JP2007051304A - アセチルセルロース樹脂組成物 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】生分解性を有するアセチル基置換度が1.9〜2.9のアセチルセルロース樹脂100重量部に対し、特定のグリセリン誘導体系可塑剤の混合物を5〜100重量部、ならびに(A)〜(C)成分の合計量100重量部に対し、(D)有機系充填剤を5〜200重量部、さらに必要に応じて(E)滑剤を0.01〜5重量部配合したアセチルセルロース樹脂組成物。
【選択図】なし
Description
そのため、国内で生産される合成樹脂の生産量は、年間約1,500万トンに達し、その約1/3に及ぶ莫大な量が廃棄されており、焼却、埋め立てによる廃棄物処理はもはや限界に達している。近年、資源の回収、リサイクルなどの動きが活発化しており、2000年より施行される容器包装リサイクル法案について、新たに合成樹脂が加えられることにより、合成樹脂の強力かつ効率的な回収と再利用が必要とされることが予測される。しかしながら、莫大な合成樹脂生産量から見て、回収困難な用途に使用されるなど、リサイクルの難しい状況が残り、充分に回収、再利用ができるとは思われない。
また、自然環境中に散逸する合成樹脂製品も年々顕著になっており、野生動物の保護の必要性の増大や、生活環境破壊を招くなど大きな社会問題になっている。
合成樹脂の市場では自然環境における分解性を求める動きが活発化しており、屋外に投棄されても、やがては分解資化する、生分解性樹脂が開発されている。また、一方、合成樹脂の焼却時に発生する有毒ガスなどへの対策から、より天然に近い素材が求められており、焼却対策の一環からも生分解性樹脂の要求が高まってきている。
現在、各地でコマーシャルコンポストの建設が進み、一方では消費者個々に向けた家庭用コンポストの販売も始まるなど、各地で生分解性材料の展開が期待されている。また、通産省にも実用化検討委員会が発足し、生分解性材料の推進に向けた動きが活発化している。さらに、世界的に見ても、年産1億トン規模の合成樹脂需要のかなりな部分が生分解性樹脂で占められる巨大市場になると予測されており、21世紀はまさに本格的な生分解性市場の広がりが予測される。
現在実用化されている生分解性材料、環境低負荷型材料としては、脂肪族ポリエステル、変性澱粉、ポリ乳酸、およびこれらの樹脂をマトリックスとした各種複合素材、ポリマーアロイなどが知られている。
その他の可塑剤としては、グリコール系可塑剤の例として、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコールなどが一般的である。これらのグリコール系可塑剤は、アセチルセルロース樹脂の可塑化能力が劣り、多量に混合することができず、コンパウンド製造作業や溶融成形加工の作業工程でアセチルセルロースと可塑剤が分離するなどの問題がある。また、均一で平滑な成形品を得る上で溶融安定性に欠け、均一に溶融することができず、成形品表面にメルトフラクチャー(成形品表面の凹凸)を生じたりする問題がある。また、環境湿度、温度の影響により、成形物の表面に、可塑剤がブリードアウトしたりする。
さらに、脂肪族系の可塑剤としては、例えばアジピン酸エステルなどが生分解機能を有するため用いられるが、アセチルセルロース樹脂とは一般的に相溶性が悪く、分子量のかなり低いアジピン酸エステルにしか使用することができない。しかも、低分子量のアジピン酸エステルへ使用する場合においても、多量に混合できず、組成物の溶融安定性に欠け、均一に溶融できず、安定した成形品を得ることが難しい。
さらに、3個のヒドロキシル基をアセチル化したトリアセチルグリセリド、いわゆるトリアセチンも可塑剤として公知である。しかし、可塑剤としてトリアセチン単独を使用する場合、加工安定性を得るためにかなり多量の混合を必要とし、組成物の物理的特性の低下を招く問題がある。
