特許文献５】
特開２００２−３１６３５２号公報
【特許文献６】
特許第２８７２５９０号公報
【特許文献７】
特開２００１−８９５７８号公報
【特許文献８】
特開２０００−３５１１０５号公報
【特許文献９】
特開昭５０−１４９７５７号公報
【特許文献１０】
特開昭５６−１５０５９９号公報
【特許文献１１】
特開昭５８−２７７２６号公報
【特許文献１２】
特開２０００−３８４６７号公報
【特許文献１３】
特開２００１−１９２４８９号公報等
【特許文献１４】
特開２０００−１７７７６号公報
【特許文献１５】
特開２０００−１２７２８０号公報
【特許文献１６】
特開２０００−２６３７１８号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記従来の問題に鑑み、低熱容量、軽量で、釘打ちやネジ止めなどの二次加工性が天然木材と同等であり、製品強度、剛性に優れ、さらに効率良く生産し得る木質樹脂成形体を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、鋭意研究を進めた結果、特定の比重を有する外郭と内部コア層を有する木質樹脂成形体が、前記問題を全て解決できることを発見し、本発明を達成した。
【００１１】
即ち、本発明は、少なくとも、５〜９５重量％の熱可塑性樹脂と９５〜５重量％の植物性セルロースの混合物よりなる木質樹脂組成物よりなり、比重が０．６〜０．９である内部コア層と、比重が１．０〜２．０である外郭とで構成され、最小厚みが１０〜２００ｍｍであることを特徴とする木質樹脂成形体である。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の木質樹脂成形体は、内側に低比重の内部コア層を有する構造であるため、全体として中実の成形体に比べて軽く、且つ熱容量が小さい。さらに、内部コア層は低比重であっても中空ではないため、釘打ちやネジ止めなどの二次加工性が天然木材と同等である。また、高比重の外郭を有することから、製品強度、剛性にも優れた木質樹脂成形体である。
【００１３】
本発明は、後述するように中子体を有する賦形ダイを用いることにより、技術的に容易な押出成形によって成形することができるため、１工程で生産性良く成形することができる。
【００１４】
以下、本発明について具体的に説明する。
【００１５】
［外郭］
本発明の木質樹脂成形体の一例の断面図を図１に示す。当該断面図は押出成形時の押出方向に直交する方向の断面図である。図中、１は外郭、２は内部コア層である。外郭１は、成形の際に金型と接触して形成される部分であり、成形体の剛性、強度を担う高剛性、高強度部分であり、その比重は１．０〜２．０の範囲にある。尚、本発明で言う比重とは、ＡＳＴＭＤ７９２に基づき、２３℃で測定されたものである。
【００１６】
本発明の木質樹脂成形体は最小厚みが１０〜２００ｍｍに成形されるが、外郭１の厚みは１ｍｍ以上且つ成形体の厚みの１／３以下であることが好ましく、２ｍｍ以上且つ成形体の厚みの１／４以下であることが望ましい。尚、本発明の成形体における最小厚みとは、成形時の最小厚みを意味し、具体的には、本発明の成形体が好ましく成形される押出成形においては、押出方向に直交する方向の最小厚みである。
【００１７】
［内部コア層］
本発明の内部コア層２は、図１に示すように、外郭１に四方を囲まれた、比重が０．６〜０．９の低比重部分であり、成形時に金型とは接触しないで形成された部分である。
【００１８】
［内部リブ］
本発明の成形体においては、外郭１と同様の高比重の内部リブを形成することにより、成形体の剛性、強度の向上を図ることができる。図２は、この様な内部リブ３を設けた本発明の成形体の一例の断面図（押出方向に直交する方向）である。当該内部リブ３は、外郭１と同様に、比重が１．０〜２．０の範囲にあり、その厚さは２ｍｍ以上且つ成形体の厚みの１／４以下である。
【００１９】
尚、かかる内部リブは一つの成形体内に複数個設けてもかまわない。
【００２０】
［成形法］
本発明の成形体は中子体を有する賦形ダイを用いた押出成形により、成形することができる。
【００２１】
本発明の成形体の押出成形に際して、低比重の内部コア層を形成するには、発泡成形を用いることが好ましく、発泡成分として、押出成形機に投入した木質樹脂組成物より発生するガス及び／または発泡剤を利用することが可能であるが、より安定し、且つ鬆の少ない均質な内部コア層を形成する上で、発泡剤の方が好ましい。