さらに、アセチルセルロース樹脂の可塑剤との相溶性は、アセチル基置換度によって異なる。そのため、幅広いアセチル基置換度を有するアセチルセルロース樹脂に上記に挙げられた公知の可塑剤を単一で使用する場合、溶融加工性の向上には限界があり、幅広いアセチル基置換度を有するアセチルセルロース樹脂からなる溶融成形品を得ることは困難である。
CH2 −O−R1
|
CH−O−R2 ・・・・・(1)
|
CH2 −O−R3
(上記式中R1 〜R3 は、同一または異なり、炭素数2のアシル基および/または炭素数8〜14のアシル基であり、少なくとも1個は炭素数8〜14のアシル基である。)
CH2 −O−R4
|
CH−O−R5 ・・・・・(2)
|
CH2 −O−R6
(上記式中R4 〜R6 は、同一または異なり、水素原子および/または炭素数2個のアシル基であり、少なくとも1個は炭素数2個のアシル基である。)
本発明のアセチルセルロース樹脂組成物は、上記(A)〜(C)成分の合計量100重量部に対し、さらに(E)滑剤を0.01〜5重量部含むことが好ましい。
特に、有機系充填剤として、木粉を用いると、成形加工性を高めるばかりでなく、高い生分解性樹脂のコストダウンにもなり、さらには木材調の風合いの意匠性の高い成形品も得ることが可能となる。
本発明におけるアセチルセルロース樹脂は、通常のアセチルセルロース樹脂を使用することができ、例えば、精製コットンリンター、または高純度の木材パルプを原料とする。アセチルセルロース樹脂の工業的な製法としては、混酸法、メチレンクロライド法、ベンゼン法などが知られているが、混酸法が一般的であり、セルロース原料を、前処理、アセチル化反応(酢化反応)、ケン化熟成反応に供し、洗浄/精製/脱水/乾燥工程を経て得られるものである。
上記アセチル化の度合は、熟成反応工程で行われる脱アセチル化反応における加水分解の条件を制御することによって調整され、目的のアセチル基置換度を有するアセチルセルロース樹脂が得られる。
上記(B)成分は、少なくとも1つの炭素数8〜14のアシル基を有するグリセリン誘導体であり、上記(C)成分は、少なくとも1つの炭素数2個のアシル基を有するグリセリン誘導体である。
(B)成分として、例えば、モノカプリルジアセチルグリセリド、モノラウリルジアセチルグリセリド、ジラウリルモノアセチルグリセリドなどが挙げられる。
(B)成分は、1種単独であるいは2種以上を併用することができる。
また、(C)成分として、例えば、アセチルモノグリセリド、トリアセチルグリセリドなどが挙げられる。
(C)成分は、1種単独であるいは2種以上を併用することができる。
上記(B)成分:(C)成分の配合比率は、(B)+(C)=100重量%として、1〜99重量%:99〜1重量%、好ましくは5〜95重量%:95〜5重量%、さらに好ましくは10〜90重量%:90〜10重量%である。(B)成分および(C)成分の配合比率が上記範囲外であると、コンパウンドの加工安定性、成形品の成形安定性が困難となるなどの問題があり、アセチルセルロース樹脂組成物の幅広い加工状況に対応することが困難である。
この(D)有機系充填剤の添加量は、(A)〜(C)成分の合計量100重量部に対し、5〜200重量部である。木質感や成形性などを考慮すると、15〜110重量部が好ましい。5重量部未満では、目的とする成形加工性や木質感が得られなくなり、一方、200重量部を超えると、ペレットの製造性や成形加工性が困難になる。
また、上記プロピレングリコールモノステアレートやステアリン酸、金属石鹸は、組み合わせて使用できる。
この(E)滑剤の添加量は、(A)〜(C)成分の合計量100重量部に対し0.01〜5重量部である。成形性などを考慮すると、0.01〜3重量部が好ましい。0.01重量部未満では、目的とする成形加工性が得られなくなり、一方、5重量部を超えると、ブルームなどの問題がある。
例えば、射出成形の場合、一般的な射出成形機を使用することが可能である。一般的に、ペレット状コンパウンドを用いると、成形品の仕上りが良好であり、物理的性能も安定する。このように、本発明の樹脂組成物は、用途に応じて成形方法を選択することができる。
(A)成分;
アセチルセルロース樹脂として、ダイセル化学工業株式会社製を用い、アセチル基置換度が2.1のタイプを(A−1)、2.4のタイプを(A−2)として用いた。
(B)成分;
理研ビタミン(株)製、モノカプリルジアセチルグリセリドを用いた。
(C)成分;
(C−1)理研ビタミン(株)製、モノアセチルグリセリドを用いた。
(C−2)大八化学(株)製、トリアセチン(トリアセチルグリセリド)を用いた。
(D)成分;
大林工業(株)製、木粉120M(平均粒径=120μm)を用いた。
(E)成分;
(E−1)理研ビタミン(株)製、プロピレングリコールモノステアレートを用いた。
(E−2)新日本理化(株)製、ステアリン酸を用いた。
予備混合機として、ヘンシェルミキサーを用いて、樹脂、可塑剤、木粉、滑剤などを所定の割合で混合し、組成物温度が100℃になるまで攪拌操作を行った。混練機として、スクリュー径65mm異方向2軸押出機(モーター能力:25KW)を用いて、シリンダー設定温度180〜200℃、スクリュー回転数40rpm、フィーダー回転数10rpmで溶融混練を行った。溶融した樹脂組成物をダイスから紐状に押し出しながら、ダイスカッターにてペレットを作成するホットカット法によって、ペレットコンパウンドを作製した。
予備混合機を用いた加熱攪拌操作中の組成物の流動性を評価した。評価基準は、下記のとおりである。
良好:組成物中の樹脂粉体が、可塑剤やその他の添加剤と均一に混合している状態。
普通:組成物が若干塊状になるが、混練機へ供給できる状態
不良:組成物が溶融して塊状となり不均一である、または樹脂粉体と可塑剤混合物との混合が困難である、ベタツキが生じる、などのため混練機への供給が不可能である状態。なお、不良の場合、混練り、ペレット作成ができないため、混練作業性、成形品外観などの評価はできなかった。
混練溶融安定性
良好:組成物の溶融混練りが均一である状態
普通:混練組成物に若干溶融不良が存在するが、ペレット製造できる状態
不良:組成物が不均一に溶融し、ペレット製造できない状態
混練モーターの負荷
最良:2軸押出機のモーター負荷が45A未満で安定し、フィーダー回転数を15rpmまで回転数を上げてもペレット製造ができる状態。
良好:2軸押出機のモーター負荷が45A未満で安定する。
大:2軸押出機のモーター負荷が45A以上60A未満であり、材料の供給量を制限する必要がある状態(フィーダー回転数を8rpm以下にする必要がある場合)。
特大:2軸押出機のモーター負荷が60A以上となり、ペレット製造が困難な場合。
ペレット外観
良好:安定して均一なペレットが得られる状態
普通:若干ペレットの大きさが異なるが、安定してペレットが得られる状態
不良:安定してペレットが得られない状態
射出成形性
最良:シリンダーのホッパー側温度が160℃で、射出圧力が最大圧力に対し、50%設定未満で安定して成形できる状態
良好:シリンダーのホッパー側温度が180℃で、射出圧力が最大圧力に対し、80%設定未満で安定して成形できる状態
不良:シリンダーのホッパー側温度が180℃で、射出圧力が80%設定以下で、安定して成形できない状態。
射出成形品外観
良好:目視で、成形品表面に特に異常が見られない場合。
不良:目視で、成形品表面が着色したり、フラッシュマーク、艶ムラ、ブツがある場合。
押出し成形性
最良:スクリュー回転数20rpmで押出負荷(トルク)が、5kg/cm2 より低く、安定して成形できる状態。
良好:スクリュー回転数10rpmで押出負荷(トルク)が、5kg/cm2 より低く、安定して成形できる状態。