【００２２】
図３に、本発明の成形体の成形に好ましく用いられる、中子体を有する賦形ダイの一例の断面模式図を示す。図中、４は賦形ダイ、５は冷却ダイ、６は中子体、７はバレル、８はブレーカープレート、９はヒーター、１０は断熱プレート、１１は冷却配管、１２は隙間流路である。尚、中子体６を母型に固定している部材については便宜上省略した。
【００２３】
図３に例示するような賦形ダイ４においては、中子体６の大きさや形状を変えて、母型と中子体６との間の隙間流路１２の断面積を変える事で、外郭の厚みを任意に制御することができる。このことは、木質樹脂成形体の剛性、強度、二次加工性の調整に有用である。
【００２４】
また、図２に示した内部リブ３を有する成形体を成形する場合には、複数の中子体を有する賦形ダイを用いた押出成形法が好適であり、さらに、図４に示すように、押出方向に貫通孔１４を設けた中子体１３を有する賦形ダイであるとさらに好適である。図４に示す中子体１３の如く、押出方向に貫通孔１４を有する中子体は、外郭と内部コア層の比重差を広げる手法としても好ましい。
【００２５】
［木質樹脂組成物］
本発明に用いられる熱可塑性樹脂は、特に限定されるものではないが、二次加工性の点で、少なくともポリエチレンからなる熱可塑性樹脂が好ましい。また、二次加工性と強度、剛性のバランスの点で、少なくともポリエチレンとポリスチレンの混合物からなる熱可塑性樹脂が好ましく用いられる。
【００２６】
また、本発明で用いられる木質樹脂組成物は、一般的に熱分解を受けやすい植物性セルロースを含むため、比較的低い温度で加工できる熱可塑性樹脂が好適である。特に１９０℃を超える温度領域で押出成形を行うと、分解ガスの発生が激しくなる。よって、好ましくは１９０℃以下、さらに好ましくは１８０℃以下、最も好ましくは１７０℃以下で押出成形加工できる木質樹脂組成物であることが好ましく、その点でポリエチレンやポリスチレンは木質樹脂組成物を構成する熱可塑性樹脂として非常に好適である。
【００２７】
本発明で用いうるポリエチレンとしては、メルトインデックスが、好ましくは０．０１〜５．０、最も好ましくは０．０５〜３．０の範囲にある高密度ポリエチレンが、優れた機械的強度と良好な木質感を得るため、極めて好ましく使用できる。尚、この場合のメルトインデックスとは、ＡＳＴＭＤ１２３８に規定されているものであり、測定温度が１９０℃、荷重が２１６０ｇの時の値である。
【００２８】
ポリスチレンとしては、スチレンを単独重合して得られる汎用ポリスチレン（ＧＰＰＳ）、及び、共役ジエンとスチレンの共重合体である耐衝撃性ポリスチレン（ＨＩＰＳ）を好ましく使用することができる。中でも、ＧＰＰＳが、剛性が高くさらに好ましい。
【００２９】
本発明に用いられる植物性セルロースは、特に限定されるものではなく、例えば木粉、パルプ、バカス、ケナフ、おが屑、木質繊維、籾殻、破砕チップ材、果実殻粉、古紙、竹の粉末、ビールの絞り粕、コーヒーの絞り粕等が挙げられ、これらを単独又は２種類以上組み合わせて用いることもできる。植物性セルロースは用途によって適宜選択することができるが、機械的強度及び二次加工性の点で木粉が好ましい。
【００３０】
植物性セルロースは、必要に応じて乾式または湿式粉砕を行い、さらに必要に応じて篩い分けにより粒径が０．１ｍｍ〜１０ｍｍの粉粒としたものを用いるのが良い。植物性セルロースの粒径が上記範囲より小さい場合はその取扱いにおいて粉立ちなどが起き易く、また粉砕や篩い分けに手間がかかりコスト高になる可能性がある。また、粒径が上記範囲より大きい場合には、得られた成形体の機械的強度が不充分になる可能性がある。
【００３１】
植物性セルロースの形状は、粒子状だけでなく、扁平な形状、異型形状、及びそれらの混合物でも良い。
【００３２】
本発明に用いられる木質樹脂組成物は、少なくとも、５〜９５重量％の熱可塑性樹脂と９５〜５重量％の植物性セルロースの混合物よりなる。好ましくは、当該混合物中における熱可塑性樹脂の重量割合が１０〜７０重量％、さらに好ましくは１５〜５０重量％である。当該混合物中における熱可塑性樹脂の割合が５重量％未満では木質感が損なわれ、剛性が劣り、また、９５重量％を超えると、加工性に問題が生ずる。
【００３３】