不良:スクリュー回転数10rpmで押出負荷(トルク)が5kg/cm2 を超える状態。
押出し成形品外観
良好:目視で、成形品表面に特に異常が見られない場合。
普通:目視で、成形品表面にややメルトフラクチャーがあるが、用途によっては使用可能である場合。
不良:目視で、成形品表面に溶融ムラ、メルトフラクチャーがある場合。
表1の配合処方に従い、樹脂組成物を調製して評価した。結果を表1に示す。いずれの実施例もペレット製造性、射出成形性、押出し成形性とも特に優れ、またPVC用の成形加工機で容易に成形加工が可能であった。
実施例5の配合処方に着色剤として酸化チタン2重量部を加え製造したペレットを98重量部、実施例1の配合処方に着色剤としてベンガラ2重量部を加え製造したペレットを2重量部とをドライブレンドしてから押出し成形を行ったところ、木目模様が成形品に表現され、特に意匠性の高い木質感のある成形品が得られた。
実施例5の配合処方をヘンシェルミキサーを用いて、組成物温度が100℃になるまで攪拌操作を行って得られたパウダー状の配合物を直接射出成形、押出し成形を実施した。射出成形性、押出し成形性とも特に優れ、またPVC用の成形加工機で容易に成形加工が可能であった。
実施例5の配合処方に従い、配合した配合物をヘンシェルミキサーを用いて50℃になるまで攪拌操作を行った。混練機として、スクリュー径65mm異方向2軸押出機を用いて、シリンダー設定温度180〜200℃、スクリュー回転数40rpm、フィーダー回転数10rpmで溶融混練を行った。溶融した樹脂組成物をダイスから紐状に押し出しながら、ダイスカッターにてペレットを作成するホットカット法によって、ペレットコンパウンドを作製した。ペレットコンパウンドを作製の際、溶融不良が認められ、ペレットコンパウンドにも一部発泡現象が見られたものの、ペレット製造は可能であった。押出し成形、射出成形とも可能ではあるが、成形品に若干発泡現象が見られた。
表2の配合処方に従い、樹脂組成物を調製して評価した。結果を表2に示す。比較例1〜4は、本発明の(D)有機系充填剤や(E)滑剤を配合しない例であり、ペレット製造および成形加工は可能であるものの、ペレット製造において、吐出(時間あたりの製造量)は実施例と比較して少なく、成形加工性も実施例と比較して劣り、製品の生産性が制限されてしまう。
Claims (2)
- (A)生分解性を有するアセチル基置換度が1.9〜2.9のアセチルセルロース樹脂100重量部に対し、(B)下記一般式(1)で表される可塑剤および(C)下記一般式(2)で表される可塑剤を5〜100重量部〔ただし、(B):(C)の配合比率=1〜99重量%:99〜1重量%、(B)+(C)=100重量%〕、ならびに(A)〜(C)成分の合計量100重量部に対し、(D)有機系充填剤を5〜200重量部配合することを特徴とするアセチルセルロース樹脂組成物。
CH2 −O−R1
|
CH−O−R2 ・・・・・(1)
|
CH2 −O−R3
(上記式中R1 〜R3 は、同一または異なり、炭素数2のアシル基および/または炭素数8〜14のアシル基であり、少なくとも1個は炭素数8〜14のアシル基である。)
CH2 −O−R4
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CH−O−R5 ・・・・・(2)
|
CH2 −O−R6
(上記式中R4 〜R6 は、同一または異なり、水素原子および/または炭素数2個のアシル基であり、少なくとも1個は炭素数2個のアシル基である。) - さらに、上記(A)〜(C)成分の合計量100重量部に対し、(E)滑剤を0.01〜5重量部含む請求項1記載のアセチルセルロース樹脂組成物。
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