また、熱可塑性樹脂がポリエチレンとポリスチレンの混合物である場合、ポリエチレン５〜９９．９重量％とポリスチレン０．１〜９５重量％の混合物であることが好ましく、ポリエチレン１０〜９０重量％とポリスチレン１０〜９０重量％の混合物であることが、より好ましい。
【００３４】
本発明において用いられる熱可塑性樹脂及び／または植物性セルロースは、少なくとも廃棄物を原料の一部として用いると、環境対策として、また生産コストを低減できる点からも好適である。
【００３５】
また、本発明に用いられる木質樹脂組成物には、本発明の効果を損ねない範囲において、必要に応じて、他の添加剤、充填材を添加してもよい。
【００３６】
例えば熱可塑性樹脂と植物性セルロースに対する相溶化剤として、無水カルボン酸基やアクリル酸基を官能基として有するポリオレフィン系樹脂や、無水マレイン酸、グリシジルアクリレートまたはグリシジルメタアクリレート等が好適である。
【００３７】
さらに他の添加剤として着色剤、滑剤、安定剤、紫外線吸収剤、酸化防止剤、帯電防止剤などが使用できる。
【００３８】
充填材としてはタルク、炭酸カルシウムなどの粒子状無機充填材、ガラス繊維などの無機繊維状充填材、ポリエステル繊維などの有機繊維状充填材などを用いることができる。
【００３９】
本発明において用いられる木質樹脂組成物の調製は、まず前処理として、植物性セルロースを単独で乾燥させるか、或いは、熱可塑性樹脂成分、植物性セルロース成分、及び他の必要な成分を、ヘンシェルミキサーなどを用いて加熱、混合し、水分を除去することが好ましい。特に水分量の多い植物性セルロースを使用する場合、この前処理を実施することが望ましい。
【００４０】
植物性セルロースを単独で乾燥する手段として、ホッパードライヤー、パドルドライヤーなどの粉体用乾燥機を用いることができる。また、植物性セルロースを他の成分と混合した状態で乾燥する手段としては、ヘンシェルミキサー、シユーラー、リボンブレンダー、パドルドライヤーなどを用いて、常圧、または、減圧の条件で乾燥することができる。尚、押出成形前に、植物性セルロースを他の成分と混合して乾燥する場合、該成分の凝集を抑制することが好ましい。
【００４１】
また、植物性セルロースを乾燥する手段として、押出成形加工中に押出機のシリンダーベント口などから、常圧、または、減圧の条件で脱揮することにより、脱水・乾燥処理を施すことも好ましく適用される。
【００４２】
尚、ヘンシェルミキサーに入れた内容物が高粘度溶融状態となるまで加熱すると、ヘンシェルミキサーがトルクオーバーを生じ、それ以上攪拌ができない状態となる場合がある。従ってヘンシェルミキサーの設定温度は、９０℃以上、より好ましくは１２０℃以上であり、上限は１７０℃以下、より好ましくは１４０℃以下である。
【００４３】
【実施例】
以下に、本発明の実施例を挙げて本発明を具体的に示すが、本発明がこれら実施例に限定されるものではない。
【００４４】
［原料］
実施例で用いた原料は以下の通りである。
【００４５】
＜熱可塑性樹脂＞
高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）：
旭化成（株）製；「サンテック」ＨＤＢ８７１
ポリスチレン（ＰＳ）：
エー・アンド・エムスチレン（株）製；６８０
＜滑剤＞
超高分子量ポリエチレン（ＵＨＭＷＰＥ）：
旭化成（株）製；「サンファイン」ＵＨ−９５０
＜植物性セルロース＞
木粉（木種は松）：
Ｊ．ＲＥＴＴＥＮＭＡＩＥＲ＆ＳＯＨＮＥＧｍｂＨ＆Ｃｏ製；「ＬＩＧＮＯＣＥＬ」Ｓ１５０ＴＲ
＜相溶化剤＞
無水マレイン酸：
三菱化学（株）製；無水マレイン酸
＜発泡剤＞
炭酸水素ナトリウム系発泡剤：
永和化成工業（株）製；「セルボン」ＳＣ−Ｐ
【００４６】
［評価方法］
＜外郭の厚み＞
木質樹脂成形体を押し出し方向と垂直な方向に切断し、その面における外郭の厚みを任意の３ヶ所定規で測定し、平均をとった。
【００４７】
＜外郭及び内部コア層の比重＞
それぞれ３ヶ所づつ切り出し、ＡＳＴＭＤ７９２に基づき、測定し、平均をとった。
【００４８】
＜成形体の比重＞
成形体を正確に１００ｍｍ切り出し、金型と接触していた４面にサンディング処理を施し凸部分を削り正確な直方体とし、３次元測定器を用いて寸法を測定し、正確な体積を算出した。さらに該成形体の重量を測定し、比重を算出した。
【００４９】
＜曲げ弾性率＞
ＪＩＳＫ６９３１に基づき、測定した。
【００５０】
＜曲げ強さ＞
ＪＩＳＫ６９３１に基づき、測定した。
【００５１】
＜二次加工性＞
成形体の二次加工性を以下の基準で評価した。
○：ノコギリで簡単に切断可能、釘打ちで固定可能、ネジ止め問題なし。
×：ノコギリでの切断困難、及び／または、釘打ち、ネジ止めで割れ発生。
【００５２】
（実施例１）
前処理として、
ＨＤＰＥ２８重量部
ＰＳ１２重量部
ＵＨＭＷＰＥ５重量部
木粉５５重量部
無水マレイン酸３重量部
を、１３０℃に設定した５００Ｌヘンシェルミキサー（三井鉱山製）へ投入し、攪拌しながら水分を除去した。得られた混合粉末を１００重量部と、１重量部の炭酸水素ナトリウム系発泡剤とを混合して木質樹脂組成物とした。
【００５３】
ＰＣＭ６５型二軸押出機（池貝鉄鋼社製）に、３８ｍｍ×８９ｍｍの断面形状を有し、且つ図４に示す、貫通孔を有する中子体を備えた異形押出金型を取り付け、加工温度１７５℃にて、前出の木質樹脂組成物を用い、押出成形した。尚、使用した押出金型は、内面にフッ素樹脂コーティングを施した金型を使用した。得られた成形体は図１と同様の断面を有していた。該成形体の評価結果を、表１に示す。
【００５４】
（実施例２）
図５に示す、貫通孔を有する中子体１５を複数個備えた異形押出金型を用いた以外は実施例１と同様にして押出成形を行った。その結果、図２に示した成形体と同様に内部リブを１個有する木質樹脂成形体が得られた。該成形体の評価結果を表１に示す。
【００５５】
（比較例１）
中子体を持たない異形押出金型を使用したこと以外は実施例１と同様にして押出成形を行った。得られた成形体の評価結果を表１に示す。
【００５６】
（比較例２）
発泡剤を添加していない木質樹脂組成物と、中子体を持たない異形押出金型を使用したこと以外は実施例１と同様にして押出成形を行った。得られた成形体の評価結果を表１に示す。
【００５７】
【表１】

【００５８】
【発明の効果】
本発明の木質樹脂組成物は、高比重の外郭と低比重の内部コア層からなるため、熱容量が低く、軽く、釘打ちやネジ止めなどの二次加工性が天然木材と同等であり、製品強度、剛性に優れており、押出成形により効率良く生産することが可能である。よって、真夏時に屋外で使用した際にも、従来の忠実構造の木質樹脂成形体に比較して高温になりにくく、特に屋外で用いられる床材、例えばデッキ材、すのこ用部品等として、好ましく用いられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の木質樹脂成形体の一例の断面図である。
【図２】本発明の木質樹脂成形体の他の例の断面図である。
【図３】本発明の木質樹脂成形体の押出成形に用いられる賦形ダイの一例の断面模式図である。
【図４】本発明の木質樹脂成形体の押出成形に用いられる賦形ダイの一例の断面模式図である。
【図５】本発明の木質樹脂成形体の押出成形に用いられる賦形ダイの一例の断面模式図である。
【符号の説明】
１外郭
２内部コア層
３内部リブ
４賦形ダイ
５冷却ダイ
６中子体
７バレル
８ブレーカープレート
９ヒーター
１０断熱プレート
１１冷却配管
１２隙間流路
１３中子体
１４貫通孔
１５中子体

Claims

少なくとも、５〜９５重量％の熱可塑性樹脂と９５〜５重量％の植物性セルロースの混合物よりなる木質樹脂組成物よりなり、比重が０．６〜０．９である内部コア層と、比重が１．０〜２．０である外郭とで構成され、最小厚みが１０〜２００ｍｍであることを特徴とする木質樹脂成形体。
外郭の厚みが、１ｍｍ以上且つ成形体の厚みの１／３以下である請求項１に記載の木質樹脂成形体。
比重が１．０〜２．０で、厚みが２ｍｍ以上且つ成形体の厚みの１／４以下である内部リブを有する請求項１または２に記載の木質樹脂成形体。
複数の内部リブを有する請求項３に記載の木質樹脂成形体。
熱可塑性樹脂が、少なくともポリエチレンからなる請求項１〜４のいずれかに記載の木質樹脂成形体。
熱可塑性樹脂が、少なくともポリエチレンとポリスチレンの混合物からなる請求項１〜４のいずれかに記載の木質樹脂成形体。
熱可塑性樹脂及び植物性セルロースの少なくとも一方が、廃棄物を少なくとも原料の一部として用いてなる請求項１〜６のいずれかに記載の木質樹脂成形体。
押出成形により成形してなる請求項１〜７のいずれかに記載の木質樹脂成形体。